JPWO2014181578A1 - ハイブリッド自動車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

ハイブリッド自動車の実際の走行環境において、エンジン運転や再始動にかかる燃料消費量を極力低減できるハイブリッド自動車の制御装置を提供する。自車両と前方車両との距離および相対速度を認識できる外界認識手段の認識結果によって、演算された自車両と前方車両との相対速度が正の場合(自車両の方が速い)、モータの出力パターンを通常運転パターンから高出力運転パターンに変更し、さらにエンジン停止を指令する

Description

本発明はハイブリッド自動車の制御装置、および該制御装置を用いた車両に関する。
環境負荷の小さな車両として、エンジンとモータを協調して運転するハイブリッド自動車が注目されている。
ハイブリッド自動車は、エンジンとモータの効率の良い点を組み合わせることで、広い運転領域で低燃費運転ができることが特徴である。エンジンとモータは、車両の運転条件や車両のドライバの出力要求(アクセルポジション)に応じ、予めコントロールユニットに設定されたそれぞれへの出力指令に基づいて駆動される。
この時、例えば、ドライバが加減速を促すアクセル操作やブレーキ操作を実施した場合、エンジンの停止と再始動を繰り返す可能性があり、この結果、再始動に要する燃料消費によって、かえって燃費が悪化するという課題があった。
本課題を解決する施策として、例えば特許文献１では、目標の走行経路に沿って速度パターンを生成し、例えば車両が目標停止位置に到達する前に信号が青信号に変わる時は、減速して停止してから再加速する速度パターンと、加速して定常走行する速度パターンとを生成し、減速回生による燃費性向上を考慮して速度パターンを選択する構成をとっている。
特開２０１０−２６４８４１号公報
上述の制御装置の場合、目標停止位置が定まることによって、より低燃費運転が可能なパターンを選択可能であるが、目標停止位置が定まらない場合、例えば、前方を走行する車両が存在する場合などは、その走行状態によって、速度パターンすなわち減速度が時々刻々変化する可能性があり、その結果、今度は車両への乗り心地が悪化する恐れがあった。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、実際の走行環境においてより低燃費運転を実現するハイブリッド自動車の制御装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、
少なくとも自車両両と前方車両との距離および相対速度を認識できる外界認識手段を備え、前記外界認識手段による認識結果によって、予め設定されている前記モータの出力パターンを変更することを特徴とする。
具体的には、外界認識手段による認識の結果、演算される自車両と前方車両との相対速度が正の場合(自車両の方が速い)、もしくは所定時間以内に自車両が前方車両に追いつける車間距離である場合、モータの出力パターンを変更し、さらにエンジン停止を指令することによって、できるだけモータ走行の時間を長くし、さらにエンジン運転や再始動を実施しないことによって、それに伴う燃料消費量を抑制することを特徴としている。
この時、車両のモータによる走行を駆動するモータは少なくとも２つ以上の運転モードを有しており、外界認識手段による認識の結果、演算される自車両と前方車両との相対速度が正の場合(自車両の方が速い)、もしくは所定時間以内に自車両が前方車両に追いつける車間距離である場合のモータの出力パターンは、通常運転時の出力パターンより高出力運転するパターンであることを特徴としている。
但し、このハイブリッド自動車に搭載されている蓄電装置のＳＯＣが所定値以下の場合はこの限りではなく、エンジン停止指令を解除し、モータは通常の出力パターンによって運転し、エンジン動力によって発電することを特徴としている。
また、本発明に係るハイブリッド自動車は、上記の制御装置を備えたことを特徴とする。
実際の走行環境において、前方車両の状態によってモータ運転する出力条件や時間を、できるだけ長く取ることができ、エンジン運転や再始動によって消費する燃料量を抑制することができるハイブリッド自動車の制御装置を提供することができる。
本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド自動車の構成を示す図である。 本発明に係る制御装置の第１の実施形態を示す制御ブロック図である。 自車両と前方車両の関係の一例を示す図である。 本発明に係るハイブリッド自動車の制御装置を適用した場合のモータとエンジンの動作の一例を示す図である。 本発明に係る制御装置の第２の実施形態を示す制御ブロック図である。 本発明に係る制御装置の第３の実施形態を示す制御ブロック図である。 本発明に係る制御装置の第４の実施形態を示す制御ブロック図である。 第４の実施形態を適用した場合のＳＯＣとエンジン始動フラグの関係を示すタイムチャートの一例である。
以下、本発明の実施形態について図面と共に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド自動車の車両101の構成図を示している。車両101には、統合ＥＣＵ102が備えられ、アクセル開度、ブレーキポジション、ハンドル等のステアリングポジション、自車両の車速、加速度、バッテリ情報のようなセンシング結果が該統合ＥＣＵ102に入力される。統合ＥＣＵ102は、種々の演算を実施して、各アクチュエータに出力指令等を実施する。
また、モータ104に対して電力ハーネスを通じて駆動電力を供給するインバータ103と、このインバータ103に電力を供給する蓄電池であるバッテリ106と、を有する。バッテリ106の制御は、バッテリＥＣＵ107で行い、統合ＥＣＵ102との通信により、バッテリ情報を統合ＥＣＵ102に伝達するのと同時に、モータ104の駆動のためのバッテリ制御情報を受信する。減速ギヤ105は、モータ104の軸回転力を減速比に応じた回転数とトルクを車両101のタイヤへ伝達する。ブレーキＥＣＵ108は、統合ＥＣＵ102からの指令に応じて車両101のブレーキ状態を制御する。
本実施形態では、車両101の前端部に車載カメラ110が備えられる。該車載カメラ110は、自車両の前方もしくはその周辺の外界情報を認識し、前方車両や障害物等の存在を認識して得られた画像もしくはこれを処理した情報が統合ＥＣＵ102に入力される。本発明では、この車載カメラ110を車両の外界認識手段として扱うが、例えばレーダーやナビゲーションなど、前方車両、障害物、信号等の情報が認識できる手段も本発明の範疇である。
統合ＥＣＵ102は、これらのセンシング結果から、車両状態を判定及び制御状態を演算し、各アクチュエータやパーツの制御装置である各ＥＣＵに指令を送る。モータ104は、変速機105を介してエンジン109に接続されている。これらモータ104およびエンジン109は、統合ＥＣＵ102からの出力指令によって、それぞれ出力値が決定され、車両101を駆動する動力を発生する構成となっている。
次に、図２〜図４を用いて、本発明のハイブリッド自動車の制御装置の構成とその特徴について説明する。
図２は、本発明の制御装置の第１の実施形態を示す制御ブロック図である。この制御ブロックは、統合ＥＣＵ102において、モータ104とエンジン109の出力(トルク)配分を決定するブロックを抜粋している。
まず、相対速度等演算部201は、自車両の車速や加速度、また車載カメラ110からの情報によって捉えた前方車両の状況から、自車両と前方車両の相対速度Ｖｒを演算する。この時、アクセル開度、ブレーキ情報、ハンドル位置などの情報、これまでの自車両速度履歴から、将来の自車両速度を推定し、現在だけでなく将来の相対速度を推測演算することも可能である。
出力配分演算部202は、相対速度等演算部201からの指令を元に、モータ104およびエンジン109の出力配分を決定して、これらの出力値を指令する。
図３は、図２の相対速度等演算部201での処理に用いる自車両301と前方車両302の関係の一例を示す。
自車両が車速Ｖ１で走行している時、車載カメラ110の情報等から前方車両を認識することによって、その車速Ｖ２と車間距離Ｘ２を演算することができる。この時の自車両と前方車両の相対速度Ｖｒは Ｖｒ＝Ｖ１−Ｖ２ として定義し、Ｖｒ＞０の場合、すなわち自車両の車速Ｖ１の方が前方車両の車速Ｖ２より大きい場合は、現在の車間距離Ｘ２が今後小さくなることを示す。
このとき、前方車両302は自車両301と同じレーンである必要はなく、例えば別の車両303が右側のレーンにて車速Ｖ３で走行している場合、レーンに対するその車両の位置を割り出して、同様に自車両との相対速度と車間距離を演算することも可能である。
図４は、本発明のハイブリッド自動車の制御装置を適用した場合のモータとエンジンの動作の一例を示す図である。(ａ)はモータの動作出力範囲を示している。
通常運転領域401は通常の走行パターンにおけるモータの運転領域を示しており、上述のように予め統合ＥＣＵ102に設定された通常の運転パターンである。
点線で囲まれた高出力運転用領域402は相対速度Ｖｒ＞０と判定される場合のモータ運転領域を示している。これは自車両走行中に前方車両との相対速度Ｖｒ＞０の場合、すなわち前方車両との距離が縮まってきている場合には、長い時間の高出力が必要ない状況と判断できるので、例えば自車両301がＥＶ走行（モータ104のみによる走行）中、瞬間的にドライバがアクセルを踏み込んだとしても、図４(ｂ)に線405で示すようにアクセル開度に応じてエンジンを再始動することなく（エンジン始動フラグ＝０に維持）、一時的にモータを通常の運転パターンよりも高出力運転することを特徴としている。線404は、通常運転パターンにおけるアクセル開度とエンジン始動フラグの関係を示しており、本発明の特徴は、自車両と前方車両の相対速度Ｖｒに応じて、少なくともこの線404（モータ運転領域401での通常運転）と線405（拡大されたモータ運転領域402での高出力運転）を切り替えて制御できることにある。
一般的に、モータは長時間高出力運転すると過熱による減磁や絶縁破壊等の問題を引き起こすことがあるが、数秒単位であれば過熱もなく、問題ない。上記のようなＶｒ＞０の場合は、長時間加速状態が続かないと判断されるので、エンジン停止を指令もしくは再始動を禁じて、余分な燃料噴射を抑えることができる。
この時、Ｖｒ＞０であっても、前方車両や障害物との衝突が懸念される急な減速が必要となる場合は、低燃費より衝突回避が優先されるため、これは本発明の範疇ではない。但し、衝突回避機能等が停止している環境下でのＶｒ＞０の場合は、本発明ではエンジン再始動を行わないことで燃料消費を抑制でき、さらにエンジンの始動と停止を繰り返すことによる乗り心地の悪化も併せてと回避することが可能となる。
図５は、本発明の制御装置の第２の実施形態を示す制御ブロック図である。基本的な構成や狙いは第１の実施形態と同様であり、図５の制御ブロックも図２とほぼ同じであるが、出力配分演算部502が、運転パターンの選択を、走行履歴を加味して判断することが特徴である。
具体的には、例えば自車両301のドライバの運転履歴が統合ＥＣＵ102やその他の記録装置等に取り込まれており、その分析結果に基づき、日々の走行の中では高出力を必要としない時間帯や経路の場合は、第１の実施形態の相対速度Ｖｒ＞０のときと同じように、モータの運転領域402のパターンで車両を運転して、エンジン駆動や再始動指令を停止するものである。このように、走行履歴を加味して運転パターンを選択する構成によって、第１の実施形態よりもさらなる低燃費運転が可能となる。
図６は本発明の制御装置の第３の実施形態を示す制御ブロック図である。基本的な構成や狙いは第１の実施形態と同じであり、図６の制御ブロックも図２とほぼ同じであるが、相対速度等演算部601に対して、ナビ情報、Ｃ２Ｘ情報(前方車両からの情報)も用いて、相対速度(および車間距離)を演算し、その結果を用いることが特徴である。
この理由として、第１の実施形態において、相対速度等演算部201にて車載カメラ情報を用いて車間距離ｘ２を求めることを記載したが、例えば前方車両が自車両から遠い場合には車載カメラでは検出できないことがある。そこでこのような場合には、ナビゲーションやＣ２Ｘ(前方車両等に装着されている通信器)からの情報を用いて、遠方の車両との相対速度や車間距離を考慮して、モータ104とエンジン109の出力配分を決定する構成である。
例えば、ナビゲーションやＣ２Ｘにより自車両301と前方車両302が所定距離以上の大きな車間距離であることが検出された場合には、モータ104のみによる高出力運転継続が困難になるため、時間がＶｒ＞０であっても、自車両301は通常運転パターンで走行するものである。かかる構成により、より高精度に相対速度や車間距離を演算でき低燃費運転と乗り心地悪化防止を両立できるものである。
次に、本発明の制御装置の第４の実施形態について、図７および図８を用いて説明する。
図７は第４の実施形態を示す制御ブロック図である。基本的な構成や狙いは第１の実施形態と同様であり、図７の制御ブロックも図２とほぼ同様であるが、出力配分演算部702に対して、モータ104を駆動するためのバッテリ106のＳＯＣ（充電状態、蓄電量）を加味して判断する構成であることが特徴である。
すなわち、バッテリ106のＳＯＣが低い場合には、エンジン109からの出力による蓄電制御を実施する必要があるので、相対速度Ｖｒ＞0であっても、エンジンは駆動状態を維持、もしくは再始動する必要がある。
図８には第４の実施形態を適用した場合の、ある走行モードにおけるＳＯＣとエンジン始動フラグの関係を示すタイムチャートの一例を示している。図８の上図中の線801は時刻tにおけるバッテリ106のＳＯＣ履歴である。
ハイブリッド自動車の場合、モータ駆動用のバッテリのＳＯＣはバッテリ寿命等を鑑みて、通常40〜70％になるように設定されているが、本発明の制御装置ではＳＯＣ40％もしくはＥＶ走行が長くなることを想定して、それ以下のＳＯＣ下限値が設定されている。車両101がＶｒ＞0の場合にＥＶ走行を継続していても、時刻t1において、ＳＯＣ下限値に達した場合は、バッテリの充電を優先するため、エンジン109を再始動することとなる。この時の出力配分は、バッテリ106への充電を実施しつつ、低燃費に運転できる配分、すなわち通常の出力パターンによって運転する。かかる構成によって、バッテリ106の重点と低燃費運転を好適に両立することができる。
101…車両、102…統合ＥＣＵ、104…モータ、106…バッテリ、107…バッテリＥＣＵ、109…エンジン、110…車載カメラ、201,501,601,701…相対速度等演算部、202,502,602,702…出力配分演算部、301…自車両、302…前方車両

Claims (9)

  1. モータおよびエンジンの少なくとも一方の出力によって走行するハイブリッド自動車の制御装置において、
    少なくとも自車両と前方車両との距離および相対速度を認識できる外界認識手段を備え、前記外界認識手段による認識結果によって、予め設定されている前記モータの出力パターンを変更することを特徴とする、ハイブリッド自動車の制御装置。
  2. 前記外界認識手段による認識の結果、演算された前記自車両と前方車両との相対速度が正の場合は、前記モータの出力パターンを変更し、さらにエンジンの停止を指令することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  3. 前記外界認識手段による認識の結果、前記自車両が所定時間以内に前記前方車両に追いつく相対速度かつ車間距離である場合は、前記モータの出力パターンを変更し、さらに前記エンジンの停止を指令することを特徴とする、請求項２に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  4. 前記外界認識手段による認識の結果、変更する前記モータの出力パターンは、変更前の出力パターンより高出力で運転するパターンであることを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  5. 前記自車両が前記モータによる走行中に、前記外界認識手段による認識の結果、演算された前記自車両と前方車両との相対速度が負の場合は、前記エンジンの停止指令を解除し、前記モータは通常の出力パターンによって運転することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  6. 前記自車両が前記モータのみによる走行中に、前記外界認識手段による認識の結果、演算された前記自車両と前方車両との車間距離が所定値以上である場合は、前記エンジンの停止指令を解除し、前記モータは通常の出力パターンによって運転することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  7. 前記自車両に備えられた蓄電装置のＳＯＣが所定値以下の場合は、エンジン停止指令を解除し、前記モータは通常の出力パターンによって運転することを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  8. 前記外界認識手段は、車載カメラ、通信による伝達手段の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置。
  9. 請求項１に記載の制御装置を備えたことを特徴とする、ハイブリッド自動車。
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