JP2013119379A - ハイブリッド車両のエンジントルク制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適の効率にてエンジンのトルクを制御することにより車両の燃費を改善することのできるハイブリッド車両のエンジントルク制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン対象試験において基準となった吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報が入力されるステップと、そのマッピング情報に基づいて現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを考慮して、現在のエンジンの可用トルクを計算するステップと、現在のエンジンの可用トルクにエンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線の比率を適用して、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出するステップとを含み、エンジン対象試験が、燃料消費率（ＳＦＣ）マップを生成するために特定の条件下で実施される試験である。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド車両のエンジントルク制御方法に係り、より詳しくは、エンジンのトルクを制御することにより車両の燃費が改善されるハイブリッド車両のエンジントルク制御方法に関する。

石油資源の枯渇及び環境問題などの深刻化に伴って、自動車の燃料消費の節減が重要な課題として取り上げられている。このような燃料消費の減少のための方案としては、車両の軽量化、排ガスの減少、及び燃費の向上などが講じられている。特に、燃費向上は、エンジンを最低の燃費状態で運転されるように制御して燃費効率の向上を図る方法である。

これに関し、従来のハイブリッド車両（Ｈｉｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＨＥＶ）の場合には、一般に設定されたエンジン回転数にて最適運転点（Ｏｐｔｉｍａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ；ＯＯＬ）で運転するようにエンジンのトルクを制御しており、ハイブリッドコントロールユニット（Ｈｉｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ；ＨＣＵ）は、エンジンの最適運転点の条件下でのモータの適切なトルクによりエンジンの燃費効率の向上を図っている。

図１は、ハイブリッド車両エンジンの燃料消費率（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ＳＦＣ）マップの実施形態を示す図である。
図１（ａ）に示すように、ハイブリッド車両の場合には、エンジンの燃料消費率（ＳＦＣ）が低い領域（例えば、１５００〜２５００ＲＰＭ、６００ｋＰａ領域）において運転することが有利であるため、従来の技術のＨＣＵは、同じパワーを出力するに当たって、ＳＦＣが低い領域において運転するようにエンジンにトルク指令値を与えることとなる。

しかしながら、ＨＣＵにおいて、ＨＥＶ車両の燃費の向上のために、図１（ａ）に示すマップのデータを用いると、問題が発生する。すなわち、図１（ａ）に示すＳＦＣマップデータは、エンジン対象試験によって得られたデータであって、エンジン対象試験時には静的な条件しか考慮しないため、実際の車両試験条件とは異なり、実際の車両に適用する場合には差分が生じて燃費効率が低下するという問題が発生する。

例えば、図１（ａ）のＳＦＣマップデータは、エンジン対象試験時に冷却水温度（ＴＣＯ）及びオイル温度（ＴＯＩＬ）がエンジンがフルウォームアップ（Ｆｕｌｌ Ｗａｒｍ−ｕｐ）された９０℃近傍における試験結果であり、冷却水温度及びオイル温度がフルウォームアップ（ＦｕｌｌＷａｒｍ−ｕｐ）されてエンジン自体のトルク損失は最も小さくなった状態で試験したデータである。

しかしながら、実際の車両においては、ＦＴＰ試験時に２５℃から始まってエンジンのフルウォームアップまでは１０分以上の時間がかかり、特に、ＨＥＶの場合に、頻繁なエンジンのオン／オフ（Ｏｎ／Ｏｆｆ）によってフルウォームアップ状態を維持し続けることが困難である。

図１（ｂ）のマップデータは、実際の車両運転状況の一実施形態であり、エンジンがフルウォームアップせず、エンジン自体の損失が１０Ｎｍ増大された状態のＳＦＣマップである。これを図１（ａ）のマップデータと比較すると、ＳＦＣが低い領域の位置が互いに異なることが分かる。

このため、従来の技術によるＨＣＵは、図１（ａ）に示すエンジン対象試験データのみを用いるため、図１（ｂ）に示す様々な実際の車両運転時の状況を考慮することができないという問題がある。したがって、従来の技術によれば、実際の車両運転に際して最適の効率をもって車両を運行することができず、燃費が低下するという問題が発生する。

ハイブリッド車両のエンジントルク制御については、車両の発進応答時間を向上させることができるハイブリッド車両のエンジントルク制御方法〔特許文献１〕、回転慣性の誤差に起因するバッテリ電力計算値の誤差といった問題がなく、バッテリ実績電力を許容範囲内に保ちながらの安定した走行を確保することができるハイブリッド車両のエンジントルク制御装置〔特許文献２〕などの提案がある。

特開２００８−１５００２２号公報 特開２００５−１６３５９５号公報

上記の問題を解決するためになされた本発明の目的は、実際の車両運転時の状況を考慮して、最適の効率にてエンジンのトルクを制御することにより車両の燃費を改善することのできるハイブリッド車両のエンジントルク制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための手段として、本発明のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法は、エンジン対象試験において基準となった吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報が入力されるステップと、そのマッピング情報に基づいて現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを考慮して、現在のエンジンの可用トルクを計算するステップと、現在のエンジンの可用トルクにエンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線の比率を適用して、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出するステップとを含み、エンジン対象試験が、燃料消費率（ＳＦＣ）マップを生成するために特定の条件下で実施される試験であることを特徴とする。

現在のエンジンの可用トルク（Ａ）は、好ましい形態として、下記の式（１）によって計算される。

式中、Ａは現在のエンジンの可用トルクであり、Ｂはエンジン対象試験時におけるエンジンの回転数（ＲＰＭ）別の最大トルクであり、Ｃはエンジン対象試験時における損失トルクであり、Ｄは現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正値であり、Ｅはエンジン対象試験において計算された吸気温度及び気圧補正値である。

また、現在のエンジンにおける最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク（Ｔ）は、式（２）によって計算される。

ここで、Ａは現在のエンジンの可用トルクであり、Ｒはエンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率であり、Ｌは現在のエンジン条件におけるトルク損失である。

マッピング情報は、エンジン対象試験において基準となった気圧、エンジンの回転数（ＲＰＭ）別の最大トルク及び損失トルク情報を含んでいる。そして、現在のエンジンの吸気温度及び気圧補正ファクターは、吸気温度センサー及び気圧センサにおいて測定された情報を用いて計算される。

吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報は、ハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）内にテーブルとして形成される。

本発明のハイブリッド車両のエンジン制御方法によれば、ＳＦＣマップを生成するに当たって、ＨＣＵが現在のエンジンの外部条件（吸気温度、気圧など）を考慮して最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出することが可能になる結果、様々な外部状況を反映して最適な燃費で車両を運行することができるという効果がある。

ハイブリッド車両エンジンの燃料消費率（ＳＦＣ）マップの実施形態を示す図である 本発明に係るハイブリッド車両のエンジン制御方法のフローチャートである。 本発明に係るハイブリッド車両のエンジン制御方法のロジックを示す図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述する。
図２は、本発明のハイブリッド車両のエンジン制御方法のフローチャートであり、図３は、ハイブリッド車両のエンジン制御方法のロジックを示す図である。

図２及び図３に示すように、本発明のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法は、エンジン対象試験において基準となった吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報が入力されるステップ（Ｓ１０）と、マッピング情報に基づいて、現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを考慮して現在のエンジンの可用トルクを計算するステップ（Ｓ２０）と、現在のエンジンの可用トルクにエンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線の比率を適用して、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出するステップ（Ｓ３０）と、を含む構成である。

ステップＳ１０は、エンジン対象試験において基準として計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報が入力されるステップである（Ｓ１０）。

エンジン対象試験は、図１（ａ）に実施形態として示す燃料消費率（Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｆｕｅｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ＳＦＣ）マップを生成するために特定の条件で実施される試験であり、ハイブリッド車両のＨＣＵは、同じパワーを出力するに当たって、ＳＦＣが低い領域で運転するようにエンジンにトルク指令値を与えることとなる。

しかしながら、エンジン対象試験は、特定の条件で実施される試験であり、現在の車両の条件は反映されない試験である。例えば、エンジン対象試験は、冷却水温度（ＴＣＯ）及びオイル温度（ＴＯＩＬ）が、エンジンがフルウォームアップされた状態の９０℃程度であり、気圧及び吸気温度も所定の範囲内で実施される試験であるため、現在走行中または駐停車中のハイブリッド車両の様々な外部状況は全く反映されない。

一つまたは多数の実施形態において、マッピング情報は、吸気温度及び気圧補正ファクター、気圧、エンジンのＲＰＭ別の最大トルク及び損失トルク情報を含むことが好ましい。
また、吸気温度及び気圧補正ファクター、エンジンのＲＰＭ別の最大トルク及び損失トルク情報を含むマッピング情報は、ＨＣＵ内にテーブルとして形成される。

燃料消費率（ＳＦＣ）は、エンジンが仕事をするときに如何に効果的に燃料を使用するかを示す尺度であって、燃料の流量を出力で除算して表示する。エンジンの経済性を示す尺度として、単位時間に単位出力当たりにどのくらいの燃料を消費するかで表示される。
エンジン性能曲線に軸出力、軸トルクが一緒に表示され、エンジンの性能を比較できるファクターである。

本発明の実施形態によれば、現在の車両の状況を反映するために、図２に示すように、マッピング情報に基づいて現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを考慮して、現在のエンジンの可用トルク（Ａ）を計算する（Ｓ２０）。

エンジンの現在の可用トルク（Ａ）は、現在の環境条件下でエンジンが出力可能なトルクであり、現在のエンジンに取り付けられた吸気温度センサー及び気圧センサーから受信された情報を用いて計算することができる。

一つまたは多数の実施形態において、現在のエンジンの可用トルク（Ａ）は、下記の式（１）によって計算することができる。

式中、Ｂは、エンジン対象試験時におけるエンジンのＲＰＭ別の最大トルクであり、Ｃは、エンジン対象試験時における損失トルクであり、Ｄは、現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正値であり、Ｅは、エンジン対象試験において計算された吸気温度及び気圧補正値である。

ステップＳ３０においては、図２に示すように、現在のエンジンの可用トルクにエンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線の比率を適用して、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）のトルクを計算する（Ｓ３０）。

一つまたは多数の実施形態において、現在のエンジンの可用トルクを確認した後、エンジン自体の損失トルクを除外することにより、現在の環境条件におけるエンジンの最大トルクが分かる。

エンジンの最大トルク及び最適運転曲線（Ｏｐｔｉｍａｌ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｌｉｎｅ；ＯＯＬ）トルクは、相互間に何％というマッピング値を有するため、ＨＣＵにおいてこれを用いて現在の環境条件におけるエンジンの最大トルクから現在の環境条件における最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを自動的に計算することができる。

現在の環境条件における最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク（Ｔ）を算出すると、ＨＣＵにおいてこれを用いてトルクを分配することとなる。

一つまたは多数の実施形態において、現在のエンジンにおける最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク（Ｔ）は、式（２）によって計算することが好ましい。

式中、Ａは、現在のエンジンの可用トルクであり、Ｒは、エンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率であり、Ｌは、現在のエンジン条件におけるトルク損失である。

他の一つまたは多数の実施形態においては、式（２）を変形した式（３）を用いて、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク（Ｔ）を計算することもできる。

式中、Ａは、現在のエンジンの可用トルクであり、Ｒは、エンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率であり、Ｌは、現在のエンジン条件におけるトルク損失である。

式（２）及び式（３）は、現在のエンジン条件におけるトルク損失（Ｌ）を除く順序に相違点がある。
式（２）は、エンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率（Ｒ）を現在のエンジンの可用トルク（Ａ）に適用した後、現在のエンジン条件におけるトルク損失（Ｌ）値を除外するのに対し、式（３）は、現在のエンジンの可用トルク（Ａ）から現在のエンジン条件におけるトルク損失（Ｌ）を除外した後、エンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率（Ｒ）を適用する。

ハイブリッド車両の性能や構造または外部環境を考慮して、式（２）または式（３）を適用することができる。

このような本発明のハイブリッド車両のエンジン制御方法によれば、ＳＦＣマップを生成するに当たって、ＨＣＵが現在のエンジンの外部条件（吸気温度、気圧など）を考慮して最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出することができるので、様々な外部状況を反映して最適な燃費にて車両を運行することが可能になる。

また、上述したようにＨＣＵがエンジンの外部条件を考慮した運転点戦略を構成すると、エンジン自体の特性を考慮したロジックも開発可能となる。エンジンの場合に、エンジン対象試験時にエンジンＲＰＭ／トルクによりエンジンの部分負荷（Ｐａｒｔ Ｌｏａｄ）／全負荷（Ｆｕｌｌ Ｌｏａｄ）を設定し、一般に、部分負荷は排ガスを優先してマッピングし、全負荷は、動力性能を優先してマッピングすることとなる。このため、排ガス認証試験時には、車両の排ガスが少ないエンジンの部分負荷以下においてエンジン運転点を決定し、加速性能試験時にはエンジンが全負荷となるようにできる。これを決定するためには、ＨＣＵにおいてエンジンの部分負荷及び全負荷の境界を知る必要があり、この境界もまたエンジンの外部条件により変わるため、ＨＣＵにおいて本発明の実施形態によるエンジン制御方法を採用して、エンジンの外部条件を考慮した運転点決定ロジックを開発すると、エンジンに求められるトルクを排気優先／動力優先に決定することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態から当該発明が属する技術分野において通常の知識を有する者による、容易に変更されて均等であると認められる範囲のあらゆる変更を含むものである。

Ａ：現在のエンジンの可用トルク
Ｂ：エンジン対象試験時におけるエンジンＲＰＭ別の最大トルク
Ｃ：エンジン対象試験時における損失トルク
Ｄ：現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正値
Ｅ：エンジン対象試験において計算された吸気温度及び気圧補正値
Ｔ：エンジンにおける最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク
Ｒ：エンジン対象試験におけるＲＰＭ別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率
Ｌ：現在のエンジン条件におけるトルク損失

Claims (6)

1. ハイブリッド車両のエンジントルク制御方法において、
   エンジン対象試験において基準となった吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報が入力されるステップと、
   前記マッピング情報に基づいて現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正ファクターを考慮して、前記エンジンの現在の可用トルクを計算するステップと、
   現在の前記エンジンの可用トルクに前記エンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線の比率を適用して、現在のエンジンにおいて最適運転曲線（ＯＯＬ）トルクを算出するステップと、
   を含み、前記エンジン対象試験が、燃料消費率（ＳＦＣ）マップを生成するために特定の条件下で実施される試験であることを特徴とするハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。
2. 現在の前記エンジンの可用トルク（Ａ）は、下記の式（１）〔式中、Ａは現在のエンジンの可用トルクであり、Ｂはエンジン対象試験時におけるエンジンの回転数（ＲＰＭ）別の最大トルクであり、Ｃはエンジン対象試験時における損失トルクであり、Ｄは現在のエンジンにおいて計算された吸気温度及び気圧補正値であり、Ｅはエンジン対象試験において計算された吸気温度及び気圧補正値である〕によって計算されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。
   

   
3. 前記現在のエンジンにおける最適運転曲線（ＯＯＬ）トルク（Ｔ）は、下記の式（２）〔式中、Ａは現在のエンジンの可用トルクであり、Ｒはエンジン対象試験における回転数（ＲＰＭ）別の最適運転曲線（ＯＯＬ）比率であり、Ｌは現在のエンジン条件におけるトルク損失である〕によって計算されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。
   

   
4. 前記マッピング情報は、前記エンジン対象試験において基準となった気圧、エンジンの回転数（ＲＰＭ）別の最大トルク及び損失トルク情報を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。
5. 現在の前記エンジンの吸気温度及び気圧補正ファクターは、吸気温度センサー及び気圧センサにおいて測定された情報を用いて計算されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。
6. 前記吸気温度及び気圧補正ファクターを含むマッピング情報は、ハイブリッドコントロールユニット（ＨＣＵ）内にテーブルとして形成されることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジントルク制御方法。

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