JP2014218202A - ハイブリッド車両の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の制御システムにおいて、運転者の操作に基づく走行要求出力を発生でき、しかも燃費を向上でき、さらに運転者の違和感発生を抑制することである。
【解決手段】ハイブリッド車両１０の制御システム１２は、発電機である第１ＭＧ、走行用モータである第２ＭＧ、補助蓄電部であるキャパシタ３０、切替部である補助コンバータ６２、及び制御装置３２を含む。制御装置３２は、エンジンの間欠停止中において走行要求出力が所定値以上の場合であって、エンジンの停止を維持した場合の消費電力増大分を、事後的にエンジン駆動によって補う事後充電の予測消費燃料量Ｆａと、即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂとを比較し、Ｆａ＜Ｆｂでキャパシタ３０が事後充電のエンジン要求出力分の電力を発生可能の場合に、キャパシタ３０から第２ＭＧに電力供給させるように補助コンバータ６２を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン及び走行モータを備え、エンジン及び走行モータの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両の制御システムに関し、特に燃費性能の向上と、走行時のエンジンの始動及び停止の頻繁な繰り返しの抑制のための制御に関する。

特許文献１には、ハイブリッド車両において、エンジンを停止させて走行モータの動力のみで車両を走行させるＥＶ走行時に、運転者の操作に基づく走行要求出力から充放電要求パワーを減じた要求パワーＰｂを算出する構成が記載されている。この構成では、ＥＶ走行時に要求パワーＰｂが所定の始動用閾値よりも大きいときには、エンジンを始動させ、エンジンから要求パワーＰｂを出力させている。

特許文献２には、ハイブリッド車両において、エンジンの始動の際にバッテリの放電に許容される放電許容電力が閾値以上であって、しかも現時点から所定時間経過後の放電許容電力の予測値が閾値を上回っている場合に、エンジンを一時的に停止させる間欠運転を許可することが記載されている。

特許文献３から特許文献６には、ハイブリッド車両またはエンジンのアイドルストップ機能を有する車両において、アクセルペダル操作、ブレーキ操作、クラッチペダル操作、ナビゲーション装置、または車速の情報から、エンジン始動の遅延またはエンジン始動用の所定値を変更することが記載されている。

特開２０１２−１８３９５２号公報 特開２０１０−１３２０８６号公報 特開２０１１−２０２６４５号公報 特開２０１０−２２３２１６号公報 特開２００７−３３１５９９号公報 特開２０００−２０５０００号公報

従来のハイブリッド車両の制御では、ＥＶ走行中に運転者がアクセルペダルを瞬間的にだけ踏み増す場合でもエンジンが瞬間的に始動し、短時間で停止することが頻繁に生じる場合がある。この場合、運転者の操作に基づく走行要求出力の瞬間的な増大によるエンジン駆動で燃料消費が増大する場合があり、エンジンを即時に駆動しないでその分を走行モータの動力で補って、後で消費電力増大分をエンジン駆動による発電で補う方がよい場合がある。これにより、燃費向上の面で改善が期待される。また、エンジンの一時的な駆動で運転時のギクシャク感や騒音増大による運転者の違和感を抑制することが期待される。

本発明の目的は、運転者の操作に基づく走行要求出力を発生でき、しかも燃費を向上でき、さらに運転者の違和感発生を抑制できるハイブリッド車両の制御システムを提供することである。

本発明に係るハイブリッド車両の制御システムは、エンジン及び走行モータと、前記エンジンの駆動により発電する発電機とを備え、前記エンジン及び前記走行モータの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両の制御システムであって、前記発電機の発電により充電され、前記走行用モータに電力を供給可能な主蓄電部及び補助蓄電部と、前記走行用モータと前記補助蓄電部との間の電気的な接続及び遮断を切替可能な切替部と、予め設定された間欠停止条件の成立により前記エンジンを間欠停止させる制御装置とを備え、前記制御装置は、前記エンジンの間欠停止中において運転者の操作に基づいて算出された走行要求出力が予め設定された所定値以上となった場合であって、前記エンジンの停止を維持した場合の消費電力増大分を、事後的にエンジン駆動によって前記発電機からの充電で補う事後充電の予測消費燃料量と、即時エンジン始動の予測消費燃料量とを比較し、事後充電の予測消費燃料量が即時エンジン始動の予測消費燃料量よりも小さく、かつ、前記補助蓄電部が事後充電のエンジン要求出力分の電力を発生可能である場合に、前記補助蓄電部から前記走行モータに電力供給させるように前記切替部を制御することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両の制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置は、前記走行要求出力が前記所定値未満の場合に、前記エンジンの停止を維持する。

また、本発明に係るハイブリッド車両の制御システムにおいて、好ましくは、前記制御装置は、前記走行要求出力が前記所定値よりも大きい値である予め設定された第２所定値以上である場合に、前記エンジンを始動させる。

本発明のハイブリッド車両の制御システムによれば、運転者の操作に基づく走行要求出力を車両に発生させることができ、しかもエンジンの頻繁な停止及び始動の繰り返しを抑制できるので、燃費を向上でき、さらに運転者の違和感発生を抑制できる。

本発明の実施形態の制御システムを搭載したハイブリッド車両の構成図である。 図１のハイブリッド車両において、運転者のアクセルペダルの一時的な踏み増しで走行要求出力が一時的に増大する様子を示す図である。 図１の制御システムにおいて、走行要求出力の増大時の駆動動力源の決定方法を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおいて、事後充電の予測消費燃料量Ｆａの算出ルーチンを示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおいて、即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂの算出ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。以下ではすべての図面の説明で同様の要素には同一の符号を付して説明する。

図１は、本発明の実施形態の制御システム１２を搭載したハイブリッド車両１０の概略構成を示している。制御システム１２は、エンジン１８と、エンジン１８により駆動される発電機である第１モータジェネレータ２２と、走行用モータである第２モータジェネレータ２４と、ＰＣＵ２６と、主蓄電部であるバッテリ２８と、補助蓄電部であるキャパシタ３０と、制御装置３２とを含む。ハイブリッド車両１０は、エンジン１８及び第２モータジェネレータ２４の少なくとも一方を駆動源として車輪１６を駆動し走行する。以下では、第１モータジェネレータ２２は「第１ＭＧ２２」と記載し、第２モータジェネレータ２４は「第２ＭＧ２４」と記載する。

エンジン１８は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン１８は、制御装置３２からの制御信号Ｓｉ１により制御される。

第１ＭＧ２２は、主としてエンジン１８により駆動され発電する３相同期発電機である。この場合、エンジン１８からのトルクの少なくとも一部が、後述する動力分割機構３４を介して第１ＭＧ２２の回転軸に伝達される。第１ＭＧ２２の発電電力は、ＰＣＵ２６を介して主蓄電部であるバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第１ＭＧ２２の回転数Ｖｍ１は、図示しない第１回転センサにより検出され、制御装置３２に送信される。

第１ＭＧ２２は、バッテリ２８から電力を供給され駆動されることにより、動力分割機構３４を介してエンジン１８を始動するエンジン始動モータとしても用いられる。

第２ＭＧ２４は、主としてバッテリ２８から供給される電力で駆動され、車両の駆動力を発生する３相同期モータである。第２ＭＧ２４は、発電機、すなわち電力回生用としても用いられる。第２ＭＧ２４の発電電力も、ＰＣＵ２６を介してバッテリ２８に供給され、バッテリ２８が充電される。第２ＭＧ２４の回転数Ｖｍ２は、図示しない第２回転センサにより検出され、制御装置３２に送信される。

後述するように第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４には、ＰＣＵ２６を介して補助蓄電部であるキャパシタ３０が接続される。後述するように、補助コンバータ６２でキャパシタ３０と各インバータ４２，４４との間が接続される場合には、第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４が発電機として機能する場合にその発電電力が、ＰＣＵ２６を介してキャパシタ３０に供給され、キャパシタ３０が充電される。

一方、第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４が電動モータとして機能する場合には、後述のように補助コンバータ６２でキャパシタ３０と各インバータ４２，４４との間が接続される場合に、キャパシタ３０の電力がＰＣＵ２６を介して第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４に供給され、第１ＭＧ２２または第２ＭＧ２４が駆動する。なお、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４として、誘導モータ、または別の電動モータを用いてもよい。

動力伝達機構１４は、動力分割機構３４、動力分割機構３４に連結された出力軸３６、出力軸３６に連結された減速機３８、及び車軸４０を含む。動力分割機構３４は、遊星歯車機構により構成される。遊星歯車機構は、サンギヤ、ピニオンギヤ、キャリア、及びリングギヤを含む。例えば、サンギヤは、第１ＭＧ２２の中空の回転軸の端部に接続される。キャリアは、エンジン１８の駆動軸に接続される。リングギヤは、出力軸３６に接続され、出力軸３６は、直接に、または図示しない歯車減速機を介して第２ＭＧ２４の回転軸に接続される。出力軸３６は、減速機３８を介して車輪１６に連結された車軸４０に接続される。動力分割機構３４は、エンジン１８からの動力を、出力軸３６への経路と第１ＭＧ２２への経路とに分割する。

ＰＣＵ２６は、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４とバッテリ２８との間に接続される。ＰＣＵ２６は、第１インバータ４２、第２インバータ４４、主コンバータ６０、及び補助コンバータ６２を含み、制御装置３２からの制御信号Ｓｉ２により制御される。

主コンバータ６０は、ＩＧＢＴまたはトランジスタであるスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された２個のダイオードと、各スイッチング素子の間に一端が接続されたリアクトルとを含む昇降圧コンバータである。主コンバータ６０は、バッテリ２８から供給された直流電圧を昇圧して、第１インバータ４２及び第２インバータ４４に供給可能とする。また、主コンバータ６０は、第１インバータ４２または第２インバータ４４から供給された直流電圧を降圧して、バッテリ２８に直流電力を供給し、バッテリ２８を充電させる機能を有する。

補助コンバータ６２も、主コンバータ６０と同様の要素により形成される。補助コンバータ６２は、キャパシタ３０から供給された直流電圧を昇圧して、第１インバータ４２及び第２インバータ４４に供給可能とする。また、補助コンバータ６２は、第１インバータ４２または第２インバータ４４から供給された直流電圧を降圧して、キャパシタ３０に直流電力を供給し、キャパシタ３０を充電させる機能を有する。さらに、補助コンバータ６２は、後述するようにキャパシタ３０と第２ＭＧ２４との間の接続及び遮断を制御装置３２により制御される切替部としての機能も有する。

第１インバータ４２は、バッテリ２８及びキャパシタ３０の一方または両方から供給された直流電圧を交流電圧に変換して第１ＭＧ２２に供給し、第１ＭＧ２２を駆動する。第１インバータ４２は、第１ＭＧ２２がエンジン１８の駆動に伴って発電した場合に、その発電により得られた交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリ２８及びキャパシタ３０の一方または両方に供給する機能も有する。

第２インバータ４４は、同様にバッテリ２８及びキャパシタ３０の一方または両方からの直流電圧を交流電圧に変換して第２ＭＧ２４に供給し、第２ＭＧ２４を駆動する。第２インバータ４４は、ハイブリッド車両１０の回生制動時に、第２ＭＧ２４により発電した交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリ２８及びキャパシタ３０の一方または両方に供給する機能も有する。各インバータ４２，４４の動作は、制御装置３２からの制御信号Ｓｉ２により制御される。なお、バッテリ２８及びキャパシタ３０に電圧を供給して充電する場合にバッテリ２８及びキャパシタ３０に同時に充電するように、各インバータ４２，４４を動作させてもよく、バッテリ２８よりも先にキャパシタ３０を充電するように、各インバータ４２，４４を動作させてもよい。

バッテリ２８は、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池により構成され、各インバータを介してＭＧ１、ＭＧ２に電力を供給可能とする。バッテリ２８の正極側には、図示しないバッテリ電流センサが取り付けられ、バッテリ電流センサは、充放電電流を検出し、その検出値を制御装置３２に送信する。制御装置３２は、この充放電電流の積算値からバッテリ２８の充電残量であるＳＯＣ（state of charge）を算出する。

キャパシタ３０はバッテリ２８と並列に各インバータ４２，４４に接続される。キャパシタ３０は、バッテリ２８の充電容量よりも小さい充電容量を有するようにしてもよい。キャパシタ３０の正極側には、図示しないキャパシタ電流センサが取り付けられ、キャパシタ電流センサは、充放電電流を検出し、その検出値を制御装置３２に送信する。制御装置３２は、この充放電電流の積算値からキャパシタ３０の充電残量である第２ＳＯＣを算出する。

なお、ＳＯＣ及び第２ＳＯＣは、バッテリ２８またはキャパシタ３０の電圧を検出する電圧センサの検出値と、バッテリ電流センサまたはキャパシタ電流センサの検出値とから算出してもよい。

補助コンバータ６２は、制御装置３２からの制御信号Ｓｉ２によりキャパシタ３０とＭＧ１及びＭＧ２との間の電気的な接続及び遮断を切替可能である。補助コンバータ６２での接続により、キャパシタ３０と各インバータ４２，４４との間が接続され、補助コンバータ６２での遮断により、キャパシタ３０と各インバータ４２，４４との間が遮断される。

アクセル位置センサ４６は、アクセルペダルのアクセル位置ＡＰを検出し、そのアクセル位置ＡＰを表す信号は制御装置３２に送信される。車輪速度センサ４８は、車輪１６の回転数Ｖｖを検出し、回転数Ｖｖを表す信号は制御装置３２に送信される。制御装置３２は、回転数Ｖｖに基づいて車速Ｖｃを算出する。制御装置３２は、第２ＭＧ２４の回転数を検出する第２回転センサの検出値に基づいて車速Ｖｃを算出してもよい。

制御装置３２は、ＥＣＵと呼ばれるもので、ＣＰＵ及びメモリを有するマイクロコンピュータを含む。図示の例では、制御装置３２を１つの制御装置３２として図示しているが、制御装置３２は適宜複数の構成要素に分割して、互いに信号ケーブルで接続する構成としてもよい。制御装置３２は、エンジン１８を制御するエンジン制御部５０、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４を制御するＭＧ制御部５２、燃料消費比較部５４、及びキャパシタ接続切替部５６を有する。燃料消費比較部５４及びキャパシタ接続切替部５６は後で説明する。

エンジン制御部５０は、エンジン１８に出力する制御信号Ｓｉ１を生成し、ＭＧ制御部５２は、ＰＣＵ２６に出力する制御信号Ｓｉ２を生成する。

制御装置３２は、運転者の操作として、アクセルペダルの操作に基づく走行要求出力Ｐｒｅｑに応じてエンジン１８、第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の駆動を制御する。具体的には、制御装置３２は、アクセル位置ＡＰと車速Ｖｃとに基づいて、予め記憶部で記憶されたマップまたは関係式に基づいて走行に要求される走行要求トルクＴｒ＊を算出する。走行要求トルクＴｒ＊は、出力軸３６に出力されるトルクである。制御装置３２は、走行要求トルクＴｒ＊と、第２ＭＧ２４の回転数自体、または第２ＭＧ２４の回転数から算出される回転数である出力軸３６の回転数とから走行要求出力Ｐｒｅｑを算出する。制御装置３２は、走行要求出力Ｐｒｅｑが出力軸３６に出力されるように、エンジン１８、第１ＭＧ２２、及び第２ＭＧ２４の駆動を制御する。

また、制御装置３２は、走行要求出力Ｐｒｅｑに、バッテリ２８のＳＯＣ及びキャパシタ３０の第２ＳＯＣからそれぞれの基準ＳＯＣに近づけるための充放電要求電力を加えた出力を、目標エンジン出力Ｐｅ＊として算出する。充放電要求電力は、充電要求の場合を正、放電要求の場合を負として算出する。

制御装置３２は、目標エンジン出力Ｐｅ＊に基づいて、予め設定されたエンジン高効率マップからエンジン１８の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊を算出する。なお、後述のようにエンジン１８の間欠停止条件または第２停止条件が成立と判定された場合には、目標エンジン出力Ｐｅ＊、目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊は０となる。

制御装置３２は、エンジン１８の目標回転数Ｎｅ＊及び第２ＭＧ２４の回転数Ｖｍ２の検出値から、動力分割機構３４の各要素の力学的関係式を用いて第１ＭＧ２２の目標回転数Ｖｍ１＊を算出し、目標回転数Ｖｍ１＊及び第１ＭＧ２２の回転数Ｖｍ１の検出値から、目標回転数Ｖｍ１＊のフィードバック制御における関係式を用いて第１ＭＧ２２の目標トルクＴｒ１＊を算出する。さらに、制御装置３２は、走行要求トルクＴｒ＊及び第１ＭＧ２２の目標トルクＴｒ１＊から、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊を算出する。このようなエンジン１８の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊と、第１ＭＧ２２の目標回転数Ｖｍ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊とは、アクセル位置ＡＰまたはアクセル位置ＡＰと車速Ｖｃとに基づいて、図示しない記憶部に予め記憶させたマップから算出してもよい。

制御装置３２は、算出されたエンジン１８の目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊をエンジン制御部５０に出力し、エンジン制御部５０は、目標回転数Ｎｅ＊及び目標トルクＴｅ＊が得られるように制御信号Ｓｉ１でエンジン１８の駆動を制御する。また、制御装置３２は、算出された第１ＭＧ２２の目標回転数Ｖｍ１＊及び目標トルクＴｒ１＊と、第２ＭＧ２４の目標トルクＴｒ２＊とをＭＧ制御部５２に出力し、ＭＧ制御部５２は、目標回転数Ｖｍ１＊及び目標トルクＴｒ１＊，Ｔｒ２＊が得られるように制御信号Ｓｉ２で第１ＭＧ２２及び第２ＭＧ２４の駆動を制御する。

制御装置３２は、車両走行時に予め設定された「間欠停止条件」が成立したか否かを判定する。「間欠停止条件」は、例えば車両の走行制御の実行が許可され、かつ、算出された目標エンジン出力Ｐｅ＊が予め設定された所定出力Ｐｅ１以下であり、さらに、制御装置３２で算出されたＳＯＣが予め設定された所定値ＳＯ１以上であり、制御装置３２で算出された車速Ｖｃが予め設定された所定車速Ｖ１以下である場合に成立するとしてもよい。

この結果、「間欠停止条件」が成立したと判定された場合には、エンジン制御部５０によりエンジン１８を一時的な停止として、間欠停止させるようにエンジン１８を制御する。この場合、車両は、第２ＭＧ２４で発生した動力で駆動され、一時的にＥＶ走行で走行する。この場合、エンジン１８の停止は間欠停止条件の成立の時間だけ行われ、エンジン１８の運転と停止とが交互に繰り返し実行されることでエンジン１８の間欠停止運転が行われる。

一方、「間欠停止条件」が不成立の場合でも、次のように燃料消費比較部５４によって「第２停止条件」が成立したと判定される場合においても、エンジン１８を停止させる。また、「間欠停止条件」と「第２停止条件」とがいずれも不成立の場合には、車両駆動制御時にエンジン１８を始動させるか、またはエンジン１８の駆動を維持することでエンジン１８を停止させない。

「第２停止条件」は、エンジン１８の間欠停止時において、算出された走行要求出力Ｐｒｅｑが予め設定された所定値Ｋ１以上の場合で、「事後充電の予測消費燃料量Ｆａ」と「即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂ」とを比較した結果、事後充電の予測消費燃料量Ｆａが、即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂよりも小さい（Ｆａ＜Ｆｂ）場合であって、キャパシタ３０が事後充電のエンジン要求出力Ｐｅ分の電力を発生可能であることである。

「事後充電の予測消費燃料量Ｆａ」は、ＥＶ走行中にエンジン１８の停止を維持した場合の消費電力増大分を、事後的にエンジン駆動によって第１ＭＧ２２からの充電で補う場合の予測消費燃料である。「即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂ」は、即時にエンジン１８を始動させたと仮定した場合の予測消費燃料である。予測消費燃料量Ｆａ、Ｆｂの比較は、予め設定した時間間隔で繰り返し行ってもよい。

燃料消費比較部５４は、上記の「第２停止条件」が成立したか否かを判定し、成立したと判定した場合には、キャパシタ接続切替部５６が、キャパシタ３０と第２インバータ４４との間の補助コンバータ６２を接続するように制御して、キャパシタ３０から第２ＭＧ２４に電力を供給して第２ＭＧ２４の駆動力を増大する。この場合には、「間欠停止条件」の不成立でもエンジン１８の停止が維持される。キャパシタ３０は、「第２停止条件」が成立した場合にのみ、第２ＭＧ２４に電力を供給するとしてもよい。

図２は、ハイブリッド車両１０において、運転者のアクセルペダルの一時的な踏み増しで走行要求出力Ｐｒｅｑが一時的に増大する様子を示している。図２では、時間Ｔａの間でアクセルペダルが一時的に踏み増しされ、それ以外ではアクセルペダルのペダル位置が同じ位置で走行要求出力Ｐｒｅｑが一定の場合を示している。このように運転者の瞬間的なアクセルペダルの踏み増しにより走行要求出力Ｐｒｅｑが瞬間的に増大し低下する場合がある。本実施形態の構成によればこの場合に不必要なエンジン１８の頻繁な停止及び始動の繰り返しを抑制でき、車両の燃費向上と運転者の違和感発生の抑制とを図れる。この理由は後で詳しく説明する。

次に、図３から図５のフローチャートを用いて、燃料消費比較部５４及びキャパシタ接続切替部５６による、走行要求出力Ｐｒｅｑの増大時の駆動動力源の決定方法を説明する。図３は、駆動動力源の決定方法の基本方法を示しており、図３のステップＳ３０及びステップＳ４０（以下、ステップＳは単にＳという。）は、それぞれ図４、図５に対応する。このようなフローチャートの実行は、予め設定した時間間隔で繰り返し行ってもよい。

図３において、Ｓ１０からＳ１８，Ｓ４８，Ｓ５０は、燃料消費比較を行う前の前段階処理であり、Ｓ３０からＳ４２は燃料消費比較処理であり、Ｓ４４、Ｓ４６はキャパシタ３０の出力要否判定処理である。前段階処理及び燃料消費比較処理は、燃料消費比較部５４で実行され、キャパシタ３０の出力要否判定処理は、キャパシタ接続切替部５６で実行される。

燃料消費比較部５４は、まずＳ１０で、エンジン１８の間欠停止時であるＥＶ走行中であるか否かを判定し、ＥＶ走行中である場合には、Ｓ１２で、変数であるタイマーＴＭに初期値として０を設定する。このタイマーＴＭは、後で説明するようにエンジン１８の始動時のクランキング動作時間に対応して設定され、クランキング動作時間内と予測される場合に、クランキングに必要なトルクを第１ＭＧ２２で発生させる場合の電力消費を予測するために用いられる。タイマーＴＭは、クランキング動作時間後と予測される場合に、負荷運転時に必要となる電力消費を予測するためにも用いられる。

次いで、算出された走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１以上か否かを判定し（Ｓ１４）、所定値Ｋ１以上の場合には、タイマーＴＭに図３のフローチャートの実行における１制御周期の時間Ａを加算し（Ｓ１６）、Ｓ１８に移行する。なお、各制御周期の間に一定の時間間隔がある場合、この時間間隔と１制御周期との合計を加算してもよい。

Ｓ１４で走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１未満である場合には、Ｓ２０に移行してタイマーＴＭに０を設定した後、エンジンＯＦＦとしてエンジン１８の停止を維持し（Ｓ２２）、燃料消費の比較は行わず、再びＳ１２に戻る。

Ｓ１８で走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１よりも大きい値である予め設定された第２所定値Ｋ２以上である場合には、Ｓ５６に移行してタイマーＴＭに０を設定した後、エンジン停止状態からエンジンＯＮであるエンジン１８の始動状態に移行し、エンジン１８を駆動させ（Ｓ５８）、処理を終了する。

一方、Ｓ１８で走行要求出力Ｐｒｅｑが第２所定値Ｋ２未満である場合には、次のように燃料消費の比較を行う。まず、Ｓ３０で走行要求出力Ｐｒｅｑを第２ＭＧのみで発生させる場合の予測消費燃料量Ｆａを算出し、Ｓ４０でシステム要求パワーを、エンジン１８の駆動を含んで発生させると仮定した場合の予測消費燃料量Ｆｂを算出する。システム要求パワーは、走行要求出力Ｐｒｅｑに充放電要求電力を加えた値であり、図４ではシステム要求パワーのなまし値をエンジン１８の予測出力として算出する。以下、エンジン１８の予測出力は、「予測Ｐｅ」と記載する。

図４を用いてＳ３０の処理を説明する。Ｓ３０では、「事後充電の予測消費燃料量Ｆａ」を算出する。ここでは、現在のＥＶ走行中に実際にバッテリ２８とキャパシタ３０とで消費される「実際消費エネルギＥｈ」と、ＥＶ走行中にエンジン１８を始動したと仮定した場合の「予測消費エネルギＥａ」とを算出する。「予測消費エネルギＥａ」は、走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１を超えた時点ｔ１（図２）からエンジン１８を始動したと仮定した場合の消費電力分から第１ＭＧ２２の発電で回収される電力分を減算した値である。そして２つの電源消費エネルギＥｈ、Ｅａの差（Ｅｈ−Ｅａ）に応じた予測消費燃料量Ｆａを、事後充電で必要になる燃料量として算出する。

また、Ｓ３０では、タイマーＴＭの経過時間で、クランキング動作時間内か、またはクランキング動作時間経過後かを判定し、それぞれに対応して必要となる電力の算出を行う。クランキング動作で必要な電力と、クランキング動作後の負荷運転で必要な電力とは異なるのが通常である。

Ｓ３１では、タイマーＴＭが予め設定された所定時間Ｔ１以下であるか否かを判定する。Ｓ３１でＴＭ≦Ｔ１であればクランキング動作時間の経過前と予測されるのでＳ３２でクランキング中の予測必要電力Ｐａ１を算出する。この算出では、制御装置３２の記憶部で予め記憶された電力換算マップを用いて、予測必要電力Ｐａ１を算出する。電力換算マップは、タイマーＴＭと予測必要電力Ｐａ１との関係を表す。次いでＳ３３で予測Ｐｅを０と設定する。

一方、Ｓ３１の判定でＴＭ＞Ｔ１であればクランキング動作時間の経過後と予測されるので、エンジン１８の負荷運転中の予測必要電力Ｐａ１を算出する。まず、Ｓ３４でシステム要求パワーの予め設定された所定時間での平均値である「なまし値」を算出し、このなまし値を予測Ｐｅに設定する。

次いでＳ３５で設定した予測Ｐｅに上限及び下限の規制処理を施す。例えば予測Ｐｅが予め設定した上限値及び下限値の間の範囲内であれば予測Ｐｅの値自体を用いて後の処理を行う。一方、予測Ｐｅが上限値を超える場合には予測Ｐｅとして上限値を設定し、下限値を下回る場合には、予測Ｐｅとして下限値を設定する。

Ｓ３６では、走行要求出力Ｐｒｅｑから、Ｓ３６で設定した予測Ｐｅを減じた値を算出し、その算出値を予測必要電力Ｐａ１として設定する。予測必要電力Ｐａ１は、エンジン出力の過渡的変化時などで、走行要求出力Ｐｒｅｑをエンジン出力だけで補えない場合にバッテリ２８及びキャパシタ３０の一方または両方から放出される電力量に相当する。

Ｓ３３またはＳ３６の処理後は、Ｓ３７に移行して、「予測消費エネルギＥａ」として、前回の制御周期で算出された予測消費エネルギＥａに、Ｓ３２またはＳ３６で算出された予測必要電力Ｐａ１を加算して得た値を設定する。制御装置３２の起動初期の初回制御周期では、前回制御周期はないので予測消費エネルギＥａは０である。

次いでＳ３８で「実際消費エネルギＥｈ」として、バッテリ２８の充放電要求量の算出値とキャパシタ３０の充放電要求量の算出値とを合わせた値を、前回の制御周期で算出された実際消費エネルギＥｈに加算して得た値を設定する。制御装置３２の起動初期では、前回制御周期の予測消費エネルギＥａは０である。「実際消費エネルギＥｈ」は、実際のエンジン出力Ｐｅに損失を加えた値とほぼ一致する。

Ｓ３９では、Ｓ３７及びＳ３８の算出値Ｅｈ、Ｅａの差を用いて、事後充電での予測消費燃料量Ｆａを次式から算出する。

Ｆａ＝（Ｅｈ−Ｅａ）／（発電効率）／（エンジン１８での燃料効率）／（燃料の燃焼時の比熱）・・・（１）

（１）式で発電効率は第１ＭＧ２２の発電効率である。エンジン１８での燃料効率は、エンジン１８での燃料の燃焼効率である。これによって、予測消費電力差（Ｅｈ−Ｅａ）を熱換算してその熱量を発生させるための燃料量が算出される。このような算出によって、エンジン１８の停止維持の場合の消費電力増大分の燃料量が、予測消費燃料Ｆａとして算出される。

次に、図５を用いて、Ｓ４０の処理を説明する。Ｓ４０では、即時エンジン駆動での消費燃料量Ｆｂとして、図４の場合と同様に、タイマーＴＭの経過時間で、クランキング動作時間内か、またはクランキング動作時間経過後かを判定し、それぞれに対応して必要となる燃料噴射量の算出を行う。クランキング動作で必要な燃料噴射量と、クランキング動作後の負荷運転で必要な燃料噴射量とは異なるのが通常である。

Ｓ４１では、タイマーＴＭが予め設定された所定時間Ｔ１以下であるか否かを判定する。Ｓ４１でＴＭ≦Ｔ１であればクランキング中と予測されるので、Ｓ４２でクランキング中の予測消費燃料量ｆｂを算出する。この算出では、制御装置３２の記憶部で予め記憶されたクランキング燃料換算マップを用いて、予測消費燃料量ｆｂを算出する。クランキング燃料換算マップは、クランキング中のタイマーＴＭと予測消費燃料量ｆｂとの関係を表す。次いでＳ４３で予測Ｐｅを０と設定する。

一方、Ｓ４１の判定でＴＭ＞Ｔ１であればクランキング動作時間の経過後と予測されるので、Ｓ４４でエンジン１８の負荷運転中の予測消費燃料量ｆｂを算出する。この算出では、制御装置３２の記憶部で予め記憶された負荷運転時燃料換算マップを用いて、予測消費燃料量ｆｂを算出する。負荷運転時燃料換算マップは、負荷運転中の予測Ｐｅと予測消費燃料量ｆｂとの関係を表す。この場合の予測Ｐｅは、図４のＳ３５で設定した予測Ｐｅを用いる。

Ｓ４３またはＳ４４の処理後は、Ｓ４５に移行して、エンジン１８での予測消費燃料量Ｆｂとして、前回の制御周期で算出された予測消費燃料量Ｆｂに、Ｓ４２またはＳ４４で算出された予測消費燃料量ｆｂを加算して得た値を設定する。制御装置３２の起動初期では、前回制御周期の予測消費燃料量ｆｂは０である。

次に、図３に戻って、Ｓ５０で事後充電での予測消費燃料量Ｆａと即時エンジン駆動での予測燃料消費量Ｆｂとの比較を行う。Ｓ５０の判定で、事後充電での予測消費燃料量Ｆａが即時エンジン駆動での予測燃料消費量Ｆｂよりも小さい（Ｆａ＜Ｆｂ）場合には、エンジン１８の停止を維持し事後充電した方が燃費がよいことになる。このため、キャパシタ３０の発生可能出力に関係する別の所定条件が成立した場合には、エンジン１８の停止を維持する。具体的には、Ｓ５２で、キャパシタ３０の充電量から予め記憶されたマップまたは関係式を用いて算出されるキャパシタ発生可能出力Ｗｃｐが、エンジン１８を駆動させたと仮定した場合の予測Ｐｅ分の電力以上であるか否かを判定し（Ｓ５２）、Ｓ５２の判定結果が肯定の場合には上記の別の所定条件が成立したとして、Ｓ５４に移行する。予測Ｐｅは、事後充電のエンジン要求出力分に相当する。

Ｓ５４では、キャパシタ３０の出力を予測Ｐｅとし、バッテリ２８の出力を走行要求出力Ｐｒｅｑから予測Ｐｅを減じた値として、キャパシタ３０と第２インバータ４４との間の補助コンバータ６２を接続して、キャパシタ３０からの電力により、本来エンジン１８が出力すべき予測Ｐｅを発生させるように、第２ＭＧ２４に電力を供給して走行要求出力Ｐｒｅｑを発生させる。この場合、バッテリ２８は、走行要求出力Ｐｒｅｑからキャパシタ３０の出力電力を減じた分の電力を出力する。これによって、第２ＭＧ２４は、キャパシタ３０とバッテリ２８との出力電力で駆動される。Ｓ５４の処理の後はＳ１２に戻り処理を繰り返す。Ｓ５４ではエンジン１８を始動しない。

一方、Ｓ５０でＦｂ≦Ｆａの場合はエンジン１８を始動させた方が燃費がよいことになるので、Ｓ５６に移行して上記のようにエンジン１８を駆動させ、走行要求出力Ｐｒｅｑのバッテリ２８での不足分をエンジン１８で発生させ（Ｓ５８）、処理を終了する。Ｓ５２の判定結果が否定の場合も同様にＳ５６、Ｓ５８の処理を行う。

上記の制御システム１２の構成では、事後的な充電での予測消費燃料量Ｆａと即時エンジン始動での予測消費燃料量Ｆｂとを比較して、事後充電の予測消費燃料量Ｆａが即時エンジン始動の予測消費燃料量Ｆｂよりも小さい場合で、走行要求出力Ｐｒｅｑの不足分をキャパシタ３０の出力で補える場合にはエンジン１８の停止を維持する。このため、運転者の操作に基づく走行要求出力Ｐｒｅｑを車両に発生させることができ、しかもエンジン１８の頻繁な停止及び始動の繰り返しを抑制できるので、燃費を向上できる。さらに運転者の違和感発生を抑制できる。例えば運転者が癖や瞬間的な加速の必要からアクセルペダルを瞬間的に踏み増す場合でも、燃費比較及びキャパシタ３０の発生可能出力に基づいて、不必要なエンジン始動の回数を抑制できる。

一般的に、エンジンの始動時においては、走行要求出力の大きさに関係がないクランキング時の燃料消費が必要となるので、運転者の操作に基づく走行要求出力の瞬間的な増大に伴ってエンジンが即時に駆動された場合に、事後充電の場合に比べて燃料消費が増大する場合がある。また、エンジンが即時に駆動されずに、事後充電される場合に、走行要求出力との関係でエンジンを即時に駆動する場合に比べて燃料消費が増大する場合もある。本実施形態は、これらの燃料消費の増大抑制に貢献できる。

また、制御装置３２が走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１未満の場合に、エンジン１８の停止を維持するので、不必要なエンジン１８の始動をより抑制できる。

また、制御装置３２において、走行要求出力Ｐｒｅｑが所定値Ｋ１よりも大きい第２所定値Ｋ２以上である場合に、エンジン１８を始動させるので、運転者の走行要求が高い場合にこの走行要求に合致した走行性能を迅速に実現できる。

なお、事後充電での予測消費燃料量Ｆａと即時エンジン始動での予測燃料消費量Ｆｂとの算出方法は、図４、図５の方法に限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の方法を採用できる。例えば図４では、予測Ｐｅとしてシステム要求パワーのなまし値で上下限の規制処理を施した値を用いているが、予測Ｐｅ自体の値を用いて予測必要電力Ｐａ１を求めることもできる。

また、ハイブリッド車両の構成も上記の構成に限定するものではなく、例えば発電機として、電動モータの機能を有しない単純な発電機を用いることもできる。

また、補助コンバータ６２の代わりに、切替部として、制御装置３２により接続及び遮断の切替が制御されるリレーを用いてもよい。また、キャパシタ３０の代わりに、補助蓄電部として、フライホイール、またはバネぜんまいで、電力を蓄電可能な構成を用いてもよい。

１０ ハイブリッド車両、１２ 制御システム、１４ 動力伝達機構、１６ 車輪、１８ エンジン、２２ 第１モータジェネレータ（第１ＭＧ）、２４ 第２モータジェネレータ（第２ＭＧ）、２６ ＰＣＵ、２８ バッテリ、３０ キャパシタ、３２ 制御装置、３３ 切替部、３４ 動力分割機構、３６ 出力軸、３８ 減速機、４０ 車軸、４２ 第１インバータ、４４ 第２インバータ、４６ アクセル位置センサ、４８ 車輪速度センサ、５０ エンジン制御部、５２ ＭＧ制御部、５４ 燃料消費比較部、５６ キャパシタ接続切替部、６０ 主コンバータ、６２ 補助コンバータ。

Claims (1)

1. エンジン及び走行モータと、前記エンジンの駆動により発電する発電機とを備え、前記エンジン及び前記走行モータの少なくとも一方を駆動源として走行するハイブリッド車両の制御システムであって、
   前記発電機の発電により充電され、前記走行用モータに電力を供給可能な主蓄電部及び補助蓄電部と、
   前記走行用モータと前記補助蓄電部との間の電気的な接続及び遮断を切替可能な切替部と、
   予め設定された間欠停止条件の成立により前記エンジンを間欠停止させる制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの間欠停止中において運転者の操作に基づいて算出された走行要求出力が予め設定された所定値以上となった場合であって、前記エンジンの停止を維持した場合の消費電力増大分を、事後的にエンジン駆動によって前記発電機からの充電で補う事後充電の予測消費燃料量と、即時エンジン始動の予測消費燃料量とを比較し、事後充電の予測消費燃料量が即時エンジン始動の予測消費燃料量よりも小さく、かつ、前記補助蓄電部が事後充電のエンジン要求出力分の電力を発生可能である場合に、前記補助蓄電部から前記走行モータに電力供給させるように前記切替部を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御システム。

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