JP3991975B2 - ハイブリッド変速機の変速制御装置 - Google Patents
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- B60K6/36—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
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- F16H3/727—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path
- F16H3/728—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously with at least two dynamo electric machines for creating an electric power path inside the gearing, e.g. using generator and motor for a variable power torque path with means to change ratio in the mechanical gearing
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Description
かかるハイブリッド変速機においては、モータ/ジェネレータをバッテリからの電力により駆動するが、この駆動に際しては、通常の電気機器を駆動する場合と同様にモータ/ジェネレータをバッテリの定格電力以下で駆動する必要がある。
この従来技術は、バッテリの充放電を伴って駆動する少なくとも一つの電気機器を具える動力発生装置を前提とするが、電気機器が目標出力を発生するとバッテリの瞬時定格出力を超えるような場合、電気機器の目標出力をバッテリの瞬時定格電力以下となるように修正するものである。
ところでハイブリッド変速機においては、両モータ/ジェネレータ(電気機器)の動力修正配分が出力系への駆動トルクや変速比に対して大きく影響する。
また、エンジン回転速度が許容上限回転速度付近である時は、変速比がエンジン回転速度の過回転を生じさせるように変化する懸念も払拭し切れない。
先ず前提となるハイブリッド変速機は、エンジンと、出力軸と、2つのモータ/ジェネレータとの間を差動装置により相互に連結し、両モータ/ジェネレータの制御により変速を行わせることが可能なハイブリッド変速機とする。
目標値設定手段は、車両の運転状態に応じた目標駆動トルクと、目標エンジン回転速度と、目標エンジントルクとを設定し、エンジントルク検出手段は、現時点の実エンジントルクを検出または推定するものである。
モータトルク修正手段は、これら理想モータ/ジェネレータトルクが、バッテリおよびモータ/ジェネレータの現状において両モータ/ジェネレータが発生可能なトルク範囲を表した実現可能領域を超える場合に、両理想モータ/ジェネレータトルクをこの実現可能領域内の値に修正するものである。
目標エンジン回転速度よりも目標駆動トルクが優先して達成されるよう上記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行う駆動トルク優先用修正処理と、
目標駆動トルクよりも目標エンジン回転速度が優先して達成されるよう上記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行うエンジン回転速度優先用修正処理とを有し、
実エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えるような状況ではエンジン回転速度優先用修正処理により上記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行い、該状況以外では駆動トルク優先用修正処理により上記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行うよう構成し、
上記エンジン回転速度優先用修正処理は、
両モータ/ジェネレータが理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充放電可能電力を超える過充放電電力を算出し、目標エンジン回転速度が達成されると共に過充放電電力がゼロになるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第1修正処理と、
この第1修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクが出力されると、モータ/ジェネレータからのモータ作動トルクが制限値を超える場合に、目標エンジン回転速度が達成されると共にモータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第2修正処理と、
両モータ/ジェネレータがこの第2修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充電可能電力を超える過充電電力と、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力とを算出し、これら過充電電力および過回生電力のうち大きい方の電力に相当する分だけエンジンパワーが低下されるよう前記目標エンジントルクを下方修正する第3修正処理とを含むものである。
エンジンの過回転を回避しつつ両理想モータ/ジェネレータトルクを実現可能領域内の値に修正することができる。
駆動トルクの不自然な変化を回避しつつ、従って不愉快な加減速度の発生なしに、両理想モータ/ジェネレータトルクを実現可能領域内の値に修正することができる。
しかも本発明によれば、上記エンジン回転速度優先用修正処理を、
両モータ/ジェネレータが理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充放電可能電力を超える過充放電電力を算出し、目標エンジン回転速度が達成されると共に過充放電電力がゼロになるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第1修正処理と、
この第1修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクが出力されると、モータ/ジェネレータからのモータ作動トルクが制限値を超える場合に、目標エンジン回転速度が達成されると共にモータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第2修正処理と、
両モータ/ジェネレータがこの第2修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充電可能電力を超える過充電電力と、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力とを算出し、これら過充電電力および過回生電力のうち大きい方の電力に相当する分だけエンジンパワーが低下されるよう前記目標エンジントルクを下方修正する第3修正処理との順次処理により遂行するから、以下の作用効果が奏し得られる。
第1修正処理および第2修正処理により、モータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるようにしつつ目標エンジン回転速度を達成することから、代数演算で、当該目的のための理想モータ/ジェネレータトルクの上記修正を行うことができ、マップを用いることによるマイコンメモリ容量の増加を招くことなく、モータ作動トルクが制限値に収まるようにしつつ目標エンジン回転速度を達成してエンジンの過回転を防止するという所期の目的を達成することができる。
また本発明によれば、上記第3修正処理によって、両モータ/ジェネレータが第2修正処理で修正された理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充電可能電力を超える過充電電力と、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力とを算出し、これら過充電電力および過回生電力のうち大きい方の電力に相当する分だけエンジンパワーが低下されるよう前記目標エンジントルクを下方修正することから、
第3修正処理で設定される目標エンジントルクに対して実際のエンジントルクが遅れ、エンジンパワーの減少が間に合わない場合のバッテリの過充電やモータの過回生を防ぐことができ、バッテリやモータ/ジェネレータの劣化を防ぐことができる。
図1は、本発明の一実施例になる変速制御装置を具えたハイブリッド変速機1の制御システムを例示し、ハイブリッド変速機1を、本実施例においては後輪駆動車(FR車)用のトランスミッションとして用いるのに有用な、図2に示すごとき以下の構成となす。
ここで、フロント側遊星歯車組GF、中央の遊星歯車組GC、およびリヤ側遊星歯車組GRは、3自由度の差動装置3を構成するよう以下のごとくに相関させる。
そして、リングギヤRrおよびキャリアCcを相互に結合し、これらの結合体にエンジンクラッチCinを介して、エンジンENGの回転を入力される入力軸3(図3の共線図では入力Inとして示す)を結合し、出力軸4(図3の共線図では出力Outとして示す)にキャリアCrを結合する。
環状ステータ2sと外側ロータ2roとで外側のモータ/ジェネレータである第1のモータ/ジェネレータMG1を構成し、環状ステータ2sと内側ロータ2riとで内側のモータ/ジェネレータである第2のモータ/ジェネレータMG2を構成する。
ここでモータ/ジェネレータMG1,MG2はそれぞれ、複合電流をモータ側が負荷として供給される時は供給電流に応じた個々の方向と速度(停止を含む)の回転を出力するモータとして機能し、複合電流を発電機側が負荷として印加された時は外力による回転に応じた電力を発生する発電機として機能する。
キャリアCfおよびサンギヤSf間をハイクラッチChiにより結合可能とし、このキャリアCfをローブレーキBLOにより固定可能とし、リングギヤRfをサンギヤSrに結合する。
また、差動装置3の回転自由度は前記した通り3であるが、詳しくは後述するごとくローブレーキBLO、ハイクラッチChi、ロー&ハイブレーキBLHのうち必ず1つ以上を作動して締結させるため、差動装置3の回転自由度は2以下である。
従って差動装置3は、これを成す回転要素のうちのいずれか2つの回転速度が決まれば、全ての回転要素の回転速度が決まる。
そして、出力軸5を図1に示すように、ディファレンシャルギヤ装置6を介して左右後輪7L,7Rに駆動結合する。
21は、エンジンENGおよびハイブリッド変速機1(モータ/ジェネレータMG1,MG2や、エンジンクラッチCin、ローブレーキBLO、ハイクラッチChi、ロー&ハイブレーキBLH)の統合制御を司るハイブリッドコントローラである。
このハイブリッドコントローラ21はエンジンENGの目標エンジントルクTE *に関する指令をエンジンコントローラ22に供給し、エンジンコントローラ22はエンジンENGを当該指令値TE *が達成されるよう運転させる。
更にハイブリッドコントローラ21は、ハイブリッド変速機1内におけるエンジンクラッチCin、ローブレーキBLO、ハイクラッチChi、ロー&ハイブレーキBLHを締結、開放制御するための油圧指令を油圧制御装置26に供給し、油圧制御装置26はこれら油圧指令に応じた油圧を対応するエンジンクラッチCin、ローブレーキBLO、ハイクラッチChi、ロー&ハイブレーキBLHに供給してこれらを締結、開放制御する。
アクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)APOを検出するアクセル開度センサ27からの信号と、
車速VSP(出力Outの回転数ωoに比例)を検出する車速センサ28からの信号と、
リングギヤRr(キャリアCc)への入力回転ωinを検出する入力回転センサ29からの信号とを入力する。
ハイブリッドコントローラ21は、これら入力情報、すなわちアクセル開度APO、入力回転ωin(エンジン回転速度ωE )、車速VSPに応じ、運転者が意図する運転状態を実現するようモータコントローラ23に上記の理想モータ/ジェネレータトルクT1 *,T2 *を、また、エンジンコントローラ22に前記の目標エンジントルクTE *を指令する。
中間の遊星歯車組GCにおける回転速度順が中間のキャリアCcと、リヤ側遊星歯車組GRにおける回転速度順が第1位のリングギヤRrとを相互に結合し、リヤ側遊星歯車組GRにおける回転速度順が第3位のサンギヤSrと中間の遊星歯車組GCにおける回転速度順が第3位のサンギヤScとにそれぞれ、フロント側遊星歯車組GFにおけるリングギヤRfおよびサンギヤSfを結合する。
中間の遊星歯車組GCのリングギヤRcにモータ/ジェネレータMG1を結合し、中間の遊星歯車組GCのキャリアCcおよびリヤ側遊星歯車組GRにおけるリングギヤRrの結合体にエンジンENGからの入力Inを結合し、リヤ側遊星歯車組GRのキャリアCrに出力軸5(車輪駆動系への出力Out)を結合し、中間の遊星歯車組GCにおけるサンギヤSc(フロント側遊星歯車組GFのサンギヤSf)にモータ/ジェネレータMG2を結合する。
更に、中間の遊星歯車組GCにおけるリングギヤRcをロー&ハイブレーキBLHにより固定可能となす。
この場合、図3における遊星歯車組GRに係わるレバー(同符号GRで示す)が遊星歯車組GCに係わるレバー(同符号GCで示す)上に乗り、遊星歯車組GC,GRにより構成されるギヤ列が4要素2自由度の一直線状の共線図で表されることとなり、回転要素の回転速度順にモータ/ジェネレータMG1、エンジンENGからの入力In、車輪駆動系への出力Out、モータ/ジェネレータMG2の配列となる。
従って、キャリアCrに結合させた出力Outが図3から明かなように前記したHi-iVTモードの時よりも低くなり、このため当該変速モード(Low-iVTモード)は、サンギヤScとサンギヤSfの回転数が0となる変速比よりも、後進変速比を含めたロー側変速比の領域で使用する。
ここで入力Inの回転ωinを一定とすると、モータ/ジェネレータMG2によりサンギヤScの正回転を高くしてリングギヤRfの逆回転を上昇させることで、このリングギヤRfに結合されたサンギヤSrの逆回転が上昇して出力Outの回転ωoが低下し、変速比をロー側へ移行させることができ、さらにはロー側無限大(停車)の変速比から後進変速比へと移行させることができる。
かようにHi-iVTモードでロー&ハイモードブレーキBLHを締結させた変速モード(Hiモード)は上記の通り、入力回転ωinと出力回転ωoとの間における回転速度比が固定された状態で、エンジン動力に第2モータ/ジェネレータMG2の動力を加減して出力することができ、この変速モード(Hiモード)は固定変速比モードである。
なおこの場合、第2モータ/ジェネレータMG2をジェネレータとして作用させれば、エンジン出力をその分だけ低下させた出力による走行も可能である。
かようにLow-iVTモードでロー&ハイモードブレーキBLHを締結させた変速モード(Lowモード)は上記の通り、入力回転ωinと出力回転ωoとの間における回転速度比が固定された状態で、エンジン動力に第2モータ/ジェネレータMG2の動力を加減して出力することができ、この変速モード(Lowモード)も固定変速比モードである。
図3の共線図上において、レバーGRがレバーGCに重なって4要素2自由度の一直線状の共線図になると共に、サンギヤSr,Scが回転数の位置に固定される。
従って、変速比をハイモードとローモードとの間の中間的な2nd変速比に固定することができ、この固定した2nd変速比でエンジンENGの出力および/または第1モータ/ジェネレータMG1の出力による中速走行が可能である。
かようにローブレーキBLOおよびハイクラッチChiを共に締結作動させた変速モード(2ndモード)は上記の通り、入力回転ωinと出力回転ωoとの間における回転速度比が固定された状態で、エンジン動力に第1モータ/ジェネレータMG1の動力を加減して出力することができ、この変速モード(2ndモード)も固定変速比モードである。
なお図4において、○印は締結を示し、×印は解放を示す。
図5においても、○印は締結を示し、×印は解放を示す。
但し、図5におけるEV走行時の変速モードには、対応する変速モード名の冒頭に(EV-)を付して示した。
遊星歯車組GF,GC,GRで構成される差動装置3の回転自由度は前記した通り3であるが、無段変速比モード(Low-iVTとHi-iVT、およびEV-Low-iVTとEV-Hi-iVT)では図4および図5のごとくローブレーキBLOまたはハイクラッチChiを締結させるため、差動装置3の回転自由度は2となり、
固定変速比モード(LowとHiと2nd、およびEV-LowとEV-HiとEV-2nd)では図4および図5のごとくローブレーキBLOまたはハイクラッチChiと、ロー&ハイブレーキBLHとを締結させるため、差動装置3の回転自由度は1となる。
これら理想モータ/ジェネレータトルクを可能動作領域内の値に修正することを骨子とするが、この修正に際し、状況に応じ目標駆動トルクと目標エンジン回転速度のいずれか一方を優先して達成するよう当該修正を行うことで前記の問題解決を実現することを狙ったものである。
よって以下では、無段変速比モードにおける変速制御について説明する。
なお車速センサ28は、出力回転速度ωoから次式により車速VSPを求めるものとする。
kv : タイヤ半径やファイナルギア比で決まる定数
先ず、次式を用いて目標駆動トルクTo*と出力回転速度ωoとから、目標駆動パワーPo *を演算する。
そしてバッテリ蓄電状態SOCから、例えば、SOCが高いほどバッテリ放電電力を多くし、SOCが低いほどバッテリ充電電力を多くするよう、目標バッテリ充放電電力PB *を決める(PB *は充電時が負)。
更に、次式に示すように、この目標駆動パワーPo *と目標バッテリ充放電電力PB *との和値を目標エンジンパワーPE *と定める。
この目標エンジンパワーPE *をエンジンが最適燃費で出力するための目標エンジン回転速度ωE *を、図8に示す燃費最適目標エンジン回転速度マップを基に目標エンジンパワーPE *から検索する。
エンジンが燃費最適な動作点で目標エンジンパワーPE *を出力するようになすために、目標エンジンパワーPE *を目標エンジン回転速度ωE *で除した値を目標エンジントルクTE *とするのが好ましい。
しかし、後述するようにモータトルク修正部33が変速過渡時においてエンジン回転加速度を制限する場合があり、かようにエンジン回転加速度が制限されると、目標エンジン回転速度ωE *が実現されず、結果として目標エンジンパワーPE *が得られなくなる。
そこで目標エンジントルクTE0 *は、次式で表されるように、目標エンジンパワーPE *を実際のエンジン回転速度ωEで除した値とする。
ここで、目標エンジン回転速度ωE *と実際のエンジン回転速度ωEが一致していれば,エンジントルクは燃費最適なエンジントルクとなる。
目標エンジン回転速度ωE *と目標駆動トルクTo *を達成するための理想第1モータ/ジェネレータトルクT1 *と理想第2モータ/ジェネレータトルクT2 *を算出する制御則は次式で表される。
ここで、Kは、後述する基準で決める正の定数、εは、σのゼロ近傍でuiを連続化する正の定数、b13,b14,b21,b22,b23,b24は、エンジンENGと、モータ/ジェネレータMG1,MG2と、差動装置回転系の慣性モーメントと、車両慣性と、遊星歯車組GF,GC,GRのギヤ比とで決まる定数である。
また、eTRは、走行抵抗トルクの推定値、dTEはエンジントルクの検出値である。
走行抵抗トルクの推定値eTRは、例えばオブザーバや、予め観測したマップを用いて推定する。
ハイブリッド変速機1を搭載した車両のパワートレーン回転系の状態方程式は、エンジン回転速度ωEと、変速機出力回転速度ωoを状態量として次式で表される。
ここで、b11,b12,b21’,b22’,b23’,b24’は、エンジンENGと、モータ/ジェネレータMG1,MG2と、差動装置回転系の慣性モーメントと、車両慣性と、遊星歯車組GF,GC,GRのギヤ比とで決まる定数、TRは、走行抵抗トルク、TEは、エンジントルク、T1は、第1のモータ/ジェネレータトルク、T2は、第2のモータ/ジェネレータトルクである。
この式(10)の両辺を時間微分すると次式が得られる。
ωE *がほぼ一定なら、次式で表される関係が得られる。
ここでuiを、次のように定義する。
式(13)と式(14)から次式が得られる。
式(11)と式(15)から次式が得られる。
式(6)と、式(7)と、式(16)とから、Kを(b11TR+b12TE)の絶対値の最大値より大きくなるように設定すると、ui≒Kとなるようなσが十分に大きいところでは、df/dtが負となる。fは正であり、df/dtが負なので、fはゼロ近傍に収束する。
言い換えると、fがゼロ近傍に収束するならば、σもゼロ近傍に収束するので、エンジン回転速度が目標エンジン回転速度に追従する。
ここで、Ioは、出力軸からタイヤまでの車両慣性を含む慣性モーメントである。
式(9)と式(17)とから,次式が得られる.
よって、式(14)と式(18)とをまとめると次式が得られる。
式(19)において、uiをui *に、ToをTo *に、TRをeTRに、TEをdTEに、T1をT10 *に、T2をT20 *に置き換えると、次式が得られる。
この式を変形すると前記の制御則が得られる。
そして、Kを(b11TR+b12TE)の絶対値の最大値より十分大きく設定すると、目標駆動トルクが達成され、エンジン回転速度が目標エンジン回転速度に追従する理想モータトルクを演算することができる。
図10および図11は、第1モータ/ジェネレータトルクT1を横軸に、また、第2モータ/ジェネレータトルクT2を縦軸に目盛った2次元座標である。
この2次元座標面上に、現時刻の第1モータ/ジェネレータMG1の回転速度と第2モータ/ジェネレータMG2の回転速度の基でモータトルク(従って、モータパワー)に基づく制限範囲をU1で例示し、また、バッテリ入出力可能電力で決まる制限範囲をU2で例示し、これら制限範囲U1とU2の積集合となる領域が実現可能領域であり、それ以外の領域が実現不能領域である。
ところで、通常運転者が優先的に望むのは駆動トルクであるから、通常は目標駆動トルクを優先して達成するように理想モータトルクの上記修正を行うこととする。
しかし、エンジン回転速度が許容上限付近である時は、理想モータトルクの上記修正に伴ってエンジン回転速度が許容上限値を超える過回転状態になることから、これを回避するために目標エンジン回転速度を優先して達成するよう理想モータトルクの上記修正を行うこととする。
図9の制御プログラムは、理想モータトルクの上記修正が必要になった時に開始され、先ずステップS1で、エンジン回転速度ωEと、エンジン回転速度の許容上限値ωEmaxよりも安全のための余裕代dωEだけ低い設定値(ωEmax-dωE)とを比較し、エンジン回転速度ωEが設定値(ωEmax-dωE)以上か否かを、つまり、エンジンの過回転を生ずる虞のあるエンジン回転速度域か否かをチェックする。
この式(20)を用いて、現時刻の走行抵抗トルクと、エンジントルクと、目標駆動トルクにおける第1モータ/ジェネレータトルクT1および第2モータ/ジェネレータトルクT2との関係は、図10の一点鎖線で例示するごときものとなる。
狙い通り、目標駆動トルクTo *を優先的に達成しつつ理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *の組み合わせを、実現不能領域から、実現可能領域内における理想モータ/ジェネレータトルクT1 *,T2 *の組み合わせとなすことができる。
具体的に理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *を実現可能領域内における理想モータ/ジェネレータトルクT1 *,T2 *に修正するには、例えばオフラインで演算した結果を用いたマップで行うとよい。
このエンジン回転速度優先用修正処理に当たっては、先ずステップS3において、理想モータトルクT10 *,T20 *をバッテリ充放電可能電力の制限領域U2内の値となるよう制限する第1修正処理を実行する。
この式(21)を用いて、理想モータトルクT10 *,T20 *を出力したと仮定したときのバッテリ充放電電力PBdは、次式で表される。
式(21)を用いて、バッテリ充放電可能電力を超える電力ΔPBをゼロにする第1モータ/ジェネレータMG1のトルク修正量ΔT11と、第2モータ/ジェネレータMG2のトルク修正量ΔT21の関係は次式で表される。
よって、式(23)と式(24)を連立して解くと、目標エンジン回転速度ωE *を達成しながらバッテリ充放電可能電力内にバッテリ充放電電力を抑え得る第1モータ/ジェネレータトルク修正量ΔT11と、第2モータ/ジェネレータトルク修正量ΔT21とを求めることができる。
前記のステップS3では、個々のモータ/ジェネレータMG1,MG2のパワーの和であるバッテリ充放電電力が制限範囲U1内に制限されるが、制限後の理想モータ/ジェネレータトルクT1m1, T2m1はまだ個々の制限を超えている可能性がある。
そこで、第1モータ/ジェネレータトルクT1m1がモータ作動(力行)方向にトルク制限を超えていたら、超えている分のモータトルク修正量ΔT12を算出する。
そして式(24)を用い、第2モータ/ジェネレータトルクT2m1のモータトルク修正量ΔT22を求める。
このΔT12とΔT22は式(24)の関係を満たしているので、モータトルクを修正しても目標エンジン回転速度ωE *は達成できる。
修正後の第1モータ/ジェネレータトルクT1m2, T2m2は次式から求めることができる。
そして式(24)を用い、修正後の第1理想モータ/ジェネレータトルクT1m1のモータトルク修正量ΔT13を求める。
これらΔT13およびΔT23も式(24)の関係を満たしているので、理想モータ/ジェネレータトルクT1m1, T2m1を修正しても目標エンジン回転速度ωE *は達成することができる。
修正後の第1モータ/ジェネレータトルクT1m3および第2モータ/ジェネレータトルクT2m3は次式で表される。
式(20)を用い、ステップS4で上記のごとくに修正した第1モータ/ジェネレータトルクT1m3と、第2モータ/ジェネレータトルクT2m3とを出力した仮定した時のバッテリ充放電電力PBdは、次式で表される。
そしてバッテリ過充電電力PBcは、次式で求め得る。
目標エンジン回転速度ωE *を達成するためには、このバッテリ過充電電力分のパワーが余分であるから、このパワーに相当する分だけ目標エンジントルクTEO *を下方修正する。
目標エンジントルクTEO *を減らす量は次式で得られる。
この目標エンジントルク下方修正量ΔTEは、現在のエンジントルクにおいて所望のエンジン回転速度を得るには過剰なトルクなので、修正後の目標エンジントルクは次式で表される。
図11に示す2次元座標面上において、理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *の組み合わせを示す点がAで示すごとき点である場合、この点Aが実現可能領域(U1,U2領域の双方を含む領域)の外であることから、理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *を以下のごとくに修正して修正後の理想モータ/ジェネレータトルクの組み合わせを示す点が実現可能領域内のものとなるようにする。
この式(34)から、理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *の組み合わせを示す点Aを通る直線の式は次式で表される.
この直線は、図11に示す2次元座標面上の一点鎖線で表される。
この直線上ではモータ/ジェネレータトルクを変化させても、エンジン回転加速度aωEは変わらない。
式(34),(25),(26)から次式が得られる。
式(24)と式(36)から次式が得られる。
この式(37)から、修正後のモータトルクT1m1,T2m2は式(35)の関係を満たすので、エンジン回転加速度aωEは変わらないままモータ/ジェネレータトルクの修正が可能である。
よって、第1修正処理により点Aは、モータ/ジェネレータトルクがバッテリ充放電可能電力範囲内となる点Bへ修正される。
上記したように第1修正処理では、バッテリ充放電可能電力内にモータ/ジェネレータトルクを抑えた。
また、式(21)に示すようにバッテリ充放電電力は第1および第2モータ/ジェネレータMG1,MG2のパワーの和である。
よって、力行しているモータのトルクを制限内に修正すると放電量が減るので、この修正により、バッテリ充放電可能電力が放電側に再び超えることはない。
第2モータ/ジェネレータトルクは、式(24)を用いてΔT1に相当する分だけ修正する。
よって、第2修正処理によりモータ/ジェネレータMG1,MG2のトルクの組み合わせ点は、点Bから点Cに修正される。
過充電量に相当するパワーをエンジンパワーから減らすようエンジントルクを減らすと、図11におけるエンジン回転加速度aωEとなるモータトルク関係を示した直線は、一点鎖線から二点鎖線のように変化する。
よって、エンジントルクがこの所望の量まで減ると、上記第1修正処理および第2修正処理のみでモータトルクは実現可能領域内の点Dに修正可能である。
よって第1修正処理および第2修正処理のみでは、第2修正処理で修正した後のモータ/ジェネレータトルクの組み合わせは、点Cと点Dとの間にあって実現可能領域の外である。
これにより、モータ/ジェネレータトルクの組み合わせは点Dに修正されるが、このときのエンジン回転加速度aωEとなるモータ/ジェネレータトルクの組み合わせを示した直線が破線で示されごときものとすると、点Dは破線上ではないので目標エンジン回転速度ωE *を達成できない。
従って、このとき大きくエンジン回転速度が目標エンジン回転速度からずれることはなく、エンジントルクが目標エンジントルクに達した後は目標エンジン回転速度が達成できるので、エンジンを劣化させるほどの過回転にはならない。
また、この一瞬のずれによるエンジンの過回転を防止するために,上記dωEを大きめにとっておくとよい。
しかも理想モータ/ジェネレータトルクの上記修正に際し、実エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えるような状況では、エンジン回転速度優先用修正処理により目標駆動トルクよりも目標エンジン回転速度が優先して達成されるよう当該修正を行うから、
エンジンの過回転を回避しつつ両理想モータ/ジェネレータトルクを実現可能領域内の値に修正することができる。
他方で、理想モータ/ジェネレータトルクの上記修正に際し、実エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えるような状況でなければ、駆動トルク優先用修正処理により目標エンジン回転速度よりも目標駆動トルクが優先して達成されるよう当該修正を行うから、
駆動トルクの不自然な変化を回避しつつ、従って不愉快な加減速度の発生なしに、両理想モータ/ジェネレータトルクを実現可能領域内の値に修正することができる。
第1修正処理は、両モータ/ジェネレータMG1,MG2が理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *を出力したと仮定した時の、バッテリの充放電可能電力を超える過充放電電力を算出し、目標エンジン回転速度ωE *が達成されると共に過充放電電力がゼロになるよう理想モータ/ジェネレータトルクT10 *,T20 *を修正する。
第2修正処理は、上記第1修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクT1 *,T2 *が出力されると、モータ/ジェネレータMG1,MG2からのモータ作動(力行)トルクが制限値を超える場合に、目標エンジン回転速度ωE *が達成されると共にモータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する。
第3修正処理は、両モータ/ジェネレータMG1,MG2がこの第2修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充電可能電力を超える過充電電力と、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力とを算出し、これら過充電電力および過回生電力のうち大きい方の電力に相当する分だけエンジンパワーが低下されるよう目標エンジントルクを下方修正する。
本実施例によれば、上記エンジン回転速度優先用修正処理がこれら第1〜第2修正処理を含むことから、
代数演算で、目標エンジン回転速度ω E * が達成されると共にモータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるようにするための理想モータ/ジェネレータトルクの上記修正ができ、マップを用いることによるマイコンメモリ容量の増加を招くことなく、モータ作動トルクが制限値に収まるようにしつつ目標エンジン回転速度を達成してエンジンの過回転を防ぐことができる。
第3修正処理で設定される目標エンジントルクに対して実際のエンジントルクが遅れ、エンジンパワーの減少が間に合わない場合のバッテリの過充電やモータの過回生を防ぐことができ、バッテリやモータ/ジェネレータMG1,MG2の劣化を防ぐことができる。
図12には、上段から車両駆動力、車速VSP、パワー(実線:バッテリ充放電電力、一点鎖線:エンジンパワー、PBmax:バッテリ充放電電力最大値、PBmin:バッテリ充放電電力最小値)、モータ/ジェネレータパワー(実線:第1モータ/ジェネレータMG2のパワー、一点鎖線:第2モータ/ジェネレータMG2のパワー、Pmmax:モータ/ジェネレータパワー最大値、Pmmin:モータ/ジェネレータパワー最小値)、トルク(実線:第1モータ/ジェネレータMG1のトルク、一点鎖線:第2モータ/ジェネレータMG2のトルク、破線:エンジントルク、Tmmax:モータ/ジェネレータトルク最大値、Tmmin:モータ/ジェネレータトルク最小値)、回転速度(実線:第1モータ/ジェネレータMG1の回転速度、一点鎖線:第2モータ/ジェネレータMG2の回転速度、破線:エンジン回転速度、ωEmax:エンジン回転速度の許容上限値)の時系列変化を示す。
さらに、モータ/ジェネレータトルク、モータ/ジェネレータパワー、バッテリ充放電電力も全て、ハッチングを付して示した制限範囲内に収まっている。
この場合の制御要領を以下に説明するに、ハイクラッチChiの伝達トルクは次式で表される。
ただし、kB :クラッチの諸元で決まる定数
FB :クラッチプレート押付け力
μB :クラッチプレートの摩擦係数
ハイクラッチChiのスリップ中における単位時間あたりの熱量Pbrakeは次式で表される。
但し、ωB:ハイクラッチChiのプレートの回転速度差
また、クラッチスリップ開始時刻t1から現時刻tまでのクラッチの蓄熱量は次式で表される。
ここでPc :クラッチの冷却で単位時間あたりに失われる熱量
ところで、かようにハイクラッチChiを滑らせると、エンジントルクを絞る代わりにクラッチで熱として余剰のパワーを消費するので、エンジントルクを減らすことによる車両駆動力の低下が抑えられて好都合である。
エンジンと、出力軸と、2つのモータ/ジェネレータとの間を差動装置により相互に連結し、両モータ/ジェネレータの制御により変速を行わせることが可能なハイブリッド変速機であれば、任意の型式のハイブリッド変速機に本発明による変速制御装置は用いることができる。
図13のハイブリッド変速機1は、前輪駆動車(FF車)用のトランスアクスルとして用いるのに有用な以下の構成とする。
なお図13において、図2におけると同様の部分には同一符号を付して示した。
このハイブリッド変速機1は、左側からエンジンENG、本発明における差動装置を構成するラビニョオ型プラネタリギヤセット41、および複合電流2層モータ2を同軸に配置する。
そして、ピニオンP1,P2を全て共通なキャリアCにより回転自在に支持し、ピニオンP2をロングピニオンとしてピニオンP1に噛合させて、2つのシングルピニオン遊星歯車組42,43を相関させることによりラビニョオ型プラネタリギヤセット41となす。
かかるラビニョオ型プラネタリギヤセット41に対し本実施例においては、図の左側に同軸に配置したエンジンENGからの回転がシングルピニオン遊星歯車組42のリングギヤR2に入力されるよう、このリングギヤR2に入力軸40(図14の共線図では入力Inとして示す)を結合し、この入力軸40にエンジンENGのクランクシャフトを結合する。
出力歯車44、カウンターギヤ45、カウンターシャフト46、ディファレンシャルギヤ装置47で車輪駆動系を構成し、この駆動系を図14の共線図ではOutとして示した。
かかる複合電流2層モータ2と、ラビニョオ型プラネタリギヤセット41との結合に当たっては、シングルピニオン遊星歯車組43のサンギヤS1に第1モータ/ジェネレータMG1(詳しくはインナーロータ2ri)を結合し、シングルピニオン遊星歯車組42のサンギヤS2に第2モータ/ジェネレータMG2(詳しくはアウターロータ2ro)を結合する。
本実施例では、シングルピニオン遊星歯車組43のリングギヤR1を変速機ケース11に固定可能なローブレーキL/Bを設け、該ローブレーキL/Bは、その締結時にラビニョオ型プラネタリギヤセット41の回転慣性系の自由度を1となしてハイブリッド変速機1を固定変速比モードで作動させ、ローブレーキL/Bは、その解放時にラビニョオ型プラネタリギヤセット41の回転慣性系の自由度を2となしてハイブリッド変速機1を無段変速比モードで作動させることができる。
1 ハイブリッド変速機
2 複合電流2層モータ
MG1 モータ/ジェネレータ
MG2 モータ/ジェネレータ
3 差動装置
4 入力軸
5 出力軸
6 ディファレンシャルギヤ装置
7L,7R 後輪
GF フロント側遊星歯車組
GC 中間の遊星歯車組
GR リヤ側遊星歯車組
Cin エンジンクラッチ
Chi ハイクラッチ
BLO ローブレーキ
BLH ロー&ハイブレーキ
11 変速機ケース
21 ハイブリッドコントローラ
22 エンジンコントローラ
23 モータコントローラ
24 インバータ
25 バッテリ
26 油圧制御装置
27 アクセル開度センサ
28 車速センサ
29 入力回転センサ
30 バッテリ状態検出部
31 目標値設定部(目標値設定手段)
32 理想モータトルク演算部(理想モータトルク演算手段)
33 モータトルク修正部(モータトルク修正手段)
40 入力軸
41 ラビニョオ型プラネタリギヤセット(差動装置)
42 シングルピニオン遊星歯車組
43 シングルピニオン遊星歯車組
44 出力歯車
45 カウンターギヤ
46 カウンターシャフト
47 ディファレンシャルギヤ装置
48 後輪
Claims (3)
- エンジンと、出力軸と、2つのモータ/ジェネレータとの間を差動装置により相互に連結し、
両モータ/ジェネレータの制御により変速を行わせることが可能なハイブリッド変速機において、
車両の運転状態に応じた目標駆動トルクと、目標エンジン回転速度と、目標エンジントルクとを設定する目標値設定手段と、
現時点の実エンジントルクを検出または推定するエンジントルク検出手段と、
車両パワートレーン回転系の運動方程式を基に、前記目標駆動トルク、目標エンジン回転速度、および実エンジントルクから、目標駆動トルクおよび目標エンジン回転速度を達成するのに必要な前記両モータ/ジェネレータの理想トルクを求める理想モータトルク演算手段と、
これら理想モータ/ジェネレータトルクが、バッテリおよびモータ/ジェネレータの現状において両モータ/ジェネレータが発生可能なトルク範囲を表した実現可能領域を超える場合に、両理想モータ/ジェネレータトルクをこの実現可能領域内の値に修正するモータトルク修正手段とを具え、
該モータトルク修正手段は、
目標エンジン回転速度よりも目標駆動トルクが優先して達成されるよう前記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行う駆動トルク優先用修正処理と、
目標駆動トルクよりも目標エンジン回転速度が優先して達成されるよう前記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行うエンジン回転速度優先用修正処理とを有し、
実エンジン回転速度が許容上限回転速度を越えるような状況では前記エンジン回転速度優先用修正処理により前記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行い、該状況以外では前記駆動トルク優先用修正処理により前記理想モータ/ジェネレータトルクの修正を行うよう構成し、
前記エンジン回転速度優先用修正処理は、
両モータ/ジェネレータが理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充放電可能電力を超える過充放電電力を算出し、目標エンジン回転速度が達成されると共に過充放電電力がゼロになるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第1修正処理と、
この第1修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクが出力されると、モータ/ジェネレータからのモータ作動トルクが制限値を超える場合に、目標エンジン回転速度が達成されると共にモータ/ジェネレータのモータ作動トルクが制限値に収まるよう理想モータ/ジェネレータトルクを修正する第2修正処理と、
両モータ/ジェネレータがこの第2修正処理後の理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、バッテリの充電可能電力を超える過充電電力と、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力とを算出し、これら過充電電力および過回生電力のうち大きい方の電力に相当する分だけエンジンパワーが低下されるよう前記目標エンジントルクを下方修正する第3修正処理とを含むことを特徴とするハイブリッド変速機の変速制御装置。 - 前記差動装置を構成する回転要素のうちの1つを固定可能なブレーキ、または、2つを結合可能なクラッチを具え、これらブレーキまたはクラッチの締結、解放切り替えにより伝動経路を切り替え得るようにしたハイブリッド変速機に用いる請求項1に記載の変速制御装置において、
前記第3修正処理は、前記目標エンジントルクの下方修正と、前記ブレーキまたはクラッチの滑り結合とにより、前記エンジンパワーの低下を実現することを特徴とするハイブリッド変速機の変速制御装置。 - 請求項1に記載の変速制御装置において、
前記第3修正処理は、両モータ/ジェネレータが前記第2修正処理で修正された理想モータ/ジェネレータトルクを出力したと仮定した時の、モータ/ジェネレータの定格パワーを超える過回生電力を算出し、この過回生電力を回生可能電力内に制限するよう回生中のモータ/ジェネレータの理想トルクを修正することを特徴とするハイブリッド変速機の変速制御装置。
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