(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッド電気自動車に搭載されているエンジン発電装置の発電出力を制御するハイブリッド電気自動車の発電制御装置において、
エンジン回転数検出手段と、
走行状況に応じて変化する要求発電出力に対して燃費最小となるよう目標エンジン回転数および目標トルクを求める手段と、
トルクが前記目標トルクとなるよう発電出力を制御する手段と、
エンジン回転数が前記目標エンジン回転数に等しくなるようスロットル開度を制御する手段と
を具えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車の発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両駆動用モータへ給電するバッテリが消耗して来たときには、エンジン発電装置により該バッテリを充電するハイブリッド電気自動車の発電制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車には、車両駆動用モータおよびそれに給電するための車両駆動用バッテリの他に、エンジン発電装置を搭載し、車両駆動用バッテリが消耗して来たときには、エンジン発電装置を起動して充電するタイプの、いわゆるハイブリッド電気自動車と言われるものがある。
図３は、そのようなハイブリッド電気自動車のブロック構成を示す図である。図３において、１はエンジン発電装置、２はエンジン、３は発電機、４はエンジン回転数センサ、５はスロットルアクチュエータ、６はエンジン制御装置、７は発電機制御装置、８は電流検出器、９は電圧検出器、１０は車両駆動用バッテリ、１１は電圧検出器、１２は電流検出器、１３はモータ制御装置、１４は車両駆動用モータ、１５は車両コントローラである。
【０００３】
車両駆動用モータ１４には、車両駆動用バッテリ１０からモータ制御装置１３を経て給電され、車両走行用の駆動力が発生させられる。モータ制御装置１３は、車両コントローラ１５からの走行制御信号により、車両駆動用モータ１４への給電量を制御する。それにより走行速度が制御される。
【０００４】
エンジン発電装置１は、エンジン２，それにより駆動される発電機３，エンジン制御装置６，発電機制御装置７等から成っている。発電機３の発電出力は、モータ制御装置１３を介して車両駆動用モータ１４へ供給されると共に、車両駆動用バッテリ１０に供給されるよう接続されている。
車両駆動用バッテリ１０の残存容量は、電圧検出器１１，電流検出器１２で検出されたバッテリの電圧，電流を基に、車両コントローラ１５で公知の方法により算出され、監視されている。バッテリ残存容量が所定量以下になると、エンジン発電装置１が起動され、発電が開始される。
【０００５】
なお、発電して欲しい電力の大きさ（ＰT ）は、車両コントローラ１５より自動的に指示されるようにしてある場合もあるし、ドライバーがスイッチ等により手動で指示するようにしてある場合もある。要求される発電電力ＰT の大きさは、走行速度の変更等に伴い、途中で変更されることもある。
次に、発電の制御動作について説明する。
【０００６】
図５は、従来のハイブリッド電気自動車の発電制御装置での制御動作を説明するエンジン出力特性曲線図である。図５の横軸はエンジン回転数，縦軸はトルクを表している。図５中の、Ｈは目標エンジン回転数線、ＫA ，ＫF ，ＫT はスロットル開度曲線、Ｌは全負荷出力特性曲線、ＮT は目標エンジン回転数、ＰA ，ＰT は発電出力線である。
なお、発電出力線ＰA ，ＰT で表される「発電出力」も、説明の便宜上、ＰA ，ＰT で表すこととする。
【０００７】
発電出力はエンジンのトルクと回転数の積に比例するので、一定の発電出力が得られる点を連ねた発電出力線ＰA ，ＰT は、ほぼ双曲線（の一方の曲線）となっている。また、スロットル開度曲線は、負の傾きの曲線となっているが、その傾きの大きさは、図示しない燃料噴射ポンプの構造上の特性によってきまる。
全負荷出力特性曲線Ｌは、エンジンのスロットル開度を全開にした場合の、エンジンの出力トルクの変化を示している。スロットル開度を全開より少なくすると、出力トルクはスロットル開度曲線ＫT ，ＫF ，ＫA に沿って変化する（スロットル開度の大小関係は、ＫT ＞ＫF ＞ＫA ）。これらは、全負荷出力特性曲線Ｌより内側に位置している。
【０００８】
エンジンを運転する場合、一般に、燃費が最小となる回転数で運転することが要求される。燃費最小のエンジン回転数は、エンジンの種類によって異なるが、ここではそれをＮT であるとし、このＮT のことを、以下「目標エンジン回転数」と言うことにする。エンジン発電装置１は、要求された発電出力ＰT を、エンジン回転数ＮT で発電するよう制御される。
【０００９】
次に、目標エンジン回転数ＮT で発電出力ＰA （例、１０ＫＷ）を発電していた状態（図５中で動作点が点Ａにある状態）から、新たに指示された発電出力ＰT （例、２０ＫＷ）を発電するようになるまでの制御動作を、図４を参照しつつ詳細に説明する。その前に、この制御動作を簡単に言うならば、まず動作点を発電出力線ＰT 上に乗せ、次にその線上を、目標動作点Ｔに移動させるという制御である。
図４は、従来のハイブリッド電気自動車の発電制御装置での制御動作を説明するフローチャートである。
【００１０】
ステップ１…発電出力ＰT の要求は、前記したように、ドライバーにより手動でなされる場合もあるし、車両コントローラ１５により自動的になされる場合もあるが、要求された発電出力ＰT を読み込む。発電出力ＰT が要求されると、最終的には、このエンジンでの燃費最小の運転である目標エンジン回転数ＮT にて、発電出力ＰT を発電する（つまり、動作点をＴとする）ことが要請される。
【００１１】
ステップ２…要求された発電出力ＰT を出すよう、発電制御される。即ち、発電出力線ＰA 上の点Ａから出発して、動作点を発電出力線ＰT 上に移動させるような制御が行われる。
図５では発電出力ＰT は発電出力ＰA より大と仮定しているから、点Ａにあった動作点は、まだスロットル開度がＫA のままである間は、スロットル開度曲線ＫA に沿って発電出力線ＰA より上方に移動する。例えば、点Ｃに移動したとする。点Ｃは、発電出力線ＰA より上方であるから、ＰA より少し大きい発電出力線（図示せず）上にある。しかし、エンジン回転数は、ＮT からずれてＮS に変化する。
【００１２】
エンジン回転数ＮS で発電出力ＰT を出力する動作点は、発電出力線ＰT 上の点Ｓであるが、その点のトルクはＴS である。一方、点ＣのトルクはＴC であり、まだまだトルク不足である。従って、エンジン回転数ＮS では、スロットル開度曲線を次々と乗り移って点Ｓを目指すべく、スロットル開度を増大させる制御がなされる。以下、同様の制御が行われ、やがて、動作点は発電出力線ＰT 上に乗せられる。
図５では、要求された発電出力ＰT は今の発電出力ＰA より大と仮定しているから、ＮS はＮT より小の方へずれているが、要求発電出力がＰA より小の場合には、ＮT より大の方へずれる。
【００１３】
ステップ３…エンジン回転数を検出する。検出したエンジン回転数をＮS とする。
【００１４】
ステップ４…検出したエンジン回転数ＮS は、目標エンジン回転数ＮT より小かどうか調べる。
ステップ５…目標エンジン回転数ＮT より小であれば、エンジン回転数がＮT となるよう、スロットル開度が増大される。
【００１５】
ステップ６…検出したエンジン回転数ＮS は、目標エンジン回転数ＮT より大かどうか調べる。
ステップ７…目標エンジン回転数ＮT より大であれば、エンジン回転数がＮT となるよう、スロットル開度が減少される。
【００１６】
ステップ８…検出したエンジン回転数ＮS が、目標エンジン回転数ＮT と等しくなったかどうか調べる。最終的には、目標エンジン回転数ＮT で発電出力ＰT を出すように制御しなければならないから、ここでエンジン回転数を点検する。ＮT になっていれば、発電出力をＰT にする制御は終了し、ＮT になっていなければステップ１に戻り、前記した制御を繰り返す。
【００１７】
なお、ハイブリッド電気自動車の発電制御装置に関する従来の文献としては、例えば、特開平８−６５８１３号公報等がある。この公報の技術は、スロットル開度の変更を開始してから、目標とする発電出力が得られるエンジン出力が出るまでの「遅れ時間」を、所定の相関関係により推定し、その遅れ時間経過後に、発電出力を目標発電出力となるよう制御するものである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
（問題点）
前記した従来の技術には、エンジン回転数の変動が大きくなったり、エンジンストールに至ることがあるという問題点があった。
（問題点の説明）
図３に示すように、エンジン２の出力を変えるには、エンジン制御装置６からスロットルアクチュエータ５に制御信号を送り、スロットルの開度を変える。しかし、スロットルは機械的な構造なので、指令された開度になるまでには、幾らかの応答時間がかかる。
【００１９】
動作点が点Ａにある時に発電出力ＰT を出すよう要求された場合、動作点はスロットル開度曲線を次々と乗り移らされ、ともかく発電出力線ＰT 上に乗せられる。言い換えれば、スロットル開度は、発電出力線ＰT と交点を持つことが出来るスロットル開度曲線の開度にされなければならない。
例えば、図５のスロットル開度曲線ＫF は、点Ｆにおいて発電出力線ＰT との交点を持っているが、動作点がこの点Ｆとされれば、ともかく発電出力ＰT は発電している。しかし、点Ｆが動作点となった時のエンジン回転数はＮF であり、目標エンジン回転数ＮT とは（ＮT −ＮF ）だけずれている。ここで運転し続けたのでは、燃費は最小とはならない。そこで、スロットル開度を更に制御してＫT とし、エンジン回転数をＮT にしなければならない。
【００２０】
スロットル開度制御の応答速度が適切であると、スロットル開度曲線と発電出力線ＰT との交点は、目標動作点Ｔに近いところに出来る。そうすると、目標エンジン回転数ＮT とのずれは小さくなる。
しかし、スロットル開度制御の応答速度が遅いと、発電出力線ＰT との交点が出来たとしても、目標動作点Ｔから遠いところに出来、目標エンジン回転数ＮT とのずれも大きい。一方、スロットル開度制御の応答速度が速すぎた場合には、当初はエンジン出力が優るため、エンジン回転数は目標エンジン回転数ＮT より大の方にずれる。これらの場合、最終的には目標エンジン回転数ＮT に等しくされるが、それまでのエンジン回転数変動が大きくなる。
エンジン回転数が大きく変動するということは、必要以上に、▲１▼燃料を消費し、▲２▼排気ガスを排出し、▲３▼振動，騒音を発生することとなり、コスト，環境衛生，乗り心地等の面で好ましくない。
【００２１】
また、応答速度が遅すぎると、発電出力線ＰT と交点が出来ないままにエンジン回転数が低下してしまい、要求された負荷に耐えられなくなり、ついにはエンジンストールに至ってしまうこともある。例えば、スロットル開度が動作点Ａで運転していて、ＰA より大なる発電出力ＰT が要求されたとすると、発電出力を増大しようとして、動作点はスロットル開度曲線ＫA に沿って上昇して行く。
しかし、スロットル開度制御の応答が遅いと、動作点は全負荷出力特性曲線Ｌとの交点Ｄにまで来てしまい、発電出力線ＰT との交点は出来ずに終わってしまう。その時には、エンジン回転数は更に低下し、ついにはエンジンストールに至る。
【００２２】
なお、特開平８−６５８１３号公報の技術も、要求発電出力に対してエンジン出力を適合させるための技術ではあるが、これを実施するにはエンジンや発電機の特性が一定であることが必要とされる。しかし、これらの特性は、製造過程の段階で既にバラツキがあるものとなってしまったり、あるいは経時的に変化したりするので、必ずしも所望の動作をしてくれるとは限らない。その場合には、前記したと同様に、エンジン回転数が大きく変動したり、エンジンストールに至ることがある。
本発明は、以上のような問題点を解決することを課題とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、ハイブリッド電気自動車に搭載されているエンジン発電装置の発電出力を制御するハイブリッド電気自動車の発電制御装置において、エンジン回転数検出手段と、走行状況に応じて変化する要求発電出力に対して燃費最小となるよう目標エンジン回転数および目標トルクを求める手段と、トルクが前記目標トルクとなるよう発電出力を制御する手段と、エンジン回転数が前記目標エンジン回転数に等しくなるようスロットル開度を制御する手段とを具えることとした。
【００２４】
（解決する動作の概要）
発電出力ＰT が決められると、まず、燃費最小の回転数として予め分かっている目標エンジン回転数ＮT で、その発電出力ＰT を発電するための目標トルクＴT を求める。そして、トルクがその目標トルクＴT となり、且つエンジン回転数が目標エンジン回転数ＮT に等しくなるようスロットル開度を制御する。
【００２５】
このような制御によると、トルクが目標トルクＴT になった後は、その目標トルクＴT を維持しつつ、回転数が目標エンジン回転数ＮT に近づけられて行くから、回転数の目標エンジン回転数ＮT からの変動は、トルクが目標トルクＴT になった時が最大で、それ以後は小さくなる。
即ち、目標とする発電出力線との交点が出来るまで回転数が変動してゆく従来例とは違い、回転数変動が小さく、エンジンストールに至ることもない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明にかかわるハイブリッド電気自動車の発電制御装置のブロック構成図は、図３に示したものと同様である。しかし、要求された発電出力ＰT を発電するに至るまでの制御を行う手段が相違する。
従来は、発電出力をまず要求された発電出力ＰT となるようにし、その後、発電出力ＰT を維持しつつエンジン回転数を目標エンジン回転数ＮT にするという制御であった。これに対し、本発明は、トルクをまず目標動作点でのトルクＴT にし、その後、そのトルクＴT を維持しつつエンジン回転数を目標エンジン回転数ＮT にするという制御とした。
以下、その制御動作を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明での制御動作を説明するフローチャートであり、図２は、本発明での制御動作を説明するエンジン出力特性曲線図である。図２の縦軸，横軸および符号は、図５のものと同様であり、Ｍ0 ，Ｍ1 は目標トルク線である。
本発明でも、動作点が点Ａにあって発電出力ＰA を発電しているときに、発電出力ＰT を発電するよう指令（動作点を点Ｔに移すよう指令）された場合の制御動作を例にとり、図１のフローチャートに従って説明する。なお、図４のフローチャートと同様のステップについての説明は、簡略にした。
【００２８】
ステップ１…図４のフローチャートのステップ１と同様、要求された発電出力ＰT を読み込む。そして、発電出力ＰT を、燃費最小の目標エンジン回転数ＮT で発生するために必要な目標トルクＴT を求める。公知のように、発電出力Ｐと回転数ＮとトルクＴとの間には、Ｐ＝αＮＴ（αは係数）という関係がある。従って、Ｎ＝ＮT ，Ｐ＝ＰT と与えられた場合、目標トルクＴT は、ＴT ＝ＰT ／αＮT と求められる。
【００２９】
ステップ２…トルクが目標トルクＴT となるよう発電制御をする。図２の目標トルク線Ｍ0 は、目標トルクＴT の点を連ねた線である。従って、点Ａにあった動作点を、まず、目標トルク線Ｍ0 上に移動させるような発電制御がなされる。
図２では発電出力ＰT は発電出力ＰA より大と仮定しているから、点Ａにあった動作点は、まだスロットル開度がＫA のままである間は、スロットル開度曲線ＫA に沿って発電出力線ＰA より上方に移動する。例えば、点Ｃに移動したとする。点Ｃは、発電出力線ＰA より上方であるから、ＰA より少し大きい発電出力線（図示せず）上にある。しかし、エンジン回転数は、ＮT からずれてＮS に変化する。
【００３０】
エンジン回転数ＮS で目標トルクＴT を出力する動作点は、目標トルク線Ｍ0 上の点Ｓであり、まだまだトルク不足である。従って、エンジン回転数ＮS では、スロットル開度曲線を次々と乗り移って点Ｓを目指すべく、スロットル開度を増大させる制御がなされる。以下、同様の制御が行われ、やがて、動作点は目標トルク線Ｍ0 上に乗せられる。
図２では、要求された発電出力ＰT は今の発電出力ＰA より大と仮定しているから、ＮS はＮT より小の方へずれているが、要求発電出力がＰA より小の場合には、ＮT より大の方へずれる。
【００３１】
ステップ３…目標トルクＴT となるように発電制御すると、最初、エンジン回転数が変化してＮS となるが、そのエンジン回転数ＮS を検出する。
図２では発電出力ＰT は、発電出力ＰA より大と仮定している。従って、まだスロットル開度がＫA のままである間は、大なる発電出力要求に応えるため、点Ａにあった動作点は、スロットル開度曲線ＫA に沿って発電出力線ＰA より上方側に移動する。発電出力大の側は上方側であるからである。
【００３２】
そして、例えば点Ｃに移動したとする。点Ｃは、発電出力線ＰA より上方であるから、ＰA より少し大きい発電出力線（図示せず）上にある。その移動により、エンジン回転数は、ＮT からずれたエンジン回転数ＮS になる。図２では、要求された発電出力ＰT は今の発電出力ＰA より大と仮定しているから、ＮS はＮT より小の方へずれているが、要求発電出力がＰA より小の場合には、ＮT より大の方へずれる。このＮS を検出する。
【００３３】
ステップ４…検出したエンジン回転数ＮS が、目標エンジン回転数ＮT より小かどうか調べる。
ステップ５…目標エンジン回転数ＮT より小であれば、目標エンジン回転数ＮT となるよう、スロットル開度を大にする。
ステップ６…検出したエンジン回転数ＮS が、目標エンジン回転数ＮT より小ではなかった場合には、ここで、それより大かどうか調べる。
ステップ７…目標エンジン回転数ＮT より大であれば、目標エンジン回転数ＮT となるよう、スロットル開度を小にする。
【００３４】
ステップ８…検出したエンジン回転数ＮS が、目標エンジン回転数ＮT と等しくなったかどうか調べる。最終的には、目標エンジン回転数ＮT で目標トルクＴT を出すよう（従って、発電出力ＰT を出すよう）に制御しなければならないから、ここでエンジン回転数を点検する。ＮT になっていれば、発電出力をＰT にする制御は終了し、ＮT になっていなければステップ１に戻り、前記した制御を繰り返す。
【００３５】
点Ａにある動作点はトルクを目標トルクＴT に増大させるべく、スロットル開度曲線ＫA に沿って上昇してゆく。その間にスロットル開度が大にされると、スロットル開度曲線ＫA よりスロットル開度曲線ＫT 側にある図示しないスロットル開度曲線に乗り移ってゆく。やがて、目標トルク線Ｍ0 の点Ｇと点Ｔとの間で、トルクは目標トルクＴT に達する。それ以後は、目標トルク線Ｍ0 上を点Ｔに向かって進められる。
【００３６】
もし、スロットル開度制御の応答が遅い場合、動作点は、スロットル開度曲線ＫA と目標トルク線Ｍ0 との交点Ｇに位置することになるが（その時、回転数はＮG ）、それが目標エンジン回転数ＮT より最も変動した場合である。それ以後は、目標トルク線Ｍ0 上を点Ｔに接近させられて行くから、目標エンジン回転数ＮT からの隔たりは小となってゆく。
【００３７】
なお、スロットル開度曲線の傾きの絶対値が大の（言い換えれば、スロットル開度曲線が、より一層縦軸に平行であるところの）燃料噴射ポンプを使用すれば、点Ａを通るスロットル開度曲線ＫA と目標トルク線Ｍ0 との交点Ｇは、より一層点Ｔ側に出来るので、エンジン回転数の最大変動値が小さくなる。
【００３８】
ところで、前記した実施形態では、目標トルクＴT の線Ｍ0 を設定し、まず動作点をその線上に乗せ、その後、その線上を点Ｔに近づけてゆくという制御を行ったが、その代わりに、目標トルク線として点Ｔを通り傾きが右上がりの線Ｍ1 （図２参照）を設定し、まず動作点をその線上に乗せ、その後、その線上を点Ｔに近づけてゆくという制御を行ってもよい。その場合、点Ａを通るスロットル開度曲線ＫA と目標トルク線との交点は、点Ｇよりも点Ｔ側に出来るので、エンジン回転数の最大変動値が小さくなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のハイブリッド電気自動車の発電制御装置によれば、発電出力ＰT が決められると、まず、そのエンジンでの燃費最小の回転数として予め分かっている目標エンジン回転数ＮT で、その発電出力ＰT を発電するための目標トルクＴT を求める。そして、トルクがその目標トルクＴT となり、且つエンジン回転数が目標エンジン回転数ＮT に等しくなるようスロットル開度が制御される。
【００４０】
そのため、目標エンジン回転数ＮT となるまでに起こる回転数の変動は、トルクが最初に目標トルク線上のトルクとなった時が最大であるが、その変動量は、従来例に比べて小さく、また、エンジンストールに至ることもない。従って、必要以上に燃料を消費したり、排気ガスを排出したり、振動，騒音を発生したりすることもなく、コスト，環境衛生，乗り心地等の面で従来より改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明での制御動作を説明するフローチャート
【図２】  本発明での制御動作を説明するエンジン出力特性曲線図
【図３】  ハイブリッド電気自動車のブロック構成を示す図
【図４】  従来のハイブリッド電気自動車の発電制御装置での制御動作を説明するフローチャート
【図５】  従来例での制御動作を説明するエンジン出力特性曲線図
【符号の説明】
１…エンジン発電装置、２…エンジン、３…発電機、４…エンジン回転数センサ、５…スロットルアクチュエータ、６…エンジン制御装置、７…発電機制御装置、８…電流検出器、９…電圧検出器、１０…車両駆動用バッテリ、１１…電圧検出器、１２…電流検出器、１３…モータ制御装置、１４…車両駆動用モータ、１５…車両コントローラ、Ｈ…目標エンジン回転数線、ＫA ，ＫT …スロットル開度曲線、Ｌ…全負荷出力特性曲線、Ｍ0 ，Ｍ1 …目標トルク線、ＮT …目標エンジン回転数、ＰA ，ＰT …発電出力（線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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