JP4541736B2

JP4541736B2 - ハイブリッド車両の駆動制御装置

Info

Publication number: JP4541736B2
Application number: JP2004084474A
Authority: JP
Inventors: 剛山中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005278239A

Description

本発明は、内燃機関及び電動機の運転状態を制御して車両を駆動するハイブリッド車両の駆動制御装置に関するものである。

従来、定常走行状態から運転者がアクセルを踏み込んだときに、エンジンよりも応答性能に優れた電動モータの力行によって加速性能を向上させるハイブリッド車両では、例えば電動モータやバッテリの過熱を防止するために、電動モータの力行を制限するものがあった（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８７９０１号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された従来例のように、所定の条件で電動モータの力行を制限すると、運転者がアクセルを踏み込んだときのモータトルクの増加幅を十分に確保することができないので、加速性能が低下するという問題がある。
そこで、本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、所定の条件で電動モータの力行が制限されるとしても、加速性能の低下を防止できるハイブリッド車両の駆動制御装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置は、電動機による力行時の電動機トルクを、所定の条件に基づいて設定される上限値で制限するものにおいて、運転者の加速指示に応じた電動機トルクの増加を、電動機の定格出力及び回転数から算出される電動機で出力可能な最大アシストトルク分だけ確保するために、加速指示の無い定常走行状態のときに、予め電動機トルクを、正値となる力行側の上限値から前記最大アシストトルクを減じた値に制御しておくことを特徴としている。

本発明によれば、運転者の加速指示に応じた電動機トルクの増加を、電動機の定格出力及び回転数から算出される電動機で出力可能な最大アシストトルク分だけ確保するために、加速指示の無い定常走行状態のときに、予め電動機トルクを、正値となる力行側の上限値から前記最大アシストトルクを減じた値に制御しておくことで、運転者の加速指示があったときに、電動機トルクの増加が発電側から開始されるので、その増加幅を十分に確保することができ、加速性能の低下を防止できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、車両の概略構成図であり、エンジン１と、力行及び発電が可能なモータジェネレータ（電動機）２とで車両を駆動するパラレルハイブリッド車両である。符号３はトルクコンバータを有する自動変速機、符号４は例えばリチウムイオンバッテリで構成された高電圧バッテリ、符号５は例えばパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式のインバータ、符号６は高電圧電源遮断装置、符号７はハーネスである。また、符号８はエンジンコントローラ、符号９は変速機コントローラ、符号１０はバッテリコントローラ、符号１１はＭＧコントローラ、符号１２はハイブリッドコントローラである。

図２は、制御システムの概略構成図である。エンジンコントローラ８は、点火時期、燃料噴射量、スロットル開度等を制御することにより、エンジントルクやエンジン回転数を制御する。変速機コントローラ９は、種々の電磁ソレノイドバルブを制御することにより、変速比やロックアップを制御する。また、ＭＧコントローラ１１は、インバータ５を介してモータジェネレータ２の力行時又は発電時のＭＧトルク（電動機トルク）を制御する。ＭＧトルクは、正の値でモータジェネレータ２の力行運転となり、負の値でモータジェネレータ２の発電運転となる。

ハイブリッドコントローラ１２は、運転者のアクセル開度と、エンジンコントローラ８からのエンジン回転数と、変速機コントローラ９からの変速比、シフトポジション、車速と、バッテリコントローラ１０からの充電状態（以下、ＳＯＣと称す）、バッテリ電圧、バッテリ入出力可能電力と、ＭＧコントローラ１１からのモータジェネレータ回転数、力行／発電可能トルク、モータジェネレータ温度、インバータ電圧とを入力し、図３のハイブリッド制御処理を実行して、エンジンコントローラ８に対する目標エンジントルクと、ＭＧコントローラ１１に対する最終ＭＧトルクと、を出力する。

次に、ハイブリッドコントローラ１２で実行されるハイブリッド制御処理を、図３のフローチャートに従って説明する。
このハイブリッド制御処理は、所定時間（例えば、１０msec）毎のタイマ割り込みによって実行され、ステップＳ１の目標駆動力算出処理と、ステップＳ２の目標ＭＧトルク算出処理と、ステップＳ３の目標エンジントルク算出処理と、ステップＳ４の最終ＭＧトルク算出処理と、を順次実行する。

ステップＳ１の目標駆動力算出処理は、図４に示すように、ステップＳ１０１で、アクセル開度と車速とを読込む。
続くステップＳ１０２では、図５に示すような制御マップを参照し、アクセル開度及び車速から目標駆動力を算出してから目標駆動力算出処理を終了する。図５の制御マップは、エンジン１及びモータジェネレータ２で出力可能なトルク、変速比、トルクコンバータによるトルク増幅比、タイヤ動半径などの諸元を考慮して設定したものである。この制御マップによれば、車速が低く、アクセル開度が大きいほど目標駆動力は大きくなる。

次に、ステップＳ２の目標ＭＧトルク算出処理は、図６及び図７に示すように、先ずステップＳ２０１で、各種データを読込む。具体的には、ＳＯＣ、車速、モータジェネレータ回転数、モータジェネレータ温度、インバータ電圧、及びハーネス電流値である。
続くステップＳ２０２では、目標駆動力に車速を乗じて目標駆動仕事率を算出する。
続くステップＳ２０３では、図８に示すような制御マップを参照し、ＳＯＣ及び目標駆動仕事率から目標エンジン仕事率を算出する。図８の制御マップは、ＳＯＣが高いほど、つまり充電された電力が多いほど目標エンジン仕事率が小さくなると共に、目標駆動仕事率が大きいほど目標エンジン仕事率が大きくなるように設定されている。

続くステップＳ２０４では、図９に示すような制御マップを参照し、目標エンジン仕事率を実現する燃費最適エンジン回転数を算出する。図９の制御マップは、目標エンジン仕事率が大きいほど燃費最適エンジン回転数が大きくなるように設定されている。
続くステップＳ２０５では、目標エンジン仕事率から目標駆動仕事率を減じて目標ＭＧ仕事率を算出する。
続くステップＳ２０６では、目標ＭＧ仕事率を燃費最適エンジン回転数で除して目標ＭＧトルクを算出する。

続くステップＳ２０７では、図１０に示すような制御マップを参照し、モータジェネレータ２の定格出力及びモータジェネレータ回転数から、モータジェネレータ２でアシスト可能な最大アシストトルクを算出する。図１０の制御マップは、モータジェネレータ回転数が高いほど、最大アシストトルクが小さくなるように設定されている。
続く図７のステップＳ２０８では、モータジェネレータ温度が所定値以上であるか否かを判定する。モータジェネレータ温度が所定値以上であるときには、ステップＳ２０９に移行し、モータジェネレータ２の通電可能電流を算出してステップＳ２１０に移行する。一方、モータジェネレータ温度が所定値未満であるときには、そのままステップＳ２１０に移行する。

ステップＳ２１０では、バッテリ電圧にモータジェネレータ２の消費電流を乗じてＭＧ熱制限時のトルク上限値ＴＬ_MGを算出する。
続くステップＳ２１１では、高電圧電源遮断装置６及びインバータ５の電位差とハーネス電流からハーネス抵抗値を算出する。
続くステップＳ２１２では、ハーネス抵抗値からハーネス温度を算出する。
続くステップＳ２１３では、ハーネス温度が所定値以上であるか否かを判定する。ハーネス温度が所定値以上であるときには、ステップＳ２１４に移行してハーネス温度とハーネス許容温度との差分からハーネス通電可能電流を算出する。一方、ハーネス温度が所定値未満であるときには、ステップＳ２１５に移行してハーネス通電可能電流に最大値を代入する。

ハーネス通電可能電流を算出したらステップＳ２１６に移行して、ハーネス通電可能電流からハーネス熱制限時のトルク上限値ＴＬ_Hを算出する。
続くステップＳ２１７では、図１１に示すような制御マップを参照し、高電圧バッテリ４のＳＯＣから出力可能電力を算出する。
続くステップＳ２１８では、高電圧バッテリ４の出力可能電力からＳＯＣ制限時のトルク上限値ＴＬ_SOC-Uを算出する。
続くステップＳ２１９では、下記（１）式に示すように、トルク上限値ＴＬ_MG、ＴＬ_H、ＴＬ_SOC-Uのうち最も小さい値をトルク上限値ＴＬとして算出する。
ＴＬ＝min［ＴＬ_MG，ＴＬ_H，ＴＬ_SOC-U］ ………（１）

続くステップＳ２２０では、トルク上限値ＴＬから最大アシストトルクを減じて制限時目標ＭＧトルクを算出する。
続くステップＳ２２１では、前述した図１１の制御マップを参照し、高電圧バッテリ４のＳＯＣから入力可能電力を算出する。
続くステップＳ２２２では、高電圧バッテリ４の入力可能電力からＳＯＣ制限時のトルク下限値ＴＬ_SOC-Lを算出する。
続くステップＳ２２３では、制限時目標ＭＧトルクをＳＯＣ制限時のトルク下限値ＴＬ_SOC-Lで下限処理を行う。すなわち、制限時目標ＭＧトルクが下限値ＴＬ_SOC-Lよりも小さいときに、下限値ＴＬ_SOC-Lを制限時目標ＭＧトルクに設定する。

続くステップＳ２２４では、目標ＭＧトルクが制限時目標ＭＧトルクよりも大きいか否かを判定する。目標ＭＧトルクが制限時目標ＭＧトルクよりも大きいときには、そのまま目標ＭＧトルク算出処理を終了する。一方、目標ＭＧトルクが制限時目標ＭＧトルク以下であるときには、ステップＳ２２５に移行して制限時目標ＭＧトルクを目標ＭＧトルクに設定してから目標ＭＧトルク算出処理を終了する。

次に、ステップＳ３の目標エンジントルク算出処理は、図１２に示すように、ステップＳ３０１で各種データを読込む。具体的には、目標駆動力、変速比、及びトルクコンバータ増幅比である。
続くステップＳ３０２では、目標駆動力にタイヤ動半径を乗じ、それを変速比、トルクコンバータ増幅比、ファイナルギヤ比で除して目標エンジン駆動トルクを算出する。

続くステップＳ３０３では、目標エンジン駆動トルクから目標ＭＧトルクを減じて目標エンジントルクを算出し、これをエンジンコントローラ８に出力してから目標エンジントルク算出処理を終了する。ここで、目標ＭＧトルクが発電側の負の値であるときには、目標エンジントルクは目標ＭＧトルク分だけ増加し、逆に目標ＭＧトルクが力行側の正の値であるときには、目標エンジントルクは目標ＭＧトルク分だけ減少する。

次に、ステップＳ４の最終ＭＧトルク算出処理は、図１３に示すように、ステップＳ４０１で、各種データを読込む。具体的には、目標駆動力、車速、最大アシストトルク、エンジン回転数、及びトルクコンバータ増幅比である。
続くステップＳ４０２では、車速の変化から実駆動力を推定する。
続くステップＳ４０３では、目標駆動力が実駆動力より大きいか否かを判定する。目標駆動力が実駆動力以下であるときには、ステップＳ４０４で過渡アシストトルクを０に設定する。一方、目標駆動力が実駆動力よりも大きいときには、ステップＳ４０５で目標駆動力と実駆動力との差分に応じて過渡アシストトルクを算出してからステップＳ４０６に移行する。

ステップＳ４０６では、過渡アシストトルクを最大アシストトルクで上限処理を行う。すなわち、過渡アシストトルクが最大アシストトルクよりも大きいときに、最大アシストトルクを過渡アシストトルクに設定する。
ステップＳ４０４又はＳ４０６を処理したら、ステップＳ４０７に移行してエンジン回転数からエンジン最大トルクを算出する。

続くステップＳ４０８では、エンジン最大トルク、最大変速比、トルクコンバータ増幅比、及びファイナルギヤ比を乗じた値を、タイヤ動半径で除して最大駆動力を算出する。
続くステップＳ４０９では、目標駆動力が最大駆動力より大きいか否かを算出する。目標駆動力が最大駆動力未満であるときには、ステップＳ４１０で全開アシストトルクを０に設定する。一方、目標駆動力が最大駆動力よりも大きいときには、ステップＳ４１１で目標駆動力と最大駆動力との差分に応じて全開アシストトルクを算出する。

ステップＳ４１０又はＳ４１１を処理したら、ステップＳ４１２に移行して過渡アシストトルクと全開アシストアシストトルクとを加算してアシストトルクを算出する。
続くステップＳ４１３では、目標ＭＧトルクにアシストトルクを加算して最終ＭＧトルクを算出し、これをＭＧコントローラ１１に出力してから最終ＭＧトルク算出処理を終了する。
以上、図７のステップＳ２０８〜Ｓ２１９の処理が力行制限手段に対応し、このＳ２０８〜Ｓ２１９の処理を除く図３のハイブリッド制御処理がハイブリッド制御手段に対応している。

次に、上記一実施形態の動作や作用効果を従来技術と比較しつつ説明する。
エンジン１及びモータジェネレータ２の運転状態を制御して車両を駆動するハイブリッド車両では、図１４に示すように、運転者がアクセルを踏み込んだときに、エンジン１よりも応答性能に優れたモータジェネレータ２を力行運転することによって、車両の総駆動トルク（エンジントルク＋ＭＧトルク）をレスポンス良く増加させて車両の加速性能を向上させることができる。

しかしながら、モータジェネレータ２で連続的な力行運転を行うと、モータジェネレータ２やハーネス７が過熱するので、従来では、図１５に示すように、モータジェネレータ２の温度状態に応じて設定される上限トルクによって力行時のＭＧトルクを制限したり、図１６に示すように、ハーネス温度が所定値を超えたときにモータジェネレータ２への電力供給を遮断したりしていた。力行時のＭＧトルクを制限した場合には、運転者がアクセルを踏み込んだときのＭＧトルクの増加幅を十分に確保することができないので加速性能が低下してしまい、その制限の仕方によっては急な減速によって車両挙動が変化する虞もある。また、電力供給の遮断によってモータジェネレータ２の力行を制限した場合には、総駆動トルクの急激なダウンによってショックが発生してしまう。

また、高電圧バッテリ４はＳＯＣによって出力可能な電力が決まるので、図１７に示すように、ＳＯＣが低いときにモータジェネレータ２への電力供給を十分に行うことができなくなり、上記のように運転者がアクセルを踏み込んでもＭＧトルクの増加幅を十分に確保することができなかった。
そこで、本発明では、運転者のアクセル操作に応じたモータジェネレータ２の増加を所定量確保するために、運転者の加速指示がある前の略定常走行状態のときに、予めＭＧトルクをトルク上限値ＴＬよりも所定量だけ小さい発電側の値に制御しておく。

具体的には、先ずモータジェネレータ温度に応じて力行可能なトルク上限値ＴＬ_MGと、ハーネス温度に応じて力行可能なトルク上限値ＴＬ_Hと、ＳＯＣに応じて力行可能なトルク上限値ＴＬ_SOC-Uとを夫々算出し（ステップＳ２０８〜Ｓ２１８）、これらのうち最も小さいものをトルク上限値ＴＬとして設定する（ステップＳ２１９）。そして、図１８に示すように、運転者の加速指示がある前、つまりアシストトルクが略０のときに、予めＭＧトルクを、トルク上限値ＴＬよりも最大アシストトルク分だけ小さな値に制御しておく。

これにより、運転者がアクセルを踏み込むと、応答性能に優れたＭＧトルクの増加が発電側（負側）から開始されるので、最大アシストトルク分の増加幅、つまり十分な増加幅を確保することができ、加速性能の低下を防止できる。したがって、急な減速などで車両挙動が変化することや電力供給の遮断による急激なトルクダウンでショックが発生することもない。また、モータジェネレータ２のＳＯＣが極めて低いようなときでも、ＭＧトルクを発電側から増加させて所望のトルク増加幅を得ることができる。

因みに、モータジェネレータ２に同じトルクで力行運転（正値）と発電運転（負値）をさせた場合、モータジェネレータ２及び電力供給回路の発熱量は発電運転時の方が小さくなる。それは、力行時の通電電流が仕事率＋電力損失となるのに対し、発電時の通電電流が仕事率−電力損失となるためである。
このように、本発明によれば、モータジェネレータ温度、ハーネス温度、及びＳＯＣの何れかでモータジェネレータ２の力行が制限されるとしても、運転者の加速指示に応じて応答特性に優れたＭＧトルクを確実に、且つ十分に増加させることができ、加速性能の低下を防止することができる。

一方、ＭＧトルクを発電側の値に制御するときに、その発電側のＭＧトルク分だけエンジントルクを増加させているので（ステップＳ３０３）、エンジン１に対するモータジェネレータ２の発電分の負荷を相殺して目標駆動力を実現できる。
また、運転者の加速指示に応じてアシストトルクを算出し、ＭＧトルクの絶対値ではなく、その増加幅を制御しているので、図１９に示すように、アクセルが踏み込まれたときに、トルク上限値ＴＬまでの間にＭＧトルクの増加幅が残っていても、不必要にＭＧトルクを増加させることを回避できる。

なお、上記の一実施形態では、モータジェネレータ温度、ハーネス温度、及びＳＯＣに応じて上限トルクＴＬを設定しているが、これに限定されるものではなく、それらのうち少なくとも一つに応じて上限トルクＴＬを設定すればよい。また、電力供給回路の温度としてハーネス温度を検出しているが、これに限定されるものではなく、その他にもインバータ５におけるスイッチング素子近傍の温度、或いは高電圧バッテリ４の温度を検出してもよい。
さらに、上記の一実施形態では、高電圧バッテリ４に充電した電力をモータジェネレータ２のみに供給しているが、これに限定されるものでなく、バッテリ、点火装置、始動装置、エアコンディショナ等の電装品に供給してもよい。

本発明の概略構成図である。制御システムの概略構成図である。ハイブリッド制御処理を示すフローチャートである。目標駆動力算出処理を示すフローチャートである。目標駆動力の算出に用いる制御マップである。目標ＭＧトルク算出処理の前半部を示すフローチャートである。目標ＭＧトルク算出処理の後半部を示すフローチャートである。目標エンジン仕事率の算出に用いる制御マップである。燃費最適エンジン回転数の算出に用いる制御マップである。最大アシストトルクの算出に用いる制御マップである。入出力可能電力の算出に用いる制御マップである。目標エンジントルク算出処理を示すフローチャートである。最終ＭＧトルク算出処理を示すフローチャートである。ハイブリッド車両の効果を説明するタイムチャートである。モータジェネレータの温度状態に応じてＭＧトルクを制限する場合の問題点を説明するタイムチャートである。ハーネスの温度状態に応じてモータジェネレータへの電力供給を遮断する場合の問題点を説明するタイムチャートである。高電圧バッテリのＳＯＣに応じてＭＧトルクが制限される場合の問題点を説明するタイムチャートである。本発明の効果を説明するタイムチャートである。本発明の効果を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２モータジェネレータ（電動機）
３自動変速機
４高電圧バッテリ
５インバータ
６高電圧電源遮断装置
７ハーネス
８エンジンコントローラ
９変速機コントローラ
１０バッテリコントローラ
１１ＭＧコントローラ
１２ハイブリッドコントローラ

Claims

内燃機関と、電動機トルクが正値のときに力行運転となり負値のときに発電運転となる電動機と、前記内燃機関の駆動トルク及び前記電動機の電動機トルクを制御して車両を駆動するハイブリッド制御手段と、前記電動機による力行時の電動機トルクを、所定の条件に基づいて設定される正値の上限値で制限する力行制限手段と、を備えたハイブリッド車両の駆動制御装置において、
前記ハイブリッド制御手段は、運転者の加速指示に応じた前記電動機トルクの増加を、前記電動機の定格出力及び回転数から算出される前記電動機で出力可能な最大アシストトルク分だけ確保するために、加速指示の無い定常走行状態のときに、予め前記電動機トルクを、正値となる力行側の前記上限値から前記最大アシストトルクを減じた値に制御しておくことを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記ハイブリッド制御手段は、加速指示の無い定常走行状態で、予め前記電動機トルクを、前記上限値から前記最大アシストトルクを減じた値に制御するときに、前記上限値と前記最大アシストトルクとの差分だけ前記内燃機関の駆動トルクを増加させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記ハイブリッド制御手段は、自車両の実駆動力を推定すると共に、運転者の加速指示に応じて自車両の目標駆動力を算出し、前記目標駆動力と前記実駆動力との差分に応じてアシストトルクを算出し、算出したアシストトルク分だけ前記電動機トルクを増加させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記力行制限手段は、前記電動機による力行時の電動機トルクを、当該電動機の温度状態に基づいて設定される上限値で制限することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記力行制限手段は、前記電動機による力行時の電動機トルクを、当該電動機への電力供給回路の温度状態に基づいて設定される上限値で制限することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
前記電動機との電力の授受を行う充電装置を備え、
前記力行制限手段は、前記電動機による力行時の電動機トルクを、前記充電装置の充電状態に基づいて設定される上限値で制限することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。