JP2001095106A - ハイブリッド自動車の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バッテリの電圧が設定下限値から設定上限値ま
での範囲を越えないようにしてバッテリの損傷を確実に
防止できるようにする。 【解決手段】バッテリの電圧が予め設定された設定上限
値を上回るとき、或いは設定下限値を下回るときに、バ
ッテリの電圧を設定下限値から設定上限値までの範囲内
に抑えるべく、モータ制御部に与える走行モータのトル
ク指令値を補正し、走行モータの消費電力或いは回生電
力を調整制御する。ここで、走行モータのトルク指令値
を補正は、ＶＣＵによる検出電圧が設定下限値から設定
上限値までの範囲内に入るまで、アクセルペダルの踏み
込み量に基づいて決まる走行モータのトルク要求値か
ら、ＶＣＵの制御周期である一定周期毎に予め定められ
た一定値を加減することにより行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、動力源として内
燃機関及び走行モータを搭載し、バッテリの出力を走行
モータに給電し、遊星ギヤユニットの介在により、内燃
機関及び走行モータを併用して走行するハイブリッド自
動車の制御装置及びその制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保護の意識が世界的な規
模で高まりを見せる中、自動車の排出ガス中の二酸化炭
素量を低減するための具体策として、ガソリンエンジン
及びモータを組み合わせた低公害車の実用車であるハイ
ブリッド自動車が提案され、具体的には、例えば特開平
９−１１７０１０号公報や特開平１０−２３８３８１号
公報等に記載のものが提案されている。

【０００３】この種のハイブリッド自動車は大きく分け
ると、ガソリンエンジンを駆動することにより発生され
た回転を発電機に伝達してこれを駆動し、この発電機に
より得られる電力をバッテリに供給して充電し、更にこ
のバッテリの電力により駆動モータを駆動するようにし
たシリーズ（直列）方式のものと、ガソリンエンジン及
びモータの両方で車両を駆動するパラレル（並列）方式
のものとがある。

【０００４】そして、パラレル方式のハイブリッド自動
車の場合、走行モータとガソリンエンジンとを切り換え
て動力源としているが、このときの走行モータとガソリ
ンエンジンの切り換えは、従来、例えば車速センサによ
る自車速やドライバによるアクセルペダルの踏み込み
量、ブレーキペダルのオン、オフ等に基づいて行われて
いる。

【０００５】ところで、このような走行モータとガソリ
ンエンジンとの切り換えを実現するために、従来パラレ
ル方式では、図４に示すように、遊星ギヤユニット３を
用いてガソリンエンジン１及び走行モータ２を結合する
ことが行われている。

【０００６】この遊星ギヤユニット３は、図４に示すよ
うに、リングギヤ３１と、このリングギヤ３１の内側に
配置されたサンギヤ３２と、リングギヤ３１及びサンギ
ヤ３２の双方に噛合してサンギヤ３２の外周をリングギ
ヤ３１の内周に沿って回る複数個のプラネタリギヤ３３
とにより構成される。

【０００７】そして、各プラネタリギヤ３３とガソリン
エンジン１の出力軸とがキャリアにより連結され、サン
ギヤ３２の軸にその回転軸が同軸に連結されて発電機５
が設けられ、リングギヤ３１と一体的に回転する伝達ギ
ヤ３５の回転がカウンタギヤ３６及びデフギヤ３７を介
して車輪Ｗ（前輪）に伝えられる一方、バッテリ４によ
り駆動される走行モータ２の回転も、カウンタギヤ３６
及びデフギヤ３７を介して車輪Ｗに伝達されるように構
成されている。尚、これとは逆に、リングギヤ３１に発
電機５が連結され、サンギヤ３２に走行モータ２が連結
されていてもよい。

【０００８】また、遊星ギヤユニット３の特性上、リン
グギヤ３１、プラネタリギヤ３３及びサンギヤ３２の回
転数は、通常図５に示すように直線的に並ぶ。尚、リン
グギヤ３１の回転数は車速に比例し、プラネタリギヤ３
３及びサンギヤ３２の回転はそれぞれガソリンエンジン
１及び発電機５の回転数に比例する。

【０００９】更に、加速時などのガソリンエンジン１が
トルクを発生して高出力状態で走行しているとき、つま
り力行時には、図５中の実線のように、サンギヤ３２つ
まり発電機５の回転はプラスの値をとり、これは発電機
５がガソリンエンジン１により回転駆動されること表わ
す。これに対して、車速が大きくガソリンエンジン１の
発生トルクが小さいときには、図５中の１点鎖線に示す
ように、発電機５の回転はマイナスの値をとることにな
る。

【００１０】ところで、通常、バッテリ４には容量の大
きなニッケル−水素電池が用いられるが、このニッケル
−水素電池はその電圧の管理、制御を精度よく行わない
と、液漏れによる損傷や発熱などを招くため、従来は電
池電圧が予め設定された設定下限値から設定上限値まで
の範囲内で使用されるように充放電制御が厳密に行われ
ている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、バッテリ４の
充電状態が低い、つまりバッテリ４の残存容量が少ない
状態で、例えば急加速が行われてバッテリ４の電圧が予
め設定された設定下限値を下回り、或いはバッテリ４の
充電状態が高い、つまりバッテリ４の残存容量が十分な
状態で、例えば走行モータ２による回生エネルギがバッ
テリ４に供給されてバッテリ４の電圧が予め設定された
設定上限値を上回ると、バッテリ４の液洩れや発熱等を
招いてバッテリ４が損傷し、走行不能になるという不都
合が発生するおそれがあった。

【００１２】この発明が解決しようとする課題は、バッ
テリの電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲を越
えないようにしてバッテリの損傷を確実に防止できるよ
うにすることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明のハイブリッド自動車の制御装置は、動
力源として内燃機関及び走行モータを搭載し、バッテリ
の出力を走行モータに給電し、内燃機関及び走行モータ
を併用して走行するハイブリッド自動車の制御装置にお
いて、リングギヤ、このリングギヤの内側に配置された
サンギヤ、及び前記リングギヤと前記サンギヤとに噛合
して前記サンギヤの外周を前記リングギヤの内周に沿い
前記内燃機関の出力軸と一体的に回転する複数個のプラ
ネタリギヤから成る遊星ギヤユニットと、前記サンギヤ
または前記リングギヤのうち一方の回転軸と同軸にその
回転軸が連結された発電機と、前記サンギヤまたは前記
リングギヤのうち他方及び前記走行モータと連動して回
転しその回転を車輪に伝達するカウンタギヤと、前記バ
ッテリの電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部
による検出電圧が予め設定された設定上限値を上回ると
き或いは設定下限値を下回るときに前記走行モータのト
ルク指令値を補正して前記走行モータの消費電力或いは
回生電力を調整して前記バッテリの電圧を前記設定下限
値から前記設定上限値までの範囲内に抑えるべく制御す
る制御部とを備えていることを特徴としている。

【００１４】このような構成によれば、バッテリの電圧
が予め設定された設定上限値を上回るとき、或いは設定
下限値を下回るときに、制御部により、走行モータのト
ルク指令値が補正されて走行モータの消費電力或いは回
生電力が調整され、バッテリの電圧が設定下限値から設
定上限値までの範囲内に抑えられる。

【００１５】そのため、バッテリの電圧が設定下限値か
ら設定上限値までの範囲を越えることはなく、バッテリ
の液洩れや発熱等によるバッテリの損傷を防止でき、バ
ッテリの損傷に伴う走行不能という事態を未然に回避す
ることができる。

【００１６】また、本発明のハイブリッド自動車の制御
装置では、前記制御部は、前記電圧検出部による検出電
圧が前記設定下限値から前記設定上限値までの範囲内に
入るよう、アクセルペダルの踏み込み量に基づいて決ま
る前記走行モータのトルク要求値から、一定周期毎に予
め定められた一定値を加減することにより前記トルク指
令値の補正を行うことを特徴としている。

【００１７】こうすると、バッテリの電圧が設定下限値
から設定上限値までの範囲に入るように、走行モータの
消費電力或いは回生電力を調整すべく走行モータのトル
ク指令値を補正することができる。

【００１８】また、本発明のハイブリッド自動車の制御
方法は、リングギヤ、このリングギヤの内側に配置され
たサンギヤ、及び前記リングギヤと前記サンギヤとに噛
合して前記サンギヤの外周を前記リングギヤの内周に沿
い前記内燃機関の出力軸と一体的に回転する複数個のプ
ラネタリギヤから成る遊星ギヤユニットを設け、前記サ
ンギヤまたは前記リングギヤのうち一方の回転軸と同軸
に発電機の回転軸を連結し、前記サンギヤまたは前記リ
ングギヤのうち他方及び前記走行モータと連動して車輪
を回転し、前記バッテリの電圧を検出し、検出した電圧
が予め設定した設定上限値を上回るとき或いは設定下限
値を下回るときに、前記走行モータのトルク指令値を補
正して前記走行モータの消費電力或いは回生電力を調整
して前記バッテリの電圧を前記設定下限値から前記設定
上限値までの範囲内に抑えるべく制御することを特徴と
している。

【００１９】こうすれば、バッテリの電圧が予め設定さ
れた設定上限値を上回るとき、或いは設定下限値を下回
るときに、走行モータのトルク指令値が補正されて走行
モータの消費電力或いは回生電力が調整され、バッテリ
の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲内に抑え
られるため、バッテリの液洩れや発熱等によるバッテリ
の損傷を防止でき、バッテリの損傷に伴う走行不能とい
う事態を未然に回避することができる。

【００２０】また、本発明のハイブリッド自動車の制御
方法は、前記電圧検出部による検出電圧が前記設定下限
値から前記設定上限値までの範囲内に入るよう、アクセ
ルペダルの踏み込み量に基づいて決まる前記走行モータ
のトルク要求値から、前記走行モータのトルク要求値か
ら一定周期毎に予め定められた一定値を加減することに
より前記トルク指令値の補正を行うことを特徴としてい
る。

【００２１】こうすることで、バッテリの電圧が設定下
限値から設定上限値までの範囲から入るように、走行モ
ータの消費電力或いは回生電力を調整すべく走行モータ
のトルク指令値を補正することが可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態について図
１ないし図３を参照して説明する。但し、図１は全体の
概略構成図、図２及び図３は動作説明図である。

【００２３】図１に示すように、動力源としての内燃機
関であるガソリンエンジン１及び走行モータ２が遊星ギ
ヤユニット３を介して結合されると共に、走行モータ２
の駆動用バッテリ４に充電電流を供給する発電機５が、
図４に示すように、遊星ギヤユニット３を介してガソリ
ンエンジン１に結合されている。尚、本実施形態におい
ても、リングギヤ３１に発電機５が連結され、サンギヤ
３２に走行モータ２が連結されていてもよい。

【００２４】更に、図１に示すように、バッテリ４の直
流出力は、インバータ等から成るモータ制御部８により
交流に変換されて走行モータ２に供給され、発電機５に
よる交流発電出力は、ダイオード等の整流回路から成る
発電機制御部９により直流に変換され、このようにして
バッテリ４に充電電流が供給されて充電が行われる。こ
のとき、発電機制御部９により発電機５の回転数が可変
制御されて充電電流の調整が行われる。尚、バッテリ４
の出力電圧である２８８Ｖ程度の高電圧が、ＤＣ−ＤＣ
コンバータ１０により１２Ｖの低電圧に変換されて各部
に供給される。

【００２５】また、図１に示すように、車両統括制御装
置（以下、ＶＣＵと称する）１２が設けられ、このＶＣ
Ｕ１２により、モータ制御部８、発電機制御部９を始
め、各部の制御や、通常走行時及び停止時における電子
スロットル１３の開度の制御などが行われる。

【００２６】更に、ＶＣＵ１２は、バッテリ４の電圧検
出を行うと共に、アクセルペダルセンサ１４からのアク
セルペダルの踏み込み量に応じた出力信号、及び車速セ
ンサ１５からの車速に応じた出力信号がＶＣＵ１２に入
力され、これらの信号に基づき、ＶＣＵ１２はアクセル
ペダルの踏み込み量及び車速の検出を行う。このＶＣＵ
１２による電圧検出処理が電圧検出部に相当する。

【００２７】また、ＶＣＵ１２は、バッテリ４の検出電
圧が予め設定された設定上限値を上回るとき、或いは設
定下限値を下回るときに、バッテリ４の電圧を設定下限
値から設定上限値までの範囲内に抑えるべく、モータ制
御部８に与える走行モータ２のトルク指令値を補正し、
走行モータ２の消費電力或いは回生電力を調整制御す
る。

【００２８】ここで、走行モータ２のトルク指令値の補
正は、ＶＣＵ１２による検出電圧が設定下限値から設定
上限値までの範囲内に入るまで、アクセルペダルの踏み
込み量に基づいて決まる走行モータのトルク要求値か
ら、ＶＣＵ１２の制御周期である一定周期毎に予め定め
られた一定値を加減することにより行う。このＶＣＵ１
２による走行モータ２のトルク指令値を補正処理が制御
部に相当する。

【００２９】尚、走行モータ２に対するトルク要求値
は、アクセルペダルセンサ１４の出力に基づくアクセル
ペダルの踏み込み量から算出することができ、ＶＣＵ１
２によりその演算処理が行われる。

【００３０】従って、バッテリ４の残存容量が少ない状
態において、例えば急加速が行われ、図２に示すよう
に、バッテリ４の電圧が予め設定された設定下限値を下
回ったときや、バッテリ４残存容量が十分で充電状態が
高い状態において、例えば減速により走行モータ２によ
る回生エネルギがバッテリ４に供給されて、バッテリ４
の電圧が予め設定された設定上限値を上回ったときに
は、ＶＣＵ１２により、走行モータ２に対するトルク要
求値から一定周期であるＶＣＵ１２の制御周期ΔＴ毎に
予め定められた一定値ΔＭが加減され、走行モータ２に
対するトルク指令値の補正が行われる。

【００３１】このとき、図３に示すように、算出された
トルク要求値に対して、ＶＣＵ１２の制御周期ΔＴ毎に
一定値ΔＭが加算或いは減算され、その加算或いは減算
毎にバッテリ４の電圧が検出されて設定下限値から設定
上限値までの範囲に入ったかどうかが判断され、バッテ
リ４の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲に入
るまでこの加減算が繰り返される。

【００３２】そして、図２中の破線に示すように、上記
したような走行モータ２のトルク指令値の補正を行わな
い場合には、バッテリ４の電圧が設定下限値を大きく下
回ったり、或いは設定上限値を大きく上回ったりするの
に対し、上記したように、ＶＣＵ１２により、走行モー
タ２に対するトルク指令値が補正されることによって、
走行モータ２の消費電力或いは回生電力が調整され、バ
ッテリ４の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲
内に抑えられるのである。

【００３３】従って、上記した実施形態によれば、バッ
テリ４の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲を
越えることはなく、バッテリ４の液洩れや発熱等による
バッテリ４の損傷を防止でき、バッテリ４の損傷に伴う
走行不能という事態を未然に回避することが可能にな
る。

【００３４】また、アクセルペダルの踏み込み量に基づ
いて決まる前記走行モータのトルク要求値から、走行モ
ータ２のトルク要求値から一定周期毎に予め定められた
一定値を加減してトルク指令値の補正を行うため、バッ
テリ４の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲か
ら出ないように、走行モータ２の消費電力或いは回生電
力を調整すべく走行モータ２のトルク指令値を補正する
ことができる。

【００３５】更に、このように走行モータ２のトルク指
令値の補正を行うと、発電機制御部９やその他の補機類
がバッテリ４に接続された状態であっても、バッテリ電
圧を設定下限値から設定上限値までの範囲内に抑えこと
が可能である。

【００３６】なお、上記した実施形態では、走行モータ
２のトルク要求値から一定値を加減する演算をＶＣＵ１
２の制御周期毎に繰り返すようにしているが、この演算
の繰り返し周期は、特にＶＣＵ１２の制御周期に限定さ
れるものではなく、一定周期であればよい。更に、バッ
テリ４の電圧が設定下限値から設定上限値までの範囲内
にあるときのトルク指令値を目標値とするフィードバッ
ク制御により、バッテリ４の電圧が設定下限値から設定
上限値までの範囲に入るように走行モータ２のトルク指
令値の補正を行うようにしても構わない。

【００３７】また、ハイブリッド自動車の全体構成は、
上記した各実施形態に限定されるものでないのは勿論で
ある。

【００３８】また、上記した実施形態では、内燃機関を
ガソリンエンジン１とした場合について説明している
が、内燃機関は、特にガソリンエンジンに限定されるも
のでないのはいうまでもない。

【００３９】また、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、請求項１、３に記載の発
明によれば、バッテリの電圧が予め設定された設定上限
値を上回るとき、或いは設定下限値を下回るときに、走
行モータのトルク指令値が補正されて走行モータの消費
電力或いは回生電力が調整されて、バッテリの電圧が設
定下限値から設定上限値までの範囲内に抑えられるた
め、バッテリの液洩れや発熱等によるバッテリの損傷を
防止でき、バッテリの損傷に伴う走行不能という事態を
未然に回避することができ、走行性能の良好なハイブリ
ッド自動車を提供することが可能になる。

【００４１】また、請求項２、４に記載の発明によれ
ば、バッテリの電圧が設定下限値から設定上限値までの
範囲から出ないように、走行モータの消費電力或いは回
生電力を調整すべく走行モータのトルク指令値を補正す
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の全体構成を示す概略図
である。

【図２】この発明の一実施形態の動作説明図である。

【図３】この発明の一実施形態の動作説明図である。

【図４】この発明の背景となるハイブリッド自動車の一
部の概略図である。

【図５】従来例の動作説明図である。

【符号の説明】

１ ガソリンエンジン（内燃機関） ２ 走行モータ ３ 遊星ギヤユニット ４ バッテリ ５ 発電機 １２ ＶＣＵ（電圧検出部、制御部） ３１ リングギヤ ３２ サンギヤ ３３ プラネタリギヤ ３６ カウンタギヤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 稔 大阪府池田市桃園２丁目１番１号 ダイハ ツ工業株式会社内 (72)発明者 炭谷 俊弘 大阪府池田市桃園２丁目１番１号 ダイハ ツ工業株式会社内 (72)発明者 栗本 隆志 大阪府池田市桃園２丁目１番１号 ダイハ ツ工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA07 BA10 DA06 DB05 DB19 EA00 EB02 FA08 FA11 5H115 PA08 PA15 PC06 PG04 PI16 PI24 PI29 PI30 PO02 PO06 PO17 PU08 PU24 PU25 PV02 PV07 PV09 QE07 QE08 QE10 QE12 QI04 RB08 RE06 SE04 SE06 SE08 TB01 TI02 TI05 TO21 TO23 TR19 TU16 TU17 UI13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力源として内燃機関及び走行モータを
   搭載し、バッテリの出力を走行モータに給電し、内燃機
   関及び走行モータを併用して走行するハイブリッド自動
   車の制御装置において、 リングギヤ、このリングギヤの内側に配置されたサンギ
   ヤ、及び前記リングギヤと前記サンギヤとに噛合して前
   記サンギヤの外周を前記リングギヤの内周に沿い前記内
   燃機関の出力軸と一体的に回転する複数個のプラネタリ
   ギヤから成る遊星ギヤユニットと、 前記サンギヤまたは前記リングギヤのうち一方の回転軸
   と同軸にその回転軸が連結された発電機と、 前記サンギヤまたは前記リングギヤのうち他方及び前記
   走行モータと連動して回転しその回転を車輪に伝達する
   カウンタギヤと、 前記バッテリの電圧を検出する電圧検出部と、 前記電圧検出部による検出電圧が予め設定された設定上
   限値を上回るとき或いは設定下限値を下回るときに前記
   走行モータのトルク指令値を補正して前記走行モータの
   消費電力或いは回生電力を調整して前記バッテリの電圧
   を前記設定下限値から前記設定上限値までの範囲内に抑
   えるべく制御する制御部とを備えていることを特徴とす
   るハイブリッド自動車の制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、前記電圧検出部による検
   出電圧が前記設定下限値から前記設定上限値までの範囲
   内に入るよう、アクセルペダルの踏み込み量に基づいて
   決まる前記走行モータのトルク要求値から、一定周期毎
   に予め定められた一定値を加減することにより前記トル
   ク指令値の補正を行うことを特徴とする請求項１に記載
   のハイブリッド自動車の制御装置。
3. 【請求項３】 動力源として内燃機関及び走行モータを
   搭載し、バッテリの出力を走行モータに給電し、内燃機
   関及び走行モータを併用して走行するハイブリッド自動
   車の制御方法において、 リングギヤ、このリングギヤの内側に配置されたサンギ
   ヤ、及び前記リングギヤと前記サンギヤとに噛合して前
   記サンギヤの外周を前記リングギヤの内周に沿い前記内
   燃機関の出力軸と一体的に回転する複数個のプラネタリ
   ギヤから成る遊星ギヤユニットを設け、前記サンギヤま
   たは前記リングギヤのうち一方の回転軸と同軸に発電機
   の回転軸を連結し、前記サンギヤまたは前記リングギヤ
   のうち他方及び前記走行モータと連動して車輪を回転
   し、 前記バッテリの電圧を検出し、検出した電圧が予め設定
   した設定上限値を上回るとき或いは設定下限値を下回る
   ときに、前記走行モータのトルク指令値を補正して前記
   走行モータの消費電力或いは回生電力を調整して前記バ
   ッテリの電圧を前記設定下限値から前記設定上限値まで
   の範囲内に抑えるべく制御することを特徴とするハイブ
   リッド自動車の制御方法。
4. 【請求項４】 前記電圧検出部による検出電圧が前記設
   定下限値から前記設定上限値までの範囲内に入るよう、
   アクセルペダルの踏み込み量に基づいて決まる前記走行
   モータのトルク要求値から、前記走行モータのトルク要
   求値から一定周期毎に予め定められた一定値を加減する
   ことにより前記トルク指令値の補正を行うことを特徴と
   する請求項３に記載のハイブリッド自動車の制御方法。