JP2003009305A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
動を無くし、運転性に違和感が発生するのを防止する。 【解決手段】ハイブリッド車両において、バッテリの暖
機を行うときの最大充電電力を設定する最大充電電力手
段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記最
大充電電力との和に基づいて目標エンジン回転速度を設
定する目標エンジン回転速度設定手段と、バッテリの充
電状態に基づいてバッテリの暖機を行うときの目標充電
電力を算出する目標充電電力算出手段と、車両を駆動す
るのに必要なエンジン出力と前記目標充電電力との和に
基づいて得られる目標エンジン出力を、エンジン回転速
度で除して目標エンジントルクを設定する目標エンジン
トルク設定手段と、バッテリの暖機を行うときに前記目
標エンジン回転速度にエンジンと発電機の回転速度を制
御し、かつ目標エンジントルクにエンジントルクを制御
する制御手段とを備える。
Description
の制御装置に関するものである。
により車両を駆動し、必要な電力はエンジンで駆動され
る発電機から供給される。エンジンはできるだけ燃費の
良い運転領域で運転され、余剰の発電量や、車両の減速
時に回生したエネルギで、バッテリを充電し、要求され
る駆動力が大きいときなどにバッテリからも電動機に電
力を供給している。
リ温度に依存し、温度が低下するほど充放電能力が制限
される。したがってハイブリッド車両の性能はバッテリ
の温度の影響を大きく受け、バッテリを適正な温度に維
持することが必要となる。
温度が規定の状態よりも低いときは、バッテリの充電と
放電を強制的に行ってバッテリに電流を流し、バッテリ
の内部抵抗により熱を発生させ、バッテリを内部から暖
めるようになっている。具体的には現在のバッテリの充
電状態が最大充電状態に達していないときは、バッテリ
の充電を行い、最大充電状態に達したならばバッテリの
放電を行うことにより、バッテリを強制的に充放電させ
ている。
ッテリの暖機については、車両の走行中にも行われる可
能性があり、バッテリの充放電によりエンジンの回転速
度が運転者の意図と無関係に変動して違和感を与えるこ
とがある。
のに必要な出力よりも大きな出力でエンジンを運転し、
余剰の出力で強制充電用の電力の発電を行うことになる
が、この充電用の電力はバッテリの充電状態によって変
化し、このためエンジンに要求される出力もバッテリの
充電状態に応じて変動する。バッテリにより多くの電流
を流した方が速やかな暖機につながるが、過剰な電流を
流すとバッテリの寿命を縮めることになるので、バッテ
リが受け入れ可能な最大電力(入力可能電力)で充電を
行うのが望ましい。このため、バッテリの充電状態に応
じて目標とする充電電力が設定され、また、放電を行う
きにバッテリから出力可能な最大電力もその充電状態に
応じて決まり、これらの結果、バッテリの温度制御が実
行されているときは運転者の意志と無関係に目標エンジ
ン出力が変化し、これに伴い実際に制御されるエンジン
出力が変動するのである。
とするエンジン出力を得るのに、その出力においてエン
ジン効率の最もよい回転速度とエンジントルクとの組み
合わで運転点を決めているため、上記のようにエンジン
出力が変動すると、それに合わせてエンジン回転速度も
変動し、運転者に違和感をもたらすのである。
放電またはその逆に変化すると、目標エンジン出力がス
テップ的に変化するので、回転速度の変化を伴うエンジ
ンの出力制御では実際の出力に応答遅れが発生しやす
く、目標充電電力と実際の充電電力との間にずれを生じ
ることになる。
提案されたもので、バッテリの暖機制御中のエンジン回
転速度の変動を無くし、運転性に違和感が発生するのを
防止することを目的とする。
と、エンジンの出力側に連結された発電機と、車両の駆
動輪側に連結された電動機と、発電機と電動機との間で
電力の授受を行うバッテリと、を備えたハイブリッド車
両において、バッテリの暖機を行うときの最大充電電力
を設定する最大充電電力手段と、車両を駆動するのに必
要なエンジン出力と前記最大充電電力との和に基づいて
目標エンジン回転速度を設定する目標エンジン回転速度
設定手段と、バッテリの充電状態に基づいてバッテリの
暖機を行うときの目標充電電力を算出する目標充電電力
算出手段と、車両を駆動するのに必要なエンジン出力と
前記目標充電電力との和に基づいて得られる目標エンジ
ン出力を、エンジン回転速度で除して目標エンジントル
クを設定する目標エンジントルク設定手段と、バッテリ
の暖機を行うときに前記目標エンジン回転速度にエンジ
ンと発電機の回転速度を制御し、かつ目標エンジントル
クにエンジントルクを制御する制御手段とを備える。
最大充電電力設定手段はバッテリの温度に応じて最大充
電電力を設定する。
最大充電電力はバッテリ温度が高いほど小さくなるよう
に設定する。
て、前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動
するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等し
いパワーを、エンジンの最大トルク線上で出力できる回
転速度に目標回転速度を設定する。
て、前記目標エンジン回転速度設定手段は、車両を駆動
するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の和に等し
いパワーを、エンジンの最良燃費線上で出力できる回転
速度に目標回転速度を設定する。
て、前記目標エンジン回転速度設定手段は、バッテリの
暖機を行うときの目標エンジン回転速度と、バッテリ暖
機以外の要求から求めた目標エンジン回転速度とのうち
大きい方の値を目標エンジン回転速度として設定する。
目標充電電力算出手段は、バッテリ充電状態に基づいて
算出したバッテリ入力可能パワーと、バッテリ放電パワ
ーとを比較し、より多くのバッテリ電流となる方のパワ
ーを選択して目標充電電力を算出する。
目標エンジン回転速度設定手段は、発電機の駆動損失分
を含めて目標回転速度を設定する。
目標エンジントルク設定手段は、補機の消費電力、電動
機の駆動損失分を含めて目標エンジントルクを設定す
る。
中にバッテリの充電状態が変化し、これに伴い目標とす
る充電電力が変化しても、目標エンジン回転速度は一定
の値から変化しないので、バッテリ暖機制御中に運転者
にエンジン回転変動による違和感をもたらすことがな
い。目標充電電力が正から負へ、つまり充電から放電
に、あるいはその逆に変化しても、それに伴う目標エン
ジン出力の変化に対してはエンジントルクを変化させる
だけで対応するので、実際の充電電力と目標充電電力と
の間のズレが生じるのを回避できる。
進行状態に応じて最大充電電力を設定することにより、
例えば、バッテリの充電が進むのに伴い最大充電電力を
小さく設定することで、バッテリ暖機のために必要以上
に目標エンジン回転速度を高く設定することがなくな
り、燃費の悪化を抑制できる。
転速度を設定するので、バッテリ暖機制御中のエンジン
の回転速度を最低限に抑えることができ、燃費の悪化も
抑制できる。
速度を設定するので、バッテリ暖機制御中のバッテリの
充電をエンジンの最良燃費のもとで実現できる。
あっても、バッテリ暖機以外の目的、例えば燃費や余裕
駆動力の確保を考慮に入れた、回転速度に設定すること
により、多機能の制御を同時に達成できる。
いて算出したバッテリ入力可能パワーと、バッテリ放電
パワーとを比較し、より多くの電流がバッテリに流れる
ように、充放電を制御するので、それだけバッテリの暖
機を効果的に行うことができる。
駆動損失あるいは補機の消費電力の影響を受けずにバッ
テリの暖機制御を効果的に行うことができる。
に基づいて説明する。
ジン1により発電機2が駆動され、発電機2が発電した
電力は駆動モータ(電動機)3に供給されると共に余剰
分はバッテリ6に蓄えられ、駆動モータ3の出力回転は
ファイナルギヤ4を介して駆動輪5に伝達され、車両が
駆動される。なお、駆動モータ3は発電機2による発電
出力が不足するときはバッテリ6からの電力供給も受
け、必要とする駆動力を発生する。
から出力されるエンジントルク指令値に基づきエンジン
コントローラ7が、エンジン出力を調整するスロットル
開度を増減してエンジントルクを制御する。
は、統合コントローラ9から出力される回転速度指令値
に基づいて発電機コントローラ8が、発電機2の回転速
度制御を行うことにより制御される。回転速度制御は回
転速度指令値と実回転速度の偏差に応じたトルク指令値
を決定し、トルクがその指令値とおりとなるように発電
機2でベクトル制御を行い、このとき発電機2はエンジ
ントルクを吸収し、発電を行う。
の電圧、電流、温度の各検出値に基づいて、バッテリ充
電状態(SOC)と入力可能なパワーを演算し、それら
とバッテリ温度とを統合コントローラ9に出力する。
コントローラ9からのモータトルク指令値に基づいて駆
動モータ3のトルクをベクトル制御する。
ペダルの開度を検出するアクセル開度センサ12と、車
速を検出する車速センサ13からの信号が入力し、これ
らに基づいて上記した各コントローラに制御指令値を出
力し、運転者の要求に応じてエンジン1、発電機2、駆
動モータ3を制御する。また、バッテリ6の温度が規定
値よりも低下したときはエンジン回転速度を変動させる
ことなく、バッテリ6を強制的に充放電してその暖機を
行うようになっている。
行う制御内容をブロック図にしたがって説明する。
からアクセル開度信号と車速信号に基づいて、駆動力設
定回路15では、目標車軸駆動力Tsdをマップにした
がって算出する。目標車軸駆動力Tsdは、アクセル開
度APSに応じて大きくなり、車速の増加に応じて減少
する。
軸駆動力Tsdをファイナルギヤ比Gfで除算して駆動
モータ3のトルク指令値となる駆動モータトルク指令値
Tsmを求める。この駆動モータトルク指令値Tsmは
駆動モータコントローラ11に送られ、その値に基づい
て駆動モータ3をベクトル制御する。
車速センサ13の出力に基づいて車軸回転速度算出回路
14で算出される車軸回転速度(駆動モータ回転速度)
を乗じて目標駆動パワーPsdを求める。
において補機の消費電力あるいは駆動モータ3の損失分
が加算されるように修正される。ここで補機の消費電力
は、直接補機の消費電力を検出したり、バッテリ6の実
充放電電力から駆動モータ3、発電機2の電力を差し引
いて求めたり、平均消費電力や最大定格電力を固定的に
用いる方法などが考えられる。また、駆動モータ3の損
失算定方法は、予め駆動モータ3のトルク・回転速度毎
の損失を測定して駆動モータ損失マップを作成してお
き、前記駆動モータトルク指令値Tsmと駆動モータ実
回転速度とに基づいてマップを参照することにより算出
することができる。
テリウォームアップ(暖機)を行うために、まず、バッ
テリ6の暖機を行う際の最大暖機充電量Pgmaxを、
バッテリ6の温度センサ20が検出した温度信号Tbに
基づいて、最大暖機充電量設定回路21において求め
る。この最大暖機充電量Pgmaxはバッテリ温度Tb
が低いときほど大きく、温度上昇に伴い低下していく。
30では、バッテリ充電状態検出回路22からのバッテ
リ充電状態SOCと、バッテリ温度センサ20の温度信
号Tbに基づいて、マップからバッテリ入力可能パワー
Piを求める。
に最大でSOCが高くなるほど小さくなり、SOCが10
0%のときに0となる。また、Tbが高いときほど相対
的に大きくなる。
は、バッテリ充電状態SOCとバッテリ温度Tbに基づ
いて、バッテリの出力可能なパワーPoをマップに基づ
いて算出する。この出力可能パワーPoは、SOCが10
0%のときに最大で、SOCが小さくなるほど小さくな
り、SOCが0%のときに0となる。また、Tbが高い
ほど相対的に大きくなる。
パワーPoと、前記した目標駆動パワーPsdとを比較
し、いずれか小さい方を放電パワーPdとして選択す
る。
能パワーPiと放電パワーPdとの比較に基づいて充電
を行うか、放電を行うかを決定し、具体的にはより多く
の電流が流れるように、Pi>Pdのときは充電を選択
し、Pi<Pdのときは放電を選択する。
電選択回路32の決定に基づいて、バッテリ入力可能パ
ワーPiか放電パワーPdかのいずれを目標充電量Pt
gとして出力する。なお、充電と放電を同様に「充電」
として扱うために、放電パワーPdについては反転回路
34において予め符号を反転させている。
ワーPsdと最大暖機充電量Pgmaxとを加算してバ
ッテリ暖機パワーPngを求める。なお、このバッテリ
暖機パワーPngは補正回路25において発電機2の発
電損失分を見越して、これを加算したものに修正され
る。発電機2の損失分の推定は、予め発電機2の発電電
力・回転速度毎の損失を測定し、発電機損失マップを作
成しておき、発電したい電力と実回転速度からマップを
参照して求めることができる。
路26では、このバッテリ暖機パワーPngが出力でき
るエンジンの最低回転速度を求め、これをエンジン目標
回転速度指令値Nskとして算出する。
のエンジンの最低回転速度を求めるには、バッテリ暖機
必要パワーPngと最大ルク線が交わる点の回転速度と
することができる(図3参照)。また、バッテリ暖機必
要パワーPngとエンジン最良燃費線との交点から目標
エンジン回転速度指令値Nskを算出してもよく、この
場合には、バッテリ暖機制御中のエンジンの燃費を最良
の状態に維持できる。
駆動力要求から決まる別の目標エンジン回転速度指令値
がある場合には、この別の回転速度指令値と、Nskと
のうち大きい方の値を最終的な目標エンジン回転速度指
令値Nsとして設定すれば、バッテリ暖機要求以外が燃
費要求であれば、燃費の影響を最小限にすることがで
き、また余裕駆動力要求の場合には余裕駆動力も同時に
確保できる。
3つ以上の要求があるときは、最も大きな値を目標エン
ジン回転速度指令値とすることで、できるだけ燃費の悪
化を避けつつ、全ての要求を満たすことができる。
記した発電機コントローラ8に出力され、エンジン1と
同一回転する発電機2の回転速度がこのNskと一致す
るように発電機2の回転速度制御を行う。
sdと、目標充電量Ptgとを加算して目標エンジン出
力Pseを算出する。これを補正回路28において、前
記と同じように、発電機2の損失分を見越して修正す
る。
ジン出力Pseを実エンジン回転速度で除して、エンジ
ントルク指令値Tsを算出する。なお、実エンジン回転
速度の代わりに発電機回転速度指令値Nskを用いるこ
ともできる。
エンジンコントローラ7に出力され、これに基づいてエ
ンジンスロットル開度を制御することで、エンジン出力
トルクが制御される。
いて図3を参照しながら説明する。
Ptgが最大暖機充電量Pgmaxよりも大きい場合の
目標エンジン出力Pseの等パワー線を示し、特性bは
バッテリ暖機パワーPngを示す等パワー線、特性cは
目標充電量Ptgが最大暖機充電量Pgmaxよりも小
さく、ただし0よりも大きい場合の、目標エンジン出力
Pseの等パワー線、特性dは目標駆動パワーPsdを
示す等パワー線、特性eは目標充電量Ptgが0よりも
小さいときの目標エンジン出力Pseを示す等パワー線
を示している。
ジン1とエンジン直結の発電機2の回転速度は、目標エ
ンジン回転速度指令値Nskに一致するように制御され
る。ここでは、Nskは等パワー線bとエンジンの最大
トルク線との交点Bの回転速度となる。
を実エンジン回転速度(=目標エンジン回転速度)で除
算して求める。図ではエンジントルクは、等パワー線
a、c、eと回転速度Nskとの交点A、C、Eのトル
クとなる。
能であり、エンジン1は最大トルクを発生するように制
御されることになる。このため、目標充電量Ptgが最
大暖機充電量Pgmaxよりも大きいときに充電を行う
場合、運転点はBになり、このときの充電量は最大暖機
充電量Pgmaxに制限されてしまう。
始されたとして、充電に伴いバッテリ充電状態を示すS
OCが徐々に上昇すると、これに伴ってバッテリ入力可
能パワーPiが徐々に小さくなり、目標エンジン出力P
seも徐々に小さくなる。これによりエンジン運転点は
点Cから点Dに徐々に移動する。エンジントルクは徐々
に変化するが、この間のエンジン回転速度は変化しな
い。
が、点Eで開始された後、放電によりバッテリSOCが
徐々に低下すると、バッテリ出力可能パワーPoが徐々
に小さくなって目標エンジン出力Pseが徐々に大きく
なる。このときエンジンの運転点は、点Eから点Dへ徐
々に移動する。この場合にもエンジントルクは徐々に変
化するが、エンジン回転速度は変化しない。
電へと制御が変化したときは、目標エンジン出力Pse
がステップ的に変化するが、この場合もエンジントルク
がステップ的に変化するのみで、エンジン回転速度の変
化はない。
エンジン回転速度が運転者の意図と無関係に変化するこ
とがなく、バッテリの充放電によりエンジン回転速度が
変化して違和感をもたらすなどの問題が確実に回避でき
る。
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。
Claims (9)
- 【請求項1】エンジンと、エンジンの出力側に連結され
た発電機と、車両の駆動輪側に連結された電動機と、発
電機と電動機との間で電力の授受を行うバッテリと、を
備えたハイブリッド車両において、 バッテリの暖機を行うときの最大充電電力を設定する最
大充電電力手段と、 車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記最大充電
電力との和に基づいて目標エンジン回転速度を設定する
目標エンジン回転速度設定手段と、 バッテリの充電状態に基づいてバッテリの暖機を行うと
きの目標充電電力を算出する目標充電電力算出手段と、 車両を駆動するのに必要なエンジン出力と前記目標充電
電力との和に基づいて得られる目標エンジン出力を、エ
ンジン回転速度で除して目標エンジントルクを設定する
目標エンジントルク設定手段と、 バッテリの暖機を行うときに前記目標エンジン回転速度
にエンジンと発電機の回転速度を制御し、かつ目標エン
ジントルクにエンジントルクを制御する制御手段とを備
えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項2】前記最大充電電力設定手段はバッテリの温
度に応じて最大充電電力を設定する請求項1に記載のハ
イブリッド車両の制御装置。 - 【請求項3】前記最大充電電力はバッテリ温度が高いほ
ど小さくなるように設定する請求項2に記載のハイブリ
ッド車両の制御装置。 - 【請求項4】前記目標エンジン回転速度設定手段は、車
両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の
和に等しいパワーを、エンジンの最大トルク線上で出力
できる回転速度に目標回転速度を設定する請求項1〜3
のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項5】前記目標エンジン回転速度設定手段は、車
両を駆動するのに必要なエンジン出力と最大充電電力の
和に等しいパワーを、エンジンの最良燃費線上で出力で
きる回転速度に目標回転速度を設定する請求項1〜3の
いずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項6】前記目標エンジン回転速度設定手段は、バ
ッテリの暖機を行うときの目標エンジン回転速度と、バ
ッテリ暖機以外の要求から求めた目標エンジン回転速度
とのうち大きい方の値を目標エンジン回転速度として設
定する請求項1〜5のいずれか一つに記載にハイブリッ
ド車両の制御装置。 - 【請求項7】前記目標充電電力算出手段は、バッテリ充
電状態に基づいて算出したバッテリ入力可能パワーと、
バッテリ放電パワーとを比較し、より多くのバッテリ電
流となる方のパワーを選択して目標充電電力を算出する
請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項8】前記目標エンジン回転速度設定手段は、発
電機の駆動損失分を含めて目標回転速度を設定する請求
項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。 - 【請求項9】前記目標エンジントルク設定手段は、補機
の消費電力、電動機の駆動損失分を含めて目標エンジン
トルクを設定する請求項1に記載のハイブリッド車両の
制御装置。
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