JP5880533B2

JP5880533B2 - 車両制御装置

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Publication number: JP5880533B2
Application number: JP2013258098A
Authority: JP
Inventors: 亨裕宮下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP2015116085A; WO2015087516A3; WO2015087516A2

Description

本発明は、車両の制御に関する。

自動車は、通常、発電をするオルタネータを搭載する。オルタネータの発電は、エンジントルクや自動車の惰性を利用して実行される。燃費の改善のためには、自動車の惰性（運動エネルギー）を利用した発電を適切に実行し、車両の惰性を電力として回生することが有効である。このように、惰性を用いて発電を実行すると、車両が減速する。

自動車の惰性を用いる発電において、現在の減速度と目標減速度との差分に対応する負トルクが発生するようにオルタネータを制御する手法が知られている。目標減速度の算出は、現在の減速度、スロットルの開度などに基づき実行される（例えば特許文献１）。

特開２０１０−２８８３４３号公報

上記の先行技術が有する課題は、運転者が惰性走行時に違和感を覚えやすいことである。惰性走行とは、アクセルペダルもブレーキペダルも踏み込まれていない状態における走行のことである。運転者は、惰性走行の際に減速が強すぎると違和感を覚えて、アクセルペダルを踏むことがある。アクセルペダルが踏まれると、惰性走行の場合に比べて燃費が悪化する。一方、惰性走行の際に減速が弱すぎると、運転者が空走感を覚えることがある。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、車両制御装置が提供される。この車両制御装置は、車両の走行に伴うエネルギーを電力として回生する回生装置と；前記車両が惰性走行している場合の減速度の目標値を、前記車両の速度である車速に応じて決定する目標減速度決定部と；前記車両が惰性走行している際、前記回生装置を制御することによって、前記減速度を前記決定された目標値に近づける減速度制御を実行する減速度制御部とを備える。この形態によれば、惰性走行時における減速が引き起こす違和感が軽減される。この違和感は、車速に応じて変化すると考えられる。よって、減速度を車速に基づき制御することによって、違和感を軽減することが可能になる。

（２）上記形態において、前記車両に設けられたアクセルペダルとブレーキペダルとの両方共が踏み込まれていない場合に、前記車両が惰性走行していると判断してもよい。この形態によれば、惰性走行であるかの判断が容易に実行できる。

（３）上記形態において、前記目標減速度決定部は、許容減速度と前記車速とについて予め定められた関係を参照することによって前記車速に応じた前記許容減速度を取得し、前記取得した許容減速度を前記目標減速度として決定してもよい。この形態によれば、算出等を都度しなくても、違和感が軽減されるような目標減速度を決定できる。許容減速度とは、運転者が違和感を覚えにくい範囲内で定められた減速度の値のことである。

（４）上記形態において、前記回生装置は、オルタネータであり、前記車両に搭載されたエンジンの回転軸に連結されてもよい。この形態によれば、既存のハードウエア構成を用いて、上記の制御を実現できる。

（５）上記形態において、前記減速度制御部は；前記オルタネータの回生によって発生する負トルクの目標値を、前記車両に搭載されたエンジンの回転数と、前記車両の車重と、前記車速との少なくとも何れか１つを考慮して決定する目標負トルク決定部と；前記回生装置の制御として、前記負トルクを前記決定された目標値に近づけるオルタネータ制御部とを備えてもよい。この形態によれば、オルタネータを用いた減速度制御が適切に実行できる。

（６）上記形態において、前記オルタネータ制御部は、前記オルタネータに流れる励磁電流を、前記負トルクの目標値に基づき制御することによって、前記負トルクを前記決定された目標値に近づけてもよい。この形態によれば、オルタネータの負トルクの制御を、オルタネータの特性に応じて適切に実行できる。

（７）上記形態において、前記オルタネータ制御部は、前記励磁電流の制御として、前記励磁電流の上限値を設定してもよい。この形態によれば、違和感が生じるような大きな減速度が生じることを回避しつつ、オルタネータの特性に適した制御ができる。

（８）上記形態において、前記目標減速度決定部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記車速の増大に対して単調増加するように前記目標値を決定してもよい。この形態によれば、車両の制動がより適切になる。少なくとも一部の速度範囲において、速度が速い場合に、より大きな減速度で減速するからである。

（９）上記形態において、前記減速度制御部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記減速度を減少させる場合には、前記減速度を増大させる場合に比べて、時間に対して前記減速度が変化する割合の絶対値が大きくなるように前記減速度制御を実行してもよい。この形態によれば、減速度を減少させる場合に、減速度を目標値に近づけやすくなる。減速度の目標値は、少なくとも一部の速度範囲において速度の増大に対して単調増加するので、減速に連れて小さくなる。よって、減速度を減少させる場合は、増大させる場合よりも減速度が変化する割合の絶対値を大きくする方が、目標値に近づきやすくなる。

（１０）上記形態において、前記目標減速度決定部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記車速に対する前記減速度の変化率が、前記車速の増大に対して単調減少するように前記目標値を決定してもよい。この形態によれば、違和感がより軽減される。目標値の変化率が速度の増大に対して単調減少すれば、目標値が急激に変化することが避けられるので、上記効果を得ることができる。

（１１）上記形態において、前記減速度制御部は、前記減速度の時間に対する変化率を前記車速に応じて決定し、前記決定した変化率に基づき前記減速度制御を実行してもよい。この形態によれば、違和感が更に軽減されるような減速度制御が実現しやすくなる。

本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、減速制御方法や、この制御方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。

減速制御処理に関係する構成部品を示すブロック図。減速制御処理を示すフローチャート。全体許容減速度および許容減速度並びに車速の関係を例示するグラフ。アクセルオフの場合における実減速度と時間との関係を例示するグラフ。ブレーキオフの場合における実減速度と時間との関係を例示するグラフ。許容減速度と車速との関係を例示するグラフ（変形例１，２）。車速に対する実減速度の変化率と車速との関係を例示するグラフ（変形例３）。車速に対する実減速度の変化率と車速との関係を例示するグラフ（変形例４）。車速に対する実減速度の変化率と車速との関係を例示するグラフ（変形例５）。

図１は、４輪自動車の構成部品のうち、後述する減速制御処理に関係するものを示すブロック図である。図１は、エンジンＥＣＵ３０と、オルタネータ４０と、ベルト４５と、バッテリ５０と、エンジン６０と、トランスミッション７０と、ドライブシャフト７５、駆動輪８０と、センサ群９０とを示す。センサ群９０は、アクセルストロークセンサ９１と、ブレーキストロークセンサ９２と、スロットルセンサ９３と、車輪速センサ９４と、車速センサ９５と、バッテリセンサ９６とを含む。

エンジンＥＣＵ３０は、アクセルペダル（図示しない）のストローク量（踏み込み量）などに応じて、エンジン６０に制御信号を入力する。エンジン６０は、周知の内燃機関であり、エンジンＥＣＵ３０から入力される制御信号に従ってトルクを発生する。エンジン６０によって発生したトルクは、トランスミッション７０及びドライブシャフト７５を介して、駆動輪８０に伝えられる。エンジンＥＣＵ３０は、エンジン６０の回転数やトルクを示す値をエンジン６０から取得する。

エンジン６０によって発生したトルクは、ベルト４５を介して、オルタネータ４０の回転子（図示しない）を回転させる。オルタネータ４０は、回転子の回転によって発電する。オルタネータ４０の回転子は、発電中、負トルクを発生させる。このようにオルタネータ４０による発電は、エンジン６０に負荷を掛けるので、トランスミッション７０を介して駆動輪８０の回転数を低下させ、車速の減少を引き起こす。オルタネータ４０によって発電された電力は、バッテリ５０に蓄電される。バッテリ５０に蓄電された電力は、自動車に搭載された電子機器などに供給される。

オルタネータ４０の発電は、エンジンＥＣＵ３０の制御に従って実行される。具体的には、エンジンＥＣＵ３０は、エンジン６０の回転数やバッテリ５０の残容量等に基づき、発電電圧と励磁電流の制限値とを決定して、オルタネータ４０に指示する。オルタネータ４０は、指示された発電電圧による発電を実行する。この際、オルタネータ４０は、実際に流れる励磁電流が、指示された制限値を超えないように、制御を実行する。この制御は、オルタネータ４０に組み込まれた制御回路によって実現される。オルタネータ４０は、実際の励磁電流と発電電圧との値を、エンジンＥＣＵ３０に入力する。

アクセルストロークセンサ９１は、アクセルペダルのストローク量を測定する。ブレーキストロークセンサ９２は、ブレーキペダル（図示しない）のストローク量を測定する。スロットルセンサ９３は、エンジン６０の吸気を調整するためのバルブ（図示しない）の開度を測定する。車輪速センサ９４は、駆動輪８０の回転周期を示すパルス信号を取得し、駆動輪８０の回転速度を測定する。

車速センサ９５は、車輪速センサ９４による測定結果や、ＧＰＳによる位置情報などに基づき、自動車の走行速度を測定する。バッテリセンサ９６は、バッテリ５０から取得する端子電圧の値に基づき、バッテリ５０の残容量を推定する。以上に述べたセンサ群９０による測定結果は、エンジンＥＣＵ３０に入力される。

図２は、減速制御処理を示すフローチャートである。減速制御処理は、エンジンＥＣＵによって実行される処理であり、アクセルペダルとブレーキペダルとの両方のストローク量がゼロになった（惰性走行に移行した）ことを契機に開始される。なお、エンジンＥＣＵ３０は、減速制御処理の開始後にアクセルペダルとブレーキペダルとの少なくとも何れか一方のストローク量がゼロよりも大きくなったことを検出した場合、減速制御処理を直ちに終了して通常の制御に移行する。

初めに、目標減速度を決定する（ステップＳ１００）。目標減速度とは、オルタネータ４０の負トルクを原因とした減速度の目標値のことである。減速度とは、車速を微分して得られる値（ｍ／ｓ²）であり、減速している場合に正の値を取る。目標減速度は、車速に対して予め定められており、その関係はエンジンＥＣＵ３０に記憶されている。

図３は、全体許容減速度および許容減速度、並びに車速の関係を例示するグラフである。全体許容減速度とは、運転者が違和感を覚えない減速度の最大値であり、官能試験によって決定される。運転者は、惰性走行への移行後、減速度が大きすぎると違和感を覚える。本実施形態における全体許容減速度は、車速が大きくなるに連れて大きくなるという知見に基づき、車速の関数として決定した。

図３に示されるように、本実施形態における全体許容減速度を示す曲線Ｔは、対数的に変化する。つまり、曲線Ｔは、単調増加かつ上に凸の曲線であり、曲線Ｔの変化率は、車速が増大するに連れて小さくなる。

図３における曲線Ａは、オルタネータ４０による許容減速度を示す。許容減速度とは、オルタネータ４０による減速度に割り当てることができる最大値のことである。減速制御処理が実行されるのは、先述したように惰性走行の間である。惰性走行の際は、できるだけオルタネータ４０の負トルクを増大させて、発電量を増大させることが好ましい。但し、惰性走行の間に減速の原因となるのは、オルタネータ４０の負トルク以外にも、エンジン６０の負トルクや駆動輪８０の路面抵抗などがある。そこで、全体許容減速度からオルタネータ４０以外を原因とする減速度を引いた値を、オルタネータ４０による許容減速度として定める。

図３に示されるように、車速がＶｍ以下の場合、許容減速度はゼロに設定される。車速がＶｍ以下の場合にオルタネータ４０による負トルクが発生すると、エンジンストールを引き起こす可能性が高くなるからである。

ステップＳ１００において設定される目標減速度は、現在の車速と、図３に示された関係とから定まる許容減速度の値である。

続いて、目標負トルクを決定する（ステップＳ２００）。目標負トルクとは、許容減速度を実現するためのオルタネータ４０による負トルクの値のことである。オルタネータ４０による減速度Ｄは、次の式（１）によって表される。
Ｄ＝（Ｔａ×ＮＥ）／（Ｗ×Ｖ）…式（１）
Ｔａはオルタネータ４０による負トルク（Ｎｍ）、ＮＥはエンジン回転数（ｒ／ｓ）、Ｗは車重（ｋｇ）、Ｖは車速（ｍ／ｓ）を示す。よって、オルタネータ４０による負トルクは、次の式（２）によって表される。
Ｔａ＝（Ｄ×Ｗ×Ｖ）／ＮＥ…式（２）

式（２）の車速Ｖに車速センサ９５から取得した車速の値を、減速度Ｄに目標減速度を、車重Ｗに固定値を、エンジン回転数ＮＥにエンジン６０から取得した値をそれぞれ代入することによって、目標負トルクＴａが算出される。車重Ｗの固定値は、エンジンＥＣＵ３０に記憶されている。

次に、励磁電流の目標制限値を決定する（ステップＳ３００）。励磁電流の目標制限値については、後述するステップＳ４００において用いられる値である。この決定は、予め記憶しているマップに、ステップＳ２００において算出した目標負トルクと、指示している発電電圧と、現在のエンジン回転数とを入力することによって実行される。

続いて、励磁電流の制限値として実際に指示する値（以下「指示値」という）を、ステップＳ３００において決定した目標制限値に近づける（ステップＳ４００）。ステップＳ４００は、指示値が現在の値から滑らかに変化するように、所定時間に渡って実行される。

図４は、オルタネータ４０による実際の減速度（以下「実減速度」という）と時間との関係を例示するグラフであり、アクセルペダルのストローク量がゼロになったこと（以下「アクセルオフ」という）を契機に減速制御処理が開始された場合を示す。

時刻Ｔａ１は、ステップＳ４００が開始された時刻である。目標減速度Ｄａ１は、時刻Ｔａ１に対応する目標減速度である。通常、アクセルオフの場合は、図４に示されるように、時刻Ｔａ１における実減速度Ｄｔａ１は、目標減速度Ｄａ１よりも小さい。但し、アクセルオフの場合に、必ずこのような関係になる訳ではない。本実施形態における目標減速度は、車速に応じて決定されるものであって、ペダル操作に応じて決定されるものではないからである。後述するブレーキ操作の場合についても同様である。

図４に例示された関係の場合、実減速度を目標減速度に近づけるために、ステップＳ４００において指示値を増大させる。この際、急激に実減速度が大きくならないように、所定時間に渡って指示値を増大させる。この結果として、実減速度は、図４に示されるように、所定の変化率で直線的に増大する。

次に、実減速度が目標に収束したかを判定する（ステップＳ５００）。具体的には、実減速度が目標減速度に対して所定の誤差内（例えば±１０％）であるかを判定する。実減速度が目標に収束した場合（ステップＳ５００、ＹＥＳ）、減速制御処理を終える。実減速度が目標に収束していない場合（ステップＳ５００、ＮＯ）、ステップＳ１００〜Ｓ４００を繰り返す。

図４における時刻Ｔａ２は、２回目のステップＳ４００が開始された時刻である。時刻Ｔａ２における実減速度Ｄｔａ２は、前回のステップＳ４００によって、実減速度Ｄｔａ１よりも大きくなったものの、依然、時刻Ｔａ２における目標減速度Ｄａ２よりは小さい。よって、引き続き実減速度が大きくなるように、ステップＳ４００において指示値を大きくする。なお、目標減速度Ｄａ２は、時刻Ｔａ１から時刻Ｔａ２の間に車速が減少するので、図３に示された関係に基づき、目標減速度Ｄａ１よりも小さな値になる。

時刻Ｔａ３においても、時刻Ｔａ２と同様に、実減速度が大きくなる。時刻Ｔａ４において実減速度は、目標減速度Ｄａ４とほぼ同じ値になり、目標に収束する。よって、エンジンＥＣＵ３０は、減速制御処理を終了し、以後は通常の制御によって、オルタネータ４０を制御する。

図５は、ブレーキペダルのストローク量がゼロになったこと（以下「ブレーキオフ」という）を契機に減速制御処理が開始された場合における実減速度と時間との関係を例示するグラフである。

時刻Ｔｂ１は、１回目のステップＳ４００が実行された時刻である。時刻Ｔｂ１において実減速度Ｄｔｂ１は、目標減速度Ｄｂ１よりも大きい。よって、エンジンＥＣＵ３０は、実減速度が減少するように指示値を滑らかに小さくする。

実減速度を減少させる制御を実行する場合、時間の経過と共に実減速度が小さくなる一方で、目標減速度も時間の経過と共に小さくなる。そこで、実減速度を目標減速度に収束させるために、実減速度を増大させる場合よりも大きな絶対値の傾きによって実減速度を減少させる。

図５に示されるように、実減速度は、時刻Ｔｂ２，Ｔｂ３においても時刻Ｔｂ１と同様に減少し、時刻Ｔｂ４において収束する。エンジンＥＣＵ３０は、時刻Ｔｂ４以後、通常の制御に移行する。

以上に説明した実施形態によれば、運転者が覚える違和感を軽減することができる。本実施形態においては、目標減速度を車速に応じて変化させ、且つ、実減速度を目標減速度に対して滑らかに近づけるからである。このような手法によれば、例えば、アクセルオフ時に減速度が大き過ぎたり、ブレーキオフ時に減速度が小さすぎたりすることが回避される。さらに、惰性走行を開始後、実減速度が時間の経過に伴って大きくなり過ぎて、運転者が違和感を覚えるといったことが回避される。

加えて、目標減速度を車速に対して対数的に決定しているので、運転者の違和感がより軽減される。一般に人間は、物理量を対数的に知覚するので、このよう対数的な変化には、あまり違和感を覚えないからである。

本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

オルタネータによる許容減速度は、どのように規定されてもよい。例えば、車速の関数として、実施形態とは異なる関数によって規定されてもよい。図６は、変形例における許容減速度と車速との関係（以下「減速度−車速関係」という）を例示するグラフである。図６に示されるように変形例１は、減速度−車速関係が直線によって規定されている。変形例２は、減速度−車速関係が単調増加する３次関数によって規定されている。この他、減速度−車速関係は、単調増加でない曲線（例えば単調減少する曲線）で規定されてもよいし、下に凸の曲線によって規定されてもよいし、その他の曲線によって規定されてもよい。

車速に対する実減速度の変化率（以下、単に「変化率」という）は、実施形態とは異なり一定でなくてもよい。図７，図８及び図９は、変化率と車速との関係を例示するグラフであり、図７は変形例３，図８は変形例４，図９は変形例５の場合を示す。変化率の次元は、（ｍ／ｓ²）／（ｍ／ｓ）＝ｓ^-1である。図７，図８及び図９に示されるように、実施形態の場合は既に説明したように、変化率は、正の場合と負の場合とで、それぞれ一定の値を取る。

図７，図８及び図９に示されるように、変形例３，４，５における変化率は、車速が速度Ｖｍのときにゼロであること、値が正の場合は車速の増大に対して単調増加すること、及び値が負の場合は車速の増大に対して単調減少することは共通である。変形例３の場合、変化率は線形に変化する。変形例４の場合、３次曲線によって変化する。変形例５の場合、対数的に変化する。

この他、変化率は、車速に対して、どのように変化してもよい。車速がＶｍの場合における変化率はゼロでなくてもよいし、車速の増大に伴って変化率の絶対値が減少してもよい。

変化率は、車速以外の関数でもよい。例えば、減速制御処理を開始してからの経過時間の関数でもよい。或いは、ＰＩＤ制御などによって変化率を決定してもよい。
減速制御処理は、目標に収束した後も、続行してもよい。例えば、惰性走行が終了するまで続行してもよい。
回生装置としては、オルタネータでなくても、例えば、アシストモータでもよい。アシストモータとは、駆動輪や補機類（コンプレッサ等）などに供給するトルクの発生が可能なモータである。
目標減速度の決定を、ペダル操作に基づき実行してもよい。例えば、アクセルオフの場合とブレーキオフとの場合とで、異なるテーブルを参照してもよい。これらのテーブルは、許容減速度と車速との関係について異なる特性を有していてもよい。
以上に説明した減速制御を、自動車以外の輸送用機器、例えば、二輪車や電車などに適用してもよい。

３０…エンジンＥＣＵ
４０…オルタネータ
４５…ベルト
５０…バッテリ
６０…エンジン
７０…トランスミッション
７５…ドライブシャフト
８０…駆動輪
９０…センサ群
９１…アクセルストロークセンサ
９２…ブレーキストロークセンサ
９３…スロットルセンサ
９４…車輪速センサ
９５…車速センサ
９６…バッテリセンサ

Claims

車両の走行に伴うエネルギーを電力として回生する回生装置と、
前記車両が惰性走行している場合の減速度の目標値を、前記車両の速度である車速に応じて決定する目標減速度決定部と、
前記車両が惰性走行している際、前記回生装置を制御することによって、前記減速度を前記決定された目標値に近づける減速度制御を実行する減速度制御部と
を備え、
前記目標減速度決定部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記車速の増大に対して単調増加するように前記目標値を決定し、
前記減速度制御部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記減速度を減少させる場合には、前記減速度を増大させる場合に比べて、時間に対して前記減速度が変化する割合の絶対値が大きくなるように前記減速度制御を実行する
車両制御装置。
前記車両に設けられたアクセルペダルとブレーキペダルとの両方共が踏み込まれていない場合に、前記車両が惰性走行していると判断する
請求項１に記載の車両制御装置。
前記目標減速度決定部は、許容減速度と前記車速とについて予め定められた関係を参照することによって前記車速に応じた前記許容減速度を取得し、前記取得した許容減速度を前記目標減速度として決定する
請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置。
前記回生装置は、オルタネータであり、前記車両に搭載されたエンジンの回転軸に連結される
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の車両制御装置。
請求項４に記載の車両制御装置であって、
前記減速度制御部は、
前記オルタネータの回生によって発生する負トルクの目標値を、前記車両に搭載されたエンジンの回転数と、前記車両の車重と、前記車速との少なくとも何れか１つを考慮して決定する目標負トルク決定部と、
前記回生装置の制御として、前記負トルクを前記決定された目標値に近づけるオルタネータ制御部とを備える
車両制御装置。
前記オルタネータ制御部は、前記オルタネータに流れる励磁電流を、前記負トルクの目標値に基づき制御することによって、前記負トルクを前記決定された目標値に近づける
請求項５に記載の車両制御装置。
前記オルタネータ制御部は、前記励磁電流の制御として、前記励磁電流の上限値を設定する
請求項６に記載の車両制御装置。
前記目標減速度決定部は、前記車速の少なくとも一部の範囲において、前記車速に対する前記減速度の変化率が、前記車速の増大に対して単調減少するように前記目標値を決定する
請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の車両制御装置。
前記減速度制御部は、前記減速度の時間に対する変化率を前記車速に応じて決定し、前記決定した変化率に基づき前記減速度制御を実行する
請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の車両制御装置。