WO2025248656A1 - 車両の制御方法および車両の制御装置 - Google Patents

車両の制御方法および車両の制御装置

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WO2025248656A1
WO2025248656A1 PCT/JP2024/019650 JP2024019650W WO2025248656A1 WO 2025248656 A1 WO2025248656 A1 WO 2025248656A1 JP 2024019650 W JP2024019650 W JP 2024019650W WO 2025248656 A1 WO2025248656 A1 WO 2025248656A1
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WO
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vehicle
load
generator
high load
value
Prior art date
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Application number
PCT/JP2024/019650
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English (en)
French (fr)
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遼 小野川
秀勝 秋山
宗利 上野
藤太郎 石塚
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/46—Series type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/12—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand using control strategies taking into account route information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control method and a vehicle control device.
  • a control device for a hybrid vehicle that compensates for the decrease in power generation that occurs due to a decrease in engine output at high altitudes (see, for example, Patent Document 1).
  • the object of the present invention is to provide a vehicle control method and vehicle control device that can suppress a decrease in the battery's SOC and prevent a decrease in the vehicle's driving force.
  • One aspect of the present invention is a vehicle control method that determines whether the vehicle is running under high load based on the power required by the vehicle and the running load imposed on the vehicle by external disturbances, and if it is determined that the vehicle is running under high load, the start of power generation by the engine-driven generator is brought forward compared to when it is determined that the vehicle is not running under high load.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a vehicle.
  • FIG. 2 is a control block diagram of a drive system controller.
  • FIG. 2 is a control block diagram of a power generation system controller.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a normal charge/discharge map.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a charge/discharge map under high load.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of vehicle speed, gradient, vehicle required electric power, SOC, and vehicle speed tracking capability during high load running.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between an air density correction coefficient and altitude.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between engine output and altitude.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the upper limit of the driving output of the electric motor and the altitude.
  • the driver's operation to request driving force using a driving force request operating means such as an accelerator pedal will be referred to as an “accelerator operation,” and the amount of operation will be referred to as an “accelerator operation amount.”
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a vehicle 1.
  • the vehicle 1 includes an engine 11 , a generator 12 , a battery 13 , an electric motor 14 , an inverter 15 , and a control device 16 .
  • Vehicle 1 is a so-called series hybrid vehicle in which electricity generated by a generator 12 using the power of an engine 11 is supplied to a battery 13 via an inverter 15, and wheels (not shown) are driven by rotating an electric motor 14 based on the power from the battery 13.
  • the engine 11 is a so-called internal combustion engine that uses gasoline or other fuel, and is mechanically connected to the generator 12.
  • the engine 11 is used not as a power source for propelling the vehicle 1, but as a power source for driving the generator 12 to generate electricity.
  • the generator 12 is configured to generate electricity by rotating using power from the engine 11 and charge the battery 13.
  • the generator 12 also motors the engine 11 by rotating using the power of the battery 13. By executing motoring control to rotate the engine 11 using the power of the generator 12, it is possible to crank the engine 11 when starting it, or to close the throttle valve to generate negative pressure in the intake passage when negative pressure is required for brake pedal assist.
  • the control device 16 includes a vehicle speed sensor 16A, an accelerator position sensor 16B, an air pressure sensor 16C, an outside air temperature sensor 16D, a brake pressure sensor 16E, a drive system controller 100, and a power generation system controller 200.
  • the vehicle 1 also includes a kickdown switch (not shown) that serves as a driving force request operating means and is activated when the accelerator pedal is depressed to a predetermined position.
  • the kickdown switch is also sometimes referred to as a pedal force step pedal.
  • the accelerator position sensor 16B is configured, for example, as a pedal stroke sensor, and detects the amount of accelerator pedal operation (hereinafter referred to as accelerator operation amount).
  • the brake pressure sensor 16E detects the braking pressure (hereinafter referred to as brake pressure) generated by brakes such as disc brakes or drum brakes.
  • the drive system controller 100 and the power generation system controller 200 are composed of a microcomputer equipped with, for example, an arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Central Graphics Processing Unit), a memory unit such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and an input/output unit such as an input/output interface.
  • the drive system controller 100 is electrically or communicatively connected to a vehicle speed sensor 16A, an accelerator position sensor 16B, an air pressure sensor 16C, and an outside air temperature sensor 16D.
  • the power generation system controller 200 is electrically or communicatively connected to an air pressure sensor 16C, an outside air temperature sensor 16D, and a brake pressure sensor 16E.
  • the drive system controller 100 includes a memory unit 101, a target drive force calculation unit 102, a drive force conversion unit 103, a K/D determination unit 104, a drive force limiting unit 105, and a selection unit 106.
  • the memory unit 101 stores computer programs for causing the drivetrain controller 100 to function, various maps used for control, various thresholds, etc. By executing the programs stored in the memory unit 101, the drivetrain controller 100 functions as a control unit that controls the operation of various devices such as the battery 13, electric motor 14, and inverter 15. Maps stored in the memory unit 101 include, for example, maps that define the relationship between accelerator operation amount and vehicle speed and driving force.
  • the target driving force calculation unit 102 calculates the driving force required by the vehicle 1 based on the accelerator operation amount and the vehicle speed, and outputs the calculation result to the selection unit 106.
  • the vehicle speed can be obtained by the vehicle speed sensor 16A
  • the accelerator operation amount can be obtained by the accelerator position sensor 16B.
  • the driving force conversion unit 103 calculates the driving force that can be supplied from the battery 13 to the electric motor 14 based on the maximum power that can be supplied by the battery 13, and outputs the calculation result to the selection unit 106.
  • the K/D determination unit 104 determines whether the kick-down switch has been turned on by the driver based on the signal from the kick-down switch, and outputs the determination result to the driving force limiting unit 105.
  • the driving force limiting unit 105 sets a limit value that limits the driving force of the electric motor 14 based on the altitude of the road on which the vehicle 1 is traveling and the determination result output from the K/D determination unit 104, and outputs this limit value to the selection unit 106.
  • the driving force limiting unit 105 calculates the air density based on the air pressure obtained from the air pressure sensor 16C and the outside air temperature obtained from the outside air temperature sensor 16D, and calculates the altitude of the road from this air density.
  • the selection unit 106 selects the driving force required by the vehicle 1 based on the driving force output from the target driving force calculation unit 102, the driving force output from the driving force conversion unit 103, and the limit value output from the driving force limiting unit 105, and outputs the selection result to the inverter 15 and the power generation system controller 200. Specifically, the selection unit 106 selects the smallest value from the values output from the target driving force calculation unit 102, the driving force conversion unit 103, and the driving force limiting unit 105. The selection unit 106 also converts the selected driving force into driving torque for the electric motor 14, and outputs this to the inverter 15 and the power generation system controller 200 as a torque command value for the electric motor 14.
  • the power generation system controller 200 includes a memory unit 201, a disturbance driving load calculation unit 202, a power conversion unit 203, a high-load driving determination unit 204, a map selection unit 205, an addition unit 206, an alpha ray rotation speed calculation unit 207, a minimum value selection unit 208, a high-load rotation speed calculation unit 209, a rotation speed selection unit 210, and a maximum value selection unit 211.
  • the memory unit 201 stores computer programs for causing the power generation system controller 200 to function, various maps used for control, various thresholds, etc. By executing the programs stored in the memory unit 201, the power generation system controller 200 functions as a control unit that controls the operation of various devices such as the engine 11, generator 12, and battery 13. Maps stored in the memory unit 201 include, for example, a normal charge/discharge map and a high-load charge/discharge map.
  • the memory unit 201 also stores the gear number, which is the optimal rotation speed for the engine 11 at each vehicle speed, taking into account the fuel efficiency and noise generated by the engine 11.
  • the disturbance running load calculation unit 202 calculates the running load (hereinafter referred to as the disturbance running load) that occurs on the vehicle 1 due to an external disturbance based on the torque command value, acceleration resistance torque, and brake torque, and outputs the calculation result to the high-load running determination unit 204.
  • Examples of external disturbances include the gradient and altitude of the road, and changes in the weight of the vehicle 1.
  • the disturbance running load calculation unit 202 filters the calculation result of the disturbance running load, and outputs the filtered disturbance running load to the high-load running determination unit 204.
  • the disturbance running load calculation unit 202 calculates the disturbance running load using the following equation (1).
  • the torque command value is a value output from the selection unit 106.
  • the acceleration resistance torque is calculated based on the inertia and angular velocity of the drivetrain components of the vehicle 1, and the brake torque is calculated based on the brake pressure obtained from the brake pressure sensor 16E.
  • Disturbance driving load torque command value - acceleration resistance torque - brake torque ... (1)
  • the disturbance road load calculation unit 202 calculates the gradient of the road on which the vehicle 1 is traveling based on the disturbance road load.
  • the disturbance road load calculation unit 202 calculates the gradient, for example, from the disturbance road load and the weight of the vehicle 1.
  • the power conversion unit 203 converts the torque command value for the electric motor 14 output from the drive system controller 100 into a power value (the output power value of the battery 13).
  • the power conversion unit 203 also filters the converted power value and outputs the filtered power value to the high-load driving determination unit 204 and the addition unit 206 as the required power required by the vehicle 1 (hereinafter referred to as vehicle required power).
  • vehicle required power the required power required by the vehicle 1 (hereinafter referred to as vehicle required power).
  • the strength of the filter for the vehicle required power changes depending on the accelerator operation amount, and is set so that the filter is strong when the accelerator operation amount is small and weaker as the accelerator operation amount increases.
  • the high-load driving determination unit 204 performs a high-load driving determination based on the vehicle required power and the disturbance driving load to determine whether the vehicle 1 is driving under high load, i.e., whether it is currently driving under high load, and outputs the determination result to the map selection unit 205, the rotation speed selection unit 210, and the drive system controller 100. Specifically, the high-load driving determination unit 204 determines that it is currently driving under high load when the vehicle required power and the disturbance driving load exceed their respective threshold values.
  • the high-load driving determination unit 204 performs high-load driving determination based on the vehicle's required power and the gradient and altitude of the driving road, which correspond to the disturbance driving load. That is, the high-load driving determination unit 204 determines that high-load driving is occurring when the vehicle's required power and gradient exceed their respective thresholds THE and THS (see Figure 6).
  • the gradient threshold THS varies depending on the vehicle speed, being set to be large when the vehicle speed is low and to be small as the vehicle speed increases.
  • the vehicle's required power threshold THE varies depending on the altitude and vehicle speed, being set to be large when the altitude is low and to be small as the altitude increases.
  • the high-load driving determination unit 204 calculates the air density based on the air pressure obtained from the air pressure sensor 16C and the outside air temperature obtained from the outside air temperature sensor 16D, and calculates the altitude of the driving road from the air density.
  • the map selection unit 205 selects a charge/discharge map to be used for charging/discharging the battery 13 based on the determination result by the high-load driving determination unit 204, and supplies the selected charge/discharge map to the addition unit 206. Specifically, if the high-load driving determination unit 204 determines that the vehicle 1 is driving under high load, the map selection unit 205 selects a high-load charge/discharge map, and if the high-load driving determination unit 204 determines that the vehicle 1 is not driving under high load, the map selection unit 205 selects a normal charge/discharge map.
  • the addition unit 206 adds the vehicle required power (power value corresponding to the torque command value of the electric motor 14) output from the power conversion unit 203 to the value specified by the charge/discharge map output from the map selection unit 205, and outputs the addition result to the alpha ray rotation speed calculation unit 207 and the high load rotation speed calculation unit 209.
  • the alpha ray rotation speed calculation unit 207 and the high load rotation speed calculation unit 209 perform calculations taking into account the vehicle required power and the charge/discharge map corresponding to the result of the high load driving determination.
  • the alpha ray rotation speed calculation unit 207 calculates the rotation speed of alpha rays based on the added value output from the addition unit 206, and outputs the calculation result to the minimum value selection unit 208.
  • alpha rays indicate the rotation speed at which the engine 11 is most fuel-efficient for each engine output. In other words, the rotation speed at which the engine 11 is most fuel-efficient using alpha rays can be determined for each added value.
  • the minimum value selection unit 208 selects the smaller value between the calculation result by the alpha ray rotation speed calculation unit 207 and the gear speed stored in the memory unit 201, and supplies the selected value to the maximum value selection unit 211. In other words, the minimum value selection unit 208 selects the smaller value between the alpha ray rotation speed calculated based on the added value output from the addition unit 206 and the optimal rotation speed based on the vehicle speed of the vehicle 1.
  • the gear speed is the optimal rotation speed of the engine 11 that takes into account the fuel efficiency and noise generated by the engine 11, and is set for each vehicle speed.
  • the high-load rotation speed calculation unit 209 calculates the rotation speed of the engine 11 during high-load driving based on the added value output from the addition unit 206, and outputs the calculation result to the rotation speed selection unit 210.
  • the rotation speed of the engine 11 during high-load driving is a value that outputs the torque required during high-load driving at as low a rotation speed as possible.
  • the rotation speed selection unit 210 selects one of the calculation result by the high-load rotation speed calculation unit 209 or "0" as the rotation speed of the engine 11 that drives the generator 12, and supplies the selected value to the maximum value selection unit 211. Specifically, if it is determined that the vehicle is at high altitude, the rotation speed selection unit 210 selects the calculation result by the high-load rotation speed calculation unit 209, and if it is not determined that the vehicle is at high altitude, the rotation speed selection unit 210 selects "0".
  • the maximum value selection unit 211 selects the larger of the value selected by the minimum value selection unit 208 and the value selected by the rotation speed selection unit 210, and outputs the selected value to the engine 11. In other words, the rotation speed of the engine 11 is controlled based on the value selected by the maximum value selection unit 211.
  • Fig. 4 is a diagram showing an example of a normal-state charge/discharge map
  • Fig. 5 is a diagram showing an example of a high-load charge/discharge map. Note that, for the normal-state charge/discharge map and the high-load charge/discharge map, a plurality of maps are stored in the storage unit 201 according to the vehicle speed, but for ease of explanation, Figs. 4 and 5 show an example of a map when the vehicle speed is V1 (kph (kilometers per hour)). V1 is, for example, the vehicle speed when traveling at high speed.
  • V1 kph (kilometers per hour
  • the vertical axis indicates the additional charge amount of the battery 13 in kW
  • the horizontal axis indicates the SOC (States Of Charge) in %.
  • the additional charge amount refers to the amount of power generated by the generator 12 that is charged to the battery 13. For example, if the additional charge amount is a positive value, it indicates charging, and if the additional charge amount is a negative value, it indicates discharging. In other words, in the case of discharging, the electric motor 14 is driven using the power of the battery 13.
  • 4 and 5 show an example of controlling the lower limit of the additional charge amount of the battery 13. That is, Fig. 4 and 5 show an example of the lower limit line of the additional charge amount during normal operation and an example of the lower limit line of the additional charge amount during high-load running.
  • the SOC of battery 13 is set to be at least above So2.
  • So2 is a larger value than So1.
  • the SOC at which the additional charge amount shown in the high-load charge/discharge map is 0 kW is larger than the SOC at which the additional charge amount shown in the normal charge/discharge map is 0 kW.
  • the SOC at which the additional charge amount is 0 kW (So1 shown in Figure 4, So2 shown in Figure 5) will be referred to as the "SOC center.”
  • the SOC center can be set using various experimental data such as the performance of the battery 13, engine 11, and generator 12.
  • Whether the vehicle 1 is running under a high load is determined based on the electric power required for the vehicle and the disturbance running load. In this embodiment, the determination is based on the electric power required for the vehicle, the gradient of the road calculated according to the disturbance running load, and the altitude of the road. If the electric power required for the vehicle exceeds the threshold THE and the gradient exceeds the threshold THS, it is determined that the vehicle 1 is running under a high load.
  • the vehicle's required power is obtained by converting the torque command value of the electric motor 14 into a power value and then filtering it.
  • the strength of the filter for the vehicle's required power changes depending on the accelerator operation amount; the filter is set to be strong when the accelerator operation amount is small and weaker as the accelerator operation amount increases.
  • the threshold THE for the vehicle's required power varies depending on the altitude and vehicle speed. Specifically, it is set to be large at low altitudes and small at higher altitudes. As the altitude increases, the air density decreases and engine output decreases, causing the vehicle 1 to travel under a higher load than on flat ground. For this reason, the threshold is set smaller at higher altitudes, making it easier to determine that the vehicle is in a high-load state.
  • the threshold THE for the vehicle's required power is set to be large when the vehicle speed is low and to be smaller as the vehicle speed increases.
  • the threshold THE is set to be smaller as the vehicle speed increases, making it easier to determine that the vehicle is in a high-load state.
  • the gradient threshold THS changes depending on the vehicle speed, being set to be large when the vehicle speed is low and small as the vehicle speed increases. The reason for this is as explained above when explaining why the vehicle required power threshold THE changes depending on the vehicle speed.
  • an example of a case where vehicle 1 is running under a high load is when vehicle 1 is running at a high altitude.
  • the running load will be low if, for example, the vehicle is running at a low speed on a flat road with no gradient.
  • the running load will be high if, for example, the vehicle is climbing a slope at a high speed or running on a highway. For this reason, whether vehicle 1 is running under a high load is determined based on the vehicle's required power and the external disturbance running load.
  • Figure 6 shows an example of the time progression of vehicle speed, gradient, vehicle power requirement, SOC, and vehicle speed tracking ability relative to target vehicle speed during high-load driving. Note that the gradient shown by the solid line in Figure 6 is before filtering, and the gradient shown by the dashed line is after filtering. Also, the SOC shown by the solid line in Figure 6 is during normal driving, and the SOC shown by the dashed line is when it is determined that the vehicle 1 is driving under high load.
  • the vehicle's required power and gradient exceed their respective thresholds THE and THS at time T1, and it is determined that the vehicle 1 is traveling under high load.
  • the charge/discharge map is switched from the normal charge/discharge map to the high-load charge/discharge map, and the SOC center of the battery 13, i.e., the SOC at which the additional charge amount becomes 0 kW, is set to a higher value, thereby advancing the timing of power generation by the generator 12.
  • the additional charge amount is increased, thereby increasing the amount of power generated by the generator 12.
  • the SOC remains higher than the SOC indicated by the solid line in Figure 6, as indicated by the dashed line, ensuring an SOC that can withstand traveling under high load conditions.
  • the vehicle speed difference from the target vehicle speed is smaller during high-load traveling, indicated by the dashed line, than during normal traveling, indicated by the solid line, improving vehicle speed tracking.
  • the vehicle's required power continues to exceed threshold value THE, but at time T2 the gradient falls below threshold value THS, and it is determined at this point that vehicle 1 is no longer running under high load.
  • Example of driving force restriction 7 to 10 show examples of driving force limitations based on the high altitude determination threshold TH1.
  • the high altitude determination threshold TH1 can be set using various experimental data on the performance of the battery 13, engine 11, and generator 12 according to the altitude.
  • the high altitude determination threshold TH1 can be set to, for example, about 2800 m. Note that for ease of explanation, the relationships shown in FIGS. 7 to 10 are simplified.
  • Figure 7 shows an example of the relationship between the air density correction coefficient and altitude [m]. Air density can be calculated based on atmospheric pressure and temperature. Furthermore, altitude can be determined based on air density. For ease of explanation, Figure 7 shows a simplified line AD1 representing the relationship between the air density correction coefficient and altitude [m].
  • the air density correction coefficient is a value that indicates the proportion of the amount of air that the engine 11 can take in, with "1" being the value when the vehicle 1 is at an altitude of 0m. For example, if the engine 11 has a maximum output of 100kW, an air density correction coefficient of 1 will allow for an engine output of 100kW, and an air density correction coefficient of 0.9 will allow for an engine output of 90kW. As shown by line AD1, the value of the air density correction coefficient decreases as the vehicle 1's altitude increases.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the relationship between engine output [kW] and altitude [m].
  • the engine output corresponding to the altitude can be calculated by multiplying the maximum output of the engine 11 by the air density correction coefficient shown in Fig. 7. In other words, the engine output decreases as the altitude increases.
  • Fig. 8 shows the relationship between the engine output [kW] and the altitude [m] simply by a straight line EP1.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the relationship between the upper limit of the driving output [kW] of the electric motor 14 and the altitude [m].
  • the driving force of the electric motor 14 is not limited.
  • the minimum value of the driving forces calculated by the target driving force calculation unit 102 and the driving force conversion unit 103 is set as the driving force of the electric motor 14.
  • the kick-down switch When the driver depresses the accelerator pedal with the intention of accelerating, the kick-down switch is turned on. In this case, if the upper limit of the driving force of the electric motor 14 is limited, the driver may not get the acceleration feeling they intended, which may cause the driver to feel uncomfortable. Therefore, even if the altitude of the vehicle 1 exceeds the high altitude determination threshold TH1, when the kick-down switch is turned on, the limit on the driving force of the electric motor 14 is relaxed, as shown by line DL2 in Figure 9.
  • Figure 10 is a diagram showing an example of the relationship between the total engine output and battery output [kW] and altitude [m].
  • the vertical axis of Figure 10 represents the output that can be used to drive the vehicle 1. In other words, it shows an example of the relationship when information related to the output of the engine 11 and battery 13 is viewed on the power axis.
  • the straight line EB1 shown in Figure 10 represents the value obtained by adding the value of the straight line EP1 shown in Figure 8 to the value of the line DL1 shown in Figure 9.
  • the line EB2 shown in Figure 10 represents the value obtained by adding the value of the straight line EP1 shown in Figure 8 to the value of the line DL2 shown in Figure 9.
  • the line EB3 shown in Figure 10 represents the value obtained by adding the value of the straight line EP1 shown in Figure 8 to the value of the line DL3 shown in Figure 9.
  • the dotted line EB4 shown in Figure 10 represents the value obtained when it is assumed that the restriction shown in Figure 9 is not applied when the altitude of the vehicle 1 exceeds the high altitude determination threshold TH1.
  • the dotted line BT1 in FIG. 10 indicates the amount of power generated by the engine output corresponding to the line EP1 in FIG. 8.
  • the value of the line EB3 becomes smaller than the value of the dotted line BT1.
  • some of the power that can be generated by the engine output is not used to drive the electric motor 14. In other words, a charge reserve is created.
  • depletion of the battery 13 means that the SOC of the battery 13 falls below a predetermined value. For example, when the SOC of the battery 13 falls below 40%, it is determined that the SOC of the battery 13 is depleted.
  • the rotation speed during high-load driving and the rotation speed of alpha rays during high-load driving are calculated, and the rotation speed required for high altitude is indicated.
  • the driving force of the electric motor 14 is limited and the center of SOC of the battery 13 is shifted higher, thereby ensuring an SOC that can withstand acceleration attempts at high altitudes.
  • Example of operation of the control device 11 is a flowchart showing an example of a processing procedure for vehicle control processing executed by the drive system controller 100 and the power generation system controller 200. Note that this processing procedure is executed based on programs stored in the storage units 101 and 201 of the controllers 100 and 200.
  • step S501 the high-load driving determination unit 204 determines whether the vehicle 1 is driving under high load, i.e., whether it is driving under high load. If it is determined that it is driving under high load, the process proceeds to step S505; if it is determined that it is not driving under high load, the process proceeds to step S502.
  • step S502 the power generation system controller 200 sets a target SOC center for normal operation.
  • the map selection unit 205 selects a normal charge/discharge map stored in the memory unit 201, and charging/discharging of the battery 13 is set based on the normal charge/discharge map.
  • the target SOC center for normal operation means the SOC center that is targeted for normal operation.
  • the power generation system controller 200 sets the engine rotation speed during normal operation. Specifically, the alpha ray rotation speed calculation unit 207 calculates the alpha ray rotation speed based on the normal charge/discharge map. The rotation speed selection unit 210 selects "0". The maximum value selection unit 211 then selects the value selected by the minimum value selection unit 208 (the smaller of the alpha ray rotation speed based on the normal charge/discharge map and the optimal rotation speed according to the vehicle speed of the vehicle 1) as the engine rotation speed.
  • the drivetrain controller 100 outputs an instruction to the inverter 15 to control the drive force of the vehicle 1 based on the value selected by the selection unit 106. That is, the drivetrain controller 100 performs normal control of the drive force based on the vehicle speed and accelerator operation amount. Note that, because it has not been determined that high-load driving is occurring, the selection unit 106 selects the smallest value of the drive forces calculated by the target drive force calculation unit 102 and the drive force conversion unit 103.
  • step S505 the power generation system controller 200 sets a target SOC center for high load.
  • the map selection unit 205 selects a high load charge/discharge map stored in the memory unit 201, and charging/discharging of the battery 13 is set based on the high load charge/discharge map.
  • the target SOC center for high load refers to the SOC center that is targeted when it is determined that the vehicle is at high altitude. In this way, when it is determined that the vehicle is at high altitude, the target SOC center of the battery 13 is set to a value greater than before it was determined that the vehicle was at high altitude.
  • step S506 the power generation system controller 200 sets the engine rotation speed under high load.
  • the alpha ray rotation speed calculation unit 207 calculates the alpha ray rotation speed based on the high load charge/discharge map.
  • the minimum value selection unit 208 selects the smaller of the alpha ray rotation speed based on the high load charge/discharge map and the optimal rotation speed according to the vehicle speed of the vehicle 1.
  • the rotation speed selection unit 210 selects the engine 11 rotation speed under high load calculated by the high load rotation speed calculation unit 209.
  • the maximum value selection unit 211 selects the larger of the value selected by the minimum value selection unit 208 and the value selected by the rotation speed selection unit 210 (engine 11 rotation speed under high load) as the engine rotation speed.
  • step S507 the K/D determination unit 104 performs a K/D determination to determine whether the kick-down switch has been turned on. If the kick-down switch has been turned on, the process proceeds to step S509; if the kick-down switch has not been turned on, the process proceeds to step S508.
  • step S508 the driving force limiting unit 105 sets a driving force limiting value for high altitudes. Specifically, a driving force limiting value for high altitudes is set as shown by line DL3 in Figure 9.
  • step S509 the driving force limiting unit 105 sets the high altitude driving force limit by increasing it by a predetermined value. Specifically, as shown by line DL2 in Figure 9, the high altitude driving force limit value when the kickdown switch is turned on is set.
  • step S510 the selection unit 106 performs a vehicle speed determination to determine whether the vehicle speed is equal to or greater than a predetermined value. If the vehicle speed is equal to or greater than the predetermined value, the selection unit 106 selects the high altitude driving force limit value set by the driving force limit unit 105 in step S508 or S509, and proceeds to step S508. However, if the value set by the driving force limit unit 105 is greater than the value calculated by the target driving force calculation unit 102 or the driving force conversion unit 103, the minimum value of the driving forces calculated by the target driving force calculation unit 102 and the driving force conversion unit 103 is selected. On the other hand, if the vehicle speed is less than the predetermined value, the selection unit 106 selects the minimum value of the driving forces calculated by the target driving force calculation unit 102 and the driving force conversion unit 103, and proceeds to step S504.
  • step S511 the drivetrain controller 100 outputs an instruction to the inverter 15 to control the drive force of the vehicle 1 based on the value selected by the selection unit 106.
  • the drivetrain controller 100 performs control during high-load driving by limiting the drive force based on the settings.
  • the decrease in the SOC of the battery 13 is suppressed, thereby further preventing a decrease in the driving force of the vehicle 1.
  • the amount of power generated by the generator 12 is increased, thereby further suppressing the decrease in the SOC of the battery 13.
  • the gradient of the road on which vehicle 1 is traveling is estimated based on the required power and the disturbance road load, and whether vehicle 1 is traveling under high load is determined based on the gradient, required power, and altitude of the road, making it possible to determine with greater accuracy whether vehicle 1 is traveling under high load.
  • the timing at which power generation by the generator 12 begins is advanced based on the driver's operation to accelerate the vehicle 1, thereby suppressing a decrease in the SOC of the battery 13 during early acceleration, and allowing the vehicle 1 to accelerate in accordance with the driver's intention to accelerate.
  • the SOC at which the additional charge amount of the battery 13 becomes 0 kW is set to a higher value than when it is determined that the vehicle 1 is not running under high load, so the SOC can be controlled to a higher value.
  • the driving force request operation means is configured as an accelerator pedal, and the sensor that detects the accelerator operation amount is configured as accelerator position sensor 16B, but other configurations are also possible.
  • the driving force request operation means may be configured as an operation lever or operation dial, and the accelerator operation amount may be detected by a sensor such as a stroke sensor or potentiometer that detects the operation amount of these.
  • the vehicle 1 may be equipped with a navigation device.
  • the drive system controller 100 and the power generation system controller 200 may obtain information about the gradient and altitude of the road from the navigation device and use this information for various calculations and determinations.
  • the control device 16 may be equipped with, for example, a gradient sensor that detects gradients, a weight sensor that detects the weight of the vehicle 1, and a towing determination sensor that determines whether the vehicle 1 is being towed.
  • the disturbance driving load calculation unit 202 may use these sensors to calculate the disturbance driving load.
  • the drive system controller 100 and the power generation system controller 200 may be configured as a single computer, or may be configured as separate computers.

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Abstract

車両を駆動する電動モータ（１４）と、電動モータ（１４）に供給する電力を発電する発電機（１２）を駆動するエンジン（１１）と、発電機（１２）により充電可能に構成されるとともに電動モータ（１４）に電気的に接続されたバッテリ（１３）とを備える車両の制御方法であって、車両で要求される要求電力と、外乱によって車両に生じる走行負荷とに基づいて、車両が高負荷状態で走行しているか否かを判定し、車両が高負荷状態で走行していると判定された場合、車両が高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、発電機（１２）による発電開始時期を早める。

Description

車両の制御方法および車両の制御装置
　本発明は、車両の制御方法および車両の制御装置に関する。
　高地でのエンジン出力減少に伴う発電量の低下を補うハイブリッド車両の制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１４－１３３４５７号公報
　特許文献１に記載されたハイブリッド車のエンジン運転制御装置では、例えば、高い速度で長い時間登坂したり、高地で高速道路を走行したりする場合のように、電動モータの出力が大きい状態が継続すると、バッテリの充電割合を表すＳＯＣ（State of Charge）が低下し、車両の駆動力が低下するおそれがある。
　本発明の目的は、バッテリのＳＯＣの低下を抑制し、車両の駆動力が低下することを防止できる車両の制御方法および車両の制御装置を提供することにある。
　本発明の一態様は、車両の制御方法であって、前記車両で要求される要求電力と、外乱によって前記車両に生じる走行負荷とに基づいて、前記車両が高負荷状態で走行しているか否かを判定し、前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合、前記車両が高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、エンジンで駆動される発電機による発電開始時期を早める。
車両の構成を示すブロック図である。 駆動系コントローラの制御ブロック図である。 発電系コントローラの制御ブロック図である。 通常時充放電マップの一例を示す図である。 高負荷時充放電マップの一例を示す図である。 高負荷走行時の車速、勾配、車両要求電力、ＳＯＣ、車速追従性の一例を示す図である。 空気密度補正係数と標高との関係を示す図である。 エンジン出力と標高との関係を示す図である。 電動モータの駆動出力上限と標高との関係を示す図である。 エンジン出力およびバッテリ出力の合計値と標高との関係を示す図である。 コントローラが実行する制御のフローチャートである。
　以下、図面を参照しながら、本発明の駆動力要求操作手段実施形態を説明する。
　なお、以下では、アクセルペダル等の駆動力要求操作手段による運転者の駆動力要求操作を「アクセル操作」といい、その操作量を「アクセル操作量」という。
［車両の構成］
　図１は、車両１の構成を示すブロック図である。
　車両１は、エンジン１１と、発電機１２と、バッテリ１３と、電動モータ１４と、インバータ１５と、制御装置１６とを備えている。
　車両１は、エンジン１１の動力を用いて発電機１２で発電した電力をバッテリ１３にインバータ１５を介して供給し、バッテリ１３の電力に基づいて電動モータ１４を回転させることで車輪（図示省略）を駆動する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両である。
　エンジン１１は、ガソリン等を燃料とするいわゆる内燃機関であって、発電機１２と機械的に接続されている。エンジン１１は、車両１を走行させるための動力源としてではなく、発電機１２を駆動して発電させるための動力源として使用される。
　発電機１２は、エンジン１１からの動力に基づいて回転することで発電し、バッテリ１３を充電可能に構成されている。また、発電機１２は、バッテリ１３の電力により回転駆動することで、エンジン１１を力行運転（モータリング）させる。発電機１２の動力を用いてエンジン１１を回転させるモータリング制御を実行することで、エンジン１１の始動時にエンジン１１をクランキングさせたり、ブレーキペダルアシスト用の負圧が必要な場合にスロットルバルブを閉じて吸気通路に負圧を生成させたりすることができる。
　制御装置１６は、車速センサ１６Ａと、アクセルポジションセンサ１６Ｂと、気圧センサ１６Ｃと、外気温センサ１６Ｄと、ブレーキ圧力センサ１６Ｅと、駆動系コントローラ１００と、発電系コントローラ２００とを備えている。また、車両１は、駆動力要求操作手段としてのアクセルペダルを所定位置まで踏み込むことで作動するキックダウンスイッチ（図示省略）を備えている。キックダウンスイッチは、踏力段差ペダルと称することもある。
　アクセルポジションセンサ１６Ｂは、例えば、ペダルストロークセンサで構成され、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル操作量という）を検出する。
　ブレーキ圧力センサ１６Ｅは、ディスクブレーキやドラムブレーキ等のブレーキが発生させる制動用の圧力（以下、ブレーキ圧力という）を検出する。
　駆動系コントローラ１００および発電系コントローラ２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Central Graphics Processing Unit）等の演算部、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部、並びに入出力インターフェース等の入出力部を備えたマイクロコンピュータにより構成される。駆動系コントローラ１００には、車速センサ１６Ａと、アクセルポジションセンサ１６Ｂと、気圧センサ１６Ｃと、外気温センサ１６Ｄとが電気的にまたは通信可能に接続されている。発電系コントローラ２００には、気圧センサ１６Ｃと、外気温センサ１６Ｄと、ブレーキ圧力センサ１６Ｅとが電気的にまたは通信可能に接続されている。
　図２に示すように、駆動系コントローラ１００は、記憶部１０１と、目標駆動力演算部１０２と、駆動力変換部１０３と、Ｋ／Ｄ判定部１０４と、駆動力制限部１０５と、選択部１０６とを備えている。
　記憶部１０１は、駆動系コントローラ１００を機能させるためのコンピュータプログラム、制御に使用される各種マップ、および各種閾値等を記憶している。記憶部１０１に記憶されたプログラムを実行することにより、駆動系コントローラ１００は、バッテリ１３、電動モータ１４、インバータ１５等の各種機器の動作を制御する制御部として機能する。記憶部１０１が記憶しているマップとしては、例えば、アクセル操作量および車速と駆動力との関係を規定したマップがある。
　目標駆動力演算部１０２は、アクセル操作量と車速とに基づいて、車両１が必要とする駆動力を演算し、その演算結果を選択部１０６に出力する。車速は、車速センサ１６Ａにより取得可能であり、アクセル操作量は、アクセルポジションセンサ１６Ｂにより取得可能である。
　駆動力変換部１０３は、バッテリ１３の最大供給可能電力に基づいて、バッテリ１３から電動モータ１４に供給可能な駆動力を演算し、その演算結果を選択部１０６に出力する。
　Ｋ／Ｄ判定部１０４は、キックダウンスイッチからの信号に基づいて、ドライバによりキックダウンスイッチがオンされたか否かを判定し、その判定結果を駆動力制限部１０５に出力する。
　駆動力制限部１０５は、車両１が走行している走行路の標高と、Ｋ／Ｄ判定部１０４から出力された判定結果とに基づいて、電動モータ１４の駆動力を制限した制限値を設定し、その制限値を選択部１０６に出力する。本実施形態の場合、駆動力制限部１０５は、気圧センサ１６Ｃから取得した気圧と、外気温センサ１６Ｄから取得した外気温とに基づいて空気密度を求め、その空気密度から走行路の標高を演算する。
　選択部１０６は、目標駆動力演算部１０２から出力された駆動力と、駆動力変換部１０３から出力された駆動力と、駆動力制限部１０５から出力された制限値とに基づいて、車両１が必要とする駆動力を選択し、その選択結果をインバータ１５および発電系コントローラ２００に出力する。具体的には、選択部１０６は、目標駆動力演算部１０２、駆動力変換部１０３および駆動力制限部１０５のそれぞれから出力された値のうちから最小の値を選択する。また、選択部１０６は、選択した駆動力を電動モータ１４の駆動トルクに変換し、電動モータ１４のトルク指令値として、インバータ１５および発電系コントローラ２００に出力する。
　図３に示すように、発電系コントローラ２００は、記憶部２０１と、外乱走行負荷演算部２０２と、パワー換算部２０３と、高負荷走行判定部２０４と、マップ選択部２０５と、加算部２０６と、α線回転数演算部２０７と、最小値選択部２０８と、高負荷時回転数演算部２０９と、回転数選択部２１０と、最大値選択部２１１とを備えている。
　記憶部２０１は、発電系コントローラ２００を機能させるためのコンピュータプログラム、制御に使用される各種マップ、および各種閾値等を記憶している。記憶部２０１に記憶されたプログラムを実行することにより、発電系コントローラ２００は、エンジン１１、発電機１２、バッテリ１３等の各種機器の動作を制御する制御部として機能する。記憶部２０１が記憶しているマップとしては、例えば、通常時充放電マップや高負荷時充放電マップがある。また、記憶部２０１には、エンジン１１の燃費および発生音が考慮された、エンジン１１の車速毎の最適な回転数である変速数が記憶されている。
　外乱走行負荷演算部２０２は、トルク指令値、加速抵抗トルク、およびブレーキトルクに基づいて、外乱によって車両１に生じる走行負荷（以下、外乱走行負荷という）を演算し、その演算結果を高負荷走行判定部２０４に出力する。外乱としては、例えば、走行路の勾配や標高、車両１の重量変化などがある。外乱走行負荷演算部２０２は、外乱走行負荷の演算結果にフィルタをかけ、フィルタ後の外乱走行負荷を高負荷走行判定部２０４に出力する。
　本実施形態の場合、外乱走行負荷演算部２０２は、以下の式（１）により、外乱走行負荷を演算する。トルク指令値は、選択部１０６から出力される値である。また、加速抵抗トルクは、車両１の駆動系部品のイナーシャおよび角速度等に基づいて演算され、ブレーキトルクは、ブレーキ圧力センサ１６Ｅから取得したブレーキ圧力に基づいて演算される。
　外乱走行負荷＝トルク指令値－加速抵抗トルク－ブレーキトルク　…（１）
　本実施形態の場合、外乱走行負荷演算部２０２は、外乱走行負荷に基づいて、車両１が走行している走行路の勾配を演算する。外乱走行負荷演算部２０２は、例えば、外乱走行負荷および車両１の重量等から勾配を演算する
　パワー換算部２０３は、駆動系コントローラ１００から出力された電動モータ１４のトルク指令値をパワー値（バッテリ１３の出力電力値）に変換する。また、パワー換算部２０３は、変換後のパワー値にフィルタをかけ、フィルタ後のパワー値を車両１で要求される要求電力（以下、車両要求電力という）として高負荷走行判定部２０４および加算部２０６に出力する。車両要求電力のフィルタの強さは、アクセル操作量に応じて変化し、アクセル操作量が小さい場合はフィルタが強く、アクセル操作量が大きくなるほどフィルタが弱くなるように設定されている。
　高負荷走行判定部２０４は、車両要求電力と、外乱走行負荷とに基づいて、車両１が高負荷状態で走行しているか否か、即ち高負荷走行時であるか否かを判定する高負荷走行判定を行い、その判定結果をマップ選択部２０５、回転数選択部２１０、および駆動系コントローラ１００に出力する。具体的に、高負荷走行判定部２０４は、車両要求電力および外乱走行負荷がそれぞれの閾値を超えたときに、高負荷走行時であると判定する。
　本実施形態の場合、高負荷走行判定部２０４は、車両要求電力と、外乱走行負荷に相当する走行路の勾配および標高とに基づいて、高負荷走行判定を行う。即ち、高負荷走行判定部２０４は、車両要求電力および勾配がそれぞれの閾値ＴＨＥ、ＴＨＳ（図６参照）を超えたときに、高負荷走行時であると判定する。勾配の閾値ＴＨＳは、車速に応じて変化し、車速が低い場合は大きく、車速が高くなるほど小さくなるように設定されている。一方、車両要求電力の閾値ＴＨＥは、標高および車速に応じて変化し、標高が低い場合は大きく、標高が高くなるほど小さくなるように設定されている。高負荷走行判定部２０４は、気圧センサ１６Ｃから取得した気圧と、外気温センサ１６Ｄから取得した外気温とに基づいて空気密度を求め、その空気密度から走行路の標高を演算する。
　マップ選択部２０５は、高負荷走行判定部２０４による判定結果に基づいて、バッテリ１３の充放電に用いる充放電マップを選択し、選択された充放電マップを加算部２０６に供給する。具体的には、マップ選択部２０５は、高負荷走行判定部２０４により車両１が高負荷状態で走行していると判定された場合には、高負荷時充放電マップを選択し、高負荷走行判定部２０４により車両１が高負荷状態で走行していないと判定された場合には、通常時充放電マップを選択する。
　加算部２０６は、パワー換算部２０３から出力された車両要求電力（電動モータ１４のトルク指令値に対応するパワー値）と、マップ選択部２０５から出力された充放電マップにより特定される値とを加算し、加算結果をα線回転数演算部２０７および高負荷時回転数演算部２０９に出力する。すなわち、車両要求電力と、高負荷走行判定の判定結果に応じた充放電マップとを考慮して、α線回転数演算部２０７および高負荷時回転数演算部２０９による演算が行われる。
　α線回転数演算部２０７は、加算部２０６から出力された加算値に基づいて、α線の回転数を演算し、その演算結果を最小値選択部２０８に出力する。ここで、α線は、エンジン１１が一番燃費の良い回転数をエンジン出力毎に示すものである。すなわち、α線により一番燃費の良いエンジン１１の回転数を加算値毎に求めることができる。
　最小値選択部２０８は、α線回転数演算部２０７による演算結果と、記憶部２０１に保持されている変速数とのうち小さい値を選択し、その選択された値を最大値選択部２１１に供給する。すなわち、最小値選択部２０８は、加算部２０６から出力された加算値に応じて求められたα線の回転数と、車両１の車速に応じた最適な回転数とのうちから、小さい値を選択する。なお、変速数とは、エンジン１１の燃費および発生音が考慮された、エンジン１１の最適な回転数であり、車速毎に設定されている。
　高負荷時回転数演算部２０９は、加算部２０６から出力された加算値に基づいて、高負荷走行時のエンジン１１の回転数を演算し、その演算結果を回転数選択部２１０に出力する。なお、高負荷走行時のエンジン１１の回転数は、高負荷走行時に必要なトルクをなるべく低い回転数で出すための値である。
　回転数選択部２１０は、高負荷走行判定部２０４による判定結果に基づいて、発電機１２を駆動するエンジン１１の回転数として、高負荷時回転数演算部２０９による演算結果と「０」とのうちから１つを選択し、選択された値を最大値選択部２１１に供給する。具体的には、回転数選択部２１０は、高地と判定された場合には、高負荷時回転数演算部２０９による演算結果が選択され、高地と判定されていない場合には「０」が選択される。
　最大値選択部２１１は、最小値選択部２０８により選択された値と、回転数選択部２１０により選択された値とのうち大きい値を選択し、その選択された値をエンジン１１に出力する。すなわち、最大値選択部２１１により選択された値に基づいてエンジン１１の回転数が制御される。
［通常時充放電マップおよび高負荷時充放電マップの例］
　図４は、通常時充放電マップの一例を示す図で、図５は、高負荷時充放電マップの一例を示す図である。なお、通常時充放電マップおよび高負時充放電マップは、それぞれ車速に応じて複数のマップが記憶部２０１に記憶されているが、図４、５では、説明を容易にするため、車速がＶ１（ｋｐｈ（kilometer per hour））時のマップの一例を示す。Ｖ１は、例えば高速走行時の車速である。
　図４、５では、縦軸はバッテリ１３の上乗せ充電量「ｋＷ」を示し、横軸はＳＯＣ（States Of Charge）「％」を示す。上乗せ充電量とは発電機１２が発電した電力のうち、バッテリ１３に充電される電力量を意味する。例えば、上乗せ充電量の値が正の値であれば充電となり、上乗せ充電量の値が負の値であれば放電となる。すなわち、放電の場合はバッテリ１３の電力を用いて電動モータ１４を駆動することとなる。
　また、図４、５では、バッテリ１３の上乗せ充電量の下限値を制御する場合の例を示す。すなわち、図４、５には、通常時での上乗せ充電量の下限線の一例と、高負荷走行時での上乗せ充電量の下限線の一例とを示す。
　高負荷走行時と判定されていない場合（通常時）であって、車速がＶ１の場合、図４の通常時充放電マップに示すように、ＳＯＣがＳｏ１未満のときには、上乗せ充電量「ｋＷ」が正の値になる。一方、ＳＯＣがＳｏ１以上になると、上乗せ充電量「ｋＷ」が負の値になる。このように、通常時であって、車速がＶ１の場合には、バッテリ１３のＳＯＣが最低でもＳｏ１以上になるように設定されている。
　これに対し、高負荷走行時と判定され、車速がＶ１の場合、図５の高負荷時充放電マップに示すように、ＳＯＣがＳｏ２未満のときには、上乗せ充電量「ｋＷ」が正の値になる。また、高負荷走行時と判定され、車速がＶ１の場合には、ＳＯＣがＳｏ２以上になると、上乗せ充電量「ｋＷ」が負の値になる。一方に、バッテリ１３のＳＯＣが最低でもＳｏ２以上になるように設定されている。
　ここで、図４、５に示すように、Ｓｏ２はＳｏ１よりも大きい値である。すなわち、高負荷時充放電マップに示す上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣは、通常時充放電マップに示す上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣよりも大きくなる。なお、本実施形態では、上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣ（図４に示すＳｏ１、図５に示すＳｏ２）を「ＳＯＣ中心」と称して説明する。ＳＯＣ中心については、バッテリ１３、エンジン１１や発電機１２の性能等の各種の実験データを用いて設定することが可能である。
［高負荷走行時の車速、勾配、ＳＯＣ、車両要求電力、車速追従性の例］
　車両１が高負荷状態で走行しているか否かは、車両要求電力と、外乱走行負荷とに基づいて判定される。本実施形態の場合、車両要求電力と、外乱走行負荷に応じて算出される走行路の勾配、および走行路の標高とに基づいて判定され、車両要求電力がその閾値ＴＨＥを超え、かつ勾配がその閾値ＴＨＳを超えた場合に、車両１が高負荷状態で走行していると判定される。
　車両要求電力は、電動モータ１４のトルク指令値をパワー値に変換した後、フィルタをかけたものである。車両要求電力のフィルタの強さは、アクセル操作量に応じて変化し、アクセル操作量が小さい場合はフィルタが強く、アクセル操作量が大きくなるほどフィルタが弱くなるように設定されている。これにより、車両１の運転者がアクセル操作量を大きくする加速操作を行った場合に、車両要求電力を速やかに増加させ、高負荷状態と判定されやすくすることで、発電機１２による発電開始時期を早めるようにしている。
　車両要求電力の閾値ＴＨＥは、標高および車速に応じて変化する。具体的には、標高が低い場合は大きく、標高が高くなるほど小さくなるように設定されている。標高が高くなると、空気密度が低くなり、エンジン出力が低下するため、車両１が平地よりも高負荷状態で走行することになる。このため、標高が高くなるほど閾値を小さくすることで、高負荷状態と判定されやすくなるようにしている。
　また、車両要求電力の閾値ＴＨＥは、車速が低い場合は大きく、車速が高くなるほど小さくなるように設定されている。車速が高い場合は、車速が低いときに比べて、エンジン１１や電動モータ１４の負荷が高くなったり、風の抵抗が大きくなったりするため、車両１が低速時よりも高負荷状態で走行することになる。このため、車速が高くなるほど閾値ＴＨＥを小さくすることで、高負荷状態と判定されやすくなるようにしている。
　一方、勾配の閾値ＴＨＳは、車速に応じて変化し、車速が低い場合は大きく、車速が高くなるほど小さくなるように設定されている。その理由は、車両要求電力の閾値ＴＨＥが車速に応じて変化する理由について説明した通りである。
　ここで、車両１が高負荷状態で走行している場合として、車両１が標高の高い高地を走行しているときが考えられるが、高地であっても、例えば平坦で勾配がない走行路を低速で走行する場合は、走行負荷が低くなる。反対に、標高の低い場所を走行していても、例えば、高い速度で登坂したり高速道路を走行したりする場合は、走行負荷が高くなる。このため、車両１が高負荷状態で走行しているか否かを車両要求電力と、外乱走行負荷とに基づいて判定している。
　図６は、高負荷走行時の車速、勾配、車両要求電力、ＳＯＣ、および目標車速に対する車速追従性の時間推移の一例を示す図である。なお、図６中実線で示す勾配は、フィルタ前のものであり、破線で示す勾配は、フィルタ後のものである。また、図６中実線で示すＳＯＣは、通常時のものであり、破線で示すＳＯＣは、車両１が高負荷状態で走行していると判定された時のものである。
　図６では、車両要求電力および勾配が時間Ｔ１の時にそれぞれの閾値ＴＨＥ、ＴＨＳを超え、この時に車両１が高負荷状態で走行していると判定されている。この際、充放電マップを通常時充放電マップから高負時充放電マップに切り替え、バッテリ１３のＳＯＣ中心、即ち上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣを大きい値に設定することで、発電機１２による発電時期を早める。また、通常時充放電マップから高負時充放電マップに切り替えることで、上乗せ充電量を増加させ、発電機１２の発電量を増加させる。これらのことにより、図６中破線で示すＳＯＣのように、同図中実線で示すＳＯＣに比べてＳＯＣを高く推移させ、高負荷状態での走行に耐えうるＳＯＣを担保する。その結果、図６に示すように、目標車速に対する車速差は、図６中実線で示す通常時よりも、破線で示す高負荷走行時の方が小さくなり、車速追従性が向上する。なお、図６では、その後も車両要求電力が閾値ＴＨＥを超える状態が続くが、時間Ｔ２の時に勾配がその閾値ＴＨＳを下回るため、この時点で車両１が高負荷状態で走行しなくなったと判定される。
［駆動力の制限例］
　図７から図１０では、高地判定閾値ＴＨ１を基準にした場合の駆動力の制限例を示す。高地判定閾値ＴＨ１については、標高に応じたバッテリ１３、エンジン１１や発電機１２の性能等の各種の実験データを用いて設定することが可能である。高地判定閾値ＴＨ１は、例えば２８００ｍ程度とすることができる。なお、図７から図１０では、説明を容易にするため、各関係を簡略化して示す。
　図７は、空気密度補正係数と標高［ｍ］との関係例を示す図である。空気密度は、気圧および温度に基づいて求めることができる。また、空気密度に基づいて標高を判定することができる。また、図７では、説明を容易にするため、空気密度補正係数と標高［ｍ］との関係を直線ＡＤ１で簡略化して示す。
　空気密度補正係数は、車両１の標高が０ｍである場合を「１」とした場合の、エンジン１１が吸入できる空気量の割合を示す値である。例えば、最高出力が１００ｋｗのエンジン１１を例にすると、空気密度補正係数が１の場合には１００ｋｗのエンジン出力が可能であり、空気密度補正係数が０．９の場合には９０ｋｗのエンジン出力が可能である。直線ＡＤ１に示すように、車両１の標高が高くなるのに応じて、空気密度補正係数の値が小さくなる。
　図８は、エンジン出力［ｋｗ］と標高［ｍ］との関係例を示す図である。
　標高に応じたエンジン出力は、エンジン１１の最高出力に、図７に示す空気密度補正係数を乗算して求めることができる。すなわち、エンジン出力は、標高が高くなるのに応じて低下する。なお、図８では、説明を容易にするため、エンジン出力［ｋｗ］と標高［ｍ］との関係を直線ＥＰ１で簡略化して示す。
　図９は、電動モータ１４の駆動出力上限［ｋｗ］と標高［ｍ］との関係例を示す図である。
　図９の線ＤＬ１に示すように、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１未満である場合には、電動モータ１４の駆動力を制限しない。すなわち、目標駆動力演算部１０２および駆動力変換部１０３により求められた駆動力のうちの最小値が、電動モータ１４の駆動力として設定される。
　図９の線ＤＬ３に示すように、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１を越えた場合には、電動モータ１４の駆動力の上限値を制限する。また、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１を越えて閾値ＴＨ２（ただし、ＴＨ１＜ＴＨ２）に達するまでの間は、その制限量を徐々に増加させる。また、車両１の標高が閾値ＴＨ２を越えた場合には、その制限量を一定とする。このように、電動モータ１４の駆動力の上限値を制限することにより、バッテリ１３のＳＯＣを使い過ぎないようにできる。
　ここで、ドライバが加速を意図してアクセルを踏み込んだ時には、キックダウンスイッチがオンされる。この場合に、電動モータ１４の駆動力の上限値を制限してしまうと、ドライバは意図した加速感を得ることができず、ドライバに違和感を与えることも考えられる。そこで、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１を越えた場合でも、キックダウンスイッチがオンされたときには、図９の線ＤＬ２に示すように、電動モータ１４の駆動力の制限を緩和する。
　図１０は、エンジン出力およびバッテリ出力の合計値［ｋｗ］と、標高［ｍ］との関係例を示す図である。図１０の縦軸は車両１の駆動で使える出力を意味する。すなわち、エンジン１１およびバッテリ１３の出力に関する情報をパワー軸で見た場合の関係例を示す。
　図１０に示す直線ＥＢ１は、図８に示す直線ＥＰ１の値と、図９に示す線ＤＬ１の値とを加算した値を示す。同様に、図１０に示す線ＥＢ２は、図８に示す直線ＥＰ１の値と、図９に示す線ＤＬ２の値とを加算した値を示す。同様に、図１０に示す線ＥＢ３は、図８に示す直線ＥＰ１の値と、図９に示す線ＤＬ３の値とを加算した値を示す。図１０に示す点線ＥＢ４は、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１を越えた場合に、図９で示した制限をしないと仮定した場合の値を示す。
　図１０に示す点線ＢＴ１は、図８の直線ＥＰ１に対応するエンジン出力により発電される電力量を示す。図１０において、点線ＢＴ１と線ＥＢ３との関係で示すように、車両１の標高が高地判定閾値ＴＨ１を越え、さらに閾値ＴＨ２付近になると、点線ＢＴ１の値よりも線ＥＢ３の値が小さくなる。すなわち、電動モータ１４の駆動力の上限値を制限することにより、エンジン出力により発電可能な電力のうち、電動モータ１４の駆動に使用しない電力量が生じることになる。すなわち、充電余力が生じることになる。このため、車両１の標高が閾値ＴＨ２を越え、かつ、キックダウンスイッチがオンされていない場合には、エンジン出力により発電される電力をバッテリ１３に充電することが可能であり、バッテリ１３の枯渇を防止することができる。なお、バッテリ１３の枯渇とは、バッテリ１３のＳＯＣが所定値未満となることを意味する。例えば、バッテリ１３のＳＯＣが４０％未満となった場合に、バッテリ１３のＳＯＣが枯渇したと判定される。
　一方、図１０において、点線ＢＴ１と線ＥＢ２との関係で示すように、キックダウンスイッチがオンされた場合には、車両１の標高が閾値ＴＨ２を越えた場合でも、線ＥＢ２の値は点線ＢＴ１の値よりも大きくなる。これにより、高地であっても、電動モータ１４の駆動力の制限を緩和し、ドライバの加速意図を反映させることができる。
　また、バッテリ１３の発電電力を確保できるようにするため、高地であると判定されている場合には、高負荷走行時の回転数や高負荷走行時のα線の回転数を演算し、高地に必要な回転数を指示できるようにする。このように、第１実施形態では、高地であると判定された場合には、電動モータ１４の駆動力を制限するとともに、バッテリ１３のＳＯＣ中心を高く推移させることにより、高地での加速意図に耐えうるＳＯＣを担保することができる。
［制御装置の動作例］
　図１１は、駆動系コントローラ１００および発電系コントローラ２００が実行する車両制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、この処理手順は、コントローラ１００、２００の記憶部１０１、２０１に記憶されているプログラムに基づいて実行される。
　ステップＳ５０１において、高負荷走行判定部２０４は、車両１が高負荷状態で走行しているか否か、即ち高負荷走行時であるか否かを判定する。高負荷走行時であると判定された場合には、ステップＳ５０５に進み、高負荷走行時でないと判定された場合には、ステップＳ５０２に進む。
　ステップＳ５０２において、発電系コントローラ２００は、通常時の目標ＳＯＣ中心を設定する。具体的には、マップ選択部２０５が記憶部２０１に記憶されている通常時充放電マップを選択し、通常時充放電マップに基づくバッテリ１３の充放電が設定される。なお、通常時の目標ＳＯＣ中心は、通常時に目標とするＳＯＣ中心を意味する。
　続くステップＳ５０３において、発電系コントローラ２００は通常時のエンジン回転数を設定する。具体的には、α線回転数演算部２０７は、通常時充放電マップに基づくα線の回転数を演算する。また、回転数選択部２１０は「０」を選択する。そして、最大値選択部２１１は、最小値選択部２０８により選択された値（通常時充放電マップに基づくα線の回転数と、車両１の車速に応じた最適な回転数とのうちの小さい値）をエンジン回転数として選択する。
　続くステップＳ５０４において、駆動系コントローラ１００は、選択部１０６により選択された値に基づいて、車両１の駆動力を制御するための指示をインバータ１５に出力する。即ち、駆動系コントローラ１００は、車速およびアクセル操作量に基づいて、駆動力を制御する通常時の制御を行う。なお、高負荷走行時と判定されていないため、選択部１０６は、目標駆動力演算部１０２および駆動力変換部１０３により求められた駆動力のうちの最小値を選択する。
　一方、ステップＳ５０５において、発電系コントローラ２００は高負荷時の目標ＳＯＣ中心を設定する。具体的には、マップ選択部２０５が記憶部２０１に記憶されている高負荷時充放電マップを選択し、高負荷時充放電マップに基づくバッテリ１３の充放電が設定される。なお、高負荷時の目標ＳＯＣ中心は、高地であると判定された場合に目標とするＳＯＣ中心を意味する。このように、高地であると判定された場合には、高地であると判定される前よりも、バッテリ１３の目標ＳＯＣ中心を大きい値に設定する。
　ステップＳ５０６において、発電系コントローラ２００は高負荷時のエンジン回転数を設定する。具体的には、α線回転数演算部２０７は、高負荷時充放電マップに基づくα線の回転数を演算する。また、最小値選択部２０８は、高負荷時充放電マップに基づくα線の回転数と、車両１の車速に応じた最適な回転数とのうちの小さい値を選択する。また、回転数選択部２１０は、高負荷時回転数演算部２０９により演算された、高負荷時のエンジン１１の回転数を選択する。そして、最大値選択部２１１は、最小値選択部２０８により選択された値と、回転数選択部２１０により選択された値（高負荷時のエンジン１１の回転数）とのうちから大きい値をエンジン回転数として選択する。
　ステップＳ５０７において、Ｋ／Ｄ判定部１０４はキックダウンスイッチがオンされたか否かを判定するＫ／Ｄ判定を行う。そして、キックダウンスイッチがオンされた場合には、ステップＳ５０９に進み、キックダウンスイッチがオンされていない場合には、ステップＳ５０８に進む。
　ステップＳ５０８において、駆動力制限部１０５は、高地用の駆動力の制限値を設定する。具体的には、図９の線ＤＬ３のように、高地用の駆動力の制限値が設定される。
　ステップＳ５０９において、駆動力制限部１０５は、高地用の駆動力制限を所定値だけ開放した設定を行う。具体的には、図９の線ＤＬ２のように、キックダウンスイッチがオンされた場合の高地用の駆動力の制限値が設定される。
　ステップＳ５１０において、選択部１０６は、車速が所定値以上であるか否かを判定する車速判定を行う。そして、車速が所定値以上である場合には、選択部１０６は、ステップＳ５０８またはＳ５０９で駆動力制限部１０５により設定された高地用の駆動力の制限値を選択し、ステップＳ５０８に進む。ただし、駆動力制限部１０５により設定された値が、目標駆動力演算部１０２または駆動力変換部１０３により求められた値よりも大きい場合には、目標駆動力演算部１０２および駆動力変換部１０３により求められた駆動力のうちの最小値が選択される。一方、車速が所定値未満である場合には、選択部１０６は、目標駆動力演算部１０２および駆動力変換部１０３により求められた駆動力のうちの最小値を選択し、ステップＳ５０４に進む。
　すなわち、車速が所定値未満である場合には、高地と判定されている場合でも駆動力の制限を行わない。例えば、シリーズ型のハイブリッド車両は、心地よい加速感を出すことが可能である。また、高速道路ではアクセルペダルの踏み込みの頻度は少ないことが多いが、市街地ではアクセルペダルの踏み込みの頻度は比較的多いと考えられる。このように、市街地等のように所定値未満の車速で走行する場合には、適度な加速が必要なことが多い。そこで、比較的低速で走行すると想定される市街地等では、シリーズ型のハイブリッド車両の特徴を活かすため、駆動力の制限をしない設定とする。ただし、車速が所定値未満であるか否かにかかわらず、高地と判定されている場合には、高負荷時の目標ＳＯＣ中心が設定され、高負荷時のエンジン回転数が設定される。
　ステップＳ５１１において、駆動系コントローラ１００は、選択部１０６により選択された値に基づいて、車両１の駆動力を制御するための指示をインバータ１５に出力する。即ち、駆動系コントローラ１００は、設定内容に基づいて駆動力を制限する高負荷走行時の制御を行う。
［実施形態の作用効果］
　以上のような実施形態によれば、車両要求電力と外乱走行負荷とに基づいて、車両１が高負荷状態で走行していると判定された場合、高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、発電機１２による発電開始時期を早めるので、バッテリ１３のＳＯＣの低下を抑制し、車両１の駆動力が低下することを防止できる。
　また、高地ではエンジン出力が低下するのに応じて、電動モータ１４の駆動力を制限することにより、バッテリ１３のＳＯＣの低下を抑制するので、車両１の駆動力が低下することをより防止できる。
　また、車両１が高負荷状態で走行していると判定された場合に、発電機１２の発電量を増加させるので、バッテリ１３のＳＯＣの低下をより抑制できる。
　また、要求電力および外乱走行負荷に基づいて、車両１が走行している走行路の勾配を推定し、勾配、要求電力、および走行路の標高に基づいて、車両１が高負荷状態で走行しているか否かを判定するため、高負荷走行時であることをより高い精度で判定することができる。
　また、運転者による車両１の加速操作に基づいて、発電機１２による発電開始時期を早めるので、加速時の速い段階でバッテリ１３のＳＯＣの低下を抑制し、運転者の加速意図に応じて車両１を加速させることができる。
　また、車両１が高負荷状態で走行していると判定された場合、高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、バッテリ１３の上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣを大きい値に設定するので、ＳＯＣを高めに制御することができる。
　以上のように、本発明を実施するための最良の構成、方法等は、前記記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。また、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれる。
　車両１は、駆動力要求操作手段がアクセルペダルで構成され、アクセル操作量を検出するセンサがアクセルポジションセンサ１６Ｂで構成されていたが、他の構成とされてもよい。例えば、駆動力要求操作手段が操作レバーや操作ダイヤル等で構成され、これらの操作量を検出するストロークセンサやポテンショメータ等のセンサでアクセル操作量を検出する構成とされてもよい。
　車両１は、ナビゲーション装置を備えていてもよい。この場合、駆動系コントローラ１００および発電系コントローラ２００は、ナビゲーション装置から走行路の勾配や標高を取得し、各種演算や各種判定に使用してもよい。
　制御装置１６は、例えば、勾配を検出する勾配センサ、車両１の重量を検出する重量センサ、車両１のトーイングを判定するトーイング判定センサを備えていてもよい。この場合、外乱走行負荷演算部２０２は、これらのセンサを使用して外乱走行負荷を演算してもよい。
　駆動系コントローラ１００および発電系コントローラ２００は、これらを備えた１つのコンピュータで構成されてもよいし、別々のコンピュータで構成されてもよい。
　１…車両、１１…エンジン、１２…発電機、１３…バッテリ、１６…制御装置、１００…駆動系コントローラ（コントローラ）、２００…発電系コントローラ（コントローラ）
 

Claims (6)

  1. 　車両を駆動する電動モータと、前記電動モータに供給する電力を発電する発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により充電可能に構成されるとともに前記電動モータに電気的に接続されたバッテリとを備える車両の制御方法であって、
    　前記車両で要求される要求電力と、外乱によって前記車両に生じる走行負荷とに基づいて、前記車両が高負荷状態で走行しているか否かを判定し、
    　前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合、前記車両が高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、前記発電機による発電開始時期を早める車両の制御方法。
  2. 　請求項１に記載の車両の制御方法であって、
    　前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合に、前記発電機の発電量を増加させる車両の制御方法。
  3. 　請求項１に記載の車両の制御方法であって、
    　前記要求電力および前記走行負荷に基づいて、前記車両が走行している走行路の勾配を推定し、
    　前記勾配、前記要求電力、および前記走行路の標高に基づいて、前記車両が高負荷状態で走行しているか否かを判定し、
    　前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合に、前記発電機の発電量を増加させる車両の制御方法。
  4. 　請求項１に記載の車両の制御方法であって、
    　運転者による前記車両の加速操作に基づいて、前記発電機による発電開始時期を早める車両の制御方法。
  5. 　請求項１に記載の車両の制御方法であって、
    　前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合、前記車両が高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、前記バッテリの上乗せ充電量が０ｋＷとなるＳＯＣを大きい値に設定する車両の制御方法。
  6. 　車両を駆動する電動モータと、前記電動モータに供給する電力を発電する発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により充電可能に構成されるとともに前記電動モータに電気的に接続されたバッテリとを備える車両の制御装置であって、
    　前記車両で要求される要求電力と、外乱によって前記車両に生じる走行負荷とに基づいて、前記車両が高負荷状態で走行しているか否かを判定し、前記車両が高負荷状態で走行していると判定された場合、前記車両が高負荷状態で走行していないと判定された場合に比べて、前記発電機による発電開始時期を早めるコントローラを備えている車両の制御装置。
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