JP3903628B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両において走行状況に応じてエンジンの停止、始動を行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、特開平９−１５４２０５号公報に記載の様に、先ずブレーキの踏み込み量と車速を用いて図１２に示すヒステリシスを持った閾値よりエンジンの停止／始動を判断し、図１２よりエンジン始動と判断された場合にはさらにアクセル開度、アクセル踏み込み時間、バッテリー残量からエンジンを用いた方がよい走行状況を判断してエンジンを始動することにより、極力無駄なエンジンの始動を減らして燃費を向上させる手法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の技術のようにエンジン始動／停止の閾値にヒステリシスを設ける手法では、例えば登りのカーブが連続する山岳路を走行するときのように大きく加速と減速を繰り返し、また加速時にアクセルも大きく踏み込む場合は、車速の変化の幅が図１２ に示すエンジン始動／停止の閾値のヒステリシス幅を超えてしまい、エンジン停止／始動が頻繁に繰り返されてしまう。このため、エンジン始動時のエネルギーロスによって燃費が低下してしまう。渋滞走行においても加速と減速を繰り返すので、同様な問題が発生することがある。また、この対策としてエンジン始動／停止の閾値のヒステリシスの幅を広げた場合には、通常の走行においてエンジン停止の閾値が低車速側に移ることによってモーター走行の機会が減少し燃費向上効果が薄くなってしまう問題や、エンジン始動の閾値が高車速側に移ることによって加速時のエンジン始動のタイミングがかなり遅くなり加速レスポンスが低下してしまう問題が新たに発生してしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の問題を鑑みてなされたものであり、ナビゲーション装置に記録された地図データやビーコン、基地局などの外部施設からの情報を用いて前記断続機によって前記内燃機関の出力もしくは前記電動機の出力へ頻繁に切り替えが行われるか否かを判断し、判断結果に応じてエンジン始動の閾値を高車速側に移動してモーター走行を続けるようにしたり、またエンジン停止の閾値を低車速側に移動して無駄なエンジン停止／始動を防止することにより、燃費の向上や加速レスポンスの向上を図る。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明を、低負荷時にはシリーズ・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時には内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに限定されず、走行中に内燃機関の機械出力と電動機の機械出力とを断続機で切り替える方式のすべての車両に適用することができる。
【０００６】
（実施の形態１）
図１に一実施の形態１の構成を示す。なお、図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い波線は電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示す。
【０００７】
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、変速機５、動力伝達機構６から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変速機５の入力軸は互いに連結されている。クラッチ３の投入時はモーター１、エンジン２、およびモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。
【０００８】
モーター１および４には交流誘導電動機、交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることができる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、クラッチ３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチなどを用いることもできる。変速機５はベルト式変速機ＣＶＴであり、変速比を無段階に調節することができる。尚、変速機５にギヤ式変速機を用いることもできる。
【０００９】
モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８〜１２により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバータを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリー１４を充電すると共に、高圧バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモーター１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコンバータを用い、モーター１、４の回生直流電力を所定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電すると共に、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、出力トルクを制御することができる。
【００１０】
エンジン制御装置９は各種アクチュエータや機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御する。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制御する。
【００１１】
車両コントローラー１３はマイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、制御装置８〜１２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサー１５、車両の走行速度を検出するための車速センサー１６、エンジン２の回転速度を検出するための回転センサー１７、エンジン２の冷却水温度を検出するための回転センサー１７、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサー１９、ＥＧＲバルブ開度を検出するＥＧＲ開度センサー２０、道路地図データとロケータと道路情報受信機などを備えたナビゲーション装置２１よりなる走行状態検出手段２４が接続される。また、モーター４に電力を供給している高圧バッテリー１４の充電状態を充電状態検出手段２２で検出し、その検出結果は車両コントローラー１３に入力されている。
【００１２】
以下に実施の形態の要部のハイブリッド車両の制御装置について図４に基づいて説明する。
【００１３】
ナビゲーション装置２１は、ジャイロコンパスやＧＰＳ受信機などを備え自車両の位置を測定するロケータと、ビーコンなどの地上に設置された設備から交通情報や道路情報を受信する道路情報受信機と、道路地図データから構成されている。車両用コントローラー１３の走行状況を判定する部分ではナビゲーション装置２１の出力を受けて、自車両の進路上のカーブを検出する。車両用コントローラー１３のエンジン始動・停止を判定する部分では走行状況の判定結果に応じてエンジン始動および停止の閾値を決定する。車両用コントローラー１３はエンジン始動・停止の判定結果に従ってハイブリッド車両の制御を行う。なお走行状況を判定する部分はナビゲーション装置２１の一部に組み込んでも良く、独立した演算装置で構成してもよい。
【００１４】
次に、作用について説明する。
【００１５】
カーブの連続する登坂路の走行においては加速と減速を頻繁に繰り返すので、図４（ａ）に示すように車速がエンジン始動の閾値を上回った後すぐにエンジン停止の閾値を下回る、あるいはその逆のことが起こり、図４（ｂ）のようにエンジン２の停止、始動が頻繁に繰り返されることになってしまう。本実施の形態１ではこのことを防ぐために、ナビゲーション装置２１ を用いてカーブの連続する経路を走行中であることを判定して、エンジン停止の閾値を図４（ａ）のように通常よりも低車速側に設定変更する。設定変更後は図４（ｃ）のようにエンジン２ は始動したままになるので、カーブの連続する登坂路を走行中、カーブ手前で減速した後すぐに再加速するときに、一度エンジン２が停止してからすぐに再始動させることによるエネルギーロスを無くすことができ、また再加速時の加速レスポンスも向上させることができる。
【００１６】
次に、制御の流れについ図５に沿って説明する。本制御はナビゲーション装置２１の制御プログラムなどから一定間隔で呼び出される。Ｓ１１１では、走行状態を判定する部分において自車両の進行方向のカーブの検出を行う。検出を行う範囲は、自車両の進行方向に向かって一定距離（例えば３００ｍ）先までとしてもよく、また自車両が存在するノードとノードを結ぶ区間としてもよい（図６参照）。カーブの検出方法としては、本出願人が先に提案した特願平１０−２９６３８号に記載した図７に示すようなノードや補完点を結ぶリンク同士のなす角を用いる手法などがある。Ｓ１１２ではカーブが検出された場合に車両コントローラー１３のエンジン２の始動・停止を判定する部分において、登坂中の判定を例えば式１ で求められる勾配抵抗を用いて行う。ここで、駆動力はアクセル開度とエンジン回転数から、加速抵抗は車速の変化量と車重から、空気抵抗と転がり抵抗は車速から求められる。
勾配抵抗＝駆動力−（加速抵抗＋空力抵抗＋転がり抵抗）・・・式１
また、ナビゲーション装置２１の地図データに道路の標高や勾配が記録されている場合は、それらを用いて登坂中の判定を行ってもよい。Ｓ１１３ では、エンジン停止の閾値を通常の設定値よりも低車速側に設定するよう車両コントローラー１３ に指令を出す。なお、カーブが検出されなかった場合には、エンジン停止の閾値は通常の設定値のままで本制御を終了する。
【００１７】
以上、説明したように本実施の形態１のハイブリッド車両の制御装置では、ナビゲーション装置２１を用いてカーブの連続する経路を走行中であることを判定して、エンジン停止の閾値を通常よりも低車速側に設定することにより、カーブの連続する登坂路を走行中、カーブ手前で減速した後にすぐに再加速するときに、一度エンジン２が停止してからすぐに再始動させることによるエネルギーロスを無くすことができ、また再加速時の加速レスポンスも向上させることができる。
【００１８】
（実施の形態２）
以下に本実施の形態２について説明する。
構成については、図４に示す実施の形態１のものと同様である。
【００１９】
次に作用について説明する。渋滞の走行においては低速域で停止・発進を繰り返すので燃費の面からはモーター走行が望ましいが、図８（ａ）に示すように車速がエンジン始動の閾値を上回った後すぐにエンジン停止の閾値を下回ることが起こり、図８（ｂ）に示すようにエンジン２の始動、停止が繰り返されてしまうことがある。本実施の形態２ではこのことを防ぐために、ナビゲーション装置２１ に備えられている道路情報受信機によってＶＩＣＳなどからの交通情報を受信して渋滞走行を判定し、高圧バッテリー１４の充電量が十分な場合にエンジン始動の閾値を図８（ａ）のように通常よりも高車速側に設定する。設定変更後は図８（ｃ）のようにエンジン停止したままでモーター走行になるので、渋滞走行における発進時に車速が短時間エンジン始動の閾値を越えてエンジン２が始動してしまうことによるエネルギーロスを無くすことができる。
【００２０】
次に、制御の流れについて図９に沿って説明する。本制御はナビゲーション装置２１の制御プログラムなどから一定時間間隔で呼び出される。Ｓ２１１では、ナビゲーション装置２１の道路情報受信機によってＶＩＣＳ やＦＭ 多重放送などから交通情報を受信し、走行状態を判定する部分において自車位置が渋滞しているかどうかを判定する。Ｓ２１２では自車位置が渋滞中の場合に車両コントローラー１３のエンジン２の始動・停止を判定する部分でにおいて、車両コントローラー１３ から得られる高圧バッテリー１４の充電量が一定値α（例えば７０％）以上かどうかを判定する。Ｓ２１３ではバッテリーの充電量が一定値α以上の場合に、エンジン始動の閾値を通常の設定値よりも高車速側に設定するよう車両コントローラー１３に指令を出す。ここで、自車位置の道路種別が高速道路の場合はエンジン始動の閾値をさらに高車速側に設定するようにしてもよい。また、代わりにモーター１ のみで走行する指令を車両コントローラー１３に出すようにしてもよい。なお、自車位置が渋滞中ない場合には、エンジン始動の閾値は通常の設定値のままで本制御を終了する。
【００２１】
以上、説明したように本実施の形態２のハイブリッド車両の制御装置では、ＶＩＣＳやＦＭ多重放送などの交通情報を用いて自車位置が渋滞中であることを判定してエンジン始動の閾値を通常よりも高車速側に設定することにより、渋滞走行における発進時に車速が短時間エンジン始動の閾値を越えてエンジン２が始動してしまうことによるエネルギーロスを無くすことができる。
【００２２】
（実施の形態３）
以下に実施の形態３について説明する。
構成については、図４に示す実施の形態１のものと同様である。
【００２３】
次に、作用について説明する。図１０に示すように信号が赤で停止するために減速中に青に変わった場合は、実施の形態１の連続するカーブの走行と同様に、車速がエンジン停止の閾値を下回った後すぐにエンジン始動の閾値を上回り、エンジン停止後すぐに始動してしまうことがある。本実施の形態３ ではこのことを防ぐために、ビーコンなどの地上に設置された設備から、自車位置から信号までの距離と信号が変化するタイミングを受信し、自車両が信号機の近傍に到達するまでに赤から青に変わる場合にはエンジン停止の閾値を通常よりも低い値に設定する。これより、赤信号の手前で減速したが青に変わって再加速するときに、一度エンジン２が停止してからすぐに再始動することによるエネルギーロスを無くすことができる。 次に、制御の流れについて図１１に沿って説明する。本制御はナビゲーション装置２１の制御プログラムなどから一定時間間隔で呼び出される。Ｓ３１１では、ナビゲーション装置２１の道路情報受信機によってビーコンなどの地上に設置された設備から、自車両の進行方向の次の信号までの距離と表示サイクルを受信し、次の信号が赤かどうかを判定する。Ｓ３１２では次の信号が赤の場合に、現在の車速Ｖｃ と減速度Ａｃ および次の信号までの距離Ｌｓ から次の信号に到達するのに要する時間Ｔｖ を求め、次の信号が青信号に変わるまでの時間Ｔｓを比較する。Ｔｖ は式２ によって求める。ここで、Ｔｓ がＴｖ 以下であれば次の信号は自車両が到達する前に青に変わると判定する。
Ｔｖ（ｍ／ｓ）＝｛２Ｌｓ（ｍ）／Ａｃ（ｍ／ｓ2）｝1/2・・・式２
Ｓ３１３は次の信号が自車両が到達する前に青に変わると判定された場合に、エンジン停止の閾値を通常の設定値よりも低車速側に設定するよう車両コントローラー１３ に指令を出す。なお、次の信号が赤でない場合には、エンジン停止の閾値は通常の設定値のままで本制御を終了する。
【００２４】
以上、説明したように本実施の形態３のハイブリッド車両の制御装置では、ビーコンなどの地上に設置された設備より、自車位置から信号までの距離と信号が変化するタイミングを受信して自車両が信号機の近傍に到達するまでに赤から青に変わるかを判定し、エンジン停止の閾値を通常よりも低車速側に設定することにより、一度エンジン２が停止してからすぐに再始動させることによるエネルギーロスを無くすことができ、また再加速時の加速レスポンスも向上させることができる。
【００２５】
なお本発明は以上の実施の形態に限定されるものでなく、それらのいずれかを組み合わせて実施してもよい。また、本発明はパラレル型ハイブリッド車両におけるエンジンおよびモーター走行の切替だけでなく、シリーズ型ハイブリッド車両において発電のためにエンジンを始動させるタイミングにも適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように請求項１又は請求項２記載の発明では、加速・減速が頻繁に繰り返される走行状況を判断し、判断結果に応じてエンジン始動の閾値を高車速側に移動してモーター走行を続けるようにしたり、また、エンジン停止の閾値を低車速側に移動して頻繁にエンジン停止又は始動が繰り返されることを防止することにより、燃費の向上や加速レスポンスの向上を図ることができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明では、カーブの連続する登坂路においてはエンジン停止の閾値を通常よりも低車速側に設定することにより、減速後すぐに再加速したときにエンジンが一度停止してからすぐに再始動してしまうことによるエネルギーロスを無くすことができ、また再加速時の加速レスポンスも向上させることができる。
【００２８】
請求項４又は５に記載の発明では、渋滞走行ではエンジン始動の閾値を通常よりも高速側に設定することにより、発進加速後に車速が短時間だけエンジン始動の閾値を越えてエンジンが始動してしまうことによるエネルギーロスを無くすことができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明では、バッテリーの充電量が十分な場合にエンジン始動の閾値の高車速側への設定変更を許可することにより、モーター走行を続けることによってバッテリーの充電量が下限値を下回ってしまうことを防止する。
【００３０】
請求項７に記載の発明では、走行中の道路種別によってエンジン始動または停止の閾値の設定を変えることにより、走行環境に応じてエンジンの無駄な停止・始動を防止することができる。また、請求項８に記載の発明では、次の信号が赤のため減速中に信号に到達する前に青に変わる場合には、エンジン停止の閾値を通常よりも低車速に設定することにより、減速後すぐに再加速したときにエンジンが一度停止してからすぐに再始動してしまうことによるエネルギーロスを無くすことができ、また再加速時の加速レスポンスも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド車両の全体構成を示す。
【図２】車両コントローラーの構成を示す。
【図３】実施の形態１の要部を示すブロック図。
【図４】連続するカーブを走行時の車速とエンジン停止・始動の変化の一例を示す。
【図５】実施の形態１の制御の流れ図を示す。
【図６】ナビゲーション装置の地図データにおける区間を示す。
【図７】カーブの検出方法の一例を示す。
【図８】渋滞走行時の車速とエンジン停止・始動の変化の一例を示す。
【図９】実施の形態２の制御の流れ図を示す。
【図１０】赤信号から青信号に変わったときの車速の変化の一例を示す。
【図１１】実施の形態３の制御の流れ図を示す。
【図１２】従来の技術におけるエンジン始動・停止の閾値を示す。
【符号の説明】
１ モーター
２ エンジン
３ クラッチ
４ モーター
５ 変速機
６ 動力伝達機構
７ 駆動輪
８ モーター制御装置
９ エンジン制御装置
１０ クラッチ制御装置
１１ モーター制御装置
１２ 変速機制御装置
１３ 車両コントローラー
１４ 高圧バッテリー
１５ アクセル開度センサー
１６ 車速センサー
１７ エンジン回転センサー
１８ 冷却水温度センサー
１９ スロットル開度センサー
２０ ＥＧＲ開度センサー
２１ ナビゲーション装置
２２ 電池充電状態検出装置
２４ 走行状態検出手段

Claims (8)

1. 内燃機関と、前記内燃機関に断続機を介して接続された電動機と、走行中に前記断続機を制御して前記内燃機関の機械出力か前記電動機の機械出力のいずれかが車両の推進源となるよう切り替える車両用制御装置を具備するハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記走行状態検出手段によって検出された走行状態に基づいて、前記断続機によって前記内燃機関又は前記電動機のいずれかが車両の推進源となる切り替えが頻繁に繰り返されるか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段の判断結果に基づいて、予め設定されている前記内燃機関を停止し前記電動機のみの出力へ切り替えるための停止閾値と前記内燃機関を始動し前記内燃機関の出力へ切り替えるための始動閾値のうち、少なくとも一方の閾値を変化させる閾値変化手段と、
   を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記走行状態検出手段は、前記車両の位置を検出する位置検出手段と、前記車両の周囲の道路に関する道路情報を検出する道路情報検出手段とを有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記走行状態検出手段は、前記車両の進路上にカーブがあるか否かを検出するカーブ検出手段を有し、
   前記判断手段は、前記走行状態検出手段によってカーブがあると検出されたときに、前記断続機によって前記内燃機関か前記電動機のいずれかが車両の推進源となる切り替えが頻繁に行われると判断し、
   前記閾値変化手段は、予め設定されている前記停止閾値よりも低車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記走行状態検出手段は、前記車両が低速域で停止又は発進を繰り返す走行状態か否か検出し、
   前記判断手段は、前記走行状態検出手段によって前記車両の車速が低速域で停止又は発進を繰り返す走行状態であると検出されたときに、前記断続機によって前記内燃機関か前記電動機のいずれかが車両の推進源となる切り替えが頻繁に行われると判断し、
   前記閾値変化手段は、予め設定されている前記始動閾値よりも高車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記車両が低速域で停止又は発進を繰り返す走行状態とは、前記車両の進行上に渋滞が発生している走行状態であり、
   前記判断手段は、前記走行状態検出手段によって渋滞が発生していることを検出したときに、前記断続機によって前記内燃機関か前記電動機のいずれかが車両の推進源となる切り替えが頻繁に行われると判断し、
   前記閾値変化手段は、予め設定されている前記始動閾値よりも高車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
6. 請求項１ないし５のうち、いずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電動機に電力を供給する電池の充電量を検出する充電量検出手段を有し、
   前記閾値変化手段は、前記充電量検出手段の検出結果が電池の充電量が所定値以上である場合に、予め設定されている前記内燃機関を停止し前記電動機のみの出力へ切り替えるため閾値である停止車速よりも高車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうち、いずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記走行状態検出手段は、前記車両の走行している道路が高速道路であるか否かを検出し、
   前記判断手段は、前記走行状態検出手段によって前記車両の走行している道路が高速道路であると検出したときに、前記断続機によって前記内燃機関か前記電動機のいずれかが車両の推進源となる切り替えが頻繁に行われると判断し、
   前記閾値変化手段は、予め設定されている前記停止閾値よりも高車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
8. 請求項１ないし７のうち、いずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   前記道路情報検出手段は、前記自車の進行方向の道路に設置されている交通信号の状態を検出し、
   前記判断手段は、前記道路情報検出手段が検出した交通信号の状態と前記車両の走行速度とに基づいて交通信号による停止または減速の必要性があるか否かを判断し、
   前記閾値変化手段は、前記判断手段が交通信号による停止または減速の必要性がないと判断したときに、予め設定されている前記停止閾値よりも高車速側へ変化させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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