(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両において、省燃費及びドライバビリティの向上を図る。【解決手段】走行開始時には、バッテリ０に蓄えた電力をモータジェネレータ２に供給し、エンジン１をアシストさせて加速性を補う。加速のアシストで消費した電力は、定常走行時に排ガス発電して充電する。バッテリ０の充電状態が回復した後は、排ガス発電した電力をそのままモータジェネレータ２に供給する。そして、モータジェネレータ２によるアシスト量に応じてスロットル開度を制御し、エンジン出力を低下させる。【選択図】図２
2009126303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開度を電子的に調節し得るスロットルを有したエンジンと、
エンジンの排気通路に配設したタービンと、
排ガスによってタービンが駆動されることで排ガス発電する排ガス発電機と、
走行用のモータジェネレータと、
モータジェネレータの電源となるバッテリと、
加速から定常走行に移行したときに、排ガス発電機で排ガス発電した電力の少なくとも一部をバッテリに充電させ、バッテリの充電状態が回復した後にはモータジェネレータに排ガス発電した電力のみを供給してエンジンをアシストさせ、さらにそのアシスト量に応じてエンジン出力を低減させるようにスロットル開度を調節する制御手段と
を具備する車両制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、走行開始からエンジン回転数が上昇するのに応じて、バッテリからモータジェネレータに電力を供給する状態、バッテリ及び排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態、さらには排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態へと遷移させる制御を行う請求項１記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、走行開始から排ガス発電量が上昇するのに応じて、バッテリからモータジェネレータに電力を供給する状態、バッテリ及び排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態、さらには排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態へと遷移させる制御を行う請求項１記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、走行開始時にモータジェネレータにエンジンをアシストさせ、加速から定常走行に移行した後、そのアシストで消費した電力量分をバッテリに充電させる請求項１、２または３記載の車両制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、減速するときに、バッテリが充電可能な状態にあればモータジェネレータによる回生を行う請求項１、２、３または４記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、加速から定常走行に移行したときには排ガス発電機で排ガス発電した電力を所定の第一目標容量に達するまでバッテリに充電させ、減速するときにはモータジェネレータで回生した電力を第一目標容量よりも高い第二目標容量に達するまでバッテリに充電させる請求項１、２、３、４または５記載の車両制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、アクセル操作の変化量が大きい場合には、小さい場合に比べて走行開始時にモータジェネレータにエンジンをアシストさせる量を多く設定する請求項６記載の車両制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、アクセル操作の変化量が大きい場合には、小さい場合に比べて前記第一目標容量を少なく設定する請求項６記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてハイブリッド車両における走行制御を担う制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、エンジンとモータジェネレータとを組み合わせて動力源としたハイブリッド車両の開発が進んでいる。ハイブリッド車両では、減速時にモータジェネレータを発電機として作動させ、機械エネルギを電気エネルギに変換して蓄える回生を実施する。
【０００３】
また、エンジンは、燃焼ガスの排気を通じて熱エネルギを捨てている。この熱エネルギを回収、再利用するべく、排ガスタービンを介してコンプレッサを駆動するターボチャージャを配設することもある（例えば、下記特許文献を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７００５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
重量が軽い車両、その上小排気量のエンジンを搭載した車両では、回生作動で得られる電気エネルギが少ない傾向にあり、総じて省燃費効果が限定的となる。
【０００５】
ガソリンエンジンにターボチャージャを付随させる場合には、ノッキング対策のために圧縮比を抑制する必要があり、その分効率が低下する。
【０００６】
以上に鑑みてなされた本発明は、ハイブリッド車両において、省燃費及びドライバビリティの向上を図ることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、開度を電子的に調節し得るスロットルを有したエンジンと、エンジンの排気通路に配設したタービンと、排ガスによってタービンが駆動されることで排ガス発電する排ガス発電機と、走行用のモータジェネレータと、モータジェネレータの電源となるバッテリと、加速から定常走行に移行したときに、排ガス発電機で排ガス発電した電力の少なくとも一部をバッテリに充電させ、バッテリの充電状態（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が回復した後にはモータジェネレータに排ガス発電した電力のみを供給してエンジンをアシストさせ、さらにそのアシスト量に応じてエンジン出力を低減させるようにスロットル開度を調節する制御手段とを具備する車両制御装置を構成した。
【０００８】
走行開始時には、バッテリに蓄えた電力をモータジェネレータに供給し、エンジンをアシストさせて加速性を補う。加速のアシストで消費した電力は、定常走行時に排ガス発電して充電する。バッテリのＳＯＣが回復した後は、排ガス発電した電力をそのままモータジェネレータに供給する。そして、モータジェネレータによるアシスト量に応じてエンジン出力を低下させる。これにより、比較的軽量な車両や小排気量のエンジンを搭載した車両であっても、省燃費及びドライバビリティの向上を実現できる。
【０００９】
しかも、排ガス発電は、エンジンの回転数がある程度以上高いときに有効に実施できる。即ち、高速巡航中にこそより多く発電し、モータジェネレータにエンジンをアシストさせることができる。減速時の回生に重きをおく従前のハイブリッド車両では、高速巡航中に十分な回生電力を得られず、ＳＯＣが低下することがあるが、本発明に係る車両制御装置によればこの問題を回避できる。
【００１０】
前記制御手段は、走行開始からエンジン回転数または排ガス発電量が上昇するのに応じて、バッテリからモータジェネレータに電力を供給する状態、バッテリ及び排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態、さらには排ガス発電機からモータジェネレータに電力を供給する状態へと遷移させる制御を行い、以て発電コストの少ない電力の利用を促進する。
【００１１】
前記制御手段は、走行開始時にモータジェネレータにエンジンをアシストさせ、加速から定常走行に移行した後、そのアシストで消費した電力量分をバッテリに充電させる。このようなものであれば、停車後の再発進時や減速後の再加速時にもアシストが可能となり、エンジンにおける燃料消費を低減できる。
【００１２】
前記制御手段は、減速するときに、バッテリが充電可能な状態にあればモータジェネレータによる回生を行うことが望ましい。
【００１３】
前記制御手段は、加速から定常走行に移行したときには排ガス発電機で排ガス発電した電力を所定の第一目標容量に達するまでバッテリに充電させ、減速するときにはモータジェネレータで回生した電力を第一目標容量よりも高い第二目標容量に達するまでバッテリに充電させるものとする。排ガス発電の最中にバッテリをフル充電してしまうと、排ガス発電機及びタービンにおいて大きな排ガス抵抗を生じさせてしまう。従って、定常走行時にはフル充電に満たない第一目標容量まで充電、その後は発電電力を専らエンジンのアシストに費やし、減速時の回生作動でバッテリをフル充電に近い第二目標容量まで充電する。
【００１４】
前記制御手段は、アクセル操作の変化量が大きい場合には、小さい場合に比べて走行開始時にモータジェネレータにエンジンをアシストさせる量を多く設定する。アクセル操作の変化量が大きい場合、車両の到達速度が高く上がる、ひいては回生電力が多くなることが予想される。であるから、アクセル操作の変化量が小さい（車両の到達速度が低く収まる）場合と比べてより多くの電力をエンジンのアシストに費やすことが許される。
【００１５】
また、アクセル操作の変化量が大きい場合に、小さい場合に比べて前記第一目標容量を少なく設定し、定常走行時において排ガス発電した電力をモータジェネレータに多く供給、アシスト量を増やすようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ハイブリッド車両における省燃費及びドライバビリティの向上が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態におけるハイブリッド車両の概要を示す。この車両は、車輪の駆動源として、内燃機関であるエンジン１と、発電可能な電動機であるモータジェネレータ２とを両備している。
【００１８】
エンジン１は、開度を電子的に調節し得るスロットルを有した周知のガソリンエンジン等であり、出力するトルクをトルクコンバータ３、クラッチ４及びトランスミッション５を介して駆動車輪に伝達する。エンジン１と同様、トルクコンバータ３、クラッチ４及びトランスミッション５もまた、周知のものを適宜採用することができる。
【００１９】
モータジェネレータ２は、バッテリ０及び／または後述する排ガス発電機７から電力供給を受けてトルクを出力しエンジン１をアシストする。のみならず、エンジン１または駆動車輪により駆動されて発電機としても作動する。回生作動するモータジェネレータ２が発電した電力は、バッテリ０に蓄電される。
【００２０】
車両制御部９１は、車両全体の運転状態を制御する電子制御ユニットである。電子制御ユニットは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を包有するもので、各種制御用のプログラムをＲＯＭに格納しており、プログラムをＲＯＭからＲＡＭに読み込んでＣＰＵにて解読し、エンジン１及びモータジェネレータ２の制御を行う。また、この電子制御ユニットは、アクセルの操作量を検出するセンサＳ１、ブレーキが操作されているか否かを検出するセンサＳ２、エンジン１の回転数を検出するセンサＳ３、車両の走行速度を検出するセンサＳ４、シフトポジションレバーの位置を検出するセンサＳ５、バッテリ０の充電状態（ＳＯＣ）を算出するための情報（電流量等）を検出するセンサＳ６等と接続している。
【００２１】
エンジン制御部９２は、車両制御部９１から制御指令を受けて、エンジン１のスロットル弁の開度やインジェクタの燃料噴射量を制御し、エンジン１の出力を調節する。
【００２２】
モータ制御部９３は、車両制御部９１から制御指令を受けて、インバータ回路を介してモータジェネレータ２に通流する電流の大きさや周波数を制御し、モータジェネレータ２の出力、回転速度を調節する。モータ制御部９３は、モータジェネレータ２または排ガス発電機７で発電した電力をバッテリ０に充電する量の調節をも行う。
【００２３】
トランスミッション制御部９４は、車両制御部９１から制御指令を受けてトランスミッション５を制御する。
【００２４】
加えて、エンジン１の排気通路１１にタービン６を配設し、このタービン６によって排ガス発電機７を駆動し発電できるようにしている。タービン６と排ガス発電機７とは、減速ギア及びクラッチ８を介して連結しておく。
【００２５】
本実施形態では、上記の車両制御部９１、エンジン制御部９２、モータ制御部９３、トランスミッション制御部９４等が協働して本発明にいう制御手段９としての機能を発揮し、車両の走行状況に応じたエンジン１、モータジェネレータ２それぞれの制御を実施する。
【００２６】
図２に、制御に伴う車両の走行速度、エンジン１及びモータジェネレータ２の出力（細実線がエンジン１の出力、太実線がモータジェネレータ２によるアシスト量、太破線がモータジェネレータ２による回生量）、排ガス発電機７の発電量並びにバッテリ０のＳＯＣの変動の時系列を示す。まず、走行開始から加速初期の期間ｔ1においては、モータジェネレータ２がバッテリ０から電力供給を受けてトルクを出力、エンジン１をアシストする。加速期間ｔ1では、走行速度、エンジン回転数及び排気圧が低いことから排ガス発電量が少なくあるいは発電せず、ＳＯＣは低下する。
【００２７】
走行速度、エンジン回転数及び排気圧が増し、排ガス発電機７の発電量が増大し始める期間ｔ2においては、モータジェネレータ２がバッテリ０、排ガス発電機７の双方から電力供給を受ける。加速期間ｔ2では、排ガス発電した電力が供給される分、ＳＯＣの低下が抑えられる。
【００２８】
排ガス発電機７による発電量が十分に大きくなった期間ｔ3においては、モータジェネレータ２が排ガス発電機７のみから電力供給を受ける。加速期間ｔ3では、ＳＯＣは低下しない。
【００２９】
加速から定常走行に移行した期間ｔ4においては、走行速度及び排ガス発電量が概ね一定となる。この定常走行期間ｔ4では、排ガス発電した電力の一部または全部をバッテリ０に充電し、残りをエンジン１のアシストに振り向ける。ＳＯＣが上昇する一方、モータジェネレータ２によるアシスト量は期間ｔ3と比べて低減する。
【００３０】
ＳＯＣが所定の目標容量（第一目標容量）まで回復した後の定常走行期間ｔ5においては、排ガス発電した電力を専らエンジン１のアシストに費やす。第一目標容量は、例えばフル充電量から一度の回生作動で得られる充電量の平均を減じた値、またはバッテリ０のフル容量の半分程度の値とする。定常走行期間ｔ5では、モータジェネレータ２によるアシスト量が増大し、替わりにエンジン１の出力が低減する。
【００３１】
減速期間ｔ6においては、モータジェネレータ２による回生作動を行い、ＳＯＣが所定の目標容量（第二目標容量）に回復するまでバッテリ０を充電する。第二目標容量は充電の上限であり、第一目標容量よりも高い。
【００３２】
図３及び図４に、制御手段９にて実行する処理の手順を示す。制御手段９は、センサＳ４、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５を介して車両の走行速度、アクセル操作量、ブレーキ操作のＯＮ／ＯＦＦ、シフトポジション等を参照し、現在車両が停車しているのか、加速しているのか、定常走行しているのか、あるいは減速しているのかを判定する（ステップＳＴ１ないしＳＴ３）。
【００３３】
車両が停車中である場合、センサＳ６を介して得た情報を基にバッテリ０のＳＯＣを推算し、バッテリ０が充電可能な状態にあれば、換言すればＳＯＣが第二目標容量未満であれば（ステップＳＴ７）排ガス発電機７で発電した電力をバッテリ０に充電させる（ステップＳＴ８）。さもなくば、バッテリ０の充電（または、排ガス発電）を行わない。但し、アイドリング時の排ガス量が少ないような場合には、ステップＳＴ７及びＳＴ８を実施しなくてもよい。
【００３４】
車両が加速走行している場合、センサＳ６を介して得た情報を基にバッテリ０のＳＯＣを推算し、ＳＯＣが所定の下限以上であれば（ステップＳＴ９）バッテリ０、排ガス発電機７の各々からモータジェネレータ２に給電してこれを駆動、エンジン１をアシストさせる（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ１０は、図２中の期間ｔ1ないしｔ3に該当する。バッテリ０からの電力供給量は排ガス発電機７の発電量に依存し、排ガス発電量が少ないほどバッテリ０電力の消費が多く、排ガス発電量が少ないほどバッテリ０電力の消費が多くなる。
【００３５】
なお、ステップＳＴ１０においてモータジェネレータ２にエンジン１をアシストさせる量、即ちモータジェネレータ２の出力は、センサＳ１を介して検出したアクセル操作の変化量が大きいほど大きく設定する。例えば、車両制御部９１のＲＡＭまたはＲＯＭに、アクセル操作の変化量とアシスト量との関係を規定するマップを記憶しておき、そのマップに基づいてアシスト量を決定、モータジェネレータ２を制御する。
【００３６】
翻って、ＳＯＣが下限未満であればモータジェネレータ２を駆動せず、エンジン出力のみで加速する（ステップＳＴ１１）。ステップＳ１１では同時に、排ガス発電機７で発電した電力をバッテリ０に充電させる。
【００３７】
車両が減速走行している場合、センサＳ６を介して得た情報を基にバッテリ０のＳＯＣを推算し、ＳＯＣが第二目標容量未満であれば（ステップＳＴ１２）回生作動を行いモータジェネレータ２で発電した電力をバッテリ０に充電させる（ステップＳＴ１３）。ステップＳＴ１３は、図２中の期間ｔ6に該当する。ステップＳ１３では、排ガス発電機７で発電した電力をもバッテリ０に充電させてよい。ＳＯＣが第二目標容量以上であれば、バッテリ０の充電（または、回生作動、排ガス発電）を行わない。
【００３８】
車両が定常走行している場合、センサＳ６を介して得た情報を基にバッテリ０のＳＯＣを推算し、ＳＯＣが第一目標容量未満であれば（ステップＳＴ４）排ガス発電機７で発電した電力をバッテリ０に充電させる（ステップＳＴ６）。また、このとき、排ガス発電した電力の一部をモータジェネレータ２に給電してエンジン１をアシストさせることができる。ステップＳＴ６は、図２中の期間ｔ4に該当する。
【００３９】
なお、ステップＳＴ４において判断条件となる第一目標容量は、センサＳ１を介して検出したアクセル操作の変化量、センサＳ３を介して検出したエンジン回転数、またはセンサＳ４を介して検出した走行速度が大きいほど大きく設定する。例えば、車両制御部９１のＲＡＭまたはＲＯＭに、アクセル操作の変化量、エンジン回転数または走行速度と第一目標容量との関係を規定するマップを記憶しておき、そのマップに基づいて第一目標容量を決定、判断を行う。
【００４０】
翻って、ＳＯＣが第一目標容量以上であれば、排ガス発電機７からモータジェネレータ２に給電してこれを駆動、エンジン１をアシストさせるとともに、そのアシスト量に応じてエンジン出力を低減させるべくスロットル開度を制御する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５は、図２中の期間ｔ5に該当する。
【００４１】
しかして、図３及び図４に示している処理ルーチンを、反復的に実行する。
【００４２】
因みに、上述の処理手順例では、車両が停車も加速も減速もしていない場合に定常走行中であると判定していたが、これ以外に、トルクの変化量が所定の閾値よりも小さい場合、アクセル操作量の変化量が所定の閾値よりも小さい場合、または踏み込まれていたアクセルが少し緩められたことを検知した場合に定常走行中であると判定することもできる。
【００４３】
本実施形態によれば、開度を電子的に調節し得るスロットルを有したエンジン１と、エンジン１の排気通路１１に配設したタービン６と、排ガスによってタービン６が駆動されることで排ガス発電する排ガス発電機７と、走行用のモータジェネレータ２と、モータジェネレータ２の電源となるバッテリ０と、加速から定常走行に移行したときに、排ガス発電機７で排ガス発電した電力の少なくとも一部をバッテリ０に充電させ、バッテリ０の充電状態が回復した後にはモータジェネレータ２に排ガス発電した電力のみを供給してエンジン１をアシストさせ、さらにそのアシスト量に応じてエンジン出力を低減させるようにスロットル開度を調節する制御手段９とを具備する車両制御装置を構成したため、比較的軽量な車両や小排気量のエンジン１を搭載した車両であっても、省燃費及びドライバビリティの向上を実現できる。エンジン負荷が上がると、排気タービン６の回転も上がり発電量が増す。ひいては、モータジェネレータ２によるアシスト量が増大し、駆動力が高まる。故に、運転者のアクセル操作に比例したアシストフィーリングが得られる。加えて、十分な回生電力を得られずにＳＯＣが低下してしまう問題も回避できる。
【００４４】
前記制御手段９は、走行開始からエンジン回転数や排ガス発電量が上昇するのに応じて、バッテリ０からモータジェネレータ２に電力を供給する状態、バッテリ０及び排ガス発電機７からモータジェネレータ２に電力を供給する状態、さらには排ガス発電機７からモータジェネレータ２に電力を供給する状態へと遷移させる制御を行うため、発電コストの少ない電力の利用を促進して燃費を一層改善できる。
【００４５】
前記制御手段９は、走行開始時にモータジェネレータ２にエンジン１をアシストさせ、加速から定常走行に移行した後、そのアシストで消費した電力量分をバッテリ０に充電させる、要するに定常走行の都度バッテリ０を第一目標容量まで回復させるものであるため、停車後の再発進時や減速後の再加速時にもアシストが可能となり、エンジン１における燃料消費を低減できる。
【００４６】
前記制御手段９は、減速するときに、バッテリ０が充電可能な状態にあればモータジェネレータ２による回生を行うので、回生したエネルギーを再発進の加速に利用できる。
【００４７】
前記制御手段９は、加速から定常走行に移行したときには排ガス発電機７で排ガス発電した電力を所定の第一目標容量に達するまでバッテリ０に充電させ、減速するときにはモータジェネレータ２で回生した電力を第一目標容量よりも高い第二目標容量に達するまでバッテリ０に充電させるものとしているため、排ガス発電の最中にバッテリ０をフル充電してしまい排ガス発電機７及びタービン６において大きな排ガス抵抗を生じさせてしまう問題を回避できる。
【００４８】
前記制御手段９は、アクセル操作の変化量が大きい場合には、小さい場合に比べて走行開始時にモータジェネレータ２にエンジン１をアシストさせる量を多く設定するものであるため、要求負荷に対応した適量のエンジンアシストを行い得る。
【００４９】
また、アクセル操作の変化量が大きい場合に、小さい場合に比べて前記第一目標容量を少なく設定し、定常走行時において排ガス発電した電力をモータジェネレータ２に多く供給する、即ちアシスト量を増やすようにしており、定常走行時の省燃費に資する。
【００５０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、タービンにコンプレッサを連結してターボチャージャを構成し、排ガス発電と併用することも可能である。
【００５１】
その他各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態の車両制御装置の概略構成を示す図。
【図２】車両の走行過程におけるエンジン出力、モータジェネレータ出力等の変動を示す図。
【図３】制御手段にて実行する処理の手順を示すフロー図。
【図４】制御手段にて実行する処理の手順を示すフロー図。
【符号の説明】
【００５３】
１…エンジン
２…モータジェネレータ
６…タービン
７…排ガス発電機
９…制御手段
０…バッテリ
【図１】
2009126303.tif 000003
【図２】
2009126303.tif 000004
【図３】
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【図４】
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