JP2021142952A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリの電力が枯渇することを抑制できる車両制御装置を提供すること。【解決手段】車輪を駆動する駆動力を発生させる回転電機と、回転電機に供給される電力を蓄えるバッテリと、バッテリを充電する電力を発電する発電機と、発電機を駆動する駆動力を発生させるエンジンと、を備えた車両に搭載される車両制御装置であって、ＣＳモード中に、消費エネルギー比が、第１の所定値よりも大きい場合には、発電機の発電量を通常よりも増やし、第２の所定値より小さい場合には、発電機の発電量を通常よりも低減させるとともに、発電量の増減を行った後、ユーザーからの要求駆動力が、バッテリから駆動量を出力する回転電機への出力電力と、増減させた後の発電量と、の和よりも大きい場合に、回転電機が出力する駆動力の出力制限を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

特許文献１には、エンジンと、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、発電機の発電電力と、発電機の発電電力を蓄電するバッテリと、発電機の発電電力とバッテリからの出力電力との少なくとも一方を受けて、車両を駆動する駆動モータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置において、高車速時における発電機の発電量を、低車速時における発電位の発電量よりも大きくする技術が開示されている。

特開２０１８−０１２３８６号公報

エンジンを走行の駆動力源とせず、発電機とバッテリとの少なくとも一方から電力を供給して駆動モータを駆動させて走行する所謂シリーズハイブリッド車両の場合には、容量が小さいバッテリと、出力の小さい発電機とを備えている場合、走行に必要な駆動力に応じた駆動モータの出力に対して発電機の発電量が小さく、発電機で発電していても高負荷で連続走行すると、バッテリから駆動モータに供給する電力が枯渇（電欠）するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バッテリの電力が枯渇することを抑制できる車両制御装置を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両制御装置は、車輪を駆動する駆動力を発生させる回転電機と、前記回転電機に供給される電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリを充電する電力を発電する発電機と、前記発電機を駆動する駆動力を発生させるエンジンと、を備えた車両に搭載される車両制御装置であって、前記エンジンを運転させて前記発電機により発電を行いながら走行する走行モード中に、前記走行モードの開始時から現在までの前記バッテリの電力消費量の積算値と、前記走行モードの開始時から現在までの前記エンジンの燃料エネルギー消費量の積算値と、の比である消費エネルギー比が、第１の所定値よりも大きい場合には、前記発電機の発電量を通常よりも増やし、前記消費エネルギー比が、第２の所定値より小さい場合には、前記発電機の発電量を通常よりも低減させるとともに、前記発電量の増減を行った後、ユーザーからの要求駆動力が、前記バッテリから前記回転電機への出力電力と、増減させた後の前記発電量と、の和よりも大きい場合に、前記回転電機が出力する駆動力の出力制限を行う、ことを特徴とするものである。

本発明に係る車両制御装置は、消費エネルギー比に応じて発電機の発電量を増減させるとともに、ユーザーからの要求駆動力が、バッテリの出力電力と、増減させた後の発電機の発電量と、の和よりも大きい場合に、駆動力の出力制限を行うことによって、バッテリの電力が枯渇することを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るハイブリッド車両の要部構成を示した図である。 図２は、バッテリのＳＯＣと走破性との関係を示したグラフである。 図３は、消費エネルギー比と発電モータの発電量の増減量との関係を示したグラフである。 図４は、ＨＶ−ＥＣＵが実施する制御の一例を示したフローチャートである。 図５は、車速に対する発電モータの発電量のＭＡＰの一例を示した図である。

以下に、本発明に係る車両制御装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る車両制御装置が搭載されたハイブリッド車両１の要部構成を示した図である。実施形態に係るハイブリッド車両１は、駆動モータ１１、駆動モータＥＣＵ１２、駆動側ＰＣＵ１３、トランスアクスル１４、エンジン２１、エンジンＥＣＵ２２、発電モータ２３、発電モータＥＣＵ２４、発電側ＰＣＵ２５、蓄電装置３０、バッテリ３１、バッテリＥＣＵ３２、ＳＭＲ３３、ＨＶ−ＥＣＵ４１、一対の車輪軸５１、及び、一対の駆動輪５２などを備えている。

実施形態に係るハイブリッド車両１は、いわゆるシリーズハイブリッドであって、エンジン２１を走行の駆動力源とせず、発電モータ２３の動力源とし、主にバッテリ３１からの電力によって駆動モータ１１を駆動させて走行するレンジエクステンダーの構成を有している。

駆動モータ１１は、駆動輪５２を駆動する駆動力を発生させる回転電機であって、トランスアクスル１４に機械的に接続されており、駆動モータ１１からの駆動力はトランスアクスル１４に供給される。トランスアクスル１４に供給された駆動モータ１１からの駆動力は、走行用の駆動動力として車輪軸５１を介して前輪である駆動輪５２に伝達される。

また、駆動モータ１１は、駆動側ＰＣＵ１３に電気的に接続されている。ハイブリッド車両１の減速時には、駆動輪５２の回転によって駆動モータ１１が駆動され、駆動モータ１１は発電機として機能する。この結果、いわゆる回生が行われる。駆動モータ１１が発電機として機能するとき、駆動モータ１１の回生による回生パワー（回生電力）は、駆動側ＰＣＵ１３を介して分岐部でバッテリ３１側に分岐してバッテリ３１に供給される。一方、駆動モータ１１が電動機として機能するとき、バッテリ３１に蓄えられた電力は、分岐部で駆動側ＰＣＵ１３側に分岐して、駆動側ＰＣＵ１３を介して駆動モータ１１に供給される。

駆動側ＰＣＵ１３には、駆動モータＥＣＵ１２、インバータ、及び、昇圧コンバータなどが設けられている。駆動モータＥＣＵ１２は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、及び、通信ポートなどを備える。駆動モータＥＣＵ１２には、駆動モータ１１を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。駆動モータＥＣＵ１２からは、駆動側ＰＣＵ１３に設けられたインバータのスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。駆動モータＥＣＵ１２は、ＨＶ−ＥＣＵ４１と通信ポートを介して接続されており、ＨＶ−ＥＣＵ４１からの制御信号によって駆動モータ１１を駆動制御するとともに、必要に応じて駆動モータ１１の駆動状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ４１に出力する。

エンジン２１は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２１は、エンジン用電子制御ユニットであるエンジンＥＣＵ２２によって運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２２は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、及び、通信ポートなどを備えている。エンジンＥＣＵ２２には、エンジン２１を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２２からは、エンジン２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２２は、ＨＶ−ＥＣＵ４１と通信ポートを介して接続されており、ＨＶ−ＥＣＵ４１からの制御信号によってエンジン２１を運転制御するとともに、必要に応じてエンジン２１の運転状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ４１に出力する。

発電モータ２３は、エンジン２１に機械的に接続されており、エンジン２１からの駆動力によって発電モータ２３が駆動され、発電モータ２３が発電機として機能する。発電モータ２３は、発電側ＰＣＵ２５に電気的に接続されている。発電モータ２３によって発電された電力は、発電側ＰＣＵ２５を介して、駆動側ＰＣＵ１３とバッテリ３１との少なくとも一方に分岐されて供給される。

発電側ＰＣＵ２５には、発電モータＥＣＵ２４、インバータ、及び、昇圧コンバータなどが設けられている。発電モータＥＣＵ２４は、発電側ＰＣＵ２５に設けられており、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、及び、通信ポートなどを備える。発電モータＥＣＵ２４には、発電モータ２３を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。発電モータＥＣＵ２４からは、発電側ＰＣＵ２５に設けられたインバータのスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。発電モータＥＣＵ２４は、ＨＶ−ＥＣＵ４１と通信ポートを介して接続されており、ＨＶ−ＥＣＵ４１からの制御信号によって発電モータ２３を駆動制御するとともに、必要に応じて発電モータ２３の駆動状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ４１に出力する。

蓄電装置３０は、バッテリ３１とバッテリＥＣＵ３２とＳＭＲ３３とを備えている。バッテリ３１は、発電モータ２３から供給される発電電力と、駆動モータ１１から供給される回生電力とによって充電可能である。バッテリ３１は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池である。

バッテリＥＣＵ３２は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、及び、通信ポートなどを備えている。バッテリＥＣＵ３２には、バッテリ３１を管理するために必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ３２に入力される信号としては、例えば、バッテリ３１の端子間に設置された電圧センサからの電池電圧や、バッテリ３１の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流や、バッテリ３１に取り付けられたバッテリ温度センサからのバッテリ温度などを挙げることができる。バッテリＥＣＵ３２は、ＨＶ−ＥＣＵ４１と通信ポートを介して接続されており、必要に応じてバッテリ３１の状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ４１に出力する。バッテリＥＣＵ３２は、電流センサからのバッテリ電流の積算値に基づいて、バッテリ３１のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を演算している。バッテリ３１のＳＯＣは、バッテリ３１の全容量に対するバッテリ３１から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリＥＣＵ３２は、バッテリ３１のＳＯＣやバッテリ温度などに基づいて、バッテリ３１の充放電における入力及び出力の最大許容電力である許容入力電力及び許容出力電力を演算している。なお、本実施形態においては、バッテリ３１の充電側（入力側）の電力は負値であり、バッテリ３１の放電側（出力側）の電力は正値である。

ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ハイブリッド車両１を制御する電子制御装置である。ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、及び、通信ポートなどを備えている。ＨＶ−ＥＣＵ４１は、駆動モータＥＣＵ１２、エンジンＥＣＵ２２、発電モータＥＣＵ２４、バッテリＥＣＵ３２、ＳＭＲ３３、及び、ＡＣ充電器４２などに電気的に接続されており、これらを制御する。また、ＨＶ−ＥＣＵ４１には、ハイブリッド車両１に設けられた各種センサの出力が入力される。また、実施形態に係るハイブリッド車両１では、ＨＶ−ＥＣＵ４１が、バッテリ３１を充電する際の発電制御などを実施する、本発明の車両制御装置に相当する。

実施形態に係るハイブリッド車両１は、走行モードとして、ＣＤモード（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ Ｍｏｄｅ）とＣＳモード（Ｃｈａｒｇｅ Ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ Ｍｏｄｅ）とを有している。ＣＤモードは、暖房要件、極冷間、及び、バッテリ劣化時を除き、エンジン２１を基本的に始動させず発電モータ２３による発電を行わないで走行するモードである。ＣＳモードは、エンジン２１を始動させて発電モータ２３により発電を行いながら走行するモードである。なお、ＣＳモードでは、各国の法規条件において、バッテリ３１の充放電収支を合わせる必要がある。

図２は、バッテリ３１のＳＯＣと走破性との関係を示したグラフである。図２に示すように、実施形態に係るハイブリッド車両１は、例えば、バッテリ３１のＳＯＣが２９[％]よりも高いときには、ＣＤモードにて走行する。そして、実施形態に係るハイブリッド車両１は、バッテリ３１のＳＯＣが２９[％]以下になると、ＣＳモードに切り替えて走行する。

図２に実線で示した、高速走行や高地、登坂などでの高負荷走行時のグラフ（１）及びグラフ（２）では、予め設定された車速に応じた発電量で発電モータ２３が発電を行っており、走行に必要な駆動モータ１１の出力に対して、発電モータ２３の発電量が少なく、発電モータ２３からバッテリ３１に入力される発電電力よりも、バッテリ３１から駆動モータ１１に出力される出力電力のほうが多い。そのため、ハイブリッド車両１の走行距離が長くなるほど、バッテリ３１の電力消費が継続し、バッテリ３１のＳＯＣが低下していく。その結果、ハイブリッド車両１は、発電モータ２３を駆動させるエンジン２１の燃料を使い切る前に、バッテリ３１から駆動モータ１１に供給する電力が枯渇（電欠）し、走行不能になってしまう。

そのため、実施形態に係るハイブリッド車両１では、例えば、ＣＳモードにおいて、グラフ（１）及びグラフ（２）での発電モータ２３の発電量を嵩増しし、図２に破線で示した、市街地走行などでの低負荷走行時のグラフ（３）のような、バッテリ３１の充放電収支が釣り合ったＳＯＣの推移に近づくように、発電モータ２３の発電量を制御する。これにより、高負荷連続走行などで、発電モータ２３を駆動させるエンジン２１の燃料を使い切る前に、バッテリ３１から駆動モータ１１に供給する電力が枯渇（電欠）して、ハイブリッド車両１が走行不能になってしまうことを抑制することができる。

図３は、消費エネルギー比と発電モータ２３の発電量の増減量との関係を示したグラフである。実施形態に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比に応じて、発電モータ２３の発電量の増減量を算出する。なお、消費エネルギー比の値は、（ＣＳモード開始時から現在までにおけるバッテリ３１の電力消費量の積算値）／（ＣＳモード開始時から現在までにおけるエンジン２１の燃料エネルギー消費量の積算値）である。

実施形態に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比が大きいとき（＞＞０）、バッテリ３１の電力の消費による電欠を回避するため、発電モータ２３の発電量を嵩増しし、バッテリ３１の負荷を低減する。また、実施形態１に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比が小さいとき（＜＜０）、発電モータ２３の過剰な発電を回避するため、発電モータ２３の発電量を低減し、燃費の悪化を抑制する。また、実施形態１に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比が０に近いとき（≒０）、現状の発電モータ２３による発電を継続する。

図４は、ＨＶ−ＥＣＵ４１が実施する制御の一例を示したフローチャートである。図５は、車速に対する発電モータ２３の発電量のＭＡＰの一例を示した図である。

まず、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、バッテリ３１のＳＯＣが所定値以下（例えば２９[％]以下）になり、ＣＳモードでの通常走行を実施する（ステップＳ１）。なお、ＣＳモードでの通常走行では、車速に応じて予め設定された発電モータ２３の発電量（ベースの発電量）Ｐｅで発電を行いながら走行する。次に、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ＣＳモード開始時から現在における消費エネルギー比を算出する（ステップＳ２）。次に、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、算出した消費エネルギー比に応じて、例えば、図５に示した車速に対する発電モータ２３の発電量のＭＡＰを用い、車速に対するベースの発電量Ｐｅに対して、増減量ΔＰｅを算出する（ステップＳ３）。実施形態１に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比が第１の所定値よりも大きければバッテリ３１から電力を出し過ぎているため、発電モータ２３の発電量Ｐｅを通常よりも嵩増しする。また、実施形態１に係るハイブリッド車両１では、消費エネルギー比が第２の所定値（＜第１の所定値）よりも小さければ、駆動モータ１１からの回生電力が多いため、発電モータ２３の発電量Ｐｅを通常よりも低減する。また、消費エネルギー比が０に近ければ、現在の発電モータ２３の発電量Ｐｅでバッテリ３１の充放電収支が釣り合うため、発電モータ２３の発電量Ｐｅを変更しない。

次に、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、｜ΔＰｅ｜＞０[ｋＶ]の関係を満たすかを判断する（ステップＳ４）。｜ΔＰｅ｜＞０[ｋＷ]の関係を満たすと判断した場合（ステップＳ４にてＹｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、増減量ΔＰｅだけ、発電モータ２３の発電量Ｐｅを嵩増し又は減量する（ステップＳ５）。なお、例えば、発電モータ２３の発電量Ｐｅの嵩増しは、消費エネルギー比が高く、駆動モータ１１が出力する最大駆動力が、予測されるバッテリ３１の出力電力Ｗｏｕｔ以上の場合に行われる。

次に、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ユーザーからの要求駆動力をＳＰｍｍｘ、バッテリ３１の出力電力をＷｏｕｔ、発電モータ２３の最大発電量をＰｅｍａｘとしたとき、ＳＰｍｍｘ＞Ｗｏｕｔ＋Ｐｅｍａｘ＋ΔＰｅの関係を満たすかを判断する（ステップＳ６）。

ＳＰｍｍｘ＞Ｗｏｕｔ＋Ｐｅｍａｘ＋ΔＰｅの関係を満たすと判断した場合（ステップＳ６にてＹｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、駆動モータ１１が出力する駆動力（駆動力に必要な駆動モータ１１の出力）が、現在でのバッテリ３１の出力電力Ｗｏｕｔと発電モータ２３の最大発電量Ｐｅｍａｘとの和（合算値）未満となるように、出力制限を行う（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ６にて判断条件が否定される場合（ステップＳ６にてＮｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ステップＳ１の処理に移行する。

また、ステップＳ４にて判断条件が否定される場合（ステップＳ４にてＮｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ＳＰｍｍｘ≧Ｗｏｕｔ＋Ｐｅｍａｘの関係を満たすかを判断する（ステップＳ８）。ＳＰｍｍｘ≧Ｗｏｕｔ＋Ｐｅｍａｘの関係を満たすと判断した場合（ステップＳ８にてＹｅｓ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ステップＳ５に移行する。

一方、ステップＳ８にて判断条件が否定される場合（ステップＳ８にてＮｏ）、ＨＶ−ＥＣＵ４１は、ステップＳ１に移行する。

以上のように、実施形態に係るハイブリッド車両１では、ＣＳモードでの走行中に、消費エネルギー比が第１の所定値よりも大きい場合、発電モータ２３の発電量を通常より嵩増しし、消費エネルギー比が第２の所定値（＜第１の所定値）よりも小さい場合、発電モータ２３の発電量を通常よりも低減させるとともに、発電モータ２３の発電量を増減させた後、ユーザーからの要求駆動力が、バッテリ３１の出力電力と、増減させた後の発電モータ２３の発電量との和よりも大きい場合に、駆動モータ１１が出力する駆動力（駆動力に必要な駆動モータ１１の出力）を制限するように、ＨＶ−ＥＣＵ４１が制御を行う。これにより、実施形態に係るハイブリッド車両１は、高負荷走行などによりバッテリ３１の電力消費が継続し、発電モータ２３を駆動するエンジン２１を運転するための燃料を使い切る前に、バッテリ３１から駆動モータ１１に供給する電力が枯渇（電欠）して走行不能になることを抑制することができる。

１ ハイブリッド車両
１１ 駆動モータ
１２ 駆動モータＥＣＵ
１３ 駆動側ＰＣＵ
１４ トランスアクスル
２１ エンジン
２２ エンジンＥＣＵ
２３ 発電モータ
２４ 発電モータＥＣＵ
２５ 発電側ＰＣＵ
３０ 蓄電装置
３１ バッテリ
３２ バッテリＥＣＵ
３３ ＳＭＲ
４１ ＨＶ−ＥＣＵ
５１ 車輪軸
５２ 駆動輪

Claims (1)

1. 車輪を駆動する駆動力を発生させる回転電機と、
   前記回転電機に供給される電力を蓄えるバッテリと、
   前記バッテリを充電する電力を発電する発電機と、
   前記発電機を駆動する駆動力を発生させるエンジンと、
   を備えた車両に搭載される車両制御装置であって、
   前記エンジンを運転させて前記発電機により発電を行いながら走行する走行モード中に、
   前記走行モードの開始時から現在までの前記バッテリの電力消費量の積算値と、前記走行モードの開始時から現在までの前記エンジンの燃料エネルギー消費量の積算値と、の比である消費エネルギー比が、第１の所定値よりも大きい場合には、前記発電機の発電量を通常よりも増やし、
   前記消費エネルギー比が、第２の所定値より小さい場合には、前記発電機の発電量を通常よりも低減させるとともに、
   前記発電量の増減を行った後、ユーザーからの要求駆動力が、前記バッテリから前記回転電機への出力電力と、増減させた後の前記発電量と、の和よりも大きい場合に、前記回転電機が出力する駆動力の出力制限を行う、
   ことを特徴とする車両制御装置。

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