JP2016113093A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の路面状態を予測し、予測した路面状態に応じてエンジンの始動制御を行うことで燃費やドライブフィール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（１）がオートクルーズ制御中に降坂路をモータ走行モードで走行しており（Ｓ１、Ｓ２）、焦点位置の変化量が所定量以下である場合には路面状態が安定していると推定し（Ｓ３〜Ｓ５、Ｓ７）、降坂路終点手前の車両１にかかる抵抗が０となる時期にエンジン（２）を始動させ（Ｓ８〜Ｓ１０）、焦点位置の変化量が所定量より大である場合には路面状態が不安定と推定しエンジン（２）の始動を禁止する（Ｓ６）。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

近年のハイブリッド車両においては、ＧＰＳ（Global Positioning System）や地図情報等を活用して車両前方の道路勾配等を予測して、燃費を最小限に抑えるようにエンジン及びモータを制御する技術の開発が進められている。例えば特許文献１では、ＧＰＳを利用して自車両の走行ルート上の勾配変化ポイント、勾配継続距離、勾配程度等の情報を検出し、その情報を基にエンジンおよびモータのトルクについて予測制御を行っている。

特開２００７−２０３８８４号公報

特許文献１では、ＧＰＳを用いることで自車両の走行ルート上における勾配変化ポイント、勾配継続距離、勾配程度等の多くの情報を取得して処理しているが、ＧＰＳを備えていなかったり、ＧＰＳの情報を正常に取得できなかったり、ＥＣＵの処理能力が低かったりする車両においては、自車両前方の状況を正確に予測できず、特許文献１を有効に適用することができ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、ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の路面状態を予測し、予測した路面状態に応じてエンジンの始動制御を行うことで燃費やドライブフィール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にある。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例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、前記走行用駆動源を制御して、予め設定された範囲内で車速を保ちながら前記車両を走行させるオートクルーズ制御を実行するオートクルーズ制御部と、自車両が走行している道路勾配を検出する道路勾配検出部と、前記道路勾配検出部により検出された前記道路勾配を記憶する道路勾配記憶部と、前記オートクルーズ制御中に、前記車両がエンジンを停止しつつ降坂路を走行している場合に、前記車両にかかる抵抗に基づき前記エンジンを始動させる時期を算出する始動時期算出部と、前記始動時期算出部により算出された時期に前記エンジンを始動させるエンジン始動制御部と、前記道路勾配検出部により検出された現時点の道路勾配及び前記道路勾配記憶部に記憶されている過去の所定時点における道路勾配から、前記現時点から前記所定時点までの走行経路が形成する縦断曲線の焦点位置を算出する焦点位置算出部と、前記焦点位置算出部により算出された現時点の焦点位置と、前記所定時点における焦点位置との間の変化量を算出する変化量算出部と、前記変化量算出部により算出された前記焦点位置の変化量が所定量以下である場合には前記エンジン始動制御部によるエンジン始動を許可し、前記焦点位置の変化量が所定量より大である場合には前記エンジン始動制御部によるエンジン始動を禁止する始動許可制御部と、を備える。

上記手段を用いる本発明によれば、ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の路面状態を予測し、予測した路面状態に応じてエンジンの始動制御を行うことで燃費やドライブフィールを向上させることができる。

本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図である。 オートクルーズ制御部が実行する降坂路でのエンジン始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 焦点位置についての説明図である。

図１は本実施形態の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、車両又は自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）。

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（以下、エンジントルクという）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が発生する正側の駆動力（以下、アシストトルクという）又は負側の駆動力（以下、回生トルクという）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。

また、車両１には、車両全体を統合制御するための制御回路である車両ＥＣＵ２０が搭載されている。車両ＥＣＵ２０には、アクセルペダル１２の操作量を検出するアクセルセンサ２１、ブレーキペダル１３の踏込操作を検出するブレーキスイッチ２２、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２３、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２４、車両１の速度を検出する車速センサ２５、車両１が走行している路面の道路勾配を検出する勾配センサ２６（道路勾配検出部）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ＥＣＵ２０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ＥＣＵ、インバータ制御用のインバータＥＣＵ、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵなどのその他の制御装置が接続されている。車両ＥＣＵ２０はこれらアクチュエータや各ＥＣＵを介してエンジン２、モータ３、インバータ１０、及びバッテリ１１の情報を取得したり、制御したりする。

車両ＥＣＵ２０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が設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ２０が選択するようになっている。

車両ＥＣＵ２０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。

そして、車両ＥＣＵ２０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、及びハイブリッド走行モードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ及びインバータＥＣＵ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ＥＣＵ２０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ＥＣＵは、車両ＥＣＵ２０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、及び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を停止保持する、またはアイドル運転状態とする。

また、インバータＥＣＵは、車両ＥＣＵ２０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を力行制御してアシストトルクを発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して回生トルクを発生させる。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。

また、バッテリＥＣＵ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ＥＣＵ２０に出力する。

また、車両ＥＣＵ２０は、オートクルーズ制御部３０を含んでいる。このオートクルーズ制御部３０は、運転者により設定された目標車速を維持するようにエンジン２及びモータ３を制御するオートクルーズ制御を実行する。なお、この目標車速は一定の範囲を有していてもよい。

運転者により図示しないオートクルーズ制御の実行スイッチが操作されて目標車速が設定されると、オートクルーズ制御部３０は、車速を目標車速とするようにエンジン２及びモータ３のトルクを制御して加速及び減速を行う。

エンジン２は、始動を開始しても機械的な遅れが生じるためすぐに目標とするトルクを発生できるものではないことから、モータ走行モードからエンジン走行モード又はハイブリッド走行モードに移行する際に、一時的にトルクが不足し、燃費やドライブフィールを悪化させるおそれがある。そこでオートクルーズ制御部３０は、オートクルーズ制御中であって、例えば回生運転を行うべく、降坂路にてモータ走行モードで走行している場合には、降坂路終点手前の適切な時期にエンジンの始動を行うエンジン始動制御も行う。

このようなエンジン始動制御のために、オートクルーズ制御部３０は、道路勾配記憶部３１、始動時期算出部３２、及びエンジン始動制御部３３、焦点位置算出部３４、変化量算出部３５、始動許可制御部３６を含んでいる。

道路勾配記憶部３１は、勾配センサ２６により検出された道路勾配情報を記憶する。始動時期算出部３２は、詳しくは後述するが、車両１にかかる抵抗に基づきエンジン２を始動させる時期を算出する。エンジン始動制御部３３は、始動時期算出部３２により算出された時期にエンジン２を始動させる。ここでのエンジン２の始動時期は、降坂路終了後の平坦路又は登坂路に向けてトルク不足を生じないよう速やかにエンジン走行モード又はハイブリッド走行モードに移行させるべく、車両１が降坂路の終点に到達するよりも早い時期に設定される。

さらに、焦点位置算出部３４は、勾配センサ２６により検出される現時点の道路勾配と、上記道路勾配記憶部３１に記憶されている過去の所定時点の道路勾配とから、現時点から所定時点までの走行経路が形成する縦断曲線の焦点位置を算出する。変化量算出部３５は、焦点位置算出部３４により算出された現時点の焦点位置と、上記所定時点における焦点位置との間の変化量を算出する。

始動許可制御部３６は、変化量算出部３５により算出された焦点位置の変化量が所定量以下である場合には上記エンジン始動制御部３３によるエンジン始動を許可する。一方、焦点位置の変化量が所定量より大である場合には、上記エンジン始動制御部３３によるエンジン始動を禁止する。つまり、始動許可制御部３６は、焦点位置の変化から降坂路の路面状態を推定して、エンジン２の始動の許可又は禁止を判断する。

ここで、図２には車両ＥＣＵ２０のオートクルーズ制御部３０において実行される降坂路でのエンジン始動制御ルーチンがフローチャートで示され、図３には焦点位置の説明図が示されている。以下、途中で図３を参照しつつ図２のフローチャートに沿って、降坂路におけるエンジン始動制御について詳しく説明する。

まず、オートクルーズ制御部３０はステップＳ１として、オートクルーズ制御を実行しているか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２において、オートクルーズ制御部３０は車両１が降坂路をモータ走行モードで走行しているか否かを判別する。これは、例えばオートクルーズ制御部３０が、勾配センサ２６の情報から現在走行している道が降坂路であるかを判別し、車両ＥＣＵ２０の情報他からモータ走行モードを選択しているかを判別する。

ステップＳ２の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車両１が降坂路以外を走行していたり、降坂路であってもエンジン２を用いたエンジン走行モードやハイブリッド走行モードで走行していたりする場合は、当該ルーチンをリターンする。一方、ステップＳ２の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、焦点位置算出部３４が車両１の焦点位置Ｆを算出する。焦点位置Ｆは、例えば前回の制御ルーチンで検出した道路勾配θprevと、現時点における道路勾配θとから描かれる仮想的な縦断曲線から求められる。

続くステップＳ４では、変化量算出部３５が、ステップＳ３において算出した現時点での焦点位置Ｆと、前回の制御ルーチンで算出した焦点位置Ｆprevとの間の変化量Δｘを算出する。

そして、ステップＳ５では、始動許可制御部３６が、ステップＳ４において算出した焦点位置Ｆの変化量Δｘが所定量以下であるか否かを判別する。ここでの焦点位置の変化量Δｘは水平方向の変化量であり、所定量は車速に相関する値である。例えば本実施形態における所定量は、前回の制御ルーチンで算出した焦点位置の変化量Δｘprevに対し、車速が大きいほど大きな値となる係数Ｋを乗算した値（Ｋ・Δｘprev）とする。

ステップＳ５の判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち焦点位置の変化量Δｘが所定量Ｋ・Δｘprevより大である場合には、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、始動許可制御部３６がエンジン始動制御部３３に対し、エンジン２を始動することを禁止して当該ルーチンをリターンする。

一方、ステップＳ５の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち焦点位置の変化量Δｘが所定量Ｋ・Δｘprev以下である場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、始動許可制御部３６がエンジン始動制御部３３に対し、エンジン２を始動することを許可してステップＳ８に進む。

ここで、上記ステップＳ３〜Ｓ７における焦点位置の変化量に基づく始動許可の判断について、図３を参照して詳しく説明する。

図３では、降坂路から平坦路へと移行する路面が示されており、第１地点Ｐ１から第４地点Ｐ４の各地点の水平面に対する道路勾配がθ１＞θ２＞θ３＞θ４の関係にある。なお、第４地点Ｐ４の道路勾配θ４は平坦路の道路勾配であり、θ４＝０である。

例えば第２地点Ｐ２における焦点位置Ｆ２は、前回の制御ルーチンで算出した第１地点Ｐ１の道路勾配θ１（＝θprev）と、現時点における道路勾配θ２（＝θ）とから描かれる仮想縦断曲線の焦点位置Ｆ２となる。

図３では、第１地点Ｐ１と第２地点Ｐ２とは、いずれもほぼ同じ曲率半径Ｒ１であり、第１焦点位置Ｆ１及び第２焦点位置Ｆ２はほぼ同位置となっている。このような場合、第２焦点位置Ｆ２と第１焦点位置Ｆ１との間の変化量はほぼ０となり、一定の曲率で安定的に変化する降坂路であることがわかる。

一方、第３地点Ｐ３では曲率半径がＲ２となり、第３焦点位置Ｆ３は第１、第２焦点位置Ｆ１、Ｆ２よりもずれた位置となっている。このような場合、第３焦点位置Ｆ３と第２焦点位置Ｆ２との間の変化量は大きくなり、路面変化が大きい降坂路であることがわかる。

従って、第１地点Ｐ１から第２地点Ｐ２では、焦点位置の変化量（Δｘ２）はほぼ０であり、このような場合はステップＳ５の判別結果は真（Ｙｅｓ）となり、エンジン２の始動は許可される。一方、第３地点Ｐ３では、焦点位置の変化量Δｘ３が大きく、これが所定量より大であればステップＳ５の判別結果は偽（Ｎｏ）となり、エンジン２の始動は禁止される。しかしながら、焦点位置の変化量Δｘ３が所定量より小であれば、勾配変化が始動時期算出部３２とエンジン始動制御部３３による予測制御によるエンジン２の始動が許可される。なお、本実施形態では現時点と前回の制御ルーチン時点との間で焦点位置の変化量を算出しているが、この間隔が短い（例えば６０ミリ秒）場合は、小さなこぶ等の通常の走行に影響のない路面状態まで反映される可能性が高いので、制御間隔が短い場合には予め定めた所定時間（例えば３００ミリ秒）前の制御ルーチン時点の値と比較してもよい。

ステップＳ７においてエンジン２の始動が許可された場合、続くステップＳ８では、始動時期算出部３２において、車両１にかかる抵抗から、エンジン２の始動を行う時期を算出する。詳しくは、車両１にかかる抵抗Ｒは、例えば空気抵抗Ｒ_Ｄ、タイヤの回転抵抗Ｒ_Ｒ、重力に起因する重力抵抗Ｒｇの合計（Ｒ＝Ｒ_Ｄ+Ｒ_Ｒ+Ｒ_Ｇ）となる。タイヤの回転抵抗Ｒ_Ｒや重力抵抗Ｒｇは道路勾配に相関する値であることから、始動時期算出部３２は車両１にかかる抵抗Ｒが０となる道路勾配を、エンジン２を始動する始動勾配θｓとして算出する。

さらに始動時期算出部３２は、現時点から始動勾配θｓに到達するまでの到達時間ｔｓを算出する。これは、例えば前回の制御ルーチンを実行した時点ｔprevにおける道路勾配θprevから現時点ｔの道路勾配θに至るまでの時間変化Δθ（＝（θ−θprev）／（ｔ−ｔprev））を算出し、この道路勾配の時間変化Δθで現時点から始動勾配θｓに至る到達時間ｔｓ（＝（θｓ−θ）／Δθ）を算出する。そして、エンジン始動を開始しても機械的な遅れが生じることを考慮する必要があることから、その遅れ相当期間Δｔｄ前であるｔｓ’＝ｔｓ−Δｔｄを実到達時間とする。

次にステップＳ９において、エンジン始動制御部３３は、上記ステップＳ８において算出した実到達時間ｔｓ’に達しているか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち未だに車両１の抵抗Ｒが０となる始動勾配θｓに到達していない場合には、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、次のステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、エンジン始動制御部３３は、エンジン２の始動を開始し、モータ走行モードからエンジン走行モード又はハイブリッド走行モードに移行させ、当該ルーチンを終了する。

以上のように、本実施形態におけるオートクルーズ制御では、車両１が降坂路にてモータ走行モードで走行している場合に、車両１に係る抵抗から最適なエンジン始動時期を算出する。その一方で、焦点位置の変化量から降坂路の勾配変化量を推定し、当該変化量が少ない場合、即ち、降坂路の勾配がエンジン予測制御を適用できる程度に略一定に変化する状態にあるときに上記エンジン予測制御によるエンジン始動を許可し、当該変化量が大きい場合、即ち、降坂路の勾配がエンジン予測制御を適用できない程度に急激に変化する状態にあるときには上記エンジン予測制御によるエンジン始動を禁止する。

これらエンジン始動時期の算出及び路面状態の推定には、少なくとも勾配センサ２６及び車速センサ２５からの情報があればよく、ＧＰＳからの情報の取得や処理を必要としない。そして、降坂路の終点付近で、不安定な路面状態であるときにはエンジン２の始動を禁止することで不要なエンジン負荷の増加を防止し、燃費を向上させることができる。一方、安定した路面状態にあるときには降坂路の終点手前でエンジン始動に要する機械的遅れを考慮して事前にエンジンを始動させることで、降坂路後の平坦路や登坂路にて速やかな加速を行うことができ、一時的なトルク不足による速度低下に起因する燃費悪化を防止するとともにドライブフィール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。

例えば、上記実施形態のエンジンはディーゼルエンジンとしているが、ガソリンエンジンであってもよい。

また上記実施形態では、走行モードとして、モータ走行モード、エンジン走行モード、及びハイブリッド走行モードと有しているが、走行モードはこれに限られるものではない。

１ 車両
２ エンジン
３ モータ
２０ 車両ＥＣＵ
２５ 車速センサ
２６ 勾配センサ（道路勾配検出部）
３０ オートクルーズ制御部
３１ 道路勾配記憶部
３２ 始動時期算出部
３３ エンジン始動制御部
３４ 焦点位置算出部
３５ 変化量算出部
３６ 始動許可制御部

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、
   前記走行用駆動源を制御して、予め設定された範囲内で車速を保ちながら前記車両を走行させるオートクルーズ制御を実行するオートクルーズ制御部と、
   自車両が走行している道路勾配を検出する道路勾配検出部と、
   前記道路勾配検出部により検出された前記道路勾配を記憶する道路勾配記憶部と、
   前記オートクルーズ制御中に、前記車両がエンジンを停止しつつ降坂路を走行している場合に、前記車両にかかる抵抗に基づき前記エンジンを始動させる時期を算出する始動時期算出部と、
   前記始動時期算出部により算出された時期に前記エンジンを始動させるエンジン始動制御部と、
   前記道路勾配検出部により検出された現時点の道路勾配及び前記道路勾配記憶部に記憶されている過去の所定時点における道路勾配から、前記現時点から前記所定時点までの走行経路が形成する縦断曲線の焦点位置を算出する焦点位置算出部と、
   前記焦点位置算出部により算出された現時点の焦点位置と、前記所定時点における焦点位置との間の変化量を算出する変化量算出部と、
   前記変化量算出部により算出された前記焦点位置の変化量が所定量以下である場合には前記エンジン始動制御部によるエンジン始動を許可し、前記焦点位置の変化量が所定量より大である場合には前記エンジン始動制御部によるエンジン始動を禁止する始動許可制御部と、
   を備えるハイブリッド車両の制御装置。

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