JP2017159860A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、ハイブリッド車の燃費を向上させる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するハイブリッド車２は、走行用のモータ４とエンジン３を備える。ハイブリッド車２は、エンジン３の駆動と停止を制御するコントローラ６と、前方車両との車間距離を計測する車間距離センサ１４とを備えている。コントローラ６は、車速が所定の車速閾値Ｖｔｈ以上であり、かつ、車間距離が所定の距離閾値Ｌｍｉｎ以下であって、所定時間Ｔｔｈの間にアクセルのオン／オフ切換が所定の回数閾値Ｎｔｈ以上であり、かつ、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが所定の電流閾値Ｉｔｈ以上のときに、エンジン３の停止を禁止する。【選択図】図２

Description

本発明は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車に関する。

ハイブリッド車は、エンジンを駆動した状態で走行するＨＶ走行モードと、エンジンを停止した状態で走行するＥＶ走行モードを適宜に切り換えながら走行する。ＥＶ走行モードでは、加速するときにはモータを駆動し、アクセルがオフされて惰性で走行する場合には、モータも惰性で回転させる。

ハイブリッド車のコントローラは、例えば、メインバッテリ残量、車速、モータの温度、モータ用のインバータの温度などの条件に基づいて、ＨＶ走行モードとＥＶ走行モードのいずれかを選択する。メインバッテリの負荷が大きいとメインバッテリの温度が上昇する。メインバッテリの温度が高くなりすぎると、温度を下げるためにメインバッテリの入出力を制限する。メインバッテリの入出力を制限すると、エンジン効率の低い条件下であってもエンジンで走行しなければならないことが生じ、結果的に燃費が悪化する。そこで、例えば、特許文献１に記載されたハイブリッド車では、車速が所定の車速閾値Ｖｔｈを越えると、ＨＶ走行モードを選択する。そして、メインバッテリの状態に応じて車速閾値Ｖｔｈを変更する。メインバッテリの状態に応じて車速閾値Ｖｔｈを変更することで、メインバッテリの負荷が軽減される。メインバッテリの負荷が軽減されると、メインバッテリの利用期間が増加し、エンジン効率の低い条件下ではエンジンを使わなくて済むので燃費が向上する。また、特許文献２には、メインバッテリの状況に応じて停車中にエンジンを停止するか否かを決定するハイブリッド車が開示されている。特許文献２の技術は、メインバッテリの状況に応じて停車中にエンジンを停止するか否かを決定することで、エンジン停止を禁止する頻度を低減し、なるべくエンジンが停止するようにして燃費を向上させる。

特開２００６−１７０１２８号公報 特開２００４−０６０５２６号公報

本明細書は、前方車両との車間距離に着目し、車間距離が短く、かつ、高車速のときに、所定の条件が成立したらエンジンの停止を禁止させ、メインバッテリの負荷を軽減することで結果的にハイブリッド車の燃費を向上させる技術を提供する。

本明細書が開示するハイブリッド車は、車間距離センサとコントローラを備える。車間距離センサは、前方車両との車間距離を計測する。コントローラは、エンジンの駆動と停止を制御する。コントローラは、車速が所定の車速閾値以上であり、かつ、車間距離が所定の距離閾値以下であって、所定時間の間にアクセルのオン／オフ切り換えが所定の回数閾値以上であり、かつ、モータの電流の二乗平均値が所定の電流閾値以上のときに、エンジンの停止を禁止する。

車速が比較的に高く、前方車両との車間距離が短く、所定時間の間にアクセルのオン／オフ切換が所定の回数閾値以上の場合とは、ドライバが前方車との車間距離を維持しようとして、アクセルのオン／オフ切換を頻繁に行っている状況である。そのような状況でモータに流れる電流の二乗平均値が所定の電流閾値以上で変動すると、モータに電力を供給するメインバッテリが発熱し、温度が高くなる。メインバッテリの温度が上昇すると、メインバッテリの使用制限が加わり、エンジン効率の低い状況であってもエンジンを使うことになり燃費が悪化する可能性がある。本明細書が開示する技術は、そのような状況を避けるべく、車間距離が所定の距離閾値以下であり、かつ、車速が所定の車速閾値以上であって、所定時間の間にアクセルのオン／オフ切り換えが所定の回数閾値以上であり、かつ、モータの電流の二乗平均値が所定の電流閾値以上のときに、エンジンの停止を禁止する。比較的に高い車速域では、エンジンのエネルギ効率がよく、上記したメインバッテリの温度上昇に起因する燃費悪化が避けられるだけなく、エネルギ効率のよい車速範囲でエンジンを使うことになり、この点で燃費向上が期待できる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のハイブリッド車の模式的ブロック図である。 コントローラが行う処理のフローチャート図である。 コントローラが行う処理のフローチャート図である（図２の続き）。

図面を参照して実施例のハイブリッド車２を説明する。図１に、ハイブリッド車２の模式的ブロック図を示す。ハイブリッド車２は、走行用に、エンジン３とモータ４を備えており、必要に応じてエンジン３の駆動力とモータ４の駆動力を切換えて走行する。エンジン３の出力とモータ４の出力は、例えば、プラネタリギア等の動力分配機構（不図示）により適宜分配又は合成され、車軸８へ伝達される。

ハイブリッド車２は、発進時、及び中低速域のエンジン効率の低い車速領域では、エンジン３を停止し、モータ４で走行するＥＶ走行モードに切り換わる。中高速域のエンジン効率の高い車速領域では、エンジン３を駆動させて走行するＨＶ走行モードに切り換わる。ハイブリッド車２は、大きなトルクが必要なときはエンジン３の出力とモータ４の出力を合わせて用いる。モータ４は、発電機としても機能する。発電には、エンジン３でモータ４を駆動して発電する場合と、車両の減速エネルギを利用してモータ４を逆駆動して回生発電する場合がある。モータ４が回生発電した電力はメインバッテリ７の充電に利用される。

メインバッテリ７は、モータ４の駆動用の電力を供給する。メインバッテリ７は、インバータ５を介してモータ４に接続されている。メインバッテリ７の出力電圧は、例えば３００ボルトである。メインバッテリ７の電力は、インバータ５を介してモータ４へ供給される。インバータ５は、メインバッテリ７からの直流電力を交流に変換する。インバータ５からの出力がモータ４への供給電力に相当する。即ち、モータ４の出力トルクはインバータ５によって調整される。ハイブリッド車２は、電力消費効率とエンジン効率の両方を考慮して全体の効率が最大となるように、モータ４を制御する。なお、図示を省略しているが、ハイブリッド車２は、メインバッテリ７の他に、ルームランプやオーディオ等の低電圧機器（通称、補機という）を駆動するためのサブバッテリも備える。

ハイブリッド車２は、車速センサ１２と、アクセルセンサ１３と、車間距離センサ１４と、電流センサ１５と、コントローラ６をさらに備える。

車速センサ１２は、ハイブリッド車２の速度を検出する。車速センサ１２は、コントローラ６に接続されており、ハイブリッド車２の速度をコントローラ６に入力する。

アクセルセンサ１３は、ドライバによるアクセル操作を検知する。即ち、ハイブリッド車２のアクセルのオン／オフ切換を検知する。なお、アクセルセンサ１３は、アクセルのオン／オフ切換だけでなく、アクセル開度も計測する。アクセルセンサ１３は、コントローラ６に接続されており、ハイブリッド車２のアクセルのオン／オフ切換の情報を含むアクセル開度の情報をコントローラ６に入力する。

車間距離センサ１４は、前方を走行する車両との車間距離を計測する。車間距離センサ１４は、コントローラ６に接続されており、計測した車間距離情報をコントローラ６に入力する。

電流センサ１５は、インバータ５に設けられており、モータ４に流れる電流を計測する。詳細には、電流センサ１５は、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓを算出する。電流センサ１５により算出された電流の二乗平均値Ｉｍｓは、コントローラ６に入力される。

コントローラ６は、上記の各種センサ１２、１３、１４、１５からの情報やメインバッテリ７の残量等に基づいて、エンジン３の出力すべき目標トルクや目標回転数、モータ４の出力すべき目標トルクや目標回転数を制御する。

コントローラ６は、例えば、アクセル開度が大きい場合には、エンジン３とモータ４の双方を駆動し、大きな推進力を得る。また、コントローラ６は、メインバッテリ７の残量が少なく、かつ、エンジン効率の良い条件下では、エンジン３を駆動し、エンジン３の出力の一部で走行しながら残りの出力でモータ４を駆動し、発電力を得る。即ち、コントローラ６は、ＨＶ走行モードを選択する。モータ４の発電で得た電力でメインバッテリ７を充電する。また、コントローラ６は、メインバッテリ７の残量が十分残っており、かつ、エンジン効率の低い条件下では、エンジン３を停止し、モータ４の推進力のみで走行する。別言すれば、コントローラ６は、ＥＶ走行モードを選択する。エンジン効率は、主に、アクセル開度と車速に依存する。即ち、コントローラ６は、主に、アクセル開度と車速とメインバッテリ７の残量に応じて、エンジン３を駆動したり、停止したりする。別言すれば、コントローラ６は、ＥＶ走行モードとＨＶ走行モードのいずれかを選択する。そのような処理をモード選択処理と称する。モード選択処理については一般のハイブリッド車で行われているので詳しい説明は省略する。

実施例のハイブリッド車２では、以下に述べるように、車速と、前方車両との車間距離の条件と、アクセルのオン／オフ切換頻度と、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが所定の条件を満たす場合には、モード選択処理とは別に、エンジン停止を禁止する。コントローラ６は、エンジン停止を禁止した場合には、モード選択処理において、ＨＶ走行モードを保持する。

以下、図２及び図３を参照して、前方車両との車間距離が短い場合におけるコントローラ６による処理について説明する。コントローラ６は、後述する所定の各条件を満たすか否かを判定し、その結果に基づいて、エンジン３の停止を禁止する場合とエンジン３の停止の禁止を解除する場合とを切換える。コントローラ６は、車速及び前方車両との車間距離を判断する車速・車間距離判定処理（図２の処理）と、これに続く、アクセルのオン／オフ切換及びモータ４に流れる電流値を判断するアクセル・電流値判定処理（図３の処理）を実行する。

まず、車速・車間距離判定処理について説明する。図２に示すように、コントローラ６は、まず、車速センサ１２の出力に基づいて、ハイブリッド車２の現在の車速が車速閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。車速閾値Ｖｔｈは、例えば、高速道路を走行する程度の高速度に設定される。現在の車速が車速閾値Ｖｔｈ以上である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、コントローラ６は、車間距離センサ１４の出力に基づいて、前方車両との車間距離が距離閾値Ｌｍｉｎ以下であるか否かを判定する（Ｓ３）。前方車両との車間距離が距離閾値Ｌｍｉｎ以下である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、コントローラ６は、処理プログラム内で定義されたフラグである追従フラグに「０」が代入されているか否かを判定する（Ｓ４）。追従フラグに「０」が代入されている場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ６は、追従フラグに「１」を代入し、そのタイミングを、続くアクセル・電流値判定処理の開始時間として内蔵タイマをスタートする（Ｓ５）。追従フラグに「０」が代入されていない（即ち、「１」が代入されている）場合（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ６は、ステップＳ５をスキップし、続くアクセル・電流値判定処理へと移行する。

一方、車速が車速閾値Ｖｔｈ未満である場合（Ｓ２：ＮＯ）、または、前方車両との車間距離が距離閾値Ｌｍｉｎより遠い場合（Ｓ３：ＮＯ）、コントローラ６は、内蔵タイマをリセットし、追従フラグに「０」を代入する（Ｓ６）。コントローラ６は、ステップＳ６の処理を行った後、後述するエンジン停止を禁止する処理が行われている場合には、エンジン停止の禁止を解除し（Ｓ７）、ステップＳ２の処理へ戻る。

なお、追従フラグが「０」から「１」に変化した時点が、前方車両との車間距離（即ち、距離閾値Ｌｍｉｎ以下）を維持しつつ走行している状況が開始されたと推定できるタイミングである。したがって、追従フラグに「１」が代入されている間は、車間距離（距離閾値Ｌｍｉｎ以下）を維持する操作が継続していることを意味する。

次に、アクセル・電流値判定処理について説明する。当該処理が開始される際には、上述したように、追従フラグに「１」が代入されている。まず、コントローラ６は、内蔵タイマの経過時間が時間閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１３）。内蔵タイマの経過時間が時間閾値Ｔｔｈ以上である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コントローラ６は、アクセルセンサ１３の出力に基づいて、最新の時間閾値Ｔｔｈ内でのアクセルのオン／オフ切換の回数が所定の回数閾値Ｎｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。これが回数閾値Ｎｔｈ以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、コントローラ６は、電流センサ１５の出力に基づいて、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが所定の電流閾値Ｉｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１５）。モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが電流閾値Ｉｔｈ以上である場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、コントローラ６は、エンジン停止を禁止する（Ｓ１６）。即ち、ＨＶ走行モードを保持する。一方、ステップＳ１２〜Ｓ１５の判断がＮＯの場合、コントローラ６は、エンジン停止の禁止を解除する（Ｓ１７）。コントローラ６は、ステップＳ１６またはステップＳ１７の処理を実行すると、図２に示す、車速・車間距離判定処理のステップＳ２の処理へ戻る。

以上の処理の判定結果に基づいて、ハイブリッド車２は、エンジン３の停止を禁止したり、エンジン３の停止の禁止を解除したりする。先に述べたように、コントローラ６は、主にアクセル開度と車速とメインバッテリ７の残量に応じてエンジン３を駆動したり停止したりする処理（即ち、モード選択処理）とは別に、図２と図３の処理を実行する。図２と図３の処理でエンジン３の停止が禁止されると、コントローラ６は、モード選択処理において、ＨＶ走行モードを保持する。

なお、電流の二乗平均値Ｉｍｓとは、交流の消費電力と等価の値であり、交流の消費電力の指標となるものである。この二乗平均値Ｉｍｓから、モータ４に電力を供給するメインバッテリ７の発熱量を予測することができる。また、「エンジン停止の禁止を解除する」とは、エンジン停止を禁止する場合以外のすべての場合を意味する。したがって、「エンジン停止の禁止を解除する」とは、エンジンを停止して走行する場合（ＥＶ走行モード）のみを意味するものではない。エンジン停止の禁止が解除された場合、コントローラ６は、ＥＶ走行モードとＨＶ走行モードのいずれも選択することができるようになる。

一般的なハイブリッド車では、高車速でのアクセルのオン／オフ切換に伴うエンジンの始動／停止の繰り返しによって、メインバッテリの入出力が過剰に増加する。このため、メインバッテリが発熱し、その温度が上昇する。すると、メインバッテリに入出力制限が加わり、回生電力を十分に得ることができなくなる。また、メインバッテリに入出力制限が加わると、エンジン効率が低い条件下であってもモータで十分なトルクが出せず、エンジンを駆動して走行しなければならない状況も発生し得る。その結果、燃費が悪化する。合わせて、エンジンの始動／停止の繰り返しにより、燃料噴射量も増加するため、燃費が悪化する。しかしながら、実施例のハイブリッド車２は、車速が車速閾値Ｖｔｈ以上であり、前方車両との車間距離が距離閾値Ｌｍｉｎ以下であって、時間閾値Ｔｔｈの間にアクセルのオン／オフ切換を回数閾値Ｎｔｈ以上行っている場合に、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが所定の電流閾値Ｉｔｈ以上であると、エンジン３の停止を禁止する。具体的には、例えば、ドライバが前方車両との車間距離を維持しようとして、アクセルのオン／オフ切換を頻繁に行うことにより、モータ４に流れる電流の二乗平均値Ｉｍｓが増加した場合に、ハイブリッド車２はエンジン３の停止を禁止する。このため、上記した理由による燃費の悪化を抑制することができる。また、エネルギ効率の良い高車速域でエンジン３を使用することとなるため、燃費を向上することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、図３のステップＳ１４の処理に、アクセル開度の範囲を条件として追加してもよい。例えば、アクセルセンサ１３にアクセル開度を検知する機能を付加し、アクセル開度が所定の開度上限値以下で、アクセルのオン／オフの切換回数が所定の回数閾値以上である場合に、ステップＳ１４の判定がＹＥＳとなるように処理を変更してもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

３：エンジン
４：モータ
５：インバータ
６：コントローラ
７：メインバッテリ
８：車軸
１２：車速センサ
１３：アクセルセンサ
１４：車間距離センサ
１５：電流センサ

Claims (1)

1. 走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車であり、
   前記エンジンの駆動と停止を制御するコントローラと、
   前方車両との車間距離を計測する車間距離センサと、
   を備えており、前記コントローラは、
   車速が所定の車速閾値以上であり、かつ、前記車間距離が所定の距離閾値以下であって、所定時間の間にアクセルのオン／オフ切換が所定の回数閾値以上であり、かつ、前記モータに流れる電流の二乗平均値が所定の電流閾値以上のときに、前記エンジンの停止を禁止する、ハイブリッド車。

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