JP2006183523A - ハイブリッド車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド車両の大気圧低下時のＰＭ、ＮＯｘ排出量を低減する。
【解決手段】 大気圧低下時に高負荷でのモータ出力割合を通常時より増大して、エンジン出力割合を小さくすることにより、ＰＭ、ＮＯｘ排出量を低減し、また、モータ走行終了の境界出力を通常時より小さくし、かつ、エンジンで走行出力を発生しつつ余剰出力でモータを発電機として駆動し、バッテリを充電する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ハイブリッド車両においてエンジンとモータの駆動力を制御する装置に関する。

特許文献１には、エンジンとモータとを駆動力源とするハイブリッド車両において、高速走行域であると判定された時にはエンジン駆動力を車輪に伝達し、低中速走行域と判定されたときにはエンジン駆動力を車輪に伝達することを禁止するように制御するようにした装置が開示されている。
特開平６−２２５４０３号公報

上記特許文献１のように、高負荷領域ではエンジン駆動力を主として利用し、低負荷領域ではモータ駆動力を主として利用する方式とすれば、排気浄化性能および燃費性能を良好に維持することができる。
しかしながら、特にディーゼルエンジンでは、高地走行時に大気圧が低下すると、図１２に示すように、高負荷時には十分な空気量の確保が難しく空気の充填効率が低下する。このため、通常（低地走行時）の大気圧に対して吸入空気量を変えないようにＥＧＲ量を減少補正するとＥＧＲ率低下によってＮＯｘ排出量が増加してしまう。逆に、ＥＧＲ率一定に維持すると、同一負荷（燃料噴射量）に対して吸入空気量が減少するので、排気微粒子（以下ＰＭという）排出量が増加する。

中間を取って、吸入空気量とＥＧＲ率を共に低下させることは、その分、ＮＯｘとＰＭとがそれぞれ悪化することになり、ＮＯｘおよびＰＭ排出量を同時に良好に低減することができない。
なお、低負荷時には、図１３に示すように、少ない燃料量に対して大気圧が低下しても十分な空気量が確保され、排気流量（絶対量）が減少することもあって、ＰＭ、ＮＯｘ排出量を共に十分低く押さえられる。

上記課題を解決するため本発明は、エンジンおよびモータの駆動力を演算する駆動力演算手段が、大気圧の低下を検出した時には、通常の場合に比べて、前記モータ駆動力の割合を増加して演算する構成とした。

かかる構成により、大気圧の低下時は、通常時よりモータ駆動力割合が増加し、相対的にエンジン駆動力割合が減少することで、ＮＯｘおよびＰＭ排出量を通常時レベルまで低減することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の概略を示している。
エンジン（内燃機関）１の排気通路には、触媒等による排気処理装置１ａが取り付けられ、該エンジン１の出力軸に、入／出力プーリ径比を変更することで変速比を無段に可変制御する第１の無段変速機２が接続され、該無段変速機２の出力軸（出力プーリ軸）が、第１のクラッチ３を介してギア軸４の一端に接続されている。

前記ギア軸４のギア４ａは、両端に車輪が連結された車軸（駆動軸）５に固定されたギア５ａと噛み合い、エンジン駆動力が、前記第１の無段変速機２、第１のクラッチ３、ギア４ａ、ギア５ａを介して車軸５に伝達される。
前記エンジン１および第１の無段変速機２は、エンジン制御装置６によって制御される。

一方、モータ１１には、インバータ１２を介してバッテリ１３が接続され、モータ１１が電動機として機能するときはバッテリ１３から電力が供給され、モータ１１が発電機として機能するときは、発電された電力がバッテリ１３に充電される。該モータ１１の出力軸に、前記第１の無段変速機２同様の機能を有する第２の無段変速機１４が接続され、該無段変速機１４の出力軸（出力プーリ軸）が、第２のクラッチ１５を介して前記ギア軸４の他端に接続されている。

前記モータ１１および第２の無段変速機１４は、モータ制御装置１６によって制御される。
また、ハイブリッド制御装置１７には、アクセル開度センサ２１からのアクセル開度信号（ドライバ要求信号）、車速センサ２２からの車速信号が入力され、基本的には、これらの信号に基づいて車両の要求駆動力を算出し、該要求駆動力（エンジンとモータの要求総合要求出力）に応じて、エンジン１とモータ１１との出力割合（駆動力割合）を決定する。

ここで、本発明に係る構成として、高地走行時など大気圧が低い状態が検出されたときは、通常（低地）走行時よりモータ１１の出力割合を大きくし、エンジンの出力割合を小さくするように修正する。前記大気圧検出のため、吸気コレクタ圧力を検出する圧力センサ２３を設け、低速等所定条件で吸気コレクタ圧力を大気圧として検出する。なお、大気圧の検出としては、この他、エアフロメータで検出した質量吸入空気流量と、スロットル開度およびエンジン回転速度等によって推定される体積吸入空気流量との関係から求められる空気密度に応じて大気圧を推定することができる。

また、前記バッテリ１３の充電量を検出し、該充電量が低すぎるときには、モータ１１出力割合の増加修正を禁止する。
そして、このようにして決定された出力割合に応じてエンジン１およびモータ１１の要求出力を演算し、各目標出力に応じてエンジン制御装置６とモータ制御装置１６を介してエンジン出力およびモータ出力を制御する（図２参照）。

以下、上記ハイブリッド制御装置１７によるエンジン出力とモータ出力との配分制御を、図３以降のフローチャートに基づいてより詳細に説明する。
図３は、メインフローを示す。
ステップ（図ではＳと記す。以下同様）１では、前記各センサからの検出値を入力して運転状態を検出する。

ステップ２では、検出された運転状態に基づいて、通常（低地走行）時用の出力配分マップ（図５参照）と、大気圧低下（高地走行）時用の出力配分マップ（図６参照）とのいずれかを選択する。
前記マップ選択の詳細を、図４のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ１１では、前記圧力センサ２３によって検出した大気圧Ｐｅｘが、圧力境界値Ｐｅｘｂより低いかを判定し、圧力境界値Ｐｅｘｂ以上と判定されたときは、ステップ１４へ進んで通常時用の出力配分マップを選択する。

一方、ステップ１１で、大気圧Ｐｅｘが、圧力境界値Ｐｅｘｂより低いと判定されたときは、ステップ１２へ進んで、バッテリ充電量ＳＯＣが、充電量境界値Ｌｂより大きいかを判定し、大きいと判定されたときは、ステップ１３へ進んで、大気圧低下時用の出力配分マップを選択する。
また、ステップ１２でバッテリ充電量ＳＯＣが、充電量境界値Ｌｂ以下と判定されたときは、ステップ１４へ進んで通常時用の出力配分マップを選択する。

すなわち、大気圧が低下したときは、モータの出力配分を通常時より大きくする制御に切り換えたい要求があるが、バッテリ充電量が十分でないときは、無理があるので、充電量が十分な場合に、大気圧低下時用の出力配分マップを選択して、モータの出力配分を通常時より大きくする制御に切り換えることとする。
前記通常時用の出力配分マップは、図５に示すように、エンジン出力とモータ出力とを合わせた総合要求出力（車両要求駆動力）Ｐが、境界出力Ｐｂｍ０以下の低出力域では、モータ１１のみを駆動し（モータ出力割合１００％）、該モータ走行の境界出力Ｐｂｍ０を超えるとエンジン１のみの駆動（エンジン出力割合１００％）に切り換えられ、総合要求出力Ｐがエンジンの境界出力Ｐｅｂ０以上になると、エンジン出力は該境界出力Ｐｅｂ０一定に保持され、総合要求出力Ｐからエンジン境界出力Ｐｅｂ０を差し引いた出力分がモータ出力（＝Ｐ−Ｐｅｂ０）で賄われるように、出力配分されている。すなわち、エンジン１を最も燃費が良く、かつ、排気浄化性能にも優れた領域でのみ運転し、不足出力分をモータ１１でアシストするようにしている。

一方、大気圧低下時用の出力配分マップは、図６に示すように、総合出力Ｐが通常時のモータ走行の境界出力Ｐｍｂ０より低い境界出力Ｐｍｂ１以下の低出力域でモータ出力割合１００％に設定され、総合要求出力Ｐがモータ１１の境界出力Ｐｍｂ１を超えると、エンジン出力は、該モータ境界出力Ｐｍｂ１より大きいエンジン境界出力Ｐｅｂ１に切り換えられ、該境界出力Ｐｅｂ１一定に制御される。ここで、大気圧低下時におけるエンジン１の境界出力Ｐｅｂ１は、通常時のエンジン境界出力Ｐｅｂ０より小さく設定されている。そして、総合出力Ｐがエンジン境界出力Ｐｅｂ１以下の領域では、総合要求出力Ｐに対する境界出力Ｐｅｂ１の過剰出力分（＝Ｐｅｂ１−Ｐ）を、モータ１１を発電機として駆動して、負の出力を発生することにより賄う。総合要求出力Ｐがエンジンの境界出力Ｐｅｂ１を超えると、通常時同様に不足出力分をモータ１１で賄う。

図３に戻って、ステップ３では、ステップ２（図４のフロー）で選択された出力配分マップを用いて、総合出力Ｐからエンジン出力Ｐｅとモータ出力Ｐｍとを算出する。
ステップ４では、算出されたエンジン出力Ｐｅに対し、図７に示した運転点マップから、エンジン１の目標回転速度Ｎｅ０（通常時）、Ｎｅ１（大気圧低下時）、目標トルクＴｅ０（通常時）、Ｔｅ１（大気圧低下時）を設定して、エンジン制御装置６に出力する。この運転点マップは、燃費、排気浄化性能を良好に維持できるように設定されている。また、該エンジンの目標回転速度Ｎｅの変更に合わせて、車速一定に維持するように前記第１の無段変速機２の目標変速比が変更される。なお、前記モータ１１のみ駆動する低出力領域で、エンジン出力割合＝０の場合は、前記第１のクラッチ３が切り離されて車軸４へのエンジン出力の伝達が遮断される。図８は、エンジン運転点におけるエンジン１の回転速度とトルクの関係を示す。

ステップ５では、算出されたモータ出力Ｐｍに対し、エンジンの運転点マップと同様に設定された運転点マップ（図示省略）から、モータ１１の目標回転速度Ｎｍ０（通常時）、Ｎｍ１（大気圧低下時）、目標トルクＴｍ０（通常時）、Ｎｍ１（大気圧低下時）を設定する。この運転点マップも電力消費を良好に維持できるように設定されている。また、該モータの目標回転速度Ｎｍの変更に合わせて、車速一定に維持するように前記第２の無段変速機１４の目標変速比が変更されること、エンジン１のみ駆動する出力領域で、モータ出力割合＝０の場合は、前記第２のクラッチ１５が切り離されて車軸４へのエンジン出力の伝達が遮断されることもエンジン制御の場合と同様である。図９は、モータ運転点におけるモータ１１の回転速度とトルクの関係を示す。

ここで、前記設定された目標回転速度Ｎｍ、目標トルクＴｍをそのままモータ制御装置１６に出力してモータ１１を制御すると（簡易的には、これでもよい）、モータ１１は、エンジン１に比較して制御応答が良く、目標値への収束が早いため、過渡的に総合出力が変化し、モータ１１を電動機として機能するときは出力過剰となり、発電機として機能するときは出力不足となる。

そこで、図１０に示すように、エンジン出力指令値（目標値）に対して、モータ出力指令値（目標値）に遅れを持たせて出力する。これにより、エンジン出力とモータ出力とを合わせた総合出力Ｐの変動を抑制しつつ出力割合を切り換えることができる。
図１１は、同上実施形態による制御時の各種状態量の変化を示す。登坂走行時に高度の増大に応じて大気圧が減少し、圧力境界値Ｐｅｘｂを下回ると、通常時の出力配分マップから大気圧低下時の出力配分マップに切り換えられ、モータ１１の出力配分が増大する。

マップの切換によりモータ１１の出力が増大して電力消費が増大し、バッテリ１４の充電量ＳＯＣが設定値Ｌｂ以下に低下すると（ｔ２）、通常時用の出力配分マップに戻され、モータ１１の出力配分が減少する。
これにより、モータ１１の電力消費が低減してバッテリ充電量ＳＯＣが設定値Ｌｂ以上に復帰すると（ｔ３）、再度、大気圧低下時の出力配分マップに切り換えられる。なお、マップ切り換え前に減速運転を行っており、この減速中は、負の車両駆動出力（総合出力）に対し、エンジン出力が０でモータ１１が発電機として機能して負の出力を発生しつつバッテリ１４を最大限充電する。

減速運転を終了して加速運転に切り換わると、車両駆動出力は正の出力となり、エンジン出力とモータ出力とが、大気圧低下時の出力配分マップによって出力配分される。
加速後、アクセルを戻して定速走行に移行すると、エンジン出力一定（＝境界出力Ｐｅｂ１）のまま、モータ出力が減少されていき、車両の要求出力（要求出力）がエンジンの境界出力Ｐｅｂ１を下回ると、モータ１１が発電機の機能に切り換えられ、要求出力を確保しながら、バッテリ１４を充電する。

このように、高地走行など大気圧の低下時には、モータ１１の出力配分を通常時より大きくし、相対的にエンジン１の出力を減少することで、図１２から図１３にシフトしてＰＭ,ＮＯｘの低減を両立することができる。
また、バッテリ１４の充電量ＳＯＣが十分なときだけ、大気圧低下時の出力配分とし、充電量ＳＯＣが不足するときは、通常時の制御に維持してモータ出力配分増大による過放電を防止できる。

さらに、通常時より、モータ１１のみで走行する境界出力（エンジン駆動が開始される境界出力）Ｐｍｂを、低出力側にシフトしつつエンジン出力を車両要求出力より大きくしてモータを発電機として機能することにより、高負荷側でのモータ出力増大による消費電力増大を、低負荷側で補充することができ、バッテリ充電量を良好に維持して大気圧低下時の制御を長時間安定して行うことができる。

また、上記実施形態では、大気圧低下時におけるエンジン１の境界出力Ｐｅｂ１およびモータ走行の境界出力Ｐｍｂ１を、一定値に設定したが、図１４，１５に示すように、大気圧の標準大気圧（７６０ｍｍＨｇ）からの圧力低下量ΔＰｅｘとバッテリ充電量ＳＯＣとに基づいて可変に設定してもよい。具体的には、エンジン１の境界出力Ｐｅｂ１は、圧力低下量ΔＰｅｘが大きいほど、また、バッテリ充電量ＳＯＣが大きいほど小さくして、モータ１１の出力配分を大きくするように設定されている。また、モータ走行の境界出力Ｐｍｂ１は、大気圧低下量ΔＰｅｘが大きいほど、また、バッテリ充電量ＳＯＣが小さいほど、小さく設定され、これにより、早めに発電が開始され大気圧低下時のモータ消費電力増大に伴う発電量を十分に確保することができる。

また上記実施形態は、エンジン１とモータ１１と並列接続して、それぞれの回転速度とトルクを独立して制御できるパラレル型のハイブリッド原動機を備えた車両に適用したが、エンジンとモータとを直列に接続したシリーズ型のハイブリッド原動機を備えた車両にも適用できる。
図１６は、かかるシリーズ型のハイブリッド原動機を備えた車両に本発明を適用した実施形態のシステム構成を示す。

本実施形態では，エンジン１の出力軸にモータ１１が連結され、該モータ１１の出力軸に接続された無段変速機３１、クラッチ３２、ギア３３を介して、車軸５のギア５ａと連結されている。
本実施形態においても、エンジンとモータの出力は、第１の実施形態と同様に設定されるが、モータの回転速度Ｎｍｉがエンジン回転速度Ｎｅｉと等しく、モータトルクＴｍ１が次式により算出される点で相違する。

Ｔｍｉ＝Ｐｍｉ／Ｎｅｉ；ｉ＝１，２（図１７，１８参照）

本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置のシステム構成図。 同上実施形態の制御ブロック図。 同上実施形態の制御のメインルーチンを示すフローチャート。 同じくサブルーチンを示すフローチャート。 同じく通常時制御用の出力配分マップの特性図。 同じく大気圧低下時制御用の出力配分マップの特性図。 同じくエンジンの運転点テーブル。 同じくエンジンの回転速度とトルクの関係を示す特性図。 同じくモータの回転速度とトルクの関係を示す特性図。 同じくマップ切り換え時のモータ指令値ディレイ特性を示す図。 同上実施形態による制御時の各種状態量の変化を示すタイムチャート。 高地高負荷時のＰＭとＮＯｘの排出量を示す図。 高地低負荷時のＰＭとＮＯｘの排出量を示す図。 圧力低下量とバッテリ充電量に対するエンジンの境界出力を示す図。 圧力低下量とバッテリ充電量に対するモータ走行の境界出力を示す図。 本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置のシステム構成図。 同上実施形態におけるエンジンの回転速度とトルクの関係を示す特性図。 同じくモータの回転速度とトルクの関係を示す特性図。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 第１の無段変速機
３ 第１のクラッチ
４ａ ギア
５ 車軸
５ａ ギア
６ エンジン制御装置
１１ モータ
１２ インバータ
１３ バッテリ
１４ 第２の無段変速機
１５ 第２のクラッチ
１６ モータ制御装置
１７ ハイブリッド制御装置
２１ アクセル開度センサ
２２ 車速センサ
２３ 圧力センサ
３１ 無段変速機
３２ クラッチ
３３ ギア

Claims (10)

1. エンジンと、モータと、前記エンジンおよびモータの駆動力を演算する駆動力演算手段と、前記モータに電力を供給する蓄電手段と、前記モータの駆動を制御するモータ制御手段と、前記エンジンに供給される混合気の空燃比を制御するエンジン制御手段と、を備えるハイブリッド車両の駆動力制御装置において、
   前記駆動力演算手段は、大気圧の低下を検出した時には、通常の場合に比べて、前記モータ駆動力の割合を増加することを特徴とするハイブリッド車両の駆動力制御装置。
2. 前記大気圧力の低下を、エンジンの吸気圧力検出値と運転状態とから推定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駆動力制御装置。
3. 前記大気圧力の低下を、エンジンの質量吸入空気流量検出値と運転状態とから推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
4. ナビゲーション装置を備え、前記大気圧力の低下を、前記ナビゲーション装置の標高情報から判断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
5. 前記モータ駆動力割合の増加分は、大気圧の低下が大きいほど大きく制御されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
6. 前記モータ駆動力割合の増加分は、前記蓄電手段の充電量が多いほど大きく制御されることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
7. 前記蓄電手段の充電量が所定値より少ない場合は、モータ駆動力の増加を行わないことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
8. 大気圧低下を検出した場合で、かつエンジン目標出力が所定出力より小さい場合は、燃料噴射量を増量してエンジン出力を増加し、該エンジン出力の増加分を、モータを発電させて回収することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
9. 前記蓄電手段の充電量が少ないほど、モータ駆動による車両走行時のモータ最大出力値を小さくすることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。
10. モータ駆動力を切り換える場合は、モータ駆動力指令値にディレイを付加することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の駆動力制御装置。

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