JP2010173390A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの効率特性が、環境条件や制御条件によって大きく変化しても、燃料消費率を最小（効率を最高）に維持できると共に、僅かなメモリーサイズで、しかも、互いに干渉することのない安定的な運転点のフィードバック探索により、最小燃料消費率を実現することができる車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】エンジン１と、発電モータ２と、エンジントルクTeと発電機回転数Ngを制御する発電システムを備えた車両において、発電制御手段（図２）は、基本運転点設定部２１と、燃料消費率εが最小になるように目標発電機回転数Ng^*をフィードバック補正する回転数軸方向最良燃費探索部２３と、燃料消費率εが最小になるように目標エンジントルクTe^*をフィードバック補正するトルク軸方向最良燃費探索部２４と、回転数軸方向最良燃費探索とトルク軸方向最良燃費探索を交互に機能させるタイミング制御部２５と、発電機回転数制御部２６と、エンジントルク制御部２７と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンと発電機が連結されたシリーズ型ハイブリッド車両等に適用され、エンジントルクと発電機回転数を制御する発電制御手段を有する発電システムを備えた車両の制御装置に関する。

内燃機関とモータジェネレータを備えるハイブリッド車両において、内燃機関の出力（パワー）毎に燃料消費率（単位出力あたりの燃料消費量）が最小（効率が最高）になる動作点（トルクと回転数の組合せ）を連ねて予め設定した「動作線（トルクと回転数を軸とする座標平面上に定義）」に沿って内燃機関の出力を制御する装置は一般的である。

従来のハイブリッド車両の制御装置としては、特に、内燃機関に繋がったモータジェネレータから計測される反力トルクと内燃機関の燃料噴射量から算出した燃料消費率が等出力線上で最小になるように、前述の「動作線」を更新（学習記憶）するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１には、環境条件（吸気温、大気圧、湿度、燃料特性等）や制御条件（ノック制御用点火時期学習値等）に応じて複数種の動作線を設定し、これらを前述の方法で更新することも記述されている。

特開2006−193137号公報

しかしながら、従来のハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙するような問題があった。

(a) エンジンの効率特性は、環境条件（外気温、大気圧など）やエンジン状態（燃料や潤滑油の特性、劣化など）によって変化するものであり、その組合せなども考えると、それら条件に応じた動作線（更新用マップ）の数は膨大になり、それらをコントローラ内に全て持つことは現実的でない。また、動作線（更新用マップ）の数を減らすと学習の意味が薄くなり燃費の向上が望めない。

(b) エンジンの効率特性しか考慮されていない。例えば、エンジンとジェネレータが機械的に直結されたシリーズ型ハイブリッド車両の場合、エンジンとジェネレータの効率特性は必ずしも同一ではないので、従来技術のようにエンジン効率のみ考慮してエンジンの運転点を決定すると発電システム（エンジン＋発電機）としては最適な効率が実現できていない。

(c) バッテリ容量が比較的大きなシリーズ型ハイブリッド車両の場合、バッテリ充電率が所定域にあれば、駆動モータの要求電力やバッテリ充電率とは無関係に、発電効率が最も良い運転点（効率特性の目玉）がわかれば、そこに運転点固定した一定出力発電が行える。しかし、この場合、各等出力線上ごとに最も発電効率が良くなる運転点を探索し、結果としてそれらを連ねた最良燃費運転線を学習するだけである。従って、目標出力に応じて最良燃費運転線上をトレースすると、燃費（効率）が変化するので、真に燃費（効率）最良となる運転点（効率特性の目玉）が何処にあるのかわからず、シリーズ型ハイブリッド車両の特徴を活かした最良燃費（効率）発電が出来ない。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、エンジンの効率特性が、環境条件や制御条件によって大きく変化しても、燃料消費率を最小（効率を最高）に維持できると共に、僅かなメモリーサイズで、しかも、互いに干渉することのない安定的な運転点のフィードバック探索により、最小燃料消費率を実現することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両の制御装置では、エンジンと、前記エンジンに連結された発電機と、前記エンジンのエンジントルクと前記発電機の発電機回転数を制御する発電制御手段を有する発電システムを備えている。
この車両の制御装置において、前記発電制御手段は、基本運転点設定部と、回転数軸方向最良燃費探索部と、トルク軸方向最良燃費探索部と、タイミング制御部と、発電機回転数制御部と、エンジントルク制御部と、を有する。
前記基本運転点設定部は、予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクと目標発電機回転数を決める。
前記回転数軸方向最良燃費探索部は、燃料消費率が最小になるように目標発電機回転数をフィードバック補正する。
前記トルク軸方向最良燃費探索部は、燃料消費率が最小になるように目標エンジントルクをフィードバック補正する。
前記タイミング制御部は、前記回転数軸方向最良燃費探索部と前記トルク軸方向最良燃費探索部を、交互に機能させる。
前記発電機回転数制御部は、フィードバック補正後の目標発電機回転数に実発電機回転数が一致するように制御する。
前記エンジントルク制御部は、フィードバック補正後の目標エンジントルクに実エンジントルクが一致するように制御する。

よって、本発明の車両の制御装置にあっては、基本運転点設定部において、予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクと目標発電機回転数を決め、これを燃料消費率が最小になるフィードバック補正するようにしている。このため、エンジンの効率特性が、環境条件（吸気温、大気圧、湿度、燃料特性など）や制御条件（ノック制御用点火時期学習値など）によって大きく変化しても、燃料消費率を最小（効率を最高）に維持できる。
そして、回転数軸方向最良燃費探索部とトルク軸方向最良燃費探索部において、最小燃料消費率を実現する運転点をリアルタイムにフィードバック探索する。このため、条件毎に学習記憶するようなマップデータは一切必要なく、僅かなメモリーサイズで、最小燃料消費率を実現する運転点の探索を実現できる。
また、タイミング制御部において、最小燃料消費率を実現する運転点のフィードバック探索を、回転数軸方向とトルク軸方向で“交互”に行う。このため、互いに干渉することのないフィードバック探索により、安定的に最小燃料消費率を実現する最良燃費（効率）運転点（目玉）に収束させることが可能である。
この結果、エンジンの効率特性が、環境条件や制御条件によって大きく変化しても、燃料消費率を最小（効率を最高）に維持できると共に、僅かなメモリーサイズで、しかも、互いに干渉することのない安定的な運転点のフィードバック探索により、最小燃料消費率を実現することができる。

実施例１の制御装置が適用されたシリーズ型ハイブリッド車両（車両の一例）を示す全体システム図である。 実施例１における発電システムの構成要素を示す制御ブロック図である。 実施例１の統合制御コントローラにて実行される発電制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の発電制御処理で用いられる車速とアクセル操作量に対する目標駆動力マップデータの一例を示す図である。 実施例１の発電制御処理で用いられる充電拠点と自車間の直線距離に対する目標バッテリ充電容量をあらわす目標SOCマップの一例を示す図である。 実施例１の発電制御処理で用いられる発電可否決定方法を説明する電池充電容量に対する目標発電量特性を示す図である。 実施例１の発電制御処理で用いられる燃料消費率の最小点探索説明図であり、(a)はエンジン回転数とエンジントルクの関係特性であらわした等燃料消費率線（等効率線）での仮の最良燃費運転点と真の最良燃費運転点を示し、(b)は発電機回転数操作での燃料消費率の最小点探索動作を示し、(c)はエンジントルク操作での燃料消費率の最小点探索動作を示す。 実施例１の発電システムでの効果を説明するためにエンジン回転数（＝発電機回転数）とエンジントルク（真値）の等燃料消費率線（設計時、走行時）と等出力線の特性上にあらわした最良燃費運転線（設計時）から真の最良燃費運転線（走行時）に収束する動作線を示す図である。

以下、本発明の車両の制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の制御装置が適用されたシリーズ型ハイブリッド車両（車両の一例）を示す全体システム図である。

実施例１のシリーズ型ハイブリッド車両は、小型発電機・バッテリ容量大による電気自動車ベース（EVベース）とし、一充電当たりの走行距離を延ばすようにした「レンジエクステンダーEV」と呼ばれるものである。つまり、高出力の駆動モータ（例えば、100kW程度）に対し、発電モータを低出力（例えば、40kW程度）とし、プラグイン充電によって航続距離を確保し、バッテリ充電要求があるときに限り高効率にてエンジンによる発電を行う。これにより、電気自動車の弱点（航続距離・充電時間）を克服し、電動モータ駆動の「走りの魅力（ハイレスポンス）」を最大限に引き出すようにしている。

実施例１のシリーズ型ハイブリッド車両の駆動系には、図１に示すように、エンジン１と、発電モータ２（発電機）と、駆動モータ３（電動機）と、高圧バッテリ４（電池）と、減速機構５と、駆動輪６と、発電モータ用インバータ７と、駆動モータ用インバータ８と、充電器９と、を備えている。

前記エンジン１は、発電要求時、直結された発電モータ２によりエンジン始動を行い、完爆後、エンジン１からのパワーにより発電モータ２を駆動して発電する。そして、発電要求有りから発電要求無しに移行すると、エンジン１と発電モータ２を停止する。

前記発電モータ２は、エンジン１に直結され、エンジン始動を行うと共に、エンジン１からのパワーを電力（３相交流・高圧）に変換する。

前記駆動モータ３は、減速機構５を介して車両の駆動輪６に繋がれ、発進加速時や定速走行時や中間加速時に車両を駆動し、減速時に回生発電を行う。

前記高圧バッテリ４は、発電モータ２で発電された電力や駆動モータ３で回生発電された電力を蓄えると共に、駆動モータ３やエンジンスタータとしての発電モータ２に蓄えた電力を供給する。

前記発電モータ用インバータ７は、高圧の３相交流を用いて駆動・発電する発電モータ２と、高圧の直流で充放電を行う高圧バッテリ４の間に配置され、交流電源と直流電源を変換する。

前記駆動モータ用インバータ８は、高圧の３相交流を用いて駆動・発電する駆動モータ３と、高圧の直流で充放電を行う高圧バッテリ４の間に配置され、交流電源と直流電源を変換する。

前記充電器９は、一端が高圧バッテリ４に接続され、他端が家庭用電源に接続可能となっていて、駐車時には、低圧の単相交流である家庭用電源を用い、次の走行に備えて高圧バッテリ４を高圧の直流で充電する（プラグイン充電）。

実施例１のシリーズ型ハイブリッド車両の制御系には、図１に示すように、モータ・ジェネレータコントローラ１０と、エンジンコントローラ１１と、バッテリコントローラ１２と、ナビゲーションコントローラ１３と、統合制御コントローラ１４と、高速通信網１５と、アクセルセンサ１６と、車輪速センサ１７と、バッテリ温度センサ１８と、を備えている。

前記モータ・ジェネレータコントローラ１０は、統合制御コントローラ１４からの制御指令にしたがって、発電モータ２の入出力トルクを制御するために発電モータ用インバータ７を操作すると共に、駆動モータ３の入出力トルクを制御するために駆動モータ用インバータ８を操作する。

前記エンジンコントローラ１１は、統合制御コントローラ１４からの制御指令にしたがって、エンジン１の吸入空気量・点火時期・燃料噴射量を操作することで出力トルクを制御する。

前記バッテリコントローラ１２は、高圧バッテリ４の充電率SOC（State Of Charge）や入出力可能パワー等の内部状態量を推定すると共に、高圧バッテリ４の保護制御を行う。

前記ナビゲーションコントローラ１３は、衛星からのGPS信号を用いて自車位置を検出すると共に、DVD等に記憶された地図データ（道路、標高、道路勾配、道路曲率等）やインフラからの通信データ（渋滞情報等）に基づいて、目的地までの経路探索や誘導を行う。

前記統合制御コントローラ１４は、これら複数のコントローラ１０，１１，１２，１３を協調させながら、ドライバーの要求に沿ってモータ駆動出力を制御し、また、運転性と燃費（経済性）の両方を考慮しながら発電出力を制御する。つまり、統合制御コントローラ１４と複数のコントローラ１０，１１，１２，１３は、高速通信網１５により双方向通信可能に繋がれ、各種データを共有化する。実施例１での発電制御は、この統合制御コントローラ１４において実施される。

図２は、実施例１における発電システムの構成要素を示す制御ブロック図である（発電制御手段）。以下、図２の各制御ブロックについて説明する。

実施例１における発電システムは、図２に示すように、基本運転点設定部２１と、燃料消費率演算部２２と、回転数軸方向最良燃費探索部２３と、トルク軸方向最良燃費探索部２４と、タイミング制御部２５と、発電機回転数制御部２６と、エンジントルク制御部２７と、を備えている。
ここで、発電システムとは、エンジン１と、エンジン１に直結された発電モータ２と、エンジン１のエンジントルクTeと発電モータ２の発電機回転数Ngを制御する発電制御手段と、を有するシステムをいう。なお、基本運転点設定部２１〜タイミング制御部２５は、統合制御コントローラ１４に有する。発電機回転数制御部２６は、モータ・ジェネレータコントローラ１０に有する。エンジントルク制御部２７は、エンジンコントローラ１１に有する。

前記基本運転点設定部２１は、予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*を決める。

前記燃料消費率演算部２２は、瞬時値による燃料噴射量を実発電パワー（電流×電圧）で除した値を燃料消費率εとする。

前記回転数軸方向最良燃費探索部２３は、燃料消費率演算部２２からの燃料消費率εが最小になるように目標発電機回転数Ng^*をフィードバック補正する。この回転数軸方向最良燃費探索部２３は、発電機回転数制御系とエンジントルク制御系の応答速度よりも応答速度を遅く設定している。

前記トルク軸方向最良燃費探索部２４は、燃料消費率演算部２２からの燃料消費率εが最小になるように目標エンジントルクTe^*をフィードバック補正する。このトルク軸方向最良燃費探索部２４は、発電機回転数制御系とエンジントルク制御系の応答速度よりも応答速度を遅く設定している。

前記タイミング制御部２５は、回転数軸方向最良燃費探索部２３とトルク軸方向最良燃費探索部２４を“交互”に機能させる。

前記発電機回転数制御部２６は、フィードバック補正後の目標発電機回転数Ng^*（発電機回転数指令値Ng2^*）に実発電機回転数Ngが一致するように制御する。

前記エンジントルク制御部２７は、フィードバック補正後の目標エンジントルクTe^*（エンジントルク指令値Te2^*）に実エンジントルクTeが一致するように制御する。

図３は、実施例１の統合制御コントローラ１４にて実行される発電制御処理の流れを示すフローチャートである。以下、図３の各ステップについて説明する。なお、このフローチャートは、特定の演算周期で実行される。

ステップS1では、ドライバーの加速意思としてのアクセル操作量を、ポテンショメータによるアクセルセンサ１６の出力信号から計測し、ステップS2へ進む。

ステップS2では、ステップS1でのアクセル操作量の計測に続き、車輪の回転速度に応じた周波数（周期）のパルス信号を発生する車輪速センサ１７を用いて車速を計測し、ステップS3へ進む。なお、実際には、別タイミングで計測された周波数（または周期）を本タイミングで車速に換算する。

ステップS3では、ステップS2での車速の計測に続き、他複数のコントローラ１０，１１，１２，１３から高速通信網１５を介して受信したデータを、受信バッファから読み取り、ステップS4へ進む。
ここで、バッテリコントローラ１２からは、バッテリ充電率（SOC）と入出力可能パワーを受信する。エンジンコントローラ１１からは、エンジン回転数と燃料消費量（瞬時値）を受信する。モータ・ジェネレータコントローラ１０からは、発電モータ２の回転数とトルク（計測可能であれば直流部の電流と電圧）、駆動モータ３の回転数とトルクを受信する。ナビゲーションコントローラ１３からは、発電拠点（自宅等）と自車間の直線距離（または道路走行最短距離）と標高差を受信する。

ステップS4では、ステップS3での他のコントローラからのデータ受信に続き、エンジンコントローラ１１やモータ・ジェネレータコントローラ１０からの受信データを用いて、実発電パワーP1またはP2を演算し、エンジン１の燃料消費量Qf（瞬時値）を、実発電パワーP1またはP2で除算することで燃料消費率εを算出し、ステップS5へ進む。
（ケース１）
発電モータ用インバータ７において、直流電流Iと電圧Vの計測が可能であれば、これらの乗算により、発電システムで実際に出力された実発電パワーP1（＝I×V）を算出する。エンジン１の燃料消費量Qf（瞬時値）を、実発電パワーP1で除算することで燃料消費率ε（＝Qf÷P1）を求める。この場合は、エンジン１だけでなく発電モータ２および発電モータ用インバータ７の効率もトータルで最適化できるので可能であれば、この方法が望ましい。
（ケース２）
発電モータ用インバータ７において、直流電流Iと電圧Vの計測がシステム構成上の理由で（コスト的に）不可能であれば、発電モータトルクTgから推定したエンジントルクTeとエンジン回転数Ne（＝発電機回転数）の乗算により、擬似的な実発電パワーP2（＝Te×Ne）を算出する。エンジンの燃料消費量Qf（瞬時値）を、実発電パワーP2で除算することで燃料消費率ε（＝Qf÷P2）を求める。この場合は、エンジン効率のみ考慮され、発電モータ２および発電モータ用インバータ７の効率は考慮されない。尚、エンジントルクTeは、イナーシャトルクを考慮し、
Te・Ng−Tg・Ng＝Ｊ・(dNg/dt)
の式により算出する。上式で、Ｊは、エンジン１と発電モータ２の回転部イナーシャ合計である。

ステップS5では、ステップS4での燃料消費率εの算出に続き、予め記憶しておいた目標駆動力マップデータ（図４）を用いて、アクセル操作量と車速に見合った目標駆動力Fを算出する。更に、定数（タイヤ有効半径／減速比）を乗じて、駆動モータトルク指令値Tm^*を算出し、ステップS6へ進む。なお、駆動軸の捻れに起因したガクガク振動を抑制するためのトルク補正は、公知技術をもって実施する。

ステップS6では、ステップS5での駆動モータトルク指令値の算出に続き、目標SOCを設定し、ステップS7へ進む。
ここで、家庭用電源を用いたプラグイン充電は、エンジン１を用いた発電システムによる充電に比べて、経済的にも環境的にも有利なので、前者を出来る限り多用する。そのためには、自車位置から充電基地（自宅等）までの距離に応じて目標SOCを設定することで、無駄な発電充電を減らすことが可能である。そこで、ナビゲーションコントローラ１３から受信した自車自宅間距離に応じて、予め設定した目標SOCマップデータ（図５）を用いて目標SOCを設定する。この目標SOCは、図５に示すように、自車自宅間距離が設定距離以上の場合に上限値（90%程度）に設定され、自車自宅間距離が設定距離から短くなるほど下限値（10%程度）までの低い値に設定される。

ステップS7では、ステップS6での目標SOCの算出に続き、目標SOCに実SOC（実充電率）を一致させるように、実SOCに応じた発電可否を決め、ステップS8へ進む。
ここで、実SOCに応じた発電可否の決め方は、例えば、図６に示すように、電池SOC（＝実SOC）が設定SOC（約30%程度）まで低下したら最良燃費（効率）の運転点での発電量である目標発電量による発電を開始し、電池SOCが目標SOC（約80%程度）まで上昇したら発電を終了する。つまり、燃費重視の考え方により、最良燃費（効率）運転点における発電を実行するか、発電モータ２を停止するかの二者択一としている。

ステップS8では、ステップS7での発電可否判断に続き、発電効率が最もよくなる運転点として予め記憶された目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*の組合せによる（動作点）を基本運転点として設定し、ステップS9へ進む。

ステップS9では、ステップS8での基本動作点の設定に続き、最良燃費（効率）運転点のフィードバック探索の実行可否をまず判断し、探索実行許可のときに回転数軸方向探索を行うかトルク軸方向探索を行うか判断し、探索実行不許可のときはフィードバックを停止してステップS12の処理へ進み、回転数軸方向への探索実行許可のときはステップS10へ進み、トルク軸方向への探索実行許可のときはステップS11へ進む。

ここで、フィードバック探索の実行許可は、
（探索許可条件）
(1)第１設定値S1＜バッテリSOC＜第２設定値S2
(2)第１設定値T1＜バッテリ温度＜第２設定値T2
の両条件が共に成立した場合とする。そして、それ以外の場合はフィードバック探索の実行不許可とする。つまり、バッテリコントローラ１２から取得したバッテリSOCが、高圧バッテリ４からの最大放出電力が制限される第１設定値S1より低い場合、または、高圧バッテリ４への最大充電電力が制限される第２設定値S2よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止する。また、バッテリ温度センサ１８から取得したバッテリ温度が、内部抵抗が大きくなり最大充放電出力が制限される第１設定値T1より低い場合、または、バッテリ保護の観点から充放電出力を制限する必要がある第２設定値T2よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止する。

フィードバック探索の実行許可の場合、回転数軸方向探索（モード１）を行うか、トルク軸方向探索（モード２）を行うか判断する。最初、モード１かモード２の何れかを選択し、前回、実行したモードに対応する燃料消費率勾配△εn（または△εt）が十分小さな値（ゼロ近傍）になったことを判断できたら（所定軸方向での最小燃料消費率運転点が探索できたら）、他方の軸方向探索（他方のモード）を選択するという手順により、モード１とモード２の選択を繰り返す。

ステップS10では、ステップS9でのモード１による回転数軸方向探索許可との判断に続き、ステップS8で仮設定した基本動作点（目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*）に対して、ステップS4で演算した燃料消費率εが最小になるように、目標発電機回転数Ng^*のみにフィードバック補正を施し、ステップS12へ進む。
ここで、目標発電機回転数Ng^*のフィードバック補正は、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代△Ngに対する燃料消費率変化△εの比率である燃料消費率勾配△εnを積算する下記の(1)式により、目標発電機回転数Ng^*のフィードバック補正量Ng^*_fbを決定する。そして、下記の(2)式により、発電機回転数指令値Ng2^*を算出する。
Ng^*_fb＝K1・∫Δεn・dt＝K1・∫{(εnow−εold)/(Ng_now−Ng_old)}・dt…(1)
Ng2^*＝Ng^*＋Ng^*_fb …(2)
但し、定数K1はマイナスである。

ステップS11では、ステップS9でのモード１による回転数軸方向探索許可との判断に続き、ステップS8で仮設定した基本動作点（目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*）に対して、ステップS4で演算した燃料消費率εが最小になるように、目標エンジントルクTe^*のみにフィードバック補正を施し、ステップS12へ進む。
ここで、目標エンジントルクTe^*のフィードバック補正は、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代△Teに対する燃料消費率変化△εの比率である燃料消費率勾配△εtを積算する下記の(3)式により、目標エンジントルクTe^*のフィードバック補正量Te^*_fbを決定する。そして、下記の(4)式により、エンジントルク指令値Te2^*を算出する。
Te^*_fb＝K2・∫Δεｔ・dt＝K2・∫{(εnow−εold)/(Te_now−Te_old)}・dt…(3)
Te2^*＝Te^*＋Te^*_fb …(4)
但し、定数K2はマイナスである。

ステップS12では、ステップS9、あるいは、ステップS10、あるいは、ステップS11に続いて、算出されたエンジントルク指令値Te2^*、発電機回転数指令値Ng2^*、駆動モータトルク指令値Tm^*、等を、高速通信網１５を用いて他のコントローラ１０，１１に送信し、リターンへ進む。
エンジンコントローラ１１は、受信したエンジントルク指令値Te2^*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン１のスロットル制御を行う。モータ・ジェネレータコントローラ１０は、受信した発電機回転数指令値Ng2^*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ２の電流制御を行い、受信した駆動モータトルク指令値Tm^*にモータトルクTmが一致するように駆動モータ３の電流制御を行う。

次に、作用を説明する。
実施例１のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置における作用を、「発電制御停止作用」、「最良燃費運転点のフィードバック探索禁止作用」、「燃料消費率が最小となる動作点の交互探索作用」、「目標動作点のフィードバック補正による発電制御作用」に分けて説明する。

［発電制御停止作用］
車両走行時、図３のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5へと進み、ステップS5では、アクセル操作量と車速に見合った目標駆動力F（図４）に、定数（タイヤ有効半径／減速比）を乗じて、駆動モータトルク指令値が算出される。次のステップS6では、ナビゲーションコントローラ１３から受信した自車自宅間距離に応じて、予め設定した目標SOCマップデータ（図５）を用いて目標SOCが設定される。

そして、ステップS7において、目標SOCと実SOCと図６に基づいて、燃費重視の考え方により発電否と判断されると、ステップS8→ステップS9→ステップS12へと進み、エンジンコントローラ１１では、エンジン１の停止制御が行われ、モータ・ジェネレータコントローラ１０では、発電モータ２による発電停止制御が行われる。

したがって、発電否と判断された場合には、発電制御を行わず、モータ・ジェネレータコントローラ１０において、駆動モータトルク指令値Tm^*にモータトルクTmが一致するように駆動モータ３の電流制御を行うことで、発電制御無しのEV走行が維持される。
なお、EV走行中に減速回生により、実SOCが上限に至った場合は、モータ・ジェネレータコントローラ１０により、発電モータ２を駆動することで放電を促すエンブレ制御を行う。

［最良燃費運転点のフィードバック探索禁止作用］
図３のステップS7において発電可と判断された場合でも、ステップS9において探索否と判断されると、ステップS9からステップS12へと進み、最良燃費運転点のフィードバック探索が禁止される。

ステップS9での最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止条件の一つは、高圧バッテリ４の実SOCが、高圧バッテリ４からの最大放出電力が制限される第１設定値S1より低い場合、または、高圧バッテリ４への最大充電電力が制限される第２設定値S2よりも高い場合である。

すなわち、電池充電率であるバッテリSOCがかなり低い場合、高圧バッテリ４からの最大放電出力が低くなり、ドライバーが要求する駆動モータ３からの出力を、バッテリ出力だけでは賄えなくなる。その場合、足りない分を発電モータ２からの出力で補う必要がある。しかし、最良燃費運転点のフィードバック探索の実行中は、発電モータ２からの出力が変動するので、駆動モータ３の出力に影響（目標出力からの乖離など）を及ぼす可能性がある。従って、高圧バッテリ４の実SOCが第１設定値S1より低い場合には、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止することで運転性の悪化を回避することができる。

一方、電池充電率であるバッテリSOCがかなり高い場合、高圧バッテリ４への最大充電電力が低くなり、発電電力量を抑制される可能性がある。そして、最良燃費運転点のフィードバック探索の実行中は、発電モータ２からの出力が変動する可能性があり、十分な探索ができなくなる可能性がある。従って、高圧バッテリ４の実SOCが第２設定値S2より高い場合には、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止することで運転性の悪化を回避することができる。

ステップS9での最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止条件の他の一つは、バッテリ温度が、内部抵抗が大きくなり最大充放電出力が制限される第１設定値T1より低い場合、または、バッテリ保護の観点から充放電出力を制限する必要がある第２設定値T2よりも高い場合である。

すなわち、バッテリ温度がかなり低い場合、高圧バッテリ４の内部抵抗が大きくなり、最大充放電出力が低くなる。また、バッテリ温度かなり高い場合、高圧バッテリ４の保護の観点から充放電出力を絞る必要がある。これらの場合、ドライバーが要求する駆動モータ３の出力をバッテリ出力だけでは賄えなくなり、足りない分を発電モータ２の出力で補う必要がある。しかし、最良燃費運転点のフィードバック探索の実行中は、発電モータ２からの出力が変動するので、駆動モータ３の出力に影響（目標出力からの乖離など）を及ぼす可能性がある。従って、バッテリ温度が第１設定値T1より低い場合や第２設定値T2より高い場合には、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止することで運転性の悪化を回避することができる。

［燃料消費率が最小となる動作点の交互探索作用］
車両走行時、ステップS9において探索可（モード１）と判断されると、ステップS9からステップS10→ステップS12へと進み、ステップS10では、仮設定した動作点（目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*）のうち、目標発電機回転数Ng^*に対して回転数軸方向最良燃費探索が行われ、発電機回転数指令値Ng2^*が求められる。

そして、回転数軸方向最良燃費探索により、燃料消費率勾配Δεｎが十分小さな値になったことで、ステップS9において探索可（モード２）と判断されると、ステップS9からステップS11→ステップS12へと進み、ステップS11では、仮設定した動作点（目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*）のうち、目標エンジントルクTe^*に対してトルク軸方向最良燃費探索が行われ、エンジントルク指令値Te2^*が求められる。

さらに、トルク軸方向最良燃費探索により、燃料消費率勾配Δεｔが十分小さな値になったことで、ステップS9において探索可（モード１）と判断されると、再びステップS9からステップS10→ステップS12へと進み、ステップS10では、前回のフィードバック補正による発電機回転数指令値Ng2^*に対して回転数軸方向最良燃費探索が行われ、今回のフィードバック補正による発電機回転数指令値Ng2^*が求められる。

さらに、回転数軸方向最良燃費探索により、燃料消費率勾配Δεｎが十分小さな値になったことで、ステップS9において探索可（モード２）と判断されると、再び、ステップS9からステップS11→ステップS12へと進み、ステップS11では、前回のフィードバック補正によるエンジントルク指令値Te2^*に対してトルク軸方向最良燃費探索が行われ、今回のフィードバック補正によるエンジントルク指令値Te2^*が求められる。

このように、回転数軸方向最良燃費探索とトルク軸方向最良燃費探索を、交互に繰り返すことで、仮設定した設計時の最良燃費運転点（目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*）を、下記に述べるように、走行時に真の最良燃費運転点（エンジントルク指令値Te2^*と発電機回転数指令値Ng2^*）に近づけることができる。

図７を用いて燃料消費率が最小となる動作点の交互探索作用を説明すると、実施例１では、回転数軸方向最良燃費探索は、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代ΔNgに対する燃料消費率変化Δεの比率である燃料消費率勾配Δεｎを積算することで、目標発電機回転数Ng^*のフィードバック補正量Ng^*_fbを決定するようにしている。一方、軸方向最良燃費探索は、所定時間T経過前後のエンジントルク変化代ΔTeに対する燃料消費率変化Δεの比率である燃料消費率勾配Δεｔを積算することで、目標エンジントルクTe^*のフィードバック補正量Te^*_fbを決定するようにしている。

すなわち、エンジントルクTeとエンジン回転数Neを２軸とするエンジン１の等燃料消費率線（等効率線）は、図７(a)に示すように、通常、すり鉢状の曲面特性となる。このため、等燃料消費率線を等出力線に沿って燃料消費率特性を描くと、横軸を発電機回転数Ngとしても、横軸をエンジントルクTeとしても、図７(b),(c)に示すように、下に凸の曲線特性になる。そして、下に凸の曲線特性で最小の燃料消費率εは、燃料消費率変化Δεの比率（勾配）がゼロになる動作点が、燃料消費率εを最小とする動作点である。

よって、発電機回転数Ngに対する燃料消費率εの比率（勾配）を積算して動作点をフィードバック補正することで、比率（勾配）をゼロに収束させることができる。収束した後、エンジントルクTeに対する燃料消費率εの比率（勾配）を積算して動作点をフィードバック補正することで、比率（勾配）をゼロに収束させることができ、これを交互に繰り返すことで、真に燃料消費率εが最小となる最良燃費（効率）運転点を探索して発電効率を最良にできる。

実施例１では、エンジン１の燃料消費量Qf（瞬時値）を、実発電パワーP1またはP2で除算することで燃料消費率εを算出している。

すなわち、エネルギフローにおいて入力であるエンジン１の燃料消費量Qfと、発電システムにおいて最終的な出力である実発電パワーP1またはP2の比率から求めた燃料消費率εが最小となるように動作点をフィードバック探索するので、エンジン１・発電モータ２・発電モータ用インバータ７の総合効率を最も高めた高効率発電制御が可能である。

実施例１では、回転数軸方向最良燃費探索部２３とトルク軸方向最良燃費探索部２４は、発電機回転数制御系とエンジントルク制御系の応答速度よりも応答速度を遅く設定している。

したがって、発電機回転数Ng、または、エンジントルクTeを最良燃費点探索のために変更した場合、これらの運転点が定まったところで、燃料消費率εの増減（最良燃費点の方向）を探索判断することができる。つまり、フィードバック制御による最良燃費点探索が安定する。結果として、最良燃費運転点の探索精度と探索スピードが向上する。

［目標動作点のフィードバック補正による発電制御作用］
図８を用いて目標動作点のフィードバック補正による発電制御作用を説明する。
ノミナルな環境条件で予め計測した発電システム（エンジン含む）の燃料消費率特性に基づいて、最も燃料消費率（効率）の優れた動作点（効率の目玉）を予め求めておく。しかし、実際に車両が走行する状態においては、環境条件（吸気温、大気圧、湿度、燃料特性など）や制御条件（ノック制御用点火時期学習値など）が時々刻々変化して、エンジンのトルク特性や燃料消費率特性が変化する。また、発電機・インバータの特性も電源電圧などに応じて変化する。これらに伴って、目標動作点のフィードバック補正を行わない発電制御であれば、図８に示すように、最良燃費運転点Ａ（設計時）と真の最良燃費運転点Ｂ（走行時）とが乖離してしまい、燃費（効率）が良好な運転点で発電できなくなる。

これに対し、実施例１であれば、常に、実発電パワーP1またはP2と実燃料消費量Qf（瞬時値）の比で求まる燃料消費率εが最小になるように、運転点を、回転数軸方向とトルク軸方向に交互にフィードバック探索することで、いずれ、燃料消費率εが最小となる最良燃費（効率）運転点での発電が可能になる。例えば、図８に示すように、最良燃費運転点Ａ（設計時）から、第１トルク軸方向フィードバック探索TS1→第１回転数軸方向フィードバック探索NS1→第２トルク軸方向フィードバック探索TS2→第２回転数軸方向フィードバック探索NS2→第３トルク軸方向フィードバック探索TS3→第３回転数軸方向フィードバック探索NS3を経過する運転点の収束作用により、真の最良燃費運転点Ｂ（走行時）に一致させることができる。

このように、実施例１では、予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*を決め、これを燃料消費率εが最小になるフィードバック補正するようにしている。このため、エンジン１の効率特性が、環境条件（吸気温、大気圧、湿度、燃料特性など）や制御条件（ノック制御用点火時期学習値など）によって大きく変化しても、燃料消費率εを最小（効率を最高）に維持できる。

そして、最小燃料消費率εを実現する運転点をリアルタイムにフィードバック探索する。このため、条件毎に学習記憶するようなマップデータは一切必要なく、僅かなメモリーサイズで、最小燃料消費率εを実現する運転点（エンジントルク指令値Te2^*、発電機回転数指令値Ng2^*）の探索を実現できる。

また、最小燃料消費率εを実現する運転点のフィードバック探索を、回転数軸方向とトルク軸方向で“交互”に行う。このため、互いに干渉することのないフィードバック探索により、安定的に最小燃料消費率εを実現する最良燃費（効率）運転点（目玉）に収束させることが可能である。

次に、効果を説明する。
実施例１のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) エンジン１と、前記エンジン１に連結された発電機（発電モータ２）と、前記エンジン１のエンジントルクTeと前記発電機の発電機回転数Ngを制御する発電制御手段を有する発電システムを備えた車両（シリーズ型ハイブリッド車両）の制御装置において、前記発電制御手段（図２）は、予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクTe^*と目標発電機回転数Ng^*を決める基本運転点設定部２１と、燃料消費率εが最小になるように目標発電機回転数Ng^*をフィードバック補正する回転数軸方向最良燃費探索部２３と、燃料消費率εが最小になるように目標エンジントルクTe^*をフィードバック補正するトルク軸方向最良燃費探索部２４と、前記回転数軸方向最良燃費探索部２３と前記トルク軸方向最良燃費探索部２４を、交互に機能させるタイミング制御部２５と、フィードバック補正後の目標発電機回転数（発電機回転数指令値Ng2^*）に実発電機回転数Ngが一致するように制御する発電機回転数制御部２６と、フィードバック補正後の目標エンジントルク（エンジントルク指令値Te2^*）に実エンジントルクTeが一致するように制御するエンジントルク制御部２７と、を有する。
このため、エンジン１の効率特性が、環境条件や制御条件によって大きく変化しても、燃料消費率εを最小（効率を最高）に維持できると共に、僅かなメモリーサイズで、しかも、互いに干渉することのない安定的な運転点のフィードバック探索により、最小燃料消費率を実現することができる。

(2) 前記発電制御手段（図２）は、瞬時値による燃料噴射量Qfを実発電パワーPで除した値を燃料消費率εとする燃料消費率演算部２２を有する。
このため、エネルギフローにおいて発電システムの入力と出力の比率から燃料消費率εが求められ、この燃料消費率εが最小となるように動作点をフィードバック探索するので、エンジン１・発電モータ２・発電モータ用インバータ７の総合効率を最も高めた高効率発電制御を行うことができる。

(3) 前記回転数軸方向最良燃費探索部２３と前記トルク軸方向最良燃費探索部２４は、発電機回転数制御系とエンジントルク制御系の応答速度よりも応答速度を遅く設定した。
このため、発電機回転数NgとエンジントルクTeの運転点が定まったところで、安定してフィードバック制御による最良燃費点探索を行うことができ、結果として、最良燃費運転点の探索精度と探索スピードを向上させることができる。

(4) 前記回転数軸方向最良燃費探索部２３は、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代ΔNgに対する燃料消費率変化Δεの比率（勾配）を積算することで、目標発電機回転数Ng^*のフィードバック補正量Ng^*_fbを決定し、前記トルク軸方向最良燃費探索部２４は、所定時間T経過前後のエンジントルク変化代ΔTeに対する燃料消費率変化Δεの比率（勾配）を積算することで、目標エンジントルクTe^*のフィードバック補正量Te^*_fbを決定する。
このため、燃料消費率変化Δεの勾配をゼロに収束させる回転数軸方向のフィードバック補正とトルク軸方向のフィードバック補正を交互に繰り返すことで、真に燃料消費率εが最小となる最良燃費（効率）運転点を探索して発電効率を最良にすることができる。

(5) 前記車両は、前記エンジン１に連結された発電機（発電モータ２）と、車両の駆動輪６に繋がれた電動機（駆動モータ３）と、前記発電機と前記電動機に電力を需給する電池（高圧バッテリ４）と、を有するシリーズ型ハイブリッド車両であり、前記発電制御手段（図２、図３）は、前記電池の電池充電率（実SOC）が、電池からの最大放出電力が制限される第１設定値S1より低い場合、または、電池への最大充電電力が制限される第２設定値S2よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止する。
このため、電池充電率が第１設定値S1より低い場合と電池充電率が第２設定値S2よりも高い場合において、電動機（駆動モータ３）への出力影響による運転性の悪化を回避することができる。

(6) 前記車両は、前記エンジン１に連結された発電機（発電モータ２）と、車両の駆動輪６に繋がれた電動機（駆動モータ３）と、前記発電機と前記電動機に電力を需給する電池（高圧バッテリ４）と、を有するシリーズ型ハイブリッド車両であり、前記発電制御手段（図２、図３）は、前記電池の電池温度が、内部抵抗が大きくなり最大充放電出力が制限される第１設定値T1より低い場合、または、電池保護の観点から充放電出力を制限する必要がある第２設定値T2よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止する。
このため、電池温度が第１設定値T1より低い場合と電池温度が第２設定値T2よりも高い場合において、電動機（駆動モータ３）への出力影響による運転性の悪化を回避することができる。

以上、本発明の車両の制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、エンジン１と発電モータ２を直結し、エンジン回転数と発電機回転数が同一回転数となる例を示した。しかし、エンジンと発電機は、駆動伝達機構（ベルト機構やギア機構等）により連結する例としても良い。この場合、駆動伝達機構の変速比を考慮してエンジンと発電機の回転数関係を整合する。

実施例１では、自車位置から充電基地（自宅等）までの距離に応じて目標SOCを設定する例を示した。しかし、目標SOCは、例えば、発電システムの適用車両や車両形式や走行状況や実SOCの変化状況等に応じて設定する例としても良い。

実施例１では、エンジン駆動により発電した電力を駆動モータの高圧バッテリに蓄えるシリーズ型ハイブリッド車両への適用例を示した。しかし、エンジン駆動により発電した電力を補機用モータ等のバッテリに蓄える車両にも適用できるし、発電した電力をバッテリに蓄えることなく、そのままモータ駆動等に利用するような車両にも適用できる。要するに、シリーズ型ハイブリッド車両等のように、発電出力が要求値に厳密に一致する必要がないシステム（状態）において利用可能である。尚、最良燃費（効率）運転点での発電出力は、発電システムのそのときの効率特性で変化する。

１ エンジン
２ 発電モータ（発電機）
３ 駆動モータ（電動機）
４ 高圧バッテリ（電池）
５ 減速機構
６ 駆動輪
７ 発電モータ用インバータ
８ 駆動モータ用インバータ
９ 充電器
１０ モータ・ジェネレータコントローラ
１１ エンジンコントローラ
１２ バッテリコントローラ
１３ ナビゲーションコントローラ
１４ 統合制御コントローラ
１５ 高速通信網
１６ アクセルセンサ
１７ 車輪速センサ
１８ バッテリ温度センサ
２１ 基本運転点設定部
２２ 燃料消費率演算部
２３ 回転数軸方向最良燃費探索部
２４ トルク軸方向最良燃費探索部
２５ タイミング制御部
２６ エンジントルク制御部
２７ 発電機回転数制御部
P^* 目標発電パワー
P 実発電パワー
Te エンジントルク
Te^* 目標エンジントルク
Te2^* エンジントルク指令値
ΔTe エンジントルク変化代
Te^*_fb フィードバック補正量
Ng 発電機回転数
Ng^* 目標発電機回転数
Ng2^* 発電機回転数指令値
ΔNg 発電機回転数変化代
Ng^*_fb フィードバック補正量
Qf エンジン燃料噴射量
ε 燃料消費率
Δε 燃料消費率変化

Claims (6)

1. エンジンと、前記エンジンに連結された発電機と、前記エンジンのエンジントルクと前記発電機の発電機回転数を制御する発電制御手段を有する発電システムを備えた車両の制御装置において、
   前記発電制御手段は、
   予め計測した発電システム効率特性に基づいて、最良燃費（効率）運転ができると思われる目標エンジントルクと目標発電機回転数を決める基本運転点設定部と、
   燃料消費率が最小になるように目標発電機回転数をフィードバック補正する回転数軸方向最良燃費探索部と、
   燃料消費率が最小になるように目標エンジントルクをフィードバック補正するトルク軸方向最良燃費探索部と、
   前記回転数軸方向最良燃費探索部と前記トルク軸方向最良燃費探索部を、交互に機能させるタイミング制御部と、
   フィードバック補正後の目標発電機回転数に実発電機回転数が一致するように制御する発電機回転数制御部と、
   フィードバック補正後の目標エンジントルクに実エンジントルクが一致するように制御するエンジントルク制御部と、
   を有することを特徴とする車両の制御装置。
2. 請求項１に記載された車両の制御装置において、
   前記発電制御手段は、瞬時値による燃料噴射量を実発電パワーで除した値を燃料消費率とする燃料消費率演算部を有することを特徴とする車両の制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された車両の制御装置において、
   前記回転数軸方向最良燃費探索部と前記トルク軸方向最良燃費探索部は、発電機回転数制御系とエンジントルク制御系の応答速度よりも応答速度を遅く設定したことを特徴とする車両の制御装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載された車両の制御装置において、
   前記回転数軸方向最良燃費探索部は、所定時間経過前後の発電機回転数変化代に対する燃料消費率変化の比率（勾配）を積算することで、目標発電機回転数のフィードバック補正量を決定し、
   前記トルク軸方向最良燃費探索部は、所定時間経過前後のエンジントルク変化代に対する燃料消費率変化の比率（勾配）を積算することで、目標エンジントルクのフィードバック補正量を決定することを特徴とする車両の制御装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載された車両の制御装置において、
   前記車両は、前記エンジンに連結された発電機と、車両の駆動輪に繋がれた電動機と、前記発電機と前記電動機に電力を需給する電池と、を有するシリーズ型ハイブリッド車両であり、
   前記発電制御手段は、前記電池の電池充電率が、電池からの最大放出電力が制限される第１設定値より低い場合、または、電池への最大充電電力が制限される第２設定値よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止することを特徴とする車両の制御装置。
6. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載された車両の制御装置において、
   前記車両は、前記エンジンに連結された発電機と、車両の駆動輪に繋がれた電動機と、前記発電機と前記電動機に電力を需給する電池と、を有するシリーズ型ハイブリッド車両であり、
   前記発電制御手段は、前記電池の電池温度が、内部抵抗が大きくなり最大充放電出力が制限される第１設定値より低い場合、または、電池保護の観点から充放電出力を制限する必要がある第２設定値よりも高い場合、最良燃費運転点のフィードバック探索を禁止することを特徴とする車両の制御装置。

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