JP2010173388A - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジントルクTeと発電機回転数Ngを目標発電パワーP*を達成するように制御するシリーズ型ハイブリッド車両である。発電制御手段として、P*を達成するためのTe*と目標発電機回転数Ng*を演算する動作点フィードフォワード設定部24と、P*に実発電パワーPrが一致するように、P*をフィードバック補正する発電パワーフィードバック補償部22と、エンジン燃料噴射量Qfと実発電パワーPrの比率である燃料消費率εが最小になるように、仮設定した動作点をフィードバック補正する燃費消費率最小化用フィードバック補償部27と、を有する。
【選択図】図2
Description
この車両の制御装置において、前記発電制御手段は、動作点フィードフォワード設定部と、発電パワーフィードバック補償部と、燃費消費率最小化用フィードバック補償部と、を有する。
前記動作点フィードフォワード設定部は、前記目標発電パワーを達成するための目標エンジントルクと目標発電機回転数を、予め設定した動作線に沿って演算する。
前記発電パワーフィードバック補償部は、前記目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、目標発電パワーと目標エンジントルクと目標発電機回転数のうち、少なくとも一つの目標値をフィードバック補正する。
前記燃費消費率最小化用フィードバック補償部は、エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるように、前記動作点フィードフォワード設定部で仮設定した動作点をフィードバック補正する。
また、2つのフィードバック補正を行う際、フィードバック性能が良好になるように定数設定すれば、比較的短時間でスムーズに目標を実現できるため、動作点の不必要な変動が抑制され、ドライバーに違和感を与えるようなことがない。
更に、エンジン出力パワーではなく、実発電パワーを目標値に精度良く制御できるため、発電制御の周辺制御(例えば、駆動力制御等)を精度良く制御することが可能となる。
そして、発電制御システムの入力であるエンジン燃料消費量と、最終的な出力である実発電パワーの比率から求めた燃料消費率が最小となるように動作点をフィードバック補正するため、エンジンと発電機の総合効率を高めた発電制御が可能である。
この結果、エンジンの効率特性が変化しても、要求された発電パワーを実現しつつ、燃料消費率を最小に維持できるのに加え、動作点の不必要な変動抑制と、周辺制御の制御精度の向上と、発電制御の総合効率の向上を達成することができる。
図1は、実施例1の制御装置が適用されたシリーズ型ハイブリッド車両(車両の一例)を示す全体システム図である。
ここで、発電制御システムとは、エンジン1と発電モータ2が直結され、エンジン1のエンジントルクTeと発電モータ2の発電機回転数Ngを、設定された目標発電パワーP*を達成するように制御するシステムをいう。なお、目標発電パワー設定部21〜燃費消費率最小化用フィードバック補償部27は、統合制御コントローラ14に有する。エンジントルク制御部28は、エンジンコントローラ11に有する。発電機回転数制御部29は、モータ・ジェネレータコントローラ10に有する。
そして、この燃費消費率最小化用フィードバック補償部27の応答時間は、前記発電パワーフィードバック補償部22の応答時間よりも相対的に長い時間に設定される。
ここで、バッテリコントローラ12からは、バッテリ充電率(SOC)と入出力可能パワーを受信する。エンジンコントローラ11からは、エンジン回転数と燃料消費量(瞬時値)を受信する。モータ・ジェネレータコントローラ10からは、発電モータ2の回転数とトルク(計測可能であれば直流部の電流と電圧)、駆動モータ3の回転数とトルクを受信する。ナビゲーションコントローラ13からは、発電拠点(自宅等)と自車間の直線距離(または道路走行最短距離)と標高差を受信する。
(ケース1)
発電モータ用インバータ7において、直流電流Iと電圧Vの計測が可能であれば、これらの乗算により、発電制御システムで実際に出力された実発電パワーP1(=I×V)を算出する。エンジン1の燃料消費量Qf(瞬時値)を、実発電パワーP1で除算することで燃料消費率ε(=Qf÷P1)を求める。この場合は、エンジン1だけでなく発電モータ2および発電モータ用インバータ7の効率もトータルで最適化できるので可能であれば、この方法が望ましい。
(ケース2)
発電モータ用インバータ7において、直流電流Iと電圧Vの計測がシステム構成上の理由で(コスト的に)不可能であれば、発電モータトルクTgから推定したエンジントルクTeとエンジン回転数Ne(=発電機回転数)の乗算により、擬似的な実発電パワーP2(=Te×Ne)を算出する。エンジンの燃料消費量Qf(瞬時値)を、実発電パワーP2で除算することで燃料消費率ε(=Qf÷P2)を求める。この場合は、エンジン効率のみ考慮され、発電モータ2および発電モータ用インバータ7の効率は考慮されない。尚、エンジントルクTeは、イナーシャトルクを考慮し、
Te・Ng−Tg・Ng=J・(dNg/dt)
の式により算出する。上式で、Jは、エンジン1と発電モータ2の回転部イナーシャ合計である。
ここで、家庭用電源を用いたプラグイン充電は、エンジン1を用いた発電制御システムによる充電に比べて、経済的にも環境的にも有利なので、前者を出来る限り多用する。そのためには、自車位置から充電基地(自宅等)までの距離に応じて目標SOCを設定することで、無駄な発電充電を減らすことが可能である。そこで、ナビゲーションコントローラ13から受信した自車自宅間距離に応じて、予め設定した目標SOCマップデータ(図5)を用いて目標SOCを設定する。この目標SOCは、図5に示すように、自車自宅間距離が設定距離以上の場合に上限値(90%程度)に設定され、自車自宅間距離が設定距離から短くなるほど下限値(10%程度)までの低い値に設定される。
ここで、目標発電パワーP*の算出は、
(目標SOC>実SOCの場合)
P*=Kp・(S* OC−SOC)
(目標SOC≦実SOCの場合)
P*=0(発電停止、または、実SOCが上限に至った場合はエンブレ制御)
とする。但し、Kpはフィードバック比例定数、S* OCは目標SOC、SOCは実SOCである。
下記に簡単なPI制御(比例+積分制御)の事例を示すと、
P2*=P*+Kp・(P*−P)+Ki∫(P*−P)dt
の式により、目標発電パワー補正値P2*が算出される。但し、Kiは、フィードバック積分定数である。
ここで、マップデータとは、図6(a)に示すように、等出力線(回転数×トルク=一定)の上で燃料消費率が最も良い動作点を連ねた動作線(一つ)をマップ化したものである。このマップデータは、ノミナルな条件でのエンジン燃料消費率特性(効率特性)のみを考慮して予め決めた動作点設定なので、環境条件(吸気温、大気圧、湿度、燃料特性等)や制御条件(ノック制御用点火時期学習値等)が変化したときには、燃料消費率特性が変化するので、必ずしも燃費最良の動作点を選んだことにはならない。しかし、目標発電パワーP*に対する良好な追従性能を確保するために、このようなフィードフォワードによる動作点設定も基準値として併用する。
このフィードバック補正では、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代△Ng(またはエンジントルク変化代△Te)に対する燃料消費率変化△εの比率(勾配)を積算することで、目標発電機回転数Ng*(または目標エンジントルクTe*)のフィードバック補正量Ng*_fb(またはTe*_fb)を決定すると、
(ケース1)
Ng*_fb=K・∫{(εnow−εold)/(Ng_now−Ng_old)}dt
(ケース2)
Te*_fb=K・∫{(εnow−εold)/(Te_now−Te_old)}dt
となり、定数Kはマイナスである。ここで、ケース1は、図6(b)に示すように、発電機回転数変化代△Ngに対する燃料消費率変化△εの比率(勾配)がゼロになるようにフィードバック補正で収束させることで、燃料消費率εを最小にする発電機回転数Ngを探索する例である。ケース2は、図6(c)に示すように、エンジントルク変化代△Teに対する燃料消費率変化△εの比率(勾配)がゼロになるようにフィードバック補正で収束させることで、燃料消費率εを最小にするエンジントルクTeを探索する例である。
これらフィードバック補正量Ng*_fb,Te*_fbに基づいて、ステップS9で仮設定した動作点(目標エンジントルクTe*、目標発電機回転数Ng*)を修正すると、
(ケース1)
Ng2*=Ng*+Ng*_fb
Te2*=P2*÷Ng2*
(ケース2)
Te2*=Te*+Te*_fb
Ng2*=P2*÷Te2*
となり、ケース1とケース2の何れかの選択により、目標エンジントルク補正値Te2*、目標発電機回転数補正値Ng2*が求められる。
エンジンコントローラ11は、受信した目標エンジントルク補正値Te2*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン1のスロットル制御を行う。モータ・ジェネレータコントローラ10は、受信した目標発電機回転数補正値Ng2*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ2の電流制御を行い、受信した駆動モータトルク指令値にモータトルクが一致するように駆動モータ3の電流制御を行う。
実施例1のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置における作用を、「発電制御作用」、「2つのフィードバック補償部による補正作用」、「燃料消費率が最小となる動作点の探索作用」に分けて説明する。
車両走行時、図3のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5へと進み、ステップS5では、アクセル操作量と車速に見合った目標駆動力F(図4)に、定数(タイヤ有効半径/減速比)を乗じて、駆動モータトルク指令値が算出される。次のステップS6では、ナビゲーションコントローラ13から受信した自車自宅間距離に応じて、予め設定した目標SOCマップデータ(図5)を用いて目標SOCが設定される。
図7を用いて、2つのフィードバック補償部による補正作用を説明する。ノミナルな環境条件で予め計測した発電制御システム(エンジン含む)の燃料消費率特性に基づいて、各出力線上の最も燃料消費率の優れた動作点を連ねた動作線=最適燃費線A(設定時)を求めておく。しかし、実際に車両が走行する状態においては、環境条件(吸気温、大気圧、湿度、燃料特性等)や制御条件(ノック制御用点火時期学習値等)が時々刻々変化して、エンジン1のトルク特性や燃料消費率特性が変化する。これらの条件変化に伴って、例えば、特許文献1に記載された発電制御を行えば、図7に示すように、実際の動作線B(実走行時)と最適燃費線C(実走行時)が乖離してしまい、燃費(効率)が良好な動作点で運転できなくなる。
実施例1の燃費消費率最小化用フィードバック補償部27は、所定時間T経過前後の発電機回転数変化代ΔNgまたはエンジントルク変化代ΔTeに対する燃料消費率変化Δεの比率(勾配)を積算することで、目標発電機回転数Ng*と目標エンジントルクTe*のフィードバック補正量Ng*_fb,Te*_fbを決定するようにしている。
したがって、燃費消費率最小化用フィードバック補償部27と発電パワーフィードバック補償部22で実行される2つのフィードバック補償の干渉が回避され、フィードバック制御系が安定する。結果として、発電パワーの実現精度や効率が向上する。
実施例1のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
このため、エンジンの効率特性が変化しても、要求された発電パワーを実現しつつ、燃料消費率εを最小に維持できるのに加え、動作点の不必要な変動抑制と、周辺制御の制御精度の向上と、発電制御の総合効率の向上を達成することができる。
すなわち、発電制御時、動作点フィードフォワード設定と燃費消費率最小化用フィードバック補償に先行して目標発電パワーP*のフィードバック補正が施され、動作点(エンジントルクTeと発電機回転数Ng)の両者に対して目標発電パワーP*のフィードバック補償が反映されることになる。このため、目標発電パワーP*のフィードバック補正によりエンジン1の効率特性変化に対する要求された発電パワーの実現を確保しつつ、目標発電パワー補正値P2*に基づく目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*に対して燃料消費率εを最小に維持することができる。
このため、動作点のフィードバック補正として、発電機回転数Ngによる回転数操作と、エンジントルクTeによるトルク操作のどちらを用いても、燃料消費率εが最小となる動作点の探索を行うことができる。
このため、燃費消費率最小化用フィードバック補償部27と発電パワーフィードバック補償部22で実行される2つのフィードバック補償の干渉が回避され、フィードバック制御系の安定を図ることができる。
図8は、実施例2における発電制御システムの構成要素を示す制御ブロック図である(発電制御手段)。以下、図8の各制御ブロックについて説明する。
そして、この燃費消費率最小化用フィードバック補償部37の応答時間は、後述する発電パワーフィードバック補償部32の応答時間よりも相対的に長い時間に設定される。
なお、ステップS201〜ステップS207の各ステップは、図3のフローチャートのステップS1〜ステップS7の各ステップと同様の処理が行われるので、説明を省略する。
エンジンコントローラ11は、受信した目標エンジントルク再補正値Te3*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン1のスロットル制御を行う。モータ・ジェネレータコントローラ10は、受信した目標発電機回転数補正値Ng2*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ2の電流制御を行い、受信した駆動モータトルク指令値にモータトルクが一致するように駆動モータ3の電流制御を行う。
なお、図1の構成は、実施例1と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
走行時であって、目標SOC>実SOCの場合には、ステップS207において、目標発電パワーP*が、P*=Kp・(S* OC−SOC)とされ、ステップS208→ステップS209→ステップS210→ステップS211へと進む。ステップS208では、目標発電パワーP*に対して、目標発電パワーP*を実現する目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*の組合せ(動作点)が、予め設定したマップデータを用いて算出される。ステップS209では、仮設定した動作点(目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*)に対して、ステップS204で演算した燃料消費率εが最小になるようにフィードバック補正(修正)が施される。ステップS210では、目標発電パワーP*に実発電パワーPが一致するように、目標エンジントルク補正値Te2*をフィードバック補正して目標エンジントルク再補正値Te3*が算出される。ステップS211では、算出した目標エンジントルク再補正値Te3*、目標発電機回転数補正値Ng2*、駆動モータトルク指令値(ステップS205)、等が、高速通信網15を用いて他のコントローラ10,11に送信される。そして、エンジンコントローラ11では、受信した目標エンジントルク再補正値Te3*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン1のスロットル制御が行われる。モータ・ジェネレータコントローラ10では、受信した目標発電機回転数補正値Ng2*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ2の電流制御が行われると共に、受信した駆動モータトルク指令値にモータトルクが一致するように駆動モータ3の電流制御が行われる。
なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例2のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置にあっては、実施例1の(1),(3),(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
すなわち、発電制御時、動作点フィードフォワード設定と燃費消費率最小化用フィードバック補償の後に目標発電パワーP*のフィードバック補正が施され、動作点(エンジントルクTeと発電機回転数Ng)の両者に対して目標発電パワーP*に基づく燃費消費率最小化用フィードバック補償が反映されることになる。このため、目標エンジントルク補正値Te2*のフィードバック補正によりエンジン1の効率特性変化に対する要求された発電パワーの実現を確保しつつ、目標発電パワーP*に基づく目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*に対して燃料消費率εを最小に維持することができる。
図10は、実施例3における発電制御システムの構成要素を示す制御ブロック図である(発電制御手段)。以下、図10の各制御ブロックについて説明する。
そして、この燃費消費率最小化用フィードバック補償部47の応答時間は、後述する発電パワーフィードバック補償部42の応答時間よりも相対的に長い時間に設定される。
なお、ステップS301〜ステップS307の各ステップは、図3のフローチャートのステップS1〜ステップS7の各ステップと同様の処理が行われるので、説明を省略する。
エンジンコントローラ11は、受信した目標エンジントルク補正値Te2*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン1のスロットル制御を行う。モータ・ジェネレータコントローラ10は、受信した目標発電機回転数再補正値Ng3*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ2の電流制御を行い、受信した駆動モータトルク指令値にモータトルクが一致するように駆動モータ3の電流制御を行う。
なお、図1の構成は、実施例1と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
走行時であって、目標SOC>実SOCの場合には、ステップS307において、目標発電パワーP*が、P*=Kp・(S* OC−SOC)とされ、ステップS308→ステップS309→ステップS310→ステップS311へと進む。ステップS308では、目標発電パワーP*に対して、目標発電パワーP*を実現する目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*の組合せ(動作点)が、予め設定したマップデータを用いて算出される。ステップS309では、仮設定した動作点(目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*)に対して、ステップS304で演算した燃料消費率εが最小になるようにフィードバック補正(修正)が施される。ステップS310では、目標発電パワーP*に実発電パワーPが一致するように、目標発電機回転数補正値Ng2*をフィードバック補正して目標発電機回転数再補正値Ng3*が算出される。ステップS311では、算出した目標エンジントルク補正値Te2*、目標発電機回転数再補正値Ng3*、駆動モータトルク指令値(ステップS305)、等が、高速通信網15を用いて他のコントローラ10,11に送信される。そして、エンジンコントローラ11では、受信した目標エンジントルク補正値Te2*に実際のエンジントルクTeが一致するようにエンジン1のスロットル制御が行われる。モータ・ジェネレータコントローラ10では、受信した目標発電機回転数再補正値Ng3*に発電機回転数Ngが一致するように発電モータ2の電流制御が行われると共に、受信した駆動モータトルク指令値にモータトルクが一致するように駆動モータ3の電流制御が行われる。
なお、他の作用は、実施例1と同様であるので、説明を省略する。
実施例3のシリーズ型ハイブリッド車両の制御装置にあっては、実施例1の(1),(3),(4)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
すなわち、発電制御時、動作点フィードフォワード設定と燃費消費率最小化用フィードバック補償の後に目標発電パワーP*のフィードバック補正が施され、動作点(エンジントルクTeと発電機回転数Ng)の両者に対して目標発電パワーP*に基づく燃費消費率最小化用フィードバック補償が反映されることになる。このため、目標発電機回転数補正値Ng2*のフィードバック補正によりエンジン1の効率特性変化に対する要求された発電パワーの実現を確保しつつ、目標発電パワーP*に基づく目標エンジントルクTe*と目標発電機回転数Ng*に対して燃料消費率εを最小に維持することができる。
2 発電モータ(発電機)
3 駆動モータ
4 高圧バッテリ
5 減速機構
6 駆動輪
7 発電モータ用インバータ
8 駆動モータ用インバータ
9 充電器
10 モータ・ジェネレータコントローラ
11 エンジンコントローラ
12 バッテリコントローラ
13 ナビゲーションコントローラ
14 統合制御コントローラ
15 高速通信網
16 アクセルセンサ
17 車輪速センサ
21,31,41 目標発電パワー設定部
22,32,42 発電パワーフィードバック補償部
23,33,43 実発電パワー計測部
24,34,44 動作点フィードフォワード設定部
25,35,45 燃料噴射量計測部
26,36,46 燃料消費率演算部
27,37,47 燃費消費率最小化用フィードバック補償部
28,38,48 エンジントルク制御部
29,39,49 発電機回転数制御部
P* 目標発電パワー
P 実発電パワー
Te エンジントルク
Te* 目標エンジントルク
Te2* 目標エンジントルク補正値
Te3* 目標エンジントルク再補正値
ΔTe エンジントルク変化代
Te*_fb フィードバック補正量
Ng 発電機回転数
Ng* 目標発電機回転数
Ng2* 目標発電機回転数補正値
Ng3* 目標発電機回転数再補正値
ΔNg 発電機回転数変化代
Ng*_fb フィードバック補正量
Qf エンジン燃料噴射量
ε 燃料消費率
Δε 燃料消費率変化
Claims (6)
- エンジンと発電機が連結され、前記エンジンのエンジントルクと前記発電機の発電機回転数を、設定された目標発電パワーを達成するように制御する発電制御手段を備えた車両の制御装置において、
前記発電制御手段は、
前記目標発電パワーを達成するための目標エンジントルクと目標発電機回転数を、予め設定した動作線に沿って演算する動作点フィードフォワード設定部と、
前記目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、目標発電パワーと目標エンジントルクと目標発電機回転数のうち、少なくとも一つの目標値をフィードバック補正する発電パワーフィードバック補償部と、
エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるように、前記動作点フィードフォワード設定部で仮設定した動作点をフィードバック補正する燃費消費率最小化用フィードバック補償部と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1に記載された車両の制御装置において、
前記発電制御手段は、
目標発電パワーを設定する目標発電パワー設定部と、
前記目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、目標発電パワーをフィードバック補正して目標発電パワー補正値を演算する発電パワーフィードバック補償部と、
前記目標発電パワー補正値を達成するための目標エンジントルクと目標発電機回転数を、予め設定した動作線に沿って演算する動作点フィードフォワード設定部と、
前記動作点フィードフォワード設定部からの目標エンジントルクと目標発電機回転数を、エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるフィードバック補正をし、目標エンジントルク補正値と目標発電機回転数補正値を演算する燃費消費率最小化用フィードバック補償部と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1に記載された車両の制御装置において、
前記発電制御手段は、
目標発電パワーを設定する目標発電パワー設定部と、
前記目標発電パワーを達成するための目標エンジントルクと目標発電機回転数を、予め設定した動作線に沿って演算する動作点フィードフォワード設定部と、
前記動作点フィードフォワード設定部からの目標エンジントルクと目標発電機回転数を、エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるフィードバック補正をし、目標エンジントルク補正値と目標発電機回転数補正値を演算する燃費消費率最小化用フィードバック補償部と、
前記目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、前記燃費消費率最小化用フィードバック補償部からの目標エンジントルク補正値をフィードバック補正する発電パワーフィードバック補償部と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1に記載された車両の制御装置において、
前記発電制御手段は、
目標発電パワーを設定する目標発電パワー設定部と、
前記目標発電パワーを達成するための目標エンジントルクと目標発電機回転数を、予め設定した動作線に沿って演算する動作点フィードフォワード設定部と、
前記動作点フィードフォワード設定部からの目標エンジントルクと目標発電機回転数を、エンジン燃料噴射量と実発電パワーの比率である燃料消費率が最小になるフィードバック補正をし、目標エンジントルク補正値と目標発電機回転数補正値を演算する燃費消費率最小化用フィードバック補償部と、
前記目標発電パワーに実発電パワーが一致するように、前記燃費消費率最小化用フィードバック補償部からの目標発電機回転数補正値をフィードバック補正する発電パワーフィードバック補償部と、
を有することを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項1から請求項4の何れか1項に記載された車両の制御装置において、
前記燃費消費率最小化用フィードバック補償部は、所定時間経過前後の発電機回転数変化代またはエンジントルク変化代に対する燃料消費率変化の比率(勾配)を積算することで、目標発電機回転数または目標エンジントルクのフィードバック補正量を決定することを特徴とする車両の制御装置。 - 請求項5に記載された車両の制御装置において、
前記燃費消費率最小化用フィードバック補償部は、フィードバック補償の応答時間を、前記発電パワーフィードバック補償部でのフィードバック補償の応答時間よりも相対的に長い時間に設定したことを特徴とする車両の制御装置。
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