WO2003082619A1 - Dispositif de commande pour vehicule hybride - Google Patents

Description

ハイブリッド車両の制御装置

発明の属する分野

この努明は、 動力源にエンジンと回転電機 （モータ 'ジェネレータ） を備える ハイプリッド車両の制御装置に関する。 発明の背景

車両のハイプリッドシステムとして、 入力軸の回転を変速して出力軸から車輪 へ伝達する変速機と、 エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと 、 電動機と発電機を兼ねる回転電機と、 回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を 連結する動力伝達機構 （歯車機構） と、 回転電機に供給する電力を蓄える蓄電要 素とを備えるものが、 日本特許公開 J ? 2 0 0 0— 3 4 3 9 6 5 号として知ら れている。

このハイプリッドシステムでは、 回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結 する動力伝達機構が、 車両の発進時に必要なトルクを、 回転電機によって確保す るのに、 必要な減速比となるように、 そのギヤ比は固定としている。 そのため、 通常走行時の回転電機の回転数は、 そのときの車速に応じて決まってしまい、 回 転電機の高効率な領域を使用できない場合がある。 このことは、 車両の燃費特性 から得策でない。

この発明は、 回転電機の入出力軸と変速機の入力軸との間で無段変速によって 動力を伝達する減速比可変装置を備え、 回転電機を効率良く運転できる、 ハイブ リッド車両の制御装置を提供することを目的としている。 発明の概要

本発明は、 エンジンと、 回転電機とを備えるハイブリッド車両において、 前記 エンジンの出力回転を駆動輪に伝達する変速機と、 前記回転電機と前記変速機の 入力側との間に介装した速減比可変装置と、 前記回転電機に供給する電力を蓄え る蓄電要素と、 運転状態に応じて前記エンジンと回転電気の出力を制御し、 かつ 減速比可変装置の速減比を制御する制御手段と、 を備え、 前記制御手段は、 前記 回転電機に要求される出力に基づいて、 前記回転電機のトルクと回転数を、 回転 電機の効率最適特性に基づ'く最適値となるように制御し、 同時にそのときの車速 に応じて前記減速比可変装置の速減比を制御する。

したがって、 本発明では、 回転電機の高効率運転領域を広げることができ、 車 両の燃費を向上できる。 図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施形態を表すシステム概要図である。

図 2は制御内容を示すフローチヤ一トである。

図 3は回転電機の効率最適ラインを示す出力特性図である。 発明の好適な実施態様

図 1において、 1はエンジン、 2は変速比が自動的に切り換えられる歯車式の 変速機であり、 エンジン出力軸と変速機入力軸 2 aとの間に摩擦クラッチ 3が介 装される。 変速機 2の出力軸側には、 図示しない駆動輪がデフアレンシャルギヤ を介して連結され、 前記クラッチ 3が接続されると、 エンジン 1の回転が変速機 2から車両の駆動輪側に伝達される。

前記変速機 2は、 ハイプリッド電子制御ュニット 1 0 (ハイブリツド E C U) によりギヤシフトュニット 7を介してギヤシフトが制御される。 前記クラッチ 3 は、 ハイブリッド E C U 1 0によりクラッチ了クチユエータ 8を介して制御され 、 エンジン 1から変速機 2への動力の伝達を断続する。

エンジン 1としては、 ディーゼルエンジンまたは C N Gエンジン (圧縮天然ガ スを燃料とする） が用いられる。

エンジン 1の燃料供給量を制御するのがエンジン電子制御ュニット 1 5 (ェン ジン E C U) である。 エンジン E C U 1 5は、 エンジン回転センサ 3 1の検出す る回転速度信号、 およびハイブリッド E C U 1 0からの要求に応じてエンジン 1 の燃料供給量を制御する。

4は回転電機 （モータジェネレータ） であり、 その入出力軸 4 aには無段変速 機などからなる減速比可変装置 6が連結され、 この速減比可変装置 6は動力伝達 機構 5を介して変速機 2の入力軸 2 aに連結される。

動力伝達機構 5の減速比可変装置 6は、 無段変速機からなり、 回転電機 4の入 出力軸 4 aに取り付けられる第 1プーリ 6 aと動力伝達機構 5のギヤに取り付け られる第 2プーリ 6 bとが Vベルト 6 cによって連結されている。 第 1プーリ 6 a、 第 2プーリ 6 bの溝幅は、 減速比可変ァクチユエータ 1 4によって変えられ' るようになっており、 第 1プーリ 6 aの溝幅を広げ、 第 2プーリ 6 bの溝幅を狭 めると、 減速比は大きくなり、 第 1プーリ 6 aの溝幅を狭め、 第 2プーリ 6 bの 溝幅を広げると、 減速比は小さくなる。

動力伝達機構 5は単に複数の歯車の組み合わせ、 として構成される。

回転電機 4は、 高効率および小形軽量化の面から、 永久磁石型同期電動機 （I P M同期モータ） が使用され、 蓄電要素 1 2にインパータ 1 3を介して接続され る。 蓄電要素 1 2には、 ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生する ため、 車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、 電気二重層 キャパシタが用いられる。

インバータ 1 3は、 ハイブリッド E C U 1 0の要求に応じて回転電機 4を電動 モードまたは発電モードに制御する。 電動モードにおいては、 蓄電要素 1 2の充 電電力 （直流電力） .を交流電力に変換して回転電機 4を駆動する一方、 発電モー ドにおいては、 回転電機 4の発電電力 （交流電力） を直流電力に変換して蓄電要 素 1 2を充電する。

車輪に制動力を発生させるブレーキアクチユエータ 2 1が設けられ、 これはブ レーキ電子制御ユニット 2 0 (ブレーキ E C U) からの信号により制御される。 ブレーキ E C U 2 1は、 車両の減速時には、 ブレーキペダル 1 1の踏み込み量か ら判断した要求制動力を決定するが、 この減速時にはハイプリッド E C U 1 0が 回転電機 4を発電モ一ドにして回生発電させるため、 これにより生じる回生制動 力が、 要求制動力よりも不足するときに、 不足分を捕うだけの制動力をブレーキ ァクチユエータ 2 1に発生させる。

ハイブリッド E C U 1 0には、 アクセルペダル 1 6の踏み量 （アクセル要求量 ) を検出するアクセルセンサ 3 2と、 変速機 2のギヤポジションを検出するシフ ト位置センサ (図示せず) と、 チェンジレバー 1 7のレバー位置センサ 3 4と、 変速機 2の出力側の回転速度を検出する車速センサ 35 (変速機 2の出力回転セ ンサ） と、 動力伝達機構 5の減速比可変装置 6の第 2プーリ 6 bの回転速度を検 出する第 2プーリ回転センサ 36と、 回転電機 4の回転速度 （回転数） を測定す る手段 （図示せず） とからの信号が入力される。

これらの検出信号おょぴ蓄電要素 1 2の SOC (State Of Chage) の情報、 さ らにはエンジン E CU 1 5、 ブレーキ ECU 20、 インパータ 1 1、 から得られ る各種情報に基づいて、 ハ ブリッド ECU10は、 エンジン ECU 1 5および ブレーキ ECU 20に対する制御信号、 さらには変速機 2のギヤシフトユニット 7への指令信号を送信する一方、 クラッチ 3のクラッチァクチユエータ 8、 回転 電機 4のインバータ 1 3、 減速比可変装置 6の減速比可変ァクチユエータ 14を 制御する。

ここで、 ハイブリッド ECU1 0は、 車両の発進おょぴ走行を、 回転電機 4の 出力によってのみ行うときは、 クラッチ 3を切断した状態において、 アクセル要 求量に応じた出力が回転電機 4から得られるようにインバータ 1 3を制御すると 共に、 減速比可変装置 6の減速比、 変速機 2のギヤシフトを制御する。

エンジン 1の出力のみによる走行を行うときは、 エンジン E CU 15へ要求を 送信する （エンジン ECU1 5は、 アクセルの要求量に応じた出力が得られるよ うにエンジン 1の燃料供給量を制御する） 一方、 クラッチ 3の接続と、 変速機 2 のギヤシフトの制御を行う。

走行に回転電機 4の出力とエンジン 1の出力を併用するときは、 エンジン EC Ul 5へエンジン 1の分担する出力を発生させるような要求信号を送信し、 同時 に回転電機 4の分担する出力が得られるようにインバータ 1 3を制御するのであ り、 これらと共に、 減速比可変装置 6の減速比を制御し、 クラッチ 3を接続し、 かつ変速機 2のギヤシフトを制御する。

次に、 回転電機 4の出力のみならびに回転電機 4の出力とエンジン 1の出力と を併用して車両を発進、 走行するときに、 ハイブリッド ECU1 0で実行される 回転電機 4の出力おょぴ減速比可変装置 6の制御内容を図 2のフローチャートを 参照して説明する。

1においては車両が発進 （加速） 状態かどうかを判定する。 発進の場合、 ステップ S 2に進んで、 減速比可変装置 6の減速比を最大にセッ トし、 ステップ S 3において、 回転電機 4の加速要求出力に対して、 回転電機 4 の駆動トルクを最大に制御し、 回転電機 4の回転数は増速制御する。

発進時のように大きな発進加速トルクが必要な場合は、 速減比可変装置 6の速 減比を大きくして、 変速機 2に入力するトルクを大きくする。 これにより、 要求 される発進トルクを十分に確保できる。

発進状態以外では、 すなわち通常走行状態では、 ステップ S 4に進んで、 回転 電機 4を効率最適ラインに基づいて運転する最適運転制御を行う。

これは、 回転電機 4の要求出力に対して、 回転電機 4の駆動トルクと回転数と が、 図 3のように回転電機 4の運転効率を最適にする効率最適ラインに乗るよう に、 回転電機 4の駆動トルク、 回転数を制御し、 同時に、 減速比可変装置 6の減 速比を制御する。

すなわち、 回転電機 4が要求される駆動トルクを発生させるときに、 そのとき の回転数が効率最適ラインよ .りずれないように、 減速比可変装置 6の減速比を増 減する。 ある走行状態において、 車速と変速機 2の変速比が決まっていれば、 回 転電機 4に要求される回転数も決まってしまう。 しかし、 その回転電機 4にとつ てその回転数が最も効率のよい運転状態とは限らない。 その場合に、 回転電機 4 の回転数を最も効率のよい状態まで変化させ、 このとき同一の車速が維持できる ように、 速減比可変装置 6の速減比をこれに対応して変化させるのである。 このようにして、 速減比可変装置 6の速減比を、 回転電機 4ができるだけ効率 のよい状態で運転できる回転数となるように制御することで、 回転電機 4を高効 率で運転できる領域も広まり、 その分だけエンジン 1の負担も軽減できるので、 結果的に車両の燃費特性の改善にもつなげられる。

なお、 車両の減速時は、 回転電機 4は発電モードにする。 すなわち、 回転電機 4は発電機として機能し、 車両の持つ減速エネルギで回生発電を行い、 その電力 は蓄電要素 1 2に蓄えられる。 この場合も、 そのときの減速要求に応じて、 発電 効率ができるだけ高い回転数を維持できるように、 速減比可変装置 6の速減比が 制御される。

本発明は上記した実施態様に限定されるわけではなく、 請求の範囲に記載した 事項の範囲内で当業者によってなしうる、 さまざまな変更、 改良が含まれること は明白である。 産業上の利用可能性

このハイプリッド車両の制御装置は、 トラック、 自動車などさまざまな車両に 利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . エンジンと、 回転電機とを備えるハイブリッド車両において、

前記エンジンと車両の駆動輪との間に介装した変速機と、

前記回転電機と前記変速機の入力側との間に介装した速減比可変装置と、 前記回転電機に供給する電力を蓄える蓄電要素と、

運転状態に応じて前記エンジンと回転電気の出力を制御し、 かつ減速比可変装 置の速減比を制御する制御手段と、 を備え、 _

前記制御手段は、 前記回転電機に要求される出力に基づいて、 前記回転電機の トルクと回転数を、 回転電機の効率最適特性に基づく最適値となるように制御し 、 同時にそのときの車速に応じて前記減速比可変装置の速減比を制御する、 こと を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

2 . 前記速減比可変装置は、 無段変速機である、 請求項 1に記載のハイブリッド 車両の制御装置。

3 . 前記制御手段は、 車両の発進時、 加速時には、 前記減速比可変装置の減速比 を最大側に制御する、 請求項 1または 2に記載のハイプリッド車両の制御装置。

4 . 前記制御手段は、 車両の減速時には、 前記回転電機を発電機として機能させ 、 かつ発電効率のよい回転数となるように、 前記速減比可変装置の速減比を制御 する、 請求項 1または 2に記載のハイブリッド車両の制御装置。