JP4506881B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両を制御する制御装置に関し、特に、車両外部の電力供給源から車載バッテリへ充電を行なうことができるハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンおよびモータを駆動力源とするハイブリッド車両が知られており、このハイブリッド車両として、車両外部の電力供給源から車載バッテリへ充電を行なうことができるハイブリッド車両がある。このハイブリッド車両は、一般に、コネクタおよびケーブルを備え、そのプラグを家庭用コンセントなどの電力供給口に差し込むことによって、車両外部から電力を取得する。そのため、プラグインハイブリッド車両と呼ばれることが多い。本明細書でも、車両外部の電力供給源から車載バッテリへ充電を行なうことができるハイブリッド車両を、以下、プラグインハイブリッド車両という。

プラグインハイブリッド車両が車両外部から取得する電力は、たとえば家庭用の商用電力であり、家庭用の商用電力は、通常、ガソリンなどのエンジンの燃料よりもコストが安い。そのため、車両外部から取得する電力を用いてより多く走行するほど、ユーザが負担しなければならないコストを減らすことができる。また、燃料補給のためにガソリンスタンドに行く回数を減らすこともできる。

特許文献１のプラグインハイブリッド車両は、バッテリの蓄積状態（以下、ＳＯＣという）が所定値を下回るまでは、エンジンの動力を用いたモータジェネレータによる発電は行なわず、エンジンを極力停止して、バッテリに蓄えた電力を主に用いて走行するＥＶ走行モードを実行する。これによって、車両外部から取得した電力、すなわち、コストの安いエネルギを優先的に消費するようにしている。そして、ＳＯＣが所定値を下回ると、エンジンの動力を用いてモータジェネレータを駆動させて発電を行ない、ＳＯＣが予め設定された上下限範囲となるように、充電および放電を繰り返しながら走行するＨＶ走行モードを実行する。
特開２００７−６２６３８号公報

特許文献１のハイブリッド車両は、上述のＨＶ走行モードを実行するのは、外部電源によって充電した電力で走行可能な距離以上走行し、バッテリのＳＯＣが所定値を下回った後である。すなわち、特許文献１では、バッテリのＳＯＣが所定値を下回った後でなければ、エンジンの動力を用いてモータジェネレータを駆動させる発電は行なわない。

ここで、エンジンの動力を用いてモータジェネレータを駆動させて発電を行なう場合、発電に必要となる燃料消費量はできるだけ少ないことが望ましい。しかし、発電に必要となる燃料消費量は車両の駆動力や車速などの走行状態の影響を受ける。

そのため、特許文献１のように、ＨＶ走行モードを実行するのは、必ずＳＯＣが所定値を下回った後となっていると、例えば、走行経路の前半部分に発電効率がよい走行状態となる地点が偏在するような場合は、少ない燃料消費量で発電を行なうことができる機会を逃すことになり、走行全体に必要となるエネルギ（燃料や電力）のコストを最小にできないという問題があった。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、車両外部の電力供給源から車載バッテリへ充電を行なうことができるハイブリッド車両において、エネルギコストをより低減できるようにすることを目的とする。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、エンジンおよび回転電機を駆動力源として備えるとともに、前記回転電機との間で電力の授受を行うことができる車載バッテリを備え、その車載バッテリに対して車両外部の電力供給源から充電を行なうことができ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であって、
前記電力供給源から供給された電力である外部充電エネルギを算出する外部充電エネルギ算出手段と、このハイブリッド車両の駆動動力を前記車載バッテリから前記回転電機に電力を供給することで、このハイブリッド車両の駆動動力を前記回転電機に優先的に発生させるモードである電動駆動優先モードにて予定走行経路を走行する場合に必要と推定される推定必要エネルギを算出する推定必要エネルギ算出手段と、前記推定必要エネルギを前記外部充電エネルギによって賄えるか否かを走行開始前に判断するエネルギ比較手段とを備え、
そのエネルギ比較手段にて、前記推定必要エネルギを前記外部充電エネルギによって賄えると判断された場合には、前記電動駆動優先モードを実行する一方、賄えないと判断された場合には、前記エンジンの駆動力を前記回転電機に入力することによって前記回転電機に発電を行わせるエンジン発電を、予定走行経路の全体の中でできるだけ発電効率のよい地点で行ってエネルギの不足分を賄い、他の地点では前記電動駆動優先モードを行なう、電動駆動・発電併用モードを実行し、
前記エンジン発電を行う際のコスト指標の基準値として基準コスト指標が設けられており、前記予定走行経路を走行する際の推定要求駆動動力を所定の時間区分毎に推定し、その推定要求駆動動力に基づいて、各時間区分にて前記エンジン発電を行うとした場合の前記コスト指標を推定コスト指標として決定する推定コスト指標決定手段と、その推定コスト指標決定手段によって決定された時間区分毎の推定コスト指標に基づいて前記基準コスト指標を決定する基準コスト指標決定手段とをさらに含み、その基準コスト指標決定手段は、前記推定コスト指標決定手段によって決定された推定コスト指標が低いものから順に前記エンジン発電を行う時間区分に決定していき、エネルギの不足分をエンジン発電の合計電力が超えた時点において、エンジン発電を行う時間区分に対応する推定コスト指標のうち最も高い推定コスト指標を前記基準コスト指標として決定するものであり、
前記電動駆動・発電併用モードにおいては、前記エンジン発電を行うとした場合の前記コスト指標を逐次算出し、算出したコスト指標が前記基準コスト指標よりも低い場合に限り、前記エンジン発電を行うことを特徴とする。

本発明では、電動駆動優先モードにて予定走行経路を走行する際に必要であると推定される推定必要エネルギを外部充電エネルギで賄えるか否かを走行開始前に判断しており、賄えないと判断した場合には、走行経路全体の中でできるだけ発電効率のよい地点でエンジン発電を行うようにしている。そのため、ＳＯＣが所定値よりも低下するまでは、エンジンの動力を用いて回転電機を駆動させる発電は行なわない特許文献１の技術よりも、エネルギ効率を向上させることができることから、エネルギコストを低減することができる。

また、このようにエンジン発電のコスト指標の基準値（基準コスト指標）を設け、実際の走行時におけるエンジン発電のコスト指標と基準コスト指標とを比較することでエンジン発電を行うか否かを決定すれば、エンジン発電におけるコストを低くすることができる。

また、このようにして基準コスト指標を決定すれば、予定走行経路を走行した場合に推定される走行状態に応じた基準コスト指標を設定することができる。そのため、予定走行経路に応じた適切な基準コスト指標を設定することができるようになるので、この基準コスト指標を用いたエンジン発電を行うか否かの判断が適切になる。

さらに、このようにすれば、エンジン発電によって発電される発電電力が、予定走行経路を走行できる最小限の電力となる。そのため、次回、車両外部の電力供給源から充電できる電力を多くすることができる。

請求項２は、請求項１において、前記コスト指標は、前記回転電機が発電および駆動を行わないで走行した場合に前記エンジンが消費する燃料消費量と、前記エンジン発電を行いつつ走行した場合に前記エンジンが消費する燃料消費量の差分を、エンジン発電によって発電される電力で割った値であることを特徴とする。このコスト指標を用いることにより、エンジン発電が燃費に与える影響を定量化することができる。

請求項３は、請求項１または２において、前記エンジン発電においては、そのエンジン発電において発生させる電力の変化に対する前記コスト指標の変化を示す予め設定された対応関係に基づいて、コスト指標の最小値を求め、そのコスト指標の最小値に対応する電力を発電することを特徴とする。このようにすれば、エンジン発電によるコストを最小化することができる。

請求項４は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記電動駆動優先モードを実行するか、前記電動駆動・発電併用モードを実行するかを車両の運転者に報知することを特徴とする。このようにすれば、電動駆動・発電併用モードが運転者に報知された場合に、バッテリの残量があるにもかかわらず、エンジンが始動する理由を運転者が認識することができるので、エンジンが始動することによる運転者の違和感が抑制される。

請求項５は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記外部充電エネルギ算出手段は、前記回転電機に駆動動力を発生させるために前記車載バッテリの電力を使用した場合、その電力を前記外部充電エネルギから減算し、回生制動を行った場合には、回生制動動力に対応する電力を前記外部充電エネルギに加算することで、車両走行中に、前記外部充電エネルギを逐次更新し、前記電力供給源からの電力供給時には、その逐次更新した外部充電エネルギに、今回、前記電力供給源から供給された外部充電エネルギを加算することを特徴とする。このようにすれば、前記エンジン発電を行って車載バッテリを充電した場合にも、外部充電エネルギを正確に算出することができる。なお、回転電機に駆動動力を発生させるために車載バッテリが使用する電力は、回転電機が発生する駆動動力とそのときの回転電機の駆動損失の合計値であり、回生制動動力に対応する電力は、回生制動時に回転電機が発生する制動動力（負の駆動動力）とそのときの回転電機の駆動損失の合計値である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態となる制御装置を備えたプラグインハイブリッド車両（以下、単に車両）１００の要部構成を示す図である。

この車両１００は、エンジン１０１とモータジェネレータ（以下、ＭＧという）１０２とを駆動力源として備えており、エンジン１０１とＭＧ１０２は直列に接続されてデファレンシャル１０４を介して駆動輪１０６に駆動力または制動力を伝達する。

変速機１０３はエンジン１０１の出力軸の回転を変速して駆動輪１０６側へ出力する。その変速機１０３とＭＧ１０２との間にはクラッチ１０５が設けられており、このクラッチ１０５によって、変速機１０３の出力軸とＭＧ１０２の回転軸との間の動力の断続が切り替えられる。

バッテリ１０７は、たとえば、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリであり、ＭＧ１０２は、インバータ１０８を介してこのバッテリ１０７およびＭＧ−ＥＣＵ１１０に接続されている。インバータ１０８は、バッテリ１０７の電力をＭＧ１０２に供給してＭＧ１０２に駆動力を発生させ、また、ＭＧ１０２で発生した電力をバッテリ１０７に充電する。ＭＧ１０２で電力を発生させる場合には、エンジン１０１の動力を用いてＭＧ１０２を回転させるか、または、駆動輪１０６の回転動力によってＭＧ１０２を回転させる。駆動輪１０６の回転動力によってＭＧ１０２を回転させる場合には、発電する電力に応じた制動動力が発生する。

インバータ１０８はＭＧ−ＥＣＵ１１０からの指令に基づいて動作する。ＭＧ−ＥＣＵ１１０は、レゾルバ等の回転速度センサを用いてＭＧ１０２の回転速度を逐次検出している。そして、ＭＧ１０２の回転速度を検出しつつ、ハイブリッドＥＣＵ（以下、ＨＶ−ＥＣＵ）１１３から供給される指令信号に基づいて、その指令信号が示す駆動動力または回生制動動力をＭＧ１０２に発生させるようにインバータ１０８を制御する。

ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、運転者によってアクセルペダル１１６に入力される操作量および車速と、予め記憶されている動力配分比決定マップとを用いて、エンジン１０１とＭＧ１０２との動力配分比を決定する。そして、その決定した動力配分比に基づいてエンジンＥＣＵ１０９およびＭＧ−ＥＣＵ１１０に動力指令値（指令信号）を出力する。

また、ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、運転者によってブレーキペダル１１７に入力される操作量を、たとえばブレーキペダル１１７の踏力に応じて変化するマスタシリンダ油圧値から検出し、その操作量に基づいて必要制動力を決定する。そして、その必要制動力および車速と予め記憶されている関係とに基づいて回生制動動力を決定し、決定した回生制動動力を発生させることを指令する指令信号をＭＧ−ＥＣＵ１１０へ出力する。なお、回生制動動力を図示しないブレーキＥＣＵが決定するようにしてもよい。

また、ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、ＭＧ−ＥＣＵ１１０からＭＧ１０２の回転速度等、ＭＧ１０２の状態に関する情報を逐次取得する。さらに、ＨＶ−ＥＣＵ１１３には、温度センサ１１８によって検出されるバッテリ１０７の温度、電流センサ１１９によって検出されるバッテリ１０７の入出力電流値が供給され、また、バッテリ１０７の電圧も監視している。そして、これらに基づいて、公知の方法でバッテリ１０７の蓄積エネルギを算出する。なお、本実施形態では、この蓄積エネルギとしてＳＯＣ（残存容量）を算出する。

エンジン／変速機ＥＣＵ１０９は、ＨＶ−ＥＣＵ１１３から入力された動力指令値および車速に応じて、変速機１０３の出力軸の動力出力が動力指令値になるようにエンジン１０１および変速機１０３を制御する。なお、ＨＶ−ＥＣＵ１１３から入力された動力指令値が正の場合には、エンジン／変速機ＥＣＵ１０９は、クラッチ１０５をオンにして、エンジン１０１とＭＧ１０２とを接続する。一方、ＨＶ−ＥＣＵ１１３から入力された動力指令値がゼロの場合には、エンジン／変速機ＥＣＵ１０９は、クラッチ１０５をオフにして、エンジン１０１および変速機１０３の引きずり損失を回避する。

バッテリ１０７には充電器１１５が接続されており、充電コネクタ１１４が家庭用の電源コンセントに差し込まれることにより、家庭用の商用電力を用いてバッテリ１０７が充電される。

また、ＨＶ−ＥＣＵ１１３はナビゲーションシステム１１２にも接続されており、ＨＶ−ＥＣＵ１１３とナビゲーションシステム１１２とは相互に情報の送受信が可能となっている。そして、ナビゲーションシステム１１２のＥＣＵ（以下、ナビゲーションＥＣＵ）は、ＥＶ優先モードで走行すべきか、ＥＶ・発電併用モードで走行すべきかを、走行開始前に決定する。そして、ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、ナビゲーションＥＣＵが決定した走行モードでの走行を行なう。

ここで、ＥＶ優先モードとは、請求項の電動駆動優先モードに相当するモードであり、必要な駆動動力を、バッテリ１０７から電力を供給することによってＭＧ１０２に優先的に発生させ、ＭＧ１０２が最大駆動トルクを発生させても駆動動力が不足する場合にエンジン１０１を駆動させる制御モードである。一方、ＥＶ・発電併用モードとは、請求項の電動駆動・発電併用モードに相当するモードであり、発電にかかるコストが所定の基準値よりも小さい走行区間においては発電を行い、その他の走行区間では前述のＥＶ優先モードを行う制御モードである。

図２に、走行モードの決定およびその走行モードで走行する際に実行するメイン制御フローを示す。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０８、Ｓ２１０は、ナビゲーションＥＣＵが実行し、ステップＳ２０９および、Ｓ２１１、Ｓ２１２はＨＶ−ＥＣＵ１１３が実行する。

ステップＳ２０１は、充電コネクタ１１４が電源コンセントから抜き取られた後、車両１００が走行を開始する前に実行する。そのステップＳ２０１では目的地までの予定走行経路を設定する。目的地までの予定走行経路は、周知の種々の経路探索手法を用いて設定することができる。また、目的地は、ユーザの操作により決定されてもよいし、現在位置や日時などから、ナビゲーションＥＣＵが自動的に決定してもよい。

続くステップＳ２０２は請求項の走行状態推定手段に相当し、ステップＳ２０１で設定した予定走行経路を走行する際に推定される車速および勾配（推定車速V(t)、推定勾配θ(t)）を、すべての時刻ｔ＝ｔ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対して推定する。ｉは１〜ｎまでの整数であり、ｔ_１〜ｔ_ｎは予定走行経路を等時間ステップ（例えば０．５秒）で分割した各ステップの時刻を表す。推定車速V(t)は、自車が過去に予定走行経路を略同時刻に走行したときの車速履歴をナビゲーションシステム内部のデータベースに保存しておき、これを利用してもよいし、外部のサーバに蓄積された他車の車速履歴や渋滞情報などを無線通信などを介して取得して、これを元に推定してもよい。また、推定勾配θ(t)は、ナビゲーションシステム内部の地図データベースに格納されている勾配データや外部サーバとの通信で得た勾配データと、推定車速V(t)から推定できる各時刻ｔ_ｉにおける位置とを用いて推定する。

続くステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で推定した推定車速V(t)、推定勾配θ(t)を用いて、推定要求駆動動力Pw_est(t)をすべての時刻ｔ＝ｔ_ｉに対して推定する。この推定要求駆動動力Pw_est(t)とは、予定走行経路を走行する際に車両１００に必要な駆動動力の推定値である。

推定要求駆動動力Pw_est(t)は駆動力と車速の積であり、駆動力は、車両１００の加速抵抗、路面抵抗、空気抵抗、勾配抵抗の和で表される。従って、推定要求駆動動力Pw_est(t)は次の式１から求めることができる。なお、下記式１において、車両加速度acc(t)は推定車速V(t)の傾きから求める。
（式１） Pw_est(t) = (Ｗ×acc(t)+μr×W+μ1×A×V(t)×V(t)+W×g×sinθ(t)) ×V(t)
(μr ：転がり抵抗係数、μ1：空気抵抗係数、A：前面投影面積、W：車総重量、g：重力加速度、θ：勾配、acc(t)：車両加速度)
続くステップＳ２０４では、すべての時刻ｔ＝ｔ_ｉに対して推定駆動電力Ed_est(t)を求める。この推定駆動電力Ed_est(t)とは、ステップＳ２０３で推定した推定要求駆動動力Pw_est(t)を、ＭＧ１０２の最大駆動トルクを超えない範囲でＭＧ１０２で賄った場合に必要な電力である。

Pw_est(t)＞0のとき、推定駆動電力Ed_est(t)は次の式２から求めることができる。
（式２） Ed_est(t) = min( （Pw_est(t) + Loss_mg( ωmg(t), Tmg(t) ) ）,
（Tmax_d(ωmg(t))×ωmg(t) + Loss_mg(ωmg(t), Tmax_d(ωmg(t)) ) ） )
ここで、min(x,y)はx,yのうちどちらか小さい方を出力する関数である。
ωmg(t)は推定車速V(t)におけるＭＧ１０２の角速度であり、タイヤ半径をr_tireとすると、ωmg(t)=V(t)÷r_tire×（デファレンシャル１０４の減速比）から算出できる。
Tmg(t)は、推定車速V(t)、推定駆動動力Pw_est(t)のときのＭＧトルク（駆動側が正）であり、Tmg(t) = Pw_est(t) / ωmg(t)から算出できる。
Loss_mg(ω,T)は、回転速度ω、トルクT（駆動側が正）のときのＭＧ１０２の駆動損失であり、事前に測定することによって決定したマップから求める。
Tmax_d(ω)は、回転速度ωでのＭＧ１０２の最大駆動トルクであり、これも事前に測定しておく。
Pw_est(t)≦0のときはＭＧ１０２が駆動動力を発生させる必要がないので、Ed_est(t) =0となる。

続くステップＳ２０５では、すべての時刻ｔ＝ｔ_ｉに対して推定回生電力Er_est(t)を求める。この推定回生電力Er_est(t)とは、減速動力が必要と推定されるとき、すなわち、ステップＳ２０３で推定した推定要求駆動動力Pw_est(t)が負であるとき、その負の推定要求駆動動力Pw_est(t)を、ＭＧ１０２の最大吸収トルクを超えない範囲でＭＧ１０２で回収した場合の回生電力である。
Pw_est≧0のときは回生ができないため、推定回生電力Er_est(t)はゼロとなる。
Pw_est<0のときは、推定回生電力Er_est(g)は次の式３から求めることができる。
（式３） Er_est(t) = min( （-Pw_est(t) - Loss_mg( ωmg(t), Tmg(t) ) ）,
（-Tmax_r(ωmg(t))×ωmg(t) - Loss_mg(ωmg(t), Tmax_r(ωmg(t)) ) ）)
ここで、Tmax_r(ω)は、回転速度ωでのＭＧ１０２が減速動力を最大限を吸収した時のＭＧトルクであり、事前に測定しておく。なお、駆動側を正としているため、このTmax_r(ω)は負の値をとる。

図３に、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５で算出した推定車速V(t)、推定要求駆動動力Pw_est(t)、推定駆動電力Ed_est(t)、推定回生電力Er_est(t)の一例を示す。図３に示すように、推定要求駆動動力Pw_est(t)が正の時刻では推定駆動電力Ed_est(t)が正の値となる一方で、推定要求駆動動力Pw_est(t)が負の時刻では推定回生電力Er_est(t)が正の値となる。

図２に戻り、ステップＳ２０６では推定必要エネルギEnrg_demを算出する。このステップＳ２０６が請求項の推定必要エネルギ算出手段に相当する。この推定必要エネルギEnrg_demは次の式４から求めるものである。

この式４から分かるように、推定必要エネルギEnrg_demは、走行経路全体の推定駆動電力Ed_estから走行経路全体の推定回生電力Er_estを引いた値に時間ステップ（例えば０．５秒）を掛けたものである。従って、この推定必要エネルギEnrg_demは、予定走行経路の全部を走行する際に必要な駆動動力を、ＭＧ１０２の性能の範囲（ＭＧ１０２の最大駆動トルクを超えない範囲）で全てＭＧ１０２の動力で賄うとした場合に、ＭＧ１０２の性能の範囲（ＭＧ１０２の最大吸収トルクを超えない範囲）で予定走行経路にて回生によって回収できる電力では足りない電力を意味する。

ステップＳ２０７では、充電器１１５を用いて車両外部の電源である家庭用電源から充電したエネルギ（以下、外部充電エネルギという）Enrg_plugを算出する。外部充電エネルギEnrg_plugは、前回走行終了時の外部充電エネルギEnrg_plugの残量（算出方法は後述）に、今回充電した外部充電エネルギΔEnrg_plugを加算することで行う。すなわち、下記式５から、外部充電エネルギEnrg_plugを算出する。なお、今回充電した外部充電エネルギΔEnrg_plugは、ＨＶ−ＥＣＵ１１３が充電器１１５の状態を逐次監視し、充電器１１５によって充電したエネルギを積算することで行う。また、請求項の外部充電エネルギ算出手段は、このステップＳ２０７および後述する図５のステップＳ５０８、図６のステップＳ６１０によって構成される。
（式５） Enrg_plug=前回走行終了時のEnrg_plug+ΔEnrg_plug

請求項のエネルギ比較手段に相当するステップＳ２０８では、ステップＳ２０７で算出した外部充電エネルギEnrg_plugが、ステップＳ２０６で算出した推定必要エネルギEnrg_dem以上であるかを判断する。外部充電エネルギEnrg_plugが推定必要エネルギEnrg_dem以上の場合（ＹＥＳの場合）は、予定走行経路の走行に必要な電気エネルギが外部充電エネルギで賄えると推定できることになる。この場合はステップＳ２０９へ進み、ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、前述のＥＶ優先モードでの制御を行う制御モード１で走行する。この制御モード１の詳細は後述する。

一方、ステップＳ２０８の判断がＮＯの場合、すなわち、外部充電エネルギEnrg_plugが推定必要エネルギEnrg_demより小さい場合には、予定走行経路の走行に必要な電気エネルギを外部充電エネルギだけでは賄えないため、ステップＳ２１０に進み、充電すべき走行状態か否かを判断するための指標である基準電費Dsを算出する。その後、ステップＳ２１１へ進み、ＨＶ−ＥＣＵ１１３は、前述のＥＶ・発電併用モードでの制御を行う制御モード２で走行する。なお、ステップＳ２１０における基準電費Dsの算出方法、および、制御モード２の詳細は後述する。

上記ステップＳ２０９またはステップＳ２１１の実行開始時には、そのステップＳ２０９またはステップＳ２１１において実行する制御モードを、ナビゲーションシステム１１２の画面に表示する（ステップＳ２１２）。

図４は、ナビゲーションシステム１１２の画面に制御モードが表示されている例を示す図であり、（ａ）はＥＶ優先モード、（ｂ）はＥＶ・発電併用モードが表示されている例である。

次に、前述のステップＳ２０９で実行する制御モード１（ＥＶ優先モード）の詳細を説明する。図５は、その制御モード１（ＥＶ優先モード）の処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ５０１では、アクセルペダル１１６の操作量、ブレーキペダル１１７の操作量、車速Ｖの情報から、車両１００の駆動に必要な動力（要求駆動動力）Pwを算出する。より詳細には、アクセルペダル１１６の操作量またはブレーキペダル１１７の操作量から、予め記憶されている要求駆動トルク決定マップを用いて要求駆動トルクを決定する。そして、車速Ｖに基づいて駆動輪１０６の回転速度を算出し、その回転速度に上記要求駆動トルクを乗じることにより要求駆動動力Pwを算出する。なお、要求駆動動力Pwは駆動側を正とする。

続くステップＳ５０２では、ステップＳ５０１で算出した要求駆動動力Pwがゼロ以上（駆動側）であるか否かを判断する。ステップＳ５０２において要求駆動動力Pwがゼロ以上（ＹＥＳの判断）の場合はステップＳ５０３へ進み、要求駆動動力Pwがゼロよりも小さい（ＮＯの判断）の場合はステップＳ５０９へ進む。

ステップＳ５０３では、ステップＳ５０１で算出した要求駆動動力Pwと、ＭＧ１０２が現在、発生可能な最大の駆動動力であるＭＧ最大駆動動力とを比較する。このＭＧ最大駆動動力は、予め測定したマップを用いて、現在のＭＧ１０２の角速度におけるＭＧ１０２の最大トルクを決定し、現在のＭＧ１０２の角速度とマップから決定した最大トルクとの乗算にて求める。ただし、ＭＧ最大駆動動力は、予め定めたバッテリの最大出力電力でＭＧ１０２を駆動した場合の駆動動力を上限値とする。また、バッテリ１０７のＳＯＣが予め定められた下限値を下回る場合は、バッテリ１０７によるＭＧ１０２の駆動が不可能となるため、ＭＧ最大駆動動力をゼロとする。

ステップＳ５０３において、要求駆動動力PwがＭＧ最大駆動動力以下の場合（ＹＥＳの場合）は、ＭＧ１０２の駆動により要求駆動動力Pwを全て賄うことができるため、ステップＳ５０４でエンジン１０１への指令動力Peをゼロにする。従って、この場合、エンジン停止となる。ステップＳ５０４を実行後は、ステップＳ５０５において、ＭＧ１０２への指令動力Pmgを上記要求駆動動力Pwにセットする。

ステップＳ５０３において要求駆動動力PwがＭＧ最大駆動動力より大きい場合（ＮＯの場合）は、ステップＳ５０６でＭＧ指令動力PmgをＭＧ最大駆動動力にセットし、続くステップＳ５０７で、要求駆動動力Pwのうち、ＭＧ１０２で賄い切れない駆動動力（Pw-Pmg）をエンジン指令動力Peにセットする。

ステップＳ５０２においてPw＜0（制動側）である場合は、Ｓ５０９においてエンジン指令動力Peをゼロとし、Ｓ５１０においてＭＧ指令動力Pmgに駆動動力（Pw<0なので制動動力となる）をセットする。その後、ステップＳ５０８に進む。

ステップＳ５０５またはＳ５０７またはＳ５１０の処理の後に実行するステップＳ５０８では、外部充電エネルギEnrg_plugを更新する。具体的には、要求駆動動力Pwがゼロより大きい場合（ステップＳ５０２がＹＥＳの場合）は、外部充電エネルギEnrg_plugから今回のＭＧ指令動力Pmgを差し引く。一方、要求駆動動力Pwがゼロ以下（ステップS５０２がＮＯであり、回生による発電を行った場合）は、車両走行のためにＭＧ１０２にて消費した外部充電エネルギの一部を再回収したと仮定し、外部充電エネルギEnrg_plugに回生したエネルギを足しこむ。これにより、外部充電エネルギEnrg_plugを更新する。この演算をまとめると、ステップＳ５０８では、次の式６の演算によって外部充電エネルギEnrg_plugを更新する。
（式６） Enrg_plug(今回値) = Enrg_plug(前回値) - ( Pmg + Loss_mg(ωmg_n, Tmg_n) )
ωmg_n：ＭＧ１０２の現在の角速度、
Tmg_n：ＭＧ１０２の現在のトルク （Tmg_n = Pmg/ωmg_n）
ただし、Enrg_plugの最小値はゼロとし、上式が負になる場合はEnrg_plug(今回値)=0とする。

ステップＳ５０８の処理の後、ＨＶ−ＥＣＵ１１３はエンジン／変速機ＥＣＵ１０９にエンジン指令動力Peを指令し、ＭＧ−ＥＣＵ１１０にＭＧ指令動力Pmgを指令する（ステップＳ５１１）。

次に、前述のステップＳ２１１で実行する制御モード２（ＥＶ・発電併用モード）の詳細を説明する。図６は、その制御モード２（ＥＶ・発電併用モード）の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ６０１、Ｓ６０２は、それぞれ、ステップＳ５０１、Ｓ５０２と同様の処理である。ステップＳ６０３では、現在の走行状態における発電電費Dを算出し、さらに、その発電電費Ｄに基づいて最適発電電費Doptと最適発電電力Eoptを決定する。

発電電費Dとは、ＭＧ１０２とバッテリ１０７との間の電力授受がゼロ場合のエンジン１０１の燃料消費量（すなわち、エンジン１０１のみで走行した場合の燃料消費量）に対するＭＧ１０２が発電した場合のエンジン１０１の燃料消費量の増分を、発電電力Egenで除したものである。

すなわち、発電電費Dは、ＭＧ１０２から電源系へ供給した電力に対する燃料増加量の比率である。従って、発電電費Dが小さいほど、発電に必要な電力量あたりの燃料消費量が小さくなり、より効率のよい発電ができることになる。そのため、この発電電費Dを算出することで、発電による燃料コストを定量的に算出することができる。なお、電源系とは、バッテリ１０７とそのバッテリ１０７から供給される電力によって動作する機器とからなる系を意味する。

ここで、燃料消費量の増分は発電電力Egenによって変化するため、発電電費Dと発電電力Egenとは、次の式７の関係で表される。
（式７） D(Egen) = （発電電力Egenの時の燃料消費量増分）／（発電電力Egen）
燃料消費量の増分は、車軸の駆動動力が要求駆動動力Pwで、且つ、ＭＧ１０２から電源系へ供給する電力（すなわちＭＧ１０２の発電電力）Egenとしたときにそれぞれ定まるエンジン１０１およびＭＧ1０２の動作点における燃料消費量Fg1と、ＭＧ１０２での発電をゼロとして、要求駆動動力Pwを全てエンジン１０１で発生したときに定まるエンジン動作点での燃料消費量Fg0との差（Fg1−Fg0）を求めることで得られる。

図７に、発電電費Dと、ＭＧ１０２が発電する発電電力Egenとの関係を例示する。この図７を用いて、最適発電電費Doptと最適発電電力Eoptの算出方法を説明する。図７において、発電電力Egenの最大値（最大発電電力）は、ＭＧ１０２の現在の回転速度での最大発電電力または予め定めたバッテリ１０７の最大充電電力のどちらか小さい方となる。ＭＧ１０２の発電電力Egenをゼロからこの最大発電電力まで連続的に変化させていき、各発電電力Egenにおいて発電電費Dを算出した結果が図７の関係である。前述のように、発電電費Dは小さいほどよいことから、図７の関係において発電電費Dの最小値を最適発電電費Doptとする。そして、その最適発電電費Doptにおける発電電力を最適発電電力Eoptとする。

このようにして、最適発電電費Doptおよび最適発電電力Eoptを決定した後は、ステップＳ６０４にて、最適発電電費DoptがステップＳ２１０で算出した基準電費Dsより大きいかどうかを判断する（基準電費Dsの算出方法は後述）。

ステップＳ６０４で最適発電電費Doptが基準電費Dsより大きい場合（ＹＥＳの場合）は、基準電費Ds以下でのコストの低い発電はできないと判断できる。この場合はステップＳ６０５に進み、制御モード１と同様にＭＧ１０２によって優先的に駆動動力を発生させる制御を行う。従って、Ｓ６０５はＳ５０３と、Ｓ６０６はＳ５０４と、Ｓ６０７はＳ５０５と、Ｓ６０８はＳ５０６と、Ｓ５０９はＳ５０７と、Ｓ６１０はＳ５０８とそれぞれ同じ処理内容であるため、説明は省略する。

ステップＳ６０４で最適発電電費Doptが基準電費Dsより小さいと判断した場合（ＮＯの場合）は、基準電費Dsより低いコストで効率よく発電が可能と判断できる。この場合、ステップＳ６１１に進む。

ステップＳ６１１では、最適発電電力EoptをＭＧ１０２が発電する場合に必要な動力（ＭＧ発電動力）Poptを、次の式８から算出する。
（式８） Popt=ωmg_n ×Tmg_map( ωmg_n, Img_opt )
Tmg_map（ω、I）：回転速度ω、発電電流Iに対するＭＧ発電トルクであり、事前に測定することによって決定したマップから求める。
Img_opt = Eopt / バッテリ電圧

続くステップＳ６１２では、エンジン指令動力Peに要求駆動動力PwとＭＧ発電動力Poptの和をセットする。これにより、エンジン１０１が車両１００の駆動動力とＭＧ１０２の発電に必要な駆動動力とを賄う。

続くステップＳ６１３では、ＭＧ指令動力Pmgに(-1)×Poptをセットする。ここで符号を逆転させているのは、ＭＧ発電動力Poptは発電側が正、ＭＧ指令動力Pmgは発電側が負のためである。このステップＳ６１３を実行する場合、外部充電エネルギEnrg_plugには変化がないため、ステップＳ６１０を実行することなく、直接、ステップＳ６１６に進む。

ステップＳ６０２でＮＯと判断した場合はステップＳ６１４に進む。そのステップＳ６１４はステップＳ５０９、ステップＳ６１５はステップＳ５１０と同様の処理である。ステップＳ６１０またはステップＳ６１３の処理の後はステップＳ６１６に進む。ステップＳ６１６では、エンジン／変速機ＥＣＵ１０９にエンジン指令動力Peを指令し、ＭＧ−ＥＣＵ１１０にＭＧ指令動力Pmgを指令する。

次に、前述のステップＳ２１０で実行する基準電費Dsの算出方法の詳細を説明する。図８は、基準電費Dsの算出処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ８０１では、ステップＳ２０２で推定した推定車速V(t)、ステップＳ２０３で推定した推定要求駆動動力Pw_est(t)から、将来の各時刻t=t_i（i =1〜n）における推定最適発電電費Dopt_est(t)および推定最適発電電力Eopt_est(t)を求める。このステップＳ８０１が請求項の推定コスト指標決定手段に相当する。

推定最適発電電費Dopt_est、推定最適発電電力Eopt_estは、入力として現在値（実際値）を使用するか、将来の推定値を使うかの違いのみで、算出方法はステップＳ６０３での最適発電電費Doptおよび最適発電電力Eoptの算出方法と同様なため、詳細な説明は省略し、概略説明のみにとどめる。

図９に、ある時刻t_iにおける推定発電電費D(t_i)と推定発電電力Egen(t_i)との関係を例示する。この図９の関係において推定発電電費Dの最小値を推定最適発電電費Dopt_est(t_i)とし、その推定最適発電電費Doptにおける推定発電電力を推定最適発電電力Eopt_est(t_i)とする。また、図１０は、このようにして決定した推定最適発電電費Dopt_est(t)および推定最適発電電力Eopt_est (t)と、推定車速V(t)とを例示する図である。

ステップＳ８０２では、エンジン１０１の動力をＭＧ１０２に入力することでＭＧ１０２が行なう発電、すなわちエンジン発電にて発電されるエネルギである発電エネルギEnrg_genをゼロにリセットする。そして、ステップＳ８０３でインデックス変数jを１にリセットする。

ステップＳ８０４では、インデックス変数jがサンプル数（サンプル時間の数）以下であるか否かを判断する。この判断がＮＯの場合すなわちインデックス変数jがサンプル数を超えている場合には後述するステップＳ８０９へ進み、ＹＥＳの場合すなわちインデックス変数jがサンプル数以下である場合にはステップＳ８０５へ進む。

ステップＳ８０５ではj番目に推定最適電費Dopt_estの小さい時刻t = tkを検索し、t=tk の時刻でエンジン発電を行うと想定し、t= tkにおいて、推定最適発電電力Eopt_est(tk)でのエンジン発電を行うことによって得られると推定されるエネルギ（Eopt_est(tk)×tのサンプル時間）を発電エネルギEnrg_genに加算する。

そして、続くステップＳ８０６では、t = tkの推定駆動電力Ed_est(tk)×ｔのサンプル時間を推定必要エネルギEnrg_demから差し引く。この理由は、t = tkで発電を行うことを想定した場合、この時刻ではＭＧ１０２を駆動力源として用いないことになるため、ＭＧ１０２に駆動動力を発生させるためにバッテリ１０７からＭＧ１０２へ電力（すなわちエネルギ）を供給する必要がなくなるからである。

続くステップＳ８０７では、ステップＳ８０５の処理により発電エネルギEnrg_genが増加し、且つ、ステップＳ８０６において推定必要エネルギEnrg_demが減少した結果、走行全体でのエネルギ収支がプラスになるかを計算する。具体的には、発電エネルギEnrg_genと外部充電エネルギEnrg_plugの和（Enrg_gen+Enrg_plug）が推定必要エネルギEnrg_demよりも大きくなるかを判断する。

ステップＳ８０７の判断がＮＯである場合は、ステップＳ８０８でjを１増やした後、ステップＳ８０４を再度実行する。そのステップＳ８０４が再びＹＥＳの場合には、発電エネルギEnrg_genを増加させるとともに（Ｓ８０５）、推定必要エネルギEnrg_demを減少させる（Ｓ８０６）。

ステップＳ８０７の判断がＹＥＳの場合は、請求項の基準コスト指標決定手段に相当するステップＳ８０９に進み、基準電費Dsを、j番目に推定最適発電電費Dopt_est(tk)の小さい時刻t = tkの推定最適発電電費Dopt_est(tk)にセットする。

このようにして基準電費Dsをセットすれば、基準電費Dsよりも低い発電電費Dで発電を行うことができる時刻のみ、エンジン発電を行えばよく、その他の時刻では、制御モード１と同様の制御を行うことが可能になると言える。そのため、図６に示した制御モード２の処理では、発電電費Dが基準電費Dsより小さい場合にのみ、エンジン発電を行っている。

しかも、発電電費Dが基準電費Dsより小さい場合にのみ、エンジン発電を行うため、少ない燃料消費量で発電できる区間が予定走行経路の前半部分か後半部分かに関係なく、少ない燃料消費量で発電できる区間においてエンジン発電を行うことができる。そのため、走行に要するコストをより低減することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

本発明の実施形態となる制御装置を備えたプラグインハイブリッド車両１００の要部構成を示す図である。 走行モードの決定およびその走行モードで走行する際に実行するメイン制御フローを示す図である。 図２のステップＳ２０２〜Ｓ２０５で算出した推定車速V(t)、推定要求駆動動力Pw_est(t)、推定駆動電力Ed_est(t)、推定回生電力Er_est(t)の一例を示す図である。 ナビゲーションシステム１１２の画面に制御モードが表示されている例を示す図であり、（ａ）はＥＶ優先モード、（ｂ）はＥＶ・発電併用モードが表示されている例である。 図２のステップＳ２０９で実行する制御モード１（ＥＶ優先モード）の処理を示すフローチャートである 図２のステップＳ２１１で実行する制御モード２（ＥＶ・発電併用モード）の処理を示すフローチャートである。 発電電費Dと、ＭＧ１０２が発電する発電電力Egenとの関係を例示する図である。 基準電費Dsの算出処理を示すフローチャートである。 ある時刻t_iにおける推定発電電費D(t_i)と推定発電電力Egen(t_i)との関係を例示する図である。 推定最適発電電費Dopt_est(t)および推定最適発電電力Eopt_est (t)と、推定車速V(t)とを例示する図である。

符号の説明

１００：プラグインハイブリッド車両、 １０１：エンジン、 １０２：モータジェネレータ（ＭＧ）、 １０３：変速機、 １０４：デファレンシャル、 １０５：クラッチ、 １０６：駆動輪、 １０７：車載バッテリ、 １０８：インバータ、 １０９：エンジン／変速機ＥＣＵ、 １１０：ＭＧ−ＥＣＵ、 １１２：ナビゲーションシステム、 １１３：ハイブリッドＥＣＵ（ＨＶ−ＥＣＵ）、 １１４：充電コネクタ、 １１５：充電器、 １１６：アクセルペダル、 １１７：ブレーキペダル、 １１８：温度センサ、 １１９：電流センサ、 Ｓ２０２：走行状態推定手段、 Ｓ２０６：推定必要エネルギ算出手段、 Ｓ２０７、Ｓ５０８、Ｓ６１０：外部充電エネルギ算出手段、 Ｓ２０８：エネルギ比較手段、 Ｓ８０１：推定コスト指標決定手段、 Ｓ８０９：基準コスト指標決定手段

Claims (5)

1. エンジンおよび回転電機を駆動力源として備えるとともに、前記回転電機との間で電力の授受を行うことができる車載バッテリを備え、その車載バッテリに対して車両外部の電力供給源から充電を行なうことができ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であって、
   前記電力供給源から供給された電力である外部充電エネルギを算出する外部充電エネルギ算出手段と、
   前記車載バッテリから前記回転電機に電力を供給することで、このハイブリッド車両の駆動動力を前記回転電機に優先的に発生させるモードである電動駆動優先モードにて予定走行経路を走行する場合に必要と推定される推定必要エネルギを算出する推定必要エネルギ算出手段と、
   前記推定必要エネルギを前記外部充電エネルギによって賄えるか否かを走行開始前に判断するエネルギ比較手段とを備え、
   そのエネルギ比較手段にて、前記推定必要エネルギを前記外部充電エネルギによって賄えると判断された場合には、前記電動駆動優先モードを実行する一方、賄えないと判断された場合には、前記エンジンの駆動力を前記回転電機に入力することによって前記回転電機に発電を行わせるエンジン発電を、予定走行経路の全体の中でできるだけ発電効率のよい地点で行ってエネルギの不足分を賄い、他の地点では前記電動駆動優先モードを行なう、電動駆動・発電併用モードを実行し、
   前記エンジン発電を行う際のコスト指標の基準値として基準コスト指標が設けられており、
   前記予定走行経路を走行する際の推定要求駆動動力を所定の時間区分毎に推定し、その推定要求駆動動力に基づいて、各時間区分にて前記エンジン発電を行うとした場合の前記コスト指標を推定コスト指標として決定する推定コスト指標決定手段と、
   その推定コスト指標決定手段によって決定された時間区分毎の推定コスト指標に基づいて前記基準コスト指標を決定する基準コスト指標決定手段とをさらに含み、
   その基準コスト指標決定手段は、前記推定コスト指標決定手段によって決定された推定コスト指標が低いものから順に前記エンジン発電を行う時間区分に決定していき、エネルギの不足分をエンジン発電の合計電力が超えた時点において、エンジン発電を行う時間区分に対応する推定コスト指標のうち最も高い推定コスト指標を前記基準コスト指標として決定するものであり、
   前記電動駆動・発電併用モードにおいては、前記エンジン発電を行うとした場合の前記コスト指標を逐次算出し、算出したコスト指標が前記基準コスト指標よりも低い場合に限り、前記エンジン発電を行うことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記コスト指標は、前記回転電機が発電および駆動を行わないで走行した場合に前記エンジンが消費する燃料消費量と、前記エンジン発電を行いつつ走行した場合に前記エンジンが消費する燃料消費量の差分を、エンジン発電によって発電される電力で割った値であることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記エンジン発電においては、そのエンジン発電において発生させる電力の変化に対する前記コスト指標の変化を示す予め設定された対応関係に基づいて、コスト指標の最小値を求め、そのコスト指標の最小値に対応する電力を発電することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記電動駆動優先モードを実行するか、前記電動駆動・発電併用モードを実行するかを車両の運転者に報知することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記外部充電エネルギ算出手段は、前記回転電機に駆動動力を発生させるために前記車載バッテリの電力を使用した場合、その電力を前記外部充電エネルギから減算し、回生制動を行った場合には、回生制動動力に対応する電力を前記外部充電エネルギに加算することで、車両走行中に、前記外部充電エネルギを逐次更新し、前記電力供給源からの電力供給時には、その逐次更新した外部充電エネルギに、今回、前記電力供給源から供給された外部充電エネルギを加算す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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