JP2012192847A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電装置の充電量が過剰に低下することを抑制することができ、かつドライバビリティの悪化を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】蓄電装置7の出力が制限されているか否かを判断する出力電力制限判断手段(ステップS1)と、蓄電装置7の出力が制限されていると判断された場合に、内燃機関1に対する要求トルクと現在時点における内燃機関1の推定トルクとのトルクの差が所定値以上であるか否かを判断する差トルク判断手段(ステップS4)と、トルクの差が所定値以上であると判断された場合に、トルクの差と現在時点における内燃機関1の回転数とに基づいて駆動力を算出し、かつ、電動機2,3が駆動力を生じるために要求する電力を蓄電装置7が一時的に制限を超えて出力できるようにする出力電力増大手段(ステップS5)とを備える。
【選択図】図1

Description

この発明は、車両の走行のための駆動力源として内燃機関と発電機能を有する電動機とを備えるとともに、電動機に電力を供給する充放電可能な蓄電装置を備えたハイブリッド車両に関し、特に、蓄電装置から電動機に対して供給する電力を制御するハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
ハイブリッド車両は、複数の駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関、およびモータ・ジェネレータなどの電動機を搭載した車両であり、内燃機関を燃焼効率の良い運転ポイントで運転し、かつ車両に要求される駆動トルクを電動機で付加することができ、さらに減速時に電動機を発電機として機能させて発電を行いその際に発生させた電力をバッテリやキャパシタなどの蓄電装置に充電することができる。蓄電装置は、従来一般的に、その充電状態や温度などによって放電と充電とが制限されるようになっている。
例えば特許文献1には、バッテリに対してその定格出力を超える超過出力要求があった場合に、予め定めた時間の範囲内でバッテリが定格出力を超えて超過分の電力(超過出力)を出力できるように構成された装置が記載されている。その超過出力は、車両に要求される要求駆動力に基づいて設定されるように構成されている。この特許文献1に記載された装置によれば、バッテリの定格出力を超える超過出力要求があった場合に、定格出力に上記の超過出力を加えた値をバッテリの出力制限とするから、その出力制限の範囲内で電動機を駆動制御することができ、車両の性能を向上できる、とされている。
また、特許文献2には、アクセル開度に応じた目標加速度を得るために必要な必要トルクとエンジンの実際の出力トルクとに基づいて電動機から出力させるアシストトルクが算出され、かつ所定値以上の加速要求であると判断された場合に、電動機から上記のアシストトルクを出力するように構成された装置が記載されている。この特許文献2に記載された装置によれば、発進加速走行、登坂加速走行、追い越し加速走行などの所定値以上の加速要求があった場合において、上記のアシストトルクを出力するように電動機が制御されるので、目標加速度に対応する十分な加速操作性を得ることができる、とされている。
特開2009−11156号公報 特開2003−87906号公報
上記の特許文献1に記載された装置は、車両に要求される要求駆動力に基づいて超過出力を設定し、これを予め定めた時間の範囲内でバッテリから出力できるように構成されている。そのため、超過出力要求が継続されると、バッテリの充電電力が過剰に消費されることになり、その結果、バッテリの充電量が過剰に低下する虞がある。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、蓄電装置の充電電力が過剰に消費されることによって充電量が過剰に低下することを抑制することができ、かつドライバビリティの悪化を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、内燃機関および電動機を駆動力源として備え、前記電動機に生じさせる駆動力を、充放電可能な蓄電装置から出力する電力によって制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、前記蓄電装置の出力が制限されているか否かを判断する出力電力制限判断手段と、前記出力電力制限判断手段によって前記蓄電装置の出力が制限されていると判断された場合に、前記内燃機関に対する要求トルクと現在時点における前記内燃機関の推定トルクとのトルクの差が所定値以上であるか否かを判断する差トルク判断手段と、前記差トルク判断手段によって前記トルクの差が所定値以上であると判断された場合に、前記トルクの差と現在時点における前記内燃機関の回転数とに基づいて駆動力を算出し、かつ、前記電動機が前記駆動力を生じるために要求する電力を前記蓄電装置が一時的に前記制限を超えて出力できるようにする出力電力増大手段とを備えていることを特徴とするものである。
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記出力電力増大手段は、前記制限を超えかつ前記蓄電装置の最大出力を超えない範囲で一時的に前記蓄電装置に電力を出力させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置である。
請求項3の発明は、内燃機関および電動機を駆動力源として備え、前記電動機に生じさせる駆動力を、充放電可能な蓄電装置から出力する電力によって制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、前記蓄電装置の出力電力が制限されており、かつ、前記内燃機関に対する要求トルクと現在時点における前記内燃機関の推定トルクとの間に所定値以上のトルクの差がある場合に、前記トルクの差に相当する駆動力を前記電動機が生じるために必要とする電力を前記電動機に供給できるように、前記蓄電装置が一時的に前記制限を超えて電力を出力できるように構成されていることを特徴とするものである。
請求項1の発明によれば、出力電力制限判断手段によって蓄電装置の出力が制限されていると判断され、かつ、差トルク判断手段によって内燃機関に対する要求トルクと現在時点の推定トルクとのトルクの差が所定値以上であると判断された場合に、そのトルクの差と現在時点の内燃機関の回転数とに基づいて駆動力が算出される。そして、電動機がその駆動力を生じるために必要とする電力を確保できるように、一時的に蓄電装置が上記の制限を超えた電力を出力できるようにされる。蓄電装置は、上記の駆動力を生じるために電動機が必要とする電力分だけを出力すればよいので、電動機によるトルクアシストに伴って蓄電装置の充電電力を過剰に消費することを抑制でき、その結果、蓄電装置の充電量を過剰に低下させることを防止もしくは抑制できる。また、過剰に充電電力を消費することに伴う蓄電装置の発熱を抑制できる。蓄電装置の出力電力が制限されている場合であっても、電動機によってトルクアシストできるので、要求駆動力に対する車両の駆動力応答性を確保でき、その結果、ドライバビリティの低下を防止もしくは抑制できる。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明による効果と同様の効果に加えて、蓄電装置は、上記の出力電力の制限を超えて蓄電装置の最大出力を超えない範囲で、上記の駆動力を生じるために電動機が必要とする電力分だけを一時的に出力することができる。そのため、蓄電装置の耐久性を確保することができる。
請求項3の発明によれば、蓄電装置の出力が制限されていて、かつ、内燃機関に対する要求トルクと現在時点の推定トルクとのトルクの差が所定値以上である場合に、電動機がそのトルクの差に相当する駆動力を生じるように、一時的に蓄電装置が上記の制限を超えた電力を出力できるようにされる。蓄電装置は、出力電力の制限がされている場合であっても、上記の駆動力を生じるために電動機が必要とする電力分だけを出力すればよい。そのため、電動機によるトルクアシストに伴って蓄電装置の充電電力を過剰に消費することを抑制でき、その結果、蓄電装置の充電量を過剰に低下させることを防止もしくは抑制できる。また、過剰に充電電力を消費することに伴う蓄電装置の発熱を抑制できる。蓄電装置の出力電力が制限されている場合であっても、電動機によってトルクアシストできるので、駆動力応答性を確保でき、その結果、ドライバビリティの低下を防止もしくは抑制できる。
この発明に係る制御の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る制御を実行した場合のタイムチャートである。 この発明で制御の対象とするハイブリッド車両の構成の一例を示す模式図である。
つぎに、この発明を図を参照して具体的に説明する。図3は、この発明に係るハイブリッド車両の構成の一例であって、いわゆる2モータタイプのハイブリッド車両の構成を模式的に示している。この図3に示すハイブリッド車両は、駆動力源として内燃機関1と2基の電動機2,3とを備えており、内燃機関1の動力を電動機2と出力軸4とに分割するように構成されている。
内燃機関1は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンあるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する動力機関であり、ここに示す例では、内燃機関1は、スロットル開度を電気的に制御することが可能な電子制御式のスロットルバルブや電子制御式の燃料噴射装置を備えていて、回転数を電気的に制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できるガソリンエンジンが搭載されている。以下、この実施例の説明では、内燃機関1をエンジン1と記す。
電動機2,3は、いずれも、モータおよび発電機のいずれか一方もしくは両方の機能を有する電動機であり、この図3に示す例では、モータとしての機能と発電機としての機能を兼ね備えたモータ・ジェネレータが搭載されている。以下、この実施例の説明では、電動機2,3を、第1モータ・ジェネレータ(MG1)2、および、第2モータ・ジェネレータ(MG2)3と記す。
エンジン1の出力軸には、エンジン1の動力を第1モータ・ジェネレータ2と出力軸4とに分割するための動力分割機構として差動作用のある遊星歯車機構5が設けられており、この図3に示す例では、サンギヤ5sとリングギヤ5rとの間に配置したピニオンギヤをキャリヤ5cによって自転および公転が可能に保持したシングルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。そのキャリヤ5cにエンジン1の出力軸が連結され、かつサンギヤ5sに第1モータ・ジェネレータ2が連結され、さらにリングギヤ5rに出力軸4が連結されている。
上述のように第1モータ・ジェネレータ2は、発電機能のある電動機であって、動力分割機構すなわち遊星歯車機構5が差動作用をなすことにより、第1モータ・ジェネレータ2の回転数に応じてエンジン1の回転数が変化し、したがって第1モータ・ジェネレータ2によってエンジン1のエンジン回転数を制御できるように構成されている。
また、第1モータ・ジェネレータ2は、インバータ6を介して蓄電装置7に連結されている。すなわち、インバータ6によって第1モータ・ジェネレータ2の発電量や第1モータ・ジェネレータ2が電動機として機能する場合のトルクあるいは回転数を制御するように構成されている。さらに、出力軸4に、前述の第2モータ・ジェネレータ3が連結されており、この第2モータ・ジェネレータ3は他のインバータ8を介して蓄電装置7に接続されている。
蓄電装置7は、その耐久性の維持などのために充電容量(SOC:State of Charge )の最低値が予め定められており、SOCが低下すると、出力電力(あるいは駆動電力)が制限されるようになっている。また、蓄電装置7を電池によって構成した場合には、低温状態では、その温度特性(すなわち、内部抵抗)により出力電力の電圧が、蓄電装置7の耐久性に影響する電圧を下回る可能性があるため、出力電力(Wout)が制限される。したがって、この発明で対象とする車両は、蓄電装置7から出力できる電力量が制限されることにより、出力することの可能な最大駆動力(もしくは最大出力)が制限されることがある車両である。
各モータ・ジェネレータ2,3は、これらの間で電力を相互に供給できるように構成されている。すなわち、第1モータ・ジェネレータ2が発電機として機能した場合には、その電力を第2モータ・ジェネレータ3に供給して第2モータ・ジェネレータ3を電動機として機能させ、エンジン1が出力した動力の一部を電力に一旦変換した後、その動力を出力軸4に伝達するように構成されている。
そして、上記のエンジン1、および各モータ・ジェネレータ2,3の動作状態を制御したり、蓄電装置7の状態を管理したりするための電子制御装置(ECU)9が設けられている。この電子制御装置9はマイクロコンピュータを主体として構成されており、電子制御装置9には、例えば車輪速センサなどの車速を検出するセンサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、アクセル開度センサなどの加速要求を検出するセンサ、エンジン1に対する吸気量を制御するスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ、ブレーキスイッチなど制動要求を検出するセンサ、エンジン1のエンジン回転数を検出するセンサ、蓄電装置7の温度を検出するセンサ、蓄電装置7の電圧を検出する電圧センサ、蓄電装置7の出力する電流を検出する電流センサ、各モータ・ジェネレータ2,3の回転数をそれぞれ検出するセンサ、出力軸4の回転数を検出するセンサなどの各種センサ装置からの検出信号が入力される。これに対して、電子制御装置9からは、エンジン1を制御する信号、各モータ・ジェネレータ2,3(すなわちインバータ6,8)を制御する信号などが出力されるように構成されている。また、電子制御装置9は、蓄電装置7の電圧センサ、電流センサ、温度センサなどからの検出信号に基づいて蓄電装置7のSOCを演算するようになっている。そして、電子制御装置9は、これらの入力される信号および予め記憶しているデータなどに基づいて演算を行い、その演算の結果を制御信号としてエンジン1や各モータ・ジェネレータ2,3、電子制御式スロットルバルブなどに出力し、エンジン1の出力や回転数、各モータ・ジェネレータ2,3で出力するトルクや電力などを制御するように構成されている。
この発明に係る制御装置は、上述したような蓄電装置7から出力できる電力量が制限される場合に、以下に説明する制御を実行するように構成されている。図1はその制御例を説明するためのフローチャートであり、所定の短時間毎に繰り返し実行される。先ず、現在時点において、蓄電装置7が所定値以上の電力を出力しないように、その出力電力が制限されているか否かが判断される(ステップS1)。このステップS1の判断は、例えば、蓄電装置7のSOCが所定値よりも低下したり、蓄電装置7の温度が所定温度よりも上昇したりすることにより、蓄電装置7から出力する電力が制限されているか否かを判断するためのものである。したがって、このステップS1では、冷間時において蓄電装置7の温度が低温状態となることにより出力電力が低下する場合や蓄電装置7から電解液が漏れるなどのフェールが生じて出力電力が低下する場合などは考慮しない。
蓄電装置7の出力電力が制限されていないことによりステップS1で否定的に判断された場合には、リターンし、あるいはステップS1の制御を継続する。これとは反対に蓄電装置7の出力電力が制限されていることによりステップS1で肯定的に判断された場合には、要求エンジントルク(すなわち、目標エンジントルク)が算出される(ステップS2)。この要求エンジントルクは、現在時点でエンジンに要求されているエンジントルクであり、言い換えれば現在時点で上記の車両に要求されている駆動力であり、したがって、要求エンジントルクは、アクセル開度、スロットル開度、エンジン1の回転数などから求めることができる。スロットル開度としては、上記の電子制御装置9からスロットルバルブに対して出力される指令値、すなわち制御信号を使用することができる。このステップS2では、要は、現在時点でエンジン1に要求されているエンジントルクが算出できればよい。
また、推定エンジントルクが算出される(ステップS3)。推定エンジントルクは、言い換えれば現在時点で実際にエンジン1が出力しているエンジントルクであり、したがって、現在時点のエンジン1に対する推定吸気量とエンジン1の回転数などとに基づいて求めることができる。また、推定エンジントルクは、第1モータ・ジェネレータ2のトルクにより算出することもできる。推定エンジントルクは、エンジン1の点火時期を考慮に入れたエンジントルクであってもよい。このステップS3では、要は、現在時点でエンジン1が出力しているトルクを推定できればよい。
ついで、ステップS2で算出した要求エンジントルクとステップS3で算出した推定エンジントルクとのトルクの差が、予め定められた所定値以上であるか否かが判断される(ステップS4)。このステップS4の判断は、要求通りのエンジントルクを得られない場合を回避したりあるいは除いたりするためのものであり、したがって上記の所定値は、可及的に小さい値とすることが好ましい。言い換えれば所定値は、定常偏差を回避するための偏差とすることができ、その偏差は必要最小限の偏差とすることが好ましい。この発明で言う上記の要求通りのエンジントルクを得られない場合とは、例えば、気温や気圧などの環境要因あるいはエンジン1の個体間のばらつき(製造誤差)などに起因して、要求しているトルクに対して要求通りのエンジントルクを得られる場合である。
このステップS4で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対して上記のトルクの差が所定値を上回っていることによりステップS4で肯定的に判断された場合には、蓄電装置7が、上記のステップS1で判断の対象になった出力電力の制限を超えた電力を一時的に出力できるようにされる(ステップS5)。このステップS5では、例えば下記式に基づいて上記のステップS4で算出されたトルクの差に相当する駆動力が算出され、その駆動力を第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方に生じさせるためにこれらに要求される電力量を蓄電装置7が所定時間、上記の出力電力の制限を超えて出力できるようにされる。また例えば、このステップS5では、蓄電装置7が、上記の出力電力の制限を超えた電力を所定時間、出力できるようにされる。
駆動力=(要求エンジントルク−推定エンジントルク)×エンジン1の回転数
すなわち、このステップS5は、蓄電装置7が一時的に上記の制限を超える電力を出力できるようにすることにより、第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方が上記のトルクの差に相当するアシストトルクを生じることができるようにして要求駆動力に対する駆動力応答性を確保するためのものである。したがって、上記の駆動力は、要求駆動力に対する駆動力応答性を確保することができる程度であればよく、一例として上記のステップS4で算出されたトルクの差とほぼ同じかそれよりも少ないトルクであってよい。蓄電装置7の出力電力の制限を超えて出力させる電力は、蓄電装置7の出力制限以上かつ最大出力以下とすることが好ましい。これは、蓄電装置7の耐久性を確保するためである。上記の所定時間は、予め定めた時間とすることができ、その時間は、実験やシミュレーションなどによって予め求めることができる。また、このステップS5では、蓄電装置7の出力電力の制限が、一時的に解除されるように構成してもよく、あるいは蓄電装置7の出力電力の制限を維持した状態で、蓄電装置7が一時的にその制限を超えた電力を出力することを許可するように構成してもよい。またあるいは、第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方が上記のアシストトルクを生じるために要求する電力量分だけを蓄電装置7から電力を出力できるように一時的に出力電力の制限を増大させるように構成してもよい。
図2に、この発明に係る制御を実行した場合の駆動トルクおよびエンジントルクならびに蓄電装置からの出力電力そして蓄電装置のSOCのタイムチャートを示してある。図2(a)が、この発明の適用例であり、図2(b)が、この発明を適用しない従来例である。なお、実線が実値を示し、鎖線が要求値を示している。時刻tの時点でアクセル開度が増大されることによりエンジン1に対する要求エンジントルクが増大される。そして、要求エンジントルクと現在時点(時刻tの時点)の推定エンジントルクとの差分に相当するトルクを第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方に生じさせるために必要とする電力を、蓄電装置7が、出力電力の制限を超えて出力できるようにされる。すると、第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方が上記の差分に相当するアシストトルクを生じるように駆動される。そのため、要求駆動力に対する車両の駆動応答性を確保でき、ドライバビリティの悪化を抑制できる。なお、上述したように要求駆動力に対する車両の駆動力応答性を確保できればよいので、第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方が生じるアシストトルクは、トルクの差とほぼ同じかそれよりも少ないトルクであってよい。
そして、アシストトルクは時刻t2の時点に向けて次第に減少される。一方で、エンジントルクは時刻t2の時点に向けて次第に増大される。そのため、上記のアシストトルクを生じさせて駆動力応答性を確保した後の車両の駆動トルクは、ほぼ一定となってる。したがって、この発明を適用しない従来例と比較して、この発明の適用例では、蓄電装置7のSOCの低下が抑制されている。すなわち、過剰に蓄電装置7の充電電力を消費することによるSOCの低下を回避することができる。また、この発明の適用例では、蓄電装置7が、出力電力の制限を超えて電力を出力する時間が予め定められており、かつ制限を超えて出力する電力は、第1モータ・ジェネレータ2あるいは第2モータ・ジェネレータ3もしくは各モータ・ジェネレータ2,3の双方が駆動応答性を確保するためのアシストトルクを生じる分だけであるから、蓄電装置7が制限を超えて電力を出力することによる発熱を抑えることができる。
上述した具体例では、蓄電装置7が予め定めた上限値を上回って電力を出力しないために、蓄電装置7に対して出力電力の上限のガードを行うためのガード処理を施していてもよい。ガード処理は、例えば、蓄電装置7の使用年数が、耐久年数を超過していることにより蓄電装置7から出力する電圧が予め定めた電圧よりも低下した場合に、そのような低電圧を出力しないようにする処理であってよい。また、上記のガード処理は、昇圧コンバータについて、昇圧コンバータのIGBTなどの部品に規定される最大電流以上を出力しないようにする処理(いわゆる、昇圧コンバータ要件)であってもよい。
ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップS1を実行する機能的手段が、この発明における「出力電力制限判断手段」に相当し、ステップS2,S3,S4を実行する機能的手段が、この発明における「差トルク判断」に相当する。そして、ステップS5を実行する機能的手段が、この発明における「出力電力増大手段」に相当する。
なお、上述した具体例では、この発明における制御の対象とするハイブリッド車両として、内燃機関としてエンジン1と、電動機として第1モータ・ジェネレータ2および第2モータ・ジェネレータ3とを備えた、いわゆる2モータタイプのハイブリッド車両の構成を例に挙げて説明したが、例えば、エンジンと、1基のモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両であってもよく、あるいは、エンジンと、発電機能を有しないモータとから構成されるハイブリッド車両であってもよい。要は、車両の駆動力を発生させるための駆動力源として、少なくとも、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関と、モータあるいはモータ・ジェネレータなどの電動機とを備えたハイブリッド車両をこの発明における制御の対象とすることができる。
1…内燃機関(エンジン)、 2,3…電動機(モータ・ジェネレータ,MG1,MG2)、 7…蓄電装置、 9…電子制御装置(ECU)。

Claims (3)

  1. 内燃機関および電動機を駆動力源として備え、前記電動機に生じさせる駆動力を、充放電可能な蓄電装置から出力する電力によって制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、
    前記蓄電装置の出力が制限されているか否かを判断する出力電力制限判断手段と、
    前記出力電力制限判断手段によって前記蓄電装置の出力が制限されていると判断された場合に、前記内燃機関に対する要求トルクと現在時点における前記内燃機関の推定トルクとのトルクの差が所定値以上であるか否かを判断する差トルク判断手段と、
    前記差トルク判断手段によって前記トルクの差が所定値以上であると判断された場合に、前記トルクの差と現在時点における前記内燃機関の回転数とに基づいて駆動力を算出し、かつ、前記電動機が前記駆動力を生じるために要求する電力を前記蓄電装置が一時的に前記制限を超えて出力できるようにする出力電力増大手段と
    を備えていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記出力電力増大手段は、前記制限を超えかつ前記蓄電装置の最大出力を超えない範囲で一時的に前記蓄電装置に電力を出力させる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制御装置。
  3. 内燃機関および電動機を駆動力源として備え、前記電動機に生じさせる駆動力を、充放電可能な蓄電装置から出力する電力によって制御可能なハイブリッド車両の制御装置において、
    前記蓄電装置の出力電力が制限されており、かつ、前記内燃機関に対する要求トルクと現在時点における前記内燃機関の推定トルクとの間に所定値以上のトルクの差がある場合に、前記トルクの差に相当する駆動力を前記電動機が生じるために必要とする電力を前記電動機に供給できるように、前記蓄電装置が一時的に前記制限を超えて電力を出力できるように構成されている
    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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