JPWO2012105045A1 - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

バッテリヘの充放電がある場合の複数のモータジェネレータ制御を確立し、目標とする駆動力確保及び目標とする充放電確保を両立し、特定の条件化ではバッテリの電力を使うといった制御の幅を持たせることを目的とする。目標駆動パワー設定手段は、バッテリの電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを目標駆動パワーの最大値とするよう予め設定して備え、目標エンジンパワー算出手段は、内燃機関が出力可能な最大出力に相当する目標エンジンパワー最大値を予め設定して備え、目標エンジンパワーと目標エンジンパワー最大値とを比較して小さい方の値を目標エンジンパワーとして更新し、目標電力を算出する目標電力算出手段を設け、モータトルク指令値演算手段は、目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を算出することを特徴とする。

Description

この発明は複数の動力源を備え、それらの動力を差動歯車機構により合成して駆動軸に入出力するハイブリッド車両の駆動制御装置に係り、特に、内燃機関のエンジン動作点とモータジェネレータのトルク制御を行うハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。

従来、電動機と内燃機関を備えたハイブリッド車両の方式としては、シリーズ方式やパラレル方式の他に、特許第３０５０１２５号公報、特許第３０５０１３８号公報、特許第３０５０１４１号公報、特許第３０９７５７２号公報等に開示されるように、１つの遊星歯車機構（３つの回転要素を有する差動歯車機構）と２つの電動機を用いて、内燃機関の動力を発電機と駆動軸に分割し、発電機で発電した電力を用いて駆動軸に設けた電動機を駆動することにより、内燃機関の動力をトルク変換する方式がある。これを「３軸式」と呼ぶこととする。
この従来技術では、前記内燃機関のエンジン動作点を停止を含めた任意の点に設定できるため、燃費を向上することができる。しかし、シリーズ方式ほどではないが、十分な駆動軸トルクを得るためには比較的大きなトルクを有する電動機が必要となるため、及びＬＯＷギア比域で発電機と電動機との間での電力の受け渡し量が増加するため、電気的損失が大きくなり、未だ改善の余地がある。
この点を解決する方法としては、特許第３５７８４５１号公報、特開２００４−１５９８２号公報に開示されるものや、この発明の出願人による特開２００２−２８１６０７号公報、特開２００８−１２９９２号公報に開示されるものがある。
特開２００２−２８１６０７号公報の方法は、４つの回転要素を有する差動歯車機構の各回転要素に、内燃機関の出力軸、第一のモータジェネレータ（以下「ＭＧ１」と記す）、第二のモータジェネレータ（以下「ＭＧ２」と記す）、及び駆動輪に接続される駆動軸を接続し、内燃機関の動力とＭＧ１、ＭＧ２の動力を合成して駆動軸に出力するものである。
そして、特開２００２−２８１６０７号公報の方法は、共線図上で内側の回転要素に内燃機関の出力軸と駆動輪に接続される駆動軸とを配置し、共線図上で外側の回転要素にＭＧ１（内燃機関側）とＭＧ２（駆動軸側）とを配置することにより、内燃機関から駆動軸へ伝達される動力のうち、ＭＧ１及びＭＧ２が受け持つ割合を少なくすることができるので、ＭＧ１、ＭＧ２を小型化できると共に駆動装置としての伝達効率を改善できる。これを「４軸式」と呼ぶこととする。
また、特許第３５７８４５１号公報も上記方法と同様であるが、さらに５つ目の回転要素を有し、この回転要素の回転を停止させるブレーキを設ける方法も提案している。
前記特開２００８−１２９９２号公報は、内燃機関と複数のモータジェネレータを備えたハイブリッド車両の駆動制御装置において、内燃機関の動作点に関してエンジン回転速度を高く設定するものであり、内燃機関の制御技術が開示されている。
上記の従来技術では特許第３０５０１２５号公報に開示されるように、車両に要求される駆動力とバッテリの充電に要求される電力を加算して内燃機関が出力すべきパワーを算出し、そのパワーとなるエンジントルクとエンジン回転速度の組み合わせの中から、できるだけ効率が良いポイントを算出して目標エンジン動作点としている。そして、内燃機関のエンジン動作点が目標動作点となるように、ＭＧ１を制御してエンジン回転速度を制御している。

特許第３０５０１２５号公報 特許第３０５０１３８号公報 特許第３０５０１４１号公報 特許第３０９７５７２号公報 特許第３５７８４５１号公報 特開２００４−１５９８２号公報 特開２００２−２８１６０７号公報 特開２００８−１２９９２号公報

ところで、従来のハイブリッド車両の駆動制御装置において、「３軸式」の場合、ＭＧ２のトルクはトルクバランスに影響を与えないので、エンジン回転速度が目標値に近づくようにＭＧ１のトルクをフィードバック制御したＭＧ１のトルクから、内燃機関とＭＧ１により駆動軸に出力されるトルクを算出し、目標駆動力からその値を減算した値となるようにＭＧ２のトルクを制御すれば、エンジントルクが変動しても目標とする駆動力を駆動軸から出力することができる。
しかし、「４軸式」の場合には、駆動軸とＭＧ２とが別の軸となり、ＭＧ２のトルクもトルクバランスに影響してエンジン回転速度制御に影響するため、上記「３軸式」の制御方法は使えないという不都合がある。
また、「４軸式」である上記特開２００４−１５９８２号公報では、バッテリヘの充放電の無い状態で走行する場合のＭＧ１、ＭＧ２のトルクをトルクバランス式から算出し、ＭＧ１、ＭＧ２の回転速度をフィードバック制御してエンジン回転速度と駆動力を制御する方法が開示されている。
しかし、上記特開２００４−１５９８２号公報では、バッテリヘの充放電がある場合や、エンジントルクが変動した場合については言及していない。
前記特開２００８−１２９９２号公報では、内燃機関の動作点に関してエンジン回転速度を高く設定するものであり、内燃機関の制御技術が開示されているが、複数のモータジェネレータの制御は不明であり、さらに、バッテリとの充放電を行う場合の複数のモータジェネレータの制御は不明である。
前記特開２００８−１２９９２号公報では、内燃機関と複数のモータジェネレータを機械的に作動連結して、内燃機関の動作点を目標値に維持しながら複数のモータジェネレータを互いに関連させてトルクバランスをとって制御する必要があり、さらに、バッテリとの充放電を行う場合には、電力収支もバランスさせる必要がある。つまり、それら複数のモータジェネレータのトルクバランス及び電力収支のバランスを両立するように制御する必要がある。
さらに、前記特開２００８−１２９９２号公報では、電力収支をバランスして制御を行う中で、内燃機関の駆動による発電を制限して、バッテリの電力を使うようにも設定できる。より積極的にバッテリの電力を使いながらバッテリの充電状態ＳＯＣを所定（範囲）の状態にすることにより、制御の幅を持たせ、システム全体の効率を高めることができる。
しかし、前記特開２００８−１２９９２号公報のように、マップやテーブルに基づく目標駆動パワーと目標充放電パワーのみに基づいて目標エンジンパワーを定める画一的な制御としてしまうと、制御の幅を持たせることが難しいという課題がある。

この発明は、内燃機関と複数のモータジェネレータを備えたハイブリッド車両の駆動制御装置におけるバッテリヘの充放電がある場合の複数のモータジェネレータの制御を確立すること、内燃機関の動作点に配慮し、目標とする駆動力確保及び目標とする充放電の確保を両立すること、さらに特定の条件化ではバッテリの電力を使うといった制御の幅を持たせることを目的とする。

この発明は、内燃機関と複数のモータジェネレータとからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両の駆動制御装置であって、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、車両速度を検出する車両速度検出手段と、バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段と、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と前記車両速度検出手段により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段と、少なくとも前記バッテリ充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段と、前記目標駆動パワー設定手段と前記目標充放電パワー設定手段とから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段と、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段と、前記複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算手段とを備えるハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記目標駆動パワー設定手段は、前記バッテリの電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを前記目標駆動パワーの最大値とするよう予め設定して備え、前記目標エンジンパワー算出手段は、前記内燃機関が出力可能な最大出力に相当する目標エンジンパワー最大値を予め設定して備えるとともに、前記目標駆動パワー設定手段と前記目標充放電パワー設定手段とから算出した前記目標エンジンパワーと前記目標エンジンパワー最大値とを比較してそのうち小さい方の値を前記目標エンジンパワーとして更新し、前記目標駆動パワーと前記目標エンジンパワーとの差から前記バッテリへの入出力電力の目標値である目標電力を算出する目標電力算出手段を設け、前記モータトルク指令値演算手段は、前記目標エンジン動作点から求められる目標エンジントルクを含むトルクバランス式と前記目標電力を含む電力バランス式とを用いて前記複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を算出することを特徴とする。

この発明は、エンジン動作点を目標値に合わせるよう制御しつつ、バッテリの充電状態を所定範囲内とすることができると共に、バッテリの電力を使ったパワーアシスト領域を設けることができる。
この発明は、運転者の要求に応じてパワーアシスト領域を利用して、バッテリの電力を使った駆動を行うことができる。
また、この発明は、バッテリヘの充放電がある場合の複数のモータジェネレータの制御を行うことができる。
この発明は、内燃機関のエンジン動作点に配慮し、目標とする駆動力確保と目標とする充放電の確保とを両立することができる。

図１はハイブリッド車両の駆動制御装置のシステム構成図である。 図２は目標エンジン動作点及び目標電力演算の制御ブロック図である。 図３はモータジェネレータのトルク指令値演算の制御ブロック図である。 図４は目標エンジン動作点算出の制御フローチャートである。 図５はモータジェネレータのトルク指令値算出の制御フローチャートである。 図６は車両速度とアクセル開度とによる目標駆動力検索マップである。 図７はバッテリの充電状態による目標充放電パワー検索テーブルである。 図８はエンジントルクとエンジン回転速度とからなる目標エンジン動作点検索マップである。 図９は同一エンジン動作点で車両速度を変化させた場合の共線図である。 図１０はエンジントルクとエンジン回転速度とからなる目標エンジン動作点検索マップのエンジン効率の最良ラインと全体効率の最良ラインとを示す図である。 図１１は効率とエンジン回転速度とからなる等パワーライン上の各効率を示す図である。 図１２は等パワー線上の各ポイント（Ｄ、Ｅ、Ｆ）の共線図である。 図１３はＬＯＷギア比状態の共線図である。 図１４は中間ギア比状態の共線図である。 図１５はＨＩＧＨギア比状態の共線図である。 図１６は動力循環が発生している状態の共線図である。

以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図１６は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１はハイブリッド車両の駆動制御装置である。ハイブリッド車両の駆動制御装置１は、駆動系として、燃料の燃焼により駆動力を発生させる内燃機関２の出力軸３と、電気により駆動力を発生するとともに駆動により電気エネルギを発生する第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５と、ハイブリッド車両の駆動輪６に接続される駆動軸７と、出力軸３、第一のモータジェネレータ４、第二のモータジェネレータ５、及び駆動軸７にそれぞれ連結された動力伝達機構である差動歯車機構８と、を備えている。
前記内燃機関２は、アクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）に対応して吸入する空気量を調整するスロットルバルブ等の空気量調整手段９と、吸入する空気量に対応する燃料を供給する燃料噴射弁等の燃料供給手段１０と、燃料に着火する点火装置等の着火手段１１とを備えている。内燃機関２は、空気量調整手段９と燃料供給手段１０と着火手段１１とにより燃料の燃焼状態を制御され、燃料の燃焼により駆動力を発生する。
前記第一のモータジェネレータ４は、第１モータロータ軸１２と第１モータロータ１３と第１モータステータ１４とを備えている。前記第二のモータジェネレータ５は、第２モータロータ軸１５と第２モータロータ１６と第２モータステータ１７とを備えている。第１モータジェネレータ４の第１モータステータ１４は、第１インバータ１８に接続されている。第２モータジェネレータ５の第２モータステータ１７は、第２インバータ１９に接続されている。
第１インバータ１８と第２インバータ１９との電源端子は、バッテリ２０に接続されている。バッテリ２０は、第１モータジェネレータ４および第２モータジェネレータ５との間で電力のやり取りが可能な蓄電手段である。第１モータジェネレータ４と第２モータジェネレータ５とは、それぞれ第１インバータ１８と第２インバータ１９とによりバッテリ２０から供給される電気量を制御され、供給される電気により駆動力を発生するとともに、回生時の駆動輪６からの駆動力で電気エネルギを発生し、発生した電気エネルギをバッテリ２０に充電する。

前記差動歯車機構８は、第１遊星歯車機構２１と第２遊星歯車機構２２とを備えている。第１遊星歯車機構２１は、第１サンギア２３と、この第１サンギア２３に噛み合う第１プラネタリギア２４を支持する第１プラネタリキャリア２５と、第１プラネタリギア２４に噛み合う第１リングギア２６とを備えている。前記第２遊星歯車機構２２は、第２サンギア２７と、この第２サンギア２７に噛み合う第２プラネタリギア２８を支持する第１プラネタリキャリア２９と、第２プラネタリギア２８に噛み合う第２リングギア３０とを備えている。
差動歯車機構８は、第１遊星歯車機構２１と第２遊星歯車機構２２との各回転要素の回転中心線を同一軸上に配置し、内燃機関２と第１遊星歯車機構２１との間に第一のモータジェネレータ４を配置し、第２遊星歯車機構２２の内燃機関２から離れる側に第二のモータジェネレータ５を配置している。第二のモータジェネレータ５は、単独出力のみで車両を走行させることができる性能を備えている。
第１遊星歯車機構２１の第１サンギア２３には、第一のモータジェネレータ４の第１モータロータ軸１２を接続している。第１遊星歯車機構２１の第１プラネタリキャリア２５と第２遊星歯車機構２２の第２サンギア２７とは、結合して内燃機関２の出力軸３にワンウェィクラッチ３１を介して接続している。第１遊星歯車機構２１の第１リングギア２６と第２遊星歯車機構２２の第２プラネタリキャリア２９とは、結合して出力部３２に連結している。出力部３２は、歯車やチェーン等の出力伝達機構３３を介して前記駆動軸７に接続している。第２遊星歯車機構９の第２リングギア３０には、第二のモータジェネレータ５の第２モータロータ軸１５を接続している。
前記ワンウェイクラッチ３１は、内燃機関２の出力軸３が出力方向にしか回転しないように固定する機構であり、内燃機関２の出力軸３が逆転することを防止する。第１モータジェネレータ４の駆動パワーは、ワンウェイクラッチ３１の反力を介して出力部３２の駆動パワーとして伝達される。
ハイブリッド車両は、内燃機関２と第一のモータジェネレータ４と第二のモータジェネレータ５とが発生する動力を、第１遊星歯車機構２１と第２遊星歯車機構２１とを介して駆動軸７に出力し、駆動輪６を駆動する。また、ハイブリッド車両は、駆動輪６からの駆動力を、第１遊星歯車機構２１と第２遊星歯車機構２２とを介して第一のモータジェネレータ４と第二のモータジェネレータ５とに伝達し、電気エネルギを発生してバッテリ２０を充電する。

前記差動歯車機構８は、４つの回転要素３４〜３７を設定している。第１回転要素３４は、第１遊星歯車機構２１の第１サンギア２３からなる。第２回転要素３５は、第１遊星歯車機構２１の第１プラネタリキャリア２５と第２遊星歯車機構２２の第２サンギア２７とを結合したものからなる。第３回転要素３６は、第１遊星歯車機構２１の第１リングギア２６と第２遊星歯車機構２２の第２プラネタリキャリア２９とを結合したものからなる。第４回転要素３７は、第２遊星歯車機構２２の第２リングギア３０からなる。
差動歯車機構８は、図９、図１２〜図１６に示すように、４つの回転要素３１〜３４の回転速度を直線で表すことができる共線図上において、４つの回転要素３４〜３７を一端（各図の左側）から他端（各図の右側）に向かって順番に、第１回転要素３４、第２回転要素３５、第３回転要素３６、第４回転要素３７として設定している。４つの回転要素３４〜３７間の距離の比は、ｋ１：１：ｋ２、で表される。なお、各図の記載において、ＭＧ１は第１モータジェネレータ４、ＭＧ２は第２モータジェネレータ５、ＥＮＧは内燃機関２、ＯＵＴは出力部３２を示している。
第１回転要素３４には、第一のモータジェネレータ４の第１モータロータ軸１２を接続している。第２回転要素３５には、内燃機関２の出力軸３をワンウェイクラッチ３１を介して接続している。第３回転要素３６には、出力部３２を接続している。この出力部３２には、出力伝達機構３３を介して駆動軸７を接続している。第４回転要素３７には、第二のモータジェネレータ５の第２モータロータ軸１５を接続している。
これにより、差動歯車機構８は、出力軸３、第一のモータジェネレータ４、第二のモータジェネレータ５、及び駆動軸７にそれぞれ連結された４つの回転要素３４〜３７を有し、内燃機関２の出力軸３、第一のモータジェネレータ４、第二のモータジェネレータ５、及び駆動軸７との間で動力の授受を行う。よって、駆動制御装置１は、「４軸式」の制御方式である。

前記ハイブリッド車両１は、空気量調整手段９、燃料供給手段１０、着火手段１１、第１インバータ１８、第２インバータ１９を、駆動制御部３８に接続している。駆動制御３８には、アクセル開度検出手段３９と、車両速度検出手段４０と、エンジン回転速度検出手段４１と、バッテリ充電状態検出手段４２とを接続している。
前記アクセル開度検出手段３９は、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度を検出する。前記車両速度検出手段４０は、ハイブリッド車両の車両速度（車速）を検出する。前記エンジン回転数検出手段４１は、内燃機関２のエンジン回転速度を検出する。バッテリ充電状態検出手段４２は、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを検出する。

また、駆動制御部３８は、目標駆動力設定手段４３と、目標駆動パワー設定手段４４と、目標充放電パワー設定手段４５と、目標エンジンパワー算出手段４６と、目標エンジン動作点設定手段４７と、目標電力設定手段４８と、モータトルク指令値演算手段４９と、を備えている。
前記目標駆動力設定手段４３は、図２に示すように、アクセル開度検出手段３９により検出されたアクセル開度と車両速度検出手段４０により検出された車両速度とに応じて、ハイブリッド車両を駆動するための目標駆動力を、図６に示す目標駆動力検索マップにより検索して決定する。目標駆動力は、アクセル開度＝０での高車速域ではエンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域ではクリープ走行ができるように正の値に設定する。
前記目標駆動パワー設定手段４４は、アクセル開度検出手段３９により検出されたアクセル開度と車両速度検出手段４０により検出された車両速度とに基づいて、目標駆動パワーを設定する。そして、目標駆動パワー設定手段４４は、バッテリ２０の電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを目標駆動パワーの最大値とするよう予め設定して備えている。この実施例においては、図２に示すように、目標駆動力設定手段４３により設定された目標駆動力と車両速度とを乗算して、目標駆動力でハイブリッド車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを設定する。
前記目標充放電パワー設定手段４５は、少なくともバッテリ充電状態検出手段４２により検出されたバッテリ２０の充電状態ＳＯＣに基づいて、目標充放電パワーを設定する。この実施例においては、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣと車両速度に応じて、目標充放電パワーを、図７に示す目標充放電パワー検索テーブルにより検索して設定する。目標充放電パワーは、車両速度が低くなるほど、絶対値が小さくなるように設定する。
前記目標エンジンパワー算出手段４６は、図２に示すように、目標駆動パワー設定手段４４により設定された目標駆動パワーと目標充放電パワー設定手段４５により設定された目標充放電パワーとから、目標エンジンパワーを算出する。この実施例においては、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算することにより、目標エンジンパワーを得る。
前記目標エンジン動作点設定手段４７は、目標エンジンパワーと駆動制御装置１のシステム全体効率とから目標エンジン動作点（目標エンジン回転速度と目標エンジントルク）を設定する。この実施例においては、図８に示す目標エンジン動作点検索マップにより車両速度を考慮して検索して設定する。
前記目標電力設定手段４８は、目標駆動パワー設定手段４４により設定された目標駆動パワーと目標エンジンパワー算出手段４６により設定された目標エンジンパワーとに基づいて、バッテリ２０からの入出力電力の目標値である目標電力を設定する。
前記モータトルク指令値演算手段４９は、第一のモータジェネレータ４、第二のモータジェネレータ５の、それぞれのトルク指令値を設定する。

前記モータトルク指令値演算手段４９による第一のモータジェネレータ４のトルク指令値、第二のモータジェネレータ５のトルク指令値は、図３に示すように、第１〜第７算出部５０〜５６により算出される。なお、図３の記載において、ＭＧ１は第１モータジェネレータ４、ＭＧ２は第２モータジェネレータ５を示している。
前記第１算出部５０は、目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジン回転速度と車両速度検出手段４０により検出された車両速度とによって、エンジン回転速度が目標エンジン回転速度となった場合の第一のモータジェネレータ４の目標回転速度Ｎｍｇ１ｔ及び第二のモータジェネレータ５の目標回転速度Ｎｍｇ２ｔを算出する。
前記第２算出部５１は、第１算出部５０により算出された第一のモータジェネレータ４の目標回転速度Ｎｍｇ１ｔ及び第二のモータジェネレータ５の目標回転速度Ｎｍｇ２ｔと目標電力設定手段４８により設定された目標電力と目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジントルクとによって、第一のモータジェネレータ４の基本トルクＴｍｇ１ｉを算出する。
前記第３算出部５２は、第２算出部５１により算出された第一のモータジェネレータ４の基本トルクＴｍｇ１ｉと目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジントルクとによって、第二のモータジェネレータ６の基本トルクＴｍｇ２ｉを算出する。
前記第４算出部５３は、エンジン回転速度検出手段４１により検出されたエンジン回転速度と目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジン回転速度とによって、第一のモータジェネレータ４のフィードバック補正トルクＴｍｇ１ｆｂを算出する。
前記第５算出部５４は、エンジン回転速度検出手段４１により検出されたエンジン回転速度と目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジン回転速度とによって、第二のモータジェネレータ５のフィードバック補正トルクＴｍｇ２ｆｂを算出する。
前記第６算出部５５は、第２算出部５１により算出された第一のモータジェネレータ４の基本トルクＴｍｇ１ｉと第４算出部５３により算出された第一のモータジェネレータ４のフィードバック補正トルクＴｍｇ１ｆｂとによって、第一のモータジェネレータ４のトルク指令値Ｔｍｇ１を算出する。
前記第７算出部５６は、第３算出部５２により算出された第二のモータジェネレータ５の基本トルクＴｍｇ２ｉと第５算出部５４により算出された第二のモータジェネレータ５のフィードバック補正トルクＴｍｇ２ｆｂとによって、第二のモータジェネレータ６のトルク指令値Ｔｍｇ２を算出する。
ハイブリッド車両の駆動制御装置１は、駆動制御部３８によって、目標エンジン動作点設定手段４７で設定された目標エンジン動作点（目標エンジン回転速度と目標エンジントルク）で内燃機関２が動作するように、空気量調整手段９と燃料供給手段１０と着火手段１１との駆動状態を制御する。また、駆動制御部３８は、バッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ）が目標電力設定手段４８で設定された目標電力となるように、モータトルク指令値演算手段４９で設定されたトルク指令値で第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の駆動状態を制御する。

このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、図４の目標エンジン動作点算出の制御フローチャートに示すように、運転者のアクセル操作量と車両速度とから目標エンジン動作点（目標エンジン回転速度、目標エンジントルク）を演算し、図５のモータトルク指令値算出の制御フローチャートに示すように、目標エンジン動作点に基づいて第一のモータジェネレータ４と第二のモータジェネレータ５とのそれぞれのトルク指令値を演算する。

前記目標エンジン動作点の算出においては、図４に示すように、制御プログラムがスタートすると（１００）、アクセル開度検出手段３９が検出したアクセル開度、車両速度検出手段４０が検出した車両速度、エンジン回転速度検出手段４１が検出したエンジン回転速度、バッテリ充電状態検出手段４２が検出したバッテリ２０の充電状態ＳＯＣの各種信号を取り込み（１０１）、目標駆動力検出マップ（図６参照）から目標駆動力を算出する（１０２）。
目標駆動力は、アクセル開度＝０での高車速域ではエンジンブレーキ相当の減速方向の駆動力となるように負の値に設定し、車速が低い領域ではクリープ走行ができるように正の値に設定する。
ついで、ステップ１０２で算出した目標駆動力と車両速度とを乗算して、目標駆動力でハイブリッド車両を駆動するのに必要な目標駆動パワーを算出し（１０３）、目標充放電パワー検索テーブル（図７参照）から目標充放電パワーを算出する（１０４）。
ステップ１０３では、バッテリ２０の電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを目標駆動パワーの最大値とするようにして目標駆動パワーを設定する。
ステップ１０４では、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを通常使用範囲内に制御するために、目標とする充放電量を図７に示す目標充放電パワー検索テーブルから算出する。バッテリ２０の充電状態ＳＯＣが低い場合には、バッテリ２０の過放電を防止するように目標充放電パワーを充電側に大きくしている。バッテリ２０の充電状態ＳＯＣが高い場合には、過充電を防止するように目標充放電パワーを放電側に大きくしている。目標充放電パワーは、便宜上、放電側を正の値、充電側を負の値として取り扱う。
更に、目標駆動パワーと目標充放電パワーとから内燃機関２が出力すべき目標エンジンパワーを算出する（１０５）。内燃機関２が出力すべきパワーは、ハイブリッド車両の駆動に必要なパワーにバッテリ２０の充電に必要なパワーを加算（放電の場合は減算）した値となる。ここでは、充電側の負の値として取り扱っているので、目標駆動パワーから目標充放電パワーを減算して、目標エンジンパワーを算出している。
次に、ステップ１０５で算出した目標エンジンパワーが上限値を越えているかを判断する（１０６）。この判断（１０６）がＹＥＳの場合は、上限値を目標エンジンパワーに置き換えて（１０７）、ステップ１０８に移行する。この判断（１０６）がＮＯの場合は、ステップ１０８に移行する。ステップ１０６、ステップ１０７では、目標エンジンパワーの上限値による制限を行う。上限値は、内燃機関２が出力可能な出力の最大値である。
ステップ１０８においては、目標駆動パワーから目標エンジンパワーを減算して目標電力を算出する。目標駆動パワーの方が目標エンジンパワーより大きい場合、目標電力はバッテリ２０の電力によるアシストパワーを意味する値となる。また、目標エンジンパワーの方が目標駆動パワーより大きい場合には、目標電力はバッテリ２０への充電電力を意味する値となる。
ステップ１０８の目標電力の算出後は、図８に示す目標エンジン動作点検索マップから車両速度に応じた目標エンジン動作点（目標エンジン回転速度及び目標エンジントルク）を算出し（１０９）、リターンする（１１０）。

前記目標エンジン動作点検索マップ（図８）は、等パワーライン上で内燃機関２の効率に差動歯車機構８と第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５とにより構成される動力伝達系の効率を加味した全体の効率が良くなるポイントを各パワー毎に選定して結んだラインを、目標エンジン動作点ラインとして設定する。各目標エンジン動作点ラインは、各車両速度毎（図８においては、４０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ）に設定する。目標エンジン動作点ラインの設定値は、実験的に求めてもよいし、内燃機関２、第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の効率から計算して求めてもよい。なお、目標エンジン動作点ラインは、車両速度が高くなるに連れて高回転側に移動する設定としている。
これは、以下の理由による。
車両速度によらず同一のエンジン動作点を目標エンジン動作点とした場合、図９に示すように、車両速度が低い場合には第一のモータジェネレータ４の回転速度は正となり、第一のモータジェネレータ４が発電機、第二のモータジェネレータ５が電動機となる（Ａ）。そして、車両速度が高くなるに連れて第一のモータジェネレータ４の回転速度は０に近づき（Ｂ）、さらに車両速度が高くなると第一のモータジェネレータ４の回転速度は負となる。この状態になると、第一のモータジェネレータ４は電動機として作動するとともに、第二のモータジェネレータ５は発電機として作動する（Ｃ）。
車両速度が低い場合（Ａ、Ｂの状態）、パワーの循環は起きないので、目標エンジン動作点は、図８の車両速度＝４０ｋｍ／ｈの目標エンジン動作点ラインのように、概ね内燃機関２の効率の良いポイントに近いものとなる。
しかし、車両速度が高い場合（Ｃの状態）になると、第一のモータジェネレータ４は電動機として作動するとともに、第二のモータジェネレータ５は発電機として作動し、パワー循環が発生するため動力伝達系の効率が低下する。従って、図１１のＣのポイントに示すように、内燃機関２の効率が良くても動力伝達系の効率が低下するため、全体としての効率が低下してしまう。
そこで、高車速域でパワー循環が発生しないようにするには、図１２に示す共線図のＥのように第一のモータジェネレータ４の回転速度を０以上にすればよい。しかし、そうすると、内燃機関２のエンジン回転速度が高くなる方へエンジン動作点が移動するので、図１１のＥのポイントに示すように、動力伝達系の効率が良くなっても内燃機関２の効率が大きく低下するので全体としての効率は低下してしまう。
従って、図１１に示すように全体としての効率が良いポイントは両者の間のＤとなり、このポイントを目標エンジン動作点とすれば最も効率のよい運転が可能となる。
以上、Ｃ、Ｄ、Ｅの３つのエンジン動作点を目標エンジン動作点検索マップ上に表したのが図１０であり、車両速度が高い場合には全体効率が最良となる動作点がエンジン効率が最良となる動作点より高回転側に移動することが判る。

次に、目標とする駆動力を出力しつつ、バッテリ２０の充放電量を目標値とするための第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の目標トルクであるトルク指令値演算について、図５のモータトルク指令値算出の制御フローチャートに沿って説明する。なお、図５の記載において、ＭＧ１は第１モータジェネレータ４、ＭＧ２は第２モータジェネレータ５を示している。
モータトルク指令値の算出において、図５に示すように、制御プログラムがスタート（２００）すると、先ず、ステップ２０１において車両速度から第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２が接続される駆動軸７の駆動軸回転速度Ｎｏを算出する。そして、エンジン回転速度Ｎｅが目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジン回転速度Ｎｅｔとなった場合の、第一のモータジェネレータ４の回転速度Ｎｍｇ１ｔと第二のモータジェネレータ５の回転速度Ｎｍｇ２ｔとを以下の式（１）、（２）により算出する。この演算式（１）、（２）は、第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２の回転速度の関係から求められる。
・Ｎｍｇ１ｔ＝（Ｎｅｔ−Ｎｏ）＊ｋ１＋Ｎｅｔ………（１）
・Ｎｍｇ２ｔ＝（Ｎｏ−Ｎｅｔ）＊ｋ２＋Ｎｏ………（２）
ここで、ｋ１、ｋ２は、後述するように第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２のギア比により定まる値である。

次に、ステップ２０２では、ステップ２０１で求めた第一のモータジェネレータ４の回転速度Ｎｍｇ１ｔと第二のモータジェネレータ５の回転速度Ｎｍｇ２ｔ、及び目標電力設定手段４８により設定された目標電力Ｐｂａｔｔ’、目標エンジン動作点設定手段４７により設定された目標エンジントルクＴｅｔから、第一のモータジェネレータ４の基本トルクＴｍｇ１ｉを以下の計算式（３）により算出する。
・Ｔｍｇ１ｉ＝（Ｐｂａｔｔ’＊６０／２π−Ｎｍｇ２ｔ＊Ｔｅｔ／ｋ２）／（Ｎｍｇ１ｔ＋Ｎｍｇ２ｔ＊（１＋ｋ１）／ｋ２）………（３）

この演算式（３）は、以下に示す、第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２に入力されるトルクのバランスを表すトルクバランス式（４）、及び第一のモータジェネレータ４と第二のモータジェネレータ５で発電又は消費される電力とバッテリ２０ヘの入出力電力（Ｐｂａｔｔ’）が等しいことを表す電力バランス式（５）、から或る連立方程式を解くことにより導き出せる。
・Ｔｅｔ＋（１＋ｋ１）＊Ｔｍｇ１＝ｋ２＊Ｔｍｇ２………（４）
・Ｎｍｇ１＊Ｔｍｇ１＊２π／６０＋Ｎｍｇ２＊Ｔｍｇ２＊２π／６０＝Ｐｂａｔｔ’………（５）

次に、ステップ２０３で、第一のモータジェネレータ４の基本トルクＴｍｇ１ｉ、目標エンジントルクＴｅｔから第二のモータジェネレータ５の基本トルクＴｍｇ２ｉを以下の式（６）により算出する。
・Ｔｍｇ２ｉ＝（Ｔｅｔ＋（１＋ｋ１）＊Ｔｍｇ１ｉ）／ｋ２………（６）
この式は上記式（４）から導き出したものである。

次に、ステップ２０４で、エンジン回転速度を目標に近づけるために、エンジン回転速度Ｎｅの目標エンジン回転速度Ｎｅｔとの偏差に予め設定した所定のフィードバックゲインを乗算し、第一のモータジェネレータ４のフィードバック補正トルクＴｍｇ１ｆｂ、第二のモータジェネレータ５のフィードバック補正トルクＴｍｇ２ｆｂを算出する。
ステップ２０５では、第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の各フィードバック補正トルクＴｍｇ１ｆｂ、Ｔｍｇ２ｆｂを各基本トルクＴｍｇ１ｉ、Ｔｍｇ２ｉに加算して、第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の制御指令値である各トルク指令値Ｔｍｇ１、Ｔｍｇ２を算出し、リターンする（２０６）。

駆動制御部３８は、このトルク指令値Ｔｍｇ１、Ｔｍｇ２に従って、第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５を制御することにより、目標とする駆動力を出力しつつ、バッテリ２０ヘの充放電を目標値とすることができる。

図１３〜１６には、代表的な動作状態での共線図を示す。共線図においては、第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２からなる差動歯車機構８の４つの回転要素３４〜３７を、共線図において順に第一のモータジェネレータ４（ＭＧ１）に連結された第１回転要素３４、内燃機関２（ＥＮＧ）に連結された第２回転要素３５、駆動軸７（ＯＵＴ）に連結された第３回転要素３６、第二のモータジェネレータ５（ＭＧ２）に連結された第４回転要素３７の順に並ぶとともに、それらの各回転要素３４〜３７間の相互のレバー比を同順にｋ１：１：ｋ２として設ける。
ここで、第１遊星歯車機構２１及び第２遊星歯車機構２２からなる差動歯車機構８のギア比により定まる値ｋ１、ｋ２は下記のように定義される。
ｋ１＝ＺＲ１／ＺＳ１
ｋ２＝ＺＳ２／ＺＲ２
ＺＳ１：第１サンギア歯数
ＺＲ１：第１リングギア歯数
ＺＳ２：第２サンギア歯数
ＺＲ２：第２リングギア歯数

次に、各動作状態について共線図を用いて説明する。なお、回転速度は、内燃機関２の出力軸３の回転方向を正方向とし、各軸に入出力されるトルクは内燃機関２の出力軸３のトルクと同じ向きのトルクが入力される方向を正として定義する。従って、駆動軸７のトルクが正の場合はハイブリッド車両を後方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態（前進時であれば減速、後進時であれば駆動）であり、駆動軸７のトルクが負の場合はハイブリッド車両を前方へ駆動しようとするトルクが出力されている状態（前進時であれば駆動、後進時であれば減速）である。
第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５による発電や力行（動力を駆動輪７に伝えて加速、または昇り勾配で均衡速度を保つこと）を行う場合、第１インバータ１８及び第２インバータ１９や第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５での発熱による損失が発生するため、電気エネルギと機械的エネルギとの間で変換を行う場合の効率は１００％ではないが、説明を簡単にするため損失は無いと仮定して説明する。現実として損失を考慮する場合には、損失により失われるエネルギの分だけ余分に発電するように制御する。

（１）ＬＯＷギア比状態（図１３）
内燃機関２により走行し、第二のモータジェネレータ５の回転速度が０の状態である。この時の共線図を図１３に示す。第二のモータジェネレータ５の回転速度は０であるため、電力は消費しない。従って、バッテリ２０への充放電が無い場合には、第一のモータジェネレータ４で発電を行う必要はないため、第一のモータジェネレータ４のトルク指令値Ｔｍｇ１は０となる。
また、出力軸３のエンジン回転速度と駆動軸７の駆動軸回転速度の比は、（１＋ｋ２）／ｋ２、となる。

（２）中間ギア比状態（図１４）
内燃機関２により走行し、第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の回転速度が正の状態である。この時の共線図を図１４に示す。この場合、バッテリ２０への充放電が無い場合、第一のモータジェネレータ４は回生となり、この回生電力を用いて第二のモータジェネレータ５を力行させる。

（３）ＨＩＧＨギア比状態（図１５）
内燃機関２により走行し、第一のモータジェネレータ４の回転速度が０の状態である。この時の共線図を図１５に示す。第一のモータジェネレータ４の回転速度は０であるため、回生はしない。従って、バッテリ２０への充放電が無い場合には、第二のモータジェネレータ５での力行や回生は行わず、第二のモータジェネレータ５のトルク指令値Ｔｍｇ２は０となる。
また、出力軸３のエンジン回転速度と駆動軸７の駆動軸回転速度の比は、ｋ１／（１＋ｋ１）、となる。

（４）動力循環が発生している状態（図１６）
ＨＩＧＨギア比状態よりさらに車両速度が高い状態では、第一のモータジェネレータ４が逆回転する状態となる。この状態では、第一のモータジェネレータ４は力行となり、電力を消費する。従って、バッテリ２０への充放電がない場合には、第二のモータジェネレータ５が回生となり発電を行う。

以上のように、このハイブリッド車両の駆動制御装置１において、前記目標駆動パワー設定手段４４は、前記バッテリ２０の電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを前記目標駆動パワーの最大値とするよう予め設定して備え、目標エンジンパワー算出手段４６は、前記内燃機関２が出力可能な最大出力に相当する目標エンジンパワー最大値を予め設定して備えるとともに、目標駆動パワー設定手段４４と目標充放電パワー設定手段４５とから算出した目標エンジンパワーと目標エンジンパワー最大値とを比較してそのうち小さい方の値を目標エンジンパワーとして更新し、前記目標駆動パワーと前記目標エンジンパワーとの差から前記バッテリ２０への入出力電力の目標値である目標電力を算出する目標電力算出手段４８を設け、モータトルク指令値演算手段４９は、目標エンジン動作点から求められる目標エンジントルクを含むトルクバランス式と目標電力を含む電力バランス式とを用いて複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のそれぞれのトルク指令値を算出する。
トルクバランス式では、前述（４）式に示すように、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のそれぞれの目標トルクであるトルク指令値と内燃機関２の目標エンジントルクとを、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５と内燃機関２とを機械的に作動連結する動力入出力装置の差動歯車機構８のギア比に基づくレバー比に基づいて、バランスしている。
これにより、このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、エンジン動作点を目標値に合わせるよう制御しつつ、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを所定範囲内とすることができると共に、バッテリ２０の電力を使ったパワーアシスト領域を設けることができ、運転者の要求に応じてパワーアシスト領域を利用して、バッテリ２０の電力を使った駆動を行うことができる。
また、このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、バッテリ２０ヘの充放電がある場合の複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の制御を行うことができ、内燃機関２のエンジン動作点に配慮し、目標とする駆動力確保と目標とする充放電の確保とを両立することができる。

前記モータトルク指令値演算手段４９は、目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度に実際のエンジン回転速度を収束させるように、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の各トルク指令値にそれぞれのフィードバック補正量を設定する。
複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のトルク指令値にそれぞれ設定するフィードバック補正量は、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５と駆動軸７と内燃機関２とにそれぞれ連結された４つの回転要素３４〜３７を有する差動歯車機構８のギア比ないしレバー比に基づいて関連付けて設定する。
このように、このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のトルク指令値をそれぞれ細かく補正することによって、速やかに、エンジン回転速度を目標エンジン回転速度に収束させることができる。また、このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、エンジン動作点を目標とする動作点に併せることができるので、適切な運転状態とすることができる。

前記モータトルク指令値演算手段４９は、目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度と車両速度から複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のそれぞれの回転速度を算出し、これらの複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５の回転速度と目標電力と目標エンジントルクに基づいて第一のモータジェネレータのトルク指令値を算出する一方、この第一のモータジェネレータ４のトルク指令値と目標エンジントルクに基づいて第二のモータジェネレータ５のトルク指令値を算出する。
これにより、このハイブリッド車両の駆動制御装置１は、上述効果に加えて、さらに、複数の第一のモータジェネレータ４及び第二のモータジェネレータ５のトルク指令値をそれぞれ別に算出するので、各トルク指令値を個別にフィードバック補正することも可能になる。

この発明は、バッテリヘの充放電がある場合の複数のモータジェネレータの制御を確立し、内燃機関の動作点に配慮し目標とする駆動力確保及び目標とする充放電の確保を両立し、さらに特定の条件化ではバッテリの電力を使うといった制御の幅を持たせることができるものであり、ハイブリッド車両の駆動力制御に適用することができる。

１ ハイブリッド車両の駆動制御装置
２ 内燃機関
３ 出力軸
４ 第一のモータジェネレータ
５ 第二のモータジェネレータ
７ 駆動軸
８ 差動歯車機構
１８ 第１インバータ
１９ 第２インバータ
２０ バッテリ
２１ 第１遊星歯車機構
２２ 第２遊星歯車機構
３１ ワンウェィクラッチ
３２ 出力部
３４ 第１回転要素
３５ 第２回転要素
３６ 第３回転要素
３７ 第４回転要素
３８ 駆動制御部
３９ アクセル開度検出手段
４０ 車両速度検出手段
４１ エンジン回転速度検出手段
４２ バッテリ充電状態検出手段
４３ 目標駆動力設定手段
４４ 目標駆動パワー設定手段
４５ 目標充放電パワー設定手段
４６ 目標エンジンパワー算出手段
４７ 目標エンジン動作点設定手段
４８ 目標電力設定手段
４９ モータトルク指令値演算手段

Claims (3)

1. 内燃機関と複数のモータジェネレータとからの出力を用いて車両を駆動制御するハイブリッド車両の駆動制御装置であって、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、車両速度を検出する車両速度検出手段と、バッテリの充電状態を検出するバッテリ充電状態検出手段と、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度と前記車両速度検出手段により検出された車両速度とに基づいて目標駆動パワーを設定する目標駆動パワー設定手段と、少なくとも前記バッテリ充電状態検出手段により検出されたバッテリの充電状態に基づいて目標充放電パワーを設定する目標充放電パワー設定手段と、前記目標駆動パワー設定手段と前記目標充放電パワー設定手段とから目標エンジンパワーを算出する目標エンジンパワー算出手段と、目標エンジンパワーとシステム全体効率とから目標エンジン動作点を設定する目標エンジン動作点設定手段と、前記複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を設定するモータトルク指令値演算手段とを備えるハイブリッド車両の駆動制御装置において、前記目標駆動パワー設定手段は、前記バッテリの電力に依るパワーアシストを受けている状態に相当する駆動パワーを前記目標駆動パワーの最大値とするよう予め設定して備え、前記目標エンジンパワー算出手段は、前記内燃機関が出力可能な最大出力に相当する目標エンジンパワー最大値を予め設定して備えるとともに、前記目標駆動パワー設定手段と前記目標充放電パワー設定手段とから算出した前記目標エンジンパワーと前記目標エンジンパワー最大値とを比較してそのうち小さい方の値を前記目標エンジンパワーとして更新し、前記目標駆動パワーと前記目標エンジンパワーとの差から前記バッテリへの入出力電力の目標値である目標電力を算出する目標電力算出手段を設け、前記モータトルク指令値演算手段は、前記目標エンジン動作点から求められる目標エンジントルクを含むトルクバランス式と前記目標電力を含む電力バランス式とを用いて前記複数のモータジェネレータのそれぞれのトルク指令値を算出することを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御装置。
2. 前記モータトルク指令値演算手段は、前記目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度に実際のエンジン回転速度を収束させるように前記複数のモータジェネレータの前記トルク指令値にそれぞれのフィードバック補正量を設定する請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
3. 前記モータトルク指令値演算手段は、前記目標エンジン動作点から求められる目標エンジン回転速度と車両速度から前記複数のモータジェネレータのそれぞれの回転速度を算出し、これらの複数のモータジェネレータの回転速度と前記目標電力と前記目標エンジントルクに基づいて第一のモータジェネレータのトルク指令値を算出する一方、この第一のモータジェネレータの前記トルク指令値と前記目標エンジントルクに基づいて第二のモータジェネレータの前記トルク指令値を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。

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