JP6571708B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と回転電機を駆動源とするハイブリッド車両の駆動源制御を行う制御装置に関する。

ハイブリッド車両は、駆動源として内燃機関（エンジン）と回転電機を備える。回転電機は電動機の他に発電機の機能を備えており、内燃機関が回転電機を発電駆動させることにより、回転電機の電源であるバッテリが充電される。また車両の回生制動によってもバッテリが充電される。

例えばハイブリッド車両がいわゆるパラレル式（シリーズパラレル式も含む）である場合、内燃機関と回転電機とによって車両を駆動させるＨＶ走行と、回転電機のみによって車両を駆動させるＥＶ走行が可能となっている。従来から、ＨＶ走行とＥＶ走行との選択や、ＨＶ走行時の内燃機関と回転電機の出力配分の決定に当たり、コストが勘案される。

例えば特許文献１では、充電池に蓄積される単位電力量を蓄積するために要する内燃機関の燃料消費量を表す充電コストと、内燃機関の動力のみを用いて単位電力量分の走行量を出力するために要する燃料消費量を表す機関コストが求められる。そして、機関コストが充電コストを上回る場合に、回転電機のみを駆動源とするＥＶ走行モードが選択される。充電コストは、バッテリ燃費率［ｇ／Ｗｈ］×バッテリ電力積算量［Ｗｈ］から求められる。バッテリ電力を燃料費に変換する係数であるバッテリ燃費率は、例えばハイブリッド車両が特定の走行経路を走行したと仮定した場合のシミュレーションから算出される固定値が設定される。または前回までの運転実績から得られた実際のバッテリ燃費率が設定される。

特許文献２では、自車の走行経路上に渋滞区間があることを予め予測した場合に、渋滞進入前にバッテリのＳＯＣを予め増加させ、渋滞区間におけるＥＶ走行を可能としている。

特許文献３では、エンジン走行モード及びＥＶ走行モードをそれぞれ実行したときのエンジン燃料消費量ＦＣ＿ｅｎｇ及びＥＶ燃料消費量ＦＣ＿ｅｖを、要求トルク及び車速に応じて算出している。そして、エンジン燃料消費量がＥＶ燃料消費量よりも少ないときにはエンジン走行モードが選択される。ＥＶ燃料消費量は、ＥＶ走行総合効率ＴＥ＿ｅｖを燃料消費量に換算した値に相当する。ＥＶ走行総合効率ＴＥ＿ｅｖはモータ充放電エネルギーＥＮＥ＿ｍｏｔ１を係数として持ち、この係数は、要求トルクをエネルギー換算することで求められる。要求トルクの変化に応じて、モータ充放電エネルギーＥＮＥ＿ｍｏｔ１は更新され、それに伴いＥＶ燃料消費量ＦＣ＿ｅｖも更新される。

特開２０１５−２０２８０７号公報 特開２０１４−１５１２５号公報 特開２０１４−１２２０３３号公報

ところで、回転電機の駆動に伴うバッテリの電力消費量を燃料消費量に換算する場合に、換算に用いられる係数（換算係数）を換算の度に変更（更新）すると、演算負荷が過大となるおそれがある。また換算係数を固定値とすると、実際の走行状況が反映されずに燃料消費量への換算が行われ、換算そのものの信頼性（妥当性）が低下するおそれがある。

そこで本発明は、バッテリの電力消費量を燃料消費量に換算するに当たり、演算負荷の軽減と信頼性低下の抑制を両立可能な、ハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関及び回転電機を駆動源として備えるハイブリッド車両の制御装置に関する。当該制御装置は、動作点算出部、出力設定部、走行パターン予測部、目標電力積算量設定部、電力積算量算出部、及び電気価値係数設定部を備える。動作点算出部は、所定の算出タイミングにおける車両要求駆動力を満たす、内燃機関の出力及び回転電機の出力の組み合わせを複数パターンに亘って求める。出力設定部は、回転電機の出力に伴う電源の電力消費量と電気価値係数とに基づいて求められた換算燃料消費量と、内燃機関の出力に伴う燃料消費量とを含む等価燃料消費量を求め、複数パターンの内燃機関及び回転電機の出力の組み合わせのうち、等価燃料消費量が最小となる組み合わせを選択する。走行パターン予測部は、算出タイミングの地点から所定の目標地点までの予測区間における道路勾配と、予測区間における推定車速変化を求める。目標電力積算量設定部は、所定の目標地点到達時の目標電力積算量を設定する。電力積算量算出部は、道路勾配及び推定車速変化に基づいて予測区間を、等価燃料消費量が最小となる内燃機関及び回転電機の出力の組み合わせにてハイブリッド車両を仮想的に走行させた場合の、所定の目標地点における予測電力積算量を、電気価値係数を変更させて複数求める。電気価値係数設定部は、予測電力積算量と目標電力積算量との差異が所定の閾値幅未満に収まる電気価値係数を、予測区間における電気価値係数として設定する。

また、上記発明において、等価燃料消費量は、換算燃料消費量と燃料消費量の和から求められてよい。

また、上記発明において、算出タイミングにおける等価燃料消費量には、算出タイミング前に求められた等価燃料消費量が積算されてもよい。

また、上記発明において、電気価値係数設定部は、ハイブリッド車両が目標地点に到達したときに、電気価値係数を再設定してもよい。

本発明によれば、予測区間内では電気価値係数を固定値として設定する。これにより演算負荷が軽減される。またこの電気価値係数は、予測区間における走行パターンを考慮して設定される。これにより電源の電力消費量を換算燃料消費量に換算する際の信頼性（妥当性）の低下を抑制できる。

本実施形態に係る車両の構成図である。 本実施形態に係る車両のギヤトレーンの構成を例示する図である。 本実施形態に係る制御装置の機能ブロックを例示する図である。 本実施形態に係る出力動作点算出プロセスフローを例示する図である。 要求駆動力マップを例示する図である。 内燃機関動作点マップを例示する図である。 内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）の導出プロセスを例示する図である。 電気価値設定プロセスフローを例示する図である。 予測区間の道路勾配及び推定車速変化を例示する図である。 電気価値Ｋの決定プロセスを例示する図である。 第１の実施例に係る道路勾配及び推定車速変化のグラフを例示する図である。 第１の実施例において、本実施形態に係る電気価値設定及び出力動作点算出を実行したときの各種パラメータの変化を例示する図である。 第１の実施例において、比較例として、動的計画法に基づいて車両を制御した場合の、各種パラメータの変化を例示する図である。 第２の実施例に係る道路勾配及び推定車速変化のグラフを例示する図である。 第２の実施例において、本実施形態に係る電気価値設定及び出力動作点算出を実行したときの各種パラメータの変化を例示する図である。 第２の実施例において、比較例として、動的計画法に基づいて車両を制御した場合の、各種パラメータの変化を例示する図である。

＜全体構成＞
図１に、本実施形態に係る車両１０の構成を例示する。なお、図１の一点鎖線は信号線を表している。

車両１０は、駆動源として内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を備える、いわゆるハイブリッド車両である。なおこの車両１０はいわゆるシリーズパラレル式のハイブリッドシステムが搭載されており、内燃機関１２及び回転電機ＭＧ２を駆動源とするＨＶ走行と、回転電機ＭＧ２を駆動源とするＥＶ走行が可能となっている。また図１では、車両１０の構成のうち、本実施形態に係る駆動源制御に関連する構成を特に抜き出して図示しており、その他の構成については図示を省略している。

車両１０は、内燃機関１２、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の他に、動力分割機構１４、リダクション機構１６、バッテリ１８、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２、制御装置２２、及び複数のセンサ（後述する）を備える。

バッテリ１８の直流電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ２０により昇圧されてインバータＩＮＶ２に出力される。インバータＩＮＶ２は、昇圧された直流電力を交流電力に変換して回転電機ＭＧ２に供給し、回転電機ＭＧ２を駆動させる。図２を参照し、回転電機ＭＧ２から得られた駆動力は、リダクション機構１６、カウンタードライブギヤ２４に伝達され、さらに図示しないファイナルギヤ、プロペラシャフト、及びディファレンシャルギヤを経て、駆動輪２６（後輪）に伝達される。

回転電機ＭＧ２の駆動軸はリダクション機構１６のサンギヤ２８に連結される。リダクション機構１６のプラネタリキャリア３０は固定される。さらにリダクション機構１６のリングギヤ３２はカウンタードライブギヤ２４（出力）に連結される。後述するように、リダクション機構１６のギヤ比Ｇｒｍが回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の動作点算出に用いられる。

図１に戻り、内燃機関１２から出力された駆動力は、動力分割機構１４によって回転電機ＭＧ１の駆動力と駆動輪２６の駆動力とに分割される。前者の駆動力により回転電機ＭＧ１が発電し、これにより得られた電力はインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２を介して回転電機ＭＧ２に送られる。また後者の駆動力は、カウンタードライブギヤ２４に伝達され、さらに図示しないファイナルギヤ、プロペラシャフト、及びディファレンシャルギヤを経て、駆動輪２６（後輪）に伝達される。

図２に示すように、内燃機関１２の駆動軸は動力分割機構１４のプラネタリキャリア３４に連結される。動力分割機構１４のサンギヤ３６は回転電機ＭＧ１の駆動軸に連結される。動力分割機構１４のリングギヤ３８はカウンタードライブギヤ２４（出力）に連結される。後述するように、プラネタリギヤ比ρ（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）が回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の動作点算出に用いられる。

図１に戻り、回生制動時には、駆動輪２６が回転電機ＭＧ２を駆動（発電駆動）し、これにより回生電力が生じる。またバッテリ１８のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が低下しているとき等には、内燃機関１２が回転電機ＭＧ１を発電駆動させる。前者による回生電力及び後者による発電電力はインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２により交直変換されて直流電力となり、またＤＣ／ＤＣコンバータ２０により降圧され、バッテリ１８に供給される。

制御装置２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及びインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２の図示しないスイッチング素子のオン・オフ制御を介して、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を制御する。また、回転電機ＭＧ１の制御を介して、動力分割機構１４における、内燃機関１２と駆動輪２６の回転数の比（変速比）を制御する。この回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力制御は、後述するように、最適電力入出力Ｐｂ＿ｏｐｔ（ｔ）に基づいて行われる。

また制御装置２２は、内燃機関１２の出力制御及び始動可否判定を行う。この出力制御及び始動可否判定は、後述するように、内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔに基づいて行われる。

制御装置２２は、機器・センサインターフェースを介して、種々のセンサからの信号を受信する。具体的には、バッテリ１８回りのセンサとして、バッテリ１８の電圧ＶＢを検出するバッテリ電圧センサ５９、バッテリ１８の温度ＴＢを検出するバッテリ温度センサ６１、及びバッテリ１８の電流ＩＢを検出するバッテリ電流センサ６３から、制御装置２２は各種信号を受信する。また、二次側電圧ＶＨを検出する二次側電圧センサ６５、回転電機ＭＧ１の電流を検出するＭＧ１電流センサ６７Ａ，６７Ｂ、回転電機ＭＧ１の回転数を検出するＭＧ１回転数センサ６８、回転電機ＭＧ２の電流を検出するＭＧ２電流センサ７１Ａ，７１Ｂ、及び回転電機ＭＧ２の回転数を検出するＭＧ２回転数センサ７２からも各種信号を受信する。

さらに、制御装置２２は、アクセルペダル７４の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ７６、駆動輪２６の回転数[ｒｐｍ]に基づいて車速を検出するスピードセンサ８０、及び内燃機関１２の回転数[ｒｐｍ]を検出するクランクポジションセンサ７８からも各種信号を受信する。

制御装置２２はコンピュータから構成されてよく、ＣＰＵ、記憶部、機器・センサインターフェースが内部バスを介して互いに接続されている。これらのハードウェア資源が適宜割り当てられて、制御装置２２には図３に示すような機能ブロックが（仮想的に）構築される。

制御装置２２は、大きく分けて出力動作点算出部４０及び電気価値算出部４２を備える。出力動作点算出部４０は、内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の最適出力を算出する。電気価値算出部４２は、最適出力の算出に用いられる電気価値Ｋを算出する。

出力動作点算出部４０は、要求駆動力マップ記憶部４３、内燃機関動作点マップ記憶部４４、内燃機関動作点算出部４６、回転電機動作点算出部４８、電気系損失算出部５０、バッテリ入出力候補算出部５２、評価関数記憶部５４、及び最適出力探索部５６を備える。

なお、内燃機関動作点算出部４６及び回転電機動作点算出部４８をまとめて動作点算出部として捉えてもよい。このように捉えた場合、後述するように、動作点算出部は、所定の算出タイミングにおける車速Ｖｃ及びアクセル開度Ａｃｃから求められる車両要求駆動力Ｔｐを満たす、内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力の組み合わせを複数パターンに亘って求める。また後述するように、最適出力探索部５６を出力設定部として捉えてもよい。

電気価値算出部４２は、走行パターン予測部５８、目標電力積算量設定部６０、電力積算量算出部６２、電力積算量比較部６４、及び電気価値設定部６６（電気価値係数設定部）を備える。これらの各機能ブロックの処理については後述する。

＜出力動作点算出プロセス＞
図４には、制御装置２２の出力動作点算出部４０により実行される、出力動作点算出プロセスのフローチャートが例示されている。このフローチャートは時間管理されており、時刻カウントｔ＝０からｔ＿ＥＮＤまで繰り返される。繰り返しのタイミング（算出タイミング）は、例えば制御装置２２のＣＰＵクロックによるカウントに基づいて定められる。

時刻カウントｔ＝０からｔ＿ＥＮＤは、後述する予測区間の始点から終点までに係る時間に対応している。なお、時刻カウントに代えて、パラメータｔを車両の位置や走行距離としてもよい。この場合、ｔ＝０は予測区間の始点に相当し、ｔ＝ｔ＿ＥＮＤは予測区間の終点に相当する。

所定の算出タイミング（例えば所定の時刻カウント）において、内燃機関動作点算出部４６に、スピードセンサ８０から車速Ｖｃが入力され、また、アクセルポジションセンサ７６からアクセル開度Ａｃｃが入力される。これを受けて内燃機関動作点算出部４６は、要求駆動力マップ記憶部４３に記憶された要求駆動力マップ（図５参照）を呼び出す。

要求駆動力マップは、横軸に車速Ｖｃ（ｔ）、縦軸に要求駆動力Ｔｐ（ｔ）［Ｎｍ］（車両要求駆動力）を取る直交座標系を備える。この座標系に、アクセル開度Ａｃｃごとの特性カーブがプロットされる。この特性カーブは、内燃機関１２や回転電機ＭＧ１，ＭＧ２のトルク・回転数特性に基づく制約の範囲で車両１０の加速特性として設定される。なお、要求駆動力Ｔｐ（ｔ）は、車両要求駆動力と言ってもよく、車両１０に要求されたトータルの要求駆動力であり、後述するように、ＨＶ走行では内燃機関１２及び回転電機ＭＧ２の要求駆動力（目標駆動力）に分配される。またＥＶ走行では回転電機ＭＧ２の要求駆動力（目標駆動力）となる。

図５に示されるように、特性カーブはアクセル開度Ａｃｃ（ｔ）が大きいほど、車速Ｖｃ（ｔ）に対する要求駆動力Ｔｐ（ｔ）が大きくなるように設定される。さらに個々の特性カーブは、車速の増加に従って要求駆動力が低下するような特性を備えている。

内燃機関動作点算出部４６は、要求駆動力マップにプロットされた複数の特性カーブの中から、受信したアクセル開度Ａｃｃに対応するものを選択する。さらに受信した車速Ｖｃに対応する要求駆動力Ｔｐ（ｔ）を求める（Ｓ１０）。

なお、車両が追従機能や自動運転等によりアクセル操作が無い場合、例えば現在の車速と目標車速とに基づいて出力動作点算出部４０への入力としての（物理的なアクセル開度（操作量）とは異なる）アクセル開度Ａｃｃを求めても良い。

次に内燃機関動作点算出部４６は、内燃機関動作点マップ記憶部４４から内燃機関動作点マップ（図６）を呼び出す。内燃機関動作点マップは、横軸に内燃機関回転数（Ｎｅ＿ｉ）、縦軸に内燃機関トルク（Ｔｅ＿ｉ）を取る直交座標系を備える。この座標系に、燃料消費率ｆｃが面的に分布されている。燃料消費率ｆｃは、例えば単位出力当たりの燃料消費量を示す。以下適宜、ｆｃを単に燃料消費量と呼ぶ。図６ではｆｃ１が最も燃料消費量が低く（燃費が良く）、ｆｃ５が最も燃料消費率が高い（燃費が悪い）。

また内燃機関動作点マップには、横軸に沿って燃料消費量（単位燃料消費量、燃料消費率）が最低となる座標を繋いだ最適動作線がプロットされている。さらに同マップには、内燃機関の出力Ｐｅごとの等出力線がプロットされている。

内燃機関動作点算出部４６は、内燃機関動作点マップに基づいて、出力Ｐｅの等出力線と最適動作線の交点を求め、その座標（Ｎｅ，Ｔｅ）を求める。これをすべての等出力線に対して実行する（Ｓ１２）。例えば等出力線Ｐｅ（ｔ）＿ｉに対して、回転数Ｎｅ、トルクＴｅ、及び燃料消費量ｆｃの組（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）が求められる。つまり、任意の内燃機関出力Ｐｅ（ｔ）に対する動作点（回転数、トルク、燃料消費量）が求められる。

また、内燃機関動作点算出部４６は、内燃機関１２の出力がゼロ（Ｐｅ＝０）であるときの動作点（動作点候補）も求める。当然のことながら、回転数、トルク、燃料消費量はいずれもゼロになる。

なお、ステップＳ１２の内燃機関の動作点候補の算出プロセスは、内燃機関動作点マップがあれば完結することから、図４に示すフローチャート内で、つまりオンラインで算出する代わりに、フローチャート外で予め、つまりオフラインで算出しても良い。

あるいは、内燃機関の動作点候補（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）は、車両要求駆動力Ｔｐ（ｔ）や車速Ｖｃ（ｔ）によって変化しない定数として捉えることもできる。このことから、一度動作点候補（Ｎｅ＿ｉ，Ｔｅ＿ｉ，ｆｃ＿ｉ）を求めた後は、前回値をそのまま利用しても良い。

次に回転電機動作点算出部４８は、内燃機関１２の各動作点に対応する、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の動作点（動作点候補）を求める（Ｓ１４）。例えば下記の数式（１）〜（４）を用いて、内燃機関１２の動作点候補（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）に対応する回転電機ＭＧ１の動作点候補（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ）及び回転電機ＭＧ２の動作点候補（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）を求める。なおＮｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉはそれぞれ回転電機ＭＧ１の回転数及びトルクを示し、Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉはそれぞれ回転電機ＭＧ２の回転数及びトルクを示す。

数式（１）中、Ｔｐ（ｔ）は要求駆動力、Ｔｍ（ｔ）は回転電機ＭＧ２のトルク、Ｔｇ（ｔ）は回転電機ＭＧ１のトルク、Ｇｒｍはリダクション機構１６の減速比、ρは動力分割機構１４のプラネタリギヤ比、Ｔｅ（ｔ）は内燃機関のトルクを示す。

数式（１）の左辺と右辺を参照して、要求駆動力Ｔｐ（ｔ）はステップＳ１０にて取得される。減速比Ｇｒｍ及びプラネタリギヤ比ρは既知の定数が与えられている。従って、内燃機関のトルクＴｅ（ｔ）＿ｉを数式（１）に代入すると、これに対応する回転電機ＭＧ２のトルクＴｍ（ｔ）＿ｉが得られる。

数式（２）では、プラネタリギヤ比ρに既知の定数が与えられている。従って、内燃機関のトルクＴｅ（ｔ）＿ｉを数式（２）に代入すると、これに対応する回転電機ＭＧ１のトルクＴｇ（ｔ）＿ｉが得られる。

また、数式（４）中、Ｖｃ（ｔ）は車速、Ｇｒは最終ギヤ比（ディファレンシャルギヤ比）、Ｒｔは駆動輪２６の半径を示す。数式（３）のプラネタリギヤ比ρ、数式（４）の最終ギヤ比Ｇｒ、及び駆動輪半径Ｒｔは既知の定数が与えられている。また、車速Ｖｃ（ｔ）はスピードセンサ８０から得られる。したがって、数式（３）（４）を連立させると、内燃機関の回転数Ｎｅ（ｔ）＿ｉに対応する回転電機ＭＧ１の回転数Ｎｇ（ｔ）＿ｉと回転電機ＭＧ２の回転数Ｎｍ（ｔ）＿ｉが得られる。

以上のように、内燃機関１２の動作点候補（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）、要求駆動力Ｔｐ（ｔ）（トータル要求駆動力）、車速Ｖｃ（ｔ）に基づいて、内燃機関１２の動作点候補（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）に対応する回転電機ＭＧ１の動作点候補（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ）及び回転電機ＭＧ２の動作点候補（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）が求められる。言い換えると、要求駆動力Ｔｐ（ｔ）（トータル要求駆動力）を満たす、内燃機関１２の動作点候補（Ｎｅ（ｔ）＿ｉ，Ｔｅ（ｔ）＿ｉ，ｆｃ（ｔ）＿ｉ）、回転電機ＭＧ１の動作点候補（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ）及び回転電機ＭＧ２の動作点候補（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）が求められる。

次に電気系損失算出部５０は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を動作点候補に従って動作させた際の電気系損失を算出する（Ｓ１６）。電気系損失は回転電機ＭＧ１，ＭＧ２における損失（銅損失等）と、バッテリ１８の直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ２０及びインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２にて変換する際の変換損失（スイッチング損失や通流損失等）が含まれる。電気系損失算出部５０は、回転電機ＭＧ１の動作点候補（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ）及び回転電機ＭＧ２の動作点候補（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）に対応する電気系損失を算出する。

バッテリ入出力候補算出部５２は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の動作点候補（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ），（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）に対応する、バッテリ１８の入出力電力候補Ｐｂ（ｔ）＿ｉ（電力消費量候補）を求める（Ｓ１８）。具体的には、回転電機ＭＧ１の回転数Ｎｇ（ｔ）＿ｉとトルクＴｇ（ｔ）＿ｉの積にこれに対応する電気系損失を加えたものと、回転電機ＭＧ２の回転数Ｎｍ（ｔ）＿ｉとトルクＴｍ（ｔ）＿ｉの積にこれに対応する電気系損失を加えたものを、回転電機系入出力電力候補Ｐｂ’（ｔ）＿ｉとする。また、バッテリ１８が消費または蓄積される単位時間当たりの電力量である、入出力電力候補Ｐｂ（ｔ）＿ｉは、回転電機系入出力電力候補Ｐｂ’（ｔ）＿ｉに充放電損失Ｐｂ＿ｌｏｓｓ（バッテリ内部抵抗による損失）を加えたものとなる。したがって、Ｐｂ（ｔ）＝Ｐｂ’（ｔ）＋Ｐｂ＿ｌｏｓｓとなる。

なお、入出力電力候補Ｐｂ（ｔ）＿ｉは、正負の値を取り得る。正の場合は放電電力であり、負の場合は充電電力である。したがって、後述する電力積算量ΣＰｂは、放電後に充電が行われたときはその充電分、電力積算量ΣＰｂの値が低下することになる。

次に、最適出力探索部５６（出力設定部）は、時刻ｔにおける、内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の最適出力を探索、設定する。まず最適出力探索部５６は、評価関数記憶部５４から下記数式（５）で表される評価関数Ｊを呼び出す。

数式（５）において、ｔは現時刻（現算出タイミング）を示し、Ｋは電気価値を示す。電気価値Ｋは電気価値係数とも表され、要するにバッテリ１８の入出力電力Ｐｂ（回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力に伴うバッテリ１８の電力消費量）を燃料消費量に変換するための係数である。ｆｃ（ｔ）が燃料消費量（燃料消費率）を表していることに対応して、Ｋ×Ｐｂ（ｔ）を換算燃料消費量と呼んでもよい。また、燃料消費量ｆｃ（ｔ）と換算燃料消費量Ｋ×Ｐｂ（ｔ）の和を、等価燃料消費量と呼んでもよい。

ここで本実施形態では、上述の電気価値Ｋを、予測区間であるｔ＝０からｔ＝ｔ＿ＥＮＤまで定数として取り扱う。これにより、電気価値を算出タイミングごとに更新する場合と比較して、演算負荷を軽減できる。

数式（５）において、最適出力探索部５６は、評価関数Ｊに燃料消費量ｆｃ（ｔ）＿ｉ及びこれに対応するバッテリ１８の入出力電力候補Ｐｂ（ｔ）＿ｉを代入する。これにより得られた等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）＿ｉを比較して、例えば図７に例示するように、最小となる等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）＿ｍｉｎを求める（Ｓ２０）。求められたｆｅｃ（ｔ）＿ｍｉｎに対応する内燃機関出力候補を求めてこれを内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）に設定する。

なお、数式（５）では、評価関数Ｊは現時刻ｔにおける等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）のみでなく、現時刻ｔ（現算出タイミング）の前の時刻０〜ｔ−１までの等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）の積算値を含んでいる。つまり各時刻の等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）の最小値が積算されている。等価燃料消費量ｆｅｃ（ｔ）の積算値を求めることで、予測区間における電力積算量ΣＰｂを求めることができる。電力積算量ΣＰｂは後述する電気価値Ｋの設定時に用いられる。

最適出力探索部５６によって設定された内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）に基づいて、時刻ｔにおける内燃機関１２が駆動制御される（Ｓ２２）。例えばＰｅ＿ｏｐｔ（ｔ）＝０であれば内燃機関１２を停止させる。Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）＞０である場合、内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）を内燃機関１２の目標出力として、既知の駆動制御が実行される。

また、内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）より、内燃機関動作点マップを用いてＮｅ＿ｏｐｔ（ｔ），Ｔｅ＿ｏｐｔ（ｔ）を求める。さらにこのＮｅ＿ｏｐｔ（ｔ），Ｔｅ＿ｏｐｔ（ｔ）、及びＴｐ（ｔ）に基づいて、数式（１）〜数式（５）を用いて、動作点（Ｎｇ（ｔ）＿ｉ，Ｔｇ（ｔ）＿ｉ），（Ｎｍ（ｔ）＿ｉ，Ｔｍ（ｔ）＿ｉ）が算出され、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が駆動制御される（Ｓ２４）。例えば内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）＝０のとき、これに対応するトルクＴｍ（ｔ）に基づいて回転電機ＭＧ２が駆動され、ＥＶ走行が行われる。

さらに出力動作点算出部４０は、時刻ｔが予測区間の終点（目標地点）に対応する時刻ｔ＿ＥＮＤに到達しているか否かを判定する（Ｓ２６）。時刻ｔ＿ＥＮＤに未到達の場合、ステップＳ１０まで戻る。時刻ｔ＿ＥＮＤに到達した場合、本フローは終了となり、電気価値算出部４２によって新たに電気価値Ｋが求められる（再設定される）。

なお、図４において、アクセル開度Ａｃｃ（ｔ）、車速Ｖｃ（ｔ）、電気価値Ｋを変数とし、評価関数Ｊを最小にする内燃機関最適出力Ｐｅ＿ｏｐｔ（ｔ）を、マップ化して予め制御装置２２の記憶部に記憶させておいてもよい。このようにすることで、更なる演算負荷の軽減が図られる。

＜電気価値Ｋの設定＞
図８に、電気価値Ｋ（電気価値係数）の設定プロセスのフローチャートを例示する。このプロセスでは、現在地点または過去の通過地点（算出タイミングの地点）から所定の目標地点までを予測区間として設定し、予測区間を仮想的に走行させた場合のシステム動作を車両モデルを用いて計算する。このとき、内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力は評価関数Ｊが最小となるような設定とする。このような予測区間における仮想走行を、電気価値Ｋを変えて複数回試行する。そして、目標地点に到達したときの電力積算量ΣＰｂをそれぞれ求め、これと目標電力積算量Ｓｐｂとの差が小さいときの電気価値Ｋを、予測区間における目標地点までの、実走行時の電気価値Ｋとして設定する。

図３、図８を参照して、電気価値算出部４２の走行パターン予測部５８は、図９のように、現在地点（所定の算出タイミングの地点、０）から所定の目標位置（ｔ＿ＥＮＤ）までの予測区間の道路勾配と、予測区間における車速変化（推定車速変化）を求める（Ｓ３０）。

予測区間の道路勾配は、例えば車両のナビゲーションシステムの地図情報（目的地、選択ルート、及び選択ルートの道路勾配データ）から得ることができる。また、推定車速変化は、例えば道路勾配と車速の関係について過去の運転実績（ドライバー特性）が制御装置２２の記憶部に記憶されており、これを参照することで得られる。また、ナビゲーションシステムから渋滞情報が得られる場合は、これを参照して推定車速変化に反映できる。また、この推定車速変化から、算出タイミングｔの終了地点における時刻ｔ＿ＥＮＤが算出できる。

次に、目標電力積算量設定部６０は、予測区間の終了時点、つまり目標地点到達時（ｔ＝ｔ＿ＥＮＤ）における、目標電力積算量Ｓｐｂを設定する（Ｓ３２）。例えばバッテリ１８のＳＯＣに制約を設けない場合、評価関数Ｊを最小化させるために、予測区間の終了時点でバッテリ１８のＳＯＣが下限値に至るような電力管理をすることが考えられる。しかしながら、その次の運転（トリップ）を考慮すると、そのような電力管理が最適であるとは必ずしもいえない。そこでこのステップでは、予測区間の終了時点（終了地点）における目標電力積算量Ｓｐｂを設定し、いわばバッテリ１８の入出電力条件に制約を設けている。目標電力積算量Ｓｐｂは、例えば０（±０）に設定される。このとき、予測区間の始点と終点でバッテリ１８のＳＯＣは同一（増えもしないし減りもしない）となる。この設定は車両の運転者や乗員によって入力されても良いし、予め定数として入力されてもよい。

次に、電気価値設定部６６は、任意の電気価値Ｋ＿ｋを数式（５）に設定する（Ｓ３４）。予測区間の道路勾配、推定車速変化、及び目標電力積算量Ｓｐｂについて、過去に類似したものがある場合には、そのときの電気価値Ｋ＿ｋを数式（５）に設定しても良い。

次に、予測区間における算出タイミングｔを０にリセットする（Ｓ３６）。さらに、図４のフローと同様の、出力動作点算出プロセスを実行する（Ｓ１０〜Ｓ２０、Ｓ２６）。ステップ記号が同一のものについては説明済みであるため以下では適宜説明を省略する。これらの出力動作点算出プロセスでは、求められた道路勾配及び推定車速変化に基づいて車両１０に予測区間を仮想的に走行させる。この際、等価燃料消費量が最小となる内燃機関１２及び回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の出力の組み合わせにて仮想走行を実行する。

なお、ステップＳ１０の要求駆動力Ｔｐの算出に当たっては、現在時刻の車速と次時刻の車速の差分、及び現在時と次時刻の道路勾配の変化から、車両の運動方程式を用いて直接的に要求駆動力Ｔｐを求めても良い。

また、図４と同様にして、車速Ｖｃ（ｔ）、車両要求駆動力Ｔｐ（ｔ）、電気価値Ｋを変数とし、評価関数Ｊを最小にする最適電力入出力Ｐｂ＿ｏｐｔ（ｔ）を、マップ化して予め制御装置２２の記憶部に記憶させておいてもよい。このようにすることで、更なる演算負荷の軽減が図られる。

なお上述したように本実施形態では、ステップＳ３４にて設定された電気価値Ｋ＿ｋ下で、出力動作点算出プロセスに基づき、仮想的に車両１０を走行させる。仮想走行では内燃機関１２の駆動制御を行わないため、ステップＳ２２は省略される。

予測区間の終了時点ｔ＿ＥＮＤ（目標地点）に到達する（Ｓ２６）と、電力積算量算出部６２は、予測区間の始点から終点に至るまでの電力積算量ΣＰｂを求める（Ｓ３８）。例えば上述したように、数式（５）の入出力電力Ｐｂ（ｔ）を積算することで、電力積算量ΣＰｂを求める。

次に電力積算量比較部６４は、ステップＳ３８にて求められた電力積算量ΣＰｂと目標電力積算量Ｓｐｂとを比較する（Ｓ４０）。例えば両者の差分の絶対値を求める。図１０に例示するように、この差分の絶対値が所定の閾値幅ε未満である場合、現在設定されている電気価値Ｋ（電気価値係数）が予測区間の始点から終点における、実走行時の電気価値Ｋとして数式（５）の評価関数Ｊに設定される（Ｓ４２）。具体的には電力積算量比較部６４から電気価値設定部６６に電気価値決定指令が送られ、電気価値設定部６６では、現在設定されている電気価値Ｋを予測区間の終点まで定数として維持する。

一方、電力積算量ΣＰｂと目標電力積算量Ｓｐｂの差分の絶対値が閾値幅ε以上である場合には、電力積算量比較部６４は、電気価値設定部６６に電気価値Ｋの変更を指示する。図８のフローチャートではステップＳ３４まで戻される。このようにすることで、複数の電気価値Ｋのそれぞれに対応した予測電力積算値が求められる。

このように本実施形態では、車両１０が今後走行されると予測される区間において仮想的に車両１０を走行させたときの結果に基づいて、実走行時の電気価値Ｋを設定している。このようにすることで、電気価値Ｋによる換算燃料消費量Ｋ×Ｐｂ（ｔ）の信頼性（妥当性）の低下を抑制できる。

なお、実走行において渋滞が発生する等、仮想走行時には想定されなかった車速変更が生じる場合がある。このような場合は、予測区間の終了地点に到達する前に電気価値Ｋの再設定を行ってもよい。例えば、実走行時の車速と仮想走行時の車速とを比較して、両者の差が所定の閾値を超過する状態が所定期間継続した場合に、電気価値Ｋの再設定が行われる。以上で説明したような電気価値Ｋの算出方法とは別に、予測区間における道路勾配や推定車速データから、統計的あるいは学習的に電気価値Ｋを求めてもよい。例えば予測区間における平均車速、平均加減速度などから電気価値Ｋを求めてもよい。

＜実施例１＞
図１１には、第１の実施例として、所定の予測区間における道路勾配と推定車速変化のグラフが示されている。上段は推定車速変化を示し、横軸は時間、縦軸は車速を示す。下段は道路勾配を示し、横軸は上段と同期した時間、縦軸は標高を示す。この例における予測区間は、前半平坦路が続き、後半は下り勾配が続く。この道路勾配及び推定車速変化に基づき、電気価値Ｋを求めた。目標電力積算量Ｓｐｂは０に設定した。

図１２には、図１１の区間を、本実施形態に係る出力動作点の算出や電気価値Ｋの設定を行う条件で実走行させたときの制御結果が示されている。上段から順に、要求駆動出力Ｐｔ［ｋＷ］、内燃機関１２の出力［ｋＷ］、燃料消費量［ｇ］、及び、電力消費積算量［ｋＪ］のグラフが示されている。横軸はいずれも同期された時間軸である。また、要求駆動出力Ｐｔと内燃機関１２の出力との差が、バッテリ１８の入出力に相当する。

燃料消費量を示すグラフについて、数式（５）で示される等価燃料消費量の積算値と、内燃機関１２の燃料消費量が示されている。走行区間終了地点における等価燃料消費量積算値が低く（３０ｇ未満）に抑えられていることが理解される。

また、最下段の電力消費積算量を参照すると、区間終了地点における電力消費積算量は０近傍の値に収まっており、目標電力積算量（Ｓｐｂ＝０）に近い電力積算量ΣＰｂが得られていることが理解される。

次に、図１３には、本実施形態に係る出力動作点の算出や電気価値Ｋの設定を行う代わりに、動的計画法を用いて最適制御解を算出した場合の例が比較例として示されている。この例では、推定車速変化及び道路勾配が既知である場合に、Σｐｂ＝Ｓｐｂ＝０となる制約条件の下で、燃料消費量の積算値が最小となる（ｍｉｎΣｆｃ）大域的最適解を求めた。図１３について、上段から順に、要求駆動出力［ｋＷ］、内燃機関１２の出力［ｋＷ］、燃料消費量［ｇ］、及び、電力消費積算量［ｋＪ］のグラフが示されている。横軸はいずれも同期された時間軸である。

図１３の特に最下段のグラフ波形を参照すると、図１２の本実施形態に係る波形と類似しており、本実施形態は、相対的に演算負荷の大きい動的計画法と同等の精度を備えることが理解される。

＜実施例２＞
図１４には、第２の実施例として、所定の予測区間における道路勾配と推定車速変化のグラフが示されている。このグラフは推定車速変化を示し、横軸は時間、縦軸は車速を示す。道路勾配は０、つまり予測区間の全区間に亘って平坦路を走行するものとした。一方、時刻１０００秒付近から終了時点まで渋滞区間が続くものとした。この道路勾配及び推定車速変化に基づき、電気価値Ｋを求めた。目標電力積算量Ｓｐｂは０に設定した。

図１５には、図１４の区間を、本実施形態に係る出力動作点の算出や電気価値Ｋの設定を行う条件で実走行させたときの制御結果が示されている。上段から順に、要求駆動出力Ｐｔ［ｋＷ］、内燃機関１２の出力［ｋＷ］、燃料消費量［ｇ］、及び、電力消費積算量［ｋＪ］のグラフが示されている。横軸はいずれも同期された時間軸である。また、要求駆動出力Ｐｔと内燃機関１２の出力との差が、バッテリ１８の入出力に相当する。

燃料消費量を示すグラフについて、数式（５）で示される等価燃料消費量の積算値と、内燃機関１２の燃料消費量が示されている。渋滞区間に入る前に内燃機関１２の出力を増加させ、バッテリ１８を充電させた後、渋滞区間では内燃機関１２を作動させないＥＶ走行が選択されていることが理解される。

また、最下段の電力消費積算量を参照すると、区間終了地点における電力消費積算量は０に収まっており、目標電力積算量（Ｓｐｂ＝０）と一致した電力積算量ΣＰｂが得られていることが理解される。

次に、図１６には、本実施形態に係る出力動作点の算出や電気価値Ｋの設定を行う代わりに、動的計画法を用いて最適制御解を算出した場合の例が比較例として示されている。この例では、推定車速変化及び道路勾配が既知である場合に、ΣＰｂ＝０の制約条件の下で燃料消費量の積算値が最小となる（ｍｉｎΣｆｃ）大域的最適解を求めた。図１６について、上段から順に、要求駆動出力［ｋＷ］、内燃機関１２の出力［ｋＷ］、燃料消費量［ｇ］、及び、電力消費積算量［ｋＪ］のグラフが示されている。横軸はいずれも同期された時間軸である。

図１６の特に燃料消費量［ｇ］及び電力消費積算量［ｋＪ］のグラフ波形を参照すると、図１５の本実施形態に係る波形と類似しており、本実施形態は、相対的に演算負荷の大きい動的計画法と同等の精度を備えることが理解される。

１０ 車両、１２ 内燃機関、１４ 動力分割機構、１６ リダクション機構、１８ バッテリ、２２ 制御装置、４０ 出力動作点算出部、４２ 電気価値算出部、４３ 要求駆動力マップ記憶部、４４ 内燃機関動作点マップ記憶部、４６ 内燃機関動作点算出部（動作点算出部）、４８ 回転電機動作点算出部（動作点算出部）、５０ 電気系損失算出部、５２ バッテリ入出力候補算出部、５４ 評価関数記憶部、５６ 最適出力探索部（出力設定部）、５８ 走行パターン予測部、６０ 目標電力積算量設定部、６２ 電力積算量算出部、６４ 電力積算量比較部、６６ 電気価値設定部（電気価値係数設定部）。

Claims (4)

1. 内燃機関及び回転電機を駆動源として備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   所定の算出タイミングにおける車両要求駆動力を満たす、前記内燃機関の出力及び回転電機の出力の組み合わせを複数パターンに亘って求める動作点算出部と、
   前記回転電機の出力に伴う電源の電力消費量と電気価値係数との積に基づいて求められた換算燃料消費量と、前記内燃機関の出力に伴う燃料消費量とを含む等価燃料消費量を求め、前記複数パターンの内燃機関及び回転電機の出力の組み合わせのうち、前記等価燃料消費量が最小となる組み合わせを選択する、出力設定部と、
   を備え、
   前記算出タイミングの地点から所定の目標地点までの予測区間における道路勾配と、前記予測区間における推定車速変化を求める、走行パターン予測部と、
   前記所定の目標地点到達時の目標電力積算量を設定する目標電力積算量設定部と、
   前記道路勾配及び推定車速変化に基づいて前記予測区間を、前記等価燃料消費量が最小となる前記内燃機関及び回転電機の出力の組み合わせにてハイブリッド車両を仮想的に走行させた場合の、前記所定の目標地点における予測電力積算量を、前記電気価値係数を変更させて複数求める電力積算量算出部と、
   前記予測電力積算量と前記目標電力積算量との差異が所定の閾値幅未満に収まる前記電気価値係数を、前記予測区間における電気価値係数として設定する、電気価値係数設定部と、
   を備える、ハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の、ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記等価燃料消費量は、前記換算燃料消費量と前記燃料消費量の和から求められる、ハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の、ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記算出タイミングにおける前記等価燃料消費量には、前記算出タイミング前に求められた前記等価燃料消費量が積算される、ハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の、ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記電気価値係数設定部は、ハイブリッド車両が前記目標地点に到達したときに、前記電気価値係数を再設定する、ハイブリッド車両の制御装置。