JP3929410B2

JP3929410B2 - ハイブリッド車両用動力源の制御装置

Info

Publication number: JP3929410B2
Application number: JP2003068756A
Authority: JP
Inventors: 宏樹村田; 静夫佐々木; 佳宜橋本; 修米田; 良英鈴木; 雄一郎北村
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP2004282852A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両用動力源の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は低速でのエネルギー効率は悪いが、速度が増加するにつれて燃費が向上する。一方、モーターは低回転で高トルクが得られるために低速では優れているものの、モーターだけを使用した場合は航続距離が大きく劣る欠点がある。これらの優位性を組み合わせたハイブリッド車両の動力源は、低速ではモーターを、速度が増加した場合には内燃機関を主として使用しており、また、これらの結合関係としてはシリアル方式やパラレル方式が知られている。
【０００３】
従来から知られるハイブリッド車両用動力源の制御装置では、アクセル開度に基づいて決定されるドライバー要求トルクに制限を加えて内燃機関目標トルクを決定し、このドライバー要求トルクと内燃機関実トルク推定値との差分に応じて内燃機関と共に車軸にトルクを与えるモータのアシストトルクを決定している（下記、特許文献１参照）。
【０００４】
また、バッテリーの充電量に応じて内燃機関の出力の制限分をモータの出力調整により補償するハイブリッド車両用動力源の制御装置も知られている（下記、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１５７３０９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平８−８８９０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、内燃機関の変速時又は車両発進時等の車軸に伝達されるトルクが急激に変化する場合には、変速制御等によってドライバー要求トルクと内燃機関の実トルクとの差が小さくなるため、この差分によって決定されるアシストトルクが小さくなる。すなわち、かかる場合のドライバー要求トルクは、内燃機関が要求するトルクであって、ドライバーが本来要求しているトルクではないため、モータによってトルク差分を補ったところでドライバーの要求するトルク発生感は改善されない。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ドライバーが本来要求するトルク発生感に近づけることが可能なハイブリッド車両用動力源の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を達成するため、本発明に係るハイブリッド車両用動力源の制御装置は、アクセル開度に基づいて決定されるドライバー要求トルク自体の決定時に、ドライバー要求トルクに制限を加えて内燃機関で発生させる内燃機関目標トルクを決定し、ドライバー要求トルクと内燃機関の実トルクとの差分に応じて、内燃機関と共に車軸にトルクを与えるモータのアシストトルクを決定するハイブリッド車両用動力源の制御装置において、内燃機関及びモータの回転駆動力を車軸に伝達する変速機を備え、この変速機がシフトアップの際に、完全接続状態から、半接続状態を経て、断絶状態に至り、ギア比を切り換えた後、半接続状態となり、もとの完全接続状態となる場合には、ドライバー要求トルクの前記制限を緩和することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、このようにトルクが急激に変化する場合には、ドライバー要求トルク自体の決定時に制限処理が行われるため、ドライバー要求トルクと内燃機関の実トルクとの間の差分に応じて発生するモータのアシストトルクは減少してしまうので、上記制限を緩和することにより、上記差分を増加させてモータのアシストトルクを増加させ、ドライバーが本来要求するトルク発生感に実際のトルクを近づけることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るハイブリッド車両用動力源の制御装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は車両のブロック図である。
【００１３】
この車両は、車体ＢＤＹに対して回転する車軸Ｓに固定された４つの車輪Ｗと、車軸Ｓに回転駆動力を伝達する動力源とを備えている。この動力源は、内燃機関ＥとモータＭからなり、内燃機関Ｅ及びモータＭの回転駆動力は変速機Ｔを介して車軸Ｓに伝達される。すなわち、本動力源を備える車両は内燃機関Ｅ及びモータＭを具備するハイブリッド車両である。
【００１４】
内燃機関Ｅは、これへの吸入空気量及び供給燃料に応じて回転駆動力（トルク）を発生するが、これらはエンジンＥＣＵによって制御される。モータＭには、インバータＩから供給される制御信号に応じてバッテリＢＡから電力が供給される。この供給電力に応じてモータＭは、回転駆動力（トルク）を発生するが、制御信号が指示する供給電力はＨＶ（電力制御用）ＥＣＵによって決定される。バッテリＢＡの充電量は、バッテリＥＣＵによってモニタされており、インバータＩの指示する供給電力量をバッテリＢＡの充電量に応じて制限している。
【００１５】
変速機Ｔはクラッチを含むものであり、クラッチの接続及び断絶はＭ／ＴＥＣＵによって制御され、Ｍ／Ｔ（変速機用）ＥＣＵはクラッチの完全接続状態、半接続状態、断絶状態を制御する。
【００１６】
図２は、上述の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の制御を示すフローチャートである。
【００１７】
まず、各車輪Ｗの速度を検出する車輪速センサの出力をモニタし、車輪速が規定値以上であるかどうかを以って、車両が走行中であるかどうかについて判断する（Ｓ１）。
【００１８】
次に、ＥＣＵは、トルク偏差ΔＴを求める（Ｓ２）。トルク偏差ΔＴは、ドライバー要求トルクＴ_EPと内燃機関Ｅの実トルクＴ_ETとの差分である（ΔＴ＝Ｔ_EP−Ｔ_ET）。
【００１９】
ドライバー要求トルクＴ_EPは、アクセル開度センサから出力されるアクセル開度θに基づいて求められ、具体的には、ドライバー要求トルク算出関数（マップ）Ｘにθを代入することにより求められる。
【００２０】
内燃機関Ｅの実トルクＴ_ETは、内燃機関Ｅの実際の運転状態から推定することができ、運転状態としては、内燃機関のエンジン回転数Ｎｅ及び吸気管負圧Ｐｂが挙げられ、この運転状態は内燃機関Ｅがその時点で出力しているであろうトルクを示している。内燃機関実トルク推定値は、内燃機関Ｅのクランク軸端トルク、すなわち内燃機関Ｅから直接出力されるトルクを間接的に示している。
【００２１】
ステップＳ２において、トルク偏差ΔＴが無い場合には、モータＭで補うべきトルク値が「ゼロ」であるものと判定し（Ｓ５）、この場合にはモータ駆動用のＨＶＥＣＵに演算値（ゼロ）を送信する。
【００２２】
ステップＳ２において、トルク偏差ΔＴがある場合には、トルク偏差ΔＴ及び変速機Ｔのギア比に基づいて、当該トルク偏差ΔＴを補うようにモータＭのアシストトルクを演算し、演算値をモータ駆動用のＥＣＵに送信する。ＥＣＵは、当該演算値に基づいて、インバータＩを駆動し、偏差ΔＴを補うモータＭのアシストトルクを発生させる。
【００２３】
ここで、ステップＳ３において用いられる偏差ΔＴの基準となるドライバー要求トルクＴ_EPの算出関数（マップ）Ｘが問題となる。内燃機関Ｅの変速時又は車両発進時等の車軸Ｓに伝達されるトルクが急激に変化する場合（変動量５０％超）には、変速制御等によってドライバー要求トルクＴ_EPが制限されるマップが用いられる。すなわち、アクセル開度θの値がθ１、ギア比ＧがＧ１であり、エンジン回転数ＮｅがＮｅ１である場合、無変速定常走行時においては、これに対応したマップで要求トルクが演算されるものとする（無制限要求トルク：図７参照（但し、図７は排気ガス規制等の制限は反映している））。ギア比Ｇが異なる場合には、無変速定常走行時において最適なトルクが演算される。
【００２４】
変速時において、ギア比ＧがＧ１からＧ２にシフトアップしたものとする。ギア比Ｇ１の場合の初期ドライバー要求トルクをＴ_EP(G1)とする。
【００２５】
変速時においては、変速機Ｍにおける▲１▼完全接続状態から、▲２▼半接続状態を経て、▲３▼断絶状態に至り、ギア比を切り換えた後、▲４▼半接続状態となり、もとの▲５▼完全接続状態となる。すなわち、ドライバー要求トルクは、シフトアップの場合、状態▲１▼〜▲５▼に対応して、▲１▼初期ドライバー要求トルクＴ_EP(G1)から、▲２▼被制限ドライバー要求トルクＴ_EP(G1)−Δα１、▲３▼被制限ドライバー要求トルクＴ_EP(G1)−（Δα１＋Δα１’）というように段階的に減少し、しかる後、▲４▼Ｔ_EP(G1)−（Δα１＋Δα１’）＋Δα１”、▲５▼Ｔ_EP(G2)となる。但し、Δα１、Δα１’、Δα１”は正の値であり、Ｔ_EP(G2)はギア比Ｇ２の場合に最適化されたトルクである。
【００２６】
このように、ドライバー要求トルクＴ_EPが制限されるように変化すると、内燃機関Ｅにとっては最適のトルクを与えられるのだが、モータＭを含めた動力源全体としてはトルク不足となる。すなわち、ドライバー要求トルクＴ_EPと内燃機関Ｅの実トルクＴ_ETとの差ΔＴが小さくなるため、この差分ΔＴによって決定されるアシストトルクが小さくなる。すなわち、かかる場合のドライバー要求トルクは、内燃機関Ｅが要求するトルクであって、ドライバーが本来要求しているトルクではないため、差分ΔＴに基づいてモータＭによってトルク差分を補ったところでドライバーの要求するトルク発生感は改善されない。
【００２７】
そこで、本実施形態におけるドライバー要求トルクＴ_EPは、ドライバー要求トルクを変速中に一定とさせるなどして、上述の制限を緩和させる。すなわち、モータＭの発生させるトルクは、通常制御よりも増加する。要するに、変速時においては、ドライバー要求トルク算出のためのマップが異なり、例えば、アクセル開度に比例した値、或いは、アクセル開度が変化しない場合には一定とする。
【００２８】
また、発進時などにアクセルを強く踏み込んだ場合（キックダウン要求）、すなわち、ドライバー要求トルクがアクセル開度θ１、θ２に応じて（θ１＜θ２）、Ｔ_EP(θ₁₎からＴ_EP(θ₂₎に増加した場合（Ｔ_EP(θ₁₎＜Ｔ_EP(θ₂₎）、実際にはアクセル踏み込み量に比例したトルクを内燃機関Ｅで発生させることはできない。すなわち、内燃機関Ｅのトルク応答速度は有限であるため、内燃機関Ｅの制御用に演算されるドライバー要求トルクは内燃機関Ｅにとって最適化された値に制限されることとなる。すなわち、車軸に伝達予定のトルクが急激に増加した場合、従来、本来のドライバー要求トルクＴ_EP(θ₂₎からΔβだけ小さいトルクがドライバー要求トルク（Ｔ_EP＝Ｔ_EP(θ₂₎−Δβ）として決定されている。
【００２９】
本実施形態では、キックダウン要求があった場合、すなわち、アクセル開度自体が閾値（θ＝４０％）を超えた場合、Δβを減算しないことで、ドライバー要求トルクの制限を緩和し、以ってモータＭのアシストトルクを増加させる。
【００３０】
内燃機関Ｅで発生するトルクは、燃焼室への吸入空気量（スロットル開度）と、燃料量が多いほど大きくなり、これらの関係はエンジン回転数に応じて予めマップ化されているため、ドライバー要求トルクが決定されれば、内燃機関Ｅのトルクは決定できる。
【００３１】
なお、供給燃料量が規定値を超えると、排気ガス規制を超えることになるため、ドライバー要求トルクは制限を受けることとなるが、この制限自体は法規制であるため緩和することができない。すなわち、上記ではドライバー要求トルクを内燃機関目標トルクとし、これはドライバー要求トルクの決定後に、かかる値をリミッタで制限し、内燃機関目標トルクとすることもできるが、この制限自体は緩和しない。
【００３２】
上述のように、本実施形態に係るハイブリッド車両用動力源の制御装置は、アクセル開度θに基づいて決定されるドライバー要求トルク自体の決定時に制限を加えて内燃機関Ｅで発生させる内燃機関目標トルクを決定し、ドライバー要求トルクＴ_EPと内燃機関Ｅの実トルクＴ_ETとの差分ΔＴに応じて、内燃機関Ｅと共に車軸Ｓにトルクを与えるモータＭのアシストトルクΔＴ×Ｋを決定する（Ｋは係数）。
【００３３】
特に、本制御装置では、内燃機関Ｅの変速時又は車両発進時等の車軸Ｓに伝達されるトルクが急激に変化する場合には、ドライバー要求トルクＴ_EPの決定時の制限を緩和している。これにより、差分ΔＴを増加させてモータＭのアシストトルクを増加させ、ドライバーが本来要求するトルク発生感に実際のトルクを近づけることができる。
【００３４】
図３は、ＥＣＵにおける変速時のフローチャートである。
【００３５】
まず、シーケンシャル・トランスミッションやティプトロニクス等のシフト操作に連動して自動変速が行われる変速機においては、シフトレバーの操作を検出することで、シフトチェンジ要求があるかどうかを判定し（Ｓ１）、要求がある場合には、現在の実アクセル開度θをアクセル開度センサによって検出する（Ｓ２）。なお、シフトチェンジ要求は、キックダウン状態に連動して発生する場合もある。
【００３６】
また、クランク角センサの出力からエンジン回転数Ｎｅも検出する（Ｓ３）。次に、アクセル開度θ及びエンジン回転数Ｎｅとギア比Ｇに応じて内燃機関の特性表を参照し、内燃機関Ｅの実トルクを推定（検出）する（Ｓ４）。
【００３７】
更に、アクセル開度θ及びエンジン回転数Ｎｅから変速中の制御目標となるドライバー要求トルクＴ_EP(SHIFT)を演算する（Ｓ５）。更に、変速時のドライバー要求トルクＴ_EP(SHIFT)とリミッタによる上限値を与える要求トルクＴ_EP’とを比較し、これらのうちの最小のトルクＴ_EPFを決定する（Ｓ６）。更に、モータＭによるアシストトルクとして、ドライバー要求トルクと実トルクの偏差ΔＴ（＝Ｔ_EPF−Ｔ_ET）を演算し（Ｓ７）、この偏差ΔＴでモータＭが駆動されるようにインバータＩを制御する（Ｓ８）。
【００３８】
この制御によれば、変速時には差分ΔＴが増加するので、ドライバーが本来要求するトルク発生感に実際のトルクを近づけ、変速時のシフトショックを抑制することができる。
【００３９】
図４は、上述の制御を実行するためのＥＣＵ内部の機能ブロック図である。
【００４０】
内燃機関制御用のマップを有する要求トルク算出手段Ａには、アクセル開度θ、エンジン回転数Ｎｅ或いはギア比Ｇが入力される。求められたドライバー要求トルクＴ_EPは排気ガス規制等を満足するリミッタＬによる制限を受けた後、内燃機関Ｅに制御信号として入力される。内燃機関Ｅの実トルク推定値Ｔ_ETは、ドライバー要求トルクＴ_EPと共に差分手段ＤＩＦに入力され、これらのトルク差分ΔＴに比例してモータＭへの供給電力が決定される。
【００４１】
一方、変速時においては、差分手段ＤＩＦに入力される要求トルク算出手段Ａが、要求トルク算出手段Ｂに切り替わる。要求トルク算出手段Ｂは、変速時におけるドライバー要求トルクを入力情報θ、Ｎｅ、Ｇに基づいて求めるものである。要求トルク算出手段Ｂの出力は、内燃機関Ｅの制御とは独立した値であるため、ここでは、内燃機関Ｅの制御に拘らずドライバー要求トルクは一定であるとする。
【００４２】
要求トルク算出手段Ｂの出力は、内燃機関実トルク推定値Ｔ_ETと共に差分手段ＤＩＦに入力され、これらのトルク差分ΔＴに比例して、モータＭへの供給電力が決定される。この構成によれば、変速時には内燃機関の制御状態によらず差分ΔＴが増加するので、ドライバーのトルク発生感を向上し、シフトショックを抑制することとなる。
【００４３】
図５は、変速時におけるドライバー要求トルクの時間依存性を示すグラフである。時刻ｔ１において変速が開始されると、内燃機関Ｅを制御するため、すなわち、変速機Ｍにおけるクラッチの切断及び再接続を行うため、ドライバー要求トルクが低下した後増加する。これは内燃機関Ｅの制御用のトルクであり、従来、このトルクを差分手段に入力していた。内燃機関Ｅ側の制御信号としては、かかる要求トルクは好ましいので、図４の要求トルク算出手段Ａにおいては、図５のＡに示すような要求トルク曲線を辿ることとしてもよいのだが、これをそのまま差分手段ＤＩＦに入力すると、差分ΔＴが小さくなり、トルク発生感やシフトショックの問題が生じる。
【００４４】
本発明では、変速時においては、要求トルク算出手段Ｂにより、ドライバー要求トルクを略一定とするので、差分ΔＴの低下を抑制することができ、トルク発生感及びシフトショックの問題を解決することができる。
【００４５】
図６は、内燃機関実トルク推定値Ｔ_ETドライバー要求トルクＴ_EP及び差分ΔＴと時間の関係を示すグラフである。旧来のドライバー要求トルクＴ_EP（旧）は、変速時には低下していたので、差分ΔＴ（旧）が点線で囲まれた領域で著しく低下し、アシストトルクが減少していた。本発明に係るドライバー要求トルクＴ_EP（新）は、変速時においても低下しないので、差分ΔＴ（新）が点線で囲まれた領域においても低下せず、アシストトルクの減少が抑制される（旧）。
【００４６】
図７は、アクセル開度θとエンジン回転数Ｎｅから決定されるドライバー要求トルクを示すグラフである。なお、エンジン回転数Ｎｅが約２８００回転或いは４４００回転以上では、ドライバー要求トルクに上述のリミッタが施されてなる内燃機関目標トルクがドライバー要求トルクとして示されている。アクセル開度θが大きいほど、一般には、ドライバー要求トルクは大きいが、変速時においては、同図中の▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の順番にドライバー要求トルクが変化する。なお、モータＭによるアシストトルクの出力（ｋＷ）は、内燃機関Ｅの回転数が小さいほど増加する。
【００４７】
上述のドライバー要求トルク算出手段Ａでは、同図中の▲１▼〜４のドライバー要求トルクを変速開始と共に算出するが、ドライバー要求トルク算出手段Ｂでは、一例としてはアクセル開度のみに比例してドライバー要求トルクが算出される。
【００４８】
次に、車軸に伝達されるトルクが急激に変化する場合として、車両発進時について説明する。
【００４９】
図８は、本実施形態に係るドライバー要求トルク（新）、モータトルク指示値ΔＴ（新）、エンジン回転数、アクセル開度及び内燃機関実トルク推定値の時間変化を示すグラフであり、図９は、これらのパラメータの旧来の場合の時間変化を示すグラフである。
【００５０】
ドライバー要求トルクは、内燃機関Ｅの運転状態を最適化するため、アクセル開度θに比例した値に制限を加えた値をドライバー要求トルクとして決定している（図７参照）が、差分（モータトルク指示値）ΔＴに用いられるドライバー要求トルクは、ここで決定されるドライバー要求トルクに所定のトルクを加算したもの、すなわち、上述の制限を緩和したものである。
【００５１】
例えば、低速発進時においては、アクセル開度θが所定値以下であるので、そもそもドライバー要求トルクの制限は小さく、ドライバー要求トルクと内燃機関実トルクとの間の差分ΔＴをモータでアシストするが、急速発進をするべく、アクセル開度θが所定値を超えた場合には、差分Δにより決定されるアシストトルクに＋Δというトルクを付加する。すなわち、ドライバー要求トルクを増加させて、差分ΔＴを拡大させる。換言すれば、アクセル開度θに応じてドライバー要求トルクの制限を緩和する。
【００５２】
これにより、従来、車両発進時においては、差分ΔＴが小さいために、十分な加速感が得られなかったが、本実施形態では、ドライバー要求トルクの制限を緩和することで差分ΔＴを増加させ、したがって、大きな加速感、すなわち、トルク発生感が向上することができる。なお、内燃機関の効率が悪い場合にも、最適化という意味では、要求トルクは制限されるが、これを補うために、当該制限を緩和し、変速時以外であっても、バッテリからの電力供給が可能な限りアシストトルクを発生させることもできる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係るハイブリッド車両用動力源の制御装置によれば、ドライバーが本来要求するトルク発生感に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両のブロック図である。
【図２】上述の電子制御ユニット（ＥＣＵ）の制御を示すフローチャートである。
【図３】ＥＣＵにおける変速時のフローチャートである。
【図４】上述の制御を実行するためのＥＣＵ内部の機能ブロック図である。
【図５】変速時におけるドライバー要求トルクの時間依存性を示すグラフである。
【図６】内燃機関実トルク推定値Ｔ_ETドライバー要求トルクＴ_EP及び差分ΔＴと時間の関係を示すグラフである。
【図７】アクセル開度θとエンジン回転数Ｎｅから決定されるドライバー要求トルクを示すグラフである。
【図８】本実施形態に係るドライバー要求トルク（新）、モータトルク指示値ΔＴ（新）、エンジン回転数、アクセル開度及び内燃機関実トルク推定値の時間変化を示すグラフである。
【図９】従来のドライバー要求トルク（旧）、モータトルク指示値ΔＴ（旧）、エンジン回転数、アクセル開度及び内燃機関実トルク推定値の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
Ａ…ドライバー要求トルク算出手段、Ｂ…ドライバー要求トルク算出手段、ＢＡ…バッテリ、ＢＤＹ…車体、ＤＩＦ…差分手段、Ｅ…内燃機関、Ｓ…車軸、Ｉ…インバータ、Ｌ…リミッタ、Ｍ…変速機、Ｎｅ…エンジン回転数、Ｔ…変速機、Ｗ…車輪。

Claims

アクセル開度に基づいて決定されるドライバー要求トルク自体の決定時に、ドライバー要求トルクに制限を加えて内燃機関で発生させる内燃機関目標トルクを決定し、前記ドライバー要求トルクと前記内燃機関の実トルクとの差分に応じて、前記内燃機関と共に車軸にトルクを与えるモータのアシストトルクを決定するハイブリッド車両用動力源の制御装置において、
前記内燃機関及び前記モータの回転駆動力を車軸に伝達する変速機を備え、この変速機がシフトアップの際に、完全接続状態から、半接続状態を経て、断絶状態に至り、ギア比を切り換えた後、半接続状態となり、もとの完全接続状態となる場合には、前記ドライバー要求トルクの前記制限を緩和することを特徴とするハイブリッド車両用動力源の制御装置。