(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、エンジンと同期回転してエンジン出力を回生する発電機と、発電機が回生した電力で駆動される電動機と、電動機に電力を供給可能な蓄電装置とを備えた車両に用いられ、
前記発電機の発電出力の応答遅れにより前記発電機から前記電動機に供給される電力が不足する際に、その不足分を前記蓄電装置から前記電動機に供給するように構成された駆動力制御装置において、
前記蓄電装置の温度を検出する手段と、
検出された前記蓄電装置の温度が低く前記蓄電装置の出力が低下する場合に前記発電機の発電出力の応答を早める手段と、
を備えたことを特徴とする駆動力制御装置。
【請求項２】
前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることで前記発電機の発電出力の応答を早めることを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
【請求項３】
検出された前記蓄電装置の温度が低いほど前記エンジンの余裕トルクを増大させることを特徴とする請求項２に記載の駆動力制御装置。
【請求項４】
前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度を調整することで前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることを特徴とする請求項２に記載の駆動力制御装置。
【請求項５】
予めエンジンの所定の余裕トルクを持たせるように設定された前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度設定用マップを備え、
前記マップを参照して前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度を設定することで前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることを特徴とする請求項２に記載の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両用駆動力制御装置に関し、特に、変速機として電気パワートレーンを備えた車両に用いられる駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転子がエンジンのクランク軸と共に回転可能な発電機と、回転子が駆動軸とともに回転可能な電動機とで構成される無段変速機（以下、「電気パワートレーン」とする。）を備えた車両が本出願人により提案されている（特願平１１−１７２４２６号）。
【０００３】
このような電気パワートレーンを備えた車両では、電動機で消費される電力に見合った発電量が得られるようにエンジンと発電機が制御されるので、車両に搭載されるバッテリの充放電が低減でき、以って、バッテリの容量及び重量を低減できるというメリットがある。また、発電機と電動機の回転速度比を制御することにより、エンジンと駆動軸の回転速度比、すなわち変速比を無段階に調整することができる。
【０００４】
さらに、電気パワートレーンは、従来の機械式無段変速機よりも広範囲の変速比が実現可能であることから、走行中のエンジン及び発電機の運転状態を、必要な発電機出力を実現しつつ効率が最も良くなる状態に設定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記電気パワートレーンの有する特性から、電気パワートレーン搭載車両では、要求出力を満たすのに、エンジンの効率を高めるべくエンジンを相対的に低回転かつ高負荷で運転することが多い。
【０００６】
しかしながら、このようにエンジンを低回転かつ高負荷で運転すると、エンジンの余裕トルクが小さくなるため、エンジンの応答性、更には発電機の応答性が低下し、車両の急加速時や補機負荷の急増時に必要な電力を発電機から電動機に供給できない状況が生じる。
【０００７】
このような状況であっても、不足電力分をバッテリから供給できれば加速応答性を損なわない良好な運転性を実現できるのであるが、バッテリ温度が低いとバッテリから供給可能な電力が小さくなって上記加速に必要な電力を供給できず、加速不良を生じてしまう。
【０００８】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、バッテリの温度が低いときに、バッテリから加速に必要な電力を供給できなくなるのを防止し、良好な加速応答性を確保することである。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンと、エンジンと同期回転してエンジン出力を回生する発電機と、発電機が回生した電力で駆動される電動機と、電動機に電力を供給可能な蓄電装置とを備えた車両に用いられ、前記発電機の発電出力の応答遅れにより前記発電機から前記電動機に供給される電力が不足する際に、その不足分を前記蓄電装置から前記電動機に供給するように構成された駆動力制御装置において、前記蓄電装置の温度を検出する手段と、検出された前記蓄電装置の温度が低く前記蓄電装置の出力が低下する場合に前記発電機の発電出力の応答を早める手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、エンジンに所定の余裕トルクを持たせることで前記発電機の発電出力の応答を早めることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、検出された蓄電装置の温度が低いほど前記エンジンの余裕トルクを増大させることを特徴とするものである。
【００１２】
第４の発明は、第２の発明において、発電機及びエンジンの目標入力回転速度を調整することで前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることを特徴とするものである。
【００１３】
第５の発明は、第２の発明において、予めエンジンの所定の余裕トルクを持たせるように設定された前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度設定用マップを備え、前記マップを参照して前記発電機及びエンジンの目標入力回転速度を設定することで前記エンジンに所定の余裕トルクを持たせることを特徴とするものである。
【００１４】
【作用及び効果】
電気パワートレーン搭載車両においては、電動機は発電機の回生電力で駆動され、急加速時や補機負荷急増時等、駆動出力が発電出力を上回る状況では不足分の電力がバッテリ、キャパシタ等の蓄電装置から電動機に供給される。このとき蓄電装置の最大出力は蓄電装置の温度によって決まり、上記不足電力がこの最大出力を上回ると蓄電装置より十分な電力が供給できず、加速不良の原因となってしまうが、本発明を適用することにより、蓄電装置温度が低く最大出力が小さいときは発電出力の応答が早められ、発電出力の応答遅れによる不足電力が常に蓄電装置の最大出力以下に抑えられる。これにより、加速に必要な電力を蓄電装置から十分に補うことができないことによる加速不良が防止され、良好な加速応答性を確保することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る駆動力制御装置が適用される車両の概略構成を示し、この車両では、無段変速機として機能する電気パワートレーン５がエンジン１と図示しない駆動輪との間に接続されている。
【００１７】
電気パワートレーン５は、発電機２と電動機４とを備えており、入力側の発電機２がエンジン１のクランク軸に接続され、出力側の電動機４が車両の駆動軸６に接続されている。
【００１８】
発電機２、電動機４は永久磁石式交流同期モータ等の交流機であり、インバータ８に接続されている。また、インバータ８には蓄電装置としてのバッテリ９（あるいはキャパシタ）が接続されており、その温度ＴＥＭＰＢはバッテリ温度センサ２０により検出される。
【００１９】
エンジン１の出力は発電機２によって回生され、電動機４はその回生された電力で駆動される。電動機４の消費電力は、基本的には発電機２から供給される電力で賄われ、後述する発電出力の応答遅れにより電動機４への供給電力が不足する場合等に限り、バッテリ９から電動機４に電力が供給される。
【００２０】
また、発電機２と電動機４の間にはクラッチ３が介装されており、クラッチ３が締結された状態ではエンジン１と駆動軸６が直結状態となってエンジン１の出力で駆動輪が直接的に駆動される。クラッチ３は、例えば、電気パワートレーン５の入力回転速度と出力回転速度が等しいときに締結され、発電機２と電動機４における損失を抑え、車両の燃費性能を向上させることができる。
【００２１】
更に、電気パワートレーン５には、エンジン１に接続された発電機２の回転子の回転速度を検出する入力回転速度センサ２４と、駆動軸６に接続された電動機４の回転子の回転速度を検出する出力回転速度センサ２１とが取り付けられており、これらの検出値はトランスミッションコントロールユニット１２に入力される。なお、エンジン１と発電機２は直結されているため、電気パワートレーン５の入力回転速度はエンジン１の回転速度に等しくなる。
【００２２】
一方、エンジン１は電子制御スロットル１４を備えており、アクセル操作量センサ２２が検出したアクセル操作量ＡＰＳに応じて電子制御スロットル１４の開度が制御される。エンジン１の吸入空気量、スロットル開度、回転速度はそれぞれエアフローメータ１３、スロットル開度センサ１４、クランク角センサ２３により検出され、それらの検出信号はエンジンコントロールユニット１１に入力される。
【００２３】
統合コントロールユニット１０は、アクセル操作量ＡＰＳに応じた駆動出力が得られるように電動機４の目標出力トルクｔＴｏを演算し、また、電動機４の駆動出力（消費電力）に見合った発電出力が得られるようエンジン１及び電動機２の動作点、すなわち電動機２の目標入力回転速度ｔＮｉ及びエンジン１の目標トルクｔＴｅを演算し、それらをコントロールユニット１１、１２に出力する。
【００２４】
そして、車両が急加速する時や補機負荷が急増する時等は、発電出力が駆動出力に対して遅れるが、それに伴う不足電力はバッテリ９より供給され、良好な加速性能が確保される。
【００２５】
ここで、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低く、バッテリ９が出力可能な電力が低下しているときは、発電出力の応答遅れによる不足電力がバッテリ９の最大出力を超えてしまう可能性がある。そこで、本発明に係る駆動力制御装置では、これを防止すべく発電機２の発電出力の応答が早められる。
【００２６】
具体的には、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低くなるほどエンジン１及び発電機２の動作点が高回転速度かつ低トルク側に変更されてエンジン１の余裕トルクが増大され、発電機２の発電出力の応答が早められる（詳しくは後述）。
【００２７】
そして、トランスミッションコントロールユニット１２は、統合コントロールユニット１０が演算した目標出力トルクｔＴｏと目標入力回転速度ｔＮｉが実現されるように電動機４のトルク制御、発電機２の回転速度制御を行い、エンジンコントロールユニット１１は、統合コントロールユニット１０が演算した目標エンジントルクｔＴｅが実現されるようにエンジン１のトルク制御を行う。
【００２８】
図２は統合コントロールユニット１０が行う駆動力制御の内容を示したブロック図である。
【００２９】
これを参照しながら駆動力制御の内容について詳しく説明すると、まず、アクセル操作量ＡＰＳと車速ＶＳＰとに基づきマップＭ１を参照して目標駆動力ｔＦｄが求められる。車速ＶＳＰは出力回転速度Ｎｏに差動装置等の終減速比や駆動輪の半径等を乗じて演算される。
【００３０】
そして、この目標駆動力ｔＦｄに定数Ｇ４＝（タイヤ有効半径）／（ファイナルギア比）を乗じて目標出力トルクｔＴｏが求められ、目標出力トルクｔＴｏがトランスミッションコントロールユニット１２へ送信される。
【００３１】
また、車速ＶＳＰ［ｋｍ／ｈ］に定数Ｇ１＝１０００／３６００を乗じることによって単位が［ｍ／ｓ］に変換され、これを目標駆動力ｔＦｄに乗じて目標発電電力の基本値が演算される。更に、この基本値をマップＭ２、Ｍ３を参照して得られる電動機効率ＥＦＦｍ及び発電機効率ＥＦＦｇで除し、電装品等からの発電要求値ｔＰｇを加算して、目標発電電力ｔＰｏが求められる。
【００３２】
そして、目標発電出力ｔＰｏからテーブルＴ１を参照して目標入力回転速度ｔＮｉ０が演算される。テーブルＴ１は、例えば目標発電電力ｔＰｏに対して最もエンジン１及び発電機２の効率が良くなる回転速度が選ばれるように設定される。
【００３３】
一方、現在の入力回転速度（＝エンジン回転速度）Ｎｉから、その回転速度におけるエンジン１の最大トルクＴＲＱＭＡＸがテーブルＴ２を参照して求められ、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに基づきテーブルＴ３を参照して、余裕トルクＴＲＱＭＲＧを求められる。余裕トルクＴＲＱＭＲＧは、発電出力の応答遅れによる不足電力をバッテリ９の最大出力以下に抑えるために必要な発電応答を実現するために必要とされるエンジン１の余裕トルクを意味し、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが低いほど大きな値が設定される。
【００３４】
更に、最大トルクＴＲＱＭＡＸと余裕トルクＴＲＱＭＲＧとの差が演算され、この差でもって目標発電出力ｔＰｏが除され、定数Ｇ５を乗じて単位変換されて目標入力回転速度の下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎが求められる。この下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎは、発電出力の応答遅れによる電力の不足分をバッテリ最大出力以下に抑える発電応答を実現するのに必要とされるエンジン１及び発電機２の回転速度の下限値である。
【００３５】
そして、目標入力回転速度ｔＮｉ０と下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎのいずれか大きい方が最終的な目標入力回転速度ｔＮｉとされ、エンジン１及び発電機２の回転速度が常に下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎ以上になるようにされる。
【００３６】
以上のようにして演算された最終目標入力回転速度ｔＮｉは、トランスミッションコントロールユニット１２へ送信され、トランスミッションコントロールユニット１２では、一般的な比例積分制御（ＰＩ制御）により、電動機２の回転速度が最終目標入力回転速度ｔＮｉとなるよう回転速度フィードバック制御が行われる。
【００３７】
また、目標発電出力ｔＰｏはエンジン回転速度（＝入力回転速度Ｎｉ）で除して目標エンジントルクｔＴｅとされ、エンジンコントロールユニット１１へ送信される。エンジンコントロールユニット１１では、目標エンジントルクｔＴｅが実現されるようにエンジン１のトルク制御が行われる。
【００３８】
次に、全体的な作用について説明する。
【００３９】
上記駆動力制御装置が適用される車両においては、アクセル操作量ＡＰＳ及び車速ＶＳＰに応じた駆動力が得られるように電動機４のトルクが制御され、電動機４の駆動出力（消費電力）に見合った発電出力が得られるようエンジン１及び電動機２の動作点（目標入力回転速度ｔＮｉ及び目標出力トルクｔＴｅ）が制御される。
【００４０】
そして、急加速時等、電動機４の駆動出力に対して発電機２の発電出力の応答が遅れ、発電機２から電動機４に供給される電力が不足する際にはバッテリ９から電動機４に不足分の電力が供給される。
【００４１】
ここで、不足分がその時点におけるバッテリ９の最大出力を超えてしまうと、電動機４へ供給できる電力が不足して駆動に使用できる電力が減少し、加速応答性が低下してしまう。図３は、アクセル操作量がステップ状に変化し、発電出力の応答遅れによる不足電力がバッテリ９の最大出力を上回ったときの状況（例えば、急加速時）を示したものであるが、この場合、図中Ａに相当する分の電力が電動機４に供給されないことになり、加速不良が生じてしまう。
【００４２】
通常、発電出力の応答は、エンジントルクとその応答、更には発電機２の回転速度及び回転速度制御の応答特性により定まる所定の応答よりも早くできず、発電出力の応答はエンジン１の余裕トルクが小さいほど遅くなる。特に、エンジン１をより燃費の良い状態で運転しようとすると、同一の要求出力を満たすにもエンジン１をより低い回転速度かつ高負荷で運転させることになり、エンジン１の余裕トルクが小さくなって発電応答はさらに遅くなって供給電力が不足しやすくなる。
【００４３】
更に、バッテリ温度が低い時にはバッテリ９の最大出力が低下するため、電動機４へ供給される電力が不足しやすくなる。電動機４の駆動出力の応答は運転性に与える影響が大きいため、電動機４への供給電力が不足すると運転者に違和感を与える原因となる。
【００４４】
発電出力の応答遅れによる不足電力をバッテリ９により供給可能な電力以下にするには、発電機２の発電出力の応答を早めて不足電力を抑えればよい。発電出力の応答を早めるにはエンジン１の余裕トルクを増大する必要がある。
【００４５】
そこで、本発明に係る駆動力制御装置では、バッテリ９の温度を検出し、検出された温度が低いときは同じ出力を保ちつつエンジン１及び電動機２の動作点を高回転速度且つ低トルク側へと変更し、エンジン１の余裕トルクを増大させている。
【００４６】
図２に示したブロック図では、上記余裕トルクを確保するために必要な目標回転速度の下限値ｔＮｉ＿ｍｉｎを演算し、エンジン１及び発電機２の運転効率が最良となるように設定された目標入力回転速度ｔＮｉ０がそれより低い場合には、目標入力回転速度ｔＮｉ０に係らず最終入力回転速度ｔＮｉをｔＮｉ＿ｍｉｎに設定し、常に必要とされる余裕トルクが確保されるようにしている。
【００４７】
これにより、例えば、図４に示すようにアクセルペダルの操作量が増大され電動機の駆動出力が増大していく状況で且つバッテリ温度が低い場合には、図５に破線で示すように同じ出力を保ちつつエンジン１及び発電機２の動作点が高回転速度且つ低トルク側、電気パワートレーン５の変速比でいうとローギア側に変更され、エンジン１の余裕トルクが増大される。
【００４８】
余裕トルクが増大されると、図６に示すようにアクセル操作量がステップ状に変化しても、発電出力の応答が早められるので発電出力の応答遅れによる不足電力を常に最大電力以下に抑えることができ、加速に必要な電力をバッテリ９から供給できないことによる加速不良は解消される。
【００４９】
続いて、第２の実施形態について説明する。
【００５０】
図７は第２の実施形態に係る統合コントロールユニット１０の制御ブロック図である。
【００５１】
ここでは、先の実施形態と異なり、目標入力回転速度ｔＮｉが、電動機２の効率等を考慮して演算された第２目標駆動力ｔＦｄ２と、車速ＶＳＰとに基づき、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに応じて選択された目標入力回転速度設定用マップを参照して設定される。
【００５２】
ここで目標入力回転速度設定用マップは、低温時用と通常温度時用の２面（Ｍ４、Ｍ５）用意され、バッテリ温度ＴＥＭＰＢに応じていずれかのマップが選択される。すなわち、バッテリ温度ＴＥＭＰＢが所定温度ＴＣＬＤＮＩ＃（例えば２０℃）未満の場合はマップＭ４が選択され、所定温度ＴＣＬＤＮＩ＃以上の場合はマップＭ５が選択される。そして、低温時用のマップＭ４を用いた場合、通常温度時用のマップＭ５を用いた場合に比べ、同一の目標発電出力ｔＰｏに対して高い目標入力回転速度が演算される。
【００５３】
このとき、各マップの適用温度範囲内で常に十分な大きさの余裕トルクを確保する必要があるため、低温時用マップＭ４が極低温（例えば−３０℃）から上記所定温度ＴＣＬＤＮ＃間での範囲で使用されるとすると、低温時ほど余裕トルクは大きな値が必要なことから低温時用マップＭ４は極低温において必要な余裕トルクを考慮して作成される。同様に、通常温度時用マップＭ５は所定温度ＴＣＬＤＮ＃において必要な余裕トルクを考慮して作成される。
【００５４】
したがって、この実施形態においても、先の実施形態と同様にバッテリ温度が低い場合にはエンジン１の余裕トルクが十分確保され、発電機２の発電応答が早められる。この結果、急加速時等における不足電力が常にバッテリ最大出力以下に抑えられ、不足電力をバッテリ９から供給できなくなるのを防止できる。
【００５５】
さらに、先の実施形態では、バッテリ温度に応じて常に必要十分な大きさの余裕トルクとすることが可能なものの、低温時で大きな余裕トルクとする際に本来の目標入力回転速度設定値から大きく外れてしまう場合があり、エンジン１の運転状態が運転者の感覚に合わない場合も生じる。この点、本実施形態では予め余裕トルクを考慮して動作点を設定し目標入力回転速度を決めているので、そのような違和感が生じることはない。
【００５６】
なお、ここでは目標入力回転速度設定用のマップを２面用意しているが、さらに多くのマップを用意し、バッテリ温度に応じて細かく切り換えるようにしてもよい。その場合、余裕トルクを必要十分な値に設定することができるので、余裕トルクが必要以上に増大されて車両の燃費性能が悪化するのを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る駆動力制御装置を備えた車両の概略構成図である。
【図２】統合コントロールユニットの制御内容を示したブロック図である。
【図３】本発明を適用しないでアクセル操作量をステップ状に変化させた場合の駆動出力、発電出力及びバッテリ出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【図４】アクセル操作量を増大させていったときの電動機の動作点の変化の様子を示した図である。
【図５】アクセル操作量を増大させていったときのエンジン及び発電機の動作点の変化の様子を示した図である。
【図６】本発明を適用してアクセル操作量がステップ状に変化させた場合の駆動出力、発電出力及びバッテリ出力の変化の様子を示したタイミングチャートである。
【図７】第２の実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  発電機
４  電動機
５  電気パワートレーン
６  駆動軸
９  バッテリ
１０  統合コントロールユニット
１１  エンジンコントロールユニット
１２  トランスミッションコントロールユニット
１３  エアフローメータ
１４  電子制御スロットル
２０  バッテリ温度センサ
２１  出力回転速度センサ
２２  アクセル操作量センサ
２３  クランク角センサ
２４  入力回転速度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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