(57)【要約】【課題】  バッテリの過充放電電力を全変速比領域で補償可能にすると共に、確実にモータジェネレータトルクの飽和を防止することができる車両のバッテリ電力補償制御装置を提供すること。【解決手段】  バッテリ４を電源とする少なくとも２つのモータジェネレータMG1,MG2を動力源とし、該動力源とタイヤへの出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を備えたハイブリッド車において、前記バッテリ４の充放電電力を検出または推定するバッテリ電力検出手段２１と、バッテリ電力が過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、前記少なくとも２つのモータジェネレータMG1,MG2のトルクを補正するモータトルク補正手段２２と、を設けた。【選択図】        図５
2006050749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを電源とする少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、該動力源とタイヤへの出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を備えた電気自動車もしくはハイブリッド車において、
前記バッテリの充放電電力を検出または推定するバッテリ電力検出手段と、
バッテリ電力が過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、前記少なくとも２つのモータジェネレータのトルクを補正するモータトルク補正手段と、
を設けたことを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された車両のバッテリ電力補償制御装置において、
前記動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力部材回転速度との比を実変速比として、実変速比と目標変速比との偏差に応じて目標変速速度を決める目標変速速度設定手段と、
前記目標変速速度で変速比を変化させると共に、出力部材からタイヤへ伝達される駆動力を所望の値にするように目標モータトルクを決める駆動力制御手段とを設け、
前記モータトルク補正手段は、駆動装置の回転系運動エネルギの変速制御量に関する偏微分値が最小となる変速感度ゼロ変速比付近では、補正前後で変速比が変わらないように目標モータトルクを補正し、駆動装置の回転系運動エネルギの出力部材回転速度に関する偏微分値が最小となる駆動力感度ゼロ変速比付近では、補正前後で駆動力が変わらないように目標モータトルクを補正することを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載された車両のバッテリ電力補償制御装置において、
前記モータトルク補正手段は、変速感度ゼロ変速比と駆動力感度ゼロ変速比との間の所定の変速比を境界変速比としたとき、該境界変速比より変速感度ゼロ変速比側の変速領域では、過充放電電力を駆動力を変化させることで補償し、前記境界変速比より駆動力感度ゼロ変速比側の変速領域では、過充放電電力を変速速度を変化させることで補償することを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載された車両のバッテリ電力補償制御装置において、
前記モータトルク補正手段は、変速感度ゼロ変速比付近から駆動力感度ゼロ変速比付近へ近づくにつれて駆動力の変化による補償量をゼロまで徐々に小さくし、駆動力感度ゼロ変速比付近から変速感度ゼロ変速比付近へ近づくにつれて変速速度の変化による補償量をゼロまで徐々に小さくし、全変速域にわたって、駆動力変化による補償量と変速速度の変化による補償量との和が、過充放電電力の補償量に等しくなるようにすることを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載された車両のバッテリ電力補償制御装置において、
前記モータトルク補正手段は、バッテリ電力が過充放電状態となった場合にモータトルク補正を開始し、過充放電電力の積分値を電力補正量としたとき、過充放電電力と電力補正量との差が所定値以下となったらモータトルク補正を終了することを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載された車両のバッテリ電力補償制御装置において、
前記差動装置は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力部材をそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを連結したラビニョウ型遊星歯車列であり、
前記モータトルク補正手段は、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータのうち少なくとも一方を動力源とする走行モード中にバッテリ電力が過充放電状態となった場合、第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとのモータトルク補正を行うことを特徴とする車両のバッテリ電力補償制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリを電源とする少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とする電気自動車やハイブリッド車のバッテリ電力補償制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンと２つのモータジェネレータを動力源とするハイブリッド変速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなモータジェネレータを動力源に持つハイブリッド変速機では、モータジェネレータと電力を授受するバッテリにて過充放電電力が生じた場合や、モータジェネレータの機械的動作可能領域を超えた場合、モータトルクを制限する。このモータトルク制限制御は、第１モータトルクT1と第２モータトルクT2を軸とする２次元平面を考え、この２次元平面上に、バッテリ充放電電力がバッテリ定格電力に収まり、モータトルクが機械的動作可能領域に収まるようなT1,T2の領域（実現可能領域）を設定する。そして、T1,T2の目標値が、実現可能領域を超えるとき、実現可能領域内にT1,T2の目標値を修正することでなされる。
【特許文献１】特開２００３−２６９５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のハイブリッド変速機において、バッテリ定格電力やモータの機械的動作可能領域を超えないようにモータトルクT1,T2の目標値を修正するとき、変速速度と駆動力のうち、駆動力の方が運転者の希望する優先順位が高いため、駆動力の変化が最も小さくなるように変速速度を変化させる補正によりなされる。しかしながら、駆動力優先による制限を採用した場合、ある特定の変速比領域では入力回転加速度の変化量から過充放電電力への感度がゼロになり、変速速度を変えたとしても過充放電電力を抑えることができないし、また、感度ゼロ付近の変速比領域が続くとモータジェネレータのトルク飽和を招く、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、バッテリの過充放電電力を全変速比領域で補償可能にすると共に、確実にモータジェネレータトルクの飽和を防止することができる車両のバッテリ電力補償制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明における車両のバッテリ電力補償制御装置では、バッテリを電源とする少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、該動力源とタイヤへの出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を備えた電気自動車もしくはハイブリッド車において、
前記バッテリの充放電電力を検出または推定するバッテリ電力検出手段と、
バッテリ電力が過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、前記少なくとも２つのモータジェネレータのトルクを補正するモータトルク補正手段と、
を設けた。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明の車両のバッテリ電力補償制御装置にあっては、モータトルク補正手段において、バッテリ電力が過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、少なくとも２つのモータジェネレータのトルクが補正される。例えば、全変速比領域を第１変速比領域と第２変速比領域とに分け、第１変速比領域では駆動力優先による制限を行い、第２変速比領域では変速比優先による制限を行うことで、全変速比領域で駆動力または変速速度のうち一方のみを優先する場合のように、ある特定の変速比領域では過充放電電力を抑えられないということが解消される。この結果、バッテリの過充放電電力を全変速比領域で補償可能にすると共に、確実にモータジェネレータトルクの飽和を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両のバッテリ電力補償制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１および実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、ハイブリッド車の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のバッテリ電力補償制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1と、第２モータジェネレータMG2と、出力ギヤOG（出力部材）と、駆動力合成変速機TM（変速機）と、を有する。
【０００９】
前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。
【００１０】
前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することによりそれぞれ独立に制御される。
【００１１】
前記駆動力合成変速機TMは、ラビニョウ型遊星歯車列PGR（差動装置）と、ローブレーキLBと、を有し、前記ラビニョウ型遊星歯車列PGRは、第１サンギヤS1と、第１ピニオンP1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2と、第２リングギヤR2と、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とを支持する共通キャリアPCと、によって構成されている。つまり、ラビニョウ型遊星歯車PGRは、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２リングギヤR2と、共通キャリアPCと、の５つの回転要素を有する。この５つの回転要素に対する入出力部材の連結関係について説明する。
【００１２】
前記第１サンギヤS1には、第１モータジェネレータMG1が連結されている。前記第１リングギヤR1は、ローブレーキLBを介してケースに固定可能に設けられている。前記第２サンギヤS2には、第２モータジェネレータMG2が連結されている。前記第２リングギヤR2には、エンジンクラッチECを介してエンジンＥが連結されている。前記共通キャリアPCには、出力ギヤOGが直結されている。なお、出力ギヤOGからは、図外のディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動タイヤに駆動力が伝達される。
【００１３】
上記連結関係により、図２に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1（第１サンギヤS1）、エンジンＥ（第２リングギヤR2）、出力ギアOG（共通キャリアPC）、ローブレーキLB（第１リングギヤR1）、第２モータジェネレータMG2（第２サンギヤS2）の順に配列され、ラビニョウ型遊星歯車列PGRの動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。
ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸に各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比に基づく共線図レバー比になるように配置したものである。
【００１４】
前記エンジンクラッチECとローブレーキLBは、後述する油圧制御装置５からの油圧により締結される多板摩擦クラッチと多板摩擦ブレーキであり、エンジンクラッチECは、図２の共線図上において、エンジンＥと共に第２リングギヤR2の回転速度軸と一致する位置に配置され、ローブレーキLBは、図２の共線図上において、第１リングギヤR1の回転速度軸（出力ギヤOGの回転速度軸と第２サンギヤS2の回転速度軸との間の位置）に配置される。
【００１５】
次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第２リングギヤ回転数センサ１２と、を有して構成されている。
【００１６】
前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。
【００１７】
前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０，１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。
【００１８】
前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2との各ステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により独立した三相交流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。
【００１９】
前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令を受け、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。
【００２０】
前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第２リングギヤ回転数センサ１２からの第２リングギヤ入力回転速度ωin等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。
【００２１】
なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。
【００２２】
次に、ハイブリッド車の走行モードについて説明する。
実施例１のハイブリッド車における走行モードとしては、電気自動車無段変速モード（以下、「EVモード」という。）と、電気自動車固定変速モード（以下、「EV-LBモード」という。）と、ハイブリッド車固定変速モード（以下、「LBモード」という。）と、ハイブリッド車無段変速モード（以下、「E-iVTモード」という。）と、を有する。
【００２３】
前記「EVモード」は、図２(a)の共線図に示すように、二つのモータジェネレータMG1.MG2のみで走行する無段変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。
【００２４】
前記「EV-LBモード」は、図２(b)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、二つのモータジェネレータMG1,MG2のみで走行する固定変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。第１モータジェネレータMG1から出力Outputへの減速比、及び、第２モータジェネレータMG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。
【００２５】
前記「LBモード」は、図２(c)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する固定変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。
【００２６】
前記「E-iVTモード」は、図２(d)の共線図に示すように、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する無段変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。
【００２７】
そして、前記４つの走行モードのモード遷移制御は、統合コントローラ６により行われる。すなわち、統合コントローラ６には、要求駆動力Fdrv（アクセル開度APにより求められる。）と車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、図３に示すような前記４つの走行モードを割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両の停止時や走行時には、要求駆動力Fdrvと車速VSPとバッテリS.O.Cの各検知値により走行モードマップが検索され、要求駆動力Fdrvと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じて最適な走行モードが選択される。なお、図３は三次元走行モードマップをバッテリS.O.Cが充分な容量域のある値で切り取ることにより、要求駆動力Fdrvと車速VSPとの二次元によりあらわした走行モードマップの一例である。
【００２８】
前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「EV-LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。「E-iVTモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。また、「EVモード」と「E-iVTモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。「EV-LBモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。
【００２９】
次に、バッテリ電力補償制御装置について説明する。
実施例１のバッテリ電力補償制御装置は、図５のブロック線図に示すように、前記モータコントローラ２内にプログラムの形で有するバッテリ電力検出手段２１およびモータトルク補正手段２２と、前記統合コントローラ６内にプログラムの形で有する目標変速速度設定手段６１および駆動力制御手段６２と、を有する。
【００３０】
前記目標変速速度設定手段６１は、前記エンジンＥと両モータジェネレータMG1,MG2の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力部材回転速度との比を実変速比として、実変速比と目標変速比との偏差に応じて目標変速速度を決める。
ここで、「目標変速比」は、目標値生成部（上位コントローラ）にて生成された目標入力回転速度と、車速センサ８による駆動力合成変速機TMからの実出力回転速度（＝車速）により求められる。また、「実変速比」は、エンジン回転数センサ９と第１モータジェネレータ回転数センサ１０と第２モータジェネレータ回転数センサ１１との何れかにより得られる駆動力合成変速機TMへの実入力回転速度と、車速センサ８による駆動力合成変速機TMからの実出力回転速度（＝車速）により求められる。
【００３１】
前記駆動力制御手段６２は、目標変速速度設定手段６１からの目標変速速度に基づき、目標変速速度で変速比を変化させると共に、出力ギヤOUTからタイヤへ伝達される駆動力を所望の値にするように目標モータトルクを演算する。
【００３２】
前記バッテリ電力検出手段２１は、バッテリ電流検出値に基づき、前記バッテリ４の充放電電力（＝バッテリS.O.C）を検出する。
【００３３】
前記モータトルク補正手段２２は、前記バッテリ電力検出手段２１からのバッテリ電力と、前記駆動力制御手段６２からの目標モータトルクと、前記実変速比とを入力し、バッテリ電力が定格電力から外れて過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、前記２つのモータジェネレータMG1,MG2への目標モータトルクを補正する。
【００３４】
次に、作用を説明する。
【００３５】
［モータトルク補正の開始終了判断処理］
図６は実施例１の統合コントローラ６において実行されるモータトルク補正の開始終了判断処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、このサブルーチン処理は、所定の制御周期により繰り返し実行される。
【００３６】
ステップＳ１では、バッテリ電力ＰB（＝バッテリ充放電電力）を検出し、ステップＳ２へ移行する。
【００３７】
ステップＳ２では、ステップＳ１でのバッテリ電力ＰBの検出に引き続き、バッテリ電力ＰBが制限値（＝バッテリ定格電力範囲）を超えたか否かが判断され、Yesの場合はステップＳ３へ移行し、Noの場合はステップＳ４へ移行する。
【００３８】
ステップＳ３では、ステップＳ２でのバッテリ４が過充放電状態になったとの判断に基づき、モータトルク補正（図７）を開始指令を出力し、サブルーチン終了へ移行する。
【００３９】
ステップＳ４では、ステップＳ２でのバッテリ電力ＰBがバッテリ定格電力範囲内であるとの判断に基づき、モータトルク補正開始時の過充放電電力ΔＰと電力補正量∫ΔＰとの差が所定値以下になったか否かが判断され、Yesの場合はステップＳ５へ移行し、Noの場合はサブルーチン終了へ移行する。
ここで、「電力補正量∫ΔＰ」は、補正による過充放電電力分の積分値とし、「所定値」は、モータトルク補正を止めた直後に再び過充放電状態とならないようにヒステリシスを与えるための値である。
【００４０】
ステップＳ５では、ステップＳ４での過充放電電力と電力補正量ΔＰとの差が所定値以下になったとの判断に基づき、モータトルク補正を終了指令を出力し、サブルーチン終了へ移行する。
【００４１】
［モータトルク補正処理］
図７は実施例１の統合コントローラ６において実行されるモータトルク補正処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、このサブルーチン処理は、図６のモータトルク補正の開始終了判断処理により、モータトルク補正開始指令が出されたら開始し、モータトルク補正終了指令が出されたら終了するもので、補正開始から補正終了までの間は、所定の制御周期により繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ１１では、駆動力合成変速機TMへの入力回転速度ωiと駆動力合成変速機TMからの出力回転速度ωoとを検出し、ステップＳ１２へ移行する。
ここで、「入力回転速度ωi」は、例えば、ハイブリッド車走行モードの選択時には、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neとされ、例えば、電気自動車走行モードの選択時には、モータジェネレータ回転数センサ１０または１１からのモータジェネレータ回転数N1またはN2とされる。また、「出力回転速度ωo」は、車速センサ８からの車速VSPとされる。
【００４３】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１でのωi，ωoの検出に引き続き、変速比ｉを入力回転速度ωiと出力回転速度ωoを用いて演算し、ステップＳ１３へ移行する。
ここで、「変速比ｉ」の演算式は、ｉ＝ωi／ωoである。
【００４４】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２での変速比ｉの演算に引き続き、変速比ｉが境界変速比ｉc未満か否かが判断され、Yesの場合はステップＳ１４へ移行し、Noの場合はステップＳ１５へ移行する。
ここで、「境界変速比ｉc」は、変速感度ゼロ変速比と駆動力感度ゼロ変速比との間に存在する所定値、例えば、変速感度ゼロ変速比と駆動力感度ゼロ変速比とを２分する中間値に設定される。
【００４５】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３でのｉ<ｉcとの判断に基づき、変速速度が変わらないようにモータトルク補正量を演算し、サブルーチン終了へ移行する。
【００４６】
ステップＳ１５では、ステップＳ１３でのｉ≧ｉcとの判断に基づき、駆動力が変わらないようにモータトルク補正量を演算し、サブルーチン終了へ移行する。
【００４７】
［本発明のモータトルク補正の考え方］
バッテリ充放電電力ＰBは、次式で表される。
ＰB＝ω1T1＋ω2T2＋Ｐml                        …(1)
ここで、ω1は第１モータジェネレータ回転速度、ω2は第２モータジェネレータ回転速度、T1は第１モータジェネレータトルク、T2は第２モータジェネレータトルク、Ｐmlはモータロスである。
バッテリ充放電電力ＰBをΔＰ変化させるT1とT2の変化量を、それぞれΔT1とΔT2とすると次式が得られる。
ΔＰ＝ω1ΔT1＋ω2ΔT2                        …(2)
但し、式(2)だけでは、バッテリ充放電電力ＰBをΔＰ変化させるΔT1とΔT2は一意に決まらない。しかし、入力回転加速度とモータトルクの関係、もしくは、出力回転速度とモータトルクの関係を用いることで、ΔT1とΔT2を一意に決めることができる。
【００４８】
慣性モーメントの大きさから、出力回転加速度に対して入力回転加速度は十分に速いため、入力回転加速度は変速速度に相当する。一方、出力回転加速度は駆動トルクに相当する。入力回転加速度dωi/dtと出力回転加速度dωo/dtの動特性は、次式で表される。
dωi/dt＝b11・Tr＋b13・Te＋b14・T1＋b15・T2      …(3)
dωo/dt＝b21・Tr＋b23・Te＋b24・T1＋b25・T2      …(4)
ここで、b11からb25は慣性モーメント等で決まる定数である。
バッテリ充放電電力ＰBをΔＰ補償するとき、このΔＰのうち、ａ％を出力回転加速度dωo/dtを変化させることで補償し、(100-ａ)％を入力回転加速度dωi/dtを変化させることで補償するためのモータジェネレータトルクの変化量ΔT1，ΔT2を求めるには、次式を解けばよい。
(ａ/100)ΔＰ＝ω1ΔT1i＋ω2ΔT2i                        …(5)
０＝b24・ΔT1i＋b25・ΔT2i                              …(6)
｛１−(ａ/100)｝＝ω1ΔT1o＋ω2ΔT2o                    …(7)
０＝b14・ΔT1o＋b15・ΔT2o                              …(8)
このときの入力回転加速度dωi/dtと出力回転加速度dωo/dtとのそれぞれの変化量入力回転加速度変化量Δdωi/dtと出力回転加速度変化量Δdωo/dtは次式で表される。
Δdωi/dt＝b14・ΔT1i＋b15・ΔT2i                        …(9)
Δdωo/dt＝b24・ΔT1o＋b25・ΔT2o                        …(10)
【００４９】
E-iVT回転系の運動エネルギＥは、次式で表される。
Ｅ＝(1/2)Ｉi・ωi2＋Ｉio・ωi・ωo＋(1/2)Ｉo・ωo2        …(11)
ここで、ＩI，Ｉio，Ｉoは、回転系の慣性モーメントである。Ｉoは車両慣性も含む。
この回転系の運動エネルギＥの時間微分が、回転系のパワーＰである。Ｐは次式で表される。
Ｐ＝(∂Ｅ/∂ωi)dωi/dt＋(∂Ｅ/∂ωo)dωo/dt              …(12)
∂Ｅ/∂ωi＝Ｉi・ωi＋Ｉio・ωo                          …(13)
∂Ｅ/∂ωo＝Ｉio・ωi＋Ｉo・ωo                          …(14)
ここで、入力回転速度ωiと出力回転速度ωoは現時刻の回転状態から決まる。一方、入力回転加速度dωi/dtは変速制御で、出力回転加速度dωo/dtは駆動力制御で所望の値に制御したものである。
よって、上記のように、バッテリ充放電電力ＰBの変化量である過充放電電力ΔＰに応じて、入力回転加速度dωi/dt、もしくは、出力回転加速度dωo/dtを補正すると、バッテリ充放電電力ＰBは変えられる。
【００５０】
過充放電電力をΔＰ、入力回転加速度dωi/dtの変化量をΔdωi/dt、出力回転加速度dωo/dtの変化量をΔdωo/dtとすると、式(12)から次式が得られる。
ΔＰ＝(∂Ｅ/∂ωi)・Δdωi/dt＋(∂Ｅ/∂ωo)・Δdωo/dt      …(15)
よって、式(15)を満たすように、過充放電電力ΔＰに応じて、入力回転加速度変化量Δdωi/dtと出力回転加速度変化量Δdωo/dtを決めて、変速制御量と駆動力制御量を補正する。
【００５１】
しかし、上記式(13)から、変速比ｉが次式の関係になるときには、(∂Ｅ/∂ωi)＝０となる。
ｉ＝(ωi/ωo)＝−(Ｉio/Ｉi)                                …(16)
このときには、入力回転加速度変化量Δdωi/dtから過充放電電力ΔＰへの感度がゼロとなり、変速速度を変えても過充放電電力を抑えられない。
また、同様に式(14)から、変速比ｉが次式の関係になるときには、(∂Ｅ/∂ωo)＝０となる。
ｉ＝(ωi/ωo)＝−(Ｉo/Ｉio)                                …(17)
このときには、出力回転加速度変化量Δdωo/dtから過充放電電力ΔＰへの感度がゼロとなり、駆動力を変えても過充放電電力を抑えられない。
上記関係を、横軸に変速比ｉをとり、縦軸に回転系の運動エネルギＥをとった場合、図８に示すようになり、出力回転速度ωoをある値に固定した場合、言い換えると、変速速度のみを変えるモータトルク補正を行った場合には、変速比ｉがｉ＝−(Ｉio/Ｉi)のときに(∂Ｅ/∂ωi)＝０となる。一方、入力回転速度ωiをある値に固定した場合、言い換えると、駆動力のみを変えるモータトルク補正を行った場合には、変速比ｉがｉ＝−(Ｉo/Ｉio)のときに(∂Ｅ/∂ωo)＝０となる。
【００５２】
本発明は、上記のように、変速速度と駆動力の一方のみを変化させることによりモータトルク補正を行っても、所定の変速比領域においては、過充放電電力ΔＰへの感度がゼロやゼロに近い値となり、変速速度のみ、または、駆動力のみを変えても過充放電電力を全変速比領域で補償できないという点に着目し、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、全変速比領域でバッテリ過充放電電力を補償することができるようにモータトルクの補正を行うものである。
【００５３】
［モータトルク補正作用］
例えば、「EVモード」による高負荷・低変速比走行中、両モータジェネレータMG1,MG2による力行量が回生量を上回る状態が続き、バッテリ電力ＰBが過放電状態になった場合、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ３において、モータトルク補正の開始指令が出力される。
【００５４】
このモータトルク補正の開始指令を受けて、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１１→ステップＳ１２→ステップＳ１３へと進み、ステップＳ１３では、ｉ<ｉcの低変速比であることで、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進み、ステップＳ１４では、変速速度が変わらないようにモータトルク補正量が演算される。
ここで、変速速度が変わらないモータトルク補正量の演算とは、上記の式(15)において、Δdωi/dt＝０（変速速度dωi/dtの変化無し）とした、
ΔＰ＝(∂Ｅ/∂ωo)・Δdωo/dt                        …(15')
の式を用い、過放電電力ΔＰに応じて、出力回転加速度変化量Δdωo/dtを決めて、駆動力制御量を補正する演算をいう。
【００５５】
そして、モータトルク補正開始時のバッテリ４の過放電電力ΔＰと、積算された電力補正量∫ΔＰとの差が所定値以下になると、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、ステップＳ５において、モータトルク補正の終了指令が出力され、図７のフローチャートに基づくモータトルク補正制御を終了する。
【００５６】
したがって、「EVモード」による走行中に過放電となった場合には、過放電電力ΔＰに応じて、出力回転加速度変化量Δdωo/dtを決めるという駆動力優先による制限をかけるモータトルク補正により、過放電電力ΔＰが速やかに補償され、モータジェネレータトルクの飽和を確実に防止することができる。
【００５７】
次に、例えば、「EVモード」による低負荷・高変速比走行中、両モータジェネレータMG1，MG2による回生量が力行量を上回る状態が続き、バッテリ電力ＰBが過充電状態になった場合、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３へと進み、ステップＳ３において、モータトルク補正の開始指令が出力される。
【００５８】
このモータトルク補正の開始指令を受けて、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１１→ステップＳ１２→ステップＳ１３へと進み、ステップＳ１３では、ｉ≧ｉcの高変速比であることで、ステップＳ１３からステップＳ１５へ進み、ステップＳ１５では、駆動力が変わらないようにモータトルク補正量が演算される。
ここで、駆動力が変わらないモータトルク補正量の演算とは、上記の式(15)において、Δdωo/dt＝０（駆動力dωo/dtの変化無し）とした、
ΔＰ＝(∂Ｅ/∂ωi)・Δdωi/dt                        …(15")
の式を用い、過充電電力ΔＰに応じて、入力回転加速度変化量Δdωi/dtを決めて、変速制御量を補正する演算をいう。
【００５９】
そして、モータトルク補正開始時のバッテリ４の過充電電力ΔＰと、積算された電力補正量∫ΔＰとの差が所定値以下になると、図６のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ４→ステップＳ５へと進み、ステップＳ５において、モータトルク補正の終了指令が出力され、図７のフローチャートに基づくモータトルク補正制御を終了する。
【００６０】
したがって、「EVモード」による走行中に過充電となった場合には、過充電電力ΔＰに応じて、入力回転加速度変化量Δdωi/dtを決めるという変速速度優先による制限をかけるモータトルク補正により、過充電電力ΔＰが速やかに補償され、モータジェネレータトルクの飽和を確実に防止することができる。
【００６１】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両のバッテリ電力補償制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００６２】
(1) バッテリ４を電源とする少なくとも２つのモータジェネレータMG1,MG2を動力源とし、該動力源とタイヤへの出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を備えたハイブリッド車において、前記バッテリ４の充放電電力を検出または推定するバッテリ電力検出手段２１と、バッテリ電力が過充放電状態となった場合、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付けを変速比に応じて設定し、バッテリ過充放電電力を補償するように、前記少なくとも２つのモータジェネレータMG1,MG2のトルクを補正するモータトルク補正手段２２と、を設けたため、バッテリ４の過充放電電力を全変速比領域で補償可能にすると共に、確実にモータジェネレータトルクの飽和を防止することができる。この結果、両モータジェネレータMG1,MG2と電力を授受するバッテリ４の劣化も防止される。
【００６３】
(2) 前記動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力部材回転速度との比を実変速比として、実変速比と目標変速比との偏差に応じて目標変速速度を決める目標変速速度設定手段６１と、前記目標変速速度で変速比を変化させると共に、出力部材からタイヤへ伝達される駆動力を所望の値にするように目標モータトルクを決める駆動力制御手段６２とを設け、前記モータトルク補正手段２２は、駆動装置の回転系運動エネルギＥの変速制御量に関する偏微分値(∂Ｅ/∂ωi)が最小となる変速感度ゼロ変速比付近では、補正前後で変速比が変わらないように目標モータトルクを補正し、駆動装置の回転系運動エネルギＥの出力部材回転速度に関する偏微分値(∂Ｅ/∂ωo)が最小となる駆動力感度ゼロ変速比付近では、補正前後で駆動力が変わらないように目標モータトルクを補正するため、全変速比領域で補正感度がゼロになるのを避けるモータトルク補正により、バッテリ４の過充放電電力を全変速比領域で確実に補償することができる。
【００６４】
(3) 前記モータトルク補正手段２２は、変速感度ゼロ変速比と駆動力感度ゼロ変速比との間の所定の変速比を境界変速比ｉcとしたとき、該境界変速比ｉcより変速感度ゼロ変速比側の変速領域では、過充放電電力を駆動力を変化させることで補償し、前記境界変速比ｉcより駆動力感度ゼロ変速比側の変速領域では、過充放電電力を変速速度を変化させることで補償するため、駆動力優先による制限と変速比優先による制限との重み付け則として、ON/OFF的に重み付けを切り分ける最も簡単なアルゴリズムにより、バッテリ４の過充放電電力を全変速比領域で確実に補償を行うことができる。
【００６５】
(4) 前記モータトルク補正手段２２は、バッテリ電力が過充放電状態となった場合にモータトルク補正を開始し、過充放電電力補正分の積分値を電力補正量∫ΔＰとしたとき、補正開始時の過充放電電力ΔＰと電力補正量∫ΔＰとの差が所定値以下となったらモータトルク補正を終了するため、所定値をヒステリシスとし、モータトルク補正制御が終了と開始とを繰り返す制御ハンチングを防止することができる。
【００６６】
(5) 前記差動装置は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力ギヤOGをそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを連結したラビニョウ型遊星歯車列PGRであり、前記モータトルク補正手段２２は、第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2のうち少なくとも一方を動力源とする走行モード中にバッテリ電力が過充放電状態となった場合、第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とのモータトルク補正を行うため、電気自動車モードでの走行中に生じるバッテリ電力の過充放電状態に対応したモータトルク補正制御により、電気自動車モードを維持したままでバッテリ４の過充放電電力をバッテリ定格電力に収めることができる。すなわち、ハイブリッド車において、バッテリ４の劣化を促進することなく、エンジンＥを停止した電気自動車モードでの走行頻度が最大限に確保されることで、高燃費性能に大きく寄与する。
【実施例２】
【００６７】
実施例２は、全変速比領域を、駆動力優先による制限領域と、変速比優先による制限領域と、駆動力と変速比との併用による制限領域とに分けた例である。なお、システム構成的には、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００６８】
次に、作用を説明すると、モータトルク補正の開始終了判断処理については、実施例２においても図６に示す実施例１のサブルーチン処理が実行される。
【００６９】
［モータトルク補正処理］
図１０は実施例２の統合コントローラ６において実行されるモータトルク補正処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。なお、このサブルーチン処理は、図６のモータトルク補正の開始終了判断処理により、モータトルク補正開始指令が出されたら開始し、モータトルク補正終了指令が出されたら終了するもので、補正開始から補正終了までの間は、所定の制御周期により繰り返し実行される。
【００７０】
ステップＳ２１では、図７のステップＳ１１と同様に、駆動力合成変速機TMへの入力回転速度ωiと駆動力合成変速機TMからの出力回転速度ωoとを検出し、ステップＳ２２へ移行する。
【００７１】
ステップＳ２２では、図７のステップＳ１２と同様に、ステップＳ２１でのωi，ωoの検出に引き続き、変速比ｉを入力回転速度ωiと出力回転速度ωoを用いて演算し、ステップＳ２３へ移行する。
【００７２】
ステップＳ２３では、ステップＳ２２での変速比ｉの演算に引き続き、変速比ｉに応じて駆動力変化による補償量と変速速度変化による補償量との重み付けを変え、全変速域にわたって、駆動力変化による補償量と変速速度変化による補償量との和が、過充放電電力の補償量に等しくなるように電力補正量の配分が演算される。
つまり、図１１に示すように、変速比ｉが、変速感度ゼロ変速比と駆動力感度ゼロ変速比との内側に存在するロー側変速比ｉlowとハイ側変速比ｉhighとの間の領域において、ロー側変速比ｉlowからハイ側変速比ｉhighへ近づくにつれて駆動力変化による補償量をゼロまで徐々に小さくし、ハイ側変速比ｉhighからロー側変速比ｉlowへ近づくにつれて変速速度変化による補償量をゼロまで徐々に小さく設定される。
【００７３】
ステップＳ２４では、ステップＳ２３での電力補正量の配分に基づき、変速速度変化による補償分と駆動力変化による補償分とによるモータトルク補正量を演算し、サブルーチン終了へ移行する。
【００７４】
［モータトルク補正作用］
例えば、「EVモード」による走行中、ハイ側変速比ｉhighより高い変速比である場合であって、バッテリ電力ＰBが過充放電状態になった場合、図６のフローチャートのステップＳ３でのモータトルク補正の開始指令を受けて、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３へと進み、ステップＳ２３では、ハイ側変速比ｉhighより高い変速比であることで、変速速度変化による補償分が100％の電力補正量の配分が演算され（図１１）、ステップＳ２４へ進んで、変速速度変化のみによるモータトルク補正が実行される。
【００７５】
また、「EVモード」による走行中、ロー側変速比ｉlowより低い変速比である場合であって、バッテリ電力ＰBが過充放電状態になった場合、図６のフローチャートのステップＳ３でのモータトルク補正の開始指令を受けて、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３へと進み、ステップＳ２３では、ロー側変速比ｉlowより低い変速比であることで、駆動力変化による補償分が100％の電力補正量の配分が演算され（図１１）、ステップＳ２４へ進んで、駆動力変化のみによるモータトルク補正が実行される。
【００７６】
一方、例えば、「EVモード」による走行中、車速の変化やアクセル開度の変化により、ハイ側変速比ｉhighとロー側変速比ｉlowとの間で変速比が変化するときであって、バッテリ電力ＰBが過充放電状態になった場合、図６のフローチャートのステップＳ３でのモータトルク補正の開始指令を受けて、図１０のフローチャートにおいて、ステップＳ２１→ステップＳ２２→ステップＳ２３へと進み、ステップＳ２３では、ハイ側変速比ｉhighとロー側変速比ｉlowとの間での変速比変化であるため、駆動力変化による補償分と変速速度変化による補償分とが連続的に変化する電力補正量の配分が演算され（図１１）、ステップＳ２４へ進んで、上記式(15)と電力補正量の配分（重み付け）に応じたモータトルク補正量の演算により、駆動力変化と変速速度変化とを併用したモータトルク補正が実行される。
【００７７】
したがって、「EVモード」による走行中で、変速比が変化するときに過充放電状態となった場合には、変速速度と駆動力の補正量が連続的に変わるので、過充放電電力を補償しながらも、車両の加減速ショックや変速の違和感を防止できる。
【００７８】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両のバッテリ電力補償制御装置にあっては、実施例１の(1),(2),(4),(5)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００７９】
(6) 前記モータトルク補正手段２２は、変速感度ゼロ変速比付近から駆動力感度ゼロ変速比付近へ近づくにつれて駆動力の変化による補償量をゼロまで徐々に小さくし、駆動力感度ゼロ変速比付近から変速感度ゼロ変速比付近へ近づくにつれて変速速度の変化による補償量をゼロまで徐々に小さくし、全変速域にわたって、駆動力変化による補償量と変速速度の変化による補償量との和が、過充放電電力の補償量に等しくなるようにするため、過充放電電力の確実な補償と、車両の加減速ショックや変速の違和感の防止と、を両立することができる。
【００８０】
以上、本発明の車両のバッテリ電力補償制御装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８１】
実施例１では、モータトルク補正手段として、全変速比領域を、駆動力優先による制限領域と、変速比優先による制限領域との２つに分け、実施例２では、モータトルク補正手段として、全変速比領域を、駆動力優先による制限領域と、変速比優先による制限領域と、駆動力と変速比との併用による制限領域とに分けた例を示した。しかし、モータトルク補正手段としては、駆動装置の回転系運動エネルギの変速制御量に関する偏微分値が最小となる変速感度ゼロ変速比付近では、補正前後で変速比が変わらないように目標モータトルクを補正し、駆動装置の回転系運動エネルギの出力部材回転速度に関する偏微分値が最小となる駆動力感度ゼロ変速比付近では、補正前後で駆動力が変わらないように目標モータトルクを補正するものであれば、実施例１，２とは異なる領域分けや特性による手段であっても本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
実施例１，２では、バッテリ電力補償制御装置をハイブリッド車に適用した例を示したが、バッテリを電源とする少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とする車両であれば、実施例１，２とは異なる２自由度の差動装置を有する変速機を採用したハイブリッド車にも適用することができるし、さらに、少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とする電気自動車にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施例１のバッテリ電力補償制御装置が適用されたハイブリッド車を示す全体システム図である。
【図２】実施例１のバッテリ電力補償制御装置が適用されたハイブリッド車に採用されたラビニョウ型遊星歯車列による各走行モードをあらわす共線図である。
【図３】実施例１のバッテリ電力補償制御装置が適用されたハイブリッド車での走行モードマップの一例を示す図である。
【図４】実施例１のバッテリ電力補償制御装置が適用されたハイブリッド車での４つの走行モード間におけるモード遷移経路を示す図である。
【図５】実施例１のバッテリ電力補償制御装置を示すブロック線図である。
【図６】実施例１の統合コントローラにおいて実行されるモータトルク補正の開始終了判断処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】実施例１の統合コントローラにおいて実行されるモータトルク補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】入力回転速度ωiをある値に固定した場合と出力回転速度ωoをある値に固定した場合における変速比に対する回転系の運動エネルギ特性を示す図である。
【図９】実施例１の全変速比領域を駆動力優先による制限領域と変速比優先による制限領域との２つに分けたモータトルク補正制御内容を示す図である。
【図１０】実施例２の統合コントローラにおいて実行されるモータトルク補正処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】実施例２の全変速比領域を駆動力優先による制限領域と変速比優先による制限領域と駆動力と変速比とを併用する制限領域の３つに分けたモータトルク補正制御内容を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ｅ  エンジン
MG1  第１モータジェネレータ
MG2  第２モータジェネレータ
OG  出力ギヤ（出力部材）
TM  駆動力合成変速機（変速機）
PGR  ラビニョウ型遊星歯車列（差動装置）
EC  エンジンクラッチ
LB  ローブレーキ
１  エンジンコントローラ
２  モータコントローラ
２１  バッテリ電力検出手段
２２  モータトルク補正手段
３  インバータ
４  バッテリ
５  油圧制御装置
６  統合コントローラ
６１  目標変速速度設定手段
６２  駆動力制御手段
７  アクセル開度センサ
８  車速センサ
９  エンジン回転数センサ
１０  第１モータジェネレータ回転数センサ
１１  第２モータジェネレータ回転数センサ
１２  第２リングギヤ回転数センサ
【図１】
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【図２】
2006050749.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
2006050749.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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