JP2012086703A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 モータを回転数制御しつつエンジンとモータを併用して駆動力を出力すると共に、モータと駆動輪との間の発進クラッチの締結容量をスリップ制御するにあたり、運転者の加速意図を検出し、加速意図があるときは実モータトルクが目標モータトルクとなるようにフィードバックするトルクフィードバック制御を実施し、加速意図がないときはトルクフィードバック制御を停止することとした。
【選択図】 図7
Description
定速運転時や加速運転時には、エンジンEの動力を利用してモータジェネレータMGを発電機として動作させる。また、減速運転時は、制動エネルギを回生してモータジェネレータMGにより発電し、バッテリ4の充電のために使用する。また、更なるモードとして、車両停止時には、エンジンEの動力を利用してモータジェネレータMGを発電機として動作させる発電モードを有する。
ハイブリッド車両の制動系の構成を説明する。4つの車輪RL,RR,FL,FRのそれぞれに、ブレーキディスク901、油圧式のブレーキアクチュエータ902が設けられ、更に、4輪に対応して、ブレーキユニット900は、各ブレーキアクチュエータ902に油圧を供給することにより、制動力を発生させる。
駆動トルク目標値演算部は、アクセルペダル開度APO情報と車体速度Vsp情報とを入力し、第2クラッチCL2の出力軸における駆動トルク目標値Td *を演算する。駆動トルク目標値Td *は、車体速度Vspが大きくなるほど駆動トルク目標値Td *を小さく、またアクセルペダル開度APOが大きいほど駆動トルク目標値Td *を大きく設定する。
駆動トルク配分演算部は、駆動トルク目標値Td *を入力し、モータトルク基本目標値TM_base *、エンジントルク基本目標値TE_base *を演算する。モータトルク基本目標値TM_base *、エンジントルク基本目標値TE_base *は第1クラッチCL1、第2クラッチCL2の締結状況や車両状態に応じて設定する。
第2クラッチトルク容量基本目標値演算部は、駆動トルク目標値Td *を入力し、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *を演算する。第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *は、例えば次の式によって求める。
スリップ量目標値演算部は、第1クラッチ制御モードフラグfCL1、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *、クラッチ油温TempCL2、エンジン始動時モータ配分トルクTENG_startを入力し、スリップ量目標値ωCL2_slp *を演算する。ここで、第2クラッチCL2の入力軸回転数は、モータ回転数Nmと一致しているため、入力軸回転数センサとしてモータ回転数センサ21の検出値を使用する。また、第2クラッチCL2の出力軸回転数は第2クラッチ出力回転数センサ22の検出値を使用する。
ここで第1クラッチ制御モードフラグfCL1とは、第1クラッチCL1の締結状態および開放状態を示すフラグであり、fCL1==0のときは開放状態を、fCL1==1のときは締結状態を示す。なお、fCL1==0のときはモータ走行モード(EV走行モード)であり、fCL1==1のときはハイブリッド走行モード(HEV走行モード)またはエンジン始動モードである。例えば低加速での発進といった比較的エンジンの効率が良くない走行シーンではEV走行するために、第1クラッチCL1を開放する(fCL1=0)。また、急加速時、バッテリ充電状態SOCがバッテリ充電状態しきい値SOCth1以下のとき、または車体速度Vspが車体速度しきい値Vspth1以上のときにはEV走行が困難となるため、HEV走行をするために、第1クラッチCL1を締結する(fCL1=1)。
1) EVモード(fCL1==0)の場合
2) エンジン始動モード(fCL1==1)の場合
入力軸回転数目標値演算部は、スリップ量目標値ωCL2_slp *、出力軸回転数ωoを入力し、入力軸回転数目標値ωCL2i *を演算する。入力軸回転数目標値ωCL2i *は、次の式(4)によって求める。
次に、WSC走行モードの詳細について説明する。WSC走行モードとは、エンジンEが作動した状態を維持している点に特徴があり、要求駆動力変化に対する応答性が高い。具体的には、第1クラッチCL1を完全締結し、第2クラッチCL2を要求駆動力に応じた伝達トルク容量TCL2としてスリップ制御し、エンジンE及び/又はモータジェネレータMGの駆動力を用いて走行する。
次に、MWSC走行モードについて説明する。推定勾配が所定勾配より大きいときに、例えば、ブレーキペダル操作を行うことなく車両を停止状態もしくは微速発進状態に維持しようとすると、平坦路に比べて大きな駆動力が要求される。自車両の荷重負荷に対向する必要があるからである。
ステップS01では、各コントローラからデータを受信する。
ステップS02では、各種センサ値を読み込む。
ステップS03では、目標駆動力演算部100において、車速、アクセル開度、ブレーキ制動力に応じた目標駆動力を演算する。
ステップS04では、モード選択部200において、目標駆動力,バッテリSOC,アクセル開度APO,車速VSP等に基づいて目標走行モードを選択する。EV走行モード、HEV走行モード、WSC走行モード、MWSC走行モードのいずれかを走行状態に応じて適宜選択する。
ステップS05では、モータ制御モード選択を演算する。WSC走行モードや、MWSC走行モードでは、モータジェネレータMGを回転数制御し、EV走行モードやHEV走行モードではトルク制御を選択する。
ステップS07では、トルクフィードバック実施判定演算を実行し、トルクフィードバック実施フラグを実施又は停止に設定する。尚、トルクフィードバック実施判定演算処理の具体的な内容については後述する。
ステップS09では、ステップS08で演算した目標入力トルク及び発電要求を考慮してエンジンE及びモータジェネレータMGへのトルク配分を演算し、それぞれの目標値(目標エンジントルク、目標モータジェネレータトルク)を演算する。
ステップS100では、低駆動トルク状態判定を実施する。具体的には運転者の加速意図を目標駆動力が所定値以下のときに低駆動トルク状態と判定し、所定値よりも大きいときは通常の駆動トルク状態と判定する。これが加速意図検出手段に相当する。低駆動トルク状態と判定したときはステップS104に進んでトルクフィードバック実施フラグを停止に設定し、それ以外のときはステップS101に進む。
ステップS103では、トルクフィードバック実施フラグを実施に設定する。
(回転数制御モータトルク目標値演算部)
回転数制御モータトルク目標値演算部26では、入力軸回転数目標値ωCL2i *、入力軸回転数ωCL2iを入力し、回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *を演算する。回転数制御モータトルク目標値演算部26では、入力軸回転数ωCL2iが入力軸回転数目標値ωCL2i *となるようにモータジェネレータMGのトルク目標値を演算している。これにより第2クラッチCL2をスリップ制御するときに、第2クラッチCL2のスリップ量を一定としている。
回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *は、例えば次の式(5)のようにPI制御の式によって演算し、この式(5)は双一次変換等によって離散化して得られた漸化式を用いて算出する。
回転数制御第2クラッチトルク容量目標値演算部27では、回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *、エンジントルク基本目標値TE_base *を入力し、回転数制御第2クラッチトルク容量目標値TCL2_LAST *を演算する。図8は実施例1の回転数制御第2クラッチトルク容量目標値演算処理を表す制御ブロック図である。回転数制御第2クラッチトルク容量目標値演算は、フィードフォワード補償とフィードバック補償とからなる2自由度制御手法で設計しており、位相補償部40、エンジントルク推定値演算部41、第2クラッチトルク容量補正目標値演算部42、第2クラッチトルク容量規範値演算部43、加減算部44、第2クラッチトルク容量F/B目標値演算部45、第1加算部46、EV走行時第2クラッチトルク容量F/B目標値記憶部47、第2加算部48、第1フィードバック切り換えスイッチSW1、第2フィードバック切り換えスイッチSW2を有する。
位相補償部40では、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *を入力し、第2クラッチトルク容量F/F指令値TCL2_FF *を演算する。第2クラッチトルク容量F/F指令値TCL2_FF *は、例えば次の式(2)のように位相補償フィルタGFF(s)を用いて演算し、この式(6)は双一次変換等によって離散化して得られた漸化式を用いて算出する。
エンジントルク推定値演算部41では、エンジントルク基本目標値TE_base *を入力し、エンジントルク推定値TE_estを演算する。エンジントルク推定値TE_estは、次の式(3)を用いて算出する。
第2クラッチトルク容量補正目標値演算部42は、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *、エンジントルク推定値TE_estを入力し、第2クラッチトルク容量補正目標値TCL2_t *を演算する。第2クラッチトルク容量補正目標値TCL2_t *は、次の式(4), (5)を用いて算出する。
第2クラッチトルク容量規範値演算部43は、第2クラッチトルク容量補正目標値TCL2_t *を入力し、第2クラッチトルク容量規範値TCL2_ref *を演算する。第2クラッチトルク容量規範値TCL2_ref *は、次の式(6)を用いて算出する。
加減算部44は、第2クラッチトルク容量規範値TCL2_ref *、回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *を入力し、第2クラッチトルク容量規範値TCL2_ref *と回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *の偏差を演算する。
第2クラッチトルク容量F/B目標値演算部45は、第2クラッチトルク容量規範値TCL2_ref *と回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *との偏差を入力し、第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *を演算する。第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *は次の式(7)を用いて算出する。
第1フィードバック切り換えスイッチSW1は、トルクフィードバック実施判定結果に基づいて作動するスイッチであり、トルクフィードバック実施フラグが実施のときはオン状態となり、トルクフィードバック実施フラグが停止のときはオフ状態となる。これにより、第1加算部46に第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *が指令されるか否かを切り換える。
第1加算部46は、第2クラッチトルク容量F/F指令値TCL2_FF *、第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *を入力し、回転数制御第2クラッチトルク容量目標値TCL2_FB_ON *を演算する。回転数制御第2クラッチトルク容量目標値TCL2_FB_ON *は、第2クラッチトルク容量F/F指令値TCL2_FF *と第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *を加算して算出する。尚、第1フィードバック切り換えスイッチSW1がオフ状態のときは、第2クラッチトルク容量F/F指令値TCL2_FF *=回転数制御第2クラッチトルク容量目標値TCL2_FB_ON *となる。
EV走行時第2クラッチトルク容量F/B目標値記憶部47は、MWSC走行モードで走行したときに、同じ駆動トルク範囲において演算された第2クラッチトルク容量F/B指令値TCL2_FB_t *をEV走行時第2クラッチトルク容量F/B記憶値として記憶する記憶部である。尚、記憶値はMWSC走行モードで走行したときの最終結果でも良いし、平均した値を参照してもよい。これら値を採用する際、下記に示すローパスフィルタを施した値を参照してもよい。
1/(τLRN・s+1)
τLRN:学習用時定数
これにより、トルクフィードバック停止時であっても、第2クラッチCL2の個体ばらつきを抑制することができ、良好な運転性を実現する。
第2フィードバック切り換えスイッチSW2は、トルクフィードバック実施判定結果に基づいて作動するスイッチであり、トルクフィードバック実施フラグが実施のときはオフ状態となり、トルクフィードバック実施フラグが停止のときはオン状態となる。これにより、第2加算部48に記憶されたEV走行時第2クラッチトルク容量F/B目標値が指令されるか否かを切り換える。
第2加算部48は、トルクフィードバック制御停止時において、回転数制御第2クラッチトルク容量目標値TCL2_FB_ON *と記憶されたEV走行時第2クラッチトルク容量F/B目標値を入力し、トルクフィードバック停止時における最終的な第2クラッチトルク容量目標値TCL2_LAST *を算出する。トルクフィードバック制御実施時は、第2フィードバック切り換えスイッチSW2がオフ状態のため、特に何も加算されない。
次に、実施例1の作用効果について説明する。
〔トルクフィードバック制御の停止による作用効果〕
図9はトルクフィードバック制御を常に実施する比較例において、実モータトルクが目標モータトルクよりも高く出力されている状態を表すタイムチャートである。初期条件は、ブレーキペダルを踏み、車両が停止している状態で、エンジンが駆動し、モータジェネレータは回生トルクを出力してモータジェネレータMGが回転数制御している。このとき、目標モータトルクよりも実モータトルクが大きい場合には、スリップ量が目標スリップ量よりも少ないために、モータジェネレータのトルクが増大していると判断できるため、トルクフィードバック制御により第2クラッチCL2の締結容量を下げ、スリップ量を増大できるように指令する。しかし、実際には、第2クラッチCL2の締結容量はゼロの状態であるため、指令値としては積分器に負の値が蓄積されてしまう。
また、トルクフィードバック制御停止時は、トルクフィードバック項に代えて、EV走行中の同じ駆動トルク範囲で記憶しておいたトルクフィードバック量であるEV走行時第2クラッチトルク容量F/B記憶値が反映されるため、トルクフィードバック制御を停止したときであっても、個体ばらつきを抑制することができるものである。
図12は実施例1において、クリープ走行時にトルクフィードバック制御を停止した状態から加速意図に基づいて加速するときの状態を表すタイムチャートである。初期条件は、ブレーキペダルが離され、アクセルペダル開度APOがゼロのクリープ走行時であり、トルクフィードバック制御は停止されている。このとき、運転者がアクセルペダルを踏み込み、目標駆動力が大きくなって加速意図を示すと、トルクフィードバック制御が停止から実施に切り換えられる。このとき、最終的な第2クラッチトルク容量目標値TCL2_LAST *と回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *との偏差を入力し、積分器の初期値にして再開する。これにより、切り替わり時のトルク容量不連続に伴う違和感を生じないように制御する。
次に、WSC走行モードが選択されるため、エンジンEとモータジェネレータMGの両方の駆動力が出力されつつ、第2クラッチCL2はスリップ制御が行われる。このとき、トルクフィードバック制御を実施することで、目標モータトルクと実モータトルクとを一致させることができ、精度の高い第2クラッチトルク容量を得ることができるため、第2クラッチCL2を完全締結し、エンジン回転数と出力軸回転数とをスムーズに一致させることで締結に伴うショックを抑制することができる。
図13は実施例1において、エンジントルクが不安定な状態から加速意図に基づいて加速するときの状態を表すタイムチャートである。初期条件は、ブレーキペダルが離され、アクセルペダル開度APOがゼロのクリープ走行時であり、トルクフィードバック制御は停止されている。また、エンジン始動直後であり、触媒暖気等によってエンジントルクは不安定な状態である。このとき、運転者がアクセルペダルを踏み込み、加速意図を示すと、WSC走行モードとなり、モータはトルク制御から回転数制御に移行する。しかし、エンジントルクが不安定な過渡状態にあり、モータジェネレータMGの実トルクがエンジントルクの不安定なトルクを吸収するために目標モータトルクと異なるトルクを出力している状態である。この状態が第2クラッチCL2のクラッチトルク容量に反映されてしまうと、運転性が悪化するため、このときもトルクフィードバック制御を停止する。そして、エンジントルクが安定したと判定されると、トルクフィードバック制御の停止から実施に切り替えられ、トルクフィードバック制御が実施されることで、目標第2クラッチトルク容量が適正な値となり、スムーズな発進を達成することができる。
(1)駆動源としてのエンジンE及びモータジェネレータMG(モータ)と、
モータジェネレータMGと駆動輪との間に設けられた第2クラッチCL2(クラッチ)と、
第2クラッチCL2の駆動輪側であるクラッチ出力軸の目標駆動力tFo0(駆動トルク目標値)を演算する駆動トルク目標値演算部(駆動トルク目標値演算手段)と、
目標駆動力tFo0に応じた第2クラッチCL2の第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *を演算する第2クラッチトルク容量基本目標値演算部(トルク容量基本目標値演算手段)と、
第2クラッチCL2のモータジェネレータMG側であるクラッチ入力軸の回転数である入力軸回転数ωCL2iを検出するモータ回転数センサ21(入力軸回転数検出手段)と、
前記発進クラッチ出力軸の回転数である出力軸回転数ωCL2oを検出する第2クラッチ出力回転数センサ22(出力軸回転数検出手段)と、
出力軸回転数ωCL2oに応じて、入力軸回転数の目標値である入力軸回転数目標値ωCL2i *を演算する入力軸回転数目標値演算部(入力軸回転数目標値演算手段)と、
入力軸回転数ωCL2iと入力軸回転数目標値ωCL2i *とが一致するように前記モータを制御する回転数制御を行う際の前記モータの出力トルクである回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *(モータトルク)を演算する回転数制御モータトルク目標値演算部26(モータトルク演算手段)と、
エンジンEの出力トルクであるエンジントルク推定値TE_estを検出するエンジントルク推定値演算部41(エンジントルク検出手段)と、
駆動トルク目標値からエンジントルク推定値TE_estを差し引いた第2クラッチトルク容量補正目標値TCL2_t *(目標モータトルク)を演算し(目標モータトルク演算手段)、
回転数制御を実施しているときに、回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *(モータトルク)が第2クラッチトルク容量補正目標値TCL2_t *(目標モータトルク)よりも大きい場合は第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *(トルク容量基本目標値)を低下させる補正量を出力し、それ以外のときは第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *(トルク容量基本目標値)を上昇させる補正量を出力するトルクフィードバック制御を行うトルクフィードバック制御手段と、
回転数制御モータトルク目標値TM_FB_ON *(モータトルク)と、第2クラッチトルク容量基本目標値TCL2_base *(トルク容量基本目標値)と、前記補正量とに基づいて最終的な第2クラッチトルク容量目標値TCL2_LAST *を出力する第1加算部46(トルク容量演算手段)と、
運転者の加速意図を検出するステップS100(加速意図検出手段)と、
を備え、
トルクフィードバック制御手段は、前記加速意図が検出されないときはトルクフィードバック制御を停止し、前記加速意図が検出されたときはトルクフィードバック制御を実施する。
よって、エンジントルクがばらついたとしても、クラッチの耐久性を向上させつつ、発進性を向上することができる。
トルクフィードバック制御手段は、MWSC走行モードにおいて回転数制御を実施したときの補正量を記憶するEV走行時第2クラッチトルク容量F/B目標値記憶部47(記憶部)を有し、トルクフィードバック制御を停止しているときは、記憶された補正量を出力する。
よって、トルクフィードバック制御を停止しているときであっても、第2クラッチCL2の個体ばらつきを抑制することができ、良好な運転性を実現できる。
よって、停止から実施への切り換わり時における第2クラッチトルク容量の不連続を無くすことができ、運転者に与える違和感を回避することができる。
よって、エンジントルクの不安定な状態を第2クラッチトルク容量に反映させることを回避することで、安定したクラッチ制御を達成できる。
CL1 第1クラッチ
MG モータジェネレータ
CL2 第2クラッチ
AT 自動変速機
1 エンジンコントローラ
2 モータコントローラ
3 インバータ
4 バッテリ
5 第1クラッチコントローラ
6 第1クラッチ油圧ユニット
7 ATコントローラ
8 第2クラッチ油圧ユニット
9 ブレーキコントローラ
10 統合コントローラ
24 ブレーキ油圧センサ
100 目標駆動力演算部
200 モード選択部
300 目標充放電演算部
400 動作点指令部
900 ブレーキユニット
Claims (6)
- 駆動源としてのエンジン及びモータと、
前記モータと駆動輪との間に設けられた発進クラッチと、
前記発進クラッチの駆動輪側であるクラッチ出力軸の駆動トルク目標値を演算する駆動トルク目標値演算手段と、
前記駆動トルク目標値に応じた前記発進クラッチのトルク容量基本目標値を演算するトルク容量基本目標値演算手段と、
前記発進クラッチの前記モータ側であるクラッチ入力軸の回転数である入力軸回転数を検出する入力軸回転数検出手段と、
前記発進クラッチ出力軸の回転数である出力軸回転数を検出する出力軸回転数検出手段と、
前記出力軸回転数に応じて、前記入力軸回転数の目標値である入力軸回転数目標値を演算する入力軸回転数目標値演算手段と、
前記入力軸回転数と前記入力軸回転数目標値とが一致するように前記モータを制御する回転数制御を行う際の前記モータの出力トルクであるモータトルクを演算するモータトルク演算手段と、
前記エンジンの出力トルクであるエンジントルクを検出するエンジントルク検出手段と、
前記駆動トルク目標値から前記エンジントルクを差し引いた目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段と、
前記回転数制御を実施しているときに、前記モータトルクが前記目標モータトルクよりも大きい場合は前記トルク容量基本目標値を低下させる補正量を出力し、それ以外のときは前記トルク容量基本目標値を上昇させる補正量を出力するトルクフィードバック制御を行うトルクフィードバック制御手段と、
前記モータトルクと、前記トルク容量基本目標値と、前記補正量とに基づいて最終的なトルク容量目標値を出力するトルク容量演算手段と、
運転者の加速意図を検出する加速意図検出手段と、
を備え、
前記トルクフィードバック制御手段は、前記加速意図が検出されないときは前記トルクフィードバック制御を停止し、前記加速意図が検出されたときは前記トルクフィードバック制御を実施することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンと前記モータの間に設けられたエンジンクラッチを有し、該エンジンクラッチを解放し前記モータの駆動力で回転数制御により走行する電気自動車走行モードを有し、
前記トルクフィードバック制御手段は、前記電気自動車走行モードにおいて前記回転数制御を実施したときの前記補正量を記憶する記憶部を有し、前記トルクフィードバック制御を停止しているときは、前記記憶された補正量を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1または2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記トルクフィードバック制御手段は、前記トルクフィードバック制御を停止から実施に切り替えるときは、前記目標モータトルクの初期値として前記最終的なトルク容量目標値を使用することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1ないし3いずれか1つに記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記トルクフィードバック制御手段は、前記トルクフィードバック制御を停止しているときに前記加速意図が検出されたとしても、前記エンジンのトルクが不安定な状態であると検出したときは、前記トルクフィードバック制御の停止を継続することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項4に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンのトルクが不安定な状態とは、前記エンジンが触媒暖気状態であることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項4または5に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記エンジンのトルクが不安定な状態とは、前記エンジンが自立回転状態、もしくは自立運転状態からトルク制御状態への切り換わりから所定時間であることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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