JP3601508B2 - 有段変速機を備えたハイブリッド車両 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
有段自動変速機を備えたハイブリッド車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開2000−110603号に示されるように、エンジン及び電気モータで車両を駆動するパラレル式のハイブリッド車両の中には、変速機として有段の自動変速機を備えたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、上記ハイブリッド車両において、加速時の要求駆動力の増大分を賄う動力源(以下、加速動力源)としてモータのみを用いた場合、そのときのバッテリの充電状態によって得られる加速トルクが変化するため、アクセル操作に対して一定の駆動力が得られないという問題がある。一方、加速動力源としてエンジンにのみ依存する場合、ダウンシフトすることにより加速トルクが得られるが、効率の悪い運転点でエンジンを動かすためハイブリッド車両のメリットである燃費の優位性が損なわれてしまう。
【0004】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、加速動力源としてエンジン、モータを効果的に使い分けることで加速性能の安定と燃料消費量の低減とを両立させることを目的とする。
【0005】
【問題点を解決するための手段】
第1の発明は、ハイブリッド車両において、エンジンと、複数の変速段を有し変速比を不連続に変更する自動変速機と、前記エンジンに接続され、必要に応じて前記エンジンの駆動力をアシストするモータと、前記モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリの蓄電量から前記モータによりアシスト可能な最大トルクを演算する手段と、運転状態に応じて要求駆動力を演算する手段と、要求駆動力増大時、前記モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能か判断する判断手段と、より高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断した場合は、この変速段を選択するとともに前記モータで前記エンジンをアシストすることによって要求駆動力を実現し、より高い変速段では前記要求駆動力を実現不可能と判断した場合は、前記モータによるアシストは行わず前記変速機をより低い変速段にシフトダウンさせて要求駆動力を実現する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【0006】
第2の発明は、第1の発明における判断手段が、前記モータで最大限アシストした場合に前記変速機をシフトダウンさせることなく前記要求駆動力を実現できる場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断するものである。
【0007】
第3の発明は、第1または第2の発明における制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記モータのアシストトルクをアシスト可能な最大トルクよりも小さなトルクとするものである。
【0008】
第4の発明は、第1または第2の発明における制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記エンジンを最適燃費線上のトルクに制御するとともに、要求駆動力に対応するトルクから前記最適燃費線上のトルクを減じた分を前記モータでアシストするものである。
【0009】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係るハイブリッド車両においては、高負荷運転時、モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて変速機のより高い変速段を選択しても要求駆動力を実現可能か判断され、より高い変速段では要求駆動力を実現できない場合、例えば、アシストを行っても結局シフトダウンしなければ要求駆動力を実現できない場合にはアシストが行われず、シフトダウンによって要求駆動力が実現される。これにより、モータの電力消費を節減できるとともに、エンジンがより効率のよい高負荷の運転点にて運転されることとなり、燃費効率も高くなる(図9参照)。一方、アシスト行うことによりより高いギア位置を選択可能な場合にはモータによりアシストが行われるので、高速ギアでの走行となって燃費が向上する(図8参照)。
【0010】
また、モータによるトルクアシストを行う場合、最大アシスト可能トルクでアシストを行うとエンジンのトルクが最適燃費線上のトルクよりも小さくなり、エンジンの効率が落ちてしまうが、最大アシスト可能トルクよりも小さなトルクでアシストを行うことにより、エンジンを最適燃費線上近傍で運転させることが可能となる。このとき、エンジンの運転点を最適燃費線上の点に移行させた上で、要求駆動力に対応するトルクから最適燃費線上のトルクを減じた分をモータでアシストするようにすれば、エンジンをより効率の良い運転点で運転させることができ、燃費をさらに向上させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【0012】
図1は本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示す。エンジン1にはアシスト用モータ2が機械的に連結されており、さらに、エンジン1及びモータ2は、変速機3、プロペラシャフト4、差動装置5、駆動軸6を介して駆動輪7に連結されている。
【0013】
エンジン1には燃料噴射装置、点火装置の他、電子制御式のスロットル弁が設けられ、このスロットル弁の開度を制御してエンジン1の吸入空気量を調節することでエンジン1のトルクを制御することができる。また、エンジン1にはエンジン1の回転速度を検出するセンサ(クランク角センサ)11が取り付けられている。
【0014】
モータ2は、エンジン始動時にエンジン1をクランキングする際や加速時、登坂走行時等にエンジン出力をアシストする際に用いられる他、減速時に制動エネルギーを回生する際にも用いられる。また、バッテリ残量が低いとき等にはエンジン1の余剰トルクを用いて発電を行い、バッテリ16を充電する。
【0015】
モータ2はインバータ8を介してバッテリ9に接続されており、力行時に必要な電力をバッテリ9から供給されるとともに、回生動作時には回生した電力でもってバッテリ9を充電する。バッテリ9にはその端子間電圧を検出するセンサ12が取り付けられており、検出された端子間電圧からバッテリ9の残存容量(充電状態)を求めることができる。
【0016】
変速機3は、遊星歯車機構、クラッチ、油圧回路等で構成されたロックアップ機構つきの有段自動変速機であり、図5に示す変速マップを用いて変速が行われる。変速機3はここでは1速ギアから5速ギアまでの変速比が不連続に変化する5つの変速段をもつ有段変速機である。変速機3の出力軸には車速を検出するセンサ13が取り付けられている。
【0017】
また、車両には上記センサ11〜13のほか、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサ14等、車両の運転状態を検出するための各種センサが取り付けられており、これらセンサによって検出された信号は制御装置20に入力される。
【0018】
エンジン1、モータ2、変速機3等の制御はCPU、ROM、RAM、入出力インターフェース等で構成される制御装置20において行われる。制御装置20は、通常走行時においては、アクセル操作量と車速から運転者が要求する駆動力を求め、この要求駆動力が得られるようにエンジン1及びモータ2のトルク、速度、変速機3の変速段をそれぞれ制御する。
【0019】
ところで、加速時は要求駆動力が増大するため、これに対応させてエンジン1あるいはモータ2から駆動輪7に伝達されるトルクを増大させる必要があるが、要求駆動力の増大分(加速駆動力)を常にモータトルクだけで負担するとなると、モータ2のアシスト可能なトルクがバッテリ16の残存容量に応じて変化するため、安定した加速性能を実現することができなくなる。また、常にエンジントルクだけで負担するとなるとエンジン1を効率の悪い運転点で運転することが多くなり、燃費性能が悪化する。
【0020】
そこで、制御装置20は、バッテリ残存容量からモータ2がアシスト可能なトルクを求め、モータアシストトルクが十分に確保できるときはモータアシストにより要求駆動力を実現し、モータアシストトルクが十分に確保できないときはモータアシストはせずに変速機3のシフトダウンによって要求駆動力を実現する。
【0021】
図2は制御装置20が行う加速時の駆動力制御の内容を示したフローチャートである。
【0022】
これについて説明すると、まず、ステップS1では運転パラメータとして車速VSP、エンジン回転速度Ne、バッテリ充電状態SOC、アクセル操作量APOが読み込まれる。そしてステップS2では、車速VSPとアクセル操作量APOとに基づき図3に示すマップを参照して目標総駆動力tFdが演算される。
【0023】
ステップS3では、モータ2の定格とバッテリ充電状態SOCとに基づきモータ2がアシスト可能な駆動力の最大値Fmmaxが演算される。アシスト可能駆動力Fmmaxはモータ2の定格が大きい程、バッテリ9の充電状態SOCが高いほど大きな値に演算される。
【0024】
ステップS4では目標総駆動力tFdからモータアシスト駆動力Fmmaxを減じた値を図4に示すようなマップを用いてアクセル操作量相当値に換算し、さらにこのアクセル操作量相当値と車速VSPとに基づき図5に示すような変速マップを参照して、モータ2で最大限のアシストをした場合に予想される変速機3のギア位置GP1が演算される。
【0025】
ステップS5では目標総駆動力tFdを図4に示すようなマップを用いてアクセル操作量相当値に換算し、さらにこのアクセル操作量相当値と車速VSPとに基づき図5に示すような変速マップを参照して、モータ2でアシストをせずエンジン1のみで加速する場合に予想される変速機3のギア位置GP2が演算される。
【0026】
ステップS6ではステップS4で演算したギア位置GP1がステップS5で演算したギア位置GP2よりも大きいか、すなわち、モータアシストすることによってシフトダウンする必要がなくなり高速ギアでの走行が可能になるか否かが判断される。
【0027】
ギア位置GP1がギア位置GP2よりも大きいとき、すなわちアシストを行うことによりアシストを行わない場合より高いギア位置で走行できるとき(シフトダウンすることなく高いギア位置で走行することができるとき等)は、この高いギア位置GP1を選択してモータ2によるアシストを行うべくステップS7以降に進む。これに対し、ギア位置GP1がギア位置GP2と等しいとき、すなわちアシストを行ってもアシストを行わない場合より高いギア位置で走行することができないときは、モータアシストは行わず、より低いギア位置GP2へのシフトダウンにより要求駆動力の増大に対応すべくステップS10以降に進む。
【0028】
モータアシストをするとして進んだステップS7では、エンジン回転速度Neに基づき図6に示すマップを参照して最適燃費線上のエンジントルクが演算され、それがエンジン1の目標トルクに設定される。ステップS8ではギア位置GP1と目標総駆動力tFdとに基づき、ギア位置GP1で目標総駆動力tFdを実現するのに必要なトルク(目標総トルク)が演算され、この目標総トルクから目標エンジントルクを減じてモータ2の目標アシストトルクが演算される。
【0029】
そしてステップS9では、ギア位置GP1を選択した上で、エンジン1のトルクが目標エンジントルクが実現されるようにエンジン1のスロットル開度が制御されるとともに、モータ2のトルクが目標アシストトルクとなるようにモータ2への供給電力が制御される。
【0030】
なお、この時点までの変速ギア位置がGP1であればステップS9での指令はギア位置GP1を維持ということになり、この時点までの変速ギア位置がGP1よりも高いものであった場合にはステップS9での指令はギア位置GP1にシフトダウンということになる。
【0031】
一方、モータアシストしないとして進んだステップS10では、エンジン回転速度Neとギア位置GP2とに基づき図6に示すマップを参照して目標エンジントルクが演算され、ステップS11では変速機3の変速段がギア位置GP2に変更(シフトダウン)されるとともに、目標エンジントルクが実現されるようエンジン1のスロットル開度が制御される。
【0032】
したがって、上記駆動力制御によれば、加速時等の高負荷時は、まず、モータアシストによってシフトダウンを行うことなく高速側のギアで目標総駆動力を実現できるかが判断され、高速側のギアで目標総駆動力が実現できるときにのみモータアシストが行われ、そうでないときはモータアシストは行われずにシフトダウンが行われる。
【0033】
図7は加速時にエンジン1の運転点が変化する様子を示したものである。運転点▲1▼で運転中にアクセルペダルが踏み込まれ要求駆動力が増大すると、エンジン1に要求されるトルクも図中矢印で示すように増大する。この場合のように、エンジン1に要求されるトルクがエンジン1の最大トルクを超えてしまうと、要求駆動力を実現するには変速機3の変速段を5速ギアから4速ギアにシフトダウンさせて運転点を▲2▼と等出力線上にある運転点▲3▼に移行するか、モータ2を力行させてアシストしエンジン1が負担するトルクを下げる必要がある。
【0034】
このとき、バッテリ9の残量が多くてモータ2のアシスト可能なトルクが多く、シフトダウンしなくてもモータアシストのみで要求駆動力を実現できるときは、図8に示すようにモータアシストしてエンジン1に要求されるトルクを最大トルクより下げ、現在の高速側のギアで引き続き走行できるようにし、これによってエンジン回転速度を抑えて燃料消費量を抑える。
【0035】
また、このときアシスト可能な最大トルクでモータ2によるアシストを行うと、図中破線矢印で示すようにエンジン1の運転点が▲2▼から▲5▼に移動して最適燃費線から離れ、エンジン1の運転効率が低下してしまうことから、エンジン1の運転点を最適燃費線上の▲4▼に設定し、要求トルクと最適燃費線上のトルクとの差をモータ2によってアシストするようにする。
【0036】
一方、バッテリ残量が少なく、シフトダウンしなければモータアシストによっても要求駆動力を実現できないときは、図9に示すようにシフトダウンすることで運転点を▲2▼から等出力線上の▲6▼へと変更し、要求駆動力を実現する。そして、このシフトダウンした状態でさらにモータアシストを行うと図中矢印で示すようにエンジン1の運転点が最良燃費線から離れて効率が悪くなるので、モータ2によるモータアシストは行わない(モータアシスト禁止)。
【0037】
また、例えば、5速ギアでの走行中にアクセルペダルが大きく踏み込まれて要求駆動力が大幅に増大し、モータアシスト無しでは3速ギアにシフトダウンしなければ要求駆動力を実現することができない、という場合にも、アシスト可能な最大トルクでモータアシストすることによって4速ギア(3速ギアよりも高いギア位置)での走行が可能な場合には、この4速ギアへシフトダウンすることを選択し、この条件の下で、エンジン1の運転点を最適燃費線上に設定し、要求トルクと最適燃費線上のトルクとの差をモータ2によってアシストする。
【0038】
このように、本発明に係るハイブリッド車両では、高負荷時において、シフトダウンしなければモータアシストによっても要求駆動力が実現できない状況でのみシフトダウンを行うようにし、それ以外はモータでアシストするようにしたことにより、高速ギアで走行する頻度が多くなり、エンジン1の回転を低く抑えて燃料消費量を低く抑えることができる。
【0039】
なお、上記実施形態は遊星歯車式の有段自動変速機を備えたハイブリッド車両であるが、本発明は変速機をステップ的に変化させるモードを有する無段変速機に対しても同様に適用することができる。
【0040】
また、上記実施形態においては、モータ2をエンジン1と変速機3の間に配置する構成としているが、これに限られるものではなく、例えば、モータ2をエンジン1の任意の場所に取り付けて、ベルト又はチェーンによって、所定の変速比をもってエンジン1と同期回転するように接続する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハイブリッド車両の概略構成図である。
【図2】加速時の駆動力制御の内容を示したフローチャートである。
【図3】車速及びアクセル操作量から駆動力を演算するためのマップである。
【図4】駆動力をアクセル操作量相当値に換算するためのマップである。
【図5】変速機の変速マップである。
【図6】エンジンの燃費性能マップである。
【図7】加速時にエンジンに要求されるトルクが変化する様子を示した図である。
【図8】加速時にモータアシストを行うときの様子を示した図である。
【図9】加速時にモータアシストを行わずにシフトダウンをする様子を示した図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 モータ
3 変速機
9 バッテリ
11 エンジン回転速度センサ
12 バッテリ端子間電圧センサ
13 車速センサ
14 アクセル操作量センサ
20 制御装置
Claims (4)
- エンジンと、
複数の変速段を有し変速比を不連続に変更する自動変速機と、
前記エンジンに接続され、必要に応じて前記エンジンの駆動力をアシストするモータと、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
前記バッテリの蓄電量から前記モータによりアシスト可能な最大トルクを演算する手段と、
運転状態に応じて要求駆動力を演算する手段と、
要求駆動力増大時、前記モータで最大限アシストした場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能か判断する判断手段と、
より高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断した場合は、この変速段を選択するとともに前記モータで前記エンジンをアシストすることによって要求駆動力を実現し、より高い変速段では前記要求駆動力を実現不可能と判断した場合は、前記モータによるアシストは行わず前記変速機をより低い変速段にシフトダウンさせて要求駆動力を実現する制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。 - 前記判断手段が、前記モータで最大限アシストした場合に前記変速機をシフトダウンさせることなく前記要求駆動力を実現できる場合に、アシストを行わない場合に比べて前記変速機のより高い変速段を選択しても前記要求駆動力を実現可能と判断することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両。
- 前記制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記モータのアシストトルクをアシスト可能な最大トルクよりも小さなトルクとすることを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両。
- 前記制御手段が、前記モータで前記エンジンをアシストする場合に、前記エンジンを最適燃費線上のトルクに制御するとともに、要求駆動力に対応するトルクから前記最適燃費線上のトルクを減じた分を前記モータでアシストすることを特徴とする請求項1または2に記載のハイブリッド車両。
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