JP2010095222A - Power output device, 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、第1モータと、エンジンの出力軸と第1モータのロータとがそれぞれキャリアとサンギヤとに接続された遊星歯車機構と、この遊星歯車機構のリングギヤにロータが接続された第2モータと、第1モータおよび第2モータと電力をやり取りするバッテリとを備え、車両に搭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、バッテリの状態に応じて設定される入出力制限と第1モータの目標出力に対してバッテリの充電側および放電側で共通の電力幅(ヒステリシス幅)だけ広い範囲内で設定された第1モータの仮出力との偏差をもって第2モータの出力許容範囲を設定し、この範囲内で要求トルクが駆動軸に出力されるようエンジンと二つのモータとを制御する。これらの電力幅(ヒステリシス幅)は、第1モータの目標出力を中心としてバッテリの入力制限や出力制限の絶対値が小さいほど狭くなる幅に設定することにより、バッテリ状態が良好なときには第2モータから駆動軸に安定した動力を出力し、入力制限や出力制限の絶対値が小さくバッテリ状態が悪化しているときにはバッテリの過充電や過放電を防止するものとしている。
上述の動力出力装置では、バッテリの低温時には放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる特性を有する例えばリチウムイオン電池などの二次電池をバッテリとして用いると、駆動軸への安定した動力の出力とバッテリの適正な保護との両立を図ることができない場合がある。即ち、第1モータの仮出力を用いて設定される第2モータの出力許容範囲は、バッテリの入出力制限と第1モータの目標出力との差分により得られる第2モータの実際の出力許容範囲に比してバッテリの充電側や放電側へ最大で同じ電力幅分だけズレることになり、バッテリの高温時には駆動軸への安定した動力の出力とバッテリの保護とを図ることができるものとしても、バッテリの低温時には駆動軸への安定した動力の出力のためにバッテリの充電と放電とを許容する程度が同程度となってバッテリの特性に応じた充放電を行なうことができない。 In the power output apparatus described above, when a secondary battery such as a lithium ion battery having a characteristic that the maximum power that can be charged is smaller than the maximum power that can be discharged at a low temperature of the battery is used as a battery, stable power is supplied to the drive shaft. In some cases, it is impossible to achieve both the output of the battery and the appropriate protection of the battery. In other words, the output allowable range of the second motor set using the temporary output of the first motor is the actual output allowable range of the second motor obtained by the difference between the input / output limit of the battery and the target output of the first motor. Compared to the battery, it is shifted to the charge side or discharge side of the battery by the same amount of power at the maximum, and it is possible to achieve stable power output to the drive shaft and protection of the battery at high temperature of the battery. When the temperature of the battery is low, charging and discharging according to the characteristics of the battery cannot be performed because the degree to which charging and discharging of the battery are allowed to be stable for stable power output to the drive shaft.
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、駆動軸への安定したトルクの出力と二次電池の特性に応じた充放電とをより適正に行なうことを主目的とする。 The main object of the power output apparatus, the control method thereof, and the vehicle of the present invention is to more appropriately perform stable torque output to the drive shaft and charge / discharge according to the characteristics of the secondary battery.
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、少なくとも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 device, the control method thereof, and the vehicle of the present invention employ the following means in order to achieve at least the above-described main object.
本発明の動力出力装置は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、駆動軸と前記内燃機関の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、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える動力出力装置であって、
前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能で第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有する二次電池と、
前記二次電池の充放電特性に基づいて該二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
前記駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で該内燃機関が運転されるよう前記発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定する発電機目標トルク設定手段と、
前記設定された発電機目標トルクと前記要求トルクとに基づいて前記駆動軸に前記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電動機目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
前記設定された発電機目標トルクに対応する前記発電機の目標出力に対して前記二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および前記二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている前記発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう前記発電機の制御用出力を設定する発電機制御用出力設定手段と、
前記設定された入出力制限と前記設定された発電機の制御用出力との差分により前記電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定する電動機出力許容範囲設定手段と、
前記設定された電動機の出力許容範囲を用いて前記設定された電動機目標トルクを制限して前記電動機の制御用トルクを設定する電動機制御用トルク設定手段と、
前記内燃機関が前記設定された目標運転ポイントで運転されると共に前記発電機から前記設定された発電機目標トルクが出力され前記電動機から前記設定された電動機の制御用トルクが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、
前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには前記所定の充電側電力幅と前記所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として前記発電機の制御用出力を設定し、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の充電側電力幅を前記所定電力とすると共に前記所定の放電側電力幅を前記所定電力より小さい電力として前記発電機の制御用出力を設定する手段である、
ことを要旨とする。
The power output apparatus of the present invention is
An internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator are connected to three shafts and input / output to any two of the three shafts A power output device comprising: a three-shaft power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the generated power; and an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft,
A secondary battery having charge / discharge characteristics in which power can be exchanged with the generator and the motor and the maximum power that can be discharged is less than the maximum power that can be discharged below a first predetermined temperature;
Input / output limit setting means for setting an input / output limit as the maximum allowable power when charging and discharging the secondary battery based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery;
Target operating point setting means for setting a target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine based on a required torque required for the drive shaft;
Generator target torque setting means for setting a generator target torque to be output from the generator so that the internal combustion engine is operated at a target rotational speed at the set target operation point of the internal combustion engine;
Motor target torque setting means for setting an electric motor target torque to be output from the electric motor so that the required torque is output to the drive shaft based on the set generator target torque and the required torque;
A predetermined charging-side power width that is a power width to the charging side of the secondary battery and a power to the discharging side of the secondary battery with respect to the target output of the generator corresponding to the set generator target torque A generator control output setting means for setting the generator control output so that the generator control output that has been set so far is held as much as possible within a wide range of a predetermined discharge-side power width as a width. When,
A motor output allowable range setting means for setting an output allowable range in which the output of the electric motor is allowed based on a difference between the set input / output limit and the set output for controlling the generator;
Motor control torque setting means for setting the motor control torque by limiting the set motor target torque using the set output allowable range of the motor;
The internal combustion engine is operated at the set target operation point, the set generator target torque is output from the generator, and the set control torque of the motor is output from the motor. A control means for controlling the engine, the generator and the electric motor,
When the temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second predetermined temperature that is equal to or lower than the first predetermined temperature, the generator control output setting means is configured to output the predetermined charging side power width and the predetermined discharging side power width. Are set as predetermined power, and the output for controlling the generator is set. When the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the predetermined charging side power width is set as the predetermined power and the predetermined power is set. Is a means for setting the output for control of the generator with a discharge side power width of less than the predetermined power,
This is the gist.
この本発明の動力出力装置では、駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定すると共に設定した内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で内燃機関が運転されるよう発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定し、設定された発電機目標トルクに対応する発電機の目標出力に対して二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう発電機の制御用出力を設定し、二次電池の充放電特性に基づいて設定された二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限と設定された発電機の制御用出力との差分により電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定し、設定された発電機目標トルクと要求トルクとに基づいて駆動軸に要求トルクが出力されるように設定された電動機から出力すべき電動機目標トルクを設定された電動機の出力許容範囲を用いて制限して電動機の制御用トルクを設定し、内燃機関が設定された目標運転ポイントで運転されると共に発電機から設定された発電機目標トルクが出力され電動機から設定された電動機の制御用トルクが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。ここで、二次電池の充放電特性は、第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる特性であり、そして、発電機の制御用出力については、二次電池の温度が第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには所定の充電側電力幅と所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として発電機の制御用出力を設定し、二次電池の温度が第2の所定温度未満のときには所定の充電側電力幅を所定電力とすると共に所定の放電側電力幅を所定電力より小さい電力として発電機の制御用出力を設定するのである。したがって、電池温度が第2の所定温度以上のときには駆動軸への安定したトルクの出力を図ることができるのに対し、電池温度が第2の所定温度未満のときには、発電機の制御用出力が発電機の目標出力に対して二次電池の充電側より放電側が小さくなる範囲内で設定され、電動機の出力許容範囲が入出力制限と発電機の目標出力との差分により得られる許容範囲に比して二次電池の放電側より充電側が小さくなる範囲に設定されるから、二次電池の充電が抑制されると共に放電が許容され、二次電池の特性に応じた充放電を行なうことができる。この結果、駆動軸への安定したトルクの出力と二次電池の特性に応じた充放電とをより適正に行なうことができる。ここで、「3軸式動力入出力手段」は、シングルピニオン式やダブルピニオン式の遊星歯車機構であるものとすることもできるし、デファレンシャルギヤであるものとすることもできる。 In the power output apparatus of the present invention, a target operating point consisting of a target rotational speed at which the internal combustion engine should be operated and a target torque is set on the basis of the required torque required for the drive shaft, and the set target operating point of the internal combustion engine The generator target torque that should be output from the generator is set so that the internal combustion engine is operated at the target rotational speed at, and the secondary battery charging side with respect to the generator target output corresponding to the set generator target torque The control output of the generator that has been set so far within a wide range by a predetermined charge-side power width that is the power width to and a predetermined discharge-side power width that is the power width to the discharge side of the secondary battery Set the generator control output so that it is maintained as much as possible, and set the input / output limit as the maximum allowable power when charging / discharging the secondary battery set based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery and the set power generation Machine An electric motor set so that the output allowable range in which the output of the electric motor is allowed is set based on the difference from the control output, and the required torque is output to the drive shaft based on the set generator target torque and the required torque The motor target torque to be output from the motor is limited using the set allowable motor output range to set the motor control torque, and the internal combustion engine is operated at the set target operating point and set from the generator. The internal combustion engine, the generator, and the motor are controlled so that the generator target torque is output and the motor control torque set from the motor is output. Here, the charge / discharge characteristics of the secondary battery are characteristics in which the maximum power that can be charged is smaller than the maximum power that can be discharged at a temperature lower than the first predetermined temperature. When the battery temperature is equal to or higher than a second predetermined temperature, which is a temperature equal to or lower than the first predetermined temperature, the control output of the generator is set with the predetermined charge-side power width and the predetermined discharge-side power width as both predetermined power. When the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the control output of the generator is set with the predetermined charge-side power width as the predetermined power and the predetermined discharge-side power width as less than the predetermined power. It is. Therefore, when the battery temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, stable torque output to the drive shaft can be achieved, whereas when the battery temperature is lower than the second predetermined temperature, the generator control output is It is set within the range where the discharge side is smaller than the charge side of the secondary battery with respect to the target output of the generator, and the allowable output range of the motor is compared with the allowable range obtained by the difference between the input / output limit and the target output of the generator. Since the charging side is set to be smaller than the discharging side of the secondary battery, charging of the secondary battery is suppressed and discharging is allowed, and charging / discharging according to the characteristics of the secondary battery can be performed. . As a result, stable torque output to the drive shaft and charge / discharge according to the characteristics of the secondary battery can be performed more appropriately. Here, the “three-axis power input / output means” may be a single pinion type or double pinion type planetary gear mechanism, or may be a differential gear.
こうした本発明の動力出力装置において、前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満の温度である第3の所定温度以下のときには前記所定の放電側電力幅を値0として前記発電機の制御用出力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、二次電池の温度が第3の所定温度未満のときには二次電池の充電の抑制と放電の許容とがより確実に行なわれるから、二次電池の温度が第2の所定温度未満のときに二次電池の特性に応じた充放電をより適正に行なうことができる。 In such a power output apparatus of the present invention, the generator control output setting means is configured to provide the predetermined discharge-side power when the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a third predetermined temperature that is lower than the second predetermined temperature. It can also be a means for setting the output for control of the generator with a width of 0. In this case, when the temperature of the secondary battery is lower than the third predetermined temperature, the secondary battery is more reliably suppressed and allowed to discharge, so the secondary battery temperature is lower than the second predetermined temperature. In this case, charging / discharging according to the characteristics of the secondary battery can be performed more appropriately.
また、本発明の動力出力装置において、前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の放電側電力幅として前記二次電池の温度が前記第2の所定温度より低くなるほど前記所定電力より小さくなる電力を用いて前記発電機の制御用出力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、二次電池の温度変化により発電機の制御用出力が急変するのが抑制されるから、二次電池の温度が第2の所定温度未満のときに駆動軸への安定したトルクの出力を図ることができる。 In the power output apparatus of the present invention, the generator control output setting means may be configured such that when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the temperature of the secondary battery is set as the predetermined discharge-side power width. It may be a means for setting the output for control of the generator using electric power that becomes smaller than the predetermined electric power as the temperature becomes lower than the second predetermined temperature. In this way, since the control output of the generator is prevented from suddenly changing due to the temperature change of the secondary battery, a stable torque to the drive shaft can be obtained when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature. Output can be achieved.
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、内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、駆動軸と前記内燃機関の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、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える動力出力装置であって、前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能で第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有する二次電池と、前記二次電池の充放電特性に基づいて該二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、前記駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、前記設定された内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で該内燃機関が運転されるよう前記発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定する発電機目標トルク設定手段と、前記設定された発電機目標トルクと前記要求トルクとに基づいて前記駆動軸に前記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電動機目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、前記設定された発電機目標トルクに対応する前記発電機の目標出力に対して前記二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および前記二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている前記発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう前記発電機の制御用出力を設定する発電機制御用出力設定手段と、前記設定された入出力制限と前記設定された発電機の制御用出力との差分により前記電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定する電動機出力許容範囲設定手段と、前記設定された電動機の出力許容範囲を用いて前記設定された電動機目標トルクを制限して前記電動機の制御用トルクを設定する電動機制御用トルク設定手段と、前記内燃機関が前記設定された目標運転ポイントで運転されると共に前記発電機から前記設定された発電機目標トルクが出力され前記電動機から前記設定された電動機の制御用トルクが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、前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには前記所定の充電側電力幅と前記所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として前記発電機の制御用出力を設定し、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の充電側電力幅を前記所定電力とすると共に前記所定の放電側電力幅を前記所定電力より小さい電力として前記発電機の制御用出力を設定する手段である、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 a power output device of the present invention according to any one of the above-described aspects, that is, basically an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft, and an output shaft of the internal combustion engine. And a three-axis power input / output means connected to three axes of the generator and the rotating shaft of the generator and for inputting / outputting power to the remaining shaft based on power input / output to / from any two of the three axes A power output device comprising: an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft, wherein electric power can be exchanged with the generator and the electric motor, and charging is performed at a maximum dischargeable power below a first predetermined temperature. A secondary battery having a charge / discharge characteristic that reduces the maximum possible power, and an input / output limit as a maximum allowable power when charging / discharging the secondary battery based on the charge / discharge characteristic of the secondary battery. Output limit setting means and required torque required for the drive shaft A target operating point setting means for setting a target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine, and the internal combustion engine at a target rotational speed at the set target operating point of the internal combustion engine. A generator target torque setting means for setting a generator target torque to be output from the generator to be operated, and the required torque is applied to the drive shaft based on the set generator target torque and the required torque. An electric motor target torque setting means for setting an electric motor target torque to be output from the electric motor to be output; and a charging side of the secondary battery with respect to the target output of the electric generator corresponding to the set electric generator target torque Within a wide range by a predetermined charging-side power width that is the power width to the discharge side and a predetermined discharge-side power width that is the power width to the discharge side of the secondary battery. Generator control output setting means for setting the generator control output so that the generator control output set as much as possible is retained, the set input / output limit and the set generator Motor output allowable range setting means for setting an output allowable range in which the output of the electric motor is allowed based on a difference from the control output of the motor, and the motor target torque set using the set output allowable range of the motor Motor control torque setting means for limiting and setting the motor control torque, and the internal combustion engine is operated at the set target operation point, and the set generator target torque is output from the generator And control means for controlling the internal combustion engine, the generator, and the motor so that the set motor control torque is output from the motor. The generator control output setting means includes the predetermined charging side power width and the predetermined discharging side when the temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second predetermined temperature that is equal to or lower than the first predetermined temperature. The control output of the generator is set with both power widths as predetermined power, and when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the predetermined charging side power width is set as the predetermined power. The gist of the invention is that a power output device, which is a means for setting a control output of the generator with the predetermined discharge-side power width smaller than the predetermined power, is mounted and an axle is connected to the drive shaft. To do.
この本発明の車両では、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、駆動軸への安定したトルクの出力と二次電池の特性に応じた充放電とをより適正に行なう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 effects of the power output device of the present invention, for example, stable torque output to the drive shaft and the secondary battery The effect similar to the effect etc. which can perform charging / discharging according to the characteristic of this more appropriately can be show | played.
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、駆動軸と前記内燃機関の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、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のやり取りが可能で第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有する二次電池と、を備え、
(a)前記駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定すると共に該設定した内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で該内燃機関が運転されるよう前記発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定し、
(b)前記設定された発電機目標トルクに対応する前記発電機の目標出力に対して前記二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および前記二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている前記発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう前記発電機の制御用出力を設定し、
(c)前記二次電池の充放電特性に基づいて設定された該二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限と前記設定された発電機の制御用出力との差分により前記電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定し、
(d)前記設定された発電機目標トルクと前記要求トルクとに基づいて前記駆動軸に前記要求トルクが出力されるように設定された前記電動機から出力すべき電動機目標トルクを前記設定された電動機の出力許容範囲を用いて制限して前記電動機の制御用トルクを設定し、
(e)前記内燃機関が前記設定された目標運転ポイントで運転されると共に前記発電機から前記設定された発電機目標トルクが出力され前記電動機から前記設定された電動機の制御用トルクが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、
動力出力装置の制御方法であって、
前記ステップ(b)は、前記二次電池の温度が前記第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには前記所定の充電側電力幅と前記所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として前記発電機の制御用出力を設定し、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の充電側電力幅を前記所定電力とすると共に前記所定の放電側電力幅を前記所定電力より小さい電力として前記発電機の制御用出力を設定する、
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 generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator are connected to three shafts and input / output to any two of the three shafts A three-shaft power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the generated power, an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft, and exchange of electric power with the generator and the motor. A secondary battery having charge / discharge characteristics in which the maximum power that can be charged is smaller than the maximum power that can be discharged at a temperature lower than the first predetermined temperature;
(A) A target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine is set based on a required torque required for the drive shaft, and a target rotation at the set target operating point of the internal combustion engine is set. Set the generator target torque to be output from the generator so that the internal combustion engine is operated in number,
(B) a predetermined charging side power width that is a power width to the charging side of the secondary battery with respect to the target output of the generator corresponding to the set generator target torque and the discharging side of the secondary battery Set the generator control output so that the generator control output that has been set so far within a wide range by a predetermined discharge side power width that is the power width to
(C) By the difference between the input / output restriction as the maximum allowable power when charging / discharging the secondary battery set based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery and the set output for controlling the generator Set an output allowable range in which the output of the electric motor is allowed,
(D) Based on the set generator target torque and the required torque, the set electric motor target motor target torque to be output from the electric motor set to output the required torque to the drive shaft Set the control torque of the electric motor to be limited using the output allowable range of
(E) The internal combustion engine is operated at the set target operating point, the set generator target torque is output from the generator, and the set motor control torque is output from the motor. Controlling the internal combustion engine, the generator and the electric motor,
A method for controlling a power output device,
In the step (b), when the temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second predetermined temperature that is equal to or lower than the first predetermined temperature, the predetermined charging-side power width and the predetermined discharging-side power width are set. In any case, the control output of the generator is set as predetermined power, and when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the predetermined charging side power width is set as the predetermined power and the predetermined discharge is performed. Setting the output for control of the generator with a side power width smaller than the predetermined power,
It is characterized by that.
この本発明の動力出力装置の制御方法では、駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定すると共に設定した内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で内燃機関が運転されるよう発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定し、設定された発電機目標トルクに対応する発電機の目標出力に対して二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう発電機の制御用出力を設定し、二次電池の充放電特性に基づいて設定された二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限と設定された発電機の制御用出力との差分により電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定し、設定された発電機目標トルクと要求トルクとに基づいて駆動軸に要求トルクが出力されるように設定された電動機から出力すべき電動機目標トルクを設定された電動機の出力許容範囲を用いて制限して電動機の制御用トルクを設定し、内燃機関が設定された目標運転ポイントで運転されると共に発電機から設定された発電機目標トルクが出力され電動機から設定された電動機の制御用トルクが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。ここで、二次電池の充放電特性は、第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる特性であり、そして、発電機の制御用出力については、二次電池の温度が第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには所定の充電側電力幅と所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として発電機の制御用出力を設定し、二次電池の温度が第2の所定温度未満のときには所定の充電側電力幅を所定電力とすると共に所定の放電側電力幅を所定電力より小さい電力として発電機の制御用出力を設定するのである。したがって、電池温度が第2の所定温度以上のときには駆動軸への安定したトルクの出力を図ることができるのに対し、電池温度が第2の所定温度未満のときには、発電機の制御用出力が発電機の目標出力に対して二次電池の充電側より放電側が小さくなる範囲内で設定され、電動機の出力許容範囲が入出力制限と発電機の目標出力との差分により得られる許容範囲に比して二次電池の放電側より充電側が小さくなる範囲に設定されるから、二次電池の充電が抑制されると共に放電が許容され、二次電池の特性に応じた充放電を行なうことができる。この結果、駆動軸への安定したトルクの出力と二次電池の特性に応じた充放電とをより適正に行なうことができる。ここで、「3軸式動力入出力手段」は、シングルピニオン式やダブルピニオン式の遊星歯車機構であるものとすることもできるし、デファレンシャルギヤであるものとすることもできる。 In this method of controlling a power output apparatus of the present invention, a target operating point consisting of a target rotational speed at which the internal combustion engine is to be operated and a target torque is set based on the required torque required for the drive shaft, and the set internal combustion engine The generator target torque to be output from the generator is set so that the internal combustion engine is operated at the target rotational speed at the target operating point, and the secondary battery is set against the generator target output corresponding to the set generator target torque. Control of the generator set so far within a wide range by a predetermined charge side power width that is the power width to the charge side of the battery and a predetermined discharge side power width that is the power width to the discharge side of the secondary battery I / O restriction and setting as the maximum allowable power when charging / discharging the secondary battery set based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery The The output allowable range within which the motor output is allowed is set based on the difference from the generator control output, and the required torque is output to the drive shaft based on the set generator target torque and the required torque. The motor target torque to be output from the set motor is limited using the set output allowable range of the motor to set the motor control torque, and the internal combustion engine is operated at the set target operation point and generates power. The internal combustion engine, the generator, and the motor are controlled so that the generator target torque set from the machine is output and the control torque of the motor set from the motor is output. Here, the charge / discharge characteristics of the secondary battery are characteristics in which the maximum power that can be charged is smaller than the maximum power that can be discharged at a temperature lower than the first predetermined temperature. When the battery temperature is equal to or higher than a second predetermined temperature, which is a temperature equal to or lower than the first predetermined temperature, the control output of the generator is set with the predetermined charge-side power width and the predetermined discharge-side power width as both predetermined power. When the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the control output of the generator is set with the predetermined charge-side power width as the predetermined power and the predetermined discharge-side power width as less than the predetermined power. It is. Therefore, when the battery temperature is equal to or higher than the second predetermined temperature, stable torque output to the drive shaft can be achieved, whereas when the battery temperature is lower than the second predetermined temperature, the generator control output is It is set within a range where the discharge side is smaller than the charge side of the secondary battery with respect to the target output of the generator, and the allowable output range of the motor is compared with the allowable range obtained by the difference between the input / output limit and the target output of the generator. Since the charging side is set to be smaller than the discharging side of the secondary battery, charging of the secondary battery is suppressed and discharging is allowed, and charging / discharging according to the characteristics of the secondary battery can be performed. . As a result, stable torque output to the drive shaft and charge / discharge according to the characteristics of the secondary battery can be performed more appropriately. Here, the “three-axis power input / output means” may be a single pinion type or double pinion type planetary gear mechanism, or may be a differential gear.
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、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であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。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ハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、エンジンECU24は、クランクシャフト26に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号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、リチウムイオン二次電池として構成されており、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に取り付けられた電流センサ53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53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を充放電可能な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、充電側を負,放電側を正として、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2に電池温度Tbと入出力制限Win,Woutの基本値との関係の一例を示し、図3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。図2中、点線は出力制限Woutの基本値の正負を反転させたものを示し、第1温度Tb1は入出力制限Win,Woutの基本値に値0が設定されるときの負の電池温度Tbを示す。図示するように、実施例では、バッテリ50として電池温度Tbが所定温度Tbref(例えば、0℃や5℃,10℃など)未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有するリチウムイオン二次電池を用いると共に、電池温度Tbが所定温度Tbref未満で第1温度Tb1より大きい範囲では出力制限Woutより入力制限Winの絶対値が小さくなるよう各基本値を設定するものとしたから、バッテリ50の充放電特性に基づいて入出力制限Win,Woutの基本値が設定されるものとなる。この特性は、低温時に電池の内部抵抗が比較的大きい状態で充電により電池電圧が急変すると高温時に比してリチウムが不可逆的に析出するなどの不都合が生じやすくなることなどに基づく。
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の電池温度Tb,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。また、バッテリ50の電池温度Tbは、バッテリ50に取り付けられた温度センサ51により検出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。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の充放電特性が反映されるようバッテリ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5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を乗じたものからバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*を減じて更にロスLossを加えたものとして計算することができる。ここで、充放電要求パワーPb*は、バッテリ50の残容量SOCが目標範囲(例えば、55%以上65%以下の範囲など)より大きいときには放電要求として正の値が設定され、目標値より小さいときには充電要求として負の値が設定されたものを用いることができる。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6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、設定した目標回転数Ne*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(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*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算し(ステップS130)、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と減速ギヤ35のギヤ比Grとを用いてモータMG2から出力すべきトルクの仮の値としての仮トルクTm2tmpを式(3)により計算する(ステップS140)。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。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の一例を図7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。なお、式(3)は、図7の共線図から容易に導き出すことができる。
Next, using the set target rotational speed Ne *, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (1)
Tm1 * = previous Tm1 * + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (3)
こうしてモータMG1のトルク指令Tm1*とモータMG2の仮トルクTm2tmpとを計算すると、計算したモータMG1のトルク指令Tm1*と入力したモータMG1の回転数Nm1とを乗じて消費電力を正,発電電力を負とするモータMG1の目標出力Pm1として計算する(ステップS150)。そして、バッテリ50の入力制限Winおよび出力制限WoutからモータMG1の出力をそれぞれ減じてモータMG2の出力制限を設定する際のこのモータMG1の出力(以下、モータMG1の仮出力Pm1hisという)の設定に用いる充電側ヒステリシス幅Hisdownに所定値Hisrefを設定すると共に(ステップS160)、入力したバッテリ50の電池温度Tbを調べ(ステップS170)、電池温度Tbが所定温度Tbref以上のときには、モータMG1の仮出力Pm1hisの設定に用いる放電側ヒステリシス幅Hisdownにも所定値Hisrefを設定する(ステップS180)。ここで、所定温度Tbrefは、バッテリ50の入力制限Winの基本値を設定する際に用いられる図2に例示した温度である。充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupおよび所定値Hisrefについては、次に説明する。
When the torque command Tm1 * of the motor MG1 and the temporary torque Tm2tmp of the motor MG2 are calculated in this way, the power consumption is positive and the generated power is multiplied by the calculated torque command Tm1 * of the motor MG1 and the input rotational speed Nm1 of the motor MG1. Calculation is made as the target output Pm1 of the negative motor MG1 (step S150). Then, the output of the motor MG1 when setting the output limit of the motor MG2 by subtracting the output of the motor MG1 from the input limit Win and the output limit Wout of the battery 50 (hereinafter referred to as the temporary output Pm1his of the motor MG1) is set. A predetermined value Hisref is set to the charge side hysteresis width Hisdown to be used (step S160), and the input battery temperature Tb of the
続いて、設定された充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupと前回このルーチンを実行したときに設定されたモータMG1の仮出力Pm1his(前回Pm1his)とを用いてモータMG1の仮出力Pm1hisを次式(4)により設定する(ステップS200)。図8にモータMG1の仮出力Pm1hisを設定する様子を示す。図中、太い実線はモータMG1の目標出力Pm1を示し、破線はモータMG1の仮出力Pm1hisを示す。図8や式(4)に示すように、モータMG1の前回Pm1hisがモータMG1の目標出力Pm1より放電側ヒステリシス幅Hisupだけ大きい値とモータMG1の目標出力Pm1より充電側ヒステリシス幅Hisdownだけ小さい値との範囲内にあるときには前回Pm1hisが仮出力Pm1hisとして設定され、前回Pm1hisがこの範囲内にないときにはその範囲内となるように仮出力Pm1hisが変更され設定される。モータMG1の仮出力Pm1hisは、後述するモータMG2の出力制限Pm2min,Pm2maxおよびトルク制限Tm2min,Tm2maxの計算に直接反映されるため、モータMG1の仮出力Pm1hisを目標出力Pm1に対して充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisup(ここでは、いずれも所定値Hisref)だけ広い範囲内でできる限り一定となるよう調整することにより、モータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxが頻繁に変更されるのを抑止するのである。したがって、充電側ヒステリシス幅Hisdownは、モータMG1の目標出力Pm1より電力を発電する側、即ち目標出力Pm1よりバッテリ50の充電側の仮出力Pm1hisを用いてモータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算するための電力幅ということができ、放電側ヒステリシス幅Hisupは、モータMG1の目標出力Pm1より電力を消費する側、即ち目標出力Pm1よりバッテリ50の放電側の仮出力Pm1hisを用いてモータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算するための電力幅ということができる。また、所定値Hisrefは、実施例では、モータMG2のトルク制限Tim2min,Tm2maxの急変を抑制して運転者への違和感を低減することができる値として実験などにより予め定めた値を用いるものとした。
Subsequently, the temporary output Pm1his of the motor MG1 is expressed by the following equation using the set charge / discharge hysteresis widths Hisdown, Hisup and the temporary output Pm1his (previous Pm1his) of the motor MG1 previously set when this routine was executed: (4) is set (step S200). FIG. 8 shows how the provisional output Pm1his of the motor MG1 is set. In the drawing, a thick solid line indicates the target output Pm1 of the motor MG1, and a broken line indicates the temporary output Pm1his of the motor MG1. As shown in FIG. 8 and Expression (4), the previous Pm1his of the motor MG1 is a value larger than the target output Pm1 of the motor MG1 by the discharge-side hysteresis width Hisup, and a value smaller than the target output Pm1 of the motor MG1 by the charging-side hysteresis width Hisdown. Is within the range, the previous Pm1his is set as the temporary output Pm1his, and when the previous Pm1his is not within this range, the temporary output Pm1his is changed and set to be within the range. Since the temporary output Pm1his of the motor MG1 is directly reflected in the calculation of output limits Pm2min and Pm2max and torque limits Tm2min and Tm2max of the motor MG2, which will be described later, the temporary output Pm1his of the motor MG1 is charged / discharge-side hysteresis with respect to the target output Pm1. The torque limits Tm2min and Tm2max of the motor MG2 are prevented from being frequently changed by adjusting the widths Hisdown and Hisup (both of which are predetermined values Hisref) to be as constant as possible within a wide range. . Therefore, the charging-side hysteresis width Hisdown calculates the torque limits Tm2min and Tm2max of the motor MG2 using the temporary output Pm1his on the charging side of the
Pm1his=min(max(前回Pm1his,Pm1-Hisdown),Pm1+Hisup) (4) Pm1his = min (max (previous Pm1his, Pm1-Hisdown), Pm1 + Hisup) (4)
こうしてモータMG1の仮出力Pm1hisを設定すると、入力したバッテリの入出力制限Win,Woutから設定したモータMG1の仮出力Pm1hisを減じることによりモータMG2から出力してもよいパワーの上下限としての出力制限Pm2min,Pm2maxを次式(5),(6)により計算すると共に(ステップS210)、計算したモータMG2の出力制限Pm2min,Pm2max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を式(7),(8)により計算し(ステップS220)、計算したトルク制限Tm2in,Tm2maxで仮トルク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S230)。なお、モータMG2の出力制限Pm2min,Pm2maxを設定する処理は、モータMG2の出力パワーが許容される出力許容範囲の上限値,下限値を設定する処理であるから、モータMG2の出力許容範囲を設定する処理ということができる。 When the temporary output Pm1his of the motor MG1 is set in this way, the output limit as the upper and lower limits of the power that may be output from the motor MG2 by subtracting the set temporary output Pm1his of the motor MG1 from the input / output limits Win and Wout of the input battery. Pm2min and Pm2max are calculated by the following equations (5) and (6) (step S210), and the calculated output limit Pm2min and Pm2max of the motor MG2 is divided by the rotational speed Nm2 of the motor MG2 to be output from the motor MG2. Torque limits Tm2min and Tm2max as upper and lower limits of good torque are calculated by formulas (7) and (8) (step S220), and the torque command of the motor MG2 is set as a value obtained by limiting the temporary torque Tm2tmp with the calculated torque limits Tm2in and Tm2max. Set up Tm2 * (Step S230). The process of setting the output limits Pm2min and Pm2max of the motor MG2 is a process of setting the upper limit value and the lower limit value of the output allowable range in which the output power of the motor MG2 is allowed, so the output allowable range of the motor MG2 is set. It can be said that the processing to be performed.
Pm2min=Win-Pm1his (5)
Pm2max=Wout-Pm1his (6)
Tm2min=Pm1his/Nm2 (7)
Tm2max=Pm1his/Nm2 (8)
Pm2min = Win-Pm1his (5)
Pm2max = Wout-Pm1his (6)
Tm2min = Pm1his / Nm2 (7)
Tm2max = Pm1his / Nm2 (8)
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S240)、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における燃料噴射制御や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の電池温度Tbが所定温度Tbref以上のときには、モータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxが頻繁に変更されるのを抑止することができ、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*に基づく安定したトルクを出力しながら走行することができる。
When the target rotational speed Ne * of the
ステップS170でバッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときには、入力した電池温度Tbに基づいて放電側ヒステリシス幅Hisupを設定し(ステップS190)、設定した充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupを用いてモータMG1の仮出力Pm1hisを設定すると共に(ステップS200)、設定したモータMG1の仮出力Pm1hisに基づいてモータMG2の出力制限Pm2min,Pm2maxおよびトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算し(ステップS210,S210)、計算したトルク制限Tm2min,Tm2maxで仮トルク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S230)、設定したエンジン22のエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*とモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*とをそれぞれエンジンECU24とモータECU40とに送信して(ステップS240)、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、放電側ヒステリシス幅Hisupは、実施例では、電池温度Tbと放電側ヒステリシス幅Hisupとのとの関係を予め定めて放電側ヒステリシス幅設定用マップとしてROM74に記憶しておき、電池温度Tbが与えられると記憶したマップから対応する放電側ヒステリシス幅Hisupを導出して設定するものとした。図9に放電側ヒステリシス幅設定用マップの一例を示す。図示するように、放電側ヒステリシス幅Hisupは、電池温度Tbが所定温度Tbref未満の範囲で低くなるほど所定値Hisrefより小さくなると共に電池温度Tbが第2温度Tb2以下では値0が設定される。第2温度Tb2は、実施例では、図2に例示した第1温度Tb1より高い負の温度(例えば、−10℃や−5℃など)を用いるものとした。
When the battery temperature Tb of the
いま、バッテリ50が低温の状態で走行中にアクセルペダル83が踏み込まれ、正側のトルクの出力により電力消費しているモータMG1の目標出力Pm1が正側で値0に向けて小さくなる過渡状態を考える。このとき、モータMG1の仮出力Pm1hisは、目標出力Pm1が変化しても仮出力Pm1hisができるだけ保持されるよう、図8の時間t1〜時間t2に示すように目標出力Pm1より充電側ヒステリシス幅Hisdownだけ小さい値から目標出力Pm1より放電側ヒステリシス幅Hisupだけ大きい値に移行することが考えられ、モータMG2に制御上許容される最大出力パワーである出力制限Pm2max(=Wout−Pm1his)は実際に許容される最大出力パワー(Wout−Pm1)より小さくなる。ここで、仮に、電池温度Tbに拘わらず充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupに共に同じ所定値Hisrefが設定されているものとすると、低温時にはバッテリ50を保護すべく入力制限Winの絶対値を十分小さく設定しているにも拘わらず、モータMG2の出力制限Pm2maxが入力制限Winをも下回った状態でバッテリ50が過大な電力により充電されてしまい、バッテリ50を保護することができない場合が生じる。そこで、実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満の低温時には、放電側ヒステリシス幅Hisupを所定値Hisrefより小さく(例えば、電池温度Tbが第2温度Tb2以下では値0などに)設定することによりバッテリ50の保護を図るのである。即ち、バッテリ50の低温時には、放電側ヒステリシス幅Hisupを充電側ヒステリシス幅Hisdownより小さく設定することによって、モータMG1の仮出力Pm1hisを目標出力Pm1に対してバッテリ50の充電側より放電側が小さくなる範囲内で設定し、モータMG2の出力制限Pm2max,Pm2minにより定められる出力許容範囲を、モータMG1の目標出力Pm1とバッテリ50の入出力制限Win,Woutとの差分により得られる実際の許容範囲に比してバッテリ50の放電側にズレる程度より充電側にズレる程度が小さくなるように(例えば、電池温度Tbが第2温度Tb2以下では充電側にはズレないように)設定するから、バッテリ50の特性に応じた充放電を行なうことができる。この結果、電池温度Tbが所定温度Tbref以上のときには駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*に基づく安定したトルクを出力しながら走行することができると共に電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときにはバッテリ50の特性に応じた充放電を行なうことができるものとなる。
A transient state in which 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、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref以上のときには充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupにいずれも所定値Hisrefを設定し、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときには充電側ヒステリシス幅Hisdownに所定値Hisrefを設定すると共に放電側ヒステリシス幅Hisupに所定値Hisrefより小さい値を設定し、モータMG1の目標出力Pm1に対して設定した充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupだけ広い範囲内でできるだけ保持されるようモータMG1の仮出力Pm1を設定してモータMG2の仮トルクTm2tmpを制限するから、駆動軸へのリングギヤ軸32aへの安定したトルクの出力とバッテリ50の特性に応じた充放電とをより適正に行なうことができる。しかも、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときでも、充電側ヒステリシス幅Hisdownや放電側ヒステリシス幅Hisupを設定してモータMG1の仮出力Pm1hisを設定するから、リングギヤ軸32aへの安定したトルクの出力を図ることができる。さらに、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満の温度である第2温度Tb2以下のときには放電側ヒステリシス幅Hisupに値0を設定するから、バッテリ50の充電の抑制と放電の許容とがより確実に行なわれ、電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときにバッテリ50の特性に応じた充放電をより適正に行なうことができる。また、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbrefより低くなるほど放電側ヒステリシス幅Hisupに所定値Hisrefより小さくなる値が設定され、電池温度Tbの変化によりモータMG1の仮出力Pm1hisが急変するのが抑制されるから、電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときでもリングギヤ軸32aへの安定したトルクの出力を図ることができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときには、放電側ヒステリシス幅Hisupとして、電池温度Tbが所定温度Tbrefより低くなるほど所定値Hisrefより小さくなる値を設定すると共に第2温度Tb2以下では値0を設定するものとしたが、電池温度Tbが所定温度Tbrefより低くなるほど所定値Hisrefより小さくなる値を設定すると共に第2温度Tb2以下では値0より大きい所定値Hisref2を設定するものとしてもよいし、電池温度Tbが所定温度Tbref未満では所定値Hisrefより小さく値0より大きい所定値Hisref3を設定するものとしてもよいし、電池温度Tbが所定温度Tbref未満では値0を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、バッテリ50の電池温度Tbが所定温度Tbref以上のときには充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupにいずれも所定値Hisrefを設定する一方で電池温度Tbが所定温度Tbref未満のときには充電側ヒステリシス幅Hisdownに所定値Hisrefを設定すると共に放電側ヒステリシス幅Hisupに所定値Hisrefより小さい値を設定するものとしたが、電池温度Tbが所定温度Tbより低く第2温度Tb2より高い所定温度Tbref2以上のときには充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupにいずれも所定値Hisrefを設定する一方で電池温度Tbが所定温度Tbref2未満のときには充電側ヒステリシス幅Hisdownに所定値Hisrefを設定すると共に放電側ヒステリシス幅Hisupに所定値Hisrefより小さい値を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10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10における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
In 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、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, it is not limited to those applied to such hybrid vehicles, but is incorporated into non-moving equipment such as forms of power output devices mounted on moving bodies such as vehicles other than automobiles, ships, and aircraft, and construction equipment. A power 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、エンジン22が「内燃機関」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」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「二次電池」に相当し、バッテリ50の電池温度Tbに基づいて即ちバッテリ50の充放電特性に基づいて基本値を設定すると共に残容量SOCに基づいて基本値を補正することによりバッテリ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を設定するバッテリECU52が「入出力制限設定手段」に相当し、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*に対応するエンジン22の要求パワーPe*を設定し要求パワー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*とを設定する図4の駆動制御ルーチンのステップS110,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「目標運転ポイント設定手段」に相当し、エンジン22が目標回転数Ne*で運転されるようモータMG1の目標回転数Nm1*を計算してモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する図4の駆動制御ルーチンのステップS130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「発電機目標トルク設定手段」に相当し、要求トルクTr*とモータMG1のトルク指令Tm1*とに基づいてモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpを計算する図4の駆動制御ルーチンのステップS140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「電動機目標トルク設定手段」に相当し、モータMG1のトルク指令Tm1*に対応する目標出力Pm1を計算すると共に充電側ヒステリシス幅Hisdownに所定値Hisrefを設定し電池温度Tbが所定温度Tbref未満か否かに応じて放電側ヒステリシス幅Hisupを設定し目標出力Pm1と充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupとを用いてできるだけ保持されるようモータMG1の仮出力Pm1hisを設定する図4の駆動制御ルーチンのステップS150〜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「発電機制御用出力設定手段」に相当し、バッテリ50の入出力制限Win,WoutとモータMG1の仮出力Pm1hisとの差分によりモータMG2の出力制限Pm2min,Pm2maxを計算する図4の駆動制御ルーチンのステップ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「電動機出力許容範囲設定手段」に相当し、モータMG2の出力制限Pm2min,Pm2maxを回転数Nm2で割ってモータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算しこれらで仮トルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する図4の駆動制御ルーチンのステップS220,S230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「電動機制御用トルク設定手段」に相当し、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*をそれぞれエンジンECU24,モータECU40に送信する図4の駆動制御ルーチンのステップS240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*および目標トルクTe*に基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24とトルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてモータMG1,MG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。
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
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であっても構わない。「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、駆動軸と内燃機関の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。「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。「二次電池」としては、リチウムイオン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、発電機および電動機と電力のやり取りが可能で第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有するものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「入出力制限設定手段」としては、バッテリ50の電池温度Tbと残容量SOC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、電池温度Tbや残容量SOC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、二次電池の充放電特性に基づいて二次電池を充放電する際の最大許容電力としての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。「目標運転ポイント設定手段」としては、要求トルクTr*に対応する要求パワー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*とを設定するものに限定されるものではなく、駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイント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。「発電機目標トルク設定手段」としては、エンジン22が目標回転数Ne*で運転されるようモータMG1の目標回転数Nm1*を計算してモータMG1のトルク指令Tm1*を計算するものに限定されるものではなく、設定された内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で内燃機関が運転されるよう発電機から出力すべき発電機目標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。「電動機目標トルク設定手段」としては、要求トルクTr*とモータMG1のトルク指令Tm1*とに基づいてモータMG2の仮トルクTm2tmpを計算するものに限定されるものではなく、設定された発電機目標トルクと要求トルクとに基づいて駆動軸に要求トルクが出力されるよう電動機から出力すべき電動機目標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。「発電機制御用出力設定手段」としては、モータMG1のトルク指令Tm1*に対応する目標出力Pm1を計算すると共に充放電側ヒステリシス幅Hisdown,Hisupを設定してできるだけ保持されるようモータMG1の仮出力Pm1hisを設定するものに限定されるものではなく、設定された発電機目標トルクに対応する発電機の目標出力に対して二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう発電機の制御用出力を設定するものにおいて、二次電池の温度が第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには所定の充電側電力幅と所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として発電機の制御用出力を設定し、二次電池の温度が第2の所定温度未満のときには所定の充電側電力幅を所定電力とすると共に所定の放電側電力幅を所定電力より小さい電力として発電機の制御用出力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、エンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*に基づいてエンジン22を制御すると共にモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてモータMG1,MG2を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関が設定された目標運転ポイントで運転されると共に発電機から設定された発電機目標トルクが出力され電動機から設定された電動機の制御用トルクが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。
Here, the “internal combustion engine” is not limited to an internal combustion engine that outputs power using a hydrocarbon fuel such as gasoline or light oil, and may be any type of internal combustion engine such as a hydrogen engine. The “generator” is not limited to the motor MG1 configured as a synchronous generator motor, and may be any type of generator as long as it can input and output power, such as an induction motor. The “three-axis power input / output means” is not limited to the power distribution /
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。 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 problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. It is an example for specifically explaining the best mode for doing so, and does not limit the elements of the invention described in the column of means for solving the problem. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
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、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)、53 電流センサ、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、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, 50 battery, 51 Temperature sensor, 52 Battery electronic control unit ( Battery ECU), 53 current sensor, 54 power line, 60 gear mechanism, 62 differential gear, 63a, 63b driving 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, MG1, MG2 motor.
Claims (5)
前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能で第1の所定温度未満では放電可能な最大電力より充電可能な最大電力が小さくなる充放電特性を有する二次電池と、
前記二次電池の充放電特性に基づいて該二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
前記駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定する目標運転ポイント設定手段と、
前記設定された内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で該内燃機関が運転されるよう前記発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定する発電機目標トルク設定手段と、
前記設定された発電機目標トルクと前記要求トルクとに基づいて前記駆動軸に前記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電動機目標トルクを設定する電動機目標トルク設定手段と、
前記設定された発電機目標トルクに対応する前記発電機の目標出力に対して前記二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および前記二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている前記発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう前記発電機の制御用出力を設定する発電機制御用出力設定手段と、
前記設定された入出力制限と前記設定された発電機の制御用出力との差分により前記電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定する電動機出力許容範囲設定手段と、
前記設定された電動機の出力許容範囲を用いて前記設定された電動機目標トルクを制限して前記電動機の制御用トルクを設定する電動機制御用トルク設定手段と、
前記内燃機関が前記設定された目標運転ポイントで運転されると共に前記発電機から前記設定された発電機目標トルクが出力され前記電動機から前記設定された電動機の制御用トルクが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、
前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには前記所定の充電側電力幅と前記所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として前記発電機の制御用出力を設定し、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の充電側電力幅を前記所定電力とすると共に前記所定の放電側電力幅を前記所定電力より小さい電力として前記発電機の制御用出力を設定する手段である、
動力出力装置。 An internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator are connected to three shafts and input / output to any two of the three shafts A power output device comprising: a three-shaft power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the generated power; and an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft,
A secondary battery having charge / discharge characteristics in which power can be exchanged with the generator and the motor and the maximum power that can be discharged is less than the maximum power that can be discharged below a first predetermined temperature;
Input / output limit setting means for setting an input / output limit as the maximum allowable power when charging and discharging the secondary battery based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery;
Target operating point setting means for setting a target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine based on a required torque required for the drive shaft;
Generator target torque setting means for setting a generator target torque to be output from the generator so that the internal combustion engine is operated at a target rotational speed at the set target operation point of the internal combustion engine;
Motor target torque setting means for setting an electric motor target torque to be output from the electric motor so that the required torque is output to the drive shaft based on the set generator target torque and the required torque;
A predetermined charging-side power width that is a power width to the charging side of the secondary battery and a power to the discharging side of the secondary battery with respect to the target output of the generator corresponding to the set generator target torque A generator control output setting means for setting the generator control output so that the generator control output that has been set so far is held as much as possible within a wide range of a predetermined discharge-side power width as a width. When,
A motor output allowable range setting means for setting an output allowable range in which the output of the electric motor is allowed based on a difference between the set input / output limit and the set output for controlling the generator;
Motor control torque setting means for setting the motor control torque by limiting the set motor target torque using the set output allowable range of the motor;
The internal combustion engine is operated at the set target operating point, the set generator target torque is output from the generator, and the set motor control torque is output from the motor. A control means for controlling the engine, the generator and the electric motor,
When the temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second predetermined temperature that is equal to or lower than the first predetermined temperature, the generator control output setting means is configured to output the predetermined charging side power width and the predetermined discharging side power width. Are set as predetermined power, and the output for controlling the generator is set. When the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the predetermined charging side power width is set as the predetermined power and the predetermined power is set. Is a means for setting the output for control of the generator with a discharge side power width of less than the predetermined power,
Power output device.
前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満の温度である第3の所定温度以下のときには前記所定の放電側電力幅を値0として前記発電機の制御用出力を設定する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 1,
The generator control output setting means sets the predetermined discharge-side power width to 0 when the temperature of the secondary battery is equal to or lower than a third predetermined temperature that is lower than the second predetermined temperature. A means for setting a control output;
Power output device.
前記発電機制御用出力設定手段は、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の放電側電力幅として前記二次電池の温度が前記第2の所定温度より低くなるほど前記所定電力より小さくなる電力を用いて前記発電機の制御用出力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,
The generator control output setting means is configured such that when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the temperature of the secondary battery becomes lower than the second predetermined temperature as the predetermined discharge-side power width. It is means for setting the output for control of the generator using electric power smaller than a predetermined electric power,
Power output device.
(a)前記駆動軸に要求される要求トルク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からなる目標運転ポイントを設定すると共に該設定した内燃機関の目標運転ポイントにおける目標回転数で該内燃機関が運転されるよう前記発電機から出力すべき発電機目標トルクを設定し、
(b)前記設定された発電機目標トルクに対応する前記発電機の目標出力に対して前記二次電池の充電側への電力幅である所定の充電側電力幅および前記二次電池の放電側への電力幅である所定の放電側電力幅だけ広い範囲内でそれまでに設定されている前記発電機の制御用出力ができるだけ保持されるよう前記発電機の制御用出力を設定し、
(c)前記二次電池の充放電特性に基づいて設定された該二次電池を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限と前記設定された発電機の制御用出力との差分により前記電動機の出力が許容される出力許容範囲を設定し、
(d)前記設定された発電機目標トルクと前記要求トルクとに基づいて前記駆動軸に前記要求トルクが出力されるように設定された前記電動機から出力すべき電動機目標トルクを前記設定された電動機の出力許容範囲を用いて制限して前記電動機の制御用トルクを設定し、
(e)前記内燃機関が前記設定された目標運転ポイントで運転されると共に前記発電機から前記設定された発電機目標トルクが出力され前記電動機から前記設定された電動機の制御用トルクが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、
動力出力装置の制御方法であって、
前記ステップ(b)は、前記二次電池の温度が前記第1の所定温度以下の温度である第2の所定温度以上のときには前記所定の充電側電力幅と前記所定の放電側電力幅とをいずれも所定電力として前記発電機の制御用出力を設定し、前記二次電池の温度が前記第2の所定温度未満のときには前記所定の充電側電力幅を前記所定電力とすると共に前記所定の放電側電力幅を前記所定電力より小さい電力として前記発電機の制御用出力を設定する、
ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。 An internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator are connected to three shafts and input / output to any two of the three shafts A three-shaft power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shaft based on the generated power, an electric motor capable of inputting / outputting power to / from the drive shaft, and exchange of electric power with the generator and the motor. A secondary battery having charge / discharge characteristics in which the maximum power that can be charged is smaller than the maximum power that can be discharged at a temperature lower than the first predetermined temperature;
(A) A target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine is set based on a required torque required for the drive shaft, and a target rotation at the set target operating point of the internal combustion engine is set. Set the generator target torque to be output from the generator so that the internal combustion engine is operated in number,
(B) a predetermined charging side power width that is a power width to the charging side of the secondary battery with respect to the target output of the generator corresponding to the set generator target torque and the discharging side of the secondary battery Set the generator control output so that the generator control output that has been set so far within a wide range by a predetermined discharge side power width that is the power width to
(C) By the difference between the input / output restriction as the maximum allowable power when charging / discharging the secondary battery set based on the charge / discharge characteristics of the secondary battery and the set output for controlling the generator Set an output allowable range in which the output of the electric motor is allowed,
(D) Based on the set generator target torque and the required torque, the set electric motor target motor target torque to be output from the electric motor set to output the required torque to the drive shaft Set the control torque of the electric motor to be limited using the output allowable range of
(E) The internal combustion engine is operated at the set target operating point, the set generator target torque is output from the generator, and the set motor control torque is output from the motor. Controlling the internal combustion engine, the generator and the electric motor,
A method for controlling a power output device,
In the step (b), when the temperature of the secondary battery is equal to or higher than a second predetermined temperature that is equal to or lower than the first predetermined temperature, the predetermined charging-side power width and the predetermined discharging-side power width are set. In any case, the control output of the generator is set as predetermined power, and when the temperature of the secondary battery is lower than the second predetermined temperature, the predetermined charging side power width is set as the predetermined power and the predetermined discharge is performed. Setting the output for control of the generator with a side power width smaller than the predetermined power,
A control method for a power output apparatus.
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