JP6330745B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両走行のために内燃機関及び電動機の両方を備えるハイブリッド車両を制御するハイブリッド車両の制御装置に関する。
車両走行のために内燃機関(以下、単に「機関」とも称呼される。)及び電動機の両方を備えるハイブリッド車両(以下、単に「車両」とも称呼される。)が知られている。車両は蓄電池を備え、蓄電池は電動機に電力を供給する一方、機関の出力によって充電される。
加えて、車軸の回転が電動機に伝達されるとき、電動機が発電し(即ち、発電機が電力を発生させ)、その電力によっても蓄電池が充電される。即ち、車両の運動エネルギーが電気エネルギーに変換され、その電気エネルギーが蓄電池に回収される。このエネルギーの変換は「回生」とも称呼され、回生の際、電動機が発生させる車両の制動力(即ち、車速を減速させるトルク)は「回生制動力」とも称呼される。
車両の加速中及び定速走行中に機関又は電動機が消費したエネルギーの一部を減速時の回生により回収して蓄電池に蓄えることによって車両の燃費(燃料消費率)を向上させることができる。車両の走行中、蓄電池の残容量SOC(State of Charge、以下、単に「SOC」とも称呼される。)は、変動する。
残容量SOCが高い状態及び低い状態にて残容量SOCの上昇及び減少が繰り返されると、蓄電池の劣化が促進される。そのため、車両の走行中、車両の制御装置は、残容量SOCを所定の残容量上限値と残容量下限値と間に維持する。
車両が下り区間(下り坂)を走行するとき、機関及び電動機がトルクを発生させなくても車両が加速し続けるので、車両の運転者はアクセルペダルから足を離すこと又はブレーキペダルを踏むことによって車両に対して制動力を要求する。このとき、車両は回生制動力によって車速の上昇を抑えると共に残容量SOCを増加させる。
残容量SOCが増加すると、即ち、蓄電池に充電されている電力量が増加すると、機関が運転を停止したまま電動機の出力のみによって走行できる距離が長くなる。従って、車両が下り坂を走行したとき、車両の燃費をより向上させることができる。
しかし、下り区間が長ければ、残容量SOCが残容量上限値に達するので、それ以上残容量SOCを増加させることができなくなる。即ち、下り坂を走行することによって得られる燃費向上の効果は、下り坂区間の開始地点における残容量SOCと残容量上限値との差分が大きいほど大きくなる。
そこで、従来の駆動制御装置の一つ(以下、「従来装置」とも称呼される。)は、走行経路上に所定の標高差を有する下り区間(下り坂)が存在するとき、上記残容量上限値を上昇させ且つ上記残容量下限値を低下させていた。加えて、従来装置は、下り区間に進入するまでに残容量SOCが「低下した残容量下限値」に一致するように、電動機による走行を機関による走行よりも優先していた(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2005−160269号公報
ところで、一般に、機関の出力が小さいとき、機関の効率(消費燃料に対する出力の比率)が低い。そのため、車両が走行を開始するとき及び低速で走行するとき、車両の制御装置は、機関を停止させ電動機にのみ出力を発生させる。
例えば、車両が渋滞区間を走行するとき、車両は低速で走行する或いは走行と停止とを繰り返す必要がある。従って、車両が渋滞区間を走行するとき、電動機のみの出力によって走行する頻度が上昇し、以て、残容量SOCが減少する。
そのため、下り坂区間の走行が予想されるので予め残容量SOCを低下させた場合、下り坂区間に渋滞が発生していると回生制動力によって残容量SOCを増加させることができないので、残容量SOCが低下したままとなる結果、機関の出力によって発電する必要が生じ、以て、燃費が悪化する虞がある。
そこで、本発明の目的の一つは、下り坂区間に渋滞が発生しているとき、残容量SOCが低下した後、回生制動を実行する機会が少ないために回生制動によって残容量SOCを上昇させることができなくなる事態の発生を回避することができる蓄電池の制御装置を提供することである。
上記目的を達成するための本発明に係るハイブリッド車両の制御装置(以下、「本発明装置」とも称呼される。)は、
車両の駆動源としての内燃機関及び同駆動源としての電動機、並びに、
前記電動機に電力を供給する蓄電池を搭載し、
前記電動機を用いて回生制動を行うとともに同回生制動により発生した電力を前記蓄電池に充電可能であり且つ前記内燃機関の出力を用いて発電した電力を前記蓄電池に充電可能に構成されたハイブリッド車両に適用される。
蓄電池の残容量は、蓄電池に充電された電力量を表す値である。例えば、残容量が目標残容量よりも低いとき、本発明装置は、残容量が目標残容量と一致するときよりも機関の出力を増加させて電動機が発電する電力を増加させ、以て、残容量を上昇させる。或いは、残容量が目標残容量よりも高いとき、本発明装置は、残容量が目標残容量と一致するときよりも機関の出力を減少させ又は機関の運転を停止し且つ電動機の出力を増加させ、以て、残容量を低下させる。
加えて、本発明装置は制御部を備え、同制御部は、
前記蓄電池の残容量が所定の目標残容量に近づくように前記内燃機関を制御して前記蓄電池を充電し、且つ、
前記車両の走行予定経路に関する情報を取得し同情報に基づいて同走行予定経路に「下り坂区間」が含まれると判定した場合、「前記走行予定経路に含まれる『下り坂区間の開始地点よりも所定距離だけ手前にある下り坂制御開始地点』から『同下り坂区間の終了地点』までの間の区間」のうちの少なくとも「『同下り坂制御開始地点』から『同下り坂区間の開始地点』までの区間」を含む「特定区間」を前記車両が走行するとき同特定区間以外の区間を走行するときと比較して前記目標残容量を小さい値に設定する「下り坂制御」を実行する。
更に、前記制御部は、
渋滞区間を示す渋滞情報を更に取得し、前記下り坂区間に「渋滞区間」が含まれる場合に同下り坂区間に含まれる渋滞区間の距離の合計が所定の距離閾値よりも長いとき、前記下り坂制御を実行しない「特定制御」を実行する。
本発明装置によれば、車両の走行予定経路に下り坂が含まれていても、その下り坂において発生している渋滞が距離閾値よりも長ければ下り坂区間を利用して残容量SOCを上昇させることが困難であると判断する。従って、本発明装置によれば、残容量SOCが低下した後、回生制動の機会が少なくなり回生制動によって残容量SOCを上昇させることができなくなる事態が発生する可能性を低減することができる。
本発明装置の一態様において、
前記距離閾値は、前記渋滞区間を含んでいる下り坂区間の距離に比例する値に基づく値であるように設定される。
この態様によれば、下り坂区間の長さが長いため、その下り坂区間における渋滞区間の占める割合が低いにも拘わらず、渋滞区間の合計を固定値である距離閾値と比較することによって「下り坂区間を利用して残容量SOCを上昇させることが困難である」と誤って判断される事態が発生する可能性を低減することができる。
本発明の実施形態に係る蓄電池の制御装置(本制御装置)が適用される車両(本車両)の概略図である。 第1電動機、第2電動機、機関及びリングギアの間の回転速度の関係を表した共線図である。 本車両が下り坂区間を走行するときの残容量の変化を表したグラフである。 本制御装置が実行する駆動力制御処理を表したフローチャートである。 車速及びアクセル操作量とリングギア要求トルクとの関係を表したグラフである。 残容量差分と充電要求出力との関係を表したグラフである。 本制御装置が実行する対象下り坂探索処理を表したフローチャートである。 本制御装置が実行する下り坂制御実行処理を表したフローチャートである。 本制御装置が実行する対象下り坂探索処理を表したフローチャートである。
(構成)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置(以下、「本制御装置」とも称呼される。)について説明する。図1は、本制御装置が適用される車両10の概略構成を示す略図である。車両10は、第1電動機21、第2電動機22及び機関23を搭載している。即ち、車両10はハイブリッド車両である。
車両10は、更に、動力分割機構24、蓄電池31、昇圧コンバータ32、第1インバータ33、第2インバータ34、ECU40及び運行支援装置60を含む。ECU40及び運行支援装置60は、本制御装置を構成する。
第1電動機21及び第2電動機22はそれぞれ、回転磁界を発生させる三相巻線(コイル)を備えるステータ、及び、その回転磁界との間の磁気力によってトルクを発生させる永久磁石を備えるロータ、を含む。第1電動機21及び第2電動機22のそれぞれは、電動機として動作するとともに発電機として動作することも可能である。
第1電動機21は、主に発電機として用いられる。第1電動機21は更に、機関23の始動時には機関23のクランキングを行う。第2電動機22は、主に電動機として用いられ、車両10の車両駆動力(車両を走行させるためのトルク)を発生することができる。機関23もまた、車両10の車両駆動力を発生することができる。機関23は、4気筒の4サイクルガソリンエンジンである。
動力分割機構24は遊星歯車機構である。動力分割機構24は、リングギア、複数の動力分割プラネタリーギア、複数のリダクションプラネタリーギア、第1サンギア、第2サンギア、第1ピニオンキャリア及び第2ピニオンキャリアを含んでいる(いずれも不図示)。
動力分割プラネタリーギア及びリダクションプラネタリーギアのそれぞれは、リングギアと噛合する。第1サンギアは、動力分割プラネタリーギアと噛合する。第2サンギアは、リダクションプラネタリーギアと噛合する。第1プラネタリーキャリアは、複数の動力分割プラネタリーギアを自転可能且つサンギアの回りに公転可能な状態で保持する。第2プラネタリーキャリアは、複数のリダクションプラネタリーギアを自転可能な状態で保持する。
リングギアは、リングギアの外周上に配設されたカウンターギアを介して車軸25とトルク伝達可能に接続されている。第1プラネタリーキャリアには、機関23の出力軸がトルク伝達可能に連結されている。第1サンギアには、第1電動機21の出力軸がトルク伝達可能に連結されている。第2サンギアには、第2電動機22の出力軸がトルク伝達可能に連結されている。
第1電動機21の回転速度(MG1回転速度)Nm1、機関23の機関回転速度NE及び動力分割機構24のリングギア回転速度Nr、並びに、第2電動機22の回転速度(MG2回転速度)Nm2及びリングギア回転速度Nrの関係は、図2に示した周知の共線図により表される。共線図に表される2つの直線は、動作共線L1及び動作共線L2とも称呼される。
動作共線L1によれば、MG1回転速度Nm1と機関回転速度NE及びリングギア回転速度Nrとの関係は、下式(1)により表すことができる。ここで、ギア比ρ1は、リングギアの歯数に対する第1サンギアの歯数である(即ち、ρ1=第1サンギアの歯数/リングギアの歯数)。

Nm1=Nr−(Nr−NE)×(1+ρ1)/ρ1 ・・・(1)
一方、動作共線L2によれば、MG2回転速度Nm2とリングギア回転速度Nrとの関係は、下式(2)により表すことができる。ここで、ギア比ρ2は、リングギアの歯数に対する第2サンギアの歯数である(即ち、ρ2=第2サンギアの歯数/リングギアの歯数)。

Nm2=Nr×(1+ρ2)/ρ2−Nr ・・・(2)
再び図1の説明に戻る。車軸25は、ディファレンシャルギア26を介して駆動輪27とトルク伝達可能に連結されている。
蓄電池31は、充放電が可能な二次電池(本例において、リチウムイオンバッテリ)である。蓄電池31の出力した直流電力は、昇圧コンバータ32により電圧変換(昇圧)され高圧電力となる。第1インバータ33は、高圧電力を交流電力に変換して第1電動機21へ供給する。同様に、第2インバータ34は、高圧電力を交流電力に変換して第2電動機22へ供給する。
一方、第1電動機21が発電機として動作するとき、第1インバータ33は、発電された交流電力を直流電力に変換し、昇圧コンバータ32及び/又は第2インバータ34へ供給する。同様に、第2電動機22が発電機として動作するとき、第2インバータ34は、発電された交流電力を直流電力に変換し、昇圧コンバータ32及び/又は第1インバータ33へ供給する。昇圧コンバータ32は、第1インバータ33及び/又は第2インバータ34から供給された直流電力を降圧して蓄電池31へ供給する。この結果、蓄電池31が充電される。
ECU40は、CPU41、CPU41が実行するプログラム及びルックアップテーブル(マップ)等を記憶するROM42並びにデータを一時的に記憶するRAM43等を含むマイクロコンピュータである。ECU40は、機関23、昇圧コンバータ32、第1インバータ33及び第2インバータ34を制御する。
ECU40は、クランク角度センサ51、電流計52、車速センサ53、アクセル開度センサ54及びブレーキ開度センサ55と接続されている。
クランク角度センサ51は、機関23のクランクシャフトの回転位置を測定し、そのクランク角度CAを表す信号を出力する。ECU40は、クランク角度CAに基づいて機関23の機関回転速度NEを算出する。電流計52は、蓄電池31を流れる電流IBを表す信号を出力する。ECU40は、電流IBに基づいて蓄電池に充電された電力量である残容量SOCを算出する。
車速センサ53は、車軸25の回転速度を検出し、車両10の走行速度(車速)Vsを表す信号を出力する。アクセル開度センサ54は、アクセルペダル56の操作量(アクセル操作量)Apを表す信号を出力する。ブレーキ開度センサ55は、ブレーキペダル57の操作量(ブレーキ操作量)Bpを表す信号を出力する。
運行支援装置60は、演算部61、GPS受信部62、交通情報受信部63、データベース64及び表示装置65を含んでいる。
GPS受信部62は、GPS(Global Positioning System)衛星(不図示)からの信号(電波)に基づいて車両10の現在位置Pnを取得し、現在位置Pnを表す信号を演算部61に対して出力する。交通情報受信部63は、道路交通情報通信システム(VICS(登録商標):Vehicle Information and Communication System/不図示)が電波ビーコン及びFM多重放送を介して提供する現在位置Pn周辺の渋滞情報及び速度規制等の情報を受信する。
データベース64は、ハードディスクドライブ(HDD)によって構成され、地図データベースを記憶している。地図データベースは、交差点及び行き止まり等の「ノード」、ノードどうしを接続する「リンク」並びにリンク沿いにある建物及び駐車場等の「施設」に関する情報(地図情報)を含んでいる。更に、地図データベースは、各リンクに表される区間(道路)の距離、リンクの一端(開始位置)と他端(終了位置)に表されるノードの位置座標、及び、平均勾配(リンクの両端の間の距離に対するリンクの両端の標高差の比率)を含んでいる。
表示装置65は、車両10の車室内に設けられたセンターコンソール(不図示)に配設されている。表示装置65はディスプレイを備え、車両10の運転者の操作によって地図データベースに記憶された地図情報を現在位置Pnと共に表示することができる。
表示装置65のディスプレイはタッチパネルとしても作動する。従って、運転者は表示装置65のディスプレイに触れることによって運行支援装置60を操作することができる。更に、表示装置65は発音装置(不図示)を含んでいる。表示装置65は演算部61の指示に従って警告音の再生及びアナウンス等を行うことができる。
演算部61は、CPU66、CPU66が実行するプログラム及びルックアップテーブル(マップ)等を記憶するROM67並びにデータを一時的に記憶するRAM68等を含むマイクロコンピュータである。演算部61は、CAN(Controller Area Network)を介してECU40と相互に情報を交換することができる。演算部61は「運行支援ECU」とも称呼され、ECU40は「車両制御ECU」とも称呼される。
演算部61は、車両10の運転者が表示装置65を用いて目的地を入力すると、現在位置Pnから目的地までの経路(走行予定経路)を地図データベースに基づいて探索する。走行予定経路は、ノードの集合によって構成される。演算部61は、走行予定経路を運転者に対して表示装置65上の表示及び発音装置から発せられる音声によって案内する。
(ECUによる発生トルクの制御)
次に、ECU40の作動について説明する。
車両10の運転者は、駆動輪27に作用するトルクを車両10に対して要求するとき、アクセル操作量Apを増加させる。ECU40は、アクセル操作量Ap及び車速Vsに基づいてリングギアに作用するトルク(リングギア発生トルク)Trの目標値であるリングギア要求トルクTr*を決定する。リングギア発生トルクTrは、駆動輪27に作用するトルクと比例関係にあるので、リングギア発生トルクTrが大きくなるほど駆動輪27に作用するトルクは大きくなる。
ECU40は、リングギア発生トルクTrがリングギア要求トルクTr*と等しくなり且つ残容量SOCが目標残容量SOC*と一致するように機関23、昇圧コンバータ32、第1インバータ33及び第2インバータ34を制御する。
例えば、残容量SOCが目標残容量SOC*と略一致しているとき、機関23の運転効率が高い運転領域では、ECU40は、機関23及び第2電動機22の両方に出力を発生させ、機関23が発生させる機関出力Peの一部によって第1電動機21が発電する。この場合、第1電動機21が発電した電力が第2電動機22に供給される。従って、残容量SOCが目標残容量SOC*に維持される。
残容量SOCが目標残容量SOC*よりも低ければ、ECU40は、機関出力Peを上昇させ、以て、第1電動機21の発電量を上昇させる。これにより、残容量SOCが上昇する。
一方、車両10の発進時及び低負荷走行時等の機関23の運転効率が低い運転領域では、ECU40は、機関23の運転を停止させ、第2電動機22にのみ出力を発生させる。この場合、残容量SOCが低下する。ただし、残容量SOCが残容量下限値Sminよりも低ければ、ECU40は、機関23を作動させ、第1電動機21に発電させる。
残容量SOCが残容量上限値Smaxよりも高ければ、ECU40は、機関23の運転効率が高い運転領域であっても機関23の運転を停止させ、第2電動機22のみに出力を発生させる。
(ECUによる制動力の制御)
運転者は、制動力を車両10に対して要求するとき、アクセル操作量Ap及びブレーキ操作量Bpを共に「0」にする操作又はブレーキ操作量Bpを増加させる操作を行う。ECU40は、制動力が要求されたとき、回生制動力及び/又は摩擦制動力を発生させる。
ECU40は、回生制動力を発生させるとき、第1電動機21及び/又は第2電動機22に発電させる。換言すれば、ECU40は、車両10の運動エネルギーを第1電動機21及び/又は第2電動機22を用いて電気エネルギーに変換する。発電された電力は蓄電池31に充電され、以て、残容量SOCが上昇する。
ECU40は、摩擦制動力を発生させるとき、ブレーキ装置(不図示)によって駆動輪27を含む車両10の車輪のそれぞれに配設されたブレーキディスク(不図示)に摩擦力を加える。換言すれば、ECU40は、車両10の運動エネルギーをブレーキ装置を用いて熱エネルギーに変換する。
ECU40は、回生制動力と摩擦制動力との和である合計制動力が運転者の要求する制動力と等しくなるように第1電動機21、第2電動機22及びブレーキ装置を制御する。
(下り坂制御)
車両10が下り坂を走行するとき、車両10が制動力を発生させなければ駆動輪27にトルクを発生させなくても車速Vsが上昇する。車速Vsが運転者が期待した速度よりも高くなると、運転者は制動力を要求する。要求された制動力の一部又は全部は回生制動力によって提供される。そのため、下り坂区間の走行中、第1電動機21及び/又は第2電動機22が発電する頻度が上昇し、以て、残容量SOCが上昇する。換言すれば、ECU40は、車両10の位置エネルギーを運動エネルギーを介して電気エネルギーに変換する。
残容量SOCが上昇すると、蓄電池31を充電するために機関23を運転する機会が減少するので、車両10の燃費が向上する。しかし、下り坂区間の途中で残容量SOCが残容量上限値Smaxに達すると、それ以上残容量SOCを上昇させることができなくなるので、それ以上、燃費向上の効果を得られなくなる。
車両10が下り坂を走行するときの残容量SOCの変化を図3を参照しながら説明する。図3において、車両10の走行予定経路を構成するリンクは、便宜的にリンク1〜リンク8として表されている。現在位置Pnはリンク1上にある。リンク4〜リンク6は下り坂に相当している。一方、リンク1〜リンク3、リンク7及びリンク8は平坦路に相当している。後述される下り坂制御が実行されていないとき、目標残容量SOC*は残容量Snに設定されている。
曲線Lc1(破線)は、車両10が下り坂制御を実行すること無くリンク1からリンク8までを走行したときの残容量SOCの変化を表している。車両10がリンク1〜リンク3を走行するとき、残容量SOCは残容量Snの近傍にて変動する。車両10がリンク4に対応する区間に進入すると、残容量SOCは上昇を開始し、車両10がリンク6の途中の地点D5aに達したとき、残容量SOCは残容量上限値Smaxに達している。
そのため、車両10が地点D5aから地点D6の間を走行中、下り坂を走行しているにも拘わらず残容量SOCを増加させることができず(即ち、オーバーフローが発生し)、以て、燃費向上の効果が充分に得られない。加えて、残容量SOCが残容量上限値Smax近傍に維持される時間が長くなると、蓄電池31の劣化が促進される。
そこで、車両10のECU40は下り坂区間の手前で目標残容量SOC*を所定量(電力量S10)だけ低下させる「下り坂制御」を実行する。下り坂制御が実行されるとき、目標残容量SOC*は残容量Sdに設定される。本例において、残容量Snと残容量Sdとの間の差分の大きさは、蓄電池31の最大充電量(即ち、残容量SOCが100%であるときの蓄電量)の10%に相当する電力量S10に等しい(即ち、Sd=Sn−S10)。
下り坂制御は、車両10が下り坂区間の開始地点(地点D3)よりも所定のプレユース距離Dpだけ手前の地点(地点D1a)に到達したときに開始される。一方、下り坂制御は、車両10が下り坂区間の終了地点(地点D6)に到達したときに終了し、目標残容量SOC*は残容量Sdから残容量Snに変更される。下り坂制御が実行されたときの目標残容量SOC*の変化は、折れ線Lpにより表される。
目標残容量SOC*が残容量Sdとなる区間は、「下り坂制御区間」とも称呼される。下り坂制御区間は、下り坂区間と、下り坂区間の始点よりもプレユース距離Dpだけ手前の地点から下り坂区間の始点までの間の「プレユース区間」と、によって構成される。プレユース距離Dpは、予め設定された距離であって、車両10がその距離を走行したとき残容量SOCを徐々に電力量S10だけ減少させるのに充分な距離である。下り坂区間の始点よりもプレユース距離Dpだけ手前の地点は、便宜上「下り坂制御開始地点」とも称呼される。
下り坂制御が実行されたときの残容量SOCの変化は、曲線Lc2(実線)により表される。曲線Lc2から理解されるように、目標残容量SOC*が残容量Sdとなると、残容量SOCが減少して残容量Sd近傍に達し、その後、車両10が下り坂区間を走行すると残容量SOCが上昇する。しかし、残容量SOCが残容量上限値Smaxに達すること無く車両10は下り坂区間の走行を終える。即ち、下り坂制御によって上記オーバーフローの発生を回避することが可能となる。
車両10が下り坂制御区間の始点に達したとき、ECU40は運行支援装置60(具体的には、演算部61)から下り坂制御を開始すべき旨の通知を受信する。この際、演算部61が実行する処理については後述される。同様に、車両10が下り坂制御区間の終点に達したとき、ECU40は演算部61から下り坂制御を終了すべき旨の通知を受信する。ECU40は、演算部61から受信したこれらの通知に従って、下り坂制御を開始し、その後、下り坂制御を終了する。
(運行支援装置からECUへの情報提供)
演算部61は、現在位置Pnから目的地までの経路(即ち、走行予定経路)に含まれる下り坂制御の対象となる下り坂(対象下り坂)を探索する。対象下り坂が見つかった場合、車両10がその対象下り坂に対応するプレユース区間の始点に達したとき及び車両10がその対象下り坂区間の終点に達したとき、演算部61はECU40へ上記通知を送信する。即ち、車両10が下り坂制御区間の始点に達したときに演算部61はECU40へ下り坂制御の開始を指示し、車両10が下り坂制御区間の終点に達したときに演算部61はECU40へ下り坂制御の終了を指示する。
対象下り坂は、上述した位置エネルギーから電気エネルギーへの変換によって第1電動機21及び/又は第2電動機22が発電する電力量が「蓄電池31の最大充電量の20%に相当する電力量」よりも大きくなると予想される下り坂である。本例において、対象下り坂は、下り坂区間の始点と終点との間の距離が距離閾値Dth1よりも長く且つ終点の標高が始点の標高よりも低く、その標高の差の絶対値が高さ閾値Hthよりも大きい下り坂である。
図3に示された例において、リンク4〜リンク6によって構成される下り坂の距離はDdであり、距離Ddは距離閾値Dth1よりも長い(即ち、Dd>Dth1)。加えて、この下り坂の始点(即ち、リンク4の始点)の標高はH1であり、終点(即ち、リンク6の終点)の標高はH2であり、H1とH2との間の標高差ΔHは高さ閾値Hthよりも大きい(即ち、ΔH=H1−H2>Hth)。従って、リンク4〜リンク6によって構成される下り坂は、対象下り坂に該当する。
ただし、上述したように地図データベースにはリンクの長さと勾配が記憶されているので、演算部61は長さと勾配との積を算出することによってリンクの一端と他端との間の標高差を取得する。更に、演算部61は、ある区間を構成する複数のリンクのそれぞれの標高差の和を算出することによってその区間の一端と他端との間の標高差を取得する。なお、地図データベースが各リンクの両端の標高を含む場合、標高差は、そのリンクの終了地点の標高から同リンクの開始地点の標高を減じることにより求められる。
(特定制御)
ところで、下り坂区間に渋滞が発生していると上述した位置エネルギーから電気エネルギーへの変換を充分に行うことができず、以て、残容量SOCを上昇させることができなくなる。より具体的に述べると、車両10が渋滞区間を走行するとき、渋滞が発生していない場合と比較して車速Vsは低くなる。或いは、車両10が渋滞区間を走行するとき、停止状態(即ち、Vs=0となる状態)と走行状態(Vs>0となる状態)とが交互に切り替わる。
上述したように、車両10の発進時及び低負荷走行時、ECU40は、機関23の運転を停止させ且つ第2電動機22にのみ出力を発生させる。一方、渋滞区間の走行時、車両10が減速して停止する回数は上昇するが(即ち、回生制動が実行される頻度が高くても)、制動開始時の車速Vsが低いので回生制動によって得られる電力量は低くなる。従って、下り坂区間であっても、車両10が渋滞区間を走行中、残容量SOCが低下する。
図3に示された例において、地点D3aから地点D5bまでの間に渋滞が発生していれば、残容量SOCの変化は曲線Lc3(一点鎖線)により表される。曲線Lc3から理解されるように、車両10が渋滞区間の走行を開始すると、残容量SOCが低下し始め、その後、残容量SOCは残容量下限値Smin近傍に達する。
下り坂制御の実行によって車両10が残容量SOCが残容量Sdとなった状態で渋滞区間の走行を開始すると、残容量SOCが残容量Snである状態で渋滞区間の走行を開始する場合と比較して残容量SOCが残容量下限値Sminに達するまでの時間が短くなる。上述したように、残容量SOCが残容量下限値Sminとなると機関23の出力による蓄電池31の充電が開始されるので燃費が悪化する。一方、下り坂制御が実行されていなければ、残容量SOCが残容量下限値Sminに達する前に渋滞区間の走行を終える可能性があり、この場合、燃費の悪化を回避することができる。
そこで、走行予定経路に対象下り坂が存在していても、その下り坂区間に含まれる渋滞区間が距離閾値Dth2よりも長ければ、ECU40は、下り坂制御を実行しない。具体的には、車両10が下り坂制御区間の始点及び終点に達したときであっても、演算部61はECU40に対して下り坂制御区間の始点に到達したこと及び終点に到達したことを通知しない。渋滞区間が存在するときに下り坂制御を実行しない処理(下り坂制御の実行を禁止する処理)は、便宜上「特定制御」とも称呼される。
下り坂区間に複数の渋滞区間が存在する場合、各渋滞区間の距離の合計が距離閾値Dth2よりも長いと、下り坂制御は実行されない。即ち、この場合、演算部61はECU40に対して車両10が下り坂制御区間の始点及び終点に達したことを通知しない。
距離閾値Dth2は、車両10がその距離の渋滞区間を走行したときに低負荷走行となる機会が増加することによって機関23の運転が停止され且つ第2電動機22にのみ出力を発生させる頻度が上昇する結果、残容量SOCが電力量S10だけ減少することが予想される距離である。図3に示された例において、渋滞区間距離Djは、距離閾値Dth2よりも長いので、この場合、下り坂制御は実行されない。
(具体的作動−ECUによる駆動力制御)
次に、ECU40の具体的作動について説明する。ECU40のCPU41(以下、単に「CPU」とも称呼される)は、図4にフローチャートにより表された「駆動力制御ルーチン」を所定の時間が経過する毎に実行する。従って、適当なタイミングとなると、CPUは、図4のステップ400から処理を開始し、以下に述べるステップ405乃至ステップ415の処理を順に行い、ステップ420に進む。
ステップ405:CPUは、アクセル操作量Apと車速Vsとに基づいてリングギア要求トルクTr*を決定すると共に、車両要求出力Pr*を決定する。
リングギア要求トルクTr*は、運転者が車両10に要求する駆動輪27に作用するトルクと比例関係にある。CPUは、図5に示される「アクセル操作量Ap及び車速Vsと、リングギア要求トルクTr*と、の間の関係」にアクセル操作量Ap及び車速Vsを適用することによってリングギア要求トルクTr*を決定する。図5に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてROM42に記憶されている。
一方、車両要求出力Pr*は、リングギア要求トルクTr*とリングギア回転速度Nrとの積に等しい(即ち、Pr*=Tr*×Nr)。リングギア回転速度Nrは、車速Vsと比例関係にある。
ステップ410:CPUは、別途算出されている実際の残容量SOC及び目標残容量SOC*の差分である残容量差分ΔSOC(即ち、ΔSOC=SOC−SOC*)に基づいて充電要求出力Pb*を決定する。より具体的に述べると、CPUは、図6に示される「残容量差分ΔSOCと、充電要求出力Pb*と、の関係」に残容量差分ΔSOCを適用することによって充電要求出力Pb*を決定する。図6に示される関係は、ルックアップテーブルの形式にてROM42に記憶されている。
図6から理解されるように、残容量差分ΔSOCが大きくなるほど充電要求出力Pb*が小さい値に設定される。設定される充電要求出力Pb*の上限値はPbmax(Pbmax>0)であり、設定される充電要求出力Pb*の下限値はPbmin(Pbmin<0)である。なお、下り坂制御の実行の有無及び残容量差分ΔSOCの値によらず、残容量SOCが残容量上限値Smax以上であるとき、充電要求出力Pb*は下限値Pbminに設定され、残容量SOCが残容量下限値Smin以下であるとき、充電要求出力Pb*は上限値Pbmaxに設定される。
ステップ415:CPUは、車両要求出力Pr*と充電要求出力Pb*との和に損失Plossを加えた値を機関要求出力Pe*として算出する(即ち、Pe*=Pr*+Pb*+Ploss)。
次に、CPUはステップ420に進み、機関要求出力Pe*が出力閾値Pethよりも大きいか否かを判定する。出力閾値Pethは、機関23の出力が出力閾値Peth以下で運転されると、機関23の運転効率が所定効率よりも低くなるような値に設定されている。加えて、出力閾値Pethは、充電要求出力Pb*が上限値Pbmaxに設定されているとき、機関要求出力Pe*が出力閾値Pethよりも大きくなるように設定されている。
(ケース1:Pe*>Peth)
機関要求出力Pe*が出力閾値Pethより大きい場合。
この場合、CPUはステップ420にて「Yes」と判定してステップ425に進み、現時点において機関23が停止中であるか否かを判定する。機関23が停止中であると、CPUはステップ425にて「Yes」と判定してステップ430に進み、機関23の運転を開始する処理を実行する。次いで、CPUはステップ435に進む。これに対し、機関23が運転中であると、CPUはステップ425にて「No」と判定してステップ435に直接進む。
CPUは、以下に述べるステップ435乃至ステップ460の処理を順に行う。その後、CPUはステップ495に進んで本ルーチンを一旦終了する。
ステップ435:CPUは、機関要求出力Pe*と等しい出力が機関23から出力され、且つ、機関23の運転効率が最良となるように目標機関回転速度Ne*及び目標機関トルクTe*を決定する。即ち、CPUは、機関要求出力Pe*に応じた最適機関動作点に基づいて目標機関回転速度Ne*及び目標機関トルクTe*を決定する。
ステップ440:CPUは、リングギア回転速度Nr及び目標機関回転速度Ne*に基づいて目標第1電動機回転速度(目標MG1回転速度)Nm1*を決定する。より具体的に述べると、CPUは、上記式(1)にリングギア回転速度Nr及び目標機関回転速度Ne*を代入することにより目標MG1回転速度Nm1*を算出する。更に、CPUは、目標MG1回転速度Nm1*を実現する目標第1電動機トルク(目標MG1トルク)Tm1*を決定する。
ステップ445:CPUは、リングギア要求トルクTr*と、機関23が目標機関トルクTe*に等しいトルクを発生させたときにリングギアに作用するトルクと、の差分である不足トルクを算出する。更に、CPUは、その不足トルクを第2電動機22によって補うために必要となるトルクである目標第2電動機トルク(目標MG2トルク)Tm2*を算出する。
ステップ450:CPUは、機関23が出力する機関トルクTeが目標機関トルクTe*と等しくなり且つ機関回転速度NEが目標機関回転速度Ne*と等しくなるように、機関23を制御する。
ステップ455:CPUは、第1電動機21が発生させるトルクTm1が目標MG1トルクTm1*と等しくなるように第1インバータ33を制御する。
ステップ460:CPUは、第2電動機22が発生させるトルクTm2が目標MG2トルクTm2*と等しくなるように第2インバータ34を制御する。
(ケース2:Pe*≦Peth)
機関要求出力Pe*が出力閾値Peth以下である場合。
この場合、CPUがステップ420に進んだとき、CPUはそのステップ420にて「No」と判定してステップ465に進み、現時点において機関23が運転中であるか否かを判定する。
機関23が運転中であると、CPUはステップ465にて「Yes」と判定してステップ470に進み、機関23の運転を停止する処理を実行し、その後、ステップ475に進む。する。これに対し、機関23が停止中であると、CPUはステップ465にて「No」と判定してステップ475に直接進む。
ステップ475にてCPUは、目標MG1トルクTm1*の値を「0」に設定する。更に、CPUはステップ480に進み、リングギアに作用するトルクがリングギア要求トルクTr*となるために第2電動機22が発生すべきトルクである目標MG2トルクTm2*を算出する。次いで、CPUはステップ455乃至ステップ460に進む。
(具体的作動−運行支援装置による対象下り坂探索)
次に、運行支援装置60の具体的作動について説明する。
演算部61のCPU66は、運転者が目的地を入力したとき及び車両10が既に探索された対象下り坂区間の終点を通過したとき、図7にフローチャートにより表された「対象下り坂探索処理ルーチン」を実行する。
従って、適当なタイミングとなると、CPU66は、図7のステップ700から処理を開始し、ステップ705に進み、走行予定経路を構成するリンクに関する情報を地図データベースから抽出する。なお、本ルーチンが目的地入力後に初めて実行される場合、CPU66は現在位置Pnと目的地とに基づいて走行予定経路を決定し、その走行予定経路のリンクの組合せを抽出する。次いでCPU66は、ステップ710に進み、走行予定経路上の現在位置Pnよりもプレユース距離Dpだけ離れた地点以遠に対象下り坂が含まれているか否かを判定する。
対象下り坂が含まれていた場合、CPU66は、ステップ710にて「Yes」と判定してステップ715に進み、交通情報受信部63が受信した渋滞情報のうち、対象下り坂に発生している渋滞に関する情報を抽出する。次いでCPU66は、ステップ720に進み、対象下り坂における渋滞区間距離Djを算出する。対象下り坂において複数の渋滞が発生していた場合、CPU66は、それらの渋滞区間のそれぞれの距離を合算して渋滞区間距離Djを算出する。
次いでCPU66は、ステップ725に進み、渋滞区間距離Djが距離閾値Dth2よりも短いか否かを判定する。渋滞区間距離Djが距離閾値Dth2よりも短ければ、CPU66は、ステップ725にて「Yes」と判定してステップ730に進み、対象下り坂区間の始点よりもプレユース距離Dpだけ手前の地点を下り坂制御区間の始点Psとして設定する。加えて、CPU66は、対象下り坂区間の終点を終点Peとして設定する。設定された始点Ps及び終点PeはRAM68に記憶される。
次いでCPU66は、ステップ795に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、走行経路上に対象下り坂が含まれていなかった場合、CPU66は、ステップ710にて「No」と判定してステップ795に直接進む。加えて、渋滞区間距離Djが距離閾値Dth2以上であった場合、CPU66は、ステップ725にて「No」と判定してステップ795に直接進む。
(具体的作動−運行支援装置による下り坂制御の実行)
CPU66は、下り坂制御を実行するため図8にフローチャートにより表された「下り坂制御実行処理」を所定の時間が経過する毎に実行する。従って、適当なタイミングとなると、CPU66は、図8のステップ800から処理を開始してステップ805に進み、下り坂制御区間の始点Ps及び終点Peが設定されているか否かを判定する。
始点Ps及び終点Peが設定されていれば、CPU66はステップ805にて「Yes」と判定してステップ810に進む。ステップ810にてCPU66は、GPS受信部62が取得した現在位置Pnを取得する。次いでCPU66は、ステップ815に進み、現在位置Pnが始点Psに一致しているか否かを判定する。
現在位置Pnが始点Psに一致(実際には、±数10m)していれば、CPU66はステップ815にて「Yes」と判定してステップ820に進み、ECU40に対して下り坂制御の開始を指示する。指示を受信したECU40は、図示しないルーチンを実行して目標残容量SOC*を残容量Snから残容量Sdに変更する。次いで、CPU66はステップ895に進み、本ルーチンを一旦終了する。
一方、現在位置Pnが始点Psと一致していなければ、CPU66はステップ815にて「No」と判定してステップ825に進み、現在位置Pnが終点Peと一致しているか否かを判定する。
現在位置Pnが終点Peに一致していれば、CPU66はステップ825にて「Yes」と判定してステップ830に進み、ECU40に対して下り坂制御の終了を指示する。指示を受信したECU40は、図示しないルーチンを実行して目標残容量SOC*を残容量Sdから残容量Snに変更する。加えて、CPU66は、設定されている下り坂制御区間の始点Ps及び終点Peを消去する。次いで、CPU66はステップ895に直接進む。
なお、始点Ps及び終点Peが設定されていなければ、CPU66はステップ805にて「No」と判定してステップ895に直接進む。
以上、説明したように、本制御装置は、
車両の駆動源としての内燃機関(23)及び同駆動源としての電動機(第1電動機21及び第2電動機22)、並びに、前記電動機に電力を供給する蓄電池(31)を搭載し、前記電動機を用いて回生制動を行うとともに同回生制動により発生した電力を前記蓄電池に充電可能であり且つ前記内燃機関の出力を用いて発電した電力を前記蓄電池に充電可能に構成されたハイブリッド車両(10)に適用され、
前記蓄電池の残容量(SOC)が所定の目標残容量(SOC*)に近づくように前記内燃機関を制御して前記蓄電池を充電し、且つ、前記車両の走行予定経路に関する情報(リンク1〜リンク8)を取得し同情報に基づいて同走行予定経路に下り坂区間(リンク4〜リンク6)が含まれると判定した場合、前記走行予定経路に含まれる下り坂区間の開始地点よりも所定距離だけ手前にある下り坂制御開始地点(Ps)から同下り坂区間の終了地点(Pe)までの間の区間のうちの少なくとも同下り坂制御開始地点から同下り坂区間の開始地点までの区間を含む特定区間を前記車両が走行するとき同特定区間以外の区間を走行するときと比較して前記目標残容量を小さい値に設定する(残容量Snから残容量Sd)下り坂制御を実行する(図7のステップ730)制御部(ECU40)を備えている。
加えて、本制御装置は、
渋滞区間を示す渋滞情報を更に取得し(図7のステップ715)、前記下り坂区間に渋滞区間が含まれる場合に同下り坂区間に含まれる渋滞区間の距離の合計(渋滞区間距離Dj)が所定の距離閾値(Dth2)よりも長いとき、前記下り坂制御を実行しない(図7のステップ725にて「No」と判定)ように構成されている。
本発明装置によれば、残容量SOCが残容量上限値Smaxの近傍で変動する時間が増加し、以て、蓄電池31の劣化が促進される事態が発生する可能性を、下り坂制御を実行することによって低減させることが可能となる。加えて、本発明装置によれば、下り坂制御の実行中に渋滞区間を走行することによって「残容量SOCが残容量下限値Sminの近傍で変動する時間が増加し、以て、蓄電池31の劣化が促進される事態が発生する可能性を、特定制御を実行することによって低減させることが可能となる。更に、本発明装置によれば、下り坂制御の実行中に渋滞区間を走行することによって残容量SOCが残容量下限値Sminまで低下し、その結果、機関23による蓄電池31の充電が開始され、以て、車両10の燃費が悪化する事態が発生する可能性を低減させることが可能となる。
(実施形態の変形例)
次に、本発明の実施形態の変形例について説明する。上述した実施形態に係る運行支援装置60の演算部61は、渋滞区間距離Djが距離閾値Dth2(固定値)よりも短ければ下り坂制御を実行していた。これに対し、本変形例に係る演算部61は、渋滞区間距離Djが「下り坂区間の距離Ddに比例する値である距離閾値Dth3」よりも短ければ下り坂制御を実行する点のみにおいて上述した実施形態と異なる。従って、以下、この相違点を中心に説明する。
本変形例に係る演算部61のCPU66が実行する「対象下り坂探索処理ルーチン」を、図9を参照しながら説明する。図9のフローチャートに示されたステップであって図7のフローチャートに示されたステップと同様の処理が実行されるステップには図7と同一のステップ符号が付されている。
適当なタイミングとなると、CPU66は、図9のステップ900から処理を開始し、ステップ705に進む。CPU66は、ステップ720を実行した後、ステップ923に進み、下り坂区間の距離Ddに基づいて距離閾値Dth3を算出する。より具体的に述べると、CPU66は、距離閾値Dth3を下り坂区間の距離Ddと比例係数k(0<k<1)との積として算出する(即ち、Dth3=k×Dd)。
本例において、比例係数kは、次のような関係が成立するように予め定められている。即ち、車両10が渋滞区間を含む下り坂区間を走行しても、「下り坂区間の長さ」に対する「下り坂区間における渋滞区間の長さ」の比率が比例係数kよりも小さければ、回生制動力によって残容量SOCを上昇させることができる。
次いでCPU66は、ステップ925に進み、渋滞区間距離Djが距離閾値Dth3よりも短いか否かを判定する。渋滞区間距離Djが距離閾値Dth3よりも短ければ、CPU66は、ステップ925にて「Yes」と判定してステップ730に進む。即ち、この場合、下り坂制御が実行される。CPU66は、ステップ730を実行した後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、渋滞区間距離Djが距離閾値Dth3以上であった場合、CPU66は、ステップ925にて「No」と判定してステップ995に直接進む。即ち、この場合、特定制御が実行される。
本変形例によれば、下り坂区間の距離Ddが長い場合であっても特定制御を実行すべきであるか否かが適切に判定される場合が増加する。具体的には、渋滞区間距離Djが長くても、それに比して下り坂区間の距離Ddが長ければ、車両10がその下り坂を走行したとき、回生制動力によって残容量SOCを上昇させることができる可能性が高いので、下り坂制御が実行される。
以上、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、本実施形態における運行支援装置60は、GPS衛星からの信号を受信していた。しかし、運行支援装置60は、GPS信号に替えて、或いは、GPS信号に加えて、他の衛星測位信号を受信しても良い。例えば、他の衛星測位信号は、GLONASS(Global Navigation Satellite System)及びQZSS(Quasi-Zenith Satellite System)であっても良い。
加えて、本実施形態における運行支援装置60は、車両10の外部から提供される渋滞情報としてVICS信号を受信していた。しかし、運行支援装置60は、VICS信号に替えて、或いは、VICS信号に加えて、他の方法により渋滞情報を受信しても良い。例えば、運行支援装置60は、移動体通信網(携帯電話網)を介して渋滞情報を受信しても良い。
加えて、本実施形態における距離閾値Dth2は固定値であった。しかし、距離閾値Dth2は変化する値であっても良い。例えば、距離閾値Dth2は、下り坂区間が一般道であるか高速道であるかに応じて変化しても良い。
加えて、本実施形態の変形例における距離閾値Dth3は、下り坂区間の距離Ddと比例係数kとの積として算出されていた。しかし、距離閾値Dth3は、「下り坂区間の距離Ddと比例係数kとの積」に所定値を加えた値であっても良い。
加えて、図3に示された例において、渋滞区間はリンク4の途中から始まり、リンク6の途中で終わっていた。即ち、渋滞区間の始点と終点のそれぞれはリンクの途中にあった。しかし、運行支援装置60は、渋滞しているか否かの情報をリンク単位で管理しても良い。即ち、あるリンクに渋滞が発生しているとき、運行支援装置60は、そのリンク全体を渋滞区間又は渋滞区間の一部として扱っても良い。
加えて、本実施形態において、運行支援装置60は車両10が下り坂制御区間の始点Psに到達したとき及び終点Peに到達したとき、ECU40にその旨を通知していた。しかし、運行支援装置60は、下り坂制御の実行を決定したとき、ECU40に対して現在位置Pnから始点Psまでの距離、及び、現在位置Pnから終点Peまでの距離を通知しても良い。この場合、ECU40は、車速Vsを時間に対して積分して得られる車両10の走行距離に基づいてその時点の現在位置から始点Ps及び終点Peまでの距離を取得し、車両10が始点Ps又は終点Peに到達したときに目標残容量SOC*の値を変更しても良い。
加えて、本実施形態における地図データベースは、各リンクの長さ及び勾配を含んでいた。しかし、地図データベースは、各リンクの勾配の替わりに各リンクの両端の標高を含んでいても良い。
加えて、本実施形態において下り坂制御が実行される場合、車両10が下り坂区間の終了地点に到達したとき、目標残容量SOC*が低側残容量Sdから標準残容量Snに変更されていた。しかし、下り坂制御が実行される場合、車両10が下り坂区間の開始地点に到達したとき、目標残容量SOC*が低側残容量Sdから標準残容量Snに変更されても良い。
加えて、本実施形態における地図データベースは、ハードディスクドライブによって構成されていた。しかし、地図データベースは、フラッシュメモリ等の記憶媒体を用いたソリッドステートドライブ(SSD)によって構成されても良い。
10…車両、21…第1電動機、22…第2電動機、23…内燃機関、24…動力分割機構、31…蓄電池、32…昇圧コンバータ、33…第1インバータ、34…第2インバータ、40…ECU、60…運行支援装置、18…駆動回路、ECU…20。

Claims (1)

  1. 車両の駆動源としての内燃機関及び同駆動源としての電動機、並びに、前記電動機に電力を供給する蓄電池を搭載し、前記電動機を用いて回生制動を行うとともに同回生制動により発生した電力を前記蓄電池に充電可能であり且つ前記内燃機関の出力を用いて発電した電力を前記蓄電池に充電可能に構成されたハイブリッド車両に適用され、
    前記蓄電池の残容量が所定の目標残容量に近づくように前記内燃機関を制御して前記蓄電池を充電し、且つ、前記車両の走行予定経路に関する情報を取得し同情報に基づいて同走行予定経路に下り坂区間が含まれると判定した場合、前記走行予定経路に含まれる下り坂区間の開始地点よりも所定距離だけ手前にある下り坂制御開始地点から同下り坂区間の終了地点までの間の区間のうちの少なくとも同下り坂制御開始地点から同下り坂区間の開始地点までの区間を含む特定区間を前記車両が走行するとき同特定区間以外の区間を走行するときと比較して前記目標残容量を小さい値に設定する下り坂制御を実行する制御部を備えた、
    ハイブリッド車両の制御装置において、
    前記制御部は、
    渋滞区間を示す渋滞情報を更に取得し、前記下り坂区間に渋滞区間が含まれる場合に同下り坂区間に含まれる渋滞区間の距離の合計が所定の距離閾値よりも長いとき、前記下り坂制御を実行しないように構成され
    前記距離閾値は、
    前記渋滞区間を含んでいる下り坂区間の距離に比例する値に基づく値であるように設定される、
    制御装置。
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