JP6786270B2 - vehicle - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、車両に関する。 Embodiments of the present invention relate to vehicles.
内燃機関とバッテリとを備えたハイブリッド車両は、例えば、内燃機関から出力される機械エネルギーを発電機側とドライブトレイン側とに分配するする動力分割機構を備えている。 A hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and a battery is provided with, for example, a power split mechanism that distributes mechanical energy output from the internal combustion engine to a generator side and a drive train side.
動力分割機構として例えば遊星ギアを採用することが可能であって、サンギアと、サンギアに外接したプラネタリアギアと、プラネタリアギアが内接したリングギアと、プラネタリアギアの軌道に沿って回転するプラネタリキャリアと、を備えている。サンギアは、発電機へ動力を伝達する。プラネタリアキャリアは、内燃機関の動力により回転する。リングギアは、車輪へ動力を伝達する。 For example, a planetary gear can be adopted as a power split mechanism, and a sun gear, a planetary gear circumscribing the sun gear, a ring gear inscribed by the planetary gear, and a planetary carrier rotating along the orbit of the planetary gear. , Is equipped. Sungear transmits power to the generator. The planetaria carrier is rotated by the power of an internal combustion engine. The ring gear transmits power to the wheels.
速度や要求されたトルクの条件により、車両の発電機がモータとして動作する、すなわちサンギアが逆回転するネガティブモードが存在し、車両がネガティブモードで動作している際には、発電機の出力電力が動力分割機構を介して車輪側に伝達されるため、車両の動力伝達効率が悪くなる。 Depending on the speed and required torque conditions, the generator of the vehicle operates as a motor, that is, there is a negative mode in which the sun gear rotates in the reverse direction, and when the vehicle is operating in the negative mode, the output power of the generator Is transmitted to the wheel side via the power split mechanism, so that the power transmission efficiency of the vehicle deteriorates.
本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、動力伝達効率を改善した車両を提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle having improved power transmission efficiency.
実施形態による車両は、内燃機関と、前記内燃機関から出力される機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の動作を制御するコンバータと、前記コンバータと直流リンクを介して接続したインバータと、前記直流リンクに接続したバッテリと、前記インバータから供給されたエネルギーにより駆動されるモータと、前記モータから供給された機械エネルギーと前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーとを結合する動力結合機構と、前記動力結合機構により結合された機械エネルギーにより駆動される車軸と、前記発電機の回転方向が負方向となったときに、前記内燃機関の回転数を増加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記内燃機関の最適動作点における単位時間当たりの燃料消費量を燃料消費量の初期値とし、前記内燃機関の回転数上限値を演算して前記回転数上限値を前記内燃機関の回転数の初期値とし、前記回転数における目標車両出力を実現するために必要な前記内燃機関のトルクと出力電力とを演算する第１演算を行い、前記内燃機関のトルクと出力電力とにおける、単位出力当たりの燃料消費量を演算する第２演算を行い、前記燃料消費量の初期値を燃料消費量の最小値の初期値として、前記単位出力当たりの燃料消費量と前記燃料消費量の最小値とを比較し、前記単位出力当たりの燃料消費量が前記燃料消費量の最小値よりも大きくなるまで、前記回転数から所定値を減算して前記回転数を更新して前記第１演算及び前記第２演算から前記単位出力当たりの燃料消費量を演算した上で前記燃料消費量の最小値を前記単位出力当たりの燃料消費量の値に更新することを繰り返し、前記単位出力当たりの燃料消費量が前記燃料消費量の最小値よりも大きくなったときに、前記燃料消費量の最小値と前記燃料消費量の初期値とを比較し、前記燃料消費量の最小値が前記燃料消費量の初期値よりも小さいときに、前記燃料消費量の最小値に対応する前記内燃機関の回転数を動作点とする、演算手段を備える。
The vehicle according to the embodiment includes an internal combustion engine, a power split mechanism that divides and outputs the mechanical energy output from the internal combustion engine, and a generator that converts the mechanical energy transmitted from the power split mechanism into electrical energy. From a converter that controls the operation of the generator, an internal combustion engine connected to the converter via a DC link, a battery connected to the DC link, a motor driven by energy supplied from the inverter, and the motor. The power coupling mechanism that combines the supplied mechanical energy and the mechanical energy transmitted from the power split mechanism, the axle driven by the mechanical energy coupled by the power coupling mechanism, and the rotation direction of the generator are negative. A control unit that increases the number of revolutions of the internal combustion engine when the direction is reached is provided, and the control unit sets the fuel consumption per unit time at the optimum operating point of the internal combustion engine as the initial value of the fuel consumption. Then, the upper limit value of the rotation speed of the internal combustion engine is calculated, the upper limit value of the rotation speed is set as the initial value of the rotation speed of the internal combustion engine, and the torque of the internal combustion engine required to realize the target vehicle output at the rotation speed. The first calculation for calculating the power and the output power is performed , the second calculation for calculating the fuel consumption per unit output of the internal combustion engine torque and the output power is performed , and the initial value of the fuel consumption is used as the fuel consumption. As the initial value of the minimum value of the amount, the fuel consumption per unit output is compared with the minimum value of the fuel consumption, and the fuel consumption per unit output becomes larger than the minimum value of the fuel consumption. until a minimum value of the fuel consumption from said rotational speed by subtracting a predetermined value to update the rotational speed from the first operation and the second operation on the computed fuel consumption per unit output When the value of the fuel consumption per unit output is repeatedly updated and the fuel consumption per unit output becomes larger than the minimum value of the fuel consumption, the minimum value of the fuel consumption and the said Comparing with the initial value of the fuel consumption, when the minimum value of the fuel consumption is smaller than the initial value of the fuel consumption, the rotation speed of the internal combustion engine corresponding to the minimum value of the fuel consumption is operated. It is provided with a calculation means as a point.
以下、実施形態の車両について、図面を参照して説明する。
図１は、第１実施形態の車両の構成を概略的に示すブロック図である。
Hereinafter, the vehicle of the embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a vehicle according to the first embodiment.
本実施形態の車両は、内燃機関１０と、動力分割機構２０と、発電機３０と、コンバータ４０と、インバータ５０と、モータ６０と、動力結合機構７０と、バッテリ８０と、車輪ＷＬと、車両ＥＣＵ９０と、を備えている。 The vehicle of this embodiment includes an internal combustion engine 10, a power split mechanism 20, a generator 30, a converter 40, an inverter 50, a motor 60, a power coupling mechanism 70, a battery 80, a wheel WL, and a vehicle. It includes an ECU 90.
内燃機関１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等、車両を駆動する機械エネルギーを生成する原動機である。
動力分割機構２０は、内燃機関１０で生成された機械エネルギーＰｅを、発電機３０側に供給されるエネルギーＰｇと、車輪ＷＬ側（ドライブトレイン側）に供給されるエネルギーＰｒとに分割して供給する。
The internal combustion engine 10 is a prime mover that generates mechanical energy for driving a vehicle, such as a gasoline engine or a diesel engine.
The power split mechanism 20 divides and supplies the mechanical energy Pe generated by the internal combustion engine 10 into an energy Pg supplied to the generator 30 side and an energy Pr supplied to the wheel WL side (drive train side). To do.
図２は、動力分割機構２０の構成の一例を概略的に示す図である。
動力分割機構２０は、例えば、サンギアＳと、サンギアＳに外接したプラネタリアギアＰと、プラネタリアギアＰが内接したリングギアＲと、プラネタリアギアＰの軌道に沿って回転するプラネタリキャリアＣと、を備えている。本実施形態では、プラネタリキャリアＣは、内燃機関１０で生成された機械エネルギーＰｅにより回転する。サンギアＳの回転動力は発電機３０へ伝達される。リングギアＲの回転動力は動力結合機構７０に伝達される。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power dividing mechanism 20.
The power split mechanism 20 includes, for example, a sun gear S, a planetary gear P circumscribing the sun gear S, a ring gear R inscribed by the planetary gear P, and a planetary carrier C rotating along the orbit of the planetary gear P. I have. In the present embodiment, the planetary carrier C is rotated by the mechanical energy Pe generated by the internal combustion engine 10. The rotational power of the sun gear S is transmitted to the generator 30. The rotational power of the ring gear R is transmitted to the power coupling mechanism 70.
発電機３０は、動力分割機構２０のサンギアＳを介して供給される機械エネルギーＰｇを電気エネルギーに変換する。発電機３０は、例えば、サンギアＳと連動する回転子と固定子とを備えたモータであって、３相交流電力を出力する。
コンバータ４０は、発電機３０の動作を制御する制御手段であって、発電機３０から出力された３相交流電力を直流電力に変換して回生動作とするとともに、直流リンクから供給される直流電力を３相交流電力に変換して発電機３０へ供給し、発電機３０を力行動作とする。コンバータ４０は直流リンクを介してインバータ５０およびバッテリ８０と接続している。
The generator 30 converts the mechanical energy Pg supplied via the sun gear S of the power split mechanism 20 into electrical energy. The generator 30 is, for example, a motor provided with a rotor and a stator interlocking with the sun gear S, and outputs three-phase AC power.
The converter 40 is a control means for controlling the operation of the generator 30, and converts the three-phase AC power output from the generator 30 into DC power for regenerative operation, and DC power supplied from the DC link. Is converted into three-phase AC power and supplied to the generator 30, and the generator 30 is operated by force. The converter 40 is connected to the inverter 50 and the battery 80 via a DC link.
インバータ５０は、直流リンクから供給された直流電力を交流電力に変換してモータ６０へ出力する。また、インバータ５０は、モータ６０から供給された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力する。
モータ６０は、インバータ５０から供給される交流電力により駆動され、電気エネルギーを機械エネルギーＰｍに変換して動力結合機構７０へ出力する。
The inverter 50 converts the DC power supplied from the DC link into AC power and outputs it to the motor 60. Further, the inverter 50 converts the AC power supplied from the motor 60 into DC power and outputs it to the DC link.
The motor 60 is driven by AC power supplied from the inverter 50, converts electrical energy into mechanical energy Pm, and outputs it to the power coupling mechanism 70.
動力結合機構７０は、内燃機関１０のリングギアＲから伝達された機械エネルギーＰｇと、インバータ５０から供給された機械エネルギーＰｍとを結合したエネルギーＰｏｕｔを車軸（図示せず）へ伝達する。車輪ＷＬは車軸を介して回転駆動される。 The power coupling mechanism 70 transmits the energy Pout obtained by combining the mechanical energy Pg transmitted from the ring gear R of the internal combustion engine 10 and the mechanical energy Pm supplied from the inverter 50 to the axle (not shown). The wheel WL is rotationally driven via the axle.
バッテリ８０は、例えば、複数の２次電池セルを含む組電池を備え、直流リンクから供給される電力により充電可能であり、直流リンクを介して電力を放電可能に構成されている。 The battery 80 includes, for example, an assembled battery including a plurality of secondary battery cells, is rechargeable by electric power supplied from the DC link, and is configured to be able to discharge the electric power via the DC link.
車両ＥＣＵ（electric control unit）９０は、内燃機関１０、発電機３０、コンバータ４０、インバータ５０、モータ６０、および、バッテリ８０が互いに連係して動作するように制御する制御部である。車両ＥＣＵ９０は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサと、メモリとを備える演算手段である。 The vehicle ECU (electric control unit) 90 is a control unit that controls the internal combustion engine 10, the generator 30, the converter 40, the inverter 50, the motor 60, and the battery 80 so as to operate in cooperation with each other. The vehicle ECU 90 is, for example, a calculation means including a processor such as a CPU (central processing unit) or an MPU (micro processing unit) and a memory.
図３は、動力分割機構２０のサンギアＳ、リングギアＲ、および、プラネタリキャリアＣの回転数の関係の一例を説明するための図である。
図３では、プラネタリキャリアＣの回転数をＮｃ、サンギアＳの回転数をＮｓ、リングギアＲの回転数をＮｒ、サンギアＳの歯数をＺｓ、リングギアＲの歯数をＺｒとしている。なお、回転数の正（＋）方向は、発電機３０が回生するときの回転方向である。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the relationship between the rotation speeds of the sun gear S, the ring gear R, and the planetary carrier C of the power split mechanism 20.
In FIG. 3, the rotation speed of the planetary carrier C is Nc, the rotation speed of the sun gear S is Ns, the rotation speed of the ring gear R is Nr, the number of teeth of the sun gear S is Zs, and the number of teeth of the ring gear R is Zr. The positive (+) direction of the rotation speed is the rotation direction when the generator 30 regenerates.
この例は、プラネタリキャリアＣ、サンギアＳ、および、リングギアＲは、全て正方向に回転しているポジティブモード（内燃機関１０から車輪ＷＬ側へ向かう方向へ全てのエネルギーが供給されている車両の動作モード）の一例である。プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃは内燃機関１０の回転数により決まり、リングギアＲの回転数Ｎｒは車速により決まる。サンギアＳの回転数Ｎｓは、サンギアＳの歯数ＺｒとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比により決まる。 In this example, the planetary carrier C, the sun gear S, and the ring gear R are all rotating in the positive mode (in the vehicle in which all energy is supplied from the internal combustion engine 10 toward the wheel WL side). This is an example of operation mode). The rotation speed Nc of the planetary carrier C is determined by the rotation speed of the internal combustion engine 10, and the rotation speed Nr of the ring gear R is determined by the vehicle speed. The rotation speed Ns of the sun gear S is determined by the ratio of the number of teeth Zr of the sun gear S to the number of teeth Zr of the ring gear R.
このとき、プラネタリキャリアＣにより生成されるトルクをＴｃ、サンギアＳにより生成されるトルクをＴｓ、リングギアＲにより生成されるトルクをＴｒとすると、トルクＴｃはトルクＴｓとトルクＴｒとの和となり、トルクＴｓとトルクＴｒとの割合はサンギアＳの歯数ＺｒとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比により決まる。 At this time, if the torque generated by the planetary carrier C is Tc, the torque generated by the sun gear S is Ts, and the torque generated by the ring gear R is Tr, the torque Tc is the sum of the torque Ts and the torque Tr. The ratio of the torque Ts and the torque Tr is determined by the ratio of the number of teeth Zr of the sun gear S to the number of teeth Zr of the ring gear R.
車両がポジティブモードで動作しているとき、発電機３０は回生する。モータ６０は、コンバータ４０を介して発電機３０から直流リンクへ出力されるエネルギーを利用して、機械エネルギーＰｍを出力する。一方、動力分割機構２０のリングギアＲへ伝わるエネルギーＰｒは車輪ＷＬへ直接伝わり、車両が出力する機械エネルギーＰｏｕｔは、エネルギーＰｍとエネルギーＰｒとの和となる。 The generator 30 regenerates when the vehicle is operating in positive mode. The motor 60 uses the energy output from the generator 30 to the DC link via the converter 40 to output the mechanical energy Pm. On the other hand, the energy Pr transmitted to the ring gear R of the power split mechanism 20 is directly transmitted to the wheel WL, and the mechanical energy Pout output by the vehicle is the sum of the energy Pm and the energy Pr.
ここで、車速が増加するとリングギアＲの回転数が増加する。このときに、プラネタリキャリアＣの回転数（内燃機関１０の回転数）が一定であると、サンギアＳの回転数が低下し、負方向となることがある。すなわち、発電機３０の動作が回生から力行へと変化する。 Here, as the vehicle speed increases, the rotation speed of the ring gear R increases. At this time, if the rotation speed of the planetary carrier C (the rotation speed of the internal combustion engine 10) is constant, the rotation speed of the sun gear S may decrease and the direction may be negative. That is, the operation of the generator 30 changes from regeneration to power running.
図４は、動力分割機構２０のサンギアＳ、リングギアＲ、および、プラネタリキャリアＣの回転数の関係の一例を説明するための図である。この例は、プラネタリキャリアＣとリングギアＲとが正方向に回転し、サンギアＳが負方向に回転しているネガティブモードの一例である。 FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the rotation speeds of the sun gear S, the ring gear R, and the planetary carrier C of the power split mechanism 20. This example is an example of a negative mode in which the planetary carrier C and the ring gear R rotate in the positive direction and the sun gear S rotates in the negative direction.
例えば、プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃが一定で、リングギアＲの回転数Ｎｒが増加すると、サンギアＳの回転数Ｎｓは負となる。すなわち、サンギアＳの回転方向がポジティブモードと逆となる。 For example, when the rotation speed Nc of the planetary carrier C is constant and the rotation speed Nr of the ring gear R increases, the rotation speed Ns of the sun gear S becomes negative. That is, the rotation direction of the sun gear S is opposite to that in the positive mode.
動力分割機構２０がネガティブモードで動作しているときには、リングギアＲへ伝わる機械エネルギーＰｒは、内燃機関１０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｅと発電機３０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｇとの和となる。機械エネルギーＰｇは、モータ６０が回生することにより生成される。このため、機械エネルギーＰｇは、動力分割機構２０と動力結合機構７０とを経由して車輪ＷＬへ伝達され、車両全体として動力伝達効率が低下する。 When the power splitting mechanism 20 is operating in the negative mode, the mechanical energy Pr transmitted to the ring gear R is transmitted from the internal combustion engine 10 to the power splitting mechanism 20 and the mechanical energy Pe transmitted from the generator 30 to the power splitting mechanism 20. It is the sum of the mechanical energy Pg. The mechanical energy Pg is generated by the regeneration of the motor 60. Therefore, the mechanical energy Pg is transmitted to the wheel WL via the power split mechanism 20 and the power coupling mechanism 70, and the power transmission efficiency of the entire vehicle is lowered.
そこで、本実施形態では、動力分割機構２０がネガティブモードで動作するときに、車両ＥＣＵは、プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃを正方向にシフトさせ（回転数Ｎｃを増加し）、サンギアＳの回転数Ｎｓの絶対値を減少させて機械エネルギーＰｇを低く抑えることにより、車両全体としての動力伝達効率を改善している。 Therefore, in the present embodiment, when the power dividing mechanism 20 operates in the negative mode, the vehicle ECU shifts the rotation speed Nc of the planetary carrier C in the positive direction (increases the rotation speed Nc) and rotates the sun gear S. By reducing the absolute value of several Ns and keeping the mechanical energy Pg low, the power transmission efficiency of the vehicle as a whole is improved.
図４では、ネガティブモードにおいて、プラネタリアキャリアＣの回転数Ｎｃを破線で示し、正方向にシフトさせた後の回転数Ｎｃ´を実線で示している。この共線図によれば、プラネタリアキャリアＣの回転数Ｎｃを正方向にシフトさせると、サンギアＳの回転数Ｎｓも正方向にシフトし、その結果、発電機３０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｇが減少することとなる。 In FIG. 4, in the negative mode, the rotation speed Nc of the planetary carrier C is shown by a broken line, and the rotation speed Nc ′ after shifting in the positive direction is shown by a solid line. According to this collinear diagram, when the rotation speed Nc of the planetary carrier C is shifted in the positive direction, the rotation speed Ns of the sun gear S is also shifted in the positive direction, and as a result, it is transmitted from the generator 30 to the power split mechanism 20. The mechanical energy Pg to be generated will be reduced.
以下に、動力分割機構２０のサンギアＳの歯数ＺｓとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比を１：２とし、発電機３０からモータ６０までのエネルギー伝達効率を８５．６％とし、動力分割機構２０と動力結合機構７０とのそれぞれのエネルギー伝達効率を９８％としたときを例として、車両全体の動力伝達効率について説明する。 Below, the ratio of the number of teeth Zs of the sun gear S of the power split mechanism 20 to the number of teeth Zr of the ring gear R is 1: 2, and the energy transfer efficiency from the generator 30 to the motor 60 is 85.6%. The power transmission efficiency of the entire vehicle will be described by taking as an example the case where the energy transmission efficiency of each of the split mechanism 20 and the power coupling mechanism 70 is 98%.
このとき、内燃機関１０の出力を５００ｋＷ一定とし、内燃機関１０の回転数を１２００ｒｐｍから１４００ｒｐｍへ上昇させた場合、サンギアＳの回転数（発電機３０の回転数）は、−８００ｒｐｍから−２００ｒｐｍとなり正方向にシフトした。また、内燃機関１０の出力を一定として内燃機関１０の回転数を上昇させた結果、プラネタリキャリアＣのトルク（エンジントルク）が減少し、発電機３０のトルクも減少した。 At this time, when the output of the internal combustion engine 10 is kept constant at 500 kW and the rotation speed of the internal combustion engine 10 is increased from 1200 rpm to 1400 rpm, the rotation speed of the sun gear S (the rotation speed of the generator 30) changes from -800 rpm to -200 rpm. Shifted in the positive direction. Further, as a result of increasing the rotation speed of the internal combustion engine 10 while keeping the output of the internal combustion engine 10 constant, the torque (engine torque) of the planetary carrier C decreased, and the torque of the generator 30 also decreased.
発電機３０の回転数とトルクとが下がった結果、発電機３０から出力される機械エネルギーＰｇが減少し、ネガティブモードにおいてモータ６０で回生するエネルギーが小さくなり、車両全体での動力伝達効率は、９３．３％から９７％へ向上した。 As a result of the decrease in the number of revolutions and the torque of the generator 30, the mechanical energy Pg output from the generator 30 decreases, the energy regenerated by the motor 60 in the negative mode decreases, and the power transmission efficiency of the entire vehicle becomes high. It improved from 93.3% to 97%.
次に、本実施形態の車両における内燃機関の回転数決定方法の一例について説明する。
動力分割機構２０がネガティブモードにて動作しているときに、車両の動力伝達効率を向上させるため、内燃機関１０の回転数を正方向へシフトさせる（増加させる）が、このシフト量は、発電機３０の動作を制御するコンバータ４０にて制限される。
Next, an example of a method for determining the rotation speed of the internal combustion engine in the vehicle of the present embodiment will be described.
When the power split mechanism 20 is operating in the negative mode, the rotation speed of the internal combustion engine 10 is shifted (increased) in the positive direction in order to improve the power transmission efficiency of the vehicle, and this shift amount generates electricity. It is limited by the converter 40 that controls the operation of the machine 30.
図５は、実施形態の車両において、連続運転可能な発電機周波数範囲の一例を示す図である。
発電機３０から出力される電力の周波数が０Ｈｚに近づくほど、コンバータ４０の特定の素子の通電時間が長くなり、さらに発電機３０から出力される電力の周波数が０Ｈｚ（直流）になると特定の素子に電流が流れ続け、素子温度が上昇する。この状態を回避するため、発電機３０が連続的な運転を行う範囲を規定することが望ましい。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a generator frequency range capable of continuous operation in the vehicle of the embodiment.
As the frequency of the power output from the generator 30 approaches 0 Hz, the energization time of a specific element of the converter 40 becomes longer, and when the frequency of the power output from the generator 30 becomes 0 Hz (direct current), the specific element The current continues to flow and the element temperature rises. In order to avoid this state, it is desirable to specify the range in which the generator 30 operates continuously.
ここで、動力分割機構２０のサンギアＳの歯数をＺｓ、リングギアＲの歯数をＺｒ、リングギアＲの回転数（ｒｐｍ）をＮｒ、内燃機関１０の回転数シフト前のプラネタリキャリアＣ（内燃機関）の回転数（ｒｐｍ）をＮｃ、内燃機関１０の回転数シフト後のプラネタリキャリアＣ（内燃機関）の回転数（ｒｐｍ）をＮｃ´、内燃機関１０の回転数シフト前のサンギアＳの回転数（ｒｐｍ）Ｎｓ、内燃機関１０の回転数シフト後のサンギアＳの回転数（ｒｐｍ）をＮｓ´、コンバータ４０の連続運転できない周波数範囲を−ｆ０（Ｈｚ）より大きくｆ０（Ｈｚ）未満、発電機３０の極対数をＰｎとする。 Here, the number of teeth of the sun gear S of the power split mechanism 20 is Zs, the number of teeth of the ring gear R is Zr, the rotation speed (rpm) of the ring gear R is Nr, and the planetary carrier C before the rotation speed shift of the internal combustion engine 10 ( The rotation speed (rpm) of the internal combustion engine) is Nc, the rotation speed (rpm) of the planetary carrier C (internal engine) after the rotation speed shift of the internal combustion engine 10 is Nc', and the rotation speed (rpm) of the sun gear S before the rotation speed shift of the internal combustion engine 10 The rotation speed (rpm) Ns, the rotation speed (rpm) of the sun gear S after shifting the rotation speed of the internal combustion engine 10 is Ns', and the frequency range in which continuous operation of the converter 40 cannot be performed is greater than -f0 (Hz) and less than f0 (Hz). Let Pn be the number of pole pairs of the generator 30.
内燃機関１０の回転数シフト前後でリングギアＲの回転数が変化しない場合、Ｎｃ、Ｎｃ´、Ｎｒ、Ｎｓ、Ｎｓ´の関係は、下記（式１）及び（式２）で表される。 When the rotation speed of the ring gear R does not change before and after the rotation speed shift of the internal combustion engine 10, the relationship between Nc, Nc', Nr, Ns, and Ns'is represented by the following (Equation 1) and (Equation 2).
また、内燃機関１０の動作点（出力電力Ｐｅ，回転数Ｎｃ）は、一般的には、内燃機関１０単体の効率が最大となるよう決定される。しかしながら、前述のように、動力分割機構２０がネガティブモードで動作している際の動力伝達効率低下の影響は無視できず、内燃機関１０単体として最適であっても、車両全体の燃費が最適になるとは限らない。上述のように、内燃機関１０から車輪ＷＬへの動力伝達効率を向上するには、内燃機関１０の回転数Ｎｃをシフトするのが有効であるが、一方で、内燃機関１０単体の効率が低くなってしまう。 Further, the operating point (output power Pe, rotation speed Nc) of the internal combustion engine 10 is generally determined so that the efficiency of the internal combustion engine 10 alone is maximized. However, as described above, the influence of the decrease in power transmission efficiency when the power split mechanism 20 is operating in the negative mode cannot be ignored, and even if the internal combustion engine 10 alone is optimal, the fuel efficiency of the entire vehicle is optimal. It is not always the case. As described above, in order to improve the power transmission efficiency from the internal combustion engine 10 to the wheel WL, it is effective to shift the rotation speed Nc of the internal combustion engine 10, but on the other hand, the efficiency of the internal combustion engine 10 alone is low. turn into.
そこで、本実施形態では、内燃機関１０から車両ＷＬまでの動力伝達効率と内燃機関１０の効率とのトレードオフ関係より、車両の燃費が最適となる内燃機関１０の動作点を探索する。 Therefore, in the present embodiment, the operating point of the internal combustion engine 10 that optimizes the fuel efficiency of the vehicle is searched from the trade-off relationship between the power transmission efficiency from the internal combustion engine 10 to the vehicle WL and the efficiency of the internal combustion engine 10.
図６は、第１実施形態の内燃機関の回転数決定方法の一例を説明するフローチャートである。なお、車両ＥＣＵ９０は、少なくとも車両がネガティブモードで動作しているときに、以下の内燃機関１０の回転数決定方法を実行するものであって、車両ＥＣＵ９０は、発電機３０の回転方向が負であるときに車両がネガティブモードで動作していると判断する。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of a method for determining the rotation speed of the internal combustion engine according to the first embodiment. The vehicle ECU 90 executes the following method for determining the rotation speed of the internal combustion engine 10 at least when the vehicle is operating in the negative mode. The vehicle ECU 90 has a negative rotation direction of the generator 30. At some point it is determined that the vehicle is operating in negative mode.
最初に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０単体での最適な動作点（出力電力Ｐｅ０，回転数Ｎｃ０）における燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ０（ｇ）を算出する。車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎｃ０（ｒａｐ／ｓ）と出力電力Ｐｅ０（ｋＷ）とに対応する単位エネルギーあたりの燃料消費量ｃ０（ｇ／ｋＷｈ）を、例えば、予め車両ＥＣＵ９０のメモリに記録されたマップから読みだす（ステップＳ１）。
車両ＥＣＵ９０は、メモリから読みだした燃料消費量ｃ０（ｇ／ｋＷｈ）を用いて、燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ０（ｇ）を下記（式６）のように算出する（ステップＳ２）。
First, the vehicle ECU 90 calculates the fuel consumption C_feel0 (g) at the optimum operating point (output power Pe0, rotation speed Nc0) of the internal combustion engine 10 alone. The vehicle ECU 90 previously stores the fuel consumption c0 (g / kWh) per unit energy corresponding to the rotation speed Nc0 (rap / s) of the internal combustion engine 10 and the output power Pe0 (kW) in the memory of the vehicle ECU 90. Read from the recorded map (step S1).
The vehicle ECU 90 uses the fuel consumption c0 (g / kWh) read from the memory to calculate the fuel consumption C_fuel0 (g) as shown in the following (Equation 6) (step S2).
続いて、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎｃ＿ｎを回転数の上限Ｎｃ＿ｍａｘとし（ステップＳ４）、車両要求出力Ｐｏｕｔ＊を出力するために必要な内燃機関トルクＴｃ＿ｎを下記（式７）を用いて算出する（ステップＳ５）。 Subsequently, the vehicle ECU 90 sets the rotation speed Nc_n of the internal combustion engine 10 to the upper limit Nc_max of the rotation speed (step S4), and uses the following (Equation 7) to set the internal combustion engine torque Tc_n required to output the vehicle required output Pout *. (Step S5).
続いて、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関トルクＴｃ＿ｎと内燃機関１０の回転数Ｎｃ＿ｎとにより、この内燃機関１０の動作点で車両要求出力Ｐｏｕｔ＊を出すのに必要な内燃機関出力Ｐｅ＿ｎは、（式８）となる（ステップＳ６）。 Subsequently, the vehicle ECU 90 uses the internal combustion engine torque Tc_n and the rotation speed Nc_n of the internal combustion engine 10 to obtain the internal combustion engine output Pe_n required to output the vehicle required output Pout * at the operating point of the internal combustion engine 10 (Equation 8). ) (Step S6).
燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎが燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎよりも小さい場合、車両ＥＣＵ９０は、ステップＳ８で算出した燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎの値をＣ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎへ格納する（ステップＳ１０）。 When the fuel consumption C_feel_n is smaller than the minimum fuel consumption value C_feel_min, the vehicle ECU 90 stores the value of the fuel consumption C_feel_n calculated in step S8 in C_feel_min (step S10).
次に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎｃ＿ｎをＮｃ＿ｎ−αに更新する（ステップＳ１１）。なお、車両ＥＣＵ９０は、αを所定の正の整数とする。また、ポジティブモードで動作している際には、回転数Ｎｃ＿ｎをＮｃ＿ｎ＋αとする。 Next, the vehicle ECU 90 updates the rotation speed Nc_n of the internal combustion engine 10 to Nc_n-α (step S11). In the vehicle ECU 90, α is a predetermined positive integer. Further, when operating in the positive mode, the rotation speed Nc_n is set to Nc_n + α.
続いて、車両ＥＣＵ９０は、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ５乃至Ｓ８までの演算を行い、更新後の回転数Ｎｃ＿ｎを用いて燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎを算出し（ステップＳ８）、燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎと燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎとを比較し、Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎ≧Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎとなる条件まで繰り返す。 Subsequently, the vehicle ECU 90 returns to step S5, performs the calculations from steps S5 to S8, calculates the fuel consumption C_fuel_n using the updated rotation speed Nc_n (step S8), and calculates the minimum fuel consumption value C_fuel_min. Is compared with the fuel consumption amount C_fuel_n, and the condition is repeated until C_feel_n ≧ C_feel_min.
ステップＳ９において、燃料消費量Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎが燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎ以上である場合（Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｎ＜Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎでないとき）、車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎと燃料処理量Ｃ＿ｆｕｅｌ０とを比較する（ステップＳ１２）。 In step S9, when the fuel consumption amount C_fuel_n is equal to or greater than the minimum fuel consumption value C_feel_min (when C_feel_n <C_feel_min is not satisfied), the vehicle ECU 90 compares the minimum fuel consumption value C_feel_min with the fuel processing amount C_feel0 (step). S12).
車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎが初期値Ｃ＿ｆｕｅｌ０以下の場合は、燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎでの動作点（Ｐｅ＿ｎ‐１，Ｎｃ＿ｎ‐１）を内燃機関１０の動作点とする（ステップＳ１３）。
車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の最小値Ｃ＿ｆｕｅｌ＿ｍｉｎが初期値Ｃ＿ｆｕｅｌ０以上のときには、初期の動作点（Ｐｅ０，Ｎｃ０）を、内燃機関１０の動作点とする（ステップＳ１４）。
When the minimum fuel consumption value C_feel_min is equal to or less than the initial value C_feel 0, the vehicle ECU 90 sets the operating point (Pe_n-1, Nc_n-1) at the minimum fuel consumption value C_feel_min as the operating point of the internal combustion engine 10 (Pe_n-1, Nc_n-1). Step S13).
When the minimum fuel consumption value C_feel_min is equal to or higher than the initial value C_feel0, the vehicle ECU 90 sets the initial operating point (Pe0, Nc0) as the operating point of the internal combustion engine 10 (step S14).
上記のように内燃機関１０の回転数を決定することにより、車両全体としての動力伝達効率を改善し、かつ、燃料消費量を最小化する内燃機関１０の動作点を決定することができる。すなわち、本実施形態によれば、動力伝達効率を改善した車両を提供することができる。 By determining the rotation speed of the internal combustion engine 10 as described above, it is possible to determine the operating point of the internal combustion engine 10 that improves the power transmission efficiency of the vehicle as a whole and minimizes the fuel consumption. That is, according to the present embodiment, it is possible to provide a vehicle having improved power transmission efficiency.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
例えば、内燃機関１０の回転数Ｎｃを決定する際に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の連続運転可能な範囲における複数の回転数Ｎｃ＿ｎを所定のサンプリング周波数で選択し、選択した複数の回転数Ｎｃ＿ｎにおける燃料消費量を演算し、最も燃料消費量が少なくなる回転数Ｎｃ＿ｎとこれに対応する出力電力Ｐｅ＿ｎとを動作点（Ｐｅ，Ｎｃ）として決定しても良い。その場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述の内燃機関１０の回転数決定方法は、車両がポジティブモードで動作しているときとネガティブモードで動作しているときの両方で行うことが可能である。特に、車両がネガティブモードで動作しているときに上述のよう内燃機関１０の燃料消費量とエネルギーの伝達効率とを考慮して回転数を決定することにより、より効果的に、動力伝達効率を改善するとともに、燃費を抑制することができる。
For example, when determining the rotation speed Nc of the internal combustion engine 10, the vehicle ECU 90 selects a plurality of rotation speeds Nc_n in a range in which the internal combustion engine 10 can be continuously operated at a predetermined sampling frequency, and selects the plurality of rotation speeds Nc_n. The fuel consumption in the above may be calculated, and the rotation speed Nc_n at which the fuel consumption is the smallest and the corresponding output power Pe_n may be determined as operating points (Pe, Nc). Even in that case, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
The above-mentioned method for determining the rotation speed of the internal combustion engine 10 can be performed both when the vehicle is operating in the positive mode and when the vehicle is operating in the negative mode. In particular, when the vehicle is operating in the negative mode, the power transmission efficiency can be more effectively determined by determining the number of revolutions in consideration of the fuel consumption of the internal combustion engine 10 and the energy transfer efficiency as described above. It can be improved and fuel consumption can be suppressed.
１０…内燃機関、２０…動力分割機構、３０…発電機、４０…コンバータ、５０…インバータ、６０…モータ、７０…動力結合機構、８０…バッテリ、９０…車両ＥＣＵ（制御部）。 10 ... Internal combustion engine, 20 ... Power split mechanism, 30 ... Generator, 40 ... Converter, 50 ... Inverter, 60 ... Motor, 70 ... Power coupling mechanism, 80 ... Battery, 90 ... Vehicle ECU (control unit).
Claims (1)
前記内燃機関から出力される機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、
前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の動作を制御するコンバータと、
前記コンバータと直流リンクを介して接続したインバータと、
前記直流リンクに接続したバッテリと、
前記インバータから供給されたエネルギーにより駆動されるモータと、
前記モータから供給された機械エネルギーと前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーとを結合する動力結合機構と、
前記動力結合機構により結合された機械エネルギーにより駆動される車軸と、
前記発電機の回転方向が負方向となったときに、前記内燃機関の回転数を増加する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の最適動作点における単位時間当たりの燃料消費量を燃料消費量の初期値とし、
前記内燃機関の回転数上限値を演算して前記回転数上限値を前記内燃機関の回転数の初期値とし、
前記回転数における目標車両出力を実現するために必要な前記内燃機関のトルクと出力電力とを演算する第１演算を行い、
前記内燃機関のトルクと出力電力とにおける、単位出力当たりの燃料消費量を演算する第２演算を行い、
前記燃料消費量の初期値を燃料消費量の最小値の初期値として、前記単位出力当たりの燃料消費量と前記燃料消費量の最小値とを比較し、
前記単位出力当たりの燃料消費量が前記燃料消費量の最小値よりも大きくなるまで、前記回転数から所定値を減算して前記回転数を更新して前記第１演算及び前記第２演算から前記単位出力当たりの燃料消費量を演算した上で前記燃料消費量の最小値を前記単位出力当たりの燃料消費量の値に更新することを繰り返し、
前記単位出力当たりの燃料消費量が前記燃料消費量の最小値よりも大きくなったときに、前記燃料消費量の最小値と前記燃料消費量の初期値とを比較し、前記燃料消費量の最小値が前記燃料消費量の初期値よりも小さいときに、前記燃料消費量の最小値に対応する前記内燃機関の回転数を動作点とする、演算手段を備える、車両。 With an internal combustion engine
A power split mechanism that splits and outputs the mechanical energy output from the internal combustion engine,
A generator that converts mechanical energy transmitted from the power split mechanism into electrical energy,
A converter that controls the operation of the generator,
An inverter connected to the converter via a DC link,
The battery connected to the DC link and
A motor driven by the energy supplied from the inverter and
A power coupling mechanism that combines the mechanical energy supplied from the motor with the mechanical energy transmitted from the power split mechanism.
An axle driven by mechanical energy coupled by the power coupling mechanism,
A control unit that increases the rotation speed of the internal combustion engine when the rotation direction of the generator becomes negative is provided.
The control unit sets the fuel consumption per unit time at the optimum operating point of the internal combustion engine as the initial value of the fuel consumption.
The upper limit of the rotation speed of the internal combustion engine is calculated, and the upper limit of the rotation speed is set as the initial value of the rotation speed of the internal combustion engine.
The first calculation for calculating the torque and output power of the internal combustion engine required to realize the target vehicle output at the rotation speed is performed .
The second calculation for calculating the fuel consumption per unit output in the torque and output power of the internal combustion engine is performed .
Using the initial value of the fuel consumption as the initial value of the minimum value of the fuel consumption, the fuel consumption per unit output is compared with the minimum value of the fuel consumption.
Until the fuel consumption per unit output is greater than the minimum value of the fuel consumption, the from the first operation and the second operation to update the rotational speed by subtracting a predetermined value from the rotational speed After calculating the fuel consumption per unit output, the minimum value of the fuel consumption is repeatedly updated to the value of the fuel consumption per unit output.
When the fuel consumption per unit output becomes larger than the minimum value of the fuel consumption, the minimum value of the fuel consumption is compared with the initial value of the fuel consumption, and the minimum value of the fuel consumption is compared. A vehicle comprising a calculation means, wherein when the value is smaller than the initial value of the fuel consumption, the operating point is the rotation speed of the internal combustion engine corresponding to the minimum value of the fuel consumption.
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