JP3588993B2

JP3588993B2 - ハイブリッド車の制御装置

Info

Publication number: JP3588993B2
Application number: JP32311597A
Authority: JP
Inventors: 康彦北島; 一真大蔵; 欣高出口; 晋小宮山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JPH11159364A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関および／または電動機を車両の推進源とするハイブリッド車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
エンジンの出力および／またはモーターの出力により車両を駆動するハイブリッド車が知られている。
【０００３】
ところで、一般に、モーターのトルク制御に比べてエンジンの出力トルクを正確に制御することは難しい。ハイブリッド車において、エンジンとモーターの合計出力により車両を駆動する場合には、所要駆動力をエンジンとモーターに正確に分配する必要があるが、エンジンの出力トルクを正確に制御できないために、エンジン出力が大きすぎたり、小さすぎたりすることがあり、運転性能や燃費性能が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、所要駆動力に応じて内燃機関と電動機の出力を正確に制御することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明は、内燃機関と電動機との間に設けられて内燃機関から電動機への伝達トルクを制御可能な断続器を備え、電動機から変速機を介して駆動輪を駆動するハイブリッド車の制御装置であって、変速機の変速比と車速と車両の所要駆動力とに基づいて、電動機軸における目標トルクを演算する手段と、目標トルクに基づいて断続器の目標伝達トルクを決定する手段と、断続器の伝達トルクが目標伝達トルクとなるように断続器を制御する手段と、目標トルクから目標伝達トルクを減じて電動機の目標電動機トルクを決定する手段と、電動機の出力トルクが目標電動機トルクとなるように電動機を制御する手段とを備える。
（２）請求項２のハイブリッド車の制御装置は、目標伝達トルク決定手段によって、目標トルクにローパスフィルター処理を施して目標伝達トルクを決定するようにしたものである。
（３）請求項３のハイブリッド車の制御装置は、ローパスフィルターのカットオフ周波数を、内燃機関と断続器のトルク制御における応答性の低い方に応じて設定するようにしたものである。
（４）請求項４のハイブリッド車の制御装置は、断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定比だけ大きい回転速度となる内燃機関の目標回転速度を決定する手段と、内燃機関の回転速度が目標回転速度となるように内燃機関を制御する手段とを備える。
（５）請求項５のハイブリッド車の制御装置は、断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定量だけ大きい回転速度となる内燃機関の目標回転速度を決定する手段と、内燃機関の回転速度が目標回転速度となるように内燃機関を制御する手段とを備える。
（６）請求項６のハイブリッド車の制御装置は、目標回転速度決定手段によって、目標トルクと目標伝達トルクとの差に応じて内燃機関の目標回転速度を決定するようにしたものである。
（７）請求項７のハイブリッド車の制御装置は、目標回転速度決定手段によって、目標トルクと目標伝達トルクとの差が所定値以下になったら、断続器の入出力軸回転速度が同一となる内燃機関の目標回転速度を決定するようにしたものである。
（８）請求項８のハイブリッド車の制御装置は、所要駆動力をアクセルペダルの踏み込み量に応じた値としたものである。
【０００６】
【発明の効果】
（１）請求項１の発明によれば、内燃機関と電動機との間に設けられて内燃機関から電動機への伝達トルクを制御可能な断続器を備え、電動機から変速機を介して駆動輪を駆動するハイブリッド車のパワートレインに対して、変速機の変速比と車速と車両の所要駆動力とに基づいて電動機軸における目標トルクを演算し、目標トルクに基づいて断続器の目標伝達トルクを決定し、断続器の伝達トルクが目標伝達トルクとなるように断続器を制御するとともに、目標トルクから目標伝達トルクを減じて電動機の目標電動機トルクを決定し、電動機の出力トルクが目標電動機トルクとなるように電動機を制御するようにしたので、所要駆動力に応じた電動機軸の目標トルクを内燃機関と電動機とに任意の割合で分配することができ、電動機軸のトルクを所要駆動力に応じて正確に制御することができる。
（２）請求項２の発明によれば、電動機軸の目標トルクにローパスフィルター処理を施して目標伝達トルクを決定するようにしたので、目標トルクが急に増加しても目標伝達トルクは徐々に増加する。一方、目標電動機トルクは目標トルクから目標伝達トルクを減じて決定されるので、目標伝達トルクの立ち上がりが遅い分だけ目標電動機トルクが急に増加する。つまり、目標トルクが急に増加した過渡時には、応答が速い電動機がただちにトルクを出し、定常状態になってから、または目標トルクがゆっくり変化するときには、断続器により伝達トルクを制御しながら内燃機関がトルクを出すことになり、所要駆動力の増加に対して応答遅れなくトルク、すなわち駆動力を発生させることができる。
（３）請求項３の発明によれば、ローパスフィルターのカットオフ周波数を、内燃機関と断続器のトルク制御における応答性の低い方に応じて設定するようにしたので、内燃機関や電動機の応答遅れによる駆動軸トルクの応答遅れをなくすことができる。
（４）請求項４の発明によれば、断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定比だけ大きい回転速度となる内燃機関の目標回転速度を決定し、内燃機関の回転速度が目標回転速度となるように内燃機関を制御するようにしたので、断続器の滑りと滑りによる発熱を最小限に抑制でき、断続器の長寿命化を図ることができる。
（５）請求項５の発明によれば、断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定量だけ大きい回転速度となる内燃機関の目標回転速度を決定し、内燃機関の回転速度が目標回転速度となるように内燃機関を制御するようにしたので、断続器の滑りと滑りによる発熱を最小限に抑制でき、断続器の長寿命化を図ることができる。
（６）請求項６の発明によれば、目標トルクと目標伝達トルクとの差に応じて内燃機関の目標回転速度を決定するようにしたので、断続器の滑りと滑りによる発熱を最小限に抑制でき、断続器の長寿命化を図ることができる。
（７）請求項７の発明によれば、目標トルクと目標伝達トルクとの差が所定値以下になったら、断続器の入出力軸回転速度が同一となる内燃機関の目標回転速度を決定するようにしたので、断続器の滑りによる損失を防ぐことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明を、低負荷時にはシリーズ・ハイブリッド車両ＳＨＥＶとして走行し、高負荷時には内燃機関で走行するシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに応用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はシリーズ・パラレルハイブリッド車両ＳＰＨＶに限定されず、走行中に内燃機関の機械出力と電動機の機械出力とをクラッチで切り換える方式のすべての車両に適用することができる。
【０００８】
図１、図２に一実施の形態の構成を示す。なお、図中の太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力の伝達経路を示し、細い実線は制御線を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、変速機５，動力伝達機構６から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および変速機５の入力軸は互いに連結されている。クラッチ３の投入時はモーター１、エンジン２およびモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３の解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。
【０００９】
モーター１および４には交流誘導電動機、交流同期電動機あるいは直流電動機などを用いることができる。また、エンジン２にはガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンなどを用いることができる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、クラッチ３はパウダークラッチに限定されず、伝達トルクを制御できるものであればどのような断続器でもよい。変速機４はベルト式変速機ＣＶＴであり、変速比を無段階に調節することができる。なお、変速機４にギア式変速機を用いることもできる。
【００１０】
モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４および変速機５はそれぞれ、制御装置８〜１２により駆動制御される。モーター１、４に交流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にインバーターを用い、モーター１、４の回生交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を交流電力に変換してモーター１、４へ供給する。モーター１、４に直流電動機を用いる場合にはモーター制御装置８、１１にＤＣ／ＤＣコンバーターを用い、モーター１、４の回生直流電力を所定の電圧に調節して高圧バッテリー１４を充電するとともに、高圧バッテリー１４の直流電力を所定の電圧に調節してモーター１、４へ供給する。いずれの場合も、モーター制御装置８、１１はモーター１、４の回転速度、出力トルクを制御することができる。
【００１１】
エンジン制御装置９は各種アクチュエータや機器を備え、エンジン２の燃料噴射制御、点火制御、燃焼気筒数制御などを行う。クラッチ制御装置３はパウダークラッチ３の励磁電流を変えて伝達トルクを制御する。また、変速機制御装置１２は変速機５の変速比を制御する。
【００１２】
車両コントローラー１３はマイクロコンピューターとその周辺部品から構成され、制御装置８〜１２を制御して車両自体の動作、機能を制御する。車両コントローラー１３には、図２に示すように、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサー１５、車両の走行速度を検出するための車速センサー１６、エンジン２の回転速度を検出するための回転センサー１７、エンジン２の冷却水温度を検出する温度センサー１８、エンジン２のスロットルバルブ開度を検出するスロットル開度センサー１９、ＥＧＲバルブ開度を検出するＥＧＲ開度センサー２０、クラッチ３の出力軸回転速度を検出するための回転センサー２１などが接続される。
【００１３】
図３は、車両コントローラー１３の駆動力制御を示す制御ブロック図である。
車両コントローラー１３は、マイクロコンピューターのソフトウエア形態により１３ａ〜１３ｅの制御ブロックを備えている。目標駆動軸トルク演算部１３ａには、アクセルセンサー１５からアクセルペダルの踏み込み量と、車速センサー１６から車両の走行速度が入力される。アクセルペダルの踏み込み量は乗員の要求駆動力、すなわち車両の目標駆動力であり、目標駆動軸トルク演算部１３ａは目標駆動力と車速から駆動軸５ａの目標トルクを演算する。
【００１４】
目標クラッチ伝達トルク演算部１３ｂは、目標駆動軸トルクと変速比とに基づいてパウダークラッチ３の目標伝達トルクを演算する。また、目標モータートルク演算部１３ｃは、目標駆動軸トルクと、変速比と、目標クラッチ伝達トルクとに基づいてモーター４の目標トルクを演算する。
【００１５】
図４は、目標駆動軸トルクをモーター４の出力軸４ａに換算した目標トルク（実線）と、目標クラッチ伝達トルク（破線）と、目標モータートルク（一点鎖線）との関係を示す。
モーター軸４ａに換算した目標トルクは、クラッチ３の伝達トルクとモーター４の出力トルクとの合計値により達成されるべき目標値であるから、目標クラッチ伝達トルクと目標モータートルクとの合計値がこの目標トルクにならなければならない。
【００１６】
ところで、エンジン２の出力トルクの応答性はモーター４に比べると遅く、急激な目標トルクの変化に追従させるのは困難である。また、エンジン２の出力トルクを急激に変えると、燃費性能や排気浄化性能が悪化するため、目標トルクの急激な変化に対してはまずモーター４の出力トルクを追従させ、時間の経過とともに徐々にクラッチ３の伝達トルク、すなわちエンジン２の出力トルクに移行する。具体的には、図４に示すように、目標トルクが急に増加したときは、目標クラッチ伝達トルクを徐々に増加させ、目標トルクから目標クラッチ伝達トルクを減じた分を目標モータートルクとする。
【００１７】
これにより、目標トルクが急に変化した過渡時には、応答が速いモーター４がトルクを出し、定常状態になってから、または目標トルクがゆっくり変化するときには、クラッチ３を介してエンジン２がトルクを出すことになり、乗員のアクセルペダル踏み込み操作に対して応答遅れなくトルク、すなわち駆動力を発生させることができ、運転性能を向上させることができる。
【００１８】
目標クラッチ伝達トルクと目標モータートルクはそれぞれ、クラッチ制御装置１０とモーター制御装置１１へ出力される。クラッチ制御装置１０は、クラッチ３の伝達トルクが目標クラッチ伝達トルクに一致するようにクラッチ３の励磁電流を調節し、クラッチ伝達トルクを制御する。一方、モーター制御装置１１は、モーター４の出力トルクが目標モータートルクに一致するようにトルク制御を行う。
【００１９】
また、目標回転速度演算部１３ｄは、クラッチ３の出力軸３ａの回転速度よりも所定の割合だけ大きい入力軸３ｂの目標回転速度、すなわちエンジン２の目標回転速度を演算する。クラッチ出力軸３ａの回転速度をＮ［ｒｐｍ］とすると、エンジン２の目標回転速度Ｎ＊を、
【数１】
Ｎ＊＝Ｎ・（１＋α）（α≧０）［ｒｐｍ］
とする。
これにより、クラッチ３の滑りと滑りによる発熱を最小限に抑制でき、クラッチ３の長寿命化が図れる。
【００２０】
なお、エンジン２の目標回転速度を、クラッチ出力軸３ａの回転速度よりも所定量だけ大きい速度としても同様な効果が得られる。すなわち、
【数２】
Ｎ＊＝Ｎ＋β （β≧０）［ｒｐｍ］
【００２１】
速度フィードバック制御演算部１３ｅは、回転センサー１７により検出されるエンジン２の回転速度をフィードバックし、回転速度検出値を目標回転速度に一致させるための目標スロットル開度を演算してエンジン制御装置９へ出力する。エンジン制御装置９は、目標スロットル開度にしたがってスロットルアクチュエータを制御する。
【００２２】
−一実施の形態の変形例−
図５は一実施の形態の変形例の駆動制御を示す制御ブロック図である。なお、図３に示す機器および制御ブロックと同様な機能の機器および制御ブロックに対しては、同一の符号を付して相異点を中心に説明する。
上述した一実施の形態では、目標クラッチ伝達トルク演算部１３ｂによって目標クラッチ伝達トルクの立ち上がりを遅くする例を示したが、この変形例では、目標クラッチ伝達トルク演算部１３ｆの出力にローパスフィルター１３ｇを設け、そのカットオフ周波数にエンジン２とクラッチ３のトルク制御における応答性の遅い方のカットオフ周波数を設定する。また、目標クラッチ伝達トルク演算部１３ｆは、目標駆動軸トルク演算部１３ａからの目標駆動軸トルクを変速比によりクラッチ出力軸３ａ（＝モーター出力軸４ａ）に換算して、クラッチ出力軸３ａにおける目標トルクを演算し、ローパスフィルター３ｇへ出力する。
【００２３】
ローパスフィルター３ｇへ入力された目標トルクは、図６に示すように、その立ち上がりが急峻であってもゆっくりとした立ち上がりに変更され、目標クラッチ伝達トルク（破線）としてクラッチ制御装置１０へ出力される。また、目標モータートルク演算部１３ｃは、目標トルク（実線）から目標クラッチ伝達トルク（破線）を減じて目標モータートルク（一点鎖線）を演算する。
【００２４】
これにより、目標トルクが急に変化した過渡時には、応答が速いモーター４がトルクを出し、定常状態になってから、または目標トルクがゆっくり変化するときには、クラッチ３を介してエンジン２がトルクを出すことになり、乗員のアクセルペダル踏み込み操作に対して応答遅れなくトルク、すなわち駆動力を発生させることができ、運転性能を向上させることができる。
さらに、ローパスフィルター１３ｇのカットオフ周波数を、エンジン２とクラッチ３のトルク制御における応答性の低い方に応じて設定するようにしたので、エンジン２とクラッチ３の応答遅れによる駆動軸トルクの応答遅れをなくすことができる。
【００２５】
−発明の一実施の形態の他の変形例−
図７は一実施の形態の他の変形例の駆動制御を示す制御ブロック図である。なお、図３および図５に示す機器および制御ブロックと同様な機能の機器および制御ブロックに対しては同一の符号を付して、相異点を中心に説明する。
滑り回転速度演算部１３ｈは、図６に示すように、クラッチ出力軸３ａ（＝モーター出力軸４ａ）に換算した目標トルクと目標クラッチ伝達トルクとの差、すなわち目標モータートルクに応じたクラッチ３の滑り回転速度を演算する。つまり、目標トルクと目標クラッチ伝達トルクとの差が小さくなるほど（目標モータートルクが小さくなるほど）滑り回転速度を小さくし、差が所定値以下になったら滑り回転速度を０、つまり、クラッチ３の入出力軸の回転速度が同一になるようにする。目標回転速度演算部１３ｉは、クラッチ出力軸３ａの回転速度に滑り回転速度を加算してエンジン２の目標回転速度を演算する。なお、滑り回転速度はクラッチ入出力軸３ａ、３ｂの回転速度比により決定してもよいし、回転速度差により決定してもよい。
【００２６】
このように、クラッチ出力軸３ａの目標トルクと目標クラッチ伝達トルクとの差に応じてクラッチ３の滑り回転速度を設定し、差が小さくなるほど滑り回転速度を小さくし、所定差以下になったら滑り回転速度を０にしたので、クラッチ３の滑りと滑りによる発熱を最小限に抑制することができ、クラッチ３の長寿命化が図れる。
【００２７】
以上の一実施の形態の構成において、エンジン２が内燃機関を、モーター４が電動機を、クラッチ３が断続器を、変速機５が変速機を、車両コントローラー１３が目標トルク演算手段、目標伝達トルク決定手段、目標電動機トルク決定手段および目標回転速度決定手段を、クラッチ制御装置１０が断続器制御手段を、モーター制御装置１１が電動機制御手段を、車両コントローラー１３およびエンジン制御装置９が内燃機関制御手段をそれぞれ構成する。
【００２８】
なお、上述した一実施の形態とその変形例では、エンジン２の出力軸がクラッチ３の入力軸に直結され、クラッチ３の出力軸がモーター４の出力軸に直結されたパワートレインを例にあげて説明したが、各機器がギアを介して直結されたパワートレインに対しても本発明を応用できる。その場合には、ギア比により各軸のトルクを演算すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１に続く、一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】一実施の形態の駆動力制御を示す制御ブロック図である。
【図４】目標トルク、目標モータートルクおよび目標クラッチ伝達トルクの時間変化を示す図である。
【図５】一実施の形態の変形例の駆動力制御を示す制御ブロック図である。
【図６】一実施の形態の変形例の目標トルク、目標モータートルクおよび目標クラッチ伝達トルクの時間変化を示す図である。
【図７】一実施の形態の他の変形例の駆動力制御を示す制御ブロック図である。
【符号の説明】
１，４モーター
２エンジン
３クラッチ
５変速機
６動力伝達機構
７駆動輪
８，１１モーター制御装置
９エンジン制御装置
１０クラッチ制御装置
１２変速機制御装置
１３，１３Ａ，１３Ｂ車両コントローラー
１３ａ目標駆動軸トルク演算部
１３ｂ，１３ｆ目標クラッチ伝達トルク演算部
１３ｃ目標モータートルク演算部
１３ｄ，１３ｉ目標回転速度演算部
１３ｅ速度フィードバック制御演算部
１３ｇローパスフィルター
１３ｈ滑り回転速度演算部
１４高圧バッテリー
１５アクセル開度センサー
１６車速センサー
１７エンジン回転センサー
１８エンジン冷却水温度センサー
１９スロットルバルブ開度センサー
２０ＥＧＲバルブ開度センサー
２１クラッチ出力軸回転センサー

Claims

内燃機関と電動機との間に設けられて前記内燃機関から前記電動機への伝達トルクを制御可能な断続器を備え、前記電動機から変速機を介して駆動輪を駆動するハイブリッド車の制御装置であって、
前記変速機の変速比と車速と車両の所要駆動力とに基づいて、前記電動機軸における目標トルクを演算する手段と、
前記目標トルクに基づいて前記断続器の目標伝達トルクを決定する手段と、
前記断続器の伝達トルクが前記目標伝達トルクとなるように前記断続器を制御する手段と、
前記目標トルクから前記目標伝達トルクを減じて前記電動機の目標電動機トルクを決定する手段と、
前記電動機の出力トルクが前記目標電動機トルクとなるように前記電動機を制御する手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記目標伝達トルク決定手段は、前記目標トルクにローパスフィルター処理を施して目標伝達トルクを決定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項２に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記ローパスフィルターのカットオフ周波数を、前記内燃機関と前記断続器のトルク制御における応答性の低い方に応じて設定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１〜３のいずれかの項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定比だけ大きい回転速度となる前記内燃機関の目標回転速度を決定する手段と、
前記内燃機関の回転速度が前記目標回転速度となるように前記内燃機関を制御する手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１〜３のいずれかの項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記断続器の入力軸回転速度が出力軸回転速度よりも所定量だけ大きい回転速度となる前記内燃機関の目標回転速度を決定する手段と、
前記内燃機関の回転速度が前記目標回転速度となるように前記内燃機関を制御する手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項４または請求項５に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記目標回転速度決定手段は、前記目標トルクと前記目標伝達トルクとの差に応じて前記内燃機関の目標回転速度を決定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項６に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記目標回転速度決定手段は、前記目標トルクと前記目標伝達トルクとの差が所定値以下になったら、前記断続器の入出力軸回転速度が同一となる前記内燃機関の目標回転速度を決定することを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１〜７のいずれかの項に記載のハイブリッド車の制御装置において、
前記所要駆動力はアクセルペダルの踏み込み量に応じた値であることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。