JP2015059639A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のエンジンと駆動輪の間に配置されるクラッチを切って惰行走行（コースティング）を行う際に、より燃費向上が可能な車両用制御装置を提供する。【解決手段】ナビゲーションシステムなどの外部情報収集装置を備え、車両の走行経路と走行パターンを予想するとともに、通常走行および惰行走行における燃料消費量を予想して比較し、コースティング制御した方が燃料消費量を少なくできる場合にコースティング制御を行うように構成したものである。【選択図】図２

Description

この発明は、車両の燃費向上を目的とした車両用制御装置に関するものである。

近年、内燃機関（エンジン）を搭載する車両の燃費向上策の一つとして、車両走行中にエンジンと駆動輪の間に配置されたクラッチを切って惰行走行（コースティング）を行うことにより、エンジンの引き摺り抵抗を削減し、燃費を向上させる技術が開発されている。
このようなコースティング制御では、できる限りコースティング時間を長くとることが燃費向上に繋がるため、コースティング実施の判定条件が燃費向上を左右することになる。

例えば、特許文献１には、所定の速度域で車両を運転する際にコースティング制御の有無で燃料消費量の少ない制御を選択する判定を行うものが示されている。
また、特許文献２には、前方車両との車間距離と相対速度から車両が安全に停止できる距離を確保しつつコースティング実施の判定を行うものが示されている。

特開２０１１−１８３９６３号公報 特開２０１２−２１４１８１号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、コースティング制御からの復帰時にエンジンを始動させる必要があるが、エンジン始動に使われるスタータの電力消費量を考慮したシステムになっておらず、さらなる燃費向上の余地が残されている。

また、上記特許文献２においては、コースティング制御からの復帰時にエンジンを始動してクラッチを接続するため、所定の時間を必要とし、制動力の確保にエンジンブレーキを使えるとは言い難いため、車間距離に応じてコースティング制御を行うことは意味がなく、燃費を向上させる上でさらなる検討の余地が残されている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コースティング制御によって最適に燃費を向上させることが可能な車両用制御装置を提供することを目的としている。

この発明に係る車両用制御装置は、車両の駆動源であるエンジンと、前記エンジンとの間の動力を前記車両の駆動輪に伝達する動力伝達装置と、前記車両の走行経路を決定し、これにより得られた走行経路と走行パターンを予想するとともに、この予想される走行経路上の道路情報を入手する車両外部情報収集装置と、前記動力伝達装置を連結状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する第１走行モードと前記動力伝達装置を開放状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達しない第２走行モードとを切り替える制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記走行経路と前記道路情報から予想される車速パターンに基づき、前記第１走行モード選択時の燃料消費量と前記第２走行モード選択時の燃料消費量を予想するとともに、これらを比較し、予想燃料消費量が少なくなる走行モードに切り替えるように構成したことを特徴とするものである。

この発明によれば、車両の走行経路と車速パターンと走行道路情報から燃料消費量を予想し、コースティング制御からの復帰時に必要となるスタータなどの電力を考慮してコースティング制御した方が燃料消費量を少なくできる場合にコースティング制御を行うように制御することによって燃費を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の構成を示す概要図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の動作状態を示すタイムチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明を実施例である図に基づいて詳細に説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用制御装置の要部構成を示す概要図である。
図において、車両の駆動源であるエンジン１０１は、トランスミッション１０２に連結され、内部のクラッチ１０３を介して駆動輪１０５を駆動するように構成されている。
このトランスミッション１０２内には、電動オイルポンプ１０４によりオイルが供給され、トランスミッション１０２の動作を円滑に行わせる。
また、エンジン１０１には、ベルト１０６を介してモータジェネレータ１０７が連結され、エンジン１０１の回転に伴って発電する。これらの各装置は、それぞれの動作状態を示す情報を制御装置１０８に供給し、かつ、制御装置１０８の出力に基づいて動作状態が制御されることになる。さらに、制御装置１０８には、ナビゲーションシステムなどの車両外部情報収集装置１０９からの情報や、アクセルあるいはブレーキなどの入力装置１１０からの車両の動作情報が入力されている。

また、エンジン１０１の回転に伴いモータジェネレータ１０７によって発電された電力は、４８Ｖ（ボルト）または２４Ｖ（ボルト）などの高電圧蓄電装置１１１に供給されて充電されるとともに、降圧用のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２を介して１２Ｖ（ボルト）などの低電圧蓄電装置１１３に供給されて充電される。この低電圧蓄電装置１１３の出力は、スタータ、オルタネータなどの補機１１４に供給され、それぞれの装置を駆動させることになる。ここで、蓄電装置１１１、１１３は、充電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）をそれぞれ内部で管理しており、このＳＯＣ情報も制御装置１０８に供給され、コースティング制御などの判定に使用されることになる。

次に、このような車両用制御装置において、コースティング制御を実施する場合の動作について説明する。
コースティング制御は、基本的にドライバーのアクセル、ブレーキ操作などにより加速を必要としない状態と認識された場合に実行される。
このため、コースティング制御時は、車両駆動源であるエンジン１０１と車両の駆動輪１０５との間にあるトランスミッション１０２内部のクラッチ１０３を開放することによって駆動源と車両とが完全に切り離される。したがって、コースティング制御中は、クラッチ１０３から駆動輪１０５の間に含まれる機械的なロスを除いて車両は単なる慣性体となり、走行に必要とする走行抵抗成分によってのみ減速する。

ここで走行抵抗とは、転がり抵抗Ｒｒ[Ｎ]（Ｎはニュートン）、空気抵抗Ｒａ[Ｎ]、勾配抵抗Ｒｇ[Ｎ]を指す。転がり抵抗Ｒｒ[Ｎ]は、タイヤと路面の間に発生する摩擦を意味しているため、車の重量（以下、車重と称す）Ｗ[Ｎ]とタイヤの特性と路面状況により式１によって求められる。また、空気抵抗Ｒａ[Ｎ]は、車両の前面投影面積Ａ[ｍ^２]と空気抵抗係数Ｃｄと車速Ｖ[ｍ/ｓ]により式２によって求められる。さらに、勾配抵抗Ｒｇ[Ｎ]は、車重Ｗ[Ｎ]と路面の勾配θにより式３によって求められる。
Ｒｒ＝μｒ・Ｗ ……[式１]
Ｒａ＝（ρ／２）・Ｃｄ・Ａ・Ｖ^２ ……[式２]
Ｒｇ＝Ｗ・sinθ ……[式３]
ただし、μｒはタイヤと路面の間の転がり抵抗係数、ρは空気の密度（Ｋｇ／ｍ^３）を示す。

これらの走行抵抗の値は、事前に入力された車両パラメータの情報とナビゲーションシステムなどの車両外部情報収集装置１０９による情報とにより求めることができる。
すなわち、転がり抵抗Ｒｒは、車両パラメータの一つである車重Ｗとタイヤ特性と車両外部情報収集装置１０９によって入手される路面状況によって計算できる。また、空気抵抗Ｒａは、車両パラメータの車両の前面投影面積Ａと空気抵抗係数Ｃｄと車速Ｖによって計算される。ここで、車両外部情報収集装置１０９によって入手される風速と風向きに応じて車速を修正し、空気抵抗Ｒａを修正してもよい。修正方法は、車両進行方向に対して反対の成分の風速を正として車速に加算する。
また、勾配抵抗Ｒｇは、車両パラメータの車重Ｗと車両外部情報収集装置１０９によって入手される路面の勾配によって決定される。ここで車重Ｗは、事前に入力された車両パラメータを用いても良いし、勾配がゼロの地点での惰行減速の速度パターンによって計算をする学習機能を備えても良い。

このようにして求められた走行抵抗を車重Ｗで除算することによって車両の惰行減速の減速度ａ１[ｍ/ｓ^２]を求めることができる。
なお、通常制御時において、エンジン１０１と車両駆動輪１０５との間のクラッチ１０３を繋いでいる場合の減速度ａ２[ｍ/ｓ^２]は、走行抵抗に加えてエンジンブレーキＢｅｇ[Ｎ]が加算される。ここで、エンジンブレーキは、エンジンの回転数に応じた可変の値を持っても良い。
ａ１＝（Ｒｒ＋Ｒａ＋Ｒｇ）／Ｗ ……[式４]
ａ２＝（Ｒｒ＋Ｒａ＋Ｒｇ＋Ｂｅｇ）／Ｗ ……[式５]

コースティング制御中は、エンジン１０１をアイドル回転数で維持してもよいし、エンジン１０１を停止しても良い。ただし、エンジン１０１を一旦停止すると発生する次のような問題がある。
（１）エンジン１０１が停止して駆動源がないため、モータジェネレータ１０７による発電ができない。
（２）トランスミッション１０２内部の潤滑油は、エンジン１０１の回転によって確保されているため、エンジン１０１が停止すると、潤滑油圧が確保できない。
（３）ブレーキの倍力装置に使われている負圧は、エンジン１０１のインテークマニホールドに発生するものを利用するため、エンジン１０１が停止すると確保できない。
（４）エンジン１０１を再始動するためにスタータあるいはモータジェネレータを駆動する必要がある。

これらの問題に対する対策としては、以下のようなものがある。
（１）発電ができないため、バッテリのＳＯＣ情報が一定量以上確保できない場合は、エンジン１０１を停止しない。
（２）トランスミッション１０２の潤滑油圧を確保するため、エンジン１０１停止中は、電動オイルポンプ１０４を駆動させる。（なお、この対策はアイドルストップ車と同等の対策である。）
（３）ブレーキの倍力装置内で使われている負圧は、エンジン１０１停止後即座になくなるわけではないため、対策が必須ではないが、冗長性を確保したい場合は、電動負圧ポンプを設ける対策が必要になる。
（４）エンジン１０１を再始動するためのスタータあるいはモータジェネレータの駆動電力が必要になる。

次に、図２のフローチャートに基づいて、実施の形態１に係る車両用制御装置の具体的な動作を説明する。
図２において、まず、ステップＳ２０１では、車両外部情報収集装置１０９におけるナビゲーションシステムなどにより、車両の走行経路を決定する。同じくナビゲーションシステムや超音波センサなどの車両外部情報収集装置１０９により予想される走行経路上のカーブや勾配や渋滞情報などの道路情報を入手する。これらの走行経路とカーブや勾配などの情報やドライバーの普段の運転速度の傾向から車速のパターンを予想する。
すなわち、勾配の大きい坂道や回転半径の小さいカーブや渋滞発生状況によって車速は制限され、しかもドライバーによって好みの車速は異なるため、これらによって車速のパターンを予想することができる。

次に、ステップＳ２０２では、走行経路上の勾配などの道路情報と事前に設定された車両パラメータから通常走行モードである第１走行モードを選択して走行した場合および惰行走行モードである第２走行モードを選択して走行した場合の惰行減速パターンを予想する。
さらに、ステップＳ２０３では、第１走行モードと第２走行モードでそれぞれ走行した場合の燃料使用量の予想をし、第１走行モードでの燃料使用量から第２走行モードでの燃料使用量を減算し、コースティング制御時の燃料節約量を算出する。

次に、ステップＳ２０４では、エンジン１０１の動作状態、トランスミッション１０２の動作状態の情報を入手する。さらに、ステップＳ２０５では、式６により第２走行モードを実施した場合に増加する補機１１４の電気負荷増加分燃料量Ｆｅｌを算出する。
なお、コースティング制御を実施した場合の電気負荷増加分とは、前述したエンジン１０１停止時に発生する課題であるトランスミッション１０２内の油圧を保つ電動オイルポンプ１０４の出力Ｅｏｐや、ブレーキ倍力装置などに使われる負圧を発生させる電動バキュームポンプ出力Ｅｖｐ、コースティング解除時にエンジン１０１を再始動させるためのスタータやモータジェネレータの出力Ｅｓｔを指す。ここで、トランスミッション１０２が必要とする油圧は、トランスミッション１０２が低回転ほど小さく、トランスミッション１０２が高回転ほど大きくなるため、電動オイルポンプ１０４の要求出力もトランスミッション１０２の回転数に応じて変更する。同じく再始動時に必要なスタータもしくはモータジェネレータ出力は、エンジン１０１の動作状態が暖機状態、高水温状態、高油温状態にあれば小さいが、冷機状態、低水温状態、低油温状態にあれば大きくなるため、エンジン１０１の動作状態量に応じて必要電力を変更する。この電気負荷増加分からオルタネータもしくはモータジェネレータ１０７の効率εａｌｔとエンジン効率εｅｇで除算することによって電気負荷増加分燃料量Ｆｅｌを算出することができる。
Ｆｅｌ＝（Ｅｏｐ＋Ｅｖｐ＋Ｅｓｔ）／εａｌｔ／εｅｇ ……[式６]

その後、ステップＳ２０６では、燃料節約量から電気負荷増加分燃料量を減じた値が閾値を下回る際にはコースティング制御による燃費向上効果がないものとし、ステップＳ２１０の第1走行モード（通常走行）を選択する。
次に、ステップＳ２０６において、燃料節約量から電気負荷増加分燃料量を減じた値が閾値を上回る場合は、ステップＳ２０７に進み、バッテリのＳＯＣ情報や車両の電気負荷情報を入手する。

次に、ステップＳ２０８では、バッテリのＳＯＣ情報が閾値以下または車両電気負荷が閾値以上の場合は、コースティング制御中の電気負荷の電力を供給できないため、コースティング制御を行うのに十分な蓄電量が確保できないものとしてステップＳ２１０の第１走行モード（通常走行）を選択する。
また、ステップＳ２０８では、バッテリのＳＯＣ情報が閾値以上または車両電気負荷が閾値以下の場合は、コースティング制御を行うのに十分な蓄電量が確保できており、かつ、ステップＳ２０６でのコースティング制御による燃費向上効果が得られるものとして第２走行モードを選択し、コースティング制御を行う。

なお、上記では、制御装置１０８によってコースティング制御が通常走行制御と比べて燃費が良くなると判断された場合、車両側で自動的にクラッチを切ってコースティング制御を行なわせるように構成したが、燃費向上効果が得られることを表示する報知装置を設け、この報知装置によってコースティング制御への切り換えが望ましいことをドライバーに知らせるように構成してもよい。

次に、タイムチャートを示す図３に基づき、この発明に係る車両用制御装置の動作について説明する。図中、実線は、クラッチ１０３を連結した通常走行モードである第１走行モード、点線は、クラッチ１０３を開放したコースティング走行モードである第２走行モードの場合を示している。

時刻ｔ１において、ドライバーのアクセル、ブレーキ操作により加速が必要としない車両の走行状態と認識された場合にコースティング制御を行なうか否かの判定を開始する。
ここで車両の燃費を決めるモード走行は、目標とする車速に±２ｋｍ/ｈなどの速度幅を持つことが知られているが、本制御においても予想される速度パターンに±２ｋｍ/ｈなどの速度幅を持つものとする。本制御では第１走行モードと第２走行モードでそれぞれ惰行走行するパターンが車速パターンの速度幅に入ることが前提になる。
次に、燃料噴射量に関して、第１走行モードは燃料カットの条件に入らない限りは燃料を噴射する必要があるのに対し、第２走行モードはエンジンを停止させるため燃料を噴射しない（時刻ｔ１からｔ２の間）。その反面、第２走行モードではコースティング解除時のエンジン始動時に燃料噴射をする必要がある（時刻ｔ３からｔ４の間）。第１走行モードの燃料噴射量から第２走行モードの燃料噴射量を減算することでコースティング制御による燃料節約量を求めることができる。
すなわち、図３（ｃ）において、時刻ｔ１からｔ４の間の実線および点線の総燃料噴射量を積算することにより、第１走行モードおよび第２走行モードの燃料噴射量を予想することができ、これらにより期待される燃料節約量を求めることができる。

また、コースティングによる追加電気負荷に関しては、前述のとおり、エンジン停止時の電動オイルポンプ１０４と電動バキュームポンプ（電動負圧ポンプと同じもの）の電力（時刻ｔ１からｔ３の間）と、エンジン１０１の再始動時に必要なスタータやモータジェネレータ１０７（時刻ｔ３からｔ４の間）の電力の総和となる。

この電気負荷増加分からオルタネータもしくはモータジェネレータ１０７の効率およびエンジン１０１の効率で除算することによって電気負荷増加分燃料量を算出する。そして、前述の燃料節約量から電気負荷増加分燃料量を減じた値が正の場合は、コースティング制御による燃費向上効果があることになるため、コースティング制御を選択することになる。

以上のように、この発明の実施形態１によれば、ナビゲーションシステムなどの車両外部情報収集装置１０９を持ち、車両の走行経路と速度パターンと走行道路情報から燃料消費量を予想し、コースティング中の電動オイルポンプの電力およびコースティングからの復帰時に必要となるスタータなどの電力を考慮してコースティング制御した方が燃料消費量を確実に少なくできる場合にコースティング制御を行うことによって燃費を向上させることが可能になる。

なお、実施の形態１では、ベルト１０６を用いた４８Ｖのモータジェネレータ１０７を使用することを前提に説明したが、トランスミッション挟み込みのモータジェネレータなどハイブリッドの方式によらない車両、または、１２Ｖから３００Ｖ以上の高電圧までの電圧によらず、エンジンを切り離して走行できるハイブリッド方式の車両であれば、同様に適用することができ、燃費向上の効果を得ることが可能となる。

また、実施の形態１では、コースティング中はエンジン１０１のアイドル回転数を維持させるかエンジン１０１を停止することを前提に説明したが、コースティング中は、エンジン１０１のアイドル回転数を維持させるアイドルコースティングでも同様の効果を得ることができる。ただし、エンジン１０１がアイドル回転を維持するための燃料が必要になるため、エンジン１０１を停止させたコースティングより効果が少なくなる。

なお、図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。
また、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１０１…エンジン、１０２…トランスミッション、１０３…クラッチ、
１０４…電動オイルポンプ、１０５…駆動タイヤ、１０６…ベルト、
１０７…モータジェネレータ、１０８…車両用制御装置、
１０９…ナビゲーションシステム、１１０…入力装置、１１１…４８Ｖ系蓄電装置、
１１２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１３…１２Ｖ系蓄電装置、１１４…補機

この発明に係る車両用制御装置は、車両の駆動源であるエンジンと、前記エンジンの動力を前記車両の駆動輪に伝達する動力伝達装置と、前記車両の走行経路を決定し、これにより得られた走行経路と走行パターンを予想するとともに、この予想される走行経路上のカーブ、勾配、渋滞情報等の道路情報を入手する車両外部情報収集装置と、前記動力伝達装置を連結状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する第１走行モードと前記動力伝達装置を開放状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達しない第２走行モードとを切り替える制御装置とを備え、前記制御装置は、前記走行経路と前記道路情報から予想される車速パターンに基づき、前記第１走行モード選択時の燃料消費量と前記第２走行モード選択時の燃料消費量を予想するとともに、これらを比較し、予想燃料消費量が少なくなる走行モードに切り替えるように構成したことを特徴とするものである。

次に、このような車両用制御装置において、コースティング制御を実施する場合の動作について説明する。
コースティング制御は、基本的にドライバーのアクセル、ブレーキ操作などにより加速を必要としない状態と認識された場合に実行される。
このため、コースティング制御時は、車両駆動源であるエンジン１０１と車両の駆動輪１０５との間にあるトランスミッション１０２内部のクラッチ１０３を開放することによって駆動源と車両の駆動輪とが完全に切り離される。したがって、コースティング制御中は、クラッチ１０３から駆動輪１０５の間に含まれる機械的なロスを除いて車両は単なる慣性体となり、走行に必要とする走行抵抗成分によってのみ減速する。

Claims (6)

1. 車両の駆動源であるエンジンと、
   前記エンジンとの間の動力を前記車両の駆動輪に伝達する動力伝達装置と、
   前記車両の走行経路を決定し、これにより得られた走行経路と走行パターンを予想するとともに、この予想される走行経路上の道路情報を入手する車両外部情報収集装置と、
   前記動力伝達装置を連結状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する第１走行モードと前記動力伝達装置を開放状態として前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達しない第２走行モードとを切り替える制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記走行経路と前記道路情報から予想される車速パターンに基づき、前記第１走行モード選択時の燃料消費量と前記第２走行モード選択時の燃料消費量を予想するとともに、これらを比較し、予想燃料消費量が少なくなる走行モードに切り替えるように構成したことを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記制御装置は、第１走行モード選択時の予想燃料消費量と前記第２走行モード選択時の予想燃料消費量との差分が閾値を超えた場合に、走行モードを切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記第１走行モードと前記第２走行モードの切り替えに必要となる電気を動力とする補機を備え、
   前記制御装置は、前記第１走行モードと前記第２走行モードとの切り替える判定に用いる閾値を、前記補機の電力に応じて変更することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用制御装置。
4. 前記エンジンの回転に伴い発電された電力を蓄電する蓄電装置を備え、
   前記制御装置は、前記第１走行モードと前記第２走行モードとを切り替える判定に用いる閾値を、前記蓄電装置の蓄電状態に基づいて変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の車両用制御装置。
5. 前記走行制御装置は、前記第１走行モードと前記第２走行モードとを切り替える判定に用いる閾値を、前記エンジンの動作状態に基づいて変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の車両用制御装置。
6. 前記車両の第１走行モードまたは第２走行モードを選択することを報知させる報知装置を備え、前記制御装置は、前記第１走行モードと前記第２走行モードとを切り替えることが望ましいと判定された際に、前記報知装置を動作させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の車両用制御装置。