JP6459453B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、エンジンおよびモータを駆動源とするハイブリッド車両において、目的地までの経路の道路状況と運転者の運転履歴とに基づいて目的地までの区間毎の車速パターンを推定し、車速パターンとエンジンの燃料消費特性とに基づいて、目的地までの燃料消費量が最小となるように、区間毎のエンジンとモータの運転スケジュールを設定する技術が知られている。

特許第３６５４０４８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、車両の自己診断（以後、ＯＢＤ（On-board diagnostics）診断ともいう）のために必要なエンジン起動時間を考慮していないため、エンジン起動時に開始したＯＢＤ診断を完了するためにエンジン起動時間が延長された場合に、設定した運転スケジュールが変化することにより、燃費が悪化する可能性がある。

そこで本発明は、車両の自己診断のために必要なエンジン駆動時間を考慮した運転スケジュールを立案することで、車両の自己診断を行う事による燃費の悪化を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明によるハイブリッド車両の制御装置は、目的地までの経路を探索する経路探索手段と、目的地までの経路の道路状況を検出する道路状況検出手段と、エンジン起動中に車両の自己診断を行う自己診断手段とを備え、検出した目的地までの経路状況に基づいて、自己診断を行うのに必要な時間継続してエンジンを起動した場合に目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間を選定し、選定した区間で積極的にエンジンを起動して自己診断を完了させるようにエンジンとモータの運転スケジュールを立案して、立案した運転スケジュールに基づいてエンジンとモータとを制御する。

本発明によれば、目的地までの経路の道路状況に基づいて、最も燃料消費量が少なくなると予測される区間で車両の自己診断を行うように運転スケジュールを立案するので、車両の自己診断を行う事による燃費の悪化を抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置を備えたハイブリッド車両のシステム構成図である。 図２は、本発明の一実施形態におけるＰＴ制御計画の立案、およびＰＴ制御計画に基づくＰＴ制御の流れを表したフローチャート図である。 図３は、目的地までの経路上においての、本発明の一実施形態におけるエンジン起動タイミングと従来におけるエンジン起動タイミングとを比較するための図である。

図１は、本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置を備えたハイブリッド車両のシステム構成の概略を模式的に表した図である。このハイブリッド車両は、走行駆動源としてエンジン（内燃機関）１および駆動モータ２（以下、モータ２と呼ぶ）を備えている。エンジン１および／またはモータ２の動力は、変速機５を介して駆動輪６に伝達される。

インバータ３は、バッテリ４の直流電力を交流電力に変換して、モータ２に供給する。車両の減速制動時等にモータ２の回生運転により発電された交流電力は、インバータ３により直流電力に変換されて、バッテリ４の充電に用いられる。

車速センサ８は、車速を検出する。

ナビゲーション装置９は、演算装置９ａと記憶装置９ｂとを備え、ユーザが設定した目的地までの推奨走行ルートを演算する。また、ナビゲーション装置９は、通信装置１０を介して、データセンタ１１から道路交通情報等の様々なデータを取得する。道路交通情報には、ＩＴＳ（高速道路交通システム）を利用した情報も含まれる。

エンジン制御信号取得部１２は、エンジン回転数、燃料噴射量、回転角度、点火信号等の制御情報を取得して、車両制御装置７に出力する。

車両制御装置７は、ハイブリッド車両のシステム状態（ハイブリッド車両に関する諸条件）として、アクセル開度に基づく運転者が要求する駆動トルクや、バッテリ４の充電量、あるいは車両の運転条件（例えば加減速状態）などを考慮して、ハイブリッド車両のシステム全体に要求されるトルクを満足しつつ、燃費やバッテリ充電量を良好に維持するように、エンジン１が負担するトルク（エンジン指令トルク）とモータ２が負担するトルク（モータ指令トルク）とを決定する。そして、決定したエンジン指令トルクが得られるように、エンジン１を制御し、決定したモータ指令トルクに応じて、モータ２を制御する。

車両制御装置７はまた、エンジン制御信号取得部１２や車速センサ８等からの車両、特にエンジン１の情報に基づいて、ＯＢＤ診断を実行する。また、車両制御装置７は、上述のナビゲーション装置９から得られる交通情報（統計車速、路面勾配、道路の種類、渋滞等の情報）、天気情報（雨、雪等による走行抵抗の増加、環境温度によるエアコンの電気消費量の増減やバッテリ４の容量低下等の情報）、および、エンジン制御信号取得部１２や車速センサ８、ならびに予め記憶した情報等から得られるアクセル特性等のドライバ特性や車両緒元、車両の制御特性等の情報に基づいて、目的地までの燃料消費量が最小となるようにエンジン１とモータ２の運転スケジュール（パワートレイン制御計画。以後、ＰＴ制御計画と呼ぶ）を立案する。なお、ＰＴ制御計画の立案には、ＥＶ走行可否の判断やＯＢＤ診断可否判断等が含まれる。詳細は後述する。

以上が、本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置を備えたハイブリッド車両のシステム構成の概略である。以下、図面等を参照して、特にＰＴ制御計画立案の詳細について説明する。

ハイブリッド車両は、モータ２のみを走行駆動源とするＥＶ走行時に、車両全体の要求出力が大きくなると、エンジン１を始動してエンジン１およびモータ２を走行駆動源とするＨＥＶ走行に切り替わる。

従来技術における車両制御装置７は、目的地までの経路の道路状況に応じて燃料消費量が最小となるエンジン１とモータ２の運転スケジュールを設定するために、ナビゲーション装置９から推奨走行ルートおよび道路交通情報を取得し、推奨走行ルート走行時におけるエンジン始動後のエンジン運転継続時間を予測する。例えば、推奨走行ルートに高速道路が含まれており、高速道路への進入後にエンジン１が始動された場合には、高速道路の走行中は車両全体の要求出力が大きく、エンジン運転を継続すると予測する。また、推奨走行ルートに登坂路が含まれており、登坂路にさしかかったときにエンジン１が始動された場合には、登坂路の走行中は車両全体の要求出力が大きく、エンジン運転を継続すると予測する。

しかしながら、上述の運転スケジュールの設定では、ＯＢＤ診断のために必要なエンジン駆動時間を考慮していないため、例えば、ＯＢＤ診断を完了するまでエンジン１を起動し続ける必要が生じた場合に運転スケジュールが変化することにより、走行負荷が低負荷となってもエンジン１が起動し続けることで燃費が悪化する場合がある。また、ＯＢＤ診断時間を考慮していない運転スケジュールのため、目的地への到着までにＯＢＤ診断を完了できるだけのエンジン起動継続時間を確保しておらず、エンジン始動（キーＯＮ）〜目的地へ到着（キーＯＦＦ）するまでの間（以後、この間を１トリップと呼ぶ）にＯＢＤ診断を完了できない場合がある。

このような状況を回避するため、本実施形態では、ＯＢＤ診断を考慮した運転スケジュールの立案を行う。以下、図２、図３を参照して、詳細を説明する。

図２は、本実施形態におけるＰＴ制御計画の立案、およびＰＴ制御計画に基づくＰＴ制御の流れを表したフローチャート図である。

ステップＳ１ではまず、車両に備えたナビゲーション装置９（いわゆるカーナビ等）は、ユーザの入力操作に基づいて、目的地までの経路を探索して、ルート設定を行う。

ステップＳ２では、ナビゲーション装置９は、データセンタ１１より、通信装置１０を介して交通情報を受信して、ステップＳ１において設定された目的地までの経路上の道路状況を検出する。

ステップＳ３では、ユーザが設定した目的地までの経路を、複数の区間に区分する。区分は、例えば、目的地までの経路上で、車両の発進と停止が予測される地点を基準に行う。

ステップＳ４では、ステップＳ３にて区分した各区間において、車両に要求される駆動力を演算する。演算は、例えば、ステップＳ２で取得した交通情報に基づいて、各区間における勾配分布や渋滞などの道路状況を考慮して算出される。なお、本ステップ以降の処理は、車両制御装置７内において行う。

そして、ステップＳ５では、モータ２のみを駆動源とするＥＶ走行のみで目的地まで到達可能か否かを判定する。判定は、ステップＳ４において算出した各区間の要求駆動力に対して、エンジン１の駆動力の要否を判断することで行う。ＥＶ走行のみで目的地まで到達可能と判断した場合、すなわち、目的地まで到達するための駆動源として、エンジン１を起動する必要がないと判断した場合は、本処理を終了する。否と判断した場合、すなわち、目的地までの経路において、走行駆動源としてエンジン１の起動を要する区間があると判断した場合は、ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、ＯＢＤ診断を実施する区間の選定を行う。走行駆動源としてエンジンの始動を要すると判断された区間であっても、ＯＢＤ診断を完了することができるだけの起動時間を継続できないと予測される場合や、エンジン１の回転数やトルク等のエンジン１の動作領域がＯＢＤ診断可能な領域に達さないと予測される場合がある。本ステップでは、ステップＳ５で目的地までの経路上においてエンジン始動が必要な区間があると判定された場合に、さらに、始動したエンジン１のエンジン起動継続時間やエンジン起動中に達するエンジン１の動作領域等を考慮して、ＯＢＤ診断が実施可能な区間を選定する。

なお、本ステップで選定されるＯＢＤ診断が実施可能な区間は、ステップＳ５においてエンジン１を駆動する必要があると判断した区間とは必ずしも一致しない。例えば、道路状況およびバッテリ４のＳＯＣの状態からＥＶ走行が可能と判断される区間であっても、エンジン１を積極的に起動してＯＢＤ診断を行う方が、より少ない燃料消費量で目的地に到達できる場合があるからである。この点の詳細は、図３を参照して後述する。

ステップＳ７では、ステップＳ６での選定結果に基づいて、ＰＴ制御計画の演算を行う。具体的には、現在地から目的地までの経路上において、ステップＳ６にて選定されたＯＢＤ診断が可能な区間のうち、どの区間でエンジンを起動し、ＯＢＤ診断を完了させれば目的地までの燃料消費量が最も少ないかを演算する。演算の結果により、ＯＢＤ診断を考慮したうえで、目的地までの燃料消費量が最小となるような区間毎のエンジン１とモータ２のＰＴ制御計画を立案することができる。

そして、ステップＳ８では、ステップＳ７で立案したＰＴ制御計画に基づいてＰＴ制御を実施する。具体的には、ＯＢＤ診断を完了させることができ、かつ、目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間を走行するときに、エンジン１を起動する。エンジン１が起動すると、ＯＢＤ診断が実行される。

ステップＳ９では、ＯＢＤ診断が完了したか否かを判別する。ＯＢＤ診断の完了を確認できれば、本処理は終了する。ＯＢＤ診断が完了していなければ、ステップＳ４へ戻り、上述のフローを繰り返す。

ここで、図３を参照して、本実施形態のＰＴ制御計画に基づくエンジン起動タイミングと従来の運転スケジュールに基づくエンジン起動タイミングとの違いを説明する。

図３は、目的地までの経路上において予測される要求駆動力の一例を上段に、予測される要求駆動力に対する従来技術におけるエンジン起動タイミングを中段に、本実施形態、すなわちＯＢＤ診断を考慮したＰＴ制御計画に基づくエンジン起動タイミングを下段にそれぞれ示した図である。また、中段、下段に示す点線は、目的地までの経路上におけるバッテリ４のＳＯＣ量を表している。なお、本図は、従来技術または本実施形態のハイブリッド車両の制御装置を、プラグインハイブリッド車両に適用した場合の挙動に基づき作成した。

まず、図３上段に示した要求駆動力について説明する。取得した交通情報等から、図中の３０ａで示す区間は高速道路、図中の３０ｂで示す区間は登坂路であることが分かっている。３０ａ区間は高速道路であるため、車両の発進停止がなく、一定以上の高い駆動力を比較的長い期間にわたり要求される。３０ｂで示す区間は、勾配のきつい登坂路であり、高速道路に準じて高い駆動力が要求されるが、期間は短い。また、３０ｃで示す区間では、要求駆動力の有無が短い期間で切り替わっており車両の発進停止の頻発が予測される区間である。想定される道路状況は例えば渋滞である。なお、説明上、回生側の駆動力は考慮していない図面としている。

次に、予測した要求駆動力に対する従来のエンジン起動タイミングを示した図３中段について説明する。従来では、３０ａで示す高速道路区間の走行駆動源は、バッテリ４のＳＯＣ量が高く、要求される駆動力をモータ２の駆動力のみで賄えるので、モータ２のみの駆動によるＥＶ走行を選択する。そして、３０ｂで示す区間では、要求駆動力が高く、かつ、ＳＯＣ量が低下しているため、走行駆動源としてエンジン１を起動して、ＨＥＶ走行に移行する。

ここで、ＯＢＤ診断の必要がなければ、エンジン始動後、要求される駆動力がモータ２の駆動力のみで賄えるようになった地点でエンジン１を停止して、再びモータ２のみを駆動源とすることで、目的地までの燃料消費量を最小化することができる。しかしながら実際には、１トリップ中に最初にエンジンを起動した際にＯＢＤ診断を行う必要がある。したがって、図のとおり、３０ｂ区間において起動したエンジン１は、ＯＢＤ診断が終了するまで継続される。そうすると、ＯＢＤ診断中はコースティングストップやアイドルストップができないため、３０ｃで示す区間、すなわち発進停止が多く、走行負荷が低負荷な区間であってもエンジン１を起動し続けることになり、燃費が悪化する。

これに対して、図３下段に示した本実施形態のエンジン起動タイミングについて、図２で示したフローチャートのステップを参照しながら説明する。

まず、本例においても従来と同様に、３０ｂに示す区間においてエンジン１を起動する必要があると判断される（ステップＳ５）。しかしながら、本実施形態のエンジン起動タイミングは、ＯＢＤ診断を考慮したＰＴ制御計画に基づいて設定される。したがって、ステップＳ５におけるエンジン始動要否判断とは別途に、目的地までの経路上でエンジン１を起動して、ＯＢＤ診断を完了させることが可能な区間を選定する（ステップＳ６）。

このステップＳ６では、上述のとおり、車両の発進停止が少なく、エンジン１が継続的に起動しても燃費が悪化せず、かつ、エンジン起動中にエンジン１の動作領域がＯＢＤ診断可能な領域に達すると予測される区間が選定される。したがって、本例においては、図３の３０ａで示す区間である高速道路が選別される。

次に、ステップＳ７において、ステップＳ６で選定された区間でエンジン１を起動して、ＯＢＤ診断を実施する場合のＰＴ制御計画を演算する。演算されたＰＴ制御計画に基づくエンジン起動タイミングは、図３下段に示す通りとなる。すなわち、本実施形態のＰＴ制御計画によれば、まず、高速道路区間でエンジン１を起動して早期にＯＢＤ診断を完了させる。そして、３０ｂにおいて要求駆動力を満たすために再びエンジン１を起動しても、モータ２の駆動力のみで走行可能な地点に到達すると、エンジン１を停止して、ＥＶ走行により目的地まで走行する。なお、ステップＳ６でＯＢＤ診断可能区間が複数選定された場合は（不図示）、どの区間でＯＢＤ診断を完了させれば最も燃料消費量が少ないかを演算してＰＴ制御計画を立案する。

そして、図３下段で示すＰＴ制御計画に基づき、３０ａ区間の走行時にエンジン１を起動して、ＯＢＤ診断を実行する（ステップＳ８）。これにより、１トリップ中にＯＢＤ診断を確実に完了できるとともに、ＯＢＤ診断のために走行負荷が低負荷な区間であってもエンジン１が起動し続けることによる燃費の悪化を回避し、従来よりも少ない燃料消費量で目的地に到達することができる。

以上、一実施形態のハイブリッド車両の制御装置によれば、モータ２とエンジン１とを備え、モータ２とエンジン１のいずれか一方または両方を走行駆動源として走行するハイブリッド車両の制御装置において、目的地までの経路を探索し、探索した経路の道路状況を検出するナビゲーション装置９と、エンジン１が起動している時にハイブリッド車両の自己診断を行う自己診断機能を有する車両制御装置７を備える。そして、検出した道路状況に基づいて、自己診断を行うのに必要な時間継続してエンジン１を起動した場合に目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間を目的地までの経路上から選定し、選定した区間でエンジン１を起動して自己診断を完了させるようにエンジン１とモータ２の運転スケジュールを立案し、立案した運転スケジュールに基づいてエンジン１とモータ２とを制御する。これにより、目的地までの燃料消費量が最も少ない区間でＯＢＤ診断を行うことができるので、ＯＢＤ診断を完了させる為に、例えば発進停止が多い区間等でエンジン１を起動し続けることによる燃費の悪化を防ぐことができる。

また、運転スケジュールにＯＢＤ診断のためのエンジン起動継続時間が考慮されるため、１トリップ中にＯＢＤ診断のためのエンジン起動継続時間を確保することができるので、毎トリップでＯＢＤ診断を完了させることができ、車両故障を早期に発見することができる。

またさらに、一実施形態のハイブリッド車両の制御装置によれば、モータ２の電力供給源であるバッテリ４の充電量を検出して、検出したバッテリ４の充電量と道路状況とから、目的地までの経路上に走行駆動源としてエンジン１の起動が必要だと予測される区間がある場合に、自己診断を行う区間を目的地までの経路上から選定する。これにより、目的地までＥＶ走行のみで到達可能な場合には、ＯＢＤ診断のためのエンジン起動を行わない制御態様となる。

また、一実施形態のハイブリッド車両の制御装置によれば、自己診断が可能な時間継続してエンジン１を起動した場合に目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間は、車両の発進停止の頻度に基づいて選定される。これにより、燃料消費量の少ない区間を適切に選定することができ、例えば、ＯＢＤ診断を完了させるために車両の発進停止が多い区間であってもアイドルストップやコースティングストップができないような状況を回避できるので、最適なエネルギーマネジメントが可能となる。

また、自己診断が可能な時間継続してエンジン１を起動した場合に目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間は、走行中のエンジン１の動作領域が自己診断が可能な領域に達する区間であるか否かに基づいて選定される。これにより、ＯＢＤ診断時間のために確保したエンジン起動時間中に、確実にＯＢＤ診断を完了することができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、図２のステップＳ１で行うルート設定は、ユーザが直接手動で行う必要は必ずしもなく、車両のキーＯＮ時に、ユーザの運転履歴と乗車時間等から予測される走行パターンに基づき自動的に設定されてもよい。また、図２を参照して説明したフローチャート処理の主体は、ステップＳ１からステップＳ３はナビゲーション装置９が行い、ステップＳ４以降は車両制御装置７によって行われる旨を述べたが、その割り当ては変更可能であり、また、いずれか一方が全ての処理を行うことも考えられる。

また、本発明の適用先は、これまで説明したハイブリッド車、プラグインハイブリッド車に限定されず、レンジエクステンダーＥＶ等、内燃機関とその代替手段（モータ等）を持つ全ての車両が想定される。

１…エンジン
２…駆動モータ（モータ）
７…車両制御装置（自己診断手段、自己診断実施区間選定手段、パワートレイン制御計画立案手段、パワートレイン制御手段）
９…ナビゲーション装置（経路探索手段、道路状況検出手段）

Claims (4)

1. モータとエンジンとを備え、前記モータと前記エンジンのいずれか一方または両方を走行駆動源として走行するハイブリッド車両の制御装置において、
   目的地までの経路を探索する経路探索手段と、
   前記経路の道路状況を検出する道路状況検出手段と、
   前記エンジンが起動している時に前記ハイブリッド車両の自己診断を行う自己診断手段と、
   前記道路状況検出手段が検出した道路状況に基づいて、前記自己診断を行うのに必要な時間継続して前記エンジンを起動した場合に目的地までの燃料消費量が最も少なくなると予測される区間を前記経路上から選定する自己診断実施区間選定手段と、
   前記自己診断実施区間選定手段が選定した区間で前記エンジンを起動して前記自己診断を完了させるように前記エンジンと前記モータの運転スケジュールを立案するパワートレイン制御計画立案手段と、
   前記運転スケジュールに基づいて前記エンジンと前記モータとを制御するパワートレイン制御手段と、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。
2. 前記モータの電力供給源であるバッテリの充電量を検出するＳＯＣ検出手段をさらに備え、
   前記自己診断実施区間選定手段は、前記道路状況検出手段が検出した道路状況と前記バッテリの充電量とから、前記経路上に走行駆動源として前記エンジンの起動が必要と予測される区間がある場合に、前記自己診断を行う区間を前記経路上から選定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記自己診断実施区間選定手段はさらに、車両の発進停止の頻度が少ない区間を、前記自己診断を行う区間として前記経路上から選定する、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記自己診断実施区間選定手段はさらに、走行中の前記エンジンの動作領域が自己診断が可能な領域に達する区間を、前記自己診断を行う区間として前記経路上から選定する、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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