JP6037639B2 - 駆動力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンと電動機と発電機と動力入出力装置とを備えたハイブリッド車両の駆動力を制御する駆動力制御装置に関する。
上記ハイブリッド車両では、波状路走行時のように、タイヤに対して外部から周期的な入力があると、駆動系の共振が発生して電動機の回転速度が変化する。電動機の回転速度は、共振の振幅と周波数が大きいほど大きく変化する。電動機の回転速度変化量が大きくなると、電動機のステータに対するロータの回転角度に応じてインバータから電動機へ通電する電流の制御を、正常に行うことができなくなる。その結果、インバータから供給された電力が余剰となり、システム電圧(電動機やインバータに印加される電圧)が過電圧となることが問題となっている。
この問題について、特許文献1では、駆動系の共振発生を検出すると、電動機のトルク指令値を制限して、システム電圧が過電圧となることを抑制している。
特開2008−72868号公報
電動機のトルク指令値を制限すれば、電動機の回転速度変化量は低減され、システム電圧が過電圧となることを抑制できる。しかしながら、電動機のトルク指令値を制限すると、電動機で消費される電力が減少する。それゆえ、発電機により発電される電力が供給余剰となり、システム電圧が上昇するおそれがある。よって、電動機のトルク指令値を制限すると同時に、システム電圧の上昇を抑制する制御を実行する必要がある。
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものである。本発明は、システム電圧の上昇を招くことなく、電動機の回転速度変化量を低減させることのできる駆動力制御装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、発明は、エンジンと、動力を入出力可能な発電機と、動力を入出力可能な電動機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と前記電動機の回転軸とがそれぞれ連結された動力入出力装置と、を備えたハイブリッド車両の駆動力を制御する駆動力制御装置であって、前記エンジンと前記発電機と前記電動機と前記動力入出力装置とを含む駆動系の共振発生の有無を判定し、前記駆動系の共振が発生していると判定した場合に、前記エンジンのトルク指令値を低減する。
本発明の構成によれば、駆動系の共振が発生していると判定した場合は、エンジンのトルク指令値が低減される。エンジンのトルク指令値を低減させると、駆動系の共振が抑制される。その結果、駆動系の共振強度と比例関係がある電動機の回転速度変化量も低減される。よって、エンジンのトルク指令値を低減させることによって、電動機の回転速度変化量を低減させることができる。
また、エンジンのトルク指令値を低減すると、エンジンを動力供給源とする発電機の出力が低下する。よって、発電機により発電される電力が供給余剰となることがなく、システム電圧が上昇するおそれがない。したがって、本発明の構成によれば、システム電圧の上昇を招くことなく、電動機の回転速度変化量を低減させることができる。
駆動系のシステム構成図。 発電機、エンジン、電動機の共線図。 電動機の回転速度変化量と駆動系の共振強度の関係を示す図。 電動機の回転速度変化量を減少させる処理手順を示すフローチャート。 エンジンの等出力ライン及び動作ラインを示す図。
以下、駆動力制御装置をパラレルハイブリッド車両に適用した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態に係る車両が備える駆動系のシステム構成図を示す。
図示されるように、本車両は、エンジン10と、動力を入出力可能な第1モータジェネレータ11(MG1)及び第2モータジェネレータ12(MG2)と、動力入出力装置13を備えている。
エンジン10は、燃焼室に燃料を供給するための燃料噴射弁19を備えている。燃料噴射弁19により供給された燃料と吸気との混合気の燃焼によって発生するエネルギは、エンジン10のクランク軸16(出力軸)の回転エネルギとして取り出される。取り出された回転エネルギは、後述する動力入出力装置13を介して、駆動軸14に入力され、車両の走行動力源となる。なお、クランク軸16付近には、クランク軸16の回転角度を検出するクランクセンサ22が設けられている。クランクセンサ22により検出されるクランク軸16の回転角度から、エンジン10の回転速度が算出される。
MG1は、主に発電機として機能するとともに、エンジン10の始動時において、クランク軸16に初期回転を付与するための電動機として機能する。MG1が発電機として機能する場合には、エンジン10の出力が動力入出力装置13を介してクランク軸16からMG1の回転軸15に入力され、入力されたエンジン10の出力により駆動される。MG1により発電された電力は、インバータを介してMG2に供給されるか、バッテリ23に蓄電される。一方、MG1が電動機として機能する場合には、MG1の動力が動力入出力装置13を介して回転軸15からクランク軸16へと入力され、クランク軸16に初期回転が付与される。
MG2は、主として電動機として機能するとともに、車両の減速時において、発電機として機能する。MG2は駆動軸14と機械的に連結されており、駆動軸14はデファレンシャルギア17と連結されている。そして、デファレンシャルギア17は、2つの駆動輪18を連結する車軸に連結されている。MG2が電動機として機能する場合には、MG2の動力が、駆動軸14からデファレンシャルギア17へ入力され、デファレンシャルギア17で2分割されて車両の走行動力源となる。
MG1及びMG2のそれぞれは、パワーコントロールユニット(PCU)を介して、バッテリ23と電力のやりとりを行う。PCUは、MG1及びMG2のそれぞれを駆動制御するためのインバータ(INV1、INV2)や、コンバータ(CONV)、後述するモータ制御装置(モータECU24)等を備える。また、MG1及びMG2は、それぞれ図示しない回転角センサを備えており、回転角センサによりロータの回転角度が検出される。さらに、検出されたそれぞれの回転角度からMG1及びMG2の回転速度が算出される。なお、MG1及びMG2の一方で発電される電力を、他方で消費することが可能となっている。
エンジン10の出力軸(クランク軸16)、MG1の回転軸15及びMG2の回転軸(駆動軸14)は、それぞれ動力入出力装置13に連結されている。本車両の駆動系は、エンジン10、MG1、MG2及び動力入出力装置13を含む。エンジン10、MG1及びMG2の少なくとも1つの駆動力により、動力入出力装置13を介して駆動輪18が走行駆動される。
動力入出力装置13は、サンギアSと、リングギアRと、サンギアSとリングギアRとの間の動力伝達を可能とする複数のピニオンギアP(図中、2つを例示)と、キャリアCとから構成される遊星歯車機構である。ここで、キャリアCには、エンジン10のクランク軸16が機械的に連結されており、クランク軸16とキャリアCとは同一の回転速度で回転する。また、サンギアSには、MG1の回転軸15が機械的に連結されており、回転軸15とサンギアSとは同一の回転速度で回転する。更に、リングギアRには、MG2の回転軸(駆動軸14)が機械的に連結されており、駆動軸14とリングギアRとは、同一の回転速度で回転する。遊星歯車機構の特性により、MG1、エンジン10、MG2の順に、それぞれの回転速度が共線図上において一直線上に並ぶ。
また、動力入出力装置13は、エンジン10、MG1及び駆動軸14間で、互いに動力伝達を可能とする。例えば、クランク軸16からキャリアCへと入力されたエンジン10の動力が、サンギアSとリングギアRとに分割されて入力される。リングギアRに入力された動力は、走行動力となる。一方、サンギアSに入力された動力は、MG1を発電機として機能させる動力となる。
さらに、本車両は、モータECU24、バッテリECU26、エンジンECU28、ハイブリッドECU30等の各種電子制御装置(ECU)を備えている。各種ECUは、それぞれCPUと、ROM、RAM等よりなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ROMに記憶された各種制御プログラムを実行する。なお、ハイブリッドECU30は、エンジンECU28及びモータECU24のそれぞれと互いに双方向通信が可能である。
モータECU24は、MG1及びMG2を駆動制御するインバータや、その他のPCU内の各種機器を操作する制御装置である。モータECU24には、MG1及びMG2のそれぞれの回転角度に基づいた回転位置信号が、図示しないインターフェースを介して逐次入力される。そして、入力されたそれぞれの回転位置信号に基づきインバータINV1、INV2を制御することにより、MG1及びMG2のそれぞれのトルク等の制御を行う。また、MG1又はMG2で発電される電力をCONVにより降圧し、降圧した電力をバッテリ23に充電する制御を行う。さらに、MG1又はMG2で電力が不測する場合、バッテリ23から放電された電力をCONVにより昇圧し、昇圧した電力をMG1又はMG2に供給する制御を行う。
バッテリECU26は、バッテリ23の残容量(SOC)等を管理する制御装置である。バッテリECU26は、図示しない電圧センサにより検出されるバッテリ23の電圧値を逐次取得する。そして取得した電圧値に基づきCONVを制御して、バッテリ23が過充電状態や過放電状態とならないように、バッテリ23の残容量を管理する。
エンジンECU28は、エンジン10の燃焼制御等に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。エンジンECU28は、クランクセンサ22やその他の図示しない各種センサによる検出信号を逐次取得する。そして取得した検出信号に基づき、燃料噴射弁19を操作して燃料噴射制御を行う。
ハイブリッドECU30は、モータECU24、バッテリECU26、エンジンECU28よりも上位(アクセルペダル等のユーザインターフェースから入力されるユーザ要求から見て上流側)のECUであり、本車両の駆動力を制御する駆動力制御装置である。ハイブリッドECU30は、モータECU24、バッテリECU26及びエンジンECU28からの各種制御信号を逐次取得する。また、ハイブリッドECU30は、クランクセンサ22や、MG1及びMG2付近に設置された回転角センサからの検出信号を逐次取得し、エンジン10、MG1及びMG2の回転速度を逐次算出する。さらに、車速センサ32及びアクセルセンサ33等の各種センサの検出信号を逐次取得し、車速センサ32及びアクセルセンサ33の検出値に基づき車両要求トルクを算出する。そして、車両要求トルクに応じた制御量の指令値を算出し、モータECU24及びエンジンECU28に送信する。
タイヤに外部からの周期的な振動が加わると、駆動系に共振が発生する。共振が発生すると、エンジン10、MG1及びMG2の回転速度変化量はいずれも大きくなる。図2に、MG1、エンジン10及びMG2の共線図を示す。二本の実線は、駆動系に共振が発生している場合における、MG1、エンジン10及びMG2の回転速度最小値又は回転速度最大値を表す線である。二本の実線の間隔がそれぞれの回転速度変化量となる。図示されるように、MG1、エンジン10及びMG2の回転速度は、いずれも大きく変動している。特に、MG2の回転速度変化量は大きい。MG2の回転速度変化は、MG2及びMG2を駆動するINV2、さらにMG1を駆動するINV1に過電圧が印加される直接の原因となる。したがって、過電圧を抑制するために、MG2の回転速度変化量を減少させる必要がある。
図3に示すように、MG2の回転速度変化量と駆動系の共振強度とには比例関係がある。したがって、駆動系の共振を抑制すると、MG2の回転速度変化量は減少する。これに対して、エンジン10及びMG1の回転速度変化量と共振強度との相関は、MG2の回転速度変化量と共振強度との相関と比較して弱い。よって、駆動系の共振を抑制させると、エンジン10及びMG1の回転速度変化量も減少する可能性があるが、エンジン10及びMG1の回転速度変化量の減少度合いは、MG2の回転速度変化量の減少度合いよりも小さくなる。図2の点線は、電動機の回転速度変化量を減少させる制御をした場合における、MG1、エンジン10及びMG2の回転速度最小値と回転速度最大値を表す線である。図示されるように、MG2の回転速度変化量は大きく減少している。一方、エンジン10及びMG1の回転速度変化量の減少度合いは小さい。したがって、エンジン10又はMG1の回転速度変化量に基づき共振発生の有無を判定すれば、共振発生を正確に判定することができる。
以下、MG2の回転速度変化量を減少させる処理手順を、図4のフローチャートを参照しつつ説明する。本処理手順は、ハイブリッドECU30により、定期的に繰り返し実行される。
まず、S1において、駆動系の共振発生の有無の判定を行う前提条件が成立しているか否か判定する。前提条件とは、駆動系の共振が発生する可能性が高い条件と、駆動系の共振が発生した場合に過電圧となる可能性が高い条件である。前提条件が成立していない場合は(NO)、S4へ進み、駆動系の共振発生のフラグをオフにする。一方、前提条件が成立している場合は(YES)、S2へ進む。なお、前提条件については後で詳述する。
次に、S2では、エンジン10の回転速度変化量に基づき、駆動系の共振発生の有無を判定する。具体的には、エンジン10の回転数の上昇速度が、閾値より大きいかどうか判定する。閾値は、電動機として機能するMG1の最大トルクが、動力入出力装置13を介してエンジン10に入力された場合に、エンジン10の回転数が上昇する速度とする。すなわち、MG1の動力によるエンジン10の回転数の変化を超えるエンジン10の回転数の変化があるかどうか判定する。エンジン10の回転数の上昇速度が閾値以下の場合は(NO)、共振発生なしと判定する。そしてS4に進み、駆動系の共振発生フラグをオフにする。
一方、エンジン10の回転数の上昇速度が閾値より大きい場合は(YES)、共振発生ありと判定する。すなわち、MG1の動力によるエンジン10の回転速度変化を超えるエンジン10の回転速度変化がある場合は、外力によるエンジン10の回転速度変化であるとして、駆動系の共振が発生していると判定する。そしてS3に進み、駆動系の共振発生フラグをオンにする。その後、S5に進む。
S5では、MG2の回転速度変化量を減少させる所定制御を実行する。具体的には、エンジン10のトルク指令値を低減する。ここで、エンジン10のトルク指令値を低減する前において、エンジン10のトルク指令値及び回転速度は、エンジン10の動作ラインと、エンジン10の等出力ラインとの交点から決定されている。動作ラインは、エンジン10の燃費が最適となるエンジン10のトルク及び回転速度を示すラインである。また、等出力ラインは、エンジン10の出力を一定としてエンジン10の回転速度及びトルクを変化させたラインである。図5に、エンジン10の等出力ライン(実線、破線、二点鎖線)及び動作ライン(一点鎖線)を示す。特に、破線はエンジン10のトルク指令値を低減する前における要求出力を満たす等出力ライン、実線はエンジン10のトルク指令値を低減した後における等出力ラインである。エンジン10のトルク指令値を低減する際には、エンジン10の回転速度を変化させることなく、エンジン10のトルク指令値を低減させる。
エンジン10のトルク指令値を低減すると、駆動系の共振が抑制される。駆動系の共振が抑制され振幅が小さくなると、駆動系の共振強度と比例関係にあるMG2の回転速度変化量が減少される。なお、エンジン10の出力を低減させると、エンジン10を動力供給源とするMG1による発電量も減少する。MG1による発電量の減少により、MG1からMG2への供給電力が不足する場合は、バッテリ23からMG2へ電力が供給されて不足電力が補われる。すなわち、MG2が発生するトルクを維持する。以上で、本処理手順を終了する。
次に、S1における前提条件について詳しく説明する。
(1)MG1の発電量(負荷)が所定値より大きいことを前提条件とする。具体的には、MG1を駆動させる負荷の絶対値が所定値より大きいこと、及びMG1の回転数が所定値より大きいことを前提条件とする。MG1の発電量が大きいと、MG2やINV1及びINV2に大きな電圧が印加されている可能性がある。MG2やINV1及びINV2に大きな電圧が印加されている場合に、MG2の回転速度変化により更に電圧が印加されると、MG2やINV1及びINV2に印加される電圧が過電圧となる可能性が高い。一方、MG2やINV1及びINV2に大きな電圧が印加されていない場合に、更に電圧が印加されても、MG2やINV1及びINV2印加される電圧が過電圧となるおそれがない。すなわち、MG2やINV1及びINV2に大きな電圧が印加されていない場合に駆動系の共振が発生しても、MG2の回転速度変化量を低減させる必要はない。したがって、MG1の発電量が所定値より大きいことを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、MG2の回転速度変化量を低減させる必要がある場合に共振発生が検出される。
(2)アクセル開度が所定値より大きいことを前提条件とする。アクセルの開度が大きい場合は、運転者から要求される車両の駆動力が大きい。車両の駆動力が大きいときは、駆動系の共振が起こりやすい。よって、アクセルの開度が大きい場合は、駆動系の共振が発生する可能性が高い。したがって、アクセルの開度が所定値より大きいことを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、外部からの振動によらないエンジン10の回転速度変化量に基づいて、駆動系の共振発生を誤検出することを抑制できる。
(3)エンジン10が運転中であることを前提条件とする。エンジン10が運転中である場合は、加速中の可能性がある。加速中の場合は、車両の駆動力が大きい。よって、エンジン10が運転中である場合は、駆動系の共振が発生する可能性がある。反対に、エンジン10が運転中でなければ、車両の駆動力が小さく、駆動系の共振が発生する可能性は低い。したがって、エンジン10が運転中であることを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、(2)と同様の効果を奏する。
(4)エンジン10の出力指令値が所定値より大きいことを前提条件とする。エンジン10の出力指令値が大きい場合は、要求される車両の駆動力が大きい。よって、エンジン10の出力指令値が大きい場合は、駆動系の共振が発生する可能性が高い。したがって、エンジン10の出力指令値が所定値より大きいことを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、(2)及び(3)と同様の効果を奏する。
(5)運転者がブレーキ操作をしていないことを前提条件とする。すなわち、減速中でないことを前提条件とする。減速中でない場合は、車両の駆動力が大きい可能性がある。よって、運転者がブレーキ操作をしていない場合は、駆動系の共振が発生する可能性がある。反対に、運転者がブレーキ操作をしていれば、車両の駆動力が減少しつつあり、駆動系の共振が発生する可能性は低い。したがって、運転者がブレーキ操作していないことを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、(2)〜(4)と同様の効果を奏する。
(6)MG2に印加される電圧値が所定値より大きいことを前提条件とする。MG2に印加される電圧値が所定値より大きいことを共振発生の有無の判定を行うための条件とすると、(1)と同様の効果を奏する。
S1において、前提条件が成立しているか否か判定する際は、上述した(1)〜(6)の少なくとも1つの前提条件が成立しているか判定する。2つ以上の前提条件を組み合わせて判定を行ってもよい。
以上説明した本実施形態は以下の効果を奏する。
・駆動系の共振発生の有無が、エンジン10の回転速度変化量に基づき判定される。そして、駆動系の共振が発生していると判定された場合に、MG2の回転速度変化量を減少させる制御が実行される。
MG2の回転速度変化量を減少させる制御が実行されると、エンジン10の回転速度変化量も減少する可能性がある。しかしながら、エンジン10の回転速度変化量と共振強度との相関は、MG2の回転速度変化量と共振強度との相関と比較して弱い。よって、エンジン10の回転速度変化量の減少度合いは、MG2の回転速度変化量の減少度合いよりも小さい。したがって、エンジン10の回転速度変化量に基づき判定すれば、共振発生を正確に判定することができる。すなわち、MG2の回転速度変化量を減少させつつ、駆動系の共振発生を継続的に検出できる。その結果、MG1やINV1及びINV2に過電圧が印加されることを継続的に抑制できる。
・駆動系の共振が発生していると判定した場合は、エンジン10のトルク指令値が低減される。エンジン10のトルク指令値を低減させると、駆動系の共振が抑制される。その結果、駆動系の共振強度と比例関係があるMG2の回転速度変化量も低減される。よって、エンジン10のトルク指令値を低減させることによって、MG2の回転速度変化量を低減させることができる。
・エンジン10のトルク指令値を低減すると、エンジン10を動力供給源とするMG1の出力が低下する。よって、MG1により発電される電力が供給余剰となることがない。すなわち、MG2やINV1及びINV2に印加される電圧が上昇するおそれがない。したがって、MG2やINV1及びINV2に印加される電圧の上昇を招くことなく、MG2の回転速度変化量を低減させることができる。
・運転者の意図しないエンジン10の回転速度変化を起こすことなく、エンジン10のトルク指令値を低減することにより、ドライバビリティが悪化することを抑制できる。
さらに、上述した実施形態に限定されず、例えば次のように実施することもできる。
・本実施形態では、エンジン10の回転速度変化量に基づいて駆動系の共振発生の有無を判定しているが、MG1の回転速度変化量に基づいて駆動系の共振発生の有無を判定してもよい。MG1の回転速度変化量と共振強度との相関も、MG2の回転速度変化量と共振強度との相関と比較して弱い。よって、MG2の回転速度変化量を減少させる制御を実行すると、MG1の回転速度変化量も減少する可能性があるが、MG1の回転速度変化量の減少度合いは、MG2の回転速度変化量の減少度合いよりも小さい。したがって、MG1の回転速度変化量に基づき判定しても、共振発生を正確に判定することができる。なお、エンジン10の最大トルクがMG1に入力されたときにMG1の回転数が上昇する速度よりも、MG1の回転数の上昇速度が速い場合に、共振ありと判定する。
・エンジン10及びMG1の回転速度変化量に基づいて判定する場合と比較して判定の正確性は劣るものの、MG2の回転速度変化量に基づいて共振発生の有無を判定してもよい。なお、INV2から最大許容電力がMG2に印加されたときにMG2の回転数が上昇する速度よりも、MG2の回転数の上昇速度が速い場合に、共振ありと判定する。
・エンジン10、MG1及びMG2の回転速度変化量のうち、二つ以上の回転速度変化量に基づいて共振発生の有無を判定してもよい。
10…エンジン、11…第1モータジェネレータ(MG1)、12…第2モータジェネレータ(MG2)、23…バッテリ、24…モータECU、28…エンジンECU、30…ハイブリッドECU。

Claims (2)

  1. エンジン(10)と、動力を入出力可能な発電機(11)と、動力を入出力可能な電動機(12)と、前記エンジンの出力軸(16)と前記発電機の回転軸(15)と前記電動機の回転軸(14)とがそれぞれ連結された動力入出力装置(13)と、バッテリと、を備えたハイブリッド車両の駆動力を制御する駆動力制御装置(30)であって、
    前記エンジンの動力は、前記ハイブリッド車両を走行させる動力と、前記発電機に発電を行わせる動力とに分割され、
    前記発電機により発電された電力は、前記電動機又は前記バッテリに供給され、
    前記電動機は、前記発電機により発電された電力又は前記バッテリの電力の供給を受けて駆動するものであり、
    車両要求トルクに応じて、前記エンジンのトルク指令値と前記電動機のトルク指令値とを算出し、
    前記エンジンのトルク指令値及び回転速度を、前記エンジンの燃費が最適となる動作ラインと、要求出力を満たす前記エンジンの等出力ラインとの交点から決定し、
    前記エンジンと前記発電機と前記電動機と前記動力入出力装置とを含む駆動系の共振発生の有無を判定し、
    前記駆動系の共振が発生していると判定した場合に、決定した前記エンジンの回転速度を変化させることなく前記エンジンのトルク指令値を低減するとともに、
    前記エンジンのトルク指令値の低減に伴い、前記発電機から前記電動機への供給電力が前記電動機のトルク指令値を維持するために不足する場合には、前記バッテリから前記電動機へ電力を供給させる、ことを特徴とする記載の駆動力制御装置。
  2. 前記駆動系の共振発生の有無の判定は、前記エンジンの回転速度変化量に基づき行う請求項1に記載の駆動力制御装置。
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