JP6610399B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転可能なハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

ハイブリッド車両では、ＥＶ走行時に駆動力が不足すると、内燃機関が始動されＨＶ走行への切換えが行われる。例えば特許文献１では、バッテリの出力制限と車速からマージンを設定し、バッテリの出力制限からマージンを除いた値が要求駆動力を下回った場合に、ＥＶ走行からＨＶ走行に移行するという技術が提案されている。

特開２０１１−０７３５６４号公報

しかしながら、走行条件によっては内燃機関を始動直後に十分なトルクが得られない可能性がある。この場合、要求駆動力と実駆動力とに乖離（即ち、実駆動力の不足）が発生し、目標速度や加速度への追従性が悪化してしまう。このような追従性の悪化は、乗り心地の悪化にも繋がる。

なお、要求駆動力と実駆動力との乖離を抑制するためには、特許文献１で設定されるマージンを大きくするとよいが、その場合にはＥＶ走行領域が小さくなってしまうという弊害がある。また、要求駆動力の変化を内燃機関の始動条件として用いることも考えられるが、その場合には本来であればＥＶ走行が継続できるような状況においても内燃機関が始動されてしまう可能性があり、結果としてＥＶ走行頻度を低下させてしまう。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、自動運転中のハイブリッド車両を好適に制御することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、上記課題を解決するために、電動機の動力で走行するＥＶモード、並びに内燃機関及び電動機の動力で走行するＨＶモードで走行可能なハイブリッド車両の制御装置であって、前記ＥＶモードでの走行時において、要求駆動力が所定の閾値を超えた場合に、前記内燃機関を始動させて前記ＨＶモードへの切換えを行う切換え手段と、前記ハイブリッド車両を自動運転させる所定区間の道路情報に基づいて、自動運転時の前記要求駆動力の変動を示すプロファイルを生成する生成手段と、（ｉ）前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在している場合には、前記所定区間の自動運転中において前記切替え手段が前記内燃機関を始動させるタイミングを所定時間早くなるように変更し、（ｉｉ）前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在していない場合には、前記所定区間の自動運転中において前記切替え手段が前記内燃機関を始動させるタイミングを変更しないようにする変更手段とを備える。

本発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、自動運転時の要求駆動力の変動を示すプロファイルを用いて、自動運転中に要求駆動力が所定の閾値を超える箇所が存在しているか否か（即ち、自動運転中に内燃機関を始動させることになるか否か）が判定される。そして、プロファイルが示す要求駆動力に所定の閾値を超える箇所が存在している場合には、切替え手段が内燃機関を始動させるタイミングが所定時間早くなるように変更される。これにより、内燃機関の始動直後のトルク不足に起因して、要求駆動力と実駆動力とが乖離してしまうことを防止できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。 実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。

本発明のハイブリッド車両の制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、実施形態に係るハイブリッド車両の構成、ハイブリッド車両の制御装置による動作の流れ、具体的な制御内容とその効果について、順に説明していく。

＜ハイブリッド車両の構成＞
初めに、図１を参照して、実施形態に係るハイブリッド車両の構成について説明する。ここに図１は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。なお、図１では、車両が備える各部位のうち本実施形態に関連の深いもののみを示し、他の部位については図示を省略している。

図１において、本実施形態に係る車両１は、主な構成要素として、ハイブリッド駆動装置１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、バッテリ３０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１００とを備えて構成されている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインであり、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧを備えて構成されている。

エンジン２００は、「内燃機関」の一具体例であり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。

モータジェネレータＭＧは、「電動機」の一具体例であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータＭＧは、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える電動発動機として構成されるが、無論他の構成を有していてもよい。また、モータジェネレータＭＧは複数設けられても構わない。

なお、ここでの図示は省略しているが、上述したエンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた遊星歯車機構等により互いに接続されている。また、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、遊星歯車機構を介してハイブリッド車両１の駆動輪ＤＷに接続されている。

ＰＣＵ２０は、バッテリ３０とモータジェネレータＭＧとの間の電力の入出力を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ２０は、バッテリ３０と電力負荷との電気的接続を遮断可能なＳＭＲ（System Main Relay）、バッテリ３０の出力電圧を各モータジェネレータＭＧの駆動に適した昇圧指令電圧まで昇圧可能な昇圧コンバータ、及びバッテリ３０から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧに供給すると共に、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３０に供給可能に構成されたインバータ等（いずれも不図示）を含む。

バッテリ３０は、モータジェネレータＭＧを力行するための電力を供給する電力供給源、或いはモータジェネレータＭＧの回生によって得られた電力を充電する蓄電手段として機能する二次電池ユニットである。バッテリ３０は、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルが複数接続された構成を有している。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。また本実施形態に係るＥＣＵ１００は特に、「ハイブリッド車両の制御装置」の一具体例として構成されており、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、モード切替え部１１０、プロファイル生成部１２０、エンジン始動判定部１３０、及び始動タイミング変更部１４０を備えている。

モード切替え部１１０は、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧの両方の動力で走行するＨＶモードと、エンジン２００を停止させてモータジェネレータＭＧのみの動力で走行するＥＶモードを相互に切替え可能に構成されている。具体的には、モード切替え部１１０は、エンジン２００を始動すべき要求駆動力（例えば、モータジェネレータＭＧの出力上限を超える要求駆動力）に対応する始動閾値を記憶しており、ＥＶモードで走行中の要求駆動力が始動閾値を超えた場合に、エンジン２００を始動させてＨＶモードへと移行するように制御する。また、モード切替え部１１０は、エンジンを停止させるべき要求駆動力に応じて、ＨＶ走行中のハイブリッド車両１をＥＶ走行へ移行させる。なお、モード切替え部１１０は、「切換え手段」の一具体例であり、始動閾値は、「所定の閾値」の一具体例である。

プロファイル生成部１２０は、ハイブリッド車両１が自動運転しようとしている所定区間の道路情報等から、速度／加速度プロファイルを生成可能に構成されている。速度／加速度プロファイルは、自動運転中のハイブリッド車両１の速度及び加速度を制御するために生成されるプロファイルであり、所定区間における速度及び加速度の変動を示すものである。また、プロファイル生成部１２０は、速度／加速度プロファイルから、駆動力プロファイルを生成することが可能に構成されている。駆動力プロファイルは、自動運転中のハイブリッド車両１における要求駆動力の変動を示すものである。なお、プロファイル生成部１２０は、「生成手段」の一具体例である。

エンジン始動判定部１３０は、モード切替え部１１０と同様に始動閾値を記憶しており、自動運転しようとしている所定区間におけるエンジン２００の始動要求があるか否かを判定する。具体的には、エンジン始動判定部１３０は、プロファイル生成部１２０で生成された駆動力プロファイルに基づいて、所定区間における要求駆動力が始動閾値を超える箇所が存在するか否かを判定する。エンジン始動判定部１３０の判定結果は、始動タイミング変更部１４０に出力される構成となっている。

始動タイミング変更部１４０は、エンジン始動判定部１３０の判定結果に応じてモード切換え部１１０によるエンジン２００の始動タイミングを変更可能に構成されている。具体的には、始動タイミング変更部１４０は、エンジン始動判定部１３０において、所定区間におけるエンジン２００の始動要求があると判定された場合に、エンジン２００の始動タイミングが所定時間早くなるように変更する。一方で、始動タイミング変更部１４０は、エンジン始動判定部１３０において、所定区間におけるエンジン２００の始動要求がないと判定された場合に、エンジン２００の始動タイミングを変更しないようにする。始動タイミング変更部１４０は、エンジン始動判定部１３０と共に「変更手段」の一具体例として機能する。

＜動作説明＞
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置（即ち、ＥＣＵ１００）の動作の流れについて、図２を参照して説明する。ここに図２は、実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う動作のうち、自動運転時におけるエンジン始動に関する制御について詳細に説明するものとし、他の一般的な動作については説明を省略する。

図２において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、自動運転制御中に（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、これからハイブリッド車両が走行することになる所定区間の道路情報が検出される（ステップＳ１０２）。道路情報は、例えば道路の制限速度や制限加速度等を含む情報であり、ナビゲーションシステムや路車間通信、或いは各種センサ等によって検出される。

なお、自動運転制御中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ステップＳ１０２以降の処理は省略され、一連の処理が終了することになる。ただし、現時点では自動運転制御中でなくとも、これから自動運転が開始されるような場合には、ステップＳ１０２以降の処理が行われてもよい。

所定区間の道路情報が検出されると、プロファイル生成部１２０において、所定区間の速度／加速度プロファイルが生成される（ステップＳ１０３）。また、プロファイル生成部１２０では、速度／加速度プロファイルに基づいて、駆動力プロファイルも生成される（ステップＳ１０４）。

駆動力プロファイルが生成されると、エンジン始動判定部１３０において、所定区間でエンジン２００の始動要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０５）。言い換えれば、所定区間を自動運転する際に、常にＥＶモードで走行できるのか、それともどこかでエンジン２００を始動させてＨＶモードで走行することが要求されるのかが判定される。この判定は、駆動力プロファイルが示す要求駆動力の変動と始動閾値との比較によって容易に行える。

所定区間でエンジン２００の始動要求があると判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、始動タイミング変更部１４０によって、モード切替え部１１０によるエンジン始動タイミングが通常よりも所定時間早くなるように変更される（ステップＳ１０６）。一方で、所定区間でエンジン２００の始動要求がないと判定された場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、上記ステップＳ１０６の処理は省略される。即ち、モード切替え部１１０によるエンジン始動タイミングは通常のまま変更されない。

以上のように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、自動運転中にエンジン２００の始動要求があるか否かに応じて、エンジンの始動タイミングが変更される。このような制御によって得られる技術的効果については、以下の具体的な制御例において説明する。

＜具体的な制御例＞
本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う具体的な制御例とその効果について、図３及び図４を参照して説明する。以下では、まず比較例に係る制御例について説明した後に、本実施形態に係る制御例について説明する。

＜比較例に係る制御装置の制御例＞
まず、図３を参照して、比較例に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図３は、比較例に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。

図３において、比較例に係るハイブリッド車両の制御装置は、本実施形態のようにエンジン２００の始動タイミングは変更されない。つまり、比較例におけるエンジン２００の始動タイミングは、要求駆動力が始動閾値を超えた時点のまま変わらない。

このような比較例において、車速が徐々に上昇するような自動運転が行われるとする。ハイブリッド車両１は、初めはエンジン２００を停止させてＥＶモードで走行しているが、要求駆動力が始動閾値を超えた時刻ｔ１において、エンジン２００が始動される。即ち、ハイブリッド車両１は、時刻ｔ１においてＥＶモードからＨＶモードへと切換えられる。

エンジン２００が始動されてから、実際にエンジンがトルク（駆動力）を出力するようになるまでには、ある程度の期間を要する。このため、エンジン２００の始動直後（即ち、時刻ｔ１の直後）においては、エンジン２００が始動されているにもかかわらず、モータジェネレータＭＧのみで駆動力を賄うことになる。しかしながら、図を見ても分かるように、モータジェネレータＭＧは時刻ｔ１の直後に出力上限に達してしまう。この結果、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、要求トルクと実トルクとが乖離するという状況が発生してしまう。

要求トルクと実トルクとが乖離してしまうと、目標速度や加速度への追従性が悪化してしまう。このような追従性の悪化は、乗り心地の悪化に繋がってしまう。本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置は、このような問題点を解決するために、以下で説明する制御を実行する。

＜実施形態に係る制御装置の制御例＞
図４を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が行う制御例について具体的に説明する。ここに図４は、実施形態に係るハイブリッド車両における各種パラメータの変動を示すタイムチャートである。

図４において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、駆動力プロファイルを用いた判定により、自動運転中にエンジン２００の始動要求があることが予め分かっている。このため、エンジン２００を始動するタイミングが通常のタイミングよりも所定時間だけ早められる。図に示す例では、エンジン２００の始動タイミングが、時刻ｔ１から時刻ｔ０に早められている。

このようにエンジン２００の始動タイミングを早めると、エンジン２００がトルクを出力可能な時期が早まるため、図３で説明したような駆動力不足を回避することができる。具体的には、時刻ｔ１の直後においても、エンジン２００からトルクが十分に出力されるため、要求トルクと実トルクとが乖離してしまうことを防止できる。この結果、目標速度や加速度への追従性が悪化、及びそれに伴う乗り心地の悪化を好適に防止することが可能である。

なお、エンジン２００の始動タイミングをどれだけ早めるか（即ち、所定時間の長さ）は、事前のシミュレーション等によって最適な値を求めておけばよい。或いは、駆動力プロファイル等から適切な所定時間を算出して、状況に応じて始動タイミングの変更幅を調整するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 車両
１０ ハイブリッド駆動装置
２０ ＰＣＵ
３０ バッテリ
１００ ＥＣＵ
１１０ モード切替え部
１２０ プロファイル生成部
１３０ エンジン始動判定部
１４０ 始動タイミング変更部
２００ エンジン
ＭＧ モータジェネレータ
ＤＷ 駆動輪

Claims (1)

1. 電動機の動力で走行するＥＶモード、並びに内燃機関及び電動機の動力で走行するＨＶモードで走行可能なハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ＥＶモードでの走行時において、要求駆動力が所定の閾値を超えた場合に、前記内燃機関を始動させて前記ＨＶモードへの切換えを行う切換え手段と、
   前記ハイブリッド車両を自動運転させる所定区間の道路情報に基づいて、自動運転時の前記要求駆動力の変動を示すプロファイルを生成する生成手段と、
   （ｉ）前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在している場合には、前記所定区間の自動運転中において前記切替え手段が前記内燃機関を始動させるタイミングを、前記プロファイルに基づいて前記要求駆動力が前記所定の閾値を超えるタイミングよりも所定時間早くなるように変更し、（ｉｉ）前記プロファイルが示す前記要求駆動力に前記所定の閾値を超える箇所が存在していない場合には、前記所定区間の自動運転中において前記切替え手段が前記内燃機関を始動させるタイミングを変更しないようにする変更手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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