JP5899674B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
前記エンジンは、排気系に排気ガスを浄化する触媒を有し、燃料タンクからの燃料供給により駆動する。
前記モータは、少なくともバッテリからの電力供給により駆動輪を駆動する。
前記エンジン仕事量演算手段は、現在地から目的地までに必要なエネルギー量から、目的地までに消費される電気エネルギー量を除いた差により、現在地から目的地までの走行に必要なエンジン仕事量を推定演算する。
前記熱エネルギー量演算手段は、現在地から目的地に到達するまで浄化処理能力を維持できる触媒温度に保つのに前記触媒へ投入する必要がある熱エネルギー量を推定演算する。
前記エンジン運転制御手段は、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、推定演算された前記エンジン仕事量と前記熱エネルギー量に基づいて前記エンジンを運転制御する。
また、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、目的地までに必要なエネルギー量から目的地までに消費される電気エネルギー量を差し引いたエンジン仕事量に基づいてエンジンの運転制御が行われる。すなわち、現在地から目的地に到着するまでのエンジン総仕事量が、演算されたエンジン仕事量になるようにエンジンの運転制御が行われる。したがって、目的地で残しておく必要がある最小限の電気エネルギー量を目標エネルギー量とした場合、目的地に到着したとき、電気エネルギー量を目標エネルギー量まで使い切ることができる。
さらに、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、現在地から目的地に到達するまで浄化処理能力を維持できる触媒温度に保つのに触媒へ投入する必要がある熱エネルギー量に基づいてエンジンの運転制御が行われる。すなわち、現在地から目的地に到着するまでの熱エネルギー総量が、演算された熱エネルギー量になるようにエンジンの運転制御が行われる。したがって、現在地から目的地に到着するまでの間、浄化処理能力を維持できる触媒温度に保たれ、排気性能が維持される。
この結果、排気性能を維持しつつ、燃料消費量の増加抑制とランニングコストの向上を図ることができる。
実施例1のハイブリッド車両の制御装置の構成を、「全体システム構成」、「触媒暖機以外の要求によるエンジン運転制御構成」に分けて説明する。
図1は、実施例1の制御装置が適用されたシリーズ方式のプラグインハイブリッド車両の全体システム構成を示す。以下、図1に基づき、全体システム構成を説明する。
・充電ポート11を切り離し、発電モータ2と発電モータ用インバータ7を接続することで、バッテリ4の電力を使用するパターン。
・発電モータ2と発電モータ用インバータ7と充電ポート11を接続することで、充電ポート11とバッテリ4の双方の電力を使用するパターン。
・発電モータ用インバータ7を切り離し、発電モータ2と充電ポート11を接続することで、充電ポート11の電力を使用するパターン。
なお、各コントローラ20、21、22、23、24は、各種データを共有化できるように、情報交換が可能なCAN通信線30により接続されている。また、各コントローラ20、21、22、23、24は、プログラムを実行するプロセッサと、プロセッサによって実行されるプログラムを格納するメモリと、プロセッサに接続されたインターフェースと、を備える。
図2は、実施例1の車両統合コントローラ24において触媒暖機以外の要求によるエンジン運転制御処理の流れを示す(エンジン運転制御手段)。以下、触媒暖機以外の要求によるエンジン運転制御構成をあらわす図2の各ステップについて説明する。
ここで、「触媒暖機以外の要件」とは、例えば、駆動力要求が高い場合、バッテリ出力が温度や電圧制限で出力できない場合、エンジン始動を必要とする診断が行われた場合、エンジン始動スイッチ等があるときにその操作が行われた場合、等をいう。
ここで、排気浄化処理能力が確保できていないという判断は、エンジン1や触媒15の温度が低いときに行われる。つまり、エンジン1や触媒15の温度が、設定温度より低い場合には、触媒暖機を行う必要があるため、ステップS3以降のフローへ進む。
ここで、目的地情報や目的地までの距離が想定できる場合としては、例えば、ナビゲーションシステムに対し目的地がセットされた場合や、通勤パターンなどでドライバーの走行パターンが推測できる場合、等をいう。
「エネルギー量Edrive」とは、現在地から目的地までの走行に必要なエネルギー量をいい、目的地までの経路情報やエアコンや補機の電装負荷使用状況等により算出される。
「電気エネルギー量Ebat」とは、目的地で狙いとする目標バッテリSOCとなるように現在地から目的地までの間において消費したい電気エネルギーの量をいい、現在のバッテリSOCと目標バッテリSOCとの差により算出される。
「エンジン仕事量Eengine」とは、現在地から目的地まで走行するのに最低限必要なエンジン1で仕事すべき量をいい、図3に示すように、エネルギー量Edriveから電気エネルギー量Ebatを差し引いた差分により算出される(エンジン仕事量演算手段)。
「熱エネルギー量Ecat」とは、現在地から目的地に到達するまでの間、浄化処理能力が確保できる最低触媒温度を維持するため、触媒15へ投入すべきに必要な熱エネルギー量をいい、図4に示すように、目的地までの走行時間と外気温度により算出される(熱エネルギー量演算手段)。
ここで、触媒暖機制御とは、エンジン点火時期をリタードするなどにより、エンジン1の暖機を促進させる制御をいう。
すなわち、ステップS6での触媒暖機制御が終了した後、実施例1でのエンジン運転制御(ステップS7〜ステップS13)へ切り替えるようにしている。
ここで、熱エネルギー投入スケジュールを決定する際には、図5に示すように、エンジン停止状態であるときの触媒温度低下勾配が外気温と車速に影響されることを考慮し、現在の触媒温度から触媒の浄化機能が保たれる最低温度までに低下する時間t1あるいは時間t2を決める。そして、エンジン停止状態(下降勾配)とエンジン運転状態(上昇勾配)での触媒温度変化勾配により、図6に示すように、触媒への熱エネルギー投入スケジュールを決定する。この熱エネルギー投入スケジュールに基づいて、触媒への熱エネルギー投入域をエンジン運転域とし、触媒への熱エネルギー投入を要さないEV走行可能領域をエンジン停止領域とするエンジン運転スケジュールを決定する。
ここで、中間目標と現在実績とのギャップが演算された場合には、ギャップをなくすように、あるいは、ギャップを小さくするように、エンジン始動タイミングを変えたり、エンジン運転時のエンジン駆動負荷を変えたりする補正が実施される。
まず、「比較例の課題」の説明を行う。続いて、実施例1のプラグインハイブリッド車両の制御装置における作用を、「各エネルギー量の推定演算作用」、「エネルギーマネージメントによるエンジン運転制御作用」、「Eengine≦Ecatのときのエンジン運転制御作用」、「Eengine>Ecatのときのエンジン運転制御作用」に分けて説明する。
プラグインハイブリッド車両においては、バッテリSOCが多いCDモードのときは、エンジンを停止もしくはエンジンの駆動率を低くしEV走行をメインに行う。そして、あるところまでバッテリSOCが下がった後のCSモードになると、エンジンを始動し、エンジン運転もしくはエンジン駆動率を上げることで、バッテリSOCを保つといった動作を行うことが一般である。
例えば、負荷の低い走行を繰り返す渋滞走行のようなケースでは、繰り返されるエンジンの触媒暖機運転によって、バッテリへ余剰電力を充電することが想定される。
このケースが続くと、図7に示すように、触媒暖機を繰り返すことで、多く発電してしまい、電気エネルギーが使い切りたいバッテリSOCまで使え切れない可能性がある。
すなわち、目的地への到達時に、本来は極力電気エネルギーを使って、不足分をガソリン燃料とすることでランニングコストを下げたいのに対し、ガソリン駆動率が高くなることで、ランニングコストを上げてしまうことが懸念される(課題2)。
図2のステップS4では、実施例1のエネルギーマネージメントによるエンジン運転制御を実行していくのに必要な各エネルギー量が推定演算される。この演算では、適切にエネルギーマネージメントするために各エネルギー量の推定精度を高めておく必要がある。以下、これを反映する各エネルギー量の推定演算作用を説明する。
目的地までの走行距離や、推定車速プロフィール、勾配情報より走行するのに必要な理論エネルギー量を算出する。この値に、時間関数であるエアコンや補機消費の電装消費の必要エネルギーを加え、更に実際にはその車両固有にあるギア損失や、モータ・インバータ損失、ブレーキによる損失など発生しうる損失を加えて、目的地に到達するまでにトータルで必要なエネルギー量を算出する。
燃料代と電機代では、電気代のほうが安いため、目的地に着いた時は、狙いの目標バッテリSOCまで使い切れることがランニングコストの観点より好ましい。そのため、目的地までに使用したい電気エネルギー量Ebat(=バッテリエネルギー量)を、
(現在バッテリSOC−目的地での目標バッテリSOC)×電池容量
の式にて算出する。
目的地までの走行に必要なエネルギー量Edriveから、目的地までに使用したい電気エネルギー量Ebat(=バッテリエネルギー量)を差し引いた残りは、エンジン1が仕事しなければならない最低の仕事量であり、この値を算出する。
1回の触媒暖機に必要な触媒15への投入エネルギーは、予めその車両や触媒15に応じて、触媒浄化性能が確保するために必要なエネルギーを実験等で求めておけば良い。
実際には触媒暖機が終了した後に、エンジン停止によって触媒温度が低下していく。この触媒温度低下は、経過時間・車速・外気温等の主要パラメータで予測し、再度、触媒15へ投入すべきタイミングと投入エネルギー量を算出する(図5)。このことを繰り返すことで、目的地までに、触媒15へ投入すべきトータルエネルギー量を算出する(図6)。
更に好ましくは、停車時や低車速時は、エンジン1を極力停止したり低負荷にしたりしてEV感を演出したいこと、本来、CDモード相当でも同様に極力EV感を出したいこと、高速や交通量が多い暗騒音では、エンジン1を積極的に運転しても構わない。これらの要求や環境条件などを考慮して、触媒15へのエネルギー投入プロフィールを複数パターン作ることが好ましい。
上記のように、ハイブリッド車両において、排気性能維持を優先するエンジン運転制御を行うと燃料消費増加やランニングコストを上げることになり、ランニングコスト向上を優先するエンジン運転制御を行うと排気性能が維持できない。つまり、トレードオフの関係にある排気性能維持とランニングコストの向上を両立させる工夫が必要である。以下、これを反映するエネルギーマネージメントによるエンジン運転制御作用を説明する。
(a) エンジン運転制御が、CDモード中に触媒暖機以外の要件でエンジン始動したとき、触媒暖機制御が終了した後、エネルギーマネージメントにより行われる。
(b) エンジン運転制御が、エネルギー量Edriveから電気エネルギー量Ebatを差し引いたエンジン仕事量Eengineに基づいて行われる。
(c) エンジン運転制御が、熱エネルギー量Ecatに基づいて行われる。
まず、CDモード中は極力EV走行を行わせることを狙いとしているハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両においては、基本、エンジン暖機や触媒暖機により、車両起動後即エンジンを始動させることは行わない。
しかしながら、駆動力要求が高い場合、バッテリ出力が温度や電圧制限で出力できない場合、エンジン始動を必要とする診断が行われた場合、もしくは、エンジン始動スイッチ等があるときにその操作が行われた場合、等においては、エンジン始動がCDモードでも行われる。
このように暖機要件以外でエンジンが始動した際には、排気性能を保つため、触媒暖機制御等を実施し、触媒温度を上昇させる。その後、アイドルストップを行うと、エンジン停止にともない、触媒温度が低下し、触媒の浄化処理能力が悪化するため、比較例1,2の課題で述べたように、エンジンを再度始動させて触媒暖機を繰り返していた。
これに対し、実施例1では、CDモード中に触媒暖機要件以外の要件でエンジン始動したとき、触媒暖機制御が終了した後、エンジン仕事量Eengineと熱エネルギー量Ecatに基づくエネルギーマネージメントによりエンジン運転制御が行われる。
したがって、例えば、1回の触媒暖機運転によりエンジン仕事量Eengineと熱エネルギー量Ecatを満足させると、触媒暖機要求によるエンジン始動がない限り、目的地に到着するまでエンジンの再始動を行わなくてもよい。
このように、触媒暖機回数を、1回、もしくは、最小限の回数にすることで、繰り返し暖機制御運転による燃料消費量の増加が抑制される。
例えば、負荷の低い走行を繰り返す渋滞走行のようなケースでは、繰り返されるエンジンの触媒暖機運転によって、バッテリへ余剰電力を充電する。この場合、目的地への到達時に、電気エネルギーが使い切りたいバッテリSOCまで使え切れないで残ってしまい、ランニングコストを上げてしまう。
これに対し、実施例1では、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、目的地までに必要なエネルギー量Edriveから目的地までに消費される電気エネルギー量Ebatを差し引いたエンジン仕事量Eengineに基づいてエンジン1の運転制御が行われる。
すなわち、現在地から目的地に到着するまでのエンジン総仕事量が、演算されたエンジン仕事量Eengineになるようにエンジン1の運転制御が行われる。
したがって、目的地で残しておく必要がある最小限の電気エネルギー量を目標エネルギー量とした場合、目的地に到着したとき、電気エネルギー量を目標エネルギー量まで使い切ることができる。
例えば、目的地において狙いのバッテリ残量まで電力を効率的に使えるようにバッテリSOCの推移をモニターし、モータとエンジンの駆動比率を調整する場合、エンジン駆動率に、触媒温度推移の関係が考慮されていないため、実際の走行シーンによっては、触媒温度が低下し、排気性能が損なわれる。
これに対し、実施例1では、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、現在地から目的地に到達するまで浄化処理能力を維持できる触媒温度に保つのに触媒15へ投入する必要がある熱エネルギー量Ecatに基づいてエンジン1の運転制御が行われる。
すなわち、現在地から目的地に到着するまでの熱エネルギー総量が、演算された熱エネルギー量Ecatになるようにエンジン1の運転制御が行われる。
したがって、現在地から目的地に到着するまでの間、浄化処理能力を維持できる触媒温度に保たれ、排気性能が維持される。
実施例1では、エンジン運転制御を、Eengine≦EcatのときとEengine>Ecatのときとで切り分けている。以下、図2と図9に基づいて、触媒15へ投入するエネルギー量が最低必要なエンジン仕事量以上であるEengine≦Ecatのときのエンジン運転制御作用を説明する。
すなわち、図9(a)に示すようにEengine≦Ecatの場合、目的地まで不足するエネルギー量をまとめてエンジン発電運転により得るようにしている。この狙いは、触媒暖機終了後にエンジンを停止させることで、再度、触媒温度低下によるエンジン始動によるエネルギーロスや、煩わしさを極力抑えることにある。
実施例1では、エンジン運転制御を、Eengine≦EcatのときとEengine>Ecatのときとで切り分けている。以下、図2と図10に基づいて、触媒15へ投入するエネルギー量より最低必要なエンジン仕事量が大きいEengine>Ecatのときのエンジン運転制御作用を説明する。
したがって、常時、目標と現在のずれを把握し、エンジン始動タイミングやエンジン駆動負荷に対し補正をかけることになる。このため、刻々と変化する実際の交通環境下において、排気性能を維持しつつ、燃料消費量の増加抑制とランニングコストを向上するという狙いの効果を、より精度高く発揮することが可能となる。
実施例1のプラグインハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
少なくともバッテリ4からの電力供給により駆動輪6,6を駆動する駆動モータ3(モータ)と、
現在地から目的地までに必要なエネルギー量Edriveから、目的地までに消費される電気エネルギー量Ebatを除いた差により、現在地から目的地までの走行に必要なエンジン仕事量Eengineを推定演算するエンジン仕事量演算手段(ステップS4)と、
現在地から目的地に到達するまで浄化処理能力を維持できる触媒温度に保つのに前記触媒15へ投入する必要がある熱エネルギー量Ecatを推定演算する熱エネルギー量演算手段(ステップS4)と、
触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、推定演算された前記エンジン仕事量Eengineと前記熱エネルギー量Ecatに基づいて前記エンジン1を運転制御するエンジン運転制御手段(図2)と、
を備える。
このため、排気性能を維持しつつ、燃料消費量の増加抑制とランニングコストの向上を図ることができる。
このため、上記(1)の効果に加え、熱エネルギー量Ecatがエンジン仕事量Eengine以上であるとき、触媒暖機にためにエンジン始動が頻繁に繰り返されることを防止することができる。
このため、上記(2)の効果に加え、触媒暖機を含む最低必要なエンジン仕事量Eengineを1回のエンジン運転にまとめることで、その後、EV走行区間を確保することができる。
このため、上記(2),(3)の効果に加え、エンジン仕事量Eengineが熱エネルギー量Ecatより大きいとき、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動後、一貫したエンジンオンオフ制御へと切り替えることで、触媒温度の低下を未然に抑えることができる。
このため、上記(4)の効果に加え、エンジンオンオフ制御が、触媒浄化機能と最低必要なエンジン仕事量に基づいて決定されたエンジン運転スケジュールにより行われることで、高い排気性能の確保と、ランニングコストの向上と、の両立を図ることができる。
このため、上記(5)の効果に加え、触媒15の浄化処理能力を確保できる温度推移が精度良く見積もられることで、精度の高い熱エネルギー投入スケジュールを決定することができる。
このため、上記(4)〜(6)の効果に加え、刻々と変化する実際の交通環境下において、排気性能を維持しつつ、燃料消費量の増加抑制とランニングコストを向上するという狙いの効果を、より精度高く発揮することができる。
すなわち、基本は、触媒温度が、排気浄化処理能力を維持できる温度より下回らないようにし、エンジン総仕事量が、最低エンジン仕事量を上回らないように制御する。しかし、好ましくは、EV感を出したい停車時や低車速時、あるいは、本来、EV走行であるCDモード相当時は、極力、EV走行を維持したい。よって、このような場合には、エンジン停止、あるいは、エンジン低負荷にする制御を行う。そして、エンジン音を出しても目立たない暗騒音が大きい高速や交通量が多い暗騒音では、エンジンを極力運転できるように、エンジン始動タイミングやエンジン駆動負荷を制御することが良い。
2 発電モータ
3 駆動モータ(モータ)
4 バッテリ
5 減速差動機構
6 駆動輪
7 発電モータ用インバータ
8 駆動モータ用インバータ
9 充電変換器
10 切替器
11 充電ポート
14 燃料タンク
15 触媒
20 エンジンコントローラ
21 ジェネレータコントローラ
22 モータコントローラ
23 バッテリコントローラ
24 車両統合コントローラ
25 ナビゲーションコントローラ
Claims (6)
- 排気系に排気ガスを浄化する触媒を有し、燃料タンクからの燃料供給により駆動するエンジンと、
少なくともバッテリからの電力供給により駆動輪を駆動するモータと、
現在地から目的地までに必要なエネルギー量から、目的地までに消費される電気エネルギー量を除いた差により、現在地から目的地までの走行に必要なエンジン仕事量を推定演算するエンジン仕事量演算手段と、
現在地から目的地に到達するまで浄化処理能力を維持できる触媒温度に保つのに前記触媒へ投入する必要がある熱エネルギー量を推定演算する熱エネルギー量演算手段と、
触媒暖機以外の要求によるエンジン始動の際、推定演算された前記エンジン仕事量と前記熱エネルギー量に基づいて前記エンジンを運転制御するエンジン運転制御手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジン運転制御手段は、前記熱エネルギー量が前記エンジン仕事量以上であるとき、触媒暖機制御の終了に引き続き、前記エンジンの仕事量が前記エンジン仕事量推定演算手段により演算された前記エンジン仕事量に達するまで前記エンジンの発電運転を継続する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項2に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジン運転制御手段は、前記エンジン仕事量が前記熱エネルギー量より大きいとき、触媒暖機以外の要求により前記エンジンが始動したことをトリガーとし、前記エンジンの運転と停止を繰り返すエンジンオンオフ制御を行う
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項3に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジン運転制御手段は、触媒温度として前記触媒の浄化機能が保たれる最低温度を維持しながら、目的地までのエンジン総仕事量が、前記エンジン仕事量推定演算手段により演算された前記エンジン仕事量になるように、前記触媒への熱エネルギー投入スケジュールを決定し、前記触媒への熱エネルギー投入スケジュールに基づいて前記エンジンの運転と停止を繰り返すエンジン運転スケジュールを決定する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項4に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジン運転制御手段は、エンジン停止時の触媒温度の低下を、エンジン停止してからの経過時間に外気温情報と車速情報を加えて予測し、前記熱エネルギー投入スケジュールを決定する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項3から請求項5までの何れか1項に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジン運転制御手段は、触媒暖機以外の要求によるエンジン始動後、前記エンジン仕事量と前記熱エネルギー量の推定演算を繰り返し行うことにより現在状況をモニターしておき、中間目標と現時点のギャップを演算し、ギャップに応じてエンジン運転スケジュールの補正を実施する
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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