(57)【要約】【課題】限られた蓄電容量のもとで、ハイブリット電気車両の加速性能を最適化する【解決手段】統合コントローラ 9 が、アクセラレータペダル 12 の踏込量に応じて車両の目標駆動トルクを設定し、目標駆動トルクに対応する電力を蓄電装置から第 2 のモータ 3 に供給する。蓄電装置 6 の出力可能電力から、第 2 のモータ 3 への供給電力を差し引いて、第 1 のモータ 2 への供給可能電力を計算する。第 1 のモータ 2 への供給可能電力が正の値であって、かつエンジン 1 の目標回転速度が実回転速度を上回る場合に、供給可能電力を超えない範囲で第 1 のモータ 2 に蓄電装置 6 から電力を供給する。【選択図】 図 2【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクセラレータペダルと、燃料を消費して回転トルクを出力軸に出力するエンジンと、エンジンの出力軸の回転トルクに応じて発電を行う一方、供給電力に応じてエンジンに回転トルクを伝達する第 1 のモータと、供給電力に応じて車両の駆動トルクを生成する第 2 のモータと、第 1 のモータと第 2 のモータに電気的に接続され、第 1 のモータと第 2 のモータに電力を供給するとともに、第 1 のモータが発電した電力を蓄電する機能を有する蓄電装置、とを備えたハイブリッド車両において、
アクセラレータペダルの踏込量に応じて車両の目標駆動トルクを設定する目標駆動トルク設定手段と、
目標駆動トルクに対応する電力を蓄電装置から第 2 のモータに供給する第 2 モータ電力供給手段と、
蓄電装置の出力可能電力から、第 2 のモータへの供給電力を差し引いて、第 1 のモータへの供給可能電力を計算する第 1 モータ供給可能電力計算手段と、
目標駆動トルクに基づきエンジンの目標回転速度を計算する目標回転速度計算手段と、
第 1 のモータへの供給可能電力が正の値であって、かつエンジンの目標回転速度がエンジンの回転速度を上回る場合に、第 1 のモータ への供給可能電力を超えない範囲で第 1 のモータに蓄電装置から電力を供給する第 1 モータ電力供給手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項２】
第 2 モータ電力供給手段が、目標駆動トルクに基づいて第 2 のモータの目標出力トルクを計算し、目標出力トルクに対応した電力が消費されるように、第 2 のモータの運転を制御するようにさらに構成されている、請求項 1 に記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項３】
目標駆動トルクと車速から車両の目標駆動力を計算する車両目標駆動力計算手段と、目標駆動力に相当する電力が蓄電装置の出力可能電力を上回る場合には、目標駆動量相当電力と蓄電装置の出力可能電力の差に応じて第 1 のモータの発電電力を制御する第 1 モータ発電電力制御手段と、をさらに備えた請求項 1 または 2 に記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項４】
目標駆動力相当電力から第 1 のモータの暫定発電電力を計算する暫定発電電力計算手段をさらに備え、第 1 モータ発電電力制御手段は、目標駆動量相当電力と蓄電装置の出力可能電力の差と、暫定発電電力のうちの大きい方を目標発電電力として、第 1 のモータの発電電力を制御する第 1 の発電電力制御手段と、を備えている請求項 3 に記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項５】
目標駆動力の変化率の上限を規制する上限規制手段をさらに備えた請求項 1 から 4 のいずれかに記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項６】
ハイブリッド電気車両を、エンジンの出力軸と、第 1 のモータと、第 2 のモータとを差動歯車機構を介して機械的に連係させたパラレルハイブリッド電気車両で構成した、請求項 1 から 5 のいずれかに記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項７】
差動歯車機構を、第 1 のモータに結合したサンギヤと、第 2 のモータに結合したリングギヤと、エンジンの出力軸に結合したキャリアとを備える遊星歯車機構で構成した、請求項 6 に記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【請求項８】
エンジンから遊星歯車機構を介して出力されるエンジンの車両駆動トルクを計算する車両駆動トルク計算手段と、目標駆動トルクからエンジンの車両駆動トルクを差し引いたトルクに基づき、第 2 のモータへの目標供給電力を計算する第 2 モータ目標供給電力計算手段と、目標供給電力が蓄電装置の出力可能電力を上回る場合に、目標供給電力と蓄電装置の出力可能電力の差に応じて、第 1 のモータの発電電力を制御する第 2 の発電電力制御手段と、をさらに備えた請求項 7 に記載のハイブリッド電気車両の駆動力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンと駆動モータとを備えたハイブリッド電気車両の駆動力制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンに駆動されるジェネレータと、ジェネレータの発電電力で車両を駆動する電動モータとを備えたハイブリッド電気車両において、バッテリの容量を小さくするためには、電動モータの消費電力とジェネレータの発電電力とが等しくなるように、エンジン出力を制御することが望ましい。
【０００３】
車両が加速する際には、エンジン出力の一部が、エンジン自体とジェネレータの回転速度を上昇させるために使われるため、エンジン出力の増加指令が発せられてから、ジェネレータが電動モータの駆動に必要な電力を供給可能な回転速度に達するまでに時間的な遅れが生じる。バッテリからジェネレータに電力を供給して、ジェネレータとエンジンの回転を加速すると、このタイムラグを縮めることができる。同時に、ジェネレータが必要な電力を供給可能な回転速度に達するまでは、電動モータへの電力供給もバッテリから行われる。しかし、バッテリからジェネレータへ電力を供給すれば、バッテリから電動モータへの電力供給が減ることは避けられない。
【０００４】
したがって、タイムラグの短縮のためにジェネレータにバッテリ電力を供給しても、必ずしも車両の加速性能が向上するとは限らない。
【０００５】
そこで、加速時のバッテリ電力の消費を抑制するために、ジェネレータの発電電力が要求発電電力を下回る場合に、電動モータの出力を制限することが提案されている (特許文献 1 参照)。
【特許文献１】特開 2001‐ 292501 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電動モータの出力を制限すると、電動モータの回転速度の上昇率すなわち車両の加速は緩やかにしか行われない。従来技術はバッテリ電力の消費抑制には寄与しても、車両の加速性能に関しては阻害要因となる可能性がある。
【０００７】
この発明の目的は、限られた 蓄電容量 のもとで、ハイブリット電気車両の加速性能を最適化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるハイブリッド電気車両の駆動力制御装置は、アクセラレータペダルと、燃料を消費して回転トルクを出力軸に出力するエンジンと、エンジンの出力軸の回転トルクに応じて発電を行う一方、供給電力に応じてエンジンに回転トルクを伝達する第 1 のモータと、供給電力に応じて車両の駆動トルクを生成する第 2 のモータと、第 1 のモータと第 2 のモータに電気的に接続され、第 1 のモータと第 2 のモータに電力を供給するとともに、第 1 のモータが発電した電力を蓄電する機能を有する蓄電装置、とを備えたハイブリッド車両において、アクセラレータペダルの踏込量に応じて車両の目標駆動トルクを設定する手段と、目標駆動トルクに対応する電力を蓄電装置から第 2 のモータに供給する手段と、蓄電装置の出力可能電力から第 2 のモータへの供給電力を差し引いて、第 1 のモータへの供給可能電力を計算する手段と、目標駆動トルクに基づきエンジンの目標回転速度を計算する手段と、第 1 のモータへの供給可能電力が正の値であって、かつエンジンの目標回転速度がエンジンの回転速度を上回る場合に、第 1 のモータ への供給可能電力を超えない範囲で第 1 のモータに蓄電装置から電力を供給する手段と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
アクセラレータペダルの踏み込みに応じて第 2 のモータに蓄電装置が電力を供給することで車両を加速する。一方、蓄電装置の出力可能電力から第 2 のモータへの供給電力を差し引いて、第 1 のモータへの供給可能電力を計算する。第 1 のモータへの供給可能電力が正の値で、かつエンジンの目標回転速度がエンジンの回転速度を上回る場合に、第 1 のモータ への供給可能電力を超えない範囲で第 1 のモータに蓄電装置から電力を供給することにより、第 1 のモータがエンジンを回転を加速する。第 1 のモータによるエンジンの加速により、エンジンの回転速度が目標回転速度への到達が早まる。車両駆動用の電力を確保した上で、余剰電力をエンジンの加速に用いるので、限られた蓄電容量のもとで、ハイブリット電気車両の加速性能が最適化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
図 1 を参照すると、シリーズハイブリッド電気車両は、内燃エンジン 1 と、内燃エンジン 1 に直結した交流式のジェネレータ/ モータ 2 と、ジェネレータ/ モータ 2 の発電電力を用いて駆動輪 5 を回転駆動する交流式の電動モータ 3 と、ジェネレータ/ モータ 2 と電動モータ 3 を接続する電気回路に介在する蓄電装置 6 からなるパワートレーンを備える。
【００１２】
ジェネレータ/ モータ 2 はクレームされた第 1 のモータに相当し、電動モータ 3 はクレームされた第 2 のモータに相当する。
【００１３】
蓄電装置 6 はバッテリと、直流と交流の変換を行うコンバータ/ インバータで構成される。
【００１４】
電動モータ 3 はファイナルギア 4 を介して駆動輪 5 に結合する。電動モータ 3 を車両の減速時の駆動輪 5 の回転エネルギーを回生するジェネレータ機能を備えたモータで構成しても良い。
【００１５】
パワートレーンの制御のために、制御装置はエンジンコントローラ 7、インバータ 8、バッテリコントローラ 10、インバータ 11、及び統合コントローラ 9 を備える。
【００１６】
コントローラ 7, 9 及び 10 は、それぞれ中央演算装置 (CPU)、読み出し専用メモリ (ROM) 、ランダムアクセスメモリ (RAM) 及び入出力インタフェース (I/O インタフェース) を備えたマイクロコンピュータで構成される。
【００１７】
各コントローラを複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。逆に、複数のコントローラを単一のマイクロコンピュータで構成することも可能てある。
【００１８】
内燃エンジン 1 の出力トルクは、電子スロットルの開度、燃料噴射量及び点火タイミングを通じて調整される。エンジンコントローラ 7 は、統合コントローラ 9 が出力するエンジントルク指令値に応じて、これらを調整する。
【００１９】
ジェネレータ/ モータ 2 は内燃エンジン 1 に直結しているため、ジェネレータ/ モータ 2 の回転速度は内燃エンジン 1 の回転速度に等しい。インバータ 8 は統合コントローラ 9 からの指令信号に基づくベクトル制御によってジェネレータ/ モータ 2 のトルクを調整する。
【００２０】
インバータ 8 はまた、ジェネレータ/ モータ 2 の実回転速度と実発電電力を検出して、対応する信号を統合コントローラ 9 に入力する機能を有する。
【００２１】
統合コントローラ 9 は、ジェネレータ/ モータ 2 の実回転速度が、目標回転速度に一致するように、ジェネレータ/ モータ 2 のトクル指令値を計算し、対応する信号をインバータ 8 に出力する。ジェネレータコントローラ 8 はトクル指令値に基づきジェネレータ/ モータ 2 の発電電力、言い換えれば回転抵抗を制御することで、ジェネレータ/ モータ 2 の実回転速度を目標回転速度へと制御する。
【００２２】
バッテリコントローラ 10 は蓄電装置 6 のバッテリの充放電電圧と電流とに基づき、バッテリの充電状態 (SOC)) と、入力可能電力及び出力可能電力を計算し、計算結果に対応する信号を統合コントローラ 9 に入力する。
【００２３】
インバータ 11 は統合コントローラ 9 が出力するモータトルク指令値に基づくベクトル制御によって電動モータ 3 の出力トルクを調整する。インバータ 11 はまた電動モータ 3 の実駆動電力を検出して、対応する信号を統合コントローラは 9 に入力する機能を有する。
【００２４】
制御装置はさらに、車両が備えるアクセラレータペダル 12 の踏込量 APS を検出するアクセラレータペダル踏込量センサ 12A と、車速を検出する車速センサ 13 を備える。これらのセンサの検出データは統合コントローラ 9 に信号として入力される。
【００２５】
次に、以上の構成のもとで統合コントローラ 9 が実行する、エンジン 1 の出力トルク、ジェネレータ/ モータ 2 の発電トルク及び電動モータ 3 の駆動トルクの制御ルーチンを説明する。このルーチンは車両の電源スイッチがオンの場合に十ミリ秒間隔で実行される。
【００２６】
最初に制御の概要を説明する。
【００２７】
アクセラレータペダル 12 の踏み込みにより車両が加速する際は、エンジン 1 の出力増加が指令されてから、エンジン 1 に結合するジェネレータ/ モータ 2 の回転が実際に上昇するまでにタイムラグが発生する。エンジン 1 の出力の一部がまずエンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転を慣性抵抗に打ち勝って上昇させるために消費されるからである。
【００２８】
この時、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動すれば、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転が加速され、エンジン 1 の回転速度すなわちジェネレータ/ モータ 2 の発電電力を早期に高めることができる。しかしながら、蓄電装置 6 の蓄電容量には限りがあり、ジェネレータ/ モータ 2 への電力供給のために電動モータ 3 への電力供給量が低下すると、車両の加速性能は却って低下してしまう。
【００２９】
そこで、この制御装置は車両の加速性能が最適化されるように、蓄電装置 6 の電力供給能力に応じてエンジン 1、ジェネレータ/ モータ 2 及び電動モータ 3 の運転を制御する。統合コントローラ 9 は車速とアクセラレータペダル踏込量 APS に応じてジェネレータ/ モータ 2 の目標回転速度を設定し、蓄電装置 6 の電力供給能力に余裕がある場合には、目標回転速度と実回転速度の差に応じて、ジェネレータ/ モータ 2 に電力を供給する。
【００３０】
次に、図 2 を参照して、この制御について詳細に説明する。
【００３１】
この図に示すブロック B15-B32 は、統合コントローラ 9 の機能を仮想的なユニットとして示すもので、物理的な存在を意味しないことに留意すべきである。
【００３２】
統合コントローラ 9 は、まずブロック B15 で、アクセラレータペダル踏込量センサ 12A が検出したアクセラレータペダル踏込量 APS と、車速センサ 13 が検出した車速に基づき、あらかじめ ROM に格納された車軸駆動トルクのマップを検索して、目標車軸駆動トルク Tsd を設定する。マップは、アクセラレータペダル踏込量 APS が大きいほど大きな目標車軸駆動トルク Tsd を与え、車速が小さいほど大きな目標車軸駆動トルク Tsd を与える。
【００３３】
統合コントローラ 9 は、ブロック B16 で、目標車軸駆動トルク Tsd をファイナルギア 4 の減速比 Gf で除算することで、電動モータ 3 の出力トルク指令値 Tsm を計算する。統合コントローラ 9 は、出力トルク指令値 Tsm をインバータ 11 に出力することで、電動モータ 3 の出力トルクをベクトル制御する。
【００３４】
一方、統合コントローラ 9 は、ブロック B17 で、目標車軸駆動トルク Tsd に車軸回転速度を乗じて車両の目標駆動出力 Psd を計算する。車軸回転速度は車速に一定の係数を乗じることで得られる。
【００３５】
統合コントローラ 9 は、ブロック B18 で電動モータ 3 の運転に伴うエネルギーロスを目標駆動出力 Psd に加えることで、目標発電電力 Pgen を計算する。ここで、目標発電電力 Pgen は電動モータ 3 への目標供給電力に等しい。電動モータ 3 の運転に伴うエネルギーロスは電動モータ 3 の出力トルクと回転速度に応じて変化する。そこで、電動モータ 3 の出力トルクと回転速度をパラメータとしてエネルギーロスを実験的に定めたマップをあらかじめ作成し、統合コントローラ 9 の ROM に格納しておく。ブロック B18 では、統合コントローラ 9 はブロック 16B で求めた出力トルク指令値 Tsm とインバータ 8 が検出した電動モータ 3 の実回転速度とから、このマップを検索して電動モータ 3 の運転に伴うエネルギーロスを求める。
【００３６】
統合コントローラ 9 は、ブロック B19 でジェネレータ/ モータ 2 の運転に伴うエネルギーロスを目標発電電力 Pgen に加算することで、目標エンジン出力 Peng を計算する。ジェネレータ/ モータ 2 の運転に伴うエネルギーロスは次のようにして推定する。
【００３７】
エンジン 1 によりジェネレータ/ モータ 2 を駆動して発電を行う場合の、さまざまな発電電力に対してエンジン 1 の燃料消費が最少となる動作状態でのジェネレータ/ モータ 2 のエネルギーロスを実験的に求めてマップを作成する。このマップをあらかじめ統合コントローラ 9 の ROM に格納しておき、統合コントローラ 9 は目標発電電力 Pgen からこのマップを参照してジェネレータ/ モータ 2 のエネルギーロスを求める。あるいは、ジェネレータ/ モータ 2 の発電電力と回転速度ごとにエネルギーロスを測定し、マップを作成する。このマップをあらかじめ統合コントローラ 9 の ROM に格納しておき、統合コントローラ 9 は目標発電電力 Pgen とインバータ 8 が検出するジェネレータ/ モータ 2 の回転速度に基づき、エネルギーロスを求める。
【００３８】
統合コントローラ 9 は、ブロック B20 で目標エンジン出力 Peng をエンジン回転速度で除算することで、エンジントルク指令値 Ts を計算する。エンジン回転速度はインバータ 8 が検出する電動モータ 2 の回転速度に等しい。統合コントローラ 9 は、エンジントルク指令値 Ts をエンジンコントローラ 7 に出力する。
【００３９】
統合コントローラ 9 は、ブロック B21 で目標エンジン出力 Peng に基づき図に示す特性を有する最少燃料消費マップを参照して、目標エンジン出力 Peng を最少の燃料消費で達成するための目標回転速度を求める。求めたエンジン 1 の目標回転速度はジェネレータ目標回転速度 Ns としてブロック B22 に出力される。
【００４０】
統合コントローラ 9 は、ブロック B22 でジェネレータ目標回転速度 Ns と、インバータ 8 が検出したジェネレータ/ モータ 2 の回転速度の速度差を計算する。
【００４１】
統合コントローラ 9 は、ブロック B23 で速度差が減少するように、暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' を計算する。暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' の計算には、フィードバック制御に用いる PID 制御法を適用する。
【００４２】
一方、統合コントローラ 9 は、ブロック B24 でバッテリコントローラ 10 から入力される蓄電装置 6 の出力可能電力を、ブロック B25 でインバータ 8 から入力されるジェネレータ/ モータ 2 の実発電電力を、それぞれ読み込む。統合コントローラ 9 は、ブロック B26 でいわゆるセレクトハイ制御により実発電電力の下限をゼロに制限する。
【００４３】
統合コントローラ 9 は、ブロック B27 で、蓄電装置 6 の出力可能電圧とジェネレータ/ モータ 2 の実発電電力との和から、ブロック B18 で計算したジェネレータ/ モータ 2 の目標発電電力 Pgen を差し引くことで、余剰電力 Prem を計算する。
【００４４】
ブロック B26 で実発電電力の下限をゼロに制限するのは次の理由による。
【００４５】
ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動している場合にはブロック B25 で読み込まれる実発電電力が負の値になる。この負の発電電力は蓄電装置 6 からジェネレータ/ モータ 2 に供給されるモータ駆動電力である。ブロック B24 で統合コントローラ 9 が読み込む蓄電装置 6 の出力可能電力は、この駆動電力を差し引いた値である。ブロック B27 ではしたがってジェネレータ/ モータ 2 の発電電力のみを正の値として入力し、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動する際の駆動電力は入力しない。
【００４６】
ジェネレータ/ モータ 2 の実発電電力は、ジェネレータ/ モータ 2 の発電する交流電力を直接測定するか、ジェネレータ/ モータ 2 の回転トルクと回転速度の積からジェネレータロスを差し引くことで求めることができる。
【００４７】
統合コントローラ 9 は、ブロック B28 でセレクトハイ制御により余剰電力 Prem の下限値をセレクトハイ制御によりゼロに規制する。制限後の値をジェネレータ/ モータ使用可能電力 Pgl とする。
【００４８】
統合コントローラ 9 は、ブロック B30 でジェネレータ/ モータ 2 の使用可能電力 Pgl を、インバータ 8 から入力されるジェネレータ/ モータ 2 の実回転速度で除算して、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動する際の出力可能トルク Tgl を計算する。
【００４９】
ジェネレータ/ モータ 2 の使用可能電力 Pgl と出力可能トルク Tgl は、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動可能な電力と、その結果得られる出力トルクを意味する。この範囲でジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動する場合には、蓄電装置 6 の出力可能電力を超過することなく、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転を加速させることができる。
【００５０】
一方、統合コントローラ 9 は、ブロック B29 でいわゆるセレクトロー制御により、余剰電力 Prem の上限をゼロに規制する。規制後の絶対値をジェネレータ/ モータ 2 をジェネレータとして運転する際の要求発電電力 Pgm とする。
【００５１】
統合コントローラ 9 は、ブロック B31 で、要求発電電力 Pgm をジェネレータ/ モータ 2 の実回転速度で除算して、ジェネレータ/ モータ 2 の要求発電トルク Tgm を計算する。
【００５２】
ジェネレータ/ モータ 2 の要求発電電力 Pgm と要求発電トルク Tgm は、目標車軸駆動トルク Tsd を実現するために必要な電力に対して、現時点で供給可能な電力の不足分と、そのトルク換算値を表す。
【００５３】
ブロック B28 とブロック B29 の処理のアルゴリズムから、ジェネレータ/ モータ 2 の使用可能電力 Pgl がゼロ以外の値の場合には、ジェネレータ/ モータ 2 の要求発電電力 Pgm はゼロになり、ジェネレータ/ モータ 2 の要求発電電力 Pgm がゼロ以外の値の場合には、ジェネレータ/ モータ 2 の使用可能電力 Pgl はゼロになる。
【００５４】
統合コントローラ 9 は、ブロック B32 で、暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' を、出力可能トルク Tgl と要求発電トルク Tgm に基づき次に示す方法で補正して、ジェネレータ/ モータ 2 の発生トルク指令値 Tg を計算する。
【００５５】
まず、出力可能トルク Tgl がゼロ以外の値の場合には、出力可能トルク Tgl をジェネレータ/ モータ 2 の生成トルク指令値 Tg とする。この場合には、ジェネレータ/ モータ 2 に蓄電装置 6 から電力が供給され、ジェネレータ/ モータ 2 はモータとしてトルクを生成してエンジン 1 に伝達する。
【００５６】
出力可能トルク Tgl がゼロの場合には、暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' と要求発電トルク Tgm のうちの値の大きい方をジェネレータ/ モータ 2 の生成トルク指令値 Tg とする。この場合には、ジェネレータ/ モータ 2 の生成トルク指令値 Tg は負の値として出力され、ジェネレータ/ モータ 2 はジェネレータとしてエンジン 1 からの入力トルクにより発電を行う。
【００５７】
インバータ 8 は、駆動トルク指令値 Tg が正の値の場合には、、ジェネレータ/ モータ 2 に駆動トルク指令値 Tg に対応した電力を供給して、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして駆動する。インバータ 8 は、駆動トルク指令値 Tg が負の値の場合には、ジェネレータ/ モータ 2 が駆動トルク指令値 Tg の絶対値に等しいトルクをエンジン 1 から受け取って発電を行うように、モータ/ ジェネレータ 2 の回転抵抗を調整する。駆動トルク指令値 Tg がゼロの場合は、電力は不足していないので、補正は行わない。
【００５８】
以上の制御によれば、まずブロック B16 で電動モータ 3 に出力トルク指令値 Tsm に応じた電力が供給され、ブロック B20 で出力トルク指令値 Tsm に対応したエンジントルク指令値 Ts により内燃エンジン 1 の出力トルクが制御される。
【００５９】
一方、ブロック B27 ではジェネレータ/ モータ 2 の実発電電力と、蓄電装置 6 の出力可能電力から、ジェネレータ/ モータ 2 の目標発電電力 Pgen を差し引いて余剰電力 Prem を求める。この余剰電力 Prem の正負に応じた駆動トルク指令値 Tg により、インバータ 8 を介してジェネレータ/ モータ 2 をジェネレータあるいはモータとして作動させる。
【００６０】
したがって、車両の加速においては、目標駆動力に応じた電力をまず電動モータ 3 に供給した上で、余剰電力が必要に応じてジェネレータ/ モータ 2 に供給され、ジェネレータ/ モータ 2 とエンジン 1 の回転の加速に用いられる。そのため、与えられた電力供給条件のもとで、車両の最適の加速性能が実現する。
【００６１】
この制御において、好ましくは、ブロック B31 で計算される要求発電トルク Tgm がエンジン 1 の出力トルクを上回らないように制限する。あるいは、ブロック B16 において、電動モータ 3 の出力トルク指令値 Tsm を計算する際に、前回ルーチンが実行された時の指令値 Tsmn-1 からの変化量に蓄電装置 6 の出力可能電力に応じた制限を設ける。蓄電装置 6 の出力可能電力に代えて、蓄電装置 6 の蓄電状態や、蓄電装置 6 の温度をパラメータとする制限を設けても良い。変化量の制限は、単位時間当たりの変化量を制限するか、あるいは出力トルク指令値 Tsm にフィルタによるなまし処理を加えることで実現する。
【００６２】
電動モータ 3 の出力トルク指令値 Tsm の変化量を制限するのは次の理由による。
【００６３】
図 2 に示すルーチンでは、ブロック B16 における電動モータ 3 への出力トルク指令値 Tsm の出力が、ブロック B32 におけるジェネレータ/ モータ 2 の発電トルク指令値 Tg の出力に先だって行われる。そのため、電動モータ 3 への出力トルク指令値 Tsm の変化量に制限を設けないと、蓄電装置 6 の出力可能電力のすべてが電動モータ 3 に供給され、ジェネレータ/ モータ 2 への供給電力が不足する可能性がある。
【００６４】
この状態では、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転速度の上昇は、エンジントルク指令値 Ts によるエンジン 1 の吹き上がりのみに依存することになり、回転速度の上昇に遅れが生じやすい。
【００６５】
出力トルク指令値 Tsm の変化量を制限すると、アクセラレータペダル 12 の踏み込みの直後に、電動モータ 3 の消費電力が急増するのを防止できる。その間にジェネレータ/ モータ 2 に余剰電力を供給して、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転速度を上昇させることが可能になる。
【００６６】
次に 図 3- 9 を参照して、パラレルハイブリッド電気車両にこの発明を適用した、この発明の第 2 の実施形態を説明する。
【００６７】
図 3 を参照すると、この実施形態によるパラレルハイブリッド電気車両は、内燃エンジン 1 と、ジェネレータ/ モータ 2 と、電動モータ 3 を相互に機械的に連係する遊星歯車機構 14 からなるパワートレーンを備える。また、エンジン 1 の回転速度を検出する回転速度センサ 19 を備える。ハードウェアに関するその他の構成は第 1 の実施形態と同一である。
【００６８】
図 5 を参照すると遊星歯車機構 14 はサンギア 16 と、サンギア 16 の外側に同軸的に配置されたリングギア 17 と、サンギア 16 とリングギア 17 に噛み合う複数のプラネットギア 15 と、プラネットギア 15 を自転及びサンギア 16 の周りを公転可能な状態で支持するキャリア 18 を備える。
【００６９】
サンギア 16 はジェネレータ/ モータ 2 に結合する。リングギア 17 はファイナルギア 4 を介して駆動輪 5 に結合する。キャリア 18 はエンジン 1 に結合する。
【００７０】
この構造により、エンジン 1 の回転トルクは、サンギア 16 を介してジェネレータ/ モータ 2 に伝達されるだけでなく、リングギア 17 を介して駆動輪 5 にも伝達される。
【００７１】
この遊星歯車機構 14 のもとでは、エンジン 1、ジェネレータ/ モータ 2 及び電動モータ 3 の回転速度の関係を図 6 に示すように規定される。図の α と β は、サンギア 16 とリングギア 17 のギア比 α / β に対応する。この図は、電動モータ 3 のある回転速度に対して、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 が取り得る回転速度の関係と範囲を規定したものであり、ジェネレータ/ モータ 2 の回転速度を制御することで、エンジン 1 の回転速度が制御されることを示す。つまり、遊星歯車機構 14 は、エンジン 1 の回転速度とファイナルギア 4 の回転速度の比を、ジェネレータ/ モータ 2 の回転速度に応じて変化させる変速機として機能する。
【００７２】
図 4 を参照して、この実施形態による統合コントローラ 9 が実行するエンジン 1 の出力トルク、ジェネレータ/ モータ 2 の発電トルク及び電動モータ 3 の駆動トルクの制御を説明する。このルーチンは第 1 の実施形態による 図 2 の制御に対応し、車両の電源スイッチがオンの場合に十ミリ秒間隔で実行される。
【００７３】
この実施形態では、図 2 の第 1 の実施形態による制御に対して、ブロック B16 と B18 が省略され、ブロック B41-B44 が追加されている。
【００７４】
パラレルハイブリッド電気車両がシリーズハイブリッド電気車両と異なるのは、エンジン出力が駆動輪 5 に分配される点である。第 1 の実施形態では、余剰電力 Prem を目標発電電力 Pgen に基づき計算しているが、この実施形態では、電動モータ 3 の消費予定の電力に基づき余剰電力 Prem を計算する。第 1 の実施形態では、駆動輪 5 の駆動トルクの全量を電動モータ 3 から供給していたが、この実施形態ではエンジン 1 の出力トルクが駆動輪 5 にも伝達されるため、電動モータ 3 に要求される出力トルクが減少する。対応して、蓄電装置 6 からジェネレータ/ モータ 2 に供給可能な余剰電力 Prem が増えることになる。
【００７５】
統合コントローラ 9 はブロック B41 で車軸に入力するエンジントルクの推定値を計算する。この推定値はエンジン出力トルクからジェネレータ/ モータ 2 の駆動トルクを差し引くことで求められる。エンジン出力トルクは後述のエンジントルク指令値 Tp にフィルタ処理を施すことで求める。ただし、エンジントルク指令値 Tp はこれから計算する値ではなく、前回あるいはそれ以前のルーチン実行により出力された値である。あるいはエンジン 1 の吸入空気量を検出し、吸入空気量からエンジン出力トルクを求めることも可能である。ジェネレータ/ モータ 2 の駆動トルクには後述の駆動トルク指令値 Tg を用いる。この値は前回のルーチン実行時に出力された値である。
【００７６】
ブロック B15 で目標車軸駆動トルク Tpd を計算した後、統合コントローラ 9 はブロック B42 で、目標車軸駆動トルク Tsd から車軸に入力するエンジントルクの推定値を差し引き、結果をファイナルギア 4 の減速比 Gf で除算して、電動モータトルク指令値 Tpm を計算する。目標車軸駆動トルク Tpd は第 1 の実施形態の目標車軸駆動トルク Tsd に、電動モータトルク指令値 Tpm は第 1 の実施形態の電動モータトルク指令値 Tsm にそれぞれ相当する。別の符号を用いるのはブロック B15 で適用するマップが第 1 の実施形態で適用するマップと異なるためである。
【００７７】
統合コントローラ 9 は、出力トルク指令値 Tpm をインバータ 11 に出力することで、電動モータ 3 の出力トルクをベクトル制御する。
【００７８】
一方、統合コントローラ 9 は、ブロック B43 で、電動モータトルク指令値 Tpm に、車速から計算した実電動モータ回転速度を乗じることで、電動モータ 3 の目標駆動出力を計算する。
【００７９】
統合コントローラ 9 はブロック B44 で、第 1 の実施形態のブロック B18 と同じく、電動モータ 3 のエネルギーロスを計算し、目標駆動出力にエネルギーロスを加えて、電動モータ 3 への目標供給電力を算出する。
【００８０】
統合コントローラ 9 は、また第 1 の実施形態と同様にブロック B17 で車両の目標駆動出力 Ppd を計算した後、ブロック B19 でジェネレータ/ モータ 2 の運転に伴うエネルギーロスを目標駆動出力 Psd に加算して、目標エンジン出力 Peng を計算する。目標駆動出力 Ppd は第 1 の実施形態の目標駆動出力 Psd に相当する。
【００８１】
目標エンジン出力 Peng からエンジントルク指令値 Tp 及び暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' の計算に至るプロセスは、第 1 の実施形態と同一である。エンジントルク指令値 Tp は第 1 の実施形態のエンジントルク指令値 Ts に相当する。
【００８２】
第 1 の実施形態では、ブロック B18 を設けて電動モータ 3 の運転に伴うエネルギーロスを目標駆動出力 Psd に加算したが、この実施形態では、エンジン出力の一部は電動モータ 3 を介さずに直接ファイナルギア 4 に入力されるので、電動モータ 3 の運転に伴うエネルギーロスはここでは加算せず、ブロック B44 で、電動モータ 3 の目標入力電力を計算する際に加算する。
【００８３】
一方、統合コントローラ 9 はブロック B27 で、蓄電装置 6 の出力可能電圧とジェネレータ/ モータ 2 の実発電電力との和から、ブロック B44 で計算した電動モータ 3 への目標供給電力を差し引くことで、余剰電力 Prem を計算する。
【００８４】
ブロック B28-B32 の処理は第 1 の実施形態と同一である。すなわち、余剰電力 Prem に基づき、ジェネレータ/ モータ 2 を電動モータとして運転する際の出力可能トルク Tgl とジェネレータ/ モータ 2 をジェネレータとして運転する際の要求発電トルク Tgm を計算し、これらに基づき暫定ジェネレータトルク指令値 Tg' を基づき補正して、ジェネレータ/ モータ 2 の駆動トルク指令値 Tg を求める。
【００８５】
この実施形態においても、アクセラレータペダル 12 の踏み込みの直後に、蓄電装置 6 の出力可能電力のすべてが電動モータ 3 に供給され、ジェネレータ/ モータ 2 への供給電力が不足するのを防止するために、好ましくは電動モータ 3 の消費電力の急増を抑制する。
【００８６】
加速時において、ジェネレータ/ モータ 2 に電力を供給してモータとして駆動することは、遊星歯車機構 14 が構成する変速機の変速比の変化を加速する。しかしながら、アクセラレータペダル 12 の踏み込みに対してブロック B15 で計算される目標車軸駆動トルク Tpd の増加速度が大きい場合には、変速比の変化にエンジン 1 のトルク増大が追いつかなくなる可能性が依然として存在する。このため、電動モータ 3 の消費電力の急増の抑制と合わせて、目標車軸駆動トルク Tpd の増加率に対して制限を加えても良い。
【００８７】
次に 図 7 - 9 を参照して、この実施形態による制御がもたらす作用と効果を説明する。これらのタイミングチャートはいずれも、車両が停止して十秒経過した時点で、アクセラレータペダル 12 が全開状態まで踏み込まれた場合のパラレルハイブリッド車両の動力特性を、発明者らがシミュレーションした結果を示す。いずれのケースにおいても、蓄電装置 6 の出力可能電力は 3 キロワットに設定している。
【００８８】
図 7 は 図 4 の制御を適用した場合の加速特性を示す。図 8 は 図 2 のパラレルハイブリッド車両において、図 4 の制御によらずに、遊星歯車機構 14 の変速比変化を速く設定した場合の加速特性を示す。図 9 は図 2 のパラレルハイブリッド車両において、遊星歯車機構 14 の変速比変化を遅く設定し、ジェネレータ/ モータ 2 への給電を行わないようにした場合の加速特性を示す。
【００８９】
図 8 を参照すると、車両が停止状態から加速する際の遊星歯車機構 14 の変速比変化を速く設定すると、最初に蓄電装置 6 のバッテリ電力がジェネレータ/ モータ 2 に供給され、図 8(A) に示すようにエンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 は応答良く回転速度を上昇させる。しかしかながら、電動モータ 3 への供給電力がその分低下するため、図 8(B) に示すように電動モータ 3 の出力トルクが上昇を開始するまでに若干のタイムラグが発生する。結果として、図 8(E) に示すように車両の加速度が増加し始めるタイミングも遅くなる。回転速度を上昇させたジェネレータ/ モータ 2 が発電を開始すると、図 8(C) に示すように車両の駆動力は上昇する。
【００９０】
図 9 を参照すると、ジェネレータ/ モータ 2 への給電を行わない場合には、ジェネレータ/ モータ 2 はエンジン 1 の出力上昇のみに依存して回転速度を上昇させるため、ジェネレータ/ モータ 2 とエンジン 1 の回転速度の上昇に時間がかかる。結果として、ジェネレータ/ モータ 2 の発電電力が電動モータ 3 の要求を満たすまでに時間がかかり、好ましい加速特性は得られない。
【００９１】
図 7 を参照すると、図 4 に示す制御のもとでは、アクセラレータペダル 12 の踏み込みに対して、まず電動モータ 3 への供給電力が優先的に確保され、余剰電力がジェネレータ/ モータ 2 に供給される。したがって、図 7(B) に示すように電動モータ 3 の出力トルクが応答良く増大する一方で、エンジン 1 とジェネレータ/ モータ 2 の回転速度も速やかに上昇する。その結果、車両の駆動力と加速度はタイムラグなしに速やかに上昇を開始するとともに、ジェネレータ/ モータ 2 の回転速度も要求発電電力を満たすに必要な速度へと短時間で到達する。結果的に、図 8 の特性と比較して、車両駆動力のピークへの到達タイミングが早くなり、アクセラレータペダルの踏み込みに対して駆動力が応答良く増大し、素早い加速反応が得られる。
【００９２】
以上の各実施形態において、図 2 と図 4 のブロック B15 が目標駆動トルク設定手段に相当する。図 2 のブロック B16 と図 4 のブロック B42 が第 2 モータ電力供給手段と第 2 モータ目標出力トルク計算手段に相当する。図 2 と図 4 のブロック B28 が第 1 モータ供給可能電力計算手段相当する。図 2 とブロック B17-B19 と B21、及び図 4 のブロック B17 と B19 と B21 がそれぞれ目標回転速度計算手段に相当する。ブロック B17 はさらに車両目標駆動力計算手段に相当する。図 2 と図 4 のブロック B28、 B30 及び B32 が第 1 モータ電力供給手段に相当する。図 2 と図 4 のブロック B17 が、車両目標駆動力計算手段に相当する。図 2 と図 4 のブロック B29、 B31 及び B32 が第 1 モータ発電電力制御手段に相当する。図 2 と図 4 のブロック B19, B21-B23 が暫定発電電力計算手段に、ブロック B29、 B31 及び B32 が第 1 の発電電力制御手段に、それぞれ相当する。図 2 と図 4 のブロック B15 が、上限規制手段に相当する。図 4 のブロック B41 が車両駆動トルク計算手段に、ブロック B42-B44 が第 2 モータ目標供給電力計算手段に、ブロック B29、 B31 及び B32 が第 2 の発電電力制御手段に、それぞれ相当する。
【００９３】
以上の各実施形態では、ジェネレータ/ モータ 2 と、電動モータ 3 をそれぞれインバータ 8 と 10 を介して制御される交流式の回転電機で構成しているが、直流式の回転電機を用いることも可能である。その場合には、インバータ 8 と 10 の代わりに DC/DC コンバータを用いて、ジェネレータ/ モータ 2 と電動モータ 3 の制御を行う。
【００９４】
この発明は上記の実施形態に限定されない。特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内で、当業者がなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】この発明の第 1 の実施形態によるシリーズハイブリッド電気車両の制御装置の概略構成図である。
【図２】この発明の第 1 の実施例による統合コントローラの制御機能を説明するブロックダイアグラムである。
【図３】この発明の第 2 の実施例によるパラレルハイブリッド電気車両の制御装置の概略構成図である。
【図４】この発明の第 2 の実施例による統合コントローラの制御機能を説明するブロックダイアグラムである。
【図５】パラレルハイブリッド電気車両が備えるディファレンシャルメカニズムの概略構成図である。
【図６】パラレルハイブリッド電気車両のジェネレータ/ モータとエンジンと駆動用モータの回転速度の関係を説明するダイアグラムである。
【図７】この発明の第 2 の実施例による制御がもたらす加速特性を説明するタイミングチャートである。
【図８】電動モータの回転速度の目標上昇率を大きく設定した場合の、パラレルハイブリッド電気車両の加速特性を説明するタイミングチャートである。
【図９】ジェネレータ/ モータへの電力供給を行わない場合の、パラレルハイブリッド電気車両の加速特性を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９６】
1 エンジン
2 ジェネレータ/ モータ
3 電動モータ
6 蓄電装置
9 統合コントローラ
12 アクセラレータペダル
12A アクセラレータペダル踏込量センサ
13 車速センサ
14 遊星歯車機構
16 サンギヤ
17 リングギヤ
18 キャリア
【図１】
2004343989.tif 000002
【図２】
2004343989.tif 000003
【図３】
2004343989.tif 000004
【図４】
2004343989.tif 000005
【図５】
2004343989.tif 000006
【図６】
2004343989.tif 000007
【図７】
2004343989.tif 000008
【図８】
2004343989.tif 000009
【図９】
2004343989.tif 000010