JP2010280363A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の加速走行時において、車両が下り勾配を走行すると、燃料消費量の少ない走行を行うことができる。
【解決手段】内燃機関１０を作動状態にして、機関出力のうち駆動輪９４に伝達される駆動動力により車両１が駆動されて加速して走行する加速走行と、内燃機関１０を非作動状態にして、慣性力により車両１が惰性で走行する惰性走行とを、予め設定された車速域Ｒ内において交互に繰り返し行って走行する加速惰性走行を車両１に行わせる。ＨＶＥＣＵ１００は、前記加速走行中において、前記車両１が路面勾配が下り勾配の路面を走行すると、現車速ＶＲから前記設定された車速域Ｒの上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合の加速時燃料消費量Ｆ１に基づいて、前記加速走行の維持、または、前記惰性走行への切り替えのいずれかを選択することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原動機として内燃機関を備え、車両走行中に内燃機関の作動を停止可能な車両の制御技術に関し、特に予め設定された目標車速に従って車両を走行させる走行制御技術に関する。

自動車等の原動機として内燃機関を備えた車両においては、近年、クルーズコントロール等、車両の走行速度（以下、単に「車速」と記す）が、予め設定された車両速度の目標値（以下、目標車速と記す）に従って、原動機が出力する機械的動力等を自動的に調整する制御技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、下記の特許文献１には、原動機として内燃機関とモータジェネレータ（以下、単に「モータ」と記す）とを備え、車両走行中に内燃機関の作動を停止可能なハイブリッド車両において、原動機からの機械的動力により駆動力を発生させた加速走行と、原動機に機械的動力を出力させることなく車両の慣性力により惰性で車両を走行させる、いわゆるコーストダウン（coast down：以下、「惰性走行」と記す）とを交互に行うことで、予め設定された目標車速に従って車両を走行させる走行制御技術が開示されている。

特許文献１の走行制御技術においては、運転者により燃料消費の抑制を優先する車両走行が選択されている場合には、原動機として内燃機関を作動させたエンジン走行による加速走行と、上述の惰性走行とを交互に行うことで、燃料消費を抑制することが提案されている。

特開２００７−１８７０９０号公報 特開２００７−２９１９１９号公報

ところで、上述のように原動機として内燃機関を備え、車両走行中に内燃機関の作動を停止可能な車両において、内燃機関を始動させ、原動機として作動させた加速走行と、内燃機関の作動を停止させた惰性走行とを交互に行う車両走行（以下、加速惰性走行と記す）を行う場合、加速走行中では、上限車速に達するまで車両は加速を続ける。しかし、下り勾配では、車両は自然と加速するため、車両が走行するために必要な駆動力は平坦路を走行する場合と比べて減少する。このため、車両が走行するために必要な駆動力に基づいて内燃機関の機関出力が設定されている場合、下り勾配で加速走行を行うと、車両が走行するために必要な駆動力は減少するが、車両を一定の加速度で加速させることができるため、機関出力に応じて低い値となる。従って、車両が平坦路を走行する場合と比較して、必要な駆動力が減少し、機関出力も下がるため、車両が平坦路を走行する場合の燃料消費量と比較すると、内燃機関における燃料消費量が大きくなり、熱効率が悪くなる虞がある。

また、加速惰性走行において、加速惰性走行の走行パターンは、惰性走行を行い、下限車速に達すると加速走行に切り替わり、上限車速に達すると、次の加速惰性走行の走行パターンを生成し、再度惰性走行を行う。すなわち、加速走行と惰性走行とを交互に繰返し行うため、その１周期が終了してからあらたな走行パターンが生成される。そのため、加速惰性走行の加速走行中に、走行方法を切り替えることはできず、燃費のよい走行を行うことはできない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の加速走行時において、車両が下り勾配を走行すると、燃料消費量の少ない走行を行うことができる車両用制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、内燃機関と、内燃機関から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池に充電される充電電力に変換可能な発電機とを備え、車両走行中に内燃機関の作動および非作動状態を切替可能な車両に用いられ、内燃機関を作動状態にして、機関出力のうち、駆動輪に伝達される駆動動力により、車両が駆動されて加速して走行する加速走行と、内燃機関を非作動状態にして、慣性力により車両が惰性で走行する惰性走行とを、設定された車速域内において繰り替えし行って走行する加速惰性走行を車両に行わせる車両用制御装置であって、前記加速走行中において、前記車両が路面勾配が下り勾配の路面を走行すると、現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合の加速時燃料消費量に基づいて、前記加速走行の維持、または、前記惰性走行への切り替えのいずれかを選択することを特徴とする。

上記の車両用制御装置において、前記加速時燃料消費量と、前記現車速から前記設定された車速域の下限まで前記惰性走行を行わせる場合にかかる時間と、前記設定された車速域の上限から、前記設定された車速域の下限まで惰性走行を行わせる場合にかかる時間との時間差分に基づいて、前記加速走行を行わせる場合の惰性時燃料消費量とを比較することが好ましい。

上記の車両用制御装置において、前記時間差分と、前記設定された車速域の下限から上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合にかかる時間とを比較し、どちらか一方の小さい方に基づいて、前記加速走行を行わせる場合の前記惰性時燃料消費量を求めることが好ましい。

上記の車両用制御装置において、前記現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合、前記内燃機関の機関出力を維持することが好ましい。

前記現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合、前記機関出力において、前記車両の走行に必要な駆動力を発生するように前記機関出力を変換する変換手段を設けることが好ましい。

本発明によれば、加速走行中において、車両が下り勾配に入ったとき、燃料消費量に応じて加速走行と惰性走行とを切り替えることで、燃料消費量の少ない走行を行うことができる。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成を示す模式図である。 図２は、内燃機関の機関回転速度及び機関トルクに対する燃料消費率及び機関出力を示す図である。 図３は、車両が行う加速惰性走行の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係る車両の動作を示すタイミングチャートである。 図５は、ＨＶＥＣＵが実行する走行制御を示すフローチャートである。 図６は、実験または計算等により予め算出された、車速に対する加速惰性走行の加速度を示す図である。 図７は、ＨＶＥＣＵが惰性時燃料消費量を導出するための概念図である。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態（以下、「実施形態」と記す）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

実施形態に係る車両用制御装置が適用される車両の概略構成について、図１〜図２を用いて説明する。図１は、車両の概略構成を示す模式図である。図２は、内燃機関１０の機関回転速度及び機関トルクに対する燃料消費率及び機関出力を示す図である。

図１に示すように、車両１は、駆動輪９４を回転駆動して推進するために、原動機として、内燃機関１０と、発電可能な電動機であるモータＭＧ１，ＭＧ２とを備えた、いわゆる「ハイブリッド車両」である。モータＭＧ１，ＭＧ２は、後述する動力分割統合機構３０、減速機構７０、及び差動機構８０と共に、駆動装置２０（いわゆるハイブリッド・トランスアクスル）を構成している。駆動装置２０は、内燃機関１０と結合されて動力出力装置（パワープラント）を構成し、車両１に搭載されている。

車両１には、内燃機関１０及びモータＭＧ１，ＭＧ２を協調して制御する制御手段として、車両用の電子制御装置（以下、「ＨＶＥＣＵ」と記す）１００が設けられている。ＨＶＥＣＵ１００には、各種制御定数を記憶する記憶手段としてＲＯＭ（図示せず）が設けられている。ＨＶＥＣＵ１００により制御されて、車両１は、内燃機関１０とモータＭＧ１，ＭＧ２を原動機として併用又は選択使用することが可能に構成されている。

内燃機関１０は、燃料を燃焼させることにより燃料のエネルギを機械的仕事に変換して出力する熱機関であり、ピストン往復動機関である。内燃機関１０は、図示しない燃料噴射装置、スロットル弁装置、及び各種センサ等を有しており、これら装置は、ＨＶＥＣＵ１００により制御される。内燃機関１０の出力軸１２（以下、「機関出力軸」と記す）には、後述する動力分割統合機構３０のプラネタリキャリア３４が結合されている。内燃機関１０は、機関出力軸１２から駆動輪９４に向けて機械的動力を出力する。内燃機関１０が機関出力軸１２から出力する機械的動力（以下、「機関出力」と記す）は、ＨＶＥＣＵ１００により制御可能となっている。内燃機関１０には、機関出力軸１２の回転角位置（以下、「クランク角」と記す）を検出するクランク角センサ（図示せず）が設けられており、クランク角に係る信号をＨＶＥＣＵ１００に送出している。

駆動装置２０には、原動機としてモータＭＧ１，ＭＧ２が設けられている。モータＭＧ１及びＭＧ２は、供給された電力を機械的動力に変換する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えた、いわゆるモータジェネレータである。モータＭＧ１は、主に発電機として用いられ、一方、モータＭＧ２は、主に電動機として用いられる。モータＭＧ１の発電機としての機能の詳細については、後述する。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、永久磁石式交流同期モータ等で構成されており、後述するインバータ６１，６２から交流電力の供給を受けて回転磁界を形成するステータ５３，５４と、回転磁界に引き付けられて回転するロータ５１，５２とを有している。ロータ５１，５２は、後述する動力分割統合機構３０に結合されている。モータＭＧ１，ＭＧ２には、それぞれロータ５１，５２の回転角位置を検出するレゾルバ（図示せず）が設けられており、ロータ５１，５２の回転角位置に係る信号を、後述するモータＥＣＵ６６に送出している。

なお、以下の説明において、モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を電動機として機能させて、ロータ（５１，５２）から機械的動力を出力することを「力行」と記す。これに対して、モータ（ＭＧ１，ＭＧ２）を発電機として機能させて、駆動輪９４からモータ（ＭＧ１，ＭＧ２）のロータ（５１，５２）に伝達された機械的動力を電力に変換して回収すると共に、このときロータ（５１，５２）に生じる回転抵抗により、ロータ（５１，５２）及びこれに係合する部材（例えば、駆動輪９４）の回転を制動することを「回生制動」と記す。

また、駆動装置２０には、モータＭＧ１，ＭＧ２に電力を供給する電力供給装置として、それぞれインバータ６１，６２が設けられている。インバータ６１，６２は、それぞれ、モータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられており、ステータ５３，５４に接続されている。インバータ６１，６２は、二次電池１０８から供給される直流電力を交流電力に変換して、それぞれ対応するモータＭＧ１，ＭＧ２に供給することが可能に構成されている。また、モータＭＧ１，ＭＧ２からの交流電力を直流電力に変換して後述する二次電池１０８に回収可能に構成されている。インバータ６１，６２の電力供給及び電力回収は、後述するモータＥＣＵ６６により制御される。

また、駆動装置２０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を制御するための電子制御装置６６（以下、「モータＥＣＵ」と記す）が設けられている。モータＥＣＵ６６は、ＨＶＥＣＵ１００から要求トルク、及び要求回転速度に係る信号を受け、インバータ６１，６２を制御することで、モータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれについて、ロータ５１，５２の回転速度（以下、「モータ回転速度」と記す）と、ロータ５１，５２から出力する機械的動力（以下、「モータ出力」と記す）とを調整することが可能となっている。

また、駆動装置２０には、内燃機関１０及びモータＭＧ１，ＭＧ２が出力した機械的動力を駆動軸９０に伝達する動力伝達機構として、内燃機関１０が出力した機械的動力を分割する動力分割統合機構３０と、動力分割統合機構３０から伝達された回転を減速しトルクを増大させる減速機構７０と、減速機構７０から伝達された機械的動力を左右の駆動軸９０に分配して出力する差動機構８０が設けられている。

動力分割統合機構３０は、２つのシングルピニオン式遊星歯車３０ａ，３０ｃで構成されている。詳細には、内燃機関１０が出力した機械的動力を、モータＭＧ１を駆動する機械的動力と減速機構７０を駆動する機械的動力に分割可能な動力分割遊星歯車３０ａと、モータＭＧ２が出力した機械的動力を、回転速度を減速しトルクを増大させて減速機構７０に伝達可能な減速遊星歯車３０ｃとを有している。動力分割統合機構３０において、動力分割遊星歯車３０ａと減速遊星歯車３０ｃは、同心配置されており、動力分割遊星歯車３０ａのリングギア３６ａと減速遊星歯車３０ｃのリングギア３６ｃが一体に結合されている。リングギア３６ａ，３６ｃの外周側には、減速機構７０のカウンタドリブンギア７４と噛み合うカウンタドライブギア４４が設けられている。

動力分割遊星歯車３０ａにおいて、プラネタリキャリア３４は、内燃機関１０の機関出力軸１２に結合されており、サンギア３２は、モータＭＧ１のロータ５１に結合されている。動力分割遊星歯車３０ａは、内燃機関１０が機関出力軸１２から出力した機関出力を、プラネタリキャリア３４が支持するプラネタリピニオン３３から、サンギア３２に伝達する機械的動力と、リングギア３６ａに伝達する機械的動力に分割する。内燃機関１０からサンギア３２に伝達された機械的動力は、モータＭＧ１のロータ５１に伝達されて、ここで発電に供される。

一方、減速遊星歯車３０ｃにおいて、プラネタリキャリア４１は、駆動装置２０のハウジングに固定されており、サンギア３８は、モータＭＧ２のロータ５２に結合されている。減速遊星歯車３０ｃは、モータＭＧ２がロータ５２から出力した機械的動力を、プラネタリキャリア４１が支持するプラネタリピニオン４３を介して、回転速度を減速しトルクを増大させてリングギア３６ｃに伝達する。動力分割統合機構３０は、モータＭＧ２からリングギア３６ｃに伝達された機械的動力と、内燃機関１０からリングギア３６ａに伝達された機械的動力を統合して、カウンタドライブギア４４から減速機構７０に伝達する。

減速機構７０は、カウンタドライブギア４４と噛み合うカウンタドリブンギア７４と、当該カウンタドリブンギア７４に結合されて、差動機構８０のリングギア８２と噛み合うファイナルドライブギア７８で構成されており、動力分割統合機構３０のリングギア（３６ａ，３６ｃ）からの機械的動力を、カウンタドリブンギア７４で受けて、回転速度を減速しトルクを増大させて、ファイナルドライブギア７８から、差動機構８０に伝達する。差動機構８０は、減速機構７０からの機械的動力を、リングギア８２で受けて、左右の駆動輪９４にそれぞれ結合されている左右の駆動軸９０に分配する。このようにして、車両１は、原動機として内燃機関１０及びモータＭＧ１，ＭＧ２を併用又は選択使用して、内燃機関１０からの機関出力と、モータＭＧ２からのモータ出力とを統合して駆動輪９４に伝達することで、駆動輪９４の接地面に、車両１を駆動する駆動力［Ｎ］を生じさせることができる。なお、以下の説明において、原動機から駆動輪９４に伝達される機械的動力を「駆動動力」と記す。駆動輪９４の近傍には、駆動輪９４の回転速度を検出する車輪速センサ（図示せず）が設けられており、検出した駆動輪９４の回転速度に係る信号をＨＶＥＣＵ１００に送出している。

また、車両１には、モータＭＧ１，ＭＧ２に供給する電力を貯蔵し、充放電が可能な二次電池（蓄電池）１０８と、二次電池１０８の電圧を昇圧してインバータ６１，６２の供給電圧に変換可能な昇圧コンバータ１０６が設けられている。二次電池１０８は、モータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられたインバータ６１，６２に、昇圧コンバータ１０６を介して電気的に接続されている。二次電池１０８は、インバータ６１，６２を介して、それぞれモータＭＧ１，ＭＧ２との間で充放電を行う。

また、車両１には、二次電池１０８を監視する電池監視用の電子制御装置１０４（以下、「電池ＥＣＵ」と記す）が設けられている。電池ＥＣＵ１０４は、二次電池１０８の温度や電圧、充放電電流値等を監視している。これら情報から電池ＥＣＵ１０４は、二次電池１０８の蓄電状態（state-of-charge：ＳＯＣ）、及び充放電電力を算出している。電池ＥＣＵ１０４は、二次電池１０８の蓄電状態、及び二次電池１０８の充放電電力に係る信号等を、ＨＶＥＣＵ１００に送出している。

また、車両１には、運転者によるアクセルペダル１１０の操作量を検出するアクセルペダルポジションセンサ１１２が設けられており、検出したアクセルペダル１１０の操作量（以下、「アクセル操作量」と記す）に係る信号を、ＨＶＥＣＵ１００に送出している。

また、車両１には、運転者が、内燃機関１０による燃料消費の抑制を優先した車両走行（以下、「燃費走行」と記す）を選択するために、ＨＶＥＣＵ１００に燃費走行を指示するスイッチ（以下、「エコ運転スイッチ」と記す）１２０が設けられている。エコ運転スイッチ１２０は、車室内のインスツルメントパネル等、運転者により操作可能な場所に設けられており、運転者の操作により、オン（ＯＮ）状態とオフ（ＯＦＦ）状態とを切替可能に構成されている。エコ運転スイッチ１２０のオン状態とオフ状態は、ＨＶＥＣＵ１００により検出される。

ＨＶＥＣＵ１００は、クランク角センサからのクランク角及び機関出力軸１２の回転速度に係る信号と、車輪速センサからの駆動輪９４の回転速度に係る信号と、モータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ設けられたレゾルバからのモータ回転速度に係る信号とを検出している。また、ＨＶＥＣＵ１００は、アクセルペダルポジションセンサ１１２からのアクセル操作量に係る信号と、エコ運転スイッチ１２０のオン／オフ状態に係る信号とを検出している。また、ＨＶＥＣＵ１００は、電池ＥＣＵ１０４からの二次電池１０８の蓄電状態に係る信号と、加速度センサ１２２からの車両１の前後、上下及び左右方向の加速度（以下、「車両Ｇ」と記す）に係る信号を検出している。

これら信号に基づいて、ＨＶＥＣＵ１００は、内燃機関１０の機関出力軸１２の回転速度（以下、「機関回転速度」と記す）と、内燃機関１０が機関出力軸１２から出力するトルク（以下、「機関トルク」と記す）とを推定しており、機関回転速度及び機関トルクから内燃機関１０から出力される機関出力を制御変数として算出している。また、ＨＶＥＣＵ１００は、駆動輪９４の回転速度に基づいて車速を制御変数として推定している。加えて、ＨＶＥＣＵ１００は、二次電池１０８の充放電電力と、運転者によるアクセル操作量とを制御変数として推定している。また、ＨＶＥＣＵ１００は、車両Ｇを制御変数として推定している。

なお、車両Ｇは、駆動輪９４に設けられた車輪速センサにより求めてもよい。この場合、車輪速センサからタイヤの回転速度に係る信号を検出し、そこから当該車両Ｇに係る信号をＨＶＥＣＵ１００に送出してもよい。また、車輪速センサからタイヤの回転速度に係る信号をＨＶＥＣＵ１００に送出し、ＨＶＥＣＵ１００が車両Ｇを算出するものとしてもよい。

さらに、車両Ｇは、インフラ・ナビゲーションシステム等の情報から、車両１の走行路面が勾配である場合、もしくは走行路面が勾配になる場合等といった、速度変化が生じる情報に基づき、当該車両Ｇに係る信号をＨＶＥＣＵ１００に送出してもよい。

これら制御変数に基づいて、ＨＶＥＣＵ１００は、内燃機関１０の運転状態（動作点）すなわち機関回転速度及び機関トルクと、モータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれについて、モータ回転速度及びモータトルクとを協調して制御することが可能となっている。つまり、ＨＶＥＣＵ１００は、内燃機関１０の機関出力と、モータＭＧ１，ＭＧ２のモータ出力とを制御することが可能となっている。

以上のように構成された車両１において、ＨＶＥＣＵ１００は、内燃機関１０を作動させて、機関出力軸１２から出力される機関出力を、動力分割遊星歯車３０ａのプラネタリキャリア３４に支持されたプラネタリピニオン３３に伝達させ、機関出力の一部を、サンギア３２を介してモータＭＧ１のロータ５１に伝達させることができる。このとき、モータＭＧ１は、発電機として機能することで、機関出力のうちロータ５１に伝達された機械的動力を電力に変換することができる。当該電力は、インバータ６１及び昇圧コンバータ１０６を介して二次電池１０８に充電される。このようにして、モータＭＧ１により二次電池１０８に充電される電力を、以下の説明において「充電電力」と記す。つまり、モータＭＧ１は、内燃機関１０から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池１０８に充電される充電電力に変換することが可能となっている。

また、ＨＶＥＣＵ１００は、車両走行中において、内燃機関１０を始動し、又は作動を停止して、内燃機関１０の作動状態と非作動状態とを切替えることが可能となっている。なお、「非作動状態」とは、機関出力がゼロであり、且つ機関回転速度がゼロである、すなわち機関出力軸１２が静止しており、内燃機関１０においてエンジンブレーキトルクも生じない状態を意味している。一方、「作動状態」とは、内燃機関１０が機関出力軸１２から機械的動力（機関出力）を出力している状態を意味している。

例えば、一定の車速での走行中において内燃機関１０を非作動状態にする場合、ＨＶＥＣＵ１００は、モータＭＧ２のモータ回転速度はそのままに、モータ出力を増大させると共に、その分、内燃機関１０の機関出力をゼロにして、モータＭＧ１のロータ５１をリングギア（３６ａ，３６ｃ）とは逆の回転方向に空転させて、機関回転速度をゼロにする。このようにして、内燃機関１０の作動を停止して、非作動状態にすることが可能となっている。

また、一定の車速での車両走行中において内燃機関１０を作動状態にする場合、ＨＶＥＣＵ１００は、モータＭＧ２のモータ回転速度はそのままに、モータ出力を減少させると共に、モータＭＧ１のロータ５１をリングギア（３６ａ，３６ｃ）と同一の回転方向に力行させて、機関回転速度を上昇させて、内燃機関１０のクランキングを行う。これにより、内燃機関１０を始動して、作動状態にすることが可能となっている。

このように構成された車両１は、車両走行中において、内燃機関１０及びモータＭＧ２を原動機として併用又は選択使用し、これら原動機からの機械的動力を、駆動装置２０内の動力伝達機構（３０，７０，８０）により駆動軸９０に伝達することで、車両１を駆動することが可能となっている。また、車両１は、車両減速時においては、駆動輪９４から駆動装置２０に伝達された機械的動力を、モータＭＧ２で電力に変換して、二次電池１０８に回収する、いわゆる回生制動を行うことが可能となっている。

また、車両１は、ＨＶＥＣＵ１００がモータＭＧ１，ＭＧ２のロータ５１，５２を空転させると共に、内燃機関１０の作動を停止して、非作動状態にすることで、内燃機関１０及びモータＭＧ１，ＭＧ２に機械的動力を出力させることなく、慣性力により惰性で走行する、いわゆる惰性走行（コーストダウン）を行うことが可能となっている。

このような車両１において、原動機としての内燃機関１０は、図２に示すように、その運転状態すなわち機関回転速度及び機関トルクに応じて燃料消費率が決まる。燃料消費率［ｇ／ｋＷｈ］が等しくなる運転状態（機関回転速度及び機関トルク）を図に実線で示し、「等燃料消費率曲線」と記す。内燃機関１０は、一般的に、機関回転速度が中程度であり、且つ機関トルクが中負荷から高負荷である運転状態において、燃料消費率が低くなる（熱効率が高くなる）傾向がある。

加えて、内燃機関１０においては、機関回転速度に応じて最も燃料消費率が低くなる機関トルクが決まる。機関回転速度に応じて最も燃料消費率が低くなる機関トルクを接続した線を図２に一点鎖線で示し、「最適燃費線」と記す。ＨＶＥＣＵ１００は、内燃機関１０における燃料消費を抑制するために、内燃機関１０の運転状態（動作点）すなわち機関回転速度及び機関トルクが、極力、最適燃費線上となるよう内燃機関１０を制御する。なお、図において、機関トルクに機関回転速度を乗じた値となる機関出力が、同一となる運転状態を接続した線を図２に破線で示し、「等機関出力線」と記す。

しかし、ＨＶＥＣＵ１００が、運転状態（動作点）が最適燃費線上となるよう内燃機関１０を作動させた場合、例えば、図に「定速」で示す運転状態のように、内燃機関１０に要求される機関出力Ｐｅ１が比較的低い場合には、図に「加速のみ」で示す運転状態のように、内燃機関１０に要求される機関出力Ｐｅ２が比較的高い場合に比べて燃料消費率が高くなる（熱効率が低くなる）傾向がある。加えて、図に「加速＋充電」で示す運転状態のように、「加速のみ」の機関出力Ｐｅ２に比べてさらに増大させて、機関出力Ｐｅ３とすることで、燃料消費率を、さらに低下させることが可能である。

このように構成された車両１は、予め設定された車速域内において「加速惰性走行」を行うことで、当該車速域Ｒ内において一定の車速で走行する「定速走行」を行う場合に比べて、内燃機関１０における燃料消費を抑制することが可能となっており、以下に、図１及び図２及び図３を用いて詳細を説明する。図３は、車両が行う加速惰性走行の一例を示す図である。

ＨＶＥＣＵ１００は、エコ運転スイッチ１２０のオン状態を検出した場合、運転者により燃料消費の低減を優先する走行が要望されているものと判断して、加速惰性走行を許可する。ＨＶＥＣＵ１００は、運転者によりアクセルペダル１１０から踏みこんでいた足を離す操作（以下、「アクセルオフ操作」と記す）がなされて、アクセル操作量がゼロとなった時点の車速に基づいて、加速惰性走行を行う車速域Ｒの上限値ＶＨ（以下、「上限車速ＶＨ」と記す）と、下限値ＶＬ（以下、「下限車速ＶＬ」と記す）を設定する。

例えば、アクセル操作量がゼロとなった時点の車速が、上限車速ＶＨに設定される。ＨＶＥＣＵ１００は、上限車速ＶＨから、予め設定された設定車速を減じた値を下限車速ＶＬに設定する。この設定車速は、車両１が走行している路面の勾配（以下、「路面勾配」と記す）と、アクセル操作量がゼロとなった車速（上限車速ＶＨ）に基づいて設定される。

このように、ＨＶＥＣＵ１００は、エコ運転スイッチ１２０がオン状態である場合に、アクセル操作量がゼロとなった時点の車速に基づいて、加速惰性走行を行う上限車速ＶＨ及び下限車速ＶＬすなわち車速域Ｒを設定する機能（車速域設定手段）を有している。アクセル操作量がゼロとなった時点の車速及び路面勾配と、これらに応じて設定される車速域Ｒとの関係は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＨＶＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

ＨＶＥＣＵ１００は、上限車速ＶＨにおいて、内燃機関１０の作動を停止し、非作動状態にして、上述のように設定された車速域Ｒ内において、慣性力により車両１を惰性で走行する惰性走行を行わせる。車両１は、図３に点ｂ→点ａに示すように、下限車速ＶＬまで減速する。このように車両１が惰性走行を行って減速する間、内燃機関１０は、非作動状態であるため、燃料消費はゼロとなる。

そして、ＨＶＥＣＵ１００は、下限車速ＶＬにおいて内燃機関１０を始動して、作動状態にして、内燃機関１０からの機関出力の少なくとも一部を駆動輪９４に伝達させて車両１を駆動して、図３に点ａ→点ｂに示すように、下限車速ＶＬから上限車速ＶＨまで加速して走行する加速走行を行わせる。このように内燃機関１０を作動状態にして、加速走行を行っている間、原動機（内燃機関１０及びモータＭＧ１，ＭＧ２）に要求される出力は、車速域Ｒにある車速Ｖｍで定速走行を行う場合に比べて高いものとなる。

このように内燃機関１０を作動状態にして車両１を車速域Ｒ内において加速走行させる場合、二次電池１０８からモータＭＧ１，ＭＧ２への電力の供給（持ち出し）がないものと仮定すると、原動機に要求される出力は、そのまま内燃機関１０が発生する機関出力となる。当該機関出力Ｐｅ２は、図２に示すように、車速Ｖｍで定速走行を行った場合の機関出力Ｐｅ１に比べて大きくなる。

当該車速域Ｒ内において内燃機関１０を作動状態にした加速走行を行っている場合、車速域Ｒが比較的中低速に設定されていれば、これに応じて機関回転速度も比較的低回転速度となり、このような場合、図２に示すように、加速走行を行って機関出力Ｐｅ２を発生させた方が、定速走行を行って機関出力Ｐｅ１を発生させるよりも燃料消費率が低くなる、すなわち内燃機関１０の熱効率が高くなる。

したがって、予め設定された車速域Ｒ内において、内燃機関１０を作動状態にして、駆動輪９４に伝達された駆動動力により車両１を駆動して加速しながら走行する加速走行（機関出力Ｐｅ２）と、内燃機関１０を非作動状態にして、慣性力により車両が惰性で走行する惰性走行（機関出力ゼロ）とを、繰り返し行う「加速惰性走行」を車両１に行わせることで、内燃機関１０を継続的に作動状態にして車速域Ｒ内にある一定の車速Ｖｍで車両１が走行する定速走行（機関出力Ｐｅ１）を行わせる場合に比べて、内燃機関１０における燃料消費を抑制することができる。

次に、本実施形態に係る車両用制御装置（ＨＶＥＣＵ１００）が実行する加速惰性走行制御について、図１〜図７を用いて説明する。図４は、本発明の実施形態に係る車両の動作を示すタイミングチャートである。図５は、本発明の実施形態のＨＶＥＣＵが実行する走行制御を示すフローチャートである。図６は、実験または計算等により予め算出された、車速に対する加速惰性走行の加速度（以下、「加速惰性走行Ｇａ」と記す）を示す図である。図７は、ＨＶＥＣＵが惰性時燃料消費量Ｆ２を導出するための概念図である。

ここで、本実施形態に係る車両用制御装置（ＨＶＥＣＵ１００）では、加速走行時において、車両１が路面勾配が下り勾配の路面（以下、「下り勾配路」と記す）を走行すると、上限車速ＶＨまで加速走行を継続する場合の燃料消費量（以下、「加速時燃料消費量Ｆ１」と記す）に基づいて、加速走行の維持、または、惰性走行への切り替えを選択することができる。本実施形態では、加速時燃料消費量Ｆ１と、現車速ＶＲから下限車速ＶＬまで惰性走行を行わせる場合にかかる時間と、上限車速ＶＨから、下限車速ＶＬまで惰性走行を行わせる場合にかかる時間との時間差分に基づいて、加速走行を行わせる場合の燃料消費量（以下、「惰性時燃料消費量Ｆ２」と記す）とを比較して、走行方法を切り替える。

図４に示すように、車両１が加速走行中に、下り勾配路を走行する、本実施形態では、平坦路から下り勾配路に入ると、時点Ｔ１において、加速走行を継続する（同図における実線）か、惰性走行に切り替える（同図における一点鎖線）かのどちらか一方を選択する。加速走行を継続する場合、時点Ｔ２において、上限車速ＶＨに達してから惰性走行に切り替え、時点Ｔ３において、下り勾配が終了、本実施形態では、下り勾配路から平坦路に入っても、下限車速ＶＬに達するまで惰性走行を行う。時点Ｔ５において、下限車速ＶＬに達した後は、加速走行に切り替え、加速惰性走行を行う。一方、時点Ｔ１において、惰性走行に切り替えた場合、時点Ｔ３において、下り勾配が終了、本実施形態では、下り勾配路から平坦路に入っても、下限車速ＶＬに達するまで、惰性走行を行う。時点Ｔ４において、下限車速ＶＬに達した後は、加速走行に切り替え、加速惰性走行を行う。

詳細には、図５に示すように、ステップＳ１０において、ＨＶＥＣＵ１００は、車両１が加速走行中に、路面勾配が下り勾配であるか否かを判定する。本実施形態では、路面勾配が下り勾配であるか否かを、車両Ｇと加速惰性走行Ｇａとを比較することで行う。車両Ｇは、現在の車速ＶＲ（以下、「現車速ＶＲ」と記す）に対応した値であり、駆動輪９４に設けられた車輪速センサにより求める。

そして、ＨＶＥＣＵ１００は、車両Ｇが加速惰性走行Ｇａ以下であると判定する（ステップＳ１０否定）、すなわち、路面勾配が下り勾配でないと判定すると、ステップＳ１５において、車両１に加速走行を継続して行わせる。なお、この加速惰性走行Ｇａは、図６に示すように、車両１が平坦路を走行するとき、車両１に発生する加速度であり、実験または計算等により予め算出された値である。制御定数として、ＨＶＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。また、路面勾配が下り勾配であるか否かの判定は、インフラ・ナビゲーションシステム等の情報から、車両１の走行路面が下り勾配である場合、もしくは走行路面が下り勾配になる場合等といった情報に基づき判断してもよい。さらには、車両１に勾配センサ（図示せず）を設け、下り勾配であるか否かを判断してもよい。

一方、ステップＳ１０において、ＨＶＥＣＵ１００は、車両Ｇが加速惰性走行Ｇａより大きいと判定する（ステップＳ１０肯定）、すなわち、路面勾配が下り勾配であると判定すると、ステップＳ１１において、加速時燃料消費量Ｆ１を求める。この加速時燃料消費量Ｆ１は、例えば、車速と、車両Ｇと、勾配とに対して加速時燃料消費量Ｆ１が算出するようにマップが設定されており、各パラメータ（車速は現車速ＶＲ、勾配は車両Ｇと加速惰性走行Ｇａとに基づいて求められる）に基づいて、加速時燃料消費量Ｆ１は算出される。なお、本実施形態において、上限車速ＶＨ及び下限車速ＶＬは、車両１の車両諸元等に応じて予め設定されており、制御定数としてＨＶＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

また、ＨＶＥＣＵ１００は、ステップＳ１２において、惰性時燃料消費量Ｆ２を求める。詳細では、図７に示すように、まず、現車速ＶＲから下限車速ＶＬまで惰性走行を行う場合に要する時間ｔ１（以下、ｔ１と記す）を、車両１が平坦路を加速惰性走行するときに生成する基本走行パターンに基づいて求める。次に、上限車速ＶＨから下限車速ＶＬまで惰性走行を行う場合に要する時間ｔ２（以下、ｔ２と記す）を、車両１が平坦路を加速惰性走行するときに生成する基本走行パターンに基づいて求める。そして、ｔ２からｔ１を引いた時間差分Δｔ（以下、Δｔと記す）を求める。

ここで、Δｔは、下り勾配になったときの現車速ＶＲによって長さが変化するため、下限車速ＶＬから上限車速ＶＨまで加速走行を行う場合に要する時間ｔ３（以下、ｔ３と記す）を求める。ｔ３は、例えば、車両１が平坦路を加速惰性走行するときに生成する基本走行パターンで、下限車速ＶＬから上限車速ＶＨに達するまで加速走行を行う場合に要する時間とする。ｔ３とΔｔとを比較し、Δｔがｔ３以上である場合、Δｔの間で加速走行が終了するため、惰性時燃料消費量Ｆ２は、ｔ３の間分だけであり、Δｔがｔ３より小さい場合、Δｔで加速走行するため、惰性時燃料消費量Ｆ２は、Δｔの間分だけである。従って、惰性時燃料消費量Ｆ２は、Δｔとｔ３を比較することで、現車速ＶＲから下限車速ＶＬまで惰性走行を行わせる場合にかかる時間と、上限車速ＶＨから下限車速ＶＬまで惰性走行を行わせる場合にかかる時間との時間差分に基づいて求められる。そして、ＨＶＥＣＵ１００は、Δｔとｔ３のうち小さい方と、車両１が平坦路を加速惰性走行するときに生成する基本走行パターンにおける加速走行時の加速度（加速Ｇ）とを乗ずることによって、惰性時燃料消費量Ｆ２を求める。

そして、ＨＶＥＣＵ１００は、ステップＳ１３において、前記加速時燃料消費量Ｆ１と、前記惰性時燃料消費量Ｆ２とのうち、どちらが多いか比較する。ＨＶＥＣＵ１００は、前記加速時燃料消費量Ｆ１が前記惰性時燃料消費量Ｆ２より多いと判定する（ステップＳ１３肯定）、つまり、加速走行中に、下り勾配路を走行する場合、惰性走行に切り替える方が、燃料消費量が少ないと判定すると、ステップＳ１４において、車両１に、加速走行から惰性走行に切り替えて、現車速ＶＲから下限車速ＶＬに達するまで車両１に惰性走行を行わせる。つまり、図４のＴ１の時点において、惰性走行に切り替え、現車速ＶＲから下限車速ＶＬに達するまで惰性走行を行わせる。Ｔ４の時点において、下限車速ＶＬに達すると、加速走行に切り替え、車両１は、加速惰性走行を行う。

また、ＨＶＥＣＵ１００は、前記惰性時燃料消費量Ｆ２が前記加速時燃料消費量Ｆ１以上と判定する（ステップＳ１３否定）、つまり、加速走行中に、下り勾配路を走行する場合、加速走行を続行する方が、燃料消費量が少ないと判定すると、ステップＳ１５において、車両１に、加速走行を続行させ、現車速ＶＲから上限車速ＶＨに達するまで車両１に加速走行を行わせる。つまり、図４のＴ１の時点において、加速走行を続行させ、現車速ＶＲから上限車速ＶＨに達するまで加速走行を行わせる。Ｔ２の時点において、上限車速ＶＨに達すると、惰性走行に切り替える。Ｔ５の時点において、下限車速ＶＬに達するまで車両１に惰性走行を行わせ、下限車速ＶＬに達すると、加速走行に切り替え、車両１は、加速惰性走行を行う。

以上に説明した走行制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返され、その都度、車両Ｇ、現車速ＶＲ等の制御変数が更新され、加速時燃量消費費量Ｆ１と、惰性時燃料消費量Ｆ２が分かる。このため、加速時燃料消費量Ｆ１と、惰性時燃料消費量Ｆ２とを比較すると、加速走行と惰性走行との、どちらが燃料消費量の少ない走行であるか分かる。加速時燃料消費量Ｆ１が惰性時燃料消費量Ｆ２より少ない場合は、走行方法を維持し、加速走行を継続する。加速時燃料消費量Ｆ１が惰性時燃料消費量Ｆ２以上の場合は、走行方法を切り替え、惰性走行を行う。このため、加速走行中において、下り勾配路を走行する場合、燃料消費量の少ない走行が分かり、より燃料消費量の少ない走行を行うことができる。さらに、Δｔとｔ３を比較することによって、惰性時燃料消費量Ｆ２の精度を高めることができる。

以上に説明したように本実施形態に係る車両用制御装置（ＨＶＥＣＵ）１００は、内燃機関１０と、内燃機関１０から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池１０８に充電される充電電力に変換可能な発電機としてのモータＭＧ１とを備え、車両走行中に内燃機関１０の作動／非作動状態を切替可能な車両１に用いられ、内燃機関１０を作動状態にして、機関出力のうち駆動輪９４に伝達される駆動動力により車両１が駆動されて加速して走行する加速走行と、内燃機関１０を非作動状態にして、慣性力により車両１が惰性で走行する惰性走行とを、予め設定された車速域Ｒ内において交互に繰り返し行って走行する加速惰性走行を車両１に行わせる。ＨＶＥＣＵ１００は、加速走行中において、車両１が下り勾配に入ったときに、現車速ＶＲから上限車速ＶＨに達するまで加速走行を行わせる場合の加速時燃料消費量Ｆ１に応じて、加速走行を維持すること、または、惰性走行に切り替えることとした。

また、本実施形態では、加速走行中、下り勾配路において、機関出力を維持することが好ましい。これにより、内燃機関１０の出力を一定にすることができ、車両１の走行に必要な駆動力が減少しても、機関出力は、変化しない。したがって、内燃機関１０の熱効率が悪化しない。これにより、加速走行時において、機関出力を維持するので、内燃機関１０の熱効率が良い走行ができる。なお、機関出力を一定にし、車両の走行に必要な駆動力を発生するように、機関出力を変換する変換手段を設けることで、エネルギ効率を高めることができるので、内燃機関の熱効率を良くし、車両の走行に必要な駆動力を得ることができる。

なお、下り勾配路において、加速走行するため、車両１の走行に必要な駆動力は減少するが、内燃機関１０の機関出力は維持する。つまり、機関出力を一定にする。このとき、機関出力において、車両１の走行に必要な駆動力を発生するように変換する変換手段を設ける。変換手段は、機関出力を一定とし、充電電力を大きくすることで、車両１の走行に必要な駆動力を制御する回生制御でもよい。さらに、車両１に設けられた変速機構（図示せず）によって、機関出力を一定にし、車両の走行に必要な駆動力との差分に応じて変速制御を行うこともできる。例えば、変速段を低速段に変更し、発生するエンジンブレーキによって、加速走行を制御する。

また、ｔ１は、実際の路面勾配を考慮して、現車速ＶＲから下限車速ＶＬまで惰性走行を行う場合に要する時間を求めてもよい。ｔ２も、実際の路面勾配を考慮して、上限車速ＶＨから下限車速ＶＬまで惰性走行を行う場合に要する時間を求めてもよい。ｔ３も、実際の路面勾配を考慮して、下限車速ＶＬから上限車速ＶＨまで加速走行を行う場合に要する時間を求めてもよい。

さらに、本発明の実施形態および他の実施形態において、上述の車両用制御装置（ＨＶＥＣＵ）１００が適用される車両１は、原動機として内燃機関１０とモータＭＧ１，ＭＧ２とを備え、内燃機関１０からプラネタリキャリア３４に伝達された機関出力を、動力分割統合機構３０により、サンギア３２から、発電機としてのモータＭＧ１のロータ５１に伝達される動力と、リングギア（３６ａ，３６ｃ）に伝達される動力に分割すると共に、当該リングギア（３６ａ，３６ｃ）において、内燃機関１０から伝達された機械的動力と、電動機としてのモータＭＧ２がロータ５２から出力する機械的動力とを統合し、駆動動力として駆動輪９４に伝達可能なものとしたが、本発明に係る車両用制御装置が適用可能な車両は、これに限定されるものではない。車両走行中に内燃機関１０から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池に充電される充電電力に変換可能な発電機を備え、且つ車両走行中に内燃機関１０の作動／非作動状態を切替可能な車両であれば、本発明を適用することができる。

以上のように、本発明は、内燃機関と、車両走行中に内燃機関から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池に充電される充電電力に変換可能な発電機を備え、車両走行中に内燃機関の作動／非作動状態を切替可能な車両に有用であり、特に、原動機として内燃機関とモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両に適している。

１ 車両
１０ 内燃機関
１２ 機関出力軸
２０ 駆動装置
３０ 動力分割統合機構（動力伝達機構）
３０ａ 動力分割遊星歯車
３０ｃ 減速遊星歯車
３２ サンギア
３４ プラネタリキャリア
３６ａ，３６ｃ 動力分割統合機構のリングギア
４４ カウンタドライブギア
５１，５２ モータジェネレータのロータ
５３，５４ モータジェネレータのステータ
６１，６２ インバータ
６６ モータジェネレータ用の電子制御装置（モータＥＣＵ）
７０ 減速機構（動力伝達機構）
７４ カウンタドリブンギア
７８ ファイナルドライブギア
８０ 差動機構（動力伝達機構）
８２ 差動機構のリングギア
９０ 駆動軸
９４ 駆動輪
１０８ 二次電池（蓄電池）
１１０ アクセルペダル
１１２ アクセルペダルポジションセンサ
１２０ エコ運転スイッチ
ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ（回転電機）
１００ 車両用の電子制御装置（車両用制御装置、ＥＣＵ、加速惰性走行制御手段、車速域設定手段、記憶手段、速度状態判定手段、機関出力制御手段）

Claims (5)

1. 内燃機関と、
   内燃機関から出力される機関出力のうち少なくとも一部を、二次電池に充電される充電電力に変換可能な発電機とを備え、車両走行中に内燃機関の作動および非作動状態を切替可能な車両に用いられ、内燃機関を作動状態にして、機関出力のうち、駆動輪に伝達される駆動動力により、車両が駆動されて加速して走行する加速走行と、
   内燃機関を非作動状態にして、慣性力により車両が惰性で走行する惰性走行とを、
   設定された車速域内において繰り替えし行って走行する加速惰性走行を車両に行わせる車両用制御装置であって、
   前記加速走行中において、前記車両が路面勾配が下り勾配の路面を走行すると、現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合の加速時燃料消費量に基づいて、前記加速走行の維持、または、前記惰性走行への切り替えのいずれかを選択すること
   を特徴とする車両用制御装置。
2. 前記車両用制御装置は、前記加速時燃料消費量と、
   前記現車速から前記設定された車速域の下限まで前記惰性走行を行わせる場合にかかる時間と、
   前記設定された車速域の上限から、前記設定された車速域の下限まで前記惰性走行を行わせる場合にかかる時間との時間差分に基づいて、前記加速走行を行わせる場合の惰性時燃料消費量とを比較すること
   を特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記車両用制御装置は、前記時間差分と、
   前記設定された車速域の下限から上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合にかかる時間とを比較し、どちらか一方の小さい方に基づいて、前記加速走行を行わせる場合の前記惰性時燃料消費量を求めること
   を特徴とする請求項２に記載の車両用制御装置。
4. 前記現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合、前記内燃機関の機関出力を維持すること
   を特徴とする請求項１及び請求項２に記載の車両用制御装置。
5. 前記現車速から前記設定された車速域の上限に達するまで前記加速走行を行わせる場合、前記機関出力において、前記車両の走行に必要な駆動力を発生するように前記機関出力を変換する変換手段を設けること
   を特徴とする請求項４に記載の車両用制御装置。

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