JP2004092456A

JP2004092456A - ハイブリッド車の出力制御装置

Info

Publication number: JP2004092456A
Application number: JP2002252782A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Miyamoto; 宮本　勝彦
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】本発明は、実過給圧と目標過給圧との差に基づいて電動機の出力トルクを算出することでエンジントルクのレスポンス遅れを正確に補償し、加速時のフィーリングの向上を図った、ハイブリッド車の出力制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ターボチャージャ型の過給機１５を備えたエンジン２と、エンジン２の駆動力を補助するモータ３とを備えたハイブリッド車１の出力制御装置１０において、目標過給圧算出手段２０がアクセル操作に応じて過給機１５の目標過給圧を算出し、過給圧検出手段１９が過給機１５による実過給圧を検出し、モータトルク制御手段２２が目標過給圧と実過給圧との差に基づいてモータ３のトルクを制御する
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンと、該エンジンの駆動力を補助する電動機としての機能持つモータとを備えたハイブリッド車の出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンが実用化されている。ターボチャージャ型の過給機とは、一般に排気ガスの圧力を利用してタービンを回し、そのタービンの回転力によりコンプレッサを駆動して圧縮空気をエンジンへ送り込むように働くエンジンの付随装置であり、エンジンの排気量と比較して相対的に大きな駆動力を得るためのものである。
【０００３】
図４に示す従来のターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンの出力制御を示す図を用いてその動作を説明すると、アクセルペダルが踏み込まれ（ｔ_４）スロットルバルブが開放されると、吸気圧が上昇する。しかしスロットルバルブが完全に開放された後でも、まだ排気ガスによるタービン回転の上昇に遅れがあるため、過給圧は充分に増加せず、暫くの間自然吸気による圧力値であるＴ_ｍｎ付近の値をとる（ｔ_５）。その後タービンの回転が上昇するに連れて過給圧が徐々に増大して、それに伴い吸気圧も徐々に上昇し（ｔ_５〜ｔ_６間）、過給機が充分に機能する状態となる（ｔ_６）。エンジントルクの大きさは、吸気圧とほぼ比例するため、ほぼ吸気圧と同様の挙動を示し、アクセルペダルストロークが急激に変化しているにも関わらず、過給圧の増大遅れによりエンジントルクの増大は緩慢なものとなってしまう。
【０００４】
上述のようにターボチャージャ型の過給機は、スロットルバルブを開放してから過給機が充分に機能するまでの時間的遅れ（ターボラグ）を構造的に内包しており、急激なアクセル操作に対して敏捷に反応することができない。そのためアクセル操作に対する車体の挙動の遅れが、運転者に違和感を与え、フィーリングを悪化させるという課題がある。
【０００５】
このような課題を解決すべく、従来技術では、ターボラグに起因するエンジン出力の不足分を、エンジンのスロットル開度と回転数とに基づいて算出し、これを電動機の出力トルクで補うことで、ターボラグを解消できるものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、エンジンのスロットル開度と回転数と過給圧とからエンジンが実際に出力するトルクを求め、スロットル開度とエンジン回転数とに基づく加速後のエンジントルクとの差から、付加すべき電動機の出力トルクを算出することで、ターボラグを解消する技術も知られている（同、特許文献１参照。）。
【０００６】
また、ターボラグに起因するエンジン出力の不足分を、エンジンの吸入空気の流量と回転数とに基づいて算出された電動機の出力トルクで補うことで、ターボラグを解消できる技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１４８３８８号公報（第２〜７頁）
【特許文献２】
特開２００１−２４８４９１号公報（第２〜５頁、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の技術は、エンジンのスロットル開度センサと回転数センサとからの入力信号に基づき、予め設定されている対応マップを用いて過給機の作動特性を求め、その作動特性から不足トルク（電動機によって付加されるべき出力トルク）を算出して補助するものであるが、エンジンのスロットル開度及び回転数は過給機の過給動作のみに対応するパラメータではなく、他の要因による影響を受けやすいため、これら２つのパラメータから求められた過給機の作動特性が実情にそぐわない虞がある。
【０００９】
また、エンジンのスロットル開度センサと回転数センサからの情報に基づいて加速後のエンジン出力トルクを算出し、過給圧センサとエンジンの回転数センサとからの情報に基づいて実エンジントルクを算出して、加速後のエンジン出力トルクと実エンジントルクとの差を不足トルクとして電動機で補助する場合には、過給機の過給動作に直接対応するパラメータである過給圧の情報を一旦エンジントルクの情報に変換した上で演算を行うため、不足トルクを算出する過程で誤差を生じやすい虞がある。
【００１０】
また、特許文献２に記載の技術では、過給機が作動を始めるタイミングと出力を把握するパラメータとして、エンジンへ吸入される空気流量が用いられているが、この技術も上述の例と同様に、過給機の過給動作に直接対応するパラメータである吸入空気流量の情報を一旦エンジン出力に変換した上で演算を行っており、電動機の出力トルクを求める計算過程で誤差を生じやすい虞がある。
【００１１】
本発明はこのような課題を鑑み創案されたもので、実過給圧と目標過給圧との差に基づいて電動機の出力トルクを算出することで実過給圧の立上り遅れに起因するエンジントルクのレスポンス遅れを正確に補償し、加速時のフィーリングの向上を図った、ハイブリッド車の出力制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明のハイブリッド動力装置の出力制御装置は、ターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンと、該エンジンの駆動力を補助する電動機としての機能持つモータとを備えたハイブリッド車の出力制御装置において、目標過給圧算出手段がアクセル操作に応じて該過給機の目標過給圧を算出し、過給圧検出手段が該過給機による実過給圧を検出し、モータトルク制御手段が該目標過給圧と該実過給圧との差に基づいて該モータのトルクを制御することを特徴としている。
【００１３】
また、該目標過給圧算出手段が、アクセル操作量とエンジン回転数とに基づいて目標エンジントルクを算出し、該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに基づいて該目標過給圧を算出するのも好ましく（請求項２）、さらにスロットル制御手段が、該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに応じた開度にスロットルを制御するのも好ましい（請求項３）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態としてのハイブリッド車の出力制御装置を示すもので、図１はこのハイブリッド車の全体構成を示す該略図であり、図２は本制御装置における制御動作を説明する図であり、図３は、本制御装置の制御判断を示すフローチャートである。
【００１５】
本実施形態に係るハイブリッド車両１は主要装置として図１に示すように、エンジン２，モータ・ジェネレータ３，トランスミッション５，コントローラ（出力制御装置）１０，過給機（ターボチャージャ）１５等を備えている。
エンジン２は過給機１５を搭載した一般的な内燃機関として構成され、その駆動トルクはエンジン出力軸２ａを介してモータ・ジェネレータ３へ伝達され、モータ・ジェネレータ出力軸３ａ，クラッチ４，トランスミッション５及びディファレンシャル装置６を介して左右のドライブシャフト１１ａ，１１ｂへと伝達されて、駆動輪７を駆動するようになっている。またエンジン出力軸２ａとモータ・ジェネレータ出力軸３ａとは、モータ・ジェネレータ３内部において直接又はギアを介して連結され、一体回転するようになっている。
【００１６】
過給機１５はエンジン２の排気管１６を通る排気の圧力を利用してタービンを回転させることにより、タービンに連結されたコンプレッサを回転させて、吸気管１７からコンプレッサ内に導入される吸気を過給するように機能する。
モータ・ジェネレータ３はモータとしての機能とジェネレータとしての機能を併せ持っており、ジェネレータとして機能する時には、エンジン出力軸２ａから入力されたトルクを利用して発電を行い、図示しないバッテリへ充電するようになっている。またモータとして機能する時には、図示しないバッテリの電力を利用して駆動力を発生させ、エンジン出力軸２ａから入力されたトルクにモータによるトルクを付加してモータ・ジェネレータ出力軸３ａへと出力するようになっている。モータ・ジェネレータ出力軸３ａは、断接可能なクラッチ４を介してトランスミッション５へ接続されている。
【００１７】
コントローラ１０は、エンジン２及びモータ・ジェネレータ３を協調制御するための制御装置であり、その内部には図示しない各種センサ，入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰＵ）及びカウンタ等を備えて構成されている。また、コントローラ１０の外部入力側には、アクセルペダル９の操作量を検出するアクセルペダルストロークセンサ１３，エンジン回転数を検出するエンジン回転速度センサ１４，過給圧を検出する過給圧センサ（過給圧検出手段）１９等が接続され、コントローラ１０の外部出力側にはスロットルバルブ１８等が接続されている。
【００１８】
次に本実施形態の出力制御装置の要部について説明すると、本制御装置はエンジン２の目標過給圧と実過給圧との差に基づいてモータ補償トルクを制御して、エンジントルクの過給機１５によるレスポンス遅れを正確に補償しようとするものであり、コントローラ１０は目標過給圧算出部（目標過給圧算出手段）２０とスロットル制御部（スロットル制御手段）２１とモータトルク制御部（モータトルク制御手段）２２とを備え、上記各種センサ１３，１４，１９等の情報に基づき、図３に示すフローチャートに従って、スロットルバルブ１８とモータ・ジェネレータ３とを制御している。
【００１９】
以下図３に示すフローチャートを用いて、目標過給圧算出部２０，スロットル制御部２１及びモータトルク制御部２２により行われる制御について具体的に説明する。なお、この処理は、コントローラ１０内部で処理されているメインルーチンに従属するサブルーチンとなっているため、適宜繰り返して処理が行われるようになっている。
【００２０】
ステップＳ１０ではまず、アクセル操作量，エンジン回転数（Ｎ_ｅ）及び過給圧（Ｐ_ｒ）のデータを取り込む。アクセル操作量はアクセルペダルストロークセンサ１３から、エンジン回転数（Ｎ_ｅ）はエンジン回転速度センサ１４から、過給圧（Ｐ_ｒ）は過給圧センサ１９からそれぞれデータを取り込む。
次のステップＳ２０では、ステップＳ１０で得られたアクセル操作量とエンジン回転数（Ｎ_ｅ）とから、予め用意された図示しないマップに基づいて目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）を算出する。
【００２１】
ステップＳ３０では、ステップＳ２０で算出された目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）とエンジン回転数（Ｎ_ｅ）とから、目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）に相当するエンジントルクを得るための目標スロットル開度を決定する。そしてステップＳ４０で、目標スロットル開度の通りに実際にスロットルバルブ１８を制御する。
ステップＳ５０では、エンジン回転数（Ｎ_ｅ）と目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）とから、予め用意されたマップに基づいて目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）に相当するエンジントルクを得るための目標過給圧（Ｐ_ｔ）を算出する。そしてステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出した目標過給圧（Ｐ_ｔ）に以下の式に従うフィルタ処理を施して最終的な目標過給圧（Ｐ_ｃ）を決定する。
【００２２】
Ｐ_ｃ（ｎ）＝（１−Ｋ）・Ｐ_ｔ＋Ｋ・Ｐ_{ｃ（ｎ−１）}　・・・　（１）
（ただし、０＜Ｋ≦１）
【００２３】
上記式（１）において、ｎはコントローラ１０内部の図示しないカウンタによって与えられる定数であり、Ｐ_{ｃ（ｎ−１）}は、各々のターンでこのステップが繰り返し算出する目標過給圧（Ｐ_ｃ）のうち直前のターンで算出された目標過給圧（Ｐ_ｃ）を表している。また、ＫはステップＳ１０で取り込まれたエンジン回転数（Ｎ_ｅ）とステップＳ２０で算出された目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）とによって定められる定数であり、Ｐ_{ｃ（ｎ−１）}とＰ_ｔとからＰ_ｃ（ｎ）を算出する時の一定の偏りを表している。つまり、このステップＳ６０は、偏りＫを持ったフィルタ制御として機能している。これは、エンジン２の出力系の応答性に対してモータ・ジェネレータ３の出力系の応答性のほうが良いため、後述する目標過給圧（Ｐ_ｃ）に応じたモータ・ジェネレータ３の出力制御の応答性をエンジン出力系の応答性とマッチングさせるためのものである。
【００２４】
ステップＳ７０では、前ステップでフィルタ処理された後の目標過給圧（Ｐ_ｃ）とステップ１０で取り込まれた実過給圧（Ｐ_ｒ）との差（ΔＰ）を以下の式に従ってに算出する。
ΔＰ＝Ｐ_ｃ（ｎ）−Ｐ_ｒ　・・・　（２）
そして、ステップＳ８０では、ステップＳ７０で算出されたΔＰとステップＳ１０で取り込まれたエンジン回転数（Ｎ_ｅ）とから、予め用意された図示しないマップに基づいてモータ補償トルク（ΔＴ_ｍｇ）を決定する。
【００２５】
そして、ステップＳ９０で、ステップＳ８０で決定したモータ補償トルクΔＴ_ｍｇを目標モータトルクとして設定して、このルーチンを終了する。
以上のような制御により、本発明装置によれば、次のような作用及び効果が得られる。以下、図２を参照しながら本制御装置の作用及び効果について説明する。
【００２６】
図２の本制御装置の出力制御動作を示す図にあるように、アクセルペダル９が踏み込まれ（ｔ_１）スロットルバルブ１８が開放されると、吸気圧が上昇し、それに伴ってエンジントルクも上昇する。スロットルバルブ１８が完全に開放されても、まだ排気ガスによるタービン回転の上昇に遅れがあるため、吸気圧は充分に増加せず、しばらくの間自然吸気による圧力値である上昇Ｔ_ｍｎ付近の値をとる（ｔ_２）。一方で、コントローラ１０内部で目標過給圧算出部２０が目標過給圧を算出するとともにフィルタ処理を行い、過給圧センサ１９で検出された実過給圧との演算が行われる。この演算に使用される実過給圧は、過給圧センサ１９が検出したそのままの値であり、過給機１５の過給動作に直接対応するパラメータであるため、過給遅れの状態を非常に正確に演算することができる。そしてその正確な演算結果に基づいて、過給遅れによって生じるトルクの不足分を補うためのモータ補償トルクΔＴが算出される。そしてモータトルク制御部２２がこのモータ補償トルクΔＴに基づいてモータ・ジェネレータ３をモータ駆動させ、モータトルクが算出されたモータ補償トルクΔＴになるように制御が行われる。
【００２７】
ここで、エンジントルクは吸気圧の大きさに比例した大きさで増加するため、過給圧の立上り遅れにより図２に示されるように変化するが、モータ・ジェネレータ３によって付加されるモータ補償トルクΔＴがエンジントルクに加算されるため、図２に示されるようにパワープラントトルクは迅速に立上るので、パワープラント全体として、エンジントルクのレスポンス遅れ（ターボラグ）を正確に補償することができる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、目標過給圧算出手段として目標過給圧算出部２０がエンジン回転数（Ｎ_ｅ）と目標エンジントルク（Ｔ_ｔ）とから目標過給圧（Ｐ_ｔ）を算出するようになっているが、エンジンの状態を把握するための別の指標を用いて目標過給圧（Ｐ_ｔ）を求めるように構成しても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明のハイブリッド車の出力制御装置によれば、ターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンと、該エンジンの駆動力を補助する電動機としての機能持つモータとを備えたハイブリッド車の出力制御装置において、アクセル操作に応じて該過給機の目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、該過給機による実過給圧を検出する過給圧検出手段とを備え、該目標過給圧と該実過給圧との差に基づいて該モータのトルクを制御するため、過給機の過給動作に直接対応するパラメータである過給圧を基づいて正確に捉えた過給遅れからモータのトルクを算出することができ、エンジントルクのレスポンス遅れ（ターボラグ）を正確に補償することができる。また、エンジントルクのレスポンス遅れ（ターボラグ）を正確に補償することで、運転者のフィーリングを向上させることができる。
【００３０】
また、請求項２記載の本発明のハイブリッド車の出力制御装置によれば、請求項１による効果に加えて、該目標過給圧算出手段は、アクセル操作量とエンジン回転数とに基づいて目標エンジントルクを算出し、該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに基づいて該目標過給圧を算出するため、実過給圧との比較・演算が容易にできる目標過給圧を算出することができる。また、従来のセンサや制御装置を用いて目標過給圧を算出できるため、コスト面で有利である。
【００３１】
また、請求項３記載の本発明のハイブリッド車の出力制御装置によれば、請求項２による効果に加えて、該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに応じた開度にスロットルを制御するスロットル制御手段を備えるため、エンジンの駆動状態に応じた適切なスロットル制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるハイブリッド車の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態にかかるハイブリッド車の出力制御動作を示す図である。
【図３】本発明の実施形態にかかるハイブリッド車の出力制御装置の制御判断を示すフローチャートである。
【図４】従来の過給機を搭載したエンジンの出力制御動作を示す図である。
【符号の説明】
１　　ハイブリッド車両
２　　エンジン
３　　モータ・ジェネレータ
１０　コントローラ
１５　過給機（ターボチャージャ）
１９　過給圧センサ（過給圧検出手段）
２０　目標過給圧算出部（目標過給圧算出手段）
２１　スロットル制御部（スロットル制御手段）
２２　モータトルク制御部（モータトルク制御手段）

Claims

ターボチャージャ型の過給機を備えたエンジンと、該エンジンの駆動力を補助する電動機としての機能を持つモータとを備えたハイブリッド車の出力制御装置において、
アクセル操作に応じて該過給機の目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、
該過給機による実過給圧を検出する過給圧検出手段と、
該目標過給圧と該実過給圧との差に基づいて該モータのトルクを制御するモータトルク制御手段とを備えたことを特徴とする、ハイブリッド車の出力制御装置。
該目標過給圧算出手段は、アクセル操作量とエンジン回転数とに基づいて目標エンジントルクを算出し、該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに基づいて該目標過給圧を算出することを特徴とする、請求項１記載のハイブリッド車の出力制御装置。
該目標エンジントルクと該エンジン回転数とに応じた開度にスロットルを制御するスロットル制御手段を備えることを特徴とする、請求項２記載のハイブリッド車の出力制御装置。