(57)【要約】【課題】ハイブリッドカーのシステム構成を簡素化しつつ、燃費を改善する。【解決手段】監視データ取得部１１は、二次電池９から監視データを取得する。ＳＯＣ推定部１２は、取得された監視データをもとに二次電池９のＳＯＣ（StateOfCharge）を推定する。モード決定部２２は、推定されたＳＯＣ及び車両の速度情報をもとにモータの動作モードを決定する。定速状態にてモード決定部２２は、ＳＯＣが目標値を超えるときアシスト上限速度の範囲内で、車両走行をアシストするアシストモードに設定する。ＳＯＣが目標値以下のとき、定速走行による車輪の回転エネルギーに基づきモータで発電して二次電池９に充電する定速充電モードに設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行をアシストするためのモータに電力を供給し、前記モータにより車輪の回転エネルギーに基づき発電される電力を蓄える二次電池から、当該二次電池の監視データを取得する監視データ取得部と、
取得された監視データをもとに、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）を推定するＳＯＣ推定部と、
推定されたＳＯＣ及び前記車両の速度情報をもとに前記モータの動作モードを決定するモード決定部と、を備え、
前記車両の速度変化が設定値以下の定速状態にて、
前記モード決定部は、前記ＳＯＣが目標値を超えるときアシスト上限速度の範囲内で、車両走行をアシストするアシストモードに設定し、前記ＳＯＣが前記目標値以下のとき、定速走行による車輪の回転エネルギーに基づき前記モータで発電して前記二次電池に充電する定速充電モードに設定することを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記車両の減速状態にて、
前記モード決定部は、前記車両の減速による前記車輪の回転エネルギーに基づき発電して前記二次電池に充電する減速充電モードに設定し、
前記定速充電モードの充電レートは、前記減速充電モードの充電レートより低い値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記定速充電モードにおける充電上限速度は、前記減速充電モードにおける充電上限速度より低い値に設定されることを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記定速状態におけるアシスト上限速度は、前記車両の加速状態におけるアシスト上限速度より低い値に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御システム。
【請求項５】
前記定速充電モードに設定されている間、前記ＳＯＣの目標値は大きな値に変更されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御システム。
【請求項６】
前記モード決定部は、前記定速充電モードに設定されている場合にて、前記車両の速度変化が設定範囲内であるとき前記設定値に関係なく前記定速充電モードを維持することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御システム。
【請求項７】
前記定速充電モードの充電レートを、前記ＳＯＣの目標値と前記ＳＯＣ推定部により推定されたＳＯＣの推定値との差分値に応じて決定する充電レート設定部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の制御システム。
【請求項８】
前記車両の加速状態におけるアシスト上限速度および前記定速状態におけるアシスト上限速度の少なくとも一方を、設定された走行期間中における当該アシスト上限速度を超える期間と当該アシスト上限速度以下の期間との割合、及び前記走行期間終了時の前記二次電池のＳＯＣに応じて、変更する上限速度変更部を、さらに備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の制御システム。
【請求項９】
前記モータは、エンジンで駆動する第１駆動軸と異なる第２駆動軸を駆動し、前記第２駆動軸の回転エネルギーに基づき発電することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の制御システム。
【請求項１０】
前記二次電池を、
さらに備えることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるアシストモータを制御する制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンとモータを搭載するハイブリッドカー（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）が普及している。 ハイブリッドカーには、モータとエンジンの連結方式によってシリーズハイブリッド方式、パラレルハイブリッド方式、シリーズ・パラレルハイブリッド方式などの種類があり、種々の方式が提案されている。パラレルハイブリッド方式では、モータの用途を発進や低速時のアシストに限定して、モータ及びバッテリを小型化した簡素なシステムを構成できる。
【０００３】
パラレルハイブリッド方式の中には、エンジンを駆動源とする駆動軸と、モータを駆動源とする駆動軸を互いに独立して設ける方式もある（例えば、特許文献１参照）。この方式では、エンジンの駆動軸の回転エネルギーで補機用のバッテリ（例えば、１２Ｖバッテリ）を充電し、モータの駆動軸の回転エネルギーでモータ用のバッテリ（例えば、４８Ｖバッテリ）を独立に充電できる。従ってエンジンのパワー系とモータのパワー系の間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けずに両パワー系を分離した、より簡素なシステム構成が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４４８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型のバッテリを用いた簡素なハイブリッドシステムでは、充電と放電のバランスを適切に管理してバッテリの容量が不足しないように制御する必要がある。バッテリの容量が不足するとモータアシストができなくなり、燃費を改善できなくなる。特に上述したエンジンのパワー系とモータのパワー系を分離したシステムでは、エンジンのパワー系から充電できないため、より緻密な管理が必要となる。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、小型のモータ及び二次電池を使用して、燃費を改善する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御システムは、車両の走行をアシストするためのモータに電力を供給し、前記モータにより車輪の回転エネルギーに基づき発電される電力を蓄える二次電池から、当該二次電池の監視データを取得する監視データ取得部と、取得された監視データをもとに、前記二次電池のＳＯＣ（State Of Charge）を推定するＳＯＣ推定部と、推定されたＳＯＣ及び前記車両の速度情報をもとに前記モータの動作モードを決定するモード決定部と、を備える。前記車両の速度変化が設定値以下の定速状態にて、前記モード決定部は、前記ＳＯＣが目標値を超えるときアシスト上限速度の範囲内で、車両走行をアシストするアシストモードに設定し、前記ＳＯＣが前記目標値以下のとき、定速走行による車輪の回転エネルギーに基づき発電して前記モータで前記二次電池に充電する定速充電モードに設定する。
【０００８】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システム、プログラムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型のモータ及び二次電池を使用して燃費を効率良く改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ある走行パターンにおけるＳＯＣの推移を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る車両の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ及びＨＶＥＣＵの構成例を示す図である。
【図４】比較例に係るモード切換方法を説明するための図である。
【図５】図５（ａ）−（ｂ）は、図４のモード切換方法の具体的イメージを示す図である。
【図６】本発明の実施例に係るモード切換方法を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）−（ｂ）は、図６のモード切換方法の具体的イメージを示す図である。
【図８】本発明の実施例に係るモード切換方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施例に係る、定速充電モードにおけるモード切換方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】目標ＳＯＣの切換えの具体的イメージを示す図である。
【図１１】本発明の実施例に係る、定速充電モードにおける充電方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１２】目標ＳＯＣの車速に応じた変更処理の一例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例に係る、アシスト上限速度の変更処理の一例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態は、ハイブリッドカーの電動駆動系の制御システムに関する。具体的にはエンジンを駆動源とする駆動軸と、モータを駆動源とする駆動軸を互いに独立して設ける構成のパラレルハイブリッドカーのアシスト・充電制御に関する。本システムではエンジン側のパワー系と、モータ側のパワー系の連結を無くしている。従ってエンジンに付随した発電装置（オルタネータ）から、モータ用のバッテリに充電することに制限がある。そのため、走行中に適度な充電量を確保、維持することが重要になる。
【００１２】
エンジン駆動軸と異なる別の駆動軸にアシスト用のモータ駆動装置を付加する本方式では、悪路での発進時や低速時に適切なアシストを加えることで、車両安定性を向上させることができる。またエンジンの熱効率の低い領域において適切なアシストを加えることで、燃費悪化を抑えることができる。このようにモータの用途を、発進加速時や低速時などのアシストに限定すれば、モータ出力はさほど大きくなくてもよい。モータ出力を小さく抑えれば、小さなモータ及び小さなバッテリでハイブリッドカーを構成できる。
【００１３】
適切なモータアシストを実現するには、モータアシストに必要十分な電力をバッテリに確保することが必要である。そのためには、モータアシスト期間以外の走行時に回生技術等を用いてバッテリへ充電する必要がある。バッテリの充電量が低下すると、発進加速時や低速時にモータアシストを利用する機会が減少し、燃費改善効果が低下する。
【００１４】
低速走行中に加速および減速が繰り返し発生する走行条件においては、アシストに使用するエネルギー量が回生量を上回る状態が継続し、バッテリの充電量を確保することが難しくなる。その場合、アシスト機会が減少し、燃費改善効果が低下する。
【００１５】
図１は、ある走行パターンにおけるＳＯＣの推移を示す図である。この例では時速４０ｋｍ／ｈをアシスト上限速度としている。図１に示すように時速４０ｋｍ／ｈ以下の領域で加速および減速が繰り返されると、ＳＯＣが徐々に低下していくことが分かる。
【００１６】
バッテリの充電量を確保するには、減速時の回生充電やエンジン駆動による発電機を用いた充電方法が存在する。しかしながら後者の充電方法を使用するには、当該発電機の出力電圧をバッテリの充電電圧に変換するための変換器（具体的にはＤＣ−ＤＣコンバータ）が必要になる。
【００１７】
エンジン駆動軸とは別の駆動軸に、モータを搭載したアシスト用の電動駆動装置を付加する本システムは、モータの小型化、及び独立した駆動軸へのアシスト系の付加というシステム構成の簡素化を求めたものである。従ってエンジン駆動軸とモータアシスト駆動軸の間に、両者のパワー系を連結するための変換器を持たない構成が望ましい。そのため、アシストモータ用のバッテリに充電する方法は、車両走行中に当該アシストモータを利用して発電・充電する方法に限られる。従って当該モータによるアシストと発電の機会を適切に制御して、バッテリの充電量を確保することが重要になる。
【００１８】
以上を踏まえ本実施の形態では、小さなモータ、少ない電力量でハイブリッドシステムを構成しつつ、充電する機会を増やして走行中の燃費改善を図ることを目的とする。またモータの動作モード切換え時の不連続な挙動を抑え、円滑な走行を実現することを目的とする。即ち、システム構成の簡素化、燃費改善、及びドライバビリティの確保を目的とする。またモータ７は、図中に記載しない一般的なクラッチ・ギア等による切り離し機構により、車軸との接続、切り離しができる構成になっている。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態に係る車両１００の概略構成を示す図である。車両１００は、動力源としてエンジン１及びモータ７を備える。エンジン１は変速機２及びデフ６ｆを介して、前輪４ｆの駆動軸５ｆと機械的に連結される。モータ７は変速機３及びデフ６ｒを介して、後輪４ｒの駆動軸５ｒと機械的に連結される。このようにモータ７の駆動機構（変速機３、インバータ８及び二次電池９を含む）は、エンジン１で駆動する駆動軸５ｆと異なる駆動軸５ｒに付加される。エンジン１の駆動機構とモータ７の駆動機構はパワー系も独立している。なお図２では前輪４ｆの駆動軸５ｆをエンジン１で駆動し、後輪４ｒの駆動軸５ｒをモータ７で駆動する例を描いているが、前後が逆であってもよい。
【００２０】
二次電池９はモータ７に電力を供給し、車輪（図２では後輪４ｒ）の回転エネルギーに基づきモータ７で発電される電力を蓄える。二次電池９は、図示しない補機用の１２Ｖ系の二次電池（通常、鉛電池が使用される）と別に設けられる。二次電池９には、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池が使用される。例えば、複数のリチウムイオン電池セルを直列または直並列接続した４８Ｖ系の組電池で定格容量が５００Ｗｈ以下の二次電池を使用する。
【００２１】
インバータ８はＨＶＥＣＵ２０による制御の下、二次電池９から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ７に供給するとともに、モータ７から供給される交流電力を直流電力に変換して二次電池９に供給する。
【００２２】
モータ７には例えば、定格出力が１５ｋＷ以下の小型の三相交流同期モータを使用する。モータ７は、インバータ８から供給される電力をもとに駆動軸５ｒを回転させ、車両１００の走行をアシストする。またモータ７は、走行時の駆動軸５ｒの回転エネルギーをもとに発電して、発電電力をインバータ８に出力する。本実施の形態ではモータ７により生成される電流のみを二次電池９の充電源とする。エンジン１に付随するオルタネータからの充電、及び外部電源からのプラグイン充電は想定しない。従って停車中にエンジン１を稼働させて充電することはできず、走行中の後輪４ｒの回転エネルギーに基づく発電電力のみにより充電できる。
【００２３】
電池ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０は、ＨＶＥＣＵ２０と連携して二次電池９を管理または制御する。エンジンＥＣＵ３０は、ＨＶＥＣＵ２０と連携してエンジン１を管理または制御する。ＨＶＥＣＵ２０は、エンジン１とモータ７を含む車両１００の駆動系を統括的に制御する。電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０間、エンジンＥＣＵ３０とＨＶＥＣＵ２０間、及びインバータ８とＨＶＥＣＵ２０間は、それぞれＣＡＮ（Controller Area Network）により接続される。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態に係る電池ＥＣＵ１０及びＨＶＥＣＵ２０の構成例を示す図である。本実施の形態では、二次電池９と電池ＥＣＵ１０を総称して電源装置５０と呼ぶ。また電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０を総称して車両駆動制御システム４０と呼ぶ。また、二次電池９と電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０を総称して車両駆動・電源制御システムと呼ぶ。
【００２５】
電池ＥＣＵ１０は、監視データ取得部１１及びＳＯＣ推定部１２を備える。ＨＶＥＣＵ２０は、速度検出部２１、モード決定部２２、上限速度変更部２３、充電レート設定部２４及びトルク配分決定部２５を備える。
【００２６】
電池ＥＣＵ１０及びＨＶＥＣＵ２０のそれぞれの構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２７】
監視データ取得部１１は、二次電池９から監視データを取得する。具体的には二次電池９の電圧値、電流値および温度値を取得する。二次電池９のパッケージ内には、図示しない電圧検出回路、電流検出素子（例えば、シャント抵抗、ホール素子）、電流検出回路、温度検出素子（例えば、サーミスタ）、温度検出回路が含まれている。当該電圧検出回路、電流検出回路および温度検出回路は、検出した電圧値、電流値および温度値を電池ＥＣＵ１０に送信する。
【００２８】
ＳＯＣ推定部１２は、監視データ取得部１１より取得された監視データをもとに、二次電池９のＳＯＣを推定する。ＳＯＣは例えば、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）法または電流積算法により推定できる。これらの推定方法は一般的な技術であるため、その詳細な説明は省略する。ＳＯＣ推定部１２は、推定したＳＯＣをＨＶＥＣＵ２０に通知する。
【００２９】
速度検出部２１は、図示しない車速センサからの信号をもとに車両１００の速度を検出する。また速度検出部２１は単位時間あたりの速度変化を算出する。速度検出部２１は、検出した速度および算出した速度変化を含む速度情報をモード決定部２２に通知する。
【００３０】
モード決定部２２は、ＳＯＣ推定部１２から通知されるＳＯＣ、及び速度検出部２１から通知される車速情報をもとにモータ７の動作モードを決定する。本実施の形態ではモータ７の動作モードとしてアシストモード、停止モード、定速充電モード及び減速充電モード（＝回生充電モード）の４モードを規定している。減速充電モードは、車両１００の減速による車輪（本実施の形態では後輪４ｒ）の回転エネルギーに基づきモータ７で発電して二次電池９に充電するモードである。定速充電モードは、自走による車輪（本実施の形態では後輪４ｒ）の回転エネルギーに基づきモータ７で発電して二次電池９に充電するモードである。ここでの自走とはモータ７以外の動力源による走行であり、本実施の形態ではエンジン１の駆動力による走行を指す。
【００３１】
以下、車両１００の走行状態として加速状態、定速状態、及び減速状態の３状態を想定する。本実施の形態では、加速状態とは速度変化が（１ｋｍ／ｈ）／ｓを超える状態を指し、定速状態とは速度変化が（１ｋｍ／ｈ）／ｓ以下の状態を指す。減速状態とは速度変化が負の状態を指す。
【００３２】
図４は、比較例に係るモード切換方法を説明するための図である。本比較例では定速充電モードがなく、アシストモード、停止モード及び減速充電モードの３モードで制御される。図４に示す例ではアシスト上限速度（＝力行制限速度）を時速４０ｋｍ／ｈに設定している。時速４０ｋｍ／ｈを超えると、モータ７のアシストがなくなりエンジン１の駆動力のみで走行する。また図４に示す例では、充電上限速度（＝回生制限速度）を時速８０ｋｍ／ｈに設定している。充電上限速度は、モータ７及び変速機３により決定されるモータ７の回転限界速度以下に設定される。この例では、回転限界速度が時速８０ｋｍ／ｈに設定されるモータ７を使用しており、その回転限界速度を充電上限速度に設定している。
【００３３】
加速状態および定速状態において、モード決定部２２は時速４０ｋｍ／ｈ以下の場合はモータ７をアシストモードに設定し、時速４０ｋｍ／ｈを超える場合はモータ７を停止モードに設定する。この停止モードではモータ７は停止し、クラッチ・ギア等の切り離し機構で車軸から切り離され、車両１００はエンジン１の駆動力のみで走行する。
【００３４】
減速状態において、モード決定部２２は時速８０ｋｍ／ｈ以下の場合はモータ７を回生充電モードに設定し、時速８０ｋｍ／ｈを超える場合はモータ７を停止モードに設定する。この減速状態の停止モードではモータ７は車軸から切り離されて停止状態にある。エンジン１は、燃料噴射を抑えて、エンジンブレーキの発生する状態にある。さらにメカニカルなブレーキを用いて車両速度を低下させることもできる。このとき、継続して速度が低下し、回生充電モードに設定した時速８０ｋｍ／ｈ以下になると、モード決定部２２は、モータ７を回生充電モードに設定する。モータ７は、前記の切り離し機構により車軸に接続され、回生充電が開始される。
【００３５】
図５（ａ）−（ｂ）は、図４のモード切換方法の具体的イメージを示す図である。図５（ａ）はエンジントルクとモータトルクの関係を示す図である。曲線Ｔ１は、エンジントルクとモータトルクの合成トルクを示している。太線はアシストモード時のモータトルクを示し、曲線Ｔ１と太線との差分がエンジントルクを示している。点線は回生充電モード時のモータ負荷を示す。
【００３６】
図５（ｂ）は、アシスト上限速度と充電上限速度の関係を示す図である。走行パターンを示す折れ線の内、太線部分はアシストモード、点線部分は回生充電モード、細線部分は停止モードにそれぞれ設定されることを示している。図５（ｂ）に示すように車速がアシスト上限速度（４０ｋｍ／ｈ）に到達するとアシストモードから停止モードに移行する。また車速が充電上限速度（８０ｋｍ／ｈ）以下の状態で減速すると、アシストモード又は停止モードから回生充電モードに移行する。
【００３７】
図６は、本発明の実施例に係るモード切換方法を説明するための図である。本実施例ではアシストモード、停止モード、定速充電モード及び減速充電モードの４モードで制御される。本実施例ではアシスト上限速度および充電上限速度に加えて、定速時アシスト上限速度および定速時充電上限速度を設定する。
【００３８】
定速時アシスト上限速度は、定速状態におけるアシスト上限速度であり、加速状態におけるアシスト上限速度より低い値に設定される。図６の例では定速時アシスト上限速度を時速３５ｋｍ／ｈに設定している。定速時充電上限速度は、定速状態における充電上限速度であり、減速状態における充電上限速度より低い値に設定される。図６の例では定速時充電上限速度を時速６０ｋｍ／ｈに設定している。図６の例でも図４の例と同様に、アシスト上限速度および充電上限速度はそれぞれ４０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈに設定している。このように、アシスト上限速度＜定速時アシスト上限速度＜定速時充電上限速度＜充電上限速度の関係を満たすように、それぞれの上限速度が設定される。
【００３９】
加速状態におけるモード切換方法は図４の例と同じである。即ちモード決定部２２は、時速４０ｋｍ／ｈ以下の場合はモータ７をアシストモードに設定し、時速４０ｋｍ／ｈを超える場合はモータ７を停止モードに設定する。減速状態におけるモード切換方法も図４の例と同じである。即ちモード決定部２２は、時速８０ｋｍ／ｈ以下の場合はモータ７を回生充電モードに設定し、時速８０ｋｍ／ｈを超える場合はモータ７を停止モードに設定する。
【００４０】
定速状態ではモード決定部２２は、ＳＯＣ推定部１２から通知される推定ＳＯＣと、目標ＳＯＣを比較する。推定ＳＯＣが目標ＳＯＣを超えるとき、モード決定部２２はアシスト上限速度の範囲内でモータ７をアシストモードに設定する。具体的には時速３５ｋｍ／ｈ以下の場合はモータ７をアシストモードに設定し、時速３５ｋｍ／ｈを超える場合はモータ７を停止モードに設定する。推定ＳＯＣが目標ＳＯＣ以下のとき、モード決定部２２はモータ７を定速充電モードに設定する。図６の例では目標ＳＯＣは、時速３５ｋｍ／ｈ以下で３０％、時速３５〜６０ｋｍ／ｈの範囲で６０％に設定している。
【００４１】
定速充電モードの充電レートは、回生充電モードの充電レートより低い値に設定される。以下本明細書では、定速充電モード時の充電を低レート充電または弱い充電という。弱い充電とは回生時より小さな負荷で、モータ７が発電して二次電池９に充電することを指す。
【００４２】
走行中のモータ７による発電により、負荷がエンジン１に追加された状態でエンジン１の回転数を維持するには、アクセルを開け、発生トルクを増加させる必要がある。しかしながら、追加される負荷が大きすぎると、エンジン稼働状態の大きな変化や、ギアチェンジによる走行感覚の変化が発生して、運転者に違和感や不快感を与えることがある。そこで、定速充電時に発生させるモータ７による負荷は、走行状態で一定速度を維持するために必要な駆動力と同等以下に制御する。例えばＭＴ車、４ｔｈギア、６０ｋｍ／ｈ（勾配０）の走行条件下で必要な走行時の駆動力（Ｎ）を４５０Ｎ程度とすると、４５０Ｎ以下の駆動力をエンジントルクの増加により与えることになる。
【００４３】
図７（ａ）−（ｂ）は、図６のモード切換方法の具体的イメージを示す図である。図７（ａ）はエンジントルクとモータトルクの関係を示す図である。曲線Ｔ１は、エンジントルクとモータトルクの合成トルクを示している。太線はアシストモード時のモータトルクを示し、曲線Ｔ１と太線との差分がエンジントルクを示している。点線（粗）は回生充電モード時のモータ負荷を示す。点線（細）は定速充電モード時のモータ負荷を示す。定速充電モード時には、このモータ負荷がエンジントルクに追加される。
【００４４】
図７（ｂ）は、定速時アシスト上限速度、アシスト上限速度、定速時充電上限速度および充電上限速度の関係を示す図である。走行パターンを示す折れ線の内、太線部分はアシストモード、点線部分は回生充電モード、細線部分は停止モードにそれぞれ設定されることを示している。太線部分に３つの楕円が重畳されている部分は、ＳＯＣに応じてアシストモード又は定速充電モードに設定される部分である。細線部分に３つの楕円が重畳されている部分は、推定ＳＯＣが目標ＳＯＣ以下の場合に定速充電モードに設定される部分である。図７（ｂ）に示すように定速時のアシストは３５ｋｍ／ｈに到達すると解除され、加速時のアシストは４０ｋｍ／ｈに到達すると解除される。
【００４５】
図８は、本発明の実施例に係るモード切換方法を説明するためのフローチャートである。速度検出部２１は、車速センサから車両１００の速度を取得する（Ｓ１０）。速度検出部２１は、単位時間あたりの速度変化を算出する（Ｓ１１）。モード決定部２２は、速度検出部２１から車速および速度変化を取得し、ＳＯＣ推定部１２から二次電池９のＳＯＣを取得する（Ｓ１２）。
【００４６】
取得した速度変化をもとに減速中と判断される場合（Ｓ１３のＹ）、モード決定部２２は取得した車速が時速８０ｋｍ／ｈ以下であるか否か判定する（Ｓ１７）。時速８０ｋｍ／ｈ以下である場合（Ｓ１７のＹ）は減速充電モードに設定し（Ｓ２３）、時速８０ｋｍ／ｈを超える場合（Ｓ１７のＮ）は停止モードに設定する（Ｓ２１）。
【００４７】
減速中と判断されない場合（Ｓ１３のＮ）、モード決定部２２は取得した速度変化（加速）が（１ｋｍ／ｈ）／ｓ以下であるか否か判定する（Ｓ１４）。（１ｋｍ／ｈ）／ｓを超える場合（Ｓ１４のＮ）、モード決定部２２は取得した車速が時速４０ｋｍ／ｈ以下であるか否か判定する（Ｓ１８）。時速４０ｋｍ／ｈ以下である場合（Ｓ１８のＹ）はアシストモードに設定し（Ｓ２０）、時速４０ｋｍ／ｈを超える場合（Ｓ１８のＮ）は停止モードに設定する（Ｓ２１）。
【００４８】
取得した速度変化（加速）が（１ｋｍ／ｈ）／ｓ以下である場合（Ｓ１４のＹ）、モード決定部２２は取得した二次電池９のＳＯＣと目標ＳＯＣを比較する（Ｓ１５）。二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣ以下である場合（Ｓ１５のＹ）、モード決定部２２は取得した車速が時速６０ｋｍ／ｈ以下であるか否か判定する（Ｓ１９）。時速６０ｋｍ／ｈ以下である場合（Ｓ１９のＹ）は定速充電モードに設定し（Ｓ２２）、時速６０ｋｍ／ｈを超える場合（Ｓ１９のＮ）は停止モードに設定する（Ｓ２１）。
【００４９】
二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣを超える場合（Ｓ１５のＮ）、モード決定部２２は取得した車速が時速３５ｋｍ／ｈ以下であるか否か判定する（Ｓ１６）。時速３５ｋｍ／ｈ以下である場合（Ｓ１６のＹ）はアシストモードに設定し（Ｓ２０）、時速３５ｋｍ／ｈを超える場合（Ｓ１６のＮ）は停止モードに設定する（Ｓ２１）。
【００５０】
モード決定部２２は基本的に、以上に示した条件をもとにモータ７の動作モードを切り換える。しかしながら定速充電モードに設定されている状態で、上記の条件を適用すると小さな加減速または小さなＳＯＣ変化で他のモードに切り換わる可能性がある。例えば、ＳＯＣが目標ＳＯＣに近い状態ではモードが切り換わり易くなる。このように定速充電モードでは、設計者が切り換えを意図しない軽微な状態変化で、動作モードが頻繁に切り換わる可能性がある。そこで定速充電モードに設定されている状態では、切換条件を厳しくして定速充電モードの維持にヒステリシス特性を持たせる。
【００５１】
図９は、本発明の実施例に係る、定速充電モードにおけるモード切換方法の一例を説明するためのフローチャートである。モード決定部２２は定速充電モードに設定すると目標ＳＯＣを大きな値に切り換える。具体的には目標ＳＯＣに設定値α（例えば、３％〜５％程度の値）を加算する（Ｓ２２０）。モード決定部２２は二次電池９のＳＯＣと目標ＳＯＣを比較する（Ｓ２２１）。二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣを超えると（Ｓ２２１のＮ）、モード決定部２２は目標ＳＯＣから、加算した設定値αを減算して目標ＳＯＣを元に戻して（Ｓ２１４）、定速充電モードを終了する。定速充電モードが終了すると、車速に応じてアシストモード又は停止モードに移行する。
【００５２】
二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣ以下の場合（Ｓ２２１のＹ）、モード決定部２２は速度変化が設定範囲内であるか否か判定する（Ｓ２２２）。この設定範囲は、定速充電モードへの突入を判定するための設定範囲（上述の例では０〜（１ｋｍ／ｈ）／ｓ）と別に設けられる。例えば、（−２〜＋２ｋｍ／ｈ）／ｓのように負の速度変化も含み、突入時の設定範囲より広く設定される。速度変化が解除判定用の設定範囲内である場合（Ｓ２２２のＹ）、突入判定用の設定範囲に関係なく定速充電モードを維持する（Ｓ２２３に遷移）。速度変化が解除判定用の設定範囲を超える場合（Ｓ２２２のＮ）、モード決定部２２は目標ＳＯＣから、加算した設定値αを減算して目標ＳＯＣを元に戻して（Ｓ２１４）、定速充電モードを終了する。定速充電モードが終了すると、車速に応じてアシストモード、回生充電モード又は停止モードに移行する。
【００５３】
定速充電モードが維持された状態で、モード決定部２２は、アクセルを制御する図示しないＥＣＵからアクセル開度を取得し、アクセル開度が設定値以上、変化したか否か判定する（Ｓ２２３）。この設定値は運転者の加速要求または減速要求を判定するための値であり、実験やシミュレーションにより得られた値に設定できる。アクセル開度が当該設定値以上、変化した場合（Ｓ２２３のＹ）、モード決定部２２は目標ＳＯＣから、加算した設定値αを減算して目標ＳＯＣを元に戻して（Ｓ２１４）、定速充電モードを終了する。定速充電モードが終了すると、車速に応じてアシストモード、減速充電モード又は停止モードに移行する。アクセル開度が当該設定値以上、変化していない場合（Ｓ２２３のＮ）、定速充電モードを維持する（Ｓ２２１に遷移）。なお図示しないがブレーキ開度も取得し、そのブレーキ開度の変化から減速要求を認識してもよい。
【００５４】
図１０は、目標ＳＯＣの切換えの具体的イメージを示す図である。グラフの上側がＳＯＣの推移を、下側が車速の推移を示している。横点線が目標ＳＯＣを示している。図１０に示すように定速充電モードに設定されている期間、目標ＳＯＣが大きな値に変更される。定速充電モードが解除されると目標ＳＯＣが元に戻る。このように定速充電モードの解除条件を他のモードの解除条件より厳格化することにより、定速充電モードにヒステリシス特性を持たせることができる。これにより各設定値の境界で頻繁なモード切り換えが発生することを抑制できる。
【００５５】
次に充電時の充電レートについて説明する。減速充電モードでも定速充電モードでも、モータ７から二次電池９への充電電流は、モータ７の定格出力電流の範囲内、且つ二次電池９の充電電流制限値の範囲内の値に設定される。充電電流制限値は二次電池９のＳＯＣ及び温度により異なるため、充電レート設定部２４は、充電時点の二次電池９のＳＯＣ及び温度を取得して、充電電流制限値を設定する。
【００５６】
図１１は、本発明の実施例に係る、定速充電モードにおける充電方法の一例を説明するためのフローチャートである。速度検出部２１は、車速センサから車両１００の速度を取得する（Ｓ２２５）。モード決定部２２は、速度検出部２１から車速を取得し、ＳＯＣ推定部１２から二次電池９のＳＯＣを取得する（Ｓ２２６）。モード決定部２２は、車速に応じて目標ＳＯＣを設定する（Ｓ２２７）。図６に示した例では目標ＳＯＣを、時速３５ｋｍ／ｈ以下で３０％、時速３５〜６０ｋｍ／ｈの範囲で６０％に設定した。時速３５〜６０ｋｍ／ｈの範囲で目標ＳＯＣを固定でなく可変させてもよい。例えば、車速が速いほど目標ＳＯＣを下げてもよい。
【００５７】
図１２は、目標ＳＯＣの車速に応じた変更処理の一例を示す図である。図１２に示す例では、目標ＳＯＣを定速時アシスト上限速度の３５ｋｍ／ｈ以下で３０％に設定し、３５ｋｍ／ｈを超えたところで６０％に設定し、定速時充電上限速度の６０ｋｍ／ｈに到達したところで５０％に設定している。３５〜６０ｋｍ／ｈの間の目標ＳＯＣは、６０％から５０％にリニアに減少させている。
【００５８】
目標ＳＯＣは高いほど充電機会が増える。定速時アシスト上限速度以下の速度ではモータ７でアシストすることが原則であり、できるだけ定速充電モードに移行しないように目標ＳＯＣを低く設定している。定速時アシスト上限速度を若干上回る速度では、少しの減速でアシストモードに突入するため、できるだけ二次電池９の容量を高く維持していることが望まれる。そこで目標ＳＯＣを高く設定して充電機会を増やしている。しかしながら定速時の充電は、モータ７の負荷によりエンジントルクが増大し燃費を低下させる作用がある。その観点では定速時の充電が多くなり過ぎないことが望まれる。車速が定速時アシスト上限速度を上回る程度が大きくなると、直ぐにアシストモードに突入する可能性が低くなる。そこで目標ＳＯＣを相対的に低く設定して充電機会を相対的に減らしている。
【００５９】
定速時充電上限速度は、原理的に充電上限速度の８０ｋｍ／ｈまで上げることができる。目標ＳＯＣの上記直線を延長すると、６０ｋｍ／ｈに到達したところで目標ＳＯＣは４２％になる。
【００６０】
図１１に戻る。充電レート設定部２４は、設定された目標ＳＯＣと、ＳＯＣ推定部１２により推定された二次電池９のＳＯＣとの差分値に応じて、充電レートを設定する（Ｓ２２８）。具体的には当該差分値が大きいほど充電レートを高く設定し、当該差分値が小さいほど充電レートを低く設定する。例えば当該差分値と充電レートの関係を規定した図示しないテーブルを予め保持し、充電レート設定部２４は当該テーブルを参照して充電レートを決定する。なおテーブルの代わりにグラフや数式などで、当該差分値と充電レートの関係を規定しておいてもよい。
【００６１】
モード決定部２２は、図９に示した定速充電モードの解除条件を満足した場合（Ｓ２２９のＹ）は定速充電モードを解除し、解除条件を満足しない間（Ｓ２２９のＮ）は定速充電モードを維持する（Ｓ２２５に遷移）。
【００６２】
充電レートが低いほどモータ７の負荷が低下し、エンジンに追加されるトルクが減少する。また二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣに到達すると定速充電モードが解除される。従って上記差分値が小さくなるほど（即ち二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣに近づくほど）、充電レートを下げてモータ７の負荷を小さくしていくことにより、定速充電モード解除時のエンジントルクの変動を小さくできる。なお定速充電モード時の充電レート変更処理はオプションであり、システム構成を単純化するため充電レートを固定してもよい。
【００６３】
次にアシスト上限速度の変更処理について説明する。上限速度変更部２３は、設定された走行期間中におけるアシスト上限速度を超える期間とアシスト上限速度以下の期間との割合、及び当該走行期間終了時の二次電池９のＳＯＣに応じて、アシスト上限速度を動的に変更する。
【００６４】
図１３は、本発明の実施例に係る、アシスト上限速度の変更処理の一例を説明するためのフローチャートである。上限速度変更部２３は、走行中の一定期間、速度を監視し、走行中のアシスト上限速度を超える期間をカウントする（Ｓ３１）。また走行中のアシスト上限速度以下の期間をカウントする（Ｓ３２）。このカウントを、設定された走行期間が経過するまで（Ｓ３３のＹ）、継続する（Ｓ３３のＮ）。設定された走行期間が経過すると（Ｓ３３のＹ）、上限速度変更部２３は、ＳＯＣ推定部１２により推定された二次電池９のＳＯＣと、目標ＳＯＣを比較する（Ｓ３４）。
【００６５】
二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣより小さい場合（Ｓ３４のＹ）、上限速度変更部２３は、設定された走行期間中のアシスト上限速度を超える期間と、アシスト上限速度以下の期間の割合を算出する（Ｓ３５）。この割合は、アシスト上限速度以下の期間がアシスト上限速度を超える期間より長いほど小さな値になる。上限速度変更部２３は、算出した割合と設定値を比較する（Ｓ３６）。算出した割合が設定値より小さい場合（Ｓ３６のＹ）、上限速度変更部２３は、アシスト上限速度を低速側にシフトする。具体的にはアシスト上限速度から設定値βを減算する（Ｓ３７）。
【００６６】
この設定値βは、算出した割合と、当該割合と比較される設定値との差分値に比例した値に設定される。即ち当該差分値が大きいほど設定値βに大きな値が設定される。当該差分値が大きい場合にアシスト上限速度を大きく動かすことにより、アシスト上限速度変更によるＳＯＣ回復の感度を高める趣旨である。アシスト上限速度から設定値βを減算してアシスト上限速度を変更した後、ステップＳ３０に遷移する。ステップＳ３６にて算出した割合が設定値以上の場合（Ｓ３６のＮ）、アシスト上限速度を変更せずにステップＳ３０に遷移する。
【００６７】
ステップＳ３４にて、二次電池９のＳＯＣが目標ＳＯＣ以上の場合（Ｓ３４のＮ）、上限速度変更部２３は、アシスト上限速度を初期値に戻し（Ｓ３８）、ステップＳ３０に遷移する。なおアシスト上限速度が変更されていない場合はアシスト上限速度をそのまま維持する。上限速度変更部２３は、設定された走行期間が終了すると（Ｓ３０のＹ）、当該アシスト上限速度の変更処理を終了させる。
【００６８】
設定された走行期間中のアシスト上限速度以下の期間が長く、当該走行期間の終了時のＳＯＣが低い場合、走行期間中の充電量に対して、アシストによる放電量のほうが多いことを意味している。そこで当該アシスト上限速度の変更処理によりアシスト上限速度を低速側に移動させることにより、アシストによる放電量を減らし、二次電池９の充電量と放電量のバランスを改善させることができる。
【００６９】
当該上限速度の変更処理は、定速時アシスト上限速度にも適用できる。当該上限速度の変更処理を、アシスト上限速度と定速時アシスト上限速度の両方に適用してもよいし、一方にのみ適用してもよい。例えば、定速時アシスト上限速度に適用してアシスト上限速度は固定する場合、低速走行から加速する時の瞬間的な違和感を低減しつつ、定速時アシスト上限速度の変更処理により、二次電池９の充電量と放電量のバランスを改善させることができる。
【００７０】
当該上限速度の変更処理は、定速時充電上限速度にも適用できる。この場合、上記の条件を満たしたとき低速側ではなく、高速側に定速時充電上限速度をシフトする。これにより、充電機会を増やし、二次電池９の充電量と放電量のバランスを改善させることができる。これらの上限速度変更処理はオプションであり、システム構成を単純化するため各上限速度を固定してもよい。
【００７１】
図３に戻る。トルク配分決定部２５は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する。トルク配分決定部２５は、アクセルを制御する図示しないＥＣＵからアクセル開度を取得し、エンジンＥＣＵ３０からエンジン１の回転数を取得する。トルク配分決定部２５は、当該アクセル開度およびエンジン１の回転数から、運転者が要求する要求トルクを算出する。トルク配分決定部２５は、図示しないアシストマップを参照して、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する。なお本明細書は、最適なトルク配分を実現する技術に注目したものではないため、トルク配分の具体的な説明は省略する。設計者は本出願時点で公知のトルク配分アルゴリズムのいずれかを任意に選択して採用できる。
【００７２】
トルク配分決定部２５は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する際、設定された放電レートでモータ７を稼働した場合に得られるモータトルクを算出する。トルク配分決定部２５は算出したモータトルクと、トルク配分アルゴリズムにより配分したモータトルクを比較する。前者が後者より小さい場合、モータ７に配分すべきモータトルクを前者に置き換える。この場合トルク配分決定部２５は、エンジン１に配分すべきエンジントルクに、置き換え前後のモータトルクの差分を加算する。
【００７３】
またトルク配分決定部２５は、要求トルクに対するエンジントルクとモータトルクの配分を決定する際、上述したアシスト上限速度および定速時アシスト上限速度の制限にも従う。具体的にはトルク配分決定部２５は、車速センサから得られる車速が当該アシスト上限速度または定速時アシスト上限速度を超える場合、モータ７に配分すべきモータトルクをゼロにする。
【００７４】
トルク配分決定部２５は、当該アシスト上限速度または定速時アシスト上限速度に到達してアシストモードを解除する際、モータトルクを徐々に弱めながら、エンジン単独駆動状態に移行させる。これにより、モータアシスト状態からエンジン単独駆動状態に滑らかに移行できる。
【００７５】
トルク配分決定部２５は、決定したエンジントルクをエンジンＥＣＵ３０に送信する。エンジンＥＣＵ３０は、ＨＶＥＣＵ２０から受信したエンジントルクを、エンジンスロットル開度に変換し、エンジンスロットルを制御する。トルク配分決定部２５は、設定された放電レートを、インバータ８に含まれる駆動回路に送信する。当該駆動回路は、ＨＶＥＣＵ２０から受信した放電レートをもとに、インバータ８に含まれるスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ）の駆動信号を生成する。例えば当該駆動回路は、スイッチング素子のデューティ比、または同一アームを構成するスイッチング素子間の位相差を制御して、二次電池９からモータ７に取り出す電力量を調整する。
【００７６】
トルク配分決定部２５は、モード決定部２２から定速充電モードまたは減速充電モードに設定されたことを示す信号を受信すると、充電レート設定部２４により設定された充電レートを、インバータ８に含まれる駆動回路に送信する。当該駆動回路は、ＨＶＥＣＵ２０から受信した充電レートをもとに、インバータ８に含まれるスイッチング素子の駆動信号を生成する。これによりモータ７から二次電池９に取り出す電力量を調整する。
【００７７】
トルク配分決定部２５は充電時、上述した充電上限速度または定速時充電上限速度の制限に従う。具体的にはトルク配分決定部２５は、車速センサから得られる車速が当該充電上限速度または定速時充電上限速度を超える場合、インバータ８に遮断信号を送信して、モータ７から二次電池９への電力供給を遮断する。モータ７の停止によるトルクの不足分は、前記したようにエンジン１により発生させる。
【００７８】
以上説明したように本実施の形態に係る車両駆動制御システム４０は、減速時に回生充電する減速充電モード以外に、定速走行中にモータ７の回転を利用して発電・充電する定速充電モードを備える。従って定速状態にて二次電池９のＳＯＣが低下した場合、定速充電モードに移行して充電することにより、二次電池９のＳＯＣを回復させることができる。よってアシスト機会の減少を抑え、モータアシストによる燃費改善効果を十分に享受できる。また充電機会を増やすことにより燃費改善効果を確保しつつ、二次電池９を小型化できる。従ってシステムの小型化および低コスト化を実現できる。
【００７９】
またモータ７の動作モード切換え時のモータトルクを適切に制御することにより、ドライバビリティを確保できる。またアシスト上限速度および充電上限速度に加えて、定速時アシスト上限速度および定速時充電上限速度を設けることにより、定速走行時の放電と充電のバランスを柔軟に調整できる。
【００８０】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。こられ実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００８１】
上述の実施の形態では電池ＥＣＵ１０でＳＯＣ推定処理を行い、ＨＶＥＣＵ２０でモード決定処理、充電レート決定処理、上限速度変更処理、トルク配分処理、インバータ８の制御を行った。これらの各処理の分担は一例であり、これらの処理を電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０で任意に分担できる。また電池ＥＣＵ１０とＨＶＥＣＵ２０を一体化したＥＣＵを用いて、当該ＥＣＵでこれらの処理を一括で行ってもよい。
【００８２】
また上述の実施の形態ではエンジン１で駆動する駆動軸と異なる駆動軸に、一つのモータ７を連結する例を説明したが複数のモータを連結してもよい。複数のモータを連結する場合、一つのモータは発電効率が高い発電専用のモータとしてもよい。また回転速度に対して高効率な領域が異なる複数のモータを連結してもよい。例えば、時速３５ｋｍ／ｈ以下の領域での使用に特化したモータと、時速３５ｋｍ／ｈを超える領域での使用に特化したモータを連結してもよい。
【００８３】
また上述の実施の形態ではエンジン１で駆動する駆動軸のパワー系と、モータ７で駆動する駆動軸のパワー系を独立する構成を前提としたが、両者のパワー系が電気的に接続される構成への本発明の適用を排除するものではない。
【００８４】
また上述の実施の形態では一定速を速度の変化で定義したが、自動速度調整機能が設定され、動作状態下にある場合、一定速走行と定義しても良い。
【符号の説明】
【００８５】
１００  車両、  １  エンジン、  ２，３  変速機、  ４ｆ  前輪、  ４ｒ  後輪、  ５ｆ，５ｒ  駆動軸、  ６ｆ，６ｒ  デフ、  ７  モータ、  ８  インバータ、  ９  二次電池、  １０  電池ＥＣＵ、  ２０  ＨＶＥＣＵ、  ３０  エンジンＥＣＵ、  ４０  車両駆動制御システム、  ５０  電源装置、  １１  監視データ取得部、  １２  ＳＯＣ推定部、  ２１  速度検出部、  ２２  モード決定部、  ２３  上限速度変更部、  ２４  充電レート設定部、  ２５  トルク配分決定部。
【図１】
2015140033.tif 000003
【図２】
2015140033.tif 000004
【図３】
2015140033.tif 000005
【図４】
2015140033.tif 000006
【図５】
2015140033.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015140033.tif 000009
【図８】
2015140033.tif 000010
【図９】
2015140033.tif 000011
【図１０】
2015140033.tif 000012
【図１１】
2015140033.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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