JP2010241268A - Hybrid vehicle and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動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、駆動軸に動力を入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高電圧系二次電池と、を備えるハイブリッド自動車およびこうしたハイブリッド自動車の制御方法に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle and a control method thereof, and in particular, includes an internal combustion engine, a generator capable of inputting and 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 comprising a planetary gear mechanism in which three rotating elements are connected to three shafts, an electric motor capable of inputting / outputting power to / from a driving shaft, and a high-voltage secondary battery capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor. The present invention relates to an automobile and a control method of such a hybrid automobile.
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、エンジンの出力軸にキャリアが接続されると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤに接続されたモータジェネレータMG1と、駆動軸に取り付けられたモータジェネレータMG2と、モータジェネレータMG1,MG2に電力を供給可能なバッテリと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、バッテリの電圧を昇圧してモータジェネレータMG1,MG2の駆動回路に供給する昇圧回路が設けられており、昇圧回路に異常が生じたときにはモータジェネレータMG1,MG2で平滑コンデンサの電力を消費するようモータジェネレータMG1,MG2を駆動制御する。 Conventionally, this type of hybrid vehicle is connected to an engine, a planetary gear mechanism in which a carrier is connected to the output shaft of the engine and a ring gear is connected to a drive shaft connected to the axle, and a sun gear of the planetary gear mechanism. A motor generator MG1, a motor generator MG2 attached to a drive shaft, and a battery capable of supplying electric power to the motor generators MG1 and MG2 have been proposed (see, for example, Patent Document 1). This hybrid vehicle is provided with a booster circuit that boosts the voltage of the battery and supplies it to the drive circuit of motor generators MG1 and MG2. When an abnormality occurs in the booster circuit, motor generators MG1 and MG2 use the power of the smoothing capacitor. Motor generators MG1 and MG2 are driven and controlled so that they are consumed.
上述のハイブリッド自動車では、モータジェネレータMG2に異常が生じたときには、待避走行としてエンジンからの動力の一部をモータジェネレータMG1を駆動することによって駆動軸に出力して走行することができるが、モータジェネレータMG1の駆動には電力の入出力、特に発進時や低車速時には発電が伴うことからバッテリが満充電されるまでしか走行することができない。 In the hybrid vehicle described above, when an abnormality occurs in the motor generator MG2, a part of the power from the engine can be output to the drive shaft by driving the motor generator MG1 as a retreating travel. Since driving of MG1 involves power input / output, particularly power generation at the time of start or low vehicle speed, the vehicle can travel only until the battery is fully charged.
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、駆動軸に動力を出力する電動機に異常が生じたときの待避走行における走行距離を長くすることを主目的とする。 The main purpose of the hybrid vehicle and the control method thereof of the present invention is to increase the travel distance in the retreat travel when an abnormality occurs in the electric motor that outputs power to the drive shaft.
本発明のハイブリッド自動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 the control method thereof employ the following means in order to achieve the main object described above.
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、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高電圧系二次電池と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記高電圧系二次電池が接続された高電圧系より電圧の低い低電圧系に接続された低電圧系二次電池と、
前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、
前記低電圧系の電力を消費する低電圧系補器と、
走行に要求され要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記電動機に異常が生じているときには、前記設定された要求駆動力の範囲内の駆動力が前記内燃機関から出力されて前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するよう前記内燃機関と前記発電機とを制御すると共に前記低電圧系補器が作動するよう該低電圧系補器を制御し、且つ、前記高電圧系の電力が降圧されて前記低電圧系に要求されるよう前記降圧回路を制御する異常時駆動制御手段と、
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 inputting / outputting power to / from the drive shaft; and a high-voltage secondary battery capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor,
A low voltage secondary battery connected to a low voltage system having a lower voltage than the high voltage system to which the high voltage secondary battery is connected;
A step-down circuit that steps down the power of the high-voltage system and supplies it to the low-voltage system;
A low voltage auxiliary device that consumes the low voltage power;
Requested driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
When an abnormality has occurred in the electric motor, the internal combustion engine and the internal combustion engine are configured so that a driving force within a range of the set required driving force is output from the internal combustion engine and acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism. The low voltage system auxiliary device is controlled so as to operate the low voltage system auxiliary device and the low voltage system auxiliary device is controlled, and the high voltage system power is stepped down so that the low voltage system is required. An abnormal time drive control means for controlling the circuit;
It is a summary to provide.
この本発明のハイブリッド自動車では、電動機に異常が生じているときには、走行に要求される要求駆動力の範囲内の駆動力が内燃機関から出力されて遊星歯車機構を介して駆動軸に作用するよう内燃機関と発電機とを制御すると共に低電圧系補器が作動するよう低電圧系補器を制御し、且つ、高電圧系の電力が降圧されて低電圧系に要求されるよう降圧回路を制御する。これにより、降圧回路により低電圧系に供給される電力の分だけ高電圧系二次電池が満充電されるのを遅くすることができ、その分だけ待避走行における走行距離を長くすることができる。 In the hybrid vehicle of the present invention, when an abnormality occurs in the electric motor, the driving force within the range of the required driving force required for traveling is output from the internal combustion engine and acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism. A low voltage system auxiliary device is controlled so as to control the internal combustion engine and the generator and the low voltage system auxiliary device is operated, and a step-down circuit is provided so that the power of the high voltage system is stepped down and required for the low voltage system. Control. As a result, the high voltage secondary battery can be slowed to be fully charged by the amount of power supplied to the low voltage system by the step-down circuit, and the travel distance in the retreat travel can be increased by that amount. .
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記低電圧系補器は視界を確保するためにフロントウインドウ,リヤウインドウのデフォッガーまたはサイドミラーのヒータであるものとすることもできるし、前記低電圧系補器は乗員席を加温するシートヒータであるものとすることもできる。デフォッガーやヒータなどの機器は電力消費量が大きいため、電力消費には好適である。 In such a hybrid vehicle of the present invention, the low voltage system auxiliary device may be a front window, a rear window defogger, or a side mirror heater in order to secure a field of view. It can also be a seat heater that heats the passenger seat. Devices such as a defogger and a heater are suitable for power consumption because they consume a large amount of power.
本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、
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高電圧系二次電池と、前記高電圧系二次電池が接続された高電圧系より電圧の低い低電圧系に接続された低電圧系二次電池と、前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、前記低電圧系の電力を消費する低電圧系補器と、を備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
前記電動機に異常が生じているときには、走行に要求される要求駆動力の範囲内の駆動力が前記内燃機関から出力されて前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するよう前記内燃機関と前記発電機とを制御すると共に前記低電圧系補器が作動するよう該低電圧系補器を制御し、且つ、前記高電圧系の電力が降圧されて前記低電圧系に要求されるよう前記降圧回路を制御する、
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 mechanism, an electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft, a high voltage secondary battery capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor, and a high voltage to which the high voltage secondary battery is connected A low-voltage secondary battery connected to a low-voltage system having a lower voltage than the system, a step-down circuit that steps down the power of the high-voltage system and supplies it to the low-voltage system, and consumes the power of the low-voltage system A control method for a hybrid vehicle comprising a low-voltage auxiliary device,
When an abnormality occurs in the electric motor, the internal combustion engine is configured so that a driving force within a range of a required driving force required for traveling is output from the internal combustion engine and acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism. Controlling the generator and controlling the low-voltage auxiliary device so that the low-voltage auxiliary device operates, and reducing the power of the high-voltage system so that the low-voltage system is required. Control the step-down circuit,
It is characterized by that.
この本発明のハイブリッド自動車の制御方法では、電動機に異常が生じているときには、走行に要求される要求駆動力の範囲内の駆動力が内燃機関から出力されて遊星歯車機構を介して駆動軸に作用するよう内燃機関と発電機とを制御すると共に低電圧系補器が作動するよう低電圧系補器を制御し、且つ、高電圧系の電力が降圧されて低電圧系に要求されるよう降圧回路を制御する。これにより、降圧回路により低電圧系に供給される電力の分だけ高電圧系二次電池が満充電されるのを遅くすることができ、その分だけ待避走行における走行距離を長くすることができる。 In this hybrid vehicle control method of the present invention, when an abnormality occurs in the electric motor, the driving force within the range of the required driving force required for traveling is output from the internal combustion engine and is applied to the driving shaft via the planetary gear mechanism. The internal combustion engine and the generator are controlled to operate, the low voltage auxiliary device is controlled so that the low voltage auxiliary device operates, and the high voltage power is stepped down to be required for the low voltage system. Control the step-down circuit. As a result, the high voltage secondary battery can be slowed to be fully charged by the amount of power supplied to the low voltage system by the step-down circuit, and the travel distance in the retreat travel can be increased by that amount. .
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、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として構成されたエンジン22と、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してエンジン22の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行なう。エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24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を介してピニオンギヤ33を連結するキャリア34が接続されると共にギヤ機構60とデファレンシャルギヤ62とを介して駆動輪63a,63bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aにリングギヤ32が接続された遊星歯車機構30と、周知の同期発電電動機として構成されて遊星歯車機構30のサンギヤ31に取り付けられたモータMG1と、周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介して取り付けられたモータMG2と、モータMG1,MG2の駆動回路としてのインバータ41,42と、モータMG1,MG2に取り付けられた回転位置検出センサ43,44からの信号を入力してインバータ41,42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りモータMG1,MG2を駆動制御するモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40と、リチウムイオン二次電池として構成された充放電可能な高圧バッテリ50と、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの端子間電圧Vbやバッテリ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51bからの充放電電流Ib,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tbなどを入力してバッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52と、高圧バッテリ50が接続された高電圧系の電力を昇圧してモータMG1,MG2のインバータ41,42に供給する昇圧回路55と、高圧バッテリ50より電圧が低い例えば鉛蓄電池として構成された低圧バッテリ90と、この低圧バッテリ90の低電圧系に接続されたリヤウインドウのデフォッガー94,ミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器と、高圧バッテリ50が接続された高電圧系の電力を降圧して低電圧系に供給する降圧回路92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
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、温度センサ55aからの昇圧回路55の温度Tup(例えば、リアクトルLの温度)や、電圧センサ57aからのコンデンサ57の電圧(以下、高電圧系の電圧VHという),電圧センサ58aからのコンデンサ58の電圧,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からは、昇圧回路55の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号や降圧回路92の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号,リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器への作動信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、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。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を演算しており、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を演算しており、バッテリECU52は、電流センサ51bからの充放電電流Ib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。
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遊星歯車機構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遊星歯車機構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
エンジン運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、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と車速センサ88からの車速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Tr*を設定し、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比で除して得られる回転数や車速V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Pr*を計算すると共に計算した走行用パワーPr*からバッテリ50の残容量(SOC)に基づいて得られるバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じてエンジン22から出力すべきパワーとしての要求パワーPe*を設定し、要求パワーPe*を効率よくエンジン22から出力することができるエンジン22の回転数NeとトルクTe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22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*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MG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときに遊星歯車機構30を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクを要求トルクTr*から減じてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてエンジンECU24に送信し、トルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する。そして、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、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で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。
In the engine operation mode, the hybrid
モータ運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定してモータECU40に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で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。
In the motor operation mode, the hybrid
次に、実施例のハイブリッド自動車20において、何らかの異常によりモータMG2を駆動することができない状態で車両を走行させる際の動作について説明する。図2は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される待避走行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。このルーチンは待避走行の際には所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, in the
待避走行時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、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動する処理を実行する(ステップS100)。低電圧系機器や降圧回路92を作動する理由については後述する。続いて、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,エンジン22の回転数Ne,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(ステップS110)。ここで、エンジン22の回転数Neはクランクシャフト26に取り付けられた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演算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータ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。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 at the time of retreat travel is executed, 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*を設定し(ステップS120)、設定した要求トルクTr*が遊星歯車機構30を介してリングギヤ軸32aに出力されるよう遊星歯車機構30のギヤ比ρ(サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)を用いて次式(1)によりエンジン22から出力すべきトルクの仮の値として仮トルクTetmpを計算すると共に(ステップS130)、エンジン22の回転数Neからエンジン22から出力可能な最大トルクTemaxを設定し(ステップS140)、仮トルクTetmpと最大トルクTemaxとのうち小さい方をエンジン22の目標トルクTe*として設定する(ステップS150)。ここで、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。要求トルク設定用マップの一例を図3に示す。最大トルクTemaxは、実施例では、エンジン22の回転数Neと最大トルクTemaxとの関係を予め定めて最大トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、回転数Neが与えられるとマップから対応する最大トルクTemaxを導出して設定するものとした。最大トルク設定用マップの一例を図4に示す。
When the data is thus input, the required torque Tr * to be output to the
Tetmp=(1+ρ)・Tr* (1) Tetmp = (1 + ρ) ・ Tr * (1)
次に、エンジン22から目標トルクTe*を出力することができるエンジン22の最低回転数を目標回転数Ne*として設定し(ステップS160)、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(2)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(3)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算し(ステップS170)、モータMG2のトルク指令Tm2*には値0を設定する(ステップS180)。ここで、式(2)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。式(3)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(3)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 minimum rotation speed of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (2)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (3)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / (Gr ・ ρ) (2)
Tm1 * = ρ ・ Te * / (1 + ρ) + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (3)
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S190)、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。なお、上述の制御では、モータMG2については何らかの異常により駆動することができない状態であるから、便宜上、モータMG2のトルク指令Tm2*に値0を設定するだけでモータMG2については駆動制御することができない。
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
図5は、待避走行時駆動制御ルーチンにより待避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の一例を示す説明図である。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(2)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軸上の太線矢印は、エンジン22から出力されたトルクTeが駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクであり、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクである。図示するように、エンジン22からトルクTeを出力するには、モータMG1から図中下向きのTe・ρ/(1+ρ)のトルクを作用させる必要がある。このとき、トルクの作用方向はモータMG1の回転数を減少させる方向であるから、モータMG1は発電機として機能して発電する。この発電電力は、基本的には、高圧バッテリ50に貯えられるため、高圧バッテリ50が満充電となると、モータMG1を駆動することができなくなる。車速Vが大きくなってリングギヤ軸32aの回転数Nrが大きくなると、図6の共線図に例示するように、モータMG1の回転数Nm1が負の値となり、モータMG1で電力消費するようになる。このように、ある程度の車速Vがあるときには、モータMG1の回転数Nm1を正の値や負の値とすることにより、高圧バッテリ50の充放電を調整することができるが、発進時や低速走行時は、モータMG1の回転数Nm1を負の値とすることができないため、基本的にモータMG1は発電することになる。実施例では、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動するから、モータMG1により発電された電力は、高圧バッテリ50に貯えられるだけでなく、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などで消費されたり、低圧バッテリ90に貯えられる。この結果、高圧バッテリ50が満充電の状態となってモータMG1を駆動することができなくなるのを遅くして、待避走行における走行距離を長くすることができる。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a collinear diagram showing a dynamic relationship between the rotational speed and torque in the rotating elements of the power distribution and
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、何らかの異常によりモータMG2を駆動することができない状態で車両を走行させる待避走行を行なうときには、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動した状態で、エンジン22とモータMG1とを駆動制御することによりエンジン22から遊星歯車機構30を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクにより走行することにより、車両を駆動するときにモータMG1により発電される電力については、高圧バッテリ50に貯えるだけでなく、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などで消費したり低圧バッテリ90に貯えることができる。この結果、高圧バッテリ50が満充電の状態となってモータMG1を駆動することができなくなるのを遅くして、待避走行における走行距離を長くすることができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、待避走行時には、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動し、要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するためにエンジン22から出力する仮トルクTetmpとエンジン22の回転数Neでエンジン22から出力可能な最大トルクTemaxとのうち小さい方をエンジン22mの目標トルクTe*として設定すると共に目標トルクTe*を出力可能な最小の回転数を目標回転数Ne*として設定し、目標トルクTe*に基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG2のトルク指令Tm2*に値0を設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*の運転ポイントでエンジン22が運転されるようエンジン22とモータMG1とを制御するものとしたが、要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するためにエンジン22から出力するトルクを目標トルクTe*に設定するものとしてもよく、目標トルクTe*を出力可能な最小の回転数より大きな回転数を目標回転数Ne*として設定するものとしてもよい。また、アクセル開度Accに拘わらず、アクセルオンのときには予め定めた所定のトルクをエンジン22から出力するよう目標トルクTe*に設定するものとしてもよいし、その場合、予め定めた所定の回転数をエンジン22の目標回転数Ne*に設定するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、待避走行時には、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動するものとしたが、待避走行時には、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98のうちの一部の低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動するものとしてもよく、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98以外の低電圧系機器例えば灯火系やオーディオ・ナビゲーションシステム等を作動すると共に降圧回路92を作動するものとしてもよい。
In the
実施例では、実施の形態としてハイブリッド自動車20を用いて説明したが、こうしたハイブリッド自動車の制御方法の形態としても構わない。
In the embodiment, the
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、遊星歯車機構30が「遊星歯車機構」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、高圧バッテリ50が「高電圧系二次電池」に相当し、低圧バッテリ90が「低電圧系二次電池」に相当し、降圧回路92が「降圧回路」に相当し、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98など「低電圧系補器」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS110の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求駆動力設定手段」に相当し、何らかの異常によりモータMG2を駆動することができない状態で車両を走行させる待避走行のときには、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動し、要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するためにエンジン22から出力する仮トルクTetmpとエンジン22の回転数Neでエンジン22から出力可能な最大トルクTemaxとのうち小さい方をエンジン22mの目標トルクTe*として設定すると共に目標トルクTe*を出力可能な最小の回転数を目標回転数Ne*として設定し、目標トルクTe*に基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG2のトルク指令Tm2*に値0を設定し、設定した目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に送信すると共にトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する図2の退避走行時駆動制御ルーチンのステップS130〜S190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「異常時駆動制御手段」に相当する。
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 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、上述の遊星歯車機構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種々の遊星歯車機構を用いることができる。「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。「高電圧系二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成された高圧バッテリ50に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池,鉛蓄電池など、種々の二次電池を用いることができる。「低電圧系二次電池」としては鉛蓄電池として構成された低圧バッテリ90に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池,ニッケルカドミウム二次電池など種々の二次電池を用いることができる。「降圧回路」としては、降圧回路92に限定されるものではなく、高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給するものであれば如何なるものとしても構わない。「低電圧系補器」としては、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98に限定されるものではなく、フロントウインドウのデフォッガーやライト,音響機器など低電圧系の電力を消費するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」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だけに基づいて要求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駆動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。「異常時駆動制御手段」としては、何らかの異常によりモータMG2を駆動することができない状態で車両を走行させる待避走行のときには、リヤウインドウのデフォッガー94やミラーヒータ96,シートヒータ98などの低電圧系機器を作動すると共に降圧回路92を作動し、要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するためにエンジン22から出力する仮トルクTetmpとエンジン22の回転数Neでエンジン22から出力可能な最大トルクTemaxとのうち小さい方をエンジン22mの目標トルクTe*として設定すると共に目標トルクTe*を出力可能な最小の回転数を目標回転数Ne*として設定してエンジン22を制御し、目標トルクTe*に基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG2のトルク指令Tm2*に値0を設定してモータMG1を制御するものに限定されるものではなく、要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するためにエンジン22から出力するトルクを目標トルクTe*に設定するものとしたり、目標トルクTe*を出力可能な最小の回転数より大きな回転数を目標回転数Ne*として設定するものとしたり、アクセル開度Accに拘わらず、アクセルオンのときには予め定めた所定のトルクをエンジン22から出力するよう目標トルクTe*に設定するものとしたり、更にこの場合には予め定めた所定の回転数をエンジン22の目標回転数Ne*に設定するものとしたりするなど、電動機に異常が生じているときには、走行に要求される要求駆動力の範囲内の駆動力が内燃機関から出力されて遊星歯車機構を介して駆動軸に作用するよう内燃機関と発電機とを制御すると共に低電圧系補器が作動するよう低電圧系補器を制御し、且つ、高電圧系の電力が降圧されて低電圧系に要求されるよう降圧回路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 such as an induction motor that can input and output power. The “planetary gear mechanism” is not limited to the
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. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. 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。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
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。 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 遊星歯車機構、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 高圧バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 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、55 昇圧回路、55a 温度センサ、57,58 コンデンサ、57a,58a 電圧センサ、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、90 低圧バッテリ、92 降圧回路、94 デフォッガー、96 ミラーヒータ、98 シートヒータ、MG1,MG2 モータ。 20 hybrid vehicle, 22 engine, 24 electronic control unit (engine ECU) for engine, 26 crankshaft, 28 damper, 30 planetary gear 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 rotational position detection sensor, 50 high voltage battery, 51a voltage sensor, 51b current sensor, 51c temperature sensor, 52 battery electronic control unit (battery ECU) , 54 power line, 55 booster circuit, 55a temperature sensor, 57, 58 capacitor, 57a, 58a voltage sensor, 60 gear mechanism, 62 differential gear, 63a, 63b driving wheel, 64a, 64b Wheel, 70 Hybrid electronic control unit, 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, 90 Low voltage battery, 92 Step down circuit, 94 Defogger, 96 Mirror heater, 98 Seat heater, MG1, MG2 motor.
Claims (4)
前記高電圧系二次電池が接続された高電圧系より電圧の低い低電圧系に接続された低電圧系二次電池と、
前記高電圧系の電力を降圧して前記低電圧系に供給する降圧回路と、
前記低電圧系の電力を消費する低電圧系補器と、
走行に要求され要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記電動機に異常が生じているときには、前記設定された要求駆動力の範囲内の駆動力が前記内燃機関から出力されて前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するよう前記内燃機関と前記発電機とを制御すると共に前記低電圧系補器が作動するよう該低電圧系補器を制御し、且つ、前記高電圧系の電力が降圧されて前記低電圧系に要求されるよう前記降圧回路を制御する異常時駆動制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車。 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 inputting / outputting power to / from the drive shaft; and a high-voltage secondary battery capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor,
A low voltage secondary battery connected to a low voltage system having a lower voltage than the high voltage system to which the high voltage secondary battery is connected;
A step-down circuit that steps down the power of the high-voltage system and supplies it to the low-voltage system;
A low voltage auxiliary device that consumes the low voltage power;
Requested driving force setting means for setting required driving force required for traveling;
When an abnormality has occurred in the electric motor, the internal combustion engine and the internal combustion engine are configured so that a driving force within a range of the set required driving force is output from the internal combustion engine and acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism. The low voltage system auxiliary device is controlled so as to operate the low voltage system auxiliary device and the low voltage system auxiliary device is controlled, and the high voltage system power is stepped down so that the low voltage system is required. An abnormal time drive control means for controlling the circuit;
A hybrid car with
前記低電圧系補器は、視界を確保するためにフロントウインドウ,リヤウインドウのデフォッガーまたはサイドミラーのヒータである、
ハイブリッド自動車。 The hybrid vehicle according to claim 1,
The low-voltage system auxiliary device is a front window, rear window defogger or side mirror heater to ensure visibility.
Hybrid car.
前記低電圧系補器は、乗員席を加温するシートヒータである、
ハイブリッド自動車。 A hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The low-voltage system auxiliary device is a seat heater that heats a passenger seat.
Hybrid car.
前記電動機に異常が生じているときには、走行に要求される要求駆動力の範囲内の駆動力が前記内燃機関から出力されて前記遊星歯車機構を介して前記駆動軸に作用するよう前記内燃機関と前記発電機とを制御すると共に前記低電圧系補器が作動するよう該低電圧系補器を制御し、且つ、前記高電圧系の電力が降圧されて前記低電圧系に要求されるよう前記降圧回路を制御する、
ことを特徴とするハイブリッド自動車の制御方法。 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 mechanism, an electric motor capable of inputting and outputting power to the drive shaft, a high voltage secondary battery capable of exchanging electric power with the generator and the electric motor, and a high voltage to which the high voltage secondary battery is connected A low-voltage secondary battery connected to a low-voltage system having a lower voltage than the system, a step-down circuit that steps down the power of the high-voltage system and supplies it to the low-voltage system, and consumes the power of the low-voltage system A control method for a hybrid vehicle comprising a low-voltage auxiliary device,
When an abnormality occurs in the electric motor, the internal combustion engine is configured so that a driving force within a range of a required driving force required for traveling is output from the internal combustion engine and acts on the drive shaft via the planetary gear mechanism. Controlling the generator and controlling the low-voltage auxiliary device so that the low-voltage auxiliary device operates, and reducing the power of the high-voltage system so that the low-voltage system is required. Control the step-down circuit,
A control method for a hybrid vehicle.
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