JP2012116457A - ハイブリッド車両の加速トルク制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリのＳＯＣを効率的に管理することができるハイブリッド車両の加速トルク制御方法及び装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の加速トルク制御方法は、クリープトルクを最小トルクに設定する段階と、エンジン環境変数を考慮してエンジンで出力可能な最大トルクを計算する段階と、モータ環境変数を考慮してモータで出力可能な最大トルクを計算する段階と、エンジンで出力可能な最大トルクとモータで出力可能な最大トルクとを合わせて車両の最大トルクを計算する段階と、加速ペダルの位置、前記最小トルク、及び前記車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する段階とを含み、前記エンジン環境変数は、現在走行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度を含み、前記モータ環境変数は、モータの温度及びバッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両の加速トルク制御方法及び装置に係り、より詳しくは、車両の最大トルクを環境変数によって変更することにより、バッテリに負担を与えずに、十分な加速感を得ることができるハイブリッド車両の加速トルク制御方法及び装置に関する。

最近、車両の燃費向上のために電気車両またはハイブリッド車両が開発されて注目を浴びつつある。電気車両は、モータによってのみ車両の駆動トルクを生成する車両をいい、ハイブリッド車両は、エンジンとモータによって車両の駆動トルクを生成する車両をいう。
ハイブリッド車両は、その運転条件によって多様なモード（例えば、電気車モード、ハイブリッドモード、エンジンモードなど）で運行される。電気車モードは、モータによってのみ駆動トルクが発生するモードであり、ハイブリッドモードは、モータとエンジンによって駆動トルクが発生するモードであり、エンジンモードはエンジンによってのみ駆動トルクが発生するモードである。

ハイブリッドモードにおいては、モータとエンジンが全て作動するので、燃費向上及び十分な加速感のためにトルク分担が非常に重要である。通常、加速トルクが決定されると、設定された比率によって前記加速トルクをエンジンとモータに分担させる。
従来の加速トルクを計算する過程について、図４を参照して説明する。
図４は、従来の加速トルクを計算する過程を説明するためのグラフである。
図４に示したように、制御部には最小トルクラインと最大トルクラインが保存されている。最小トルクラインは、車両がクリープ走行（ｃｒｅｅｐ ｄｒｉｖｉｎｇ）（加速ペダルを踏まずにＤレインジで走行）できるように、車速に応じたクリープトルク（ｃｒｅｅｐ ｔｏｒｑｕｅ）に設定されている。最大トルクラインは、車速に応じたエンジンの最大トルクとモータの最大トルクとの合計に設定されている。最小トルクラインと最大トルクラインは変化しない。

車速が６０ｋｍ／ｈであれば、最大トルクは２００Ｎｍであり、最小トルクは−６０Ｎｍである。この状態で、運転者が加速ペダルを踏んで、加速ペダルの位置値が５０％と検出されれば、加速トルクは次の通り計算される。
加速トルク＝（最大トルク＋最小トルク）×加速ペダルの位置値
＝（２００−６０）×０．５＝７０Ｎｍ
しかし、環境変数によってエンジン及びモータで出力可能な最大トルクは変化する。従来の加速トルク計算方法では、加速トルク計算において環境変数の影響を考慮しなかった。例えば、車両が高地で運行中には、エンジンが出力できる最大トルクは設定されたエンジンの最大トルクの５０％に過ぎない。したがって、従来の加速トルク計算方法によって計算された加速トルクをエンジンとモータに分担させる場合、バッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を維持するのが困難であるという問題点があった。

特開２０１０−０００８６７号公報

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、エンジン環境変数とモータ環境変数の影響を車両の加速トルクを計算する際に考慮することにより、バッテリのＳＯＣを効率的に管理することができるハイブリッド車両の加速トルク制御方法及び装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御方法は、クリープトルク（ｃｒｅｅｐ ｔｏｒｑｕｅ）を最小トルクに設定する段階と、エンジン環境変数を考慮してエンジンで出力可能な最大トルクを計算する段階と、モータ環境変数を考慮してモータで出力可能な最大トルクを計算する段階と、エンジンで出力可能な最大トルクとモータで出力可能な最大トルクとを合わせて車両の最大トルクを計算する段階と、加速ペダルの位置、前記最小トルク、及び前記車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する段階とを含むことを特徴とする。

前記エンジン環境変数は、現在走行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度を含み、前記モータ環境変数は、モータの温度及びバッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を含むことを特徴とする。

また、本発明は、加速ペダルの位置を検出する加速ペダル位置検出器と、車速を検出する車速検出器と、バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出器と、エンジン環境変数とモータ環境変数を検出する環境変数検出器と、クリープトルクを最小トルクに設定し、エンジン環境変数とモータ環境変数による車両の最大トルクを計算し、前記加速ペダルの位置、前記最小トルク、及び前記車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する制御部とを含むことを特徴とする。

前記制御部は、エンジン環境変数を考慮してエンジンで出力可能な最大トルクを計算し、モータ環境変数を考慮してモータで出力可能な最大トルクを計算し、前記エンジンで出力可能な最大トルクと前記モータで出力可能な最大トルクを合わせて車両の最大トルクを計算することを特徴とする。

前記エンジン環境変数は、現在走行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度を含み、前記モータ環境変数は、モータの温度及びバッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を含むことを特徴とする。

前記制御部は、計算された加速トルクを、前記エンジンで出力可能な最大トルクと前記モータで出力可能な最大トルクとの比率によってエンジンとモータに分割することを特徴とする。

本発明によれば加速トルクを計算する際に、エンジン環境変数とモータ環境変数の影響を車両の考慮することにより、バッテリのＳＯＣを効率的に管理することができる。
また、加速トルクが過度に大きく計算されるのを防止することによって燃費を向上させることができる。

本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御装置のブロック図である。 本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御方法のフローチャートである。 本発明の実施形態によって加速トルクを計算する過程を説明するためのグラフである。 従来の加速トルクを計算する過程を説明するためのグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付した図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御装置のブロック図である。
本発明の実施形態が適用されるハイブリッド車両は、少なくとも一つのエンジン６０と、少なくとも一つのモータ７０とを含む。また、前記ハイブリッド車両は、エンジン６０とモータ７０が同時に作動するハイブリッドモードを提供する。
図１に示したように、本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御装置は、加速ペダル位置検出器１０、車速検出器２０、ＳＯＣ検出器３０、環境変数検出器４０、及び制御部５０を含む。

加速ペダル位置検出器１０は、加速ペダルの位置値（加速ペダルが押さえられた程度）を測定して、これに対する信号を制御部５０に伝達する。加速ペダルが完全に押さえられた場合には、加速ペダルの位置値が１００％であり、加速ペダルが押さえられない場合には、加速ペダルの位置値が０％である。加速ペダル位置位置検出器１０を使用する代わりに、吸気通路に装着されたスロットルバルブ開度センサを使用することも可能である。したがって、本明細書及び特許請求の範囲において、加速ペダル位置検出器１０はスロットルバルブ開度センサを含み、加速ペダルの位置値はスロットルバルブの開度を含む。
車速検出器２０は、車両のホィールなどに装着されて、車速を検出し、これに対する信号を前記制御部５０に伝達する。

ＳＯＣ検出器３０は、バッテリのＳＯＣを検出して、これに対する信号を制御部５０に伝達する。バッテリのＳＯＣを直接検出する代わりに、バッテリの電流及び電圧を測定して、これからバッテリのＳＯＣを予測することも可能である。
環境変数検出器４０は、エンジン環境変数とモータ環境変数を測定して、これに対する信号を制御部５０に伝達する。エンジン環境変数には、現在走行中である車両の高度、エンジン６０の摩擦トルク、及びエンジンオイルの温度が含まれる。
現在走行中である車両の高度は、一つのサイクルでエンジンに吸入される空気の量及び密度、そして周辺温度（ａｍｂｉｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）と関連している。一つのサイクルでエンジンに吸入される空気の量と密度によってエンジンの出力が変化することは当業者に自明である。
また、エンジン６０の摩擦トルクは、エンジン６０の出力トルク、周辺温度、冷却水温度、及びエンジンオイル温度などによって異なり、数多くの実験から得られた設定マップに保存されている。

エンジンオイルの温度は周辺温度と関連している。したがって、エンジンオイルの温度を測定する代わりに、周辺温度を用いることも可能である。
モータ環境変数は、モータ７０の温度及びバッテリのＳＯＣを含む。モータ７０の出力は、モータ７０に印加される電流と機械的な摩擦と関連している。モータ７０に印加される電流はバッテリのＳＯＣから計算でき、機械的な摩擦はバッテリのＳＯＣとモータ７０の温度から計算できる。
制御部５０には、エンジン６０が出力可能な最大トルクとモータ７０が出力可能な最大トルクが保存されており、車両のクリープ運行を可能にするクリープトルク（エンジントルクとモータトルクの合計）が保存されている。制御部５０は、前記クリープトルクを最小トルクに設定する。

また、制御部５０は、検出器１０、２０、３０、４０から印加される信号を受信して、現在の走行状態で、エンジン６０が出力可能な最大トルクとモータ７０が出力可能な最大トルクを計算して、エンジン６０が出力可能な最大トルクとモータ７０が出力可能な最大トルクを合わせて、車両の最大トルクを計算する。
また、制御部５０は、加速ペダルの位置、最小トルク、及び車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算し、エンジン６０とモータ７０が負担しなければならないエンジン負担トルクとモータ負担トルクを計算する。
エンジン６０とモータ７０は、制御部５０で計算されたエンジン負担トルクとモータ負担トルクによって作動する。

図２は、本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御方法のフローチャートである。
図２に示したように、本発明の実施形態によるハイブリッド車両の加速トルク制御方法は、車両が始動した状態（Ｓ２１０）で始まる。車両が始動すると、制御部５０は保存されていたクリープトルクを最小トルクに設定する（Ｓ２２０）。クリープトルクとは、Ｄレインジで運転者が加速ペダルを踏まなくても（即ち、加速ペダルの位置値が０％）車両が運行されるために必要なトルクをいう。
この状態で、ＳＯＣ検出器３０はバッテリのＳＯＣを検出し、環境変数検出器４０はエンジン環境変数とモータ環境変数を検出する。バッテリのＳＯＣに関する信号、及びエンジン環境変数とモータ環境変数に関する信号は、制御部５０に伝達される。

制御部５０は、エンジン環境変数を考慮してエンジン６０で出力可能な最大トルクを計算する（Ｓ２３０）。上述の通り、エンジン環境変数は、現在運行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度（周辺温度）を含む。
Ｓ２３０段階は、車両の高度による係数、エンジン摩擦トルクによる係数、及びエンジンオイル温度による係数を計算し、正常状態でエンジン６０で出力可能な最大トルクに係数をかけることによって、エンジン環境変数を考慮したエンジン６０で出力可能な最大トルクを計算する。
また、制御部５０は、モータ環境変数を考慮してモータ７０で出力可能な最大トルクを計算する（Ｓ２４０）。上述の通り、モータ環境変数はモータ７０の温度とバッテリのＳＯＣを含む。

Ｓ２４０段階は、モータの温度による係数と、バッテリのＳＯＣによる係数を計算し、正常状態でモータ７０で出力可能な最大トルクに係数をかけることによって、モータの環境変数を考慮したモータ７０で出力可能な最大トルクを計算する。
その後、制御部５０は、エンジン６０で出力可能な最大トルクと、モータ７０で出力可能な最大トルクとを合わせて、車両の最大トルクを計算する（Ｓ２５０）。
その後、加速ペダル位置検出器１０は、運転者が押している加速ペダルの位置を検出する（Ｓ２６０）。そうすると、制御部５０は、加速ペダルの位置、最小トルク、及び車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する（Ｓ２７０）。

本発明の実施形態による加速トルクの決定について、図３を参照してさらに詳細に説明する。
図３は、本発明の実施形態によって加速トルクを計算する過程を説明するためのグラフである。
図３において、最も上方の点線は、従来の方法によって決定された車両の最大トルクラインを示す。しかし、本発明の実施形態によれば、車両の最大トルクが環境変数によって減少するようになり、上方の実線によって表示される。
一方、従来の方法と本発明の実施形態において、クリープトルクが最小トルクに設定される。最小トルクは下方の実線によって表示される。
上述の通り、車速が６０ｋｍ／ｈである時、従来の方法による加速トルクは７０Ｎｍであった。

本発明の実施形態によれば、環境変数を考慮して最小トルクは−６０Ｎｍであって、従来の方法による最小トルクと同一であるが、最大トルクは環境変数によって１２０Ｎｍである。即ち、環境変数によって車両の最大トルクが減少する。 したがって、本発明の実施形態によれば、車両の加速トルクは次の通り求められる。ここで、加速ペダルの位置値は５０％と仮定する。
加速トルク＝（最大トルク＋最小トルク）×加速ペダルの位置値
＝（１２０−６０）×０．５＝３０Ｎｍ
本発明の実施形態によれば、従来の方法と同一の条件下で、車両の加速トルクが３０Ｎｍに計算される。したがって、環境変数によって加速トルクが減少することになる。

従来の方法によれば、車両の最大トルクが変化しないため、車両の加速トルクが非常に高く現れた。したがって、モータ７０に分担されるトルクも高くて、バッテリのＳＯＣを最適に維持するのが非常に困難であった。
しかし、本発明の実施形態によれば、環境変数を考慮して車両の最大トルクが変化するので、モータ７０に分担されるトルクが最適に決定される。したがって、バッテリのＳＯＣを最適に管理することができる。
前記のように、車両の加速トルクが計算されると、制御部５０は前記加速トルクをエンジン６０とモータ７０に負担させる。

エンジン６０で出力可能な最大トルクをＴｍ、ｅｎｇとし、モータ７０で出力可能な最大トルクをＴｍ、ｍｏｔとすれば、エンジン６０に負担されるトルク（Ｔｅｎｇ）とモータ７０に負担されるトルク（Ｔｍｏｔ）は、次の式によって計算できる。
Ｔｅｎｇ＝Ｔ×Ｔｍ、ｅｎｇ／（Ｔｍ、ｅｎｇ＋Ｔｍ、ｍｏｔ）
Ｔｍｏｔ＝Ｔ×Ｔｍ、ｍｏｔ／（Ｔｍ、ｅｎｇ＋Ｔｍ、ｍｏｔ）
ここで、Ｔは、車両の加速トルクを示す。
このように、エンジン６０及びモータ７０に負担されるトルクが決定されると、制御部５０はこの値に基づいてエンジン６０及びモータ７０を制御できる。
上述の通り、本発明によれば、車両の加速トルクを計算する際に、エンジン環境変数とモータ環境変数の影響を考慮することにより、バッテリのＳＯＣを効率的に管理することができる。
また、加速トルクが過度に大きく計算なるのを防止することによって燃費を向上させることができる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

１０ 加速ペダル位置検出器
２０ 車速検出器
３０ ＳＯＣ検出器
４０ 環境変数検出器
５０ 制御部
６０ エンジン
７０ モータ

Claims (8)

1. クリープトルク（ｃｒｅｅｐ ｔｏｒｑｕｅ）を最小トルクに設定する段階と、
   エンジン環境変数を考慮してエンジンで出力可能な最大トルクを計算する段階と、
   モータ環境変数を考慮してモータで出力可能な最大トルクを計算する段階と、
   エンジンで出力可能な最大トルクとモータで出力可能な最大トルクとを合わせて車両の最大トルクを計算する段階と、
   加速ペダルの位置、前記最小トルク、及び前記車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する段階と
   を含むことを特徴とするハイブリッド車両の加速トルク制御方法。
2. 前記エンジン環境変数は、現在走行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御方法。
3. 前記モータ環境変数は、モータの温度及びバッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御方法。
4. 加速ペダルの位置を検出する加速ペダル位置検出器と、
   車速を検出する車速検出器と、
   バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出器と、
   エンジン環境変数とモータ環境変数を検出する環境変数検出器と、
   クリープトルクを最小トルクに設定し、エンジン環境変数とモータ環境変数による車両の最大トルクを計算し、前記加速ペダルの位置、前記最小トルク、及び前記車両の最大トルクを利用して加速トルクを計算する制御部と、
   を含むことを特徴とするハイブリッド車両の加速トルク制御装置。
5. 前記制御部は、エンジン環境変数を考慮してエンジンで出力可能な最大トルクを計算し、モータ環境変数を考慮してモータで出力可能な最大トルクを計算し、前記エンジンで出力可能な最大トルクと前記モータで出力可能な最大トルクとを合わせて車両の最大トルクを計算することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御装置。
6. 前記エンジン環境変数は、現在走行中である車両の高度、エンジン摩擦トルク、及びエンジンオイル温度を含むことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御装置。
7. 前記モータ環境変数は、モータの温度及びバッテリのＳＯＣ（ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を含むことを特徴する請求項４に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御装置。
8. 前記制御部は、計算された加速トルクを、前記エンジンで出力可能な最大トルクと前記モータで出力可能な最大トルクの比率によってエンジンとモータに分割することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の加速トルク制御装置。
   

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