JP2008247098A - Power output unit, control method therefor, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこの動力出力装置の制御方法並びにこうした動力出力装置を搭載する車両に関する。 The present invention relates to a power output apparatus, a control method therefor, and a vehicle, and more particularly to a power output apparatus that outputs power to a drive shaft, a control method for the power output apparatus, and a vehicle equipped with such a power output apparatus.
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、エンジンの出力軸にキャリアが接続されていると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤのサンギヤに接続されたモータMG1と、駆動軸に動力を出力するよう取り付けられたモータMG2と、モータMG1およびモータMG2と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備える車載用のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、モータMG1の出力変化ΔPgが閾値Pref以下の通常時には比較的大きな時定数T1をモータMG2のトルク制限Tmaxを設定する際のなまし処理の時定数Tcに設定し、モータMG1の発電電力が急減することにより出力変化ΔPgが閾値Prefより大きくなったときには、比較的小さな値の時定数T2をモータMG2のトルク制限Tmaxを設定する際のなまし処理の時定数Tcに設定して制御することにより、通常時には、モータMG2のトルク制限Tmaxを滑らかに変化させ、モータMG1の発電電力が急減したときにはモータMG2のトルク制限Tmaxの変化に対する追従性をよくしてバッテリの過放電を抑止している。
上述の動力出力装置では、モータMG2から出力しようとする要求出力トルクが大きくなっていくと、要求出力トルクがトルク制限より大きくなった以降はトルク制限により制限されるため、要求出力トルクがトルク制限より大きくなるときにモータMG2から出力するトルクの時間変化が急変することになる。こうしたモータMG2からの出力トルクの時間変化の急変は、駆動系の共振周波数を含むことになり、共振によるショックを生じさせてしまう。 In the power output device described above, when the required output torque to be output from the motor MG2 increases, the required output torque is limited by the torque limitation after the required output torque becomes greater than the torque limitation. When it becomes larger, the time change of the torque output from the motor MG2 changes suddenly. Such a sudden change in the time change of the output torque from the motor MG2 includes the resonance frequency of the drive system, which causes a shock due to resonance.
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、電動機からの出力トルクの時間変化の急変を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、電動機からの出力トルクの時間変化が急変することにより生じ得るショックを抑制することを目的の一つとする。 The power output device, the control method thereof, and the vehicle according to the present invention are intended to suppress a sudden change in the time change of the output torque from the electric motor. Another object of the power output apparatus, the control method thereof, and the vehicle according to the present invention is to suppress a shock that may occur due to a sudden change in the time change of the output torque from the electric motor.
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、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 power output device, the control method thereof, and the vehicle of the present invention employ the following means in order to achieve at least a part of the above-described object.
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸にトルクを出力可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクを設定する許容トルク設定手段と、
前記電動機から出力している出力トルクと前記設定された許容トルクとに基づいて該出力トルクより大きく前記許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定する制御用制限トルク設定手段と、
前記設定された要求トルクに基づいて前記電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定する要求出力トルク設定手段と、
前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲内となるときには前記設定された要求出力トルクを前記電動機から出力すべき目標トルクとして設定し、前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲外となるときには前記設定された要求出力トルクを前記設定された制御用制限トルクで制限したトルクを前記目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、
前記設定された目標トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
The power output apparatus of the present invention is
A power output device that outputs power to a drive shaft,
An electric motor capable of outputting torque to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging electric power with the electric motor;
Requested torque setting means for setting a requested torque required for the drive shaft;
An allowable torque setting means for setting an allowable torque that is a maximum torque that may be output from the electric motor;
Control limit torque setting means for setting a control limit torque in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque based on the output torque output from the electric motor and the set allowable torque;
Requested output torque setting means for setting a requested output torque for which an output is requested from the electric motor based on the set requested torque;
When the set required output torque falls within the set allowable torque, the set required output torque is set as a target torque to be output from the electric motor, and the set required output torque is set to the setting Target torque setting means for setting, as the target torque, a torque obtained by limiting the set required output torque with the set control torque limit when it is outside the range of the set allowable torque,
Control means for controlling the electric motor so that the set target torque is output from the electric motor;
It is a summary to provide.
この本発明の動力出力装置では、電動機から出力している出力トルクと電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクとに基づいて出力トルクより大きく許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定すると共に駆動軸に供給される要求トルクに基づいて電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定する。そして、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲内となるときには要求出力トルクを目標トルクとしてこの目標トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲外となるときには要求出力トルクを設定した制御用制限トルクで制限したトルクを目標トルクとしてこの目標トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。即ち、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲外となるときには、電動機から出力している出力トルクより大きく許容トルクより小さい範囲で設定した制御用制限トルクにより要求出力トルクを制限して目標トルクを設定し、この目標トルクが出力されるよう電動機を制御するのである。この場合、目標トルクは許容トルクに向けて徐々に近づくトルクとして設定されることになるから、電動機から出力されるトルクの時間変化が急変するのを抑制することができ、電動機から出力されるトルクの時間変化が急変することに伴って生じ得るショックを抑制することができる。 In the power output apparatus of the present invention, the control torque limit is set in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque based on the output torque output from the electric motor and the allowable torque that may be output from the electric motor. The required output torque that is required to be output from the electric motor is set based on the required torque that is set and supplied to the drive shaft. Then, when the set required output torque falls within the allowable torque range, the motor is controlled so that the target torque is output from the motor with the required output torque as the target torque, and the set required output torque is out of the allowable torque range. In this case, the motor is controlled such that the target torque is output from the motor, with the torque limited by the control torque limit that sets the required output torque as the target torque. That is, when the set required output torque falls outside the range of the allowable torque, the target output torque is limited by limiting the required output torque with the control limit torque set in a range larger than the output torque output from the motor and smaller than the allowable torque. The motor is controlled so that this target torque is output. In this case, since the target torque is set as a torque that gradually approaches the allowable torque, it is possible to suppress the time change of the torque output from the electric motor from changing suddenly, and the torque output from the electric motor. It is possible to suppress a shock that may occur due to a sudden change in time.
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御用制限トルク設定手段は、前記出力トルクをTm、前記許容トルクをTmax、値0〜値1の範囲内で設定された係数をk、としたときに、Tm+k・(Tmax−Tm)により計算される値を前記制御用制限トルクとして設定する手段であるものとすることもできる。この場合、係数kの値としては、0.5や0.6,0.7,0.8など種々のものを用いることができる。 In such a power output apparatus of the present invention, the control torque limit setting means is configured such that the output torque is Tm, the allowable torque is Tmax, and the coefficient set within a range of 0 to 1 is k. , Tm + k · (Tmax−Tm) may be a means for setting the control torque limit. In this case, various values such as 0.5, 0.6, 0.7, and 0.8 can be used as the value of the coefficient k.
また、本発明の動力出力装置において、内燃機関と、前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で、前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とにトルクを出力する電力動力入出力手段と、前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力である入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、を備え、前記許容トルク設定手段は、前記電力動力入出力手段により入出力される電力と前記電動機により入出力される電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内となる関係に基づいて前記許容トルクを設定する手段である、ものとすることもできる。 Further, in the power output apparatus of the present invention, electric power can be exchanged between the internal combustion engine and the power storage means, connected to the drive shaft and rotatable independently of the drive shaft. Electric power / power input / output means that is connected and outputs torque to the drive shaft and the output shaft with power and power input / output, and the power storage means may be charged / discharged based on the state of the power storage means. Input / output limit setting means for setting an input / output limit that is the maximum power, and the allowable torque setting means is configured to output power input / output by the power power input / output means and power input / output by the motor. It may be a means for setting the allowable torque based on a relationship in which the sum is within the set input / output limit range.
この内燃機関と電力動力入出力手段とを備える態様の本発明の動力出力装置において、前記設定された要求トルクと所定の制約とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとを設定すると共に前記設定された入出力制限の範囲内で前記設定した目標回転数で前記内燃機関が運転されるよう前記電力動力入出力手段を駆動すべき目標駆動状態を設定する目標状態設定手段を備え、前記要求出力トルク設定手段は、前記設定した目標駆動状態で前記電力動力入出力手段を駆動したときに前記駆動軸に前記設定された要求トルクが出力されるよう前記電動機から出力すべきトルクを前記要求出力トルクとして設定する手段である、ものとすることもできる。また、前記電力動力入出力手段は、トルクを出力する発電機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記発電機の回転軸との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軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、を備える手段であるものとすることもできる。 In the power output apparatus of the present invention having the internal combustion engine and power power input / output means, a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine based on the set required torque and a predetermined constraint, And a target state setting means for setting a target driving state for driving the power drive input / output means so that the internal combustion engine is operated at the set target rotational speed within the set input / output limit range. The required output torque setting means should output from the electric motor so that the set required torque is output to the drive shaft when the electric power drive input / output means is driven in the set target drive state. It can also be a means for setting a torque as the required output torque. The power drive input / output means is connected to three axes of a generator for outputting torque, the drive shaft, the output shaft, and a rotating shaft of the generator, and any two of the three shafts are connected. It can also be a means provided with a three-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the input / output power.
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、前記駆動軸にトルクを出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、前記電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクを設定する許容トルク設定手段と、前記電動機から出力している出力トルクと前記設定された許容トルクとに基づいて該出力トルクより大きく前記許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定する制御用制限トルク設定手段と、前記設定された要求トルクに基づいて前記電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定する要求出力トルク設定手段と、前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲内となるときには前記設定された要求出力トルクを前記電動機から出力すべき目標トルクとして設定し、前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲外となるときには前記設定された要求出力トルクを前記設定された制御用制限トルクで制限したトルクを前記目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、前記設定された目標トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。 The vehicle of the present invention is the power output device of the present invention according to any one of the above-described aspects, that is, basically a power output device that outputs power to the drive shaft, and can output torque to the drive shaft. An electric motor, an electric storage means capable of exchanging electric power with the electric motor, a required torque setting means for setting a required torque required for the drive shaft, and an allowable torque that is a maximum torque that may be output from the electric motor are set. And a control limit torque for setting a control limit torque in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque based on the output torque output from the motor and the set allowable torque. A setting means, a required output torque setting means for setting a required output torque for which an output is required from the electric motor based on the set required torque, and the set When the required output torque falls within the set allowable torque, the set required output torque is set as a target torque to be output from the electric motor, and the set required output torque is set to the set allowable torque. A target torque setting means for setting, as the target torque, a torque obtained by limiting the set required output torque with the set control torque limit, and the set target torque is output from the motor. A power output device comprising a control means for controlling the electric motor is mounted so that the axle is connected to the drive shaft.
この本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、電動機から出力されるトルクの時間変化が急変するのを抑制することができる効果や電動機から出力されるトルクの時間変化が急変することに伴って生じ得るショックを抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。 Since the vehicle of the present invention is equipped with the power output device of the present invention according to any one of the above-described aspects, the effect of the power output device of the present invention, for example, the time change of the torque output from the electric motor changes suddenly. The effect similar to the effect etc. which can suppress the shock which can be produced in connection with the effect which can suppress this, or the time change of the torque output from an electric motor changes suddenly can be show | played.
本発明の動力出力装置の制御方法は、
駆動軸にトルクを出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
(a)前記電動機から出力している出力トルクと前記電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクとに基づいて該出力トルクより大きく前記許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定すると共に前記駆動軸に供給される要求トルクに基づいて前記電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定し、
(b)前記設定した要求出力トルクが前記許容トルクの範囲内となるときには前記設定した要求出力トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定した要求出力トルクが前記許容トルクの範囲外となるときには前記設定した要求出力トルクを前記設定した制御用制限トルクで制限したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する、
ことを特徴とする。
The method for controlling the power output apparatus of the present invention includes:
A method for controlling a power output device comprising: an electric motor capable of outputting torque to a drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) Based on the output torque output from the electric motor and the allowable torque that is the maximum torque that may be output from the electric motor, the control limit torque is set in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque. And setting a required output torque required to be output from the electric motor based on the required torque supplied to the drive shaft,
(B) When the set required output torque falls within the range of the allowable torque, the motor is controlled so that the set required output torque is output from the motor, and the set required output torque is equal to the allowable torque. Controlling the electric motor so that a torque obtained by limiting the set required output torque with the set control torque limit is output from the electric motor when out of the range;
It is characterized by that.
この本発明の動力出力装置の制御方法では、電動機から出力している出力トルクと電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクとに基づいて出力トルクより大きく許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定すると共に駆動軸に供給される要求トルクに基づいて電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定する。そして、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲内となるときには要求出力トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲外となるときには要求出力トルクを設定した制御用制限トルクで制限したトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。即ち、設定した要求出力トルクが許容トルクの範囲外となるときには、電動機から出力している出力トルクより大きく許容トルクより小さい範囲で設定した制御用制限トルクにより要求出力トルクを制限したトルクが出力されるよう電動機を制御するのである。この場合、電動機から出力されるトルクは許容トルクに向けて徐々に近づくことになるから、電動機から出力されるトルクの時間変化が急変するのを抑制することができ、電動機から出力されるトルクの時間変化が急変することに伴って生じ得るショックを抑制することができる。 In the control method of the power output apparatus of the present invention, the control is performed within a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque based on the output torque output from the electric motor and the allowable torque that is the maximum torque that may be output from the electric motor. A limit torque is set, and a required output torque required for output from the electric motor is set based on a required torque supplied to the drive shaft. The motor is controlled so that the required output torque is output from the motor when the set required output torque is within the allowable torque range, and the required output torque is set when the set required output torque is outside the allowable torque range. The electric motor is controlled so that the torque limited by the control limiting torque is output from the electric motor. In other words, when the set required output torque is outside the allowable torque range, a torque with the required output torque limited by the control limit torque set in a range larger than the output torque output from the motor and smaller than the allowable torque is output. Thus, the electric motor is controlled. In this case, since the torque output from the motor gradually approaches the allowable torque, it is possible to suppress the time change of the torque output from the motor from changing suddenly, and the torque output from the motor can be suppressed. It is possible to suppress a shock that may occur due to a sudden change in time.
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、例えば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可能な内燃機関として構成されており、図2に示すように、エアクリーナ122により清浄された空気をスロットルバルブ124を介して吸入すると共に燃料噴射弁126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃料室に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換する。エンジン22からの排気は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化装置(三元触媒)134を介して外気へ排出される。
The
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により制御されている。エンジンECU24は、CPU24a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、CPU24aの他に処理プログラムを記憶するROM24bと、データを一時的に記憶するRAM24c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。エンジンECU24には、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温,燃焼室内に取り付けられた圧力センサ143からの筒内圧力Pin,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ128や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカムポジション,スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ146からのスロットルポジション,吸気管に取り付けられたエアフローメータ148からのエアフローメータ信号AF,同じく吸気管に取り付けられた温度センサ149からの吸気温,空燃比センサ135aからの空燃比AF,酸素センサ135bからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁126への駆動信号や、スロットルバルブ124のポジションを調節するスロットルモータ136への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル138への制御信号、吸気バルブ128の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構150への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、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出力する。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
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。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
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。また、バッテリECU52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)を演算したり、演算した残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。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。
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の動作について説明する。図5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 thus configured
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,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により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演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。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の電池温度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。
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*とエンジン22に要求される要求パワーPe*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。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ50が要求する充放電要求パワー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(Nr=k・V)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(Nr=Nm2/Gr)によって求めることができる。
When the data is thus input, the required torque Tr * to be output to the
続いて、設定した要求パワーPe*に基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS120)。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。
Subsequently, a target rotational speed Ne * and a target torque Te * are set as operating points at which the
次に、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2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*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm1tmpを計算する(ステップS130)。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。エンジン22からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構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。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。
Next, the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 is calculated by the following equation (1) using the target rotational speed Ne * of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / ρ (1)
Tm1tmp = ρ ・ Te * / (1 + ρ) + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
続いて、式(3)および式(4)を共に満たすモータMG1から出力してもよりトルクの上下限としてのトルク制限Tm1min,Tm1maxを設定し(ステップS140)、設定した仮トルクTm1tmpを式(5)によりトルク制限Tm1min,Tm1maxで制限してモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップ150)。ここで、式(3)はモータMG1やモータMG2によりリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から要求トルクTr*までの範囲内となる関係であり、式(4)はモータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内となる関係である。トルク制限Tm1min,Tm1maxの一例を図9に示す。トルク制限Tm1min,Tm1maxは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Tm1*の最大値と最小値として求めることができる。
Subsequently, torque limits Tm1min and Tm1max are set as upper and lower torque limits even when output from the motor MG1 satisfying both the expressions (3) and (4) (step S140), and the set temporary torque Tm1tmp is expressed by the expression ( The torque command Tm1 * of the motor MG1 is set by limiting with the torque limits Tm1min and Tm1max according to 5) (step 150). Here, Expression (3) is a relationship in which the sum of torques output to the
0≦−Tm1/ρ+Tm2・Gr≦Tr* (3)
Win≦Tm1・Nm1+Tm2・Nm2≦Wout (4)
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (5)
0 ≦ −Tm1 / ρ + Tm2, Gr ≦ Tr * (3)
Win ≦ Tm1 / Nm1 + Tm2 / Nm2 ≦ Wout (4)
Tm1 * = max (min (Tm1tmp, Tm1max), Tm1min) (5)
そして、要求トルクTr*に設定したトルク指令Tm1*を動力分配統合機構30のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ35のギヤ比Grで除してモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpを次式(6)により計算すると共に(ステップS160)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令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Tm2min,Tm2maxを次式(7)および式(8)により計算し(ステップS170)、計算した仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内、即ち、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min以上でトルク制限Tm2max以下の範囲内であるか否かを判定する(ステップS180)。ここで、式(6)は、図8の共線図から容易に導くことができる。
Then, the torque command Tm1 * set as the required torque Tr * is divided by the gear ratio ρ of the power distribution and
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (6)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (7)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (6)
Tm2min = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (7)
Tm2max = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (8)
仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min以上でトルク制限Tm2max以下の範囲内にあるときには、仮トルクTm2tmpをモータMG2のトルク指令Tm2*に設定し(ステップS190)、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(ステップS220)、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における吸入空気量制御や燃料噴射制御,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。こうした制御により、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
When the temporary torque Tm2tmp is within the range of the torque limit Tm2min to the torque limit Tm2max, the temporary torque Tm2tmp is set to the torque command Tm2 * of the motor MG2 (step S190), and the target rotational speed Ne * and the target torque of the
ステップS180で仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min以上でトルク制限Tm2max以下の範囲内にないと判定されたときには、前回このルーチンが実行されたときに設定されたモータMG2のトルク指令Tm2*(以下、「前回指令Tm2*」という。)とトルク制限Tm2min,Tm2maxとに基づいて次式(9)および式(10)により制御用のトルク制限としての制御用制限Tconmin,Tconmaxを計算し(ステップS200)、計算した制御用制限Tconmin,Tconmaxにより式(11)により設定した仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS210)、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(ステップS220)、駆動制御ルーチンを終了する。式(9)および式(10)中の「kc」は、値0〜値1の範囲内の係数であり、例えば、0.5や0.6,0.7,0.8などのを用いることができる。式(9)および式(10)から解るように、制御用制限Tconmin,Tconmaxは、前回指令Tm2*、即ち、現在モータMG2から出力しているトルクとトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値となる。
If it is determined in step S180 that the temporary torque Tm2tmp is not within the range of the torque limit Tm2min and the torque limit Tm2max, the torque command Tm2 * of the motor MG2 set when the routine was executed last time (hereinafter, “ Based on the previous command Tm2 * ”) and torque limits Tm2min and Tm2max, control limits Tconmin and Tconmax as torque limits for control are calculated by the following equations (9) and (10) (step S200). The temporary torque Tm2tmp set by the equation (11) is limited by the calculated control limits Tconmin and Tconmax, and the torque command Tm2 * of the motor MG2 is set (step S210), and the target rotational speed Ne * and the target torque Te of the
Tconmin=前回Tm2*+kc・(Tm2min-前回Tm2*) (9)
Tconmax=前回Tm2*+kc・(Tm2max-前回Tm2*) (10)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tconmax),Tconmin) (11)
Tconmin = previous Tm2 * + kc ・ (Tm2min-previous Tm2 *) (9)
Tconmax = previous Tm2 * + kc ・ (Tm2max-previous Tm2 *) (10)
Tm2 * = max (min (Tm2tmp, Tconmax), Tconmin) (11)
図10は、単に仮トルクTm2tmpをトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する比較例におけるトルク指令Tm2*の時間変化の一例と、仮トルクTm2tmpを制御用制限Tconmin,Tconmaxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する実施例とにおけるトルク指令Tm2*の時間変化の一例とを示す説明図である。図中、一点鎖線は仮トルクTm2tmpであり、時間T1〜T9は駆動制御ルーチンの実行によりモータMG2のトルク指令Tm2*が設定されるタイミングである。比較例は、図示するように、時間T2に仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2maxを超えることにより、トルク制限Tm2maxがトルク指令Tm2*に設定され、時間T3以降もトルク制限Tm2maxがトルク指令Tm2*に設定される。このため、時間T2でトルク指令Tm2*の時間変化が急変することになる。一方、実施例は、時間T2に仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2maxを超えると、モータMG2から出力しているトルクとトルク制限Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmaxが設定されると共にこの制御用制限Tconmaxにより仮トルクTm2tmpが制限されてトルク指令Tm2*が設定され、時間T3以降も毎回同様に制御用制限Tconmaxが設定されると共に設定された制御用制限Tconmaxにより仮トルクTm2tmpが制限されてトルク指令Tm2*が設定される。このため、トルク指令Tm2*は、毎回、前回指令Tm2*とトルク制限Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2max側に近づけた値として設定され、その時間変化は比較例に比して緩やかなものとなる。この結果、比較例に比して、モータMG2からの出力トルクの時間変化の急変を抑制することができ、モータMG2からの出力トルクの時間変化が急変することにより生じ得るショックを抑制することができる。 FIG. 10 shows an example of a time change of the torque command Tm2 * in the comparative example in which the temporary torque Tm2tmp is simply limited by the torque limits Tm2min and Tm2max and the torque command Tm2 * of the motor MG2 is set, and the temporary torque Tm2tmp is controlled by the control limit Tconmin. , Tconmax is an explanatory diagram showing an example of a time change of the torque command Tm2 * and an example in which the torque command Tm2 * of the motor MG2 is set. In the figure, the alternate long and short dash line is the temporary torque Tm2tmp, and the times T1 to T9 are timings when the torque command Tm2 * of the motor MG2 is set by executing the drive control routine. In the comparative example, as shown in the figure, when the temporary torque Tm2tmp exceeds the torque limit Tm2max at time T2, the torque limit Tm2max is set to the torque command Tm2 *, and after time T3, the torque limit Tm2max is set to the torque command Tm2 *. Is done. For this reason, the time change of the torque command Tm2 * changes suddenly at time T2. On the other hand, in the embodiment, when the temporary torque Tm2tmp exceeds the torque limit Tm2max at time T2, the difference between the torque output from the motor MG2 and the torque limit Tm2max is approximated to the torque limit Tm2max side by the ratio of the coefficient kc. The control limit Tconmax is set, the temporary torque Tm2tmp is limited by the control limit Tconmax, and the torque command Tm2 * is set. After the time T3, the control limit Tconmax is set in the same manner, and the set control is set. The temporary torque Tm2tmp is limited by the use limit Tconmax, and the torque command Tm2 * is set. For this reason, the torque command Tm2 * is set every time as a value in which the difference between the previous command Tm2 * and the torque limit Tm2max is brought closer to the torque limit Tm2max side at the ratio of the coefficient kc, and the change with time is compared with the comparative example. It will be moderate. As a result, compared to the comparative example, it is possible to suppress a sudden change in the time change of the output torque from the motor MG2, and to suppress a shock that can be caused by a sudden change in the time change of the output torque from the motor MG2. it can.
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、エンジン22を要求トルクTr*に基づく目標回転数Ne*で運転するよう設定されたトルク指令Tm1*でモータMG1を駆動制御したときに駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるよう計算された仮トルクTm2tmpがモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動制御したときにバッテリ50の入出力制限Win,Woutから計算されるトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にないときには、そのときにモータMG2が出力しているトルクである前回指令Tm2*とトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmin,Tconmaxを設定すると共にこの設定した制御用制限Tconmin,Tconmaxにより仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、モータMG2のトルク制限を緩やかに行なうことができる。この結果、モータMG2からの出力トルクの時間変化の急変を抑制することができ、モータMG2からの出力トルクの時間変化が急変することにより生じ得るショックを抑制することができる。もとより、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にあるときには、仮トルクTm2tmpをモータMG2のトルク指令Tm2*として設定するから、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、仮トルクTm2tmpがバッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づいて計算されたトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にないときに、前回指令Tm2*とトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmin,Tconmaxを設定すると共にこの設定した制御用制限Tconmin,Tconmaxにより仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定するものとしたが、仮トルクTm2tmpがバッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づいて計算されたトルク制限Tm2min,Tm2max以外のトルク制限の範囲内にないときに、同様に、前回指令Tm2*とトルク制限との差を係数kcの割合でトルク制限側に近づけた値として制御用制限を設定すると共にこの設定した制御用制限により仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定するものとしてもよい。バッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づいて計算されたトルク制限Tm2min,Tm2max以外のトルク制限としては、例えば、モータMG2の温度による駆動制限などを挙げることができる。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2が出力しているトルクである前回指令Tm2*とトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmin,Tconmaxを設定するものとしたが、係数kcは一定の値とする必要はなく、値0〜値1の間であれば変化する値としも構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、上述した式(3),(4)を満たす範囲内でモータMG1の仮トルクTm1tmpを制限するトルク制限Tm1min,Tm1maxを求めてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると共に式(7),(8)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxを求めてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定したが、式(3),(4)を満たす範囲内によるトルク制限Tm1min,Tm1maxの制限を受けることなくモータトルクTm1tmpをそのままモータMG1のトルク指令Tm1*として設定すると共にこのトルク指令Tm1*を用いて式(7),(8)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxを求めてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定するものとしても構わない。この他、モータMG2の回転数Nm2や予想モータ回転数Nm2estを用いてバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*Tm2*を設定するものであれば、如何なる手法を用い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、減速ギヤ35を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸32aにモータMG2を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ35に代えて2段変速や3段変速,4段変速などの変速機を介してリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付け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、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11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11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12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
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22と動力分配統合機構30とモータMG1,MG2とを備えるものとしたが、エンジン22や動力分配統合機構30,モータMG1を備えず、モータMG2に相当する単に走行用のモータ(便宜上、モータMG2と称す。)だけを備えるものとしてもよい。この場合、仮トルクTm2tmpについては次式(12)に示すように要求トルクTr*を直接設定し、トルク制限Tm2min,Tm2maxについては式(13),(14)に示すようにバッテリ50の入出力制限Win,WoutをモータMG2の回転数Nm2で直接割ることによって求めればよい。
In the
Tm2tmp=Tr* (12)
Tm2min=Win/Nm2 (13)
Tm2max=Wout/Nm2 (14)
Tm2tmp = Tr * (12)
Tm2min = Win / Nm2 (13)
Tm2max = Wout / Nm2 (14)
また、こうした自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶,航空機などの移動体に搭載される動力出力装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた動力出力装置の形態としても構わない。さらに、こうした動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。 In addition, the present invention is not limited to those applied to automobiles, and is not limited to those applied to automobiles, but is incorporated into non-moving equipment such as forms of power output devices mounted on moving bodies such as vehicles, ships, and aircraft, and construction equipment. An output device may be used. Furthermore, it is good also as a form of the control method of such a power output device.
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、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に要求される要求トルクTr*を設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS110の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求トルク設定手段」に相当し、エンジン22を要求トルクTr*に基づく目標回転数Ne*で運転するよう設定されたトルク指令Tm1*でモータMG1を駆動制御したときにバッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づいてモータMG2から出力してもよい最大トルクとしてのトルク制限Tm2min,Tm2max(許容トルクに相当)を計算する図5の駆動制御ルーチンのステップS170の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「許容トルク設定手段」に相当し、モータMG2が出力しているトルクである前回指令Tm2*とトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmin,Tconmax(制御用制限トルクに相当)を設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS200の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「制御用制限トルク設定手段」に相当し、エンジン22を要求トルクTr*に基づく目標回転数Ne*で運転するよう設定されたトルク指令Tm1*でモータMG1を駆動制御したときに駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるよう仮トルクTm2tmp(要求出力トルクに相当)を計算する図5の駆動制御ルーチンのステップS160の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求出力トルク設定手段」に相当し、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にあるときには、仮トルクTm2tmpをモータMG2のトルク指令Tm2*(目標トルクに相当)として設定し、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にないときには、制御用制限Tconmin,Tconmaxにより仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*(目標トルクに相当)を設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS180,S190,S210の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「目標トルク設定手段」に相当し、トルク指令Tm2*を送信する図5の駆動制御ルーチンのステップS220の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70とトルク指令Tm2*を受信してモータMG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。エンジン22が「内燃機関」に相当し、動力分配統合機構30とモータMG1とが「電力動力入出力手段」に相当し、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くバッテリ50の残容量(SOC)とバッテリ50の電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算するバッテリECU52が「入出力制限設定手段」に相当し、要求トルクTr*に基づく要求パワーPe*と効率よく運転する動作ライン(所定の制約に相当)とに基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を目標回転数Ne*で運転するようモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS110〜S150の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「目標状態設定手段」に相当し、モータMG1が「発電機」に相当し、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当する。また、対ロータ電動機230も「電力動力入出力手段」に相当する。
Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the motor MG2 corresponds to the “electric motor”, the
ここで、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸にトルクを出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど、電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「要求トルク設定手段」としては、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Accだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、駆動軸に要求される要求トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「許容トルク設定手段」としては、エンジン22を要求トルクTr*に基づく目標回転数Ne*で運転するよう設定されたトルク指令Tm1*でモータMG1を駆動制御したときにバッテリ50の入出力制限Win,Woutに基づいてモータMG2から出力してもよい最大トルクとしてのトルク制限Tm2min,Tm2max(許容トルクに相当)を計算するものに限定されるものではなく、モータMG2の温度に基づく駆動制限によりトルク制限を設定するものとしたり、エンジン22や動力分配統合機構30,モータMG1を備えず、モータMG2に相当する単に走行用のモータだけを備えるものにあってはバッテリの入出力制限をモータの回転数で直接割ることによって求めるものとするなど、電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御用制限トルク設定手段」としては、モータMG2が出力しているトルクである前回指令Tm2*とトルク制限Tm2min,Tm2maxとの差を係数kcの割合でトルク制限Tm2min,Tm2max側に近づけた値として制御用制限Tconmin,Tconmax(制御用制限トルクに相当)を設定するものに限定されるものではなく、電動機から出力している出力トルクと許容トルクとに基づいて出力トルクより大きく許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求出力トルク設定手段」としては、エンジン22を要求トルクTr*に基づく目標回転数Ne*で運転するよう設定されたトルク指令Tm1*でモータMG1を駆動制御したときに駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるよう仮トルクTm2tmp(要求出力トルクに相当)を計算するものに限定されるものではなく、エンジン22や動力分配統合機構30,モータMG1を備えず、モータMG2に相当する単に走行用のモータだけを備えるものにあっては要求トルクTr*をそのまま仮トルクTm2tmpとして設定するものとするなど、要求トルクに基づいて電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「目標トルク設定手段」としては、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にあるときには仮トルクTm2tmpをモータMG2のトルク指令Tm2*(目標トルクに相当)として設定し、仮トルクTm2tmpがトルク制限Tm2min,Tm2maxの範囲内にないときには制御用制限Tconmin,Tconmaxにより仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*(目標トルクに相当)を設定するものに限定されるものではなく、要求出力トルクが許容トルクの範囲内となるときには要求出力トルクを電動機から出力すべき目標トルクとして設定し、要求出力トルクが許容トルクの範囲外となるときには要求出力トルクを制御用制限トルクで制限したトルクを目標トルクとして設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、トルク指令Tm2*でモータMG2を制御するものに限定されるものではなく、目標トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構30とモータMG1とを組み合わせたものや対ロータ電動機230に限定されるされるものではなく、駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とにトルクを出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「入出力制限設定手段」としては、バッテリ50の残容量(SOC)とバッテリ50の電池温度Tbとに基づいて入出力制限Win,Woutを演算するものに限定されるものではなく、残容量(SOC)や電池温度Tbの他に例えばバッテリ50の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「目標状態設定手段」としては、要求トルクTr*に基づく要求パワーPe*と効率よく運転する動作ライン(所定の制約に相当)とに基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を目標回転数Ne*で運転するようモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを設定するものに限定されるものではなく、要求トルクTr*に基づく要求パワーPe*と最も大きなトルクを出力する動作ラインとに基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を目標回転数Ne*で運転するようモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを設定するものとしたり、要求トルクTr*に基づく要求パワーPe*と騒音を回避しながら比較的効率よく運転する動作ラインとに基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を目標回転数Ne*で運転するようモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを設定するものとしたりするなど、要求トルクと所定の制約とに基づいて内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとを設定すると共に蓄電手段の入出力制限の範囲内で目標回転数で内燃機関が運転されるよう電力動力入出力手段を駆動すべき目標駆動状態を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、トルクを出力するものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「3軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との3軸に接続され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軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行われるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
Here, the “motor” is not limited to the motor MG2 configured as a synchronous generator motor, and may be any type of motor that can output torque to the drive shaft, such as an induction motor. I do not care. The “storage means” is not limited to 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、動力出力装置および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 power output apparatus and 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)、24a CPU、24b ROM、24c RAM、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、122 エアクリーナ、124 スロットルバルブ、126 燃料噴射弁、128 吸気バルブ、130 点火プラグ、132 ピストン、134 浄化装置、135a 空燃比センサ、135b 酸素センサ、136,スロットルモータ、138 イグニッションコイル、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、143 圧力センサ、144 カムポジションセンサ、146 スロットルバルブポジションセンサ、148 エアフローメータ、149 温度センサ、150 可変バルブタイミング機構、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), 24a CPU, 24b ROM, 24c RAM, 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integration mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34 carrier, 35 reduction gear, 40 motor electronic control unit (motor ECU), 41, 42 inverter, 43, 44 rotational position detection sensor, 50 battery, 51 temperature sensor, 52 battery electronic control Unit (battery ECU), 54 power line, 60 gear mechanism, 62 differential gear, 63a, 63b drive wheel, 64a, 64b wheel, 70 hybrid electronic control unit, 72 CPU, 74 R OM, 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, 122 air cleaner, 124 throttle valve, 126 Fuel injection valve, 128 intake valve, 130 spark plug, 132 piston, 134 purification device, 135a air-fuel ratio sensor, 135b oxygen sensor, 136, throttle motor, 138 ignition coil, 140 crank position sensor, 142 water temperature sensor, 143 pressure sensor, 144 Cam position sensor, 146 Throttle valve position sensor, 148 Air flow meter, 149 Temperature sensor, 150 Varying valve timing mechanism, 230 pair-rotor motor, 232 an inner rotor, 234 outer rotor, MG1, MG2 motor.
Claims (7)
前記駆動軸にトルクを出力可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
前記電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクを設定する許容トルク設定手段と、
前記電動機から出力している出力トルクと前記設定された許容トルクとに基づいて該出力トルクより大きく前記許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定する制御用制限トルク設定手段と、
前記設定された要求トルクに基づいて前記電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定する要求出力トルク設定手段と、
前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲内となるときには前記設定された要求出力トルクを前記電動機から出力すべき目標トルクとして設定し、前記設定された要求出力トルクが前記設定された許容トルクの範囲外となるときには前記設定された要求出力トルクを前記設定された制御用制限トルクで制限したトルクを前記目標トルクとして設定する目標トルク設定手段と、
前記設定された目標トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 A power output device that outputs power to a drive shaft,
An electric motor capable of outputting torque to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging electric power with the electric motor;
Requested torque setting means for setting a requested torque required for the drive shaft;
An allowable torque setting means for setting an allowable torque that is a maximum torque that may be output from the electric motor;
Control limit torque setting means for setting a control limit torque in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque based on the output torque output from the electric motor and the set allowable torque;
Requested output torque setting means for setting a requested output torque for which an output is requested from the electric motor based on the set requested torque;
When the set required output torque falls within the set allowable torque, the set required output torque is set as a target torque to be output from the electric motor, and the set required output torque is set to the setting Target torque setting means for setting, as the target torque, a torque obtained by limiting the set required output torque with the set control torque limit when it is outside the range of the set allowable torque,
Control means for controlling the electric motor so that the set target torque is output from the electric motor;
A power output device comprising:
内燃機関と、
前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で、前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とにトルクを出力する電力動力入出力手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大電力である入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
を備え、
前記許容トルク設定手段は、前記電力動力入出力手段により入出力される電力と前記電動機により入出力される電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内となる関係に基づいて前記許容トルクを設定する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 1 or 2,
An internal combustion engine;
Power can be exchanged with the power storage means, connected to the drive shaft and connected to the output shaft of the internal combustion engine so as to be rotatable independently of the drive shaft, and the drive with input and output of power and power Power power input / output means for outputting torque to the shaft and the output shaft;
An input / output limit setting means for setting an input / output limit that is the maximum power that may be charged / discharged based on the state of the power storage means;
With
The permissible torque setting means is based on a relationship in which a sum of the power input / output by the power power input / output means and the power input / output by the motor is within the set input / output limit range. A means for setting torque,
Power output device.
前記設定された要求トルクと所定の制約とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとを設定すると共に前記設定された入出力制限の範囲内で前記設定した目標回転数で前記内燃機関が運転されるよう前記電力動力入出力手段を駆動すべき目標駆動状態を設定する目標状態設定手段を備え、
前記要求出力トルク設定手段は、前記設定した目標駆動状態で前記電力動力入出力手段を駆動したときに前記駆動軸に前記設定された要求トルクが出力されるよう前記電動機から出力すべきトルクを前記要求出力トルクとして設定する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 3,
Based on the set required torque and a predetermined constraint, a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine are set, and at the set target rotational speed within the set input / output limit range. A target state setting means for setting a target drive state for driving the electric power drive input / output means so that the internal combustion engine is operated;
The required output torque setting means outputs a torque to be output from the electric motor so that the set required torque is output to the drive shaft when the electric power driving input / output means is driven in the set target drive state. It is a means to set as the required output torque,
Power output device.
(a)前記電動機から出力している出力トルクと前記電動機から出力してもよい最大トルクである許容トルクとに基づいて該出力トルクより大きく前記許容トルクより小さい範囲で制御用制限トルクを設定すると共に前記駆動軸に供給される要求トルクに基づいて前記電動機から出力が要求される要求出力トルクを設定し、
(b)前記設定した要求出力トルクが前記許容トルクの範囲内となるときには前記設定した要求出力トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定した要求出力トルクが前記許容トルクの範囲外となるときには前記設定した要求出力トルクを前記設定した制御用制限トルクで制限したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する、
ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。 A method for controlling a power output device comprising: an electric motor capable of outputting torque to a drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the electric motor,
(A) Based on the output torque output from the electric motor and the allowable torque that is the maximum torque that may be output from the electric motor, the control limit torque is set in a range larger than the output torque and smaller than the allowable torque. And setting a required output torque required to be output from the electric motor based on the required torque supplied to the drive shaft,
(B) When the set required output torque falls within the range of the allowable torque, the motor is controlled so that the set required output torque is output from the motor, and the set required output torque is equal to the allowable torque. Controlling the electric motor so that a torque obtained by limiting the set required output torque with the set control torque limit is output from the electric motor when out of the range;
A control method for a power output apparatus.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013107587A (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-06 | Toyota Motor Corp | Control device of hybrid vehicle |
JP2013188104A (en) * | 2012-03-12 | 2013-09-19 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle and power control device |
JP2015082900A (en) * | 2013-10-22 | 2015-04-27 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle control device |
-
2007
- 2007-03-29 JP JP2007088516A patent/JP2008247098A/en active Pending
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