JP3565116B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
- B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
- B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
- B60K6/54—Transmission for changing ratio
- B60K6/543—Transmission for changing ratio the transmission being a continuously variable transmission
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の動力源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術と解決すべき課題】
車両の動力源としてエンジンとモータ(電動機と発電機とを兼ねる回転電機)とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている(例えば、特開平11−285107号公報参照)。
【0003】
このようなパラレル方式のハイブリッド車両では、燃費を最大限に良くするため、エンジンを使うと効率の悪い低回転、低負荷での走行はモー夕で行い、高負荷・高回転域に入った時にはクラッチを締結してモー夕からエンジンに動力を切り替え、常に最大効率点をトレースするように目標駆動力制御を行うことが一般的である。
【0004】
しかし、このクラッチ切り替え動作時に発生するクラッチ内部のスリップや熱により、クラッチの伝達容量は徐々にではあるが低下することが知られている。従来は、この低下代を予め見込み、クラッチ容量低下後もエンジントルクよりもクラッチ容量の方が高くなるように、クラッチの初期の最大容量にマージンを持たせる方法が一般的な設定であった。そのため、クラッチのサイズが必要以上に大きくなり、また万一その容量がある程度以上に低下すると、エンジン効率が良い高負荷領域で運転を行った場合にクラッチが滑ってしまい、車両の運転性能を低下させてしまうおそれを生じる。
【0005】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、ハイブリッド車両において燃費効率を損なうことなしにクラッチスリップによる運転性の低下を回避することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、走行駆動力を発生するモータと無段変速機とを備えた駆動系統と、この駆動系統にエンジン回転を伝達する電磁クラッチと、車両運転状態に応じて前記無段変速機、電磁クラッチ、モータおよびエンジン出力を制御する制御回路とを備えたハイブリッド車両において、前記制御回路を、クラッチの容量低下を検出したときにエンジントルクを低下させると共に、低下させたエンジントルクに対して最大効率点での走行状態となるように無段変速機の変速比を制御するように構成した。
【0007】
請求項2の発明では、上記制御回路を、締結中のクラッチの入出力軸間の速度差に基づき、該速度差が基準値以上であることからクラッチの容量低下を検出するように構成した。
【0008】
請求項3の発明では、上記制御回路を、クラッチ容量の低下が検出されなくなるまでエンジントルクを段階的に低下させるように構成した。
【0009】
請求項4の発明では、上記制御回路を、運転状態を表す所定のパラメータに基づき、予め設定されたマップにより最大効率運転点に沿ってエンジントルクを低下させるように構成した。
【0010】
請求項5の発明は、上記請求項4の運転状態パラメータとして、エンジン回転速度と目標駆動力を用いるものとした。
【0011】
【作用・効果】
上記請求項1以下の各発明の構成において、もしクラッチが締結状態でエンジントルクをそのまま駆動系に伝達しなければならない状況下でクラッチにスリップが発生した場合は、エンジントルクが低下するように、最大効率運転点上で通常よりも目標の出力を低下させることにより、クラッチスリップと運転性の悪化を防止することができる。さらに、その時点で出せ得る出力の範囲内で最大燃費効率での運転が継続可能であり、また、クラッチ容量制御に用いている初期のクラッチ容量特性に対しても、低下後のクラッチ容量に合わせてエンジントルク入力が低下するため、クラッチ締結性能を維持することが可能となる。
【0012】
クラッチ容量の低下は、請求項2の発明として示したように締結中のクラッチの入出力軸間の速度差に基づいて検出することができる。
【0013】
また、請求項3の発明として示したように段階的にエンジントルクを低下させる制御とすることにより、クラッチスリップを発生しない限度でエンジントルクを過不足無く低下させることができるので、エンジントルクの低下が運転性に及ぼす影響も最小限に抑えることができる。
【0014】
一方、最大効率となる運転点は、例えばエンジン回転速度と目標駆動力(運転者の要求駆動力)との関係から予め実験的にマップ化しておくことができるので、請求項4または請求項5の発明として示したように、このようなマップに基づいてエンジントルク制御を行うものとすればより簡単な制御により目的を達成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず図1〜図2に本願発明が適用可能なパラレル方式のハイブリッド車両の構成例を示す。図1において、この車両のパワートレインは、モータ1、エンジン2、電磁クラッチ(以下、単に「クラッチ」と言う。)3、モータ4、無段変速機5、減速装置6、差動装置7および駆動輪8から構成される。モータ1の出力軸、エンジン2の出力軸およびクラッチ3の入力軸は互いに連結されている。モータ1とエンジン2は所定の回転比を有する減速装置(図示せず)を介して相互駆動可能に連結されている。また、クラッチ3の出力軸、モータ4の出力軸および無段変速機5の入力軸が互いに連結されている。
【0016】
クラッチ3締結時はエンジン2とモータ4が車両の推進源となり、クラッチ3開放時はモータ4のみが車両の推進源となる。エンジン2またはモータ4の駆動力は、無段変速機5、減速装置6および差動装置7を介して駆動輪8へ伝達される。無段変速機5には油圧装置9から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。
【0017】
モータ1は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モータ4は主として車両の力行と減速時の回生運転に用いられる。また、モータ10は油圧装置9のオイルポンプ駆動用である。ただしクラッチ3締結時には、モータ1を車両の力行と制動に用いることもでき、モータ4をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【0018】
モータ1,4,10はそれぞれ、インバータ11,12,13により駆動される。なお、モータ1,4,10に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにDC/DCコンバータを用いる。インバータ11〜13は共通のDCリンク14を介して強電バッテリ15に接続されており、強電バッテリ15の直流電力を交流電力に変換してモータ1,4,10へ供給するとともに、モータ1,4の交流発電電力を直流電力に変換して強電バッテリ15を充電する。なお、インバータ11〜13は互いにDCリンク14を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力を強電バッテリ15を介さずに直接、力行運転中のモータへ供給することができる。
【0019】
16は本発明の制御回路の機能を備えたコントローラであり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ3の伝達トルク、モータ1,4,10の回転速度や出力トルク、無段変速機5の変速比、エンジン2の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを制御する。
【0020】
コントローラ16には、図2に示すように、キースイッチ20、セレクトレバースイッチ21、アクセルペダルセンサ22、ブレーキスイッチ23、車速センサ24、バッテリ温度センサ25、バッテリSOC検出装置26、エンジン回転速度センサ27、スロットル開度センサ28が接続される。セレクトレバースイッチ21は、パーキングP、ニュートラルN、リバースRおよびドライブDの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバーの設定位置に応じて、P,N,R,Dのいずれかのスイッチがオンする。
【0021】
アクセルペダルセンサ22はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ23はブレーキペダルの踏み込み状態を検出する。車速センサ24は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ25は強電バッテリ15(図1)の温度を検出する。バッテリSOC検出装置26は強電バッテリ15の実容量の代表値であるSOC(State Of Charge)を検出する。また、エンジン回転速度センサ27はエンジン2の回転速度を検出し、スロットル開度センサ28はエンジン2のスロットルバルブ開度を検出する。
【0022】
コントローラ16にはさらに、エンジン2の燃料噴射装置30、点火装置31、バルブタイミング調節装置32などが接続される。コントローラ16は、燃料噴射装置30を制御してエンジン2への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置31を駆動してエンジン2の点火時期制御を行う。また、コントローラ16は可変動弁装置32を制御してエンジン2の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ16には低圧の補助バッテリ33から電源が供給される。
【0023】
以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこうしたハイブリッド車両においてクラッチ3の容量低下ないしスリップ発生状況を監視し、クラッチ容量低下を検出したときには最良燃費率の運点線付近にてエンジン出力を段階的に低下させることにより燃費と運転性の要求を両立させる。以下にこのためのコントローラ16の制御内容の実施形態につき図3以下の各図面を参照しながら説明する。
【0024】
図3は、電磁クラッチ制御の概要を示した流れ図である。この制御はハイブリッド車両の総合的な制御の一環として例えば約10msec毎の周期で繰り返し実行される。なお以下の説明において括弧内に示した数字は図3中のステップ数に対応している。
【0025】
この制御ではまず、クラッチ3が完全締結中であるかどうか判定する(001)。締結していない場合は、モータトルク制御など一般的なクラッチ開放時のハイブリッド制御を行う(002)。
【0026】
クラッチ完全締結中は、クラッチ容量低下の有無を判定するためにクラッチ3がスリップしているかどうか判定する(003)。この場合、クラッチ3の入力軸はエンジン2に、出力軸はモータ4を介して無段変速機5のプライマリ軸にそれぞれ結合されているので、クラッチ3の入出力軸間の速度差を、エンジン回転速度Neと変速機プライマリ軸回転速度Npriの差の絶対値として求めるようにしている。なお、図2の構成においては、エンジン回転速度Neはエンジン回転センサ27からの信号により、またプライマリ軸回転速度Npriは無段変速機5の出力軸(セカンダリ軸)回転速度を代表する車速センサ24からの信号と変速比情報とから、それぞれ求めることができる。
【0027】
次に、上記スリップ発生時の回転速度差|Ne−Npri|を予め定めた基準値Nslip(例えば300rpm)と比較し、|Ne−Npri|>Nslipの状態が基準時間Tslip(例えば10秒間)以上継続したときにクラッチ容量の低下が発生しているものと判定して、次のクラッチ容量低下時のトルクダウン処理(004)へと進む。
【0028】
(004)では、完全締結中のスリップ発生が初めて検出された場合は、エンジントルク低下レベルを示す係数Ndownを1段階分加算すし(Ndown=Ndown+1)、以後は回数に応じスリップした場合にそれを防止する為の修正目標出力を図4に示す手法(後述)で算出する。
【0029】
次の(006)では、完全締結中にクラッチがスリップした場合に、それを防止する為の修正目標出力を図4に示す手法で算出する。図4に示すマップは、エンジントルクマップ上に、燃費消費率線(等燃費線:[g/hour]と同単位系)と目標出力線(等出力線:[W]と同単位系)を重ねて描いたものである。なお、最大効率運転点は、等出力線上の最も燃費の良い点をトレースした線である。
【0030】
図4において、現在のエンジン回転N1と最大効率運転点との交点▲1▼から、通常の目標エンジントルクtTe(図中のT1)を求める。クラッチ容量制御にはこのtTeを用いる(007)。次に、クラッチのスリップを防止する為にトルク低下させた修正目標エンジントルクstTeを求める。これらは具体的には(005)および(006)に示したような演算式に従って求める。すなわち、まず次式{1}に基づいて目標出力tPowerを求める。
【0031】
tPower=tTd×Vsp×K1 … {1}
ただし、tTdは目標駆動力、Vspは現在の実車速、K1は単位換算用の係数である。
【0032】
tTdは例えば車速とアクセル開度の関係から予め設定されたマップを検索して求める。Vspは車速センサ24からの信号により検出する。K1はタイヤの動半径や終減速比など車両駆動系の諸元から決まる値である。
【0033】
このようにして目標出力tPowerが求まると、このときのエンジン回転速度Neから目標エンジントルクtTeが求められるので、次に次式を用いて修正目標エンジントルクstTeを求める。
【0034】
stTe=tTe×(1−Kdown×Ndown) … {2}
ただしKdownはトルクダウン率を与える係数であり、例えば1段階あたり10%ダウンするものとすればKdown=0.1に設定されている。
【0035】
次に、図4の最大効率運転点を付与するマップと上記修正目標エンジントルクstTe(図4中のT2)とに基づき、図4中の交点▲2▼を通る目標出力線(等出力線)の出力値から修正目標出力sPower(図4中のP2)を求める。
【0036】
コントロールユニット16では、この修正目標エンジントルクstTeになるようにエンジン出力制御を行う(008)一方、エンジンが最大効率点で運転されるように、次式{3}から無段変速機5の修正目標プライマリ回転数stNpriを求める(009)。
【0037】
stNpri=sPower/stTe/K2 ただしK2は単位換算用の係数である。
【0038】
さらに、このstNpriを用いて、無段変速機5の変速比制御を行う(010)。
【0039】
以上により、クラッチの容量が低下し完全締結時にスリップが発生するたびに、段階的に目標のエンジントルクを下方修正し、不用意なスリップ発生が防止されると共に、常に最大効率マップ上で運転されるため、最適燃費運転が可能となる。さらに、エンジントルクとクラッチ容量との関係は、クラッチ容量低下に伴う本制御つまりエンジントルクダウンの実施後もリニアな関係のままであるので、初期にチューニングを施したクラッチ締結時の運転性能が損なわれるようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略図。
【図2】図1のハイブリッド車両の制御系の構成例を示す概略図。
【図3】本発明の制御回路による制御の一実施形態の概要を示す流れ図。
【図4】本発明の実施形態による出力制御領域を説明するための運転特性線図。
【符号の説明】
1 モータ
2 エンジン
3 電磁クラッチ
4 モータ
5 無段変速機
9 油圧装置
10 油圧発生用モータ
15 バッテリ
16 コントローラ
19 DC/DCコンバータ
20 キースイッチ
21 セレクトレバースイッチ
22 アクセルペダルセンサ
23 ブレーキスイッチ
24 車速センサ
25 バッテリ温度センサ
26 バッテリSOC検出装置
27 エンジン回転速度センサ
28 スロットル開度センサ
Claims (5)
- 走行駆動力を発生するモータと無段変速機とを備えた駆動系統と、この駆動系統にエンジン回転を伝達する電磁クラッチと、車両運転状態に応じて前記無段変速機、電磁クラッチ、モータおよびエンジン出力を制御する制御回路とを備えたハイブリッド車両において、
前記制御回路を、クラッチの容量低下を検出したときにエンジントルクを低下させると共に、低下させたエンジントルクに対して最大効率点での走行状態となるように無段変速機の変速比を制御するようにしたハイブリッド車両の制御装置。 - 制御回路は、締結中のクラッチの入出力軸間の速度差に基づき、該速度差が基準値以上であることからクラッチの容量低下を検出するようにした請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 制御回路は、クラッチ容量の低下が検出されなくなるまでエンジントルクを段階的に低下させるようにした請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 制御回路は、運転状態を表す所定のパラメータに基づき、予め設定されたマップにより最大効率運転点に沿ってエンジントルクを低下させるようにした請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
- 運転状態を表すパラメータは、エンジン回転速度と目標駆動力である請求項4に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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