JP4200635B2 - Hybrid vehicle and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として熱機関と電動機を備え、少なくとも熱機関の動力を変速機で変速して駆動軸に出力しつつ走行するハイブリッド車両に関し、詳しくは該ハイブリッド車両における変速機の制御技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
動力源として熱機関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。ハイブリッド車両の中には、熱機関の動力を変速機で変速して駆動軸に出力して走行するタイプの車両がある。変速機は、熱機関のみを動力源とする通常の車両と同じく、車速、アクセル開度などの走行状態に応じて予め設定されたマップに従って制御される。電動機は、熱機関のトルクをアシストするように運転される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド車両では、要求される動力が一定であっても、走行状態に応じて熱機関と電動機のそれぞれから出力される動力配分を変えることができる。従来、変速機の制御は、熱機関と電動機の動力配分に依存しない態様で行われていた。燃費を重視して比較的小さい変速比を用いるよう設定されているときは、熱機関の動力配分が大きい場合に熱機関の振動を招き、変速時のショックを招いていた。振動やショックの回避を重視して比較的大きい変速比を用いるよう設定されているときは、熱機関の動力配分が小さい場合に燃費を損ねていた。このように燃費と振動、ショックの双方を満足するように変速比を制御することは困難であった。
【0004】
また、変速機については、動力の伝達効率を向上するため、回転軸の滑りを制止するロックアップが行われることが多い。従来は、熱機関と電動機の動力配分に依存しない一定の条件でロックアップが行われていたため、熱機関の動力配分に応じて、振動、ショックおよび燃費に関する課題が存在した。本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、変速機を介して動力伝達するハイブリッド車両において、振動およびショックの低減、および燃費の向上を図る技術を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明は動力源としての熱機関および電動機と、該熱機関の動力を駆動軸に伝達する際の変速比を変更可能な変速機とを備えるハイブリッド車両において、
前記熱機関と電動機それぞれの目標動力を設定する目標動力設定手段と、
少なくとも前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を考慮して前記変速機の動作状態を制御する変速機制御手段と、
前記目標動力を出力するよう前記熱機関および電動機の運転を制御する制御手段とを備えるものとした。
【0006】
熱機関および電動機の目標動力は、車両の走行状態に応じて要求される動力を所定の比率で分配して設定してもよいし、それぞれ個別にマップや関数などを用いて設定するものとしてもよい。目標動力設定手段は、一つの要求動力に対し、熱機関および電動機の目標動力は種々の組み合わせで設定可能な態様を採ることが好ましい。かかる態様としては、要求動力の他、熱機関と電動機の動力配分に影響を与えるパラメータ、例えば電動機の電源の電力供給能力などを考慮してそれぞれの目標動力を設定する態様が挙げられる。本発明のハイブリッド車両は、動力伝達経路の上流側から、熱機関、変速機、駆動軸の順に備えられた構成であればよく、電動機は変速機の上流側、下流側のいずれに位置させてもよい。熱機関の動力を駆動軸に伝達する経路と、電動機の動力を伝達する経路とを並列に構成してもよい。
【0007】
本発明によれば、変速機の制御に前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を反映することができ、熱機関と電動機の動力配分に応じてそれぞれ振動を抑制しつつ、燃費を向上する変速比を実現できる。つまり、本発明では、変速機の制御において、駆動軸に出力される総動力のみならず、各動力源における動力配分をも考慮する点に技術的意義を有する。複数の動力源を備えるハイブリッド車両では、駆動軸に出力すべき総動力が一定であっても、各動力源の動力配分が相違する場合がある。振動の抑制、燃費の向上の両立を図ることができる変速機の最適の動作状態は、複数の動力源からの動力の動力配分に応じて相違する。本発明では、かかる点に着目し、熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係をも考慮して変速機の制御を行うことにより、熱機関と電動機の動力の動力配分に応じて適切な動作状態を実現することができる。この結果、車両の振動を低減し、および燃費を向上することができる。熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係は、熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との比または差をパラメータとして考慮するものとすることができる。両者の大小関係で考慮してもよい。また、熱機関の目標動力と電動機の目標動力との和が駆動軸に出力すべき要求動力に相当するため、熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を間接的に考慮した態様として、要求動力と熱機関または電動機いずれか一方の目標動力との関係を考慮してもよい。
【0008】
動力は、回転数とトルクの積として定まる値である。回転数が決まれば動力とトルクは一義的に対応するから、目標動力は例えば、車速または駆動軸の回転数に応じたトルクをパラメータとして扱ってもよい。つまり、前記駆動軸の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記変速機制御手段は、前記目標動力を表すパラメータとして該回転数に応じて定まる前記駆動軸に出力すべきトルクを用いて前記制御を行う手段であるものとしてもよい。更に、目標動力を設定するのではなく、熱機関および電動機の目標トルクを設定し、双方の目標トルクの関係を考慮して変速機の制御を行う態様を採ることもできる。この態様には、各回転数における動力を設定することにより、間接的に目標トルクを設定する態様も含まれる。
【0009】
本発明の制御としては、
例えば、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて該車両の走行状態と変速比との関係を変更して、前記制御を行うものとできる。
また、変速機が2つの回転軸間に備えられた流体継手と、該流体継手の滑りを抑制する抑制機構とを備える場合には、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて該流体継手の滑りを制止すべき走行状態の範囲を変更するものとしてもよい。いわゆるロックアップを行う領域を電動機の目標動力に応じて切り替える態様である。
【0010】
通常、変速機の動作状態の制御は、走行状態と動作状態との関係を予め記憶したマップその他の記憶手段に従って行われる。従って、上記構成は、いずれも記憶手段の内容を熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて使い分けることによって実現できる。両者の関係に依存しないマップに基づいて動作状態を設定した後、両者の関係に応じた所定の補正を行う制御態様を採ることも可能である。
【0011】
本発明において、電動機の電源はバッテリなど種々の電源を適用可能であるが、特に燃料電池を用いることが望ましい。電動機の電源としてエネルギ密度が比較的高い燃料電池を用いることにより、幅広い運転領域で電動機を動力源として活用することができ、本発明を有効に活用することが可能となる。
【0012】
本発明のハイブリッド車両においては、常に電動機の目標動力を考慮した制御を行うものとしてもよいが、
前記電動機の電源について電力供給能力を検出する電力供給能力検出手段と、該電力供給能力が所定値以下である場合には、前記変速機制御手段に対し、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を考慮した制御の実行を禁止する禁止手段とを備えるものとしてもよい。電力供給能力とは、電源から出力可能な総電力を意味する。燃料電池を電源としている場合には、燃料電池用の燃料残量などのパラメータに基づいて検出することができる。二次電池を電源として用いる場合には、残容量などのパラメータに基づいて検出することができる。
【0013】
電力供給能力が低下した場合には、電動機を動力源として使用することを控える必要が生じる。上記禁止手段の作用によって、変速機の制御態様を、熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に依存しない態様に予め切り替えておくことにより、電動機の使用を控える必要が生じた場合でも、運転感覚が大きく変動することを回避できる。
【0014】
本発明は、ハイブリッド車両の他、種々の態様で構成可能である。例えば、ハイブリッド車両の運転または変速機を制御する制御装置、制御方法として構成してもよい。制御方法として構成する場合においても、熱機関と電動機の目標動力を考慮して変速機を制御する方法として構成してもよいし、両者の目標トルクを考慮して変速機を制御する方法として構成してもよい。前者において、目標トルクをパラメータとして使用するものとしてもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の項目に分けて説明する。
A.装置の構成:
B.一般的動作:
C.走行制御処理:
D.変形例:
【0016】
A.装置の構成:
図1は実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両の動力源は、エンジン10とモータ20である。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン10、入力クラッチ18、モータ20、および変速機100を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン10のクランクシャフト12は、入力クラッチ18を介してモータ20に結合されている。入力クラッチ18をオン・オフすることにより、エンジン10からの動力の伝達を断続することができる。モータ20の回転軸13は、変速機100に結合されている。変速機100の出力軸15はディファレンシャルギヤ16を介して車軸17に結合されている。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【0017】
エンジン10は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン10は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している(以下、この機構をVVT機構と呼ぶ)。VVT機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン10は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピングロスを低減することができる。この結果、エンジン10をモータリングする際にモータ20から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、VVT機構は、エンジン10の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。
【0018】
モータ20は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ22と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ24とを備える。モータ20はロータ22に備えられた永久磁石による磁界とステータ24の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ22が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モータ20には、ロータ22とステータ24との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。
【0019】
モータ20の電源としては、バッテリ50と燃料電池システム60とが備えられている。但し、主電源は燃料電池システム60である。バッテリ50は燃料電池システム60が故障した場合や十分な電力を出力することができない過渡的な運転状態にある場合などに、これを補完するようモータ20に電力を供給する電源として使用される。バッテリ50の電力は、主としてハイブリッド車両の制御を行う制御ユニット70や、照明装置などの電力機器に主として供給される。
【0020】
モータ20と各電源との間には、接続状態を切り替えるための切替スイッチ84が設けられている。切替スイッチ84は、バッテリ50,燃料電池システム60,モータ20の3者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステータ24は切替スイッチ84および駆動回路51を介してバッテリ50に電気的に接続される。また、切替スイッチ84および駆動回路52を介して燃料電池システム60に接続される。駆動回路51,52は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ20の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の2つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路51,52は、制御ユニット70と電気的に接続されている。制御ユニット70が駆動回路51,52の各トランジスタのオン・オフの時間をPWM制御するとバッテリ50および燃料電池システム60を電源とする擬似三相交流がステータ24の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ20は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【0021】
図2は燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム60は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク61、水を貯蔵する水タンク62、燃焼ガスを発生するバーナ63、空気の圧縮を行なう圧縮機64、バーナ63と圧縮機64とを併設した蒸発器65、改質反応により燃料ガスを生成する改質器66、燃料ガス中の一酸化炭素(CO)濃度を低減するCO低減部67、電気化学反応により起電力を得る燃料電池60Aを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット70により制御される。
【0022】
燃料電池60Aは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。カソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。
【0023】
燃料電池システム60の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク61は配管で蒸発器65に接続されている。配管の途中に設けられたポンプP2は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノールを蒸発器65に供給する。水タンク62も同様に配管で蒸発器65に接続されている。配管の途中に設けられたポンプP3は、流量を調整しつつ、水を蒸発器65に供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞれポンプP2,P3の下流側で一つの配管に合流し、蒸発器65に接続される。
【0024】
蒸発器65は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器65には、バーナ63と圧縮機64とが併設されている。蒸発器65は、バーナ63から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。バーナ63の燃料は、メタノールである。メタノールタンク61は、蒸発器65に加えてバーナ63にも配管で接続されている。メタノールは、この配管の途中に設けられたポンプP1により、バーナ63に供給される。バーナ63には、また、燃料電池60Aでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。バーナ63は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。バーナ63の燃焼温度はセンサT1の出力に基づいて制御されており、約800℃から1000℃に保たれる。バーナ63の燃焼ガスは、蒸発器65に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機64を駆動する。圧縮機64は、燃料電池システム60の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池60Aの陽極側に供給する。
【0025】
蒸発器65と改質器66とは配管で接続されている。蒸発器65で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気の混合ガスは、改質器66に搬送される。改質器66は、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。なお、蒸発器65から改質器66への搬送配管の途中には、温度センサT2が設けられており、この温度が通常約250℃の所定値になるようにバーナ63に供給するメタノール量が制御される。なお、改質器66における改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要な酸素を供給するために、改質器66には外部から空気を供給するためのブロワ68が併設されている。
【0026】
改質器66とCO低減部67とは配管で接続されている。改質器66で得られた水素リッチな燃料ガスは、CO低減部67に供給される。改質器66での反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素(CO)が一定量含まれる。CO低減部67は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。CO低減部67は、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。
【0027】
CO低減部67と燃料電池60Aのアノードとは配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、燃料電池60Aの陰極側における電池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池60Aのカソード側には圧縮された空気を送り込むための配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして燃料電池60Aの陽極側における電池反応に供される。
【0028】
以上の構成を有する燃料電池システム60は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールタンク61,水タンク62内のメタノールおよび水の残量に応じて、燃料電池の運転状態を制御する。かかる制御を実現するため、それぞれのタンクには、容量センサ61a、62aが設けられている。なお、本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池システム60を搭載しているが、燃料電池システム60は、これに限定されず、ガソリン・天然ガス改質や、純水素を用いるもの等、種々の構成を適用することができる。
【0029】
なお、以下の説明では燃料電池システム60をまとめて燃料電池60と称するものとする。また、燃料電池での発電に使用されるメタノールおよび水を総称してFC燃料と呼ぶものとする。両者の容量は常に同一とは限らない。以下の説明においてFC燃料量というときは、燃料電池での発電に制約を与える側の容量を意味するものとする。つまり、メタノールおよび水のうち、発電を継続した場合に先に不足する側の容量を意味するものとする。
【0030】
図3は変速機100の内部構造を示す説明図である。図示する通り、変速機100は、内部にトルクコンバータ30と、複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備えた有段の変速機構を備える。トルクコンバータ30は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。動力の入力軸に相当するモータ20の回転軸13に結合されたタービン31と中間の回転軸14に結合されたタービン32は、流体が封入された容器内で互いに滑りをもった状態で回転可能であり、流体の作用によってトルク変換しつつ動力を伝達する。トルクコンバータ30には、回転軸13,14の滑りが生じないよう、所定の条件下で両者を結合するロックアップクラッチ33も設けられている。ロックアップクラッチのオン・オフは制御ユニット70により制御される。
【0031】
トルクコンバータ30を経て伝達された動力は、有段の変速機構でトルク変換される。変速機構は、大きくは副変速部110(図中の破線より左側の部分)と主変速部120(図中の破線より右側の部分)とから構成されており、前進5段、後進1段の変速段を実現することができる。
【0032】
変速機100の構成について回転軸14側から順に説明する。図示する通り、回転軸14から入力された動力は、オーバードライブ部として構成された副変速部110によって所定の変速比で変速されて回転軸119に伝達される。副変速部110は、シングルピニオン型の第1のプラネタリギヤ112を中心に、クラッチC0と、ワンウェイクラッチF0と、ブレーキB0により構成される。第1のプラネタリギヤ112は、遊星歯車とも呼ばれるギヤであり、中心で回転するサンギヤ114、サンギヤの周りで自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ115、更にプラネタリピニオンギヤの外周で回転するリングギヤ118の3種類のギヤから構成されている。プラネタリピニオンギヤ115は、プラネタリキャリア116と呼ばれる回転部に軸支されている。
【0033】
副変速部110では、変速機100の入力軸に相当する回転軸14がプラネタリキャリア116に結合されている。またこのプラネタリキャリア116とサンギヤ114との間にワンウェイクラッチF0とクラッチC0とが並列に配置されている。ワンウェイクラッチF0はサンギヤ114がプラネタリキャリア116に対して相対的に正回転、即ち変速機への入力軸14と同方向に回転する場合に係合する方向に設けられている。サンギヤ114には、その回転を制止可能な多板ブレーキB0が設けられている。副変速部110の出力に相当するリングギヤ118は回転軸119に結合されている。回転軸119は、主変速部120の入力軸に相当する。
【0034】
主変速部120は三組のプラネタリギヤ130,140,150を備えている。また、クラッチC1,C2、ワンウェイクラッチF1,F2およびブレーキB1〜B4を備えている。各プラネタリギヤは、副変速部110に備えられた第1のプラネタリギヤ112と同様、サンギヤ、プラネタリキャリアおよびプラネタリピニオンギヤ、並びにリングギヤから構成されている。三組のプラネタリギヤ130,140,150は次の通り結合されている。
【0035】
第2のプラネタリギヤ130のサンギヤ132と第3のプラネタリギヤ140のサンギヤ142とは互いに一体的に結合されており、これらはクラッチC2を介して入力軸119に結合可能となっている。これらのサンギヤ132,142が結合された回転軸には、その回転を制止するためのブレーキB1が設けられている。また、該回転軸が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチF1が設けられている。さらにこのワンウェイクラッチF1の回転を制止するためのブレーキB2が設けられている。
【0036】
第2のプラネタリギヤ130のプラネタリキャリア134には、その回転を制止可能なブレーキB3が設けられている。第2のプラネタリギヤ130のリングギヤ136は、第3のプラネタリギヤ140のプラネタリキャリア144および第4のプラネタリギヤ150のプラネタリキャリア154と一体的に結合されている。更に、これら三者は変速機100の出力軸15に結合されている。
【0037】
第3のプラネタリギヤ140のリングギヤ146は、第4のプラネタリギヤ150のサンギヤ152に結合されるとともに、回転軸122に結合されている。回転軸122はクラッチC1を介して主変速部120の入力軸119に結合可能となっている。第4のプラネタリギヤ150のリングギヤ156には、その回転を制止するためのブレーキB4と、リングギヤ156が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチF2とが設けられている。
【0038】
変速機100に設けられた上述のクラッチC0〜C2およびブレーキB0〜B4は、それぞれ油圧によって係合および解放する。図1中に示す通り、変速機100には電動式の油圧ポンプ102から、これらのクラッチおよびブレーキを作動させるための作動油が供給されている。詳細な図示は省略したが、変速機100には作動を可能とする油圧配管および油圧を制御するためのソレノイドバルブ等が設けられた油圧制御部104により、油圧を制御することができる。本実施例のハイブリッド車両では、制御ユニット70が油圧制御部104内のソレノイドバルブ等に制御信号を出力することによって、各クラッチおよびブレーキの作動を制御する。
【0039】
本実施例の変速機100は、クラッチC0〜C2およびブレーキB0〜B4の係合および解放の組み合わせによって、前進5段・後進(R)1段の変速段を設定することができる。前進については、1stが低速側、5thが高速側である。また、いわゆるパーキング(P)およびニュートラル(N)の状態も実現することができる。図4は各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。この図において、○印はクラッチ等が係合した状態であることを意味し、◎は動力源ブレーキ時に係合することを意味し、△印は係合するものの動力伝達に閑係しないことを意味している。動力源ブレーキとは、エンジン10およびモータ20による制動をいう。なお、ワンウェイクラッチF0〜F2の係合状態は、制御ユニット70の制御信号に基づくものではなく、各ギヤの回転方向に基づくものである。更に多くの変速段、少ない変速段を備える機構を適用してもよい。変速比も種々の値を設定可能である。なお、運転者は、運転席横に設けられたシフトレバーを操作することにより、走行中に使用される変速段の範囲を変更することができる。
【0040】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン10などの動力源から出力される動力は、補機の駆動にも用いられる。図1に示す通り、エンジン10には補機駆動装置82が結合されている。補機には、エアコンのコンプレッサやパワーステアリング用のポンプ等が含まれる。ここでは、エンジン10の動力を利用して駆動される補機類をまとめて補機駆動装置82として示した。補機駆動装置82は、具体的にはエンジン10のクランクシャフトに補機クラッチ19を介して設けられたプーリにベルトを介して結合されており、クランクシャフトの回転動力によって駆動される。
【0041】
補機駆動装置82には、また、補機駆動用モータ80も結合されている。補機駆動用モータ80は、切替スイッチ83を介して燃料電池60およびバッテリ50に接続されている。補機駆動用モータ80は、モータ20と同様の構成を有しており、エンジン10の動力によって運転され、発電を行うことができる。補機駆動用モータ80で発電された電力はバッテリ50に充電することができる。また、補機駆動用モータ80は、バッテリ50および燃料電池60から電力の供給を受けて力行することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、所定の条件下では、エンジン10の運転が停止される。補機駆動用モータ80を力行すれば、エンジン10が停止している時でも補機駆動装置82を駆動することができる。もちろん、エンジン10が停止している場合に、入力クラッチ18をオンにして、モータ20の動力で補機駆動装置82を駆動するものとしてもよい。補機駆動用モータ80で補機を駆動する際には、負担を軽減するために、エンジン10と補機駆動装置82との間の補機クラッチ19を解放する。
【0042】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン10、モータ20、変速機100、補機駆動用モータ80等の運転を制御ユニット70が制御している(図1参照)。制御ユニット70は、内部にCPU、RAM,ROM等を備えるワンチップ・マイクロコンピュータであり、ROMに記録されたプログラムに従い、CPUが後述する種々の制御処理を行う。制御ユニット70には、かかる制御を実現するために種々の信号が入力されている。図1には、代表的な入力として、車速センサ71、アクセルポジションセンサ72、バッテリの残容量センサ73からの入力を示した。制御ユニット70には、図2に示した通り、タンクの容量センサ61a,62aも入力される。この他にも種々のセンサ信号からの信号が入力されるが、図示を省略した。
【0043】
B.一般的動作:
次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図1で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン10とモータ20とを備える。制御ユニット70は、車両の走行状態、即ち車速およびアクセル開度に応じて定まる要求トルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ユニット70内のROMに記憶されている。
【0044】
図5は車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域MGはモータ20を動力源として走行する領域である。領域MGの外側の領域は、エンジン10を主動力源としつつ、モータ20でトルクアシストを行って走行する領域である。以下、前者をEV走行と呼び、後者を通常走行と呼ぶものとする。
【0045】
ハイブリッド車両は、EV走行で発進する。かかる領域では、入力クラッチ18をオフにして走行する。車速およびアクセル開度で決まる車両の走行状態が図5のマップにおける領域MGの境界近傍に達した時点で、制御ユニット70は、入力クラッチ18をオンにするとともに、エンジン10を始動する。入力クラッチ18をオンにすると、エンジン10はモータ20により回転させられる。制御ユニット70は、エンジン10の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。こうしてエンジン10が始動して以後、領域EG内ではエンジン10を主動力源として走行する。制御ユニット70は、車速とアクセル開度から決まる要求動力を出力するように、後述する所定の条件に基づいてエンジン10とモータ20の動力配分を設定し、それぞれの運転を制御する。なお、ここで設定されるのは、エンジン10およびモータ20から出力すべき動力である。両者の運転ポイント、即ち、回転数およびトルクは最終的には変速機100の変速比に応じて定まる。
【0046】
制御ユニット70は、動力源の制御とともに、変速機100の制御も行う。変速段の切り替えは、車両の走行状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マップは、シフトポジションによっても相違する。図5には5つの変速段を全て使用するシフトポジションにおけるマップを示した。マップに示す通り、制御ユニット70は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切り替えを実行する。
【0047】
ここで、本実施例では、車速とアクセル開度の他、モータ20から車軸17に出力されるアシストトルクをも考慮して変速比が決定される。車速が決まれば、モータ20から出力される動力と、モータ20から車軸17に出力すべきアシストトルクとの関係は一義的に決定されるから、モータ20の要求動力を考慮して変速比を決定するものとしてもよい。車軸17に関わらず、変速機100の下流側に位置するいずれかの駆動軸のトルクを用いても良い。図5に示す通り、変速比を与えるマップは、モータ20のアシストトルクに応じて用意されている。図中には、3段階のアシストトルクに対応するマップを示した。実線で示した曲線T0は、アシストトルクが非常に小さい場合、即ち、ほとんどエンジン動力のみで走行する場合のマップである。破線で示した曲線TMは、アシストトルクが中程度の場合のマップである。一点鎖線で示した曲線TLは、アシストトルクが大きい場合のマップである。アシストトルクが大きくなるにつれて、より高速側の変速段が低車速、高アクセル開度側の領域で使用されるように設定されている。ここでは、3段階のアシストトルクに対応したマップを例示したが、更に多くのマップを用意してもよい。アシストトルクに対して連続的に変化するマップを用いてもよい。
【0048】
変速機100の制御には、変速比の他、ロックアップクラッチ33の制御も含まれる。トルクコンバータ30は、通常、ロックアップクラッチ33が解放され、タービン31,32を滑らせつつ動力の伝達を行うが、高速側の変速段が使用される所定の条件下では、ロックアップクラッチ33が係合される。ロックアップを行うことにより、タービン31,32間での滑りによる動力損失を回避することができるから、燃費向上を図ることができる。ロックアップは、予め用意されたマップに従って行われる。図6はロックアップ制御用のマップを示す説明図である。5thの変速段について、車速およびアクセル開度によって決まる走行状態に対して、ロックアップクラッチ33の係合領域と解放領域の境界を示した。4th等でロックアップを行うものとしても構わない。例えば、図中の直線T0より右側の領域は、ロックアップクラッチ33が係合される領域である。本実施例では、ロックアップ用のマップも、モータ20から車軸17に出力すべきアシストトルクに応じて用意されている。図中には、3段階のアシストトルクに対応したマップを例示した。直線T0はアシストトルクが非常に小さい場合のマップ、直線TMはアシストトルクが中程度の場合のマップ、直線TLはアシストトルクが大きい場合のマップである。アシストトルクが大きくなるにつれて、ロックアップ領域が広くなるように設定されている。
【0049】
アシストトルクに応じて変速比およびロックアップ領域を切り替える理由を説明する。車両が図5中の点Pで示す走行状態にある場合を考える。図7は、動力配分と変速比との関係を示す説明図である。縦軸は、車軸17に出力されるトルクを表している。CASE1として、モータ20のアシストトルクが比較的大きい場合を例示した。図中のハッチングを付した領域TLがモータ20のアシストトルクに相当する。CASE2として、モータ20のアシストトルクが0の場合を例示した。エンジン10およびモータ20の双方から車軸17に出力すべき総トルクは、車両の走行状態に応じて一義的に設定される。従って、CASE1,CASE2は、要求トルク一定の条件下で、エンジン10とモータ20の出力トルクの配分が異なっている。CASE1ではエンジン10の出力トルクは比較的小さく(図中の領域T1)、CASE2では比較的大きくなる(図中の領域T2)。
【0050】
一方、エンジン10から出力可能なトルクには上限がある。右側にはエンジン10のみで出力可能なトルクと変速段との関係を示した。図示する通り、5thの変速段では車軸17に比較的低いトルクしか出力し得ず、4thの変速段を選択することにより、5th以上のトルクを車軸17に出力することができるようになる。
【0051】
ここで、アシストトルクの大きさと変速比との関係を説明する。CASE2の場合、エンジンから出力すべきトルクT2は、5thで出力可能な範囲を超えている。かかる状態で5thを変速段として選択すれば、エンジン10が滑らかに回転できず、大きな振動を伴う。従って、CASE2の場合は、4thの変速段を選択することが望ましい。一方、CASE1では、エンジンから出力すべきトルクT1は、5thで出力可能な範囲にある。もちろん、4thでも出力可能である。かかる場合に、変速段として4thを選択すれば、エンジン10は比較的低トルク、高回転数の状態で運転される。一般にかかる運転状態は、運転効率が低い。5thを変速段として選択すれば、エンジン10を比較的運転効率の高い運転ポイントで運転しつつ要求されたトルクを出力することができる。このようにモータ20のアシストトルクに応じて変速段を使い分けることにより、エンジン10を安定して運転し、運転時の振動を低減しつつ燃費を向上することができる。
【0052】
図7では、変速段の使い分けを例にとって説明した。ロックアップ領域についても同様である。トルクコンバータ30は、タービン31,32間の滑りによってトルクアップを行う機構であるから、モータ20のアシストトルクに応じて図7に示したのと同様の理由により、かかるトルクアップの必要性が変わる。従って、アシストトルクに応じてロックアップ領域を変化させることにより、エンジン10を安定して運転し、運転時の振動を低減しつつ燃費を向上することができる。
【0053】
C.走行制御処理:
図5および図6のマップを使い分ける走行制御は、次の処理により実現される。図8は走行制御処理ルーチンのフローチャートである。エンジン10およびモータ20を動力源として走行する際の制御処理であり、制御ユニット70のCPUが他の制御処理とともに繰り返し実行する処理である。
【0054】
この処理が開始されると、CPUは車両の走行状態、即ち、車速およびアクセル開度を入力する(ステップS10)。また、FC燃料が十分残っているか否かを判定する(ステップS12)。本実施例では、予め設定された所定値とFC燃料との大小関係で判断するものとした。本実施例では、燃料電池60をモータ20の主電源として使用するため、FC燃料が十分に残っていない場合には、モータ20でのアシストを行わない。従って、CPUは、モータ20から車軸17に出力すべきアシストトルクを考慮しない変速比マップ(以下、「ベース変速マップ」と呼ぶ)、およびロックアップマップ(以下、「ベースロックアップマップ」と呼ぶ)に基づいて変速機100の動作状態を設定する(ステップS20)。ベース変速マップ、ベースロックアップマップは、図5および図6に実線で示したマップに相当する。なお、ステップS10は、燃料電池60が発電可能な状態にあるか否かを判断するものであるから、FC燃料の他、燃料電池60の暖機状態や故障の有無などを総合して発電可能な状態か否かを判断してもよい。
【0055】
FC燃料が十分に残っていると判断された場合には(ステップS12)、モータ20でのアシストを伴って走行する。このため、CPUはモータ20のアシスト量をマップに基づいて算出する(ステップS14)。図9はエンジン10とモータ20から車軸17に出力するトルク配分を与えるマップの説明図である。ある特定の車速におけるマップを例示した。図示する通り、アクセル開度に応じて車軸17から出力すべき要求トルクが設定される。マップには、この要求トルクを実現するためにエンジン10およびモータ20のトルクがそれぞれ記憶されている。図中の曲線ELは、その一例であり、曲線ELよりも下側の領域がエンジントルク、上側の領域がアシストトルクに相当する。
【0056】
本実施例では、エンジントルクとアシストトルクとの関係が、燃料電池60の発電能力に応じて変化する。つまり、図9のマップは、燃料電池60の発電能力に応じて用意されている。本実施例では、FC燃料の残量をパラメータとして発電能力を表す。図中には、3段階の発電能力に対応したマップES,EM,ELを示した。発電能力が低い場合には、アシストトルクを抑制するため、マップESが使用される。発電能力が高い場合には、アシストトルクを増大し、モータ20を活用するため、マップELが使用される。発電能力が中程度の場合には、両者の中間のマップEMが使用される。ここでは、3段階の発電能力に対応したマップを例示したが、更に多くのマップを用意してもよい。また、アシストトルクが0となるマップ、即ち要求トルクの曲線に一致するマップを使用してもよい。
【0057】
図8のステップS14では、FC燃料の残量に応じて、図9のマップを参照し、モータ20のアシストトルクTmを設定する。こうして設定されたアシストトルクTmが所定の値Taよりも大きい場合には(ステップS16)、CPUは、アシストトルクに応じて変速マップおよびロックアップマップを使い分けて変速機100の動作状態を設定する(ステップS18)。先に図5および図6で説明した通り、アシストトルクが大きくなるにつれて、高速側の変速比をより広い範囲で活用するとともに、より広い範囲でロックアップクラッチ33を係合させる制御を行う。
【0058】
一方、アシストトルクTmが所定の値Ta以下である場合には(ステップS16)、アシストトルクに応じたマップの使い分けを行わない。つまり、ベース変速マップ、ベースロックアップマップに従って変速機100の動作状態を設定する(ステップS20)。変速マップおよびロックアップマップの切り替えは、運転感覚に与える影響が少なからずあり、制御処理の複雑化も招く。従って、本実施例では、アシストトルクが小さい場合には、マップの使い分けによる利点が十分に得られないと判断して、ベース変速マップ、ベースロックアップマップを使用するものとしている。アシストトルクが小さい場合でも、マップを使い分ける態様を採ることも、もちろん可能である。ステップS16で用いられる所定の値Taは、かかる趣旨に基づいて設定された値であり、本実施例では非常に小さい値に設定されている。
【0059】
こうしてそれぞれの状況に対応して、変速機100の動作状態が設定されると、CPUは変速機100およびモータ20、エンジン10の動作を制御する(ステップS22)。モータ20およびエンジン10は、ステップS14で設定されたトルク配分で要求トルクを出力するように運転される。FC燃料が十分に残っていない場合には、図9に示した要求トルクを全てエンジン10で出力するように運転される。モータ20、エンジン10の制御方法は周知であるため説明を省略する。なお、変速機100の制御は、所定のヒステリシスを持って行われる。
【0060】
以上の処理を繰り返し実行することにより、本願の車両は、エンジン10およびモータ20を動力源として走行することができる。ここでは、図5中の通常走行領域における制御を例にとって説明したが、図8の処理は、MG領域における制御にも適用可能である。MG領域では、原則としてモータ20のみを動力源として走行するが、FC燃料が若干不足した場合には、エンジン10を動力源としつつ、モータ20でトルクアシストして走行するモードに切り替えることもできる。MG領域でも、かかる運転モードを適用する場合には、図8で示した本実施例の制御処理をそのまま適用することができる。
【0061】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、モータ20のアシストトルクに応じて変速機100の動作状態を変更することができる。この結果、エンジン10とモータ20の動力配分の変化に応じて、それぞれ振動の抑制、燃費の向上を両立することができる。
【0062】
本実施例のハイブリッド車両では、アシストトルクが小さい場合や燃料電池60が発電不能の場合には、アシストトルクに依存しない態様で変速機100を制御する。つまり、アシストトルクが変速機100の制御に与える影響を、アシストトルクの大きさに応じて切り替えている。こうすることにより、本実施例の車両は、変速機100の制御を切り替えることによる運転感覚への影響を抑えつつ、振動抑制および燃費向上の利点が得られる制御を実現することができる。実施例では、車軸17に出力されるべきトルクに応じて変速機100の制御を行う場合を例示した。車速が決定されれば、モータ20等の動力源が出力する動力と車軸17に出力されるトルクとの関係は一義的に定まる。従って、実施例で例示した制御は、エンジン10およびモータ20から出力すべき目標動力をパラメータとして実現してもよい。
【0063】
D.変形例:
実施例では、アシストトルクの大きさによって変速機100の制御態様を変更する例を示した。アシストトルクによって変速機100の制御を変えるか否かを運転者がマニュアルで選択可能な構成を採っても良い。例えば、シフトレバー近傍に運転モードの切り替えスイッチを設け、燃費優先の運転モードが選択されている場合には実施例の制御を実行し、トルク優先の運転モードが選択されている場合には常にベース変速マップ、ベースロックアップマップを用いるものとしてもよい。
【0064】
実施例では、有段の変速機100を用いた場合を例示した。本発明は、いわゆる無段変速機を用いた構成にも適用可能である。この場合は、図5のマップにおいて、変速段を与える代わりに、変速比を与えるものとすればよい。
【0065】
本発明は図1に示した構成のみならず種々の構成の車両に適用することができる。変速機100はエンジン10とモータ20の間に設けられていても良い。モータ20から車軸17への動力伝達経路は、エンジン10から車軸17への動力伝達経路と並列に設けられていても良い。
【0066】
実施例では、燃料電池60を主電源として使用する場合を例示した。これに対し、バッテリ50を主電源としてもよいし、燃料電池60およびバッテリ50に代えてキャパシタなど別の蓄電手段を電源として用いてもよい。実施例では、2種類の電源を備えた場合を例示したが、1種類のみを備えるものとしてもよい。
【0067】
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、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両ではガソリンエンジンを用いたが、ディーゼルエンジンその他の熱機関を用いることができる。本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。本実施例では、種々の制御処理をCPUがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。
【図2】燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図3】変速機100の内部構造を示す説明図である。
【図4】各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。
【図5】車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。
【図6】ロックアップ制御用のマップを示す説明図である。
【図7】動力配分と変速比との関係を示す説明図である。
【図8】走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図9】エンジン10とモータ20のトルク配分を与えるマップの説明図である。
【符号の説明】
10…エンジン
12…クランクシャフト
13,14…回転軸
15…出力軸
16…ディファレンシャルギヤ
17…車軸
18…入力クラッチ
19…補機クラッチ
20…モータ
22…ロータ
24…ステータ
30…トルクコンバータ
31,32…タービン
33…ロックアップクラッチ
50…バッテリ
51,52…駆動回路
60,60A…燃料電池
61…メタノールタンク
62…水タンク
61a,62a…容量センサ
63…バーナ
64…圧縮機
65…蒸発器
66…改質器
68…ブロワ
70…制御ユニット
71…車速センサ
72…アクセルポジションセンサ
73…残容量センサ
80…補機駆動用モータ
82…補機駆動装置
83,84…切替スイッチ
100…変速機
102…油圧ポンプ
104…油圧制御部
110…副変速部
112…第1のプラネタリギヤ
114…サンギヤ
115…プラネタリピニオンギヤ
116…プラネタリキャリア
118…リングギヤ
119…回転軸
120…主変速部
122…回転軸
130…第2のプラネタリギヤ
132…サンギヤ
134…プラネタリキャリア
136…リングギヤ
140…第3のプラネタリギヤ
142…サンギヤ
144…プラネタリキャリア
146…リングギヤ
150…第4のプラネタリギヤ
152…サンギヤ
154…プラネタリキャリア
156…リングギヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid vehicle that includes a heat engine and an electric motor as power sources, and that travels while at least shifting the power of the heat engine with a transmission and outputting it to a drive shaft, and more particularly to a transmission control technique in the hybrid vehicle. .
[0002]
[Prior art]
A hybrid vehicle including a heat engine and an electric motor as power sources has been proposed. Among hybrid vehicles, there is a type of vehicle that travels by shifting the power of a heat engine with a transmission and outputting it to a drive shaft. The transmission is controlled according to a map set in advance according to the traveling state such as the vehicle speed and the accelerator opening, as in a normal vehicle that uses only the heat engine as a power source. The electric motor is operated to assist the torque of the heat engine.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the hybrid vehicle, even if the required power is constant, the power distribution output from each of the heat engine and the electric motor can be changed according to the traveling state. Conventionally, transmission control has been performed in a manner independent of power distribution between the heat engine and the electric motor. When it is set to use a relatively small gear ratio with an emphasis on fuel efficiency, vibration of the heat engine is caused when the power distribution of the heat engine is large, and a shock at the time of shifting is caused. When it was set to use a relatively large gear ratio with an emphasis on avoiding vibration and shock, the fuel consumption was impaired when the power distribution of the heat engine was small. As described above, it has been difficult to control the gear ratio so as to satisfy both fuel consumption, vibration, and shock.
[0004]
In addition, in order to improve the power transmission efficiency, the transmission is often locked up to prevent the rotation shaft from slipping. Conventionally, lock-up has been performed under certain conditions that do not depend on the power distribution between the heat engine and the electric motor, and therefore there are problems related to vibration, shock, and fuel consumption according to the power distribution of the heat engine. The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing vibration and shock and improving fuel consumption in a hybrid vehicle that transmits power via a transmission. To do.
[0005]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a hybrid vehicle including a heat engine and an electric motor as power sources, and a transmission capable of changing a transmission gear ratio when transmitting the power of the heat engine to a drive shaft.
Target power setting means for setting the target power of each of the heat engine and the electric motor;
Transmission control means for controlling the operating state of the transmission in consideration of the relationship between at least target power of the heat engine and target power of the electric motor;
Control means for controlling the operation of the heat engine and the electric motor to output the target power is provided.
[0006]
The target power of the heat engine and the electric motor may be set by distributing the power required according to the running state of the vehicle at a predetermined ratio, or may be set individually using a map or a function. Good. The target power setting means preferably adopts a mode in which the target power of the heat engine and the motor can be set in various combinations with respect to one required power. As such an aspect, there is an aspect in which each target power is set in consideration of parameters affecting the power distribution between the heat engine and the electric motor, for example, the power supply capability of the electric power source of the electric motor, in addition to the required power. The hybrid vehicle of the present invention may have a configuration in which the heat engine, the transmission, and the drive shaft are provided in this order from the upstream side of the power transmission path, and the electric motor is positioned on either the upstream side or the downstream side of the transmission. Also good. A path for transmitting the power of the heat engine to the drive shaft and a path for transmitting the power of the electric motor may be configured in parallel.
[0007]
According to the present invention, the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor can be reflected in the control of the transmission, and while suppressing the vibration according to the power distribution of the heat engine and the electric motor, A gear ratio that improves fuel efficiency can be realized. In other words, the present invention has technical significance in that not only the total power output to the drive shaft but also power distribution in each power source is considered in the control of the transmission. In a hybrid vehicle having a plurality of power sources, even if the total power to be output to the drive shaft is constant, the power distribution of each power source may be different. The optimum operating state of the transmission that can achieve both suppression of vibration and improvement of fuel consumption differs depending on the power distribution of power from a plurality of power sources. In the present invention, paying attention to this point, the transmission is controlled in consideration of the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor. Appropriate operating conditions can be realized. As a result, the vibration of the vehicle can be reduced and the fuel consumption can be improved. The relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor may be based on the ratio or difference between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor as a parameter. You may consider by the magnitude relationship of both. In addition, since the sum of the target power of the heat engine and the target power of the electric motor corresponds to the required power to be output to the drive shaft, an aspect that indirectly considers the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor As such, the relationship between the required power and the target power of either the heat engine or the electric motor may be considered.
[0008]
The power is a value determined as the product of the rotation speed and the torque. If the rotational speed is determined, the power and the torque uniquely correspond to each other. Therefore, for example, the target power may be handled using a torque corresponding to the vehicle speed or the rotational speed of the drive shaft as a parameter. That is, it comprises a rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the drive shaft, and the transmission control means uses a torque to be output to the drive shaft determined according to the rotation speed as a parameter representing the target power. It may be a means for performing the control. Furthermore, instead of setting the target power, it is possible to set a target torque for the heat engine and the electric motor and take control of the transmission in consideration of the relationship between both target torques. This mode includes a mode in which the target torque is set indirectly by setting the power at each rotational speed.
[0009]
As control of the present invention,
For example, the control can be performed by changing the relationship between the running state of the vehicle and the gear ratio in accordance with the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor.
Further, when the transmission includes a fluid coupling provided between two rotating shafts and a suppression mechanism that suppresses slippage of the fluid coupling, the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor Accordingly, the range of the traveling state in which slippage of the fluid coupling should be prevented may be changed. This is a mode in which a so-called lock-up region is switched according to the target power of the electric motor.
[0010]
Usually, the control of the operating state of the transmission is performed according to a map or other storage means in which the relationship between the running state and the operating state is stored in advance. Therefore, the above configurations can be realized by properly using the contents of the storage means according to the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor. It is also possible to adopt a control mode in which an operation state is set based on a map that does not depend on the relationship between the two and then a predetermined correction is made according to the relationship between the two.
[0011]
In the present invention, various power sources such as a battery can be applied as the power source of the motor, but it is particularly desirable to use a fuel cell. By using a fuel cell having a relatively high energy density as a power source for the electric motor, the electric motor can be used as a power source in a wide range of operation, and the present invention can be used effectively.
[0012]
In the hybrid vehicle of the present invention, the control may always be performed in consideration of the target power of the electric motor,
A power supply capacity detecting means for detecting a power supply capacity for the power source of the motor; and when the power supply capacity is less than a predetermined value, the target power of the heat engine and the motor Prohibiting means for prohibiting execution of control in consideration of the relationship with the target power may be provided. The power supply capability means the total power that can be output from the power source. When the fuel cell is used as a power source, it can be detected based on parameters such as the remaining amount of fuel for the fuel cell. When a secondary battery is used as a power source, it can be detected based on parameters such as remaining capacity.
[0013]
When the power supply capability is reduced, it is necessary to refrain from using the electric motor as a power source. When it is necessary to refrain from using the motor by switching the control mode of the transmission to a mode that does not depend on the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor by the action of the prohibition means. However, it can be avoided that the driving feeling fluctuates greatly.
[0014]
The present invention can be configured in various modes other than a hybrid vehicle. For example, you may comprise as a control apparatus and a control method which control the driving | operation or transmission of a hybrid vehicle. Even when configured as a control method, it may be configured as a method for controlling the transmission in consideration of the target power of the heat engine and the motor, or configured as a method for controlling the transmission in consideration of the target torque of both. May be. In the former, the target torque may be used as a parameter.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The embodiment of the present invention will be described in the following items based on examples.
A. Device configuration:
B. General behavior:
C. Travel control processing:
D. Variation:
[0016]
A. Device configuration:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle as an embodiment. The power source of the hybrid vehicle of this embodiment is the
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
As a power source for the
[0020]
A
[0021]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system. A
[0022]
The
[0023]
Each component of the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
In the following description, the
[0030]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the internal structure of the
[0031]
The power transmitted through the
[0032]
The configuration of the
[0033]
In the
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
[0038]
The above-described clutches C0 to C2 and brakes B0 to B4 provided in the
[0039]
The
[0040]
In the hybrid vehicle of this embodiment, the power output from the power source such as the
[0041]
An auxiliary
[0042]
In the hybrid vehicle of this embodiment, the
[0043]
B. General behavior:
Next, general operation of the hybrid vehicle of the present embodiment will be described. As described above with reference to FIG. 1, the hybrid vehicle of this embodiment includes the
[0044]
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the running state of the vehicle and the power source. A region MG in the drawing is a region where the
[0045]
The hybrid vehicle starts by EV traveling. In such a region, the vehicle travels with the input clutch 18 turned off. When the traveling state of the vehicle determined by the vehicle speed and the accelerator opening reaches the vicinity of the boundary of the region MG in the map of FIG. 5, the
[0046]
The
[0047]
Here, in the present embodiment, the gear ratio is determined in consideration of the assist torque output from the
[0048]
Control of the
[0049]
The reason why the gear ratio and the lockup region are switched according to the assist torque will be described. Consider a case where the vehicle is in a traveling state indicated by a point P in FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between power distribution and gear ratio. The vertical axis represents the torque output to the axle 17. A case where the assist torque of the
[0050]
On the other hand, the torque that can be output from the
[0051]
Here, the relationship between the magnitude of the assist torque and the gear ratio will be described. In the case of CASE 2, the torque T2 to be output from the engine exceeds the range that can be output at 5th. If 5th is selected as the gear position in such a state, the
[0052]
In FIG. 7, the use of the shift speed is described as an example. The same applies to the lockup area. Since the
[0053]
C. Travel control processing:
The traveling control for properly using the maps of FIGS. 5 and 6 is realized by the following processing. FIG. 8 is a flowchart of the travel control processing routine. This is a control process when traveling using the
[0054]
When this process is started, the CPU inputs the traveling state of the vehicle, that is, the vehicle speed and the accelerator opening (step S10). Further, it is determined whether or not sufficient FC fuel remains (step S12). In this embodiment, the determination is made based on the magnitude relationship between a predetermined value set in advance and the FC fuel. In the present embodiment, since the
[0055]
If it is determined that sufficient FC fuel remains (step S12), the vehicle travels with assistance from the
[0056]
In the present embodiment, the relationship between the engine torque and the assist torque changes according to the power generation capacity of the
[0057]
In step S14 of FIG. 8, the assist torque Tm of the
[0058]
On the other hand, when the assist torque Tm is equal to or less than the predetermined value Ta (step S16), the map according to the assist torque is not properly used. That is, the operating state of the
[0059]
Thus, when the operating state of the
[0060]
By repeatedly executing the above processing, the vehicle of the present application can travel using the
[0061]
According to the hybrid vehicle of the present embodiment described above, the operating state of the
[0062]
In the hybrid vehicle of this embodiment, when the assist torque is small or when the
[0063]
D. Variation:
In the embodiment, the example in which the control mode of the
[0064]
In the embodiment, the case where the stepped
[0065]
The present invention can be applied not only to the configuration shown in FIG. 1 but also to vehicles having various configurations. The
[0066]
In the embodiment, the case where the
[0067]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. Of course. For example, although a gasoline engine is used in the hybrid vehicle of this embodiment, a diesel engine or other heat engine can be used. In the present embodiment, all three-phase synchronous motors are applied as motors, but induction motors, other AC motors, and DC motors may be used. In this embodiment, various control processes are realized by the CPU executing software, but such control processes can also be realized in hardware.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle as an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system.
3 is an explanatory diagram showing an internal structure of the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between engagement states of gears, brakes, and one-way clutches and shift speeds.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between a running state of a vehicle and a power source.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a map for lock-up control.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between power distribution and a gear ratio.
FIG. 8 is a flowchart of a travel control processing routine.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a map for giving torque distribution between the
[Explanation of symbols]
10 ... Engine
12 ... Crankshaft
13, 14 ... Rotating shaft
15 ... Output shaft
16 ... Differential gear
17 ... Axle
18 ... Input clutch
19 ... Auxiliary clutch
20 ... Motor
22 ... Rotor
24 ... Stator
30 ... Torque converter
31, 32 ... Turbine
33 ... Lock-up clutch
50 ... Battery
51, 52 ... Driving circuit
60, 60A ... Fuel cell
61 ... Methanol tank
62 ... Water tank
61a, 62a ... capacitance sensor
63 ... Burner
64 ... Compressor
65 ... Evaporator
66 ... reformer
68 ... Blower
70 ... Control unit
71 ... Vehicle speed sensor
72 ... Accelerator position sensor
73: Remaining capacity sensor
80 ... Auxiliary drive motor
82 ... Auxiliary drive
83, 84 ... changeover switch
100 ... transmission
102 ... Hydraulic pump
104 ... Hydraulic control unit
110 ... sub transmission unit
112 ... 1st planetary gear
114 ... Sun gear
115 ... Planetary pinion gear
116 ... Planetary carrier
118 ... Ring gear
119 ... Rotating shaft
120 ... main transmission section
122 ... Rotating shaft
130 ... Second planetary gear
132 ... Sungear
134 ... Planetary Carrier
136 ... Ring gear
140 ... Third planetary gear
142 ... Sungear
144 ... Planetary Carrier
146 ... Ring gear
150 ... Fourth planetary gear
152 ... Sungear
154 ... Planetary carrier
156 ... Ring gear
Claims (6)
前記熱機関と電動機それぞれの目標動力を設定する目標動力設定手段と、
少なくとも前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を考慮して前記変速機の動作状態を制御する変速機制御手段と、
前記目標動力を出力するよう前記熱機関および電動機の運転を制御する制御手段とを備え、
前記変速機は、2つの回転軸間に備えられた流体継手と、該流体継手の滑りを抑制する抑制機構とを備え、
前記変速機制御手段は、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて該流体継手の滑りを制止すべき走行状態の範囲を変更して、前記制御を行い、さらに、前記電動機の目標動力が大きいほど、前記流体継手の滑りを制止すべき走行状態の範囲が広くなるように、前記制御を行う手段であるハイブリッド車両。A hybrid vehicle comprising a heat engine and an electric motor as a power source, and a transmission capable of changing a transmission gear ratio when transmitting the power of the heat engine to a drive shaft,
Target power setting means for setting the target power of each of the heat engine and the electric motor;
Transmission control means for controlling the operating state of the transmission in consideration of the relationship between at least target power of the heat engine and target power of the electric motor;
Control means for controlling the operation of the heat engine and the electric motor to output the target power,
The transmission includes a fluid coupling provided between two rotating shafts, and a suppression mechanism that suppresses slippage of the fluid coupling,
The transmission control means to change the range of the running condition to be restrained slippage of the fluid coupling in accordance with the relationship between the target power of the target power and the electric motor of the heat engine, have rows said control further The hybrid vehicle is a means for performing the control such that the greater the target power of the electric motor, the wider the range of travel states in which the slippage of the fluid coupling should be prevented .
前記変速機制御手段は、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との比または差を考慮して前記制御を行う手段であるハイブリッド車両。The hybrid vehicle according to claim 1,
The transmission control means is a hybrid vehicle which is means for performing the control in consideration of a ratio or difference between a target power of the heat engine and a target power of the electric motor.
前記変速機制御手段は、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて該車両の走行状態と変速比との関係を変更して、前記制御を行う手段であるハイブリッド車両。The hybrid vehicle according to claim 1,
The transmission control means is a hybrid vehicle which is a means for performing the control by changing the relationship between the running state of the vehicle and the gear ratio in accordance with the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor. .
前記電動機の電源について電力供給能力を検出する電力供給能力検出手段と、
該電力供給能力が所定値以下である場合には、前記変速機制御手段に対し、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を考慮した制御の実行を禁止する禁止手段とを備えるハイブリッド車両。The hybrid vehicle according to claim 1,
Power supply capability detection means for detecting power supply capability for the power source of the motor;
When the power supply capacity is less than or equal to a predetermined value, the transmission control means includes prohibiting means for prohibiting execution of control in consideration of the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor. A hybrid vehicle equipped with.
前記変速機は、2つの回転軸間に備えられた流体継手と、該流体継手の滑りを抑制する抑制機構とを備え、
前記制御方法は、
(a) 前記熱機関と電動機それぞれの目標動力を設定する工程と、
(b) 前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係を考慮して変速機の動作状態を制御する工程と、
(c) 前記目標動力を出力するよう前記熱機関および電動機の運転を制御する工程とを備え、
前記工程(b)は、前記熱機関の目標動力と前記電動機の目標動力との関係に応じて前記流体継手の滑りを制止すべき走行状態の範囲を変更して、前記制御を行う工程であって、前記電動機の目標動力が大きいほど、前記流体継手の滑りを制止すべき走行状態の範囲が広くなるように、前記制御を行う工程を備える、ハイブリッド車両の制御方法。A control method for a hybrid vehicle comprising a heat engine and an electric motor as a power source, and a transmission capable of changing a transmission gear ratio when transmitting the power of the heat engine to a drive shaft,
The transmission includes a fluid coupling provided between two rotating shafts, and a suppression mechanism that suppresses slippage of the fluid coupling,
The control method is:
(A) setting a target power for each of the heat engine and the electric motor;
(B) controlling the operating state of the transmission in consideration of the relationship between the target power of the heat engine and the target power of the electric motor;
(C) controlling the operation of the heat engine and the electric motor to output the target power,
The step (b) is a step in which the control is performed by changing a range of a traveling state in which slippage of the fluid coupling is to be prevented according to a relationship between a target power of the heat engine and a target power of the electric motor. A control method for a hybrid vehicle , comprising the step of performing the control so that the range of the traveling state in which the slippage of the fluid coupling is to be prevented increases as the target power of the electric motor increases .
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