JP7386355B2 - ハイブリッド車両の制御方法、及び、ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御方法、及び、ハイブリッド車両に関する。

エンジンとモータとを駆動源として有するハイブリッド車両において、エンジンをさらに発電機と接続させて発電源として用いることが行われている。このようなハイブリッド車両においては、エンジンの接続方法に応じて、直動モード、及び、シリーズモードの２つのモードが存在する。

直動モードにおいては、エンジンが駆動輪と直接接続されて、エンジンの動力が駆動輪に直接的に伝達されることで、エンジンが駆動源として用いられる。シリーズモードにおいては、エンジンが発電機と接続され、発電機において発電される電力の供給を受けたモータが駆動源として用いられる。

国際公開２０１１／０７４４８３号公報には、このようなハイブリッド車両における直動モードとシリーズモードとの選択方法の一例が示されている。国際公開２０１１／０７４４８３号公報によれば、直動モードが選択されている場合において、走行及び充電に必要な要求出力がモータの出力とエンジンの出力の合計を超える場合には、シリーズモードへ切り替えられる。

エンジンが駆動輪と接続される直動モードにおいては、駆動力の一部が車両の走行に用いられるため、積極的に発電が行われない。しかしながら、直動モードであっても、エンジンの出力を走行に必要な出力よりも大きくすることで、その余剰出力を用いて発電を行うことができる。

国際公開２０１１／０７４４８３号公報に開示の技術のように、所定の条件に沿って直動モードが選択される場合であっても、バッテリの充電量を短時間で増加させるために、余剰出力以上の電力を得る必要がある場合がある。しかしながら、直動モードにおいては、エンジンの回転速度が車速に応じて定まるため、例えば、高速充電が要求される場合には、単位時間あたりの要求充電電力を大きくするためにトルクを増加させる必要がある。しかしながら、回転速度を一定に保ちながらトルクを増加させてしまうと、エンジンの運転効率が悪化する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、直動モードが選択される条件であっても、車両全体での燃料消費量の悪化を抑制することが可能なハイブリッド車両の運転制御を実現することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ハイブリッド車両の制御方法は、発電機と接続されるとともに、駆動輪と接続可能なエンジンと、駆動輪と接続可能に構成され、発電機と接続されたバッテリからの電力供給により駆動されるモータと、を備えるハイブリッド車両の制御に用いられる。この制御方法においては、エンジンが駆動輪と接続される直動モードにおいて、バッテリの充電を行う場合であって、単位時間あたりの要求充電電力が閾値を上回る場合には、エンジンと駆動輪との接続状態を解除するとともにモータを駆動輪と接続することにより、エンジンにより発電機を駆動させるシリーズモードに切替える。

図１は、本実施形態のハイブリッド車両の概略構成図である。 図２は、シリーズモードにおける動力伝達状態を示す図である。 図３は、直動モードにおける動力伝達状態を示す図である。 図４は、オペレーショナルビューを示す図である。 図５は、シリーズモードへの切替制御を示す図である。 図６は、エンジンの運転点、出力、及び、燃料消費量との関係を示すグラフである。 図７は、他のオペレーショナルビューを示す図である。 図８は、さらに他のオペレーショナルビューを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、車両１の概略構成図である。車両１は、エンジン３と、発電機４と、バッテリ５と、モータ２と、コントローラ７と、を備える。

エンジン３は、内燃機関であって、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等である。

発電機４は、主に発電に用いられるモータージェネレータであって、発電及び力行を行うことができる。詳細には、発電機４は、エンジン３の動力によって駆動されることで発電するとともに、後述するバッテリ５の電力により力行することでエンジン３のモータリングに加えて、エンジン３の駆動力のアシストを行うことができる。

バッテリ５には、発電機４で発電された電力と、後述するモータ２で回生された電力と、が充電される。

モータ２は、主に走行に用いられるモータージェネレータである。モータ２は、バッテリ５の電力により駆動されて駆動輪６を駆動するとともに、減速時等に駆動輪６の回転に伴って連れ回されることにより減速エネルギによる発電を行う。

コントローラ７は、モータ２、エンジン３及び発電機４の制御を行なう。

なお、コントローラ７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

また、車両１は、モータ２と駆動輪６との間で動力を伝達する動力伝達経路２４と、エンジン３と駆動輪６との間で動力を伝達する動力伝達経路２５と、エンジン３と発電機４との間で動力を伝達する動力伝達経路２６と、を有する。

動力伝達経路２４は、モータ２の回転軸２Ａに設けられた第１減速ギヤ８と、第１減速ギヤ８と噛み合う第２減速ギヤ９と、デファレンシャルケース１１に設けられたデファレンシャルギヤ１２と、第２減速ギヤ９と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ１２と噛み合う第３減速ギヤ１０と、で構成される。また、動力伝達経路２４には、第１減速ギヤ８が回転軸２Ａに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第１クラッチ機構１９が設けられている。第１クラッチ機構１９は、回転軸２Ａに軸方向に摺動可能に支持された第１スリーブ２０と、第１減速ギヤ８に設けられた係合部８Ａとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第１スリーブ２０が第１減速ギヤ８の方向に移動し、第１スリーブ２０に係合部８Ａの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部８Ａに第１スリーブ２０の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第１スリーブ２０が第１減速ギヤ８とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第１スリーブ２０の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。

第１クラッチ機構１９が締結状態であれば、モータ２の動力は駆動輪６に伝達される。一方、第１クラッチ機構１９が解放状態であれば、モータ２の回転軸２Ａの回転は第１減速ギヤ８に伝達されないので、モータ２から駆動輪６への動力伝達は遮断される。

動力伝達経路２５は、エンジン３の出力軸３Ａに設けられた第４減速ギヤ１６と、第４減速ギヤ１６と噛み合う第５減速ギヤ１７と、デファレンシャルケース１１に設けられたデファレンシャルギヤ１２と、第５減速ギヤ１７と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ１２と噛み合う第６減速ギヤ１８と、で構成される。また、動力伝達経路２５には、第４減速ギヤ１６が出力軸３Ａに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第２クラッチ機構２１が設けられている。第２クラッチ機構２１は、出力軸３Ａに軸方向に摺動可能に支持された第２スリーブ２２と、第４減速ギヤ１６に設けられた係合部１６Ａとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６の方向に移動し、第２スリーブ２２に係合部１６Ａの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部１６Ａに第２スリーブ２２の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第２スリーブ２２が第４減速ギヤ１６とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第２スリーブ２２の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。

第２クラッチ機構２１が締結状態であれば、エンジン３の動力は駆動輪６に伝達される。この状態は、エンジン３が駆動輪６と直接接続されて動作させるため、直動モード（Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｏｄｅ）と称される。一方、第２クラッチ機構２１が解放状態であれば、エンジン３の出力軸３Ａの回転は第４減速ギヤ１６に伝達されないので、エンジン３から駆動輪６への動力伝達は遮断される。

動力伝達経路２６は、エンジン３の出力軸３Ａに設けられた第７減速ギヤ１３と、第７減速ギヤ１３と噛み合う第８減速ギヤ１４と、発電機４の回転軸４Ａに設けられた第９減速ギヤ１５と、で構成される。この例においては、動力伝達経路２６は、動力伝達を遮断する要素を備えておらず、動力伝達経路２６は常に動力が伝達される状態になっている。そのため、直動モードにおいては、エンジン３の出力のうち走行に必要な駆動力を上回る出力が、発電機４において発電される。

第１クラッチ機構１９及び第２クラッチ機構２１の締結、解放動作は、コントローラ７により制御される。

上述した構成の車両１においては、エンジン３、発電機４、及び、モータ２が、シリーズ接続され、動力伝達経路２４により駆動輪６に動力を伝達するシリーズモードと、エンジン３を駆動輪６に直結状態にして動力伝達経路２５により駆動輪６に動力を伝達する直動モードとの切り替え制御が行われる。コントローラ７は、シリーズモードと直動モードとを、運転状態、具体的には車速と駆動力とに応じて切り替える。

図２は、シリーズモードにおける動力伝達状態を示す図である。シリーズモードでは、動力伝達経路２４により駆動輪６に動力が伝達される。すなわち、シリーズモードでは、第１クラッチ機構１９が締結状態になることで、モータ２が発生した動力が駆動輪６に伝達される。このとき、第２クラッチ機構２１は解放状態となる。

また、エンジン３の動力は動力伝達経路２６を介して発電機４に伝達され、発電機４は発電を行い、発電された電力はバッテリ５に充電される。なお、バッテリ５の充電量が上限値（充電停止閾値）よりも大きく、さらに充電する必要がない場合には、エンジン３は停止してもよい。

図３は、直動モードにおける動力伝達状態を示す図である。直動モードでは、動力伝達経路２５により駆動輪６に動力が伝達される。すなわち、直動モードでは、第２クラッチ機構２１が締結状態になることで、エンジン３が発生した動力が駆動輪６に伝達される。

直動モードでは、第１クラッチ機構１９は解放状態となる。仮に、直動モードにおいて第１クラッチ機構１９を締結状態にすると、駆動輪６の回転に伴ってモータ２が連れ回り、誘起起電力が発生する。バッテリ５の充電容量に余裕がある場合には、発生した電力をバッテリ５に充電することでエネルギを回生することになる。一方、バッテリ５の充電容量に余裕がない場合には、発電抵抗が駆動輪６の回転を妨げるフリクションとなり、燃費性能低下の要因となる。そのため、直動モードにおいて第１クラッチ機構１９が解放状態となることで、上述したモータ２の連れ回りによる燃費性能の低下を抑制できる。

なお、直動モードにおいては、エンジン３の出力が車両１の走行に必要な出力を下回る場合には、発電機４を力行させることで、動力伝達経路２６及び動力伝達経路２５を介して、発電機４の駆動力が駆動輪６に補助的に伝達される。これにより、車両１の走行に必要な動力を得ることができる。

次に、シリーズモードと直動モードとの切替制御について説明する。

一般に、コントローラ７は、車両１に対する要求駆動力及び要求車速に基づき、かつ、エンジン３の燃料消費量等を考慮して、直動モードまたはシリーズモードのいずれかを選択する。この選択制御について、図４を用いて説明する。

図４は、エンジン３に関するオペレーショナルビューである。この図においては、横軸に車速（ｋｍ／ｈ）が示され、縦軸にモータ２及び／又はエンジン３により得られる駆動力（Ｎ）が示されている。また、右上がりのハッチングが付された領域において、直動モードが選択されるものとする。以下、図中において種々の線で示される特性について検討する。なお、図中に示されるＶ１～Ｖ３の速度は、後の図６を用いた具体的な発電量の説明に用いられるものである。

細い実線は、シリーズモードが選択された場合において得られる駆動力について、正及び負の双方が示されている。シリーズモードが選択されている場合には、エンジン３の出力は車輪６には直接作用しないため、モータ２の出力により駆動力を得ることとなる。なお、モータ２により得られる駆動力は、モータ２の出力トルク、ギア比、及び、車輪の径によって定めまる。

正の駆動力範囲においては、比較的低速（例えば、約６０ｋｍ／ｈ以下）においては、エンジン２は一定の高出力で駆動され）、中～高速域以降（例えば、約６０ｋｍ／ｈ～１５０ｋｍ／ｈ）においては、速度の増加に応じて出力が低下する。そして、超高速域においてはモータ２の出力特性が悪いことが知られているため、上限速度以降（例えば、約１５０ｋｍ／ｈ以上）において、出力は急減してゼロとなる。負の出力範囲においては、正の出力範囲と比較すると、同様の変化特性であって絶対値が小さい。

太い一点鎖線は、αラインを示すものである。αラインは、直動モードが行われる場合において、エンジン３が最適燃費で駆動される場合に得られる車両１の駆動力を示すものである。低速域（約６０ｋｍ／ｈ以下）においてはエンジン３の出力特性が悪いため、出力はゼロに近い値となる。そして、中速域以降（約６０ｋｍ／ｈ以上）において出力が立ち上がり、以降、速度の増加に応じて出力が増加する。

太い二点鎖線は、ＷＯＴ（Ｗｉｄｅ Ｏｐｅｎ Ｓｌｏｔ）ラインが示されている。ＷＯＴラインは、直動モードが行われる場合における、エンジン３が最大出力で駆動される場合に得られる車両１の駆動力を示すものである。ＷＯＴラインは、αラインと同様の変化特性であって、αラインよりも全体的に出力が大きい。

細い一点鎖線は、α＋ＧＥＮラインと称されるものである。α＋ＧＥＮラインは、直動モード運転時において、発電機４を最大出力で力行させるとともに、エンジン３が最適燃費で駆動する場合において得られる駆動力を示す。そのため、α＋ＧＥＮラインにより示される駆動力は、動力アシストを行う発電機４の最大出力と、最適燃費で駆動するエンジン３の出力との和に相当するものである。

細い二点鎖線は、ＷＯＴ＋ＧＥＮラインと称されるものである。ＷＯＴ＋ＧＥＮラインは、直動モード運転時において、エンジン３が最大出力で駆動する場合において得られる駆動力を示す。ＷＯＴ＋ＧＥＮラインにより示される駆動力は、動力アシストを行う発電機４の最大出力と、エンジン３の最大出力との和に相当する。そのため、ＷＯＴ＋ＧＥＮラインによって、直動モードにおいて駆動輪６が得られる最大駆動力が示される。

太い実線は、Ｒ／Ｌ（Ｒｏａｄ／Ｌｏａｄ）ラインと称されるものである。Ｒ／Ｌラインは、走行路が平坦な場合において等速走行に必要な駆動力を示すものである。Ｒ／Ｌラインによれば、車速が大きくなるとともに、等速走行に必要な駆動力は大きくなる。これは、車速に比例して、空気抵抗や路面抵抗等の走行抵抗が大きくなることに起因する。

ここで、αラインとＲ／Ｌラインとを比較すると、中～高速領域において、Ｒ／Ｌラインはαラインよりも駆動力が小さい。これは、最適燃費で駆動するエンジン３により得られる駆動力（αライン）が、等速走行に必要な駆動力（Ｒ／Ｌライン）を上回ることを示す。ここで、αラインのＲ／Ｌラインに対する超過分は、車輪６の回転に用いられなかった駆動力であり、発電機４における発電に用いられる。そのため、一般に、直動モードにおいてエンジン３を最適燃費で運転させたとしても、αラインからＲ／Ｌラインを減じることで求められる差に相当する駆動力を用いて発電を行い、バッテリ５に充電することができる。

直動モードは、エンジン３により駆動力を得るモードであるため、低速よりも中～高速域において選択するのが望ましい。また、ＷＯＴ＋ＧＥＮラインが、直動モードにおける上限出力となる。そのため、右上がりのハッチングが付された領域、すなわち、横軸においてはエンジン３の駆動効率が高い中高速領域、かつ、縦軸においては最大出力を得られるＷＯＴ＋ＧＥＮラインを下回る領域において、原則として直動モードが選択される。なお、直動モードが選択される領域の下限速度は、主にエンジン３の性能に起因し、設計により定められる。一方、ハッチングが付されていない領域においては、原則としてシリーズモードが選択される。また、後述のように、ハッチングが付された領域であっても、図５の処理に従い、図８、９に示されるように、シリーズモードが選択されることがありうる。

図５は、コントローラ７において行われる直動モードからシリーズモードへの切替制御を示す図である。この切替制御が行われる前段においては、図４のオペレーショナルビューにおいて、運転点が右上がりのハッチングを付した領域にあり、直動モードが選択されているものとする。以下では、このように直動モードが選択された状態で、どのような条件でシリーズモードへ切替えられるかについて説明する。

ステップＳ１において、コントローラ７は、検出されたエンジン回転数、及び、アクセルペダルの踏み込み量等に応じて車両１の要求駆動力及び要求車速を定める。そして、この図においては、コントローラ７は、当該要求駆動力及び要求車速、並びに、図４のオペレーショナルビューに基づいて、直動モードを選択しているものとする。

なお、シリーズモードが選択されている場合において、バッテリ５の充電量が下限値（充電開始閾値）を下回りモータ２を駆動できない場合は、直動モードが設定される。また、バッテリ５の充電量が上限値（充電停止閾値）を上回り、さらなる充電が不要である場合には、シリーズモードが設定され、エンジン３は停止される。

ステップＳ２において、コントローラ７は、上位コントローラ等からシリーズモードの切替要求を受信したか否かを判定する。例えば、ナビゲーションシステムにおいて定められた走行経路において、消費電力が大きい上り坂や、騒音低減のためにエンジン３を停止させる必要がある住宅地等が含まれている場合には、予めバッテリ５の充電量を増加させておく必要があるため、上位コントローラからシリーズモードの切替要求が送信される。

コントローラ７は、シリーズモードの切替要求を受信した場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、次に、ステップＳ３の処理を行う。コントローラ７は、シリーズモードの切替要求を受信していない合には（Ｓ２：Ｎｏ）、次に、ステップＳ４の処理を行う。

ステップＳ３において、コントローラ７は、シリーズモードを選択する。シリーズモードにおいては、第２クラッチ機構２１が解除されるとともに、第１クラッチ機構１９が接続状態となることで、モータ２が駆動輪６と接続される。このように、上位コントローラ等からのシリーズモード切替要求を受信した場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、必ず、シリーズモードが選択される。

ステップＳ４において、コントローラ７は、ユーザからのバッテリ５の充電量の増加を要求するチャージ要求を受信したか否かを判定する。なお、チャージ要求は、一例として、上り坂の走行前の消費電力が大きくなると予測される場合に、ユーザの判断に基づいてボタン操作により行われる。

コントローラ７は、チャージ要求を受信した場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、次に、ステップＳ５の判定処理を行う。コントローラ７は、チャージ要求を受信していない場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、直動モードでの運転を継続するために、次に、ステップＳ１の処理を行う。

ステップＳ５において、コントローラ７は、バッテリ５の状態（現在の温度、充電量）に基づいて必要な充電速度（充電量の増加率）を求め、当該充電速度を実現するために必要な、単位時間あたりの要求充電電力を算出する。そして、コントローラ７は、単位時間あたりの要求充電電力が、現車速において実現可能な単位時間あたりの充電可能電力を超えるか否かを判定する。単位時間あたりの要求充電電力が単位時間あたりの充電可能電力を超える場合には、必要な充電速度を上回るため、シリーズモードに切替えて、チャージ要求に応じた急速充電を実現する。なお、以下においては、単位時間あたりの要求充電電力、及び、単位時間あたりの充電可能電力は、それぞれ、単に、要求充電電力、及び、充電可能電力と示すものとする。

図４を参照すれば、充電可能電力とは、ある車速におけるＷＯＴラインとＲ／Ｌラインとの差に応じて定められる。そのため、コントローラ７は、エンジン３の最大駆動力（ＷＯＴライン）から車両１の等速走行に必要な駆動力（Ｒ／Ｌライン）を減じずることで、駆動力差を求め、当該駆動力差に基づいて充電可能電力を算出する。

再び図５を参照すれば、コントローラ７は、要求発電電力が充電可能電力よりも大きい場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、直動モードでは車速を維持しながら急速充電することはできず、シリーズモードに変更する必要があると判断し、次に、ステップＳ３の処理を行う。コントローラ７は、要求充電電力が充電可能電力よりも大きくない場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、さらに、ステップＳ６の判断処理を行う。

ステップＳ６において、コントローラ７は、ステップＳ５で求められた要求充電電力を実現すると仮定した場合において、シリーズモードでの運転効率が直動モードでの運転効率を上回るかを判定する。

ここで、直動モードではエンジン３が駆動輪６と接続されており、車速に応じて回転速度が定まるため、トルクによりエンジン３の出力を制御する必要がある。しかしながら、同じ要求充電電力を得ると仮定した場合に、トルクのみを変化させる直動モードでのエンジン３の運転効率は、回転速度及びトルクを自由に選択可能なシリーズモードにおけるエンジン３の運転効率を下回る場合がある。そのため、両モードのエンジン３の運転効率である燃料消費率を比較し、運転効率がよく燃料消費率の小さいモードが選択される。

コントローラ７は、所定速度において要求充電電力を得ると仮定した条件で、シリーズモードでの燃料消費率が直動モードでの燃料消費率よりも小さい（運転効率が良い）場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、シリーズモードに変更するために、次に、ステップＳ３の処理を行う。コントローラ７は、シリーズモードでの燃料消費率が直動モードでの燃料消費率よりも小さくない（運転効率が悪い）場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、さらに、ステップＳ７の判定処理を行う。なお、燃料消費率を用いた判定処理の詳細については、後に図６を用いて説明する。

ステップＳ７において、コントローラ７は、直動モードが選択される場合において、現在の車速において要求充電電力を実現するために必要なエンジン３に対する出力指令値（トルク指令値）を算出する。そして、コントローラ７は、エンジン３への出力指令値が、Ｒ／Ｌラインで示される走行に必要なトルクを上回るか否かを判定する。

エンジン３への出力指令値が定速走行に必要なＲ／Ｌ出力よりも小さい場合には（Ｓ７：Ｙｅｓ）、コントローラ７は、直動モードでは速度を維持かつ充電を行うことはできないと判断し、シリーズモードに変更するために、次に、ステップＳ３の処理を行う。コントローラ７は、出力指令値がＲ／Ｌ出力よりも小さくない（大きい）場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、次に、直動モードでの運転を行うためにステップＳ８の処理を行う。

ステップＳ８において、コントローラ７は、エンジン３に対する指令値として、ステップＳ７において求めた出力指令値を設定する。これにより、エンジン３の出力のうち走行に必要なＲ／Ｌ出力を超える超過出力を用いて発電を行い、バッテリ５を充電できる。

ステップＳ９において、コントローラ７は、発電機４に対する指令値として、要求発電電力を設定する。その結果、モータ２が駆動輪６と連れ回ることで、要求発電電力相当の発電を行うことができる。

ここで、図６は、直動モードにおけるエンジン３の運転点を示す図である。この図においては、横軸に回転数（ｒｐｍ）が示され、図４の横軸の車速（ｋｍ／ｈ）と対応する。縦軸にエンジン３の出力トルク（Ｎｍ）が示されており、図４の縦軸の出力（Ｎ）と対応する。また、グラフ中には、燃料消費率が等しくなる運転点を示す等燃料消費ラインが示されており、等燃料消費ラインによって、縦軸及び横軸により定まるエンジン３の運転点と対応する燃料消費率（ｇ／ｋＷｈ）が示されている。

右上がりの太実線、一点鎖線、及び、二点鎖線は、それぞれ、図４のＲ／Ｌライン（エンジン３の出力が定速走行に必要な出力となる場合）、αライン（エンジン３が最適燃費で駆動する場合）、ＷＯＴライン（エンジン３が最大出力で駆動する場合）と対応しており、それぞれの状態における運転点の集合である。

右下がりの細線はエンジン３の運転点と対応する出力を示すものである。右上がり太線と右下がり細線との交点によって、右上がり太線で定まるエンジン３の駆動状態（αライン、ＷＯＴライン、Ｒ／Ｌライン）に応じた、エンジン３の出力の変化を知ることができる。

なお、右下がり細線で示されるエンジン３による出力は、エンジン３のトルクと回転数との積に比例するため、トルクが大きいほど出力が大きく、また、回転数が大きいほど出力が大きい。出力が同じ場合には（同じ等燃料消費ライン上では）、トルクが大きいほど回転数が小さい。

また、直動モードにおいてバッテリ５に充電される電力は、エンジン３の運転点を示すライン（αライン、ＷＯＴライン）と、走行に必要な出力を示すライン（Ｒ／Ｌライン）との差に相当する。上述のように、直動モードの場合には、車速に応じてエンジン３の回転数が定まるため、例えば、エンジン３が最適燃費で駆動する場合の充電可能電力は、所定の速度と対応する縦軸における、αラインとＲ／Ｌラインとの差に相当する。また、エンジン３が最大出力で駆動する場合における充電可能電力は、ＷＯＴラインとＲ／Ｌラインとの差に相当する。

この図には、主に燃料消費率に応じた判定処理（図５のステップＳ６）を説明するために、車速がＶ１～Ｖ３で走行する場合における、それぞれに対応するエンジン回転数が縦軸に沿って示されている。なお、Ｖ１～Ｖ３の車速は、図４においても示されている。

一例として、エンジン３が最適燃費で動作する場合の充電電力について検討する。「丸」印で示されるように、車速がＶ１で走行時において直動モードにおいてエンジン３が最適燃費で動作する場合には、αライン上の運転点Ｐ１１と対応する出力（約１２ｋＷ）と、Ｒ／Ｌライン上の運転点Ｐ１２と対応する出力（４ｋＷ）との差（８ｋＷ）が、バッテリ５への充電電力となる。また、この場合の燃料消費率は、等燃料消費ラインにより定まり、運転点Ｐ１１はＷ１のラインの内側であるため、運転点Ｐ１における燃料消費率は、Ｗ１に応じた値よりも小さいことが理解できる。

一方、シリーズモードにおいては、エンジン３が駆動輪６と接続されていないため、車速に応じず、任意の回転数でエンジン３を運転させることができる。最適燃費での動作可能なαライン上の任意の運転点を検討すると、直動モードで発電可能な電力（８ｋＷ）を得るための運転点Ｐ１３が定まる。この場合の燃料消費率は運転点Ｐ１と同様にＷ１に応じた値よりも小さい。

８ｋＷの発電電力を得るためには、直動モード（Ｐ１１）とシリーズモード（Ｐ１３）とは共に燃料消費率がＷ１に応じた値未満となるが、直動モード（Ｐ１１）の方がシリーズモード（Ｐ１３）よりもＷ１の等燃料消費ラインよりも内側にあり、燃料消費率が小さい（運転効率がよい）。そのため、要求充電電力が８ｋＷである場合には、燃料消費率に応じた比較結果に基づいて直動モードが選択され（Ｓ６：Ｎｏ）、以降、直動モードにおけるさらなる判定処理（Ｓ７）を行う。

また、他の例として、エンジン３が最大出力で動作する場合の充電電力について検討する。「星」印で示されるように、直動モードでＶ１の車速で走行する場合において、エンジン３が最大出力で動作する場合には、ＷＯＴライン上の運転点Ｐ２１（約１８ｋＷ）とＲ／Ｌライン上の「丸」印の運転点Ｐ１２（４ｋＷ）との差（１４ｋＷ）だけ発電することができる。そのため、Ｖ１の車速で走行中の直動モードにおける充電可能な最大電力は１４ｋＷとなる。なお、この場合の燃料消費率は、運転点Ｐ２１に応じて定まり、Ｗ２に相当する値となる。

一方、シリーズモードにおいて同等の充電電力を得るためには、最適燃費であるαライン上の任意の運転点を検討するため、１４ｋＷの発電電力を得るためには運転点Ｐ２２でのエンジン３の駆動が必要である。なお、運転点Ｐ２２はＷ１のライン上にあるため、燃料消費率はＷ１に応じた値未満となる。

そのため、１４ｋＷの発電電力を得るためには、シリーズモード（Ｐ２２）の方が直動モード（Ｐ２１）よりも燃料消費率が小さい（運転効率が良い）ので（Ｓ６：Ｙｅｓ）、以降、シリーズモードが選択される（Ｓ３）。

なお、直動モードにおいて車速がＶ１である場合に、要求充電電力が１４ｋＷを超える場合には、要求充電電力が充電可能な最大電力（１４ｋＷ）を超えるため（Ｓ５：Ｙｅｓ）、シリーズモードが選択される（Ｓ３）。

さらに他の例として、シリーズモードの方が直動モードよりも燃料消費率が小さい場合について検討する。「四角」印で示されるように、車速がＶ２となる場合に、例えば、２ｋＷの発電量が要求される場合には、エンジン３の運転点はＰ３１となる。これは、運転点Ｐ３１における出力が２２ｋＷであり、車速がＶ２である場合のＲ／Ｌラインの運転点Ｐ３２の出力２０ｋＷであり、運転点Ｐ３１の出力の運転点Ｐ３２の出力に対する超過分２ｋＷが発電電力となるためである。そして、この場合の燃料消費率は、運転点Ｐ３１と対応する等燃料消費ラインにより理解でき、Ｗ１に応じた値程度となる。

一方で、シリーズモードにおいては、２ｋＷの充電電力を得るためのエンジン３の運転点は、αライン上の運転点Ｐ３３となる。この場合の燃料消費率はＷ１に応じた値よりも大きい。

そのため、Ｖ２の車速で２ｋＷの発電電力を得るためには、シリーズモード（Ｐ１３）の方が直動モード（Ｐ１１）よりも燃料消費率が大きい（運転効率が悪い）ので（Ｓ６：Ｎｏ）、以降、直動モードにおけるさらなる判定処理（Ｓ７）を行う。

なお、Ｖ２の車速で走行する場合における充電可能電力は、ＷＯＴライン上の運転点Ｐ３４（３０ｋＷ）とＲ／Ｌライン上の運転点Ｐ３２（２０ｋＷ）との差（１０ｋＷ）により求めることができる。

また、さらに他の例として、直動モードにおける充電可能電力がゼロを下回る場合について検討する。「三角」印で示されるように、車速がＶ３となる場合には、運転点Ｐ４１においてエンジン３の最大出力（ＷＯＴライン）と等速走行に必要な出力（Ｒ／Ｌライン）とが等しくなる。車速がＶ３を上回る場合には、エンジン３の最大出力が等速走行に必要な出力を下回る（Ｓ７：Ｙｅｓ）。これは、直動モードでは、エンジン３の最大出力が車速維持に必要な出力を上回り、バッテリ５へ充電できないことを意味する。そのため、シリーズモードが選択される（Ｓ３）。

このようにして、図６のグラフを用いることで、燃料消費率に基づいた判定処理（Ｓ６）以外にも、図５に示される他の判定処理を説明できる。

また、図４、６の両者に示されるように、充電可能電力はＷＯＴラインとＲ／Ｌラインとの差で示すことができる。図中に示されるように、ＷＯＴライン、Ｒ／Ｌラインは、ともに、車速が増加にするにつれて出力が大きくなるが、その増加ペースはＲ／Ｌラインの方が大きい。そのため、車速が大きくなるほど、充電可能電力（ＷＯＴライン－Ｒ／Ｌライン）が減少するので、充電可能電力は要求発電電力を下回りやすくなり（Ｓ５：Ｙｅｓ）、シリーズモードが選択されやすくなる。当該関係について、図７、８を用いて説明する。

図７、８は、図４と同様のオペレーショナルビューである。これらの図には、図４に示された原則として直動モードが選択される領域内ではあるが、要求発電量が所定値である例において、要求充電電力が現車速での充電可能電力を上回り（図５、ステップＳ５：Ｙｅｓ）、シリーズモード（Ｓ３）が選択されうる領域に、格子状のハッチングが付されている。一方、原則として直動モードが選択される領域のうち、要求充電電力が現車速での充電可能電力を下回り（ステップＳ５：Ｎｏ）、直動モードで充電可能な領域に、右上がりのハッチングが付されている。なお、これらのハッチングが付されていない領域は、図４と同様に、原則としてシリーズモードが選択される。

図７は、要求発電電力が１４ｋＷである例を示すものである。なお、Ｖ１の車速で走行する状況において、充電可能電力が１４ｋＷとなり、この例における要求発電電力と等しくなる。詳細には、これは、図６における運転点Ｐ２１とＰ１１との出力差に相当し、直動モードが選択されてＶ１の車速で走行する状況において、エンジン３が最大駆動（ＷＯＴ）時に得られる充電可能電力が１４ｋＷであり、要求発電電力と等しい。すなわち、車速がＶ１を上回る領域においては、直動モードでの充電可能電力が要求発電電力（１４ｋＷ）を下回るため、シリーズモードを選択して要求充電電力を実現することとなる。再び、図７を参照すれば、充電可能電力はＷＯＴラインとＲ／Ｌラインとの差に相当するため、車速がＶ１を上回る格子状のハッチングを付した領域において、両者の出力差に相当する充電可能電力が、要求充電電力である１４ｋＷを下回るため、直動モードではなくシリーズモードが選択されることを意味する。

図８は、要求発電電力が１０ｋＷである例を示すものである。なお、Ｖ２の車速で走行する状況において、充電可能電力が１０ｋＷとなり、この例における要求発電電力と等しくなる。これは、図６における運転点Ｐ３４とＰ３１との出力差に相当し、直動モードが選択されてＶ２の車速で走行する状況において、エンジン３が最大駆動（ＷＯＴ）時に得られる充電可能電力が１４ｋＷであり、要求発電電力と等しい。すなわち、車速がＶ２を上回る場合においては、直動モードでの充電可能電力が要求発電電力（１０ｋＷ）を下回るため、シリーズモードを選択して要求充電電力を実現することとなる。再び、図８を参照すれば、車速がＶ２を上回る格子状のハッチングを付した領域において、ＷＯＴラインとＲ／Ｌラインとの出力差に相当する充電可能電力が要求充電電力である１０ｋＷを下回ることを意味する。

図７、８を比較すれば、要求発電電力に応じて、右上がりのハッチングが付された直動モードが選択される領域の大きさは速度方向において変化する。詳細には、当該領域は、要求発電電力が小さいほど、測度方向において長い。これは、直動モードにおけるエンジン３の出力、及び、等速走行に必要な出力（Ｒ／Ｌライン）は、ともに、速度に起因するため、両者の差である発電可能電力もまた、速度に応じて変化するためである。

詳細には、要求発電電力が小さいほど、直動モードの選択領域の上限速度が大きい。この特徴は、主に２つの要因に起因する。第１の要因は、要求発電電力が小さいほど、直動モードが選択された状態で充電可能電力が要求発電電力を上回りやすくなるためである。第２の要因は、速度に応じた増加率は、Ｒ／Ｌラインの方がαラインよりも大きいため、速度が大きいほど、両ラインの差に相当する発電可能電力が小さくなるためである。これらの２つの要因により、要求発電電力が小さいほど、充電可能電力は小さくてもよくなるため、より速い速度であっても要求発電電力を上回る充電電力を得ることができ、その結果、直動モードの上限速度が大きくなる。

一方、直動モードの選択領域の下限速度は、主にエンジン３に起因し、設計により定まるため、要求発電電力に応じて変化しない。そのため、右上がりのハッチングが付された直動モードの選択領域は、要求発電電力に応じて速度方向に変化し、詳細には要求発電電力が大きいほど、上限速度が小さくなる。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態のハイブリッド型の車両１の制御方法によれば、直動モードにおいて、エンジン３が駆動輪６と接続された状態で、バッテリ５の充電を行う場合であって、急速充電が求められ、前記バッテリに対する単位時間あたりの要求充電電力が閾値を上回る場合には、シリーズモードを選択する。

ここで、車両１の走行状態に応じてモード選択がされているため、直動モードが選択されている場合は、シリーズモードよりも燃料消費量等の利点がある。しかしながら、エンジン３の回転速度は車速に応じて定まるため、エンジン３を最大出力で運転させても、単位時間あたりに要求充電電力を上回る充電電力でバッテリ５を充電できないことがある。そこで、要求充電電力が閾値を上回る場合には、直動モードでは単位時間あたりの要求充電電力を上回る充電電力を発生させることができず、要求された速度でのバッテリ５の充電ができないと判断されるため、シリーズモードを選択する。

その結果、チャージモードが選択されてバッテリ５を充電する必要がある場合でも、要求充電電力が閾値を下回り、急速充電が求められていなければ、直動モードを選択することができる。これにより、車両１の走行状態に応じて適切に選択された直動モードの選択機会が増えるので、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

本実施形態のハイブリッド型の車両１の制御方法によれば、直動モードにおいて、バッテリ５の充電を行う場合には、コントローラ７は、車速に応じた回転速度で動作するエンジン３の最大出力（ＷＯＴライン）から、走行に必要な出力（Ｒ／Ｌモード）を減ずることにより単位時間あたりの充電可能電力を求める。そして、コントローラ７は、充電可能電力が要求充電電力を下回ると判定すると（Ｓ５：Ｙｅｓ）、要求された速度でのバッテリ５の充電ができないと判断されるため、エンジン３を駆動輪６から切り離してシリーズモードで駆動する。

ここで、エンジン３は車輪と接続されており、回転数に制限があるため、トルクのみで発電電力を制御する必要がある。その結果、エンジン３には発電可能電力（ＷＯＴライン）の上限が存在するので、発電可能電力から走行に必要な出力を減ずることで求められる充電可能電力にも上限が存在する。充電可能電力が要求充電電力を下回る場合には、直動モードでは要求された充電速度ではバッテリ５に充電できないことになるので、シリーズモードが選択される。

そのため、単位時間あたりにおいて、要求充電電力が大きくても、発電可能電力を上回らなければ、直動モードで充電できる。その結果、車両１の走行状態に応じて適切に選択された直動モードの選択機会が増えるので、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

本実施形態のハイブリッド型の車両１の制御方法によれば、さらに、要求発電電力を実現すると仮定した場合に、直動モードでの燃費がシリーズモードでの燃費を下回る場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、シリーズモードを選択する（Ｓ７）。

上述のように、直動モードでは、エンジン３が車輪と接続されることに起因して、エンジン３が最大出力（ＷＯＴライン）となる場合等には、燃料消費率が大きくなってしまう。一方で、シリーズモードにおいては、車両１の運転状態による制限はないので、運転点を自由に選択できる。そこで、要求発電電力を実現すると仮定した時に、直動モードでの燃料消費率がシリーズモードでの燃料消費率よりも小さい場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、シリーズモードを選択する（Ｓ７）ことにより、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

本実施形態のハイブリッド型の車両１の制御方法によれば、回転速度及びトルクに応じて定められる運転領域（オペレーショナルビュー）において、要求充電電力が充電可能電力を下回り、直動モードで充電可能となる領域（図７、８の右上がりのハッチング領域）は、要求充電速度が遅いほど、回転速度方向において狭くなる。これは、直動モードにおけるエンジン３の出力、及び、等速走行に必要な出力（Ｒ／Ｌライン）は、ともに、回転速度に応じて変化するため、両者の差である発電可能電力もまた、回転速度に応じて変化することになるためである。そのため、要求充電電力が低いほど、シリーズモードが選択される機会が減る。これは、車両１の走行状態に応じて適切に選択された直動モードの選択機会が増えることを意味するので、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

ここで、シリーズモードの方が直動モードよりも発電効率が比較的高い。そのため、燃料消費量の最小化を考慮してシリーズモードが選択される場合には、要求充電速度（単位時間あたりの要求充電電力）が早いほど、シリーズモードの選択領域が大きくなり、直動モードの選択領域が狭くなるようにも思われる。しかしながら、発電効率を考慮してシリーズモードを選択してしまうと、シリーズモードにおいては得られる駆動力が限られるため、要求駆動力の変化に応じて、シリーズモードと直動モードとの切替が発生してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態のように、直動モードが選択される領域、すなわち、直動モードが選択される場合において要求充電電力が充電可能電力を上回ると判定される領域が、要求充電電力に応じて狭くなる性質を利用することで、要求充電電力に応じて直動モードの適切な選択機会を増やすことができる。

このように、要求充電電力が小さいほど、シリーズモードが選択される下限速度が大きくなるので、シリーズモードの選択機会が減る。これは、車両１の走行状態に応じて適切に選択された直動モードの選択機会が増えることを意味するので、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

本実施形態のハイブリッド型の車両１の制御方法によれば、コントローラ７は、シリーズモードが選択されている状態で、バッテリ５の充電量が上限値（充電停止閾値）を上回る場合には、エンジン３を停止する。これは、バッテリ５の充電量が閾値を上回る場合には、これ以上バッテリ５を充電する必要はないためである。このようにすることで、全体としての燃料消費量の低減を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (5)

1. 発電機と接続されるとともに、駆動輪と接続可能なエンジンと、前記駆動輪と接続可能に構成され、前記発電機と接続されたバッテリからの電力供給により駆動されるモータと、を備えるハイブリッド車両の制御方法において、
   前記エンジンが前記駆動輪と接続される直動モードにおいて、前記バッテリの充電を行う場合であって、単位時間あたりの要求充電電力が閾値を上回る場合には、前記エンジンと前記駆動輪との接続状態を解除するとともに前記モータを前記駆動輪と接続することにより、前記エンジンにより前記発電機を駆動させるシリーズモードに切替え、
   前記閾値は、前記ハイブリッド車両の車速に応じた回転速度で動作する前記エンジンの最大出力から、前記ハイブリッド車両の走行に必要な出力を減ずることにより求められる、単位時間あたりの充電可能電力である、ハイブリッド車両の制御方法。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記要求充電電力が前記閾値を上回らず、かつ、前記要求充電電力を得る時の前記シリーズモードでの前記エンジンの燃料消費量が、前記要求充電電力を得る時の前記直動モードでの当該燃料消費量を下回る場合には、前記シリーズモードに切り替える、ハイブリッド車両の制御方法。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記エンジンの回転速度及びトルクにより定められる前記直動モードが選択される領域のうち、前記要求充電電力が前記閾値を下回ることで前記直動モードが選択可能となる領域は、前記要求充電電力が小さいほど、前記回転速度の方向に長い、ハイブリッド車両の制御方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御方法であって、
   さらに、前記シリーズモードが選択されている場合において、前記バッテリの充電量が上限値を上回る場合には、前記エンジンを停止させる、ハイブリッド車両の制御方法。
5. 発電機と接続されるとともに、駆動輪と接続可能なエンジンと、前記駆動輪と接続可能に構成され、前記発電機と接続されたバッテリからの電力供給により駆動されるモータと、前記エンジンと前記駆動輪との接続を制御可能なコントローラと、を備えるハイブリッド車両において、
   前記コントローラは、前記エンジンが前記駆動輪と接続される直動モードにおいて、前記バッテリの充電を行う場合であって、単位時間あたりの要求充電電力が閾値を上回る場合には、前記エンジンと前記駆動輪との接続状態を解除するとともに前記モータを前記駆動輪と接続することにより、前記エンジンにより前記発電機を駆動させるシリーズモードに切替え、
   前記閾値は、前記ハイブリッド車両の車速に応じた回転速度で動作する前記エンジンの最大出力から、前記ハイブリッド車両の走行に必要な出力を減ずることにより求められる、単位時間あたりの充電可能電力である、ハイブリッド車両。

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