JP2023093777A - Hybrid vehicular control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パラレルモードを有するハイブリッド車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle control device having a parallel mode.
従来、エンジンと電動機と発電機とが搭載されたハイブリッド車両において、バッテリーが出力可能な電力に応じて、発電機に発電させる発電量を制御する技術が知られている。例えば、電動機に印加すべき必要電圧とバッテリーSOC(充電率)とバッテリー温度とに基づいてバッテリー出力可能電力を予測し、このバッテリー出力可能電力に応じて発電機の目標発電電力を決定する手法が提案されている。このような手法により、電動機を駆動するための電力の不足が防止されうる(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a hybrid vehicle equipped with an engine, an electric motor, and a generator, there is known a technique for controlling the amount of power generated by the generator according to the power that the battery can output. For example, there is a method of predicting the battery's possible output power based on the required voltage to be applied to the electric motor, the battery SOC (state of charge), and the battery temperature, and determining the target power generation of the generator according to this battery's possible output power. Proposed. Such a method can prevent shortage of electric power for driving the electric motor (see Patent Document 1).
バッテリーから出力される電力は、電動機だけでなく車両に搭載される補機類の駆動にも用いられる。そのため、バッテリー出力可能電力のみに基づく発電電力の設定では、実際に車両で消費される電力がバッテリー出力可能電力を上回るおそれがある。この場合、電動機を駆動するための電力が不足することになり、車両の走行フィーリングが低下する。また、電動機を駆動するための電力に余剰が生じたとしても、その余剰電力をバッテリーに充電できない場合には無駄になってしまう。 Electric power output from the battery is used not only to drive the electric motor but also to drive auxiliary equipment mounted on the vehicle. Therefore, if the generated power is set based only on the battery's output power, the power actually consumed by the vehicle may exceed the battery's output power. In this case, the electric power for driving the electric motor becomes insufficient, and the driving feeling of the vehicle deteriorates. Moreover, even if there is surplus electric power for driving the electric motor, it will be wasted if the surplus electric power cannot be charged to the battery.
本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、モーターを駆動するための電力を過不足なく生成できるようにしたハイブリッド車両制御装置を提供することを目的とする。この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。 One of the purposes of the present invention is to provide a hybrid vehicle control device that can generate just the right amount of electric power for driving a motor. do. In addition to this purpose, it is another object of the present invention to achieve functions and effects derived from each configuration shown in the "Mode for Carrying out the Invention" described later and which cannot be obtained with conventional techniques. can be positioned.
開示のハイブリッド車両の制御装置は、駆動輪に接続されるエンジン及びモーターと、エンジンに駆動されるジェネレーターと、モーター及びジェネレーターに接続されるバッテリーとを備え、エンジン及びモーターの駆動力を駆動輪に伝達して走行するパラレルモードを有するハイブリッド車両の制御装置である。本制御装置には、算出部と制御部とが設けられる。算出部は、パラレルモードにおいて、ハイブリッド車両を駆動するために消費される電力である車両消費電力から、バッテリーがモーターに供給可能な電力の上限である電池上限電力を減じた値である不足電力を算出する。制御部は、パラレルモードにおいて不足電力がジェネレーターで発電されるように、エンジン及びジェネレーターの作動状態を制御する。 The disclosed hybrid vehicle control device includes an engine and a motor connected to driving wheels, a generator driven by the engine, and a battery connected to the motor and the generator, wherein the driving force of the engine and the motor is transferred to the driving wheels. A control device for a hybrid vehicle having a parallel mode for transmission and running. The control device is provided with a calculation section and a control section. In the parallel mode, the calculation unit calculates the power shortage, which is the value obtained by subtracting the battery upper limit power, which is the upper limit of the power that the battery can supply to the motor, from the vehicle power consumption, which is the power consumed to drive the hybrid vehicle. calculate. The control unit controls the operating states of the engine and the generator so that the generator generates the insufficient power in the parallel mode.
開示の制御装置によれば、モーターを駆動するための電力を過不足なく生成できる。 According to the disclosed control device, it is possible to generate just the right amount of electric power for driving the motor.
[1.装置の構成]
図1~図4を参照して、実施例としてのハイブリッド車両の制御装置が適用された車両1について説明する。この車両1は、内燃機関及び電動機の両方から出力される駆動力を駆動輪に伝達して走行するパラレルモードを有するハイブリッド車両である。本実施例の車両1には、前方側の駆動輪(前輪)を駆動するための前輪駆動装置2と、後方側の駆動輪(後輪)を駆動するための後輪駆動装置3と、走行用のバッテリー30と、電子制御装置10とが搭載される。
[1. Device configuration]
A
図2に示すように、前輪駆動装置2には、エンジン21(内燃機関),フロントモーター22(前輪電動機),ジェネレーター23(発電機),フロントモーター用インバーター24,ジェネレーター用インバーター25,フロントトランスアクスル26(前輪変速装置)が含まれる。また、後輪駆動装置3には、リヤモーター27(後輪電動機),リヤモーター用インバーター28,リヤトランスアクスル29(後輪変速装置)が含まれる。バッテリー30は、フロントモーター22,ジェネレーター23,リヤモーター27の各々に接続される。車両1の走行モードがパラレルモードであるときには、フロントモーター22やリヤモーター27の駆動力とエンジン21の駆動力との両方が駆動輪に伝達されて車両1が駆動される。
As shown in FIG. 2, the front
走行モードに関して、この車両1には、EVモード,シリーズモード,パラレルモードの三種類の走行モードが用意される。これらの走行モードは、走行状態に応じて択一的に選択され、その種類に応じてエンジン21,モーター22,27,ジェネレーター23が使い分けられる。EVモードは、エンジン21及びジェネレーター23を停止させたままモーター22,27のみで車両1を駆動する走行モードである。シリーズモードは、エンジン21でジェネレーター23を駆動して発電しつつ、その電力を利用してモーター22,27で車両1を駆動する走行モードである。パラレルモードは、エンジン21及びモーター22,27の駆動力を駆動輪に伝達して走行する走行モードである。
As for the running modes, the
本実施例の車両1のパラレルモードでは、エンジン21で生成された駆動力が駆動輪とジェネレーター23とに伝達される。ジェネレーター23で生成された発電電力は、バッテリー30を介してモーター22,27に供給される。これにより、パラレルモード中にバッテリー30の充電量が低下したとしても、エンジン21の出力の一部をジェネレーター23で電力として回収でき、バッテリー30の充電量を回復できる。また、パラレルモードにおいて少なくともリヤモーター27を作動させ続けることで、たとえフロントモーター22を停止させたとしても前輪及び後輪に駆動力を伝達でき、四輪駆動の状態を維持し、車両の操縦安定性低下を防止できる。
In the parallel mode of the
フロントモーター22及びリヤモーター27は、例えば三相交流型の同期電動機であり、バッテリー30の電力で車両1の駆動力を生成する機能と、車両1の慣性動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。また、ジェネレーター23は、例えば三相交流型の同期発電機であり、バッテリー30の電力でエンジン21のクランク軸を回転させる機能(スターター機能)と、エンジン21の回転動力を利用して発電する機能とを併せ持つ。また、トランスアクスル26,29の各々は、トランスミッションとファイナルドライブギヤとを内蔵した動力伝達装置である。フロントトランスアクスル26は、前輪の左右輪に繋がる車輪軸とエンジン21とフロントモーター22とジェネレーター23とに接続される。リヤトランスアクスル29は、後輪の左右輪に繋がる車輪軸とリヤモーター27とに接続される。
The
バッテリー30は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池である。また、フロントモーター用インバーター24は、バッテリー30側の直流電力とフロントモーター22側の交流電力とを変換するための電力変換装置であり、ジェネレーター用インバーター25は、バッテリー30側の直流電力とジェネレーター23側の交流電力とを変換するための電力変換装置である。リヤモーター用インバーター28は、バッテリー30側の直流電力とリヤモーター27側の交流電力とを変換するための電力変換装置である。インバーター24,25,28の各々には、スイッチ素子を含むインバーター回路が内蔵される。インバーター回路の作動状態(スイッチ素子の開閉タイミングや開閉周波数)を制御することで、フロントモーター22,ジェネレーター23,リヤモーター27の各出力が制御される。
The
インバーター24,25,28及びエンジン21の作動状態は、電子制御装置10(コンピューター)によって制御される。電子制御装置10の内部には、図3に示すように、プロセッサー(中央処理装置),メモリ(メインメモリ),記憶装置(ストレージ),インタフェース装置などが内蔵され、内部バスを介してこれらが互いに通信可能に接続される。また、電子制御装置10には、車速センサー13,ブレーキセンサー14,アクセルセンサー15,エンジン21,フロントモーター用インバーター24,ジェネレーター用インバーター25,リヤモーター用インバーター28が接続される。車速センサー13は、車両1の走行速度(車速)を検出するセンサーである。ブレーキセンサー14は、ブレーキペダルの踏み込み量(ブレーキ操作量)を検出するセンサーである。アクセルセンサー15は、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル操作量)を検出するセンサーである。電子制御装置10は、これらのセンサー13~15で検出された情報に基づいて、車両1に搭載される各種装置の作動状態を制御する。
The operating states of the
[2.制御の構成]
図1,図4に示すように、電子制御装置10の内部には、少なくとも算出部11と制御部12とが設けられる。これらの要素は、電子制御装置10の機能を便宜的に分類して示したものである。算出部11は、車両1の走行モードがパラレルモードであるときに、不足電力を算出するものである。不足電力とは、車両1を駆動するために消費される電力である車両消費電力から、バッテリー30が供給可能な電力の上限である電池上限電力を減じたものに相当するパラメーターである。
[2. Control configuration]
As shown in FIGS. 1 and 4, at least a
制御部12は、車両1の走行モードがパラレルモードであるときに、算出部11で算出された不足電力がジェネレーター23で発電されるように、少なくともエンジン21及びジェネレーター23の作動状態を制御するものである。この制御により、パラレルモード時に作動しているエンジン21の出力の一部がジェネレーター23での発電に用いられ、発電された電力がモーター22,27や補機に供給される。ここでいう補機には、エンジン21及びモーター22,27を冷却するための冷却装置,エアコン装置,オーディオ装置などが含まれる。
The
本実施例における電子制御装置10の算出部11には、図4に示すように、電池上限電力算出部31,車両消費電力算出部32,不足電力算出部33,パラレル発電出力算出部34,要求発電出力算出部35,最大エンジン駆動軸トルク算出部36が設けられる。また、制御部12には、ジェネレーター制御部37,フロントモーター制御部38,リヤモーター制御部39,エンジン制御部40が設けられる。図4に示される各要素は独立したプログラムとして記述でき、複数の要素を合体させた複合プログラムとして記述することもできる。図4に示される各要素に相当するプログラムは、電子制御装置10のメモリや記憶装置に記憶され、プロセッサーで実行される。
As shown in FIG. 4, the
電池上限電力算出部31は、バッテリー30がモーター22,27や補機類に供給可能な電力の上限である電池上限電力[W]を算出するものである。電池上限電力とは、バッテリー30の瞬間的な放電能力を表すパラメーターであり、バッテリー30のSOC(充電率)やSOH(劣化度),バッテリー温度,バッテリー電圧などに基づいて算出される。ここで算出された電池上限電力の情報は、不足電力算出部33に伝達される。
The battery upper limit electric power calculator 31 calculates the battery upper limit electric power [W], which is the upper limit of electric power that the
車両消費電力算出部32は、車両1を駆動するために消費されるトータルの電力である車両消費電力[W]を算出するものである。ここで算出される車両消費電力には、少なくともリヤモーター27で駆動力に変換されるリヤモーター駆動電力と、補機で消費される補機消費電力とが含まれる。好ましくは、モーター22,27の損失であるモーター損失(フロントモーター損失,リヤモーター損失)や、ジェネレーター23の損失であるジェネレーター損失も、車両消費電力に含まれる。ここで算出された車両消費電力の情報は、不足電力算出部33に伝達される。
The vehicle
不足電力算出部33は、車両消費電力算出部32で算出された車両消費電力から、電池上限電力算出部31で算出された電池上限電力を減じた値である不足電力[W]を算出するものである。不足電力算出部33は、少なくとも車両1の走行モードがパラレルモードである間は常に不足電力を算出する。電池上限電力が車両消費電力よりも大きい場合には、不足電力が0であるものとする。ここで算出される不足電力は0以上の値を持つ。不足電力の値は、車両1を走行させる上で実質的に不足している電力の大きさを表す。ここで算出された不足電力の情報は、パラレル発電出力算出部34に伝達される。
The power
パラレル発電出力算出部34は、パラレルモードでエンジン21がジェネレーター23に発電させる電力であるパラレル発電出力を算出するものである。ここではまず、エンジン21を最良燃費点で作動させたときにジェネレーター23で発電されうる電力である余剰電力が算出される。余剰電力は、例えばエンジン21を最良燃費点で作動させたときに得られる出力(最大エンジン出力)から、車両1の前輪に要求されている出力を減算することで求められる。
The parallel power
また、パラレル発電出力算出部34は、余剰電力と不足電力とのうち大きな値を持ついずれか一方を選択し、ここで選択された一方に基づいてパラレル発電出力を算出する。例えば、ここで選択された一方にエンジン21の応答遅れを想定した所定のフィルタ処理を施したものをパラレル発電出力として算出する。ここで算出されたパラレル発電出力の情報は、要求発電出力算出部35と最大エンジン駆動軸トルク算出部36とに伝達される。
Also, the parallel power generation
要求発電出力算出部35は、パラレル発電出力に基づき、ジェネレーター23に発電させる制御信号を生成するための要求発電出力を算出するものである。ここでは、例えば車両1の走行モードがパラレルモードであるときには、パラレル発電出力がそのまま要求発電出力として算出される。また、車両1の走行モードが変化したときには、エンジン21の作動状態やフロントトランスアクスル26に内蔵されるクラッチの状態などに基づいて補正された要求発電出力が算出される。ここで算出された要求発電出力の情報は、制御部12のジェネレーター制御部37とエンジン制御部40とに伝達される。
The required power generation
最大エンジン駆動軸トルク算出部36は、パラレルモードでエンジン21から前輪に伝達されうる最大のトルクである最大エンジン駆動軸トルクを算出するものである。ここでは、エンジン最大トルクからジェネレーター23で消費される発電トルクを減じたものに所定の減速比を乗じたものが、最大エンジン駆動軸トルクとして算出される。発電トルクは、パラレル発電出力算出部34で算出されたパラレル発電出力をジェネレーター23の回転速度で除した上で所定のトルク換算係数を乗じることで求められる。ここで算出された最大エンジン駆動軸トルクの情報は、制御部12のフロントモーター制御部38に伝達される。
The maximum engine drive
ジェネレーター制御部37は、要求発電出力算出部35で算出された要求発電出力に基づいてジェネレーター用インバーター25に制御信号を出力することで、ジェネレーター23の作動状態を制御するものである。ここでは、要求発電出力に相当する発電量が得られるように(言い換えれば、パラレルモードにおいて算出部11で算出された不足電力がジェネレーター23で発電されるように)ジェネレーター23が制御される。
The
フロントモーター制御部38は、前輪に要求される駆動トルクに対し、最大エンジン駆動軸トルク算出部36で算出された最大エンジン駆動軸トルクを超過したトルクに基づいてフロントモーター用インバーター24に制御信号を出力することで、フロントモーター22の作動状態を制御するものである。ここでは、エンジン21の出力だけで前輪に要求される駆動トルクが賄える場合には、フロントモーター22が非作動の状態に制御される。一方、エンジン21の出力だけでは賄えない場合には、フロントモーター22が駆動される。なお、駆動輪(前輪,後輪)に要求される駆動トルクの算出手法や、フロントモーター22の駆動手法については、公知の制御手法を適用可能であり、本実施例では説明を省略する。
The front
リヤモーター制御部39は、リヤモーター用インバーター28に制御信号を出力することで、リヤモーター27の作動状態を制御するものである。ここでは、後輪に要求される駆動トルクが発生するように、リヤモーター27の作動状態が制御される。リヤモーター27を駆動するための電力は、バッテリー30から供給される。なお、たとえバッテリー30の電池上限電力が車両消費電力を下回っていたとしても、不足分の電力がジェネレーター23で発電されるため、リヤモーター27の出力が確保される。
The rear
エンジン制御部40は、エンジン21(あるいは、エンジンECU,燃料噴射装置,スロットル弁,動弁機構など)に制御信号を出力することで、エンジン21の作動状態を制御するものである。パラレルモード時におけるエンジン21の作動状態は、前輪に要求される駆動トルクと要求発電出力算出部35で算出された要求発電出力に基づいた動作点で作動するように制御される。なお、シリーズモード時におけるエンジン21の作動状態は、モーター22,27の作動状態やバッテリー30の充電状態に応じた電力がジェネレーター23で発電されるように制御される。
The
[3.作用,効果]
(1)上記の算出部11(車両消費電力算出部32)は、パラレルモードにおいて車両1を駆動するために消費される電力である車両消費電力から、バッテリー30がモーター22,27に供給可能な電力の上限である電池上限電力を減じた値である不足電力を算出する。また、制御部12は、パラレルモードにおいて不足電力がジェネレーター23で発電されるように、エンジン21及びジェネレーター23の作動状態を制御する。このような制御により、モーター22,27を駆動するための電力を過不足なく生成できる。これにより、例えば電力不足に起因するシステムのシャットダウンや走行フィーリングの低下を防止できる。
[3. action, effect]
(1) The calculation unit 11 (vehicle power consumption calculation unit 32) calculates the amount of power that the
(2)上記の算出部11で算出される車両消費電力には、モーター消費電力,ジェネレーター損失,補機消費電力が含まれる。このように、各種損失や補機消費電力を考慮してエンジン21及びジェネレーター23の作動状態を制御することで、電力の過不足を精度よく抑制できる。したがって、車両1の制御性や走行フィーリングを改善できる。
(2) The vehicle power consumption calculated by the
(3)特に図2に示すように、前輪側にエンジン21が接続されるとともに後輪側にリヤモーター27が接続された車両1において、リヤモーター27のモーター消費電力及びフロントモーター22のモーター損失を車両消費電力に含ませることで、パラレルモード中に四輪駆動の状態を維持しながら電力の過不足を抑えることができる。したがって、車両1の走破性能や操縦安定性能を向上できる。
(3) Motor power consumption of the
(4)上記の算出部11(パラレル発電出力算出部34)は、エンジン21を最良燃費点で作動させたときにジェネレーター23で発電される余剰電力と不足電力とのうち、絶対値の大きいいずれか一方に基づいて、パラレル発電出力を算出する。このような演算により、不足電力が余剰電力を超える場合に、その不足電力をジェネレーター23で生成でき、電力の過不足の発生を抑制できる。一方、不足電力が余剰電力未満である場合には、その余剰電力に基づいてパラレル発電出力を算出でき、エンジン21を効率的に作動させながら電力不足を確実に防止できる。
(4) The calculation unit 11 (parallel power generation output calculation unit 34) calculates whichever of the surplus power and the shortage power generated by the
(5)上記の制御部12は、パラレルモードにおいてエンジン21を最良燃費点で作動させるとともに、エンジン21で生成されるトルクの一部がパラレル発電出力に宛がわれるようにジェネレーター23の作動状態を制御する。このような制御により、エンジン21の燃費性能を向上させつつ、モーター22,27を駆動するための電力を過不足なく生成できる。
(5) The
なお、上記の制御部12では、前輪駆動出力と発電出力とを加算したものがエンジン出力として算出される。制御部12は、アクセル操作に応じた前輪駆動出力に合わせて発電出力を調整することで、エンジン21を燃費点で運転させる(ハイブリッド走行時の通常動作)。ここで、不足電力が小さく燃費点運転用の発電電力の方が大きい場合には、エンジン21がそのまま燃費点で運転する。一方、電力不足を解消できない場合には、不足電力分が発電によって賄われる。このとき、エンジン21は燃費点トルクよりも大きなトルクを出力することになる。
Note that the
[4.変形例]
上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせることができる。例えば、上記の実施例では、前輪駆動装置2と後輪駆動装置3とが個別に設けられた構造を例示したが、プロペラシャフトを介して前後輪に駆動力を分散させるような構造にしてもよい。少なくとも、パラレルモードを有するハイブリッド車両であれば、本実施例と同様の制御を実施できる。
[4. Modification]
The above embodiment is merely an example, and is not intended to exclude various modifications and application of techniques not explicitly described in this embodiment. Each configuration of this embodiment can be modified in various ways without departing from the scope of the invention. Also, they can be selected or combined as needed. For example, in the above embodiment, the structure in which the front
1 車両
2 前輪駆動装置
3 後輪駆動装置
10 電子制御装置
11 算出部
12 制御部
21 エンジン
22 フロントモーター
23 ジェネレーター
27 リヤモーター
30 バッテリー
1
Claims (5)
前記パラレルモードにおいて、前記ハイブリッド車両を駆動するために消費される電力である車両消費電力から、前記バッテリーが前記モーターに供給可能な電力の上限である電池上限電力を減じた値である不足電力を算出する算出部と、
前記パラレルモードにおいて前記不足電力が前記ジェネレーターで発電されるように、前記エンジン及び前記ジェネレーターの作動状態を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする、ハイブリッド車両の制御装置。 The vehicle includes an engine and a motor connected to driving wheels, a generator driven by the engine, and a battery connected to the motor and the generator, and transmits the driving force of the engine and the motor to the driving wheels. A control device for a hybrid vehicle having a parallel mode of running,
In the parallel mode, a power shortage, which is a value obtained by subtracting a battery upper limit power, which is the upper limit of the power that the battery can supply to the motor, from vehicle power consumption, which is the power consumed to drive the hybrid vehicle. a calculating unit for calculating;
a control unit that controls operating states of the engine and the generator so that the generator generates the insufficient power in the parallel mode;
A control device for a hybrid vehicle, comprising:
ことを特徴とする、請求項1記載のハイブリッド車両の制御装置。 The calculation unit sums the motor driving power converted into the driving force by the motor, the motor loss that is the loss of the motor, the generator loss that is the loss of the generator, and the accessory consumption power consumed by the accessory. 2. The control device for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein said vehicle power consumption is calculated according to said vehicle power consumption.
前記算出部が、前記リヤモーターの前記モーター駆動電力と、前記フロントモーター及び前記リヤモーターの各々の前記モーター損失と、前記ジェネレーター損失と、前記補機消費電力とを合算した前記車両消費電力を算出する
ことを特徴とする、請求項2記載のハイブリッド車両の制御装置。 The control device for the hybrid vehicle, wherein the motor includes a front motor for driving front wheels and a rear motor for driving rear wheels, and the engine is connected to the front wheels,
The calculating unit calculates the vehicle power consumption by summing the motor drive power of the rear motor, the motor loss of each of the front motor and the rear motor, the generator loss, and the accessory power consumption. 3. The hybrid vehicle control device according to claim 2, wherein:
ことを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のハイブリッド車両の制御装置。 The calculation unit calculates in the parallel mode based on either surplus power, which is power generated by the generator when the engine is operated at the best fuel efficiency point, or the shortage power, whichever has a larger absolute value. The control device for a hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein a parallel power generation output, which is the electric power that the engine causes the generator to generate, is calculated.
ことを特徴とする、請求項4記載のハイブリッド車両の制御装置。
The controller controls the operating state of the generator so that in the parallel mode, the engine is operated at the best fuel consumption point and part of the torque generated by the engine is allocated to the parallel power generation output. 5. The hybrid vehicle control device according to claim 4, characterized in that:
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