JP4311384B2 - ハイブリット車両の発電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリーズハイブリッド電気自動車などのハイブリッド車両の発電制御方法に関するものである。

従来、ハイブリット車両の発電システム制御方法としては、特許文献１に示すようなものが知られている。この制御方法は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）等により現道路状況を判定し、設定された所定の区間を走行する間、要求出力に基づいたエンジン回転数になるようにし、発電機の出力要求に対して応答性を高くしたものである。
特開２００２−２９５２８３号公報

しかしながら、従来の制御方法では、同時に複数の運転状態、すなわちエンジンなどに対して複数の出力要求があり、その各出力要求による制御特性が各々異なる場合、エンジン回転数の応答の変化により、不快な振動、あるいは振動に伴った不快な音が発生してしまうという不具合があった。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑みて創作されたものであり、同時に複数の運転状態すなわち出力要求があり、その各出力要求に応じた制御特性が各々異なる場合に、不快な振動を発生させないように発電制御を実施できるハイブリッド車両の発電制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、本発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、本発明は、エンジンの出力軸に接続されてそのエンジンにより発電する発電機と、前記発電機の出力により車輪を駆動する駆動モータと、前記エンジンの出力制御、前記発電機の出力制御、および前記駆動モータの駆動制御を行うシステム制御器と、を有するハイブリッド車両において、前記ハイブリッド車両の走行状態に変更がある場合に、その変更に応じて変更前に前記エンジンの回転数の目標値をあかじめ設定しておき、前記走行状態の変更が複数となって前記エンジンの出力制御が競合する場合には、その複数の走行状態に応じた前記エンジンの出力制御のうち相対的に出力応答性の高い所定の制御を適用するようにした。

本発明によれば、ハイブリッド車両の走行状態に変更がある場合に、その変更に応じて変更前にエンジンの回転数の目標値をあらかじめ設定しておくようにしたので、システム制御器からの出力要求に対して応答性を向上させることができる。
さらに、同時に複数の出力要求が競合する場合には、その複数の出力要求に応じたエンジンの出力制御のうち相対的に出力応答性の高い所定の制御を適用するようにしたので、システム制御器からの出力要求の応答性を満足し、且つ、不快な振動の発生を抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の発電制御方法が適用されるハイブリッド車両の実施形態を上面から見た概略図であり、図２はその制御系の概略構成を示すブロック図である。
この実施形態は、シリーズハイブリッド車両からなり、図１に示すように、発電用のエンジン１と、発電機２と、バッテリ３と、４つの駆動モータ４ａ〜４ｄと、エンジン制御器５と、車両制御器６と、ヨー制御器７と、システム制御器８と、車両速度センサ９と、方向指示器１０と、ブレーキセンサ１１とを備え、これらは車両上に搭載されている。

エンジン１は、その出力軸が発電機２の回転軸に接続され、発電機２を駆動するようになっている。発電機２は、エンジン１によって発電し、その電力をバッテリ３、駆動モータ４ａ〜４ｄ、エンジン制御器５、車両制御器６、ヨー制御器７、およびシステム制御器８などに供給するようになっている。
バッテリ３は、発電機２の出力により充電されるとともに、必要に応じて駆動モータ４ａ〜４ｄなどに駆動電力を供給するようになっている。駆動モータ４ａ〜４ｄは、各車輪を回転させるようになっている。また、駆動モータ４ａ〜４ｄは、発電機２からの出力によりそれぞれ動作し、システム制御器８により出力制御がそれぞれ行われるようになっている。エンジン制御器５は、システム制御器８から設定されるエンジン１の回転数の目標値（指令値）に基づき、その目標値になるようにエンジン１の回転数の制御などを行うようになっている。

車両制御器６は、車両の走行状態を検出する各種の検出器からの検出信号に基づき、車両の走行状態を推定し、この推定した車両の走行状態をシステム制御器８に出力するようになっている。このために、車両制御器６は、図示のように、車両速度を検出する車両速度センサ９からの検出速度、方向指示器１０からの方向指示信号、およびブレーキの操作を検出するブレーキセンサ１１からの検出信号を入力するようになっている。

ヨー制御器７は、左右駆動輪のブレーキユニット（摩擦制動装置）などを制御することにより車両の旋回制御を行うものであり、その旋回制御が必要な場合に、車両制御器６に対して旋回指令を行うようになっている。
システム制御器８は、発電機２の発電電力が指令値になるようにその出力制御を行うとともに、駆動モータ４ａ〜４ｄの各出力が指令値になるように駆動制御を行うようになっている。また、システム制御器８は、後述のように車両制御器６からの指示に従ってエンジン制御器５に回転数指令を出力し、同時に、エンジン１に対する出力要求が複数あってその出力要求が競合する場合には、所定の制御ロジックをエンジン制御器５に指令するようになっている。

次に、このような構成からなる実施形態における第１の発電制御方法について、図３のフローチャートなどを参照して説明する。
車両制御器６は、車両速度センサ９の検出速度、方向指示器１０の方向指示信号、およびブレーキセンサ１１の検出信号に基づき、車両の追い越しあるいは車線変更であるか否かの推定を行う（ステップＳ１）。
ここで、車両制御器６は、例えば、車両速度センサ９の検出速度が６０ｋｍ／ｈ以上、方向指示器１０の方向指示信号がオン、およびブレーキセンサ１１による検出信号がブレーキ操作なしの場合に、車両の追い越しあるいは車線変更と推定する。

ステップＳ１において、車両の追い越しあるいは車線変更と推定された場合には、車両制御器６は、現在のエンジン１の回転数では要求出力を発生することが不可能と判断し、システム制御器８へ高い応答性の出力要求をする。
この出力要求に応じて、システム制御器８は、車両が追い越しあるいは車線変更する前に、要求出力が発生可能なエンジン１の回転数指令をエンジン制御器５にあらかじめ指令（設定）する。
一方、上記の車両が追い越しあるいは車線変更の推定中に、車両制御器６は、ヨー制御器７から旋回制御の指令の有無を判定する（ステップＳ２）。

この判定の結果、旋回制御指令があると判定された場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、車両制御器６は、システム制御器８へ車両の旋回制御のための出力要求をする。この出力要求に応じて、システム制御器８は、要求出力が発生可能なエンジン回転数指令をエンジン制御器５に指令（設定）する。
この場合の要求出力応答性は、旋回制御は、旋回内輪の駆動モータが回生となり、外輪の駆動モータが駆動となる場合は、高い応答性の回生エネルギが得られるため、エンジン制御器５への出力応答性は、追い越しあるいは車線変更の制御の場合の出力応答性よりも低い帯域である。

このため、追い越しあるいは車線変更の制御に伴う要求出力と、旋回制御に伴う要求出力が同時に発生している場合には、その制御特性、すなわち応答性が違うことによるエンジンの振動を抑制する必要がある。
そこで、システム制御器８は、高い応答特性を有する追い越しあるいは車線変更の制御に伴う出力要求の制御ロジックをエンジン制御器５へ指令する。このため、エンジン制御器５によるエンジン１の出力制御は、高い応答特性を有する追い越しあるいは車線変更の制御が適用される（ステップＳ３）。

ここで、エンジン制御器５において、追い越しあるいは車線変更の制御の制御特性と、旋回制御の制御特性との一例を示すと、図５に示すようになる。図５から明らかのように、追い越しあるいは車線変更の制御の制御特性の方が、旋回制御の制御特性に比べて応答性が相対的に高いことがかる。
ステップＳ２において、旋回制御指令がなしと判定された場合には、システム制御器８は、エンジン制御器５が追い越しあるいは車線変更の制御を適用してエンジン１の出力制御を行うように、エンジン制御器５に対して指令する（ステップＳ４）。

ところで、車両の追い越しあるいは車線変更と推定されない場合には（ステップＳ１：ＮＯ）、その推定中に、車両制御器６は、ヨー制御器７から旋回制御の指令の有無を判定する（ステップＳ５）。
この判定の結果、旋回制御指令があると判定された場合には、車両制御器６はその旋回制御指令があった旨をシステム制御器８に通知すると、システム制御器８は、エンジン制御器５が旋回制御を適用してエンジン１の出力制御を行うように、エンジン制御器５に対して指令する（ステップＳ６）。一方、旋回制御指令がなしと判定された場合には、ステップＳ１に戻る。

以上のように、第１の発電制御方法によれば、車両走行状態から推定される出力に基づいて、あらかじめ推定出力を発生することが可能なエンジン回転数を設定しておくことにより、システム制御器８からの出力要求に対して応答性を向上させることができる。
さらに、同時に複数の出力要求があった場合、出力応答性の高い制御特性を有する制御ロジックを適用することにより、システム制御器８からの出力要求の応答性を満足し、且つ、不快な振動の発生を抑制することができる。

なお、上記の第１の発電制御方法では、複数の出力要求、すなわち追い越しあるいは車線変更による出力要求と旋回制御による出力要求の組合せの場合について説明した。
しかし、これらの組み合わせ以外にも、車両制御器５が道路状況が登坂路と判断し、登坂のための出力をシステム制御器８へ要求した場合にも同様であり、この場合には、高い応答特性を有する登坂の出力要求の制御ロジックをエンジン制御器５へ指令する。

次に、上記の構成からなる実施形態における第２の発電制御方法について、以下に説明する。
この第２の発電制御方法は、第１の発電制御方法と同様に、車両の追い越しあるいは車線変更による要求出力と、旋回制御による要求出力とが同時に発生している場合に、エンジンの振動を抑制、およびエンジンの燃料消費量を低減するために、システム制御器８は、低い応答特性を有する旋回制御の制御ロジックをエンジン制御器５へ指令するようにしたものである。

この時、追い越しあるいは車線変更による要求出力の応答性を満足するため、現在の車両走行状態を維持するための出力がバッテリ３の最大出力以下であれば、駆動モータ４ａ〜４ｂには、車両走行状態を維持するための出力をバッテリ３から供給し、残りのバッテリ３の可能な出力を利用し、発電機２を駆動するためのエネルギとすることにより、エンジン１の回転上昇に対して発電機２によりトルク付加するようにした。
例えば、一般的なハイブリット車両に搭載されているバッテリの最大出力が３０ｋｗで、６０ｋｍ／ｈ定常走行を維持するための出力が２０ｋｗとした場合に、残りの１０ｋｗをトルク付加に利用することによって、要求出力に対して高い応答性を実現することができる。

次に、第２の発電制御方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
車両制御器６は、車両速度センサ９の検出速度、方向指示器１０の方向指示信号、およびブレーキセンサ１１の検出信号に基づき、車両の追い越しあるいは車線変更であるか否かの推定を行う（ステップＳ１１）。
この結果、車両の追い越しあるいは車線変更と推定された場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、車両が追い越しあるいは車線変更する前に、それに応じてエンジン１の回転数の目標値をあらかじめ設定しておく。

一方、上記の車両が追い越しあるいは車線変更の推定中に、車両制御器６は、ヨー制御器７から旋回制御の指令の有無を判定する（ステップＳ１２）。
この判定の結果、旋回制御指令があると判定された場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、車両制御器６は、システム制御器８へ車両の旋回制御のための出力要求をする。この出力要求に応じて、システム制御器８は、要求出力が発生可能なエンジン回転数指令をエンジン制御器５に指令（設定）する。

上記の判定の結果、旋回制御指令がなしと判定された場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、システム制御器８は、エンジン制御器５が追い越しあるいは車線変更の制御を適用してエンジン１の出力制御を行うように、エンジン制御器５に対して指令する。
ところで、ステップＳ１１において、車両の追い越しあるいは車線変更と推定されない場合には、その推定中に、車両制御器６は、ヨー制御器７から旋回制御の指令の有無を判定する（ステップＳ１４）。この判定の結果、旋回制御指令があると判定された場合には、ステップＳ１５に進み、旋回制御指令がなしと判定された場合には、ステップＳ１１に戻る。

次に、ステップＳ１５では、バッテリ３の最大出力が現在の走行維持出力を上回っているか否かを判定する。この判定の結果、バッテリ３の最大出力が現在の走行維持出力を上回る場合にはステップＳ１６に進み、それを下回る場合にはステップＳ１７に進む。
ステップＳ１６では、システム制御器８は、エンジン制御器５が旋回制御を適用してエンジン１の出力制御を行うようにエンジン制御器５に対して指令すると同時に、発電機２の駆動切り替え、すなわちバッテリ３で発電機２を駆動するように制御する。一方、ステップＳ１７では、システム制御器８は、エンジン制御器５が旋回制御を適用してエンジン１の出力制御を行うように、エンジン制御器５に対して指令する。

以上のように、第２の発電制御方法によれば、同時に複数の出力要求があった場合、出力応答性の低い制御特性を有する制御ロジックを適用することにより、不快な振動の発生を抑制することができ、かつ、燃費を向上させることができる。
また、第２の発電制御方法によれば、同時に複数の出力要求があり、出力応答性の低い制御特性を有する制御ロジックを適用する場合に、システム制御器からの出力要求に対する応答性を確保するため、発電モータを発電から駆動に切り替え、エンジン回転数上昇に対してトルク付加することにより、応答性を向上させることができる。

なお、上記の第２の発電制御方法は、第１の発電制御方法と同様に、追い越しあるいは車線変更による出力要求と旋回制御による出力要求の組合せ以外にも、登坂による出力要求と旋回制御による出力要求の組合せにおいても適用できる。
図６（ａ）は、上記の第１の発電制御方法を適用した場合のエンジンの回転応答を示す。また、図６（ｂ）は、第１の発電制御方法を適用しない従来のエンジンの回転応答を示す。両者を比較すると、第１の発電制御方法を適用した場合のエンジンの回転応答が改善されることがわかる。
図７は、本発明の発電制御方法を実施いない場合のエンジンのトルク変動（振動成分）の大きさ、すなわち不快な振動の量を示す図である。

本発明の実施形態の上面概略図である 実施形態の制御系の構成例を示すブロック図である。 実施形態の第１の発電制御方法を説明するフローチャートである。 実施形態の第２の発電制御方法を説明するフローチャートである。 追い越しあるいは車線変更の制御の制御特性と、旋回制御の制御特性との一例を示す図である。 （ａ）は、第１の発電制御方法を適用した場合のエンジンの回転応答を示図図であり、（ｂ）は、第１の発電制御方法を適用しない従来のエンジンの回転応答を示す図である。 従来方法とエンジンのトルク変動例を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電機
３ バッテリ
４ａ〜４ｄ 駆動モータ
５ エンジン制御器
６ 車両制御器
７ ヨー制御器
８ システム制御器
９ 車両速度センサ
１０ 方向指示器
１１ ブレーキセンサ

Claims (3)

1. エンジンの出力軸に接続されてそのエンジンにより発電する発電機と、前記発電機の出力により車輪を駆動する駆動モータと、前記エンジンの出力制御、前記発電機の出力制御、および前記駆動モータの駆動制御を行うシステム制御器と、を有するハイブリッド車両において、
   前記ハイブリッド車両の走行状態に変更がある場合に、その変更に応じて変更前に前記エンジンの回転数の目標値をあかじめ設定しておき、
   前記走行状態の変更が複数となって前記エンジンの出力制御が競合する場合には、その複数の走行状態に応じた前記エンジンの出力制御のうち相対的に出力応答性の高い所定の制御を適用することを特徴とするハイブリッド車両の発電制御方法。
2. エンジンの出力軸に接続されてそのエンジンにより発電する発電機と、前記発電機の出力により車輪を駆動する駆動モータと、前記エンジンの出力制御、前記発電機の出力制御、および前記駆動モータの駆動制御を行うシステム制御器と、を有するハイブリッド車両において、
   前記ハイブリッド車両の走行状態に変更がある場合に、その変更に応じて変更前に前記エンジンの回転数の目標値をあかじめ設定しておき、
   前記走行状態の変更が複数となって前記エンジンの出力制御が競合する場合には、その複数の走行状態に応じた前記エンジンの出力制御のうち相対的に出力応答性の低い所定の制御を適用することを特徴とするハイブリッド車両の発電制御方法。
3. 前記制御方法は、前記発電機を発電から駆動への運転に変更する場合に適用されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の発電制御方法。

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