JP2010208480A

JP2010208480A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2010208480A
Application number: JP2009056837A
Authority: JP
Inventors: Jun Kikunaga; 淳菊永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】エンジンの自立運転中に発生するモータ騒音を低減する。
【解決手段】シフトレバーが走行用のドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での走行中かつエンジンの自立運転中には、モータＭＧ１用のインバータをシャットダウンすると共にモータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊に基づくトルクを出力するようにインバータをスイッチング制御し（ステップＳ１３０，Ｓ１５０）、シフトレバーが走行用のドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での停車中かつエンジンの自立運転中には、モータＭＧ１用のインバータとモータＭＧ２用のインバータとの双方をシャットダウンする（ステップＳ１３０，Ｓ１６０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。

従来、この種のハイブリッド車両としては、エンジンと、キャリアがエンジンのクランクシャフトに接続されると共にリングギヤが車軸側に接続された動力分配統合機構と、動力分配統合機構のサンギヤに動力を入出力するモータＭＧ１と、リングギヤに接続されたリングギヤ軸に変速機を介して動力を入出力するモータＭＧ２とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車両では、シフトレバーがニュートラルレンジにセットされたときに、モータＭＧ１とモータＭＧ２とを駆動するインバータをシャットダウンする。

特開２００６−６３８１９号公報

ところで、上述のようなハイブリッド車両では、車両全体に要求されるパワーが小さくエンジンの運転を停止し得る場合であっても、暖機要求や暖房要求等に応じてエンジンを停止させることなく自立運転することがある。しかしながら、このようにエンジンを自立運転した場合、モータからの高周波騒音が暗騒音により打ち消されず、乗員に違和感を与えてしまうことがある。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンの自立運転中に発生するモータ騒音を低減することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車両は、
内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と駆動軸との３軸に接続され、これら３軸のうち何れか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する動力分配手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第１電動機と前記蓄電手段との間に介設されて該第１電動機を駆動可能な第１インバータと、前記第２電動機と前記蓄電手段との間に介設されて該第２電動機を駆動可能な第２インバータと、シフトポジションを選択するためのシフトポジション選択手段と、前記内燃機関を負荷運転すべきときには該内燃機関の負荷運転を伴って走行に要求される要求トルクに基づくトルクが前記駆動軸に出力されるように前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御すると共に、前記内燃機関を自立運転すべきときには該内燃機関の自立運転を伴って前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを備えるハイブリッド車両において、
前記制御手段は、シフトポジションとして走行用ポジションが選択された状態での走行中かつ前記内燃機関の自立運転中には、前記第１インバータをシャットダウンすると共に、前記シフトポジションとして前記走行用ポジションが選択された状態での停車中かつ前記内燃機関の自立運転中には、前記第１および第２インバータをシャットダウンする手段であることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両では、内燃機関を負荷運転すべきときには内燃機関の負荷運転を伴って走行に要求される要求トルクに基づくトルクが駆動軸に出力されるように内燃機関と第１および第２インバータとを制御すると共に、内燃機関を自立運転すべきときには内燃機関の自立運転を伴って要求トルクが駆動軸に出力されるように内燃機関と第１および第２インバータとを制御する。そして、シフトポジションとして走行用ポジションが選択された状態での走行中かつ内燃機関の自立運転中には、第１インバータをシャットダウンすると共に、シフトポジションとして走行用ポジションが選択された状態での停車中かつ内燃機関の自立運転中には、第１および第２インバータをともにシャットダウンする。このように、シフトポジションとして走行用ポジションが選択された状態での走行中または停車中かつ内燃機関の自立運転中であって、第１電動機または第１および第２電動機の双方からトルクを出力する必要がないときには、第１インバータまたは第１および第２インバータの双方をシャットダウンすることにより、第１、第２インバータによるモータ駆動に伴って発生するモータ騒音をより適正に低減することができる。また、このように第１インバータまたは第１および第２インバータの双方をシャットダウンすることにより、第１、第２インバータのスイッチング制御に伴って発生するスイッチング騒音やスイッチング損失をも低減することができる。

本発明の実施例に係るハイブリッド車両２０の概略構成図である。実施例のモータＥＣＵ４０により実行されるモータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の概略構成図である。実施例のハイブリッド車両２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御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を介してキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに連結された減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、リングギヤ軸３２ａにギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して接続された駆動輪３９ａ，３９ｂと、モータＭＧ１と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４１と、モータＭＧ２と電力ライン５４との間に介設されたインバータ４２と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１およびＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０と、電力ライン５４に接続された例えばリチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池であるバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２と、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信しながら車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０と、を備える。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと、三相コイルが巻回されたステータとを備える周知のＰＭ型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は、図示しない６個のトランジスタとトランジスタの各々に逆方向に並列接続された図示しない６個のダイオードとにより構成されている。トランジスタは、電力ライン５４の正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側とになるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々に三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、電力ライン５４の正極母線と負極母線との間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタのオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ回転駆動することができる。インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータＥＣＵ４０には、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等が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２のトランジスタへのスイッチング制御信号等が出力される。また、モータＥＣＵ４０は、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からの信号に基づくモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２といったモータＭＧ１，ＭＧ２に関するデータを計算する。バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを算出したり、残容量ＳＯＣと所定の充放電制約とに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を算出したり、バッテリ５０の残容量ＳＯＣとバッテリ５０の温度とに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔを算出したりする。

実施例のハイブリッド車両２０においてイグニッションスイッチ８０がオンされると、ハイブリッドＥＣＵ７０は、シフトレバー（シフトポジション選択手段）８１のポジション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やアクセルペダル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からのブレーキポジションＢＰ、車速センサ８７からの車速Ｖ、更にはエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２からの信号などに基づいて車両全体を制御するのに必要な指令信号を生成する。

例えば、実施例のハイブリッド車両２０において運転者によりシフトレバー８１が走行用のドライブポジションにセットされると共にアクセルペダル８３が踏み込まれているときには、ハイブリッドＥＣＵ７０は、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Ｔｒ＊を計算すると共に、次式（１）に従い車両全体に要求される要求パワーＰ＊を計算する。ただし、式（１）中の“Ｇｒ”は減速ギヤ３５のギヤ比、“Ｌｏｓｓ”はロスである。次に、要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上であるか否かを判定する。閾値Ｐｒｅｆは、エンジン２２を運転するか否かを判定するために用いられるものであり、エンジン２２から効率よく出力できるパワーの下限値やその近傍の値として設定される。要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ以上である場合には、エンジン２２を運転する必要があると判断され、エンジン２２を効率よく動作させるために予め定められた動作ラインと要求パワーＰ＊とに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、エンジンＥＣＵ２４に送信する。続いて、目標回転数Ｎｅ＊を用いて次式（２）に従いモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算する。ただし、式（２）中の“ρ”はプラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）である。さらに、目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づく次式（３）に従いモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。式（３）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（３）中の“ｋ１”は比例項のゲインであり、“ｋ２”は積分項のゲインである。

P*=Tr*・Nm2/Gr-Pb*+Loss …（１）
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) …（２）
Tm1*=-ρ/(1+ρ)・Te*+k1・(Nm1*-Nm1)+k2・∫(Nm1*-Nm1)dt …（３）

一方、要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ未満である場合には、目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を値０に設定すると共に、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とエンジン２２を停止させるための停止指令とをエンジンＥＣＵ２４に送信する。ただし、要求パワーＰ＊が所定パワーＰｒｅｆ未満であり、かつエンジン２２の自立運転要求がなされている場合には、エンジン２２が実質的にトルクを出力することなく自立運転されるようにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を所定値Ｎｉｄｌｅ（例えばアイドル時の回転数）に設定すると共に目標トルクＴｅ＊を値０に設定し、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊と自立運転指令とをエンジンＥＣＵ２４に送信する。ここで、エンジン自立運転要求は、エンジン２２や図示しない触媒の暖機や車室内の暖房のためにエンジン２２を運転する必要がある場合や、触媒の劣化を抑制するためにアクセルオフ時の燃料カットが禁止される場合などになされる要求である。なお、エンジン２２を運転停止させる場合と、自立運転させる場合とに、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を値０に設定する。

モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定したならば、次式（４）に従いモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを計算する。そして、次式（５）および（６）に従いモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限値としてのトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ，Ｔｍ２ｍｉｎを計算し、次式（７）に従いモータＭＧ２の目標トルクであるトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。そして、設定したトルク指令Ｔｍ１＊およびＴｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。

Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（４）
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（５）
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（６）
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) …（７）

目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊、停止指令または自立運転指令を受け取ったエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とに応じてエンジン２２が運転または停止されるようにエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行する。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受け取ったモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とエンジン２２の運転状態とハイブリッド車両２０の走行状態とに基づいてインバータ４１，４２を制御する。こうした制御により、実施例のハイブリッド車両２０は、アクセル開度Ａｃｃに応じた要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを駆動軸に出力して走行することができる。

次に、図２を参照しながら、シフトレバー８１が走行用のドライブポジションやリバースポジションにセットされているときのモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御について説明する。図２は、モータＥＣＵにより実行されるモータ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２に示すモータ駆動制御ルーチンの開始に際して、モータＥＣＵ４０の図示しないＣＰＵは、ハイブリッドＥＣＵ７０からのモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊や、車速センサ８７からの車速Ｖ、エンジン自立運転フラグＦの値といった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン自立運転フラグＦは、エンジン２２が自立運転されているときにハイブリッドＥＣＵ７０またはエンジンＥＣＵ２４により値１に設定されると共に、エンジン２２が自立運転されていないときにハイブリッドＥＣＵ７０またはエンジンＥＣＵ２４により値０に設定されたものを通信により入力するものとした。続いて、エンジン自立運転フラグＦが値１であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。エンジン自立運転フラグＦが値１ではない場合には、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊に対応したトルクを出力するようにインバータ４１，４２をスイッチング制御して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了させる。これに対して、エンジン自立運転フラグＦが値１である場合には、エンジン２２が自立運転中であってモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０に設定されていることから、インバータ４１をシャットダウンする（ステップＳ１３０）。さらに、車速Ｖが値０を上回っているか否かを判定し（ステップＳ１４０）、車速Ｖが値０を上回っておりハイブリッド車両２０が走行中である場合には、モータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊に対応したトルクを出力するようにインバータ４２をスイッチング制御すると共に（ステップＳ１５０）、車速Ｖが値０であってハイブリッド車両２０が停車中である場合には、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が値０に設定されていることから、インバータ４２をシャットダウンして（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了させる。

以上説明した実施例のハイブリッド車両２０では、シフトレバー８１が走行用のドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での走行中かつエンジン２２の自立運転中には、モータＭＧ１用のインバータ４１をシャットダウンすると共にモータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊に基づくトルクを出力するようにインバータ４２をスイッチング制御し、シフトレバー８１が走行用のドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での停車中かつエンジン２２の自立運転中には、インバータ４１，４２をともにシャットダウンする。このように、シフトレバー８１がドライブポジションまたはリバースポジションにセットされた状態での走行中または停車中かつエンジン２２の自立運転中であって、モータＭＧ１またはモータＭＧ１およびＭＧ２の双方からトルクを出力する必要がないときには、インバータ４１またはインバータ４１および４２の双方をシャットダウンすることにより、インバータ４１，４２によるモータ駆動に伴って発生するモータ騒音をより適正に低減することができる。また、このようにインバータ４１あるいはインバータ４１および４２の双方をシャットダウンすることにより、インバータ４１，４２のスイッチング制御に伴って発生するスイッチング騒音やスイッチング損失をも低減することができる。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、ハイブリッド車両の製造産業に利用可能である。

２０ハイブリッド車両、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プラネタリギヤ、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３４キャリア、３５減速ギヤ、３７ギヤ機構、３８デファレンシャルギヤ、３９ａ〜３９ｂ車輪、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、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、７０ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、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、８７車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、動力を入出力可能な第１電動機と、前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と駆動軸との３軸に接続され、これら３軸のうち何れか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する動力分配手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な第２電動機と、前記第１および第２電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記第１電動機と前記蓄電手段との間に介設されて該第１電動機を駆動可能な第１インバータと、前記第２電動機と前記蓄電手段との間に介設されて該第２電動機を駆動可能な第２インバータと、シフトポジションを選択するためのシフトポジション選択手段と、前記内燃機関を負荷運転すべきときには該内燃機関の負荷運転を伴って走行に要求される要求トルクに基づくトルクが前記駆動軸に出力されるように前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御すると共に、前記内燃機関を自立運転すべきときには該内燃機関の自立運転を伴って前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記内燃機関と前記第１および第２インバータとを制御する制御手段とを備えるハイブリッド車両において、
前記制御手段は、シフトポジションとして走行用ポジションが選択された状態での走行中かつ前記内燃機関の自立運転中には、前記第１インバータをシャットダウンすると共に、前記シフトポジションとして前記走行用ポジションが選択された状態での停車中かつ前記内燃機関の自立運転中には、前記第１および第２インバータをシャットダウンする手段であることを特徴とするハイブリッド車両。