JP5104541B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１及び２に提案されている。特許文献１には、降坂完了までに得られるであろう回生エネルギーを予測して、登坂時の走行を制御する技術が提案されている。また、特許文献２には、高度情報を含む道路情報に基づきバッテリのＳＣＯ増分を演算して、バッテリ放電量を制御する技術が提案されている。

特開平１１−８９０９号公報 特開２００１−１６９４０８号公報

しかしながら、上記した特許文献１及び２には、下り坂に引き続いて上り坂があり、途中に信号や目的地などがなく、止まらずに進行し続けるような場合に、エネルギー効率が最適となるように制御を行うことについては記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、下り坂を下った後に上り坂を上ることとなる場合に、効率良く制御を行うことが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、を有するハイブリッド車両に適用される制御装置は、下り坂を下った直後に上り坂を上ることとなる走行路を走行する場合において、当該走行路を走行する際のエネルギー効率が最適となるように、前記下り坂を下る際の前記モータジェネレータによる回生トルクを計算する回生トルク計算手段を備え、前記回生トルク計算手段は、前記下り坂の走行時におけるポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーが最も効率良く使用されるように、前記回生トルクを計算する。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、内燃機関と、モータジェネレータと、モータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、を有するハイブリッド車両に好適に適用される。具体的には、回生トルク計算手段は、下り坂を下った直後に上り坂を上ることとなる走行路を走行する場合において、当該走行路を走行する際のエネルギー効率が最適となるように、下り坂を下る際のモータジェネレータによる回生トルクを計算する。詳しくは、回生トルク計算手段は、下り坂の走行時におけるポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーが最も効率良く使用されるように、回生トルクを計算する。これにより、下り坂を下った後に上り坂を上ることとなる場合に、効率良く回生制御を行うことが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様では、前記回生トルク計算手段は、前記下り坂を走行中の車速が所定範囲内にある場合にのみ、前記回生トルクを計算する。この場合、車速が例えば制限速度以下である場合にのみ、回生トルクを計算する。これにより、ドライバが下り坂でブレーキを踏むことにより、予定する効率にてエネルギー回収できないといった不具合の発生を抑制することが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置において好適には、前記回生トルク計算手段は、エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳと前記回生トルクに相当するエンジンブレーキトルクｔａとの関係を表した式（１）に基づいて、前記エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳの下限値を前記エンジンブレーキトルクｔａで選択することで、前記回生トルクを求める。

式（１）において、「Ｋ_１＝１／２ρＣ_ｄＡ」であり、「Ｋ_２＝ＭｇＣ_ｔｉｒｅ」であり、「Ｋ_３＝Ｍｇｓｉｎθ」であり、「ρ」は空気密度であり、「Ｃ_ｄ」は空気抵抗の係数であり、「Ａ」は前記ハイブリッド車両の前面投影面積であり、「Ｍ」は前記ハイブリッド車両の車重であり、「ｇ」は重力加速度であり、「Ｃ_ｔｉｒｅ」はころがり抵抗係数であり、「θ」は前記下り坂の勾配の角度であり、「ｖ」は前記ハイブリッド車両の車速であり、「ｒ」はタイヤ半径であり、「Ｃ_ｅｆ」は前記ハイブリッド車両の車軸から前記バッテリまでのエネルギー伝達効率である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両１００の概略構成図を示す。なお、図１中の破線矢印は、信号の入出力を示している。

ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、車軸２と、駆動輪３と、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、動力分割機構４と、インバータ５と、バッテリ６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、を備える。

車軸２は、エンジン１及びモータジェネレータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン１は、ガソリンエンジンなどによって構成され、ハイブリッド車両１００の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ２０によって種々の制御が行われる。具体的には、ＥＣＵ２０は、エンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。

モータジェネレータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いはモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン１の出力により発電を行う。モータジェネレータＭＧ１は、例えば制動時（減速時）などにおいて回生ブレーキとして機能して、回生運動を行うことで電力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。動力分割機構４は、プラネタリギヤ（遊星歯車機構）に相当し、エンジン１の出力をモータジェネレータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成されている。

インバータ５は、バッテリ６と、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５は、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いはモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力をそれぞれモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給することが可能に構成されている。

バッテリ６は、モータジェネレータＭＧ１及び／又はＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、モータジェネレータＭＧ１及び／又はＭＧ２が発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ２０は、本発明におけるハイブリッド車両の制御装置に相当し、回生トルク計算手段として機能する。

［制御方法］
以下で、本実施形態においてＥＣＵ２０が行う制御について説明を行う。

本実施形態では、ＥＣＵ２０は、下り坂に引き続いて上り坂があり、途中に信号や目的地などがなく、止まらずに進行し続けるような際に、エネルギー効率が最適となるように、下り坂を下る際のモータジェネレータＭＧ１による回生トルクを計算する。具体的には、ＥＣＵ２０は、下り坂の走行時におけるポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーが最も効率良く使用されるように、回生トルクを計算し（以下では、このような回生トルクを「最適回生トルク」とも呼ぶ。）、当該最適回生トルクに基づいてモータジェネレータＭＧ１などに対する制御を行う。こうするのは、上記のような走行路を走行する場合には、必ずしも、通常通りの回生を行ってポテンシャルエネルギーを電気変換してバッテリ６に充電しないほうが効率が良い場合などがあるからである。このような本実施形態に係る制御によれば、下り坂を下った後に上り坂を上ることとなる場合に、ポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーを効率良く使用して制御を行うことが可能となる。

ここで、図２及び図３を参照して、上記のようにして最適回生トルクを計算する理由について具体的に説明する。

図２は、本実施形態に係る制御が実行されるような走行路の一例を示している。具体的には、下り坂に引き続いて上り坂があり、途中に信号や目的地などがなく、止まらずに進行し続けるような走行路を示している。

図３は、図２に示すような走行路を走行した場合の車速の変化の一例を示している。具体的には、図３の上にはエンジンブレーキトルクを示し、図３の下には図３の上に示すようなエンジンブレーキトルクを付与した場合の車速の変化を示している。この場合、横軸には走行距離（走行時間）を示している。詳しくは、図３中の破線は、エンジンブレーキトルクを概ね「０」に設定した場合のグラフの一例を示している。つまり、破線は、エンジンブレーキトルクを付与せずに、惰性で下り坂を下り、上り坂を登った場合のグラフを示している。一方、図３中の太実線は、エンジンブレーキトルクを「ＥＢ」に設定した場合のグラフの一例を示している。このエンジンブレーキトルクＥＢは、モータジェネレータＭＧ１を回生させることで発生される負トルクに相当する。

ここで、上記のような下り坂を下った直後に上り坂を上ることとなる走行路（図２参照）を走行する場合に発生する損失について説明する。まず、下り坂で回生することで得られた電力を用いて上り坂を上る場合に発生する損失について説明する。具体的には、下り坂を下る際にアクセルオフされることで、モータジェネレータＭＧ１を回生する（具体的には、モータジェネレータＭＧ１を回生することで、エンジンブレーキトルクに相当する負トルクを付与する）ことで得られた電力をバッテリ６に充電し、このようにバッテリ６に充電された電力をそのまま用いて上り坂を上る場合に発生する損失について説明する。この場合には、ギヤ効率やモータ効率やバッテリ効率などの影響に起因するエネルギー損失が発生するものと考えられる。

詳しくは、下り坂を下る際にモータジェネレータＭＧ１の回生によって得られた発電電力量Ｐ_ｂをバッテリ６に充電して、このように充電された電力を将来上り坂を上る際に使用する場合には、車軸２からバッテリ６までのエネルギー伝達効率Ｃ_ｅｆを用いると、以下の式（２）で表されるエネルギー損失Ｐ_ＬＯＳＳが発生する。

式（２）は、車軸２からバッテリ６へエネルギーが伝達される際、及びバッテリ６から車軸２へエネルギーが伝達される際の両方において、損失が発生することを示している。なお、エネルギー伝達効率Ｃ_ｅｆは、ギヤ効率やモータ効率やバッテリ効率などによって規定される。

次に、下り坂を下る際に、上記のようにエンジンブレーキトルクに相当する負トルクを付与せずに、惰性で下り坂を下った場合に発生する損失について説明する。惰性で下り坂を下った場合には車速が増加することとなるが、このように車速が増加する場合には、車速の増加が０である場合と比較すると、以下の式（３）で表される量だけ走行抵抗が増加するため、この増加分だけエネルギー損失が増加すると言える。

式（３）において、「ρ」は空気密度であり、「Ｃ_ｄ」は空気抵抗の係数であり、「Ａ」はハイブリッド車両１００の前面投影面積であり、「ｖ」は車速であり、「Ｍ」はハイブリッド車両１００の車重であり、「ｇ」は重力加速度であり、「Ｃ_ｔｉｒｅ」はころがり抵抗係数であり、「Ｋ」は「タイヤ半径×回転数」である。

以上のような理由より、本実施形態では、下り坂に引き続いて上り坂があり、途中に信号や目的地などがなく、止まらずに進行し続けるような際に、上記した式（２）及び式（３）を考慮して、最適回生トルクを決定する。つまり、下り坂の走行時におけるポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーが最も効率良く使用されるように、最適回生トルクを決定する。

次に、上記した最適回生トルクの求め方について、より具体的に説明する。まず、下り坂を下る際にハイブリッド車両１００に付与される力（言い換えると抵抗）について考える。この場合には、ハイブリッド車両１００には、式（４）で表される空気抵抗、式（５）で表されるころがり抵抗、式（６）で表される勾配抵抗、式（７）で表されるエンジンブレーキトルクによる抵抗が付与される。

式（６）において、「θ」は勾配の角度であり、式（７）において、「ｔａ」はエンジンブレーキトルクであり（車軸２に付与されるトルクに対応する）、「ｒ」はタイヤ半径である。なお、「ｔａ」は、モータジェネレータＭＧ１を回生することで発生する負トルクに対応する、つまり回生トルクに対応する。

ここで、上記した式（４）、式（５）、式（６）をそれぞれ「Ｋ_１」、「Ｋ_２」、「Ｋ_３」と表記すると、これらを用いることで、下り坂を下る際のハイブリッド車両１００における運動方程式は、以下の式（８）で表される。

式（８）において、「Ｋ_１＝１／２ρＣ_ｄＡ」であり、「Ｋ_２＝ＭｇＣ_ｔｉｒｅ」であり、「Ｋ_３＝Ｍｇｓｉｎθ」であり、「α」はハイブリッド車両１００の加速度である。

次に、微小時間後の車速を「ｖ’」とすると、当該車速ｖ’は以下の式（９）で表される。また、このような微小時間後に増加する損失は、式（８）及び式（９）より、以下の式（１０）で表される。

ここで、式（１０）中における大括弧内の部分（つまり「Ｋ」を除いた部分）をエネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳと定義すると、当該エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳは以下の式（１１）で表される。

式（１１）においては、式（１０）中の大括弧内の数式を、上記した式（８）及び式（９）を用いて整理する作業が行われている。これにより、式（１１）の最終段に示すように、エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳがエンジンブレーキトルクｔａにより表現される。

このような式（１１）を用いることで、最適なエンジンブレーキトルクが決定される。具体的には、エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳの下限値をエンジンブレーキトルクｔａとして選択する。例えば、エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳの下限値を設定することにより、当該下限値が得られるエンジンブレーキトルクｔａを、最適なエンジンブレーキトルクとして決定することができる（なお、当該エンジンブレーキトルクは、前述した最適回生トルクに対応する）。このように決定されたトルクを用いることで、下り坂を下った後に上り坂を上ることとなる場合に、効率良く制御を行うことが可能となる。

なお、上記したような制御は、車速が所定範囲内にある場合にのみ実行することが望ましい。具体的には、ドライバが下り坂でブレーキを踏んだ場合には、予定する効率にてエネルギー回収できない可能性があるため、車速が制限速度以下である場合にのみ、前述したような最適回生トルクに基づいた制御を実行する。

［制御処理］
次に、図４を参照して、本実施形態に係る制御処理について説明する。図４は、本実施形態に係る制御処理を示すフローチャートである。当該処理は、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、現在、ハイブリッド車両１００が下り坂を走行中であるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、ハイブリッド車両１００に設けられた加速度センサなどの出力に基づいて当該判定を行う。下り坂を走行中である場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０２に進み、下り坂を走行中でない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、下り坂の後に上り坂になるか否か、つまり下り坂に引き続いて上り坂があるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、ハイブリッド車両１００に搭載されたナビゲーション装置から供給される情報（高度情報など）に基づいて、当該判定を行う。下り坂の後に上り坂になる場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進み、下り坂の後に上り坂にならない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、車速が所定範囲内にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、車速が、現在走行中の走行路における制限速度以下であるか否かを判定する。当該判定を行っているのは、車速が制限速度以下である場合にのみ、最適回生トルクを求める処理（ステップＳ１０４）を実行し、車速が制限速度よりも高い場合には、最適回生トルクを求める処理を実行しないためである。こうしているのは、車速が制限速度より高い場合には、ドライバがブレーキを踏むことで、予定する効率にてエネルギー回収できない可能性があるからである。なお、制限速度などの情報は、例えばハイブリッド車両１００に搭載されたナビゲーション装置から取得される。車速が所定範囲内にある場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０４に進み、車速が所定範囲内にない場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、下り坂に引き続いて上り坂になる走行路を走行する際のエネルギー効率が最適となるように、下り坂を下る際のモータジェネレータＭＧ１の回生トルク（最適回生トルク）を計算する。具体的には、ＥＣＵ２０は、前述した式（１１）に基づいて、最適回生トルクを計算する。そして、処理は当該フローを抜ける。この後、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４で計算された最適回生トルクに基づいて、モータジェネレータＭＧ１などに対する制御を行う。

以上説明した制御処理によれば、下り坂を下った後に上り坂を上ることとなる場合に、効率良く制御を行うことが可能となる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図を示す。 本実施形態における制御が実行されるような走行路の一例を示す。 エンジンブレーキトルクと車速の変化との関係の一例を示す。 本実施形態に係る制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 駆動軸
３ 駆動輪
４ 動力分割機構
５ インバータ
６ バッテリ
２０ ＥＣＵ
ＭＧ１、ＭＧ２ モータジェネレータ
１００ ハイブリッド車両

Claims (3)

1. エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータとの間で電力の授受を行うバッテリと、を有するハイブリッド車両に適用される制御装置であって、
   下り坂を下った直後に上り坂を上ることとなる走行路を走行する場合において、当該走行路を走行する際のエネルギー効率が最適となるように、前記下り坂を下る際の前記モータジェネレータによる回生トルクを計算する回生トルク計算手段を備え、
   前記回生トルク計算手段は、前記下り坂の走行時におけるポテンシャルエネルギー及び速度エネルギーが最も効率良く使用されるように、前記回生トルクを計算することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記回生トルク計算手段は、前記下り坂を走行中の車速が所定範囲内にある場合にのみ、前記回生トルクを計算する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記回生トルク計算手段は、エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳと前記回生トルクに相当するエンジンブレーキトルクｔａとの関係を表した式（１）に基づいて、前記エネルギー損失Ｆ_ＬＯＳＳの下限値を前記エンジンブレーキトルクｔａで選択することで、前記回生トルクを求め、
   

   

   
   式（１）において、「Ｋ_１＝１／２ρＣ_ｄＡ」であり、「Ｋ_２＝ＭｇＣ_ｔｉｒｅ」であり、「Ｋ_３＝Ｍｇｓｉｎθ」であり、「ρ」は空気密度であり、「Ｃ_ｄ」は空気抵抗の係数であり、「Ａ」は前記ハイブリッド車両の前面投影面積であり、「Ｍ」は前記ハイブリッド車両の車重であり、「ｇ」は重力加速度であり、「Ｃ_ｔｉｒｅ」はころがり抵抗係数であり、「θ」は前記下り坂の勾配の角度であり、「ｖ」は前記ハイブリッド車両の車速であり、「ｒ」はタイヤ半径であり、「Ｃ_ｅｆ」は前記ハイブリッド車両の車軸から前記バッテリまでのエネルギー伝達効率である請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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