JP2003020972A

JP2003020972A - ハイブリッド車両の発電制御装置

Info

Publication number: JP2003020972A
Application number: JP2001203412A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Matsumura; 達雄松村; Takashi Ota; 崇太田
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-01-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両の要求発電エネルギ変更時の
過渡性能を向上する。【解決手段】要求発電エネルギ増大時に、回転速度の増
大に伴うエンジン及発電機のイナーシャトルクＴｉｎを
算出し、該イナーシャトルクＴｉｎを加算して目標エン
ジントルクＴｅを設定することにより、発電エネルギを
速やかに増大させて要求値に収束させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンによって
発電機を同期回転駆動して発電し、得られた電力で駆動
する電動機により車軸を駆動する走行モードを含んで構
成されたハイブリッド車両における発電制御に関し、特
に要求発電エネルギが変更する過渡時の発電制御に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走行駆動源に電動機を用い、バッテリの
残容量が低下するとエンジンにより発電機を駆動してバ
ッテリおよび電動機に電力を供給するシリーズ・ハイブ
リッド車両が知られている。また、走行駆動源として電
動機と共にエンジンを用いるパラレル・ハイブリッド車
両においても、アイドル時等では、エンジンを車軸と伝
達を切り離して発電機を駆動し、バッテリを充電してい
る。

【０００３】この種のハイブリッド車両の発電制御時
に、エンジンと発電機を同時に目標回転速度にフィード
バック制御する場合の相互干渉による回転変動を抑制す
るため、エンジンの出力トルクは固定的に制御し、発電
機の発電トルクのみを調整して目標回転速度にフィード
バック制御することにより、回転変動を抑制するように
したものが提案されている（特開平１０−２８８０６０
号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の発電制御では以下のような問題を生じていた。以
下、図４を参照して説明する。この発電制御では、要求
発電エネルギが変更、例えば増大すると、エンジントル
クは、目標回転速度の増大に見合った補償トルク分がフ
ィードフォワード値として増大補正され、発電トルク
は、目標回転速度となるように制御される。ところが、
エンジン及び発電機を増大された目標回転速度に加速す
る際のイナーシャトルク抵抗によって、発電トルクは減
少補正される。

【０００５】このため、回転速度は増大された目標回転
速度までスムースに加速されるが、イナーシャトルク抵
抗による発電トルクの減少によって、発電トルクと回転
速度の積で定まる発電エネルギは過渡的に却って減少す
る。要求発電エネルギ増大時は応答性も要求される場合
が多いため、一時的にせよ発電エネルギが減少してしま
うことは問題が大きい。

【０００６】また、上記発電エネルギの過渡的な減少を
回避するため、特開平１１−１３６８０６号では、発電
機の制御方式を切り換えている。図５を参照して説明す
ると、目標回転速度一定の定常運転時は、前記従来例同
様発電トルクを調整して目標回転速度に維持する回転速
度制御を行うが、目標回転速度が変更（増加）される
と、発電トルクＴｇを目標値一定に維持するトルク制御
に切り換え、目標回転速度に収束すると、再度回転速度
制御に切り換える。一方、エンジン側は、発電機が回転
速度制御を行うときは、エンジントルクを固定的に維持
するトルク制御とし、発電機がトルク制御を行うとき
は、回転速度を目標回転速度とするように調整する回転
速度制御とする。

【０００７】ここで、上記発電機がトルク制御を行いエ
ンジンが回転速度制御を行う過渡時におけるエンジンの
回転速度制御は、回転速度偏差に応じてトルク補正量
（燃料のフィードバック補正量）を設定する制御であ
る。しかし、単に目標回転速度の変化分に見合ったトル
ク補正を行うだけの通常の回転速度制御では、イナーシ
ャトルク抵抗による回転速度の上昇遅れにより、発電エ
ネルギの増大に遅れを生じ、要求値への応答が良好とは
いえなかった。

【０００８】また、発電機の制御を切り換える際に発電
トルクの脈動を生じ、ひいては発電エネルギの脈動を生
じる。本発明は、このような従来の課題に着目してなさ
れたもので、ハイブリッド車両において、エンジン及び
発電機のイナーシャトルク抵抗を考慮した制御を行うこ
とにより、要求発電エネルギを応答良く確保できるよう
にしたハイブリッド車両の発電制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項1に係
る発明は、エンジンによって発電機を回転駆動して発電
し、得られた電力で駆動する電動機により車軸を駆動す
る走行モードを含んで構成されたハイブリッド車両にお
いて、要求発電エネルギの変更に伴うエンジン及び発電
機の回転速度変更時、加速度に基づいてイナーシャトル
ク分を算出し、該イナーシャトルク分をエンジントルク
で補償するように制御することを特徴とする。

【００１０】請求項1に係る発明によると、エンジン及
び発電機の回転速度の変更（増大）によって生じるイナ
ーシャトルク分をエンジントルクで補償するので、発電
機の発電トルクがイナーシャトルクに影響されることが
なく、かつ、回転速度も要求発電エネルギの変更に応じ
た目標値へ速やかに変化（増大）する。

【００１１】これにより、発電機の発電トルクと回転速
度の積で定まる発電エネルギも、応答良く変化（増大）
して要求値に収束し、発電性能が向上する。また、請求
項2に係る発明は、前記イナーシャトルク分の算出に用
いる加速度を、前記目標回転速度から求めることを特徴
とする。

【００１２】請求項2に係る発明によると、イナーシャ
トルクの算出に用いる加速度を目標回転速度から求める
ので、実際の回転速度変化から求めた加速度を用いる場
合に比較して、より応答性を高めることができ、また、
回転速度検出誤差による反作用の発生を回避できる。ま
た、請求項3に係る発明は、前記発電機は、エンジン及
び発電機の回転速度を目標値に維持するように発電トル
クをフィードバック制御することを特徴とする。

【００１３】請求項3に係る発明によると、発電機の発
電トルクを調整することで応答良くきめ細かな回転速度
制御を行え、また発電トルクがイナーシャトルクの影響
を受けないので、回転速度変化時のトルク変動も無い。
また、該回転速度制御を要求発電エネルギの変更に関わ
りなく継続して行うことにより、制御方式切り換えによ
るトルク脈動の発生も防止できる。

【００１４】また、請求項4に係る発明は、前記発電機
の発電制御中のエンジントルクを、回転速度に応じたエ
ンジン及び発電機のフリクショントルク分と、前記発電
トルク分と、前記イナーシャトルク分とを加算して算出
することを特徴とする。請求項4に係る発明によると、
エンジントルクを、フリクショントルク分と、発電トル
ク分と、イナーシャトルク分とを加算して算出すること
で所望の性能が得られる。

【００１５】また、請求項5に係る発明は、前記エンジ
ントルクを、吸気系のスロットル開度によって制御する
ことを特徴とする。請求項５に係る発明によると、エン
ジントルクが、スロットル開度により吸入空気量を制御
することによって制御される。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、一実施形態にかかるシリ
ーズ型ハイブリッド車両の全体構成を示す。図１におい
て、エンジン（内燃機関）１の出力軸に、ギアトレイン
２を介して発電機３が連結され、前記エンジン１により
前記発電機３がエンジン回転に同期して駆動される。

【００１７】前記発電機３により発電された電力は、バ
ッテリ４に充電される。前記バッテリ４から電力を供給
される電動機５の出力軸に、ギアトレイン６、トランス
ミッション７、ファイナルギア８を介して車軸９が連結
され、電動機５によって車軸９が駆動され走行する。前
記エンジン１の吸気マニホールド（主吸気通路）１１に
は、開度を電子制御されるスロットル弁１２が介装され
ている。

【００１８】また、エンジン１の各気筒に燃料噴射弁１
３が装着されている。コントロールユニット１４には、
クランク角センサ１５によって検出されるエンジン回転
速度Ｎｅ、エアフローメータ１６によって検出される吸
入空気量Ｑ、水温センサ１７によって検出されるエンジ
ン水温Ｔｗ等が入力される。そして、コントロールユニ
ット１４は、前記各センサ類からの検出信号に基づいて
検出された運転状態に基づいて前記スロットル弁１２の
開度を制御して吸入空気量Ｑを制御し、所定の空燃比と
なるように前記燃料噴射弁１５からの燃料噴射量Ｔｉを
制御することによって、出力トルクを制御する。また、
発電制御時は、前記発電機３の界磁電流を制御して発電
トルクを制御する。

【００１９】そして、本発明にかかる構成として、要求
発電エネルギの変更に伴いエンジン１及び発電機３の目
標回転速度が変更したときにイナーシャトルクによる加
速エネルギ分を算出し、該加速エネルギ分をエンジント
ルクで補償するように制御する。かかる要求発電エネル
ギ変更時の制御を、図２を参照しつつ図３のフローチャ
ートに従って説明する。

【００２０】ステップ１では、エンジン１の運転条件に
応じて要求発電エネルギＥｇtgを算出する。ステップ２
では、算出された要求発電エネルギに見合ったエンジン
１及び発電機３の目標回転速度ωtgを算出する。ステッ
プ３では、前記目標回転速度ωtgに基づいて目標加速度
αtgを算出する。例えば、目標回転速度ωtgの変更量に
基づいて決めた切り換え時間で変更後の目標回転速度ω
tgとなるように目標加速度αtgを算出する。簡易的に
は、一定の目標加速度に設定してもよい。

【００２１】ステップ４では、前記目標加速度αtgに基
づいてエンジン１及び発電機３のイナーシャトルクＴｉ
ｎを次式のように算出する。Ｔｉｎ＝Ｉ・αtg Ｉ：エンジン１及び発電機３の慣性モーメントステップ
５では、要求発電エネルギＥｇtgに応じた発電機３の基
本発電トルクＴｇｂを算出する。

【００２２】ステップ６では、前記目標回転速度ωtgに
応じたエンジン１及び発電機３のフリクションに対する
トルクＴfを算出する。Ｔf＝Ｋ・ωtg Ｋ：速度−抵抗比例係数ステップ７では、前記各トルク分を加算して目標エンジ
ントルクＴｅを次式のように算出する。

【００２３】Ｔｅ＝Ｔｉｎ＋Ｔｇｂ＋Ｔf ステップ８では、エンジン１及び発電機３の目標回転速
度ωtgと、実回転速度ωとの偏差に基づいて、発電トル
クのフィードバック補正量Ｔgfを算出する。ステップ９
では、前記発電機３の基本発電トルクＴｇｂに前記フィ
ードバック補正量Ｔgfを加算して、発電トルク（制御
値）Ｔｇを算出する。

【００２４】以上にようにして算出された目標エンジン
トルクＴｅとなるように、前記燃料噴射弁１３からの燃
料噴射量が制御されるとともに、前記発電トルクＴｇが
得られるように、発電機３の界磁電流が制御される。こ
のようにすれば、要求発電エネルギの変更に伴い目標回
転速度が変更されるときに、加速度に基づいて算出した
エンジン１及び発電機３のイナーシャトルクがエンジン
トルクに加算されるので、回転速度は目標回転速度の変
化つまり目標加速度に追従してスムースに増大し、か
つ、発電トルクは前記イナーシャトルクによって減少さ
れることなく、略一定に保持される。

【００２５】したがって、発電機３の発電トルクと回転
速度の積で定まる発電エネルギも応答良く増大して要求
値に速やかに収束し、また、発電機３の制御を過渡時に
おいても回転速度制御に維持することで、制御切り換え
による回転脈動ひいては発電エネルギの脈動の発生も防
止でき、良好な発電性能が得られる。また、本実施形態
では、イナーシャトルクの算出に用いる加速度を目標回
転速度から求めたので、実際の回転速度変化から求めた
加速度を用いる場合に比較して、より応答性を高めるこ
とができ、また、回転速度検出誤差による反作用の発生
を回避できる。

【００２６】なお、本実施形態では特に問題となる要求
発電エネルギの増大時について示し、本発明は該増大時
のみに対処したものであってもよいが、要求発電エネル
ギの減少時に適用することもできる。すなわち、要求発
電エネルギの減少時は目標回転速度が減少するが、加速
度として負の加速度（減速度）を含めて考えればよく、
本発明を適用しない場合は、イナーシャトルクが減速を
妨げる方向に作用して、発電エネルギの減少を遅らせる
ことになる（前記第１の従来例では過渡的に発電エネル
ギが増大する）。そこで、加速度（減速度）からエンジ
ントルクから（負の）イナーシャトルクを算出し、該イ
ナーシャトルクを減算（負のイナーシャトルクを加算）
することにより、発電エネルギを速やかに要求値に減少
させることができる。

【００２７】また、本発明はエンジンを発電専用に用い
るシリーズ型ハイブリッド車両への適用に限らず、エン
ジンを走行用としても用いるパラレル・ハイブリッド車
両において、アイドル時等に、エンジンを車軸と伝達を
切り離して発電機を駆動し、バッテリを充電するときの
モードに適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のシステム構成を示す図。

【図２】同上実施形態の発電制御を示すフローチャー
ト。

【図３】同上発電制御時の要求発電エネルギ増大時にお
ける各種状態量の変化の様子を示すタイムチャート。

【図４】第1の従来例の要求発電エネルギ増大時におけ
る各種状態量の変化の様子を示すタイムチャート。

【図５】第２の従来例の要求発電エネルギ増大時におけ
る各種状態量の変化の様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１エンジン３発電機４バッテリ１２スロットル弁１３燃料噴射弁１４コントロールユニット１５クランク角センサ１６エアフローメータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G093 AA07 AA17 DA05 DA07 DA09 DB01 DB21 EA09 EB08 EC02 3G301 HA00 HA01 JA04 LA03 MA11 ND01 PA01Z PE03Z PE08Z PF12Z 5H115 PA12 PC06 PG04 PI16 PI22 PI29 PO06 PU24 PU26 QE08 QE09 QE10 QE12 QN04 RB08 RE03 RE05 RE06 SE04 SE05 SE08 TB01 TE06 TE08 TE10 5H590 AA02 CA07 CA23 CC01 CE05 EB02 EB21 FA01 FA05 HA11 HA27

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンによって発電機を回転駆動して発
電し、得られた電力で駆動する電動機により車軸を駆動
する走行モードを含んで構成されたハイブリッド車両に
おいて、要求発電エネルギの変更に伴うエンジン及び発電機の回
転速度変更時、加速度に基づいてイナーシャトルク分を
算出し、該イナーシャトルク分をエンジントルクで補償
するように制御することを特徴とするハイブリッド車両
の発電制御装置。
【請求項２】前記イナーシャトルク分の算出に用いる加
速度を、前記目標回転速度から求めることを特徴とする
請求項１に記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
【請求項３】前記発電機は、エンジン及び発電機の回転
速度を目標値に維持するように発電トルクをフィードバ
ック制御することを特徴とする請求項１または請求項２
に記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
【請求項４】前記発電機の発電制御中のエンジントルク
を、回転速度に応じたエンジン及び発電機のフリクショ
ントルク分と、前記発電トルク分と、前記イナーシャト
ルク分とを加算して算出することを特徴とする請求項１
〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の
発電制御装置。
【請求項５】前記エンジントルクを、吸気系のスロット
ル開度によって制御することを特徴とする請求項１〜請
求項４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の発電
制御装置。