JP5645124B2 - シリーズハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、シリーズハイブリッド車両の制御装置に係り、特にモータで車輪を駆動し、エンジンを発電のみに用いるシリーズハイブリッド車両の制御装置に関する。

車両としてのシリーズハイブリッド車両においては、エンジンと、このエンジンにより駆動される発電機と、この発電機により充電されるバッテリと、発電機の発電電力又はバッテリの放電電力により車輪を駆動するモータとを備えている。

特開２００８−５５９９７号公報

特許文献１に係るハイブリッド車両の制御装置は、急加速時に、エンジンの出力制御が、発電機への発電負荷を低減させるものである。

ところが、従来、車両の加速に必要な瞬時電力をエンジンによる発電で常に補うシリーズハイブリッド車では、車両の加速性や反応性がエンジンの出力と反応性に大きく依存するため、高出力・高レスポンスのエンジンが必要となり、また、エンジンと発電機とからなるエンジン発電システム全体の効率が良い動作曲線上を必ずしも移動できるわけではなく、燃費向上に不利な場合があり、更に、エンジンの振動や騒音が激しい回転域で運転しなければならない場合があり、更にまた、低速度走行中にエンジンの停止を行っている場合、歩行者が車両の走行に気づかない場合があった。
また、エンジンによる発電電力を常に一定としたシリーズハイブリッド車両では、エンジンからの騒音や振動が車両の加速変化と一致しないため、運転者に違和感を与えてしまう不都合があった。

そこで、この発明の目的は、高燃費を維持しつつ、アクセル開度に応じてエンジン回転数を上げ、運転者にエンジン音上昇による加速感を与えるシリーズハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

この発明は、エンジンと、このエンジンにより駆動される発電機と、この発電機により充電されるバッテリと、前記発電機の発電電力又は前記バッテリの放電電力により車輪を駆動するモータとを備えるシリーズハイブリッド車両の制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を設け、このアクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に基づいて目標エンジン回転数を決定する制御手段を設け、この制御手段は、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度が最小である時に、エンジン回転数に対するエンジン効率最大の動作曲線上で効率が最大となる効率最大点のエンジン回転数を目標エンジン回転数とするとともに、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度が最大である時に、エンジン回転数に対するエンジン効率最大の動作曲線上で出力が最大となる出力最大点のエンジン回転数を目標エンジン回転数とすることを特徴とする。

この発明のシリーズハイブリッド車両の制御装置は、高燃費を維持しつつ、アクセル開度に応じてエンジン回転数を上げ、運転者にエンジン音上昇による加速感を与えることができる。

図１はハイブリッド車両の制御装置のシステム構成図である。（実施例） 図２はハイブリッド車両の制御装置のブロック図である。（実施例） 図３はアクセル開度に応じたエンジン回転数の変化を説明するタイムチャートである。（実施例） 図４はエンジン回転数とトルクとによる動作曲線を示す図である。（実施例） 図５は各モード間における遷移条件を示す図である。（実施例） 図６は制御手段による制御のフローチャートである。（実施例） 図７は制御手段による制御のタイムチャートである。（実施例） 図８はモード遷移のフローチャートである。（実施例） 図９はハイブリッドモードのフローチャートである。（実施例） 図１０は各モードにおいてエンジン回転数に対する出力、効率、振動、騒音を示す図である。（実施例）

この発明は、高燃費を維持しつつ、アクセル開度に応じてエンジン回転数を上げ、運転者にエンジン音上昇による加速感を与える目的を、アクセル開度が最小である時に発電効率が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とするとともに、アクセル開度が最大である時には出力が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数として実現するものである。

図１〜図１０は、この発明の実施例を示すものである。
図１において、１はシリーズハイブリッド車両（以下「車両」という）、２・２は車輪、３は車軸、４はディファレンシャル装置である。
車両１は、エンジン５と、このエンジン５により駆動される発電機６と、この発電機６により充電される高電圧のバッテリ７と、発電機６の発電電力又はバッテリ７の放電電力により車輪２・２を駆動するモータとしての駆動モータ８とを備える。この駆動モータ８は、発電機６とバッテリ７とに電気的に連絡し、車軸３へ駆動力を出力して車輪２・２を駆動する。
エンジン５と発電機６とバッテリ７と駆動モータ９とは、車両１の制御装置９を構成する制御手段（ハイブリッドコントローラ）１０に連絡している。この制御手段１０は、バッテリ７の蓄電量（充電残量、充電状態：ＳＯＣ（％））を検出可能なものである。
また、この制御手段１０には、図２に示すように、入力側で、前記バッテリ７の他に、アクセルペダルの踏み込み量としてのアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段１１と、ブレーキペダルの踏み込み量としてのブレーキ開度を検出するブレーキ開度検出手段１２と、シフトポジションを検出するシフトポジション検出手段１３と、車速を検出する車速検出手段１４と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段１５とが連絡している。
更に、この制御手段１０には、図２に示すように、出力側で、駆動モータ９へ駆動トルクを出力する駆動モータコントローラ１６と、発電機６への発電トルクを出力する発電機コントローラ１７と、スロットル開度等を調整してエンジン５を制御するエンジンコントローラ１８とが連絡している。

制御手段１０は、アクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度に基づいて目標エンジン回転数を決定する。
例えば、図３に示すように、従来は、アクセルペダルが踏み込まれてアクセル開度が０％から１００％になってアクセル全開になると（時間０（ｓｅｃ））、設定前では、エンジン回転数（図３の実線Ｅ１で示す）及び車速（図４の一点鎖線Ｓ１で示す）が共に上昇し始め、そして、所定時間Ｔ１が経過し、エンジン回転数が最大（Ｍａｘ）領域になると（スロットル開度上昇時間がＴｎ−１（ｓｅｃ））、エンジン回転数が頭打ちとなるが、車速は、所定時間Ｔ２が経過したスロットル開度上昇時間がＴｎ（ｓｅｃ）を越えても上昇し続ける。
一方で、この発明では、エンジン回転数（図３の実線Ｅ２で示す）及び車速（図３の一点鎖線Ｓ２で示す）は、共に、スロットル開度上昇時間がＴｎ（ｓｅｃ）まで上昇し続ける。

制御手段１０は、アクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度が最小である時に発電効率が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とするとともに、アクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度が最大である時には出力が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とする。

即ち、図４に示すように、エンジン回転数が零（０）では（ｔ０）、静音モードであり、エンジン回転数が増加すると（ｔ１）、徐行モードとなり、さらに、エンジン回転数が増加すると（ｔ２）、効率最大点で、ハイブリッドモード（アクセル開度が０％〜１００％）になり始め、さらに、エンジン回転数が増加すると（ｔ３）、出力最大点で、ハイブリッドモードが終了する。このｔ２からｔ３までの間では、エンジン効率最大の動作曲線が描出される。
具体的に説明すると、エンジン回転数を上げる分、トルクも上がるように、その動作曲線を設定することで、エンジン回転数の高低により、効率・騒音・出力を上下させることが可能となる。
エンジン回転数が最小で効率最大点（効率最大、騒音最小、出力最小）となり、エンジン回転数が最大で出力最大点（効率最小、騒音最大、出力最大）となり、この効率最大点と出力最大点との間では、エンジン回転数−トルクは、上記の動作曲線上を推移する。この場合、振動では、エンジン本体の共振箇所が、効率最大点−出力最大点の間に現れないように、エンジンマウントの減衰力を設定する。
これにより、効率では、エンジン回転数の最小＝効率最大点と設定することにより、エンジン回転数を上げるとエンジン効率が下がっていく。騒音では、エンジン回転数とエンジン騒音とが比例するため、エンジン回転数が最小＝騒音最小で、エンジン回転数の上昇により騒音も上昇する。出力では、エンジン回転数が最大値＝出力最大点であり、エンジン回転数とトルクとに比例するエンジン出力が効率最大点から次第に上昇するように設定するために、エンジン回転数に従ってエンジン出力が上昇する。振動では、エンジン本体の共振箇所が、効率最大点−出力最大点の間に現れないようにエンジンマウントの減衰力を設定する。

この実施例に係る各種モードは、図５に示すように、それぞれ遷移する。
図５に示すように、第１のモード部と第２のモード部とが存在する。
第１のモード部においては、静音モードと徐行モードとがある。静音モードは、エンジン５の停止の場合である。徐行モードは、最小発電、無負荷でエンジン５がアイドル運転状態の場合である。静音モードから徐行モードへの遷移は、ブレーキペダルを離し且つシフトポジションが「Ｎ」レンジ以外の場合である。一方、徐行モードから静音モードへの遷移は、ブレーキペダルを踏み込み且つ車速が零（０）ｋｍ／ｈ又はシフトポジションが「Ｎ」レンジの場合である。
第２のモード部においては、ハイブリッドモードとＥＶ（電気車両）モードとがある。ハイブリッドモードは、エンジン５を運転する場合である。アクセル開度は零（０）％〜１００％の範囲内で、アクセル開度が零（０）％では効率最大発電、アクセル開度が１００％では出力最大発電となる。ＥＶモードは、エンジン５を停止する場合である。一方、ハイブリッドモードからＥＶモードへの遷移は、ハイブリッド上限ＳＯＣ以上である。ＥＶモードからハイブリッドモードへの遷移は、ハイブリッド上限ＳＯＣ以下である。この場合、ハイブリッドモードからＥＶモードへの遷移、及びＥＶモードからハイブリッドモードへの遷移では、頻繁な状態遷移を防止するために、ヒステリシス特性幅を持たせている（図７参照）。
また、第１のモード部から第２のモード部への遷移は、車速が１５ｋｍ／ｈ以上又は制限開始ＳＯＣ以下の場合である。第２のモード部から第１のモード部への遷移は、車速が１０ｋｍ／ｈ以下且つ制限開始ＳＯＣ以上の場合である。この場合、第１のモード部から第２のモードへの遷移、及び第２のモードから第１のモードへの遷移においては、頻繁な状態遷移を防止するために、ヒステリシス特性幅を持たせている。

制御手段１０は、図３に示すように、アクセル全開時に、エンジン回転数が最大になるまでの時間を車速が最高速に到達するまでの時間に一致させるように目標エンジン回転数を決定する。
また、制御手段１０は、図４、図５に示すように、車速検出手段１４により検出された車速が予め設定された値よりも低い時にアクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度に関係なく、発電効率が最大となるエンジン回転数よりも目標エンジン回転数を低くする。
更に、制御手段１０は、図５、図７に示すように、車速検出手段１４により検出された車速が予め設定された値よりも低く、かつ、バッテリ７の蓄電量（ＳＯＣ）が予め設定された蓄電量（ＳＯＣ）よりも多い時には、エンジン５を無負荷アイドル運転状態とする。
更にまた、制御手段１０は、図７に示すように、バッテリ７の蓄電量（ＳＯＣ）が予め設定された蓄電量（ＳＯＣ）よりも少ない時には、出力が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とする。

次に、この実施例に係る制御を、図６のフローチャートに基づいて説明する。
図６に示すように、制御手段１０においてプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、アクセル開度を入力し（ステップＡ０２）、ＳＯＣとアクセル開度とから目標スロットル開度を設定し（ステップＡ０３）、目標スロットル開度までスロットル開度上昇率以下で上昇させる（ステップＡ０４）。
そして、アクセル全開、エンジン回転数が最大（Ｍａｘ）領域、且つ車速が最大（Ｍａｘ）領域でないか否かを判断する（ステップＡ０５）。ここで、エンジン回転数が最大（Ｍａｘ）領域とは、例えば、最高エンジン回転数−１０００ｒｐｍ以上の領域である。車速が最大（Ｍａｘ）領域とは、例えば、最高車速−１０ｋｍ／ｈに満たない領域である。
このステップＡ０５がＹＥＳの場合には、スロットル開度上昇時間をインクリメント（増加）し（ステップＡ０６）、そして、修正後のスロットル開度上昇時間からスロットル開度上昇率を変更する（ステップＡ０７）。
このステップＡ０７の処理後、又は前記ステップＡ０５がＮＯの場合には、プログラムをリターンする（ステップＡ０８）。

次いで、アクセル開度が零（０）のＳＯＣに対する制御を、図７のタイムチャートに基づいて説明する。
図７に示すように、ＳＯＣが零（０）％で、エンジン５が始動している状態においては（時間ｔ０）、徐行モード・静音モードの禁止のハイブリッドモードとなり、駆動出力が零（０）％で、エンジン回転数が出力最大点となる。
そして、ＳＯＣが２０％になると（時間ｔ１）、駆動出力が上昇し始め、その後、駆動出力が１００％になると（時間ｔ２）、エンジン回転数が出力最大点から減少し始め、その後、ＳＯＣが３０％で、制限開始ＳＯＣとなって、エンジン回転数が効率最大点になると（時間ｔ３）、徐行モード・静音モードの禁止が解除される。
その後、ＳＯＣが５０％で、ハイブリッド上限ＳＯＣになるまで（時間ｔ４）の所定時間Ｍは、徐行モード・静音モードが有るハイブリッドモードとなり、ハイブリッドモードの通常での使用域となる。この時間ｔ４では、エンジンが停止される。
そして、時間ｔ４の後は、徐行モード・静音モードが有るＥＶモードとなる。
なお、この図７においては、エンジンの始動停止においては、ＳＯＣが５０％で（時間ｔ４）、ＳＯＣの少ない側でのヒステリシス特性幅Ｈ１が設定されている。また、徐行モード・静音モードの禁止解除においては、ＳＯＣが３０％で（時間ｔ３）、ＳＯＣの多い側でのヒステリシス特性幅Ｈ２が設定されている。

次いで、モード遷移について、図８のフローチャートに基づいて説明する。
図８に示すように、制御手段１０のプログラムがスタートすると（ステップＢ０１）、先ず、車速が１５ｋｍ／ｈ以上か否かを判断する（ステップＢ０２）。この場合、車速には、所定のヒステリシス特性幅が設定されている。
このステップＢ０２がＮＯの場合には、ハイブリッド上限ＳＯＣ以下か否かを判断する（ステップＢ０３）。
このステップＢ０３がＹＥＳの場合には、最小発電の徐行モードとする（ステップＢ０４）。なお、この場合、徐行モードでなくても、ハイブリッドモードとすることも可能である。
このステップＢ０３がＮＯの場合には、無負荷のアイドル運転の徐行モードとする（ステップＢ０５）。
前記ステップＢ０４の処理後、又は前記ステップＢ０５の処理後は、ブレーキが踏み込まれ且つ車速が零（０）ｋｍ／ｈか否かを判断する（ステップＢ０６）。
このステップＢ０６がＮＯの場合には、シフトポジションが「Ｎ」レンジか否かを判断する（ステップＢ０７）。
このステップＢ０７がＹＥＳ又は前記ステップＢ０６がＹＥＳの場合には、エンジンを停止した静音モードとする（ステップＢ０８）。シフトポジションを「Ｎ」レンジに入れることにより、徐行モードから静音モードへ切り変わる。このため、新規スイッチ等を追加することなく、運転者は徐行モードから静音モードへ切り変えることができる。
一方、前記ステップＢ０２がＹＥＳの場合には、ハイブリッド上限ＳＯＣ（例えば、５０％）以下か否かを判断する（ステップＢ０９）。
このステップＢ０９がＹＥＳの場合には、ハイブリッドモードとする（ステップＢ１０）。このハイブリッドモードでは、アクセル開度が零（０）％での効率最大発電、アクセル開度が１００％での出力最大発電となる。
前記ステップＢ０９がＮＯの場合には、エンジン５を停止したＥＶモードとする（ステップＢ１１）。
前記ステップＢ１０の処理後、前記ステップＢ１１の処理後、前記ステップＢ０８の処理後、又は、前記ステップＢ０７がＮＯの場合には、プログラムをリターンする（ステップＢ１２）。

上記のハイブリッドモードについては、図９のフローチャートに基づいて説明する。
図９に示すように、制御手段１０のプログラムがスタートすると（ステップＣ０１）、ＳＯＣとアクセル開度を入力し（ステップＣ０２）、そして、アクセル開度が０％〜１００％に応じて効率最大点から出力最大点まで発電量を増加し（ステップＣ０３）、制限開始ＳＯＣ以上か否かを判断する（ステップＣ０４）。
このステップＣ０４がＮＯの場合には、ＳＯＣの低下度合いによって効率最大点から出力最大点まで発電量をさらに増加する（ステップＣ０５）。
前記ステップＣ０４がＹＥＳの場合、又は前記ステップＣ０５の処理後は、出力最大点を越えた発電量をカットし（ステップＣ０６）、プログラムをリターンする（ステップＣ０７）。

そして、この場合、図１０に示すように、エンジン回転数に対する出力・効率・振動・騒音においては、エンジン回転数の範囲と共振回転数とが重ならないように設定し、そして、効率最大点と出力最大点との間で、アクセル開度（０〜１００％）に応じたハイブリッドモードを用いる。

即ち、ガソリン車両では、アクセル開度が大＝スロットル開度が大で、エンジン回転数の上昇が早く、燃料消費量が多く、アクセル開度が小＝スロットル開度が小で、エンジン回転数の上昇が遅く、燃料消費量が少ない。
一方、シリーズハイブリッド車両では、加速とエンジン回転数は無関係に動作させることが可能であり、たとえ、一定加速中であっても、エンジン回転数の変化速度や上昇下降の向きを、ある程度自由に設定できる。
エンジン負荷（発電機トルク）が一定の場合は、制御手段１０に要求するスロットル開度に応じて、エンジン回転数の上昇速度が大きくなるのと同様に、エンジン回転数＝エンジン負荷（発電機トルク）の高効率曲線上を変化させる場合でも、制御手段１０に要求するスロットル開度に応じて、エンジン回転数の上昇速度を変更できる。
つまり、この実施例に係る発明では、エンジン回転数の変化は運転者への加速感の向上を目的としているため、車両の全開加速での車速の上昇速度以上のエンジン回転数の上昇速度は不要となり、燃料消費量を増加させないためには、エンジン回転数の上昇速度を遅く設定することが、効果的となる。

以上、この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に記載の発明において、制御手段１０は、アクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度が最小である時に発電効率が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とするとともに、アクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度が最大である時には出力が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とする。
これにより、高燃費を維持しつつ、アクセル開度に応じてエンジン回転数を上げるため、運転者にエンジン音上昇による加速感を与えることができる。
請求項２に記載の発明において、制御手段１０は、アクセル全開時にエンジン回転数が最大になるまでの時間を車速が最高速に到達するまでの時間に一致させるように目標エンジン回転数を決定する。
これにより、エンジン回転数の上昇速度を必要以上に早くしないため、燃料消費量を抑えることができる。また、車速の上昇に従ってエンジン回転数を上昇させるため、運転者に違和感を与えないようにすることができる。
請求項３に記載の発明において、制御手段１０は、車速を検出する車速検出手段１４に連絡し、この車速検出手段１４により検出された車速が予め設定された値よりも低い時にアクセル開度検出手段１１により検出されたアクセル開度に関係なく、発電効率が最大となるエンジン回転数よりも目標エンジン回転数を低くする。
これにより、燃料消費量を抑えつつ、車両１が徐行中でもエンジン５を駆動させるため、歩行者に車両１の接近を知らせることができる。
請求項４に記載の発明において、制御手段１０は、車速検出手段１４により検出された車速が予め設定された値よりも低く、且つバッテリ７の蓄電量が予め設定された蓄電量よりも多い時には、エンジン５を無負荷アイドル運転状態とする。
これにより、車両１が徐行中でもエンジン５を駆動させるため、歩行者に車両の接近を知らせることができる。さらに、バッテリ７の蓄電量が多い時には発電の必要が無いため、無負荷のアイドル運転状態にすることにより、燃料消費量を抑えることができる。
請求項５に記載の発明において、制御手段１０は、バッテリ７の蓄電量が予め設定された蓄電量よりも少ない時には、出力が最大となるエンジン回転数を目標エンジン回転数とする。
これにより、バッテリ７の蓄電量が少ない場合に蓄電量を減らさないようにすることができる。

この発明に係る制御装置は、プラグイン型の有無に限らず、各種シリーズハイブリッド車両に適用可能である。

１ 車両
５ エンジン
６ 発電機
７ バッテリ
８ 駆動モータ
９ 制御装置
１０ 制御手段
１１ アクセル開度検出手段
１２ ブレーキ開度検出手段
１３ シフトポジション検出手段
１４ 車速検出手段
１５ エンジン回転数検出手段

Claims (4)

1. エンジンと、このエンジンにより駆動される発電機と、この発電機により充電されるバッテリと、前記発電機の発電電力又は前記バッテリの放電電力により車輪を駆動するモータとを備えるシリーズハイブリッド車両の制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を設け、このアクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に基づいて目標エンジン回転数を決定する制御手段を設け、この制御手段は、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度が最小である時に、エンジン回転数に対するエンジン効率最大の動作曲線上で効率が最大となる効率最大点のエンジン回転数を目標エンジン回転数とするとともに、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度が最大である時に、エンジン回転数に対するエンジン効率最大の動作曲線上で出力が最大となる出力最大点のエンジン回転数を目標エンジン回転数とすることを特徴とするシリーズハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記制御手段は、車速を検出する車速検出手段に連絡し、この車速検出手段により検出された車速が予め設定された値よりも低い時には、前記効率最大点のエンジン回転数よりも目標エンジン回転数を低くすることを特徴とする請求項１に記載のシリーズハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記車速検出手段により検出された車速が予め設定された値よりも低く、かつ、前記バッテリの蓄電量が予め設定された第１の蓄電量よりも多い時には、前記エンジンを無負荷アイドル運転状態とすることを特徴とする請求項２に記載のシリーズハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記バッテリの蓄電量が予め設定された第２の蓄電量よりも少ない時には、前記出力最大点のエンジン回転数を目標エンジン回転数とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシリーズハイブリッド車両の制御装置。

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