JPWO2011135665A1 - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
制御装置(14)は、蓄電装置(BAT)の充放電を制御する車両の制御装置として機能する。制御装置(14)は、蓄電装置(BAT)に充電するために使用した燃料消費量を算出する燃料量算出部(302)と、蓄電装置(BAT)に充電される電気的エネルギを算出する充電量算出部(304)と、燃料量算出部(302)の算出結果と充電量算出部(304)の算出結果とに応じて蓄電装置(BAT)の残存充電量に対応する燃料消費量に関する評価値(F/E)を算出する評価部(306)とを備える。
Description
この発明は、車両の制御装置に関し、特に車両に搭載された蓄電装置の充放電を制御する車両の制御装置に関する。
近年、地球温暖化の問題に関して二酸化炭素ガス排出の抑制が重要視されている。二酸化炭素ガスの排出を抑制するのに効果的な方法として、車両の燃費を改善することが挙げられる。このため、動力源としてエンジンとモータを併用し、エネルギとして燃料と電気を併用するハイブリッド自動車の生産台数も増加している。
特開2004−260908号公報(特許文献1)は、車載電池のエネルギーコストを算出するとともに、この電池エネルギーコストを利用して車両電気系の電力コストを管理することにより、燃費改善を向上することが可能な車両用電気系の管理方法を開示する。
上記の特開2004−260908号公報では、複数の電力エネルギ供給元の電力生産コストとバッテリに蓄えられた電力量のコストとの差、並びに、現在のバッテリの残存容量とに応じてバッテリ充電電力の供給元とその供給量とを決定する。
ハイブリッド自動車は、ガソリン等の燃料エネルギとバッテリからの電気エネルギの2つをエネルギ源としているが、ユーザ個々の実用燃費値を向上させるようにさらに改善していく必要がある。
ハイブリッド自動車は、バッテリに充電した電気エネルギを用いてモータを駆動する。このバッテリに充電した電気エネルギには、エンジンによって発電機を回して充電したエネルギと、下り坂や減速時などにモータによって回収された回生エネルギとがある。このように車両の実用状況によって、バッテリに充電された電気エネルギの価値は常に変動している。
そこで、単に燃料エネルギを電気エネルギに変換するだけでなく、車両の実用状況に基づいたエネルギの変換を行なうことがハイブリッド自動車のさらなる普及に重要である。すなわち運転者ごとに異なる可能性のある車両の走行パターンに合った燃料/電気変換効率マネジメントにより、充放電方法を可変とし、実用燃費を向上させることが重要である。
この発明の目的は、実用燃費を向上させることができるハイブリッド自動車を提供することである。
この発明は、要約すると、蓄電装置の充放電を制御する車両の制御装置であって、蓄電装置に充電するために使用した燃料消費量を算出する燃料量算出部と、蓄電装置に充電される電気的エネルギを算出する充電量算出部と、燃料量算出部の算出結果と充電量算出部の算出結果とに応じて蓄電装置の残存充電量に対応する燃料消費量に関する評価値を算出する評価部とを備える。
好ましくは、車両の制御装置は、エンジンを制御するエンジン制御部をさらに備える。エンジン制御部は、評価値がしきい値より大きい場合に、エンジンを始動させる各車速でのエンジン起動しきい値を低下させる。
好ましくは、充電量算出部は、減速時の回生エネルギによって蓄電装置に充電された回生エネルギ量を算出する第1算出部と、エンジンから出力される機械的動力によって発電機を回して発電して蓄電装置に充電された発電エネルギ量を算出する第2算出部とを含む。燃料量算出部は、使用した燃料量のうちから蓄電装置に充電される充電量に対応する燃料消費量を算出する第3算出部を含む。評価部は、第1〜第3算出部の算出結果に基づいて蓄電装置に現在蓄積されている単位エネルギ量あたりの燃料消費量を算出する第4算出部を含む。
より好ましくは、車両の制御装置は、蓄電装置の充電状態に基づいて蓄電装置への充放電量の目標値を決定する充放電決定部をさらに備える。充放電決定部は、第4算出部によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量がしきい値よりも増加した場合、エンジン負荷運転時において充電量を増加させ、かつ放電量を減少させるように目標値を変更する。
より好ましくは、エンジン制御部は、第4算出部によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量がしきい値以上増加した場合、所定の車速で走行する場合におけるエンジン動作線上を動作点が移動することを許容する範囲をエンジントルクが増加する方向に拡大する。
本発明によれば、運転者ごとに異なる走行パターンにおいても、ハイブリッド自動車の実用燃費を改善することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、本実施の形態のハイブリッド車両1の主たる構成を示す図である。ハイブリッド車両1は、エンジンとモータとを走行に併用する車両である。
図1は、本実施の形態のハイブリッド車両1の主たる構成を示す図である。ハイブリッド車両1は、エンジンとモータとを走行に併用する車両である。
図1を参照して、ハイブリッド車両1は、前輪20R,20Lと、後輪22R,22Lと、エンジン2と、プラネタリギヤ16と、デファレンシャルギヤ18と、ギヤ4,6とを含む。
ハイブリッド車両1は、さらに、車両後方に配置される高圧バッテリBATと、高圧バッテリBATの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット32と、昇圧ユニット32との間で直流電力を授受するインバータ36と、プラネタリギヤ16を介してエンジン2と結合され主として発電を行なうモータジェネレータMG1と、回転軸がプラネタリギヤ16に接続されるモータジェネレータMG2とを含む。インバータ36はモータジェネレータMG1,MG2に接続され、交流電力と昇圧ユニット32からの直流電力との変換を行なう。
プラネタリギヤ16は、第1〜第3の回転軸を有する。第1の回転軸はエンジン2に接続され第2の回転軸はモータジェネレータMG1に接続され第3の回転軸はモータジェネレータMG2に接続される。
この第3の回転軸にはギヤ4が取付けられ、このギヤ4はギヤ6を駆動することによりデファレンシャルギヤ18に動力を伝達する。デファレンシャルギヤ18はギヤ6から受ける動力を前輪20R,20Lに伝達するとともに、ギヤ6,4を介して前輪20R,20Lの回転力をプラネタリギヤの第3の回転軸に伝達する。
プラネタリギヤ16は、エンジン2,モータジェネレータMG1,MG2の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤ16の3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転が定まれば、残る1つの回転軸の回転は強制的に決定される。したがって、エンジン2を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータMG1の発電量を制御してモータジェネレータMG2を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。
なお、モータジェネレータMG2の回転を減速してプラネタリギヤ16に伝達する減速ギヤを設けても良く、その減速ギヤの減速比を変更可能にした変速ギヤを設けても良い。
直流電源である高圧バッテリBATは、例えばニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池を含み、直流電力を昇圧ユニット32に供給するとともに、昇圧ユニット32からの直流電力によって充電される。
昇圧ユニット32は、高圧バッテリBATから受ける直流電圧を昇圧してその昇圧された直流電圧をインバータ36に供給する。インバータ36は供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータMG1を駆動制御する。また、エンジン始動後には、モータジェネレータMG1が発電した交流電力はインバータ36によって直流に変換され、昇圧ユニット32によって高圧バッテリBATの充電に適切な電圧に変換されて高圧バッテリBATが充電される。
また、インバータ36はモータジェネレータMG2を駆動する。モータジェネレータMG2はエンジン2を補助して前輪20R,20Lを駆動する。制動時には、モータジェネレータは回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ36および昇圧ユニット32を経由して高圧バッテリBATに戻される。高圧バッテリBATは組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットB0〜Bnを含む。昇圧ユニット32と高圧バッテリBATとの間にはシステムメインリレー28,30が設けられ、車両非運転時には高電圧が遮断される。
ハイブリッド車両1は、さらに、制御装置14を含む。制御装置14は、運転者の指示および車両に取付けられた各種センサからの出力に応じて、エンジン2,インバータ36,昇圧ユニット32およびシステムメインリレー28,30の制御を行なう。
図2は、図1の制御装置14の機能ブロックと関連する周辺装置とを示した図である。なお、この制御装置14は、ソフトウエアでもハードウエアでも実現が可能である。
図2を参照して、制御装置14は、ハイブリッド制御部62と、バッテリ制御部66と、エンジン制御部68とを含む。
バッテリ制御部66は、電流センサ48、電圧センサ50によって検出された電流および電圧に基づいて高圧バッテリBATの充放電電流の積算などを行なって求めた高圧バッテリBATの充電状態SOCをハイブリッド制御部62に送信する。
エンジン制御部68は、エンジン2のスロットル制御を行なうとともに、エンジン2のエンジン回転速度Neを検出してハイブリッド制御部62に送信する。
ハイブリッド制御部62は、アクセルポジションセンサ42の出力信号Accと車速センサで検出された車速Vとに基づいて、運転者の要求する出力(要求パワー)を算出する。ハイブリッド制御部62は、この運転者の要求パワーに加え、高圧バッテリBATの充電状態SOCを考慮して必要な駆動力(トータルパワー)を算出し、エンジンに要求する回転速度とエンジンに要求するパワーとをさらに算出する。
ハイブリッド制御部62は、エンジン制御部68に要求回転速度と要求パワーとを送信し、エンジン制御部68にエンジン2のスロットル制御を行なわせる。
ハイブリッド制御部62は、走行状態に応じた運転者要求トルクを算出し、インバータ36にモータジェネレータMG2を駆動させるとともに、必要に応じてモータジェネレータMG1に発電を行なわせる。
エンジン2の駆動力は、車輪を直接駆動する分とモータジェネレータMG1を駆動する分とに分配される。モータジェネレータMG2の駆動力とエンジンの直接駆動分との合計が車両の駆動力となる。
さらに、この車両にはEV優先スイッチ46が設けられている。運転者がこのEV優先スイッチ46を押すとエンジンの作動が制限される。これにより車両は、原則としてエンジンを停止させモータジェネレータMG2の駆動力のみで走行する。深夜、早朝の住宅密集地での低騒音化や屋内駐車場、車庫内での排気ガス低減化のために、運転者は必要に応じてEV優先スイッチ46を押すことができる。
しかし、エンジンをずっと停止させておくとバッテリが充電不足になったり、必要なパワーが得られなかったりすることがあるので、1)EV優先スイッチ46をオフにする、2)バッテリの充電状態SOCが所定値よりも低下する、3)車速が所定値(エンジン起動しきい値)以上となる、4)アクセル開度が規定値以上となる、といういずれかの条件が成立するとEV優先スイッチ46のオン状態は解除される。
以上図2で説明した制御装置14は、コンピュータを用いてソフトウエアで実現することも可能である。
図3は、制御装置14としてコンピュータ100を用いた場合の一般的な構成を示した図である。
図3を参照して、コンピュータ100は、CPU180と、A/D変換器181と、ROM182と、RAM183と、インターフェース部184とを含む。
A/D変換器181は、各種センサの出力等のアナログ信号AINをディジタル信号に変換してCPU180に出力する。またCPU180はデータバスやアドレスバス等のバス186でROM182と、RAM183と、インターフェース部184とに接続されデータ授受を行なう。
ROM182は、例えばCPU180で実行されるプログラムや参照されるマップ等のデータが格納されている。RAM183は、例えばCPU180がデータ処理を行なう場合の作業領域であり、各種変数等のデータを一時的に記憶する。
インターフェース部184は、例えば他のECU(Electric Control Unit)との通信を行なったり、ROM182として電気的に書換可能なフラッシュメモリ等を使用した場合の書換データの入力などを行なったり、メモリカードやCD−ROM等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体からのデータ信号SIGの読込みを行なったりする。
なお、CPU180は、入出力ポートからデータ入力信号DINやデータ出力信号DOUTを授受する。
制御装置14は、このような構成に限られるものでなく、複数のCPUを含んで実現されるものであっても良い。また、図2のハイブリッド制御部62、バッテリ制御部66、エンジン制御部68の各々が図3のような構成を有するものであっても良い。
図4は、図1の制御装置14の燃料消費量の評価値の算出に関する機能ブロック図である。
図4を参照して、制御装置14は、高圧バッテリBATの充放電を制御する車両の制御装置として機能する。制御装置14は、高圧バッテリBATに充電するために使用した燃料消費量を算出する燃料量算出部302と、高圧バッテリBATに充電される電気的エネルギを算出する充電量算出部304とを含む。制御装置14は、さらに、燃料量算出部302の算出結果と充電量算出部304の算出結果とに応じて高圧バッテリBATの残存充電量に対応する燃料消費量に関する評価値F/Eを算出する評価部306を含む。
充電量算出部304は、減速時の回生エネルギによって高圧バッテリBATに充電された回生エネルギ量を算出する第1算出部312と、エンジンから出力される機械的動力によって発電機を回して発電して高圧バッテリBATに充電された発電エネルギ量を算出する第2算出部313とを含む。たとえば、第1算出部312は、回生時を示す回生フラグFREGが活性化されている場合に、高圧バッテリBATを出入りする電流IBと高圧バッテリBATの電圧VBとに基づいて回生エネルギ量を算出する。第2算出部313は、たとえば、回生フラグFREGがオフ状態のときに高圧バッテリBATを出入りする電流IBと高圧バッテリBATの電圧VBとに基づいて高圧バッテリBATに充電された発電エネルギ量を算出する。
燃料量算出部302は、使用した燃料量fのうちから高圧バッテリBATに充電される充電量に対応する燃料消費量を算出する第3算出部310を含む。第3算出部310は、たとえば、エンジンから駆動輪に直接伝達されるトルクTdとエンジンが出力する全体トルクとの比などに基づいて、使用した燃料量fのうちから高圧バッテリBATに充電される充電量に対応する燃料消費量を算出する。なおこの算出方法は他の方法であっても良い。
評価部306は、第1算出部312、第2算出部313および第3算出部310の算出結果に基づいて高圧バッテリBATに現在蓄積されている単位エネルギ量あたりの燃料消費量(評価値F/E)を算出する第4算出部314を含む。評価部306は、現在のF/E値を記憶しておくための記憶部316をさらに含む。後に説明するように、充放電が発生するごとに、現在のF/E値に対して所定の演算が実行され、F/E値が更新され再び保存される。
また更新された評価値F/Eは、エンジン制御部68および充放電決定部309に送信され、制御のために使用される。
図5は、制御装置14が実行する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、高圧バッテリBATに充電が行なわれている場合に所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。
図5を参照して、まず処理が開始されると、ステップS1において車両が減速時回生中であるか否かが判断される。ステップS1において減速時回生中であると判断された場合には、ステップS2に処理が進み充電エネルギ(電力量)の算出が行なわれる。そして、この充電分がステップS3においてF/E値の更新に反映される。
ステップS1において減速時回生中でなかった場合には、ステップS4に処理が進む。ステップS4ではエンジン負荷がある状態(エンジン負荷運転時)で充電中であるか否かが判断される。エンジン負荷がある状態とは、エンジンが充電の為に発電機を回すほかに仕事をしている状態を意味する。エンジンで発生した動力は、図1のプラネタリギヤに伝達され駆動輪を回転させる動力とモータジェネレータMG1を発電機として回す動力に分割される。分割された動力のうち駆動輪を回転させる動力がエンジン負荷に含まれる。ステップS4においてエンジン負荷が有りの状態で充電中と判断された場合には、ステップS5,S6,S7の処理が順に実行される。ステップS5では充電エネルギ(電力量)の算出が行なわれる。ステップS6では燃料消費量の算出が行なわれる。ステップS7ではF/E値の更新が行なわれる。
ステップS4においてエンジン負荷有りの充電中でなかった場合には、ステップS8に処理が進む。ステップS8ではアイドル時強制充電中であるか否かが判断される。アイドル時強制充電中とは、エンジンがアイドリング時のように仕事をしていない状態で充電が行なわれる場合を示す。たとえば、車両が信号待ちなどで停止している場合でも、バッテリの充電状態SOCが目標値よりも低いためエンジンを停止させずにモータジェネレータMG1を発電機として回転させ、高圧バッテリBATに充電が行われるような場合がある。このような場合がアイドル時強制充電中と判断される。また、車両が停止していなくても、慣性走行をしている場合などでもアイドル時強制充電が起こる場合がある。
ステップS8においてアイドル時強制充電中と判断された場合には、ステップS9,S10,S11の処理が順に実行される。ステップS9では充電エネルギ(電力量)の算出が行なわれる。ステップS10では燃料消費量の算出が行なわれる。ステップS11ではF/E値の更新が行なわれる。
ステップS3,S7,S11のいずれかにおいて、F/E値の更新が完了するとステップS12に処理が進み制御はメインルーチンに戻される。
図6は、F/E値の更新処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図5のステップS3,S7,S11において実行される処理である。
図6を参照して、まず処理が開始されると、ステップS31において、現在の高圧バッテリBATに蓄積されている電気エネルギを生成するのに使用した燃料量f0が演算される。現在の高圧バッテリBATの電気エネルギつまり蓄電量をCとし、更新前のF/E値をF/Eと表わすと次式(1)でf0が演算できる。
f0=C*F/E ・・・(1)
続いて、ステップS32で更新後のF/E値が次式(2)によって演算される。
F/E(更新後)=(f0+Δf)/(C+ΔC) ・・・(2)
その後、ステップS33に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。
f0=C*F/E ・・・(1)
続いて、ステップS32で更新後のF/E値が次式(2)によって演算される。
F/E(更新後)=(f0+Δf)/(C+ΔC) ・・・(2)
その後、ステップS33に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。
図7は、図5、図6におけるF/E値とその更新について説明するための図である。
図7を参照して、上段に時刻t1での高圧バッテリBATの状態が示され、下段に時刻t1+Δtでの高圧バッテリBATの状態が示されている。
図7を参照して、上段に時刻t1での高圧バッテリBATの状態が示され、下段に時刻t1+Δtでの高圧バッテリBATの状態が示されている。
時刻t1においては、高圧バッテリBATに蓄積された電気エネルギ(蓄電量、残存容量ともいう)は、減速時回生充電によって充電されたものがX(kWh)、エンジン負荷運転時の充電によって充電されたものがY(kWh)、アイドル時強制充電によって充電されたものがZ(kWh)であった。このとき、高圧バッテリBATの合計蓄電量はX+Y+Z(kWh)である。
また、時刻t1においては、X(kWh),Y(kWh),Z(kWh)を生成したときの1ジュールあたりの燃料消費量(グラム)は、それぞれ0(g/J),A(g/J),B(g/J)である。
以上において、高圧バッテリBATの蓄電量全てに対する、平均の使用燃料と電気エネルギの比率を示す評価値F/Eは、次式(3)で示される。
F/E=(0*X+A*Y+B*Z)/(X+Y+Z) (g/Kwh)・・・(3)
1ジュール=1W・s=2.78×10-7kWhである。したがって、結局F/E値は、使用した燃料(0*X+A*Y+B*Z)を高圧バッテリBATの合計蓄電量(X+Y+Z)で除算したものの定数倍である。
F/E=(0*X+A*Y+B*Z)/(X+Y+Z) (g/Kwh)・・・(3)
1ジュール=1W・s=2.78×10-7kWhである。したがって、結局F/E値は、使用した燃料(0*X+A*Y+B*Z)を高圧バッテリBATの合計蓄電量(X+Y+Z)で除算したものの定数倍である。
次に下段の時刻t1+Δtの高圧バッテリBATの状態について説明する。上段に示した状態からΔtが経過する間に、エンジン負荷運転時の充電が行なわれ、高圧バッテリBATの蓄電量がYi増加したことが示されている。そして、この増加分Yi(kWh)を生成したときの1ジュールあたりの燃料消費量(グラム)は、Ai(g/J)である。このとき、エンジン負荷運転時の充電の充電量はY+Yiであり、これに相当する燃料消費量はA*Y+Ai*Yiであるので、エンジン負荷運転時の充電の1ジュールあたりの燃料消費量(グラム)は、次式(4)のA’に更新される。
A’=(A*Y+Ai*Yi)/(Y+Yi) (g/J) ・・・(4)
そして、F/E値は次式(5)のように更新される。
F/E’=(0*X+A’*(Y+Yi)+B*Z)/(X+Y+Yi+Z)
(g/Kwh)・・・(5)
式(5)を式(4)を使用して書き換えると、式(6)のようにも表わすことができる。
F/E’=(0*X+A*Y+Ai*Yi+B*Z)/(X+Y+Yi+Z)
(g/Kwh)・・・(6)
結局、F/E値は、式(3)と同様、使用した燃料を高圧バッテリBATの合計蓄電量X+Y+Zで除算したものの定数倍である。
A’=(A*Y+Ai*Yi)/(Y+Yi) (g/J) ・・・(4)
そして、F/E値は次式(5)のように更新される。
F/E’=(0*X+A’*(Y+Yi)+B*Z)/(X+Y+Yi+Z)
(g/Kwh)・・・(5)
式(5)を式(4)を使用して書き換えると、式(6)のようにも表わすことができる。
F/E’=(0*X+A*Y+Ai*Yi+B*Z)/(X+Y+Yi+Z)
(g/Kwh)・・・(6)
結局、F/E値は、式(3)と同様、使用した燃料を高圧バッテリBATの合計蓄電量X+Y+Zで除算したものの定数倍である。
図8は、図6で示したF/E値の更新について、説明するための他の図である。
図8の最上段の図は、図7のt=t1の状態に対応する。蓄電量X分の平均燃料使用量は回生時なのでゼロである。蓄電量Y分の平均燃料使用量はAで示される。蓄電量Z分の平均燃料使用量はBで示される。これらを全体の蓄電量Cについて平均すると破線で示すようにF/E値となる。
図8の最上段の図は、図7のt=t1の状態に対応する。蓄電量X分の平均燃料使用量は回生時なのでゼロである。蓄電量Y分の平均燃料使用量はAで示される。蓄電量Z分の平均燃料使用量はBで示される。これらを全体の蓄電量Cについて平均すると破線で示すようにF/E値となる。
この場合の合計蓄電量Cを生成するために使用した燃料量f0は、A*Y+B*Zと表わすことができる。上から二段目の図を見れば分かるように、燃料量f0は、C*F/Eと表わすこともできる。したがって、図6のステップS31で更新直前のF/E値に合計蓄電量Cを掛けて燃料量f0を算出している。
図8の上から3段目の図は、充電によって合計蓄電量がCからC+ΔCに増加し、ΔCの増加量に対して燃料量Δfが使用された場合を示している。この場合、斜線のハッチングの入った面積を式(2)によって平均化すれば更新後のF/E値が求められる。
F/E(更新後)=(f0+Δf)/(C+ΔC) ・・・(2)再掲
したがって、図6のステップS32で式(2)によってF/E値が更新されている。
F/E(更新後)=(f0+Δf)/(C+ΔC) ・・・(2)再掲
したがって、図6のステップS32で式(2)によってF/E値が更新されている。
図8の最下段の図は、放電時のF/E値の更新について説明するための図である。放電時には、F/E値は特に更新する必要は無い。図に示されるように、−ΔCの放電が発生したとする。すると合計蓄電量はCからC−ΔCに減少する。このように合計蓄電量が更新されるので、次にステップS31で算出される燃料量f0はF/E*(C−ΔC)となる。この値は前回に比べて−Δfだけ減少した値となっており、F/E値自体は放電時に更新する必要が無いことが分かる。
以上説明したように、本実施の形態においては、高圧バッテリBATに蓄積されている電気エネルギ(蓄電量)が燃料をどれだけ使用して生成したものであるかを示す評価値(F/E値)を演算している。このF/E値は種々の活用が期待できる。たとえば、実用燃費を向上させるために、F/E値を参照して、エンジンを起動してエンジントルクを用いて走行したほうがよいか、エンジンを停止してモータのみによって走行したほうが良いかを判断することができる。またF/E値があまり増加しないように不利な条件での充電を抑制することもできる。
[実施の形態2]
実施の形態2では、実施の形態1で算出した評価値であるF/E値を用いてエンジン制御を行なう一例を説明する。
実施の形態2では、実施の形態1で算出した評価値であるF/E値を用いてエンジン制御を行なう一例を説明する。
図9は、ハイブリッド自動車のエンジンを起動させるしきい値を示した図である。
図9を参照して、横軸には車速(km/h)、縦軸にはエンジン起動しきい値(kW)が示されている。エンジン起動しきい値(kW)は、例えば、制御装置内部で演算された要求駆動力やアクセルペダル位置に基づいて定められる値と比較されるしきい値である。
図9を参照して、横軸には車速(km/h)、縦軸にはエンジン起動しきい値(kW)が示されている。エンジン起動しきい値(kW)は、例えば、制御装置内部で演算された要求駆動力やアクセルペダル位置に基づいて定められる値と比較されるしきい値である。
図9には3種類のF/E値K1,K2,K3(K1<K2<K3とする)に対応するエンジン起動しきい値が3本の線として示されている。図9ではF/E値が大きいほどエンジン起動しきい値が小さく設定されていることが分かる。たとえば、車速0においてF/E値がK2でありエンジン起動しきい値が値Pに設定されている場合に、F/E値がK1に減少したときにはエンジン起動しきい値はP+ΔP1に増加される。逆に、たとえば、車速0においてF/E値がK2でありエンジン起動しきい値が値Pに設定されている場合に、F/E値がK3に増加したときにはエンジン起動しきい値はP−ΔP2に減少される。
このような制御は、マップを参照してF/E値に対するエンジン起動しきい値を決定するようにしても良いし、評価値F/EがK1とK2の間の所定のしきい値、K2とK3の間の所定のしきい値より大きい場合に、エンジンを始動させる各車速でのエンジン起動しきい値をそれぞれ低下させるようにしても良い。
このように、F/E値に応じてエンジンの起動しきい値を変更する。その理由を簡単に説明する。たとえば現在のバッテリ中に蓄えられた電気エネルギを用いてモータのみによる走行(EV走行)を行なうと、見かけ上は燃費が向上しているように見える。しかし、実態は、燃料がエンジン効率と電気効率(発電効率)の積によって燃料が電気エネルギに置き換わってEV走行しているわけであり、実用燃費は必ずしも向上しない。そこでF/E値が基準よりも高い場合には(すなわち、バッテリの蓄電量を発生するのに多く燃料を使っていた場合は)、エンジンを早めに起動しエンジンの動力を用いて車両を走行させる。
たとえば、渋滞時において、車両停止時にアイドル時強制充電→EV走行(エンジン停止)→車両停止時にアイドル時強制充電→EV走行、のサイクルを繰返すならば、実用燃費は却って低下する場合がある。このような場合には、エンジン起動しきい値を下げて、エンジン効率が少し悪い領域を使用しても、車両停止時のアイドル時強制充電を止めてエンジンによって走行し、渋滞時全体としての最適な制御を実行する。F/E値を用いてエンジンの起動停止制御を行なうことで、このような制御が可能となる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、実施の形態1で算出した評価値であるF/E値を用いてエンジン制御を行なう他の一例を説明する。
実施の形態3では、実施の形態1で算出した評価値であるF/E値を用いてエンジン制御を行なう他の一例を説明する。
図10は、高圧バッテリBATの充電状態(%)と充電量(kW)の関係を示した図である。
図2、図10を参照して、充電状態(SOC:State Of Charge)が目標値(たとえば60%)よりも低い場合には、充電量がプラスとなるようにエンジン2、インバータ36および昇圧ユニット32が制御される。すなわちSOCが目標値より高いと充電側に制御が行なわれる。またSOCが目標値(たとえば60%)よりも高い場合には、充電量がマイナスとなるように(放電が行なわれるように)エンジン2、インバータ36および昇圧ユニット32が制御される。
図10の破線にはF/E値が値K1である場合の充放電制御量の目標値が示されている。これに対し、F/E値が値K2に増加すると、実線のように充放電制御用の目標値が変更される。このようなマップは、エンジン負荷運転時の充放電時に適用される。
このように、F/E値が大きいほど、エンジン負荷運転時の充電側の負の傾きを急にする。これにより、エンジン負荷有り時の充電量は増大するので、必要電力が確保されやすくなり、渋滞時の車両停止時のアイドル時強制充電の頻度が低減される。
また、F/E値が大きいほどエンジン負荷運転時の放電側の負の傾きがゆるく設定する。これにより、同じSOCでも放電量が減るので、EV走行も発生しにくくなり、渋滞時のEV走行頻度が低減される。
たとえば、K1とK2の間のしきい値とF/E値とを比較してその結果に応じて図10の破線と実線とを切換えるようにしたり、F/E値によって対応するラインが選択されるように複数のラインを定めておいたりすればよい。
[実施の形態4]
実施の形態4では、F/E値に応じてアイドル時強制充電の車速に対するエンジン負荷上限値を変更する。
実施の形態4では、F/E値に応じてアイドル時強制充電の車速に対するエンジン負荷上限値を変更する。
図11は、車速に対するエンジン負荷の上限値を説明するための図である。
図11を参照して、ハイブリッド自動車においては、エンジンの効率を向上させるため、エンジン回転速度Neに対してエンジントルクTeを規定した最適燃費ラインL上をエンジンの動作点が移動するように制御が行なわれている。
図11を参照して、ハイブリッド自動車においては、エンジンの効率を向上させるため、エンジン回転速度Neに対してエンジントルクTeを規定した最適燃費ラインL上をエンジンの動作点が移動するように制御が行なわれている。
ここで、アイドル時強制充電時においては、車速に対してエンジントルクの上限値Tuが決められている。車速がゼロのときばかりでなく、車速が0〜10km/h程度の慣性走行などの時にもアイドル時強制充電が実施される。そして、このような時は車速が低いとエンジン騒音が目立つので、図11に示すように、車速が低いほど最適燃費ラインLの基点から上限値までの範囲が狭くなるように、上限値Tuが設定されている。
図12は、F/E値に応じてエンジントルクの上限値Tuを変更することを説明するための図である。
図12に示すように、F/E値がK1であるときの車速が9km/h時の上限値Tuに対して、F/E値がK2(>K1)に増大すると、上限値もTu1(>Tu)に増大される。なお、他の車速での上限値についても同様に、F/E値が増大すると上限値も増大し、上限値による制限が緩和される。
これにより、強制充電時の燃料から電気エネルギへの変換効率の向上が期待できる。なお、この背反として車両騒音が悪化するので、F/E値が大きいときに限定して上限値Tuの緩和を行なう。
最後に、再び図を参照して、本実施の形態1〜4について総括する。図1、図4を参照して、制御装置14は、蓄電装置(高圧バッテリBAT)の充放電を制御する車両の制御装置として機能する。制御装置14は、蓄電装置に充電するために使用した燃料消費量を算出する燃料量算出部302と、蓄電装置に充電される電気的エネルギを算出する充電量算出部304と、燃料量算出部302の算出結果と充電量算出部304の算出結果とに応じて蓄電装置の残存充電量に対応する燃料消費量に関する評価値F/Eを算出する評価部306とを備える。
好ましくは、制御装置14は、エンジンを制御するエンジン制御部68をさらに備える。図9に示すように、エンジン制御部68は、評価値F/Eがしきい値より大きい場合に、エンジンを始動させる各車速でのエンジン起動しきい値を低下させる。
好ましくは、図4の充電量算出部304は、減速時の回生エネルギによって蓄電装置に充電された回生エネルギ量を算出する第1算出部312と、エンジンから出力される機械的動力によって発電機(たとえばモータジェネレータMG1)を回して発電して蓄電装置に充電された発電エネルギ量を算出する第2算出部313とを含む。燃料量算出部302は、使用した燃料量fのうちから蓄電装置に充電される充電量に対応する燃料消費量を算出する第3算出部310を含む。評価部306は、第1算出部312、第2算出部313および第3算出部310の算出結果に基づいて蓄電装置に現在蓄積されている単位エネルギ量あたりの燃料消費量(評価値F/E)を算出する第4算出部314を含む。
より好ましくは、制御装置14は、蓄電装置の充電状態に基づいて蓄電装置への充放電量の目標値を決定する充放電決定部309をさらに備える。図10に示すように、充放電決定部309は、第4算出部314によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量(評価値F/E)がしきい値よりも増加した場合、エンジン負荷運転時の充電量を増加させ、かつ放電量を減少させるように目標値を変更する。
図11に示すように、より好ましくは、エンジン制御部68は、エンジン回転速度に対するエンジントルクの目標値を定めたエンジン動作線上を動作点が移動するようにエンジンを制御する。図12に示すように、エンジン制御部68は、第4算出部314によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量(評価値F/E)がしきい値以上増加した場合、所定の車速で走行する場合におけるエンジン動作線上を動作点が移動することを許容する範囲をエンジントルクが増加する方向に拡大する。
なお、以上の実施の形態で開示された制御方法は、コンピュータを用いてソフトウエアで実行可能である。この制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体(ROM、CD−ROM、メモリカードなど)から車両の制御装置中のコンピュータに読み込ませたり、また通信回線を通じて提供したりしても良い。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 ハイブリッド車両、2 エンジン、4,6 ギヤ、14 制御装置、16 プラネタリギヤ、18 デファレンシャルギヤ、20R,20L 前輪、22R,22L 後輪、28,30 システムメインリレー、32 昇圧ユニット、36 インバータ、42 アクセルポジションセンサ、46 EV優先スイッチ、48 電流センサ、50 電圧センサ、62 ハイブリッド制御部、66 バッテリ制御部、68 エンジン制御部、100 コンピュータ、181 A/D変換器、182 ROM、183 RAM、184 インターフェース部、186 バス、302 燃料量算出部、304 充電量算出部、306 評価部、309 充放電決定部、310 第3算出部、312 第1算出部、313 第2算出部、314 第4算出部、316 記憶部、B0〜Bn 電池ユニット、BAT 高圧バッテリ、MG1,MG2 モータジェネレータ。
図2、図10を参照して、充電状態(SOC:State Of Charge)が目標値(たとえば60%)よりも低い場合には、充電量がプラスとなるようにエンジン2、インバータ36および昇圧ユニット32が制御される。すなわちSOCが目標値より低いと充電側に制御が行なわれる。またSOCが目標値(たとえば60%)よりも高い場合には、充電量がマイナスとなるように(放電が行なわれるように)エンジン2、インバータ36および昇圧ユニット32が制御される。
Claims (5)
- 蓄電装置(BAT)の充放電を制御する車両の制御装置であって、
前記蓄電装置(BAT)に充電するために使用した燃料消費量を算出する燃料量算出部(302)と、
前記蓄電装置(BAT)に充電される電気的エネルギを算出する充電量算出部(304)と、
前記燃料量算出部(302)の算出結果と前記充電量算出部(304)の算出結果とに応じて前記蓄電装置(BAT)の残存充電量に対応する燃料消費量に関する評価値(F/E)を算出する評価部(306)とを備える、車両の制御装置。 - エンジン(2)を制御するエンジン制御部(68)をさらに備え、
前記エンジン制御部(68)は、前記評価値がしきい値より大きい場合に、前記エンジン(2)を始動させる各車速でのエンジン起動しきい値を低下させる、請求の範囲第1項に記載の車両の制御装置。 - 前記充電量算出部(304)は、
減速時の回生エネルギによって前記蓄電装置(BAT)に充電された回生エネルギ量を算出する第1算出部(312)と、
前記エンジン(2)から出力される機械的動力によって発電機を回して発電して前記蓄電装置(BAT)に充電された発電エネルギ量を算出する第2算出部(313)とを含み、
前記燃料量算出部(302)は、
使用した燃料量のうちから前記蓄電装置(BAT)に充電される充電量に対応する燃料消費量を算出する第3算出部(310)を含み、
前記評価部(306)は、
前記第1〜第3算出部(312,313,310)の算出結果に基づいて前記蓄電装置(BAT)に現在蓄積されている単位エネルギ量あたりの燃料消費量を算出する第4算出部(314)を含む、請求の範囲第2項に記載の車両の制御装置。 - 前記蓄電装置(BAT)の充電状態に基づいて前記蓄電装置(BAT)への充放電量の目標値を決定する充放電決定部(309)をさらに備え、
前記充放電決定部(309)は、前記第4算出部(314)によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量がしきい値よりも増加した場合、エンジン負荷運転時の充電量を増加させ、かつ放電量を減少させるように前記目標値を変更する、請求の範囲第3項に記載の車両の制御装置。 - 前記エンジン制御部(68)は、前記第4算出部(314)によって算出された単位エネルギ量あたりの燃料消費量がしきい値以上増加した場合、所定の車速で走行する場合におけるエンジン動作線上を動作点が移動することを許容する範囲をエンジントルクが増加する方向に拡大する、請求の範囲第3項に記載の車両の制御装置。
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