JP2022169023A - Control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両(HV:Hybrid Vehicle)に用いられる制御装置に関する。 The present invention relates to a control device used in a hybrid vehicle (HV).
シリーズ方式のハイブリッド車両では、エンジンの動力が発電モータ(発電機)で電力に変換され、駆動モータが電力で駆動されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。エンジンが駆動輪から切り離されているので、エンジン回転数およびエンジントルクを自由に制御することができる。 In a series-type hybrid vehicle, engine power is converted into electric power by a generator motor (generator), a drive motor is driven by the electric power, and power of the drive motor is transmitted to drive wheels. Since the engine is separated from the drive wheels, the engine speed and engine torque can be freely controlled.
図5は、エンジンの最適燃費線および最高熱効率領域を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the optimal fuel consumption line and maximum thermal efficiency region of the engine.
最適燃費線は、エンジンの軸出力に対して燃料消費量が最小となる動作点(エンジン回転数およびエンジントルク)の集合を示す特性線である。最高熱効率領域は、エンジンの最高熱効率が達成される領域である。 The optimum fuel consumption line is a characteristic line representing a set of operating points (engine speed and engine torque) at which fuel consumption is minimized with respect to the shaft output of the engine. The highest thermal efficiency region is the region where the highest thermal efficiency of the engine is achieved.
シリーズ方式のハイブリッド車両では、走行状況に応じて、電池の出力のみで駆動モータを駆動して走行するEV(Electric Vehicle)ドライブモードと、発電モータがエンジンの動力で発電し、その発電モータの出力と電池の出力とを合わせた電力で駆動モータを駆動して走行するハイブリッドドライブモードとに切り替えられる。 In a series-type hybrid vehicle, depending on the driving situation, there is an EV (Electric Vehicle) drive mode in which the drive motor is driven only by the output of the battery, and a generator motor that uses the power of the engine to generate power. and a hybrid drive mode in which the driving motor is driven by the power combined with the output of the battery.
ハイブリッドドライブモードでは、走行に必要とされる駆動要求パワーと、発電モータに要求される発電量である発電要求パワーとが求められて、駆動要求パワーおよび発電要求パワーがそれぞれ駆動モータおよび発電モータで実現されるように、駆動モータおよび発電モータが制御される。発電要求パワーには、駆動モータにより消費される電力、つまり駆動要求パワーと、電池の充電状態(充電容量に対する充電残量の比率)を示すSOC(State Of Charge)を使用範囲内に収めるための充放電量である電池要求パワーとが含まれる。 In the hybrid drive mode, the required drive power required for running and the required power generation, which is the amount of power generation required by the generator motor, are determined. As realized, the drive motor and generator motor are controlled. The requested power generation includes the power consumed by the drive motor, that is, the requested drive power, and the state of charge (SOC), which indicates the state of charge of the battery (the ratio of the remaining charge to the charge capacity), within the usage range. The required battery power, which is the charge/discharge amount, is included.
このとき、エンジンは、最適燃費線上の動作点で動作するように制御される。発電要求パワーが高いために、発電要求パワーに応じたエンジンの動作点が最高熱効率領域よりも高い領域に含まれる場合、エンジンの動作点が最高熱効率領域に移動するように、エンジン回転数が下げられて(エンジン出力が下げられて)、電池から不足分の電力が出力される。また、発電要求パワーが低いために、発電要求パワーに応じたエンジンの動作点が最高熱効率領域よりも低い領域に含まれる場合、エンジンの動作点が最高熱効率領域に移動するように、エンジン回転数が上げられて(エンジン出力が上げられて)、発電モータから出力される余剰分の電力で電池が充電される。これにより、エンジンを常に最高熱効率領域で運転させることができる。 At this time, the engine is controlled to operate at an operating point on the optimum fuel efficiency line. If the engine operating point corresponding to the requested power generation falls within a region higher than the maximum thermal efficiency region due to the high power generation demand, the engine speed is lowered so that the engine operating point moves to the maximum thermal efficiency region. (Engine output is reduced), and the battery outputs the insufficient power. In addition, when the operating point of the engine corresponding to the requested power generation is lower than the maximum thermal efficiency region because the required power generation is low, the engine speed is raised (engine output is raised), and the battery is charged with the surplus power output from the generator motor. As a result, the engine can always be operated in the highest thermal efficiency region.
ところが、エンジンの動作点を発電要求パワーに応じた動作点から最高熱効率領域に含まれる動作点に移動させることにより、損失が却って増加し、エンジンの燃料消費量が増加して、燃費が悪化する場合があることが判った。 However, by moving the operating point of the engine from the operating point corresponding to the power required for power generation to the operating point included in the highest thermal efficiency region, the loss rather increases, the fuel consumption of the engine increases, and the fuel efficiency deteriorates. It turns out that there is a case.
本発明の目的は、ハイブリッド車両の燃費を改善できる、制御装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device capable of improving the fuel efficiency of a hybrid vehicle.
前記の目的を達成するため、本発明に係る制御装置は、電力を充放電する電池と、動力を出力するエンジンと、エンジンの動力で発電する発電モータと、走行用の動力を発生する駆動モータとが搭載されたハイブリッド車両に用いられる制御装置であって、エンジンの出力と、エンジンを熱効率が所定以上となる高熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失とそれよりも低い熱効率となる低熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失との損失差分と、のエンジン出力-損失差分関係、および、エンジンの出力と、損失差分を電池の電気出力に置換した場合に生じる電気損失と、のエンジン出力-電気損失関係を有し、エンジン出力-損失差分関係およびエンジン出力-電気損失関係に基づいて、エンジンの出力を変更する。 In order to achieve the above object, the control device according to the present invention includes a battery that charges and discharges electric power, an engine that outputs power, a generator motor that generates power using the power of the engine, and a drive motor that generates power for running. is a control device used in a hybrid vehicle equipped with an engine output and an engine loss that occurs when the engine is operated at a high thermal efficiency operating point where the thermal efficiency is a predetermined value or higher, and a low heat that results in a lower thermal efficiency than that. The loss difference from the engine loss that occurs when operating at the efficiency operating point, the engine output - loss difference relationship, and the engine output and the electrical loss that occurs when the loss difference is replaced with the electrical output of the battery. It has an engine output-electrical loss relationship, and changes the output of the engine based on the engine output-loss differential relationship and the engine output-electrical loss relationship.
この構成によれば、エンジン出力-損失差分関係およびエンジン出力-電気損失関係に基づいて、エンジンの出力が変更される。 According to this configuration, the engine output is changed based on the engine output-loss difference relationship and the engine output-electrical loss relationship.
たとえば、エンジン出力-損失差分関係およびエンジン出力-電気損失関係が比較されて、電気損失が損失差分を超えないように、エンジンの動作点が移動される。これにより、損失を低減させることができ、ハイブリッド車両の燃費を改善することができる。
エンジン出力-損失差分関係は、エンジンの出力と、エンジンを最高熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失とそれ以外の熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失との損失差分と、の関係であってもよい。
For example, the engine power-loss differential relationship and the engine power-electrical loss relationship are compared and the operating point of the engine is moved so that the electrical losses do not exceed the differential losses. As a result, the loss can be reduced and the fuel efficiency of the hybrid vehicle can be improved.
The engine output-loss difference relationship is the relationship between the engine output and the loss difference between the engine loss that occurs when the engine is operated at the highest thermal efficiency operating point and the engine loss that occurs when the engine is operated at other thermal efficiency operating points. may be
本発明によれば、ハイブリッド車両の燃費を改善することができる。 According to the present invention, fuel efficiency of a hybrid vehicle can be improved.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Below, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<ハイブリッド車両の要部構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両1の要部の構成を示すブロック図である。
<Main configuration of hybrid vehicle>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of main parts of a
ハイブリッド車両1は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載した車両である。ハイブリッド車両1には、エンジン2、発電モータ(MG1)3および駆動モータ(MG2)4が搭載されている。
The
エンジン2は、たとえば、3気筒4ストロークのレシプロエンジンである。エンジン2には、燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ(燃料噴射装置)および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。
The
発電モータ3および駆動モータ4は、たとえば、永久磁石同期モータ(PMSM:Permanent Magnet Synchronous Motor)からなる。
The
発電モータ3は、エンジン2の動力により発電を行う発電モータとして、たとえば、その回転軸がエンジン2のクランクシャフトと一体に回転するように設けられることにより、エンジン2に直結されている。
The
駆動モータ4は、ハイブリッド車両1の走行用の動力を発生する駆動モータとして、その回転軸がハイブリッド車両1の走行駆動系に連結される。走行駆動系には、たとえば、デファレンシャルギヤ5が含まれており、デファレンシャルギヤ5のリングギヤ6には、駆動モータ4の回転軸に一体に回転するように設けられた駆動モータギヤ7が噛合している。駆動モータ4が発生する動力は、駆動モータギヤ7からデファレンシャルギヤ5のリングギヤ6に伝達され、デファレンシャルギヤ5から左右のドライブシャフト8を介して、左右の駆動輪9に伝達される。これにより、駆動輪9が回転し、ハイブリッド車両1が前進走行または後進走行する。
The
また、ハイブリッド車両1には、電池(BAT)11およびPCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)12が搭載されている。
Also, the
電池11は、複数の二次電池を組み合わせた組電池である。二次電池は、たとえば、リチウムイオン電池である。電池11は、たとえば、約200~150V(ボルト)の直流電力を出力する。
The
PCU12は、発電モータ3および駆動モータ4の駆動を制御するためのユニットであり、インバータ13,14、コンバータ(CONV)15およびMGECU16を備えている。
The PCU 12 is a unit for controlling the driving of the
インバータ(INV1)13は、発電モータ3を駆動する三相電圧形インバータであり、2個のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)の直列回路をU相、V相およびW相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ13は、発電モータ3の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を発電モータ3に供給する。また、インバータ13は、発電モータ3の回生運転(発電運転)時に、発電モータ3で発生する交流電力を直流電力に変換する。
The inverter (INV1) 13 is a three-phase voltage source inverter that drives the
インバータ(INV2)14は、駆動モータ4を駆動する三相電圧形インバータであり、インバータ13と同様に、2個のIGBTの直列回路をU相、V相およびW相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ14は、駆動モータ4の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を駆動モータ4に供給する。また、インバータ14は、駆動モータ4の回生運転(発電運転)時に、駆動モータ4で発生する交流電力を直流電力に変換する。
The inverter (INV2) 14 is a three-phase voltage source inverter that drives the
コンバータ15は、発電モータ3および駆動モータ4の力行運転時に、電池11から出力される直流電力を昇圧してインバータ13,14に供給する。また、発電モータ3および駆動モータ4の回生運転時には、インバータ13,14から出力される直流電力を降圧して電池11に供給する。
Converter 15 boosts the DC power output from
ハイブリッド車両1には、複数のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)が搭載されており、MGECU16は、複数のECUのうちの1つである。各ECUは、マイコン(マイクロコントローラ)を備えており、マイコンには、たとえば、CPU、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。
The
複数のECUには、HVECU17が含まれている。HVECU17は、エンジン2、発電モータ3および駆動モータ4を含むハイブリッドシステムを統括的に制御するユニットである。発電モータ3および駆動モータ4の制御では、HVECU17からMGECU16にモータ制御指令が送信され、MGECU16により、そのモータ制御指令に従って、インバータ13,14およびコンバータ15の動作が制御される。
The
ハイブリッド車両1では、エンジン2の始動時には、電池11から発電モータ3に電力が供給されて、発電モータ3が力行運転されることにより、エンジン2が発電モータ3によりモータリング(クランキング)される。モータリングによりエンジン2の回転数がファイアリングに必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン2の点火プラグがスパークされると、エンジン2がファイアリングする。
In the
ハイブリッド車両1の走行時には、駆動モータ4が力行運転されて、駆動モータ4が動力を発生する。エンジン2が停止し、発電モータ3による発電が行われない状態で、電池11の出力で駆動モータ4が駆動されることにより、ハイブリッド車両1は、電気自動車としてEV(Electric Vehicle)走行する。また、エンジン2が運転状態(ファイアリング)にされて、発電モータ3が発電運転(回生運転)されながら、発電モータ3の出力(発電電力)と電池11の出力とを合わせた電力で駆動モータ4が駆動されることにより、ハイブリッド車両1は、HV走行する。
When the
ハイブリッド車両1の減速時には、駆動モータ4が回生運転されて、駆動輪から駆動モータ4に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ4が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車両1を制動する制動力(回生制動力)として作用する。このときにも、駆動モータ4の発電電力が電池11に供給されることにより、電池11が充電される。
During deceleration of the
<エンジンの動作点の移動>
図2は、エンジン出力と、エンジン2を全出力域において最高熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失とそれ以外の熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失との損失差分との関係を示す図である。
<Moving the operating point of the engine>
FIG. 2 shows the relationship between the engine output and the loss difference between the engine loss that occurs when the
図2には、エンジン2が全出力域において最高熱効率領域で動作した場合にエンジン2で生じるエンジン損失である最高効率点損失が太線で示されている。また、エンジン2が全出力域において最高熱効率領域以外の領域で動作した場合にエンジン2で生じるエンジン損失が細線で示されている。エンジン2が最高熱効率領域以外の領域で動作した場合のエンジン損失は、エンジン2の全出力域において、最高効率点損失よりも大きい。
In FIG. 2, the thick line indicates the maximum efficiency point loss, which is the engine loss that occurs in the
図3は、図2に示される損失差分を電池出力で置き換えた場合の、電池出力と電気損失との関係を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between battery output and electrical loss when the loss difference shown in FIG. 2 is replaced with battery output.
図3に示される関係は、図2に示される関係から作成される。すなわち、エンジン損失と最高効率点損失との差分である損失差分(エンジン損失差分)が求められて、その損失差分を電池11の電池出力で置換した場合に、電池11、インバータ13,14およびコンバータ15を含む各電気ユニットで生じる電気損失の合計が求められる。そして、電池11の電池出力と電気損失とが対応付けられることにより、図3に示される電池出力と電気損失との関係が作成されている。
The relationships shown in FIG. 3 are created from the relationships shown in FIG. That is, when a loss difference (engine loss difference), which is the difference between the engine loss and the maximum efficiency point loss, is obtained and the battery output of the
図4は、エンジン出力とエンジン損失差分との関係およびエンジン出力と電気損失との関係を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between engine output and engine loss difference and the relationship between engine output and electrical loss.
エンジン出力とエンジン損失差分とのエンジン出力-損失差分関係は、各エンジン出力についてエンジン損失と最高効率点損失との差分である損失差分が求められて、その求められた損失差分が各エンジン出力と対応づけられることにより作成されている。 The engine output - loss difference relationship between the engine output and the engine loss difference is obtained by obtaining the loss difference, which is the difference between the engine loss and the maximum efficiency point loss for each engine output, and comparing the obtained loss difference with each engine output. It is created by being associated.
エンジン出力と電気損失とのエンジン出力-電気損失関係は、図3に示される電池出力と電気損失との関係がエンジン出力と電気損失との関係に換算されることにより作成されている。 The engine output-electrical loss relationship between engine output and electrical loss is created by converting the relationship between battery output and electrical loss shown in FIG. 3 into the relationship between engine output and electrical loss.
エンジン出力-損失差分関係およびエンジン出力-電気損失関係は、HVECU17の不揮発性メモリに記憶されている。
The engine output-loss differential relationship and the engine output-electrical loss relationship are stored in the non-volatile memory of the
ハイブリッド車両1がHV走行するモード(ハイブリッドドライブモード)では、走行に必要とされる駆動要求パワーと、発電モータ3に要求される発電量である発電要求パワーとが求められて、駆動要求パワーおよび発電要求パワーがそれぞれ駆動モータおよび発電モータ3で実現されるように、発電モータ3および駆動モータ4が制御される。発電要求パワーには、駆動モータ4により消費される電力、つまり駆動要求パワーと、電池11の充電状態を示すSOC(State Of Charge)を使用範囲内に収めるための充放電量である電池要求パワーとが含まれる。
In a mode (hybrid drive mode) in which the
このとき、エンジン2は、最適燃費線上の動作点で動作するように制御される。発電要求パワーに応じたエンジン2の動作点が最高熱効率領域(図5参照)に含まれない場合、HVECU17により、エンジン出力-損失差分関係およびエンジン出力-電気損失関係に基づいて、エンジン2の動作点(出力)が移動される。
At this time, the
具体的には、エンジン出力-損失差分関係の傾きがエンジン出力-電気損失関係の傾きより大きい領域A,Bでは、エンジン出力を低減させた場合に、電気損失がエンジン損失を下回る可能性があり、エンジン出力-損失差分関係の傾きがエンジン出力-電気損失関係の傾きより小さい場合には、電池11の出力を増加させた場合に、電気損失がエンジン損失を上回る可能性がある。領域A,Bでは、電気損失がエンジン損失を上回ることがないよう、エンジン損失および各電気ユニットの電気損失の合計が低くなる方向が読み取られて、その方向にエンジン2の動作点(出力)が移動される。
Specifically, in areas A and B where the slope of the engine output-loss differential relationship is greater than the slope of the engine output-electrical loss relationship, the electrical loss may fall below the engine loss when the engine output is reduced. , the slope of the engine output-loss differential relationship is smaller than the slope of the engine output-electrical loss relationship, the electrical loss may exceed the engine loss when the output of the
<効果>
以上のように、エンジン2の動作点の移動により、ハイブリッドシステム全体での損失を低減させることができ、ハイブリッド車両1の燃費を改善することができる。
<effect>
As described above, by moving the operating point of the
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modification>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other forms.
たとえば、発電モータ3は、エンジン2と直結されていなくてもよく、発電モータ3の回転軸とエンジン2のクランクシャフトとがギヤを介して連結されていてもよい。
For example, the
また、前述の実施形態では、電動車両の一例として、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両1を取り上げたが、電動車両は、シリーズ方式以外の方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両であってもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above configuration within the scope of the matters described in the claims.
1:ハイブリッド車両
2:エンジン
3:発電モータ
4:駆動モータ
11:電池
17:HVECU(制御装置)
1: hybrid vehicle 2: engine 3: generator motor 4: drive motor 11: battery 17: HVECU (control device)
Claims (1)
前記エンジンの出力と、前記エンジンを熱効率が所定以上となる高熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失とそれよりも低い熱効率となる低熱効率動作点で運転する場合に生じるエンジン損失との損失差分と、のエンジン出力-損失差分関係、および、
前記エンジンの出力と、前記損失差分を前記電池の電気出力に置換した場合に生じる電気損失と、のエンジン出力-電気損失関係を有し、
前記エンジン出力-損失差分関係および前記エンジン出力-電気損失関係に基づいて、前記エンジンの出力を変更する、制御装置。 A control device for use in a hybrid vehicle equipped with a battery that charges and discharges electric power, an engine that outputs power, a generator motor that generates power using the power of the engine, and a drive motor that generates power for running. ,
The loss of the output of the engine and the engine loss that occurs when the engine is operated at a high thermal efficiency operating point where the thermal efficiency is equal to or higher than a predetermined value, and the engine loss that occurs when the engine is operated at a low thermal efficiency operating point where the thermal efficiency is lower than that. the difference and the engine output-loss difference relationship of, and
Having an engine output-electrical loss relationship between the engine output and the electrical loss that occurs when the loss difference is replaced with the electrical output of the battery,
A control device that changes the output of the engine based on the engine output-loss difference relationship and the engine output-electrical loss relationship.
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