JP2007216784A - Hybrid car and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle and a control method thereof.
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると共に車軸に機械的にリングギヤが接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤに動力を入出力する第1モータと、車軸に機械的に接続された2段変速の変速機と、この変速機に動力を入出力する第2モータと、二つのモータと電力をやりとりする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、アクセル開度や車速,バッテリの入出力制限に基づいて変速機の変速段を変更することにより、バッテリの入出力制限を超えない範囲内で変速ショックの抑制を図っている。
このように、上述した構成のハイブリッド車では、変速機の変速段を変更する際に変速時のトルクショックを抑制したり変速時にバッテリが入出力制限を超えて充放電しないようにして変速をより適切に行なうことは重要な課題として考えられており、更なる改善が求められている。 As described above, in the hybrid vehicle having the above-described configuration, when changing the shift stage of the transmission, the torque shock during the shift is suppressed or the battery is not charged / discharged beyond the input / output limit during the shift. Proper implementation is considered as an important issue, and further improvements are required.
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、変速機の変速をより適正に行ないながら蓄電手段が入出力制限を超えて充放電されるのを抑制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、変速機の変速遅れを抑制することを目的の一つとする。さらに、本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、変速機の変速遅れに起因して変速機に取り付けられた電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することを目的の一つとする。 An object of the hybrid vehicle and the control method thereof according to the present invention is to suppress charging / discharging of the power storage means beyond the input / output limit while appropriately shifting the transmission. Another object of the hybrid vehicle and the control method thereof according to the present invention is to suppress the shift delay of the transmission. Furthermore, it is an object of the hybrid vehicle and the control method thereof of the present invention to suppress the rotation of the electric motor attached to the transmission exceeding the upper limit rotational speed due to the transmission delay of the transmission.
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。 The hybrid 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.
本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
該内燃機関の出力軸と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可能な電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変更可能な変速段をもって変速して両軸間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
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、
前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する変速指示手段と、
前記変速指示手段により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、前記変速指示手段により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら前記蓄電手段の状態に基づいて所定条件により該蓄電手段を充放電する電力を変更してから前記変速伝達手段の変速段が変更され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前記変速伝達手段とを駆動制御する制御手段と、
を備え、
前記変速指示手段は、前記変速伝達手段の変速段を変更する指示に先だって前記蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを前記蓄電手段の状態に基づいて予測し、該予測した変速段の変更遅れを見込んで前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する手段である
ことを要旨とする。
The hybrid vehicle of the present invention
An internal combustion engine;
Power power input / output means connected to the output shaft of the internal combustion engine and a drive shaft connected to the axle, and capable of outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft by input and output of power and power; ,
An electric motor that can input and output power;
Shift transmission means connected to the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft, and performing transmission with a changeable shift stage to transmit power between both shafts;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
Required driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
Shift instruction means for instructing change of the gear position of the shift transmission means;
The internal combustion engine, the power power input / output means, and the electric motor are driven so as to run with a driving force based on the set required driving force when the shift instruction means does not instruct to change the gear position of the shift transmission means. Drive control, and when the shift instruction means instructs to change the gear position of the shift transmission means, the vehicle is driven by the driving force based on the set required driving force, and the predetermined condition is determined based on the state of the power storage means. Control means for drivingly controlling the internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that the shift stage of the shift transmission means is changed after the electric power for charging / discharging the power storage means is changed. ,
With
The shift instruction means changes a shift delay of the shift stage of the shift transmission means caused by a change in electric power for charging and discharging the storage means prior to an instruction to change the shift stage of the shift transmission means to the state of the storage means. The gist of the present invention is a means for instructing the change of the shift speed of the shift transmission means in anticipation of the predicted shift speed change based on the predicted shift speed.
この本発明のハイブリッド車では、変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら蓄電手段の状態に基づいて所定条件により蓄電手段を充放電する電力を変更してから変速伝達手段の変速段が変更されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを駆動制御する。変速段の変更の指示は、その指示に先立って蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる変速伝達手段の変速段の変更遅れを蓄電手段の状態に基づいて予測し、予測した変速段の変更遅れを見込んで変速伝達手段の変速段の変更を指示する。このように、蓄電手段を充放電する電力を変更しておくことにより、変速伝達手段の変速段の変更の際に蓄電手段が入出力制限を超えて充放電するのを抑制することができる。また、蓄電手段を充放電する電力の変更に伴う変速段の変更遅れを見込んで変速段の変更を指示することにより、変更すべきタイミングで変速段を変更することができる。 In the hybrid vehicle of the present invention, when an instruction to change the gear position of the shift transmission means is not given, the internal combustion engine, the electric power drive input / output means, and the electric motor are drive-controlled so as to run with the driving force based on the required driving force, When an instruction to change the speed of the transmission means is given, the electric power for charging / discharging the power storage means is changed according to a predetermined condition based on the state of the power storage means while traveling with the driving force based on the required driving force, and then the speed change of the speed change transmission means is performed. The internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means are driven and controlled so that the stage is changed. Prior to the instruction, the shift stage change instruction predicts the shift delay of the shift stage of the shift transmission means caused by the change of the power for charging / discharging the storage means based on the state of the storage means, and the predicted shift stage Is instructed to change the gear position of the transmission means. In this way, by changing the power for charging / discharging the power storage means, it is possible to suppress the power storage means from charging / discharging beyond the input / output limit when changing the gear position of the shift transmission means. In addition, the gear position can be changed at the timing to be changed by instructing the gear position change in anticipation of a gear position change delay associated with a change in the power for charging / discharging the power storage means.
こうした本発明のハイブリッド車において、車速を検出する車速検出手段を備え、前記変速指示手段は、前記予測した変速段の変更遅れに基づいて指示用車速を設定し、前記検出された車速が前記設定した指示用車速に至ったときに前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド車において、車両加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記変速指示手段は、前記変速段の変更遅れとしての遅れ時間と前記検出された車両加速度と前記検出された車速とに基づいて前記指示用車速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、より正確に変更すべきタイミングで変速段を変更することができる。これらの態様の本発明のハイブリッド車において、前記変速指示手段は、車速の増加に伴ってアップシフトを指示する際には、前記予測した変速段の変更遅れが大きいほど小さくなる傾向に前記指示用車速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、アップシフトの遅れに起因して電動機が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。 Such a hybrid vehicle of the present invention includes vehicle speed detection means for detecting a vehicle speed, wherein the shift instruction means sets an instruction vehicle speed based on the predicted shift speed change, and the detected vehicle speed is the setting It may be a means for instructing the change of the gear position of the shift transmission means when the instructed vehicle speed is reached. The hybrid vehicle of this aspect of the present invention includes acceleration detection means for detecting vehicle acceleration, wherein the shift instruction means includes a delay time as the shift speed change delay, the detected vehicle acceleration, and the detected vehicle speed. It can also be a means for setting the instruction vehicle speed based on the above. In this way, the gear position can be changed at a timing that should be changed more accurately. In the hybrid vehicle of these aspects of the present invention, when the shift instruction means instructs an upshift as the vehicle speed increases, the shift instruction means tends to decrease as the predicted shift speed change increases. It can also be a means for setting the vehicle speed. If it carries out like this, it can suppress that an electric motor rotates exceeding upper limit rotation speed due to the delay of an upshift.
また、本発明のハイブリッド車において、前記変速指示手段は、前記変速伝達手段の変速段を変更している最中に前記蓄電手段を充放電する電力の変更が見込まれる変速中変更電力を予測し、該予測した変速中変更電力と前記蓄電手段の状態とに基づいて前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを予測する手段であり、前記制御手段は、前記変速指示手段により変速段の変更が指示されたときには、前記変速中変更電力と前記蓄電手段の状態とに基づいて前記蓄電手段を充放電する電力が変更されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、変速伝達手段の変速段の変更遅れをより正確に予測することができる。この態様の本発明のハイブリッド車において、前記変速指示手段は、前記変速中変更電力が前記蓄電手段を放電する側に変更する電力のときには前記蓄電手段の入力制限電力から該変速中変更電力だけ大きな電力と前記蓄電手段の状態に基づく必要充放電電力とのうち大きい電力を変速時目標充放電電力としたときに前記蓄電手段が現在充放電している電力から該変速時目標充放電電力に至るまでに要する時間を推定することにより前記変速段の変更遅れを予測する手段であり、前記制御手段は、前記変速指示手段により変速段の変更が指示されたときには、前記蓄電手段が前記変速時目標充放電電力で充放電されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、変速伝達手段の変速段の変更遅れをより正確に予測することができる。 Further, in the hybrid vehicle of the present invention, the shift instruction means predicts a change electric power during shift that is expected to change the electric power for charging and discharging the power storage means while changing the gear position of the shift transmission means. , A means for predicting a delay in changing the shift speed of the shift transmission means based on the predicted power change during shift and the state of the power storage means, and the control means can change the shift speed by the shift instruction means. When instructed, it may be a means for controlling the electric power for charging / discharging the electric storage means to be changed based on the changed electric power during shifting and the state of the electric storage means. By so doing, it is possible to more accurately predict the delay in changing the gear position of the transmission means. In this aspect of the hybrid vehicle of the present invention, the shift instruction means is larger by the changed power during shifting from the input limited power of the power storage means when the changed power during shifting is the power to be changed to discharge the power storage means. From the power currently charged / discharged by the power storage means to the target charge / discharge power at the time of shift when a large power out of the power and the necessary charge / discharge power based on the state of the power storage means is used as the target charge / discharge power at the time of shift The control means predicts a delay in changing the shift speed by estimating the time required until the shift means is instructed to change the power storage means when the shift speed is instructed by the shift instruction means. It can also be a means for controlling charging / discharging with charging / discharging power. By so doing, it is possible to more accurately predict the delay in changing the gear position of the transmission means.
さらに、本発明のハイブリッド車において、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軸に入出力される動力に基づいて残余の1軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記駆動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し、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1の回転子と前記駆動軸に接続された第2の回転子とを有し、該第1の回転子と該第2の回転子との電磁的な作用により該第1の回転子と該第2の回転子とを相対的に回転させる対回転子電動機であるものとすることもできる。 Further, in the hybrid vehicle of the present invention, the power input / output means is connected to three axes of the output shaft, the drive shaft, and the third shaft of the internal combustion engine, and any two of the three shafts are connected. It may also be a means comprising three-axis power input / output means for inputting / outputting power to the remaining one shaft based on the input / output power, and a generator capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft. Preferably, the power drive input / output means has a first rotor connected to the output shaft of the internal combustion engine and a second rotor connected to the drive shaft, and the first rotor It is also possible to use a counter-rotor motor that relatively rotates the first rotor and the second rotor by electromagnetic action between the first rotor and the second rotor.
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関の出力軸と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可能な電力動力入出力手段と、動力を入出力可能な電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され変更可能な変速段をもって変速して両軸間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、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、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
(a)走行に要求される要求駆動力を設定するステップと、
(b)前記変速伝達手段の変速段の変更を指示するステップと、
(c)前記ステップ(b)により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、前記ステップ(b)により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら前記蓄電手段の状態に基づいて所定条件により該蓄電手段を充放電する電力を変更してから前記変速伝達手段の変速段が変更され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前記変速伝達手段とを駆動制御するステップと、
を備え、
前記ステップ(b)は、前記変速伝達手段の変速段を変更する指示に先だって前記蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを前記蓄電手段の状態に基づいて予測し、該予測した変速段の変更遅れを見込んで前記変速伝達手段の変速段の変更を指示するステップである
ことを要旨とする。
The hybrid vehicle control method of the present invention includes:
An electric power input unit that is connected to an internal combustion engine and an output shaft of the internal combustion engine and a drive shaft connected to the axle and that can output at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft by input and output of electric power and power. An output means, an electric motor capable of inputting / outputting power, a speed change transmission means connected to a rotating shaft of the electric motor and the drive shaft to change the speed with a changeable gear stage, and to transmit power between the two shafts; A control method for a hybrid vehicle, comprising: an electric power drive input / output unit; and an electric storage unit capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) setting a required driving force required for traveling;
(B) instructing a change of the gear position of the shift transmission means;
(C) the internal combustion engine and the electric power / power input / output means so as to travel with a driving force based on the set required driving force when the step (b) is not instructed to change the gear position of the shift transmission means; Based on the state of the power storage means while traveling with the driving force based on the set required driving force when the step (b) instructs to change the gear position of the speed change transmission means. The internal combustion engine, the electric power drive input / output unit, the electric motor, and the shift transmission unit are driven such that the electric power for charging / discharging the power storage unit is changed according to a predetermined condition, and then the shift stage of the shift transmission unit is changed. Controlling step;
With
In the step (b), a change in the speed change stage of the speed change transmission means caused by a change in electric power for charging / discharging the power storage means prior to an instruction to change the speed change speed of the speed change transmission means is determined as a state of the power storage means. The gist of the present invention is the step of instructing the change of the shift speed of the shift transmission means in anticipation of the predicted shift speed change based on the above.
この本発明のハイブリッド車の制御方法によれば、変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら蓄電手段の状態に基づいて所定条件により蓄電手段を充放電する電力を変更してから変速伝達手段の変速段が変更されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機と変速伝達手段とを駆動制御する。変速段の変更の指示は、その指示に先立って蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる変速伝達手段の変速段の変更遅れを蓄電手段の状態に基づいて予測し、予測した変速段の変更遅れを見込んで変速伝達手段の変速段の変更を指示する。このように、蓄電手段を充放電する電力を変更しておくことにより、変速伝達手段の変速段の変更の際に蓄電手段が入出力制限を超えて充放電するのを抑制することができる。また、蓄電手段を充放電する電力の変更に伴う変速段の変更遅れを見込んで変速段の変更を指示することにより、変更すべきタイミングで変速段を変更することができる。 According to the hybrid vehicle control method of the present invention, the internal combustion engine, the power drive input / output means, and the electric motor are driven so as to run with the driving force based on the requested driving force when the change of the gear position of the shift transmission means is not instructed. When the drive control is performed and the change of the gear position of the transmission means is instructed, the electric power for charging / discharging the electric storage means is changed according to a predetermined condition based on the state of the electric storage means while traveling with the driving force based on the required driving force. The internal combustion engine, the electric power drive input / output means, the electric motor, and the speed change transmission means are driven and controlled so that the gear position of the speed change transmission means is changed. Prior to the instruction, the shift stage change instruction predicts the shift delay of the shift stage of the shift transmission means caused by the change of the power for charging / discharging the storage means based on the state of the storage means, and the predicted shift stage Is instructed to change the gear position of the transmission means. In this way, by changing the power for charging / discharging the power storage means, it is possible to suppress the power storage means from charging / discharging beyond the input / output limit when changing the gear position of the shift transmission means. In addition, the gear position can be changed at the timing to be changed by instructing the gear position change in anticipation of a gear position change delay associated with a change in the power for charging / discharging the power storage means.
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、本発明の一実施例としての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、変速機60を介して動力分配統合機構30に接続されたモータMG2と、車両の駆動系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 the 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には変速機60を介してモータMG2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に出力する。リングギヤ32は、ギヤ機構37およびデファレンシャルギヤ38を介して車両前輪の駆動輪39a,39bに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ32に出力された動力は、ギヤ機構37およびデファレンシャルギヤ38を介して駆動輪39a,39bに出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構30に接続される3軸は、キャリア34に接続されたエンジン22の出力軸であるクランクシャフト26,サンギヤ31に接続されモータMG1の回転軸となるサンギヤ軸31aおよびリングギヤ32に接続されると共に駆動輪39a,39bに機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aとなる。
The power distribution and
モータMG1およびモータMG2は、共に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の一方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。モータMG1,MG2は、共に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、回転位置検出センサ43,44から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンによりモータMG1,MG2の回転子の回転数Nm1,Nm2を計算している。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。
Both the motor MG1 and the motor MG2 are configured as well-known synchronous generator motors that can be driven as generators and can be driven as motors, and exchange power with the
変速機60は、モータMG2の回転軸48とリングギヤ軸32aとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータMG2の回転軸48の回転数を2段に減速してリングギヤ軸32aに伝達するよう構成されている。変速機60の構成の一例を図2に示す。この図2に示す変速機60は、ダブルピニオンの遊星歯車機構60aとシングルピニオンの遊星歯車機構60bと二つのブレーキB1,B2とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構60aは、外歯歯車のサンギヤ61と、このサンギヤ61と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ62と、サンギヤ61に噛合する複数の第1ピニオンギヤ63aと、この第1ピニオンギヤ63aに噛合すると共にリングギヤ62に噛合する複数の第2ピニオンギヤ63bと、複数の第1ピニオンギヤ63aおよび複数の第2ピニオンギヤ63bを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア64とを備えており、サンギヤ61はブレーキB1のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構60bは、外歯歯車のサンギヤ65と、このサンギヤ65と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ66と、サンギヤ65に噛合すると共にリングギヤ66に噛合する複数のピニオンギヤ67と、複数のピニオンギヤ67を自転かつ公転自在に保持するキャリア68とを備えており、サンギヤ65はモータMG2の回転軸48に、キャリア68はリングギヤ軸32aにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ66はブレーキB2のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構60aとシングルピニオンの遊星歯車機構60bとは、リングギヤ62とリングギヤ66、キャリア64とキャリア68とによりそれぞれ連結されている。変速機60は、ブレーキB1,B2を共にオフとすることによりモータMG2の回転軸48をリングギヤ軸32aから切り離すことができ、ブレーキB1をオフとすると共にブレーキB2をオンとしてモータMG2の回転軸48の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸32aに伝達し(以下、この状態をLoギヤの状態という)、ブレーキB1をオンとすると共にブレーキB2をオフ状態としてモータMG2の回転軸48の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸32aに伝達する(以下、この状態をHiギヤの状態という)。なお、ブレーキB1,B2を共にオンとする状態は回転軸48やリングギヤ軸32aの回転を禁止するものとなる。
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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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の踏み込み量に対応したアクセル開度Acc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からのブレーキポジションBP,車速センサ88からの車速V,車両加速度を検出するGセンサ89からの加速度αなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、変速機60のブレーキB1,B2の図示しないアクチュエータへの駆動信号やなどが出力ポートを介して出力されている。なお、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、実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に加速して変速機60がLoギヤの状態からHiギヤの状態に変速される際の動作について説明する。図3は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される加速時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
加速時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,Gセンサ89からの加速度α,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50が充放電すべき充放電要求電力Pb*,バッテリ50が現在充放電している充放電電力Pb,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、充放電要求電力Pb*は、バッテリ50の残容量(SOC)などに基づいてバッテリECU52によりバッテリ50を充放電すべき電力として設定されるものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。さらに、充放電電力Pbは、電圧センサにより検出された端子間電圧と電流センサにより検出された充放電電流との積として演算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。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て設定することができる。図4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5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 acceleration drive control routine is executed, 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39a,39b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*と車両に要求される車両要求パワーP*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6に要求トルク設定用マップの一例を示す。車両要求パワーP*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと充放電要求電力Pb*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を変速機60のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。
When the data is input in this way, the required torque Tr * to be output to the
次に、変速機60の変速段の変更を行なうかを判定する変速判定処理を実行し(ステップS120)、車両要求パワーP*に基づいてレート処理によりエンジン22から出力すべきエンジン要求パワーPe*を設定する(ステップS130)。変速判定処理については後述する。また、レート処理は、車両要求パワーP*が変化したときにエンジン要求パワーPe*を比較的緩やかに車両要求パワーP*に向けて変更するための処理であり、エンジン22の応答性などを考慮して行なわれる。エンジン要求パワーPe*を設定すると、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S140)。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*とに基づいて行われる。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7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。
Next, a shift determination process for determining whether to change the gear position of the
続いて、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S150)。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8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に変速機60のギヤ比Grを乗じたリングギヤ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から出力されるトルクTm1*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*が変速機60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(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。
Subsequently, using the set target rotational speed Ne *, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) 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)
そして、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S160)、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S170)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxで仮モータトルクTm2tmpと制限したものをモータMG2のトルク指令Tm2*に設定する(ステップS180)。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8の共線図から容易に導き出すことができる。
The deviation between the power consumption (generated power) of the motor MG1 obtained by multiplying the input / output limits Win, 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S190)、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
次に、ステップS120の変速判定処理について説明する。図9は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される変速判定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。この変速判定処理ルーチンでは、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、車速Vと所定車速Vrefとを比較し(ステップS200)、車速Vが所定車速Vref未満と判定されると、車速Vを判定用車速Vdに設定し(ステップS210)、設定した判定用車速Vdと要求トルクTr*と変速マップとに基づいて変速機60を変速するか否かの変速判定を行なう(ステップS290)。図10に変速マップの一例を示す。図10の例では、変速機60のLoギヤの状態で判定用車速VdがLo−Hi変速線Vhiを超えて大きくなったときに変速機60をLoギヤの状態からHiギヤの状態(以下、Lo−Hi変速という)に変更し、変速機60がHiギヤの状態で判定用車速VdがHi−Lo変速線Vloを超えて小さくなったときには変速機60をHiギヤの状態からLoギヤの状態に変更する。所定車速Vrefは、変速機60のLoギヤの状態からHiギヤの状態への変速に対して準備するのに十分に小さな車速として設定されている。なお、図10の変速マップでは、Lo−Hi変速線Vhiは要求トルクTr*が比較的大きいとき(アクセル開度Accが後述する所定開度Aref(例えば80%や85%,90%など)以上のとき)には加速性能を向上させるためにモータMG2が上限回転数を超えて回転しない範囲内でできる限りLoギヤの状態が維持されるよう設定するものとした。
Next, the shift determination process in step S120 will be described. FIG. 9 is a flowchart showing an example of a shift determination process routine executed by the hybrid
車速Vが所定車速Vref以上と判定されると、変速機60の変速時に変速に先だってバッテリ50を充放電する電力を変更する電力としての変速時必要電力P1を要求トルクTr*に基づいて設定すると共に(ステップS220)、バッテリ50の入力制限Winに設定した変速時必要電力P1を加えて必要充放電電力P2を設定し(ステップS230)、この設定した必要充放電電力P2をバッテリ50の出力制限Woutにより上限ガードする(ステップS240)。ここで変速時必要電力P1は、モータMG2の回転数Nm2のセンシング遅れや通信遅れによる検出値と実際値との偏差に基づく電力や変速機60の変速段の変更時にモータMG2のトルク指令Tm2*を下方補正することに基づく電力,変速機60の変速段の変更時にリングギヤ軸32aに出力されるトルクの落ち込みを抑制するためにモータMG1のトルク指令Tm1*を補正することに基づく電力などの総和であり、加速中のLo−Hi変速のときには、バッテリ50を充電する方向に変更する電力である。実施例では、変速時必要電力P1は、リングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*と変速時必要電力P1との関係を実験などにより求めて変速時必要電力設定用マップとして予めROM74に記憶しておき、要求トルクTr*が与えられるとマップから対応する変速時必要電力P1を導出することにより設定するものとした。変速時必要電力設定用マップの一例を図11に示す。必要充放電電力P2は、バッテリ50の入力制限Winに変速時必要電力P1を加えたものであるから、変速機60の変速段を変更する際にバッテリ50の入力制限Winを下回らない最低電力である。したがって、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2以上のときには、充放電要求電力Pb*に変更を加えなくても変速機60の変速段の変速時にバッテリ50の入力制限Winを下回らないが、逆に充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2未満のときには、充放電要求電力Pb*を変更しなければ変速機60の変速段の変速時にバッテリ50の入力制限Winを下回ってしまうことになる。図12に、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと変速時必要電力P1,必要充放電電力P2,充放電要求電力Pb*との関係の一例を示す。なお、ステップS240で必要充放電電力P2をバッテリ50の出力制限Woutで上限ガードすることにより、過大な電力によるバッテリ50の放電を抑制することができる。
When it is determined that the vehicle speed V is equal to or higher than the predetermined vehicle speed Vref, the required power P1 for shifting is set based on the required torque Tr * as power for changing the power for charging and discharging the
次に、アクセル開度Accと前述した所定開度Arefとを比較し(ステップS250)、アクセル開度Accが所定開度Aref以上と判定されると、変速機60の変速の開始が遅れる時間としての変速遅れ時間tdを推定すると共に(ステップS260)、推定した変速遅れ時間tdと車速Vと加速度αとに基づいて必要変速線移動量ΔVを設定し(ステップS270)、車速Vに必要変速線移動量ΔVを加えたものを判定用車速Vdに設定し(ステップS280)、要求トルクTr*と設定した判定用車速Vdと前述した図10に例示する変速マップとに基づいて変速判定を行なう(ステップS290)。ここで、変速遅れ時間tdは、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2未満のときに変速機60の変速段の変速時にバッテリ50の入力制限Winを下回らないようにするために充放電要求電力Pb*を変更してこの変更した充放電要求電力Pb*に向けてバッテリ50を充放電する電力を変更する際にその変更に要する時間として推定されるものであり、必要充放電電力P2からバッテリ50が現在充放電している充放電電力Pbを減じた電力偏差(P2−Pb)と変速遅れ時間tdとの関係を予め定めて変速遅れ時間設定用マップとしてROM74に記憶しておき、電力偏差(P2−Pb)が与えられると記憶したマップから対応する変速遅れ時間tdを導出して設定するものとした。変速遅れ時間設定用マップの一例を図13に示す。また、必要変速線移動量ΔVは、車速Vと加速度αとから変速遅れ時間td分だけタイミングを早めてLo−Hi変速を行なうのに必要な変速線の移動量として求められるものであり、車速Vと加速度αと変速遅れ時間tdと必要変速線移動量ΔVとの関係を予め定めたマップなどを用いて設定することができる。図14に、要求トルクTr*と車速Vと必要変速線移動量ΔVとLo−Hi変速線Vhiとの関係の一例を示す。このように、必要変速線移動量ΔVだけLo−Hi変速のタイミングを早めることにより、変速機60の変速段の変速時にバッテリ50の入力制限Winを下回らないようにするためにLo−Hi変速を開始する前にバッテリ50を充放電する電力を変更しても、Lo−Hi変速の開始が遅れるのを抑制することができる。なお、アクセル開度Accが所定開度Aref未満と判定されたときには、車速Vをそのまま判定用車速Vdに設定し(ステップS210)、設定した判定用車速Vdと要求トルクTr*と変速マップとに基づいて変速機60の変速判定を行なう(ステップS290)。
Next, the accelerator opening Acc is compared with the above-mentioned predetermined opening Aref (step S250), and when it is determined that the accelerator opening Acc is equal to or greater than the predetermined opening Aref, the time for the start of shifting of the
こうして変速機60の変速判定を行なうと、Lo−Hi変速の判定がなされたときには(ステップS300)、充放電要求電力Pb*と必要充放電電力P2とを比較し(ステップS310)、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2未満のときには、充放電要求電力Pb*を変更しなければ変速機60の変速段の変速時にバッテリ50の入力制限Winを下回ると判断し、必要充放電電力P2から充放電要求電力Pb*を減じたものを調整電力Pchに設定し(ステップS320)、設定した調整電力Pchを充放電要求電力Pb*に加えた値として充放電要求電力Pb*を再設定すると共に再設定した充放電要求電力Pb*を用いて上述した手法により車両要求パワーP*を再設定して(ステップS330)、処理を終了する。その後、図3の加速時駆動制御ルーチンのステップS130に戻って再設定した車両要求パワーP*を用いてステップS130以降の処理を行なって加速時駆動制御ルーチンを終了する。このように、充放電要求電力Pb*を再設定することにより、変速機60の変速段の変速の際にバッテリ50を充放電する電力が入力制限Winを下回るのを抑制することができる。一方、Hi−Lo変速の判定がなされたり変速段の変速は必要ないと判定されたときには(ステップS300)、充放電要求電力Pb*に変更は必要ないと判断し、そのまま処理を終了する。この場合も、図3の加速時駆動制御ルーチンのステップS130に戻ってステップS130以降の処理が行なわれる。
When the shift determination of the
次に、Lo−Hi変速を行なう際の動作について説明する。図15は、Lo−Hi変速の際に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Lo−Hi変速処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。Lo−Hi変速処理ルーチンが実行されると、まず、調整電力Pchによるバッテリ50の充放電要求電力Pb*の再設定が行なわれたか否かを判定し(ステップS400)、調整電力Pchによる充放電要求電力Pb*の再設定が行なわれたと判定されると、バッテリ50の充放電電力Pbが再設定した充放電要求電力Pb*に略一致するまで待つ処理を行なう(ステップS410)。この処理は、車両要求パワーP*に基づいてレート処理を用いて設定されるエンジン要求パワーPe*が車両要求パワーP*に至ったかを待つ処理とも考えることができる。調整電力Pchによるバッテリ50の充放電要求電力Pb*の再設定は行なわれていないと判定されたりバッテリ50の充放電電力Pbが再設定した充放電要求電力Pb*に略一致したと判定されると、モータMG2のトルク指令Tm2*を変速上限トルクTm2setと比較する処理を実行する(ステップS420)。ここで、変速上限トルクTm2setは、モータMG2からトルクを出力しながらLo−Hi変速する際にトルクショックが生じないトルク範囲の上限値であり、変速機60やモータMG2の性能などにより設定される。トルク指令Tm2*が変速上限トルクTm2setより大きいときには、エンジン22の目標トルクTe*をトルク指令Tm2*と変速上限トルクTm2setの差分に相当する分だけ大きくなるよう次式(6)により調整すると共に(ステップS430)、エンジン22の目標トルクTe*の調整に伴ってモータMG1のトルク指令Tm1*を下方修正するよう式(7)により調整し(ステップS440)、モータMG2のトルク指令Tm2*に変速上限トルクTm2setを設定する(ステップS450)。即ち、モータMG2のトルク指令Tm2*を変速上限トルクTm2setに下方修正することにより減少するリングギヤ軸32aのトルクに相当する分だけエンジン22からのトルクを増加し、その増加したトルクをリングギヤ軸32aに出力するためにモータMG1のトルク指令Tm1*を下方修正する調整を行なうのである。
Next, the operation when performing the Lo-Hi shift will be described. FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a Lo-Hi shift process routine executed by the hybrid
Te*←Te*+(1+ρ)・(Tm2*-Tm2set)・Gr (6)
Tm1*←Tm1*-ρ・(Tm2*-Tm2set)・Gr (7)
Te * ← Te * + (1 + ρ) ・ (Tm2 * -Tm2set) ・ Gr (6)
Tm1 * ← Tm1 * -ρ ・ (Tm2 * -Tm2set) ・ Gr (7)
モータMG2のトルク指令Tm2*が変速上限トルクTm2set以下のときやトルク指令Tm2*が変速上限トルクTm2setより大きくエンジン22の目標トルクTe*やトルク指令Tm2*を調整した後は、現在のモータMG2の回転数Nm2と変速機60のギヤ比Glo,Ghiとにより次式(8)を用いて変速後のモータMG2の回転数Nm2*を計算する(ステップS460)。そして、ブレーキB2をオフとすると共に(ステップS470)、ブレーキB1をフリクション係合させ(ステップS480)、変速に伴ってリングギヤ軸32aに出力されるトルクの落ち込みを是正するためにモータMG1のトルク指令Tm1*を式(9)により調整する(ステップS490)。ここで、式(9)中の「Tm1set」は、モータMG1から出力したときにリングギヤ軸32aに出力されるトルクが変速に伴ってリングギヤ軸32aに出力されるトルクの落ち込みを是正できるトルクとして設定されており、変速機60やモータMG2,モータMG1の性能などにより設定される。
When the torque command Tm2 * of the motor MG2 is equal to or lower than the shift upper limit torque Tm2set, or after the torque command Tm2 * is larger than the shift upper limit torque Tm2set and the target torque Te * or torque command Tm2 * of the
Nm2*=Nm2・Ghi/Glo (8)
Tm1*←Tm1*-Tm1set (9)
Nm2 * = Nm2 ・ Ghi / Glo (8)
Tm1 * ← Tm1 * -Tm1set (9)
そして、モータMG2の回転数Nm2が変速後の回転数Nm2*近傍に至るのを待って(ステップS500,S510)、ブレーキB1を完全にオンとし(ステップS520)、駆動制御で用いる変速機60のギヤ比GrにHiギヤのギヤ比Ghiを設定して(ステップS530)、Lo−Hi変速処理ルーチンを終了する。図16にLo−Hi変速の際の変速機60の共線図の一例を示す。図中、S1軸はダブルピニオンの遊星歯車機構60aのサンギヤ61の回転数を示し、R1,R2軸はダブルピニオンの遊星歯車機構60aおよびシングルピニオンの遊星歯車機構60bのリングギヤ62,66の回転数を示し、C1,C2軸はリングギヤ軸32aの回転数であるダブルピニオンの遊星歯車機構60aおよびシングルピニオンの遊星歯車機構60bのキャリア64,68の回転数を示し、S2軸はモータMG2の回転数であるシングルピニオンの遊星歯車機構60bのサンギヤ65の回転数を示す。図示するように、Loギヤの状態では、ブレーキB2がオンでブレーキB1がオフとされている。この状態からブレーキB2をオフすると、モータMG2はリングギヤ軸32aから切り離された状態となり、電動機として機能するモータMG2から正のトルクが出力されていることから、その回転数は増加しようとする。ここで、ブレーキB1をフリクション係合させると、モータMG2の回転数Nm2は減少する。そして、モータMG2の回転数Nm2がHiギヤの状態の回転数Nm2*近傍になったときにブレーキB1をフリクション係合から完全にオンとすることにより、Hiギヤの状態に切り替えることができる。このように、ブレーキB1のフリクション係合によりモータMG2からトルクを出力しながら変速する際にモータMG2の回転数Nm1が変更されるから、リングギヤ軸32aに出力されるトルクは落ち込むことになる。実施例では、この落ち込むトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*を調整することにより賄うのである。このように、Lo−Hi変速することにより、変速時に生じ得るトルクショックを抑制することができる。
Then, after waiting for the rotation speed Nm2 of the motor MG2 to reach the vicinity of the rotation speed Nm2 * after the shift (steps S500 and S510), the brake B1 is completely turned on (step S520), and the
ここで、こうしたLo−Hi変速の際にバッテリ50を充放電する電力がどのように変更されるかを考える。モータMG2のトルク指令Tm2*が変速上限トルクTm2setより大きいときには、モータMG2のトルク指令Tm2*を変速上限トルクTm2setに下方修正することから、その分だけ消費電力が減少する。トルク指令Tm2*の下方修正に伴ってリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力するためにエンジン22の目標トルクTe*を上方修正すると共にモータMG1のトルク指令Tm1*を下方修正することから、その分だけ発電電力が増加する。そして、変速中にリングギヤ軸32aのトルクの落ち込みを是正するためにモータMG1のトルク指令Tm1*を下方修正することから、その分だけ発電電力が増加する。したがって、モータMG2による消費電力の減少分とモータMG1による二つの要因による発電電力の増加分との和がLo−Hi変速の際に変更される電力、即ち変速時必要電力P1である。実施例では、Lo−Hi変速の最中にバッテリ50を充放電する電力が変速時必要電力P1だけ変更されてもバッテリ50の入力制限Winを下回らないようにエンジン22やモータMG1やモータMG2の運転ポイントを予めバッテリ50の出力制限Wout側に寄せるように変更しておくのである。一方で、バッテリ50を充放電する電力の変更は、図9の変速判定処理のステップS330や図3の加速度駆動制御ルーチンのステップS130,S140から解るように、エンジン22の運転ポイントの変更を伴う。エンジン22はモータMG1,MG2に比して応答性が悪いから、調整電力Pchにより充放電要求電力Pb*を変更しても直ちに充放電電力Pbが充放電要求電力Pb*に至るわけではなくある程度の時間を要する。この時間は、充放電電力Pbが充放電要求電力Pb*から離れているほど長くなるから、充放電電力Pbが充放電要求電力Pb*に至るまで待って変速機60のLo−Hi変速を開始すると、Lo−Hi変速に遅れが生じてモータMG2が上限回転数を超えて回転する場合が生じる。図9の変速判定処理のステップS250〜S280でアクセル開度Accが所定開度Aref以上のときには変速遅れ時間tdだけLo−Hi変速の判定タイミングを早めることにより、Lo−Hi変速の遅れに起因してモータMG2が上限回転数を超えて回転するのを抑制することができる。
Here, how the electric power for charging / discharging 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、Lo−Hi変速に先だって、Lo−Hi変速の最中にバッテリ50を充放電する電力が変速時必要電力P1だけ変更されてもバッテリ50の入力制限Winを下回らないよう調整電力Pchにより充放電要求電力Pb*を変更するのに必要な時間としての変速遅れ時間tdを推定してこの変速遅れ時間td分だけLo−Hi変速の判定のタイミングを早めておき、Lo−Hi変速が判定されたときに調整電力Pchにより充放電要求電力Pb*を変更すると共にバッテリ50の充放電電力Pbが充放電要求電力Pb*に至るのを待ってからLo−Hi変速を行なうから、Lo−Hi変速の際にバッテリ50の入力制限Winを下回るのを抑制することができると共にLo−Hi変速の遅れを抑制してこの変速遅れに起因するモータMG2の過回転を抑制することができる。もとより、変速機60のLo−Hi変速の際にモータMG2のトルク指令Tm2*が大きいときには、モータMG2のトルク指令Tm2*に変速上限トルクTm2setを設定して変速するから、変速の際に生じ得るトルクショックを抑制することができる。また、リングギヤ軸32aに要求される要求トルクTr*を出力しながら変速することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、Gセンサ89を用いて加速度αを検出するものとしたが、車速センサ88からの車速Vの勾配(時間変化率)を演算することにより加速度αを演算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、車両要求パワーP*に基づいてレート処理によりエンジン要求パワーPe*を設定するものとしたが、レート処理に限られず、なまし処理などの他の緩変化処理によりエンジン要求パワーPe*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、変速機60のLo−Hi変速の際に要求トルクTr*に基づいて変速時必要電力P1を設定するものとしたが、モータMG1のトルク指令Tm1*やエンジン22の回転数Ne,モータMG2のトルク指令Tm2*等に基づいて変速時必要電力P1を計算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、変速機60のLo−Hi変速の際に、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2以上のときには、充放電要求電力Pb*に変更は加えずに制御し、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2未満のときには必要充放電電力P2から充放電要求電力Pb*を減じた調整電力Pchだけ充放電要求電力Pb*を変更して制御するものとしたが、充放電要求電力Pb*と必要充放電電力P2とのうち大きい方を新たな充放電要求電力Pb*として設定して制御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、アクセル開度Accが所定開度Aref以上のときに変速遅れ時間tdを推定して必要変速線移動量ΔVを設定するものとしたが、変速マップのLo−Hi変速線Vhiによってはアクセル開度Accに拘わらず変速遅れ時間tdを推定して必要変速線移動量ΔV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、バッテリ50の充放電電力Pbと必要充放電電力P2とに基づいて変速遅れ時間tdを推定すると共に推定した変速遅れ時間tdと車速Vと加速度αとに基づいて必要変速線移動量ΔVを設定するものとしたが、バッテリ50の充放電電力Pbと必要充放電電力P2と車速Vと加速度αとに基づいて直接必要変速線移動量ΔV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、車速Vに必要変速線移動量ΔVを加えた判定用車速Vdに基づいて変速マップを用いて変速機60の変速判定を行なうものとしたが、必要変速線移動量ΔVに基づいて変速線を移動させた変速マップを設定すると共に設定した変速マップを用いて車速Vに基づいて変速機60の変速判定を行なうものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、変速機60のLo−Hi変速の際について説明したが、減速に伴って変速機60の変速段をHiギヤの状態からLoギヤの状態に変速するHi−Lo変速の際についても同様である。この場合、Lo−Hi変速と逆の現象により変速時必要電力P1はバッテリ50を放電する方向の電力となる。したがって、Hi−Lo変速のときには、バッテリ50の出力制限Woutから変速時必要電力P1を減じた電力が必要充放電電力P2となり、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2以下のときには充放電要求電力Pb*を変更することなく制御し、充放電要求電力Pb*が必要充放電電力P2より大きいときには必要充放電電力P2以下になるよう充放電要求電力Pb*を再設定すると共に再設定した充放電要求電力Pb*を用いて車両要求パワーP*を再設定すればよい。また、充放電要求電力Pb*と必要充放電電力P2とのうち小さい方を新たな充放電要求電力Pb*として設定して制御するものとしてもよい。したがって、Hi−Lo変速に先立って必要充放電電力P2に基づいて同様に変速遅れ時間tdも推定することができ、変速遅れ時間tdを見込んでHi−Lo変速の判定タイミングを調整することができる。なお、変速機60のHi−Lo変速の際には、こうした制御と異なる制御、例えば、制動トルクをブレーキに置き換えて変速する制御などを用いるものとしてもよい。この場合、変速時必要電力P1や必要充放電電力P2は計算する必要はない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、Hi,Loの2段の変速段をもって変速可能な変速機60を用いるものとしたが、変速機60の変速段は2段に限られるものではなく、3段以上の変速段としてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を変速機60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17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の動力を変速機60により変速してリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪39a,39bが接続された車軸)とは異なる車軸(図17における車輪39c,39d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39a,39b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18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39a,39b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
以上、本発明を実施するための最良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 best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.
本発明は、車両の製造産業に利用可能である。 The present invention is applicable to 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、31a サンギヤ軸、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、37 ギヤ機構、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、39c,39d 車輪、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、 48 回転軸、50 バッテリ、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 変速機、60a ダブルピニオンの遊星歯車機構、60b シングルピニオンの遊星歯車機構、61,65 サンギヤ、62,66 リングギヤ、63a 第1ピニオンギヤ、63b 第2ピニオンギヤ、64,68 キャリア、67 ピニオンギヤ、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、B1,B2 ブレーキ。
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, 31a sun gear shaft, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 Pinion gear, 34 carrier, 37 gear mechanism, 38 differential gear, 39a, 39b drive wheel, 39c, 39d wheel, 40 motor electronic control unit (motor ECU), 41, 42 inverter, 43, 44 rotational position detection sensor, 48 rotations Shaft, 50 battery, 52 battery electronic control unit (battery ECU), 54 power line, 60 transmission, 60a planetary gear mechanism of double pinion, 60b planetary gear mechanism of single pinion, 61, 65 sun gear, 62, 66 Ring gear, 63a First pinion gear, 63b Second pinion gear, 64, 68 Carrier, 67 pinion gear, 70 Hybrid electronic control unit, 72 CPU, 74 ROM, 76 RAM, 80 Ignition switch, 81 Shift lever, 82 Shift position sensor, 83 Accelerator pedal, 84 Accelerator pedal position sensor, 85 Brake pedal, 86 Brake pedal position sensor, 88 Vehicle speed sensor, 230 Pair motor, 232 Inner rotor, 234 Outer rotor, MG1, MG2 motor, B1, B2 brake
Claims (9)
該内燃機関の出力軸と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可能な電力動力入出力手段と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変更可能な変速段をもって変速して両軸間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
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、
前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する変速指示手段と、
前記変速指示手段により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、前記変速指示手段により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら前記蓄電手段の状態に基づいて所定条件により該蓄電手段を充放電する電力を変更してから前記変速伝達手段の変速段が変更され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前記変速伝達手段とを駆動制御する制御手段と、
を備え、
前記変速指示手段は、前記変速伝達手段の変速段を変更する指示に先だって前記蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを前記蓄電手段の状態に基づいて予測し、該予測した変速段の変更遅れを見込んで前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する手段である
ハイブリッド車。 An internal combustion engine;
Power power input / output means connected to the output shaft of the internal combustion engine and a drive shaft connected to the axle, and capable of outputting at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft by input and output of power and power; ,
An electric motor that can input and output power;
Shift transmission means connected to the rotating shaft of the electric motor and the drive shaft, and performing transmission with a changeable shift stage to transmit power between both shafts;
A power storage means capable of exchanging power with the electric power drive input / output means and the electric motor;
Required driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
Shift instruction means for instructing change of the gear position of the shift transmission means;
The internal combustion engine, the power power input / output means, and the electric motor are driven so as to run with a driving force based on the set required driving force when the shift instruction means does not instruct to change the gear position of the shift transmission means. Drive control, and when the shift instruction means instructs to change the gear position of the shift transmission means, the vehicle is driven by the driving force based on the set required driving force, and the predetermined condition is determined based on the state of the power storage means. Control means for drivingly controlling the internal combustion engine, the power drive input / output means, the electric motor, and the shift transmission means so that the shift stage of the shift transmission means is changed after the electric power for charging / discharging the power storage means is changed. ,
With
The shift instruction means changes a shift delay of the shift stage of the shift transmission means caused by a change in electric power for charging and discharging the storage means prior to an instruction to change the shift stage of the shift transmission means to the state of the storage means. A hybrid vehicle, which is a means for instructing the change of the shift speed of the shift transmission means in anticipation of the predicted shift speed change based on the predicted shift speed.
車速を検出する車速検出手段を備え、
前記変速指示手段は、前記予測した変速段の変更遅れに基づいて指示用車速を設定し、前記検出された車速が前記設定した指示用車速に至ったときに前記変速伝達手段の変速段の変更を指示する手段である
ハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to claim 1,
Vehicle speed detection means for detecting the vehicle speed,
The shift instruction means sets an instruction vehicle speed based on the predicted shift speed change, and changes the gear position of the shift transmission means when the detected vehicle speed reaches the set instruction vehicle speed. A hybrid vehicle that is a means of instructing.
車両加速度を検出する加速度検出手段を備え、
前記変速指示手段は、前記変速段の変更遅れとしての遅れ時間と前記検出された車両加速度と前記検出された車速とに基づいて前記指示用車速を設定する手段である
ハイブリッド車。 A hybrid vehicle according to claim 2,
An acceleration detection means for detecting vehicle acceleration;
The shift instruction means is means for setting the instruction vehicle speed based on a delay time as a change delay of the shift stage, the detected vehicle acceleration, and the detected vehicle speed.
前記変速指示手段は、前記変速伝達手段の変速段を変更している最中に前記蓄電手段を充放電する電力の変更が見込まれる変速中変更電力を予測し、該予測した変速中変更電力と前記蓄電手段の状態とに基づいて前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを予測する手段であり、
前記制御手段は、前記変速指示手段により変速段の変更が指示されたときには、前記変速中変更電力と前記蓄電手段の状態とに基づいて前記蓄電手段を充放電する電力が変更されるよう制御する手段である
ハイブリッド車。 A hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The shift instructing means predicts a change electric power during shifting that is expected to change the electric power for charging and discharging the power storage means while changing the gear position of the shift transmission means, and A means for predicting a change delay of the shift stage of the shift transmission means based on the state of the power storage means;
The control means performs control so that the power for charging / discharging the power storage means is changed based on the changed power during shifting and the state of the power storage means when a change in gear is instructed by the shift instruction means. Hybrid vehicle that is a means.
前記変速指示手段は、前記変速中変更電力が前記蓄電手段を放電する側に変更する電力のときには前記蓄電手段の入力制限電力から該変速中変更電力だけ大きな電力と前記蓄電手段の状態に基づく必要充放電電力とのうち大きい電力を変速時目標充放電電力としたときに前記蓄電手段が現在充放電している電力から該変速時目標充放電電力に至るまでに要する時間を推定することにより前記変速段の変更遅れを予測する手段であり、
前記制御手段は、前記変速指示手段により変速段の変更が指示されたときには、前記蓄電手段が前記変速時目標充放電電力で充放電されるよう制御する手段である
ハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to claim 5,
The shift instruction means needs to be based on the power that is larger than the input limit power of the power storage means by the changed power during the shift and the state of the power storage means when the power that is changed during the shift is changed to the side that discharges the power storage means. By estimating the time required for the power storage means to reach the target charging / discharging power during shifting from the current charging / discharging power when the large power out of charging / discharging power is set as the target charging / discharging power during shifting, It is a means to predict the change delay of the shift stage,
The control means is means for controlling the power storage means to be charged / discharged with the target charge / discharge power at the time of shift when an instruction to change the gear position is given by the shift instruction means.
(a)走行に要求される要求駆動力を設定するステップと、
(b)前記変速伝達手段の変速段の変更を指示するステップと、
(c)前記ステップ(b)により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されていないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により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駆動制御し、前記ステップ(b)により前記変速伝達手段の変速段の変更が指示されたときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行しながら前記蓄電手段の状態に基づいて所定条件により該蓄電手段を充放電する電力を変更してから前記変速伝達手段の変速段が変更され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前記変速伝達手段とを駆動制御するステップと、
を備え、
前記ステップ(b)は、前記変速伝達手段の変速段を変更する指示に先だって前記蓄電手段を充放電する電力の変更に伴って生じる前記変速伝達手段の変速段の変更遅れを前記蓄電手段の状態に基づいて予測し、該予測した変速段の変更遅れを見込んで前記変速伝達手段の変速段の変更を指示するステップである
ハイブリッド車の制御方法。
An electric power input unit that is connected to an internal combustion engine and an output shaft of the internal combustion engine and a drive shaft connected to the axle and that can output at least part of the power from the internal combustion engine to the drive shaft by input and output of electric power and power. An output means, an electric motor capable of inputting / outputting power, a speed change transmission means connected to a rotating shaft of the electric motor and the drive shaft to change the speed with a changeable gear stage, and to transmit power between the two shafts; A control method for a hybrid vehicle, comprising: an electric power drive input / output unit; and an electric storage unit capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) setting a required driving force required for traveling;
(B) instructing a change of the gear position of the shift transmission means;
(C) the internal combustion engine and the electric power / power input / output means so as to travel with a driving force based on the set required driving force when the step (b) is not instructed to change the gear position of the shift transmission means; Based on the state of the power storage means while driving with the driving force based on the set required driving force when the change of the gear position of the shift transmission means is instructed in step (b). The internal combustion engine, the electric power drive input / output unit, the electric motor, and the shift transmission unit are driven such that the electric power for charging / discharging the power storage unit is changed according to a predetermined condition, and then the shift stage of the shift transmission unit is changed. Controlling step;
With
In the step (b), a change in the speed change stage of the speed change transmission means caused by a change in electric power for charging / discharging the power storage means prior to an instruction to change the speed change speed of the speed change transmission means is determined as a state of the power storage means. A control method for a hybrid vehicle, which is a step of instructing a change in the shift speed of the shift transmission means in anticipation of the predicted shift speed change based on
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2006
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