JP4200995B2

JP4200995B2 - 自動車およびその制御方法

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Publication number: JP4200995B2
Application number: JP2005289944A
Authority: JP
Inventors: 幸治冨田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2025-10-03
Also published as: JP2007099030A

Description

本発明は、自動車およびその制御方法に関する。

従来、この種の自動車としては、走行用の動力を出力可能なエンジンおよびモータと、モータと電力のやりとりが可能なバッテリと、ナビゲーションシステムとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、ナビゲーションシステムを用いて車両が走行する予定走行路における走行条件に関する情報を用いてエンジンおよびモータの運転量を試算し、それに従ってバッテリの充電量を制御している。
特開２００１−１９７６０８号公報

しかしながら、上述の自動車では、走行条件によっては車両が停止している最中に内燃機関が始動される場合がある。この場合、内燃機関の始動は運転者の予期しないものであるため、運転者に違和感を与えてしまう可能性がある。また、車両の停止中にエンジンを始動してバッテリの充電を行なうのは、燃費の点からできるだけ避けることが望ましい。

本発明の自動車およびその制御方法は、車両の停車時に内燃機関が始動されることによる違和感を運転者に与えるのを抑制することを目的の一つとする。また、本発明の自動車およびその制御方法は、車両の停車時に二次電池などの蓄電装置の充電を行なうのを抑制することを目的の一つとする。

本発明の自動車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関および電動機を備える自動車であって、
前記内燃機関を始動すると共に該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な始動発電手段と、
該始動発電手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
道路に関する情報を含む地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
車両の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
目的地が設定されたとき、前記記憶された地図情報を用いて所定の条件で前記検出された車両の現在位置から該目的地までの走行路を検索する走行路検索手段と、
前記検索された走行路に基づいて前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記内燃機関の運転が必要な時間である走行必要運転時間を推定する走行必要運転時間推定手段と、
前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記蓄電手段の残容量を所定範囲内で保持するために前記内燃機関の運転が必要な時間である充電必要運転時間を推定する充電必要運転時間推定手段と、
前記車両が停車している最中に前記蓄電手段の充電要求に基づく前記内燃機関の始動要求がなされたときに、前記推定された走行必要運転時間と前記推定された充電必要運転時間とに基づいて前記内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定する始動許可禁止判定手段と、
運転者の操作と前記車両の走行状態と前記始動許可禁止判定手段による判定結果とに基づいて前記内燃機関の間欠運転を伴って前記車両が走行するよう前記内燃機関と前記始動発電手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の自動車では、目的地が設定されたときには、地図情報を用いて所定の条件で車両の現在位置から目的地までの走行路を検索し、検索した走行路に基づいて車両が目的地に到達するまでに内燃機関の運転が必要な時間である走行必要運転時間を推定し、車両が目的地に到達するまでに蓄電手段の残容量を所定範囲内で保持するために内燃機関の運転が必要な時間である充電必要運転時間を推定し、車両が停車している最中に蓄電手段の充電要求に基づく内燃機関の始動要求がなされたときに、走行必要運転時間と充電必要運転時間とに基づいて内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定し、運転者の操作と車両の走行状態と判定した結果とに基づいて内燃機関の間欠運転を伴って車両が走行するよう内燃機関と始動発電手段と電動機とを制御する。したがって、車両の停車中に蓄電手段の充電要求に基づく内燃機関の始動要求がなされたときには、走行必要運転時間と充電必要運転時間とに基づいて内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定するから、走行必要運転時間や充電必要運転時間を考慮しないものに比して車両の停車中の内燃機関の始動を抑制することができる。この結果、予期しない内燃機関の始動によって運転者に違和感を与えてしまうのを抑制することができる。また、車両の停車中に、内燃機関からの動力を用いて始動発電手段により発電された電力によって蓄電手段の充電が行なわれるのを抑制することができる。ここで、「所定の条件」には、有料道路優先や一般道路優先，距離優先などの条件がある。

こうした本発明の自動車において、前記始動許可禁止判定手段は、前記推定された走行必要運転時間が前記推定された充電必要運転時間未満のときに前記内燃機関の始動の許可を判定し、前記推定された走行必要運転時間が前記推定された充電必要運転時間以上のときに前記内燃機関の始動の禁止を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の始動を許可するか禁止するかをより適正に判定することができる。

また、本発明の自動車において、前記始動許可禁止判定手段は、前記内燃機関の始動の禁止を判定したときには前記車両の走行が開始されたときに該禁止の判定を解除する手段であるものとすることもできる。こうすれば、走行する際には、走行必要運転時間や充電必要運転時間に拘わらずに走行することができる。

さらに、本発明の自動車において、前記走行必要運転時間推定手段は、前記検索された走行路における前記目的地までの距離と該走行路の状態とから推定される前記車両が該目的地に到達するまでの時間に基づいて前記走行必要運転時間を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、走行必要運転時間をより適正に推定することができる。また、前記充電必要運転時間推定手段は、前記蓄電手段が所定の残容量となるのに要する時間に基づいて前記充電必要運転時間を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、充電必要運転時間をより適正に推定することができる。

あるいは、本発明の自動車において、前記蓄電手段の残容量を検出する残容量検出手段を備え、前記始動許可禁止判定手段は、前記検出された蓄電手段の残容量が前記蓄電手段に許容される下限残容量未満のときには、前記推定された走行必要運転時間と前記推定された充電必要運転時間とに拘わらずに前記内燃機関の始動の許可を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過放電を抑制することができる。

本発明の自動車において、前記始動発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車両の走行に用いられる駆動軸とに接続され、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する手段であり、前記電動機は前記駆動軸に動力を入出力可能な手段であるものとすることもできる。この場合、前記始動発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。

本発明の自動車の制御方法は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関および電動機と、前記内燃機関を始動すると共に該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な始動発電手段と、該始動発電手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、道路に関する情報を含む地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、を備える自動車の制御方法であって、
（ａ）目的地が設定されたとき、前記記憶された地図情報を用いて所定の条件で車両の現在位置から該目的地までの走行路を検索し、
（ｂ）前記検索された走行路に基づいて前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記内燃機関の運転が必要な時間である走行必要運転時間を推定し、
（ｃ）前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記蓄電手段の残容量を所定範囲内で保持するために前記内燃機関の運転が必要な時間である充電必要運転時間を推定し、
（ｄ）前記車両が停車している最中に前記蓄電手段の充電要求に基づく前記内燃機関の始動要求がなされたときに、前記推定された走行必要運転時間と前記推定された充電必要運転時間とに基づいて前記内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定し、
（ｅ）運転者の操作と前記車両の走行状態と前記判定した結果とに基づいて前記内燃機関の間欠運転を伴って前記車両が走行するよう前記内燃機関と前記始動発電手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の自動車の制御方法によれば、目的地が設定されたときには、地図情報を用いて所定の条件で車両の現在位置から目的地までの走行路を検索し、検索した走行路に基づいて車両が目的地に到達するまでに内燃機関の運転が必要な時間である走行必要運転時間を推定し、車両が目的地に到達するまでに蓄電手段の残容量を所定範囲内で保持するために内燃機関の運転が必要な時間である充電必要運転時間を推定し、車両が停車している最中に蓄電手段の充電要求に基づく内燃機関の始動要求がなされたときに、走行必要運転時間と充電必要運転時間とに基づいて内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定し、運転者の操作と車両の走行状態と判定した結果とに基づいて内燃機関の間欠運転を伴って車両が走行するよう内燃機関と始動発電手段と電動機とを制御する。したがって、車両の停車中に蓄電手段の充電要求に基づく内燃機関の始動要求がなされたときには、走行必要運転時間と充電必要運転時間とに基づいて内燃機関の始動を許可するか禁止するかを判定するから、走行必要運転時間や充電必要運転時間を考慮しないものに比して車両の停車中の内燃機関の始動を抑制することができる。この結果、予期しない内燃機関の始動によって運転者に違和感を与えてしまうのを抑制することができる。また、車両の停車中に、内燃機関からの動力を用いて始動発電手段により発電された電力によって蓄電手段の充電が行なわれるのを抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、キャリアがエンジン２２のクランクシャフト２３に接続されると共にリングギヤがデファレンシャルギヤ２５を介して駆動輪２６ａ，２６ｂに連結された駆動軸２７に接続された遊星歯車２８と、遊星歯車２８のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、駆動軸２７に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット４０と、ハイブリッド用電子制御ユニット４０と通信を行なうナビゲーション装置６０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット４０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット４０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット４０に出力する。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ３１，３２を介してバッテリ３６と電力のやりとりを行なう。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）３４により駆動制御されている。モータＥＣＵ３４は、ハイブリッド用電子制御ユニット４０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット４０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット４０に出力する。

バッテリ３６は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）３８によって管理されている。バッテリＥＣＵ３８は、ハイブリッド用電子制御ユニット４０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット４０からバッテリ３６を管理するのに必要な信号が入力されると共に必要に応じてバッテリ３６の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット４０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ３８では、バッテリ３６を管理するために図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量ＳＯＣも演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２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、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット４０には、シフトレバー５１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダル５３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル５５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ５８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット４０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３４，バッテリＥＣＵ３８，ナビゲーション装置６０と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３４，バッテリＥＣＵ３８，ナビゲーション装置６０と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

ナビゲーション装置６０は、地図情報６３等が記憶されたハードディスクなどの記憶媒体と通信ポートを有する制御部とを内蔵する本体６１と、車両の現在位置に関する情報を受信するＧＰＳアンテナ６５と、車両の現在位置に関する情報や目的地までの走行路などの各種情報を表示すると共に操作者による各種指示を入力可能なタッチパネル式のディスプレイ６６と、を備え、操作者により目的地が設定されたときには地図情報６３と車両の現在位置と目的地とに基づいて目的地までの走行路を検索すると共に検索した走行路をディスプレイ６６に表示して走行路案内を行なう。地図情報６３には、サービス情報（観光情報や駐車場など）や区間毎の道路情報などがデータベース化して記憶されており、道路情報には、距離情報や幅員情報，地域情報（市街地，郊外），種別情報（一般道路，高速道路），勾配情報，法定速度，信号機の数などが含まれる。ナビゲーション装置６０は、ハイブリッド用電子制御ユニット４０と通信しており、必要に応じて車両の現在位置などの情報をハイブリッド用電子制御ユニット４０に出力する。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル５３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動輪２６ａ，２６ｂに連結された駆動軸２７に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が駆動軸２７に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが遊星歯車２８とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸２７に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ３６の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ３６の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が遊星歯車３８とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力が駆動軸２７に出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２から要求動力に見合う動力が駆動軸２７に出力されるよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、バッテリ３６の充放電を行なうか否かの差があるだけで実質的な制御における差違はない。したがって、以下、両者をまとめてエンジン・モータ運転モードと呼ぶ。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット４０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、車両が停車中であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、例えば、車速Ｖが値０か否かやブレーキペダル５５が所定踏み込み量（例えば、５０％など）以上踏み込まれているか否かなどに基づいて行なうことができる。車両が停車中でない、即ち走行中であると判定されたときには、図３に例示する走行時制御を行なって（ステップＳ１１０）、駆動制御ルーチンを終了する。以下、図３の走行時制御について説明する。

走行時制御では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ５８からの車速Ｖなど制御に必要なデータを入力し（ステップＳ３００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動輪２６ａ，２６ｂに連結された駆動軸２７に出力すべき要求トルクＴｄ＊を設定すると共に車両要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ３１０）。車両要求パワーＰｅ＊は、要求トルクＴｄ＊に駆動軸２７の回転数Ｎｄを乗じたものとバッテリ３６が要求する充放電要求電力Ｐｂ＊との和として計算することができる。ここで、駆動軸２７の回転数Ｎｄは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより計算することができる。また、充放電要求電力Ｐｂ＊は、実施例では、簡単のために、バッテリ３６の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１（例えば、６０％や６５％など）未満のときには正の所定電力Ｐｂ１を設定し、残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１以上のときには負の所定電力（−Ｐｂ１）を設定するものとした。ここで、残容量ＳＯＣは、図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ３８から通信により入力するものとした。

続いて、設定した車両要求パワーＰｅ＊を閾値Ｐｒｅｆと比較する（ステップＳ３２０）。ここで、閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２の特性などにより定められ、エンジン２２を効率よく運転可能なパワーの下限値などに設定される。車両要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ以上のときには、エンジン・モータ運転モードにより要求トルクＴｄ＊が駆動軸２７に出力されるようエンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を制御して（ステップＳ３３０）、走行時制御ルーチンを終了する。エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２の制御は、車両要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２を効率よく運転できる運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊）を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊でエンジン２２が運転されるようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共に要求トルクＴｄ＊とエンジン２２から遊星歯車２８を介して駆動軸２７に出力されるトルクとの偏差をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定し、エンジン２２を運転制御すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御することにより行なわれる。ここで、エンジン２２の駆動制御は、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とをエンジンＥＣＵ２４に送信し、これを受信したエンジンＥＣＵ２４が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントでエンジン２２が運転されるよう燃料噴射制御や点火制御などを行なうことによって行なわれる。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御は、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ３４に送信し、これを受信したモータＥＣＵ３４がトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ３１，３２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうことによって行なわれる。こうしてエンジン・モータ運転モードで走行している最中には、充放電要求電力Ｐｂ＊に応じてバッテリ３６の充放電が行なわれる。一方、車両要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆ未満のときには、エンジン２２を停止してモータ運転モードにより要求トルクＴｄ＊が駆動軸２７に出力されるようモータＭＧ２を制御して（ステップＳ３４０）、走行時制御を終了する。モータＭＧ２の制御は、要求トルクＴｄ＊をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定し、モータＭＧ２を駆動制御することにより行なわれる。

図２の駆動制御ルーチンの説明に戻る。ステップＳ１００で車両が停車中であると判定されたときには、バッテリ３６の残容量ＳＯＣや始動禁止判定フラグＦなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、残容量ＳＯＣは、図示しない電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ３８から通信により入力するものとした。また、始動禁止判定フラグＦは、エンジン２２の始動が禁止されていないときに値０が設定されると共にエンジン２２の始動が禁止されたときに値１が設定されるフラグであり、図４に例示する始動禁止判定フラグ設定ルーチンにより設定されてＲＡＭ４６の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。図４の始動禁止判定フラグ設定ルーチンについては後述する。

こうしてデータを入力すると、エンジン２２が停止されているか否かを判定し（ステップＳ１３０）、エンジン２２が停止されていると判定されたときには、バッテリ３６の残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆ１と比較する（ステップＳ１４０）。ここで、閾値Ｓｒｅｆ１は、バッテリ３６に許容される下限の残容量であり、バッテリ３６の特性などにより定められ、例えば、３０％や４０％などに設定することができる。バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１未満のときには、エンジン２２を始動すると共に（ステップＳ１７０）、エンジン２２からの動力を用いてモータＭＧ１による発電を開始して（ステップＳ１８０）、駆動制御ルーチンを終了する。これにより、バッテリ３６の充電が行なわれる。そして、エンジン２２が始動されると（ステップＳ１３０）、バッテリ３６の残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆ３と比較し（ステップＳ１９０）、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３未満のときにはそのまま駆動制御ルーチンを終了し、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３以上になったときにはエンジン２２を停止して（ステップＳ２００）、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、閾値Ｓｒｅｆ３は、バッテリ３６の充電を終了してもよいか否かを判定するために用いられる閾値であり、バッテリ３６の特性などにより定めることでき、実施例では、前述の所定残容量Ｓ１（例えば、６０％や６５％など）を用いるものとした。このように、バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１未満のときには、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３に至るまでバッテリ３６の充電を行なうことにより、バッテリ３６の過放電を抑制することができる。

一方、ステップＳ１４０でバッテリ３６の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓｒｅｆ１以上のときには、残容量ＳＯＣを閾値Ｓｒｅｆ２と比較すると共に（ステップＳ１５０）、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ２未満のときには始動禁止判定フラグＦの値を調べる（ステップＳ１６０）。ここで、閾値Ｓｒｅｆ２は、バッテリ３６の充電を行なう必要があるか否かを判定するために用いられる閾値であり、バッテリ３６の特性などにより定められ、例えば、４５％や５０％などに設定することができる。ステップＳ１５０の残容量ＳＯＣと閾値Ｓｒｅｆ２との比較は、バッテリ３６の充電要求に基づくエンジン２２の始動要求がなされているか否かを判定するものである。バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ２未満であって始動禁止判定フラグＦが値０のとき、即ち、エンジン２２の始動要求がなされていてエンジン２２の始動が禁止されていないときには、エンジン２２を始動すると共に始動したエンジン２２からの動力を用いてモータＭＧ１による発電を開始して（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）、駆動制御ルーチンを終了する。これにより、バッテリ３６の充電要求に応じてバッテリ３６の充電を行なうことができる。こうしてエンジン２２が始動されると（ステップＳ１３０）、バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３以上となるまでバッテリ３６の充電が行なわれてエンジン２２は停止される（ステップＳ１９０，Ｓ２００）。

バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ２以上のときや残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ２未満であって始動禁止判定フラグＦが値１のとき、即ち、エンジン２２の始動要求がなされていないときやエンジン２２の始動要求がなされていてもエンジン２２の始動が禁止されているときには、エンジン２２を始動することなく、駆動制御ルーチンを終了する。車両の停車中には、通常、エンジン２２は停止されているから、この場合には、エンジン２２を始動しないことにより、予期しないエンジン２２の始動に伴って運転者に違和感を与えるのを抑制することができる。しかも、エンジン２２を始動しないことにより、エンジン２２から比較的小さいパワーを出力しながらバッテリ３６の充電が行なわれるのを抑制することができる。

次に、図４の始動禁止判定フラグ設定ルーチンについて説明する。このルーチンは、所定時間毎に実行される。このルーチンでは、まず、目的地までの走行路が設定されているか否かを判定する（ステップＳ４００）。走行路が設定されているか否かの判定は、実施例では、目的地までの走行路が設定されたときに値１が設定されると共に車両が目的地に到達したときや目的地が設定されていないときに値０が設定されるフラグをナビゲーション装置６０から入力し、このフラグの値を調べることにより行なうものとした。ここで、走行路の設定は、例えば、ナビゲーション装置６０により、操作者により目的地が設定されたときに、目的地とＧＰＳアンテナ６５からの車両の現在位置と地図情報６３とに基づいて目的地までの距離が最短となる距離優先の走行路を検索して設定することにより行なうことができる。なお、実施例では、距離優先の走行路を検索して設定するものとしたが、一般道路優先の走行路や有料道路優先の走行路を検索して設定するものとしてもよい。走行路が設定されていないときには、エンジン２２の始動を禁止する必要はないと判断し、始動禁止判定フラグＦに値０を設定し（ステップＳ４１０）、始動禁止判定フラグ設定ルーチンを終了する。これにより、走行路が設定されていないときには、バッテリ３６の充電要求に応じてエンジン２２が始動されると共にエンジン２２からの動力を用いてモータＭＧ１による発電が行なわれ、バッテリ３６が充電される。

一方、走行路が設定されていると判定されたときには、目的地までの走行路など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ４２０）。ここで、目的地までの走行路は、操作者により目的地が設定されたときに検索されたものをナビゲーション装置６０から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力した走行路に基づいて車両が目的地に到達するまでにエンジン２２の運転が必要な時間である走行必要運転時間ｔａを推定する（ステップＳ４３０）。この推定は、実施例では、図５に例示する走行必要運転時間推定処理により行なうものとした。走行必要運転時間推定処理では、目的地までの距離Ｌや平均車速Ｖａｖｅ（例えば、一般道路は２５ｋｍ／ｈ，高速道路は７０ｋｍ／ｈ），道路情報（幅員情報や、市街地か郊外かの地域情報，法定速度）を入力し（ステップＳ５００）、入力した目的地までの距離Ｌを平均車速Ｖａｖｅで除することにより車両が目的地に到達するまでの所要時間Ｔを計算し（ステップＳ５１０）、道路情報に基づいて値０以上かつ値１以下の補正係数αを設定し（ステップＳ５２０）、所要時間Ｔに補正係数αを乗じることにより走行必要運転時間ｔａを推定して（ステップＳ５３０）、走行必要運転時間推定処理を終了する。ここで、補正係数αは、実施例では、幅員が広いほど大きくなる傾向の補正係数α１と、市街地よりも郊外の方が大きい値が設定される補正係数α２と、法定速度が高いほど大きくなる傾向の補正係数α３と、を乗じることにより設定するものとした。なお、図５の走行必要運転時間推定処理で推定される走行必要運転時間ｔａは、車両が目的地に到達するまでにエンジン・モータ運転モードで走行する時間に相当する。

続いて、車両が目的地に到達するまでバッテリ３６の残容量ＳＯＣを所定範囲内（例えば、４５％〜６０％など）で保持するためにエンジン２２の運転が必要な時間である充電必要運転時間ｔｂを推定する（ステップＳ４４０）。この推定は、例えば、バッテリ３６を現在の残容量ＳＯＣから前述の閾値Ｓｒｅｆ３（例えば、６０％や６５％など）にするのに要する時間を推定することにより行なうことができ、実施例では、現在の残容量ＳＯＣと充電必要運転時間ｔｂとの関係を予め定めて充電必要運転時間設定用マップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、現在の残容量ＳＯＣが与えられると記憶したマップから対応する充電必要運転時間ｔｂを導出して設定するものとした。図６に充電必要運転時間設定用マップの一例を示す。充電必要運転時間ｔｂは、図示するように、残容量ＳＯＣが大きいほど小さくなる傾向に設定され、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３以上のときには値０が設定される。これは、現在の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３未満のときには、現在の残容量ＳＯＣが小さいほどバッテリ３６を現在の残容量ＳＯＣから閾値Ｓｒｅｆ３にするのに長い時間を要するためである。なお、実施例では、マップを用いて現在の残容量ＳＯＣに基づいて充電必要運転時間ｔｂを推定するものとしたが、現在の残容量ＳＯＣと閾値Ｓｒｅｆ３と充放電要求電力Ｐｂ＊とを用いて計算により充電必要運転時間ｔｂを推定するものとしてもよい。この場合、現在の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３以上のときには充電必要運転時間ｔｂに値０を設定し、現在の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ３未満のときには閾値Ｓｒｅｆ３から現在の残容量ＳＯＣを減じたものをバッテリ３６の容量に基づいて電力量に換算したものを単位時間あたりの充放電要求電力Ｐｂ＊で除することにより充電必要運転時間ｔｂを計算することができる。

こうして走行必要運転時間ｔａと充電必要運転時間ｔｂとを推定すると、推定した走行必要運転時間ｔａと充電必要運転時間ｔｂとを比較し（ステップＳ４５０）、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ以上のときには始動禁止判定フラグＦに値１を設定して（ステップＳ４６０）、始動禁止判定フラグ設定ルーチンを終了し、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ未満のときには始動禁止判定フラグＦに値０を設定して（ステップＳ４１０）、始動禁止判定フラグ設定ルーチンを終了する。いま、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ以上のとき、即ちエンジン・モータ運転モードで走行する時間がバッテリ３６の充電のためにエンジン２２の運転を必要とする時間以上のときに、車両が目的地まで走行する場合を考える。この場合、エンジン・モータ運転モードで走行している最中にバッテリ３６の充電を十分に行なうことができると考えられるため、車両の停車中にバッテリ３６の充電要求に基づくエンジン２２の始動要求がなされたときに直ちにエンジン２２を始動しなくてもバッテリ３６が過放電となるおそれは小さい。また、車両の停車中のエンジン２２の始動は、予期しない違和感を運転者に与えないために、できるだけ回避することが望ましい。したがって、実施例では、走行必要時間ｔａが充電必要時間ｔｂ以上のときには、始動禁止判定フラグＦに値１を設定するものとした。これにより、車両の停車中のエンジン２２の始動は禁止されるから、前述したように、車両の停車中の予期しないエンジン２２の始動により運転者に違和感を与えてしまうのを抑制することができると共に車両の停車中にバッテリ３６の充電が行なわれるのも抑制することができる。なお、車両が走行を開始したときには、図３の走行時制御が実行されるため、始動禁止判定フラグＦに値１が設定されているときには、このときにエンジン２２の始動の禁止が解除されることになる。次に、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ未満のとき、即ちエンジン・モータ運転モードで走行する時間がバッテリ３６の充電のためにエンジン２２の運転を必要とする時間未満のときに、車両が目的地まで走行する場合を考える。この場合には、エンジン・モータ運転モードで走行している最中だけではバッテリ３６の充電を十分に行なうことができないおそれがあるため、バッテリ３６の充電要求に基づくエンジン２２の始動要求がなされたときには、車両の停車中であってもエンジン２２を始動してバッテリ３６の充電を行なうことが望ましい。したがって、実施例では、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ未満のときには、始動禁止判定フラグＦに値０を設定するものとした。これにより、エンジン２２の始動は禁止されないから、車両の停車中でもバッテリ３６の充電要求に応じてバッテリ３６の充電を行なうことができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、車両の停車中にバッテリ３６の充電要求に基づくエンジン２２の始動要求がなされたときでも走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ以上のときにはエンジン２２を始動しないから、走行必要運転時間ｔａと充電必要運転時間ｔｂとを考慮しないものに比して車両の停車中に予期しないエンジン２２の始動によって運転者に違和感を与えてしまうのを抑制することができる。しかも、車両の停車中にエンジン２２を始動しないことにより、車両の停車中にバッテリ３６の充電が行なわれるのを抑制することもできる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ３６の残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１未満のときには、始動禁止判定フラグＦの値に拘わらずにエンジン２２を始動するから、バッテリ３６の過放電を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図４の始動禁止判定フラグ設定ルーチンは、所定時間毎に実行されるものとしたが、操作者により目的地が設定されたときに１回だけ実行されるものとしてもよいし、車両が停車される毎に実行されるものとしてもよい。前者の場合、目的地が設定されたときに図４の始動禁止判定フラグ設定ルーチンが実行されて始動禁止判定フラグＦに値１が設定されたときには、車両が目的地に到達するまで車両の停車中のエンジン２２の始動は禁止されることになる。したがって、車両の停車中には、バッテリ３６の充電要求に基づくエンジン２２の始動要求がなされても、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１未満となるか車両が走行を開始するまではエンジン２２は始動されない。後者の場合、車両が停車されたときに図４の始動禁止判定フラグ設定ルーチンが実行されて始動禁止判定フラグＦに値１が設定されたときには、車両の走行が開始されるまでエンジン２２の始動は禁止されることになる。したがって、エアコンなどの図示しない補機により電力が消費されバッテリ３６の残容量ＳＯＣが低下したときでも、残容量ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ１未満となるか車両が走行を開始するまでエンジン２２は始動されない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図５の走行必要運転時間推定処理のステップＳ５１０で目的地までの距離Ｌと平均車速とに基づいて車両が目的地に到達するまでの所要時間Ｔを計算するものとしたが、これらに加えて車速Ｖや渋滞情報などを考慮して所要時間Ｔを計算するものとしてもよいし、他の方法により所要時間Ｔを計算するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図５の走行必要運転時間推定処理のステップＳ５２０で道路情報（幅員情報，地域情報，法定速度）に基づいて補正係数αを設定するものとしたが、幅員情報と地域情報と法定速度とのうちの少なくとも一部に基づいて補正係数αを設定するものとしてもよいし、これらに加えて他の道路情報（例えば、勾配情報や信号機の数など）や渋滞情報などを考慮して補正係数αを設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図５の走行必要運転時間推定処理において、所要時間Ｔを計算し、補正係数αを設定し、所要時間Ｔと補正係数αとを用いて走行必要運転時間ｔａを推定するものとしたが、所定時間Ｔを計算することなく、直接的に走行必要運転時間ｔａを推定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、充放電要求電力Ｐｂ＊は、バッテリ３６の残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１（例えば、６０％や６５％など）未満のときには正の所定電力Ｐｂ１を設定し、残容量ＳＯＣが所定残容量Ｓ１以上のときには負の所定電力（−Ｐｂ１）を設定するものとしたが、残容量ＳＯＣに応じて連続的に変化するよう充放電要求電力Ｐｂ＊を設定するものとしてもよい。この場合、充電必要運転時間ｔｂは、実施例と同様に、現在の残容量ＳＯＣと充電必要運転時間ｔｂとの関係を予め定めた充電必要運転時間設定用マップを用いて設定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、目的地までの距離や走行路の道路情報などに基づいて走行必要運転時間ｔａを推定するものとしたが、これに加えて、前回以前に目的地が設定されたときに推定した走行必要運転時間ｔａ（推定運転時間）とそのときに目的地まで車両が走行したときに実際にエンジン２２が運転された時間（実運転時間）とに基づいて学習を行なうと共に学習結果を考慮して走行必要運転時間ｔａを推定するものとしてもよい。また、バッテリ３６の現在の残容量ＳＯＣや閾値Ｓｒｅｆ３などに基づいて充電必要運転時間ｔｂを推定するものとしたが、これに加えて、計算上の充電時間（計算充電時間）と実際に要した充電時間（実充電時間）とに基づいて学習を行なうと共に学習結果を考慮して充電必要運転時間ｔｂを推定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ以上のときに始動禁止判定フラグＦに値１を設定すると共に走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂ未満のときに始動禁止判定フラグＦに値０を設定するものとしたが、これに限られず、走行必要運転時間ｔａと充電必要運転時間ｔｂとを用いて始動禁止判定フラグＦを設定するものであればよい。例えば、走行必要運転時間ｔａや充電必要運転時間ｔｂの推定精度を考慮して、走行必要運転時間ｔａが充電必要運転時間ｔｂに比べてある程度の時間以上長いときに始動禁止判定フラグＦに値１を設定すると共にそれ以外のときに始動禁止判定フラグＦに値０を設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を駆動輪２６ａ，２６ｂに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力を遊星歯車２８が接続された車軸（駆動輪２６ａ，２６ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における駆動輪２６ｃ，２６ｄに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を遊星歯車２８を介して駆動輪２６ａ，２６ｂに接続された駆動軸２７に出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪２６ａ，２６ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

実施例では、エンジン２２と遊星歯車２８とモータＭＧ１，ＭＧ２とバッテリ３６とを備えるハイブリッド自動車２０に適用して説明したが、この構成に限られず、駆動輪に動力を出力する内燃機関および電動機と、内燃機関の始動と内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いた発電とを行なう発電手段と、発電手段および電動機と電力をやりとりする蓄電装置とを備える自動車に適用することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。ハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット４０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。走行時制御の一例を示すフローチャートである。始動禁止判定フラグ設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。走行必要運転時間推定処理の一例を示すフローチャートである。充電必要運転時間設定用マップの一例を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２３クランクシャフト、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２５デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ駆動輪、２７駆動軸、２８遊星歯車、３１，３２インバータ、３４モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、３６バッテリ、３８バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、４０ハイブリッド用電子制御ユニット、４２ＣＰＵ、４４ＲＯＭ、４６ＲＡＭ、５１シフトレバー、５２シフトポジションセンサ、５３アクセルペダル、５４アクセルペダルポジションセンサ、５５ブレーキペダル、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ、６０ナビゲーション装置、６１本体、６３地図情報、６５ＧＰＳアンテナ、６６ディスプレイ、２３０対ロータ電動機、２３２インナーロータ、２３４アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

走行用の動力を出力可能な内燃機関および電動機を備える自動車であって、
前記内燃機関を始動すると共に該内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電可能な始動発電手段と、
該始動発電手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
道路に関する情報を含む地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
車両の現在位置を検出する現在位置検出手段と、
目的地が設定されたとき、前記記憶された地図情報を用いて所定の条件で前記検出された車両の現在位置から該目的地までの走行路を検索する走行路検索手段と、
前記検索された走行路に基づいて前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記内燃機関の運転が必要な時間である走行必要運転時間を推定する走行必要運転時間推定手段と、
前記車両が前記設定された目的地に到達するまでに前記蓄電手段の残容量を所定範囲内で保持するために前記内燃機関の運転が必要な時間である充電必要運転時間を推定する充電必要運転時間推定手段と、
前記車両が停車している最中に前記蓄電手段の充電要求に基づく前記内燃機関の始動要求がなされたときに、前記推定された走行必要運転時間が前記推定された充電必要運転時間未満のときに前記内燃機関の始動の許可を判定し、前記推定された走行必要運転時間が前記推定された充電必要運転時間以上のときに前記内燃機関の始動の禁止を判定する始動許可禁止判定手段と、
運転者の操作と前記車両の走行状態と前記始動許可禁止判定手段による判定結果とに基づいて前記内燃機関の間欠運転を伴って前記車両が走行するよう前記内燃機関と前記始動発電手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備える自動車。
前記始動許可禁止判定手段は、前記内燃機関の始動の禁止を判定したときには前記車両の走行が開始されたときに該禁止の判定を解除する手段である請求項１記載の自動車。
前記走行必要運転時間推定手段は、前記検索された走行路における前記目的地までの距離と該走行路の状態とから推定される前記車両が該目的地に到達するまでの時間に基づいて前記走行必要運転時間を推定する手段である請求項１または２記載の自動車。
前記充電必要運転時間推定手段は、前記蓄電手段が所定の残容量となるのに要する時間に基づいて前記充電必要運転時間を推定する手段である請求項１ないし３いずれか記載の自動車。
請求項１ないし４いずれか記載の自動車であって、
前記蓄電手段の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記始動許可禁止判定手段は、前記検出された蓄電手段の残容量が前記蓄電手段に許容される下限残容量未満のときには、前記推定された走行必要運転時間と前記推定された充電必要運転時間とに拘わらずに前記内燃機関の始動の許可を判定する手段である
自動車。
請求項１ないし５いずれか記載の自動車であって、
前記始動発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車両の走行に用いられる駆動軸とに接続され、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する手段であり、
前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能な手段である
自動車。
前記始動発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と回転軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項６記載の自動車。