JP2017081416A

JP2017081416A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2017081416A
Application number: JP2015211913A
Authority: JP
Inventors: 国彦陣野; Kunihiko Jinno
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-05-18
Also published as: US20170120888A1; CN106891884A

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、冷間走行時のバッテリーの充電効率を高める。
【解決手段】車両１００は、エンジン１１０、モータ１１２およびモータ１１２に電力を供給するバッテリー１１６を備える。エンジン１１０が発生させる起電力により、バッテリー１１６は充電可能である。車両制御装置１０４は、車両１００に搭載される。目標設定部１２６は、バッテリー１１６の目標充電率を設定する。予測部１２４は、自車両の走行経路において、駐車時間が所定の閾値よりも長くなると予測される駐車地点（目的地）を管理センター１２８から取得する。目標設定部１２６は、駐車地点よりも所定距離手前の地点に自車両が到達したとき目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の充電技術に関する。

ハイブリッド車両は、エンジンとモータの２種類の駆動力を有する。モータはバッテリー（二次電池）の電気エネルギーを駆動力に変換する。エンジンは駆動力を提供するだけでなく、バッテリーを充電することもできる。また、モータの回生による充電も可能である。

ただし、バッテリーの充電率（ＳＯＣ：State of Charge）の大きな変化はバッテリーを劣化させてしまう。このため、通常、ＳＯＣには下限値と上限値を設定し、ＳＯＣが上限値から下限値の範囲（以下、「許容範囲」とよぶ）に収まるように充放電制御する。

ハイブリッド車両は、始動時においては暖気のためにエンジンを積極的に駆動する。以下、このような暖気を兼ねたエンジン走行のことを「冷間走行」とよぶ。エンジンが充分に暖まると、いいかえれば、冷間走行が完了すると、以後はエンジンとモータの駆動力のバランスをとりながらの通常走行となる。

特許文献１に開示されるハイブリッド車両は、冷間走行中において、エンジンの駆動力の一部でモータを回転させることで充電も同時並行的に実行している。以下、冷間走行時のエンジンの駆動力を利用してバッテリーを充電することを「冷間充電」とよぶことにする。

特開２０１４−２２１５７６号公報

しかし、冷間走行を開始したときのＳＯＣが既に充分に大きければ、冷間充電効果は限定的なものとなる。たとえば、ＳＯＣが既に目標充電率に達しているときには、冷間充電を実行する余地がなくなってしまう。本発明者は、冷間充電効果をしっかりと享受するためには、冷間走行の開始時点においてはＳＯＣを下げておく、少なくとも、目標充電率よりも充分に低くしておくことが望ましいと想到した。

本発明は、上記課題認識に基づいて完成された発明であり、その主たる目的は、ハイブリッド車両において、冷間充電の利用効率を高めるための技術、を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、エンジン、モータおよびモータに電力を供給する二次電池を備え、エンジンが発生させる起電力により二次電池を充電可能なハイブリッド車両に搭載され、二次電池の目標充電率を設定する目標設定部と、自車両の走行経路において、駐車時間が所定の閾値よりも長くなると予測される駐車地点を取得する予測部と、を備える。
目標設定部は、駐車地点よりも所定距離手前の地点に自車両が到達したとき目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更する。

本発明によれば、冷間走行時におけるバッテリー充電効率を高めやすくなる。

冷間充電を説明するための模式図である。第１実施形態における車両制御システムの機能ブロック図である。経路予測方法を説明するための模式図である。地点Ｂの駐車時間の頻度分布を示すグラフである。地点Ｃの駐車時間の頻度分布を示すグラフである。目的地予測の処理過程を示すシーケンス図である。目標充電率の制御過程を示すフローチャートである。第２実施形態における車両制御システムの機能ブロック図である。

図１は、冷間充電を説明するための模式図である。
車両１００は、時刻ｔ０にポイントＳを出発し、時刻ｔ１にポイントＰ１，時刻ｔ２にポイントＰ２に到着し、時刻ｔ３にポイントＧに到着するものとする。ポイントＳは出発地であり、ポイントＧは目的地である。ポイントＳからポイントＰ１までが冷間走行の区間（以下、単に「冷間区間」とよぶ）であるとする。図１の上段は、車両１００の走行経路を示す。図１の下段は、ＳＯＣ（バッテリーの充電率）の変化を示す。ＳＯＣは０％が最低値であり、１００％が最大値である。ＳＯＣには許容範囲が設定される。許容範囲は下限値ＣＤおよび上限値ＣＵにより定義される。下限値ＣＤは４０％、上限値ＣＵは８０％程度が想定される。

この許容範囲内に目標充電率が設定される。目標充電率は、たとえば、６５％程度に設定される。以下、通常時の目標充電率を「基本目標充電率」とよぶ。本実施形態における基本目標充電率は６５％であるとする。以下、目標充電率を基本目標充電率に固定する場合と（一般的な方式）、可変とする場合（本実施形態における方式）のそれぞれについて、冷間充電方法を説明する。

（１）目標充電率を固定する場合
目標充電率は下限値ＣＤと上限値ＣＵの間の基本目標充電率ＣＭに固定される。本方式におけるＳＯＣの変化を示すのがＳＯＣ−Ｐ１である。ＳＯＣ−Ｐ１は、基本目標充電率ＣＭ近辺に保たれるように充放電制御される。車両１００がポイントＳで始動すると、車両１００はしばらくは冷間走行、すなわち、エンジン走行する。このときエンジンはタイヤだけでなくモータも回転させる。モータは発電機として機能するため冷間充電を実行可能となる。目標充電率（基本目標充電率ＣＭ）よりもＳＯＣが低ければ、冷間充電が行われる。図１の場合、車両１００が時刻ｔ０において、ＳＯＣ−Ｐ１は基本目標充電率ＣＭに近いので、冷間充電効果をほとんど享受できていない。

（２）目標充電率を可変とする場合
ポイントＳにおいても、目標充電率を下限値ＣＤと上限値ＣＵの間の基本目標充電率ＣＭに設定する点は（１）と同じである。ただし、ポイントＳにおいてＳＯＣは下限値ＣＤ付近まで低下している点が異なる。ポイントＳにおいてＳＯＣを下げておく方法の詳細は後述する。本方式におけるＳＯＣの変化を示すのがＳＯＣ−Ｐ２である。ＳＯＣ−Ｐ２も基本目標充電率ＣＭ近辺に保たれるように充放電制御される。車両１００がポイントＳで始動すると、冷間充電によってＳＯＣ−Ｐ２は基本目標充電率ＣＭに達するまで上昇する。始動時のＳＯＣが基本目標充電率ＣＭよりも充分に低いため、冷間充電効果を充分に享受できている。また、冷間充電によりエンジンに負荷をかけることができるため、エンジンの暖気が促進されるという副次的な効果もある。この結果、本方式の場合には（１）の方式に比べて冷間区間が短くなる。

ポイントＳにおいてＳＯＣ−Ｐ２を充分に低下させておくためには、次回の冷間走行の開始時点、すなわち、目的地を予測する技術が必要がある。そこで、車両１００は後述の方法によりポイントＧ（目的地）を予測し、ポイントＧよりも所定距離だけ手前のポイントＰ２において目標充電率を下限値ＣＤ付近まで下げる。このときの目標充電率のことを「特殊目標充電率」とよぶことにする。また、ポイントＰ２のことを「放電ポイント」とよぶ。

まとめると、車両１００は走行中にポイントＧ（目的地）を予測し、その所定距離手前に放電ポイントＰ２を設定する。車両１００が放電ポイントＰ２に到達したとき、目標充電率は基本目標充電率から特殊目標充電率に下げられる。放電ポイントＰ２以降は積極的に電気エネルギーが駆動力として利用されるため、ＳＯＣ−Ｐ２は急低下する。この結果、車両１００がポイントＧに到着したときにはＳＯＣ−Ｐ２は下限値ＣＤ付近まで下がっている。車両１００がポイントＧから再出発するとき、目標充電率は基本目標充電率ＣＭに戻される。ポイントＧにおいてＳＯＣ−Ｐ２は下限値ＣＤ付近まで低下しているため、ポイントＧから再出発するときには冷間充電効果をしっかりと享受できる。冷間充電効果を享受しやすいことや、冷間区間が短くなることは、燃料の節約につながる。

このようなメカニズムを機能させるためには、ポイントＧ（目的地）を的確に予測する必要がある。以下、目的地の予測方法を中心として説明する。

［第１実施形態］
図２は、第１実施形態における車両制御システム１０２の機能ブロック図である。
車両制御システム１０２の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。以下説明する各図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

車両制御システム１０２においては、車両制御装置１０４および管理センター１２８が通信ネットワーク１３８を介して接続される。車両制御装置１０４は車両１００に搭載される電子装置である。管理センター１２８は、各車両制御装置１０４から情報を収集し、分析し、指示を送るサーバである。

車両制御装置１０４は、センサユニット１０６、カーナビゲーションシステム１０８、エンジン１１０、モータ１１２、バッテリー制御部１１４およびバッテリー１１６と接続される。センサユニット１０６は、外部環境や自車の走行軌道に関する情報を収集する。センサユニット１０６は、操舵角センサ、ヨーレートセンサ、車輪パルスセンサ、レーダー、方向指示器等を含んでもよい。

バッテリー１１６は、リチウムイオン二次電池（蓄電池）である。バッテリー制御部１１４はエンジン１１０およびモータ１１２を制御することにより、バッテリー１１６のＳＯＣをコントロールする。車両制御装置１０４は、バッテリー制御部１１４に目標充電率を指定する。上述のように通常時の目標充電率は基本目標充電率ＣＭに設定され、必要に応じてそれよりも小さな特殊目標充電率ＣＭに設定される。
本実施形態における車両制御装置１０４の各機能ブロックは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）およびその上で実行されるソフトウェアプログラムにより構成される。

車両制御装置１０４は、通信部１１８、記録部１２０、位置検出部１２２、予測部１２４および目標設定部１２６を含む。位置検出部１２２は、センサユニット１０６およびカーナビゲーションシステム１０８から車両１００の現在位置を取得する。記録部１２０は、車両の現在位置、停止時刻、始動時刻、車速等のセンシングされた情報（以下、「一次情報」とよぶ）を適宜記録する。停止時刻は、エンジン１１０の停止が指示された時刻であり、始動時刻はエンジン１１０の始動が指示された時刻である。通信部１１８は、車両ＩＤを含む一次情報を管理センター１２８に定期的に送信する。車両ＩＤは車両を一意に識別するための情報であればよい。

予測部１２４は、センサユニット１０６からの車速や操舵角といった情報やカーナビゲーションシステム１０８における経路設定情報から車両１００の走行経路を予測する。また、予測部１２４は管理センター１２８から送られる情報により目的地を特定する。目標設定部１２６は目標充電率を設定する。目標設定部１２６の目的は、冷間充電の効果を高めることである。

管理センター１２８は、天候情報格納部１３０、分析部１３２、通信部１３４および履歴情報格納部１３６を含む。通信部１３４は、車両制御装置１０４から定期的に一次情報を受信する。分析部１３２は、一次情報を加工して「二次情報」を生成し、履歴情報格納部１３６に記録する。二次情報は、駐車に関する情報を含む。すなわち、各車両１００の駐車日時（時間帯および曜日）、駐車時間および駐車地点を示す情報である。履歴情報格納部１３６においては車両ＩＤに基づいて、車両ごとの走行履歴情報（二次情報）が格納される。天候情報格納部１３０は、天候、特に、各地の予想気温を示す天候情報を格納する。分析部１３２は、履歴情報格納部１３６が格納する走行履歴情報（二次情報）および天候情報から車両１００の目的地を予測する。予測方法の詳細は後述する。通信部１３４は目的地を車両制御装置１０４に返信する。

第１実施形態における車両１００は、管理センター１２８と連動して目的地を予測する。本実施形態において「駐車」とは「車両１００のエンジン１１０が停止される状態」をいう。更に、「駐車」は、エンジン１１０がそれほど冷えない、いいかえれば、冷間走行が不要またはそれほど必要とされない「短期駐車」と、充分な冷間走行が必要になる「長期駐車」に大別される。具体的には、駐車時間が閾値（以下、「駐車閾値」とよぶ）よりも長いときには長期駐車、短いときには短期駐車に分類される。本実施形態における駐車閾値は６時間であるとする。ただし、後述するように駐車閾値は天候情報に応じて可変である。短期駐車された地点または短期駐車が想定される地点のことを「経由地」、長期駐車された地点または長期駐車が想定される地点のことを「目的地」とよぶことにする。

図３は、経路予測方法を説明するための模式図である。
履歴情報格納部１３６には、車両１００ごとの走行履歴情報が蓄積されている。走行履歴情報（二次情報）には、車両が駐車した日時や場所、駐車時間が含まれる。この走行履歴情報によれば、車両１００は地点Ａに過去３５回駐車している。３５回の駐車は短期駐車および長期駐車の両方を含む。地点Ａを出発した車両１００は、３５回中２５回は地点Ｂに向かい、１０回は地点Ｃに向かっている。このため、分析部１３２は、車両１００が地点Ａに駐車したときには、次は地点Ｂに向かう可能性が最も高いと予測する。

車両１００は地点Ｂには過去２５回駐車しているが、そのうち２０回は地点Ｅに向かい、残り５回は地点Ｄに向かっている。上記と同様の方式にて予測すると、車両Ａは地点Ａに駐車したときには、地点Ｂ，Ｅ，Ｆにそれぞれ順番に駐車すると予測される。このように、分析部１３２は走行履歴情報に基づいて、もっとも走行可能性が高い走行ルートを予測する。
続いて、分析部１３２は、地点Ｂ，Ｅ，Ｆがそれぞれ短期駐車する経由地であるか、長期駐車する目的地であるかを特定する。

以下、車両１００は、火曜日の１３：３０に地点Ａを出発するとして説明する。分析部１３２は、地点ＡからＢ，Ｅ，Ｆの距離に基づいて地点Ｂ，Ｃ，Ｆの到着時刻をそれぞれ１４：００，１５：００，１６：００と予測したとする。

図４は、地点Ｂの駐車時間の頻度分布を示すグラフである。
具体的には、車両１００が火曜日の１４：００前後の時間帯、たとえば、１３：３０〜１４：３０に地点Ｂに駐車したときの駐車時間の分布を示している。たとえば、過去においては、この時間帯に駐車したとき、駐車時間が３時間（３時間以上４時間未満）だった回数は５回である。図４に示す走行履歴情報によれば、車両１００が火曜日の１４：００前後の時間帯に駐車するときの駐車時間の最頻値は４時間（４時間以上５時間未満）である。すなわち、火曜日の１３：３０に地点Ａを車両１００が出発すると、１４：００に地点Ｂで駐車する可能性が高いが、そのときに予測される駐車時間は４時間で駐車閾値６時間よりも短いから、短期駐車になると予測される。以上のプロセスにより、分析部１３２は、地点Ｂは目的地ではなく経由地であると判定する。地点Ｂでは短期駐車になるため、エンジン１１０はそれほど冷えず、地点Ｂから車両１００が出発したあとの冷間区間も短くなる。充分な冷間充電を期待できないため、地点Ｂの手前地点から目標充電率を低下させる処理は実行しない。

図５は、地点Ｃの駐車時間の頻度分布を示すグラフである。
具体的には、車両１００が火曜日の１５：００前後の時間帯、たとえば、１４：３０〜１５：３０に地点Ｃに駐車したときの駐車時間の分布を示している。過去においては、車両１００が火曜日の１５：００前後の時間帯に駐車するときの駐車時間の最頻値は７時間（７時間以上８時間未満）である。すなわち、火曜日の１３：３０に地点Ａを車両１００が出発すると、１５：００に地点Ｃで駐車する可能性が高いが、そのときに予測される駐車時間は７時間で駐車閾値６時間よりも長いから、長期駐車になると予測される。以上のプロセスにより、分析部１３２は地点Ｃは目的地であると判定する。地点Ｃは長期駐車になるため、エンジン１１０は充分に冷える。地点Ｃから車両１００が出発したあとの冷間区間が長くなるため充分な冷間充電が期待される。したがって、地点Ｃの手前地点に放電ポイントがセットされる。車両１００が実際に放電ポイントに至ったら、目標充電率は低下する。

このように、車両１００が地点Ａにあるときには、走行履歴情報から、地点Ｅが目的地として特定され、その走行ルートにおいて地点Ｅから所定距離、たとえば、５キロメートル手前の地点が放電ポイントとして設定される。ただし、以上はあくまでも予想であり、車両１００がこの予想通りに走行するとは限らない。たとえば、車両１００が地点Ａを出発したあとに地点Ｂではなく地点Ｃに向かったときには、走行経路は地点Ｃ，Ｄ，Ａに予測変更される（図３参照）。この場合には、分析部１３２は地点Ｃ，Ｄ，Ａから目的地を同様の方法にて特定し、目標設定部１２６は放電ポイントの設定をやり直す。

図６は、目的地予測の処理過程を示すシーケンス図である。
図６に示す処理は、一定間隔、たとえば数分ごとに繰り返されるループ処理である。センサユニット１０６およびカーナビゲーションシステム１０８から、位置検出部１２２は現在位置を取得する（Ｓ１０）。このとき、記録部１２０は車速も取得し、停車や発進があればその時刻も取得する。記録部１２０は一次情報としてセンシングされた情報を記録する。通信部１１８は、一次情報に車両ＩＤを付与して管理センター１２８に送信する（Ｓ１２）。

管理センター１２８の通信部１３４は一次情報を受信すると、分析部１３２は履歴情報格納部１３６の走行履歴情報（二次情報）を更新する（Ｓ１４）。たとえば、停車時刻を示す情報を受信したあとに発進時刻を示す情報を新たに受信したときには、分析部１３２は停車時刻から発信時刻までの時間を駐車時間として特定する。これにより、図４，５に示したような頻度分布情報が更新される。また、分析部１３２は、駐車を検出したときには、前回の駐車地点から今回の駐車地点までの走行頻度を更新する。これにより、図３に示した走行経路情報が更新される。

分析部１３２は、車両１００の現在地と図３の走行経路の予測情報から、以後の駐車地点を予測する（Ｓ１６）。こうして目的地の候補地として１以上の駐車地点を特定する。分析部１３２は、各候補地の到着予定時刻を計算する（Ｓ１８）。到着予定時刻は、カーナビゲーションシステム１０８などが行っているアルゴリズムと同様のアルゴリズムにて計算可能である。

分析部１３２は、図４，５に関連して説明した方法により、各候補地の駐車時間を予測する（Ｓ２０）。本実施形態において短期駐車および長期駐車を分ける駐車閾値は６時間であるが、外気温に応じて駐車閾値は調整される。たとえば、冬期においては、駐車時間が３時間しかなくてもエンジン１１０が充分に冷えるため、再出発に際しては充分な冷間走行が必要になる。そこで、予測部１２４は、各候補地の到着予定時刻における予想気温が所定の気温閾値、たとえば、摂氏５度未満であれば、駐車閾値を６時間から２時間に下げる。このように、分析部１３２は予想される外気温に応じて駐車閾値を補正する（Ｓ２２）。天候情報格納部１３０には各地の予想気温が天候情報として保存されている。管理センター１２８は気象庁から天候情報を取得すればよい。分析部１３２は、駐車閾値よりも長時間駐車すると予測される最初の候補地を目的地として特定する（Ｓ２４）。

管理センター１２８の通信部１３４は、予測された目的地を経由地とともに車両制御装置１０４に通知する（Ｓ２６）。予測部１２４は、経由地および目的地から走行経路を予測し、目的地よりも所定距離だけ手前の地点に放電ポイントを設定する（Ｓ２８）。

図６に示す処理は定期的に実行される。このため、目的地に到達する前に、目的地や経由地の予測が変化することもある。目的地や経由地が変化したときには、予測部１２４は放電ポイントを適宜再設定する。

図７は、目標充電率の制御過程を示すフローチャートである。
図７に示す処理は、車両制御装置１０４において、一定間隔、たとえば数秒ごとに繰り返し実行されるループ処理である。図７の処理は、車両制御装置１０４がスタンドアロンにて実行する。位置検出部１２２は、定期的に車両１００の現在位置を検出し、車両１００が放電ポイントに到達したか否かを判断する（Ｓ３０）。放電ポイントに到達したときには（Ｓ３０のＹ）、目標設定部１２６は目標充電率を基本目標充電率から特殊目標充電率に低下させる（Ｓ３２）。これにより、バッテリー制御部１１４は電気エネルギーによる車両駆動を優先し、ＳＯＣを低下させる。放電ポイントに到達していないときには（Ｓ３０のＮ）、Ｓ３２はスキップされる。
車両１００のエンジン始動時には、目標設定部１２６は目標充電率を基本目標充電率に戻す。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態における車両制御システム１４０の機能ブロック図である。
第２実施形態の車両制御システム１４０においては、車両制御装置１０４が管理センター１２８の分析機能を内蔵する。車両制御装置１０４は、通信部１１８、記録部１２０、位置検出部１２２、予測部１２４、目標設定部１２６に加えて履歴情報格納部１３６も含む。記録部１２０は、一次情報を記録するだけでなく、一次情報から走行履歴情報（二次情報）を生成して履歴情報格納部１３６に記録する。通信部１１８は、気象庁等から天候情報を取得する。

予測部１２４は、センサユニット１０６からの車速や操舵角といった情報やカーナビゲーションシステム１０８における経路設定情報から車両１００の走行経路を予測する。予測部１２４は、分析部１３２を含む。分析部１３２は、走行履歴情報および天候情報に基づいて第１実施形態と同様のアルゴリズムにて経由地と目的地を予測する。
第２実施形態の車両制御装置１０４、管理センター１２８の目的地予測機能を取り込んでいるため、通信にともなうタイムラグが生じないというメリットがある。

以上、実施形態に基づいて車両制御システム１０２,１０４の処理過程を説明した。
車両制御装置１０４は、管理センター１２８と連携し、あるいは、スタンドアロンにて車両１００の経由地や目的地を予測し、目的地よりも手前の地点からＳＯＣを低下させる。冷気充電効果を享受しやすくなるため、燃料の節約が可能となる。自宅と会社の往復のように、利用頻度の高い走行経路においては、目的地を高精度にて特定しやすくなるため特に効果的である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１００車両、１０２車両制御システム、１０４車両制御装置、１０６センサユニット、１０８カーナビゲーションシステム、１１０エンジン、１１２モータ、１１４バッテリー制御部、１１６バッテリー、１１８通信部、１２０記録部、１２２位置検出部、１２４予測部、１２６目標設定部、１２８管理センター、１３０天候情報格納部、１３２分析部、１３４通信部、１３６履歴情報格納部、１３８通信ネットワーク、１４０車両制御システム、ＣＤ下限値、ＣＵ上限値。

Claims

エンジン、モータおよび前記モータに電力を供給する二次電池を備え、前記エンジンが発生させる起電力により前記二次電池を充電可能なハイブリッド車両に搭載され、
前記二次電池の目標充電率を設定する目標設定部と、
自車両の走行経路において、駐車時間が所定の閾値よりも長くなると予測される駐車地点を取得する予測部と、を備え、
前記目標設定部は、前記駐車地点よりも所定距離手前の地点に自車両が到達したとき前記目標充電率を通常時の目標充電率よりも小さい値に設定変更することを特徴とする車両制御装置。