JP5676227B2 - ハイブリッド車両のモータ制御装置及びその方法 - Google Patents

ハイブリッド車両のモータ制御装置及びその方法 Download PDF

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Description

本発明は、ハイブリッド車両のモータ制御装置及びその方法に係り、より詳しくは、ハイブリッド車両に備えられた複数のモータが設定された条件下で作動する場合、複数のモータが有するトルク決定の自由度を用いて効率的且つ安定したトルク制御が行なわれるようにするハイブリッド車両のモータ制御装置及びハイブリッド車両のモータ制御方法に関する。
ハイブリッド車両は、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンのようなエンジン、及びバッテリーの電力により動作する電気モータのうちの一つ又は全てを駆動源として採用する。ハイブリッド車両は、燃費や動力性能の向上のために２個以上のモータとクラッチなどの結合装置を用いて多様なモードを具現する。例えば、ハイブリッド車両は、エンジンのみの動力により駆動されるエンジンモード、低速走行のようなエンジンの効率が低い領域ではエンジンは停止し、モータのみの駆動により走行するＥＶ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）モード、高負荷領域でモータの動力によりエンジンの動力を補助して走行されるＨＥＶ（ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）モードを具現する。上記モータの運転領域は、連続定格以下の区間、連続定格以上瞬間最大定格以下の区間に区分され、運転時の発熱量と冷却システムの容量を考慮して設定される。モータが連続定格以下の区間で作動する時には、冷却容量が発熱量を超えるため、モータの温度上昇がなく持続的な運転が可能であるが、連続定格以上の区間で作動する時には、発熱量が冷却容量を超えてモータの温度が上昇するため、持続的な運転が不可であるという特性がある。また、モータはトルクと速度により決定される運転状態に応じて効率特性が変化する。
特開平７−１２３５１３号公報
本発明の目的は、ハイブリッド車両に備えられた複数のモータが設定された条件で作動する場合、複数のモータが有するトルク決定の自由度を用いて効率的且つ安定したトルク制御が可能なハイブリッド車両のモータ制御装置及びハイブリッド車両のモータ制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置は、動力源としてエンジンと複数のモータが適用されるハイブリッド車両において、前記複数のモータが設定された条件下で作動する場合、前記複数のモータの総要求トルクと各モータの連続定格トルクの合計とを比較して各モータ別のトルクを決定する制御器を含み、前記制御器は、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定することを特徴とする。また、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御方法は、複数のモータと遊星ギヤの状態を検出する段階と、前記複数のモータが設定された条件下で作動するとモータの総要求トルクを決定する段階と、前記複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満であるかを確認する段階と、前記複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定する段階と、前記決定された各モータのトルクに基づいて各モータを制御する段階と、を含んでなることを特徴とする。
本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、ハイブリッド車両で複数のモータに対して効率的な駆動と安定したトルク制御ができ、燃費改善とモータの安定性が向上する。
本発明によるハイブリッド車両のパワートレインを含むモータ制御装置の一例を示す構成図である。 本発明によるハイブリッド車両のモータ制御方法の一例を示すフロー図である。
以下、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置及びモータ制御方法の好ましい実施形態について詳細に説明する。この実施形態のモータ制御装置及びモータ制御方法は、動力源としてエンジンと複数のモータが使用されるハイブリッド車両に適用されるものである。
本実施形態によるハイブリッド車両のモータ制御装置は、複数のモータが設定された条件下で作動する場合、複数のモータの総要求トルクと各モータの連続定格トルクの合計とを比較して各モータ別のトルクを決定する制御器を含んでなるものである。ここで、制御器は、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定するものであることが好ましい。また、制御器は、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計以上である場合、各モータを連続定格トルクと、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差をモータ容量に応じて分配した各モータの分配トルクとを加えて各モータのトルクを決定することが好適である。さらに、制御器は、Ｉ番目のモータトルク＝Ｉ番目のモータの連続定格トルク＋総要求トルクと連続定格トルクの合計との差×Ｉ番目のモータの分配比率という式によりＩ番目のモータトルクを決定するものであることが好ましい。
本実施形態によるハイブリッド車両のモータ制御方法は、複数のモータと遊星ギヤの状態を検出する段階と、複数のモータが設定された条件下で作動するとモータの総要求トルクを決定する段階と、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満であるかを確認する段階と、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定する段階と、前段階で決定された各モータのトルクに基づいて各モータを制御する段階と、を含んでなるものである。このような実施形態のハイブリッド車両のモータ制御方法において、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計以上である場合、各モータを連続定格トルクと、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差をモータ容量に応じて分配した各モータの分配トルクとを加えて各モータのトルクを決定する段階をさらに含むことが好ましい。また、各モータの分配トルクは、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差に各モータの分配比率を掛けることによって算出されることが好適である。ここで、モータの総要求トルクは、駆動要求トルクと、車速と、バッテリーの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づいて決定することができる。
以下、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置及びモータ制御方法の実施例について添付した図面を参照して具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、多様な異なる形態で具現することができる。また、図面では、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置及びモータ制御方法における技術的思想が明確に説明できる程度に示し、詳細な装置の構造や計算式の記載は省略した。
本実施例によるハイブリッド車両のパワートレインを含むモータ制御装置を図１に示した。この実施例におけるハイブリッド車両は、動力源であるエンジン１０と第１モータ（ＭＧ１）２１、第２モータ（ＭＧ２）２３、遊星ギヤセット３０、第１、２クラッチＣＬ１、ＣＬ２、第１、２ブレーキＢＫ１、ＢＫ２、及び制御器４０を含む。遊星ギヤセット３０は、第１、２サンギヤＳ１、Ｓ２、第１、２キャリアＣ１、Ｃ２、および第１、２リングギヤＲ１、Ｒ２を含む。エンジン１０の出力は、変速機を構成する遊星ギヤセット３０の第１キャリア３２に直接伝達され、第２クラッチＣＬ２を介して第２モータ２３と第２サンギヤ３４に選択的に伝達される。第２サンギヤ３４の入力は、第２クラッチＣＬ２の作動有無に応じてエンジン１０と第２モータ２３のトルクの合計や第２モータ２３のみのトルクにより決定される。第１モータ２１は、第１ブレーキＢＫ１と第１サンギヤ３１に連結され、回生制動時に発電機として作動してバッテリー（図示せず）を充電する。
第２モータ２３は、第２クラッチＣＬ２を通じて入力されるエンジン１０の出力が十分な場合、発電機として作動してバッテリーを充電させる。遊星ギヤセット３０の第１リングギヤ３３は、変速機の出力軸（Ｏｕｔｐｕｔ）が連結される第２キャリア３５に連結され、第２リングギヤ３６は、第２ブレーキＢＫ２に連結され、第１クラッチＣＬ１を介して第１キャリア３２に連結されている。
制御器４０は、第１モータ２１及び第２モータ２３が有するトルク決定の自由度を用いて各モータのトルクを決定する。制御器４０は、第１、２モータ２１、２３の総要求トルク（ｔｏｔａｌ ｄｅｍａｎｄ ｔｏｒｑｕｅ）と連続定格トルク（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒａｔｅｄ ｔｏｒｑｕｅ）の合計値とを比較し、最適分配マップを用いて各モータ別のトルクを決定したりモータ容量に応じた分配により各モータ別のトルクを決定する。
本実施例によるハイブリッド車両のモータ制御方法のフローチャートを図２に示した。ハイブリッド車両が走行する状態で制御器４０は、第１モータ２１、第２モータ２３の状態と遊星ギヤセット３０の状態を検出し（Ｓ１０１）、第１、２モータ２１、２３が設定された条件で作動しているかを判断する（Ｓ１０２）。この設定された条件は、現在の駆動状態が第２クラッチＣＬ２と第２ブレーキＢＫ２が作動するアンダードライブ（Ｕｎｄｅｒ Ｄｒｉｖｅ）状態であるか、又は第１クラッチＣＬ１と第２クラッチＣＬ２が作動する変速比が１：１の状態であれば設定された条件を満足するものとすることができる。或は、設定された条件は、複数のモータが同時に作動する場合に満足するものとすることができる。
Ｓ１０２段階で設定された条件を満足していない場合、制御器４０はＳ１０１段階にリターンする。一方、Ｓ１０２段階で設定された条件を満足している場合、制御器４０は第１、２モータ２１、２３が出力しなければならない総支援トルク、又は回生（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）トルクを具現することができる自由度を適用して第１、２モータ２１、２３が出力しなければならない総要求トルクを決定する（Ｓ１０３）。ここで第１、２モータ２１、２３の総要求トルクは、運転者の駆動要求トルク、車速、バッテリーのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基いて決定される。
Ｓ１０３段階で第１、２モータ２１、２３が出力しなければならない総要求トルクが決定されると、制御器４０は第１、２モータ２１、２３の総要求トルクと第１、２モータ２１、２３の連続定格トルクの合計とを比較し（Ｓ１０４）、第１、２モータ２１、２３の総要求トルクが第１、２モータ２１、２３の連続定格トルクの合計未満であるかを判断する（Ｓ１０５）。
Ｓ１０５段階で第１、２モータ２１、２３の総要求トルクが第１、２モータ２１、２３の連続定格トルクの合計未満と判断されると、制御器４０は第１、２モータ２１、２３の作動効率を最大化する最適トルク分配マップを用いて第１、２モータ２１、２３のトルクを決定する（Ｓ１０６）。最適トルク分配マップを適用した第１、２モータ２１、２３のトルクの決定は、各モータの回転速度とモータの総要求トルクにより決定される。最適トルク分配マップは、オフライン上で次のような最適化過程を通じて得ることができる。
Ｍａｘ（Ｍｏｔｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）＝Ｍａｘ（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｐｏｗｅｒ）＝Ｍａｘ（Σ（ωｍｏｔｏｒ＿ｉ×Ｔｍｏｔｏｒ＿ｉ）／（ΣＰｍｏｔｏｒ＿ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＿ｉ））（放電）＝Ｍａｘ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｈａｒｇｅ Ｐｏｗｅｒ／Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ）＝Ｍａｘ（ΣＰｍｏｔｏｒ＿ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ＿ｉ）／Σ（ωｍｏｔｏｒ＿ｉ×Ｔｍｏｔｏｒ＿ｉ））（充電）
ここで、Ｔｍｏｔｏｒ＿ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、
Ｔ＊ ｍｏｔｏｒ＝ΣＴｍｏｔｏｒ＿ｉ（総モータ要求トルク）、
ωｍｏｔｏｒ＝ｋ１ωｍｏｔｏｒ＿１＝…＝ｋＮωｍｏｔｏｒ＿Ｎ（各モータは一定のギヤ比を維持、ｋｉ＞０）、
Ｔｍｏｔｏｒ＿ｉ＜Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ（各モータのトルクは連続定格トルク内で決定）である。
つまり、モータ速度（ωｍｏｔｏｒ）とモータの総要求トルク（ΣＴｍｏｔｏｒ＿ｉ）のすべての可能な組み合わせに対して上述の最適化を実施することによって最適化マップを得ることができる。
Ｓ１０６段階で、最適トルク分配マップを用いて第１、２モータ２１、２３のトルクが決定されると、制御器４０はパワー制御器（図示せず）を介して第１モータ２１と第２モータ２３に供給される電圧を制御して各モータの出力トルクを制御する（Ｓ１０７）。
一方、Ｓ１０５段階で、第１、２モータ２１、２３の総要求トルクが第１、２モータ２１、２３の連続定格トルクの合計値と同一であるか、又は大きいと判断されると、制御器４０は第１、２モータ２１、２３のトルクを決定する。より詳しくは、制御器４０は、第１、２モータ２１、２３の総要求トルクと第１、２モータ２１、２３の連続定格トルクの合計値との差を計算し、この差を第１、２モータ２１、２３の容量に応じて均等に分配した各モータの分配トルクを各モータの連続定格トルクに加えて第１、２モータ２１、２３のトルクを決定する（Ｓ１０８）。ここで、各モータのトルクは次のように決定される。
Ｔｍｏｔｏｒ＿ｉ＝Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ＋（Ｔ＊ ｍｏｔｏｒ−ΣＴｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ）×（Ｔｍｏｔｏｒ＿ｍａｘ＿ｉ−Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ）／Σ（Ｔｍｏｔｏｒ＿ｍａｘ＿ｉ−Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ）
つまり、「Ｉ番目のモータトルク＝Ｉ番目のモータの連続定格トルク＋総要求トルクと連続定格トルクの合計との差×Ｉ番目のモータの分配比率」で示される計算式に基づき各モータのトルクを決定する。
Ｓ１０６又はＳ１０８段階の後、制御器４０はパワー制御器（図示せず）を介して第１モータ２１と第２モータ２３に供給される電圧を制御して各モータの出力トルクを制御する（Ｓ１０７）。
以上説明したように、本発明はハイブリッド車両で複数のモータの総要求トルクが各モータの熱容量に応じて均等に分配されることによって、いずれか一つのモータのみの過熱が発生しなくなる。したがって、システムの安定性が向上する。
なお、本実施例におけるモータの分配比率（（Ｔｍｏｔｏｒ＿ｍａｘ＿ｉ−Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ）／Σ（Ｔｍｏｔｏｒ＿ｍａｘ＿ｉ−Ｔｍｏｔｏｒ＿ｃｏｎｔｉ＿ｉ））は、各モータの熱特性が線形的な場合を例示したものであるが、各モータの熱特性に応じて所定の加重値をおいて変更されても良い。このように本実施例によれば、ハイブリッド車両で複数のモータに対して効率的な駆動と安定したトルク制御が可能であり、燃費改善とモータの安定性が向上する。以上、本発明によるハイブリッド車両のモータ制御装置及びモータ制御方法の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の技術的思想を理解する当業者は本発明の技術的思想の範囲内で構成要素の付加、変更、追加、削除などにより他の実施例を容易に想到することができ、これも本発明に含まれると言える。
１０ エンジン
２１ 第１モータ
２３ 第２モータ
３０ 遊星ギヤセット
４０ 制御器

Claims (7)

  1. 動力源としてエンジンと複数のモータが適用されるハイブリッド車両において、
    前記複数のモータが設定された条件下で作動する場合、前記複数のモータの総要求トルクと各モータの連続定格トルクの合計とを比較して各モータ別のトルクを決定する制御器を含み、
    前記制御器は、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定することを特徴とするハイブリッド車両のモータ制御装置。
  2. 前記制御器は、複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計以上である場合、各モータを連続定格トルクと、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差をモータ容量に応じて分配した各モータの分配トルクとを加えて各モータのトルクを決定す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モータ制御装置。
  3. 前記制御器は、下記の式１によりＩ番目のモータトルクを決定することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両のモータ制御装置。
    Ｉ番目のモータトルク＝Ｉ番目のモータの連続定格トルク＋総要求トルクと連続定格トルクの合計との差×Ｉ番目のモータの分配比率・・・（式１）
  4. 複数のモータと遊星ギヤの状態を検出する段階と、
    前記複数のモータが設定された条件下で作動するとモータの総要求トルクを決定する段階と、
    前記複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満であるかを確認する段階と、
    前記複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計未満である場合、各モータの回転速度と総要求トルクに応じたトルク分配マップを適用して各モータのトルクを決定する段階と、
    前記決定された各モータのトルクに基づいて各モータを制御する段階と、を含んでなることを特徴とするハイブリッド車両のモータ制御方法。
  5. 前記複数のモータの総要求トルクが各モータの連続定格トルクの合計以上である場合、各モータを連続定格トルクと、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差をモータ容量に応じて分配した各モータの分配トルクとを加えて各モータのトルクを決定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両のモータ制御方法。
  6. 前記各モータの分配トルクは、総要求トルクと連続定格トルクの合計との差に各モータの分配比率を掛けることによって算出されることを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両のモータ制御方法。
  7. 前記モータの総要求トルクは、駆動要求トルク、車速、バッテリーＳＯＣに基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両のモータ制御方法。
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