JPWO2012104904A1 - ハイブリッド車両の駆動制御装置、制御方法、およびハイブリッド車両 - Google Patents

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Abstract

本発明は、内燃機関の回転速度の制御を容易とし、その結果、モータジェネレータの過回転を防止するハイブリッド車両の駆動制御装置の提供をする。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駆動制御装置において、目標エンジンパワーとシステム全体効率からエンジンの目標エンジントルクおよび目標エンジン回転速度を決定する目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定部と、前記複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算部と、前記目標エンジントルクを、前記モータジェネレータの前記トルク指令値と前記モータジェネレータの出力可能トルクに基づいて設定する目標エンジントルク補正値により補正するエンジントルク補正部と、を備える。

Description

本発明は、モータジェネレータの過回転を防止するハイブリッド車両の駆動制御技術に関する。
従来から、走行用の内燃機関(以下、単にエンジンともいう。)の他にモータジェネレータを備えたハイブリッド車両が提案されている。このようなハイブリッド車両において、モータジェネレータは、固有の特性によって、駆動時や発電時などに出力が可能となる出力可能トルクが決まっている。モータジェネレータの常用域となる決められた回転数域(回転速度域)では、この出力可能トルクがほぼ一定となっている。
例えば、吸入空気の温度や大気圧などの環境の変化などの外乱によって内燃機関の出力特性が変化したときに、回転駆動されるモータジェネレータの回転数が、固有の上限回転数を超えてある高い回転数域に達して過回転状態になる場合がある。このようにモータジェネレータが過回転状態となると、モータジェネレータの出力可能トルクが常用域の一定値よりもゼロに近づくようになる。つまり、モータジェネレータのトルクの絶対値が小さくなる。モータジェネレータに対する指令トルクの絶対値がその出力可能トルクの絶対値より小さい場合は、指令トルクに見合うトルクを発生することができる。しかし、モータジェネレータに対する指令トルクの絶対値がその出力可能トルクの絶対値よりが大きい場合は、指令トルクに見合うトルクを発生することができなくなる。モータジェネレータで発生するトルクは出力可能トルク以下に制限され、出力可能トルクの絶対値が小さくなってゼロに近づけば、発生するトルクは極めて制限されてしまう。このようにモータジェネレータが必要なトルクを発生できない場合には、このモータジェネレータを含む駆動系システムの制御ができなくなり、車両の走行に支障を来すという不都合があった。
このようなモータジェネレータの過回転を防止するために、内燃機関の出力トルクを抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1および2参照)。特許文献1に開示された技術は、モータジェネレータの最大出力に対して余裕値を与えて設定された最大出力補正値に基づいて制御するものであり、モータジェネレータの過回転の防止を果たすことができる。特許文献2に開示された技術は、エンジンコントロールユニット(ECU)がハイブリッド用制御ユニットとの通信異常を判定したときに、内燃機関の出力トルクに応じて、内燃機関の回転数フィードバック制御における目標回転数を減少するように補正するようになっている。すなわち、特許文献2に開示された技術では、モータジェネレータが過回転とならないように内燃機関の回転数を管理している。
特開2001−304010号公報 特開2007−55287号公報
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、常に余裕値の分だけ範囲が制限されるという問題点を有し、改良の余地があった。また、特許文献2に開示された技術は、通信異常の際の独立制御であり、モータジェネレータのトルク指令の大きさを全く考慮しない制御であった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の回転速度の制御を容易となし、モータジェネレータの過回転を防止することを目的とする。
本発明の第1の態様は、内燃機関とモータジェネレータ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駆動制御装置であって、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから前記内燃機関の目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定部と、前記モータジェネレータのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算部と、前記モータジェネレータの前記トルク指令値と出力可能トルクとに基づいて設定される目標エンジントルク補正値により前記目標エンジントルクの補正を行うエンジントルク補正部と、を備えることを特徴とする。
上記第1の態様としては、前記エンジントルク補正部が、前記モータジェネレータの前記出力可能トルクの絶対値が前記トルク指令値の絶対値より小さい場合に、前記目標エンジントルクの補正を行うことができる。
上記第1の態様としては、前記エンジントルク補正部が、前記モータジェネレータの回転数に基づいて当該モータジェネレータの出力可能トルクを算出する出力可能トルク算出部と、前記モータジェネレータの前記トルク指令値と前記出力可能トルクとの差分トルクを算出する差分トルク算出部と、前記差分トルクを変換したエンジントルク補正成分を算出するエンジントルク補正成分算出部と、前記エンジントルク補正成分と前記目標エンジントルクとを加算して合成トルクを算出する合成トルク算出部と、前記合成トルクに基づいて前記目標エンジントルク補正値を設定する目標エンジントルク補正値設定部と、を備えてもよい。
上記第1の態様としては、前記エンジントルク補正部が、前記目標エンジントルクに最小エンジントルクを設定し、前記目標エンジントルク補正値設定部は、前記合成トルクと前記最小エンジントルクとを比較して大きい方を目標エンジントルク補正値に設定してもよい。
上記第1の態様としては、前記モータジェネレータが、第1のモータジェネレータと、第2のモータジェネレータと、の一対であり、前記内燃機関と、前記第1のモータジェネレータと、前記第2のモータジェネレータと、出力部と、から構成される4つの要素を、共線図上で、前記第1のモータジェネレータ、前記内燃機関、前記出力部、前記第2のモータジェネレータの順になるように連結した遊星歯車機構を備えてなり、前記エンジントルク補正部は、前記目標エンジントルクを補正する前記目標エンジントルク補正値を、前記第1のモータジェネレータの前記トルク指令値と前記第1のモータジェネレータの出力可能トルクに基づいて設定することができる。
上記第1の態様としては、前記目標エンジントルク設定部が、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから前記内燃機関の前記目標エンジントルクおよび目標エンジン回転速度を決定する目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定部に含まれる構成とすることができる。
上記第1の態様としては、前記目標エンジンパワーを、目標駆動パワーと目標充放電パワーとから算出する目標エンジンパワー算出部を備えてもよいし、前記目標駆動パワーを、アクセル開度と車両速度とに基づいて設置する目標駆動パワー算出部を備える構成としてもよい。
上記第1の態様としては、前記目標充放電パワーを、バッテリの充電状態に基づいて算出する目標充放電パワー算出部を備えてもよいし、前記アクセル開度を検出するアクセル開度検出部を備える構成としてもよい。
上記第1の態様としては、前記車両速度を検出する車両速度検出部を備えてもよく、前記バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出部を備える構成としてもよい。
本発明の第2の態様は、内燃機関と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駆動制御方法であって、前記モータジェネレータの出力可能トルクの絶対値がトルク指令値より小さい場合に、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから設定した前記内燃機関の目標エンジントルクが小さくなるように制御することを特徴とする。
上記第2の態様としては、前記目標エンジントルクに最小エンジントルクを設定し、前記目標エンジントルクが減少したときに、前記目標エンジントルクが、前記最小エンジントルクを下回らないように制御することが好ましい。
本発明の第3の態様は、ハイブリッド車両であって、上記第1の態様に係る駆動制御装置を搭載したことを特徴とする。
本発明の第1の態様に係るハイブリッド車両の駆動制御装置によれば、モータジェネレータのトルク指令値と出力可能トルクとの関係によって目標エンジントルクを補正してエンジントルクを抑制するため、エンジン回転速度の制御を容易となし、その結果、モータジェネレータの過回転を防止できるという効果を奏する。
また、本発明の第1の態様によれば、モータジェネレータの出力可能トルクの絶対値がトルク指令値の絶対値より小さくなった時点をトリガとして制御を行え、モータジェネレータが過回転状態となる前に場合に、目標エンジントルクの補正を行うため、エンジン回転数を速やかに減じることができる。その結果、モータジェネレータの過回転を防止することができる。加えて、この第1の態様によれば、モータジェネレータの出力可能トルクの絶対値がトルク指令値の絶対値より小さくなった時点をトリガすることにより、必要以上にモータジェネレータの過回転防止の制御を行うことがないため、内燃機関の出力トルクの不要な抑制を低減できる。
また、本発明の第1の態様によれば、モータジェネレータの回転数が、上限回転数に達するような場合において、モータジェネレータのトルク指令値と出力可能トルクとの関係から、目標エンジントルクが著しく抑制される状況であっても、必要最低限の目標エンジントルクを確保することができる。したがって、この第1の態様によれば、エンジントルクを安定させ、システムの信頼性を確保することができる。
本発明の第2の態様に係る駆動制御方法によれば、モータジェネレータの出力可能トルクの絶対値がトルク指令値より小さくなった時点をトリガとすればよいため、必要以上にモータジェネレータの過回転防止の制御を行うことがないため、内燃機関の出力トルクの不要な抑制を低減できる。
また、本発明の第2の態様によれば、目標エンジントルクが著しく抑制される状況であっても、必要最低限の目標エンジントルクを確保することができる。したがって、この第2の態様によれば、エンジントルクを安定させ、システムの信頼性を確保することができる。
本発明の第3の態様に係るハイブリッド車両によれば、モータジェネレータの過回転が防止できるため、駆動系の制御が不能となることを未然に回避でき、安定した走行を確保できるという効果がある。
図1は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置のシステム構成図である。 図2は、目標駆動力設定部において目標駆動力の設定を行う際に参照する目標駆動力検索マップを示す図である。 図3は、目標充放電パワー設定部において目標充放電パワーの設定を行う際に参照する目標充放電パワー検索マップを示す図である。 図4は、目標エンジン動作点設定部において目標エンジン動作点を設定する際に参照する目標エンジン動作点検索マップを示す図である。 図5は、目標エンジン動作点設定部の制御ブロック図である。 図6は、目標エンジン動作点設定部における制御の流れを示すフローチャートである。 図7は、モータトルク指令値演算部の制御ブロック図である。 図8は、モータトルク指令値演算部における制御の流れを示すフローチャートである。 図9は、エンジントルク補正部の制御ブロック図である。 図10は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。 図11は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置で制御した場合を示し、通常の過回転を防止する制御に伴った各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャートである。 図12は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置で制御した場合を示し、通常の過回転を防止する制御に伴った各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャートである。 図13は、本発明の実施の形態に係る駆動制御装置における、第1モータ、エンジン、出力部、第2モータのエンジントルク補正前と補正後の状態を示す共線図である。
本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両は、内燃機関とモータジェネレータとからの出力を用いて駆動制御して走行するものである。このハイブリッド車両に搭載される駆動制御装置は、目標エンジンパワーとシステム全体効率から内燃機関の目標エンジントルクおよび目標エンジン回転速度を決定する目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定部と、一対のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算手段と、を備える。そして、このハイブリッド車両に搭載される駆動制御装置は、目標エンジントルクを、モータジェネレータのトルク指令値とモータジェネレータの出力可能トルクに基づいて設定する目標エンジントルク補正値により補正を加えてトルクを減じる制御を加えるものである。
以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両およびこれに搭載される駆動制御装置の詳細を図1〜13に基づいて説明する。
図1はハイブリッド車両の駆動制御装置のシステム構成図、図2は目標駆動力設定部において目標駆動力の設定を行う際に参照する目標駆動力検索マップを示す図、図3は目標充放電パワー設定部において目標充放電パワーの設定を行う際に参照する目標充放電パワー検索マップを示す図、図4は目標エンジン動作点設定部において目標エンジン動作点を設定する際に参照する目標エンジン動作点検索マップを示す図、図5は目標エンジン動作点設定部の制御ブロック図、図6は目標エンジン動作点設定部における制御の流れを示すフローチャート、図7はモータトルク指令値演算部の制御ブロック図、図8はモータトルク指令値演算部における制御の流れを示すフローチャート、図9はエンジントルク補正部の制御ブロック図、図10は本実施の形態に係る駆動制御装置による制御の流れを示すフローチャート、図11は通常の過回転を防止する制御に伴った各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャート、図12は過回転防止に応答遅れがある場合の各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャート、図13は、第1モータ、エンジン、出力部、第2モータの共線図であり、エンジントルク補正前と補正後の状態を示す。
[ハイブリッド車両のシステム構成]
先ず、図1を用いて本実施の形態に係るハイブリッド車両100のシステム構成を説明する。ハイブリッド車両100は、駆動機構1と、駆動制御装置32とを備えている。
[駆動機構の構成]
先ず、駆動機構1について説明する。図1に示すように、駆動機構1は、エンジン2の出力軸3と、電気により駆動力を発生するとともに駆動されて電気エネルギーを発生する第1モータジェネレータである第1モータ4(MG1とも記す)および第2モータジェネレータである第2モータ5(MG2とも記す)と、ハイブリッド車両100の駆動輪6に接続される駆動軸7と、上記出力軸3、第1モータ4、第2モータ5、駆動軸7にそれぞれ連結された第1遊星歯車機構8および第2遊星歯車機構9と、を備えている。
エンジン2は、アクセル開度(アクセルペダルの踏み込み量)に対応して吸入する空気量を調整するスロットバルブなどの空気量調整部10と、吸入する空気量に対応する燃料を供給する燃料噴出弁などの燃料供給部11と、燃料に着火する点火装置などの着火部12と、を備えている。エンジン2は、空気量調整部10と、燃料供給部11と、着火部12とにより、燃料の燃焼状態が制御され、燃料の燃焼により駆動力を発生する。
第1モータ4は、第1モータロータ軸13と、第1モータロータ14と、第1モータステータ15と、を備えている。第2モータ5は、第2モータロータ軸16と、第2モータロータ17と、第2モータステータ18と、を備えている。
第1モータ4の第1モータステータ15は、第1インバータ19に接続されている。第2モータ5の第2モータステータ18は、第2インバータ20に接続されている。第1モータ4と第2モータ5は、それぞれ第1インバータ19と第2インバータ20とにより、蓄電装置であるバッテリ21から供給される電気量を制御され、供給される電力により駆動力を発生するとともに、回生時の駆動により電気エネルギーを発生してバッテリ21を充電するようになっている。
第1遊星歯車機構8は、第1サンギア22と、この第1サンギア22に噛み合う第1プラネタリギア23を支持する第1プラネタリキャリア24と、第1プラネタリギア23に噛み合う第1リングギア25と、を備えている。第2遊星歯車機構9は、第2サンギア26と、この第2サンギア26に噛み合う第2プラネタリギア27を支持する第2プラネタリキャリア28と、第2プラネタリギア27に噛み合う第2リングギア29と、を備えている。
第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9は、各回転要素の回転中心線を同一軸上に配置され、エンジン2と第1遊星歯車機構8との間に第1モータ4が配置され、第2遊星歯車機構9のエンジン2から離れる側に第2モータ5が配置されている。なお、第2モータ5は、単独出力のみでハイブリッド車両100を走行させることができる性能を備えている。
第1遊星歯車機構8の第1サンギア22には、第1モータ4の第1モータロータ軸13が接続されている。第1遊星歯車機構8の第1プラネタリキャリア24と、第2遊星歯車機構9の第2サンギア26とは、結合してエンジン2の出力軸3に接続されている。第1遊星歯車機構8の第1リングギア25と、第2遊星歯車機構9の第2プラネタリキャリア28は、結合して出力部30に連結している。この出力部30は、歯車やチェーンなどの出力伝達機構31を介して駆動軸7に接続されている。第2遊星歯車機構9の第2リングギア29には、第2モータ5の第2モータロータ軸16が接続されている。このような駆動機構1Aにおいては、エンジン2と第1モータ4と第2モータ5と駆動軸7との間で、駆動力の授受を行う。
エンジン2の空気量調整部10と、燃料供給部11と、着火部12と、第1モータ4の第1モータステータ15と、第2モータ5の第2モータステータ18は、駆動制御装置32に接続されている。
[駆動制御装置の構成]
図1に示すように、駆動制御装置32は、アクセル開度検出部33と、車両速度検出部34と、エンジン回転数検出部35と、バッテリ充電状態検出部36と、に接続されている。
駆動制御装置32は、目標駆動力設定部37と、目標駆動パワー設定部38と、目標充放電パワー設定部39と、目標エンジンパワー算出部40と、目標エンジン動作点設定部41と、モータトルク指令値演算部42と、内燃機関制御部43と、エンジントルク補正部44と、を備えている。
アクセル開度検出部33は、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度tvoを検出する。車両速度検出部34は、ハイブリッド車両の車両速度(車速)Vsを検出する。エンジン回転数検出部35は、エンジン2のエンジン回転数Neを検出する。バッテリ充電状態検出部36は、バッテリ21の充電状態SOCを検出する。
図5は、制御ブロック図であり、目標駆動力算出部37と、目標駆動パワー算出部38と、目標充放電パワー算出部39と、目標エンジンパワー算出部40と、目標エンジン動作点算出部41(目標エンジントルク算出部41Aを含む)の機能を示す。
目標駆動力算出部37は、アクセル開度検出部33により検出されたアクセル開度(踏み込み量)tvoと、車両速度検出部34により検出された車両速度Vsとに応じて、ハイブリッド車両100を駆動するための目標駆動力Fdrvを、例えば、図2に示すような目標駆動力検索マップにより検索して設定する。
目標駆動パワー算出部38は、アクセル開度検出部33により検出されたアクセル開度tvoと、車両速度検出部34により検出された車両速度Vsとに基づいて、目標駆動パワーPdrvを設定する。この実施の形態では、目標駆動力Fdrvと車両速度Vsとを乗算して、目標駆動パワーPdrvを設定する。
目標充放電パワー算出部39は、少なくともバッテリ充電状態検出部36により検出されたバッテリ21の充電状態SOCに基づいて、目標充放電パワーPbatを設定する。この実施の形態においては、例えばバッテリ21の充電状態SOCと車両速度Vsに応じて、目標充放電パワーPbatを、例えば、図3に示すような目標充放電パワー検索マップにより検索して設定する。
目標エンジンパワー算出部40は、目標駆動パワー設定部38により設定された目標駆動パワーPdrvと、目標充放電パワー算出部39により算出された目標充放電パワーPbatとから、目標エンジンパワーPegを算出する。この実施の形態では、目標駆動パワーPdrvから目標充放電パワーPbatを減算することにより、目標エンジンパワーPegを得る。
目標エンジン動作点算出部41では、例えば、図4に示すような目標エンジン動作点検索マップから、上記目標エンジンパワーPegと車速に応じた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)を検索して設定する。なお、目標エンジン動作点設定部41は、目標エンジントルク算出部41Aを備えている。
ところで、上記した内燃機関制御部43では、目標エンジンパワー算出部40で算出された目標エンジンパワーPegに基づいて、図4に示すようなエンジン2の運転効率が良い動作点(エンジン回転速度とエンジントルク)で、エンジン2が動作するように、上記した空気量調整部10と燃焼供給部11と着火部12との駆動制御を行う。
[目標エンジントルク動作点の算出方法]
図6は、上記の駆動制御装置32により、運転者のアクセルペダルの踏み込み量と車速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)を演算するまでの制御を示すフローチャートである。以下、図6を用いて目標エンジン動作点を算出するまでの制御動作を説明する。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
先ず、アクセル開度tvoや車両速度Vsの各種信号の取り込みを行う(ステップS1)。
次に、例えば、図2に示すような目標駆動力検索マップから、アクセル開度(踏み込み量)tvoや車両速度Vsに応じた目標駆動力を算出する(ステップS2)。なお、アクセル開度=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に負の値に設定し、アクセル開度=0で速度が低い領域ではクリープ走行できるよう正の値としている。
次に、上記ステップS2で算出した目標駆動力と車速を乗算して、目標駆動力で車両を駆動するのに必要なパワー(目標駆動パワー)を算出する(ステップS3)。
次に、バッテリ21の充電状態SOCを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を、例えば、図3に示すような目標充放電量検索マップから検索して算出する(ステップS4)。なお、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21の過放電を防止するようにし、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。図3に示すように、便宜上、放電側を正の値、充電側を負の値として取り扱う。
次に、目標駆動パワーと目標充放電パワーからエンジンが出力すべきパワー(目標エンジンパワー)を算出する(ステップS5)。このステップS5では、エンジンが出力すべきパワーは車両の駆動に必要なパワーにバッテリ21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、目標エンジンパワーを算出する。
次に、例えば、図4に示すような目標エンジン動作点検索マップから、目標エンジンパワーと車速に応じた目標エンジン動作点を算出し(ステップS6)、リターンに行く。
上記目標エンジン動作点検索マップは、等パワーライン上でエンジン2の効率に第1プラネタリギア23、第2プラネタリギア27と第1モータ4、第2モータ5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点ラインとして設定する。そして、目標動作点ラインは、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1モータ4、第2モータ5の効率から計算して求めてもよい。
[モータトルク指令値の演算方法]
以下、図7および図8を用いて、第1モータ4の第2モータ5のモータトルク指令値の演算を行うモータトルク指令値部42の構成および演算方法について説明する。図7は、モータトルク指令値演算部42で行うモータトルク指令値の演算機能部を示す制御ブロック図であり、図8はそのフローチャートを示す。
モータトルク指令値演算部42は、上記した目標エンジン動作点から求められる目標エンジントルクを含むトルクバランス式と、目標充放電パワーを含む電力バランス式と、を用いて、第1モータ4(MG1)、第2モータ5(MG2)のそれぞれのトルク指令値を算出する。トルクバランス式および電力バランス式については、後述する。
図7に示すように、目標エンジン動作点設定部41(図5参照)で算出された目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度と、車速と、から第1モータ4、第2モータ5のそれぞれの回転速度(Nmg1,Nmg2)を算出し、これら第1モータ4、第2モータ5の回転速度(Nmg1,Nmg2)と目標充放電パワーと目標エンジントルクに基づいて第1モータ4のトルク指令値(Tmg1i)を算出する。
そして、この第1モータ4のトルク指令値(Tmg1i)と目標エンジントルクに基づいて第2モータ5のトルク指令値(Tmg2i)を算出する。さらに、モータトルク指令値演算部42は、目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度に実際のエンジン回転速度を収束させるように第1モータ4、第2モータ5のトルク指令値にそれぞれのフィードバック補正量(Tmg1fb,Tmg2fb)を設定する。そして、第1モータ4のフィードバック補正量(Tmg1fb)と、トルク指令値(Tmg1i)と、から第1モータ4のトルク指令値(Tmg1)を算出し、第2モータ5のフィードバック補正量(Tmg2fb)と、トルク指令値(Tmg2i)と、から第2モータ5のトルク指令値(Tmg2)を算出する。
以下、図8に示すフローチャートに沿って説明する。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。図8に示すステップS11においては、先ず、車速から第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9の駆動軸回転速度Noを算出する。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1モータ4の回転速度Nmg1と第2モータ5の回転速度Nmg2を以下の式(1)、(2)により算出する。この演算式は、第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9の回転速度の関係から求められる。
Nmg1=(Net−No)*k1+Net (1)
Nmg2=(No−Net)*k2+No (2)
ここで、k1,k2は、第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9におけるギア比により定まる値であり、図13に示す共線図に示すk1,k2である。さらに具体的には、本実施の形態では、k1,k2は以下のように定義する。
k1=ZR1/ZS1
k2=ZR2/ZS2
ZS1:第1遊星歯車機構8の第1サンギア22の歯数
ZR1:第1遊星歯車機構8の第1リングギア25の歯数
ZS2:第2遊星歯車機構8の第2サンギア26の歯数
ZR2:第2遊星歯車機構8の第2リングギア29の歯数
次に、ステップS12では、上記のステップS11で求めた第1モータ4の回転速度Nmg1と、第2モータ5のNmg2、および目標充放電パワーPbat、目標エンジントルクTetから、第1モータ4の基本トルクTmg1iを以下の演算式(3)により算出する。
Tmg1i=(Pbat*60/2π−Nmg2*Tet/k2)/(Nmg1+Nmg2*(1+k1)/k2) (3)
この演算式(3)は、以下に示す遊星歯車機構に入力されるトルクのバランスを表すトルクバランス式(4)、および第1モータ4と第2モータ5で発電または消費される電力とバッテリ21への入出力電力(Pbat)が等しいことを表す電力バランス式(5)から成る連立方程式を解くことにより導き出せる。
Tet+(1+k1)*Tmg1=k2*Tmg2 (4)
Nmg1*Tmg1*2π/60+Nmg2*Tmg2*2π/60=Pbat(5)
次に、ステップS13では、Tmg1i、目標エンジントルクから第2モータ5の基本トルクTmg2iを以下の式(6)により算出する。
Tmg2i=(Tet+(1+k1)*Tmg1i)/k2 (6)
なお、この式(6)は、上記式(4)から導き出したものである。
次に、ステップS14では、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1モータ4、第2モータ5のフィードバック補正トルクTmg1fb、Tmg2fbを算出する。
次に、ステップS15では、第1モータ4、第2モータ5のフィードバック補正トルクTmg1fb、Tmg2fbを各基本トルクTmg1i、Tmg2iに加算して、第1モータ4、第2モータ5のトルク指令値Tmg1、Tmg2を算出する。この制御指令値に従って第1モータ4、第2モータ5を制御することにより、目標とする駆動力を出力しつつ、バッテリ21への充放電を目標値とすることができる。
[エンジントルク補正部の構成]
次に、図9を用いてエンジントルク補正部44について説明する。図9はエンジントルク補正部44の制御ブロックを示す図である。このエンジントルク補正部44は、目標エンジントルク補正値を設定して、エンジントルクの補正を行うようになっている。
図9に示すように、エンジントルク補正部44は、出力可能トルク算出部44Aと、差分トルク算出部44Bと、エンジントルク補正成分算出部44Cと、合成トルク算出部44Dと、目標エンジントルク補正値算出部44Eと、を備える。
出力可能トルク算出部44Aは、第1モータ4(MG1)の回転数Nmg1から出力可能トルク(最小値)を算出する。
差分トルク算出部44Bは、出力可能トルク算出部44Aで算出した出力可能トルクと、上述したモータトルク指令値の演算方法で求めた、第1モータ4(MG1)と、のトルク指令値の差分トルクΔTを算出する。
エンジントルク補正成分算出部44Cは、差分トルク算出部44Bで算出した差分トルクΔTを遊星歯車機構におけるギヤ比からなる定数((1+k1)の逆数:1/(1+k1))で変換して(乗算して)エンジントルク補正成分を算出する。
合成トルク算出部44Dは、目標エンジントルクと、エンジントルク補正成分と、から合成トルクを算出する。
目標エンジントルク補正値算出部44Eは、最小エンジントルクと、上記合成トルクと、からエンジントルク補正のための目標エンジントルク補正値を出力するようになっている。なお、最小エンジントルクは、エンジン2の固有の特性に基づいて最低限の回転駆動を維持して回転低下をガードするためのエンジントルク(エンジン2に固有のモータリングトルク)である。
[過回転防止の制御]
図10は、第1モータ4の過回転を防止するために、エンジントルク補正部44で算出された目標エンジントルク補正値を用いて行う制御を示すフローチャートである。以下、図10に示すフローチャートを用いて第1モータ4の過回転を防止する制御内容を説明する。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。
先ず、図10に示すように、ステップS21では、エンジントルク補正を行う前の基本目標エンジントルクと、第1モータ4(MG1)のトルク指令値と、第1モータ4の出力可能トルク(最小値)と、最小エンジントルク(モータリングトルク)などの各種信号の取り込みを行う。
次に、エンジントルク補正部44において、第1モータ4のトルク指令値が、出力可能トルク(最小値)よりも小さいか否かの判定を行う(ステップS22)。
ステップS22において、第1モータ4のトルク指令値が、出力可能トルク(最小値)よりも大きい(NOである)場合、目的エンジントルクは、基本目標エンジントルクと同じであり、エンジントルク補正は行なわれず(ステップS23)、リターンに行く(フローチャートの流れF1)。
ステップS22において、第1モータ4のトルク指令値が、出力可能トルク(最小値)よりも小さい(YESである)場合(絶対値では、トルク指令値の方が出力可能トルクより大きい場合)では、第1モータ4のトルク指令値と、この第1モータ4の出力可能トルクと、の差分トルクΔT(図11参照)を計算する(ステップS24)。
次に、基本目標エンジントルクに、上記ステップS24で計算した差分トルクΔTをギヤ比からなる定数にて変換したトルクを乗算して、基本目標エンジントルクを計算して合成トルクとする(ステップS25)。
次に、合成トルクが最小エンジントルクよりも大きいか否かを判定する(ステップS26)。
ステップS26において、合成トルクが最小エンジントルクより大きい(YESの)場合は、合成トルクが目標エンジントルクとなり(ステップS27)、リターンに行く(フローチャートの流れF2)。
上記ステップS26において、合成トルクがエンジン最小トルクより大きくない(NOの)場合は、最小エンジントルクが目標エンジントルクとなり(ステップS28)、リターンに行く(フローチャートの流れF3)。
次に、図11および図12を用いて、本実施の形態に係る駆動制御方法および駆動制御装置32において第1モータ4の過回転を防止する制御例における、第1モータ4のトルクと回転数、エンジン2のトルクと回転数の推移を説明する。なお、図11は、通常の過回転を防止する制御に伴った各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャートであり、図12は過回転防止に応答遅れがある場合の各トルクと回転数の推移を示すタイミングチャートである。
[通常状態の過回転防止制御例]
図11に示すタイミングチャートは、例えば、吸入空気の温度や大気圧などの環境の変化などの外乱によってエンジン2の出力特性が変化したときに、回転駆動される第1モータ4の回転数が、固有の上限回転数を超えてある高い回転数域に達して過回転状態になり得る場合に、本実施の形態に係る駆動制御方法および駆動制御装置32により行われる制御を示している。
図11に示す時間t0〜t1の期間では、第1モータ4(MG1)に対するトルク指令値(MG1トルク指令値)を一定としている。また、第1モータ4の出力可能トルク(MG1出力可能最小トルク)は、トルク指令値よりも小さい値(マイナス側であるため、絶対値は大きい値)である。すなわち、第1モータ4のトルク指令値および出力可能トルクがともに負のトルクを発生しており、制御上では、正負両方を採りうるトルクの数値として扱うため、絶対値で大きい値が制御上の数値としては小さくなる。
また、図1に示すアクセル開度検出部33の値は、通常の状態であり所定の開度(踏み込み量)の状態にある。この状態では、通常の状態であるため、図11に示すように、目標エンジントルク(基本目標エンジントルク)は一定である。そして、例えば、環境などの変化にともなう外乱などに起因して、第1モータ4の回転数およびエンジン回転数は、増加傾向にある。この時間t0〜t1の期間では、目標エンジントルクに補正が加えられないため、図10のフローチャートの流れF1の制御状態にある。
次に、図11に示すt1〜t2の期間の状態は、上述した環境の変化などの外乱によってエンジンの出力特性が変化したときに、回転駆動される第1モータ4の回転数が、固有の上限回転数を超えてある高い回転数域に達して過回転状態に向かう場合を挙げることができる。すなわち、第1モータ4において過回転が起きる方向に向かう期間である(本実施の形態において、エンジントルク補正を行うため過回転は、防止される。)。
この期間t1〜t2では、出力可能トルクがマイナストルクを発生するため、出力可能なマイナストルクの絶対値が小さくなりトルク指令値に近づき始めている。すなわち、第1モータ4の回転数が上限域に近づき、出力可能最小トルクがゼロ(0)に向かって、その絶対値が減少し始めている。一方、一定のトルク指令値は、第1モータ4の出力可能トルクと比較して、まだ、正負両方を採りうるトルクの数値としては大きい(絶対値の比較ではトルク指令値より出力可能最小トルクの方が大きい)。この期間t1〜t2では、第1モータ4のトルクは、トルク指令値となっている。このt1〜t2の期間においては、t0〜t1の期間と同様に、図10のフローチャートの流れF1の制御状態にある。
次に、図11に示すt2の時点においては、第1モータ4の出力可能トルクとトルク指令値が一致する。t2〜t3の期間では、正負両方を採りうる第1モータ4のトルクの数値として、出力可能トルクがトルク指令値を上回ることになる(絶対値が小さくなる)ため、実際のトルク指令値は出力可能トルクとなる。トルク指令値と実際のトルク指令値(出力可能トルク)との間に偏差が生じている。
ここで、図10に示したフローチャートにおけるステップS25の計算のように、第1モータ4における差分トルクΔTをギヤ比からなる定数にて変換したトルクによって、目標エンジントルクを補正して合成トルクとし、これを最終目標エンジントルク指令値としている。なお、このような最終目標エンジントルク指令値の算出は、図9に示すように、エンジントルク補正部44の目標エンジントルク補正値設定部44Eで行っている。
この期間t2〜t3では、トルク指令値と出力可能トルクの差分が徐々に増大しているため、ステップS27に基づくエンジントルク補正により、目標エンジントルク(合成トルク)が徐々に減少する傾向となっている。結果、目標エンジントルクは減少傾向となり、第1モータ4の回転数およびエンジン回転数は急激な増加が抑えられる。このようなエンジントルク補正制御を行わない場合、第1モータ4(MG1)のマイナストルクが実質的に無くなり、エンジン回転数は吹き上がり、図11に一点鎖線で示すような回転数の上昇を起こす。これに伴い、第1モータ4(MG1)の回転数も一点鎖線で示すように上昇する。このため、エンジントルク補正制御により、第1モータ4(MG1)の過回転は防止できる。このように、t2〜t3の期間では、図10のフローチャートの流れF2の制御状態にある。
図11に示すt3の時点においては、目標エンジントルクと、最小エンジントルク(エンジン2に固有のモータリングトルク)が一致する。t3〜t4の期間では、正の値のみ採る目標エンジントルクが最小エンジントルクを下回ることとなるため、実際の目標エンジントルクは最小エンジントルクとなる。つまり、最小エンジントルクが下限値として目標エンジントルクが、最小エンジントルクを下回ることをガードするようになっている。エンジントルクは低い値で平衡状態となり、エンジン2の回転数および第1モータ4の回転数は、減少傾向から任意の回転数に収束する傾向となっている。このようにt3〜t4の時期では、図10のフローチャートの流れF3の制御状態にある。なお、このt3〜t4の時期において、目標エンジントルクが最小エンジントルクまで下がらない場合は、最小エンジントルクでガードされずに、目標エンジントルクが所定のトルク値で平衡状態となる。
図11に示すt4の時点では、アクセル開度検出部33でアクセルオフを検出し、これがトリガとなり、目標エンジントルクへの復帰に受けてエンジントルク補正が変化を始める。このトリガによって、エンジン2の回転速度および第1モータ4(MG1)の回転速度が下がり始め、第1モータ4(MG1)の出力可能トルク(マイナス側最大トルク)の絶対値が徐々に大きくなり、差分トルクΔTが小さくなる。これに伴い、エンジン2のトルク補正制御における低減量も徐々に小さくなり、t5の時点で完全に復帰する。t4〜t5の期間では、図10に示すフローチャートの流れF2の状態となる。
図11に示すt5〜t6の期間では、上記t1〜t2の期間と類似して、一定のトルク指令値は、第1モータ4の出力可能最小トルクと比較して、正負両方を採りうるトルクの数値としては大きい。したがって、偏差は生じないため、エンジントルクに加えられる補正はない。過回転を防止して復帰する過程での走行状態の変化によって、エンジントルクは減少傾向にあり、第1モータ4の回転数およびエンジン回転数も減少傾向にある。t5〜t6の期間では、図10のフローチャートの流れF1の状態にある。
[回転防止に応答遅れがある場合の過回転防止制御例]
エンジントルク補正に伴う過回転防止に応答遅れがある場合は、図12のタイミングチャートに示すような過回転防止の制御例となる。
図12に示すように、エンジン2のトルク補正制御(トルク低減制御)が遅れた場合は、エンジン2の回転は大きく上昇してオーバーシュートすることになる。なお、図12に示したt2の時点までは、図11に示したt2までの状態と同様である。t2〜t3の期間では、目標エンジントルクに、第1モータ4(MG1)のトルク指令値と出力可能トルクとの差分をギア比からなる定数で変換した値を加えた合成トルクで目標エンジントルクを制御しているが、回転速度の上昇に対し応答遅れなどにより、第1モータ4(MG1)の初期は差分トルクΔTが増大する。
そのため、エンジントルク補正により、図12に示すように、エンジン2のトルクが下がり続け、いずれ下限トルク(モータリングトルク)に達する。この下限トルク(モータリングトルク)は、エンジン2の固有値であり変更できない。何らかの要因で回転速度が上がっていても、駆動力が供給されているわけではないので、徐々に回転速度の上昇も鈍くなり、やがて回転速度は下がり始める(t4の時点)。これに伴い、第1モータ4(MG1)のトルク指令値と出力可能トルクとの差分が小さくなり、エンジン2のトルク補正制御(低減制御)の量も小さくなる。なお、図11および図12においてエンジン回転数に沿って描いた二点鎖線は、目標エンジン回転数である。
エンジン2のトルク補正制御(低減制御)の減少量は徐々に小さくなり、やがてオーバーシュートはなくなり、図11に示した過回転防止の制御と同じように平衡状態となる。そして、図11に示した過回転防止の制御と同様に、運転者がアクセルを少し戻すことをトリガとして、目標エンジントルクを復帰に向けて補正を行う。
図13は、目標エンジントルクの補正前と補正後を示す共線図である。なお、図13に示すk1,k2は第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9におけるギア比により定まる値である。
図13に示すように、エンジントルクの補正前では、エンジン2の回転数と第1モータ4の回転数がともに高く、第1モータ4のトルク指令値Tmg1が出力可能最小トルクTmg1minより大きい。エンジントルクの補正後では、目標エンジントルクが補正された合成トルクとなるため、エンジントルクTeがTe’に減少する。このエンジントルクの減少に伴いエンジン2の回転数および第1モータ4の回転数が減少する。このようなエンジントルクの補正により、第1モータ4の過回転が防止できる。
上述のようなハイブリッド車両100の駆動制御装置32によれば、第1モータ4のトルク指令値と出力可能最小トルクとの関係によって目標エンジントルクを補正してエンジントルクを予め抑制できるため、エンジン2の回転速度の制御を容易にすることができる。この結果、第1モータ4の過回転を防止することができる。
また、本実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置1では、図11に示すように、エンジン2の目標エンジントルクに最小エンジントルクを設定し、補正後の目標エンジントルクと最小エンジントルクとを比較して大きい方を最終的な目標エンジントルクとしている。このため、第1モータ4のトルク指令値と出力可能トルクとの関係によって目標エンジントルクが著しく抑制される状況であっても、必要最低限の最小エンジントルクを確保することができる。したがって、エンジントルクを安定させることができ、システムの信頼性を確保できる。
さらに、本実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置1では、第1モータ4のトルク指令値が、出力可能トルクより大きい場合には、目標エンジントルクの補正を行わないようにしている。この場合には、エンジントルクの制限を行わず、必要以上にエンジントルクを制限することを防止できる。
[その他の実施の形態]
以上、実施の形態について説明したが、本発明は、これらの実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施の形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得るものである。
例えば、上記の実施の形態に係るハイブリッド車両100、駆動制御装置32において、エンジントルク補正制御に加えて、第1モータ4(MG1)の実際の回転数が上限回転数に達した場合に、エンジン2の目標エンジン回転数を下げるように変更する制御を併用してもよい。この場合、例えば、目標エンジン回転数から所定回転数だけ下げた回転数に設定しておけばよい。
また、上記した実施の形態では、駆動系として、図1に示すような、エンジン2の出力軸3と、第1モータ4(MG1)および第2モータ5(MG2)と、駆動軸7と、の4要素がそれぞれ連結される、第1遊星歯車機構8および第2遊星歯車機構9でなる遊星歯車機構を用いたが、上記4要素が接続されるその他の遊星歯車機構を用いることも、本発明の適用範囲であることは云うまでもない。
1 駆動機構
2 エンジン(内燃機関)
3 出力軸
4 第1モータ
5 第2モータ
6 車輪
7 駆動軸
8 第1遊星歯車機構
9 第2遊星歯車機構
30 出力部
32 駆動制御装置
33 アクセル開度検出部
34 車両速度検出部
35 エンジン回転数検出部
37 目標駆動力設定部
41A 目標エンジントルク設定部
44 エンジントルク補正部
44A 出力可能トルク算出部
44B 差分トルク算出部
44C エンジントルク補正成分算出部
44D 合成トルク算出部
44F 目標エンジントルク補正値設定部
100 ハイブリッド車両

Claims (15)

  1. 内燃機関とモータジェネレータ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駆動制御装置であって、
    前記内燃機関の目標エンジントルクを設定する目標エンジントルク設定部と、
    前記モータジェネレータのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算部と、
    前記モータジェネレータの前記トルク指令値と出力可能トルクとに基づいて設定される目標エンジントルク補正値により前記目標エンジントルクの補正を行うエンジントルク補正部と、
    を備えることを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
  2. 前記エンジントルク補正部は、前記モータジェネレータの前記出力可能トルクの絶対値が前記トルク指令値の絶対値より小さい場合に、前記目標エンジントルクが低下するように補正を行う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駆動制御装置。
  3. 前記エンジントルク補正部は、
    前記モータジェネレータの回転数に基づいて当該モータジェネレータの出力可能トルクを算出する出力可能トルク算出部と、
    前記モータジェネレータの前記トルク指令値と前記出力可能トルクとの差分トルクを算出する差分トルク算出部と、
    前記差分トルクを変換したエンジントルク補正成分を算出するエンジントルク補正成分算出部と、
    前記エンジントルク補正成分と前記目標エンジントルクとを加算して合成トルクを算出する合成トルク算出部と、
    前記合成トルクに基づいて前記目標エンジントルク補正値を設定する目標エンジントルク補正値設定部と、
    を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  4. 前記エンジントルク補正部は、前記目標エンジントルクに最小エンジントルクを設定し、前記合成トルクと前記最小エンジントルクとを比較して大きい方を目標エンジントルク補正値に設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  5. 前記モータジェネレータは、第1のモータジェネレータと、第2のモータジェネレータと、の一対であり、
    前記内燃機関と、前記第1のモータジェネレータと、前記第2のモータジェネレータと、出力部と、から構成される4つの要素を、共線図上で、前記第1のモータジェネレータ、前記内燃機関、前記出力部、前記第2のモータジェネレータの順になるように連結した遊星歯車機構を備えてなり、
    前記エンジントルク補正部は、前記目標エンジントルク補正値を、前記第1のモータジェネレータの前記トルク指令値と前記第1のモータジェネレータの出力可能トルクに基づいて設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  6. 前記目標エンジントルク設定部は、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから前記内燃機関の前記目標エンジントルクおよび目標エンジン回転速度を決定する目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定部に含まれることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  7. 前記目標エンジンパワーを、目標駆動パワーと目標充放電パワーとから算出する目標エンジンパワー算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項6に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  8. 前記目標駆動パワーを、アクセル開度と車両速度とに基づいて設置する目標駆動パワー算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項7に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  9. 前記目標充放電パワーを、バッテリの充電状態に基づいて算出する目標充放電パワー算出部を、さらに備えることを特徴とする請求項7に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  10. 前記アクセル開度を検出するアクセル開度検出部を、さらに備えることを特徴とする請求項8に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  11. 前記車両速度を検出する車両速度検出部を、さらに備えることを特徴とする請求項8に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  12. 前記バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出部を、さらに備えることを特徴とする請求項9に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  13. 内燃機関と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駆動制御方法であって、
    前記モータジェネレータの出力可能トルクの絶対値がトルク指令値より小さい場合に、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから設定した前記内燃機関の目標エンジントルクが小さくなるように制御することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御方法。
  14. 前記目標エンジントルクに最小エンジントルクを設定し、前記目標エンジントルクが減少したときに、前記目標エンジントルクが、前記最小エンジントルクを下回らないように制御することを特徴とする請求項13に記載のハイブリッド車両の駆動制御方法。
  15. 請求項1〜12のいずれか一つに記載の駆動制御装置を搭載したことを特徴とするハイブリッド車両。
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