(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に駆動可能にエンジンとモータとを連結した動力装置と、
トルク指令値に応じてモータのトルクを制御するモータ制御装置と、
エンジントルク指令値に応じてエンジンのトルクを制御するエンジン制御装置と、
動力装置の回転数を検出する回転数検出装置と、
エンジントルク指令値を可変的にエンジン制御装置に付与するエンジントルク設定装置と、
エンジントルク指令値に基づいて該指令値変化後のエンジントルクの変化分を推定するエンジントルク推定装置と、
エンジントルク指令値変化後のエンジントルクの変化分を相殺する方向に前記エンジン推定トルクに相当するトルク指令値をモータ制御装置に付与するトルク指令装置と、
回転数検出装置からの信号に基づきエンジントルク指令値変化の前後で動力装置の回転数が維持されるようにモータ制御装置へのトルク指令値を補正する回転数制御装置とを備え、
前記回転数制御装置による補正後のトルク指令値をエンジンのトルク検出値とするエンジントルク検出装置であって、
前記動力装置は、走行用のモータを備えたハイブリッド車両の駆動装置にクラッチを介して接続可能に搭載され、前記クラッチが解放されている運転条件下でエンジントルクの検出を行うように構成されていることを特徴とするエンジントルク検出装置。
【請求項２】
相互に駆動可能にエンジンとモータとを連結した動力装置と、
トルク指令値に応じてモータのトルクを制御するモータ制御装置と、
エンジントルク指令値に応じてエンジンのトルクを制御するエンジン制御装置と、
動力装置の回転数を検出する回転数検出装置と、
エンジントルク指令値を可変的にエンジン制御装置に付与するエンジントルク指令装置と、
エンジントルク指令値変化後のエンジントルクの変化分を相殺する方向に前記エンジントルク指令値に基づいて定めたトルク指令値をモータ制御装置に付与するトルク指令装置と、
回転数検出装置からの信号に基づきエンジントルク指令値変化の前後で動力装置の回転数が維持されるようにモータ制御装置へのトルク指令値を補正する回転数制御装置と
エンジントルク指令値の変化前後にわたり回転数検出装置により検出した回転数変化に基づきこの回転数変化による動力装置のトルク消費分を算出するトルク消費分算出装置と、
トルク指令装置からのトルク指令値を前記トルク消費分により補正するトルク指令値補正装置とを備え、
前記トルク指令値補正装置による補正後のトルク指令値をエンジンのトルク検出値とするエンジントルク検出装置。
【請求項３】
トルク消費分算出装置は、回転数の時間変化と動力装置の回転運動部分の慣性モーメントとからトルク消費分を算出することを特徴とする請求項２に記載のエンジントルク検出装置。
【請求項４】
動力装置は、走行用のモータを備えたハイブリッド車両の駆動装置にクラッチを介して接続可能に搭載され、前記クラッチが解放されている運転条件下でエンジントルクの検出を行うように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジントルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両等に搭載されるエンジンとモータとを相互に駆動可能に連結した動力装置のエンジントルクを検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
原動機としてエンジン（燃焼機関）とモータとを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている（例えば、鉄道日本社発行「自動車工学」VOL.46 No.7  1997年6月号 39〜52頁参照）。このようなパラレル方式のハイブリッド車両では、基本的に比較的負荷の小さい運転域ではモータのみで走行し、負荷が増大するとエンジンを起動して所要の駆動力を確保するようにしている。
【０００３】
ところで、モータは所期の出力特性が比較的安定して得られるのに対して、エンジンは冷却水温、大気圧、燃料性状などの要因によって出力特性が比較的大きく変化するため、運転者の一定のアクセル操作に対して実際に出力されるトルクが変化したりアイドル回転数が変動したりするという問題がある。また、走行中にモータとエンジンとを切り換えるときには互いのトルクが一致していないと運転者にトルク段差感を与えてしまい好ましくないが、前記の理由からエンジンとモータとの間で正確にマッチングを行うことが難しく、走行時の諸種の条件によってトルク段差が生じうる。このようなトルク特性の変動ないしトルク段差を解消するためには、相応分のエンジン出力を補正する前提として実際のトルクを正確に検出する必要がある。
【０００４】
このためには、例えばエンジントルクを変化させたときに、回転数フィードバック制御により回転数変化を抑制しながらエンジンのトルク変化を相殺する方向にモータトルクを制御し、このときのモータトルクの指令値を実エンジントルクとして利用することが考えられる。しかしながら、この手法ではモータトルクをエンジントルクに追従させることが難しく、この応答遅れにより回転数が一時的に変動してトルク検出値にオーバシュートやアンダシュートが生じてしまい、正確なトルク検出ができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、エンジンに相互駆動可能にモータを設けた動力装置においてエンジントルクを正確に検出することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、
相互に駆動可能にエンジンとモータとを連結した動力装置と、
トルク指令値に応じてモータのトルクを制御するモータ制御装置と、
エンジントルク指令値に応じてエンジンのトルクを制御するエンジン制御装置と、
動力装置の回転数を検出する回転数検出装置と、
エンジントルク指令値を可変的にエンジン制御装置に付与するエンジントルク設定装置と、
エンジントルク指令値に基づいて該指令値変化後のエンジントルクの変化分を推定するエンジントルク推定装置と、
エンジントルク指令値変化後のエンジントルクの変化分を相殺する方向に前記エンジン推定トルクに相当するトルク指令値をモータ制御装置に付与するトルク指令装置と、
回転数検出装置からの信号に基づきエンジントルク指令値変化の前後で動力装置の回転数が維持されるようにモータ制御装置へのトルク指令値を補正する回転数制御装置とを備え、
前記回転数制御装置による補正後のトルク指令値をエンジンのトルク検出値とするエンジンのトルク検出装置である。
また、前記動力装置は、走行用のモータを備えたハイブリッド車両の駆動装置にクラッチを介して接続可能に搭載され、前記クラッチが解放されている運転条件下でエンジントルクの検出を行うように構成されている。
【０００７】
請求項２の発明は、
相互に駆動可能にエンジンとモータとを連結した動力装置と、
トルク指令値に応じてモータのトルクを制御するモータ制御装置と、
エンジントルク指令値に応じてエンジンのトルクを制御するエンジン制御装置と、
動力装置の回転数を検出する回転数検出装置と、
エンジントルク指令値を可変的にエンジン制御装置に付与するエンジントルク指令装置と、
エンジントルク指令値変化後のエンジントルクの変化分を相殺する方向に前記エンジントルク指令値に基づいて定めたトルク指令値をモータ制御装置に付与するトルク指令装置と、
回転数検出装置からの信号に基づきエンジントルク指令値変化の前後で動力装置の回転数が維持されるようにモータ制御装置へのトルク指令値を補正する回転数制御装置と
エンジントルク指令値の変化前後にわたり回転数検出装置により検出した回転数変化に基づきこの回転数変化による動力装置のトルク消費分を算出するトルク消費分算出装置と、
トルク指令装置からのトルク指令値を前記トルク消費分により補正するトルク指令値補正装置とを備え、
前記トルク指令値補正装置による補正後のトルク指令値をエンジンのトルク検出値とするエンジンのトルク検出装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、上記請求項２の発明のトルク消費分算出装置を、回転数の時間変化と動力装置の回転運動部分の慣性モーメントとからトルク消費分を算出するように構成したものとする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項２の発明の動力装置を、走行用のモータを備えたハイブリッド車両の駆動装置にクラッチを介して接続可能に搭載し、前記クラッチが解放されている運転条件下でエンジントルクの検出を行うように構成したものとする。
【００１０】
【作用・効果】
請求項１の発明において、エンジントルク設定装置によりエンジントルク指令値が可変的に設定され、この指令値に基づきエンジン制御装置によりエンジンのトルクが制御されると共に、同じく前記指令値に基づきエンジントルク推定装置によりエンジントルク変化分の推定値が算出され、この推定エンジントルクによりエンジン出力を相殺する方向にモータを駆動するようにトルク指令装置からモータ制御装置へと指令される。一方、エンジントルク指令値の変化前後で動力装置の回転変動が生じないように回転数検出装置の出力に基づき回転数制御装置が前記モータトルク指令値を補正する。この補正が施されたトルク指令値はそのときのエンジンの実トルクに一致しているので、これをエンジントルクの検出値とする。
【００１１】
トルク指令装置はエンジン出力の変化分を相殺するモータトルクの初期値として推定エンジントルクを設定するので、モータに対するトルク指令値はエンジンの実トルクと推定したトルク相殺分との間の誤差分のみ演算もしくは補正すればよく、したがってエンジントルクの指令値が変化する前後でのエンジントルクの変化に対しても大きな回転数変動を生じることなく応答よく正確にエンジントルクの検出値が得られる。
【００１２】
請求項２の発明では、エンジントルク設定装置によりエンジントルク指令値を可変的に設定する一方、トルク指令装置によるモータトルク指令を、エンジントルク指令値の変化前後で動力装置の回転変動が生じないように、回転数検出装置の出力に基づき回転数制御装置がフィードバック補正している。これによりエンジントルク指令値に基づきエンジン出力の変化分を相殺するトルク指令値がトルク指令装置からモータ制御装置へと出力される。なおこのときのモータへのトルク指令値は請求項１の発明のようにエンジントルク推定値を用いるようにしてもよい。
【００１３】
一方、エンジントルクの変化に伴い、モータトルク制御の応答遅れから一時的に回転数が変化した場合、この回転数変化は回転数検出装置により検出され、これに基づいてトルク消費分算出装置により当該回転数変化分による動力装置のトルク消費分が算出される。さらに、このトルク消費分に基づき上記トルク指令値がトルク指令値補正装置により補正される。前記トルク消費分とは、回転数変化のために費やされたトルクのことであり、これは基本的には請求項３の発明のように、回転数変化に対して抵抗となる回転運動部分の慣性モーメントと回転数の時間的変化から求められる。すなわち、トルク消費分をΔＴ、動力装置の回転運動部分の慣性モーメントをＩ、回転数の時間的変化をｄω／ｄｔで表すと、ΔＴ∝Ｉ（ｄω／ｄｔ）である。動力装置の回転運動部分の慣性モーメントは既知量であるから、エアコンコンプレッサーの駆動の有無等の運転条件変化を考慮してエンジントルク検出時の運転条件に応じた慣性モーメント設定を行うことにより、回転数変化に伴うトルク消費分を正確に求めることができる。したがって、上記トルク指令装置からのトルク指令値をこのトルク消費分により補正した結果はエンジン回転数の変化にかかわらずエンジンの実トルクを正確に反映している。
【００１４】
本発明は、駆動系に走行用のモータを備えたハイブリッド車両に搭載する動力装置のエンジントルク検出装置に適合し、駆動系と動力装置との間に設けたクラッチを解放し、例えばアイドル回転数の付近に回転数を維持した状態でエンジントルク指令値を変化させながらエンジントルクの検出を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず図１〜図２に本願発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す。これは走行条件に応じてエンジン（内燃機関）またはモータ（発電機を兼ねた回転電機）の何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブリッド車両である。
【００１６】
図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレインは、モータ１、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１７】
クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４のみが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモータ１０により駆動される。
【００１８】
モータ１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モータ４は主として車両の推進（力行運転）と制動に用いられる。モータ１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。また、クラッチ３締結時に、モータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエンジン始動や発電に用いることもできる。モータ１は図示しない減速装置を介してエンジン２と相互駆動可能に連結されており、これらが本発明の動力装置に相当する。クラッチ３は電磁式のパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１９】
モータ１，４，１０はそれぞれ、インバータ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。なお、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力行運転中のモータへ供給することができる。これらインバータ１１，１２，１３は後述するコントローラ１６と共に本発明のモータ制御装置の一部を構成する。メインバッテリ１５には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの各種電池や、モータ二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００２０】
１６はマイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備えたコントローラであり、これは本発明のモータ制御装置、エンジン制御装置、エンジントルク設定装置、エンジントルク推定装置、トルク指令装置、トルク指令補正装置、トルク消費分算出装置、トルク検出値補正装置等の機能を兼備しており、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを総合的に制御する。
【００２１】
コントローラ１６には、図２に示すように、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセルペダルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度センサ２８が接続される。キースイッチ２０は、車両のキーが０Ｎ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの閉路をオンまたは０Ｎ、開路をオフまたはＯＦＦと呼ぶ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２２】
アクセルペダルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態（この時、スイッチオン）を検出する。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出する。また、バッテリＳＯＣ検出装置２６はメインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯＣ（State Of Charge）を検出する。エンジン回転数センサ２７は本発明の回転数検出装置に相当するもので、エンジン２ないしモータ１の回転数を検出する。スロットル開度センサ２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検出する。
【００２３】
コントローラ１６にはまた、エンジン２の燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置３２などが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射装置３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置３１を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、コントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給される。
【００２４】
以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明では例えばこうしたハイブリッド車両に搭載される動力装置のエンジントルクを正確に検出することを目的としている。以下にこのためのコントローラ１６を中心とするトルク検出装置の実施形態につき図３以下の各図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図３は本発明によるエンジントルク検出装置の第１の実施形態の構成概念、図４はそのトルク検出結果を示す。この装置によるエンジントルクの検出は、クラッチ３を解放し、エンジン２を無負荷の所定回転数（例えば１２００ｒｐｍ）で運転している状態からエンジントルクを増減させることにより行う。このためエンジントルク設定装置３０１により無負荷と所定負荷との間でエンジントルクが増減するようにエンジン制御装置３０２にエンジントルク指令値Ｓｔｅが出力される。これを受けてエンジン制御装置では、周知のスロットルバルブ制御装置等の吸入空気量制御装置によりエンジン２の吸入空気量Ｑａを変化させたり、同じく燃料噴射装置により燃料噴射量Ｔｐを変化させることによりエンジントルクを指令値に対応した分だけ変化させる。
【００２６】
一方、このエンジン２に対する指令値はエンジントルク推定装置３０３にも付与され、これに基づいてエンジントルク推定装置３０３はエンジントルク指令値Ｓｔｅによるエンジントルク変化分に相当するエンジントルクの推定値ｅｓｔＴｅを求める。エンジントルク指令値Ｓｔｅと実エンジントルクＴｅとの関係は実験的に求めておけるので、この実験結果に基づいて例えばエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑａとから推定値ｅｓｔＴｅを付与するテーブルを形成しておき、これを検索する構成とすることで高速で実トルクに近い推定結果を求めることができる。
【００２７】
次に、この推定結果ｅｓｔＴｅからトルク指令装置３０４により上記エンジントルク変化分を相殺するのに必要なモータ１のトルク指令値Ｓｔｍが算出される。ここでエンジン２とモータ１との間の回転比をＧとするとＳｔｍ＝−ｅｓｔＴｅ・Ｇの関係となるが、以下の説明では簡略化のために回転比Ｇ＝１であるものとする。このときのトルク指令値Ｓｔｅに基づき、モータ制御装置３０５（図１のインバータ１１〜１３がこれに相当する）を介してモータ１のトルクを制御する。
【００２８】
一方、この間の動力装置の回転数Ｎｅは回転数検出装置３０６（図２の回転数センサ２７がこれに相当する）により検出され、エンジン２へのトルク指令値変化前の回転数を維持するように回転数制御装置３０７によりフィードバック補正量Ｔｃがトルク指令装置３０４に付与される。モータ１に対するトルク指令値Ｓｔｍと実際にモータ１が出力するトルクＴｍとの関係は大気圧や温度等の雰囲気条件にかかわらず安定しているので、このような回転数フィードバックにより所定回転数が維持されている状態でモータ制御装置３０５に付与されるトルク指令値はＳｔｍは、エンジントルク指令に応じて実際にエンジン２が出力しているトルクＴｅを正確に反映している。
【００２９】
また、トルク指令装置３０４はエンジン出力の変化分を相殺するモータトルクの初期値としてエンジントルクの推定値ｅｓｔＴｅを設定するので、図４に示したようにエンジントルク指令値Ｓｔｅが変化する前後でのエンジントルクＴｅの変化に対しても、推定値を用いなかった場合のように回転数Ｎｅが大きく変動するようなことがなく、応答よく正確なエンジントルク検出結果が得られる。
【００３０】
次に、本発明によるエンジントルク検出装置の第２の実施形態につき図５、図６に基づいて説明する。図５は装置の構成概念、図６はトルク検出結果であり、これらの図において前掲の図３または図４と同一の部分には同一の符号を付して示してある。
【００３１】
この実施形態では、エンジントルク設定装置３０１からのエンジントルク指令値ＳｔｅによりエンジントルクＴｅを変化させる一方、このエンジントルク変化分を相殺するモータトルクを得るにあたり、第１の実施形態のようなエンジントルク推定値を用いることなく、トルク指令装置の指令値Ｓｔｍは回転数フィードバック制御により決定している。すなわち回転数検出装置３０６によりエンジントルク変化前後で回転数が変化しないように回転数制御装置３０７が実回転数との偏差に相当する補正トルクＴｃをトルク指令装置に付与することでエンジントルクの変化分を相殺するのに必要なトルク指令値Ｓｔｍを得ている。
【００３２】
この場合、エンジントルクＴｅが変化したときに回転数フィードバック制御が追従できずにトルク指令値Ｓｔｍの応答遅れが発生し、図６に示したように一時的にエンジン回転数Ｎｅが変動することがある。これに対して、この実施形態では、この回転数変化を回転数検出装置３０６により検出し、これに基づいてトルク消費分算出装置５０１により当該回転数変化分による動力装置のトルク消費分ΔＴｅを算出し、トルク指令値補正装置５０２によりこのトルク消費分ΔＴｅに基づきトルク指令値Ｓｔｅを補正するようにしている。トルク消費分ΔＴｅはこのときの回転数変化に費やされたエンジントルクを代表しており、したがってこのトルク消費分ΔＴｅにより上記トルク指令装置３０４からのトルク指令値Ｓｔｍを補正することにより、図６に示したように回転数変化にかかわらず実際にエンジン２が出力しているトルクを正確に知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】〜
【図２】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略構成図。
【図３】本発明によるトルク検出装置の第１の実施形態の構成概念図。
【図４】上記第１の実施形態によるエンジントルク検出結果を示すタイミング図。
【図５】本発明によるトルク検出装置の第２の実施形態の構成概念図。
【図６】上記第２の実施形態によるエンジントルク検出結果を示すタイミング図。
【符号の説明】
１，４  モータ
２      エンジン
３      クラッチ
５      無段変速機
９      油圧装置
１０      油圧発生用モータ
１５      バッテリ
１６      コントローラ
２０      キースイッチ
２１      セレクトレバースイッチ
２２      アクセルペダルセンサ
２３      ブレーキスイッチ
２４      車速センサ
２５      バッテリ温度センサ
２６      バッテリＳＯＣ検出装置
２７      エンジン回転数センサ
２８      スロットル開度センサ
３０１    エンジントルク設定装置
３０２    エンジン制御装置
３０３    エンジントルク推定装置
３０４    トルク指令装置
３０５    モータ制御装置
３０６    回転数検出装置
３０７    回転数制御装置
５０１    トルク消費分算出装置
５０２    トルク指令値補正装置
【図１】
0003807125.tif 000002
【図２】
0003807125.tif 000003
【図３】
0003807125.tif 000004
【図４】
0003807125.tif 000005
【図５】
0003807125.tif 000006
【図６】
0003807125.tif 000007