(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと二つのモータとを２自由度のギヤにつないで出力軸に駆動トルクを伝達する電気変速装置を備えるハイブリッド車両の電力制限方法において、前記電気変速装置におけるバッテリの電力制限を行うにあたり、トルク指令値および回転数を、ローパスフィルタを備える電力推定手段を用いた定常電力制限部とローパスフィルタを備えていない電力推定手段を用いた瞬時電力制限部とからなる２段の電力制限部を順に通過させて、前記定常電力制限部において、トルク指令にハンチングがある場合は補正したトルク指令値を、トルク指令にハンチングがない場合は補正しないトルク指令値を、第１のトルク指令値として出力し、その後、前記瞬時電力制限部において、前記定常電力制限部からの第１のトルク指令値に瞬間的な電力増加がある場合は補正したトルク指令値を、第１のトルク指令値に瞬間的な電力増加がない場合は補正しないトルク指令値を、第２のトルク指令値として出力し、第２のトルク指令値によりバッテリの電力を制限することを特徴とするハイブリッド車両の電力制限方法。
【請求項２】
前記定常電力制限部において、前記電力推定手段により、前記二つのモータのトルク指令値および回転数からバッテリの第１の電力計算値を求め、求めた第１の電力計算値にローパスフィルタをかけ、ローパスフィルタをかけた第１の電力計算値を予め設定された第１の上下限電力しきい値で割って絶対値をとり第１の修正ゲインを求め、第１の修正ゲインが１より大きい場合は、トルク指令を第１の修正ゲインで割った修正トルク指令値を、第１の修正ゲインが１より小さい場合は、補正せずトルク指令値をそのまま、前記第１のトルク指令値として出力し、
前記瞬時電力制御部において、前記電力推定手段により、前記定常電力制御部から入力した修正トルク指令値またはトルク指令値および回転数から計算したバッテリの第２の電力計算値を求め、求めた第２の電力計算値を予め設定された第２の上下限電力しきい値で割って絶対値をとり第２の修正ゲインを求め、第２の修正ゲインが１より大きい場合は、前記定常電力制御部から入力した修正トルク指令値またはトルク指令値を前記第２の修正ゲインで割った修正トルク指令値を、第２の修正ゲインが１より小さい場合は、補正せずに、前記定常電力制御部から入力した修正トルク指令値またはトルク指令値をそのまま、前記第２のトルク指令値として出力することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の電力制限方法。
【請求項３】
前記第２の上下限電力しきい値を、前記第１の上下限電力しきい値より大きく設定することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の電力制限方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと二つのモータとを２自由度のギヤにつないで出力軸に駆動トルクを伝達する電気変速装置を備えるハイブリッド車両の電力制限方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、原動機、発電機及びモータを組み合わせたハイブリッド方式の駆動装置において、バッテリに能力以上の電力要求が出るのを排除してバッテリを保護するために、バッテリの設定された制限電力値とフィードバックした検出電力値との差から、各トルクの指令操作量を修正することでバッテリの電力を制限する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−７９９１２号公報
【０００３】
図７は従来のハイブリッド車両における電力制限方法の一例を説明するためのブロック図である。図７に示す例において、５１は、駆動トルク指令(Toref)、エンジン回転数指令(Neref)、エンジントルク指令(Teref)を発生する動作点指令部、５２は、動作点指令部５１からの各指令に基づきトルクを分配して、補正されたエンジントルク指令(Teref2)、モータ１トルク指令(T1ref)、モータ２トルク(T2ref)を出力するトルク分配部、５３は、トルク分配部５２からの各トルクを、設定されたバッテリの制限電力とフィードバックしたバッテリの検出出力(Pbact)との差から補正して、修正されたモータ１トルク指令(T1ref1)、修正されたモータ２トルク指令(T2ref1)、修正されたエンジントルク指令(Teref3)を出力する電力制限部、５４はモータ１、５５はモータ２、５６はエンジン、５７は遊星歯車変速機、である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図７に示す従来の電力制限方法では、フィードバックされるバッテリの検出電力(Pbact)がバッテリの設定された制限電力内に収まるように、モータ１（５４）、モータ２（５５）、エンジン５６へのトルク指令を修正して、修正されたモータ１トルク指令(T1ref1)、修正されたモータ２トルク指令(T2ref1)、修正されたエンジントルク指令(Teref3)により、モータ１（５４）、モータ２（５５）、エンジン５６の駆動を制御している。しかしながら、上述した従来の電力制限方法では、図７に示す従来の電力制限方法における電力制限結果の一例を示す図７の２．９〜３．０［ｓ］の部分に示すように、モータ１トルク指令の増加に伴う瞬間的な電力増加による電力制限値ごえが発生する。図８に示すように、計測電力値が電力制限値を越えてからトルク指令の修正が増加（図８の３．１〜３．３［ｓ］）するため、瞬時のバッテリ制限が行えず、バッテリ保護ができない問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は上述した問題点を解消して、エンジンと二つのモータとを２自由度のギヤにつないで出力軸に駆動トルクを伝達する電気変速装置を備えるハイブリッド車両において、バッテリの瞬時の電力制限を行うことができ、バッテリを保護することができるハイブリッド車両の電力制限方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のハイブリッド車両の電力制限方法は、エンジンと二つのモータとを２自由度のギヤにつないで出力軸に駆動トルクを伝達する電気変速装置を備えるハイブリッド車両の電力制限方法において、前記電気変速装置におけるバッテリの電力制限を行うにあたり、トルク指令値および回転数を、ローパスフィルタを備える電力推定手段を用いた定常電力制限部とローパスフィルタを備えていない電力推定手段を用いた瞬時電力制限部とからなる２段の電力制限部を順に通過させて、前記定常電力制限部において、トルク指令にハンチングがある場合は補正したトルク指令値を、トルク指令にハンチングがない場合は補正しないトルク指令値を、第１のトルク指令値として出力し、その後、前記瞬時電力制限部において、前記定常電力制限部からの第１のトルク指令値に瞬間的な電力増加がある場合は補正したトルク指令値を、第１のトルク指令値に瞬間的な電力増加がない場合は補正しないトルク指令値を、第２のトルク指令値として出力し、第２のトルク指令値によりバッテリの電力を制限することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、電気変速装置におけるバッテリの電力制限を行うにあたり、ローパスフィルタを備える電力推定手段を用いた定常電力制限部とローパスフィルタを備えていない電力推定手段を用いた瞬時電力制限部とからなる２段の電力制限部を順に通過させて電力を制限することにより、前段のローパスフィルタのついた電力推定手段を用いた定常電力制限部において、トルク指令値、回転数信号のハンチングが発生している場合に定常電力制限部のトルク修正動作によるトルク指令値のハンチングを防止しつつ定常状態の電力制限を行い、２段目のローパスフィルタのついていない電力推定手段を用いた瞬時電力制限部で瞬時電力の飛び出しを制限し、瞬時バッテリ保護を行うことができる。この方法では、トルク指令値のハンチングを防止するためにトルク指令値にローパスフィルタをかけることがないために駆動力指令、変速指令に対する応答性が悪化することはない。
【０００８】
なお、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法の好適例として、定常電力制限部および瞬時電力制限部において、モータ１のトルク、モータ２のトルク、エンジントルクを同比（推定値／電力制限しきい値）で補正することができる。このように構成することで、変速比制御を安定化できる。
【０００９】
また、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法の好適例として、２段目の瞬時電力制限部において、１段目の定常電力制限部よりも電力制限しきい値を大きく設定することができる。このように構成することで、瞬間的なトルク指令変動以外は２段目の瞬時電力制限部が機能せず、トルク指令値、回転数信号のハンチングが発生している場合に、２段目の瞬時電力制限部のトルク修正動作によるトルク指令値のハンチングを防止できる。
【００１０】
さらに、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法の好適例として、定常電力制御部の電力推定手段において、ローパスフィルタを電力推定最終計算結果にかけることができる。このように構成することで、電力推定値計算結果の変動によるトルク指令値修正のハンチングを防止できる。
【００１１】
さらにまた、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法の好適例として、定常電力制御部の電力推定手段において、ローパスフィルタをモータ実績回転数にかけることができる。このように構成することで、ドライブシャフト振動によりモータ回転数信号がハンチングしている場合にモータ回転数信号を使って電力推定値を計算することによるトルク指令値修正のハンチングを防止できる。
【００１２】
また、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法の好適例として、定常電力制御部の電力推定手段において、ローパスフィルタをモータトルク指令値にかけることができる。このように構成することで、ドライブシャフト信号を防止するための振動的なトルク指令値を使って電力推定値を計算することによるトルク指令値修正のハンチングを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の対象となるハイブリッド車両のシステム構成の一例を示す図である。図１に示す例において、本発明の対象となるハイブリッド車両は、エンジン１と二つのモータ２、３とを結合軸４〜６を介して２自由度の遊星変速機７と結合し、遊星変速機７の出力軸をドライブシャフト８を介して負荷９に結合し、駆動トルクを負荷９に伝達する電気変速装置を備えている。エンジン１の駆動は、エンジン制御装置１１の制御のもとスロットル制御されている。モータ２、３の駆動は、各別に設けられたインバータ１２、１３の制御のもと三相電流により各別に制御されている。エンジン制御装置１、インバータ１２、１３には、動作点決定手段１４から各別の動作点の指令が供給されている。また、インバータ１２、１３には、バッテリ１５から直流電圧が供給されている。
【００１４】
図２は本発明の対象となる差動歯車機構を実現するための動力軸・出力配置を実現する遊星歯車機構と同軸電動機の組み合わせ構成例を示す図である。図２に示す例では、同軸形状の電動機からの補助的動力源である電動機出力が左方から、主たる動力源であるエンジン出力が右方から中央の遊星歯車にそれぞれ入力され、下方の出力軸へと伝達されている。インナーロータの出力軸は、遊星歯車の右方のサンギヤＳｄに結合されている。アウターロータの出力軸は、遊星歯車サンギヤＳｓに結合されている。エンジン軸はクラッチを介して右方のリングギヤＲｄに接続されている。出力軸は遊星歯車のキャリアＣｏに結合されている。リングギヤＲｄとサンギヤＳｄとはキャリア上に配置されているピニオンギヤＰｄを介して結合されている。サンギヤＳｓはピニオンギヤＰｓを介してピニオンギヤＰｄに結合されている。この遊星歯車・同軸電動機・エンジンの配置により、２自由度変速機構が実現できる。この出力軸をドライブシャフトなどを介して車輪に連結されば、本発明の対象実施例であるハイブリッド車両のパワートレイン系となる。
【００１５】
本発明の特徴は、図１および図２に示すハイブリッド車両において、バッテリ１５の電力制限方法にある。以下、本発明のハイブリッド車両の電力制限方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図３は本発明に係るハイブリッド車の電力制限方法の一例を説明するためのブロック図である。図３に示す例において、２１は、駆動トルク指令(Toref)、エンジン回転数指令(Neref)、エンジントルク指令(Teref)を発生する動作点指令部、２２は、動作点指令部２１からの各指令に基づきトルクを分配して、補正されたエンジントルク指令(Teref2)、モータ１トルク指令(T1ref1)、モータ２トルク(T2ref1)を出力するトルク分配部、２３は、トルク分配部２２からの各トルクに基づき、モータ１回転数(w1act)およびモータ２回転数(w2act)からバッテリの電力を推定して補正し、修正されたモータ１トルク指令(T1refi:i=1-3)、修正されたモータ２トルク指令(T2refi:i=1-3)、修正されたエンジントルク指令(Teref3)を出力する電力制限部、２４はモータ１、２５はモータ２、２６はエンジン、２７は遊星歯車変速機、である。
【００１７】
図４は図３に示す制御構成における電力制限の一例を説明するためのフローチャートである。図４に示すフローチャートでは、電力制限部２３において、モータ１トルク指令(T1ref1)、モータ２トルク指令(T2ref1)、モータ１回転数(w1act)およびモータ２回転数(w2act)から、バッテリの電力が所定の範囲内になるよう補正された、モータ１トルク指令(T1refi:i=1-3)およびモータ２トルク指令(T2refi:i=1-3)を求めた例を示している。また、各ステップＳ１〜Ｓ９のうち、ステップＳ１〜Ｓ５が初段の定常電力制限部を構成し、ステップＳ６〜Ｓ９が次段の瞬時電力制限部を構成している。
【００１８】
図４に従って本発明の電力制限方法を説明すると、初段の定常電力制限部においては、まず、入力されたモータ１回転数(w1act)、モータ２回転数(w2act)、モータ１トルク指令(T1ref1)およびモータ２トルク指令(T2ref1)、さらに、回転数とトルク指令から求めたモータロス推定値とその他のロスの合計(Δloss)から、バッテリの電力を計算して第１の電力計算値(Pbcalc1)を求める（ステップＳ１）。次に、計算した第１の電力計算値(Pbcalc1)にローパスフィルタをかけて第２の電力計算値(Pbcalc2)を求める（ステップＳ２）。次に、求めた第２の電力計算値(Pbcalc2)を、予め設定されたここでは上限となる第１の電力しきい値(Pbmax1)で割って絶対値をとり、第１の修正ゲイン(K1)を計算する（ステップＳ３）。
【００１９】
次に、第１の修正ゲイン(K1)が１より大きいかどうかを判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４での判断の結果、第１の修正ゲイン(K1)が１より大きければ、モータ１トルク指令(T1ref1)およびモータ２トルク指令(T2ref1)を、それぞれ、第１の修正ゲイン(K1)で割り、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)を求め、次段の瞬時電力制限部へ各モータのトルク指令値として送る（ステップＳ５）。一方、ステップＳ４での判断の結果、第１の修正ゲイン(K1)が１以下であれば、補正をせず、各モータのトルク指令値として、モータ１トルク指令(T1ref1)およびモータ２トルク指令(T2ref1)を、そのまま、次段の瞬時電力制限部へ送る。
【００２０】
瞬時電力制限部においては、まず、入力されたモータ１回転数(w1act)およびモータ２回転数(w2act)と、前段の定常電力制限部から送られたトルク指令値、さらに、回転数とトルク指令から求めたモータロス推定値とその他のロスの合計(Δloss)から、バッテリの電力を計算して第３の電力計算値(Pbcalc3)を求める（ステップＳ６）。なお、前段の定常電力制限部での補正の有無で、トルク指令値は、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)の組、あるいは、モータ１トルク指令(T1ref1)およびモータ２トルク指令(T2ref1)の組のいずれかの組となるが、ここでの説明では、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)を例にとって説明する。
【００２１】
次に、求めた第３の電力計算値(Pbcalc3)を、予め設定されたここでは上限となる第２の電力制限しきい値(Pbmax2)で割って絶対値をとり、第２の修正ゲイン(K2)を計算する（ステップＳ７）。次に、第２の修正ゲイン(K2)が１より大きいかどうかを判断する（ステップＳ８）。ステップＳ８での判断の結果、第２の修正ゲイン(K2)が１より大きければ、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)を、それぞれ、第２の修正ゲイン(K2)で割り、補正したモータ１トルク指令(T1ref3)および補正したモータ２トルク指令(T2ref3)を求め、各モータのトルク指令値として出力する（ステップＳ９）。一方、ステップＳ８での判断の結果、第２の修正ゲイン(K2)が１以下であれば、補正をせず、各モータのトルク指令値として、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)を、そのまま、出力する。
【００２２】
以上の本発明の電力制限方法を実施することで、電力制限部２３のトルク指令出力として、定常電力制限部および瞬時電力制限部で補正がなかった場合は、モータ１トルク指令(T1ref1)およびモータ２トルク指令(T2ref1)が得られ、定常電力制限部および瞬時電力制限部のいずれかで補正があった場合は、補正したモータ１トルク指令(T1ref2)および補正したモータ２トルク指令(T2ref2)が得られ、定常電力制限部および瞬時電力制限部の両者で補正があった場合は、補正したモータ１トルク指令(T1ref3)および補正したモータ２トルク指令(T2ref3)が得られる。
【００２３】
なお、上述した電力制限方法では電力制限上限側を説明したが、同様の方法で電力制限下限側の電力制限を行うことができ、上限側および下限側の両方で電力制限を行うことで、最終的なモータ１トルク指令およびモータ２トルク指令を求めることができる。また、上述した電力制限方法において、第１の電力制限しきい値(Pbmax1)と第２の電力制限しきい値(Pbmax2)との関係は、Pbmax2>Pbmax1とすることが好ましい。さらに、変速比制御の安定化のために、入力されたエンジントルク指令(Teref2)を、上述した電力制限方法に従って補正して、補正したエンジントルク指令(Teref3)とすることが好ましい。
【００２４】
次に、実際に本発明の電力制限方法に従ってハイブリッド車両のバッテリの電力制限を行った結果について、図５および図６を参照して説明する。
【００２５】
図５は、本発明の電力制限方法のうち第１段の定常電力制限部のみで電力制御を行った場合の電力制限結果を示すグラフである。図５に示す例では、第１の修正ゲイン(K1)、モータ１トルク指令、モータ２トルク指令、バッテリの電力のそれぞれの変化を同じ時間軸上で記載している。図５の３．６〜３．７［ｓ］に示すように、二つのモータのトルク指令の増加に伴う瞬間的な電力増加による電力制限値ごえが発生する。これはバッテリ電力計算値にローパスフィルタをかけているために修正ゲインの増加が遅れるため（図５の３．７［ｓ］〜３．８［ｓ］）に発生するが、バッテリ電力計算値にローパスフィルタをかけないとモータの実績回転数の振動によりトルク指令値のハンチングが発生するので、それを回避するためにバッテリ電力計算値にローパスフィルタをかけている。図５の結果から、第１段の定常電力制限部のみでは本発明を達成できないことがわかる。
【００２６】
図６は、本発明の電力制限方法に従って、第１段の定常電力制限部での制御を行った後第２段の瞬時電力制限部での制御を行った場合の電力制限結果を示すグラフである。図６に示す例では、第２の修正ゲイン(K2)、モータ１トルク指令、モータ２トルク指令、バッテリの電力のそれぞれの変化を同じ時間軸上に記載している。図６の３．６〜３．７［ｓ］に示すように、二つのモータのトルク指令の増加に伴う循環的な電力増加を制限できている。これはバッテリ電力計算値にローパスフィルタをかけていないために、修正ゲインが瞬間的に増加（図６の３．６〜３．７［ｓ］）してトルク指令の増加を抑えることができるためである。
【００２７】
本特許を適用することで、トルク指令のハンチングを防止しつつ、瞬時のバッテリ電力制限ができる。また本手法では、トルク指令のハンチング防止のためにトルク指令にローパスフィルタをかけずにすむために駆動力指令、変速指令に対する応答性の良さも確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の電力制限方法によれば、電気変速装置におけるバッテリの電力制限を行うにあたり、ローパスフィルタを備える電力推定手段を用いた定常電力制限部とローパスフィルタを備えていない電力推定手段を用いた瞬時電力制限部とからなる２段の電力制限部を順に通過させて電力を制限することにより、バッテリの瞬時の電力制限を行うことができ、バッテリを保護することができるハイブリッド車両の電力制限方法として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の対象となるハイブリッド車両のシステム構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の対象となる差動歯車機構を実現するための動力軸・出力配置を実現する遊星歯車機構と同軸電動機の組み合わせ構成例を示す図である。
【図３】本発明に係るハイブリッド車の電力制限方法の一例を説明するためのブロック図である。
【図４】図３に示す制御構成における電力制限の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の電力制限方法のうち第１段の定常電力制限部のみで電力制御を行った場合の電力制限結果を示すグラフである。
【図６】本発明の電力制限方法に従って、第１段の定常電力制限部での制御を行った後第２段の瞬時電力制限部での制御を行った場合の電力制限結果を示すグラフである。
【図７】従来のハイブリッド車両における電力制限方法の一例を説明するためのブロック図である。
【図８】従来の電力制限方法に従って電力制限を行った場合の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１  エンジン
２  モータ１
３  モータ２
４〜６  結合軸
７  遊星変速機
８  ドライブシャフト
９  負荷
１１  エンジン制御装置
１２、１３  インバータ
１４  動作点決定手段
１５  バッテリ
【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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【図８】
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