JP2010163090A

JP2010163090A - ハイブリッド車

Info

Publication number: JP2010163090A
Application number: JP2009007888A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Itoyama; 大介糸山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】エンジンを運転して後進方向に走行する際に駆動トルクが低下するのを抑制する。
【解決手段】シフトポジションが前進走行用のＤレンジのときには動作ラインとしてエンジンを効率よく運転できる効率最適動作ラインに対して比較的低回転高トルクの領域にあるこもり音領域での運転を避けるように比較的低回転域のトルクを小さく制限したＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定し、シフトポジションが後進走行用のＲレンジのときには動作ラインとしてＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用するより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定されるＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定し、エンジンから出力されたトルクによりプラネタリギヤを介して駆動軸に前進方向に作用するトルクを小さくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、第１モータと、エンジンの出力軸と第１モータの回転軸と駆動軸とに接続された遊星歯車機構と、駆動軸に接続された第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやり取りするバッテリとを備え、後進方向に上り勾配を走行するときには、勾配が大きいほどバッテリの充電電力を小さくするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、後進方向に走行するときには、バッテリの充電電力を小さくして、エンジンに要求される要求パワーとエンジンを効率よく動作させる動作ラインとを用いて設定されるエンジンの目標トルクを小さくすることにより、エンジンと第１モータの制御により駆動軸に前進方向に作用するトルクを小さくし、後進方向に作用するトルクを大きくして登坂性能の低下を抑制している。

特開２００７−１１８９１８号公報

しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、エンジンを効率よく動作させる動作ラインを用いてエンジンの運転ポイントを設定するため、後進方向に走行するときにアクセル操作に応じたパワーを出力するようエンジンを運転すると、エンジンから遊星歯車機構を介して駆動軸に出力される前進方向のトルクにより所望の駆動トルクを出力することができない場合が生じる。一般的に、エンジンは比較的低回転高トルクの領域で効率が良いため、動作ラインはエンジンが低回転高トルクの領域で運転されるように設定されている。このため、低回転高トルクの運転ポイントがエンジンの運転ポイントとして設定されると、エンジンから出力されたトルクと遊星歯車機構のギヤ比とで定まるトルクが駆動軸に前進方向のトルクとして出力されることとなる。前進方向に走行するときにはこのトルクは駆動トルクの一部となるが、後進方向に走行するときには走行方向に対して逆方向のトルクとして作用するため、そのトルクをキャンセルするためのトルクと所望の駆動トルクとの和のトルクを第２モータから出力しなければならず、大きな駆動トルクを出力することができなくなる。

本発明のハイブリッド車は、エンジンを運転して後進方向に走行するときに駆動トルクが低下するのを抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車は、
エンジンと、動力を入出力可能な発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記エンジンを運転して走行するときにはアクセル操作に基づくパワーと前記バッテリを充放電するためのパワーとの和のパワーに対して回転数とトルクとの関係として予め設定された動作ラインを適用して得られる回転数とトルクとを前記エンジンの目標回転数と目標トルクとして設定し該設定した目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントで前記エンジンが運転されると共にアクセル操作に基づく駆動力が出力されて走行するよう前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド車において、
前記制御手段は、前進用のシフト位置のときには前記動作ラインとして振動や異音の程度が車両に許容される程度以下となる範囲内で前記エンジンが効率よく運転される前進用動作ラインを適用して前記目標回転数と前記目標トルクとを設定して前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御し、後進用のシフト位置のときには前記動作ラインとして前記前進用動作ラインを適用したときより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定される後進用動作ラインを適用して前記目標回転数と前記目標トルクとを設定して前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド車では、前進用のシフト位置のときには動作ラインとして振動や異音の程度が車両に許容される程度以下となる範囲内でエンジンが効率よく運転される前進用動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定してエンジンと発電機と電動機とを制御し、後進用のシフト位置のときには動作ラインとして前進用動作ラインを適用したときより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定される後進用動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定してエンジンと発電機と電動機とを制御する。即ち、後進方向に走行するときには、前進方向に走行するときにエンジンから出力されるパワーと同じパワーを前進方向に走行するときのエンジンの運転ポイントより高回転低トルクの運転ポイントでエンジンを運転して出力し、エンジンから出力したトルクのうち遊星歯車機構を介して駆動軸に前進方向に作用するトルクを小さくするのである。この結果、エンジンを運転して後進方向に走行するときに駆動トルクが低下するのを抑制することができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。ハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行されるエンジン運転ポイント設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。Ｄレンジ用ＮＶ動作ラインおよびＲレンジ用ＮＶ動作ラインの一例とエンジン指令パワーに対して各動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとを設定する様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン３２と、エンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）３６と、エンジン３２のクランクシャフト３４にキャリアが接続されると共に駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３８と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３８のサンギヤに接続されたモータ４１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸２２に接続されたモータ４２と、モータ４１，４２を駆動するためのインバータ４３，４４と、インバータ４３，４４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御することによってモータ４１，４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）４６と、インバータ４３，４４を介してモータ４１，４２と電力をやり取りするバッテリ４８と、シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジションＳＰやアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共にエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６と通信して車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）５０と、を備える。なお、シフトポジションＳＰとしては、前進走行用のＤレンジや後進走行用のＲレンジなどがある。

実施例のハイブリッド自動車２０は、基本的にはハイブリッド用電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御により走行している。ハイブリッド用電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサからの車速とに基づいて走行のために駆動軸２２に出力すべき要求トルクを設定し、要求トルクに駆動軸２２の回転数（例えば、モータ４２の回転数や車速に換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーを計算する。次に、バッテリ４８の充電容量の割合（ＳＯＣ）が比較的多いときにはバッテリ４８を放電するためにバッテリ４８の充放電電力に相当する充放電要求パワーを負の値に設定し、バッテリ４８の充電容量の割合（ＳＯＣ）が比較的少ないときにはバッテリ４８を充電するために充放電要求パワーを正の値に設定し、走行用パワーと充放電要求パワーとの和のパワーをエンジン指令パワーとして設定する。続いて、エンジン指令パワーに対してエンジン３２の回転数とトルクとの関係としての動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとを設定し、エンジン３２の回転数が目標回転数に近づくように回転数フィードバック制御によりモータ４１から出力すべきトルクとしてのトルク指令を設定する。また、モータ４１をトルク指令で駆動したときにエンジン３２から出力されたトルクのうちプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルク（直達トルク）を要求トルクから減じて得られるモータ４２から出力すべきトルクに対してモータ４１の充放電電力とモータ４２の充放電電力との和の電力がバッテリ４８を充放電してもよい最大許容電力を超えないよう制限してモータ４２のトルク指令を設定する。そして、エンジン３２の目標回転数と目標トルクとをエンジン用電子制御ユニット３６に送信すると共にモータ４１，４２のそれぞれのトルク指令をモータ用電子制御ユニット４６に送信する。目標回転数と目標トルクとを受信したエンジン用電子制御ユニット３６は、目標回転数と目標トルクとによってエンジン３２が運転されるようエンジン３２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを実行し、モータ４１，４２のそれぞれのトルク指令を受信したモータ用電子制御ユニット４６は、モータ４１，４２がトルク指令で駆動されるようインバータ４３，４４のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例のハイブリッド自動車２０は、こうした制御により、バッテリ４８から充放電される電力が最大許容電力を超えない範囲でアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行する。なお、バッテリ４８の最大許容電力を超えないようモータ４２のトルク指令が制限されたときには駆動軸２２に要求トルクを出力することができなくなる。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の駆動制御におけるエンジン３２の運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとの設定について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット５０により実行されるエンジン運転ポイント設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。エンジン運転ポイント設定ルーチンが開始されると、ハイブリッド用電子制御ユニット５０は、まず、シフトポジションセンサ５２からのシフトポジションＳＰと駆動制御において別途設定されたエンジン指令パワーとを入力し（ステップＳ１００）、シフトポジションＳＰを調べる（ステップＳ１１０）。そして、シフトポジションＳＰがＤレンジのときには、エンジン指令パワーに対してＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定し（ステップＳ１２０）、シフトポジションＳＰがＲレンジのときには、エンジン指令パワーに対してＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定し（ステップＳ１３０）、設定した目標回転数と目標トルクとをエンジン用電子制御ユニット３６に送信して（ステップＳ１４０）、エンジン運転ポイント設定ルーチンを終了する。図３にＤレンジ用ＮＶ動作ラインおよびＲレンジ用ＮＶ動作ラインの一例とエンジン指令パワーに対して各動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントとしての目標回転数と目標トルクとを設定する様子を示す。図示するように、実施例では、Ｄレンジ用ＮＶ動作ラインは、比較的低回転高トルクの運転ポイントでエンジン３２を運転することに伴って生じる振動や異音としてのこもり音が車両に許容される所定レベルより大きくなるこもり音領域でエンジン３２が運転されるのを避けるために、エンジン３２を効率よく運転できる効率最適動作ラインに対して比較的低回転域のトルクを小さくした動作ラインであり、シフトポジションＳＰがＤレンジのときにはこのＤレンジ用ＮＶ動作ラインとエンジン指令パワーの等パワー線との交点における回転数とトルクとをそれぞれ目標回転数と目標トルクとして設定する。従って、前進方向に走行するときは、こもり音の発生を抑制しながらエンジン３２を効率よく運転してエンジン指令パワーを出力することができる。一方、Ｒレンジ用ＮＶ動作ラインは、Ｄレンジ用動作ラインよりもほぼ全回転数域においてトルクを小さくした動作ラインであり、シフトポジションＳＰがＲレンジのときにはこのＲレンジ用ＮＶ動作ラインとエンジン指令パワーの等パワー線との交点における回転数とトルクとをそれぞれ目標回転数と目標トルクとして設定する。したがって、シフトポジションＳＰがＲレンジに選択されて後進方向に走行するときには、シフトポジションＳＰがＤレンジに選択されて前進方向に走行するときの運転ポイントより高回転低トルクの運転ポイントでエンジン３２を運転してエンジン指令パワーを出力できる。

ここで、シフトポジションＳＰがＲレンジのときにＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントを設定する理由について説明する。エンジン３２から出力されたトルクのうちプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用するトルク（直達トルク）は、駆動軸２２に前進方向のトルクとして作用するため、後進方向に走行するときには、走行方向に対して逆方向のトルクとして作用する。このため、後進方向に走行するときに駆動軸２２に要求トルクを出力するためには、直達トルクをキャンセルするためのトルクと要求トルクとの和のトルクをモータ４２から出力しなければならない。シフトポジションＳＰがＲレンジのときにＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントを設定すると、エンジン３２の目標トルクが比較的高トルクに設定されて駆動軸２２に作用する前進方向の直達トルクが大きくなるため、モータ４２から比較的大きなトルクを出力しなければならず、バッテリ４８の最大許容電力による制限のためにモータ４２から出力されるトルクが制限されて駆動トルクが低下する場合がある。実施例では、こうした駆動トルクの低下を抑制するために、シフトポジションＳＰがＲレンジのときにＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用したときより運転ポイントが高回転低トルクに設定されるＲレンジ用動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントを設定して、前進方向に走行するときにエンジン３２から出力されるパワーと同じパワーを前進方向に走行するときのエンジン３２の運転ポイントより高回転低トルクの運転ポイントでエンジン３２を運転して出力し、駆動軸２２に前進方向に作用する直達トルクを小さくしたのである。このように、シフトポジションＳＰがＲレンジのときにＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用してエンジン３２の運転ポイントを設定することにより、直達トルクを小さくでき、エンジン３２を運転して後進方向に走行するときに駆動トルクが低下するのを抑制することができる。もとより、こもり音領域での運転を避けてこもり音の発生を抑制することができると共にバッテリ４８を充放電要求パワーで充放電することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、シフトポジションＳＰが前進走行用のＤレンジのときには動作ラインとしてエンジン３２を効率よく運転できる効率最適動作ラインに対して比較的低回転高トルクの領域にあるこもり音領域での運転を避けるように比較的低回転域のトルクを小さく制限したＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定してエンジン３２とモータ４１，４２とを制御し、シフトポジションＳＰが後進走行用のＲレンジのときには動作ラインとしてＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用したときより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定されるＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用して目標回転数と目標トルクとを設定してエンジン３２とモータ４１，４２とを制御するから、後進方向に走行するときには、前進方向に走行するときにエンジン３２から出力されるパワーと同じパワーを前進方向に走行するときのエンジン３２の運転ポイントより高回転低トルクの運転ポイントでエンジン３２を運転して出力し、エンジン３２から出力したトルクのうちプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に前進方向に作用する直達トルクを小さくでき、エンジン３２を運転して後進方向に走行するときに駆動トルクが低下するのを抑制することができる。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン３２が「エンジン」に相当し、モータ４１が「発電機」に相当し、プラネタリギヤ３８が「遊星歯車機構」に相当し、モータ４２が「電動機」に相当し、バッテリ４８が「バッテリ」に相当し、エンジン３２を運転して走行するときに、シフトポジションＳＰが前進走行用のＤレンジのときには走行用パワーと充放電要求パワーとの和のパワーに対してＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用してエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、シフトポジションＳＰが前進走行用のＲレンジのときにはＤレンジ用ＮＶ動作ラインを適用するより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定されるＲレンジ用ＮＶ動作ラインを適用してエンジン３２の目標回転数と目標トルクとを設定し、エンジン３２の回転数が目標回転数に近づくようにモータ４１のトルク指令を設定し、モータ４１をトルク指令で駆動したときにエンジン３２から出力されたトルクのうちプラネタリギヤ３８を介して駆動軸２２に作用する直達トルクを要求トルクから減じて得られるトルクに対してモータ４１の充放電電力とモータ４２の充放電電力との和の電力がバッテリ４８を充放電してもよい最大許容電力を超えないよう制限してモータ４２のトルク指令を設定し、設定した目標回転数と目標トルク，トルク指令をエンジン用電子制御ユニット３６やモータ用電子制御ユニット４６に送信する処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット５０と目標回転数と目標トルクとによりエンジン３２を制御するエンジン用電子制御ユニット３６とトルク指令によりモータ４１，４２を制御するモータ用電子制御ユニット４６とが「制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業等に利用可能である。

２０ハイブリッド自動車、２２駆動軸２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３２エンジン、３４クランクシャフト、３６エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、３８プラネタリギヤ、４１，４２モータ、４３，４４インバータ、４６モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４８バッテリ、５０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５８車速センサ。

Claims

エンジンと、動力を入出力可能な発電機と、前記エンジンの出力軸と前記発電機の回転軸と駆動輪に連結された駆動軸との３軸に３つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記発電機および前記電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、前記エンジンを運転して走行するときにはアクセル操作に基づくパワーと前記バッテリを充放電するためのパワーとの和のパワーに対して回転数とトルクとの関係として予め設定された動作ラインを適用して得られる回転数とトルクとを前記エンジンの目標回転数と目標トルクとして設定し該設定した目標回転数と目標トルクとからなる運転ポイントで前記エンジンが運転されると共にアクセル操作に基づく駆動力が出力されて走行するよう前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する制御手段と、を備えるハイブリッド車において、
前記制御手段は、前進用のシフト位置のときには前記動作ラインとして振動や異音の程度が車両に許容される程度以下となる範囲内で前記エンジンが効率よく運転される前進用動作ラインを適用して前記目標回転数と前記目標トルクとを設定して前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御し、後進用のシフト位置のときには前記動作ラインとして前記前進用動作ラインを適用したときより目標回転数が大きく且つ目標トルクが小さく設定される後進用動作ラインを適用して前記目標回転数と前記目標トルクとを設定して前記エンジンと前記発電機と前記電動機とを制御する手段である、
ことを特徴とするハイブリッド車。