(57)【要約】【課題】エンジンとダブルロータモータとを最適に制御することができる車両制御装置を提供する。【解決手段】コントロールユニット６０は、エンジン効率マップに基づいて、エンジン要求パワーからエンジン１０の目標回転数Ｎｅｔａｇを決定し、式Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒを用いて、インナーモータ１６の目標回転数Ｎｇｔａｇを算出し、インナーモータ１６の回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、エンジン１０の直行トルクＴｅｐを、インナーモータ１６のトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定し、ペラ軸トルクＴｐから直行トルクＴｅｐを差し引くことで、アウターモータ１７のトルクＴｍを決定する。【選択図】図１
2016135635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
該エンジンに連結される第１回転子と、該第１回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第２回転子と、該第２回転子の径方向外側に配置される固定子とを含み、前記第１回転子及び前記第２回転子からインナーモータが構成され、前記第２回転子及び前記固定子からアウターモータが構成されるダブルロータモータと、
該ダブルロータモータを駆動するための電力を該ダブルロータモータに供給し、該ダブルロータモータで発電した電力を充電するバッテリと、
前記エンジンと、前記ダブルロータモータと、前記バッテリとを制御する制御装置と
を備える車両を制御する車両制御装置であって、
前記制御装置は、
前記車両のペラ軸トルクＴｐ及びアクセル開度から駆動パワーを決定し、
前記バッテリの充電状態に基づいて該バッテリが要求するバッテリ要求パワーを前記駆動パワーから差し引くことで、前記エンジンが必要とするエンジン要求パワーを算出し、
前記制御装置に予め組み込んだエンジン動作点マップに基づいて、前記エンジン要求パワーから、前記エンジンの目標回転数Ｎｅｔａｇを決定し、
以下の式（１）を用いて、前記インナーモータの目標回転数Ｎｇｔａｇを算出し、
Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒ  ・・・（１）
ここで、Ｎｐはペラ軸回転数であり、ｒ（≧１）は、前記エンジンの回転数に対する前記第１回転子の回転数の比である増速比であり、
前記インナーモータの回転数が前記目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、前記エンジンの直行トルクＴｅｐを、前記インナーモータのトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定し、
前記ペラ軸トルクＴｐから前記直行トルクＴｅｐを差し引くことで、前記アウターモータのトルクＴｍを決定する、車両制御装置。
【請求項２】
前記エンジン動作点マップに基づいて、前記エンジン要求パワーから、前記エンジンの回転数を特定し、
前記制御装置には、前記車両の車速及びアクセル開度に関して前記特定した回転数を補正するエンジン回転数補正値を決定するための補正マップが予め組み込まれており、
該補正マップに基づいて得られた前記エンジン回転数補正値によって前記特定した回転数を補正して、前記目標回転数Ｎｅｔａｇを決定する、請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記目標回転数Ｎｅｔａｇを決定した後、発電負荷を加算することによって前記エンジンのトルクを上昇させる、請求項２に記載の車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両制御装置に係り、特に、エンジン及びダブルロータモータを動力源として備えるハイブリッド自動車の車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン及びダブルロータモータを動力源として備えるハイブリッド自動車において、発進時に大きなクリープトルクを発生することができる変速装置が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−４７３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の変速装置は、ハイブリッド自動車が発進した後の走行中に、エンジンとダブルロータモータとの制御ができないので、エンジンとダブルロータモータとを最適に制御することができないといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、エンジンとダブルロータモータとを最適に制御することができる車両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】
【０００６】
この発明に係る車両制御装置は、エンジンと、エンジンに連結される第１回転子と、第１回転子の径方向外側に配置されると共に車軸に連結される第２回転子と、第２回転子の径方向外側に配置される固定子とを含み、第１回転子及び第２回転子からインナーモータが構成され、第２回転子及び固定子からアウターモータが構成されるダブルロータモータと、ダブルロータモータを駆動するための電力をダブルロータモータに供給し、ダブルロータモータで発電した電力を充電するバッテリと、エンジンと、ダブルロータモータと、バッテリとを制御する制御装置とを備える車両を制御する車両制御装置であって、制御装置は、車両のペラ軸トルクＴｐ及びアクセル開度から駆動パワーを決定し、バッテリの充電状態に基づいてバッテリが要求するバッテリ要求パワーを駆動パワーから差し引くことで、エンジンが必要とするエンジン要求パワーを算出し、制御装置に予め組み込んだエンジン動作点マップに基づいて、エンジン要求パワーから、エンジンの目標回転数Ｎｅｔａｇを決定し、以下の式（１）を用いて、インナーモータの目標回転数Ｎｇｔａｇを算出し、
Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒ  ・・・（１）
ここで、Ｎｐはペラ軸回転数であり、ｒ（≧１）は、エンジンの回転数に対する第１回転子の回転数の比である増速比であり、インナーモータの回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、エンジンの直行トルクＴｅｐを、インナーモータのトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定し、ペラ軸トルクＴｐから直行トルクＴｅｐを差し引くことで、アウターモータのトルクＴｍを決定する。
エンジン動作点マップに基づいて、エンジン要求パワーから、エンジンの回転数を特定し、制御装置には、車両の速度及びアクセル開度に関して特定した回転数を補正するエンジン回転数補正値を決定するための補正マップが予め組み込まれており、補正マップに基づいて得られたエンジン回転数補正値によって特定した回転数を補正して、目標回転数Ｎｅｔａｇを決定してもよい。
制御装置は、目標回転数Ｎｅｔａｇを決定した後、発電負荷を加算することによってエンジンのトルクを上昇させてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、エンジン動作点マップに基づいて、エンジン要求パワーからエンジンの目標回転数Ｎｅｔａｇを決定し、式Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒを用いて、インナーモータの目標回転数Ｎｇｔａｇを算出し、インナーモータの回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、エンジンの直行トルクＴｅｐを、インナーモータのトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定し、ペラ軸トルクＴｐから直行トルクＴｅｐを差し引くことで、アウターモータのトルクＴｍを決定することにより、エンジンとダブルロータモータとを最適に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両制御装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る車両制御装置が設けられたハイブリッド自動車の車速とドライバーの操作するアクセル開度とから、ペラ軸トルクを決定するためのペラ軸トルク決定マップである。
【図３】実施の形態１に係る車両制御装置が設けられたハイブリッド自動車のエンジン動作点マップである。
【図４】実施の形態２に係る車両制御装置において、エンジンの目標回転数を決定する際の補正値を決定するためのマップである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車の車両制御装置１００の構成を図１に示す。このハイブリッド自動車は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン１０と、三相交流電力によって動作するダブルロータモータ２０とを動力源として備えている。ダブルロータモータ２０は、エンジン１０の駆動軸１１に機械的に連結されて駆動軸１１と一体的に回転する第１回転子のインナーロータ２１と、インナーロータ２１の径方向外側に配置されるとともにペラ軸であるアーム１２と減速機１５と減速機出力軸１８とディファレンシャル１３とを介して車軸１４に機械的に連結される第２回転子のアウターロータ２２と、アウターロータ２２の径方向外側に配置されてモータケーシング２４に固定されるステータ２３とを有している。尚、インナーロータ２１は円柱状の形状を有し、アウターロータ２２及びステータ２３は円環状の形状を有し、図１にはそれらの断面が模式的に示されている。ダブルロータモータ２０において、インナーロータ２１とアウターロータ２２とによってインナーモータ１６が構成され、アウターロータ２２とステータ２３とによってアウターモータ１７が構成されている。
【００１０】
インナーロータ２１には第１コイル２５が設けられており、ステータ２３には第２コイル２６が設けられている。また、アウターロータ２２の内周側には、インナーロータ２１の第１コイル２５と対向するように第１磁石２７が設けられており、アウターロータ２２の外周側には、ステータ２３の第２コイル２６と対向するように第２磁石２８が設けられている。
【００１１】
また、車両制御装置１００は、直流電力を充放電可能な電力供給手段であるバッテリ３０と、バッテリ３０から出力される直流電力を三相交流電力に変換可能であると共に三相交流電力を直流電力に変換可能な第１電力変換器３１及び第２電力変換器３２とを備えている。第１電力変換器３１から出力される三相交流電力は、ステータ２３の第２コイル２６に供給される。一方、第２電力変換器３２から出力される三相交流電力は、ブラシ４１及びスリップリング４２によって構成されるスリップリング機構４０を介して駆動軸１１に沿って配線される図示しない導電線に伝達され、この導電線を通ってインナーロータ２１の第１コイル２５に供給される。第１電力変換器３１及び第２電力変換器３２と、スリップリング機構４０とはそれぞれ、制御装置であるコントロールユニット６０によって制御される。
【００１２】
駆動軸１１には、エンジン１０とスリップリング機構４０との間に、増速機５０が設けられている。増速機５０は、エンジン１０の回転数に対するインナーロータ２１の回転数の比（以下、増速比という）がｒ（＞１）となる範囲でインナーロータ２１の回転数を上昇させるものである。
【００１３】
次に、この実施の形態１に係る車両制御装置１００を搭載したハイブリッド自動車の動作について説明する。
このハイブリッド自動車がエンジン１０によって走行する場合、エンジン１０の動力によってインナーロータ２１が回転し、インナーロータ２１とアウターロータ２２との間に回転速度差が生じると、アウターロータ２２の第１磁石２７が発生させる磁界がインナーロータ２１の第１コイル２５に作用することによって第１コイル２５中に誘導電流が流れ、この誘導電流と第１磁石２７の磁界との相互作用によって、インナーロータ２１とアウターロータ２２との間にトルクが発生する。このトルクを受けてアウターロータ２２が回転すると、アーム１２と減速機１５と減速機出力軸１８とディファレンシャル１３とを介してアウターロータ２２に連結されている車軸１４が駆動されてハイブリッド自動車の走行が行われる。
【００１４】
次に、ハイブリッド自動車がエンジン１０の動力によって走行する際のエンジン１０及びダブルロータモータ２０の制御について説明する。
コントロールユニット６０には、図２に示されるように、このハイブリッド自動車の車速とドライバーの操作するアクセル開度とからペラ軸トルクＴｐを決定するためのペラ軸トルク決定マップが予め組み込まれている。これにより、ある車速でハイブリッド自動車が走行中、その車速とドライバーの操作するアクセル開度とに基づいて、ペラ軸トルクＴｐが決まる。続いて、コントロールユニット６０は、ペラ軸トルクＴｐにアウターモータ１７の回転数Ｎｍをかける計算（Ｔｐ×Ｎｍ）を行うことにより、駆動パワーを算出する。
【００１５】
駆動パワーの算出後、コントロールユニット６０は、バッテリ３０の充電状態（ＳＯＣ）を検出し、検出したＳＯＣに基づいて、バッテリ３０が要求するバッテリ要求パワーを算出する。ここで、バッテリ要求パワーは、ＳＯＣが小さければそれだけバッテリ３０に充電を行わなければならないので、エンジン１０がダブルロータモータ２０に発電を行わせるためのパワーが大きくなる。このため、このパワーは、バッテリ３０に充電を行うためにバッテリ３０が要求しているパワーとみなすことができ、バッテリ要求パワーと定義する。このバッテリ要求パワーは、エンジン１０及びダブルロータモータ２０の仕様に基づき、ＳＯＣとの関係を予め特定することができるので、このＳＯＣとバッテリ要求パワーとの関係を、マップあるいは計算式等としてコントロールユニット６０に予め組み込んでおくことにより、コントロールユニット６０は、ＳＯＣからバッテリ要求パワーを算出することができる。バッテリ要求パワーの算出後、コントロールユニット６０は、駆動パワーからバッテリ要求パワーを差し引くと共に必要に応じて損失分を加算することにより、エンジン要求パワーを算出する。
【００１６】
次に、コントロールユニット６０は、エンジン要求パワーからエンジン１０の目標回転数Ｎｅｔａｇを決定する。コントロールユニット６０には、図３に示されるようなエンジン動作点マップが予め組み込まれている。エンジン動作点マップにおいて、横軸はエンジン１０の回転数であり、縦軸はエンジン１０のトルクである。エンジン動作点マップには、等しいエンジン要求パワーにおけるエンジン１０の回転数とトルクとの関係がエンジン要求パワーごとに細い破線で描かれていると共に、各エンジン要求パワーにおいて適当な条件である動作点を結んだ動作線が太い実線で描かれている。コントロールユニット６０は、算出したエンジン要求パワーにおけるエンジン１０の回転数とトルクとの関係から、適当な動作点である回転数Ｎｅ０及びトルクＴｅ０を特定し（「状態Ｐ１」とする）、この回転数Ｎｅ０を目標回転数Ｎｅｔａｇと決定する。
【００１７】
続いて、コントロールユニット６０は、以下の式によってインナーモータ１６の目標回転数Ｎｇｔａｇを算出する
Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒ
ここで、Ｎｐはペラ軸回転数である。尚、ペラ軸回転数Ｎｐは実質的に、アウターモータ１７の回転数Ｎｍと同じである。インナーモータ１６の目標回転数Ｎｇｔａｇの算出後、コントロールユニット６０は、インナーモータ１６の回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、インナーモータ１６のトルクを制御するトルク指令値Ｔｇをダブルロータモータ２０に送り、インナーモータ１６のトルクをフィードバック制御する。
【００１８】
インナーモータ１６の回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになったら、コントロールユニット６０は、エンジン１０から出力されるトルクのうちハイブリッド自動車を直接駆動するトルクである直行トルクＴｅｐを以下の式により決定する。
Ｔｅｐ＝Ｔｇ
すなわち、直行トルクＴｅｐは、インナーモータ１６のトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定する。
【００１９】
続いて、コントロールユニット６０は、以下の式からアウターモータ１７のトルクＴｍを算出する。
Ｔｍ＝Ｔｐ−Ｔｅｐ
トルクＴｍの算出後、コントロールユニット６０は、アウターモータ１７のトルクがＴｍとなるようにダブルロータモータ２０にトルク指令を送る。
【００２０】
このように、エンジン動作点マップに基づいて、エンジン要求パワーからエンジン１０の目標回転数Ｎｅｔａｇを決定し、式Ｎｇｔａｇ＝Ｎｐ−Ｎｅｔａｇ×ｒを用いて、インナーモータ１６の目標回転数Ｎｇｔａｇを算出し、インナーモータ１６の回転数が目標回転数Ｎｇｔａｇになるように、エンジン１０の直行トルクＴｅｐを、インナーモータ１６のトルクを制御するトルク指令値Ｔｇに等しいものとして決定し、ペラ軸トルクＴｐから直行トルクＴｅｐを差し引くことで、アウターモータ１７のトルクＴｍを決定することにより、エンジン１０とダブルロータモータ２０とを最適に制御することができる。
【００２１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る車両制御装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る車両制御装置は、実施の形態１に対して、動力循環（インナーモータ１６で発電しアウターモータ１７で力行するように循環するだけで外部に出力しない状態）を抑制する動作を付加したものである。
尚、実施の形態２に係る車両制御装置の構成は、実施の形態１に係る車両制御装置１００の構成と同じである。
【００２２】
ハイブリッド自動車が走行中、その車速が高速（おおむね５０ｋｍ／ｈｒ以上）になると動力循環が発生し、ダブルロータモータ２０の効率が低下して燃費が悪化する。そこで、エンジン動作点マップに基づいてエンジン要求パワーからエンジン１０の回転数Ｎｅ０及びトルクＴｅ０を特定した後（図３参照）、以下の動作を付加する。すなわち、実施の形態１では、上記特定した回転数Ｎｅ０を目標回転数Ｎｅｔａｇと決定していたが、実施の形態２では、この特定した回転数Ｎｅ０に補正を行い、補正した回転数を目標回転数Ｎｅｔａｇと決定する。
【００２３】
次に、回転数Ｎｅ０を補正する動作について説明する。
コントロールユニット６０には、図４に示されるようなエンジン１０の回転数の補正値（エンジン回転数補正値）に関するマップが予め組み込まれている。このマップは、縦軸にハイブリッド自動車の車速をとるとともに横軸にアクセル開度をとったマトリクス状のマップであり、車速及びアクセル開度が決まれば、エンジン回転数補正値αを特定することができる。コントロールユニット６０は、上記特定した回転数Ｎｅ０とこのエンジン回転数補正値αとの和を、目標回転数Ｎｅｔａｇと決定する（Ｎｅｔａｇ＝Ｎｅ０＋α）。このエンジン回転数補正値αはゼロまたは正の値であるので、正の値であるエンジン回転数補正値αを加えるとエンジン１０の回転数が上昇することになる。エンジン１０の回転数が上昇すると、インナーロータ２１とアウターロータ２２との回転速度差が小さくなり、インナーモータ１６での発電量が減少するので、動力循環を抑制することができる。
【００２４】
尚、図３に示されるように、上記特定した回転数Ｎｅ０にエンジン回転数補正値αを加えることで得られた目標回転数Ｎｅｔａｇは、エンジン回転数補正値αを加える前の上記特定した回転数Ｎｅ０と、同一の等出力線上にある（「状態Ｐ２」とする）。これにより、出力を変えることなく、動力循環が抑制される。
【００２５】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る車両制御装置について説明する。
この発明の実施の形態３に係る車両制御装置は、実施の形態２に対して、動力循環を抑制する動作を行った後、エンジン１０のトルクの低下を抑制する動作を付加したものである。
尚、実施の形態３に係る車両制御装置の構成は、実施の形態２と同様、実施の形態１に係る車両制御装置１００の構成と同じである。
【００２６】
実施の形態２において、動力循環を抑制すべく回転数Ｎｅ０にエンジン回転数補正値αを加えることで目標回転数Ｎｅｔａｇを得るようにすると、図３に示されるように、エンジン１０のトルクはＴｅ１（＜Ｔｅ０）に低下する。エンジン１０のトルクが低下すると、熱効率が低下するため燃費が悪化してしまう。そこで、ハイブリッド自動車の車速及びアクセル開度に応じた発電負荷を加算して、エンジン１０のトルクを上昇させる。これにより、熱効率の低下、ひいては燃費の悪化を抑制することができる。
【００２７】
エンジン１０のトルクを上昇する動作は、図３において、次のように説明することができる。回転数（Ｎｅ０＋α）をＮｅｔａｇとした場合（実施の形態２）、回転数Ｎｅ０をＮｅｔａｇとした場合（実施の形態１）に比べて、エンジン１０のトルクがＴｅ０からＴｅ１に低下してしまうが、回転数（Ｎｅ０＋α）をそのままでエンジン１０のトルクをＴｅ２に上昇する（「状態Ｐ３」とする）。この状態Ｐ３は、別の等出力線上にあり、当該等出力線上の適当な条件である動作点に相当する。これにより、動力循環及びエンジン１０のトルクの低下を抑制しながら、エンジン１０とダブルロータモータ２０とを最適に制御することができる。
【００２８】
実施の形態１〜３では、エンジン１０とスリップリング機構４０との間に増速機５０が設けられているが、増速機５０は必須の構成ではない。増速機５０が設けられていない場合には、エンジン１０の回転数とインナーロータ２１の回転数とは同じになり、増速比はｒ＝１となる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  エンジン、１４  車軸、１６  インナーモータ、１７  アウターモータ、２０  ダブルロータモータ、２１  インナーロータ（第１回転子）、２２  アウターロータ（第２回転子）、２３  ステータ（固定子）、３０  バッテリ、６０  コントロールユニット（制御装置）、１００  車両制御装置。
【図１】
2016135635.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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