JP2008137518A - 発電量制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンを燃費効率が最も高い状態である最高効率点近傍で駆動させ、モータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともにモータの出力を発電機に入力して発電を行うようにもしているハイブリッド車両において、さらなる燃費の向上を図るとともに冷間時におけるドライバビリティの向上をも図るようにする。
【解決手段】車両の走行状態に基づき走行トルクRTを算出し、自動変速機3のトランスミッションオイルの油温Toの関数としてトランスミッションオイルの油温Toが低くなるにつれ機械損失MLが大きな値になるように機械損失MLを算出し、前記機械損失MLが前記エンジン1の最高効率点での出力ROより小さい場合に前記和を前記出力ROから減算して発電量Gを決定する制御を少なくとも外気温が所定値を下回る場合に行う。
【選択図】図4

Description

本発明は、走行トルクが燃費効率が最も高い状態である最高効率点でのエンジンの出力より高い場合にモータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともに走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より低い場合に回生発電を行うハイブリッド車両に用いられる発電量制御方法に関する。
近年、エンジン及びモータを有する駆動手段を備え、燃費の向上を図ったハイブリッド車両が種々考えられている。このようなハイブリッド車両の一例として、モータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うようにしているものが挙げられる。
このようなハイブリッド車両において、エンジンを図5に示す最高効率点近傍で運転させるべく、エンジンの回転数と吸気管圧力を略一定に保ち、走行のために必要なトルクにエンジンの出力が不足する場合にモータからトルクを供給する構成が考えられている。(例えば、特許文献1を参照。)
特開平7−23504号公報
しかし、冷間時には、エンジンオイルやトランスミッションオイルの油温が低く粘度が高いため、エンジンからトランスミッションに至る駆動系においてエンジンオイルやトランスミッションオイルの粘性抵抗が大きくなり、従って機械損失が大きくなる。その際、走行のために必要なトルクとエンジンからトランスミッションに至る駆動系の機械損失との和は図5における点Lとなり、トランスミッションを含む駆動系の温度が最適な温度ないしその近傍まで上昇している時の運転状態である暖機運転時の前記和である点Hよりも大きくなる。このような場合にエンジンを最高効率点近傍で運転させたまま暖機運転時と同量の発電を行わせるようにすると、走行トルクが不足してしまい、車両が失速する不具合が発生する。すなわち、冷間時においてドライバビリティが損なわれる。また、冷間時において、前述した車両の失速を防ぐべく、すなわち走行トルクを確保すべくエンジン出力を上昇させると、総出力は図5の点LLとなるので、燃費効率が低下し、燃費の向上を行うべく以上に述べたような制御を行うことの意義が損なわれる。
本発明は、このような課題を解決し、さらなる燃費の向上を図るとともに冷間時におけるドライバビリティの向上をも図るべく構成するものである。
すなわち本発明に係る発電量制御方法の一つは、エンジンを燃費効率が最も高い状態である最高効率点近傍で駆動し、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より高い場合にモータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともに、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より低い場合にエンジン出力を発電機に入力して発電を行うハイブリッド車両に用いられ、車両の走行状態に基づき走行トルクを決定し、前記走行トルクを前記最高効率点でのエンジンの出力から減算して発電量を決定し、少なくとも外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度が所定温度を下回る場合に、前記駆動系の温度が低くなるにつれ発電量が小さくなるように発電量を補正することを特徴とする。
このようなものであれば、冷間時における駆動系の大きな機械損失を反映して発電量を小さくするように発電量を補正することにより、同一の走行状態において必要とされるエンジンの出力トルク量を駆動系の温度にかかわらず一定に保つことができ、従って、エンジンの最高効率点近傍での運転を維持しつつ、同一の走行状態において駆動系の温度にかかわらず走行トルクも一定に保つことができる。すなわち、燃費の向上を図ることができるとともに、冷間時におけるドライバビリティを向上させることもできる。なお、「少なくとも外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度が所定温度を下回る場合に行う」とは、外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度にかかわらず行う場合を含む概念である。
また、本発明に係る発電量制御方法の他の一つは、エンジンを燃費効率が最も高い状態である最高効率点近傍で駆動し、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より高い場合にモータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともに、前記走行トルクと機械損失との和が前記最高効率点でのエンジンの出力より低い場合にエンジン出力を発電機に入力して発電を行うハイブリッド車両に用いられ、車両の走行状態に基づき走行トルクを決定し、トランスミッションを含む駆動系の温度の関数として前記駆動系の温度が低くなるにつれ前記機械損失が大きな値になるように前記機械損失を算出し、前記走行トルクと機械損失との和を前記最高効率点でのエンジンの出力から減算して発電量を決定することを特徴とする。
このようなものであれば、冷間時における駆動系の大きな機械損失を反映して発電量を小さくし、同一の走行状態における機械損失と発電量との和を駆動系の温度にかかわらず一定に保つことができ、従って、エンジンの最高効率点近傍での運転を維持しつつ同一の走行状態において駆動系の温度にかかわらず走行トルクも一定に保つことができる。すなわち、燃費の向上を図ることができるとともに、冷間時におけるドライバビリティを向上させることもできる。なお、「トランスミッションを含む駆動系の温度の関数として機械損失を算出」とは、機械損失を算出する際にトランスミッションオイルの油温に代表されるトランスミッションの温度を示す変数を用いること全般を含む概念であり、エンジン冷却水の水温等、駆動系の他の箇所の温度を示す変数をも用いて多変数関数として機械損失を算出するようにしてもよい。
前段で述べた効果を特に有効に得ることができる構成として、トランスミッションオイルの油温に基づき機械損失を決定するものが挙げられる。トランスミッションの温度上昇にはエンジン内の燃焼はほとんど関わりがないのでトランスミッションオイルの油温の時間経過に伴う上昇率がエンジン冷却水のそれと比較して小さく、冷間時の機械損失がトランスミッションにおいてより大きいからである。
本発明に係る発電量制御方法によれば、冷間時における駆動系の大きな機械損失を反映して発電量を小さくし、同一の走行状態において必要とされるエンジンの出力トルク量を駆動系の温度にかかわらず一定に保つことができ、従って、エンジンの最高効率点近傍での運転を維持しつつ同一の走行状態において駆動系の温度にかかわらず走行トルクも一定に保つことができる。すなわち、燃費の向上を図ることができるとともに、冷間時におけるドライバビリティを向上させることもできる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る発電制御方法は、図1に示すようなエンジン1及びモータジェネレータ2を有する駆動手段たる駆動ユニットKUと、この駆動ユニットKUを制御する制御装置8とを具備するハイブリッド自動車のモータジェネレータ2を制御する方法である。
前記駆動ユニットKUは、前記エンジン1と、前記モータジェネレータ2とを、一体回転するように直結して形成している。すなわち、前記エンジン1の出力軸1aに直結した状態に前記モータジェネレータ2のロータ2aを同一軸心で一体回動するように連結している。そして、これらの動力により左右の車輪3を駆動して走行するようにしている。
前記モータジェネレータ2は、エンジン1の作動が停止している状態においてその出力軸1aに対して駆動力を与えエンジン1を始動させる機能を有するとともに、エンジン1の始動後、出力軸1aに対してエンジン回転方向と同方向の駆動力を与えてトルクアシストを行う力行状態と、前記出力軸1aから駆動力を与えられて発電を行う回生状態とに切替可能に構成している。すなわち、エンジン1が作動している際に、出力軸1aに対してモータジェネレータ2がエンジン1の回転方向と同方向にトルクを出力させる動作を実行することで駆動ユニット全体KUとして所望の出力を供給するようにしつつエンジン1の燃料消費量を低減すべくトルクアシストを行うようにしている。また、このモータジェネレータ2は、請求項中のモータ及び発電機としての機能を兼ね備えている。
前記モータジェネレータ2には、インバータ4を介してバッテリ5を接続している。前記インバータ4は、バッテリ5からの直流電流を3相交流電流に変換してモータジェネレータ2に供給する機能、及びモータジェネレータ2で発電された3相交流電流を直流電流に変換してバッテリ5に供給する機能を有する3相ブリッジ回路を備えている周知のものである。この3相ブリッジ回路は、複数個、例えば6個のパワートランジスタを電気的に接続して構成され、これらのパワートランジスタのオン・オフを切り替えることによりモータジェネレータ2とバッテリ5との間の電流の向きを切り替え、3相交流電流と直流電流との相互の変換と、モータジェネレータ2に印加される3相交流電流の周波数の調整と、モータジェネレータ2の回生制動トルクの大きさとの調整とを行う周知の構成を有する。そして、アクセルペダル8が踏まれていない状態であってバッテリ5の充電量Eが少ない場合には、モータジェネレータ2を回生状態として、このモータジェネレータ2が前記出力軸1aから駆動力を与えられて発電し、得られた電力をバッテリ5に充電するようにしている。
前記駆動ユニットKUの動力は、自動変速機6に伝え、この自動変速機6により変速された後に差動機構7を介して左右の車輪3に伝えるようにしている。前記自動変速機6は、従来の自動車に用いられているトルクコンバータ付き自動変速機として周知のものと同様の構成を有する。また、前記差動機構7も、従来の自動車に用いられているものとして周知のものと同様の構成を有する。
一方、制御装置8は、図2に概略的に示すように、中央演算装置9と、記憶装置10と、入力インタフェース11と、出力インタフェース12とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インタフェース11には、アクセルペダル13の操作量θを検知するためのアクセル状態センサ14から出力されるアクセル操作量信号a、車速vを検出するための車速センサ15から出力される車速信号b、スロットルバルブ16の開度を示すスロットル開度信号c、バッテリ5から出力される該バッテリ5の充電量Eを示す充電量信号e、冷却水温センサ17から出力されるエンジン冷却水の水温Twを示す冷却水温信号d、及び油温センサ18から出力されるトランスミッションオイルの油温Toを示すトランスミッション油温信号fが少なくとも入力される。一方、出力インタフェース12からは、エンジン1の燃料噴射弁19に対して燃料噴射信号gが、またエンジン1の点火プラグ20に対してイグニションパルスhが、さらにインバータ4に対してトルクアシスト量又は発電量を示す出力制御信号iが少なくとも出力される。
さらに本実施形態では、エンジン1を最高効率点近傍で運転させるべく燃料噴射量及び点火タイミングを制御する最高効率運転制御プログラムと、アクセル操作量信号aが示すアクセル操作量θ及び車速信号bが示す車速vから走行トルクRTを求める走行トルク算出プログラムと、駆動系の温度、具体的にはトランスミッション油温信号fが示すトランスミッションオイルの油温Toから機械損失MLを求める機械損失算出プログラムと、最高効率点におけるエンジン出力ROが前記走行トルクRT及び前記機械損失MLの和より小さい場合に発電量Gを算出して発電制御を行う発電制御プログラムとを制御装置11に内蔵させている。これらのプログラムは、イグニッションスイッチ(図示略)がONになるごとに順次起動するようにしている。
すなわち上述したプログラムの実行中は、エンジン1を最高効率点近傍で運転させ、このエンジン1の出力を車両の走行に利用している。その際、エンジンからトランスミッションに至る駆動系において、エンジンオイルやトランスミッションオイルの粘性抵抗等による機械損失MLが発生する。そして、必要なエンジン出力トルクの総量である必要トルク量、すなわち本実施形態では走行トルクRTと機械損失MLとの和がエンジン1の出力ROより小さい場合にはエンジン1の出力をモータジェネレータ2に入力することにより該モータジェネレータ2に発電を行わせ、発電した電力をバッテリ5に充電するようにしている。
ここで、走行トルク算出プログラム、機械損失算出プログラム、及び発電制御プログラムによる制御の手順をフローチャートである図3を参照しつつ以下に示す。
まず、ステップS1において、前記車速信号b、及びアクセル操作量信号a、バッテリ充電量信号e、及びトランスミッション油温信号fの入力を受け付ける。それから、ステップS2に進む。
その後、ステップS2においては、前記車速信号bが示す車速v、及びアクセル操作量信号aが示すアクセル操作量θをパラメータとし、走行トルクマップを参照して走行トルクRTを算出する。その後、ステップS3に進む。ここで、前記走行トルクマップは、代表的な車速v及びアクセル操作量θに対する走行トルクRTを制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。この走行トルクマップ内の走行トルクRTは予め実験に基づき求めたものである。そして、実際の走行トルクRTの算出は、前記車速v及びアクセル操作量θをパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS3では、前記トランスミッション油温信号fが示すトランスミッションオイルの油温Toをパラメータとし、機械損失マップを参照して、機械損失MLを算出する。その後、ステップS4に進む。ここで、前記機械損失マップは、代表的なトランスミッションオイルの油温Toに対する機械損失MLを制御装置8内の記憶装置10の所定領域に記憶したものである。この機械損失マップ内の機械損失MLは予め実験に基づき求めたものである。また、この機械損失マップでは、トランスミッションオイルの油温Toが低くなるにつれ前記機械損失MLは大きくなる。そして、実際の機械損失MLの算出は、前記トランスミッションオイルの油温Toをパラメータとして補間計算により行っている。
ステップS4では、最高効率点でのエンジン出力ROが必要トルク量すなわち前記走行トルクRT及び前記機械損失MLの和より大きいか否かを判定する。最高効率点でのエンジン出力ROが前記走行トルクRT及び前記機械損失MLの和より大きい場合には、ステップS5に進む。そうでない場合には、ステップS7に進む。
ステップS5では、バッテリ充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eが前記第1の所定値E1を下回っているか否かを判定する。バッテリ5の充電量Eが所定量E1を下回っている場合には、ステップS6に進む。そうでない場合には、ステップS8に進む。
ステップS6では、発電量Gを以下の式(1)により算出し、その後ステップS7に進む。
G=RO−(RT+ML) (1)
ステップS7では、エンジン1を最高効率点近傍で運転させるとともに、発電制御を行う。具体的には、最高効率運転制御プログラムを実行させつつ、発電量Gを示す信号iをインバータ4に出力する。そして、ステップS1に戻る。
ステップS8では、発電を中止する制御を行うとともに、エンジン1を最高効率点近傍で運転させる制御を中止する。具体的には、発電量Gが0であることを示す信号iをインバータ4に出力し、最高効率運転制御プログラムを終了し、エンジン1からの出力が走行トルクRTと機械損失MLの和となるようにエンジン1を制御する。そして、ステップS1に戻る。
ステップS9では、バッテリ充電量信号eが示すバッテリ5の充電量Eが前記第2の所定値E2を上回っているか否かを判定する。バッテリ5の充電量Eが所定量E1を上回っている場合には、ステップS10に進む。そうでない場合には、ステップS12に進む。
ステップS10では、トルクアシスト量TAを以下の式(2)により算出し、その後ステップS11に進む。
TA=RT+ML−RO (2)
ステップS11では、トルクアシスト制御を行う。具体的には、最高効率運転制御プログラムを実行させつつ、トルクアシスト量TAを示す信号iをインバータ4に出力する。そして、ステップS1に戻る。
ステップS12では、エンジン1を最高効率点近傍で運転させる制御を中止する。具体的には、最高効率運転制御プログラムを終了し、エンジン1からの出力が走行トルクRTと機械損失MLの和となるようにエンジン1を制御する。そして、ステップS1に戻る。
ここで、車速がv、アクセルペダルの操作量がθであり、走行トルクRTが最高効率点でのエンジン出力ROより十分小さく、バッテリ5の充電量Eが前記第1の所定値E1以下である場合において、トランスミッションオイルの油温ToがTo1である暖機運転時、及びトランスミッションオイルの油温ToがTo2(<To1)である冷間時での前記走行トルク算出プログラム、機械損失算出プログラム、及び発電制御プログラムによる制御の作用を、図4を参照しつつ説明する。
図4に示す場合、必要トルク量すなわち走行トルクRTと機械損失MLとの和は最高効率点でのエンジン出力ROより小さいので、前記ステップS1→S2→S3→S4→S5→S6→S7の制御を順次行う。しかして、図4に示すように、トランスミッションオイルの油温Toに関わらず、最高効率点でのエンジン出力ROは一定であり、また、車速がv、アクセルペダルの操作量がθで同一である限り走行トルクRTは一定である。これに対して、冷間時においてはトランスミッションオイルの油温To2が低くトランスミッションオイルの粘度が大きくなることを反映して機械損失ML2は暖機運転時における機械損失ML1より大きな値に設定される。これを受けて、前記ステップS6において前記式(1)により発電量Gが算出されるので、冷間時における発電量G2は、暖機運転時における発電量G1よりも小さな値に設定される。そして、トランスミッションオイルの油温Toが低くなるにつれ前記機械損失MLは大きくなり、従って必要トルク量も大きくなるように設定しているので、トランスミッションオイルの油温Toが低くなるにつれ発電量Gは小さな値に設定される。
すなわち本実施形態に係る発電量の制御方法を採用することにより、機械損失MLが大きな冷間時には発電量Gを小さくすることにより機械損失RTと発電量Gの和を一定に保ち、外気の温度にかかわらず同一の車速v及び同一のアクセルペダル操作量θに対して同一の走行トルクRTを確保することができる。すなわち、エンジン1を最高効率点近傍で駆動して燃費の向上を図るようにしつつ、冷間時のドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
なお、本発明は以上に述べた実施の形態に限られない。
例えば、トランスミッションオイルの油温だけでなく、エンジン冷却水の水温を機械損失算出のパラメータに加えてもよい。
さらに、上述した実施形態のようなモータジェネレータを用いる代わりに、トルクアシストを行うモータと、回生発電を行う発電機とを別体に設け、これらをそれぞれエンジンの出力軸に接続するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、エンジンをより長い期間最高効率点近傍で運転させることができるようにすべく、前記機械損失を算出する制御(ステップS3)を外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度にかかわらず行うようにしているが、以下に述べるようにしてこの制御を外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度が所定温度を下回る場合にのみ行うようにしてもよい。具体的には、例えば、トランスミッションオイルの油温Toが所定温度を下回るか否かを判定する制御を、例えば前記ステップS2の制御、すなわち走行トルクマップを参照して走行トルクRTを算出する制御と前記ステップS3の制御との間に行い、トランスミッションオイルの油温Toが所定温度を下回らない場合には、ステップS3の制御、すなわち機械損失RTを算出する制御を行う代わりに、機械損失RTを0、又は実験に基づき予め求めた所定値に設定する制御を行い、上述した実施形態におけるステップS4の制御に進むようにしてもよい。さらに、トランスミッションオイルの油温Toが所定温度を下回らない場合には、走行トルクRTと最高効率点におけるエンジン出力ROのみに基づき発電量G又はトルクアシスト量TAを決定する制御を行うようにしてもよい。加えて、必要トルク量は、走行トルク量と機械損失の和として求める代わりに、以下のようにして決定してもよい。すなわち、代表的なトランスミッションを含む駆動系の温度、具体的にはトランスミッションオイルの油温To毎に、走行トルク量と機械損失を加味した必要トルク量との比である必要トルク比を予め実験的に求めておいて必要トルク比テーブルとして制御装置に記憶しておき、前記ステップS2の制御、すなわち走行トルクマップを参照して走行トルクRTを算出する制御の後、トランスミッションオイルの油温Toをパラメータとして必要トルク比テーブルを参照し、走行トルクと必要トルク比との積を必要トルクとして決定するようにしてもよい。そして、走行トルクRTと最高効率点におけるエンジン出力ROのみに基づき発電量Gを決定する制御を行った後、外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度が所定温度を下回る場合に、外気温又は駆動系の温度が低くなるにつて発電量を少なくするように発電量を補正してもよい。この場合、例えば代表的な走行トルク量及びトランスミッションオイルの油温To毎に、必要とされる発電量と走行トルク量が同一であってトランスミッションオイルの油温Toが所定温度以上の場合の発電量との比を予め実験的に求めておき、発電量比テーブルとして制御装置に記憶しておき、前記ステップS2の制御、すなわち走行トルクマップを参照して走行トルクRTを算出する制御の後、上述した実施形態における機械損失の算出(ステップS3)は省略し、発電量Gを決定する制御、具体的には最高効率点でのエンジン出力ROから前記走行トルクRTを差し引いて発電量Gを決定する制御(ステップS6)を実行した後にトランスミッションオイルの油温Toをパラメータとして発電量比テーブルを参照して発電量比を決定するステップを行い、このステップで決定した発電量比とステップS6で決定した発電量Gとの積を実際の発電量Gとして決定するようにすればよい。なお、前記所定温度とは、駆動系による機械損失がエンジンの出力に影響を与えない程度に小さくなる最低温度ないしその近傍に設定した温度である。また、トランスミッションオイルの油温Toに加えて、外気温をも必要トルク比又は発電量比を決定する際のパラメータに加えてよい。
そして、エンジンとモータ(モータジェネレータを含む)との接続の態様は、上述した実施形態に述べたものに限らず、例えばエンジンの出力軸とモータの出力軸とをチェーン、ベルト、又はギア等で接続する態様のものを採用してもよい。
その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
本発明の一実施形態に係る車両を示す概略図。 同実施形態に係る制御装置を示す概略図。 同実施形態に係る制御装置が行う処理を示すフローチャート。 同実施形態に係る作用説明図。 従来のハイブリッド車両における制御の作用説明図。
符号の説明
1…エンジン
2…モータジェネレータ(モータ及び発電機)
8…制御装置

Claims (3)

  1. エンジンを燃費効率が最も高い状態である最高効率点近傍で駆動し、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より高い場合にモータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともに、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より低い場合にエンジン出力を発電機に入力して発電を行うハイブリッド車両に用いられ、
    車両の走行状態に基づき走行トルクを決定し、
    前記走行トルクを前記最高効率点でのエンジンの出力から減算して発電量を決定し、
    少なくとも外気温又はトランスミッションを含む駆動系の温度が所定温度を下回る場合に、前記駆動系の温度が低くなるにつれ発電量が小さくなるように発電量を補正することを特徴とする発電制御方法。
  2. エンジンを燃費効率が最も高い状態である最高効率点近傍で駆動し、走行トルクが前記最高効率点でのエンジンの出力より高い場合にモータによりエンジンの出力を補助するトルクアシストを行うとともに、前記走行トルクと機械損失との和が前記最高効率点でのエンジンの出力より低い場合にエンジン出力を発電機に入力して発電を行うハイブリッド車両に用いられ、
    車両の走行状態に基づき走行トルクを決定し、
    トランスミッションを含む駆動系の温度の関数として前記駆動系の温度が低くなるにつれ前記機械損失が大きな値になるように前記機械損失を算出し、
    前記走行トルクと機械損失との和を前記最高効率点でのエンジンの出力から減算して発電量を決定することを特徴とする発電制御方法。
  3. トランスミッションオイルの油温に基づき機械損失を決定することを特徴とする請求項2記載の発電制御方法。
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