JP2018103929A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＯＣの最適スイングバランスを維持しつつ、走行中に電動補機を常時作動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。
【解決手段】駆動源としてエンジンとモータを使用し、且つ、バッテリから供給される電力によって駆動する電動補機を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記モータ及び前記バッテリの仕様情報を基に、前記バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするための前記バッテリの最適出力値を算出する最適出力値算出手段と、前記電動補機の要求消費電力量を算出する要求消費電力量算出手段と、前記モータ及び前記電動補機に対する前記バッテリの出力値が前記最適出力値となるように出力値を制御するバッテリ制御手段と、を含み、前記バッテリ制御手段は、前記電動補機への出力値となる前記要求消費電力量及び前記最適出力値を基に前記モータの出力値を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用駆動源としてエンジン及びモータを搭載するハイブリッド車両の制御装置に関する。

走行用駆動源としてエンジン及びモータを搭載するハイブリッド車両は、減速時や降坂路の走行時に、当該モータを回生制御することによってハイブリッド車両の運動エネルギを発電電力として回収し、ハイブリッド車両に搭載されたバッテリに充電している。また、加速時や登坂路の走行時には、当該バッテリからの放電電力でモータを力行制御して駆動力を発生させ、これによりエンジンの負担を軽減して低燃費化を図っている。

ここで、バッテリの満充電時にはモータを回生制御できず、またバッテリの過放電時にはモータを力行制御できず、更にバッテリの過度の充放電はバッテリの耐久性を低下させることにもつながる。このため、一般にバッテリを所定の充電率（ＳＯＣ:State Of Charge）の範囲内で制御することにより、常にモータの力行制御や回生制御を実行できる余地を確保すると共に、バッテリの過度の充放電を防止している。

特に、トラック等の商用車向けのハイブリッド車両では、顧客が想定する走行ルートや積載量等の走行条件に応じて、ハイブリッド効果を最大限得ることが要求されている。当該要求を満たすために、減速時や降坂路における回生機会において回生電力を確実に回収し、かつ、より多くの力行機会においてモータアシスト走行させるために最適な駆動用バッテリやモータの仕様が選定される。

そして、トラック等の商用車向けのハイブリッド車両の制御装置は、バッテリやモータの仕様条件と、勾配や車速変化等の走行ルートプロファイルと、を基にバッテリの最適なアシスト出力値を決定している。このような最適なアシスト出力値に基づくモータアシストを行うことで、バッテリ残容量の変動パターンが所望のＳＯＣ範囲内でスイングするように制御されることになる。例えば、特許文献１には、このような制御を行うハイブリッド電気自動車の走行制御装置が開示されている。

特開２０１４−１１３９７４号公報

しかしながら、ハイブリッド車両では、駆動用バッテリの電力により駆動されるパワステ用電動ポンプ、及び冷凍車両用コンプレッサ等の電動補機が複数搭載されており、これら複数の電動補機（すなわち、電動補機類）からの駆動要求が生じた場合、上記のＳＯＣ制御において最適のＳＯＣスイングバランスを維持することができなくなる。

本発明はこのような問題点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、ＳＯＣの最適スイングバランスを維持しつつ、走行中に電動補機を常時作動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。

本適用例に係るハイブリッド車両の制御装置は、駆動源としてエンジンとモータを使用し、且つ、バッテリから供給される電力によって駆動する電動補機を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記モータ及び前記バッテリの仕様情報を基に、前記バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするための前記バッテリの最適出力値を算出する最適出力値算出手段と、前記電動補機の要求消費電力量を算出する要求消費電力量算出手段と、前記モータ及び前記電動補機に対する前記バッテリの出力値が前記最適出力値となるように出力値を制御するバッテリ制御手段と、を含み、前記バッテリ制御手段は、前記電動補機への出力値となる前記要求消費電力量及び前記最適出力値を基に前記モータの出力値を決定する。

上記構成により、バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするためのバッテリの最適出力値に基づくとともに、電動補機への電力分配が優先されてバッテリからの電力供給が行われることになる。すなわち、本適用例に係るハイブリッド車両の制御装置により、ＳＯＣの最適スイングバランスが維持され、且つ走行中に電動補機が常時作動可能となる。

上記構成を備える本発明によれば、ＳＯＣの最適スイングバランスを維持しつつ、走行中に電動補機を常時作動させることができる。

実施形態のハイブリッド車両の制御装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 実施形態のハイブリッド車両の制御装置が実行するモータアシストに係る制御ルーチンを示すフローチャートである。 モータ出力と燃費改善効果との関係を示すグラフである。 バッテリの残容量の変位を示すグラフである。 実施形態のハイブリッド車両の制御装置が実行するバッテリの残容量閾値の決定フローである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

実施形態のハイブリッド車両の制御装置が搭載されたハイブリッド型トラック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、単に車両とも称する。

車両１には走行用の駆動源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び発電機としても作動可能なモータ３（電動機）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。

モータ３は、具体的には永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機であり、電力変換装置１０を介してバッテリ１１と接続されている。

自動変速機５は一般的な手動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、自動変速機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。

電力変換装置１０は、バッテリ１１からの直流電力を交流電力に変換してモータ３に供給可能であるとともに、モータ３からの交流電力を整流してバッテリ１１へ供給可能である。

このように構成された車両１は、エンジン２又はモータ３で発生させた駆動力が自動変速機５で変速された後、駆動輪９に伝達されることで走行する。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。そしてモータ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電力変換装置１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される。

また、車両１には、車両１の架装物（図示せず）において使用される架装用電動補機（ePTO: electric Power Take Off）２１、及び当該架装物以外において使用される複数の一般電動補機２２が設けられている。なお、図１においては、説明の便宜上のために一般電動補機２２を一つのみ示している。架装用電動補機２１としては、例えば、冷凍車の電動冷蔵庫に使用される冷蔵機器や、ごみ収集車のごみ取集庫で使用される電動型回転機器等である。一方、一般電動補機２２とは、車両１自体に係る補機であり、パワーステアリング、ブレーキ用のエアコンプレッサ、並びにキャブ内のオーディオ機器及びナビゲーション装置等である。以下において、架装用電動補機２１、及び複数の一般電動補機２２を総称して電動補機類と称する。

ＥＣＵ３０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、ＥＣＵ３０には、アクセルペダルの操作量θaccを検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの踏込操作を検出するブレーキスイッチ、車両１の速度Ｖを検出する車速センサ、エンジン２の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ、モータ３の回転速度Ｎtを検出するモータ回転速度センサ（いずれも図示せず）などが接続されている。また、ＥＣＵ３０には、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ている。更に、ＥＣＵ３０には、架装用電動補機２１及び一般電動補機２２も接続されており、ＥＣＵ３０によって電動補機類の動作が制御されることになる。そして、ＥＣＵ３０は、バッテリ１１の温度及び電圧、並びに電力変換装置１０とバッテリ１１との間に流れる電流等を検出し、これらの検出結果からバッテリ１１の残容量（充電率（ＳＯＣ:State Of Charge））を算出する。

図１に示すように、ＥＣＵ３０は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置として機能するために、要求消費電力量算出部（要求消費電力量算出手段）３１、最適出力値算出部（最適出力値算出手段）３２、及びバッテリ制御部（バッテリ制御手段）３３を備えている。要求消費電力量算出部３１は、架装用電動補機２１及び一般電動補機２２から供給される電力要求信号に基づき、電動補機類の要求消費電力量を算出する。最適出力値算出部３２は、モータ３及びバッテリ１１の仕様情報、並びに走行ルートに関する情報を基に、バッテリ１１の残容量が所定の範囲内においてスイングするためのバッテリ１１の最適出力値を算出する。バッテリ制御部３３は、要求消費電力量算出部３１によって算出された要求消費電力量と、最適出力値算出部３２によって算出された最適出力値とを基に、モータ３の出力値を決定するとともに、当該決定に対応させてバッテリ１１から電動補機類に供給される電力の供給量と、バッテリ１１から電力変換装置１０を経由してモータ３に供給される電力の供給量との分配比率を制御する。ここで、バッテリ１１から電力変換装置１０を経由してモータ３に供給される電力は、エンジン２による駆動を補助するためのモータアシスト走行に使用されるものである。各部の詳細な動作及び制御について、後述する制御フローの説明の際に、合わせて説明することとする。

なお、本実施形態においては、要求消費電力量算出部３１、最適出力値算出部３２、及びバッテリ制御部３３は、ＥＣＵ３０に内蔵される独立したプログラムであってもよく、各部を総合的に実現するような１つのプログラムであってもよい。また、要求消費電力量算出部３１、最適出力値算出部３２、及びバッテリ制御部３３は、ＥＣＵ３０に内蔵されることなく、独立した各種のＥＣＵとして設けられてもよい。

次に、図１乃至図５を参照しつつ、実施形態のハイブリッド車両の制御装置（すなわち、ＥＣＵ３０）によるモータアシストの制御について説明する。ここで、図２は、実施形態のハイブリッド車両の制御装置が実行するモータアシストに係る制御ルーチンを示すフローチャートである。また、図３は、モータ出力と燃費改善効果との関係を示すグラフである。更に、図４は、バッテリの残容量の変位を示すグラフである。そして、図５は、実施形態のハイブリッド車両の制御装置が実行するバッテリの残容量閾値の決定フローである。

先ず、ＥＣＵ３０の最適出力値算出部３２は、モータ３及びバッテリ１１の仕様情報、並びに走行ルートに関する情報を基に、バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするためのバッテリ１１の最適出力値を算出する（図２：ステップＳ１）。ここで、車両１の記憶部（図示せず）には、各走行ルート後に予め算出されているモータ出力と燃費改善効果との関係を示す情報が記憶されている。一般的に、モータ出力と燃費改善効果との関係は、モータ３及びバッテリ１１の仕様、並びに車両１が走行するルート等によって変動するものであり、車両１の過去の走行実績や走行テスト等によって予め決定されている。例えば、図３に示すグラフ及び、当該グラフに関連する数値データが車両１の記憶部に記憶されている。

図３から分かるように、ルートＢを走行するよりもルートＡを走行するほうが、燃費改善効果があることになる。また、ルートＡにおいては、モータ出力（すなわち、モータ３によるモータアシスト（アシストパワー））が小さすぎても燃費改善効果が小さく、大きすぎても燃費改善効果が小さくなっており、記録されているデータの略中間（黒塗りでプロットしてる部分）のモータ出力において燃費改善効果が最大となる。一方、ルートＢにおいては、モータ出力が大きくなると燃費改善効果が小さくなる傾向があり、記録されているデータのうちの２番目に小さいモータ出力（黒塗りでプロットしてる部分）において燃費改善効果が最大となる。

そして、各ルートにおいて燃費改善効果が最大となるときのモータ出力が最適出力値となるため、最適出力値算出部３２は、図３に示されるグラフ及び関連する数値データから、走行するルートのグラフにおける黒塗りでプロットしている部分のモータ出力を最適出力値として算出することになる。例えば、本実施形態においては、車両１がルートＡを走行することを想定し、記録されているデータの略中間のモータ出力（４０ｋＷ）を算出したこととする。

上記のような最適出力値を用いてバッテリ１１を制御することで、バッテリ１１の残容量（％）を所望の範囲内で変動させる、すなわちスイングさせることができる。本実施形態においては、図４に示すように、バッテリの残容量（実線で示す合成スイング）が３０％〜７０％の間でスイングさせるように、最適出力値が算出されている。ここで、合成スイングとは、バッテリ１１自体の残容量の変動であり、電動補機用スイング（図４において破線で示す）及びモータアシスト用スイング（図示せず）の合成によって得られるグラフである。

なお、車両１が走行するルート毎に燃費改善効果が変わらない場合もあり、この場合においては走行するルートを考慮することなく最適出力値を決定してもよい。また、モータ出力によっても燃費改善効果が比較的に変動しない場合もあり、この場合にはモータ出力を考慮することなく最適出力値を決定してもよい。更に、車両１が走行するルート及びモータ出力に起因することなく燃費改善効果が一定であることが見込まれる場合には、最適出力値を固定値として記録してもよい。

次に、ＥＣＵ３０の要求消費電力量算出部３１は、電動補機類の要求消費電力量を算出する（図２：ステップＳ２）。具体的には、図５に示すように、要求消費電力量算出部３１は、架装用電動補機２１から要求される要求電力量と、複数の一般電動補機２２（一般電動補機ａ〜ｎ）から要求される要求電力量を合算し、電動補機類の要求消費電力量を算出している。例えば、本実施形態においては、電動補機類から合計１０ｋＷの電力が要求されているとし、要求消費電力量を１０ｋＷとする。

次に、ＥＣＵ３０のバッテリ制御部３３は、算出された最適出力値及び要求消費電力量に基づき、バッテリ１１の残容量閾値を算出する（図２：ステップＳ３）。具体的には、図５に示すように、最適出力値に対する要求消費電力量の比率を先ず算出する。本実施形態においては、当該比率が１０ｋＷ／４０ｋＷ＝１／４として算出されることになる。その後、当該比率及びバッテリの残容量の適用範囲に基づいて、バッテリの残容量閾値が算出される。上述したように、本実施形態においては、バッテリの残容量の適用範囲が３０％〜７０％となるようにしているため、バッテリの残容量の適用範囲の幅が４０％となる。そして、当該適用範囲の幅のうち、最適出力値に対する要求消費電力量の比率を乗じた値が、電動補機類に必要となるバッテリの残容量（％）となり、バッテリの残容量の適用範囲の下限値に当該電動補機類に必要となるバッテリの残容量（％）を加えた数値が、バッテリ１１の残容量閾値となる。すなわち、本実施形態においては、電動補機類に必要となるバッテリの残容量（％）が４０％×１／４＝１０％として算出され、バッテリ１１の残容量閾値が１０％＋３０％＝４０％として算出される。

次に、ＥＣＵ３０のバッテリ制御部３３は、現在のバッテリの残容量がステップＳ３において算出したバッテリ１１の残容量閾値以上であるか否かを判定する（図２：ステップＳ４）。すなわち、バッテリ制御部３３は、現在のバッテリの残容量が電動補機類を作動し続けるために十分であるか否かを判断する。

現在のバッテリの残容量が残容量閾値以上である場合（ステップＳ４のＹｅｓ）には、最適出力値から電動補機類の要求消費電力量を差し引いた出力値によってモータアシストを行う（図２：ステップＳ５）。すなわち、バッテリ制御部３３は、バッテリ１１からモータ３及び電動補機類に供給する電力の分配について、電動補機類に対する電力供給を優先し、電動補機類へ電力供給をした場合にも余る電力をモータ３へ供給するように決定する。本実施形態においては、最適出力値が４０ｋＷ、電動補機類の要求消費電力量が１０ｋＷと想定しているため、３０ｋＷでモータアシストを行うことになる。

一方、現在のバッテリの残容量が残容量閾値未満である場合（ステップＳ４のＮｏ）には、モータアシストを行わず、電動補機類のみに電力を供給するように、バッテリ制御部３３はバッテリ１１からの電力分配を制御する（図２：ステップＳ６）。すなわち、バッテリ制御部３３は、バッテリの残容量が不足ぎみの場合でも、電動補機類の作動を保証できるようにバッテリ１１の制御を行うことになる。

以上のように、本モータアシストの制御においては、バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするためのバッテリ１１の最適出力値に基づくとともに、電動補機類への電力分配を優先してバッテリ１１からの電力供給が制御されている。換言すると、本モータアシストの制御においては、電動補機類への出力値となる要求消費電力量及びバッテリ１１の最適出力値を基にモータの出力値が決定され、モータ３及び電動補機類に対するバッテリ１１の出力値が最適出力値となるように出力値が制御されている。

従って、本モータアシストの制御においては、図４の実線で示す合成スイングように、バッテリ１１の残容量が３０％〜７０％の間で、最適なバランスにてスイングさせることができる。更に、図４の破線で示すように、電動補機類のスイングを、幅１０％（バッテリ１１の残容量が３０％〜４０％）の範囲で最適なスイングを常時維持することができる。すなわち、本モータアシストの制御においては、ＳＯＣの最適スイングバランスが維持され、且つ走行中に電動補機を常時作動させることができる。

また、本モータアシストの制御においては、走行中に電動補機類を常時作動させるために必要なＳＯＣを電動補機類の状態によって決定しているため、電動補機類における電力消費が少ない場合に、ＳＯＣを使わない事態を回避することができる。更に、回生した電力によってモータアシストを行いつつ、電動補機類の作動を両立することが可能となり、燃費向上を容易に図ることができる。そして、車両１のエンジン２を利用してバッテリ１１を充電させるような動作をできる限り減らすことができ、燃費悪化を抑制することができる。

なお、本モータアシストの制御は、車両１が所定の距離を走行するたびに行うようにしてもよい。例えば、車両１が２０ｋｍ走行するごとに、本モータアシストの制御を行い、バッテリ１１の残容量の最適スイングを維持するようにしてもよい。

１ ハイブリッド車両
２ ディーゼルエンジン（エンジン）
３ モータ
４ クラッチ
５ 変速機
６ プロペラシャフト
７ 差動装置
８ 駆動軸
９ 駆動輪
１０ 電力変換装置
１１ バッテリ
２１ 架装用電動補機
２２ 一般電動補機
３０ ＥＣＵ
３１ 要求消費電力量算出部（要求消費電力量算出手段）
３２ 最適出力値算出部（最適出力値算出手段）
３３ バッテリ制御部（バッテリ制御手段）

Claims (1)

1. 駆動源としてエンジンとモータを使用し、且つ、バッテリから供給される電力によって駆動する電動補機を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記モータ及び前記バッテリの仕様情報を基に、前記バッテリの残容量が所定の範囲においてスイングするための前記バッテリの最適出力値を算出する最適出力値算出手段と、
   前記電動補機の要求消費電力量を算出する要求消費電力量算出手段と、
   前記モータ及び前記電動補機に対する前記バッテリの出力値が前記最適出力値となるように出力値を制御するバッテリ制御手段と、を含み、
   前記バッテリ制御手段は、前記電動補機への出力値となる前記要求消費電力量及び前記最適出力値を基に前記モータの出力値を決定するハイブリッド車両の制御装置。
   

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