JP6331351B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Description
このようなハイブリッド車両の制御装置としては、例えば、以下の先行技術文献がある。
また、この特許文献1では、第2電動機(MG2)の出力値が零(0)近傍となるように制御されると、第2電動機(MG2)に生じるトルクの向きが正負に反転するため、減速ギヤ等から異音が生じることがあるため、このような場合には、第2電動機(MG2)の出力値が零(0)近傍の範囲外となるように、第2電動機(MG2)を制御している。
特許文献2に係るハイブリッド自動車は、駆動輪が取り付けられた出力軸を所望の回転速度にするため、出力軸の回転速度の結果に応じて目標エンジン回転速度を設定し、さらに、エンジン回転速度がこの目標エンジン回転速度に到達するように、エンジン回転速度と目標エンジン回転速度との回転速度偏差に応じて電動機のトルクを制御(いわゆるフィードバック制御)を実行するものである。
駆動力を出力するエンジンと、
第1電動機及び第2電動機と、
第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構と、
前記第1遊星歯車機構及び前記第2遊星歯車機構を介して前記エンジンと前記第1電動機及び前記第2電動機とに連結される出力軸とを備え、
前記エンジンは前記第1遊星歯車機構のキャリア及び前記第2遊星歯車機構のサンギヤに接続され、
前記第1電動機は前記第1遊星歯車機構のサンギヤに接続され、
前記第2電動機は前記第2遊星歯車機構のリングギヤに接続され、
前記出力軸は前記第1遊星歯車機構のリングギヤ及び前記第2遊星歯車機構のキャリアに接続されており、
前記エンジンのエンジン回転速度が目標エンジン回転速度へ収束するように前記第1電動機及び前記第2電動機の少なくとも一方の出力値を制御するハイブリッド車両の制御装置において、
前記第1遊星歯車機構及び前記第2遊星歯車機構の回転要素のうち前記第1電動機及び前記第2電動機が接続されている2つの回転要素同士の回転速度の差の正負に応じて補正トルクの値を算出し、
前記補正トルクの値を前記出力値に加算して前記出力値を補正する制御手段を備えたことを特徴とする。
図1、図3に示すように、ハイブリッド車両(以下「車両」という)1には、駆動力を出力するエンジン(図面上では「ENG」と記す)2と、車両1の制御装置3とが搭載される。
制御装置3は、エンジン2に連結された遊星歯車機構として、この実施例では、例えば、2つの第1遊星歯車機構(図面上では「PG1」と記す)4・第2遊星歯車機構(図面上では「PG2」と記す)5と、この第1遊星歯車機構4・第2遊星歯車機構5に各々接続された2つの電動機としての第1電動機(図面上では「MG1」と記す)6・第2電動機(図面上では「MG2」と記す)7と、エンジン2と第1電動機6・第2電動機7とが第1遊星歯車機構4・第2遊星歯車機構5を介して連結される出力軸(駆動軸)(図面上では「OUT」と記す)8とを備えている。
図4に示す第1遊星歯車機構4・第2遊星歯車機構5の共線図において、A=Zs/Zrである。ここで、Zsは、サンギヤ歯数であり、Zrはリングギヤ歯数である。
第1サンギヤ17は、第1電動機6に接続している。
第1キャリア20は、エンジン2のクランクシャフト21に接続している。
このクランクシャフト21の途中には、ワンウェイクラッチ22が設けられている。このワンウェイクラッチ22は、クランクシャフト21が逆方向へ回転するのを防止するものである。
第2サンギヤ23は、エンジン2のクランクシャフト21に接続している。
第2リングギヤ25は、第2電動機7に接続している。
また、第1電動機6は、第1遊星歯車機構4の第1サンギヤ17のみに接続する。なお、第1電動機6は、発電と車両走行との両方に使用されるものであって、通常の車両走行時には、発電機として使用される。
更に、第2電動機7は、第2遊星歯車機構5の第2リングギヤ25のみに接続する。なお、第2電動機7は、発電と車両走行との両方に使用されるものであって、通常の車両走行時には、走行用モータとして使用される。
また、第1インバータ31と第2インバータ32とは、バッテリ34に接続している。このバッテリ34は、バッテリコントロールモジュール(図面上では「BCM」と記す)35に接続し、このバッテリコントロールモジュール35からの制御信号によって第1インバータ31・第2インバータ32への電圧を制御する。
バッテリコントロールモジュール35は、第1インバータ31と第2インバータ32とハイブリッドコントロールモジュール33とに接続している。
さらに、ハイブリッドコントロールモジュール33には、エンジン2を制御するエンジンコントロールモジュール(図面上では「ECM」と記す)36が接続している。
制御装置3の制御手段であるハイブリッドコントロールモジュール33は、第1遊星歯車機構4・第2遊星歯車機構5で失われるエンジン2の駆動力の推定値を算出し、この推定値に応じて電動機として、第1電動機6の出力値を算出するものである。
このため、ハイブリッドコントロールモジュール33は、図2に示すように、差動回転速度算出部37と、この差動回転速度算出部37に接続したPG1トルク推定部38と、MG1基準トルクを入力するとともにPG1トルク推定部38に接続したMG1補正トルク算出部39と、回転速度偏差算出部40と、この回転速度偏差算出部40に接続したFB補正トルク算出部41と、MG1基準トルクを入力するとともにFB補正トルク算出部41に接続した第1演算部42と、この第1演算部42とMG1補正トルク算出部39とに接続した第2演算部43とを備える。
差動回転速度算出部37は、第1電動機6のMG1回転速度と第2電動機7のMG2回転速度とを入力し、差動回転速度を算出する。
PG1トルク推定部38は、差動回転速度算出部37で算出された差動回転速度を入力し、第1遊星歯車機構4のPG1トルクを推定する。
MG1補正トルク算出部39は、PG1トルク推定部38で推定されたPG1トルクと、MG1基準トルクとを入力し、第1電動機6のMG1補正トルクを算出する。
回転速度偏差算出部40は、実際のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度とを入力し、回転速度偏差を算出する。
FB補正トルク算出部41は、回転速度偏差算出部40で算出された回転速度偏差を入力し、フィードバック制御のFB補正トルクを算出する。
第1演算部42は、FB補正トルク算出部41で算出されたFB補正トルクとMG1基準トルクとを入力し、それらを加算したトルクを第2演算部43に出力する。
第2演算部43は、第1演算部42で算出されたトルクとMG1補正トルク算出部39で算出されたMG1補正トルクとを加算した値を、この実施例では、第1電動機6のMG1トルク指令値として第1インバータ31へ出力する。
図5に示すように、ハイブリッドコントロールモジュール33のプログラムがスタートすると(ステップA01)、先ず、各信号を取得する(ステップA02)。このステップA02では、ハイブリッドコントロールモジュール33は、第1電動機6のMG1トルク指令値を算出するために、各センサから信号を取得する。
そして、差動回転速度を算出する(ステップA03)。このステップA03では、差動回転速度算出部37は、第1電動機6のMG1回転速度と第2電動機のMG2回転速度とに基づき、差動回転速度を算出する。具体的には、差動回転速度=MG1回転速度−MG2回転速度である。
その後、第1遊星歯車機構4のPG1トルクを推定する(ステップA04)。このステップA04では、PG1トルク推定部38は、PG1トルク割合検索テーブル(図6参照)から差動回転速度に応じてPG1トルク割合を算出する。このPG1トルク割合は、第1遊星歯車機構4・第2遊星歯車機構5で失われるエンジン2の駆動力の推定値となるものである。
また、第1電動機6のMG1補正トルクを算出する(ステップA05)。このステップA05では、MG1補正トルク算出部39は、第1電動機6のMG1基準トルクの絶対値に前記算出されたPG1補正トルク割合を乗算し、MG1補正トルクを算出する。
さらに、回転速度偏差を算出する(ステップA06)。このステップA06では、回転速度偏差算出部40は、実際のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との回転速度偏差を算出する。
次いで、フィードバック(FB)補正トルクを算出する(ステップA07)。このステップA07では、FB補正トルク演算部41は、前記算出された回転速度偏差とFB比例ゲインとFBゲイン補正係数とに基づき、FB補正トルクを算出する。具体的には、FB補正トルク=回転偏差×FB比例ゲイン×FBゲイン補正係数である。なお、FB比例ゲインは、実験等により予め設定された値である。
そして、第1電動機6のMG1トルク指令値を算出する(ステップA08)。このステップA08では、ハイブリッドコントロールモジュール33の第1演算部42・第2演算部43により、MG1基準トルクにFB補正トルクとMG1補正トルクとを加算して、MG1トルク指令値を算出する。
また、ハイブリッドコントロールモジュール33は、この算出されたMG1トルク指令値を、第1インバータ31へ出力する。そして、この第1インバータ31は、MG1トルク指令値に基づいて第1電動機6へ制御信号としての出力値を出力する。
そして、プログラムをリターンする(ステップA09)。
図7は、一例として、目標エンジン回転速度が徐々に増加している加速状態を示している。
図7に示すように、加速状態においては、エンジン2の駆動力が出力軸8の回転速度を上昇させるべく制御される。また、第1電動機6と第2電動機7との駆動力は、第1遊星歯車機構4と第2遊星歯車機構5とを介してエンジン2の出力の値に加算される。
具体的には、第1遊星歯車機構4は、第1サンギヤ17に第1電動機6が接続され、また、第1キャリア20にエンジン2のクランクシャフト21が接続される。そして、第1遊星歯車機構4からの駆動力は、第1リングギヤ19を介して出力軸8へ伝達される。
一方、第2遊星歯車機構5は、第2サンギヤ23にエンジン2のクランクシャフト21が接続され、また、第2リングギヤ25が第2電動機7に接続されている。そして、第2遊星歯車機構5からの駆動力は、第2キャリア26を介して出力軸8へ伝達される。
ここで、第1遊星歯車機構4の第1リングギヤ19と第2遊星歯車機構5の第2キャリア26とは、一体に回転するよう構成されている。これにより、第1遊星歯車機構4と第2遊星歯車機構5とで発生した駆動力は、第1リングギヤ19又は第2キャリア26に出力された際に合流し、出力軸8へ伝達される。
そこで、従来のフィードバック制御では、この損失トルクによるエンジン回転速度の上昇を補うように、第1電動機6のMG1基準トルクに負のFB補正トルクが加算される。
一方、差動回転速度(MG1回転速度−MG2回転速度)が、正の値をとるとき(つまり、MG1回転速度がMG2回転速度よりも速いとき)、出力軸8は、エンジン2のクランクシャフト21よりも低速の回転であるため、エンジン2のクランクシャフト21によって回転される。従って、第1遊星歯車機構4は、出力軸8を回転させるためのトルクが生じていることになり、このため、実際のエンジン回転速度は、目標エンジン回転速度よりも低い状態となる。
なお、図7(c)では、第1遊星歯車機構4が出力軸18に与えるトルクを負の値として表示している。このとき、フィードバック制御は、エンジン回転速度の低下を補うように、第1電動機6のMG1基準トルクに正のFB補正トルクが加算される。
そこで、この実施例では、この不安定なエンジン回転速度を抑制するために、第1遊星歯車機構4のPG1トルク割合を算出し、このPG1トルク割合に応じて第1電動機6のMG1トルクを調整している。
図8に示すように、この場合、第1電動機6は、発電機として機能している。第2電動機7は、走行用モータとして機能している。
そして、エンジン回転速度を目標エンジン回転速度へ引き上げるため、第2電動機7は、エンジン2をアシストするように駆動力(図8のF1で示す)を生じさせる。
そして、第1電動機6は、この駆動力(図8のF2で示す)で回転されるだけである。なお、発電された電力は、第2電動機7に供給される。
なお、図9に示す共線図において、A=Zs/Zrである。ここで、Zsは、サンギヤ歯数であり、Zrはリングギヤ歯数である。
図10に示すように、制御装置3は、1つの遊星歯車機構として、上記の実施例の第1遊星歯車機構に相当する遊星歯車機構4と、この遊星歯車機構4に接続された第1電動機6・第2電動機7とを備え、エンジン2と第1電動機6・第2電動機7とが遊星歯車機構4を介して出力軸(駆動軸)(図面上では「OUT」と記す)8に連結している。
遊星歯車機構4は、サンギヤ17と、このサンギヤ17に噛み合ったピニオンギヤ18と、このピニオンギヤ18に噛み合ったリングギヤ19と、ピニオンギヤ18に連結したキャリア20とを備えている。
サンギヤ17は、第1電動機6に接続している。
キャリア20は、エンジン2のクランクシャフト21に接続している。
リングギヤ25は、第2電動機7に接続している。
第1電動機6は、サンギヤ17が接続する第1ロータ27と、第1ステータ28とからなる。第2電動機7は、リングギヤ25が接続する第2ロータ29と、第2ステータ30とからなる。
第1電動機6は、遊星歯車機構4のサンギヤ17のみに接続する。なお、第1電動機6は、発電と車両走行との両方に使用されるものであって、通常の車両走行時には、発電機として使用される。
第2電動機7は、遊星歯車機構4のリングギヤ25のみに接続する。なお、第2電動機7は、発電と車両走行との両方に使用されるものであって、通常の車両走行時には、走行用モータとして使用される。
また、第1インバータ31と第2インバータ32とは、バッテリ34に接続している。このバッテリ34は、バッテリコントロールモジュール(図面上では「BCM」と記す)35に接続し、このバッテリコントロールモジュール35からの制御信号によって第1インバータ31・第2インバータ32への電圧を制御する。
バッテリコントロールモジュール35は、第1インバータ31と第2インバータ32とハイブリッドコントロールモジュール33とに接続している。
さらに、ハイブリッドコントロールモジュール33には、エンジン2を制御するエンジンコントロールモジュール(図面上では「ECM」と記す)36が接続している。
ハイブリッドコントロールモジュール33については、上記の実施例の場合と同じ構成なので、ここでは、その説明を省略する。
制御装置3は、エンジン2のエンジン回転速度が目標エンジン回転速度へ収束するように、電動機として、例えば、第1電動機6の出力値を制御するものである。
ハイブリッドコントロールモジュール33は、遊星歯車機構4で失われるエンジン2の駆動力の推定値を算出し、この推定値に応じて電動機として、例えば、第1電動機6の出力値を算出するものである。
この結果、この変形例の構成においても、上記の実施例の構成の場合と同じ作用効果を奏する。
2 エンジン(ENG)
3 車両の制御装置
4 第1遊星歯車機構(PG1)
5 第2遊星歯車機構(PG2)
6 第1電動機(MG1)
7 第2電動機(MG2)
8 出力軸(OUT)
21 クランクシャフト
33 ハイブリッドコントロールモジュール(制御手段)
37 差動回転速度算出部
38 PG1トルク推定部
39 MG1補正トルク算出部
40 回転速度偏差算出部
41 FB補正トルク算出部
42 第1演算部
43 第2演算部
Claims (2)
- 駆動力を出力するエンジンと、
第1電動機及び第2電動機と、
第1遊星歯車機構及び第2遊星歯車機構と、
前記第1遊星歯車機構及び前記第2遊星歯車機構を介して前記エンジンと前記第1電動機及び前記第2電動機とに連結される出力軸とを備え、
前記エンジンは前記第1遊星歯車機構のキャリア及び前記第2遊星歯車機構のサンギヤに接続され、
前記第1電動機は前記第1遊星歯車機構のサンギヤに接続され、
前記第2電動機は前記第2遊星歯車機構のリングギヤに接続され、
前記出力軸は前記第1遊星歯車機構のリングギヤ及び前記第2遊星歯車機構のキャリアに接続されており、
前記エンジンのエンジン回転速度が目標エンジン回転速度へ収束するように前記第1電動機及び前記第2電動機の少なくとも一方の出力値を制御するハイブリッド車両の制御装置において、
前記第1遊星歯車機構及び前記第2遊星歯車機構の回転要素のうち前記第1電動機及び前記第2電動機が接続されている2つの回転要素同士の回転速度の差の正負に応じて補正トルクの値を算出し、
前記補正トルクの値を前記出力値に加算して前記出力値を補正する制御手段を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 前記補正トルクの値は、前記回転速度の差が零のときに零となり、かつ、前記回転速度の差が零を含む所定範囲内においては前記回転速度の差が大きくなるほど絶対値が大きくなるように算出され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制御装置。
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