JP2005180230A - Starter of internal combustion engine, controller of motor, and method for those - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の動力とモータの動力とを組み合わせて駆動軸に動力を入出力する機構を備えた車両における内燃機関の始動装置、車両に搭載された内燃機関と組み合わされて、車両の駆動軸に動力を入出力すると共に内燃機関をクランキングするモータの駆動トルクを制御する装置、およびそれらの方法に関するものである。 The present invention relates to a starter for an internal combustion engine in a vehicle provided with a mechanism for inputting and outputting power to a drive shaft by combining the power of the internal combustion engine and the power of the motor, and in combination with the internal combustion engine mounted on the vehicle. The present invention relates to a device for controlling driving torque of a motor that inputs / outputs power to / from a drive shaft and cranks an internal combustion engine, and a method thereof.
従来、内燃機関とモータとを駆動源として備えたハイブリッド車両では、内燃機関の始動時に、モータにより内燃機関の出力軸をクランキングして、回転数を上昇している。この際、質量の大きな内燃機関とモータとが出力軸を介して結合されるため、ねじり振動が生じやすい条件が成立する可能性があり、ねじり振動の発生を回避するために、高い駆動トルクでクランキングを行なって、このねじり振動領域を素早く通り抜けるような制御が行なわれていた。このため、モータの駆動トルクは、比較的大きなものとされていた。 Conventionally, in a hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and a motor as drive sources, when the internal combustion engine is started, the output shaft of the internal combustion engine is cranked by the motor to increase the rotational speed. At this time, since the internal combustion engine having a large mass and the motor are coupled via the output shaft, there is a possibility that a condition in which torsional vibration is likely to be established, and in order to avoid the occurrence of torsional vibration, a high drive torque is used. Cranking is performed and control is performed so as to pass through this torsional vibration region quickly. For this reason, the driving torque of the motor has been relatively large.
化学電気反応により電力を取り出す旧来のバッテリでは、冷間時など、バッテリの温度が低いと、バッテリから供給可能な電力が制限されやすいので、従来から、バッテリの温度によりスタータモータへの供給電力を制限することが行なわれている。例えば特許文献1には、ハイブリッドタイプでない従来の車両において冷却水温が低い場合に、スタータモータへ給電される電流を変化させる技術が開示されている。また、ハイブリッドタイプの車両において、バッテリの温度が低い場合には、その充放電制御をわざと行なって、バッテリの温度を高め、バッテリ−モータにより車両を走行する際の条件を改善しようとする提案もなされている(特許文献2参照)。 In conventional batteries that extract electric power through a chemical electric reaction, if the battery temperature is low, such as when it is cold, the power that can be supplied from the battery is likely to be limited. Restrictions are being made. For example, Patent Document 1 discloses a technique for changing the current supplied to the starter motor when the coolant temperature is low in a conventional vehicle that is not a hybrid type. Also, in a hybrid type vehicle, when the battery temperature is low, the charge / discharge control is intentionally performed to increase the battery temperature and improve the conditions when the vehicle is driven by the battery-motor. (See Patent Document 2).
こうした内燃機関とモータとを組み合わせて駆動軸に動力を入出力するタイプの車両では、モータの動力で車両を駆動するので、搭載するバッテリが大規模なものとなりやすい。一方、コスト的にも車両内の占有体積の面からも、バッテリの容量をできるだけ小さなものとしたいという要請が存在する。他方、車両が使用されるあらゆる環境下で、特に極低温のような場合でも、内燃機関の始動性を確保する必要があり、この点が、バッテリの容量の下限を規定することになっていた。従来から、内燃機関の始動性を確保しつつバッテリの容量を低減する試みとして、始動時のスタータ用のモータの駆動トルクを調整する種々の制御ががなされてきたが、未だ不十分であった。 In such a type of vehicle in which the internal combustion engine and the motor are combined to input / output power to / from the drive shaft, the vehicle is driven by the power of the motor, so that the mounted battery tends to be large. On the other hand, there is a demand for making the battery capacity as small as possible in terms of cost and occupied volume in the vehicle. On the other hand, it is necessary to ensure the startability of the internal combustion engine in any environment in which the vehicle is used, particularly in the case of extremely low temperatures, and this point is to define the lower limit of the battery capacity. . Conventionally, as an attempt to reduce the capacity of the battery while ensuring the startability of the internal combustion engine, various controls for adjusting the drive torque of the starter motor at the time of start have been made, but this has not been sufficient. .
本発明は、かかる要請に応えて、内燃機関とモータとを組み合わせて動力の一部とする車両において、内燃機関をクランキングするモータの駆動トルクを適正に定めようとすることを目的としてなされた。即ち、本発明の内燃機関の始動装置は、内燃機関の動力とモータの動力とを組み合わせて駆動軸に動力を入出力する機構を備えた車両における内燃機関の始動装置であって、
前記内燃機関をクランキングするモータと、
該モータに電力を供給するバッテリと、
該バッテリが出力可能な最大電力を求める電力算出手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求めるエネルギロス演算手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータを駆動可能な駆動トルクを演算するトルク演算手段と、
該演算した駆動トルクを用いて前記モータを駆動して、前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と
を備えたことを要旨とする。
The present invention has been made in order to respond to such a demand and to appropriately determine the driving torque of the motor that cranks the internal combustion engine in a vehicle that combines the internal combustion engine and the motor and uses a part of the power. . That is, the internal combustion engine starter of the present invention is a starter for an internal combustion engine in a vehicle having a mechanism for inputting and outputting power to a drive shaft by combining the power of the internal combustion engine and the power of the motor,
A motor for cranking the internal combustion engine;
A battery for supplying power to the motor;
Power calculating means for obtaining the maximum power that the battery can output;
Energy loss calculating means for obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
Torque calculation means for calculating a driving torque capable of driving the motor in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss when a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor;
A gist is provided with cranking means for driving the motor using the calculated drive torque to crank the internal combustion engine.
また、かかる内燃機関の始動装置に対応した始動方法の発明は、
内燃機関の動力とモータの動力とを組み合わせて駆動軸に動力を入出力する機構を備えた車両におけ内燃機関の始動方法であって、
該モータに電力を供給するバッテリが出力可能な最大電力を求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータを駆動可能な駆動トルクを演算し、
該演算したトルクを用いて前記モータを駆動して、前記内燃機関をクランキングすること
を要旨としている。
An invention of a starting method corresponding to such a starting device for an internal combustion engine is as follows:
A method for starting an internal combustion engine in a vehicle having a mechanism for inputting and outputting power to a drive shaft by combining the power of an internal combustion engine and the power of a motor,
Find the maximum power that can be output by the battery that supplies power to the motor,
Obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
When a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor, the driving torque capable of driving the motor is calculated in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss,
The gist is to drive the motor using the calculated torque to crank the internal combustion engine.
かかる内燃機関の始動装置および始動方法によれば、内燃機関の始動時におけるモータの駆動トルクを、バッテリが供給可能な最大電力とクランキングの際のエネルギロスとを考慮して演算し、この演算したトルクを用いてモータを駆動するので、内燃機関をクランキングする際のモータの駆動トルクを正確に定めることができる。この結果、内燃機関の始動に必要なバッテリの容量を正確に求めることができるので、内燃機関の始動性を確保しつつ、バッテリの容量の低減を図ることができる。 According to the internal combustion engine starter and the start method, the motor driving torque at the time of starting the internal combustion engine is calculated in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss at the time of cranking. Since the motor is driven using the torque that has been produced, it is possible to accurately determine the driving torque of the motor when cranking the internal combustion engine. As a result, the capacity of the battery necessary for starting the internal combustion engine can be accurately obtained, so that the capacity of the battery can be reduced while ensuring the startability of the internal combustion engine.
また、上述した目的を達成するモータの制御装置の発明は、
車両に搭載された内燃機関と組み合わされて車両の駆動軸に動力を入出力すると共に該内燃機関をクランキングするモータの駆動トルクを制御する装置であって、
前記モータに電力を供給するバッテリと、
該バッテリが出力可能な最大電力を求める電力算出手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求めるエネルギロス演算手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータの最大駆動トルクを演算するトルク演算手段と、
前記モータを駆動する際、該演算した最大駆動トルクにより、該モータの駆動トルクを制限する制限手段と
を備えたことを要旨としている。
The invention of the motor control device that achieves the above-described object
An apparatus for controlling driving torque of a motor that inputs and outputs power to a driving shaft of a vehicle in combination with an internal combustion engine mounted on the vehicle and cranks the internal combustion engine,
A battery for supplying power to the motor;
Power calculating means for obtaining the maximum power that the battery can output;
Energy loss calculating means for obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
Torque calculation means for calculating the maximum driving torque of the motor in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss when receiving a request to crank the internal combustion engine by the motor;
The gist of the invention is that it comprises a limiting means for limiting the driving torque of the motor by the calculated maximum driving torque when driving the motor.
このモータの制御装置に対応した制御方法の発明は、
車両に搭載された内燃機関と組み合わされて、車両の駆動軸に動力を入出力すると共に、該内燃機関をクランキングするモータの駆動トルクを制御する方法であって、
前記モータに電力を供給するバッテリが出力可能な最大電力を求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータの最大駆動トルクを演算し、
前記モータを駆動する際、該演算した最大駆動トルクにより、該モータの駆動トルクを制限すること
を要旨としている。
The invention of the control method corresponding to this motor control device is
A method for controlling the driving torque of a motor that cranks the internal combustion engine while inputting and outputting power to the driving shaft of the vehicle in combination with an internal combustion engine mounted on the vehicle,
Find the maximum power that can be output by the battery that supplies power to the motor,
Obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
When a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor, the maximum driving torque of the motor is calculated in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss,
The gist is to limit the driving torque of the motor by the calculated maximum driving torque when the motor is driven.
かかるモータの制御装置および制御方法によれば、バッテリが供給可能な最大電力とクランキングの際のエネルギロスとを考慮して演算してモータの最大駆動トルクを求め、内燃機関のクランキング時におけるモータの駆動トルクを、この演算した最大駆動トルクを用いて制限している。従って、内燃機関をクランキングする際にバッテリの能力から見て過大な駆動トルクでモータを運転することがない。この結果、内燃機関のクランキングに必要なバッテリの容量を正確に求めることができるので、内燃機関のクランキング特性を確保しつつ、バッテリの容量の低減を図ることができる。 According to such a motor control device and control method, the maximum drive torque of the motor is obtained by calculating in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss at the time of cranking. The drive torque of the motor is limited using the calculated maximum drive torque. Therefore, when cranking the internal combustion engine, the motor is not operated with an excessive driving torque in view of the capacity of the battery. As a result, the capacity of the battery necessary for cranking the internal combustion engine can be accurately obtained, so that the capacity of the battery can be reduced while ensuring the cranking characteristics of the internal combustion engine.
ここで、各発明における動力を入出力する機構を、三軸式の動力分配機構とし、その一軸には、内燃機関の出力軸を結合し、モータを、この三軸式の動力分配機構の他の軸の一つに結合された第1の電動発電機とし、この三軸式の動力分配機構の残りの一軸には、車両の駆動軸を結合し、この駆動軸に、動力のやり取りを行なう第2の電動機を設け、エネルギロスの演算において、エネルギロス一部として、第1の電動機による内燃機関のクランキングの際に、第2の電動機が、三軸式の動力分配機構を介して駆動軸側に伝達される反力をキャンセルのために消費するエネルギを演算することも好適である。内燃機関とモータとを組み合わせて、駆動軸に動力を入出力する際、三軸式の動力分配機構を設けることが行なわれており、このときに発生する反力のキャンセルに要するエネルギロスを演算すれば、バッテリから第1の電動機の駆動に利用できるエネルギを正確に求めてることができ、ひいてはモータの駆動トルクを正確に決定することが可能となる。 Here, the power input / output mechanism in each invention is a three-shaft power distribution mechanism, and the output shaft of the internal combustion engine is coupled to one of the shafts, and the motor is connected to the three-shaft power distribution mechanism. The first motor generator is coupled to one of the shafts, and the remaining one shaft of the three-shaft power distribution mechanism is coupled to the drive shaft of the vehicle, and power is exchanged with the drive shaft. A second electric motor is provided, and the second electric motor is driven through a three-shaft power distribution mechanism when cranking the internal combustion engine by the first electric motor as part of the energy loss in the calculation of the energy loss. It is also preferable to calculate the energy consumed for canceling the reaction force transmitted to the shaft side. When an internal combustion engine and a motor are combined to input and output power to the drive shaft, a three-shaft power distribution mechanism is provided, and the energy loss required to cancel the reaction force generated at this time is calculated. By doing so, it is possible to accurately obtain the energy that can be used to drive the first electric motor from the battery, and thus it is possible to accurately determine the driving torque of the motor.
また、バッテリの温度を検出し、検出した温度に基づいて、バッテリが出力可能な最大電力を補正して求めるものとしても良い。バッテリにとって、温度は、その出力可能な最大電力に最も影響を与える要因だからである。 Alternatively, the temperature of the battery may be detected, and the maximum power that can be output by the battery is corrected based on the detected temperature. This is because for a battery, temperature is the factor that most affects the maximum power it can output.
バッテリの温度を検出する手段として、バッテリの故障診断用に設けられた温度センサを流用することも可能である。 As a means for detecting the temperature of the battery, it is possible to divert a temperature sensor provided for battery failure diagnosis.
内燃機関への始動時の燃料噴射に先立って、内燃機関の回転数を所定回転数まで上昇させる際、モータを、回転数の上昇に伴って内燃機関の出力軸に生じるねじり振動の発生を回避する回避トルクTqで駆動するものとしても良い。 Prior to fuel injection at the time of start-up to the internal combustion engine, when increasing the rotational speed of the internal combustion engine to a predetermined rotational speed, the motor avoids the generation of torsional vibration that occurs on the output shaft of the internal combustion engine as the rotational speed increases. It is good also as what drives with the avoidance torque Tq to do.
モータをねじり振動の回避トルクTqで駆動する際、バッテリの最大電力とエネルギロスとを考慮して演算した駆動トルクTgを上限として、この回避トルクTqを制限するものとしても良い。こうすれば、バッテリに過重な負担を掛けることなく、始動時のモータを駆動することができる。 When driving the motor with the torsional vibration avoidance torque Tq, the avoidance torque Tq may be limited with the drive torque Tg calculated in consideration of the maximum power of the battery and energy loss as an upper limit. In this way, it is possible to drive the motor at the start without overloading the battery.
次に本発明の実施の携帯について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド車両の駆動系を模式的に示す模式図である。図示するように、この車両には動力源としての内燃機関であるエンジン10と、動力の分配結合を行なう三軸式の動力分配機構であるプラネタリギア機構20と、バッテリ30と、バッテリ30との間でインバータ31,32を介して電力のやり取りを行なって動力を入出力する第1,第2の電動発電機41,42と、車両の駆動軸50から駆動輪51,52まで動力を伝達する動力伝達機構60と、これら装置の制御を司る制御用ECU70などを備える。
Next, the carrying of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a drive system of a hybrid vehicle as an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the vehicle includes an
エンジン10には、図示するように、冷却水の水温Twを検出する水温センサ14や出力軸12の回転数Ngを検出する回転数センサ18等が設けられている。エンジン10にはこれらのセンサの他にも各種のセンサが設けられ、また燃料噴射を行なう機構や点火時期制御、あるいは吸排気弁の開閉を制御する機構なども設けられている。これらの構成は周知のものなので、ここでの説明は省略する。なお、エンジン10には、燃料噴射や点火時期などを制御する専用の制御装置であるEFIECU15が設けられており、制御用ECUは70は、このEFIECU15を介してエンジン10を制御することができる。上述した水温センサ14や回転数センサ18からの信号も一旦EFIECU15に入力され、通信を介して、制御用ECU70に出力されている。
As shown in the figure, the
プラネタリギア機構20は、3つの軸を有し、その第1軸21はエンジン10の出力軸12に、第2軸22は第1の電動発電機41の回転軸45に、第3軸23は第2の電動発電機42が取り付けられた駆動軸50に、それぞれ結合されている。プラネタリギア機構20の詳細な構造はここでは説明しないが、周知のサンギヤ、リングギヤ、キャリアに各軸21,22,23は結合されており、三軸の間で、その回転とトルクが分配される。
The
バッテリ30は、第1,第2の電動発電機41,42を駆動して、場合よってはエンジン10を停止したまま車両を駆動するためのエネルギ源となる。従って、バッテリ30は、大容量のものが用意されており、実際にはこのバッテリ30を制御するために専用のECUが設けられることも多い。この場合、バッテリ制御用のECUでは、バッテリ30に設けられた温度センサ35など、各種センサからの信号を取り込み、バッテリ30の残容量SOCなどを管理し、バッテリ30の充放電の状態を管理する。また温度センサ35により検出された温度Tbが、適正な温度範囲を超えた場合には、故障であると判断して充放電を停止するなどの制御も行なっている。本実施例では、説明の便を図って、図1に示したように、バッテリ30に設けられた温度センサ35は、制御用ECU70に直接接続されているものとして説明する。
The
制御用ECU70は、CPUやROM、RAMなどを内蔵した1チップマイクロコンピュータにより構成されており、運転者の意志であるイグニッションスイッチ72の状態やアクセルペダルの踏込量αや、駆動軸50の回転数N(車速)などを取り込んでいる。アクセルセンサや回転数センサなどの図示は省略した。制御用ECU70は、インバータ31,32を介して第1,第2の電動発電機41,42を制御する。同時に、制御用ECU70は、EFIECU15とも、通信により常時情報を交換しており、エンジン10への燃料噴射や点火時期などの制御と連携をとっている。制御用ECU70は、EFIECU15と共に、エンジン10の出力を制御し、かつ第1,第2電動発電機41,42が入出力するエネルギ(トルク×回転数)を管理して、要求トルクが駆動軸50に出力されるよう、車両全体を制御している。
The
エンジン10、プラネタリギア機構20、第1の電動発電機41,第2の電動発電機42を用いた動力の制御について簡単に説明する。図1に示した車両では、概略的には次の5つの走行モードにより車両の走行が行なわれる。
(1)走行開始から所定の車速まで:
バッテリ30の残容量が十分にあれば、車両の走行を開始した時点から、所定の車速に達するまでは、エンジン10は停止されたままであり、バッテリ30からの電力によりインバータ32を介して第2の電動発電機42を駆動することにより、車両は走行する。このとき、プラネタリギア機構20は駆動軸50に結合されたリングギアは空回りしている状態と同じである。第2の電動発電機42は、力行モードで運転され、そのトルクが直接駆動軸50に伝達されて、動力伝達機構60を介して駆動輪51,52を駆動することになる。
The power control using the
(1) From the start of travel to a predetermined vehicle speed:
If the remaining capacity of the
(2)所定車速以上での走行:
(A)始動制御:
所定車速以上となると、制御用ECU70はEFIECU15に指令を出して、エンジン10を起動する。その際、制御用ECU70は、エンジン10の起動に先立って、まず第1の電動発電機41を駆動して、エンジン10の出力軸12をクランキングする。この際、第1の電動発電機41にトルクを生じさせて、その回転数を制御すれば、プラネタリギア機構20の第2軸22トルクと回転数と、駆動軸50に結合された第3軸23のトルクと回転数から、出力軸12に結合された第1軸21の回転数とトルクを制御することができる。エンジン10の出力軸12の回転数が800回転を超えれると、EFIECU15は、燃料噴射を開始し、点火時期を制御して、エンジン10を始動・運転する。この結果、駆動軸50には、エンジン10からの動力が伝達されることになる。
(2) Traveling at or above the specified vehicle speed:
(A) Start control:
When the vehicle speed exceeds the predetermined vehicle speed, the
(B)走行制御:
エンジン10が運転されている状態での走行は次のように行なわれる。制御用ECU70は、車速Nとアクセルペダルの踏込量αとから、車両の走行に要求されている要求トルクTqおよび要求回転数を判別し、このトルクTq、回転数Nqが得られるよう、第1の電動発電機41,第2の電動発電機42を駆動する。また必要があれば、EFIECU15を介してエンジン10の出力を、エンジン10の運転効率ができるだけ高い状態で制御する。エンジン10の運転効率を優先すると、エンジン10の回転数とトルクの組合わせが駆動軸50に要求される回転数とトルクの組合わせとは必ずしも一致しないので、第1の電動発電機41でエネルギを回収して、第2の電動発電機42から駆動軸50にトルクを付与するような運転モードや、逆に第2の電動発電機42でエネルギを回収して、第1の電動発電機41を運転して駆動軸50の回転数を高める運転モードなどが用いられる。これは、第1の電動発電機41−プラネタリギア機構20−第2の電動発電機42の組合わせにより、無段階でトルク変換を行なっていることに相当する。
(B) Travel control:
Traveling with the
なお、第1の電動発電機41と第2の電動発電機42がやり取りするエネルギは必ずしもバランスしている必要はなく、バッテリ30の残量SOCも勘案して、残容量SOCが不足すれば第1の電動発電機41を介して電力を回生し、残容量SOCに余裕があり、かつ車両の駆動トルクが不足すれば、バッテリ30のエネルギを持ち出して第2の電動発電機42を駆動する、といった運転モードで運転することも差し支えない。同様に、車両を駆動するエネルギが少ない下り坂や制動時には、第1の電動発電機41や第2の電動発電機42を発電機として用いて回生運転し、エネルギを回収する運転モードや、厳しい上り坂や急加速時などには、第1の電動発電機41や第2の電動発電機42を共にモータとして用いて力行運転することもあり得る。
Note that the energy exchanged between the
(3)始動運転:
上記の(1)では、車両は走行を開始してから所定の車速になるまではエンジン10は停止しているとして説明したが、実際の車両では、イグニッションキーを差し込んでこれを回して車両を始動する際には、エンジン10も一度は始動させている。車両の走行に先立って、主たる動力源の一つであるエンジン10が正常に起動するかを確認するためである。また、バッテリ30の残容量SOCが低下していれば、走行開始の時点からエンジン10を運転しておくことが必要になる場合も存在する。こうした場合では、エンジン10は、車両が停止した状態で始動されるので、エンジン10の出力軸12のクランキングは、第1の電動発電機41を駆動することにより行なわれる。この場合、出力軸12から駆動軸50まではプラネタリギア機構20を介してつながっているので、エンジン10のクランキングに伴って車両が走行しないよう、第2の電動発電機42に通電して、駆動軸50が回転しないように、これをロックアップする制御を行なう。見かけ上、駆動軸50は回転しないが、第2の電動発電機42はプラネタリギア機構20を介して伝達されるトルクをキャンセルするトルクを駆動軸50に付与するよう運転される。従って、駆動軸50は回転しないものの、第2の電動発電機42ではエネルギが消費される。消費されたエネルギは、第2の電動発電機42における発熱として消費され、第2の電動発電機42の温度は上昇する。
(3) Start-up operation:
In the above (1), it has been described that the
車両が停止した状態で行なわれるこのエンジン10の始動制御について、詳しく説明する。図2は、本実施例の制御用ECU70が実行するエンジン10の始動制御の一例を示すフローチャートである。図示するように、制御用ECU70は、所定のインターバルでこのルーチンを繰り返し実行しており、このルーチンが開始されると、まずエンジン10を始動する起動要求が存在するかを判断する処理を行なう(ステップS100)。ここで、起動要求は、例えば、イグニッションスイッチ72がターンオンされた場合などである。もとより、エンジン10に対する起動要求は、車両運転中に駐車や信号待ちなどで車両が停止しており、エンジン10も停止した状態であって、バッテリ30の残容量SOCが低下した結果、エンジン10を起動して第1の電動発電機41により発電を行なってバッテリ30を充電しようとする場合などにも、生じる。起動要求がなければ、本ルーチンでは、何の処理も行なわず、「NEXT」に抜けて、処理を終了する。
The start control of the
他方、エンジン10に対する起動要求があると判断された場合には、バッテリ30の残容量SOCを読み出す処理を行ない(ステップS110)、更にバッテリ30の温度Tbを読み込む処理を行なう(ステップS120)。次に、残容量SOCとバッテリ30の温度Tbとにより、バッテリ30が出力可能な最大電力Wbを演算する処理を行なう(ステップS130)。バッテリ30の温度が一定であれば、最大電力Wbは残容量SOCとして求めることができるが、バッテリ30が出力可能な最大電力Wbは、温度Tbにより影響を受ける。そこで、図3に一例を示す補正用のマップを用意し、バッテリ30の温度Tbに基づいて補正係数βを求め、次式(1)により、最大電力Wbを演算するのである。
Wb=β・SOC …(1)
On the other hand, when it is determined that there is a start request for the
Wb = β · SOC (1)
次に、クランキングに要するエネルギロスWsを求める処理を行なう(ステップS140)。エネルギロスWsは、クランキングを行なう第1の電動発電機41自体の変換効率などに依存するロスw1、各軸の摩擦などにより動力の伝達路において生じるロスw2、詳述した第2の電動発電機42の反力キャンセルに要する電力としてのロスw3などが存在する。そこで、これらを勘案して、次式(2)により、エネルギロスWsを求めるのである。
Ws=f(w1,w2,w3) …(2)
なお、伝達路において生じるロスw2などは、伝達路の潤滑油の粘度により変化するので、例えば潤滑油の温度TLなどを検出し、その関数としてマップなどから求めるものとしても良い。反力キャンセルに要する電力は、第2の電動発電機42の温度に依存するので、このロスw3を第2の電動発電機42の温度の関数として決定しても良い。もとよりエネルギロスw1,w2,w3は、エンジン10のクランキングトルクTgやクランキング回転数Ngによっても変化するので、これらのマップとして求めるよう構成することも可能である。
Next, a process for obtaining an energy loss Ws required for cranking is performed (step S140). The energy loss Ws includes a loss w1 that depends on the conversion efficiency of the
Ws = f (w1, w2, w3) (2)
The loss w2 or the like generated in the transmission path changes depending on the viscosity of the lubricating oil in the transmission path. For example, the temperature TL of the lubricating oil may be detected and obtained as a function from a map or the like. Since the electric power required for reaction force cancellation depends on the temperature of the
こうしてクランキング時に発生するエネルギロスを求めた後、第1の電動発電機41におけるクランキングトルクTgを決定する処理を行なう(ステップS150)。クランキングトルクTgは、クランキング時の回転数Ng(単位rpm)を用いて、次式(3)として求めることができる。
Tg=(Wb−Ws)/(2π・Ng/60) …(3)
After obtaining the energy loss that occurs during cranking in this way, a process of determining the cranking torque Tg in the
Tg = (Wb−Ws) / (2π · Ng / 60) (3)
続いて、制御用ECU70は、演算したクランキングトルクTgで、第1の電動発電機41を駆動する処理を行なう(ステップS160)。この結果、第1の電動発電機41は、バッテリ30が供給可能な最大電力Wbのみならず、エネルギロスWsを考慮して求められた最大のクランキングトルクTgで運転されることになり、冷間時など、バッテリ30の温度Tbが低下している場合でも、確実にエンジン10をクランキングして、エンジン10の回転数を始動用の800rpm以上に上昇させ、エンジン10をスムースに始動することができる。また、最大電力Wbに基づいてクランキングトルクTgを決定しているので、エンジン10の回転数を最も短時間に上昇させることができ、出力軸12にねじり振動などが生じる可能性を低減することができる。ねじり振動が生じやすい回転数領域を短時間のうち通過できるからである。
Subsequently, the
次に、本発明の第2の実施例について説明する。第2実施例のエンジンの始動装置は、図1に示したハードウェア構成と同様の構成を用い、図2に示した始動制御ルーチンにおけるステップS150の処理のみ異なるので、この部分を図4に示した。図示するように、第2実施例では、クランキングトルクTgは、次の考え方で求めている。第2実施例では、第1実施例と同様、バッテリ30の最大電力WbとエネルギロスWsとクランキング回転数Ngとから、クランキングトルクを演算するが、ここでは、後の処理に備えて、これを仮のクランキングトルクTGとして演算する(ステップS151)。その後、ねじり振動の発生を回避するために必要なトルクTtを求めている(ステップS152)。ねじり振動の発生を回避するために必要な駆動トルクTtは、図5に示したように、クランキング時の出力軸12の回転数Ngの上昇率γから求めることができる。なお、冷間時など潤滑油の粘度が低い場合には、同じ上昇率γを実現するには、高い駆動トルクTtが必要になるので、潤滑油音度TLなどにより駆動トルクTtを補正するものとしても良い。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The engine starter of the second embodiment uses a configuration similar to the hardware configuration shown in FIG. 1 and differs only in the process of step S150 in the start control routine shown in FIG. 2, and this portion is shown in FIG. It was. As shown in the figure, in the second embodiment, the cranking torque Tg is obtained by the following concept. In the second embodiment, as in the first embodiment, the cranking torque is calculated from the maximum power Wb, the energy loss Ws, and the cranking rotation speed Ng of the
次に、この駆動トルクTtと先に求めた仮のクランキングトルクTGとを比較する処理を行ない(ステップS154)、駆動トルクTtをクランキングトルクTGで制限して、クランキングトルクTgを求める処理を行なう(ステップS155、S156)。この結果、ねじり振動の発生を回避するために必要な駆動トルクTtが、バッテリ30の最大電力Wbからみて過大な値になっている場合には、これを抑制することができ、第1実施例の効果に加えて、バッテリ30に無用な負担を掛けることがないという作用効果を奏する。しかも、バッテリ30の残容量に余裕がある場合には、エンジン10始動時のクランキングトルクTgを、ねじり振動の発生を回避するために必要な駆動トルクTtにできるので、始動時にねじり振動が発生する虞も未然に防止することができる。
Next, a process of comparing the drive torque Tt with the previously determined temporary cranking torque TG is performed (step S154), and the drive torque Tt is limited by the cranking torque TG to obtain the cranking torque Tg. (Steps S155 and S156). As a result, when the drive torque Tt necessary for avoiding the occurrence of torsional vibration is an excessive value in view of the maximum power Wb of the
以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明は、こうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施できることは、勿論である。例えば、バッテリ30の最大電力Wbを求める際、バッテリ30の温度Tbに代えて、あるいは温度Tbと共に、バッテリ30に補機などの負荷を加え、その際の電圧の低下の様子などから、バッテリ30の劣化を含む補正係数を定めて、最大電力Wbを求める構成採ることができる。また、本実施例は、二つの電動発電機を設けて、両者の間でエネルギのやり取りを行なって必要に応じてトルク変換可能な構成を採用したが、第2の電動発電機42のみを備え、プラネタリギア機構20に代えて通常の変速機を備えたいわゆる1モータタイプのハイブリッド車両にも適用することができる。この場合には、内燃機関を始動するスタータ用のモータは、第2の電動発電機42とは別に用意し、内燃機関のクランク軸に始動時に結合する構成とすればよい。また、上記の実施例では、動力分配機構としていわゆる機械分配方式の代表的な機構であるプラネタリギア機構を採用したが、相対的に回転可能な二つのロータを備えた2ロータモータを用いて、二つのロータの回転数差によりエネルギの分配を行なういわゆる電気分配タイプの動力分配機構を用いることも可能である。
Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can of course be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention. . For example, when the maximum power Wb of the
10…エンジン
12…出力軸
14…水温センサ
15…EFIECU
18…回転数センサ
20…プラネタリギア機構
21…第1軸
22…第2軸
23…第3軸
30…バッテリ
31,32…インバータ
35…温度センサ
41…第1の電動発電機
42…第2の電動発電機
45…回転軸
50…駆動軸
51,52…駆動輪
60…動力伝達機構
70…制御用ECU
72…イグニッションスイッチ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
72 ... Ignition switch
Claims (9)
前記内燃機関をクランキングするモータと、
該モータに電力を供給するバッテリと、
該バッテリが出力可能な最大電力を求める電力算出手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求めるエネルギロス演算手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータを駆動可能な駆動トルクを演算するトルク演算手段と、
該演算した駆動トルクを用いて前記モータを駆動して、前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と
を備えた内燃機関の始動装置。 A starter for an internal combustion engine in a vehicle provided with a mechanism for inputting and outputting power to a drive shaft by combining the power of the internal combustion engine and the power of the motor,
A motor for cranking the internal combustion engine;
A battery for supplying power to the motor;
Power calculating means for obtaining the maximum power that the battery can output;
Energy loss calculating means for obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
Torque calculation means for calculating a driving torque capable of driving the motor in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss when a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor;
An internal combustion engine starter comprising: cranking means for driving the motor using the calculated drive torque to crank the internal combustion engine.
前記動力を入出力する機構は、三軸式の動力分配機構であり、その一軸には、前記内燃機関の出力軸が結合され、
前記モータは、該三軸式の動力分配機構の他の軸の一つに結合された第1の電動発電機であり、
該三軸式の動力分配機構の残りの一軸には、車両の駆動軸が結合されると共に、該駆動軸には、動力のやり取りを行なう第2の電動機が設けられ、
前記エネルギロス演算手段は、エネルギロスの一部として、前記第1の電動機による前記内燃機関のクランキングの際に、前記第2の電動機が、前記三軸式の動力分配機構を介して前記駆動軸側に伝達される反力をキャンセルのために消費するエネルギを演算する
内燃機関の始動装置。 An internal combustion engine starter according to claim 1,
The mechanism for inputting and outputting power is a triaxial power distribution mechanism, and the output shaft of the internal combustion engine is coupled to one of the shafts,
The motor is a first motor generator coupled to one of the other shafts of the three-shaft power distribution mechanism;
The remaining one shaft of the three-shaft power distribution mechanism is coupled to a drive shaft of the vehicle, and the drive shaft is provided with a second electric motor that exchanges power.
The energy loss calculating means is configured such that when the internal combustion engine is cranked by the first electric motor as a part of the energy loss, the second electric motor drives the drive via the three-shaft power distribution mechanism. A starter for an internal combustion engine that calculates energy consumed for canceling a reaction force transmitted to a shaft side.
前記モータに電力を供給するバッテリと、
該バッテリが出力可能な最大電力を求める電力算出手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求めるエネルギロス演算手段と、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータの最大駆動トルクを演算するトルク演算手段と、
前記モータを駆動する際、該演算した最大駆動トルクにより、該モータの駆動トルクを制限する制限手段と
を備えたモータの制御装置。 An apparatus for controlling driving torque of a motor that inputs and outputs power to a driving shaft of a vehicle in combination with an internal combustion engine mounted on the vehicle and cranks the internal combustion engine,
A battery for supplying power to the motor;
Power calculating means for obtaining the maximum power that the battery can output;
Energy loss calculating means for obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
Torque calculation means for calculating the maximum driving torque of the motor in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss when receiving a request to crank the internal combustion engine by the motor;
A motor control device comprising: a limiting unit that limits the driving torque of the motor by the calculated maximum driving torque when driving the motor.
該モータに電力を供給するバッテリが出力可能な最大電力を求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータを駆動可能な駆動トルクを演算し、
該演算したトルクを用いて前記モータを駆動して、前記内燃機関をクランキングする
内燃機関の始動方法。 A method for starting an internal combustion engine in a vehicle having a mechanism for inputting and outputting power to a drive shaft by combining the power of an internal combustion engine and the power of a motor,
Obtain the maximum power that can be output by the battery supplying power to the motor,
Obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
When a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor, the driving torque capable of driving the motor is calculated in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss,
A method for starting an internal combustion engine, wherein the motor is driven using the calculated torque to crank the internal combustion engine.
前記モータに電力を供給するバッテリが出力可能な最大電力を求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする際に生じるエネルギロスを求め、
前記モータにより前記内燃機関をクランキングする要求を受け取ったとき、前記バッテリが供給可能な最大電力と前記エネルギロスとを考慮して、前記モータの最大駆動トルクを演算し、
前記モータを駆動する際、該演算した最大駆動トルクにより、該モータの駆動トルクを制限する
モータの制御方法。 A method for controlling the driving torque of a motor that cranks the internal combustion engine while inputting and outputting power to the driving shaft of the vehicle in combination with an internal combustion engine mounted on the vehicle,
Find the maximum power that can be output by the battery that supplies power to the motor,
Obtaining energy loss that occurs when the internal combustion engine is cranked by the motor;
When a request for cranking the internal combustion engine is received by the motor, the maximum driving torque of the motor is calculated in consideration of the maximum power that can be supplied by the battery and the energy loss,
A method for controlling a motor, wherein when the motor is driven, the driving torque of the motor is limited by the calculated maximum driving torque.
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JP2003419011A JP2005180230A (en) | 2003-12-17 | 2003-12-17 | Starter of internal combustion engine, controller of motor, and method for those |
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JP2008038828A (en) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Nissan Motor Co Ltd | Engine starting control device |
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