JP3978930B2 - Hybrid vehicle and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce torque shocks in a hybrid vehicle. SOLUTION: In a hybrid vehicle, a motor MG1 is coupled with a sun gear of a planetary gear, an engine is coupled with a planetary gear, and a motor MG2 and a shaft are coupled with a ring gear. A torque sensor 167 for detecting torque generated from the motor MG1 to the sun gear is provided. In the hybrid vehicle, the motor MG1 and the engine are operated according to the required torque. The motor MG2 compensates for the output torque from the motor MG1 and the engine to generate required torque at the shaft. The output torque is specified on the basis of the value detected by the torque sensor 167. Even when the actual output torque is affected by the influence of inertia and different from a torque command of the motor MG1 at a transient time, the output is compensated accurately and torque shocks are reduced.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと電動機とを有し、少なくともエンジンから出力された動力を動力源として走行可能なハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを備えるハイブリッド車両が提案されている。かかるハイブリッド車両としては種々の構成が提案されており、その一つにパラレル・ハイブリッド車両がある。パラレル・ハイブリッド車両では、エンジンの動力および電動機の動力の双方を車軸に伝達可能である。パラレル・ハイブリッド車両の構成例を図1に示す。
【0003】
図1のハイブリッド車両では、エンジン150と、電動機MG1,MG2とが備えられている。三者は、プラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、遊星歯車とも呼ばれ以下に示すそれぞれのギヤに結合された3つの回転軸を有している。プラネタリギヤ120を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ121、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ123、さらにその外周で回転するリングギヤ122である。プラネタリピニオンギヤ123はプラネタリキャリア124に軸支されている。図1のハイブリッド車両では、エンジン150はプラネタリキャリア124に結合されている。電動機MG1はサンギヤ121に結合されている。電動機MG2はリングギヤ122に結合されている。リングギヤ122は駆動軸112に結合されるとともに、およびディファレンシャルギヤ114を介して車軸116に結合されている。
【0004】
かかる構成を有するハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力がプラネタリギヤ120で2つに分配される。その一部は機械的な動力として駆動軸112に伝達される。残余の部分は電動機MG1で電力として回生される。動力の分配比率はプラネタリギヤ120のギヤ比に基づいて定まっており、車速に応じた一定の動力が電動機MG1で電力として回生される。車軸116に伝達されたトルクが要求値に満たない場合には、電動機MG2から不足分のトルクを出力する。電動機MG2の駆動には、電動機MG1で回生された電力が用いられる。かかる作用により、ハイブリッド車両はエンジンから出力された動力を、車軸116に要求されたトルクおよび回転数からなる動力に変換して走行することができる。また、ハイブリッド車両では、電動機MG2の動力を利用してエンジンを停止したまま走行することもできる。
【0005】
さらに、かかるハイブリッド車両は、車両が停止中および走行中のいずれの状態であっても、電動機MG1を駆動してエンジンをモータリングし、始動することもできる。上述の構成を有するハイブリッド車両では、電動機MG1からエンジンをモータリングするためのトルクを出力すると、その一部がプラネタリギヤを通じて駆動軸112に伝達される。電動機MG2は電動機MG1から駆動軸112に伝達される反力トルクを相殺して、要求トルクを出力するように制御される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のハイブリッド車両においては、駆動軸112に出力されるトルクを十分精度良く制御することができなかった。このため、車両に振動が生じ乗り心地を損ねたり、車両の応答性を損ねる場合があった。かかる現象は、エンジンの始動時など、エンジンおよび電動機の回転状態が大きく変化する過渡期において特に顕著であった。また、ハイブリッド車両では、以下の原因により、不適切なトルクが出力される影響が特に大きく現れていた。
【0007】
エンジンのみを動力源とする通常の車両では、流体を利用したトルクコンバータやクラッチを備えているため、エンジンの回転状態の変動が車軸に伝達されるのを抑制または回避することができる。パラレルハイブリッド車両では、電動機を利用した作用により、エンジンの動力を所望の回転数およびトルクからなる動力に変換して出力することができるため、クラッチやトルクコンバータを備える必要がない場合が多い。エンジンおよび電動機からなる動力源は、機械的に車軸に結合されており、エンジンおよび電動機の回転状態の変動が駆動軸に直接伝達される。
【0008】
また、先に説明した通り、ハイブリッド車両では、エンジンを運転した状態でも停止した状態でも走行することができる。従って、通常の車両と異なり、運転を開始した後でも、車両の運転状態に応じて頻繁にエンジンの始動および停止が行われる。
【0009】
これらの原因により、ハイブリッド車両では、駆動軸への出力トルクの変動による乗り心地や応答性に与える影響が看過し得ない状態となっていた。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、いわゆるパラレルハイブリッド車両において、駆動軸に出力されるトルクを精度良く制御する技術を提供することを目的とする。特に、駆動軸に出力されるトルク変動による影響が大きく現れるエンジンの始動および停止時において、エンジンのモータリングに要するトルクの反力を相殺して駆動軸に適切なトルクを出力する技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のハイブリッド車両は、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両であって、前記エンジンから駆動軸まで動力を伝達する伝達経路上の少なくとも1カ所において回転トルクを検出するトルクセンサと、
該駆動軸の目標回転状態を設定する回転状態設定手段と、
車両の運転状態および該目標回転状態に応じて前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転状態および目標回転状態に応じて前記動力調整装置を制御する動力調整装置制御手段と、
前記駆動軸に出力されるトルクを前記トルクセンサによる検出結果に基づいて特定する出力トルク特定手段と、
該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償して前記電動機の運転を制御する電動機制御手段とを備えることを要旨とする。
【0011】
かかるハイブリッド車両によれば、上記トルクセンサにより計測されたトルクに基づいて電動機の運転を制御することができる。トルクセンサは微少な時間遅れで伝達経路上の回転トルクの変動を検出することができる。従って、上記ハイブリッド車両によれば、駆動軸に出力されるトルクを時間遅れや振動なく、適切に制御することができ、ハイブリッド車両の乗り心地を向上したり、応答性を向上したりすることができる。
【0012】
本発明のハイブリッド車両に備えられるトルクセンサ自体は、公知の種々のトルクセンサを適用することができる。ハイブリッド車両の場合、動力の伝達経路を構成する回転軸は高速で回転するため、いわゆる非接触のトルクセンサが好ましい。特に、回転軸にトルクが加えられた際に生じる透磁率の変化を利用したセンサが精度および応答性の観点から好ましい。
【0013】
エンジンのみを動力源とする従来の車両では、駆動軸から出力されるトルクを制御するという考え方はなかった。つまり、エンジンはアクセル開度に応じた動力を出力するように制御されるのが通常であり、駆動軸の回転数に応じて結果として所定のトルクが出力される状態であった。従って、従来の車両ではエンジンから駆動軸までの動力の伝達経路上にトルクセンサを設ける必要性はなかった。
【0014】
これに対し、ハイブリッド車両では、エンジンの他に電動機をも動力源として備える。電動機の運転は、目標回転数および目標トルクに基づいて行われる。従って、ハイブリッド車両では、駆動軸の目標回転状態、即ち目標回転数および目標トルクを設定する必要が生じる。このように動力の伝達経路上のトルクが制御に必要なパラメータとなる点がハイブリッド車両の大きな特徴である。
【0015】
一方、ハイブリッド車両の場合、伝達経路上のトルクは演算によって求めることが可能である。従来は、ハイブリッド車両の製造コスト低減および信頼性向上の観点から、演算により伝達経路上のトルクを特定し、電動機の目標トルクが設定されていた。かかる手法による問題点および限界については何ら指摘されていなかった。本発明者は、以下に示す通り、演算により伝達経路上のトルクを特定する際の問題点および限界を認定し、かかる問題解決のためには、伝達経路上のトルクをトルクセンサによりリアルタイムで検出することが最善の手段であることを見いだした。
【0016】
ここでは、図1に示した構成のハイブリッド車両を例にとって、演算により伝達経路上のトルクを特定する方法およびその問題点等について説明する。図1に示した構成においては、プラネタリギヤ120および電動機MG1が本発明の動力調整装置に対応し、電動機MG2が本発明の電動機に対応する。
【0017】
ハイブリッド車両において、電動機MG2の目標トルクは、駆動軸112から出力すべき要求トルクと電動機MG1およびエンジンから駆動軸112に伝達されるトルクとの差分に基づいて設定される。駆動軸112から出力すべきトルクは、車軸116から出力すべき走行トルクに対しディファレンシャルギヤ114のギヤ比に応じた係数を乗じることによって設定される。電動機MG1およびエンジンから駆動軸112に出力されるトルクは、電動機MG1、エンジンの回転状態に応じてプラネタリギヤ120の機械的な性質に基づき以下の通り演算することができる。
【0018】
図2はプラネタリギヤ120の模式図である。プラネタリギヤ120は、サンギヤ121、リングギヤ122、プラネタリキャリア124に結合された3つの回転軸のうち、2つの回転軸の回転数およびトルク(以下、両者をまとめて回転状態とよぶ)が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという周知の性質を有している。各回転軸の回転数については次式(1)が成立することが知られている。
【0019】
Nr=(1+ρ)Nc−ρNs;
Nc=(Nr+ρNs)/(1+ρ);
Ns=(Nc−Nr)/ρ+Nc; …(1)
ここで、Nsはサンギヤ軸125の回転数、Nrはリングギヤ軸126の回転数、Ncはプラネタリキャリア軸の回転数である。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ121とリングギヤ122のギヤ比である。
ρ=サンギヤ121の歯数/リングギヤ122の歯数
【0020】
一方、トルクの関係は、次の運動方程式から導かれる。まず、変数を図2(b)に示す通り定義する。つまり、慣性能率をI、角加速度をβ、トルクをT、半径をRで表すものとし、それぞれサンギヤ121については「s」、プラネタリキャリア124については「c」、リングギヤ122については「r」を付すものとする。さらに、リングギヤ122とプラネタリピニオンギヤ123との間に働く反力をFrとし、プラネタリピニオンギヤ123とサンギヤ121との間に働く反力をFsとする。なお、それぞれの慣性能率は、ギヤの慣性能率のみならず、そこに結合されたモータMG1,MG2およびエンジン150の慣性能率をも含めた値を意味する。
【0021】
このとき、それぞれのギヤの運動方程式は次式(2)で表される。
Is・βs=Ts−3Rs・Fs;
Ic・βc=Tc+3Rs・Fs−3Rr・Fr;
Ir・βr=Tr+3Rr・Fr; …(2)
【0022】
ここで、プラネタリピニオンギヤ123は慣性能率が略0であると考えられる。このとき、プラネタリピニオンギヤ123に働くモーメントは値0になるはずであるから、Fs=−Frである。また、先に用いたギヤ比ρと半径との関係は、ρ=Rs/Rrである。さらに、Ta=3(Rs・Fs−Rr・Fr)とする。これは、それぞれのギヤ間に働く反力Fs,Frによってプラネタリキャリア124からサンギヤ121およびリングギヤ122に作用するトルクを意味する。これらの諸量を上式(2)に代入すると、次式(3)〜(5)を得ることができる。
【0023】
Is・βs=Ts−ρ・Ta/(1+ρ) …(3)
Ic・βc=Tc−Ta …(4)
Ir・βr=Tr+Ta/(1+ρ) …(5)
さらに、先に示した式(1)から角加速度βs、βc、βrの間には次式(6)の関係が成立する。
βc=(βr+ρβs)/(1+ρ) …(6)
【0024】
式(3)〜(6)がプラネタリギヤ120の回転状態を与える方程式である。式(6)に代えて式(1)を用いても良い。これらの4つの方程式において、変数はβs、βc、βr、Ts、Tc、TrおよびTaの7つである。従って、これら7つの変数のうち、独立な3つの変数が特定されれば、プラネタリギヤ120の回転状態が一義的に定義される。
【0025】
ここで、エンジンを始動する場合など、エンジンおよび電動機MG1の回転数が大きく変化するような過渡期においては、上式から明らかな通り、その変化率による影響が非常に大きく現れる。かかる過渡期においては、エンジンおよび電動機MG1から出力されるトルクの一部は、エンジンおよび電動機MG1からなる系の回転数を変化させるのに費やされ、一種のトルク損失を生じる。上式を用いれば、かかるトルク損失をも考慮して駆動軸112に出力されるトルクを求めることが可能である。
【0026】
上式の演算には、電動機MG1およびエンジンの回転数を検出する必要がある。しかしながら、電動機MG1およびエンジンの回転数を精度良く検出することは困難であった。例えば、時間遅れを含んだ状態で両者の回転数が検出されれば、上式の演算結果はその遅れに応じた誤差を含むことになる。当然、回転数の検出誤差自体も包含される。また、電動機MG1は正負双方に回転する可能性があるため、回転数が比較的低い状態では、正負いずれの方向への回転かを特定できない場合もある。こうした種々の原因により、上式を用いた演算では過渡期において、駆動軸に出力されるトルクを十分な精度で求めることができなかった。また、上式は、非常に演算量が多いため、実際のトルク変動に十分追随して制御を行うことが困難であるという課題も招いていた。
【0027】
これらの要因を十分回避して精度良く出力トルクを求めるためには、センサ数の増加や演算回路の高速化が要求される。本発明者は、詳細な検討および実験の結果、上式を用いて十分な精度で出力トルクを演算する場合、制御装置は非常に複雑、高価な構成となることを見いだした。本発明は、一見、コストの増加および信頼性の低下につながると考えられるトルクセンサの使用が、トルク損失による影響も反映して電動機MG2の運転を制御するためには最も容易かつ最善の手段であるとの知見に基づいてなされたものである。
【0028】
以上の説明は、図1の構成のハイブリッド車両を例にとって行った。エンジン等の慣性による影響は、いかなる構成のハイブリッド車両でも同様に生じる。演算により出力トルクを求める困難さは、他の構成からなるハイブリッド車両でも同様である。
【0029】
本発明のハイブリッド車両によれば、先に説明した通り、トルクセンサにより、動力の伝達経路のトルクを、その変動に十分追随して検出することができる。検出されたトルクは、慣性によるトルク損失の影響が含まれた値である。トルクセンサにより検出された値には、当然、誤差が含まれるが、従来の演算誤差に比較すれば制御上の影響は非常に小さい。既に慣性による影響が含まれたトルクが検出されるため、非常に単純な演算によって電動機の目標トルクを設定することが可能となる。これらの作用により、本発明のハイブリッド車両によれば、駆動軸に出力されるトルクを適切に制御することができる。従って、ハイブリッド車両の振動等を抑制することができ、乗り心地および応答性を向上することができる。
【0030】
本発明のハイブリッド車両において、
前記エンジン制御手段は、前記車両の運転状態および該目標回転状態が所定の状態にある場合に前記エンジンの始動または停止を行う手段であり、
前記動力調整装置制御手段は、前記エンジンを始動または停止するためのモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を運転する手段であり、
前記出力トルク特定手段は、該動力調整装置が前記モータリングトルクを出力することにより、前記駆動軸に出力される反力トルクを特定する手段であるものとすることが望ましい。
【0031】
かかるハイブリッド車両では、動力調整装置からモータリングトルクを出力してエンジンの始動および停止を行う。始動時にはエンジンの回転数を増大する向きのトルクを出力し、停止時にはその逆向きのトルクを出力する。先に説明した通り、エンジンの始動および停止時には、エンジンその他の回転数が大きく変動するため、その反力トルクとして駆動軸に出力されるトルクの変動が大きく現れる。かかる変動は、ハイブリッド車両の乗員に非常に感知されやすいため、車両の乗り心地を大きく損ねる。上記構成のハイブリッド車両によれば、電動機の運転を制御して、エンジンの始動および停止時の反力トルクを適切に相殺することができる。従って、ハイブリッド車両の乗り心地を大きく改善することができる。
【0032】
また、エンジンの始動および停止時に適用する場合においては、さらに、
該車両が停車中であるか否かを判定する停車状態判定手段を備え、
前記回転状態設定手段は、停車中と判定された場合には、前記目標回転状態として、該駆動軸のトルクおよび回転数を値0に設定する手段であり、
停車中と判定された場合に、前記出力トルク特定手段および前記電動機制御手段を用いた制御を実行する停車制御手段を備えるものとしてもよい。
【0033】
停車中は車軸に出力されるトルクを一定に維持する必要がある。平坦な場所で停車中であればトルクは値0で一定に維持されるし、上り坂などでは勾配に応じた正の値で一定に維持される。いずれの場合であっても車軸に出力されるトルクが変動すれば車両は振動する。一般に、停車中、乗員は車両の振動に対して非常に敏感である。本発明のハイブリッド車両はエンジンの始動および停止時に車両に生じるトルクショックを抑制することができるため、特に停車中に有効性が高い。
【0034】
なお、停車中であるか否かの判断は、例えばシフトポジションが停車中にのみ使われるパーキングレンジなどの位置にあるか否かで判断することも可能である。また、前記判定手段は、車速に基づいて車両が停止しているか否かを特定するものとすることもできる。
【0035】
本発明のハイブリッド車両において、動力調整装置は、種々の構成を適用することができるが、特に、発電機と、3つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジン並びに駆動軸に結合されたプラネタリギヤを備える装置であるものとすることが好ましい。例えば、図1に示した構成である。図1中の電動機MG1が発電機に相当する。但し、プラネタリギヤの各軸とエンジン、発電機、電動機は、種々の組合せで結合させることができる。かかる構成のハイブリッド車両では、慣性による出力トルクへの影響が現れやすいため、本発明を特に有効に適用することができる。
【0036】
但し、動力調整装置は、上述の構成に限られるものではない。その他種々の構成を適用可能であり、例えば、対ロータ電動機を用いた構成としてもよい。対ロータ電動機とは、同軸周りに相対的に回転可能なインナロータおよびアウタロータを備える電動機をいう。かかる電動機は、コイルへの通電を制御して、両者の磁気的な結合を調整することにより、一方のロータから他方のロータに伝達される動力の大きさを調整することができる。
【0037】
本発明のハイブリッド車両において、トルクは種々の部位で検出することが可能である。
第1の部位として、
前記トルクセンサは、前記伝達経路において前記エンジンおよび動力調整装置から前記電動機に伝達されるトルクを特定可能な位置に備えるものとすることができる。
【0038】
エンジンから出力された動力が駆動軸に伝達されるまでの伝達経路において、エンジン側を上流側、駆動軸側を下流側と呼ぶものとすれば、上記構成は、電動機の上流側でトルクを検出するものと同等である。具体的な部位は、種々の設定が可能であり、電動機に伝達されるトルクを直接検出するものとしてもよい。エンジンの出力軸のトルクを検出するものとしてもよい。動力調整装置が、プラネタリギヤと発電機の組合せで構成される場合には、発電機から出力されるトルクを検出するものとしてもよい。
【0039】
かかる部位でトルクを検出すれば、目標回転状態に応じたトルクを出力するために電動機で出力すべきトルクを容易に求めることが可能となる。かかるトルクに基づいて電動機の運転を制御すれば、駆動軸からの出力トルクを適切に制御することができる。なお、上記構成によれば、電動機の制御としては、いわゆる開ループでの制御を適用することができるため、制御が比較的容易になり、高速での処理が可能である利点もある。
【0040】
第2の部位として、
前記トルクセンサは、前記伝達経路において前記エンジン、動力調整装置および電動機から前記駆動軸に出力されるトルクを特定可能な位置に備えるものとすることができる。
【0041】
上記構成は、電動機の下流側でトルクを検出するものと同等である。かかる構成によれば、駆動軸に出力されるトルクを直接検出することができ、駆動軸に出力されるトルクをより適切に制御することが可能となる。
【0042】
電動機の下流側にトルクセンサを用いた場合には、
前記電動機制御手段は、前記トルクセンサにより検出されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機の運転をフィードバック制御する手段であるものとすることが望ましい。
こうすれば、駆動軸から出力されるトルクを、より適切に目標トルクに一致させることができる。なお、フィードバック制御は、上記偏差に基づく比例積分制御など種々の態様で行うことが可能である。
【0043】
本発明は、ハイブリッド車両として構成する他、該ハイブリッド車両の制御方法として構成することもできる。
本発明の制御方法は、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
(a) 該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
(b) 前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
(c) 前記モータリングトルクの反力トルクとして前記電動機に伝達されるトルクをトルクセンサを用いて特定する工程と、
(d) 前記電動機の目標トルクとして、該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償するトルクを設定する工程と、
(e) 該特定されたトルクを出力するように前記電動機の運転を制御する工程とを備える制御方法である。
【0044】
また、
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
(a) 該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
(b) 前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
(c) 前記動力調整装置および前記電動機により前記駆動軸に伝達されるトルクをトルクセンサを用いて特定する工程と、
(d) 前記特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機をフィードバック制御する工程とを備える制御方法としてもよい。
【0045】
これらの制御方法によれば、先にハイブリッド車両で説明したのと同様の作用により、駆動軸に出力されるトルクを適切に制御することができ、車両の乗り心地や応答性を向上することができる。もちろん、これらの制御方法においても、先にハイブリッド車両で説明した種々の付加的な要素を適用することが可能であることは言うまでもない。また、上述の例では、エンジンの始動および停止時を対象とする制御方法を示したが、本発明は、これに限らず、その他の運転状態についても適用可能である。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
(1)実施例の構成:
本発明の実施例としてのハイブリッド車両の構成を説明する。図1はこのハイブリッド車両の動力を出力する動力系統の構成を示す説明図である。動力系統に備えられたエンジン150は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト156を回転させる。エンジン150の運転はEFIECU170により制御されている。EFIECU170は内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、エンジン150の燃料噴射量その他の制御を実行する。
【0047】
動力系統には、他にモータMG1,MG2が備えられている。モータMG1,MG2は同期電動機であり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ132,142と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ133,143とを備える。ステータ133,143はケース119に固定されている。モータMG1,MG2のステータ133,143に巻回された三相コイルは、それぞれ駆動回路191,192を介してバッテリ194に接続されている。駆動回路191,192は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを2つ1組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路191,192は制御ユニット190に接続されている。制御ユニット190からの制御信号によって駆動回路191,192のトランジスタがスイッチングされるとバッテリ194とモータMG1,MG2との間に電流が流れる。モータMG1,MG2はバッテリ194からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし(以下、この走行状態を力行と呼ぶ)、ロータ132,142が外力により回転している場合には三相コイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ194を充電することもできる(以下、この走行状態を回生と呼ぶ)。
【0048】
エンジン150とモータMG1,MG2はそれぞれプラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、サンギヤ121,リングギヤ122,プラネタリピニオンギヤ123を有するプラネタリキャリア124から構成されている。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン150のクランクシャフト156はダンパ130を介してプラネタリキャリア124に結合されている。ダンパ130はクランクシャフト156に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータMG1のロータ132は、サンギヤ121に結合されている。モータMG2のロータ142は、リングギヤ軸118に結合されている。リングギヤ軸118およびモータMG2の動力は、駆動軸112に伝達され、ディファレンシャルギヤ114を介して車軸116および車輪に伝達される。
【0049】
実施例のハイブリッド車両の運転全体は制御ユニット190により制御されている。制御ユニット190は、EFIECU170と同様、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット190はEFIECU170と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット190は、エンジン150の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をEFIECU170に送信することにより、エンジン150の運転を間接的に制御することができる。また、駆動回路191,192のスイッチングを制御することにより、モータMG1,MG2の運転を直接制御することができる。制御ユニット190はこうして、ハイブリッド車両全体の運転を制御している。かかる制御を実現するために制御ユニット190には、種々のセンサ、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ165、シフトレバーの位置を検出するシフトポジションセンサ166、モータMG1からサンギヤ121に出力されるトルクを検出するためのトルクセンサ167、車速センサ144、バッテリ194の残容量を検出するセンサなどが設けられている。
【0050】
プラネタリギヤ120の動作については、既に説明した通りである。サンギヤ121、リングギヤ122、プラネタリキャリア124のうち2つの回転状態が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まる。各回転軸の回転数は、先に示した式(1)で表される。
【0051】
トルクについては、先に示した式(3)〜(6)で表される。但し、それぞれのギヤの慣性を無視した場合には、サンギヤのトルクTs、リングギヤのトルクTr、およびプラネタリキャリアのトルクTcの大きさにつき、それぞれ次式(7)が成立する。本実施例では、式(1)および式(7)を用いてハイブリッド車両の制御を行う。
Ts=ρ・Tc/(1+ρ)
Tr=Tc/(1+ρ) …(7)
【0052】
本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ120の作用に基づいて、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、エンジン150を停止したまま、モータMG2を力行することにより車軸116に動力を伝達して走行する。同様にエンジン150をアイドル運転したまま走行することもある。
【0053】
ハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御ユニット190はモータMG1を力行して出力されるトルクによってエンジン150をモータリングして始動する。このとき、モータMG1の反力トルクがプラネタリギヤ120を介してリングギヤ122にも出力される。制御ユニット190はこの反力トルクを相殺しつつ要求動力を車軸116から出力するようにモータMG2の運転を制御する。
【0054】
エンジン150が運転している状態では、その動力を種々の回転数およびトルクの回転状態に変換して車軸116から出力し、走行する。エンジン150を運転してプラネタリキャリア軸を回転させると、上式(1)、(7)を満足する条件下で、サンギヤ121およびリングギヤ122が回転する。リングギヤ軸118側に伝達された動力は車輪に伝達される。サンギヤ121の回転による動力はモータMG1で電力として回生される。一方、モータMG2を力行すれば、駆動軸112を介して車軸116に動力を出力することができる。エンジン150からリングギヤ軸118に伝達されるトルクが不足する場合にはモータMG2を力行することによりトルクをアシストする。モータMG2を力行するための電力にはモータMG1で回生した電力およびバッテリ194に蓄えられた電力を用いる。制御ユニット190は車軸116から出力すべき要求動力に応じてモータMG1,MG2の運転を制御する。
【0055】
プラネタリギヤ120は、リングギヤ122が停止した状態で、プラネタリキャリア124およびサンギヤ121を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもエンジン150は運転可能である。例えば、バッテリ194の残容量が少なくなれば、エンジン150を運転し、モータMG1を回生運転することにより、バッテリ194を充電することができる。車両が停止しているときにモータMG1を力行すれば、そのトルクによってエンジン150をモータリングし、始動することができる。このとき、制御ユニット190はモータMG2を制御して、モータMG1の反力トルクを相殺する。
【0056】
(2)トルク制御処理:
次に、本実施例におけるトルク制御処理について説明する。トルク制御処理とは、エンジン150およびモータMG1、MG2を制御して、要求されたトルクおよび回転数からなる動力を駆動軸112から出力する処理をいう。図3はトルク制御処理のフローチャートである。このルーチンは制御ユニット190内のCPU(以下、単にCPUという)によって、タイマ割り込みにより所定時間毎に繰り返し実行される。
【0057】
トルク制御ルーチンが開始されると、CPUは最初に走行状態判定処理を実行する(ステップS10)。先に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン、モータMG1,MG2を種々の状態で運転して、走行することができる。三者の運転状態は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて使い分けられる。かかる使い分けをするために、CPUはトルク制御ルーチンが開始されると、車両の走行状態を判定するのである。
【0058】
図4は走行状態判定処理ルーチンのフローチャートである。この処理では、CPUは、まずシフトポジションを入力する(ステップS20)。シフトポジションは図1に示したシフトポジションセンサ166で検出することができる。本実施例では、シフトポジションとして、駐車時に使用するPレンジ、前進走行時に使用するDレンジ、Bレンジ、後進時に使用するRレンジ、およびニュートラルが用意されている。同時にCPUは車速およびアクセルペダルポジションやバッテリ残容量Schを入力する(ステップS20)。
【0059】
次に、CPUは以下の手順で車両の走行状態を判断する。まず、シフトポジションがPレンジであるか否かを判定する(ステップS30)。また、アクセルが全閉状態であり、かつ車速が所定の速度V1よりも小さいか否かを判定する(ステップS35)。これらの条件のうち一方を満たしていれば、停車中であると判定する(ステップS40)。判定結果は走行状態を示す所定のフラグに停車中を意味するコードを入力することにより記憶される。
【0060】
所定の速度V1は車両が停車していると見て差し支えない程度の微速に予め設定されている。シフトポジションのみならず、車速をも用いて停車中であるか否かを判定することにより、Dレンジ、Bレンジなどのシフトポジションでブレーキを踏んで停車している場合も停車であると判定される。
【0061】
停車であると判定されたか否かに関わらず、CPUは、次にバッテリ194の残容量Schが所定の値CH1よりも小さいか否かを判定する(ステップS45)。残容量Schが所定の値CH1よりも小さい場合には、エンジン150が運転中であるか否かを判定し(ステップS50)、エンジンが運転していない場合には、バッテリ194を充電するためにエンジン150の始動をすべき走行状態であると判断する(ステップS55)。所定の値CH1は、バッテリ194の充電を開始するか否かの判断基準となる残容量の下限値である。
【0062】
ステップS45において、バッテリ194の残容量Schが所定の値Ch1以上である場合には、次に残容量Schが所定の値CH2よりも大きいか否かを判定する(ステップS60)。所定の値CH2よりも大きい場合には、次にエンジン150が停止しているか否かを判定し(ステップS65)、エンジンが停止していない場合には、エンジン150の停止をすべき走行状態であると判断する(ステップS70)。走行状態についての判定結果は、所定のフラグに記憶される。CPUは以上の処理を実行すると、走行状態判定処理ルーチンを終了し、トルク制御ルーチンに戻る。
【0063】
なお、実際には、走行状態判定処理ルーチンでは、他にも種々の走行状態を判定している。例えば、エンジンを運転せずに走行するEV走行、エンジンを始動するモードでの走行などの判定も行っている。これらの判定は、車速やバッテリ194の充電状態など種々の条件に基づいて判定される。かかる判定処理についての詳細な説明は省略する。
【0064】
走行状態が判定されると、CPUは駆動軸112の目標回転数Nd*、目標トルクTd*を設定する(ステップS100)。目標回転数Nd*およびトルクTd*は、現在の車速やアクセルの踏み込み量などに応じて設定される。こうして設定された目標回転数Nd*およびトルクTd*に基づいて、CPUはエンジン150の要求動力Pe*を設定する(ステップS110)。エンジン150の要求動力Pe*は、車両の走行状態に応じて異なる。走行状態は、走行状態判定処理で設定されたフラグに記憶されたコードによって検出することができる。車両が停車中やEV走行中の場合は、駆動軸112の目標回転数Nd*およびトルクTd*に関わらずエンジン150の要求動力Pe*は基本的には値0となる。但し、かかる場合であってもバッテリ194を充電する必要が生じた場合には、エンジン150の要求動力Pe*として充電に要する動力が設定される。
【0065】
ハイブリッド車両が通常走行している場合には、エンジン150の要求動力Pe*は、駆動軸112の目標回転数Nd*、トルクTd*の積で求められる走行動力と、バッテリ194から充放電される電力と、補機の駆動に要する電力との総和により求められる。例えば、バッテリ194から余剰の電力を放電する必要がある場合には、エンジン150への要求動力Pe*をその分減少させることができる。また、エアコンなどの補機を動作させる場合には、走行動力の他に補機用の電力に相当する動力をエンジン150から余分に出力する必要がある。
【0066】
こうしてエンジン150への要求動力Pe*が設定されるとCPUはエンジン150の運転ポイント、即ち目標回転数Ne*、目標トルクTe*を設定する(ステップS120)。エンジン150の運転ポイントは、基本的には運転効率が最もよくなる運転ポイントをマップから選択することにより設定される。
【0067】
図5はエンジン150の運転ポイントと運転効率の関係を示す説明図である。図中の曲線Bは、エンジン150が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示している。図5においてα1%、α2%等で示される曲線は、それぞれエンジン150の効率が一定となる等効率線であり、α1%、α2%の順に効率が低くなっていくことを示している。図5に示す通り、エンジン150は比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。
【0068】
図5中、C1−C1、C2−C2、およびC3−C3で示されている曲線は、エンジン150から出力される動力が一定の曲線であり、エンジン150の運転ポイントは要求動力に応じてこれらの曲線上で選択することになる。C1−C1、C2−C2、C3−C3の順に要求動力が低い状態を示している。例えば、エンジン150への要求動力Pe*が曲線C1−C1で表される動力に相当する場合、エンジン150の運転ポイントは、曲線C1−C1上で運転効率が最も高くなるA1点に設定される。同様にC2−C2曲線上ではA2点に、C3−C3曲線上ではA3点で運転ポイントを選択する。図6は動力一定の曲線上における、エンジン150の回転数と運転効率の関係を示す説明図である。なお、図6中の曲線は、説明の便宜上、図5中の3本の曲線C1,C2,C3を例示しているが、要求出力に応じて無数に引くことができる曲線であり、エンジン150の運転ポイントA1点等も無数に選択することができるものである。このようにエンジン150の運転効率の高い点をつなぐことにより描いた曲線が図5中の曲線Aであり、これを動作曲線と呼ぶ。
【0069】
エンジン150の要求動力Pe*が値0である場合、エンジン150は停止またはアイドル走行状態となる。例えばハイブリッド車両がモータMG2からの動力のみで走行する場合や、降坂時などがかかる走行状態に該当する。エンジン150が停止するかアイドル運転となるかについては、エンジン150の暖機の要否およびエンジン回転数と駆動軸112の回転数との関係などに応じて設定されている。
【0070】
以上の処理により設定されたエンジン150の運転ポイントに基づいて、CPUはモータMG1の目標回転数N1*,トルクT1*を設定する(ステップS130)。エンジン150、即ちプラネタリキャリア124の目標回転数Ne*と、駆動軸112の目標回転数Nd*が設定されているため、上式(1)によって、サンギヤ121つまりモータMG1の目標回転数N1*を設定することができる。
【0071】
モータMG1の目標トルクT1*の設定は、ハイブリッド車両の走行状態に応じて異なる。ハイブリッド車両が停車中である場合やEV走行している場合には、モータMG1の目標トルクT1*は値0となる。エンジン始動時、つまりモータMG1でエンジン150をモータリングするとき、エンジン150の回転数が自立運転に適した所定の回転数に達するまでは、モータMG1の目標トルクT1*は開ループ制御が行われ、予め定められた値に設定される。エンジンの運転を停止する場合も同様に開ループ制御が行われ、予め定められた値に設定される。この値をモータリングトルクと呼ぶものとする。
【0072】
エンジン150が自立運転している状態では、モータMG1の目標トルクT1*は基本的にはいわゆる比例積分制御によって設定される。モータMG1の現在の回転数と、上述の目標回転数N1*との偏差に基づいて目標トルクT1*を設定するのである。現在の回転数が目標回転数N1*よりも低い場合には目標トルクT1*は正のトルクとなるし、逆の場合には負のトルクとなる。トルクT1*を設定する際に用いられるゲインは、実験などにより設定可能である。
【0073】
CPUは以上の処理で設定されたエンジン150の運転ポイントおよびモータMG1の運転ポイントに基づいてモータMG2の運転ポイント、つまり目標回転数N2*、目標トルクT2*を設定する(ステップS200)。モータMG2の目標回転数N2*は駆動軸112の目標回転数Nd*と等しい。
【0074】
目標トルクT2*は車軸116への目標トルクTd*およびモータMG1からの反力トルクなどに基づいて、MG2目標トルク設定処理ルーチンにより設定される。図7はMG2目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。この処理では、CPUは駆動軸112の目標トルクTd*を入力する(ステップS202)。
【0075】
MG2の目標トルクは、エンジン150およびMG1からリングギヤ軸118に出力されるトルクstepを補償して目標トルクTd*を駆動軸112から出力するように設定される。本実施例では、車両の運転状態に応じて目標トルクの設定方法を変えている。運転状態に応じた設定方法を実行するために、CPUは車両が停車状態であるか否か(ステップS206)、エンジン150の始動または停止が指示されているか否か(ステップS208)を順次判定する。これらの条件の少なくとも一方を満足しない場合、CPUはMG1のトルク指令値、即ちトルク制御処理(図3)のステップS130で設定されたトルクT1*を入力する(ステップS210)。上記条件を共に満足する場合、CPUはMG1の出力トルクをトルクセンサ167により検出する(ステップS212)。
【0076】
次に、CPUは以下の手順でモータMG2の目標トルクT2*を設定する(ステップS214)。まず、MG1によるトルクTT1を先に示した式(7)のサンギヤトルクTsとして代入することにより、リングギヤ軸118に出力されるトルクstepを次式(8)により算出する。
step=TT1/ρ ・・・(8)
【0077】
ステップS210でMG1の目標トルクT1*を入力した場合には、その入力値をトルクTT1として用いる。ステップS212でMG1の出力トルクをセンサにより検出した場合には、その検出値をトルクTT1として用いる。モータMG2の目標トルクT2*は、駆動軸112の目標トルクTd*、およびトルクstepの差分、つまり「Td*−step」によって設定される。
【0078】
CPUはこうして設定された目標トルクT2*の絶対値がモータMG2の定格トルクTlimよりも大きいか否かを判定し(ステップS216)、これを超える場合には、目標トルクT2*の絶対値を定格トルクTlimに補正する(ステップS218)。以上でモータMG2の目標トルク設定処理を終了し、CPUはトルク制御ルーチンに戻る。
【0079】
こうして設定された運転ポイントに従って、CPUはモータMG1,MG2およびエンジン150の運転を制御する(図3のステップS210)。モータMG1,MG2は設定された目標回転数と目標トルクとに応じて各モータの三相コイルに印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路191,192のトランジスタのスイッチングを行うことで制御される。同期モータを制御する方法については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0080】
エンジン150についても、設定された運転ポイントで運転するための制御処理は周知であるため、ここでは説明を省略する。但し、実際にエンジン150の制御を行うのはEFIECU170である。従って、トルク制御ルーチンでのステップS700における処理では、制御ユニット190からEFIECU170にエンジン150の運転ポイント等の必要な情報を送信する処理が行われる。かかる情報を送信することにより制御ユニット190のCPUは間接的にエンジン150の運転を制御する。以上の処理によって本実施例のハイブリッド車両は、走行状態に応じて適切な動力を駆動軸112、ひいては車軸116から出力して走行することができる。また、車両の運転状態に応じてエンジンを適切に始動または停止することができる。
【0081】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、停車中にエンジン150を始動または停止する時のトルク変動を適切に抑制することができる。本実施例のハイブリッド車両では、停車中にエンジン150の始動または停止が行われる際には、トルクセンサ167の検出結果に基づいてモータMG2の目標トルクを設定する(図7のステップS206〜210参照)。
【0082】
エンジン150の始動および停止をする際には、エンジン150およびモータMG1の回転数が大きく変動する。かかる場合には、これらの慣性の影響により、モータMG1の出力トルクには、トルク損失が生じる。従って、トルク指令値と現実に出力されるトルクとは異なる値となる。トルク指令値に基づいてモータMG2の目標トルクT2*を設定する場合には、モータMG1の反力トルクを十分相殺することができず、車両に振動が生じる可能性がある。一方、本実施例のトルクセンサ167は、こうしたトルク損失も包含された現実の出力トルクが検出される。この検出値を基準としてモータMG2の目標トルクT2*を設定するため、本実施例のハイブリッド車両は、モータMG1の反力トルクを適切に相殺することができ、反力トルクに起因する車両の振動を抑制することができる。この結果、車両の乗り心地を向上することができる。本実施例のハイブリッド車両は、上述の作用により、乗員が車両の振動を敏感に感知しやすい停車中にその振動を抑制することができるため、乗り心地の改善効果が特に大きい。
【0083】
また、本実施例において、モータMG2の目標トルクは上式(8)に示した通り、非常に簡単な演算式により設定することができる。従って、本実施例のハイブリッド車両によれば、制御処理が非常に簡易となる利点もある。つまり、極端に高速処理可能なCPUを用いることによるコスト増を招くことなく、適切な制御を実現することができ、乗り心地を改善することができる利点もある。
【0084】
上述の実施例では、停車中において、エンジン150の始動および停止が行われた場合にのみトルクセンサによる検出値を用いた制御を実行する場合を例示した。もちろん、停車中であるか否かに関わらず、エンジン150の始動および停止が行われた場合に、トルクセンサによる検出値を用いた制御を行うものとすることもできる。さらに、車両の運転状態に関わらず、常にトルクセンサによる検出値を用いた制御を行うものとしてもよい。
【0085】
トルクセンサによりトルクを検出する処理(ステップS212)は、モータMG1のトルク指令値T1*を入力する処理(ステップS210)よりも時間を要するのが通常である。従って、慣性による影響が比較的小さい運転状態においては、トルク指令値T1*を用いて制御することが高速処理の観点からは好ましい。一方、エンジンが回転している通常の運転状態で、トルクセンサによる検出値を用いてモータMG2の目標トルクT2*を設定すれば、車両の応答性が向上する利点がある。例えば、アクセル開度を増した場合、エンジン150からの出力トルクの増大の遅れやモータMG1のトルク変化の遅れに伴い、実際にリングギヤ軸118に出力されるトルクの増大には若干の時間遅れが生じるのが通常である。トルクセンサの検出値を用いてモータMG2を制御すれば、エンジンおよびモータMG1から現実に出力されているトルクに基づいてモータMG2を制御する結果、こうした時間遅れによる影響を補償するトルクをモータMG2から出力可能となり、応答性を向上することができる。トルクセンサによる検出値を用いた制御と、モータMG1のトルク指令値を用いた制御とは、これらの特性を考慮して、運転状態に応じて種々の使い分けを行うことができる。
【0086】
本実施例において、トルクセンサを設ける位置は種々の設定が可能である。図8は変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。図1に示した構成では、サンギヤ121にトルクセンサ167を設けた。これに対し、変形例の構成では、エンジン150のクランクシャフト156にトルクセンサ167aを設ける点で相違する。その他のハードウェア構成は、図1に示した実施例と同じである。
【0087】
変形例のハイブリッド車両におけるトルク制御処理も実施例と同様である。変形例では、モータMG2の目標トルクを設定する処理(図7のステップS214)が実施例と以下の通り相違する。
【0088】
モータMG1のトルク指令値に基づいてモータMG2の目標トルクを設定する場合は、実施例のステップS214と同じ処理である。即ち、先に示した式(8)によりリングギヤ軸118に出力されるトルクstepを演算し、モータMG2の目標トルクT2*を設定する。これに対し、トルクセンサにより検出された値を用いる場合は、先に示した式(7)において、プラネタリキャリア軸のトルクTcに検出値TT2を代入し、以下の式(9)によりトルクstepを算出する。
step=TT2/(1+ρ) ・・・(9)
【0089】
プラネタリギヤ120の各ギヤ間のトルクは各瞬間ごとには静的な釣り合い状態が保たれている。従って、慣性の影響で生じるトルク損失は、サンギヤ121の部位のみならず、エンジン150のクランクシャフト156でも同様に計測することができる。両者の間には、精度および応答性に関し、何ら差違は生じない。従って、変形例の構成によっても、実施例と同様、駆動軸112に出力されるトルクを適切に制御することができる。トルクセンサを設ける部位は、これらに限らず、その他種々の設定が可能である。例えば、リングギヤ軸118に設けるものとしてもよい。
【0090】
(3)第2実施例:
次に、本発明の第2実施例について説明する。図9は第2実施例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。第1実施例(図1)および変形例(図8)では、エンジン150からモータMG2に動力が伝達されるまでの部位にトルクセンサを設けた。エンジン150から駆動軸112に至るまでの動力の伝達経路において、エンジン150側を上流側、駆動軸112側を下流側と呼ぶものとすれば、第1実施例はモータMG2よりも上流側のトルクをトルクセンサによって検出した。これに対し、第2実施例のハイブリッド車両では、モータMG2よりも下流側、即ち駆動軸112にトルクセンサ167bを設ける点で第1実施例と相違する。その他のハードウェア構成は、第1実施例と同じである。
【0091】
第2実施例のトルク制御処理も第1実施例(図3)と同様である。第2実施例では、モータMG2の目標トルクを設定する処理(図7のステップS214)が第1実施例と以下の通り相違する。図10はMG2目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【0092】
この処理では、CPUは、駆動軸の目標トルクTd*を入力する(ステップS202)。また、停車状態であるか否か、エンジンの始動または停止の指示がなされているか否かを判定する(ステップS204、S206)。ここまでの処理は第1実施例と同様である。
【0093】
上述のうち、いずれか一方の条件を満足しない場合には、モータMG1のトルク指令値T1*を入力し(ステップS210)、この値に基づいてモータMG2の目標トルクを設定する。設定方法は、第1実施例のステップS214と同じ処理である。即ち、先に示した式(8)によりリングギヤ軸118に出力されるトルクstepを演算し、モータMG2の目標トルクT2*を設定する。モータMG2の目標トルクT2*は開ループで設定されることになる。
【0094】
これに対し、ステップS204およびステップS206の双方の条件を満足する場合、即ち、停車状態においてエンジンの始動又は停止が行われる場合には、駆動軸112の出力トルクをトルクセンサ167bにより検出する(ステップS213)。そして、この検出値に基づいてモータMG2の目標トルクT2*を次の通り、フィードバック制御で設定する(ステップS215)。
【0095】
第2実施例では、典型的なフィードバック制御の手法である比例積分制御を用いてモータMG2の目標トルクT2*を設定する。つまり、駆動軸112に出力すべき目標トルクTd*とトルクセンサ167bにより検出されたトルクTdとの偏差に基づいて以下の式(10)により目標トルクT2*が設定される。
T2*=k1・(Td*−Td)+k2・Σ(Td*−Td) ・・・(10)
ここで、k1,k2はそれぞれ比例積分制御のゲインであり、適切な値を解析または実験的に設定することができる。
【0096】
こうしてハイブリッド車両の運転状態に応じて、それぞれモータMG2の目標トルクT2*を設定した後は、第1実施例と同様、設定された目標トルクT2*が定格値Tlimを超えないように上限ガードする処理(ステップS216,S218)を行ってMG2目標トルク設定処理ルーチンを終了する。トルク制御処理ルーチン(図3)では、かかる目標トルクに基づいて、モータMG2の運転が制御される。
【0097】
第2実施例のハイブリッド車両によれば、このようにモータMG2の目標トルクT2*をフィードバック制御することにより、駆動軸112に出力されるトルクを、より適切に目標トルクTd*に制御することができる。
【0098】
また、この制御は、停車中に特に有効に適用することができる。停車中には、エンジン150の始動または停止が行われた場合でも車軸116に回転が生じないことが望ましい。ここで、フィードバック制御により、かかる制御を実現する場合には、駆動軸112の回転数が値0となるように制御を行う場合と、駆動軸112のトルクが値0となるように制御を行う場合とが考えられる。駆動軸112の回転数は駆動軸112にトルクがかけられた結果生じる2次的な物理量である。また、回転数を制御量とするフィードバック制御では、駆動軸112に回転を生じてから、該回転を抑制するトルクが出力されるため、駆動軸112の回転を完全に抑止することができない。これに対し、第2実施例のハイブリッド車両によれば、駆動軸112のトルクを制御量としてフィードバック制御を行うため、非常に高い応答性で制御することができ、駆動軸112に生じるトルク変動および回転を極めて適切に抑制することができる。
【0099】
第2実施例では、比例積分制御によるフィードバック制御を行った場合を例示した。これに限らず種々のフィードバック制御を適用可能であることはいうまでもない。また、第1実施例と同様、運転状態に関わらず、停車状態であるか否かに関わらず、エンジンの始動または停止が行われる場合には、フィードバック制御を適用するものとしてもよい。更に、車両の運転状態に関わらずフィードバック制御を適用することも可能である。
【0100】
以上の実施例では、プラネタリギヤ120を用いた構成のハイブリッド車両を例示した。本発明は、かかる構成のみならず種々の構成のハイブリッド車両に適用可能である。当然、プラネタリギヤ120とエンジン、モータMG1,モータMG2とは、種々の態様で結合させた構成を採ることが可能である。また、プラネタリギヤ120と同様の作用、即ち3つの回転軸を有し、一の回転軸から入力された動力を残余の2つの回転軸に任意に分配して出力可能な作用を奏するその他の機構を採用することもできる。
【0101】
更に、以下に示す通り、プラネタリギヤ120とモータMG1の作用を一つの機構で実現する構成も可能である。図11は変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。変形例のハイブリッド車両では、プラネタリギヤ120およびモータMG1に代えて、クラッチモータCMを用いる点で第1実施例と相違する。
【0102】
クラッチモータCMとは、同軸周りに相対的に回転可能な2つのロータ、即ちインナロータ232とアウタロータ233とを有する対ロータ電動機である。本実施例では、インナロータ232にはモータMG2のロータと同様、永久磁石が貼付されており、アウタロータ233にはコイルが巻回されたモータを適用した。インナロータ232にはエンジン150のクランクシャフト156が結合されており、アウタロータ233にはモータMG2のロータが結合されている。アウタロータ233はまた駆動軸112にも機械的に結合される。
【0103】
クラッチモータCMは、コイルへの通電を駆動回路191で制御することにより、インナロータ232とアウタロータ233との磁気的な結合を制御することができる。駆動回路191は第1実施例と同様、トランジスタインバータで構成されている。かかる磁気的な結合によりエンジンから出力された動力を駆動軸112に伝達することができる。また、所定の滑りをもった状態でインナロータ232とアウタロータ233とを回転させることにより、滑り量に応じた電力を回生することができる。当然、バッテリ194から電力の供給を受けて、トルクを出力することも可能である。つまり、クラッチモータCMは、単体でプラネタリギヤ120とモータMG1の組合せと同等の作用を奏することができる。
【0104】
クラッチモータCMにおいても、慣性の影響によりトルク指令値と現実の出力トルクとの間にトルク損失が生じる場合がある。従って、トルクセンサにより現実のトルクを検出すれば、駆動軸112に出力されるトルクを適切に制御することが可能となる。この場合、トルクセンサは種々の部位に設けることができる。例えば、クランクシャフト156に設けるものとしてもよい(図中の部位A)。また、クラッチモータCMとモータMG2との間に設けるものとしてもよい(図中の部位B)。これらの部位に設けた場合には、モータMG2の目標トルクは開ループにより設定することになる(図7の素S214参照)。クラッチモータCMの場合は、作用反作用の原理に基づき、部位Aおよび部位Bのいずれで検出した場合でも、検出結果を直接、トルクstepとして用いることができる。
【0105】
トルクセンサは、更に駆動軸112に設けるものとしてもよい(図中の部位C)。かかる部位に設けた場合には、モータMG2の目標トルクはフィードバック制御により設定することになる(図10参照)。いずれの場合においても、実施例と同様、駆動軸112に出力されるトルクを適切に制御することが可能であり、ハイブリッド車両の乗り心地および応答性を向上することができる。
【0106】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施例では、ソフトウェアにより種々の制御を実行しているが、これらをハードウェアによって実現するものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】このハイブリッド車両の動力を出力する動力系統の構成を示す説明図である。
【図2】プラネタリギヤ120の模式図である。
【図3】トルク制御処理のフローチャート。
【図4】走行状態判定処理ルーチンのフローチャートである。
【図5】エンジン150の運転ポイントと運転効率の関係を示す説明図である。
【図6】動力一定の曲線上における、エンジン150の回転数と運転効率の関係を示す説明図である。
【図7】MG2目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図8】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図9】第2実施例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図10】MG2目標トルク設定処理ルーチンのフローチャートである。
【図11】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
112…駆動軸
114…ディファレンシャルギヤ
116…車軸
118…リングギヤ軸
119…ケース
120…プラネタリギヤ
121…サンギヤ
122…リングギヤ
123…プラネタリピニオンギヤ
124…プラネタリキャリア
130…ダンパ
132,142…ロータ
133,143…ステータ
144…車速センサ
150…エンジン
156…クランクシャフト
165…アクセルペダルポジションセンサ
166…シフトポジションセンサ
167、167a、167b…トルクセンサ
190…制御ユニット
191,192…駆動回路
194…バッテリ
232…インナロータ
233…アウタロータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid vehicle having an engine and an electric motor and capable of traveling using at least power output from the engine as a power source and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid vehicles including an engine and an electric motor have been proposed. Various configurations have been proposed as such hybrid vehicles, and one of them is a parallel hybrid vehicle. In a parallel hybrid vehicle, both engine power and motor power can be transmitted to the axle. A configuration example of a parallel hybrid vehicle is shown in FIG.
[0003]
The hybrid vehicle in FIG. 1 includes an engine 150 and electric motors MG1 and MG2. The three are mechanically coupled via the planetary gear 120. Planetary gear 120 is also called a planetary gear and has three rotating shafts coupled to the gears shown below. The gears constituting the planetary gear 120 are a sun gear 121 that rotates at the center, a planetary pinion gear 123 that revolves while rotating around the sun gear, and a ring gear 122 that rotates at the outer periphery thereof. The planetary pinion gear 123 is pivotally supported by the planetary carrier 124. In the hybrid vehicle of FIG. 1, the engine 150 is coupled to the planetary carrier 124. Electric motor MG1 is coupled to sun gear 121. Electric motor MG2 is coupled to ring gear 122. Ring gear 122 is coupled to drive shaft 112 and is coupled to axle 116 via differential gear 114.
[0004]
In the hybrid vehicle having such a configuration, the power output from the engine is distributed to two by the planetary gear 120. A part of it is transmitted to the drive shaft 112 as mechanical power. The remaining part is regenerated as electric power by the electric motor MG1. The power distribution ratio is determined based on the gear ratio of the planetary gear 120, and constant power corresponding to the vehicle speed is regenerated as electric power by the electric motor MG1. When the torque transmitted to the axle 116 is less than the required value, the insufficient torque is output from the electric motor MG2. Electric power regenerated by the electric motor MG1 is used for driving the electric motor MG2. With this action, the hybrid vehicle can travel by converting the power output from the engine into power having the torque and the rotational speed required for the axle 116. In addition, the hybrid vehicle can travel with the engine stopped using the power of the electric motor MG2.
[0005]
Further, such a hybrid vehicle can be started by driving the electric motor MG1 and motoring the engine regardless of whether the vehicle is stopped or traveling. In the hybrid vehicle having the above-described configuration, when torque for motoring the engine is output from the electric motor MG1, a part of the torque is transmitted to the drive shaft 112 through the planetary gear. The electric motor MG2 is controlled to cancel the reaction torque transmitted from the electric motor MG1 to the drive shaft 112 and output the required torque.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional hybrid vehicle, the torque output to the drive shaft 112 cannot be controlled with sufficient accuracy. For this reason, vibration may occur in the vehicle, and the ride comfort may be impaired, or the response of the vehicle may be impaired. Such a phenomenon is particularly remarkable in a transition period in which the rotational state of the engine and the electric motor changes greatly, such as when the engine is started. Further, in the hybrid vehicle, the influence of inappropriate torque output is particularly significant due to the following causes.
[0007]
A normal vehicle that uses only an engine as a power source includes a torque converter and a clutch that use fluid, and therefore, it is possible to suppress or avoid transmission of fluctuations in the rotational state of the engine to the axle. In a parallel hybrid vehicle, it is often unnecessary to provide a clutch or a torque converter because the power of the engine can be converted into power having a desired rotational speed and torque by an action using an electric motor. A power source composed of an engine and an electric motor is mechanically coupled to the axle, and fluctuations in the rotational state of the engine and the electric motor are directly transmitted to the drive shaft.
[0008]
Further, as described above, the hybrid vehicle can travel even when the engine is operated or stopped. Therefore, unlike a normal vehicle, the engine is frequently started and stopped according to the driving state of the vehicle even after the driving is started.
[0009]
For these reasons, in the hybrid vehicle, the influence on the ride comfort and responsiveness due to the fluctuation of the output torque to the drive shaft cannot be overlooked. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a technique for accurately controlling torque output to a drive shaft in a so-called parallel hybrid vehicle. In particular, there is provided a technique for outputting an appropriate torque to the drive shaft by offsetting the reaction force of the torque required for engine motoring at the start and stop of the engine that greatly affects the torque fluctuation output to the drive shaft. For the purpose.
[0010]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve at least a part of the above problems, the present invention employs the following configuration.
The hybrid vehicle of the present invention
An engine, a power adjusting device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotating shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A torque sensor for detecting rotational torque at at least one location on a transmission path for transmitting power from the engine to the drive shaft;
Rotation state setting means for setting a target rotation state of the drive shaft;
Engine control means for controlling the operation of the engine in accordance with the driving state of the vehicle and the target rotational state;
Power adjustment device control means for controlling the power adjustment device in accordance with the operating state and target rotation state of the engine;
Output torque specifying means for specifying torque output to the drive shaft based on a detection result by the torque sensor;
The gist of the invention is to provide a motor control means for controlling the operation of the motor by compensating for the deviation between the specified torque and the torque corresponding to the target rotational state.
[0011]
According to such a hybrid vehicle, the operation of the electric motor can be controlled based on the torque measured by the torque sensor. The torque sensor can detect fluctuations in rotational torque on the transmission path with a slight time delay. Therefore, according to the hybrid vehicle, the torque output to the drive shaft can be appropriately controlled without time delay or vibration, and the riding comfort of the hybrid vehicle can be improved or the responsiveness can be improved. it can.
[0012]
Various known torque sensors can be applied to the torque sensor itself provided in the hybrid vehicle of the present invention. In the case of a hybrid vehicle, since the rotating shaft constituting the power transmission path rotates at high speed, a so-called non-contact torque sensor is preferable. In particular, a sensor using a change in magnetic permeability that occurs when torque is applied to the rotating shaft is preferable from the viewpoint of accuracy and responsiveness.
[0013]
In a conventional vehicle using only an engine as a power source, there has been no concept of controlling the torque output from the drive shaft. That is, the engine is usually controlled to output power according to the accelerator opening, and as a result, a predetermined torque is output according to the rotational speed of the drive shaft. Therefore, in the conventional vehicle, there is no need to provide a torque sensor on the power transmission path from the engine to the drive shaft.
[0014]
On the other hand, the hybrid vehicle includes an electric motor as a power source in addition to the engine. The operation of the electric motor is performed based on the target rotation speed and the target torque. Therefore, in the hybrid vehicle, it is necessary to set the target rotational state of the drive shaft, that is, the target rotational speed and the target torque. A major feature of the hybrid vehicle is that the torque on the power transmission path becomes a parameter necessary for control in this way.
[0015]
On the other hand, in the case of a hybrid vehicle, the torque on the transmission path can be obtained by calculation. Conventionally, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost and improving the reliability of a hybrid vehicle, the torque on the transmission path is specified by calculation, and the target torque of the electric motor is set. No problems or limitations with this method were pointed out. As shown below, the inventor has identified problems and limitations when specifying torque on the transmission path by calculation, and in order to solve such problems, the torque on the transmission path is detected in real time by a torque sensor. I found that doing was the best way.
[0016]
Here, taking the hybrid vehicle having the configuration shown in FIG. 1 as an example, a method for identifying torque on the transmission path by calculation and its problems will be described. In the configuration shown in FIG. 1, planetary gear 120 and electric motor MG1 correspond to the power adjustment device of the present invention, and electric motor MG2 corresponds to the electric motor of the present invention.
[0017]
In the hybrid vehicle, the target torque of electric motor MG2 is set based on the difference between the required torque to be output from drive shaft 112 and the torque transmitted from electric motor MG1 and the engine to drive shaft 112. The torque to be output from the drive shaft 112 is set by multiplying the traveling torque to be output from the axle 116 by a coefficient corresponding to the gear ratio of the differential gear 114. The torque output from the motor MG1 and the engine to the drive shaft 112 can be calculated as follows based on the mechanical properties of the planetary gear 120 according to the rotation state of the motor MG1 and the engine.
[0018]
FIG. 2 is a schematic diagram of the planetary gear 120. When planetary gear 120 determines the number of rotations and torque of two rotation shafts among the three rotation shafts coupled to sun gear 121, ring gear 122, and planetary carrier 124 (hereinafter collectively referred to as the rotation state). It has a well-known property that the rotational state of the remaining rotating shaft is determined. It is known that the following equation (1) holds for the number of rotations of each rotating shaft.
[0019]
Nr = (1 + ρ) Nc−ρNs;
Nc = (Nr + ρNs) / (1 + ρ);
Ns = (Nc−Nr) / ρ + Nc; (1)
Here, Ns is the rotational speed of the sun gear shaft 125, Nr is the rotational speed of the ring gear shaft 126, and Nc is the rotational speed of the planetary carrier shaft. Further, ρ is a gear ratio between the sun gear 121 and the ring gear 122 as represented by the following equation.
ρ = number of teeth of sun gear 121 / number of teeth of ring gear 122
[0020]
On the other hand, the torque relationship is derived from the following equation of motion. First, variables are defined as shown in FIG. That is, the inertia ratio is represented by I, the angular acceleration is represented by β, the torque is represented by T, and the radius is represented by R. The sun gear 121 is “s”, the planetary carrier 124 is “c”, and the ring gear 122 is “r”. It shall be attached. Further, a reaction force acting between the ring gear 122 and the planetary pinion gear 123 is Fr, and a reaction force acting between the planetary pinion gear 123 and the sun gear 121 is Fs. Each inertia ratio means a value including not only the inertia ratio of the gear but also the inertia ratios of the motors MG1 and MG2 and the engine 150 coupled thereto.
[0021]
At this time, the equation of motion of each gear is expressed by the following equation (2).
Is · βs = Ts−3Rs · Fs;
Ic · βc = Tc + 3Rs · Fs−3Rr · Fr;
Ir · βr = Tr + 3Rr · Fr; (2)
[0022]
Here, it is considered that the planetary pinion gear 123 has an inertia ratio of approximately zero. At this time, since the moment acting on the planetary pinion gear 123 should be 0, Fs = −Fr. Further, the relationship between the previously used gear ratio ρ and radius is ρ = Rs / Rr. Further, Ta = 3 (Rs · Fs−Rr · Fr). This means torque acting on the sun gear 121 and the ring gear 122 from the planetary carrier 124 by the reaction forces Fs and Fr acting between the gears. Substituting these quantities into the above equation (2), the following equations (3) to (5) can be obtained.
[0023]
Is · βs = Ts−ρ · Ta / (1 + ρ) (3)
Ic · βc = Tc−Ta (4)
Ir · βr = Tr + Ta / (1 + ρ) (5)
Further, the relationship of the following equation (6) is established between the angular accelerations βs, βc, and βr from the equation (1) shown above.
βc = (βr + ρβs) / (1 + ρ) (6)
[0024]
Equations (3) to (6) are equations that give the rotation state of the planetary gear 120. Equation (1) may be used instead of equation (6). In these four equations, there are seven variables: βs, βc, βr, Ts, Tc, Tr and Ta. Therefore, if three independent variables among these seven variables are specified, the rotation state of the planetary gear 120 is uniquely defined.
[0025]
Here, in the transition period in which the engine and the electric motor MG1 change greatly, such as when the engine is started, the influence of the change rate appears very large as is apparent from the above equation. In such a transition period, a part of the torque output from the engine and the electric motor MG1 is consumed to change the rotational speed of the system including the engine and the electric motor MG1, and a kind of torque loss occurs. If the above equation is used, it is possible to obtain the torque output to the drive shaft 112 in consideration of such torque loss.
[0026]
For the above calculation, it is necessary to detect the rotational speeds of the electric motor MG1 and the engine. However, it has been difficult to accurately detect the rotational speeds of the electric motor MG1 and the engine. For example, if both rotation speeds are detected in a state including a time delay, the calculation result of the above equation includes an error corresponding to the delay. Of course, the rotation speed detection error itself is also included. In addition, since there is a possibility that the electric motor MG1 rotates in both positive and negative directions, it may not be possible to specify whether the rotation is in the positive or negative direction when the rotational speed is relatively low. Due to these various causes, the calculation using the above equation cannot determine the torque output to the drive shaft with sufficient accuracy during the transition period. Moreover, since the above equation has a large amount of calculation, there has been a problem that it is difficult to perform control sufficiently following actual torque fluctuation.
[0027]
In order to avoid these factors sufficiently and obtain the output torque with high accuracy, it is required to increase the number of sensors and increase the speed of the arithmetic circuit. As a result of detailed examination and experiment, the present inventor has found that when the output torque is calculated with sufficient accuracy using the above equation, the control device has a very complicated and expensive configuration. The present invention is the easiest and best way to control the operation of the electric motor MG2 by using the torque sensor, which seems to lead to an increase in cost and a decrease in reliability, at the same time reflecting the influence of torque loss. It was made based on the knowledge that there is.
[0028]
The above description has been made by taking the hybrid vehicle having the configuration of FIG. 1 as an example. The influence of the inertia of the engine or the like similarly occurs in any configuration of the hybrid vehicle. The difficulty of obtaining the output torque by calculation is the same in hybrid vehicles having other configurations.
[0029]
According to the hybrid vehicle of the present invention, as described above, the torque sensor can detect the torque of the power transmission path sufficiently following the fluctuation. The detected torque is a value including the influence of torque loss due to inertia. The value detected by the torque sensor naturally includes an error, but the influence on the control is very small as compared with a conventional calculation error. Since the torque that already includes the influence of inertia is detected, it is possible to set the target torque of the motor by a very simple calculation. With these actions, according to the hybrid vehicle of the present invention, the torque output to the drive shaft can be appropriately controlled. Therefore, vibrations and the like of the hybrid vehicle can be suppressed, and riding comfort and responsiveness can be improved.
[0030]
In the hybrid vehicle of the present invention,
The engine control means is means for starting or stopping the engine when the driving state of the vehicle and the target rotation state are in a predetermined state,
The power adjustment device control means is means for operating the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine,
The output torque specifying means is preferably means for specifying reaction force torque output to the drive shaft when the power adjusting device outputs the motoring torque.
[0031]
In such a hybrid vehicle, motoring torque is output from the power adjustment device to start and stop the engine. Torque is output in the direction that increases the engine speed at start-up, and reverse torque is output at stop. As described above, when the engine is started and stopped, the rotational speed of the engine and the like greatly fluctuates. Therefore, a fluctuation in the torque output to the drive shaft appears as a reaction torque. Such fluctuations are very easy to be detected by the passengers of the hybrid vehicle, so that the ride comfort of the vehicle is greatly impaired. According to the hybrid vehicle having the above configuration, the operation of the electric motor can be controlled to appropriately cancel the reaction torque when the engine is started and stopped. Therefore, the riding comfort of the hybrid vehicle can be greatly improved.
[0032]
In addition, in the case of application when starting and stopping the engine,
A stopping state determining means for determining whether or not the vehicle is stopped;
The rotational state setting means is means for setting the torque and the rotational speed of the drive shaft to a value of 0 as the target rotational state when it is determined that the vehicle is stopped.
When it is determined that the vehicle is stopped, a stop control unit that executes control using the output torque specifying unit and the electric motor control unit may be provided.
[0033]
It is necessary to keep the torque output to the axle constant while the vehicle is stopped. If the vehicle is stopped on a flat place, the torque is kept constant at a value of 0. On an uphill or the like, the torque is kept constant at a positive value corresponding to the gradient. In either case, the vehicle vibrates if the torque output to the axle fluctuates. In general, when the vehicle is stopped, the occupant is very sensitive to vehicle vibration. Since the hybrid vehicle of the present invention can suppress a torque shock generated in the vehicle when the engine is started and stopped, the hybrid vehicle is particularly effective when the vehicle is stopped.
[0034]
Note that whether or not the vehicle is stopped can be determined by determining whether or not the shift position is at a position such as a parking range that is used only when the vehicle is stopped. Further, the determination unit may specify whether or not the vehicle is stopped based on the vehicle speed.
[0035]
In the hybrid vehicle of the present invention, various configurations can be applied to the power adjustment device, and in particular, a generator and a planetary gear in which three rotating shafts are respectively coupled to the generator, the engine, and the drive shaft. It is preferable that it is an apparatus provided. For example, the configuration shown in FIG. The electric motor MG1 in FIG. 1 corresponds to a generator. However, each shaft of the planetary gear and the engine, generator, and motor can be combined in various combinations. In the hybrid vehicle having such a configuration, the influence of the inertia on the output torque is likely to appear, so that the present invention can be applied particularly effectively.
[0036]
However, the power adjustment device is not limited to the above-described configuration. Various other configurations can be applied. For example, a configuration using a counter-rotor motor may be used. The counter-rotor motor refers to an electric motor including an inner rotor and an outer rotor that are relatively rotatable around the same axis. Such an electric motor can adjust the magnitude of power transmitted from one rotor to the other rotor by controlling energization to the coil and adjusting the magnetic coupling between the two.
[0037]
In the hybrid vehicle of the present invention, torque can be detected at various sites.
As the first part,
The torque sensor may be provided at a position where the torque transmitted from the engine and the power adjustment device to the electric motor can be specified in the transmission path.
[0038]
If the engine side is called the upstream side and the drive shaft side is called the downstream side in the transmission path until the power output from the engine is transmitted to the drive shaft, the above configuration detects the torque on the upstream side of the motor. Is equivalent to The specific part can be set in various ways, and the torque transmitted to the electric motor may be directly detected. The torque of the output shaft of the engine may be detected. When the power adjustment device is configured by a combination of a planetary gear and a generator, the torque output from the generator may be detected.
[0039]
If the torque is detected at such a part, it is possible to easily obtain the torque to be output by the electric motor in order to output the torque corresponding to the target rotation state. If the operation of the electric motor is controlled based on such torque, the output torque from the drive shaft can be appropriately controlled. In addition, according to the said structure, since control of what is called an open loop can be applied as control of an electric motor, control is comparatively easy and there also exists an advantage that a high-speed process is possible.
[0040]
As the second part,
The torque sensor may be provided at a position where the torque output from the engine, the power adjustment device, and the electric motor to the drive shaft can be specified in the transmission path.
[0041]
The above configuration is the same as that for detecting torque on the downstream side of the electric motor. According to such a configuration, the torque output to the drive shaft can be directly detected, and the torque output to the drive shaft can be controlled more appropriately.
[0042]
When using a torque sensor on the downstream side of the motor,
The motor control means is preferably means for feedback-controlling the operation of the electric motor based on a deviation between the torque detected by the torque sensor and the torque corresponding to the target rotation state.
In this way, the torque output from the drive shaft can be more appropriately matched with the target torque. The feedback control can be performed in various modes such as proportional-integral control based on the deviation.
[0043]
In addition to being configured as a hybrid vehicle, the present invention can also be configured as a method for controlling the hybrid vehicle.
The control method of the present invention includes:
An engine, a power adjusting device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotating shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A control method for controlling the operation of a hybrid vehicle comprising:
(A) setting a target rotational state of the drive shaft;
(B) controlling the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine;
(C) specifying a torque transmitted to the electric motor as a reaction torque of the motoring torque using a torque sensor;
(D) setting a torque that compensates for a deviation between the specified torque and a torque according to the target rotation state as the target torque of the electric motor;
(E) controlling the operation of the electric motor so as to output the specified torque.
[0044]
Also,
An engine, a power adjusting device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotating shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A control method for controlling the operation of a hybrid vehicle comprising:
(A) setting a target rotational state of the drive shaft;
(B) controlling the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine;
(C) specifying a torque transmitted to the drive shaft by the power adjustment device and the electric motor using a torque sensor;
(D) It is good also as a control method provided with the process of feedback-controlling the said electric motor based on the deviation of the specified torque and the torque according to the said target rotation state.
[0045]
According to these control methods, it is possible to appropriately control the torque output to the drive shaft by the same action as described above for the hybrid vehicle, and to improve the riding comfort and responsiveness of the vehicle. it can. Of course, it is needless to say that various additional elements described above for the hybrid vehicle can also be applied to these control methods. In the above-described example, the control method for starting and stopping the engine has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other operating states.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
(1) Configuration of the embodiment:
A configuration of a hybrid vehicle as an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a power system that outputs the power of the hybrid vehicle. The engine 150 provided in the power system is a normal gasoline engine, and rotates the crankshaft 156. The operation of engine 150 is controlled by EFIECU 170. The EFIECU 170 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like inside. The CPU executes a fuel injection amount and other controls of the engine 150 in accordance with a program recorded in the ROM.
[0047]
The power system is further provided with motors MG1 and MG2. Motors MG1 and MG2 are synchronous motors, and include rotors 132 and 142 having a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface, and stators 133 and 143 wound with three-phase coils that form a rotating magnetic field. The stators 133 and 143 are fixed to the case 119. Three-phase coils wound around stators 133 and 143 of motors MG1 and MG2 are connected to battery 194 via drive circuits 191 and 192, respectively. The drive circuits 191 and 192 are transistor inverters each including two transistors as a switching element for each phase. The drive circuits 191 and 192 are connected to the control unit 190. When the transistors of drive circuits 191 and 192 are switched by a control signal from control unit 190, a current flows between battery 194 and motors MG1 and MG2. The motors MG1 and MG2 can operate as electric motors that are rotated by receiving power supplied from the battery 194 (hereinafter, this running state is referred to as power running), and the rotors 132 and 142 are rotated by external force. Can function as a generator that generates electromotive force at both ends of the three-phase coil to charge the battery 194 (hereinafter, this running state is referred to as regeneration).
[0048]
Engine 150 and motors MG1 and MG2 are mechanically coupled via planetary gear 120, respectively. The planetary gear 120 includes a planetary carrier 124 having a sun gear 121, a ring gear 122, and a planetary pinion gear 123. In the hybrid vehicle of this embodiment, the crankshaft 156 of the engine 150 is coupled to the planetary carrier 124 via the damper 130. The damper 130 is provided to absorb torsional vibration generated in the crankshaft 156. The rotor 132 of the motor MG1 is coupled to the sun gear 121. The rotor 142 of the motor MG2 is coupled to the ring gear shaft 118. The power of ring gear shaft 118 and motor MG2 is transmitted to drive shaft 112 and is transmitted to axle 116 and the wheels via differential gear 114.
[0049]
The entire operation of the hybrid vehicle of the embodiment is controlled by the control unit 190. The control unit 190 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like in the same manner as the EFIECU 170. The control unit 190 is connected to the EFIECU 170, and both can transmit various information. The control unit 190 can indirectly control the operation of the engine 150 by transmitting information such as a torque command value and a rotation speed command value necessary for controlling the engine 150 to the EFIECU 170. Further, by controlling the switching of the drive circuits 191 and 192, the operation of the motors MG1 and MG2 can be directly controlled. The control unit 190 thus controls the operation of the entire hybrid vehicle. In order to realize such control, the control unit 190 includes various sensors such as an accelerator pedal position sensor 165 for detecting the amount of accelerator depression by the driver, a shift position sensor 166 for detecting the position of the shift lever, a motor. A torque sensor 167 for detecting torque output from the MG 1 to the sun gear 121, a vehicle speed sensor 144, a sensor for detecting the remaining capacity of the battery 194, and the like are provided.
[0050]
The operation of the planetary gear 120 is as described above. When two rotation states of the sun gear 121, the ring gear 122, and the planetary carrier 124 are determined, the rotation states of the remaining rotation shafts are determined. The number of rotations of each rotating shaft is expressed by the equation (1) shown above.
[0051]
About torque, it represents with Formula (3)-(6) shown previously. However, when the inertia of each gear is ignored, the following equation (7) is established for the magnitudes of the sun gear torque Ts, the ring gear torque Tr, and the planetary carrier torque Tc. In the present embodiment, the hybrid vehicle is controlled using Expression (1) and Expression (7).
Ts = ρ · Tc / (1 + ρ)
Tr = Tc / (1 + ρ) (7)
[0052]
The hybrid vehicle of this embodiment can travel in various states based on the action of the planetary gear 120. For example, in a relatively low speed state where the hybrid vehicle has started to travel, the motor MG2 is powered while the engine 150 is stopped to travel by transmitting power to the axle 116. Similarly, the engine 150 may travel while idling.
[0053]
When the hybrid vehicle reaches a predetermined speed, the control unit 190 starts the motor 150 by motoring the engine MG1 with the torque output by powering the motor MG1. At this time, the reaction torque of the motor MG1 is also output to the ring gear 122 via the planetary gear 120. The control unit 190 controls the operation of the motor MG2 so as to output the required power from the axle 116 while canceling out the reaction torque.
[0054]
In a state where the engine 150 is in operation, the power is converted into rotational states of various rotational speeds and torques and output from the axle 116 to travel. When the engine 150 is operated to rotate the planetary carrier shaft, the sun gear 121 and the ring gear 122 rotate under conditions that satisfy the above expressions (1) and (7). The power transmitted to the ring gear shaft 118 side is transmitted to the wheels. The power generated by the rotation of the sun gear 121 is regenerated as electric power by the motor MG1. On the other hand, if the motor MG2 is powered, power can be output to the axle 116 via the drive shaft 112. When the torque transmitted from the engine 150 to the ring gear shaft 118 is insufficient, the torque is assisted by powering the motor MG2. As power for powering the motor MG2, power regenerated by the motor MG1 and power stored in the battery 194 are used. Control unit 190 controls the operation of motors MG1 and MG2 in accordance with the required power to be output from axle 116.
[0055]
The planetary gear 120 can rotate the planetary carrier 124 and the sun gear 121 while the ring gear 122 is stopped. Therefore, the engine 150 can be operated even when the vehicle is stopped. For example, when the remaining capacity of the battery 194 decreases, the battery 194 can be charged by operating the engine 150 and regenerating the motor MG1. If the motor MG1 is powered while the vehicle is stopped, the engine 150 can be motored by the torque and started. At this time, the control unit 190 controls the motor MG2 to cancel the reaction torque of the motor MG1.
[0056]
(2) Torque control processing:
Next, the torque control process in a present Example is demonstrated. The torque control process refers to a process of controlling the engine 150 and the motors MG1 and MG2 to output the power having the required torque and rotation speed from the drive shaft 112. FIG. 3 is a flowchart of the torque control process. This routine is repeatedly executed by a CPU (hereinafter simply referred to as a CPU) in the control unit 190 at predetermined intervals by a timer interrupt.
[0057]
When the torque control routine is started, the CPU first executes a running state determination process (step S10). As described above, the hybrid vehicle of the present embodiment can travel by driving the engine and motors MG1, MG2 in various states. The three driving states are used according to the driving state of the hybrid vehicle. In order to properly use the CPU, the CPU determines the running state of the vehicle when the torque control routine is started.
[0058]
FIG. 4 is a flowchart of a running state determination processing routine. In this process, the CPU first inputs a shift position (step S20). The shift position can be detected by the shift position sensor 166 shown in FIG. In this embodiment, a P range used during parking, a D range used during forward travel, a B range, an R range used during reverse travel, and a neutral are prepared as shift positions. At the same time, the CPU inputs the vehicle speed, the accelerator pedal position, and the remaining battery charge Sch (step S20).
[0059]
Next, the CPU determines the traveling state of the vehicle in the following procedure. First, it is determined whether or not the shift position is in the P range (step S30). Further, it is determined whether or not the accelerator is fully closed and the vehicle speed is lower than a predetermined speed V1 (step S35). If one of these conditions is satisfied, it is determined that the vehicle is stopped (step S40). The determination result is stored by inputting a code indicating that the vehicle is stopped to a predetermined flag indicating the running state.
[0060]
The predetermined speed V1 is set in advance so as to be a slight speed at which it can be seen that the vehicle is stopped. By determining whether the vehicle is stopped using not only the shift position but also the vehicle speed, it is determined that the vehicle is stopped even when the vehicle is stepped on the brake at the shift position such as the D range or the B range. The
[0061]
Regardless of whether or not it is determined that the vehicle is stopped, the CPU next determines whether or not the remaining capacity Sch of the battery 194 is smaller than a predetermined value CH1 (step S45). If the remaining capacity Sch is smaller than the predetermined value CH1, it is determined whether or not the engine 150 is in operation (step S50). If the engine is not in operation, the battery 194 is charged. It is determined that the engine 150 is in a traveling state in which the engine 150 should be started (step S55). The predetermined value CH1 is a lower limit value of the remaining capacity that is a criterion for determining whether to start charging the battery 194.
[0062]
If the remaining capacity Sch of the battery 194 is greater than or equal to the predetermined value Ch1 in step S45, it is next determined whether or not the remaining capacity Sch is greater than the predetermined value CH2 (step S60). If the engine value is larger than the predetermined value CH2, it is next determined whether or not the engine 150 is stopped (step S65). It is determined that there is (step S70). The determination result about the running state is stored in a predetermined flag. When the CPU executes the above processing, it ends the running state determination processing routine and returns to the torque control routine.
[0063]
Actually, in the traveling state determination processing routine, various other traveling states are determined. For example, determination is also made of EV traveling that travels without operating the engine, traveling in a mode that starts the engine, and the like. These determinations are made based on various conditions such as the vehicle speed and the state of charge of the battery 194. A detailed description of the determination process is omitted.
[0064]
When the traveling state is determined, the CPU sets the target rotational speed Nd * and the target torque Td * of the drive shaft 112 (step S100). The target rotational speed Nd * and torque Td * are set according to the current vehicle speed, the amount of depression of the accelerator, and the like. Based on the target rotational speed Nd * and torque Td * set in this way, the CPU sets the required power Pe * of the engine 150 (step S110). The required power Pe * of the engine 150 varies depending on the traveling state of the vehicle. The traveling state can be detected by a code stored in the flag set in the traveling state determination process. When the vehicle is stopped or traveling in EV, the required power Pe * of the engine 150 is basically 0 regardless of the target rotational speed Nd * and torque Td * of the drive shaft 112. However, even in such a case, when it is necessary to charge the battery 194, the power required for charging is set as the required power Pe * of the engine 150.
[0065]
When the hybrid vehicle is traveling normally, the required power Pe * of the engine 150 is charged / discharged from the battery 194 and the traveling power obtained by the product of the target rotational speed Nd * of the drive shaft 112 and the torque Td *. It is obtained by the sum of the electric power and the electric power required for driving the auxiliary machine. For example, when it is necessary to discharge surplus power from the battery 194, the required power Pe * to the engine 150 can be reduced accordingly. Further, when operating an auxiliary machine such as an air conditioner, it is necessary to output extra power from the engine 150 corresponding to electric power for the auxiliary machine in addition to the traveling power.
[0066]
When the required power Pe * for the engine 150 is set in this way, the CPU sets the operating point of the engine 150, that is, the target rotational speed Ne * and the target torque Te * (step S120). The operation point of the engine 150 is basically set by selecting from the map an operation point that provides the best operation efficiency.
[0067]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the operating point of the engine 150 and the operating efficiency. A curve B in the figure shows the rotation speed and torque limit values at which the engine 150 can operate. The curves indicated by α1%, α2%, etc. in FIG. 5 are isoefficiency lines at which the efficiency of the engine 150 is constant, and show that the efficiency decreases in the order of α1%, α2%. As shown in FIG. 5, the efficiency of the engine 150 is high at relatively limited operating points, and the efficiency gradually decreases at the surrounding operating points.
[0068]
In FIG. 5, the curves indicated by C1-C1, C2-C2, and C3-C3 are curves in which the power output from the engine 150 is constant, and the operating point of the engine 150 depends on the required power. Will be selected on the curve. The state where the required power is low is shown in the order of C1-C1, C2-C2, and C3-C3. For example, when the required power Pe * to the engine 150 corresponds to the power represented by the curve C1-C1, the operating point of the engine 150 is set to the A1 point where the operating efficiency is highest on the curve C1-C1. . Similarly, an operation point is selected at point A2 on the C2-C2 curve and at point A3 on the C3-C3 curve. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotational speed of the engine 150 and the operating efficiency on a curve with constant power. The curves in FIG. 6 illustrate the three curves C1, C2, and C3 in FIG. 5 for convenience of explanation, but are curves that can be drawn innumerably according to the required output. The driving point A1 can be selected innumerably. A curve drawn by connecting points with high operating efficiency of the engine 150 in this way is a curve A in FIG. 5, which is called an operation curve.
[0069]
When the required power Pe * of the engine 150 is 0, the engine 150 is stopped or in an idle running state. For example, this corresponds to a traveling state in which the hybrid vehicle travels only with the power from the motor MG2 or when the vehicle travels downhill. Whether the engine 150 is stopped or idling is set according to the necessity of warming-up of the engine 150 and the relationship between the engine speed and the rotational speed of the drive shaft 112.
[0070]
Based on the operation point of engine 150 set by the above processing, the CPU sets the target rotational speed N1 * and torque T1 * of motor MG1 (step S130). Since the target rotational speed Ne * of the engine 150, that is, the planetary carrier 124, and the target rotational speed Nd * of the drive shaft 112 are set, the target rotational speed N1 * of the sun gear 121, that is, the motor MG1, is calculated by the above equation (1). Can be set.
[0071]
Setting of target torque T1 * of motor MG1 varies depending on the traveling state of the hybrid vehicle. When the hybrid vehicle is stopped or EV traveling, the target torque T1 * of the motor MG1 is 0. When the engine 150 is started by the motor MG1, that is, when the engine 150 is motored, the target torque T1 * of the motor MG1 is subjected to open loop control until the engine 150 reaches a predetermined speed suitable for independent operation. , Is set to a predetermined value. Similarly, when the operation of the engine is stopped, the open loop control is performed and set to a predetermined value. This value is called motoring torque.
[0072]
In a state where the engine 150 is operating independently, the target torque T1 * of the motor MG1 is basically set by so-called proportional integral control. The target torque T1 * is set based on the deviation between the current rotational speed of the motor MG1 and the above-mentioned target rotational speed N1 *. When the current rotation speed is lower than the target rotation speed N1 *, the target torque T1 * is a positive torque, and when it is opposite, it is a negative torque. The gain used when setting the torque T1 * can be set by experiment.
[0073]
The CPU sets the operation point of the motor MG2, that is, the target rotational speed N2 * and the target torque T2 *, based on the operation point of the engine 150 and the operation point of the motor MG1 set by the above processing (step S200). The target rotational speed N2 * of the motor MG2 is equal to the target rotational speed Nd * of the drive shaft 112.
[0074]
The target torque T2 * is set by the MG2 target torque setting processing routine based on the target torque Td * to the axle 116 and the reaction torque from the motor MG1. FIG. 7 is a flowchart of the MG2 target torque setting processing routine. In this process, the CPU inputs the target torque Td * of the drive shaft 112 (step S202).
[0075]
The target torque of MG2 is set so that the torque step output from engine 150 and MG1 to ring gear shaft 118 is compensated and target torque Td * is output from drive shaft 112. In this embodiment, the target torque setting method is changed according to the driving state of the vehicle. In order to execute the setting method according to the driving state, the CPU sequentially determines whether or not the vehicle is stopped (step S206) and whether or not the engine 150 is instructed to start or stop (step S208). . If at least one of these conditions is not satisfied, the CPU inputs the torque command value of MG1, that is, the torque T1 * set in step S130 of the torque control process (FIG. 3) (step S210). When both the above conditions are satisfied, the CPU detects the output torque of MG1 by the torque sensor 167 (step S212).
[0076]
Next, the CPU sets the target torque T2 * of the motor MG2 by the following procedure (step S214). First, the torque step output to the ring gear shaft 118 is calculated by the following formula (8) by substituting the torque TT1 by MG1 as the sun gear torque Ts of the formula (7) shown above.
step = TT1 / ρ (8)
[0077]
When the target torque T1 * of MG1 is input in step S210, the input value is used as the torque TT1. When the output torque of MG1 is detected by the sensor in step S212, the detected value is used as the torque TT1. The target torque T2 * of the motor MG2 is set by the difference between the target torque Td * of the drive shaft 112 and the torque step, that is, “Td * −step”.
[0078]
The CPU determines whether or not the absolute value of the target torque T2 * set in this way is larger than the rated torque Tlim of the motor MG2 (step S216). If it exceeds this, the absolute value of the target torque T2 * is rated. The torque is corrected to Tlim (step S218). This completes the target torque setting process for the motor MG2, and the CPU returns to the torque control routine.
[0079]
The CPU controls the operation of the motors MG1 and MG2 and the engine 150 according to the operation points set in this way (step S210 in FIG. 3). In the motors MG1 and MG2, voltages to be applied to the three-phase coils of the respective motors are set according to the set target rotational speed and target torque. Depending on the deviation from the current applied voltage, the driving circuits 191 and 192 It is controlled by switching the transistor. Since the method of controlling the synchronous motor is well known, detailed description thereof is omitted here.
[0080]
Since control processing for operating the engine 150 at the set operation point is well known, the description thereof is omitted here. However, the EFIECU 170 actually controls the engine 150. Therefore, in the process in step S700 in the torque control routine, a process of transmitting necessary information such as an operation point of the engine 150 from the control unit 190 to the EFIECU 170 is performed. By transmitting such information, the CPU of the control unit 190 indirectly controls the operation of the engine 150. Through the above processing, the hybrid vehicle according to the present embodiment can travel by outputting appropriate power from the drive shaft 112 and thus the axle 116 in accordance with the traveling state. Further, the engine can be appropriately started or stopped according to the driving state of the vehicle.
[0081]
According to the hybrid vehicle of the present embodiment described above, it is possible to appropriately suppress torque fluctuation when starting or stopping the engine 150 while the vehicle is stopped. In the hybrid vehicle of this embodiment, when the engine 150 is started or stopped while the vehicle is stopped, the target torque of the motor MG2 is set based on the detection result of the torque sensor 167 (see steps S206 to 210 in FIG. 7). ).
[0082]
When starting and stopping engine 150, the rotational speeds of engine 150 and motor MG1 vary greatly. In such a case, torque loss occurs in the output torque of the motor MG1 due to the influence of these inertias. Therefore, the torque command value and the actually output torque are different values. When the target torque T2 * of the motor MG2 is set based on the torque command value, the reaction force torque of the motor MG1 cannot be sufficiently canceled out, and the vehicle may vibrate. On the other hand, the torque sensor 167 of the present embodiment detects an actual output torque including such torque loss. Since the target torque T2 * of the motor MG2 is set on the basis of this detected value, the hybrid vehicle of this embodiment can appropriately cancel the reaction force torque of the motor MG1, and the vehicle vibration caused by the reaction force torque Can be suppressed. As a result, the riding comfort of the vehicle can be improved. The hybrid vehicle according to the present embodiment is particularly effective in improving the ride comfort because the above-described operation can suppress the vibration while the occupant easily senses the vibration of the vehicle while the vehicle is stopped.
[0083]
In the present embodiment, the target torque of the motor MG2 can be set by a very simple arithmetic expression as shown in the above equation (8). Therefore, according to the hybrid vehicle of the present embodiment, there is an advantage that the control process is very simple. That is, there is an advantage that appropriate control can be realized and riding comfort can be improved without causing an increase in cost due to the use of a CPU capable of extremely high speed processing.
[0084]
In the above-described embodiment, the case where the control using the detected value by the torque sensor is executed only when the engine 150 is started and stopped while the vehicle is stopped. Of course, it is also possible to perform control using the detected value by the torque sensor when the engine 150 is started and stopped regardless of whether or not the vehicle is stopped. Furthermore, it is also possible to always perform control using the detection value by the torque sensor regardless of the driving state of the vehicle.
[0085]
The process of detecting torque by the torque sensor (step S212) usually takes more time than the process of inputting the torque command value T1 * of the motor MG1 (step S210). Therefore, in an operating state where the influence of inertia is relatively small, it is preferable from the viewpoint of high-speed processing to control using the torque command value T1 *. On the other hand, if the target torque T2 * of the motor MG2 is set using the detection value of the torque sensor in a normal driving state where the engine is rotating, there is an advantage that the responsiveness of the vehicle is improved. For example, when the accelerator opening is increased, there is a slight time delay in the increase in the torque actually output to the ring gear shaft 118 due to the delay in the increase in output torque from the engine 150 and the delay in the torque change of the motor MG1. It usually happens. If the motor MG2 is controlled using the detection value of the torque sensor, the motor MG2 is controlled based on the torque actually output from the engine and the motor MG1, and as a result, torque that compensates for the influence of such time delay is obtained from the motor MG2. Output becomes possible, and responsiveness can be improved. The control using the detection value by the torque sensor and the control using the torque command value of the motor MG1 can be used in various ways depending on the operating state in consideration of these characteristics.
[0086]
In this embodiment, the position where the torque sensor is provided can be variously set. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modification. In the configuration shown in FIG. 1, a torque sensor 167 is provided on the sun gear 121. On the other hand, the configuration of the modification is different in that a torque sensor 167a is provided on the crankshaft 156 of the engine 150. Other hardware configurations are the same as those of the embodiment shown in FIG.
[0087]
The torque control process in the hybrid vehicle of the modification is the same as that in the embodiment. In the modification, the process for setting the target torque of the motor MG2 (step S214 in FIG. 7) is different from the embodiment as follows.
[0088]
When setting the target torque of the motor MG2 based on the torque command value of the motor MG1, the process is the same as step S214 in the embodiment. That is, the torque step output to the ring gear shaft 118 is calculated by the equation (8) described above, and the target torque T2 * of the motor MG2 is set. On the other hand, when using the value detected by the torque sensor, the detected value TT2 is substituted into the planetary carrier shaft torque Tc in the equation (7) shown above, and the torque step is expressed by the following equation (9). calculate.
step = TT2 / (1 + ρ) (9)
[0089]
The torque between the gears of the planetary gear 120 is maintained in a static balanced state at each moment. Therefore, the torque loss caused by the influence of inertia can be measured not only on the sun gear 121 but also on the crankshaft 156 of the engine 150. There is no difference between the two in terms of accuracy and responsiveness. Therefore, the torque output to the drive shaft 112 can be appropriately controlled by the configuration of the modification as in the embodiment. The part where the torque sensor is provided is not limited to these, and various other settings are possible. For example, the ring gear shaft 118 may be provided.
[0090]
(3) Second embodiment:
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is an explanatory diagram showing the configuration of the hybrid vehicle as the second embodiment. In the first embodiment (FIG. 1) and the modification (FIG. 8), a torque sensor is provided at a site until power is transmitted from the engine 150 to the motor MG2. In the power transmission path from the engine 150 to the drive shaft 112, if the engine 150 side is referred to as the upstream side and the drive shaft 112 side is referred to as the downstream side, the torque of the first embodiment is higher than the motor MG2. Was detected by a torque sensor. In contrast, the hybrid vehicle of the second embodiment differs from the first embodiment in that a torque sensor 167b is provided on the downstream side of the motor MG2, that is, on the drive shaft 112. Other hardware configurations are the same as those in the first embodiment.
[0091]
The torque control process of the second embodiment is the same as that of the first embodiment (FIG. 3). In the second embodiment, the process for setting the target torque of the motor MG2 (step S214 in FIG. 7) differs from the first embodiment as follows. FIG. 10 is a flowchart of the MG2 target torque setting processing routine.
[0092]
In this process, the CPU inputs the target torque Td * of the drive shaft (step S202). Further, it is determined whether or not the vehicle is stopped, and whether or not an instruction to start or stop the engine is given (steps S204 and S206). The processing so far is the same as in the first embodiment.
[0093]
If any one of the above conditions is not satisfied, the torque command value T1 * of the motor MG1 is input (step S210), and the target torque of the motor MG2 is set based on this value. The setting method is the same process as step S214 of the first embodiment. That is, the torque step output to the ring gear shaft 118 is calculated by the equation (8) described above, and the target torque T2 * of the motor MG2 is set. The target torque T2 * of the motor MG2 is set in an open loop.
[0094]
On the other hand, when both conditions of step S204 and step S206 are satisfied, that is, when the engine is started or stopped in the stopped state, the output torque of the drive shaft 112 is detected by the torque sensor 167b (step S213). Based on the detected value, the target torque T2 * of the motor MG2 is set by feedback control as follows (step S215).
[0095]
In the second embodiment, the target torque T2 * of the motor MG2 is set using proportional integral control which is a typical feedback control technique. That is, the target torque T2 * is set by the following equation (10) based on the deviation between the target torque Td * to be output to the drive shaft 112 and the torque Td detected by the torque sensor 167b.
T2 * = k1 · (Td * −Td) + k2 · Σ (Td * −Td) (10)
Here, k1 and k2 are the gains of proportional integral control, and appropriate values can be set analytically or experimentally.
[0096]
After setting the target torque T2 * of the motor MG2 according to the driving state of the hybrid vehicle in this way, as in the first embodiment, the upper limit guard is performed so that the set target torque T2 * does not exceed the rated value Tlim. Processing (steps S216 and S218) is performed, and the MG2 target torque setting processing routine is terminated. In the torque control processing routine (FIG. 3), the operation of the motor MG2 is controlled based on the target torque.
[0097]
According to the hybrid vehicle of the second embodiment, the target torque T2 * of the motor MG2 is feedback-controlled as described above, so that the torque output to the drive shaft 112 can be more appropriately controlled to the target torque Td *. it can.
[0098]
This control can be applied particularly effectively while the vehicle is stopped. While the vehicle is stopped, it is desirable that the axle 116 does not rotate even when the engine 150 is started or stopped. Here, when realizing such control by feedback control, control is performed so that the rotational speed of the drive shaft 112 becomes 0, and control is performed so that the torque of the drive shaft 112 becomes 0. A case may be considered. The rotational speed of the drive shaft 112 is a secondary physical quantity generated as a result of torque applied to the drive shaft 112. Further, in the feedback control using the rotational speed as the control amount, since the torque for suppressing the rotation is output after the drive shaft 112 is rotated, the rotation of the drive shaft 112 cannot be completely prevented. On the other hand, according to the hybrid vehicle of the second embodiment, since the feedback control is performed using the torque of the drive shaft 112 as the control amount, the control can be performed with very high responsiveness, The rotation can be suppressed extremely appropriately.
[0099]
In the second embodiment, the case where feedback control by proportional-integral control is performed is illustrated. Needless to say, the present invention is not limited to this, and various feedback controls can be applied. Similarly to the first embodiment, feedback control may be applied when the engine is started or stopped regardless of whether the vehicle is stopped or not regardless of the driving state. Furthermore, it is also possible to apply feedback control regardless of the driving state of the vehicle.
[0100]
In the above embodiment, the hybrid vehicle having the configuration using the planetary gear 120 is illustrated. The present invention is applicable not only to such a configuration but also to hybrid vehicles having various configurations. Naturally, the planetary gear 120 and the engine, the motor MG1, and the motor MG2 can be configured to be combined in various modes. In addition, other mechanisms that have the same operation as the planetary gear 120, that is, have three rotating shafts, and can output power by arbitrarily distributing power input from one rotating shaft to the remaining two rotating shafts. It can also be adopted.
[0101]
Furthermore, as shown below, a configuration in which the operations of the planetary gear 120 and the motor MG1 are realized by one mechanism is also possible. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modification. The modified hybrid vehicle is different from the first embodiment in that a clutch motor CM is used instead of the planetary gear 120 and the motor MG1.
[0102]
The clutch motor CM is a counter-rotor motor having two rotors that can rotate relatively around the same axis, that is, an inner rotor 232 and an outer rotor 233. In this embodiment, a permanent magnet is affixed to the inner rotor 232 in the same manner as the rotor of the motor MG2, and a motor around which a coil is wound is applied to the outer rotor 233. The crankshaft 156 of the engine 150 is coupled to the inner rotor 232, and the rotor of the motor MG2 is coupled to the outer rotor 233. The outer rotor 233 is also mechanically coupled to the drive shaft 112.
[0103]
The clutch motor CM can control the magnetic coupling between the inner rotor 232 and the outer rotor 233 by controlling the energization of the coil with the drive circuit 191. The drive circuit 191 is composed of a transistor inverter as in the first embodiment. The power output from the engine can be transmitted to the drive shaft 112 by such magnetic coupling. In addition, by rotating the inner rotor 232 and the outer rotor 233 with a predetermined slip, it is possible to regenerate electric power according to the slip amount. Of course, it is also possible to receive torque from the battery 194 and output torque. That is, the clutch motor CM can exhibit the same function as the combination of the planetary gear 120 and the motor MG1 as a single unit.
[0104]
Even in the clutch motor CM, torque loss may occur between the torque command value and the actual output torque due to the influence of inertia. Therefore, if the actual torque is detected by the torque sensor, the torque output to the drive shaft 112 can be appropriately controlled. In this case, the torque sensor can be provided in various parts. For example, it may be provided on the crankshaft 156 (part A in the figure). Further, it may be provided between the clutch motor CM and the motor MG2 (part B in the figure). When these parts are provided, the target torque of the motor MG2 is set by an open loop (see element S214 in FIG. 7). In the case of the clutch motor CM, based on the principle of action and reaction, the detection result can be directly used as the torque step regardless of whether the detection is performed at the part A or the part B.
[0105]
The torque sensor may be further provided on the drive shaft 112 (part C in the figure). When provided in such a part, the target torque of the motor MG2 is set by feedback control (see FIG. 10). In any case, as in the embodiment, the torque output to the drive shaft 112 can be appropriately controlled, and the riding comfort and response of the hybrid vehicle can be improved.
[0106]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. It is. For example, in the above embodiment, various controls are executed by software, but these may be realized by hardware.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of a power system that outputs power of the hybrid vehicle.
FIG. 2 is a schematic diagram of a planetary gear 120. FIG.
FIG. 3 is a flowchart of torque control processing.
FIG. 4 is a flowchart of a running state determination processing routine.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between operating points of the engine 150 and operating efficiency.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotational speed of an engine 150 and operating efficiency on a curve with constant power.
FIG. 7 is a flowchart of an MG2 target torque setting processing routine.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modified example.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a second embodiment.
FIG. 10 is a flowchart of an MG2 target torque setting process routine.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modified example.
[Explanation of symbols]
112 ... Drive shaft
114 ... Differential gear
116 ... Axle
118 ... Ring gear shaft
119 ... Case
120 ... Planetary Gear
121 ... Sungear
122 ... Ring gear
123 ... Planetary pinion gear
124 ... Planetary Carrier
130 ... Damper
132, 142 ... rotor
133, 143 ... Stator
144: Vehicle speed sensor
150 ... Engine
156 ... Crankshaft
165 ... Accelerator pedal position sensor
166: Shift position sensor
167, 167a, 167b ... Torque sensor
190 ... Control unit
191 192 Drive circuit
194 ... Battery
232 ... Inner rotor
233 ... Outer rotor

Claims (10)

エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両であって、
前記エンジンから駆動軸まで動力を伝達する伝達経路上の少なくとも1カ所において回転トルクを検出するトルク検出手段と、
該駆動軸の目標回転状態を設定する回転状態設定手段と、
車両の運転状態および該目標回転状態に応じて前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転状態および目標回転状態に応じて前記動力調整装置を制御する動力調整装置制御手段と、
前記駆動軸に出力されるトルクを、前記エンジンの運転状態に応じて選択された前記トルク検出手段による検出結果と前記電動機に対するトルク指令値のいずれか一方に基づいて特定する出力トルク特定手段と、
該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償して前記電動機の運転を制御する電動機制御手段とを備えるハイブリッド車両。
An engine, a power adjustment device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotary shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A hybrid vehicle comprising:
Torque detecting means for detecting rotational torque at at least one location on a transmission path for transmitting power from the engine to the drive shaft;
Rotation state setting means for setting a target rotation state of the drive shaft;
Engine control means for controlling the operation of the engine in accordance with the driving state of the vehicle and the target rotational state;
Power adjustment device control means for controlling the power adjustment device in accordance with the operating state and target rotation state of the engine;
Output torque specifying means for specifying the torque output to the drive shaft based on one of the detection result by the torque detecting means selected according to the operating state of the engine and the torque command value for the motor ;
A hybrid vehicle comprising: electric motor control means for controlling the operation of the electric motor by compensating for the deviation between the specified torque and the torque corresponding to the target rotational state.
請求項1記載の発明であって、
前記出力トルク特定手段は、前記検出結果と前記トルク指令値との間の偏差が比較的に大きい運転状態であるとして予め設定された所定の運転状態においては前記検出結果を選択し、前記所定の運転状態以外の運転状態においては前記トルク指令値を選択し、
前記所定の運転状態は、前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも1つを含む運転状態であるハイブリッド車両。
The invention according to claim 1,
The output torque specifying means selects the detection result in a predetermined operation state set in advance as an operation state in which a deviation between the detection result and the torque command value is relatively large . In an operating state other than the operating state, select the torque command value ,
The predetermined operation state is a hybrid vehicle that is an operation state including at least one of starting the engine, stopping the engine, and an accelerator opening greater than a predetermined opening .
請求項1記載のハイブリッド車両であって、
前記エンジン制御手段は、前記車両の運転状態および該目標回転状態が所定の状態にある場合に前記エンジンの始動または停止を行う手段であり、
前記動力調整装置制御手段は、前記エンジンを始動または停止するためのモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を運転する手段であり、
前記出力トルク特定手段は、該動力調整装置が前記モータリングトルクを出力することにより、前記駆動軸に出力される反力トルクを前記トルク検出手段による検出結果に基づいて特定する手段であるハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 1,
The engine control means is means for starting or stopping the engine when the driving state of the vehicle and the target rotation state are in a predetermined state,
The power adjustment device control means is means for operating the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine,
The output torque specifying means is a means for specifying a reaction force torque output to the drive shaft based on a detection result by the torque detecting means when the power adjusting device outputs the motoring torque. .
請求項記載のハイブリッド車両であって、
該車両が停車中であるか否かを判定する停車状態判定手段を備え、
前記回転状態設定手段は、停車中と判定された場合には、前記目標回転状態として、該駆動軸のトルクおよび回転数を値0に設定する手段であり、
停車中と判定された場合に、前記出力トルク特定手段および前記電動機制御手段を用いた制御を実行する停車制御手段を備えるハイブリッド車両。
A hybrid vehicle according to claim 3 ,
A stopping state determining means for determining whether or not the vehicle is stopped;
The rotational state setting means is means for setting the torque and the rotational speed of the drive shaft to a value of 0 as the target rotational state when it is determined that the vehicle is stopped.
A hybrid vehicle comprising stop control means for executing control using the output torque specifying means and the electric motor control means when it is determined that the vehicle is stopped.
請求項1記載のハイブリッド車両であって、
前記動力調整装置は、発電機と、3つの回転軸がそれぞれ該発電機および前記エンジン並びに駆動軸に結合されたプラネタリギヤを備える装置であるハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 1,
The power adjustment device is a hybrid vehicle that is a device including a generator and a planetary gear in which three rotating shafts are respectively coupled to the generator, the engine, and a drive shaft.
請求項1記載のハイブリッド車両であって、
前記トルク検出手段は、前記伝達経路において前記エンジンおよび動力調整装置から前記電動機に伝達されるトルクを特定可能な位置に備えられることを特徴とするハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 1,
The hybrid vehicle according to claim 1, wherein the torque detection means is provided at a position where the torque transmitted from the engine and the power adjustment device to the electric motor can be specified in the transmission path.
請求項1記載のハイブリッド車両であって、
前記トルク検出手段は、前記伝達経路において前記エンジン、動力調整装置および電動機から前記駆動軸に出力されるトルクを特定可能な位置に備えられることを特徴とするハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 1,
The hybrid vehicle according to claim 1, wherein the torque detection means is provided at a position where the torque output from the engine, the power adjustment device, and the electric motor to the drive shaft can be specified in the transmission path.
請求項記載のハイブリッド車両であって、
前記電動機制御手段は、前記トルク検出手段により検出されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機の運転をフィードバック制御する手段であるハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 7 ,
The electric motor control means is a hybrid vehicle which is means for feedback-controlling the operation of the electric motor based on a deviation between the torque detected by the torque detection means and the torque corresponding to the target rotation state.
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
(a)該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
(b)前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
(c)前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも1つを含む予め設定された所定の条件においては前記モータリングトルクの反力トルクをトルク検出手段を用いて特定し、前記所定の条件以外の条件においては前記電動機に対するトルク指令値を用いて前記反力トルクを特定する工程と、
(d)前記電動機の目標トルクとして、該特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差を補償するトルクを設定する工程と、
(e)該特定されたトルクを出力するように前記電動機の運転を制御する工程とを備える制御方法。
An engine, a power adjusting device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotating shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A control method for controlling the operation of a hybrid vehicle comprising:
(A) setting a target rotational state of the drive shaft;
(B) controlling the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine;
(C) stopping the starting, the engine of the engine, and the torque reaction force torque of the motor ring torque in a preset predetermined condition comprises at least one of predetermined opening or the accelerator opening degree Specifying using a detection means, and specifying the reaction torque using a torque command value for the motor in a condition other than the predetermined condition;
(D) setting a torque that compensates for a deviation between the specified torque and a torque corresponding to the target rotation state as the target torque of the electric motor;
And (e) controlling the operation of the electric motor so as to output the specified torque.
エンジンと、該エンジンの出力軸および駆動軸に結合されるとともに該2つの回転軸に出力される動力の大きさを電力のやりとりによって調整可能な動力調整装置と、前記駆動軸に結合された電動機とを備えるハイブリッド車両の運転を制御する制御方法であって、
(a)該駆動軸の目標回転状態を設定する工程と、
(b)前記エンジンを始動または停止するモータリングトルクを出力するよう前記動力調整装置を制御する工程と、
(c)前記エンジンの始動、前記エンジンの停止、および所定の開度以上のアクセル開度のうち少なくとも1つを含む予め設定された所定の条件においては前記動力調整装置および前記電動機により前記駆動軸に伝達されるトルクをトルク検出手段を用いて特定し、前記所定の条件以外の条件においては前記電動機に対するトルク指令値を用いて前記駆動軸に伝達されるトルクを特定する工程と、
(d)前記特定されたトルクと前記目標回転状態に応じたトルクとの偏差に基づいて前記電動機をフィードバック制御する工程とを備える制御方法。
An engine, a power adjusting device coupled to the output shaft and the drive shaft of the engine and capable of adjusting the magnitude of power output to the two rotating shafts by exchanging electric power, and an electric motor coupled to the drive shaft A control method for controlling the operation of a hybrid vehicle comprising:
(A) setting a target rotational state of the drive shaft;
(B) controlling the power adjustment device to output a motoring torque for starting or stopping the engine;
(C) In the predetermined condition including at least one of starting the engine, stopping the engine, and an accelerator opening greater than a predetermined opening, the drive shaft is driven by the power adjustment device and the electric motor. Identifying the torque transmitted to the drive shaft using a torque detection means, and identifying the torque transmitted to the drive shaft using a torque command value for the electric motor under conditions other than the predetermined condition;
(D) A control method including a step of feedback-controlling the electric motor based on a deviation between the specified torque and a torque corresponding to the target rotation state.
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