JP7418912B2 - Hybrid system control device - Google Patents
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Description
本発明は、車両に搭載されるハイブリッドシステムの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a hybrid system installed in a vehicle.
従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを備えるハイブリッドシステムが知られている。たとえば、シリーズ方式のハイブリッドシステムでは、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力およびバッテリの出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。 2. Description of the Related Art Conventionally, hybrid systems are known that include an engine and a drive motor that is a drive source for driving. For example, in a series hybrid system, engine power is converted to electric power by a generator motor, a drive motor is driven by the electric power and the output of a battery, and the power of the drive motor is transmitted to drive wheels.
エンジンは、最良の熱効率が達成されるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を有している。この関係に従って、発電モータに要求される発電電力に応じたエンジントルクおよびエンジン回転数が設定され、その設定したエンジントルクおよびエンジン回転数が得られるようにエンジンが駆動されることにより、エンジンを最良の熱効率で動作させることができる。 Engines have a relationship between engine speed and engine torque at which the best thermal efficiency is achieved. According to this relationship, the engine torque and engine speed are set according to the generated power required of the generator motor, and the engine is driven so as to obtain the set engine torque and engine speed. It can be operated with a thermal efficiency of
しかし、エンジンが発生する動力は、発電モータおよびインバータにより直流電力に変換されて、バッテリの充電に使用されたり、駆動モータの駆動に使われたりする。そのため、ハイブリッドシステムのシステム効率は、エンジンの熱効率、発電モータの効率およびインバータの効率によって決まる。したがって、エンジンが最良の熱効率で動作していても、システム効率が必ずしも良いとは限らない。 However, the power generated by the engine is converted into DC power by a generator motor and an inverter, and is used to charge a battery or drive a drive motor. Therefore, the system efficiency of the hybrid system is determined by the thermal efficiency of the engine, the efficiency of the generator motor, and the efficiency of the inverter. Therefore, even if the engine is operating at the best thermal efficiency, the system efficiency is not necessarily good.
本発明の目的は、システム効率の向上を図ることができる、ハイブリッドシステムの制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a control device for a hybrid system that can improve system efficiency.
前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッドシステムの制御装置は、エンジン、エンジンの動力で発電する発電モータ、バッテリ、バッテリの出力電圧をシステム電圧に昇圧する昇圧コンバータおよびシステム電圧により駆動される駆動モータを備え、車両に搭載されて、駆動モータの動力を車両の駆動輪に伝達するハイブリッドシステムの制御装置であって、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成され、エンジンの目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す目標動作線を記憶する記憶手段と、システム電圧に応じた目標動作線を選択し、当該選択した目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクを設定して、エンジンの駆動を制御するエンジン制御手段とを含む。 In order to achieve the above object, a control device for a hybrid system according to the present invention includes an engine, a generator motor that generates electricity using the power of the engine, a battery, a boost converter that boosts the output voltage of the battery to the system voltage, and a system voltage that is driven by the system voltage. A control device for a hybrid system, which is equipped with a drive motor mounted on a vehicle and transmits the power of the drive motor to the drive wheels of the vehicle, is created for each of a plurality of mutually different system voltages, and is created for each of a plurality of mutually different system voltages, and is configured to control the target engine rotation speed of the engine. and a storage means for storing a target operating line indicating the relationship between the target operating line and the target engine torque; , and engine control means for controlling the driving of the engine.
この構成によれば、記憶手段には、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す目標動作線が記憶されている。目標動作線は、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成されている。そして、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定され、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるようにエンジンの駆動が制御される。 According to this configuration, the storage means stores a target operating line indicating the relationship between engine rotation speed and engine torque. The target operating line is created for each of a plurality of different system voltages. Then, a target operating line corresponding to the system voltage is selected, a target engine speed and a target engine torque are set according to the selected target operating line, and the engine is adjusted so that the target engine speed and target engine torque are obtained. The drive is controlled.
エンジンの熱効率ならびに発電モータおよびインバータによる発電効率によって決まるシステム効率は、システム電圧により変化する。システム電圧ごとのシステム効率は実測可能であるから、システム電圧ごとのシステム効率を予め実測し、実測データを基に、システム電圧ごとにシステム効率が高効率となるエンジンの目標動作線を作成することができる。したがって、その作成したシステム電圧ごとの目標動作線を記憶手段に記憶させておけば、システム電圧に応じた目標動作線に従ってエンジンの駆動を制御することにより、システム効率の向上を図ることができる。その結果、ハイブリッドシステムにおけるエネルギ損失の低減を図ることができ、ハイブリッドシステムが搭載される車両の動力性能および燃費の向上を図ることができる。 System efficiency, which is determined by the thermal efficiency of the engine and the power generation efficiency of the generator motor and inverter, changes depending on the system voltage. Since it is possible to actually measure the system efficiency for each system voltage, it is necessary to actually measure the system efficiency for each system voltage in advance, and based on the actual measurement data, create a target operating line for the engine that will result in high system efficiency for each system voltage. I can do it. Therefore, if the created target operating line for each system voltage is stored in the storage means, the system efficiency can be improved by controlling the engine drive according to the target operating line corresponding to the system voltage. As a result, it is possible to reduce energy loss in the hybrid system, and it is possible to improve the power performance and fuel efficiency of a vehicle equipped with the hybrid system.
エンジン制御手段は、システム電圧に応じた目標動作線上にハイブリッドシステムのシステム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上でエンジンが動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方を設定することが好ましい。 If a region that reduces the system efficiency of the hybrid system exists on the target operating line according to the system voltage, the engine control means controls at least one of the target engine speed and the target engine torque so that the engine does not operate in the region. It is preferable to set
システム効率が高効率となるようにエンジンの目標動作線が作成されても、目標動作線上の一部の領域では、システム効率が低下する場合がある。当該領域上でエンジンが動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が設定されることにより、システム効率の局所的な低下を抑制でき、車両の動力性能および燃費のさらなる向上を図ることができる。 Even if the target operating line for the engine is created so that the system efficiency is high, the system efficiency may decrease in some areas on the target operating line. By setting at least one of the target engine speed and target engine torque so that the engine does not operate in this region, it is possible to suppress local decreases in system efficiency and further improve the vehicle's power performance and fuel efficiency. be able to.
本発明によれば、システム効率の向上を図ることができる。 According to the present invention, system efficiency can be improved.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
<ハイブリッド車両>
図1は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステム2が搭載された車両1の構成を示すブロック図である。
<Hybrid vehicle>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a
車両1は、シリーズ方式のハイブリッドシステム2を搭載している。ハイブリッドシステム2には、エンジン(ENG)11、発電モータ(MG1)12、駆動モータ(MG2)13、駆動用バッテリ14およびPCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)15が含まれる。
The
エンジン11は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン11のクランクシャフト21には、エンジン出力ギヤ22がクランクシャフト21と一体に回転するように設けられている。
発電モータ12は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ12の回転軸23には、発電モータギヤ24が一体に回転するように設けられている。発電モータギヤ24は、エンジン出力ギヤ22と噛合している。発電モータ12は、エンジン11の停止時に、エンジン11をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン11の始動後、発電モータ12は、エンジン11の動力を電力に変換する発電機として機能する。
The
駆動モータ13は、たとえば、発電モータ12よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ13の回転軸25には、モータ出力ギヤ26が回転軸25と一体回転するように設けられている。
The
モータ出力ギヤ26は、車両1に搭載されている動力伝達機構3に結合されている。動力伝達機構3には、カウンタ軸31、カウンタギヤ32、出力ギヤ33およびデファレンシャルギヤ34が含まれる。カウンタ軸31は、駆動モータ13の回転軸25と平行に設けられている。カウンタギヤ32および出力ギヤ33は、カウンタ軸31に一体に回転するように設けられている。出力ギヤ33は、デファレンシャルギヤ34のリングギヤ35と噛合している。モータ出力ギヤ26は、カウンタギヤ32と噛合している。
駆動モータ13の動力は、モータ出力ギヤ26、カウンタギヤ32および出力ギヤ33を介して、デファレンシャルギヤ34に伝達される。そして、デファレンシャルギヤ34に伝達された動力は、車両1の左右のドライブシャフト4を介して、左右の駆動輪5に伝達される。これにより、左右の駆動輪5が回転し、車両1が前進または後進走行する。
The power of
駆動用バッテリ14は、複数の二次電池(たとえば、リチウムイオン電池)を組み合わせた組電池である。駆動用バッテリ14は、たとえば、約200~350V(ボルト)の直流電力を出力する。
The driving
PCU15は、発電モータ12および駆動モータ13の駆動を制御するためのユニットであり、第1インバータ(MG1 INV)41、第2インバータ(MG2 INV)42および昇圧コンバータ(BstCONV)43を備えている。
The PCU 15 is a unit for controlling the driving of the
車両1の加速走行時には、駆動モータ13が力行運転されて、駆動モータ13が力行のための動力を発生する。このとき、駆動用バッテリ14から出力される直流電力が昇圧コンバータ43により必要に応じて昇圧されて、昇圧コンバータ43から出力される直流電力が第2インバータ42で交流電力に変換され、その交流電力が駆動モータ13に供給される。これにより、駆動用バッテリ14の電力が消費される。
When the
また、エンジン11の始動時には、駆動用バッテリ14から出力される直流電力が昇圧コンバータ43により昇圧されて、昇圧された直流電力が第1インバータ41で交流電力に変換され、交流電力が発電モータ12に供給される。これにより、発電モータ12がモータリング運転されて、エンジン11が発電モータ12によりモータリングされる。このモータリングによりエンジン11のクランクシャフトが回転し、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジン11の点火プラグがスパークされて、エンジン11が始動される。
Further, when the
エンジン11が動作している状態で、発電モータ12が発電運転されることにより、発電モータ12が交流電力を発生する。発電モータ12が発電する交流電力は、第1インバータ41により、直流電力に変換される。そして、第1インバータ41から出力される直流電力が第2インバータ42で交流電力に変換され、交流電力が駆動モータ13に供給される。また、駆動モータ13への電力の供給が不要なときには、第1インバータ41から出力される直流電力が昇圧コンバータ43で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ14に供給されることにより、駆動用バッテリ14が充電される。
When the
車両1の減速走行時には、駆動モータ13が回生運転されて、駆動輪5から駆動モータ13に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ13が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が車両1を制動する制動力(回生制動力)として作用する。駆動モータ13が発生する交流電力は、第2インバータ42により、直流電力に変換される。そして、第2インバータ42から出力される直流電力が昇圧コンバータ43で降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ14に供給されることにより、駆動用バッテリ14が充電される。
When the
また。車両1には、マイコン(マイクロコントローラユニット)51を含む構成のECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)6が備えられている。マイコン51には、たとえば、CPU、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリが内蔵されている。図1には、1つのECU6のみが示されているが、車両1には、各部を制御するため、ECU6と同様の構成を有する複数のECUが搭載されている。ECU6を含む複数のECUは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。
Also. The
<エンジン制御>
図2、図3および図4は、エンジン11の目標動作線を示す図である。
<Engine control>
2, 3, and 4 are diagrams showing target operating lines of the
ECU6のマイコン51に内蔵されている不揮発性メモリには、エンジン11の目標動作線がマップの形態で記憶されている。目標動作線は、エンジン11の目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す特性線である。目標動作線は、複数のシステム電圧ごとに作成されている。システム電圧は、PCU15の第2インバータ42に供給される直流電圧である。図2、図3および図4は、互いに異なるシステム電圧A(V)、システム電圧B(V)およびシステム電圧C(V)に対応した目標動作線である。
A nonvolatile memory built into the
目標動作線は、ハイブリッドシステム2のシステム効率の実測値に基づいて作成されている。ハイブリッドシステム2のシステム効率は、エンジン11の熱効率、発電モータ12の効率、第1インバータ41の効率および第2インバータ42の効率によって決まる。図2、図3および図4には、目標動作線とともに、システム効率マップが示されている。システム効率マップは、等システム効率におけるエンジン回転数およびエンジントルクの位置をプロットした等高線を示す。
The target operating line is created based on the actual measured value of the system efficiency of the
システム電圧をA(V)として、エンジン11の回転数およびトルクを変化させて、システム効率を実測することにより、その実測データを基に、図2に示されるシステム効率マップを作成することができる。そして、システム効率マップから目標動作線を作成することができる。システム電圧B(V)に対応した目標動作線およびシステム電圧C(V)に対応した目標動作線についても、システム電圧B(V)に対応した目標動作線と同様な手法で作成される。
By actually measuring the system efficiency by changing the rotation speed and torque of the
エンジン11の駆動を制御するため、ECU6では、マイコン51により、車両1の車室内に設けられたアクセルペダルの最大操作量に対する運転者による操作量の割合であるアクセル開度および車両1の車速に応じた駆動モータ13の目標モータトルクが設定され、その目標モータトルクの出力に必要なシステム電圧が求められる。そして、昇圧コンバータ43が制御されることにより、駆動用バッテリ14の出力電圧がシステム電圧に昇圧される。また、ECU6のマイコン51により、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定される。目標動作線上の一部の領域でシステム効率が低下する場合には、当該領域上でエンジン11が動作しないよう、図2に破線で示されるように、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が目標動作線上から外れた点に設定される。そして、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるように、ECU6のマイコン51により、エンジン11の駆動が制御される。
In order to control the drive of the
なお、アクセル開度および車速は、他のECUからECU6にCAN通信により入力されてもよいし、車両1のユーザ(運転者)により操作されるアクセルペダルの操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサと、車両1の車速に応じた検出信号を出力する車速センサとがECU6に接続されて、ECU6において、それらの検出信号から求められてもよい。
Note that the accelerator opening degree and vehicle speed may be input from another ECU to the ECU 6 via CAN communication, or a detection signal may be output according to the operation amount of the accelerator pedal operated by the user (driver) of the
<作用効果>
以上のように、ECU6のマイコン51に内蔵されている不揮発性メモリには、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す目標動作線が記憶されている。目標動作線は、互いに異なる複数のシステム電圧ごとに作成されている。そして、システム電圧に応じた目標動作線が選択されて、その選択された目標動作線に従って目標エンジン回転数および目標エンジントルクが設定され、目標エンジン回転数および目標エンジントルクが得られるようにエンジン11の駆動が制御される。目標動作線は、システム電圧ごとにシステム効率が高効率となるエンジン回転数とエンジントルクとの関係を示す特性線であるから、システム電圧に応じた目標動作線に従ってエンジン11の駆動が制御されることにより、システム効率が向上する。その結果、ハイブリッドシステム2におけるエネルギ損失の低減を図ることができ、ハイブリッドシステム2が搭載される車両1の動力性能および燃費の向上を図ることができる。
<Effect>
As described above, the nonvolatile memory built into the
ECU6では、システム電圧に応じた目標動作線上にハイブリッドシステム2のシステム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上でエンジン11が動作しないよう、目標エンジン回転数および目標エンジントルクの少なくとも一方が設定される。これにより、システム効率の局所的な低下を抑制でき、車両1の動力性能および燃費のさらなる向上を図ることができる。
In the ECU 6, when a region that reduces the system efficiency of the
<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modified example>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can also be implemented in other forms.
たとえば、前述の実施形態では、シリーズ方式のハイブリッドシステム2の構成を例にとったが、本発明は、シリーズ・パラレル方式など、シリーズ方式以外の方式のハイブリッドシステムに適用可能である。シリーズ・パラレル方式のハイブリッドシステムでは、たとえば、エンジンおよびモータが遊星歯車機構に接続されており、エンジンからの動力を分割してモータおよび駆動輪に振り分けることができ、エンジンからの動力およびモータからの動力を合成して駆動輪に伝達することができる。
For example, in the above-described embodiment, the configuration of the series
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the claims.
1:車両
2:ハイブリッドシステム
5:駆動輪
6:ECU(制御装置)
11:エンジン
12:発電モータ
13:駆動モータ
14:駆動用バッテリ(バッテリ)
43:昇圧コンバータ
51:マイコン(記憶手段、エンジン制御手段)
1: Vehicle 2: Hybrid system 5: Drive wheel 6: ECU (control unit)
11: Engine 12: Generator motor 13: Drive motor 14: Drive battery (battery)
43: Boost converter 51: Microcomputer (memory means, engine control means)
Claims (1)
互いに異なる複数の前記システム電圧ごとに作成され、前記エンジンの目標エンジン回転数と目標エンジントルクとの関係を示す目標動作線を記憶する記憶手段と、
前記システム電圧に応じた前記目標動作線を選択し、当該選択した目標動作線に従って前記目標エンジン回転数および前記目標エンジントルクを設定して、前記エンジンの駆動を制御するエンジン制御手段と、を含み、
前記エンジン制御手段は、前記システム電圧に応じた前記目標動作線上に、前記ハイブリッドシステムのシステム効率であって、前記エンジンの熱効率、前記発電モータの効率、前記第1インバータの効率および前記第2インバータの効率によって決まる前記システム効率を低下させる領域が存在する場合、当該領域上で前記エンジンが動作しないよう、前記目標エンジン回転数および前記目標エンジントルクを前記目標動作線上から外れた点に設定する、制御装置。 an engine, a generator motor that generates electricity using the power of the engine, a battery, a step-up converter that boosts the output voltage of the battery to a system voltage , a drive motor that is driven by the system voltage , and a generator motor that converts DC power into AC power. a first inverter that converts the AC power generated by the generator motor into DC power; and a first inverter that converts the DC power into AC power and supplies it to the drive motor, and converts the AC power generated by the drive motor into DC power. A control device for a hybrid system that is mounted on a vehicle that is equipped with a second inverter that converts into electric power, and that transmits the power of the drive motor to the drive wheels of the vehicle,
storage means for storing a target operating line created for each of the plurality of system voltages that are different from each other and indicating a relationship between a target engine speed and a target engine torque of the engine;
an engine control unit that selects the target operating line according to the system voltage, sets the target engine rotation speed and the target engine torque in accordance with the selected target operating line, and controls driving of the engine. fruit ,
The engine control means is configured to set the system efficiency of the hybrid system on the target operating line according to the system voltage, including the thermal efficiency of the engine, the efficiency of the generator motor, the efficiency of the first inverter, and the efficiency of the second inverter. If there is a region in which the system efficiency, which is determined by the efficiency of Control device.
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