JPH08331772A

JPH08331772A - 車載誘導機の制御装置

Info

Publication number: JPH08331772A
Application number: JP13138395A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Sasaki; 和也佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】モータ／ジェネレータシステムを備えトルク
アシスト及び回生制動を行う車両において、登坂路及び
降坂路に応じた制御を行う。【構成】ナビゲーションシステム１００で得られた標
高データを含む走行予定経路はモータ／ジェネレータを
有する回生システム２００に供給される。回生システム
２００の制御部２０２は、経路データに基づいて登坂路
では前記走行予定経路中の全登坂路に対するその登坂路
の勾配度に応じ、かつ、登坂路に続く所定値以上の勾配
を有する降坂路の直前で蓄積ユニット２１０の充電量が
ほぼ０となるように放出ユニット２１２（モータ出力
量）を制御する。また、走行予定経路内に勾配路以外の
平坦路が含まれている場合には、平坦路に続く降坂路で
蓄積ユニット２１０の最大充電量が超えないようにその
平坦路で放出ユニット２１２を機能させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車載誘導機の制御装置、
特に登坂路において誘導機をモータ（電動機）として機
能させてトルクアシストを行い、降坂路において誘導機
をジェネレータ（発電機）として機能させて回生制動を
行う制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、機関出力軸に誘導機を装着
し、この誘導機にバッテリやキャパシタなどの蓄電器を
接続し、誘導機をモータあるいはジェネレータとして機
能させるモータ／ジェネレータシステムあるいはリター
ダ装置といわれるシステムが提案されている。

【０００３】例えば、特開平６−２９４３６９号公報に
は、加速時や登坂路においてキャパシタから電力を供給
して誘導機をモータとして機能させてトルクアシストを
行い、減速時や降坂路において誘導機をジェネレータと
して機能させて回生制動を行いキャパシタを充電する構
成が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに一義的に登坂路では電力を供給してトルクアシスト
を行い、降坂路では電力を回生する構成では、必ずしも
効率の点で最適でない場合がある。車載キャパシタは小
型かつ軽量である必要があり、電力の供給と回生が適度
に交互に繰り返される場合にはほとんど問題は生じない
が、例えば長い登坂路あるいは長い降坂路が続く場合に
は、問題が生じる可能性がある。つまり、前者の場合に
は登坂路途中でキャパシタの電力が不十分となってトル
クアシストが充分に行えなくなる可能性があり、後者の
場合には、降坂路途中でキャパシタの最大充電量を超え
てしまい、本来回生して有効に利用できるはずのエネル
ギを利用できない可能性がある。

【０００５】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は走行経路によらず効率
良く電力の供給／回生を行い、もって燃費向上を図るこ
とができる車載誘導機の制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、機関駆動系に接続された誘導機及びこの
誘導機に接続され電力を供給あるいは蓄積する蓄電器を
備えた車両の走行状態に応じて前記誘導機をモータある
いはジェネレータとして機能させる車載誘導機の制御装
置であって、車両の走行予定経路の道路データを記憶す
る記憶手段と、前記走行予定経路中に存在する勾配路及
び勾配度を検索する勾配路検索手段と、検索して得られ
た勾配路の各勾配度に応じて前記誘導機のモータ出力量
及びジェネレータ出力量を算出する演算手段とを有する
ことを特徴する。

【０００７】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記演算手段は、前記勾配路が登坂路である場合に
は、前記走行予定経路中の全登坂路に対するその登坂路
の勾配度に応じ、かつ、前記登坂路に続く所定値以上の
勾配を有する降坂路の直前で前記蓄電器の充電量がほぼ
０となるように前記誘導機のモータ出力量を算出するこ
とを特徴とする。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
は、前記演算手段は、前記走行予定経路内に勾配路以外
の平坦路が含まれている場合には、平坦路に続く降坂路
で前記蓄電器の最大充電量が超えないようにその平坦路
での前記誘導機のモータ出力量を算出することを特徴と
する。

【０００９】また、上記目的を達成するために、本発明
は、さらに、車両の目的地における前記蓄電器の目標充
電量を設定する設定手段を有し、前記演算手段は、設定
された前記目標充電量に応じて前記誘導機のモータ出力
量及びジェネレータ出力量を算出することを特徴とす
る。

【００１０】

【作用】本発明では、従来システムのように登坂路では
放出（トルクアシスト）、降坂路では回収（回生制動）
を一義的に行うのではなく、走行予定経路に基づいて予
め放出／回収の制御スキームを決定し、これに基づいて
制御を実行する。すなわち、走行予定経路の勾配データ
（本発明では標高データを含む）に基づき、予め走行予
定経路に存在する登坂路や降坂路に合致した制御を行
う。これにより、登坂路の途中で蓄積エネルギが不足し
てトルクアシストができないなどの問題を解消すること
ができる。

【００１１】また、本発明では、このように走行予定経
路から総合的に放出／回収の制御スキームを決定するの
で、登坂路に続いてエネルギ回収可能な降坂路が存在す
る場合には、その登坂路で全ての蓄積エネルギをトルク
アシストに費やすことも可能となり、一層の燃費向上を
図ることができる。

【００１２】また、本発明では降坂路が長く続いて回収
エネルギが蓄積可能最大エネルギを超えると予想される
場合には、降坂路の手前に存在する平坦路で予めトルク
アシストを行って蓄積エネルギを消費し、降坂路におい
て最大蓄積エネルギを超えないようにする。これによ
り、平坦路でのトルクアシストも可能となって燃費向上
を図るとともに、従来システムでは最大蓄積量を超える
ため回収不能であったエネルギも回収して利用できるよ
うになる。

【００１３】さらに、本発明では車両の目的地での蓄電
残量が所望の値になるように制御スキームを決定する。
これにより、例えば目的地が谷間等で次の走行に備えて
予め十分な充電量を確保しておくことも可能となる。

【００１４】なお、本発明における制御スキームの具体
的な決定方法については、以下の実施例を参照すること
により明らかとなろう。

【００１５】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の実施例について
説明する。

【００１６】図１には本実施例の構成ブロック図が示さ
れている。車両にはナビゲーションシステム１００及び
回生システム２００が搭載される。回生システム２００
には、機関出力軸に装着される誘導機及びこの誘導機に
接続される蓄電器を含み、図では誘導機は回収ユニット
２０８及び放出ユニット２１２として示されており、蓄
電器は蓄積ユニット２１０として示されている。従っ
て、実際の装置では、回収ユニットと放出ユニットは一
体のものとして構成される。なお、誘導機をモータある
いはジェネレータとして機能させるインバータは回収ユ
ニット２０８及び放出ユニット２１２内に設けられてい
る。また、車速センサ１０、スロットル開度センサ１
２、シフト位置検出センサ１４、ブレーキスイッチ１６
及びエンジン回転数センサ１８の各センサが設けられ、
これらの検出信号は回生システム２００内の制御部２０
２に供給される。制御部２０２はマイクロコンピュータ
で構成され、これら各検出信号に基づいて回収ユニット
２０８を機能させて回生制動を行い、回生電力を蓄積ユ
ニットに供給するとともに、放出ユニットを機能させて
蓄積ユニットの電力を用いてトルクアシストを行う。基
本的な動作としては、機関始動時や加速時、登坂路にお
いては放出ユニットを機能させてトルクアシストを行
い、減速時や降坂路においては回収ユニットを機能させ
て回生制動を行う。

【００１７】また、回生システム２００は従来のように
単独で機能するのではなく、通信制御部２０４を介して
ナビゲーションシステム１００と接続されている。この
ナビゲーションシステム１００は、表示装置１０２、入
力装置１０４、通信制御部１０６、経路検索部１０８及
び地図データべース１１０を含んで構成されており、入
力装置１０４から入力された目的地や経由地に至る経路
を経路検索部１０８で探索して表示装置１０２に表示す
る。但し、本実施例の地図データベースは、各地点の位
置情報のみならずその地点の標高データも有しており、
経路検索部１０８で得られた経路データには、各地点の
位置情報のみならずその標高データも含まれている。通
信制御部１０６は、このように標高データを含む経路デ
ータを回生システム２００の通信制御部２０４に供給
し、回生システム２００の制御部２０２は、この経路デ
ータに基づいて回収ユニット２０８及び放出ユニット２
１２の動作を決定する。

【００１８】以下、図２のタイミングチャートを用いて
本実施例の回収／放出の制御原理を詳細に説明する。

【００１９】図２において、（Ａ）は経路データに含ま
れる標高データ、（Ｂ）は蓄積ユニット２１０に蓄積さ
れる蓄積量、（Ｃ）は回収ユニットを機能させたとき
（つまり誘導機をジェネレータとして機能させたとき）
の回収量、（Ｄ）は放出ユニットを機能させたとき（つ
まり誘導機をモータとして機能させたとき）の放出量、
（Ｅ）は経路データに含まれる位置データである。経路
データは、現在地から地点ａ１までは微小な平坦路及び
降坂路を含む登坂路であり、地点ａ１から地点ａ２まで
は降坂路、平坦路及び登坂路であり、地点ａ２から地点
ａ３までは降坂路及び登坂路であり、地点ａ３からａ４
までは降坂路、平坦路及び登坂路であり、地点ａ４から
最終地（目的地）までは降坂路及び平坦路である。な
お、図から分かるように、各地点ａ１、ａ２、ａ３、ａ
４は降坂路の開始点を意味している。

【００２０】＜登坂路＞これら各区間の登坂路において
は、基本的にトルクアシストを行うために制御部２０２
は放出ユニット２１２を機能させるが、その際、登坂路
の高低差に比例したトルクアシストを行う。すなわち、
各登坂路における高低差をＨx とし、登坂路の全高低差
をＨS とすると、各登坂路でのトルクアシスト量（放出
量）は、

【数１】ＡX ＝ｑ・Ｈx ／Ｈs ・・・（１）とする。但し、ｑは所定値である。これにより、運転者
の意思とは無関係に平均的で計画的なトルクアシストを
行うことができる。例えば、現在地から地点ａ１までは
ほぼ登坂路のみであるので、この区間は上記（１）式に
従って各登坂路のトルクアシスト量を決定し、放出ユニ
ットを駆動する。なお、登坂路を登り切った地点で蓄積
ユニット２１０にエネルギが蓄積されている必要はない
ので、図２（Ｂ）に示すように、地点ａ１に達した時に
エネルギ蓄積量は当初のＱs から０になっている。すな
わち、本実施例では、予め経路データから次の区間でエ
ネルギを回収できる降坂路が存在すると認識できるの
で、登坂路において蓄積ユニット２１０に蓄積されたエ
ネルギを全て使い切ることが可能で、効率的にトルクア
シストを行うことができる。

【００２１】＜降坂路＞一方、降坂路においては、基本
的にエネルギを回生するために制御部２０２は回収ユニ
ット２０８を機能させるが、その際、回収可能エネルギ
は、各降坂路の高低差をｈx とすると、

【数２】ｑx ＝ｋx ・ｈx ・・・（２）となる。但し、ｋx は回収エネルギ効率である。従っ
て、各地点ａ１、ａ２、・・を通過した後は、この
（２）式に従って回生制動を行い、エネルギを回収して
蓄積ユニット２１０に蓄積していく。しかし、降坂路が
十分長く続く場合には、回収したエネルギが蓄積ユニッ
ト２１０で蓄積できる最大量ｑmax を超える場合も生じ
得る。このような場合に対処する方法として、以下の２
つの方法がある。

【００２２】（ｉ）回収可能エネルギｑx が最大蓄積量
ｑmax を超える場合には、ｑx をｑmax に置き換え、以
降の降坂路におけるエネルギ回収を放棄する。

【００２３】（ｉｉ）回収可能なエネルギｑx が最大蓄
積量ｑmax を超えるのであれば、超える前の平坦路で予
めトルクアシストを行って蓄積量を減らしておき、全て
の降坂路でエネルギ回収を行う。

【００２４】図２にはこれら各方法によるエネルギ回収
が示されている。地点ａ１から地点ａ２に至る経路の降
坂路において、地点ｐで回収エネルギｑx が最大蓄積量
ｑmax に達する場合には、それ以降は回収ユニット２０
８を機能させない場合（図２（Ｂ）における（ｉ））、
及び地点ｐの手前に存在する平坦路ｗ１及びｗ２におい
て放出ユニット２１２を機能させて平坦路においてトル
クアシストを行い全ての降坂路においてエネルギ回収を
行う場合（図２（Ｂ）における（ｉｉ））である。上記
（ｉ）あるいは（ｉｉ）のいずれの方法も採用できる
が、（ｉｉ）の方が燃費向上の観点からは望ましい。

【００２５】このように、登坂路及び降坂路でそれぞれ
エネルギ放出及び回生を行い、降坂路が始まる各地点ａ
１，ａ２、・・でエネルギ蓄積量が０になるように経路
の各区間で処理を繰り返すが、最終目的地によっては、
その地点に到達した時点の蓄積ユニット２１０の蓄積量
を所定量に確保しておきたい場合も生じる。例えば、最
終目的地が谷間などの場合には、次に走行する場合には
登坂路でトルクアシストを行う可能性があり、そのため
に必要なエネルギを確保しておく必要がある。そこで、
本実施例では、上述の処理に加え、最終目的地で必要な
エネルギ蓄積量ＱE を得るために、最終目的地から経路
を逆にたどって、各降坂路での回収予定エネルギの総和
が最終蓄積残量ＱE 以上となる降坂路の開始地点ａｍを
算出する。すなわち、

【数３】 Σ（ｑn ＋ｑn-1 ＋・・・＋ｑm ）≧ＱE ・・・（３）となるａm を算出する。本実施例においては、最終の区
間であるａ４〜最終地の前半に降坂路があり、仮にこの
降坂路における回収予定エネルギが最終蓄積残量ＱE 以
上である場合には、ａm ＝ａ４となる。一方、この降坂
路における回収予定エネルギがＱE に達しない場合に
は、その前に存在する地点ａ3 がａm となり、ａm と最
終地との間ではたとえ登坂路であってもトルクアシスト
は行わず、回収のみを行う。これにより、最終地に達し
た後の次の走行も円滑に行うことが可能となる。

【００２６】図３及び図４には、上述した回収／放出制
御を決定するフローチャートが示されている。ＧＰＳ等
を用いて現在地を検索するとともに（Ｓ１）、現在の蓄
積エネルギ量ＱS を算出し（Ｓ１１）、制御部２０２に
供給する。そして、操作者が目的地と最終地における残
量ＱE を入力装置１０４から入力すると（Ｓ１０１）、
経路検索部１０８はこの目的地に至るまでの経路を公知
のダイキストラ法等を用いて探索し（Ｓ１０２）、探索
して得られた経路を評価する（Ｓ１０３）。具体的に
は、得られた経路を表示装置１０２上に表示して操作者
に提示し、この経路が許容できるか否かを判断すること
により行われる。操作者が許容できる経路である場合に
は、通信制御部１０６はそのデータを回生システム２０
０に送信する。また、地図データベースからその経路上
の各地点における標高データを取得し、回生システム２
００に送信する。回生システム２００の制御部２０２
は、受信した経路データ及び経路の標高データから、図
２（Ａ）に示すような経路の勾配地図を作成する（Ｓ１
０４）。勾配地図が作成された後、制御部２０２は経路
から降坂路のみを検索し（Ｓ１０５）、その高低差が所
定値以上あるか否かを判定する（Ｓ１０６）。この判定
処理は、高低差のほとんどない降坂路では回収できるエ
ネルギも微小であるため、制御上は降坂路とみなさない
ようにするためである。所定値以上の高低差を有し、あ
る程度回収エネルギが見込まれる降坂路を探索すると、
制御部２０２は、これら降坂路の開始地点を順にａ１、
ａ２、・・と決定する（Ｓ１０７）。

【００２７】降坂路の開始地点を決定した後、次に現在
地が最初の降坂路の開始地点ａ１か否かを判定する（Ｓ
１０８）。現在地が降坂路の開始地点でない、すなわち
走行を開始するとすぐに登坂路あるいは平坦路である場
合には、制御部２０２は（２）式に従って次の開始地点
ａ２までに存在する各降坂路での回収可能エネルギｑx
を算出する（Ｓ１０９）。そして、各降坂路での回収可
能エネルギｑx を最大蓄積量ｑmax と比較し（Ｓ１１
０）、超えない場合には得られるエネルギ量Ｑxをｑx
とし（Ｓ１１２）、超える場合にはＱx をｑmax とする
（Ｓ１１１）。一方、現在地が降坂路の開始地点である
場合、すなわち走行を開始するとすぐに降坂路である場
合には、現在の蓄積エネルギがＱs であるので、最初の
降坂路ではこのＱs に回収エネルギが加算されることに
なる。そこで、最初の降坂路における最大蓄積量ｑmax1
を

【数４】ｑmax1＝ｑmax −Ｑs ・・・（４）により算出した上で各降坂路での回収可能エネルギを算
出する（Ｓ１１３，Ｓ１１４）。そして、最初の降坂路
での回収可能エネルギｑ１がｑmax1を超えるか否かを判
定し（Ｓ１１４）、超えない場合にはＱ１をｑ１とし
（Ｓ１１５）、超える場合にはＱ１をｑmax1とする（Ｓ
１１６）。ｑ２以降については、Ｓ１１０以降の処理と
同様である。

【００２８】次に、制御部２０２は、Ｓ１０１にて入力
された最終値残量ＱE を確保するための地点ａm を決定
する処理に移行する。このため、まずパラメータＥを０
に初期化し、ｘを最終のｎとする（Ｓ２０１）。そし
て、Ｗに順次算出されたＱx を最終地側から加算してい
き、エネルギＥが最終地残量ＱE 以上となるか否かを判
定する（Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４）。エネルギＥ
がＱE を超えた場合にその時のＸの値をｍとしてａm を
決定する（Ｓ２０５）。

【００２９】最終目的地から経路を逆にたどって、各降
坂路での回収予定エネルギの総和が最終蓄積残量ＱE 以
上となる降坂路の開始地点ａm を決定した後、各区間の
登坂路及び平坦路を検索する（Ｓ２０６）。次に、登坂
路における高度差Ｈx を算出するとともに、その総和Ｈ
s ＝Ｈ1 ＋Ｈ2 ＋・・・＋Ｈp を算出する（Ｓ２０
７）。そして、Ｓ１０９にて算出された回収可能エネル
ギｑx と最大蓄積量ｑmaxを比較し、全ての降坂路で最
大蓄積量を超えない場合には、

【数５】Ａp ＝Ｑx ・Ｈp ／Ｈs ・・・（５）により各登坂路での放出量を決定し（Ｓ２０９）、最大
蓄積量を超える降坂路が存在する場合には、

【数６】Ａp ＝ｑx ・（Ｈp ＋α）／（Ｈs ＋α・ｐ）・・・（６）により登坂路での放出量を決定する（Ｓ２１０）。ここ
で、（６）式におけるαは平坦路で放出ユニット２１２
を機能させてトルクアシストを行うためのパラメータで
あり、例えば

【数７】 α＝｛（ｑx −ｑmax ）／ｑmax ｝・Ｈs ／ｐ・・・（７）で算出される。なお、（５）式にパラメータαがないこ
とから明らかなように、回収可能エネルギｑx が最大蓄
積量ｑmax を超えない場合には、平坦路でトルクアシス
トが行われることはない。

【００３０】現在地から地点ａm までの登坂路、降坂
路、平坦路での回収量／放出量が決定された後、最後の
区間である地点ａm から最終地までは、その区間に存在
する降坂路において回収ユニット２０８を機能させ、入
力されたＱE に相当するエネルギを回収し、蓄積ユニッ
ト２１０に蓄積する（Ｓ２１１）。

【００３１】このようにして各区間での放出／回収スキ
ームが決定されると、制御部２０２はその制御内容をメ
モリに格納しておき、ナビゲーションシステム１００か
ら得られた現在地と格納した制御内容を照合し、現在位
置に応じて放出／回収制御を実行していく。

【００３２】以上述べたように、本実施例では、経路探
索で得られた走行予定経路の標高データ（勾配データ）
に基づいて、最適のエネルギ効率が得られるように放出
／回収スキームを予め決定し、これに従って放出／回収
制御を行うので、登坂路の途中で蓄積ユニット（バッテ
リ）に蓄積されたエネルギがなくなり、トルクアシスト
が必要であるにもかかわらずトルクアシストができな
い、あるいは長い降坂路の途中で最大蓄積量をオーバし
てしまい、利用できるはずのエネルギを回収できないな
どの問題を解消することができる。

【００３３】以上の実施例では、車載のナビゲーション
システム内で車両の走行予定経路を求め、それに基づい
て車載誘導機を制御していたが、路側ビーコンを利用す
るシステムでは走行予定経路を路側で計算させ、それを
車両側に送信することで、車両の走行予定経路を入手す
るようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走行経路によらず効率良く電力の供給／回生を行うこと
ができ、従来システムに比べてより一層の燃費向上を図
ることができる。

【００３５】また、本発明は、走行予定経路の勾配デー
タを利用するものであり、従って、従来においては利用
率の低かった地図データに含まれる標高データを有効に
活用することができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成ブロック図である。

【図２】本発明の制御タイミングチャートである。

【図３】本発明の実施例の制御決定フローチャートで
ある。

【図４】本発明の実施例の制御決定フローチャートで
ある。

【符号の説明】

１００ナビゲーションシステム、２００回生システ
ム、２０２制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｋ 23/52 Ｈ０２Ｋ 23/52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関駆動系に接続された誘導機及びこの
誘導機に接続され電力を供給あるいは蓄積する蓄電器を
備えた車両の走行状態に応じて前記誘導機をモータある
いはジェネレータとして機能させる車載誘導機の制御装
置であって、車両の走行予定経路の道路データを記憶する記憶手段
と、前記走行予定経路中に存在する勾配路及び勾配度を検索
する勾配路検索手段と、検索して得られた勾配路の各勾配度に応じて前記誘導機
のモータ出力量及びジェネレータ出力量を算出する演算
手段と、を有することを特徴する車載誘導機の制御装置。
【請求項２】請求項１記載の車載誘導機の制御装置に
おいて、前記演算手段は、前記勾配路が登坂路である場合には、
前記走行予定経路中の全登坂路に対するその登坂路の勾
配度に応じ、かつ、前記登坂路に続く所定値以上の勾配
を有する降坂路の直前で前記蓄電器の充電量がほぼ０と
なるように前記誘導機のモータ出力量を算出することを
特徴とする車載誘導機の制御装置。
【請求項３】請求項１記載の車載誘導機の制御装置に
おいて、前記演算手段は、前記走行予定経路内に勾配路以外の平
坦路が含まれている場合には、平坦路に続く降坂路で前
記蓄電器の最大充電量が超えないようにその平坦路での
前記誘導機のモータ出力量を算出することを特徴とする
車載誘導機の制御装置。
【請求項４】請求項１または請求項２または請求項３
記載の車載誘導機の制御装置において、さらに、車両の目的地における前記蓄電器の目標充電量を設定す
る設定手段と、を有し、前記演算手段は、設定された前記目標充電量に
応じて前記誘導機のモータ出力量及びジェネレータ出力
量を算出することを特徴とする車載誘導機の制御装置。