JP2008012992A - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いハイブリッド車両の駆動制御装置を実現することを目的としている。
【解決手段】このため、ハイブリッド車両の駆動制御装置において、アクセル開度検出手段と、車両速度検出手段と、バッテリ充電状態検出手段と、アクセル開度と車両速度から目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段と、少なくともバッテリ充電状態から目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段と、目標駆動パワー設定手段と目標充放電パワー設定手段から目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段と、目標エンジンパワーとシステム全体効率から目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段を備え、目標エンジン動作点設定手段は同じ目標エンジンパワーでは車速が高くなるほど目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定する。
【選択図】図1
【解決手段】このため、ハイブリッド車両の駆動制御装置において、アクセル開度検出手段と、車両速度検出手段と、バッテリ充電状態検出手段と、アクセル開度と車両速度から目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段と、少なくともバッテリ充電状態から目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段と、目標駆動パワー設定手段と目標充放電パワー設定手段から目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段と、目標エンジンパワーとシステム全体効率から目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段を備え、目標エンジン動作点設定手段は同じ目標エンジンパワーでは車速が高くなるほど目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定する。
【選択図】図1
Description
この発明はハイブリッド車両の駆動制御装置に係り、特に複数の動力源を備え、それらの動力を歯車機構(「差動歯車機構」ともいう。)により合成して駆動軸に入出力するものにおいて、エンジン動作点の設定を行うハイブリッド車両の駆動制御装置に関するものである。
従来、燃費向上を目的として、エンジンの他にモータジェネレータ(「電動機」、あるいは単に「モータ」ともいう。)を備えたハイブリッド車両が提案されている。
そして、このハイブリッド車両の方式としては、シリーズ方式やパラレル方式の他に、特許第3050125号公報や特許第3050138号公報、特許第3050141号公報、特許第3097572号公報等に開示されるように、1つのプラネタリギヤ(3つの回転要素を有する差動歯車機構)と2つの電動機とを用いてエンジンの動力を発電機と駆動軸に分割し、発電機で発電した電力を用いて駆動軸に設けたモータジェネレータを駆動することによりエンジンの動力をトルク変換する方式がある(以下、「3軸式」という。)。
このとき、従来技術におけるエンジンの動作点を停止を含めた任意の点に設定できるため、燃費を向上させることができるものである。
しかし、シリーズ方式ほどではないが、十分な駆動軸トルクを得るためには、比較的大きなトルクを有するモータジェネレータが必要となるとともに、ロー(「LOW」ともいう。)ギヤ比域で発電機とモータジェネレータとの間での電力の受け渡し量が増加するため、電気的損失が大きくなり、未だ改善の余地がある。
そして、このハイブリッド車両の方式としては、シリーズ方式やパラレル方式の他に、特許第3050125号公報や特許第3050138号公報、特許第3050141号公報、特許第3097572号公報等に開示されるように、1つのプラネタリギヤ(3つの回転要素を有する差動歯車機構)と2つの電動機とを用いてエンジンの動力を発電機と駆動軸に分割し、発電機で発電した電力を用いて駆動軸に設けたモータジェネレータを駆動することによりエンジンの動力をトルク変換する方式がある(以下、「3軸式」という。)。
このとき、従来技術におけるエンジンの動作点を停止を含めた任意の点に設定できるため、燃費を向上させることができるものである。
しかし、シリーズ方式ほどではないが、十分な駆動軸トルクを得るためには、比較的大きなトルクを有するモータジェネレータが必要となるとともに、ロー(「LOW」ともいう。)ギヤ比域で発電機とモータジェネレータとの間での電力の受け渡し量が増加するため、電気的損失が大きくなり、未だ改善の余地がある。
このような点を解決する方策としては、後述の特許文献1や特許文献3に開示されるものや、本発明の出願人による特開2002−281607号公報がある。
この特開2002−281607号公報に開示される方策は、4つの回転要素を有する差動歯車機構の各回転要素に、エンジンの出力軸、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、及び駆動輪に接続される駆動軸を接続し、エンジンの動力と第1、第2モータジェネレータの動力を合成して駆動軸に出力するものである。
そして、共線図上で内側の回転要素にエンジンの出力軸と駆動軸を配置し、共線図上で外側の回転要素にエンジン側の第1モータジェネレータと駆動軸側の第2モータジェネレータとを配置することにより、エンジンから駆動軸へ伝達される動力のうち第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータが受け持つ割合を少なくすることができるので、第1、第2モータジェネレータを小型化できるとともに、駆動装置としての伝達効率を改善できるものである。
このようなものを「4軸式」という。
また、特許文献1の特許第3578451号公報に開示されるものは、上述した方策と同様であるが、さらに5つ目の回転要素を有し、この回転要素の回転を停止させるブレーキを設ける方策も提案している。
この特開2002−281607号公報に開示される方策は、4つの回転要素を有する差動歯車機構の各回転要素に、エンジンの出力軸、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、及び駆動輪に接続される駆動軸を接続し、エンジンの動力と第1、第2モータジェネレータの動力を合成して駆動軸に出力するものである。
そして、共線図上で内側の回転要素にエンジンの出力軸と駆動軸を配置し、共線図上で外側の回転要素にエンジン側の第1モータジェネレータと駆動軸側の第2モータジェネレータとを配置することにより、エンジンから駆動軸へ伝達される動力のうち第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータが受け持つ割合を少なくすることができるので、第1、第2モータジェネレータを小型化できるとともに、駆動装置としての伝達効率を改善できるものである。
このようなものを「4軸式」という。
また、特許文献1の特許第3578451号公報に開示されるものは、上述した方策と同様であるが、さらに5つ目の回転要素を有し、この回転要素の回転を停止させるブレーキを設ける方策も提案している。
ところで、従来のハイブリッド車両の駆動制御装置においては、上記の特許第3050125号公報に開示されるように、車両に要求される駆動力とバッテリの充電に要求される電力とを加算してエンジンが出力すべきパワーを算出し、そのパワーとなるトルクと回転速度との組み合わせの中からできるだけ効率の良いポイントを算出して目標エンジン動作点としている。
そして、エンジンの動作点が目標エンジン動作点となるように第1モータジェネレータを制御してエンジン回転速度を制御している。
また、4軸式である上記の特許文献3に開示されるものでは、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータを制御してエンジン回転速度を制御している。
そして、エンジンの動作点が目標エンジン動作点となるように第1モータジェネレータを制御してエンジン回転速度を制御している。
また、4軸式である上記の特許文献3に開示されるものでは、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータを制御してエンジン回転速度を制御している。
しかし、車速が高くなってくると、エンジンの効率が良いポイントを目標エンジン動作点として制御した場合に、第1モータジェネレータの回転速度が負の値となり、第1モータジェネレータが電動機、第2モータジェネレータが発電機として動作するモードとなってしまう。
この場合、動力の循環が発生するため、全体として効率が低下してしまうという不都合がある。
この場合、動力の循環が発生するため、全体として効率が低下してしまうという不都合がある。
この対策方法としては、特開2004−236406号公報や特開2004−336983号公報、特開平11−332018号公報に開示される方法が提案されている。
つまり、特開2004−236406号公報では、差動歯車機構の駆動軸と駆動輪との間に変速機を設け、第1モータジェネレータが電動機、第2モータジェネレータが発電機として動作するモードにならないようにしている。
また、特開2004−336983号公報においては、エンジンの出力軸に3つ目の第3モータジェネレータを接続し、第1モータジェネレータが逆回転しているときには第3モータジェネレータを回生、第1モータジェネレータを力行させて動力の循環が生じないようにしている。
更に、特開平11−332018号公報では、第2モータジェネレータの出力軸にクラッチを設け、差動歯車機構の駆動軸、またはエンジンの出力軸に接続できるように構成して、動力の循環が生じないようにしている。
つまり、特開2004−236406号公報では、差動歯車機構の駆動軸と駆動輪との間に変速機を設け、第1モータジェネレータが電動機、第2モータジェネレータが発電機として動作するモードにならないようにしている。
また、特開2004−336983号公報においては、エンジンの出力軸に3つ目の第3モータジェネレータを接続し、第1モータジェネレータが逆回転しているときには第3モータジェネレータを回生、第1モータジェネレータを力行させて動力の循環が生じないようにしている。
更に、特開平11−332018号公報では、第2モータジェネレータの出力軸にクラッチを設け、差動歯車機構の駆動軸、またはエンジンの出力軸に接続できるように構成して、動力の循環が生じないようにしている。
上述したように、これらの方法によって動力の循環を生じないようにすることが可能であるが、変速機を追加する必要があったり、第3モータジェネレータを追加する必要があったり、クラッチ機構を追加する必要があり、装置が複雑、かつ大型化するという不都合がある。
この発明の目的は、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いハイブリッド車両の駆動制御装置を実現するにある。
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンと電動機とからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両の駆動制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段を備え、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と、前記車両速度検出手段により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段を備え、少なくとも前記バッテリ充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段を備え、前記目標駆動パワー設定手段と目標充放電パワー設定手段とから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段を備え、目標エンジンパワーと、システム全体効率とから、目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段を備え、この目標エンジン動作点設定手段は、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定することを特徴とする。
以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、エンジンと電動機とからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両の駆動制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段を備え、アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と、車両速度検出手段により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段を備え、少なくともバッテリ充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段を備え、目標駆動パワー設定手段と目標充放電パワー設定手段とから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段を備え、目標エンジンパワーと、システム全体効率とから、目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段を備え、この目標エンジン動作点設定手段は、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定することにより、動力環境による効率低下を最小限にした上で、全体の効率が最も良いエンジン動作点を設定することができる。
これにより、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いシステムを実現することができる。
これにより、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いシステムを実現することができる。
上述の如く発明したことにより、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように目標エンジン動作点設定手段によって設定し、動力環境による効率低下を最小限にした上で、全体の効率が最も良いエンジン動作点を設定し、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いシステムを実現している。
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
図1〜図14はこの発明の実施例を示すものである。
図2において、1は図示しないハイブリッド車両の駆動制御装置である。
この駆動制御装置1は、エンジン(「E/G」、「ENG」とも記載する。)2と電動機からの出力を用いて車両を駆動制御するものである。
先ず、ハイブリッド車両のシステム構成は、図2に示す如く、エンジン2の出力軸3に第1プラネタリギヤ4及び第2プラネタリギヤ5を設けるとともに、これらの第1プラネタリギヤ4及び第2プラネタリギヤ5に第1モータジェネレータ(「MG1」、「第1電動機」ともいう。)6及び第2モータジェネレータ(「MG2」、「第2電動機」ともいう。)7を夫々設ける。
図2において、1は図示しないハイブリッド車両の駆動制御装置である。
この駆動制御装置1は、エンジン(「E/G」、「ENG」とも記載する。)2と電動機からの出力を用いて車両を駆動制御するものである。
先ず、ハイブリッド車両のシステム構成は、図2に示す如く、エンジン2の出力軸3に第1プラネタリギヤ4及び第2プラネタリギヤ5を設けるとともに、これらの第1プラネタリギヤ4及び第2プラネタリギヤ5に第1モータジェネレータ(「MG1」、「第1電動機」ともいう。)6及び第2モータジェネレータ(「MG2」、「第2電動機」ともいう。)7を夫々設ける。
このとき、第1プラネタリギヤ4は、図2に示す如く、第1プラネタリキャリア4−1と、第1リングギヤ4−2と、第1サンギヤ4−3と、第1ピニオンギヤ4−4とを有するとともに、図示しない駆動軸に連絡する出力ギヤ8とを有している。
また、前記第2プラネタリギヤ5は、図2に示す如く、第2プラネタリキャリア5−1と、第2リングギヤ5−2と、第2サンギヤ5−3と、第2ピニオンギヤ5−4とを有している。
そして、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1プラネタリキャリア4−1と前記第2プラネタリギヤ5の第2サンギヤ5−3とを結合してエンジン2の出力軸3に接続する。
また、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1リングギヤ4−2と前記第2プラネタリギヤ5の第2プラネタリキャリア5−1とを結合して図示しない駆動軸に連絡する出力部材である出力ギヤ(「OUT」とも記載する。)8に接続する。
また、前記第2プラネタリギヤ5は、図2に示す如く、第2プラネタリキャリア5−1と、第2リングギヤ5−2と、第2サンギヤ5−3と、第2ピニオンギヤ5−4とを有している。
そして、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1プラネタリキャリア4−1と前記第2プラネタリギヤ5の第2サンギヤ5−3とを結合してエンジン2の出力軸3に接続する。
また、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1リングギヤ4−2と前記第2プラネタリギヤ5の第2プラネタリキャリア5−1とを結合して図示しない駆動軸に連絡する出力部材である出力ギヤ(「OUT」とも記載する。)8に接続する。
また、前記第1モータジェネレータ6は、第1モータロータ6−1と第1モータステータ6−2とからなるとともに、前記第2モータジェネレータ7は、第2モータロータ7−1と第2モータステータ7−2とからなる。
そして、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1サンギヤ4−3に第1モータジェネレータ6の第1モータロータ6−1を接続し、前記第2プラネタリギヤ5の第2リングギヤ5−2に前記第2モータジェネレータ7の第2モータロータ7−1を接続する。
つまり、前記ハイブリッド車両は、前記エンジン2と第1モータジェネレータ6と第2モータジェネレータ7と出力ギヤ8とから構成される4つの要素を、共線図(図7及び図8参照)上で、第1モータジェネレータ6、出力ギヤ8、第2モータジェネレータ7の順になるように連結した歯車機構(「差動歯車機構」ともいう。)を備えている。
従って、前記エンジン2と第1モータジェネレータ6と第2モータジェネレータ7と図示しない駆動軸との間で動力の授受が行われる。
そして、図2に示す如く、前記第1プラネタリギヤ4の第1サンギヤ4−3に第1モータジェネレータ6の第1モータロータ6−1を接続し、前記第2プラネタリギヤ5の第2リングギヤ5−2に前記第2モータジェネレータ7の第2モータロータ7−1を接続する。
つまり、前記ハイブリッド車両は、前記エンジン2と第1モータジェネレータ6と第2モータジェネレータ7と出力ギヤ8とから構成される4つの要素を、共線図(図7及び図8参照)上で、第1モータジェネレータ6、出力ギヤ8、第2モータジェネレータ7の順になるように連結した歯車機構(「差動歯車機構」ともいう。)を備えている。
従って、前記エンジン2と第1モータジェネレータ6と第2モータジェネレータ7と図示しない駆動軸との間で動力の授受が行われる。
更に、第1モータジェネレータ6の第1モータステータ6−2に第1インバータ9を接続するとともに、第2モータジェネレータ7の第2モータステータ7−2に第2インバータ10を接続する。
そして、これらの第1、第2インバータ9、10により第1、第2モータジェネレータ6、7を夫々制御する。
また、第1、第2インバータ9、10の電源端子は蓄電装置であるバッテリ11に夫々接続する。
そして、これらの第1、第2インバータ9、10により第1、第2モータジェネレータ6、7を夫々制御する。
また、第1、第2インバータ9、10の電源端子は蓄電装置であるバッテリ11に夫々接続する。
前記ハイブリッド車両の駆動制御装置1は、エンジン2と第1、第2モータジェネレータ6、7とからの出力を用いて車両を駆動制御するものである。
そして、ハイブリッド車両の駆動制御装置1は、図1に示す如く、アクセル開度を検出するアクセル開度センサからなるアクセル開度検出手段12を備えているとともに、車両速度を検出する車速センサからなる車両速度検出手段13を備え、バッテリ11の充電状態SOCを検出するバッテリ充電状態検出手段14を備えている。
また、前記ハイブリッド車両の駆動制御装置1は、目標駆動パワー設定手段15と、目標充放電パワー設定手段16と、目標エンジンパワー算出手段17と、目標エンジン動作点設定手段18とを有している。
そして、ハイブリッド車両の駆動制御装置1は、図1に示す如く、アクセル開度を検出するアクセル開度センサからなるアクセル開度検出手段12を備えているとともに、車両速度を検出する車速センサからなる車両速度検出手段13を備え、バッテリ11の充電状態SOCを検出するバッテリ充電状態検出手段14を備えている。
また、前記ハイブリッド車両の駆動制御装置1は、目標駆動パワー設定手段15と、目標充放電パワー設定手段16と、目標エンジンパワー算出手段17と、目標エンジン動作点設定手段18とを有している。
そして、前記目標駆動パワー設定手段15は、前記アクセル開度検出手段12により検出されたアクセル開度と、前記車両速度検出手段13により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する機能を有している。
つまり、目標駆動パワー設定手段15は、図1に示す如く、目標駆動力算出部19と目標駆動パワー算出部20とを有し、この目標駆動力算出部19は、前記アクセル開度検出手段12により検出されたアクセル開度と前記車両速度検出手段13により検出された車両速度とに応じて、図4に示す目標駆動力検索マップにより目標駆動力を設定する。
このとき、「アクセル開度=0」での高車速域は、エンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域では、クリープ走行ができるように正の値としている。
また、前記目標駆動パワー算出部20は、目標駆動力算出部19にて設定された目標駆動力と前記車両速度検出手段13により検出された車両速度とを乗算して、目標駆動力で車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを算出する。
つまり、目標駆動パワー設定手段15は、図1に示す如く、目標駆動力算出部19と目標駆動パワー算出部20とを有し、この目標駆動力算出部19は、前記アクセル開度検出手段12により検出されたアクセル開度と前記車両速度検出手段13により検出された車両速度とに応じて、図4に示す目標駆動力検索マップにより目標駆動力を設定する。
このとき、「アクセル開度=0」での高車速域は、エンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域では、クリープ走行ができるように正の値としている。
また、前記目標駆動パワー算出部20は、目標駆動力算出部19にて設定された目標駆動力と前記車両速度検出手段13により検出された車両速度とを乗算して、目標駆動力で車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを算出する。
また、前記目標充放電パワー設定手段16は、少なくとも前記バッテリ充電状態検出手段14により検出されたバッテリ11の充電状態SOCに基づいて目標充放電パワーを設定する機能を有している。
つまり、目標充放電パワー設定手段16は、バッテリ11の充電状態SOCを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を図5に開示する目標充放電パワー検索テーブルから算出するものである。
このとき、バッテリの充電状態SOCが低い場合は、充電パワーを大きくしてバッテリ11の過放電を防止するようにし、バッテリの充電状態SOCが高い場合には、放電パワーを大きくして過充電を防止するようにしている。
なお、便宜上、放電側を正の値、充電側を負の値として取り扱う。
つまり、目標充放電パワー設定手段16は、バッテリ11の充電状態SOCを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を図5に開示する目標充放電パワー検索テーブルから算出するものである。
このとき、バッテリの充電状態SOCが低い場合は、充電パワーを大きくしてバッテリ11の過放電を防止するようにし、バッテリの充電状態SOCが高い場合には、放電パワーを大きくして過充電を防止するようにしている。
なお、便宜上、放電側を正の値、充電側を負の値として取り扱う。
更に、前記目標エンジンパワー算出手段17は、前記目標駆動パワー設定手段15と目標充放電パワー設定手段16とからエンジン2が出力すべきパワーである目標エンジンパワー(「目標発電パワー」とも換言できる。)を算出する機能を有している。
つまり、エンジン2が出力すべきパワーは、車両の駆動に必要なパワーにバッテリ11を充電するパワーを加算(放電の場合は減算)した値となる。
ここでは、充電側の負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出する。
つまり、エンジン2が出力すべきパワーは、車両の駆動に必要なパワーにバッテリ11を充電するパワーを加算(放電の場合は減算)した値となる。
ここでは、充電側の負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出する。
そして、前記目標エンジン動作点設定手段18は、目標エンジンパワーと、システム全体効率とから、目標エンジン動作点を設定する機能を有している。
このとき、目標エンジン動作点設定手段18は、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定している。
詳述すれば、目標エンジン動作点設定手段18は、図6に開示する目標エンジン動作点検索マップから、目標エンジンパワーと車速に応じた目標エンジン動作点とを算出する。
このとき、目標エンジン動作点設定手段18は、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定している。
詳述すれば、目標エンジン動作点設定手段18は、図6に開示する目標エンジン動作点検索マップから、目標エンジンパワーと車速に応じた目標エンジン動作点とを算出する。
そして、目標エンジン動作点検索マップは、図6に細線で示す等パワーライン上でエンジン2の効率に差動歯車機構と第1、第2モータジェネレータ6、7とにより構成される動力伝達系の効率を加味した全体の効率が良くなるポイントを各パワー毎に選定して結んだラインを目標エンジン動作点ライン(図6の太線参照)と設定する。
そして、この目標エンジン動作点ラインは、図6に示す如く、各車速毎に設定する。
この設定値は実験的に求めてもよいし、エンジン2と第1、第2モータジェネレータ6、7との効率から計算して求めてもよい。
そして、この目標エンジン動作点ラインは、図6に示す如く、各車速毎に設定する。
この設定値は実験的に求めてもよいし、エンジン2と第1、第2モータジェネレータ6、7との効率から計算して求めてもよい。
なお、目標エンジン動作点ラインは、図6に示す如く、車速が高くなるに連れて高回転側に移動する設定としている。
すなわち、車速によらず同一のエンジン動作点を目標エンジン動作点ラインとした場合は、図7に示す如く、車速が低い場合には第1モータジェネレータ6の回転速度は正となり、第1モータジェネレータ6が発電機、第2モータジェネレータ7が電動機となる(図7の共線図A参照)。
そして、車速が高くなるに連れて第1モータジェネレータ6の回転速度は「0」に近づき(図7の共線図B参照)、さらに車速が高くなると、第1モータジェネレータ6の回転速度は負となり、この状態になると第1モータジェネレータ6が電動機、第2モータジェネレータ7は発電機として作動する(図7の共線図C参照)。
車速が低い場合、例えば図7の共線図A、共線図Bの状態の場合には、パワーの循環は起きないので、目標エンジン動作点は、図6の車速=40km/hの目標エンジン動作点ラインのように、概ねエンジン効率の良いポイントに近いものとなる。
しかし、車速が高い場合、例えば図7の共線図Cの状態の場合になると、第1モータジェネレータ6が電動機、第2モータジェネレータ7は発電機として作動し、パワー循環が発生するため、動力伝達系の効率が低下する。
従って、図9の点Cに示すように、エンジン効率が良くても動力伝達系の効率が低下するため、全体としての効率が低下してしまう。
そこで、高車速域でパワー循環が発生しないようにするには、図10に示す共線図Eのように第1モータジェネレータ6の回転速度を「0」以上にすればよいが、第1モータジェネレータ6の回転速度を「0」以上とすると、エンジン2の回転速度が高くなる方へ動作点が移動するので、図9の点Eに示すように、動力伝達系の効率が良くなってもエンジン2の効率が大きく低下するので、全体としての効率が低下してしまう。
従って、図9に示す如く、全体としての効率が良いポイントは、点Cと点Eとの両者の間の点Dとなり、この点Dを目標エンジン動作点とすれば、最も効率の良い運転が可能となる。 以上、点Cと点Dと点Eとの3つのエンジン動作点を目標エンジン動作点検索マップ上に表したのが図8であり、車速が高い場合には、全体効率が最良となる動作点がエンジン効率が最良となる動作点より高回転側に移動する。
すなわち、車速によらず同一のエンジン動作点を目標エンジン動作点ラインとした場合は、図7に示す如く、車速が低い場合には第1モータジェネレータ6の回転速度は正となり、第1モータジェネレータ6が発電機、第2モータジェネレータ7が電動機となる(図7の共線図A参照)。
そして、車速が高くなるに連れて第1モータジェネレータ6の回転速度は「0」に近づき(図7の共線図B参照)、さらに車速が高くなると、第1モータジェネレータ6の回転速度は負となり、この状態になると第1モータジェネレータ6が電動機、第2モータジェネレータ7は発電機として作動する(図7の共線図C参照)。
車速が低い場合、例えば図7の共線図A、共線図Bの状態の場合には、パワーの循環は起きないので、目標エンジン動作点は、図6の車速=40km/hの目標エンジン動作点ラインのように、概ねエンジン効率の良いポイントに近いものとなる。
しかし、車速が高い場合、例えば図7の共線図Cの状態の場合になると、第1モータジェネレータ6が電動機、第2モータジェネレータ7は発電機として作動し、パワー循環が発生するため、動力伝達系の効率が低下する。
従って、図9の点Cに示すように、エンジン効率が良くても動力伝達系の効率が低下するため、全体としての効率が低下してしまう。
そこで、高車速域でパワー循環が発生しないようにするには、図10に示す共線図Eのように第1モータジェネレータ6の回転速度を「0」以上にすればよいが、第1モータジェネレータ6の回転速度を「0」以上とすると、エンジン2の回転速度が高くなる方へ動作点が移動するので、図9の点Eに示すように、動力伝達系の効率が良くなってもエンジン2の効率が大きく低下するので、全体としての効率が低下してしまう。
従って、図9に示す如く、全体としての効率が良いポイントは、点Cと点Eとの両者の間の点Dとなり、この点Dを目標エンジン動作点とすれば、最も効率の良い運転が可能となる。 以上、点Cと点Dと点Eとの3つのエンジン動作点を目標エンジン動作点検索マップ上に表したのが図8であり、車速が高い場合には、全体効率が最良となる動作点がエンジン効率が最良となる動作点より高回転側に移動する。
ここで、図11〜図14に代表的な動作状態の共線図を開示する。
また、図中のk1、k2は以下のように定義する。
k1=ZR1/ZS1
k2=ZS2/ZR2
ZS1:前記第1プラネタリギヤ4のサンギヤ歯数
ZR1:第1プラネタリギヤ4のリングギヤ歯数
ZS2:前記第2プラネタリギヤ5のサンギヤ歯数
ZR2:第2プラネタリギヤ5のリングギヤ歯数
また、図中のk1、k2は以下のように定義する。
k1=ZR1/ZS1
k2=ZS2/ZR2
ZS1:前記第1プラネタリギヤ4のサンギヤ歯数
ZR1:第1プラネタリギヤ4のリングギヤ歯数
ZS2:前記第2プラネタリギヤ5のサンギヤ歯数
ZR2:第2プラネタリギヤ5のリングギヤ歯数
各動作状態について共線図を用いて説明する。
なお、回転速度はエンジンの回転方向を正方向とし、各軸に入出力されるトルクはエンジンのトルクと同じ向きのトルクが入力される方向を正として定義する。
従って、駆動軸トルクが正の場合は車両を後方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば減速、後進時であれば駆動)であり、駆動軸トルクが負の場合は車両を前方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば駆動、後進時であれば減速)である。
モータジェネレータによる発電や力行を行う場合、インバータやモータジェネレータの発熱による損失が発生するため、電気エネルギと機械的エネルギとの間で変換を行う場合の効率は100%ではないが、説明を簡単にするために損失は無いと仮定して説明する。
現実として損失を考慮する場合には、損失により失われるエネルギの分だけ余分に発電するように制御すればよい。
なお、回転速度はエンジンの回転方向を正方向とし、各軸に入出力されるトルクはエンジンのトルクと同じ向きのトルクが入力される方向を正として定義する。
従って、駆動軸トルクが正の場合は車両を後方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば減速、後進時であれば駆動)であり、駆動軸トルクが負の場合は車両を前方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば駆動、後進時であれば減速)である。
モータジェネレータによる発電や力行を行う場合、インバータやモータジェネレータの発熱による損失が発生するため、電気エネルギと機械的エネルギとの間で変換を行う場合の効率は100%ではないが、説明を簡単にするために損失は無いと仮定して説明する。
現実として損失を考慮する場合には、損失により失われるエネルギの分だけ余分に発電するように制御すればよい。
ここで、動作状態の共線図を、例えば以下の4つの代表的な動作状態に分けて説明する。
(1)LOWギヤ比状態
(2)中間ギヤ比状態
(3)HIGHギヤ比状態
(4)動力循環が発生している状態
(1)LOWギヤ比状態
(2)中間ギヤ比状態
(3)HIGHギヤ比状態
(4)動力循環が発生している状態
まず、(1)LOWギヤ比状態は、エンジン2により走行し、第2モータジェネレータ7の回転速度が「0」の状態である。
このときの共線図を図11に開示する。
この場合の各トルクの関係は、
上記の式(6)、(7)
→→→・ 式が不明です。御指示をお願い致します。
で表すことができる。
そして、第2モータジェネレータ7の回転速度は「0」であるため、電力は消費しない。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第1モータジェネレータ6で発電を行う必要はないため、第1モータジェネレータ6のTmg1は「0」となる。
また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、「(1+k2)/k2」となる。
このときの共線図を図11に開示する。
この場合の各トルクの関係は、
上記の式(6)、(7)
→→→・ 式が不明です。御指示をお願い致します。
で表すことができる。
そして、第2モータジェネレータ7の回転速度は「0」であるため、電力は消費しない。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第1モータジェネレータ6で発電を行う必要はないため、第1モータジェネレータ6のTmg1は「0」となる。
また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、「(1+k2)/k2」となる。
(2)中間ギヤ比状態は、エンジン2により走行し、第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7の回転速度が正の状態である。
このときの共線図を図12に開示する。
この場合の各トルクの関係も、
上記の式(6)、(7)
となる。
そしてこのとき、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第1モータジェネレータ6は回生となり、この回生電力を用いて第2モータジェネレータ7を力行させる。
このときの共線図を図12に開示する。
この場合の各トルクの関係も、
上記の式(6)、(7)
となる。
そしてこのとき、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第1モータジェネレータ6は回生となり、この回生電力を用いて第2モータジェネレータ7を力行させる。
(3)HIGHギヤ比状態は、エンジン2により走行し、第1モータジェネレータ6の回転速度が「0」の状態である。
このときの共線図を図13に開示する。
この場合の各トルクの関係も、
上記の式(6)、(7)
となる。
そして、第1モータジェネレータ6の回転速度は「0」であるため、回生はしない。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第2モータジェネレータ7での力行や回生は行わず、第2モータジェネレータ7のTmg2は「0」となる。
また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、「k1/(1+k1)」となる。
このときの共線図を図13に開示する。
この場合の各トルクの関係も、
上記の式(6)、(7)
となる。
そして、第1モータジェネレータ6の回転速度は「0」であるため、回生はしない。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第2モータジェネレータ7での力行や回生は行わず、第2モータジェネレータ7のTmg2は「0」となる。
また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、「k1/(1+k1)」となる。
(4)動力循環が発生している状態は、HIGHギヤ比状態よりもさらに車速が高い状態で、第1モータジェネレータ6が逆回転する状態である。
この状態では第1モータジェネレータ6は力行となり、電力を消費する。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第2モータジェネレータ7が回生となり、発電を行う。
この状態では第1モータジェネレータ6は力行となり、電力を消費する。
従って、蓄電装置であるバッテリ11への充放電がない場合には、第2モータジェネレータ7が回生となり、発電を行う。
次に、図3のハイブリッド車両の駆動制御装置1の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
駆動制御装置1の制御用プログラムがスタート(102)すると、前記アクセル開度センサからなるアクセル開度検出手段12からのアクセル開度の検出信号や車速センサからなる車両速度検出手段13からの車両速度の検出信号、バッテリ充電状態検出手段14からのバッテリ11の充電状態SOCの検出信号、つまり制御に用いる各種信号の取り込みを行う処理(104)に移行する。
そして、図4に示す目標駆動力検出マップから目標駆動力を検出する処理(106)に移行する。
この処理(106)は、目標駆動力検出マップから車速とアクセル開度に応じた目標駆動力を算出するものである。
このとき、「アクセル開度=0」の場合、高車速域ではエンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域では、クリープ走行ができるように正の値とする。
そして、図4に示す目標駆動力検出マップから目標駆動力を検出する処理(106)に移行する。
この処理(106)は、目標駆動力検出マップから車速とアクセル開度に応じた目標駆動力を算出するものである。
このとき、「アクセル開度=0」の場合、高車速域ではエンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域では、クリープ走行ができるように正の値とする。
また、図4の目標駆動力検出マップから目標駆動力を検出する処理(106)にて算出した目標駆動力と車速とを乗算して目標駆動パワーを算出する処理(108)に移行する。
この処理(108)は、処理(106)にて算出した目標駆動力と車速とを乗算し、目標駆動力で車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを算出するものである。
この処理(108)は、処理(106)にて算出した目標駆動力と車速とを乗算し、目標駆動力で車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを算出するものである。
更に、図5の目標充放電パワー検索テーブルから目標充放電パワーを算出する処理(110)に移行する。
この処理(110)は、バッテリ11の充電状態SOCを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を図5に開示する目標充放電パワー検索テーブルから算出するものである。
このとき、処理(110)においてバッテリの充電状態SOCが低い場合には、充電パワーを大きくしてバッテリ11の過放電を防止し、バッテリ11の充電状態SOCが高い場合には、放電パワーを大きくして過充電を防止する。
この処理(110)は、バッテリ11の充電状態SOCを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を図5に開示する目標充放電パワー検索テーブルから算出するものである。
このとき、処理(110)においてバッテリの充電状態SOCが低い場合には、充電パワーを大きくしてバッテリ11の過放電を防止し、バッテリ11の充電状態SOCが高い場合には、放電パワーを大きくして過充電を防止する。
更にまた、目標エンジンパワーを算出する処理(112)に移行する。
この処理(112)は、目標駆動パワーと目標充放電パワーとからエンジン2が出力すべきパワーである目標エンジンパワーを算出するものである。
このとき、エンジン2が出力すべきパワーは、車両の駆動に必要なパワーにバッテリ11を充電するパワーを加算(放電の場合は減算)した値となる。
ここでは、充電側の負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出する。
この処理(112)は、目標駆動パワーと目標充放電パワーとからエンジン2が出力すべきパワーである目標エンジンパワーを算出するものである。
このとき、エンジン2が出力すべきパワーは、車両の駆動に必要なパワーにバッテリ11を充電するパワーを加算(放電の場合は減算)した値となる。
ここでは、充電側の負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出する。
また、図6の目標エンジン動作点検索マップから目標エンジン動作点を算出する処理(114)に移行する。
この処理(114)は、図6に開示する目標エンジン動作点検索マップから、目標エンジンパワーと車速に応じた目標エンジン動作点とを算出するものである。
この処理(114)は、図6に開示する目標エンジン動作点検索マップから、目標エンジンパワーと車速に応じた目標エンジン動作点とを算出するものである。
上述の図6の目標エンジン動作点検索マップから目標エンジン動作点を算出する処理(114)の後には、
リターン(116)に移行する。
リターン(116)に移行する。
これにより、目標エンジン動作点設定手段18を、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定したことによって、動力環境による効率低下を最小限にした上で、全体の効率が最も良いエンジン動作点を設定することができる。
このため、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いシステムを実現することができる。
このため、特別な付加装置を設けることなく、効率の良いシステムを実現することができる。
また、前記ハイブリッド車両は、前記エンジン2と第1モータジェネレータ6と第2モータジェネレータ7と出力ギヤ8とから構成される4つの要素を、共線図(図7及び図8参照)上で、第1モータジェネレータ6、出力ギヤ8、第2モータジェネレータ7の順になるように連結した歯車機構を備えていることにより、共線図上で、外側の回転要素にモータジェネレータを配置したレイアウトを持つシステムにおいても更に効率の良いシステムを実現することができる。
更に、目標エンジン動作点(目標エンジン回転速度と目標トルク)を目標エンジンパワーと車速に応じて設定しておき、目標エンジンパワーと車速とに基づいて目標エンジン動作点を算出するように構成したことにより、動力循環による効率低下とエンジン動作点がエンジンの効率が良い点からずれることによる効率低下の影響をできるだけ少なくすることができる。
更にまた、変速機やモータ等の追加が不用であることにより、装置が大型化したり、複雑化することがなく、実用上有利である。
1 ハイブリッド車両の駆動制御装置
2 エンジン(「E/G」、「ENG」とも記載する。)
3 出力軸
4 第1プラネタリギヤ
5 第2プラネタリギヤ
6 第1モータジェネレータ
7 第2モータジェネレータ
8 出力ギヤ
9 第1インバータ
10 第2インバータ
11 バッテリ
12 アクセル開度検出手段
13 車両速度検出手段
14 バッテリ充電状態検出手段
15 目標駆動パワー設定手段
16 目標充放電パワー設定手段
17 目標エンジンパワー算出手段
18 目標エンジン動作点設定手段
19 目標駆動力算出部
20 目標駆動パワー算出部
2 エンジン(「E/G」、「ENG」とも記載する。)
3 出力軸
4 第1プラネタリギヤ
5 第2プラネタリギヤ
6 第1モータジェネレータ
7 第2モータジェネレータ
8 出力ギヤ
9 第1インバータ
10 第2インバータ
11 バッテリ
12 アクセル開度検出手段
13 車両速度検出手段
14 バッテリ充電状態検出手段
15 目標駆動パワー設定手段
16 目標充放電パワー設定手段
17 目標エンジンパワー算出手段
18 目標エンジン動作点設定手段
19 目標駆動力算出部
20 目標駆動パワー算出部
Claims (2)
- エンジンと電動機とからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両の駆動制御装置において、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、車両速度を検出する車両速度検出手段を備え、バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段を備え、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と、前記車両速度検出手段により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段を備え、少なくとも前記バッテリ充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段を備え、前記目標駆動パワー設定手段と目標充放電パワー設定手段とから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段を備え、目標エンジンパワーと、システム全体効率とから、目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段を備え、この目標エンジン動作点設定手段は、同じ目標エンジンパワーでは、車速が高くなるほど、目標エンジン動作点のエンジン回転速度を高くなるように設定することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
- 前記ハイブリッド車両は、エンジンと第1モータジェネレータと第2モータジェネレータと出力部材とから構成される4つの要素を、共線図上で第1モータジェネレータ、エンジン、出力部材、第2モータジェネレータの順になるように連結した歯車機構を備えていることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006184576A JP2008012992A (ja) | 2006-07-04 | 2006-07-04 | ハイブリッド車両の駆動制御装置 |
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