JP5311610B2 - ハイブリッド車の駆動力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車の駆動力の制御に係り、より詳しくは、駆動用電動発電機による走行中に、原動機を始動して接続する際の衝撃を軽減する駆動力制御装置に関する。
ハイブリッド車両の駆動装置は、主として、原動機と、駆動用電動発電機と、原動機と駆動用電動発電機との間の結合と分離を制御するクラッチと、を含んで構成される。原動機走行中、または原動機と駆動用電動発電機の併用走行中は、クラッチは接続若しくはスリップした状態であり、原動機を走行に使用せず駆動用電動発電機のみで走行するときは、クラッチを開放し、原動機を切り離した状態で走行する。駆動用電動発電機のみで走行中に原動機を始動して原動機の駆動力を利用する必要が生じた場合、例えば運転者が急激にアクセルを踏み込んだ場合とか、高速になって原動機と駆動用電動発電機とを併用しで走行する方が有利になった場合に於いては、原動機を始動し、クラッチを接続して原動機の駆動力を利用する。
クラッチ接合時に、原動機の回転数とクラッチ板の回転数が異なると車両に衝撃や騒音を発生する。しかし、原動機は制御指令に対する応答が遅く、又、負荷が小さい状態で出力を上昇させるとタイムラグを置いて回転数が急上昇するので、原動機を起動直後に高速回転に回転数を合わせるのは困難であった。このため、ハイブリッド車では、電気走行から内燃エンジン走行に移行する際の、クラッチ接続による衝撃の違和感が問題となっていた。
このような問題点を解決するために、従来は、クラッチを接続するときの原動機回転数とトルクとは、燃料の遮断や、点火時期調整や、スロットル調整等により調整されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この方法は原動機の回転数の制御が十分といえず、原動機の回転数とクラッチ回転数との差が大きくなる場合があり、クラッチ接合時に振動及び騒音を発生する場合がある。
また、原動機を始動する際の回転数の制御に電動機を利用する方法が提案された（例えば、特許文献２参照）。しかしこの方法は、原動機の回転数が上がることによって自動的に接続される遠心クラッチを備えることを前提としており、電動機は原動機始動直後の原動機のトルク不足を補うのみであって、原動機の回転数及びトルクの正確な制御が出来ないので、原動機回転数の制御は不十分となり、クラッチ接合時に振動及び騒音を発生する場合がある。
特開２００６−３４７４３１ 特開２００６−５４９４０
本発明の目的は、ハイブリッド車が電気走行からガソリン走行へ移行するときのクラッチ接続ショックを改善する装置を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明によるハイブリッド車の駆動力制御装置は、少なくとも１つの駆動用電動発電機と、駆動用電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出手段と、前記駆動用電動発電機を制御する電動発電機制御手段と、原動機と、原動機の回転数を検出する原動機回転数検出手段と、前記原動機を制御する原動機制御手段と、前記駆動用電動発電機と前記原動機との結合及び分離を行うクラッチと、クラッチを制御するクラッチ制御手段と、前記駆動用電動発電機及び前記原動機の動力の駆動軸への伝達及び遮断を行う動力伝達制御手段と、を備え、前記駆動用電動発電機による走行中に、前記原動機を始動して接続する際の衝撃を軽減するハイブリッド車の駆動力制御装置であって、少なくとも１つのスタータージェネレータがベルトによって前記原動機に接続されており、前記原動機の回転数と前記駆動用電動発電機の回転数との差が小さくなるように前記原動機及び前記スタータージェネレータの出力トルクを調整し、前記回転数の差が小さくなったときに前記クラッチを接続し、前記回転数の差に対応した制御と、前記スタータージェネレータの回転数に応じて前記原動機を無負荷のまま空転させることを抑制するフリクショントルクを負荷する原動機フリクショントルクと、によって前記原動機のトルク制御を行い、前記出力トルクの調整は、前記回転数の差に対応した制御と前記回転数の差の積分値に対応した制御とによって行い、前記回転数の差による制御は前記原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが大きくなるように行い、前記回転数の差の積分値による制御は原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが小さくなるように行うことを特徴とする。このようなハイブリッド車の駆動力制御装置において、前記出力トルクの調整は、更に、前記回転数の差の微分値に対応した制御によって行い、当該制御は前記原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが大きくなるように行うことが好ましい。
原動機回転数の制御を、原動機トルクの調節だけでなく、早い応答性を持つスタータージェネレータートルクの調節も併用することによって、駆動用電動発電機による走行を原動機による走行に切り替える際の、クラッチ接続の衝撃を軽減することができる。
また、駆動用電動発電機と原動機の回転数の差に対応した制御は、高周波数で素早く応答しなければならない。一方、駆動用電動発電機と原動機との回転数の差の積分値に対応した制御は、比較的低周波数の応答が要求される。原動機回転数の差に対応した制御を、原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが大きくなるように行い、原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが小さくなるように行うことによって、原動機とスタータージェネレータとの制御応答の周波数帯を異ならせることができ、制御方向の共振による過大な制御を避けることができる。
また、駆動用電動発電機と原動機との回転数の差の積分値に対応した制御に於いて、原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインを小さくすることによって、原動機とスタータージェネレータとが原動機逆方向のトルク出力状態で釣り合ってしまい、互いに無駄な出力をするという状態を緩和できる。
更に、スタータージェネレータの回転数に応じて駆動用電動発電機の空転を抑制するフリクショントルクによる駆動用電動発電機のトルク制御を行うことにより、原動機とスタータージェネレータとを制御するための制御手段の出力値を小さくすることが出来、制御安定性を損なうことなく制御応答性を確保できる。
以下、本発明の実施形態を、添付した図面を参照して詳細に説明する。本実施形態によるハイブリッド車の駆動力制御装置の側面概略図を図１に、また、その構成と機能を示すブロック図を図２に示した。この実施形態のハイブリッド車の駆動力制御装置１０は、電気走行装置と、内燃機関走行装置と、スタータージェネレータシステムと、クラッチシステムと、を含んで構成される。
電気走行装置は、少なくとも一つの駆動用電動発電機１００と、駆動用電動発電機１００の回転数を検出する図示しない電動発電機回転数検出手段と、駆動用電動発電機１００を制御する電動発電機制御手段１２０と、を含んで構成される。駆動用電動発電機１００は、発電機として機能し、電池１３０を充電する。また、駆動用電動発電機１００は、インバーター１４０を介して電池１３０から供給された電力を使用して、電動機として駆動力を車両に提供するが、通常は出力や加速力は原動機より小さい。
内燃機関走行装置は、原動機２００と、原動機２００の回転数を検出する図示しない原動機回転数検出手段と、原動機２００を制御する原動機制御手段２２０と、を含んで構成される。原動機２００は、制御応答が遅く、トルク負荷のないまま出力を上げていくと、タイムラグを置いて回転数が急上昇するという特性がある。原動機２００を、起動直後、高速回転時に安定して制御することが困難である。
スタータージェネレータシステムは、原動機２００に接続された少なくとも１つのスタータージェネレータ３００と、スタータージェネレータ制御手段３１０と、ベルト３２０と、を含んで構成される。スタータージェネレータ３００の駆動装置としての特性は、低速回転に於いて迅速で正確な応答性を示すが、小型であるために出力が小さく、特に高速回転では大きなトルクは出力できない。スタータージェネレータ３００は、原動機２００の始動時の回転数が低い時期には加速装置として機能すると共に、この実施形態では、原動機２００の回転数が急激に増加する時期には、スタータージェネレータ３００の回転数を制限する負の制御手段として、原動機２００の回転数とトルクとを制御する。
クラッチシステムは、駆動用電動発電機１００と原動機２００との結合及び分離を行うクラッチ４００と、クラッチ４００を制御するクラッチ制御手段４１０と、を含んで構成される。駆動力制御装置１０で発生した駆動力は、動力伝達制御手段５００を通じて駆動軸５１０へ伝達される。電動発電機制御手段１２０と、原動機制御手段２２０と、スタータージェネレータ制御手段３１０と、クラッチ制御手段４１０と、は図示しない中央制御装置によって制御される。
この実施形態では、図２に示したように、原動機回転数２３０を入力値とし、電動発電機回転数１５０を目標値として、原動機回転数２３０と電動発電機回転数１５０との差に対応した比例制御手段２５０（Ｐ制御）と、差の積分値に対応した積分制御手段２５２（Ｄ制御）と、差の微分値に対応した微分制御手段２５４（Ｉ制御）と、の３項目に分けて原動機２００とスタータージェネレータ３００とのトルクゲインの制御を行う。
比例制御手段２５０は、入力値である原動機回転数２３０と目標値である電動発電機回転数１５０との差に対し、一定比率の出力値を設定して原動機２００の回転数を制御する。原動機２００は負荷が小さい場合は回転数が急上昇する特性があり、比例制御手段２５０には応答周波数の高い迅速な応答性が要求される。一方、スタータージェネレータ比例制御手段３４０は、低速回転領域においては、迅速で正確な応答性を示すが、スタータージェネレータ３００は小型であるために出力が小さく、特に高速回転では大きなトルクは出力できない。本発明に於いては、比例制御手段２５０は、原動機２００のトルクゲインよりもスタータージェネレータ３００のトルクゲインが大きくなるように設定する。
積分制御手段２５２は、電動発電機回転数１５０と原動機回転数２３０との差の時間積分に対応して出力目標値を変化させて原動機回転数２３０を制御する。差が小さくなれば、出力目標値と原動機回転数２３０との差も小さくなるので、積分制御手段２５２の応答周波数は比較的低い。本実施形態に於いては、積分制御手段２５２は、原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが小さくなるように設定する。
微分制御手段２５４は、電動発電機回転数１５０と原動機回転数２３０との差の微分値に対応した制御手段であって、駆動用電動発電機１００と原動機２００の回転数の差に急激な変化が起こった場合、その変化に対抗する出力値を設定して原動機２００の回転数を制御する。微分制御手段２５４は、応答が遅いと急激な変化を止めることができないので、応答周波数の高い迅速な応答性が要求される。微分制御手段２５４は、原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータ３００のトルクゲインが大きくなるように設定する。
図２に示したように、電動発電機回転数１５０と原動機回転数２３０とが、夫々原動機制御手段２２０とスタータージェネレータ制御手段３１０とに入力され、比例制御手段２５０と積分制御手段２５２と微分制御手段２５４とに対応する原動機トルク２４０とスタータージェネレータトルク３３０とを出力して、原動機２００とスタータージェネレータ３００とを制御する。比例制御手段２５０と積分制御手段２５２と微分制御手段２５４との総和がスタータージェネレータ３００の出力限度に達してしまうと、スタータージェネレータ３００ではそれ以上の制御出力ができないので、比例項および微分項の十分な出力を確保するために積分項は極力小さく設定する。
原動機２００は、前述したように、無負荷のまま空転させるとトルクゲインが小さいままで回転数が上がってしまうので、スタータージェネレータ３００の回転数に応じて原動機２００の空転を抑制する原動機フリクショントルク２６０を負荷して原動機２００のトルク制御を行う。原動機２００に原動機フリクショントルク２６０を負荷することにより、原動機制御手段２２０とスタータージェネレータ制御手段３１０の出力値が小さくて済み、各制御手段の出力値を小さくできる。この結果、制御安定性を損なうことなく、制御応答性を確保できる。クラッチ制御手段４１０は、原動機２００と駆動用電動発電機１００との回転数の差を判定し、差が設定値以下と判断した場合に、図示しない油圧装置を作動させてクラッチを接続させる。
以下、図３を参照して、本発明の実施例を説明する。
（実施例）
駆動用電動発電機１００で走行中に、ｔ０でアクセルが踏み込まれると、駆動用電動発電機１００は直ちに応答するが出力が小さいので、回転数は徐々に上昇する。中央制御装置は、運転者の要求を満たす為に原動機２００の始動を指令し、ｔ１からｔ２まで原動機２００を低トルク低速回転させて燃焼を安定させた後に、スタータージェネレータ３００の比例制御手段２５０を併用して原動機２００の回転数を上昇させる。ｔ３に於いて原動機回転数２３０が電動発電機回転数１５０に追いつくと、その差が負から正へ急変するので、スタータージェネレータ３００の微分制御手段２５４は、原動機回転数２３０を減らすように機能する。ｔ３からｔ４まで、原動機２００とスタータージェネレータ３００は図２に示した各制御手段によって、原動機２００と駆動用電動発電機１００の回転数合わせ行うと共に原動機２００の空転を抑制するフリクショントルクの負荷を安定させる。
クラッチ制御手段４１０は、原動機回転数２３０と電動発電機回転数１５０との差を判定し、ｔ４に於いて差が設定値以下と判断して、クラッチ押付力４２０を加えてｔ４からｔ５の間にクラッチを接続させる。回転数の差が小さく、原動機２００のトルクも安定しているので、ｔ４からｔ５の間の車両加速度２０の変化は小さい。このように、原動機２００の回転数の制御に、原動機２００と、制御指令に迅速に応答するスタータージェネレータ３００と、を併用することで、ハイブリッド車両特有の電気走行からガソリン走行へ移行するときのクラッチ接続ショックを改善できる。
上述の実施例に述べた構成の中で、スタータージェネレータ３００を含まない例を図４を参照して以下に説明する。
（比較例）
ｔ２までは実施例と同一であるので、説明を省略する。原動機制御手段２２０を用いて、ｔ２から原動機回転数２３０を上昇させる。ｔ３に於いて原動機２００の回転数が駆動用電動発電機１００の回転数に追いつくが、原動機２００は制御指令に対する応答が遅いので、原動機回転数２３０は電動発電機回転数２３０を追い越し、その後も回転数の制御が不十分となり、また、回転数が安定しないのでフリクショントルクも安定しない。
クラッチ制御手段４１０は、原動機回転数２３０と電動発電機回転数１５０との差を判定し、ｔ４に於いて差が設定値以下と判断して、クラッチ押付力４２０を加えて、ｔ４からｔ５の間にクラッチを接続させる。しかし、回転数の差が大きく、原動機２００のトルクも安定していないので、ｔ４からｔ５の間の車両加速度２０の変化が大きく、ハイブリッド車両特有のクラッチ接続ショックが生じることがある。
本発明によるハイブリッド車の駆動力制御装置の側面外観図である。 本発明によるハイブリッド車の駆動力制御装置の機能を示すブロック図である。 本発明によるハイブリッド車の原動機始動後の時間と、回転数とトルクと、の関係を示す図である。 従来のハイブリッド車の原動機始動後の時間と、回転数とトルクと、の関係を示す図である
１０ 駆動力制御装置
２０ 車両加速度
１００ 駆動用電動発電機
１３０ 電池
１４０ インバーター
１５０ 電動発電機回転数
２００ 原動機
２２０ 原動機制御手段
２３０ 原動機回転数
２４０ 原動機トルク
２５０ 比例制御手段
２５２ 積分制御手段
２５４ 微分制御手段
２６０ 原動機フリクショントルク
３００ スタータージェネレータ
３１０ スタータージェネレータ制御手段
３２０ ベルト
３３０ スタータージェネレータトルク
４００ クラッチ
４１０ クラッチ制御手段
４２０ クラッチ押付力
５００ 動力伝達制御手段
５１０ 駆動軸

Claims (2)

  1. 少なくとも１つの駆動用電動発電機と、
    駆動用電動発電機の回転数を検出する電動発電機回転数検出手段と、
    前記駆動用電動発電機を制御する電動発電機制御手段と、
    原動機と、
    原動機の回転数を検出する原動機回転数検出手段と、
    前記原動機を制御する原動機制御手段と、
    前記駆動用電動発電機と前記原動機との結合及び分離を行うクラッチと、
    クラッチを制御するクラッチ制御手段と、
    前記駆動用電動発電機及び前記原動機の動力の駆動軸への伝達及び遮断を行う動力伝達制御手段と、を備え、前記駆動用電動発電機による走行中に、前記原動機を始動して接続する際の衝撃を軽減するハイブリッド車の駆動力制御装置であって、
    少なくとも１つのスタータージェネレータがベルトによって前記原動機に接続されており、
    前記原動機の回転数と前記駆動用電動発電機の回転数との差が小さくなるように前記原動機及び前記スタータージェネレータの出力トルクを調整し、前記回転数の差が小さくなったときに前記クラッチを接続し、
    前記回転数の差に対応した制御と、前記スタータージェネレータの回転数に応じて前記原動機を無負荷のまま空転させることを抑制するフリクショントルクを負荷する原動機フリクショントルクと、によって前記原動機のトルク制御を行い、
    前記出力トルクの調整は、前記回転数の差に対応した制御と前記回転数の差の積分値に対応した制御とによって行い、前記回転数の差による制御は前記原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが大きくなるように行い、
    前記回転数の差の積分値による制御は原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが小さくなるように行うことを特徴とするハイブリッド車の駆動力制御装置。
  2. 前記出力トルクの調整は、更に、前記回転数の差の微分値に対応した制御によって行い、当該制御は前記原動機のトルクゲインよりもスタータージェネレータのトルクゲインが大きくなるように行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の駆動力制御装置。
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