JPWO2012104922A1 - ハイブリッド車両の駆動制御装置及びハイブリッド車両 - Google Patents

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正和 齋藤
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仁 大熊
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Abstract

エンジン(2)、第1モータジェネレータ(4)及び第2モータジェネレータ(5)の駆動状態を制御するにあたり、例えば車両に要求される目標駆動パワーPdvtから目標エンジンパワーPengtを算出し、その目標エンジンパワーPengtに応じた目標動作ライン上に目標エンジン回転速度Nengtと目標エンジントルクTengtとからなる目標エンジン動作点を求める。そして、求めた目標エンジン動作点が前回求めた目標エンジン動作点と異なる場合に目標エンジン回転速度Nengtの変化量を所定エンジン回転速度変化量Neng0で制限し、同じ目標動作ラインに基づいて変化量を制限した目標エンジン回転速度Nengtに応じた目標エンジントルクTengtを再設定する。従って、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度Nengの変化を抑制防止し且つよい効率を確保しながら目標エンジンパワーPengt、ひいては目標駆動パワーPdvtを確保することができる。

Description

本発明は、エンジンとモータとを動力源として備えたハイブリッド車両の駆動制御装置及びハイブリッド車両に関し、特に目標とする駆動トルクを出力するために複数の動力源を制御するのに好適なものである。
エンジンの他にモータを動力源として搭載するハイブリッド車両としては、例えば下記特許文献1に記載されるようなものがある。この特許文献1に記載されるハイブリッド車両では、エンジン回転速度及びエンジントルクの目標値となる目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクを目標エンジン動作点としたとき、効率のよい目標エンジン動作点を連続して目標動作ラインをマップ化し、この目標動作ライン上の目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクでエンジンを作動させることで燃費の向上を図っている。
特開2008−12992号公報
しかしながら、目標エンジン動作点が変化する場合には、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度の変化が生じ、煩わしい。この急激な或いは頻繁なエンジン回転速度の変化を抑制防止するためには、例えば目標動作ライン上の目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクが設定された後、目標エンジン回転速度の変化量を制限することが考えられるが、そのようにしたのではエンジン回転速度の急激な或いは頻繁な変化は抑制できても、達成されるエンジントルクは前記効率のよい目標動作ラインから外れてしまい、燃費が悪化する恐れがある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度の変化を抑制防止しながら効率のよいハイブリッド車両の駆動制御装置及びハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。
上記課題を解決するために、発明の実施態様は、エンジンの出力とバッテリから電力が供給されるモータの出力とを用いて車両を駆動するハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記エンジン及びモータの駆動状態を制御する駆動制御部を備え、前記駆動制御部は、目標エンジン回転速度を変化させるときに目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限してから予め設定された目標動作ラインに基づいて前記変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを設定するエンジン制御部を備える。
また、前記駆動制御部は、車両に要求される目標駆動パワー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設定部を備え、前記エンジン制御部は、前記目標エンジンパワーに応じた前記目標動作ライン上に目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとからなる目標エンジン動作点を求めて前記目標エンジン動作点が前回求めた目標エンジン動作点と異なる場合に前記目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限してから前記目標動作ラインから前記変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを再設定する。
また、2つの遊星歯車機構の夫々の回転要素を連結して4つの軸を有する動力分割合成機構を備え、前記モータともう一つのモータとをバッテリに接続し、共線図上で一方から順に前記もう一つのモータ、前記エンジン、駆動輪に接続された駆動軸、前記モータとなるように前記動力分割合成機構の4つの軸の夫々を前記もう一つのモータ、前記エンジン、前記駆動軸、前記モータの夫々に接続し、前記駆動制御部は、前記目標エンジンパワーに応じて前記エンジンの作動状態を制御し、前記目標駆動パワーから目標エンジンパワーを減じた目標充放電パワーに応じて前記モータともう一つのモータの作動状態を制御する。
而して、発明の実施態様によれば、エンジン及びモータの駆動状態を制御するにあたり、目標エンジン回転速度を変化させるときに目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限し、予め設定された目標動作ラインに基づいて変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを設定する。従って、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度の変化を抑制防止しながらよい効率を確保することができる。
また、車両に要求される目標駆動パワーから目標エンジンパワーを算出し、その目標エンジンパワーに応じた目標動作ライン上に目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとからなる目標エンジン動作点を求める。そして、求めた目標エンジン動作点が前回求めた目標エンジン動作点と異なる場合に目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限し、同じ目標動作ラインから変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを再設定する。従って、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度の変化を抑制防止し且つよい効率を確保しながら目標エンジンパワー、ひいては目標駆動パワーを確保することができる。
また、2つの遊星歯車機構の夫々の回転要素を連結して4つの軸を有する動力分割合成機構とする。また、モータともう一つのモータとをバッテリに接続する。また、共線図上で一方から順にもう一つのモータ、エンジン、駆動輪に接続された駆動軸、モータとなるように動力分割合成機構の4つの軸の夫々をもう一つのモータ、エンジン、駆動軸、モータの夫々に接続する。そして、目標エンジンパワーに応じてエンジンの作動状態を制御すると共に、目標駆動パワーから目標エンジンパワーを減じた目標充放電パワーに応じてモータともう一つのモータの作動状態を制御する。従って、構成が簡潔でコンパクト、損失が少なく、燃費のよいハイブリッドシステムとすることができる。
本発明のハイブリッド車両の駆動制御装置の一実施形態を示すシステム構成図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 動作点及び動作ラインを説明するためのエンジン特性図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 エンジン回転速度と効率の関係を示す説明図である。 図1の動力分割合成機構における共線図である。 動作ライン検索用の制御マップとしてのエンジン特性図である。 図1の駆動制御コントローラで行われる演算処理のフローチャートである。 図12の演算処理で用いられる制御マップである。 図12の演算処理で用いられる制御マップである。 図1の駆動制御コントローラで行われる演算処理のフローチャートである。 図1の駆動制御コントローラで行われる演算処理のフローチャートである。 図15の演算処理の作用を説明するためのエンジン特性図である。
次に、本発明のハイブリッド車両の駆動制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の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。本実施形態のハイブリッド車両は、駆動系に、燃料の燃焼によって駆動力を発生するエンジン2と、電気エネルギによって駆動力を発生(力行)したり、回生によって電気エネルギを発生したりすることができる第1モータジェネレータ(モータ)4及び第2モータジェネレータ(モータ)5と、車両の駆動輪6に接続された駆動軸7と、前記エンジン2、第1モータジェネレータ4、第2モータジェネレータ5の駆動力や駆動輪6から入力される路面反力を合成したり分割したりする動力分割合成機構としての第1遊星歯車機構8及び第2遊星歯車機構9と、動力分割合成機構と駆動軸7と連結する出力伝達機構31とを備えている。
エンジン2は、図示しないアクセルペダルの踏込み量に対応して空気吸入状態を調整するスロットルバルブなどの空気量調整部10と、空気吸入状態に対応して燃料供給状態を調整する燃焼噴射弁などの燃料供給部11と、燃料への着火状態を調整する点火装置などの着火部12とを備えている。従って、空気量調整部10による空気吸入状態、燃料供給部11による燃料供給状態、着火部12による着火状態を制御することによってエンジン2内の燃料の燃焼状態が制御され、その結果、エンジン2の駆動力、具体的には回転速度と駆動トルク(以下、夫々、エンジン回転速度、エンジントルクとも記す)を制御することができる。なお、エンジン2のエンジン出力軸3には、一方向への回転のみを許容し、逆方向への回転を規制するエンジン回転規制機構としてのワンウェイクラッチ1が設けられている。
第1モータジェネレータ4は、第1ロータ軸13、第1ロータ14、第1ステータ15を備えている。また、第2モータジェネレータ5は、第2ロータ軸16、第2ロータ17、第2ステータ18を備えている。第1モータジェネレータ4の第1ステータ15は第1インバータ19に接続され、第2モータジェネレータ5の第2ステータ18は第2インバータ20に接続されている。そして、第1インバータ19、第2インバータ20はバッテリ21に接続されている。従って、第1、第2インバータ19、20によって第1、第2ステータ15、18へのバッテリ21からの電気エネルギを制御する、具体的には例えば界磁電流を制御することによって第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の駆動力、具体的には回転速度と駆動トルク(以下、夫々、モータジェネレータ回転速度、モータジェネレータトルクとも記す)を制御することができる。また、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の夫々では、回転方向とトルクの方向が逆向きであるとき、回生によって発電することができ、その発電エネルギでバッテリ21を充電することもできる。
第1遊星歯車機構8は、周知のように、第1サンギヤ22と、第1プラネタリギヤ23を支持する第1キャリヤ24と、第1リングギヤ25とを備えている。また、第2遊星歯車機構9は、第2サンギヤ26と、第2プラネタリギヤ27を支持する第2キャリヤ28と、第2リングギヤ29とを備えている。本実施形態では、前記エンジン2、第1モータジェネレータ4、第2モータジェネレータ5、第1遊星歯車機構8、第2遊星歯車機構9を全て同一軸線上に配置している。そして、第1遊星歯車機構8の第1キャリヤ24と第2遊星歯車機構9の第2サンギヤ26を連結してエンジン2のエンジン出力軸3に接続する。また、第1遊星歯車機構8の第1サンギヤ22を第1モータジェネレータ4の第1ロータ軸13に接続する。また、第2遊星歯車機構9の第2リングギヤ29を第2モータジェネレータ5の第2ロータ軸16に接続する。また、第1遊星歯車機構8の第1リングギヤ25と第2遊星歯車機構9の第2キャリヤ28を連結して駆動輪6の駆動軸7に接続している。駆動軸7への接続は、例えば第1遊星歯車機構8の第1リングギヤ25の外周に設けられた歯車などの出力部30と駆動軸7を出力伝達機構31で接続することで行われている。なお、第1遊星歯車機構8と第2遊星歯車機構9の各回転要素の連結は、変速歯車や伝達歯車を介装することなく直接的に行われており、各回転要素と第1モータジェネレータ4、第2モータジェネレータ5、エンジン2との接続も同様である。
前記エンジン2への空気吸入状態を調整する空気量調整部10、燃料供給状態を調整する燃料供給部11、燃料への着火状態を調整する着火部12、第1モータジェネレータ4の第1ステータ15への電気エネルギを制御する第1インバータ19、第2モータジェネレータ5の第2ステータ18への電気エネルギを制御する第2インバータ20は駆動制御コントローラ(駆動制御部)32に接続されている。駆動制御コントローラ32は、車両として必要な駆動トルクを設定する目標駆動トルク設定部37、走行速度を維持して駆動トルクを得るために必要な目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定部38、バッテリ21の充電状態から当該バッテリ21への充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定部39、目標充放電パワーを達成しながら目標駆動パワーを得るために必要な目標エンジンパワーを設定する目標エンジンパワー設定部40、目標エンジンパワーに応じて効率のよいエンジン回転速度及びエンジントルクを設定し制御するエンジン制御部41、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の合計電力が目標充放電パワーになるように第1インバータ19及び第2インバータ20を制御するモータジェネレータ制御部42を備えている。なお、駆動制御コントローラ32は例えばマイクロコンピュータなどの演算処理装置で構成され、前記の設定部や制御部は、当該駆動制御コントローラ32で行われる演算処理によって構築されている。
車両には、アクセルペダルの操作量をアクセル開度Accとして検出するアクセル開度センサ33、車両の走行速度Vcを検出する走行速度センサ34、エンジン2の回転速度をエンジン回転速度Nengとして検出するエンジン回転速度センサ35、バッテリ21の充電状態量SOCを検出するバッテリ充電状態センサ36が備えられている。駆動制御コントローラ32では、これらのセンサからの検出信号を読込み、後述する演算処理に従って、空気量調整部10、燃料供給部11、着火部12、第1インバータ19、第2インバータ20を制御することにより、エンジン2、第1モータジェネレータ4、第2モータジェネレータ5の運転状態を制御する。
本実施形態では、前述のように、第1遊星歯車機構8の第1キャリヤ24と第2遊星歯車機構9の第2サンギヤ26とが直接的に連結されており、第1遊星歯車機構8の第1リングギヤ25と第2遊星歯車機構9の第2キャリヤ28とが直接的に連結されている。このため、2つの遊星歯車機構8、9の共線図上の第1キャリヤ24と第2サンギヤ26は同じ速度で回転し、第1リングギヤ25と第2キャリヤ28も同じ速度で回転する。そこで、2つの遊星歯車機構8、9の共線図を重ね合わせると、図2のように、例えば左から第1遊星歯車機構8の第1サンギヤ22の軸(図のMG1軸:第1モータジェネレータ4の第1ロータ軸13に相当)、第1遊星歯車機構8の第1キャリヤ24及び第2遊星歯車機構9の第2サンギヤ26の軸(図のENG軸:エンジン2のエンジン出力軸3に相当)、第1遊星歯車機構8の第1リングギヤ25及び第2遊星歯車機構9の第2キャリヤ28の軸(図のOUT軸:第1リングギヤ25の出力部30、即ち駆動輪6の駆動軸7に相当)、第2遊星歯車機構9の第2リングギヤ29の軸(図のMG2軸:第2モータジェネレータ5の第2ロータ軸16に相当)の計4つの軸、つまり4つの回転要素が設定される。そして、これらの軸間距離のレバー比を求めると、例えば図のENG軸−OUT軸間を1としたとき、ENG軸−MG1軸間は、第1遊星歯車機構8の第1リングギヤ25の歯数を第1サンギヤ22の歯数で除した値k1となり、OUT軸−MG2軸間は、第2遊星歯車機構9の第2サンギヤ26の歯数を第2リングギヤ29の歯数で除した値k2となる。
この動力分割合成機構による共線図は、本出願人が先に提案した特許第3852562号公報に記載されるものと同等である。この動力分割合成機構の特徴は、4つの軸の左右両端の軸に第1モータジェネレータ4と第2モータジェネレータ5が位置している点にある。そして、このように4つの軸の両端にモータジェネレータ4、5を位置させることにより、上記特許公報に記載されるように、部品点数の増加、装置の大型化、機械損失の増加、などの不利益を被ることなく、後述するように、ギヤ比の高い通常使用域での電力授受量を低減することができ、もって燃費向上を図ることが可能となる。
以下、幾つかの共線図を用いて、エンジン2の回転速度やトルク、車両の走行速度、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の回転速度やトルクについて説明する。共線図では、第1モータジェネレータ4の第1ロータ軸13における第1モータジェネレータトルクをTmg1、第2モータジェネレータ5の第2ロータ軸16における第2モータジェネレータトルクをTmg2、エンジン2のエンジン出力軸3におけるエンジントルクをTeng、出力部30における駆動トルク、即ち駆動軸7への駆動トルクをToutとする。そして、各共線図において、回転速度はエンジン2の回転方向を正方向とし、4つの軸に入力されるトルクはエンジントルクTengと同じ向きのトルクが入力される方向を正と定義する。従って、出力部30における駆動トルクTout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であり、駆動トルクTout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である。なお、以下の説明では、機械的、電気的、物理的な損失がないものとする。
図2は、車両の走行速度Vcが比較的小さい低速走行状態であって、エンジン2が正回転し、正のエンジントルクTengを出力している。第1モータジェネレータ4は高速で正回転しているが、第1モータジェネレータトルクTmg1は0である。また、第2モータジェネレータ5は正の第1モータジェネレータトルクTmg2を発生するが、第2モータジェネレータ回転速度Nmg2は0であるから電力を消費しない(力行しない)。この場合のエンジン2のエンジン回転速度Nengと出力部30の回転速度、即ち走行速度Vcとの比、所謂変速比は(1+k2)/k2であり、変速比が1より大きいことからローギヤ比状態であるといえる。
図3は、車両の走行速度Vcが比較的大きい高速走行状態であって、エンジン2は正回転し、正のエンジントルクTengを出力している。第1モータジェネレータ4は負の第1モータジェネレータトルクTmg1を発生するが、第1モータジェネレータ回転速度Nmg1は0であるから電力を発生しない(回生しない)。また、第2モータジェネレータ5は高速で正回転しているが、第2モータジェネレータトルクTmg2は0である。この場合のエンジン2のエンジン回転速度Nengと出力部30の回転速度、即ち走行速度Vcとの比、所謂変速比はk1/(1+k1)であり、変速比が1より小さいことからハイギヤ比状態であるといえる。
図4は、前記図2のローギヤ比状態と図3のハイギヤ比状態の中間のギヤ比状態に相当し、例えば図の状態では、車両の走行速度Vcは中速走行状態であって、エンジン2は正回転し、正のエンジントルクTengを出力している。そして、第1モータジェネレータ4は正回転しているが、負の第1モータジェネレータトルクTmg1を発生している。つまり、第1モータジェネレータ4は電力を発生(回生)している。一方、第2モータジェネレータ5は正回転し、正の第2モータジェネレータトルクTmg2を発生している。つまり、第2モータジェネレータ5は電力を消費(力行)している。バッテリ21への充放電がない場合、第1モータジェネレータ4で発生した電力で第2モータジェネレータ5を駆動すれば、電力授受バランスに優れる。
このように本実施形態の動力分割合成機構では、低速から高速までの幅広い走行速度レンジにおいて、種々のエンジン運転状態に対し、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の駆動状態を制御することで、適切な駆動トルクToutを得ることができる。即ち、本実施形態のハイブリッド車両では、原則的に変速装置を必要としない。なお、これら以外にも、エンジン2を運転した状態での車両の後進も可能である。また、エンジン2を停止した状態、即ち第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみによる車両の前進及び後進も可能である。
図5は、エンジン2を停止し、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみの作動による車両前進時の共線図である。この場合、前記特許第3852562号公報に記載されるように、エンジン2の回転速度は0とすべきであり、エンジン出力軸3に負方向へのトルクが作用する場合、そのトルクはワンウェイクラッチ1が受けることになる。また、図6は、エンジン2を停止し、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみの作動による車両後進時の共線図である。これら第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみの作動による車両の前後進時では、エンジン回転速度Nengが0であることから、原則的に第2モータジェネレータ5のみの作動によって車両を前進させたり後進させたりすることができる。但し、モータの特性として、回転速度が大きいとき、この場合、高速走行時にはトルクが小さくなると共に、逆起電力によって所定のトルクが得られない場合もある。また、車両停止直前のような極低速時にモータジェネレータのみによって車両を駆動すると、コギングトルクによって車両共振が生じる場合もある。そこで、後述するように車両の走行状態や第2モータジェネレータ5の回転速度(目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2t)に応じて第1モータジェネレータ分配率cfを設定し、この第1モータジェネレータcfに応じて第1モータジェネレータ4のトルク及び第2モータジェネレータ5のトルクを設定・制御する。
これらの共線図からも明らかなように、例えば第1モータジェネレータ回転速度Nmg1は下記1式から、第2モータジェネレータ回転速度Nmg2は下記2式から得られる。なお、式中のNengはエンジン回転速度、Noutは出力部30の出力部回転速度であり、出力部回転速度Noutは、車両の走行速度Vc、最終減速比、出力伝達機構31の減速比から得られる。
Nmg1=(Neng−Nout)×k1+Neng ……… (1)
Nmg2=(Nout−Neng)×k2+Nout ……… (2)
また、遊星歯車機構に入力されるトルクバランスから下記3式が成立する。また、第1モータジェネレータ4及び第2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21への入出力電力(充放電パワー)Pbatとが等しいことから下記4式が成立する。なお、各回転数Nmg1、Nmg2はrpm(revolution per minute又はrotation per minute)で表される。
Teng+(1+k1)×Tmg1=k2×Tmg2 ……… (3)
Nmg1×Tmg1×2π/60+Nmg2×Tmg2×2π/60=Pbat ……… (4)
次に、後述する演算処理で、効率のよい目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを設定する手法について説明する。本実施形態では、本出願人が先に提案した特開2008−12992号公報に記載されるように、要求されるエンジンパワーに対し、車両の走行速度が大きいほど、目標エンジン回転速度Nengtを大きめに、目標エンジントルクTengtを小さめに設定する。
例えば、図7のように横軸にエンジン回転速度、縦軸にエンジントルクをとると、エンジンパワーはエンジン回転速度とエンジントルクの積値であるから、エンジンパワーの等パワーラインは図に反比例曲線で表れる。また、このエンジン特性図には、エンジン単体での等しい効率を結んだ等効率ラインが存在する。例えば、目標とする目標エンジンパワーが設定されると、その目標エンジンパワーラインのうち、最も効率のよいエンジン回転速度とエンジントルクを目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtとすれば、少なくともエンジン単体では効率のよい、つまり低燃費な運転が可能となる。これらの点を連結したのが図7に示すエンジン効率の最良動作ラインとなる。なお、このようにして設定された目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを動作点Cとする。
仮に、このようにして目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを設定し、それらを固定して車両の走行速度Vc、即ち出力部回転速度Noutを図8のように変化させてみる。その場合、走行速度Vcが小さく、出力部回転速度Noutが小さい場合には、図8の共線図Aに示すように、第1モータジェネレータ回転速度Nmg1も第2モータジェネレータ回転速度Nmg2も正となり、第1モータジェネレータトルクTmg1は負値、第2モータジェネレータトルクTmg2は正値となる。この場合、第1モータジェネレータ4は回生し、第2モータジェネレータ5は力行するが、共に回転方向が正方向であるからパワー(動力)の循環はない。
同様に、走行速度Vcが少し大きく(例えば時速40km/h)なり、出力回転速度Noutも少し大きくなった場合には、図8の共線図Bに示すように、例えば第1モータジェネレータ回転速度Nmg1が0、第1モータジェネレータトルクTmg1は負値、第2モータジェネレータ回転速度Nmg2は正、第2モータジェネレータトルクTmg2は0となる(前記図3のハイギヤ比状態と同じ)。この場合もパワー(動力)の循環はない。
しかしながら、これよりも走行速度Vcが更に大きく(例えば時速80km/h)なり、出力回転速度Noutも大きくなると、図8の共線図Cに示すように、第1モータジェネレータ回転速度Nmg1が負、第1モータジェネレータトルクTmg1は負値、第2モータジェネレータ回転速度Nmg2は正、第2モータジェネレータトルクTmg2は負値となる。この状態は、第1モータジェネレータ4が負の方向に力行し、第2モータジェネレータ5は回生しているので、パワー(動力)の循環が生じ、動力伝達系の効率が低下する。このように動力伝達系の効率が低いと、図9に示すように、エンジンの効率は高くても、全体の効率としては低下し、動作点Cは点Dよりも効率が低い。
この高速(例えば時速80km/h)走行時のパワー(動力)の循環をなくすためには、例えば図10の共線図Eに示すように、第1モータジェネレータ回転速度Nmg1を0以上にすればよいが、そのようにしたのでは、エンジン回転速度が高くなる。エンジン回転速度が高くなると、図9に点Eで示すように、動力伝達系の効率は高くても、やはり全体の効率としては低くなってしまう。
そこで、この高速(例えば80km/h)走行時のエンジンの回転速度は、図9の点Cと点Eの間の点Dとなるように設定し(図10の共線図D参照)、図7に示すように、この動作点Dのエンジン回転速度を目標エンジン回転速度Nengtとし、当該目標エンジン回転速度Nengtにおける目標エンジンパワーの等パワーライン上のエンジントルクを目標エンジントルクNengtに設定する。このような理由から、例えば目標エンジンパワーが設定されたときの目標動作ラインは、図11に示すように、走行速度に応じて変化し、全体的に、走行速度Vcが大きいほど、目標エンジン回転速度Nengtを大きく、目標エンジントルクTengtを小さく設定する。
なお、このような目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtの設定を離散化したコンピュータシステムで行う場合、サンプリング時間毎に読込まれる制御入力の変動から制御出力、即ち目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtが急激に或いは頻繁に変化することが考えられ、それを実際にエンジン2で達成すると、例えば回転速度やトルクが急激に或いは頻繁に変化してしまう。そこで、本実施形態では、前記目標エンジン動作点が変化するときに目標エンジン回転速度Nengtに一次遅れフィルタリング処理を施し、更に目標エンジン回転速度Nengtの変化量を所定変化量で規制し、目標エンジン回転速度Nengtが急激に或いは頻繁に変化してしまうのを抑制する。なお、目標エンジン回転速度Nengtの制限変化量は、場合によって変更できるようにしてもよい。
次に、前記駆動制御コントローラ32内で行われ、前記目標駆動トルク設定部37、目標駆動パワー設定部38、目標充放電パワー設定部39の一部を構築する演算処理を図12のフローチャートに従って説明する。
この演算処理は、例えば所定サンプリング時間(例えば10msec.)毎に行われるタイマ割込処理で実行され、まずステップS1で前記アクセル開度センサ33、走行速度センサ34、エンジン回転速度センサ35、バッテリ充電状態センサ36からの各検出信号を読込む。
次にステップS2に移行して、走行速度Vc、アクセル開度Accに応じた目標駆動トルクTdvtを、例えば図13に示すマップ検索などによって算出する(目標駆動トルク設定部37を構成)。
次にステップS3に移行して、前記ステップS2で算出された目標駆動トルクTdvtに走行速度Vcを乗じて目標駆動パワーPdvtを算出する(目標駆動パワー設定部38を構成)。
次にステップS4に移行して、バッテリ充電状態量SOCから、例えば図14のマップ検索などによって暫定充放電パワーPcdbtを算出してからメインプログラムに復帰する。
次に、前記駆動制御コントローラ32内で行われ、前記目標充放電パワー設定部39、目標エンジンパワー設定部40、エンジン制御部41を構築する演算処理を図15のフローチャートに従って説明する。この演算処理は、前記図12の演算処理の直後に、例えば所定サンプリング時間(例えば10msec.)毎に行われるタイマ割込処理で実行され、まずステップS11で、車両の走行状態が第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみによる走行状態(図ではEV状態、以下、モータジェネレータ走行モードと定義する)であるか否かを判定し、モータジェネレータ走行モードである場合にはステップS12に移行し、そうでない場合にはステップS13に移行する。なお、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみによる走行状態、即ちモータジェネレータ走行モードは、目標エンジンパワーPengtが0の状態であり、例えばバッテリ21が満充電状態に近く、バッテリ充電状態量SOCから求めた暫定充放電パワーPcdbtが目標駆動パワーPdvt以上である場合の他に、アクセルペダルの踏込みがないクリープ走行状態や、アクセルペダルの踏込みのないコースト走行状態や減速走行状態などがある。
前記ステップS12では、モータジェネレータ走行モードであることから、目標エンジンパワーPengを0に、目標充放電パワーPbattを目標駆動パワーPdvtに、目標エンジントルクTengtを0に、目標エンジン回転速度Nengtを0に夫々設定してからメインプログラムに復帰する。なお、このような場合にも、前述のように目標エンジン回転速度Nengtの変化量に制限を設けてエンジン回転速度Nengにフィルタリング処理を施してもよい。
一方、前記ステップS13では、前記ステップS3で算出した目標駆動パワーPdvtから前記ステップS4で算出した暫定充放電パワーPcdbtを減じて目標エンジンパワーPengtを算出する(目標エンジンパワー設定部40を構成)。
次にステップS14に移行して、目標エンジンパワーPengtの上限値カット処理を行う(目標エンジンパワー設定部40を構成)。この上限値は、エンジン2が出力可能なエンジンパワーの最大値である。
次にステップS15に移行して、前記ステップS14で上限カット処理が行われた目標エンジンパワーPengtから、前記図11のマップ検索などにより、目標エンジン動作点、即ち目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを算出する(以下、エンジン制御部41を構成)。
次にステップS16に移行して、前記ステップS15で求めた目標エンジン動作点が前回の演算処理時の目標動作点と異なるか否かを判定し、目標エンジン動作点が前回と異なる場合にはステップS17に移行し、そうでない場合にはステップS18に移行する。
ステップS18では、前記ステップS15で求めた目標エンジン動作点が前回演算処理時と同じであって、その目標エンジン動作点に到達したか否かを判定し、目標エンジン動作点に到達した場合にはステップS26に移行し、そうでない場合には前記ステップS17に移行する。
前記ステップS17では、前記ステップS15で算出された目標エンジン回転速度Nengtに対し、下記7式による一次遅れフィルタリング処理を施してフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfを算出してからステップS19に移行する。なお、式中のαは、予め設定された係数である。
Nengf=(Nengt−Neng)×α+Neng ……… (7)
前記ステップS19では、前記ステップS17で算出されたフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfが現在のエンジン回転速度Nengに対して増加方向か否かを判定し、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfが現在のエンジン回転速度Nengに対して増加方向である場合にはステップS20に移行し、そうでない場合にはステップS21に移行する。
前記ステップS20では、現在のエンジン回転速度Nengに所定エンジン回転速度変化量Neng0を加えた値と前記ステップS17で算出されたフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfの何れか小さい方を目標エンジン回転速度Nengtに設定してからステップS25に移行する。
前記ステップS17で算出したフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfは、目標エンジン回転速度Nengtと現在のエンジン回転速度Nengとの差が大きい場合には大きくなってしまう。そこで、このステップS20では、現在のエンジン回転速度Nengに所定エンジン回転速度変化量Neng0を加えた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより小さい場合には、この値を目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、変化量を所定量以下にしている。一方、現在のエンジン回転速度Nengに所定エンジン回転速度変化量Neng0を加えた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより大きい場合には、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfを目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、現在のエンジン回転速度Nengが目標エンジン回転速度Nengtに近い領域では現在のエンジン回転速度Nengを目標エンジン回転速度Nengtに徐々に近づけるようにしている。この結果、運転者へ違和感を与えないようにすることができる。
一方、前記ステップS21では、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値と前記ステップS17で算出されたフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfの何れか小さい方を目標エンジン回転速度Nengtに設定してからステップS25に移行する。
前記ステップS17で算出したフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfは、目標エンジン回転速度Nengtと現在のエンジン回転速度Nengとの差が大きい場合には大きくなってしまう。そこで、このステップS21では、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより小さい場合には、この値を目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、変化量を所定量以下にしている。一方、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより大きい場合には、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfを目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、現在のエンジン回転速度Nengが目標エンジン回転速度Nengtに近い領域では現在のエンジン回転速度Nengを目標エンジン回転速度Nengtに徐々に近づけるようにしている。この結果、運転者へ違和感を与えないようにすることができる。
そして、前記ステップS25では、前記ステップS20又はステップS21で再設定された目標エンジン回転速度Nengtから、前記図11の制御マップを再検索して、目標エンジンパワーPengtに適合する目標エンジントルクTengtを再設定する。
次に前記ステップS26に移行して、目標駆動パワーPdvtから目標エンジンパワーPengtを減じて目標充放電パワーPbattを算出してからメインプログラムに復帰する。
なお、エンジン制御部41は、設定された目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtが達成されるように空気量調整部10による空気吸入状態、燃料供給部11による燃料供給状態、着火部12による着火状態を制御する。
次に、前記駆動制御コントローラ32内で行われ、前記モータジェネレータ制御部42を構築する演算処理を図16のフローチャートに従って説明する。この演算処理は、前記図15の演算処理の直後に、例えば所定サンプリング時間(例えば10msec.)毎に行われるタイマ割込処理で実行され、まずステップS41で、走行速度Vc、目標エンジン回転速度Nengtから目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1t、目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2tを算出する。算出には、前記1式及び2式から導出した下記1’式及び2’式を用いる。また、前述したように、式中の出力部回転速度Noutは走行速度Vc、最終減速比、出力伝達機構31の減速比から得られる。
Nmg1t=(Nengt−Nout)×k1+Nengt ……… (1')
Nmg2t=(Nout−Nengt)×k2+Nout ……… (2')
次にステップS42に移行して、車両の走行状態が前記モータジェネレータ走行モード(図ではEV状態)であるか否かを判定し、モータジェネレータ走行モードである場合にはステップS43に移行し、そうでない場合にはステップS46に移行する。なお、モータジェネレータ走行モードの判定は、前記図15の演算処理のステップS11と同様に行う。
ステップS43では、前述したように、車両の走行状態や目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2tに応じて第1モータジェネレータ分担率cfを算出し、次いでステップS44に移行する。
ステップS44では、下記9式に従って、目標駆動パワーPdvt、第1モータジェネレータ分担率cf、目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1tから目標第1モータジェネレータトルクTmg1tを算出し、ステップS45に移行する。
Tmg1t=(Pdvt×cf)/(3600×Nmg1t) ……… (9)
ステップS45では、下記10式に従って、目標駆動パワーPdvt、第1モータジェネレータ分担率cf、目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2tから目標第2モータジェネレータトルクTmg2tを算出し、メインプログラムに復帰する。
Tmg2t=(Pdvt×(1−cf ))/(3600×Nmg2t) ………(10)
一方、前記ステップS46では、目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1t、目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2t、目標充放電パワーPbatt、目標エンジントルクTengtから、下記11式に従って、目標第1モータジェネレータトルクTmg1tを算出してからステップS47に移行する。なお、下記11式は、前記3式及び4式の連立方程式を変形したものである。
Tmg1t=(Pbatt×60/2π−Nmg2t×Tengt/k2)/(Nmg1t+Nmg2t×(1+k1)/k2) ………(11)
ステップS47では、目標第1モータジェネレータトルクTmg1t、目標エンジントルクTengtから、下記12式に従って、目標第2モータジェネレータトルクTmg2tを算出してからメインプログラムに復帰する。なお、下記12式は、前記3式から導出したものである。
Tmg2t=(Tengt+(1+k1)×Tmg1t)/k2 ………(12)
前記図12の演算処理によれば、走行速度Vcとアクセル開度Accから運転者の要求に応じ且つ車両の走行状態を反映した目標駆動トルクTdvtを設定し、この目標駆動トルクTdvtに走行速度Vcを乗じて目標駆動パワーPdvtを算出する一方、バッテリ21の充電状態量SOCに応じて暫定充放電パワーPcdbtを設定する。
そして、前記図15の演算処理によれば、モータジェネレータ走行モードでない場合、目標駆動パワーPdvtから暫定充放電パワーPcdbtを減じて目標エンジンパワーPengtを算出し、上限カット処理した目標エンジンパワーPengtから前記図11のマップ検索などにより目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを算出する。この目標エンジン動作点が前回演算処理時と同じ場合や前回演算処理時の目標エンジン動作点に到達した場合には、目標駆動パワーPdvtから上限カット処理された目標エンジンパワーPengtを減じて目標充放電パワーPbattを算出する。エンジン制御部41が、空気量調整部10による空気吸入状態、燃料供給部11による燃料供給状態、着火部12による着火状態を制御することにより、目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtが達成されれば車両全体効率のよいエンジン運転状態を達成することができる。
この状態はエンジン2が運転している状態なので、図16の演算処理ではステップS41からステップS46に移行し、走行速度Vc及び目標エンジン回転速度Nengtに応じた目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1及び目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2tが設定される。また、ステップS46及びステップS47では、前記3式で表れるトルクバランス式及び前記4式で表れる電力バランス式を満たす目標第1モータジェネレータトルクTmg1t及び目標第2モータジェネレータトルクTmg2tが設定される。従って、モータジェネレータ制御部42は、第1インバータ19及び第2インバータ20を制御して、第1モータジェネレータ4を目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1で回転させて目標第1モータジェネレータトルクTmg1tを発生させ、第2モータジェネレータ5を目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2で回転させて目標第2モータジェネレータトルクTmg2tを発生させる。これにより、車両全体効率がよく、トルクバランス並びに電力バランスのよいモータジェネレータ運転状態を達成することができる。
これに対し、エンジン2が停止している車両の走行状態では、モータジェネレータ走行モードであり、第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方のみ又は双方のみによって車両を駆動する必要がある。このときの目標エンジンパワーPengtは0であるから、目標駆動パワーPdvtは第1モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の何れか一方又は双方で補わなければならない。この場合、車両の走行状態、目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2tに応じた第1モータジェネレータ分担率cfを設定し、それを用いてステップS44、ステップS45で目標第1モータジェネレータトルクTmg1t、目標第2モータジェネレータトルクTmg2tが算出設定される。従って、モータジェネレータ制御部42は、第1インバータ19及び第2インバータ20を制御して、第1モータジェネレータ4を目標第1モータジェネレータ回転速度Nmg1で回転させて目標第1モータジェネレータトルクTmg1tを発生させ、第2モータジェネレータ5を目標第2モータジェネレータ回転速度Nmg2で回転させて目標第2モータジェネレータトルクTmg2tを発生させる。これにより、モータジェネレータ走行モードで効率のよいモータジェネレータ運転状態を達成することができる。
一方、エンジン2が作動している状態で、制御マップから求めた効率のよい目標動作ライン上の目標エンジン動作点が前回演算処理時と異なる場合や、目標エンジン動作点が前回演算処理時と同じであっても当該目標エンジン動作点に到達していない場合には、目標エンジン回転速度Nengtの変化量が予め設定された所定エンジン回転速度変化量Neng0で制限される。そして、目標エンジン回転速度Nengtが再設定されたら、その再設定された目標エンジン回転速度Nengtを用いて、同じ目標エンジンパワーPengtの目標動作ラインから目標エンジントルクTengtを再設定する。従って、例えば図17に示すように、現在のエンジン動作点が目標動作ライン上のP点であり、目標エンジンパワーPengtから求めた目標エンジン動作点がS点である場合であって、両者の間のエンジン回転速度Nengが前記所定エンジン回転速度変化量Neng0より大きい場合、目標エンジン回転速度Nengtが所定エンジン回転速度変化量Neng0で制限され、エンジン動作点は例えば図17のQ点、R点を経て目標エンジン動作点であるS点に到達する。この場合、演算処理の度に達成されるエンジン動作点は、全て目標動作ライン上にあることから、効率がよく、燃費に優れる。
これに対し、目標エンジン動作点としてS点の目標エンジン回転速度Nengt、目標エンジントルクTengtを求めた後、単に目標エンジン回転速度Nengtのみを所定エンジン変化量Neng0で制限したのでは、エンジン回転速度Nengは図17に示すQ’点、R’点のように制限できてもエンジントルクTengは目標動作点であるS点の目標エンジントルクTengtが達成されてしまう。その結果、エンジン動作点は図17のQ’点、R’点のように効率のよい目標動作ラインから外れ、その結果、燃費が悪化する。
このように本実施形態のハイブリッド車両の駆動制御装置では、エンジン2、第2モータジェネレータ4及び第2モータジェネレータ5の駆動状態を制御するにあたり、目標エンジン回転速度Nengtを変化させるときに目標エンジン回転速度Nengtの変化量を所定エンジン回転速度変化量Neng0で制限し、予め設定された目標動作ラインに基づいて変化量を制限した目標エンジン回転速度Nengtに応じた目標エンジントルクTengtを設定する。従って、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度Nengの変化を抑制防止しながらよい効率を確保することができる。
また、車両に要求される目標駆動パワーPdvtから目標エンジンパワーPengtを算出し、その目標エンジンパワーPengtに応じた目標動作ライン上に目標エンジン回転速度Nengtと目標エンジントルクTengtとからなる目標エンジン動作点を求める。そして、求めた目標エンジン動作点が前回求めた目標エンジン動作点と異なる場合に目標エンジン回転速度Nengtの変化量を所定エンジン回転速度変化量Neng0で制限し、同じ目標動作ラインから変化量を制限した目標エンジン回転速度Nengtに応じた目標エンジントルクTengtを再設定する。従って、急激な或いは頻繁なエンジン回転速度Nengの変化を抑制防止し且つよい効率を確保しながら目標エンジンパワーPengt、ひいては目標駆動パワーPdvtを確保することができる。
なお、動力分割合成機構の4つの回転要素(軸)の連結形態は前記に限定されるものではなく、例えば本出願人が先に提案した前記特許第3852562号公報に記載されるように種々の連結形態が挙げられる。本発明のハイブリッド車両の駆動制御装置では、それらの連結形態のハイブリッド車両でも同等の作用・効果が得られる。
また、エンジンや第1及び第2モータジェネレータの駆動制御形態は前記に限定されるものではなく、種々のハイブリッド制御形態を採用することも可能であり、それらのハイブリッド車両であっても、本発明の駆動制御装置では、エンジンとモータジェネレータを同時に作動する走行モードで同等の作用・効果が得られる。
また、本発明のハイブリッド車両の駆動制御装置は、発電機として機能させないモータとエンジンを搭載したハイブリッド車両でも同等の作用・効果が得られる。その場合、モータの搭載数は1つ以上であればよい。
1はワンウェイクラッチ
2はエンジン
3はエンジン出力軸
4は第1モータジェネレータ
5は第2モータジェネレータ
6は駆動輪
7は駆動軸
8は第1遊星歯車機構
9は第2遊星歯車機構
19は第1インバータ
20は第2インバータ
21はバッテリ
32は駆動制御コントローラ(駆動制御部)
37は目標駆動トルク設定部
38は目標駆動パワー設定部
39は目標充放電パワー設定部
40は目標エンジンパワー設定部
41はエンジン制御部
42はモータジェネレータ制御部
一方、前記ステップS21では、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値と前記ステップS17で算出されたフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfの何れか大きい方を目標エンジン回転速度Nengtに設定してからステップS25に移行する。
前記ステップS17で算出したフィルタリング目標エンジン回転速度Nengfは、目標エンジン回転速度Nengtと現在のエンジン回転速度Nengとの差が大きい場合には小さくなってしまう。そこで、このステップS21では、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより大きい場合には、この値を目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、変化量を所定量以下にしている。一方、現在のエンジン回転速度Nengから所定エンジン回転速度変化量Neng0を減じた値が、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfより小さい場合には、フィルタリング目標エンジン回転速度Nengfを目標エンジン回転速度Nengtとすることにより、現在のエンジン回転速度Nengが目標エンジン回転速度Nengtに近い領域では現在のエンジン回転速度Nengを目標エンジン回転速度Nengtに徐々に近づけるようにしている。この結果、運転者へ違和感を与えないようにすることができる。

Claims (4)

  1. エンジンの出力とバッテリから電力が供給されるモータの出力とを用いて車両を駆動するハイブリッド車両の駆動制御装置において、
    前記エンジン及びモータの駆動状態を制御する駆動制御部を備え、
    前記駆動制御部は、目標エンジン回転速度を変化させるときに目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限してから予め設定された目標動作ラインに基づいて前記変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを設定するエンジン制御部を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
  2. 前記駆動制御部は、車両に要求される目標駆動パワー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設定部を備え、
    前記エンジン制御部は、前記目標エンジンパワーに応じた前記目標動作ライン上に目標エンジン回転速度と目標エンジントルクとからなる目標エンジン動作点を求めて前記目標エンジン動作点が前回求めた目標エンジン動作点と異なる場合に前記目標エンジン回転速度の変化量を所定の変化量で制限してから前記目標動作ラインから前記変化量を制限した目標エンジン回転速度に応じた目標エンジントルクを再設定す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駆動制御装置。
  3. 2つの遊星歯車機構の夫々の回転要素を連結して4つの軸を有する動力分割合成機構を備え、
    前記モータともう一つのモータとをバッテリに接続し、
    共線図上で一方から順に前記もう一つのモータ、前記エンジン、駆動輪に接続された駆動軸、前記モータとなるように前記動力分割合成機構の4つの軸の夫々を前記もう一つのモータ、前記エンジン、前記駆動軸、前記モータの夫々に接続し、
    前記駆動制御部は、前記目標エンジンパワーに応じて前記エンジンの作動状態を制御し、前記目標駆動パワーから目標エンジンパワーを減じた目標充放電パワーに応じて前記モータともう一つのモータの作動状態を制御することを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
  4. 前記請求項1乃至3の何れか一項に記載の駆動制御装置を備えたハイブリッド車両。
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