JP2006050877A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバーの運転意図に対してエンジンとモータとのそれぞれの特性を生かした最適なトルク分配率でエンジン及びモータを最適に制御し、制御性を向上する。
【解決手段】要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱを遅延器（１／Ｚ）に通して単位時間当りの要求トルク変化率ｄＴを算出し、この要求トルク変化率ｄＴを基本パラメータとして分配関数ω（ｄＴ）を生成する。そして、エンジンのトルク分配率をω（ｄＴ）、モータのトルク分配率を（１−ω（ｄＴ））として決定した後、このトルク分配率を乗算器Ｘを介して要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱに乗算し、モータ指令トルクＴＧＴＭＴＲＱ、エンジン指令トルクＴＧＴＥＴＲＱとする。これにより、ドライバーの運転意図に対してエンジンとモータとのそれぞれの特性を生かした最適なトルク分配率でエンジン及びモータを最適に制御することができ、制御性を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンと該エンジンに連結されるモータとを備えたパワーユニットからの駆動力によって走行するハイブリッド車の制御装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、ガソリン等を燃料とするエンジンを動力源とするものに対し、低公害、省資源の促進を目的として、バッテリからの電力によって駆動力を発生するモータをエンジンに加えて搭載し、エンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発されている。

このようなハイブリッド車の中でも、特に、エンジンとモータとの何れも走行駆動源として使用可能なパラレルハイブリッド車においては、エンジンとモータとを適切に制御する必要があり、従来からエンジン及びモータの制御技術に関する種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、エンジン駆動モードとモータ駆動モードとの間に切換領域を設け、この切換領域におけるモータのトルク分配率を切換係数として発生させ、この切換係数に基づいてモータトルク指令値及びエンジントルク指令値を発生させる技術が開示されている。この特許文献１の技術によれば、エンジントルクとモータトルクを切換える際のショック発生を防止することができる。

また、特許文献２には、アクセル開度信号に応じた全トルクの指令値と、全トルクのうちエンジンで出力すべきエンジントルクの指令値とを演算し、全トルクの指令値から車両状態に基づいて補正されたエンジントルクの指令値を減算してモータトルクの指令値を演算する技術が開示されている。この特許文献２の技術では、ノッキングが発生した場合にエンジントルクを減少させてモータトルクを増大させることにより、合計出力トルクを変化させることなくノッキングを防止することができる。
特開平９−７４６０８号公報 特開平１０−２３６０９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術は、予めエンジンを使用する領域とモータを使用する領域とに分けておき、変速装置のインプットシャフト回転数と要求トルクとに基づいて運転領域を選択している。このため、ドライバーの運転意図に対してエンジンとモータとのそれぞれの特性を臨機応変に生かすことは困難であり、必ずしもエンジン及びモータ制御を最適に制御しているとは言えない。

また、特許文献２に開示の技術は、エンジンのノッキング防止を主眼としており、ノッキング防止のための減少させたエンジントルク分をモータのアシストによって補っているに過ぎず、同様に、エンジンとモータとのそれぞれの特性を臨機応変に生かした最適な制御を実現することは困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバーの運転意図に対してエンジンとモータとのそれぞれの特性を生かした最適なトルク分配率でエンジン及びモータを最適に制御し、制御性を向上することのできるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車の制御装置は、エンジンと該エンジンに連結されるモータとを備えたパワーユニットからの駆動力によって走行するハイブリッド車の制御装置において、上記パワーユニットに対する要求トルクの変化率を基本パラメータとして生成した関数を用い、上記エンジン及び上記モータに対する上記要求トルクのトルク分配率を決定するトルク分配率決定手段と、上記トルク分配率に基づいて、上記エンジンに対するトルク指令及び上記モータに対するトルク指令を生成するトルク指令手段とを備えたことを特徴とする。

その際、トルク分配率は、要求トルクの変化率が大きくなる程、モータに対するトルク分配率を大きくする。また、トルク分配率を決定する関数は、パワーユニットの出力トルクの最大変化率に対する要求トルクの変化率の比に基づいて生成することが望ましく、更には、モータに電力を供給するバッテリの状態を反映させることが望ましい。

本発明のハイブリッド車の制御装置は、ドライバーの運転意図に対してエンジンとモータとのそれぞれの特性を生かした最適なトルク分配率でエンジン及びモータを最適に制御することができ、制御性を向上することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係わり、図１はハイブリッド車の制御システムを示す構成図、図２はトルク分配制御のアルゴリズムを示すブロック図、図３はトルク指令値に対するエンジントルク及びモータトルクの変化を示す説明図である。

図１は、主として走行駆動力を発生するエンジン１の出力軸に、発電及び駆動アシスト力発生用のモータ２が直接的に或いはギヤ等の動力伝達機能を介して連結されるパラレルハイブリッド車のシステム構成例を示す。エンジン１及びモータ２からなるパワーユニットの駆動力は、トランスミッション３を経て車輪４の駆動輪に伝達される（２輪駆動或いは４輪駆動）。

エンジン１，モータ２を制御するＨＥＶ制御系は、エンジン１を制御するエンジン制御部５、モータ２を制御するモータ制御部６、ドライバーが要求する車両駆動トルクとしての要求トルクを決定する要求トルク決定部７、要求トルクをエンジン１とモータ２とに分配し、エンジントルク指令及びモータトルク指令を出力するトルク指令分配部８、車両状態を検出する車両状態検出部９の各制御機能部を備えて構成される。これらの制御機能部は、それぞれ個別の装置として、或いは複数の制御機能を含む装置として、マイクロコンピュータを中心として構成されている。

エンジン制御部５は、エンジントルク指令を受けて、エンジン１のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量等のパラメータを演算し、これらのパラメータの制御信号を、カム角度やクランク角度から算出した制御タイミングで出力することにより、エンジン１の出力トルクをエンジン指令トルクに一致させるべく制御する。

モータ制御部６は、図示しないバッテリからの直流電圧を交流電圧に変換してモータ２を駆動するインバータ等を含み、モータトルク指令を受けて、モータ２の回転数情報や電流に基づいてインバータを介してモータ２に出力する電圧を調整し、モータ２の出力トルクをモータ指令トルクに一致させるべく制御する。

要求トルク決定部７は、少なくともアクセル開度に基づいて、ドライバーが要求する車両全体としての駆動トルクを、トランスミッション３の特性を考慮したパワーユニット（エンジン１及びモータ２）の要求トルクとして決定する。この要求トルクは、例えば、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度とパワーユニットの回転数とに基づいて、予め要求トルクのマップを作成しておき、このマップを参照する等して決定される。

トルク指令分配部８は、要求トルクの変化率に基づいて、要求トルクをエンジン１が分担すべきトルクとモータ２が分担すべきトルクとに分配するためのトルク分配率を決定し、このトルク分配率に基づいて、エンジン制御部５へのトルク指令、モータ制御部６へのトルク指令を生成する。尚、後述するように、トルク指令分配部８における要求トルクの分配に際しては、適宜、車両状態検出部９で検出したバッテリの残存容量ＳＯＣ（State of charge）等の少なくともバッテリの状態を含む車両状態を反映させるようにしても良い。

トルク指令分配部８におけるトルク分配率決定手段及びトルク指令手段としての機能による要求トルクの分配制御は、詳細には、図２のブロック図に示すトルク分配制御のアルゴリズムに従って実行される。このアルゴリズムは、エンジン１及びモータ２のそれぞれの特性を生かすため、制御周期毎の要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱ［単位：Ｎｍ］を遅延器（１／Ｚ）に通して単位時間当りの要求トルク変化率ｄＴ（＝ΔＰＤＭＮＤＴＲＱ／Δｔ）を算出し、この要求トルク変化率ｄＴを基本パラメータとしてトルク分配率を決定するための分配関数ω（ｄＴ）を生成する。

分配関数ω（ｄＴ）は、０≦ω（ｄＴ）＜１の値を取り、要求トルク変化率ｄＴが大きくなる程、１に近づく関数として生成される。そして、分配関数ω（ｄＴ）を用いてエンジン１とモータ２とのトルク分配率を決定した後、このトルク分配率を乗算器Ｘを介して要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱに乗算し、モータ指令トルクＴＧＴＭＴＲＱ［単位：Ｎｍ］、エンジン指令トルクＴＧＴＥＴＲＱ［単位：Ｎｍ］とする。エンジン１のトルク分配率はω（ｄＴ）、モータ２のトルク分配率は（１−ω（ｄＴ））であり、要求トルク変化率ｄＴが大きくなる程、エンジントルクの増減分に比較してモータトルクの増減分が大きくなる（モータ２のトルク分配率が大きくなる）。

すなわち、従来のように、運転領域をエンジンの使用に適した領域とモータの使用に適した領域とに分け、各領域を切換えながらトルク制御を行うのではなく、あくまでエンジン１とモータ２とを合わせたパワーユニットとして要求される駆動トルクを主とする制御対象として捉え、以下の（１）式に示すように、要求トルク変化率ｄＴを基本パラメータとする分配関数ω（適宜、ω或いはω（ｄＴ）と記載する）を用いて、制御周期毎の要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱを再定義する。そして、この再定義した要求トルクＰＤＭＮＤＴＲＱに対し、エンジン１で出力すべきトルクとモータ２で出力すべきトルクとを分配関数ωによって重み付けして評価することにより、エンジン１とモータ２とのそれぞれの特性を生かした最適な制御を実現する。
ＰＤＭＮＤＴＲＱ＝ω×ＰＤＭＮＤＴＲＱ＋（１−ω）×ＰＤＭＮＤＴＲＱ…（１）
但し、ＰＤＭＮＤＴＲＱ＜０のとき、ω＝１（モータによる回生時）

分配関数ωによるトルク分配は、要求トルク変化率ｄＴが比較的大きいとき、すなわち発進時や加速時等には、モータ２のアシスト量を増やし、要求トルク変化率ｄＴが比較的小さく、定常運転となったときには、主としてエンジン１の出力トルクで走行させるよう、（１）式の右辺第１項ω×ＰＤＭＮＤＴＲＱを、以下の（２）式に示すように、モータ指令トルクＴＧＴＭＴＲＱとし、（１）式の右辺第２項（１−ω）×ＰＤＭＮＤＴＲＱを、以下の（３）式に示すように、エンジン指令トルクＴＧＴＥＴＲＱとする。そして、制御周期毎の要求トルクの増減に対応して決定されるエンジン指令トルクＴＧＴＥＴＲＱ及びモータ指令トルクＴＧＴＭＴＲＱにより、現在のエンジン１のトルク指令及びモータ２のトルク指令を増減させて更新してゆく。
ＴＧＴＭＴＲＱ＝ω×ＰＤＭＮＤＴＲＱ…（２）
ＴＧＴＥＴＲＱ＝（１−ω）×ＰＤＭＮＤＴＲＱ…（３）

分配関数ωは、具体的には、エンジントルク及びモータトルクを合算したトルクの最大変化率（パワーユニットトルク最大変化率）ＴＴＭＡＸ／ｔに対する要求トルク変化率ｄＴの比に基づく関数Ｆを用いて決定することができる。更には、以下の（４）式に示すように、車両状態に応じて変化させる係数Ｋを加えることができる。
ω（ｄＴ）＝Ｋ×Ｆ（ｄＴ×（ｔ／ＴＴＭＡＸ））…（４）

車両状態に応じて変化させる係数Ｋは、例えば、バッテリの残存容量ＳＯＣに応じて調整されるゲインとして用いることができる。すなわち、残存容量ＳＯＣが多いときには、ゲインを上げてモータ２のアシスト量を増加させ、逆に残存容量ＳＯＣが少ないときには、ゲインを下げてモータ２のアシスト量を減らすかエンジン１の出力を増加させて発電させ、バッテリに充電させるようにする。

また、関数Ｆとしては、一次関数を採用することも可能であるが、モータ２に比較して低速域での出力トルクの立上がりが遅いエンジン１の特性を考慮し、トルク指令に対してエンジントルクよりもモータトルクを優先するようなフィルタ特性を持たせることのできる関数が望ましい。このようなフィルタ特性は、例えば、以下の（４’）式に示すように、要求トルク変化率ｄＴとパワーユニットトルク最大変化率ＴＴＭＡＸ／ｔとの比の1/2乗の関数によって実現することができる。
ω（ｄＴ）＝Ｋ×（ｄＴ×（ｔ／ＴＴＭＡＸ））^1/2…（４’）

以上のトルク分配制御アルゴリズムに基づくトルク指令値に対するエンジントルク及びモータトルクの変化は、図３に例示される。出力トルクがゼロの停車状態から発進操作を行い、アクセルペダルを踏み込むと、要求トルクの変化に対応して分配関数ωに基づくトルク指令値が出力され、このトルク指令値に対して、応答の速いモータの特性を行かしてモータトルクが追従性良く立ち上がり、迅速な発進を可能としている。そして、定常走行に達すると、モータトルクに続いて立上がったエンジントルクのみによる走行に移行し、効率の良い運転が可能となる。

更に、定常走行状態からアクセルペダルが踏込まれて加速態勢になると、この加速操作が直ちに分配関数ωに反映されてモータトルクが急速に立上がり、エンジントルクをアシストして迅速な加速を行うことができる。その後、アクセルペダルが開放されて減速状態になると、要求トルクの減少に伴って分配関数ωの値が上昇し、エンジントルク及びモータトルクが減少する。そして、分配関数ωがω＝１に達してモータによる回生が行われ、回生電力によってバッテリが充電される。

以上のように、本形態においては、ドライバーの要求する駆動トルクをエンジン及びモータからなるパワーユニットから出力する際に、要求トルクの変化を反映した分配関数ωによってエンジンとモータとのトルク分配率を決定している。従って、要求トルクが急激に変化したときには、迅速にモータによるアシストを行うことができ、また、モータのアシストを必要としない定常走行では、エンジンのみによる走行とすることができる。

これにより、要求トルクを確実に満足しつつ、車両の状態によってトルク分配率を滑らか且つ臨機応変に可変させることができ、エンジンとモータとのそれぞれの特性を生かした最適な制御を実現し、加速性能や運転効率を向上することができる。特に、エンジントルクの応答遅れによる走行性の悪化が懸念される低速域において、応答性の良いモータの特性を生かしたアシストを確実に得ることができ、走行性を向上することができる。

尚、以上の実施の形態では、パラレルハイブリッド車について説明したが、本発明は、パラレルハイブリッド車に限定されることなく、シリーズ・パラレルハイブリッド車におけるパラレル走行のモードにも適用可能である。

ハイブリッド車の制御システムを示す構成図 トルク分配制御のアルゴリズムを示すブロック図 トルク指令値に対するエンジントルク及びモータトルクの変化を示す説明図

符号の説明

１ エンジン
２ モータ
８ トルク指令分配部（トルク分配率決定手段、トルク指令手段）
ＰＤＭＮＤＴＲＱ 要求トルク
ＴＧＴＥＴＲＱ エンジン指令トルク
ＴＧＴＭＴＲＱ モータ指令トルク
ｄＴ 要求トルク変化率
ω 分配関数
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. エンジンと該エンジンに連結されるモータとを備えたパワーユニットからの駆動力によって走行するハイブリッド車の制御装置において、
   上記パワーユニットに対する要求トルクの変化率を基本パラメータとして生成した関数を用い、上記エンジン及び上記モータに対する上記要求トルクのトルク分配率を決定するトルク分配率決定手段と、
   上記トルク分配率に基づいて、上記エンジンに対するトルク指令及び上記モータに対するトルク指令を生成するトルク指令手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
2. 上記トルク分配率決定手段は、
   上記要求トルクの変化率が大きくなる程、上記モータに対するトルク分配率を大きく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制御装置。
3. 上記トルク分配率決定手段は、
   上記関数を、上記パワーユニットの出力トルクの最大変化率に対する上記要求トルクの変化率の比に基づいて生成することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車の制御装置。
4. 上記トルク分配率決定手段は、
   上記関数に、上記モータに電力を供給するバッテリの状態を反映させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載のハイブリッド車の制御装置。

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