JP2007230486A - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン2の駆動力と電動機6の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪16に伝達可能であって、エンジン2の駆動力が駆動輪16に伝達されているときに、車両の運転状態に応じて求めた要求トルクが許容トルク以下の場合にはエンジン2のみで要求トルクを出力するようエンジン2を制御する一方、要求トルクが許容トルクより大きい場合にはエンジン2が許容トルクを出力するようにエンジン2を制御すると共に要求トルクに対して許容トルクが不足するトルクを電動機6が出力するように電動機6を制御し、フィルタの44再生が行われる場合には再生が行われない場合に比べ、低回転領域で許容トルクを増大させると共に高回転領域で許容トルクを減少させる。
【選択図】図1
Description
このようなパラレル型ハイブリッド電気自動車として、エンジンと自動変速機とを機械的に断接するクラッチを設け、このクラッチの出力軸と自動変速機の入力軸との間に電動機の回転軸を連結したハイブリッド電気自動車が、例えば特許文献1によって提案されている。
また、車両が減速走行する際には、電動機を発電機作動させて回生制動を行い、駆動輪の運動エネルギを電力エネルギに変換してバッテリに回収することによりエネルギ効率を高めるようにしている。
このため、車両減速時に回生制動によってバッテリに回収したエネルギを放出する機会が減少し、バッテリの充電率が上昇してバッテリの劣化が生じないような許容範囲内に充電率を維持することが困難となり、バッテリの劣化が促進されてしまう可能性がある。
これにより、エンジンの駆動力と電動機の駆動力とが共に駆動輪に伝達されているときの要求トルクに占めるエンジンの出力トルクの割合は、フィルタの再生が行われる場合の方が、フィルタの再生が行われない場合よりも、エンジンの低回転領域で増大すると共にエンジンの高回転領域で減少する。
一方、車両が発進する際に、要求トルクが上限トルクより大きいときには、電動機の出力トルクとクラッチから出力されるトルクとの合計が要求トルクとなるようにクラッチの接続状態を制御しながらエンジン及び電動機の出力トルクが制御される。
また、このようにしてエンジンの低回転領域でエンジンの出力トルクの割合が増大することによって電動機が消費するバッテリの電力量は減少する一方で、エンジンの高回転領域では要求トルクに占めるエンジンの出力トルクの割合が減少して電動機の出力トルクの割合が増大するので、その分だけ多くバッテリの電力を消費することになる。
また、請求項2のハイブリッド電気自動車の制御装置によれば、車両発進の際に、電動機が要求トルクを出力可能であるときにはクラッチを切断状態として電動機の駆動力のみで駆動輪を駆動するようにしたので、低回転数領域では比較的運転効率の悪いエンジンを使用しないことにより、燃費が改善されると共に、車両発進時に電動機のトルクを使用することで車両をスムーズに発進させることができる。
図1は本発明の一実施形態であるハイブリッド電気自動車1の制御装置の要部構成図である。ディーゼルエンジン(以下エンジンという)2の出力軸にはクラッチ4の入力軸が連結されており、クラッチ4の出力軸は永久磁石式同期電動機(以下電動機という)6の回転軸を介して自動変速機(以下変速機という)8の入力軸が連結されている。また、変速機8の出力軸はプロペラシャフト10、差動装置12及び駆動軸14を介して左右の駆動輪16に接続されている。
電動機6は、バッテリ18に蓄えられた直流電力がインバータ20によって交流電力に変換されて供給されることによりモータとして作動し、その出力トルクが変速機8によって適切な速度に変速された後に駆動輪16に伝達されるようになっている。また、車両減速時には電動機6が発電機として作動し、駆動輪16の回転による運動エネルギが変速機8を介し電動機6に伝達されて交流電力に変換されることにより回生制動力を発生する。そして、この交流電力はインバータ20によって直流電力に変換された後、バッテリ18に充電され、駆動輪16の回転による運動エネルギが電気エネルギとして回収される。
車両ECU22(制御手段)は、車両やエンジン2の運転状態、及びエンジンECU(再生手段)24、インバータECU26並びにバッテリECU28からの情報などに応じて、クラッチ4の接続・切断制御及び変速機8の変速段切換制御を行うと共に、これらの制御状態や車両の発進、加速、減速など様々な運転状態に合わせてエンジン2や電動機6を適切に運転するための統合制御を行う。
エンジンECU24は、エンジン2の始動・停止制御やアイドル制御など、エンジン2自体の運転に必要な各種制御を行うと共に、車両ECU22によって設定されたエンジン2に必要とされるトルクをエンジン2が発生するよう、エンジン2の燃料の噴射量や噴射時期などを制御する。
また、バッテリECU28は、バッテリ18の温度や、バッテリ18の電圧、インバータ20とバッテリ18との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ18のSOCを求め、求めたSOCを検出結果と共に車両ECU22に送っている。
フィルタ44はハニカム型のセラミック担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン2の排気中に含まれるパティキュレートを捕集することによってエンジン2の排気を浄化している。
このフィルタ44の再生のための制御はエンジンECU24によって行われ、その内容は以下の通りである。
フィルタ44の再生を行うためには、上述したように酸化触媒42で排気中のHCを酸化させて、フィルタ44に流入する排気の温度を上昇させる必要があるが、酸化触媒42でHCが酸化可能な活性温度(例えば250℃)までエンジン2の排気温度が十分上昇していない場合には、エンジン2の燃焼室への燃料の主噴射とは別に膨張行程で追加燃料噴射を行って、エンジン2の排気ポートや排気マニホールド(いずれも図示せず)内で燃料を燃焼させたり、吸入空気量を絞ったりして排気温度を上昇させる。
このように構成されたハイブリッド電気自動車1において、車両を走行させるために車両ECU22を中心として以下のような制御が行われる。
そして、運転者がチェンジレバーをドライブ位置などに操作すると、車両ECU22はクラッチ4を切断すると共に変速機8の変速段をニュートラル位置から発進用の変速段(例えば1速や2速、或いはリバース)にする。
なお、フィルタ44の再生を行っていない状態からフィルタ44の再生を行う状態へと切り換わった場合、或いはその逆の場合には、図2及び図3の制御マップのうちの一方の制御マップから他方の制御マップに直ちに切り換えるのではなく、予め定められた移行期間の間に、一方の制御マップに応じた制御量と他方の制御マップに応じた制御量との間の制御量となるように補間処理を行いながら徐々に切り換えるようにしている。
なお、図2において回転数N1は、エンジン2のアイドル回転数とほぼ一致するものであり、例えば650rpmとなっている。
領域M2は領域E2に電動機6の上限トルクTmを上乗せして得られる領域であって、要求トルクが領域M2内にある場合には、クラッチ4を接続してエンジン2から許容トルクの出力トルクを出力させると共に、要求トルクに対してエンジン2の出力トルクが不足する分を電動機6に出力させる。
まず、車両が停止した状態では電動機6の回転数は0rpmとなっているので、車両の発進時に適用される制御領域は回転数N1より低い低回転領域となる。そして、このような領域において、アクセルペダル30の踏込量に応じて設定した要求トルクと回転数センサ36によって検出された電動機6の回転数とによって定まる点が領域M1内にある場合には、クラッチ4を切断すると共に電動機6の出力トルクが要求トルクとなるように車両ECU22からインバータECU26に指示がなされる。
インバータECU26は、車両ECU22からの指示に従い上述のようにしてインバータ20を制御し、電動機6がモータ作動して上限トルクTmを出力する。
このように、車両の発進時には電動機6を優先的に使用し、上限トルクTmまで出力させるようにすることで、低回転領域で比較的運転効率の悪いエンジン2の使用割合を減らし、燃費を改善することができると共に、電動機6によって車両のスムーズな発進を行うことができる。
このようにして車両が発進加速し、走行状態になると、車両ECU22はアクセルペダル開度センサ32によって検出されたアクセルペダル30の踏込量と、車速センサ34によって検出された走行速度とに基づき車両の走行に必要な要求トルクを設定する。
電動機6の回転数と要求トルクとによって定まる点が領域E2内にある場合には、車両ECU22がクラッチ4を接続し、電動機6の出力トルクを0N・mとするようインバータECU26に対して指示すると共に、エンジン2から要求トルクを出力するようにエンジンECU24に対して指示する。
また、電動機6の回転数と要求トルクとによって定まる点が領域M2内にある場合は、車両ECU22はクラッチ4を接続し、エンジン2の出力トルクが許容トルクとなるようエンジンECU24に指示すると共に、要求トルクに対してエンジン2の出力トルクが不足する分を電動機6が出力するようにインバータECU26に指示する。
更に、エンジン2の出力トルクが許容トルクに制限されることによって要求トルクから不足する分を電動機6の出力トルクによって補うようにしたので、変速機8には車両の走行に必要な要求トルクが伝達され、トルク不足を生じることなく車両の良好な運転性能を確保することができる。
以上のように、フィルタ44の再生が行われていない場合には、電動機6の回転数がN1より高い領域、即ちクラッチ4が接続されてエンジン2の駆動力が駆動輪に伝達可能であるときには、車両の急加速や登坂時などで一時的に大きな要求トルクが必要となった場合を除き、エンジン2の出力トルクが許容トルク以下に制限される。
図3の制御マップも図2の制御マップと同様に電動機6の回転数と要求トルクとによって規定されており、要求トルクの上限値Tmaxより下方の領域において図中の実線によりいくつかの制御領域に分割されている。
このような制御マップにおいて、回転数N1より低い領域は図2の制御マップと全く同一の構成となっており、フィルタ44の再生を行わない場合と同様の制御が行われて同様の効果を得ている。
回転数N1以上の回転領域では、図3に示すように制御領域がE2’及びM2’の2つに分けられており、領域E2’と領域M2’との境界がエンジン2の許容トルクに対応するものとなる。そして、要求トルクが領域E2’内にある場合には、図2の制御マップを使用するときの領域E2のときと同様に、クラッチ4を接続すると共に電動機6の出力トルクを0N・mとし、エンジン2のみで要求トルクを出力するように制御が行われる。
図3に示す二点鎖線は図2の制御マップにおける領域E2と領域M2との境界を示すものであり、回転数N2よりも低い回転領域ではフィルタ44の再生を行う場合の許容トルクの方がフィルタ44の再生を行わない場合の許容トルクよりも大きくなる一方、回転数N2よりも高い回転領域ではフィルタ44の再生を行う場合の許容トルクの方がフィルタ44の再生を行わない場合の許容トルクよりも小さくなっている。
また、回転数N2より高いエンジン2の高回転領域では、フィルタ44の再生を行う場合の方がフィルタ44の再生を行わない場合よりもエンジン2の出力トルクが低く抑えられるため、図3に示すように、その分だけ電動機6の出力トルクはフィルタ44の再生を行わない場合の方が再生を行う場合より大きくなる。
車両が発進加速して走行状態になると、車両ECU22はアクセルペダル開度センサ32によって検出されたアクセルペダル30の踏込量と、車速センサ34によって検出された走行速度とに基づき車両の走行に必要な要求トルクを設定する。
電動機6の回転数と要求トルクとによって定まる点が領域E2’内にある場合には、車両ECU22がクラッチ4を接続し、電動機6の出力トルクを0N・mとするようインバータECU26に対して指示すると共に、エンジン2から要求トルクを出力するようにエンジンECU24に対して指示する。
また、電動機6の回転数と要求トルクとによって定まる点が領域M2’内にある場合には、車両ECU22はクラッチ4を接続し、エンジン2の出力トルクが許容トルクとなるようエンジンECU24に指示すると共に、要求トルクに対してエンジン2の出力トルクが不足する分を電動機6が出力するようにインバータECU26に指示する。
また、この場合にもエンジン2の出力トルクが許容トルクに制限されることによって要求トルクから不足する分を電動機6の出力トルクによって補うようにしたので、変速機8には車両の走行に必要な要求トルクが伝達され、トルク不足を生じることなく車両の良好な運転性能を確保することができる。
例えば、上記実施形態では、電動機6をクラッチ4と変速機8との間に配置するようにしたが、電動機6の配置はこれに限られるものではなく、例えばエンジン2とクラッチ4との間に電動機6を配置したハイブリッド電気自動車のように、エンジン2の駆動力と電動機6の駆動力とがそれぞれ駆動輪に伝達可能なハイブリッド電気自動車であれば、クラッチ4を接続した回転数N1以上の領域において上記実施形態と同じ制御を行って同様の効果を得ることができる。
更に、上記実施形態では、回転数N2より低い低回転領域ではフィルタ44の再生を行う場合の方が再生を行わない場合よりもエンジン2の許容トルクを増大させる一方で、回転数N2より高い高回転領域ではフィルタ44の再生を行う場合の方が再生を行わない場合よりもエンジン2の許容トルクを減少させるようにしたが、単一の閾値を用いずに低回転領域と高回転領域とを規定するようにしても良い。
また、上記実施形態において、電動機6を永久磁石式同期電動機としたが電動機の形式もこれに限られるものではない。
更に、上記実施形態では変速機8を自動変速機としたが、変速機の形式はこれに限られるものではなく、無段変速機や手動式の変速機などであっても良い。
2 エンジン
4 クラッチ
6 電動機
16 駆動輪
22 車両ECU(制御手段)
24 エンジンECU(再生手段)
38 排気通路
44 フィルタ
Claims (3)
- エンジンの駆動力と電動機の駆動力とがそれぞれ車両の駆動輪に伝達可能であって、上記車両の運転状態に応じて求めた要求駆動トルクに基づき、上記エンジン及び上記電動機を制御するようにしたハイブリッド電気自動車の制御装置において、
上記エンジンの排気中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタと、
上記フィルタに捕集されて堆積したパティキュレートを焼却して上記フィルタを再生する再生手段と、
上記エンジンの駆動力が上記駆動輪に伝達されているときに、上記要求トルクが予め設定された許容トルク以下の場合には上記エンジンのみで上記要求トルクを出力するよう上記エンジンを制御する一方、上記要求トルクが上記許容トルクより大きい場合には上記エンジンが上記許容トルクを出力するように上記エンジンを制御すると共に上記要求トルクに対して上記許容トルクが不足するトルクを上記電動機が出力するように上記電動機を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記再生手段によって上記フィルタの再生が行われる場合には、上記フィルタの再生が行われない場合に比べ、上記エンジンの低回転領域で上記許容トルクを増大させると共に、上記エンジンの高回転領域で上記許容トルクを減少させることを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記電動機から上記駆動輪への駆動力の伝達を維持した状態で上記エンジンから上記駆動輪への駆動力の伝達を切断可能なクラッチを更に備え、
上記制御手段は、上記車両の発進の際に、上記要求トルクがそのときの上記電動機の回転数において上記電動機から出力可能な上限トルク以下のときには上記クラッチを切断状態として上記電動機が上記要求トルクを出力するように上記電動機を制御する一方、上記要求トルクが上記上限トルクより大きいときには上記電動機の出力トルクと上記クラッチから出力されるトルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記クラッチの接続状態と上記エンジン及び上記電動機の出力トルクとを制御することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 上記制御手段は、上記要求トルクがそのときの上記電動機の回転数において上記電動機から出力可能な上限トルクと上記許容トルクとの合計より大きい場合には、上記電動機が上記上限トルクを出力するように上記電動機を制御すると共に、上記エンジンの出力トルクと上記電動機の出力トルクとの合計が上記要求トルクとなるように上記エンジンの出力トルクを上記許容トルクよりも増大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電気自動車の制御装置。
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