JP7087999B2 - ハイブリッド車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの動力によって回転することにより、エンジンの動力の少なくとも一部を電力に変換する発電機と、その発電機から電力が供給されて駆動トルクを出力するモータとを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンの出力軸に発電機能を有するモータが連結され、そのモータの出力軸に変速機が連結されたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、モータに電力を供給し、またはモータで発電された電力を蓄電する蓄電池の電圧が第１所定電圧である場合には、モータによる発電を停止し、またその電圧が第１所定電圧よりも低電圧である第２所定電圧未満の場合は、モータを発電機として機能させるように構成されている。

特開２０１６－１６７６３号公報

特許文献１に記載されたハイブリッド車両は、エンジンと駆動輪とが変速機を介して連結されているため、変速機の変速比（または変速段）を制御することによりエンジン回転数が定まる。言い換えると、モータのトルクの大きさに関わらず、エンジン回転数が定まる。一方、エンジンから伝達されるトルクに対抗したトルクを出力することにより発電する発電機を備え、その発電機の回転数を制御することによりエンジン回転数を制御できるように構成されたハイブリッド車両は、発電機による発電を停止すると、エンジン回転数の増加を抑制するトルクが、エンジンに作用しなくなることにより、エンジン回転数が吹き上がり、エンジン回転数の増加に伴う異音が生じる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、発電機による発電を停止したことによるエンジン回転数の増加を抑制できるハイブリッド車両の駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換することができるとともに、その電力に変換する際に出力する回生トルクによってエンジン回転数が増大することを抑制できる発電機と、前記発電機によって変換された電力が供給されることにより駆動トルクを出力するモータと、前記発電機および前記モータに電気的に接続された蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、前記エンジンから動力を出力するとともに、前記発電機によって前記エンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換して走行している場合に、前記ハイブリッド車両を走行させるために要求される前記発電機の発電電力と、前記蓄電装置を充電するために要求される充電電力との和である要求電力が、前記蓄電装置に入力可能な上限電力以下の場合に、前記エンジンの運転点を予め定められた熱効率が良好となる運転点に定め、前記要求電力が前記上限電力よりも大きい場合に、前記エンジンの運転点を、前記熱効率が良好となる運転点よりも前記エンジン回転数が高回転数になり、かつ前記熱交換率が良好となる運転点よりも前記エンジンの出力トルクが低トルクとなる運転点に定めるように構成されていることを特徴としている。

この発明によれば、エンジンから動力を出力するとともに、発電機によってエンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換して走行している場合に、ハイブリッド車両を走行させるために要求される発電機の発電電力と、蓄電装置を充電するために要求される充電電力との和である要求電力が、上限電力よりも大きい場合に、エンジンの運転点を、熱効率が良好となる運転点よりもエンジン回転数が高回転数になる運転点に定めるように構成されている。すなわち、エンジンの出力トルクが低下させられる。その結果、駆動走行している状態から制動走行に切り替える過渡期に、第１モータをシャットダウンしたとしても、エンジントルクが小さいことにより、エンジンが吹き上がることを抑制でき、またはその吹き上げ量を低減することができる。また、上記のようにエンジン回転数を高回転数に定めることにより、エンジン内に設けられたピストンの摺動抵抗やシリンダ内の空気を圧縮する際の圧縮抵抗などが増大することにより、エンジンが吹き上がることを抑制でき、またはその吹き上げ量を低減することができる。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両の一例を示す模式図である。 この発明の実施形態における駆動力制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。 図２に示す制御例に基づいて設定されるエンジンの運転点を示す図である。

この発明で対象とすることのできるハイブリッド車両は、エンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換することができるとともに、その電力に変換する際に出力する回生トルクによってエンジン回転数が増大することを抑制できる発電機と、その発電機によって変換された電力が供給されることにより駆動トルクを出力するモータとを備えたハイブリッド車両である。このハイブリッド車両には、いわゆるシリーズハイブリッド車両や、シリーズパラレルハイブリッド車両が含まれる。

図１には、シリーズハイブリッド車両の一例を説明するための模式図を示してある。このハイブリッド車両Ｖｅは、従来知られているガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンなどによって構成されたエンジン（ＥＮＧ）１が設けられている。このエンジン１は、燃料と空気との混合気を燃焼することにより機械的なエネルギー（動力）を発生するように構成されている。

このエンジン１の出力軸２には、主に発電機として機能する第１モータ（ＭＧ１）３が連結されている。この第１モータ３は、従来知られているハイブリッド車両や電気自動車に設けられたモータと同様に構成することができ、例えば、永久磁石式の同期モータによって構成されている。

この第１モータ３は、エンジン１の出力軸２の回転数を低下させる方向にトルクを出力することにより、エンジン１から出力された動力を電力に変換するように構成されている。言い換えると、第１モータ３を発電機として機能させるとともに、その際のトルクの大きさを制御することにより、エンジン１の回転数を無段階に制御することができる。なお、エンジン始動時には、第１モータ３からクランキングトルクを出力する。つまり、第１モータ３はスタータモータとして機能できる。

第１モータ３には、二次電池やキャパシタなどによって構成された蓄電装置（ＢＡＴＴ）４が電気的に接続されており、第１モータ３によって発電された電力が蓄電装置４に充電され、また第１モータ３をスタータモータとして機能させるときには、蓄電装置４から第１モータ３に電力が供給される。なお、図１には、電気的な接続関係を破線で示してある。

その蓄電装置４、および第１モータ３には、第２モータ（ＭＧ２）５が電気的に接続されている。この第２モータ５も第１モータ３と同様に、発電機能を有するモータであって、永久磁石式の同期モータなどにより構成することができる。また、第２モータ５は、第１モータ３や蓄電装置４と電気的に接続されていて、第１モータ３により発電された電力や蓄電装置４に充電された電力が供給されることにより駆動トルクを出力する。また、駆動輪６から伝達されるトルクによって回転させられ、その回転数を低下させるように制動トルクを出力することにより、駆動輪６に制動トルクを作用させるとともに、第２モータ５から出力する制動トルクと第２モータ５の回転数とに応じた電力を発電する。

第２モータ５の出力軸７には、第２モータ５の出力トルクを増減させるための変速機構８が連結されている。この変速機構８は、従来知られている有段変速機や無段変速機を採用することができる。なお、変速機構８は、変速比を変更できるものに限らず、所定のギヤ比の歯車対によって構成されていてもよい。

そして、上記の変速機構８の出力軸９が、デファレンシャルギヤユニット１０を介して左右の駆動輪６に連結されている。

また、上記のエンジン１、各モータ３，５、変速機構８を制御するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）１１が設けられている。このＥＣＵ１１は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、入力されるデータや、予め記憶されているマップや演算式などに基づいて、エンジントルクを制御する装置や、各モータ３，５に接続されたインバータ、あるいは変速機構８に設けられたアクチュエータなどに信号を出力する。

ＥＣＵ１１に入力されるデータは、例えば、アクセル開度を検出するセンサ、ブレーキストローク量を検出するセンサ、ブレーキの踏力を検出するセンサ、車速を検出するセンサ、エンジン回転数を検出するセンサ、各モータ３，５の回転数を検出するセンサ、蓄電装置４の充電残量（以下、ＳＯＣと記す）を検出するセンサ、蓄電装置４の出力電圧を検出するセンサ、蓄電装置４の温度を検出するセンサなどからの信号である。また、ＥＣＵ１１に記憶されているマップは、アクセル開度と車速とから要求駆動力を求めるための駆動力マップや、エンジン１の燃費（熱効率）が良好となる運転点を求めるための最適燃費線などである。

上述した車両Ｖｅが駆動走行（加速走行または定常走行）する場合は、原則的には、車両Ｖｅに要求される動力（機械的エネルギー）と、蓄電装置４に要求される充電電力（電気的エネルギー）とをエンジン１から出力し、その出力された動力を第１モータ３で電力に変換する。そして、変換された電力のうち、走行のための動力に相当する電力を、第２モータ５に供給して、第２モータ５から駆動トルクを出力する。また、制動走行する場合には、第２モータ５によって、制動トルクと第２モータ５の回転数とに応じた電力を蓄電装置４に充電する。その場合、エンジン１や第１モータ３を停止させてもよく、第２モータ５の発電電力に加えて、エンジン１の動力を第１モータ３で電力に変換して、蓄電装置４に充電してもよい。

一方、動力を低下させるための信号をエンジン１に出力したとしても、エンジン１の応答遅れにより、所定時間の間は動力が低下せず、または動力の低下量が信号に応じた低下量よりも少なくなる。したがって、駆動走行から制動走行に切り替える過渡期には、エンジン１の動力を低下させる信号を出力してから、エンジン１の動力が実際に低下するまでの間は、エンジン回転数が意図せずに吹き上がってしまうことを抑制するために、第１モータ３が反力トルクを出力し続ける。つまり、第１モータ３が発電機として機能する。

また、駆動走行から制動走行に切り替える過渡期には、制動トルクを迅速に出力するために第２モータ５を直ちに発電機として機能させる。つまり、電力を消費しなくなる。したがって、上記のように第１モータ３が反力トルクを出力し続けて発電機として機能し、第２モータ５も同様に発電機として機能するため、蓄電装置４に入力される電力が一時的に大きくなる。

他方、蓄電装置４に入力可能な電力は、蓄電装置４の温度やＳＯＣなどに応じて制限される。そのため、駆動走行時や制動走行時に蓄電装置４に入力される電力が、蓄電装置４に入力可能な電力の範囲内であったとしても、駆動走行から制動走行への切り替え過渡期には、蓄電装置４に入力可能な電力を超えて第１モータ３や第２モータ５から蓄電装置４に電力が入力される可能性がある。

したがって、この発明の実施形態における駆動力制御装置は、駆動走行から制動走行への切り替え過渡期に、第１モータ３から反力トルクを出力することなく、すなわち、第１モータ３をシャットダウンしても、エンジン回転数が意図せずに吹き上がることを抑制し、またはその吹き上げ量を低減できるように構成されている。その制御例を、図２に示している。

図２に示す制御例は、駆動走行時に実行されるものであって、まず、要求発電電力Ｐｇが、蓄電装置４に入力可能な電力Ｗｉｎよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１）。この要求発電電力Ｐｇは、車両Ｖｅを走行させるために要求される発電電力Ｐｖと、蓄電装置４を充電するために要求される発電電力Ｐｃｈｇとの合算値である。その車両Ｖｅを走行させるために要求される発電電力Ｐｖは、例えば、運転者のアクセル操作量と車速と駆動力マップとから、要求駆動力を演算し、その要求駆動力と車速との積に基づいて求めることができる。その場合、エンジン１や変速機構８の動力損失、あるいは第１モータ３や第２モータ５により動力と電力との変換を行う際の変換効率などを考慮することが好ましい。また、蓄電装置４を充電するために要求される発電電力Ｐｃｈｇは、ＳＯＣが所定値まで低下している場合に要求される電力に加えて、補機類を駆動するために要求される電力を含んでよい。

なお、このステップＳ１は、現時点で制動走行に切り替わった場合に、エンジン１の吹き上がりを抑制するように第１モータ３が反力トルクを出力し続けたとしても、蓄電装置４に入力される電力が、入力可能な電力Ｗｉｎ以上とならないか否かを判断するためのステップである。したがって、ステップＳ１に代えて、現在、アクセルペダルが踏み戻されたとした場合における第２モータ５に要求される制動トルクと車速とから、第２モータ５で発電される電力を演算し、その第２モータ５で演算される発電電力を、蓄電装置４に入力可能な電力Ｗｉｎから減算した値と、要求発電電力Ｐｇとを比較してもよい。

要求発電電力Ｐｇが、蓄電装置４に入力可能な電力Ｗｉｎ以下であることによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、要求発電電力Ｐｇに応じた動力（パワー）Ｐｅ１をエンジン２から出力した場合にエンジン２の燃費（熱効率）が良好となるエンジントルクＴｅ１とエンジン回転数Ｎｅ１との運転点を定めて（ステップＳ２）、このルーチンを一旦終了する。このステップＳ２におけるエンジントルクＴｅ１とエンジン回転数Ｎｅ１とは、要求発電電力Ｐｇに応じたエンジン１の出力パワーＰｅ１と、ＥＣＵ１１に予め記憶されている最適燃費線とに基づいて求めることができ、図３には、その運転点をＡ点として示している。なお、図３における横軸にエンジン回転数Ｎｅを採り、縦軸にエンジントルクＴｅを採っており、太線は最適燃費線を示し、細線は要求発電電力Ｐｇに応じたエンジン１の出力パワー（等パワー）Ｐｅ１を示している。

それとは反対に、要求発電電力Ｐｇが、蓄電装置４に入力可能な電力Ｗｉｎよりも大きいことによりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、エンジン１の運転点を、ステップＳ２で定められる動力Ｐｅ１と同一であり、かつステップＳ２で定められるエンジン回転数Ｎｅ１よりも高回転数となる運転点Ｎｅ２、言い換えると、ステップＳ２で定められるエンジントルクよりも低トルクとなる運転点Ｔｅ２に定めて（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。なお、図３には、ステップＳ３で定められるエンジン１の運転点Ｔｅ２，Ｎｅ２をＢ点として示している。

また、上述したステップＳ３のようにエンジン回転数Ｎｅを高回転数にすると、エンジン１内に設けられたピストンの摺動抵抗や、シリンダ内の混合気を圧縮する際の圧縮抵抗などが増大して、エンジン１の損失が大きくなる可能性がある。したがって、ステップＳ３では、要求発電電力Ｐｇに応じたエンジン１の出力パワーを定める際に、エンジン１の損失が増大する分を考慮して、ステップＳ２で求められるエンジン１の出力パワーＰｅ１よりも高パワーＰｅ２に設定し、かつエンジン１の回転数をステップＳ２で定められた回転数よりも高回転数に、またはエンジン１のトルクをステップＳ２で定められたトルクよりも低トルクに定めることが好ましい。図３には、その運転点Ｎｅ３，Ｔｅ３をＣ点として示している。

上述したように要求発電電力Ｐｇが、蓄電装置４に入力可能な電力Ｗｉｎよりも大きい場合に、エンジン回転数を最適燃費線で求められるエンジン回転数Ｎｅ１よりも高回転数Ｎｅ２に定めることにより、エンジン１の出力トルクが低下する。その結果、上記のように駆動走行している状態から制動走行に切り替える過渡期に、第１モータ３をシャットダウンしたとしても、エンジントルクＴｅ２が小さいことにより、エンジン１が吹き上がることを抑制でき、またはその吹き上げ量を低減することができる。

また、上記のようにエンジン回転数を高回転数Ｎｅ２に定めることにより、エンジン１内に設けられたピストンの摺動抵抗やシリンダ内の空気を圧縮する際の圧縮抵抗などが増大することにより、エンジン１が吹き上がることを抑制でき、またはその吹き上げ量を低減することができる。

さらに、エンジン回転数を高回転数に設定することによるエンジン１の動力損失を考慮して、エンジン１に要求するパワーを増大させることにより、エンジン回転数を高回転数に設定することによる駆動力の低下を抑制することができる。

なお、この発明の実施形態におけるハイブリッド車両は、図１に示すように構成されたシリーズハイブリッド車両に限らず、例えば、エンジンが連結された第１回転要素と、第１モータが連結された第２回転要素と、駆動輪が連結された第３回転要素とを有し、かつ第１モータを発電機として機能させることによりエンジントルクを駆動輪に伝達するとともに、エンジン回転数の増大を抑制できるように構成された動力分割機構と、第３回転要素が連結された駆動輪、または他の駆動輪にトルク伝達可能に連結された第２モータを備えたハイブリッド車両であってもよい。このように構成されたハイブリッド車両の場合には、エンジントルクを駆動輪に伝達するために第１モータから出力するべき反力トルクと、その際の第１モータの回転数との積で求めることができる発電電力が、図２のステップＳ１における車両Ｖｅを走行させるために要求される発電電力Ｐｖに相当する。

１…エンジン、 ２，７，９…出力軸、 ３，５…モータ、 ６…駆動輪、 ８…変速機構、 １０…デファレンシャルギヤユニット、 １１…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換することができるとともに、その電力に変換する際に出力する回生トルクによってエンジン回転数が増大することを抑制できる発電機と、前記発電機によって変換された電力が供給されることにより駆動トルクを出力するモータと、前記発電機および前記モータに電気的に接続された蓄電装置とを備えたハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記エンジンから動力を出力するとともに、前記発電機によって前記エンジンから伝達される動力の少なくとも一部を電力に変換して走行している場合に、前記ハイブリッド車両を走行させるために要求される前記発電機の発電電力と、前記蓄電装置を充電するために要求される充電電力との和である要求電力が、前記蓄電装置に入力可能な上限電力以下の場合に、前記エンジンの運転点を予め定められた熱効率が良好となる運転点に定め、前記要求電力が前記上限電力よりも大きい場合に、前記エンジンの運転点を、前記熱効率が良好となる運転点よりも前記エンジン回転数が高回転数になり、かつ前記熱交換率が良好となる運転点よりも前記エンジンの出力トルクが低トルクとなる運転点に定めるように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
   

Images