JP2005051887A - ハイブリッド自動車およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スリップ発生時にバッテリの制限を超える電力の入力を防止する。
【解決手段】エンジンと第1モータと駆動軸に接続された第2モータとが各々遊星歯車機構に接続された自動車において、スリップが発生したとき、スリップを抑制するために設定されるパワー上限値Pmaxをもって運転者からの要求パワーPd*を制限すると共に(S100〜S110)、第1モータから出力される出力パワーPm1(発電電力)を推定し(S116)、出力パワーPm1からバッテリ入力制限Winに基づいて設定されるマージン値βmargとロスとを減じてモータMG2で消費すべき必要消費パワーPm2minを設定する(S122)。そして、モータMG2が必要消費パワーPm2minを消費できる範囲でパワー上限値Pmaxで制限された要求パワーPd*が駆動軸に出力されるようエンジンや第1,第2モータを制御する。
【選択図】 図2
【解決手段】エンジンと第1モータと駆動軸に接続された第2モータとが各々遊星歯車機構に接続された自動車において、スリップが発生したとき、スリップを抑制するために設定されるパワー上限値Pmaxをもって運転者からの要求パワーPd*を制限すると共に(S100〜S110)、第1モータから出力される出力パワーPm1(発電電力)を推定し(S116)、出力パワーPm1からバッテリ入力制限Winに基づいて設定されるマージン値βmargとロスとを減じてモータMG2で消費すべき必要消費パワーPm2minを設定する(S122)。そして、モータMG2が必要消費パワーPm2minを消費できる範囲でパワー上限値Pmaxで制限された要求パワーPd*が駆動軸に出力されるようエンジンや第1,第2モータを制御する。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動輪に接続された駆動軸への動力を出力により走行するハイブリッド自動車および内燃機関と該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、エンジンの出力軸に接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤに接続されたジェネレータと、プラネタリギヤに接続されると共に駆動軸に接続されたモータと、ジェネレータとモータとの間で電力のやり取りが可能なバッテリとを備え、駆動輪にスリップが発生したときにスリップを抑制するよう駆動軸に接続されたモータを駆動制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、駆動軸の回転角加速度が所定のしきい値を超えたときにスリップが発生したと判定して、駆動軸に接続されたモータから出力するトルクに制限を加えている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−295676号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたハイブリッド自動車では、スリップを抑制させるためにモータから出力するトルクを制限すると、エンジンやジェネレータの運転状態によってはバッテリに入力される電力が過大となる場合がある。
【0005】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、こうした問題を解決し、発生したスリップを抑制する際に蓄電装置に過大な電力が入力されるのを防止することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明のハイブリッド自動車は、
駆動輪に接続された駆動軸への動力の出力により走行するハイブリッド自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、
該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、
前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記駆動輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
該スリップ検出手段によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本発明のハイブリッド自動車では、内燃機関と、この内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を駆動軸に伝達する電力変換動力伝達手段と、この電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、電力変換動力伝達手段や蓄電手段を含む電力系統からの電力により駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備え、駆動輪の空転によるスリップが検出されたときに、蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が駆動軸に出力されるように内燃機関と電力変換動力伝達手段と電動機と駆動制御する。したがって、スリップを抑制させる際に入力制限を超えて蓄電手段に電力が入力されるのを防止することができる。
【0009】
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を検出または推定する変換電力検出推定手段を備え、前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を用いて前記電動機が消費すべき電力を設定し、少なくとも該設定した電力が該電動機により消費されるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力と前記蓄電手段の入力制限とに基づいて前記電動機が消費すべき電力を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段に入力制限を超える電力の入力を防止しながらスリップを抑制するための動力をより確実に確保できる。これら態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記変換電力検出推定手段は、スリップを抑制するために前記駆動軸に要求される要求動力に対して制限を施した制限動力を前記駆動軸に出力するために設定される内燃機関の運転ポイントに基づいて前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を推定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記制限動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関を駆動制御する際の応答遅れに伴う前記電力変換動力伝達手段の応答遅れを見込んで前記電動機が消費すべき電力を設定する手段であるものとすることもできる。
【0010】
また、要求動力に対して制限を施した制限動力を駆動軸に出力させる態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記駆動軸の回転角加速度を検出する回転角加速度検出手段を備え、前記制限動力は、前記検出された回転角加速度に基づいて設定される動力上限値と前記要求動力とを用いて設定される動力であるものとすることもできる。
【0011】
さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の回転軸とに各々接続される3軸を有し、該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力が決定されると残余の1軸に入出力される動力が決定される3軸式動力入出力手段と、前記第3の回転軸に接続された発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、或いは、本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1のロータと前記駆動軸に接続された第2のロータとを有し、該第1のロータと該第2のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する発電可能な対ロータ電動機を備える手段であるものとすることもできる。
【0012】
本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
(a)前記駆動輪の空転によるスリップを検出するステップと、
(b)該ステップ(a)によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御するステップと
を備えることを要旨とする。
【0013】
この本発明のハイブリッド自動車の制御方法では、内燃機関と、この内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を駆動軸に伝達する電力変換動力伝達手段と、この電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、電力変換動力伝達手段や蓄電手段を含む電力系統からの電力により駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車において、駆動輪の空転によるスリップが検出されたときに、蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が駆動軸に出力されるように内燃機関と電力変換動力伝達手段と電動機と駆動制御する。したがって、スリップを抑制させる際に入力制限を超えて蓄電手段に電力が入力されるのを防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続されると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
【0015】
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0016】
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介してモータMG2がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
【0017】
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0018】
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や端子間電圧などに基づいて残容量(SOC)も演算している。
【0019】
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0020】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【0021】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に駆動輪63a,63bが空転してスリップが発生したときの動作について説明する。図2は、実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるスリップ発生時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、駆動輪63a,63bが空転してスリップが発生したと判定されたときに、所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。ここで、スリップが発生したか否かの判定は、例えば、回転位置検出センサ44により検出されたリングギヤ軸32aの回転位置に基づいて演算されたリングギヤ軸32aの現回転数と前回の回転数とをモータECU40から通信により入力すると共に入力した現回転数と前回の回転数とに基づいて回転数の時間変化としてのリングギヤ軸32aの回転角加速度αを演算し、演算したリングギヤ軸32aの回転角加速度αがスリップが発生したとみなすことのできる所定の閾値αslipを超えたか否かを判定することにより行なわれる。
【0022】
スリップ発生時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V、回転数Nm1,Nm2、バッテリ入力制限Win、バッテリECU52により演算された残容量SOCなどの制御に必要なデータを入力する処理を行なう(ステップS100)。ここで、回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、バッテリ入力制限Winは、温度センサ51からのバッテリ50の温度や演算された残容量SOCなどに基づいて設定されたバッテリ入力制限WinをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
【0023】
そして、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求される要求トルクTd*と要求パワーPd*とを設定する(ステップS102)。ここで、要求トルクTd*の設定は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTd*との関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられたときにマップから対応する要求トルクTd*を導出して行なうものとした。また、要求パワーPd*は、実施例では、この導出した要求トルクTd*にリングギヤ軸32aの回転数としてのモータMG2の回転数Nm2を乗じたものを要求パワーPd*として設定するものとした。
【0024】
要求トルクTd*と要求パワーPd*を設定すると、次に、スリップの発生に伴ってリングギヤ軸32aに出力されるトルクを制限するためのリングギヤ軸32aへのトルク上限値Tmaxを設定する処理を行なう(ステップS104)。トルク上限値Tmaxの設定は、図4のトルク上限値設定処理ルーチンの実行により行なわれる。トルク上限値設定処理ルーチンが実行されると、まず、モータMG2の現回転数Nm2と前回の回転数Nm2との偏差をとってリングギヤ軸32aの回転角加速度αを計算し(ステップS200)、計算した回転角加速度αがピーク値αpeakを超えているか否かを判定して(ステップS202)、回転角加速度αがピーク値αpeakを超えているときにはピーク値αpeakをその回転角加速度αに更新する処理を行なう(ステップS204)。ここで、ピーク値αpeakは、基本的には、スリップの発生により回転角加速度αが上昇してピークを示すときの値であり、初期値としては値0が設定されている。したがって、回転角加速度αが上昇してピークに達するまでの間はピーク値αpeakを回転角加速度αの値に順次更新していき、回転角加速度αがピークに達した時点でその回転角加速度αがピーク値αpeakとして固定されることになる。こうしてピーク値αpeakが設定されると、このピーク値αpeakに基づいて発生したスリップを抑制するためにリングギヤ軸32aに出力してもよいトルクの上限値であるトルク上限値Tmaxを設定する処理を行なって(ステップS206)、本ルーチンを終了する。この処理は、実施例では、図5に例示するマップを用いて行なわれる。図5は、回転角加速度αとトルク上限値Tmaxとの関係を示すマップである。このマップでは、図示するように、回転角加速度αが大きくなるほどトルク上限値Tmaxが小さくなる特性を有している。したがって、回転角加速度αが上昇してピーク値αpeakが大きくなるほど、即ちスリップの程度が大きいほど、トルク上限値Tmaxとして小さな値が設定され、その分リングギヤ軸32aに出力されるトルクが制限されることになる。
【0025】
図2のスリップ発生時駆動制御ルーチンに戻って、図4のトルク上限値設定処理ルーチンの実行によりトルク上限値Tmaxが設定されると、設定したトルク上限値Tmaxにリングギヤ軸32aの回転数(モータMG2の回転数Nm2)を乗じてリングギヤ軸32aに出力できるパワーの上限としてのパワー上限値Pmaxを設定し(ステップS106)、ステップS102で設定したリングギヤ軸32aに要求される要求パワーPd*が設定したパワー上限値Pmaxよりも大きいとき(要求トルクTd*がトルク上限値Tmaxよりも大きいとき)には(ステップS108)、要求パワーPd*をパワー上限値Pmaxで制限すると共に要求トルクTd*をトルク上限値Tmaxで制限する処理を行なう(ステップS110)。
【0026】
そして、ステップS102で設定した要求パワーPd*またはステップS110で制限した要求パワーPd*に、バッテリ50に要求される要求充放電量Pbを加算してエンジン22が出力すべき目標パワーPe*を設定する(ステップS112)。目標パワーPe*は、エンジン22の出力応答性がモータMG1,MG2などの出力応答性に比して遅いことから、なまし処理やレート処理を施した上で目標パワーPe*を設定するものとしてもよい。また、要求充放電量Pbは、バッテリ50の残容量SOCやアクセル開度Accなどに基づいて設定される。
【0027】
エンジン22の目標パワーPe*を設定すると、設定した目標パワーPe*を用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS114)。エンジン22の目標回転数Ne*の設定は、実施例では、目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、目標パワーPe*が与えられるとマップから対応する目標回転数Ne*を導出するものとした。また、エンジン22の目標トルクTe*の設定は、実施例では、エンジン22の目標パワーPe*を、導出したエンジン22の目標回転数Ne*で割ったものとして設定するものとした。なお、目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を示すマップを図6に示す。なお、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*の設定は、上述の手法による設定に限られず、目標パワーPe*を出力可能なエンジン22の運転ポイント(回転数とトルクとにより定まるポイント)であれば、他の運転ポイントにおける回転数とトルクとを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定するものとしても構わない。
【0028】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると、設定した目標トルクTe*に基づいて次式(1)によりモータMG1から出力すべき目標トルクTm1*を設定すると共に設定した目標トルクTm1*にモータMG1の現回転数Nm1を乗じてモータMG1から出力されるパワー(発電電力)としての出力パワーPm1を計算する(ステップS116)。続いて、設定したモータMG1の目標トルクTm1*に基づいて次式(2)によりモータMG2から出力すべき目標トルクTm2*を設定する(ステップS118)。ここで、「ρ」は、動力分配統合機構30のギヤ比(サンギヤ歯数/リングギヤ歯数)である。図7は、動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図である。図中R上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標トルクTe*および目標回転数Ne*の運転ポイントで定常運転しているときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクがリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。図7に示すように、モータMG2の目標トルクTm2*は、エンジン22からリングギヤ軸32aに伝達するトルクとモータMG2からリングギヤ軸32aに作用するトルクとの和のトルクが要求トルクTd*となるように設定すればよい。
【0029】
Tm1*=−Te*・ρ/(1+ρ) ・・・(1)
Tm2*=Td*+Tm1*/ρ ・・・(2)
【0030】
モータMG1の目標トルクTm1*や出力パワーPm1,モータMG2の目標トルクTm2*を設定すると、ステップS100で入力したバッテリ入力制限Winに基づいてマージン値βmargを設定すると共に(ステップS120)、設定した出力パワーPm1からロスとマージン値βmargとを減算して(次式(3)参照)、モータMG2が消費すべきパワー(消費電力)としての必要消費パワーPm2minを設定する処理を行なう(ステップS122)。ここで、マージン値βmargは、モータMG1から出力されるパワー(発電電力)をモータMG2による電力消費によらずにバッテリ50の入力制限Winの範囲内でバッテリ50を含む電力系統で吸収可能な電力値として設定されるものであり、実施例では、バッテリ入力制限Winとマージン値βmargとの関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、バッテリ入力制限Winが与えられると、マップから対応するマージン値βmargが導出されるものとした。このマップの一例を図8に示す。実施例では、マージン値βmargは、リングギヤ軸32aへの要求パワーPd*の制限(パワー上限値Pmaxによる制限)によるエンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れによって、ステップS116により計算されるモータMG1の出力パワーPm1(発電電力)が実際にモータMG1から出力されるパワー(発電電力)よりも小さくなる場合を考慮してスリップの抑制に影響がない範囲内で若干低めに設定されている。
【0031】
Pm2min=Pm1−Loss−βmarg ・・・(3)
【0032】
モータMG2の必要消費パワーPm2minを設定すると、設定した必要消費パワーPm2minとステップS100で入力したモータMG2の現回転数Nm2とに基づいてモータMG2が出力すべきトルクの下限としてのトルク下限値Tm2minを設定し(ステップS124)、ステップS118で設定したモータMG2の目標トルクTm2*がこの設定したトルク下限値Tm2minよりも小さいときには(ステップS126)、目標トルクTm2*をトルク下限値Tm2minとなるよう制限する(ステップS128)。ここで、トルク下限値Tm2minの設定は、実施例では、必要消費パワーPm2minとモータMG2の現回転数Nm2とトルク下限値Tm2minとの関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、必要消費パワーPm2minと現回転数Nm2とが与えられると、マップから対応するトルク下限値Tm2minが導出されるものとした。このマップの一例を図9に示す。
【0033】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*やモータMG1,MG2の目標トルクTm1*,Tm2*が設定されると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とをエンジンECU24に送信すると共にモータMG1,MG2の目標トルクTm1*,Tm2*をモータECU40に送信する処理を行なって(ステップS130)、本ルーチンを終了する。これにより、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受け取ったエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*で運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、目標トルクTm1*と目標トルクTm2*とを受け取ったモータECU40は、目標トルクTm1*でモータMG1が運転されると共に目標トルクTm2*でモータMG2が運転されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【0034】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、モータMG1から出力される出力パワーPm1(発電電力)とバッテリ入力制限Winとを用いてモータMG2により消費すべきパワーとして必要消費パワーPm2min(消費電力)を設定して、この必要消費パワーPm2minがモータMG2により消費できる範囲内でスリップを抑制させるためのトルク(トルク上限値Tmax)がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2から出力されるトルクを調整するから、スリップを抑制しながらバッテリ入力制限Winを超えてバッテリ50に過剰な電力が入力されるのを防止することができる。しかも、モータMG2の必要消費パワーPm2minの設定は、エンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れを考慮して行なうから、バッテリ入力制限Winを超えてバッテリ50に過剰な電力が入力されるのをより確実に防止することができる。
【0035】
実施例のハイブリッド自動車20では、ステップS116でモータMG1の目標トルクTm1*と現回転数Nm2とを乗じて計算されたモータMG1の出力パワーPm1(発電電力)を用いてモータMG2により消費すべきパワーとしての必要消費パワーPm2min(消費電力)を設定するものとしたが、実際にモータMG1から出力されているパワーを測定(例えば、モータMG2に印加されている相電流を測定してモータMG2から出力されているトルクを計算すると共に計算したトルクに現回転数Nm2を乗じて算出)し、測定したパワーを用いて必要消費パワーPm2minを設定するものとしてもよい。
【0036】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れを考慮したマージン値βmargを用いてモータMG2が消費すべき必要消費パワーPm2minを設定するものとしたが、バッテリ50を含む電力系統に対する電力の入力に対して余裕があるシステムであれば、モータMG1の出力応答遅れを考慮しないものとしてスリップの抑制を重視する方向に大きな値として設定されたマージン値βmargを用いて必要消費パワーPm2を設定するものとしてもよい。また、こうしたマージン値βmargを用いることなくモータMG2が消費すべき必要消費パワーPm2minを設定、即ち、モータMG1で発電した電力のすべてをモータMG2により消費するよう必要消費パワーPm2minを設定するものとしてもよい。
【0037】
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図10における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
【0038】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図11の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ224aと駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ224bとを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機224を備えるものとしてもよい。
【0039】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるスリップ発生時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTd*との関係を示すマップである。
【図4】実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるトルク上限値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図5】回転角加速度のピーク値αpeakとトルク上限値Tmaxとの関係を示すマップである。
【図6】エンジン22の目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を示すマップである。
【図7】動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図である。
【図8】バッテリ入力制限Winとマージン値βmargとの関係を示すマップである。
【図9】必要消費パワーPm2minとトルク下限値Tm2minとの関係を示すマップである。
【図10】変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
【図11】変形例のハイブリッド自動車220の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35,135 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b,64a,64b 駆動輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、224 対ロータ電動機、224a インナーロータ 224b アウターロータ、MG1,MG2 モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動輪に接続された駆動軸への動力を出力により走行するハイブリッド自動車および内燃機関と該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、エンジンの出力軸に接続されたプラネタリギヤと、プラネタリギヤに接続されたジェネレータと、プラネタリギヤに接続されると共に駆動軸に接続されたモータと、ジェネレータとモータとの間で電力のやり取りが可能なバッテリとを備え、駆動輪にスリップが発生したときにスリップを抑制するよう駆動軸に接続されたモータを駆動制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、駆動軸の回転角加速度が所定のしきい値を超えたときにスリップが発生したと判定して、駆動軸に接続されたモータから出力するトルクに制限を加えている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−295676号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうしたハイブリッド自動車では、スリップを抑制させるためにモータから出力するトルクを制限すると、エンジンやジェネレータの運転状態によってはバッテリに入力される電力が過大となる場合がある。
【0005】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、こうした問題を解決し、発生したスリップを抑制する際に蓄電装置に過大な電力が入力されるのを防止することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のハイブリッド自動車およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明のハイブリッド自動車は、
駆動輪に接続された駆動軸への動力の出力により走行するハイブリッド自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、
該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、
前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記駆動輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
該スリップ検出手段によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本発明のハイブリッド自動車では、内燃機関と、この内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を駆動軸に伝達する電力変換動力伝達手段と、この電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、電力変換動力伝達手段や蓄電手段を含む電力系統からの電力により駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備え、駆動輪の空転によるスリップが検出されたときに、蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が駆動軸に出力されるように内燃機関と電力変換動力伝達手段と電動機と駆動制御する。したがって、スリップを抑制させる際に入力制限を超えて蓄電手段に電力が入力されるのを防止することができる。
【0009】
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を検出または推定する変換電力検出推定手段を備え、前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を用いて前記電動機が消費すべき電力を設定し、少なくとも該設定した電力が該電動機により消費されるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力と前記蓄電手段の入力制限とに基づいて前記電動機が消費すべき電力を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段に入力制限を超える電力の入力を防止しながらスリップを抑制するための動力をより確実に確保できる。これら態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記変換電力検出推定手段は、スリップを抑制するために前記駆動軸に要求される要求動力に対して制限を施した制限動力を前記駆動軸に出力するために設定される内燃機関の運転ポイントに基づいて前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を推定する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記制御手段は、前記制限動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関を駆動制御する際の応答遅れに伴う前記電力変換動力伝達手段の応答遅れを見込んで前記電動機が消費すべき電力を設定する手段であるものとすることもできる。
【0010】
また、要求動力に対して制限を施した制限動力を駆動軸に出力させる態様の本発明のハイブリッド自動車において、前記駆動軸の回転角加速度を検出する回転角加速度検出手段を備え、前記制限動力は、前記検出された回転角加速度に基づいて設定される動力上限値と前記要求動力とを用いて設定される動力であるものとすることもできる。
【0011】
さらに、本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の回転軸とに各々接続される3軸を有し、該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力が決定されると残余の1軸に入出力される動力が決定される3軸式動力入出力手段と、前記第3の回転軸に接続された発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、或いは、本発明のハイブリッド自動車において、前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1のロータと前記駆動軸に接続された第2のロータとを有し、該第1のロータと該第2のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する発電可能な対ロータ電動機を備える手段であるものとすることもできる。
【0012】
本発明のハイブリッド自動車の制御方法は、
内燃機関と、該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
(a)前記駆動輪の空転によるスリップを検出するステップと、
(b)該ステップ(a)によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御するステップと
を備えることを要旨とする。
【0013】
この本発明のハイブリッド自動車の制御方法では、内燃機関と、この内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を駆動軸に伝達する電力変換動力伝達手段と、この電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、電力変換動力伝達手段や蓄電手段を含む電力系統からの電力により駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車において、駆動輪の空転によるスリップが検出されたときに、蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が駆動軸に出力されるように内燃機関と電力変換動力伝達手段と電動機と駆動制御する。したがって、スリップを抑制させる際に入力制限を超えて蓄電手段に電力が入力されるのを防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続されると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに接続されたモータMG2と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
【0015】
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0016】
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介してモータMG2がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
【0017】
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
【0018】
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値や端子間電圧などに基づいて残容量(SOC)も演算している。
【0019】
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0020】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【0021】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に駆動輪63a,63bが空転してスリップが発生したときの動作について説明する。図2は、実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるスリップ発生時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、駆動輪63a,63bが空転してスリップが発生したと判定されたときに、所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。ここで、スリップが発生したか否かの判定は、例えば、回転位置検出センサ44により検出されたリングギヤ軸32aの回転位置に基づいて演算されたリングギヤ軸32aの現回転数と前回の回転数とをモータECU40から通信により入力すると共に入力した現回転数と前回の回転数とに基づいて回転数の時間変化としてのリングギヤ軸32aの回転角加速度αを演算し、演算したリングギヤ軸32aの回転角加速度αがスリップが発生したとみなすことのできる所定の閾値αslipを超えたか否かを判定することにより行なわれる。
【0022】
スリップ発生時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや車速センサ88からの車速V、回転数Nm1,Nm2、バッテリ入力制限Win、バッテリECU52により演算された残容量SOCなどの制御に必要なデータを入力する処理を行なう(ステップS100)。ここで、回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、バッテリ入力制限Winは、温度センサ51からのバッテリ50の温度や演算された残容量SOCなどに基づいて設定されたバッテリ入力制限WinをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
【0023】
そして、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求される要求トルクTd*と要求パワーPd*とを設定する(ステップS102)。ここで、要求トルクTd*の設定は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTd*との関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられたときにマップから対応する要求トルクTd*を導出して行なうものとした。また、要求パワーPd*は、実施例では、この導出した要求トルクTd*にリングギヤ軸32aの回転数としてのモータMG2の回転数Nm2を乗じたものを要求パワーPd*として設定するものとした。
【0024】
要求トルクTd*と要求パワーPd*を設定すると、次に、スリップの発生に伴ってリングギヤ軸32aに出力されるトルクを制限するためのリングギヤ軸32aへのトルク上限値Tmaxを設定する処理を行なう(ステップS104)。トルク上限値Tmaxの設定は、図4のトルク上限値設定処理ルーチンの実行により行なわれる。トルク上限値設定処理ルーチンが実行されると、まず、モータMG2の現回転数Nm2と前回の回転数Nm2との偏差をとってリングギヤ軸32aの回転角加速度αを計算し(ステップS200)、計算した回転角加速度αがピーク値αpeakを超えているか否かを判定して(ステップS202)、回転角加速度αがピーク値αpeakを超えているときにはピーク値αpeakをその回転角加速度αに更新する処理を行なう(ステップS204)。ここで、ピーク値αpeakは、基本的には、スリップの発生により回転角加速度αが上昇してピークを示すときの値であり、初期値としては値0が設定されている。したがって、回転角加速度αが上昇してピークに達するまでの間はピーク値αpeakを回転角加速度αの値に順次更新していき、回転角加速度αがピークに達した時点でその回転角加速度αがピーク値αpeakとして固定されることになる。こうしてピーク値αpeakが設定されると、このピーク値αpeakに基づいて発生したスリップを抑制するためにリングギヤ軸32aに出力してもよいトルクの上限値であるトルク上限値Tmaxを設定する処理を行なって(ステップS206)、本ルーチンを終了する。この処理は、実施例では、図5に例示するマップを用いて行なわれる。図5は、回転角加速度αとトルク上限値Tmaxとの関係を示すマップである。このマップでは、図示するように、回転角加速度αが大きくなるほどトルク上限値Tmaxが小さくなる特性を有している。したがって、回転角加速度αが上昇してピーク値αpeakが大きくなるほど、即ちスリップの程度が大きいほど、トルク上限値Tmaxとして小さな値が設定され、その分リングギヤ軸32aに出力されるトルクが制限されることになる。
【0025】
図2のスリップ発生時駆動制御ルーチンに戻って、図4のトルク上限値設定処理ルーチンの実行によりトルク上限値Tmaxが設定されると、設定したトルク上限値Tmaxにリングギヤ軸32aの回転数(モータMG2の回転数Nm2)を乗じてリングギヤ軸32aに出力できるパワーの上限としてのパワー上限値Pmaxを設定し(ステップS106)、ステップS102で設定したリングギヤ軸32aに要求される要求パワーPd*が設定したパワー上限値Pmaxよりも大きいとき(要求トルクTd*がトルク上限値Tmaxよりも大きいとき)には(ステップS108)、要求パワーPd*をパワー上限値Pmaxで制限すると共に要求トルクTd*をトルク上限値Tmaxで制限する処理を行なう(ステップS110)。
【0026】
そして、ステップS102で設定した要求パワーPd*またはステップS110で制限した要求パワーPd*に、バッテリ50に要求される要求充放電量Pbを加算してエンジン22が出力すべき目標パワーPe*を設定する(ステップS112)。目標パワーPe*は、エンジン22の出力応答性がモータMG1,MG2などの出力応答性に比して遅いことから、なまし処理やレート処理を施した上で目標パワーPe*を設定するものとしてもよい。また、要求充放電量Pbは、バッテリ50の残容量SOCやアクセル開度Accなどに基づいて設定される。
【0027】
エンジン22の目標パワーPe*を設定すると、設定した目標パワーPe*を用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS114)。エンジン22の目標回転数Ne*の設定は、実施例では、目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、目標パワーPe*が与えられるとマップから対応する目標回転数Ne*を導出するものとした。また、エンジン22の目標トルクTe*の設定は、実施例では、エンジン22の目標パワーPe*を、導出したエンジン22の目標回転数Ne*で割ったものとして設定するものとした。なお、目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を示すマップを図6に示す。なお、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*の設定は、上述の手法による設定に限られず、目標パワーPe*を出力可能なエンジン22の運転ポイント(回転数とトルクとにより定まるポイント)であれば、他の運転ポイントにおける回転数とトルクとを目標回転数Ne*と目標トルクTe*として設定するものとしても構わない。
【0028】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると、設定した目標トルクTe*に基づいて次式(1)によりモータMG1から出力すべき目標トルクTm1*を設定すると共に設定した目標トルクTm1*にモータMG1の現回転数Nm1を乗じてモータMG1から出力されるパワー(発電電力)としての出力パワーPm1を計算する(ステップS116)。続いて、設定したモータMG1の目標トルクTm1*に基づいて次式(2)によりモータMG2から出力すべき目標トルクTm2*を設定する(ステップS118)。ここで、「ρ」は、動力分配統合機構30のギヤ比(サンギヤ歯数/リングギヤ歯数)である。図7は、動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図である。図中R上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標トルクTe*および目標回転数Ne*の運転ポイントで定常運転しているときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクがリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。図7に示すように、モータMG2の目標トルクTm2*は、エンジン22からリングギヤ軸32aに伝達するトルクとモータMG2からリングギヤ軸32aに作用するトルクとの和のトルクが要求トルクTd*となるように設定すればよい。
【0029】
Tm1*=−Te*・ρ/(1+ρ) ・・・(1)
Tm2*=Td*+Tm1*/ρ ・・・(2)
【0030】
モータMG1の目標トルクTm1*や出力パワーPm1,モータMG2の目標トルクTm2*を設定すると、ステップS100で入力したバッテリ入力制限Winに基づいてマージン値βmargを設定すると共に(ステップS120)、設定した出力パワーPm1からロスとマージン値βmargとを減算して(次式(3)参照)、モータMG2が消費すべきパワー(消費電力)としての必要消費パワーPm2minを設定する処理を行なう(ステップS122)。ここで、マージン値βmargは、モータMG1から出力されるパワー(発電電力)をモータMG2による電力消費によらずにバッテリ50の入力制限Winの範囲内でバッテリ50を含む電力系統で吸収可能な電力値として設定されるものであり、実施例では、バッテリ入力制限Winとマージン値βmargとの関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、バッテリ入力制限Winが与えられると、マップから対応するマージン値βmargが導出されるものとした。このマップの一例を図8に示す。実施例では、マージン値βmargは、リングギヤ軸32aへの要求パワーPd*の制限(パワー上限値Pmaxによる制限)によるエンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れによって、ステップS116により計算されるモータMG1の出力パワーPm1(発電電力)が実際にモータMG1から出力されるパワー(発電電力)よりも小さくなる場合を考慮してスリップの抑制に影響がない範囲内で若干低めに設定されている。
【0031】
Pm2min=Pm1−Loss−βmarg ・・・(3)
【0032】
モータMG2の必要消費パワーPm2minを設定すると、設定した必要消費パワーPm2minとステップS100で入力したモータMG2の現回転数Nm2とに基づいてモータMG2が出力すべきトルクの下限としてのトルク下限値Tm2minを設定し(ステップS124)、ステップS118で設定したモータMG2の目標トルクTm2*がこの設定したトルク下限値Tm2minよりも小さいときには(ステップS126)、目標トルクTm2*をトルク下限値Tm2minとなるよう制限する(ステップS128)。ここで、トルク下限値Tm2minの設定は、実施例では、必要消費パワーPm2minとモータMG2の現回転数Nm2とトルク下限値Tm2minとの関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、必要消費パワーPm2minと現回転数Nm2とが与えられると、マップから対応するトルク下限値Tm2minが導出されるものとした。このマップの一例を図9に示す。
【0033】
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*やモータMG1,MG2の目標トルクTm1*,Tm2*が設定されると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とをエンジンECU24に送信すると共にモータMG1,MG2の目標トルクTm1*,Tm2*をモータECU40に送信する処理を行なって(ステップS130)、本ルーチンを終了する。これにより、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受け取ったエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*で運転されるようにエンジン22における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、目標トルクTm1*と目標トルクTm2*とを受け取ったモータECU40は、目標トルクTm1*でモータMG1が運転されると共に目標トルクTm2*でモータMG2が運転されるようにインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
【0034】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、モータMG1から出力される出力パワーPm1(発電電力)とバッテリ入力制限Winとを用いてモータMG2により消費すべきパワーとして必要消費パワーPm2min(消費電力)を設定して、この必要消費パワーPm2minがモータMG2により消費できる範囲内でスリップを抑制させるためのトルク(トルク上限値Tmax)がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2から出力されるトルクを調整するから、スリップを抑制しながらバッテリ入力制限Winを超えてバッテリ50に過剰な電力が入力されるのを防止することができる。しかも、モータMG2の必要消費パワーPm2minの設定は、エンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れを考慮して行なうから、バッテリ入力制限Winを超えてバッテリ50に過剰な電力が入力されるのをより確実に防止することができる。
【0035】
実施例のハイブリッド自動車20では、ステップS116でモータMG1の目標トルクTm1*と現回転数Nm2とを乗じて計算されたモータMG1の出力パワーPm1(発電電力)を用いてモータMG2により消費すべきパワーとしての必要消費パワーPm2min(消費電力)を設定するものとしたが、実際にモータMG1から出力されているパワーを測定(例えば、モータMG2に印加されている相電流を測定してモータMG2から出力されているトルクを計算すると共に計算したトルクに現回転数Nm2を乗じて算出)し、測定したパワーを用いて必要消費パワーPm2minを設定するものとしてもよい。
【0036】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の出力応答遅れに伴うモータMG1の出力応答遅れを考慮したマージン値βmargを用いてモータMG2が消費すべき必要消費パワーPm2minを設定するものとしたが、バッテリ50を含む電力系統に対する電力の入力に対して余裕があるシステムであれば、モータMG1の出力応答遅れを考慮しないものとしてスリップの抑制を重視する方向に大きな値として設定されたマージン値βmargを用いて必要消費パワーPm2を設定するものとしてもよい。また、こうしたマージン値βmargを用いることなくモータMG2が消費すべき必要消費パワーPm2minを設定、即ち、モータMG1で発電した電力のすべてをモータMG2により消費するよう必要消費パワーPm2minを設定するものとしてもよい。
【0037】
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図10における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
【0038】
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図11の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ224aと駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ224bとを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機224を備えるものとしてもよい。
【0039】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるスリップ発生時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTd*との関係を示すマップである。
【図4】実施例のハイブリッド自動車20のハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるトルク上限値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図5】回転角加速度のピーク値αpeakとトルク上限値Tmaxとの関係を示すマップである。
【図6】エンジン22の目標パワーPe*と目標回転数Ne*との関係を示すマップである。
【図7】動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図である。
【図8】バッテリ入力制限Winとマージン値βmargとの関係を示すマップである。
【図9】必要消費パワーPm2minとトルク下限値Tm2minとの関係を示すマップである。
【図10】変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
【図11】変形例のハイブリッド自動車220の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35,135 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b,64a,64b 駆動輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、224 対ロータ電動機、224a インナーロータ 224b アウターロータ、MG1,MG2 モータ。
Claims (9)
- 駆動輪に接続された駆動軸への動力の出力により走行するハイブリッド自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、
該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、
前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記駆動輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
該スリップ検出手段によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御する制御手段と
を備えるハイブリッド自動車。 - 請求項1記載のハイブリッド自動車であって、
前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を検出または推定する変換電力検出推定手段を備え、
前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を用いて前記電動機が消費すべき電力を設定し、少なくとも該設定した電力が該電動機により消費されるよう該電動機を駆動制御する手段である
ハイブリッド自動車。 - 前記制御手段は、前記検出または推定された前記電力変換動力伝達手段により変換される電力と前記蓄電手段の入力制限とに基づいて前記電動機が消費すべき電力を設定する手段である請求項2記載のハイブリッド自動車。
- 前記変換電力検出推定手段は、スリップを抑制するために前記駆動軸に要求される要求動力に対して制限を施した制限動力を前記駆動軸に出力するために設定される内燃機関の運転ポイントに基づいて前記電力変換動力伝達手段により変換される電力を推定する手段である請求項2または3記載のハイブリッド自動車。
- 前記制御手段は、前記制限動力を前記駆動軸に出力するために前記内燃機関を駆動制御する際の応答遅れに伴う前記電力変換動力伝達手段の応答遅れを見込んで前記電動機が消費すべき電力を設定する手段である請求項4記載のハイブリッド自動車。
- 請求項4または5記載のハイブリッド自動車であって、
前記駆動軸の回転角加速度を検出する回転角加速度検出手段を備え、
前記制限動力は、前記検出された回転角加速度に基づいて設定される動力上限値と前記要求動力とを用いて設定される動力である
ハイブリッド自動車。 - 前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第3の回転軸とに各々接続される3軸を有し、該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力が決定されると残余の1軸に入出力される動力が決定される3軸式動力入出力手段と、前記第3の回転軸に接続された発電機とを備える手段である請求項1ないし6いずれか記載のハイブリッド自動車。
- 前記電力変換動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1のロータと前記駆動軸に接続された第2のロータとを有し、該第1のロータと該第2のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する発電可能な対ロータ電動機を備える手段である請求項1ないし6いずれか記載のハイブリッド自動車。
- 内燃機関と、該内燃機関からの動力の一部を電力に変換すると共に残余を前記駆動軸に伝達可能な電力変換動力伝達手段と、該電力変換動力伝達手段により変換された電力を入力可能な蓄電手段と、前記電力変換動力伝達手段および前記蓄電手段を含む電力系統からの電力により前記駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
(a)前記駆動輪の空転によるスリップを検出するステップと、
(b)該ステップ(a)によりスリップが検出されたとき、前記蓄電手段の入力制限の範囲内でスリップを抑制する動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電力変換動力伝達手段と前記電動機とを駆動制御するステップと
を備えるハイブリッド自動車の制御方法。
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2003
- 2003-07-31 JP JP2003204533A patent/JP2005051887A/ja active Pending
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