JP2010167843A - ハイブリッド走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力循環を低減すると共に、エンジンの熱効率を悪化を低減することが可能なハイブリッド走行制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両（１）の走行制御を行うハイブリッド走行制御装置（１０）において、燃費を優先するエンジン動作点及び回転電機の動作点がそれぞれ決められた走行モードで走行する燃費優先走行手段と、一方の回転電機（１１）によって発電された電力の少なくとも一部が他方の回転電機（１２）によって消費される動力循環状態になり易い高速巡航走行時に、バッテリ（２１）の目標ＳＯＣを通常より高めに設定することで発電を行う回転電機（１１）の回転数が０回転近傍になるように充電要求パワーを上乗せする充電制御手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

バッテリからの電力により少なくとも一つの回転電機及びエンジンから駆動力を得て、走行制御を行うハイブリッド走行制御装置に関する。

ハイブリッド車両にはシリーズ方式とパラレル方式があり、この中間であるいわゆるシリーズ・パラレル併用方式のハイブリッド車両では、バッテリによる電気エネルギーで駆動する第１及び第２のモータジェネレータとエンジンとが遊星歯車機構を用いて接続されている。また、モータジェネレータは電気エネルギーが与えられモータとして動作するだけでなく、回転エネルギーが与えられて発電機として電気エネルギーを出力する。遊星歯車機構のサンギアは第１モータジェネレータに接続され、リングギアは第２モータジェネレータに接続される。リングギヤとサンギアとはピニオンギアを介して噛み合い、ピニオンギアを指示するキャリアがエンジン出力軸に接続されている。

ハイブリッド車両では、燃費を向上させるためエンジンが最高効率領域で駆動するように回転数が定められ、この回転数を維持できるように車速に応じて回転するリングギアに対し、サンギアに接続されている第１モータジェネレータの回転数を制御する。この第１モータジェネレータの回転数を制御するには、第１モータジェネレータで発電される電力を制御する。

車速をある一定速度以上に上げて高速巡航走行をすると、エンジン回転数を所定の回転数に維持したままでは、サンギアに接続されている第１モータジェネレータは回転数が負回転となる。このため、エンジントルクと駆動力のバランスを保つため、サンギアに接続された第１モータジェネレータは力行動作を行い、他方、リングギアに接続されている第２モータジェネレータは発電動作を行うことになる。このような動作は動力循環と呼ばれ、燃費が悪化する。

そこで、特許文献１には、高速走行時に燃費を改善させるためのシフト切換機構を有し、シフト切換機構は高速走行時にサンギアを停止状態に固定する構成が示されている。また、特許文献２には、従来の動力循環回避法として、動力循環領域においてエンジンの動作点をエンジンの熱効率最良線から高回転・低トルク側へシフトしてシステム効率（＝熱効率×伝達効率）が最良となる運転点を選択することが示されている。

特開２００５−２９１４３９号公報 特開２００７−０９９１５５号公報

しかし、特許文献１の方法では、シフト切換機構が必要となる。また、特許文献２の方法では、動力循環量は低減されるため伝達効率は向上するが、エンジン動作点が熱効率最良線より軽負荷側へシフトするため、実際の運転点での熱効率は低下して燃費が悪化する。そこで、本発明では、動力循環を低減すると共に、エンジンの熱効率を悪化を低減することが可能なハイブリッド走行制御装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド走行制御装置は、遊星歯車機構の動作共線特性によってエンジン出力と複数の回転電機出力との配分関係が定められ、バッテリからの電力により少なくとも一つの回転電機及びエンジンから駆動力を得て、走行制御を行うハイブリッド走行制御装置において、燃費を優先するエンジン動作点及び回転電機の動作点がそれぞれ決められた走行モードで走行する燃費優先走行手段と、一方の回転電機によって発電された電力の少なくとも一部が他方の回転電機によって消費される動力循環状態になり易い高速巡航走行時に、バッテリの目標ＳＯＣを通常より高めに設定することで発電を行う回転電機の回転数が０回転近傍になるように充電要求パワーを上乗せする充電制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明を用いることにより、動力循環による高速巡航時の燃費悪化を改善することが可能となる。

本発明の実施形態に係る走行制御装置を備えたハイブリッド車両の構成を示す構成図である。 本実施形態における動力分配機構の特性の一例を説明する共線図である。 本実施形態におけるエンジンの動作特性の一例を説明する説明図である。 本実施形態におけるバッテリの目標ＳＯＣの時間変化を説明する説明図である。 本実施形態における走行制御装置の処理の流れを示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、走行制御装置１０を備えたハイブリッド車両１の構成を示している。ハイブリッド車両１は動力伝達系と電力伝達系及び電気系とに分けられる。動力伝達系には、エンジン１３と、エンジン１３の出力軸に接続された動力分配機構１４と、動力分配機構１４に接続された発電可能なモータ・ジェネレータＭＧ１（１１）と、動力源として機能するモータ・ジェネレータＭＧ２（１２）と、動力分配機構１４に接続されている減速ギア１９と、減速ギア１９に接続されている車輪１８と、が設けられている。また、電力伝達系及び電気系は、バッテリ２１に接続されたインバータ（２２，２３）と、アクセルペダル２４からの操作指示によりインバータ（２２，２３）とエンジン１３を制御する走行制御装置１０と、エンジン１３やモータジェネレータ（１１，１２）などの回転数を検出する回転センサ（１５，１６，１７）が設けられている。

動力分配機構１４は、外側歯車のサンギア（Ｓ）と、サンギア（Ｓ）と同心上に配列された内歯歯車のリングギア（Ｒ）と、サンギア（Ｓ）に噛み合うと共にリングギア（Ｒ）に噛み合う複数のピニオンギアと、複数のピニオンギアを自転かつ公転自在に保持するキャリア（Ｃ）とを備えている。図１の動力分配機構１４では、キャリア（Ｃ）にはエンジン１３のクランクシャフトが接続され、サンギア（Ｓ）にはモータジェネレータＭＧ１（１１）が接続され、リングギア（Ｒ）には減速ギア１９をを介してモータジェネレータＭＧ２（１２）が接続されており、各軸の回転数は回転センサ（１５，１６，１７）で検出され、その情報が走行制御装置１０へ送られる。モータジェネレータＭＧ１（１１）及びモータジェネレータＭＧ２（１２）は、インバータ２３とインバータ２２により発電機として使用することができると共に、電動機としても使用することができる。

通常、ハイブリッド車両１は、運転者によるアクセルペダル２４の踏み込み量に対応するアクセル開度と車速Ｖとに基づいて駆動軸であるリングギア（Ｒ）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ア（Ｒ）に出力されるように、エンジン１３、モータジェネレータＭＧ１（１１）及びモータジェネレータＭＧ２（１２）が走行制御装置１０によって制御される。

走行制御装置１０の運転モードとしてはエンジンの出力を車輪に伝達させるためのトルク変換運転モード、バッテリの充放電を伴って運転させる充放電運転モード、エンジンを停止してモータのみで走行させるモータ運転モード等がある。ここでは、トルク変換運転モードについて説明する。

走行制御装置１０は、アクセル開度と車速Ｖとに基づいてハイブリッド車両に要求される要求トルクＴｒとエンジン１３に要求される要求パワーＰｅを求める。要求パワーＰｅは、要求トルクＴｒにリングギア（Ｒ）の回転数Ｎｒを乗じたものからバッテリ２１の残容量（ＳＯＣ）に基づいて要求される充放電要求パワーＰｂを減じたものである。

次に、走行制御装置１０は要求パワーＰｅに基づいて、エンジン１３の目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅとからなる目標運転ポイントを設定する。この設定では、エンジン１３を効率良く作動させる動作ラインと要求パワーＰｅとに基づいて目標回転数Ｎｅと目標トルクＴｅとを設定する。目標回転数Ｎｅと駆動軸としてのリングギア（Ｒ）の回転数Ｎｒと動力分配機構１４のギア比ρと車速Ｖの換算係数ｋとを用いてモータジェネレータＭＧ１（１１）の目標回転数（Ｎｍ１＝Ｎｅ＊（１＋ρ）／ρ−Ｖ・ｋ／ρ）を計算する。

図２は動力分配機構の特性の一例を示す共線図である。図２（Ａ）は、本発明を理解する上で参考となる共線図であり、図２（Ｂ）は、本実施形態に係る共線図である。図中左側のＳ軸はモータジェネレータＭＧ１（１１）の回転数Ｎｍ１であるサンギア（Ｓ）の回転数を示し、中間のＣ軸はエンジン１２の回転数Ｎｅであるキャリア（Ｃ）の回転数を示し、右側のＲ軸はモータジェネレータＭＧ２（１２）の回転数Ｎｒであるリングギア（Ｒ）の回転数を示している。

最初に参考となる共線図について示す。図２（Ａ）の破線の状態では、リングギア（Ｒ）に出力される動力は、エンジン１３から出力される動力とモータジェネレータＭＧ１（１１）から出力される動力との和となり、過剰な動力の出力を是正するためにモータジェネレータＭＧ２（１２）は発電機として機能することになる。このとき、エンジン１３とモータジェネレータＭＧ１（１１）から出力された動力の一部をモータジェネレータＭＧ２（１２）により電力として回生し、この回生した電力をモータジェネレータＭＧ１（１１）により消費して動力として出力することになり、一部のエネルギーに対して動力−電力−動力の循環が生じる。このような動力循環はモータジェネレータＭＧ１（１１）やモータジェネレータＭＧ２（１２）の効率が何度も掛けられることになるから、車両としての伝達効率が低下することになる。

そこで、図２（Ａ）では、要求パワーＰｅを一定に保ちながら、エンジン動作点を高回転、低トルク側に移すことによりモータジェネレータＭＧ１（１１）を発電機として機能させ、エンジン１２から出力される動力の一部をモータジェネレータＭＧ１（１１）により電力に変換し、変換した電力の一部または全部をモータジェネレータＭＧ２（１２）で消費させることで、伝達効率を改善させていた。

図３はエンジンの動作特性の一例であり、横軸にはエンジン回転数、縦軸にはエンジントルクを示している。通常、エンジン運転は、燃費優先動作線上で作動させることが望ましい。図中Ｐｅの等出力線で高回転、低トルク側に移すと熱効率が低下し、図２（Ａ）のような制御では、動作点の燃費低下により熱効率は低下するため、伝達効率は向上するものの、システム効率（＝熱効率×伝達効率）の向上はわずかな値となっていた。

そこで、本実施形態に係る走行制御装置は、図２（Ｂ）において、モータジェネレータＭＧ１（１１）が０回転近傍となるようにバッテリー充電パワーを上乗せすると共に、図３の燃費優先動作線上で高回転、高トルク側（Ｐｅ＋Ｐｃｈｇ）に移動させることでエンジンの熱効率を悪化させず、かつ、動力循環を回避させる制御を行う。この制御方法は、バッテリ２１の残容量（ＳＯＣ）の目標値を高めに変更することで充放電要求パワーＰｂとして充電に使用させると共に、エンジン１２から出力される動力の一部をモータジェネレータＭＧ１（１１）により電力に変換し、変換した電力に一部または全部をモータジェネレータＭＧ２（１２）によって消費させることなくシステム効率を向上させている。

図４は走行制御装置からの目標出力であるバッテリＳＯＣの時間変化を示し、高速巡航走行時の動力循環が発生する場合には、バッテリの残容量の目標値を高めに設定するものである。

図５は走行制御装置の処理の流れを示している。この処理で特徴的な事項は、高速巡航走行領域においてモータジェネレータＭＧ１（１１）の回転数が負の値になった場合、モータジェネレータＭＧ１（１１）が０回転近傍となるように電池充電パワーを上乗せすることでエンジンの熱効率を悪化させずに動力循環を回避することであり、動力循環相当のエネルギーを電池に充電することでシステム効率（＝熱効率×伝達環境）の向上を実現するものである。

走行制御装置は、運転者によるアクセルペダル２４の踏み込み量、車速Ｖ等の情報を取得して、燃費優先走行処理を実行する。燃費優先走行処理は、車両情報を入力（ステップＳ１０）後、車両情報からエンジン要求パワーを計算する（ステップＳ１２）。

次に、走行制御装置は、ステップＳ１４にて車両が動力循環領域にあるか否かをモータジェネレータＭＧ１（１１）の回転数の極性で判定する。もし、負の極性を示し、かつ、動力循環領域であれば、ステップＳ１６に進み、バッテリの目標ＳＯＣのかさ上げ処理を実行する。この処理では、例えば、目標ＳＯＣが６０％であった場合には、８０％までかさ上げすることになる。もし、動力循環領域でなければ、ステップＳ２０へ進み、通常どおりエンジン動作点を計算して図示しないメインルーチンへ戻る。

ステップＳ１６の目標ＳＯＣのかさ上げ処理は、動力循環量に相当するパワーを電池に充電できるようにするために電池の目標ＳＯＣを通常より高く設定して電池の受入れ性を確保する処理である。このため、ステップＳ１８では、バッテリの雰囲気温度や入出力電流量による制限によってもＳＯＣのかさ上げ量は変動し、適時最適な値を設定することになる。

次のステップＳ２０では、ステップＳ１２で求めたエンジン要求パワーに対し動力循環量に相当するパワー分だけエンジン要求パワーを高く設定し、その時のエンジン動作点を求めている。この処理により、エンジンの熱効率は最良線上を維持しつつ動力循環を回避することが可能となる。

以上、上述したように、本実施形態に係る走行制御装置を用いることにより、シフト切換機構を必要とせず、動力循環を低減すると共にエンジン動作点が熱効率最良線より軽負荷側へシフトすることによって発生する熱効率の低下を防止することができる。

本発明に係るハイブリッド走行制御装置は、ハイブリッド車両における燃費悪化の改善に利用することができる。

１ ハイブリッド車両、１０ 走行制御装置、１１，１２ モータジェネレータ、１３ エンジン、１４ 動力分配機構、１５，１６，１７ 回転センサ、１８ 車輪、１９ 減速ギア、２１ バッテリ、２２，２３ インバータ、２４ アクセルペダル。

Claims (1)

1. 遊星歯車機構の動作共線特性によってエンジン出力と複数の回転電機出力との配分関係が定められ、バッテリからの電力により少なくとも一つの回転電機及びエンジンから駆動力を得て、走行制御を行うハイブリッド走行制御装置において、
   燃費を優先するエンジン動作点及び回転電機の動作点がそれぞれ決められた走行モードで走行する燃費優先走行手段と、
   一方の回転電機によって発電された電力の少なくとも一部が他方の回転電機によって消費される動力循環状態になり易い高速巡航走行時に、バッテリの目標ＳＯＣを通常より高めに設定することで発電を行う回転電機の回転数が０回転近傍になるように充電要求パワーを上乗せする充電制御手段と、
   を有することを特徴とするハイブリッド走行制御装置。