(57)【要約】      （修正有）【課題】ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の道路勾配を予測し、予測した道路勾配に応じて速やかなトルク制御を実現することで燃費やドライブフィールを向上させることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。【解決手段】車両ＥＣＵが、勾配センサにより検出された道路勾配を記憶した勾配履歴を確認するとともに、現在車速及び車両重量からバランス勾配θbalanceを算出し（Ｓ１）、下り勾配が増加している場合に（Ｓ２がＹｅｓ）、凸型の縦断曲線に基づき算出されるＬ／２先の道路勾配θn+1を推定し（Ｓ３）、当該推定した勾配θn+1がバランス勾配θbalanceより小となったときに（Ｓ４がＹｅｓ）、クラッチを切断し（Ｓ５）、モータによる回生運転を開始する（Ｓ６）。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行用駆動源としてのエンジン及びモータと、
自車両が走行している道路の勾配を検出する道路勾配検出部と、
前記道路勾配検出部により検出された道路勾配を記憶する道路勾配記憶部と、
前記自車両の駆動力を用いずに車速を維持可能なバランス勾配を算出するバランス勾配算出部と、
道路に設定された縦断曲線に基づき算出される下り勾配の変化率を用いて自車両前方の道路勾配を推定する道路勾配推定部と、
前記道路勾配推定部により推定される前記自車両前方の道路勾配が、前記バランス勾配算出部により算出されるバランス勾配未満となった場合に、前記モータによる回生を開始する走行制御部と、
を備えるハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のハイブリッド車両においては、ＧＰＳ（Global Positioning System）や地図情報等を活用して車両前方の道路勾配等を予測して、燃費を最小限に抑えるようにエンジン及びモータを制御する技術の開発が進められている。
例えば特許文献１では、ＧＰＳを利用して自車両の走行ルート上の勾配変化ポイント、勾配継続距離、勾配程度等の情報を検出し、その情報を基に走行抵抗の変動を予測している。そして、走行変動に対し出力トルクの補正制御を行わなくても車速が許容車速内に収まると推定されるトルク制御中断領域を予め設定し、当該トルク制御中断領域においては、エンジン及びモータの出力補正を行わないことで、無駄な出力の増大やトルク変動によるショック等を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０３８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ＧＰＳを用いることで自車両の走行ルート上における勾配変化ポイント、勾配継続距離、勾配程度等の多くの情報を取得して処理しているが、ＧＰＳを備えていなかったり、ＧＰＳの情報を正常に取得できなかったり、ＥＣＵの処理能力が低かったりする場合には、自車両前方の状況を正確に予測できず、特許文献１を有効に適用することができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の道路勾配を予測し、予測した道路勾配に応じて速やかなトルク制御を実現することで燃費やドライブフィールを向上させることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、車両の走行用駆動源としてのエンジン及びモータと、自車両が走行している道路の勾配を検出する道路勾配検出部と、前記道路勾配検出部により検出された道路勾配を記憶する道路勾配記憶部と、前記自車両の駆動力を用いずに車速を維持可能なバランス勾配を算出するバランス勾配算出部と、道路に設定された縦断曲線に基づき算出される下り勾配の変化率を用いて自車両前方の道路勾配を推定する道路勾配推定部と、前記道路勾配推定部により推定される前記自車両前方の道路勾配が、前記バランス勾配算出部により算出されるバランス勾配未満となった場合に、前記モータによる回生を開始する走行制御部と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記手段を用いる本発明によれば、ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の道路勾配を予測し、予測した道路勾配に応じて速やかなトルク制御を実現することで燃費やドライブフィールを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における制御装置を備えたハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】（ａ）凸型の縦断曲線の説明図、（ｂ）凹型の縦断曲線の説明図である。
【図３】車両ＥＣＵが実行する回生運転開始制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】車両ＥＣＵが実行する回生運転終了制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図５】回生運転開始制御及び回生運転終了制御を実行した一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は本実施形態の制御装置が搭載されたハイブリッド車両を示す全体構成図である。
ハイブリッド車両１はいわゆるパラレル型ハイブリッドのトラックとして構成されており、以下の説明では、車両又は自車両と称する場合もある。
【００１０】
車両１には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）２、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ３が搭載されている。エンジン２の出力軸にはクラッチ４が連結され、クラッチ４にはモータ３の回転軸を介して自動変速機５の入力側が連結されている。自動変速機５の出力側にはプロペラシャフト６を介して差動装置７が連結され、差動装置７には駆動軸８を介して左右の駆動輪９が連結されている。
【００１１】
自動変速機５は一般的な手動式変速機をベースとしてクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進６速後退１速の変速段を有している。当然ながら、変速機５の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、２系統の動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。
【００１２】
モータ３にはインバータ１０を介してバッテリ１１が接続されている。バッテリ１１に蓄えられた直流電力はインバータ１０により交流電力に変換されてモータ３に供給され、モータ３が発生した駆動力は自動変速機５で変速された後に駆動輪９に伝達されて車両１を走行させる（これを力行運転という）。また、例えば車両１の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪９側からの逆駆動によりモータ３が発電機として作動する。モータ３が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪９側に伝達されると共に、モータ３が発電した交流電力がインバータ１０で直流電力に変換されてバッテリ１１に充電される（これを回生運転という）。さらに、エンジン２が発生する駆動力によりモータ３を回転させて発電を行い、バッテリ１１を充電することも可能である（これをエンジン発電という）。
【００１３】
このようなモータ３が発生する駆動力は上記クラッチ４の断接状態に関わらず駆動輪９側に伝達され、これに対してエンジン２が発生する駆動力（以下、エンジントルクという）はクラッチ４の接続時に限って駆動輪９側に伝達される。従って、クラッチ４の切断時には、上記のようにモータ３が発生する正側の駆動力（以下、アシストトルクという）又は負側の駆動力（以下、回生トルクという）が駆動輪９側に伝達されて車両１が走行する。また、クラッチ４の接続時には、エンジン２及びモータ３の駆動力が駆動輪９側に伝達されたり、或いはエンジン２の駆動力のみが駆動輪側に伝達されたりして車両１が走行する。
【００１４】
車両ＥＣＵ１３は車両全体を統合制御するための制御回路である。そのために車両ＥＣＵ１３には、アクセルペダル１４の操作量を検出するアクセルセンサ１５、ブレーキペダル１６の踏込操作を検出するブレーキスイッチ１７、車両１の速度を検出する車速センサ１８、エンジン２の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ１９、及びモータ３の回転速度を検出するモータ回転速度センサ２０などの各種センサ・スイッチ類が接続されている。
【００１５】
また、車両ＥＣＵ１３には、図示はしないがクラッチ４を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機５を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ２２、インバータ制御用のインバータＥＣＵ２３、及びバッテリ１１を管理するバッテリＥＣＵ２４が接続されている。
【００１６】
車両ＥＣＵ１３は、運転者によるアクセル操作量などに基づき車両１を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ１１のＳＯＣ（充電量：State Of Charge）などに基づき車両１の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン２の駆動力のみを用いて走行するエンジン走行モード、モータ３の駆動力のみを用いて走行するモータ走行モード、及びエンジン２及びモータ３の駆動力を共に用いて走行するハイブリッド走行モード、エンジン２の駆動力を用いての走行を行いつつ、エンジン２の駆動力を用いてモータ３を回転させて発電を行うエンジン発電走行モードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ＥＣＵ１３が選択するようになっている。
【００１７】
車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン２やモータ３が出力すべきトルク指令値に換算する。例えばハイブリッド走行モードでは要求トルクをエンジン２側及びモータ３側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン２及びモータ３のトルク指令値を算出する。また、エンジン走行モードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン２へのトルク指令値に換算し、モータ走行モードでは要求トルクを変速段に基づきモータ３へのトルク指令値に換算する。さらにエンジン発電走行モードでは、要求トルクとモータ３による発電に要するトルクとを合わせた値をエンジン２のトルク指令値として算出する。
【００１８】
そして、車両ＥＣＵ１３は選択した走行モードを実行すべく、モータ走行モードでは上記クラッチ４を切断し、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードではクラッチ４を接続した上で、エンジンＥＣＵ２２及びインバータＥＣＵ２３にトルク指令値を適宜出力する。また、車両１の走行中において車両ＥＣＵ１３は、アクセル操作量や車速などに基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ４の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。
【００１９】
一方、エンジンＥＣＵ２２は、車両ＥＣＵ１３において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように噴射量制御や噴射時期制御を実行する。例えばエンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン２に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、モータ走行モードの場合には、燃料噴射の中止によりエンジン２を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。
【００２０】
また、インバータＥＣＵ２３は、車両ＥＣＵ１３において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように、インバータ１０を介してモータ３を駆動制御する。例えばモータ走行モードやハイブリッド走行モードでは、正側のトルク指令値に対してモータ３を力行制御してアシストトルクを発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ３を回生制御して回生トルクを発生させる。また、エンジン走行モードの場合には、モータ３の駆動力を０に制御する。さらにエンジン発電走行モードの場合には、エンジン２の駆動力を受けて回生トルクを発生させる。
【００２１】
また、バッテリＥＣＵ２４は、バッテリ１１の温度、バッテリ１１の電圧、インバータ１０とバッテリ１１との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ１１のＳＯＣ（充電量）を算出し、このＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ１３に出力する。
【００２２】
一方、車両ＥＣＵ１３は、高速道路等における道路勾配の設計基準である縦断曲線を利用して自車両前方の道路勾配を推定し、推定した道路勾配に応じて走行モードの切換制御を行う。
詳しくは、自動車の交通の安全性・円滑性の観点から、縦断勾配の変異する箇所において、勾配の急な変化による衝撃を緩和し、視距を確保するため、緩やかにすりつける区間として縦断曲線の設置等が法規で定められている。縦断曲線は図２（ａ）（ｂ）に示すように凸型曲線及び凹型曲線のそれぞれに、曲線半径Ｒａ、Ｒｂ（ｍ）及び縦断曲線の長さＬ（ｍ）が設計基準として設定されている。例えば、東名高速道路の場合、設計速度は１２０ｋｍ／ｈ、曲線半径Ｒａは１１０００ｍ、Ｒｂは４０００ｍ、縦断曲線の長さＬは１００ｍである。
【００２３】
したがって、当該縦断曲線の設計基準から縦断曲線の長さＬ（ｍ）の半分（Ｌ／２）先の道路勾配は計算で求めることができる。仮に上り坂から下り坂に移行した際は凸型曲線の基準を適用して、距離Ｌ／２先の勾配変化を予測し、下り坂から上り坂に移行した際は凹型曲線の基準を適用して距離Ｌ／２先の勾配変化を予測することが可能になる。以下、本実施形態では、縦断曲線の長さをＬ（ｍ）とし、凸型曲線の坂におけるＬ/２（ｍ）毎の勾配変化率がΔθa（％）、凹型曲線の坂におけるＬ/２（ｍ）毎の勾配変化率がΔθb（％）に設定されているものとして説明する。
【００２４】
車両ＥＣＵ１３は、このような縦断曲線を用いて自車両前方の道路勾配を推定すべく、自車両１が走行している道路の勾配を検出する勾配センサ３０（道路勾配検出部）が接続されている。さらに当該車両ＥＣＵ１３内部には、勾配センサ３０により検出された道路勾配を逐次記憶していく道路勾配記憶部３１、自車両１の駆動力を用いずに車速を維持可能なバランス勾配θbalanceを算出するバランス勾配算出部３２、道路に設定された縦断曲線に基づき算出される下り勾配の変化率を用いて自車両前方の道路勾配を推定する道路勾配推定部３３を有している。
【００２５】
車両ＥＣＵ１３は、道路勾配推定部３３により推定される自車両前方の道路勾配が、バランス勾配算出部３２により算出されたバランス勾配θbalance未満となった場合にモータ走行モードでの回生運転に切り替え、バランス勾配θbalance以上となった場合に回生運転を終了して、モータ走行モードでの力行運転又はハイブリッド走行モードへの切り替えを行う（走行制御部）。
【００２６】
以下、このように構成された車両ＥＣＵ１３において実行される縦断曲線に基づき推定される道路勾配を用いた走行モード切替制御について説明する。図３には回生運転開始制御ルーチンについて、図４には回生運転終了制御ルーチンについて、それぞれフローチャートで示されており、以下これらのフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
まず、回生運転開始制御として車両ＥＣＵ１３は、図３のステップＳ１に示すように道路勾配記憶部３１において記憶されている勾配履歴を確認し、バランス勾配算出部３２において車速センサ１８により検出される現在の車速及び現在の車重からバランス勾配θbalanceを算出する。
【００２８】
次にステップＳ２では、道路勾配記憶部３１に記憶されている勾配履歴と勾配センサ３０により検出された現在の道路勾配θnとから、下り勾配が増加しているか否かを判定する。つまり、自車両１が登坂路から降坂路に移っていたり、降坂路の勾配がきつくなっているか否かを判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち登坂路走行中や降坂路において下り勾配が緩くなっている場合等は、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合は次のステップＳ３に進む。
【００２９】
ステップＳ３では、道路勾配推定部３３において、現在の道路勾配θnに凸型の縦断曲線におけるＬ／２（ｍ）先の勾配変化率Δθa（％）を加えることで、縦断曲線の長さＬ／２（ｍ）先の道路勾配θn+1（＝θn+Δθa）を推定する。
ステップＳ４では、上記ステップＳ３で推定した道路勾配θn+1（以下推定勾配という）が、ステップＳ１で算出したバランス勾配θbalanceより小であるか否か判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち自車両前方の推定勾配θn+1がバランス勾配θbalanceよりも緩い降坂路である場合は、車速を維持するのに自車両１の駆動力が必要であるため当該ルーチンをリターンする。一方、当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち推定勾配θn+1がバランス勾配θbalanceを下回る降坂路となることが予測された場合は次のステップＳ５に進む。
【００３０】
ステップＳ５において、車両ＥＣＵ１３は、クラッチ４を切断状態としてモータ走行モードに移行させる。なお、元々モータ走行モードでクラッチ４が切断状態であった場合は、クラッチ４の切断状態を維持する。
続くステップＳ６において、車両ＥＣＵ１３はモータ３に回生トルクを発生させ、回生運転を開始する。
【００３１】
そしてステップＳ７として、車両ＥＣＵ１３は、モータ３による回生運転を開始後もステップＳ３と同様にその時点における道路勾配θnに凸型の縦断曲線に基づくＬ／２先の勾配変化率Δθaを加算して推定勾配θn+1を算出し、当該推定勾配θn+1がその時点の道路勾配θnよりきつくなる毎にモータ３の回生トルクを増大させることで可能な限り回生運転によるバッテリへのエネルギ蓄積を増大させる。
【００３２】
一方、車両ＥＣＵ１３は上記ステップＳ６での回生運転開始後から、図４に示す回生運転終了制御ルーチンを実行する。
当該回生運転終了制御として車両ＥＣＵ１３は、図４のステップＳ１０に示すように、降坂路の下り道路勾配が減少しているか否かを判定する。具体的には、勾配履歴から直近の道路勾配θn-1より現在の道路勾配θnが大となったか否か、即ち道路勾配の変化率Δθが正になったか否かで判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち下り勾配が維持されているか、さらにきつくなっている場合は、モータ３の回生運転を継続すべく当該ルーチンをリターンする。一方、当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、次のステップＳ１１に進む。
【００３３】
ステップＳ１１では、道路勾配推定部３３において、現在の道路勾配θnに凹型の縦断曲線におけるＬ／２（ｍ）先の勾配変化率Δθb（％）を加えることで、縦断曲線の長さＬ／２（ｍ）先の道路勾配θn+1（＝θn+Δθb）を推定する。
ステップＳ１２では、上記ステップＳ１１で推定した道路勾配θn+1（以下推定勾配という）が、バランス勾配θbalance以上であるか否かを判定する。当該判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち自車両前方の推定勾配θn+1が未だバランス勾配θbalanceよりもきつい降坂路である場合は回生運転を維持するよう当該ルーチンをリターンする。一方、当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち自車両前方の推定勾配θn+1がバランス勾配θbalance以上の緩い降坂路又は登坂路となることが予測された場合は次のステップＳ１３に進む。
【００３４】
ステップＳ１３では、車両ＥＣＵ１３は、モータ３による回生運転を終了させ次のステップＳ１４に進む。
ステップＳ１４では、推定勾配θn+1が、モータ３のアシストトルクのみで車速を維持できる勾配θmotor未満であるか否かを判定する。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ１５に進む。
【００３５】
ステップＳ１５では、車両ＥＣＵ１３はクラッチ４を切断状態のままモータ走行モードでモータ３のアシストトルクを発生させる。つまり、モータ３の力行走行により車速を維持し、当該ルーチンを終了する。
一方、上記ステップＳ１４の判定結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち、推定勾配θn+1がモータ単独で車速を維持可能なθmotor以上である場合は、ステップＳ１６に進む。
【００３６】
ステップＳ１６では、車両ＥＣＵ１３は直ちにクラッチ４を接続状態とし、エンジン２によるエンジントルクを発生させることで、ハイブリッド走行モードに移行して、当該ルーチンを終了する。
ここで図５を参照すると、上記回生運転開始制御及び回生運転終了制御を実行した一例を示した説明図が示されている。
【００３７】
図５において、車両１は降坂路に突入し徐々に下り勾配がきつくなっているｔ１時点にあり、道路勾配記憶部３１にはθn-1、θn-2、θn-3・・・の道路勾配履歴が記憶されている。そして、ｔ１時点での道路勾配θnはバランス勾配θbalance以上であるが、凸型の縦断曲線に基づくＬ／２（ｍ）先の推定勾配θn+1はバランス勾配θbalance未満であることから、車両ＥＣＵ１３はこのｔ１時点からクラッチを切断してモータ３による回生運転に切り替える。これにより、車両１が実際にバランス勾配θbalanceに到達するｔ２時点となる前から、モータ３の回生運転への移行を開始することとなり、ｔ２時点になったときにはモータ３の回生運転への切り替えを完了させることができる。
【００３８】
また、図５において、車両１はｔ３時点で勾配変化が正となる曲率変化点を通過する。そして、車両１がｔ４時点の位置に到達したときには、道路勾配θnは未だバランス勾配θbalance未満であるが、凹型の縦断曲線に基づくＬ／２（ｍ）先の推定勾配θn+1はバランス勾配θbalance以上であることから、車両ＥＣＵ１３はこのｔ４時点からモータ３による回生運転を終了し、力行運転又はハイブリッド走行モードへの切り替えを行う。これにより、車両１が実際にバランス勾配θbalanceを超えるｔ５時点となる前から、モータ３の回生運転を終了して次の走行モードへの移行を開始することとなり、実際にｔ５時点になったときには次の走行モードへの切り替えを完了させることができる。
【００３９】
以上のように、車両ＥＣＵ１３は、ＧＰＳ等を用いずに、道路勾配推定部３３において縦断曲線に基づくＬ／２（ｍ）先の勾配変化率Δθａ、Δθｂを用いて、自車両前方の道路勾配θn+1を推定し、当該推定した道路勾配θn+1とバランス勾配θbalanceを比較することでモータ３による回生運転の切り替えを行っている。
【００４０】
これにより実際に車両１がバランス勾配θbalanceに到達する前に、クラッチ４の断接等を行うことができ、いち早くモータ３の回生運転の開始及び終了を完了させることができる。つまり、比較的時間を要するクラッチ４の断接、エンジン２の再始動等を事前に行うことがよりできることで、速やかに走行モードの切換を行うことができる。従って走行モードの切換の遅れに起因する走行モードの切換のハンチング等も予防することができ、ドライブフィールを向上させることができる。また、モータ３の使用割合を無駄なく増加させることができることで、ハイブリッドシステムを活用した燃費改善効果をより確実に享受することができることとなる。
【００４１】
このようなことから本実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置は、ＧＰＳからの情報の取得及び処理を必要とせずに自車両前方の道路勾配を推定し、推定した道路勾配に応じて速やかなトルク制御を実現することで燃費やドライブフィールを向上させることができる。
【００４２】
以上で本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、推定勾配θn+1を算出する際に凸型及び凹型の縦断曲線に基づく勾配変化率Δθａ及びΔθｂをそのまま用いているが、当該勾配変化率Δθａ、Δθｂは、道路勾配記憶部３１に記憶されている勾配センサ３０により検出した実勾配により逐次補正を行い学習させた値としてもよい。それにより、実際の道路状況に応じたより精度の高い走行制御を行うことができる。
【符号の説明】
【００４３】
２    エンジン
３    モータ
１１  バッテリ
１３  車両ＥＣＵ
２２  エンジンＥＣＵ
２３  インバータＥＣＵ
３０  勾配センサ（勾配検出部）
３１  道路勾配記憶部
３２  バランス勾配算出部
３３  道路勾配推定部
【図１】
2015123926.tif 000003
【図２】
2015123926.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015123926.tif 000006
【図５】
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