JP2010179807A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】車両全体のエネルギ効率をより向上させる。
【解決手段】エンジンを運転してバッテリの充電を伴って走行するときには、エンジンから出力されるパワーが小さいほど大きいエンジンの運転における損失（図中、破線）とバッテリに充電される電力が大きいほど大きく且つ昇圧電圧が大きいほど大きいバッテリの充電における損失との和が最小になる電力としてバッテリの目標充放電電力を設定し（図中、値（Ｐｄ−Ｐ１）又は値（Ｐｄ−Ｐ２））、走行に要求される走行用パワーＰｄから目標充放電電力を減じてエンジンから出力すべきエンジン指令パワーを設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、遊星歯車機構にエンジンと第１のモータと車軸とを接続すると共に車軸に第２のモータを接続したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、通常時に比して燃費を優先する燃費優先モードが選択されているときには、エンジンの運転と停止とを交互に繰り返して走行し、エンジンが運転されているときには、走行に要求される動力とバッテリを充電する電力との和をエンジンから出力することにより、エンジンを低負荷で運転することによる燃費の悪化を抑制している。

特開２００８−１０５６３９号公報

上述のハイブリッド自動車では、エンジンから大きなパワーを出力してバッテリを充電すると、エンジンにおける燃費が向上しても車両全体のエネルギ効率が低下する場合がある。特に、バッテリの電力を昇圧して２つのモータに供給する昇圧コンバータを備えるハイブリッド自動車では、エンジンから大きなパワーを出力してバッテリに大きな電力を充電すると、昇圧コンバータなどにおける損失が大きくなって車両全体のエネルギ効率が低下してしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、車両全体のエネルギ効率をより向上させることを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
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発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、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とりが可能なバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記発電機および前記電動機に供給可能な昇圧コンバータと、アクセル操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求トルクと該駆動軸に要求される要求パワーとを設定し、前記設定した要求パワーから前記バッテリを充放電すべき充放電電力を減じて前記内燃機関から出力すべき機関指令パワーを設定すると共に該設定した機関指令パワーと前記内燃機関を効率よく運転するために予め定められた動作ラインとを用いて該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し、該設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記発電機および前記電動機のトルク指令を設定し、該設定した前記発電機および前記電動機のトルク指令に基づく目標電圧が前記発電機および前記電動機に供給されると共に前記内燃機関が目標運転ポイントで運転されて前記発電機および前記電動機が前記設定したトルク指令で駆動されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記昇圧コンバータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記内燃機関を運転して前記バッテリの充電を伴って走行するときには、前記内燃機関から出力されるパワーが小さいほど大きい該内燃機関の運転における損失と前記発電機および前記電動機に供給されている電圧が大きいほど大きく且つ前記バッテリに充電される電力が大きいほど大きい該バッテリの充電における損失との和が最小になる電力として前記充放電電力を設定する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、内燃機関を運転してバッテリの充電を伴って走行するときには、内燃機関から出力されるパワーが小さいほど大きい内燃機関の運転における損失と発電機および電動機に供給されている電圧が大きいほど大きく且つバッテリに充電される電力が大きいほど大きいバッテリの充電における損失との和が最小になる電力としてバッテリを充放電すべき充放電電力を設定する。そして、設定した充放電電力を駆動軸に要求される要求パワーに加えて内燃機関から出力すべき機関指令パワーを設定すると共に設定した機関指令パワーと内燃機関を効率よく運転するために予め定められた動作ラインとを用いて内燃機関の目標運転ポイントを設定して内燃機関を制御する。これにより、内燃機関の運転における損失とバッテリの充電における損失との和が最小になる目標運転ポイントで内燃機関を運転することができ、車両全体のエネルギ効率をより向上させることができる。

本発明の一実施例としての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。 エンジン３２から出力されるパワーとエンジン３２の運転における損失との関係の一例を示す説明図である。 バッテリ４８に充電される電力とバッテリ４８の充電における損失との関係の一例を示す説明図である。 エンジン３２から出力されるパワーと車両全体の損失（エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和）との関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての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、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン３２と、エンジン３２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット３６と、エンジン３２のクランクシャフト３４にキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３８のサンギヤに接続されたモータ４１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット４６と、インバータ４３，４４を介してモータ４１，４２と電力をやりとりするバッテリ４８と、バッテリ４８の電力を昇圧してインバータ４３，４４に供給可能な昇圧コンバータ４９と、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションやアクセルペダル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５４からのアクセル開度，ブレーキペダル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５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共に昇圧コンバータ４９の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによって昇圧コンバータ４９を駆動制御したりエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、を備える。

実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄを計算する。次に、バッテリ４８から放電可能な蓄電量（ＳＯＣ）が所定量Ｓ１（例えば、５０％や６０％など）以上のときにはバッテリ４８から放電すべく目標充放電電力に正の値を設定し、バッテリ４８の蓄電量（ＳＯＣ）が所定量Ｓ１未満のときにはバッテリ４８を充電すべく目標充放電電力に負の値を設定し、設定した目標充放電電力を走行用パワーＰｄから減じてエンジン３２から出力すべきエンジン指令パワーＰｅ＊を設定する。なお、蓄電量（ＳＯＣ）が所定量Ｓ１以上のときには、バッテリ４８が過充電とならないようバッテリ４８の蓄電量（ＳＯＣ）が大きいほど大きくなる傾向にバッテリ４８の目標充放電電力を設定するものとした。次に、エンジン指令パワーＰｅ＊を効率よくエンジン３２から出力することができるエンジン３２の回転数とトルクとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、エンジン３２の回転数が目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータ４１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定する。また、要求トルクからモータ４１をトルク指令で駆動したときにプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータ４２のトルク指令として設定する。続いて、設定したモータ４１，４２のトルク指令と図示しない回転数センサによって検出されたモータ４１，４２の回転数とに基づいてモータ４１，４２のトルク指令や回転数が大きいほど大きい傾向にインバータ４３，４４に供給すべき目標電圧を設定し、インバータ４３，４４に供給されている電圧ＶＨが目標電圧となるように昇圧コンバータ４９を制御する。そして、設定したエンジン３２の目標回転数と目標トルクとをエンジン用電子制御ユニット３６に送信すると共にモータ４１，４２のそれぞれのトルク指令をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン３２が運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のそれぞれのトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、バッテリ４８を目標充放電電力で充放電しながらアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行することができる。なお、実施例では、エンジン３２をエンジン指令パワーで運転する場合の後述する車両全体の損失が予め定められた閾値未満のときには、エンジン３２の運転を停止するものとした。エンジン３２を停止してモータ４２により走行するときには、モータ４１のトルク指令に値０を設定すると共にバッテリ４８の入出力制限の範囲内でモータ４２から駆動軸２２に要求トルクが出力されるようモータ４２のトルク指令を設定してモータ４１，４２を駆動制御することになる。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の駆動制御におけるエンジン３２を運転してバッテリ４８の充電を伴って走行しているときのバッテリ４８の目標充放電電力を設定する処理について説明する。図２はエンジン３２から出力されるパワーとエンジン３２の運転における損失との関係の一例を示す説明図であり、図３はバッテリ４８に充電される電力とバッテリ４８の充電における損失との関係の一例を示す説明図であり、図４はエンジン３２から出力されるパワーと車両全体の損失（エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和）との関係の一例を示す説明図である。ここで、図２の関係や図３の関係は、それぞれエンジン３２の特性や昇圧コンバータ４９を含む電気回路系の特性に基づいて予め実験などにより定めることができる。エンジン３２の運転には機械損や冷却損失，吸排気損失を伴い、エンジン３２の運転における損失は、図２に示すように、その特性上、エンジン３２から出力するパワーが小さいほど大きくなる。また、バッテリ４８の充電には昇圧コンバータ４９のスイッチング損失や導通損失，回路全体の銅損，鉄損を伴い、バッテリ４８の充電における損失は、図３に示すように、その特性上、バッテリ４８に充電される電力が大きくなるほど大きくなると共にモータ４１，４２に供給されている電圧（昇圧電圧）ＶＨが大きいほど大きくなる。即ち、エンジン３２から大きなパワーが出力されるほどエンジン３２の運転における損失は小さくなるが、エンジン３２からのパワーが走行用パワーＰｄを超えてバッテリ４８に充電される電力が大きくなるほどバッテリ４８の運転における損失が大きくなるのである。したがって、エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和は、図４に示すように、エンジン３２から出力されるパワーが所定のパワーＰｍｉｎ（図中、値Ｐ１または値Ｐ２）のときに最小となり、このパワーＰｍｉｎは昇圧電圧ＶＨが大きいほど小さくなる。このため、実施例では、パワーＰｍｉｎをエンジン指令パワーＰｅ＊に設定すべく、走行用パワーＰｄからパワーＰｍｉｎを減じたものをバッテリ４８の目標充放電電力に設定するものとした。図４の例では、モータ４１，４２に供給されている電圧ＶＨが値Ｖ１のときには目標充放電電力として値（Ｐｄ−Ｐ１）を設定し、モータ４１，４２に供給されている電圧ＶＨが値Ｖ２のときには目標充放電電力として値（Ｐｄ−Ｐ２）を設定することになる。このように、エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和が最小になるようにバッテリ４８の目標充放電電力を設定することにより、車両のエネルギ効率をより向上させることができる。しかも、モータ４１，４２に供給されている電圧ＶＨを考慮してバッテリ４８の目標充放電電力を設定するから、昇圧コンバータ４９の駆動状態など車両の状態に応じてより適正に目標充放電電力を設定することができ、車両のエネルギ効率をより向上させることができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン３２を運転してバッテリ４８の充電を伴って走行するときには、エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和が最小になる電力としてバッテリ４８の目標充放電電力を設定し、設定した目標充放電電力を走行要求パワーＰｄから減じてエンジン３２から出力すべきエンジン指令パワーＰｅ＊を設定するから、エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和が最小になるエンジン指令パワーＰｅ＊でエンジン３２を運転することができ、車両全体のエネルギ効率をより向上させることができる。

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３２が「内燃機関」に相当し、モータ４１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、モータ４２が「電動機」に相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４９が「昇圧コンバータ」に相当し、アクセル開度と車速とに応じて要求トルクを設定すると共に要求トルクに駆動軸２２の回転数を乗じて走行用パワーＰｄを計算しバッテリ４８の目標充放電電力を走行用パワーＰｄから減じて設定されたエンジン指令パワーＰｅ＊とエンジン指令パワーを効率よくエンジン３２から出力することができる動作ラインとを用いてエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定してエンジン用電子制御ユニット３６に送信すると共にエンジン３２が目標回転数と目標トルクとからなる目標運転ポイントで運転されて駆動軸２２に要求トルクが出力されるようモータ４１，４２のトルク指令を設定してモータ用電子制御ユニット４６に送信しモータ４１，４２のトルク指令と回転数とに基づいてインバータ４３，４４に供給すべき目標電圧を設定して昇圧コンバータ４９を制御する処理と、エンジン３２を運転してバッテリ４８の充電を伴って走行するときには、エンジン３２の運転における損失とバッテリ４８の充電における損失との和が最小になる電力としてバッテリ４８の目標充放電電力を設定する処理とを実行するハイブリッド用電子制御ユニット５０と目標回転数と目標トルクとによりエンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット３６とトルク指令によりモータ４１，４２を制御するモータ用電子制御ユニット４６とが「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するため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。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ 駆動軸、２４ デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ 駆動輪、３２ エンジン、３４ クランクシャフト、３６ エンジン用電子制御ユニット、３８ プラネタリギヤ、４１，４２ モータ、４３，４４ インバータ、４６ モータ用電子制御ユニット、４８ バッテリ、４９ 昇圧コンバータ、５０ ハイブリッド用電子制御ユニット、５２ シフトポジションセンサ、５４ アクセルペダルポジションセンサ、５６ ブレーキペダルポジションセンサ、５８ 車速センサ。

Claims (1)

1. 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発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、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とりが可能なバッテリと、前記バッテリの電力を昇圧して前記発電機および前記電動機に供給可能な昇圧コンバータと、アクセル操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求トルクと該駆動軸に要求される要求パワーとを設定し、前記設定した要求パワーから前記バッテリを充放電すべき充放電電力を減じて前記内燃機関から出力すべき機関指令パワーを設定すると共に該設定した機関指令パワーと前記内燃機関を効率よく運転するために予め定められた動作ラインとを用いて該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し、該設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定した要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記発電機および前記電動機のトルク指令を設定し、該設定した前記発電機および前記電動機のトルク指令に基づく目標電圧が前記発電機および前記電動機に供給されると共に前記内燃機関が目標運転ポイントで運転されて前記発電機および前記電動機が前記設定したトルク指令で駆動されるよう前記内燃機関と前記発電機と前記電動機と前記昇圧コンバータとを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
   前記制御手段は、前記内燃機関を運転して前記バッテリの充電を伴って走行するときには、前記内燃機関から出力されるパワーが小さいほど大きい該内燃機関の運転における損失と前記発電機および前記電動機に供給されている電圧が大きいほど大きく且つ前記バッテリに充電される電力が大きいほど大きい該バッテリの充電における損失との和が最小になる電力として前記充放電電力を設定する手段である、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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