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技術 ハイブリッド車両の制御装置

出願人 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト
発明者 山田純一田邊圭樹近藤暢宏
出願日 2013年12月27日 (7年0ヶ月経過) 出願番号 2013-271475
公開日 2015年7月6日 (5年5ヶ月経過) 公開番号 2015-123925
状態 未査定
技術分野 車両の電気的な推進・制動 ハイブリッド電気車両
主要キーワード 停止保持状態 下降率 インバータ制御用 等高線状 最適効率 エンジン発電 等燃費曲線 デュアルクラッチ式自動変速機
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年7月6日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

高速一定走行時において効率よくエンジン及びモータ運転することができ、より確実に燃費を改善することのできるハイブリッド車両制御装置を提供すること。

解決手段

高速一定走行していると判定された場合に(S10)、要求トルクに対しエンジンのみで走行した場合のエネルギ効率ηengineを算出し(S11、12)、当該エンジンのみで走行した場合のエンジントルクを基準とし、当該基準のエンジントルクからモータのアシストトルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηassist(S13)、及び基準のエンジントルクからモータ3の発電トルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηchargeを算出し(S14)、算出したエネルギ効率の内最適なエネルギ効率ηbestを選出して(15)、エンジン及びモータを制御する(S16)。

概要

背景

エンジンモータ走行駆動源とするハイブリッド車両において、エンジンの燃費効率を向上させるべく、特許文献1では、要求トルクに対しエンジンは最良燃費線上で運転させ、トルク不足する場合にはモータによりアシストし、トルクが余る場合にはモータを回生運転させている。

概要

高速一定走行時において効率よくエンジン及びモータを運転することができ、より確実に燃費を改善することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。高速一定走行していると判定された場合に(S10)、要求トルクに対しエンジンのみで走行した場合のエネルギ効率ηengineを算出し(S11、12)、当該エンジンのみで走行した場合のエンジントルクを基準とし、当該基準のエンジントルクからモータのアシストトルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηassist(S13)、及び基準のエンジントルクからモータ3の発電トルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηchargeを算出し(S14)、算出したエネルギ効率の内最適なエネルギ効率ηbestを選出して(15)、エンジン及びモータを制御する(S16)。

目的

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

車両の走行用駆動源としてのディーゼルエンジン及びモータと、前記車両の現在から一定時間前までの所定の判定期間内における運転状態から算出される走行履歴情報を記憶する走行履歴記憶部と、前記走行履歴記憶部に記憶された走行履歴情報に基づき前記車両が走行している走行状況を判定する走行状況判定部と、前記走行状況判定部により前記車両が高速且つ一定の速度で走行していると判定された場合に、要求トルクに対し前記ディーゼルエンジンのみで走行した場合のエネルギ効率を算出し、当該ディーゼルエンジンのみで走行した場合のエンジントルクを基準として、当該基準のエンジントルクから前記モータのアシストトルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率、及び前記基準のエンジントルクから前記モータの発電トルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率を算出し、前記算出した各エネルギ効率の内最適なエネルギ効率を選出する最適効率選出部と、前記最適効率選出部で選出された最適なエネルギ効率となるエンジントルク及びモータトルクで前記ディーゼルエンジン及び前記モータを制御する駆動力制御部と、を備えるハイブリッド車両制御装置

技術分野

0001

本発明は、走行駆動源としてエンジンモータとを備えるハイブリッド車両制御装置に関する。

背景技術

0002

エンジンとモータを走行駆動源とするハイブリッド車両において、エンジンの燃費効率を向上させるべく、特許文献1では、要求トルクに対しエンジンは最良燃費線上で運転させ、トルク不足する場合にはモータによりアシストし、トルクが余る場合にはモータを回生運転させている。

先行技術

0003

特開2001−211506号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記特許文献1は、エンジンとして等燃費曲線の間隔が狭く、トルクに対する燃費変化の大きいガソリンエンジンを想定していることから、エンジントルクを最良燃費線上で運転させ、残りのトルクをモータで調節することで燃費効率を改善させることができている。

0005

しかし、例えばディーゼルエンジンの場合は、等燃費曲線の間隔がガソリンエンジンに比べて広く、トルクに対しての燃費悪化率が低いことから、ディーゼルエンジンを備えたハイブリッド車両では特許文献1の技術を適用したとしても、燃費効率の改善効果は小さい。

0006

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、高速一定走行時において効率よくエンジン及びモータを運転することができ、より確実に燃費を改善することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記した目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、車両の走行用駆動源としてのディーゼルエンジン及びモータと、前記車両の現在から一定時間前までの所定の判定期間内における運転状態から算出される走行履歴情報を記憶する走行履歴記憶部と、前記走行履歴記憶部に記憶された走行履歴情報に基づき前記車両が走行している走行状況を判定する走行状況判定部と、前記走行状況判定部により前記車両が高速且つ一定の速度で走行していると判定された場合に、要求トルクに対し前記ディーゼルエンジンのみで走行した場合のエネルギ効率を算出し、当該ディーゼルエンジンのみで走行した場合のエンジントルクを基準として、当該基準のエンジントルクから前記モータのアシストトルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率、及び前記基準のエンジントルクから前記モータの発電トルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率を算出し、前記算出した各エネルギ効率の内最適なエネルギ効率を選出する最適効率選出部と、前記最適効率選出部で選出された最適なエネルギ効率となるエンジントルク及びモータトルクで前記ディーゼルエンジン及び前記モータを制御する駆動力制御部と、を備える。

発明の効果

0008

上記手段を用いる本発明によれば、高速一定走行時において効率よくエンジン及びモータを運転することができ、より確実に燃費を改善することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の一実施形態における制御装置を備えたハイブリッド車両の概略構成図である。
走行履歴についての説明図である。
車両ECUにおいて実行される走行状況判定制御ルーチンを示すフローチャートである。
車両ECUにおいて実行される最適効率選出制御ルーチンを示すフローチャートである。
最適効率選出制御についての説明図である。

実施例

0010

図1は本実施形態の制御装置が搭載されたハイブリッド車両を示す全体構成図である。
ハイブリッド車両1はいわゆるパラレル型ハイブリッドトラックとして構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。

0011

車両1には走行用動力源としてディーゼルエンジン(以下、エンジンという)2、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ3が搭載されている。エンジン2の出力軸にはクラッチ4が連結され、クラッチ4にはモータ3の回転軸を介して自動変速機5の入力側が連結されている。自動変速機5の出力側にはプロペラシャフト6を介して差動装置7が連結され、差動装置7には駆動軸8を介して左右の駆動輪9が連結されている。

0012

自動変速機5は一般的な手動式変速機ベースとしてクラッチ4の断接操作及び変速段の切換操作を自動化したものであり、本実施形態では、前進6速後退1速の変速段を有している。当然ながら、自動変速機5の構成はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば手動式変速機として具体化してもよいし、2系統動力伝達系を備えたいわゆるデュアルクラッチ式自動変速機として具体化してもよい。

0013

モータ3にはインバータ10を介してバッテリ11が接続されている。バッテリ11に蓄えられた直流電力はインバータ10により交流電力に変換されてモータ3に供給され、モータ3が発生した駆動力は自動変速機5で変速された後に駆動輪9に伝達されて車両1を走行させる(これを力行運転という)。また、例えば車両1の減速時や降坂路での走行時には、駆動輪9側からの逆駆動によりモータ3が発電機として作動する。モータ3が発生した負側の駆動力は制動力として駆動輪9側に伝達されると共に、モータ3が発電した交流電力がインバータ10で直流電力に変換されてバッテリ11に充電される(これを回生運転という)。さらに、エンジン2が発生する駆動力によりモータ3を回転させて発電を行い、バッテリ11を充電することも可能である(これをエンジン発電という)。

0014

このようなモータ3が発生する駆動力は上記クラッチ4の断接状態に関わらず駆動輪9側に伝達され、これに対してエンジン2が発生する駆動力(以下、エンジントルクという)はクラッチ4の接続時に限って駆動輪9側に伝達される。従って、クラッチ4の切断時には、上記のようにモータ3が発生する正側の駆動力(以下、アシストトルクという)又は負側の駆動力(以下、発電トルクという)が駆動輪9側に伝達されて車両1が走行する。また、クラッチ4の接続時には、エンジン2及びモータ3の駆動力が駆動輪9側に伝達されたり、或いはエンジン2の駆動力のみが駆動輪側に伝達されたりして車両1が走行する。

0015

車両ECU13は車両全体統合制御するための制御回路である。そのために車両ECU13には、アクセルペダル14の操作量を検出するアクセルセンサ15、ブレーキペダル16の踏込操作を検出するブレーキスイッチ17、車両1の速度を検出する車速センサ18、エンジン2の回転速度を検出するエンジン回転速度センサ19、及びモータ3の回転速度を検出するモータ回転速度センサ20などの各種センサスイッチ類が接続されている。

0016

また、車両ECU13には、図示はしないがクラッチ4を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機5を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンECU22、インバータ制御用のインバータECU23、及びバッテリ11を管理するバッテリECU24が接続されている。

0017

車両ECU13は、運転者によるアクセル操作量などに基づき車両1を走行させるために必要な要求トルクを算出し、その要求トルクやバッテリ11のSOC(充電量:State Of Charge)などに基づき車両1の走行モードを選択する。本実施形態では走行モードとして、エンジン2の駆動力のみを用いて走行するエンジン走行モード、モータ3の駆動力のみを用いて走行するモータ走行モード、及びエンジン2及びモータ3の駆動力を共に用いて走行するハイブリッド走行モード、エンジン2の駆動力を用いての走行を行いつつ、エンジン2の駆動力を用いてモータ3を回転させて発電を行うエンジン発電走行モードが設定されており、その何れかの走行モードを車両ECU13が選択するようになっている。

0018

車両ECU13は選択した走行モードに基づき、要求トルクをエンジン2やモータ3が出力すべきトルク指令値換算する。例えばハイブリッド走行モードでは要求トルクをエンジン2側及びモータ3側に配分した上で、その時点の変速段に基づきエンジン2及びモータ3のトルク指令値を算出する。また、エンジン走行モードでは要求トルクを変速段に基づきエンジン2へのトルク指令値に換算し、モータ走行モードでは要求トルクを変速段に基づきモータ3へのトルク指令値に換算する。さらにエンジン発電走行モードでは、要求トルクとモータ3による発電に要するトルクとを合わせた値をエンジン2のトルク指令値として算出する。

0019

そして、車両ECU13は選択した走行モードを実行すべく、モータ走行モードでは上記クラッチ4を切断し、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードではクラッチ4を接続した上で、エンジンECU22及びインバータECU23にトルク指令値を適宜出力する。また、車両1の走行中において車両ECU13は、アクセル操作量や車速などに基づき図示しないシフトマップから目標変速段を算出し、この目標変速段を達成すべく、アクチュエータによりクラッチ4の断接操作及び変速段の切換操作を実行する。

0020

一方、エンジンECU22は、車両ECU13において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように噴射量制御噴射時期制御を実行する。例えばエンジン走行モード、ハイブリッド走行モード及びエンジン発電走行モードでは、正側のトルク指令値に対してエンジン2に駆動力を発生させ、負側のトルク指令値に対してエンジンブレーキを発生させる。また、モータ走行モードの場合には、燃料噴射中止によりエンジン2を停止保持状態、またはアイドル運転状態とする。

0021

また、インバータECU23は、車両ECU13において選択された走行モードに基づくトルク指令値を達成するように、インバータ10を介してモータ3を駆動制御する。例えばモータ走行モードやハイブリッド走行モードでは、正側のトルク指令値に対してモータ3を力行制御してアシストトルクを発生させ、負側のトルク指令値に対してはモータ3を回生制御して発電トルクを発生させる。また、エンジン走行モードの場合には、モータ3の駆動力を0に制御する。さらにエンジン発電走行モードの場合には、エンジン2の駆動力を受けて発電トルクを発生させる。

0022

また、バッテリECU24は、バッテリ11の温度、バッテリ11の電圧、インバータ10とバッテリ11との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ11のSOC(充電量)を算出し、このSOCを検出結果と共に車両ECU13に出力する。

0023

一方、車両ECU13は、車両1が高速一定走行状態にあるときに、最適なエネルギ効率となるエンジントルク及びモータトルクでエンジン及びモータを制御すべく、走行履歴記憶部31、走行状況判定部32、最適効率選出部33を有している。

0024

詳しくは、走行履歴記憶部31は、車速センサ18より得られる車両1の車速情報を逐次記憶する。そして、図2の走行履歴の説明図に示すように、現時点から一定時間前までの所定の判定期間内における停車時間割合、判定期間内の平均車速と上限車速又は下限車速との比である速度比、所定変化率以上の加減速時間割合、所定車速以下の低速走行割合、バッテリ11のSOCの変化幅(SOCの上昇率及び下降率)、等の走行履歴データ(走行履歴情報)を演算し、逐次更新して記憶する。

0025

走行状況判定部32は、走行履歴記憶部31において記憶された走行履歴データに基づき、現在車両1が走行している状況を判定する。具体的には、停車時間割合、速度比、加減速時間割合、低速走行割合について、それぞれ予め定めた閾値と比較することで、高速道路等で車両1が高速且つ略一定の速度で走行しているか(以下、高速一定走行という)を判定する。

0026

最適効率選出部33は、走行状況判定部32において、高速一定走行していると判定された場合に、要求トルクに対しエンジン2のみで走行した場合のエネルギ効率ηengineを算出し、当該エンジン2のみで走行した場合のエンジントルクを基準とし、当該基準のエンジントルクからモータ3のアシストトルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηassist、及び基準のエンジントルクからモータ3の発電トルクの割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηchargeを算出し、算出したエネルギ効率の内最適なエネルギ効率ηbestを選出する。

0027

車両ECU13は、最適効率選出部33において選出された最適エネルギ効率ηbestとなるエンジントルク及びモータトルクでエンジン2及びモータ3を制御する(駆動力制御部)。
以下、このように構成された車両ECU13において実行される走行状況判定制御及び最適効率選出制御について説明する。

0028

まず、図3には走行状況判定制御ルーチンを示すフローチャートが示されており、以下、同フローチャートに沿って走行状況判定制御について説明する。
車両ECU13は、ステップS1として、走行履歴記憶部31にて走行履歴データを更新する。

0029

次にステップS2では、走行状況判定部32にて、停車時間割合が0であるか否か、即ち図2に示した判定時間内で車両1が停車している時間がないか否かを判定する。
またステップS3では、走行状況判定部32にて、速度比が閾値a(1<a)より小であるか否か、即ち判定時間内における車速の変動が一定値未満であるか否かを判定する。

0030

ステップS4では、走行状況判定部32にて、加減速時間割合が閾値b(0<b<1)より小であるか否か、即ち判定時間内における加速及び減速が行われている時間が所定時間未満であるか否かを判定する。
さらに、ステップS5では、走行状況判定部32にて、低速走行割合が0であるか否か、即ち判定時間内において所定車速以下の低速での走行が行われていないか否かを判定する。

0031

上記ステップS2からS5の判定結果が全て真(Yes)である場合は、ステップS6に進む。
ステップS6では、走行状況判定部32は、車両1が高速且つ一定の速度で走行していると判定し、高速一定走行フラグをオン状態とし、当該ルーチンをリターンする。

0032

一方、ステップS2からS5の判定結果のいずれかが(No)である場合は、ステップS7に進む。
ステップS7では、走行状況判定部32は、車両1は高速一定走行を行っていないと判定し、高速一定走行フラグをオフ状態とし、当該ルーチンをリターンする。

0033

続いて、図4には最適効率選出制御ルーチンを示すフローチャートが、図5には(a)エンジンの燃費マップ及び(b)エネルギ効率マップが、それぞれ示されており、以下図5を参照しつつ図4のフローチャートに沿って説明する。
まず、車両ECU13は、ステップS10として、高速一定走行フラグがオン状態にあるか否かを判定する。当該判定結果が偽(No)である場合は、最適効率選出制御は行わないため、当該ルーチンをリターンする。一方、当該判定結果が真(Yes)である場合は、ステップS11に進む。

0034

ステップS11では、最適効率選出部33において、図5(a)に示すエンジン2の燃費マップから、現在の車速を維持する要求トルクとエンジン回転速度に対して、エンジン単体で走行した場合、即ちエンジン走行モードでの運転ポイントPengineを算出する。燃費マップは図5(a)に示すように等高線状に示されており、運転ポイントが白抜き矢印の向きに向かうにつれ燃費がよくなることを示している。そして、図5(a)には最大エンジントルク曲線も示されている。

0035

さらにステップS12において、最適効率選出部33は、図5(a)及び図5(b)のエネルギ効率マップに示すように、エンジン単体での運転ポイントPengineにおけるエネルギ効率ηengineを算出する。なお、エネルギ効率ηは、出力される有効な仕事量投入される燃料量またはエネルギ量、として計算される。

0036

続いて、ステップS13において、最適効率選出部33は、エンジン2の運転ポイントPengineにおけるエンジントルクを基準として、ハイブリッド走行モードでモータ3のアシストトルク(正のトルク)の割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηassistを算出する。なお、当該アシストトルクはモータ3が出力可能最大トルクに到達するまで算出する。

0037

また、ステップS14において、最適効率選出部33は、エンジン2の運転ポイントPengineにおけるエンジントルクを基準として、エンジン発電走行モードでモータ3の発電トルク(負のトルク)の割合を所定トルク毎に増加した場合のエネルギ効率ηchargeを算出する。なお、当該発電トルクについてもモータ3が出力可能な最大トルクに到達するまで算出する。

0038

なお、上記ステップS12からS14においては、現在の車速を維持するのに選択可能な変速段毎に各エネルギ効率ηengine、ηassist、ηchargeを算出する。
そして、ステップS15において、最適効率選出部33は、上記ステップS12からS14で算出した各エネルギ効率ηengine、ηassist、ηchargeのうち最も効率の良い最適エネルギ効率ηbestを選出する。

0039

続くステップS16では、車両ECU13が上記ステップS15で選出された最適エネルギ効率ηbestを満たす運転ポイントPbestでのエンジントルク及びモータトルクをエンジンECU22及びインバータECU23へのトルク指令値として出力することで、エンジン2及びモータ3を制御する。また必要に応じて、変速機5を変速する。

0040

このように、エンジン単体でのエネルギ効率ηengine、モータ3でアシストした場合のエネルギ効率ηassist、モータ3を発電した場合のエネルギ効率ηchargeをそれぞれ算出し、その中から最適なエネルギ効率ηbestを選出することで、エンジン効率モータ効率を考慮した最適な運転ポイントPbestで運転することができる。

0041

このようなことから本実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置は、高速一定走行時において効率よくエンジン及びモータを運転することができ、より確実に燃費を改善することができる。
以上で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の説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。

0042

上記実施形態では、走行状況判定部32において、走行履歴データとして停車時間割合、速度比、加減速時間割合、低速走行割合を用いて走行状況を判定しているが、走行状況を判定するのに用いる走行履歴データはこれに限られるものではない。

0043

2エンジン
3モータ
11バッテリ
13 車両ECU
22 エンジンECU(駆動力制御部)
23インバータECU
31走行履歴記憶部
32走行状況判定部
33最適効率選出部

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