JP2011213275A

JP2011213275A - ハイブリッド車の制御装置

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Publication number: JP2011213275A
Application number: JP2010084770A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kubo; 大佑久保; Hiroyuki Yamada; 博之山田; Hiroyuki Sakamoto; 宏之坂本; Sho Yaegaki; 翔八重垣
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-10-27
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: JP5501072B2

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、蓄電装置の充放電を効率よく行う制御方法、及び効率のよい駆動力源を選択する制御方法を提供する。
【解決手段】充電時には、目標ＳＯＣをエンジン燃焼効率及び、電動機の充電効率に基づき決定し、効率のよい走行状態で多く充電するよう制御する。また、充電時に充電中の効率を記憶しておく。充電終了後、車両制御装置は蓄電装置の電力の効率も含めて電動機による走行の効率を算出し、エンジンの燃焼効率と比較して、どちらか効率のよい方を駆動力源として選択する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン及び電動機を動力源として備え、電動機を発電機として回転動作させることで蓄電装置の充電が可能な、ハイブリッド車の駆動制御装置に関するものである。

近年、エンジンと電動機を動力源として備え、状況に応じ動力源を切り替えることが可能なハイブリッド車が、燃費の向上や、ＣＯ₂排出量低減のための解決策として開発されている。また、ハイブリッド車では走行に必要な動力よりも大きな動力でエンジンを動作させ、エンジンが効率の良い領域で動作するようにコントロールし、その余剰動力で電動機を回転動作させて蓄電装置を充電している。蓄電装置に蓄えられた電力は、電動機の駆動に用いられ、エンジンの代わりに電動機を動力源として用いることで、燃費の向上、及びＣＯ₂排出量の低減を図っている。しかし、電動機を動力源に用いたとしても、電動機への電力供給は蓄電装置から行われ、その蓄電装置はエンジンを動作させて充電を行っている。そのため、電動機も間接的に燃料を消費しており、エンジン燃焼効率の悪い領域で充電が長く続けられると燃費の悪化を招いてしまう。そのため、特許文献１では、エンジンの効率によって充電時の目標ＳＯＣを設定し、効率の悪い状態では目標ＳＯＣを低めに設定して充電量を減らし、効率の良い時に目標ＳＯＣを高めに設定して多く充電するような制御が提案されている。

また、ハイブリッド車はエンジンと電動機の２つの動力源を備えているので、任意に動力源の選択が可能である。そのため、燃費を向上させるためには走行状態に応じて効率の良い方の動力源を選択する必要がある。特許文献２には、燃料の消費量をエネルギーコスト（ｇ／ｋＷｈ）として求め、蓄電装置の充電に使った燃料消費量も含めて計算した電動機で走行した際のエネルギーコストと、エンジンで走行した際のエネルギーコストを比較し、エネルギーコストの少ない動力源を選択することで燃費を向上する制御が開示されている。

しかしながら、特許文献１の技術にあっては、目標ＳＯＣはエンジンの効率のみに基づいて決定されている。蓄電装置の充電はエンジンで電動機を回転駆動させることにより行われるが、エンジン効率の良い動作域が、必ずしも電動機の効率の良い動作域とは限らない。よって、エンジン効率が良いために目標ＳＯＣを高く設定しても、電動機の発電効率が良くない場合は、全体的に効率が良くない状態で多く充電することになり、燃費の向上効果が低下する可能性がある。また特許文献２に記載のものは、蓄電装置を充電する際に充電時のエネルギーコストも算出するようにしている。しかし、蓄電装置には過去にそれぞれ異なるエネルギーコストで充電された電力が混在しており、特許文献２に記載の技術は、蓄電装置に蓄えられた電力を実際に使用する際に、今使用している電力が過去にどの程度のエネルギーコストで充電されたものなのかを識別する手段について言及されていない。

また、上記特許文献１および２には充放電時のハイブリット車の燃費向上が十分ではなかった。

特開２００８−１０９７４０号公報特開平１１−２２９９１６号公報

本発明の目的は、ハイブリッド車の燃費を向上する制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、燃料を燃焼することで作動するエンジンと、蓄電装置に蓄えられた電力で作動する電動機を駆動源として備え、前記エンジンで前記電動機を発電機として回転駆動させることで、前記蓄電装置を充電することが可能なハイブリッド車両において、前記蓄電装置の蓄電量目標値（目標ＳＯＣ）を、前記蓄電装置を充電する際の電力効率（蓄電電力効率）に基づき決定し、前記目標ＳＯＣまで前記蓄電装置を充電した後、前記電動機による走行に移行した際に、前記電動機による走行を継続するか否かを、総合力行効率と前記エンジンの燃焼効率を比較して決定するようにしたものである。

上記目的を達成するために、前記蓄電電力効率は、充電時の前記エンジンの燃焼効率と、前記電動機の発電効率に基づいて決定され、前記総合力行効率は、前記蓄電電力効率と前記電動機の発電効率に基づいて決定するようにしたものである。

上記目的を達成するために、本発明は、前記蓄電装置の蓄電量が前記目標ＳＯＣに到達したのち、前記蓄電装置の充電を停止し、前記エンジンの燃焼効率を前記総合力行効率と比較して、前記エンジンによる走行、もしくは前記電動機による走行どちらか効率の良いほうを選択するようにしたものである。

上記目的を達成するために、本発明は、前記蓄電電力効率は、充電時の前記エンジンの燃焼効率と、前記電動機の発電効率から算出し、算出された蓄電電力効率は蓄電電力記憶手段により記憶するようにしたものである。

本発明によれば、燃費を向上させた車両制御装置を提供することができる。

本実施形態における車両制御装置の構成の概略を示すブロック図。本実施形態における目標ＳＯＣ決定方式を説明するフローチャート。本実施形態における駆動力源選択方式を説明するフローチャート。蓄電電力効率の記憶方法を説明する図。目標発電トルク算出テーブルの図。エンジン燃焼効率マップの図。電動機力行効率マップの図。電動機充電効率マップの図。目標ＳＯＣ算出テーブルの図。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の車両制御システムの概略を概略的に示すブロック図である。

エンジン２はクラッチ３を介して電動機４に連結されている。クラッチ３の断続を制御することで、エンジン２による走行，電動機４による走行，エンジン２で走行しながら電動機４で発電を行うなどの走行状態の切替えを可能にしている。

電力変換手段５は、例えば整流器によって構成されており、蓄電装置７からの直流電力を３相交流電力に変換し、電動機４に供給する。電動機４は固定子巻線（図示せず）に電流の供給を受けることによって、電動機として動作する。

また、電動機４はエンジン２の回転駆動力によって回転させられることで、電動機４内の固定子巻線（図示せず）に起電力が誘起され、３相交流電力を発生し、電力交換手段５を介して蓄電装置７へ電力を供給する発電機として動作する。

さらに、減速中や降坂中でエンジン２が停止中であっても、電動機４はタイヤ９からの回転力を受けることで、電動機４内の固定子巻線（図示せず）に起電力が誘起され、３相交流電力を発生し、電力交換手段５を介して蓄電装置７へ電力を供給する発電機として動作する。

エンジン２の回転数，電動機４の回転数はそれぞれ、エンジン回転数検出手段１４および電動機回転数検出手段１６によって検出され、ＣＡＮ（Control Area Network）などの通信手段１９を通して、車両制御装置１に送られる。また、エンジン２のトルク，電動機４のトルクはそれぞれ、エンジントルク推定手段１５，電動機トルク推定手段１７により算出され、ＣＡＮなどの通信手段１９を通して、車両制御装置１に送られる。車両制御装置１は通信手段１９を通して送られてくる回転数とトルク情報を基に、エンジン２の燃焼効率，電動機４の力行，発電効率をそれぞれエンジン燃焼効率算出手段１０，電動機力行発電効率算出手段１１を用いて求める。

蓄電電力効率算出手段１２は、蓄電装置７を充電する際の、エンジン２のエンジン燃焼効率と、電動機４の発電効率を基に蓄電電力効率を算出する。蓄電電力効率記憶手段１３は、蓄電装置７のＳＯＣ推定手段１８からＣＡＮなどの通信手段１９を通して送られてくるＳＯＣの情報と蓄電電力効率算出手段１２によって算出された蓄電電力効率を対比し、どの程度の蓄電電力効率でどの程度電力が蓄電装置７に蓄えられたかを記憶する。

車両制御装置１は、電動機力行効率と現在のＳＯＣに対応する蓄電電力効率から総合力行効率を求め、それをエンジン燃焼効率と比較し、どちらか効率の良いほうを車両の駆動力源として選択する。

次に図２のフローチャートを用いて、蓄電装置７を充電する際の目標ＳＯＣの設定方法について説明する。

まず、ステップ１０１で、エンジン回転数検出手段によりエンジン２の回転数を検出する。次にステップ１０２で検出されたエンジン２の回転数に基づき、目標エンジン燃焼効率を達成するために必要なエンジン２の目標トルク（ｔＴｅ）を算出する。エンジン２の目標トルク（ｔＴｅ）の算出は、例えば、図５のようなテーブル検索により行う。

エンジン２の目標トルク（ｔＴｅ）決定後、ステップ１０３で電動機４の発電トルク指令値（ＧｅｎＴｍ）を決定する。電動機４の発電トルク指令値（ＧｅｎＴｍ）は、エンジン２の目標トルク（ｔＴｅ）と駆動に必要とされるエンジン２のトルク（Ｔｅ）の差分を求めることで決定する。駆動に必要なトルク（Ｔｅ）よりも大きい値をエンジン２の目標トルク（ｔＴｅ）に設定することで、余剰トルクを電動機４を発電機として駆動するためのトルクとして用いることができる。さらに、エンジン２の動作点自体も効率の良い高トルク側に移動させることが可能である。電動機４の発電トルク指令値（ＧｅｎＴｍ）は、
ＧｅｎＴｍ＝ｔＴｅ−Ｔｅ
で求めることができる。

次に、ステップ１０４に進み、発電トルク指令値（ＧｅｎＴｍ）が、電動機４の最小トルク（Ｔｍｍｉｎ）の絶対値以下であるか否かを判断し、最小トルク（Ｔｍｍｉｎ）の絶対値以下である場合は（ステップ１０４でＹＥＳ）、ステップ１０５に進む。そして、発電機４の目標トルク（ｔＴｍ）をＧｅｎＴｍに設定する。

一方、ステップ１０４で発電トルク指令値（ＧｅｎＴｍ）が、電動機４の最小トルク（Ｔｍｍｉｎ）の絶対値以上である場合は（ステップ１０４でＮＯ）、ステップ１０６に進む。そして、発電機４の目標トルク（ｔＴｍ）をＴｍｍｉｎに設定する。

発電機４の目標トルク（ｔＴｍ）を設定した後、ステップ１０７で電動機４の回転数を検出し、ステップ１０８に進む。

ステップ１０８では、エンジン燃焼効率（EngEff）と電動機４の発電効率（MotGenEff）を掛け合わせてどの程度の効率で蓄電装置７に電力が蓄えられているかを表す蓄電電力効率（StoredEnergyEff）を求める。蓄電電力効率（StoredEnergyEff）は、
StoredEnergyEff＝EngEff×MotGenEff
で求めることができる。

エンジン燃焼効率（EngEff）は、エンジン回転数検出手段１４で検出したエンジン回転数と、エンジントルク推定手段１５で算出したエンジントルクを入力とする、図６の様なマップを用いて求める。また、電動機４の発電効率（MotGenEff）は、電動機回転数検出手段１６で検出した回転数と、電動機トルク推定手段１７で算出した電動機トルクを入力とする、図７の様なマップを用いて求める。

最後に、ステップ１０９に進み、電動機４の目標ＳＯＣ（TargetSOC）を決定する。目標ＳＯＣ（TargetSOC）は、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）を入力とするテーブルを用いて求める。目標ＳＯＣ（TargetSOC）は、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）が低いときは低く設定し、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）が高いときは高く設定する。そうすることにより、効率の悪い状態での充電時間を短くすることができ、同時に質の良い電力（効率の良い状態で充電した電力）を多く蓄電装置７に蓄えることができる。

目標ＳＯＣ（TargetSOC）を決定するためのテーブル設定方法は、種々の方法が考えられる。例えば、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）に比例して図９（ａ）の様に目標ＳＯＣ（TargetSOC）を増加させてもよい。また、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）の増加に対し、図９（ｂ）の様に指数関数的に目標ＳＯＣ（TargetSOC）を増加させてもよい。あるいは、ある一定範囲内で蓄電電力効率（StoredEnergyEff）が変化した際は目標ＳＯＣ（TargetSOC）は変化しないものとし、図９（ｃ）の様に、ステップ状に目標ＳＯＣ（TargetSOC）を増加させてもよい。

次に、図３のフローチャートを用いて、蓄電装置７の蓄電量が目標ＳＯＣに到達した後の制御方法について説明する。

まず、ステップ２０１で車両が減速中であるか否かを判断し、減速中の場合は（ステップ２０１でＹＥＳ）、ステップ２０２に進む。

ステップ２０２では、現在ＳＯＣがＳＯＣ上限値（ＳＯＣｍａｘ）より低いか否かを判断し、低い場合は（ステップ２０２でＹＥＳ）、ステップ２１０で回生を選択し処理を終了する。現在ＳＯＣがＳＯＣ上限値（ＳＯＣｍａｘ）より高い場合は（ステップ２０２でＮＯ）、ステップ２０９に進み摩擦ブレーキのみによる制動を行い、処理を終了する。

一方、ステップ２０１で減速中ではない場合は（ステップ２０１でＮＯ）、ステップ２０３に進み、以下の処理を実行する。

ステップ２０３で現在のＳＯＣがＳＯＣ下限値（ＳＯＣｍｉｎ）より多いか否かを判断し、多い場合は（ステップ２０３でＹＥＳ）、ステップ２０４に進む。

一方、現在のＳＯＣがＳＯＣ下限値（ＳＯＣｍｉｎ）を下回っている場合は（ステップ２０３でＮＯ）、ステップ２１３に進み、発電を選択して処理を終了する。

ステップ２０４では、エンジン２のエンジン燃焼効率（EngEff）を算出する。算出方法は図１のステップ１０８と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ステップ２０５に進み、電動機４の総合力行効率（TotMotEff）を求める。総合力行効率（TotMotEff）は蓄電装置７の蓄電電力効率（StoredEnergyEff）と電動機４の力行効率（MotEff）を掛け合わせて求める。総合力行効率は、
TotMotEff＝StoredEnergyEff×MotEff
で求めることができる。

ステップ２０６で総合力行効率（TotMotEff）がエンジン燃焼効率（EngEff）より良いか否かを判断し、総合力行効率（TotMotEff）の効率の方が良い場合（ステップ２０６でＹＥＳ）、ステップ２０７に進む。

ステップ２０７では、電動機４の最大トルク（Ｔｍｍａｘ）が目標駆動トルク（ｔＴｏｕｔ）上回っているか否かを判断し、上回っている場合は（ステップ２０７でＹＥＳ）、ステップ２１１に進み、電動機４を駆動力源として走行するＥＶ走行を選択し、処理を終了する。

一方、ステップ２０６で電動機４の総合力行効率（TotMotEff）がエンジン燃焼効率（EngEff）を下回っている場合（ステップ２０６でＮＯ）、もしくはステップ２０７で、電動機４の最大トルク（Ｔｍｍａｘ）が目標駆動トルク（ｔＴｏｕｔ）を下回っている場合は（ステップ２０７でＮＯ）、ステップ２０８に進む。

ステップ２０８では、現在のＳＯＣが目標ＳＯＣ（TargetSOC）を上回っているか否かを判断し、現在ＳＯＣが目標ＳＯＣ（TargetSOC）以上（ステップ２０８でＹＥＳ）であれば発電を行う必要がないので、ステップ２１２に進み、エンジン２を駆動力源とするエンジン走行を選択して、処理を終了する。

一方、ステップ２０８で、現在ＳＯＣが目標ＳＯＣ（TargetSOC）を下回っている場合は（ステップ２０６でＮＯ）、ステップ２１３に進み、発電を選択して処理を終了する。

次に、図４に基づいて、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）の記憶方法の一例を示す。

例えば、図４に示す様に、蓄電装置７に蓄えられている電力を、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）を数パーセント毎に分類して、効率の良い順に区分けする。そうすることにより、蓄電装置７に蓄えられている電力のうち、どのくらいの割合の電力がどのくらいの効率で充電されたものであるかを容易に把握することができる。

上記した方法により蓄電電力効率（StoredEnergyEff）を記憶することによって、駆動力源の選択は、例えば、下記に記述する方法で決定される。図４（ａ）にあるように、蓄電装置のＳＯＣ推定手段１８の示す値がＳＯＣ１の値であるとき、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）は少なくとも７０％以上である。仮にエンジン燃焼効率（EngEff）が２５％、電動機力行効率（MotEff）が８５％だとすると、総合力行効率（TotMotEff）は、
TotMotEff＝StoredEnergyEff×MotEff
で求められるので、少なくとも５９.５％以上であり、エンジン燃焼効率（EngEff）の２５％を上回っているため、電動機４が駆動力源として選択される。

また、電動機４を駆動力源として走行し、蓄電装置のＳＯＣ推定手段１８の示す値が、図４（ｂ）上に示すＳＯＣ２の値まで減少した場合、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）は２０％程度である。仮にエンジン燃焼効率（EngEff）が２５％、電動機力行効率（MotEff）が８５％だとすると、総合力行効率（TotMotEff）は１７％であり、エンジン燃焼効率（EngEff）２５％を下回る。そのため、車両制御装置１は電動機４による走行を停止し、エンジン２による走行、もしくはエンジン２による走行をしつつ発電を行うモードに移行する。

従って、エンジン燃焼効率（EngEff），電動機力行効率（MotEff）、それぞれ単体の瞬時効率を比較して駆動力源を選択するのではなく、燃料が実際に車両を動かす駆動力に変換されるまでの効率を考慮して駆動力源の選択を行っているので、燃費の向上を図ることができる。

また、電動機４による走行を行う際に、電力放電下限値（ＳＯＣｍｉｎ）に到達するまで、可能な限り電動機４による走行を続けるのではなく、総合力行効率（TotMotEff）とエンジン燃焼効率（EngEff）の比較によって、電動機４による走行を継続するか否かを決定している。よって、蓄電装置７のＳＯＣが残っているからと言って、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）の悪い電力を使って電動機４による走行を継続して、燃費を悪化させるのを防ぐことができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、蓄電電力効率（StoredEnergyEff）はエンジン燃焼効率（EngEff）と電動機発電効率（MotEff）から求めており、また総合力行効率（TotMotEff）は蓄電電力効率（StoredEnergyEff）と電動機力行効率（MotEff）からそれぞれ求めているが、更に多くのパラメータ、例えば、蓄電装置７の充放電効率などを含めて求めてもよい。

１車両制御装置
２エンジン
３クラッチ
４電動機
５電力変換手段
６変速機
７蓄電装置
８ディファレンシャルギア
９タイヤ
１０エンジン燃焼効率算出手段
１１電動機力行発電効率算出手段
１２蓄電電力効率算出手段
１３蓄電電力記憶手段
１４エンジン回転数検出手段
１５エンジントルク推定手段
１６電動機回転数検出手段
１７電動機トルク推定手段
１８ＳＯＣ推定手段
１９通信手段
２０交流ケーブル
２１直流ケーブル

Claims

燃料を燃焼することで作動するエンジンと、蓄電装置に蓄えられた電力で作動する電動機を駆動源として備え、前記エンジンで前記電動機を発電機として回転駆動させることで、前記蓄電装置を充電することが可能なハイブリッド車両において、
前記蓄電装置の蓄電量目標値を、前記蓄電装置を充電する蓄電電力効率に基づき決定し、前記蓄電目標値まで前記蓄電装置を充電した後、
前記電動機による走行に移行する際に、前記電動機駆動による走行を継続するか否かを、総合力行効率と前記エンジンの燃焼効率を比較して決定することを特徴とする車両制御装置。
請求項１に記載の車両制御装置において、
前記蓄電電力効率は、充電時の前記エンジンの燃焼効率と、前記電動機の発電効率に基づいて決定され、前記総合力行効率は、前記蓄電電力効率と前記電動機の発電効率に基づいて決定されることを特徴とする車両制御装置。
請求項１に記載の車両制御装置において、前記蓄電装置の蓄電量が前記蓄電目標値に到達したのち、前記蓄電装置の充電を停止し、前記エンジンの燃焼効率を前記総合力行効率と比較して、前記エンジンによる走行、もしくは前記電動機による走行どちらか効率の良いほうを選択することを特徴とする車両制御装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両制御装置において、
前記蓄電電力効率は、充電時の前記エンジンの燃焼効率と、前記電動機の発電効率から算出し、算出された蓄電電力効率は蓄電電力記憶手段により記憶することを特徴とする。