JP2010202132A - Hybrid car and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関し、詳しくは、内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された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3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、発電機および電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車およびこうしたハイブリッド車の制御方法に関する。 More particularly, the present invention relates to an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator. A hybrid vehicle including a planetary gear mechanism in which three rotating elements are connected to three shafts, an electric motor capable of outputting power to a drive shaft, and a power storage unit capable of exchanging electric power with the electric motor, and such a hybrid vehicle Relates to the control method.
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、第1モータと車軸に連結された駆動軸とエンジンの出力軸と第1モータの回転軸との3軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、駆動軸に動力を出力する第2モータと、第1モータおよび第2モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド車において、バッテリが低温のために複数気筒のエンジンの停止が禁止されているときには、アクセルペダルポジションや車速から駆動軸に要求される要求パワーとバッテリの残容量とに基づいてエンジンの目標パワーを設定し、目標パワーが閾値未満のときには複数気筒のうちの一部の気筒のみに燃料を供給してエンジンから目標パワーを出力しながら要求パワーが駆動軸に出力されるよう二つのモータを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これにより、バッテリが低温のときでもエンジンの継続運転に伴って燃料の消費量が多くなるのを抑制している。 Conventionally, this type of hybrid vehicle includes a planetary structure in which three rotating elements are connected to three axes of an engine, a drive shaft coupled to a first motor and an axle, an output shaft of the engine, and a rotation shaft of the first motor. In a hybrid vehicle including a gear mechanism, a second motor that outputs power to the drive shaft, and a battery that exchanges power with the first motor and the second motor, the engine of the multi-cylinder engine is stopped due to the low temperature of the battery. Is prohibited, the target power of the engine is set based on the required power required for the drive shaft from the accelerator pedal position and the vehicle speed and the remaining capacity of the battery. Control the two motors so that the required power is output to the drive shaft while supplying fuel to only some cylinders and outputting the target power from the engine It has been proposed to (for example, see Patent Document 1). Thereby, even when the battery is at a low temperature, the fuel consumption is suppressed from increasing along with the continuous operation of the engine.
上述のハイブリッド自動車では、バッテリを充放電してもよい最大電力の範囲内で、走行に要求されるトルクに応じてエンジンに要求される要求パワーを求め、この要求パワーをエンジンから効率よく出力することができる回転数とトルクとからなる運転ポイントをエンジンの目標運転ポイントとして設定し、エンジンが目標運転ポイントにおける回転数で回転するよう第1モータのトルク指令を設定し、走行に要求されるトルクが駆動軸に出力されるよう第2モータのトルク指令を設定し、エンジンが目標運転ポイントで運転されると共に第1モータおよび第2モータがトルク指令で駆動するようエンジン,第1モータ,第2モータを制御するが、バッテリの温度が低いときにアクセルペダルが大きく踏み込まれたときには、駆動トルクが一時的に抜けてしまう現象が生じたり、第1モータが過回転する恐れが生じる。 In the hybrid vehicle described above, the required power required for the engine is obtained according to the torque required for running within the range of the maximum power that may charge and discharge the battery, and this required power is efficiently output from the engine. The operating point consisting of the rotational speed and torque that can be set is set as the target operating point of the engine, the torque command of the first motor is set so that the engine rotates at the rotational speed at the target operating point, and the torque required for traveling Is set to output to the drive shaft, and the engine, the first motor, and the second motor are driven so that the engine is operated at the target operation point and the first motor and the second motor are driven by the torque command. When the motor is controlled, but the accelerator pedal is depressed greatly when the battery temperature is low, the drive torque is reduced. Or phenomenon occurs that fall out in time, the possibility that the first motor overspeed occurs.
駆動トルクが一時的に抜けてしまう現象は、以下のように生じる。アクセルペダルが大きく踏み込まれると、エンジンの目標運転ポイントとしての目標回転数が急上昇するが、エンジン自身の応答性が低いために、第1モータはエンジンの回転数を上昇させるようトルク指令が設定される。このとき、バッテリが低温であるためにバッテリから出力することができる電力は制限されて小さくなってるにも拘わらず、第1モータでは発電電力が小さくなるか或いは電力消費することになるために、第2モータから出力することができるトルクは小さな値となり、走行に要求されるトルクを出力することができないだけでなく、駆動軸に出力するトルク自体も小さくなってしまう。 The phenomenon that the drive torque is temporarily lost occurs as follows. When the accelerator pedal is depressed greatly, the target rotational speed as the target operating point of the engine rises rapidly. However, since the response of the engine itself is low, a torque command is set for the first motor to increase the rotational speed of the engine. The At this time, since the battery is low temperature, the power that can be output from the battery is limited and small, but the generated power is reduced or consumed in the first motor. The torque that can be output from the second motor becomes a small value, and not only the torque required for traveling cannot be output, but also the torque output to the drive shaft itself becomes small.
第1モータが過回転する恐れは以下のように生じる。アクセルオフの状態からアクセルペダルが大きく踏み込まれたときには、デファレンシャルギヤなどのギヤ機構でトルクの作用方向が急変するためにギヤ機構の歯打ち音などの異音が生じるのを抑制するために、駆動軸へのトルクの上昇を通常時よりゆっくり行なうことが行なわれている。このとき、エンジンをアクセルペダルの踏み込み量に応じて比較的高回転高トルクで運転するためには、第1モータも比較的高回転高トルクで駆動する必要が生じるが、バッテリが低温であるためにバッテリを充電することができる電力を制限しているときには、第1モータから十分なトルクを出力することができず、エンジンからのトルクにより第1モータの回転数が急上昇し、第1モータが過回転する恐れが生じてしまう。 The fear of the first motor over-rotating occurs as follows. When the accelerator pedal is depressed greatly from the accelerator off state, the driving direction of the gear mechanism, such as a differential gear, suddenly changes the direction of torque to suppress abnormal noise such as rattling noise from the gear mechanism. Increasing the torque on the shaft is performed more slowly than usual. At this time, in order to drive the engine at a relatively high rotation and high torque according to the amount of depression of the accelerator pedal, the first motor needs to be driven at a relatively high rotation and high torque, but the battery is at a low temperature. When the electric power that can charge the battery is limited, sufficient torque cannot be output from the first motor, and the rotational speed of the first motor increases rapidly due to the torque from the engine. There is a risk of over-rotation.
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された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3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、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などの蓄電装置と、を備えるハイブリッド車において、蓄電装置の温度が低いときでも走行に要求されるトルクを出力できるようにすると共に発電機が過回転しないようにすることを主目的とする。 The hybrid vehicle according to the present invention and the control method therefor include an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to the axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotary shaft of the generator. In a hybrid vehicle comprising: a planetary gear mechanism to which two rotating elements are connected; an electric motor capable of outputting power to a drive shaft; and an electric storage device such as a generator and a battery capable of exchanging electric power with the electric motor. The main purpose is to be able to output the torque required for traveling even when the temperature of the generator is low and to prevent the generator from over-rotating.
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The hybrid vehicle of the present invention and its control method employ the following means in order to achieve the main object described above.
本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された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蓄電手段と、を備えるハイブリッド車であって、
前記蓄電手段の温度である電池温度を検出する電池温度検出手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大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、
アクセル操作に基づいて走行に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
アクセル操作に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも該目標パワーが大きく変化したときには前記検出された電池温度が低いほど低い応答性をもって該設定した目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定するパワー設定手段と、
前記内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと前記設定された実行用パワーと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、
前記設定された入出力制限の範囲内で前記設定された目標運転ポイントにより前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されて走行す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 hybrid vehicle of the present invention
Planetary gear in which three rotating elements are connected to three axes of an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator A hybrid vehicle comprising: a mechanism; an electric motor capable of outputting power to the drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor;
Battery temperature detecting means for detecting battery temperature which is the temperature of the power storage means;
An input / output limit setting means for setting an input / output limit as the maximum power that may be charged / discharged based on the state of the power storage means;
Requested torque setting means for setting a requested torque required for traveling based on an accelerator operation;
Based on the accelerator operation, the target power to be output from the internal combustion engine is set, and at least when the target power changes greatly, the lower the detected battery temperature, the lower the response, the slower the responsiveness to the set target power. Power setting means for performing and setting execution power;
A target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque at which the internal combustion engine should be operated based on an operation line as a restriction imposed on the rotational speed and torque of the internal combustion engine and the set execution power. Target operation point setting means to be set;
The internal combustion engine and the power generator are operated so that the internal combustion engine is operated by the set target operation point within the set input / output limit range and the set required torque is output to the drive shaft. Control means for controlling the machine and the motor;
It is a summary to provide.
この本発明のハイブリッド車では、アクセル操作に基づいて内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも目標パワーが大きく変化したときには蓄電手段の温度が低いほど低い応答性をもって目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定し、内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと設定した実行用パワーと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。そして、蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で目標運転ポイントにより内燃機関が運転されると共にアクセル操作に基づいて走行に要求される要求トルクが駆動軸に出力されて走行するよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。即ち、蓄電手段の温度が低いときには実行用パワーの上昇の程度を小さくするのである。これにより、内燃機関の目標回転数の上昇の程度も小さくなるため、発電機の発電電力が小さくなったり発電機の電力消費が大きくなったりするのを抑制することができる。この結果、発電機からの発電電力や蓄電手段からの電力を用いて電動機からトルクを出力することができ、駆動軸に出力するトルクが一時的に小さくなってしまうのを抑制することができる。また、駆動軸に出力されるトルクの符号が変化する領域で駆動軸への要求トルクの上昇を通常時よりゆっくり行なうハイブリッド車では、蓄電手段の温度が低いときには内燃機関から出力する実行用パワーの上昇の程度を小さくすることにより、発電機から出力する発電トルクも小さくして発電機による発電電力を電動機の消費電力と蓄電手段の入力制限との和の範囲内とすることができ、内燃機関のトルクによって発電機の回転数が急上昇するのを抑制することができる。 In the hybrid vehicle according to the present invention, the target power to be output from the internal combustion engine is set based on the accelerator operation, and at least when the target power greatly changes, the lower the temperature of the power storage means, the lower the response to the target power with a lower response. The target power and the target torque for operating the internal combustion engine based on the operation line as a restriction imposed on the rotational speed and the torque of the internal combustion engine and the set execution power are set. Set the target operating point consisting of Then, the internal combustion engine is operated by the target operation point within the range of the input / output limit as the maximum power that may charge / discharge the power storage means, and the required torque required for traveling based on the accelerator operation is output to the drive shaft The internal combustion engine, the generator, and the electric motor are controlled so as to travel. That is, when the temperature of the power storage means is low, the degree of increase in the execution power is reduced. As a result, since the degree of increase in the target rotational speed of the internal combustion engine is also reduced, it is possible to suppress a decrease in the generated power of the generator and an increase in the power consumption of the generator. As a result, torque can be output from the electric motor using the generated power from the generator and the electric power from the storage means, and the torque output to the drive shaft can be prevented from temporarily decreasing. Further, in a hybrid vehicle in which the required torque to the drive shaft is increased more slowly than usual in a region where the sign of the torque output to the drive shaft changes, the execution power output from the internal combustion engine is low when the temperature of the power storage means is low. By reducing the degree of increase, the power generation torque output from the generator can be reduced, and the power generated by the power generator can be within the range of the sum of the power consumption of the motor and the input limit of the power storage means. It is possible to suppress the rapid increase in the number of rotations of the generator due to the torque.
こうした本発明のハイブリッド車において、前記パワー設定手段は、前記緩変化処理として前記電池温度が低いほど小さくなる傾向のレート値を用いたレート処理を用いて前記実行用パワーを設定する手段である、ものとすることもできる。 In such a hybrid vehicle of the present invention, the power setting means is means for setting the execution power using rate processing using a rate value that tends to decrease as the battery temperature decreases as the slow change processing. It can also be.
また、本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記設定された目標運転ポイントにおける目標回転数で前記内燃機関が回転するよう前記発電機のトルク指令である発電機トルク指令を設定すると共に前記設定された要求トルクから前記発電機を前記発電機トルク指令で駆動したときに前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するトルクを減じて得られるトルクを前記電動機のトルク指令である電動機トルク指令として設定し、前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されるよう該内燃機関を制御すると共に前記発電機が前記発電機トルク指令で駆動されるよう該発電機を制御し、且つ、前記電動機が前記電動機トルク指令で駆動されるよう該電動機を制御する手段である、ものとすることもできる。この場合、前記制御手段は、前記内燃機関が前記目標回転数で回転するようフィードバック制御により前記発電機トルク指令を設定する手段である、ものとすることもできるし、前記制御手段は、前記発電機から入出力される電力としての発電機電力と前記電動機から入出力される電動機電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内である条件と前記発電機から出力するトルクのうち前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力したトルクのうち前記駆動軸に作用するトルクとの和の合算トルクが前記設定された要求トルクの符号を変更せず且つ該合算トルクの大きさが該要求トルクの大きさ以下である条件とを満たす範囲内で前記発電機トルク指令と前記電動機トルク指令とを設定する手段である、ものとすることもできる。 In the hybrid vehicle of the present invention, the control means sets a generator torque command, which is a torque command of the generator, so that the internal combustion engine rotates at a target rotational speed at the set target operating point. The torque obtained by subtracting the torque acting on the drive shaft via the planetary gear mechanism when the generator is driven with the generator torque command from the set required torque is the motor torque that is the torque command of the motor. Set as a command, control the internal combustion engine so that the internal combustion engine is operated at the target operating point, control the generator so that the generator is driven by the generator torque command, and the motor Is a means for controlling the electric motor to be driven by the electric motor torque command. In this case, the control means may be means for setting the generator torque command by feedback control so that the internal combustion engine rotates at the target rotational speed. Of the torque output from the generator and the condition that the sum of the generator power as the power input / output from the machine and the motor power input / output from the motor is within the set input / output limit range The total torque of the sum of the torque that acts on the drive shaft out of the torque that acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism and the torque that is output from the electric motor does not change the sign of the set required torque and Means for setting the generator torque command and the motor torque command within a range satisfying a condition that the magnitude of the total torque is equal to or less than the magnitude of the required torque; It can also be a.
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された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蓄電手段と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
アクセル操作に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも該目標パワーが大きく変化したときには前記蓄電手段の温度が低いほど低い応答性をもって該設定した目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定し、前記内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと前記設定した実行用パワーと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し、前記蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で前記設定した目標運転ポイントにより前記内燃機関が運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記駆動軸に出力されて走行す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 hybrid vehicle control method of the present invention includes:
Planetary gear in which three rotating elements are connected to three axes of an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator A hybrid vehicle control method comprising: a mechanism; an electric motor capable of outputting power to the drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor,
Based on the accelerator operation, a target power to be output from the internal combustion engine is set, and at least when the target power changes greatly, the set target power is subjected to a gradual change process with lower responsiveness as the temperature of the power storage means decreases. The target engine speed and the target torque to be operated on the internal combustion engine based on the operation line as a restriction imposed on the engine speed and torque of the internal combustion engine and the set power for execution are set. The internal combustion engine is operated by the set target operation point within the range of the input / output limit as the maximum power that may charge / discharge the power storage means and is required for traveling. Controlling the internal combustion engine, the generator, and the electric motor so that the required torque is output to the drive shaft and travels.
It is characterized by that.
本発明のハイブリッド車の制御方法では、アクセル操作に基づいて内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも目標パワーが大きく変化したときには蓄電手段の温度が低いほど低い応答性をもって目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定し、内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと設定した実行用パワーと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。そして、蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で目標運転ポイントにより内燃機関が運転されると共にアクセル操作に基づいて走行に要求される要求トルクが駆動軸に出力されて走行するよう内燃機関と発電機と電動機とを制御する。即ち、蓄電手段の温度が低いときには実行用パワーの上昇の程度を小さくするのである。これにより、内燃機関の目標回転数の上昇の程度も小さくなるため、発電機の発電電力が小さくなったり発電機の電力消費が大きくなったりするのを抑制することができる。この結果、発電機からの発電電力や蓄電手段からの電力を用いて電動機からトルクを出力することができ、駆動軸に出力するトルクが一時的に小さくなってしまうのを抑制することができる。また、駆動軸に出力されるトルクの符号が変化する領域で駆動軸への要求トルクの上昇を通常時よりゆっくり行なうハイブリッド車では、蓄電手段の温度が低いときには内燃機関から出力する実行用パワーの上昇の程度を小さくすることにより、発電機から出力する発電トルクも小さくして発電機による発電電力を電動機の消費電力と蓄電手段の入力制限との和の範囲内とすることができ、内燃機関のトルクによって発電機の回転数が急上昇するのを抑制することができる。 In the hybrid vehicle control method of the present invention, the target power to be output from the internal combustion engine is set based on the accelerator operation, and at least when the target power changes greatly, the lower the temperature of the power storage means, the lower the response to the target power. The execution power is set by performing change processing, and the target rotational speed and the target for operating the internal combustion engine based on the operating line as a restriction imposed on the rotational speed and torque of the internal combustion engine and the set execution power Set a target operating point consisting of torque. Then, the internal combustion engine is operated by the target operation point within the range of the input / output limit as the maximum power that may charge / discharge the power storage means, and the required torque required for traveling based on the accelerator operation is output to the drive shaft The internal combustion engine, the generator, and the electric motor are controlled so as to travel. That is, when the temperature of the power storage means is low, the degree of increase in the execution power is reduced. As a result, since the degree of increase in the target rotational speed of the internal combustion engine is also reduced, it is possible to suppress a decrease in the generated power of the generator and an increase in the power consumption of the generator. As a result, torque can be output from the electric motor using the generated power from the generator and the electric power from the storage means, and the torque output to the drive shaft can be prevented from temporarily decreasing. Further, in a hybrid vehicle in which the required torque to the drive shaft is increased more slowly than usual in a region where the sign of the torque output to the drive shaft changes, the execution power output from the internal combustion engine is low when the temperature of the power storage means is low. By reducing the degree of increase, the power generation torque output from the generator can be reduced, and the power generated by the power generator can be within the range of the sum of the power consumption of the motor and the input limit of the power storage means. It is possible to suppress the rapid increase in the number of rotations of the generator due to the torque.
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。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
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、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、車両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 the 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、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θb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θbとに基づいてバッテリ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を演算している。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度θb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θbと入出力制限Win,Wout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。
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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。
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、特にアクセルペダル83が大きく踏み込まれたときの動作について説明する。図4は、アクセルペダル83が大きく踏み込まれたときにハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される加速時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
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,電池温度θb,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、電池温度θbは、温度センサ51により検出したものをバッテリECU52から通信により入力したものとした。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の電池温度θb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とに基づいて車両の走行に必要と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に出力すべき必要トルクTdrvを設定すると共に設定した必要トルクTdrv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との和としてエンジン22に要求される要求パワーPe*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。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。
When the data is input in this way, it is necessary to output to the ring gear shaft 32a as the drive shaft connected to the
続いて、現在設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref以上であるか否かを判定し(ステップS120)、現在設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref以上であるときには、通常時に用いるレート値Trt1をトルク用レート値Trtに設定して(ステップS130)、現在設定されている要求トルクTr*に設定したトルク用レート値Trtを加えたものと必要トルクTdrvとのうち小さい方を要求トルクTr*として設定し(ステップS150)、現在設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref未満であるときには、通常時のレート値Trt1より小さなレート値Trt2をトルク用レート値Trtに設定して(ステップS140)、現在設定されている要求トルクTr*に設定したトルク用レート値Trtを加えたものと必要トルクTdrvとのうち小さい方を要求トルクTr*として設定する(ステップS150)。ここで、現在設定されている要求トルクTr*にトルク用レート値Trtを加えたものと必要トルクTdrvとのうち小さい方を要求トルクTr*として設定する処理は、レート処理による緩変化処理により要求トルクTr*を設定する処理ということができる。必要トルクTdrvを直ちに要求トルクTr*として設定しないのはエンジン22の運転状態の変更やモータMG1,MG2の駆動状態の変更をエンジン22やモータMG1,MG2の能力を超えないようにするためである。また、現在設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref未満であるときに通常時のレート値Trt1より小さなレート値Trt2をトルク用レート値Trtに設定して時間当たりの変化量を小さくして要求トルクTr*を設定するのは、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクが値0近傍のときにデファレンシャルギヤなどのギヤ機構の歯打ち音などの異音が生じるのを抑制するためである。したがって、閾値Trefは、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクが値0近傍であるか否かを判定する閾値であり、エンジン22やモータMG1,MG2の性能などにより設定することができる。
Subsequently, it is determined whether or not the absolute value of the currently set required torque Tr * is greater than or equal to the threshold value Tref (step S120), and the absolute value of the currently set required torque Tr * is equal to or greater than the threshold value Tref. In some cases, the rate value Trt1 that is normally used is set to the torque rate value Trt (step S130), and the required torque Tdrv and the torque rate value Trt that has been set are added to the currently set required torque Tr *. The smaller one is set as the required torque Tr * (step S150), and when the absolute value of the currently set required torque Tr * is less than the threshold value Tref, a rate value Trt2 smaller than the normal rate value Trt1 is used for torque. The rate value Trt is set (step S140), and the torque set to the currently set required torque Tr * is set. Set the smaller as the required torque Tr * of and the required torque Tdrv plus click for rate value Trt (step S150). Here, the process of setting the smaller one of the required torque Tr * added to the torque rate value Trt and the required torque Tdrv as the required torque Tr * is requested by a gradual change process by the rate process. It can be said that the process sets the torque Tr *. The reason why the required torque Tdrv is not immediately set as the required torque Tr * is to prevent changes in the operating state of the
こうして要求トルクTr*を設定すると、電池温度θbに基づいてパワー用レート値Prtを設定すると共に(ステップS160)、現在設定されている実行用パワーP*にパワー用レート値Prtを加えたものと要求パワーPe*とのうち小さい方を新たな実行用パワーP*として設定し(ステップS170)、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと設定した実行用パワーP*に基づいてエンジン22の目標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S180)。パワー用レート値Prtは、実施例では、電池温度θbとパワー用レート値Prtとの関係を予め定めてパワー用レート値設定用マップとしてROM74に記憶しておき、電池温度θbが与えられると記憶したマップから対応するパワー用レート値Prtを導出して設定するものとした。図6にパワー用レート値設定用マップの一例を示す。図示するように、パワー用レート値Prtは、電池温度θbが温度θ1以上のときには通常時のレート値Prt1が設定され、電池温度θbが温度θ2未満のときには通常時のレート値Prt1より小さなレート値Prt2が設定され、電池温度θbが温度θ2以上で温度θ1未満のときにはレート値prt2から電池温度θbが高くなるほど大きくなって温度θ1のときにレート値Prtとなる値が設定される。このように設定することにより、電池温度θbが低いときには実行用パワーP*を大きくする程度を小さくすることができる。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7に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインと実行用パワーP*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
When the required torque Tr * is thus set, the power rate value Prt is set based on the battery temperature θb (step S160), and the power rate value Prt is added to the currently set execution power P *. The smaller of the required power Pe * is set as a new execution power P * (step S170), and the target operation of the
次に、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2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*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(2)によりモータMG1から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm1tmpを計算する(ステップS190)。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。エンジン22からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構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8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。
Next, the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 is calculated by the following equation (1) using the target rotational speed Ne * of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (1)
Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / ρ (1)
Tm1tmp = ρ ・ Te * / (1 + ρ) + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (2)
続いて、式(3)および式(4)を共に満たすモータMG1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Tm1min,Tm1maxを設定し(ステップS200)、設定した仮トルクTm1tmpを式(5)によりトルク制限Tm1min,Tm1maxで制限してモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップ210)。ここで、式(3)はモータMG1やモータMG2によりリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から要求トルクTr*までの範囲内となる関係であり、式(4)はモータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内となる関係である。トルク制限Tm1min,Tm1maxの一例を図9に示す。トルク制限Tm1min,Tm1maxは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Tm1*の最大値と最小値として求めることができる。
Subsequently, torque limits Tm1min and Tm1max are set as upper and lower limits of the torque that may be output from the motor MG1 that satisfies both the expressions (3) and (4) (step S200), and the set temporary torque Tm1tmp is expressed by the expression ( The torque command Tm1 * of the motor MG1 is set by limiting with the torque limits Tm1min and Tm1max according to 5) (step 210). Here, Expression (3) is a relationship in which the sum of torques output to the ring gear shaft 32a by the motor MG1 and the motor MG2 is within a range from the
0≦−Tm1/ρ+Tm2・Gr≦Tr* (3)
Win≦Tm1・Nm1+Tm2・Nm2≦Wout (4)
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (5)
0 ≦ −Tm1 / ρ + Tm2, Gr ≦ Tr * (3)
Win ≦ Tm1 / Nm1 + Tm2 / Nm2 ≦ Wout (4)
Tm1 * = max (min (Tm1tmp, Tm1max), Tm1min) (5)
そして、要求トルクTr*に設定したトルク指令Tm1*を動力分配統合機構30のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ35のギヤ比Grで除してモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクTm2tmpを次式(6)により計算すると共に(ステップS220)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令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Tm2min,Tm2maxを次式(7)および式(8)により計算すると共に(ステップS230)、設定した仮トルクTm2tmpを式(9)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS240)。ここで、式(6)は、図8の共線図から容易に導くことができる。
Then, the torque command Tm1 * set as the required torque Tr * is divided by the gear ratio ρ of the power distribution and
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (6)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (7)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (9)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1 * / ρ) / Gr (6)
Tm2min = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (7)
Tm2max = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (8)
Tm2 * = max (min (Tm2tmp, Tm2max), Tm2min) (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S250)、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。
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
いま、バッテリ50の電池温度θbが低いときに定常走行している最中に運転者がアクセルペダル83を大きく踏み込んだときを考える。アクセルペダル83が大きく踏み込まれると、アクセルペダル83の踏み込み量としてのアクセル開度Accに応じて比較的大きな必要トルクTdrvが設定され、この必要トルクTdrvによって大きな要求パワーPe*が設定される。しかし、バッテリ50の電池温度θbが低いために小さなパワー用レート値Prtによるレート処理によって実行用パワーP*が設定されてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*が設定されると共にこの目標回転数Ne*でエンジン22が回転するようモータMG1のトルク指令Tm1*が設定される。このときのトルク指令Tm1*は、パワー用レート値Prtが小さいためにエンジン22の回転数Neと目標回転数Ne*との偏差も小さいことからエンジン22の回転数Neを目標回転数Ne*に追従させるためのフィードフォワード項(式(2)の右辺第2項および第3項)は比較的小さくなる。エンジン22から出力すべき目標トルクTe*に対するフィードフォワード項(式(2)の右辺第1項)が支配的になる。このため、レート処理による実行用パワーP*の上昇の程度に応じてモータMG1のトルク指令Tm1*は発電トルクとして大きくなる。一方、モータMG2のトルク指令Tm2*は、モータMG1の発電電力とバッテリ50の出力制限Woutとの和の範囲内でトルク指令Tm2*を設定して駆動することができるから、レート処理による実行用パワーP*の上昇の程度に応じてモータMG2から出力するトルクも大きくなる。この結果、エンジン22の目標回転数Ne*が急上昇することにより生じる駆動トルクの一時的な抜けの現象を生じることはない。
Now, let us consider a case where the driver depresses the
次に、バッテリ50の電池温度θbが低いときにアクセルオフにより若干の制動トルクを出力して走行している最中に運転者がアクセルペダル83を大きく踏み込んだときを考える。アクセルペダル83が大きく踏み込まれると、アクセルペダル83の踏み込み量としてのアクセル開度Accに応じて比較的大きな必要トルクTdrvが設定され、この必要トルクTdrvによって大きな要求パワーPe*が設定される。要求トルクTr*の絶対値が値0近傍の閾値Tref未満のときにはデファレンシャルギヤ62などの歯打ち音の防止のためにトルク用レート値Trtとして通常時のレート値Trt1より小さなレート値Trt2を用いた緩変化処理により要求トルクTr*が設定される。一方、エンジン22から出力する実行用パワーP*は、バッテリ50の電池温度θbが低いために小さなパワー用レート値Prtによるレート処理によって設定されるから、その上昇の程度は通常時よりゆっくりと行なわれる。従って、エンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*も通常時よりゆっくり大きくなる。こうしたエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*の上昇に応じてモータMG1のトルク指令Tm1*も発電トルクとして大きくなるが、実行用パワーP*の上昇の程度と要求トルクTr*の上昇の程度とに大きな乖離が生じないため、要求トルクTr*からモータMG1から出力するトルクのうち駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクを減じたトルクをモータMG2から出力するものとしても、低温時のバッテリ50の入力制限Winを超過しないようになる。この結果、実行用パワーP*の上昇の程度と要求トルクTr*の上昇の程度とに大きな乖離が生じてモータMG1の発電電力とモータMG2の消費電力との和が低温時のバッテリ50の入力制限Winを超過することによって生じるモータMG1の過回転を抑制することができる。
Next, let us consider a case where the driver greatly depresses 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、エンジン22から出力すべき要求パワーPe*に対してバッテリ50の電池温度θbが小さいほど小さくなる傾向のパワー用レート値Prtによるレート処理(緩変化処理)を用いて実行用パワーP*を設定し、この実行用パワーP*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*を設定し、エンジン22が目標回転数Ne*,目標トルクTe*で運転されると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されて走行するようエンジン22とモータMG1,MG2を制御することにより、エンジン22の目標回転数Ne*が急上昇することによって生じる駆動トルクの一時的な抜けの現象が生じるのを抑制することができる。しかも、バッテリ50の電池温度θbが低いときにアクセルオフにより若干の制動トルクを出力して走行している最中に運転者がアクセルペダル83を大きく踏み込んだときでも、要求パワーPe*に対してバッテリ50の電池温度θbが小さいほど小さくなる傾向のパワー用レート値Prtによるレート処理(緩変化処理)を用いて実行用パワーP*を設定することによって実行用パワーP*の上昇の程度と要求トルクTr*の上昇の程度とに大きな乖離が生じるのを抑制するから、実行用パワーP*の上昇の程度と要求トルクTr*の上昇の程度とに大きな乖離が生じてモータMG1の発電電力とモータMG2の消費電力との和が低温時のバッテリ50の入力制限Winを超過することによって生じるモータMG1の過回転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、エンジン22から出力すべき要求パワーPe*に対してバッテリ50の電池温度θbが小さいほど小さくなる傾向のパワー用レート値Prtによるレート処理(緩変化処理)を用いて実行用パワーP*を設定するものとしたが、実行用パワーP*の設定の際に緩変化処理としてレート処理に限定されるものではなく、レート処理以外の緩変化処理、例えばなまし処理などを用いるものとしてもよい。なまし処理を用いる場合、なましの程度がバッテリ50の電池温度θbが小さいほど大きくなるようにすればよい。
In the
実施例では、ハイブリッド自動車20として説明したが、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の制御方法の形態としてもよい。
In the embodiment, 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「発電機」に相当し、動力分配統合機構30が「遊星歯車機構」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、温度センサ51が「電池温度検出手段」に相当し、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くバッテリ50の残容量(SOC)とバッテリ50の電池温度θbとに基づいてバッテリ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を演算するバッテリECU52が「入出力制限設定手段」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて必要トルクTdrvを設定し、それまで設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref以上のときには通常時のレート値Trt1を用いるレート処理により要求トルクTr*を設定し、それまで設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref未満のときには通常時のレート値Trt1より小さなレート値Trt2を用いるレート処理により要求トルクTr*を設定する図4の加速時駆動制御ルーチンのステップS110〜S150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「要求トルク設定手段」に相当し、アクセル開度Accに基づく必要トルクTdrvに基づいてエンジン22に要求される要求パワーPe*を設定すると共にバッテリ50の電池温度θbが小さいほど小さくなる傾向のパワー用レート値Prtを用いるレート処理により実行用パワーP*を設定する図4の加速時駆動制御ルーチンのステップS110,S160,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「パワー設定手段」に相当し、エンジン22を効率よく運転する動作ラインと実行用パワーP*とに基づいてエンジン22の目標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の加速時駆動制御ルーチンのステップS180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、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*で運転されると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行するようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定して目標回転数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に送信する図4の加速時駆動制御ルーチンのステップS190〜S250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としても構わない。「遊星歯車機構」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など、車軸に連結された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3つの回転要素が接続された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。「蓄電手段」としては、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、キャパシタなど、発電機や電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「電池温度検出手段」としては温度センサ51に限定されるものではなく、蓄電手段の温度である電池温度を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「入出力制限設定手段」としては、バッテリ50の残容量(SOC)とバッテリ50の電池温度θb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、残容量(SOC)や電池温度θb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、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電してもよい最大許容電力である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。「要求トルク設定手段」としては、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて必要トルクTdrvを設定し、それまで設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref以上のときには通常時のレート値Trt1を用いるレート処理により要求トルクTr*を設定し、それまで設定されている要求トルクTr*の絶対値が閾値Tref未満のときには通常時のレート値Trt1より小さなレート値Trt2を用いるレート処理により要求トルクTr*を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Accだけに基づいて必要トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、走行に要求される要求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。「パワー設定手段」としては、アクセル開度Accに基づく必要トルクTdrvに基づいてエンジン22に要求される要求パワーPe*を設定すると共にバッテリ50の電池温度θbが小さいほど小さくなる傾向のパワー用レート値Prtを用いるレート処理により実行用パワーP*を設定するものに限定されるものではなく、必要トルクTdrvに基づく要求トルクTr*に基づいてエンジン22に要求される要求パワーPe*を設定するものとするなど、アクセル操作に基づいて内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも目標パワーが大きく変化したときには電池温度が低いほど低い応答性をもって目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワー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、エンジン22を効率よく運転する動作ラインと実行用パワーP*とに基づいてエンジン22の目標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、エンジン22から大きなトルクを出力する動作ラインと実行用パワーP*とに基づいてエンジン22の目標運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するなど、内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと実行用パワーと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よい。「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、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*で運転されると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行するようエンジン22やモータMG1,MG2を制御するものに限定されるものではなく、蓄電手段の入出力制限の範囲内で目標運転ポイントにより内燃機関が運転されると共に要求トルクが駆動軸に出力されて走行す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 such as an induction motor that can input and output power. The “planetary gear mechanism” is not limited to the power distribution and
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、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the manufacturing industry of hybrid vehicles.
20 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)、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)、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 hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution and integration mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34 carrier, 35
Claims (6)
前記蓄電手段の温度である電池温度を検出する電池温度検出手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電してもよい最大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、
アクセル操作に基づいて走行に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段と、
アクセル操作に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも該目標パワーが大きく変化したときには前記検出された電池温度が低いほど低い応答性をもって該設定した目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定するパワー設定手段と、
前記内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと前記設定された実行用パワーと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、
前記設定された入出力制限の範囲内で前記設定された目標運転ポイントにより前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求トルクが前記駆動軸に出力されて走行す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、
を備えるハイブリッド車。 Planetary gear in which three rotating elements are connected to three axes of an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator A hybrid vehicle comprising: a mechanism; an electric motor capable of outputting power to the drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor;
Battery temperature detecting means for detecting battery temperature which is the temperature of the power storage means;
An input / output limit setting means for setting an input / output limit as the maximum power that may be charged / discharged based on the state of the power storage means;
Requested torque setting means for setting a requested torque required for traveling based on an accelerator operation;
Based on the accelerator operation, the target power to be output from the internal combustion engine is set, and at least when the target power changes greatly, the lower the detected battery temperature, the lower the response, the slower the responsiveness to the set target power. Power setting means for performing and setting execution power;
A target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque at which the internal combustion engine should be operated based on an operation line as a restriction imposed on the rotational speed and torque of the internal combustion engine and the set execution power. Target operation point setting means to be set;
The internal combustion engine and the power generator are operated so that the internal combustion engine is operated by the set target operation point within the set input / output limit range and the set required torque is output to the drive shaft. Control means for controlling the machine and the motor;
A hybrid car with
前記パワー設定手段は、前記緩変化処理として前記電池温度が低いほど小さくなる傾向のレート値を用いたレート処理を用いて前記実行用パワーを設定する手段である、
ハイブリッド車。 The hybrid vehicle according to claim 1,
The power setting means is means for setting the execution power using rate processing using a rate value that tends to decrease as the battery temperature decreases as the slow change processing.
Hybrid car.
前記制御手段は、前記設定された目標運転ポイントにおける目標回転数で前記内燃機関が回転するよう前記発電機のトルク指令である発電機トルク指令を設定すると共に前記設定された要求トルクから前記発電機を前記発電機トルク指令で駆動したときに前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するトルクを減じて得られるトルクを前記電動機のトルク指令である電動機トルク指令として設定し、前記内燃機関が前記目標運転ポイントで運転されるよう該内燃機関を制御すると共に前記発電機が前記発電機トルク指令で駆動されるよう該発電機を制御し、且つ、前記電動機が前記電動機トルク指令で駆動されるよう該電動機を制御する手段である、
ハイブリッド車。 A hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The control means sets a generator torque command, which is a torque command of the generator, so that the internal combustion engine rotates at a target rotational speed at the set target operating point, and generates the generator from the set required torque. Is set as a motor torque command that is a torque command of the motor, and is obtained by subtracting the torque that acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism when the motor is driven by the generator torque command. The internal combustion engine is controlled to operate at the target operating point, the generator is controlled so that the generator is driven by the generator torque command, and the electric motor is driven by the motor torque command. Means for controlling the electric motor,
Hybrid car.
前記制御手段は、前記内燃機関が前記目標回転数で回転するようフィードバック制御により前記発電機トルク指令を設定する手段である、
ハイブリッド車。 A hybrid vehicle according to claim 3,
The control means is means for setting the generator torque command by feedback control so that the internal combustion engine rotates at the target rotational speed.
Hybrid car.
前記制御手段は、前記発電機から入出力される電力としての発電機電力と前記電動機から入出力される電動機電力との和が前記設定された入出力制限の範囲内である条件と前記発電機から出力するトルクのうち前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するトルクと前記電動機から出力したトルクのうち前記駆動軸に作用するトルクとの和の合算トルクが前記設定された要求トルクの符号を変更せず且つ該合算トルクの大きさが該要求トルクの大きさ以下である条件とを満たす範囲内で前記発電機トルク指令と前記電動機トルク指令とを設定する手段である、
ハイブリッド車。 A hybrid vehicle according to claim 3 or 4,
The control means includes a condition that a sum of generator power as power input / output from the generator and motor power input / output from the motor is within the set input / output limit range and the generator Among the torques output from the motor, the sum of the torques acting on the drive shaft via the planetary gear mechanism and the torques acting on the drive shaft among the torques output from the motor is the set required torque. Means for setting the generator torque command and the motor torque command within a range that satisfies the condition that the sign does not change and the magnitude of the combined torque is equal to or less than the magnitude of the required torque,
Hybrid car.
アクセル操作に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定すると共に少なくとも該目標パワーが大きく変化したときには前記蓄電手段の温度が低いほど低い応答性をもって該設定した目標パワーに緩変化処理を施して実行用パワーを設定し、前記内燃機関の回転数とトルクとに課される制約としての動作ラインと前記設定した実行用パワーと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し、前記蓄電手段を充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で前記設定した目標運転ポイントにより前記内燃機関が運転されると共に走行に要求される要求トルクが前記駆動軸に出力されて走行す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、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。 Planetary gear in which three rotating elements are connected to three axes of an internal combustion engine, a generator capable of inputting / outputting power, a drive shaft connected to an axle, an output shaft of the internal combustion engine, and a rotating shaft of the generator A hybrid vehicle control method comprising: a mechanism; an electric motor capable of outputting power to the drive shaft; and an electric storage means capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor,
Based on the accelerator operation, a target power to be output from the internal combustion engine is set, and at least when the target power changes greatly, the set target power is subjected to a gradual change process with lower responsiveness as the temperature of the power storage means decreases. The target engine speed and the target torque to be operated on the internal combustion engine based on the operation line as a restriction imposed on the engine speed and torque of the internal combustion engine and the set power for execution are set. The internal combustion engine is operated by the set target operation point within the range of the input / output limit as the maximum power that may charge / discharge the power storage means and is required for traveling. Controlling the internal combustion engine, the generator, and the electric motor so that the required torque is output to the drive shaft and travels.
A control method for a hybrid vehicle.
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- 2009-03-05 JP JP2009052267A patent/JP2010202132A/en active Pending
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