JP2009280094A - Power output device and method of controlling the same, 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する。 The present invention relates to a power output apparatus, a control method therefor, and a vehicle.
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ると共に車軸側の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動力を入出力するモータMG1と、駆動軸に動力を入出力するモータMG2と、モータMG1,MG2と電力のやりとりが可能なバッテリとを備え、車載された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、車軸に要求される要求パワーをエンジンに吸入される空気の密度に基づく補正係数で補正してエンジンから出力すべき目標パワーを設定し、設定した目標パワーとエンジンを効率よく動作させる動作ラインとに基づいて目標回転数と目標トルクとからなるエンジンの運転ポイントを設定し、設定したエンジンの目標回転数に基づいてモータMG1の目標回転数を設定して、設定した運転ポイントで運転するようエンジンを制御し設定した目標回転数で駆動するようモータMG1を制御し駆動軸に要求される要求トルクが出力されるようモータMG2を制御する。これにより、空気密度が高かったり低かったりすることによりエンジンから出力されるパワーに過不足が生じることに基づく過剰な電力によるバッテリの充放電を抑制することができるとしている。
上述の動力出力装置では、エンジンに吸入される空気の密度が小さいほどエンジンの目標パワーが大きく設定されるから、エンジンの目標回転数と共にモータMG1の目標回転数も高くなり、モータMG1は比較的高い回転数で駆動されることになる。この状態が継続すると、回転数に応じて大きくなる機械損によってモータMG1が過剰に発熱する場合がある。 In the power output apparatus described above, the target power of the engine is set to be larger as the density of the air sucked into the engine is smaller. Therefore, the target rotational speed of the motor MG1 is increased together with the target rotational speed of the engine, and the motor MG1 is relatively It will be driven at a high rotational speed. If this state continues, the motor MG1 may generate excessive heat due to a mechanical loss that increases with the rotational speed.
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、空気密度が小さいほど高回転側に内燃機関の運転ポイントを補正するものにおいて、運転ポイントの補正に伴って生じ得る発電機の過剰な発熱を抑制することを主目的とする。 The power output apparatus, the control method thereof, and the vehicle according to the present invention correct the operating point of the internal combustion engine at a higher speed as the air density is smaller. The main purpose is to suppress.
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、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The power output apparatus, the control method thereof, and the vehicle of the present invention employ the following means in order to achieve the main object described above.
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、
内燃機関と、
動力を入出力可能な発電機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記発電機の回転軸の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1軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
前記内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量を検出する空気密度関連物理量検出手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記検出された空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に前記発電機の許容回転数を設定する許容回転数設定手段と、
前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数を超えない範囲で前記空気密度が小さいほど前記内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と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 internal combustion engine;
A generator capable of inputting and outputting power;
It is connected to three shafts of the output shaft of the internal combustion engine, the drive shaft, and the rotating shaft of the generator, and power is supplied to the remaining one shaft based on power input / output to any two of the three shafts. 3-axis power input / output means for input / output;
An electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging electric power with the generator and the motor;
An air density related physical quantity detecting means for detecting an air density related physical quantity related to the density of air sucked into the internal combustion engine;
Required driving force setting means for setting required driving force required for the drive shaft;
An allowable rotational speed setting means for setting the allowable rotational speed of the generator so that the absolute value becomes smaller as the air density grasped from the detected air density-related physical quantity is smaller;
The internal combustion engine is operated at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller in a range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed and the setting is performed. And a control unit that controls the internal combustion engine, the generator, and the electric motor so that a driving force based on the requested driving force is output to the drive shaft.
この本発明の動力出力装置では、内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に発電機の許容回転数を設定し、発電機の回転数が設定された許容回転数を超えない範囲で空気密度が小さいほど内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。これにより、吸入空気の空気密度が小さいほど高回転側となる運転ポイントで内燃機関を運転する際に、発電機の回転数が空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に定められた許容回転数を超えることがないので、発電機の回転数に応じて大きくなる機械損による発熱を抑えることができる。この結果、空気密度が小さいほど高回転側に内燃機関の運転ポイントを補正するものにおいて、運転ポイントの補正に伴って生じ得る発電機の過剰な発熱を抑制することができる。ここで、「3軸式動力入出力手段」としては、遊星歯車機構やデファレンシャルギヤなどが含まれる。 In the power output apparatus of the present invention, the allowable rotational speed of the generator is set such that the absolute value becomes smaller as the air density obtained from the air density-related physical quantity related to the density of air taken into the internal combustion engine becomes smaller. The required driving force that is set when the internal combustion engine is operated at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller within a range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed The internal combustion engine, the generator, and the electric motor are controlled so that the driving force based on is output to the drive shaft. As a result, when the internal combustion engine is operated at an operating point that becomes higher as the air density of the intake air is smaller, the allowable rotation is set such that the absolute value of the generator tends to decrease as the air density decreases. Since it does not exceed the number, heat generation due to mechanical loss that increases in accordance with the rotational speed of the generator can be suppressed. As a result, when the air density is smaller, the operating point of the internal combustion engine is corrected to the higher rotation side, so that excessive heat generation of the generator that can be caused by the correction of the operating point can be suppressed. Here, the “three-axis power input / output means” includes a planetary gear mechanism, a differential gear, and the like.
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記内燃機関を効率よく運転することができる回転数とトルクとの組み合わせのうち前記設定された要求駆動力に基づく該内燃機関に要求される要求パワーを出力できる組み合わせを前記運転ポイントとして該内燃機関が運転されるよう制御し、前記要求パワーを出力できる組み合わせでは前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数の範囲内とならないときには該要求パワーに拘わらず該発電機の回転数が該許容回転数の範囲内となる前記内燃機関の回転数に基づく組み合わせを前記運転ポイントとして該内燃機関が運転されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電機の回転数が許容回転数を超えない範囲で且つ効率のよい運転ポイントで内燃機関を運転することができる。なお、内燃機関から出力されるパワーに過不足が生じるときには、過不足する分のパワーが蓄電手段からの充放電によってまかなわれる。 In such a power output apparatus of the present invention, the control means is required for the internal combustion engine based on the set required driving force out of a combination of the rotational speed and the torque capable of operating the internal combustion engine efficiently. Control is performed so that the internal combustion engine is operated with a combination that can output the required power as the operating point, and when the rotational speed of the generator does not fall within the set allowable rotational speed in the combination that can output the required power Means for controlling the internal combustion engine to be operated with a combination based on the rotational speed of the internal combustion engine that makes the rotational speed of the generator within the allowable rotational speed range regardless of the required power It can also be. If it carries out like this, an internal combustion engine can be drive | operated in the range which the rotation speed of a generator does not exceed allowable rotation speed, and an efficient operation point. When the power output from the internal combustion engine becomes excessive or insufficient, the excess or insufficient power is provided by charging / discharging from the power storage means.
また、本発明の動力出力装置において、前記発電機の温度を検出する温度検出手段を備え、前記許容回転数設定手段は、前記検出された温度が高いほど絶対値が小さくなる傾向に前記許容回転数を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電機の発熱状態に応じてより適切に過剰な発熱を抑制することができる。 The power output apparatus according to the present invention further includes temperature detection means for detecting the temperature of the generator, and the allowable rotation speed setting means has a tendency that the absolute value tends to decrease as the detected temperature increases. It can also be a means for setting the number. If it carries out like this, excessive heat_generation | fever can be suppressed more appropriately according to the heat_generation | fever state of a generator.
さらに、本発明の動力出力装置において、前記空気密度関連物理量検出手段は、大気圧を検出する大気圧検出手段を含む手段であるものとすることもできるし、前記空気密度関連物理量検出手段は、前記内燃機関に吸入される空気の温度を検出する温度検出手段を含む手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関に吸入される大気圧や空気温度に応じてより適正に対処することができる。 Further, in the power output apparatus of the present invention, the air density related physical quantity detection means may be means including atmospheric pressure detection means for detecting atmospheric pressure, or the air density related physical quantity detection means may be It may be a means including a temperature detecting means for detecting the temperature of air taken into the internal combustion engine. In this way, it is possible to more appropriately cope with the atmospheric pressure and the air temperature sucked into the internal combustion engine.
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、内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記発電機の回転軸の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1軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、前記内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量を検出する空気密度関連物理量検出手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記検出された空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に前記発電機の許容回転数を設定する許容回転数設定手段と、前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数を超えない範囲で前記空気密度が小さいほど前記内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と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 embodiments, that is, basically a power output device that outputs power to the drive shaft, and can input / output power to / from the internal combustion engine. A
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、空気密度が小さいほど高回転側に内燃機関の運転ポイントを補正するものにおいて、運転ポイントの補正に伴って生じ得る発電機の過剰な発熱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 according to the present invention is equipped with the power output device of the present invention according to any one of the aspects described above, the effects of the power output device of the present invention, for example, the lower the air density, the higher the speed of the internal combustion engine operation. In correcting the points, it is possible to achieve the same effect as the effect of suppressing the excessive heat generation of the generator that may be caused by the correction of the operating point.
本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記発電機の回転軸の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1軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力をやりとり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)前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
(b)内燃機関に吸入される空気密度に関連する空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に前記発電機の許容回転数を設定し、
(c)前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数を超えない範囲で前記空気密度が小さいほど前記内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とする。
The method for controlling the power output apparatus of the present invention includes:
An internal combustion engine, a power generator capable of inputting / outputting power, an output shaft of the internal combustion engine, the drive shaft, and a rotating shaft of the generator, which are connected to three axes and input / output to any two of the three axes 3-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining one shaft based on the generated power, an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft, electric power to / from the generator and the electric motor A method for controlling a power output device comprising a power storage means,
(A) setting a required driving force required for the driving shaft;
(B) setting the allowable rotational speed of the generator so that the absolute value becomes smaller as the air density obtained from the air density-related physical quantity related to the air density sucked into the internal combustion engine is smaller;
(C) The internal combustion engine is operated at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller in a range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed. And controlling the internal combustion engine, the generator and the electric motor so that a driving force based on the set required driving force is output to the driving shaft.
It is characterized by that.
この本発明の動力出力装置の制御方法では、内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に発電機の許容回転数を設定し、発電機の回転数が設定された許容回転数を超えない範囲で空気密度が小さいほど内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。これにより、吸入空気の空気密度が小さいほど高回転側となる運転ポイントで内燃機関を運転する際に、発電機の回転数が空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に定められた許容回転数を超えることがないので、発電機の回転数に応じて大きくなる機械損による発熱を抑えることができる。この結果、空気密度が小さいほど高回転側に内燃機関の運転ポイントを補正するものにおいて、運転ポイントの補正に伴って生じ得る発電機の過剰な発熱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 allowable rotational speed of the generator tends to decrease as the air density decreases from the air density related physical quantity related to the density of air sucked into the internal combustion engine. The internal combustion engine is operated and set at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller within the range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed. The internal combustion engine, the generator, and the motor are controlled so that a driving force based on the required driving force is output to the drive shaft. As a result, when the internal combustion engine is operated at an operating point that becomes higher as the air density of the intake air is smaller, the allowable rotation is set such that the absolute value of the generator tends to decrease as the air density decreases. Since it does not exceed the number, heat generation due to mechanical loss that increases in accordance with the rotational speed of the generator can be suppressed. As a result, when the air density is smaller, the operating point of the internal combustion engine is corrected to the higher rotation side, so that excessive heat generation of the generator that can be caused by the correction of the operating point can be suppressed.
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,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からの吸入空気量,同じく吸気管に取り付けられた温度センサ149からの吸気温度tin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の開閉タイミングを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。
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、モータMG1の温度を検出する温度センサ45からのモータ温度t1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。このモータECU40では、電流センサにより検出されたモータMG1に印加されている相電流に基づいてモータMG1から出力されるトルクTm1を演算している。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。
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。なお、バッテリECU52では、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)を演算している。
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,大気圧センサ89からの大気圧Pa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3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,エンジン22の回転数Ne,エンジン22の吸気温度tin,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,モータMG1のトルクTm1,モータMG1のモータ温度t1,大気圧センサ89からの大気圧Pa,充放電要求パワーPb*,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、エンジン22の回転数Neは、クランクシャフト26に取り付けられた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計算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。吸気温度tinは、温度センサ149により検出されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計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。トルクTm1は、電流センサにより検出されたモータMG1に印加されている相電流に基づいてモータECU40により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。モータ温度t1は、温度センサ45により検出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。充放電要求パワーPb*は、残容量(SOC)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。バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、温度センサ51により検出されたバッテリ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、入力した吸気温度tinと大気圧Paとに基づいてエンジン22に吸入される吸入空気の空気密度αを推定する(ステップS110)。空気密度αは、実施例では、吸気温度tinと大気圧Paと空気密度αとの関係を予め定めて空気密度推定用マップとしてROM74に記憶しておき、吸気温度tinと大気圧Paとが与えられると記憶したマップから対応する空気密度αを導出して推定するものとした。空気密度推定用マップの一例を図4に示す。図示するように、空気密度αは、吸気温度tinが高いほど小さくなり、また、大気圧Paが低いほど小さくなる傾向に推定される。
When the data is input in this way, the air density α of the intake air taken into the
次に、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*と車両に要求される要求パワーP*とを設定する(ステップS120)。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5に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーP*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で割ることによって求めることができる。
Next, the required torque Tr * to be output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft connected to the
続いて、入力したモータMG1のトルクTm1とエンジン22の回転数Neと動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(1)により実際にエンジン22から出力されているパワーとしての実パワーPeを計算する(ステップS130)。ここで、式(1)は、エンジン22のトルク(−Tm1・(1+ρ)/ρ)に回転数Neを乗じたものであり、このトルクは、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係から求められる。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6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)中のエンジン22のトルクは、この共線図を用いて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。
Subsequently, using the input torque Tm1 of the motor MG1, the rotational speed Ne of the
Pe=(-Tm1・(1+ρ)/ρ)・Ne (1) Pe = (-Tm1 ・ (1 + ρ) / ρ) ・ Ne (1)
こうして実パワーPeを計算すると、n回前のこのルーチンで設定されたエンジン22の目標パワーPe*から実パワーPeを減じた偏差に係数k(例えば、値0.3などの値0〜1.0の間の値)を乗じて補正パワー(k・(n回前Pe*−Pe))を計算し、計算した補正パワーを要求パワーP*に加えてエンジン22の目標パワーPe*を設定する(ステップS140)。このように目標パワーPe*を設定するのは、要求パワーP*に基づいてエンジン22を運転制御しても運転時の環境条件によっては要求パワーP*を出力しないことがあるためである。例えば、前述したように、空気密度αは、大気圧Paが大きいほど大きくなり吸気温度tinが大きいほど小さくなるから、同一の回転数で同一のスロットル開度としてもエンジン22のトルクが小さくなったり大きくなったりし、目標パワーPe*に対して実際にエンジン22から出力される実パワーPeが過不足するためである。なお、エンジン22の応答時間(例えば数百msec)と本ルーチンの実行間隔(例えば数msec)には時間差があるので、エンジン22の応答時間を本ルーチンの実行間隔で除して値nを定め、n回前に設定された目標パワーPe*を用いることで時間差の影響を解消している。このように、n回前に設定された目標パワーPe*と実パワーPeとの偏差に基づく補正パワーを要求パワーP*に加えることにより、実パワーPeが要求パワーP*に近付くよう目標パワーPe*を設定するのである。
When the actual power Pe is calculated in this way, a deviation obtained by subtracting the actual power Pe from the target power Pe * of the
こうして目標パワーPe*を設定すると、設定した目標パワーPe*に基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントの仮の目標値である仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する(ステップS150)。この設定は、エンジン22を効率よく動作させる最適燃費ラインと目標パワーPe*とに基づいて行なわれる。エンジン22の最適燃費ラインの一例と仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する様子を図7に示す。図示するように、仮回転数Netmpと仮トルクTetmpは、最適燃費ラインと目標パワーPe*(Netmp×Tetmp)が一定の曲線との交点により求めることができる。ここで、空気密度αと仮回転数Netmpとは、空気密度αが小さいほど目標パワーPe*が大きく設定されるので仮回転数Netmpが大きくなり、空気密度αが大きいほど目標パワーPe*が小さく設定されるので仮回転数Netmpが小さくなる関係にある。
When the target power Pe * is set in this way, the temporary rotational speed Nettmp and the temporary torque Tentmp, which are temporary target values of the operating point at which the
次に、設定した仮回転数Netmpとリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(2)によりモータMG1の仮の目標回転数である仮回転数Nm1tmpを計算する(ステップS160)。なお、式(2)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
Next, using the set temporary rotational speed Netmp, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the ring gear shaft 32a, and the gear ratio ρ of the power distribution and
Nm1tmp=Netmp・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (2) Nm1tmp = Netmp ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (2)
こうして仮回転数Nm1tmpを計算すると、推定した空気密度αと入力したモータMG1のモータ温度t1とに基づいてモータMG1に許容される回転数である許容回転数Nm1limを設定する(ステップS170)。許容回転数Nm1limは、実施例では、空気密度αとモータ温度t1と許容回転数Nm1limとの関係を予め定めて許容回転数設定用マップとしてROM74に記憶しておき、空気密度αとモータ温度t1とが与えられると記憶したマップから対応する許容回転数Nm1limを導出して設定するものとした。図8に許容回転数設定用マップの一例を示す。図示するように、許容回転数Nm1limは、空気密度αが小さいほど小さな値に設定され、また、モータ温度t1が高いほど小さな値に設定される。前述したように、空気密度αが小さいほどエンジン22から出力されるトルクは目標のトルクに対して小さくなるので、エンジン22の実パワーPeも目標パワーPe*に対して小さくなる。このため、空気密度αが小さいほど実パワーPeと目標パワーPe*との偏差に基づく補正パワーが大きくなり、ステップS130により目標パワーPe*が大きく設定されるので、エンジン22の目標の回転数が高回転側となる。このとき、モータMG1の回転数に制約を設けていなければ、エンジン22の目標回転数の上昇によりモータMG1の目標回転数も高くなり、モータMG1が比較的高い回転数で駆動し続けるので機械損による発熱が大きくなる。このように、空気密度αが小さいときにモータMG1が高回転で駆動される傾向が強くなることを考慮して空気密度αが小さいほど許容回転数Nm1limの絶対値が小さくなるように設定することにより、モータMG1の回転数の上昇に伴う機械損による発熱を抑えるのである。また、モータ温度t1が高いほどさらなる温度上昇を防止する必要があるので、モータ温度t1が高いほど許容回転数Nm1limの絶対値が小さくなるように設定するのである。ここで、許容回転数Nm1limは、正側の許容回転数として定められるが、回転数に比例する機械損は回転方向による差は生じないので、負側の許容回転数も符号を変えただけの同値の回転数となる。このため、許容回転数Nm1limが設定されたときにモータMG1の回転数の許容範囲は、正側の許容回転数Nm1limと負側の許容回転数(−Nm1lim)との間の範囲となる。
When the temporary rotational speed Nm1tmp is calculated in this way, an allowable rotational speed Nm1lim that is an allowable rotational speed of the motor MG1 is set based on the estimated air density α and the input motor temperature t1 of the motor MG1 (step S170). In the embodiment, the allowable rotational speed Nm1lim is determined in advance by storing the relationship between the air density α, the motor temperature t1, and the allowable rotational speed Nm1lim in the
こうして許容回転数Nm1limを設定すると、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1lim以下か否かを判定する(ステップS180)。許容回転数Nm1lim以下のときには、モータMG1の過剰な発熱のおそれが少ないので、モータMG1の目標回転数Nm1*に仮回転数Nm1tmpを設定し(ステップS190)、エンジン22の目標回転数Ne*に仮回転数Netmpを設定し、目標トルクTe*に仮トルクTetmpを設定する(ステップS200)。
When the allowable rotational speed Nm1lim is thus set, it is determined whether or not the absolute value of the temporary rotational speed Nm1tmp is equal to or smaller than the allowable rotational speed Nm1lim (step S180). When the rotational speed is less than the allowable rotational speed Nm1lim, there is little possibility of excessive heat generation of the motor MG1, so the temporary rotational speed Nm1tmp is set as the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 (step S190), and the target rotational speed Ne * of the
一方、ステップS180で、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1limを超えると判定したときには、モータMG1の過剰な発熱を防止すべく許容回転数Nm1lim,−Nm1limを用いて次式(3)により仮回転数Nm1tmpを制限した値としてモータMG1の目標回転数Nm1*を設定する(ステップS210)。こうして設定された目標回転数Nm1*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(4)によりエンジン22の目標回転数Ne*を計算すると共に計算した目標回転数Ne*と前述した最適燃費ラインとに基づいてエンジン22から出力すべきトルクTe*を設定して(ステップS220)、エンジン22の運転ポイントを定める。なお、式(4)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
On the other hand, when it is determined in step S180 that the absolute value of the temporary rotation speed Nm1tmp exceeds the allowable rotation speed Nm1lim, the following equation (3) is used using the allowable rotation speeds Nm1lim and -Nm1lim to prevent excessive heat generation of the motor MG1. Thus, the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 is set as a value obtained by limiting the temporary rotational speed Nm1tmp (step S210). Using the target rotational speed Nm1 *, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the ring gear shaft 32a and the gear ratio ρ of the power distribution and
Nm1*=max(min(Nm1tmp,Nm1lim),-Nm1lim) (3)
Ne*=Nm1*・ρ/(1+ρ)-Nm2/(Gr・(1+ρ)) (4)
Nm1 * = max (min (Nm1tmp, Nm1lim),-Nm1lim) (3)
Ne * = Nm1 * ・ ρ / (1 + ρ) -Nm2 / (Gr ・ (1 + ρ)) (4)
いま、モータMG1の仮回転数Nm1tmpが許容回転数Nm1limよりも大きな正の値の場合を考える。この場合の動力分配統合機構30の共線図の一例を図9に示す。図示するように、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limとなるようエンジン22の目標回転数Ne*が仮回転数Netmpよりも小さな値とされる。この場合におけるエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子の一例を図10に示す。目標回転数Ne*,目標トルクTe*は、図示するように、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limとなるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの組み合わせのうち最適燃費ライン上の運転ポイント(図中黒丸で図示)に設定される。この運転ポイントでは、エンジン22から出力されるパワーは目標パワーPe*に対して不足となるが、この点については後述する。一方、モータMG1の仮回転数Nm1tmpが負側の許容回転数(−Nm1lim)よりも小さな(絶対値が大きな)負の値の場合を考える。ここで、モータMG1の回転数は、ハイブリッド自動車20が比較的高速で巡航しモータMG2で発電された電力の一部がモータMG1で消費されると共に電力の消費を伴ってモータMG1から出力された動力の一部で再びモータMG2が回生制御される動力循環状態にあるときに、負の回転数となる。この場合の動力分配統合機構30の共線図の一例を図11に示す。図示するように、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数(−Nm1lim)となるようエンジン22の目標回転数Ne*が仮回転数Netmpよりも大きな値とされる。この場合におけるエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子の一例を図12に示す。目標回転数Ne*,目標トルクTe*は、図示するように、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数(−Nm1lim)となるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの組み合わせのうち最適燃費ライン上の運転ポイント(図中黒丸で図示)が設定される。この運転ポイントでは、エンジン22から出力されるパワーは目標パワーPe*に対して過剰となるが、この点については後述する。このように、モータMG1の回転数Nm1*が許容回転数Nm1limとなるようエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共に最適燃費ライン上の運転ポイントを設定するので、モータMG1の回転数が許容回転数Nm1limを超えることがなく且つエンジン22が効率よく動作する運転ポイントを設定することができる。
Consider a case where the temporary rotational speed Nm1tmp of the motor MG1 is a positive value larger than the allowable rotational speed Nm1lim. An example of a nomograph of the power distribution and
こうして、モータMG1の目標回転数Nm1*やエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*を設定すると、設定された目標回転数Nm1*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて次式(5)によりモータMG1の目標トルクTm1*を計算する(ステップS230)。式(5)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(5)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。
When the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 and the target rotational speed Ne * of the
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (5) Tm1 * = previous Tm1 * + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (5)
モータMG1のトルク指令Tm1*を計算すると、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと計算したモータMG1のトルク指令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Tmin,Tmaxを次式(6)および式(7)により計算すると共に(ステップS240)、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρを用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを次式(8)により計算し(ステップS250)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxを用いて次式(9)により仮モータトルクTm2tmpを制限した値としてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS260)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する要求トルクTr*を、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。また、エンジン22の仮回転数Netmpを目標回転数Ne*に設定するとモータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limを超えるときには、前述したように、エンジン22から出力されるパワーが目標パワーPe*に対して不足となったり過剰となったりする運転ポイントが設定されるが、そのような過不足に応じたパワーがバッテリ50に充放電されることになる。なお、式(8)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
When the torque command Tm1 * of the motor MG1 is calculated, the power consumption of the motor MG1 obtained by multiplying the input / output limits Win and Wout of the
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (7)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (8)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tmax),Tmin) (9)
Tmin = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (6)
Tmax = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (7)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (8)
Tm2 * = max (min (Tm2tmp, Tmax), Tmin) (9)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、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にそれぞれ送信して(ステップS270)、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。
Thus, when the target engine speed Ne *, the target torque Te *, and the torque commands Tm1 *, Tm2 * of the motors MG1, MG2 are set, the target engine speed Ne * and the target torque Te * of the
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、車両に要求される要求パワーP*に空気密度αが小さいほど大きくなる傾向の補正パワーを加えてエンジン22の実パワーPeが要求パワーP*に近付くよう目標パワーPe*を設定し、空気密度αが小さいほど小さな値に且つモータ温度t1が高いほど小さな値にモータMG1の許容回転数Nm1limを設定し、目標パワーPe*が一定のラインと最適燃費ラインとの交点としての仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*とでエンジン22が運転されると共に要求トルクTr*に基づくトルクが出力されるようエンジン22とモータMG1とモータMG2とを制御する一方、仮回転数Netmpを目標回転数Ne*に設定するとモータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limを超えるときには目標パワーPe*に拘わらず目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limとなるエンジン22の運転ポイントのうち最適燃費ライン上のポイントを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*とでエンジン22が運転されると共に要求トルクTr*に基づくトルクが出力されるようエンジン22とモータMG1とモータMG2とを制御するので、空気密度αの大小によるエンジンパワーの過不足を解消すると共に空気密度αが小さいときにエンジン22およびモータMG1が比較的高い回転数で駆動されることによるモータMG1の発熱を抑えることができる。この結果、空気密度αが小さいほど高回転側にエンジン22の運転ポイントを補正するものにおいて、運転ポイントの補正に伴って生じ得るモータMG1の過剰な発熱を抑制することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、吸気温度tinと大気圧Paとを用いて空気密度αを推定するものとしたが、大気圧Paを用いずに吸気温度tinだけを用いるものとしてもよいし、吸気温度tinを用いずに大気圧Paだけを用い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、空気密度αとモータMG1のモータ温度t1とに基づいて許容回転数Nm1limを設定するのとしたが、モータMG1のモータ温度t1を用いず空気密度αだけに基づいて設定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の目標パワーPe*が一定のラインと最適燃費ラインとの交点としての仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定すると、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limを超えるときには、目標パワーPe*に拘わらずモータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limとなるエンジン22の運転ポイントのうち最適燃費ライン上のポイントを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定するものとしたが、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limの範囲内となればよいから、最適燃費ライン上のポイントを設定するものに限られず、モータMG1の目標回転数Nm1*が許容回転数Nm1limの範囲内となるエンジン22の運転ポイントのうち目標パワーPe*が一定のライン上のポイントを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定するなどとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、車両に要求される要求パワーP*に空気密度αが小さいほど大きくなる傾向の補正パワーを加えて目標パワーPe*を設定することによりエンジン22の仮回転数Netmpを高回転側に設定するものとしたが、これに限られず、推定した空気密度αが小さいほど大きくなる傾向の補正係数を設定し、要求パワーP*に補正係数を乗じて目標パワーPe*を設定することにより仮回転数Netmpを高回転側に設定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、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13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13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
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、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG1が「電動機」に相当し、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当し、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、大気圧Paを検出する大気圧センサ89とエンジン22の吸気管に取り付けられ吸気温度tinを検出する温度センサ149とが「空気密度関連物理量検出手段」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定する図3の駆動制御ルーチンのステップS120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「要求駆動力設定手段」に相当し、吸気温度tinと大気圧Paとから推定される空気密度αが小さいほど小さくなる傾向に且つモータ温度t1が高いほど小さくなる傾向にモータMG1の許容回転数Nm1limを設定する図3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「許容回転数設定手段」に相当し、車両に要求される要求トルクTr*に基づいて要求パワーP*を計算し、モータMG1のトルクTm1とエンジン22の回転数Neと動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いてエンジン22の実パワーPeを計算し、n回前に設定された目標パワーPe*から実パワーPeを減じた偏差に係数kを乗じた補正パワーを要求パワーP*に加えてエンジン22の目標パワーPe*を設定し、設定した目標パワーPe*と最適燃費ラインとからエンジン22の仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定し、設定した仮回転数Netmpとリングギヤ軸32aの回転数Nrとギヤ比ρとからモータMG1の仮回転数Nm1tmpを設定し、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1lim以下のときにはモータMG1の目標回転数Nm1*に仮回転数Nm1tmpを設定すると共にエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*にそれぞれ仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する一方、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1limを超えるときには仮回転数Nm1tmpを許容回転数Nm1lim,−Nm1limで制限した値をモータMG1の目標回転数Nm1*に設定し目標回転数Nm1*とリングギヤ軸32aの回転数Nrとギヤ比ρとに基づいてエンジン22の目標回転数Ne*を設定し設定した目標回転数Ne*と最適燃費ラインとから目標トルクTe*を設定し、設定した目標回転数Nm1*に基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、設定したエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とをエンジンECU24に送信すると共に設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する図3の駆動制御ルーチンのステップS100,S130〜270の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信してエンジン22を制御するエンジンECU24とトルク指令Tm1*,Tm2*を受信してモータMG1,MG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。また、モータMG1の温度を検出する温度センサ45が「温度検出手段」に相当する。ここで、「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。「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、動力を入出力可能な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差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に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。「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、駆動軸に動力を入出力可能な電動機であれば如何なるタイプのものとしても構わない。「空気密度関連物理量検出手段」としては、大気圧センサ89や温度センサ149に限定されるものではなく、内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量を検出するものであれば如何なるものを検出しても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24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、車両に要求される要求トルクTr*に基づいて要求パワーP*を計算し、モータMG1のトルクTm1とエンジン22の回転数Neと動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いてエンジン22の実パワーPeを計算し、n回前に設定された目標パワーPe*から実パワーPeを減じた偏差に係数kを乗じた補正パワーを要求パワーP*に加えてエンジン22の目標パワーPe*を設定し、設定した目標パワーPe*と最適燃費ラインとからエンジン22の仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定し、設定した仮回転数Netmpとリングギヤ軸32aの回転数Nrとギヤ比ρとからモータMG1の仮回転数Nm1tmpを設定し、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1lim以下のときにはモータMG1の目標回転数Nm1*に仮回転数Nm1tmpを設定すると共にエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*にそれぞれ仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する一方、仮回転数Nm1tmpの絶対値が許容回転数Nm1limを超えるときには仮回転数Nm1tmpを許容回転数Nm1lim,−Nm1limで制限した値をモータMG1の目標回転数Nm1*に設定し目標回転数Nm1*とリングギヤ軸32aの回転数Nrとギヤ比ρとに基づいてエンジン22の目標回転数Ne*を設定し設定した目標回転数Ne*と最適燃費ラインとから目標トルクTe*とを設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*でエンジン22が運転されると共に車両に要求される要求トルクTr*がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1とモータMG2とを制御するものに限定されるものではなく、発電機の回転数が設定された許容回転数の範囲内となる運転ポイントで内燃機関が運転されると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と発電機と電動機と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。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な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 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
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、ハイブリッド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。 Further, the present invention is not limited to those applied to hybrid vehicles, and is incorporated into non-moving equipment such as forms of power output devices mounted on moving bodies such as vehicles other than hybrid cars, ships, and aircraft, and construction equipment. The power output device may be in the form of another power output device. Furthermore, it is good also as a form of the control method of such a power output device.
以上、本発明の実施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 embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
本発明は、動力出力装置や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 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、45 温度センサ、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、89 大気圧センサ、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、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、MG1,MG2 モータ。 20,120 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 24a CPU, 24b ROM, 24c RAM, 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integrated 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 Rotation position detection sensor, 45 Temperature sensor, 50 battery, 51 Temperature sensor, 52 For battery Electronic control unit (battery ECU), 54 power line, 60 gear mechanism, 62 differential gear, 63a, 63b drive wheel, 64a, 64b wheel, 70 electronic control unit for hybrid, 72 CPU , 74 ROM, 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, 89 atmospheric pressure sensor, 122 Air cleaner, 124 Throttle valve, 126 Fuel injection valve, 128 Intake valve, 130 Spark plug, 132 Piston, 134 Purification device, 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 Variable valve timing Grayed mechanism, MG1, MG2 motor.
Claims (7)
内燃機関と、
動力を入出力可能な発電機と、
前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と前記発電機の回転軸の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1軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記発電機および前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段と、
前記内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量を検出する空気密度関連物理量検出手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記検出された空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に前記発電機の許容回転数を設定する許容回転数設定手段と、
前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数を超えない範囲で前記空気密度が小さいほど前記内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と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 internal combustion engine;
A generator capable of inputting and outputting power;
It is connected to three shafts of the output shaft of the internal combustion engine, the drive shaft, and the rotating shaft of the generator, and power is supplied to the remaining one shaft based on power input / output to any two of the three shafts. 3-axis power input / output means for input / output;
An electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft;
Power storage means capable of exchanging electric power with the generator and the motor;
An air density related physical quantity detecting means for detecting an air density related physical quantity related to the density of air sucked into the internal combustion engine;
Required driving force setting means for setting required driving force required for the drive shaft;
An allowable rotational speed setting means for setting the allowable rotational speed of the generator so that the absolute value becomes smaller as the air density grasped from the detected air density-related physical quantity is smaller;
The internal combustion engine is operated at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller in a range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed and the setting is performed. A power output device comprising: control means for controlling the internal combustion engine, the generator, and the electric motor so that a driving force based on the requested driving force is output to the drive shaft.
前記発電機の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記許容回転数設定手段は、前記検出された温度が高いほど絶対値が小さくなる傾向に前記許容回転数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,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the generator,
The allowable rotational speed setting means is a means for setting the allowable rotational speed so that the absolute value tends to decrease as the detected temperature increases.
(a)前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
(b)内燃機関に吸入される空気の密度に関連する空気密度関連物理量から把握される空気密度が小さいほど絶対値が小さくなる傾向に前記発電機の許容回転数を設定し、
(c)前記発電機の回転数が前記設定された許容回転数を超えない範囲で前記空気密度が小さいほど前記内燃機関の回転数が高回転側となる運転ポイントで該内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機とを制御する
ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。 An internal combustion engine, a power generator capable of inputting / outputting power, an output shaft of the internal combustion engine, the drive shaft, and a rotating shaft of the generator, which are connected to three axes and input / output to any two of the three axes 3-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining one shaft based on the generated power, an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft, electric power to / from the generator and the electric motor A method for controlling a power output device comprising a power storage means,
(A) setting a required driving force required for the driving shaft;
(B) setting the allowable rotational speed of the generator so that the absolute value becomes smaller as the air density smaller from the air density-related physical quantity related to the density of air sucked into the internal combustion engine,
(C) The internal combustion engine is operated at an operating point where the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher as the air density is smaller in a range where the rotational speed of the generator does not exceed the set allowable rotational speed. And controlling the internal combustion engine, the generator, and the electric motor so that a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft.
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