JP2018134901A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、エンジン作動中の車両全体の燃料消費量を最適化する。【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジンと、モータジェネレータと、モータジェネレータに電気的に接続されるバッテリと、バッテリ等価燃費率を算出可能に構成されたＥＣＵとを備える。ＥＣＵは、エンジンの作動中において、エンジンの熱効率が最適値となる基準パワーよりも要求パワーが小さい場合、エンジン発電パワー（バッテリの充電パワー）を要求パワーに加算することによって、エンジンパワーを基準パワーに近づける。この際、ＥＣＵは、エンジンの実際の燃料消費量とバッテリの等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量が最小となるエンジン発電パワーを最適エンジン発電パワーとして探索し、最適エンジン発電パワーを要求パワーに加えた値をエンジンから出力させる。【選択図】図１５

Description

本開示は、エンジンおよび回転電機の少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両に関する。

特開平１１−２２９９１６号公報（特許文献１）には、エンジンと、駆動輪に機械的に接続されるモータと、モータに電気的に接続されるバッテリとを備えるハイブリッド車両が開示されている。このハイブリッド車両においては、バッテリの等価燃料消費率がエンジンの燃料消費率よりも小さい場合にはエンジンを停止して走行するモータ走行が選択され、バッテリの等価燃料消費率がエンジンの燃料消費率よりも大きい場合にはエンジンを作動して走行するエンジン走行が選択される。

特開平１１−２２９９１６号公報

特許文献１に開示されたハイブリッド車両においては、エンジンの燃料消費率およびバッテリの等価燃料消費率を用いて、モータ走行を選択するのかエンジン走行を選択するのかが決定される。

しかしながら、特許文献１には、エンジン走行が選択されている場合（エンジンの作動中）において、バッテリの充放電パワーをどのような値に設定するかについて示されていない。したがって、エンジン作動中の燃料消費量を最適化することができていないことが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ハイブリッド車両において、エンジン作動時の燃料消費量を最適化することである。

本開示によるハイブリッド車両は、エンジンおよび回転電機の少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両であって、回転電機に電気的に接続されるバッテリと、制御装置とを備える。制御装置は、バッテリに蓄えられている総電力量に対する、バッテリを充電するために消費されたエンジンの燃料量の比率であるバッテリ等価燃費率を算出可能に構成される。制御装置は、エンジンの作動中において、エンジンの燃料消費量と、バッテリ等価燃費率とバッテリの充放電パワーとの積によって決まる等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量が最小となる時の充放電パワーを探索する。制御装置は、探索された充放電パワーをユーザの要求パワーに加えた値をエンジンから出力させる。

上記構成によるハイブリッド車両においては、エンジンの作動中において、エンジンの燃料消費量とバッテリの等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量が最小となるバッテリ充放電パワーが探索され、探索された充放電パワーを要求パワーに加えた値がエンジンから出力される。そのため、エンジンの作動中において、エンジンの燃料消費量だけでなくバッテリの等価燃料消費量をも考慮して、車両全体の燃料消費量を最適化することができる。

ある実施の形態においては、制御装置は、エンジンの熱効率が最適値となる基準パワーよりも要求パワーが小さい場合、バッテリに充電される充電パワーを要求パワーに加算したパワーをエンジンが出力するのに要する燃料消費量から、バッテリ等価燃費率と充電パワーとの積によって決まるバッテリ等価燃料消費量を差し引いた値を、第１の車両燃料消費量として設定する。制御装置は、第１の車両燃料消費量が最小となる時の充電パワーを最適充電パワーとして探索し、最適充電パワーを要求パワーに加算した値をエンジンから出力させる。

上記構成によれば、要求パワーが基準パワーよりも小さい場合、バッテリの充電パワーを要求パワーに加算することによって、エンジンパワーを基準パワーに近づける（エンジンの熱効率を最適値に近づける）。この際、エンジンの燃料消費量とバッテリの等価燃料消費量とを加味した第１の車両燃料消費量が最小となる充電パワーが最適充電パワーとして探索され、最適充電パワーを要求パワーに加えた値がエンジンから出力される。そのため、エンジンの作動中において、エンジンの燃料消費量だけでなくバッテリに保存される等価燃料消費量をも考慮して、車両全体の燃料消費量を最適化することができる。

ある実施の形態においては、制御装置は、エンジンの熱効率が最適値となる基準パワーよりも要求パワーが大きい場合、バッテリから放電される放電パワーを要求パワーから減算したパワーをエンジンが出力するのに要する燃料消費量に、バッテリ等価燃費率と放電パワーとの積によって決まるバッテリ等価燃料消費量を加えた値を、第２の車両燃料消費量として設定する。制御装置は、第２の車両燃料消費量が最小となる時の放電パワーを最適放電パワーとして探索し、最適放電パワーを要求パワーから減算した値をエンジンから出力させる。

上記構成によれば、要求パワーが基準パワーよりも大きい場合、バッテリの放電パワーを要求パワーから減算することによって、エンジンパワーを基準パワーに近づける（エンジンの熱効率を最適値に近づける）ことができる。この際、エンジンの燃料消費量とバッテリの等価燃料消費量とを加味した第２の車両燃料消費量が最小となる放電パワーが最適放電パワーとして探索され、最適放電パワーを要求パワーから減算した値がエンジンから出力される。そのため、エンジンの作動中において、エンジンの燃料消費量だけでなくバッテリが消費する等価燃料消費量をも考慮して、車両全体の燃料消費量を最適化することができる。

車両の全体構成図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。 エンジンパワー制御の一例を説明するための図である。 エンジンパワーとエンジン燃費率ｈとの対応関係を示す図である。 エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂとエンジン燃費率ｈとの対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと「ｈ・Ｐｅ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと「ｈ−Ｆ・η」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと車両燃料消費量Ｑ１との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍとエンジン燃費率ｈとの対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと「ｈ・Ｐｅ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと「ｈ−Ｆ／η」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。 エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと車両燃料消費量Ｑ２との対応関係の一例を模式的に示す図である。 ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

本明細書において「電力」という用語は、狭義の電力（仕事率）を意味する場合と、広義の電力である電力量（仕事量）または電気エネルギを意味する場合とがあり、その用語が使用される状況に応じて弾力的に解釈される。

図１は、本実施の形態による車両１の全体構成図である。車両１は、エンジン１０と、第１モータジェネレータ（以下「第１ＭＧ」と称する。）２０と、第２モータジェネレータ（以下「第２ＭＧ」と称する。）３０と、動力分割装置４０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）５０と、バッテリ６０と、駆動輪８０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

この車両１は、エンジン１０と２つのモータジェネレータ（第１ＭＧ２０、第２ＭＧ３０）とを備える、いわゆるスプリット方式のハイブリッド車両である。なお、本開示が適用可能な車両は図１に示す車両１に限定されない。たとえば、エンジンと１つのモータジェネレータとを備える一般的なシリーズ方式あるいはパラレル方式のハイブリッド車両にも本開示は適用可能である。

エンジン１０は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギに変換することによって動力を出力する内燃機関である。動力分割装置４０は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。動力分割装置４０は、エンジン１０から出力される動力を、第１ＭＧ２０を駆動する動力と、駆動輪８０を駆動する動力とに分割する。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。第１ＭＧ２０は、主として、動力分割装置４０を経由してエンジン１０により駆動される発電機として用いられる。以下、エンジン１０の燃料消費を伴なう第１ＭＧ２０の発電を「エンジン発電」とも称し、エンジン発電によって第１ＭＧ２０が発電した電力を「エンジン発電電力」とも称する。エンジン発電電力は、ＰＣＵ５０を介して第２ＭＧ３０またはバッテリ６０へ供給される。

第２ＭＧ３０は、主として電動機として動作し、駆動輪８０を駆動する。第２ＭＧ３０は、バッテリ６０からの電力および第１ＭＧ２０の発電電力の少なくとも一方を受けて駆動され、第２ＭＧ３０の駆動力は駆動輪８０に伝達される。一方、車両１の制動時や下り坂での加速度低減時には、第２ＭＧ３０は、駆動輪８０の回転エネルギ（車両１の運転エネルギ）によって駆動されて回生発電を行なう。以下、第２ＭＧ３０が発電した回生電力を「ＭＧ２回生電力」とも称する。ＭＧ２回生電力は、ＰＣＵ５０を介してバッテリ６０に回収される。したがって、バッテリ６０には、エンジン１０の燃料を使って得られた電力（エンジン発電電力）と、エンジン１０の燃料を使わずに車両１の運転エネルギを使って得られた電力（ＭＧ２回生電力）との双方が蓄えられる。

ＰＣＵ５０は、バッテリ６０から受ける直流電力を、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動するための交流電力に変換する。また、ＰＣＵ５０は、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０により発電された交流電力を、バッテリ６０を充電するための直流電力に変換する。ＰＣＵ５０は、たとえば、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０に対応して設けられる２つのインバータと、各インバータに供給される直流電圧をバッテリ６０の電圧以上に昇圧するコンバータとを含んで構成される。

バッテリ６０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を含んで構成される。バッテリ６０は、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方が発電した電力を受けて充電される。そして、バッテリ６０は、その蓄えられた電力をＰＣＵ５０へ供給する。なお、バッテリ６０として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。

車両１は、さらに、各種センサ１２０を備える。各種センサ１２０には、たとえば、ユーザによるアクセル操作量を検出するアクセル開度センサ、エンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサ、車速を検出する車速センサ、バッテリ６０の状態（電圧、入出力電流および温度）を検出する監視ユニットなどが含まれる。各種センサ１２０は、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）に記憶された情報、各種センサ１２０からの情報に基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、ＥＣＵ１００は、演算処理の結果に基づいて、エンジン１０、ＰＣＵ５０等の各機器を制御する。

＜バッテリ等価燃費率の算出＞
本実施の形態によるＥＣＵ１００は、バッテリ６０に蓄えられている電力の質を表わす指標として「バッテリ等価燃費率Ｆ」を算出する。バッテリ等価燃費率Ｆは、バッテリ６０に蓄えられている総電力量に対する、バッテリ６０を充電するために消費されたエンジン１０の燃料量の比率（単位：ｇ／ｋＷｈ）で表わされる。言い換えれば、バッテリ等価燃費率Ｆは、バッテリ６０のエネルギを単位量（１ｋＷｈ）消費するのにエンジン１０の燃料を何グラム消費するかを表わす指標である。

バッテリ６０に蓄えられている電力は、上述のエンジン発電電力（エンジン１０の燃料を使って得られた電力）と、上述のＭＧ２回生電力（エンジン１０の燃料を使わずに得られた電力）との総和である。バッテリ等価燃費率Ｆを算出するにあたっては、バッテリ６０にエンジン発電電力が充電される際にエンジン発電電力に相当する燃料も一緒にバッテリ６０に保存され、バッテリ６０から電力が出力される際にその出力電力に相当する燃料も一緒に消費されるものとして扱われる。

図２は、ＥＣＵ１００がバッテリ等価燃費率Ｆを算出する際に実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定サイクルで繰り返し実行される。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０にて、ＥＣＵ１００は、次式（１）を用いて、今回サイクルのバッテリ等価燃料量Ｊ_（ｎ）（単位：ｇ）を算出する。

Ｊ_（ｎ）＝Ｊ_{（ｎ−１）}＋Ｇ・ｄ−Ｆ_{（ｎ−１）}・ｃ …（１）
ここで、「Ｊ_{（ｎ−１）}」は、前回サイクルのバッテリ等価燃料量Ｊ（単位：ｇ）である。

「ｄ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間のエンジン発電によってバッテリ６０に入力された電力量（単位：ｋＷｈ）である。「Ｇ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間のエンジン発電時のエンジン１０の燃費率（単位：ｇ／ｋＷｈ）である。なお、「Ｇ」は電気系損失を考慮した値であり、後述するエンジン燃費率ｈおよび電気系効率ηを用いると、Ｇ＝ｈ／ηである。式（１）の「Ｇ・ｄ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間にバッテリ６０に入力される等価燃料量（単位：ｇ）である。

「ｃ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間にバッテリ６０から出力された電力量（単位：ｋＷｈ）である。「Ｆ_{（ｎ−１）}」は、前回サイクルのバッテリ等価燃費率Ｆ（単位：ｇ／ｋＷｈ）である。したがって、式（１）の「Ｆ_{（ｎ−１）}・ｃ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間にバッテリ６０から出力される等価燃料量（単位：ｇ）である。

次いで、ＥＣＵ１００は、次式（２）を用いて、今回サイクルのバッテリ蓄電量ａ_（ｎ）（単位：ｋＷｈ）を算出する（Ｓ１２）。

ａ_（ｎ）＝ａ_{（ｎ−１）}−ｃ＋ｄ＋ｒ …（２）
ここで、「ａ_{（ｎ−１）}」は、前回サイクルのバッテリ蓄電量（単位：ｋＷｈ）である。「ｃ」は、上述したように、前回サイクルから今回サイクルまでの間にバッテリ６０から出力された電力量（単位：ｋＷｈ）である。「ｄ」は、上述したように、前回サイクルから今回サイクルまでの間のエンジン発電によってバッテリ６０に入力された電力量（単位：ｋＷｈ）である。「ｒ」は、前回サイクルから今回サイクルまでの間のＭＧ２回生発電によってバッテリ６０に入力された電力量（単位：ｋＷｈ）である。すなわち、バッテリ蓄電量ａは、バッテリ６０から出力された電力量（＝ｃ）と、エンジン発電によってバッテリ６０に入力された電力量（＝ｄ）と、ＭＧ２回生発電によってバッテリ６０に入力された電力量（＝ｒ）とが考慮されて算出される。

次いで、ＥＣＵ１００は、次式（３）に示すように、Ｓ１０で算出された今回サイクルのバッテリ等価燃料量Ｊ_（ｎ）を、Ｓ１２で算出された今回サイクルのバッテリ蓄電量ａ_（ｎ）で除算した値を、今回サイクルのバッテリ等価燃費率Ｆ_（ｎ）（単位：ｇ／ｋＷｈ）として算出する（Ｓ１４）。

Ｆ_（ｎ）＝Ｊ_（ｎ）／ａ_（ｎ） …（３）
ＭＧ２回生発電によってバッテリ６０に入力された電力量（＝ｒ）が増加すると、式（１）で算出される「バッテリ等価燃料量Ｊ_（ｎ）」は増加しない一方、式（２）で算出される「バッテリ蓄電量ａ_（ｎ）」は増加する。その結果、式（３）で算出される「バッテリ等価燃費率Ｆ_（ｎ）」（＝Ｊ_（ｎ）／ａ_（ｎ））は減少する。したがって、ＭＧ２回生発電によってバッテリ６０に入力された電力量（＝ｒ）が大きいほど、バッテリ等価燃費率Ｆは小さい値になる。

＜エンジンパワー制御＞
図３は、本実施の形態によるＥＣＵ１００が実行するエンジンパワー制御の一例を説明するための図である。

図３において、横軸はエンジン１０の回転速度（以下「エンジン回転速度」ともいう）を示し、縦軸はエンジン１０のトルク（以下「エンジントルク」ともいう）を示す。したがって、図３には、エンジン回転速度とエンジントルクとで決まるエンジン１０の運転状態（以下「エンジン運転点」という）が示される。

図３に示す「等燃費率線」は、エンジン燃費率ｈが等しいエンジン運転点を繋ぎ合わせた線である。ここで、エンジン燃費率ｈは、エンジン１０が単位量（１ｋＷｈ）のパワーを発生するのに要する燃料量（単位：ｇ／ｋＷｈ）である。楕円形の面積が小さい等燃費率線であるほど、エンジン１０の熱効率が良く、エンジン燃費率ｈが小さい値であることを示す。したがって、最も内側の楕円形の等燃費率線で囲われる領域が、エンジン燃費率ｈが最も小さい領域である。

図３に示す「最適燃費率線」は、各エンジン回転速度に対してエンジン燃費率ｈが最小となるエンジン動作点を繋ぎ合わせた線である。図３に示す「最適動作線」は、最適燃費率線を基準として、低回転速度領域においてエンジン１０のＮＶ（ノイズおよび振動）が発生しないように設計者によって予め決められたエンジン１０の動作線である。ＥＣＵ１００は、エンジン１０が最適動作線上で運転されるように、エンジン回転速度およびエンジントルクを制御する。

エンジンパワーはエンジン回転速度とエンジントルクとの積で決まるため、エンジンパワーは図３において反比例曲線で表わすことができる。エンジン１０の熱効率が最適値となるエンジンパワーを「基準パワーＰ０」とした場合、基準パワーＰ０を示す反比例曲線と最適動作線との交点が、エンジン燃費率ｈが最小となる最適動作点である。

図４は、エンジン１０が最適動作線上で運転される場合における、エンジンパワーとエンジン燃費率ｈとの対応関係を示す図である。図４に示すように、エンジン燃費率ｈは、エンジンパワーが基準パワーＰ０である時に最小値となり、エンジンパワーが基準パワーＰ０からずれるほど大きい値となる。

したがって、ユーザが車両１に要求するパワー（以下「要求パワーＰｅ」という）が基準パワーＰ０からずれている場合に、エンジンパワーをそのまま要求パワーＰｅに設定すると、エンジン燃費率ｈを最小値にすることができなくなってしまう。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０からずれている場合には、要求パワーＰｅにバッテリ６０の充電パワーを加算したり、要求パワーＰｅからバッテリ６０の出力パワーを差し引いたりすることで、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づける（すなわちエンジン燃費率ｈを最小値に近づける）。

具体的には、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合には、ＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅに「エンジン発電パワーＰｂ」を加えた値（＝Ｐｅ＋Ｐｂ）をエンジンパワーとする。ここで、「エンジン発電パワーＰｂ」は、バッテリ６０を充電するためにエンジン発電用に使われるエンジンパワーである。このように、Ｐｅ＜Ｐ０である場合には、「Ｐｅ＋Ｐｂ」をエンジンパワーとすることによって、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づけることができる。この際、エンジンパワーのうち、要求パワーＰｅに相当する分は車両１の走行エネルギに変換され、エンジン発電パワーＰｂに相当する分は電力に変換されてバッテリ６０に充電されることになる。

一方、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合には、ＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅから「モータアシストパワーＰｍ」を差し引いた値（＝Ｐｅ−Ｐｍ）をエンジンパワーとする。ここで、「モータアシストパワーＰｍ」は、バッテリ６０の電力を用いて駆動される第２ＭＧ３０によってアシストされる走行パワーである。このように、Ｐｅ＞Ｐ０である場合には、「Ｐｅ−Ｐｍ」をエンジンパワーとすることによって、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づけることができる。この際、エンジンパワーと、モータアシストパワーＰｍとの双方によって、要求パワーＰｅに相当する走行パワーが得られることになる。

＜エンジン発電パワーＰｂおよびモータアシストパワーＰｍの算出＞
上述のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０からずれている場合には、要求パワーＰｅにエンジン発電パワーＰｂを加えた値をエンジンパワーとしたり、要求パワーＰｅからモータアシストパワーＰｍを差し引いた値をエンジンパワーとしたりすることによって、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づける。

この際、単純にエンジンパワーが基準パワーＰ０に一致するようにエンジン発電パワーＰｂあるいはモータアシストパワーＰｍを決めてしまうと、エンジン１０の実際の燃費消費量を最小値に抑えることはできるが、電気的な損失およびバッテリ等価燃費率Ｆを考慮したバッテリ等価燃料消費量が過剰に増大し得る。その結果、エンジン１０の燃費消費量およびバッテリ等価燃費消費量の双方を考慮した車両全体としての燃費消費量（以下「車両燃料消費量Ｑ」ともいう）が最小値にならないことが懸念される。

そこで、本実施の形態においては、車両燃料消費量Ｑが最小値となるエンジン発電パワーＰｂあるいはモータアシストパワーＰｍを探索（算出）し、探索結果を用いてエンジンパワーを設定する。以下、エンジン発電パワーＰｂおよびモータアシストパワーＰｍの算出手法について詳しく説明する。

＜＜エンジン発電パワーＰｂの算出＞＞
まず、エンジン発電パワーＰｂの算出手法について説明する。上述のように、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合には、要求パワーＰｅにエンジン発電パワーＰｂを加えた値（＝Ｐｅ＋Ｐｂ）がエンジンパワーとされる。したがって、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合のエンジン１０の実際の燃料消費量ｑ１は、次式（４）で表わされる。

ｑ１＝ｈ・（Ｐｅ＋Ｐｂ）＝ｈ・Ｐｅ＋ｈ・Ｐｂ …（４）
式（４）において、「ｈ・Ｐｅ」は車両走行に使われるエンジン１０の燃料消費量であり、「ｈ・Ｐｂ」はエンジン発電に使われるエンジン１０の燃料消費量である。

ここで、エンジン発電に使われる燃料消費量「ｈ・Ｐｂ」は、電力に変換された後にバッテリ６０に保存されることになる。エンジン発電パワーＰｂに電気系効率ηをかけた値（＝Ｐｂ・η）が、燃料消費によってバッテリ６０に入力される電力である。エンジン燃費率ｈにエンジン発電パワーＰｂをかけた値（＝ｈ・Ｐｂ）が、バッテリ６０を充電するためにエンジン１０で消費された燃料量であり、この値がバッテリ６０に入力される等価燃料量と扱われる。

バッテリ６０に保存される等価燃料量は、燃料消費によってバッテリに入力される電力（＝Ｐｂ・η）を、バッテリ６０から出力される時の等価燃料消費量に換算した値である。したがって、バッテリ６０に保存される等価燃料消費量は、燃料消費によってバッテリに入力される電力（＝Ｐｂ・η）に、その時点のバッテリ等価燃費率Ｆを乗算した値（＝Ｆ・Ｐｂ・η）である。

エンジン１０の実際の燃料消費量ｑ１とバッテリ６０に保存される等価燃料消費量との双方を考慮した車両燃料消費量Ｑ（以下「車両燃料消費量Ｑ１」という）は、次式（５）で表わすことができ、式（５）を変形すると次式（５Ａ）が導かれる。

Ｑ１＝ｈ・（Ｐｅ＋Ｐｂ）−Ｆ・Ｐｂ・η …（５）
Ｑ１＝ｈ・Ｐｅ＋（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ …（５Ａ）
式（５），（５Ａ）において、エンジン発電パワーＰｂをパラメータとして変化させると、エンジン発電パワーＰｂがある値となる時に、車両燃料消費量Ｑ１は最小値Ｑ１ｍｉｎとなる。車両燃料消費量Ｑ１が最小値Ｑ１ｍｉｎとなる時のエンジン発電パワーＰｂが、最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎである。この点について、図５〜図９を用いてより詳しく説明する。

図５は、エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂとエンジン燃費率ｈとの対応関係の一例を模式的に示す図である。図５に示すように、エンジン燃費率ｈは、エンジンパワーが基準パワーＰ０である時に最小値となる。したがって、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合においては、要求パワーＰｅに要求パワーＰｅと基準パワーＰ０との差分ΔＰ０を加える（すなわちエンジン発電パワーＰｂを差分ΔＰ０に設定する）ことによって、エンジン燃費率ｈは最小値となる。言い換えれば、エンジン燃費率ｈは、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていく（すなわちエンジンパワーを要求パワーＰｅから増加させていく）と、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０を超えると増加する。

図６は、エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと式（５Ａ）の「ｈ・Ｐｅ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。車両燃料消費量Ｑ１の算出時においては要求パワーＰｅは一定とみなすことができるため、図６に示す「ｈ・Ｐｅ」は、図５に示す「ｈ」に一定値Ｐｅを掛けた値である。したがって、図６に示すように、「ｈ・Ｐｅ」も、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていくと、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０を超えると増加する。

図７は、エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと式（５Ａ）の「ｈ−Ｆ・η」との対応関係の一例を模式的に示す図である。図７の破線で示す「ｈ」は、上述の図５の実線で示したエンジン燃費率ｈと同じである。すなわち、図７の破線で示す「ｈ」は、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていくと、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０を超えると増加する。

車両燃料消費量Ｑ１の算出時において、バッテリ等価燃費率Ｆおよび電気系効率ηはどちらも一定とみなすことができるため、「Ｆ・η」は一定とみなすことができる。したがって、「ｈ−Ｆ・η」は、図７に示すように、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていくと、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、エンジン発電パワーＰｂが差分ΔＰ０を超えると増加する。

なお、既に述べたように、バッテリ等価燃費率Ｆは、ＭＧ２回生発電量に応じて変化し得る。たとえば、ＭＧ２回生発電量が増加すると、バッテリ等価燃料量Ｊは増加しないが、バッテリ蓄電量ａは増加するため、バッテリ等価燃費率Ｆ（＝Ｊ／ａ）は減少する（上述の式（１）〜（３）参照）。そのため、図７に示すように、ＭＧ２回生発電量が多くバッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「ｈ−Ｆ・η」は、ＭＧ２回生発電量が少なくバッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「ｈ−Ｆ・η」よりも、大きい値となる。

図８は、エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと式（５Ａ）の「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。図８に示すように、「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」は、エンジン発電パワーＰｂが０である時に０となり、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていくと、０から単調に増加する。

なお、上述の図７に示したように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「ｈ−Ｆ・η」は、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「ｈ−Ｆ・η」よりも、大きい値となる。そのため、図８に示すように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」は、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」よりも、大きい値となる。

図９は、エンジンパワーとエンジン発電パワーＰｂと車両燃料消費量Ｑ１との対応関係の一例を模式的に示す図である。図９に示す車両燃料消費量Ｑ１の波形は、図６に示す「ｈ・Ｐｅ」の波形と図８に示す「（ｈ−Ｆ・η)・Ｐｂ」の波形とを合成したものである。

図９に示される波形から理解できるように、車両燃料消費量Ｑ１は、エンジン発電パワーＰｂを０から増加させていく（すなわちエンジンパワーを要求パワーＰｅから増加させていく）と、エンジン発電パワーＰｂがある値となる時に最小値Ｑ１ｍｉｎとなることが理解できる。車両燃料消費量Ｑ１が最小値Ｑ１ｍｉｎとなる時のエンジン発電パワーＰｂが「最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎ」である。

さらに、図９に示される波形から理解できるように、最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎは、差分ΔＰ０よりも小さい値となる。これは、単純にエンジンパワーを基準パワーＰ０（＝Ｐｅ＋ΔＰ０）とするよりも、エンジンパワーを基準パワーＰ０よりも小さい「Ｐｅ＋Ｐｂｍｉｎ」とした方が車両全体として燃費消費量が抑制されることを意味する。

さらに、図９に示される波形から理解できるように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎは、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎよりも、小さい値となる。これは、ＭＧ２回生発電量が多くバッテリ等価燃費率Ｆが小さいほど、エンジン発電パワーＰｂを小さくした方が車両全体として燃費消費量が抑制されることを意味する。

以上に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合、上述の式（５）に示すようにエンジン発電パワーＰｂをパラメータとして車両燃料消費量Ｑ１を算出し、車両燃料消費量Ｑ１が最小値Ｑ１ｍｉｎとなる時のエンジン発電パワーＰｂを探索（算出）し、探索された値を最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎに設定する。

＜＜モータアシストパワーＰｍの算出＞＞
次に、モータアシストパワーＰｍの算出手法について説明する。上述のように、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合には、要求パワーＰｅからモータアシストパワーＰｍを差し引いた値（＝Ｐｅ−Ｐｍ）がエンジンパワーとされる。したがって、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合のエンジン１０の実際の燃料消費量ｑ２は、次式（６）で表わされる。

ｑ２＝ｈ・(Ｐｅ−Ｐｍ) …（６）
モータアシストパワーＰｍは第２ＭＧ３０によってアシストされる走行パワーであるため、モータアシストパワーＰｍを電気系効率ηで除算した値（＝Ｐｍ／η）が、モータアシストパワーＰｍを得るためにバッテリ６０から出力される電力であり、その値にバッテリ等価燃費率Ｆを乗算した値（＝Ｆ・Ｐｍ／η）がバッテリ６０から出力される等価燃料量である。

したがって、エンジン１０の実際の燃料消費量ｑ２とバッテリ６０から出力される等価燃料消費量との双方を考慮した車両燃料消費量Ｑ（以下「車両燃料消費量Ｑ２」という）は、次式（７）で表わすことができ、式（７）を変形すると次式（７Ａ）が導かれる。

Ｑ２＝ｈ・(Ｐｅ−Ｐｍ)＋Ｆ・Ｐｍ／η …（７）
Ｑ２＝ｈ・Ｐｅ−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ …（７Ａ）
図１０は、エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍとエンジン燃費率ｈとの対応関係の一例を模式的に示す図である。図１０に示すように、エンジン燃費率ｈは、エンジンパワーが基準パワーＰ０である時に最小となる。したがって、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合においては、要求パワーＰｅから要求パワーＰｅと基準パワーＰ０との差分ΔＰ０を差し引く（すなわちモータアシストパワーＰｍを差分ΔＰ０に設定する）ことによって、エンジン燃費率ｈは最小値となる。言い換えれば、エンジン燃費率ｈは、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていく（すなわちエンジンパワーを要求パワーＰｅからを減少させていく）と、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０を超えると増加する。

図１１は、エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと式（７Ａ）の「ｈ・Ｐｅ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。車両燃料消費量Ｑ２の算出時においては要求パワーＰｅは一定とみなすことができるため、図１１に示す「ｈ・Ｐｅ」は、図１０に示す「ｈ」に一定値Ｐｅを掛けた値である。したがって、図１１に示すように、「ｈ・Ｐｅ」も、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていくと、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０を超えると増加する。

図１２は、エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと式（７Ａ）の「ｈ−Ｆ／η」との対応関係の一例を模式的に示す図である。図１２の破線で示す「ｈ」は、上述の図１１の実線で示したエンジン燃費率ｈと同じである。すなわち、図１２の破線で示す「ｈ」は、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていくと、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０を超えると増加する。

車両燃料消費量Ｑ２の算出時において「Ｆ／η」は一定とみなすことができるため、「ｈ−Ｆ／η」は、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていくと、図１２に示すように、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０に達するまでは減少し、モータアシストパワーＰｍが差分ΔＰ０を超えると増加する。

なお、既に述べたように、バッテリ等価燃費率Ｆは、ＭＧ２回生発電量に応じて変化し得る。図１１に示すように、ＭＧ２回生発電量が多くバッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「ｈ−Ｆ／η」は、ＭＧ２回生発電量が少なくバッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「ｈ−Ｆ／η」よりも、大きい値となる。

図１３は、エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと式（７Ａ）の「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」との対応関係の一例を模式的に示す図である。図１３に示すように、「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」は、モータアシストパワーＰｍが０である時に０となり、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていく（すなわちエンジンパワーを要求パワーＰｅから減少させていく）と、０から単調に減少する。

なお、上述の図１２に示したように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「ｈ−Ｆ・η」は、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「ｈ−Ｆ・η」よりも、大きい値となる。そのため、図１３に示すように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」は、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」よりも、小さい値となる。

図１４は、エンジンパワーとモータアシストパワーＰｍと車両燃料消費量Ｑ２との対応関係の一例を模式的に示す図である。図１４に示す車両燃料消費量Ｑ２の波形は、図１１に示す「ｈ・Ｐｅ」の波形と図１３に示す「−（ｈ−Ｆ／η）・Ｐｍ」の波形とを合成したものである。

図１４に示される波形から理解できるように、車両燃料消費量Ｑ２は、モータアシストパワーＰｍを０から増加させていく（すなわちエンジンパワーを要求パワーＰｅから減少させていく）と、モータアシストパワーＰｍがある値となる時に最小値Ｑ２ｍｉｎとなることが理解できる。車両燃料消費量Ｑ２が最小値Ｑ２ｍｉｎとなる時のモータアシストパワーＰｍが「最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎ」である。

さらに、図１４に示される波形から理解できるように、最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎは、差分ΔＰ０よりも大きい値となる。これは、単純にエンジンパワーを基準パワーＰ０（＝Ｐｅ−ΔＰ０）とするよりも、エンジンパワーを基準パワーＰ０よりも小さい「Ｐｅ−Ｐｍｍｉｎ」とした方が車両全体として燃費消費量を抑制することができることを意味する。

さらに、図１４に示される波形から理解できるように、バッテリ等価燃費率Ｆが小さい場合の最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎは、バッテリ等価燃費率Ｆが大きい場合の最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎよりも、大きい値となる。これは、ＭＧ２回生発電量が多くバッテリ等価燃費率Ｆが小さいほど、モータアシストパワーＰｍを大きくした方が車両全体として燃費消費量を抑制することができることを意味する。

以上に鑑み、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合、上述の式（７）に示すようにモータアシストパワーＰｍをパラメータとして車両燃料消費量Ｑ２を算出し、車両燃料消費量Ｑ２が最小値Ｑ２ｍｉｎとなる時のモータアシストパワーＰｍを探索（算出）し、探索された値を最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎに設定する。

＜＜エンジンパワー制御のフローチャート＞＞
図１５は、上述のエンジン発電パワーＰｂおよびモータアシストパワーＰｍの算出処理を含むエンジンパワー制御をＥＣＵ１００が実行する際の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン１０の作動中に所定サイクルで繰り返し実行される。

ＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２０）。なお、基準パワーＰ０は、予めＥＣＵ１００のメモリに記憶されている。要求パワーＰｅは、アクセル操作量および車速に基づいて決定される。

要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合（Ｓ２０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、上述の式（５）に示すように、エンジン発電パワーＰｂをパラメータとして車両燃料消費量Ｑ１を算出する（Ｓ３０）。すなわち、ＥＣＵ１００は、車両燃料消費量Ｑ１を、Ｑ１＝ｈ・（Ｐｅ＋Ｐｂ）−Ｆ・Ｐｂ・ηとする。

次いで、ＥＣＵ１００は、エンジン発電パワーＰｂを変化させて、車両燃料消費量Ｑ１が最小値Ｑ１ｍｉｎとなる時のエンジン発電パワーＰｂを探索し、探索された値を最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎに設定する（Ｓ３２）。そして、ＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅに最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎを加えた値を、エンジンパワーとする（Ｓ３４）。

一方、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合（Ｓ２０にてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、上述の式（７）に示すように、モータアシストパワーＰｍをパラメータとして車両燃料消費量Ｑ２を算出する（Ｓ４０）。すなわち、ＥＣＵ１００は、車両燃料消費量Ｑ２を、Ｑ２＝ｈ・(Ｐｅ−Ｐｍ)＋Ｆ・Ｐｍ／ηとする。

次いで、ＥＣＵ１００は、モータアシストパワーＰｍを変化させて、車両燃料消費量Ｑ２が最小値Ｑ２ｍｉｎとなる時のモータアシストパワーＰｍを探索し、探索された値を最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎに設定する（Ｓ４２）。そして、ＥＣＵ１００は、要求パワーＰｅから最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎを差し引いた値を、エンジンパワーとする（Ｓ４４）。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、エンジン１０の作動中において、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも小さい場合、エンジン発電パワーＰｂ（バッテリ６０の充電パワー）を要求パワーＰｅに加算することによって、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づける（エンジン１０の熱効率を最適値に近づける）。この際、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の実際の燃料消費量とバッテリ６０の等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量Ｑ１が最小となるエンジン発電パワーＰｂを最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎとして探索し、最適エンジン発電パワーＰｂｍｉｎを要求パワーＰｅに加えた値をエンジン１０から出力させる。そのため、エンジン１０の作動中において、エンジン１０の燃料消費量だけでなくバッテリ６０に保存される等価燃料消費量をも考慮して、車両全体の燃料消費量を最小化することができる。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の作動中において、要求パワーＰｅが基準パワーＰ０よりも大きい場合、モータアシストパワーＰｍ（バッテリ６０の放電パワー）を要求パワーＰｅから減算することによって、エンジンパワーを基準パワーＰ０に近づける（エンジン１０の熱効率を最適値に近づける）。この際、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の燃料消費量とバッテリ６０の等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量Ｑ２が最小となるモータアシストパワーＰｍを最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎとして探索し、最適モータアシストパワーＰｍｍｉｎを要求パワーＰｅから減算した値をエンジン１０から出力させる。そのため、エンジン１０の作動中において、エンジン１０の燃料消費量だけでなくバッテリ６０が消費する等価燃料消費量をも考慮して、車両全体の燃料消費量を最小化することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、２０ 第１ＭＧ、３０ 第２ＭＧ、４０ 動力分割装置、５０ ＰＣＵ、６０ バッテリ、８０ 駆動輪、１００ ＥＣＵ、１２０ 各種センサ。

Claims (3)

1. エンジンおよび回転電機の少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両であって、
   前記回転電機に電気的に接続されるバッテリと、
   前記バッテリに蓄えられている総電力量に対する、前記バッテリを充電するために消費された前記エンジンの燃料量の比率であるバッテリ等価燃費率を算出可能に構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記エンジンの作動中において、前記エンジンの燃料消費量と、前記バッテリ等価燃費率と前記バッテリの充放電パワーとの積によって決まる等価燃料消費量とを加味した車両燃料消費量が最小となる時の前記充放電パワーを探索し、探索された前記充放電パワーをユーザの要求パワーに加えた値を前記エンジンから出力させる、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、
   前記エンジンの熱効率が最適値となる基準パワーよりも前記要求パワーが小さい場合、前記バッテリに充電される充電パワーを前記要求パワーに加算したパワーを前記エンジンが出力するのに要する燃料消費量から、前記バッテリ等価燃費率と前記充電パワーとの積によって決まるバッテリ等価燃料消費量を差し引いた値を、第１の車両燃料消費量として設定し、
   前記第１の車両燃料消費量が最小となる時の前記充電パワーを最適充電パワーとして探索し、
   前記最適充電パワーを前記要求パワーに加算した値を前記エンジンから出力させる、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、
   前記エンジンの熱効率が最適値となる基準パワーよりも前記要求パワーが大きい場合、前記バッテリから放電される放電パワーを前記要求パワーから減算したパワーを前記エンジンが出力するのに要する燃料消費量に、前記バッテリ等価燃費率と前記放電パワーとの積によって決まるバッテリ等価燃料消費量を加えた値を、第２の車両燃料消費量として設定し、
   前記第２の車両燃料消費量が最小となる時の前記放電パワーを最適放電パワーとして探索し、
   前記最適放電パワーを前記要求パワーから減算した値を前記エンジンから出力させる、請求項１に記載のハイブリッド車両。

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