(57)【要約】【課題】電動車両が山道を走行している場合のエネルギ効率を維持し、回路素子の発熱を抑制する。【解決手段】車載のバッテリから電力の供給を受けて走行のための駆動力を出力し駆動輪に入力する走行用電動機と、バッテリと走行用電動機との間に介在しバッテリの端子電圧よりも昇圧した電圧を走行用電動機に印加することを可能とする昇圧コンバータとを具備する車両を制御するものであって、走行用電動機に要求される駆動力が大きくなるほど走行用電動機に印加する電圧を高く、走行用電動機に要求される駆動力が小さくなるほど走行用電動機に印加する電圧を低くすることとし、車両が山道を走行中であると判断した場合、走行用電動機に要求される駆動力の低下量に対する走行用電動機に印加する電圧の降下量の比を、そうでない場合と比較して小さくする電動車両の制御装置を構成した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車載のバッテリから電力の供給を受けて走行のための駆動力を出力し駆動輪に入力する走行用電動機と、
バッテリと走行用電動機との間に介在しバッテリの端子電圧よりも昇圧した電圧を走行用電動機に印加することを可能とする昇圧コンバータとを具備する車両を制御するものであって、
走行用電動機に要求される駆動力が大きくなるほど走行用電動機に印加する電圧を高く、走行用電動機に要求される駆動力が小さくなるほど走行用電動機に印加する電圧を低くすることとし、
車両が山道を走行中であると判断した場合、走行用電動機に要求される駆動力の低下量に対する走行用電動機に印加する電圧の降下量の比を、そうでない場合と比較して小さくする電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用の電動機を搭載した車両を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電動機及び内燃機関の二種の動力源を備えるハイブリッド車両が一定の普及を見ている。シリーズ方式のハイブリッド車両（例えば、下記特許文献１を参照）は、内燃機関により発電用モータジェネレータを駆動して発電を行い、発電した電力をリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリに蓄えるとともに走行用モータジェネレータに供給する。そして、走行用モータジェネレータによって車両の駆動輪を回転させて走行する。
【０００３】
発電用モータジェネレータのみならず、走行用モータジェネレータもまた、回生制動により発電を行い、発電した電力をバッテリに蓄えることができる。バッテリの容量一杯まで既に電荷が蓄えられている場合には、回生制動により得られる電力を敢えて発電用モータジェネレータに供給し、これを電動機として作動させて内燃機関を回転駆動することで、余剰の電力を消費する。
【０００４】
ハイブリッド車両では、内燃機関が燃料を燃焼させて回転駆動力を発生させなくとも、走行用モータジェネレータが出力する回転駆動力により車両を走行させることが可能である。故に、車両の運用中であっても、内燃機関の運転を停止している状態が継続することがある。
【０００５】
バッテリが現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータに対する要求出力が大きい場合には、内燃機関を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関の出力する回転駆動力を以て発電用モータジェネレータを駆動し、発電を実施してバッテリを充電、または走行用モータジェネレータに供給する電力を増強する。
【０００６】
シリーズ方式のハイブリッド車両にあって、発電用モータジェネレータは、停止した内燃機関を始動する準備として内燃機関をモータリング（または、クランキング）する役割を兼ねる。モータリング時には、バッテリから必要な電力の供給を受ける。
【０００７】
コストの面、また車体における搭載スペースの制約から、採用するバッテリは小形かつ軽量のものであることが望ましい。一方で、小形バッテリは、蓄電容量が小さく、端子電圧が低くなるきらいがある。走行用モータジェネレータに印加される電圧が低いと、走行用モータジェネレータが大きな駆動力を出力できず、運転者が所望する動力性能を得られない懸念が生じる。
【０００８】
そこで、バッテリと、走行用モータジェネレータに付随するインバータとの間に昇圧コンバータを介設しておき、必要に応じ、バッテリの出力電圧を昇圧コンバータにより昇圧した上で、インバータを介して走行用モータジェネレータに印加することが行われる（例えば、下記特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−０６４７３５号公報
【特許文献２】特開２００１−２１１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
原則として、昇圧コンバータは、運転者が操作するアクセルペダルの踏込量が大きいほど、つまりは車両の走行のために要求される駆動力が大きいほど、バッテリ電圧を大きく昇圧する。要求される駆動力が小さいときには、バッテリ電圧を昇圧する度合いを小さくし、走行用モータジェネレータに印加する電圧をできる限り低下させて、インバータを含む電気回路における損失、並びにモータジェネレータにおける銅損及び鉄損の低減を図る。
【００１１】
しかしながら、車両が山道を走行している場合には、このような電圧制御が不都合をもたらすことがある。一般に、山道は、長く直線状に伸長している一貫した登坂路ではなく、幾重にも曲がりくねったつづら折りの坂（ワインディングロード）であったり、時折下り坂を挟みつつ上り坂が断続または連続するものであったりする。山道の走行中、運転者は、アクセルペダルを強く踏み込んだりその踏み込みを緩めたりを頻繁に繰り返す。これにより、要求される駆動力が頻々に増減し、昇圧コンバータによる昇圧量（または、ゲイン）が高い頻度で変動し、昇圧コンバータが走行用モータジェネレータに向けて出力する電圧が大きく振動するように上下することとなる。その帰結として、エネルギ損失の増大、及び回路素子の発熱を招来する。
【００１２】
本発明は、以上の問題に初めて着目してなされたものであり、電動車両が山道を走行している場合において、エネルギ効率を維持しつつ回路素子の発熱を抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、車載のバッテリから電力の供給を受けて走行のための駆動力を出力し駆動輪に入力する走行用電動機と、バッテリと走行用電動機との間に介在しバッテリの端子電圧よりも昇圧した電圧を走行用電動機に印加することを可能とする昇圧コンバータとを具備する車両を制御するものであって、走行用電動機に要求される駆動力が大きくなるほど走行用電動機に印加する電圧を高く、走行用電動機に要求される駆動力が小さくなるほど走行用電動機に印加する電圧を低くすることとし、車両が山道を走行中であると判断した場合、走行用電動機に要求される駆動力の低下量に対する走行用電動機に印加する電圧の降下量の比を、そうでない場合と比較して小さくする電動車両の制御装置を構成した。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電動車両が山道を走行している場合のエネルギ効率を維持しつつ回路素子の発熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態におけるシリーズ方式のハイブリッド車両及び制御装置の概要を示す図。
【図２】同実施形態のハイブリッド車両のＰＣＵの電気回路図。
【図３】同実施形態の制御装置が実施する電圧制御の内容を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態におけるハイブリッド車両の主要システムの概略構成を示している。このハイブリッド車両は、内燃機関１と、内燃機関１により駆動されて発電を行う発電用モータジェネレータ２と、発電用モータジェネレータ２が発電した電力を蓄える駆動用バッテリ３と、発電用モータジェネレータ２及び／または駆動用バッテリ３から電力の供給を受けて車両の駆動輪６２を駆動する走行用モータジェネレータ４とを備えている。
【００１７】
本実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関１を発電にのみ使用するシリーズハイブリッド方式の電気自動車であり、車両の駆動輪６２には専ら走行用モータジェネレータ４から走行のための駆動力を供給する。内燃機関１と駆動輪６２との間は機械的に切り離されており、元来両者の間で回転駆動力の伝達がなされない。よって、内燃機関１は、走行用モータジェネレータ４及び駆動輪６２から完全に独立して回転することが可能である。イグニッションスイッチ（パワースイッチ、またはイグニッションキー）がＯＮに操作されている車両の運用中、運転者がアクセルペダルを踏むことで車両が走行可能な状態にあっても、駆動用バッテリ３が充分な電荷を蓄えている状況下では、燃料の燃焼を伴う内燃機関１の運転を実施しないことがある。
【００１８】
内燃機関１は、例えば複数の気筒を包有する４ストロークエンジンである。内燃機関１の回転軸であるクランクシャフトは、発電用モータジェネレータ２の回転軸と歯車機構を介して機械的に接続している。そして、内燃機関１が出力する回転駆動力を発電用モータジェネレータ２に入力することで、発電用モータジェネレータ２が発電する。発電した電力は、駆動用バッテリ３に充電し、及び／または、走行用モータジェネレータ４に供給する。また、発電用モータジェネレータ２は、自らが回転駆動力を発生させて内燃機関１のクランクシャフトを回転駆動する電動機としても機能する。例えば、発電用モータジェネレータ２は、停止している内燃機関１を始動する準備としてのモータリング（クランキング）を実行する。
【００１９】
走行用モータジェネレータ４は、車両の走行のための駆動力を発生させ、その駆動力を減速機６１を介して駆動輪６２に入力する。また、走行用モータジェネレータ４は、駆動輪６２に連れ回されて回転することで発電し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。この回生制動により発電した電力は、駆動用バッテリ３に充電する。
【００２０】
但し、既に駆動用バッテリ３の容量一杯まで電荷が蓄えられており、それ以上の充電が困難であるならば、走行用モータジェネレータ４が回生発電した電力を敢えて発電用モータジェネレータ２に供給し、発電用モータジェネレータ２を電動機として稼働させて内燃機関１を回転駆動する。これにより、車両の制動性能を維持しながら、余剰の電力を消尽する。また、このとき、内燃機関１の回転が保たれることから、内燃機関１の気筒への燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実行することができる。
【００２１】
発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２が発電する交流電力を直流電力に変換する。そして、その直流電力を駆動用バッテリ３または駆動機インバータ４１に入力する。並びに、発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２を電動機として作動させる際に、駆動用バッテリ３及び／または駆動機インバータ４１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で発電用モータジェネレータ２に入力する。
【００２２】
駆動機インバータ４１は、駆動用バッテリ３及び／または発電機インバータ２１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で走行用モータジェネレータ４に入力する。並びに、駆動機インバータ４１は、車両の回生制動を行うときに走行用モータジェネレータ４が発電する交流電力を直流電力に変換した上で駆動用バッテリ３または発電機インバータ２１に入力する。
【００２３】
駆動用バッテリ３は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の、エネルギ密度の大きい高電圧の二次電池である。駆動用バッテリ３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々が発電する電力を充電して蓄える。並びに、駆動用バッテリ３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々を電動機として作動させるための電力を放電し、それらモータジェネレータ２、４に必要な電力を供給する。
【００２４】
図２に、本実施形態のハイブリッド車両のＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）の電気回路図を示す。駆動用バッテリ３と、走行用モータジェネレータ４に付随するインバータ４１及び発電用モータジェネレータ２に付随するインバータ２１との間には、昇降圧コンバータ３１を介設している。昇降圧コンバータ３１は、駆動用バッテリ３の端子電圧即ちバッテリ３が出力する電圧を、昇圧または降圧した上で、インバータ２１、４１を介してモータジェネレータ２、４に印加することのできるＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００２５】
因みに、降圧コンバータ３２は、駆動用バッテリ３とは別の補機バッテリ（図示せず）に低電圧を供給するためのＤＣ−ＤＣコンバータである。補機バッテリは、例えば鉛蓄電池等の、駆動用バッテリ３と比較して低電圧の二次電池である。
【００２６】
内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、駆動用バッテリ３及び走行用モータジェネレータ４等の制御を司る制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵ、即ち内燃機関１を制御するエンジンコントローラ０１、発電用モータジェネレータ２及び発電機インバータ２１を制御する発電機コントローラ０２、駆動用バッテリ３を監視しかつ昇降圧コンバータ３１を制御するバッテリコントローラ０３、走行用モータジェネレータ４及び駆動機インバータ４１を制御する駆動機コントローラ０４等が、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものである。各コントローラ０１、０２、０３、０４は、補機バッテリから必要な電力の供給を受ける。
【００２７】
ＥＣＵ０は、各種センサを介してセンシングしている、運転者が操作するアクセル開度即ちアクセルペダルの踏込量や、シフトポジション即ちシフトレバー若しくはセレクタレバーの位置またはスイッチのＯＮ／ＯＦＦ、現在の車両の車速、路面の勾配、駆動用バッテリ３の蓄電量、発電用モータジェネレータ２の発電電力等に応じて、走行用モータジェネレータ４が出力する回転駆動力、内燃機関１が出力する回転駆動力、及び発電用モータジェネレータ２が発電する電力の大きさを増減制御する。
【００２８】
駆動用バッテリ３が現在充分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が小さい場合、内燃機関１への燃料の供給を遮断して内燃機関１を運転しない。翻って、駆動用バッテリ３が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が大きい場合には、内燃機関１を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関１の出力する回転駆動力を以て発電量モータジェネレータ２を駆動し、発電を実施して駆動用バッテリ３を充電し、または走行用モータジェネレータ４に供給する電力を増強する。
【００２９】
走行用モータジェネレータ４により駆動輪６２を回転駆動して車両を走行させるときには、走行用モータジェネレータ４に要求される（走行用モータジェネレータ４が出力するべき）駆動力の大きさに応じ、駆動用バッテリ３の出力電圧を昇圧コンバータ３１により昇圧して、その昇圧した電圧をインバータ４１を介して走行用モータジェネレータ４に印加する。図３に示すように、原則として、昇圧コンバータ３１は、アクセル開度が大きいほど、つまり要求される駆動力が大きいほど、走行用モータジェネレータ４に印加する電圧を大きく昇圧する。要求される駆動力が小さいときには、昇圧の度合いを小さくし、走行用モータジェネレータ４に印加する電圧をできる限り低下させて、インバータ４１を含む電気回路における損失、並びにモータジェネレータ４における銅損及び鉄損の低減を図る。
【００３０】
しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、車両が山道を走行している場合と、車両が山道でない平常の道路を走行している場合とで、昇圧コンバータ３１による印加電圧の昇圧の制御を変更する。
【００３１】
具体的には、車両が山道を走行中である場合、要求される駆動力の低下量に対する印加電圧の降下量の比を、そうでない平常の場合と比較して小さくする。図３中、平常の場合の制御を実線で描画し、山道を走行中の場合の制御を破線で描画している。全般的に、山道を走行中である場合の走行用モータジェネレータ４への印加電圧は、平常の場合のそれを下回ることがない。だが、山道を走行中である場合には、走行用モータジェネレータ４に要求される駆動力が比較的小さくとも、走行用モータジェネレータ４への印加電圧を大きく低下させず、要求駆動力が大きいときに近い高電圧を走行用モータジェネレータ４に印加する。換言すれば、要求駆動力に応じた印加電圧の増減の幅が小さい。図３中の破線の傾きが小さいことは、それを表している。
【００３２】
これにより、山道を走行中に車両の運転者がアクセルペダルを強く踏み込んだり踏み込みを緩めたりを頻繁に繰り返したとしても、昇圧コンバータによる昇圧量が大きく変動せず、エネルギ損失の増大及び回路素子の発熱を抑制することができる。
【００３３】
対して、山道を走行していない平常の場合には、走行用モータジェネレータ４に要求される駆動力が小さくなるほど、走行用モータジェネレータ４への印加電圧を大きく低下させて、不必要に高い電圧を走行用モータジェネレータ４に印加しないようにする。換言すれば、要求駆動力に応じた印加電圧の増減の幅が大きい。図３中の破線の傾きが大きいことは、それを表している。
【００３４】
車両が山道を走行中であるか否かを判定する方法は、複数考えられる。ＥＣＵ０は、例えば、アクセル開度の増減の頻度が高い、特に一定時間内においてアクセル開度が一定幅以上増減した回数が閾値を上回る場合に、山道を走行中であると判断する。
【００３５】
あるいは、ＥＣＵ０が、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）やＱＺＳＳ（Ｑｕａｓｉ−Ｚｅｎｉｔｈ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）といった航法衛星システム（衛星測位システム）の航法信号受信装置を介して、現在車両が所在している地点の高度を知得し、その高度が閾値よりも高い場合に、山道を走行中であると判断する。航法信号受信装置を介して現在車両が所在している地点の緯度及び経度を知得し、これをＥＣＵ０またはカーナビゲーションシステムのメモリに記憶保持している地図情報と照合することを通じて、山道を走行中であるか否かを判断することも可能である。先行車両等と通信して道路の線形を知得し、車両が山道を走行中であるか否かを判断することもあり得よう。
【００３６】
ＥＣＵ０が、加速度センサを介して現在車両が所在している路面の傾きを検出し、これを基に車両が山道を走行中であるか否かを判断することもできる。車速の時間微分値である前進加速度を、アクセル開度または走行用モータジェネレータ４が出力する駆動力に応じた閾値と比較して、前者が後者を下回っているならば山道を走行中であると判断してもよい。さらに、運転者による操舵量が閾値以上に大きい、及び／または、車両の横加速度若しくは横向き加速度が閾値以上に高いことを必要条件として、車両が山道を走行中であると判断してもよい。
【００３７】
本実施形態では、車載のバッテリ３から電力の供給を受けて走行のための駆動力を出力し駆動輪６２に入力する走行用電動機４と、バッテリ３と走行用電動機４との間に介在しバッテリ３の端子電圧よりも昇圧した電圧を走行用電動機４に印加することを可能とする昇圧コンバータ３１とを具備する車両を制御するものであって、走行用電動機４に要求される駆動力が大きくなるほど走行用電動機４に印加する電圧を高く、走行用電動機４に要求される駆動力が小さくなるほど走行用電動機４に印加する電圧を低くすることとし、車両が山道を走行中であると判断した場合、走行用電動機４に要求される駆動力の低下量に対する走行用電動機４に印加する電圧の降下量の比を、そうでない場合と比較して小さくする電動車両の制御装置０を構成した。
【００３８】
本実施形態によれば、電動車両が山道を走行している場合において、エネルギ効率を維持しつつ回路素子の発熱を抑制することが可能である。その上で、車両が山道ではない平坦路を走行している場合において、走行用電動機４に対する要求駆動力が小さいときには、昇圧量を減少させた低電圧を走行用電動機４に印加し、エネルギ消費を低減する。そして、車両が山道を走行している場合と、山道ではない平坦路を走行している場合とのそれぞれにおいて、走行用電動機４に対する要求駆動力が大きいときには、十分に昇圧した高電圧を走行用電動機４に印加し、大きな駆動力を発生させて駆動輪６２に供給することができる。総じて、車両の燃費性能とドライバビリティとの両立を図ることができる。
【００３９】
本実施形態は、車両に搭載しているバッテリ３の容量が小さく、その出力電圧が低いシステムあって、必要十分な動力性能を発揮するために奏効する。これは、大形で大容量のバッテリ３を搭載するスペースに乏しい小型車両において有益である。並びに、大形で大容量のバッテリ３を搭載することに伴う重量化や高コスト化を避けるためにも有利である。
【００４０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、本発明の適用対象は、シリーズ方式のハイブリッド車両には限定されない。他の方式のハイブリッド車両や電気自動車等に本発明を適用することも、当然に可能である。
【００４１】
その他、各部の具体的な構成や処理の内容は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、電動車両の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…内燃機関
３…バッテリ
３１…昇圧コンバータ（昇降圧コンバータ）
４…走行用電動機（走行用モータジェネレータ）
６２…駆動輪
【図１】
2020156134.tif 000003
【図２】
2020156134.tif 000004
【図３】
2020156134.tif 000005