JP2019142282A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動力の応答性を低下させずにエンジンのエミッションの悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】アクセル開度ACCから求めた要求駆動力TP*に基づき要求トルクTEF*を算出するとともに、その要求トルクTEF*に対して値の変化を緩和する緩変化処理を施した値をエンジンの目標トルクTE*として算出する。さらに、エンジントルクが目標トルクTE*と等しい大きさとなった状態において車両の駆動力が要求駆動力TP*(最終要求駆動力TPSM*)と等しい大きさとなるように第2モータ指令トルクTM2*を算出する。【選択図】図3

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
エンジンとモータとを走行用の駆動源として備えるハイブリッド車両の制御装置として従来、特許文献1に記載の装置が知られている。同文献1に記載の制御装置では、まずアクセル開度に基づいて車両全体の要求駆動力を求め、エンジンが発生する駆動力とモータが発生する駆動力との合計が要求駆動力と等しくなるように、エンジン及びモータのトルク制御を行っている。さらに同文献1に記載の制御装置では、要求駆動力の算出に際して、アクセル開度の急変時の要求駆動力の値の変化を抑える緩変化処理(なまし処理)を行っている。
特開2006−158154号公報
エンジントルクの急変時には、空燃比が乱れてエンジンのエミッションが悪化することがある。これに対しては、緩変化処理において、エンジントルクの急変によるエミッションの悪化が生じない程度まで、要求駆動力の変化を抑える必要がある。しかしながら、そうした場合には、運転者のアクセルペダル操作に対するハイブリッド車両の駆動力の応答が悪化してしまう。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、駆動力の応答性を低下させずにエンジンのエミッションの悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するハイブリッド車両の制御装置は、走行用の駆動源としてエンジンとモータとを備えるハイブリッド車両に適用される。そして、同制御装置は、アクセル開度に基づき要求駆動力を算出する要求駆動力算出部と、要求駆動力に基づいてエンジンの要求トルクを算出する要求トルク算出部と、値の変化を緩和する緩変化処理を要求トルクに施した値をエンジンの目標トルクとして算出する緩変化処理部と、エンジントルクが目標トルクと等しい大きさとなるようにエンジン制御を行うエンジン制御部と、エンジントルクが目標トルクと等しい大きさとされた状態において当該ハイブリッド車両の駆動力が要求駆動力と等しい大きさとなるようにモータのトルク制御を行うモータ制御部と、を備えている。
上記ハイブリッド車両の制御装置では、要求駆動力から算出した要求トルクに緩変化処理を施した値である目標トルクに従ってエンジントルクが推移するようにエンジン制御が行われる。このときの緩変化処理において、目標トルクの値の変化が十分に抑えられるようにしておけば、エンジントルクの急変によるエミッションの悪化を抑制できる。
一方、上記制御装置では、アクセル開度から求めた要求駆動力と上記エンジンの目標トルクとに基づき、ハイブリッド車両の駆動力が要求駆動力と等しい大きさとなるようにモータのトルク制御が行われる。すなわち、目標トルクに基づき制御されているエンジンが発生する駆動力と要求駆動力との差分の駆動力をモータが発生するように同モータのトルク制御が行われる。そのため、要求駆動力の変化に対してエンジントルクが遅れて変化しても、車両の駆動力は要求駆動力に追従して変化するようになる。そのため、上記ハイブリッド車両の制御装置によれば、駆動力の応答性を低下させずにエンジンのエミッションの悪化を抑制できる。
上記制御装置においても、緩変化処理での値の変化の緩和が不十分であると、エンジントルクの急変によるエミッションの悪化を十分に抑えられない状況となり得る。これに対しては、上記ハイブリッド車両の制御装置において、エンジンの空燃比の目標値と同空燃比の検出値との偏差に基づき目標トルクを補正する補正処理部を備えるようにするとよい。すなわち、目標トルクの急激な変化にシリンダ流入空気量が追従できない場合には、エンジンの空燃比の目標値と同空燃比の検出値とが乖離する。よって、それら空燃比の目標値と検出値との偏差に基づくことで、同偏差が縮小するように目標トルクを補正することが可能となる。
制御装置の一実施形態が適用されるハイブリッド車両の駆動系の構成を示す模式図。 同実施形態の制御装置の構成を示す模式図。 車両駆動力の制御に係る同制御装置の制御構造を示すブロック図。 比較例における車両加速時のアクセル開度、要求駆動力、目標トルク、及び車両加速度の推移を示すタイムチャート。 同実施形態の制御装置における車両加速時のアクセル開度、要求駆動力、目標トルク、及び車両加速度の推移を示すタイムチャート。 同実施形態の制御装置において、空燃比による目標トルクの補正が適用される場合の車両加速時におけるアクセル開度、目標トルク、及び車両加速度の推移を示すタイムチャート。
以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を、図1〜図6を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態の制御装置が適用されるハイブリッド車両において走行のための駆動力を発生するパワーユニット10には、エンジン11と、第1発電電動機12及び第2発電電動機13の2つの発電電動機と、が走行用の駆動源として設けられている。第1発電電動機12及び第2発電電動機13は、外部からの動力を受けて発電する発電機としての動作と、電力を受けて動力を発生する電動機(モータ)としての動作とを、状況に応じて切り替え可能に構成されている。
パワーユニット10には、サンギア14、プラネタリキャリア15、及びリングギア16の3つの回転要素を有した遊星歯車機構17が設けられている。遊星歯車機構17のプラネタリキャリア15にはエンジン11のクランク軸18が、サンギア14には第1発電電動機12の回転軸19が、それぞれ一体回転可能に連結されている。また、遊星歯車機構17のリングギア16には、カウンタドライブギア20が一体に設けられている。カウンタドライブギア20には、カウンタドリブンギア21が噛み合わされている。さらに、カウンタドリブンギア21には、リダクションギア22が噛み合わされている。そして、このリダクションギア22に、第2発電電動機13の回転軸23が一体回転可能に連結されている。
以上のように構成されたパワーユニット10におけるカウンタドリブンギア21は、ファイナルドライブギア24に一体回転可能に連結されている。本実施形態では、カウンタドリブンギア21とファイナルドライブギア24とを繋ぐ軸が、パワーユニット10の出力軸25となっている。ファイナルドライブギア24には、ファイナルドリブンギア26が噛み合わされている。そして、ファイナルドリブンギア26には、差動機構27を介して、左右の車輪28の駆動軸29が連結されている。
図2に、本実施形態のハイブリッド車両の制御装置の構成を示す。同図に示すように、同制御装置は、車両全体の電力、動力の管理を行うパワー管理用ECU30、エンジン11を制御するエンジンECU31、第1発電電動機12及び第2発電電動機13のトルク制御を行うモータECU32、及びバッテリ35を管理するバッテリECU33の4つの電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)を備えている。なお、本実施形態では、エンジンECU31がエンジン制御部に、モータECU32がモータ制御部にそれぞれ対応する構成となっている。
また、同図に示すように、第1発電電動機12及び第2発電電動機13は、インバータ34を介してバッテリ35に電気的に接続されている。そして、第1発電電動機12とバッテリ35との間で授受される電力の量、並びに第2発電電動機13とバッテリ35との間で授受される電力の量が、インバータ34により調整されている。
パワー管理用ECU30には、ハイブリッド車両の走行速度(車速V)を検出する車速センサ36、運転者のアクセルペダル操作量(アクセル開度ACC)を検出するアクセル開度センサ37等の車両の走行状況を検出するセンサの検出結果が入力されている。また、パワー管理用ECU30には、エンジン回転数NEやエンジン負荷KL、空燃比の検出値(以下、空燃比検出値AFと記載する)等のエンジン11の運転状況を示す情報がエンジンECU31から入力されている。さらに、パワー管理用ECU30には、第1発電電動機12及び第2発電電動機13の回転数(第1モータ回転数NM1、第2モータ回転数NM2)等の発電電動機の運転状況を示す情報がモータECU32から、充電量SOCやバッテリ温度TB等のバッテリ35の状態を示す情報がバッテリECU33から、それぞれ入力されている。
パワー管理用ECU30は、入力された情報をもとに、エンジン回転数NE及びエンジントルクTEの目標値である目標回転数NE*及び目標トルクTE*を演算してエンジンECU31に出力する。また、パワー管理用ECU30は、第1発電電動機12及び第2発電電動機13がそれぞれ発生するトルクの指令値である第1モータ指令トルクTM1*、及び第2モータ指令トルクTM2*を演算してモータECU32に出力する。そして、エンジンECU31が目標回転数NE*及び目標トルクTE*に基づいてエンジン11を制御し、モータECU32が第1モータ指令トルクTM1*及び第2モータ指令トルクTM2*に基づきインバータ34を制御することで、車両の駆動制御が行われる。なお、エンジンECU31は、気筒に流入する吸気の量(シリンダ流入空気量)が、目標トルクTE*分のエンジントルクTEの発生に必要な量となるようにエンジン11の吸入空気量を調整する。そして、エンジンECU31は、調整したシリンダ流入空気量に対して、空燃比を同空燃比の目標値とするために必要な燃料噴射量を求めてエンジン11の燃料噴射制御を行うことで、エンジントルクTEが目標トルクTE*と等しい大きさとなるようにエンジン制御を行っている。
図3に、車両の駆動制御に係るパワー管理用ECU30の処理手順を、すなわち目標回転数NE*、目標トルクTE*、第1モータ指令トルクTM1*、及び第2モータ指令トルクTM2*の算出に係る処理手順を示す。パワー管理用ECU30は、車両の起動中、同図に示す一連の処理を、既定の演算周期毎に繰り返し実行する。
車両の駆動制御に際してはまず、ステップS100において、車速V及びアクセル開度ACCに基づき、車両の駆動力の要求値である要求駆動力TP*が算出される。
また、ステップS110において、バッテリ35の充放電制御に用いられる駆動力の要求値である充放電要求パワーPB*の算出が行われる。充放電制御は、充電量SOCが既定の制御目標値よりも多いときには第2発電電動機13を力行運転してバッテリ35の放電を行い、充電量SOCが制御目標値よりも少ないときには第2発電電動機13を回生運転してバッテリ35の充電を行うことで、充電量SOCを制御目標値に保持する目的で行われる。充放電要求パワーPB*の値は、こうした充放電制御において第2発電電動機13を力行運転するときには正の値となり、回生運転するときに負の値となる。
続いて、ステップS120において、要求駆動力TP*から充放電要求パワーPB*を引いた差が、エンジン11が発生する駆動力の要求値である要求パワーPE*の値として算出される。そして、その要求パワーPE*に基づき、ステップS130においてエンジントルクTEの要求値である要求トルクTEF*の算出が、ステップS140においてエンジン11の目標回転数NE*の算出がそれぞれ行われる。要求トルクTEF*及び目標回転数NE*は、要求パワーPE*分の駆動力の発生に必要なエンジン出力を、燃費性能や排気性能が最適な状態で発生可能なエンジントルクTE及びエンジン回転数NEの値を表している。
さらにステップS150では、値の変化を緩和する緩変化処理を要求トルクTEF*に施した値が目標トルクTE*の値として算出される。本実施形態では、この緩変化処理において、式(1)の関係を満たすように値を更新することで、目標トルクTE*の値を算出している。式(1)における「TE*[i−1]」は目標トルクの更新前の値を、「TE*[i]」は目標トルクの更新後の値をそれぞれ示している。また、「K」は、値の緩変化の度合いを決定する定数であり、その値が大きいほど、要求トルクTEF*の変化に対して目標トルクTE*の値の変化が小さくなる。こうして算出された目標トルクTE*は、アクセル開度ACCの変化に対して応答遅れを有して変化する値となる。
なお、本実施形態では、式(1)における定数Kの値を、ステップS160における補正処理において空燃比検出値AFに基づいて設定している。定数Kの値は、エンジン11の空燃比の目標値(以下、目標空燃比AFTと記載する)に対する空燃比検出値AFの偏差が既定値α以上の場合には、同偏差が既定値α未満の場合よりも大きい値に設定される。そのため、ステップS150の緩変化処理では、上記偏差が既定値α以上のときには、同偏差が既定値α未満のときよりも値の変化が抑えられるように、すなわちアクセル開度ACCに対する応答遅れが大きくなるように、目標トルクTE*の値が算出されるようになる。こうした補正処理では、目標トルクTE*の値を直接操作していないが、結果として目標トルクTE*の値が目標空燃比AFTと空燃比検出値AFとの偏差に応じて変更されることになる。すなわち、上記補正処理は、実質的に、目標空燃比AFTと空燃比検出値AFとの偏差に応じて目標トルクTE*の値を補正する処理となっている。
また、ステップS170では、目標回転数NE*に基づき、エンジン回転数NEを目標回転数NE*とするために必要な第1発電電動機12のトルクが第1モータ指令トルクTM1*の値として算出される。さらにステップS180では、目標回転数NE*及び目標トルクTE*に応じてエンジン11を運転し、且つ第1モータ指令トルクTM1*に応じて第1発電電動機12を駆動した状態において、エンジン11からパワーユニット10の出力軸25に伝達されるトルクが直達トルクTEQ*の値として算出される。
一方、ステップS190では、要求駆動力TP*に対して、ショック緩和処理を施した値が最終要求駆動力TPSM*の値として算出される。ショック緩和処理では、要求駆動力TP*に対して、駆動力の急変によるトルクショックが生じない程度に、値の変化率に上限、下限のガード処理を施すことで、最終要求駆動力TPSM*の値が算出されている。
また、ステップS200では、最終要求駆動力TPSM*に基づき、同最終要求駆動力TPSM*の値分の駆動力を発生したときのパワーユニット10の出力軸25のトルクがPU出力軸要求トルクTPC*の値として算出される。そして、ステップS210において、PU出力軸要求トルクTPC*から直達トルクTEQ*を引いた差が、第2発電電動機13のトルクの指令値である第2モータ指令トルクTM2*の値として算出される。なお、厳密には、第2モータ指令トルクTM2*の値は、リダクションギア22及びカウンタドリブンギア21を介して第2発電電動機13から出力軸25に伝達されるトルクの大きさを表している。
なお、トルクショックの緩和には高応答のトルク調整が必要となる。これに対して、本実施形態では、要求駆動力TP*からエンジン11の目標トルクTE*を求める一方で、要求駆動力TP*にショック緩和処理を施した最終要求駆動力TPSM*から第2モータ指令トルクTM2*を求めている。そしてこれにより、エンジン11よりも高応答のトルク調整が可能な第2発電電動機13により、トルクショックの緩和のためのトルク調整を行うようにしている。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
エンジントルクの急変時には、空燃比が乱れてエンジン11のエミッションが悪化することがある。本実施形態では、緩変化処理において、アクセル開度ACCの急変時にも、エンジントルクが急変しないように値の変化が抑えられた値として目標トルクTE*を算出することで、エミッションの悪化を抑えている。
これに対して、目標トルクTE*を対象とした緩変化処理を行わずに、要求駆動力TP*から求めた要求トルクTEF*の値をそのまま目標トルクTE*の値として設定し、車両の駆動力制御を行う場合を考える。この場合にも、値の変化が十分抑えられた値として要求駆動力TP*を算出することで、すなわち目標トルクTE*の代わりに要求駆動力TP*を対象とした緩変化処理を行うことで、エンジントルクの急変によるエミッションの悪化を抑えることが可能である。
図4は、こうした場合のアクセルペダルの急踏込時のアクセル開度ACC、要求駆動力TP*、目標トルクTE*及び車両加速度の推移を示す。この場合に、エミッションの悪化を招かない程度まで目標トルクTE*の変化を抑えるには、同様に変化の抑えられた値として要求駆動力TP*を設定する必要がある。ただし、そうした場合には、アクセル開度ACCの変化に対して要求駆動力TP*の変化を遅らせることになるため、運転者のアクセルペダル操作に対する車両の駆動力の応答遅れもその分大きくなる。
図5は、本実施形態の制御装置におけるアクセルペダルの急踏込時のアクセル開度ACC、要求駆動力TP*、目標トルクTE*及び車両加速度の推移を示す。なお、同図には比較のため、図4の場合の車両加速度の推移が点線で併せしめされている。
本実施形態の場合にも、緩変化処理により、エンジン11の目標トルクTE*はエミッションの悪化を招かない程度に緩やかに変化する値となるように算出される。一方、本実施形態では、要求駆動力TP*は、アクセル開度ACCの変化に対して遅延なく変化する値として算出されている。そして、そうした車両の駆動力が要求駆動力TP*(厳密には最終要求駆動力TPSM*)と等しい大きさとなるように第1発電電動機12及び第2発電電動機13のトルク制御を行っている。そのため、要求駆動力TP*の変化に対してエンジントルクTEが遅れて変化しても、車両の駆動力は要求駆動力TP*に追従して変化するようになる。したがって、本実施形態のハイブリッド車両の制御装置では、駆動力の応答性を低下させずにエンジン11のエミッションの悪化を抑制できる。
ところで、上記のような緩変化処理を行ってエンジン11の目標トルクTE*を算出しても、アクセル開度ACCがあまりに急激に変化した場合等には、目標トルクTE*の値の変化を十分に抑えられずに、エンジン11の空燃比が一時的に乱れることがある。これに対して本実施形態では、補正処理により、こうした場合の空燃比の乱れを抑えている。
図6には、本実施形態の制御装置において、アクセルペダルの急踏込に対する駆動力の増大過程でエンジン11の空燃比の乱れが生じる状況になった場合のアクセル開度ACC、目標トルクTE*及び空燃比検出値AFの推移を示す。なお、同図には、補正処理を行わずに目標トルクTE*を設定した場合の目標トルクTE*及び空燃比検出値AFの推移が破線で併せ示されている。
同図では、アクセルペダルの踏み込みに応じた目標トルクTE*の増加中の時刻t1において、目標空燃比AFTに対する空燃比検出値AFの偏差が既定値α以上に拡大している。本実施形態では、この時刻t1から同偏差が既定値α未満に縮小する時刻t2までの期間、補正処理により、目標トルクTE*の算出に用いる定数Kの値が通常よりも大きい値とされる。そのため、時刻t1から時刻t2までの期間には、通常よりも変化が抑えられた値として目標トルクTE*が算出され、エンジントルクTEの変化が緩和されるため、空燃比の乱れが抑えられる。
ちなみに、こうした本実施形態では、パワー管理用ECU30が、要求駆動力算出処理(S100)を通じて要求駆動力算出部としての処理を、要求トルク算出処理(S130)を通じて要求トルク算出部として処理を、それぞれ行っている。また、パワー管理用ECU30は、緩変化処理(S150)を通じて緩変化処理部としての処理を、補正処理(S160)を通じて補正処理部としての処理を、それぞれ行っている。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・本実施形態では、式(1)を通じて値を更新することで、値の変化を緩和する緩変化処理を要求トルクTEF*に施した値となるようにエンジン11の目標トルクTE*を算出していた。要求トルクTEF*よりも値の変化が緩和された値となるように目標トルクTE*の値が算出されるのであれば、緩変化処理での目標トルクTE*の算出をそれ以外の方法で行うようにしてもよい。
・本実施形態では、補正処理において、空燃比の偏差が既定値α未満の場合と、既定値α以上の場合とで定数Kの値を2通りに変更していたが、同偏差に応じて定数Kの値を3通り以上に変更したり、同偏差に応じて定数Kの値を連続的に変更したり、するようにしてもよい。
・本実施形態では、目標トルクTE*の算出に用いる定数Kの値を、エンジン11の空燃比の目標値と同空燃比の検出値との偏差に応じて変化させることで補正処理を行っていたが、同補正処理をそれ以外の方法で行うようにしてもよい。要は、上記空燃比の偏差が大きいときには同偏差が小さいときに比して、値の変化が緩和されるように目標トルクTE*の値が同偏差に応じて補正される処理であれば、補正処理として採用することができる。例えば空燃比の偏差に応じて目標トルクTE*の値を直接操作する処理を、補正処理として採用してもよい。
・空燃比の偏差に応じた補正処理を行わずに目標トルクTE*を算出するようにしてもよい。
・本実施形態では、要求駆動力TP*に対してショック緩和処理を施した最終要求駆動力TPSM*に基づき、第2モータ指令トルクTM2*を算出していたが、ショック緩和処理を行わずに要求駆動力TP*に基づいて第2モータ指令トルクTM2*を算出するようにしてもよい。
・本実施形態の制御装置は、エンジン11と第1発電電動機12及び第2発電電動機13を走行用の駆動源として備えるハイブリッド車両に適用されていたが、エンジンとモータとを走行用の駆動源として備えた車両であれば駆動系の構成が異なるハイブリッド車両にも適用することが可能である。
10…パワーユニット、11…エンジン、12…第1発電電動機(モータ)、13…第2発電電動機(モータ)、30…パワー管理用ECU(要求駆動力算出部、要求トルク算出部、緩変化処理部、補正処理部)、31…エンジンECU(エンジン制御部)、32…モータECU(モータ制御部)。

Claims (2)

  1. エンジン及びモータを走行用の駆動源として備えるハイブリッド車両に適用され、
    アクセル開度に基づき要求駆動力を算出する要求駆動力算出部と、
    前記要求駆動力に基づいて前記エンジンの要求トルクを算出する要求トルク算出部と、
    値の変化を緩和する緩変化処理を前記要求トルクに施した値を前記エンジンの目標トルクとして算出する緩変化処理部と、
    エンジントルクが前記目標トルクと等しい大きさとなるようにエンジン制御を行うエンジン制御部と、
    前記エンジントルクが前記目標トルクと等しい大きさとされた状態において当該ハイブリッド車両の駆動力が前記要求駆動力と等しい大きさとなるように前記モータのトルク制御を行うモータ制御部と、
    を備えるハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記エンジンの空燃比の目標値と同空燃比の検出値との偏差に基づき、前記目標トルクを補正する補正処理部を備える
    請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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