(57)【要約】【課題】エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図る。【解決手段】ハイブリッド車の制御装置は、発電したい電力量を算出する電力量算出部１０２と、エンジンの目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、電力量算出部１０２によって算出された発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するエンジン回転数算出部１０３と、エンジン回転数算出部１０３によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するエンジントルク算出部１０４と、エンジン回転数が目標エンジン回転数に、エンジントルクが目標エンジントルクになるように制御するＰＣＭ１１０及びＧＣＭ１２０とを備える。【選択図】図２
2014104950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと該エンジンによって駆動されるジェネレータと該ジェネレータからの発電電力によって充電されるバッテリと該バッテリからの電力によって駆動されるモータとを備えているハイブリッド車の制御装置であって、
発電したい電力量を算出する電力量算出手段と、
上記エンジンの目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、上記電力量算出手段によって算出された発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するエンジン回転数算出手段と、
上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するエンジントルク算出手段と、
エンジン回転数が上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に、エンジントルクが上記エンジントルク算出手段によって算出された目標エンジントルクになるように制御する制御手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記エンジントルク算出手段は、上記エンジンの熱効率特性に従って、上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記評価関数は、上記エンジンの熱効率特性を考慮した項を有していることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記評価関数は、上記発電したい電力量に関する項と上記走行フィーリングに関する項とを重み付け加算したものであり、
上記重み付けは、バッテリ充電率に基づいて決定されることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記評価関数は、上記走行フィーリングに関する項を有しており、
上記走行フィーリングに関する項は、車速又は加速度に基づく走行フィーリング関数を含んでいることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記評価関数は、上記走行フィーリングに関する項を有しており、
上記走行フィーリングに関する項は、エンジン回転数変化に基づく関数を含んでいることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと該エンジンによって駆動されるジェネレータと該ジェネレータからの発電電力によって充電されるバッテリと該バッテリからの電力によって駆動されるモータとを備えているハイブリッド車の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンとジェネレータとバッテリとモータとを備えているハイブリッド車の制御装置が従来技術として知られている。
【０００３】
従来のハイブリッド車の制御装置には、車両が走行する予定の経路に含まれる道路パターンを判断する判断手段と、この判断手段が判断した道路パターンに応じてエンジンとモータとの出力配分を制御してバッテリの充電状態を最適に制御する制御手段とを有するものがある（例えば、特許文献１参照。）。これによれば、道路環境に即してバッテリを効率良く使用し、エネルギー効率の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バッテリが小容量のものである場合、バッテリの充電状態の変動が大きいと、車両走行に影響を及ぼす。そのため、小容量のバッテリの場合、バッテリの充電を走行フィーリングよりも優先する必要がある。
【０００６】
これに対して、バッテリを大容量化すると、バッテリの充電状態の変動が大きくても、車両走行に及ぼす影響は小さい。そのため、大容量のバッテリの場合、状況に応じて、バッテリの充電を優先したり、走行フィーリングを優先したりすることが可能になる。
【０００７】
そこで、本願発明者は、鋭意研究したところ、最適制御理論を用いて、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図る本願発明に至った。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明は、発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を算出することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、本発明は、エンジンと該エンジンによって駆動されるジェネレータと該ジェネレータからの発電電力によって充電されるバッテリと該バッテリからの電力によって駆動されるモータとを備えているハイブリッド車の制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。
【００１１】
すなわち、第１の発明は、発電したい電力量を算出する電力量算出手段と、上記エンジンの目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、上記電力量算出手段によって算出された発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するエンジン回転数算出手段と、上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するエンジントルク算出手段と、エンジン回転数が上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に、エンジントルクが上記エンジントルク算出手段によって算出された目標エンジントルクになるように制御する制御手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１２】
これによれば、エンジン回転数算出手段によって、エンジンの目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、電力量算出手段によって算出された発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するため、最適制御理論を用いて、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図ることができる。
【００１３】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記エンジントルク算出手段は、上記エンジンの熱効率特性に従って、上記エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
これによれば、エンジントルク算出手段によって、エンジンの熱効率特性に従って、エンジン回転数算出手段によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するため、熱効率の良い目標エンジン回転数及び目標エンジントルクを算出することができる。
【００１５】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記評価関数は、上記エンジンの熱効率特性を考慮した項を有していることを特徴とするものである。
【００１６】
これによれば、評価関数は、エンジンの熱効率特性を考慮した項を有しているため、エンジンの熱効率向上と走行フィーリングとの両立を図ることができる。
【００１７】
第４の発明は、上記第１〜第３のいずれか１つの発明において、上記評価関数は、上記発電したい電力量に関する項と上記走行フィーリングに関する項とを重み付け加算したものであり、上記重み付けは、バッテリ充電率に基づいて決定されることを特徴とするものである。
【００１８】
これによれば、評価関数の重み付けを、バッテリ充電率に基づいて決定するため、バッテリ充電率に応じてバッテリの充電又は走行フィーリングを優先した目標エンジン回転数及び目標エンジントルクを算出することができる。
【００１９】
第５の発明は、上記第１〜第４のいずれか１つの発明において、上記評価関数は、上記走行フィーリングに関する項を有しており、上記走行フィーリングに関する項は、車速又は加速度に基づく走行フィーリング関数を含んでいることを特徴とするものである。
【００２０】
これによれば、走行フィーリングに関する項は、車速又は加速度に基づく走行フィーリング関数を含んでいるため、走行フィーリングを容易に算出することができる。
【００２１】
第６の発明は、上記第１〜第５のいずれか１つの発明において、上記評価関数は、上記走行フィーリングに関する項を有しており、上記走行フィーリングに関する項は、エンジン回転数変化に基づく関数を含んでいることを特徴とするものである。
【００２２】
これによれば、走行フィーリングに関する項は、エンジン回転数変化に基づく関数を含んでいるため、バッテリの充電を優先したりエンジン回転数変化を抑えたりすることできる。このため、バッテリ充電と走行フィーリングとの両立をより一層図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、エンジンの目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するため、最適制御理論を用いて、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車を示すブロック線図である。
【図２】バイブリッド車に搭載された制御装置を示すブロック線図である。
【図３】発電制御法を説明するための図である。
【図４】発電時におけるエンジン出力とエンジン回転数との関係を示すグラフ図である。
【図５】走行フィーリング関数を示すグラフ図である。
【図６】ＶＣＭによる発電制御工程を示すフローチャート図である。
【図７】エンジンの熱効率特性が表された熱効率マップである。
【図８】本実施形態における発電制御結果と従来における発電制御結果との一例を示すタイムチャート図であり、（ａ）は、車速と時間との関係を示すもの、（ｂ）は、電力収支と時間との関係を示すもの、（ｃ）は、エンジン回転数と時間との関係を示すもの、（ｄ）は、エンジン出力と時間との関係を示すものである。
【図９】本実施形態における発電制御結果の別の例を示すタイムチャート図であり、（ａ）は、車速と時間との関係を示すもの、（ｂ）は、バッテリ充電率と時間との関係を示すもの、（ｃ）は、エンジン回転数と時間との関係を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００２６】
本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車は、シリーズ式のハイブリッド車である。図１に示すように、ハイブリッド車１は、エンジン１０と、このエンジン１０によって駆動されるジェネレータ２０と、このジェネレータ２０によって発電される電力が充電される高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０の駆動によるジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０からの放電電力によって駆動される走行用モータ４０とを備えている。これらのエンジン１０、ジェネレータ２０、バッテリ３０及び走行用モータ４０が発電システムを構成している。
【００２７】
エンジン１０は、ジェネレータ２０の発電にのみ使用される。エンジン１０は、水素燃料タンク７０に貯留されている水素ガスが燃料として供給される水素エンジンである。エンジン１０はまた、ツインロータ式のロータリエンジンである。エンジン１０は、その駆動軸がジェネレータ２０に機械的に接続されている。
【００２８】
ジェネレータ２０、バッテリ３０及び走行用モータ４０の間には、インバータ５０が設けられている。このインバータ５０を介して、ジェネレータ２０の発電電力がバッテリ３０及び／又は走行用モータ４０に供給されるとともにバッテリ３０からの放電電力が走行用モータ４０に供給される。
【００２９】
走行用モータ４０は、ジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０からの放電電力の少なくとも一方が供給されることにより駆動される。この走行用モータ４０の駆動力がデファレンシャル装置６０を介して駆動輪としての左右の前輪６１，６２に伝達される。これにより、ハイブリッド車１が走行する。尚、走行用モータ４０は、ハイブリッド車１の減速時には、ジェネレータとして作動して、発電した電力がバッテリ３０に充電される。
【００３０】
ハイブリッド車１に搭載された制御装置は、図２に示すように、ハイブリッド車１を総合的に制御するＶＣＭ（ビークル制御モジュール）１００と、エンジン１０を含むパワートレインを制御するＰＣＭ（パワートレイン制御モジュール）１１０と、ジェネレータ２０を制御するＧＣＭ（ジェネレータ制御モジュール）１２０とを備えている。尚、ＰＣＭ１１０及びＧＣＭ１２０が本発明に係る制御手段を構成している。
【００３１】
ＶＣＭ１００には、ハイブリッド車１の車速を検出する車速センサ１３０と、ハイブリッド車１の加速度を検出する加速度センサ１３１と、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ１３２と、バッテリ３０の充電率（ＳＯＣ）を検出するバッテリ充電率センサ１３３と、運転者によって要求される走行用モータ４０の要求トルクを検出するモータトルクセンサ１３４と、走行用モータ４０以外の車両用機器（不図示）の消費電力を検出する電力センサ１３５とが電気的に接続されている。ＶＣＭ１００にはまた、ＰＣＭ１１０とＧＣＭ１２０とが電気的に接続されている。
【００３２】
ＶＣＭ１００は、後述する予測時間区間を設定する時間設定部１０１と、この時間設定部１０１によって設定された予測時間区間で発電したい電力量（必要発電量）を算出・設定する電力量算出部１０２（電力量算出手段）と、エンジン１０の目標仕事量（エンジン１０によるジェネレータ２０の目標発電量）及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれエンジンの熱効率を考慮した数式モデルで模擬した状態方程式に対する、電力量算出部１０２によって算出された発電したい電力量と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出・設定するエンジン回転数算出部１０３（エンジン回転数算出手段）と、エンジン１０の熱効率特性に従って、エンジン回転数算出部１０３によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、熱効率の良い目標エンジントルクを算出・設定するエンジントルク算出部１０４（エンジントルク算出手段）とを有している。エンジン回転数算出部１０３は、後述の如く、式（１２）及び式（１３）を予め記憶している。
【００３３】
ここに、走行フィーリングとは、車両走行時における乗員の受ける印象をいう。例えば、車速が大きくなった場合、エンジン回転数も大きくなると、乗員は違和感を感じず、走行フィーリングは良くなる。一方、車速が小さいのにも拘わらず、エンジン回転数が大きくなると、乗員は違和感を覚えて、走行フィーリングは悪くなる。
【００３４】
ＶＣＭ１００は、エンジントルク算出部１０４によって算出された目標エンジントルクを指令値としてＰＣＭ１１０に出力する。ＶＣＭ１００はまた、エンジン回転数算出部１０３によって算出された目標エンジン回転数を指令値としてＧＣＭ１２０に出力する。
【００３５】
ＰＣＭ１１０には、エンジン１０が電気的に接続されている。ＰＣＭ１１０は、ＶＣＭ１００から入力された目標エンジントルクに基づいて、エンジントルクが目標エンジントルクになるようにスロットル開度及び水素噴射量等を制御する。
【００３６】
ＧＣＭ１２０には、ジェネレータ２０が電気的に接続されている。ＧＣＭ１２０は、ＶＣＭ１００から入力された目標エンジン回転数に基づいて、ジェネレータ回転数、すなわち、エンジン回転数が目標エンジン回転数になるように制御する。このように、ＧＣＭ１２０によりジェネレータ２０を制御することでエンジン回転数が目標エンジン回転数になるように制御した方が、ＰＣＭ１１０によりエンジン１０を直接制御するよりも、その制御が容易になる。
【００３７】
以下、ＶＣＭ１００による発電制御を詳細に説明する。
【００３８】
＜発電制御法の考え方＞
本実施形態では、発電制御法として、以下に示すものを考える。つまり、現在時刻における車速ｖ０（ｋｍ／ｍ）、加速度ａｖ（ｋｍ／ｈ／ｓ）、エンジン回転数（ｒｐｍ）、バッテリ充電率（％）、走行用モータ４０の要求トルク（Ｎ・ｍ）及び走行用モータ４０以外の車両用機器の消費電力（ｋＷ）を検出（観測）しておき、図３に示すように、現在時刻からｔｅ秒間、現在時刻における加速度ａｖで加速し続けるとすると、その検出値を用いて、そのｔｅ秒間で発電したい電力量ＰＪ（ｋＪ）と走行フィーリングとを考慮した評価関数を最小にするエンジン回転数を求めて（この求め方の詳細は後述する）、その求めたエンジン回転数を目標エンジン回転数として指令する発電制御法を考える。現在時刻からｔｅ秒後までに発電したい電力量ＰＪは、走行用モータ４０の消費電力と、走行用モータ４０以外の車両用機器の消費電力と、目標バッテリ充電率に対する現在時刻におけるバッテリ充電率の不足分に相当する電力とを加算したものである（図３参照）。走行用モータ４０の消費電力は、道路勾配や空気抵抗、ころがり抵抗等も考慮している。
【００３９】
＜問題の定式化＞
エンジン１０の目標仕事量をｘ１と、目標エンジン回転数をｘ２と、制御入力をｕとして、エンジン１０の目標仕事量及び目標エンジン回転数（制御対象）のダイナミクスをそれぞれエンジンの熱効率特性を考慮した数式モデルで模擬した状態方程式を次に示すようにおく。
【００４０】
【数１】
2014104950.tif 000003
【００４１】
この方程式は、図４に示すように、発電時におけるエンジン出力とエンジン回転数との関係が直線的（一次関数的）である発電システムを対象とする。この直線的な関係は、エンジンの熱効率特性に基づいている。
【００４２】
また、走行フィーリング関数ｗ（ｔ）を導入して、評価関数Ｉを次に示すようにおく。
【００４３】
【数２】
2014104950.tif 000004
【００４４】
この関数Ｉは、上述の如く、発電したい電力量ＰＪに関する第１項と走行フィーリングに関する第２項とを重み付け加算したものである。第１項は、バッテリ３０の充電状態を車両走行に影響しない状態に維持するための項である。第２項は、エンジン回転数を走行フィーリングに違和感を感じないような回転数に近付けるための項である。第２項は、走行フィーリング関数ｗ（ｔ）に関する項とエンジン回転数変化ｕ（ｔ）に基づく関数に関する項とを含んでいる。
【００４５】
Ｓ０、Ｑ０及びＲ０は重み係数である。この重み係数（重み付け）は、バッテリ充電率に基づいて決定される。具体的には、バッテリ充電率が相対的に高い場合、走行フィーリングをバッテリ３０の充電よりも優先して、Ｓ０／Ｑ０の値を相対的に小さくする。一方、バッテリ充電率が相対的に低い場合、バッテリ３０の充電を走行フィーリングよりも優先して、Ｓ０／Ｑ０の値を相対的に大きくする。
【００４６】
そして、評価関数Ｉを最小にする状態量ｘ１，ｘ２及び入力ｕを求めて、その状態量ｘ１の最適軌道に基づいて、目標エンジン回転数及びこれに対応する目標エンジントルクを求め、制御指令する。
【００４７】
＜走行フィーリング関数の一例＞
走行フィーリング関数を、次に示すようにおく（図５も参照）。
【００４８】
ｗ（ｖ）＝ｋｖ（ａｖ）ｖ＋ｗ０
【００４９】
この関数は、車速に対して直線（一次関数）で表されている。ｗ（ｖ）は走行フィーリングの良いエンジン回転数、ｋｖ（ａｖ）はｖの係数、ｖは車速、ｗ０は定数項（所定エンジン回転数）である。走行フィーリング関数ｗ（ｖ）は、加速度ａｖに基づく関数である。つまり、係数ｋｖ（ａｖ）は、加速度ａｖに依存している。具体的には、加速度ａｖが大きくなると、係数ｋｖ（ａｖ）も大きくなる（図５に示す三本の直線を参照）。
【００５０】
＜最適解の解法＞                                                           
ラグランジュ乗数ψ（ｔ）を導入して、ハミルトニアンＨを次に示すようにおく。
【００５１】
【数３】
2014104950.tif 000005
【００５２】
最適解をｘ１０、ｘ２０及びｕ０とすると、この最適解は、オイラー方程式等から次に示す関係を満たす。
【００５３】
【数４】
2014104950.tif 000006
【００５４】
最適解はまた、終端時間ｔｅにおける横断性条件から次に示す関係も同時に満たす。
【００５５】
【数５】
2014104950.tif 000007
【００５６】
この式と上記式（１）及び式（３）とをまとめると、次に示す２点境界値問題を解けば、上記式（１）及び式（２）の最適解を求めることができる。
【００５７】
【数６】
2014104950.tif 000008
【００５８】
この２点境界値問題は、ψ１が定数で、ｘ１がｘ２にのみ依存しているため、まずψ２及びｘ２に関する状態方程式から解いていく。
【００５９】
【数７】
2014104950.tif 000009
【００６０】
ここに、ｚバーのラプラス変換をＺバーと、ｂバーのラプラス変換をＢバーとすると、上記式（６）は、次に示すように変形される。
【００６１】
【数８】
2014104950.tif 000010
【００６２】
この式はさらに、次に示すように変形できる。
【００６３】
【数９】
2014104950.tif 000011
【００６４】
また、
【数１０】
2014104950.tif 000012
になるため、遷移行列Φは、次に示すようになる。
【００６５】
【数１１】
2014104950.tif 000013
【００６６】
この遷移行列Φを用いると、上記式（６）の解は、次に示すようになる。
【００６７】
【数１２】
2014104950.tif 000014
【００６８】
この結果、ψ２及びｘ２が次に示すように求められる。
【００６９】
【数１３】
2014104950.tif 000015
【００７０】
この式の第３項は、ｎが偶数の場合と奇数の場合とで、それぞれ次に示すようになる。
【００７１】
≪ｎが偶数の場合≫
【数１４】
2014104950.tif 000016
【００７２】
≪ｎが奇数の場合≫
【数１５】
2014104950.tif 000017
【００７３】
また、ｘ２を時間積分すると、ｘ１は次に示すように求められる。
【００７４】
【数１６】
2014104950.tif 000018
【００７５】
この式の第３項は、ｎが偶数の場合と奇数の場合とで、それぞれ次に示すようになる。
【００７６】
≪ｎが偶数の場合≫
【００７７】
【数１７】
2014104950.tif 000019
【００７８】
≪ｎが奇数の場合≫
【数１８】
2014104950.tif 000020
【００７９】
この式の積分定数Ｃ０は、次に示すようになる。
【００８０】
【数１９】
2014104950.tif 000021
【００８１】
また、ψ１は、横断性条件、上記式（４）から次に示すようになる。
【００８２】
【数２０】
2014104950.tif 000022
【００８３】
ここに、上記式（５）から、ψ０、ψ１（０）、ψ２（０）、ｘ１（ｔｅ）及びｘ２（ｔｅ）が未知であるため、これを求める必要がある。
【００８４】
そこで、時刻ｔｅにおける上記式（７）及び式（４）と上記式（８）、式（９）及び式（１０）とをまとめると、次に示すように変形できる。
【００８５】
【数２１】
2014104950.tif 000023
【００８６】
この式は、ψ１／ψ０Ｑ０及びψ２（０）／ψ０Ｑ０に関する連立方程式であるため、この方程式を解けば良い。また、この方程式から、評価関数Ｉの重み係数は、Ｓ０／Ｑ０及びＲ０／Ｑ０の２変数が与えられていれば良いことも分かる。
【００８７】
そこで、上記式（１１）を次のように変形すると、連立方程式の解ψ１／ψ０Ｑ０及びψ２（０）／ψ０Ｑ０が算出できる。
【００８８】
【数２２】
2014104950.tif 000024
【００８９】
上記式（７）は、次に示すように変形できる。
【００９０】
【数２３】
2014104950.tif 000025
【００９１】
この式に上記連立方程式（１１）の解、ψ１／ψ０Ｑ０及びψ２（０）／ψ０Ｑ０と重み係数の比αとを代入すると、目標エンジン回転数の最適軌道を求めることができる。
【００９２】
上記式（１２）及び式（１３）は、上述の如く、エンジン回転数算出部１０３に前もって保存されている。
【００９３】
以下、ＶＣＭ１００による発電制御工程を図６のフローチャート図を参照しながら説明する。
【００９４】
まず、ステップＳ１では、各センサ１３０〜１３５から現在時刻における車速、加速度、エンジン回転数、バッテリ充電率、走行用モータ４０の要求トルク及び走行用モータ４０以外の車両用機器の消費電力の情報を取得する。
【００９５】
続くステップＳ２では、時間設定部１０１によって予測時間区間ｔｅを設定する。予測時間区間ｔｅは、例えば、３０秒又は６０秒である。
【００９６】
続くステップＳ３では、電力量算出部１０２によってステップＳ２で設定された予測時間区間ｔｅで発電したい電力量ＰＪを算出する。具体的には、現在時刻における車速及び走行用モータ４０の要求トルクに基づいて道路勾配を推定して、その推定された勾配の道路を現在時刻からｔｅ秒間、現在時刻における加速度で加速し続けるとすると、そのｔｅ秒間における走行用モータ４０の消費電力を算出する。そして、その算出された消費電力に、ｔｅ秒間における走行用モータ４０以外の車両用機器の消費電力と目標バッテリ充電率に対する現在時刻におけるバッテリ充電率の不足分に相当する電力とを加算することにより、現在時刻からｔｅ秒後までに発電したい電力量ＰＪを算出する。
【００９７】
続くステップＳ４では、エンジン回転数算出部１０３によって、エンジン１０の目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ動的な数式モデルで表現した状態方程式に対する、ステップＳ３で算出された発電したい電力量ＰＪと走行フィーリングとを考慮した評価関数Ｉを最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出する。具体的には、走行フィーリング関数ｗ（ｔ）を現在時刻における車速及び加速度に基づいて、評価関数Ｉの重み係数Ｓ０、Ｑ０及びＲ０を現在時刻におけるバッテリ充電率に基づいて、それぞれ決定する。それから、上記連立方程式（１１）に、現在時刻における車速、加速度、エンジン回転数ｘ２（０）と予測時間区間ｔｅと発電したい電力量ＰＪと走行フィーリング関数ｗ（ｔ）とを代入して、その解、ψ１／ψ０Ｑ０及びψ２（０）／ψ０Ｑ０を求める。そして、上記式（１２）に、その求めたψ１／ψ０Ｑ０及びψ２（０）／ψ０Ｑ０を代入して、サンプル時間Δｔをｔ＝Δｔとして与えることにより、現在時刻から１サンプル時間Δｔ後における目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）を求める。サンプル時間Δｔは、予測時間区間ｔｅよりも短い時間である。サンプル時間は、例えば、１０ｍｓｅｃである。
【００９８】
続くステップＳ５では、エンジントルク算出部１０４によって、エンジン１０の熱効率特性に従って、ステップＳ４で算出された目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）に基づいて、熱効率の良い目標エンジントルクを算出する。具体的には、図７に示す熱効率マップに表されたエンジン１０の熱効率特性に従って、目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）に基づいて、目標エンジントルクを求める。このマップは、エンジントルク算出部１０４に予め記憶されている。マップでは、エンジン１０の熱効率が右下の領域から左上の領域に行くに従って良くなる。エンジン１０の熱効率特性は、マップにおける熱効率の最も良い領域に直線（図７に示す太い実線）で表されている。この直線では、エンジン回転数とエンジントルクとが一対一で対応しているため（エンジン出力／エンジン回転数＝エンジントルク）、目標エンジン回転数を求まると、目標エンジントルクが自ずと求まる。尚、マップの直線は、図４の直線に対応している。
【００９９】
続くステップＳ６では、ステップＳ４で算出された目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）及びステップＳ５で算出された目標エンジントルクを指令値として、それぞれＧＣＭ１２０及びＰＣＭ１１０に出力する。その後、エンドに進む。
【０１００】
そして、ステップＳ１〜ステップＳ６を１サンプル時間Δｔ毎に繰り返して、目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）及び目標エンジントルクを算出することにより、発電制御を行う。このように、制御周期を、１０ｍｓｅｃといった短い時間Δｔにできたのは、上述の如く、上記式（１２）及び式（１３）をエンジン回転数算出部１０３に予め記憶させたからである。
【０１０１】
以下、本実施形態における発電制御結果と従来における発電制御結果（バッテリが小容量で、バッテリの充電を優先するものの発電制御結果）との一例を図８のタイムチャート図を参照しながら説明する。
【０１０２】
この例は、１０・１５モード燃費での車両走行時における発電制御結果を示している。図８の実線は、本実施形態における発電制御結果を、その破線は、従来における発電制御結果を、その一点鎖線は、走行フィーリング関数を、それぞれ示している。図８（ｂ）から、電力収支（エネルギー収支）が釣り合っていることが分かる。また、図８（ｃ）から、本実施形態における発電制御結果の方が、従来における発電制御結果よりも、エンジン回転数が走行フィーリング関数に近い、すなわち、走行フィーリングの良いエンジン回転数であることが分かる。
【０１０３】
以下、本実施形態における発電制御結果の別の例を図９のタイムチャート図を参照しながら説明する。
【０１０４】
この例は、バッテリ充電率が目標バッテリ充電率よりも低い場合であって１０・１５モード燃費での車両走行時における発電制御結果を示している。図９から、バッテリ充電率が回復していく過程では、エンジン回転数が図９（ｃ）に一点鎖線で示す走行フィーリング関数よりも大きくなる、すなわち、走行フィーリングを少し犠牲にしながら、バッテリ充電率を回復させていることが分かる（図９の右端以外の部分参照）。一方、バッテリ充電率が回復すると、エンジン回転数が走行フィーリング関数に近付く、すなわち、走行フィーリングの良いエンジン回転数になることが分かる（図９の右端参照）。
【０１０５】
−効果−
以上より、本実施形態によれば、エンジン回転数算出部１０３によって、エンジン１０の目標仕事量及び目標エンジン回転数のダイナミクスをそれぞれ数式モデルで表現した状態方程式に対する、電力量算出部１０２によって算出された発電したい電力量ＰＪと走行フィーリングとを考慮した評価関数Ｉを最小にする最適なエンジン回転数を目標エンジン回転数として算出するため、最適制御理論を用いて、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリ３０の充電と走行フィーリングとの両立を図ることができる。
【０１０６】
また、エンジントルク算出手段によって、エンジン１０の熱効率特性に従って、エンジン回転数算出部１０３によって算出された目標エンジン回転数に基づいて、目標エンジントルクを算出するため、熱効率の良い目標エンジン回転数及び目標エンジントルクを算出することができる。
【０１０７】
さらに、評価関数Ｉの重み付けを、バッテリ充電率に基づいて決定するため、バッテリ充電率に応じてバッテリ３０の充電又は走行フィーリングを優先した目標エンジン回転数及び目標エンジントルクを算出することができる。
【０１０８】
また、評価関数Ｉの第２項は、加速度ａｖに基づく走行フィーリング関数ｗ（ｔ）を含んでいるため、走行フィーリングを容易に算出することができる。
【０１０９】
さらに、評価関数Ｉの第２項は、エンジン回転数変化に基づく関数を含んでいるため、評価関数Ｉの重み付けに応じて、バッテリ３０の充電を優先したりエンジン回転数変化を抑えたりすることできる。このため、バッテリ充電と走行フィーリングとの両立をより一層図ることができる。
【０１１０】
（その他の実施形態）
尚、上記実施形態では、エンジン１０を水素エンジンで且つロータリエンジンで構成したが、これに限らず、例えば、ガソリンエンジンで構成したり、レシプロエンジンで構成したりしても良い。
【０１１１】
また、上記実施形態では、評価関数Ｉの重み係数Ｓ０、Ｑ０及びＲ０を現在時刻におけるバッテリ充電率に基づいて、それぞれ決定したが、これに限らず、例えば、重み係数Ｓ０、Ｑ０及びＲ０を予測時間区間、車速、加速度、及び目標バッテリ充電率に対するバッテリ充電率の不足分（差分）等に基づいて決定するマップや関数を予め準備しておき、このマップ又は関数に基づいて決定しても良い。
【０１１２】
さらに、上記実施形態では、予測時間区間ｔｅを３０秒又は６０秒に設定したが、これに限らず、車両特性（例えば、最大出力、最高車速）や車速、加速度、追い越しに要する平均時間等に基づいて設定しても良い。
【０１１３】
また、上記実施形態では、発電したい電力量ＰＪを、現在時刻からｔｅ秒間、現在時刻における加速度で加速し続けるとして、その値を算出したが、これに限らず、例えば、現在時刻からｔｅ秒間、現在時刻における走行用モータ４０の出力を維持し続けるとして、その値を算出しても良い。
【０１１４】
さらに、上記実施形態では、目標エンジン回転数の初期値を現在時刻におけるエンジン回転数としても良い。
【０１１５】
また、上記実施形態では、走行フィーリング関数ｗ（ｖ）のｗ０を定数項としたが、車速に基づく（依存する）関数としても良い。
【０１１６】
さらに、上記実施形態では、道路勾配を、現在時刻における車速及び走行用モータ４０の要求トルクに基づいて推定したが、これに限らず、Ｇセンサ等を用いて検出しても良い。
【０１１７】
また、目標エンジン回転数の算出法は、上記実施形態のものに限らない。例えば、上記式（４）及び式（７）に基づいて、現在時刻における最適な制御入力を求めて、上記式（１）に従って、オイラー積分等に基づいて、現在時刻から１サンプル時間Δｔ後における目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）を求めても良い。
【０１１８】
さらに、上記実施形態では、上記式（１）は、発電時におけるエンジン出力とエンジン回転数との関係が直線的である発電システムを対象としたが（図４参照）、これに限らず、例えば、発電時におけるエンジン回転数とエンジントルクとの関係が直線的である発電システムを対象としても良い。この場合、制御対象をモデル化した式（１）は、次に示すように書き換えられる。
【０１１９】
【数２４】
2014104950.tif 000026
【０１２０】
この制御対象に対して、上記と同様の手順で最適解を求めて、その解である目標エンジン回転数の最適軌道に基づいて、現在時刻から１サンプル時間後における目標エンジン回転数ｘ２（Δｔ）及びこれに対応する目標エンジントルクを求め、制御指令としても良い。
【０１２１】
また、上記実施形態では、ＶＣＭ１００、ＰＣＭ１１０及びＧＣＭ１２０を別々に設けているが、これに限らず、例えば、これらを一体的に設けても良い。
【０１２２】
さらに、例えば、次に示すように、評価関数Ｉの第２項に、エンジン１０の熱効率が最も高くなるエンジン回転数ｗmaxに基づく関数に関する項をさらに追加して、最適解を解いても良い。
【０１２３】
【数２５】
2014104950.tif 000027
【０１２４】
これによれば、評価関数Ｉは、エンジン１０の熱効率特性を考慮した第２項を有しているため、エンジン１０の熱効率向上と走行フィーリングとの両立を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車の制御装置は、エネルギー収支が破綻しないように、バッテリの充電と走行フィーリングとの両立を図ることが必要な用途等に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２６】
１      ハイブリッド車
１０    エンジン
２０    ジェネレータ
３０    バッテリ
４０    走行用モータ
１００  ＶＣＭ
１０１  時間設定部
１０２  電力量算出部（電力量算出手段）
１０３  エンジン回転数算出部（エンジン回転数算出手段）
１０４  エンジントルク算出部（エンジントルク算出手段）
１１０  ＰＣＭ（制御手段）
１２０  ＧＣＭ（制御手段）
１３０  車速センサ
１３１  加速度センサ
１３２  エンジン回転数センサ
１３３  バッテリ充電率センサ
１３４  モータトルクセンサ
１３５  電力センサ
【図１】
2014104950.tif 000028
【図２】
2014104950.tif 000029
【図３】
2014104950.tif 000030
【図４】
2014104950.tif 000031
【図５】
2014104950.tif 000032
【図６】
2014104950.tif 000033
【図７】
2014104950.tif 000034
【図８】
2014104950.tif 000035
【図９】
2014104950.tif 000036