JP2012166724A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させる。
【解決手段】減速からの加速と判定したときには、エンジンを始動して必要な回転数にするまでに要する時間に相当する時間などに設定された所定時間が経過するまでは、アクセル変化量ΔAccに係数αを乗じて得られる出力補正量ΔWを基本出力制限Wobaseに加えた値として出力制限Woutを設定する(S110〜S140)。これにより、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutとした場合に比して、大きな出力制限Woutを用いてモータのトルク指令を設定して加速することができると共にエンジンを始動して必要な回転数まで上昇させてエンジンからのパワーを加えて加速することができる。この結果、減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させることができる。
【選択図】図2

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備え、バッテリの状態に基づく出力制限の範囲内で走行するようエンジンと電動機とを制御するハイブリッド自動車に関する。
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発電機と、走行用の動力を出力する電動機と、発電機により発電された電力を蓄えると共に電動機に電力を供給する蓄電装置と、を備えるハイブリッド自動車において、エンジンを発電機により始動中のときには蓄電装置から放電してもよい放電の制限を抑制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、エンジンの始動中に蓄電装置の放電の制限を抑制することにより、電力を確保してエンジンを始動できる頻度を高くしている。
また、エンジンと、エンジンの出力軸に取り付けられたモータと、エンジンおよびモータからの動力を変速するトランスミッションと、を備えるハイブリッド自動車において、加速モードのときにはアシストを行なう複数の判定に対応する複数のアシスト量のうち最も大きなアシスト量を選択し、選択したアシスト量に基づいてモータを駆動することにより、エンジンの出力補助を行なうものが提案されている(例えば、特許文献2参照)。このハイブリッド自動車では、上述のアシスト量によってモータを駆動制御することにより、運転者のアシスト要求に対して的確に対応することができる、としている。
特開2004−166367号公報 特開2001−61204号公報
走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車では、減速中には、エネルギ効率を向上させるために、エンジンの運転を停止すると共に電動機を回生制御することによってバッテリを充電することが行なわれる場合がある。こうした減速中に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセルペダルの踏み込み量に応じた加速を得るために電動機から比較的大きなトルクを出力する必要が生じるが、バッテリから出力してもよい許容最大電力としての出力制限により大きなトルクを出力することができない場合が生じる。この場合、エンジンを始動してエンジンからの出力と電動機からの出力により加速することも考えられるが、運転を停止しているエンジンを始動して必要な回転数にするのに時間を要すると共にエンジンをモータリングする場合にはモータリングにも電力を要してしまう。
本発明のハイブリッド自動車は、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車において、減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させることを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、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自動車は、
走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記バッテリの状態に基づいて許容最大出力電力としての出力制限を設定する出力制限設定手段と、前記設定された出力制限の範囲内で走行するよう前記エンジンと前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
前記出力制限設定手段は、減速中に加速要求がなされたときには非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限を設定する手段である、
ことを特徴とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、減速中に加速要求がなされたときには、非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限を設定し、この設定した出力制限の範囲内で走行するようエンジンと電動機とを制御するから、減速中に加速要求がなされたときにも非減速中に加速要求がなされたときと同一の出力制限を設定する場合に比して、車両を迅速に加速させることができる。ここで、車両の加速としては、出力制限の範囲内の電力で電動機を駆動することによる加速と、エンジンを始動して必要な回転数まで上昇させてエンジンからのパワーによる加速と、が含まれる。なお、こうした本発明のハイブリッド自動車において、発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と車軸側とに3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、を備えるものとすることもできる。
本発明の一実施例としての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。 ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される出力制限設定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、本発明の一実施例としての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、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のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸36に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータMG1,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、インバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、バッテリ50を管理するバッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという。)52と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット70と、を備える。
バッテリECU52は、図示しないが、CPU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、CPUの他に処理プログラムを記憶するROMと、データを一時的に記憶するRAMと、入出力ポートおよび通信ポートとを備える。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Vb,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン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Ib,バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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、電流センサにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいて放電可能な電力量の状態としての残容量(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基本入力制限Wibaseと基本出力制限Wobaseを演算している。なお、バッテリ50の基本入力制限Wibaseと基本出力制限Wobaseは、電池温度Tbに基づいて基本入力制限Wibaseと基本出力制限Wobaseの温度基本値Wit,Wotを求め、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて入力制限用補正係数kiと出力制限用補正係数koとを設定し、求めた温度基本値Wit,Wotに補正係数ki,koを乗じることにより設定することができる。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、図示しないが、CPU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、CPUの他に処理プログラムを記憶するROMと、データを一時的に記憶するRAMと、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、シフトレバー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やアクセルペダル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,ブレーキペダル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,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、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。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20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により、運転者によるアクセルペダル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36に出力すべき要求トルクTr*を計算し、バッテリ50の基本入力制限Wibaseと基本出力制限Wobaseとに基づいて設定される入力制限Winと出力制限Woutの範囲内で計算した要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、エンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*,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に送信する。エンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*を受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*,目標トルクTe*でエンジン22が運転されるように吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行ない、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2からトルク指令Tm1*,Tm2*に相当するトルクが出力されるようインバータ41,42のスイッチング素子をスイッチング制御する。
エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数を乗じて得られる走行用パワーPdrv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から出力されるパワーのすべてがプラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されて駆動軸36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走行用パワーPdrvとバッテリ50の充放電に必要な電力に相当するパワーとの和としての車両要求パワーP*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プラネタリギヤ30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って走行用パワーPdrvが駆動軸36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から走行用パワーPdrvを駆動軸36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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードは、いずれもエンジン22の運転を伴って走行用パワーPdrvを駆動力36に出力するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。
エンジン運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、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と車速センサ88からの車速Vとに基づいて駆動軸36に出力すべき要求トルクTr*を設定し、設定した要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nd(例えば、モータMG2の回転数Nm2や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数)を乗じて走行に要求される走行用パワーPrdvを計算すると共に計算した走行用パワーPdrvからバッテリ50の残容量(SOC)に基づいて得られるバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じてエンジン22から出力すべきパワーとしての車両要求パワーP*を設定し、バッテリ50の入力制限Winと出力制限Woutの範囲内で、車両要求パワーP*を効率よくエンジン22から出力することができるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの関係としての動作ライン(例えば燃費最適動作ライン)を用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定すると共にエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータMG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を設定し且つモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクを要求トルクTr*から減じてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する。
モータ運転モードでは、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定する共にバッテリ50の入力制限Winと出力制限Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、走行中にアクセルオフして減速するときには、エンジン22の運転を停止すると共にブレーキペダルの踏み込み量に応じた制動力のうち、バッテリ50の入力上限Winの範囲内でモータMGの定格値の範囲内でモータMG2を回生制御すると共にモータMG2の回生制御による制動力では不足する制動力が図示しないブレーキ装置から出力されるようブレーキ装置を制御する。こうした減速時の制御により、運動エネルギの多くをモータMG2により電力として回生し、バッテリ50に蓄えることができる。
次に、実施例のハイブリッド自動車20におけるバッテリ50の出力制限Woutの設定について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される出力制限設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。出力制限設定ルーチンは、イグニッションオンされた後は、繰り返し実行される。
出力制限設定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は、減速からの加速であるか否かを判定する(ステップS100)。この判定は、アクセルペダルが踏み込まれておらず車速Vが減少している状態からアクセルペダルが踏み込まれたか否かの判定により行なうことができる。減速からの加速ではないときには、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutに設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。したがって、減速からの加速ではないときには、基本出力制限Wobaseがそのまま出力制限Woutとして設定され、この出力制限Woutの範囲内でエンジン22やモータMG1やモータMG2が駆動制御されることになる。
ステップS100で減速からの加速であると判定されると、今回のアクセル開度Accから前回のアクセル開度(前回Acc)を減じてアクセル変化量ΔAccを計算すると共に(ステップS110)、アクセル変化量ΔAccに係数αを乗じて出力補正量ΔWを計算し(ステップS120)、計算した出力補正量ΔWを基本出力制限Wobaseに加えた値として出力制限Woutを設定し(ステップS130)、所定時間経過するのを待つ(ステップS140)。ここで、所定時間は、不足するパワーを得るために、エンジン22を始動して必要な回転数にするまでに要する時間に相当する時間などであり、例えば2秒や3秒などを用いることができる。したがって、減速からの加速であると判定されると、減速からの加速ではないと判定されたときに比して、所定時間の間、出力補正量ΔWだけ基本出力制限Wobaseより大きな値が出力制限Woutとして設定され、この大きく設定された出力制限Woutの範囲内でエンジン22やモータMG1やモータMG2が駆動制御されることになる。この結果、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutとした場合に比して、大きな出力制限Woutを用いてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定して加速することができると共にエンジン22を始動して必要な回転数まで上昇させてエンジン22からのパワーを加えて加速することができる。
減速からの加速であると判定されてから所定時間経過すると、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutに設定して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。したがって、再び基本出力制限Wobaseがそのまま出力制限Woutとして設定され、この出力制限Woutの範囲内でエンジン22やモータMG1やモータMG2が駆動制御される。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、減速からの加速のときには、所定時間が経過するまでは、アクセル変化量ΔAccに係数αを乗じて得られる出力補正量ΔWを基本出力制限Wobaseに加えた値として出力制限Woutを設定することにより、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutとした場合に比して、大きな出力制限Woutを用いてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定して加速することができると共にエンジン22を始動して必要な回転数まで上昇させてエンジン22からのパワーを加えて加速することができる。この結果、減速中に加速要求がなされたときに車両を迅速に加速させることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、減速からの加速のときには、アクセル変化量ΔAccに係数αを乗じて得られる出力補正量ΔWを基本出力制限Wobaseに加えた値として出力制限Woutを設定するものとしたが、アクセル変化量ΔAccに比例しない出力補正量ΔWを基本出力制限Wobaseに加えた値として出力制限Woutを設定するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、減速からの加速ではないときには、基本出力制限Wobaseを出力制限Woutに設定するものとしたが、減速からの加速のときの出力補正量ΔWより小さい補正量であれば、車両の走行状態に応じた補正量により基本出力制限Wobaseを補正して出力制限Woutを設定するものとしてもよい。
実施例では、エンジン22と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが接続されると共に駆動軸36にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ30と、プラネタリギヤ30のサンギヤに接続されたモータMG1と、駆動軸36に接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリ50と、を備えるハイブリッド自動車20に本発明を適用するものとして説明したが、走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるハイブリッド自動車であれば如何なるタイプのハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよい。例えば、エンジンと、エンジンの出力軸に接続された発電機と、走行用の動力を出力するモータと、発電機により発電された電力により充電すると共にモータと電力のやりとりが可能なバッテリと、を備えるシリーズ型のハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよく、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続された変速機と、変速機の入力軸または出力軸に取り付けられたモータと、モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよく、エンジンと、エンジンの出力軸にクラッチを介して接続された変速機と、変速機が接続された車軸とは異なる車軸に動力を出力するモータと、モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよいのである。
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「エンジン」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、電流センサにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいて放電可能な電力量の状態としての残容量(SOC)を演算すると共に演算した残容量(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基本入力制限Wibaseと基本出力制限Wobaseを演算するバッテリECU52と図2の出力制限設定ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット70とが「出力制限設定手段」に相当し、バッテリ50の入力制限Winと出力制限Woutとの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるようにエンジン運転モードやモータ運転モードによりエンジン22とモータMG1,MG2を制御する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とが「制御手段」に相当する。
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。
以上、本発明を実施するため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。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20 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、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、82 シフトポジションセンサ、84 アクセルペダルポジションセンサ、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、MG1,MG2 モータ。

Claims (1)

  1. 走行用の動力を出力可能で且つ減速時に運転停止が可能なエンジンと、走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記バッテリの状態に基づいて許容最大出力電力としての出力制限を設定する出力制限設定手段と、前記設定された出力制限の範囲内で走行するよう前記エンジンと前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記出力制限設定手段は、減速中に加速要求がなされたときには非減速中に加速要求がなされたときに比して大きな出力制限を設定する手段である、
    ことを特徴とするハイブリッド自動車。
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