JP2015123749A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッドシステムの過剰な制限を抑制し燃費改善効果を十分に得ることができ、ひいてはＣＯ2削減効果を向上させることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。【解決手段】車両の走行履歴データを更新し（Ｓ１）、当該走行履歴データに基づき前記車両が停車を伴う所定の道路を走行中であるか判定し（Ｓ２〜Ｓ４）、当該所定の道路を走行中はＳＯＣに応じたモータトルクの制限値を高い値とすることで、モータ及びバッテリを含むハイブリッドコンポーネントの出力制限を補正して（Ｓ５）、モータの制限がかかり難くする。【選択図】図３

Description

本発明は、走行用駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。

近年、環境問題等を考慮して、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車両の開発が進んでいる。このようなハイブリッド車両には、走行用のモータに電力を供給するバッテリが搭載されているが、バッテリは劣化抑制の観点から通常は出力制限や温度制限が設けられている。

例えば特許文献１では、ハイブリッド車両のオートクルーズ制御において、エンジンを休筒運転し、不足するトルクをモータによりアシストするようトルク制御しており、このアシストに用いるモータトルクの上限値をバッテリの残容量に応じて算出している。

特開２００５−４２６９９号公報

例えば、停車と発進を繰り返す市街地等での走行ではバッテリの充放電が頻繁に行われるが、特許文献１の技術のようにバッテリの残容量が充電の制限値に達すると、その後直ぐに電力を消費できる状況であっても、それ以上充電が行われないようにモータによる回生ブレーキを制限し、電力として回収可能であったエネルギーは、他のブレーキにより熱として消費されることとなる。

このように一律にバッテリの残容量に応じてモータの使用を制限すると、ハイブリッドシステムによる燃費改善効果やＣＯ₂削減効果等を十分に得られないという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ハイブリッドシステムの過剰な制限を抑制し燃費改善効果を十分に得ることができ、ひいてはＣＯ₂削減効果を向上させることのできるハイブリッド車両の走行制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、車両の走行用駆動源としてのエンジン及びモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記車両の現在から一定時間前までの所定の判定期間内における運転状態から算出される走行履歴情報を記憶する走行履歴記憶部と、前記走行履歴記憶部に記憶された走行履歴情報に基づき前記車両が走行している道路状況を判定する道路状況判定部と、前記バッテリを保護すべく前記バッテリの充電量に応じて前記モータが出力可能なトルクの制限値を設定するバッテリ保護制御部と、前記道路状況判定部により前記車両の停車を伴う所定の道路を走行中であると判定された場合には、前記バッテリ保護制御部における前記バッテリの充電量に応じた前記モータの出力可能なトルクの制限値を高くする制限補正部と、を備える。

上記手段を用いる本発明によれば、ハイブリッドシステムの過剰な制限を抑制し燃費改善効果を十分に得ることができ、ひいてはＣＯ₂削減効果を向上させることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

本発明の一実施形態における走行制御装置を備えたハイブリッド車両の概略構成図である。 （ａ）通常時のＳＯＣとモータトルク制限との関係図、（ｂ）走行履歴の説明図、（ｃ）制限補正時のＳＯＣとモータトルク制限との関係図である。 バッテリ保護制御部において実行されるバッテリ保護制御ルーチンを示したフローチャートである。

図１は本実施形態の走行制御装置が搭載されたハイブリッド車両を示す全体構成図である。
ハイブリッド車両１はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。

車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して自動変速機５の入力側が連結されている。自動変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。

自動変速機５は一般的な手動式変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進６速後退１速の変速段を有している。当然ながら、変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。

モータ３にはインバータ１０を介してバッテリ１１が接続されている。バッテリ１１に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ３に供給され、モータ３が発生した駆動力は自動変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる（これを力行運転という）。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される（これを回生運転という）。さらに、エンジン２が発生する駆動力によりモータ３を回転させて発電を行い、バッテリ１１を充電することも可能である。

このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側または負側の駆動力が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはエンジン２の駆動力のみが駆動輪側に伝達されたりして車両１が走行する。

車両ＥＣＵ１３は車両全体を統合制御するための制御回路である。そのために車両ＥＣＵ１３には、アクセルペダル１４の操作量を検出するアクセルセンサ１５、ブレーキペダル１６の踏込操作を検出するブレーキスイッチ１７、車両１の速度を検出する車速センサ１８、エンジン２の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ１９、及びモータ３の回転速度を検出するモータ回転速度センサ２０などの各種センサ・スイッチ類が接続されている。

また、車両ＥＣＵ１３には、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機５を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２２、インバータ制御用のインバータＥＣＵ２３、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２４が接続されている。

車両ＥＣＵ１３は、運転者によるアクセル操作量などに基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１のＳＯＣ（充電量：State Of Charge）などに基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン２の駆動力のみを用いて走行するエンジン走行モード、モータ３の駆動力のみを用いて走行するモータ走行モード、及びエンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いて走行するハイブリッド走行モード等が設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ１３が選択するようになっている。

車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばハイブリッド走行モードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、エンジン走行モードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、モータ走行モードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。さらにエンジン発電走行モードでは、要求トルクとモータ３による発電に要するトルクとを合わせた値をエンジン２のトルク指令値として算出する。

そして、車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードを実行すべく、モータ走行モードでは上記クラッチ４を切断し、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２２及びインバータＥＣＵ２３にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ１３は、アクセル操作量や車速などに基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。

一方、エンジンＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ１３において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばエンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、モータ走行モードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。

また、インバータＥＣＵ２３は、車両ＥＣＵ１３において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように、インバータ１０を介してモータ３を駆動制御する。例えばモータ走行モードやハイブリッド走行モードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御して正側の駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して負側の駆動力を発生させる。また、エンジン走行モードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。さらにエンジン発電走行モードの場合には、エンジン２の駆動力を受けて発電を行う。

また、バッテリＥＣＵ２４は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、インバータ１０とバッテリ１１との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１１のＳＯＣ（充電量）を算出し、このＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ１３に出力する。

一方、車両ＥＣＵ１３は、バッテリＥＣＵ２４から取得した情報に基づきバッテリ１１のＳＯＣを監視し、当該ＳＯＣが適正な範囲となるようにモータ３及びバッテリ１１を含むハイブリッドコンポーネントの出力を制限するバッテリ保護制御部３０を有している。

詳しくは、図２を参照すると、図２（ａ）には通常時のＳＯＣとモータトルク制限との関係図、図２（ｂ）には走行履歴の説明図、図２（ｃ）には制限補正時のＳＯＣとモータトルク制限との関係図がそれぞれ示されており、以下これらの図も参照しつつ、バッテリ保護制御部３０について説明する。

バッテリ保護制御部３０は、具体的にはバッテリ１１のＳＯＣを監視し、モータ３の力行運転において、バッテリ１１のＳＯＣに応じてモータ３が出力可能なトルクを制限することで、ＳＯＣが大幅に低下することを防止している。
本実施形態では図２（ａ）に示すように、バッテリ保護制御部３０はＳＯＣが下限値Ａ０（例えば３０％）より低い場合には、モータ３の力行運転を実質的に禁止するようにモータトルクの制限値を０とする。そして、ＳＯＣが下限値Ａ０から第１所定値Ａ１（例えば３５％）の間にある場合は、ＳＯＣが高いほどモータトルクの制限値を高く設定する。そして、ＳＯＣが第１所定値Ａ１以上の場合は、モータトルクの制限値は第１制限値Ｔ１に固定する。なお、当該第１制限値Ｔ１はモータ３が出力可能な最大トルクより十分に低い値である。

さらにバッテリ保護制御部３０は、車両１の走行履歴から道路状況を判定し、道路状況に応じてハイブリッドコンポーネントの出力制限を補正すべく、走行履歴記憶部３１、道路状況判定部３２、及び制限補正部３３を有している。
走行履歴記憶部３１は、図２（ｂ）に示すように、車速センサ１８より得られる車両１の車速情報を逐次記憶する。そして、現時点から一定時間前までの所定の判定期間内における停車時間割合、判定期間内の平均車速と上限車速又は下限車速との比である速度比、所定変化率以上の減速時間割合、所定車速以下の低速走行割合、バッテリ１１のＳＯＣの変化幅（ＳＯＣの上昇率及び下降率）、等の走行履歴データ（走行履歴情報）を演算し、逐次更新して記憶する。

道路状況判定部３２は、走行履歴記憶部３１において記憶された走行履歴データに基づき、現在車両１が走行している道路状況を判定する。具体的には、停車時間割合、速度比、ＳＯＣの上昇率について、それぞれ予め定めた閾値と比較することで、市街地、渋滞中の道路、配送トラックであれば配送地域（以下、市街地等という）等、発進及び停車を繰り返すような車両の停車を伴う道路を走行しているかを判定する。このように、所定時間内において発進及び停車を交互に繰り返すような走行状態を、ストップアンドゴー走行状態ともいう。

制限補正部３３は、道路状況判定部３２において、市街地等を走行していると判定された場合（または、「ストップアンドゴー走行状態と判定された場合」ともいう。）に、図２（ｃ）に示すように、ＳＯＣが第１所定値Ａ１以上でも、ＳＯＣが高いほどモータトルクの制限値が高くなり、ＳＯＣが第２所定値Ａ２（例えば４０％）以上の場合は第２制限値Ｔ２となるよう補正する。当該第２制限値Ｔ２は第１制限値Ｔ１より高い値であり、本実施形態ではモータ３の最大トルクに相当する値とする。

以下、このように構成された車両ＥＣＵ１３のバッテリ保護制御部３０において実行されるバッテリ保護制御について説明する。図３は、バッテリ保護制御ルーチンを示すフローチャートであり、以下同フローチャートに沿って説明する。

まず、バッテリ保護制御部３０は、ステップＳ１として、走行履歴記憶部３１にて走行履歴データを更新する。
次にステップＳ２では、道路状況判定部３２にて、停車時間割合が閾値ａ（０＜ａ＜１）より大であるか否か、即ち図２（ｂ）で示した判定期間内で車両１の停車している時間が一定割合以上であるか否かを判定する。

またステップＳ３では、道路状況判定部３２にて、速度比が閾値ｂ（１＜ｂ）より大であるか否か、即ち判定期間内における車速の変動が一定値以上であるか否かを判定する。
さらにステップＳ４では、道路状況判定部３２にて、ＳＯＣ上昇率が閾値ｃ（１＜ｃ）より大であるか否か、即ち判定期間内におけるＳＯＣが一定以上の上昇傾向にあるか否かを判定する。

上記ステップＳ２からＳ４の判定結果が全て真（Ｙｅｓ）である場合は、車両１は市街地等を走行していると判定（ストップアンドゴー走行状態と判定）し、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、制限補正部３３にて、図２（Ｃ）に示したようにＳＯＣが第２所定値Ａ２以上でモータトルクの制限値が第２制限値Ｔ２で固定されるようにハイブリッドコンポーネントの出力制限を上げるよう補正して、ステップＳ６に進む。

一方、上記ステップＳ２からＳ４の判定結果のいずれかが偽（Ｎｏ）である場合は、車両１が市街地等以外を走行している可能性が高いことから、ステップＳ５のモータトルクの制限値の補正を行わずに、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、バッテリ保護制御部３０は、上記ステップＳ５においてハイブリッドコンポーネントの出力制限の補正が行われた場合には図２（ｃ）の関係図に基づき、当該補正が行われていない場合には図２（ａ）の関係図に基づき、バッテリ１１のＳＯＣに応じて力行運転のモータトルクを制限し、当該ルーチンをリターンする。

このようにして、バッテリ保護制御部３０は、道路状況が市街地等であると判定された場合には、ＳＯＣに応じたモータトルクの制限値を第２制限値Ｔ２まで上げることで、市街地等ではモータ３の力行運転が制限されにくくする。つまり、市街地等ではモータ３による力行運転を積極的に行うことができ、その分エンジン２の使用割合を減らすことができる。また、モータ３の力行運転が増えることでＳＯＣの消費が促進され、その分減速時における回生量を増加させることができる。

このようなことから本実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置は、ハイブリッドシステムの過剰な制限を抑制し燃費改善効果を十分に得ることができ、ひいてはＣＯ₂削減効果を向上させることができる。
以上で本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

上記実施形態では、道路状況判定部３２において、走行履歴データとして停車時間割合、速度比、ＳＯＣ上昇率を用いて道路状況を判定しているが、道路状況を判定するのに用いる走行履歴データはこれに限られるものではない。

２ エンジン
３ モータ
１１ バッテリ
１３ 車両ＥＣＵ
２２ エンジンＥＣＵ
２３ インバータＥＣＵ
３０ バッテリ保護制御部
３１ 走行履歴記憶部
３２ 道路状況判定部
３３ 制限補正部

Claims (1)

1. 車両の走行用駆動源としてのエンジン及びモータと、
   前記モータに電力を供給するバッテリと、
   前記車両の現在から一定時間前までの所定の判定期間内における運転状態から算出される走行履歴情報を記憶する走行履歴記憶部と、
   前記走行履歴記憶部に記憶された走行履歴情報に基づき前記車両が走行している道路状況を判定する道路状況判定部と、
   前記バッテリを保護すべく前記バッテリの充電量に応じて前記モータが出力可能なトルクの制限値を設定するバッテリ保護制御部と、
   前記道路状況判定部により前記車両の停車を伴う所定の道路を走行中であると判定された場合には、前記バッテリ保護制御部における前記バッテリの充電量に応じた前記モータの出力可能なトルクの制限値を高くする制限補正部と、
   を備えるハイブリッド車両の制御装置。

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