JP2021109463A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに関するセンサに異常が発生したような場合であっても、ドライバの要求以上にトルクが出力されることを抑制可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】駆動力源としてエンジンとモータとを備え、アクセルペダルの操作量に基づく要求トルクをエンジンで出力し、かつエンジンで不足する分のトルクをモータによって出力するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記要求トルクに応じてエンジントルクを推定し（Ｂ１）、前記推定したエンジントルクに所定の制限値を加えたエンジントルクを上限値とし（Ｂ２）、かつその算出したエンジントルクの上限値をエンジンの指令トルクに決定し、前記算出したエンジンの指令トルクと前記要求トルクとに基づいて、前記モータの指令トルクを決定するように構成されている（Ｂ３）。【選択図】図２

Description

この発明は、駆動力源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、駆動力源としてターボ過給器を備えたエンジンと電動機とを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この特許文献１に記載された制御装置は、加速初期の過給圧の立ち上がりの遅れに起因するトルク不足（いわゆるターボラグ）を抑制するように構成されている。具体的には、エンジン回転数センサの入力信号とスロットル開度センサの入力信号とに基づいてターボ過給器の作動特性を算出するように構成されている。また、その算出した作動特性に基づいて加速時に不足するトルクを算出し、その不足分のトルクを電動機で補償するように構成されている。それにより、この特許文献１に記載されたハイブリッド車両の制御装置では、ターボラグに起因するエンジントルクの不足を電動機の出力トルクで補うことができるため、アクセルペダルの踏み込みに対する応答性を格段に向上できる、とされている。

特開平１１−１４８３８８号公報

上述のように、特許文献１に記載されたハイブリッド車両の制御装置では、ターボラグに起因するトルクの不足をエンジン回転数、スロットル開度などエンジンに関するセンサの値に基づいて算出し、その算出した不足分のトルクを電動機の出力により補うように構成されている。一方、そのトルクの不足分を算出する基のセンサや制御信号に異常が発生した場合（あるいはフェールした場合）には、要求トルクに対する不足分のトルクを正確に算出することができないおそれがある。例えば、算出あるいは推定したエンジントルクの値が異常に低いような場合には、実際にはエンジンは、目標トルクを出力しているのにも拘わらず、不足分のトルクが大きくなり、モータでのアシスト量が大きくなる。そのような場合には、駆動輪に伝達されるエンジントルクおよびモータトルクは、ドライバが意図したトルクに比べて過大となり、ひいてはドライバに違和感を与えるおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、エンジンに関するセンサに異常が発生したような場合であっても、ドライバの要求以上にトルクが出力されることを抑制可能な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、この発明は、駆動力源としてエンジンとモータとを備え、アクセルペダルの操作量に基づく要求トルクを前記エンジンで出力し、かつ前記エンジンで不足する分のトルクを前記モータによって出力するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記ハイブリッド車両を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記要求トルクに応じてエンジントルクを推定し、前記推定したエンジントルクに所定の制限値を加えたエンジントルクを上限値とし、かつその算出したエンジントルクの上限値をエンジンの指令トルクに決定し、前記算出したエンジンの指令トルクと前記要求トルクとに基づいて、前記モータの指令トルクを決定するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、アクセルペダルの操作量に基づく要求トルクからエンジントルクを推定（例えばノミナル値、予め定めたマップから推定）し、かつその推定したエンジントルクに所定の制限値を加えたエンジントルクを上限値とするように構成されている。そして、その上限値をエンジン指令トルクとし、さらに要求トルクとエンジン指令トルクとの差に基づいてモータトルクを決定するように構成されている。つまり、エンジン指令トルクは、要求トルクとの関係で決まる所定の基準値に基づいて決定される。またモータ指令トルクは、その決定されたエンジン指令トルクと要求トルクとの差分に基づいて決定される。そのため、エンジンに関するセンサや制御信号に異常が発生したような場合であっても、ドライバの要求以上にトルクが出力されることがない。つまり、過大なトルクが出力されることを回避もしくは抑制できる。そして、そのような過大なトルクが出力されることを回避できるため、それを起因として運転者に不快感や違和感を与えることを回避もしくは抑制できる。

この発明で対象とするハイブリッド車両の駆動システムの一例を示す模式図である。 この発明の実施形態における制御例を説明するためのブロック図である。 図２の制御例を実行した場合の各トルクの変化を説明する図である。

この発明の実施形態を、図を参照して説明する。なお、以下に示す実施形態は、この発明を具体化した場合の一例に過ぎず、この発明を限定するものではない。

この発明の実施形態で制御対象にする車両は、エンジン、および、少なくとも一つのモータを動力源とするハイブリッド車両である。図１に、この発明の実施形態で制御対象にするハイブリッド車両の駆動システム（駆動系統および制御系統）の一例を示してある。また、この図１に示す例では、エンジン１の動力を後輪（駆動輪）２に伝達するいわゆるＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）車をベースとした後輪駆動車の例である。図１に示すハイブリッド車両（以下、車両と記す）Ｖｅは、動力源として、前述のエンジン（ＥＮＧ）１、ならびに、後輪２にトルクを伝達可能なモータ３を備えている。また、車両Ｖｅは、他の主要な構成要素として、自動変速機４、クラッチ５、アクセルペダル６、検出部７、および、ＥＣＵ８を備えている。

エンジン１は、例えば、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であり、出力の調整、ならびに、始動および停止などの作動状態が電気的に制御されるように構成されている。ガソリンエンジンであれば、スロットルバルブの開度、燃料の供給量または噴射量、点火の実行および停止、ならびに、点火時期などが電気的に制御される。ディーゼルエンジンであれば、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、あるいは、ＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムにおけるスロットルバルブの開度などが電気的に制御される。また、この発明の実施形態におけるエンジン１は、ターボ過給器１ａを備え、そのターボ過給器１ａは、エンジン１の出力軸の動力により駆動される機械式過給機（スーパーチャージャ）、または排気ガスの運動エネルギにより駆動される排気式過給機（ターボチャージャ）である。

モータ３は、エンジン１の出力側に配置されている。モータ３は、エンジン１が出力するエンジントルクを受けて駆動されることにより電気を発生する発電機としての機能を有する。また、電力が供給されることにより駆動されてモータトルクを出力する電動機としての機能も有している。すなわち、モータ３は、発電機能を有するモータ（いわゆる、モータ・ジェネレータ）であり、例えば、永久磁石式の同期モータ、あるいは、誘導モータなどによって構成されている。なお、モータ３は、インバータを介してバッテリに接続されている（共に図示せず）。

自動変速機４は、図１に示すようにエンジン１と同一の軸線上に配置され、かつモータ３の出力側に配置されており、エンジン１およびモータ３と後輪２との間でトルクを伝達する変速機構である。この自動変速機４は、要は、入力回転数の出力回転数に対する比率（ギヤ比）を適宜に変更できる機構であって、有段変速機や無段変速機などの自動変速機によって構成され、この発明の実施形態における車両Ｖｅでは、自動変速機４として、例えば前進６速や前進８速の多段自動変速機が用いられる。なお、この変速機は前進６速や前進８速に限られず、それ以下あるいはそれ以上の多段変速機を用いてもよい。また、自動変速機４は、より好ましくは、係合することによってトルクを伝達し、解放することによってトルクの伝達を遮断してニュートラル状態を設定することのできるクラッチ５を備えている。

そのクラッチ５は、エンジン１およびモータ３と後輪２との間で、選択的に動力の伝達および遮断を行う。図１に示す例では、クラッチ５は、上記のような自動変速機４に設けられた発進クラッチや、ギヤ段を設定するためのクラッチ機構やブレーキ機構であってよい。具体的には、クラッチ５は、エンジン１およびモータ３側の回転部材（図示せず）に連結された摩擦板５ａ、ならびに、後輪２側の回転部材（図示せず）に連結された摩擦板５ｂを有している。図１では図示していないが、クラッチ５は、例えば、複数の摩擦板５ａおよび複数の摩擦板５ｂを有し、それら複数の摩擦板５ａと複数の摩擦板５ｂとを交互に配置した多板クラッチによって構成することもできる。そして、このクラッチ５を解放することにより、エンジン１およびモータ３が車両Ｖｅの駆動系統から切り離される。また、そのクラッチ５を係合することにより、エンジン１およびモータ３が車両Ｖｅの駆動系統に連結される。

そして、上記の自動変速機４の出力側に、後輪２との間でトルクを伝達するプロペラシャフト９が連結されている。そのプロペラシャフト９は、自動変速機４から車両Ｖｅの後方に延びていて、デファレンシャルギヤ１０に連結されている。なお、デファレンシャルギヤ１０は、後輪２にトルクを伝達する終減速機である。つまり、図１に示す例では、後輪２は、自動変速機４、クラッチ５、プロペラシャフト９、デファレンシャルギヤ１０、ならびに、ドライブシャフト１１を介して、エンジン１およびモータ３に連結されている。

アクセルペダル６は、車両Ｖｅの駆動力を制御するために運転者によって操作される操作装置である。車両Ｖｅは、このアクセルペダル６の操作量または踏み込み量（アクセル操作量）に応じて、駆動力源で発生する動力、すなわち、エンジントルクおよびモータトルクを調整するように構成されている。アクセルペダル６には、アクセル操作量（アクセル開度）およびアクセル操作速度を検出するためのアクセルポジションセンサ７ｂが設けられている。アクセルポジションセンサ７ｂは、アクセル操作量およびアクセル操作速度に応じた電気信号を検出データとして出力する。

検出部７は、検出あるいは算出される各センサや機器を総称している。検出部７は、例えば、各車輪の回転速度をそれぞれ検出する車輪速センサ７ａ、運転者によるアクセルペダル６のアクセル操作量およびアクセル操作速度を検出するアクセルポジションセンサ７ｂ、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ７ｃ、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ７ｄ、モータ３の回転数を検出するモータ回転数センサ（または、レゾルバ）７ｅ、クラッチ５の入力側回転数（例えば、摩擦板５ａの回転数、または、自動変速機４の入力軸回転数）を検出する入力回転数センサ７ｆ、クラッチ５の出力側回転数（例えば、摩擦板５ｂの回転数、または、自動変速機４の出力軸回転数）を検出する出力回転数センサ７ｇなどを有している。そして、検出部７は、後述するＥＣＵ８と電気的に接続されており、上記のような各種センサや機器等の検出値または算出値に応じた電気信号を検出データとしてＥＣＵ８に出力する。

ＥＣＵ８は、主に、エンジン１、モータ３、自動変速機４、および、クラッチ５をそれぞれ制御する。そのＥＣＵ８は、例えばマイクロコンピュータを主体にして構成される電子制御装置であって、この発明の実施形態における「コントローラ」に相当する。ＥＣＵ８には、上記の検出部７で検出または算出された各種データが入力され、また入力された各種データおよび予め記憶させられているデータ、マップ（例えば要求トルクとエンジントルクとの関係を記憶したマップ）や計算式等を使用して演算を行う。そして、ＥＣＵ８は、その演算結果を制御指令信号として出力し、上記のようなエンジン１、モータ３、自動変速機４、および、クラッチ５の動作をそれぞれ制御するように構成されている。なお、図１では、ＥＣＵの例として車両Ｖｅ全体を統合して制御するＨＶ_ＥＣＵ８、エンジンＥＣＵ８ａ、モータＥＣＵ８ｂを示している。

このように構成された車両Ｖｅは上述の検出部７で検出された各種データがＥＣＵ８に入力され、エンジン１やモータ３などを制御する。したがって、例えばドライバによるアクセルペダルの操作に基づいて要求トルクが算出されると、それに基づいてエンジントルクやモータトルクが決定される。一方、上述した検出部７における各種センサや制御信号に異常が生じた場合、あるいは、フェールした場合には、ドライバの意図したトルク以上のトルクが出力されることがある。例えば、エンジン１に関するセンサに異常が発生し、その検出値が異常に低いような場合には、その不足分をモータ３でアシストすることになるが、出力されるエンジントルクは要求値であるので、実際に出力されるトルクは、モータ３でのアシスト量が大きすぎて結果的に過大なトルクとなる場合がある。そこで、この発明の実施形態では、そのように出力されるトルクが、ドライバの意図したトルクより過大になることを抑制するように構成されている。

図２は、その制御の一例を説明するためのブロック図であり、実際に指令するエンジントルクとモータトルクとを算出するように構成されている。具体的には、このブロック図は、エンジンの応答性を推定するエンジン応答推定部Ｂ１、そのエンジンの応答性を考慮してエンジントルクの上限を制限するエンジントルク上限制限部Ｂ２、および、その上限が制限されたエンジントルクに基づいてモータトルクを制限するモータトルク上限制限部Ｂ３から構成されている。以下、このブロック図により実行される制御例について説明する。

先ず、ドライバ要求トルクが算出される。このドライバ要求トルクは、ドライバの操作するアクセルペダル６の操作量に基づいて算出される。そして、エンジン応答推定部Ｂ１により、加速初期の過給圧の立ち上がりの遅れに起因するトルク不足、いわゆるターボラグなどを考慮して、現在のエンジン１の応答性を推定する。このエンジン１の応答性は、ノミナル値（平均値）、エンジンの物理モデルや一次遅れを考慮した周波数特性モデルを基準としてして推定する。あるいは、予め記憶されている要求トルクとエンジントルクとのマップに基づいて推定してもよい。また、その推定したエンジン１の応答性に基づいて、トルクレートの制限値を算出あるいは推定する。このトルクレートの制限値は、要求トルクに基づいて求まるエンジントルクに対して、上限値を決定するためのパラメータであって、すなわちこの制限値に基づいて、実際に指令するエンジントルクが算出される。つまり、実際に指令するエンジントルクは要求トルクに基づいて求まるエンジントルクより小さい値となる。

ついで、エンジントルク上限制限部Ｂ２で、エンジン指令トルクの上限値を算出する。これは、上述のエンジン応答推定部Ｂ１で推定したエンジンの応答性から算出したトルクレートの制限値と、ドライバの要求トルクから算出したエンジン指令トルクとに基づいて、エンジントルクの上限を制限する制限値を算出するものである。つまり、このエンジントルク上限制限部Ｂ２で算出したエンジントルクに基づいて実際に指令するエンジントルク（エンジン実トルク）が決定され、その演算結果を制御指令信号としてエンジン１に出力する。

ついで、モータトルク上限制限部Ｂ３により、モータトルクの上限値を算出する。モータトルクは、この発明の実施形態では、従来知られている制御と同様、ドライバからの要求トルクが大きい場合に、エンジントルクで不足するトルクをモータ３の出力によりアシストする。一方、この発明の実施形態では、センサの異常等によりモータトルクが過大になることを抑制するように構成されている。そのため、このモータトルク上限制限部Ｂ３では、ドライバの要求トルクと、エンジントルク上限制限部Ｂ２で算出したエンジントルクとによりモータトルクの上限値を算出するように構成されている。つまり、要求エンジントルクと、エンジントルク上限制限部Ｂ２で算出したエンジン指令トルクとの差分がモータトルクの上限値となる。そして、このモータトルク上限制限部Ｂ３で算出した演算結果を制御指令信号としてモータ３に出力する。

このように、この発明の実施形態では、要求トルクを補正（制限）してエンジントルクおよびモータトルクを出力するように構成されている。具体的には、エンジントルクをドライバの要求トルクに基づいて、ノミナル値や予め定められたマップから推定するように構成されている。また、その推定したエンジントルクに適当なレートで制限を加え、実際に指令するエンジントルクを決定するように構成されている。また、モータトルクは、要求トルクと、その制限したエンジントルクとの差分に応じて算出するように構成されている。つまり、前掲の特許文献１に記載されたハイブリッド車両のように、エンジンに関するセンサ値からエンジントルクならびにモータトルクを決定するのではなく、要求トルクとの関係でエンジントルクを決定し、更にエンジントルクに制限を加え、それに基づいて指令するエンジントルクおよびモータトルクを決定するように構成されている。

図３は、上述の図２の制御例を実行した場合の要求トルク、（制限後の）エンジン指令トルク、実際に出力されるエンジン実トルク、モータ指令トルクの変化を説明するための図である。この図３から把握できるように、実際に出力されるトルク（エンジン実トルク）は、制限されたエンジン指令トルクに追従する。そして、モータトルクは、要求トルクとエンジン指令トルクとの差分を出力する。そのため、実際に出力されるエンジントルクおよびモータトルクは、要求トルクを超えることがない。すなわち、要求トルク以上に、トルクが出力されることがない。したがって、センサや制御信号等に異常が生じた場合であっても、過大なトルクが出力されることを回避もしくは抑制できる。そのため、そのような過大なトルクが出力されることを起因として運転者に不快感や違和感を与えることを回避もしくは抑制できる。

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。上述した実施形態では、対象とする車両として、エンジン１と一つのモータ３とを駆動力源として備えたハイブリッド車両を対象として説明したが、従来知られているような複数のモータを備えたハイブリッド車両を対象としてもよい。

１ エンジン（ＥＮＧ）
２ 後輪
３ モータ（ＭＧ）
４ 自動変速機
５ クラッチ
６ アクセルペダル
７ 検出部
８ ＥＣＵ（電子制御装置）
９ プロペラシャフト
１０ デファレンシャルギヤ
１１ ドライブシャフト
Ｖｅ 車両

Claims (1)

1. 駆動力源としてエンジンとモータとを備え、アクセルペダルの操作量に基づく要求トルクを前記エンジンで出力し、かつ前記エンジンで不足する分のトルクを前記モータによって出力するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
   前記ハイブリッド車両を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記要求トルクに応じてエンジントルクを推定し、
   前記推定したエンジントルクに所定の制限値を加えたエンジントルクを上限値とし、かつその算出したエンジントルクの上限値をエンジンの指令トルクに決定し、
   前記算出したエンジンの指令トルクと前記要求トルクとに基づいて、前記モータの指令トルクを決定するように構成されている
   ことを特徴するハイブリッド車両の制御装置。

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