JP2015085762A - プラグインハイブリッド自動車の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部充電回数に応じて電動機による走行モードを優先的に選択する制御を商用車においても適用すること。【解決手段】プラグインハイブリッド自動車で、バッテリに対する外部電源の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶する情報記憶部３０と、供給間隔と積算出力とに基づいて電動機が走行に関与する割合を設定する走行モード選択部３２と、を有する構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、プラグインハイブリッド自動車の制御装置および制御方法に関する。

エンジンと電動機とを有し、エンジンによるエンジン走行モード、電動機による電動機走行モード、およびエンジンを電動機がアシストするアシスト走行モードのいずれかの走行モードを選択可能なハイブリッド自動車が普及している。

ハイブリッド自動車は、電動機に電力を供給するためのバッテリを搭載しており、バッテリの充電状態（以下ではＳＯＣ:State of Charge）が低下すると、エンジンにより電動機を発電機として駆動し、バッテリに充電することでバッテリのＳＯＣを改善する。さらに、外部電源から車載されているバッテリに充電することができるハイブリッド自動車も普及しつつある。以下では、このようなハイブリッド自動車をプラグインハイブリッド自動車と呼ぶことにする。

特許文献１では、走行回数に対する外部充電回数の割合に応じてプラグインハイブリッド自動車の電動機走行モードまたはアシスト走行モードを優先的に選択することで燃費の向上を図っている。

特開２００９−１２６４５６号公報

特許文献１では、プラグインハイブリッド自動車の走行回数に対する外部充電回数の割合に応じて電動機走行モードまたはアシスト走行モードの時間を設定する制御を実施している。しかしながら、このような制御は、乗用車には適用可能であってもトラックやバスなどの商用車には適用できない。

その理由は、商用車は走行の度に積載重量が異なるので、車両の総重量が異なる。たとえばトラックなどの貨物車両では、空積時と定積時とでは２倍以上も車両の総重量が異なる場合がある。したがって、同じ走行回数でも空積での走行回数と定積での走行回数を等しく扱うことは不適切である。よって、トラックやバスなどの商用車の場合には、走行回数と外部充電回数との割合に応じて電動機走行モードまたはアシスト走行モードの時間を設定するといった制御は適切ではない。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、外部充電回数に応じて電動機が走行に関与する割合を適切に設定する制御を商用車においても適用することができるプラグインハイブリッド自動車の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンと、電動機と、電動機に電力を供給すると共に電動機が発電機として駆動されたとき、または、外部電源が供給されたときに充電されるバッテリと、を有し、エンジンによるエンジン走行モードと、電動機による電動機走行モードと、エンジンを電動機がアシストするアシスト走行モードのいずれかを選択が可能なプラグインハイブリッド自動車の制御装置において、バッテリに対する外部電源の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶する記憶手段と、供給間隔と積算出力とに基づいて電動機が走行に関与する割合を設定する走行モード選択手段と、を有するものである。

このときに、所定期間内に記憶した供給間隔と積算出力とを平均化演算する平均化演算手段を有し、走行モード選択手段は、平均化された供給間隔と積算出力とに基づいて電動機が走行に関与する割合を設定することができる。

たとえば、走行モード選択手段は、供給間隔が短いほど、および積算出力が小さいほど、電動機が走行に関与する割合を高くすることが好ましい。

さらに、所定のスイッチの操作に基づいて、走行モード選択手段による走行モードの選択に優先してエンジン走行モードまたはアシスト走行モードを選択する手段を有することができる。

本発明の他の観点は、制御方法としての観点である。本発明は、エンジンと、電動機と、電動機に電力を供給すると共に電動機が発電機として駆動されたとき、または、外部電源が供給されたときに充電されるバッテリと、を有し、エンジンによるエンジン走行モードと、電動機による電動機走行モードと、エンジンを電動機がアシストするアシスト走行モードのいずれかを選択が可能なプラグインハイブリッド自動車の制御方法において、記憶手段がバッテリに対する外部電源の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶する記憶ステップと、走行モード選択手段が供給間隔と積算出力とに基づいて電動機が走行に関与する割合を設定する走行モード選択ステップと、を有するものである。

このときに、平均化演算手段が所定期間内に記憶した供給間隔と積算出力とを平均化演算する平均化演算ステップを有し、走行モード選択ステップの処理は、平均化された供給間隔と積算出力とを平均化演算するステップを有することができる。

たとえば、走行モード選択方法は、平均化された供給間隔が短いほど、および積算出力が小さいほど、電動機が走行に関与する割合を高くすることが好ましい。

さらに、所定のスイッチの操作に基づいて、走行モード選択ステップの処理による走行モードの選択に優先してエンジン走行モードまたはアシスト走行モードを選択するステップを有することができる。

本発明によれば、外部充電回数に応じて電動機が走行に関与する割合を適切に設定する制御を商用車においても適用することができる。

本発明の実施の形態に係るプラグインハイブリッド自動車の構成図である。 図１の制御部の構成図である。 図２の情報記憶部における外部充電間隔と積算出力の情報収集の様子を説明する図である。 図２の走行モード選択部における走行モード選択ルールを説明するための図である。 図１の制御部の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係るプラグインハイブリッド自動車１について、図１〜図４を参照しながら説明する。

プラグインハイブリッド自動車１は、主要な構成として、エンジン１０と、電動機１１と、電動機１１に電力を供給すると共に電動機１１が発電機として駆動されたとき、または、外部電源２３が供給されたときに充電されるバッテリ１２と、エンジン１０の回転軸と電動機１１の回転軸とを接断するクラッチ１３と、バッテリ１２に外部電源２３を供給するための外部端子１４と、を有する。

プラグインハイブリッド自動車１は、その他の構成として、エンジン１０のスタータ１５と、電動機１１の出力が入力されるトランスミッション１６と、インバータ１７，１８，１９と、制御部２０と、トランスミッション１６の出力が入力されるディファレンシャルギア２１と、駆動輪２２と、を有する。

エンジン１０は、たとえばディーゼルエンジンであるが、その他にもガソリンエンジンや天然ガスエンジンなど、様々なエンジンを適用することができる。

電動機１１は、バッテリ１２からの電力が供給されると回転トルクを発生すると共に、エンジン１０により駆動されて発電機としても動作する。

バッテリ１２は、電動機１１に電力を供給すると共に、電動機１１が発電機として動作しているとき、または、外部端子１４に外部電源２３が接続されたときに充電される。

クラッチ１３は、エンジン１０と電動機１１の回転軸を互いに接続したり切断したりすることができる。なお、クラッチ１３は、制御部２０の制御によって動作するものであり、運転者がクラッチペダルを操作することで動作するものではない。

外部端子１４は、外部電源２３が接続される端子であり、プラグインハイブリッド自動車１の外壁面等に備えられる。

スタータ１５は、クラッチ１３が切断状態にあるときに、エンジン１０を始動させるものである。たとえば、電動機走行モードでの走行中に、エンジン１０によるエンジン走行モードまたはエンジン１０を電動機１１がアシストするアシスト走行モードにモード変更するとき、切断状態のクラッチ１２を接続するのに先立って、スタータ１５を用いてエンジン１０を始動させる。これにより、クラッチ１２を接続するのに先立って、エンジン１０の回転速度と電動機１１の回転速度とを同期させることができる。なお、クラッチ１３が接続状態であれば、スタータ１５を用いることなく、エンジン１０を電動機１１の駆動によって始動させることができる。

トランスミッション１６は、電動機１１の出力軸を入力軸とし、電動機１１の出力軸の回転速度を変速することでディファレンシャルギア２１の入力軸の回転速度を調整する。

インバータ１７は、電動機１１とバッテリ１２との間に配置され、バッテリ１２の直流電力を交流電力に変換して電動機１１に供給し、電動機１１が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給する。

インバータ１８は、バッテリ１２の直流電力を交流電力に変換してスタータ１５に供給する。

インバータ１９は、外部端子１４に接続される外部電源２３の交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給する。

制御部２０は、図１に示すプラグインハイブリッド自動車１の各部の動作を制御するものである。実際には、図１に示すプラグインハイブリッド自動車１の各部（エンジン１０、電動機１１、バッテリ１２、クラッチ１３、スタータ１５、トランスミッション１６、インバータ１７，１８，１９）には、それぞれ個別に、ＥＣＵ(Electric Control Unit)が設けられており、これらのＥＣＵが協働して制御を行っている。本実施の形態では、説明を分かり易くするために、複数のＥＣＵが協働して実施する制御を１つの制御部２０による制御として説明する。

ディファレンシャルギア２１は、トランスミッション１６の出力軸を入力軸とし、駆動力を車輪２２に伝達する。

車輪２２は、プラグインハイブリッド自動車１の駆動輪である。

外部電源２３は、外部端子１４に接続可能な端子を有する外部の電源である。たとえば、外部電源２３は、家庭用の交流１００ボルトまたは交流２００ボルトである。

図２は、制御部２０の機能的構成例を示している。制御部２０は、図２に示すように、情報記憶部３０、平均化演算部３１、および走行モード選択部３２を有する。なお、制御部２０は、コンピュータ装置の一例であり、制御部２０を構成するハードウェアである不図示のメモリに予めインストールされているプログラムを制御部２０を構成するハードウェアである不図示のＣＰＵ(Central Processing Unit)が実行することにより、制御部２０としての情報記憶部３０、平均化演算部３１、および走行モード選択部３２の機能が実現される。

すなわち、制御部２０は、情報処理装置が予めインストールされている所定のプログラムを実行することによって実現することができる。このような情報処理装置は、たとえば、メモリ、ＣＰＵ、入出力ポートなどを有する。情報処理装置のＣＰＵは、メモリなどから所定のプログラムとして制御プログラムを読み込んで実行する。これにより、情報処理装置には、制御部２０の機能が実現される。なお、ＣＰＵの代わりにＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）、ＤＳＰ(Digital Signal Processor)などを用いてもよい。

また、上述の所定のプログラムは、制御部２０の出荷前に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであっても、制御部２０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。また、プログラムの一部が、制御部２０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されたものであってもよい。制御部２０の出荷後に、情報処理装置のメモリなどに記憶されるプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどのコンピュータ読取可能な記録媒体に記憶されているものをインストールしたものであっても、インターネットなどの伝送媒体を介してダウンロードしたものをインストールしたものであってもよい。

また、上述の所定のプログラムは、情報処理装置によって直接実行可能なものだけでなく、ハードディスクなどにインストールすることによって実行可能となるものも含む。また、圧縮されたり、暗号化されたりしたものも含む。

このように、情報処理装置とプログラムによって制御部２０を実現することにより、大量生産や仕様変更（または設計変更）に対して柔軟に対応可能となる。

なお、情報処理装置が実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。

情報記憶部３０は、図３に示すように、バッテリ１２に対する外部電源２３の供給間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…とその供給間隔内における走行時の積算出力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…を所定期間にわたり記憶する。ここで、外部電源２３の供給間隔とは、前回、外部電源２３を用いてバッテリ１２に充電を行った時刻から今回、外部電源２３を用いてバッテリ１２に充電を行った時刻との間の時間である。また、積算出力とは、外部電源２３の供給間隔内において、プラグインハイブリッド自動車１のエンジン１０または電動機１１の出力を積算した出力である。

平均化演算部３１は、所定期間内に記憶した供給間隔Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…と積算出力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，…とを平均化演算する。

走行モード選択部３２は、平均化された供給間隔と積算出力とに基づいて電動機１１が走行に関与する割合を設定する。

たとえば、図４に示すように、走行モード選択部３２は、平均化された供給間隔が短いほど、および積算出力が小さいほど、電動機１１が走行に関与する割合を高くする。図４の例では、電動機１１が走行に関与する割合に応じて、積極アシスト、積極ＥＶ、消極アシスト、消極ＥＶに分けている。なお、図４に関する説明では、バッテリ１２のＳＯＣは、通常値（たとえば充電率５０％）とする。

積極アシストとは、エンジン１０を電動機１１がアシストする際に、エンジン１０の依存率を低く抑えるモードである。図４の例では、供給間隔は短く、頻繁に外部充電を行っているが、積算出力が高く、重たい貨物を運んでいる状況のときに、積極アシストを実施する。すなわち、バッテリ１２のＳＯＣが低下してもすぐに外部充電が実施される状況であるため、ＳＯＣがかなり低下（たとえば充電率２０％）するまでエンジン１０の電動機１１によるアシストを許容することができる。積極アシストでは、電動機走行モードは選択されないが、エンジン１０のみにより走行するエンジン走行モードは選択せず、アシストする際にもエンジン１０への依存率を低く抑えて燃費の向上を図ることができる。

積極ＥＶとは、電動機１１により走行する電動機走行モードを積極的に選択するモードであり、バッテリ１２のＳＯＣがかなり低下（たとえば充電率２０％）するまで、積極的に電動機走行モードを選択し続けるモードである。図４の例では、供給間隔は短く、頻繁に外部充電を行っていて、積算出力が低く、軽い貨物を運んでいる状況のときに、積極ＥＶを実施する。すなわち、バッテリ１２のＳＯＣが低下してもすぐに外部充電が実施される状況であるため、ＳＯＣがかなり低下するまで電動機走行モードでの走行を許容することができる。積極ＥＶでは、電動機走行モードが長時間選択されることにより燃費の向上を図ることができる。

消極アシストとは、エンジン１０を電動機１１がアシストする際に、エンジン１０の依存率を高くするモードである。図４の例では、供給間隔が長く、あまり頻繁には外部充電を行っておらず、重たい貨物を運んでいるときに、消極アシストを実施する。すなわち、バッテリ１２のＳＯＣが低下してもすぐに外部充電が実施されない状況であるため、ＳＯＣの低下を避けるように、アシストの際のエンジン１０の依存率は高めにする。消極アシストでは、前述した積極アシストよりはエンジン１０の依存率が高くなるがエンジン１０のみによるエンジン走行モードを選択するのに比べて燃費の改善を図ることができる。

消極ＥＶとは、電動機１１により走行する電動機走行モードを消極的に選択するモードであり、バッテリ１２のＳＯＣが低下しない範囲で電動機走行モードを選択するモードである。図４の例では、供給間隔は長く、頻繁には外部充電を行っておらず、積算出力が低く、軽い貨物を運んでいる状況のときに、消極ＥＶを実施する。すなわち、バッテリ１２のＳＯＣが低下してもすぐに外部充電が実施されない状況であるため、ＳＯＣが所定値よりも低下しない範囲で電動機走行モードでの走行を許容する。消極ＥＶでは、たとえば発進時などに限定して電動機走行モードを選択することで燃費の向上を図ることができる。

次に、制御部２０の動作を図５のフローチャートを参照しながら説明する。図５のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、プラグインハイブリッド自動車１のキースイッチがＯＮ状態になっているという条件である。なお、図５のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴからＥＮＤまでの処理は、１周期分の処理であり、１周期分の処理が終了してもまだＳＴＡＲＴの条件が満たされていれば処理は再び開始される。

ステップＳ１において、制御部２０は、情報記憶部３０に、所定期間の外部電源２３の供給間隔および供給間隔内の積算出力のデータが蓄積されたか否かを判定する。ステップＳ１において、情報記憶部３０に、所定期間のデータが蓄積されたと判定されると、処理は、ステップＳ２に進む。一方、ステップＳ１において、情報記憶部３０に、所定期間のデータが蓄積されていないと判定されると、処理は、ステップＳ１を繰り返す。

ステップＳ２において、制御部２０は、平均化演算部３１で、供給間隔と積算出力の所定期間内の平均化演算を行って、処理は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御部２０は、走行モード選択部３２で、平均化された供給時間は所定値未満か否かを判定する。ステップＳ３において、平均化された供給時間は、所定値未満であると判定されると、処理は、ステップＳ４に進む。一方、ステップＳ３において、平均化された供給時間は、所定値以上であると判定されると、処理はステップＳ６に進む。なお、上述の所定値は、たとえば、図４の垂直の破線が横軸と交わる点に対応する値である。

ステップＳ４において、制御部２０は、走行モード選択部３２で、平均化された積算出力は、所定値未満か否かを判定する。ステップＳ４において、平均化された積算出力は、所定値未満であると判定されると、処理は、ステップＳ５に進む。一方、ステップＳ４において、平均化された積算出力は、所定値以上であると判定されると、処理はステップＳ９に進む。

ステップＳ５において、制御部２０は、走行モード選択部３２に、積極ＥＶのための走行モードを選択させて、１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

ステップＳ６において、制御部２０は、走行モード選択部３２で、平均化された積算出力は、所定値以上か否かを判定する。ステップＳ６において、平均化された積算出力は、所定値以上であると判定されると、処理は、ステップＳ７に進む。一方、ステップＳ６において、平均化された積算出力は、所定値未満であると判定されると、処理はステップＳ８に進む。なお、上述の所定値は、たとえば、図４の水平の破線が縦軸と交わる点に対応する値である。

ステップＳ７において、制御部２０は、走行モード選択部３２に、消極アシストのための走行モードを選択させて、１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

ステップＳ８において、制御部２０は、走行モード選択部３２に、消極ＥＶのための走行モードを選択させて、１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

ステップＳ９において、制御部２０は、走行モード選択部３２に、積極アシストのための走行モードを選択させて、１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

以上説明したように、情報記憶部３０がバッテリ１２に対する外部電源２３の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶し（ステップＳ１）、平均化演算部３１が所定期間内に記憶した供給間隔と積算出力とを平均化演算し（ステップＳ２）、走行モード選択部３２が平均化された供給間隔と積算出力とに基づいて電動機１１が走行に関与する割合を設定するので（ステップＳ３〜ステップＳ９）、外部充電回数に応じて電動機１１が走行に関与する割合を適切に設定する制御を商用車においても適用することができる。

たとえば、走行モード選択部３２による走行モード選択方法は、平均化された供給間隔が短いほど、および積算出力が小さいほど、電動機１１が走行に関与する割合を高くする。これにより、エンジン１０による走行時間を短くして燃費の向上を図ることができる。

また、所定のスイッチの操作に基づいて、走行モード選択部３２による走行モードの選択に優先してエンジン走行モードまたはアシスト走行モードを選択するようにしてもよい。すなわち、図４の走行モード選択条件とは別に、所定のスイッチが操作されたらエンジン走行モードまたはアシスト走行モードが選択されるようにする。これによれば、電動機走行モードで走行したい区間のためにバッテリ１２のＳＯＣを低下させずにＳＯＣが良好な状態を保ち、電動機走行モードで走行したい区間においては確実に電動機走行モードを選択することができる。

たとえば、閑静な住宅街での貨物の配達を予定している場合、それ以外の場所では、所定のスイッチを操作してエンジン走行モードまたはアシスト走行モードを選択するようにする。これにより、プラグインハイブリッド自動車１は、閑静な住宅街における貨物の配達中には、音の静かな電動機走行モードで配達作業を行うことができる。

また、積算出力および供給間隔のバラツキが小さい場合には、平均化演算部３１は、省略してもよい。

また、図４に示す各モード（積極アシスト、消極アシスト、積極ＥＶ、消極ＥＶ）をスイッチ等の切替えによって手動で変更してもよい。

１…プラグインハイブリッド自動車、１０…エンジン、１１…電動機、１２…バッテリ、１４…外部端子、２０…制御部（制御装置）

Claims (8)

1. エンジンと、電動機と、前記電動機に電力を供給すると共に前記電動機が発電機として駆動されたとき、または、外部電源が供給されたときに充電されるバッテリと、を有し、
   前記エンジンによるエンジン走行モードと、前記電動機による電動機走行モードと、前記エンジンを前記電動機がアシストするアシスト走行モードのいずれかを選択が可能なプラグインハイブリッド自動車の制御装置において、
   前記バッテリに対する前記外部電源の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶する記憶手段と、
   前記供給間隔と前記積算出力とに基づいて前記電動機が走行に関与する割合を設定する走行モード選択手段と、
   を有する、
   ことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置において、
   前記所定期間内に記憶した前記供給間隔と前記積算出力とを平均化演算する平均化演算手段を有し、
   前記走行モード選択手段は、平均化された前記供給時間と前記積算出力とに基づいて前記電動機が走行に関与する割合を設定する、
   ことを特徴とする制御装置。
3. 請求項１または２記載の制御装置において、
   前記走行モード選択手段は、前記供給間隔が短いほど、および前記積算出力が小さいほど、前記電動機が走行に関与する割合を高くする、
   ことを特徴とする制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の制御装置において、
   所定のスイッチの操作に基づいて、前記走行モード選択手段による走行モードの選択に優先して前記エンジン走行モードまたは前記アシスト走行モードを選択する手段を有する、
   ことを特徴とする制御装置。
5. エンジンと、電動機と、前記電動機に電力を供給すると共に前記電動機が発電機として駆動されたとき、または、外部電源が供給されたときに充電されるバッテリと、を有し、
   前記エンジンによるエンジン走行モードと、前記電動機による電動機走行モードと、前記エンジンを前記電動機がアシストするアシスト走行モードのいずれかを選択が可能なプラグインハイブリッド自動車の制御方法において、
   記憶手段が前記バッテリに対する前記外部電源の供給間隔とその供給間隔内における走行時の積算出力を所定期間にわたり記憶する記憶ステップと、
   走行モード選択手段が前記供給間隔と前記積算出力とに基づいて前記電動機が走行に関与する割合を設定する走行モード選択ステップと、
   を有する、
   ことを特徴とする制御方法。
6. 平均化演算手段が前記所定期間内に記憶した前記供給間隔と前記積算出力とを平均化演算する平均化演算ステップを有し、
   前記走行モード選択ステップの処理は、平均化された前記供給間隔と前記積算出力とを平均化演算するステップを有する、
   ことを特徴とする制御方法。
7. 請求項５または６記載の制御方法において、
   前記走行モード選択方法は、前記供給間隔が短いほど、および前記積算出力が小さいほど、前記電動機が走行に関与する割合を高くする、
   ことを特徴とする制御方法。
8. 請求項５から７のいずれか１項に記載の制御方法において、
   所定のスイッチの操作に基づいて、前記走行モード選択ステップの処理による走行モードの選択に優先して前記エンジン走行モードまたは前記アシスト走行モードを選択するステップを有する、
   ことを特徴とする制御方法。

Images