JP2016175560A - ハイブリッド自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリを第1,第2モータ側から切り離しているときにエンジンを停止する際に車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制する。【解決手段】バッテリレス走行の終了後にエンジンを停止するときには、エンジンの回転数を低下させるためのトルクが第1モータから出力されるように第1モータを駆動制御する(S150,S160)。そして、第2モータからトルクを出力せずに第1モータにより得られる電力が第2モータにより消費されるように第2モータを駆動制御する(S160)。【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、エンジンと、第1,第2モータと、プラネタリギヤと、バッテリと、を備え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、エンジンと第1モータと第2モータとをプラネタリギヤを介して接続した構成のハイブリッド自動車において、バッテリに異常が生じたときには、バッテリを第1,第2モータ側から切り離して走行するバッテリレス走行するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。バッテリレス走行は、運転者のアクセル操作に応じたパワーを出力するようにエンジンと第1モータとを制御し、第1モータからの発電電力を第2モータで消費するように第2モータを制御することにより行なわれる。
しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、バッテリレス走行を終了した後にエンジンを停止する際に、車両に比較的大きな振動が生じることがある。エンジンの停止は、バッテリに異常が生じていないときには、エンジンの回転数が共振周波数帯を迅速に通過するように、エンジンの回転数を低下させるように第1モータを制御して行なわれる。このとき、第1モータによる発電電力はバッテリに充電される。バッテリを第1,第2モータ側から切り離した状態では、第1モータによる発電電力をバッテリに充電することができないため、同様の制御を行なうことができない。このため、第1モータを駆動せずにエンジンへの燃料噴射を停止してエンジン停止を行なうことも考えられるが、エンジンの回転数が共振周波数帯を迅速に通過することができず、車両に比較的大きな振動が生じてしまう。
本発明のハイブリッド自動車は、バッテリを第1,第2モータ側から切り離しているときにエンジンを停止する際に車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制す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、
エンジンと、
動力を入出力可能な第1モータと、
前記第1モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸との3軸に3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2モータと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
前記バッテリに異常が生じたときには、前記バッテリの充放電を伴わずに前記エンジンからの動力を前記第1モータと前記第2モータとによってトルク変換してバッテリレス走行するように前記エンジンと前記第1モータおよび第2モータ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、
前記制御手段は、前記バッテリレス走行の終了後に前記エンジンを停止するときには、前記エンジンの回転数が低下するように前記第1モータを制御すると共に、前記第2モータからトルクを出力せずに前記第1モータにより得られる電力が前記第2モータにより消費されるように第2モータを制御する、
ことを特徴とする。
エンジンと、
動力を入出力可能な第1モータと、
前記第1モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸との3軸に3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2モータと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
前記バッテリに異常が生じたときには、前記バッテリの充放電を伴わずに前記エンジンからの動力を前記第1モータと前記第2モータとによってトルク変換してバッテリレス走行するように前記エンジンと前記第1モータおよび第2モータ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、
前記制御手段は、前記バッテリレス走行の終了後に前記エンジンを停止するときには、前記エンジンの回転数が低下するように前記第1モータを制御すると共に、前記第2モータからトルクを出力せずに前記第1モータにより得られる電力が前記第2モータにより消費されるように第2モータを制御する、
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、バッテリレス走行の終了後にエンジンを停止するときには、エンジンの回転数が低下するように第1モータを制御すると共に、第2モータからトルクを出力せずに第1モータにより得られる電力が第2モータにより消費されるように第2モータを制御する。これにより、エンジンの回転数が共振周波数帯を迅速に通過することができる。この結果、車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制することができる。ここで、第2モータからトルクを出力せずに第1モータにより得られる電力を第2モータにより消費する方法としては、第2モータにd軸電流を流すことが考えられる。
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、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、システムメインリレー56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン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によって運転制御されている。
エンジンECU24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やデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcr。スロットルバルブ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からのスロットル開度TH。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。燃料噴射弁への制御信号。スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの制御信号。イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このエンジンECU24は、HVECU70からの制御信号によってエンジン22を運転制御する。また、エンジンECU24は、必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcr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を演算している。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、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とモータMG2の回転子とが接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、エンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータMG1は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータMG2は、上述したように、回転子が駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、バッテリ50と共に電力ライン54に接続されている。この電力ライン54には、コンデンサ58が取り付けられている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40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やデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。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からの回転位置θm1,θm2。モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流。モータECU40からは、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このモータECU40は、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御する。また、モータECU40は、必要に応じてモータMG1,MG2の駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ50は、上述したように、インバータ41,42と共に電力ライン54に接続されている。このバッテリ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。なお、電力ライン54にはシステムメインリレー56が取り付けられており、システムメインリレー56のオン,オフによりバッテリ50をインバータ41,42と接続したり切り離したりすることができる。
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やデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。バッテリ50の端子間に設置された電圧センサからの電池電圧Vb。バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ib(バッテリ50から放電するときが正の値)。バッテリ50に取り付けられた温度センサからの電池温度Tb。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このバッテリECU52は、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータをHVECU70に出力する。バッテリECU52は、電流センサからの電池電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリECU52は、演算した蓄電割合SOCと、温度センサからの電池温度Tbと、に基づいて入出力制限Win,Woutを演算している。入出力制限Win,Woutは、バッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である。
HVECU70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やデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。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。HVECU70は、上述したように、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いる。このHVECU70は、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では、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸36の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸36に出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2とを運転制御する。エンジン22とモータMG1,MG2との運転モードとしては、以下の(1)〜(3)のモードがある。
(1)トルク変換運転モード:要求動力に対応する動力がエンジン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全てが、プラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード。
(2)充放電運転モード: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、エンジン22から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ50の充放電を伴ってプラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード。
(3)モータ運転モード:エンジン22の運転を停止して、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG2を駆動制御するモード。
(1)トルク変換運転モード:要求動力に対応する動力がエンジン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全てが、プラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード。
(2)充放電運転モード: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、エンジン22から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ50の充放電を伴ってプラネタリギヤ30とモータMG1,MG2とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG1,MG2を駆動制御するモード。
(3)モータ運転モード:エンジン22の運転を停止して、要求動力が駆動軸36に出力されるようにモータMG2を駆動制御するモード。
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、特に、バッテリ50に異常が生じた際の動作について説明する。図2は、実施例のHVECU70により実行されるバッテリ異常時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、バッテリ50に異常が生じたときに実行される。
バッテリ異常時制御ルーチンが実行されると、HVECU70は、まず、システムメインリレー56をオフにする(ステップS100)。これにより、バッテリ50がインバータ41,42から切り離される。
次に、バッテリレス走行に移行可能か否かを判定する(ステップS110)。バッテリレス走行に移行可能でないと判定されたときには、バッテリレス走行は行なわず、本ルーチンを終了する。ここで、バッテリレス走行に移行可能か否かの判定は、エンジン22が運転中であるか否か,モータMG2が正常に動作しているか否かなどを判定することによって行なわれる。また、バッテリレス走行については後述する。
ステップS110でバッテリレス走行に移行可能であると判定された場合には、バッテリレス走行を実行する(ステップS120)。バッテリレス走行は、バッテリ50をインバータ41,42から切り離している状態で上述のトルク変換運転モードと同様にエンジン22とモータMG1,MG2とを駆動制御することによって行なわれる。
次に、イグニッションオフされたか否かを判定し(ステップS130)、イグニッションオフされていないと判定されたときには、ステップS120に戻る。このようにして、イグニッションオフされるまでバッテリレス走行を行なう。なお、イグニッションオフされたか否かの判定は、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号を用いて行なうことができる。
ステップS130でイグニッションオフされたと判定されると、エンジン22の燃料噴射および点火の停止指令をエンジンECU24に送信する(ステップS140)。エンジンECU24は、この停止指令を受け取ると、燃料噴射および点火を停止する。なお、イグニッションオフされるときには、基本的には、シフトポジションSPが駐車ポジションにされていたりブレーキペダルポジションBPが踏み込まれていたりすることによって、駆動輪38a,38bひいては駆動軸36の回転が制限されている。
次に、停止用目標トルクTstop*をモータMG1のトルク指令Tm1*に設定する(ステップS150)。ここで、停止用目標トルクTstop*は、エンジン22の回転数Neを迅速に引き下げるためにモータMG1から出力されるべきトルクであり、実施例では、エンジン22の回転数Neと停止用目標トルクTstop*との関係を予め定めてマップとして図示しないROMに記憶しておき、エンジン22の回転数Neが与えられると、このマップから対応する停止用目標トルクTstop*を導出して設定するものとした。
モータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると、設定したトルク指令Tm1*とモータMG2の放電指令とをモータECU40に送信する(ステップS170)。モータECU40は、トルク指令Tm1*とモータMG2の放電指令とを受信すると、モータMG1がトルク指令Tm1*で駆動されるようインバータ41の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうと共に、モータMG1の駆動によって得られる電力がモータMG2からトルクを出力せずに放電されるようインバータ42の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。モータMG2の駆動制御は、具体的には、モータMG1の駆動によって得られる電力に応じたd軸電流(および値0のq軸電流)がモータMG2に供給されるようにインバータ42を制御することによって行なわれる。こうしたモータMG1,MG2の駆動制御により、モータMG1からのトルクによってエンジン22の回転数Neを迅速に引き下げることができると共に、モータMG1によって得られる電力をモータMG2からトルクを出力させずにモータMG2によって熱として消費させることができる。これにより、エンジン22の回転数Neが共振周波数帯(例えば、400rpm〜600rpmなど)を通過するのに要する時間が長くなるのを抑制し、車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制することができる。また、この際、電力ライン54の電圧(コンデンサ58の電圧)の上昇を抑制することができる。なお、このときには、上述したように、駆動軸36の回転が制限されているから、モータMG2からトルク(モータMG1から出力されてプラネタリギヤ30を介して駆動軸36に作用するトルクをキャンセルするためのトルク)を出力させなくてよいのである。
次に、エンジン22の回転数Neを入力し(ステップS170)、エンジン22の回転数Neと値0とを比較し(ステップS180)、エンジン22の回転数Neが値0ではないときには、ステップS150に戻る。そして、ステップS150〜ステップS180の処理を繰り返し実行して、エンジン22の回転数Neが値0になると、エンジン22の回転が停止したと判断し、本ルーチンを終了する。ここで、エンジン22の回転数Neは、エンジンECU24により演算されたものを通信により入力するものとした。
図3は、イグニッションオフされたときのプラネタリギヤ30の回転要素(サンギヤ、リングギヤ、プラネタキャリヤ)における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。図中、S軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤの回転数Nsを示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるプラネタリキャリヤの回転数Ncを示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2である駆動軸32の回転数Nrを示す。なお、このとき、基本的には、シフトポジションSPが駐車ポジションにされていたりブレーキペダルポジションBPが踏み込まれていたりすることによって、駆動輪38a,38bひいては駆動軸36の回転が制限されている。イグニッションオフされると、エンジン22の燃料噴射および点火が停止される。そして、図示するように、モータMG1からエンジン22の回転数Neを低下させる方向のトルク(図中、S軸の下向きのトルク)を出力することにより、エンジン22の回転数Neを低下させる際にエンジン22の共振周波数帯を迅速に通過させることができる。これにより、車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制することができる。また、モータMG1からトルクTm1を出力することによって得られる電力は、モータMG2にd軸電流を流すことにより、モータMG2からトルクを出力することなく、熱として消費される。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、バッテリレス走行の終了後にエンジン22を停止するときには、エンジン22の回転数Neを低下させるためにモータMG1がトルク指令Tm1*で駆動されるようインバータ41を制御する。そして、モータMG2からトルクを出力せずにモータMG1により得られる電力がモータMG2により消費されるようにインバータ42を制御する。これにより、バッテリ50をインバータ41,42から切り離しているときにエンジン22を停止する際に、車両に比較的大きな振動が生じるのを抑制することができる。
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MG1が「第1モータ」に相当し、プラネタリギヤ30が「プラネタリギヤ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、HVECU70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、23 クランクポジションセンサ、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、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、56 システムメインリレー、58 コンデンサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、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、MG1,MG2 モータ。
Claims (1)
- エンジンと、
動力を入出力可能な第1モータと、
前記第1モータの回転軸と前記エンジンの出力軸と駆動輪に連結された駆動軸との3軸に3つの回転要素が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第2モータと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力をやりとり可能なバッテリと、
前記バッテリに異常が生じたときには、前記バッテリの充放電を伴わずに前記エンジンからの動力を前記第1モータと前記第2モータとによってトルク変換してバッテリレス走行するように前記エンジンと前記第1モータおよび第2モータ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、
前記制御手段は、前記バッテリレス走行の終了後に前記エンジンを停止するときには、前記エンジンの回転数が低下するように前記第1モータを制御すると共に、前記第2モータからトルクを出力せずに前記第1モータにより得られる電力が前記第2モータにより消費されるように第2モータを制御する、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
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