JP2005042561A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の始動と運転停止とが頻繁に生じないようにする。
【解決手段】アクセル開度Accから設定される駆動要求パワーPr*がエンジン停止判定値P2より小さな補正下限値P3以上で値P2より大きいが始動判定値P1より小さな補正上限値P4未満のときには駆動要求パワーPr*に基づいて補正パワーPaを設定して充放電要求パワーPb*を補正し(S220,S230)、充放電要求パワーPb*を用いてエンジン要求パワーPe*を計算し(S240)、エンジンと2つのモータを制御する。駆動要求パワーPr*が値P3未満のときにはエンジンを停止し(S150)、モータ走行する(S170〜S190)。駆動要求パワーPr*が値P4以上のときには補正パワーPaを設定せずにエンジン要求パワーPe*を計算し、エンジンと2つのモータを制御する。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関し、詳しくは、内燃機関と車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車およびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する第1モータと、駆動軸に動力を入出力する第2モータと、第1モータおよび第2モータと電力のやりとりが可能なバッテリとを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、アクセル開度と車速とに基づいて要求駆動パワーを求めると共にバッテリの残容量(SOC)に基づいて充放電パワーを求め、この要求駆動パワーと充放電パワーとに基づいて車両要求パワーを求めてエンジンからの出力を設定している。例えば、車両要求パワーが小さいときにはエンジンの運転を停止して第2モータから車軸に連結された駆動軸に動力を出力することにより走行し、車両要求パワーが大きいときにはエンジンを運転すると共にこのエンジンからの動力をバッテリの充放電を伴ってトルク変換して駆動軸に出力することにより走行する。
【0003】
【特許文献1】
特開平10−326115号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド車では、上述の従来例に限られず、モータからの動力だけで走行するモータ走行と、エンジンを運転しながら走行するエンジン運転走行とが行なわれるものが多く、このようなハイブリッド車ではエンジンの始動と運転の停止とを判定する際に若干のヒステリシスをもって行なうようにしている。特にエンジンの始動と運転の停止とを車両に要求される車両要求パワーによって判定する場合、運転状態によってはエンジンの始動と運転の停止とが頻繁に繰り返されるときが生じる。この場合、バッテリの充放電が頻繁に繰り返されることや効率が低い運転ポイントでエンジンの始動と運転の停止とが頻繁に繰り返されることから、車両全体のエネルギ効率の低下を招いてしまう。
【0005】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関の始動と運転の停止が頻繁に生じないようにすることを目的の一つとする。また、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、車両全体のエネルギ効率の向上を図ることを目的の一つとする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と、
前記発電手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう充放電可能な蓄電手段と、
運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定する要求駆動パワー設定手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定する充放電パワー設定手段と、
前記設定された要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定する補正パワー設定手段と、
前記設定された要求駆動パワーと前記設定された充放電パワーと前記設定された補正パワーとに基づいて車両に要求される車両要求パワーを設定する車両要求パワー設定手段と、
該設定された車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転と運転停止とを判定する運転停止判定手段と、
前記運転停止判定手段により運転と判定されたときには前記内燃機関から前記車両要求パワーが出力されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御し、前記運転停止判定手段により運転停止と判定されたときには前記内燃機関が運転停止されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本発明のハイブリッド車では、運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定すると共に蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定し、設定した要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定する。そして、設定した要求駆動パワーと設定した充放電パワーと設定した補正パワーとに基づいて車両に要求される車両要求パワーを設定し、設定した車両要求パワーに基づいて内燃機関の運転と運転停止とを判定する。この判定で内燃機関の運転と判定されたときには内燃機関から車両要求パワーが出力されると共に要求駆動パワーが車軸に出力されるよう内燃機関と内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と車軸に動力を出力可能な電動機とを制御し、判定で内燃機関の運転停止と判定されたときには内燃機関が運転停止されると共に要求駆動パワーが車軸に出力されるよう内燃機関と発電手段と電動機とを制御する。要求駆動パワーを反映した補正パワーを用いて車両要求パワーを設定し、この車両要求パワーに基づいて内燃機関の始動と運転の停止を判定するから、補正パワーにより内燃機関の始動と運転の停止とが頻繁に繰り替えされないようにすることができる。この結果、車両全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。なお、内燃機関の運転停止と判定されたときの内燃機関の制御としては、例えば燃料噴射制御の停止を維持する制御など内燃機関の運転停止状態を維持する制御がなされる。
【0009】
こうした本発明のハイブリッド車において、前記運転停止判定手段は、前記車両要求パワーが第1の所定パワー以上に至ってから該第1の所定パワーより小さい第2の所定パワー以上を継続しているときには前記内燃機関の運転を判定し、前記車両要求パワーが前記第2の所定パワー未満に至ってから前記第1の所定パワー未満を継続しているときには前記内燃機関の運転停止を判定する手段であり、前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーを超えるよう前記補正パワーを設定し、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー未満のとき又は前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転停止を判定している最中のときには値0となるよう前記補正パワーを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を運転している最中に要求駆動パワーが第3の所定パワー以上であれば内燃機関の運転停止を抑止するから、内燃機関の始動と運転の停止とが頻繁に繰り返されるのを抑止することができる。
【0010】
この第1の所定パワーと第2の所定パワーとを用いて内燃機関の運転と運転停止とを判定する態様の本発明のハイブリッド車において、前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーより大きく前記第1の所定パワーより小さい第4の所定パワーとなるよう前記補正パワーを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、過度な蓄電手段の充電を抑止することができる。この場合、前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー以上のときには前記充放電パワーが第5の所定パワー以下となるよう前記補正パワーを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過充電を抑止することができる。
【0011】
本発明のハイブリッド車において、前記車両要求パワー設定手段は、前記設定された充放電パワーと前記設定された補正パワーとのうち大きい方のパワーと前記設定された要求駆動パワーとに基づいて前記車両要求パワーを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、充放電パワーを補正することにより、内燃機関の始動と運転の停止とが頻繁に繰り返されるのを抑止することができる。
【0012】
本発明のハイブリッド車において、前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な手段であるものとすることもできる。この場合、前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第1の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第2の回転子とを有し該第1の回転子に対して該第2の回転子の相対的な回転を伴って該第1の回転子と該第2の回転子の電磁作用による電力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する発電機であるものとすることもできる。
【0013】
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、車軸に動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と、該発電手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう充放電可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
(a)運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定し、
(b)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定し、
(c)前記設定した要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定し、
(d)前記設定した要求駆動パワーと前記設定した充放電パワーと前記設定した補正パワーとを含む総和のパワーとして車両要求パワーを設定し、
(e)前記設定した車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転と運転停止とを判定し、
(f)該判定結果が前記内燃機関の運転であるときには前記内燃機関から前記車両要求パワーが出力されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御し、前記判定結果が前記内燃機関の運転停止であるときには前記内燃機関が運転停止されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。
【0014】
この本発明のハイブリッド車の制御方法では、運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定すると共に蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定し、設定した要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定し、設定した要求駆動パワーと設定した充放電パワーと設定した補正パワーとに基づいて車両に要求される車両要求パワーを設定し、設定した車両要求パワーに基づいて内燃機関の運転と運転停止とを判定する。そして、この判定で内燃機関の運転と判定されたときには内燃機関から車両要求パワーが出力されると共に要求駆動パワーが車軸に出力されるよう内燃機関と内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と車軸に動力を出力可能な電動機とを制御し、判定で内燃機関の運転停止と判定されたときには内燃機関が運転停止されると共に要求駆動パワーが車軸に出力されるよう内燃機関と発電手段と電動機とを制御する。即ち、要求駆動パワーを反映した補正パワーを用いて車両要求パワーを設定し、この車両要求パワーに基づいて内燃機関の始動と運転の停止を判定するのである。したがって、補正パワーにより内燃機関の始動と運転の停止とが頻繁に繰り替えされないようにすることができる。この結果、車両全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【0015】
こうした本発明のハイブリッド車の制御方法において、前記ステップ(e)は、前記車両要求パワーが第1の所定パワー以上に至ってから該第1の所定パワーより小さい第2の所定パワー以上を継続しているときには前記内燃機関の運転を判定し、前記車両要求パワーが前記第2の所定パワー未満に至ってから前記第1の所定パワー未満を継続しているときには前記内燃機関の運転停止を判定するステップであり、前記ステップ(c)は、前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーを超えるよう前記補正パワーを設定し、前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー未満のとき又は前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転停止を判定している最中のときには値0となるよう前記補正パワーを設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関を運転している最中に要求駆動パワーが第3の所定パワー以上であれば内燃機関の運転停止を抑止するから、内燃機関の始動と運転の停止とが頻繁に繰り返されるのを抑止することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに取り付けられた減速ギヤ35と、この減速ギヤ35に接続されたモータMG2と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
【0017】
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0018】
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
【0019】
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0020】
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
【0021】
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0022】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【0023】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に運転者のアクセルペダル83の踏み込みに応じた駆動力を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する際の動作について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば8msec毎)に繰り返し実行される。
【0024】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の充放電要求パワーPb*など制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、充放電要求パワーPb*は、バッテリ50の残容量(SOC)が基準値より大きいときには大きいほど放電用のパワーが大きくなるように、且つ、残容量(SOC)が基準値より小さいときには小さいほど充電用のパワーが大きくなるように予め設定されたマップを用いてバッテリECU52により設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
【0025】
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*とリングギヤ軸32aに出力すべき駆動用のパワーとして駆動要求パワーPr*とを設定する(ステップS110)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図3に要求トルク設定用マップの一例を示す。駆動要求パワーPr*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。
【0026】
要求トルクTr*と駆動要求パワーPr*とを設定すると、エンジン22が運転中であるか否かを判定する(ステップS120)。エンジン22が運転停止中のときには、駆動要求パワーPr*と充放電要求パワーPb*とロスLossと補機用パワーPhとの和として車両が要求するパワーとしてエンジン22から出力すべきエンジン要求パワーPe*を計算し(ステップS130)、計算したエンジン要求パワーPe*とエンジン始動判定値P1とを比較する(ステップS140)。図4にこの実施例で用いる判定値P1〜P4の大小関係を示す。P2はエンジン停止判定値であり、P3はエンジン22の始動と停止を頻繁に行なうのを抑止するために充放電要求パワーPb*に補正を行なう際の下限値(補正下限値)であり、P4は充放電要求パワーPb*を補正する際の補正上限値である。P3,P4については後述する。実施例では、基本的には、エンジン22が運転停止している状態でエンジン要求パワーPe*がエンジン始動判定値P1を上回ったときにエンジン22を始動し、エンジン22が運転されている状態でエンジン要求パワーPe*がエンジン停止判定値P2を下回ったときにエンジン22の運転を停止する。
【0027】
エンジン要求パワーPe*がエンジン始動判定値P1未満のときには、エンジン22の始動は行なわず、モータ運転モードにより走行すると判断し、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*,モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定し(ステップS150,S160)、バッテリ50の出力制限WoutをモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Tmaxを次式(1)により計算すると共に(ステップS170)、要求トルクTr*を減速ギヤ35のギヤ比Grで除してモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(2)により計算し(ステップS180)、計算したトルク制限Tmaxと仮モータトルクTm2tmpとを比較して小さい方をモータMG2のトルク指令Tm2*として設定する(ステップS190)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する要求トルクTr*を、バッテリ50の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。
【0028】
【数1】
Tmax=Wout/Nm2 …(1)
Tm2tmp=Tr*/Gr …(2)
【0029】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1のトルク指令Tm1*,モータMG2のトルク指令Tm2*を設定すると、エンジンECU24に対してはエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを送信すると共にモータECU40に対してはモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を送信して(ステップS300)、本ルーチンを終了する。値0の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が運転停止中であるときにはその状態を維持し、エンジン22が運転中のときにはエンジン22の運転を停止するために燃料噴射や点火制御を停止する。トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1のトルクが値0となるようにインバータ41の6個のスイッチング素子のスイッチング制御を行ない、モータMG2からトルク指令Tm2*のトルクが出力されるようインバータ42の6個のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、エンジン22の運転を停止した状態でモータMG2からバッテリ50の出力制限Woutの範囲内で要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに出力することができる。このとき、エンジン22のフリクショントルクの方がモータMG1より大きいことから、モータMG1は動力分配統合機構30のギヤ比ρに基づいて回転することになる。図5にモータ運転モードにおける動力分配統合機構30の各回転要素の回転数とトルクとの関係を示す共線図の一例を示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2に減速ギヤ35のギヤ比Grを乗じたリングギヤ32の回転数Nrを示す。
【0030】
一方、ステップS140でエンジン要求パワーPe*がエンジン始動判定値P1以上のときには、設定したエンジン要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS250)。この設定は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインとエンジン要求パワーPe*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図6に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインとエンジン要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
【0031】
次に、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(3)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(4)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS260)。ここで、式(3)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図7に示す。式(3)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルクTe*の運転ポイントで定常運転したときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2*が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。また、式(4)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(4)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
【0032】
【数2】
Figure 2005042561
【0033】
こうしてモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを計算すると、バッテリ50の出力制限Woutと計算したモータMG1のトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差をモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Tmaxを次式(5)により計算すると共に(ステップS270)、目標トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρを用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(6)により計算し(ステップS280)、計算したトルク制限Tmaxと仮モータトルクTm2tmpとを比較して小さい方をモータMG2のトルク指令Tm2*として設定する(ステップS290)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する目標トルクTr*を、バッテリ50の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式(6)は、前述した図7の共線図から容易に導き出すことができる。
【0034】
【数3】
Tmax=(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …(5)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(6)
【0035】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1のトルク指令Tm1*,モータMG2のトルク指令Tm2*を設定すると、エンジンECU24に対してはエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを送信すると共にモータECU40に対してはモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を送信して(ステップS300)、本ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22を始動すると共にエンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるように燃料噴射制御や点火制御などを行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【0036】
ステップS120でエンジン22が運転中であると判定されたときには、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上で補正上限値P4未満であるか否かを判定する(ステップS200)。駆動要求パワーPr*が補正下限値P3未満のときには、エンジン22の運転を停止してモータ運転モードとするべく、ステップS130以降の処理を行なう。ステップS130以降の処理については詳述した。
【0037】
駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上で補正上限値P4未満のときには、補正上限値P4から駆動要求パワーPr*を減じた値と充電制限値P5とを比較して小さい方を補正パワーPaとして設定し(ステップS220)、充放電要求パワーPb*と補正パワーPaとのうち大きい方を新たな充放電要求パワーPb*として設定する(ステップS230)。ここで、補正パワーPaの設定で補正上限値P4から駆動要求パワーPr*を減じた値を考慮するのは、補正後の充放電要求パワーPb*と駆動要求パワーPr*との和が過大な値とならずに補正上限値P4以下となるようにするためであり、充電制限値P5を考慮するのは過大な充放電要求パワーPb*を設定しないようにするためである。なお、充電制限値P5はバッテリ50を充電可能なパワーの上限値より低い値であれば如何なる値も設定することができる。こうして充放電要求パワーPb*を設定すると、駆動要求パワーPr*と充放電要求パワーPb*とロスLossと補機用パワーPhとの和として車両が要求するパワーとしてエンジン22から出力すべきエンジン要求パワーPe*を計算し(ステップS240)、ステップS250以降の処理を実行して、本ルーチンを終了する。このように、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上で補正上限値P4未満のときには、駆動要求パワーPr*に応じて充放電要求パワーPb*を補正することにより、エンジン22の運転が継続されるようにする。これにより、エンジン22の始動と運転の停止とが頻繁に生じるのを抑止している。
【0038】
ステップS200で駆動要求パワーPr*が補正上限値P4以上のときには、充放電要求パワーPb*を補正する必要がないと判断し、ステップS240以降の処理を実行して、本ルーチンを終了する。
【0039】
図8は、モータMG2の回転数Nm2やエンジン22の回転数Ne,駆動要求パワーPr*,エンジン要求パワーPe*,充放電要求パワーPb*の時間変化の一例を示す説明図である。駆動要求パワーPr*は時間t1付近や時間t2付近ではエンジン停止判定値P2を下回るが、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上であるから、補正パワーPaが設定されて充放電要求パワーPb*が補正される。この結果、エンジン停止判定値P2より大きな補正上限値P4近傍のエンジン要求パワーPe*が設定されてエンジン22の運転は継続される。時間t3付近では、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3を下回るから、充放電要求パワーPb*が補正されることなく、エンジン22の運転は停止される。図中、エンジン22の回転数Neの低下が遅れるのは、エンジン22を瞬時に停止できないことに基づく。なお、モータMG2の回転数Nm2の変化から解るように、これらの間、車両は走行を続けている。
【0040】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、駆動要求パワーPr*に基づいて補正パワーPaを設定し、この補正パワーPaを用いて充放電要求パワーPb*を補正することにより、エンジン22の始動と運転停止とが頻繁に繰り返されるのを抑止することができる。この結果、エンジン22の始動と運転停止とが頻繁に繰り返されるものに比して車両全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、補正パワーPaを充電制限値P5で制限するから、過大な充放電要求パワーPb*を設定することがなく、バッテリ50を過大な充放電要求パワーPb*により充電することがない。もとより、運転者が要求する駆動要求パワーPr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することができる。
【0041】
実施例のハイブリッド自動車20では、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上で補正上限値P4未満のときに補正パワーPaを設定するものとしたが、駆動要求パワーPr*が補正下限値P3以上であれば補正上限値P4未満でなくても補正パワーPaを設定するものとしても構わない。
【0042】
また、実施例のハイブリッド自動車20では、補正上限値P4から駆動要求パワーPr*を減じた値と充電制限値P5とのうち小さい方を補正パワーPaとして設定したが、駆動要求パワーPr*が大きくなるほど小さくなる傾向に補正パワーPaを設定するなど種々の手法により補正パワーPaを設定するものとしてもよい。
【0043】
実施例のハイブリッド自動車20では、補正パワーPaを設定し、この補正パワーPaを用いて充放電要求パワーPb*を補正するものとしたが、補正パワーPaに基づいてエンジン要求パワーPe*を補正するものとしてもよい。この場合、駆動要求パワーPr*と充放電要求パワーPb*と補正パワーPaとロスLossと補機用パワーPhとの和としてエンジン要求パワーPe*を計算すればよい。
【0044】
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図9の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図9における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
【0045】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。
【0046】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図4】実施例で用いる判定値P1〜P4の大小関係を示す説明図である。
【図5】モータ運転モードの際の動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。
【図6】エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する様子を示す説明図である。
【図7】トルク変換運転モードや充放電運転モードの際の動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。
【図8】モータMG2の回転数Nm2やエンジン22の回転数Ne,駆動要求パワーPr*,エンジン要求パワーPe*,充放電要求パワーPb*の時間変化の一例を示す説明図である。
【図9】変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
【図10】変形例のハイブリッド自動車220の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35,減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b,64a,64b 駆動輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ、234 アウターロータ、MG1,MG2 モータ。

Claims (10)

  1. 内燃機関と車軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド車であって、
    前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と、
    前記発電手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう充放電可能な蓄電手段と、
    運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定する要求駆動パワー設定手段と、
    前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定する充放電パワー設定手段と、
    前記設定された要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定する補正パワー設定手段と、
    前記設定された要求駆動パワーと前記設定された充放電パワーと前記設定された補正パワーとに基づいて車両に要求される車両要求パワーを設定する車両要求パワー設定手段と、
    該設定された車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転と運転停止とを判定する運転停止判定手段と、
    前記運転停止判定手段により運転と判定されたときには前記内燃機関から前記車両要求パワーが出力されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御し、前記運転停止判定手段により運転停止と判定されたときには前記内燃機関が運転停止されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド車。
  2. 請求項1記載のハイブリッド車であって、
    前記運転停止判定手段は、前記車両要求パワーが第1の所定パワー以上に至ってから該第1の所定パワーより小さい第2の所定パワー以上を継続しているときには前記内燃機関の運転を判定し、前記車両要求パワーが前記第2の所定パワー未満に至ってから前記第1の所定パワー未満を継続しているときには前記内燃機関の運転停止を判定する手段であり、
    前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーを超えるよう前記補正パワーを設定し、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー未満のとき又は前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転停止を判定している最中のときには値0となるよう前記補正パワーを設定する手段である
    ハイブリッド車。
  3. 前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーより大きく前記第1の所定パワーより小さい第4の所定パワーとなるよう前記補正パワーを設定する手段である請求項2記載のハイブリッド車。
  4. 前記補正パワー設定手段は、前記運転停止判定手段が前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー以上のときには前記充放電パワーが第5の所定パワー以下となるよう前記補正パワーを設定する手段である請求項3記載のハイブリッド車。
  5. 前記車両要求パワー設定手段は、前記設定された充放電パワーと前記設定された補正パワーとのうち大きい方のパワーと前記設定された要求駆動パワーとに基づいて前記車両要求パワーを設定する手段である請求項1ないし4いずれか記載のハイブリッド車。
  6. 前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に連結された駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力可能な手段である請求項1ないし4いずれか記載のハイブリッド車。
  7. 前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項6記載のハイブリッド車。
  8. 前記発電手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第1の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第2の回転子とを有し該第1の回転子に対して該第2の回転子の相対的な回転を伴って該第1の回転子と該第2の回転子の電磁作用による電力の入出力により該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する発電機である請求項6記載のハイブリッド車。
  9. 内燃機関と、車軸に動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を用いて発電する発電手段と、該発電手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう充放電可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
    (a)運転者の操作に基づいて走行用の要求駆動パワーを設定し、
    (b)前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電するための充放電パワーを設定し、
    (c)前記設定した要求駆動パワーに基づいて補正パワーを設定し、
    (d)前記設定した要求駆動パワーと前記設定した充放電パワーと前記設定した補正パワーとを含む総和のパワーとして車両要求パワーを設定し、
    (e)前記設定した車両要求パワーに基づいて前記内燃機関の運転と運転停止とを判定し、
    (f)該判定結果が前記内燃機関の運転であるときには前記内燃機関から前記車両要求パワーが出力されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御し、前記判定結果が前記内燃機関の運転停止であるときには前記内燃機関が運転停止されると共に前記要求駆動パワーが前記車軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電手段と前記電動機とを制御する
    ハイブリッド車の制御方法。
  10. 請求項9記載のハイブリッド車の制御方法であって、
    前記ステップ(e)は、前記車両要求パワーが第1の所定パワー以上に至ってから該第1の所定パワーより小さい第2の所定パワー以上を継続しているときには前記内燃機関の運転を判定し、前記車両要求パワーが前記第2の所定パワー未満に至ってから前記第1の所定パワー未満を継続しているときには前記内燃機関の運転停止を判定するステップであり、
    前記ステップ(c)は、前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第2の所定パワーより小さい第3の所定パワー以上のときには前記車両要求パワーが前記第2の所定パワーを超えるよう前記補正パワーを設定し、前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転を判定している最中で前記要求駆動パワーが前記第3の所定パワー未満のとき又は前記ステップ(e)により前記内燃機関の運転停止を判定している最中のときには値0となるよう前記補正パワーを設定するステップである
    ハイブリッド車の制御方法。
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