JP2007190972A - Vehicle and control method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a vehicle and a control method thereof.
従来、この種の車両としては、エンジンと、エンジンの出力軸に接続された第1のロータと車軸に接続された第2のロータとの相対的な回転により回転するクラッチモータと、車軸に動力を入出力するアシストモータと、クラッチモータやアシストモータと電力のやりとりを行なうバッテリを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この車両では、大トルクが必要となる上り坂での発進時や低速走行時には、補機を強制駆動してエンジンからの動力を増加し、バッテリの充電電力がその許容する最大電力より大きくなるときには、エンジンの回転数を低下させてエンジンから出力するパワーを小さくすることにより、バッテリが過大な電力によって充電されるのを抑止している。
上述の車両のように、エンジンからの動力を発電を伴って走行用のトルクとして伝達するタイプの車両では、予めバッテリの入力制限の範囲内となるようエンジンを運転すれば、バッテリの充電電力がその許容する最大電力より大きくなることはないが、この場合、エンジンをどのように運転するかによって走行用のトルクの大小や車両の燃費に影響を与える。 In vehicles of the type that transmit power from the engine as traveling torque with power generation, such as the vehicle described above, if the engine is operated in advance to be within the battery input limit range, the charging power of the battery is In this case, the magnitude of the driving torque and the fuel consumption of the vehicle are affected depending on how the engine is operated.
本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関からの動力を発電を伴って走行用のトルクとして伝達するタイプの車両において、上り坂での発進時や低速走行時に、バッテリなどの蓄電装置を過大な電力によって充電することなく、より適正なトルクを出力して走行することを目的の一つとする。また、本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関からの動力を発電を伴って走行用のトルクとして伝達するタイプの車両において、上り坂での発進時や低速走行時に、より適正なトルクを出力して走行すると共に車両の燃費の向上を図ることを目的の一つとする。 The vehicle and its control method according to the present invention provide an excessive power storage device such as a battery when starting uphill or traveling at a low speed in a vehicle of a type that transmits power from an internal combustion engine as traveling torque with power generation. One of the purposes is to output a more appropriate torque without being charged with a large amount of electric power. Further, the vehicle and the control method thereof according to the present invention provide a more appropriate torque when starting uphill or traveling at a low speed in a vehicle of a type that transmits power from the internal combustion engine as traveling torque with power generation. One of the purposes is to improve the fuel efficiency of the vehicle while outputting and traveling.
本発明の車両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。 The vehicle and the control method thereof according to the present invention employ the following means in order to achieve at least a part of the above-described object.
本発明の車両は、
内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸と車軸とに連結され、電力と動力との入出力を伴って前記出力軸と前記車軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
走行用の動力を出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
走行路の勾配を検出する勾配検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記検出された要求駆動力と前記検出された勾配とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力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。
The vehicle of the present invention
An internal combustion engine;
An electric power input / output means connected to the output shaft and the axle of the internal combustion engine, for inputting / outputting power to / from the output shaft and the axle with input / output of electric power and power;
An electric motor capable of outputting driving power;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
A gradient detecting means for detecting the gradient of the traveling path;
Required driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
Target operating point setting means for setting a target operating point of the internal combustion engine based on the detected required driving force and the detected gradient;
Control means for controlling the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor so that the internal combustion engine is operated at the set target operation point and travels with a driving force based on the set required driving force. When,
It is a summary to provide.
この本発明の車両では、走行に要求される要求駆動力と走行路の勾配とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、この設定した目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、走行路の勾配に応じて内燃機関を運転することができる。この結果、走行路の勾配に応じてより適正な駆動力を出力することができると共に車両の燃費の向上を図ることができる。 In the vehicle of the present invention, a target operating point of the internal combustion engine is set based on the required driving force required for traveling and the gradient of the traveling path, and the internal combustion engine is operated at the set target operating point and requested driving is performed. The internal combustion engine, the power drive input / output means, and the electric motor are controlled so as to travel with a driving force based on the force. Thereby, the internal combustion engine can be operated according to the gradient of the travel path. As a result, it is possible to output a more appropriate driving force according to the gradient of the travel path and to improve the fuel consumption of the vehicle.
こうした本発明の車両において、前記目標運転ポイント設定手段は、前記検出された要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に該設定した目標パワーと前記検出された勾配とに基づいて目標運転ポイント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、要求駆動力に応じたパワーを走行路の勾配に応じた運転ポイントで内燃機関から出力することができる。 In such a vehicle of the present invention, the target operating point setting means sets a target power to be output from the internal combustion engine based on the detected required driving force, and sets the target power and the detected gradient. It may be a means for setting a target operation point based on the above. In this way, the power corresponding to the required driving force can be output from the internal combustion engine at the operating point corresponding to the gradient of the travel path.
この目標パワーを設定して目標運転ポイントを設定する態様の本発明の車両において、前記蓄電手段を充電する際の許容最大電力である入力制限を設定する入力制限設定手段を備え、前記目標運転ポイント設定手段は前記設定された入力制限の範囲内で前記目標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、過大な電力による蓄電手段の充電を抑止することができる。 In the vehicle of the present invention in which the target power is set by setting the target power, the vehicle is provided with an input limit setting means for setting an input limit that is an allowable maximum power when charging the power storage means, The setting means may be means for setting the target power within the set input restriction range. In this way, charging of the power storage means with excessive electric power can be suppressed.
また、目標パワーを設定して目標運転ポイントを設定する態様の本発明の車両において、前記目標運転ポイント設定手段は、前記検出された勾配が登り勾配として大きいほど前記設定された目標パワーを出力可能な運転ポイントのうち前記内燃機関から出力するトルクが大きくなる傾向に目標運転ポイントを設定する手段であるものとすることもできるし、前記目標運転ポイント設定手段は、前記検出された勾配が登り勾配として大きいほど前記設定された目標パワーを出力可能な運転ポイントのうち前記内燃機関の回転数が小さくなる傾向に目標運転ポイント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、走行路の勾配が登り勾配として大きいときに内燃機関から大きなトルクを出力することができ、この内燃機関から出力される大きなトルクの一部を車軸側に伝達して走行することができる。 Further, in the vehicle of the present invention in which the target power is set by setting the target power, the target driving point setting means can output the set target power as the detected gradient increases as the climbing gradient. The target operation point setting means may be a means for setting the target operation point so that the torque output from the internal combustion engine tends to increase among the various operation points. As a larger value, the target operating point may be set so that the rotational speed of the internal combustion engine tends to decrease among the operating points at which the set target power can be output. In this way, it is possible to output a large torque from the internal combustion engine when the gradient of the traveling path is large as the climbing gradient, and to travel by transmitting a part of the large torque output from the internal combustion engine to the axle side. it can.
さらに、目標パワーを設定して目標運転ポイントを設定する態様の本発明の車両において、車両の運転状態に基づいて前記内燃機関の運転を許容する回転数の範囲である許容回転数範囲を設定する許容回転数範囲設定手段を備え、前記目標運転ポイント設定手段は、前記設定された許容回転数範囲内で目標運転ポイント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、内燃機関をより適正に運転することができる。この場合、前記許容回転数範囲設定手段は、前記内燃機関から前記目標パワーを出力可能な最小回転数以上の回転数を前記許容回転数範囲の下限回転数として設定すると共に前記電力動力入出力手段が駆動可能な前記内燃機関の最大回転数以下の回転数を前記許容回転数範囲の上限回転数として設定する手段であるものとすることもできる。 Further, in the vehicle of the present invention in which the target power is set by setting the target power, an allowable rotational speed range that is a rotational speed range that allows the operation of the internal combustion engine is set based on the driving state of the vehicle. An allowable rotational speed range setting means may be provided, and the target operating point setting means may be means for setting a target operating point within the set allowable rotational speed range. If it carries out like this, an internal combustion engine can be drive | operated more appropriately. In this case, the allowable rotational speed range setting means sets a rotational speed equal to or higher than a minimum rotational speed at which the target power can be output from the internal combustion engine as a lower limit rotational speed of the allowable rotational speed range, and the power drive input / output means. Can be a means for setting a rotation speed equal to or lower than the maximum rotation speed of the internal combustion engine that can be driven as the upper limit rotation speed of the allowable rotation speed range.
また、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と車軸と回転軸との3軸に連結されて該3軸のうちのいずれか2軸に入出力する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、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段であるものとすることもできる。 In the vehicle of the present invention, the power driving input / output means is connected to three shafts of an output shaft, an axle shaft, and a rotating shaft of the internal combustion engine, and inputs / outputs power to / from any two of the three shafts. And a power generator that can input and output power to the remaining shaft, and a generator that can input and output power to the rotary shaft.
本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸と車軸とに連結されて電力と動力との入出力を伴って前記出力軸と前記車軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える車両の制御方法であって、
(a)走行に要求される要求駆動力と走行路の勾配とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
(b)前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。
The vehicle control method of the present invention includes:
An internal combustion engine, electric power input / output means connected to an output shaft and an axle of the internal combustion engine for inputting and outputting electric power and power to and from the output shaft and the axle, A vehicle control method comprising: an electric motor capable of outputting power; and an electric power input / output unit and an electric storage unit capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) setting a target operating point of the internal combustion engine based on a required driving force required for traveling and a gradient of the traveling path;
(B) The internal combustion engine is operated at the set target operation point, and the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor are controlled so as to run with a driving force based on the required driving force. And
この本発明の車両の制御方法では、走行に要求される要求駆動力と走行路の勾配とに基づいて内燃機関の目標運転ポイントを設定し、この設定した目標運転ポイントで内燃機関が運転されると共に要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。これにより、走行路の勾配に応じて内燃機関を運転することができる。この結果、走行路の勾配に応じてより適正な駆動力を出力することができると共に車両の燃費の向上を図ることができる。 In the vehicle control method of the present invention, a target operating point of the internal combustion engine is set based on the required driving force required for traveling and the gradient of the traveling path, and the internal combustion engine is operated at the set target operating point. At the same time, the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor are controlled so as to travel with the driving force based on the required driving force. Thereby, the internal combustion engine can be operated according to the gradient of the travel path. As a result, it is possible to output a more appropriate driving force according to the gradient of the travel path and to improve the fuel consumption of the vehicle.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
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。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
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。
The
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。
The power distribution and
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。
The motor MG1 and the motor MG2 are both configured as well-known synchronous generator motors that can be driven as generators and can be driven as motors, and exchange power with the
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。
The
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,走行路の勾配を検出する勾配センサ89からの勾配θ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。
The hybrid
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。
The
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、特に登り勾配の坂道を発進したり低速で走行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(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the
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,勾配センサ89からの勾配θ,バッテリ50の入出力制限Win,Wout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、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、温度センサ51により検出されたバッテリ50の温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて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。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図3に電池温度Tbと入出力制限Win,Woutとの関係の一例を示し、図4にバッテリ50の残容量(SOC)と入出力制限Win,Woutの補正係数との関係の一例を示す。
When the drive control routine is executed, first, the
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*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5に要求トルク設定用マップの一例を示す。
When the data is thus input, the required torque Tr * to be output to the
続いて、車速Vが閾値Vref未満であるか否か、設定した要求トルクTr*が閾値Tref以上であるか否か、勾配θに基づいて登り勾配の坂道であるか否かを判定する(ステップS120)。ここで、閾値Vrefは、比較低速走行であるのを判定するために用いるものであり、例えば、10km/hや15km/hなどを用いることができる。したがって、車速Vを閾値Vrefと比較する処理は、車両が発進しているか低速走行しているかを判定することになる。また、閾値Trefは、比較的大きなトルクが要求されているか否かを判定するために用いるものであり、車速Vが値0のときに出力可能な最大トルクの70%や80%などの値を用いることができる。したがって、要求トルクTr*を閾値Trefと比較する処理は、運転者が大きなトルクを要求しているか否かを判定することになる。登り勾配の坂道であるか否かの判定は、勾配θが予め設定した閾値θref以上であるか否かを判定することによって行なうことができる。この場合に用いる閾値θrefとして5度や7度などを用いることができる。 Subsequently, it is determined whether or not the vehicle speed V is less than the threshold value Vref, whether or not the set required torque Tr * is equal to or greater than the threshold value Tref, and whether or not the vehicle is an uphill slope based on the gradient θ (step) S120). Here, the threshold value Vref is used to determine that the vehicle is running at a comparatively low speed, and for example, 10 km / h, 15 km / h, or the like can be used. Therefore, the process of comparing the vehicle speed V with the threshold value Vref determines whether the vehicle is starting or traveling at a low speed. The threshold value Tref is used to determine whether or not a relatively large torque is required. The threshold value Tref is a value such as 70% or 80% of the maximum torque that can be output when the vehicle speed V is 0. Can be used. Therefore, the process of comparing the required torque Tr * with the threshold value Tref determines whether or not the driver is requesting a large torque. Whether or not the slope is an uphill slope can be determined by determining whether or not the slope θ is equal to or greater than a preset threshold value θref. As the threshold value θref used in this case, 5 degrees or 7 degrees can be used.
車速Vが閾値Vref以上であったり、要求トルクTr*が閾値Tref未満であったり、登り勾配の坂道ではない、と判定されたときには、要求トルクTr*やバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*,補機電力Ph等に基づいてエンジン22に要求される要求パワーPe*を設定すると共に(ステップS130)、設定した要求パワー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S140)。ここで、要求パワーPe*は、要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと充放電要求パワーPb*と補機電力PhとロスLossとの和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。また、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*との設定は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーPe*とに基づいて行なわれる。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。
When it is determined that the vehicle speed V is equal to or higher than the threshold value Vref, the required torque Tr * is less than the threshold value Tref, or the slope is not an uphill slope, the required torque Tr * or the charge / discharge required power Pb required by the
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると、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(1)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(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS210)。ここで、式(1)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。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を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(1)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、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクと、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。式(2)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(2)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。
When the target rotational speed Ne * and the target torque Te * of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (1)
Tm1 * = previous Tm1 * + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
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の入出力制限Win,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下限としてのトルク制限Tmin,Tmaxを次式(3)および式(4)により計算すると共に(ステップS220)、要求トルク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(5)により計算し(ステップS230)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxで仮モータトルクTm2tmpを制限した値としてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS240)。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の入出力制限Win,Wout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(5)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。
When the target rotational speed Nm1 * and the torque command Tm1 * of the motor MG1 are thus calculated, the input / output limits Win and Wout of the
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)
Tmin = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (3)
Tmax = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (4)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (5)
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,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS250)、駆動制御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エンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。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。
Thus, when the target engine speed Ne *, the target torque Te *, and the torque commands Tm1 *, Tm2 * of the motors MG1, MG2 are set, the target engine speed Ne * and the target torque Te * of the
ステップS120で車速Vが閾値Vref未満であり、要求トルクTr*が閾値Tref以上であり、且つ、登り勾配の坂道である、と判定されたとき、即ち、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時であり、運転者が大きなトルクを要求していると判定したときには、次式(6)に示すように要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものからバッテリ50の入力制限Winを減じて損失Lossを加えた値として要求パワーPe*を設定し(ステップS150)、設定した要求パワーPe*とパワーラインとに基づいてエンジン22の下限回転数Nminを設定すると共に(ステップS160)、モータMG1の最大回転数Nm1maxとリングギヤ軸32aの回転数Nrとに基づいてエンジン22の上限回転数Nmaxを設定する(ステップS170)。ここで、パワーラインは、同一の回転数でエンジン22を運転したときにエンジン22から最大のトルクが出力される運転ポイントとして設定される動作ラインである。パワーラインの一例を通常の動作ライン(燃費最適の動作ライン)と共に図8に示す。エンジン22の下限回転数Nminは、このパワーラインと要求パワーPe*との交点における回転数として求めることができる。エンジン22の上限回転数Nmaxは、現在の車速Vに対応するリングギヤ軸32aの回転数Nrに対してモータMG1を許容される最大回転数Nm1maxで運転したときのエンジン22の回転数として求めることができ、式(7)により計算することができる。リングギヤ軸32aの回転数NrとモータMG1の最大回転数Nm1maxとエンジン22の上限回転数Nmaxとの関係を示す共線図の一例を図9に示す。こうしたエンジン22の下限回転数Nminと上限回転数Nmaxは、エンジン22を運転可能な許容回転数範囲を設定するものとなる。
When it is determined in step S120 that the vehicle speed V is less than the threshold value Vref, the required torque Tr * is greater than or equal to the threshold value Tref, and the slope is an uphill slope, that is, at the start of the uphill slope or at low speed When it is determined that the driver is requesting a large torque, the input limit of the
Pe*=Tr*・Nr-Win+Loss (6)
Nmax=(Nr+ρ・Nm1max)/(1+ρ) (7)
Pe * = Tr * ・ Nr-Win + Loss (6)
Nmax = (Nr + ρ ・ Nm1max) / (1 + ρ) (7)
そして、勾配θに基づいて下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを按分比する勾配係数kを設定すると共に(ステップS180)、この勾配係数kで下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを按分する回転数としてエンジン22の目標回転数Ne*を設定し(ステップS190)、この設定した目標回転数Ne*で要求パワーPe*を除してエンジン22の目標トルクTe*を設定する(ステップS200)。そして、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを用いて上述したようにモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定し(ステップS210〜S240)、設定値をエンジンECU24やモータECU40に送信して(ステップS250)、本ルーチンを終了する。ここで、勾配係数kは、実施例では、勾配θが大きくなるほど小さくなる傾向に設定するものとした。図10に勾配θと勾配係数kとの関係の一例を示す。こうした勾配係数kにより下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを按分してエンジン22の目標回転数Ne*を設定するから、エンジン22の目標回転数Ne*は、勾配θが大きいほど小さくなる傾向に設定されることになる。勾配θとエンジン22の目標回転数Ne*との関係の一例を図11に示す。勾配θが大きいときにはエンジン22の目標回転数Ne*が小さく設定され、これに伴って目標トルクTe*は大きく設定される。このため、モータMG1のトルク指令Tm1*も大きく設定されることになり、モータMG1から出力されたトルクがリングギヤ軸32aに作用するトルクも大きくなる。この結果、リングギヤ軸32aにより大きなトルクを作用させることができるようになる。なお、勾配θが大きいほど小さくなる傾向にエンジン22の目標回転数Ne*を設定する関係は、勾配θが大きいほど大きくなる傾向にエンジン22の目標トルクTe*を設定する関係となる。
Based on the gradient θ, a gradient coefficient k for proportionally dividing the lower limit rotational speed Nmin and the upper limit rotational speed Nmax is set (step S180), and the lower limit rotational speed Nmin and the upper limit rotational speed Nmax are apportioned by this gradient coefficient k. The target rotational speed Ne * of the
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときには、バッテリ50の入力制限Winの範囲内となる要求パワーPe*を用いて勾配θに応じたエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するから、バッテリ50を過大な電力によって充電することなく、勾配θに応じてエンジン22やモータMG1,MG2を制御してアクセル開度Accに応じた要求トルクTr*に基づくトルクをリングギヤ軸32aに出力することができる。即ち、勾配θに応じてより適正な制御を行なうことができる。この結果、勾配θに拘わらずにエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*を設定するものに比して、より適正なトルクを出力して走行することことができると共に車両の燃費を向上させることができる。しかも、エンジン22の目標回転数Ne*を下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとの範囲内で設定するから、エンジン22を下限回転数Nmin未満の回転数で運転しようとすることによる不都合(エンジン22の失速など)やエンジン22を上限回転数Nmaxを超える回転数で運転しようとすることによる不都合(モータMG1の過回転など)を抑制することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときに、バッテリ50の入力制限Winの範囲内となる要求パワーPe*を用いて勾配θに応じたエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしたが、登り勾配の坂道の発進時や低速走行時には、運転者の要求するトルクに拘わらず、要求パワーPe*を用いて勾配θに応じたエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしてもよいし、登り勾配の坂道で運転者が大きなトルクを要求しているときには、発進時や低速走行時に拘わらず、要求パワーPe*を用いて勾配θに応じたエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしてもよいし、登り勾配の坂道を走行しているときには、発進時や低速走行時に拘わらず、且つ、運転者の要求するトルクに拘わらず、要求パワーPe*を用いて勾配θに応じたエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときには、要求パワーPe*とパワーラインとの交点の回転数としてエンジン22の下限回転数Nminを設定するものとしたが、要求パワーPe*とパワーラインとの交点の回転数より大きな回転数をエンジン22の下限回転数Nminを設定するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときには、現在の車速Vに対応するリングギヤ軸32aの回転数Nrに対してモータMG1を許容される最大回転数Nm1maxで運転したときのエンジン22の回転数をエンジン22の上限回転数Nmaxとして設定するものとしたが、リングギヤ軸32aの回転数Nrに対してモータMG1を許容される最大回転数Nm1maxで運転したときのエンジン22の回転数より小さな回転数をエンジン22の上限回転数Nmaxとして設定するものとしても構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときには、勾配θに基づく勾配係数kで下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを按分する回転数としてエンジン22の目標回転数Ne*を設定するものとしたが、要求パワーPe*と通常時に用いる燃費最適の動作ラインとの交点の回転数に対して勾配θに基づいて若干の回転数だけ増減したものをエンジン22の目標回転数Ne*として設定するものとしてもよい。この場合、勾配θが大きいほど目標回転数Ne*が小さくなるようにすればよい。また、こうしたエンジン22の目標回転数Ne*の設定の手法を用いるものとすれば、エンジン22の下限回転数Nminや上限回転数Nmaxは設定する必要がないし、勾配係数kも求める必要がない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、登り勾配の坂道の発進時か低速走行時に運転者が大きなトルクを要求しているときには、エンジン22の下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを求め、勾配θに基づく勾配係数kで求めた下限回転数Nminと上限回転数Nmaxとを按分する回転数としてエンジン22の目標回転数Ne*を設定し、この目標回転数Ne*を用いて目標トルクTe*を設定するものとしたが、エンジン22の下限トルクTminと上限トルクTmaxとを求め、勾配θに基づく勾配係数kで求めた下限トルクTminと上限トルクTmaxとを按分するトルクとしてエンジン22の目標トルクTe*を設定し、この目標トルクTe*を用いて目標回転数Ne*を設定するものとしてもよい。この場合、エンジン22の下限トルクTminは、エンジン22の上限回転数Nmaxに対応するトルクとして設定することができ、エンジン22の上限トルクTmaxはエンジン22の下限回転数Nminに対応するトルクとして設定することができる。
In the
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12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12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。
In the
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13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。
In the
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としても構わない。さらに、こうした車両の制御方法の形態としてもよい。 Moreover, it is not limited to what is applied to such a hybrid vehicle, It does not matter as a form of vehicles other than a vehicle. Furthermore, it is good also as a form of the control method of such a vehicle.
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。 The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the vehicle manufacturing industry.
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 駆動輪、64a,64b 車輪、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、89 勾配センサ、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。
20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integration mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34
Claims (9)
前記内燃機関の出力軸と車軸とに連結され、電力と動力との入出力を伴って前記出力軸と前記車軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、
走行用の動力を出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
走行路の勾配を検出する勾配検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記検出された要求駆動力と前記検出された勾配とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備える車両。 An internal combustion engine;
An electric power input / output means connected to the output shaft and the axle of the internal combustion engine, for inputting / outputting power to / from the output shaft and the axle with input / output of electric power and power;
An electric motor capable of outputting driving power;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
A gradient detecting means for detecting the gradient of the traveling path;
Required driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
Target operating point setting means for setting a target operating point of the internal combustion engine based on the detected required driving force and the detected gradient;
Control means for controlling the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor so that the internal combustion engine is operated at the set target operation point and travels with a driving force based on the set required driving force. When,
A vehicle comprising:
前記蓄電手段を充電する際の許容最大電力である入力制限を設定する入力制限設定手段を備え、
前記目標運転ポイント設定手段は、前記設定された入力制限の範囲内で前記目標パワーを設定する手段である
車両。 The vehicle according to claim 2,
Input limit setting means for setting an input limit that is an allowable maximum power when charging the power storage means,
The target operation point setting means is means for setting the target power within the set input restriction range.
車両の運転状態に基づいて前記内燃機関の運転を許容する回転数の範囲である許容回転数範囲を設定する許容回転数範囲設定手段を備え、
前記目標運転ポイント設定手段は、前記設定された許容回転数範囲内で目標運転ポイントを設定する手段である
車両。 A vehicle according to any one of claims 2 to 5,
An allowable rotational speed range setting means for setting an allowable rotational speed range that is a rotational speed range that allows the operation of the internal combustion engine based on a driving state of the vehicle;
The target operation point setting means is a means for setting a target operation point within the set allowable rotational speed range.
(a)走行に要求される要求駆動力と走行路の勾配とに基づいて前記内燃機関の目標運転ポイントを設定し、
(b)前記設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記要求駆動力に基づく駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する
車両の制御方法。
An internal combustion engine, electric power input / output means connected to an output shaft and an axle of the internal combustion engine for inputting and outputting electric power and power to and from the output shaft and the axle, A vehicle control method comprising: an electric motor capable of outputting power; and an electric power input / output unit and an electric storage unit capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) setting a target operating point of the internal combustion engine based on a required driving force required for traveling and a gradient of the traveling path;
(B) The internal combustion engine is operated at the set target operation point, and the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor are controlled so as to run with a driving force based on the required driving force. Method.
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