(57)【要約】  【課題】車両全体の必要電力と運転領域での発電効率とを考慮し、最適な発電制御を行う。  【解決手段】車両全体の必要電力を発電量Ｐｂとしてエンジン回転数と発電トルクとの関係に変換し、低回転数域等の発電効率が悪い領域で発電を除外或いは発電量を減らし、これによる発電量の不足分を発電効率の高い領域にシフトさせて車両の基本発電トルクＴｂとする。そして、残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴよりも小さいときには、基本発電トルクＴｂ全体が設定量だけ増加するようにトルク軸方向にスライドさせて発電トルク指示値とし、残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴより大きいときには、基本発電トルクＴｂ全体が設定量だけ減少するようにトルク軸方向にスライドさせ、発電トルク指示値とする。これにより、最適な発電制御を実現することが可能となり、必要発電量を確保しつつ、燃費向上を図ることができる。【選択図】図４
2006341708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと該エンジンに連結されるモータとを備えたパワーユニットからの駆動力によって走行すると共に、上記エンジンにより上記モータを駆動し、上記モータに電力を供給する蓄電デバイスを充電するハイブリッド車の制御装置において、
機器効率を考慮した車両全体の必要電力と運転領域毎の発電効率とに基づいて、エンジン回転数をパラメータとする基本発電トルクを設定する基本発電トルク設定手段と、
上記基本発電トルクを、少なくとも上記蓄電デバイスの残存容量と予め設定した目標残存容量との差に応じて増減させ、上記パワーユニットの発電トルク指示値を設定する発電指示手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
【請求項２】
上記基本発電トルク設定手段は、
発電効率が低いエンジン回転数領域の発電トルクを減少させる一方、発電効率の高いエンジン回転数領域の発電トルクを増加させることにより、上記基本発電トルクを設定することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項３】
上記発電指示手段は、
上記蓄電デバイスの残存容量と上記目標残存容量との差に加えて上記エンジンの効率を考慮し、上記発電トルク指示値を設定することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項４】
上記発電指示手段は、
上記蓄電デバイスの残存容量が上記目標残存容量以下のとき、上記基本発電トルクがエンジン回転数に対して一律に増加するよう上記基本発電トルクをスライドさせて上記発電トルク指示値をアップさせ、上記蓄電デバイスの残存容量が上記目標残存容量を越えたとき、上記基本発電トルクがエンジン回転数に対して一律に減少するよう上記基本発電トルクをスライドさせて上記発電トルク指示値をダウンさせることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載のハイブリッド車の制御装置。
【請求項５】
上記発電指示手段は、
上記蓄電デバイスの残存容量が上限値を超えたとき、上記パワーユニットによる発電を直ちに中止させ、上記蓄電デバイスの残存容量が上記目標残存容量に減少するまで発電中止を継続させることを特徴とする請求項１〜４の何れか一に記載の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連結されるモータとを備えたハイブリッド車の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、ガソリン等を燃料とするエンジンを動力源とするものに対し、低公害、省資源の促進を目的として、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータをエンジンに加えて搭載し、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発されている。
【０００３】
このようなハイブリッド車の中でも、特に、エンジンとモータとの何れも走行駆動源として使用可能なパラレルハイブリッド車においては、エンジン効率が低い領域での駆動トルクをモータのアシストトルクによって補うことができ、燃費向上に繋げることができる。しかしながら、パラレルハイブリッド車では、モータに電力を供給するバッテリへの充電についても、アシスト以外の走行中に実施しなければならず、発電を適正に制御しなければ、逆に燃費悪化を招くという問題がある。
【０００４】
従って、このようなハイブリッド車における発電制御に関して、従来から種々の提案がなされており、例えば、特許文献１には、パラレルハイブリッド車におけるバッテリの充電制御をバッテリ残存容量（ＳＯＣ）がＳＯＣ上限値とＳＯＣ下限値との間に入るようピンポン制御で行う場合に、通常時ＳＯＣ制御モードと渋滞時ＳＯＣ制御モードとの２種類の制御モードを設けておき、渋滞時ＳＯＣ制御モードでは、通常時ＳＯＣ制御モードよりＳＯＣ上限値は大に、ＳＯＣ下限値は小にすることで、渋滞時の排気ガスや燃費の悪化を防止する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、蓄電装置の蓄電量が高いほど、車両走行時の走行効率の目標値である目標走行効率を小さく設定すると共に、巡航速度での走行パターンにおいて放充電量の収支をとることができる最適走行効率近傍における蓄電量に対する目標走行効率の変化率を、最適走行効率近傍外における蓄電量に対する目標走行効率の変化率よりも小さくするように目標走行効率を設定し、蓄電量に基づいて目標走行効率となる内燃機関及び発電機の動作点である目標動作点を算出して内燃機関及び発電機を駆動制御することにより、高効率の発電を実現すると共に、内燃機関或いは燃料電池の燃料消費量や制限する排出ガス成分量を効果的に低減する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１３４７１９号公報
【特許文献２】特開２００３−７０１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、発電を最適に制御するには、バッテリから直接的或いは間接的に供給される電源によって動作する各機器の効率に依存する車両全体としての必要電力を考慮する必要があり、更に、実際の運転では運転領域が変化することから、各運転領域での発電効率も考慮する必要がある。
【０００７】
上述の特許文献１では、発電時の各機器の効率については特に考慮されておらず、また、特許文献２の技術では、蓄電量が低く発電量が十分確保できない走行状態が長時間継続したときの効率悪化が懸念される。すなわち、特許文献１や特許文献の技術では、必ずしも最適な発電制御を実現しているとは言い難い。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両全体の必要電力と運転領域での発電効率とを考慮し、最適な発電制御を行うことのできるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車の制御装置は、エンジンと該エンジンに連結されるモータとを備えたパワーユニットからの駆動力によって走行すると共に、上記エンジンにより上記モータを駆動し、上記モータに電力を供給する蓄電デバイスを充電するハイブリッド車の制御装置において、機器効率を考慮した車両全体の必要電力と運転領域毎の発電効率とに基づいて、エンジン回転数をパラメータとする基本発電トルクを設定する基本発電トルク設定手段と、上記基本発電トルクを、少なくとも上記蓄電デバイスの残存容量と予め設定した目標残存容量との差に応じて増減させ、上記パワーユニットの発電トルク指示値を設定する発電指示手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
基本発電トルクは、発電効率が低いエンジン回転数領域の発電トルクを減少させる一方、発電効率の高いエンジン回転数領域の発電トルクを増加させることにより設定することが望ましい。
【００１１】
また、発電トルク指示値は、蓄電デバイスの残存容量と予め設定した目標残存容量との差に加えて、エンジンの効率を考慮して設定することが望ましく、蓄電デバイスの残存容量が目標残存容量以下のときには、基本発電トルクがエンジン回転数に対して一律に増加するよう基本発電トルクをスライドさせて発電トルク指示値をアップさせ、蓄電デバイスの残存容量が目標残存容量を越えたとき、基本発電トルクがエンジン回転数に対して一律に減少するよう基本発電トルクをスライドさせて発電トルク指示値をダウンさせることが望ましい。
【００１２】
更に、蓄電デバイスの残存容量が上限値を超えたときには、パワーユニットによる発電を直ちに中止させ、蓄電デバイスの残存容量が目標残存容量に減少するまで発電中止を継続させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のハイブリッド車の制御装置は、車両全体の必要電力と運転領域での発電効率とを考慮して最適な発電制御を行うことができ、燃費向上に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係わり、図１はハイブリッド車のシステム構成図、図２は発電量をエンジン回転数と発電トルクとの関係に変換した説明図、図３は運転領域に応じた発電量のシフトを示す説明図、図４は発電量のスライドを示す説明図、図５は発電制御ルーチンのフローチャートである。
【００１５】
図１は、ハイブリッド（ＨＥＶ）車のシステム構成を示し、本形態においては、エンジン１の出力軸に、発電及び駆動アシスト力発生用のモータ２が直接的に或いはギヤ等の動力伝達機構を介して連結されるパラレルハイブリッド車の構成例を示す。このパラレルハイブリッド車においては、エンジン１及びモータ２からなるパワーユニットの駆動力が図示しない変速機に入力され、この変速機からファイナルギヤ等を介して駆動輪に出力される。
【００１６】
また、モータ２にはインバータ３が接続され、このインバータ３により、車両の主電源を構成する蓄電デバイスとしてのバッテリ４からの直流電力が交流電力に変換され、モータ２が駆動される。バッテリ４からはインバータ３を介してモータ２に電力が供給され、エンジン１によってモータ２が発電機として駆動されたとき、モータ２で発電した交流電力がインバータ３で直流電力に変換され、バッテリ４が充電される。
【００１７】
以上のパワーユニット及びインバータ３は、パワーユニット制御部１０によって制御され、バッテリ４は電源管理部２０によって管理・制御される。パワーユニット制御部１０電源管理部２０は、ＨＥＶシステム全体を統括する中央のハイブリッド制御部５０に接続され、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信ラインを介して制御情報や制御対象の動作状態に係わるセンシング情報を相互に通信し、ハイブリッド制御部５０からの制御指令に基づいて、ハイブリッド車の駆動系及び電力系が制御される。
【００１８】
パワーユニット制御部１０は、エンジン１を制御するエンジン制御部、インバータ３を介してモータ２を制御するモータ制御部等の各制御機能によって形成される。エンジン制御機能としては、ハイブリッド制御部５０からの制御指令を受け、エンジン１に備えられたセンサ類からの信号に基づいて、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量等のパラメータを演算し、これらのパラメータの制御信号によってアクチュエータ類を駆動し、エンジン１の出力が制御指令値に一致するよう、エンジン１の運転状態を制御する。また、モータ制御機能としては、ハイブリッド制御部５０からの制御指令を受け、モータ２の回転数や電圧・電流等の情報に基づいて、インバータ３へ電流指令や電圧指令を出力し、モータ２の出力が制御指令値に一致するよう、モータ２を制御する。
【００１９】
尚、パワーユニット制御部１０の各制御機能は、具体的には、それぞれ個別の装置として、或いは複数の制御機能を含む装置として、マイクロコンピュータを中心として構成される。
【００２０】
また、電源管理部２０は、例えば、複数のセルを封止した電池パックを複数個直列に接続して構成されるバッテリ４と、このバッテリ４のエネルギーマネージメントを行う演算ユニット（演算ＥＣＵ）５とを１つの筐体内にパッケージして構成される。演算ＥＣＵ５は、マイクロコンピュータ等から構成され、バッテリ４の端子電圧Ｖ、電流Ｉ、バッテリ温度（セル温度）Ｔ等のパラメータに基いて、充電状態(State of charge;SOC）で示される残存容量ＳＯＣＮを演算し、ハイブリッド制御部５０に送信する。
【００２１】
尚、残存容量の演算は時間ｔ毎に周期的に実行され、１演算周期前の残存容量ＳＯＣＮ(t-1)を用い、最新の端子電圧Ｖ、電流Ｉ、バッテリ温度Ｔのデータから最新の残存容量ＳＯＣＮ(t)が演算される。
【００２２】
更に、演算ＥＣＵ５は、バッテリ４の残存容量ＳＯＣＮの他、バッテリ４における入出力可能な最大電力で示される入出力可能パワー量やバッテリ４の劣化度等を演算し、これらの情報に基づいてバッテリ状態を把握した上でのバッテリ４の冷却や充電の制御を行うと共に、異常検出及び異常検出時の保護動作等を管理する。
【００２３】
一方、ＨＥＶシステム全体を統括するハイブリッド制御部５０は、同様に、マイクロコンピュータを中心として構成され、センサによって検出したアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）とエンジン回転数（モータ回転数）とに基づいて、ドライバーの要求する駆動力を、エンジン１及びモータ２からなるパワーユニットに対するパワーユニット要求トルクとして算出し、このパワーユニット要求トルクをエンジン１とモータ２とに適宜分配してパワーユニット制御部１０に制御指令を出力する。
【００２４】
また、ハイブリッド制御部５０は、電源管理部２０からの発電要求があった場合、すなわち、バッテリ４の残存容量ＳＯＣＮが減少し、エンジン１の出力を用いてモータ２を発電機として駆動し、インバータ３を介してバッテリ４を充電する場合には、基本発電トルク設定手段としての機能により、車両システム全体の必要な電力と運転領域の発電効率とを考慮した基本発電トルクを設定し、発電指示手段としての機能により、現在の残存容量との予め設定した目標残存容量との差に応じて基本発電トルクを増減させ、パワーユニットに対する発電トルクの指示値を設定する。
【００２５】
具体的には、バッテリ４から直接的或いは間接的に電源を供給される各機器、例えば、制御システム、モータ２、インバータ３、その他、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を介して動作する低電圧の電気負荷等の各機器の効率を考慮して車両全体で必要な電力を予め決定しておき、この必要電力を発電量Ｐｂとして、以下の（１）式を用いて、エンジン回転数Ｎと発電に要するトルク（発電トルク）Ｔとの関係に変換する。  
Ｐｂ＝（２×π×Ｎ／６０）×Ｔ…（１）
【００２６】
発電量Ｐｂを一定とした場合、発電トルクＴは、パワーユニットの出力特性にも依存するが、例えば、図２に示すように、エンジン回転数Ｎに対して略中回転域でピークとなる特性に変換される。図２に示す特性の発電トルクＴは、そのまま全運転領域に適用すると、発電効率の悪い運転領域では、却って燃費を悪化させる虞がある。
【００２７】
従って、図３に示すように、低回転数域等の発電効率が悪い領域においては、発電を除外或いは発電量を減らし、これによる発電量の不足分を発電効率の高い領域にシフトさせて車両の基本発電トルクＴｂとする。この発電のシフト量は、例えば、発電効率に応じたウェイトを領域毎に設定し、このウェイトに応じて発電トルクＴを効率の低い領域から高効率の領域にシフトさせることにより、発電効率の低い領域での燃費のロスを最小限に抑えることができる。
【００２８】
更に、基本発電トルクＴｂを、予め設定した目標残存容量ＳＯＣＴと現在の残存容量ＳＯＣＮとの差に応じて可変し、発電トルク指示値を設定する。すなわち、エンジン回転数Ｎと発電トルクＴの関係において、残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴよりも小さい（ＳＯＣＴ−ＳＯＣＮ＞０）ときには、図４中に破線で示すように、実線で示す基本発電トルクＴｂ全体が設定量だけ増加するようにトルク軸方向にスライドさせて発電トルク指示値とする。また、残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴより大きい（ＳＯＣＴ−ＳＯＣＮ＜０）ときには、図４中に破線で示すように、基本発電トルクＴｂ全体が設定量だけ減少するようにトルク軸方向にスライドさせ、発電トルク指示値とする。
【００２９】
以上の発電制御は、具体的には、図５のフローチャートに示す発電制御ルーチンによって実行される。次に、図５のフローチャートに従って発電制御について説明する。
【００３０】
この発電制御ルーチンは、所定時間或は所定周期毎に実行されるプログラム処理であり、先ず、最初のステップＳ１において、バッテリ４の残存容量ＳＯＣＮ、エンジン回転数Ｎ等の最新のデータ入力の有無を調べる。その結果、ステップＳ１において新たなデータ入力がない場合には、そのままルーチンを抜け、新たなデータ入力がある場合、ステップＳ１からステップＳ２へ進む。
【００３１】
ステップＳ２では、現在の残存容量ＳＯＣＮが上限値ＳＯＣＭＡＸ以上か否かを調べる。上限値ＳＯＣＭＡＸは、バッテリ４を通常の状態で利用可能として充電を中止する残存容量の閾値となるものであり、例えば、満充電の８０％程度に設定される。その結果、ＳＯＣＮ＜ＳＯＣＭＡＸである場合には、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、現在の残存容量ＳＯＣＮと予め設定した目標残存容量ＳＯＣＴとの差ＳＯＣＤ（ＳＯＣＤ＝ＳＯＣＴ−ＳＯＣＮ）が０以上か否かを調べる。
【００３２】
そして、ステップＳ３において、ＳＯＣＤ≧０の場合、ステップＳ４で発電量アップを指示してルーチンを抜け、ＳＯＣＤ＜０の場合には、ステップＳ５で発電量ダウンを指示してルーチンを抜ける。発電量アップは、図４で説明したように、目標残存容量ＳＯＣＴと残存容量ＳＯＣＮとの差ＳＯＣＤにより決定したスライド量だけ、基本発電トルクＴｂを増加方向にスライドさせた指示値によって行い、発電量ダウンは、目標残存容量ＳＯＣＴと残存容量ＳＯＣＮとの差ＳＯＣＤにより決定したスライド量だけ、基本発電トルクＴｂを減少方向にスライドさせた指示値によって行う。
【００３３】
尚、発電量のアップ／ダウン指示における基本発電トルクＴｂのスライド量は、目標残存容量ＳＯＣＴと残存容量ＳＯＣＮとの差ＳＯＣＤに基づいて決定した設定量のみならず、エンジン効率を考慮した設定量を加味することにより、より燃費向上に貢献することができる。
【００３４】
一方、ステップＳ２において、ＳＯＣＮ≧ＳＯＣＭＡである場合には、ステップＳ２からステップＳ６へ進んで発電中止指示を出力し、直ちに発電を中止させる。そして、ステップＳ７で、再度、バッテリ４の残存容量ＳＯＣＮ、エンジン回転数Ｎ等の最新のデータ入力の有無を調べ、データ入力が無い場合には。そのままルーチンを抜け、データ入力があった場合、ステップＳ８で残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴ以下に低下したか否かを調べる。
【００３５】
その結果、ＳＯＣＮ＞ＳＯＣＴであり、依然として残存容量ＳＯＣＮが目標残存容量ＳＯＣＴを上回っている場合には、ステップＳ９で発電中止を継続したままステップＳ７へ戻り、ＳＯＣＮ≦ＳＯＣＴの場合、前述のステップＳ３以降へ進んで、目標残存容量ＳＯＣＴと残存容量ＳＯＣＮとの差に応じて発電量のアップ或いはダウンの指示を行う。すなわち、走行状況により残存容量ＳＯＣＮが上限値ＳＯＣＭＡＸ以上（ＳＯＣＮ≧ＳＯＣＭＡＸ）になった場合には、直ちに発電を中止し、ＳＯＣ≦ＳＯＣＴとなるまで発電を見合わせる。
【００３６】
このように本実施の形態においては、車両全体としての必要電力を考慮すると共に各運転領域での発電効率も考慮して基本発電トルクを設定し、この基本発電トルクを、目標残存容量と現在の残存容量との差に応じて増減させることで発電トルク指示値を設定しているので、最適な発電制御を実現することが可能となり、必要発電量を確保しつつ、燃費向上を図ることができる。
【００３７】
尚、以上の実施の形態では、パラレルハイブリッド車について説明したが、本発明は、パラレルハイブリッド車に限定されることなく、シリーズ・パラレルハイブリッド車におけるパラレル走行のモードにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ハイブリッド車のシステム構成図
【図２】発電量をエンジン回転数と発電トルクとの関係に変換した説明図
【図３】運転領域に応じた発電量のシフトを示す説明図
【図４】発電量のスライドを示す説明図
【図５】発電制御ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
【００３９】
１  エンジン
２  モータ
４  バッテリ
５０  ハイブリッド制御部（基本発電トルク設定手段、発電指示手段）
Ｎ  エンジン回転数
Ｐｂ  発電量（車両全体の必要電力）
Ｔｂ  基本発電トルク
ＳＯＣＮ  残存容量
ＳＯＣＴ  目標残存容量
ＳＯＣＭＡＸ  上限値
【図１】
2006341708.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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