JP5709092B2 - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に係り、特に複数の動力源からの動力を動力伝達機構(差動歯車機構)により合成して駆動軸に入出力する車両において、エンジン始動時の動力源を制御するハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に関する。
車両には、駆動源として、エンジンと複数のモータジェネレータ(電動機)とからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両がある。
このハイブリッド車両には、シリーズ方式(エンジンは発電機を回すためのみに用いられ、駆動は全てモータジェネレータで行う方式:直列方式)やパラレル方式(エンジンとモータジェネレータとが並列に配置され、夫々の動力が駆動に用いられる方式:並列方式)がある。
また、ハイブリッド車両には、これらシリーズ方式やパラレル方式の他に、他の方式がある。
特開平9−170533公報 特開平10−325345号公報 特許第3578451号公報 特開2002−281607号公報
特許文献1、2に係るハイブリッド車両は、3軸式の動力伝達機構として、1つの遊星歯車機構(3つの回転要素を有する差動歯車機構)と、モータジェネレータとしての2つのモータジェネレータ(第一のモータジェネレータ:MG1、第二のモータジェネレータ:MG2)とを用いてエンジンの動力を発電機と駆動軸とに分割し、発電機で発電した電力を用いて駆動軸に設けたモータジェネレータを駆動することにより、エンジンの動力をトルク変換する方式である。これにより、エンジンの動作点(エンジン動作点)を、停止が含められた任意の点に設定することができ、燃費を向上している。
特許文献3、4に係るハイブリッド車両は、4軸式の動力伝達機構において、4つの回転要素を有する動力伝達機構(差動歯車機構)の各回転要素に、エンジンの出力軸、第1のモータジェネレータ(MG1)、第2のモータジェネレータ(MG2)、及び駆動輪に接続される駆動軸を接続し、エンジンの動力と第1のモータジェネレータ(MG1)・第2のモータジェネレータ(MG2)の動力とを合成して駆動軸に出力するものである。
ところが、従来、上記の特許文献1、2では、シリーズ方式ほどではないが、十分な駆動軸へのトルクを得るためには、比較的大きなトルクを有するモータジェネレータが必要となるため、及びLOWギア比域で発電機と電動機との間での電力の受け渡し量が増加するため、電気的損失が大きくなってしまい、未だ改善の余地があった。
この不具合を解消するために、上記の特許文献3、4に開示されるようなハイブリッド車両では、共線図上で内側の回転要素にエンジンの出力軸と駆動軸とを配置し、共線図上で外側の回転要素にエンジン側の第一のモータジェネレータ(MG1)と駆動軸側の第二のモータジェネレータ(MG2)を配置することにより、エンジンから駆動軸へ伝達される動力のうち第一のモータジェネレータ(MG1)及び第二のモータジェネレータ(MG2)が受け持つ割合を少なくすることができるので、第一のモータジェネレータ(MG1)・第二のモータジェネレータ(MG2)を小型化できるとともに、駆動装置としての伝達効率を改善できる。
さらに、このような4軸式の動力伝達機構に、さらに5つ目の回転要素を追加し、これら回転要素の回転を停止させるブレーキを設ける方法も提案されている。
上記の特許文献1に記載の3軸式の動力伝達機構においては、エンジン始動判定がなされた場合に、第一のモータジェネレータ(MG1)でエンジンを駆動するとともに、その反力等で駆動軸に発生する駆動力を相殺するように、第二のモータジェネレータ(MG2)を制御することで、エンジン始動時の駆動軸のトルク変動を抑制している。
また、上記の特許文献2では、エンジン始動判定がなされた場合に、第一のモータジェネレータ(MG1)の回転速度が目標の回転速度となるように、第一のモータジェネレータ(MG1)を制御することで、エンジンを始動するとともに、第一のモータジェネレータ(MG1)の駆動によるトルク変動を第二のモータジェネレータ(MG2)で補正することで、エンジン始動時の駆動軸のトルク変動を抑制している。
さらに、3軸式の動力伝達機構の場合に、第二のモータジェネレータ(MG2)のトルクはトルクバランスに影響を与えないので、エンジン始動のために出力した第一のモータジェネレータ(MG1)のトルクから、エンジンと第一のモータジェネレータ(MG1)とにより駆動軸に出力される反カトルクを計算し、その反カトルクを打ち消すように、第二のモータジェネレータ(MG2)のトルクを制御すれば、駆動軸へのトルク変動をなくしてエンジンを始動させることができる。
しかし、4軸式の動力伝達機構の場合には、駆動軸と第二のモータジェネレータ(MG2)とが別の軸となり、第二のモータジェネレータ(MG2)のトルクもトルクバランスに影響してしまうため、上記の3軸式の制御方法が使用できなかった。
また、4軸式の動力伝達機構の制御としては、以下のような方法がある。
エンジンの出力軸、第一のモータジェネレータ(MG1)、第二のモータジェネレータ(MG2)の動力を合成して駆動軸に接続される駆動軸を駆動するハイブリッド車両において、電力によるパワーアシスト分を加算した駆動力の値を目標駆動力の最大値として予め設定しておき、アクセル操作量と車速とをパラメータとする目標駆動力を算出し、そして、この目標駆動力と車速とから目標駆動パワーを求め、さらに、バッテリの充電状態(SOC)に基づいて目標充放電パワーを求め、目標駆動パワーに加算した値とエンジンが出力可能な最大出力とを比較して小さい方の値を目標エンジンパワーとして求め、目標エンジンパワーから目標エンジン動作点を求め、目標駆動パワーと目標エンジンパワーとの差からバッテリからの入出力電力の目標値である目標電力を求め、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とから、第一のモータジェネレータ(MG1)と第二のモータジェネレータ(MG2)の制御指令値(モータトルク指令値)を演算している。
しかしながら、このような方法においては、4軸式におけるトルクが適切に制御できるものの、エンジン始動に関する制御については言及されておらず、未だ改善の余地があった。
また、ハイブリッド車両のエンジン始動の制御としては、以下に述べるものが考えられる。
エンジンの出力、第一のモータジェネレータ(MG1)、第二のモータジェネレータ(MG2)の動力を合成して駆動輪に接続される駆動軸を駆動するハイブリッド車両において、アクセル操作量と車速とをパラメータとする目標駆動力を求め、この目標駆動力と車速とから目標駆動パワーを求め、バッテリの充電状態(SOC)に基づいて目標充放電パワーを求めて目標駆動パワーに加算した値を暫定目標エンジンパワーとして求め、エンジンを始動させる際には、暫定目標エンジンパワーと車速とからエンジン始動時の目標エンジン回転速度を求め、予め設定されたエンジンのクランキングに必要なトルクを目標エンジントルクとし、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとから目標エンジンパワーを算出し、目標駆動力と車速とから算出した目標駆動パワーと目標エンジンパワーとの差によりバッテリからの入出力電力の目標値である目標電力を求め、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とから第一のモータジェネレータ(MG1)と第二のモータジェネレータ(MG2)のベーストルク指令値を演算するように構成するとともに、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差を基に算出された第一のモータジェネレータ(MG1)と第二のモータジェネレータ(MG2)の補正トルクを前記ベーストルク指令値に加算し、第一のモータジェネレータ(MG1)・第二のモータジェネレータ(MG2)の最終指令トルク値とする。
しかしながら、このような制御では、4軸式におけるトルクが適切に制御しつつエンジン始動できるものの、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度とに偏差が発生しないとエンジン回転速度が上昇せず、目標エンジン回転速度に対する追従性が悪くなり、このため、エンジン回転速度がエンジンの共振回転域に停滞する時間が長くなり、エンジンの始動ショックが悪化するおそれがあった。
そこで、この発明の目的は、目標エンジン回転速度に対する追従性を良くし、また、エンジン始動時の振動を抑制できるハイブリッド車両のエンジン始動制御装置を提供することにある。
この発明は、エンジンと複数のモータジェネレータとからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と車速を検出する車速検出手段とバッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段とエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とに連絡するとともに、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量と前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、前記目標駆動力算出手段により算出された目標駆動力と前記車速検出手段により検出された車速とを乗算して目標駆動パワーを算出する目標駆動パワー算出手段と、前記バッテリ充電状態検出手段により検出された前記バッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを算出する目標充放電パワー算出手段と、前記目標駆動パワー算出手段により算出された目標駆動パワーと前記目標充放電パワー算出手段により算出された目標充放電パワーとに基づいて暫定目標エンジンパワーを算出する暫定目標エンジンパワー算出手段と、前記暫定目標エンジンパワー算出手段により算出された暫定目標エンジンパワーと前記車速検出手段により検出された車速とに基づいてエンジン始動時の目標エンジン回転速度を算出する始動時目標エンジン回転速度算出手段と、前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度から目標エンジン回転加速度を算出する目標エンジン回転加速度算出手段と、前記目標エンジン回転加速度算出手段により算出された目標エンジン回転加速度に基づいて前記エンジン及び前記複数のモータジェネレータのイナーシャトルクを補償するためのイナーシャ補正トルクを算出するイナーシャ補正トルク算出手段と、前記エンジンのクランキングに必要なトルクを算出する始動時目標エンジントルク算出手段と、前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度と前記始動時目標エンジントルク算出手段により算出された目標エンジントルク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と、前記目標駆動パワー算出手段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により算出された目標エンジンパワーとの差を目標電力とする目標電力算出手段と、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて前記複数のモータジェネレータのベース指令トルク値を算出し、前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度と前記エンジン回転速度検出手段により検出された実エンジン回転速度との差に基づいてフィードバック補正トルクを算出し、前記ベース指令トルク値に前記フィードバック補正トルクと前記イナーシャ補正トルク算出手段により算出されたイナーシャ補正トルクとを加算して前記複数のモータジェネレータのトルク指令値を算出するモータトルク指令値演算手段とが備えられた制御手段を設けたことを特徴とする。
この発明のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置は、目標エンジン回転速度に対する追従性を良くし、また、エンジン始動時の振動を抑制できる。
図1はハイブリッド車両の始動制御装置のシステム構成図である。(実施例) 図2は目標エンジン動作点を算出する制御ブロック図である。(実施例) 図3はモータトルク指令値を算出する制御ブロック図である。(実施例) 図4は目標エンジン動作点を算出するフローチャート図である。(実施例) 図5はモータトルク指令値を算出するフローチャート図である。(実施例) 図6は始動時エンジントルク検索マップを示す図である。(実施例) 図7はエンジン始動時の共線図である。(実施例) 図8は目標駆動力検索マップを示す図である。(実施例) 図9は目標充放電パワー検索テーブルを示す図である。(実施例) 図10は目標動作点検索マップを示す図である。(実施例) 図11は同一エンジン動作点で車両を変化させた場合の共線図である。(実施例) 図12は等パワーライン上での各効率状態を示す図である。(実施例) 図13は等パワーライン上の各ポイント(D、E、F)を示す共線図である。(実施例) 図14はエンジン効率の最良ラインと全体効率の最良ラインを示す図である。(実施例) 図15はLOWギア比状態の共線図である。(実施例) 図16は中間ギア比状態の共線図である。(実施例) 図17はHIGHギア比状態の共線図である。(実施例) 図18は動力循環が発生している状態の共線図である。(実施例)
この発明は、目標エンジン回転速度に対する追従性を良くし、また、エンジン始動時の振動を抑制する目的を、イナーシャトルクを補償するようにモータトルクを補正し、また、エンジン始動時の共振回転域を短時間で通過させて実現するものである。
図1〜図18は、この発明の実施例を示すものである。
図1において、1は電動車両としてのハイブリッド車両のエンジン始動制御装置である。
エンジン始動制御装置1は、トルクを出力する駆動源であるエンジン(図面上では「ENG」と記す)2の出力軸3と、複数のモータジェネレータ(電動機)としての第一のモータジェネレータ(図面上では「MG1」と記す)4及び第二のモータジェネレータ(図面上では「MG2」と記す)5と、駆動輪6に出力伝達機構7を介して接続される駆動軸(図面上では「OUT」と記す)8と、エンジン2の出力軸3と第一のモータジェネレータ4と第二のモータジェネレータ5と駆動軸8とに夫々連結された動力伝達機構(差動歯車機構)9とを備えている。
エンジン2の出力軸3の途中には、エンジン2側で、ワンウェイクラッチ10が備えられている。
第一のモータジェネレータ4は、第一のロータ11と第一のステータ12とからなる。第二のモータジェネレータ5は、第二のロータ13と第二のステータ14とからなる。
また、エンジン始動制御装置1は、第一のモータジェネレータ4を作動制御する第一のインバータ15と、第二のモータジェネレータ5を作動制御する第二のインバータ16と、第一のインバータ15と第二のインバータ16とに連絡した制御手段(駆動制御部:ECU)17とを備えている。
第一のインバータ15は、第一のモータジェネレータ4の第一のステータ12に接続している。第二のインバータ16は、第二のモータジェネレータ5の第二のステータ14に接続している。
第一のインバータ15と第二のインバータ16の各電源端子は、バッテリ(駆動用高電圧バッテリ)18に接続している。このバッテリ18は、第一のモータジェネレータ4及び第二のモータジェネレータ5と電力のやり取りが可能なものである。
このエンジン始動制御装置1においては、エンジン2と第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5とからの出力を用いて、ハイブリッド車両を駆動制御する。
動力伝達機構9は、いわゆる4軸式の動力入出力装置であり、エンジン2の出力軸3と駆動軸8とを配置し、また、エンジン2側の第一のモータジェネレータ4と駆動軸8側の第二のモータジェネレータ5とを配置し、エンジン2の動力と第一のモータジェネレータ4の動力と第二のモータジェネレータ5の動力とを合成して駆動軸8に出力し、エンジン2と第一のモータジェネレータ4と第二のモータジェネレータ5と駆動軸8との間で動力の授受を行う。
動力伝達機構9は、互いの2つの回転要素が連結された第一の遊星歯車機構19と第二の遊星歯車機構20とを並設して構成される。
第一の遊星歯車機構19は、第一のサンギア21と、この第一のサンギア21に噛み合った第一のピニオンギア22と、この第一のピニオンギア22に噛み合った第一のリングギア23と、第一のピニオンギア22に連結した第一のキャリア24と、第一のリングギア23に連結した出力ギア25とを備えている。
第二の遊星歯車機構20は、第二のサンギア26と、この第二のサンギア26に噛み合った第二のピニオンギア27と、この第二のピニオンギア27に噛み合った第二のリングギア28と、第二のピニオンギア27に連結した第二のキャリア29とを備えている。
動力伝達機構9において、第一の遊星歯車機構19の第一のキャリア24は、エンジン2の出力軸3に連結している。また、第二の遊星歯車機構20の第二のキャリア29は、第一の遊星歯車機構19の第一のリングギア23及び出力ギア25に連結している。
第一のサンギア21には、第一のモータ出力軸30を介して第一のモータジェネレータ4の第一のロータ11が接続する。第一のキャリア24・第二のサンギア26には、エンジン2の出力軸3が接続する。第一のリングギア23・第二のキャリア29には、出力ギア25及び出力伝達機構7を介して駆動軸8が接続する。第二のリングギア28には、第二のモータ出力軸31を介して第二のモータジェネレータ5の第二のロータ13が接続する。
第二のモータジェネレータ5は、第二のモータ出力軸31と第二のリングギア28と第二のキャリア29と第一のリングギア23と出力ギア25と出力伝達機構7と駆動軸8とを介して駆動輪6に直接連結可能となり、単独出力のみで車両を走行させる。
つまり、動力伝達機構9においては、第一の遊星歯車機構19の第一のキャリア24と第二の遊星歯車機構20の第二のサンギア26とを結合してエンジン2の出力軸3に接続し、第一の遊星歯車機構19の第一のリングギア23と第二の遊星歯車機構20の第二のキャリア29とを結合して駆動軸8に接続し、第一の遊星歯車機構19の第一のサンギア21に第一のモータジェネレータ4を接続し、第二の遊星歯車機構20の第二のリングギア28に第二のモータジェネレータ5を接続し、エンジン2、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5、及び駆動軸8との間で動力の授受を行っている。
制御手段17には、アクセルペダルの踏み込み量をアクセル操作量として検出するアクセル操作量検出手段32と、車速を検出する車速検出手段33と、バッテリ18の充電状態(SOC)を検出するバッテリ充電状態検出手段34と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段35とが連絡している。
また、制御手段17には、エンジン2を制御するように、空気量調整機構36と、燃料供給機構37と、点火時期調整機構38とが連絡している。
制御手段17は、図1に示すように、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aと、目標エンジン回転加速度算出手段17Bと、イナーシャ補正トルク算出手段17Cと、モータトルク指令値演算手段17Dとを備える。
始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aは、エンジン始動時の目標エンジン回転速度を算出する。
目標エンジン回転加速度算出手段17Bは、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度から目標エンジン回転加速度を算出する。
イナーシャ補正トルク算出手段17Cは、目標エンジン回転加速度算出手段17Bにより算出された目標エンジン回転加速度に基づいてエンジン2及び第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のイナーシャトルクを補償するためのイナーシャ補正トルクを算出する。
モータトルク指令値演算手段17Dは、イナーシャ補正トルク算出手段17Cにより算出されたイナーシャ補正トルクに基づいて第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5の制御指令値としての指令トルク値(モータトルク指令値)を算出する。
また、制御手段17は、図1、図2に示すように、目標駆動力算出手段17Eと、目標駆動パワー算出手段17Fと、目標充放電パワー算出手段17Gと、暫定目標エンジンパワー算出手段17Hと、前記始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aと、始動時目標エンジントルク算出手段17Iと、目標エンジンパワー算出手段17Jと、目標電力算出手段17Kとを備える。
目標駆動力算出手段17Eは、アクセル操作量検出手段32により検出されたアクセル操作量と車速検出手段33により検出された車速とに基づいて目標駆動力を算出する。
目標駆動パワー算出手段17Fは、目標駆動力算出手段17Eにより算出された目標駆動力と車速検出手段33により検出された車速とを乗算して目標駆動パワーを算出する。
目標充放電パワー算出手段17Gは、バッテリ充電状態検出手段34により検出されたバッテリ18の充電状態に基づいて目標充放電パワーを算出する。
暫定目標エンジンパワー算出手段17Hは、目標駆動パワー算出手段17Fにより算出された目標駆動パワーと目標充放電パワー算出手段17Gにより算出された目標充放電パワーとに基づいて暫定目標エンジンパワーを算出する。
始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aは、暫定目標エンジンパワー算出手段17Hにより算出された暫定目標エンジンパワーと車速検出手段33により検出された車速とに基づいてエンジン始動時の目標エンジン回転速度を算出する。
始動時目標エンジントルク算出手段17Iは、エンジン2のクランキングに必要なトルクを算出する。
目標エンジンパワー算出手段17Jは、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度と始動時目標エンジントルク算出手段17Iにより算出された目標エンジントルクとから目標エンジンパワーを算出する。
目標電力算出手段17Kは、目標駆動パワー算出手段17Fにより算出された目標駆動パワーと目標エンジンパワー算出手段17Jにより算出された目標エンジンパワーとの差を目標電力とする。
前記モータトルク指令値演算手段17Dは、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のベース指令トルク値を算出し、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度とエンジン回転速度検出手段35により検出された実エンジン回転速度との差に基づいてフィードバック補正トルクを算出し、ベース指令トルク値にフィードバック補正トルクとイナーシャ補正トルクとを加算して第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のトルク指令値を算出する。
更に、制御手段17は、制御モードとして、エンジン2を作動させないで走行を行うモードであるハイブリッド(HEV)モードと、第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のみで走行を行うモードである電気車両(EV)モードとを備える。
即ち、この実施例では、エンジン2の出力軸3と第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5の動力とを合成して駆動輪6に接続される駆動軸8を駆動するハイブリッド車両において、アクセル操作量と車速とをパラメータとする目標駆動力と、この目標駆動力と車速とから目標駆動パワーを求め、充電状態(SOC)に基づいて目標充放電パワーを求め、目標駆動パワーに加算した値を暫定目標エンジンパワーとして求め、エンジン2を始動させる際には、暫定目標エンジンパワーと車速とからエンジン始動時の目標エンジン回転速度を求め、予め設定されたエンジン2のクランキングに必要なトルクを目標エンジントルクとし、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクから目標エンジンパワーを算出し、目標駆動パワーと目標エンジンパワーとの差から、バッテリ18からの入出力電力の目標値である目標電力を求め、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とから、第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のベース指令トルク値を演算するようにするとともに、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差を基に算出された第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のフィードバック補正トルク値をベーストルク指令値に加算し、さらに、目標エンジン回転速度から目標エンジン回転加速度を算出し、この目標エンジン回転加速度から算出されたエンジン2、第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のそれぞれのイナーシャトルクを補正する第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のイナーシャ補正トルクをフィードバック補正トルクが加算されたベーストルク指令値にさらに加算して、第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5の最終指令トルク値とする。
次に、この実施例においてアクセル操作量と車速とから目標エンジン動作点(目標エンジン回転速度、目標エンジントルク)の演算を、図2の制御ブロック図及び図4のフローチャート及びに基づいて説明する。
図4に示すように、制御手段17のプログラムがスタートすると(ステップ101)、先ず、制御に用いる各種信号を取り込み(ステップ102)、図8に示す目標駆動力検索マップから、アクセル操作量と車速とに応じた目標駆動力を算出する(ステップ103)。この場合、アクセル操作量が零(0)での高車速域は、エンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるよう負の値に設定し、一方、車速が低い領域では、クリープ走行ができるよう正の値としている。
そして、目標駆動力と車速とを乗算して、目標駆動力でハイブリッド車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを設定する(ステップ104)。
さらに、バッテリ18の充電状態(SOC)を通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電パワーを、図9に示す目標充放電量検索テーブルから算出する(ステップ105)。この場合、バッテリ18の充電状態(SOC)が低い場合には、充電パワーを大きくしてバッテリ18の過放電を防止するようにし、バッテリ18の充電状態(SOC)が高い場合は、放電パワーを大きくして過充電を防止するようにしている。便宜上、放電側を正の値、充電側を負の値として取り扱う。
目標駆動パワーと目標充放電パワーとからエンジン2が出力すべき暫定目標エンジンパワーを計算する(ステップ106)。このエンジン2が出力すべき暫定目標エンジンパワーは、ハイブリッド車両の駆動に必要なパワーにバッテリ18を充電するパワーを加算(放電の場合は減算)した値となる。ここでは、充電側を負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、暫定目標エンジンパワーを算出する。
そして、制御モードがハイブリッド(HEV)モードかどうかを判断する(ステップ107)。
このステップ107がYESの場合には、ハイブリッド(HEV)モード時の目標エンジン動作点(目標エンジン回転速度、目標エンジントルク)を算出する(ステップ108)。
前記ステップ107がNOの場合には、エンジン始動の要求があるかどうかを判断する(ステップ109)。
このステップ109がNOの場合には、電気車両(EV)モード時の目標エンジン動作点(目標エンジン回転速度、目標エンジントルク)を算出する(ステップ110)。例えば、目標エンジン回転速度=0(rpm)、目標エンジントルク=0(Nm)等とする。
前記ステップ109がYESの場合には、エンジン2の始動時における始動時目標エンジン回転速度を算出する(ステップ111)。この始動時目標エンジン回転速度は、図10に示す目標エンジン動作点検索マップから暫定目標エンジンパワーと車速とに応じて算出したり、あるいは、予め設定した値である。
そして、図6の検索マップから、実エンジン回転速度に応じてエンジン2の始動時における始動時目標エンジントルクを算出する(ステップ112)。この図6の始動時目標エンジントルク検索マップは、エンジン2をクランキングできるように燃料カット時のエンジンフリクショントルクを基にして予め設定しておいた値である。なお、エンジン回転速度が0(rpm)付近では、静止摩擦係数を考慮してエンジンフリクショントルクよりもマイナス(−)側に大きな値に設定してある。
前記ステップ108の処理後、前記ステップ110の処理後、又は、前記ステップ112の処理後は、目標エンジンパワーを算出し(ステップ113)、前記目標駆動パワーから前記目標エンジンパワーを減算して、目標電力を算出する(ステップ114)。この目標電力は、目標駆動パワーの方が目標エンジンパワーよりも大きい場合に、バッテリ18の電力によるアシストパワーを意味する値となり、一方、目標エンジンパワーの方が目標駆動パワーよりも大きい場合には、バッテリ18ヘの充電電力を意味する値となる。
そして、プログラムをリターンする(ステップ115)。
上記の目標エンジン動作点検索マップは、図10に示すように、等パワーライン上でエンジン2の効率に動力伝達機構9と第一のモータジェネレータ4と第二のモータジェネレータ5とにより構成される動力伝達系の効率を加味した全体の効率が良くなるポイントを各パワー毎に選定して結んだラインを目標動作ラインとして設定する。そして、この目標動作ラインは、各車速毎に設定する。この設定値は、実験的に求めてもよいし、エンジン2、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5の効率から計算して求めてもよい。
なお、目標動作ラインは、車速が高くなるにつれて高回転側に移動する設定としている。これは、次の理由による。
車速によらず同一のエンジン動作点を目標エンジン動作点とした場合、図11に示すように、車速が低い場合には、第一のモータジェネレータ4の回転速度は正となり、第一のモータジェネレータ4が発電機、第二のモータジェネレータ5が電動機となる(図11のAの状態)。そして、車速が高くなるにつれて、第一のモータジェネレータ4の回転速度は零(0)に近づき(図11のBの状態)、さらに、車速が高くなると、第一のモータジェネレータ4の回転速度は負となり、この状態になると、第一のモータジェネレータ4は電動機として作動し、第二のモータジェネレータ5は発電機として作動する(図11のCの状態)。
車速が低い場合(図11のAの状態及びBの状態)、パワーの循環は起きないので、目標動作点は、図10に示す車速=40km/hの目標動作ラインのように、概ねエンジン効率の良いポイントに近いものとなる。
しかし、車速が高い場合(図11のCの状態)になると、第一のモータジェネレータ4は電動機として作動し、第二のモータジェネレータ5は発電機として作動し、パワー循環が発生するため、動力伝達系の効率が低下する。
従って、図12のポイントCに示すように、エンジン効率が良くても、動力伝達系の効率が低下するため、全体としての効率が低下してしまう。
そこで、高車速域でパワー循環が発生しないようにするには、図13に示す共線図のポイントEで示すように、第一のモータジェネレータ4の回転速度を零(0)以上にすればよいが、そうすると、エンジン回転速度が高くなる方へエンジン動作点が移動するので、図12のポイントEに示すように、動力伝達系の効率が良くなっても、エンジン効率が大きく低下するので、全体としての効率は低下してしまう。
従って、図12に示すように、全体としてのエンジン効率が良いポイントは、両者の間のポイントDとなり、このポイントDを目標エンジン動作点とすれば最も効率のよい運転が可能となる。
上記のポイントC、ポイントD、ポイントEの3つの動作点を目標動作点検索マップ上に表したのが、図14である。この図14において、車速が高い場合に、全体効率が最良となるエンジン動作点は、エンジン効率が最良となる動作点よりも高回転側に移動することが明白である。
次いで、目標とする駆動力を出力しつつ、バッテリ18の充放電量を目標値とするための第一のモータジェネレータ4と第二のモータジェネレータ5の目標トルクの演算について、図3の制御ブロック図及び図5のフローチャート及びに基づいて説明する。
図5に示すように、制御手段17のプログラムがスタートすると(ステップ201)、先ず、車速から第一の遊星歯車機構19・第二の遊星歯車機構20の駆動軸8の回転速度Noを算出し、そして、エンジン回転速度が目標エンジン回転速度Netとなった場合の第一のモータジェネレータ4の回転速度Nmg1t、第二のモータジェネレータ5の回転速度Nmg2tを算出する(ステップ202)。この回転速度Nmg1tと回転速度Nmg2tとは、以下の(式1)、(式2)により算出される。この演算式は、第一の遊星歯車機構19・第二の遊星歯車機構20の回転速度の関係から求められる。
Nmg1t=(Net−No)*k1+Net …(式1)
Nmg2t=(No−Net)*k2+No …(式2)
ここで、上記の(式1)、(式2)においては、図11に示すように、
k1:エンジン(ENG)−駆動軸(OUT)間を「1」とした場合の第一のモータジェネレータ(MG1)−エンジン(ENG)間のレバー比
k2:エンジン(ENG)−駆動軸(OUT)間を「1」とした場合の駆動軸(OUT)−第二のモータジェネレータ(MG2)間のレバー比
である。つまり、このk1、k2は、第一の遊星歯車機構19・第二の遊星歯車機構20のギア比により定まる値である。
そして、第一のモータジェネレータ4の回転速度Nmg1t、第二のモータジェネレータ5の回転速度Nmg2t、目標電力Pbatt、目標エンジントルクTetから第一のモータジェネレータ4の基本トルクTmg1iを算出する(ステップ203)。この基本トルクTmg1iは、以下の式(3)により算出される。
Tmg1i=(Pbatt*60/2π−Nmg2t*Tet/k2)/(Nmg1t+Nmg2t*(1+k1)/k2) …(式3)
この(式3)は、以下に示す第一の遊星歯車機構19・第二の遊星歯車機構20に入力されるトルクのバランスを表し(式4)、及び第一のモータジェネレータ4と第二のモータジェネレータ5で発電又は消費される電力とバッテリ18ヘの入出力電力(Pbatt)とが等しいことを表す(式5)からなる連立方程式を解くことにより導き出せる。
Tet+(1+k1)*Tmg1i=k2*Tmg2i …(式4)
Nmg1t*Tmg1i*2π/60+Nmg2t*Tmg2i*2π/60=Pbatt …(式5)
なお、トルクバランス式では、上記の(式4)に示すように、複数のモータジェネレータ4、5のそれぞれの目標トルクと目標エンジントルクとを、複数のモータジェネレータ4、5とエンジン2とを機械的に作動連結する動力伝達機構9のギヤ比に基づくレバー比に基づいてバランスしている。
次いで、基本トルクTmg1iと目標エンジントルクとから第二のモータジェネレータ5の基本トルクTmg2iを、以下の(式6)により算出する(ステップ204)。
Tmg2i=(Tet+(1+k1)*Tmg1i)/k2 …(式6)
この(式6)は、上記の式(4)から導き出したものである。
次に、エンジン回転速度を目標に近づけるために、エンジン回転速度の目標値との偏差に予め設定した所定のフィードバックゲインを乗算し、第一のモータジェネレータ4のフィードバック補正トルクTmg1fb及び第二のモータジェネレータ5のフィードバック補正トルクTmg2fbを算出する(ステップ205)。
そして、エンジン回転速度から以下の(式7)を用いて、目標エンジン回転加速度を算出する(ステップ206)。
Neta=(Net−Neto)/Tc …(式7)
この(式7)では、
Neta:目標エンジン回転加速度
Net:目標エンジン回転速度
Neto:目標エンジン回転速度前回値
Tc:本ルーチン実行周期
である。
そして、この目標エンジン回転加速度から以下の(式8)、(式9)を用いて、第一のモータジェネレータ4及び第二のモータジェネレータ5のイナーシャ補正トルクを算出する(ステップ207)。
Tmg1ine=(Img1*(k1+1))*2π/60*Neta+Ie*(k2+1/k1+k2+1)*2π/60*Neta …(式8)
Tmg2ine=(Img2*(−k2))*2π/60*Neta+Ie*(k1/k1+k2+1)*2π/60*Neta …(式9)
上記の(式8)、(式9)においては、
Tmg1ine:第一のモータジェネレータのイナーシャ補正トルク
Tmg2ine:第二のモータジェネレータのイナーシャ補正トルク
Img1:第一のモータジェネレータのイナーシャ
Img2:第二のモータジェネレータのイナーシャ
Neta:目標エンジン回転加速度
Ie:エンジンのイナーシャ
k1:エンジン(ENG)−駆動軸(OUT)間を「1」とした場合の第一のモータジェネレータ(MG1)−エンジン(ENG)間のレバー比
k2:エンジン(ENG)−駆動軸(OUT)間を「1」とした場合の駆動軸(OUT)−第二のモータジェネレータ(MG2)間のレバー比
である。
そして、各フィードバック補正トルクTmg1fb、Tmg2fb、各イナーシャ補正トルクTmg1ine、Tmg2ineを各基本トルクTmg1i、Tmg2iに加算して、第一のモータジェネレータ4の制御指令値であるトルク指令値Tmg1及び第二のモータジェネレータ5の制御指令値であるトルク指令値Tmg2を算出する(ステップ208)。
第一のモータジェネレータ4のトルク指令値Tmg1は、
Tmg1=Tmg1i+Tmg1fb+Tmg1ine
で算出される。
第二のモータジェネレータ5のトルク指令値Tmg2は、
Tmg2=Tmg2i+Tmg2fb+Tmg2ine
で算出される。
そして、この算出されたトルク指令値Tmg1、Tmg2により第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5を駆動制御することにより、エンジン2の始動ショックを抑制しつつ、エンジン2を始動させることができ、さらに、目標とする駆動力を出力しつつ、バッテリ18ヘの充放電を目標値とすることができる。
その後、プログラムをリターンする(ステップ209)。
図7には、この実施例に係るエンジン始動時の共線図を示す。
図7においては、エンジン2をクランキングするのに必要なエンジントルクとバランスするように、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5の各ベース指令トルク値が計算される。また、駆動軸8へのトルク変動がないように、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5の各補正トルクが計算される。さらに、エンジン2、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5から発生するイナーシャトルクを、第一のモータジェネレータ4、第二のモータジェネレータ5でイナーシャ補正トルクとして補正する。目標エンジン回転速度からイナーシャ補正トルクを計算することで、エンジン回転速度の変化に伴って発生するイナーシャトルクを事前に予測することができ、そのイナーシャトルクをモータトルクで補正することで、エンジン2の始動性が向上する。
図15〜図18には、代表的な動作状態での共線図を示す。
ここで、k1、k2は、下記のように定義される。
k1=ZR1/ZS1
k2=ZS2/ZR2
ここで、
ZS1:第一のサンギアの歯数
ZR1:第一のリングギアの歯数
ZS2:第二のサンギアの歯数
ZR2:第二のリングギアの歯数
である。
各動作状態については、図15〜図18の共線図を用いて説明する。
なお、この図15〜図18の共線図において、回転速度は、エンジン2の回転方向を正方向とし、各軸に入出力されるトルクはエンジン2のトルクと同じ向きのトルクが入力される方向を正として定義する。従って、駆動軸トルクが正の場合は、車両を後方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば減速、後進時であれば駆動)であり、一方、駆動軸トルクが負の場合は、車両を前方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態(前進時であれば駆動、後進時であれば減速)である。
第一のモータジェネレータ4及び第二のモータジェネレータ5による発電や力行を行う場合に、第一のインバータ15・第二のインバータ16や第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5での発熱による損失が発生するため、電気エネルギと機械的エネルギとの間で変換を行う場合の効率は、100%ではないが、説明を簡単にするため、損失が無いと仮定して説明する。
現実として損失を考慮する場合には、損失により失われるエネルギの分だけ余分に発電するように制御すればよい。
(1)、LOWギア比状態(図15参照)
エンジン2により走行し、第二のモータジェネレータ5の回転速度が零(0)の状態である。この時の共線図を、図15に示す。第二のモータジェネレータ5の回転速度は、零(0)であるため、電力は消費しない。従って、バッテリ18への充放電が無い場合には、第一のモータジェネレータ4で発電を行う必要はないため、第一のモータジェネレータ4のトルク指令値Tmg1は、零(0)となる。また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、(1+k2)/k2となる。
(2)、中間ギア比状態(図16参照)
エンジン2により走行し、第一のモータジェネレータ4及び第二のモータジェネレータ5の回転速度が正の状態である。この時の共線図を、図16に示す。この場合、バッテリ18への充放電が無い場合、第一のモータジェネレータ4が回生となり、この回生電力を用いて第二のモータジェネレータ5を力行(動力を車輪(駆動輪)に伝えて加速、又は上り勾配で均衡速度を保つこと)させる。
(3)、HIGHギア比状態 (図17参照)
エンジン2により走行し、第一のモータジェネレータ4の回転速度が零(0)の状態である。この時の共線図を、図17に示す。第一のモータジェネレータ4の回転速度は零(0)であるため回生はしない。従って、バッテリ18への充放電が無い場合には、第二のモータジェネレータ5での力行や回生は行わず、第二のモータジェネレータ5のトルク指令値Tmg2は、零(0)となる。また、エンジン回転速度と駆動軸回転速度との比は、k1/(1+k1)となる。
(4)、動力循環が発生している状態(図18参照)
図17のHIGHギア比状態よりさらに車速が高い状態では、第一のモータジェネレータ4が逆回転する状態となる。この状態では、第一のモータジェネレータ4は力行となり、電力を消費する。従って、バッテリ18への充放電がない場合には、第二のモータジェネレータ5が回生となり発電を行う。
この結果、この実施例において、制御手段17は、アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と車速を検出する車速検出手段とバッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段とエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段35とに連絡するとともに、アクセル操作量検出手段32により検出されたアクセル操作量と車速検出手段33により検出された車速とに基づいて目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段17Eと、目標駆動力算出手段17Eにより算出された目標駆動力と車速検出手段33により検出された車速とを乗算して目標駆動パワーを算出する目標駆動パワー算出手段17Fと、バッテリ充電状態検出手段34により検出されたバッテリ18の充電状態に基づいて目標充放電パワーを算出する目標充放電パワー算出手段17Gと、目標駆動パワー算出手段17Fにより算出された目標駆動パワーと目標充放電パワー算出手段17Gにより算出された目標充放電パワーとに基づいて暫定目標エンジンパワーを算出する暫定目標エンジンパワー算出手段17Hと、暫定目標エンジンパワー算出手段17Hにより算出された暫定目標エンジンパワーと車速検出手段33により検出された車速とに基づいてエンジン始動時の目標エンジン回転速度を算出する始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aと、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度から目標エンジン回転加速度を算出する目標エンジン回転加速度算出手段17Bと、目標エンジン回転加速度算出手段17Bにより算出された目標エンジン回転加速度に基づいてエンジン2及び複数のモータジェネレータ4、5のイナーシャトルクを補償するためのイナーシャ補正トルクを算出するイナーシャ補正トルク算出手段17Cと、エンジン2のクランキングに必要なトルクを算出する始動時目標エンジントルク算出手段17Iと、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度と始動時目標エンジントルク算出手段17Iにより算出された目標エンジントルク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17Jと、目標駆動パワー算出手段17Fにより算出された目標駆動パワーと目標エンジンパワー算出手段17Jにより算出された目標エンジンパワーとの差を目標電力とする目標電力算出手段17Kと、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて複数のモータジェネレータ4、5のベース指令トルク値を算出し、始動時目標エンジン回転速度算出手段17Aにより算出された目標エンジン回転速度とエンジン回転速度検出手段35により検出された実エンジン回転速度との差に基づいてフィードバック補正トルクを算出し、ベース指令トルク値にフィードバック補正トルクとイナーシャ補正トルク算出手段17Cにより算出されたイナーシャ補正トルクとを加算して複数のモータジェネレータ4、5のトルク指令値を算出するモータトルク指令値演算手段17Dとを備える。
これにより、目標とする駆動力を出力しつつ、エンジン2の始動ショックの発生を抑制して、エンジン2を始動させることができる。また、エンジン2をクランキングするのに必要なエンジントルクとバランスするように、第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5にトルクを発生させることができる。更に、目標エンジン回転速度と実際のエンジン回転速度の差に基づいて第一のモータジェネレータ4・第二のモータジェネレータ5のトルクを補正するため、駆動軸8のトルク変動を防ぐことができる。更にまた、エンジン始動時の目標エンジン回転速度を精度良く算出することができる。また、バッテリ18の充電状態(SOC)を所定範囲内に保つことができる。
1 エンジン始動制御装置
2 エンジン(ENG)
4 第一のモータジェネレータ(MG1)
5 第二のモータジェネレータ(MG2)
6 駆動輪
8 駆動軸(OUT)
9 動力伝達機構
15 第一のインバータ
16 第二のインバータ
17 制御手段
17A 始動時目標エンジン回転速度算出手段
17B 目標エンジン回転加速度算出手段
17C イナーシャ補正トルク算出手段
17D モータトルク指令値演算手段
17E 目標駆動力算出手段
17F 目標駆動パワー算出手段
17G 目標充放電パワー算出手段
17H 暫定目標エンジンパワー算出手段
17I 始動時目標エンジントルク算出手段
17J 目標エンジンパワー算出手段
17K 目標電力算出手段
18 バッテリ
32 アクセル操作量検出手段
33 車速検出手段
34 バッテリ充電状態検出手段
35 エンジン回転速度検出手段

Claims (1)

  1. エンジンと複数のモータジェネレータとからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
    アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と車速を検出する車速検出手段とバッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段とエンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段とに連絡するとともに、前記アクセル操作量検出手段により検出されたアクセル操作量と前記車速検出手段により検出された車速とに基づいて目標駆動力を算出する目標駆動力算出手段と、
    前記目標駆動力算出手段により算出された目標駆動力と前記車速検出手段により検出された車速とを乗算して目標駆動パワーを算出する目標駆動パワー算出手段と、
    前記バッテリ充電状態検出手段により検出された前記バッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを算出する目標充放電パワー算出手段と、
    前記目標駆動パワー算出手段により算出された目標駆動パワーと前記目標充放電パワー算出手段により算出された目標充放電パワーとに基づいて暫定目標エンジンパワーを算出する暫定目標エンジンパワー算出手段と、
    前記暫定目標エンジンパワー算出手段により算出された暫定目標エンジンパワーと前記車速検出手段により検出された車速とに基づいてエンジン始動時の目標エンジン回転速度を算出する始動時目標エンジン回転速度算出手段と、
    前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度から目標エンジン回転加速度を算出する目標エンジン回転加速度算出手段と、
    前記目標エンジン回転加速度算出手段により算出された目標エンジン回転加速度に基づいて前記エンジン及び前記複数のモータジェネレータのイナーシャトルクを補償するためのイナーシャ補正トルクを算出するイナーシャ補正トルク算出手段と、
    前記エンジンのクランキングに必要なトルクを算出する始動時目標エンジントルク算出手段と、
    前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度と前記始動時目標エンジントルク算出手段により算出された目標エンジントルク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と、
    前記目標駆動パワー算出手段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により算出された目標エンジンパワーとの差を目標電力とする目標電力算出手段と、
    目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて前記複数のモータジェネレータのベース指令トルク値を算出し、前記始動時目標エンジン回転速度算出手段により算出された目標エンジン回転速度と前記エンジン回転速度検出手段により検出された実エンジン回転速度との差に基づいてフィードバック補正トルクを算出し、前記ベース指令トルク値に前記フィードバック補正トルクと前記イナーシャ補正トルク算出手段により算出されたイナーシャ補正トルクとを加算して前記複数のモータジェネレータのトルク指令値を算出するモータトルク指令値演算手段とが備えられた制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
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