JP2008150023A - Powertrain control method for hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両のパワートレイン制御方法に係り、より詳しくは、内燃機関のエンジンと電気の力で作動させ、あるいは、エンジン駆動或いは車両減速力で発電させるモータジェネレータを用いるハイブリッド車両におけるエンジンとモータジェネレータを制御する方法に関するものである。パワートレインとは、エンジン、バッテリ、モータジェネレータ、および、遊星歯車機構からなる動力発生機関を言う。 The present invention relates to a powertrain control method for a hybrid vehicle. More specifically, the present invention relates to an engine in a hybrid vehicle that uses a motor generator that is operated by an electric force with an engine of an internal combustion engine or that generates electric power by driving an engine or by a vehicle deceleration force. The present invention relates to a method for controlling a motor generator. The power train is a power generation engine including an engine, a battery, a motor generator, and a planetary gear mechanism.
ハイブリッド車両は、エンジンのみを搭載した車両に比較して大幅な燃費改善が期待できる。
モータは、回転数の低い領域で、エンジンに比べてトルク特性に優れ、エンジンは、相対的に中、高速の領域でのトルク特性がモータに比べて優れているので、これらモータとエンジンを車両の走行状態によって効率よく制御することにより、燃費改善が可能である。
Hybrid vehicles can be expected to significantly improve fuel efficiency compared to vehicles equipped with only an engine.
The motor has excellent torque characteristics compared to the engine in the low rotation speed region, and the engine has superior torque characteristics in the relatively medium and high speed regions compared to the motor. The fuel efficiency can be improved by efficiently controlling the vehicle according to the traveling state.
一般に、ハイブリッド車両のパワートレインの制御は、車速とアクセル開度から要求トルクが決定され、この要求トルクと車速から要求動力が決定される。
動力は回転数とトルクの積であるから、エンジンからこの要求動力を得るには、回転数が大で、かつ、トルクが小のポイント、あるいはその逆など、可能な複数の運転状態が存在する。しかし、同じ動力を得るにも、エンジン効率の点からみると、効率の高いポイントと低いポイントがあるので、最も効率の高いポイントを選択することが望ましい。効率が高ければ、エネルギー損失が少なく燃費のよい運転ができるからである。
In general, in the control of the power train of a hybrid vehicle, the required torque is determined from the vehicle speed and the accelerator opening, and the required power is determined from the required torque and the vehicle speed.
Since power is the product of the number of revolutions and torque, there are multiple possible operating conditions, such as a point with a large number of revolutions and a small torque, or vice versa, to obtain this required power from the engine. . However, in order to obtain the same power, there are a point with high efficiency and a point with low efficiency from the viewpoint of engine efficiency, so it is desirable to select the point with the highest efficiency. This is because the higher the efficiency, the less energy loss and the better fuel efficiency.
エンジン効率は、エンジントルクを縦軸に、エンジン回転数を横軸に取り、トルクの限界をプロットした曲線に、等高線のような等効率曲線を描いたグラフで例示することができる。トルクの限界は、その回転数でアクセルが最大に踏まれた時のトルクに相当する。また、エンジン効率の最も高い領域(山の頂上)は、回転数が比較的高く、トルクも大きい箇所にある。
例えば3000〜4000RPM付近で、トルクはトルク限界点のすぐ下の箇所にある。そして、エンジン効率は、エンジン効率の最も高い領域から等効率曲線を横切るたびに低くなることを示す。
The engine efficiency can be exemplified by a graph in which the engine torque is plotted on the vertical axis, the engine speed is plotted on the horizontal axis, and the torque limit is plotted on a curve in which an isoefficiency curve such as a contour line is drawn. The limit of torque corresponds to the torque when the accelerator is stepped on at the maximum number of revolutions. Further, the region with the highest engine efficiency (top of the mountain) is at a place where the rotational speed is relatively high and the torque is large.
For example, in the vicinity of 3000 to 4000 RPM, the torque is located immediately below the torque limit point. And it shows that engine efficiency becomes low every time it crosses an iso-efficiency curve from the region where engine efficiency is the highest.
従来のハイブリッド車両におけるパワートレインの制御は前記のようなエンジン効率に基づいて行われ、ハイブリッド車両のパワートレイン全体を考慮した効率に基づいて制御されていない。
エンジンの効率によって選択した運転状態では余分の動力が発生する。この余分の動力は電力に変換されバッテリに蓄積されて、電動機を駆動させるのに再び用いられる。しかし、余分の動力といっても、電力への変換または蓄積、及び動力への再変換の過程でエネルギー損失があるので、このような再利用時の効率が低下する。
The control of the power train in the conventional hybrid vehicle is performed based on the engine efficiency as described above, and is not controlled based on the efficiency considering the entire power train of the hybrid vehicle.
Extra power is generated in the operating state selected by the efficiency of the engine. This extra power is converted into electric power, stored in the battery, and used again to drive the motor. However, even if it is extra power, there is energy loss in the process of conversion or accumulation into electric power and re-conversion to power, so that the efficiency at the time of such reuse decreases.
例えば、エンジン効率αが高く、エンジン出力3Gkwが出る運転状態が選択されたとする。ここで、車輪の動力に3GkWが分配され、バッテリには分配されないとすると、分母に入力量である3GkWを、分子に出力量であるα×3GkWを取ったシステム効率Sは、エンジン効率αに等しい。
車輪の動力が1GkWで足りるので、バッテリに2GkWが分配されるとすると、エネルギーをバッテリに蓄積する時の損失と、バッテリの充放電効率と、バッテリから放電して使うときの損失を合わせたものを50%程度として、Sはα×(G+2G×0.5)/3Gとなる。分子と分母からGを消去すると、S=(2/3)×αとなる。即ち、効率が2/3程度に落ちることになる。
For example, it is assumed that the operating state in which the engine efficiency α is high and the engine output 3Gkw is output is selected. Here, assuming that 3 GkW is distributed to the power of the wheel and not distributed to the battery, the system efficiency S with 3 GkW as the input amount in the denominator and α × 3 GkW as the output amount in the numerator is equal to the engine efficiency α. equal.
Since 1GkW is enough for the power of the wheel, assuming that 2GkW is distributed to the battery, it combines the loss when storing energy in the battery, the charge / discharge efficiency of the battery, and the loss when using it after discharging from the battery Is approximately 50%, and S is α × (G + 2G × 0.5) / 3G. If G is eliminated from the numerator and denominator, S = (2/3) × α. That is, the efficiency drops to about 2/3.
ここで、エンジン効率αの高い値をaとし、車輪の動力を満たす出力が、効率aより低い効率bで出せるものとする。その場合、bが、(2/3)×aより大きいなら、たとえエンジン効率はa>bではあるが、システム効率Sの面では、エンジン効率をbで運転する方が効率よいと言える。このように、エンジンの効率のみで判定した制御では、システム全体の効率を低下させる場合がある。
本発明の目的は、ハイブリッド車両のパワートレインを制御するに際し、エンジンの効率のみを考慮するのではなく、ハイブリッド車両のパワートレインシステム全体の効率を考慮して、パワートレインが制御できるようにすることにより、より効率よい車両の運行によって燃費を向上させるようにするとともに、パワートレインに発生する振動や異音を低減あるいは解消することができるようにしたハイブリッド車両のパワートレイン制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to enable control of a power train in consideration of the efficiency of the entire power train system of the hybrid vehicle, not only considering the efficiency of the engine when controlling the power train of the hybrid vehicle. To provide a powertrain control method for a hybrid vehicle that can improve fuel efficiency by more efficient vehicle operation and reduce or eliminate vibrations and noise generated in the powertrain. is there.
上記の目的を達成するため、本発明によるハイブリッド車両のパワートレイン制御方法は、エンジン、バッテリ、第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、遊星歯車機構及びこれらを制御する制御装置からなるハイブリッド車両のパワートレインを制御する方法において、前記パワートレインが取るべき運転状態の候補を、エンジントルクとエンジン回転数の関数で示す運転可能領域内の複数の格子点に取り、この格子点を各運転ポイントとして、前記パワートレインのシステム効率を計算する段階と、前記複数の格子点に対応する各運転ポイントに対して計算されたシステム効率のなかで最高効率が計算される運転ポイントを選定する段階と、前記選定された運転ポイントの運転状態となるように、前記エンジン、第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータを制御する段階と、を含んでなることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a powertrain control method for a hybrid vehicle according to the present invention includes a power for a hybrid vehicle comprising an engine, a battery, a first motor generator, a second motor generator, a planetary gear mechanism, and a control device for controlling them. In the method for controlling the train, the operation state candidates to be taken by the powertrain are taken as a plurality of grid points in the operable region indicated by a function of the engine torque and the engine speed, and the grid points are used as the respective operation points. Calculating the system efficiency of the powertrain, selecting an operating point at which maximum efficiency is calculated among the system efficiencies calculated for each operating point corresponding to the plurality of grid points, and the selection The engine and the first motor so that the operation state of the selected operation point is achieved. And controlling Nereta and second motor-generator, characterized in that it comprises a.
前記複数の格子点は、回転数がアイドリング回転からエンジン最高回転の間と、トルクが 0〜最高トルクまでの間をそれぞれ 数箇所に区切って選定することを特徴とする。 The plurality of grid points are selected by dividing the number of rotations between idling rotation and maximum engine rotation and between 0 and the maximum torque in several places.
前記回転数の領域を等間隔に数点〜数十点、トルクの領域を等間隔に数点それぞれ区切り、これらの交点を前記複数の格子点に選定することを特徴とする。 The rotation speed region is divided into several points to several tens of points at equal intervals, and the torque region is divided into several points at equal intervals, and the intersections thereof are selected as the plurality of grid points.
また、複数の運転ポイントでそれぞれシステム効率を計算し、そのなかで最高効率が計算される運転ポイントを選定するため、前記運転ポイントを配列に格納し、各運転ポイントの配列は、その運転ポイントでのシステム効率と、その運転ポイントが前記第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、及びバッテリの出力限度範囲内であるか否かを示すようになった多重配列であることを特徴とする。 In addition, in order to calculate the system efficiency at each of a plurality of operating points, and to select the operating point at which the maximum efficiency is calculated among them, the operating points are stored in an array, and the array of each operating point is the operating point. The system efficiency and the multiplex arrangement adapted to indicate whether or not the operating point is within the output limit range of the first motor generator, the second motor generator, and the battery.
前記システム効率の計算は、あらかじめ計算結果を前記制御装置に記録しておき、その計算結果を用いることを特徴とする。 In the calculation of the system efficiency, a calculation result is recorded in advance in the control device, and the calculation result is used.
前記運転ポイントは、前記第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータと前記エンジンの出力限度内、及び前記バッテリの充放電の出力限度範囲内で選択することを特徴とする。 The operating point is selected within the output limits of the first motor generator and the second motor generator and the engine, and within the output limit range of charge and discharge of the battery.
また、本発明は、少なくとも一つのエンジン、モータジェネレータ及びバッテリを含むハイブリッド車両のパワートレイン制御方法において、前記パワートレインを持つべき運転状態の候補をエンジントルクとエンジン回転数の関数で示す運転可能領域内の複数の格子点に取り、この格子点を各運転ポイントとして、前記パワートレインのシステム効率を計算し、そのなかで最高効率が計算される運転ポイントを選定する段階と、前記選定された運転ポイントでのパワートレインシステムの効率と現在運転状態によるパワートレインシステムの効率との差が予定の値より高い場合、前記選定された運転ポイントの運転状態となるように、前記エンジンとモータジェネレータを制御する段階と、を含んでなることを特徴とする。 The present invention also relates to a powertrain control method for a hybrid vehicle including at least one engine, a motor generator, and a battery, and a drivable region indicating a candidate of an operating state that should have the powertrain as a function of engine torque and engine speed. Taking a plurality of grid points within the system, calculating the system efficiency of the powertrain using each grid point as each operation point, selecting an operation point at which the highest efficiency is calculated, and selecting the selected operation If the difference between the efficiency of the powertrain system at the point and the efficiency of the powertrain system depending on the current operating state is higher than the expected value, the engine and the motor generator are controlled so that the operating state of the selected operating point is achieved. And the step of performing.
前記パワートレインのシステム効率の計算は、あらかじめ計算結果を制御装置に記録しておき、その計算結果を用いて前記運転ポイントの選定を行うことを特徴とする。 In calculating the system efficiency of the powertrain, a calculation result is recorded in advance in a control device, and the operation point is selected using the calculation result.
前記運転状態の候補は、パワートレインを構成するモータジェネレータ、エンジン及びバッテリの運転限度範囲内で選択されることを特徴とする。 The candidate for the operation state is selected within the operation limit range of a motor generator, an engine, and a battery constituting the power train.
前記パワートレインを構成するモータジェネレータ、エンジン及びバッテリの運転限度範囲に近接するとき、前記最高効率が得られる運転状態となるように、エンジン及びモータジェネレータを制御することを特徴とする。 The engine and the motor generator are controlled so as to obtain an operation state in which the maximum efficiency is obtained when the motor generator, the engine, and the battery constituting the power train are close to the operation limit range.
運転者の操作量、動力発生機関の負荷速度及び負荷抵抗が現在の運転状態を決定した時より、あらかじめ決めた値以上に変化したときは、前記最高効率が得られる運転状態となるようにモータジェネレータ及びエンジンを制御することを特徴とする。 When the amount of operation of the driver, the load speed and load resistance of the power generation engine have changed to a predetermined value or more than when the current operating state is determined, the motor is set so as to obtain the maximum operating efficiency. The generator and the engine are controlled.
本発明によれば、ハイブリッド車両のパワートレインを制御するに際し、エンジンの効率のみを考慮するのではなく、ハイブリッド車両のパワートレインシステム全体の効率を考慮してパワートレインを制御するようにすることにより、より効率よい車両の運行で燃費を改善することができる。
また、本発明によれば、ある運転ポイント(現在運転ポイント)を選択し運転している状態において、運転可能領域のなかで最高効率点が異なる点であっても、あらかじめ決めた値以上に現在運転ポイントより効率が高くない場合は、運転ポイントを変更しないようにすることにより、結果として運転ポイントが変更される頻度が少なくなり、振動や異音が解消できる。
According to the present invention, when controlling the powertrain of the hybrid vehicle, the powertrain is controlled in consideration of the efficiency of the entire powertrain system of the hybrid vehicle, not only the efficiency of the engine. The fuel efficiency can be improved by more efficient vehicle operation.
Further, according to the present invention, even when a certain operating point (current operating point) is selected and operated, even if the maximum efficiency point is different in the operable range, the current value exceeds a predetermined value. When the efficiency is not higher than the driving point, by not changing the driving point, the frequency of changing the driving point is reduced as a result, and vibration and noise can be eliminated.
以下、添付図面を参照して、本発明によるハイブリッド車両におけるパワートレインの構成とその制御方法について説明する。 Hereinafter, a configuration of a power train and a control method thereof in a hybrid vehicle according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明によるハイブリッド車両のパワートレインの構成図である。
パワートレイン100は、エンジン1と、キャリア2、プラネタリギア3、サンギア4及びリングギア5からなる遊星歯車機構15と、電動機と発電機を兼用した第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7と、インバータ8、9と、バッテリ10と、デファレンシャルギア12と、車軸14とからなり、制御装置16で制御され、発生した動力はタイヤ13に伝達される。
FIG. 1 is a configuration diagram of a powertrain of a hybrid vehicle according to the present invention.
The
エンジン1の出力は、クランクシャフトを介して遊星歯車機構15のキャリア2に連結される。インバータ8、9は、バッテリ10の直流を第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7の交流に変換する装置である。
サンギア5に連結された第1モータジェネレータ6をMG1、リングギア5に連結された第2モータジェネレータ7をMG2として図示している。リングギア5の軸はチェーン11を介して車軸14に動力を伝えることができる。
The output of the
The
図2は、本発明で使用するエンジンの運転ポイントと効率の関係を示すグラフである。縦軸がエンジントルク、横軸がエンジン回転数を表している。上部にプロットされた曲線は、エンジン1の回転数に対する最大エンジントルク20を表している。
エンジン1は、この最大エンジントルク20より下側の領域で運転される。エンジン効率が等しい等効率線31、32、33は、外側に行くほど効率は低くなることを表しており、等効率線31で示す領域の内側がエンジンとして最も運転効率が良い。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the operating point and efficiency of the engine used in the present invention. The vertical axis represents the engine torque, and the horizontal axis represents the engine speed. The curve plotted at the top represents the
The
運転ポイント30は、格子状に区切られた交点としている。エンジン1は、運転ポイント30から決められる複数の運転状態で運転することができる。エンジン1の限界低速回転数21は、図2のグラフの左側に位置する。限界低速回転数21より大きなエンジン回転数で運転することが望ましい。
制御装置16は、一定の周期で、エンジン回転数とエンジントルクの組合せである運転ポイント30について、そのときの車両の速度及び負荷におけるパワートレインのシステム効率を算出し、このシステム効率が最も高い運転ポイントを特定する。そして、エンジンをその運転ポイントの運転状態となるようにエンジン1、第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7を制御する。なお、第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7の制御にインバータ8、9を含めたものとしてもよい。また、モータジェネレータは交流用あるいは直流用のいずれでも良い。
The
The
次に、ハイブリッドシステム効率Sを次のように定義する。
また、例えば、MG2を電動機として動作させ、QkWの動力をチェーン11の掛かった軸に出力するような場合は、[Wmg2×β×β×γ]の項目は、MG2とMG1を通過した出力がQkWになると考えて、[Q×(1/β)×(1/β)×β×β]で計算される。このとき、MG1は発電機として動作させるなら、[Wmg1×β×β×γ]の項目は、QkWをMG2へ供給するため、その分を引いたエネルギーがバッテリ10に行き、別途そのエネルギーが利用されるとして、[{Wmg1−Q×(1/β)×(1/β)}×β×β×γ]を使って計算される。
Also, for example, when MG2 is operated as an electric motor and QkW power is output to the shaft on which the
図3は、本発明で使用するエンジンの運転ポイントと効率の関係を表すグラフに運転可能領域を示したものである。図3の灰色で示す領域が運転可能領域(出力限度内)である。すなわち、この領域の左側は、エンジン1の限界低速回転数21で仕切られる。即ち、エンジン回転数はこれより大きいことが望ましい。
この領域の下側は、MG2の最少トルク23で仕切られる。モータジェネレータ7が電動機として動作し、車軸に動力を伝えるには一定以上のトルクが必要で、エンジン1のエンジントルクは、これより大きいことが望ましい。
この領域の上側は、MG1のトルク特性値22で仕切られる。モータジェネレータ6であるMG1が発電機として動作する際、エンジン1のクランクシャフトが高速に回転すると、MG1のトルクは次第に低下する特性がある。符号24は、運転者の要求するエンジンのトルクである。また、バッテリの充電リミット25と、放電リミット26を点線で示す。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the operating point of the engine used in the present invention and the efficiency, and shows the operable region. The region shown in gray in FIG. 3 is the operable region (within the output limit). In other words, the left side of this region is partitioned by the limit
The lower side of this region is partitioned by the
The upper side of this region is partitioned by the torque
図3において、運転可能領域が把握されていない場合、運転効率のよい運転ポイント30aが選択される。運転可能領域が考慮されていない場合、運転ポイント30aを求めた後に、トルクがそれほど必要とされない場合は、単にトルクを減らして対応するものとなり、運転ポイント30bが選択される。しかし、運転可能領域が把握されている場合、運転ポイント30bや30cもすべて考慮される。
ここで、数式1に従ってハイブリッドステム効率を30b、30cの各ポイントで計算して比較すると、運転ポイント30bより運転ポイント30cの方が高くなるので、運転ポイント30cが選択される。運転ポイント30cのハイブリッドステム効率が運転ポイント30bより高いことは、図3の等効率線からもわかるように、エンジン効率αが高く、また、MG1、MG2は2つの運転ポイント30b、30cで一定とすることで、数式1により容易に確認することができる。
In FIG. 3, when the operable region is not grasped, an
Here, when the hybrid stem efficiency is calculated and compared at each point of 30b and 30c according to
図4、図5は、パワートレインのエネルギー収支図である。ハイブリッドシステム効率で運転ポイントを評価すると、エンジン1の効率のみで判定した運転状態より、燃費のよい運転ができる。図3に示すように、一般に、エンジンは、大きなエンジン回転数と大きなエンジントルクのある領域で運転されることが望ましい。
図4は、エンジン効率のみを使用して選択した運転状態におけるパワートレインのエネルギー収支図である。図4に示すように、ここではエンジン1の最高効率点をエンジンの効率のみを基準に選び、出力150kwが得られる運転ポイント(p1)を選択した。ここでは、エンジンの効率(燃料の熱価に対する軸出力の割合)αが30%の運転ポイントとする。このとき、遊星歯車機構15を介してMG1に伝達されるエネルギーはエンジン1の出力の1/3とし、MG2へは1/3とし、車軸14へは1/3とし、それぞれ50kwが分配される。
4 and 5 are energy balance diagrams of the powertrain. When the driving point is evaluated based on the hybrid system efficiency, it is possible to perform driving with better fuel efficiency than the driving state determined only by the efficiency of the
FIG. 4 is an energy balance diagram of a powertrain in an operating state selected using only engine efficiency. As shown in FIG. 4, here, the highest efficiency point of the
MG1とMG2の発電機及び電動機としての効率βは70%とする。その場合、MG1、MG2の出力はそれぞれ35kw(=50kW×0.7)となる。この場合、バッテリ10はMG1とMG2の2つで充電されるから、その供給電力は70kWとなる。バッテリ10の効率γは90%とする。バッテリ10に蓄積された電力は、第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7を電動機として使用した時に消費され、再び70%の効率βで機械的な力に変換される。この場合、バッテリ10は、44.1kW(=70kW×0.9×0.7)の機械的動力を出したものと見なすことができる。
The efficiency β as the generator and motor of MG1 and MG2 is 70%. In that case, the outputs of MG1 and MG2 are each 35 kW (= 50 kW × 0.7). In this case, since the
この運転ポイントp1はエンジン効率βのみから選択したものであるが、比較のために、システム効率Sを数式1で計算して求めると、S(p1)=18.82%が得られる。ここで、エンジン出力150kWは、WeとWmg1とWmg2に50kWずつ分配され、αは30%とし、βは70%とし、γは90%とした。
図4において、MG2を電動機として制御すると、車軸14への出力が要求される値より高くなってしまう。そのため、MG2とインバータ9は発電機となるように制御される。このように、エンジン効率αのみを考慮した場合は、要求される車軸の出力値とかけ離れる場合があり、その差分はバッテリに蓄えられて別途利用されることになる。しかし、その利用効率hsは、モータジェネレータを2回通過するから49%(=70%×70%)と低い。エンジン効率αのみを基準にした選択では、例えばエンジンの出力が63kwと低く、エンジン効率αが25%と低い運転ポイントは選択されない。
The operating point p1 is selected only from the engine efficiency β. For comparison, when the system efficiency S is calculated by
In FIG. 4, if MG2 is controlled as an electric motor, the output to
図5は、本発明によるハイブリッドシステム効率Sを使用して選択した運転状態におけるパワートレインのエネルギー収支図である。エンジンの出力が63kwと低く、エンジン効率αが25%の運転ポイント(p2)におけるパワートレインのエネルギー収支図を示す。この運転ポイント(p2)では、MG1が発電機として制御され、MG2が電動機として制御されるとする。その場合、エンジン1の出力63kWは、MG1に21kW(=63kW×1/3)が分配され、遊星歯車機構15のリングギア5の出力に残り42kW(=63kW×2/3)が分配されるとする。そして、MG2を電動機として動作させた場合、8kWの出力が得られるものとする。その場合、車軸14は50kW(=42kW+8kW)を得ることができ、これは図4の場合と同じである。
FIG. 5 is an energy balance diagram of the powertrain in the operating state selected using the hybrid system efficiency S according to the present invention. An energy balance diagram of the powertrain at an operating point (p2) where the engine output is as low as 63 kW and the engine efficiency α is 25% is shown. At this operation point (p2), MG1 is controlled as a generator, and MG2 is controlled as an electric motor. In that case, 21 kW (= 63 kW × 1/3) of the output 63 kW of the
ここで、MG1の出力は、MG1の効率βである70%を掛けて14.7kW(=21kW×0.7)となる。なお、MG2を電動機として動かすため、11.43kW(=8kW/0.7)が必要であり、これがMG2の出力から消費されるとすると、バッテリ10には3.3kW(= 14.7kW−11.43kW)の充電電力が供給されることになる。この場合、システム効率Sは、S=20.66%と計算される。
具体的には、S(p2)=1/100×0.25×[42kW+8kW×(1/0.7)×(1/0.7)×0.7×0.7+{21kW−8kW×(1/0.7)×(1/0.7)}×0.7×0.7×0.9]/63kWから算出される。
Here, the output of MG1 is 14.7 kW (= 21 kW × 0.7) multiplied by 70%, which is the efficiency β of MG1. Note that 11.43 kW (= 8 kW / 0.7) is required to move the MG2 as an electric motor, and if this is consumed from the output of the MG2, the
Specifically, S (p2) = 1/100 × 0.25 × [42 kW + 8 kW × (1 / 0.7) × (1 / 0.7) × 0.7 × 0.7 + {21 kW−8 kW × ( 1 / 0.7) × (1 / 0.7)} × 0.7 × 0.7 × 0.9] / 63 kW.
このように、エンジン効率の最善でない状態を選択したにもかかわらず、S(p1)<S(p2)となるから、運転効率が向上する。S(p1)が18.82%で、S(p2)が20.66%であるから、S(p1)を基準にすれば、効率が9.78%(=(20.66−18.82)/18.82×100%)向上する。即ち、パワートレインの構成要素が同じでも制御によって約1割近い燃費の改善が期待できる。
なお、本実施例では、MG2を発電機としてではなく電動機として使用し、バッテリへの充電量を抑えることによって効率の改善を実現している。この他には、MG1の動作回転数を下げて発電量を削減することによっても効率を改善できる。なお、発電量を抑えすぎると、エンジンをあまりにエンジン効率の悪い点で使用することになり、システム効率が逆に低下する。
In this way, despite the fact that the engine efficiency is not optimal, S (p1) <S (p2) is satisfied, so that the driving efficiency is improved. Since S (p1) is 18.82% and S (p2) is 20.66%, the efficiency is 9.78% (= (20.66-18.82) based on S (p1). ) /18.82×100%). That is, even if the powertrain components are the same, it is possible to expect an improvement in fuel consumption of about 10% by control.
In this embodiment, MG2 is used not as a generator but as a motor, and the efficiency is improved by suppressing the amount of charge to the battery. In addition, the efficiency can be improved by reducing the amount of power generation by lowering the operating speed of the MG1. If the power generation amount is suppressed too much, the engine will be used at a point where the engine efficiency is too bad, and the system efficiency will be reduced.
図6は制御装置16の制御フローチャートである。運転候補となる運転ポイントは、エンジン回転数とエンジントルクの平面上に等間隔にとり、回転数方向の500rpm〜6000rpmまでの間に200rpm間隔で30点、トルク方向の0Nm〜200Nmまでの間に20Nm間隔で10点をとる。
また、それら30点×10点のそれぞれの運転候補点に対応する情報を持つ、30×10要素の運転候補点情報行列OPMを次のように定義している。
回転数方向にi番目、トルク方向にj番目の要素OPMijは、OPMij=[OPMij1,OPMij2]=[ij点での効率,ij点がMG1及びMG2及びバッテリの出力限度範囲内か否か]とした。
FIG. 6 is a control flowchart of the
A 30 × 10 element candidate operation point information matrix OPM having information corresponding to each of the 30 candidate points × 10 candidate operation points is defined as follows.
The i-th element OPMij in the rotational speed direction and the j-th element in the torque direction are: OPMij = [OPMij1, OPMij2] = [efficiency at the ij point, whether the ij point is within the output limits of the MG1, MG2, and battery] did.
図6に示すように、S11で運転ポイントが運転可能領域内かどうかを判定し、運転可能領域内にあるなら、S13でハイブリッドシステム効率の計算を行い、S14で前に計算した効率より高い効率と判定したなら、S15で、その運転ポイントをそれまでで一番高い効率としてOPMIJ1に格納する。
したがって、すべての運転ポイントについて確認し、OPMIJに格納されたものが、一番効率の良い運転ポイントとなる。このように、全ての運転ポイントのなかで一番高いシステム効率を探す方法は、図6に示すように、S16とS22によってjを10まで増加させながらS11ないしS15を繰り返して循環し、S17とS21によってiを30まで増加させながらS11ないしS15を繰り返して循環するようにする方法を使用した。
As shown in FIG. 6, it is determined in S11 whether or not the operating point is within the drivable range. If it is within the drivable range, the hybrid system efficiency is calculated in S13, and the efficiency higher than the efficiency calculated previously in S14. If it is determined, the operation point is stored in OPMIJ1 as the highest efficiency so far in S15.
Therefore, all the operation points are confirmed, and the one stored in OPMIJ is the most efficient operation point. As described above, as shown in FIG. 6, the method of searching for the highest system efficiency among all the operating points is repeated by repeating S11 to S15 while increasing j to 10 by S16 and S22, and S17 and S17. The method of repeating S11 to S15 while increasing i to 30 by S21 was used.
一方、OPMij2は、現在計算しようとする運転ポイント(i,j)がエンジン、MG1、MG2及びバッテリの出力限度範囲内であるかを判断し、範囲内の場合は1の値を有し、範囲外の場合は0の値が格納される配列要素となるようにし、S14でこれを判断するようにした。
このように、全ての運転ポイントのなかで最も高いシステム効率を有する運転ポイントを探し出すと、制御装置16は、エンジン1と第1モータジェネレータ6及び第2モータジェネレータ7を選定された運転ポイントに運転されるように制御することにより、ハイブリッド車両のパワートレインがより効率よい運転状態で運転されるようにする。
On the other hand, OPMij2 determines whether or not the operation point (i, j) to be currently calculated is within the output limits of the engine, MG1, MG2, and battery. In the other case, the array element is stored with a value of 0, and this is determined in S14.
As described above, when the operation point having the highest system efficiency among all the operation points is found, the
制御装置16は、ROM、RAMを有するマイクロプロセッサーで構成し、例えばROMに格納された制御プログラムをRAMに格納して実行することができる。なお、時間のかかる各運転ポイントにおけるハイブリッドシステム効率の計算結果をあらかじめROMに格納しておき、処理速度を速くすることができる。
一方、前記のような制御方法を使用し、最高効率点の選出による運転ポイントの決定を用いてパワートレインの運転を行うと、振動が発生するか、あるいは頻繁な回転数変動による異音が発生することがある。
即ち、最高効率点が、微少な運転条件の変化によって、回転数が大きく外れた点を指示する場合、効率が違い複数の点の間を振動することにより、振動や異音が発生するおそれがある。
The
On the other hand, when the powertrain is operated using the control method as described above and the operation point is determined by selecting the highest efficiency point, vibrations or abnormal noise due to frequent fluctuations in the rotational speed occur. There are things to do.
In other words, if the highest efficiency point indicates a point where the rotational speed has greatly deviated due to a slight change in operating conditions, vibration or noise may occur due to vibration between multiple points with different efficiency. is there.
前記のような振動や異音が心配になる場合、これに対する解決策として提示する本発明によるハイブリッド車両のパワートレイン制御方法を図7ないし図10に基づいて説明する。
図7に示すように、本発明は、各運転候補点の効率を計算し(S101)、最高効率が得られる運転ポイントが選定されれば(S102)、現在運転ポイントがパワートレインの構成要素運転限度に近接したかを判断する(S103)。
例えば、エンジン回転数が、エンジン出力不能となる回転数より低くて、かつあらかじめ決めた回転数を外れると、近接と判断する。
次いで、現在運転ポイントがパワートレインの各構成要素の運転限度に近接すれば、現在運転ポイントの効率を算出し(S104)、近接していなければ、運転状態を最高効率点に変更する(S105)。
When the above-mentioned vibration or abnormal noise is a concern, a powertrain control method for a hybrid vehicle according to the present invention presented as a solution to this will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 7, in the present invention, the efficiency of each operation candidate point is calculated (S101), and if the operation point at which the maximum efficiency is obtained is selected (S102), the current operation point is the component operation of the powertrain. It is determined whether the limit is approached (S103).
For example, if the engine speed is lower than the engine speed at which engine output is disabled and deviates from a predetermined engine speed, it is determined that the engine is close.
Next, if the current operation point is close to the operation limit of each component of the powertrain, the efficiency of the current operation point is calculated (S104), and if not, the operation state is changed to the maximum efficiency point (S105). .
次に、前記現在運転ポイントの効率が算出されれば、パワートレインの最高効率運転状態の推定機能により、運転状態における最高効率点効率と現在運転状態の運転効率との差が予め決めた値より高ければ(S016)、現在運転ポイントを推定する(S107)。
即ち、最高効率が得られる運転状態となるように、モータジェネレータ及びエンジンを制御する。
一方、最高効率点の選択は順位によって行われる。即ち、図10に示すように、高い効率を有する運転領域が離れて複数存在するとき、車速、運転者が要求するトルク、またはエンジンまたはモータジェネレータの回転数の小さな変化を感知し、現在の運転ポイントより少しでも効率の高い点が出現すれば、すぐその点が選択される。
Next, when the efficiency of the current operating point is calculated, the difference between the maximum efficiency point efficiency in the operating state and the operating efficiency in the current operating state is determined from a predetermined value by the estimation function of the maximum efficiency operating state of the power train. If it is higher (S016), the current driving point is estimated (S107).
That is, the motor generator and the engine are controlled so as to obtain an operation state in which the highest efficiency is obtained.
On the other hand, the highest efficiency point is selected according to the rank. That is, as shown in FIG. 10, when there are a plurality of driving regions having high efficiency apart, a small change in the vehicle speed, the torque required by the driver, or the rotation speed of the engine or motor generator is detected, and the current driving is detected. If a point that is more efficient than a point appears, that point is selected immediately.
したがって、頻繁に運転ポイントの変更が行われてエンジン回転数及びトルクが変動し、振動及び異音が発生する。
したがって、本発明の制御方法を適用すれば、微少な効率差では現在の運転ポイントが維持されるから、運転ポイントの変更頻度が減少するので、振動及び異音の発生を減らすことができる。
また、ある構成要素が運転限度に近接すれば、一般にその構成要素の運転効率が格段に低下する。したがって、本発明の制御方法を適用すれば、現在の運転ポイントは最高効率点でない場合が大部分であり、また、運転限度に至る頻度が高くないから、運転限度に接近した場合は、例外的に最高効率点に運転ポイントの変更を実施すれば、振動及び異音を悪化させないで、機関の運転効率の改善を図ることができる。
また、運転者の操作及び負荷の変動がある場合は、音または振動に対する違和感の感度が低く、これにより、最高効率点への運転ポイントの変更を実施しても、振動及び異音の問題を発生させないで運転効率の改善を期待することができる。
Therefore, the operating point is frequently changed, and the engine speed and torque fluctuate to generate vibration and noise.
Therefore, if the control method of the present invention is applied, the current operating point is maintained with a slight difference in efficiency, and the frequency of changing the operating point is reduced. Therefore, the occurrence of vibration and abnormal noise can be reduced.
In addition, if a certain component is close to the operation limit, generally, the operation efficiency of the component is significantly reduced. Therefore, when the control method of the present invention is applied, the current operating point is mostly not the highest efficiency point, and since the frequency of reaching the operating limit is not high, it is exceptional when approaching the operating limit. If the operating point is changed to the highest efficiency point, the operating efficiency of the engine can be improved without deteriorating vibration and noise.
In addition, when there is a change in the driver's operation and load, the sensitivity of the sense of discomfort to sound or vibration is low. It can be expected to improve the driving efficiency without generating it.
本発明によるパワートレインの制御方法は、燃費のさらなる改善が望まれるハイブリッド車両に好適である。 The powertrain control method according to the present invention is suitable for a hybrid vehicle in which further improvement in fuel consumption is desired.
1 エンジン
2 キャリア
3 プラネタリギア
4 サンギア
5 リングギア
6 第1モータジェネレータ
7 第2モータジェネレータ
8、9 インバータ
10 バッテリ
11 チェーン
12 デファレンシャルギア
13 タイヤ
14 車軸
15 遊星歯車機構
16 制御装置
100 パワートレイン
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記パワートレインが取るべき運転状態の候補を、エンジントルクとエンジン回転数の関数で示す運転可能領域内の複数の格子点に取り、この格子点を各運転ポイントとして、前記パワートレインのシステム効率を計算する段階と、
前記複数の格子点に対応する各運転ポイントに対して計算されたシステム効率のなかで最高効率が計算される運転ポイントを選定する段階と、
前記選定された運転ポイントの運転状態となるように、前記エンジン、第1モータジェネレータ及び第2モータジェネレータを制御する段階と、
を含んでなることを特徴とするハイブリッド車両のパワートレイン制御方法。 In a method for controlling a power train of a hybrid vehicle comprising an engine, a battery, a first motor generator, a second motor generator, a planetary gear mechanism, and a control device for controlling them,
The driving state candidates to be taken by the power train are taken as a plurality of grid points within the operable range indicated by a function of the engine torque and the engine speed, and the system efficiency of the power train is determined by using the grid points as the respective operating points. The stage of calculating,
Selecting an operating point at which the highest efficiency is calculated among the system efficiencies calculated for each operating point corresponding to the plurality of grid points;
Controlling the engine, the first motor generator and the second motor generator so as to be in the operating state of the selected operating point;
A powertrain control method for a hybrid vehicle, comprising:
前記運転ポイントを配列に格納し、各運転ポイントの配列は、その運転ポイントでのシステム効率と、その運転ポイントが前記第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータ、及びバッテリの出力限度範囲内であるか否かを示すようになった多重配列であ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パワートレイン制御方法。 In order to calculate the system efficiency at multiple operating points, and select the operating point where the highest efficiency is calculated,
The operation points are stored in an array, and the array of each operation point indicates the system efficiency at that operation point and whether the operation point is within the output limits of the first motor generator, the second motor generator, and the battery. 4. The powertrain control method for a hybrid vehicle according to claim 3, wherein the power train control method is a multiple arrangement that indicates whether or not.
前記パワートレインを持つべき運転状態の候補をエンジントルクとエンジン回転数の関数で示す運転可能領域内の複数の格子点に取り、この格子点を各運転ポイントとして、前記パワートレインのシステム効率を計算し、そのなかで最高効率が計算される運転ポイントを選定する段階と、
前記選定された運転ポイントでのパワートレインシステムの効率と現在運転状態によるパワートレインシステムの効率との差が予定の値より高い場合、前記選定された運転ポイントの運転状態となるように、前記エンジンとモータジェネレータを制御する段階と、
を含んでなることを特徴とするハイブリッド車両のパワートレイン制御方法。 In a powertrain control method for a hybrid vehicle including at least one engine, a motor generator, and a battery,
The driving state candidates that should have the powertrain are taken as a plurality of grid points within the operable range indicated by a function of the engine torque and the engine speed, and the system efficiency of the powertrain is calculated using each grid point as each driving point. And selecting the operating point where the highest efficiency is calculated,
If the difference between the efficiency of the powertrain system at the selected operating point and the efficiency of the powertrain system according to the current operating state is higher than a predetermined value, the engine is set to the operating state at the selected operating point. And controlling the motor generator,
A powertrain control method for a hybrid vehicle, comprising:
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|---|---|---|---|---|
| RU2459719C2 (en) * | 2009-11-26 | 2012-08-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Automotive combined power plant and electric power converter there for |
| WO2014087501A1 (en) * | 2012-12-05 | 2014-06-12 | トヨタ自動車株式会社 | Control device of hybrid vehicle |
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2007
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