JP5201036B2

JP5201036B2 - ハイブリッド自動車

Info

Publication number: JP5201036B2
Application number: JP2009064866A
Authority: JP
Inventors: 英司福代
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010215123A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンと、第１モータと、車軸に連結された駆動軸とエンジンのクランクシャフトと第１モータの回転軸とに接続された遊星歯車機構と、駆動軸に接続された第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、を備えるハイブリッド自動車において、制動時にバッテリの温度が低温の閾値未満のときやバッテリの残容量（ＳＯＣ）が１００％に近い閾値以上のときには、バッテリが充電できない状態にあると判断し、制動力を与える第２モータの回生制御により得られる電力が第１モータで消費されるよう第１モータのトルク指令を設定して二つのモータを制御するものが提案されている（例えば、特許文献1参照）。このハイブリッド自動車では、上述の制御により、バッテリが充電できない状態であっても第２モータを回生制御して制動力を得ることができるようにしている。

特開２００４−３１２９６２号公報

上述のハイブリッド自動車では、バッテリの温度が低いときにアクセルオフの状態からアクセルペダルが大きく踏み込まれたときには第１モータが過回転する恐れが生じる。アクセルオフの状態からアクセルペダルが大きく踏み込まれたときには、デファレンシャルギヤなどのギヤ機構でトルクの作用方向が急変するためにギヤ機構の歯打ち音などの異音が生じるのを抑制するために、駆動軸へのトルクの上昇を通常時よりゆっくり行なうことが行なわれている。このとき、エンジンをアクセルペダルの踏み込み量に応じて比較的高回転高トルクで運転するためには、第１モータも比較的高回転高トルクで駆動する必要が生じるが、バッテリが低温であるためにバッテリを充電することができる電力を制限しているときには、第１モータから十分なトルクを出力することができず、エンジンからのトルクにより第１モータの回転数が急上昇し、第１モータが過回転する恐れが生じてしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、バッテリの温度が低いときにアクセルオフからアクセルペダルが大きく踏み込まれたときでも発電機が過回転するのを抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、アクセル操作に応じた前記駆動軸に出力すべき要求トルクに基づいて設定される前記内燃機関から出力すべき要求パワーにレート処理によって一致するよう制御用パワーを設定し、前記要求パワーにレート処理によって一致するよう制御用トルクを設定する際に前記制御用トルクが値０を含む所定トルク範囲外のときには第１のレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定すると共に前記制御用トルクが前記所定トルク範囲内のときには前記第１のレート値より小さく前記制御用トルクによって変化する第２のレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定し、前記バッテリを充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で前記内燃機関の回転数とトルクとに課される所定の制約をもって前記内燃機関から前記制御用パワーが出力されると共に前記制御用トルクが前記駆動軸に出力されて走行するよう制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度が０℃よりも低い所定温度未満のときにアクセルオフからアクセルオンに伴って前記制御用トルクが前記所定トルク範囲内となるときには、前記第１のレート値以下の下限ガード値で前記第２のレート値をガードして得られるレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、バッテリの温度が０℃よりも低い所定温度未満のときにアクセルオフからアクセルオンに伴って制御用トルクが所定トルク範囲内となるときには、第１のレート値以下の下限ガード値で第２のレート値をガードして得られるレート値を用いたレート処理によって制御用トルクを設定し、バッテリを充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で内燃機関の回転数とトルクとに課される所定の制約をもって内燃機関から制御用パワーが出力されると共に制御用トルクが駆動軸に出力されて走行するよう制御する。即ち、バッテリの温度が所定温度未満のときには、バッテリの温度が所定温度以上のときの第２のレート値以上のレート値を用いたレート処理により制御用トルクを設定して制御するのである。このため、バッテリの温度が所定温度未満のときには、バッテリの温度が所定温度以上のときより制御用トルクの上昇の程度が大きくなり、バッテリの温度が低いためにバッテリを充電することができる電力が制限されているときに制御用トルクの上昇が遅い一方で内燃機関の制御用パワーの上昇が早いことによって生じ得る発電機の過回転を抑制することができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるレート値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという。）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという。）４０と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂやシフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖを入力すると共にエンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット５０と、を備える。

実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的には、ハイブリッド用電子制御ユニット７０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。ハイブリッド用電子制御ユニット７０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに応じて走行のために駆動軸３６に要求される要求トルクを設定すると共に駆動軸３６に実際に出力する制御用トルクＴｄ＊がレート処理により要求トルクに一致するよう制御用トルクＴｄ＊を設定する。また、要求トルクに駆動軸３６の回転数（例えば、モータＭＧ２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて得られる走行に要求される走行用パワーとバッテリ５０から放電可能な電力量としての残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定されるバッテリ５０の充放電要求パワーとの和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーを設定すると共にエンジン２２から実際に出力する制御用パワーＰｅ＊がレート処理により要求パワーに一致するよう制御用パワーＰｅ＊を設定する。続いて、バッテリ５０の温度Ｔｂに基づいて設定されるバッテリ５０から充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で制御用パワーＰｅ＊とエンジン２２を効率よく運転することができるエンジン２２の回転数とトルクとの制約としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）とを用いてエンジン２２の目標回転数と目標トルクとを設定すると共にエンジン２２の回転数が目標回転数となるようにするための回転数フィードバック制御によりモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定し、更に、制御用トルクＴｄ＊からモータＭＧ１をトルク指令で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクを減じて得られるトルクをモータＭＧ２のトルク指令として設定する。そして、設定したエンジン２２の目標回転数と目標トルクとをエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれのトルク指令をモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２のそれぞれのトルク指令を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令で駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の駆動制御における制御用トルクＴｄ＊を設定する際のレート値Ｔｒｔの設定について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるレート値設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に実行される。レート値設定処理ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、制御用トルクＴｄ＊やアクセル開度Ａｃｃ，電池温度Ｔｂを入力し（ステップＳ１００）、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が値０近傍の所定トルク範囲を設定するための閾値Ｔｄｒｅｆ１未満であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１以上のときには通常の値Ｔ１をレート値Ｔｒｔに設定して(ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。一方、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１より更に小さな閾値Ｔｄｒｅｆ２未満であるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２以上のときには通常の値Ｔ１より小さな値Ｔ２をレート値Ｔｒｔに設定し（ステップＳ１４０）、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２未満のときには値Ｔ２より更に小さな値Ｔ３をレート値Ｔｒｔに設定する（ステップＳ１５０）。そして、電池温度Ｔｂが０℃より低い閾値Ｔｂｒｅｆ（例えば、−２０℃など）未満であるか否かアクセル開度Ａｃｃに基づいてアクセルオフからアクセルオンであるか否かを判定し（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）、電池温度Ｔｂが０℃より閾値Ｔｂｒｅｆ未満で且つアクセルオフからアクセルオンであるときには値Ｔ１以下で値Ｔ３より大きい値として予め設定されたレート値下限ガードＴｌｉｍで設定したレート値Ｔｒｔを下限ガードして、即ち、設定したレート値Ｔｒｔとレート値下限ガードＴｌｉｍとのうち大きい方をレート値Ｔｒｔと再設定して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以上であったりアクセルオフからアクセルオンではないときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２未満のときには値Ｔ３をレート値Ｔｒｔに設定し、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２以上で閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには値Ｔ２をレート値Ｔｒｔに設定することにより、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２未満の制御用トルクＴｄ＊が値０に極近傍のときには値Ｔ３のレート値Ｔｒｔを用いたレート処理により制御用トルクＴｄ＊を設定することにより制御用トルクＴｄ＊をゆっくり増減し、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２以上で閾値Ｔｄｒｅｆ１未満の制御用トルクＴｄ＊が値０に比較的近傍のときには通常の値Ｔ１より小さいが値Ｔ３より大きい値Ｔ２のレート値Ｔｒｔを用いたレート処理により制御用トルクＴｄ＊を設定することにより制御用トルクＴｄ＊を通常よりは遅いが制御用トルクＴｄ＊が値０の極近傍のときより早く増減するようにして、制御用トルクＴｄ＊が値０の近傍のときにトルク脈動などにより生じ得るプラネタリギヤ３０やデファレンシャルギヤ３７の歯打ち音を抑制することができる。一方、電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ未満で且つアクセルオフからアクセルオンのときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには、値Ｔ１以下で値Ｔ３より大きいレート値下限ガードＴｌｉｍで設定したレート値Ｔｒｔを下限ガードすることにより、バッテリ５０の温度Ｔｂが低いためにバッテリ５０の入出力制限が制限されているときに制御用トルクＴｄ＊の上昇が遅い一方でエンジン２２の制御用パワーＰｅ＊の上昇が早いことによって生じ得るモータＭＧ１の過回転を抑制することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、バッテリ５０の温度Ｔｂが０℃より低い閾値Ｔｂｒｅｆ未満で且つアクセルオフからアクセルオンのときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには、通常のレート値Ｔｒｔとして用いる値Ｔ１以下のレート値下限ガードＴｌｉｍで設定したレート値Ｔｒｔを下限ガードするから、バッテリ５０の温度Ｔｂが低いためにバッテリ５０の入出力制限が制限されているときに制御用トルクＴｄ＊の上昇が遅い一方でエンジン２２の制御用パワーＰｅ＊の上昇が早いことによって生じ得るモータＭＧ１の過回転を抑制することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車機構」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、図２のレート値設定処理ルーチンにより、制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１以上のときには通常の値Ｔ１をレート値Ｔｒｔに設定し、電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以上であったりアクセルオフからアクセルオンではなかったりしたときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２未満のときには値Ｔ３をレート値Ｔｒｔに設定し制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ２以上で閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには値Ｔ２をレート値Ｔｒｔに設定し、バッテリ５０の温度Ｔｂが０℃より低い閾値Ｔｂｒｅｆ未満で且つアクセルオフからアクセルオンであるときに制御用トルクＴｄ＊の絶対値が閾値Ｔｄｒｅｆ１未満のときには通常のレート値Ｔｒｔとして用いる値Ｔ１以下のレート値下限ガードＴｌｉｍで設定したレート値Ｔｒｔを下限ガードしてレート値Ｔｒｔを設定し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに応じて走行のために駆動軸３６に要求される要求トルクを設定すると共に駆動軸３６に実際に出力する制御用トルクＴｄ＊が設定したレート値Ｔｒｔを用いたレート処理により要求トルクに一致するよう制御用トルクＴｄ＊を設定し、要求トルクに駆動軸３６の回転数を乗じて得られる走行に要求される走行用パワーとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて設定される充放電要求パワーとの和として要求パワーを設定すると共にエンジン２２から実際に出力する制御用パワーＰｅ＊がレート処理により要求パワーに一致するよう制御用パワーＰｅ＊を設定し、バッテリ５０の温度Ｔｂに基づいて設定されるバッテリ５０の入出力制限の範囲内で、制御用パワーＰｅ＊と動作ラインとを用いてエンジン２２の目標回転数と目標トルクとを設定すると共にエンジン２２の回転数が目標回転数となると共に制御用トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令を設定し、エンジン２２の目標回転数と目標トルクについてはエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令についてはモータＥＣＵ４０に送信するハイブリッド用電子制御ユニット７０と目標回転数と目標トルクとを受信してエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令を受信してモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６クランクシャフト、３０プラネタリギヤ、３６駆動軸、３７デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ駆動輪、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、５０バッテリ、５１温度センサ、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、８２シフトポジションセンサ、８４アクセルペダルポジションセンサ、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、動力を入出力可能な発電機と、車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、アクセル操作に応じた前記駆動軸に出力すべき要求トルクに基づいて設定される前記内燃機関から出力すべき要求パワーにレート処理によって一致するよう制御用パワーを設定し、前記要求トルクにレート処理によって一致するよう制御用トルクを設定する際に前記制御用トルクが値０を含む所定トルク範囲外のときには第１のレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定すると共に前記制御用トルクが前記所定トルク範囲内のときには前記第１のレート値より小さく前記制御用トルクによって変化する第２のレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定し、前記バッテリを充放電してもよい最大電力としての入出力制限の範囲内で前記内燃機関の回転数とトルクとに課される所定の制約をもって前記内燃機関から前記制御用パワーが出力されると共に前記制御用トルクが前記駆動軸に出力されて走行するよう制御する制御手段と、を備えるハイブリッド自動車において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度が０℃よりも低い所定温度未満のときにアクセルオフからアクセルオンに伴って前記制御用トルクが前記所定トルク範囲内となるときには、前記第１のレート値以下の下限ガード値で前記第２のレート値をガードして得られるレート値を用いた前記レート処理によって前記制御用トルクを設定する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド自動車。