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JP5332697B2 - ハイブリット車両の駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料および電力をエネルギー源とするハイブリット車両の駆動制御装置に関する。
近年、駆動源として、ガソリン等の燃料をエネルギーとする内燃機関(エンジン)と、リチウムイオン電池等のバッテリ(二次電池)からの電力によって駆動されるモータとを備えたハイブリット車両が実用化されている。
また、家庭用商用電源等の外部電源に接続して前記バッテリを充電可能な車載充電器を備えているハイブリット車両も知られており、このようなハイブリット車両においては、エンジン走行にともなう燃料コストの他にバッテリ走行にともなう充電電力コストがかかる。このため、ハイブリット車両のエネルギーコストを低減させるための制御として、例えば、特許文献1に記載の制御が知られている。
特許文献1に記載のハイブリット車両は、エンジン(内燃機関)の動力を用いて発電してバッテリ(蓄電装置)を充電する発電装置と、外部電源に接続してバッテリを充電する車載充電器(外部充電装置)を有している。そして、この発電装置でバッテリを充電するときの発電単価と車載充電器でバッテリを充電するときの電力単価とを比較して、エンジン駆動による発電装置の発電単価が車載充電器によるバッテリ充電時の電力単価よりも高い場合には、発電装置によるバッテリへの充電量を抑制するような制御を行う。これにより、この場合には相対的に低コストの車載充電器によるバッテリへの充電量を増やして、エネルギーコストの低減を図るようにしている。
特開2007−237792号公報
ところで、ハイブリット車両では、エンジンの駆動力で走行するときには燃料消費にともなって燃料コストがかかるので、前記特許文献1のようにバッテリに対する充電コストだけを考慮するだけでは、車両走行にともなうエネルギーコストの低減効果が小さい。
そこで、本発明は、エンジン走行にともなう燃料コストとバッテリ走行にともなう電力コストとを考慮して、車両走行時におけるエネルギーコストの低減効果を向上できるようにしたハイブリット車両の駆動制御装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために本発明のハイブリット車両の駆動制御装置は、駆動源としての、燃料をエネルギーとするエンジン及び電力をエネルギーとするモータと、前記モータに電力を供給するとともに、車外の外部電源から電力を充電可能なバッテリとを有し、前記エンジンを主駆動源とするエンジン走行又は前記モータの駆動によるモータ走行のいずれかに切替えて走行可能である。このハイブリット車両の駆動制御装置において、運転者の要求駆動力に基づいて、エンジン走行した場合における燃料消費量に応じた燃料コストを算出する燃料コスト算出手段と、運転者の要求駆動力に基づいて、モータ走行した場合における前記バッテリの放電量に応じた電力コストを算出する電力コスト算出手段と、前記燃料コスト算出手段と前記電力コスト算出手段でそれぞれ算出した燃料コストと電力コストを比較し、エネルギーコストの安い方の駆動源を選択して走行するように制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、車両走行中に前記燃料コスト算出手段と前記電力コスト算出手段でそれぞれ算出した燃料コストと電力コストの比較を行っており、車両走行中における運転者の要求駆動力に基づいて、エネルギーコストの安い方の駆動源を選択し、選択した駆動源に切替えて走行するように制御する
本発明に係るハイブリット車両の駆動制御装置によれば、運転者の要求駆動力に基づいて、エンジン走行した場合の燃料コストとモータ走行した場合の電力コストを算出して、エネルギーコストの安い方の駆動源(エンジン又はモータのいずれか一方)を選択し、選択した駆動源に切替えることができる。これにより、車両走行時においてエネルギーコストの安い方の駆動源を選択して走行することができるので、車両走行時におけるエネルギーコストの低減効果を向上させることが可能となる。
本発明の実施形態に係るハイブリット車両の駆動制御装置の全体構成を示す概略図。 本発明の実施形態に係るハイブリット車両の駆動制御装置の制御系を示す構成図。 コスト評価部の構成を示す図。 エンジン走行を行った場合の燃料コストの算出動作を示すフローチャート。 モータ走行を行った場合の電力コストの算出動作を示すフローチャート。 制御マップの一例を示す図。
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係るハイブリット車両の駆動制御装置の全体構成を示す概略図である。なお、本実施形態のハイブリット車両は、後輪駆動のFR車においてエンジンと変速機の中間にクラッチを介してモータジェネレータを配置した構成である。
(ハイブリット車両の駆動系の構成)
図1に示すように、本実施形態のハイブリット車両1の駆動系は、エンジン2と、エンジン出力軸に第1クラッチ3を介して締結・開放可能に連結されたモータジェネレータ(MG)4と、自動変速機(以下、「AT」という)5と、AT5とプロペラシャフト6を介して伝達される駆動力を左右の後輪7a,7bに伝達するデファレンシャルギア8、ドライブシャフト9a,9bを有している。
エンジン2は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、エンジン制御部10からの信号に基づいて運転制御が行われる。
第1クラッチ3は、エンジン2(エンジン出力軸)とモータジェネレータ4の間に介装されたクラッチであり、クラッチ制御部11からの信号に基づいてクラッチ油圧ユニット(不図示)により作り出された制御油圧により、締結・スリップ締結(半クラッチ状態)・開放が制御される。この第1クラッチ3としては、例えば、ダイアフラムスプリングによる付勢力にて完全締結を保ち、油圧アクチュエータを用いたストローク制御によりスリップ締結から完全開放までが制御されるノーマルクローズの乾式単板クラッチが用いられる。
モータジェネレータ4は、例えば交流同期モータであり、インバータ12を介して強電バッテリ(以下、「バッテリ」という)13が電気的に接続されている。インバータ12は、モータ制御部14からの信号に基づいて、モータジェネレータ4をモータ(電動機)あるいはジェネレータ(発電機)として機能させることで力行制御あるいは回生制御する。
即ち、このモータジェネレータ4は、駆動輪(後輪7a,7b)の駆動時にはバッテリ13からの電力の供給を受けて駆動力を発生するモータ(電動機)として機能し、また駆動輪(後輪7a,7b)から回転エネルギーをうける回生制動時にはジェネレータ(発電機)として機能して、インバータ12を介してバッテリ13を充電することができる。モータジェネレータ4のモータ軸は、ダンパーを介してAT5の変速機入力軸に連結されている。
AT5は、例えば、前進5速/後退1速等の有段階の変速段を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える有段変速機であり、AT制御部15からの信号に基づいて変速制御される。AT5の出力軸はプロペラシャフト6に連結されている。AT5内には、各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、トルク伝達経路に配置される最適なクラッチやブレーキを選択するための第2クラッチ16が設けられている。
第2クラッチ16は、クラッチ制御部11からの信号に基づいてクラッチ油圧ユニット(不図示)により作り出された制御油圧により、締結・スリップ締結・開放が制御される。この第2クラッチ16としては、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できるノーマルオープンの湿式多板クラッチや湿式多板ブレーキが用いられる。
バッテリ13は、リチウムイオン電池等の二次電池であり、モータジェネレータ4の駆動によるモータ走行時には駆動のための電力をインバータ12を介してモータジェネレータ4に供給するとともに、回生制動時にはモータジェネレータ4によって得られた電力をインバータ12を介して充電する。また、このバッテリ13には、外部電源に接続してこのバッテリ13を充電するための車載充電器17が電気的に接続されている。
このハイブリット車両1では、エンジン2の駆動によるエンジン走行とモータジェネレータ4の駆動によるモータ走行とを切り替えて走行することができる。エンジン走行時は、第1クラッチ3及び第2クラッチ16を締結して、モータジェネレータ4の駆動でエンジン2をクランキングし、始動したエンジン2の出力をモータジェネレータ4のモータ軸を介してAT5に入力する。なお、エンジン始動後はモータジェネレータ4の駆動を停止する。
また、モータ走行時は、第1クラッチ3を開放(第2クラッチ16は締結状態)して、バッテリ13からインバータ12を介して供給される電力でモータジェネレータ4を駆動し、モータジェネレータ4の出力をAT5に入力する。なお、モータ走行時はエンジン2を停止する。
(ハイブリット車両の制御系の構成)
図1、図2に示すように、本実施形態のハイブリット車両1の制御系は、前記したエンジン2を制御するエンジン制御部10、第1、第2クラッチ3、16を制御するクラッチ制御部11、インバータ12を介してモータジェネレータ4を制御するモータ制御部14、AT5を制御するAT制御部15、及びこれらの制御部を統合的に制御する統合コントローラ20を有している。
統合コントローラ20は、ハイブリット車両1の走行時においてエンジン2の出力で走行した場合の燃料コストと、モータジェネレータ4の出力で走行した場合の電力コストとを比較して、エネルギーコストの安い方の駆動源(エンジン2又はモータジェネレータ4のいずれか一方)を選択するコスト評価部21を有しており、選択したエネルギーコストの安い方の駆動源で走行するように、各制御部(エンジン制御部10、クラッチ制御部11、モータ制御部14、AT制御部15)を統合的に制御する(詳細は後述する)。
統合コントローラ20には、エンジン2の運転状態を検出するエンジン運転状態検出センサ部22、モータジェネレータ4の運転状態を検出するモータ運転状態検出センサ部23、運転者からの車両出力要求を検出する車両出力要求検出センサ部24、運転者からの車両制動要求(ブレーキペダル(不図示)のストローク量(踏込み量))を検出するブレーキストロークセンサ25、及びハイブリット車両1の車速を検出する車速センサ26などからそれぞれ出力されるセンサ情報が入力される。
また、統合コントローラ20にはナビゲーション装置27が接続されており、ナビゲーション装置27から統合コントローラ20に、所定の情報(自車両の現在位置データ、給油地点付近の地域での燃料価格(燃料単価)データ)、外部電源による充電地点付近の地域での電力価格(電力単価)データ)など)が入力される。地域ごとの燃料価格データ及び電力価格データは、地図情報とともに予めナビゲーション装置27内の記憶装置に記憶されている。なお、地域ごとの燃料価格(燃料単価)データ及び電力価格(電力単価)データは、例えば、ネットでダウンロードすることで最新のデータに更新することができる。
エンジン運転状態検出センサ部22は、図2に示すように、エンジン2のトルクを検出するエンジントルクセンサ30、エンジン2の回転数を検出するエンジン回転数センサ31、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ32、エンジン排気温度を検出する排温センサ33などを有している。
モータ運転状態検出センサ部23は、図2に示すように、モータジェネレータ4のトルクを検出するモータトルクセンサ34、モータジェネレータ4の回転数を検出するモータ回転数センサ35、バッテリ13のモータ運転時もしくは回生制動時におけるバッテリ電圧を測定する電圧センサ36を有している。
車両出力要求検出センサ部24部は、図2に示すように、アクセルペダル(不図示)のストローク量(踏込み量)を検出するアクセルセンサ37、AT5の変速段(例えば、前進5速のうちの任意のギヤ段)を検出するシフトセンサ38を有している。
コスト評価部21は、図3に示すように、エンジン2の出力によってエンジン走行した場合の燃料コストを算出する燃料コスト算出部39と、モータジェネレータ4の出力によってモータ走行した場合の電力コストを算出する電力コスト算出部40と、運転者の運転に応じた補正係数を算出する補正係数算出部41と、燃料コスト算出部39で算出した燃料コストと電力コスト算出部40で算出した電力コストとを比較して、エネルギーコストの安い方の駆動源(エンジン2又はモータジェネレータ4のいずれか一方)を選択する駆動源選択部42と、運転者の過去の車両運転時における運転データ(モータ走行頻度の度合い、回生制動頻度の度合い等)を記憶している運転データ記憶部43を有している。
補正係数算出部41は、運転者の過去の運転パターンから予測した補正係数を算出し、算出した補正係数を電力コスト算出部40で算出される電力コストに掛けて、電力コストを運転者の過去の運転パターンに応じて調整する。即ち、補正係数算出部41は、運転データ記憶部43から読み出した前記運転データから、運転者が過去にモータ走行頻度の度合いが大きくなるような運転をしていると判断した場合には、電力消費の増加を応じて電力コストを高くするような補正係数を設定し、また、運転者が過去に回生制動頻度の度合いが大きくなるような運転をしていると判断した場合には、バッテリ13の充電量の増加に応じて電力コストを安くするような補正係数を設定する。
次に、このハイブリット車両1の走行時(走行開始時を含む)において、燃料コスト算出部39によるエンジン走行を行った場合の燃料コストの算出動作と、電力コスト算出部40によるモータ走行を行った場合の電力コストの算出動作を、図4、図5にそれぞれ示すフローチャートを参照して説明する。
燃料コスト算出部39は、図4に示すように、アクセルセンサ37から入力されるアクセル開度情報と車速センサ26から入力される車速情報等に基づいて、ハイブリット車両1の要求駆動力(必要車両駆動力)を算出する(ステップS1)。そして、記憶部(不図示)に記憶されている制御マップに基づいて、算出したこの要求駆動力の等出力線上で最良燃費率となるように最適なAT4の変速段を選択する(ステップS2)。そして、ステップS1で算出した要求駆動力の等出力線上で、ステップS2で選択した最適な変速段でのエンジン2のエンジン回転数及びエンジントルクを算出する(ステップS3)。
即ち、図6に示した制御マップの一例において、Sはエンジン燃費率マップ(エンジン燃費率等高線)、Pは要求駆動力の等出力線である。また、等出力線P上のP1は、現在の走行時の変速段での要求駆動力を満足するエンジン回転数及びエンジントルクの位置であり、等出力線P上のP2は、最良燃費率となるように最適なAT4の変速段を選択したときのエンジン回転数及びエンジントルクの位置である。ステップS2、S3では、等出力線P上のP2での最良燃費率となるように最適なAT4の変速段の選択と、エンジン回転数及びエンジントルクの算出を行う。
そして、ステップS3で算出したエンジン回転数及びエンジントルク、水温検出センサ32から入力される冷却水温情報、排温検出センサ33から入力される排温情報等に基づいて、この走行時のエンジン駆動効率ηeを算出する(ステップS4)。
そして、ステップS2で選択した変速段、ステップS3で算出したエンジン回転数及びエンジントルク、ステップS4で算出したエンジン駆動効率、アクセルセンサ37から入力されるアクセル開度情報、車速センサ26から入力される車速情報、及び記憶部(不図示)に記憶している駆動輪(後輪7a,7b)の有効タイヤ径情報等に基づいて、この走行時のエンジン燃費率f1を算出する(ステップS5)。
そして、ステップS5で算出したエンジン燃費率f1に、ナビゲーション装置27から入力される給油地点付近の地域での燃料単価A(リッターあたりの単価(円/l))データ、記憶部(不図示)に記憶されている自車両に使用される燃料の燃料比重B(l/g)データを取り込み、エンジン燃費率f1に燃料単価Aと燃料比重Bを掛けて(f1×A×B)、エンジン走行時の燃料コストを算出する(ステップS6)。
一方、電力コスト算出部40は、図5に示すように、アクセルセンサ37から入力されるアクセル開度情報と車速センサ26から入力される車速情報等に基づいて、ハイブリット車両1の要求駆動力(必要車両駆動力)を算出する(ステップS11)。そして、記憶部(不図示)に記憶されている制御マップに基づいて、算出したこの要求駆動力の等出力線上で最良燃費率となるように最適なAT5の変速段(例えば、前進5速のうちの任意のギヤ段)を選択する(ステップS12)。
そして、ステップS11で算出した要求駆動力の等出力線上で、ステップS12で選択した最適な変速段でのモータジェネレータ4のモータ回転数及びモータトルクを算出する(ステップS13)。そして、ステップS13で算出したモータ回転数及びモータトルク、電圧センサ36から入力されるバッテリ電圧情報等に基づいて、この走行時のモータ駆動効率ηmを算出する(ステップS14)。
そして、ステップS12で選択した変速段、ステップS13で算出したモータ回転数及びモータトルク、ステップS14で算出したモータ駆動効率、アクセルセンサ37から入力されるアクセル開度情報、車速センサ26から入力される車速情報、および記憶部(不図示)に記憶している駆動輪(後輪7a,7b)の有効タイヤ径情報等に基づいて、モータ電費(kwh)f2を算出する(ステップS15)。
そして、ステップS15で算出したモータ電費f2に、ナビゲーション装置27から入力され外部電源による充電地点付近の地域での電力単価C(kwhあたりの単価(円/kwh))と、補正係数算出部41から入力される補正係数Dを掛けて(f2×C×D)、モータ走行時の電力コストを算出する(ステップS16)。この補正係数Dは、前記したように、電力コスト算出部40で算出される電力コストに対して、運転者の運転パターンに基づいて補正するため係数であり、モータ走行頻度の度合いが大きいほど補正係数Dの値を大きくし、また、回生制動頻度の度合い大きいほど補正係数Dの値を小さくする。
なお、前記電力単価Cは、車載充電器17を介して外部電源(例えば、家庭用商用電源など)からバッテリ13に電力を充電するときのkwhあたりの単価である。
上記のように、エンジン走行した場合の燃料コスト及びモータ走行した場合の電力コストが算出されると、駆動源選択部42は、これらのコスト情報を取り込んで比較し、エネルギーコストの安い方の駆動源(エンジン2又はモータジェネレータ4のいずれか一方)を選択する。そして、統合コントローラ20は、駆動源選択部42で選択した一方の駆動源で車両走行するように、エンジン制御部10、クラッチ制御部11、モータ制御部14、AT制御部15に所定の制御信号を出力する。
例えば、駆動源選択部42でのエネルギーコストの比較により、燃料コストの方が電力コストよりも安いと判定して、駆動源としてエンジン2を選択した場合、エンジン2の駆動でエンジン走行を行うように、統合コントローラ20からエンジン制御部10、クラッチ制御部11、モータ制御部14、AT制御部15に所定の制御信号が出力される。
これにより、現在モータジェネレータ4の駆動によるモータ走行中の場合には、クラッチ制御部11の制御により第1クラッチ3を締結状態にし、エンジン2をクランキングしてエンジン始動する。そして、AT制御部15の制御により図4のステップS2で選択した最適な変速段にAT5を変速する。更に、エンジン制御部10の制御により図4のステップS3で算出されたエンジン回転数、エンジントルクでエンジン2を駆動する。これにより、エンジン2の出力で駆動輪(後輪7a,7b)が駆動される。なお、エンジン2の駆動後は、モータ制御部14の制御によりモータジェネレータ4への電力供給が停止され、モータジェネレータ4のモータ軸は第1クラッチ3を介して伝達されるエンジン駆動力によって一体に回転する。
また、駆動源選択部42でのエネルギーコストの比較により、電力コストの方が燃料コストよりも安いと判定して、駆動源としてモータジェネレータ4を選択した場合、モータジェネレータ4の駆動でモータ走行を行うように、統合コントローラ20からエンジン制御部10、クラッチ制御部10、モータ制御部14、AT制御部15に所定の制御信号が出力される。
これにより、現在エンジン2の駆動によるエンジン走行中の場合には、クラッチ制御部11の制御により第1クラッチ3を開放状態にし、モータ制御部14の制御によりバッテリ13からインバータ12を介してモータジェネレータ4に所定の電力を供給して、AT制御部15の制御により図5のステップS12で選択した最適な変速段にAT5を変速する。更に、図5のステップS13で算出されたモータ回転数、モータトルクでモータジェネレータ4を駆動する。これにより、モータジェネレータ4の出力で駆動輪(後輪7a,7b)が駆動される。
なお、モータジェネレータ4によるモータ走行時にはエンジン2は停止されるが、バッテリ14の充電量が所定の閾値よりも低下した場合には、一時的に上記したエンジン2の駆動による走行に切替え制御される。
このように、本実施形態に係るハイブリット車両の駆動制御装置によれば、運転者の要求駆動力に基づいて、エンジン走行した場合における燃料コストとモータ走行した場合における電力コストを算出して、エネルギーコストの安い方の駆動源(エンジン2又はモータジェネレータ4のいずれか一方)を選択し、選択した駆動源に切替えて走行することができる。これにより、車両走行時においてエネルギーコストの安い方の駆動源を選択して走行することができるので、車両走行時におけるエネルギーコストの低減効果を向上させることが可能となる。
また、燃料単価や電力単価が地域によって異なる場合でも、燃料給油地点付近の地域での燃料単価データ、及び電力充電地点付近の地域での電力単価データをナビエーション装置27より取込むことができる。これにより、エネルギーコストの安い方の駆動源を選択する際に、燃料給油地点付近の地域での燃料単価、及び電力充電地点付近の地域での電力単価を加味することができるので、走行時におけるエネルギーコストの安い方の駆動源を精度よく選択することができる。
更に、モータ走行による電力コストを算出する際に、運転者の過去の運転パターンに基づいた補正係数で補正することができるので、モータ走行による電力コストをより精度よく算出することができる。これにより、エネルギーコストの安い方の駆動源をより精度よく選択することが可能となる。
なお、前記実施形態では、ナビエーション装置27から燃料価格データと電力価格データを取込む構成であったが、これ以外にも、例えば、給油時や充電時における燃料価格データや電力価格データを、運転者が入力装置を操作して入力する構成でもよい。
前記実施形態では、FR駆動方式のハイブリット車両の駆動制御装置の例であったが、これ以外にも、例えば、FF駆動方式や四輪駆動方式のハイブリット車両の駆動制御装置においても同様に、本発明を適用することができる。
1 ハイブリット車両
2 エンジン
3 第1クラッチ
4 モータジェネレータ(モータ)
5 AT
10 エンジン制御部
11 クラッチ制御部
12 インバータ
13 バッテリ
14 モータ制御部
15 AT制御部
16 第2クラッチ
20 統合コントローラ(制御手段)
21 コスト評価部
27 ナビエーション装置(燃料価格データ取込み手段、電力価格データ取込み手段)
39 燃料コスト算出部(燃料コスト算出手段)
40 電力コスト算出部(電力コスト算出手段)
41 補正係数算出部(補正係数算出手段)
42 駆動源選択部(制御手段)
43 運転データ記憶部(記憶手段)

Claims (3)

  1. 駆動源としての、燃料をエネルギーとするエンジン及び電力をエネルギーとするモータと、前記モータに電力を供給するとともに、車外の外部電源から電力を充電可能なバッテリとを有し、前記エンジンを主駆動源とするエンジン走行又は前記モータの駆動によるモータ走行に切替えて走行可能なハイブリット車両の駆動制御装置であって、
    運転者の要求駆動力に基づいて、エンジン走行した場合における燃料消費量に応じた燃料コストを算出する燃料コスト算出手段と、
    運転者の要求駆動力に基づいて、モータ走行した場合における前記バッテリの放電量に応じた電力コストを算出する電力コスト算出手段と、
    前記燃料コスト算出手段と前記電力コスト算出手段でそれぞれ算出した燃料コストと電力コストを比較し、エネルギーコストの安い方の駆動源を選択して走行するように制御する制御手段と、を備え
    前記制御手段は、車両走行中に前記燃料コスト算出手段と前記電力コスト算出手段でそれぞれ算出した燃料コストと電力コストの比較を行っており、車両走行中における運転者の要求駆動力に基づいて、エネルギーコストの安い方の駆動源を選択し、選択した駆動源に切替えて走行するように制御することを特徴とするハイブリット車両の駆動制御装置。
  2. 自車両の燃料を給油した給油地点付近の地域での燃料価格データを取込む燃料価格データ取込み手段と、外部電源から前記バッテリに充電した充電地点付近の地域での電力価格データを取込む電力価格データ取込み手段とを更に有し、
    前記燃料コスト算出手段は、前記燃料価格データ取込み手段から入力される燃料価格を加味してエンジン走行時の燃料コストを算出し、前記電力コスト算出手段は、前記電力価格データ取込み手段から入力される電力価格を加味してモータ走行時の電力コストを算出することを特徴とする請求項1に記載のハイブリット車両の駆動制御装置。
  3. 運転者の過去の車両運転時におけるモータ走行の頻度度合いデータ、回生制動の頻度度合いデータを少なくとも含む運転データを記憶した記憶手段と、前記記憶手段から読み出した前記運転データに基づいて、前記電力コスト算出手段で算出される電力コストを補正するための補正係数を算出する補正係数算出手段とを更に有し、
    前記バッテリは回生制動時に前記モータから電力を充電可能であることを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリット車両の駆動制御装置。
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