JP2001211505A - 車両用駆動力制御装置 - Google Patents

車両用駆動力制御装置

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JP2001211505A JP2000011686A JP2000011686A JP2001211505A JP 2001211505 A JP2001211505 A JP 2001211505A JP 2000011686 A JP2000011686 A JP 2000011686A JP 2000011686 A JP2000011686 A JP 2000011686A JP 2001211505 A JP2001211505 A JP 2001211505A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリ温度が低いときに加速に必要な電力
をバッテリから供給できなくなるのを防止し、良好な加
速応答性を確保する。 【解決手段】エンジン１の出力は発電機２により回生さ
れ、電動機４は発電機２の回生電力により駆動される。
急加速時等、発電機２の発電出力が遅れ、発電機２から
電動機４に供給される電力が不足するときは、不足電力
分がバッテリ９から供給される。バッテリ９の最大出力
はバッテリ温度に応じて低下するが、バッテリ温度が低
いと発電機２の発電出力の応答が早められ、上記不足電
力は常にバッテリ９の最大出力以下に抑えられる。これ
により、加速に必要な電力をバッテリ９から供給できな
くなるのが防止され、加速不良を解消することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両用駆動力制御装置
に関し、特に、変速機として電気パワートレーンを備え
た車両に用いられる駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】回転子がエンジンのクランク軸と共に回
転可能な発電機と、回転子が駆動軸とともに回転可能な
電動機とで構成される無段変速機（以下、「電気パワー
トレーン」とする。）を備えた車両が本出願人により提
案されている（特願平11-172426号）。
【０００３】このような電気パワートレーンを備えた車
両では、電動機で消費される電力に見合った発電量が得
られるようにエンジンと発電機が制御されるので、車両
に搭載されるバッテリの充放電が低減でき、以って、バ
ッテリの容量及び重量を低減できるというメリットがあ
る。また、発電機と電動機の回転速度比を制御すること
により、エンジンと駆動軸の回転速度比、すなわち変速
比を無段階に調整することができる。
【０００４】さらに、電気パワートレーンは、従来の機
械式無段変速機よりも広範囲の変速比が実現可能である
ことから、走行中のエンジン及び発電機の運転状態を、
必要な発電機出力を実現しつつ効率が最も良くなる状態
に設定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】上記電気パワー
トレーンの有する特性から、電気パワートレーン搭載車
両では、要求出力を満たすのに、エンジンの効率を高め
るべくエンジンを相対的に低回転かつ高負荷で運転する
ことが多い。
【０００６】しかしながら、このようにエンジンを低回
転かつ高負荷で運転すると、エンジンの余裕トルクが小
さくなるため、エンジンの応答性、更には発電機の応答
性が低下し、車両の急加速時や補機負荷の急増時に必要
な電力を発電機から電動機に供給できない状況が生じ
る。
【０００７】このような状況であっても、不足電力分を
バッテリから供給できれば加速応答性を損なわない良好
な運転性を実現できるのであるが、バッテリ温度が低い
とバッテリから供給可能な電力が小さくなって上記加速
に必要な電力を供給できず、加速不良を生じてしまう。
【０００８】本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされ
たものであり、バッテリの温度が低いときに、バッテリ
から加速に必要な電力を供給できなくなるのを防止し、
良好な加速応答性を確保することである。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】第１の発明は、エンジ
ンと、エンジンと同期回転してエンジン出力を回生する
発電機と、発電機が回生した電力で駆動される電動機
と、電動機に電力を供給可能な蓄電装置とを備えた車両
に用いられ、前記発電機の発電出力の応答遅れにより前
記発電機から前記電動機に供給される電力が不足する際
に、その不足分を前記蓄電装置から前記電動機に供給す
るように構成された駆動力制御装置において、前記蓄電
装置の温度を検出する手段と、検出された前記蓄電装置
の温度が低く前記蓄電装置の出力が低下する場合に前記
発電機の発電出力の応答を早める手段と、を備えたこと
を特徴とするものである。
【００１０】第２の発明は、第１の発明において、エン
ジンに所定の余裕トルクを持たせることで前記発電機の
発電出力の応答を早めることを特徴とするものである。
【００１１】第３の発明は、第２の発明において、検出
された蓄電装置の温度が低いほど前記エンジンの余裕ト
ルクを増大させることを特徴とするものである。
【００１２】第４の発明は、第２の発明において、発電
機及びエンジンの目標入力回転速度を調整することで前
記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることを特徴と
するものである。
【００１３】第５の発明は、第２の発明において、予め
エンジンの所定の余裕トルクを持たせるように設定され
た前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度設定用マ
ップを備え、前記マップを参照して前記発電機及びエン
ジンの目標入力回転速度を設定することで前記エンジン
に所定の余裕トルクを持たせることを特徴とするもので
ある。
【００１４】
【作用及び効果】電気パワートレーン搭載車両において
は、電動機は発電機の回生電力で駆動され、急加速時や
補機負荷急増時等、駆動出力が発電出力を上回る状況で
は不足分の電力がバッテリ、キャパシタ等の蓄電装置か
ら電動機に供給される。このとき蓄電装置の最大出力は
蓄電装置の温度によって決まり、上記不足電力がこの最
大出力を上回ると蓄電装置より十分な電力が供給でき
ず、加速不良の原因となってしまうが、本発明を適用す
ることにより、蓄電装置温度が低く最大出力が小さいと
きは発電出力の応答が早められ、発電出力の応答遅れに
よる不足電力が常に蓄電装置の最大出力以下に抑えられ
る。これにより、加速に必要な電力を蓄電装置から十分
に補うことができないことによる加速不良が防止され、
良好な加速応答性を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。
【００１６】図１は本発明に係る駆動力制御装置が適用
される車両の概略構成を示し、この車両では、無段変速
機として機能する電気パワートレーン５がエンジン１と
図示しない駆動輪との間に接続されている。
【００１７】電気パワートレーン５は、発電機２と電動
機４とを備えており、入力側の発電機２がエンジン１の
クランク軸に接続され、出力側の電動機４が車両の駆動
軸６に接続されている。
【００１８】発電機２、電動機４は永久磁石式交流同期
モータ等の交流機であり、インバータ８に接続されてい
る。また、インバータ８には蓄電装置としてのバッテリ
９（あるいはキャパシタ）が接続されており、その温度
ＴＥＭＰＢはバッテリ温度センサ２０により検出され
る。
【００１９】エンジン１の出力は発電機２によって回生
され、電動機４はその回生された電力で駆動される。電
動機４の消費電力は、基本的には発電機２から供給され
る電力で賄われ、後述する発電出力の応答遅れにより電
動機４への供給電力が不足する場合等に限り、バッテリ
９から電動機４に電力が供給される。
【００２０】また、発電機２と電動機４の間にはクラッ
チ３が介装されており、クラッチ３が締結された状態で
はエンジン１と駆動軸６が直結状態となってエンジン１
の出力で駆動輪が直接的に駆動される。クラッチ３は、
例えば、電気パワートレーン５の入力回転速度と出力回
転速度が等しいときに締結され、発電機２と電動機４に
おける損失を抑え、車両の燃費性能を向上させることが
できる。
【００２１】更に、電気パワートレーン５には、エンジ
ン１に接続された発電機２の回転子の回転速度を検出す
る入力回転速度センサ２４と、駆動軸６に接続された電
動機４の回転子の回転速度を検出する出力回転速度セン
サ２１とが取り付けられており、これらの検出値はトラ
ンスミッションコントロールユニット１２に入力され
る。なお、エンジン１と発電機２は直結されているた
め、電気パワートレーン５の入力回転速度はエンジン１
の回転速度に等しくなる。
【００２２】一方、エンジン１は電子制御スロットル１
４を備えており、アクセル操作量センサ２２が検出した
アクセル操作量ＡＰＳに応じて電子制御スロットル１４
の開度が制御される。エンジン１の吸入空気量、スロッ
トル開度、回転速度はそれぞれエアフローメータ１３、
スロットル開度センサ１４、クランク角センサ２３によ
り検出され、それらの検出信号はエンジンコントロール
ユニット１１に入力される。
【００２３】統合コントロールユニット１０は、アクセ
ル操作量ＡＰＳに応じた駆動出力が得られるように電動
機４の目標出力トルクｔＴｏを演算し、また、電動機４
の駆動出力（消費電力）に見合った発電出力が得られる
ようエンジン１及び電動機２の動作点、すなわち電動機
２の目標入力回転速度ｔＮｉ及びエンジン１の目標トル
クｔＴｅを演算し、それらをコントロールユニット１
１、１２に出力する。
【００２４】そして、車両が急加速する時や補機負荷が
急増する時等は、発電出力が駆動出力に対して遅れる
が、それに伴う不足電力はバッテリ９より供給され、良
好な加速性能が確保される。
【００２５】ここで、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低く、
バッテリ９が出力可能な電力が低下しているときは、発
電出力の応答遅れによる不足電力がバッテリ９の最大出
力を超えてしまう可能性がある。そこで、本発明に係る
駆動力制御装置では、これを防止すべく発電機２の発電
出力の応答が早められる。
【００２６】具体的には、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低
くなるほどエンジン１及び発電機２の動作点が高回転速
度かつ低トルク側に変更されてエンジン１の余裕トルク
が増大され、発電機２の発電出力の応答が早められる
（詳しくは後述）。
【００２７】そして、トランスミッションコントロール
ユニット１２は、統合コントロールユニット１０が演算
した目標出力トルクｔＴｏと目標入力回転速度ｔＮｉが
実現されるように電動機４のトルク制御、発電機２の回
転速度制御を行い、エンジンコントロールユニット１１
は、統合コントロールユニット１０が演算した目標エン
ジントルクｔＴｅが実現されるようにエンジン１のトル
ク制御を行う。
【００２８】図２は統合コントロールユニット１０が行
う駆動力制御の内容を示したブロック図である。
【００２９】これを参照しながら駆動力制御の内容につ
いて詳しく説明すると、まず、アクセル操作量ＡＰＳと
車速ＶＳＰとに基づきマップＭ１を参照して目標駆動力
ｔＦｄが求められる。車速ＶＳＰは出力回転速度Ｎｏに
差動装置等の終減速比や駆動輪の半径等を乗じて演算さ
れる。
【００３０】そして、この目標駆動力ｔＦｄに定数Ｇ４
＝（タイヤ有効半径）／（ファイナルギア比）を乗じて
目標出力トルクｔＴｏが求められ、目標出力トルクｔＴ
ｏがトランスミッションコントロールユニット１２へ送
信される。
【００３１】また、車速ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］に定数Ｇ１
＝１０００／３６００を乗じることによって単位が［ｍ
／ｓ］に変換され、これを目標駆動力ｔＦｄに乗じて目
標発電電力の基本値が演算される。更に、この基本値を
マップＭ２、Ｍ３を参照して得られる電動機効率ＥＦＦ
ｍ及び発電機効率ＥＦＦｇで除し、電装品等からの発電
要求値ｔＰｇを加算して、目標発電電力ｔＰｏが求めら
れる。
【００３２】そして、目標発電出力ｔＰｏからテーブル
Ｔ１を参照して目標入力回転速度ｔＮｉ０が演算され
る。テーブルＴ１は、例えば目標発電電力ｔＰｏに対し
て最もエンジン１及び発電機２の効率が良くなる回転速
度が選ばれるように設定される。
【００３３】一方、現在の入力回転速度（＝エンジン回
転速度）Ｎｉから、その回転速度におけるエンジン１の
最大トルクＴＲＱＭＡＸがテーブルＴ２を参照して求め
られ、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに基づきテーブルＴ３を
参照して、余裕トルクＴＲＱＭＲＧを求められる。余裕
トルクＴＲＱＭＲＧは、発電出力の応答遅れによる不足
電力をバッテリ９の最大出力以下に抑えるために必要な
発電応答を実現するために必要とされるエンジン１の余
裕トルクを意味し、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低いほど
大きな値が設定される。
【００３４】更に、最大トルクＴＲＱＭＡＸと余裕トル
クＴＲＱＭＲＧとの差が演算され、この差でもって目標
発電出力ｔＰｏが除され、定数Ｇ５を乗じて単位変換さ
れて目標入力回転速度の下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎが求めら
れる。この下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎは、発電出力の応答遅
れによる電力の不足分をバッテリ最大出力以下に抑える
発電応答を実現するのに必要とされるエンジン１及び発
電機２の回転速度の下限値である。
【００３５】そして、目標入力回転速度ｔＮｉ０と下限
値ｔＮｉ＿ｍｉｎのいずれか大きい方が最終的な目標入
力回転速度ｔＮｉとされ、エンジン１及び発電機２の回
転速度が常に下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎ以上になるようにさ
れる。
【００３６】以上のようにして演算された最終目標入力
回転速度ｔＮｉは、トランスミッションコントロールユ
ニット１２へ送信され、トランスミッションコントロー
ルユニット１２では、一般的な比例積分制御（ＰＩ制
御）により、電動機２の回転速度が最終目標入力回転速
度ｔＮｉとなるよう回転速度フィードバック制御が行わ
れる。
【００３７】また、目標発電出力ｔＰｏはエンジン回転
速度（＝入力回転速度Ｎｉ）で除して目標エンジントル
クｔＴｅとされ、エンジンコントロールユニット１１へ
送信される。エンジンコントロールユニット１１では、
目標エンジントルクｔＴｅが実現されるようにエンジン
１のトルク制御が行われる。
【００３８】次に、全体的な作用について説明する。
【００３９】上記駆動力制御装置が適用される車両にお
いては、アクセル操作量ＡＰＳ及び車速ＶＳＰに応じた
駆動力が得られるように電動機４のトルクが制御され、
電動機４の駆動出力（消費電力）に見合った発電出力が
得られるようエンジン１及び電動機２の動作点（目標入
力回転速度ｔＮｉ及び目標出力トルクｔＴｅ）が制御さ
れる。
【００４０】そして、急加速時等、電動機４の駆動出力
に対して発電機２の発電出力の応答が遅れ、発電機２か
ら電動機４に供給される電力が不足する際にはバッテリ
９から電動機４に不足分の電力が供給される。
【００４１】ここで、不足分がその時点におけるバッテ
リ９の最大出力を超えてしまうと、電動機４へ供給でき
る電力が不足して駆動に使用できる電力が減少し、加速
応答性が低下してしまう。図３は、アクセル操作量がス
テップ状に変化し、発電出力の応答遅れによる不足電力
がバッテリ９の最大出力を上回ったときの状況（例え
ば、急加速時）を示したものであるが、この場合、図中
Ａに相当する分の電力が電動機４に供給されないことに
なり、加速不良が生じてしまう。
【００４２】通常、発電出力の応答は、エンジントルク
とその応答、更には発電機２の回転速度及び回転速度制
御の応答特性により定まる所定の応答よりも早くでき
ず、発電出力の応答はエンジン１の余裕トルクが小さい
ほど遅くなる。特に、エンジン１をより燃費の良い状態
で運転しようとすると、同一の要求出力を満たすにもエ
ンジン１をより低い回転速度かつ高負荷で運転させるこ
とになり、エンジン１の余裕トルクが小さくなって発電
応答はさらに遅くなって供給電力が不足しやすくなる。
【００４３】更に、バッテリ温度が低い時にはバッテリ
９の最大出力が低下するため、電動機４へ供給される電
力が不足しやすくなる。電動機４の駆動出力の応答は運
転性に与える影響が大きいため、電動機４への供給電力
が不足すると運転者に違和感を与える原因となる。
【００４４】発電出力の応答遅れによる不足電力をバッ
テリ９により供給可能な電力以下にするには、発電機２
の発電出力の応答を早めて不足電力を抑えればよい。発
電出力の応答を早めるにはエンジン１の余裕トルクを増
大する必要がある。
【００４５】そこで、本発明に係る駆動力制御装置で
は、バッテリ９の温度を検出し、検出された温度が低い
ときは同じ出力を保ちつつエンジン１及び電動機２の動
作点を高回転速度且つ低トルク側へと変更し、エンジン
１の余裕トルクを増大させている。
【００４６】図２に示したブロック図では、上記余裕ト
ルクを確保するために必要な目標回転速度の下限値ｔＮ
ｉ＿ｍｉｎを演算し、エンジン１及び発電機２の運転効
率が最良となるように設定された目標入力回転速度ｔＮ
ｉ０がそれより低い場合には、目標入力回転速度ｔＮｉ
０に係らず最終入力回転速度ｔＮｉをｔＮｉ＿ｍｉｎに
設定し、常に必要とされる余裕トルクが確保されるよう
にしている。
【００４７】これにより、例えば、図４に示すようにア
クセルペダルの操作量が増大され電動機の駆動出力が増
大していく状況で且つバッテリ温度が低い場合には、図
５に破線で示すように同じ出力を保ちつつエンジン１及
び発電機２の動作点が高回転速度且つ低トルク側、電気
パワートレーン５の変速比でいうとローギア側に変更さ
れ、エンジン１の余裕トルクが増大される。
【００４８】余裕トルクが増大されると、図６に示すよ
うにアクセル操作量がステップ状に変化しても、発電出
力の応答が早められるので発電出力の応答遅れによる不
足電力を常に最大電力以下に抑えることができ、加速に
必要な電力をバッテリ９から供給できないことによる加
速不良は解消される。
【００４９】続いて、第２の実施形態について説明す
る。
【００５０】図７は第２の実施形態に係る統合コントロ
ールユニット１０の制御ブロック図である。
【００５１】ここでは、先の実施形態と異なり、目標入
力回転速度ｔＮｉが、電動機２の効率等を考慮して演算
された第２目標駆動力ｔＦｄ２と、車速ＶＳＰとに基づ
き、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに応じて選択された目標入
力回転速度設定用マップを参照して設定される。
【００５２】ここで目標入力回転速度設定用マップは、
低温時用と通常温度時用の２面（Ｍ４、Ｍ５）用意さ
れ、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに応じていずれかのマップ
が選択される。すなわち、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが所
定温度ＴＣＬＤＮＩ＃（例えば２０℃）未満の場合はマ
ップＭ４が選択され、所定温度ＴＣＬＤＮＩ＃以上の場
合はマップＭ５が選択される。そして、低温時用のマッ
プＭ４を用いた場合、通常温度時用のマップＭ５を用い
た場合に比べ、同一の目標発電出力ｔＰｏに対して高い
目標入力回転速度が演算される。
【００５３】このとき、各マップの適用温度範囲内で常
に十分な大きさの余裕トルクを確保する必要があるた
め、低温時用マップＭ４が極低温（例えば−３０℃）か
ら上記所定温度ＴＣＬＤＮ＃間での範囲で使用されると
すると、低温時ほど余裕トルクは大きな値が必要なこと
から低温時用マップＭ４は極低温において必要な余裕ト
ルクを考慮して作成される。同様に、通常温度時用マッ
プＭ５は所定温度ＴＣＬＤＮ＃において必要な余裕トル
クを考慮して作成される。
【００５４】したがって、この実施形態においても、先
の実施形態と同様にバッテリ温度が低い場合にはエンジ
ン１の余裕トルクが十分確保され、発電機２の発電応答
が早められる。この結果、急加速時等における不足電力
が常にバッテリ最大出力以下に抑えられ、不足電力をバ
ッテリ９から供給できなくなるのを防止できる。
【００５５】さらに、先の実施形態では、バッテリ温度
に応じて常に必要十分な大きさの余裕トルクとすること
が可能なものの、低温時で大きな余裕トルクとする際に
本来の目標入力回転速度設定値から大きく外れてしまう
場合があり、エンジン１の運転状態が運転者の感覚に合
わない場合も生じる。この点、本実施形態では予め余裕
トルクを考慮して動作点を設定し目標入力回転速度を決
めているので、そのような違和感が生じることはない。
【００５６】なお、ここでは目標入力回転速度設定用の
マップを２面用意しているが、さらに多くのマップを用
意し、バッテリ温度に応じて細かく切り換えるようにし
てもよい。その場合、余裕トルクを必要十分な値に設定
することができるので、余裕トルクが必要以上に増大さ
れて車両の燃費性能が悪化するのを抑えることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る駆動力制御装置を備えた車両の概
略構成図である。
【図２】統合コントロールユニットの制御内容を示した
ブロック図である。
【図３】本発明を適用しないでアクセル操作量をステッ
プ状に変化させた場合の駆動出力、発電出力及びバッテ
リ出力の変化の様子を示したタイミングチャートであ
る。
【図４】アクセル操作量を増大させていったときの電動
機の動作点の変化の様子を示した図である。
【図５】アクセル操作量を増大させていったときのエン
ジン及び発電機の動作点の変化の様子を示した図であ
る。
【図６】本発明を適用してアクセル操作量がステップ状
に変化させた場合の駆動出力、発電出力及びバッテリ出
力の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【図７】第２の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 発電機 ４ 電動機 ５ 電気パワートレーン ６ 駆動軸 ９ バッテリ １０ 統合コントロールユニット １１ エンジンコントロールユニット １２ トランスミッションコントロールユニット １３ エアフローメータ １４ 電子制御スロットル ２０ バッテリ温度センサ ２１ 出力回転速度センサ ２２ アクセル操作量センサ ２３ クランク角センサ ２４ 入力回転速度センサ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA04 AB27 AC01 AC33 AD06 AD22 AD23 AD53 3G093 AA07 BA15 BA19 CB06 DA01 DA06 DB05 DB09 DB19 EA02 EA03 EA09 EB09 EC02 FA08 FA10 5H115 PG04 PI24 PI29 PU10 PU22 PU24 PU25 PV09 QE01 QN06 QN22 QN23 RB08 RE13 SE03 SE05 TE03 TE06 TI10 TO21

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンと、エンジンと同期回転してエン
    ジン出力を回生する発電機と、発電機が回生した電力で
    駆動される電動機と、電動機に電力を供給可能な蓄電装
    置とを備えた車両に用いられ、 前記発電機の発電出力の応答遅れにより前記発電機から
    前記電動機に供給される電力が不足する際に、その不足
    分を前記蓄電装置から前記電動機に供給するように構成
    された駆動力制御装置において、 前記蓄電装置の温度を検出する手段と、 検出された前記蓄電装置の温度が低く前記蓄電装置の出
    力が低下する場合に前記発電機の発電出力の応答を早め
    る手段と、を備えたことを特徴とする駆動力制御装置。
  2. 【請求項２】前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせ
    ることで前記発電機の発電出力の応答を早めることを特
    徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
  3. 【請求項３】検出された前記蓄電装置の温度が低いほど
    前記エンジンの余裕トルクを増大させることを特徴とす
    る請求項２に記載の駆動力制御装置。
  4. 【請求項４】前記発電機及びエンジンの目標入力回転速
    度を調整することで前記エンジンに所定の余裕トルクを
    持たせることを特徴とする請求項２に記載の駆動力制御
    装置。
  5. 【請求項５】予めエンジンの所定の余裕トルクを持たせ
    るように設定された前記発電機及びエンジンの目標入力
    回転速度設定用マップを備え、 前記マップを参照して前記発電機及びエンジンの目標入
    力回転速度を設定することで前記エンジンに所定の余裕
    トルクを持たせることを特徴とする請求項２に記載の駆
    動力制御装置。
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