JP2005237119A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクリミッタを必要としないハイブリッド車の駆動装置を提供する。
【解決手段】 動力分配機構１１の入力要素にエンジン１が連結され、動力分配機構１１の出力要素に出力部材が連結され、動力分配機構１１の反力要素に第１モータ・ジェネレータ５が連結されているハイブリッド車の駆動装置において、内燃機関１と出力部材１６との相対回転数変化を検出する相対回転数変化検出手段（ステップＳ０１）と、前記相対回転数変化検出手段で検出された相対回転数変化に基づいて、エンジン１の回転数変化の増大を抑制するように、前記第１モータ・ジェネレータ５の回転数を変化させる回転数変化手段（ステップＳ０３）とを備えていることを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複数の駆動力源を有するハイブリッド車の制御装置に関するものである。

従来より、ハイブリッド車としては、例えば内燃機関に加えて電動機やモータ・ジェネレータを動力源として備えた車両が知られている。このハイブリッド車の例では、遊星歯車機構の差動作用を利用して、内燃機関を最適運転点で駆動させるように遊星歯車機構に接続された電動機もしくはモータ・ジェネレータで回転数制御をおこなう。一方、駆動力やエンジンブレーキ力の過不足を電動機もしくはモータ・ジェネレータで補い、さらには減速時にエネルギの回生をおこなうことにより、内燃機関による排ガスを低減し、同時に燃費の向上を図るように構成された車両が知られている。

このようなハイブリッド車においては、出力部材に急激な回転数変動が生じた場合、イナーシャにより電動駆動力源や内燃機関に大きなトルク変動が発生する。このような場合、出力部材に過大なトルクが伝わるのを防止するためトルクリミッタが設けられることがある。

このトルクリミッタの一例として、特許文献１に記載されたハイブリッド駆動装置用ダンパが知られている。このダンパは、内燃機関と駆動装置との間に設けられており、内燃機関または電動モータの出力トルクが所定値に達すると動力の伝達を遮断するリミッタ機構をそなえている。
特開２００２−１３５４７号公報

特許文献１に記載されたダンパを備えることで、駆動力源や内燃機関に大きなトルク変動が発生した場合に動力の伝達を遮断し、出力部材に過大なトルクが加わるのを防止することができる。しかし、過大トルクの伝達を防止するためにトルクリミッタを設けなければならず、部品点数が増加し、駆動装置が大型化するという問題点があった。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、急激な回転変動によるトルクの増大を抑制できるハイブリッド駆動装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、電動駆動力源の回転数を変化させて、内燃機関の回転数の急激な変動を防止するものである。より具体的には、請求項１の発明は、動力分配機構の入力要素に内燃機関が連結され、動力分配機構の出力要素に出力部材が連結され、動力分配機構の反力要素に電動駆動力源が連結されているハイブリッド車の制御装置において、前記動力分配機構の出力側の部材と内燃機関との相対回転数変化を検出する相対回転数変化検出手段と、前記相対回転数変化検出手段で検出された前記出力側の部材と前記内燃機関の出力回転数との相対回転数変化に基づいて、内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させる回転数変化手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置である。

また、請求項２の発明は請求項１の発明において、前記動力分配機構の出力側の部材の回転数変化が予め設定された所定値を上回るとき、前記内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させることを特徴とする制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記内燃機関の出力回転数変化が予め設定された所定値を上回るとき、前記内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させることを特徴とする制御装置である。

請求項１の発明によれば、動力分配機構の出力側の部材の回転数と内燃機関の出力回転数との相対回転数が増大する場合に、内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように電動駆動力源の回転数が変化される。したがって、相対回転が抑制されるとともに、動力分配機構の入力側に慣性により作用するトルクの増大が抑制される。

また、請求項２の発明によれば、出力部材の回転数が急激に変化した場合に、動力分配機構の入力側に慣性により作用するトルクの増大を抑制するように電動動力源の回転数が変化させられる。したがって、内燃機関からの過大なトルクが出力部材に伝達されるのを防止することができる。

さらに、請求項３の発明によれば、内燃機関の回転数が急激に変化した場合に、動力分配機構の入力側に慣性により作用するトルクの増大を抑制するように電動動力源の回転数が変化させられる。したがって、内燃機関からの過大なトルクが出力部材に伝達されるのを防止することができる。

つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図３はこの発明の対象とする車両のパワートレーンを概念的に示すスケルトン図である。本パワートレーンは、エンジン１と、第１モータ・ジェネレータ５と、このエンジン１の動力を第１モータ・ジェネレータ５および出力部材１６に分配する動力分配機構１１と、第２モータ・ジェネレータ６とから構成されている。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の動力装置であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、点火時期などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。そのエンジン１の制御は、例えば、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置（ＥＣＵ）１００によっておこなうように構成されている。

また、第１モータ・ジェネレータ５は、例えば同期電動機を用いることが可能であり、この第１モータ・ジェネレータ５は、電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成されている。さらに第１モータ・ジェネレータ５にはインバータ（図示せず）を介してバッテリー（図示せず）が電気的に接続されている。そして、前記インバータを電子制御装置１００により制御することにより、第１モータ・ジェネレータ５の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。なお、第１モータ・ジェネレータ５のステータ７はケーシング（図示せず）に固定されており、回転しないようになっている。

動力分配機構１１は、遊星歯車機構により構成されている。この遊星歯車機構は外歯歯車であるサンギヤ１２と、そのサンギヤ１２に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ１３と、これらサンギヤ１２とリングギヤ１３とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ１４とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。前記エンジン１が入力軸１５を介して、第１の回転要素であるキャリヤ１４に連結されている。言い換えれば、キャリヤ１４が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ１２に、第１モータ・ジェネレータ５のロータ８が連結されている。したがってサンギヤ１２がエンジン１に対する反力要素となっており、また第３の回転要素であり、動力分配機構１１の出力要素であるリングギヤ１３が出力部材１６に連結されている。

出力部材１６には第２モータ・ジェネレータ６のロータ１０が接続され、出力部材１６で伝達される伝達トルクに第２モータ・ジェネレータ６の出力トルクを加減するようになっている。さらに前記第２モータ・ジェネレータ６は、インバータ（図示せず）を経由してバッテリー（図示せず）に接続されている。そして、マイクロコンピュータを主体とする電子制御装置１００によってインバータ（図示せず）を制御することにより、第２モータ・ジェネレータ６の力行および回生ならびにそれぞれの場合におけるトルクおよび回転数を制御するように構成されている。なお、第２モータ・ジェネレータ６のステータ９はケーシング（図示せず）に固定されている。

また、出力部材１６はディファレンシャル２を介してドライブシャフト３に連結されており、ドライブシャフト３は車輪４に連結されている。

エンジン１の最適燃費運転は、モータ・ジェネレータ５の回転数を高低に変化させることにより、エンジン１の回転数を連続的に（無段階に）変化させることでおこなわれる。すなわち、エンジン１の回転数を例えば燃費が最もよい回転数に設定する無段変速制御は、モータ・ジェネレータ５の回転数を制御することによっておこなうことができる。なお、このように遊星歯車機構により構成された動力分配機構を用いて動力を分配する方式のハイブリッド駆動装置は機械分配式ハイブリッド駆動装置と呼ばれる。

ところで、ハイブリッド車においては、エンジン１と駆動装置との間には流体継ぎ手などが介在せずに連結されている。したがって、急制動や車両走行時のパーキングロック係合、坂道停止時のパーキングロック解放、あるいは路面の摩擦係数の変化、などにより車輪の回転数が急激に変化した場合、その変化にエンジン１の回転数が追従せず、エンジン１と、出力部材１６との相対回転数が変化する。また、いわゆるエンジンのイナーシャトルクにより出力部材１６に過剰なトルクが加わる可能性がある。このようなトルクの過剰な増大を防止するため、以下に述べる制御がおこなわれる。

トルク増大防止制御について図１を使用して説明する。図１は急減速時におけるフローチャートである。まず、出力部材１６の回転数の低下量ΔＮが検出される（ステップＳ０１）。回転数低下量は現在の相対回転数から所定時間前の回転数を減じた値である。したがって、この回転数低下量が大きくなっている場合、急激な回転数低下が起こっていることになる。

したがって、この回転数低下量ΔＮが所定値を超えたか否かが判断される（ステップＳ０２）。ステップＳ０２で否定的に判断された場合には、新たな制御を特におこなわず、このルーチンを抜ける。一方、ステップＳ０２で肯定的に判断された場合、すなわち、この回転数低下量ΔＮが所定値を上回っている場合には、急激な回転数変化が生じ、エンジン１の回転が出力部材１６の回転数変化に追従できず、イナーシャトルクが発生すると判断される。

この場合、直ちに第１モータ・ジェネレータ５（ＭＧ１）の回転数を増加させ（ステップＳ０３）、これにより、イナーシャトルクを発生させない。

つぎに上記制御例を共線図を用いて説明する。図２は図３に示す駆動装置の急減速時における共線図である。まず通常走行状態（図２（ａ））から車輪の回転数が急激に低下すると（図２（ｂ））、エンジン１（Ｅｎｇ）の回転数を低下させるように作用する。しかし、エンジン１は慣性モーメントが大きいので、その回転数を急激に変化させようとすると、その変化率に応じトルクが生じる。

そこで、車輪の回転数が急激に減少すると同時に、第１モータ・ジェネレータ５（ＭＧ１）の回転数を上昇させることで（図２（ｃ））、エンジンの回転数の低下率を抑制しイナーシャにより発生するトルクの量を抑制することができる。

つまり、出力部材の回転数が急激に変化した場合でも、エンジン１のイナーシャトルクを抑制するように、第１モータ・ジェネレータ５の回転数が変化させられる。したがって、エンジン１からの過大なトルクが出力部材１６に伝達されるのを防止することができる。

ここで、上述した各具体例とこの発明との関係とを簡単に説明すると、第１モータ・ジェネレータ５が「電動駆動力源」に相当し、エンジン１が「内燃機関」に相当する。また、ステップＳ０１では、出力部材の回転数低下量を検出する。すなわち、エンジン１と出力部材１６との相対回転数の増加を検出する。したがって、ステップＳ０１の機能的手段が「相対回転数変化検出手段」に相当し、ステップＳ０３の機能的手段が「回転数変化手段」に相当する。

なお、上記実施例では、出力部材１６の回転数が急減に低下した場合について説明したが、出力部材１６の回転数が急激に上昇した場合にも同様に制御することができる。すなわち、出力部材の回転数増加量が所定値より増加した場合には、第１モータ・ジェネレータ５の回転数を減少させることで、エンジン１のイナーシャトルクを減少させるとともに、回転数の増加速度を減少させることができる。

さらに、上記実施例では、出力部材１６の回転数が急激に変化した場合について説明したが、内燃機関１の回転数が急激に変化した場合についても、同様に制御することができる。要は、内燃機関１と出力部材１６との相対回転数が検出できればよい。このような制御は、坂道発進の場合のように、出力部材１６の回転数変化はゆっくりとしているが、内燃機関１の回転数変化が急激に変化する場合等に適用することができる。

また、上記実施例では、内燃機関１と出力部材１６との相対回転数の変化を検出することによりイナーシャトルクの発生を検出したが、車両走行状態からイナーシャトルクの発生する状態を予測しても良い。すなわち、内燃機関１と出力部材１６との相対回転数の変化によらずに、イナーシャトルクの発生を検出してもよい。

例えば、パーキングロック機構が係合されたことを示す係合信号により、第１モータ・ジェネレータ５の回転数を変化させてもよいし、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）等からの制御信号から路面状況を予測し、これに基づいて第１モータ・ジェネレータ５の回転数を変化させてもよい。さらに、車体に取り付けられた傾斜センサーに基づいて、エンジン１の発進に必要な回転数と、その回転数に応じた第１モータ・ジェネレータ５の回転数を予測してもよい。

なお、この発明における「内燃機関」と「電動駆動力源」とは、駆動力の発生の原理が異なる。本実施例では「内燃機関」を使用して熱エネルギを運動エネルギに変換したが、内燃機関の他に外燃機関等を用いてもよい。要は、熱エネルギを運動エネルギに変換する装置であればよい。

モータ・ジェネレータを切り換える際における制御例を示すフローチャートである。 図３に示す制御例における挙動を示す共線図である。 本発明におけるハイブリッド車の駆動装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１…エンジン、 ５…第１モータ・ジェネレータ、 ６…第２モータ・ジェネレータ、 １１…動力分配機構、 １００…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (3)

1. 動力分配機構の入力要素に内燃機関が連結され、動力分配機構の出力要素に出力部材が連結され、動力分配機構の反力要素に電動駆動力源が連結されているハイブリッド車の制御装置において、
   前記動力分配機構の出力側の部材と内燃機関との相対回転数変化を検出する相対回転数変化検出手段と、
   前記相対回転数変化検出手段で検出された前記出力側の部材と前記内燃機関の出力回転数との相対回転数変化に基づいて、内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させる回転数変化手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. 前記動力分配機構の出力側の部材の回転数変化が予め設定された所定値を上回るとき、前記内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
3. 前記内燃機関の出力回転数変化が予め設定された所定値を上回るとき、前記内燃機関の回転数変化の増大を抑制するように、前記電動駆動力源の回転数を変化させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。

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