JP5429626B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

この発明はエンジンとモータジェネレータ(単に「モータ」とも換言できる。)とを動力源として備えたハイブリッド車両に係り、特に目標とする駆動力を出力するために複数の動力源を制御するハイブリッド車両に関するものである。
従来、燃費向上を目的として、動力源としてエンジンの他にモータジェネレータを備えたハイブリッド車両には、エンジンとモータジェネレータの配置や動力伝達機構の違いにより様々な方式が存在し、エンジンとエンジンに連なる2つのモータジェネレータと2つのモータジェネレータの間に配置した1つの遊星歯車機構とを備えたハイブリッド車両や、エンジンとエンジンに連なる2つのモータジェネレータと2つのモータジェネレータの間に配置した2つの遊星歯車機構とを備えたハイブリッド車両等が知られている。
特開平11−343891号公報 特開2003−333710号公報 特開2006−063865号公報
ところで、従来、主に燃費向上を目的として、エンジンの他にモータを備えたハイブリッド車両が提案されており、例えば上記の特許文献1に記載されているように車両が知られている。
この特許文献1に開示されるものでは、アクセル開度と車速とから目標駆動トルク、モータへの動力源となる高電圧バッテリ(単に「バッテリ」ともいう。)の充電状態から発電トルクをそれぞれ算出し、両者を達成するような目標エンジントルクを設定し、エンジンを制御している。
また、特許文献1に開示されるものは、目標エンジントルクからエンジントルク推定値を設定し、目標駆動トルクとエンジントルク推定値との差分を目標モータトルクとして算出し、モータを制御している。
本来、エンジンには応答遅れが存在するため、上述の特許文献1のように、エンジントルクを推定して目標モータトルクを算出することで、エンジンの応答遅れをモータで補正しつつ、運転者が要求している目標駆動トルクを実現することができる。
しかし、上述の特許文献1においては、走行中にアクセル・オフし、目標駆動トルクが減少した時に、モータはエンジンの応答遅れを補正しているので、より大きな回生トルクが出力されるとともに、出力トルクに応じた値より多くの電力がバッテリに回収され、バッテリの充電状態や温度によってはバッテリの劣化を促進させてしまうという悪影響を及ぼす可能性があるという不都合がある。
また、回生電力はモータ回転速度とモータトルクとの乗算結果に比例するため、モータ回転速度が高くなる高車速の時ほど、バッテリに対する影響が大きくなるという不都合がある。
この発明は、エンジンの応答遅れを補正する頻度を減少させ、バッテリの過放電や過充電を防止することを目的とする。
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度検出手段と、車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と、前記車速検出手段により検出された車速とから第1目標駆動パワーを算出する目標駆動パワー算出手段を備え、バッテリの充電状態に応じて算出される目標発電パワー算出手段を備え、前記目標駆動パワー算出手段により算出された第1目標駆動パワーと、前記目標発電パワー算出手段により算出された目標発電パワーとから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段を備え、アクセル操作によって前記目標駆動パワーが減少した場合、前記目標駆動パワー算出手段により算出された第1目標駆動パワーよりも、設定された時間だけ前の目標駆動パワーを第2の目標駆動パワーと、前記目標エンジンパワー算出手段により算出された目標エンジンパワーとから前記目標モータジェネレータパワーを算出する目標モータジェネレータパワー算出手段を備えることを特徴とする。
この発明によれば、第2の目標駆動パワーを用いて目標モータジェネレータパワーを算出しているので、モータジェネレータでエンジンの応答遅れを補正する頻度を減少させることができる。
これにより、バッテリ(「駆動用高電圧バッテリ」ともいう。)の過放電や過充電を防止することが可能である。
図1はハイブリッド車両の制御用フローチャートである。(実施例) 図2はハイブリッド車両のシステム構成図である。(実施例) 図3はハイブリッド車両の制御ブロック図である。(実施例) 図4は目標駆動パワー検索マップを示す図である。(実施例) 図5は目標駆動パワーの遅延時間検索マップを示す図である。(実施例) 図6は目標発電パワー検索マップを示す図である。(実施例) 図7は出力軸を支点としたトルクバランスのつりあいを示す図である。(実施例)
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
図1〜図7はこの発明の実施例を示すものである。
図2において、1はハイブリッド車両の制御装置である。
このとき、ハイブリッド車両は、エンジン2とモータジェネレータとから発生する動力を、後述する動力伝達機構28を介して、駆動軸7に出力する。
つまり、前記ハイブリッド車両の制御装置1は、駆動系として、燃料の燃焼により駆動力を発生させるエンジン2の出力軸3と、電気により駆動力を発生するとともに駆動により電気エネルギを発生する第1モータジェネレータ(「MG1」とも記載する。)4及び第2モータジェネレータ(「MG2」とも記載する。)5と、ハイブリッド車両の駆動輪6に接続される駆動軸7と、出力軸3、第1モータジェネレータ4、第2モータジェネレータ5、駆動軸7にそれぞれ連結された動力伝達機構の第1遊星歯車機構8及び第2遊星歯車機構9とを備えている。
前記エンジン2は、アクセルペダルの踏み込み量やエンジン要求に対応して吸入する空気量を調整するスロットルバルブ等の空気量調整手段(図示せず)と、吸入する空気量に対応する燃料を供給する燃料噴射弁等の燃料供給手段(図示せず)と、燃料に着火する点火装置等の着火手段(図示せず)とを備えている。
また、前記エンジン2は、空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段とにより燃料の燃焼状態を制御され、燃料の燃焼により駆動力を発生する。
前記第1モータジェネレータ4は、第1モータロータ軸10と第1モータロータ11と第1モータステータ12とを備えている。
前記第2モータジェネレータ5は、第2モータロータ軸13と第2モータロータ14と第2モータステータ15とを備えている。
また、前記第1モータジェネレータ4の第1モータステータ12は、第1インバータ16に接続されている。
更に、前記第2モータジェネレータ5の第2モータステータ15は、第2インバータ17に接続されている。
そして、前記第1モータジェネレータ4と前記第2モータジェネレータ5とは、それぞれ第1インバータ16と第2インバータ17との電源端子により蓄電装置であるバッテリ18から供給される電気量を制御され、供給される電気により駆動力を発生するとともに、前記駆動輪6からの回生時の駆動により電気エネルギを発生してバッテリ18を充電する。
また、前記第1遊星歯車機構8は、第1サンギア19と、この第1サンギア19に噛み合う第1プラネタリギア20を支持する第1プラネタリキャリア21と、第1プラネタリギア20に噛み合う第1リングギア22とを備えている。
前記第2遊星歯車機構9は、第2サンギア23と、この第2サンギア23に噛み合う第2プラネタリギア24を支持する第2プラネタリキャリア25と、第2プラネタリギア24に噛み合う第2リングギア26とを備えている。
そして、前記第1遊星歯車機構8と前記第2遊星歯車機構9とは、各回転要素の回転中心線を同一軸上に配置し、前記エンジン2と前記第1遊星歯車機構8との間に前記第1モータジェネレータ4を配置し、前記第2遊星歯車機構9のエンジン2から離れる側に前記第2モータジェネレータ5を配置している。
このとき、前記第1モータジェネレータ4は、主に前記バッテリ18の充電用に動作される。
また、前記第2モータジェネレータ5は、単独出力のみでハイブリッド車両を走行させることができる性能を備え、主にハイブリッド車両の走行用に動作される。
前記第1遊星歯車機構8の第1サンギア19には、前記第1モータジェネレータ4の第1モータロータ軸10を接続している。
また、前記第1遊星歯車機構8の第1プラネタリキャリア21と前記第2遊星歯車機構9の第2サンギア23とは、結合してエンジン2の出力軸3に接続している。
更に、前記第1遊星歯車機構8の第1リングギア22と前記第2遊星歯車機構9の第2プラネタリキャリア25とは、結合して出力ギア筒の出力部27に連結するとともにこの出力部27を歯車やチェーン等の動力伝達機構28を介して前記駆動軸7に接続している。
このとき、前記第2遊星歯車機構9の第2リングギア26には、前記第2モータジェネレータ5の第2モータロータ軸13を接続している。
これにより、ハイブリッド車両の駆動系においては、前記エンジン2と前記第1モータジェネレータ4と前記第2モータジェネレータ5と前記駆動軸7との間で、駆動力の授受を行う。
前記エンジン2の空気量調整手段と燃料供給手段と着火手段と、前記第1モータジェネレータ4の第1インバータ16と、前記第2モータジェネレータ5の第2インバータ17とは、前記制御装置1の制御系である駆動制御部29に接続されている。
この駆動制御部29には、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度検出手段30と、車両速度を検出する車速検出手段31とを接続している。
なお、前記エンジン2と前記第1、第2モータジェネレータ4、5とのトルクの組み合わせは、無数に存在するため、前記バッテリ18の充電状態や、ハイブリッド車両の走行状態によって、それぞれのトルク配分を決定し、エンジントルクが必要ない場合には、エンジン2を停止して燃費の向上を図る。
また、前記駆動制御部29は、前記アクセル開度検出手段30により検出されたアクセル開度と、前記車速検出手段31により検出された車速とから算出される目標駆動パワー算出手段32を備え、前記バッテリ18の充電状態(「SOC」とも記載する。)に応じて算出される目標発電パワー算出手段33を備え、前記目標駆動パワー算出手段32により算出された目標駆動パワーと、前記目標発電パワー算出手段33により算出された目標発電パワーとから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段34を備え、前記目標駆動パワー算出手段32により算出された目標駆動パワーと、前記目標エンジンパワー算出手段34により算出された目標エンジンパワーとから目標モータジェネレータパワーを算出する目標モータジェネレータパワー算出手段35を備え、前記目標駆動パワー算出手段32により算出された目標駆動パワーよりも、設定された時間だけ前の目標駆動パワーを第2の目標駆動パワーとし、前記目標モータジェネレータパワー算出には、目標駆動パワーとして第2の目標駆動パワーの値を用いる構成とする。
詳述すれば、アクセル開度と車速とから前記目標駆動パワー算出手段32により算出された目標駆動パワーに車速を乗算して第1目標駆動パワーを設定し、この第1目標駆動パワーに設定された時間、すなわち遅延時間を持たせたものを第2の目標駆動パワー(以下、「第2目標駆動パワー」という。)としている。
追記すれば、前記エンジン2と前記第1、第2モータジェネレータ4、5とを動力源として備えたハイブリッド車両のうち、目標駆動パワーが目標エンジンパワーと目標モータジェネレータパワーとの和となるように前記エンジン2と前記第1、第2モータジェネレータ4、5との制御を行う前記駆動制御部29において、アクセル開度と車速とを用いて第1目標駆動パワーを算出し、この第1目標駆動パワーに遅延時間を持たせた第2目標駆動パワーに基づき目標モータジェネレータパワーを設定している。
また、前記バッテリ18の充電状態から算出した目標発電パワーと第1目標駆動パワーとを基に目標エンジンパワーを算出している。
従って、第1目標駆動パワーに遅延時間を施した第2目標駆動パワーを用いて目標モータジェネレータパワーを算出しているので、モータジェネレータでエンジン2の応答遅れを補正する頻度を減少させることができる。
これにより、前記バッテリ18の過放電や過充電を防止することが可能である。
前記目標エンジンパワー算出手段34により算出された目標エンジンパワーから、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクを算出し、算出された目標エンジントルクから目標エンジントルク推定値を算出し、目標エンジン回転速度と目標エンジントルク推定値とからエンジンパワー推定値を算出するエンジンパワー推定値算出手段36を備え、このエンジンパワー推定値算出手段36により算出されたエンジンパワー推定値と、目標モータジェネレータパワーとから目標モータジェネレータトルクを算出する目標モータジェネレータトルク算出手段37を備えている。
つまり、目標エンジンパワーからエンジンパワー推定値を設定し、第2目標駆動パワーとエンジンパワー推定値との差分を目標モータジェネレータパワーとして算出している。
追記すれば、前記駆動制御部29において、目標エンジンパワーから目標エンジン動作点となる目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとを算出する。
そして、目標エンジントルクからエンジン2の応答遅れを考慮した目標エンジントルク推定値を算出し、目標エンジントルク推定値からエンジンパワー推定値を算出し、第2目標駆動パワーとエンジンパワー推定値とを基に目標モータジェネレータパワーを算出し、目標モータジェネレータパワーと目標エンジントルク推定値とから目標モータジェネレータトルクを設定している。
従って、エンジントルクの遅れを考慮したので、正確な目標モータジェネレータトルクを算出することができる。
設定された時間は、車両速度に応じて変化している。
つまり、前記設定された時間である遅延時間は、車速が高いほど長く設定し、車速が低いほど短く設定する。
追記すれば、前記駆動制御部29において、目標駆動パワーの遅延時間は、図5の目標駆動パワーの遅延時間マップから検索し、車速に応じて変化する。
このとき、図5の目標駆動パワーの遅延時間マップは、車速が高いほど長くなり、車速が低いほど短くなるように設定されている。
従って、車両速度に応じて異なるエンジン2の応答遅れを補正する補正量に追従することができる。
これにより、高車速時において、前記バッテリ18を保護することや、低車速時において、運転者の要求に応じた駆動力を出力することが可能である。
つまり、前記ハイブリッド車両の制御装置1は、図3に示す制御ブロックから明らかなように、以下に記載する制御工程を有している。
(1)制御工程A1(第1目標駆動パワー算出)
前記アクセル開度検出手段30により検出されたアクセル開度と、前記車速検出手段31により検出された車速とから、図4の目標駆動パワー検索マップに沿って、前記目標駆動パワー算出手段32により目標駆動パワーを算出し、算出した目標駆動パワーに車速を乗算して第1目標駆動パワーを算出する制御工程。
(2)制御工程A2(目標発電パワー算出)
図6の目標発電パワー検索マップに沿って、前記目標発電パワー算出手段33により前記バッテリ18の充電状態に応じて目標発電パワーを算出する制御工程。
(3)制御工程A3(第2目標駆動パワー算出)
前記目標駆動パワー算出手段32により算出された第1目標駆動パワーよりも、設定された時間だけ前の第1目標駆動パワー、つまり、図5の目標駆動パワーの遅延時間検索マップに沿って、第1目標駆動パワーに遅延時間を施して第2目標駆動パワーを算出する制御工程。
(4)制御工程A4(目標エンジンパワー算出)
制御工程A1からの第1目標駆動パワーと制御工程A2からの目標発電パワーとから前記目標エンジンパワー算出手段34によって目標エンジンパワーを算出する制御工程。
なお、この制御工程A4による目標エンジンパワーは、目標エンジン動作点算出にも使用される。
(5)制御工程A5(エンジンパワー推定値算出)
制御工程A4からの目標エンジンパワーから、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクを算出し、算出された目標エンジントルクから目標エンジントルク推定値を算出し、目標エンジン回転速度と目標エンジントルク推定値とからエンジンパワー推定値を算出する制御工程。
(6)制御工程A6(目標モータジェネレータパワー算出)
制御工程A3からの第2目標駆動パワーと制御工程A5からのエンジンパワー推定値とから、前記目標モータジェネレータパワー算出手段35により目標モータジェネレータパワーを算出する制御工程。
なお、この制御工程A6の目標モータジェネレータパワーは、目標モータジェネレータトルクの算出に使用され、目標モータジェネレータトルクを算出する場合には、前記エンジンパワー推定値算出手段36により算出されたエンジンパワー推定値と、制御工程A6からの目標モータジェネレータパワーとから、前記目標モータジェネレータトルク算出手段37により算出する。
次に、ルーチンが周期的に(例えば、20ms毎に)実行される図1のハイブリッド車両の制御用フローチャートに沿って作用を説明する。
前記ハイブリッド車両の制御用プログラムがスタート(101)すると、制御に用いる前記アクセル開度検出手段30により検出されたアクセル開度や、前記車速検出手段31により検出された車速、前記バッテリ18の充電状態などの各種信号取り込みの処理(102)に移行する。
この各種信号取り込みの処理(102)の後に、検索マップから第1目標駆動パワーを算出する処理(103)に移行する。
このとき、検索マップから第1目標駆動パワーを算出する処理(103)においては、図4に示す目標駆動パワー検索マップから、アクセル開度と車速とに応じた目標駆動パワーを算出する。
そして、算出した目標駆動パワーに車速を乗算して第1目標駆動パワーとする。
また、第2目標駆動パワーを算出するために、設定された時間だけ、つまり所定周期前まで全ての第1目標駆動パワーの値を保存しておく。
上述の検索マップから第1目標駆動パワーを算出する処理(103)の後に、検索マップから駆動パワーの設定された時間だけ前、つまり遅延時間を算出する処理(104)に移行する。
この検索マップから駆動パワーの遅延時間を算出する処理(104)においては、図5に示す目標駆動パワーの遅延時間検索マップから、車速に応じた目標駆動パワーの遅延時間を算出する。
そして、上述の検索マップから駆動パワーの遅延時間を算出する処理(104)の後に、第1目標駆動パワーから第2目標駆動パワーを算出する処理(105)に移行する。
この第1目標駆動パワーから第2目標駆動パワーを算出する処理(105)においては、検索マップから駆動パワーの遅延時間を算出する処理(104)にて算出した遅延時間だけ前の第1目標駆動パワーを第2目標駆動パワーとする。
また、上述の第1目標駆動パワーから第2目標駆動パワーを算出する処理(105)の後に、検索マップから目標発電パワーを算出する処理(106)に移行する。
この検索マップから目標発電パワーを算出する処理(106)においては、図6に示す目標発電パワー検索マップから、前記バッテリ18の充電状態に応じた目標発電パワーを算出する。
上述の検索マップから目標発電パワーを算出する処理(106)の後に、目標エンジンパワーと検索マップから目標エンジン回転速度、目標エンジントルクを算出する処理(107)に移行する。
この目標エンジンパワーと検索マップから目標エンジン回転速度、目標エンジントルクを算出する処理(107)においては、以下の式
目標エンジンパワー = 第1目標駆動パワー − 目標発電パワー
により、第1目標駆動パワーと目標発電パワーとから前記エンジン2が出力すべき目標エンジンパワーを計算する。
このとき、エンジン2が出力すべきパワーは、車両の駆動に必要なパワーに前記バッテリ18を充電するパワーを加算した値となる。
ここでは、バッテリ18の充電側を負として扱っているので、第1目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出する。
なお、目標エンジンパワーが決定すると、検索マップから、目標エンジン回転速度、目標エンジントルクが決定される。
上述の目標エンジンパワーと検索マップから目標エンジン回転速度、目標エンジントルクを算出する処理(107)の後に、目標エンジントルクから目標エンジントルク推定値を算出、及び、目標エンジン回転速度、目標エンジントルク推定値からエンジンパワー推定値を算出する処理(108)に移行する。
この処理(108)は、1つの算出例ではあるが、目標エンジントルクから所定時間(例えば、500ms)だけ遅延したトルクを目標エンジントルク推定値とし、目標エンジン回転速度と目標エンジントルク推定値とからエンジンパワーを算出する。
上述の目標エンジントルクから目標エンジントルク推定値を算出、及び、目標エンジン回転速度、目標エンジントルク推定値からエンジンパワー推定値を算出する処理(108)の後に、目標モータジェネレータパワーを算出する処理(109)に移行する。
この目標モータジェネレータパワーを算出する処理(109)においては、第2目標駆動パワーとエンジンパワー推定値とからモータが出力すべき目標モータジェネレータパワーを、以下の式
目標モータジェネレータパワー
= 第2目標駆動パワー − エンジンパワー推定値
により算出する。
ここでいう目標モータジェネレータパワーは、第1モータジェネレータ4のパワーと第2モータジェネレータ5のパワーとを加算したもので、第1モータジェネレータ4と第2モータジェネレータ5との目標トルクは、目標モータジェネレータパワーと目標エンジントルク推定値とからトルクがバランスするように、以下の式から計算して求める。
ここで、式について説明する。
(1)電力の関係について、
まず、目標モータジェネレータパワーをMG1パワーとMG2パワーとの和とする。
さすれば、目標モータジェネレータパワーを以下の式にて算出することが可能である。
目標モータジェネレータパワー
= (MG1回転速度×目標MG1トルク
+ MG2回転速度×目標MG2トルク) ÷ 変換係数
※変換係数:角速度[rad/s]を回転速度[rpm]に
変換するための係数、60÷2÷π(パイ)
(2)出力軸を支点としたトルクバランスのつりあいについて、
この発明の4軸式の前記ハイブリッド車両の制御装置1の共線図を図7に示す。
この図7の共線図におけるつりあいの関係より次式が成り立つ。
目標MG1トルク×k1 + 目標エンジントルク推定値×1
= 目標MG2トルク×k2
※k1:エンジン−出力軸間を1とした場合の
MG1−エンジン間のレバー比
※k2:エンジン−出力軸間を1とした場合の
出力軸−MG2間のレバー比
つまり、上述の式により、前記第1モータジェネレータ4の目標トルクである目標MG1トルクと前記第2モータジェネレータ5の目標トルクである目標MG2トルクを、目標モータジェネレータパワーと目標エンジントルク推定値とからトルクがバランスするように、計算して求めるものである。
そして、上述の目標モータジェネレータパワーを算出する処理(109)の後には、前記ハイブリッド車両の制御用プログラムのリターン(110)に移行する。
1 ハイブリッド車両の制御装置
2 エンジン
3 エンジンの出力軸
4 第1モータジェネレータ(「MG1」とも記載する。)
5 第2モータジェネレータ(「MG2」とも記載する。)
6 ハイブリッド車両の駆動輪
7 駆動軸
8 第1遊星歯車機構
9 第2遊星歯車機構
16 第1インバータ
17 第2インバータ
18 バッテリ
27 出力部
28 動力伝達機構
29 駆動制御部
30 アクセル開度検出手段
31 車速検出手段
32 目標駆動パワー算出手段
33 目標発電パワー算出手段
34 目標エンジンパワー算出手段
35 目標モータジェネレータパワー算出手段
36 エンジンパワー推定値算出手段
37 目標モータジェネレータトルク算出手段

Claims (3)

  1. エンジンとモータジェネレータとから発生する動力を、動力伝達機構を介して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度検出手段と、車両速度を検出する車速検出手段とを備え、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と、前記車速検出手段により検出された車速とから第1目標駆動パワーを算出する目標駆動パワー算出手段を備え、バッテリの充電状態に応じて算出される目標発電パワー算出手段を備え、前記目標駆動パワー算出手段により算出された第1目標駆動パワーと、前記目標発電パワー算出手段により算出された目標発電パワーとから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段を備え、アクセル操作によって前記目標駆動パワーが減少した場合、前記目標駆動パワー算出手段により算出された第1目標駆動パワーよりも、設定された時間だけ前の目標駆動パワーを第2の目標駆動パワーと、前記目標エンジンパワー算出手段により算出された目標エンジンパワーとから前記目標モータジェネレータパワーを算出する目標モータジェネレータパワー算出手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 前記目標エンジンパワー算出手段により算出された目標エンジンパワーから、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクを算出し、算出された目標エンジントルクから目標エンジントルク推定値を算出し、目標エンジン回転速度と目標エンジントルク推定値とからエンジンパワー推定値を算出するエンジンパワー推定値算出手段を備え、このエンジンパワー推定値算出手段により算出されたエンジンパワー推定値と、目標モータジェネレータパワーとから目標モータジェネレータトルクを算出する目標モータジェネレータトルク算出手段を備えてい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。
  3. 設定された時間は、車両速度に応じて変化してい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。
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