JP3941776B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
本実施例1におけるハイブリッドシステム(以下、E-IVTシステムと記載する)は、全体のエネルギーを統合制御する統合コントローラ10と、エンジンを制御するエンジンコントローラ12(engine clutch controllerを含む)と、ハイブリッド変速機内のMGを制御するモータコントローラ11と、MGに電気を供給するインバータ13と電気エネルギーを蓄えるバッテリ14と、MGを含むハイブリッド変速機から成る。
E-IVTシステムは、主に下記に示す4つのモード
1)モード4(EVモード)
2)モード6(EV-LBモード)
3)モード28(EIVTモード)
4)モード30(LBモード)
を有する。
(表1)
モード4では、第1モータ・ジェネレータMG1及び第2モータ・ジェネレータMG2のみ使用する。ラビニョ型遊星歯車装置2において、第1及び第2モータ・ジェネレータMG1,MG2のトルクをT1,T2、回転速度をN1,N2、出力軸トルクをT0、出力軸回転数をN0とすると、下記の式により表される。
(式1)
N2={−βN1+(1+α+β)N0}/(1+α)
T1=βT0/(1+α+β)
T2=(1+α)T0/(1+α+β)
尚、α,βはラビニョ型遊星歯車のギヤ比に相当する。リングギヤR2(エンジン)とキャリヤC(出力軸)のギヤ比を1とした場合、リングギヤR2とサンギヤS1(MG1)とのギヤ比をαとする。また、キャリヤCとサンギヤS2(MG2)とのギヤ比をβとする。
モード6では、第1及び第2モータ・ジェネレータMG1,MG2とローブレーキLBを使用する。図4は、車速VSPと要求駆動力Fによって決定されるモード6(EV-LBモード)制御領域を表す図である。モード6が選択されると、下記式2に基づいて駆動力制御が実行される。
(式2)
N1=(1+α+γ)N0/γ
N2=(γ−β)N0/γ
T2={(1+α+γ)T1−γT0}/(β−γ)
TL=T0−T1−T2
尚、TLはローブレーキLBのトルク,γはキャリヤCとローブレーキLBとのギヤ比である。
モード28では、第1モータ・ジェネレータMG1,第2モータ・ジェネレータMG2及びエンジンを使用する。図5は、車速VSPと要求駆動力Fによって決定されるモード28(EIVTモード)制御領域を表す図である。よって、モード28の制御領域では、三つの入力に依存することとなる。モード28が選択されると、下記式3に基づいて駆動力制御が実行される。
(式3)
N1=−αN0+(1+α)Ne
N2=(1+β)N0−βNe
T1={1/(1+α+β){βT0−(1+β)Te}}
T2=T0−T1−Te
尚、Neはエンジン回転数、Teはエンジントルクである。
モード30では、第1モータ・ジェネレータMG1,第2モータ・ジェネレータMG2,エンジン及びローブレーキLBを使用する。図6は、車速VSPと要求駆動力Fによって決定されるモード30(LBモード)制御領域を表す図である。よって、モード30の制御領域では、三つの入力に依存することとなる。モード30が選択されると、下記式4に基づいて駆動力制御が実行される。
(式4)
N1={(1+α+γ)/γ}N0
N2=−{(β−γ)/γ}N0
Ne={(1+γ)/γ}N0
TL=T0−T1−T2−Te
T2={1/(β−γ)}(−γT0+(1+α+γ)T1+(1+γ)Te)
上述の4つのモードのうち、ある車速VSP及び要求駆動力Fによって決定される運転点では、複数のモードが重なる。このとき、選択された複数のモードのうち燃費効率の最も良好なモードが選択される。具体的には、モータ・ジェネレータMG1,MG2の電力収支を計算する。次に、電力収支と燃料消費量の関係から、最も燃料消費量の少ないモードが選択される。
次に、最適モードマップの構築論理について説明する。
エンジンの燃料消費軸に沿って、全ての可能なモードにおける電力Eを演算する。この電力Eは、第1モータジェネレータMG1,第2モータジェネレータMG2の電力収支(電力、及び電力損失(モータ損失やインバータ損失を含む))に対応する。
電力関数E=f(fuel)は、燃料消費量に応じた電力の関数である。ステップ1で演算された各モードにおける電力の内、各燃料消費量に対して最大の電力を発生可能なモードを選択する。すなわち燃料消費量fuelに対する最適なモード関数が得られる。ここで、E>0はバッテリが充電されている状態を表し、E<0はバッテリが電力を消費している状態を表す。
ステップ2で得られた電力関数Eから、駆動効率関数EFF=g(fuel)を演算する。駆動効率関数EFFは、燃料消費量に対する電力比である。すなわち、バッテリを最大限利用したときの燃料消費量fuel0に比べ、更に燃料を消費{fuel(i)−fuel0}したときに増加する電力収支{E(i)−E(fuel0)}の分を演算すれば、燃料がどの程度電力収支の改善に寄与したかが分かる。すなわち電力収支の改善寄与度とは、燃料がどの程度駆動力に使用されたかを表す駆動効率EFFを表すことになる。
ステップ3で得られた駆動効率関数を逆変換し、燃料消費関数fuel=h1(EFF)を演算する。
ステップ4及びステップ2の演算結果から、モード関数Mode=h2(EFF)が得られる。すなわち、推定される駆動効率EFFに応じた制御モードが得られる。
例えば、車速VSP=A(km/h),駆動力F=B(N),SOC=可変の状態において、LBモードとEIVTモードの2つのモードが選択可能な場合について説明する。
dE/dfuel={E(i)−E(fuel0(n))}/{fuel(i)−fuel0(n)}
尚、fuel0(n)は、バッテリの充放電容量最大値を考慮した燃料消費量最小値(例えば、最初の演算時においては図8中fuel0(1)で示される点)である。図9は図8に示す電力関数の微分値と燃料消費量の関係を表す。図9に示すdE/dfuelの演算結果において、dE/dfuelの最大値(=b)を取るfuel(=a)をプロットする。
LBモードとEIVTモードの間におけるモード遷移では、出力回転数No一定の状態でエンジンやモータジェネレータの回転数が大きく変化する。よって、この変化を素早く達成しようとしても、うまくモード遷移ができない。また、回転数差が大きすぎると、モード遷移に時間がかかりすぎる。
幅dが狭いと、エンジン回転数を一気に上昇させる(上昇角αが大きい)ため、燃費には影響しないが乗り心地の悪化を招く。そこで、図20に示すように、上昇角αを小さな上昇角βとすることが可能な許容回転数εを導入する。ただし、この許容回転数εは、ローブレーキLBを締結した場合に過度の摩擦熱や締結ショックを十分に回避可能な値の範囲内で設定する。
幅dは、SOCに応じて設定される。EIVTモードにおいて、SOCが低い時はバッテリを充電する必要があり、高いエンジン回転数が要求される。よって、LBモードに遷移すると、エンジン回転数が上昇側に移行するものの、もともとのEIVTモードにおけるエンジン回転数が高いため、さほどエンジン回転数は上昇しないため、幅dは狭くても良い。
2 ラビニョ型遊星歯車装置
3 複合電流2層モータ
MG1 第1モータジェネレータ
MG2 第2モータジェネレータ
4 シングルピニオン型遊星歯車装置
5 ダブルピニオン型遊星歯車装置
6 終減速機
7 左右駆動輪
8 エンジンクラッチ
LB ローブレーキ(係合要素)
11 モータコントローラ
12 エンジンコントローラ
13 インバータ
14 バッテリ
15 エンジン
Claims (5)
- エンジンと少なくとも1つのモータによる動力源がそれぞれ回転要素に連結される遊星歯車列と、
解放により無段変速機能を有する状態から締結することで固定変速比を得る第1係合要素を有する差動歯車変速機と、
車速、運転者の要求駆動力、バッテリの充電状態によって規定され、無段変速比モード領域と固定変速比モード領域が設定された三次元モードマップと、
を備えたハイブリッド車両の制御装置において、
前記無段変速比モード領域と前記固定変速比モード領域の境界に、要求駆動力軸方向に所定幅を有し、モード遷移に伴う回転要素の目標回転数変化を連続的に設定する遷移領域を設けたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記無段変速比モードから前記固定変速比モードに遷移するときの目標回転数変化が非連続となる許容回転数を設定したことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記許容回転数を、低車速時は大きく設定し、高車速時は小さく設定したことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記所定幅を、低車速時は広く設定し、高車速時は狭く設定したことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1ないし請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記所定幅を、バッテリの充電量が多い時は狭く設定し、バッテリの放電量が多い時は広く設定したことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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