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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024178833
(43)【公開日】2024-12-25
(54)【発明の名称】車両制御装置
(51)【国際特許分類】
   B60W 20/15 20160101AFI20241218BHJP
   B60W 10/06 20060101ALI20241218BHJP
   B60W 10/26 20060101ALI20241218BHJP
   B60W 10/30 20060101ALI20241218BHJP
   B60W 20/12 20160101ALI20241218BHJP
   B60L 15/20 20060101ALI20241218BHJP
   B60L 50/16 20190101ALI20241218BHJP
   B60L 50/60 20190101ALI20241218BHJP
   B60L 58/13 20190101ALI20241218BHJP
【FI】
B60W20/15 ZHV
B60W10/06 900
B60W10/26 900
B60W10/30 900
B60W20/12
B60L15/20 J
B60L50/16
B60L50/60
B60L58/13
【審査請求】未請求
【請求項の数】1
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023097281
(22)【出願日】2023-06-13
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000947
【氏名又は名称】弁理士法人あーく事務所
(72)【発明者】
【氏名】平林 秀一
(72)【発明者】
【氏名】星野 優
【テーマコード(参考)】
3D202
5H125
【Fターム(参考)】
3D202BB01
3D202BB20
3D202BB43
3D202CC22
3D202CC23
3D202DD00
3D202DD22
3D202DD45
3D202DD50
3D202EE00
3D202EE17
5H125AA01
5H125AC08
5H125AC12
5H125BA00
5H125BC13
5H125BD17
5H125CA02
5H125CA09
5H125CA18
5H125CD09
5H125DD01
5H125DD05
5H125EE27
5H125EE31
5H125EE47
5H125EE51
5H125EE64
5H125FF27
(57)【要約】
【課題】エンジンの作動頻度を低下させて燃料消費率の改善を図ることが可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】HEVモードでの走行中において(ステップST1でYES判定)、外気温度が所定値以下(ステップST2でYES判定)、車両の目的地までの距離が所定距離以下(ステップST3でYES判定)、および、車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上(ステップST4でYES判定)の各条件が共に成立している場合、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータを作動させる処理を実行する(ステップST5)。これにより、エンジンの作動頻度を低下させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
【選択図】図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
走行用駆動力源として内燃機関と電動機とを備えると共に、車室内暖房用の熱源として水加熱ヒータを備え、前記電動機に給電を行う電池のSOCが内燃機関作動要求SOCまで低下したことを条件として前記内燃機関を作動させるようにした車両に搭載された車両制御装置において、
前記走行用駆動力源として少なくとも前記内燃機関を使用するHEVモードでの走行中において、以下の条件(1)および条件(2)を共に満たす場合に、前記内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および前記水加熱ヒータを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行することを特徴とする車両制御装置。
条件(1)外気温度が所定値以下および内燃機関冷却水温度が所定値以下のうち少なくとも一方が成立していること、
条件(2)車両の目的地までの距離が所定距離以下および車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上のうち少なくとも一方が成立していること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は車両制御装置に係る。特に、本発明は、走行用駆動力源として内燃機関と電動機とを備えた車両における内燃機関の作動頻度を低下させるための対策に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ハイブリッド車両やプラグインハイブリッド車両に代表されるように走行用駆動力源として内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ場合もある)と電動機(以下、走行用モータと呼ぶ場合もある)とを備えた車両が知られている。この種の車両にあっては、所謂ハイブリッドモード(HEVモード)での走行時に、走行用モータに給電を行う駆動用バッテリ(以下、バッテリと呼ぶ場合もある)のSOC(State Of Charge)が所定値まで低下すると、エンジンを作動させてバッテリの充電を行う。また、車室内の暖房要求が生じている場合、エンジン冷却水温度に応じてエンジンのON/OFF制御が行われる。つまり、エンジン冷却水温度が所定値まで低下すると、エンジンを作動させてエンジン冷却水温度を上昇させるようにしている。
【0003】
エンジン冷却水温度に応じたエンジンのON/OFF制御の例として特許文献1が提案されている。この特許文献1には、暖房用の熱源としてエンジンおよび補助ヒータを備えた車両において、補助ヒータが使用されていない場合には、エンジン冷却水温度が目標吹き出し温度に応じて予め定められた閾値以下となった場合に通常エンジン始動要求制御を行ってエンジン冷却水の温度低下を防止する一方、補助ヒータが使用されている場合には、通常エンジン始動要求制御における水温の閾値よりも低い水温の閾値とした省動力なエンジンON要求制御を行うことによってエンジン停止時間を長くすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2007-308133号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の発明者らは、前述したように単にバッテリのSOCやエンジン冷却水温度に応じてエンジンのON/OFF制御を行うものにあっては燃料消費率の改善を図るには限界がある点に鑑み、更なる燃料消費率の改善を図るための対策について考察した。例えば、低温始動時には暖機要求に応じてエンジンが作動することになると共に、前トリップにおいて目的地に到着する直前でエンジンが作動していると、エンジンの作動頻度が2重で増加する状況を招いており、トータルの燃料消費率が悪化してしまうといった現状に着目した。つまり、本発明の発明者らは、車両の走行状況(目的地までの距離等)に関わらず単にバッテリのSOCやエンジン冷却水温度に応じてエンジンを制御している点に着目し、このような状況において燃料消費率の改善の余地があることを新たな知見として得て本発明に至った。
【0006】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの作動頻度を低下させて燃料消費率の改善を図ることが可能な車両制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、走行用駆動力源として内燃機関と電動機とを備えると共に、車室内暖房用の熱源として水加熱ヒータを備え、前記電動機に給電を行う電池のSOCが内燃機関作動要求SOCまで低下したことを条件として前記内燃機関を作動させるようにした車両に搭載された車両制御装置を前提とする。そして、この車両制御装置は、前記走行用駆動力源として少なくとも前記内燃機関を使用するHEVモードでの走行中において、以下の条件(1)および条件(2)を共に満たす場合に、前記内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および前記水加熱ヒータを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行することを特徴とする。
条件(1)外気温度が所定値以下および内燃機関冷却水温度が所定値以下のうち少なくとも一方が成立していること、
条件(2)車両の目的地までの距離が所定距離以下および車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上のうち少なくとも一方が成立していること。
【0008】
この特定事項により、車室内の暖房要求が生じている可能性が高い状況において、車両の目的地までの距離が所定距離以下であったり車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上であったりすることで、電池のSOCを高くしておく必要がない状況にあっては、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理を行ったり、水加熱ヒータを作動させる処理を行ったりすることにより、内燃機関の作動頻度を低下させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明では、HEVモードでの走行中において、条件(1)外気温度が所定値以下および内燃機関冷却水温度が所定値以下のうち少なくとも一方が成立していること、条件(2)車両の目的地までの距離が所定距離以下および車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上のうち少なくとも一方が成立していること、を共に満たす場合に、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行するようにしている。これにより、内燃機関の作動頻度を低下させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】実施形態に係る車両の制御系の概略を示す図である。
図2】実施形態に係る車両に搭載された冷却水回路の概略を示す図である。
図3】エンジン作動頻度低下制御の手順を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、プラグインハイブリッド車両(PHEV)に本発明を適用した場合について説明する。
【0012】
図1は、本実施形態に係る車両の制御系の概略を示す図である。この図1に示すように、本実施形態に係る車両の制御系は、エンジンECU1、モータECU2、バッテリECU3およびHEV_ECU(車両制御装置)4を備えている。これらECU1~4は、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポート等を備えている。また、本実施形態に係る車両はナビゲーション装置5も備えている。
【0013】
エンジンECU1は、走行用駆動力源としてのエンジン(内燃機関)11を駆動制御する。具体的に、エンジンECU1は、エンジン11の運転状態を検出する各種センサからの信号(例えば、クランクポジションセンサ12からのクランクポジション信号や、水温センサ13からのエンジン冷却水温度(内燃機関冷却水温度)信号や、外気温センサ14からの外気温度信号等)が入力ポートを介して入力されており、エンジンECU1からは、エンジン11を駆動するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU1は、HEV_ECU4と通信しており、HEV_ECU4からの制御信号によりエンジン11を運転制御すると共に必要に応じてエンジン11の運転状態に関するデータをHEV_ECU4に出力する。
【0014】
モータECU2は、図示しないインバータのスイッチング制御によって2個のモータジェネレータ(電動機)MG1,MG2(主に発電機として機能する第1モータジェネレータMG1、主に電動機として機能する第2モータジェネレータMG2)を制御する。具体的に、モータECU2は、モータジェネレータMG1,MG2を制御するために必要な信号が入力ポートを介して入力されており、モータECU2からは、インバータの図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号等が出力ポートを介して出力されている。また、モータECU2は、HEV_ECU4と通信しており、HEV_ECU4からの制御信号によってモータジェネレータMG1,MG2を制御すると共に必要に応じてモータジェネレータMG1,MG2の運転状態に関するデータをHEV_ECU4に出力する。
【0015】
バッテリECU3は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ31を管理する。バッテリ31は、インバータを介してモータジェネレータMG1,MG2と電力をやりとりする。具体的に、バッテリECU3には、バッテリ31を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ31の端子間に設置された電圧センサ32からの端子間電圧信号、バッテリ31の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ33からの充放電電流信号、バッテリ31に取り付けられた温度センサ34からの電池温度信号等が入力されており、必要に応じてバッテリ31の状態に関するデータを通信によりHEV_ECU4に送信する。また、バッテリECU3は、バッテリ31を管理するために、電流センサ33により検出された充放電電流の積算値に基づいてそのときのバッテリ31から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度とに基づいてバッテリ31を充放電してもよい許容入出力電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。
【0016】
HEV_ECU4は、車両全体を制御する。具体的に、HEV_ECU4には、図示しない充電器(家庭用電源等の外部電源に接続されてバッテリ31を充電する装置)の電源プラグの外部電源への接続を検出する接続検出信号、スタートスイッチからのON/OFF信号、シフトポジションセンサからのシフトポジション信号、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度信号、ブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション信号、車速センサからの車速信号等が入力ポートを介して入力されている。HEV_ECU4は、前述したように、エンジンECU1、モータECU2、バッテリECU3と通信ポートを介して接続されて各種制御信号やデータのやりとりを行うばかりでなく、ナビゲーション装置5と通信ポートを介して接続されてナビゲーション情報(車両の目的地情報や現在地情報等)が受信可能となっている。
【0017】
また、HEV_ECU4は、車両の走行モードを制御する。具体的に、本実施形態に係る車両では、走行モードとして、ハイブリッドモード(HEVモード)や電動モード(BEVモード)での走行が可能となっている。HEVモードは、少なくともエンジン11を走行用駆動力源として用いて走行する走行モードである。BEVモードは、エンジン11を停止してモータジェネレータ(走行用モータ)MG2のみを走行用駆動力源として用いて走行する走行モードである。これらHEVモードおよびBEVモードの切替制御については周知であるので、ここでの説明は省略する。
【0018】
また、HEV_ECU4は、バッテリ31の電池のSOC(蓄電割合SOC)が所定値(本発明でいう内燃機関作動要求SOC)まで低下した場合、そのことを条件としてエンジン11を作動させるように、エンジンECU1にエンジン作動指令信号を送信する。これにより、エンジン11の動力を利用したモータジェネレータMG1の発電が行われてバッテリ31が充電されることになる。
【0019】
ナビゲーション装置5は、乗員により目的地が設定されたときに走行ルートを設定してルート案内を行う。具体的に、ナビゲーション装置5は、地図情報などが記憶されたハードディスクなどの記憶媒体、入出力ポート、通信ポートなどを有する制御部を内蔵する本体と、車両の現在地に関する情報を受信するGPSアンテナ51と、車両の現在地に関する情報や目的地までの走行ルートなどの各種情報を表示すると共に操作者による各種指示を入力可能な図示しないタッチパネル式のディスプレイとを備える。ナビゲーション装置5は、乗員により目的地が設定されたときには、地図情報と車両の現在地と目的地とに基づいて車両の現在地から目的地までの走行ルートを検索すると共に検索した走行ルートをディスプレイに出力してルート案内を行う。ナビゲーション装置5は、HEV_ECU4と通信しており、車両の現在地に関する情報や目的地までの距離情報等をHEV_ECU4に送信可能となっている。
【0020】
また、ナビゲーション装置5には、乗員の自宅等を含む複数の地点(例えば過去に目的地として設定された地点等)と、それら地点で車両が停止した(例えばスタートスイッチがOFFされた)時刻から車両が始動した(例えばスタートスイッチがONされた)時刻までの時間(車両停止継続時間:所謂、次トリップまでの時間)とが関連付けられて記憶されている。この場合、同一地点で複数回の車両の停止および始動が行われた場合には、各車両停止継続時間の平均値が当該地点に関連付けられた車両停止継続時間として記憶されるようになっている。
【0021】
次に、本実施形態に係る車両に搭載された冷却水回路について説明する。図2は、冷却水回路6の概略を示す図である。本実施形態における冷却水回路6は、エアコン装置のヒータユニット61aが備えられるヒータユニット回路61と、バッテリ31が備えられるバッテリ回路62とを備え、これら回路61,62をそれぞれ循環する冷媒(冷却水)同士が熱交換器63によって熱交換可能な構成とされている。
【0022】
ヒータユニット回路61の概略としては、ウォータポンプ61b、エンジン11、水加熱ヒータ(電気ヒータ)61c、流量調整弁61d、ヒータユニット61a、熱交換器63を備えている。ヒータユニット61aは、図示しないエアコン装置のダクト内に配設され、冷却水(ヒータユニット回路61を循環するエンジン冷却水:温水)と空気(ダクトを経て車室内に向けて供給される空気)との間で熱交換を行うことにより、この空気を加温して車室内の暖房に寄与させるようになっている。水加熱ヒータ61cは、ヒータユニット回路61を流れるエンジン冷却水(内燃機関冷却水)を加熱するための電気ヒータであり、車室内の暖房要求時にエンジン冷却水温度が所定値まで低下した場合にONされてエンジン冷却水を加熱するようになっている。ヒータユニット回路61では、流量調整弁61dによる流量調整によって、ヒータユニット61aを流れるエンジン冷却水の流量と、熱交換器63を流れるエンジン冷却水の流量とが調整可能とされている。また、ヒータユニット回路61は、水加熱ヒータ61cの下流側に水温センサ13が配設されている。水温センサ13の配設位置としてはこれに限定されるものではなく、また、水温センサ13の配設箇所は複数箇所であってもよい。また、図2は、水加熱ヒータ61cとエンジン11とが直列に接続されたものとしているが、これに限定されるものではない。例えば並列に接続されたものであってもよい。
【0023】
バッテリ回路62は、バッテリ31の温度を調整するための回路であって、ウォータポンプ62aを備えている。バッテリ回路62は、熱交換器63に接続されており、この熱交換器63での熱交換によって、ヒータユニット回路61からの受熱が可能となっている。
【0024】
本実施形態に係る車両は、車室内の空調を制御するエアコンECU7を備えている。このエアコンECU7も、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM、入出力ポート、通信ポート等を備えている。
【0025】
エアコンECU7は、冷却水回路6に備えられた各機器を制御する。例えば、車室内の暖房要求が生じた場合、エアコンECU7は、暖房要求に応じて必要な熱量(要求熱量)を計算すると共に、エンジン11からエンジン冷却水が受け取る冷却水受熱量を算出し、これらに基づいてウォータポンプ61b、水加熱ヒータ61c等を制御して、要求熱量に応じた暖房が行われるようにしている。
【0026】
本実施形態におけるHEV_ECU4の特徴とする機能として、HEVモードでの走行中において、以下の条件(1)および条件(2)を共に満たす場合に、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行するようになっている。
条件(1)外気温度が所定値以下およびエンジン冷却水温度が所定値以下のうち少なくとも一方が成立していること、
条件(2)車両の目的地までの距離が所定距離以下および車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上のうち少なくとも一方が成立していること。
【0027】
条件(1)に含まれるパラメータの外気温度は外気温センサ14から取得される。また、エンジン冷却水温度は水温センサ13から取得される。また、条件(2)に含まれる車両の目的地までの距離は、ナビゲーション装置5からのナビゲーション情報(車両の目的地情報や現在地情報)から算出される。また、ナビゲーション装置5において算出されている目的地までの距離の情報をそのまま利用するようになっていてもよい。また、車両停止後の次始動までの予測時間は、前述したように、複数の地点それぞれに対応して記憶された車両停止継続時間に基づいて予測される。尚、この次始動までの時間を予測する手法としてはこれに限定されるものではなく種々の手法が採用可能である。
【0028】
以下、エンジン作動頻度低下制御の手順について、図3のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートでは、HEVモードでの走行中において、外気温度が所定値以下であり、車両の目的地までの距離が所定距離以下であり、且つ車両停止後の次始動(次トリップ)までの予測時間が所定時間以上であることを条件として内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理の両方を行う場合について説明する。
【0029】
先ず、ステップST1において、現在の走行モードがHEVモードであるか否かが判定される。この判定は、HEV_ECU4からエンジンECU1やモータECU2に出力される制御信号等に基づいて行われる。
【0030】
現在の走行モードがHEVモードでなく、ステップST1でNO判定された場合には、そのままリターンされる。一方、現在の走行モードがHEVモードであり、ステップST1でYES判定された場合には、ステップST2に移り、外気温度が所定値Te1以下であるか否かが判定される。
【0031】
外気温度が所定値Te1を超えており、ステップST2でNO判定された場合には、そのままリターンされる。一方、外気温度が所定値Te1以下であり、ステップST2でYES判定された場合には、ステップST3に移り、現在のトリップにおける目的地までの距離が所定距離L1以下であるか否かが判定される。
【0032】
現在のトリップにおける目的地までの距離が所定距離L1を超えており、ステップST3でNO判定された場合には、そのままリターンされる。一方、現在のトリップにおける目的地までの距離が所定距離L1以下であり、ステップST3でYES判定された場合には、ステップST4に移り、次トリップまでの予測時間が所定時間Ti1以上であるか否かが判定される。尚、前述した各所定値(閾値)Te1,L1,Ti1は実験やシミュレーションによって予め設定されている。
【0033】
次トリップまでの予測時間が所定時間Ti1未満であり、ステップST4でNO判定された場合には、そのままリターンされる。一方、次トリップまでの予測時間が所定時間Ti1以上であり、ステップST4でYES判定された場合には、ステップST5に移り、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理を行う。この場合の内燃機関作動要求SOCの低下量としては、実験やシミュレーションによって予め設定されている。また、この場合の水加熱ヒータ61cの発熱量は、車室内の暖房要求の大きさ(現在の車室内温度と目標温度との差に応じた暖房要求の大きさ)や、現在のSOC等に応じた値として実験やシミュレーションによって予め設定されている。
【0034】
このように、バッテリ31のSOCを高くしておく必要がない状況において、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理を行ったり、水加熱ヒータ61cを作動させる処理を行ったりすることにより、エンジン11の作動頻度が低下することになる。以上の動作が繰り返される。
【0035】
以上説明したように、本実施形態では、HEVモードでの走行中において、条件(1)外気温度が所定値以下およびエンジン冷却水温度が所定値以下のうち少なくとも一方が成立していること、条件(2)車両の目的地までの距離が所定距離以下および車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上のうち少なくとも一方が成立していること、を共に満たす場合に、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行するようにしている。これにより、エンジン11の作動頻度を低下させることができ、燃料消費率の改善を図ることができる。
【0036】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。
【0037】
例えば、前記実施形態では、プラグインハイブリッド車両に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、ハイブリッド車両(HEV)に適用することも可能である。
【0038】
また、前記実施形態では、HEVモードでの走行中において、外気温度が所定値以下であり、車両の目的地までの距離が所定距離以下であり、且つ車両停止後の次始動までの予測時間が所定時間以上であることを条件として内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理の両方を行う場合について説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、HEVモードでの走行中において、前記条件(1)が成立していること、前記条件(2)が成立していること、を共に満たす場合に、内燃機関作動要求SOCを低く設定する処理および水加熱ヒータ61cを作動させる処理のうち少なくとも一方を実行するものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【0039】
本発明は、走行用駆動力源としてエンジンと走行用モータとを備えた車両におけるエンジンの作動頻度を低下させるための対策として適用可能である。
【符号の説明】
【0040】
4…HEV_ECU(車両制御装置) 11…エンジン(内燃機関)
MG1,MG2…モータジェネレータ(電動機) 61c…水加熱ヒータ
図1
図2
図3