JP6540582B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転可能なハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

ハイブリッド車両では、ＥＶ走行時に駆動力が不足すると、内燃機関が始動されＨＶ走行への切換えが行われる。例えば特許文献１では、バッテリの出力制限と車速からマージンを設定し、バッテリの出力制限からマージンを除いた値が要求駆動力を下回った場合に、ＥＶ走行からＨＶ走行に移行するという技術が提案されている。

特開２０１１−０７３５６４号公報

ハイブリッド車両の燃費を向上させるためには、エンジンの始動回数を減らす（言い換えれば、ＥＶ走行可能な領域を増やす）のが有効である。しかしながら、自動運転中のハイブリッド車両では、予め決定された要求駆動力に応じてアクセル開度やブレーキ力が設定されるため、ＥＶ走行可能な領域を増やすことは難しい。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、自動運転中の燃費を向上させる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課題とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、上記課題を解決するために、電動機の動力で走行するＥＶモード、並びに内燃機関及び電動機の動力で走行するＨＶモードで走行可能なハイブリッド車両の制御装置であって、前記ＥＶモードでの走行時において、要求駆動力が所定の閾値を超えた場合に、前記内燃機関を始動させて前記ＨＶモードへの切換えを行う切換え手段と、前記ハイブリッド車両を自動運転させる所定区間の道路情報に基づいて、自動運転時の前記要求駆動力の変動を示すプロファイルを生成する生成手段と、前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在しているか否かを判定する第１判定手段と、前記所定の閾値を超える箇所が存在している場合に、前記ハイブリッド車両の加速度が所定の下限加速度を下回らない範囲で、前記要求駆動力を前記所定の閾値を超えないように変更可能であるか否かを判定する第２判定手段と、（ｉ）前記ハイブリッド車両の加速度が前記所定の下限加速度を下回る場合には、前記プロファイルが示す前記要求駆動力に応じて内燃機関を始動するように前記切換え手段を制御し、（ｉｉ）前記ハイブリッド車両の加速度が前記所定の下限加速度を下回らない場合には、前記要求駆動力が前記所定の閾値を超えない前記プロファイルを再生成するように前記生成手段を制御する制御手段とを備える。

本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、自動運転時の要求駆動力の変動を示すプロファイルを用いて、自動運転中に要求駆動力が所定の閾値を超える箇所が存在しているか否か（即ち、自動運転中に内燃機関を始動させることになるか否か）が判定される。そして、ハイブリッド車両の加速度が所定の下限加速度を下回らない範囲で、要求駆動力を所定の閾値を超えないように変更できる場合には、要求駆動力のプロファイルが再生成される。これにより、要求駆動力が所定の閾値を超えてしまう回数（即ち、エンジン始動の回数）を減らすことができ、効果的に燃費を向上させることが可能となる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 第１比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。 実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャート（その１）である。 第２比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。 実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャート（その２）である。

本発明のハイブリッド車両の制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、実施形態に係るハイブリッド車両の構成、ハイブリッド車両の制御装置による動作の流れ、具体的な制御内容とその効果について、順に説明していく。

＜ハイブリッド車両の構成＞
初めに、図１を参照して、実施形態に係るハイブリッド車両の構成について説明する。ここに図１は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。なお、図１では、車両が備える各部位のうち本実施形態に関連の深いもののみを示し、他の部位については図示を省略している。

図１において、本実施形態に係る車両１は、主な構成要素として、ハイブリッド駆動装置１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、バッテリ３０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１００とを備えて構成されている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインであり、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧを備えて構成されている。

エンジン２００は、「内燃機関」の一具体例であり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。

モータジェネレータＭＧは、「電動機」の一具体例であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータＭＧは、例えば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電動発動機として構成されるが、無論他の構成を有していてもよい。また、モータジェネレータＭＧは複数設けられても構わない。

なお、ここでの図示は省略しているが、上述したエンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた遊星歯車機構等により互いに接続されている。また、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、遊星歯車機構を介してハイブリッド車両１の駆動輪ＤＷに接続されている。

ＰＣＵ２０は、バッテリ３０とモータジェネレータＭＧとの間の電力の入出力を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ２０は、バッテリ３０と電力負荷との電気的接続を遮断可能なＳＭＲ（System Main Relay）、バッテリ３０の出力電圧を各モータジェネレータＭＧの駆動に適した昇圧指令電圧まで昇圧可能な昇圧コンバータ、及びバッテリ３０から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧに供給すると共に、モータジェネレータＭＧ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３０に供給可能に構成されたインバータ等（いずれも不図示）を含む。

バッテリ３０は、モータジェネレータＭＧを力行するための電力を供給する電力供給源、或いはモータジェネレータＭＧの回生によって得られた電力を充電する蓄電手段として機能する二次電池ユニットである。バッテリ３０は、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルが複数接続された構成を有している。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。また本実施形態に係るＥＣＵ１００は特に、「ハイブリッド車両の制御装置」の一具体例として構成されており、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、モード切替え部１１０、プロファイル生成部１２０、エンジン始動判定部１３０、下限加速度判定部１４０、及び駆動制御部１５０を備えている。

モード切替え部１１０は、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧの両方の動力で走行するＨＶモードと、エンジン２００を停止させてモータジェネレータＭＧのみの動力で走行するＥＶモードを相互に切替え可能に構成されている。具体的には、モード切替え部１１０は、エンジン２００を始動すべき要求駆動力（例えば、モータジェネレータＭＧの出力上限を超える要求駆動力）に対応する始動閾値を記憶しており、ＥＶモードで走行中の要求駆動力が始動閾値を超えた場合に、エンジン２００を始動させてＨＶモードへと移行するように制御する。また、モード切替え部１１０は、エンジンを停止させるべき要求駆動力に応じて、ＨＶ走行中のハイブリッド車両１をＥＶ走行へ移行させる。なお、モード切替え部１１０は、「切換え手段」の一具体例であり、始動閾値は、「所定の閾値」の一具体例である。

プロファイル生成部１２０は、ハイブリッド車両１が自動運転しようとしている所定区間の道路情報等から、速度／加速度プロファイルを生成可能に構成されている。速度／加速度プロファイルは、自動運転中のハイブリッド車両１の速度及び加速度を制御するために生成されるプロファイルであり、所定区間における速度及び加速度の変動を示すものである。また、プロファイル生成部１２０は、速度／加速度プロファイルから、駆動力プロファイルを生成することが可能に構成されている。駆動力プロファイルは、自動運転中のハイブリッド車両１における要求駆動力の変動を示すものである。なお、プロファイル生成部１２０は、「生成手段」の一具体例である。

エンジン始動判定部１３０は、モード切替え部１１０と同様に始動閾値を記憶しており、自動運転しようとしている所定区間におけるエンジン２００の始動要求があるか否かを判定する。具体的には、エンジン始動判定部１３０は、プロファイル生成部１２０で生成された駆動力プロファイルに基づいて、所定区間における要求駆動力が始動閾値を超える箇所が存在するか否かを判定する。エンジン始動判定部１３０の判定結果は、始動タイミング変更部１４０に出力される構成となっている。なお、エンジン始動判定部１３０は、「第１判定手段」の一具体例である。

下限加速度判定部１４０は、エンジン始動判定部１３０において、所定区間における要求駆動力が始動閾値を超える箇所が存在すると判定された場合に、要求駆動力を所定の閾値以下に変更しても、ハイブリッド車両１の加速度がバッテリ３０の出力制限による下限加速度を下回らないか否かを判定する。ここでの「下限加速度」とは、他車の走行を著しく妨げることのないような加速度の下限値として設定される値であり、例えば通常の制限加速度に所定値を乗算して算出してもよいし、車速や所定区間の平均車速等に応じたマップを用いて算出されてもよい。或いは、ナビゲーションシステム等から得られる外部情報を活用して設定することも可能である。下限加速度判定部１４０の判定結果は、駆動制御部１５０に出力される構成となっている。なお、下限加速度判定部１４０は、「第２判定手段」の一具体例である。

駆動制御部１５０は、下限加速度判定部１４０の判定結果に応じて、自動運転時のハイブリド車両１の駆動を制御する。具体的には、駆動制御部１５０は、下限加速度を下回ることなく要求駆動力を変更できると判定された場合に、変更後の要求駆動力（言い換えれば、再生成された駆動力プロファイル）に基づいてハイブリッド車両１の駆動を制御する。一方、駆動制御部１５０は、下限加速度を下回ることなく要求駆動力を変更できないと判定された場合には、要求駆動力を変更することなく（言い換えれば、最初に生成された駆動力プロファイルに基づいて）ハイブリッド車両１の駆動を制御する。なお、駆動制御部１５０は、「制御手段」の一具体例である。

＜動作説明＞
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置（即ち、ＥＣＵ１００）の動作の流れについて、図２を参照して説明する。ここに図２は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う動作のうち、自動運転時における要求駆動力に関する制御について詳細に説明するものとし、他の一般的な動作については説明を省略する。

図２において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、自動運転制御中に（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、これからハイブリッド車両が走行することになる所定区間の道路情報が検出される（ステップＳ１０２）。道路情報は、例えば道路の制限速度や制限加速度等を含む情報であり、ナビゲーションシステムや路車間通信、或いは各種センサ等によって検出される。

なお、自動運転制御中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０２以降の処理は省略され、一連の処理が終了することになる。ただし、現時点では自動運転制御中でなくとも、これから自動運転が開始されるような場合には、ステップＳ１０２以降の処理が行われてもよい。

所定区間の道路情報が検出されると、プロファイル生成部１２０において、所定区間の速度／加速度プロファイルが生成される（ステップＳ１０３）。また、プロファイル生成部１２０では、速度／加速度プロファイルに基づいて、駆動力プロファイルも生成される（ステップＳ１０４）。

駆動力プロファイルが生成されると、エンジン始動判定部１３０において、所定区間でエンジン２００の始動要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０５）。言い換えれば、所定区間を自動運転する際に、常にＥＶモードで走行できるのか、それともどこかでエンジン２００を始動させてＨＶモードで走行することが要求されるのかが判定される。この判定は、駆動力プロファイルが示す要求駆動力の変動と始動閾値との比較によって容易に行える。

所定区間でエンジン２００の始動要求があると判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、所定区間の要求駆動力が始動閾値以下となるように速度／加速度プロファイル及び駆動力プロファイルが再生成される（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６では、新たな要求駆動力Ｐ’が以下の式（１）を用いて算出される。

Ｐ’＝Ｗｏｕｔ−Ｐｓｔａｒｔ ・・・（１）
なお、Ｗｏｕｔはバッテリ３０の出力上限値であり、Ｐｓｔａｒｔは、エンジン２００の始動に必要な電力である。

また、新たな目標速度Ｖｔａｇ’及び目標加速度αｔａｇ’については、以下の式（２）及び（３）を用いて算出される。

Ｆ’＝Ｐ’／Ｖｔａｇ’ ・・・（２）
αｔａｇ’＝（Ｆ’−Ｍ×ｇ×ｓｉｎθ）／Ｍ ・・・（３）
なお、Ｆは車両に加わる力、Ｍは車両の重量、ｇは重力加速度、θは勾配である。

続いて、下限加速度判定部１４０では、所定区間の要求駆動力を始動閾値以下となるように変更した場合に、ハイブリッド車両１の加速度が下限加速度を下回ってしまうか否かが判定される（ステップＳ１０７）。

ハイブリッド車両１の加速度が下限速度を下回らないと判定された場合には（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０６で再生成されたプロファイルを利用してハイブリッド車両１の駆動が行われる。再生成されたプロファイルは、要求駆動力が始動閾値以下となるように変更されているため、エンジン２００を始動させることなく（即ち、ＥＶモードのままで）ハイブリッド車両１を走行させることができる。

なお、ステップＳ１０７がＹＥＳと判定された時点で、初めてプロファイルを再生成するようにしてもよい。この場合、ステップＳ１０６では、下限加速度判定部１４０による判定を行うための情報が生成されれば足りる。

一方で、ハイブリッド車両１の加速度が下限加速度を下回ると判定された場合には（ステップＳ１０７ＮＯ）、ステップＳ１０３及びＳ１０４で生成されたプロファイルを利用してハイブリッド車両１の駆動が行われる。この場合、所定区間を走行中にエンジン２００が始動されることになるが、ハイブリッド車両１の加速度が下限加速度を下回ってしまうことを防止できる。

以上のように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、要求駆動力の変更によって加速度が下限加速度を下回るか否かに応じて、適切なプロファイルを利用した自動運転が実現される。このような制御によって得られる技術的効果については、以下の具体的な制御例において説明する。

＜具体的な制御例＞
本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う具体的な制御例とその効果について、図３から図６を参照して説明する。以下では、第１比較例及び第２比較例に係る制御例と、本実施形態に係る制御例とを比較しながら説明を進める。

＜第１比較例に係る制御装置の制御例＞
まず、図３を参照して、第１比較例に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図３は、第１比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。

図３において、第１比較例に係るハイブリッド車両の制御装置は、本実施形態のように所定区間での自動運転中にエンジン２００が始動される場合であっても、要求駆動力が変更されない。つまり、第１比較例に係る制御装置では、常に初めに生成されたプロファイルに基づいて自動運転が行われる。

第１比較例では、目標車速の上昇に伴い、ハイブリッド車両１に要求される駆動力（図中の「車両パワ」）が所定区間で２回も始動閾値を超えている。このため、所定区間を自動運転する場合、初めはＥＶモードで走行できるものの、途中からエンジン２００が始動されてＨＶモードに切換えられる。このため、ＥＶモードで走行できる区間が比較的短くなってしまい、ハイブリッド車両１の燃費は悪化してしまう。

＜実施形態に係る制御装置の制御例（その１）＞
次に、図４を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図４は、実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャート（その１）である。

図４において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、例えば図３に示すように要求駆動力が始動閾値を超える区間が存在している場合には、要求駆動力が始動閾値以下になるように変更される（即ち、プロファイルが再生成される）。このため、本実施形態に係るハイブリッド車両１では、所定区間の自動運転中にエンジン２００は始動されない。よって、ハイブリッド車両１は常にＥＶモードで走行することになり、効果的に燃費が向上される。なお、要求駆動力を小さく変更することで、目標車速に達するまでの期間が多少長くなってしまうが、最終的に目標車速に達することができるのであれば、特に問題は生じない。

＜第２比較例に係る制御装置の制御例＞
次に、図５を参照して、第２比較例に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図５は、第２比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。

図５において、第２比較例に係るハイブリッド車両の制御装置は、本実施形態のように要求駆動力の変更は実行されるものの、下限加速度に関する判定までは行われない。つまり、第２比較例に係る制御装置では、再生成されたプロファイルが下限加速度を下回るものであっても、それを利用して自動運転が行われる。

図５に示す例では、要求駆動力を始動閾値以下に制限していることにより、ハイブリッド車両１の加速度が下限加速度を下回ってしまっている。加速度が下限加速度を下回ってしまうと、ハイブリッド車両１の挙動により他車の走行が著しく妨げられるため、他車の運転者等に不快感を抱かせるだけでなく、衝突等の危険性も増してしまう。

＜実施形態に係る制御装置の制御例（その２）＞
次に、図６を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図６は、実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャート（その２）である。

図６において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、例えば図５に示すように加速度が下限加速度を下回ってしまう場合には、要求駆動力の変更は行われず、最初に生成されたプロファイルを利用して自動運転が行われる。この場合、要求駆動力が始動閾値を超えてしまうため、途中でエンジン２００が始動されることになるが、加速度が下限加速度を下回ってしまうことを確実に防止できる。なお、図６では、最終的な加速度が下限加速度より小さい値になっているが、目標速度に達した後であるため特に問題は生じない。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 車両
１０ ハイブリッド駆動装置
２０ ＰＣＵ
３０ バッテリ
１００ ＥＣＵ
１１０ モード切替え部
１２０ プロファイル生成部
１３０ エンジン始動判定部
１４０ 下限加速度判定部
１５０ 駆動制御部
２００ エンジン
ＭＧ モータジェネレータ
ＤＷ 駆動輪

Claims (1)

1. 電動機の動力で走行するＥＶモード、並びに内燃機関及び電動機の動力で走行するＨＶモードで走行可能なハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ＥＶモードでの走行時において、要求駆動力が所定の閾値を超えた場合に、前記内燃機関を始動させて前記ＨＶモードへの切換えを行う切換え手段と、
   前記ハイブリッド車両を自動運転させる所定区間の道路情報に基づいて、自動運転時の前記要求駆動力の変動を示すプロファイルを生成する生成手段と、
   前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在しているか否かを判定する第１判定手段と、
   前記所定の閾値を超える箇所が存在している場合に、前記ハイブリッド車両の加速度が所定の下限加速度を下回らない範囲で、前記要求駆動力を前記所定の閾値を超えないように変更可能であるか否かを判定する第２判定手段と、
   前記所定区間の前記要求駆動力を前記所定の閾値以下となるように変更した場合に、
   （ｉ）前記ハイブリッド車両の加速度が前記所定の下限加速度を下回る場合には、前記プロファイルが示す前記要求駆動力に応じて内燃機関を始動するように前記切換え手段を制御し、（ｉｉ）前記ハイブリッド車両の加速度が前記所定の下限加速度を下回らない場合には、前記要求駆動力が前記所定の閾値を超えない前記プロファイルを再生成するように前記生成手段を制御する制御手段と
   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。

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