JP2016060280A - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】HV−ECUが故障した場合でも、ハイブリッド車両を走行可能とする。
【解決手段】内燃機関(22)と、第一電動機(MG1)と、駆動軸(32a)と内燃機関の出力軸(26)と第一電動機の回転軸とに三つの回転要素(32,34,31)が接続された遊星歯車機構(30)と、第二電動機(MG2)と、内燃機関を制御する第一制御ユニット(24)と、第一電動機及び第二電動機を制御する第二制御ユニット(40)と、第一制御ユニットと第二制御ユニットとを制御する第三制御ユニット(70)と、アクセル操作量検出手段(74)と、シフト位置検出手段(72)とを備え、第三制御ユニットが第一制御ユニット及び第二制御ユニットの少なくとも一方と通信不可能な場合に、第二制御ユニットは第一電動機により内燃機関の回転数を所定値に制御し、第一制御ユニットはアクセル操作量検出手段及びシフト位置検出手段からの情報をもとに駆動力を制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関と、動力を入出力可能な第1電動機と、駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第1電動機の回転軸とに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第2電動機とを備えたハイブリッド車両に関する。
従来、この種のハイブリッド車両としては、遊星歯車機構のサンギヤに接続されるモータジェネレータMG1と、プラネタリキャリアに接続されるエンジンと、駆動軸に接続されたリングギヤ32に接続されるモータジェネレータMG2と、モータジェネレータMG1およびMG2と電力をやり取りするバッテリとを備えている。また、モータジェネレータMG1およびMG2の制御はMG−ECUが統括して行い、内燃機関の制御はEng−ECUが行う。そして、これら二つのECUに対して、HV−ECUはアクセルセンサ及び車速センサから伝達された情報を基に、走行時のドライバ意図を要求駆動力に変換して伝達する。このとき、モータジェネレータMG2が故障してトルクを発生できない状態になったときに、HV−ECUからEng−ECUに要求駆動力が伝達されて、内燃機関からトルクが出力される。それとともに、内燃機関のトルクに応じて、HV−ECUよりMG−ECUにモータジェネレータMG1の回転数を所定回転数に維持するための要求駆動力が伝達され、モータジェネレータMG1よりトルクが出力される。このため、内燃機関の駆動軸に走行に必要な駆動力を安定に供給し、退避走行することを可能とする(特許文献1参照)。
特開2011−235750
しかし、上記の退避走行能力を持ったハイブリッド車両では、通信エラーや断線などによりHV−ECUと他の2つのECUとの通信ができなくなった場合に、内燃機関、モータジェネレータMG1およびMG2に走行に必要な駆動力を出力させることが出来ず、ハイブリッド車両を走行させる事が困難となる可能性がある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、HV−ECUが故障した場合でも、ハイブリッド車両を走行可能とすることを目的とするものである。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
本発明は、ハイブリッド車両であって、内燃機関と、動力を入出力可能な第一電動機と、ハイブリッド車両の駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記第一電動機の回転軸とに三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第二電動機と、前記内燃機関により出力させる駆動力を制御する第一制御ユニットと、前記第一電動機及び前記第二電動機により出力させる駆動力を制御する第二制御ユニットと、前記第一制御ユニットと前記第二制御ユニットとを制御する第三制御ユニットと、ハイブリッド車両のアクセル操作部材の操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、前記ハイブリッド車両のシフトレバーの位置情報を検出するシフト位置検出手段と、を備え、前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報は、前記第一制御ユニットに入力されるようになっており、前記第一制御ユニットは、前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報をもとに前記ハイブリッド車両の出力として要求する車両要求駆動力を演算し、演算した前記車両要求駆動力を前記第三制御ユニットに送信し、前記第三制御ユニットは、前記第一制御ユニットから受信した前記車両要求駆動力を分配し、前記第一制御ユニットと前記第二制御ユニットとにそれぞれ送信し、前記第三制御ユニットが第一制御ユニット及び第二制御ユニットの少なくとも一方と通信が不可能となった場合には、第二制御ユニットは前記第一電動機により前記内燃機関の回転数を所定回転数に制御し、前記第一制御ユニットは前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報をもとに前記内燃機関により出力させる駆動力を制御することを特徴とする。
上記構成によれば、ハイブリッド車両が備えるアクセル操作量検出手段により検出されるアクセル操作部材の操作量、及びシフト位置検出手段により検出されるシフトレバーの位置情報は、第一制御ユニットに入力される。第一制御ユニットにより、それらの情報をもとにハイブリッド車両の出力として要求する車両要求駆動力が演算され、得られた車両要求駆動力は第三制御ユニットに送信される。第三制御ユニットにより、第一制御ユニットから受信した車両要求駆動力が分配され、第一制御ユニットと第二制御ユニットとにそれぞれ送信される。
このとき、第三制御ユニットが第一制御ユニットと第二制御ユニットの少なくとも一方と通信が不可能となった場合には、第二制御ユニットにより第一電動機を介して内燃機関の回転数が所定回転数に制御される。そして、アクセル操作量検出手段により検出されるアクセル操作部材の操作量、及びシフト位置検出手段により検出されるシフトレバーの位置情報をもとに、第一制御ユニットによって内燃機関により出力させる駆動力が制御される。この制御により、第三制御ユニットが故障した場合でも、アクセル操作部材の操作量及びシフトレバーの位置情報に応じた駆動力を、遊星歯車機構を介して駆動軸に伝達することができ、ハイブリッド車両を走行させることができる。
本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成図である。 本実施形態における内燃機関及びモータの制御フローチャートである。 本実施形態における遊星歯車機構の共線図の一例である。 本実施形態における遊星歯車機構の共線図の一例である。
図1は、本実施形態に係るハイブリッド車両20の概略構成図である。本実施形態のハイブリッド車両20は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とする内燃機関22を備えている。この内燃機関22はEng−ECU(第一制御ユニットに該当)24により駆動制御される。
ハイブリッド車両20には、プラネタリギヤ30(遊星歯車機構に相当)が設けられている。内燃機関22の出力軸としてのクランクシャフト26は、ダンパ28を介してプラネタリギヤ30のプラネタリキャリア34に接続されている。
プラネタリギヤ30のサンギヤ31には、発電及び駆動可能なモータMG1(第一電動機に該当)の回転軸が接続されている。そして、プラネタリギヤ30のリングギヤ32に接続されたリングギヤ軸(駆動軸に該当)32aに、減速ギヤ35が連結されている。この減速ギヤ35のサンギヤ45にモータMG2(第二電動機に該当)の回転軸が接続されている。このモータMG2は、リングギヤ軸(駆動軸に該当)32aに動力を入出力可能である。
リングギヤ軸32aには、ギヤ機構37およびディファレンシャルギヤ38を介して、駆動輪39a,39bが接続されている。モータMG1と電力ライン54との間にインバータ41が介設されており、同様にモータMG2と電力ライン54との間にインバータ42が介設されている。ハイブリッド車両20には、インバータ41,42を介してモータMG1およびMG2を駆動制御するMG−ECU(第二制御ユニットに該当)40が設けられている。
電力ライン54にはバッテリ50が接続されており、バッテリ50はBT−ECU52により管理される。ここで、バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池で構成される。
HV−ECU(第三制御ユニットに該当)70は、Eng−ECU24やMG−ECU40、BT−ECU52と通信しながら車両全体を制御する。
これらEng−ECU24とMG−ECU40とBT−ECU52とHV−ECU70とは、CPU、ROM、RAMなどを備えたマイクロコンピュータを主体として構成されている。これらのECUは、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、ハイブリッド車両20の運転に関する各種制御を実行するようになっている。
上述のように構成された本実施形態のハイブリッド車両20においてイグニッションスイッチがオンされると、アクセルペダルポジションセンサ(アクセル操作量検出手段に該当)74によりアクセルペダル(アクセル操作部材に該当)73の操作量であるアクセル開度Accが検出される。その検出されたアクセル開度Accとシフト位置センサ(シフト位置検出手段に該当)72からのシフトレバー71の位置情報に基づいて、Eng−ECU24は、要求トルクTrを設定すると共に、その設定された要求トルクTrをHV−ECU70に送信する。
HV−ECU70は、受信した要求トルクTrに基づいて内燃機関22の目標回転数Ge,目標トルクTeや、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1,Tm2といった車両全体を制御するのに必要な指令信号を生成し、生成した各指令信号をEng−ECU24,MG−ECU40に送信する。そして、Eng−ECU24は、目標回転数Geと目標トルクTeとからなる運転ポイントで内燃機関22が駆動されるように、内燃機関22に対する吸入空気量調節制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう。また、MG−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が駆動されるように、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。
次に、こうして構成された本実施形態のハイブリッド車両20において、HV−ECU70が断線や通信エラーなどにより、Eng−ECU24とMG−ECU40の少なくとも一方と通信できない状態で車両の走行を継続させるときの動作について、その一連の流れを図2のフローチャートを用いて説明する。なお、この一連の制御は、シフトレバー71の位置情報がDレンジ又はRレンジであることを条件に実行される。
まず、Eng−ECU24とMG−ECU40との少なくとも一方に対して、HV−ECU70からの通信が遮断されているかどうかを、Eng−ECU24とMG−ECU40がそれぞれ判定する(S100)。
Eng−ECU24とMG−ECU40とはそれぞれ、HV−ECU70からの通信を受信可能と判定した場合に一連の処理を終了する(S110:NO)。この場合は、HV−ECU70により通常の制御が行われる。しかし、Eng−ECU24とMG−ECU40との少なくとも一方に対して、HV−ECU70からの通信が遮断されている場合には(S110:YES)、Eng−ECU24とMG−ECU40により以下の制御が実行される。
MG−ECU40はインバータ42をシャットダウンし、モータMG2への電力の供給を停止させる。そして、MG−ECU40は、モータMG1,モータMG2の回転子の回転位置を検出する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,モータMG2の回転数Nm1,Nm2といったモータMG1,MG2に関するデータを演算する(ステップS120)。
次に、MG−ECU40は、演算されたモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を用いて、内燃機関の回転数Neを演算する(ステップS130)。モータMG1の回転数Nm1とモータMG2の回転数Nm2と内燃機関22の回転数Neとは、それぞれのギヤ回転数が共線図において直線で結ばれる関係であり、具体的には図3,図4のような関係となる。このうち、減速ギヤ35のプラネタリキャリアは回転数が常に0で固定されており、この関係を満たすようにそれぞれのギヤの回転数がEng−ECU24及びMG−ECU40により調節される。このため、モータMG1の回転数Nm1とモータMG2の回転数Nm2の回転数が分かれば、MG−ECU40が次式(1)に従って演算することで、内燃機関22の回転数Neを割り出すことができる。このとき、AとBはモータMG1に接続されているサンギヤ31と、モータMG2に接続されているサンギヤ45のギヤ比により定まる係数である。MG−ECU40は、演算された内燃機関22の回転数Neを基に、内燃機関22にサンギヤ31を介して接続されたモータMG1により、内燃機関22の回転数Neを所定回転数に制御する(ステップS140)。このとき、本実施形態では所定回転数を3000rpmとする。
Figure 2016060280
この状態において、Eng−ECU24は、アクセルペダルポジションセンサ74からのアクセル開度Acc、シフト位置センサ72からのシフトレバー71の位置情報を入力する(ステップS150)。
Eng−ECU24はシフトレバー71の位置情報がDレンジであると判定した場合(ステップS160:YES)、内燃機関22内で燃料を燃焼させる(ステップS170)。さらにアクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが大きいほど、Eng−ECU24は内燃機関22内で燃焼させる燃料噴射量を増やすことで、車両駆動力を大きくさせる(ステップS180)。これにより、図3に示すように、駆動輪39a,39bを回転させるリングギヤ32の回転数が正の値となり、ハイブリッド車両20に前方向のトルクが発生する。
Eng−ECU24はシフトレバー71の位置情報がDレンジでないと判定した場合には(ステップS160:NO)、内燃機関22で燃料を燃焼させない(ステップS190)。すなわち、Eng−ECU24はシフトレバー71の位置情報がRレンジであると判定した場合には、内燃機関22で燃料を燃焼させない。
そして、Eng−ECU24はアクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが大きいほど、フリクションを大きくする制御を行なう(ステップS200)。内燃機関22の回転数Neは常に3000rpmに維持されているので、ハイブリッド車両20のホイールに作用するリングギヤ32に負の回転数を持たせるためには、シフトレバー71の位置情報がDレンジの場合の制御時よりも、モータMG1の回転数Nm1を大きくさせる制御を行なう。このフリクションの調節により、図4に示すように、駆動輪39a,39bを回転させるリングギヤ32の回転数が負の値となり、ハイブリッド車両20に後方向のトルクが発生する。なお、フリクションとは、ポンプロスや可変バルブタイミングコントロールシステム(VVT)による圧縮ロスなどを指す。例えば、内燃機関22のバルブタイミングにおいて、VVTを制御することにより通常時よりも排気弁を早く閉じると、燃焼室内に存在する排気ガスを十分に排気できない。この場合に、残留する排気ガスは燃焼室内をピストンで圧縮したときの抵抗となる。この抵抗がフリクションであり、この場合のフリクションの調節とは、残留する排気ガスの量の調節を示している。また、内燃機関22のスロットルバルブ開度を減少させることで、ポンプロスを増大させてもよい。
上記構成により、本実施形態に係るハイブリッド車両20は、以下の効果を奏する。
・HV−ECU70がEng−ECU24とMG−ECU40の少なくとも一方と通信が不可能となった場合に、MG−ECU40によりモータMG1を介して内燃機関22の回転数Neが3000rpmに制御される。そして、アクセルペダルポジションセンサ74により検出されるアクセル開度Acc、及びシフト位置センサ72により検出されるシフトレバー71の位置情報をもとに、Eng−ECU24によって内燃機関22により出力させる駆動力が制御される。この制御により、HV−ECU70が通信異常を起こした場合でも、アクセル開度Acc及びシフトレバー71の位置情報に応じた駆動力を、プラネタリギヤ30を介して駆動軸に伝達することができ、ハイブリッド車両20を走行させることができる。
・シフト位置センサ72により検出されたシフトレバー71の位置情報がDレンジであった場合には、Eng−ECU24により内燃機関22内で燃料が燃焼される。また内燃機関22,モータMG1,モータMG2の各ギヤが協調することにより、ハイブリッド車両20に前方向のトルクを発生させることができる。さらにアクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが大きい場合に、アクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが小さい場合よりも、車両要求駆動力を大きくする制御が行われる。この制御により、ドライバ意図に沿った出力コントロールが可能となる。
・シフト位置センサ72により検出されたシフトレバー71の位置情報がRレンジであった場合には、Eng−ECU24により内燃機関22内で燃料が燃焼されない。このとき、ハイブリッド車両20の駆動軸が逆回転されるように、MG−ECU40によりモータMG1の回転数Nm1が制御される。この制御により、ハイブリッド車両20に後ろ向きのトルクを発生させることができる。そして、アクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが大きい場合には、アクセルペダルポジションセンサ74により検出されたアクセル開度Accが小さい場合よりも、内燃機関22の回転抵抗を大きくする制御が行なわれる。このため、アクセル開度Accの大小に応じて内燃機関22の回転抵抗を調節することで、ドライバ意図に沿った出力コントロールが可能となる。
・MG−ECU40により、モータMG1及びモータMG2の回転数Nm1,Nm2に基づいて内燃機関22の回転数Neが演算される。ここで、ハイブリッド車両20では、内燃機関22とモータMG1とモータMG2とが、遊星歯車機構によりそれぞれの回転数が所定の関係で規定されている。具体的には、図3や図4に示す共線図のように、それぞれの回転数が直線で結ばれる関係になっている。よって、モータMG1及びモータMG2の回転数Nm1,Nm2から、内燃機関22の回転数Neを演算することが可能となる。
・内燃機関22の回転数Neが、3000rpmに制御される。このため、内燃機関22の回転数Neが低すぎることで失火を招くこともなく、内燃機関22の回転数Neが高すぎることで不必要に燃費を低下させることもない。よって、失火の可能性が少なく燃費効率の良い走行が実施可能となる。
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・HV−ECU70がEng−ECU24とMG−ECU40の少なくとも一方と通信が不可能となった場合に、Eng−ECU24によりモータMG1を介して内燃機関22の回転数Neが3000rpmに制御されることとしていた。この内燃機関22の回転数Neについて、3000rpmに限る必要はなく、内燃機関22が失火しないならば3000rpm以下でも問題なく、また3000rpm以上でも問題ない。このような構成でも、アクセル開度Acc及びシフトレバー71の位置情報に応じた駆動力を、遊星歯車機構を介して駆動軸に伝達することができ、ハイブリッド車両20を走行させることができる。
・HV−ECU70がEng−ECU24とMG−ECU40の少なくとも一方と通信が不可能となった場合に、MG−ECU40によりインバータ42がシャットダウンされ、モータMG2への電力の供給を停止させていた。このことについて、インバータ42をシャットダウンさせず、モータMG2にハイブリッド車両20の駆動補助を行わせてもよい。この場合、内燃機関22での燃料燃焼により発生した駆動力でMG1を発電させてバッテリ50の充電が可能である為、バッテリ50の充電を効率よく行うことが出来、また走行時にかかる内燃機関22とモータMG1への負担を減らすことが出来る。
・MG−ECU40により、モータMG1及びモータMG2の回転数Nm1,Nm2に基づいて、内燃機関22の回転数Neが演算されることとしていた。このことについて、内燃機関22が有しているクランクシャフト26のクランク角を検出するクランクポジションセンサを設置させ、得られた情報を基に内燃機関22の回転数Neを算出し、MG−ECU40に入力させてもよい。この場合、モータMG1による内燃機関22の回転数Neの制御をより正確に行うことが出来る。
20…ハイブリッド車両、22…内燃機関、24…Eng−ECU、26…クランクシャフト、30…プラネタリギヤ、31…サンギヤ、32…リングギヤ、32a…リングギヤ軸、34…プラネタリキャリア、40…MG−ECU、70…HV−ECU、71…シフトレバー、72…シフト位置センサ、73…アクセルペダル、74…アクセルペダルポジションセンサ、MG1,MG2…モータ。

Claims (5)

  1. 内燃機関(22)と、
    動力を入出力可能な第一電動機(MG1)と、
    ハイブリッド車両(20)の駆動軸(32a)と前記内燃機関の出力軸(26)と前記第一電動機の回転軸とに三つの回転要素(32,34,31)が接続された遊星歯車機構(30)と、
    前記駆動軸に動力を入出力可能な第二電動機(MG2)と、
    前記内燃機関により出力させる駆動力を制御する第一制御ユニット(24)と、
    前記第一電動機及び前記第二電動機により出力させる駆動力を制御する第二制御ユニット(40)と、
    前記第一制御ユニットと前記第二制御ユニットとを制御する第三制御ユニット(70)と、
    ハイブリッド車両のアクセル操作部材(73)の操作量を検出するアクセル操作量検出手段(74)と、
    前記ハイブリッド車両のシフトレバー(71)の位置情報を検出するシフト位置検出手段(72)と、
    を備え、
    前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報は、前記第一制御ユニットに入力されるようになっており、
    前記第一制御ユニットは、前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報をもとに前記ハイブリッド車両の出力として要求する車両要求駆動力を演算し、演算した前記車両要求駆動力を前記第三制御ユニットに送信し、
    前記第三制御ユニットは、前記第一制御ユニットから受信した前記車両要求駆動力を分配し、前記第一制御ユニットと前記第二制御ユニットとにそれぞれ送信し、
    前記第三制御ユニットが前記第一制御ユニット及び前記第二制御ユニットの少なくとも一方と通信が不可能となった場合には、前記第二制御ユニットは前記第一電動機により前記内燃機関の回転数を所定回転数に制御し、前記第一制御ユニットは前記アクセル操作量検出手段により検出される前記アクセル操作部材の操作量及び前記シフト位置検出手段により検出される前記シフトレバーの位置情報をもとに前記内燃機関により出力させる駆動力を制御することを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 前記シフト位置検出手段により検出された前記シフトレバーの位置情報がDレンジであった場合には、前記第一制御ユニットは、前記内燃機関内で燃料を燃焼させ、前記アクセル操作量検出手段により検出された前記アクセル操作部材の操作量が大きい場合に、前記アクセル操作量検出手段により検出された前記アクセル操作部材の操作量が小さい場合よりも、駆動力を大きくする制御を行うことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記シフト位置検出手段により検出されたシフト位置がRレンジであった場合には、
    前記第一制御ユニットは、前記内燃機関内で燃料を燃焼させず、前記アクセル操作量検出手段により検出された前記アクセル操作部材の操作量が大きい場合には、前記アクセル操作量検出手段により検出された前記アクセル操作部材の操作量が小さい場合よりも前記内燃機関の回転抵抗を大きくする制御を行い、
    前記第二制御ユニットは、前記駆動軸を逆回転させるように前記第一電動機の回転数を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記第二制御ユニットは、前記第一電動機及び前記第二電動機の回転数に基づいて前記内燃機関の回転数を演算することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両。
  5. 前記所定回転数を3000rpmとすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のハイブリッド車両。
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CN112061107A (zh) * 2019-05-24 2020-12-11 丰田自动车株式会社 混合动力车辆及用于混合动力车辆的控制方法

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