JP6916674B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機を制御する車両用制御装置に関する。

車両に搭載される発電機として、モータジェネレータ、オルタネータ或いはＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等の発電機がある。これらの発電機は、エンジン動力によって発電を行うだけでなく、車両制動時やコースト走行時には車輪からの動力によって発電を行うことが多い（特許文献１〜３参照）。

特開２０１５−１１６０８５号公報 国際公開第２０１２／０９０９２４号 国際公開第２０１２／０６３５７２号

ところで、発電機の発電トルクは車両を減速させる要因であることから、車両を過度に減速させることがないように、発電機の発電トルクを制御することが求められている。特に、惰性走行であるコースト走行においては、乗員に対して減速による違和感を与え易い走行状況であることから、発電機の発電トルクを適切に制限することが必要であった。一方、車両の燃費性能を向上させる観点からは、コースト走行時であっても、発電機の発電トルクを高めて発電電力を増加させることが求められている。つまり、コースト走行時においては、乗員に違和感を与えることなく発電電力を増加させることが求められていた。

本発明の目的は、乗員に違和感を与えることなくコースト走行時の発電電力を増加させることにある。

本発明の車両用制御装置は、車両の走行モードとして、乗員の操作によって切り替えられる第１走行モードおよび第２走行モードを備える、車両用制御装置であって、乗員の操作によって設定された走行モードに基づいて、コースト走行時に許容される許容減速度を設定する減速度設定部と、前記許容減速度に基づいて、車両を前記許容減速度で減速させるための第１減速仕事率を算出する第１仕事率算出部と、前記第１減速仕事率に基づいて、車輪に連結される発電機の上限仕事率を算出する上限仕事率算出部と、乗員の操作によって設定された走行モードに基づいて、前記発電機の上限トルクの変化率制限値を設定する変化率制限値設定部と、前記上限仕事率および前記変化率制限値に基づいて、前記発電機の上限トルクを算出する上限トルク算出部と、前記上限トルクに基づいて、コースト走行時に前記発電機の発電トルクを制限する発電機制御部と、を有し、前記減速度設定部は、前記第１走行モードが設定される場合に、前記許容減速度として第１許容減速度を設定し、前記第２走行モードが設定される場合に、前記許容減速度として前記第１許容減速度よりも大きな第２許容減速度を設定し、前記変化率制限値設定部は、前記第１走行モードが設定される場合に、前記変化率制限値として第１変化率制限値を設定し、前記第２走行モードが設定される場合に、前記変化率制限値として前記第１変化率制限値よりも大きな第２変化率制限値を設定する。

本発明によれば、減速度設定部は、第１走行モードが設定される場合に、許容減速度として第１許容減速度を設定し、第２走行モードが設定される場合に、許容減速度として第１許容減速度よりも大きな第２許容減速度を設定する。これにより、乗員に違和感を与えることなくコースト走行時の発電電力を増加させることができる。

本発明の一実施の形態である車両用制御装置を備える車両の構成例を示す概略図である。 電源回路の一例を示す回路図である。 車両用制御装置の制御系を示す概略図である。 自動変速モードにおいて使用されるシフトパターンの一例を示す説明図である。 スタータジェネレータを発電状態に制御したときの電力供給状況を示す回路図である。 スタータジェネレータを発電休止状態に制御したときの電力供給状況を示す回路図である。 回生発電制御を実行するメインコントローラが備える各機能部の一例を示すブロック図である。 理想車体減速度を設定する際に参照される減速度マップの一例を示す線図である。 回生発電制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。 コースト走行時における車体減速度および回生トルクの推移例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用制御装置１０を備える車両１１の構成例を示す概略図である。図１に示すように、車両１１には、動力源であるエンジン１２を備えたパワーユニット１３が搭載されている。エンジン１２のクランク軸１４には、ベルト機構１５を介してスタータジェネレータ（発電機）１６が機械的に連結されている。また、エンジン１２にはトルクコンバータ１７を介して変速機構１８が連結されており、変速機構１８にはデファレンシャル機構１９等を介して車輪２０が連結されている。つまり、スタータジェネレータ１６は、エンジン１２や変速機構１８等を介して車輪２０に連結されている。また、エンジン１２には、インジェクタ、イグナイタおよびスロットルバルブ等の補機２１を制御するため、マイコン等からなるエンジンコントローラ２２が接続されている。

エンジン１２に連結されるスタータジェネレータ１６は、発電機および電動機として機能する所謂ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）である。スタータジェネレータ１６は、クランク軸１４に駆動される発電機として機能するだけでなく、クランク軸１４を回転させる電動機として機能する。例えば、アイドリングストップ制御においてエンジン１２を再始動させる場合や、発進時や加速時においてエンジン１２をアシストする場合には、電動機としてスタータジェネレータ１６は力行状態に制御される。

スタータジェネレータ１６は、ステータコイルを備えたステータ２３と、フィールドコイルを備えたロータ２４と、を有している。また、スタータジェネレータ１６には、ステータコイルやフィールドコイルの通電状態を制御するため、インバータ、レギュレータおよびマイコン等からなるＩＳＧコントローラ２５が設けられている。ＩＳＧコントローラ２５によってフィールドコイルやステータコイルの通電状態を制御することにより、スタータジェネレータ１６の発電電圧や発電トルク等を制御することができる。

［電源回路］
車両用制御装置１０が備える電源回路３０について説明する。図２は電源回路３０の一例を示す回路図である。図２に示すように、電源回路３０は、スタータジェネレータ１６に電気的に接続される鉛バッテリ３１と、これと並列にスタータジェネレータ１６に電気的に接続されるリチウムイオンバッテリ３２と、を備えている。なお、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の端子電圧は、鉛バッテリ３１の端子電圧よりも高く設計されている。また、リチウムイオンバッテリ３２を積極的に充放電させるため、リチウムイオンバッテリ３２の内部抵抗は、鉛バッテリ３１の内部抵抗よりも小さく設計されている。

鉛バッテリ３１の正極端子３１ａには正極ライン３３が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の正極端子３２ａには正極ライン３４が接続され、スタータジェネレータ１６の正極端子１６ａには正極ライン３５が接続される。これらの正極ライン３３〜３５は、接続点３６を介して互いに接続されている。また、鉛バッテリ３１の負極端子３１ｂには負極ライン３７が接続され、リチウムイオンバッテリ３２の負極端子３２ｂには負極ライン３８が接続され、スタータジェネレータ１６の負極端子１６ｂには負極ライン３９が接続される。これらの負極ライン３７〜３９は、基準電位点４０を介して互いに接続されている。

鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチＳＷ１が設けられている。スイッチＳＷ１を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに接続される。一方、スイッチＳＷ１を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６と鉛バッテリ３１とは互いに切り離される。また、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４には、導通状態と遮断状態とに切り替えられるスイッチＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ２を導通状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２は互いに接続される。一方、スイッチＳＷ２を遮断状態に制御することにより、スタータジェネレータ１６とリチウムイオンバッテリ３２とは互いに切り離される。

これらのスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子によって構成されるスイッチであっても良く、電磁力等を用いて接点を機械的に開閉させるスイッチであっても良い。なお、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、リレーやコンタクタ等とも呼ばれている。

図１に示すように、電源回路３０には、バッテリモジュール４１が設けられている。このバッテリモジュール４１には、リチウムイオンバッテリ３２が組み込まれるとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が組み込まれている。また、バッテリモジュール４１には、マイコン等からなるバッテリコントローラ４２が設けられている。バッテリコントローラ４２は、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧、セル温度、内部抵抗等を監視する機能や、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する機能を有している。

また、鉛バッテリ３１の正極ライン３３には、スタータモータ５０や他の電気負荷５１等からなる電気負荷群５２が接続されている。また、鉛バッテリ３１の負極ライン３７には、バッテリセンサ５３が設けられている。このバッテリセンサ５３は、鉛バッテリ３１の充電電流、放電電流、端子電圧、充電状態ＳＯＣ等を検出する機能を有している。なお、正極ライン３３には、電気負荷群５２等を保護するヒューズ５４が設けられている。

［制御系］
車両用制御装置１０の制御系について説明する。図３は車両用制御装置１０の制御系を示す概略図である。図１および図３に示すように、車両用制御装置１０は、車両用制御装置１０には、マイコン等からなるメインコントローラ６０が設けられている。メインコントローラ６０や前述した各コントローラ２２，２５，４２は、ＣＡＮやＬＩＮ等の車載ネットワーク６１を介して互いに通信自在に接続されている。また、各コントローラ２２，２５，４２を統括するメインコントローラ６０は、スタータジェネレータ１６の発電電圧や発電トルク等の目標値を設定し、この目標値に応じた制御信号をＩＳＧコントローラ２５に向けて出力する。なお、メインコントローラ６０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２やエンジン１２の作動目標を設定し、この作動目標に応じた制御信号をバッテリコントローラ４２やエンジンコントローラ２２に向けて出力する。

図３に示すように、メインコントローラ６０には、各コントローラ２２，２５，４２が接続されるだけでなく、アクセルペダルの操作状況（以下、アクセル開度と記載する。）を検出するアクセルセンサ６２、ブレーキペダルの操作状況を検出するブレーキセンサ６３、および車両１１の走行速度である車速を検出する車速センサ６４が接続されている。また、メインコントローラ６０には、セレクトレバー６５の操作状況を検出するポジションセンサ６６が接続されている。走行モードとして後述する自動変速モードが設定される場合には、ポジションセンサ６６からメインコントローラ６０にモード信号Ｓａが出力され、走行モードとして後述する手動変速モードが設定される場合には、ポジションセンサ６６からメインコントローラ６０にモード信号Ｓｍが出力される。

メインコントローラ６０には、ＩＳＧコントローラ２５から、スタータジェネレータ１６の発電電圧、発電電流、発電トルクおよびロータ回転数等の情報が入力される。また、メインコントローラ６０には、エンジンコントローラ２２から、エンジン回転数、燃料噴射量およびスロットル開度等の情報が入力される。さらに、メインコントローラ６０には、バッテリコントローラ４２から、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣ、充放電電流、端子電圧等の情報が入力される。なお、充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）とは、バッテリの設計容量に対する蓄電量の比率である。

［走行モード］
車両用制御装置１０が備える走行モードについて説明する。車両用制御装置１０は、車両１１の走行モードとして、自動変速モード（第１走行モード）および手動変速モード（第２走行モード）を備えている。図４は自動変速モードにおいて使用されるシフトパターンの一例を示す説明図である。また、図４に示すＲ１とは最も変速比の大きな低速段側（ロー側）の変速段であり、Ｒ５とは最も変速比の小さな高速段側（ハイ側）の変速段である。つまり、図１に示した変速機構１８には、低速段から高速段にかけて、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５の順に５つの変速段が設定されている。なお、変速比とは、変速機構１８の出力軸回転速度に対する入力軸回転速度の比である。

まず、図３に示すように、車両用制御装置１０には、乗員に操作されるセレクトレバー６５を備えたセレクトユニット６７が設けられている。セレクトユニット６７には、セレクトレバー６５を案内するゲート６８として、自動変速ゲート６８ａおよび手動変速ゲート６８ｍが設けられている。セレクトレバー６５が自動変速ゲート６８ａ内に配置される場合には、走行モードとして自動変速モードが設定される。一方、セレクトレバー６５が手動変速ゲート６８ｍ内に配置される場合には、走行モードとして手動変速モードが設定される。つまり、乗員がセレクトレバー６５を手動変速ゲート６８ｍから自動変速ゲート６８ａに移動させた場合には、走行モードが手動変速モードから自動変速モードに切り替えられる。一方、乗員がセレクトレバー６５を自動変速ゲート６８ａから手動変速ゲート６８ｍに移動させた場合には、走行モードが自動変速モードから手動変速モードに切り替えられる。

乗員のセレクトレバー操作（操作）によって自動変速モードが設定されると、変速機構１８を制御する図示しないミッションコントローラは、車速およびアクセル開度に基づいて変速段Ｒ１〜Ｒ５を切り替える。図４に示すように、自動変速モードのシフトパターンには、変速段Ｒ１〜Ｒ５間でのアップシフトを規定する複数のアップシフト線（実線）が設定されており、変速段Ｒ１〜Ｒ５間でのダウンシフトを規定する複数のダウンシフト線（破線）が設定されている。アップシフト線を跨ぐように車速やアクセル開度が変化した場合には、高速段側の変速段Ｒ２〜Ｒ５に向けてアップシフトが実行される。一方、ダウンシフト線を跨ぐように車速やアクセル開度が変化した場合には、低速段側の変速段Ｒ１〜Ｒ４に向けてダウンシフトが実行される。このように、自動変速モードにおいては、車速やアクセル開度等に応じて変速段が自動的に切り替えられる。

一方、乗員のセレクトレバー操作によって手動変速モードが設定されると、ミッションコントローラは、乗員のセレクトレバー操作に基づいて変速段Ｒ１〜Ｒ５を切り替える。図３に示すように、手動変速ゲート６８ｍ内においてはセレクトレバー６５を前後方向（矢印α，β方向）に動かすことが可能である。そして、セレクトレバー６５が矢印α方向に操作された場合には、高速段側の変速段Ｒ２〜Ｒ５に向けてアップシフトが実行される。一方、セレクトレバー６５が矢印β方向に操作された場合には、低速段側の変速段Ｒ１〜Ｒ４に向けてダウンシフトが実行される。このように、手動変速モードにおいては、乗員のセレクトレバー操作に応じて変速段が任意に切り替えられる。

［バッテリ充放電制御］
続いて、スタータジェネレータ１６によるリチウムイオンバッテリ３２の充放電制御について説明する。図５はスタータジェネレータ１６を発電状態に制御したときの電力供給状況を示す回路図である。図６はスタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御したときの電力供給状況を示す回路図である。なお、スタータジェネレータ１６の発電状態として、エンジン動力によってスタータジェネレータ１６を回転駆動する燃焼発電状態と、車両減速時の運動エネルギーによってスタータジェネレータ１６を回転駆動する回生発電状態とがある。

図５に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が枯渇している場合には、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の下限値を下回る場合には、リチウムイオンバッテリ３２を充電して充電状態ＳＯＣを高めるため、スタータジェネレータ１６が燃焼発電状態に制御される。スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられる。これにより、図５に黒塗りの矢印で示すように、スタータジェネレータ１６から、リチウムイオンバッテリ３２、電気負荷群５２および鉛バッテリ３１等に対して電力が供給される。

図６に示すように、リチウムイオンバッテリ３２の蓄電量が十分に確保されている場合には、スタータジェネレータ１６が発電休止状態に制御される。つまり、リチウムイオンバッテリ３２の充電状態ＳＯＣが所定の上限値を上回る場合には、リチウムイオンバッテリ３２の放電を促してエンジン負荷を低減するため、スタータジェネレータ１６は発電休止状態に制御される。スタータジェネレータ１６を発電休止状態に制御する際には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き下げられる。これにより、図６に黒塗りの矢印で示すように、リチウムイオンバッテリ３２から電気負荷群５２に対して電力が供給されるため、スタータジェネレータ１６の発電を抑制することができ、エンジン負荷を低減することができる。

前述したように、スタータジェネレータ１６は、充電状態ＳＯＣに基づき燃焼発電状態や発電休止状態に制御されるが、車両１１の燃費性能を向上させる観点から、車両減速時にはスタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。これにより、車両１１の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収することができ、車両１１のエネルギー効率を向上させることができる。スタータジェネレータ１６の回生発電を実行するか否かについては、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状況等に基づいて決定される。例えば、車両走行中にアクセルペダルの踏み込みが解除された場合や、車両走行中にブレーキペダルが踏み込まれた場合には、スタータジェネレータ１６の発電電圧がリチウムイオンバッテリ３２の端子電圧よりも引き上げられ、図５に示すように、スタータジェネレータ１６が回生発電状態に制御される。なお、図５および図６に示すように、スタータジェネレータ１６を燃焼発電状態、回生発電状態および発電休止状態に制御する際に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は導通状態に保持される。

ところで、車両１１が緩やかに減速する惰性走行としてのコースト走行時、つまりアクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されるコースト走行時においては、車体減速度を過度に増加させて乗員に違和感を与えることがないように、スタータジェネレータ１６を適切に制御することが必要である。つまり、車両１１が緩やかに減速するコースト走行においては、車体減速度を過度に増加させてしまうと乗員に違和感を与える虞があることから、スタータジェネレータ１６の発電トルクつまり回生トルクを適切に制限することが求められている。一方、エンジン１２に対する燃料供給が遮断されるコースト走行時においては、スタータジェネレータ１６の回生トルクを高めることにより、車両１１のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることが求められている。

［コースト走行時の回生発電制御］
以下、コースト走行時に実行されるスタータジェネレータ１６の回生発電制御について説明する。図７は回生発電制御を実行するメインコントローラ６０が備える各機能部の一例を示すブロック図である。なお、以下の説明において、車体減速度とは減速側の車体加速度を意味しており、車体減速度が大きいということは車体加速度の絶対値が大きいことを意味している。

図７に示すように、メインコントローラ６０は、理想減速度設定部７０、理想仕事率算出部７１、転がり抵抗仕事率算出部７２、空気抵抗仕事率算出部７３、エンジン抵抗仕事率算出部７４、回生仕事率算出部７５、およびトルク制限値算出部７６を有している。メインコントローラ６０の理想減速度設定部（減速度設定部）７０は、コースト走行時の車速Ｖおよびモード信号Ｓａ，Ｓｍに基づいて所定の減速度マップを参照し、コースト走行時における車両１１の許容減速度である理想車体減速度Ｄｘを設定する。理想車体減速度Ｄｘとは、緩やかに減速するコースト走行時に許容される減速度であり、乗員に対して大きな違和感を与えることのない減速度の上限値である。つまり、コースト走行時においては、車体減速度を理想車体減速度Ｄｘ以下に抑えることにより、乗員に大きな違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。

ここで、図８は理想車体減速度Ｄｘを設定する際に参照される減速度マップの一例を示す線図である。なお、図８に示す特性線Ｄｍｉｎは、スタータジェネレータ１６の回生トルクを「０」に制御したときの車体減速度であり、特性線Ｄｍａｘは、スタータジェネレータ１６の回生トルクを最大値に制御したときの車体減速度である。

図８に示すように、モード信号Ｓａが入力される場合、つまり自動変速モードが設定される場合には、特性線Ｄａに沿って理想車体減速度Ｄｘが設定される。つまり、自動変速モードにおいては、車速Ｖに基づき特性線Ｄａを参照することにより、理想車体減速度Ｄｘが設定される。また、モード信号Ｓｍが入力される場合、つまり手動変速モードが設定される場合には、特性線Ｄｍ１〜Ｄｍ５に沿って理想車体減速度Ｄｘが設定される。つまり、手動変速モードにおいては、車速Ｖに基づき特性線Ｄｍ１〜Ｄｍ５を参照することにより、理想車体減速度Ｄｘが設定される。また、手動変速モードにおいて、変速段Ｒ１が設定される場合には特性線Ｄｍ１が選択され、変速段Ｒ２が設定される場合には特性線Ｄｍ２が選択され、変速段Ｒ３が設定される場合には特性線Ｄｍ３が選択され、変速段Ｒ４が設定される場合には特性線Ｄｍ４が選択され、変速段Ｒ５が設定される場合には特性線Ｄｍ５が選択される。

すなわち、図８に示すように、自動変速モードが設定され、かつ車速がＶ１である場合には、特性線Ｄａを参照することにより、理想車体減速度（許容減速度，第１許容減速度）Ｄｘａが設定される。また、手動変速モードの変速段Ｒ３が設定され、かつ車速がＶ１である場合には、特性線Ｄｍ３を参照することにより、理想車体減速度Ｄｘａよりも大きな理想車体減速度（許容減速度，第２許容減速度）Ｄｘｂが設定される。なお、図８に示す例では、高車速時には理想車体減速度Ｄｘが大きく設定される一方、低車速時には理想車体減速度Ｄｘが小さく設定されるが、これに限られることはなく、理想車体減速度Ｄｘとして固定値を採用しても良い。また、手動変速モードにおいては、変速段毎に特性線Ｄｍ１〜Ｄｍ５を分けて設定しているが、これに限られることはなく、例えば全ての変速段に対して共通の特性線を設定しても良い。

図７に示すように、理想仕事率算出部（第１仕事率算出部）７１は、以下の式（１）に基づいて、理想車体減速度Ｄｘから車体理想減速仕事率（第１減速仕事率）Ｐ１を算出する。この車体理想減速仕事率Ｐ１とは、車体減速度を理想車体減速度Ｄｘに到達させるために必要な仕事率である。つまり、車体理想減速仕事率Ｐ１に相当するエネルギーを用いて車両１１を減速させることにより、車体減速度を理想車体減速度Ｄｘまで増加させることが可能である。なお、式（１）に示した「Ｗｖ」は車両質量である。
P1[W]＝Wv[kg]×Dx[m/s^２]×V[m/s] ・・（１）

転がり抵抗仕事率算出部（第２仕事率算出部）７２は、以下の式（２）に基づいて、車速Ｖから転がり抵抗仕事率（第２減速仕事率）Ｐ２ａを算出する。この転がり抵抗仕事率Ｐ２ａとは、コースト走行時に車両１１を減速させる走行抵抗分の仕事率である。なお、式（２）に示した「μｒ」は転がり抵抗係数であり、「ｇ」は重力加速度である。
P2a[W]＝μr×Wv[kg]×g[m/s²]×V[m/s] ・・（２）

空気抵抗仕事率算出部（第２仕事率算出部）７３は、以下の式（３）に基づいて、車速Ｖから空気抵抗仕事率（第２減速仕事率）Ｐ２ｂを算出する。この空気抵抗仕事率Ｐ２ｂとは、コースト走行時に車両１１を減速させる走行抵抗分の仕事率である。なお、式（３）に示した「μｌ」は空気抵抗係数であり、「ρ」は空気密度であり、「Ｓ」は車両１１の前面投影面積である。
P2b[W]＝μl×ρ[kg/m³]×S[m²]×｛V[m/s]｝³ ・・（３）

エンジン抵抗仕事率算出部（第３仕事率算出部）７４は、以下の式（４）に基づいて、エンジン回転数（エンジンの回転速度）Ｎｅからエンジンフリクション仕事率（第３減速仕事率）Ｐ３を算出する。このエンジンフリクション仕事率Ｐ３とは、コースト走行時に車両１１を減速させるエンジン回転抵抗分の仕事率である。式（４）に示した「Ｔｅｆ」は、エンジンブレーキの制動トルクに相当するエンジンフリクショントルクである。ここで、エンジンフリクショントルクＴｅｆとは、エンジンポンピングロストルク、エンジン機械損失トルクおよびＩＳＧベルトフリクショントルクを合算したトルクである。

なお、エンジンポンピングロストルクとは、エンジン１２の吸気行程および排気行程において発生する回転抵抗トルクである。また、エンジン機械損失トルクとは、エンジン図示トルクからエンジン正味トルクを減算したトルクであり、エンジン内部の摩擦抵抗による回転抵抗トルクである。さらに、ＩＳＧベルトフリクショントルクとは、ベルト機構１５の回転抵抗による回転抵抗トルクである。
P3[W]＝Tef[Nm]×Ne[rad/s] ・・（４）

回生仕事率算出部（上限仕事率算出部）７５は、以下の式（５）に基づいて、車体理想減速仕事率Ｐ１から、転がり抵抗仕事率Ｐ２ａ、空気抵抗仕事率Ｐ２ｂおよびエンジンフリクション仕事率Ｐ３を減算し、減速回生仕事率（上限仕事率）Ｐｇを算出する。この減速回生仕事率Ｐｇとは、コースト走行時の回生発電に許容される仕事率、つまりコースト走行時のスタータジェネレータ１６に許容される仕事率の上限値である。
Pg[W]＝｛P1[W]−P2a[W]−P2b[W]−P3[W]｝ ・・（５）

トルク制限値算出部（上限トルク算出部）７６は、以下の式（６）に基づいて、減速回生仕事率Ｐｇをスタータジェネレータ１６の回転速度Ｎｉｓｇで除算し、回生トルク制限値（上限トルク）Ｔｇを算出する。この回生トルク制限値Ｔｇとは、コースト走行時のスタータジェネレータ１６に許容される回生トルクの上限値である。
Tg[Nm]＝Pg[W]／Nisg[rad/s] ・・（６）

このように、トルク制限値算出部７６によって算出された回生トルク制限値Ｔｇは、トルク制限値算出部７６からＩＳＧコントローラ２５に指令値として出力され、発電機制御部であるＩＳＧコントローラ２５は、回生トルク制限値Ｔｇに基づいてスタータジェネレータ１６の回生トルクを制限する。このように、スタータジェネレータ１６の回生トルクを回生トルク制限値Ｔｇ以下に制限することにより、コースト走行時の車体減速度を理想車体減速度Ｄｘ以下に抑えることができるため、乗員に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。

しかも、走行モードが自動変速モードである場合には、小さな理想車体減速度Ｄｘが設定される一方、走行モードが手動変速モードである場合には、大きな理想車体減速度Ｄｘが設定される。すなわち、乗員が積極的な減速を望む傾向にある手動変速モードにおいては、コースト走行時の理想車体減速度Ｄｘを大きく設定することにより、ドライバビリティを向上させつつ発電電力を増加させることができる。つまり、乗員に違和感を与えることなく、コースト走行時の発電電力を増加させることができる。このように、コースト走行時の発電電力を積極的に増加させることにより、車両１１のエネルギー効率を高めて燃費性能を向上させることができる。さらに、前述の説明では、走行モードが手動変速モードである場合には、変速比の大きな低速段側の変速段が設定される程に、コースト走行時の理想車体減速度Ｄｘが大きく設定されている。これにより、乗員に違和感を与えることなく積極的にコースト走行時の発電電力を増加させることができ、車両１１の燃費性能を向上させることができる。

また、車体理想減速仕事率Ｐ１、転がり抵抗仕事率Ｐ２ａ、空気抵抗仕事率Ｐ２ｂ、エンジンフリクション仕事率Ｐ３および減速回生仕事率Ｐｇのように、仕事率つまり単位時間当たりのエネルギーに換算した上で、コースト走行時の減速度を理想車体減速度Ｄｘ以下に制限するための回生トルク制限値Ｔｇを算出している。このように、仕事率を用いて回生トルク制限値Ｔｇを算出することにより、あらゆる走行状況毎にマップデータを構築することなく、回生トルク制限値Ｔｇを算出することができる。これにより、複雑なマップデータを構築するための工数を削減することができ、車両用制御装置１０の開発コストを下げることができる。しかも、理想車体減速度Ｄｘから回生トルク制限値Ｔｇを算出する制御方法であり、複雑なマップデータを使用しない制御方法であることから、外乱が生じた場合であっても制御の安定性（ロバスト性）を高めることができる。

ところで、回生トルクが回生トルク制限値Ｔｇ以下に制限される場合であっても、特に自動変速モードにおいては、回生トルク制限値Ｔｇが急に変化すると乗員に対して違和感を与えてしまう虞がある。そこで、メインコントローラ６０は、変化率制限値Ｒｔｇを設定する変化率制限値設定部７７を有している。変化率制限値設定部７７は、モード信号Ｓａが入力される場合、つまり自動変速モードが設定される場合には、変化率制限値Ｒｔｇとして、所定値よりも小さな変化率制限値（第１変化率制限値）Ｒａを設定する。一方、変化率制限値設定部７７は、モード信号Ｓｍが入力される場合、つまり手動変速モードが設定される場合には、変化率制限値Ｒｔｇとして、所定値よりも大きな変化率制限値（第２変化率制限値）Ｒｍを設定する。すなわち、自動変速モードにおいては、手動変速モードよりも、変化率制限値Ｒｔｇが小さく設定される。

このように、変化率制限値設定部７７によって設定された変化率制限値Ｒｔｇは、回生トルク制限値Ｔｇを算出するためのトルク制限値算出部７６に入力される。そして、トルク制限値算出部７６は、今回の回生トルク制限値Ｔｇ_（ｎ）と前回の回生トルク制限値Ｔｇ_{（ｎ−１）}との差が、変化率制限値Ｒｔｇを超えた場合には、以下の式（７）に基づいて、回生トルク制限値Ｔｇを更新する。すなわち、回生トルク制限値Ｔｇの更新量は、変化率制限値Ｒｔｇに基づき制限される。一方、今回の回生トルク制限値Ｔｇ_（ｎ）と前回の回生トルク制限値Ｔｇ_{（ｎ−１）}との差が、変化率制限値Ｒｔｇ以下である場合には、以下の式（８）に基づいて、今回の制御ルーチンで算出された回生トルク制限値Ｔｇ_（ｎ）を、新たな回生トルク制限値Ｔｇとして更新する。なお、式（７）および（８）に示した「Ｔｇ_（ｎ）」は今回の制御ルーチンで算出された回生トルク制限値であり、「Ｔｇ_{（ｎ−１）}」は前回の制御ルーチンで算出された回生トルク制限値であり、「Ｔ１」は処理周期つまり制御ルーチンの処理時間である。
Tg_(n)[Nm]＝Tg_(n-1)[Nm]＋Rtg[Nm/s]×T1[s] ・・（７）
Tg_(n)[Nm]＝Tg_(n)[Nm] ・・（８）

これにより、自動変速モードにおいては、回生トルク制限値Ｔｇを緩やかに変化させることができるため、コースト走行時の車体減速度を緩やかに変化させることができ、乗員に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。一方、手動変速モードにおいては、回生トルク制限値Ｔｇを急速に変化させることができるため、コースト走行時の車体減速度を急速に変化させることができ、車両１１を積極的に減速させてドライバビリティを向上させることができる。なお、前述の説明では、走行モードに応じて変化率制限値Ｒｔｇを変化させることにより、更新される回生トルク制限値Ｔｇの変化量を調整しているが、これに限られることはない。例えば、走行モードに応じて理想車体減速度Ｄｘの変化率制限値を設定することにより、更新される理想車体減速度Ｄｘの変化量を調整しても良い。

前述の説明では、第１走行モードとして自動変速モードを採用し、第２走行モードとして手動変速モードを採用しているが、これに限られることはない。例えば、第１走行モードとして、変速比を連続的に変化させる無段変速モードを採用しても良い。また、第２走行モードとしては、乗員が積極的な減速を期待する走行モードであれば、如何なる走行モードであっても良い。例えば、第２走行モードとして、エンジン回転数を高く設定する走行モードや、変速比を大きく（ロー側）に設定する走行モードを採用しても良い。つまり、第２走行モードとして、自動変速モード等の第１走行モードよりも、エンジン回転数を上げる走行モードを採用しても良い。また、第２走行モードとして、自動変速モード等の第１走行モードよりも、ロー側の変速比で走行させる走行モードを採用しても良い。このように、第２走行モードとして利用可能な走行モードとしては、いわゆるＬレンジモードやエンジンブレーキモード等がある。また、前述の説明では、セレクトレバー操作によって走行モードを切り替えているが、これに限られることはなく、ボタン操作、スイッチ操作あるいはパドル操作等の操作によって走行モードを切り替えても良い。

［フローチャート］
前述したコースト走行時の回生発電制御をフローチャートに沿って説明する。図９は回生発電制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、ステップＳ１０では車両１１がコースト走行であるか否かが判定される。ステップＳ１０において、車両１１がコースト走行であると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、走行モードが自動変速モードであるか否かが判定される。

ステップＳ１１において、自動変速モードであると判定された場合には、ステップＳ１２に進み、車速および特性線Ｄａに基づき理想車体減速度Ｄｘが設定され（図８参照）、ステップＳ１３に進み、自動変速モード用の変化率制限値Ｒａが設定される。続くステップＳ１４では、理想車体減速度Ｄｘに基づいて、スタータジェネレータ１６の回生トルク制限値Ｔｇが算出され、続くステップＳ１５では、変化率制限値Ｒａに基づいて、回生トルク制限値Ｔｇの更新量が制限される。そして、ステップＳ１６に進み、ＩＳＧコントローラ２５に対して回生トルク制限値Ｔｇが指示され、スタータジェネレータ１６の回生トルクは回生トルク制限値Ｔｇ以下に制限される。

一方、ステップＳ１１において、手動変速モードであると判定された場合には、ステップＳ１７に進み、車速および特性線Ｄｍ１〜Ｄｍ５に基づき理想車体減速度Ｄｘが設定され（図８参照）、ステップＳ１８に進み、手動変速モード用の変化率制限値Ｒｍが設定される。続くステップＳ１４では、理想車体減速度Ｄｘに基づいて、スタータジェネレータ１６の回生トルク制限値Ｔｇが算出され、続くステップＳ１５では、変化率制限値Ｒｍに基づいて、回生トルク制限値Ｔｇの更新量が制限される。そして、ステップＳ１６に進み、ＩＳＧコントローラ２５に対して回生トルク制限値Ｔｇが指示され、スタータジェネレータ１６の回生トルクは回生トルク制限値Ｔｇ以下に制限される。

［タイミングチャート］
前述したコースト走行時の回生発電制御をタイミングチャートに沿って説明する。図１０はコースト走行時における車体減速度および回生トルクの推移例を示すタイミングチャートである。図１０には、コースト走行時の走行モードが、自動変速モード、手動変速モード、自動変速モードの順に切り替えられた状況が示されている。

図１０に示すように、アクセルペダルの踏み込みが解除されると（符号ａ１）、車両１１はコースト走行に移行する。このとき、車両１１は自動変速モードであることから（符号ｂ１）、自動変速モード用の特性線Ｄａ（図８参照）に基づき、理想車体減速度Ｄｘとして「Ｄｘ１」が設定される。また、理想車体減速度（第１許容減速度）Ｄｘ１に基づき、回生トルク制限値Ｔｇとして「Ｔｇ１」が設定される。そして、スタータジェネレータ１６の回生トルクは回生トルク制限値Ｔｇ１に向けて立ち上げられ（符号ｃ１）、回生トルク制限値Ｔｇ１を超えないように制限される（符号ｃ２）。このように、回生トルクを制限することにより、コースト走行時の減速度を理想車体減速度Ｄｘ１以下に制限することができる（符号ｄ１）。これにより、乗員が積極的な減速を望まない傾向の自動変速モードにおいては、コースト走行時の車体減速度を抑制することができ、乗員に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。

また、走行モードが自動変速モードから手動変速モードに切り替えられると（符号ｂ２）、設定される手動変速モードの変速段Ｒ１〜Ｒ５に応じて特性線Ｄｍ１〜Ｄｍ５（図８参照）を参照し、理想車体減速度Ｄｘとして「Ｄｘ２」が設定される。また、理想車体減速度（第２許容減速度）Ｄｘ２に基づき、回生トルク制限値Ｔｇとして「Ｔｇ２」が設定される。そして、スタータジェネレータ１６の回生トルクは回生トルク制限値Ｔｇ２に向けて立ち上げられ（符号ｃ３）、回生トルク制限値Ｔｇ２を超えないように制限される（符号ｃ４）。このように、回生トルクを制限することにより、コースト走行時の減速度を理想車体減速度Ｄｘ２以下に制限することができる（符号ｄ２）。すなわち、走行モードが自動変速モードから手動変速モードに切り替えられると、矢印αで示すように、理想車体減速度が「Ｄｘ１」から「Ｄｘ２」に引き上げられ、矢印βで示すように、回生トルク制限値が「Ｔｇ１」から「Ｔｇ２」に引き上げられるため、スタータジェネレータ１６の回生トルクが引き上げられる。これにより、乗員が積極的な減速を期待する手動変速モードにおいては、コースト走行時の回生トルクを高めて発電電力を増加させることができ、ドライバビリティを向上させつつ車両１１の燃費性能を向上させることができる。

その後、走行モードが手動変速モードから自動変速モードに切り替えられると（符号ｄ３）、自動変速モード用の特性線Ｄａ（図８参照）に基づき、理想車体減速度Ｄｘとして「Ｄｘ１」が設定される。また、理想車体減速度Ｄｘ１に基づき、回生トルク制限値Ｔｇとして「Ｔｇ１」が設定される。そして、スタータジェネレータ１６の回生トルクは回生トルク制限値Ｔｇ１に向けて引き下げられ（符号ｃ５）、回生トルク制限値Ｔｇ１を超えないように制限される（符号ｃ６）。このように、回生トルクを制限することにより、コースト走行時の減速度を理想車体減速度Ｄｘ１以下に制限することができる（符号ｄ３）。これにより、乗員が積極的な減速を望まない傾向の自動変速モードにおいては、コースト走行時の車体減速度を抑制することができ、乗員に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。

また、前述したように、自動変速モードが設定される場合には、変化率制限値Ｒｔｇとして、所定値よりも小さな変化率制限値Ｒａが設定される一方、手動変速モードが設定される場合には、変化率制限値Ｒｔｇとして、所定値よりも大きな変化率制限値Ｒｍが設定される。これにより、自動変速モードにおいては、回生トルク制限値Ｔｇを緩やかに変化させることができるため、符号ｅ１，ｅ３で示すように、コースト走行時の車体減速度を緩やかに変化させることができ、乗員に違和感を与えることなく車両１１を走行させることができる。一方、手動変速モードにおいては、回生トルク制限値Ｔｇを急速に変化させることができるため、符号ｅ２で示すように、コースト走行時の車体減速度を急速に変化させることができ、車両１１を積極的に減速させてドライバビリティを向上させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、発電機としてＩＳＧであるスタータジェネレータ１６を採用しているが、これに限られることはなく、発電機としてオルタネータを採用しても良く、ハイブリッド車両の動力源であるモータジェネレータを発電機として採用しても良い。また、前述の説明では、メインコントローラ６０を、減速度設定部、第１仕事率算出部、上限仕事率算出部、上限トルク算出部として機能させ、ＩＳＧコントローラ２５を、発電機制御部として機能させているが、これに限られることはない。例えば、他のコントローラ、１つのコントローラ、或いは複数のコントローラを、減速度設定部、第１仕事率算出部、上限仕事率算出部、上限トルク算出部、発電機制御部として機能させても良い。

前述の説明では、減速回生仕事率Ｐｇを算出するため、転がり抵抗仕事率Ｐ２ａ、空気抵抗仕事率Ｐ２ｂ、およびエンジンフリクション仕事率Ｐ３を用いているが、これに限られることはない。例えば、車体理想減速仕事率Ｐ１のみを用いて減速回生仕事率Ｐｇを算出しても良い。また、転がり抵抗仕事率Ｐ２ａ、空気抵抗仕事率Ｐ２ｂおよびエンジンフリクション仕事率Ｐ３の少なくともいずれか１つと、車体理想減速仕事率Ｐ１と、を用いて減速回生仕事率Ｐｇを算出しても良い。

なお、車両用制御装置１０が備える電源回路としては、例示した電源回路３０に限られることはない。例えば、図示する電源回路３０には、リチウムイオンバッテリ３２と鉛バッテリ３１とが設けられているが、これに限られることはなく、１つの蓄電体を備えた電源回路であっても良い。また、図示する例では、リチウムイオンバッテリ３２の正極ライン３４にスイッチＳＷ２を設けているが、これに限られることはない。例えば、図２に一点鎖線で示すように、リチウムイオンバッテリ３２の負極ライン３８にスイッチＳＷ２を設けても良い。

１０ 車両用制御装置
１１ 車両
１２ エンジン
１６ スタータジェネレータ（発電機）
２０ 車輪
２５ ＩＳＧコントローラ（発電機制御部）
６０ メインコントローラ
７０ 理想減速度設定部（減速度設定部）
７１ 理想仕事率算出部（第１仕事率算出部）
７２ 転がり抵抗仕事率算出部（第２仕事率算出部）
７３ 空気抵抗仕事率算出部（第２仕事率算出部）
７４ エンジン抵抗仕事率算出部（第３仕事率算出部）
７５ 回生仕事率算出部（上限仕事率算出部）
７６ トルク制限値算出部（上限トルク算出部）
Ｄｘ 理想車体減速度（許容減速度）
Ｄｘａ 理想車体減速度（許容減速度，第１許容減速度）
Ｄｘｂ 理想車体減速度（許容減速度，第２許容減速度）
Ｄｘ１ 理想車体減速度（許容減速度，第１許容減速度）
Ｄｘ２ 理想車体減速度（許容減速度，第２許容減速度）
Ｐ１ 車体理想減速仕事率（第１減速仕事率）
Ｐ２ａ 転がり抵抗仕事率（第２減速仕事率）
Ｐ２ｂ 空気抵抗仕事率（第２減速仕事率）
Ｐ３ エンジンフリクション仕事率（第３減速仕事率）
Ｐｇ 減速回生仕事率（上限仕事率）
Ｔｇ 回生トルク制限値（上限トルク）
Ｔｇ１ 回生トルク制限値（上限トルク）
Ｔｇ２ 回生トルク制限値（上限トルク）
Ｖ 車速（走行速度）
Ｎｅ エンジン回転数（回転速度）

Claims (7)

1. 車両の走行モードとして、乗員の操作によって切り替えられる第１走行モードおよび第２走行モードを備える、車両用制御装置であって、
   乗員の操作によって設定された走行モードに基づいて、コースト走行時に許容される許容減速度を設定する減速度設定部と、
   前記許容減速度に基づいて、車両を前記許容減速度で減速させるための第１減速仕事率を算出する第１仕事率算出部と、
   前記第１減速仕事率に基づいて、車輪に連結される発電機の上限仕事率を算出する上限仕事率算出部と、
   乗員の操作によって設定された走行モードに基づいて、前記発電機の上限トルクの変化率制限値を設定する変化率制限値設定部と、
   前記上限仕事率および前記変化率制限値に基づいて、前記発電機の上限トルクを算出する上限トルク算出部と、
   前記上限トルクに基づいて、コースト走行時に前記発電機の発電トルクを制限する発電機制御部と、
   を有し、
   前記減速度設定部は、
   前記第１走行モードが設定される場合に、前記許容減速度として第１許容減速度を設定し、前記第２走行モードが設定される場合に、前記許容減速度として前記第１許容減速度よりも大きな第２許容減速度を設定し、
   前記変化率制限値設定部は、
   前記第１走行モードが設定される場合に、前記変化率制限値として第１変化率制限値を設定し、前記第２走行モードが設定される場合に、前記変化率制限値として前記第１変化率制限値よりも大きな第２変化率制限値を設定する、
   車両用制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用制御装置において、
   コースト走行時の走行速度に基づいて、コースト走行時に車両を減速させる走行抵抗分の第２減速仕事率を算出する第２仕事率算出部、を有し、
   前記上限仕事率算出部は、前記第１減速仕事率から前記第２減速仕事率を減算し、前記発電機の前記上限仕事率を算出する、
   車両用制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用制御装置において、
   コースト走行時のエンジンの回転速度に基づいて、コースト走行時に車両を減速させるエンジン回転抵抗分の第３減速仕事率を算出する第３仕事率算出部、を有し、
   前記上限仕事率算出部は、前記第１減速仕事率から前記第２減速仕事率および前記第３減速仕事率を減算し、前記発電機の前記上限仕事率を算出する、
   車両用制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
   前記第１走行モードは、自動変速モードであり、
   前記第２走行モードは、手動変速モードである、
   車両用制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
   前記第２走行モードは、前記第１走行モードよりもエンジンの回転速度を上げる走行モードである、
   車両用制御装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
   前記第２走行モードは、前記第１走行モードよりもロー側の変速比で走行させる走行モードである、
   車両用制御装置。
7. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
   前記第１走行モードは、変速比を自動的に切り替える自動変速モードであり、
   前記第２走行モードは、乗員の変速操作に基づいて前記変速比を切り替える手動変速モードであり、
   前記減速度設定部は、
   前記第１走行モードが設定される場合に、前記変速比に関わらず前記第１許容減速度を設定し、
   前記第２走行モードが設定される場合に、前記変速比が大きくなるほど前記第２許容減速度を大きく設定する、
   車両用制御装置。

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