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JP6962271B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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JP6962271B2
JP6962271B2 JP2018095363A JP2018095363A JP6962271B2 JP 6962271 B2 JP6962271 B2 JP 6962271B2 JP 2018095363 A JP2018095363 A JP 2018095363A JP 2018095363 A JP2018095363 A JP 2018095363A JP 6962271 B2 JP6962271 B2 JP 6962271B2
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JP
Japan
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battery
engine
hybrid vehicle
motor generator
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里志 津田
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Toyota Motor Corp
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Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
特許文献１には、車両に対して要求される要求駆動力が所定の判定駆動力よりも大きい場合において、クラッチ手段を解放状態に切り替えて電動モータによって補機を駆動する第一駆動モードを実行することにより、駆動輪の駆動に使用可能な動力を増加させ、車両の加速性能を向上させる技術が開示されている。
特開２０１２−２３２７１４号公報
しかしながら、特許文献１で開示された技術では、例えば車速が低くて電動モータの発生可能出力が低い場合や熱制限によって電動モータの出力が制限されている場合等、電動モータの出力になんらかの制約がある場合、十分な駆動力を得ることができず、加速性能を向上できないおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、モータの出力に制約がある場合であっても、大きな駆動力を得ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、駆動輪に接続される出力軸と、前記エンジンの駆動力によって発電する第一モータジェネレータと、前記出力軸に接続される第二モータジェネレータと、前記エンジン、前記第一モータジェネレータおよび前記出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構と、前記第一モータジェネレータによって発電された電力を充電するバッテリと、前記エンジン、前記第一モータジェネレータおよび前記第二モータジェネレータを制御する制御部と、を備えるハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記ハイブリッド車両に対する要求駆動力が、前記第二モータジェネレータの出力が最大、かつ前記バッテリを充電しない場合に出力可能な駆動力を示すバッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記バッテリを充電させながら前記ハイブリッド車両を走行させることを特徴とする。
これにより、ハイブリッド車両の制御装置は、アクセル要求駆動力がバッテリ充電なし最大駆動力を上回り、大きな駆動力が必要となる場合、バッテリを充電させながらハイブリッド車両を走行させることにより、エンジンから遊星歯車機構を介して出力軸に機械的に直接伝達されるエンジン直達トルクが高めることができる。従って、第二モータジェネレータの出力に制約があり、当該第二モータジェネレータの出力が制限されている（あるいは出力自体が小さい）場合であっても、大きな要求駆動力に対応することが可能となる。
また、ハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記要求駆動力が前記バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記要求駆動力に基づいてバッテリ要求充電量を算出し、前記バッテリ要求充電量に基づいてバッテリ要求パワーを算出し、前記バッテリ要求パワーに基づいて目標エンジン回転速度を算出してもよい。
これにより、ハイブリッド車両の制御装置は、バッテリ要求パワーに応じて目標エンジン回転速度を最適に制御することができる。
また、ハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記要求駆動力と、前記バッテリ充電なし最大駆動力と、前記第二モータジェネレータの出力が最大、かつ前記バッテリを充電する場合に出力可能な駆動力を示すバッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいて前記バッテリ要求充電量を算出してもよい。
また、ハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記要求駆動力と、前記バッテリ充電なし最大駆動力と、前記バッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいてエンジントルクを算出してもよい。
また、ハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記エンジンが最もトルクを出力することができるエンジン回転速度を示すＷＯＴ動作線上において、前記エンジントルクを算出してもよい。
これにより、ハイブリッド車両の制御装置は、ＷＯＴ動作線上でエンジントルクを選択することにより、電気ロスおよび駆動ロスを最小に抑えつつ、駆動力を向上させることができる。
また、ハイブリッド車両の制御装置において、前記制御部は、前記要求駆動力が前記バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記バッテリに充電した電力を、前記ハイブリッド車両に設けられた補機に供給して放電させてもよい。
これにより、ハイブリッド車両の制御装置は、バッテリに充電した電力を補機に供給することにより、充電動作によってバッテリ充電量が過大となることを抑制することができる。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、第二モータジェネレータの出力が制限されている場合であっても、大きな駆動力を得ることができ、加速性能を向上させることができる。
図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による制御方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置による制御方法において、バッテリの充放電要求判定処理の詳細を示すフローチャートである。 図４は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置における駆動力向上率の試算例を示す図である。
本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の構成について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
ハイブリッド車両１は、図１に示すように、エンジン１１と、第一モータジェネレータ１２と、遊星歯車機構１３と、第二モータジェネレータ１４と、出力軸１５と、駆動輪１６と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１７と、走行用のバッテリ１８と、ＳＭＲ（System Main Relay）１９と、監視ユニット２０と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１と、ハイブリッドＥＣＵ２２と、を備えている。なお、前記したエンジンＥＣＵ２１およびハイブリッドＥＣＵ２２は、本発明の「制御部」として機能する。
ハイブリッド車両１は、エンジン１１および第二モータジェネレータ１４の少なくとも一方の動力を用いて走行する。ハイブリッド車両１は、通常走行中において、エンジン１１の動力を用いずに第二モータジェネレータ１４の動力を用いて走行するモータ走行と、エンジン１１および第二モータジェネレータ１４の双方の動力を用いて走行するハイブリッド走行（ＨＶ（Hybrid Vehicle）走行）と、の間で走行態様を切り替えることができる。
エンジン１１は、燃料を燃焼させて動力を出力する。第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４は、交流の回転電機であって、モータとしてもジェネレータとしても機能する。本実施形態における第一モータジェネレータ１２は、エンジン１１の駆動力によって発電を行う。
遊星歯車機構１３は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。なお、遊星歯車機構１３は、必ずしもシングルピニオン型でなくてもよく、例えばダブルピニオン型であってもよい。遊星歯車機構１３は、エンジン１１、第一モータジェネレータ１２および出力軸１５を機械的に連結している。遊星歯車機構１３は、具体的には、サンギヤ１３１と、リングギヤ１３２と、サンギヤ１３１およびリングギヤ１３２に噛合するピニオンギヤ１３３と、ピニオンギヤ１３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア１３４と、を有している。
サンギヤ１３１は、第一モータジェネレータ１２に連結されている。また、リングギヤ１３２は、出力軸１５に連結されている。また、キャリア１３４は、エンジン１１に連結されている。
出力軸１５は、デファレンシャルギヤ２３を介して左右の駆動輪１６に接続されている。また、出力軸１５には、第二モータジェネレータ１４が接続されている。これにより、リングギヤ１３２、第二モータジェネレータ１４、出力軸１５および駆動輪１６は、同期して回転する。
ＰＣＵ１７は、バッテリ１８から供給される高電圧の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４の一方または両方に供給する。これにより、第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４の一方または両方が駆動される。また、ＰＣＵ１７は、第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４の一方または両方で発電された交流電力を直流電力に変換し、この直流電力をバッテリ１８に供給する。これにより、バッテリ１８が充電される。また、ＰＣＵ１７は、第一モータジェネレータ１２によって発電された電力を第二モータジェネレータ１４に供給することにより、当該第二モータジェネレータ１４を駆動することもできる。
バッテリ１８は、第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４の一方または両方を駆動するための高電圧（たとえば２００Ｖ程度）の直流電力を蓄える二次電池である。バッテリ１８は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池により構成される。本実施形態におけるバッテリ１８は、主に第一モータジェネレータ１２によって発電された電力を充電する。
ＳＭＲ１９は、バッテリ１８をＰＣＵ１７に接続したり、あるいはバッテリ１８をＰＣＵ１７から切り離したりするためのリレーである。監視ユニット２０は、バッテリ１８の電圧（バッテリ電圧）ＶＢ、バッテリ１８を流れる電流（バッテリ電流）ＩＢ、バッテリ１８の温度（バッテリ温度）ＴＢをそれぞれ検出する。
さらに、ハイブリッド車両１には、エンジン回転速度センサ２４、出力軸回転速度センサ２５、レゾルバ２６，２７、アクセル開度センサ２８等のセンサが設けられている。エンジン回転速度センサ２４は、エンジン回転速度Ｎｅを検出し、その検出結果をエンジンＥＣＵ２１に出力する。出力軸回転速度センサ２５は、出力軸１５の回転速度Ｎｐを車速Ｖとして検出し、その検出結果をハイブリッドＥＣＵ２２に出力する。
レゾルバ２６は、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１を検出し、その検出結果をハイブリッドＥＣＵ２２に出力する。レゾルバ２７は、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２を検出し、その検出結果をハイブリッドＥＣＵ２２に出力する。アクセル開度センサ２８は、ユーザ（運転者）によるアクセル開度（アクセルペダル操作量）を検出し、その検出結果をハイブリッドＥＣＵ２２に出力する。
エンジンＥＣＵ２１およびハイブリッドＥＣＵ２２は、それぞれ図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行する。
ハイブリッドＥＣＵ２２は、通信線２９によってエンジンＥＣＵ２１と接続されており、当該エンジンＥＣＵ２１と相互に通信することにより、エンジン１１、第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４を含むハイブリッド車両１全体を統括的に制御する。
ハイブリッドＥＣＵ２２は、具体的には、アクセル開度および車速Ｖ等に基づいて、ユーザがハイブリッド車両１に対して要求する要求駆動力（以下「アクセル要求駆動力」ともいう）を算出する。ハイブリッドＥＣＵ２２は、要求駆動力が駆動輪１６に伝達されるように、エンジン指令信号、ＭＧ１指令信号およびＭＧ２指令信号をそれぞれ生成する。
そして、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ＭＧ１指令信号およびＭＧ２指令信号をＰＣＵ１７に出力する。これを受けて、ＰＣＵ１７は、ＭＧ１指令信号およびＭＧ２指令信号で指令されたパワーとなるように、第一モータジェネレータ１２および第二モータジェネレータ１４の出力（具体的には通電量等）を制御する。
また、ハイブリッドＥＣＵ２２は、エンジン指令信号をエンジンＥＣＵ２１に出力する。これを受けて、エンジンＥＣＵ２１は、エンジンパワーがエンジン指令信号で指令されたパワーとなるように、エンジン１１の出力（具体的にはスロットル開度、点火時期、燃料噴射量等）を制御する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリ１８の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する。
ここで、従来の制御装置では、例えば第二モータジェネレータの出力になんらかの制約がある場合、十分な駆動力を得ることができないという問題があった。なお、第二モータジェネレータの出力の制約としては、例えば車速が低くて第二モータジェネレータの発生可能出力が低い場合、熱制限によって第二モータジェネレータの出力が制限されている場合、第二モータジェネレータが故障気味である場合、第二モータジェネレータの体格自体が小さくて出力が小さい場合等が挙げられる。
そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、ハイブリッド車両１に対する要求駆動力（アクセル要求駆動力）が、第二モータジェネレータ１４の出力が最大、かつバッテリ１８を充電しない場合に出力可能な駆動力（以下、「バッテリ充電なし最大駆動力」という）よりも大きい場合、バッテリ１８を充電させながらハイブリッド車両１を走行させることにより、エンジン１１の直達トルクを高め、大きな駆動力を得ることとした。すなわち、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、後記する充放電要求判定の項目の中に、従来は存在しなかった「走行中の駆動力要求に基づく充電要求」を追加することにより、走行中にバッテリ１８を充電させながらエンジン１１を動作させる。これにより、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、第二モータジェネレータ１４の出力になんらかの制約がある場合であっても、大きな駆動力を得ることができる。
以下、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置による具体的な制御手順について、図２および図３を参照しながら説明する。なお、以下で説明する制御は、ハイブリッドＥＣＵ２２が主体となって実行される。また、図２で示したステップＳ４およびステップＳ５は、ステップＳ２の処理結果を受けてステップＳ７の前に実施される処理であるため、ステップＳ２の後かつステップＳ７の前であれば、どのタイミングで実施してもよい。
まず、アクセル開度センサ２８によってアクセル開度を検出し、出力軸回転速度センサ２５によって車速を検出する（ステップＳ１）。続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ１で算出されたアクセル開度および車速に基づいて、アクセル要求駆動力を算出する（ステップＳ２）。続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ１で算出された車速と、ステップＳ２で算出されたアクセル要求駆動力と、に基づいて、車両走行パワーを算出する（ステップＳ３）。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ１で算出されたアクセル開度および車速と、ステップＳ２で算出されたアクセル要求駆動力と、に基づいて、例えば予め用意されたマップ等を参照することにより、車両損失パワーを算出する（ステップＳ４）。なお、「車両損失パワー」とは、例えばギヤのロスやブレーキの引き摺りによって消費されるパワーのことを示している。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリ１８の充放電要求判定処理を行う（ステップＳ５）。充放電要求判定処理では、例えば以下の（１）〜（５）に示すような複数の充放電要求の有無について判定する。
（１）ストール充電要求
（２）ＳＯＣ中心乖離大での充放電要求
（３）エンジン燃費点動作のための充放電要求
（４）バッテリ保護要求
（５）走行中の駆動力要求に基づく充電要求
ここで、上記（１）は、例えばハイブリッド車両１の停車中にブレーキとアクセルの両踏みによって発進時のエンジン直達トルクを高めるための充電要求である。また、上記（２）は、ＳＯＣが予め設定された制御中心（例えば５５％）から遠ざかった際に、当該ＳＯＣを制御中心に近づけるための充放電要求である。また、上記（３）は、予め設定された燃費動作線（後記する図４参照）上で車両を動作させるための充放電要求である。また、上記（４）は、例えばＳＯＣが予め設定した上限値（例えば８０％）を越えた際に、充電を停止させるための要求である。そして、上記（５）は、ハイブリッド車両１の走行中に大きな駆動力が必要となった場合の充電要求である。
ステップＳ５の充放電要求判定処理の具体的内容について、図３を参照しながら説明する。ここで、上記（１）〜（５）に示した充放電要求のうち、（１）〜（４）は従来から存在していた充放電要求項目であり、（５）は本実施形態に係る制御で新たに追加した充放電要求項目である。従って、同図では、（１）〜（４）の判定処理の内容については説明を省略し、（５）の判定処理の内容についてのみ説明する。
まず、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ２で算出されたアクセル要求駆動力が、バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ５１）。アクセル要求駆動力がバッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合（ステップＳ５１でＹｅｓ）、ハイブリッドＥＣＵ２２は、走行中の駆動力要求に基づくバッテリ充電要求があると判定し（ステップＳ５２）、判定処理を終了する。一方、アクセル要求駆動力がバッテリ充電なし最大駆動力より以下である場合（ステップＳ５１でＮｏ）、ハイブリッドＥＣＵ２２は、走行中の駆動力要求に基づくバッテリ充電要求がないと判定し（ステップＳ５３）、判定処理を終了する。以下、図２に戻ってステップＳ６以降の説明を続ける。
ステップＳ５の後、ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリ要求充電量を算出し、当該バッテリ要求充電量に基づいてバッテリ要求パワーを算出する（ステップＳ６）。本ステップにおけるバッテリ要求充電量の具体的な算出方法については後記する。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ３で算出された車両走行パワーに対して、ステップＳ４で算出された車両損失パワー（符号：負）と、ステップＳ６で算出されたバッテリ要求パワー（受電側の符号：正、放電側の符号：負）と、を加算することにより、要求エンジンパワーを算出する（ステップＳ７）。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ２で算出されたアクセル要求駆動力と、ステップＳ６で算出されたバッテリ要求パワーと、ステップＳ７で算出された要求エンジンパワーと、に基づいて、例えば予め用意されたマップ等を参照することにより、目標エンジン回転速度を算出する（ステップＳ８）。これにより、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置は、バッテリ要求パワーに応じて目標エンジン回転速度を最適に制御する。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、エンジントルクを算出する（ステップＳ９）。本ステップにおけるエンジントルクの具体的な算出方法については後記する。なお、本ステップでは、エンジン１１が最もトルクを出力することができるエンジン回転速度を示すＷＯＴ（Wide Open Throttle）動作線（後記する図４参照）上において、エンジントルクを算出することが望ましい。本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、このようにＷＯＴ動作線上でエンジントルクを選択することにより、電気ロスおよび駆動ロスを最小に抑えつつ、駆動力を向上させることができる。
続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ９で算出されたエンジントルクに基づいてＭＧ１トルクを算出する（ステップＳ１０）。続いて、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ１０で算出されたＭＧ１トルクに基づいてエンジン直達トルクを算出する（ステップＳ１１）。最後に、ハイブリッドＥＣＵ２２は、ステップＳ１１で算出されたエンジン直達トルクに基づいてＭＧ２トルクを算出する（ステップＳ１２）。
以上のような処理を行う本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、アクセル要求駆動力がバッテリ充電なし最大駆動力を上回り、大きな駆動力が必要となる場合、バッテリ１８を充電させながらハイブリッド車両１を走行させることにより、エンジン１１から遊星歯車機構１３を介して出力軸１５に機械的に直接伝達されるエンジン直達トルクが高めることができる。従って、第二モータジェネレータ１４の出力に制約があり、当該第二モータジェネレータ１４の出力が制限されている（あるいは出力自体が小さい）場合であっても、大きな要求駆動力に対応することが可能となる。すなわち、第二モータジェネレータ１４の出力が制限されている場合であっても、大きな駆動力を得ることができ、加速性能を向上させることができる。
ここで、従来制御では、第二モータジェネレータの出力に制約がある状況において、走行中に高い駆動力要求がなされた場合、バッテリ放電状態、もしくはバッテリ充電なし状態で、取り得る最大駆動力のエンジン動作点を選択して動作していた。一方、本実施形態に係る制御では、走行中の駆動力要求によるバッテリ１８の充電要求を可能とすることにより、バッテリ１８の充電とエンジン動作点の選択による、最大駆動力動作が可能となる。
なお、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、ハイブリッド車両１の走行中に、「アクセル要求駆動力＞バッテリ充電なし最大駆動力」となり（ステップＳ５１でＹｅｓ）、バッテリ１８を充電させながらハイブリッド車両１を走行させている際に、当該バッテリ１８に充電した電力を、ハイブリッド車両１に設けられた補機に供給して放電させてもよい。本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置では、このようにバッテリ１８に充電した電力を補機に供給することにより、充電動作によってバッテリ充電量が過大となることを抑制することができる。
なお、ハイブリッド車両１に設けられる補機としては、例えばエアコン、電気ヒータ、ナビゲーション等のメディアＡＶ機器や、ハイブリッド車両１の電気動作部品（グリルシャッター、可変スポイラー等）等が挙げられる。
＜充放電要求の調停＞
ここで、前記した図２のステップＳ５の充放電要求判定処理では、より具体的には、上記（１）〜（５）に示した充放電要求の有無についてそれぞれ判定した後、予め設定された各充放電要求項目の優先度に応じて、充放電要求の調停を行う。例えば上記（１）〜（５）のうち、優先度の高いものから順に並べると、（４）＞（５）＞（３）…の順となる。従って、例えば本ステップの充放電要求判定処理において、（３）〜（５）の充放電要求があると判定された場合、（３）、（５）よりも（４）の充放電要求を優先する。
また、前記した図２のステップＳ６では、ステップＳ５における充放電要求の調停で得られた優先順位の中で、かつその他のエンジン動作点の変更要求を受けない範囲内において、ステップＳ２で算出されたアクセル要求駆動力が大きいほど、バッテリ要求パワーを大きく設定することが望ましい。
なお、前記した図２のステップＳ５における充放電要求の調停の結果、例えば「（４）バッテリ保護要求」等の上位の充放電要求（以下、「上位要求」という）によって、アクセル要求駆動力を実現できない場合も想定される。この場合、ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリ要求パワー制約下で実現可能な駆動力を、目標駆動力として算出する。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ２２は、バッテリ要求パワー制約下で取り得るエンジンパワーの範囲内において、エンジントルクが最大となる動作点を算出し、このときの駆動力を目標駆動力とすることができる。
＜バッテリ要求充電量の算出方法＞
以下、前記した図２のステップＳ６におけるバッテリ要求充電量の算出方法について、図４を参照しながら説明する。ハイブリッドＥＣＵ２２は、ハイブリッド車両１に対する要求駆動力と、バッテリ充電なし最大駆動力と、バッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいてバッテリ要求充電量を算出する。なお、「バッテリ充電あり最大駆動力」とは、第二モータジェネレータ１４の出力が最大、かつバッテリ１８を充電する場合に出力可能な駆動力のことを示している。
まず前提として、本実施形態に係るハイブリッド車両１のシステムの運動方程式は、以下の式（１）〜式（３）のように示すことができる。
Figure 0006962271
Figure 0006962271
Figure 0006962271
ここで、上記式（１）〜式（３）における各記号の意味は以下の通りである。
Ｔｐ：出力軸トルク（≒車両駆動力）
Ｔｍ：ＭＧ２トルク
Ｔｇ：ＭＧ１トルク
Ｔｅ：エンジントルク
Ｎｐ：出力軸回転速度
Ｎｅ：エンジン回転速度
Ｎｇ：ＭＧ１回転速度
ρ：プラネタリギヤ比（サンギヤ歯数／リングギヤ歯数）
Ｇｒｍ：ＭＧ２減速比
１／（１＋ρ）×Ｔｅ：エンジン直達トルク
図４において、（１）の状態で走行しているハイブリッド車両１が、アクセルペダル要求により駆動力上昇を求められた場面であって、車速の変化が発生する前の状態、すなわちエンジン回転速度が（１）と同値を上限とする中での制御について説明する。前記したように、第二モータジェネレータ１４の出力に制約があり、ＭＧ２トルクＴｍが上限に達している場合、上記式（１）に示すように、エンジントルクＴｅを高めることにより、出力軸トルクＴｐを高めることができる。
このとき、従来制御では、バッテリ充電なしでの最大駆動力を得るために、図４の（１）から（６）の状態へとエンジン動作点を遷移することができる。従って、アクセル要求駆動力が、エンジントルクＴｅに換算して同図の領域１にある場合は、従来制御で対応できるため、本実施形態に係る制御におけるバッテリ充電要求は発生しない。
一方、アクセル要求駆動力が、エンジントルクＴｅに換算して図４の領域２にある場合、その駆動力を得られるようにエンジン動作点を遷移させ、そのときに発生する余剰エンジン出力分をバッテリ１８に充電する。また、アクセル要求駆動力が、エンジントルクＴｅに換算して同図の領域３にある場合、車速が上昇するまでは（７）のエンジン動作点の駆動力を上回ることはできないため、（７）を最大駆動力点とし、（７）で要求される充電量をバッテリ１８に充電する。
上記内容の一部を数式に示すと次の通りである。上記式（１）〜式（３）に示した運動方程式において、ＭＧ２トルクＴｍが上限に固定され、エンジントルクＴｅによって出力軸トルクＴｐを制御している状態において、当該出力軸トルクＴｐを実現するエンジントルクＴｅが図４の領域１にある場合は、従来制御を実施する。一方、エンジントルクＴｅが同図の領域２にある場合は、要求されるエンジントルクＴｅを実現するエンジン動作点が回転速度方向に複数存在するため、適合方針を決めてエンジン回転速度Ｎｅを決定する。
この「適合方針」としては、エンジン動作点の候補中における燃費最適点（燃費動作線）の選択や、その後の応答速度を考慮したＷＯＴ動作線の選択等が挙げられる。ここで決定したエンジン動作点をＴｅ’［Ｎｍ］、Ｎｅ’［ｒｐｍ］とし、通常制御でのバッテリ充電なし最大駆動力点であるエンジン動作点（６）をＴｅ［Ｎｍ］，Ｎｅ［ｒｐｍ］とすると、車両駆動力を得るために余剰となるエンジン出力［ｋＷ］は、（２×π×Ｔｅ’×Ｎｅ’／６００００）−（２×π×Ｔｅ×Ｎｅ／６００００）となる。この余剰となるエンジン出力をバッテリ要求充電量として算出することができる。また、図４の領域３においては、エンジン動作点（７）において、同様の計算によってバッテリ要求充電量を算出することができる。
＜エンジントルクの算出方法＞
以下、前記した図２のステップＳ９におけるエンジントルクの算出方法について説明する。ハイブリッドＥＣＵ２２は、ハイブリッド車両１に対する要求駆動力と、バッテリ充電なし最大駆動力と、バッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいてエンジントルクを算出する。
ここで、前記した＜バッテリ要求充電量の算出方法＞において、エンジン動作点の動作範囲を想定しているため、基本的にはこのバッテリ要求充電量の算出で用いたエンジントルクを用いる。但し、前記した図２のステップＳ５における充放電要求の調停の結果、上位要求があった場合、上位の充放電要求のバッテリ要求パワー制約下で実現できるエンジントルクを、駆動力確保のためのエンジントルクとして算出する。
例えば、アクセル要求駆動力から、本実施形態に係る制御によって求められるバッテリ要求充電量（充電側の符号：正）をＰｂ［ｋＷ］とし、その際のエンジン動作点をＴｅ［Ｎｍ］，Ｎｅ［ｒｐｍ］とし、上位要求（例えば「（４）バッテリ保護要求」）によるバッテリ充電量の上限をＰｂ’［ｋＷ］（但しＰｂ＞Ｐｂ’）とし、その際のエンジン動作点をＴｅ’［Ｎｍ］，Ｎｅ’［ｒｐｍ］とし、バッテリ充電なし最大駆動力点のエンジン動作点をＴｅ０［Ｎｍ］，Ｎｅ０［ｒｐｍ］とすると、上位要求がない場合は、「Ｐｂ＝（２×π×Ｔｅ×Ｎｅ／６００００）−（２×π×Ｔｅ０×Ｎｅ０／６００００）」を満たすエンジン動作点Ｔｅ，Ｎｅの「Ｔｅ」を、エンジントルクとして算出する。一方、上位要求がある場合は、「Ｐｂ’＝（２×π×Ｔｅ’×Ｎｅ’／６００００）−（２×π×Ｔｅ０×Ｎｅ０／６００００）」を満たすエンジン動作点Ｔｅ’，Ｎｅ’の「Ｔｅ’」を、エンジントルクとして算出する。
＜駆動力向上率の試算例＞
以下、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置による駆動力向上率の試算例について、図４および表１を参照しながら説明する。
Figure 0006962271
表１は、図４に示したエンジン動作点（１）に対するエンジン動作点（２）〜（７）の駆動力向上率の試算例を示している。本試算では、第二モータジェネレータ１４の出力が最大の状態で制限されているという状況を想定しているため、エンジン動作点（２）〜（７）の最右欄に示した「（１）比ＭＧ２駆動力向上値［％］」は、全て同値となっている。また、本試算は、電気系損失および駆動損失がともに０であり、各エンジン動作点（１）〜（７）について、第二モータジェネレータ１４の出力が最大となるようにバッテリ１８の充放電を実施した場合を想定して行った。
（１）は、基準となるエンジン動作点であり、例えばハイブリッド車両１が定常走行しており、かつバッテリ１８の充放電もないような状態を示している。（２）は、（１）から燃費動作線に沿ってエンジン動作点を遷移させた状態を示している。（１）から（２）へとエンジン動作点を遷移させることにより、エンジン１１の出力が上昇し、駆動力も向上する。
（３）は、（２）から燃費動作線に沿ってエンジン動作点を遷移させた状態を示している。なお、表１では、（３）は「バッテリ充放電：充電」となっているが、車速が上昇すれば第二モータジェネレータ１４の出力も上昇するため、充電は不要となる。（４）は、（１）からエンジン等出力線に沿ってエンジン動作点を遷移させることにより、エンジン１１を等出力としながら駆動力を向上させた状態を示している。
（５）は、（１）から、バッテリ充電なし、かつ第二モータジェネレータ１４の受け入れ上限までエンジン１１の出力を上昇させた場合を示している。（６）は、（５）からエンジン等出力線に沿ってエンジン動作点を遷移させることにより、エンジン１１を等出力としながら駆動力を向上させた状態を示している。
（７）は、（５）からバッテリ１８の充電を許可してエンジン１１の出力を向上させた場合を示している。このように、（５）から（７）へとエンジン動作点を遷移、あるいは、（１）から（７）へとエンジン動作点を遷移させることにより、基準となるエンジン動作点（１）と比して、最も高い駆動力を得ることができる。
ここで、（１）から（２）〜（６）へとエンジン動作点を遷移させることは、従来制御においても可能である。すなわち、従来制御で得られる最大の駆動力は（６）となる。一方、（１）から（７）へとエンジン動作点を遷移させることは、従来制御では不可能であり、本実施形態に係る制御によってのみ可能である。すなわち、本実施形態に係る制御によって得られる最大の駆動力は（７）となる。なお、（１）から（７）へとエンジン動作点が遷移しても、エンジン回転速度は変わらないため、レスポンスもよい。また、本実施形態に係る制御では、バッテリ１８の充電受け入れ性（ＳＯＣ）によっては、図４のドットハッチングで示した領域もエンジン動作点として選択することができ、更に駆動力を高めることも可能である。
以上、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
１ ハイブリッド車両
１１ エンジン
１２ 第一モータジェネレータ
１３ 遊星歯車機構
１３１ サンギヤ
１３２ リングギヤ
１３３ ピニオンギヤ
１３４ キャリア
１４ 第二モータジェネレータ
１５ 出力軸
１６ 駆動輪
１７ ＰＣＵ
１８ バッテリ
１９ ＳＭＲ
２０ 監視ユニット
２１ エンジンＥＣＵ
２２ ハイブリッドＥＣＵ
２３ デファレンシャルギヤ
２４ エンジン回転速度センサ
２５ 出力軸回転速度センサ
２６，２７ レゾルバ
２８ アクセル開度センサ

Claims (6)

  1. エンジンと、
    駆動輪に接続される出力軸と、
    前記エンジンの駆動力によって発電する第一モータジェネレータと、
    前記出力軸に接続される第二モータジェネレータと、
    前記エンジン、前記第一モータジェネレータおよび前記出力軸を機械的に連結する遊星歯車機構と、
    前記第一モータジェネレータによって発電された電力を充電するバッテリと、
    前記エンジン、前記第一モータジェネレータおよび前記第二モータジェネレータを制御する制御部と、
    補機と、
    を備えるハイブリッド車両の制御装置において、
    前記制御部は、前記ハイブリッド車両に対する要求駆動力が、前記第二モータジェネレータの出力が最大、かつ前記第一モータジェネレータによって発電された電力が前記補機に全量供給されることにより前記バッテリを充電しない場合に出力可能な駆動力を示す、バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記バッテリを充電させながら前記ハイブリッド車両を走行させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記制御部は、前記要求駆動力が前記バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記要求駆動力に基づいてバッテリ要求充電量を算出し、前記バッテリ要求充電量に基づいてバッテリ要求パワーを算出し、前記バッテリ要求パワーに基づいて目標エンジン回転速度を算出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制御装置。
  3. 前記制御部は、前記要求駆動力と、前記バッテリ充電なし最大駆動力と、前記第二モータジェネレータの出力が最大、かつ前記バッテリを充電する場合に出力可能な駆動力を示すバッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいて前記バッテリ要求充電量を算出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制御装置。
  4. 前記制御部は、前記要求駆動力と、前記バッテリ充電なし最大駆動力と、前記バッテリ充電あり最大駆動力と、に基づいてエンジントルクを算出することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記エンジンが最もトルクを出力することができるエンジン回転速度を示すＷＯＴ動作線上において、前記エンジントルクを算出することを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  6. 前記制御部は、前記要求駆動力が前記バッテリ充電なし最大駆動力よりも大きい場合、前記バッテリに充電した電力を、前記ハイブリッド車両に設けられた補機に供給して放電させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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