JP5077830B2 - Control device for hybrid vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関と交流モータを動力源として併用するハイブリッド車の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for a hybrid vehicle using an internal combustion engine and an AC motor as a power source.
近年、内燃機関(エンジン)と交流モータとを動力源としたハイブリッド車の需要が増加している。このハイブリッド車においては、例えば、車両の駆動輪を駆動するための交流モータ(電動機)と、内燃機関で駆動されて発電するための交流モータ(発電機)とをそれぞれ備えたシステムが考案されている。このシステムでは、内燃機関と連動して各交流モータを駆動してそれらの動力で車両を駆動させたり、各交流モータで発電させて二次電池に回収させたりすることで、燃費向上を実現している。 In recent years, the demand for hybrid vehicles using an internal combustion engine (engine) and an AC motor as power sources has increased. In this hybrid vehicle, for example, a system including an AC motor (electric motor) for driving the drive wheels of the vehicle and an AC motor (generator) for driving the internal combustion engine to generate electric power has been devised. Yes. In this system, fuel consumption is improved by driving each AC motor in conjunction with the internal combustion engine and driving the vehicle with the power, or by generating power with each AC motor and collecting it in the secondary battery. ing.
ここで、内燃機関と交流モータとを動力とするハイブリッド車においては、内燃機関で動力を発生させる際に、内燃機関から排出される排ガスを浄化するため、内燃機関のみを動力とする車両と同様に、内燃機関の排気管に排ガス浄化用の触媒を設けるようにしている。 Here, in a hybrid vehicle powered by an internal combustion engine and an AC motor, the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is purified when power is generated by the internal combustion engine, so that the vehicle is powered by only the internal combustion engine. In addition, an exhaust gas purifying catalyst is provided in the exhaust pipe of the internal combustion engine.
一般的に、触媒はある活性温度に昇温したときに、活性状態となり排ガスを浄化し始めるため、触媒の温度が低いときには、触媒を早期に暖機させる必要がある。ハイブリッド車において、触媒を早期に暖機させる制御の一つとして、例えば、下記の特許文献1に開示されている技術が知られている。この特許文献1では、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、内燃機関の動力を通常より増加させることで、内燃機関から排出される排ガス量を増加させて排気熱量を増加させることで、触媒を早期に暖機させるようにしている。更に、この特許文献1の技術では、内燃機関の動力を増加させることで生じる車両の駆動トルクの増大分を抑制するために、発電機の負荷を増大させるようにしている。
ところで、上記特許文献1に開示された技術では、触媒の暖機要求があったときに、発電機の負荷を増大させているため、発電機の発電電力が増加することになり、その増加分の発電電力についても二次電池に充電されることになる。このため、上記特許文献1において、二次電池に充電できる残りの充電可能量が少ない場合には、発電機の発電電力によって二次電池が過充電となる虞れがあるため、触媒暖機のために内燃機関の動力(排ガス量)をさほど増加させることができず、触媒を早期に暖機させることができない場合があった。 By the way, in the technique disclosed in Patent Document 1, since the load on the generator is increased when there is a catalyst warm-up request, the generated power of the generator is increased. The generated power is charged to the secondary battery. For this reason, in Patent Document 1, when the remaining chargeable amount that can be charged to the secondary battery is small, the secondary battery may be overcharged by the generated power of the generator. For this reason, the power of the internal combustion engine (amount of exhaust gas) cannot be increased so much that the catalyst cannot be warmed up early.
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、触媒の暖機要求があった時に、触媒暖機制御による二次電池の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機させることが可能なハイブリッド車の制御装置を提供することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to warm up the catalyst early while solving the problem of secondary battery overcharging by catalyst warm-up control when there is a catalyst warm-up request. An object of the present invention is to provide a hybrid vehicle control device.
そこで、請求項1に係る発明は、車両に搭載された内燃機関と、排ガスを浄化するための触媒と、内燃機関の動力の少なくとも一部により駆動されて発電する発電機と、発電された電力の少なくとも一部を充電し得る二次電池と、発電機により発電された電力及び/又は二次電池より放電された電力によって駆動される電動機とを備え、内燃機関及び/又は電動機の動力によって車輪を駆動するハイブリッド車の制御装置において、二次電池の現在の充電量(充電残量)を考慮して、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出する残り充電可能量算出手段と、触媒の暖機要求があった時に、内燃機関から排出される排ガス量を増加させるように内燃機関の動力を増加させるとともに、発電機の発電電力を増加させることによって車輪を駆動するトルクの増加を抑える触媒暖機制御手段とを備え、触媒暖機制御手段は、残り充電可能量算出手段により算出された二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機に入力する電力を制御することで、発電機から二次電池に充電する電力を制限する“過充電防止制御”を実行するようにしたものである。 Accordingly, an invention according to claim 1 is directed to an internal combustion engine mounted on a vehicle, a catalyst for purifying exhaust gas, a generator that is driven by at least part of the power of the internal combustion engine, and generates electric power. And a motor driven by electric power generated by the generator and / or electric power discharged from the secondary battery, and the wheels are driven by the power of the internal combustion engine and / or the electric motor. In the control device of the hybrid vehicle that drives the battery, the remaining charge for calculating the remaining chargeable amount until the secondary battery is fully charged in consideration of the current charge amount (remaining charge amount) of the secondary battery To increase the power of the internal combustion engine and increase the power generated by the generator so as to increase the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine when there is a demand amount calculation means and a catalyst warm-up request Thus a catalyst warm-up control means to suppress an increase in torque to drive the wheels, the catalyst warm-up control means, allowable charge corresponding to the remaining chargeable amount of the secondary battery calculated by the remaining chargeable amount calculating means In consideration of electric power, by controlling the electric power input to the electric motor, “overcharge prevention control” for limiting the electric power charged from the generator to the secondary battery is executed.
このように、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機に入力する電力を制御すれば、発電機から二次電池に充電する電力を、該二次電池の充電能力を超えないように制限することが可能となり、二次電池の残りの充電可能量が少ない場合でも、内燃機関の動力を増加させて排ガス量を増加させることができ、触媒を早期に暖機させることが可能となる。これにより、触媒暖機制御による二次電池の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機させることができる。 In this way, the secondary battery is charged from the generator by controlling the power input to the motor in consideration of the charge allowable power according to the remaining chargeable amount until the secondary battery is fully charged. It is possible to limit the power to be discharged so as not to exceed the charging capacity of the secondary battery, and even when the remaining chargeable amount of the secondary battery is small, the power of the internal combustion engine is increased and the amount of exhaust gas is increased. It is possible to warm up the catalyst early. Thereby, the catalyst can be warmed up early while solving the problem of secondary battery overcharging by the catalyst warm-up control.
ここで、単に、電動機に入力する電力を制御するだけでは、電動機の動力(トルク)が変化して車輪の駆動トルクが運転者の意思に反して変化する可能性があるため、請求項2に係る発明のように、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、車輪の駆動トルクが変化しないように、電動機に入力する電力を制御するようにすると良い。これにより、過充電防止制御の実行中に、運転者の意思に反して車輪の駆動トルクが変化することを防止しながら、触媒を早期に暖機させることが可能となる。 Here, simply controlling the electric power input to the electric motor may change the power (torque) of the electric motor and change the driving torque of the wheel against the intention of the driver. As in the invention, the catalyst warm-up control means may control the electric power input to the electric motor so that the driving torque of the wheels does not change during the execution of the overcharge prevention control. This makes it possible to warm up the catalyst early while preventing the wheel drive torque from changing against the driver's intention during the overcharge prevention control.
また、請求項3に係る発明のように、発電機の発電電力を算出する発電電力算出手段を備え、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、発電機の発電電力と二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて発電機の発電電力のうちの二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して電動機に入力する電力を制御するようにすると良い。このように、発電機の発電電力と二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて、二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出すれば、少なくとも余剰電力を電動機で消費させるように、該電動機の入力電力を制御することが可能となり、発電機から二次電池に充電する電力が、該二次電池の充電能力を超えないように制限することができる。 In addition, as in the invention according to claim 3, the apparatus includes a generated power calculation unit that calculates the generated power of the generator, and the catalyst warm-up control unit includes the generated power of the generator during the execution of the overcharge prevention control. Based on the difference from the chargeable power according to the remaining chargeable amount of the secondary battery, the surplus power exceeding the charge capacity of the secondary battery is calculated out of the generated power of the generator, and the surplus power is taken into account It is preferable to control the power input to the electric motor. In this way, if the surplus power exceeding the charge capacity of the secondary battery is calculated based on the difference between the generated power of the generator and the charge allowable power according to the remaining chargeable amount of the secondary battery, at least the surplus power It is possible to control the input power of the electric motor so that the electric power is consumed by the electric motor, and it is possible to limit the electric power charged from the generator to the secondary battery so as not to exceed the charging capacity of the secondary battery. .
また、請求項4に係る発明のように、電動機の消費電力を算出する消費電力算出手段を備え、触媒暖機制御手段は、電動機の消費電力が前記余剰電力より少ない場合に、前記過充電防止制御を実行するようにすると良い。このように、電動機の消費電力が二次電池の充電能力を超える余剰電力より少ない場合には、二次電池が過充電となる虞れがあるため、前記過充電防止制御を実行して、少なくとも余剰電力を電動機で消費させるように、電動機の入力電力を制御することで、発電機から二次電池に充電する電力を、該二次電池が過充電とならないように制限することが可能となる。 Further, as in the invention according to claim 4, the apparatus includes a power consumption calculation unit that calculates the power consumption of the motor, and the catalyst warm-up control unit is configured to prevent the overcharge when the power consumption of the motor is less than the surplus power. Control should be executed. Thus, when the power consumption of the motor is less than the surplus power exceeding the charging capacity of the secondary battery, the secondary battery may be overcharged. By controlling the input power of the motor so that the surplus power is consumed by the motor, it is possible to limit the power charged from the generator to the secondary battery so that the secondary battery is not overcharged. .
ここで、請求項5に係る発明のように、二次電池の現在の充電量を算出する充電量算出手段を備え、二次電池の残りの充電可能量を、二次電池の満充電量(充電容量)と現在の充電量(充電残量)との差に基づいて算出すれば良い。 Here, as in the invention according to claim 5, a charge amount calculating means for calculating the current charge amount of the secondary battery is provided, and the remaining chargeable amount of the secondary battery is set to the full charge amount of the secondary battery ( It may be calculated based on the difference between the (charge capacity) and the current charge amount (remaining charge amount).
また、請求項6に係る発明のように、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、電動機の動力を変化せないように該電動機の運転効率を変化させて該電動機の消費電力を制御するようにすると良い。このようにすれば、過充電防止制御の実行中に、内燃機関の動力増加分を発電機で消費させるように該発電機の発電電力を増加させて電動機の入力電力を増加させた場合でも、該電動機の運転効率を低下させて該電動機の消費電力を増加させながら該電動機の動力を変化せないように運転することが可能となり、運転者の意思に反して車輪の駆動トルクが変化することを防止できる。 Further, as in the invention according to claim 6, the catalyst warm-up control means changes the operating efficiency of the electric motor so as not to change the electric power of the electric motor during execution of the overcharge prevention control. It is preferable to control power consumption. In this way, even when the input power of the motor is increased by increasing the generated power of the generator so that the power increase of the internal combustion engine is consumed by the generator during the overcharge prevention control, It becomes possible to drive the motor without changing the power while decreasing the driving efficiency of the motor and increasing the power consumption of the motor, and the driving torque of the wheel changes against the driver's intention. Can be prevented.
なお、請求項7に係る発明のように、電動機を正弦波PWM制御方式で制御するモータ制御手段を備え、触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、正弦波PWM制御方式で電動機に通電する電流ベクトル又は電動機に印加する電圧ベクトルを操作することで電動機に入力する電力を制御すると良い。 As in the invention according to claim 7, the motor control means for controlling the electric motor by the sine wave PWM control system is provided, and the catalyst warm-up control means is configured to perform the sine wave PWM control system during the execution of the overcharge prevention control. The electric power input to the motor may be controlled by manipulating the current vector energized in the motor or the voltage vector applied to the motor.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至図6に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてハイブリッド車の駆動システムの概略構成を説明する。
車輪11を駆動する動力源として、エンジン12(内燃機関)と主に電動機として使用される第2の交流モータ14とが搭載されている。エンジン12のクランク軸15の動力は、遊星ギヤ機構16で二系統に分割される。この遊星ギヤ機構16は、中心で回転するサンギヤ17と、このサンギヤ17の外周を自転しながら公転するプラネタリギヤ18と、このプラネタリギヤ18の外周を回転するリングギヤ19とから構成され、プラネタリギヤ18には図示しないキャリアを介してエンジン12のクランク軸15が連結され、リングギヤ19には第2の交流モータ14の回転軸が連結され、サンギヤ17には、主に発電機として使用する第1の交流モータ13が連結されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
First, a schematic configuration of a hybrid vehicle drive system will be described with reference to FIG.
As a power source for driving the
二次電池20(直流電源)には昇圧コンバータ21が接続され、この昇圧コンバータ21は、二次電池20の直流電圧を昇圧して電源ライン22とアースライン23との間に直流のシステム電圧を発生させたり、このシステム電圧を降圧して二次電池20に電力を戻したりする機能を持つ。電源ライン22とアースライン23との間には、システム電圧を平滑化する平滑コンデンサ24や、システム電圧を検出する電圧センサ25が接続され、電流センサ26によって電源ライン22に流れる電流が検出される。
A
更に、電源ライン22とアースライン23との間には、電圧制御型の三相の第1のインバータ27と第2のインバータ28が接続され、第1のインバータ27で第1の交流モータ13が駆動される共に、第2のインバータ28で第2の交流モータ14が駆動される。第1のインバータ27と第1の交流モータ13で第1のモータ駆動ユニット29が構成され、第2のインバータ28と第2の交流モータ14で第2のモータ駆動ユニット30が構成されている。
Further, a voltage-controlled three-phase
メイン制御装置31は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセル操作量(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセルセンサ32、車両の前進運転や後退運転やパーキング或はニュートラルなどのシフト操作を検出するシフトスイッチ33、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ34、車速を検出する車速センサ35等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このメイン制御装置31は、エンジン12の運転を制御するエンジン制御装置36と、交流モータ13、14の運転を制御するモータ制御装置37との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各制御装置36、37によって車両の運転状態に応じてエンジン12と交流モータ13、14の運転を制御する。
The
次に、交流モータ13、14の制御について説明する。第1及び第2の交流モータ13、14は、それぞれ三相永久磁石式同期モータで、永久磁石が内蔵されたものであり、そのロータの回転位置を検出するロータ回転位置センサ(図示せず)が搭載されている。電圧制御型の三相の第1のインバータ27は、モータ制御装置37から出力される三相の電圧指令信号UU1 、UV1 、UW1 に基づいて電源ライン22の直流電圧(昇圧コンバータ21によって昇圧されたシステム電圧)を三相の交流電圧U1 、V1 、W1 に変換して第1の交流モータ13を駆動する。第1の交流モータ13の2相の電流、例えば、U相電流iU1 とW相電流iW1 が、それぞれ電流センサ(図示せず)によって検出される。
Next, control of
一方、電圧制御型の三相の第2のインバータ28は、モータ制御装置37から出力される三相の電圧指令信号UU2 、UV2 、UW2 に基づいて、電源ライン22の直流電圧を三相の交流電圧U2 、V2 、W2 に変換して第2の交流モータ14を駆動する。第2の交流モータ14の2相の電流、例えば、U相電流iU2 とW相電流iW2 が、それぞれ電流センサ(図示せず)によって検出される。
On the other hand, the voltage-controlled three-phase
尚、各交流モータ13、14は、インバータ27、28で負のトルクで駆動されるときには発電機として機能する。例えば、車両の減速時には減速エネルギにより第2の交流モータ14で発電した交流電力がインバータ28で直流電力に変換されて二次電池20に充電される。通常は、エンジン12の動力の一部がプラネタリギヤ18を介して第1の交流モータ13に伝達されて第1の交流モータ13で発電し、その発電電力の少なくとも一部が第2の交流モータ14に供給されて第2の交流モータ14が電動機として機能する。
The
また、エンジン12の動力が遊星ギヤ機構16で分割されてリングギヤ19に伝達されるトルクが車両走行に要求されるトルクより大きくなる状態では、第1の交流モータ13が電動機として機能し、この場合、第2の交流モータ14が発電機として機能して、その発電電力の少なくとも一部が第1の交流モータ13に供給される。
Further, in a state where the power of the
モータ制御装置37は、第1の交流モータ13をトルク制御する場合には、メイン制御装置31から出力されるトルク指令値T1*と、第1の交流モータ13のU相電流iU1 及びW相電流iW1 (電流センサの出力信号)と、第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサの出力信号)とに基づいて、例えば、正弦波PWM制御方式で三相電圧指令信号UU1 、UV1 、UW1 を生成する。
When the
まず、第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサの出力信号)に基づいて、第1の交流モータ13の回転速度N1 を演算する。この後、第1の交流モータ13のロータの回転座標として設定したd−q座標系においてd軸トルク制御電流id1とq 軸トルク制御電流iq1をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第1の交流モータ13のトルク指令値T1*と回転速度N1 とに応じたトルク制御電流ベクトルit1* (d軸トルク制御電流idt1*、q軸トルク制御電流iqt1*)をマップ又は数式等により演算する。
First, based on the rotor rotational position θ1 of the first AC motor 13 (the output signal of the rotor rotational position sensor), the rotational speed N1 of the
この後、第1の交流モータ13のU相、W相の電流iU1 、iW1 (電流センサの出力信号)と第1の交流モータ13のロータ回転位置θ1 (ロータ回転位置センサの出力信号)に基づいて実際の電流ベクトルi1 (d軸トルク制御電流id1とq 軸トルク制御電流iq1)を演算し、d軸トルク制御電流idt1*と実際のd軸トルク制御電流id1との偏差Δid1が小さくなるようにPI制御によりd軸指令電圧Vd1* を演算すると共に、q軸トルク制御電流iqt1*と実際のq 軸トルク制御電流iq1との偏差Δiq1が小さくなるようにPI制御によりq軸指令電圧Vq1* を演算する。そして、上記d軸指令電圧Vd1* とq軸指令電圧Vq1* を三相電圧指令信号UU1 、UV1 、UW1 に変換し、これらの三相電圧指令信号UU1 、UV1 、UW1 を第1のインバータ27に出力する。
Thereafter, based on the U-phase and W-phase currents iU1 and iW1 (current sensor output signal) of the
第2の交流モータ14をトルク制御する場合にも、第1の交流モータ13をトルク制御する場合と同様に、メイン制御装置31から出力されるトルク指令値T2* と、第2の交流モータ14のU相電流iU2とW相電流iW2(電流センサの出力信号)と、第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサの出力信号)とに基づいて、正弦波PWM制御方式で三相電圧指令信号UU1 、UV1 、UW1 を生成する。
When the torque control of the
まず、第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサの出力信号)に基づいて第2の交流モータ14の回転速度N2を演算する。この後、第2の交流モータ14のロータの回転座標として設定したd−q座標系においてd軸トルク制御電流id2とq軸トルク制御電流iq2をそれぞれ独立に電流フィードバック制御するために、第2の交流モータ14のトルク指令値T2* と回転速度N2とに応じたトルク制御電流ベクトルit2* (d軸トルク制御電流idt2*、q軸トルク制御電流iqt2*)をマップ又は数式等により演算する。
First, the rotational speed N2 of the
この後、第2の交流モータ14のU相、W相の電流iU2、iW2(電流センサの出力信号)と第2の交流モータ14のロータ回転位置θ2 (ロータ回転位置センサの出力信号)に基づいて実際の電流ベクトルi2 (d軸トルク制御電流id2とq 軸トルク制御電流iq2)を演算し、d軸トルク制御電流idt2*と実際のd軸トルク制御電流id2との偏差Δid2が小さくなるようにPI制御によりd軸指令電圧Vd2* を演算すると共に、q軸トルク制御電流iqt2*と実際のq 軸トルク制御電流iq2との偏差Δiq2が小さくなるようにPI制御によりq軸指令電圧Vq2* を演算する。そして、d軸指令電圧Vd2* とq軸指令電圧Vq2* を三相電圧指令信号UU2 、UV2 、UW2 に変換し、これらの三相電圧指令信号UU2 、UV2 、UW2 を第2のインバータ28に出力する。
Thereafter, based on the U-phase and W-phase currents iU2 and iW2 (current sensor output signal) of the
ここで、上記ハイブリッド車においては、エンジン12で動力を発生させる際に、エンジン12から排気管内に排出される排ガスを浄化するため、エンジン12の排気管に触媒(図示せず)が設けられている。
Here, in the hybrid vehicle, a catalyst (not shown) is provided in the exhaust pipe of the
排気浄化システムの一例を説明すると、エンジン12の各気筒の排気マニホールドが集合する排気集合部に、排ガスの空燃比をリニアに検出する空燃比センサと、この空燃比センサの下流側に排出ガス中の有害成分であるCO、HC、NOx等を浄化する三元触媒等の触媒と、その触媒を通過して触媒下流側に流れる排ガスのリッチ/リーンを検出する酸素センサとを設置し、触媒による排ガスの浄化効率が高くなるように、空燃比センサ、酸素センサの出力信号に基づいて、空燃比を所望の空燃比となるようにフィードバック制御、サブフィードバック制御する。
An example of the exhaust purification system will be described. An air-fuel ratio sensor that linearly detects an air-fuel ratio of exhaust gas at an exhaust collecting portion where the exhaust manifolds of the cylinders of the
一般に、三元触媒は、触媒温度が活性温度である例えば300℃以上に昇温したときに、排ガス中の有害物質であるHC、CO、NOx等無を無害物質である水素、窒素、水蒸気、二酸化炭素に化学変化させることができるため、触媒温度を活性温度となるよう制御する必要がある。 In general, the three-way catalyst has no harmful substances such as HC, CO, NOx, etc. in the exhaust gas, such as hydrogen, nitrogen, water vapor, Since it can be chemically changed to carbon dioxide, it is necessary to control the catalyst temperature to be the activation temperature.
触媒を暖機させる従来技術の一つとして、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、発電機よる負荷を増大させながら、エンジンの動力を通常より増加させることで、エンジンから排出される排ガス量を増加させて、触媒を早期に暖機させるようにしたものがある。 As one of the prior arts for warming up the catalyst, when there is a warm-up request for increasing the temperature of the catalyst, the engine power is increased more than usual while increasing the load by the generator. There is one that warms up the catalyst early by increasing the amount of exhaust gas discharged.
しかしながら、従来技術では、触媒の暖機要求があったときに、発電機の負荷を増大させているため、発電機の発電電力が増加することになり、その増加分の発電電力についても二次電池に充電することになる。このため、二次電池に充電できる残りの充電可能量が少ない場合には、発電機の発電電力が二次電池の残り充電可能量に対して過多となり、二次電池が過充電となる虞れがある。このため、従来技術では、触媒の暖機要求があった場合においても、二次電池の残り充電可能量が少ない場合には、二次電池の過充電を防止するために発電機の発電電力を抑制する必要があり、そのために、エンジンの動力をさほど増加させることができなかった。この場合、エンジンから排出される排ガス量を十分に増加させることができないため、触媒を早期に暖機させることができない。 However, in the prior art, when there is a catalyst warm-up request, the load on the generator is increased, so that the generated power of the generator increases. The battery will be charged. For this reason, when the remaining chargeable amount that can be charged to the secondary battery is small, the generated power of the generator is excessive with respect to the remaining chargeable amount of the secondary battery, and the secondary battery may be overcharged. There is. Therefore, in the prior art, even when there is a catalyst warm-up request, if the remaining chargeable amount of the secondary battery is small, the generated power of the generator is reduced to prevent overcharge of the secondary battery. Therefore, the power of the engine could not be increased so much. In this case, since the amount of exhaust gas discharged from the engine cannot be increased sufficiently, the catalyst cannot be warmed up early.
また、図3に示すように、二次電池において充電または放電できる電力は、温度によって制約されてしまう。ここで、図3は二次電池の温度に対する二次電池の放電電力Wout と充電電力Winとの関係を示す図であり、二次電池の温度が低いほど、二次電池の放電電力Wout と充電電力Winとが制約されることが分かる。 Moreover, as shown in FIG. 3, the electric power that can be charged or discharged in the secondary battery is limited by the temperature. Here, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the discharge power Wout and the charge power Win of the secondary battery with respect to the temperature of the secondary battery. The lower the temperature of the secondary battery, the lower the discharge power Wout and charge of the secondary battery. It can be seen that the power Win is limited.
このため、従来技術では、特に、温度が低い冷間始動時などの場合には、二次電池において充電できる許容最大充電量(満充電量)が制約された状態となるため、それに伴い、二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量が限られてくる。この場合、発電機の発電電力が二次電池の残りの充電可能量に対してすぐに過多となり、二次電池が過充電となる虞れがあるため、エンジンの動力を抑えざるをえなくなる。このため、特に温度が低い冷間始動時などにおいて、触媒を早期に暖機させることができない虞れがある。 For this reason, in the prior art, especially in the case of cold start when the temperature is low, the allowable maximum charge amount (full charge amount) that can be charged in the secondary battery is restricted, and accordingly, The remaining chargeable amount until the next battery is fully charged is limited. In this case, the power generated by the generator is immediately excessive with respect to the remaining chargeable amount of the secondary battery, and the secondary battery may be overcharged, so the power of the engine must be suppressed. For this reason, there is a possibility that the catalyst cannot be warmed up at an early stage, especially at the time of cold start where the temperature is low.
そこで、本実施形態では、二次電池20を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出し、該残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、第2の交流モータ(以下、「電動機」という)14に入力する電力を制御し、第1の交流モータ(以下、「発電機」という)13から二次電池20に充電する電力を、該二次電池20の充電能力を超えないように制限することで、二次電池20の過充電を防止するようにしている。なお、本実施形態では、更に図4に示すように、電動機14のd軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流との成分を通常時から変更して電動機14の運転効率を変化させることで、電動機14で発生するトルクを一定とした状態で、電動機14で消費する消費電力を変化させるようにしている。
Therefore, in this embodiment, the remaining chargeable amount until the
ここで、図4は、回転座標であり、d軸は、交流モータ(電動機14)のロータの磁極方向の軸、q軸は、d軸に直行する軸として規定したものである。また、交流モータにおいてd軸の電流(d軸トルク制御電流)は、励磁電流成分として、q軸の電流(q軸トルク制御電流)は、トルク電流成分として、独立に扱うことができ、通常、所定のトルクを発生させるには、d軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流と成分からなるベクトルが最適(最小)となるようにマップ又は数式等を用いて設定される。図4においては、所定トルクを出力する等トルク曲線に対して、d軸トルク制御電流(id0 )とq軸トルク制御電流(iq0) と成分からなるベクトルが通常の動作点として設定されることになる。なお、図4において、等トルク曲線に対して、通常の動作点よりもd軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流との成分からなるベクトルが大きくなるように動作点を変更すると、電動機14の消費電力が多くなるように制御することができ、その分、発電機13から二次電池20に充電する電力を減少させることができる。
Here, FIG. 4 shows rotational coordinates, and the d-axis is defined as an axis in the magnetic pole direction of the rotor of the AC motor (electric motor 14), and the q-axis is defined as an axis orthogonal to the d-axis. In an AC motor, the d-axis current (d-axis torque control current) can be treated independently as an excitation current component, and the q-axis current (q-axis torque control current) can be treated independently as a torque current component. In order to generate a predetermined torque, a map or a mathematical expression is set so that a vector composed of a d-axis torque control current, a q-axis torque control current, and a component is optimal (minimum). In FIG. 4, a vector composed of a d-axis torque control current (id0), a q-axis torque control current (iq0) and components is set as a normal operating point for an equal torque curve that outputs a predetermined torque. Become. In FIG. 4, when the operating point is changed so that the vector composed of the components of the d-axis torque control current and the q-axis torque control current becomes larger than the normal operating point with respect to the equal torque curve, The power consumption can be controlled to increase, and the power charged from the
以下、図5を用いて、触媒を暖機させる際に、電動機14に入力する電力を変更するプログラムについて説明する。このプログラムは、モータ制御装置37によって所定周期で、繰り返し実行され、二次電池20の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、電動機14に入力する電力を制御することで、発電機11から二次電池20に充電する電力を制限する“過充電防止制御”を実行する触媒暖機制御手段としての役割を果たす。
Hereinafter, a program for changing the electric power input to the
このプログラムが起動されると、図5のステップS101において、エンジン12の排気管に設置された触媒の暖機要求があるか否かを判定する。このステップS101で、触媒の暖機要求がないと判定された場合には、このプログラムを終了する。
When this program is activated, it is determined in step S101 in FIG. 5 whether or not there is a request for warming up the catalyst installed in the exhaust pipe of the
一方、上記ステップS101で、触媒の暖機要求があると判定された場合には、ステップS102に進む。なお、触媒の暖機要求があるか否かは、触媒の温度を検出または推定し、該触媒温度が活性温度に達しているか否かに応じて判定すれば良い。触媒温度を検出する場合には、触媒温度を直接検出するような温度センサを用いて検出すると良い。また、触媒温度を推定する場合には、エンジン12の冷却水温、エンジン12に吸入される吸気量の積算値等に基づいて推定すれば良い。
On the other hand, if it is determined in step S101 that there is a catalyst warm-up request, the process proceeds to step S102. Whether there is a catalyst warm-up request may be determined by detecting or estimating the temperature of the catalyst and determining whether the catalyst temperature has reached the activation temperature. In the case of detecting the catalyst temperature, it may be detected using a temperature sensor that directly detects the catalyst temperature. Further, when the catalyst temperature is estimated, it may be estimated based on the cooling water temperature of the
次に、ステップS102では、後述する図6のプログラムを実行して触媒の暖機制御を実施する。そして、次のステップS103で、二次電池20の現在の充電量(充電残量)を算出すると共に、二次電池20の満充電量(充電容量)と現在の充電量との差から、二次電池20を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出し、更に、発電機13の発電電力を算出して、この発電機13の発電電力と二次電池20の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差から、発電機13の発電電力のうちの二次電池20の満充電量を超える余剰電力を算出する。このステップS103の処理が特許請求の範囲でいう充電量算出手段、残り充電可能量算出手段及び発電電力算出手段としての役割を果たす。
Next, in step S102, a warm-up control of the catalyst is performed by executing a program shown in FIG. Then, in the next step S103, the current charge amount (remaining charge amount) of the
ここで、二次電池20の現在の充電量は、例えば、二次電池20の充放電量を積分することより算出しても良い。なお、二次電池20の満充電量は、予め設定された固定値でも良いが、図3のように温度に応じて設定する方が望ましい。また、このとき、二次電池20の満充電量は、充電可能な最大充電量としても良いが、最大充電量から余裕を見込んで設定しても良い。
Here, the current charge amount of the
また、発電機13の発電電力は、発電機13のトルクと回転速度とに基づいて算出することができるため、上記余剰電力Wは、発電機13のトルクTg、発電機13の回転速度をNg、二次電池20の残りの充電可能量に応じた充電許容電力をWbat とすると、以下の式で算出することができる。
W=Tg×Ng−Wbat
In addition, since the generated power of the
W = Tg × Ng−Wbat
以上のようにして、ステップS103で余剰電力Wを算出した後、ステップS104に進み、電動機14の消費電力を算出する。この消費電力は、電動機14の回転速度、電動機14の駆動トルク(トルク指令値)に基づいて算出されたd軸のトルク制御電流Id 、q軸のトルク制御電流Iq 、d軸の電圧Vd 、q軸の電圧Vq を用いて、次式により算出することができる。
As described above, after calculating the surplus power W in step S103, the process proceeds to step S104, and the power consumption of the
ここで、Rは電動機14の抵抗値、Ld はd軸のインダクタンス、Lq はq軸のインダクタンス、ωは電動機14の回転角速度、φは発電機14の磁束、θは電圧と電流の位相差である。このステップS104の処理が特許請求の範囲でいう消費電力算出手段としての役割を果たす。
Here, R is the resistance value of the
この後、ステップS105に進み、ステップS103で算出した余剰電力とステップS104で算出した電動機14の消費電力との比較を行う。余剰電力Wが電動機14の消費電力よりも少ない場合、つまり、余剰電力Wを電動機14で消費することができる場合には、ステップS106に進み、電動機14の動作点を運転効率が最大となる通常の動作点に決定して電動機14の入力電力を設定する。
Then, it progresses to step S105 and the surplus electric power calculated by step S103 and the power consumption of the
これに対して、上記ステップS105で、余剰電力Wが電動機14の消費電力よりも多い場合、つまり、電動機14の現在の動作点における消費電力では余剰電力Wを消費できない場合には、ステップS107に進み、電動機14の動作点を等トルク曲線に沿って運転効率の低下方向に変更して電動機14の運転効率を低下させることで、電動機14の発生トルクを変化させることなく、電動機14の消費電力を増加させる。
On the other hand, if the surplus power W is greater than the power consumption of the
より具体的には、図4に示すように、電動機14の発生トルクが変動しないように、d軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流と成分からなるベクトルの長さが大きくなるように動作点を等トルク曲線に沿って変更する。これにより、電動機14が同じトルクを発生しながら、電動機14の消費電力が通常時よりも大きくなる。なお、動作点を変更する方法は、図4に示すようなマップを予め記憶しておき、該マップに基づいて所定のトルクを維持するようにd軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流とを順次変更すると良い。また、余剰電力と電動機14の発生トルクとからd軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流とを算出するマップを予め記憶しておき、このマップを用いてd軸トルク制御電流とq軸トルク制御電流とを設定するようにしても良い。この処理が終わると、ステップS104に戻り、再度、電動機14の消費電力を算出し、次のステップS104で余剰電力と電動機14の消費電力との比較を行う。この処理を繰り返すことによって、余剰電力を電動機14で消費できるように、電動機14に入力する電力(動作点)を制御する。
More specifically, as shown in FIG. 4, the operating point is set so that the length of the vector composed of the d-axis torque control current, the q-axis torque control current and the components increases so that the generated torque of the
このプログラムが実行されることによって、少なくとも二次電池20の充電能力を超える余剰電力が電動機14で消費されるように、電動機14に入力する電力を制御することが可能となるため、二次電池20の過充電を防止することができる。これにより、二次電池20の残りの充電可能量の多少を問わず、触媒の暖機制御を実行することができ、早期に触媒を暖機させることができる。また、電動機14の発生トルクが変動しないように、電動機14に入力する電力(動作点)を制御するため、車輪の駆動トルクを変化させずに、電動機14の消費電力を増大させることができ、発電機13で過剰に発電された余剰電力を消費することが可能となり、ひいては二次電池20の過充電を防止することができる。
By executing this program, it becomes possible to control the electric power input to the
次に、図6を用いて、触媒暖機制御のプログラムを説明する。
このプログラムが起動されると、まずステップS201で、エンジン12に対する基準要求動力を算出する。エンジン12に対する要求動力(エンジン12で出力する要求動力)は、運転者のアクセル操作、車速、二次電池20の充電量に基づいて算出されるエンジンの基準要求動力である。エンジン12に対する基準要求動力を算出するには、まず、運転者が要求する要求駆動トルクを算出する。この要求駆動トルクは、アクセル操作量(アクセルペダルの操作量)を検出するアクセルセンサ32、シフト操作(シフト位置)を検出するシフトスイッチ33、車速を検出する車速センサ35等の各種センサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態に基づいて算出する。次に、要求駆動トルクに、電動機14(交流モータ)の回転速度、二次電池20の充電要求、システムの損失などを考慮して、マップ、数式などを用いてエンジン12に対する要求動力を算出する。なお、エンジン12に対する要求動力の算出方法は、上記方法に限定されるものではない。
Next, the catalyst warm-up control program will be described with reference to FIG.
When this program is started, first, the reference required power for the
次に、ステップS202に進み、触媒の暖機要求に対するエンジン12の要求動力を算出する。ここでは、エンジン12から排出される排ガス量を増加させて触媒を早期に暖機させるために、ステップS201で算出した基準要求動力に対してエンジン12の動力を増加させる増加量を算出する。なお、エンジン12の動力を増加させる増加量は、予め設定された固定値で良いし、二次電池20の充電量に基づいて設定しても良い。また、触媒の温度に応じて設定しても良い。なお、二次電池20の充電量に基づいて設定する場合には、充電量が大きくなるほど、該増加量が小さくなるように設定することで、発電機13の発電電力が過多となり過ぎることを抑制することが可能となる。また、触媒の温度に応じて設定する場合には、触媒の温度が低いほど、エンジン12の動力が増加するように設定すると良い。これにより、触媒の温度に応じてエンジン12の動力の増加分を設定することが可能となるため、必要以上にエンジン12の動力を増加させることがないため、燃費悪化を抑制することが可能となる。
In step S202, the required power of the
次に、ステップS203では、ステップS201とステップS202でそれぞれ算出したエンジンの要求動力に基づいて最終的なエンジン12の要求動力を算出し、最終的なエンジン12の要求動力を満たすために、吸入空気量を制御するスロットルの制御を行う。この場合、最終的なエンジン12の要求動力に基づいて、マップ、数式等を用いて目標スロットル開度を算出し、スロットル開度が目標スロットル開度に一致するようにアクチュエータを制御する。
Next, in step S203, the final required power of the
そして、ステップS204では、ステップS201とステップS202でそれぞれ算出したエンジン12の要求動力に基づいて算出された最終的なエンジン12の要求動力に対して、発電機13を制御する。ここでは、ステップS202で算出した暖機要求に対するエンジン12の要求動力分が運転者の要求駆動トルクに対して増加すると、運転者の意思に反して車両が駆動されることになるため、触媒の暖機要求に対するエンジン12の要求動力に相当する動力を車両の駆動トルクとして現れにないように、発電機13の負荷を制御する。
In step S204, the
ステップS204では、例えば、最終的なエンジン12の要求動力に基づいて発電機13の目標回転速度を算出すると共に、目標回転速度となるように発電機13のトルクを設定し、このように算出された発電機13の目標回転速度とトルクに基づいて発電機13の制御を行うと良い。なお、発電機13の目標回転速度は、遊星歯車の共線図を用いて電動機14の駆動トルクが変化しないように設定すると良い。また、発電機13のトルクは、発電機13の目標回転速度と実際の回転速度とをフィードバック制御することで算出すると良い。なお、ステップS204での処理は上記方法に限定されるものではないことは言うまでもない。
In step S204, for example, the target rotational speed of the
この場合、運転者の要求駆動トルクとステップS201で算出されるエンジン12の要求動力との差分が電動機14の要求駆動トルクとなる。
In this case, the difference between the driver's required driving torque and the required power of the
このプログラムが実行されることによって、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、エンジン12の動力を通常より多く設定することで、エンジン12から排出される排ガス量を十分に増加させて、触媒を早期に暖機させることが可能となる。また、エンジン12の出力を増加させることで生じる車両の駆動トルクの増大分を抑制するために、発電機13の負荷を増大させているため、触媒の温度上昇のための暖機要求があったときに、エンジン12の動力が増加しても、運転者の意思に反して車両の駆動トルクが増加することが防止される。
By executing this program, when there is a warm-up request for increasing the temperature of the catalyst, the amount of exhaust gas discharged from the
以上説明した本実施形態では、少なくとも二次電池20の充電能力を超える余剰電力を電動機14で消費させるように、電動機14に入力する電力を制御することができ、二次電池20の過充電を防止することができる。これにより、二次電池20の残りの充電可能量の多少を問わず、エンジン12の動力を増加させて触媒の暖機制御を実行することができ、触媒暖機制御による二次電池20の過充電の問題を解消しながら、触媒を早期に暖機することができる。
In the present embodiment described above, the electric power input to the
また、本実施形態では、車両の駆動トルク(電動機14の発生トルク)が変わらないように、電動機14に入力する電力(動作点)を変更したため、運転者の意思に反して車両が駆動トルクが増加することを防ぐことが可能となる。また、発電機13の発電電力と二次電池20の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して電動機14に入力する電力を制御するようにしたため、少なくとも余剰電力を消費するように、電動機14に入力する電力を変更することができる。
In the present embodiment, since the electric power (operating point) input to the
なお、上記実施形態では、正弦波PWM制御方式について説明したが、矩形波制御方式を用いて、交流モータをトルク制御しても良い。また、上記プログラムは、メイン制御装置31、エンジン制御装置36、モータ制御装置37で適宜分担して処理するようにすると良い。
Although the sine wave PWM control method has been described in the above embodiment, the AC motor may be torque controlled using a rectangular wave control method. Further, the program may be appropriately shared and processed by the
12…エンジン(内燃機関)
13…第1の交流モータ(発電機)
14…第2の交流モータ(電動機)
20…直流電源(二次電池)
31…メイン制御装置
36…エンジン制御装置
37…モータ制御装置(触媒暖機制御手段,残り充電可能量算出手段,発電電力算出手段,消費電力算出手段,充電量算出手段)
12. Engine (internal combustion engine)
13 ... 1st AC motor (generator)
14 ... Second AC motor (electric motor)
20 ... DC power supply (secondary battery)
31 ...
Claims (7)
前記内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒と、
前記内燃機関の動力の少なくとも一部により駆動されて発電する発電機と、
前記発電機により発電された電力の少なくとも一部を充電し得る二次電池と、
前記発電機により発電された電力及び/又は前記二次電池より放電された電力によって、駆動される電動機とを備え、前記内燃機関及び/又は前記電動機の動力によって車輪を駆動するハイブリッド車の制御装置において、
前記二次電池の現在の充電量を考慮して、前記二次電池を満充電状態に充電するまでの残りの充電可能量を算出する残り充電可能量算出手段と、
前記触媒の暖機要求があった時に、前記内燃機関から排出される排ガス量を増加させるように前記内燃機関の動力を増加させるとともに、前記発電機の発電電力を増加させることによって前記車輪を駆動するトルクの増加を抑える触媒暖機制御手段とを備え、
前記触媒暖機制御手段は、前記残り充電可能量算出手段により算出された前記二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力を考慮して、前記電動機に入力する電力を制御することで、前記発電機から前記二次電池に充電する電力を制限する過充電防止制御を実行することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。 An internal combustion engine mounted on the vehicle;
A catalyst for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
A generator that is driven by at least part of the power of the internal combustion engine to generate power;
A secondary battery capable of charging at least a part of the electric power generated by the generator;
A control apparatus for a hybrid vehicle, comprising: an electric motor driven by electric power generated by the generator and / or electric power discharged from the secondary battery, and driving wheels by the power of the internal combustion engine and / or the electric motor In
In consideration of the current charge amount of the secondary battery, a remaining chargeable amount calculating means for calculating a remaining chargeable amount until the secondary battery is fully charged,
When there is a request to warm up the catalyst, the power of the internal combustion engine is increased so as to increase the amount of exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the wheel is driven by increasing the power generated by the generator. Catalyst warm-up control means for suppressing an increase in torque to be performed,
The catalyst warm-up control means controls electric power input to the electric motor in consideration of charge allowable power corresponding to the remaining chargeable amount of the secondary battery calculated by the remaining chargeable amount calculation means. Then, overcharge prevention control for restricting electric power charged from the generator to the secondary battery is executed.
前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記発電機の発電電力と前記二次電池の残りの充電可能量に応じた充電許容電力との差に基づいて前記発電機の発電電力のうちの前記二次電池の充電能力を超える余剰電力を算出し、該余剰電力を考慮して前記電動機に入力する電力を制御す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の制御装置。 A generated power calculating means for calculating generated power of the generator;
The catalyst warm-up control means, during execution of the overcharge prevention control, based on the difference between the generated power of the generator and the charge allowable power corresponding to the remaining chargeable amount of the secondary battery. The surplus power exceeding the charging capacity of the secondary battery among the generated power is calculated, and the power input to the motor is controlled in consideration of the surplus power. Control device for hybrid vehicles.
前記触媒暖機制御手段は、前記電動機の消費電力が前記余剰電力より少ない場合に、前記過充電防止制御を実行することを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車の制御装置。 Power consumption calculating means for calculating the power consumption of the motor,
The control apparatus for a hybrid vehicle according to claim 3, wherein the catalyst warm-up control means executes the overcharge prevention control when the electric power consumption of the electric motor is less than the surplus electric power.
前記残り充電可能量算出手段は、前記二次電池の残りの充電可能量を、前記二次電池の満充電量と現在の充電量との差に基づいて算出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のハイブリッド車の制御装置。 A charge amount calculating means for calculating a current charge amount of the secondary battery;
2. The remaining chargeable amount calculation unit calculates the remaining chargeable amount of the secondary battery based on a difference between a full charge amount of the secondary battery and a current charge amount. The control apparatus of the hybrid vehicle as described in any one of thru | or 4.
前記触媒暖機制御手段は、前記過充電防止制御の実行中に、前記正弦波PWM制御方式で前記電動機に通電する電流ベクトル又は前記電動機に印加する電圧ベクトルを操作することで前記電動機に入力する電力を制御することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載のハイブリッド車の制御装置。 Motor control means for controlling the electric motor by a sine wave PWM control system;
The catalyst warm-up control means inputs to the motor by operating a current vector to be applied to the motor or a voltage vector to be applied to the motor by the sine wave PWM control method during execution of the overcharge prevention control. The hybrid vehicle control device according to claim 1, wherein the control device controls electric power.
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