JPWO2013121544A1 - 制御装置、制御システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段の現在の負荷情報に基づき、所定時間経過後の前記エンジン回転数制御手段の負荷を予測する負荷予測手段と、前記負荷予測手段が予測した負荷が第１の閾値以上の場合、エンジン回転数を低減させるエンジン回転数低減手段と、を有することを特徴とする制御装置を提供する。

Description

本発明は、エンジン回転数を指示する制御装置に関する。
車両のエンジンなど車載装置を電子制御装置で制御する電子化が進行している。例えば、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）は燃料噴射量、燃料噴射タイミング、スロットル開度などを演算し、対応するアクチュエータを制御する。このような電子化により、ドライバ操作に対する応答性の向上や省燃費化が達成しやすくなる。
しかしながら、電子化が進行することで１つの電子制御装置のタスクの数が増大する傾向がある。また、電子制御装置はエンジン回転数が高速なほど制御頻度が増大する傾向にあり、エンジン回転数が大きくなると全てのタスクを時間内に完了できない状況が生じる（この現象がタスク抜けの１つと称される）。このため、電子制御装置はタスクに優先度を設定し、高優先度のタスクから優先的に実行する場合がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、各タスクに優先順位を設定して、高優先度のタスクが所定のインタバルで確実に実行できるようにする一方、低優先度のタスクが所定のインタバルで実行されないことを許容する異常検出装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載されているように、低優先度のタスクを実行しないことを許容すると、それが高頻度になるにつれてドライバビリティが低下する傾向が生じる。また、走行制御の最適化を図るためにはタスク抜けを起こさないことが好ましい。
特開２００９−１１６８１６号公報
本発明は、上記課題に鑑み、電子制御装置が高負荷になった場合にも、処理抜けを低減する電子制御装置を提供することを課題とする。
本発明は、エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段の現在の負荷情報に基づき、所定時間経過後の前記エンジン回転数制御手段の負荷を予測する負荷予測手段と、前記負荷予測手段が予測した負荷が第１の閾値以上の場合、エンジン回転数を低減させるエンジン回転数低減手段と、を有する。
本発明によれば、電子制御装置が高負荷になった場合にも、処理抜けを低減する電子制御装置を提供することができる。
本実施形態の制御装置によるエンジン回転数の制御の概略を説明する図の一例である。 ハイブリッド車の概略構成図の一例である。 車両の動力伝達機構を説明する図の一例である。 共線図の一例を示す図である。 制御装置のハードウェア構成図の一例である。 制御装置の機能ブロック図の一例である。 エンジンＥＣＵの負荷について説明する図の一例である。 ＣＰＵ負荷率の予測について説明する図の一例である。 制御装置の動作手順を示すフローチャート図の一例である。 エンジン回転数の制御を説明する図の一例である。 制御装置の動作手順を示すフローチャート図の一例である（実施例２）。 エンジン回転数の制御を説明する図の一例である（実施例２）。
１１ エンジン
１２ 動力分割機構
１３ モータジェネレータ
１４ ＰＣＵ
１５ バッテリ
５０ ＨＶ−ＥＣＵ
５１ 負荷率予測部
５２ 目標回転数決定部
６０ ＭＧ−ＥＣＵ
６１ モータ制御部
７０ エンジンＥＣＵ
７１ 負荷率監視部
７２ エンジン制御部
１００ 制御システム
図１は、本実施形態の制御システムによるエンジン回転数の制御の概略を説明する図の一例である。エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）の負荷はエンジン回転数が大きくなると増大し、タスク抜けが生じやすくなることが知られている。このため、本実施形態の制御システムは車速を維持しながらエンジン回転数を下げることで、タスク抜けが発生することを抑制する。
（１）タスク抜けが生じる前にエンジン回転数を下げることが好ましいため、制御システムは所定時間後のエンジン回転数を予測する（図の予測負荷率）。これにより、エンジンＥＣＵの負荷が実際に増大し、タスク抜けが生じる前にエンジン回転数を低減することができる。
（２）車両はエンジンの回転によりバッテリを充電する場合があるため、単にエンジン回転数を下げるだけではバッテリ残量が低下するおそれがある。そこで、図１（ｂ）に示すように、制御システムはエンジン動作点を等パワーライン上で移動させてエンジン回転数を低下させる。エンジン回転数は低下しても、エンジン出力は一定なのでＭＧ１によるバッテリへの充電量を確保できる。
（３）また、バッテリ残量が十分である場合、充電量を確保する必要性が低いので、制御システムはエンジン動作点を燃費最適ライン上で移動させることでエンジン回転数を低下させる。バッテリへの充電はできなくても、最適な燃費を維持したままエンジン回転数を低下させることができる。
このように、本実施形態の制御システムは、将来のエンジン回転数を予想することで、タスク抜けが生じる前にエンジン回転数を低減できる。また、エンジン回転数を下げる際、バッテリ保護又は最適な燃費状態でエンジン回転数を低下させ、タスク抜けを抑制することができる。
〔ハイブリッド車の構成例〕
図２は、ハイブリッド車の概略構成図の一例を示す。なお、ハイブリッド車には、プラグインハイブリッド車も含まれる。車両は、エンジン１１、モータジェネレータ１３（以下、区別するためＭＧ１、ＭＧ２という）、ＰＣＵ(Power Control Unit)１４、動力分割機構１２、減速機１６、及び、バッテリ１５を有している。なお、図２では前輪を駆動輪としたが、後輪を駆動輪とすることもできる。
エンジン１１の駆動力は動力分割機構１２に伝達され、動力分割機構１２により減速機１６とＭＧ１とに分割される。減速機１６に伝達された駆動力は前輪を回転させ、ＭＧ１に伝達された駆動力はＭＧ１を回転させて発電させる。ＭＧ１、ＭＧ２は、例えば三相交流同期電動発電機である。ＭＧ１が発電した電力は、ＭＧ２により消費されるか又はバッテリ１５に蓄えられる。すなわち、ＰＣＵ１４は大きな駆動力が必要な状況ではＭＧ１により発電された電力をＭＧ２に出力し、バッテリ残量（ＳＯＣ：State Of Charge）が十分でない場合、交流を直流に変換してバッテリ１５に出力する。
なお、ＭＧ１は、エンジン始動時のスタータモータとして機能する。すなわち、エンジン１１の駆動力が必要な状況では、ＭＧ１は、ＰＣＵ１４を介してバッテリ１５から電力供給を受けて回転し、エンジン１１をクランキングする。
ＭＧ２は、前輪を駆動するモータ及び前輪の回転により回転され発電する発電機として機能する。モータとして機能する際、ＭＧ２はＰＣＵ１４を介してバッテリ１５から供給される電力、又は、ＭＧ１が発電した電力により回転する。ＭＧ２の駆動力は減速機１６を介して前輪を回転させる。したがって、ＭＧ２の駆動力はエンジン１１の駆動力と共に前輪を駆動する。
車両の減速時（アクセルペダルオフ）、ＰＣＵ１４はバッテリ１５からＭＧ２への電力供給を停止する。そして、ＭＧ２は減速機１６を介して前輪により回転され発電し、バッテリ１５に電力を蓄える。したがって、ＭＧ２は、制動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生ブレーキを実現する。
バッテリ１５は、リチウムイオン、ニッケル水素、鉛蓄電池などの二次電池である。また、ＰＣＵ１４は、直流を交流に変換するインバータ、及び、交流を直流に変換するコンバータである。
図３は、ハイブリッド車の動力伝達機構を説明する図の一例である。ハイブリッド車の前輪のディファレンシャル２８には動力伝達ギア２７が連結され、動力伝達ギア２７にはカウンタドライブギア２９を介してリングギアケース３５が連結されている。動力分割機構１２は、例えば遊星歯車機構により構成される。遊星歯車機構のサンギア３９には、その回転軸にエンジン１１のクランクシャフト２６が貫通している。リングギアケース３５にはリングギア３６が結合されており、リングギア３６はサンギア３９と同軸に回転可能に支持されている。リングギア３６とサンギア３９の間には、サンギア３９の外周を自転しながら公転する例えば４つのピニオンギア３７が配置されている。各ピニオンギア３７の回転軸はプラネタリキャリア３８に支持され、クランクシャフト２６の端部がプラネタリキャリア３８に連結されている。
動力分割機構１２は３つの入出力軸を有する。それぞれ、サンギア３９に結合されＭＧ１の回転軸となるサンギア軸、リングギア３６に結合されたリングギアケース３５、及び、プラネタリキャリア３８に結合されたクランクシャフト２６の３つである。この３軸のうち２軸へ入出力される動力が決定されると、残りの１軸の動力と入力・出力が定まる。
減速機１６は、ＭＧ２の回転速度を減速させるもので、動力分割機構１２と同様に遊星歯車機構を有している。ＭＧ２のロータ２１の出力軸は減速機１６のサンギヤ３４に連結されている。また、減速機１６は、サンギア３４と同軸、かつ、リングギア３６と一体に回転するリングギア３１を有する。リングギア３１とサンギア３４には、例えば４つのピニオンギア３３が噛合ししている。サンギア３４の回転は、ピニオンギア３３を介してリングギア３１に伝達される。ピニオンギア３３はプラネタリキャリア３２により回転可能に支持されており、プラネタリキャリア３２は車体に固定されている。
カウンタドライブギア２９は、リングギア３１，３６と一体に回転する。カウンタドライブギア２９はリングギアケース３５と連結されているので、カウンタドライブギア２９が回転すると、動力伝達ギア２７及びディファレンシャル２８を介して前輪が駆動される。また、下り坂では前輪の回転がディファレンシャル２８及び動力伝達ギア２７を介してカウンタドライブギア２９に伝達される。
ＭＧ１は、回転磁界を生成するステータ４２と、ステータ内のロータ４１とを有する。ＭＧ１のロータ４１は、クランクシャフト２６及び動力分割機構１２のサンギア３９と同軸に配置されており、サンギヤ３９と一体に回転する。ＭＧ２は、回転磁界を生成するステータ２４と、ステータ内のロータ２１とを有する。ＭＧ２のロータ２１は、減速機１６のサンギア３４と同軸に配置されており、このサンギヤ３４と一体に回転する。
ＭＧ１は、ロータ４１に埋め込まれた永久磁石による磁界とステータ４２により生成される回転磁界との相互作用によりロータ４１を回転駆動する電動機として動作する。また、ステータ４２が生成した回転磁界の中で、ロータ４１の永久磁石による磁界が回転することで、三相コイル４３の両端に起電力を生じさせる発電機としても動作する。ＭＧ２についても同様なので説明は省略する。
ＭＧ２の回転力は、減速機１６のサンギア３４からピニオンギア３３を介してリングギア３１に伝達される。リングギア３１が回転すると、サンギア３４とリングギア３１の比に応じてサンギア３４の回転が減速され（トルクは大きくなる）、リングギア３１と一体のリングギアケース３５を回転させる。これにより、カウンタドライブギア２９が回転し車輪を駆動させる。
一方、エンジン１１の回転力は、動力分割機構１２により車輪を駆動する動力とＭＧ１を回転させる動力に分割される。すなわち、クランクシャフト２６の回転は、動力分割機構１２のプラネタリキャリア３８が回転することで、ピニオンギア３７を介してリングケース３５を回転させる。また、クランクシャフト２６の回転は、動力分割機構１２のプラネタリキャリア３８が回転することで、ピニオンギア３７を介してサンギア３９に結合されたロータ４１を回転させる。
ハイブリッド車は、主にＨＶ−ＥＣＵ５０によりエンジン走行、モータ走行、回生走行などが切り替え制御される。ＨＶ−ＥＣＵ５０は特許請求の範囲の制御装置に相当する。エンジンＥＣＵ７０，及び、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、ＨＶ−ＥＣＵ５０から制御指令を取得してエンジンやＭＧ１，２などの各装置を制御する。なお、ＨＶ−ＥＣＵ５０とエンジンＥＣＵ７０の機能を１つのＥＣＵに搭載することも可能であり、どの機能がどのＥＣＵに搭載されるかを制限する意図はない。
具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサが検出したアクセル開度、車速センサが取得した車速情報、ストップランプスイッチのオン／オフ信号、及び、バッテリ１５の充電状態（ＳＯＣ）を受信する。ＨＶ−ＥＣＵ５０は、エンジン始動の有無、ＭＧ１、ＭＧ２の駆動の有無、等を判断すると共に、エンジン１１の目標回転数とＭＧ１、ＭＧ２の目標回転数を決定する。
ＨＶ−ＥＣＵ５０は、例えば、アクセル開度と車速に対応づけて要求トルクが登録されているマップを参照して、アクセル開度と車速から要求トルクを決定する。そして、この要求トルクに対応する駆動力がリングギヤ３１，３６に出力されるように、エンジン１１とＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。
ＨＶ−ＥＣＵ５０は、要求トルクが低い領域はＭＧ２のみで駆動する。要求トルクが比較的高くなったエンジン効率の良好な要求トルクの領域はエンジン１１の駆動力をメインに、ＭＧ２を補助動力に駆動する。要求トルクに基づいてエンジン１１の出力が必要であると判定すると、ＨＶ−ＥＣＵ５０はエンジン１１に要求すべき要求パワーを決定する。そして、最適燃費ラインと等パワーラインを使用して燃費等に最適なエンジン動作点を決定する。
図１を用いて最適燃費ラインと等パワーラインについて説明する。最適燃費ラインは、エンジン１１を効率よく（省燃費で）運転させる回転数とトルクにより定まるエンジン動作点を結んだ曲線である。また、等パワーラインは、エンジン出力（＝トルク×回転数）が一定となる回転数とトルクにより定まるエンジン動作点を結んだ曲線である。要求パワーが決まっていれば、その要求パワーが得られる等パワーラインは一意に決定できる。
ＨＶ−ＥＣＵ５０は、要求パワーが得られる等パワーラインを特定し、その等パワーラインが最適燃費ラインと交わるエンジン動作点を決定する。エンジン動作点を特定するエンジン１１の回転数とトルクのうち、エンジン１１の回転数が目標回転数である。このように、エンジン１１の目標回転数を決定すれば、エンジン動作点は燃費最適ライン上を移動することができる。
ここで、動力分割機構１２のサンギア３９とＭＧ１のロータ４１は一体に回転し、クランクシャフト２６とサンギア３９はピニオンギア３７を介して連結しているので、エンジン１１とＭＧ１（ロータ）の回転数には、一定の関係がある。エンジン回転数をＭＧ１と前輪に分割する動力分割機構１２のギア比をｋとすると、以下のように表すことができる。
ＭＧ１の回転数＝｛エンジン回転数・（１＋ｋ）−リングギアの回転数｝／ｋ
したがって、エンジン回転数が定まると、リングギア３６の回転数からＭＧ１の回転数も定まる。ＨＶ−ＥＣＵ５０は等パワーラインと最適燃費ラインから定めたエンジン１１の目標回転数をエンジンＥＣＵ７０に、エンジン回転数から算出したＭＧ１の目標回転数をＭＧ−ＥＣＵ６０にそれぞれ制御指令として出力する。
また、ＨＶ−ＥＣＵ５０は、要求トルクのうちエンジン１１の出力で賄えないトルクをＭＧ２に要求する。ＨＶ−ＥＣＵ５０は、ＭＧ２の目標トルクを決定すると、その目標トルクが効率よく得られる目標回転数をマップなどから決定し、ＭＧ−ＥＣＵ６０に出力する。
エンジンＥＣＵ７０は、エンジン１１が目標回転数で作動するように、フィードバック制御により燃料噴射量や燃料噴射タイミングを決定する。また、ＭＧ−ＥＣＵ６０は、モータ電気角や三相電流の電流値、からインバータに供給するＰＷＭ信号を決定し、ＭＧ１，ＭＧ２の回転数を制御する。
〔ＭＧ１、エンジン、リングギアの回転数の関係〕
上記のように、ＭＧ１、エンジン１１、及び、リングギアの回転数には一定の関係がある。これらの関係を共線図にて説明する。なお、ＭＧ１は動力分割機構１２のサンギア３９の回転数、リングギア３６は車速そのものではないが車速を表している。下記のいくつかの状況に応じて、ＭＧ１、エンジン１１、及び、リングギア３９の２つの回転数が決まると残りの１つも定まる。したがって、３つの回転数の軸となる縦線の間隔を適当に取ることで、共線図は直線になる。
図４は共線図の一例を示す図である。
(i) 車両停止時
ＳＯＣが十分な場合、エンジン１１は停止している。また、車速はゼロである。このためＭＧ１の回転数もゼロとなる。
ＭＧ１＝エンジン＝リングギア＝０
ＳＯＣが十分でない場合、エンジン１１が回転されＭＧ１が発電する。エンジン回転数に対しＭＧ１の回転数はやや大きな値となる。
ＭＧ１＝１５００ エンジン＝１０００ リングギア＝０
(ii) 車両の発進時
ＳＯＣが十分な場合、エンジン１１は作動せず、ＭＧ２の駆動力でのみ車両は発進する。なお、負の回転数は反転していることを意味する（前方に進行する際のエンジンの回転方向が正）。
ＭＧ１＝−２５０ エンジン＝０ リングギア＝５００
ＳＯＣが十分でない場合、エンジン１１が回転されＭＧ１が発電する。
ＭＧ１＝１２５０ エンジン＝１０００ リングギア＝５００
(iii) 定常走行時
エンジン１１の効率がよくなると、主にエンジン１１で駆動される。エンジン１１の動力は動力分割機構１２により車輪とＭＧ１に分割される。ＭＧ１の発電した電力でＭＧ２が駆動してエンジン１１を補助する。
ＭＧ１＝８５０ エンジン＝９００ リングギア＝１０００
(iv) 加速時
エンジン回転数を大きくすると共に、ＭＧ１の発電した電力でＭＧ２が駆動してエンジン１１を補助する。
ＭＧ１＝１７５０ エンジン＝１５００ リングギア＝１０００
〔本実施形態の制御システムの機能〕
図５は、制御システム１００のハードウェア構成図の一例を、図６は制御システム１００の機能ブロック図の一例をそれぞれ示す。ＨＶ−ＥＣＵ５０、エンジンＥＣＵ７０、及び、ＭＧ−ＥＣＵ６０はマイコン１０１や入出力Ｉ／Ｆ１０５、電源回路１１０などが搭載された電子制御装置である。各ＥＣＵのマイコン１０１は、ＣＰＵ１０３、ＲＡＭ１０４、ＲＯＭ１０２、及び、ＣＡＮコントローラ１０６等を有している。この他、ＷＤＴ（Ｗａｔｃｈ Ｄｏｇ Ｔｉｍｅｒ）、割込み制御回路、Ｉ／Ｏ、ＡＤコンバータ、等は省略した。なお、各ＥＣＵが同じ構成を備えている必要はない。
ＨＶ−ＥＣＵ５０、エンジンＥＣＵ７０、及び、ＭＧ−ＥＣＵ６０は例えばＣＡＮ（Controller Area Network）バスを介して通信可能に接続されているが、通信プロトコルはＦｒｅｘＬａｙやＬＩＮなど特に制約されない。各ＥＣＵの入出力Ｉ／Ｆ１０５には、センサ、アクチュエータ、リレー回路等が接続される。
ＨＶ−ＥＣＵ５０の入出力Ｉ／Ｆ１０５にはバッテリセンサ１１１が接続され、バッテリ１５のＳＯＣを検出している。また、ＨＶ−ＥＣＵ５０はＣＡＮ通信によりアクセル開度や車速など各種の情報を受信することができる。また、エンジンＥＣＵ７０の入出力Ｉ／Ｆ１０５にはＮｅセンサ１２１、インジェクタ１２２、及び、イグナイタ１２３が接続されている。Ｎｅセンサ１２１はクランク角が一定量増大する毎にエンジンＥＣＵ７０に通知するセンサである。インジェクタ１２２は指示された量の燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置である。イグナイタ１２３は燃料と空気の混合気体に点火する点火装置である。
ＭＧ−ＥＣＵ６０の入出力Ｉ／Ｆ１０５には回転角センサ１３１、電流センサ１３２、及び、ＰＣＵ１４が接続されている。回転角センサ１３１はＭＧ１、ＭＧ２の回転角を検出する例えばレゾルバやノースマーカである。電流センサ１３２はＭＧ１、ＭＧ２に流れる電流を検出するセンサである。ＰＣＵ１４は、上記のとおり、複数の例えばＩＧＢＴを有し、バッテリ１５の直流電流を３相交流に変換するインバータ、及び、交流を直流に変換するコンバータである。
各ＥＣＵのＣＰＵ１０３はＲＯＭ１０２に記憶されたプログラムを実行し、各種のハードウェアと協働することで図６に示す各機能を実現する。ＨＶ−ＥＣＵ５０は目標回転数決定部５２及び負荷率予測部５１を有し、エンジンＥＣＵ７０はエンジン制御部７２及び負荷率監視部７１を有し、ＭＧ−ＥＣＵ６０はモータ制御部６１を有する。
目標回転数決定部５２（の一部の機能）、エンジン制御部７２及びモータ制御部６１は従来から備えられているものである。エンジン制御部７２は、Ｎｅセンサ１２１が所定のクランクアングル毎に通知するＮｅセンサ割込みにより起床される。エンジン制御部７２は、燃料噴射量、点火時期制御、スロットル開度制御などの一般的なエンジン制御を行う。エンジン制御部７２は、Ｎｅセンサ１２１からＮＥセンサ割込みが通知される毎に、クランクカウンタをカウントアップする。クランクカウンタは例えば３０ＣＡ（クランクアングル）毎に１つ大きくなるカウンタで、０〜２３（０〜６９０ＣＡ）の値を取る。
エンジン制御部７２は、クランクカウンタの値に基づき、予め実行すべきタスクが定められているテーブルを参照し、タスクを実行又は起床するなどして、クランクカウンタの値に応じた処理を実行する。例えば、圧縮上死点であれば点火する、排気行程から吸気行程に掛けて燃料を噴射する、噴射に間に合うように燃料噴射量を決定する等の処理を行う。
エンジン回転数が大きいほどＮＥセンサ割込みの頻度が増大するので、エンジン回転数が大きいほどエンジンＥＣＵ７０の負荷が増大する。負荷率監視部７１は、エンジンＥＣＵ７０の負荷をＣＰＵ負荷率として監視し、ＨＶ−ＥＣＵ５０に送信する。負荷の監視については後述する。
ＭＧ−ＥＣＵ６０のモータ制御部６１は、ＨＶ−ＥＣＵ５０からの指示により、ＭＧ１又はＭＧ２が目標回転数となるように、フィードバック演算して得られたデューティ比のＰＷＭ信号をＰＣＵ１４のインバータに出力する。
目標回転数決定部５２は、エンジン１１、ＭＧ１及びＭＧ２の目標回転数を決定する。エンジン１１の目標回転数の決定方法は上述した。また、共線図にて説明したように、車速（リングギアの回転数）を一定とすれば、エンジン回転数が定まればＭＧ１の回転数は一意に決定される。
負荷率予測部５１は、エンジンＥＣＵ７０から受信したＣＰＵ負荷率に基づき所定時間経過後のエンジンＥＣＵ７０の負荷率を予測する。予測した負荷率（以下、予測負荷率という）を目標回転数決定部５２に出力する。目標回転数決定部５２は、実施例にて説明するように予測負荷率に応じてエンジン１１の目標回転数を決定すると共に、ＭＧ１の目標回転数を決定する。
なお、ＭＧ２の目標回転数は、以下のように決定される。
発進時・定常走行時・加速時：運転者が要求する目標トルクが得られる目標回転数を決定
減速時（アクセルオフ）：目標回転数を制御せず、車輪の駆動力で回転し発電する
後退時：前進時と逆方向の目標回転数を決定
〔エンジンＥＣＵの負荷〕
図７は、エンジンＥＣＵ７０の負荷について説明する図の一例である。エンジンＥＣＵ７０は複数のタスクを時分割に実行するマルチタスク処理が可能になっている。Ｎｅセンサ割込みが発生するとＩＳＲ（Interrupt Service Routine）７３がエンジンＥＣＵ７０を起床する。Ｎｅセンサ１２１の他、ハード的又はソフト的なタイマ割込みにより起床されるタスクもある。
ＩＳＲ７３は例えばＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）の機能をシステムコールし、まずエンジン制御部７２を起床させ、エンジン制御部７２はクランクカウンタの値に応じた処理を行うために各種のタスクを起床させる。起床時にエンジン制御部７２等はタスクＩＤ、開始アドレス・終了アドレス、優先度等を引数にするので、ＯＳの機能であるスケジューラ７５は、タスクＩＤ等をＴＣＢ（タスクコントロールブロック）７４に登録する。ＴＣＢ７４には、これら引数に加え、タスクの状態やコンテキスト（例えば、汎用レジスタ、プログラムカウンタ、スタックポインタ、ステータスフラグの状態など）が登録される。
スケジューラ７５は、起床された各タスクをその優先度に応じて実行キュー７６に登録する。図では各タスクの優先度が三段階に区分されているが、優先度はいくつに区分されていてもよい。
スケジューラ７５は優先度順にタスクをＣＰＵ１０３に割り当てる。すなわち、実行キュー“高”のタスクを実行キュー“高”に登録された順にＣＰＵ１０３に割り当て、実行キュー“高”のタスクがなくなると実行キュー“中”のタスクを実行キュー“中”に登録された順にＣＰＵ１０３に割り当てる。実行キュー“中”のタスクがなくなると、実行キュー“低”のタスクを実行キュー“低”に登録された順にＣＰＵ１０３に割り当てる。
したがって、タスクの起床頻度が小さければ、タスクが起床されてからＣＰＵ１０３により実行されるまでの時間が短くなる。そして、実行キュー７６にタスクがなくなると、スケジューラはアイドルタスクをＣＰＵ１０３に割り当てる。アイドルタスクとはＮＯＰ（Ｎｏｎ
Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）命令など実際には演算やメモリアクセスなどをＣＰＵ１０３が行わない命令である。一方、タスクの起床頻度が大きければ、タスクが起床されてからＣＰＵ１０３により実行されるまでの時間が長くなる。特に、低優先タスクは実行されにくくなる。この場合、タスクがデッドラインまでに実行されないタスク抜けが発生するおそれがある。
タスクの起床頻度はＮｅセンサ割込みの頻度に依存する傾向が高いので、エンジン回転数が大きくなるとタスクの起床頻度が大きくなると考えてよい。本実施形態では、このエンジンＥＣＵ７０の負荷の大きさを以下のように数値化する。なお、エンジンＥＣＵ７０の負荷とは、ＣＰＵ１０３の負荷に限られるものではなくバスの使用率なども負荷と言えるが、ＣＰＵ１０３の負荷を代表的な値として使用する。ＣＰＵ１０３の負荷が高ければその他の回路の負荷も高いことが推定できる。
ＣＰＵ負荷率＝１００％−アイドル率＋オーバーロード率 …（１）
アイドル率とは単位時間におけるアイドルタスクの実行回数であり、オーバーロード率は単位時間におけるタスク抜けの回数である。負荷率監視部７１は、スケジューラ７５からタスクの実行状態を取得したり、ＣＰＵ１０３が実行するタスクを監視してＣＰＵ負荷率を求める。
したがって、図７（ｂ）に示すように、単位時間の全てがタスク（アイドルタスクを除く）の実行に費やされた場合、ＣＰＵ負荷率は１００％となる。また、単位時間にアイドルタスクが行われている場合、オーバーロード率はゼロなので、ＣＰＵ負荷率は１００％未満となる。
また、単位時間にタスクのみが行われていたが、タスク抜けが生じた場合、アイドル率はゼロなので、ＣＰＵ負荷率は１００％超過となる。タスク抜けの回数は、例えば、以下のようにして検出する。
・起床されてから実行されずに単位時間が経過したタスクの数
・単位時間内に実行可能な最大のタスク数をＭａｘ、単位時間内に実行キューに登録されたタスクの数をＮとした場合、「Ｎ−ＭＡＸ」をタスク抜けの回数とする
負荷監視部７１はこのようにして算出したＣＰＵ負荷率をＣＡＮバスを介してＨＶ−ＥＣＵ５０に送信する。
図８は、ＣＰＵ負荷率の予測について説明する図の一例である。負荷率予測部５１は、エンジンＥＣＵ７０の負荷率監視部７１が算出するＣＰＵ負荷率に基づき所定時間経過後のＣＰＵ負荷率を予測する。図８（ａ）は所定時間について説明する図の一例である。
(S1) エンジンＥＣＵ７０は例えば単位時間毎にＣＰＵ負荷率を算出する。
(S2) エンジンＥＣＵ７０はＣＰＵ負荷率をＨＶ−ＥＣＵ５０に送信する。
(S3) この後、ＨＶ−ＥＣＵ５０の目標回転数決定部５２はエンジン１１、ＭＧ１及びＭＧ２の目標回転数を決定する。
(S4) 目標回転数決定部５２はエンジンＥＣＵ７０にエンジン１１の目標回転数を、ＭＧ−ＥＣＵ６０にＭＧ１，ＭＧ２の目標回転数をそれぞれ送信する。
(S5) エンジンＥＣＵ７０はエンジン回転数を制御する。
このように、(S1)でエンジンＥＣＵ７０がＣＰＵ負荷率を算出してから(S5)で回転数制御が行われるまでに遅延が生じてしまう。このため、ＣＰＵ負荷率を予測せずに演算値そのものを利用すると、エンジン１１の回転数制御が行われる前に、ＣＰＵ負荷率が例えば１００％を超えタスク抜けが発生するおそれがある。そこで、負荷率予測部５１は(S1)から(S5)までに必要な時間を所定時間として、ＣＰＵ負荷率を予測する（予測負荷率を求める）。
予測方法としては、最小二乗法による直線近似を使用する。直線の式を求め、所定時間の経過後のＣＰＵ負荷率を算出することで、ＣＰＵ負荷率の予測値である予測負荷率を求めることができる。なお、最後の２点のＣＰＵ負荷率から２点を通過する直線を求め、予測負荷率を求めてもよい。また、直線でなく曲線で近似してもよい。
予測負荷率がどの程度の値なら、過度な負荷と判定するかは適宜設計できる。例えば、１００％を超えることはタスク抜けが生じることを意味するので、約１００％を閾値として、ＨＶ−ＥＣＵ５０はエンジン回転数の低減制御を行うことができる。
本実施例では、予測負荷率が閾値以上の場合、エンジン動作点を等パワーライン上で移動させエンジン回転数を下げる制御システム１００について説明する。
図９は制御システム１００の動作手順を示すフローチャート図の一例を、図１０はエンジン回転数の制御を説明する図の一例である。
図９の動作手順は例えばサイクル時間毎に繰り返し実行される。負荷率監視部７１は、例えば単位時間毎にＣＰＵ負荷率を算出する（Ｓ−Ｅ１０）。必ずしも単位時間毎である必要はなく、単位時間より長いサイクルでＣＰＵ負荷率を算出してもよい。
負荷率監視部７１はＣＰＵ負荷率をＣＡＮバスを介してＨＶ−ＥＣＵ５０に送信する（Ｓ−Ｅ２０）。
ＨＶ−ＥＣＵ５０はＣＰＵ負荷率を受信する（Ｓ−Ｈ１０）。そして、過去の複数のＣＰＵ負荷率を用いて所定時間後の予測負荷率を算出する（Ｓ−Ｈ２０）。
目標回転数決定部５２はタスク抜けのおそれがあるか否かを判定する（Ｓ−Ｈ３０）。具体的には予測負荷率と閾値（例えば１００％）を比較して、予測負荷率が閾値以上の場合、タスク抜けのおそれがあると判定する。
タスク抜けのおそれがない場合（Ｓ−Ｈ３０のＮｏ）、目標回転数決定部５２は従来と同様に、アクセル開度と車速から要求トルクを決定し、エンジン１１及びＭＧ１、ＭＧ２の目標回転数を決定する。
タスク抜けのおそれがある場合（Ｓ−Ｈ３０のＹｅｓ）、目標回転数決定部５２はエンジン動作点を等パワーライン上で移動させる（Ｓ−Ｈ４０）。図１０に示すように、例えば直前のエンジン動作点がＡだった場合、等パワーライン上をエンジン回転数が小さくなる方向に例えばエンジン動作点Ｂまで徐々に移動させる。これにより、エンジン回転数が小さくなりＣＰＵ負荷率を低下させることが可能になる。理論的にはエンジン回転数はゼロまで下げることができるが、エンジン効率が悪い下限の回転数が決まっているので、予め定められたエンジンの回転数に達すると、エンジン回転数の低下を終了する。
目標回転数決定部５２は、等パワーライン上で決定したエンジン１１の目標回転数をエンジンＥＣＵ７０に送信する（Ｓ−Ｈ５０）。
エンジンＥＣＵ７０はエンジン１１の目標回転数を受信する（Ｓ−Ｅ３０）。これにより、エンジン回転数は図１０に示すように無段階に低下する。
また、目標回転数決定部５２は、等パワーライン上で決定したエンジン１１の目標回転数から、ＭＧ１の目標回転数を算出する（Ｓ−Ｈ６０）。すなわち、動力分割機構１２のギア比ｋに基づき、エンジン１１の目標回転数からＭＧ１の回転数を算出する。
目標回転数決定部５２は、ＭＧ１の目標回転数をＭＧ−ＥＣＵ６０に送信する（Ｓ−Ｈ７０）。なお、ＭＧ２の目標回転数は一定なので、ＭＧ２はＭＧ１が発電した電力を使用して車速を一定に保つ。
ＭＧ−ＥＣＵ６０はＭＧ１の目標回転数を受信する（Ｓ−Ｍ１０）。これにより、図１０に示すように、ＭＧ１の回転数はリングギア３６とエンジン１１の回転数を結ぶ線上で低下する。ＭＧ１の回転数は低下してもトルクが増大しているので、発電量は大きくは低下しない。したがって、ＭＧ２の目標回転数は一定なので、ＭＧ１の発電によりバッテリ１５への充電を確保したまま車速を一定に保つことができる。
図９の手順は、繰り返し実行されるので、タスク抜けのおそれがなくなれば、ＨＶ−ＥＣＵ５０が等パワーラインに沿ってエンジン回転数を徐々に戻す。戻す過程でタスク抜けのおそれが生じれば、再度、エンジン回転数を低下させ、戻す過程でタスク抜けのおそれが生じなければ、燃費最適ライン上のエンジン回転数に復帰させることができる。
以上説明したように、本実施例の制御システム１００はエンジンＥＣＵ７０のタスク抜けが予想された場合、エンジン回転数を下げることでタスク抜けを未然に防止することを可能にする。エンジン回転数を低下させる際、等パワーライン上で下げるので充電量を確保することができる。
実施例１では、充電量を確保した状態でエンジン回転数を低下させたが、燃費最適ラインから外れてしまう場合があった。本実施例では、充電量を確保する必要がなければ、燃費を最適化した状態でエンジン回転数を低減させる制御システム１００について説明する。
図１１は制御システム１００の動作手順を示すフローチャート図の一例を、図１２はエンジン回転数の制御を説明する図の一例である。図１１の手順は、図９とほぼ同様であるが、ステップＳ−Ｈ３０でタスク抜けのおそれがある場合の処理が異なっている。
タスク抜けのおそれがある場合（Ｓ−Ｈ３０のＹｅｓ）、目標回転数決定部５２はバッテリ１５のＳＯＣが十分か否かを判定する（Ｓ−Ｈ３２）。すなわちバッテリ残量が閾値以上か否かを判定する。
ＳＯＣが十分でない場合（Ｓ−Ｈ３２のＮｏ）、充電量を確保する必要があるので、エンジン動作点を等パワーライン上で移動させる（Ｓ−Ｈ４０）。この処理は実施例１と同様である。
ＳＯＣが十分の場合（Ｓ−Ｈ３２のＹｅｓ）、充電量を確保する必要がないので、目標回転数決定部５２はエンジン動作点を燃費最適ライン上で移動させる（Ｓ−Ｈ４２）。図１２に示すように、例えば直前のエンジン動作点がＡだった場合、最適燃費ライン上をエンジン回転数が小さくなる方向にエンジン動作点Ｃまで移動させる。これにより、エンジン回転数が小さくなりＣＰＵ負荷率を低下させることが可能になる。
以降は実施例１と同様である。すなわち、目標回転数決定部５２は、決定したエンジン１１の目標回転数をエンジンＥＣＵ７０に送信する（Ｓ−Ｈ５０）。エンジンＥＣＵ７０はエンジン１１の目標回転数を受信する（Ｓ−Ｅ３０）。
また、目標回転数決定部５２は、ステップＳ−Ｈ４０又はＳ−Ｈ４２で決定したエンジン１１の目標回転数から、ＭＧ１の目標回転数を算出する（Ｓ−Ｈ６０）。
目標回転数決定部５２は、ＭＧ１の目標回転数をＭＧ−ＥＣＵ６０に送信する（Ｓ−Ｈ７０）。ＭＧ２の目標回転数は一定なので、ＭＧ２はＭＧ１が発電した電力を使用して（Ｓ−Ｈ４０の場合）、又は、バッテリ１５からの電力を使用して（Ｓ−Ｈ４２の場合）車速を一定に保つ。
ＭＧ−ＥＣＵ６０はＭＧ１の目標回転数を受信する（Ｓ−Ｍ１０）。これにより、ＭＧ１の回転数は図１２に示すようにリングギア３６とエンジン１１の回転数を結ぶ線上で低下する。等パワーライン上でエンジン回転数を低下させた場合（Ｓ−Ｈ４０の場合）、実施例１と同様にバッテリ１５への充電を確保したまま車速を一定に保つことができる。
また、最適燃費ライン上でエンジン回転数を低下させた場合（Ｓ−Ｈ４２の場合）、バッテリ１５の電力を使用することで最適な燃費を維持したまま車速を一定に保つことができる。
以上説明したように、本実施例の制御システム１００は、実施例１の効果に加え、バッテリ状態に応じて等パワーライン又は燃費最適ラインに沿ってエンジン回転数を低減でき、タスク抜けを低減できる。

Claims (9)

  1. エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御手段の現在の負荷情報に基づき、所定時間経過後の前記エンジン回転数制御手段の負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記負荷予測手段が予測した負荷が第１の閾値以上の場合、エンジン回転数を低減させるエンジン回転数低減手段と、
    を有することを特徴とする制御装置。
  2. 前記エンジン回転数低減手段は、エンジン回転数とエンジントルクの二次元マップにおけるエンジン動作点を、前記二次元マップの等パワーラインに沿って移動させエンジン回転数を低減させる、
    ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
  3. バッテリ残量を検出するバッテリ残量検出手段を有し、
    前記エンジン回転数低減手段は、前記バッテリ残量が第２の閾値以上の場合、エンジン回転数とエンジントルクの二次元マップにおけるエンジン動作点を、前記二次元マップの等パワーラインに沿って移動させエンジン回転数を低減させる、
    ことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
  4. バッテリ残量を検出するバッテリ残量検出手段を有し、
    前記エンジン回転数低減手段は、前記バッテリ残量が第２の閾値未満の場合、エンジン回転数とエンジントルクの二次元マップにおけるエンジン動作点を、前記二次元マップの最適燃費ラインに沿って移動させエンジン回転数を低減させる、
    ことを特徴とする請求項１又は３記載の制御装置。
  5. 前記所定時間は、前記エンジン回転数制御手段の現在の負荷情報を取得してから、前記エンジン回転数制御手段がエンジン回転数を制御するまでの時間よりも長い、
    ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の制御装置。
  6. エンジン回転数を制御するエンジン回転数制御装置と、前記エンジン回転数制御装置にエンジン回転数を指示する制御装置とを有する制御システムであって、
    前記エンジン回転数制御装置は、前記エンジン回転数制御装置の現在の負荷を決定する負荷決定手段、を有し、
    前記制御装置は、前記エンジン回転数制御装置から受信した現在の負荷情報に基づき所定時間経過後の前記エンジン回転数制御装置の負荷を予測する負荷予測手段と、
    前記負荷予測手段が予測した負荷が第１の閾値以上の場合、前記エンジン回転数制御装置に現在よりも小さいエンジン回転数を指示するエンジン回転数低減手段と、を有する、ことを特徴とする制御システム。
  7. バッテリ残量を検出するバッテリ残量検出手段を有し、
    前記エンジン回転数低減手段は、前記バッテリ残量が第２の閾値以上の場合、エンジン回転数とエンジントルクの二次元マップにおけるエンジン動作点を、前記二次元マップの等パワーラインに沿って移動させエンジン回転数を低減させる、
    ことを特徴とする請求項６記載の制御システム。
  8. バッテリ残量を検出するバッテリ残量検出手段を有し、
    前記エンジン回転数低減手段は、前記バッテリ残量が第２の閾値未満の場合、エンジン回転数とエンジントルクの二次元マップにおけるエンジン動作点を、前記二次元マップの最適燃費ラインに沿って移動させエンジン回転数を低減させる、
    ことを特徴とする請求項６又は７記載の制御装置。
  9. 動力分割機構を介してエンジン出力により回転される発電機、及び、前記発電機が発電した電力又はバッテリ電力により回転し車両を駆動するモータを制御する発電機・モータ制御手段を有し、
    前記エンジン回転数低減手段は低減させたエンジン回転数及び現在の車速により前記発電機の回転数を決定し、前記発電機制御手段に指示すると共に、前記モータにより現在の車速を維持するように前記発電機・モータ制御手段に指示する、
    ことを特徴とする請求項６〜８いずれか１項記載の制御システム。
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