JP4646262B2 - ハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法 - Google Patents

ハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法 Download PDF

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Description

従来技術
本発明は請求項１の上位概念に記載のハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法に関する。
ハイブリッド自動車は良く知られており、例えば独国公開第１０２０３７６０号明細書には内燃機関と２つのモータとが接続されたハイブリッド自動車の目標駆動状態を調整する方法が記載されている。
ハイブリッド自動車ＨＥＶでは、自動車の減速に必要な負のトルクが内燃機関と１つまたは複数のモータと場合により液圧式ブレーキ装置とによって形成される。このとき、液圧式ブレーキ装置の使用をできるだけ僅かにし、負のトルクの主成分を内燃機関および１つまたは複数のモータによって形成することが課題となる。内燃機関と１つまたは複数のモータとの協働によって形成されたトルク成分を以下ではドライブトレイントルクと称する。モータの形成したトルク成分はバッテリに蓄積すべき電気エネルギの形成に用いられる。公知のハイブリッド自動車では付加的に内燃機関での燃料噴射が抑圧され、燃料が節約される。いわゆるエンジンブレーキ動作に相当するこのモードを以下では慣性走行モードと称する。このとき内燃機関は引きずりトルクによって負のドライブトレイントルクに寄与する。
本発明の利点
本発明のハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法では、負のドライブトレイン目標トルクを実現するために、モータにより負のドライブトレイントルクが形成され、内燃機関が慣性走行モード以外のモードで駆動される。これにより自動車が減速する際に特に効率的に電気エネルギを形成することができる。
内燃機関の慣性走行モードは走行状況に応じて回避される。有利には、ハイブリッド自動車の負のドライブトレイントルクの変換について、エネルギ、放出物質量および快適性の点で最適化が行われる。慣性走行モードと内燃機関の燃焼モードとのあいだの交番が抑圧されることにより、次のような一連の問題点が回避される。
・燃焼モードから慣性走行モードへの切り換えに際しては内燃機関のクランクシャフトにトルクの急激な変化が生じる。この急激な変化は走行快適性に対して悪影響を有する。
・内燃機関の慣性走行モードでは吸入空気が排気ガスシステムへ達する。この場合には３元触媒において酸素がリッチとなるので、次の噴射の際に燃料をリッチにしてこれを補償し、望ましくないＮＯｘの放出を回避しなければならない。また、吸入空気が供給されることによって触媒温度も低下してしまう。
・排気バスターボチャージャが設けられている場合、内燃機関の慣性走行モードでは、燃焼モードよりも小さい排気ガスエンタルピー流しか供給されない。このため、慣性走行モードから加速を行おうとすると、排気ガスターボチャージャの応答特性が劣化する。
・燃焼モードから慣性走行モードへの移行時、ＳＲＥオットー機関では壁膜の剥離が起こり、燃料の不完全燃焼のためにＨＣの放出が増大する。
・慣性走行モードから燃焼モードへの移行時、ＳＲＥオットー機関では壁膜が形成され、短時間ではあるが燃費が増大する。壁膜の構造によってはラムダ制御の過渡特性も劣化しうる。
・慣性走行モードにおいてドライブトレインに作用する内燃機関の引きずりトルクを１つまたは複数のモータによる電気エネルギの形成に利用することができない。
慣性走行が必要な場合、内燃機関は、慣性走行モードと燃焼モードとのあいだの頻繁な切り換えを回避するために、できるだけ長く慣性走行モードに置かれる。このとき、慣性走行モードの最大持続時間は、有利な方法ステップにおいては、例えば触媒の温度低下を回避せよとの排気ガス後処理システムからの要求によって制限される。
別の有利な方法ステップでは、慣性走行モードから燃焼モードへの移行時に内燃機関から送出されるトルクの変化分がモータのトルクによって補償される。慣性走行モードから燃焼モードへの移行時に内燃機関から送出されるトルクの変化分は、ドライブトレイントルクに作用するモータを適切に駆動することにより、良好に補償される。
別の有利な方法ステップでは、内燃機関の慣性走行要求を形成するために、要求されたドライブトレイン目標トルクとスケーリングされたモータ最小可能トルクとが比較される。
この場合、比較値が第１の閾値を下回ると、慣性走行要求が形成される。有利には、比較値が第２の閾値を上回るまでのあいだ、慣性走行要求は維持される。
慣性走行要求が存在しない場合、燃焼モードでの内燃機関の最小可能トルクとトルク設定値とから最大値が選択され、内燃機関の第１の目標トルクとして出力される。
慣性走行要求が存在する場合、その時点の回転数での内燃機関の引きずりトルクに相当するトルクが内燃機関の第２の目標トルクとして出力される。
有利には、第１の目標トルクと第２の目標トルクとのあいだの少なくとも１つの移行部が傾斜状に形成される。
有利には、内燃機関のトルク制御のダイナミクスとモータのトルク制御のダイナミクスとが異なる場合、制御部において補償が行われる。
図面
以下に、本発明の特徴およびその利点を図示の実施例に則して詳細に説明する。ただし実施例は本発明を限定するものではないことに注意されたい。
図１にはハイブリッド自動車のパラレルドライブトレインが示されている。図２には慣性走行要求の形成手段が示されている。図３には慣性走行要求の変換手段が示されている。図４のａには慣性走行要求およびトルクの時間特性が示されており、図４のｂには慣性走行要求のためのブール値の時間特性が示されている。
実施例の説明
この種のハイブリッド駆動機構の構造および作用は一般に良く知られているので、本発明においては詳細には立ち入らない。
図１には、本発明の内燃機関１１とモータ１２とから成る変換部によって駆動されるパラレルハイブリッドドライブトレイン１０の実施例が示されている。
ドライブトレイン１０においては、内燃機関１１のトルクＭ＿ｉｃｅとモータ１２のトルクＭ＿ｍｇとの加算からドライブトレイントルクＭ＿ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎが生じ、つまり
Ｍ＿ｄｒｉｖｅｔｒａｉｎ＝Ｍ＿ｉｃｅ＋Ｍ＿ｍｇ
であって、ここでそれぞれの目標値について
Ｍ＿ｓｏｌｌ＝Ｍ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌ＋Ｍ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌ
が成り立つ。
内燃機関１１の慣性走行要求を形成するために、要求されるドライブトレイン目標トルクＭ＿ｓｏｌｌは補正値（ein applizierbarer Wert）Ｋ＿ｍｇの乗算されたモータ最小可能トルクＭ＿ｍｇ＿ｍｉｎと比較される。このときモータ最小可能トルクＭ＿ｍｇ＿ｍｉｎは、モータ１２の駆動状態、例えば電圧、電流、回転数、温度、搭載電源回路網のステータスおよび／またはエネルギ蓄積器のステータス（電気負荷の瞬時必要出力、バッテリ充電レベルないしバッテリ温度）などに基づいて定められる。
バッテリ充電レベルが小さい場合、例えばモータ最小可能トルクＭ＿ｍｇ＿ｍｉｎは強く負となり、これによりモータ１２は発電機モードで高い充電電力を形成する。バッテリ充電レベルが大きい場合またはバッテリ温度が過度に高い場合には、モータ最小可能トルクＭ＿ｍｇ＿ｍｉｎはゼロトルクの方向へ増大され、充電電力が制限される。
当該の差が第１の閾値Ｓ１を下回る場合、慣性走行要求（またはエンジンブレーキ要求）Ｂ＿ｓｃｈｕｂが形成される。この慣性走行要求Ｂ＿ｓｃｈｕｂは当該の差が第２の閾値Ｓ２を上回るまで維持される。このことは図２に示されている。
第１の閾値Ｓ１および第２の閾値Ｓ２は、目標トルクＭ＿ｓｏｌｌ，その時点での回転数、内燃機関１１の燃焼モードにおいて点火角効率が最適の場合および点火角効率が最悪の場合の最小可能トルク，内燃機関１１の引きずりトルク、触媒温度、ならびに、内燃機関１１からその時点で出力されているトルクに依存して定められる。例えば、第１の閾値Ｓ１を内燃機関１１の燃焼モードにおいて点火角効率が最悪の場合の最小可能トルクとし、第２の閾値Ｓ２を内燃機関１１の燃焼モードにおいて点火角効率が最適の場合の最小可能トルクとすることができる。
慣性走行要求Ｂ＿ｓｃｈｕｂを内燃機関１１およびモータ１２に対する目標トルクへ変換する方法が図３に示されている。慣性走行要求が存在しない場合、すなわちＢ＿ｓｃｈｕｂ＝ｆａｌｓｅの場合、内燃機関の燃焼モードにおける最小可能トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｍｉｎ＿ｖｅｒｂｒと要求された目標トルクに依存する設定トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｎｏｒｍａｌとから最大値を選択することにより、目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌが出力される。このとき、内燃機関の燃焼モードにおける最小可能トルクについては点火角効率を考慮してもよいししなくてもよい。こうして内燃機関１１は要求された目標トルクＭ＿ｓｏｌｌを近似に変換することができる。
慣性走行要求がアクティブとなっている場合、すなわちＢ＿ｓｃｈｕｂ＝ｔｒｕｅである場合、その時点の回転数での内燃機関１１の引きずりトルクに相当する目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｓｃｈｕｂが目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌとして出力される。これにより、内燃機関１１は慣性走行モードへ移行し、内燃機関１１の実際トルクが設定トルクに相応する。
ここから、モータ１２の目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌが、式
Ｍ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌ＝Ｍ＿ｓｏｌｌ−Ｍ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌ
により得られる。
内燃機関１１が自身の目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌを変換し、モータ１２が自身の目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌを迅速に調整するこうした制御により、燃焼モードから慣性走行モードへの移行時のトルクの跳躍的変化が補償される。
また、有利には、Ｍ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌ＝ＭＡＸ（Ｍ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｎｏｒｍａｌ，Ｍ＿ｉｃｅ＿ｍｉｎ＿ｖｅｒｂｒ）とＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌ＝Ｍ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｓｃｈｕｂとのあいだの移行は傾斜状に行われる。ここで、ＭＡＸ（Ｍ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｎｏｒｍａｌ，Ｍ＿ｉｃｅ＿ｍｉｎ＿ｖｅｒｂｒ）とはすなわちＭ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｎｏｒｍａｌとＭ＿ｉｃｅ＿ｍｉｎ＿ｖｅｒｂｒとのうちから最大値を選択することを意味する。点火角の遅れ方向調整および個々のシリンダのフェードアウト制御により、内燃機関１１の実際トルクＭ＿ｉｃｅは傾斜状に近似に目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌに追従する。
さらに、内燃機関１１のトルク制御のダイナミクスとモータ１２のトルク制御のダイナミクスとが異なる場合、制御部において、例えば内燃機関の目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌの傾斜状の移行をモータの目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌの傾斜状の移行に対して時間的にずらすことにより、補償を行うと有利である。モータ１２のトルク制御が内燃機関１１のトルク制御に対して大きく遅延して行われる場合、制御部はモータの目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌの傾斜状の移行を内燃機関の目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌの傾斜状の移行の前に設定する。当該の時間的なずれはトルク制御におけるダイナミクスの差に基づいて求められる。
図４のａには内燃機関１１の目標トルクおよびモータ１２の目標トルクが時間ｔに関して示されている。上方の曲線は内燃機関の目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌの時間特性を表しており、下方の２つの曲線は目標トルクＭ＿ｓｏｌｌの時間特性およびモータの目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌの時間特性を表している。
内燃機関の目標トルクＭ＿ｉｃｅ＿ｓｏｌｌは、はじめ線形に低下し、時点ｔ＝５からほぼ一定となり、時間範囲１５＜ｔ＜２５では階段状に低下し、その後再び上昇する。モータの目標トルクＭ＿ｍｇ＿ｓｏｌｌははじめ一定であって、時点ｔ＝５から線形に低下し、時間範囲１５＜ｔ＜２５のあいだＶ字状に経過し、つまり時点ｔ＝２１付近で最小値を取ってその後再び上昇し、最後に再び一定となる。目標トルクＭ＿ｓｏｌｌは、はじめ単調に低下し、時点ｔ＝２１付近で最小値を取り、その後単調に上昇する。
図４のｂには、目標トルクＭ＿ｓｏｌｌの時間特性、本発明の慣性走行特性Ｂ＿ｓｃｈｕｂ（実線）および従来技術で実現される慣性走行特性（破線）がブール値によって示されている。慣性走行モードの持続時間が相応の時間範囲１５＜ｔ＜２５へと著しく低減されることが見て取れる。
並列型ハイブリッドドライブトレインの概略図である。 慣性走行要求の形成手段を示す図である。 慣性走行要求の変換手段を示す図である。 目標トルクの時間特性と慣性走行要求の時間特性とを示すグラフである。

Claims (7)

  1. 内燃機関（１１）および少なくとも１つのモータ（１２）が互いに協働するハイブリッド駆動機構（１０）を形成し、
    負のドライブトレイン目標トルクを実現するために、モータ（１２）により負のドライブトレイントルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）が形成され、内燃機関（１１）が慣性走行モード以外のモードで駆動される、
    ハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法において、
    内燃機関（１１）の慣性走行要求（Ｂ＿ｓｃｈｕｂ）を形成するために、要求されたドライブトレイン目標トルク（Ｍ＿ｓｏｌｌ）とスケーリングされたモータ最小可能トルク（Ｍ＿ｍｇ＿ｍｉｎ）とを比較し、
    比較した差が第１の閾値（Ｓ１）を下回った場合、慣性走行要求（Ｂ＿ｓｃｈｕｂ）を形成し、
    前記差が第２の閾値（Ｓ２）を上回るまでのあいだ、前記慣性走行要求（Ｂ＿ｓｃｈｕｂ）を維持する
    ことを特徴とするハイブリッド駆動機構を備えた自動車の駆動方法。
  2. 慣性走行モードを導入しなければならない場合、排気ガス後処理システムからの要求がないかぎり、当該の慣性走行モードを維持する、請求項１記載の方法。
  3. 慣性走行モードと燃焼モードとのあいだの移行時に内燃機関（１１）から出力されるトルク（Ｍ＿ｉｃｅ）の変化分をモータ（１２）から出力されるトルク（Ｍ＿Ｍｇ）によって補償する、請求項１または２記載の方法。
  4. 慣性走行要求（Ｂ＿ｓｃｈｕｂ）が存在しない場合、燃焼モードでの内燃機関の最小可能トルク（Ｍ＿ｉｃｅ＿ｍｉｎ＿ｖｅｒｂｒ）と要求された目標トルクに依存する設定トルク（Ｍ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｎｏｒｍａｌ）とから最大値を選択し、内燃機関（１１）の第１の目標トルクとして出力する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 慣性走行要求（Ｂ＿ｓｃｈｕｂ）が存在する場合、その時点の回転数での内燃機関の引きずりトルクに相当するトルク（Ｍ＿ｉｃｅ＿ｖｏｒｇａｂｅ＿ｓｃｈｕｂ）を内燃機関（１１）の第２の目標トルクとして出力する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 前記第１の目標トルクと前記第２の目標トルクとのあいだの少なくとも１つの移行部を傾斜状に形成する、請求項５記載の方法。
  7. 前記内燃機関（１１）のトルク制御のダイナミクスと前記モータ（１２）のトルク制御のダイナミクスとが異なる場合、制御部において補償を行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
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