JP2012148751A

JP2012148751A - パラレル式ハイブリッド車両走行制御装置

Info

Publication number: JP2012148751A
Application number: JP2011010995A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Saito; 昌明西頭
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: JP5764934B2

Abstract

【課題】ドライバの違和感が解消され、しかも、燃費向上の効果が大きくできるパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン回転速度が回生下限値以上回生上限値未満で、かつ、ドライバ要求トルクと回生可能トルク最大値の加算値が好適熱効率トルク下限値を超えているとき、前記加算値がエンジン熱効率最大のトルク上限値を超えていれば、トルク上限値をエンジン目標トルクとして設定し、前記加算値がエンジン熱効率最大のトルク上限値以下であれば、前記加算値をエンジン目標トルクとして設定し、そのときのエンジン発生トルクからモータ回生トルクを取り出してバッテリ４を充電しつつ走行する充電走行を行うエネルギマネジメント部５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドライバの違和感が解消され、しかも、燃費向上の効果が大きくできるパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置に関する。

エンジン発生トルクで車両を走行させるエンジン走行とモータ発生トルクで車両を走行させるモータ走行とが切り替えられるパラレル式ハイブリッド車両（Hybrid Electric Vehicle；以下ＨＥＶ）では、エンジンの熱効率が低下する低負荷（軽負荷）時にモータ走行を行うことで燃費を向上させることができる。しかし、車両に搭載されるバッテリの容量が限られているため、モータ走行できるかどうかがバッテリ充電状態により制限される。すなわち、バッテリの残存容量（State Of Charge；ＳＯＣ）が閾値より小さいときは、車両の走行に十分な電力が取り出せないので、低負荷時でもエンジン走行を行うことになる。この結果、モータ走行の頻度が減り、燃費向上の効果が抑えられてしまう。

特開２０００−２２４７１１号公報

バッテリ充電状態による制限を改善する対策として、エンジン走行時にモータを発電機として使用し、回生電力によりバッテリ充電を行うことが考えられる。この方式をバッテリの走行充電（車両の充電走行）という。

しかし、充電走行での走行トルクとエンジン発生トルクとモータ回生トルクの関係は
走行トルク＝エンジン発生トルク−モータ回生トルク
となる。このため、従来の充電走行を行わないＨＥＶにおけるエンジン制御ロジックをそのまま変更せずに利用して充電走行を行おうとすると、エンジン発生トルクからモータ回生トルクが奪われた分だけ、走行トルクが減少することになる。このことは、例えば、ドライバはアクセルペダルを踏んでおり、車速が維持されることを望んでいるのに反し、走行トルクが不足して車速が低下するという現象を招き、ドライバは違和感を感じる。このようなドライバの違和感を回避するように、取り出すモータ回生トルクが制限される。しかし、エンジンの熱効率が走行充電に最適であるようなエンジン状態であるのに、モータ回生トルクが制限されたのでは、充電走行の利点が効率的に発揮されず、燃費向上の効果があまり得られない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ドライバの違和感が解消され、しかも、燃費向上の効果が大きくできるパラレル式ハイブリッド車両走行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、エンジンとモータとバッテリを搭載したパラレル式ハイブリッド車両の走行制御装置において、エンジン回転速度が回生下限値以上回生上限値未満（ただし、回生下限値＜回生上限値）であって、かつ、ドライバ要求トルクと回生可能な最大のモータ回生トルクとを加えた加算値が、当該エンジン回転速度にて好適なエンジン熱効率が得られるトルクである好適熱効率トルク下限値を超えているとき、前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値を超えていれば、トルク上限値を前記エンジンに対してエンジン目標トルクとして設定し、前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値以下であれば、前記加算値を前記エンジンに対してエンジン目標トルクとして設定し、そのときのエンジン発生トルクからモータ回生トルクを取り出してバッテリを充電しつつ走行する充電走行を行い、エンジン回転速度が回生下限値未満、又は、エンジン回転速度が回生上限値以上、又は前記加算値が好適熱効率トルク下限値以下であるとき、充電走行を行わないエネルギマネジメント部を備えたものである。

前記エネルギマネジメント部は、バッテリの残存容量が充電好適上限値未満のときのみ充電走行を行ってもよい。

前記エネルギマネジメント部は、ドライバ要求トルクとエンジン回転速度で参照されるエンジン熱効率がモータ走行閾値未満となるとき、モータ発生トルクのみによるモータ走行を行ってもよい。

前記エネルギマネジメント部は、バッテリの残存容量が放電好適下限値以上のときのみモータ走行を行ってもよい。

前記エネルギマネジメント部は、操作アクセル開度の時間的変化が加速要求判定値未満のときのみモータ走行を行ってもよい。

前記エネルギマネジメント部は、エンジン回転速度がアシスト必要上限値未満（ただし、アシスト必要上限値≦回生下限値）であるとき、エンジン発生トルクにモータ発生トルクを加えて走行するアシスト走行を行ってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）ドライバの違和感が解消される。

（２）燃費向上の効果が大きくできる。

本発明の一実施形態を示すパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置の構成図である。図１のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置におけるＥＣＵ周辺の構成図である。エンジン状態とエネルギマネジメントとの関係を概略的に示す特性図である。モータの回転速度と回生可能トルク及び力行可能トルクの特性を示す特性図である。充電走行時の様子を示す時間波形図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係るパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置（以下、ＨＥＶ走行制御装置）１は、エンジン２とモータ３とバッテリ４を搭載したＨＥＶにおいて、エンジン発生トルクとモータ回生トルクを協調制御する充電走行を行うことでドライバの違和感を解消すると共に、エンジン熱効率が最適な状態に充電走行を行うことで燃費向上の効果を大きくするようにしたものである。

エンジン２とモータ３の配置は、エンジン２の出力軸にクラッチ（図示せず）を介してモータ３の回転子と変速機（図示せず）の入力軸が接続された配置でもよいし、エンジン２の出力軸にクラッチ（図示せず）を介して変速機（図示せず）が接続され、変速機の出力軸にモータ３の回転子が取り付けられた配置でもよい。エンジン２には、従来と同様に、オルタネータ（図示せず）とスタータモータ（図示せず）が取り付けられるものとする。

ＨＥＶ走行制御装置１は、エンジン回転速度が回生下限値以上回生上限値未満（ただし、回生下限値＜回生上限値）であって、かつ、ドライバ要求トルクと回生可能な最大のモータ回生トルクとを加えた加算値が、当該エンジン回転速度にて好適なエンジン熱効率が得られるトルクである好適熱効率トルク下限値を超えているとき、前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値を超えていれば、トルク上限値をエンジン２に対してエンジン目標トルクとして設定し、前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値以下であれば、前記加算値をエンジン２に対してエンジン目標トルクとして設定し、そのときのエンジン発生トルクからモータ回生トルクを取り出してバッテリ４を充電しつつ走行する充電走行を行い、エンジン回転速度が回生下限値未満、又は、エンジン回転速度が回生上限値以上、又は前記加算値が好適熱効率トルク下限値以下であるとき、充電走行を行わないエネルギマネジメント部５を備える。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、バッテリ４の残存容量が充電好適上限値未満のときのみ充電走行を行うようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、ドライバ要求トルクとエンジン回転速度で参照されるエンジン熱効率がモータ走行閾値未満となるとき、モータ発生トルクのみによるモータ走行を行うようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、バッテリ４の残存容量が放電好適下限値以上のときのみモータ走行を行うようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、操作アクセル開度の時間的変化が加速要求判定値未満のときのみモータ走行を行うようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、エンジン回転速度がアシスト必要上限値未満（ただし、アシスト必要上限値≦回生下限値）であるとき、エンジン発生トルクにモータ発生トルクを加えて走行するアシスト走行を行うようになっている。

さらに、本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、充電走行、モータ走行、アシスト走行のいずれの条件にも満たないとき、エンジン発生トルクで走行するエンジン走行を行うようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、モータ走行時にクラッチを断して、エンジン２をアイドル状態とするようになっている。

本実施形態では、エネルギマネジメント部５は、電子制御装置（Electronical Control Unit；以下、ＥＣＵという）６が実行するソフトウェア及び内部のメモリに記憶された数値、マップ、テーブルで実現される。

ＥＣＵ６は、図２に示されるように、エンジン２の燃料噴射を制御する従来公知のエンジン制御ＥＣＵ２１と、自動変速を行う変速機（ＡＭＴ）を制御する従来公知の変速機制御ＥＣＵ２２と、モータ３及びバッテリ４を制御するモータ制御ＥＣＵ２３と、これら３つのＥＣＵ２１，２２，２３を統合制御するＨＥＶ−ＥＣＵ２４とを組み合わせた構成としてもよい。この場合、エネルギマネジメント部５は、ＨＥＶ−ＥＣＵ２４内に設けられ、エンジン制御ＥＣＵ２１に対してエンジン目標トルクを指令し、変速機制御ＥＣＵ２２に対して目標ギア段を指令し、モータ制御ＥＣＵ２３に対してモータ発生トルクを指令することになる。なお、エンジン制御、変速機制御、モータ制御やその他の車両制御に必要な全ての状態値（例えば、エンジン回転速度、ドライバ要求トルク、操作アクセル開度、残存容量）は、全てのＥＣＵ２１〜２４が把握しているものとする。

以下、本発明のＨＥＶ走行制御装置１の動作を説明する。

図３に示されるように、エンジン回転速度とエンジン発生トルクの２次元で表したエンジン状態に対し、充電走行しきい線３１とモータ走行しきい線３２とアシストしきい線３３とが定義されている。また、図３には、エンジン熱効率分布が示されている。

エンジン熱効率は、「十分に高い」、「高い」、「あまり高くない」、「低い」の４段階で示される。「高い」と「あまり高くない」の境界が好適熱効率トルク下限値となっており、この値に充電走行しきい線３１が設定されている。「あまり高くない」と「低い」の境界がモータ走行の閾値となっており、この境界線にモータ走行しきい線３２が設定されている。本実施形態では、アシスト必要上限値＝回生下限値としてあり、この値にアシストしきい線３３が設定されている。

概略的には、エネルギマネジメント部５は、エンジン状態がアシストしきい線３３の右部で充電走行しきい線３１の上部であれば、エンジン熱効率が高いので充電走行を行い、エンジン状態がモータ走行しきい線３２の下部であれば、エンジン熱効率が低いのでモータ走行を行い、エンジン状態がアシストしきい線３３の左部であれば、エンジン発生トルクが小さくエンジン回転速度が低いので、アシスト走行を行うことになる。

以下、走行方式の切替制御を詳しく説明する。

１）充電走行
エネルギマネジメント部５は、エンジン熱効率が高い状態となるエンジン目標トルクを設定するように、モータ回生トルクとエンジン発生トルクを協調制御して充電走行を行う。具体的には、以下の充電走行ＡＮＤ条件が満たされるとき、充電走行を行う。すなわち、
充電走行ＡＮＤ条件
エンジン回転速度＞回生下限値
エンジン回転速度＜回生上限値
ドライバ要求トルク＋回生可能トルク最大値＞好適熱効率トルク下限値
ＳＯＣ＜充電好適上限値
である。

ここで、回生下限値は、エンジン発生トルクで車両を走行させながら、モータ回生トルクでバッテリ４を充電することに適する最小のエンジン回転速度である。回生上限値は、エンジン発生トルクで車両を走行させながら、モータ回生トルクでバッテリ４を充電することに適する最大のエンジン回転速度である。回生可能トルク最大値は、モータ３において回生可能な最大のモータ回生トルクである。

ドライバ要求トルクは、ドライバが要求しているトルクを操作アクセル開度から換算したものである。好適熱効率トルク下限値は、図３で説明したとおり、充電走行しきい線３１に相当する。回生可能トルク最大値は図４のように回転速度の上昇で減少する。

ＳＯＣは、バッテリ４の充電状態の指標となる残存容量である。充電好適上限値は、充電走行の開始に適切なＳＯＣの上限値のことであり、ＳＯＣが充電好適上限値以上であれば、バッテリ４は走行充電する必要がない。

以上の充電走行ＡＮＤ条件が満たされると、エネルギマネジメント部５は、
エンジン発生トルク＝エンジン目標トルク
モータ回生トルク＝（エンジン目標トルク−ドライバ要求トルク）
となるよう、エンジン２に対してエンジン目標トルクを設定することになる。

充電走行時にエンジン２に与えるエンジン目標トルクは、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値とするのが理想的である。すなわち、図３のエンジン特性に基づいてエンジン回転速度ごとにエンジン熱効率が最大となるトルク上限値が求められ、エンジン回転速度で参照されるマップに設定される。このマップをエンジン回転速度で参照すればトルク上限値が得られる。

ただし、ドライバ要求トルクと回生可能トルク最大値とを加えた加算値がトルク上限値に満たない場合、モータ回生可能トルク最大値を上回らないように、ドライバ要求トルクと回生可能トルク最大値とを加えた加算値がエンジン目標トルクに設定される。なお、エンジン目標トルクは、エンジン限界を超えて設定することはできない。

図５に示されるように、充電走行が開始されると、ドライバ要求トルクにモータ回生トルクを加えた値がエンジン目標トルクに設定される。よって、エンジン２では燃料噴射量が増加し、エンジン目標トルクに応じてエンジン発生トルクが大きくなる。このようにして、充電走行では、エンジン熱効率が高い状態にてモータ回生トルクを取り出してバッテリ４を充電することができると共に、車両にはドライバ要求トルクに相応した走行トルクが得られ、ドライバの違和感が全く生じない。また、このときエンジン発生トルクからドライバ要求トルクを引いても、その差が回生可能な最大のモータ回生トルクを超えないので、無駄が生じない。

２）モータ走行
ここでは、エンジン熱効率が低くなる低負荷（軽負荷）時にモータ走行を行う。具体的には、以下のモータ走行ＡＮＤ条件が満たされるとき、モータ走行を行う。すなわち、
モータ走行ＡＮＤ条件
ドライバ要求トルクとエンジン回転速度で参照されるエンジン熱効率
＜モータ走行閾値
ＳＯＣ＞放電好適下限値
操作アクセル開度差分値＜加速要求判定値
エンジン熱効率は、図３の熱効率分布に準じるマップを参照して得る。モータ走行しきい線３２に相当するモータ走行閾値は、それ未満ではエンジン発生トルクで走行することが不適となるエンジン熱効率を示しており、例えば、２０％である。

放電好適下限値は、モータ走行の開始に適切なＳＯＣの下限値のことであり、ＳＯＣが放電好適下限値未満であれば、バッテリ４を放電することは好ましくない。操作アクセル開度差分値は、操作アクセル開度の時間的変化を示す指標であり、例えば、操作アクセル開度の読み取りサンプリングの１回ないし複数回ごとの差分である。加速要求判定値は、ドライバに加速要求の意志があると判定できる値である。操作アクセル開度差分値が加速要求判定値以上のときは、加速のためにエンジン発生トルクの増加が必要となるので、モータ走行は行わない。

以上のモータ走行ＡＮＤ条件が満たされると、エネルギマネジメント部５は、
モータ発生トルク＝ドライバ要求トルク
エンジン発生トルク＝０（アイドル状態、またはエンジン停止）
となるようモータ３を制御する。このとき、エンジン発生トルクは不要であるので、クラッチを断にしエンジン２をアイドル状態、または、エンジン停止状態にしてモータ走行するとよい。

このように、エンジン熱効率が低くなる低負荷時にはエンジン２を使用せず、モータ走行を行う。モータ走行では、モータ発生トルクで車両が走行するが、このとき消費される電力は、充電走行時にエンジン熱効率が高い条件下で充電された電力であるので、燃費向上に寄与する。

３）アシスト走行
ここでは、車両発進時や低速からの加速のようにエンジン発生トルクが小さく、かつ、エンジン回転速度が低いときに、エンジン発生トルクにモータ発生トルクを加え、アシスト走行を行う。エネルギマネジメント部５は、
モータ発生トルク＝ドライバ要求トルク−エンジン発生トルク
となるよう、モータ３を制御する。これにより、車両にはドライバ要求トルクに相応した走行トルクが得られ、ドライバの違和感が全く生じない。このとき消費される電力は、充電走行時にエンジン熱効率が高い条件下で充電された電力であるので、燃費向上に寄与する。

以上説明したように、本発明のＨＥＶ走行制御装置１によれば、充電走行によってバッテリ２のＳＯＣが高く維持されるので、エンジン熱効率が低い低負荷時にモータ走行の頻度が増え、燃費が向上する。モータ走行時に消費される電力は、エンジン熱効率が最適な状態で充電した電力であるから、燃費がより向上する。一方、充電走行においては、ドライバ要求トルクにモータ回生トルクを加えてエンジン目標トルクとするので、車両にはドライバ要求トルクに相応した走行トルクが得られ、ドライバの違和感が全く生じない。

１パラレル式ハイブリッド車両走行制御装置（ＨＥＶ走行制御装置）
２エンジン
３モータ
４バッテリ
５エネルギマネジメント部

Claims

エンジンとモータとバッテリを搭載したパラレル式ハイブリッド車両の走行制御装置において、
エンジン回転速度が回生下限値以上回生上限値未満（ただし、回生下限値＜回生上限値）であって、かつ、ドライバ要求トルクと回生可能な最大のモータ回生トルクとを加えた加算値が、当該エンジン回転速度にて好適なエンジン熱効率が得られるトルクである好適熱効率トルク下限値を超えているとき、
前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値を超えていれば、トルク上限値を前記エンジンに対してエンジン目標トルクとして設定し、前記加算値が、当該エンジン回転速度にてエンジン熱効率が最大となるトルク上限値以下であれば、前記加算値を前記エンジンに対してエンジン目標トルクとして設定し、
そのときのエンジン発生トルクからモータ回生トルクを取り出してバッテリを充電しつつ走行する充電走行を行い、
エンジン回転速度が回生下限値未満、又は、エンジン回転速度が回生上限値以上、又は前記加算値が好適熱効率トルク下限値以下であるとき、充電走行を行わないエネルギマネジメント部を備えたことを特徴とするパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。
前記エネルギマネジメント部は、バッテリの残存容量が充電好適上限値未満のときのみ充電走行を行うことを特徴とする請求項１記載のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。
前記エネルギマネジメント部は、ドライバ要求トルクとエンジン回転速度で参照されるエンジン熱効率がモータ走行閾値未満となるとき、モータ発生トルクのみによるモータ走行を行うことを特徴とする請求項１又は２記載のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。
前記エネルギマネジメント部は、バッテリの残存容量が放電好適下限値以上のときのみモータ走行を行うことを特徴とする請求項３記載のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。
前記エネルギマネジメント部は、操作アクセル開度の時間的変化が加速要求判定値未満のときのみモータ走行を行うことを特徴とする請求項３又は４記載のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。
前記エネルギマネジメント部は、エンジン回転速度がアシスト必要上限値未満（ただし、アシスト必要上限値≦回生下限値）であるとき、エンジン発生トルクにモータ発生トルクを加えて走行するアシスト走行を行うことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のパラレル式ハイブリッド車両走行制御装置。