JP2021046007A - 車両の駆動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、蓄電装置の内部抵抗が増大することを要因とした駆動力の低下を抑制できる車両の制御装置を提供する。【解決手段】駆動力源としてのモータと、モータに電力を供給する蓄電装置および発電装置とを備えた車両の制御装置において、蓄電装置に要求される電力を予測し(ステップS1)、予測された要求電力を出力した場合における蓄電装置の内部抵抗に基づいて、蓄電装置の出力可能電力を予測し(ステップS2)、蓄電装置から要求電力を出力できない場合には、蓄電装置から要求電力を出力できなくなる時点以前に、蓄電装置から要求電力を出力できる場合よりも発電装置からモータに通電する電力を増加させて蓄電装置の出力電力を低下させる負荷低減制御を実行する(ステップS4)。【選択図】図2

Description

この発明は、発電機と蓄電装置との少なくともいずれか一方から駆動用モータに電力を供給することにより走行できる車両の駆動制御装置に関するものである。
特許文献1には、エンジンの動力を電力に変換する発電機と、その発電機により発電された電力および蓄電装置に充電された電力が供給されて駆動トルクを出力するモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この特許文献1に記載された制御装置は、蓄電装置の内部抵抗の上昇を要因として蓄電装置の出力が制限されることを抑制するために、所定期間内における充電および放電の電流の積算値と、その電流の二乗の積算値とをそれぞれ求め、その電流の積算値が第1閾値を超えることがなく、また電流の二乗の積算値が第2閾値を超えることがないように蓄電装置の電流を制御するように構成されている。
特許文献2には、蓄電装置の充電残量(以下、SOCと記す)と、蓄電装置の温度とに基づいた出力可能な最大電力を定めたマップを予めコントローラに記憶しておき、実際のSOCと温度とから定まる蓄電装置の状態から出力可能電力を求め、その出力可能電力が要求電力を充足できない場合には、エンジンの動力を発電機によって電力に変換し、その変換された電力を駆動用モータに通電する制御装置が記載されている。
なお、特許文献3には、充電可能な目標地点に到達する時点でSOCが下限値まで低下するように発電機を制御するハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、目標地点までの距離が所定距離以下となった場合に、目標地点に近づくほどSOCの暫定目標値を小さく設定するとともに、発電機による最大発電量を高く設定するように構成されている。
なおまた、特許文献4には、エンジンの出力軸に連結されたモータと、高電圧の蓄電装置と、高電圧の蓄電装置から出力された直流電流を交流電流に変換してモータに供給するインバータと、高電圧の蓄電装置と電気的に接続された低電圧の蓄電装置と、高電圧の蓄電装置と低電圧の蓄電装置との間に設けられたDCDCコンバータとを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、SOCが所定値以下まで低下した場合に、DCDCコンバータの消費電流値に基づく消費電力を求め、その消費電力以上の電力を発電機が発電するように構成されている。
特開2011−79447号公報 特開平10−295045号公報 特開2013−177091号公報 特開2017−94894号公報
特許文献1に記載された制御装置は、蓄電装置の充電および放電の電流の積算値やその電流の二乗の積算値が閾値を超える場合には、蓄電装置の電流を低下させるように制御するため、ハイブリッド車両に要求される走行パワーを充足するためには、特許文献2に記載された制御装置のように、不足する分の電力を発電機によって発電して、モータに供給し、またはエンジンから駆動輪に不足する分の走行パワーを伝達することになる。しかしながら、最大出力が比較的小さいエンジンを搭載したレンジエクステンダー車両のように、エンジンのみでは車両の最大出力を充足できない場合には、エンジンの出力を最大値としたとしても、要求される走行パワーを出力できない場合があり、そのような場合には、蓄電装置からモータに電力を供給して不足する動力をモータから出力することになる。すなわち、特許文献1に記載された制御装置のように、蓄電装置の電流を制限することができず、蓄電装置の耐久性が低下する可能性があり、または蓄電装置の電流を制限することにより要求駆動力を出力できない可能性がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、蓄電装置の内部抵抗が増大することを要因とした駆動力の低下を抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、駆動輪にトルク伝達可能に連結された駆動力源としてのモータと、前記モータに電力を供給できるように連結されかつ電力を出力し続けることにより内部抵抗が増大して出力可能電力が低下する蓄電装置と、前記蓄電装置を介することなく、前記モータに電力を供給できるように連結された発電装置とを備えた車両の制御装置において、前記蓄電装置の出力電力および前記発電装置の発電電力を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記蓄電装置から前記モータに出力することが要求される電力を予測し、前記予測された要求電力を出力した場合における前記蓄電装置の内部抵抗を予測し、前記予測された前記蓄電装置の内部抵抗に基づいて、前記蓄電装置の出力可能電力を予測し、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できるか否かを判断し、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できないことの判断が成立した場合には、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できなくなる時点以前に、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できる場合よりも前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させて前記蓄電装置の出力電力を低下させる負荷低減制御を実行することを特徴とするものである。
また、この発明では、前記負荷低減制御は、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できなくなる時点以前に、前記発電装置から前記モータに発電電力を供給している場合には、前記モータに前記発電電力を供給している時点における前記発電電力を増加させる制御を含んでよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記発電装置の発電を開始する所定の条件が成立する時期を予測するように構成され、前記負荷低減制御は、前記発電装置の発電を開始する時期を前記所定の条件が成立する時期よりも早めることにより前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させる制御を含んでよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記発電装置の発電を開始する所定の条件が成立する発電開始時期を予測するように構成され、前記負荷低減制御は、前記発電開始時期以降の前記発電装置の発電電力を最大発電電力まで増加させるとともに、前記発電装置の発電を開始する時期を前記所定の条件が成立する時期よりも早めることにより前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させる制御を含んでよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記負荷低減制御を実行した場合における前記発電装置の発電電力に基づいて、前記予測された要求電力および前記内部抵抗を補正するように構成されていてよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記蓄電装置から出力した過去の電力に基づいて、前記要求電力を予測するように構成されていてよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記車両の外気温と外気圧とが低下している場合に、前記予測された要求電力を増加させるように補正してもよい。
また、この発明では、前記コントローラは、前記要求電力を出力した場合における前記蓄電装置の温度と前記蓄電装置の充電残量と、前記蓄電装置の劣化度との少なくともいずれか一つのパラメータに基づいて前記蓄電装置の内部抵抗を予測してよい。
そして、この発明では、前記発電装置は、エンジンと、前記エンジンの動力を電力に変換する発電機とにより構成され、前記エンジンの最大出力は、前記モータの最大出力よりも小さくてよい。
この発明のモータによれば、蓄電装置に要求される電力を予測するとともに、その予測された要求電力を出力できるか否かを、要求電力を出力した場合の内部抵抗に基づいて判断する。すなわち、蓄電装置の内部抵抗が増大することを考慮して、要求電力を出力できるか否かを判断する。そして、要求電力を出力できない場合には、蓄電装置から要求電力を出力できなくなる時点以前に、要求電力を出力できる場合よりも発電装置からモータに通電する電力を増加させて蓄電装置の出力電力を低下させる負荷低減制御を実行する。その結果、蓄電装置の内部抵抗が増大して蓄電装置の出力電力が制限されることによる駆動力の低下を抑制できる。言い換えると、蓄電装置の内部抵抗が増大することを要因として、モータに通電する電力が低下することを抑制できる。
この発明の実施形態における車両の一例を説明するための模式図である。 この発明の実施形態における制御の一例を説明するためのフローチャートである。 指令電力を予測する手段(方法)を説明するための図である。 予測電力を求める手段(方法)を説明するためのブロック図である。 負荷低減制御の一例を説明するためのフローチャートである。 指令電力および予測電力の変化を示す図である。 発電装置の発電量を増加させることにより指令電力を補正した図である。 補正された指令電力に基づいて予測電力を補正した図である。 発電装置の発電量を最大とした時における指令電力を示す図である。 発電装置の発電開始時期を早めた状態を示す図である。 負荷低減制御の他の例を説明するためのフローチャートである。 不足電力量を示す図である。 不足電力量に基づいて発電装置の発電量を増大させた状態を示す図である。 発電装置の発電量を増加させることにより指令電力を補正した図である。 補正された指令電力に基づいて予測電力を補正した図である。 発電装置の発電開始時期を早めた状態を示す図である。
この発明の実施形態における車両の一例を説明するための模式図を図1に示してある。図1に示す車両1は、従来知られているレンジエクステンダー電気自動車と同様に構成されている。すなわち、駆動力源としてのモータ(M)2と、そのモータ2に電力を供給する蓄電装置(BATT)3と、蓄電装置3を充電し、または蓄電装置3からモータ2に通電する電力の不足分を補うための電力を発生させる発電装置4とを備えている。
図1のモータ2は、従来知られているハイブリッド車両や電気自動車の駆動力源として採用されるモータと同様に、永久磁石式の同期モータなどを採用することができ、その出力軸5に、デファレンシャルギヤユニット6を介して、駆動輪7が連結されている。なお、図1に示す例では、モータ2と駆動輪7との間のトルク伝達経路にデファレンシャルギヤユニット6のみを備えているが、モータ2と駆動輪7との回転数比を変更可能な変速機などのギヤトレーンを更に設けていてもよい。また、ここでは、一つのモータ2から左右の駆動輪7にトルクを伝達する例を示しているが、例えば、インホイールモータなどのようにそれぞれの駆動輪7にモータを備えたものであってもよく、さらに、一対の前輪に連結されたモータと、一対の後輪に連結された他のモータとを備えた構成であってもよい。
上記のモータ2は、電力が供給されることにより車両1を前後に推進する方向のトルクを出力する駆動力源としての機能に加えて、駆動輪7の回転数を低下させるようにトルクを出力することにより、車両1の運動エネルギーの一部を電力に変換する発電機としての機能を備えている。そのモータ2に電力を供給し、またはモータ2により発電された電力を充電するための蓄電装置3がモータ2に接続されている。
この蓄電装置3は、リチウムイオン電池やキャパシタ、あるいは全固体電池などにより構成することができ、直流電流を出力する。それに対して、上記のようにモータ2は交流モータである。そのため、蓄電装置3とモータ2との間には、蓄電装置3から出力された直流電流を所定の周波数の交流電流に変換し、またはモータ2により発電された交流電流を直流電流に変換するためのインバータ8が設けられている。なお、モータ2に印加される電圧(入力電圧)を増大させるなどのためにコンバータを設けていてもよい。
上記の車両1は、その蓄電装置3を充電するためや、蓄電装置3からモータ2に供給する電力を補うための発電装置4を備えている。ここに示す発電装置4は、エンジン(ENG)9と、そのエンジン9の動力を電力に変換する発電機(G)10とにより構成されている。
エンジン9は、従来知られているガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの車両の駆動力源として設けられるエンジンと同様に構成することができ、燃料と空気との混合気を燃焼することにより動力を出力する。したがって、その吸入空気量や、燃料噴射量、あるいは点火時期などを適宜制御することにより、エンジン9の出力を制御できる。なお、上述したように発電装置4は、蓄電装置3を充電するためや、蓄電装置3からモータ2に供給する電力を補うために設けられたものであり、したがって、上記のエンジン9は、その最大出力がモータ2の最大出力よりも小さい小型のエンジン9である。
エンジン9の出力軸11には、発電機10が連結されている。この発電機10は、周知の種々の発電機を採用することができ、ここに示す例では、上記モータ2と同様に永久磁石式の同期モータなどの交流モータによって構成されている。したがって、エンジン9の回転数を低下させるように発電機10から反力トルクを出力することにより、エンジン9の動力の一部を電力に変換することができ、更に、その発電機10による反力トルクを制御することにより、エンジン9の燃費が良好となるようにエンジン回転数を制御することができる。また、エンジン9の始動時には、発電機10をモータとして機能させることによりエンジン9をクランキングすることができる。
上述したように発電機10は交流モータにより構成されている。したがって、発電機10と蓄電装置3との間には、発電機10により発電された交流電流を直流電流に変換するためのインバータ12が設けられている。なお、発電機10と蓄電装置3との間にコンバータを設けていてもよい。
このインバータ12と上述したインバータ8とは、蓄電装置3を介さずに電力の授受を行うことができるように電気的に接続されている。すなわち、蓄電装置3からモータ2に電力を供給せずに、発電機10により発電された電力をモータ2に供給することができる。
上述したモータ2(またはインバータ8)、発電機10(またはインバータ12)、およびエンジン9を制御するための電子制御装置(以下、ECUと記す)13が設けられている。このECU13は、従来知られている電子制御装置と同様にマイクロコンピュータを主体としたものであって、入力されるデータと、予め記憶されている演算式やマップなどとに応じて、モータ2、発電機10、エンジン9を制御するための信号を出力するように構成されている。
このECU13には、例えば、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ、車速を検出する車速センサ、モータ2の回転角および回転数を検出するレゾルバ、外気圧を検出するセンサ、外気温を検出するセンサ、蓄電装置3の充電残量(以下、SOCと記す)を検出するセンサ、蓄電装置3の温度を検出するセンサ、蓄電装置3から出力される電流値を検出する電流計、入力電圧を検出する電圧計などからデータが入力される。
また、ECU13には、例えば、アクセル開度と車速とから車両1に要求されている走行パワー(または要求駆動力)を求めるためのマップや、蓄電装置3の内部抵抗を予測するためのマップ、あるいは蓄電装置3の劣化の度合いを求めるためのマップなどが記憶されている。
それらのECU13に入力されるデータやマップなどに基づいて、モータ2に通電する電流値やその周波数、エンジン9に供給する燃料および空気量、あるいは発電機10に通電する電流値やその周波数を求め、その求められたデータに基づいてインバータ8およびインバータ12に信号を出力し、または図示しないスロットルバルブや燃料噴射装置に信号を出力する。
上述したように構成された車両1は、アクセル開度と車速とに基づいて要求される駆動力(または走行パワー)を求め、その要求駆動力を充足するためにモータ2に要求される出力トルクを求める。その出力トルクに基づいてモータ2に通電する目標電流値を求めて、蓄電装置3から電力を出力する。また、SOCが下限値まで低下している場合や、蓄電装置3から出力する電力のみでは、車両1に要求される走行パワーに相当する要求電力を充足できない場合などの種々の条件に応じて、エンジン9を駆動して不足する分の電力を発電機10により発電し、蓄電装置3に加えて発電機10からモータ2に電力を供給する。
一方、蓄電装置3は、その特性上、継続して放電または充電していると、内部抵抗が一時的に増大して、出力電流が制限されることがある。その蓄電装置3から出力する電流値が高いほど、または入力される電流値が高いほど、内部抵抗の一時的な増大が早期に生じる。つまり、蓄電装置3の負荷が高いほど、早期に内部抵抗が一時的に増大する。
この発明の実施形態における車両1の制御装置は、上記のように蓄電装置3の内部抵抗が一時的に増大することを要因とした駆動力の低下を抑制するように構成されている。図2は、その制御の一例を説明するためのフローチャートであり、上記のECU13により実行される。ここに示す制御例では、まず、現時点以降における所定時間毎の蓄電装置3に指示される出力電力(以下、指令電力と記す)Pc(n)を算出する(ステップS1)。このステップS1は、現時点に至るまでの走行履歴(出力電力)に基づいて指令電力Pc(n)を算出することができる。
図3は、指令電力Pc(n)を算出する手段(方法)の一例を説明するための模式図である。図3に示す例では、まず、現時点以前の所定期間L1における蓄電装置3の出力電力をECU13に記憶しておき、現時点以降に、その所定期間L1における走行状態が繰り返し実行されるものとして蓄電装置3の出力電力の変化をマップ化する。図3では、そのマップ化された蓄電装置3の出力電力を破線で示してある。なお、図3に示す例では、現時点以降は、所定期間L1の三倍の期間、所定期間L1における走行状態が繰り返されているものとしてマップ化されている。
ついで、外気温および外気圧の変化に基づいて、マップ化された出力電力を補正する。具体的には、外気温および外気圧が次第に低下している場合には登坂路を走行していると判断して、マップ化された出力電力が次第に増加するように補正する。また、外気圧の低下率が次第に大きくなっている場合には、路面勾配が次第に大きくなっていると判断して、上記の補正量を次第に増加させる。それとは反対に、外気圧の低下率が次第に小さくなっている場合には、路面勾配が次第に小さくなっていると判断して、上記の補正量を次第に減少させる。
さらに、ここでは、設計上、予め定められた許容下限値までSOCが低下するなどによりSOCの低下を抑制する制御、すなわち、発電機10を駆動する制御を実行する条件が所定時間T1後に成立する可能性があるか否かを判断し、その条件が成立する可能性がある場合には、所定時間T1後には、発電機10によって発生させた電力をモータ2に供給するものとして、出力電力を補正する。つまり、発電機10によって発電される分の電力を出力電力から減じる。その場合における発電機10の発電量は、現時点から所定時間L1前までの期間の平均車速やSOCの減少量(または減少率)に基づいて求めることが好ましい。
また、エンジン9の出力は、吸入空気量に応じて変動するため、外気圧が低い場合には、エンジン9の出力が低下する。そのため、発電機10の発電量を、外気圧に応じて補正する。
上記のように出力電力を補正して指令電力Pc(n)を算出する。その指令電力Pc(n)を、図3における蓄電装置3の出力電力の変化に実線で示し、エンジン9の出力の変化における外気圧を考慮する以前の出力の変化を破線で示し、外気圧に基づいて補正した場合の出力の変化を実線で示してある。
ついで、現時点以降の所定時間毎における蓄電装置3の出力電力の予測値(以下、予測電力と記す)Pp(n)を求める(ステップS2)。図4には、予測電力Pp(n)を求めるためのブロック図の一例を示してある。ここに示す例では、まず、予測電力Pp(n)を求める時点における指令電力Pc(n)、その時点よりも所定時間前の蓄電装置3の温度Tb(n-1)、現在の外気温Toが温度予測部14に入力され、それらのデータに基づいて予測電力Pp(n)を求める時点における蓄電装置3の温度Tb(n)を求める。具体的には、指令電力Pc(n)を出力した場合における蓄電装置3の発熱量と、蓄電装置3の放熱量とに基づいて、蓄電装置3の温度Tb(n)を求める。
その蓄電装置3の発熱量を求める際における蓄電装置3の内部抵抗は、予め定められた内部抵抗、すなわち内部抵抗の一時的な増大が生じていないとした場合の内部抵抗を採用してもよい。または、蓄電装置3の発熱量は蓄電装置3の内部抵抗に応じて大きくなるため、予測電力Pp(n)を求める時点よりも所定時間前に求められた内部抵抗の予測値Rp(n-1)を採用してもよい。
また、予測電力Pp(n)を求める時点における指令電力Pc(n)と、その時点よりも所定時間前におけるSOC(n-1)とが、SOC予測部15に入力され、それらのデータに基づいて予測電力Pp(n)を求める時点におけるSOC(n)を求める。すなわち、現時点よりも所定時間後のSOC(n+1)を求める場合には、所定時間後における指令電力Pc(n+1)と現在のSOC(n)とに基づいて所定時間後のSOC(n+1)を求め、その時点よりも更に所定時間後のSOC(n+2)を求める場合には、所定時間後における指令電力Pc(n+2)と、先に求められたSOC(n+1)とに基づいてSOC(n+2)を求める。
さらに、上記の蓄電装置3の温度Tb(n)と、所定時間後におけるSOC(n)と、指令電力Pc(n)と、蓄電装置3の劣化度Dとが内部抵抗予測部16に入力され、それらのデータに基づいて予測電力Pp(n)を求める時点における内部抵抗R(n)を予測する。この蓄電装置3の劣化度Dは、例えば、蓄電装置3の入力電力や出力電力の過去の積算値などに基づいて定めることができる。なお、内部抵抗予測部16は、上記の各データの少なくともいずれか一つのデータに基づいて内部抵抗R(n)を予測してもよく、また、例えば、蓄電装置3を継続して作動させている間における電流値の積算値に基づいて内部抵抗R(n)を求めるためのマップを用意して、そのマップに基づいて予測するなどの他のパラメータに基づいて内部抵抗R(n)を予測してもよい。
そして、指令電力Pc(n)、SOC(n)、および内部抵抗R(n)のデータが電力予測部17に入力され、それらのデータに基づいて予測電力Pp(n)を求める。具体的には、SOC(n)と内部抵抗R(n)とを考慮した蓄電装置3の出力可能電力を求め、その出力可能電力と指令電力Pc(n)とのうちの小さい方の電力を蓄電装置3の出力電力Pp(n)として求める。
ついで、所定時間毎における指令電力Pc(n)を出力可能か否か、すなわち、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であるか否かを判断し(ステップS3)、内部抵抗が増大するなどにより蓄電装置3の出力電力が制限されて予測電力Pp(n)が、指令電力Pc(n)よりも小さいことによりステップS3で否定的に判断された場合は、発電装置4の発電量を増大させ、または発電装置4の発電開始時期を早めることにより、車両1に要求される駆動力を充足しつつ、蓄電装置3の負荷(出力)を低減する負荷低減制御を実行して(ステップS4)、このルーチンを一旦終了する。具体的には、SOCが許容下限値まで低下することが予測されている場合は、指令電力Pc(n)を出力可能な場合よりもエンジン9の出力、すなわち発電機10による発電量を増加させ、または、その許容下限値まで低下する時点よりも早い段階でエンジン9を始動して、蓄電装置3の内部抵抗が増大することを要因とした駆動力の低下が生じる前に、蓄電装置3からモータ2に通電する電力を低減させる制御である。なお、SOCが許容下限値まで低下しないと予測されている場合には、所定の時点でエンジン9を始動して蓄電装置3からモータ2に通電する電力を低減させればよい。
一方、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であることにより、すなわち、指令電力Pc(n)を蓄電装置3から出力できることにより、ステップS3で肯定的に判断された場合は、指令電力Pc(n)に基づいて制御すればよく、したがって、上記の負荷低減制御を実行せずに(ステップS5)、このルーチンを一旦終了する。
上記の負荷低減制御の一例を説明するためのフローチャートを図5に示してある。図5に示す制御例では、まず、図2に示すフローチャートと同様に、指令電力Pc(n)および予測電力Pp(n)を算出する(ステップS1およびステップS2)。
図6は、車両1が一定の動力を出力して走行する場合におけるステップS1およびステップS2の演算結果の一例をプロットした図である。なお、図6における実線は指令電力Pc(n)を示し、破線は予測電力Pp(n)を示し、一点鎖線は発電装置4の発電量Pg(n)を示している。図6に示す例では、t0時点では、指令電力Pcは、車両1に要求される走行パワーを充足できる電力値に設定されていて、発電装置4は停止している。そして、t1時点で、発電機10を駆動する制御を実行する条件が成立する可能性があり、そのため、発電装置4の発電量Pg(n)が次第に増加し、それに伴って、指令電力Pc(n)が次第に減少している。
t2時点では、発電装置4の発電量Pgが最大値まで増加しているものの、ここに示す例では、車両1に要求される走行パワーを発電装置4の発電量Pgのみでは充足できないため、その不足分は、蓄電装置3から出力することになり、その結果、指令電力Pcは、t2時点以降もある程度の出力を維持している。上述したように蓄電装置3から継続して電力を出力することにより蓄電装置3の内部抵抗が増大する。そのため、t3時点で、内部抵抗の増大を要因として、低下した蓄電装置3の指令電力Pc(n)を出力できなくなっている。すなわち、予測電力Pp(n)が指令電力Pc(n)に対して次第に減少している。
上記の演算を行った後に、所定時間毎における指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であるか否かを判断する(ステップS3)。図6に示すt3時点以降は、指令電力Pc(n)よりも予測電力Pp(n)が低いことにより、このステップS3で否定的に判断される。そのようにステップS3で否定的に判断された場合は、発電装置4により発電している時点での発電量を増加させることができるか否かを判断する(ステップS6)。このステップS6は、エンジン9が最大出力を出力していないタイミングがあるか否か、または発電機10の温度が上限温度まで増加していることにより発電機10の発電量が制限され、その制限された発電量まで発電しているか否かなどに基づいて判断することができる。なお、図6に示す例では、t1時点からt2時点までの間における発電装置4の発電量Pgは、最大発電量よりも低いことにより、ステップS6で肯定的に判断される。
したがって、発電装置4による発電量Pgを増加させることができることによりステップS6で肯定的に判断された場合は、発電装置4による発電量Pgを所定量ΔP増加した場合における指令電力Pc’(n)を算出する(ステップS7)。このステップS7は、ステップS1で指令電力Pc(n)を算出する際における発電装置4の発電量Pg(n)を所定量ΔP増加させて算出することができる。すなわち、ステップS7では、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)から、発電装置4による発電量Pg(n)を増加させる分の電力ΔPを減算することにより、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)を補正している。なお、ステップS7で算出された指令電力Pc’(n)をプロットした図を図7に示してあり、実線はステップS7で算出された指令電力Pc’(n)を示し、二点鎖線はステップS1で算出された指令電力Pc(n)を示し、破線はステップS7で指令電力Pc’(n)を求める際における発電装置4の発電量Pg’(n)を示し、一点鎖線はステップS1で指令電力Pc(n)を求める際における発電装置4の発電量Pg(n)を示している。
ついで、ステップS7で算出された指令電力Pc’(n)を出力するとした場合における予測電力Pp’(n)を算出する(ステップS8)。このステップS8は、ステップS2により予測電力Pp(n)を算出する際に採用する指令電力Pc(n)を、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)からステップS7で算出された指令電力Pc’(n)に書き換えることにより算出することができる。言い換えると、先に予測された内部抵抗を、指令電力Pc’(n)を出力した場合の内部抵抗に書き換えて、予測電力Pp’(n)を算出する。すなわち、内部抵抗R(n)を、発電装置4の発電電力に基づいて補正する。
そして、ステップS7で算出された指令電力Pc’(n)とステップS8で算出された予測電力Pp’(n)とがほぼ同一か否かを判断する(ステップS9)。このステップS9は、ステップS3と同様の判断ステップであって、指令電力Pc’(n)を出力できるか否かを判断するステップである。
したがって、ステップS7で算出された指令電力Pc’(n)とステップS8で算出された予測電力Pp’(n)とが同一であることによりステップS9で肯定的に判断された場合は、蓄電装置3の出力電力の目標値を指令電力Pc’(n)に設定し、かつ発電装置4の目標発電量を、上記増加した発電量Pg’(n)に設定して(ステップS10)、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、図8に示すように予測電力Pp’(n)が指令電力Pc’(n)よりも小さいことによりステップS9で否定的に判断された場合は、ステップS6にリターンする。すなわち、指令電力Pc’(n)を出力できるようになるまで、または発電装置4の発電量を増加させることができなくなるまで、発電装置4の発電量Pg(n)を増加させて、指令電力Pc’(n)を書き換える。
一方、ステップS7を繰り返し実行することにより発電装置4の発電量Pg(n)が、図9に示すように最大発電量まで増加するなどにより、発電装置4の発電量を増加させることができずステップS6で否定的に判断された場合は、発電装置4の発電開始時期を早めることができるか否かを判断する(ステップS11)。このステップS11は、発電装置4が既に発電している場合に否定的に判断される。そのような場合には、発電装置4の発電を継続して(ステップS12)、このルーチンを一旦終了する。すなわち、発電装置4の発電量を最大値に設定し、かつその発電量に応じた指令電力Pc’(n)を蓄電装置3の目標出力電力に設定した状態を維持して、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、発電装置4の発電開始時期を早めることができることによりステップS11で肯定的に判断された場合は、ステップS1における指令電力Pc(n)を求める際に考慮された、発電機10を駆動する制御を実行する条件が成立する所定時間T1よりも予め定められた時間Δt分、早く発電を開始した場合における指令電力Pc’(n)を算出する(ステップS13)。このステップS13は、ステップS1で指令電力Pc(n)を算出する際における発電装置4の発電開始時点よりも所定時間Δt早く発電を開始するものとして算出すればよい。なお、発電装置4の発電開始時期を早める方法は、例えば、発電機10を駆動する制御を実行する条件としてのSOCを、通常と比較して所定率高いSOCに設定するなどの方法であってもよい。
ついで、ステップS13で算出された指令電力Pc’(n)を出力するとした場合における予測電力Pp’(n)を算出する(ステップS14)。このステップS14は、ステップS2により予測電力Pp(n)を算出する際に採用する指令電力Pc(n)を、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)からステップS13で算出された指令電力Pc’(n)に書き換えることにより算出することができる。
そして、ステップS13で算出された指令電力Pc’(n)とステップS14で算出された予測電力Pp’(n)とが同一か否かを判断する(ステップS15)。このステップS15は、ステップS3と同様の判断ステップであって、指令電力Pc’(n)を出力できるか否かを判断するステップである。
したがって、ステップS13で算出された指令電力Pc’(n)とステップS14で算出された予測電力Pp’(n)とが同一であることによりステップS15で肯定的に判断された場合は、蓄電装置3の出力電力の目標値を指令電力Pc’(n)に設定し、かつ発電装置4の発電開始時期を、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となる時点に早め、更に発電装置4が発電を開始した後の発電量を、発電装置4の最大発電量に設定して(ステップS16)、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、予測電力Pp’(n)が指令電力Pc’(n)よりも小さいことによりステップS15で否定的に判断された場合は、ステップS11にリターンする。すなわち、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となるまで、または発電装置4の発電開始時期を早めることができなくなるまで、発電装置4の発電開始時期を所定時間Δtずつ早める。なお、図10には、発電装置4の発電開始時期を早めることにより、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となった場合の、指令電力Pc’(n)を実線で示し、その際の発電装置4の発電量Pg(n)を破線で示してある。
なお、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であることによりステップS3で肯定的に判断された場合は、図2に示すフローチャートと同様に、指令電力Pc(n)に基づいて制御すればよく、上記のような負荷低減制御を実行せずに(ステップS5)、このルーチンを一旦終了する。
上述したように蓄電装置3の内部抵抗が増大することを要因として、蓄電装置3への指令電力Pc(n)を出力できなくなることが予測されている場合に、指令電力Pc(n)を出力できなくなる以前に、発電装置4により発電量を増加させ、または発電装置4の発電開始時期を早めることにより、蓄電装置3の負荷を事前に低下することができ、その結果、蓄電装置3の内部抵抗が増大して蓄電装置3の出力電力が制限されることによる駆動力の低下を抑制できる。言い換えると、蓄電装置3の内部抵抗が増大することを要因として、モータ2に通電する電力が低下することを抑制できる。
また、現在以降における蓄電装置3に要求される電力を求める際に、外気圧と外気温との変化に基づいて登坂路を走行しているか否かを判断するとともに、その外気圧の変化率に基づいて登坂路の勾配角度が次第に増加しているか減少しているかを予測し、その予測に基づいて蓄電装置3に要求される電力を求めることにより、現在以降に蓄電装置3に実際に要求される電力と、予測された指令電力Pc(n)とが乖離することを抑制できる。
さらに、その予測された蓄電装置3に要求される電力(指令電力)に基づいて蓄電装置3の温度やSOCを予測するとともに、それらの予測された指令電力と、蓄電装置3の温度と、SOCとに基づいて内部抵抗を予測することにより、実際に出力できる蓄電装置3の電力(予測電力)を比較的正確に予測することができる。
またさらに、発電装置4の発電量を増加させることができない場合に、発電装置4の発電開始時期を早めるように構成することにより、エンジン9を駆動する頻度、または駆動する期間を短くすることができる。
図11は、負荷低減制御の他の例を説明するためのフローチャートである。図11に示す制御例では、まず、図2に示すフローチャートと同様に、指令電力Pc(n)および予測電力Pp(n)を算出する(ステップS1およびステップS2)。
図12は、車両1が一定の動力を出力する場合におけるステップS1およびステップS2の演算結果の一例をプロットした図である。なお、図12における実線は指令電力Pc(n)を示し、破線は予測電力Pp(n)を示し、一点鎖線は発電装置4の発電量Pg(n)を示している。図12に示す例では、t10時点では、指令電力Pcは、車両1に要求される走行パワーを充足できる電力値に設定されていて、発電装置4は停止している。そして、t11時点で、発電機10を駆動する制御を実行する条件が成立する可能性があり、そのため、発電装置4の発電量Pg(n)が次第に増加し、それに伴って、指令電力Pc(n)が次第に減少している。
t12時点では、発電装置4の発電量Pgが最大値まで増加しているものの、ここに示す例では、車両1に要求される走行パワーを発電装置4の発電量Pgのみでは充足できないため、その不足分は、蓄電装置3から出力することになり、その結果、t12時点以降も指令電力Pcは、ある程度の出力を維持している。上述したように蓄電装置3から継続して電力を出力することにより蓄電装置3の内部抵抗が増大する。そのため、t13時点で、内部抵抗の増大を要因として、低下した蓄電装置3の指令電力Pc(n)を出力できなくなっている。すなわち、予測電力Pp(n)が指令電力Pc(n)に対して次第に減少している。
上記の演算を行った後に、所定時間毎における指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であるか否かを判断する(ステップS3)。図12に示すt13時点以降は、指令電力Pc(n)よりも予測電力Pp(n)が低いことにより、このステップS3で否定的に判断される。そのようにステップS3で否定的に判断された場合は、電力量(エネルギー量)の不足分(以下、不足電力量ΔPhと記す)を算出する(ステップS21)。その不足電力量ΔPhは、図12におけるハッチングを付した領域の面積を求めればよい。すなわち、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)が乖離し始める時点から、演算する期間の終了時点までの間における、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)との差を累積して求めることができる。
ついで、発電装置4の発電量を増加させることにより、ステップS21で算出された不足電力量ΔPhを補うことができるか否かを判断する(ステップS22)。このステップS22は、例えば、発電装置4が発電し始めてから最大発電量まで増加することが予測されている場合には、その最大発電量に増加するまでの時間を短縮するなどによって、不足電力量ΔPhを補えるか否かを判断する。その発電量を増加させる方法の一例を、図13に示してあり、ここに示す方法では、二点鎖線に示すように発電装置4が発電し始めてから所定時間が経過した時点で、その発電量の変化率を大きくして、迅速に最大発電量まで増加させる。なお、図13にドットを付した領域の面積(エネルギー量)が、不足電力量ΔPhに相当するように発電量の変化率を増加させ始めるタイミングや、その変化率を定めることができる。
不足電力量ΔPhを発電装置4の発電量を増加させて補うことができることによりステップS22で肯定的に判断された場合は、発電装置4による発電量Pgを増加した場合における指令電力Pc’(n)を算出する(ステップS23)。このステップS23は、上述したステップS7と同様に算出することができ、ステップS1で指令電力Pc(n)を算出する際における発電装置4の発電量Pg(n)を増加させて算出することができる。言い換えると、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)から、発電装置4による発電量Pg(n)を増加させる分の電力ΔPを減算して求めることができる。なお、ステップS23で算出された指令電力Pc’(n)をプロットした図を図14に示してあり、実線はステップS23で算出された指令電力Pc’(n)を示し、二点鎖線はステップS1で算出された指令電力Pc(n)を示し、破線はステップS23で指令電力Pc’(n)を求める際における発電装置4の発電量Pg’(n)を示し、一点鎖線はステップS1で指令電力Pc(n)を求める際における発電装置4の発電量Pg(n)を示している。
ついで、ステップS23で算出された指令電力Pc’(n)を出力するとした場合における予測電力Pp’(n)を算出する(ステップS24)。このステップS24は、上述したステップS8と同様に算出することができ、ステップS2により予測電力Pp(n)を算出する際に採用する指令電力Pc(n)を、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)からステップS23で算出された指令電力Pc’(n)に書き換えることにより算出することができる。
そして、ステップS23で算出された指令電力Pc’(n)とステップS24で算出された予測電力Pp’(n)とが同一か否かを判断する(ステップS25)。このステップS25は、ステップS3と同様の判断ステップであって、指令電力Pc’(n)を出力できるか否かを判断するステップである。なお、上述したように指令電力Pc’(n)は、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)を出力した場合に不足する電力量に基づいて算出されるものであるから、通常、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とは一致するものの、予測された外気温や走行負荷などと実際の外気温や走行負荷などとが異なることにより、演算過程で、実際の指令電力が変動する可能性もあるため、ここでは、確認的にステップS25を実行している。
したがって、ステップS23で算出された指令電力Pc’(n)とステップS24で算出された予測電力Pp’(n)とが同一であることによりステップS25で肯定的に判断された場合は、蓄電装置3の出力電力の目標値を指令電力Pc’(n)に設定し、かつ発電装置4の目標発電量を、上記増加した発電量Pg’(n)に設定して(ステップS26)、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、予測電力Pp’(n)が指令電力Pc’(n)よりも小さいことによりステップS25で否定的に判断された場合は、再度、不足電力量ΔPhを算出し(ステップS27)、ステップS22にリターンする。すなわち、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となるまで、または発電装置4の発電量を増加させることができなくなるまで、ステップS22ないしステップS25およびステップS27を繰り返し実行する。
一方、ステップS22ないしステップS25およびステップS27を繰り返し実行することにより発電装置4の発電量Pg(n)が、図15に示すように発電装置4の発電を開始した時点から最大発電量となったとしても不足電力量ΔPhを補うことができない場合には、ステップS22で否定的に判断される。そのような場合には、発電装置4の発電開始時期を早めることにより、ステップS21やステップS27、あるいは後述するステップS34で算出された不足電力量ΔPhを補うことができるか否かを判断する(ステップS28)。このステップS28は、発電装置4が既に発電している場合や、直ちに発電装置4の発電を開始したとしても、不足電力量ΔPh分の電力を発生できない場合に否定的に判断される。
そのような場合には、発電装置4の発電を継続し、または直ちに発電装置4の発電を開始して(ステップS29)、このルーチンを一旦終了する。このステップS29は、蓄電装置3の内部抵抗が増大することを可能な限り抑制するためのステップであり、したがって、発電装置4の発電量を最大値に設定し、かつその発電量に応じた指令電力Pc’(n)を蓄電装置3の目標出力電力に設定した状態を維持する。
それとは反対に、発電装置4の発電開始時期を早めることにより不足電力量ΔPhを補うことができ、ステップS28で肯定的に判断された場合は、不足電力量ΔPhを補うように発電装置4の発電開始時期を早めた場合における発電装置4の発電量Pg(n)に基づいて指令電力Pc’(n)を算出する(ステップS30)。このステップS30は、ステップS1で指令電力Pc(n)を算出する際における発電装置4の発電開始時期を、不足電力ΔPhを補うことができる時点に変更して算出することができる。
ついで、ステップS30で算出された指令電力Pc’(n)を出力するとした場合における予測電力Pp’(n)を算出する(ステップS31)。このステップS31は、ステップS2により予測電力Pp(n)を算出する際に採用する指令電力Pc(n)を、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)からステップS30で算出された指令電力Pc’(n)に書き換えることにより算出することができる。
そして、ステップS30で算出された指令電力Pc’(n)とステップS31で算出された予測電力Pp’(n)とが同一か否かを判断する(ステップS32)。このステップS32は、ステップS3と同様の判断ステップであって、指令電力Pc’(n)を出力できるか否かを判断するステップである。なお、上述したように指令電力Pc’(n)は、ステップS1で算出された指令電力Pc(n)を出力した場合に不足する電力量に基づいて算出されるものであるから、通常、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とは一致するものの、予測された外気温や走行負荷などと実際の外気温や走行負荷などとが異なることにより、演算過程で、実際の指令電力が変動する可能性もあるため、ここでは、確認的にステップS32を実行している。
したがって、ステップS30で算出された指令電力Pc’(n)とステップS31で算出された予測電力Pp’(n)とが同一であることによりステップS32で肯定的に判断された場合は、蓄電装置3の出力電力の目標値を指令電力Pc’(n)に設定し、かつ発電装置4の発電開始時期を、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となる時点に早め、更に発電装置4により発電を開始した後の発電量を、発電装置4の最大発電量に設定して(ステップS33)、このルーチンを一旦終了する。
それとは反対に、予測電力Pp’(n)が指令電力Pc’(n)よりも小さいことによりステップS32で否定的に判断された場合は、再度、不足電力量ΔPhを算出し(ステップS34)、ステップS28にリターンする。すなわち、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となるまで、または発電装置4の発電開始時期を早めることができず、あるいは発電装置4の発電開始時期を早めたとしても、不足電力量ΔPhを補うことができなくなるまで、発電装置4の発電開始時期を早める。なお、図16には、発電装置4の発電開始時期を早めることにより、指令電力Pc’(n)と予測電力Pp’(n)とが同一となった場合の指令電力Pc’(n)を実線で示し、その際の発電装置4の発電量Pg’(n)を破線で示してある。
なお、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが同一であることによりステップS3で肯定的に判断された場合は、図2に示すフローチャートと同様に、指令電力Pc(n)に基づいて制御すればよく、上記のような負荷低減制御を実行せずに(ステップS5)、このルーチンを一旦終了する。
上述した蓄電装置3の内部抵抗は、蓄電装置3の負荷が比較的高い場合に、一時的に増大するものであるから、上述したように指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とを比較し、その指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)との差の累積値である不足電力量ΔPに基づいて、発電装置4の発電量を増加させることにより、図2に示す制御例と同様の効果を奏することができる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。具体的には、上述した各制御例では、発電装置4の発電量を増加させたとしても、指令電力を充足できない場合、すなわち、指令電力Pc(n)と予測電力Pp(n)とが乖離する場合に、発電装置4の発電開始時期を早めるように構成されているが、負荷低減制御は、上記のいずれか一方の手段により蓄電装置3の負荷を低下させてもよい。
1…車両、 2…モータ、 3…蓄電装置、 4…発電装置、 7…駆動輪、 8,12…インバータ、 9…エンジン、 10…発電機、 13…電子制御装置(ECU)、 14…温度予測部、 15…SOC予測部、 16…内部抵抗予測部、 17…電力予測部。

Claims (9)

  1. 駆動輪にトルク伝達可能に連結された駆動力源としてのモータと、前記モータに電力を供給できるように連結されかつ電力を出力し続けることにより内部抵抗が増大して出力可能電力が低下する蓄電装置と、前記蓄電装置を介することなく、前記モータに電力を供給できるように連結された発電装置とを備えた車両の制御装置において、
    前記蓄電装置の出力電力および前記発電装置の発電電力を制御するコントローラを備え、
    前記コントローラは、
    前記蓄電装置から前記モータに出力することが要求される電力を予測し、
    前記予測された要求電力を出力した場合における前記蓄電装置の内部抵抗を予測し、
    前記予測された前記蓄電装置の内部抵抗に基づいて、前記蓄電装置の出力可能電力を予測し、
    前記蓄電装置から前記要求電力を出力できるか否かを判断し、
    前記蓄電装置から前記要求電力を出力できないことの判断が成立した場合には、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できなくなる時点以前に、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できる場合よりも前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させて前記蓄電装置の出力電力を低下させる負荷低減制御を実行する
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両の制御装置において、
    前記負荷低減制御は、前記蓄電装置から前記要求電力を出力できなくなる時点以前に、前記発電装置から前記モータに発電電力を供給している場合には、前記モータに前記発電電力を供給している時点における前記発電電力を増加させる制御を含む
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  3. 請求項1に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記発電装置の発電を開始する所定の条件が成立する時期を予測するように構成され、
    前記負荷低減制御は、前記発電装置の発電を開始する時期を前記所定の条件が成立する時期よりも早めることにより前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させる制御を含む
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  4. 請求項1に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記発電装置の発電を開始する所定の条件が成立する発電開始時期を予測するように構成され、
    前記負荷低減制御は、前記発電開始時期以降の前記発電装置の発電電力を最大発電電力まで増加させるとともに、前記発電装置の発電を開始する時期を前記所定の条件が成立する時期よりも早めることにより前記発電装置から前記モータに通電する電力を増加させる制御を含む
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記負荷低減制御を実行した場合における前記発電装置の発電電力に基づいて、前記予測された要求電力および前記内部抵抗を補正するように構成されている
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  6. 請求項1ないし5のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記蓄電装置から出力した過去の電力に基づいて、前記要求電力を予測するように構成されている
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  7. 請求項6に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記車両の外気温と外気圧とが低下している場合に、前記予測された要求電力を増加させるように補正する
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  8. 請求項1ないし7のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
    前記コントローラは、
    前記要求電力を出力した場合における前記蓄電装置の温度と前記蓄電装置の充電残量と、前記蓄電装置の劣化度との少なくともいずれか一つのパラメータに基づいて前記蓄電装置の内部抵抗を予測する
    ことを特徴とする車両の制御装置。
  9. 請求項1ないし8のいずれか一項に記載の車両の制御装置において、
    前記発電装置は、エンジンと、前記エンジンの動力を電力に変換する発電機とにより構成され、
    前記エンジンの最大出力は、前記モータの最大出力よりも小さい
    ことを特徴とする車両の制御装置。
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