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、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン22と、エンジン22を駆動制御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と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸36に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータMG1,MG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52と、家庭用電源などの外部電源に接続されてバッテリ50を充電可能な充電器60と、運転者により目的地が設定されたときに走行ルートを設定してルート案内を行なうナビゲーション装置90と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。なお、このハイブリッド自動車20は、携帯情報端末としてのスマートフォン100と通信可能となっている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号、例えば、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションθcrやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Tw,燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力Pin,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθca,スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度TH,吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Qa,同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ta,排気系に取り付けられた空燃比センサからの空燃比AF,同じく排気系に取り付けられた酸素センサからの酸素信号O2などが入力ポートを介して入力されており、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号,吸気バルブの開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU24は、HVECU70と通信しており、HVECU70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HVECU70に出力する。なお、エンジンECU24は、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
モータECU40は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータECU40は、HVECU70と通信しており、HVECU70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HVECU70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転角速度ωm1,ωm2や回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリECU52は、図示しないが、CPU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、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの端子間電圧Vbやバッテリ50の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ51bからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりHVECU70に送信する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、電流センサ51bにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいてそのときのバッテリ50から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい許容入出力電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
充電器60は、インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54にリレー62を介して接続されており、電源プラグ68を介して供給される外部電源からの交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ66と、AC/DCコンバータ66からの直流電力の電圧を変換して電力ライン54に供給するDC/DCコンバータ64と、を備える。
ナビゲーション装置90は、地図情報などが記憶されたハードディスクなどの記憶媒体や入出力ポート,通信ポートなどを有する制御部を内蔵する本体と、車両の現在地に関する情報を受信するGPSアンテナと、車両の現在地に関する情報や目的地までの走行ルート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と、を備える。ここで、地図情報には、サービス情報(例えば観光情報や駐車場など)や予め定められている走行区間(例えば信号機間や交差点間など)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。ナビゲーションシステム90は、操作者により目的地が設定されたときには、地図情報と車両の現在地と目的地とに基づいて車両の現在地から目的地までの走行ルートを検索すると共に検索した走行ルートをディスプレイに出力してルート案内を行なう。なお、このナビゲーション装置90は、走行ルートにおけるルート情報(例えば、目的地までの残距離Lnや目的地の方角Dnなど)も演算している。
HVECU70は、CPU72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、CPU72の他に、処理プログラムを記憶するROM74やデータを一時的に記憶するRAM76,データを記憶保持するフラッシュメモリ78,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、電源プラグ68の外部電源への接続を検出する接続検出センサ69からの接続検出信号,イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号やシフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83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84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85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86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88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。HVECU70からは、リレー62へのオンオフ信号,DC/DCコンバータ64やAC/DCコンバータ66への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。HVECU70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,ナビゲーション装置90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ECU40,バッテリECU52,ナビゲーション装置90と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
スマートフォン100は、ナビゲーション装置90と同様の地図情報などが記憶されたハードディスクなどの記憶媒体や入出力ポート,通信ポートなどを有する制御部を内蔵する本体と、現在地に関する情報を受信するGPSアンテナと、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と、を備える。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の運転を伴って走行するハイブリッド走行(HV走行)や、エンジン22の運転を停止して走行する電動走行(EV走行)で走行する。
HV走行での走行時には、HVECU70は、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて走行に要求される要求トルクTr*を設定し、設定した要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数Nm2や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数)を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算し、計算した走行用パワーPdrv*からバッテリ50の蓄電割合SOCに基づくバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じて車両に要求される要求パワーPe*を設定する。そして、要求パワーPe*を効率よくエンジン22から出力することができるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの関係としての動作ライン(例えば燃費最適動作ライン)を用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクを要求トルクTr*から減じてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてはエンジンECU24に送信し、トルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行ない、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、エンジン22を効率よく運転しながらバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*(走行用パワーPdrv*)を駆動軸36に出力して走行することができる。このHV走行での走行時には、要求パワーPe*が後述の始動停止閾値Pref未満に至ったときなどエンジン22の停止条件が成立したときに、エンジン22の運転を停止してEV走行での走行に移行する。
EV走行での走行時には、HVECU70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定してモータECU40に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、エンジン22を運転停止した状態でバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*(走行用パワーPdrv*)を駆動軸36に出力して走行することができる。このEV走行での走行時には、HV走行による走行時と同様に計算した要求パワーPe*が始動停止閾値Pref以上に至ったときなどエンジン22の始動条件が成立したときに、エンジン22を始動してHV走行での走行に移行する。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、自宅や予め設定された充電ポイントで車両をシステム停止した後に電源プラグ68が外部電源に接続されてその接続が接続検出センサ69によって検出されると、HVECU70は、リレー62をオンとし、DC/DCコンバータ64やAC/DCコンバータ66を制御することによって外部電源からの電力によりバッテリ50を満充電やそれより若干低い充電状態として定められた所定の充電状態(例えば、80%や85%,90%など)まで充電する。そして、バッテリ50の充電後にシステム起動したときに、運転者により目的地が設定されていないときや目的地は設定されているが後述のナビ協調制御の実行が禁止されているときには、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とにより、バッテリ50の蓄電割合SOCがエンジン22の始動を行なうことができる程度に設定された切替閾値Shv(例えば、20%や25%,30%など)以下に至るまではEV走行をHV走行より優先するEV走行優先モードで走行し、バッテリ50の蓄電割合SOCが切替閾値Shv以下に至った後はHV走行をEV走行より優先するHV走行優先モードで走行する。
なお、実施例では、EV走行優先モードでの走行時には始動停止閾値Prefにバッテリ50の出力制限Woutを設定し、HV走行優先モードでの走行時には始動停止閾値Prefにエンジン22を効率よく運転できる要求パワーPe*の下限付近の値(出力制限Woutより十分に小さな値)を設定することにより、EV走行優先モードでの走行時にエンジン22を始動しにくくする(EV走行で走行しやすくする)と共にHV走行優先モードでの走行時にエンジン22を停止しにくくする(HV走行で走行しやすくする)ものとした。
さらに、実施例のハイブリッド自動車20では、運転者により目的地が設定されたときには、ナビゲーション装置90は、地図情報と車両の現在地(出発地)と目的地とに基づいて車両の現在地から目的地までの走行ルートを設定してHVECU70に送信する。そして、走行ルートを受信したHVECU70は、ナビゲーション装置90からの目的地までの走行ルートの各走行区間にHV走行優先モードとEV走行優先モードとのうちEV走行優先モードを優先的に割り当てて走行計画を設定する。
走行計画は、各走行区間について、走行負荷が小さい順に、EV走行優先モードの総所要エネルギがバッテリ50の蓄電エネルギに至るまでの走行区間にEV走行優先モードを割り当てると共に残余の走行区間にHV走行優先モードを割り当てて設定するものとしたり、EV走行優先モードの総所要エネルギがバッテリ50の蓄電エネルギ以下となり且つEV走行優先モードの距離が最大となる組み合わせに含まれる走行区間にEV走行優先モードを割り当てると共にその組み合わせに含まれない走行区間にHV走行優先モードを割り当てて設定したりするものとした。ここで、走行負荷は、例えば、ナビゲーション装置90からの各走行区間の地図情報(距離情報や勾配情報など)に基づいて路面勾配が進行方向に対して登坂路として大きいほど大きくなる傾向に定めることができる。また、各走行区間の所要エネルギは、走行負荷の距離積算値や走行負荷の平均値と距離との積などに基づいて設定することができる。さらに、バッテリ50の蓄電エネルギは、バッテリ50の蓄電割合SOCと全容量との積として設定することができる。
そして、走行を開始すると、ナビゲーション装置90は、走行ルートにおけるルート情報(例えば、目的地までの残距離Lnや目的地の方角Dnなど)を逐次演算してHVECU70に送信すると共に走行ルートやルート情報などをディスプレイに出力してルート案内を行なう。また、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とにより、走行計画に従ってHV走行優先モードとEV走行優先モードとを切り替えながら走行するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するナビ協調制御を実行する。
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、特に、ナビ協調制御の実行の許可または禁止を判定する際の動作について説明する。図2は、実施例のHVECU70により実行されるナビ協調制御許可禁止判定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、ナビゲーション装置90からルート情報(例えば、目的地までの残距離Lnや目的地の方角Dnなど)などを受信しているときに実行される。なお、実施例では、運転者がスマートフォン100を持っている(車内に持ち込んでいる)場合を考えるものとした。
ナビ協調制御許可禁止判定ルーチンが実行されると、HVECU70は、目的地と残距離返信指示とをスマートフォン100に送信し(ステップS100)、スマートフォン100から目的地までの残距離Lsを受信するのを待つ(ステップS110,S120)。HVECU70から目的地と残距離返信指示とを受信したスマートフォン100は、バックグラウンドで、ハードディスクに記憶されている地図情報とGPSアンテナからのスマートフォン100(車両)の現在地とHVECU70からの目的地とに基づいてナビゲーション装置90と同様に(同様の条件により)現在地から目的地までの走行ルートを設定すると共に設定した走行ルートにおける目的地までの残距離Lsを演算し、演算した残距離LsをHVECU70に送信する(返信する)。
そして、スマートフォン100から目的地までの残距離Lsを受信すると、ナビゲーション装置90から受信している目的地までの残距離Lnを入力し(ステップS130)、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnとスマートフォン100からの目的地までの残距離Lsとの誤差ΔLを計算し(ステップS140)、計算した誤差ΔLを閾値ΔLrefと比較する(ステップS150)。ここで、閾値ΔLrefは、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnが正常であるか否かを判定するために用いられるものであり、例えば、数mや数十mなどを用いることができる。
誤差ΔLが閾値ΔLref以下のときには、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnは正常であると判断し、ナビ協調制御の実行を許可して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。一方、誤差ΔLが閾値ΔLrefより大きいときには、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnは正常でない(異常である)と判断し、ナビ協調制御の実行を禁止して(ステップS170)、本ルーチンを終了する。誤差ΔLが大きいときには、ナビゲーション装置90で設定した目的地までの走行ルートや目的地までの残距離Lnが異常であり、HVECU70で設定した目的地までの走行計画が適切でない場合がある。この場合にナビ協調制御を実行すると、エンジン22の始動停止が頻繁に行なわれたり燃費が悪化したりするなどの不都合を生じるおそれがある。実施例では、誤差ΔLが閾値ΔLrefより大きいときに、ナビ協調制御の実行を禁止することにより、こうした不都合が生じるのを抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、基本的には、目的地が設定されているときには、ナビゲーション装置90からの目的地までの走行ルートに応じて走行計画を設定し、設定した走行計画に従ってHV走行優先モードとEV走行優先モードとを切り替えながら走行するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するナビ協調制御を実行するものにおいて、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnとスマートフォン100からの目的地までの残距離Lsとの誤差ΔLが閾値ΔLrefより大きいときには、ナビ協調制御の実行を禁止する(実行しない)から、ナビゲーション装置90の異常などに起因してエンジン22の始動停止が頻繁に行なわれたり燃費が悪化したりするなどの不都合が生じるの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、ナビゲーション装置90からの目的地までの残距離Lnとスマートフォン100からの目的地までの残距離Lsとの誤差ΔLを用いて、ナビ協調制御の実行を許可するか禁止するか(ナビ協調制御を実行するか実行しないか)を判定するものとしたが、ナビゲーション装置90からの目的地の方角Dnとスマートフォン100からの目的地の方角Dsとの誤差ΔDなどを用いて、ナビ協調制御の実行を許可するか禁止するかを判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、HVECU70が、目的地と残距離返信指示とをスマートフォン100に送信し、これを受信したスマートフォン100が、バックグラウンドで目的地までの残距離Lsを演算してHVECU70に送信する(返信する)ものとしたが、HVECU70が、運転者に、スマートフォン100のハードディスクに記憶されている地図情報とGPSアンテナからのスマートフォン100(車両)の現在地とHVECU70からの目的地とに基づいてナビゲーション装置90と同様に(同様の条件により)現在地から目的地までの走行ルートを設定すると共に設定した走行ルートにおける目的地までの残距離Lsを演算し更に演算した残距離LsをHVECU70に送信するアプリケーションを起動して実行するよう促すメッセージをディスプレイ(ナビゲーション装置90のディスプレイなど)に表示出力し、運転者がそのアプリケーションを実行したときに、スマートフォン100が、目的地までの残距離Lsを演算してHVECU70に送信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、携帯情報端末として、スマートフォンを考えるものとしたが、携帯電話やパーソナルコンピュータ,タブレットコンピュータなどを考え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からの動力を駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に出力するものとしたが、図3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からの動力を駆動軸36が接続された車軸(駆動輪38a,38bに接続された車軸)とは異なる車軸(図3における車輪39a,39b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からの動力をプラネタリギヤ30を介して駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に出力するものとしたが、図4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に接続されたインナーロータ232と駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に接続されたアウターロータ234とを有しエンジン22からの動力の一部を駆動軸36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。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22からの動力をプラネタリギヤ30を介して駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に出力すると共にモータMG2からの動力を駆動軸36に出力するものとしたが、図5の変形例のハイブリッド自動車320に例示するように、駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に変速機330を介してモータMGを取り付けると共にモータMGの回転軸にクラッチ329を介してエンジン22を接続する構成とし、エンジン22からの動力をモータMGの回転軸と変速機330とを介して駆動軸36に出力すると共にモータMGからの動力を変速機330を介して駆動軸に出力するものとしてもよい。あるいは、図6の変形例のハイブリッド自動車420に例示するように、エンジン22からの動力を変速機430を介して駆動輪38a,38bに接続された駆動軸36に出力すると共にモータMGからの動力を駆動輪38a,38bに接続された車軸とは異なる車軸(図6における車輪39a,39bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG2が「モータ」に相当し、ナビゲーション装置90が「ナビゲーション装置」に相当し、図2のナビ協調制御許可禁止判定ルーチンを実行するなどするHVECU70と、HVECU70からの指令に基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24と、HVECU70からの指令に基づいてモータMG2を制御するモータECU40と、が「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するため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。