JP5706141B2 - ハイブリッド電気自動車の制御装置 - Google Patents
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Description
駆動輪が空転すると車両の発進性や加速性が低下し、ドライバビリティの悪化を招き、最悪の場合、駆動輪のスタックを招いて車両の走行に支障を来たしてしまう。
一方、近年、走行駆動源として、エンジンと電動発電機(以下、単に、モータとも言う)とを装備したパラレル式のハイブリッド電気自動車が開発されており、このハイブリッド電気自動車においても、上記と同様に、路面状況やドライバのアクセル操作によって駆動輪が空転することがあり、このような駆動輪の空転を抑制したい。
特許文献1には、発進時においてモータによるトルクアシストを実施する場合を想定したもので、モータのみを駆動源として走行する場合や、車両の加速時に駆動輪のスリップが生じる場合については考慮しておらず、上記の課題を解決し得ない。
さらに、前記出力トルク制御手段は、前記駆動輪の前記実スリップ対応値が予め設定された基準スリップ対応値よりも低スリップ側(スリップ率なら高い側)の状態が予め設定された時間以上継続した場合、又は、前記変速機が前記モータと前記駆動輪との動力連結を開放する変速段切替の場合には、前記目標スリップ制御を終了することが好ましい。
前記クラッチを制御するクラッチ制御手段と、前記モータの最大出力トルクで前記目標スリップ制御が達成可能であるか否かを判定する達成判定手段とを備え、前記出力トルク制御手段により制御される前記走行駆動源の出力トルクは、前記エンジンの出力トルクと前記モータの回生時の負のトルクとの組み合わせを含み、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチ状態検出手段により前記クラッチが接続状態であることが検出され、且つ、前記達成判定手段が前記モータの最大出力トルクで前記目標スリップ制御が達成不可能であると判定した場合、前記クラッチを遮断状態に切り替えることが好ましい。
さらに、実スリップ対応値が予め設定された基準スリップ対応値よりも低スリップ側(スリップ率なら高い側)の状態が予め設定された時間以上継続した場合には、目標スリップ制御は不要であり、又、変速機がモータと駆動輪との動力連結を開放する変速段切替の場合には、モータの出力トルク制御はできないので、目標スリップ制御を終了することで、不要な制御を排することができる。
図1は本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の動力系及びその制御装置の構成図、図2は本制御装置のブロック図、図3は本制御にかかるスリップ率の特性及びその目標値を説明するグラフ、図4はその制御を説明するフローチャートである。これらの図を参照して説明する。
まず、本実施形態にかかる制御装置が適用されるハイブリッド電気自動車の動力系の構成を説明する。
本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車は、例えば、トラック又はバスといった商用車であり、中でも、乗用車に比べて車体の大きい大型車,中型車であり、ディーゼルエンジンを搭載している。
つまり、クラッチユニット2には、第1クラッチ2Aと第2クラッチ2Bとが同一軸線上に並んで配設されている。これらの第1クラッチ2A及び第2クラッチ2Bは、図示しないクラッチアクチュエータによってそれぞれの接続及び遮断が独立して行われるようになっている。
第1クラッチ2A及び第2クラッチ2Bの各入力側はエンジン1の出力軸1Aに接続され、第1クラッチ2Aの出力側は第1変速ギヤ機構4Aの入力軸(第1入力軸)40Aに、第2クラッチ2Bの出力側は第2変速ギヤ機構4Bの入力軸(第2入力軸)40Bに、それぞれ接続されている。
1速段,3速段,4速段の場合も、同様に、各クラッチギヤ47cgに対応するスリーブ47slを係合させ第2クラッチ2Bを接続させれば達成することができる。
したがって、例えば、2速段から3速段にシフトアップするには、2速ドライブギヤ42aのクラッチギヤ47cgに、対応するスリーブ47slを係合させ、第1クラッチ2Aを接続した2速段走行状態において、第2クラッチ2Bを遮断した状態で、3速ドライブギヤ43aのクラッチギヤ47cgに、対応するスリーブ47slを係合させておいて、第1クラッチ2Aを切り離しつつ第2クラッチ2Bを接続していく、いわゆるクラッチ掛け替えを行なう。2速段走行中に、切替先の変速段(この場合、3速段)のクラッチギヤ47cgとスリーブ47slとの係合を予め実施しておくことができるので、トルク伝達に影響する変速動作はクラッチ掛け替えのみとなり、実質的に速やかな変速(変速段の切替)を行なえる。
上述のエンジン1,クラッチ2A,2B,モータ3,バッテリ32及びインバータ31の制御又は管理は、コンピュータを用いた電子制御によって行なわれるようになっている。
エンジン1を制御するためにエンジンECU61が、モータ3を操作するインバータ31を制御するためにインバータECU62が、バッテリ32を管理するためにバッテリECU63が、それぞれ設けられ、これらのエンジンECU61,インバータECU62,バッテリECU63及びクラッチ2を制御するために、車両ECU60が設けられている。
車両ECU60は、車両の走行状態(例えば、車速(車体速),加速度)や、駆動輪8のスリップ状態や、車両への駆動又は制動指令の状態(例えば、アクセル操作量やブレーキ操作量)や、バッテリ32の充電量(以下、充電量の値を「SOC」で示す)等に基づいて、エンジンECU61,インバータECU62,バッテリECU63及びクラッチ2A,2Bを制御する。
車両ECU60は、駆動時には、アクセル操作量に基づいて、車両に必要な駆動トルクを設定すると共に、エンジン1とモータ3との何れを使用するか或いは両方を使用するかを設定し、エンジン1とモータ3との両方を使う場合には駆動トルクの配分を行なう。エンジンECU61やインバータECU62は、車両ECU60により設定された駆動トルクを出力するようにエンジン1又はモータ3の作動を制御する。
ただし、バッテリ32の充電量SOCが上限又は上限の近傍に達している場合や、バッテリ32の温度が所定温度以上に昇温している場合には、回生発電による電力をバッテリ32の充電に用いることはできない。
そして、本装置の場合、車両ECU60は、上記のハイブリッド電気自動車特有の各制御に加えて、駆動輪8のスリップ状態を、クラッチ2A,2Bの断接状態及び車両の走行状態に基づいて制御するスリップ制御を実施する点が特徴的である。このスリップ制御について、以下に説明する。
まず、このスリップ制御は、駆動輪8の空転時における駆動輪8のスリップ率(スリップ比とも言う)又はこのスリップ率に対応するパラメータ値であるスリップ対応値について、目標値を設定し、実際のスリップ対応値(実スリップ対応値)がこの目標値になるように制御するものである。ここでは、スリップ対応値がスリップ率λ自体である場合を説明する。そこで、ここでは、スリップ制御について、スリップ率制御と呼ぶ。
λ=(V−Vdw)/Vdw ・・・(1)
目標スリップ率設定手段60dは、スリップ検出手段60bにより駆動輪8のスリップが検出されたら、クラッチスイッチ57により検出されたクラッチ2A,2Bの断接状態と、車両状態判定手段60aにより判定された車両の走行状態に基づいて、駆動輪8の目標スリップ率λtbを設定する。
このように、目標スリップ率λtbを、幅を持った目標値帯域として設定するのは、後述のスリップ率λに基づくフィードバック制御を安定させることができるためである。ただし、制御態様によっては、目標スリップ率を、幅を持たないポイントとして設定することも可能である。
一方、車両の走行時には、駆動輪8のタイヤは適度に滑っているときに最大摩擦力を発揮する特性があるので、駆動輪8のスリップをある程度許容した方が、加速性を良好にすることができる。このため、車両の加速時の目標スリップ率帯域λtb3,λtb4は、何れもスリップ率λ(スリップ比)が小さい(即ち、スリップが大きい)領域に設定されている。
ここでは、実スリップ率λrが目標スリップ率帯域λtbから外れたら、実スリップ率λrと目標スリップ率帯域λtbとの偏差、つまり、実スリップ率λrが目標スリップ率帯域λtb内に入るのに必要な値Δλに基づくフィードバック制御によって、モータ3及びエンジン1の出力トルクを制御する。
Δλ=λr−λtbmax ・・・(2)
Δλ=λr−λtbmin ・・・(3)
本発明の一実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の制御装置は、上述のように構成されているので、例えば図4に示すように、目標スリップ率制御が実施される。なお、図4に示す処理は所定の制御周期で実施されるものとする。
次に、スリップ検出手段60bにより、駆動輪8にスリップが発生しているかを判定し(ステップS20)、駆動輪8にスリップが発生していれば、スリップ率算出手段60cにより、車体速Vと駆動輪8の車輪速Vdwとから駆動輪8の空転時における実スリップ率λrを算出する(ステップS30)。
目標スリップ率設定手段60dは、クラッチ2A,2Bが何れも遮断状態(エンジン1の出力トルクが車両の走行に関与していない場合)での発進時には、目標スリップ率帯域λtbとして第1の目標スリップ率帯域λtb1を設定する(ステップS70)。また、クラッチ2A,2Bが何れも遮断状態での加速時には、目標スリップ率帯域λtbとして第3の目標スリップ率帯域λtb3を設定する(ステップS80)。
つまり、図4(b)に示すように、実スリップ率λrが目標スリップ率帯域λtb内に含まれるか否かを判定し(ステップS110)、実スリップ率λrが目標スリップ率帯域λtb内に含まれれば、現状の目標トルクを維持するように、前回の補正トルク(出力トルク補正量)ΔT(n−1)を今回の補正トルク(出力トルク補正量)ΔT(n)に設定して(ステップS140)、ドライバの要求トルクTdrに設定した出力トルク補正量ΔT(n)を加算して、今回の目標出力トルクTt(n)を算出する(ステップS150)。
特に、クラッチ2A,2Bが接続状態の場合、制御指令に対する追従性の低いエンジン1も制御対象となるが、この場合に、目標スリップ率帯域λtbを比較的広い帯域とするので、制御を安定させることができる。一方、クラッチ2A,2Bが遮断状態の場合、制御指令に対する追従性の高いモータ3のみが制御対象となるので、目標スリップ率帯域λtbをクラッチ2A,2Bが接続状態の場合よりも比較的狭い帯域とするので制御を安定させながら、スリップ状態をより適切に制御することができる。
さらに、エンジン1の出力トルクが高過ぎるとモータ3に最大の回生トルクを発生させても目標出力トルクTt(n)を達成できない場合があるが、この場合には、クラッチ2A,2Bのいずれも開放状態として、エンジンの出力トルクを抜けば速やかに目標出力トルクTt(n)を達成できる。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、かかる実施形態の一部を変更したり、かかる実施形態の一部のみを適用したりして、実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、クラッチと変速ギヤ機構とが、奇数段と偶数段との二系統に分かれたデュアルクラッチ式変速機が例示されているが、本発明は、クラッチが1つのみで変速ギヤ機構も分かれていないシングルクラッチ式変速機にも適用しうるものである。
また、車両に搭載されるエンジンもディーゼルエンジンに限定されない。
2 クラッチユニット
2A 第1クラッチ
2B 第2クラッチ
3 モータ(電動発電機)
4 変速機(トランスミッション)
4A 第1変速ギヤ機構
4B 第2変速ギヤ機構
5 プロペラシャフト
6 リアディファレンシャル(リアデフ)
7 ドライブシャフト
8 駆動輪(後輪)
9 従動輪(前輪)
31 インバータ
32 バッテリ
40A 第1入力軸
40B 第2入力軸
55 車輪速センサ(駆動輪)
56 車輪速センサ(従動輪)
57 クラッチスイッチ(クラッチ状態検出手段)
60 車両ECU
60a 車両状態判定手段
60b スリップ検出手段
60c スリップ率算出手段(スリップ対応値算出手段)
60d 目標スリップ率設定手段(目標値設定手段)
60e 出力トルク制御手段(モータ制御手段及びエンジン制御手段)
60f 達成判定手段
60g クラッチ制御手段
60h 終了判定手段
61 エンジンECU
62 インバータECU
63 バッテリECU
Claims (5)
- 走行駆動源としてのエンジン及びモータと、前記エンジンと前記モータとの間に介装され前記エンジンを駆動系から切り離すクラッチと、変速機を介して前記走行駆動源からの出力トルクが伝達される駆動輪とを備えたハイブリッド電気自動車の制御装置であって、
前記クラッチの断接状態を検出するクラッチ状態検出手段と、
車両の走行状態が発進状態か走行中の加速状態かを判定する車両状態判定手段と、
前記駆動輪のスリップを検出するスリップ検出手段と、
前記車両の車体速と前記駆動輪の車輪速とから前記駆動輪の実スリップ率又は該実スリップ率に対応するパラメータ値である実スリップ対応値を算出するスリップ
対応値算出手段と、
前記スリップ検出手段により前記駆動輪のスリップが検出されたら、前記クラッチ状態検出手段により検出された前記クラッチの断接状態と、前記車両状態判定手段により判定された前記車両の走行状態が発進状態であるか走行中の加速状態であるかに基づいて、前記駆動輪のスリップ率又は該スリップ率に対応するパラメータ値であるスリップ対応値の目標値を設定する目標値設定手段と、
前記スリップ検出手段により前記駆動輪のスリップが検出されたら、前記スリップ対応値算出手段により算出された前記実スリップ対応値が前記目標値設定手段により設定された前記目標値になるように前記走行駆動源の出力トルクを制御する、目標スリップ制御を行なう出力トルク制御手段とを備え、
前記車両が発進状態の場合の前記目標値は、前記車両が走行中の加速状態の場合の前記目標値よりも低スリップ側に設定されている
ことを特徴とする、ハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 前記目標値は、幅を持った目標値帯域として設定され、
前記クラッチが接続状態の場合の前記目標値帯域は、前記クラッチが遮断状態の場合の前記目標値帯域よりも広い帯域に設定されている
ことを特徴とする、請求項1記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 前記出力トルク制御手段は、前記スリップ対応値算出手段により算出された前記実スリップ対応値と、前記目標値設定手段により設定された前記目標値との差に基づくフィードバック制御によって前記走行駆動源の出力トルクを制御する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 前記出力トルク制御手段は、前記駆動輪の前記実スリップ対応値が予め設定された基準スリップ対応値よりも低スリップ側の状態が予め設定された時間以上継続した場合、又は、前記変速機が前記モータと前記駆動輪との動力連結を開放する変速段切替の場合には、前記目標スリップ制御を終了する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。 - 前記クラッチを制御するクラッチ制御手段と、
前記モータの最大出力トルクで前記目標スリップ制御が達成可能であるか否かを判定する達成判定手段とを備え、
前記出力トルク制御手段により制御される前記走行駆動源の出力トルクは、前記エンジンの出力トルクと前記モータの回生時の負のトルクとの組み合わせを含み、
前記クラッチ制御手段は、前記クラッチ状態検出手段により前記クラッチが接続状態であることが検出され、且つ、前記達成判定手段が前記モータの最大出力トルクで前記目標スリップ制御が達成不可能であると判定した場合、前記クラッチを遮断状態に切り替えることを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載のハイブリッド電気自動車の制御装置。
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