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JP2017095030A - 車両制御装置 - Google Patents

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JP2017095030A
JP2017095030A JP2015231393A JP2015231393A JP2017095030A JP 2017095030 A JP2017095030 A JP 2017095030A JP 2015231393 A JP2015231393 A JP 2015231393A JP 2015231393 A JP2015231393 A JP 2015231393A JP 2017095030 A JP2017095030 A JP 2017095030A
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acceleration
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悠太郎 伊東
Yutaro Ito
悠太郎 伊東
洋平 森本
Yohei Morimoto
洋平 森本
宣昭 池本
Nobuaki Ikemoto
池本  宣昭
隆大 成田
Takahiro Narita
隆大 成田
益弘 近藤
Masuhiro Kondo
益弘 近藤
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Abstract

【課題】下り坂走行時における車両のエネルギー効率を高めることができる車両制御装置を提供する。【解決手段】車両100は、エンジン31と、バッテリ40から供給される電力により駆動するモータ32とを備え、少なくともエンジン出力及びモータ出力のいずれかを駆動力として使用する。車両制御装置50は、車両100を制御し、下り坂においてモータ32に回生を実施させる回生制御部と、回生が実施される下り坂の一部の区間において、車両にエンジン出力を駆動出力として使用させず、且つモータの回生を伴わない加速走行をさせる下り坂加速制御を実施する下り坂加速制御部とを有する。【選択図】図1

Description

モータによる回生を行う車両における車両制御に関する。
車輪の回転によりモータを回転させることで、このモータを発電機として利用する回生が知られている。回生により発電される電気エネルギーは蓄電池の充電に用いられる。また、回生は、車両が備える車両制御装置により制御されており、所定の運転条件の成立に合わせて実施される。
車両が下り坂を走行中に回生を実施することで、下り坂の高低差に基づく位置エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。しかし、下り坂走行中に蓄電池が満充電に達してしまうと、回生により生じたエネルギーを熱等により放出しなければならない。そのため、特許文献1には、下り坂の手前で、蓄電池の充電率を低下させることで、回生の効率を高める発明が開示されている。
特開2001−95105号公報
回生では、モータの回転に伴う熱の発生による損失は避けられない。また、蓄電池に蓄えた電気エネルギーをモータの運動エネルギーとして取り出す際に損失が生じる。その結果、両変換時に生じる損失によりエネルギー効率を低下させるという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みたものであり、下り坂走行時における車両のエネルギー効率を高めることができる車両制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明では、エンジンと、蓄電池から供給される電力により駆動するモータとを備え、少なくともエンジン出力及びモータ出力のいずれかを駆動力として使用する車両を制御する車両制御装置であって、下り坂において前記モータに回生を実施させる回生制御部と、前記回生が実施される前記下り坂の一部の区間において、前記車両に前記エンジン出力を駆動出力として使用させず、且つ前記モータの回生を伴わない加速走行をさせる下り坂加速制御を実施する下り坂加速制御部と、を有する。
上記構成により、車両は、回生を行う下り坂の一部の区間において、下り坂加速制御により加速する。この下り坂加速制御では、下り坂の一部の区間において、車両にエンジン出力を駆動出力として使用させず、且つ回生を伴わない走行をさせる。即ち、この一部の区間において、下り坂の位置エネルギーから運動エネルギーへの直接的な変換がなされる。その結果、車両が下り坂を走行する際の位置エネルギーを回生により電気エネルギーへ変換する割合を低くし、車両のエネルギー効率を向上させることができる。
一例としての車両100の構成を示す図。 車両100の回生に伴う動作を説明する図。 車両100の走行計画を設定する際の処理を説明するフローチャート。 減速開始位置Dcの取得を詳細に説明するフローチャート。 減速制御において制御される車速を説明する図。 車両100の走行制御を説明するフローチャート。 加速制御において実施される車速の制御を説明する図。 下限回避制御を詳細に説明するフローチャート。 下限回避制御を説明する図。 第2実施形態における回生に伴う処理を説明する図。 車両100の走行計画を設定する際の処理を説明するフローチャート。 ステップS35における処理を詳細に示すフローチャート。 ステップS35における減速制御の実施の有無を判定する処理を説明する図。 車両100の走行制御を説明するフローチャート。 下り坂加速制御を示すフローチャート。 減速開始位置Dcの設定を示すフローチャート。 充電率SOCの低下目標値と、下り坂の勾配開始位置Ddから減速開始位置Dcまでの距離Lとの関係を示す図。 第4実施形態に係る走行計画を説明するフローチャート。
(第1実施形態)
本発明に係る実施形態について図を参照しながら説明する。以下の説明では、エンジン及び走行用のモータから車両走行用の駆動力を得るハイブリッド車両に、本実施形態の車両制御装置を適用している。以下、ハイブリッド車両を単に車両とも記載する。なお、以下の実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
図1は、一例としての車両100の構成を示す図である。車両100は、エンジン31、電動発電機からなるモータ32、クラッチ33、変速機34、駆動軸35、駆動輪37、インバータユニット39、バッテリ(蓄電池)40、車両制御装置50、を主に備えている。また、車両100は、ナビゲーション装置60を備えており、このナビゲーション装置60から地理情報を取得することができる。
エンジン31は、燃料噴射弁から噴射される燃料と空気との混合気を燃焼室内で燃焼させることで所望のエンジン出力を生じさせる周知の内燃機関である。エンジン31としては、燃料としてガソリンを使用するガソリンエンジンであってもよいし、燃料として軽油等を使用するディーゼルエンジンであってもよい。
モータ32は、バッテリ40からの電力により回転しモータ出力を生じさせるとともに、バッテリ40を発電するための発電装置としても機能する。モータ32は、交流電力により駆動するACモータであり、回転子としてのロータと、このロータの外周に配置され誘起電圧を生じさせるステータと、を備えている。ロータは、変速機34を介して駆動輪37を回転させる駆動軸35に接続されている。ステータは、インバータユニット39を介してバッテリ40に接続されている。
インバータユニット39は、バッテリ40から供給される直流電力とモータ32が生成する交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として機能する。例えば、インバータユニット39は、交流電源を直流電源に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータとを備えている。モータ32の駆動時には、バッテリ40からインバータユニット39を介して供給される交流電力によりステータが相の異なる誘起電圧を発生し、ロータを回転させる。また、モータ32の回生時は、駆動輪37の回転に伴うロータの回転により、ステータに交流の発電電力が発生する。この発電電力は、インバータユニット39により整流された後、バッテリ40に供給され、その供給電力によりバッテリ40が充電される。
クラッチ33は、車両100の駆動力に占めるエンジン出力を切り離す伝達切替え部として機能する。エンジン31は、クラッチ33を介して、モータ32の出力軸に駆動連結されている。そのため、HV走行モードでは、このクラッチ33によりエンジン31とモータ32とが連結され、エンジン出力及びモータ出力の双方から駆動力を得て走行する走行状態と成る。一方、EV走行モードでは、クラッチ33によりエンジン31がモータ32から切り離されることで、モータ出力のみから駆動力を得て走行する走行状態と成る。
車両制御装置50は、車両100の各部を制御する装置の総称であり、エンジンECU51、モータECU52、HVECU53、ACCECU54、を備えている。エンジンECU51は、エンジン31の駆動を制御する。モータECU52は、モータ32及びインバータユニット39の駆動を制御する。HVECU53は、エンジンECU51とモータECU52との間で協調制御を行うことで、車両100における走行モードを制御する。ACCECU54は、ナビゲーション装置60から供給される地理情報に基づいて、クルーズコントロールモード(定速度制御)における車両100の運転計画を行う。
これら各ECU51〜54は、周知のCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。また、各ECU51〜54は、バスを介して電気的に接続されており、双方向の通信が可能である。そのため、いずれかのECUに入力された検出信号あるいは操作信号に基づいて、他のECUの出力側に接続された各種機器の駆動を制御することができる。
ナビゲーション装置60は、車両100に地理情報を提供する。ナビゲーション装置60は、例えば、カーナビゲーションシステムや、スマートフォンであり、ACCECU54と有線又は無線を介して接続されている。地理情報は、緯度、経度、及び標高といった地図情報や、これらに関連づけられた施設等の関連情報であり、不図示のデータベースにより管理されている。ACCECU54は、ナビゲーション装置60を介して地理情報を取得することで、車両100の走行や回生に必要な情報を取得することができる。
次に、図2を用いて車両100の回生に伴う動作を説明する。図2(a)は、車両100の走行経路とこの走行経路の勾配とを示す図である。図2(b)は、クルーズコントロールにおける目標車速の変化を説明する図である。図2(c)は、バッテリ40の充電率SOCの変化を説明する図である。図2(d)は、車両100の駆動力の変化を説明する図である。
車両100は、所定の条件に適合する下り坂において、バッテリ40を充電するための回生を開始する。図2(a)では、下り坂の走行途中において回生が開始され、下り坂走行に伴う低負荷状態を利用して下り坂走行後においても回生が継続されている。回生では、モータ32の発電により生じた発電電力によりバッテリ40が充電され、充電率SOCを上昇させる(図2(c))。
長い下り坂や勾配の大きな下り坂を走行する場合、下り坂での走行を利用した回生途中にバッテリ40の充電率SOCが上限値を超えてしまうことがある。上限値を超えた電力は熱等により放出しなければならなくなり、回生の効率が悪い。そのため、車両100は、回生を開始する前に、バッテリ40の充電率SOCを低減させるための減速制御を行う。減速制御では、車両100を減速させて(図2(b))、バッテリ40の充電率SOCを低下させる(図2(c))。また、減速制御は、車両100の駆動力をEV走行モードに該当する領域まで低下させることで行われる。この減速制御により回生の開始前に充電率SOCが低下され(図2(c))、下り坂での走行を利用して回生により充電する充電率SOCを増加させることができる。
次に、図2で示した車両100の走行制御を行うための車両制御装置50の具体的な処理を図を用いて説明する。図3は、車両100の走行計画を設定する際の処理を説明するフローチャートである。図3に示す走行計画は、例えば、車両100を一定の範囲での車速で走行させるクルーズコントロールモード(定車速状態)で実施される。なお、ACCECU54がステップS11〜S13の処理を実施することで探索部が実現される。また、ACCECU54がステップS14,S15の処理を実施することで減速位置探索部が実現される。
ステップS11では、走行計画に必要な地理情報を取得する。ステップS11で取得される地理情報は、例えば、運転者等がナビゲーション装置60により選択した走行経路に則して取得される。地理情報は、例えば、走行経路上の各地点における緯度及び経度、勾配情報、及び下り坂の勾配距離、である。ACCECU54は、ナビゲーション装置60に対してこれら地理情報の供給を要求する。
ステップS12では、回生を実施することができる下り坂を探索する。回生を実施することができる下り坂の条件としては、例えば、勾配情報により取得される下り坂の勾配角度が所定角度以上あり、勾配距離が所定距離以上と成るものの中から選択される。ACCECU54は、ステップS11で取得した地理情報から、該当する下り坂を探索する。
該当する下り坂が検出された場合(ステップS12:YES)、ステップS13では、下り坂の勾配開始位置Ddを取得する。例えば、ACCECU54は、下り坂の勾配が開始される位置における、緯度及び経度を勾配開始位置Ddとして登録する。なお、該当する下り坂が検出されない場合(ステップS12:NO)、走行計画は終了される。
ステップS14では、減速制御が開示される減速開始位置Dcを取得する。減速開始位置Dcは、車両100の減速制御が開始される位置であり、登録された走行経路においてステップS13で登録された勾配開始位置Ddよりも手前の位置として取得される。
図4は、一例としての、ステップS14における減速開始位置Dcの取得を詳細に説明するフローチャートである。また、図5は、減速制御において制御される車速を説明する図である。この実施形態では、減速開始位置Dcを求めるに際し、減速制御における目標車速V及び駆動力上限値MDをもとに、減速開始位置Dcを取得している。
まず、ステップS141では、目標車速V1を設定する。目標車速V1は、減速制御を実施することで車両100が最終的に到達する車速を示している。図5(a)に示すように、ACCECU54は、減速制御による車速の低下量が、減速制御前の車速の大きさに応じて大きくなるよう目標車速V1を設定する。
ステップS142では、駆動力上限値MDを設定する。駆動力上限値MDは、車両100が出力できる駆動力の上限を設定する値である。図5(b)に示すように、車両100は、駆動力に占めるエンジン出力とモータ出力とを変化させて走行モードを切り替える。ACCECU54は、駆動力上限値MDをEV走行モードに該当する駆動力の範囲に設定することで、減速制御時において、エンジン31の駆動(エンジン出力)が制限され、モータ32の出力(モータ出力)のみが車両100の駆動力となる。
ステップS143では、ステップS141で取得された目標車速とステップS142で取得された駆動力上限値MDとに基づいて、減速開始位置Dcを算出する。例えば、ACCECU54は、まず、設定された駆動力上限値MDで、車両100が目標車速V1に達するまでに要する距離を算出する。そして、ACCECU54は、算出した距離をステップS13で取得した勾配開始位置Ddから減速開始位置Dcまでの2点間距離Lとして用いることで、走行経路内において減速開始位置Dcを算出する。
図3に戻り、ステップS15では、加速開始位置Daを取得する。加速開始位置Daは、ステップS14で取得された減速開始位置Dcよりも手前の位置であって、車両100が加速制御を開始する位置である。加速制御では、減速制御の開始前に車両100を加速させることで、減速制御における車両100の車速低下量を確保するために行われる。ACCECU54は、例えば、減速開始位置Dcから所定距離だけ手前の位置を加速開始位置Daとして取得する。
加速開始位置Daが取得されると、走行計画は終了する。
次に、走行計画により取得された位置(Dd,Dc,Da)を用いた、車両100の回生に伴う走行制御を説明する。図6は、車両100の走行制御を説明するフローチャートである。図6において、HVECU53がステップS24〜S28の処理を実施することで、充電率制御部を実現する。
ステップS21では、現在の車両位置Dpを取得する。車両位置Dpは、車両100が現在走行中の位置を示し、ACCECU54がナビゲーション装置60から取得する。
ステップS22では、車両100が回生を開始する勾配開始位置Ddに達したか否かを判定する。HVECU53は、ステップS21で取得した車両位置Dpと走行計画により取得している勾配開始位置Ddとを比較し、車両100が勾配開始位置Ddに達したか否かを判定する。
車両100が勾配開始位置Ddに達していない場合(ステップS22:NO)、ステップS24では、車両100が減速制御を開始する減速開始位置Dcに達しているか否かを判定する。HVECU53は、車両位置Dpと走行計画により取得している減速開始位置Dcとを比較し、車両100が減速開始位置Dcに達しているか否かを判定する。
車両100が減速開始位置Dcに達していない場合(ステップS24:NO)、ステップS27では、車両100が加速制御を行う加速開始位置Daに達しているか否かを判定する。HVECU53は、車両位置Dpと走行計画により取得している加速開始位置Daとを比較し、車両100が加速開始位置Daに立っているか否かを判定する。
車両100が加速開始位置Daに達していない場合(ステップS27:NO)、ステップS29では、目標車速をV0に設定する。目標車速V0は、クルーズコントロールにより設定されている範囲での車両100の車速を示している。すなわち、ステップS29では、HVECU53は、車速をクルーズコントロールで設定されている目標車速V0の範囲に維持する。
一方、車両位置Dpが加速開始位置Daに達している場合(ステップS27:YES)、ステップS28では、加速制御を開始する。加速制御では、HVECU53は、車速を現在の車速(V0)よりも早くなるよう目標車速V2を設定する。ステップS28で設定される目標車速V2により、エンジンECU51及びモータECU52はエンジン31及びモータ32の駆動力を増加させ、車両100を加速させる。
図7は、一例として、加速制御において実施される車速の制御を説明する図である。図7(a)に示すように、HVECU53は、現在の車速Vpが大きいほど、車速増加量が大きくなるよう、加速制御における目標車速V2を設定する。また、図7(b)に示すように、HVECU53は、現在の車速Vpが大きいほど、加速度が小さくなるよう、加速制御における加速度を設定する。
図6に戻り、車両100が減速開始位置Dcに達している場合(ステップS24:YES)、ステップS25では、減速制御を開始する。減速制御では、HVECU53は、車速を加速前の車速V0よりも減速させて、バッテリ40の充電率SOCを低下させる。このとき、HVECU53は、駆動力を走行計画で設定した駆動力上限値MDを超えない範囲に制限する(図5(b))。そのため、車両100はEV走行モードに移行し、減速走行を開始する。
ステップS26では、下限回避制御を行う。下限回避制御は、減速制御の実施によりバッテリ40の充電率SOCが極端に低下することを予防する制御である。この下限回避制御により、減速制御におけるバッテリ40の充電率SOCが大きく低下する場合、HVECU53は減速制御を停止し、車速をクルーズコントロールにおいて設定されている車速V0に戻す。
図8は、ステップS26で実施される下限回避制御を詳細に説明するフローチャートである。図9は、下限回避制御を説明する図である。
ステップS261では、充電率SOCを閾値Saと比較する。図9に示すように、閾値Saは、減速制御において要求される低下後の充電率SOCの最大値を示している。即ち、減速制御を行う場合、バッテリ40の充電率SOCが閾値Sa未満となるよう車速が制御される。
充電率SOCが閾値Saを超える場合(ステップS261:NO)、下限回避制御を終了する。充電率SOCが閾値Sa以上であるということは、バッテリ40が十分に充電されており、減速制御を継続しても充電率SOCが低下し過ぎることはないと判断できるからである。
充電率SOCが閾値Sa以下であれば(ステップS261:YES)、ステップS262では、充電率SOCを閾値Sbと比較する。閾値Sbは、減速制御によって低下できる充電率SOCの下限値を示している。例えば、閾値Sbは、バッテリ40を劣化させる恐れがある充電率SOCに基づいて実験的に取得される。そのため、減速制御では、閾値Saから閾値Sbまでの範囲でバッテリ40の充電率SOCが低下される(図9)。
充電率SOCが閾値Sbを超える場合(ステップS262:NO)、ステップS264では、減速制御における充電率SOCの低下量を減少させる。このとき、HVECU53は、車速目標値を減速制御において設定した車速V1よりも増加させ(目標車速V3へ)、また、駆動力上限値MDを低下させる。上述したように、駆動力上限値MDは、車両100をEV走行モードとする駆動力の範囲に設定されているため、この駆動力上限値MDを低下させることで、減速制御は維持されるものの、充電率SOCの減少速度が低下する。
充電率SOCが閾値Sb以下であれば(ステップS262:YES)、ステップS263では、減速制御を停止する。この場合、減速制御を継続すると、充電率SOCが閾値Sbを下回る恐れが生じる。そのため、HVECU53は、車速目標値をV0に戻し、駆動力上限値MDをエンジン31が駆動する範囲まで戻す。
図6に戻り、車両100が勾配開始位置Ddに達している場合(ステップS22:YES)、ステップS23では、回生を開始する。そのため、車両100が下り坂の走行中に回生を開始することでモータ32により発電された電力は、インバータユニット39を介してバッテリ40に供給され、バッテリ40の充電が開始される。
以上説明したように、この第1実施形態では、車両制御装置50は、下り坂での回生前にバッテリ40の充電率SOCを低下させる減速制御を実施することで、下り坂走行における車両100の回生効率を高める。この減速制御では、車両100の駆動力をモータ出力のみで取り出す駆動力まで低下させることでエンジン31の駆動を停止し、エンジン効率の低下を抑制する。その結果、回生の効率の向上とエンジン効率の向上とを両立し、車両100のエネルギー効率を高めることができる。
・車両100は、駆動力の増加に応じて、モータ出力のみを使用する状態から、エンジン出力と前記モータ出力とを組み合わせて使用する状態へ移行し、減速制御では、車両100の駆動力の上限値をモータ出力のみを使用する範囲で設定する。上記構成により、減速制御において、駆動力をモータ出力のみを使用する範囲で設定するため、車両100の走行状態に影響されることなくエンジン効率の低下を抑制することができる。
・充電率制御部は、減速制御の実施におけるバッテリ40の充電率の変化を監視しており、充電率SOCの低下度合が大きい場合、減速制御を停止する。上記構成により、回生の開始までに減速制御により充電率SOCが過剰に低下することを防止し、バッテリ40の劣化を抑制することができる。
・減速制御において設定される車両100の減速後の車速に基づいて減速開始位置を探索する減速位置探索部を有する。上記構成により、減速制御において設定される車両100の目標車速から減速開始位置を探索することで、減速制御で必要となる車速低下を実施するのに適正な減速開始位置を設定することができる。
・減速位置探索部は、減速制御前の車両100の車速が大きいほど車速低下量が大きくなるよう減速後の車速を設定する。上記構成により、低速走行時において、減速制御により車速が下がり過ぎることを抑制し、ドライバビリィティの低下を抑制することができる。
・充電率制御部は、減速制御を行う前に、車両100を加速させる加速制御を行う。上記構成により、減速前に車速を増加させることができるため、車両100が低速度で走行している場合でも車速低下量を確保することができる。また、減速制御による車速の下がり過ぎを防止することができるため、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
・充電率制御部は、加速制御前の車両100の車速が大きいほど加速制御における車速増加量を大きくする。上記構成により、加速制御によって車両が加速することによる運転者等の違和感を軽減することができる。
・充電率制御部は、車両100がクルーズコントロール状態(定速制御状態)である場合に、減速制御を実施する。上記構成により、設定速度に基づく定速制御の状態下において、運転者に違和感を覚えさせない範囲で車両の速度制御を実施することができる。
(第2実施形態)
この第2実施形態では、下り坂において回生を実施する構成は第1実施形態と同じであるが、回生を実施する下り坂の一部の区間において車両100を加速させる下り坂加速制御を実施する構成が第1実施形態と異なる。
図10は、第2実施形態における回生に伴う処理を説明する図である。図10(a)は、車両100の走行経路とこの走行経路の勾配とを示す図である。図10(b)は、目標車速の変化を説明する図である。図10(c)は、バッテリ40の充電率SOCの変化を説明する図である。図10(d)は、車両100の駆動力の変化を説明する図である。
この第2実施形態においても図10(a)〜(d)に示すように、車両100は、所定の条件に該当する下り坂において、回生を行う。この実施形態においても、ACCECU54により、回生を行う条件に適合する下り坂の探索がなされ、車両100がこの下り坂に到達すると、回生が開始される。また、図10に示す走行制御においても、回生を実施する前に減速制御を実施している。なお、この第2実施形態においても、減速制御の前に加速制御を実施してもよい。
また、回生を行う下り坂の一部の区間において、車両100は車速を加速させる下り坂加速制御を行う。下り坂加速制御では、下り坂の一部の区間においてエンジン出力を駆動力に使用することなく、下り坂走行における位置エネルギーの一部を車両の運動エネルギーに変換することで、車両100を加速させる(図10(b),(d))。その結果、回生に伴う損失を低減するとともに、車両100の運動エネルギーを高めることで、下り坂走行における車両のエネルギー効率を高める。
次に、図10で示した車両100の走行制御を行うための車両制御装置50の具体的な処理を、図を用いて説明する。図11は、車両100の走行計画を設定する際の処理を説明するフローチャートである。図11に示す走行計画は、例えば、車両がクルーズコントロールモードである場合に実施される。
ステップS31では、走行計画に必要な地理情報を取得する。ステップS31においても、ステップS11と同様、地理情報は運転者等がナビゲーション装置60により選択した走行経路に則して取得される。
ステップS32では、回生の条件に適合する下り坂を探索する。このステップS32においても、図3のステップS12と同様の処理が行われる。該当する下り坂が検出された場合(ステップS32:YES)、ステップS33に進む。一方、該当する下り坂が検出されなければ(ステップS32:NO)、走行計画処理を終了する。
ステップS33では、ステップS32で検出された下り坂の曲率を判定する。下り坂の曲率が大きい場合、車両100の速度が変化すると、運転者が違和感を覚える恐れがある。そのため、下り坂の曲率が予め定められた閾値Tαより大きい場合(ステップS33:NO)、ACCECU54は走行計画を終了する。その結果、車両100において減速制御は実施されない。HVECU53がステップS33の処理を実施することで、曲率取得部が実現される。
下り坂の曲率が予め定められた閾値Tαより小さい場合(ステップS33:YES)、ACCECU54はステップS34に進む。ステップS34では、回生を行う下り坂の勾配開始位置Ddを取得する。
ステップS35では、充電率SOCの低下が可能か否かを判定する。充電率SOCの低下が可能であれば、減速制御をONし(ステップS36)、減速制御が不可能であれば、減速制御をOFFする(ステップS37)。充電率SOCが可能か否かの判定は、下り坂を走行する車両100のエネルギー効率に基づいて行われる。具体的には、車両100が減速制御を含む回生を実施しつつ下り坂を走行した場合の車速が、下り坂走行前の車速よりも遅い場合、ACCECU54は、充電率SOCの低下が不可能と判定する。
図12は、ステップS35における処理を詳細に示すフローチャートである。また、図13は、ステップS35における減速制御の実施の有無を判定する処理を説明する図である。図12においても、ステップS351〜S353までの処理は、図4のステップS141〜S143の処理と同様の処理とすることができる。
まず、ステップS351では、減速制御における目標車速V1を設定する。次に、ステップS352では、減速制御における駆動力上限値MDを設定する。また、ステップS353では、ステップS351で取得された目標車速とステップS352で取得された駆動力上限値MDとに基づいて、減速開始位置Dcを算出する。
ステップS354では、回生が実施される下り坂の勾配情報を取得する。例えば、ACCECU54は、下り坂の勾配情報として、勾配角度と、勾配距離とを取得する。
ステップS355では、減速制御を実施して下り坂の走行を終了したと仮定した場合の車両100の推定車速Veを算出する。推定車速Veは、減速制御を実施した状態で下り坂を走行した場合に、この下り坂の終点での車両100の速度を示す。例えば、ACCECU54は、検出された下り坂を車両100が走行することで得られる位置エネルギーと、減速制御時における車両100の目標車速V1及び車両100の重量とを用いて推定車速Veを算出する。
ステップS356では、推定車速Veと車両の現在の速度Vpとを比較する。図13(a),(b)に示すように、算出された推定車速(Ve1)が現在の速度Vp以上であれば、減速制御を実施しても下り坂走行における位置エネルギーを下り坂加速制御に用いることで、車両100の速度を復帰させることができる。そのため、ACCECU54は、ステップS357に進み、充電率SOCの低下が可能であると判定する。一方、算出された推定車速(Ve2)が現在の速度Vp未満であれば、減速制御を実施すると下り坂走行における位置エネルギーにより車両100の速度を復帰させることができない。そのため、ACCECU54は、ステップS358に進み、充電率SOCの低下が不可能であると判定する。
図11に戻り、充電率SOCの低下が可能である場合(ステップS35:YES)、ステップS36では、減速制御をONとする。そのため、ステップS37では、減速開始位置Dcを取得する。ステップS37で取得される減速開始位置Dcは、例えば、ステップS353で算出された値を用いることができる。減速制御をONにすることで、車両100は回生が実施される下り坂より前に、車速を減速させてバッテリの充電率SOCを低下させる。
充電率SOCの低下が不可能である場合(ステップS35:NO)、ステップS38では、減速制御をOFFとする。即ち、減速制御による回生効率の向上よりも、下り坂走行におけるエネルギー効率の向上を優先することになる。
次に、第2実施形態における走行計画により取得された位置(Dd,Dc)をもとに、車両100の回生時における処理を説明する。図14は、車両100の走行制御を説明するフローチャートである。図14に示す処理においても、ステップS41,S42,S44,S47,S48の処理は、図6で示した各処理と同様の処理とすることができる。HVECU43が図14のステップS44の処理を実施することで回生制御部が実現され、ステップS43、ステップS43の処理を実施することで下り坂加速制御部が実現される。
ステップS41では、現在の車両位置Dpを取得する。ステップS42では、回生を実施する下り坂の勾配開始位置Ddに達したか否かを判定する。車両100が勾配開始位置Ddに達していない場合(ステップS42:NO)、ステップS45では、減速制御がONに設定されているか否かを判定する。減速制御がONに設定されていない場合(ステップS45:NO)、ステップS48では、目標車速をV0に設定する。
また、減速制御がONに設定されている場合(ステップS45:YES)、ステップS46では、車両100が減速開始位置Dcに達しているか否かを判定する。車両100が減速開始位置Dcに達していなければ(ステップS46:NO)、ステップS48では、目標車速をV0に設定する。
車両100が減速開始位置Dcに達している場合(ステップS46:YES)、ステップS47では、減速制御を実施する。減速制御では、HVECU53は、EV走行モードにより車両100を車速(V1)まで減速させて、バッテリ40の充電率SOCを低下させる。
車両100が下り坂の勾配開始位置Ddに到達している場合(ステップS42:YES)、ステップS43では、下り坂加速制御を実施する。この下り坂加速制御において、下り坂走行の一部の区間において、回生を実施することなく車両100を加速させる。
図15は、ステップS43において実施される下り坂加速制御を示すフローチャートである。
ステップS431では、目標車速V4を設定する。目標車速V4は、下り坂加速制御において車両100が到達することができる車速の上限値を示している。例えば、HVECU43は、クルーズコントロールで設定されている車速増加量の範囲内で現在の車速Vp(又は減速制御後の車速)に増加速度を設定することで目標車速V4を設定する。
ステップS432では、エンジン出力の伝達を切り離す。例えば、HVECU53は、クラッチ33にエンジン31とモータ32の接続を切り離すよう命令する。そのため、クラッチ33は、開状態となりエンジン31の駆動力への関与を解除する。
ステップS433では、エンジン31を停止させる。例えば、HVECU53は、エンジンECU51に対してエンジン31を停止するよう命令する。エンジンECU51はこの命令を受けてエンジン31の内燃運動を停止させる。
ステップS434では、車両100の加速度を監視する。車両100の下り坂走行中に、位置エネルギーにより加速度が増加すると、運転者等に違和感を覚えさせる恐れがある。そのため、加速度が閾値Ta以上であれば(ステップS434:YES)、ステップS435では、車両100を減速させる負トルク制御を実施する。この負トルク制御では、HVECU53は、モータECU54に、モータ32のロータの回転方向と逆方向のトルクを生じさせるよう命令する。モータECU54はこの命令を受けて、負のトルクが生じるようステータを印加する。
ステップS436では、車両100が回生を開始できる条件となったか否かを判定する。回生を開始できる条件は、例えば、下り坂において車両100が予め定められた距離を走行した場合等である。車両100が回生を開始できる状態になければ(ステップS436:NO)、HVECU53は、ステップS434に戻り、加速度の監視を継続する。一方、車両100が回生を開始できる状態であれば(ステップS436:YES)、下り坂加速制御に係る処理を終了する。
図14に戻り、ステップS44では、回生を実施する。回生により、モータ32が発電した電力は、インバータユニット39を介してバッテリ40に供給され、バッテリ40が充電される。
ここで、下り坂加速制御を下り坂の勾配開始地点から実施することは一例に過ぎない。これ以外にも、下り坂走行中に、下り坂加速制御を複数回に分けて行うものであっても良い。また、下り坂加速制御を回生の後に実施するものであってもよい。
下り坂加速制御において、車両100がナビゲーション装置60を備えていることは必須の構成ではない。例えば、車両100が不図示の勾配検出センサを備え、HVECU53がこの勾配検出センサからの出力により車両100が下り坂を走行していることを判定することで、下り坂加速制御と回生とを実施する構成としてもよい。この場合、図14のステップS41においてHVECU53が勾配検出センサからの出力により下り坂の勾配開始位置を判定すると、一連の処理(ステップS42〜S48)を実施する。また、減速開始位置Dcの検出は、このステップS43内において実施される。
以上説明したように、この第2実施形態では、車両100は、回生を行う下り坂の一部の区間において、下り坂加速制御により加速する。この下り坂加速制御では、下り坂の一部の区間において、車両100にエンジン出力を駆動出力として使用させず、且つ回生を伴わない走行をさせる。即ち、この一部の区間において、下り坂の位置エネルギーから運動エネルギーへの直接的な変換がなされる。その結果、車両100が下り坂を走行する際の位置エネルギーを回生により電気エネルギーへ変換する割合を低くし、車両のエネルギー効率を向上させることができる。
・車両100はエンジン出力の駆動力への伝達を切り替えるクラッチ33(伝達切替え部)を有し、下り坂加速制御部は、下り坂加速制御において、伝達切替え部にエンジン出力の伝達を切り離させる。上記構成により、下り坂加速制御において、エンジンブレーキ等による損失を低減することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
・下り坂加速制御部は、下り坂加速制御において、エンジンの駆動を停止させる。上記構成により、下り坂加速制御において、低負荷時におけるエンジンの燃費悪化を抑制でき、エネルギー効率を向上させることができる。
・下り坂加速制御部は、下り坂加速制御において、車両100の加速度が閾値以上と成る場合、モータ32に負のトルクを生じさせる。上記構成により、車両100の加速に伴う運転者等の違和感を抑制することができる。
・ナビゲーション装置60から供給される地理情報に基づいて、下り坂の曲率を取得する曲率取得部を有し、下り坂加速制御部は、曲率が閾値以上である場合、下り坂加速制御を実施しない。上記構成により、曲率が大きい下り坂では下り坂加速制御を行わないため、運転者等の違和感を抑制することができる。
・下り坂加速制御を実施する前に、車速を減少させてバッテリ40の充電率を低下させる減速制御を実施する充電率制御部(S47)を有する。上記構成により、所定の速度まで低下させた後、車両を加速させることができるため、下り坂加速制御に伴う車速の極端な増加を抑制することができる。
・下り坂加速制御部は、車両が定速走行状態である場合に、前記下り坂加速制御を実施する。上記構成により、設定速度に基づく定速制御の状態下において、運転者に違和感を覚えさせない範囲で車両の速度制御を実施することができる。
(第3実施形態)
減速開始位置Dcを目標車速V1に基づいて設定することは一例に過ぎない。例えば、充電率SOCの低下目標値に基づいて設定してもよい。図16は、第3実施形態において、減速開始位置Dcの設定を示すフローチャートである。図16に示すフローチャートは、例えば、図3のステップS14で用いられる処理である。また、図17は、充電率SOCの低下目標値(SOC低下目標値)と、下り坂の勾配開始位置Ddから減速開始位置Dcまでの距離(2点間距離)Lとの関係を示す図である。
図16において、ステップS144では、SOC低下目標値を設定する。SOC低下目標値は、図9(b)で示したのと同様、閾値SaからSbの範囲内において設定される。
ステップS145では、駆動力上限値MDを設定する。駆動力上限値MDは、第1実施形態と同様、車両100がEV走行を行う駆動力の範囲で設定される。
ステップS146では、ステップS144で取得されたSOC低下目標値に基づいて、減速開始位置Dcを取得する。このとき、ACCECU54は、SOC低下目標値が増加するに従い、2点間距離Lが増加する関係と成るよう、減速開始位置Dcを設定する。
例えば、ACCECU54は、図17に示されるSOC低下目標値と2点間距離Lとの関係を規定したマップを備えている。このマップは、ステップS145で設定された駆動力上限値MDに応じて、SOC低下目標値と2点間距離との関係が規定されている。そのため、駆動力上限値MDが大きいほど、SOC低下目標値が同じでも2点間距離Lが短くなる。逆に、駆動力上限値MDが小さいほど、SOC低下目標値が同じでも2点間距離Lが長くなる。
以上説明したようにこの第3実施形態では、減速制御における減速開始位置Dcをバッテリ40の充電率SOCの低下目標値に応じて設定するため、減速制御における意図する充電率SOCの低下を達成することができる。
(第4実施形態)
上述した第1〜第3実施形態において、下り坂を走行する前に減速制御を1回だけ行うことは一例に過ぎず、下り坂を走行する前に減速制御を複数回繰り返すものであってもよい。また、減速制御の実施前に加速制御を行う場合、下り坂の手前で加速制御と減速制御を複数回繰り返すものであってもよい。
図18は、第4実施形態に係る走行計画を説明するフローチャートである。この走行計画により取得された減速開始位置Dc及び加速開始位置Daは、例えば、図6に示す走行制御に使用される。
ステップS51では、地理情報を取得する。また、ステップS52では、回生を実施できる下り坂を探索する。ACCECU54は、現在の車両の位置から探索距離QD1の範囲で該当する下り坂を探索する。下り坂が検出された場合(ステップS52:YES)、ステップS53では、勾配開始位置Ddを取得する。
ステップS54では、加速開始位置及び減速開始位置を設定するための基準位置Ds(i)を取得する。基準位置Ds(i)は、加速開始位置Da(i)と減速開始位置Dc(i)の探索を行うための基準とする位置を設定する変数である。例えば、最初の探索においては、基準位置Ds(i)の値は、ステップS51で取得された下り坂の勾配開始位置Ddとなる。
ステップS55では、減速制御の開始位置である減速開始位置Dc(i)を取得する。ステップS56では、加速制御の開始位置である加速開始位置Da(i)を取得する。ステップS55,S56における位置の取得は、例えば、基準位置Ds(i)から探索距離QD2(QD2<QD1)の範囲で設定される。車両100が勾配開始位置Ddに達するまでに減速制御と加速制御とをN回(Nは1以上の整数)実施する走行計画では、探索距離QD2は、探索距離QD1をNで割った距離より短い距離となる。また、各位置の取得方法は上述した他の実施形態と同様の手法を用いることができる。
ステップS57では、車両100の位置が勾配開始位置Ddに到達しているか否かを判定する。勾配開始位置Ddでなければ(ステップS57:NO)、ステップS58では、車両100の位置がステップS56で取得した加速開始位置Da(i)に到達しているか否かを判定する。
車両100が加速開始位置Da(i)に到達していない場合(ステップS58:NO)、ステップS59では、探索対象を識別するカウンタiを加算する。カウンタiを加算(i+1)することで、ステップS54〜S56において、探索範囲がカウンタiで探索された範囲よりも車両100の進行方向の手前側に変更される。具体的には、基準位置Ds(i+1)にステップS58で取得した加速開始位置Da(i)を入力することで、更新後の基準位置Ds(i+1)を基準として、この基準位置Ds(i+1)よりも車両100の進行方向で手前側の減速開始位置Dc(i+1)と加速開始位置Da(i+1)とが探索される。なお、この実施形態においても、減速開始位置Dc(i+1)と加速開始位置Da(i+1)とは、基準位置Ds(i+1)から探索距離QD2の範囲で探索される。
車両100が加速開始位置Da(i)に到達している場合(ステップS58:YES)、ステップS60に進む。車両100が加速開始位置Da(i)に達しているため、HVECU53は加速制御を実施する必要がある。そのため、ステップS60では、まず、車両100の位置Dpを取得する。
ステップS61では、ステップS60で取得した車両位置Dpを用いて加速開始位置Da(i)を満たすカウンタiを探索する。例えば、ACCECU54は、ステップS54〜S59の一連の処理により更新されたカウンタiの内、Da(i)≦Dp<Ds(i)の関係を満たすカウンタiを探索する。
ステップS62では、ステップS61で探索されたカウンタiに基づいて、加速開始位置Da(i)と、減速開始位置Dc(i)を取得する。
そして、図18において設定された加速開始位置Da(i)と減速開始位置Dc(i)とを用いて、図6に示した車両100の走行制御が実施される。無論、図18に示す処理は、所定周期で繰り返し実施される。また、第2実施形態の別例として、加速制御を実施する場合、図18において設定された加速開始位置Da(i)と減速開始位置Dc(i)とを用いて、図14に示した車両100の走行制御が実施される。
以上説明したようにこの第4実施形態では、車両が下り坂に侵入する前に、加速制御と減速制御を複数回実施する。そのため、充電率SOCの低下を複数回に分けて実施することができ、下り坂を走行するまでの期間における充電率SOCの低下量を増加させることができる。
(その他の実施形態)
車両100の構成として、駆動軸においてエンジンとモータとを1つのクラッチで繋ぐ構成としたことは一例に過ぎない。車両100の構成としては、駆動軸においてエンジンとモータとを2つのクラッチで繋ぐ構成としてもよい。また、駆動力伝達機構として、クラッチではなく遊星ギアを用いた動力分割機構を用いるものであってもよい。この場合、車両100の構成は、駆動軸においてエンジンと2つのモータとを用い、動力分割機構により、それぞれエンジン出力とモータ出力とを取り出す構成としてもよい。さらに、車両100の構成として、エンジンとモータとを繋ぐ駆動力伝達機構を備えず、エンジンとモータとが出力軸を介して直結されている構成や、エンジンを前輪側の出力軸に繋ぎ、モータを後輪側の出力軸に繋ぐ構成であってもよい。
車両100が減速制御及び下り坂加速制御を実施するタイミングは、車両100がクルーズコントロールを実施している場合に限定されない。例えば、クルーズコントロール以外の車両100の走行時において、上述した減速制御や下り坂加速制御を実施するものであってもよい。
減速制御において目標車速V1を1つだけ設定するのではなく、減速制御が実施される走行経路において、目標車速V1に到達するまでの速度を複数段に設定するものであってもよい。上記構成により、減速制御における車速を段階的に低減させることで、運転者等に違和感を生じさせることなく車両100を減速させることができる。
31…エンジン、32…モータ、50…車両制御装置、60…ナビゲーション装置、100…車両

Claims (8)

  1. エンジン(31)と、蓄電池(40)から供給される電力により駆動するモータ(32)とを備え、少なくともエンジン出力及びモータ出力のいずれかを駆動力として使用する車両(100)を制御する車両制御装置(50)であって、
    下り坂において前記モータに回生を実施させる回生制御部(S44)と、
    前記回生が実施される前記下り坂の一部の区間において、前記車両に前記エンジン出力を駆動出力として使用させず、且つ前記モータの回生を伴わない加速走行をさせる下り坂加速制御を実施する下り坂加速制御部(S43)と、
    を有する車両制御装置。
  2. 前記車両は、前記エンジン出力の前記駆動力への伝達を切り替える伝達切替え部(33)を有し、
    前記下り坂加速制御部は、前記下り坂加速制御において、前記伝達切替え部に前記エンジン出力の伝達を切り離させる、請求項1に記載の車両制御装置。
  3. 前記下り坂加速制御部は、前記下り坂加速制御において、前記エンジンの駆動を停止させる、請求項1又は請求項2に記載の車両制御装置。
  4. 前記下り坂加速制御部は、前記下り坂加速制御において、前記車両の加速度が閾値以上と成る場合、前記モータに負のトルクを生じさせる、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  5. ナビゲーション装置(60)から供給される地理情報に基づいて、前記下り坂の曲率を取得する曲率取得部(S33)を有し、
    前記下り坂加速制御部は、前記曲率が閾値以上である場合、前記下り坂加速制御を実施しない、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  6. 前記下り坂加速制御を実施する前に、車速を減少させて前記蓄電池の充電率を低下させる減速制御を実施する充電率制御部(S47)を有する請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  7. 前記充電率制御部は、
    前記回生が実施される位置よりも手前の位置で、前記減速制御を行い、
    前記減速制御において、前記車両の駆動力を前記モータのみの出力を取り出す駆動力まで低下させて、車両を減速走行させる、請求項6に記載の車両制御装置。
  8. 前記下り坂加速制御部は、前記車両が車速を設定速度に制御する定速走行状態である場合に、前記下り坂加速制御を実施する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の車両制御装置。
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