JP2018034672A - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの目標回転数とモータの目標回転数が異なる場合でも好適に回転数制御を行うことができるハイブリッド車両およびその制御方法を提供する。
【解決手段】エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有するモータと、モータの回転数を制御するモータ制御部と、を有するハイブリッド車両であって、モータ制御部は、モータの目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、モータの実回転数とモータの目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値がモータの最小トルクより小さい場合に、モータに付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばエンジンとモータの２つの動力を有するハイブリッド車両およびその制御方法に関する。

エンジンとモータの２つの動力を有するハイブリッド車両として、エンジンの駆動軸とモータの駆動軸とが同軸上に配置されているものがある。このようなハイブリッド車両において、エンジンやモータの回転数を制御する方法として、現在の回転数と目標回転数との差分量に基づいて回転数のフィードバック制御を行う方法がある。このような方法を採用した技術として、例えば特許文献１に開示された技術がある。

特開２０１２―２４０５４６号公報

エンジンの回転数制御とモータの回転数制御とが独立して行われる場合に、エンジンの目標回転数とモータの目標回転数とが異なる回転数となってしまうことがある。このような事態は、例えば、クリープ走行中に冷却水温等の影響によりエンジンの目標回転数が変更された場合や、エンジン停止状態からモータの回転制御によりエンジン始動される場合等に生じうる。

例えばエンジンの目標回転数がモータの目標回転数より高く設定された場合、エンジンの回転数を高く維持するためにエンジンには燃料が供給され、エンジンおよびモータの実回転数が上昇する。しかし、モータの回転数を低くするために、モータにはマイナストルクが与え続けられる。その結果として、エンジンおよびモータの実回転数はそれぞれの目標回転数の間の回転数となり、エンジン、モータ共に多大なエネルギーロスが生じる。このため、エンジンの目標回転数とモータの目標回転数とが異なる回転数となってしまった場合でも、エネルギーロスを生じない回転数制御が要望されている。

本発明は、エンジンの目標回転数とモータの目標回転数が異なる場合でも好適に回転数制御を行うことができるハイブリッド車両およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有するモータと、前記モータの回転数を制御するモータ制御部と、を有するハイブリッド車両であって、前記モータ制御部は、前記モータの目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、前記モータの実回転数と前記モータの目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値が前記モータの最小トルクより小さい場合に、前記モータに付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する。

本発明の制御方法は、エンジンと、エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有するモータと、を有するハイブリッド車両において、前記モータの回転数を制御する制御方法であって、前記モータの目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、前記モータの実回転数と前記モータの目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値が前記モータの最小トルクより小さい場合に、前記モータに付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する。

本発明によれば、エンジンの目標回転数とモータの目標回転数が異なる場合でも好適に回転数制御を行うことができる。

本実施の形態におけるハイブリッド車両の構成を示す図 低回転数状態におけるモータ制御部のモータの回転数制御処理について説明するためのフローチャート モータの実回転数Ｓ_Ｍと、図２の回転数制御処理においてモータに付与されるトルクＴ_Ｇとの関係との関係を示す図 モータの実回転数Ｓ_Ｍと、図２の回転数制御処理においてモータに付与されるトルクＴ_Ｇとの関係との関係を示す図

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態におけるハイブリッド車両１の構成を示す図である。

ハイブリッド車両１は、図１に示すように、制御装置１０、エンジン１１、モータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５、トランスミッション１６、プロペラシャフト１７、ディファレンシャルギア１８、駆動輪１９を有する。

制御装置１０は、エンジン１１、モータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５およびトランスミッション１６の動作を制御する。なお、エンジン１１、モータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５、およびトランスミッション１６のそれぞれの制御は、例えば個別に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）が互いにＣＡＮ（Control Area Network）通信を行いながら協働して制御を実施していてもよいが、本実施の形態では、制御装置１０がエンジン制御部１０１およびモータ制御部１０２を有し、エンジン１１の制御はエンジン制御部１０１が行い、モータ１２の制御はモータ制御部１０２が行っている。すなわち、エンジン１１の制御とモータ１２の制御とは互いに独立して行われている。

なお、制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働してエンジン１１、モータ１２、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５およびトランスミッション１６の動作を集中制御する。

エンジン１１は、例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関であり、エンジン制御部１０１の制御に応じて回転し、駆動力を出力する。モータ１２は、モータ制御部１０２の制御に応じて、バッテリ１３から供給される電力を用いて回転し、駆動力を出力する。図１に示すように、エンジン１１の駆動軸は、クラッチ１５を介してモータ１２の駆動軸と同軸上で接続されている。

エンジン１１および／またはモータ１２の出力は、プロペラシャフト１７およびディファレンシャルギア１８を介して駆動輪１９に伝達される。ハイブリッド車両１は、このような構成により、エンジン１１による走行（エンジン走行モード）、モータ１２による走行（モータ走行モード）、エンジン１１とモータ１２とが協働する走行（アシスト走行モード）のように、複数の走行モードのいずれかを選択して走行することができる。

バッテリ１３は、制御装置１０によりモータ１２の駆動が要求された場合に、モータ１２に対して電力を供給する。インバータ１４は、制御装置１０によりモータ１２の駆動が要求された場合に、バッテリ１３の直流電力を３相交流電力に変換してモータ１２に供給する。

クラッチ１５は、制御装置１０の制御に応じて、エンジン１１の駆動軸とモータ１２の駆動軸とを接続あるいは切断する。クラッチ１５が接続されている場合には、ハイブリッド車両１は、モータ１２によってエンジン１１を始動させることができる。また、クラッチ１５が接続されている場合には、ハイブリッド車両１は、エンジン１１のみによるエンジン走行モード、および、エンジン１１とモータ１２とが協働するアシスト走行モードのいずれかを選択することができる。

一方、クラッチ１５が切断されている場合には、ハイブリッド車両１は、モータ１２のみによるモータ走行モードに際し、エンジン１１のフリクションを受けることなく効率よく走行することができる。

トランスミッション１６は、例えばＡＭＴ(Automated Manual Transmission)、トルコンＡＴ（Automatic Transmission）やＭＴ（Manual Transmission）であり、モータ１２の駆動軸とプロペラシャフト１７とを接続あるいは切断するクラッチ機構および変速機構を有する。本実施の形態では、クラッチ機構および変速機構の図示は省略する。ハイブリッド車両１の走行中には、制御装置１０が車速や要求トルク等に基づいてトランスミッション１６のクラッチ機構および変速機構を動作させることにより、スムーズな走行が可能となっている。

次に、エンジン制御部１０１およびモータ制御部１０２による、エンジン１１とモータ１２の回転数のフィードバック制御について説明する。エンジン制御部１０１およびモータ制御部１０２は、例えばＰＩ（Proportional-Integral）制御を用いて、それぞれ独立にエンジン１１およびモータ１２のフィードバック制御を行う。

すなわち、エンジン制御部１０１は、ハイブリッド車両１に搭載された各種センサ（図示は省略）から得られた各種情報に基づいて、エンジン１１の目標回転数を随時設定し、エンジン１１の実際の回転数（以下、実回転数と称する）を設定した目標回転数に近づけるようなフィードバック制御を行う。モータ制御部１０２もエンジン制御部１０１と同様に、各種センサから得られた各種情報に基づいて、モータ１２の目標回転数を随時設定し、モータ１２の実回転数を設定した目標回転数に近づけるようなフィードバック制御を行う。

ここで、エンジン１１の駆動軸とモータ１２の駆動軸とが接続されているため、エンジン１１とモータ１２の実回転数は同じ回転数となる。しかしながら、エンジン制御部１０１とモータ制御部１０２とは互いに独立してエンジン１１およびモータ１２の制御を行うので、エンジン１１の目標回転数とモータ１２の目標回転数とが異なる値となる場合がある。特にエンジン１１およびモータ１２が無負荷で最小回転数の維持が必要である場合、すなわち例えばエンジン１１の始動時、あるいはアイドリングのようにトルクベースではなく、回転数ベースの制御が必要なときには、に目標回転数の差異に基づいて多大なエネルギーロスが生じることがある。

本実施の形態では、このようなエネルギーロスを低減するために、モータ制御部１０２が以下のようなモータ１２の回転数制御を行う。以下では、低回転数状態におけるモータ制御部１０２によるモータ１２の回転数制御処理について詳細に説明する。

図２は、低回転数状態におけるモータ制御部１０２のモータ１２の回転数制御処理について説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１において、モータ制御部１０２は、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍが所定の回転数Ｓ_ｔｈ以下であるか否かについて判定する。所定の回転数Ｓ_ｔｈとは、例えばエンジン１１のアイドリング回転数である。モータ制御部１０２は、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍが所定の回転数Ｓ_ｔｈ以下であると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２に進め、そうでない場合（ステップＳ１：ＮＯ）、通常の回転数制御を行う。通常の回転数制御については、従来普及しているフィードバック制御を適用すればよく、本実施の形態では詳細な説明を省略する。

ステップＳ２において、モータ制御部１０２は、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍおよび目標回転数Ｓ_Ｔに基づいて、ＰＩ制御によりモータ１２に与えるべきトルクＴ_ｘを算出する。具体的には、モータ制御部１０２は、例えば下記の数式（１）に基づいてトルクＴ_ｘを算出する。

ただし、上記数式（１）において、Ｋｐ_ｇａｉｎはモータ制御部１０２のＰＩ制御における定数（Ｐゲイン）であり、目標回転数Ｓ_Ｔと実回転数Ｓ_Ｍとの差分量に応じた２次元量である。Ｋｉ_ｇａｉｎはＰＩ制御における定数（Ｉゲイン）であり、目標回転数Ｓ_Ｔと実回転数Ｓ_Ｍとの差分量に応じた２次元量である。αはＰＩ制御のＩ項の初期値（所定値）である。Ｋｐ_ｇａｉｎ、Ｋｉ_ｇａｉｎ、およびαの各値については、目標回転数Ｓ_Ｔと実回転数Ｓ_Ｍとの差分量、およびモータ１２の特性等に基づいて、例えばステップ応答法や限界感度法等を用いて予め設定されればよい。なお、数式（１）に基づいて算出されたトルクＴ_ｘは、本発明の算出トルク値に対応する。

ステップＳ３において、モータ制御部１０２は、算出したトルクＴ_ｘがモータ１２の出力できるトルクの最大値（最大トルク）Ｔ_ＭＡＸより大きいか否かを判定する。モータ制御部１０２は、トルクＴ_ｘがＴ_ＭＡＸより大きいと判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ４に進め、そうでない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ５に進める。

ステップＳ４において、モータ制御部１０２は、モータ１２に与えるトルクを最大トルクＴ_ＭＡＸに設定する。なお、本実施の形態において、モータ制御部１０２がモータ１２に与えると設定したトルクを、付与トルクＴ_Ｇと称する。

一方、ステップＳ５において、モータ制御部１０２は、トルクＴ_ｘがモータ１２の出力できるトルクの最小値（最小トルク）Ｔ_ｍｉｎより小さいか否かを判定する。モータ制御部１０２は、トルクＴ_ｘが最小トルクＴ_ｍｉｎより小さいと判定した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ６に進め、そうでない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ８に進める。

ステップＳ６において、モータ制御部１０２は、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍと目標回転数Ｓ_Ｔとを比較し、実回転数Ｓ_Ｍが目標回転数Ｓ_Ｔより大きいか否かを判定する。実回転数Ｓ_Ｍが目標回転数Ｓ_Ｔより大きいと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、処理をステップＳ７に進め、そうでない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ９に進める。

ステップＳ７において、モータ制御部１０２は、付与トルクＴ_Ｇを０に設定する。

一方、ステップＳ８において、モータ制御部１０２は、付与トルクＴ_ＧをステップＳ２において算出したＴｘに設定する。

また、ステップＳ９において、モータ制御部１０２は、付与トルクＴ_ＧをＴ_ｍｉｎに設定する。

そして、ステップＳ１０において、モータ制御部１０２は、ステップＳ４、Ｓ７、Ｓ８、およびＳ９において設定された付与トルクＴ_Ｇをモータ１２に付与して処理を終了する。

なお、図２にて説明した、モータ制御部１０２によるモータ１２の回転数制御処理は、モータ１２の実回転数を常に最適な回転数に近づけるように所定の周期（例えば回転に同期した周期）で繰り返し行われることが望ましい。

次に、図２にて説明した、モータ制御部１０２によるモータ１２の回転数制御処理の効果について説明する。

図３Ａおよび図３Ｂは、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍと、図２の回転数制御処理においてモータ１２に付与されるトルクＴ_Ｇとの関係との関係を示す図である。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、付与トルクＴ_Ｇは実線で表されている。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて、曲線Ｔ_ｘが図２のステップＳ２において算出されたトルクＴ_ｘである。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、トルクＴ_ｘが最大トルクＴ_ＭＡＸより大きい領域を領域Ａ、トルクＴ_ｘが最大トルクＴ_ＭＡＸ以下であり最小トルクＴ_ｍｉｎより大きい領域を領域Ｂ、トルクＴｘが最小トルクＴ_ｍｉｎ以下である領域を領域Ｃとしている。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、トルクＴｘを示す曲線は、領域Ａおよび領域Ｃでは点線で、領域Ｂでは実線で、それぞれ表されている。

なお、図３Ａは、Ｔ_ｘがモータ１２の最低トルクＴ_ｍｉｎ以下であるとき、実回転数Ｓ_Ｍが目標回転数Ｓ_Ｔより大きい場合の付与トルクＴ_Ｇを示している。

図３Ａに示すように、モータ制御部１０２は、領域Ａ（Ｔ_ｘ＞Ｔ_ＭＡＸ）では、付与トルクＴ_Ｇを最大トルクＴ_ＭＡＸに設定する（図２のステップＳ４に対応）。そして、モータ制御部１０２は、領域Ｂ（Ｔ_ＭＡＸ≧Ｔ_ｘ＞Ｔ_ｍｉｎ）では、付与トルクＴ_Ｇを算出したトルクＴ_ｘに設定する（図２のステップＳ９に対応）。さらに、モータ制御部１０２は、領域Ｃ（Ｔ_ｍｉｎ≧Ｔ_ｘ）では、図３ＡにおいてはＳ_Ｍ＞Ｓ_Ｔなので、付与トルクＴ_Ｇを０に設定する（図２のステップＳ７に対応）。

一方、図３Ｂは、Ｔ_ｘがモータ１２の最低トルクＴ_ｍｉｎ以下であるとき、実回転数Ｓ_Ｍが目標回転数Ｓ_Ｔ以下である場合の付与トルクＴ_Ｇを示している。

図３Ｂに示すように、モータ制御部１０２は、領域Ａ（Ｔ_ｘ＞Ｔ_ＭＡＸ）では、付与トルクＴ_Ｇを最大トルクＴ_ＭＡＸに設定する（図２のステップＳ４に対応）。そして、モータ制御部１０２は、領域Ｂ（Ｔ_ＭＡＸ≧Ｔ_ｘ＞Ｔ_ｍｉｎ）では、付与トルクＴ_Ｇを算出したトルクＴ_ｘに設定する（図２のステップＳ８に対応）。さらに、モータ制御部１０２は、領域Ｃ（Ｔ_ｍｉｎ≧Ｔ_ｘ）において、Ｓ_Ｍ≦Ｓ_Ｔの領域Ｃ１では、付与トルクＴ_ＧをＴ_ｍｉｎに設定し（図２のステップＳ９に対応）、Ｓ_Ｍ＞Ｓ_Ｔの領域Ｃ２では、付与トルクＴ_Ｇを０に設定する（図２のステップＳ７に対応）。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、モータ１２の実回転数Ｓ_Ｍが所定の回転数Ｓ_ｔｈ以下である場合に、モータ制御部１０２がモータ１２に対して付与する付与トルクＴ_Ｇは、ＰＩ制御において算出されるトルクＴ_ｘの値にかかわらず、負の値となることがない。このため、モータ１２の実回転数が目標回転数より高くなっても、モータ１２にマイナストルクを与えることによるエネルギーロスを回避することができる。

また、図３Ｂに示すように、モータ制御部１０２は、Ｓ_Ｍ≦Ｓ_Ｔの場合（領域Ｃ１）、付与トルクＴ_ＧをＴ_ｍｉｎに設定し、Ｓ_Ｍ＞Ｓ_Ｔの場合（領域Ｃ２）、付与トルクＴ_Ｇを０に設定する。このため、モータ１２の実回転数を目標回転数にできるだけ近づけつつ、モータ１２のエネルギーロスを回避することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両は、エンジン（エンジン１１）の駆動軸と接続された駆動軸を有するモータ（モータ１２）と、モータ１２の回転数を制御するモータ制御部（制御装置１０のモータ制御部１０２）と、を有するハイブリッド車両であって、モータ制御部１０２は、モータ１２の目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、モータ１２の実回転数とモータ１２の目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値がモータ１２の最小トルクより小さい場合に、モータ１２に付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する。

このような構成により、例えエンジン１１の目標回転数とモータ１２の目標回転数とが異なる回転数に設定されたとしても、実回転数とモータ１２の目標回転数とが異なる場合に生じうるエネルギーロスを低減することができる。

また、本発明のハイブリッド車両において、モータ制御部１０２は、算出トルク値が最小トルクより小さいとき、モータ１２の実回転数がモータ１２の目標回転数より大きい場合には、付与すべきトルクを０に設定し、モータ１２の実回転数がモータ１２の目標回転数以下である場合には、付与すべきトルクを最小トルクに設定する。

このような構成により、例えエンジン１１の目標回転数とモータ１２の目標回転数とが異なる回転数に設定されたとしても、モータ１２の実回転数が目標回転数以下である場合、付与すべきトルクを最小トルクに設定し、モータ１２の実回転数が目標回転数より大きい場合、付与すべきトルクを０に設定する。このため、モータ１２の実回転数を目標回転数にできるだけ近づけつつ、モータ１２のエネルギーロスを回避することができる。

本発明は、エンジンおよびモータの回転数をフィードバック制御するハイブリッド車両に有用である。

１ ハイブリッド車両
１０ 制御装置
１０１ エンジン制御部
１０２ モータ制御部
１１ エンジン
１２ モータ
１３ バッテリ
１４ インバータ
１５ クラッチ
１６ トランスミッション
１７ プロペラシャフト
１８ ディファレンシャルギア
１９ 駆動輪

Claims (7)

1. エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有するモータと、
   前記モータの回転数を制御するモータ制御部と、
   を有するハイブリッド車両であって、
   前記モータ制御部は、前記モータの目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、前記モータの実回転数と前記モータの目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値が前記モータの最小トルクより小さい場合に、前記モータに付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する、
   ハイブリッド車両。
2. 前記所定のしきい値は、前記エンジンのアイドリング回転数である、
   請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記エンジンの回転数を制御するエンジン制御部をさらに有し、
   前記モータ制御部と、前記エンジン制御部は、前記モータの目標回転数と前記エンジンの目標回転数を互いに独立して設定する、
   請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記フィードバック制御は、ＰＩ（Proportional-Integral）制御である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記モータ制御部は、前記算出トルク値が前記モータの最小トルク以上である場合、前記付与すべきトルクを前記算出トルク値に設定する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のハイブリッド車両。
6. 前記モータ制御部は、前記算出トルク値が前記最小トルクより小さい場合、前記モータの実回転数が前記モータの目標回転数より大きいときには前記付与すべきトルクを０に設定する一方、前記モータの実回転数が前記モータの目標回転数以下であるときには前記付与すべきトルクを前記最小トルクに設定する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両。
7. エンジンと、エンジンの駆動軸と接続された駆動軸を有するモータと、を有するハイブリッド車両において、前記モータの回転数を制御する制御方法であって、
   前記モータの目標回転数が所定のしきい値以下であるとき、前記モータの実回転数と前記モータの目標回転数との差分量に基づくフィードバック制御によって算出した算出トルク値が前記モータの最小トルクより小さい場合に、前記モータに付与すべきトルクがマイナストルクとならないように設定する、
   制御方法。
   

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