JP2014121963A - ハイブリッド車の走行モード切換制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行モードの切換えを適切に行って、燃費を向上させる。
【解決手段】
エンジン２を作動停止し、駆動用バッテリ１１から供給された電力によりフロントモータ４及びリヤモータ６を駆動して前輪３及び/又は後輪５を駆動するバッテリ走行モードと、エンジン２により発電機９を駆動して発電した電力によりフロントモータ４及びリヤモータ６を駆動して前輪３及び/又は後輪５を駆動するエンジン走行モードと、に切り換え可能なハイブリッド車の制御装置であって、車両１の走行駆動用に必要とされる車両要求出力と、駆動用バッテリ１１の充電率とに基づいて、バッテリ走行モードとエンジン走行モードとの間で切換えるハイブリッドコントロールユニット２０を備え、バッテリ走行モードによる車両走行時において、車両要求出力が閾値を越えた場合にバッテリ走行モードからエンジン走行モードに切換えるとともに、充電率が低下するにしたがって閾値を低く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車における走行モードの切換制御技術に関する。
近年開発されているハイブリッド車において、走行モードを、エンジンを作動させずに駆動用バッテリからの電力により電気モータで走行駆動するＥＶモードと、エンジンにより発電機を駆動して発電しつつ、電気モータで走行駆動するシリーズモードと、エンジンと電気モータの両方で走行駆動するパラレルモードとに切換え可能な車両が知られている。
例えば特許文献１には、ＥＶモードとシリーズモードとパラレルモードとの間で選択的に切換え可能なハイブリッド車が開示されており、更に、駆動用バッテリの充電率が高い状態においては、低車速時にはＥＶモードとし高車速時にはパラレルモードに切換えるとともに、駆動用バッテリの充電率が低い状態においては、低車速時にはシリーズモードとし高車速時にはパラレルモードに自動的に切換える技術が開示されている。
特開２０１１−１５６９８５号公報
上記特許文献１のように走行モードを切換える車両において、例えば低車速でＥＶモードによって走行中に駆動用バッテリの充電率が低下するとシリーズモードに切り換わる。
このように、ＥＶモード(第１走行モード)とエンジンを作動させる他のモード（第２走行モード）との間で切換えられるハイブリッド車においては、駆動用バッテリの充電率が許容範囲を超えて低下しないようにＥＶモードからエンジンを作動させる他のモードに自動的に切換える制御が一般的に行われている。
ところで、駆動用バッテリは車両に搭載されるため、その容量に制限があり、また駆動用バッテリから出力される電力は駆動用モータ（電気モータ）の出力に応じて大きく変化するので、上記のように駆動用バッテリの充電率に基づいてＥＶモードからエンジンを作動させる他のモードに切換える制御を行う際には、充電率が確実に許容範囲よりも低下しないように、余裕をもって早めにＥＶモードから他のモードに切換える必要がある。しかしながら、ＥＶモードからエンジンを作動させる他のモードへの早めの切換えは、燃費の低下を招くため、極力ＥＶモードを維持することが望ましい。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、走行モードの切換えを適切に行って、燃費の向上が可能なハイブリッド車の走行モード切換制御装置を提供することにある。
上記の目的を達成するべく、請求項１のハイブリッド車の走行モード切換制御装置は、車両に搭載されるエンジンと、駆動用バッテリから供給された電力で駆動輪を駆動する駆動用モータと、を備え、エンジンの作動を停止して、駆動用バッテリから供給された電力により駆動用モータを駆動して駆動輪を駆動する第１走行モードと、エンジンを作動して、エンジンの駆動力で駆動輪を駆動するか、又は、エンジンに接続された発電機を駆動して発電すると共に駆動用モータを駆動して駆動輪を駆動する第２走行モードと、を切り換えて走行するハイブリッド車の走行モード切換制御装置であって、駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、車両のアクセルペダル操作量からドライバ要求出力を検出するドライバ要求出力検出手段と、ドライバ要求出力を補正して車両要求出力を算出する補正手段と、車両要求出力が駆動用バッテリの充電率に基づく出力閾値を越えた際に、第１走行モードから第２走行モードへ切り換え制御する切換制御手段を有し、切換制御手段は、充電率が低下するにしたがって出力閾値を低く設定して第１走行モードから第２走行モードへの切り換えを変更することを特徴とする。
また、請求項２のハイブリッド車の走行モード切換制御装置は、請求項１において、補正手段は、ドライバ要求出力の変化量を減少させるなまし処理を施して車両要求出力を算出することを特徴とする。
また、請求項３のハイブリッド車の走行モード切換制御装置は、請求項２において、補正手段は、なまし処理におけるドライバ要求出力の変化量に対する減少比率である時定数を、充電率が低下するにしたがって大きく設定することを特徴とする。
請求項１のハイブリッド車の走行モード切換制御装置によれば、アクセルペダル操作量から検出されるドライバ要求出力を補正して車両要求出力を算出し、第１走行モードによる車両走行時において、車両要求出力が駆動用バッテリの充電率に基づく出力閾値を越えた場合に第１走行モードから第２走行モードに切換えられるので、駆動用バッテリの充電率低下を抑制することができる。
更に、この第１走行モードから第２走行モードに切換える判定用の出力閾値が、駆動用バッテリの充電率が低下するにしたがって低く設定されるので、充電率の低い状態では第２走行モードに切り換わり易くして駆動用バッテリの充電率低下を抑え、充電率の高い状態では第２走行モードに切り換わり難くしてエンジンの作動を抑制し、燃費の向上を図ることができる。
そして、このようにドライバ要求出力に基づく車両要求出力と充電率とに基づいて第１走行モードと第２走行モードとの切換えを行うことで、ドライバ要求出力の変化に対応して第１走行モードと第２走行モードとの切換えを適切に行うことができ、第１走行モードの使用機会を増加させて燃費の向上を図ることができる。
請求項２のハイブリッド車の走行モード切換制御装置によれば、ドライバ要求出力の変化量を減少させるなまし処理を施して車両要求出力が算出されるので、車両要求出力の変動が抑えられ、出力閾値付近で車両要求出力が変動した場合において第１走行モードと第２走行モードとの切換え頻度、即ちエンジンの始動停止頻度が減少し、乗員の不快感を低減させることができる。
請求項３のハイブリッド車の走行モード切換制御装置によれば、補正手段におけるなまし処理の時定数が、充電率が低下するにしたがって低く設定されるので、充電率が低い状態では、要求出力の変動時にＥＶモードからシリーズモードに切換わり易くなり、駆動用バッテリの充電量低下を更に抑制することができる一方、充電率が高い状態では、シリーズモードに切り換わり難くして、更なる燃費の向上を図ることができる。
本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 本実施形態におけるＥＶモード、シリーズモードの切換判定用のマップである。 本実施形態におけるフィルタの時定数設定用のマップである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。
本実施形態の車両１は、エンジン２の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４(駆動用モータ)及び後輪５を駆動する電動のリヤモータ６(駆動用モータ)を備えた４輪駆動車である。
エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、減速機７を介して発電機９を駆動して発電させることが可能となっている。
フロントモータ４は、フロントインバータ１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。
リヤモータ６は、リヤインバータ１２を介して駆動用バッテリ１１及び発電機９から高電圧の電力を供給されて駆動し、減速機１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。
発電機９によって発電された電力は、フロントインバータ１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。
駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、更に、電池モジュールの温度及び充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣという）等を監視するバッテリモニタリングユニット１１ａ（充電率検出手段）を備えている。
フロントインバータ１０は、フロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂを有している。フロントモータコントロールユニット１０ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０（切換制御手段、ドライバ要求出力検出手段）からの制御信号に基づきフロントモータ４の出力を制御する。ジェネレータコントロールユニット１０ｂは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づき発電機９の発電量を制御する機能を有する。
リヤインバータ１２は、リヤモータコントロールユニット１２ａを有している。リヤモータコントロールユニット１２ａは、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。
また、車両１には、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する充電機２１が備えられている。
ハイブリッドコンロトールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコンロトールユニット２０の入力側には、駆動用バッテリ１１のバッテリモニタリングユニット１１ａ、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、エンジン２の駆動制御を行うエンジンコントロールユニット２２、及びアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ４０が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。
一方、ハイブリッドコンロトールユニット２０の出力側には、フロントインバータ１０のフロントモータコントロールユニット１０ａとジェネレータコントロールユニット１０ｂ、リヤインバータ１２のリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７（クラッチ７ａ）、エンジンコントロールユニット２２が接続されている。
そして、ハイブリッドコンロトールユニット２０は、上記各種検出及び作動情報に基づいて、車両の走行駆動に必要とする車両要求出力Ｐを演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントモータコントロールユニット１０ａ、ジェネレータコントロールユニット１０ｂ及びリヤモータコントロールユニット１２ａ、減速機７に制御信号を送信して、走行モード（ＥＶモード（第１走行モード、電気自動車モード）、シリーズモード（第２走行モード）、パラレルモード（第２走行モード））の切換え、エンジン４とフロントモータ９とリヤモータ１１の出力、発電機９６での発電量を制御する。
ＥＶモード(第１走行モード)では、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
シリーズモード(第２走行モード)では、減速機７のクラッチ７ａを切断し、エンジン２により発電機９を作動する。そして、発電機９により発電された電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を燃費の良好な範囲に維持させ、余剰出力によって発電した電力を駆動用バッテリ１１に供給して駆動用バッテリ１１を充電する。
パラレルモード(第２走行モード)では、減速機７のクラッチ７ａを接続し、エンジン２から減速機７を介して機械的に動力を伝達して前輪３を駆動させる。また、エンジン２により発電機９を作動させて発電した電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
ハイブリッドコントロールユニット２０は、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、ＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。
また、ハイブリッドコントロールユニット２０は、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣが許容範囲（例えばSOCL〜１００％)より低下したときには、エンジン２を強制的に駆動して発電させて駆動用バッテリ１１を充電させる。
更に、本実施形態では、ＥＶモードとシリーズモードとの切換えが、アクセル操作量に基づいてハイブリッドコントロールユニット２０のドライバ要求出力検出手段でドライバ要求出力を検出し、検出されたドライバ要求出力を補正した要求出力Ｐと、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣとに基づいて行なわれる。
図２は、本実施形態において用いられるＥＶモードとシリーズモードとの切換判定用マップである。
ハイブリッドコントロールユニット２０は、図２に示すような切換判定用マップをあらかじめ記憶しており、パラレルモードの運転領域を除く運転領域において、当該切換判定用マップを用いてＥＶモードとシリーズモードとの選択を行う。
詳しくは、図２に示すマップを用いて、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに対応する車両要求出力の閾値Ｐa(出力閾値)を求め、車両要求出力Ｐが閾値Ｐa以上である場合には、エンジン２を作動させてシリーズモードとし、車両要求出力Ｐが閾値Ｐa未満である場合には、エンジン２を停止してＥＶモードとする。
図２に示すように、本実施形態では、閾値Ｐaは駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに対応して異なる値に設定されており、具体的には、充電率ＳＯＣが高くなると閾値Ｐaを高く設定し、充電率ＳＯＣが低くなると閾値Ｐaが低くなるように設定している。更に、充電率ＳＯＣが許容範囲内のうち低い領域（例えばSOCL〜SOCH）では、充電率ＳＯＣの増加に対する閾値Ｐaの増加率（即ち図２に示す閾値Ｐaの傾き）が比較的小さく設定されている。また、充電率ＳＯＣが例えばSOCHを超えると、閾値Ｐaの増加率が比較的大きくなるよう設定されており、車両要求出力Ｐが高くともＥＶモードに設定され易くなっている。
図３は、本実施形態におけるフィルタ２０ａの時定数設定用マップである。
更に、ハイブリッドコントロールユニット２０は、ドライバ要求出力を車両要求出力Ｐへとなまし処理を施すフィルタ２０ａ(補正手段)を備えている。フィルタ２０ａは、ドライバ要求出力の急激な変動（変化量）を抑制するように補正し、このフィルタ２０ａによってなまし処理された車両要求出力Ｐを用いて、前述のＥＶモードとシリーズモードとの切換えが判定される。これにより、例えば閾値Ｐa付近でドライバ要求出力が変動する場合に、車両要求出力Ｐの変動は抑制されるのでモード切換えの頻度が減少し、エンジンの始動停止が繰り返されることを抑制することができる。
更に、このフィルタ２０ａのなまし処理の程度を表す時定数τは、充電率ＳＯＣに基づいて変更される。具体的には、図３に示すように、充電率ＳＯＣの許容範囲内における低い領域（例えばSOCL〜SOCH）において、充電率ＳＯＣが高くなる（SOCHに近づく）と時定数τを高くしてなまし処理を強く施し、充電率ＳＯＣが低くなる（SOCLに近づく）と時定数τを低くしてなまし処理を弱くする。
以上のように制御することで、本実施形態では、ＥＶモードとシリーズモードとの切換制御について、車両要求出力Ｐが閾値Ｐa以上である場合にはシリーズモードとし、車両要求出力Ｐが閾値Ｐa未満である場合にはＥＶモードとなるので、駆動用バッテリ１１の電力消費が少ない場合にはＥＶモードとして燃費の向上を図り、駆動用バッテリ１１の電力消費が多い場合にはシリーズモードとして駆動用バッテリ１１の充電率の低下を抑制することができる。
更に、本実施形態では、ＥＶモードとシリーズモードとの切換判定用の閾値Ｐaを充電率ＳＯＣに基づいて変更しており、充電率ＳＯＣが高い場合には閾値Ｐaを高く設定するので、車両要求出力Ｐが高くともＥＶモードに設定され易くなり、燃費の向上を図ることができる。また、充電率ＳＯＣが低い場合には閾値Ｐaを低く設定するので、シリーズモードに設定され易くなり、充電率ＳＯＣの低下を抑制することができる。
そして、このように車両要求出力Ｐと充電率ＳＯＣに基づいて、ＥＶモードとシリーズモードとの切換えを行うことで、車両要求出力Ｐの変化に対応してＥＶモードとシリーズモードとの切換えが適切に行なわれ、ＥＶモードの使用機会を増加させて燃費の向上を図ることができる。
また、本実施形態では、上記のように充電率ＳＯＣが許容範囲内の低い領域（例えばSOCL〜SOCH）において、フィルタ２０ａによって、ドライバ要求出力に対してなまし処理が施されて車両要求出力Ｐの変動が抑えられるので、ＥＶモードとシリーズモードとの切換え頻度、即ちエンジン２の始動停止頻度が減少し、乗員の不快感を低減させることができる。
更に、このフィルタ２０ａにおけるなまし処理の時定数τを充電率ＳＯＣに基づいて変更しており、充電率ＳＯＣが高い状態になる（SOCHに近くなる）と時定数τを大きくしてなまし処理を強く施すので、ドライバ要求出力に対して車両要求出力Ｐの変動が抑えられてシリーズモードに切り換わり難くなり、更なる燃費の向上を図ることができる。また、充電率ＳＯＣが低下する（SOCLに近くなる）にしたがって時定数τを低く設定してなまし処理を弱くするので、ドライバ要求出力の変動時にＥＶモードからシリーズモードに切換わり易くなり、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣの低下を更に抑制することができ、許容範囲よりも低下することを確実に抑制することができる。
したがって、ドライバ要求出力が変動しても、上記のようになまし処理の時定数τを充電率ＳＯＣに基づいて車両要求出力へと変更することで、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣを許容範囲内の低い領域（SOCL〜SOCH）で安定して維持させることができ、充電率ＳＯＣの許容範囲を超えて低下することを確実に防止するとともに、ＥＶモードの使用機会を更に増加させて燃費の向上を更に図ることができる。
なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば、図２に示すマップについては、充電率ＳＯＣが高くなるに伴ってシリーズモードに切換える車両要求出力の閾値Ｐaを高くするように設定すればよく、閾値Ｐaが連続的あるいは段階的に変化するように設定してもよい。また、図３に示すマップについても適宜変更可能であるが、図３に示すように、充電率ＳＯＣが高くなるにつれてなまし処理の時定数τを高くするようにすることが望ましい。
また、本実施形態では、ＥＶモード、シリーズモード及びパラレルモードの切換え可能なプラグインハイブリッド車に本発明を適用しているが、少なくともＥＶモードとシリーズモード、ＥＶモードとパラレルモード、のいずれかの切換えが可能なハイブリッド車に広く適用可能である。
１ 車両
２ エンジン
４ フロントモータ(駆動用モータ)
６ リヤモータ（駆動用モータ）
９ 発電機
１１ 駆動用バッテリ
１１ａ バッテリモニタリングユニット１１ａ（充電率検出手段）
２０ ハイブリッドコントロールユニット（切換制御手段、ドライバ要求出力検出手段）
２０ａ フィルタ(補正手段)

Claims (3)

  1. 車両に搭載されるエンジンと、駆動用バッテリから供給された電力で駆動輪を駆動する駆動用モータと、を備え、
    前記エンジンの作動を停止して、前記駆動用バッテリから供給された電力により前記駆動用モータを駆動して前記駆動輪を駆動する第１走行モードと、
    前記エンジンを作動して、前記エンジンの駆動力で前記駆動輪を駆動するか、又は、前記エンジンに接続された発電機を駆動して発電すると共に前記駆動用モータを駆動して前記駆動輪を駆動する第２走行モードと、を切り換えて走行するハイブリッド車の走行モード切換制御装置であって、
    前記駆動用バッテリの充電率を検出する充電率検出手段と、
    前記車両のアクセルペダル操作量からドライバ要求出力を検出するドライバ要求出力検出手段と、
    前記ドライバ要求出力を補正して車両要求出力を算出する補正手段と、
    前記車両要求出力が前記駆動用バッテリの充電率に基づく出力閾値を越えた際に、前記第１走行モードから前記第２走行モードへ切り換え制御する切換制御手段を有し、
    前記切換制御手段は、前記充電率が低下するにしたがって前記出力閾値を低く設定して前記第１走行モードから前記第２走行モードへの切り換えを変更することを特徴とするハイブリッド車の走行モード切換制御装置。
  2. 前記補正手段は、前記ドライバ要求出力の変化量を減少させるなまし処理を施して前記車両要求出力を算出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の走行モード切換制御装置。
  3. 前記補正手段は、前記なまし処理における前記ドライバ要求出力の変化量に対する減少比率である時定数を、前記充電率が低下するにしたがって低く設定することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車の走行モード切換制御装置。
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