JP2015147498A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】システム全体としての効率を向上し、燃費を改善可能な車両制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド制御装置５０は、エンジン１０の冷却水温Ｗ、および、メインバッテリ１５のＳＯＣを取得し、エンジン１０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン１０から出力されるトルクであるエンジントルクＴｅを算出する。ハイブリッド制御装置５０は、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇ以下であって、ＳＯＣが充電余力のある状態である場合、充電効率最大モードとし、ＳＯＣに基づき、メインバッテリ１５に充電される単位充電電力あたりの燃料消費量ＦＣが最小となるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する。これにより、システム全体としての効率を向上し、燃費を改善可能である。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、エンジンの排熱を利用したヒータコア暖房が知られている。例えば特許文献１のヒータコア暖房を備えるハイブリッド車両において、エンジン冷却水の温度が所定値以下のとき、ＢＳＦＣ（Brake Specific Fuel Consumption）が最小となる一定回転数でエンジンを駆動する第１のモード、または、車両補機が消費する電力分を発電する第２のモードとしている。

特許第５０４２８１６号

特許文献１では、第１のモードにおいて、ＢＳＦＣが最小となる運転条件にてエンジンの駆動を制御している。ＢＳＦＣが最小となるエンジン運転条件にてエンジンを駆動すると、エンジン単体での効率は最大となるが、システム全体ではモータジェネレータ損失およびバッテリ損失等が存在するため、システム全体で見たときの効率が最大とは言えない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、システム全体としての効率を向上し、燃費を改善可能な車両制御装置を提供することにある。

本発明の車両制御装置は、動力源であるエンジンと、エンジンにより駆動されて発電可能なモータジェネレータと、モータジェネレータと電力を授受し、充放電可能に構成される蓄電部と、を備えるハイブリッド車両を制御する。
車両制御装置は、冷却水温取得手段と、充電状態取得手段と、エンジン動作点算出手段と、を備える。
冷却水温取得手段は、エンジンの冷却水の温度である冷却水温を取得する。充電状態取得手段は、蓄電部の充電状態を取得する。

エンジン動作点算出手段は、エンジンの回転数であるエンジン回転数およびエンジンから出力されるトルクであるエンジントルクを算出する。詳細には、エンジン動作点算出手段は、冷却水温が所定温度以下であって充電状態が充電余力のある状態である場合、第１のモードとし、充電状態に基づき、蓄電部に充電される単位充電電力あたりの燃料消費量が最小となるエンジン回転数およびエンジントルクを算出する。また、エンジン動作点算出手段は、冷却水温が所定温度以下であって充電状態が充電余力のない状態である場合、第２のモードとし、ハイブリッド車両に搭載される補機負荷の消費電力分が少なくとも発電されるエンジン回転数およびエンジントルクを算出する。

本発明では、ＳＯＣに基づき、システム全体でのエネルギ効率である充電効率が最大となるようにエンジンを制御するので、例えばＢＳＦＣが最小となる動作点でエンジンを駆動してエンジン単体での効率を最大化する場合よりも、システム全体としての効率が向上する。また、充電効率が高い状態で充電された電力をＥＶ走行等に用いることで、燃費を改善可能である。

また、エンジン動作点算出手段は、現在の冷却水温、冷却水温の目標値である水温目標値、現在の充電状態、および、充電状態の目標値である充電状態目標値に基づき、エンジン回転数およびエンジントルクを算出する。
現在の冷却水温、水温目標値、現在の充電状態、および、充電状態目標値を考慮して、エンジン回転数およびエンジントルクを算出することにより、連続的にエンジン出力を変化させ、冷却水温が水温目標値に到達するまでの間、比較的高効率でエンジンの駆動を継続可能である。これにより、システム全体としての効率を向上可能であり、暖機運転における燃費を改善可能である。

本発明の第１実施形態による車両制御システムの構成を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態による第１モードにおけるマップ演算を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による充電効率が最大となるエンジントルクおよびエンジン回転数を説明する説明図である。 本発明の第１実施形態による第１モードから第２モードに切り替わるタイミングを説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるマップ演算を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン出力を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態による冷却水温およびＳＯＣの変化を説明する説明図である。 本発明の第２実施形態によるエンジン出力、冷却水温、および、ＳＯＣの変化を説明する説明図である。

以下、本発明による車両制御装置を図面に基づいて説明する。なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による車両制御装置が適用される車両制御システムを図１に示す。車両制御システム１は、エンジン１０、第１モータジェネレータ１１、第２モータジェネレータ１２、蓄電部としてのメインバッテリ１５、排熱ヒータ２１、車両制御装置としてのハイブリッド制御装置５０等を備える。以下、モータジェネレータを「ＭＧ」という。

エンジン１０は、複数の気筒を有する内燃機関であって、第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２とともに、車両９０の動力源を構成する。本実施形態の車両９０は、エンジン１０、第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２の駆動力にて走行するハイブリッド車両である。

第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２は、メインバッテリ１５から電力が供給されることによりトルクを発生する電動機としての機能、および、エンジン１０による駆動あるいは車両９０の制動時に駆動されて発電する発電機としての機能を有する。本実施形態の第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２は、いずれも永久磁石式同期型の３相交流電動機である。

第１ＭＧ１１は、エンジン１０により駆動され、主に発電機として用いられる。第１ＭＧ１１により発電された電力は、図示しないインバータ等を経由し、メインバッテリ１５へ供給される。
第２ＭＧ１２は、主に電動機として用いられる。第２ＭＧ１２は、メインバッテリ１５からインバータ１４を経由して電力が供給され、力行時には電動機として機能する。また、第２ＭＧ１２は、回生時には発電機として機能し、回生により発電された電力は、インバータ１４を経由してメインバッテリ１５へ供給される。
エンジン１０および第２ＭＧ１２の駆動力は、駆動軸９２を経由して変速機９３に伝達され、さらにデファレンシャルギア９４を介して駆動輪９５に伝達され、駆動輪９５を回転させる。本実施形態の変速機９３は、無段変速機である。

メインバッテリ１５は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池により充放電可能に構成され、充電状態としてのＳＯＣ（State Of Charge）が所定の範囲内となるように制御される。本実施形態では、ＳＯＣが「蓄電部の充電状態」に対応する。
メインバッテリ１５は、第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２と電力を授受する。具体的には、第１ＭＧ１１または第２ＭＧ１２により発電された交流電力が直流電力に変換され、メインバッテリ１５に蓄えられる。また、メインバッテリ１５の直流電力が交流電力に変換され、主に第２ＭＧ１２に供給される。

サブバッテリ１６は、メインバッテリ１５よりも出力電圧が低いバッテリである。サブバッテリ１６は、ＤＣＤＣコンバータ１７を介してメインバッテリ１５と接続される。これにより、サブバッテリ１６は、メインバッテリ１５の電力をＤＣＤＣコンバータ１７にて降圧して充電可能である。サブバッテリ１６の電力は、低電圧で駆動される装置である各種の電気負荷１９や、後述の電動ポンプ２６およびブロアファン４０等に供給される。本実施形態では、電気負荷１９、電動ポンプ２６およびブロアファン４０が「補機負荷」に対応する。

排熱ヒータ２１は、ヒータコア２２、循環経路２５、および、電動ポンプ２６から構成される。ヒータコア２２は、エンジン１０の冷却水から熱を取り出して暖房熱を車室内に供給する。ブロアファン４０は、車室内に向けて空気を送風する。
エンジン１０のシリンダブロックやシリンダヘッドの内部には、ウォータジャケットが形成され、このウォータジャケットに冷却水が循環供給されることでエンジン１０の冷却が行われる。ウォータジャケットには、冷却水配管等からなる循環経路２５が接続される。循環経路２５には、サブバッテリ１６からの電力が供給されることにより駆動されて冷却水を循環させる電動ポンプ２６が設けられる。電動ポンプ２６の吐出量を変更することにより、循環経路２５を循環する冷却水の流量が調整される。

循環経路２５は、エンジン１０の出口側においてヒータコア２２に向けて延び、ヒータコア２２を経由して再びエンジン１０に戻るように設けられる。ブロアファン４０から送風された空気は、ヒータコア２２を通過することで、冷却水との熱交換により加熱されて温風となり、温風が吹出口から車室内に供給される。このような構成において、電動ポンプ２６の吐出量、および、ブロアファン４０の駆動状態が制御されることにより、冷却水からヒータコア２２を介して車室内へ供給される熱量が制御される。
また、循環経路２５のエンジン１０の出口側には、水温センサ２９が設けられる。水温センサ２９は、エンジン１０の出口側であってヒータコア２２の手前におけるエンジン１０の冷却水の温度（以下、「冷却水温Ｗ」という。）を検出する。

車両制御システム１は、ハイブリッド制御装置５０、電源制御装置５１、ＭＧ制御装置５２、エンジン制御装置５３、および、エアコン制御装置５４を備える。これらの制御装置５０〜５４は、それぞれ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなりマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムを実行することで各種制御を実施する。

ハイブリッド制御装置５０には、アクセルセンサ６１、シフトスイッチ６２、ブレーキスイッチ６３、車速センサ６４、および、水温センサ２９等からの信号が入力され、取得されたこれらの信号等に基づき、車両９０全体を制御する。なお、図１中では水温センサ２９に係る制御線は省略した。

電源制御装置５１は、メインバッテリ１５からＳＯＣを取得し、取得されたＳＯＣが所定の範囲内となるように監視する。
ＭＧ制御装置５２は、ハイブリッド制御装置５０からの指令に基づき、第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２の駆動を制御する。

エンジン制御装置５３は、ハイブリッド制御装置５０からの指令に基づき、エンジン１０の運転を制御する。具体的には、エンジン制御装置５３は、燃料噴射弁による燃料噴射制御、点火装置による点火時期制御、吸気側および排気側のバルブ駆動機構によるバルブタイミング制御、スロットルバルブによる吸気量制御等を実施する。これにより、エンジン１０の運転が制御される。
エアコン制御装置５４は、ハイブリッド制御装置５０からの指令に基づき、ブロアファン４０および電動ポンプ２６等を制御する。

本実施形態では、高効率に暖機を完了するとともにメインバッテリ１５のＳＯＣを高めるべく、システム全体としての効率を考慮してエンジン１０の運転条件を決定する。
本実施形態によるエンジン制御処理を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッション電源がオンされたときにハイブリッド制御装置５０にて所定間隔で実行される処理である。

最初のステップＳ１０１（以下、「ステップ」を省略し、単に記号「Ｓ」で示す。）では、車速センサ６４から車両９０の走行速度（以下、「車速Ｖ」という。）に関する情報を取得し、水温センサ２９から冷却水温Ｗに関する情報を取得する。また、アクセルセンサ６１からアクセル開度に関する情報を取得し、アクセル開度および車速Ｖに基づくマップ演算により、走行負荷Ｄを算出する。また、電源制御装置５１から、メインバッテリ１５のＳＯＣを取得する。

Ｓ１０２では、ＥＶ走行可能な走行状態か否かを判断する。本実施形態では、車速Ｖが車速判定閾値Ｖ_th未満、かつ、走行負荷Ｄが負荷判定閾値Ｄ_th未満である場合、ＥＶ走行可能な走行状態であると判断する。ＥＶ走行可能な走行状態ではないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、すなわち車速Ｖが車速判定閾値Ｖ_th以上または走行負荷Ｄが負荷判定閾値Ｄ_th以上である場合、Ｓ１０６へ移行する。ＥＶ走行可能な走行状態であると判断された場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、すなわち車速Ｖが車速判定閾値Ｖ_th未満、かつ、走行負荷Ｄが負荷判定閾値Ｄ_th未満である場合、Ｓ１０３へ移行する。

Ｓ１０３では、暖機が完了したか否かを判断する。本実施形態では、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達した場合、暖機完了と判断する。暖機が完了していないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、すなわち冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇ未満である場合、Ｓ１０６へ移行する。暖機が完了したと判断された場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、すなわち冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇ以上となった場合、Ｓ１０４へ移行する。

Ｓ１０４では、メインバッテリ１５の充電要求があるか否かを判断する。本実施形態では、ＳＯＣが充電要求値Ｃ１未満である場合、充電要求があると判断する。充電要求があると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、すなわちＳＯＣが充電要求値Ｃ１未満である場合、Ｓ１０７へ移行する。充電要求がないと判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、すなわちＳＯＣが充電要求値Ｃ１以上である場合、Ｓ１０５へ移行する。
Ｓ１０５では、走行状態、冷却水温Ｗ、および、メインバッテリ１５のＳＯＣがいずれもＥＶ走行可能条件を満たしているので、エンジン１０を駆動せず、ＥＶ走行モードとする。

ＥＶ走行可能な走行状態ではないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、または、暖機が完了していないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）に移行するＳ１０６では、充電余力があるか否かを判断する。本実施形態では、ＳＯＣが切替判定値Ｃ２より大きい場合、充電余力がないと判断する。切替判定値Ｃ２は、充電要求値Ｃ１より大きい値であってＳＯＣ上限値未満の値に設定される。充電余力がないと判断された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、すなわちＳＯＣが切替判定値Ｃ２より大きい場合、Ｓ１０８へ移行する。充電余力があると判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、すなわちＳＯＣが切替判定値Ｃ２以下である場合、Ｓ１０７へ移行する。

充電要求があると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、または、充電余力があると判断された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）に移行するＳ１０７では、エンジン１０の駆動モードを充電効率最大モードとし、充電効率Ｅが最大となるようにエンジン１０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅ、および、エンジン１０のトルクであるエンジントルクＴｅを算出する。充電効率最大モードにおけるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅの算出方法については後述する。

充電余力がない場合と判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）に移行するＳ１０８では、エンジン１０の駆動モードを要求負荷発電モードとし、排熱ヒータ２１（詳細には電動ポンプ２６）、および、電気負荷１９からの消費電力Ｐ_eleが少なくとも発電されるように、エンジン回転数Ｎｅ、および、エンジン１０のトルクであるエンジントルクＴｅを算出する。本実施形態では、消費電力Ｐ_eleの発電に要するパワーに加え、走行負荷Ｄに応じたパワーがエンジン１０から出力されるように、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する。要求負荷発電モードでは、余剰分や回生分等を除き、メインバッテリ１５を積極的には充電しない。そのためエンジン１０から出力されるパワーが小さく、充電効率最大モードと比較し、充電効率Ｅが劣る。

ここで、充電効率最大モードについて説明する。
充電効率Ｅは、エンジン出力Ｐ_eng、エンジン１０から変速機９３側に出力されるエンジン直達走行負荷Ｄ_eng、消費電力Ｐ_ele、第１ＭＧ１１の発電機損失Ｌ_mg、メインバッテリ１５の充電損失であるバッテリ損失Ｌ_batt、および、燃料消費量ＦＣに基づき、式（１）で表される。
Ｅ＝（Ｐ_eng−Ｄ_eng−Ｐ_ele−Ｌ_mg−Ｌ_batt）／ＦＣ ・・・（１）

式（１）中の右辺に含まれる値の演算方法を説明する。
燃料消費量ＦＣは、エンジン出力Ｐ_engを変数とする関数により演算される（式（２））。なお、ｆ_n（ｘ）は、「ｘを変数とする関数」を意味するものとし、添え字ｎが異なる場合、異なる関数であることを意味する。
ＦＣ＝ｆ₁（Ｐ_eng） ・・・（２）
発電機損失Ｌ_mgは、発電電力Ｐ_mgを変数とする関数により演算される（式（３））。
Ｌ_mg＝ｆ₂（Ｐ_mg） ・・・（３）

バッテリ損失Ｌ_battは、バッテリ入力電力Ｐ_in、ＳＯＣ、および、メインバッテリ１５の温度であるバッテリ温度Ｂを変数とする関数により演算される（式（４））。
Ｌ_batt＝ｆ₃（Ｐ_in，ＳＯＣ，Ｂ） ・・・（４）
バッテリ入力電力Ｐ_inは、発電電力Ｐ_mgから、消費電力Ｐ_eleおよび発電機損失Ｌ_mgを減じた値である（式（５））。
Ｐ_in＝Ｐ_mg−Ｐ_ele−Ｌ_mg ・・・（５）

エンジン直達走行負荷Ｄ_engは、走行負荷Ｄおよび車速Ｖに基づくマップ演算により算出される。エンジン直達走行負荷Ｄ_engの演算に用いる走行負荷Ｄは、アクセル開度および車速Ｖに基づくマップ演算により算出される。

本実施形態では、走行負荷Ｄ、車速Ｖ、消費電力Ｐ_ele、バッテリ温度ＢおよびＳＯＣを変化させ、充電効率Ｅが最大となるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを探索し、図３に示すようにマップ化しておき、ハイブリッド制御装置５０に実装する。ハイブリッド制御装置５０に実装されるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅの算出に係るエンジン動作点算出マップＭ１は、変数に応じたｎ次元マップとしてもよいし、複数の２次元マップとしてもよい。

ある走行負荷Ｄ、消費電力Ｐ_eleにおけるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを図４に示す。
図４（ａ）には、充電効率Ｅが等しいエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを結ぶ等高線を示している。図４（ａ）に示すように、本実施形態では、エンジン１０、第１ＭＧ１１、および、メインバッテリ１５の特性を考慮し、充電効率Ｅが最大となるように、充電効率最大点Ｅ１１となるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅにてエンジン１０を駆動する。ここで、「充電効率が最大となるようにエンジンを制御する」ことは、「単位充電電力量あたりの燃料消費量が最小となるようにエンジンを制御する」と言い換えることができる。
なお、図４（ａ）に示すマップは、走行負荷Ｄや消費電力Ｐ_ele等によって異なるものを用いる。したがって、充電効率最大点Ｅ１１は、走行負荷Ｄや消費電力Ｐ_ele等によって変化し、後述のＢＳＦＣ最小点Ｅ１２とは異なっている。

図４（ｂ）には、ＢＳＦＣが等しいエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを結ぶ等高線を示している。ＢＳＦＣ最小点Ｅ１２は、エンジン特性に応じ、１点に決まる。なお、「ＢＳＦＣが最小となるようにエンジンを制御する」ことは、「単位発電電力量あたりの燃料消費量が最小となるようにエンジンを制御する」と言い換えることができる。以下、参考例であるＢＳＦＣが最小となるようにエンジン１０を制御する制御モードを、ＢＳＦＣ最小モードという。

ここで、充電効率最大モードから要求負荷発電モードへの切り替えを図５に基づいて説明する。図５では、図２中のＳ１０５にて充電効率最大モードとする本実施形態を実線Ｌ１１、ＢＳＦＣ最小モードとする参考例を破線Ｌ１２にて示す。
破線Ｌ１２に示すように、ＢＳＦＣ最小モードとすると、車両制御システム１の全体効率とも言える充電効率Ｅは、実線Ｌ１１で示す充電効率最大モードでエンジン１０を制御した場合より小さい。また、ＢＳＦＣ最小モードでは、ＳＯＣが比較的速やかに上昇し、時間ｔ１１にてＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達する。ＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達すると、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超えないようにメインバッテリ１５への充電を抑えるべく、充電効率Ｅの低い要求負荷発電モードとする。

一方、図５中の実線Ｌ１１で示すように、充電効率最大モードでエンジン１０を制御すると、ＢＳＦＣ最小モードと比較し、充電効率Ｅが高い。上述の通り、充電効率最大点Ｅ１１は、ＢＳＦＣ最小点Ｅ１２とは異なっているので、エンジン１０の軸効率は最大ではない。そのため、充電効率最大モードでは、ＢＳＦＣ最小モードよりもＳＯＣの上昇が緩やかになるため、時間ｔ１１よりも遅い時間ｔ１２にて、ＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達し、要求負荷発電モードに切り替わる。

すなわち、本実施形態のように、ＳＯＣが切替判定値Ｃ２以下である充電余力があるとき、充電効率最大モードとすることで、システム全体としての効率が向上するとともに、効率の劣る要求負荷発電モードへの切り替えを遅らせ、比較的高効率にてエンジン１０を運転可能な期間を長く保つことができる。これにより、燃費を向上することができる。

以上詳述したように、本実施形態のハイブリッド制御装置５０は、車両９０の動力源であるエンジン１０と、エンジン１０により駆動されて発電可能な第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２と、第１ＭＧ１１および第２ＭＧ１２と電力を授受し、充放電可能に構成されるメインバッテリ１５とを備える車両９０を制御する。

ハイブリッド制御装置５０は、以下の処理を行う。エンジン１０の冷却水温Ｗ、および、メインバッテリ１５のＳＯＣを取得し（図２中のＳ１０１）、エンジン１０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅおよびエンジン１０から出力されるトルクであるエンジントルクＴｅを算出する。

詳細には、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇ以下であって（Ｓ１０３：ＮＯ）、ＳＯＣが充電余力のある状態である場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、充電効率最大モードとし、ＳＯＣに基づき、メインバッテリ１５に充電される単位充電電力あたりの燃料消費量ＦＣが最小となるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する。
また、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇ以下であって（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ＳＯＣが充電余力のない状態である場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、要求電力発電モードとし、車両９０に搭載される補機負荷の消費電力分が少なくとも発電されるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する。

本実施形態では、ＳＯＣに基づき、システム全体でのエネルギ発生効率である充電効率Ｅが最大となるようにエンジン１０を制御する。これにより、例えばＢＳＦＣが最小となる動作点でエンジン１０を駆動してエンジン１０単体での効率を最大化する場合よりも、システム全体としての効率が向上し、暖機運転における燃費を改善可能である。特に、ＳＯＣに加え、メインバッテリ１５や第１ＭＧ１１の効率等を考慮することにより、充電効率Ｅが最大となるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅをより適切に算出可能である。
また、充電効率Ｅが高い状態で充電された電力をＥＶ走行等に用いることで、燃費を改善可能である。

本実施形態では、ハイブリッド制御装置５０が「冷却水温取得手段」、「充電状態取得手段」、および、「エンジン動作点算出手段」を構成する。また、図２中のＳ１０１が「冷却水温取得手段」および「充電状態取得手段」の機能としての処理に対応し、Ｓ１０７およびＳ１０８が「エンジン動作点算出手段」の機能としての処理に対応する。
また、充電効率最大モードが「第１のモード」に対応し、要求負荷発電モードが「第２のモード」に対応する。また、水温目標値Ｗｇが「所定温度」に対応する。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図６〜図１０に基づいて説明する。
本実施形態は、システム構成は第１実施形態と同様であり、エンジン制御処理が異なっている。上記実施形態のエンジン制御処理では、冷却水温Ｗが判定閾値Ｗ_thより低い場合、ＳＯＣに応じて充電効率最大モードと要求負荷発電モードとを切り替える。本実施形態のエンジン制御処理では、暖機完了タイミングとＳＯＣがＳＯＣ目標値Ｃｇに到達するタイミングとができるだけ同じになるように、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを連続的に変化させる。これにより、エンジン出力Ｐ_engが連続的に変化する。

本実施形態によるエンジン制御処理を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。この処理は、イグニッション電源がオンされたときにハイブリッド制御装置５０にて所定間隔で実行される処理である。
図６中のＳ１０１〜Ｓ１０５は、図２と略同様である。
本実施形態では、ＥＶ走行可能な走行状態でないと判断された場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、暖機が完了していないと判断された場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、または、充電要求があると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１１１へ移行する。

Ｓ１１１では、水温目標値Ｗｇ、および、ＳＯＣ目標値Ｃｇを決定する。
Ｓ１１２では、エンジン１０の駆動モードを連続変化モードとする。連続変化モードでは、現在の冷却水温Ｗと水温目標値Ｗｇとの差である水温偏差ΔＷ、および、現在のＳＯＣとＳＯＣ目標値Ｃｇとの差であるＳＯＣ偏差ΔＣに基づいてエンジン出力Ｐ_engを算出し、算出されたエンジン出力Ｐ_engが出力されるように、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する。

ここで、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅの算出方法を説明する。
まず、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅの算出に用いるＳＯＣ目標値Ｃｇの決定方法を説明する。
ＳＯＣ目標値Ｃｇは、まずデフォルト値Ｃｄに仮設定される。また、現在の走行状態およびエンジン出力Ｐ_engが連続すると仮定し、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達したときのＳＯＣであるＳＯＣ予測値Ｃｃを算出する。
予測に用いる走行状態として、Ｓ２０１にて取得、算出された走行負荷Ｄおよび車速Ｖを用いる。また、予測に用いるエンジン出力Ｐ_engは、前回処理のＳ２０５にて算出された値とする。予測に用いる走行負荷Ｄ、車速Ｖ、および、エンジン出力Ｐ_engは、今回値或いは前回値に限らず、直近の所定期間の単純平均や移動平均等としてもよい。

ＳＯＣ予測値Ｃｃとデフォルト値Ｃｄとを比較し、ＳＯＣ予測値Ｃｃとデフォルト値Ｃｄとの差が所定範囲内であれば、デフォルト値ＣｄをＳＯＣ目標値Ｃｇとする。また、ＳＯＣ予測値Ｃｃがデフォルト値Ｃｄを含む所定範囲より大きい場合、デフォルト値Ｃｄから減少方向に補正した値をＳＯＣ目標値Ｃｇとする。さらにまた、ＳＯＣ予測値Ｃｃがデフォルト値Ｃｄを含む所定範囲より小さい場合、デフォルト値Ｃｄから増加方向に補正した値をＳＯＣ目標値Ｃｇとする。

そして、水温目標値Ｗｇと現在の冷却水温Ｗとの差である水温偏差ΔＷ、および、決定されたＳＯＣ目標値Ｃｇと現在のＳＯＣとの差であるＳＯＣ偏差ΔＣに基づき、図７に示すエンジン動作点算出マップＭ２を用いたマップ演算により、エンジン出力Ｐ_engを算出するとともに、算出されたエンジン出力Ｐ_engとなるエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅ算出する。図７に示すエンジン動作点算出マップＭ２では、水温偏差ΔＷおよびＳＯＣ偏差ΔＣに加え、走行負荷Ｄを用いる。走行負荷Ｄは、ＳＯＣ予測値Ｃｃの演算に用いた値とすることが好ましい。

ＳＯＣ予測値Ｃｃとエンジン出力Ｐ_engとの関係について説明する。
ＳＯＣ予測値Ｃｃがデフォルト値Ｃｄより大きい場合、現在の走行状態およびエンジン出力Ｐ_engを継続すると、暖機完了時（すなわち、冷却水温Ｗの水温目標値Ｗｇ到達時）のＳＯＣが高くなりすぎる虞がある。そこで、ＳＯＣ目標値Ｃｇを減少方向に補正することでＳＯＣ偏差ΔＣを小さくすると、マップ演算により演算されるエンジン出力Ｐ_engが小さくなる。これにより、ＳＯＣの上昇スピードを抑えることができ、暖機完了時にＳＯＣが高くなりすぎるのを回避することができる。

また、ＳＯＣ予測値Ｃｃがデフォルト値Ｃｄより小さい場合、現在の走行状態およびエンジン出力Ｐ_engを継続すると、暖機完了時のＳＯＣがＳＯＣ目標値Ｃｇより低くなる虞がある。そこで、ＳＯＣ目標値Ｃｇを増加方向に補正することでＳＯＣ偏差ΔＣを大きくすると、マップ演算により演算されるエンジン出力Ｐ_engが大きくなる。これにより、ＳＯＣの上昇スピードを高めることができ、暖機完了時のＳＯＣを高めることができる。
本実施形態では、ＳＯＣ予測値Ｃｃが、「充電状態の予測結果」に対応する。

本実施形態では、図６に示すエンジン制御処理を繰り返すことで、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを連続的に変化させてエンジン出力Ｐ_engを連続的に変化させることにより、冷却水温ＷおよびＳＯＣを目標値に漸近させていく。これにより、例えば要求負荷発電モードのように効率の低いモードでのエンジン１０の駆動を避け、暖機が完了するまでの間、比較的高効率でエンジン１０の駆動を継続することができる。
なお、冷却水温Ｗは水温目標値Ｗｇとなるまでエンジン１０の駆動を継続して暖機を行う。一方、ＳＯＣは、ＳＯＣ目標値Ｃｇと厳密に一致させる必要はなく、ＳＯＣ上限値を超えない範囲で可及的大きい方がＥＶ走行に使える電力が大きくなるので燃費向上の面から好ましい。

本実施形態のエンジン制御処理によるエンジン出力Ｐ_engを図８に示す。図８中のエンジン出力Ｐ_engは、発電量とする。
連続変化モードにおけるエンジン出力Ｐ_engは、要求負荷発電モードにおけるエンジン出力Ｐ１とＢＳＦＣ最小モードにおけるエンジン出力Ｐ２との間で連続的に変化する値Ｐ３となる。また、エンジン出力Ｐ３での冷却水加熱量Ｈ３は、エンジン出力Ｐ１での冷却水加熱量Ｈ１とエンジン出力Ｐ２での冷却水加熱量Ｈ２との間の値となる。

図９に矢印Ｙ１で示すように、要求負荷発電モードとすると、エンジン出力Ｐ１が小さいので、冷却水温ＷおよびＳＯＣが上昇しにくい。また、矢印Ｙ２で示すように、ＢＳＦＣ最小モードにてエンジン出力Ｐ２とすると、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達するよりも早く、ＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達する。ＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達後は、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超えないように、要求負荷発電モードに切り替える必要がある。

一方、本実施形態の連続変化モードでは、水温偏差ΔＷおよびＳＯＣ偏差ΔＣに基づき、エンジン出力Ｐ_engを連続的に変化させていくので、矢印Ｙ３で示すように、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達したときのＳＯＣが適切な範囲内となる。また、暖機が完了するまでの間、要求負荷発電モードよりも高効率にエンジン１０を駆動することができる。
なお、図９中では、切替判定値Ｃ２よりもＳＯＣ目標値Ｃｇが小さい値となっているが、ＳＯＣ目標値Ｃｇは切替判定値Ｃ２よりも大きい値であってもよいし、等しくてもよい。

図１０に基づき、エンジン出力Ｐ_eng、冷却水温Ｗ、および、ＳＯＣの推移をより具体的に説明する。図１０（ａ）はエンジン出力Ｐ_eng、（ｂ）は冷却水温Ｗ、（ｃ）はＳＯＣの推移を示す。また、図１０中の破線Ｌ２１、３１、４１は要求負荷発電モードにてエンジン１０を駆動した場合を示し、破線Ｌ２２、３２、４２はＢＳＦＣ最小モードおよび要求負荷発電モードにてエンジン１０を駆動した場合を示し、実線Ｌ２３、３３、４３は本実施形態の連続変化モードにてエンジン１０を駆動した場合を示す。図１０の例では、走行負荷Ｄおよび補機負荷は一定であるものとする。なお、走行負荷Ｄおよび補機負荷が変動すれば、エンジン出力Ｐ_eng等も変動する。

エンジン１０の駆動モードを要求負荷発電モードとすると、図１０（ａ）中に破線Ｌ２１で示すように、エンジン出力Ｐ_engが小さいため、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達するのに時間を要し、図１０（ｂ）中に破線Ｌ３１で示すように、時間ｔ２４にて冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達する。また、要求負荷発電モードでは、メインバッテリ１５を積極的に充電しないので、図１０（ｃ）中に破線Ｌ４１で示すように、メインバッテリ１５の充電量が小さく、ＳＯＣの上昇幅も小さい。

また、エンジン１０の駆動モードをＢＳＦＣ最小モードとすると、図１０（ａ）に破線Ｌ２２で示すように、最初のエンジン出力Ｐ２は大きく、図１０（ｃ）に破線Ｌ４２に示すように、時間ｔ２１にてＳＯＣが切替判定値Ｃ２に到達する。そのため時間ｔ２にて、駆動モードをＢＳＦＣ最小モードから要求負荷発電モードに切り替わる。そのため、図１０（ｂ）に破線Ｌ３２で示すように、時間ｔ２１までの水温上昇割合は大きいものの、時間ｔ２１移行は水温上昇割合が鈍化し、時間ｔ２３にて冷却水温Ｗが水温目標値Ｔｇに到達する。

すなわち、ＢＳＦＣ最小モードでは、ＳＯＣと冷却水温Ｗとのバランスが崩れ、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達していないにも関わらず、ＳＯＣがＳＯＣ上限値に近づいてしまう「低水温、高ＳＯＣ」の状態となることがある。特に、暖房要求があり、排熱ヒータ２１が駆動されている場合、および、走行負荷が小さい場合、冷却水温Ｗが上がりにくい。低水温、高ＳＯＣ状態では、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超えないように、エンジン１０を効率の悪い要求負荷発電モードで稼働せざるを得なくなり、要求負荷発電モードでの暖機を行うことになるので、暖機が完了するまでに時間がかかる。

一方、本実施形態では、エンジン１０の駆動モードを連続変化モードとしており、図１０（ａ）に実線Ｌ２３で示すように、水温偏差ΔＷおよびＳＯＣ偏差ΔＣに基づいてエンジン出力Ｐ_engを算出する。また、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に実線Ｌ３４、Ｌ４４で示すように、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達する時間ｔ２２におけるＳＯＣは、ＳＯＣ上限値を超えることがなく、かつ、比較的ＳＯＣが高い状態までメインバッテリ１５を充電可能である。これにより、低水温、高ＳＯＣとなる状態を回避可能であり、暖機が完了するまでの期間中、比較的高効率でエンジン１０の駆動を維持できるので、燃費が改善される。

また、冷却水温ＷおよびＳＯＣの初期値によっては、図１０（ｂ）に示すように、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達し暖機が完了するまでの時間は、他の駆動モードとした場合よりも短くなる。また、暖機完了時にはＳＯＣが比較的高い状態までメインバッテリ１５が充電されているので、暖機完了後、ＥＶ走行に移行可能であり、燃費が改善される。

本実施形態では、車両制御装置５０は、以下の処理を行う。エンジン１０の冷却水温Ｗ、および、メインバッテリ１５のＳＯＣを取得し（図６中のＳ１０１）する。
また、現在の冷却水温Ｗ、冷却水温Ｗの目標値である水温目標値Ｗｇ、現在のＳＯＣ、および、ＳＯＣの目標値であるＳＯＣ目標値に基づき、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出する（Ｓ１１２）。

高効率でエンジン１０を駆動しすぎると、ＳＯＣと水温とのバランスが崩れて高ＳＯＣ、低水温の状態となり、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超えないように、逆に低効率でのエンジン１０の駆動を強いられ、暖機が完了するまでの期間全体としてみたときの効率が悪化する場合がある。

そこで本実施形態では、現在の冷却水温Ｗ、水温目標値Ｗｇ、現在のＳＯＣ、および、ＳＯＣ目標値Ｃｇを考慮して、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出することにより、連続的にエンジン出力Ｐ_engを変化させ、暖機が完了するまでの間、比較的高効率でエンジン１０の駆動を継続可能である。これにより、暖機が完了するまでの期間全体としてみたときのシステム全体としての効率を向上可能であり、暖機運転における燃費を改善可能である。

また、ハイブリッド制御装置５０では、現在の冷却水温Ｗと水温目標値Ｗｇとの差である水温偏差ΔＷ、および、現在のＳＯＣとＳＯＣ目標値Ｃｇとの差であるＳＯＣ偏差ΔＣに基づき、エンジンの回転数およびエンジントルクを算出する。これにより、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達するタイミングと、ＳＯＣがＳＯＣ目標値Ｃｇに到達するタイミングとを近づけることができる。また、暖機完了時には、メインバッテリ１５はＳＯＣ目標値Ｃｇ付近まで充電されており、暖機中に充電された電力によりＥＶ走行することができるので、燃費が改善する。

また、ハイブリッド制御装置５０は、冷却水温Ｗが水温目標値Ｗｇに到達したときのＳＯＣを予測し、ＳＯＣの予測結果であるＳＯＣ予測値Ｃｃに基づいてＳＯＣ目標値Ｃｇを設定する。これにより、暖機完了のタイミングと、ＳＯＣがＳＯＣ目標値Ｃｇに到達するタイミングを近づけるのに、より適切なエンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅを算出することができる。

本実施形態では、上記実施形態と同様、ハイブリッド制御装置５０が「冷却水温取得手段」、「充電状態取得手段」、および、「エンジン動作点算出手段」を構成する。また、図６中のＳ１０１が「冷却水温取得手段」および「充電状態取得手段」の機能としての処理に対応し、Ｓ１１１およびＳ１１２が「エンジン動作点算出手段」の機能としての処理に対応する。
また、本実施形態では、ＳＯＣ目標値Ｃｇが「充電状態目標値」に対応し、ＳＯＣ偏差ΔＣが「充電状態偏差」に対応する。

（他の実施形態）
（ア）ＳＯＣ
上記実施形態でも説明した通り、ＳＯＣは所定範囲内に収まっていればよく、所定値となるように厳密に制御する必要はない。
この点を踏まえ、第１実施形態における充電要求値Ｃ１および切替判定値Ｃ２は、例えば回生予測情報等に基づいて可変としてもよい。
例えば、ナビゲーション装置等から取得される走行経路に関する情報に基づき、この先の走行経路に下り坂がある場合、回生によりメインバッテリが充電される可能性が高い。この場合、充電要求値を減少させる方向に変更し、ＥＶ走行可能と判定されるＳＯＣ範囲を広げてもよい。また、回生によりメインバッテリが充電される可能性が高い場合、ＳＯＣがＳＯＣ上限値を超えるのを避けるべく、切替判定値やＳＯＣ目標値を減少方向に変更してもよい。

（イ）エンジン動作点算出
走行負荷が高い場合、ＳＯＣが高止まりしないため、上記実施形態にて説明した「低水温、高ＳＯＣ」の状態は生じにくい。そこで、第２実施形態におけるエンジン動作点を演算するマップは、走行負荷が低い状態を前提として作成し、引数として走行負荷を省略してもよい。
また、第２実施形態では、水温偏差およびＳＯＣ偏差に基づいてエンジン回転数およびエンジントルクを算出した。他の実施形態では、エンジン回転数およびエンジントルクは、現在の冷却水温、水温目標値、現在のＳＯＣおよびＳＯＣ目標値に基づき、どのように算出してもよい。冷却水温が水温目標値に到達したときのＳＯＣ予測値についても同様である。
（ウ）暖房装置
上記実施形態の暖房装置は、排熱ヒータである。他の実施形態では、暖房装置として、排熱ヒータとヒートポンプシステムとを併用してもよい。この場合、ヒートポンプシステムも「補機負荷」に含まれる。

（エ）制御装置
上記実施形態では、ハイブリッド制御装置、電源制御装置、ＭＧ制御装置、エンジン制御装置、エアコン制御装置が設けられている。他の実施形態では、これらの制御装置を１つの制御装置により構成してもよい。また、上記実施形態では、「冷却水温取得手段」、「充電状態取得手段」および、「エンジン動作点算出手段」は、ハイブリッド制御装置により構成される。他の実施形態では、例えばエンジン動作点算出手段をエンジン制御装置により構成する等、上記手段の一部または全部を、ハイブリッド制御装置以外の制御装置により構成するようにしてもよい。

（オ）車両制御システム
上記実施形態では、ハイブリッド車両には２つのモータジェネレータが設けられる。他の実施形態では、モータジェネレータは、２つに限らず、いくつであってもよい。また、上記実施形態のハイブリッド車両は、シリーズパラレル方式である。他の実施形態のハイブリッド車両は、パラレル方式、または、シリーズ方式であってもよい。

上記実施形態のモータジェネレータは、永久磁石式同期型の３相交流電動機であるが、これに限らず、どのようなものを用いてもよい。
また、上記実施形態の蓄電部は、二次電池であるが、他の実施形態では、モータジェ
ネレータと電力を授受し、充放電可能な装置であれば、例えば電気二重層キャパシタ等、
どのようなものであってもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・車両制御システム
１０・・・エンジン
１１・・・第１ＭＧ（モータジェネレータ）
１２・・・第２ＭＧ（モータジェネレータ）
１５・・・メインバッテリ（蓄電部）
１９・・・電気負荷（補機負荷）
２６・・・電動ポンプ（補機負荷）
５０・・・ハイブリッド制御装置（車両制御装置）
９０・・・車両（ハイブリッド車両）

Claims (4)

1. 動力源であるエンジン（１０）と、
   前記エンジンにより駆動されて発電可能なモータジェネレータ（１１、１２）と、
   前記モータジェネレータと電力を授受し、充放電可能に構成される蓄電部（１５）と、
   を備えるハイブリッド車両（９０）を制御する車両制御装置（５０）であって、
   前記エンジンの冷却水の温度である冷却水温を取得する冷却水温取得手段（Ｓ１０１）と、
   前記蓄電部の充電状態を取得する充電状態取得手段（Ｓ１０１）と、
   前記エンジンの回転数であるエンジン回転数、および、前記エンジンのトルクであるエンジントルクを算出するエンジン動作点算出手段（Ｓ１０７、Ｓ１０８）と、
   を備え、
   前記エンジン動作点算出手段は、
   前記冷却水温が所定温度以下であって前記充電状態が充電余力のある状態である場合（Ｓ１０３：ＮＯかつＳ１０６：ＹＥＳ）、第１のモードとし、前記充電状態に基づき、前記蓄電部に充電される単位充電電力あたりの燃料消費量が最小となる前記エンジン回転数および前記エンジントルクを算出し（Ｓ１０７）、
   前記冷却水温が前記所定温度以下であって前記充電状態が充電余力のない状態である場合（Ｓ１０３：ＮＯかつＳ１０６：ＮＯ）、第２のモードとし、前記ハイブリッド車両に搭載される補機負荷（１９、２６、４０）の消費電力分が少なくとも発電される前記エンジン回転数および前記エンジントルクを算出する（Ｓ１０８）ことを特徴とする車両制御装置。
2. 動力源であるエンジン（１０）と、
   前記エンジンにより駆動されて発電可能なモータジェネレータ（１１、１２）と、
   前記モータジェネレータと電力を授受し、充放電可能に構成される蓄電部（１５）と、
   を備えるハイブリッド車両（９０）を制御する車両制御装置（５０）であって、
   前記エンジンの冷却水の温度である冷却水温を取得する冷却水温取得手段（Ｓ１０１）と、
   前記蓄電部の充電状態を取得する充電状態取得手段（Ｓ１０１）と、
   現在の前記冷却水温、前記冷却水温の目標値である水温目標値、現在の前記充電状態、および、前記充電状態の目標値である充電状態目標値に基づき、前記エンジンの回転数であるエンジン回転数および前記エンジンから出力されるトルクであるエンジントルクを算出するエンジン動作点算出手段（Ｓ１１１）と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
3. 前記エンジン動作点算出手段は、現在の前記冷却水温と前記水温目標値との差である水温偏差、および、現在の前記充電状態と前記充電状態目標値との差である充電状態偏差に基づき、前記エンジン回転数および前記エンジントルクを算出することを特徴とする請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記エンジン動作点算出手段は、
   前記冷却水温が前記水温目標値に到達したときの前記充電状態を予測し、前記充電状態の予測結果に基づいて前記充電状態目標値を設定することを特徴とする請求項２または３に記載の車両制御装置。

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