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