JP3997955B2 - ハイブリッド自動車およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車およびその制御方法に関し、詳しくは、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関からの動力を用いて走行するハイブリッド自動車およびその制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンのクランクシャフトに接続されたインナロータと車軸に連結された駆動軸に接続されたアウタロータとを有するクラッチモータと駆動軸に動力を出力するアシストモータとを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、定速走行(オートクルーズ)するために目標車速を設定したときには、目標車速と検出した車速との偏差に基づいてこの偏差を打ち消す方向のエネルギを計算し、このエンジンから出力されるエネルギを計算したエネルギだけ増加すると共にアシストモータのトルクをこの増加したエネルギに相当するトルクだけ増加することにより、車両を目標車速で安定して走行させている。なお、この自動車では、エンジンのエネルギ増加に対する応答遅れにより生じるエネルギ不足、即ちアシストモータのトルク増加に必要なエネルギは、バッテリから供給されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平9−207622号公報(図10)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド自動車に限らず、自動車には、運転者のアクセル操作を反映したアクセル開度に基づいて車両駆動力を設定するマップを用いて車両駆動力を設定するものが多く見られる。こうした自動車では、運転者により目標車速が設定されて定速走行する場合でも車速と目標車速とに基づいてアクセル開度を設定するものとすれば、定速走行時でもアクセル開度の設定以降の制御については通常走行時の制御を用いることができる。ハイブリッド自動車では、アクセル開度により内燃機関と電動機とを協調制御するため、通常走行時の制御と定常走行時の制御との共通部分が多いほど好ましい。また、アクセル開度に基づいて車両駆動力を設定するマップを出力する場合、車両駆動力が頻繁に正負に反転しないようアクセル開度の変化に対して車両駆動力が値0で変化しない不感帯が設定されている場合が多い。この不感帯が設定されたマップを用いて定速走行すると、下り坂になると車速と目標車速とに基づいてアクセル開度を変化させてもマップの不感帯に相当するアクセル開度となる状態が生じ、車速を目標車速で安定させることができない場合が生じる。
【0005】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、定速走行時の制御と通常走行時の制御との共通部分を多く維持しながら下り坂でも車速を目標車速で安定させることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明のハイブリッド自動車は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とからの動力を用いて走行するハイブリッド自動車であって、
運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値を設定する通常時指令値設定手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
運転者の設定操作に基づいて定速走行用の目標車速を設定する目標車速設定手段と、
該目標車速が設定されたとき、前記車速検出手段により検出された車速と該設定された目標車速とに基づいて車両が該目標車速で走行するよう車両駆動指令値を設定する定速走行時指令値設定手段と、
前記通常時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには前記非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の少なくとも一部に対しては該非線形部によって設定される車両駆動力より線形性が高くなるよう車両駆動力を設定する車両駆動力設定手段と、
該設定された車両駆動力により走行するよう前記電動機と前記内燃機関とを駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本発明のハイブリッド自動車では、運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値が設定されたときには、設定した車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、定速走行するために設定された目標車速と検出された車速に基づいて車両が目標車速で走行するよう車両駆動指令値が設定されたときには、非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の少なくとも一部に対しては非線形部によって設定される車両駆動力より線形性が高くなるよう車両駆動力を設定し、設定された車両駆動力により走行するよう車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とを駆動制御する。即ち、定速走行時には、車両駆動指令値に対して線形性が高くなるように車両駆動力を設定するのである。したがって、定速走行時の制御を非線形設定マップの非線形部における一部の車両駆動指令値に対して線形性が高くなるよう車両駆動力を設定する以外は通常走行時の制御と同様のものとすることができる。しかも、定速走行時には線形性を高くするから、下り坂でも車速を目標車速で安定させることができる。
【0009】
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記非線形設定マップは車両駆動指令値に対して負領域部と略値0の不感帯部と正領域部とからなるマップであり、前記車両駆動力設定手段は、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには、前記非線形設定マップの不感帯部の領域に属する所定値以上の車両駆動指令値に対しては該車両駆動指令値と該非線形設定マップとを用いて車両駆動力を設定し、該所定値未満の車両駆動指令値に対しては該所定値までの領域が前記負領域部に相当するよう車両駆動指令値を補正すると共に該補正した車両駆動指令値と前記非線形設定マップとを用いて車両駆動力を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定値未満の車両駆動指令値に対して所定値までの領域が非線形設定マップの負領域部に相当するよう車両駆動指令値を補正するだけで定速走行時の制御を通常走行時の制御を用いて行なうことができる。
【0010】
また、本発明のハイブリッド自動車において、前記非線形設定マップは、前記負領域部および前記正領域部では車両駆動指令値の増加に対して直線的に増加するマップであるものとすることもできる。
【0011】
本発明のハイブリッド自動車において、前記車両駆動力設定手段は、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して前記非線形設定マップより線形性の高い線形設定マップを用いて車両駆動力を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、車両駆動指令値に対するマップの参照先を変えるだけで定速走行時の制御を通常走行時の制御を用いて行なうことができる。
【0012】
この2つの設定マップを用いる態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記非線形設定マップは車両駆動指令値に対して負領域部と略値0の不感帯部と正領域部とからなるマップであり、前記線形設定マップは前記非線形設定マップにおける負領域部と不感帯部との割合に比して負領域部の割合が大きな負領域部と不感帯部と正領域部とからなるマップであるものとすることもできる。この場合、前記非線形設定マップおよび前記線形設定マップは、前記負領域部および前記正領域部では車両駆動指令値に対して直線的に増加するマップであるものとすることもできる。
【0013】
本発明のハイブリッド自動車において、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段を備えるものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第1の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第2の回転子とを有し該第1の回転子と該第2の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機であるものとすることもできる。
【0014】
本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とからの動力を用いて走行するハイブリッド自動車の制御方法であって、
(a)運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値を設定し、
(b)運転者の設定操作に基づいて定速走行用の目標車速を設定すると共に該設定した目標車速に基づいて車両が該目標車速で走行するよう車両駆動指令値を設定し、
(c)前記ステップ(a)により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、前記ステップ(b)により車両駆動指令値が設定されたときには前記非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の一部に対しては線形性が高くなるよう車両駆動力を設定し、
(d)前記ステップ(c)により設定された車両駆動力により走行するよう前記電動機と前記内燃機関とを駆動制御する
ことを要旨とする。
【0015】
この本発明のハイブリッド自動車の制御方法によれば、運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値が設定されたときには、設定した車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、定速走行するために設定された目標車速と検出された車速に基づいて車両が目標車速で走行するよう車両駆動指令値が設定されたときには、非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の少なくとも一部に対しては非線形部によって設定される車両駆動力より線形性が高くなるよう車両駆動力を設定し、設定された車両駆動力により走行するよう車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とを駆動制御するから、即ち、定速走行時には車両駆動指令値に対して線形性が高くなるように車両駆動力を設定するから、非線形設定マップの非線形部における一部の車両駆動指令値に対して線形性が高くなるよう車両駆動力を設定する以外は定速走行時の制御に通常走行時の制御を用いることができる。しかも、定速走行時には線形性を高くするから、下り坂でも車速を目標車速で安定させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに取り付けられた減速ギヤ35と、この減速ギヤ35に接続されたモータMG2と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
【0017】
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0018】
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
【0019】
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0020】
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
【0021】
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,ステアリングホイール近傍に設けられたクルーズコントロールスイッチ90からの定速走行用のセット信号やキャンセル信号などが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、クルーズコントロールスイッチ90からのセット信号が入力されたときに、そのときの車速Vを目標車速V*に設定して定速走行モード(オートクルーズモード)とし、ブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBPによりブレーキペダル85が踏み込まれたのを検出したときやクルーズコントロールスイッチ90からのキャンセル信号が入力されたときに、設定した目標車速V*を解除して定速走行モードを解除する。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0022】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【0023】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に定速走行時の動作について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば8msec毎)に繰り返し実行される。なお、定速走行時(オートクルーズ時)の動作を考えているから、ハイブリッド自動車20はトルク変換運転モードや充放電運転モードとして運転されているものとして説明する。
【0024】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V,目標車速V*,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2など制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、実施例では、目標車速V*については、クルーズコントロールスイッチ90からのセット信号の入力により設定されてRAM76の所定アドレスに記憶されたものを読み込むことにより入力するものとし、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2については、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。
【0025】
こうしてデータを入力すると、目標車速V*の設定の有無あるいは定速走行モードの設定フラグなどから定速走行モードにあるか否かを判定すると共に(ステップS110)、定速走行モードにあっても運転者によるアアクセルペダル83の踏み込みがあったか否かを判定する(ステップS120)。定速走行モードにないと判定されたときや定速走行モードにあっても運転者によるアアクセルペダル83の踏み込みがあったときには、アクセルペダル83の踏み込みにより設定されたアクセル開度Accに基づいてその後の処理(後述するステップS160以降の処理)を実行し、定速走行モードにあると判定され、且つ、運転者によるアアクセルペダル83の踏み込みがなかったときには、アクセル開度Accを設定する処理(ステップS120〜S150)を実行した後に設定したアクセル開度Accに基づいてその後の処理(ステップS160〜S220)を実行する。以下、定速走行モードの際のアクセル開度Accを設定する処理を説明した後に、アクセル開度Accに基づくその後の処理を説明する。
【0026】
定速走行モードにあると判定され、且つ、運転者によるアアクセルペダル83の踏み込みがなかったときには、読み込んだ目標車速V*や車速V,時間tp前にこのルーチンが実行されたときに読み込まれた車速V(tp前のV),時間tp前にこのルーチンが実行されたときに用いられたアクセル開度Acc(tp前のAcc)に基づいて次式(1)によりアクセル開度Accを計算する(ステップS130)。ここで、「t」は今回の車速Vと時間tp前の車速Vとの偏差から所定時間後(例えば2秒後や3秒後)の車速の増減分を演算するための係数であり、「k」は比例項のゲインである。したがって、式(1)は、所定時間後に予測される車速を用いた比例制御として考えることができる。
【0027】
【数1】
Acc←tp前のAcc+k{V*−V+t(V−tp前のV)} … (1)
【0028】
こうしてアクセル開度Accを計算すると、計算したアクセル開度Accが所定開度A2未満であるか否かを判定する(ステップS140)。通常走行時と定速走行時におけるある車速(例えば50km/h)のアクセル開度Accと車両(リングギヤ軸32a)に要求されるトルクとしての要求トルクTr*との関係の一例を図3に示す。通常走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係は、図示するように、アクセル開度Accが開度A1未満の要求トルクTr*が負の値で直線的に増加する負領域部と、アクセル開度Accが開度A1以上A3未満の要求トルクTr*が値0となる不感帯部と、アクセル開度Accが開度A3以上の要求トルクTr*が正の値で直線的に増加する正領域部とにより構成されている。不感帯部を設けるのは要求トルクTr*が正負に頻繁にハンチングするのを抑止するためであり、不感帯部が比較的大きな領域を占めるようにしているのは運転者のアクセルペダル83の踏み込みに対する遊び等を考慮するためである。所定開度A2は、通常走行時における不感帯部の開度A3に近い値として設定されている。なお、定速走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係については後述する。
【0029】
アクセル開度Accが所定開度A2未満のときには、次式(2)によりアクセル開度Accを補正する(ステップS150)。式(2)は、値0から所定開度A2までのアクセル開度Accを値0から開度A1までの開度に比例的に変換するものとなる。したがって、補正後のアクセル開度Accは、開度A1未満の値となる。
【0030】
【数2】
Acc←Acc・A1/A2 … (2)
【0031】
いま、補正後のアクセル開度Accを図3における通常走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係を用いて要求トルクTr*を導出する場合を考える。補正後のアクセル開度Accは開度A1未満の値となるから負領域部で要求トルクTr*が導出されることになる。補正後のアクセル開度Accと要求トルクTr*と関係を補正前のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係として求めると、図3における定速走行時におけるアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係として表わすことができる。ここで、所定開度A2を開度A3と一致させないのは、定常走行時においても要求トルクTr*が正負に頻繁にハンチングするのを抑止する必要から不感帯部を設けるためである。通常走行時と定速走行時とを比較すると解るように、定常走行時では、アクセル開度Accを補正することによりアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係における線形性が高くなっている。詳しく言えば、定速走行時では、通常走行時の負領域部(開度A1未満)と不感帯部(開度A1〜A3)との割合を負領域部(開度A2未満)が大きくなるよう変換することにより通常走行時に比して線形性の高いものとして制御するのである。
【0032】
こうしてアクセル開度Accを補正したときやステップS140でアクセル開度Accが所定開度A2以上のとき、あるいは、ステップS110やS120で定速走行モードにはないと判定されたときや定速走行モードにあっても運転者によるアアクセルペダル83の踏み込みがあったときには、補正したアクセル開度Accや設定したアクセル開度Acc,アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*とエンジン22から出力すべき要求パワーPe*とを設定する(ステップS160)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図4に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものにバッテリ50の充放電要求量Pb*とロスとを加えたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。充放電要求量Pb*は、バッテリ50の残容量(SOC)やアクセル開度Accなどによって設定することができる。
【0033】
要求トルクTr*と要求パワーPe*とを設定すると、設定した要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS170)。この設定は、要求パワーPe*に要求トルクTr*が設定されているときには、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーPe*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図5に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインと要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
【0034】
続いて、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(3)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいて式(4)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を計算する(ステップS180)。ここで、式(3)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図6に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2に減速ギヤ35のギヤ比Grを乗じたリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(3)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルクTe*の運転ポイントで定常運転したときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2*が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。また、式(4)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(4)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
【0035】
【数3】
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …(3)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*−Nm1)+k2∫(Nm1*−Nm1)dt …(4)
【0036】
こうしてモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを計算すると、バッテリ50の出力制限Woutと計算したモータMG1のトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差をモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Tmaxを次式(5)により計算すると共に(ステップS190)、要求トルクTr*とトルク指令Tm1*と動力分配統合機構30のギヤ比ρを用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(6)により計算し(ステップS200)、計算したトルク制限Tmaxと仮モータトルクTm2tmpとを比較して小さい方をモータMG2のトルク指令Tm2*として設定する(ステップS210)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する要求トルクTr*を、バッテリ50の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式(5)は、前述した図6の共線図から容易に導き出すことができる。
【0037】
【数4】
Tmax=(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …(5)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(6)
【0038】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*やモータMG1の目標回転数Nm1*およびトルク指令Tm1*,モータMG2のトルク指令Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とモータMG2のトルク指令Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS220)、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、目標回転数Nm1*やトルク指令Tm1*,トルク指令Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【0039】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、定速走行時には、前回のアクセル開度Accと目標車速V*と車速Vとに基づいてアクセル開度Accを計算し、アクセル開度Accが所定開度A2未満のときに開度A1未満となるよう補正することにより、通常走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係を用いて駆動制御することができる。しかも、定速走行時における補正前のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係を通常走行時における関係に比して不感帯部の領域を小さくすると共に負領域部を大きくして線形性を高くしているから、車速Vを目標車速V*で安定させることができる。この結果、定速走行モードで下り坂を走行するときでも、滑らかに要求トルクTr*を変化させることができるから、車速Vを目標車速V*で安定させることができる。また、定速走行時でも補正前のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係において不感帯部を設けるから、要求トルクTr*が正負に頻繁にハンチングするのを抑止することができる。
【0040】
実施例のハイブリッド自動車20では、定速走行時におけるアクセル開度Accの設定に対しては所定時間後に予測される車速を用いた比例制御を用いたが、目標車速V*と車速Vとの偏差に基づいて設定する通常の比例制御を用いるものとしてもよいし、比例項の他に積分項などを考慮するものとしても差し支えない。
【0041】
実施例のハイブリッド自動車20では、通常走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係として負領域部も正領域部も直線的に増加するものとしたが、曲線的に増加するものや階段状に増加するものなど種々の仕方により増加するものとしてもよい。
【0042】
実施例のハイブリッド自動車20では、定速走行時に設定したアクセル開度Accが所定開度A2未満のときには比例配分によりアクセル開度Accが開度A1未満となるように補正するものとしたが、比例配分に限られず、如何なる手法によりアクセル開度Accが開度A1未満となるように補正してもよい。
【0043】
実施例のハイブリッド自動車20では、定速走行時に設定したアクセル開度Accが所定開度A2未満のときには比例配分によりアクセル開度Accが開度A1未満となるように補正し、補正後のアクセル開度Accと車速Vとに基づいて図4に例示した関係から要求トルクTr*を導出するものとしたが、図3の下段に示した定速走行時のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係を用いて図4に示したアクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を修正したマップを定速走行時用マップとしてROM74に記憶しておき、設定したアクセル開度Acc(補正前のアクセル開度Acc)と車速Vとに基づいて定速走行時用マップから要求トルクTr*を導出するものとしてもよい。
【0044】
実施例のハイブリッド自動車20では、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*と要求パワーPe*とを求め、要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしたが、アクセル開度Accと車速Vとバッテリ50からの要求とに基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するものとしてもよい。
【0045】
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図7の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図7における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
【0046】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図8の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。
【0047】
実施例のハイブリッド自動車20や上述の変形例のハイブリッド自動車120,220では、エンジン22から出力された動力が電力と動力との入出力とを伴って車軸に連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されるものとしたが、エンジン22から出力された動力が車軸に連結された駆動軸に出力されないものとしてもよい。
【0048】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】 通常走行時と定速走行時におけるある車速のアクセル開度Accと要求トルクTr*との関係の一例を示す説明図である。
【図4】 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図5】 エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*および目標トルクTe*を設定する様子を示す説明図である。
【図6】 動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。
【図7】 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
【図8】 変形例のハイブリッド自動車220の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35,135 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b,64a,64b 駆動輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 クルーズコントロールスイッチ、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ、234 アウターロータ、MG1,MG2 モータ。
Claims (10)
- 車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とからの動力を用いて走行するハイブリッド自動車であって、
運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値を設定する通常時指令値設定手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
運転者の設定操作に基づいて定速走行用の目標車速を設定する目標車速設定手段と、
該目標車速が設定されたとき、前記車速検出手段により検出された車速と該設定された目標車速とに基づいて車両が該目標車速で走行するよう車両駆動指令値を設定する定速走行時指令値設定手段と、
前記通常時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには前記非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の少なくとも一部に対しては該非線形部によって設定される車両駆動力より線形性が高くなるよう車両駆動力を設定する車両駆動力設定手段と、
該設定された車両駆動力により走行するよう前記電動機と前記内燃機関とを駆動制御する駆動制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車。 - 請求項1記載のハイブリッド自動車であって、
前記非線形設定マップは、車両駆動指令値に対して負領域部と略値0の不感帯部と正領域部とからなるマップであり、
前記車両駆動力設定手段は、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには、前記非線形設定マップの不感帯部の領域に属する所定値以上の車両駆動指令値に対しては該車両駆動指令値と該非線形設定マップとを用いて車両駆動力を設定し、該所定値未満の車両駆動指令値に対しては該所定値までの領域が前記負領域部に相当するよう車両駆動指令値を補正すると共に該補正した車両駆動指令値と前記非線形設定マップとを用いて車両駆動力を設定する手段である
ハイブリッド自動車。 - 前記非線形設定マップは、前記負領域部および前記正領域部では車両駆動指令値の増加に対して直線的に増加するマップである請求項1または2記載のハイブリッド自動車。
- 前記車両駆動力設定手段は、前記定速走行時指令値設定手段により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して前記非線形設定マップより線形性の高い線形設定マップを用いて車両駆動力を設定する手段である請求項1記載のハイブリッド自動車。
- 請求項4記載のハイブリッド自動車であって、
前記非線形設定マップは、車両駆動指令値に対して負領域部と略値0の不感帯部と正領域部とからなるマップであり、
前記線形設定マップは、前記非線形設定マップにおける負領域部と不感帯部との割合に比して負領域部の割合が大きな負領域部と不感帯部と正領域部とからなるマップである
ハイブリッド自動車。 - 前記非線形設定マップおよび前記線形設定マップは、前記負領域部および前記正領域部では車両駆動指令値に対して直線的に増加するマップである請求項5記載のハイブリッド自動車。
- 前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する電力動力入出力手段を備える請求項1ないし6いずれか記載のハイブリッド自動車。
- 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の軸の3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、前記第3の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項7記載のハイブリッド自動車。
- 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第1の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第2の回転子とを有し該第1の回転子と該第2の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機である請求項7記載のハイブリッド自動車。
- 車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と内燃機関とからの動力を用いて走行するハイブリッド自動車の制御方法であって、
(a)運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動指令値を設定し、
(b)運転者の設定操作に基づいて定速走行用の目標車速を設定すると共に該設定した目標車速に基づいて車両が該目標車速で走行するよう車両駆動指令値を設定し、
(c)前記ステップ(a)により車両駆動指令値が設定されたときには車両駆動指令値に対して非線形性の非線形設定マップを用いて車両駆動力を設定し、前記ステップ(b)により車両駆動指令値が設定されたときには前記非線形設定マップの非線形部に相当する車両駆動指令値の一部に対しては線形性が高くなるよう車両駆動力を設定し、
(d)前記ステップ(c)により設定された車両駆動力により走行するよう前記電動機と前記内燃機関とを駆動制御する
ハイブリッド自動車の制御方法。
Priority Applications (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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