JP3551170B2 - ディーゼルハイブリッド車両の制御 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルハイブリッド車両の制御に関し、詳しくはディーゼルエンジンと電動機とバッテリとを搭載したディーゼルハイブリッド車両の制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、地球環境の保全や省資源の観点から、内燃機関をできるだけ運転効率の高い条件で運転し、車両として必要な駆動力などは、必要があれば車載の電動機からの出力により確保しようとするいわゆるハイブリッド車両が各種提案されている。こうしたハイブリッド車両には、シリーズハイブリッド、パラレルハイブリッドという二つのタイプがあり、更に、後者には、大きく分ければ、1モータのアシストタイプのもの、2モータの動力分配タイプのものがある。動力分配タイプのものには、更に2ロータモータを用いた電気分配式と、プラネタリギヤなどを用いた機械分配式が知られている。シリーズハイブリッドは、内燃機関により発電機を運転して発電し、発電した電力を一旦バッテリに蓄え、車両に対する要求に応じて、駆動用モータを駆動する方式を採用している。従って、こうした構成では、内燃機関の運転を、車両に対する要求から切り離すことが可能である。これに対して、アシストタイプのハイブリッド車両やパラレルハイブリッドタイプの車両では、内燃機関は、車両に対する要求に応じて、ある運転範囲で運転される。
【0003】
車両に対する要求とは、車両の走行に必要なエネルギ(通常は、アクセルペダルの踏込量と回転数とにより求める)のみならず、エアコンなどの補機類の運転に必要なエネルギも含まれる。更に、バッテリを搭載した車両では、このバッテリの充放電エネルギも、車両に対する要求として捉えることが必要となる。ハイブリッド車両では、車両に対する要求が大きくなった場合に備えて電力を持ち出可能、即ちある程度充電しておかねばならず、他方、下り坂のように連続して回生がなされる場合に備えて充電可能にしておかねばならず、両者の要請から、バッテリの充電状態をある目標状態または目標範囲に管理することが行なわれていた。従って、バッテリの残容量が低下すると、内燃機関の出力を高めて発電を行なってバッテリを充電し、反対に残容量が高すぎると、内燃機関を停止または内燃機関の出力を低下して、バッテリを放電させていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるハイブリッド車両では、本来内燃機関の効率を高くする事を意図していながら、場合によっては、効率を低くしてしまう制御が行なわれることがあるという課題が見い出された。こうした課題は、最も効率の良い運転範囲域が、ガソリンエンジンよりも低出力側に存在するディーゼルエンジンの場合に顕著に現れる。バッテリの残容量が不足していると判断して、充電用の電力を取り出そうとしてディーゼルエンジンの出力を上げると、効率の最も良い点から遠ざかるという現象が生じやすいからである。
【0005】
本発明の装置は、こうした問題を解決し、ディーゼルハイブリッド車両において、ディーゼルエンジンをできるだけ効率の高い運転領域で運転する制御を実現することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段及びその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決する本発明の装置は、
ディーゼルエンジンと該エンジン以外に駆動力を発生する電動機と該電動機への電力供給源となるバッテリとを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置であって、
前記バッテリの残存容量を、所定の目標値に向けて増減する前記ディーゼルエンジンの出力の補正量を求める補正量算出手段と、
前記ディーゼルエンジンの運転状態と運転効率との関係に従って、前記補正量を、前記ディーゼルエンジンの運転効率が高まる側に修正する修正手段と、
前記ディーゼルエンジンに対する要求量を前記修正された補正量により補正し、該補正済みの要求量に従って、該ディーゼルエンジンを運転するエンジン運転手段と
を備えたことを要旨としている。
【0007】
また、この制御装置に対応した制御方法の発明は、
ディーゼルエンジンと該エンジン以外に駆動力を発生する電動機と該電動機への電力供給源となるバッテリとを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御方法であって、
前記バッテリの残存容量を、所定の目標値に向けて増減する前記ディーゼルエンジンの出力の補正量を求める補正量を求め、
前記ディーゼルエンジンの運転状態と運転効率との関係に従って、前記補正量を、前記ディーゼルエンジンの運転効率が高まる側に修正し、
前記ディーゼルエンジンに対する要求量を前記修正された補正量により補正し、該補正済みの要求量に従って、該ディーゼルエンジンを運転すること
を要旨としている。
【0008】
かかるディーゼルハイブリッド車両の制御では、基本的にはバッテリの残存容量に基づいてディーゼルエンジンの出力対する補正量を求めるが、この補正量を、ディーゼルエンジンの運転状態と運転効率との関係に従って、ディーゼルエンジンの運転効率が高まる側に修正する。ディーゼルエンジンは、この修正された補正量を用いて運転される。従って、単純にバッテリの残存容量に従ってディーゼルエンジンの運転を行なう場合よりも、効率の高い運転範囲での運転を実現する事ができる。
【0009】
かかるディーゼルハイブリッド車両の制御装置において、バッテリの状態に基づく補正量による補正と前記運転効率との関係に従ってなされる修正とが、前記ディーゼルエンジンの出力の増減に対して同じ増減方向であるとき、この補正と修正とを加算的に行ない、両者が相反する増減方向であるとき、バッテリの状態に基づく補正量に従った補正のみを行なうものとすることができる。バッテリの状態を適正に保つための補正の要求は、優先度の高いものと考えられるからこれをまず確保し、その上で、効率が改善されるように、補正量の修正を行なう構成は、現実的なものである。こうすれば、ディーゼルエンジンをできるだけ効率の良い運転領域で運転したいとする要求と、バッテリの残容量を適正に制御したいという要求とを巧みに両立させることができる。なお、ここで補正と修正とを加算的に行なうとは、単に補正量や補正係数を足し算する事だけでなく、乗算したり、累積したり、累積方向のマップを参照する事なども含まれる。
【0010】
上記の構成では、補正と修正が互いに逆方向の結果を招く場合には、補正量の修正を行なわないものとしたが、バッテリの状態を適正に保ちたいという要求よりもディーゼルエンジンの効率的な運転の優先度を高く設定すれば、バッテリの状態に基づく補正と、効率との関係による修正とが、ディーゼルエンジンの出力の増減に対して互いに逆方向であるときも効率を優先し、補正量を減算的に修正することも可能である。あるいは、バッテリへの充電を最優先するのではなく、一定の条件に制限し、その範囲で、ディーゼルエンジンの運転効率を優先するといった構成も採用することができる。
【0011】
こうした補正は、補正量に対する修正係数を予め記憶しておき、補正量の符号とディーゼルエンジンの運転状態とに基づいて、修正係数の乗算の可否を判断し、判断結果に基づいて、補正量に修正係数を乗算して、補正を行なうことにより、簡便に実現することができる。この場合の修正係数は、修正がない場合を値1としておけば、乗算により、補正量を簡易に補正することができる。補正量とディーゼルエンジンの運転状態とに基づいて判断するのは、ディーゼルエンジンの運転を高効率の運転状態とできるか否かを判断するためである。
【0012】
こうした補正における修正係数は、ディーゼルエンジンの運転効率が最も高い範囲を基準値(例えば値1)として、この範囲からはずれるほど大きな修正値として設定しておくことができる。こうすれば、効率の高い範囲からはずれている場合には大きく補正でき、少しでも効率の高い運転範囲に近づけることができるからである。
【0013】
バッテリの状態に基づいて行なわれる補正量の算出は、バッテリの充放電量を補正することで、ディーゼルエンジンに対する補正量を算出するものとすることができる。ディーゼルエンジンの出力を直接補正してもよいが、一旦バッテリの充放電量を補正することで、これを介してエンジンの出力を補正するということも可能だからである。一般に、エンジンに対する要求出力Peは、車両の駆動に必要な出力Pdと補機類の運転に必要な出力Paとバッテリの充放電に必要な出力Phとの総和として、つまり次式(1)のように定めることができる。
Pe=Pd+Pa+Ph … (1)
こうして定められたエンジンへの要求出力Peを直接補正することもできるが、バッテリの充放電のために必要な出力Phを補正することで、結果的に、エンジンの出力を補正しても良い、ということである。バッテリの充放電は、充電であればモータにより電力を回生した結果生じることから、エンジンにとっては負荷(Ph>0)であり、放電であればモータからトルクアシストが行なわれることになり、エンジンにとっては負荷の軽減(Ph<0)である。これを補正することにより、結果的にディーゼルエンジンの出力を補正することかできる。もとより、(1)式の右辺のいずれを補正することで、エンジンの出力を補正しても差し支えない。なお、ここでは、瞬時のトルク×回転数という程度の意味で、「出力」という言葉を用いたが、現実にディーゼルエンジン150に対する燃料噴射量などを制御することで調整されているのは、ディーゼルエンジン150から取り出されるエネルギである。そこで、以下の説明では、これらは、必要に応じて、出力、またはエネルギPe等と記載する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、以下の項目に分けて説明する。
A.ハイブリッド車両の全体構成とディーゼルエンジン周辺の構成
B.ハイブリッド車両の基本的動作
C.第1実施例の制御
D.第2実施例の制御
E.その他の変形例
【0015】
A.ハイブリッド車両の全体構成とディーゼルエンジン周辺の構成:
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド車両の全体構成を模式的に示す説明図である。このハイブリッド車両は、ディーゼルエンジン150と、2つのモータ/ジェネレータMG1,MG2とを備えている。これらは、いずれも駆動軸に対して動力源となりうる原動機である。ここで、「モータ/ジェネレータ」とは、モータとしても機能し、また、ジェネレータとしても機能する原動機を意味している。なお、以下では説明の便を図って、これらを単に「モータ」と呼ぶ。ディーゼルエンジン150とモータMG1,MG2は、プラネタリギヤ120の3軸に各々接続されており、相互の間で動力のやりとりをすることができる。モータMG2が結合された駆動軸は、ディファレンシャルギヤ114を介して、左右の駆動輪116L,116Rに結合されていることから、ディーゼルエンジン150,モータMG1,MG2のいずれも、この駆動輪116L,116Rを駆動するための動力源となりうるのである。動力の出力形態については後述する。
【0016】
ディーゼルエンジン150は、コモンレール方式の燃料噴射ポンプ171(図2参照)を制御して燃料噴射量制御を行なうEFIECU170により制御される。また、モータMG1,MG2は、駆動回路191,192を介して、制御ECU180により制御される。EFIECU170と制御ECU180とは、通信により必要なデータのやりとりを常時行なっている。なお、モータMG1,MG2を駆動する電気的なエネルギはバッテリ194から供給される。このバッテリ194は、充放電可能な二次電池であり、モータMG1,MG2が発電機として運転される回生モードでは、余剰の電力により充電することも可能である。
【0017】
図1に示した車両は、従って、ディーゼルエンジン150によっても、モータMG1,MG2によっても、走行することができる。次に、この実施例のディーゼルハイブリッド車両の詳細な構成について、バッテリ194の充放電制御を含めて説明する。図2は、本実施例のディーゼルハイブリッド車両のプラネタリギヤ120とモータMG1,MG2との関係を中心に示す説明図である。
【0018】
モータMG1,MG2は、同期電動機として構成されており、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ132,142と、回転磁界を形成する三相コイル131,141が巻回されたステータ133,143とを備える。ステータ133,143はケース119に固定されている。モータMG1,MG2のステータ133,143に巻回された三相コイル131,141は、それぞれ駆動回路191,192を介して2次バッテリ194に接続されている。駆動回路191,192は、各相ごとに、スイッチング素子としてのトランジスタをソース側とシンク側のそれぞれ一つずつ備えたトランジスタインバータである。駆動回路191,192は制御ECU180に接続されており、制御ECU180からの制御信号によって駆動回路191,192のトランジスタがスイッチングされると、バッテリ194とモータMG1,MG2との間に電流が流れる。モータMG1,MG2はバッテリ194からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし(以下、この動作状態を力行と呼ぶ)、ロータ132,142が外力により回転している場合には三相コイル131,141の両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ194を充電することもできる(以下、この動作状態を回生と呼ぶ)。
【0019】
エンジン150とモータMG1,MG2の回転軸は、プラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、サンギヤ121と、リングギヤ122と、プラネタリピニオンギヤ123を有するプラネタリキャリア124と、から構成されている。本実施例のディーゼルハイブリッド車両では、エンジン150のクランクシャフト156はダンパ130を介してプラネタリキャリア軸127に結合されている。ダンパ130はクランクシャフト156に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータMG1のロータ132は、サンギヤ軸125に結合されている。モータMG2のロータ142は、リングギヤ軸126に結合されている。リングギヤ122の回転は、チェーンベルト129とディファレンシャルギヤ114とを介して車軸112および駆動輪116R,116Lに伝達される。
【0020】
制御ECU180は、車両全体の制御を実現するために種々のセンサを用いており、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ165、ブレーキの踏み込み圧力を検出するためのブレーキセンサ163、バッテリ194の充電状態SOCを検出するためのバッテリセンサ196、およびモータMG2の回転数を測定ための回転数センサ144などが接続されている。リングギヤ軸126と車軸112はチェーンベルト129によって機械的に結合されているため、リングギヤ軸126と車軸112の回転数の比は一定である。従って、リングギヤ軸126に設けられた回転数センサ144によって、モータMG2の回転数のみでなく、車軸112の回転数、つまり車速も検出することができる。
【0021】
ディーゼルエンジン150の運転を制御するEFIECU170にも、同様に、種々のセンサやアクチュエータに接続されている。センサとしては、吸入空気量AFMを計測するエアフロメータ172や、図示しない冷却水温センサ、触媒温度の検出用センサなどがある。アクチュエータとしては、コモンレール方式の燃料噴射ポンプ171や過給器175を制御するゲートバルブ(図示省略)等がある。過給器175は、必要に応じて、排気の力を利用して、吸入空気を過給するものである。過給される吸入空気を冷却するためのインタクーラ177なども備えられている。
【0022】
B.ハイブリッド車両の基本的動作:
ハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、以下ではまず、プラネタリギヤ120の動作について簡単に説明する。プラネタリギヤ120は、上述した3つの回転軸のうちの2つの回転軸の回転数が決定されると残りの回転軸の回転数が決まるという性質を有している。各回転軸の回転数の関係は次式(1)の通りである。
【0023】
Nc=Ns×ρ/(1+ρ)+Nr×1/(1+ρ) …(1)
【0024】
ここで、Ncはプラネタリキャリア軸127の回転数、Nsはサンギヤ軸125の回転数、Nrはリングギヤ軸126の回転数である。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ121とリングギヤ122のギヤ比である。
【0025】
ρ=[サンギヤ121の歯数]/[リングギヤ122の歯数]
【0026】
3つの回転軸のトルクは、回転数に関わらず、次式(2),(3)で与えられる一定の関係を有する。
【0027】
Ts=Tc×ρ/(1+ρ) …(2)
Tr=Tc×1/(1+ρ)=Ts/ρ …(3)
【0028】
ここで、Tcはプラネタリキャリア軸127のトルク、Tsはサンギヤ軸125のトルク、Trはリングギヤ軸126のトルクである。
【0029】
本実施例のハイブリッド車両は、このようなプラネタリギヤ120の機能により、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、ディーゼルエンジン150を停止したまま、モータMG2を力行することにより車軸112に動力を伝達して走行する。同様にディーゼルエンジン150をアイドル運転したまま走行することもできる。
【0030】
走行開始後にハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御ECU180はモータMG1を力行し、このモータMG1のトルクによってディーゼルエンジン150をモータリングして始動する。このとき、モータMG1の反力トルクがプラネタリギヤ120を介してリングギヤ122にも出力されるが、これはモータMG2を制御することにより吸収される。
【0031】
ディーゼルエンジン150を運転してプラネタリキャリア軸127を回転させると、上式(1)〜(3)を満足する条件下で、サンギヤ軸125およびリングギヤ軸126が回転する。リングギヤ軸126の回転による動力はそのまま駆動輪116R,116Lに伝達される。サンギヤ軸125の回転による動力は第1のモータMG1で電力として回生することができる。一方、第2のモータMG2を力行すれば、リングギヤ軸126を介して駆動輪116R,116Lに動力を出力することができる。
【0032】
定常運転時には、ディーゼルエンジン150の出力が、車軸112の要求動力(すなわち車軸112の回転数×トルク)とほぼ等しい値に設定される。このとき、ディーゼルエンジン150の出力の一部はリングギヤ軸126を介して直接車軸112に伝えられ、残りの出力は第1のモータMG1によって電力として回生される。回生された電力は、第2のモータMG2がリングギヤ軸126を回転させるトルクを発生するために使用される。この結果、車軸112を所望の回転数で所望のトルクで駆動することが可能である。プラネタリギア120と二つのモータMG1,MG2を用いたこの動作を、トルク変換と呼んでいる。
【0033】
車軸112に伝達されるトルクが不足する場合には、第2のモータMG2によってトルクをアシストする。このアシストのための電力には、第1のモータMG1で回生した電力およびバッテリ194に蓄えられた電力が用いられる。このように、制御ECU180は、車軸112から出力すべき要求動力に応じて2つのモータMG1,MG2の運転を制御する。
【0034】
本実施例のハイブリッド車両は、ディーゼルエンジン150を運転したまま後進することも可能である。ディーゼルエンジン150を運転すると、プラネタリキャリア軸127は前進時と同方向に回転する。このとき、第1のモータMG1を制御してプラネタリキャリア軸127の回転数よりも高い回転数でサンギヤ軸125を回転させると、上式(1)から明らかな通り、リングギヤ軸126は後進方向に反転する。制御ECU180は、第2のモータMG2を後進方向に回転させつつ、その出力トルクを制御して、ハイブリッド車両を後進させることができる。
【0035】
プラネタリギヤ120は、リングギヤ122が停止した状態で、プラネタリキャリア124およびサンギヤ121を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもディーゼルエンジン150を運転することができる。例えば、バッテリ194の残容量が少なくなれば、ディーゼルエンジン150を運転し、第1のモータMG1を回生運転することにより、バッテリ194を充電することができる。車両が停止しているときに第1のモータMG1を力行すれば、そのトルクによってディーゼルエンジン150をモータリングし、始動することができる。
【0036】
以上説明した制御ECU180の動作に伴い、制御ECU180から指令を受けて、EFIECU170は、ディーゼルエンジン150の運転状態を制御する。ディーゼルエンジン150の出力は、専ら、燃料噴射ポンプ171によりディーゼルエンジン150に噴射される燃料量で決定される。従って、EFIECU170は、制御ECU180から、動力系が必要としているエネルギPdなどの情報を受け取り、これからディーゼルエンジン150が出力すべきエネルギPeを求めて、燃料噴射量や過給量などを設定している。このディーゼルエンジン150が出力すべきエネルギPeは、次式(4)により決定される。
【0037】
Pe=Pd+Pα+Paux …(4)
【0038】
ここで、Pdは、駆動軸に出力すべき動力(トルク×回転数)から求められるエネルギ、Pαは、バッテリ194の充放電を調整するために必要となるエネルギ(以下、調整用のエネルギと呼ぶ)、Pauxは、コンプレッサなどの補機類を運転するために必要となるエネルギである。バッテリ194は、将来の充放電に備えて適正な充電状態に保つことが望ましいので、適正な充電状態と比べて残容量が少なければ充電が必要となり、その分のエネルギをディーゼルエンジン150から出力するとして、調整用のエネルギPαは正の値となる。他方、残容量が適正範囲より高ければ、バッテリ194から電気エネルギを持ち出して車両を運転するとして、調整用のエネルギPαは負の値となる。
【0039】
プラネタリギヤ120を用いた2モータタイプのハイブリッド車両では、ディーゼルエンジン150の回転数およびトルクは、車軸112の回転数およびトルクによって一律に決定されるということはない。車軸112の状態、即ちトルクと回転数は、二つのモータMG1,MG2の運転状態により、プラネタリギヤ120が有する上記式(1)ないし(3)の関係を満たす範囲内で、自由に制御することができるのである。EFIECU170は、必要なエネルギをディーゼルエンジン150から出力するように制御すれば足りる。EFIECU170が、必要な出力を確保すれば、制御ECU180は、二つのモータMG1,MG2を制御して、車軸112に必要な回転数とトルクを出力しつつ、ディーゼルエンジン150を、最も効率の高い点で運転するよう制御する。この様子を、図3に示した。図3において、等高線として描かれた線は、効率の等しい回転数とトルクの組合わせを示している。図において、閉じられた範囲A1は、効率が最も高い運転領域を示しており、範囲A2,A3・・・と外に行くにつれて効率が低下することを示している。図3は、横軸がエンジンの回転数、縦軸がトルクを、それぞれ示している。トルク×回転数がエネルギに対応しているので、この図に、「等エネルギ線」を書き込むことができる。図が煩雑になることを避けて、図3には1本のみ記入した。ディーゼルエンジン150は、出力Peが決まると、対応する等エネルギ線上で運転されることになる。ディーゼルエンジン150の回転数を制御して最も効率の良い点で運転することは、制御ECU180の制御により実現されている。この結果、本実施例の制御装置では、実線LGとして例示したように、ディーゼルエンジン150は、その最も高率の高い点を選択して運転されることになる。この実線LGを、最適出力線LGと呼ぶもとのする。以下に説明する実施例は、以上の制御を前提として行なわれる。
【0040】
C.第1実施例の制御:
以上の構成を有する本実施例のディーゼルハイブリッド車両の制御装置は、図4に示す運転制御処理を実行する。制御ECU180は、まずバッテリセンサ196からの信号を読み取ることで、バッテリ194の充電状態SOCを読み込む処理を行なう(ステップS10)。充電状態SOCは、バッテリ194の残容量と同じものである。制御ECU180は、この充電状態SOCに基づいて、補正量Phを求める処理を行なう(ステップS20)。補正量Phは、演算によって求めることもできるが、本実施例では、予め用意した補正量マップを参照することで設定した。補正量マップの一例を図5に示す。ハイブリッド車両では、将来の使用に備えて、バッテリ194の残容量を所定の範囲に保っておくことが望ましい。そこで、バッテリ194が満充電(SOCが大)の場合には、放電させるべく補正量Phをマイナスの値に設定し、バッテリ194の残容量が不十分な場合(SOCが過小の場合)は、充電させるべく補正量Phをプラスの値に設定するのである。本実施例では、補正量Phは、充電状態SOCが所定値S1の場合には値0となり、それ以外では、上記の関係を満たして所定の値を有するような関係として設定されているが、所定値S1に対して一定の幅、例えば±ΔSの範囲では、補正量Phが値0となるように設定することも差し支えない。
【0041】
次に、制御ECU180は、EFIECU170とやりとりしているデータに基づいて、ディーゼルエンジン150の現在の出力Peを読み取る処理を行なう(ステップS30)。ディーゼルエンジン150は、図3に示した最適出力線LGに沿って運転されているから、現在のディーゼルエンジン150の出力Peを知れば、エンジン150がどの点(トルクと回転数の組合わせ)で運転されてるいるかを知ることができる。そこで、次に、このエンジンの出力Peに従って、修正係数αを設定する処理を行なう(ステップS40)。本実施例では、この修正係数αは、図6に例示した修正係数マップから求めるものとしたが、演算式等によって設定するものとしても良い。図6に例示するように、エンジン出力Peが図3に示した範囲A1に入っていれば、ディーゼルエンジン150は最も効率が高い状態で運転されていることになるから、修正は必要とないことになる。本実施例では後述するように修正は積算により行なわれるから、この場合の修正係数αは、値1に設定されている。修正係数αは、エンジンの出力Peが範囲A1から離れるにつれて漸増するような値に設定されている。ディーゼルエンジン150が出力するエネルギPeがこの範囲A1より大きい場合でも小さい場合でも、運転効率は低下するからである。ディーゼルエンジン150は、範囲A1にできる打近い範囲で運転されることが、運転効率、燃費の点からは好ましい。
【0042】
以上の処理を受けて、ステップS50以下では、エンジンの出力Peの範囲や補正量Phの大小などについて判定することで、上記の補正量Phと修正係数αとから、バッテリの充放電を調整するために必要となるエネルギPαを求める処理を行なう。まず、エンジンの出力Peが範囲A1に対してどのような関係になっているかを判定する(ステップS50)。エンジンの出力Peが範囲A1に入っていれば、ディーゼルエンジン150の運転状態を変更する必要はないから、マップにより求めた補正量Phをそのまま調整用のエネルギPαとして設定する処理を行なう(ステップS60)。
【0043】
他方、エンジンの出力Peが範囲A1より大きく、例えば、図3,図6に示し運転ポイントQ1で運転されている場合には(ステップS50)、次に補正量Phが値0未満か否かの判断を行なう(ステップS70)。即ち、図5に示した補正量のマップにおいて、充電状態SOCが、所定値S1より大きいか否かについて判定するのである。充電状態SOCが所定値S1未満でなければ、バッテリ194の残容量からの要求としては、一定の大きさの出力がエンジンには求められていることになる。従って、この場合には、例えディーゼルエンジン150が効率が最も高い範囲A1からはずれて運転されているとしても、そのままでは、ディーゼルエンジン150の運転状態を効率が最も高い範囲A1に近づけることはできない。近づけるには、エンジンの出力を低減せねばならず、その場合には、バッテリ194の残容量を適正な範囲に保持することが必ずしも保証されない可能性があるからである。ディーゼルエンジン150の運転効率と、バッテリ194の残容量の適正化のいずれを優先するかは、システムの設計に関わる。ディーゼルエンジン150の運転効率を、より優先する実施例については、後述する。
【0044】
ステップS70での判断が「NO」、即ち補正量Phが値0未満でなければ、マップから求めた補正量Phをそのまま調整用のエネルギPαとして設定する(ステップS60)。他方、補正量Phが値0未満の場合には(ステップS70)、補正量Phに修正係数αを乗算して、調整用のエネルギPαを求める処理を行なう(ステップS80)。この処理は、図3,図6において、運転ポイントQ1で運転されており、バッテリ194の充電状態SOCからみても、ディーゼルエンジン150の出力を低減することで、その運転状態を範囲A1に近づけることができると判断した場合に相当する。この場合には、ディーゼルエンジン150の運転効率を向上すべく、補正量Phの絶対量を大きな値に修正するのである。
【0045】
ステップS50で、エンジンの出力Peが範囲A1より小さいと判断した場合には、更に補正量Phが値0より大きいか否かの判断を行なう(ステップS75)。この処理は、ステップS70と対称的な処理になっており、ステップS75で「NO」と判断されるのは、図3,図6において、最も運転効率の高い範囲A1より出力が低い運転状態、例えば運転ポイントQ2で運転されており、かつバッテリ194の充電状態SOCが所定値S1に対して高い場合(充電されすぎている場合)である。この場合には、バッテリ194の充電状態SOCから見れば、ディーゼルエンジン150の出力を低下させたいが、低下させればその運転効率は更に低下してしまうことになる。そこで、この場合には、バッテリ194側からエンジンに対して要求するエネルギPαを値0とし(ステップS85)、エンジンの効率の低下を防止する。なお、ディーゼルエンジン150の出力を低下させなければ、通常バッテリ194は更に充電されて、充電状態SOCは漸増するが、第1実施例のハイブリッド車両では、その場合には、ディーゼルエンジン150の運転を停止し、その後は、バッテリ194に蓄えられた電力を用いて、モータMG1およびMG2により走行することになる。
【0046】
他方、ステップS75の判断において、補正量Phが値0より大きい場合には、補正量Phに修正係数αを乗算して、調整用のエネルギPαを求める処理を行なう(ステップS80)。この処理は、図3,図6において、運転ポイントQ2で運転されており、バッテリ194の充電状態SOCからみて、ディーゼルエンジン150の出力を高めることで、その運転状態を範囲A1に近づけることができると判断した場合に相当する。
【0047】
以上説明したステップS60,ステップS80もしくはステップS85の処理のいずれかにより、エンジンに要求するエネルギの計算に用いられる調整用のエネルギPαが設定される。そこで、これらの処理を受けて、次に、最大値、最小値のチェックとガード処理を行なう(ステップS90)。求めたエネルギPαが、予め設定した最小値から最大値の間に入っているか否かのチェックと、仮にこの範囲を超えている場合には、これを最小値または最大値でガードする処理である。こうして調整用のエネルギPαを適正な値に定めた後、補正を実行する(ステップS95)。この補正は、既述した式(4)に従って、ディーゼルエンジン150の出力Peを補正するのである。求めたこの出力Peの値は、EFIECU170に出力され、EFIECU170は、この出力Peに基づいて、燃料噴射ポンプ171などを制御し、ディーゼルエンジン150が出力するエネルギを所望の値に調整する。
【0048】
以上説明した本実施例のディーゼルハイブリッド車両の制御装置によれば、式(4)に示したように、ディーゼルエンジン150の出力を、現在の駆動力の要求Pdのみにより定めるのではなく、バッテリ194の充電状態SOCの調整に必要とされるエネルギPαをも考慮して定めている。しかも、本実施例では、ディーゼルエンジン150が最も効率が高い運転範囲で運転されていない場合で、かつバッテリ194の充電状態SOCから見て許される場合には、補正量Phを修正係数αにより修正して、ディーゼルエンジン150を運転効率が一層高い運転範囲で運転する(ステップS80)。その一方で、バッテリ194の充電状態SOCの要求に引きずられてディーゼルエンジン150の運転効率が低下する、という事態を生じないようにしている(ステップS60またはステップS85)。これらの処理を行なうことで、ディーゼルエンジン150をエネルギ源とするハイブリッド車両において、ディーゼルエンジン150の運転効率を、平均的には改善することが可能となる。
【0049】
なお、本実施例では、二つのモータMG1,MG2を用いて、いわゆるトルク変換を行なっているので、ディーゼルエンジン150の運転ポイントを自由に制御できるという利点も得られる。また、バッテリ194を設けて電力の出し入れも行なっているので、バッテリ194に蓄えられた電力のみによるいわゆるEV走行も可能であり、ハイブリッド車両全体として、運転状況に応じて、効率が高い運転モードを選択して走行することができる。
【0050】
D.第2実施例の制御:
以上説明した第1実施例では、ディーゼルエンジン150の運転効率を高くする方向への調整用のエネルギPαの修正が、バッテリ194の充電状態SOCから見た要求と異なっている場合には、補正量Phを修正係数αで修正するという処理(ステップS80)は行なわなかった。バッテリ194の充電状態SOCを適正範囲に制御するという要請を優先したからである。これに対して、バッテリ194の充電状態SOCを適正範囲に制御するという要請を満たしつつも、更にディーゼルエンジン150の運転効率を高めるような制御を実現することも可能である。バッテリ194の充電状態SOCを適正な範囲に制御するといっても、充放電には時間がかかることから、どの程度迅速に、適正な範囲に移行させるか、という点では、システム設計上の自由度が存在するからである。以下、ディーゼルエンジン150の運転効率を高めるという要請を一層優先した制御を、第2実施例として説明する。
【0051】
第2実施例のディーゼルハイブリッド車両の制御装置は、第1実施例と同一のハードウェア構成を備え、制御ECU180が実行する処理のみが異なる。制御ECU180が実行する処理の概要を図7のフローチャートに示した。なお、第1実施例と同一の処理(ステップS10ないしS40)は図示を省略した。また、図4に示した第1実施例と同一の処理については、ステップ番号の下2桁を同一とした。
【0052】
第2実施例では、第1実施例と同様、バッテリ194の充電状態SOCの読み込みや補正量Ph、修正係数αの設定などを行なった後、ディーゼルエンジン150の運転範囲が、運転効率が最も高い範囲A1に対してどのような関係にあるかの判断(ステップS150)と、補正量Phが値0とどのような大小関係にあるかの判断(ステップS170,S175)とを、第1実施例と同様に行なう。これらの判断の組合わせのうち、エンジンの出力Peが範囲A1に含まれている場合と、補正量Phを用いた補正がエンジンの効率を改善するものである場合は、いずれも第1実施例と同様の処理を行なう(ステップS160,S180)。なお、その後の、最大値,最小値のチェックとガード処理(ステップS190)と、補正の実行(ステップS195)についても、第1実施例と同様である。
【0053】
本実施例では、次の点で第1実施例の処理と異なる処理を行なっている。即ち、ディーゼルエンジン150の出力が効率の最も高い範囲A1より大きくかつ補正量Phが値0より大きい場合には、一定時間以内に充電状態SOCが所定範囲内に入る最大の調整用エネルギPαを設定し(ステップS200)、一方、ディーゼルエンジン150の出力が効率の最も高い範囲A1より小さくかつ補正量Phが値0未満の場合には、一定時間以内に充電状態SOCが所定範囲内に入る最小の調整用エネルギPαを設定する(ステップS210)。それぞれの条件は、換言すれば、ディーゼルエンジン150の運転状態からは、効率の高い運転範囲A1の側に出力を調整したいが、その方向に出力を増減すると、バッテリ194の充電状態の要求に反するというものである。第1実施例では、これらの条件の場合は、調整用のエネルギPαを補正量Phそのものに設定するか(図4、ステップS60)、調整用のエネルギPαを値0に設定した(図4、ステップS85)。これに対して第2実施例では、それぞれ、調整用のエネルギPαを、一定時間以内にバッテリ194の充電状態SOCが所定範囲内に入る最大の値、または最小の値に設定している。
【0054】
この調整の様子を図8に例示した。図8は、バッテリ194の充電状態SOCが所定範囲(S1±ΔS)よりも下回った運転ポイントB1で運転されている場合(Ph>0)のその後の制御の様子を例示したグラフである。バッテリ194の状態が同じポイントB1にあるとしても、ディーゼルエンジン150が図3に示したポイントQ1で運転されているか、ポイントQ2で運転されているかによって、その後の制御は異なる。ディーゼルエンジン150が図3に示した運転ポイントQ2にあれば、充電状態SOCによる出力調整の方向とディーゼルエンジン150の効率改善の方向とは一致するから、調整用のエネルギPαは、修正係数αを用いて修正され、ディーゼルエンジン150の出力Peは、更に増加される。他方、ディーゼルエンジン150か図3の運転ポイントQ1で運転されていれば、バッテリ194の充電のためにディーゼルエンジン150の出力を更に増加することは、エンジンの運転効率の点からは望ましくない。第1実施例では、この場合、現状を維持するよう、調整用エネルギPαを補正量Phそのものとして設定した(図4、ステップS50−S70−S60)。この場合、ディーゼルエンジン150は同じ出力で運転が継続されることになり、ディーゼルエンジン150の運転効率の改善は行なわれず、やがてバッテリ194の充電状態SOCは、所定範囲に入ることになる。もとより、この場合でも、運転効率の改善は行なわれないものの、充電状態SOCからの要請に引きずられて運転状態を効率が低下する方向に制御することはないから、従来と比べてトータルでの運転効率は改善されていた。
【0055】
これに対して、第2実施例では、同様の条件の下では、所定時間以内にバッテリ194の充電状態SOCが所定範囲(S1±ΔS)に入る最大の調整用エネルギPαを求め、これを設定している(ステップS210)。従って、EFIECU170により、ディーゼルエンジン150の出力はわずかに低減され、結果的にその効率は改善される。調整用のエネルギPαは低減されるとは言え、バッテリ194に対する充電が行なわれる程度にディーゼルエンジン150の出力Peは維持されるので、バッテリ194の充電は行なわれるのである。但し、充電に要する時間は長くなる。なお、上記の説明では、バッテリ194の充電状態SOCが所定範囲S1±ΔSに対して低い場合を例として用いたが、充電状態SOCが所定範囲よりも高い場合であっても、同様の制御が行なわれる。即ち、バッテリ194の充電のためにディーゼルエンジン150の出力を更に低下することが、エンジンの運転効率の点からは望ましくない場合、所定時間以内にバッテリ194の充電状態SOCが所定範囲(S1±ΔS)に入る最小の調整用エネルギPαを求め、これを設定する(ステップS200)。従って、EFIECU170により、ディーゼルエンジン150の出力はわずかに増加され、結果的にその効率は改善される。
【0056】
以上説明した第2実施例によれば、バッテリ194の充電状態SOCから見たディーゼルエンジン150の出力の増減の修正方向と効率の点から見た出力の増減方向とが一致しない場合でも、所定時間以内に充電状態SOCが所定範囲に内に入る最小または最大の調整用のエネルギPαを求めて、ディーゼルエンジン150の出力を制御している。この結果、いずれの場合でも、ディーゼルエンジン150の運転効率は改善されることになる。第1実施例と第2実施例とでは、上述したように、充電状態SOCによる出力調整の方向とディーゼルエンジン150の効率改善の方向とが一致しない場合のディーゼルエンジン150の出力の調整の手法が異なっているが、これはいずれの条件をどの程度優先するか、という問題であり、技術的にはどちらを採用することも可能である。
【0057】
E.その他の変形例:
例えば、車両の今後の運転条件がカーナビゲーションシステムなどから予測できる場合には、図4および図7に示した制御を切り替えて、車両全体としてより望ましい側の制御を採用することも可能である。また、所定期間(例えば数日から数ヶ月)に亘っていずれか一方の制御を採用し、その後同じ期間他方の制御を採用し、両者の燃費を比較して、より効率の高い方の制御を採用するといった学習制御も可能である。また、上述した実施例では、ディーゼルエンジン150の出力の補正は、バッテリ194の充放電のための調整用のエネルギPαを通して行なったが、ディーゼルエンジン150の出力Peを直接補正することも差し支えない。
【0058】
第1,第2実施例では、ハイブリッド車両は、二つのモータMG1,MG2を用いたパラレルハイブリッド車両としたが、本発明は、このタイプのハイブリッド車両への適用に限られるものではなく、燃料の燃焼により動力を取り出しうる少なくとも一つの原動機と、車両の駆動力足りうる少なくとも一つの電動機とを備えたハイブリッド車両であれば、種々のタイプの車両に適用することができる。例えば、図9に示すような1モータタイプのハイブリッド車両に適用することもできる。図9に示したハイブリッド車両では、ディーゼルエンジン150の出力軸にはマニュアル変速機290が結合されており、この変速機290の出力軸にアシストおよび回生用のモータMG11が結合されている。ディーゼルエンジン150の制御はEFIECU270が受け持ち、インバータ291を介したモータMG11の制御は制御ECU280が受け持っている。モータMG11を駆動する電力はバッテリ294に蓄えられる。なお、このタイプの車両では、ディーゼルエンジン150の起動用に専用のスタータ252が設けられる。
【0059】
かかる構成を有するハイブリッド車両では、ディーゼルエンジン150と駆動軸とはマニュアル変速機290を介して機械的に結合されているので、ディーゼルエンジン150の出力トルクと回転数は、車両の駆動輪116L,116Rに要求されるトルクおよび回転数と変速機290の変速比とにより決定されてしまう。従って、このタイプのハイブリッド車両では、図3に示した最適出力線LGでの運転は必ずしも実現できないが、ディーゼルエンジン150の運転効率は、そのトルクと回転数が分かれば、図3から知ることができる。従って、バッテリ294の充電状態SOCから見たエンジン出力の修正と、ディーゼルエンジン150の運転効率からみた出力の増減との関係を判断して、上記実施例と同様に、ディーゼルエンジン150の出力の増減補正を行なうことで、ディーゼルエンジン150の効率を低下させない、更には改善するという対応が可能である。
【0060】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両では、原動機として、コモンレール方式の燃料噴射ポンプを採用したディーゼルエンジン150を用いたが、その他のタイプのディーゼルエンジンを用いることができる。また、本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。また、本実施例では、種々の制御処理をCPUがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をディスクリートなハードウェア構成により実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例としてのディーゼルハイブリッド車両の制御装置の概略構成図である。
【図2】実施例の動力系の詳細を示す説明図である。
【図3】ディーゼルエンジンにおける運転状態と効率の関係を例示するグラフである。
【図4】第1実施例における運転制御処理の概要を示すフローチャートである。
【図5】バッテリ194の充電状態SOCから補正量Phを設定するマップの一例を示す説明図である。
【図6】ディーゼルエンジン150の出力の範囲から修正係数αを設定するマップの一例を示す説明図である。
【図7】第2実施例における運転制御処理の概要を示すフローチャートである。
【図8】第2実施例におけるバッテリ194の充電状態SOCの変化の様子を示す説明図である。
【図9】その他のハイブリッド車両の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
112…車軸
114…ディファレンシャルギア
116L,116R…駆動輪
119…ケース
120…プラネタリギヤ
121…サンギヤ
122…リングギヤ
123…プラネタリピニオンギヤ
124…プラネタリキャリア
125…サンギヤ軸
126…リングギヤ軸
127…プラネタリキャリア軸
129…チェーンベルト
130…ダンパ
131,141…三相コイル
132,142…ロータ
133,143…ステータ
144…回転数センサ
150…エンジン
150…ディーゼルエンジン
156…クランクシャフト
163…ブレーキセンサ
165…アクセルセンサ
170…EFIECU
171…燃料噴射ポンプ
172…エアフロメータ
175…過給器
177…インタクーラ
180…制御ECU
191,192…駆動回路
194…バッテリ
196…バッテリセンサ
252…スタータ
270…EFIECU
280…制御ECU
290…マニュアル変速機
291…インバータ
294…バッテリ

Claims (7)

  1. ディーゼルエンジンと該エンジン以外に駆動力を発生する電動機と該電動機への電力供給源となるバッテリとを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記バッテリの残存容量を、所定の目標値に向けて増減する前記ディーゼルエンジンの出力の補正量を求める補正量算出手段と、
    前記ディーゼルエンジンの運転状態と運転効率との関係に従って、前記補正量を、前記ディーゼルエンジンの運転効率が高まる側に修正する修正手段と、
    前記ディーゼルエンジンに対する要求量を前記修正された補正量により補正し、該補正済みの要求量に従って、該ディーゼルエンジンを運転するエンジン運転手段と
    を備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  2. 請求項1記載のディーゼルハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記修正手段は、
    前記バッテリの残存容量に基づく補正量による補正の方向と前記運転効率が高まる修正の方向とが、前記ディーゼルエンジンの出力において同じ増減方向であるとき、該補正と修正とを共に行ない、両者が相反する増減方向であるとき、前記バッテリの状態に基づく補正量に従った補正のみを行なう手段である
    ディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  3. 請求項2記載のディーゼルハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記修正手段は、
    前記補正量に対する修正係数を予め記憶しておく記憶手段と、
    該補正量の符号と、前記ディーゼルエンジンの運転状態とに基づいて、前記修正係数の乗算の可否を判断する判断手段と、
    該判断結果から、補正量の修正が可能である場合には、前記補正量に前記修正係数を乗算して、前記補正を行なう手段と
    を備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  4. 前記修正係数は、前記ディーゼルエンジンの運転効率が最も高い範囲を基準値として、該範囲からはずれるほど大きな修正値として設定された請求項3記載のディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  5. 前記補正量算出手段は、前記バッテリの充放電量を補正することで、前記ディーゼルエンジンに対する補正量を算出する手段である請求項1記載のディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  6. 前記エンジン運転手段における補正は、前記エンジン運転手段における要求量補正である請求項1記載のディーゼルハイブリッド車両の制御装置。
  7. ディーゼルエンジンと該エンジン以外に駆動力を発生する電動機と該電動機への電力供給源となるバッテリとを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御方法であって、
    前記バッテリの残存容量を、所定の目標値に向けて増減する前記ディーゼルエンジンの出力の補正量を求め、
    前記ディーゼルエンジンの運転状態と運転効率との関係に従って、前記補正量を、前記ディーゼルエンジンの運転効率が高まる側に修正し、
    前記ディーゼルエンジンに対する要求量を前記修正された補正量により補正し、該補正済みの要求量に従って、該ディーゼルエンジンを運転する
    ディーゼルハイブリッド車両の制御方法。
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