JP2011116249A

JP2011116249A - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP2011116249A
Application number: JP2009275753A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Oyama; 俊介尾山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: JP5359828B2

Abstract

【課題】電動機の過回転を防止すると共に高車速での駆動力を確保する。
【解決手段】変速機がＬｏギヤの状態のときにはＨｉギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が低回転数の回転数Ｎ１以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクを制限トルクＴｌｉｍとして設定する。これにより、変速機をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速する際に生じ得るモータＭＧ２の過回転を防止することができる。また、変速機がＨｉギヤの状態のときにはＬｏギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が高回転数の回転数Ｎ２以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクを制限トルクＴｌｉｍに設定する。これにより、高車速で走行しているときの駆動力を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、内燃機関と、発電機と、内燃機関の出力軸と発電機の回転軸と車軸に連結された駆動軸の３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、電動機と、電動機の回転軸と駆動軸とに接続された変速機と、発電機および電動機と電力のやりとりを行なう二次電池と、を備える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、プラネタリギヤにエンジンと第１モータと駆動軸とが接続され、駆動軸に変速機を介して接続された第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやりとりするバッテリとを備える自動車において、変速機がＬｏギヤで固定された異常時には、第２モータの回転数が大きいほど小さく設定された要求トルク制限により運転者が要求する要求トルクを制限するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、上述の制御により、変速機がＬｏギヤで固定された異常時における第２モータＭＧ２の過回転を防止すると共にバッテリの過充電も抑制している。

特開２００５−３１３８６５号公報

上述のハイブリッド自動車では、アクセルペダルが踏み込まれて比較的大きな加速度で加速している最中に変速機をＬｏギヤからＨｉギヤに変速すると、第２モータが比較的高回転で定格トルクを出力しているときに変速する状態が生じ、係合を解除するクラッチや係合するクラッチのタイミングによっては、第２モータの回転軸がフリーになり、第２モータの出力トルクによりその回転数が急上昇し、第２モータが過回転してしまう場合が生じる。こうした問題に、第２モータが比較的高回転で駆動しているときには、その出力トルクを制限することも考えられるが、この場合、高車速で走行しているときの駆動力が低下してしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、電動機の過回転を防止すると共に高車速での駆動力を確保す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、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車軸に連結された駆動軸の３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され前記電動機の回転数に対する減速比としたときに第１の減速比の第１変速段と該第１の変速比より小さな第２の減速比の第２変速段との２段に変速する変速機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりを行なう二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記変速機が前記第１変速段のときには前記電動機の回転数が第１の回転数以上の範囲で前記電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて前記電動機から出力するトルクを制限し、前記変速機が前記第２変速段のときには前記電動機の回転数が前記第１の回転数より大きな第２の回転数以上の範囲で前記電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて前記電動機から出力するトルクを制限する、
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、変速機が第１変速段（Ｌｏギヤ）のときには電動機の回転数が第１の回転数以上の範囲で電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて電動機から出力するトルクを制限し、変速機が第２変速段（Ｈｉギヤ）のときには電動機の回転数が第１の回転数より大きな第２の回転数以上の範囲で電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて電動機から出力するトルクを制限する。これにより、電動機が第１の回転数以上の高回転の状態で変速機の変速段を第１変速段（Ｌｏギヤ）から第２変速段（Ｈｉギヤ）に変速するときにクラッチのタイミングなどにより生じ得る電動機の過回転を防止することができる。また、変速機が第２変速段（Ｈｉギヤ）のときには、電動機の回転数が第１の回転数より大きな第２の回転数に至るまでは電動機から出力するトルクは制限されないから、変速機が第２変速段（Ｈｉギヤ）で電動機の回転数が第２の回転数に至るまでの高車速での駆動力を確保することができる。

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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される制限トルク設定処理の一例を示すフローチャートである。Ｌｏギヤ用の制限トルクＴｌｉｍとＨｉギヤ用の制限トルクＴｌｉｍ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２２と、エンジン２２を駆動制御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と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０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３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が変速機６０を介して駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、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ってモータ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、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０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８２からのシフトポジションＳＰ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８４からのアクセル開度Ａｃｃ，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８６からのブレーキポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖを入力すると共にエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０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。なお、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するだけでなく、モータＭＧ１，ＭＧ２に取り付けられた回転子の回転位置を検出するセンサからの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も計算している。

変速機６０は、図示しないが、ダブルピニオンの遊星歯車とシングルピニオンの遊星歯車とを組み合わせたものとして機能しリヤサンギヤにモータＭＧ２の回転子が接続されると共にキャリアに駆動軸３６が接続されたラビニオ式プラネタリギヤと、このラビニオ式プラネタリギヤのフロントサンギヤに取り付けられたブレーキＢ１と、同じくラビニオ式プラネタリギヤのリングギヤに取り付けられたブレーキＢ２と、により構成されており、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の駆動軸３６から切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとすることによりモータＭＧ２の回転を比較的大きな減速比で減速して駆動軸３６に伝達するＬｏギヤの状態とすることができ、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフとすることによりモータＭＧ２の回転を比較的小さな減速比で減速して駆動軸３６に伝達するＨｉギヤの状態とすることができる。この変速機６０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの駆動信号によりブレーキＢ１，Ｂ２をオンオフしてＬｏギヤの状態とＨｉギヤの状態とを切り替える。

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３６に出力すべき要求トルクＴｒを計算し、この要求トルクＴｒに対応する要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを運転制御している。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合うパワーがエンジン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から出力されるパワーのすべてがプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，変速機６０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パワーがエンジン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から出力されるパワーの全部またはその一部がプラネタリギヤ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駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２，変速機６０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パワーを駆動軸３６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駆動力３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２と変速機６０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。

変速機６０の変速制御は、例えば、Ｌｏギヤの状態でモータＭＧ２から出力しているトルクＴｍ２とその回転数Ｎｍ２からなる運転ポイントがトルクが大きいほど回転数が大きくなるよう予め定められたアップシフト用変速線を超えたときにＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に切り替わるようブレーキＢ１，Ｂ２がオンオフされ、Ｈｉギヤの状態でモータＭＧ２の運転ポイントがアップシフト用変速線より低回転側に予め設定されたダウンシフト用変速線を超えたときにＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に切り替わるようブレーキＢ１，Ｂ２がオンオフされる。従って、停車している状態からアクセルペダルを大きく踏み込んで車両を加速すると、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が比較的高回転に至ったときに変速機６０はＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速されることになる。

次に、モータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊を設定する際にモータＭＧ２から出力するトルクを制限するために用いる制限トルクＴｌｉｍについて説明する。実施例の制限トルクＴｌｉｍは、モータＭＧ２が高回転で回転しているときにモータＭＧ２が過回転しないように高回転領域で定格トルクから制限されるよう設定される。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される制限トルク設定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。制限トルク設定用処理が実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、変速機６０のギヤの状態やモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２などの制限トルクを設定するのに必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。変速機６０のギヤの状態は、例えば、変速機６０がＬｏギヤの状態で発進からモータＭＧ２の運転ポイントがアップシフト用変速線を超えるまでは値０を保持し、モータＭＧ２の運転ポイントがアップシフト用変速線を超えて変速機６０がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速されたときに値１が設定され、変速機６０がＨｉギヤの状態でモータＭＧ２の運転ポイントがダウンシフト用変速線を超えて変速機６０がＨｉギヤの状態からＬｏギヤの状態に変速されたときに値０が設定される変速フラグＦの値を入力することなどにより入力することができる。また、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２は、モータＭＧ２に取り付けられた図示しない回転位置検出センサからの信号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ことができる。

こうしてデータを入力すると、変速機６０のギヤの状態を調べ（ステップＳ１１０）、変速機６０がＬｏギヤの状態のときには、入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とＬｏギヤ用の制限トルク設定用マップを用いて制限トルクＴｌｉｍを設定して（ステップＳ１２０）、本処理を終了し、変速機６０がＨｉギヤの状態のときには、入力したモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とＨｉギヤ用の制限トルク設定用マップを用いて制限トルクＴｌｉｍを設定して（ステップＳ１３０）、本処理を終了する。Ｌｏギヤ用の制限トルク設定用マップとＨｉギヤ用の制限トルク設定用マップの一例を図３に示す。図中、一点鎖線はモータＭＧ２の定格トルクを示す。図示するように、Ｌｏギヤ用の制限トルク設定用マップでは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が比較的大きな回転数Ｎ１未満では定格トルクが制限トルクＴｌｉｍに設定され、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎ１以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクが制限トルクＴｌｉｍに設定される。一方、Ｈｉギヤ用の制限トルク設定用マップでは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎ１より大きな回転数Ｎ２未満では定格トルクが制限トルクＴｌｉｍに設定され、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎ２以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクが制限トルクＴｌｉｍに設定される。Ｌｏギヤ用の制限トルク設定用マップの方がＨｉギヤ用の制限トルク設定用マップに比較して低回転数の回転数Ｎ１以上で定格トルクより小さなトルクを制限トルクＴｌｉｍとして設定するのは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転数Ｎ１以上のときに変速機６０がＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速されるときにブレーキＢ１，Ｂ２のオンオフのタイミングに僅かなズレが生じ、モータＭＧ２が駆動軸３６から切り離された状態でモータＭＧ２から大きなトルクを出力することによって生じ得るモータＭＧ２の過回転を防止するためである。一方、Ｈｉギヤ用の制限トルク設定用マップの方がＬｏギヤ用の制限トルク設定用マップに比較して高回転数の回転数Ｎ２以上に至るまで定格トルクを制限トルクＴｌｉｍに設定するのは、高車速で走行しているときの駆動力を確保するためである。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、変速機６０がＬｏギヤの状態のときにはＨｉギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が低回転数の回転数Ｎ１以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクを制限トルクＴｌｉｍとして設定することにより、変速機６０をＬｏギヤの状態からＨｉギヤの状態に変速する際に生じ得るモータＭＧ２の過回転を防止することができる。また、変速機６０がＨｉギヤの状態のときにはＬｏギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が高回転数の回転数Ｎ２以上に至るまで定格トルクを制限トルクＴｌｉｍに設定することにより、高車速で走行しているときの駆動力を確保することができる。

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２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車機構」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、変速機６０が「変速機」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、変速機６０がＬｏギヤの状態のときにはＨｉギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が低回転数の回転数Ｎ１以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクを制限トルクＴｌｉｍとして設定し、変速機６０がＨｉギヤの状態のときにはＬｏギヤの状態のときに比してモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が高回転数の回転数Ｎ２以上で定格トルクより小さく徐々に値０となるトルクを制限トルクＴｌｉｍに設定することが「変速機が第１変速段のときには電動機の回転数が第１の回転数以上の範囲で電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて電動機から出力するトルクを制限し、変速機が第２変速段のときには電動機の回転数が第１の回転数より大きな第２の回転数以上の範囲で電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて電動機から出力するトルクを制限すること」に相当する。

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。

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、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３７デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ駆動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、５０バッテリ、６０変速機、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、８２シフトポジションセンサ、８４アクセルペダルポジションセンサ、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。

Claims

内燃機関と、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車軸に連結された駆動軸の３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、電動機と、前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され前記電動機の回転数に対する減速比としたときに第１の減速比の第１変速段と該第１の変速比より小さな第２の減速比の第２変速段との２段に変速する変速機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりを行なう二次電池と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記変速機が前記第１変速段のときには前記電動機の回転数が第１の回転数以上の範囲で前記電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて前記電動機から出力するトルクを制限し、前記変速機が前記第２変速段のときには前記電動機の回転数が前記第１の回転数より大きな第２の回転数以上の範囲で前記電動機の回転数が大きくなるほど小さくなるよう制限トルクを用いて前記電動機から出力するトルクを制限する、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。