JP2008247205A - Power output unit, control method therefor, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関する。 The present invention relates to a power output apparatus, a control method therefor, and a vehicle.
従来、この種の動力出力装置としては、エンジントルクの最大値を表わす複数のエンジン最大トルクを算出すると共に算出した複数のエンジン最大トルクの最小値をエンジン制限トルクとしてエンジンを制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、複数のエンジン最大トルクの最小値としてのエンジン制限トルクを用いてエンジンを制御することにより、エンジンが過回転するのを確実に防止しようとしている。 Conventionally, as this type of power output device, there has been proposed one that calculates a plurality of engine maximum torques representing the maximum value of the engine torque and controls the engine using the calculated minimum values of the plurality of engine maximum torques as engine limit torques. (For example, refer to Patent Document 1). In this apparatus, the engine is controlled by using the engine limit torque as the minimum value of the plurality of engine maximum torques, thereby reliably preventing the engine from over-rotating.
また、エンジンの性能上の上限回転数から制御の安全を見込んだ回転数を減じた回転数を用いてエンジンを制御するものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。この装置では、制御の安全を見込んだ回転数を加味することにより、エンジンが過回転するのを抑止しようとしている。
しかしながら、前者の動力出力装置では、エンジン制限トルクによりエンジントルクを制限してもその回転数を確実に制御することができない場合が生じ、エンジンが過回転する場合が生じる。また、後者の動力出力装置では、エンジンは過回転しないよう制御することができるものの、エンジンの出力軸に取り付けられたギヤ機構やそれに取り付けられた電動機や発電機がそれぞれの性能上の上限回転数を超えてしまう場合にはギヤ機構や電動機,発電機が過回転を生じてしまう。 However, in the former power output device, there are cases where the engine speed cannot be reliably controlled even if the engine torque is limited by the engine limit torque, and the engine may over-rotate. In the latter power output device, the engine can be controlled so as not to overspeed, but the gear mechanism attached to the output shaft of the engine and the motor and generator attached thereto have an upper limit rotational speed in terms of performance. If it exceeds, the gear mechanism, electric motor, and generator will over-rotate.
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、内燃機関や装置が備える機器の過回転をより確実に抑制することを目的とする。 An object of the power output device, the control method thereof, and the vehicle of the present invention is to more reliably suppress over-rotation of equipment included in an internal combustion engine or device.
本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。 The power output device, the control method thereof, and the vehicle of the present invention employ the following means in order to achieve at least a part of the above-described object.
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定する許容最大回転数設定手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
The power output apparatus of the present invention is
A power output device that outputs power to a drive shaft,
An internal combustion engine capable of outputting power to the drive shaft;
An electric motor capable of outputting power to the drive shaft;
The allowable maximum number of revolutions is set by subtracting the margin required for control from the smallest number of revolutions among the plurality of upper limit revolutions of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output device. Allowable maximum speed setting means,
Required driving force setting means for setting required driving force required for the drive shaft;
The internal combustion engine and the electric motor are controlled such that the internal combustion engine is operated within the set allowable maximum rotational speed and a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft. Control means;
It is a summary to provide.
この本発明の動力出力装置では、動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定し、設定した許容最大回転数の範囲内で内燃機関が運転されると共に駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電動機とを制御する。これにより、内燃機関が過回転しないだけでなく、動力出力装置が備える機器の過回転をより確実に抑制することができる。もとより、要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。 In the power output apparatus according to the present invention, the margin required for control is reduced from the smallest rotational speed among the plurality of upper limit rotational speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output apparatus. An internal combustion engine and an electric motor are set so that an allowable maximum rotational speed is set and the internal combustion engine is operated within the set allowable maximum rotational speed and a driving force based on a required driving force required for the driving shaft is output to the driving shaft. And control. Thereby, not only the internal combustion engine does not over-rotate but also the over-rotation of the equipment provided in the power output device can be more reliably suppressed. Of course, the driving force based on the required driving force can be output to the drive shaft.
こうした本発明の動力出力装置において、動力を入出力する発電機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、を備え、前記複数の上限回転数は、前記内燃機関の性能から得られる上限回転数と、前記発電機の性能から得られる上限回転数と、前記3軸式動力入出力手段の性能から得られる上限回転数と、を含む回転数であり、前記制御手段は、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、内燃機関と発電機と3軸式動力入出力手段の過回転をより確実に抑制することができる。この場合、前記3軸式動力入出力手段はサンギヤとリングギヤとピニオンギヤを自転および公転自在に軸支するキャリアとを3つの回転要素とする遊星歯車機構であり、前記複数の上限回転数の一つは前記ピニオンギヤの許容回転数から得られる上限回転数である、ものとすることもできる。 In such a power output apparatus of the present invention, one of the three shafts connected to the three shafts of the generator for inputting / outputting power, the drive shaft, the output shaft of the internal combustion engine, and the rotating shaft of the generator. Three-axis power input / output means for inputting / outputting power to / from the remaining shafts based on power input / output to / from the two shafts, wherein the plurality of upper limit rotation speeds are obtained from the performance of the internal combustion engine. The upper limit rotational speed obtained from the performance of the generator and the upper limit rotational speed obtained from the performance of the three-axis power input / output means, and the control means is the set The internal combustion engine, the electric motor, and the generator are controlled so that the internal combustion engine is operated within the allowable maximum rotational speed and a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft. It can also be a means. By so doing, it is possible to more reliably suppress over-rotation of the internal combustion engine, the generator, and the three-shaft power input / output means. In this case, the three-shaft power input / output means is a planetary gear mechanism in which a sun gear, a ring gear, and a carrier that supports a pinion gear so as to rotate and revolve freely are three rotating elements, and one of the plurality of upper limit rotation speeds. May be an upper limit rotational speed obtained from an allowable rotational speed of the pinion gear.
発電機と3軸式動力入出力手段とを備える態様の本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記設定された要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとからなる目標運転ポイントを設定すると共に該設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されるよう前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とを制御する手段である、ものとすることもできる。ここで、所定の制約としては、同一のパワーを出力する際に最も内燃機関の効率がよくなるよう内燃機関を運転する制約や同一のパワーを出力する際に内燃機関から最も大きなトルクを出力することができるよう内燃機関を運転する制約などを用いることができる。こうした目標運転ポイントを設定する態様とする場合、前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、を備え、前記制御手段は、前記設定された入出力制限の範囲内で、且つ、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する手段である、ものとすることもできる。 In the power output apparatus of the present invention having a generator and a three-shaft power input / output means, the control means has a predetermined driving force set within a range of the set allowable maximum rotational speed and a predetermined value. The internal combustion engine and the electric motor are set such that a target operation point consisting of a target rotational speed and a target torque at which the internal combustion engine should be operated is set based on the constraints, and the internal combustion engine is operated at the set target operation point. It can also be a means for controlling the generator. Here, as a predetermined constraint, the maximum torque is output from the internal combustion engine when outputting the same power or the constraint of operating the internal combustion engine so that the efficiency of the internal combustion engine is best when the same power is output. The restriction | limiting etc. which operate | move an internal combustion engine so that it can do can be used. In the case of setting such a target operation point, as the maximum allowable power when charging and discharging the power storage means based on the power storage means capable of exchanging power with the generator and the motor, and the state of the power storage means Input / output limit setting means for setting the input / output limit of the internal combustion engine, wherein the control means is within the set input / output limit range and within the set allowable maximum rotational speed range. It is also possible to control the internal combustion engine, the electric motor, and the generator so that a driving force based on the set required driving force is output to the driving shaft while the engine is operated. .
また、本発明の動力出力装置において、前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の下限回転数のうち最も大きい回転数から制御に必要なマージンを加えて許容最小回転数を設定する許容最小回転数設定手段を備え、前記制御手段は、前記設定された許容最小回転数の範囲内で且つ前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、動力出力装置が備える機器の負側の過回転をより確実に抑制することができる。 Further, in the power output apparatus of the present invention, a margin necessary for control from the largest rotational speed among the plurality of lower limit rotational speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of equipment included in the power output apparatus. And an allowable minimum rotational speed setting means for setting an allowable minimum rotational speed, wherein the control means is within the set allowable minimum rotational speed range and within the set allowable maximum rotational speed range. The internal combustion engine and the electric motor may be controlled so that a driving force based on the set required driving force is output to the driving shaft while the internal combustion engine is operated. In this way, it is possible to more reliably suppress the negative overspeed of the equipment included in the power output apparatus.
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定する許容最大回転数設定手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に連結されてなることを要旨とする。 The vehicle of the present invention is the power output device of the present invention according to any one of the above-described aspects, that is, basically a power output device that outputs power to the drive shaft, and can output power to the drive shaft. The smallest rotational speed among the plurality of upper limit rotational speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the internal combustion engine, the electric motor capable of outputting power to the drive shaft, and the equipment included in the power output device A permissible maximum speed setting means for setting a permissible maximum speed by reducing a margin required for control, a required driving force setting means for setting a required driving force required for the drive shaft, and the set permissible maximum speed Control means for controlling the internal combustion engine and the electric motor so that the internal combustion engine is operated within a rotational speed range and a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft. power Equipped with a force device, the axle is summarized in that made is connected to the drive shaft.
の本発明の車両では、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、内燃機関が過回転しないだけでなく動力出力装置が備える機器の過回転をより確実に抑制することができる効果や要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる効果などと同様の効果を奏することができる。 In the vehicle according to the present invention, the power output device according to the present invention of any one of the above-described aspects is mounted. Therefore, the effects of the power output device according to the present invention, for example, not only the internal combustion engine does not over-rotate but also the power output device. It is possible to achieve the same effects as the effect of more reliably suppressing the over-rotation of the equipment provided and the effect of outputting the driving force based on the required driving force to the drive shaft.
本発明の動力出力装置の制御方法は、
駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定し、該設定した許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する、
ことを特徴とする。
The method for controlling the power output apparatus of the present invention includes:
A control method of a power output device comprising: an internal combustion engine capable of outputting power to a drive shaft; and an electric motor capable of outputting power to the drive shaft,
The allowable maximum number of revolutions is set by subtracting the margin necessary for control from the smallest number of the plurality of upper limit revolutions of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output device. The internal combustion engine and the electric motor so that the internal combustion engine is operated within the set allowable maximum rotational speed and a driving force based on a required driving force required for the driving shaft is output to the driving shaft. To control the
It is characterized by that.
この本発明の動力出力装置の制御方法では、動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定し、設定した許容最大回転数の範囲内で内燃機関が運転されると共に駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電動機とを制御する。これにより、内燃機関が過回転しないだけでなく、動力出力装置が備える機器の過回転をより確実に抑制することができる。もとより、要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。 In the control method for the power output apparatus of the present invention, a margin necessary for control from the smallest rotational speed among the plurality of upper limit rotational speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output apparatus. The internal combustion engine is operated within the range of the set allowable maximum rotational speed and the driving force based on the required driving force required for the driving shaft is output to the driving shaft. Control the engine and the motor. Thereby, not only the internal combustion engine does not over-rotate but also the over-rotation of the equipment provided in the power output device can be more reliably suppressed. Of course, the driving force based on the required driving force can be output to the drive shaft.
こうした本発明の動力出力装置の制御方法において、前記動力出力装置は、動力を入出力する発電機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸にサンギヤとリングギヤとピニオンギヤを自転および公転自在に軸支するキャリアとの3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、を備え、前記複数の上限回転数は、前記内燃機関の性能から得られる上限回転数と、前記発電機の性能から得られる上限回転数と、前記ピニオンギヤの許容回転数から得られる上限回転数と、を含む回転数であり、前記設定した許容最大回転数の範囲内で前記要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとからなる目標運転ポイントを設定すると共に該設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する、ことを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、内燃機関と発電機と遊星歯車機構のピニオンギヤの過回転をより確実に抑制することができる。ここで、所定の制約としては、同一のパワーを出力する際に最も内燃機関の効率がよくなるよう内燃機関を運転する制約や同一のパワーを出力する際に内燃機関から最も大きなトルクを出力することができるよう内燃機関を運転する制約などを用いることができる。 In such a control method for a power output apparatus of the present invention, the power output apparatus includes a sun gear on three axes of a generator that inputs and outputs power, the drive shaft, the output shaft of the internal combustion engine, and the rotating shaft of the generator. And a planetary gear mechanism to which three rotational elements of a carrier that rotatably and reciprocally supports the ring gear and the pinion gear are connected, and the plurality of upper limit rotational speeds is obtained from the performance of the internal combustion engine. And an upper limit speed obtained from the performance of the generator and an upper limit speed obtained from the allowable rotation speed of the pinion gear, and the request within the range of the set allowable maximum speed Based on the driving force and predetermined constraints, a target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine is set, and the internal combustion engine is set at the set target operating point. And controlling the internal combustion engine, the electric motor, and the generator so that a driving force based on the set required driving force is output to the driving shaft. it can. By so doing, it is possible to more reliably suppress over-rotation of the internal combustion engine, the generator, and the pinion gear of the planetary gear mechanism. Here, as a predetermined constraint, the maximum torque is output from the internal combustion engine when outputting the same power or the constraint of operating the internal combustion engine so that the efficiency of the internal combustion engine is best when the same power is output. The restriction | limiting etc. which operate | move an internal combustion engine so that it can do can be used.
また、本発明の動力出力装置の制御方法において、前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の下限回転数のうち最も大きい回転数から制御に必要なマージンを加えて許容最小回転数を設定し、該設定した許容最小回転数の範囲内で且つ前記設定した許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する、ことを特徴とするものとすることもできる。こうすれば、動力出力装置が備える機器の負側の過回転をより確実に抑制することができる。 Further, in the method for controlling the power output apparatus of the present invention, the control is performed from the largest rotation speed among the plurality of lower limit rotation speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output apparatus. A permissible minimum speed is set by adding a necessary margin, and the internal combustion engine is operated within the set permissible minimum speed and within the set permissible maximum speed, and the required driving force is set. The internal combustion engine and the electric motor may be controlled such that a driving force based on the output is output to the drive shaft. In this way, it is possible to more reliably suppress the negative overspeed of the equipment included in the power output apparatus.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載した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に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに取り付けられた減速ギヤ35と、この減速ギヤ35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。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
エンジン22は、例えば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可能な内燃機関として構成されており、図2に示すように、エアクリーナ122により清浄された空気をスロットルバルブ124を介して吸入すると共に燃料噴射弁126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃料室に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換する。エンジン22からの排気は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化装置(三元触媒)134を介して外気へ排出される。
The
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により制御されている。エンジンECU24は、CPU24a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、CPU24aの他に処理プログラムを記憶するROM24bと、データを一時的に記憶するRAM24c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。エンジンECU24には、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温,燃焼室内に取り付けられた圧力センサ143からの筒内圧力Pin,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ128や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカムポジション,スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ146からのスロットルポジション,吸気管に取り付けられたエアフローメータ148からのエアフローメータ信号AF,同じく吸気管に取り付けられた温度センサ149からの吸気温,空燃比センサ135aからの空燃比AF,酸素センサ135bからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁126への駆動信号や、スロットルバルブ124のポジションを調節するスロットルモータ136への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル138への制御信号、吸気バルブ128の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構150への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、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出力する。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
The
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を介して減速ギヤ35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。
The power distribution and
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。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
The motor MG1 and the motor MG2 are both configured as well-known synchronous generator motors that can be driven as generators and can be driven as motors, and exchange power with the
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。また、バッテリECU52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に基づいて残容量(SOC)を演算したり、演算した残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図3に電池温度Tbと入出力制限Win,Woutとの関係の一例を示し、図4にバッテリ50の残容量(SOC)と入出力制限Win,Woutの補正係数との関係の一例を示す。
The
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。
The hybrid
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。
The
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の動作について説明する。図5は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される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、所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the thus configured
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,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2の回転数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50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。
When the drive control routine is executed, first, the
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された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Tr*とエンジン22に要求される要求パワーPe*とを設定する(ステップS120)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図6に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*とロスLossとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じること(Nr=k・V)によって求めたり、、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ること(Nr=Nm2/Gr)によって求めることができる。
When the data is thus input, the required torque Tr * to be output to the
続いて、設定した要求パワーPe*に基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントの仮の目標値である仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する(ステップS120)。この設定は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーPe*とに基づいて行なわれる。エンジン22の動作ラインの一例と仮回転数Netmpと仮トルクTetmpとを設定する様子を図7に示す。図示するように、仮回転数Netmpと仮トルクTetmpは、動作ラインと要求パワーPe*(Netmp×Tetmp)が一定の曲線との交点により求めることができる。
Subsequently, based on the set required power Pe *, a temporary rotational speed Nettmp and a temporary torque Tentmp that are temporary target values of the operating point at which the
次に、モータMG1の性能上の上下限回転数Nm1max,Nm1minとリングギヤ32の回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30のギヤ比ρ(サンギヤの歯数/リングギヤの歯数)とを用いて次式(1)および式(2)によりエンジン上下限回転数Nemax(mg1),Nemin(mg1)を計算すると共に(ステップS130)、動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の性能上の上下限回転数Npinmax,Npinminとリングギヤ32の回転数Nr(Nm2/Gr)と動力分配統合機構30におけるピニオンギヤ33に対するギヤ比γ(ピニオンギヤの歯数/リングギヤの歯数)とを用いて式(3)および式(4)によりエンジン上下限回転数Nemax(pin),Nemin(pin)を計算し(ステップS130)、計算したエンジン上下限回転数Nemax(mg1),Nemin(mg1)とエンジン上下限回転数Nemax(pin),Nemin(pin)とエンジン22の性能上の上下限回転数Nemax(eg),値0とから最も内側となる値から制御に必要なマージンα,βを考慮して、即ち、式(5)に示すようにエンジン上限回転数Nemax(mg1)とエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じて、及び、式(6)に示すようにエンジン下限回転数Nemin(mg1)とエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数にマージンβを加えて、エンジン22の許容最大回転数Nemaxと許容最小回転数Neminとを設定する(ステップS140)。ここで、モータMG1の性能上の上下限回転数Nm1max,Nm1minはモータMG1の定格値における正回転側としての上限回転数と負回転側としての下限回転数であり、ピニオンギヤ33の性能上の上下限回転数Npinmax,Npinminは動力分配統合機構30の構造上の定格値における正回転側としての上限回転数と負回転側としての下限回転数であり、エンジン22の性能上の上下限回転数Nemax(eg)はエンジン22の定格値としての上限回転数である。また、マージンα,βは、後述するフィードバック制御を行なう際にエンジン22が設定した許容最大回転数Nemaxを上回ったり下回ったりしたときの許容回転数であり、エンジン22の性能やモータMG1の性能などによって定めることができる。式(1)および式(2)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30および変速機60の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を図8に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(1)および式(2)は、モータMG1の回転数Nm1に上下限回転数Nm1max,Nm1minを用いれば、この共線図から容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。
Next, the upper and lower limit rotational speeds Nm1max and Nm1min in the performance of the motor MG1, the rotational speed Nr (Nm2 / Gr) of the
Nemax(mg1)=ρ・Nm1max/(1+ρ)+Nm2/Gr/(1+ρ) (1)
Nemin(mg1)=ρ・Nm1min/(1+ρ)+Nm2/Gr/(1+ρ) (2)
Nemax(pin)=Nm2/Gr+γ・Npinmax (3)
Nemin(pin)=Nm2/Gr-γ・Npinmin (4)
Nemax=min(Nemax(eg),Nemax(mg1),Nemax(pin)-α (5)
Nemin=min(0,Nemin(mg1),Nemin(pin)-β (6)
Nemax (mg1) = ρ ・ Nm1max / (1 + ρ) + Nm2 / Gr / (1 + ρ) (1)
Nemin (mg1) = ρ ・ Nm1min / (1 + ρ) + Nm2 / Gr / (1 + ρ) (2)
Nemax (pin) = Nm2 / Gr + γ ・ Npinmax (3)
Nemin (pin) = Nm2 / Gr-γ ・ Npinmin (4)
Nemax = min (Nemax (eg), Nemax (mg1), Nemax (pin) -α (5)
Nemin = min (0, Nemin (mg1), Nemin (pin) -β (6)
こうしてエンジン22の許容最大回転数Nemaxと許容最小回転数Neminとを設定すると、ステップS120で設定した仮回転数Netmpを次式(7)によりエンジン22の許容最大回転数Nemaxと許容最小回転数Neminとによって制限してエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共に要求パワーPe*を設定した目標回転数Ne*で割ることによりエンジン22の目標トルクTe*を設定する(ステップS160)。目標回転数Ne*には、即ち、仮回転数Netmpが許容最大回転数Nemaxと許容最小回転数Neminとの範囲内となるときには仮回転数Netmpが設定され、仮回転数Netmpが許容最大回転数Nemaxより大きいときには許容最大回転数Nemaxが設定され、仮回転数Netmpが許容最小回転数Neminより小さいときには許容最小回転数Neminが設定される。
When the allowable maximum rotational speed Nemax and the allowable minimum rotational speed Nemin of the
Ne*=max(min(Netmp,Nemax),Nemin) (7) Ne * = max (min (Netmp, Nemax), Nemin) (7)
次に、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(8)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(9)によりモータMG1から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm1tmpを計算する(ステップS170)。ここで、式(8)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式であり、上述した図8の共線図から容易に導くことができる。式(9)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(9)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
Next, the target rotational speed Nm1 * of the motor MG1 is calculated by the following equation (8) using the target rotational speed Ne * of the
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (8)
Tm1tmp=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (9)
Nm1 * = Ne * ・ (1 + ρ) / ρ-Nm2 / ρ (8)
Tm1tmp = ρ ・ Te * / (1 + ρ) + k1 (Nm1 * -Nm1) + k2∫ (Nm1 * -Nm1) dt (9)
続いて、要求トルクTr*に仮トルクTm1tmpを動力分配統合機構30のギヤ比ρで除したものを加えてモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpを次式(10)により計算すると共に(ステップS180)、式(11)および式(12)を共に満たす仮トルクTm1tmpの上下限としてのトルク制限Tm1min,Tm1maxを設定する(ステップS190)。ここで、式(10)は、図8の共線図から容易に導くことができる。また、式(11)はモータMG1やモータMG2によりリングギヤ軸32aに出力されるトルクの総和が値0から要求トルクTr*までの範囲内となる関係であり、式(12)はモータMG1とモータMG2とにより入出力される電力の総和が入出力制限Win,Woutの範囲内となる関係である。トルク制限Tm1min,Tm1maxの一例を図9に示す。トルク制限Tm1min,Tm1maxは、図中斜線で示した領域内のトルク指令Tm1*の最大値と最小値として求めることができる。
Subsequently, the provisional torque Tm2tmp, which is a provisional value of the torque to be output from the motor MG2, is obtained by adding the provisional torque Tm1tmp divided by the gear ratio ρ of the power distribution and
Tm2tmp=(Tr*+Tm1tmp/ρ)/Gr (10)
0≦−Tm1tmp/ρ+Tm2tmp・Gr≦Tr* (11)
Win≦Tm1tmp・Nm1+Tm2tmp・Nm2≦Wout (12)
Tm2tmp = (Tr * + Tm1tmp / ρ) / Gr (10)
0 ≦ −Tm1tmp / ρ + Tm2tmp ・ Gr ≦ Tr * (11)
Win ≦ Tm1tmp ・ Nm1 + Tm2tmp ・ Nm2 ≦ Wout (12)
こうしてトルク制限Tm1min,Tm1maxを設定すると、ステップS170で設定した仮トルクTm1tmpを式(13)によりトルク制限Tm1min,Tm1maxで制限してモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する(ステップ200)。そして、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差を制御用回転数Nm2*で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tm2min,Tm2maxを次式(14)および式(15)により計算すると共に(ステップS210)、ステップS180で設定した仮トルクTm2tmpを式(16)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS220)。
When the torque limits Tm1min and Tm1max are set in this way, the temporary torque Tm1tmp set in step S170 is limited by the torque limits Tm1min and Tm1max according to the equation (13), and the torque command Tm1 * of the motor MG1 is set (step 200). The deviation from the power consumption (generated power) of the motor MG1 obtained by multiplying the input / output limits Win, Wout of the
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (13)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (14)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (15)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (16)
Tm1 * = max (min (Tm1tmp, Tm1max), Tm1min) (13)
Tm2min = (Win-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (14)
Tm2max = (Wout-Tm1 * ・ Nm1) / Nm2 (15)
Tm2 * = max (min (Tm2tmp, Tm2max), Tm2min) (16)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信し(ステップS230)、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
Thus, when the target engine speed Ne *, the target torque Te *, and the torque commands Tm1 *, Tm2 * of the motors MG1, MG2 are set, the target engine speed Ne * and the target torque Te * of the
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の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じたものからなる許容最大回転数Nemaxの範囲内でエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共にこの目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共にリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するから、エンジン22の過回転を抑制するだけでなく、モータMG1の過回転や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の過回転を抑制することができる。また、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数からマージンβを加えたものからなる許容最小回転数Neminの範囲内でエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共にこの目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共に駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するから、モータMG1の負側の過回転や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の負側の過回転を抑制することができる。
According to the
また、実施例のハイブリッド自動車20によれば、目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するから、過大な電力によるバッテリ50の充放電を抑制することができる。もとより、要求トルクTr*に基づくトルクを駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することができる。
Further, according to the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じたものからなる許容最大回転数Nemaxの範囲内で、且つ、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数からマージンβを加えたものからなる許容最小回転数Neminの範囲内で、エンジン22の目標回転数Ne*を設定するものとしたが、許容最小回転数Neminの範囲内による制限は課さないものとしても構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じて許容最大回転数Nemaxを設定するものとしたが、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)のうちモータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)を考慮せずに許容最大回転数Nemaxを設定するものとしてもよい。また、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とは異なる他の要件に基づく上限回転数を考慮して許容最大回転数Nemaxを設定するものとしても構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数からマージンβを加えて許容最小回転数Neminを設定するものとしたが、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうちモータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)を考慮せずに許容最小回転数Neminを設定するものとしてもよい。また、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とは異なる他の要件に基づく下限回転数を考慮して許容最小回転数Neminを設定するものとしても構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、減速ギヤ35を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸32aにモータMG2を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ35に代えて2段変速や3段変速,4段変速などの変速機を介してリングギヤ軸32aにモータMG2を取り付けるものとしても構わない。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸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。
In the
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶,航空機などの移動体に搭載される動力出力装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた動力出力装置の形態としても構わない。さらに、こうした動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。 In addition, it is not limited to those applied to such hybrid vehicles, but is incorporated into non-moving equipment such as forms of power output devices mounted on moving bodies such as vehicles other than automobiles, ships, and aircraft, and construction equipment. A power output device may be used. Furthermore, it is good also as a form of the control method of such a power output device.
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じて許容最大回転数Nemaxを設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS130〜S150の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「許容最大回転数設定手段」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS110の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求駆動力設定手段」に相当し、許容最大回転数Nemaxおよび許容最小回転数Neminの範囲内でエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共にこの目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共にリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジンECU24やモータECU40に設定値を送信する図5の駆動制御ルーチンのステップS160〜S230の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいてエンジン22を制御するエンジンECU24とトルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてモータMG1,MG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。また、モータMG1が「発電機」に相当し、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づく残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算するバッテリECU52が「入出力制限設定手段」に相当する。更に、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数からマージンβを加えて許容最小回転数Neminを設定する図5の駆動制御ルーチンのステップS130〜S150の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「許容最小回転数設定手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「許容最大回転数設定手段」としては、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とエンジン22の性能上の上限回転数Nemax(eg)とのうち最も小さい回転数からマージンαを減じて許容最大回転数Nemaxを設定するものに限定されるものではなく、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)を考慮せずに許容最大回転数Nemaxを設定するものとしたり、モータMG1の上限回転数Nm1maxに基づくエンジン上限回転数Nemax(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の上限回転数Npinmaxに基づくエンジン上限回転数Nemax(pin)とは異なる他の要件に基づく上限回転数を考慮して許容最大回転数Nemaxを設定するものとするなど、動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Accだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、駆動軸に要求される要求駆動力を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、許容最大回転数Nemaxおよび許容最小回転数Neminの範囲内でエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共にこの目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共にリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジン22やモータMG1,MG2を制御するものに限定されるものではなく、許容最小回転数Neminを考慮せずにエンジン22の目標回転数Ne*を設定すると共にこの目標回転数Ne*を用いてエンジン22を目標回転数Ne*で運転すると共にリングギヤ軸32aに要求トルクTr*が出力されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジン22やモータMG1,MG2を制御するものなど、設定された許容最大回転数の範囲内で内燃機関が運転されると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電動機とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機であっても構わない。「3軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と内燃機関の出力軸と発電機の回転軸との3軸に接続され3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど、発電機および電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「入出力制限設定手段」としては、バッテリ50の残容量(SOC)とバッテリ50の電池温度Tbとに基づいて入出力制限Win,Woutを演算するものに限定されるものではなく、残容量(SOC)や電池温度Tbの他に例えばバッテリ50の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「許容最小回転数設定手段」としては、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)と動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とエンジン22の性能上の下限回転数としての値0とのうち最も大きい回転数からマージンβを加えて許容最小回転数Neminを設定するものに限定されるものではなく、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)を考慮せずに許容最小回転数Neminを設定するものとしたり、モータMG1の下限回転数Nm1minに基づくエンジン下限回転数Nemin(mg1)や動力分配統合機構30のピニオンギヤ33の下限回転数Npinminに基づくエンジン下限回転数Nemin(pin)とは異なる他の要件に基づく下限回転数を考慮して許容最小回転数Neminを設定するものとするなど、動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる内燃機関の複数の下限回転数のうち最も大きい回転数から制御に必要なマージンを加えて許容最小回転数を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
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。 The embodiments of the present invention have been described using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. Of course you get.
本発明は、動力出力装置や車両の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the power output apparatus and the vehicle manufacturing industry.
20,120 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)、24a CPU、24b ROM、24c RAM、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 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 駆動輪、64a,64b 車輪、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、122 エアクリーナ、124 スロットルバルブ、126 燃料噴射弁、128 吸気バルブ、130 点火プラグ、132 ピストン、134 浄化装置、136,スロットルモータ、138 イグニッションコイル、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、143 圧力センサ、144 カムポジションセンサ、146 スロットルバルブポジションセンサ、148 エアフローメータ、149 温度センサ、150 可変バルブタイミング機構、MG1,MG2 モータ。 20,120 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 24a CPU, 24b ROM, 24c RAM, 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integrated mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear Shaft, 33 Pinion gear, 34 Carrier, 35 Reduction gear, 40 Motor electronic control unit (motor ECU), 41, 42 Inverter, 43, 44 Rotation position detection sensor, 50 battery, 51 Temperature sensor, 52 Battery electronic control unit ( Battery ECU), 54 power line, 60 gear mechanism, 62 differential gear, 63a, 63b driving wheel, 64a, 64b wheel, 70 electronic control unit for hybrid, 72 CPU, 74 ROM, 7 6 RAM, 80 ignition switch, 81 shift lever, 82 shift position sensor, 83 accelerator pedal, 84 accelerator pedal position sensor, 85 brake pedal, 86 brake pedal position sensor, 88 vehicle speed sensor, 122 air cleaner, 124 throttle valve, 126 fuel injection Valve, 128 intake valve, 130 spark plug, 132 piston, 134 purification device, 136, throttle motor, 138 ignition coil, 140 crank position sensor, 142 water temperature sensor, 143 pressure sensor, 144 cam position sensor, 146 throttle valve position sensor, 148 Air flow meter, 149 Temperature sensor, 150 Variable valve timing mechanism, MG1, MG2 motor.
Claims (10)
前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定する許容最大回転数設定手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する制御手段と、
を備える動力出力装置。 A power output device that outputs power to a drive shaft,
An internal combustion engine capable of outputting power to the drive shaft;
An electric motor capable of outputting power to the drive shaft;
The allowable maximum number of revolutions is set by subtracting the margin required for control from the smallest number of revolutions among the plurality of upper limit revolutions of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output device. Allowable maximum speed setting means,
Required driving force setting means for setting required driving force required for the drive shaft;
The internal combustion engine and the electric motor are controlled such that the internal combustion engine is operated within the set allowable maximum rotational speed and a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft. Control means;
A power output device comprising:
動力を入出力する発電機と、
前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、
を備え、
前記複数の上限回転数は、前記内燃機関の性能から得られる上限回転数と、前記発電機の性能から得られる上限回転数と、前記3軸式動力入出力手段の性能から得られる上限回転数と、を含む回転数であり、
前記制御手段は、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 1,
A generator that inputs and outputs power;
Power is applied to the remaining shafts based on power input to and output from any two of the three shafts connected to the three shafts of the drive shaft, the output shaft of the internal combustion engine, and the rotating shaft of the generator. 3-axis power input / output means for outputting;
With
The plurality of upper limit rotational speeds are an upper limit rotational speed obtained from the performance of the internal combustion engine, an upper limit rotational speed obtained from the performance of the generator, and an upper limit rotational speed obtained from the performance of the three-shaft power input / output means. And the rotational speed including
The control means operates the internal combustion engine within the set allowable maximum rotational speed and outputs the driving force based on the set required driving force to the driving shaft. Means for controlling the electric motor and the generator;
Power output device.
前記3軸式動力入出力手段は、サンギヤとリングギヤとピニオンギヤを自転および公転自在に軸支するキャリアとを3つの回転要素とする遊星歯車機構であり、
前記複数の上限回転数の一つは、前記ピニオンギヤの許容回転数から得られる上限回転数である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 2,
The three-axis power input / output means is a planetary gear mechanism having three rotating elements, a carrier that supports a sun gear, a ring gear, and a pinion gear so as to rotate and revolve.
One of the plurality of upper limit rotation speeds is an upper limit rotation speed obtained from an allowable rotation speed of the pinion gear.
Power output device.
前記発電機および前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段を充放電する際の最大許容電力としての入出力制限を設定する入出力制限設定手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記設定された入出力制限の範囲内で、且つ、前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to claim 4,
Power storage means capable of exchanging electric power with the generator and the motor;
An input / output limit setting means for setting an input / output limit as a maximum allowable power when charging / discharging the power storage means based on the state of the power storage means;
With
The control means is configured to drive the internal combustion engine within the set input / output limit range and the set allowable maximum rotational speed range and to drive based on the set required drive force. Is a means for controlling the internal combustion engine, the electric motor, and the generator so that is output to the drive shaft,
Power output device.
前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の下限回転数のうち最も大きい回転数から制御に必要なマージンを加えて許容最小回転数を設定する許容最小回転数設定手段を備え、
前記制御手段は、前記設定された許容最小回転数の範囲内で且つ前記設定された許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する手段である、
動力出力装置。 The power output device according to any one of claims 1 to 5,
The allowable minimum speed is set by adding a margin necessary for control from the largest speed among the plurality of lower limit speeds of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output device. With minimum allowable rotation speed setting means,
The control means operates the internal combustion engine within the set allowable minimum rotational speed range and the set allowable maximum rotational speed range, and generates a driving force based on the set required driving force. Means for controlling the internal combustion engine and the electric motor to be output to the drive shaft;
Power output device.
前記動力出力装置が備える機器の性能に基づいて異なる複数の手法により得られる前記内燃機関の複数の上限回転数のうち最も小さい回転数から制御に必要なマージンを減じて許容最大回転数を設定し、該設定した許容最大回転数の範囲内で前記内燃機関が運転されると共に前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づく駆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動機とを制御する、
ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。 A control method of a power output device comprising: an internal combustion engine capable of outputting power to a drive shaft; and an electric motor capable of outputting power to the drive shaft,
The allowable maximum number of revolutions is set by subtracting the margin necessary for control from the smallest number of the plurality of upper limit revolutions of the internal combustion engine obtained by a plurality of different methods based on the performance of the equipment included in the power output device. The internal combustion engine and the electric motor so that the internal combustion engine is operated within the set allowable maximum rotational speed and a driving force based on a required driving force required for the driving shaft is output to the driving shaft. To control the
A control method for a power output apparatus.
前記動力出力装置は、動力を入出力する発電機と、前記駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との3軸にサンギヤとリングギヤとピニオンギヤを自転および公転自在に軸支するキャリアとの3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、を備え、
前記複数の上限回転数は、前記内燃機関の性能から得られる上限回転数と、前記発電機の性能から得られる上限回転数と、前記ピニオンギヤの許容回転数から得られる上限回転数と、を含む回転数であり、
前記設定した許容最大回転数の範囲内で前記要求駆動力と所定の制約とに基づいて前記内燃機関を運転すべき目標回転数と目標トルクとからなる目標運転ポイントを設定すると共に該設定した目標運転ポイントで前記内燃機関が運転されると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆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動機と前記発電機とを制御する、
ことを特徴とする動力出力装置の制御方法。 A method for controlling a power output apparatus according to claim 8,
The power output device includes a sun gear, a ring gear, and a pinion gear that are rotatably and revolved on three axes of a generator that inputs and outputs power, the drive shaft, the output shaft of the internal combustion engine, and the rotating shaft of the generator. A planetary gear mechanism to which three rotating elements and a carrier to be connected are connected,
The plurality of upper limit rotational speeds include an upper limit rotational speed obtained from the performance of the internal combustion engine, an upper limit rotational speed obtained from the performance of the generator, and an upper limit rotational speed obtained from the allowable rotational speed of the pinion gear. The number of revolutions,
A target operating point consisting of a target rotational speed and a target torque for operating the internal combustion engine is set on the basis of the required driving force and a predetermined constraint within the set allowable maximum rotational speed, and the set target Controlling the internal combustion engine, the electric motor, and the generator so that the internal combustion engine is operated at an operation point and a driving force based on the set required driving force is output to the drive shaft;
A control method for a power output apparatus.
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