JP2009018627A

JP2009018627A - ハイブリッド車両の駆動力制御装置

Info

Publication number: JP2009018627A
Application number: JP2007181161A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Honda; 義行本多; Matsuo Arimichi; 松生有路
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: JP5040487B2

Abstract

【課題】急加速時に駆動力変化の応答性を高めることができるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】運転者によって急加速が要求された場合に、目標駆動力を通常時と同一とし、内燃機関の回転数変化を通常時に比して上昇させることで、運転者の要求に応じて駆動力を素早く増加させる。また、急加速が要求された場合の目標駆動力を通常時と同一とすることで、運転操作に対する駆動力変化に一貫性が保たれ、運転者の違和感を低減させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動力制御装置に関するものであり、より詳細には、運転者が急加速を要求するときに、駆動力の応答遅れを抑制する技術に関するものである。

走行用の動力源として内燃機関（以下「エンジン」という）およびモータを備え、走行条件に応じてこれらの動力源を使い分けるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両は、例えばドライバがアクセルを踏み込んで定常走行から加速を行う場合には、エンジンおよびモータの両方を動力源として車両を高出力走行させる（例えば特許文献１を参照）。
特開２００４−９２６５５号公報

また、ハイブリッド車両では、走行状態が変化する際に、エンジン回転数の過敏な変動およびこの変動に伴う慣性損失を防ぐために、エンジン回転数が過度に変化するのを抑制する制御が考えられる。

しかしながら、エンジン回転数の変化を抑制する制御を行う場合には、運転者が急加速を要求して素早いアクセル操作を行った場合であっても、エンジン回転数の変化が抑制されるため、実際に出力される駆動力に遅れが生じる虞がある。また、車速の上昇に先行してエンジン回転数が上昇し、その後、エンジン回転数の上昇に遅れて車速が上昇すると、運転者が体感上違和感を持つことがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、運転者が急加速を要求した際に、運転者の違和感を低減しつつ駆動力の応答遅れを抑制することが可能なハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の駆動力制御装置は、車両を推進させるための駆動力を発生させる内燃機関および電動機と、内燃機関によって駆動されて発電する発電機とを備えたハイブリッド車両における駆動力を制御する駆動力制御装置において、運転者による運転操作に基づいて、運転者が急加速を要求している急加速要求時であるか否かを判定する急加速要求判定手段と、急加速要求判定手段によって急加速要求時であると判定された場合に、目標駆動力を通常時と同一とし、内燃機関の回転数変化を通常時に比して上昇させる制御手段とを備えることを特徴としている。

このようなハイブリッド車両の駆動力制御装置によれば、運転者によって急加速が要求された場合に、内燃機関の回転数変化を通常時に比して上昇させる制御手段を備えているため、内燃機関の回転数変化を急変させることで、運転者の要求に応じて駆動力を素早く増加させることができる。これにより、駆動力の応答遅れを抑制することが可能となり、運転者の違和感を低減させることができる。また、急加速が要求された際の目標駆動力を通常時と同一としているため、運転操作に対する駆動力変化に一貫性が保たれ、運転者の違和感を低減させることができる。

また、急加速要求判定手段は、アクセル踏込み速度が所定の閾値以上である場合に、急加速要求時であると判定することが好適である。これにより、運転者がアクセルペダルを素早く踏み込んだ際に、運転者が急加速を要求していると判定するので、運転者の意図を走行に反映させることができる。

また、制御手段は、急加速要求時であると判定された場合に、発電機による発電量を減少させることで、内燃機関の回転数変化を上昇させることが好適である。これにより、急加速要求時には、発電機により内燃機関に与えられる負荷が軽減されるので、通常時に比して内燃機関の回転数変化を速やかに上昇させることができる。

また、制御手段は、急加速要求判定手段によって急加速要求時であると判定されなかった場合に、内燃機関の回転数変化の急変を抑制する制御を行うことが好ましい。これにより、急加速が要求されていない場合には、回転数変化の急変が抑制されるので、回転数の過敏な変動を抑制し、回転数の変動に伴う慣性損失を防ぐことができ、燃費向上を図ることができる。

本発明によるハイブリッド車両の駆動力制御装置によれば、運転者が急加速を要求している場合に、目標駆動力を通常時と同一としつつ、内燃機関の回転数変化を通常時に比して上昇させることができるので、運転者の違和感を低減しつつ駆動力の応答遅れを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明に係るハイブリッド車両の駆動力制御装置の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動力制御装置を示す構成図、図２は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動力制御装置のシステム構成図である。

図１に示す本実施形態の駆動力制御装置１００は、車両を推進させるための駆動力を発生させる動力源としてエンジン（内燃機関）１２およびモータ（電動機）１３を備えたハイブリッド車両１０の駆動力を制御するものである。このハイブリッド車両１０のエンジン１２は、例えば４気筒４サイクルガソリンエンジンであり、モータ１３は、例えば交流同期型のモータである。そして、ハイブリッド車両１０の駆動力制御装置１００は、ハイブリッド車両１０の駆動力を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１１、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１６、およびハイブリッド車両１０の車速を検出する車速センサ１７を備えている。

エンジン１２は、ＥＣＵ１１からの制御指令にしたがって、燃料の噴射量及び噴射時期、吸入空気量、点火時期等が調整され、回転数や駆動力が制御される。また、エンジン１２の出力軸には、動力分配機構１９を介して、発電機１４が接続されている。この発電機１４は、モータ１３と同じ交流同期型のものであり、エンジン１２によって駆動されて発電する。発電機１４によって発電された電力は、バッテリ１５に充電され、このバッテリ１５は、モータ１３に電力を供給して、モータ１３を駆動させる。エンジン１２およびモータ１３によって出力される駆動力は、減速機１８を介して駆動輪２０に伝達される。

ＥＣＵ１１には、アクセル開度センサ１６、および車速センサ１７を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ１１は各種センサからの検出信号に基づいて、ハイブリッド車両１０の運転状態を判断することができる。ＥＣＵ１１は、エンジン１２、モータ１３、発電機１４、およびバッテリ１５を制御することにより、ハイブリッド車両１０の駆動力を制御するものであり、運転者が急加速を要求した場合に、目標駆動力を通常時と同一としつつ、エンジン１２の回転数変化を通常時と比して急変させることで、駆動力を目標駆動力に素早く追従させるものである。

ＥＣＵ１１のＣＰＵでは、記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、図２に示すように、ハイブリッド車両１０の目標駆動力Ｔｄを算出する目標駆動力算出部３１、運転者が急加速を要求している急加速要求時であるか否かを判定する急加速要求部（急加速要求判定手段）３２、エンジン１２の目標回転数を算出する目標回転数算出部３３、目標駆動力に基づき駆動力を制御する駆動力制御部３４、エンジンの回転数の急変を抑制する回転数急変抑制部３５、エンジン１２の目標回転数を制御する回転数制御部３６が構成される。

目標駆動力算出部３１は、ハイブリッド車両の走行状態や運転者の要求に応じて、目標駆動力Ｔｄを算出する。具体的には、目標駆動力算出部３１は、アクセル開度センサ１６によって計測されたアクセル開度θおよび車速センサ１７により計測された車速vに基づいて、記憶部に記憶された所定の変換マップを参照して目標駆動力Tｄを決定する。

急加速要求判定部３２は、運転者の運転操作に基づいて運転者が急加速を要求している急加速要求時であるか否かを判定する。具体的には、急加速要求判定部３２は、アクセル開度センサ１６で計測されたアクセル開度θおよびアクセル開度の変化量Δθに基づいて、急加速要求時であるか否かを判定する。アクセル開度θおよびアクセル開度の変化量Δθの両方がそれぞれの所定の閾値以上の場合、急加速要求判定部３２は、急加速要求時であると判定する。それ以外の場合には、急加速要求判定部３２は、運転者が急加速を要求していない通常時であると判定する。なお、「所定の閾値」は、例えば実験等により任意に設定される値であり、運転者が急加速を要求しているか否かを判定することができる値である。

なお、急加速要求判定部３２は、代替的に、目標駆動力を実現するために必要なエンジンパワーpw_target（以下、「必要パワー」という）と、現在出力されている出力パワーpwとを比較して、これらの差が所定の閾値以上の場合に、急加速要求時と判定するようにしても良い。

目標回転数算出部３３は、車両の走行状態、運転者の要求、及び必要パワーpw_target等に基いて、エンジン１２の目標回転数ＮＥｄを算出する。

なお、目標回転数算出部３３は、急加速要求時において、通常時と異なる目標回転数ＮＥｄを設定してもよい。急加速要求時に設定される目標回転数ＮＥｄは、通常時に設定される目標回転数よりも大きい値とする。これにより、急加速要求時においてエンジン１２の回転数変化を急変させる。急加速要求時の目標回転数は、例えば、通常時とは異なるテーブルを参照して設定されてもよく、通常時の目標回転数に所定の値が加算されて算出されても良い。

駆動力制御部３４は、目標駆動力算出部３１で算出された目標駆動力Ｔｄと、実駆動力Ｔとに基づいて、実駆動力Ｔが目標駆動力Ｔｄに到達するようにエンジン１２およびモータ１３の駆動力を制御する。また、駆動力制御部３４は、例えば、急加速要求時において、エンジン１２の駆動力が不足する場合には、バッテリ１５に充電された電力によってモータ１３を駆動してモータ１３による駆動力を上昇させるように、バッテリ１５およびモータ１３に制御指令を送る。

回転数急変抑制部３５は、通常時におけるエンジン回転数の急激な変動を抑制する制御を行う。具体的には、回転数急変抑制部３５は、発電機１４の負荷量を調整してエンジン回転数ＮＥが急激に変動しないように制御する。

これに対し、急加速要求時には、回転数急変抑制部３５は、発電機１４の負荷を減少させてエンジン回転数ＮＥの変動を抑制する制御を停止し、ＥＣＵ１１は、エンジン回転数ＮＥを急激に上昇させて素早く目標回転数ＮＥｄ追従させて、エンジン１１による出力パワーをできるだけ早く駆動力Ｔの上昇に分配させる。

回転数制御部３６は、目標回転数算出部３３で算出された目標回転数ＮＥｄと、エンジン回転数ＮＥとに基づいて、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥｄに到達するようにエンジン１２を制御する。エンジン回転数ＮＥは、例えば、エンジン１２に設置されるクランク角センサの測定値に基づいて算出される。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両１０の駆動力制御装置１００の動作について説明する。図３は、ＥＣＵ１１で実行される制御処理を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１１は、アクセル開度センサ１６によって検出されたアクセル開度θ、及び車速センサ１７によって検出された車速ｖを入力する（Ｓ１０１）。次に、ＥＣＵ１１は、アクセル開度θおよび車速ｖに基づいて変換マップを参照して目標駆動力Ｔｄを算出し（Ｓ１０２）、目標駆動力Ｔｄを実現するために必要な必要パワーpw_targetを算出する（Ｓ１０３）。続いてＥＣＵ１１は、車両の走行状態、運転者の要求、及び必要パワーpw_targetに基づいて、目標回転数ＮＥｄを算出する（Ｓ１０４）。

次に、ＥＣＵ１１は、運転者のアクセル操作に基づいて、運転者が急加速を要求しているか否かを判定する。運転者が急加速を要求していると判定された場合には、ステップＳ１０８に進み、運転者が急加速を要求していると判定されなかった場合には、通常時と判定して、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０５において通常時と判定された場合、回転数急変抑制部３５によって、エンジン回転数ＮＥの急激な変動を抑制する制御を開始する（Ｓ１０６）。具体的には、回転数急変抑制部３５は、発電機１４の負荷量を調整してエンジンの回転数ＮＥが急激に変動しないようにする。続く、ステップＳ１０７において、目標回転数となるように回転数制御を行うと共に、目標駆動力となるように駆動力制御を行って、処理を終了する。

ステップＳ１０５において急加速要求時と判定された場合、回転数急変抑制部３５によって、エンジン回転数の急激な変動を抑制する制御を停止（Ｓ１０８）して、エンジン回転数の変化を急変させて、通常時に比してエンジン回転数を急激に上昇させている。ＥＣＵ１１は、回転数急変抑制制御を中止して発電機１４による負荷を減少させるよう制御指令を発電機１４に送る。次に、ＥＣＵ１１は、急加速要求時において、エンジン１２による駆動力の不足を補うべく、バッテリ１５の出力を上昇させて（Ｓ１０９）、モータ１３による駆動力を上昇させる。続く、ステップＳ１０７において、目標回転数となるように回転数制御を行うと共に、目標駆動力となるように駆動力制御を行って、処理を終了する。このようにして、ＥＣＵ１１では、急加速要求時において、目標駆動トルクを通常時と同一とし、エンジン回転数変化を通常時に比して急変させることで、駆動力を素早く増加させて、運転者の要求に応じた急加速を実現する。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両１０の駆動力制御装置の動作の変形例について説明する。図４は、本実施形態に係るハイブリッド車両１０の駆動力制御装置の動作の変形例に係るＥＣＵ１１で実行される制御処理を示すフローチャートである。ＥＣＵ１１では、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理が図３のものと同様に行われると、目標回転数ＮＥｄを算出せずに、ステップＳ１０５において急加速要求時であるか否かの判定が行われる。

ステップＳ１０５において通常時であると判定された場合、ＥＣＵ１１は、目標回転数ＮＥｄ＝Ａを算出（Ｓ１０４ａ）し、ステップＳ１０６，Ｓ１０７の処理を実行する。

ステップＳ１０５において急加速要求時であると判定された場合、ＥＣＵ１１は、目標回転数ＮＥｄ＝Ｂを算出する（Ｓ１０４ｂ）。この目標回転数Ｂは、急加速要求時に回転数変化の立ち上がりを迅速にするために、通常時の目標回転数Ａよりも大きな値をとるように設定される。急加速要求時の目標回転数Ｂは、通常時と別のテーブルを参照して決定しても良く、通常時の目標回転数Ａに所定のかさ上げ分ａを加算して算出しても良い。続いて、ＥＣＵ１１は、ステップＳ１０８，Ｓ１０９，Ｓ１０７の処理を行う。

次に、図５を参照して、アクセル開度、エンジン回転数、及び駆動力の関係について説明する。図５は、急加速要求時のアクセル開度θ（ａ）、エンジン回転数ＮＥ（ｂ）、および駆動力Ｔ（ｃ）の推移を示すグラフである。図５（ａ）では、時点ｔ_０〜ｔ_１までは、アクセル開度は一定である。時点ｔ１は、運転者がアクセル開度を増加させた時点であり、時点ｔ_２は、ＥＣＵ１１が急加速要求時と判定した時点であり、時点ｔ_３は、運転者がアクセル開度の増加を停止した時点である。

図５（ｂ）に示すように、エンジン回転数は、時点ｔ_０〜ｔ_１までは一定である。時点ｔ_１において、アクセル開度の変化に応じてエンジン回転数が増加する。時点ｔ_２において、急加速要求時と判定され、回転数急変抑制部３５が回転数急変抑制制御を停止する。これにより、エンジン１２の回転数変化は急変し、時点ｔ４において目標回転数に到達するようになる。なお、通常時では、回転数急変抑制制御を継続するため、グラフ５２に示すように、緩やかに回転数が上昇するように制御される。急加速要求時において、エンジンの回転数変化を通常時に比して上昇させているため、エンジン回転数は、目標回転数に素早く追従している。

図５（ｂ）のグラフ５１に示すように、エンジン回転数を急変させると、回転慣性による損失が生じるため、エンジンによって出力される駆動力は、図５（ｂ）のグラフ５４に示す通常時の駆動力より一時的に不足し、グラフ５５のようになる。そこで、ＥＣＵ１１は、バッテリ１５から出力を上昇させて、モータ１３による駆動力を増加させて、エンジン１１による不足分を補うようにする。このように、急加速要求時において、目標回転数を急変させることで、通常時に比して素早く駆動力を目標駆動力に追従させることができ、運転者の要求に応じた急加速を実現することができる。

本実施形態に係る駆動力制御装置１０においては、急加速要求判定部３２が、運転者による運転操作に基づいて、運転者が急加速を要求している急加速要求時であるか、運転者が急加速を要求していない通常時であるかを判定する。急加速要求判定部３２によって急加速要求時であると判定された場合には、駆動力制御部３４は目標駆動力を通常時と同一として駆動力を制御し、回転数制御部３６が、エンジン１２の回転数変化を通常時に比して上昇させる。このような構成により、運転者により急加速が要求された場合には、エンジン回転変化を急変させることで、運転者の要求に応じて駆動力を素早く増加させることができる。これにより、駆動力の応答遅れを抑制することが可能となり、運転者の要求に応じて急加速を実現することができ、運転者の違和感を低減させることができる。また、急加速が要求された際の目標駆動力を通常時と同一としているため、運転操作に対する駆動力変化に一貫性が保たれ、運転者の違和感を低減させることができる。

また、急加速要求判定部３２は、アクセル踏込み速度が所定の閾値以上である場合に、急加速要求時であると判定する。これにより、運転者がアクセルペダルをすばやく踏み込んだときに、運転者が急加速を要求していると判定することができる。

また、回転数急変抑制部３５および回転数制御部３６は、急加速要求判定部３２により急加速要求時であると判定された場合に、発電機１４による発電量を減少させることで、エンジン１２の回転数変化を上昇させる。これにより、発電機１４によりエンジン１２に与えられる負荷が軽減されるので、通常時に比してエンジン１２の回転数変化を速やかに上昇させることができる。

また、回転数急変抑制部３５は、急加速要求判定部３２によって通常時であると判定された場合に、エンジン１２の回転数変化が急変することを抑制する。これにより、通常時には回転数変化の急変が抑制されるので、エンジン回転数の過敏な変動を抑制し、エンジン回転数の変動に伴う慣性損失を防ぐことができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、他に様々な変形が可能である。たとえば、上記実施形態ではエンジン１２、モータ１３、発電機１４などを制御するためのＥＣＵが単一に設けられているが、このＥＣＵは必要に応じてエンジン用ＥＣＵ、モータ用ＥＣＵ、発電機用ＥＣＵなどのように細分化されても良い。

また、上記実施形態において、回転数急変抑制部３５は、通常時にエンジン回転数の変動を抑制するために発電機１４の負荷を調整しているが、他の手段エンジン回転数の変動を抑制することが可能な他の手段を適用しても良い。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動力制御装置を示す構成図である。本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動力制御装置のシステム構成図である。本発明の実施形態に係るＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。本発明の変形例に係るＥＣＵで実行される制御処理を示すフローチャートである。急加速判定時のアクセル開度、エンジン回転数、および駆動力の推移を示すグラフである。

符号の説明

１０…ハイブリッド車両、１２…エンジン、１３…モータ、１４…発電機、１５…バッテリ、１６…アクセル開度センサ、１７…車速センサ、３１…目標駆動力算出部、３２…急加速要求判定部、３３…目標回転数算出部、３４…駆動力制御部、３５…回転数急変抑制部、３６…回転数制御部、１００…駆動力制御装置。

Claims

車両を推進させるための駆動力を発生させる内燃機関および電動機と、前記内燃機関によって駆動されて発電する発電機とを備えたハイブリッド車両における駆動力を制御する駆動力制御装置において、
運転者による運転操作に基づいて、運転者が急加速を要求している急加速要求時であるか否かを判定する急加速要求判定手段と、
前記急加速要求判定手段によって前記急加速要求時であると判定された場合に、目標駆動力を通常時と同一とし、前記内燃機関の回転数変化を通常時に比して上昇させる制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
前記急加速要求判定手段は、アクセル踏込み速度が所定の閾値以上である場合に、前記急加速要求時であると判定す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力制御装置。
前記制御手段は、前記急加速要求時であると判定された場合に、前記発電機による発電量を減少させることで、前記内燃機関の回転数変化を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
前記制御手段は、前記急加速要求判定手段によって急加速要求時であると判定されなかった場合に、前記内燃機関の回転数変化の急変を抑制する制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。