| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両の発電制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松村 達雄
【住所又は居所】神奈川県厚木市恩名１３７０番地 株式会社ユニシアジェックス内
|
| 【要約】 |
【課題】エンジンで発電機を駆動して発電し、得られた電力で電動機を駆動して走行するモードを含んだハイブリッド車両の発電量を安定して確保する。
【解決手段】要求発電エネルギの小さい条件で、発電機は、負荷トルクを指令値に維持するトルク制御を行う一方、エンジンは、回転変動を出力トルクで調整する回転速度制御を行う構成とし、発電エネルギの変動を回転変動だけにして小さく抑制するようにした。目標角度（回転位相の目標値）の変化率を制限する目標角度変化率制限値を、進遅角制御方向とエンジン回転速度とに基づいて設定して制御する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンによって発電機を同期回転駆動して発電し、得られた電力で駆動する電動機により車軸を駆動する走行モードを含んで構成されたハイブリッド車両において、所定の条件で、前記発電機の負荷トルクを設定された指令値に維持するように制御すると共に、前記エンジンの出力トルクを該エンジン及び前記発電機の回転速度を目標値に維持するように制御することを特徴とするハイブリッド車両の発電制御装置。
【請求項２】前記発電機の負荷トルクの指令値は、要求発電エネルギを発電機の回転速度で除算して設定され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発電制御装置。
【請求項３】前記所定の条件は、要求発電エネルギが所定量以下のときであ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発電制御装置。
【請求項４】前記所定の条件以外の条件では、前記エンジンの出力トルクを設定された指令値に維持するように制御すると共に、前記発電機の負荷トルクを前記エンジン及び発電機の回転速度を目標値に維持するように制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の発電制御装置。
【請求項５】前記エンジンの出力トルクを、スロットル開度によって制御す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発電制御装置。
【請求項６】エンジンの主吸気通路のスロットル弁装着部をバイパスしてアイドル制御弁を介装したバイパス通路が接続され、前記所定の条件でのエンジンの出力トルクを、前記アイドル制御弁の開度によって制御す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発電制御装置。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ハイブリッド車両、特に、エンジンによって発電機を同期回転駆動して発電し、得られた電力で駆動する電動機により車軸を駆動する走行モードを含んで構成されたハイブリッド車両における発電制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】走行駆動源に電動機を用い、バッテリの残容量が低下するとエンジンにより発電機を駆動してバッテリおよび電動機に電力を供給するシリーズ・ハイブリッド車両が知られている。また、走行駆動源として電動機と共にエンジンを用いるパラレル・ハイブリッド車両においても、アイドル時等では、エンジンを車軸と伝達を切り離して発電機を駆動し、バッテリを充電している。
【０００３】この種のハイブリッド車両の発電制御時に、エンジンと発電機を同時に目標回転速度にフィードバック制御する場合の相互干渉による回転変動を抑制するため、エンジンの出力トルクは固定的に制御し、発電機の負荷トルクのみで回転変動を抑制するように制御するようにしたものが提案されている（特開平１０−２８８０６０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従来の発電制御では以下のような問題を生じていた。以下、図６を参照して説明する。この発電制御では、エンジンは回転速度を目標値とはせず、所定の指令値に維持する制御（以下トルク制御という）を行い、外乱による回転変動を目標回転速度と実回転速度との偏差に応じて発電機の負荷トルクを制御する（以下回転速度制御という）ことで抑制している。
【０００５】すなわち、エンジン及び該エンジンに同期して回転する発電機の回転速度が目標速度より増大したときは、減速させるように発電機の負荷トルクを増大し、目標速度より減少したときは、増速させるように負荷トルクを減少する。発電エネルギは、エンジン回転速度に比例する発電機の回転速度に、負荷トルクを乗じた値として算出される。ここで、回転速度の増大時は負荷トルクも増大し、回転速度の減少時は負荷トルクも減少するので、発電エネルギは回転変動と負荷トルクの変動の影響を同時に受けて大きく変動してしまう。
【０００６】また、外乱が大きい場合は、要求発電量を確保するため、目標回転速度や目標トルク（指令値）を切り換えたりせざるをえず、安定した制御を行えなくなることがあった。本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ハイブリッド車両において、安定して発電量を確保できるようにしたハイブリッド車両の発電制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係る発明は、エンジンによって発電機を同期回転駆動して発電し、得られた電力で駆動する電動機により車軸を駆動する走行モードを含んで構成されたハイブリッド車両において、所定の条件で、前記発電機の負荷トルクを設定された指令値に維持するように制御すると共に、前記エンジンの出力トルクを該エンジン及び前記発電機の回転速度を目標値に維持するように制御することを特徴とする。
【０００８】請求項１に係る発明によると、前記所定の条件で、エンジンの出力トルクを制御することによって回転変動を抑制し、発電機の負荷トルクは指令値に維持するように制御する。ここで、回転変動に対してエンジンの出力トルクのみを制御するので、前記相互干渉を生じることなく、回転変動を効果的に抑制できる。
【０００９】そして、発電機の負荷トルクは回転変動の影響を受けず、回転速度に負荷トルクを乗じて算出される発電エネルギは、回転変動分にのみ影響されるので、変動が少なく、発電量を安定して確保できる。また、請求項２に係る発明は、前記発電機の負荷トルクの指令値は、要求発電エネルギを発電機の回転速度で除算して設定されることを特徴とする。
【００１０】請求項２に係る発明によると、発電エネルギは、発電機の負荷トルクと回転速度の積で表されるので、負荷トルクの指令値は、要求発電エネルギを発電機の回転速度で除算して設定することにより、要求発電エネルギを得ることができる。また、請求項３に係る発明は、前記所定の条件は、要求発電エネルギが所定量以下のときであることを特徴とする。
【００１１】請求項３に係る発明によると、要求発電エネルギが少ないときは、要求発電エネルギに対して発電量の変動の影響が出やすいので、発電量を安定する効果が大きく、一方、要求発電エネルギが大きいときは、回転速度制御をエンジントルク制御で行うことが困難になるので行わない。
【００１２】請求項４に係る発明によると、前記所定の条件以外の条件では、前記エンジンの出力トルクを設定された指令値に維持するように制御すると共に、前記発電機の負荷トルクを前記エンジン及び発電機の回転速度を目標値に維持するように制御することを特徴とする。請求項４に係る発明によると、例えば、要求発電エネルギが大きい前記所定の条件以外の条件では、上記のように回転速度制御をエンジントルク制御で行うことが困難になるので、エンジンの出力トルクを指令値に維持し、発電機で回転速度制御を行うことにより安定した制御を行うことができる。
【００１３】また、請求項５に係る発明は、前記エンジンの出力トルクを、スロットル開度によって制御することを特徴とする。請求項５に係る発明によると、エンジンの出力トルクが、スロットル開度により吸入空気量を制御することによって制御される。
【００１４】また、請求項６に係る発明は、エンジンの主吸気通路のスロットル弁装着部をバイパスしてアイドル制御弁を介装したバイパス通路が接続され、前記所定の条件でのエンジンの出力トルクを、前記アイドル制御弁の開度によって制御することを特徴とする。
【００１５】請求項６に係る発明によると、前記所定の条件でのエンジンの出力トルクを、前記アイドル制御弁の開度によって高精度に制御することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、一実施形態にかかるシリーズ型ハイブリッド車両の全体構成を示す。図１において、エンジン（内燃機関）１の出力軸に、ギアトレイン２を介して発電機３が連結され、前記エンジン１により前記発電機３がエンジン回転に同期して駆動される。
【００１７】前記発電機３により発電された電力は、バッテリ４に充電される。前記バッテリ４から電力を供給される電動機５の出力軸に、ギアトレイン６、トランスミッション７、ファイナルギア８を介して車軸９が連結され、電動機５によって車軸９が駆動され走行する。前記エンジン１の吸気マニホールド（主吸気通路）１１には、開度を電子制御されるスロットル弁１２が介装され、該スロットル弁１２をバイパスして吸気マニホールド１１に接続されたバイパス通路１３にアイドル制御弁１４が介装されている。
【００１８】また、エンジン１の各気筒に燃料噴射弁１５が装着されている。コントロールユニット１６には、クランク角センサ１７によって検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、エアフローメータ１８によって検出される吸入空気量Ｑ、水温センサ１９によって検出されるエンジン水温Ｔｗ等が入力される。そして、コントロールユニット１６は、前記各センサ類からの検出信号に基づいて検出された運転状態に基づいて前記スロットル弁１２あるいはアイドル制御弁１４の開度を制御して吸入空気量Ｑを制御し、所定の空燃比となるように前記燃料噴射弁１５からの燃料噴射量Ｔｉを制御することによって、出力トルクを制御する。また、発電制御時は、前記発電機３の界磁電流を制御して負荷トルクを制御する。
【００１９】そして、本発明にかかる構成として、要求発電エネルギが所定量以下の低エネルギ条件では、前記発電機３は、負荷トルクを指令値に維持するトルク制御を行い、エンジン１は、エンジン１及び該エンジン１に同期して回転する発電機３の回転速度を目標値に維持するように出力トルクを制御する回転速度制御を行うようにする。また、要求発電エネルギが前記所定量を超える条件では、エンジン１の出力トルクを指令値に維持するトルク制御を行い、発電機３の負荷トルクで回転速度を目標値に維持する回転速度制御を行うように切り換える。
【００２０】以下、上記制御を図２以下に示したフローチャートに従って説明する。図２は、上記制御のメインルーチンであり、ステップ１では、前記要求発電エネルギが所定量以下の小エネルギであるか否かを判定する。前記所定量は、例えば、要求発電エネルギ／アイドル回転速度（＝目標トルク）がエンジン１の前記スロットル弁によるトルク制御分解能の１００倍程度の値に設定する。
【００２１】そして、前記ステップ１で前記要求発電エネルギが所定量以下と判定されたときは、ステップ２へ進んで発電機３の制御モードをトルク制御モードとする。ステップ３では、エンジン１の制御モードを前記アイドル制御弁１４の開度制御による回転速度制御モードとする。また、ステップ１で要求発電エネルギが所定量より大きいと判定されたときは、ステップ４へ進み、発電機３の制御モードを回転速度制御モードとする。
【００２２】ステップ５では、エンジン１の制御モードを前記スロットル弁１２の開度制御によるトルク制御モードとする。図３は、発電機３の制御ルーチンを示す。ステップ１１では、発電機３の制御モードを判別する。そして、図２のステップ２でトルク制御モードに設定されたと判別されたときは、ステップ１２へ進んで、発電機３のトルク制御における負荷トルクの指令値ＴLを次式により算出する。
【００２３】負荷トルク指令値ＴL＝要求発電エネルギＥｇ／発電機回転速度Ｎgiここで、発電機回転速度Ｎgiは、エンジンの所定のアイドル回転速度指令値Ｎeiに対応する（ギヤトレイン２のギア比で決定される）速度である。ステップ１１で発電機３の制御モードが、図２のステップ４で回転速度制御モードに設定されたと判別されたときは、ステップ１３へ進んで、回転速度制御における発電機３の回転速度指令値ＮgLを、要求発電エネルギＥｇに対する回転速度変換関数ｆ（Ｇｅｎ）によって算出する。具体的には、要求発電エネルギＥｇが増大するほど回転速度指令値ＮgLが増大して設定される。
【００２４】ステップ１４では、発電機３の基本負荷トルクＴLｂを次式により算出する。
基本負荷トルクＴLｂ＝要求発電エネルギＥｇ／発電機回転速度ＮgLここで、発電機回転速度として、前記ステップ１３で算出された指令値ＮgLが使用される。次いで、ステップ１５では、発電機３の回転速度制御におけるフィードバックトルクを次式により算出する。
【００２５】フィードバック負荷トルクＴLｆｂ＝（目標発電機回転速度ＮgL−実発電機回転速度Ｎgr）×Ｇｔｇここで、目標発電機回転速度ＮgLは前記ステップ１３で算出された指令値ＮgLであり、Ｇｔｇは発電機回転速度偏差を負荷トルクに変換するフィードバックゲインである。
【００２６】ステップ１６では、次式のように、前記基本負荷トルクＴLbとフィードバック負荷トルクＴLｆｂとを加算して最終的な負荷トルクＴLを算出する。
ＴL＝ＴLb＋ＴLｆｂステップ１７では、以上のようにトルク制御時にステップ１２で指令値として算出され、又は、回転速度制御時にステップ１６で算出された負荷トルクＴL相当の制御量（界磁電流）を発電機３に出力する。
【００２７】図４は、エンジンの制御ルーチンを示す。ステップ２１では、エンジン１の制御モードを判別する。そして、図２のステップ３で回転速度制御モードに設定されたと判別されたときは、ステップ２２へ進む。ステップ２２では、エンジン１の回転速度指令値を所定のアイドル回転速度Ｎeiに設定する。
【００２８】ステップ２３では、エンジン1の回転制御におけるアイドル制御弁１４の基本制御量（ベースデューティ）ＩＳＣｂを次式により算出する。
基本制御量ＩＳＣｂ＝基本アイドルトルクＴｅｉ×Ｇｉｓｃここで、前記基本アイドルトルクＩＳＣｂは、前記発電機３のトルク制御時にステップ１２で算出された負荷トルクの指令値ＴLに対応するエンジン１の発電分トルク（ギヤトレイン２のギア比で決定される）に、エンジン１を無負荷状態において前記アイドル回転速度Ｎｅｉで回転させるのに必要なアイドル回転トルクを加算して算出される。
【００２９】また、前記トルク−ＩＳＣ制御量変換ゲインＧｉｓｃは、アイドル制御弁１４の開度制御量に変換するゲインであり、前記基本アイドルトルクＩＳＣｂに該変換ゲインＧｉｓｃを乗じることで、アイドル制御弁１４の基本制御量ＩＳＣｂが算出される。次に、ステップ２４では、エンジン1の回転制御におけるアイドル制御弁１４のフィードバック制御量ＩＳＣｆｂを次式により算出する。
【００３０】フィードバック制御量ＩＳＣｆｂ＝（目標エンジン回転速度Ｎeｉ−実エンジン回転速度Ｎｉｒ）×Ｇｔｅここで、Ｇｔｅは、回転速度偏差フィードバックゲインであり、目標エンジン回転速度として前記ステップ２２で設定された指令値Ｎｅｉが使用される。ステップ２５では、前記基本制御量ＩＳＣｂに前記フィードバック制御量ＩＳＣｆｂを加算して、アイドル制御弁１４の最終的な制御量ＩＳＣを算出する。
【００３１】ステップ２６では、前記制御量ＩＳＣ（デューティ）をアイドル制御弁１４に出力して、アイドル制御弁１４を目標開度となるように制御する。一方、ステップ２１で、エンジン１の制御モードがトルク制御モードに設定されたと判別されたときは、ステップ２７へ進む。ステップ２７では、エンジン１の出力トルクの指令値Ｔｅを、発電機３の回転速度制御における基本負荷トルクＴLｂ相当の発電トルク（ギヤトレイン２のギア比で決定される）に、エンジン１を前記発電機３の回転速度指令値ＮgLに対応するエンジン回転速度で回転させるのに必要な回転トルクを加算して算出する。
【００３２】ステップ２８では、前記出力トルク指令値Ｔｅを得るためのスロットル弁開度制御量ＴＶＯを次式により算出する。
スロットル弁開度制御量ＴＶＯ＝出力トルク指令値Ｔｅ×ＧｐＧｐ：トルク−スロットル開度変換ゲインステップ２９では、スロットル弁開度制御量ＴＶＯを出力してスロットル弁開度を目標開度に制御する。
【００３３】次に作用を説明する。要求発電エネルギが小さい低負荷時には、発電機３の負荷トルクを指令値に維持するトルク制御を行いつつ、エンジン１の出力トルク調整によって回転変動を抑制する回転速度制御を行うことで、発電の負荷トルクが略一定に維持され、発電エネルギは回転変動のみの変動しか受けることが無く、安定した発電エネルギを供給できる（図５参照）。
【００３４】一方、要求発電エネルギが大きい高負荷時には、エンジン１の出力トルクを指令値に維持するトルク制御を行いつつ、発電機３の負荷トルク調整によって回転変動を抑制する回転速度制御を行うことで、安定したエンジンの出力トルク制御（スロットル制御）を行うことができる。なお、要求発電エネルギが大きいときは、発電エネルギの変動割合としては小さくなるので、変動の影響は小さい。
【００３５】なお、本実施形態では、要求発電エネルギが小さいときのエンジン出力トルク制御を、アイドル制御弁によって行うものを示したが、アイドル制御弁を設けず、スロットル開度のみで制御する構成としてもよい。また、本発明はエンジンを発電専用に用いるシリーズ型ハイブリッド車両への適用に限らず、エンジンを走行用としても用いるパラレル・ハイブリッド車両において、アイドル時等に、エンジンを車軸と伝達を切り離して発電機を駆動し、バッテリを充電するときのモードに適用できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１６７４０６
【氏名又は名称】株式会社日立ユニシアオートモティブ
【住所又は居所】神奈川県厚木市恩名１３７０番地
|
| 【出願日】 |
平成１３年６月２７日（２００１．６．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７８３３０
【弁理士】
【氏名又は名称】笹島 富二雄
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−１８７０５（Ｐ２００３−１８７０５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月１７日（２００３．１．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１９５０４５（Ｐ２００１−１９５０４５） |
|