JP2015136980A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合の効率を向上させる。【解決手段】エンジン12がトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合に、エンジン要求出力Perefが燃費最適出力P0より大きくなるときは、燃費最適となるエンジン回転数NeとエンジントルクTeでエンジン12を運転する(S106)。さらに、4WDモードにより後進走行を行い(S107)、モータジェネレータ15の運転による損失Lm2とモータジェネレータ16の運転による損失Lm3の合計が最小になるように、モータジェネレータ15,16のトルク配分を制御する(S108)。【選択図】図3
Description
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特に車両の後進走行を行う場合の制御に関する。
下記特許文献1のハイブリッド車両では、エンジンが遊星歯車機構のキャリアに連結され、第1回転電機が遊星歯車機構のサンギアに連結され、第2回転電機が遊星歯車機構のリングギアに連結され、リングギアが車両の前輪に連結され、第3回転電機が車両の後輪に連結されている。リングギアに伝達されたトルク及び第2回転電機のトルクの少なくとも1つ以上を利用して前輪を駆動可能であり、第3回転電機のトルクを利用して後輪を駆動可能である。
特許文献1において、エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合は、エンジンのトルクが遊星歯車機構のリングギアに分配されることで、後進走行に対して減速方向のトルクが前輪に作用する。エンジンのトルクが大きくなるほど、前輪に作用する減速方向のトルクも大きくなり、後進走行時の効率が低下しやすくなる。
本発明は、エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合の効率を向上させることを目的とする。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、第1回転部に伝達されたトルクを第2回転部及び第3回転部に所定比で分配可能なトルク分配機構と、第1回転部にトルクを伝達可能なエンジンと、第2回転部に伝達されたトルクを利用して発電運転可能な第1回転電機と、トルクを発生可能な第2回転電機と、トルクを発生可能な第3回転電機と、を備え、第3回転部に伝達されたトルク及び第2回転電機のトルクの少なくとも1つ以上を利用して前輪及び後輪の一方を駆動可能であり、第3回転電機のトルクを利用して前輪及び後輪の他方を駆動可能であるハイブリッド車両の制御装置であって、エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合に、車両要求出力を基に設定されるエンジン要求出力が燃費最適となるエンジン回転数とエンジントルクの積より大きくなるときは、燃費最適となるエンジン回転数とエンジントルクでエンジンを運転し、さらに、第2回転電機の運転による損失と第3回転電機の運転による損失の合計が最小になるように、第2回転電機と第3回転電機のトルク配分を制御することを要旨とする。
本発明によれば、エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合に、エンジントルクが後進走行に対して減速方向に作用することによる損失を低減することができ、効率を向上させることができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成例を示す図である。エンジン12は遊星歯車機構(シングルピニオン遊星歯車)32のキャリアCに連結され、モータジェネレータ(第1回転電機)14は遊星歯車機構32のサンギアSに連結され、モータジェネレータ(第2回転電機)15は減速機19を介して駆動軸17及び遊星歯車機構32のリングギアRに連結されている。燃料を燃焼させることでエンジン12が発生するトルクは、遊星歯車機構32のキャリアCに伝達される。ここでの遊星歯車機構32は、キャリアCに伝達されたトルクをサンギアS及びリングギアRに所定比で分配可能なトルク分配機構として機能する。キャリアCからリングギアRに分配されたトルクが駆動軸17へ伝達されることで、エンジン12のトルクを利用して前輪18を正転方向に回転駆動して車両の前進走行を行うことが可能である。一方、キャリアCからサンギアSに分配されたトルクはモータジェネレータ14に伝達される。モータジェネレータ14はサンギアSに伝達されたトルクを利用した発電運転により電力を発生し、モータジェネレータ14の発電電力はインバータ24,25を介してモータジェネレータ15に供給される。モータジェネレータ15は力行運転によりトルクを発生し、モータジェネレータ15のトルクが減速機19で減速されてから駆動軸17へ伝達されることによっても、前輪18を正転方向に回転駆動して車両の前進走行を行うことが可能である。このように、リングギアRに伝達されたトルク及びモータジェネレータ15のトルクの少なくとも1つ以上を利用して前輪18を回転駆動することが可能であり、2WD(2輪駆動)モードによる車両の走行を行うことが可能である。
さらに、モータジェネレータ14の発電電力をインバータ24,26を介してモータジェネレータ(第3回転電機)16に供給することも可能である。モータジェネレータ16は力行運転によりトルクを発生し、モータジェネレータ16のトルクが減速機29で減速されてから後輪28へ伝達されることで、後輪28を正転方向に回転駆動して車両の前進走行を行うことが可能である。このように、モータジェネレータ16のトルクを利用して後輪28を回転駆動することが可能であり、4WD(4輪駆動)モードによる車両の走行を行うことも可能である。
エンジン12の運転状態は、エンジン用電子制御装置(エンジンECU)40により制御される。エンジンECU40はハイブリッド用電子制御装置(ハイブリッドECU)60と通信しており、ハイブリッドECU60からの制御信号によりエンジン12を運転制御するとともにエンジン12の運転状態に関するデータをハイブリッドECU60へ出力する。エンジン12の燃費(燃料消費率)は、エンジン回転数NeやエンジントルクTeに応じて変化し、与えられたエンジン出力Peに対して燃料消費率が最も低くなるエンジン動作点(エンジン回転数Ne及びエンジントルクTe)が存在する。図2に示すように、各エンジン出力Peに対して燃料消費率が最も低くなるエンジン動作点を結んだ線を燃費最適線Aとし、燃費最適線A上で燃料消費率が最も低くなるエンジン動作点を燃費最適点Bとする。本実施形態では、与えられたエンジン出力Peに対してエンジン回転数Ne及びエンジントルクTeが燃費最適線A上に位置するように、エンジン12の運転状態が制御される。
モータジェネレータ14,15,16の運転状態は、モータ用電子制御装置(モータECU)50により制御される。モータECU50もハイブリッドECU60と通信しており、ハイブリッドECU60からの制御信号によりモータジェネレータ14,15,16を運転制御するとともにモータジェネレータ14,15,16の運転状態に関するデータをハイブリッドECU60へ出力する。ハイブリッドECU60には、アクセル開度センサ61で検出されたアクセル開度(アクセルペダルの踏み込み量)ACを示す信号、シフトポジションセンサ62で検出されたシフトレバーのポジションSPを示す信号、及び車両速度センサ63で検出された車両速度Vを示す信号が入力される。
次に、車両の後進走行(リバース走行)を行う場合に、ハイブリッドECU60が実行する処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。図3のフローチャートの処理は、シフトポジションセンサ62で検出されたシフトレバーのポジションSPがR(リバース)レンジである場合に、所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
ステップS101では、エンジン12が運転中であるか否かが判定される。エンジン12が運転中である場合(ステップS101の判定結果がYESの場合)は、ステップS102に進み、エンジン12が運転中でない場合(ステップS101の判定結果がNOの場合)は、ステップS105に進む。
ステップS102では、蓄電装置(例えば二次電池)20の充電状態(SOC)が所定値未満であるか否かが判定される。蓄電装置20の充電状態(SOC)については、例えば蓄電装置20の電圧及び電流を基に算出可能である。SOCが所定値未満である場合(ステップS102の判定結果がYESの場合)は、ステップS103に進み、SOCが所定値以上である場合(ステップS102の判定結果がNOの場合)は、ステップS105に進む。
ステップS103では、車両の駆動力要求が有るか否かが判定される。例えば、アクセル開度センサ61で検出されたアクセル開度ACからアクセルペダルが踏み込まれていると判定された場合は、ステップS103の判定結果がYESとなり、その場合は、ステップS104に進む。一方、アクセル開度センサ61で検出されたアクセル開度ACからアクセルペダルが踏み込まれていないと判定された場合は、ステップS103の判定結果がNOとなり、その場合は、ステップS105に進む。
ステップS104では、エンジン要求出力Perefが燃費最適出力P0より大きいか否かが判定される。燃費最適出力P0は、燃費が最適となる燃費最適点B上のエンジン回転数NeとエンジントルクTeの積で表される。エンジン要求出力Perefは、車両要求出力Pvrefが大きいほど大きくなるよう車両要求出力Pvrefを基に算出され、例えば以下の(1)式により算出される。(1)式において、Phは補機消費電力、Pbは蓄電装置20の出力上限値であるが、補機消費電力Ph=0としてエンジン要求出力Perefを算出することも可能である。車両要求出力Pvrefは、アクセル開度ACから算出される車両要求駆動力と車両速度Vの積に相当する。Peref>P0である場合(ステップS104の判定結果がYESの場合)は、ステップS106に進み、Peref≦P0である場合(ステップS104の判定結果がNOの場合)は、ステップS105に進む。
Peref=Pvref+Ph−Pb (1)
ステップS105では、リバース走行モードとして2WDモードが選択され、モータジェネレータ15の力行運転時のトルク指令値Tm2refが設定される。エンジン12が運転中でない場合は、車両要求駆動力(アクセル開度AC)からモータジェネレータ15のトルク指令値Tm2refが算出される。一方、エンジン12が運転中である場合は、エンジン12のトルクTeが遊星歯車機構32のリングギアRに分配されることで、リバース走行に対して減速方向のトルクが駆動軸17に作用することになる。遊星歯車機構32において、(サンギアSの歯数)/(リングギアRの歯数)をρ(0<ρ<1を満たす定数)とすると、駆動軸17に作用する減速方向のトルクは、Te/(1+ρ)で表される。そこで、この減速方向のトルクTe/(1+ρ)を車両要求駆動力に加えてモータジェネレータ15のトルク指令値Tm2refが算出される。設定されたモータジェネレータ15の力行運転時のトルク指令値Tm2refは、モータECU50へ送信され、モータECU50は、モータジェネレータ15の力行運転時のトルクTm2をTm2refにするように制御する。エンジン12が運転中でない場合は、モータジェネレータ15の動力が蓄電装置20の電力により賄われ、エンジン12が運転中である場合は、エンジン12の動力とモータジェネレータ15の動力との差分が蓄電装置20の電力により賄われる。
ステップS106では、エンジン12の目標回転数Neref及び目標トルクTerefが設定される。ここでは、エンジン12の目標回転数Neref及び目標トルクTerefが燃費最適点B上に位置するように算出される。設定されたエンジン12の目標回転数Neref及び目標トルクTerefは、エンジンECU40へ送信され、エンジンECU40は、エンジン回転数NeをNerefにし、エンジントルクTeをTerefにするように制御する。これによって、エンジン出力Peが燃費最適出力P0に等しくなり、燃費最適となるエンジン回転数NeとエンジントルクTeでエンジン12の運転が行われる。また、遊星歯車機構32において、(サンギアSのトルク)/(キャリアCのトルク)は、ρ/(1+ρ)で表される。そこで、モータジェネレータ14の発電運転時のトルク指令値Tm1refは、Teref×ρ/(1+ρ)に設定される。設定されたモータジェネレータ14の発電運転時のトルク指令値Tm1refは、モータECU50へ送信され、モータECU50は、モータジェネレータ14の発電運転時のトルクTm1をTm1refにするように制御する。
ステップS107では、リバース走行モードとして4WDモードが選択され、ステップS108では、モータジェネレータ15,16の力行運転時のトルク指令値Tm2ref,Tm3refが設定されることで、4WDモードでの前輪18と後輪28のトルク配分が設定される。ここでは、エンジン出力Peが燃費最適出力P0より大きい状態で2WDモードを実行する場合のエンジン12及びモータジェネレータ14,15の運転による損失の合計L2WDと比較して、エンジン出力Peが燃費最適出力P0に等しい状態で4WDモードを実行する場合のエンジン12及びモータジェネレータ14,15,16の運転による損失の合計L4WDが小さくなるように、トルク指令値Tm2ref,Tm3refが算出される。
モータジェネレータ14の運転による損失Lm1は、例えば図4に示すように、モータジェネレータ14の回転数Nm1及びトルクTm1に応じて変化する。同様に、モータジェネレータ15の運転による損失Lm2も、モータジェネレータ15の回転数Nm2及びトルクTm2に応じて変化し、モータジェネレータ16の運転による損失Lm3も、モータジェネレータ16の回転数Nm3及びトルクTm3に応じて変化する。さらに、エンジン12の運転による損失Leも、エンジン12の回転数Ne及びトルクTeに応じて変化する。そこで、図4に示すような、モータジェネレータ14の回転数Nm1及びトルクTm1に対する損失Lm1の関係を表す損失特性マップ、モータジェネレータ15の回転数Nm2及びトルクTm2に対する損失Lm2の関係を表す損失特性マップ、モータジェネレータ16の回転数Nm3及びトルクTm3に対する損失Lm3の関係を表す損失特性マップ、及びエンジン12の回転数Ne及びトルクTeに対する損失Leの関係を表す損失特性マップを予め作成してハイブリッドECU60の記憶装置に記憶しておく。エンジン12の損失特性マップにおいて、エンジン12の目標回転数Neref及び目標トルクTerefに対応する損失Leを算出することで、エンジン12の運転による損失Leを算出することが可能である。そして、モータジェネレータ14の損失特性マップにおいて、モータジェネレータ14の目標回転数Nm1ref及びトルク指令値Tm1refに対応する損失Lm1を算出することで、モータジェネレータ14の運転による損失Lm1を算出することが可能である。その際に、モータジェネレータ14の目標回転数Nm1refについては、エンジン12の目標回転数Neref及び車両速度Vから算出可能である。
さらに、モータジェネレータ15の損失特性マップにおいて、モータジェネレータ15の目標回転数Nm2ref及びトルク指令値Tm2refに対応する損失Lm2を算出することで、モータジェネレータ15の運転による損失Lm2を算出することが可能であり、モータジェネレータ16の損失特性マップにおいて、モータジェネレータ16の目標回転数Nm3ref及びトルク指令値Tm3refに対応する損失Lm3を算出することで、モータジェネレータ16の運転による損失Lm3を算出することが可能である。その際に、モータジェネレータ15,16の目標回転数Nm2ref,Nm3refについては、車両速度Vから算出可能である。したがって、モータジェネレータ15,16のトルク指令値Tm2ref,Tm3refが決まれば、4WDモードを実行する場合の損失の合計L4WDを算出することが可能である。同様にして、2WDモードを実行する場合の損失の合計L2WDも算出することが可能である。そこで、G2を減速機19の減速比、G3を減速機29の減速比とすると、G2×Tm2ref+G3×Tm3ref−Teref/(1+ρ)が車両要求駆動力を満たす条件でトルク指令値Tm2ref,Tm3refを変化させながら、4WDモードを実行する場合の損失の合計L4WDを算出することで、2WDモードを実行する場合の損失の合計L2WDと比較して、4WDモードを実行する場合の損失の合計L4WDが小さくなるような、トルク指令値Tm2ref,Tm3refを探索することができる。
さらに、本実施形態では、モータジェネレータ15の運転による損失Lm2とモータジェネレータ16の運転による損失Lm3の合計が最小になるように、モータジェネレータ15,16のトルク指令値Tm2ref,Tm3refが算出される。その際には、G2×Tm2ref+G3×Tm3ref−Teref/(1+ρ)が車両要求駆動力を満たす条件でトルク指令値Tm2ref,Tm3refを変化させながら、損失和Lm2+Lm3を算出することで、損失和Lm2+Lm3が最小となるようなトルク指令値Tm2ref,Tm3refを探索することができる。設定されたモータジェネレータ15,16の力行運転時のトルク指令値Tm2ref,Tm3refは、モータECU50へ送信され、モータECU50は、モータジェネレータ15の力行運転時のトルクTm2をTm2refにし、モータジェネレータ16の力行運転時のトルクTm3をTm3refにするように制御する。これによって、モータジェネレータ15とモータジェネレータ16のトルク配分が制御され、4WDモードでの前輪18と後輪28のトルク配分が制御される。その際に、エンジン12の動力とモータジェネレータ15,16の動力との差分は蓄電装置20の電力により賄われる。4WDモードでリバース走行を行う場合に、遊星歯車機構32の回転要素における回転数及びトルクの関係を表す共線図の一例を図5に示す。
エンジン12がトルクを発生している状態で車両のリバース走行を行う場合は、図5に示すように、エンジン12のトルクTeが遊星歯車機構32のリングギアRに分配されることで、リバース走行に対して減速方向のトルクTe/(1+ρ)が駆動軸17に作用する。エンジン12のトルクTeが大きくなるほど、駆動軸17に作用する減速方向のトルクTe/(1+ρ)も大きくなり、リバース走行時の効率が低下しやすくなる。これに対して図3のフローチャートの処理によれば、エンジン12がトルクを発生している状態で車両のリバース走行を行う場合に、エンジン要求出力Perefが燃費最適出力P0より大きくなるときは、燃費最適点B上(燃費最適となるエンジン回転数NeとエンジントルクTe)でエンジン12を運転する。これによって、駆動軸17に作用する減速方向のトルクTe/(1+ρ)を低減することができるとともに、エンジン12の運転による損失Leを低減することができる。さらに、4WDモードによりリバース走行を行い、モータジェネレータ15の運転による損失Lm2とモータジェネレータ16の運転による損失Lm3の合計が最小になるように、モータジェネレータ15とモータジェネレータ16のトルク配分を制御することで、4WDモードを実行する場合の損失の合計L4WDを低減することができる。したがって、本実施形態によれば、エンジン12がトルクを発生している状態で車両のリバース走行を行う場合の効率を向上させることができる。
以上の実施形態では、リングギアRに伝達されたトルク及びモータジェネレータ15のトルクの少なくとも1つ以上を利用して前輪18を回転駆動し、モータジェネレータ16のトルクを利用して後輪28を回転駆動する構成例について説明した。ただし、本実施形態では、リングギアRに伝達されたトルク及びモータジェネレータ15のトルクの少なくとも1つ以上を利用して後輪28を回転駆動し、モータジェネレータ16のトルクを利用して前輪18を回転駆動するように構成することも可能である。
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態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。
12 エンジン、14,15,16 モータジェネレータ、17 駆動軸、18 前輪、20 蓄電装置、24,25,26 インバータ、28 後輪、32 遊星歯車機構、40 エンジン用電子制御装置(エンジンECU)、50 モータ用電子制御装置(モータECU)、60 ハイブリッド用電子制御装置(ハイブリッドECU)、61 アクセル開度センサ、62 シフトポジションセンサ、63 車両速度センサ、C キャリア、R リングギア、S サンギア。
Claims (1)
- 第1回転部に伝達されたトルクを第2回転部及び第3回転部に所定比で分配可能なトルク分配機構と、
第1回転部にトルクを伝達可能なエンジンと、
第2回転部に伝達されたトルクを利用して発電運転可能な第1回転電機と、
トルクを発生可能な第2回転電機と、
トルクを発生可能な第3回転電機と、
を備え、
第3回転部に伝達されたトルク及び第2回転電機のトルクの少なくとも1つ以上を利用して前輪及び後輪の一方を駆動可能であり、第3回転電機のトルクを利用して前輪及び後輪の他方を駆動可能であるハイブリッド車両の制御装置であって、
エンジンがトルクを発生している状態で車両の後進走行を行う場合に、
車両要求出力を基に設定されるエンジン要求出力が燃費最適となるエンジン回転数とエンジントルクの積より大きくなるときは、燃費最適となるエンジン回転数とエンジントルクでエンジンを運転し、
さらに、第2回転電機の運転による損失と第3回転電機の運転による損失の合計が最小になるように、第2回転電機と第3回転電機のトルク配分を制御する、ハイブリッド車両の制御装置。
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