(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の遊星歯車装置で構成され、エンジンで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現される動力伝達機構と、該動力伝達機構を介して駆動軸に動力を供給する第１のモータジェネレータと、前記駆動軸に直接もしくは前記動力伝達機構を介して動力を供給する第２のモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
車速とアクセル開度の検出値もしくは推定値から、目標駆動動力と目標駆動トルクを演算する目標駆動力生成手段と、
目標駆動動力から目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクを算出する目標値生成手段と、
前記目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するように、目標第１モータトルクを決める目標第１モータトルク演算手段と、
目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクと目標第２モータトルクとの線形結合方程式を用いて、前記目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクとから、目標第２モータトルクを決める目標第２モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
１つ以上の遊星歯車装置で構成され、エンジンで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現される動力伝達機構と、該動力伝達機構を介して駆動軸に動力を供給する第１のモータジェネレータと、前記駆動軸に直接もしくは前記動力伝達機構を介して動力を供給する第２のモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
車速とアクセル開度の検出値もしくは推定値から、目標駆動動力と目標駆動トルクを演算する目標駆動力生成手段と、
目標駆動動力から目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクを算出する目標値生成手段と、
走行抵抗トルクを推定する走行抵抗トルク検出手段と、
前記目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するように、目標第１モータトルクを決める目標第１モータトルク演算手段と、
走行抵抗トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクと目標第２モータトルクとの線形結合方程式を用いて、前記走行抵抗トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクとから、目標第２モータトルクを決める目標第２モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
１つ以上の遊星歯車装置で構成され、エンジンで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現される動力伝達機構と、該動力伝達機構を介して駆動軸に動力を供給する第１のモータジェネレータと、前記駆動軸に直接もしくは前記動力伝達機構を介して動力を供給する第２のモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
車速とアクセル開度の検出値もしくは推定値から、目標駆動動力と目標駆動トルクを演算する目標駆動力生成手段と、
目標駆動動力から目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクを算出する目標値生成手段と、
走行抵抗トルクを推定する走行抵抗トルク検出手段と、
前記目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するような目標エンジン回転加速度を演算する目標エンジン回転加速度演算手段と、
エンジン回転加速度とエンジントルクと走行抵抗と第１のモータトルクと第２のモータトルクとの線形結合方程式と、
駆動トルクとエンジントルクと走行抵抗と第１のモータトルクと第２のモータトルクとの線形結合方程式と、の２つの関係を用いて、
前記目標エンジントルクと目標エンジン回転加速度と目標駆動トルクと走行抵抗トルクとから、目標第１モータトルクと目標第２モータトルクとを決めるモータトルク演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
１つ以上の遊星歯車装置で構成され、エンジンで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現される動力伝達機構と、該動力伝達機構を介して駆動軸に動力を供給する第１のモータジェネレータと、前記駆動軸に直接もしくは前記動力伝達機構を介して動力を供給する第２のモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
車速とアクセル開度の検出値もしくは推定値から、目標駆動動力と目標駆動トルクを演算する目標駆動力生成手段と、
目標駆動動力から目標エンジン回転速度を算出する目標エンジン回転速度演算手段と、
エンジンや第１モータ及び第２モータの動作点が効率の良い動作点になるように第２モータの目標第２モータトルクを演算する目標第２モータトルク演算手段と、
走行抵抗トルクを推定する走行抵抗トルク検出手段と、
前記目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するような目標エンジン回転加速度を演算する目標エンジン回転加速度演算手段と、
エンジン回転加速度とエンジントルクと走行抵抗と第１のモータトルクと第２のモータトルクとの線形結合方程式と、
駆動トルクとエンジントルクと走行抵抗と第１のモータトルクと第２のモータトルクとの線形結合方程式と、の２つの関係を用いて、
前記目標エンジントルクと目標エンジン回転加速度と目標駆動トルクと走行抵抗トルクとから、目標エンジントルクと目標第１モータトルクとを決めるトルク演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４の何れか１項に記載されたハイブリッド車両の制御装置において、
前記走行抵抗トルク検出手段は、動力伝達機構のいずれか２つの回転速度と、エンジントルクと第１のモータトルクと第２のモータトルクとから、オブザーバを用いて走行抵抗トルクを推定することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１及び第２のモータトルクとエンジンの各動作点と各駆動トルクを、狙った目標値に定常的にも過渡的にも制御するハイブリッド車両の制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンと２つのモータジェネレータ１、モータジェネレータ２による動力を遊星歯車装置で合成して、駆動軸に出力するハイブリッド車両において、モータジェネレータが発生するトルクが、モータジェネレータ自身の速度変化に一部消費されることによる駆動トルクの過不足を抑える従来技術としては、下記に述べる技術が知られている。
【０００３】
エンジン回転速度と駆動軸回転速度の比で表される変速比が変化するとき、モータジェネレータ１およびモータジェネレータ２は、自身の回転速度変化に発生トルクの一部を消費する。すると、モータジェネレータ１およびモータジェネレータ２から遊星歯車装置に供給されるトルクが不足し、結果として、駆動トルクの過不足が生じる。従来技術では、このモータジェネレータ１およびモータジェネレータ２のトルク不足を、一方のモータジェネレータ回転速度変化率から推定する。そして、モータジェネレータのトルク目標値に上乗せすることで、駆動トルクの過不足を抑える（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３２４６２０号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車両の制御装置にあっては、以下の仮定の下にトルク補正を行っている。
(1)遊星歯車装置回転要素とエンジンの回転速度変化によるトルクは無視している。
(2)一方のモータジェネレータ回転速度変化率から他方のモータトルク不足分を演算する際の車速変化はゼロとしている。
【０００６】
このため、仮定が成り立たない状況では、以下に示すように、十分に駆動トルクの過不足を抑えることができず、運転者の希望する加速感が得られない可能性がある。
【０００７】
・変速比が変化するとき、遊星歯車装置回転要素の速度変化や、エンジンの速度変化にもトルクは消費される。この遊星歯車装置回転要素の速度変化や、エンジンの速度変化によるトルクは、モータジェネレータの回転速度変化に比べ、無視できるほど小さくはない。したがって、従来技術では、遊星歯車装置とエンジンの回転速度変化によるトルクは無視しているので、十分に駆動トルクの過不足を抑えることができない。
【０００８】
・変速比の変化は、瞬時に行われず、運転者の変速感覚を満たす有限時間で行われるのが一般的である。したがって、変速比が変化している間も、車両は加速する。従来技術では、一方のモータジェネレータ回転速度変化率から他方のモータトルク不足分を演算する際の車速変化はゼロとしているので、変速中に、精度良く他方のモータトルク不足分を演算することができない。さらに、遊星歯車装置回転要素の速度変化や、エンジンの速度変化によるトルクの演算には、遊星歯車装置の性質から、遊星歯車装置回転要素のうち、少なくとも２つの回転要素の回転速度変化を考慮する必要がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、２自由度の変速機特有の線形結合方程式を用い、変速中に車速が変化していても、目標駆動トルクが精度良く実現されることで、運転者の希望する加速感を得ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、
エンジンで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現される動力伝達機構と、第１のモータジェネレータと、第２のモータジェネレータと、を有するハイブリッド車両の制御装置において、
車速とアクセル開度の検出値もしくは推定値から、目標駆動動力と目標駆動トルクを演算する目標駆動力生成手段と、
目標駆動動力から目標エンジン回転速度及び目標エンジントルクを算出する目標値生成手段と、
前記目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するように、目標第１モータトルクを決める目標第１モータトルク演算手段と、
目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクと目標第２モータトルクとの線形結合方程式を用いて、前記目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクとから、目標第２モータトルクを決める目標第２モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の制御装置にあっては、目標第１モータトルク演算手段において、目標エンジン回転速度とエンジン回転速度との偏差が減少するように、目標第１モータトルクが決められることで、目標エンジン回転速度が実現される。そして、目標第２モータトルク演算手段において、目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクと目標第２モータトルクとの線形結合方程式を用いて、目標駆動トルクとエンジントルクと目標第１モータトルクとから、目標第２モータトルクが決められることで、動力伝達機構の回転要素の何れかの回転速度が変化しているときでも、目標駆動トルクが実現される。この結果、変速中に車速が変化していても、目標駆動トルクが精度良く実現されることで、運転者の希望する加速感を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車両の制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施例）
図１は、本発明第１実施例のハイブリッド変速機を示し、これを第１実施例においては、前輪駆動車（ＦＦ車）用のトランスアクスルとして用いるのに有用な以下の構成とする。
【００１４】
図１において、ハイブリッド変速機は、左側からエンジンENG、ラビニョ型遊星歯車装置２および複合電流２層モータ３を同軸に配置する。ラビニョ型遊星歯車装置２は、ピニオンP2を共有する第２シングルピニオン遊星歯車装置４および第１シングルピニオン遊星歯車装置５とから成る。第２シングルピニオン遊星歯車装置４はサンギヤS2およびリングギヤR2にそれぞれピニオンP2を噛合させた構造とし、第１シングルピニオン遊星歯車装置５はサンギヤS1および共有ピニオンP2の他に、リングギヤR1および大径ピニオンP1を具え、大径ピニオンP1をサンギヤS1、リングギヤR1および共有ピニオンP2の３者に噛合させた構造とする。そして遊星歯車装置４，５のピニオンP1，P2を全て、共通なキャリアCにより回転自在に支持する。なお、このラビニョ型遊星歯車装置２を縦列にみた場合には、上記のように２つのシングルピニオン遊星歯車装置４，５とみなされるが、ラビニョ型遊星歯車装置２を互いに交差するクロス列でみた場合には、互いに噛み合う大径ピニオンP1と共有ピニオンP2を有する２つのダブルピニオン遊星歯車装置とみなすことができる。
【００１５】
以上の構成になるラビニョ型遊星歯車装置２は、サンギヤS1、サンギヤS2、リングギヤR1、リングギヤR2、ピニオンP1、ピニオンP2およびキャリアCの７個の回転メンバを主たる要素とし、これら７個のメンバのうち、２個のメンバの回転速度を決定すると、他のメンバの回転速度が決まる２自由度の差動装置を構成する。かかるラビニョ型遊星歯車装置２に対し第１実施例においては、図１の左側に同軸に配置したエンジンENGからの回転がシングルピニオン遊星歯車装置５のリングギヤR2に入力されるよう、リングギヤR2にエンジンENGのクランクシャフトを結合する。一方で、ラビニョ型遊星歯車装置２からの出力回転を共通なキャリアCより取り出すよう、このキャリアCに車輪駆動系Out（例えば、図１におけるディファレンシャルギヤ装置を含む終減速機６および左右駆動車輪７）を結合する。
【００１６】
前記複合電流２層モータ３は、インナーロータ３riと、これを包囲する環状のアウターロータ３roとを、変速機ケース１内の後軸端に同軸に回転自在に支持して具え、これらインナーロータ３riおよびアウターロータ３ro間における環状空間に同軸に配置した環状コイルよりなるステータ３ｓを変速機ケース１に固設して構成する。かくして、環状コイル３ｓとアウターロータ３roとで外側に第２のモータジェネレータMG2が構成され、環状コイル３ｓとインナーロータ３riとで内側に第１のモータジェネレータMG1が構成される。ここでモータジェネレータMG1，MG2はそれぞれ、複合電流を供給される時は供給電流に応じた個々の方向の、また供給電流に応じた個々の速度（停止を含む）の回転を出力するモータとして機能し、複合電流を供給されない時は外力による回転に応じた電力を発生する発電機として機能する。かかる複合電流２層モータ３と、ラビニョ型遊星歯車装置２との間の結合に当たっては、ダブルピニオン遊星歯車装置５のサンギヤS1に第１のモータジェネレータMG1（詳しくはインナーロータ３ri）を結合し、シングルピニオン遊星歯車装置４のサンギヤS2に第２のモータジェネレータMG2（詳しくはアウターロータ３ro）を結合する。
【００１７】
図２は制御装置を含んだハイブリッドシステムの構成を示す。ハイブリッドシステムは、全体のエネルギーを統合制御する「統合コントローラ１０」と、エンジンENGを制御する「エンジンコントローラ１２」と、ハイブリッド変速機内のモータジェネレータMG1,MG2を制御する「モータコントローラ１１」と、モータジェネレータMG1,MG2に電気を供給する「インバータ１３」と、電気エネルギーを蓄える「バッテリ１４」と、モータジェネレータMG1,MG2を含む「ハイブリッド変速機」と、から成る。
【００１８】
前記統合コントローラ１０は、アクセル開度APとエンジン回転速度ωEと車速VSP(出力軸回転速度に比例)とに応じて、運転者が意図する運転状態を実現するように、モータコントローラ１１に目標ＭＧトルクを、エンジンコントローラ１２に目標エンジントルクを指令する。ここで、統合コントローラ１０に入力する回転速度は、エンジン回転速度と出力軸回転速度に限定されるものではなく、ラビニョ型遊星歯車装置２の回転要素のうち、いずれか２つの回転速度であれば良い。なぜなら、ラビニョ型遊星歯車装置２の回転自由度は２であるので、いずれか２つの回転要素の回転速度が分かれば、他の回転要素の回転速度も分かるためである。また、モータコントローラ１１への指令値は、目標ＭＧトルクではなく目標ＭＧ回転速度とし、モータコントローラ１１内部に、PI制御器などで目標ＭＧ回転速度を実現する制御系を有しても良い。
【００１９】
図３は、第１実施例の統合コントローラ１０で実行される制御のブロック図である。第１実施例の統合コントローラ１０は、「目標駆動力生成手段２０」と、「目標値生成手段２１」と、「エンジン回転制御手段２２」と、「駆動力制御手段２３」と、から成る。
【００２０】
前記目標駆動力生成手段２０は、アクセル開度APと車速VSPとから、目標駆動トルクT0*と目標駆動動力P0*を演算する。
先ず、アクセル開度APと車速VSPとから、図４に示す駆動トルクマップを用いて、ハイブリッド変速機出力軸における目標駆動トルクT0*を算出する。ここで、車速VSPは、例えば、出力軸回転速度ω0から次式を用いて演算される。
VSP=kv・ω0                              ...(1)
ここで、kvは、タイヤ半径やファイナルギア比で決まる定数である。
次に、目標駆動トルクT0*と出力軸回転速度ω0とから、目標駆動動力P0*を、
P0*＝ω0・T0*                              ...(2)
の式を用いて演算する。
【００２１】
目標値生成手段２１は、目標駆動動力P0*に応じて、目標エンジン回転速度ωE*と目標エンジントルクT E*とを演算する。例えば、目標エンジン回転速度と目標エンジントルクT E*として、目標駆動動力P0*をエンジンENGで供給した場合において、燃費最適となるエンジン動作点とすれば良い。先ず、目標駆動動力P0*から、図５に示す燃費最適目標エンジン回転速度マップを用いて、目標エンジン回転速度ωE*を算出する。次に、目標駆動動力P0*をエンジンENGで供給するために、次式を用いて、目標駆動動力P0*と目標エンジン回転速度ωE*とから、目標エンジントルクTE*を、
TE*＝P0*／ωE*                              ...(3)
の式を用いて演算する。
【００２２】
前記エンジン回転制御手段２２は、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEとの偏差を入力して、この偏差が減少するように目標ＭＧ１トルクT１*を決める（請求項１）。例えば、次式に示すPI制御器を用いて、目標ＭＧ１トルクT１*を演算すれば良い。
T１*＝{KP＋(KI/ｓ)｝・(ωE*−ωE)                …(4)
ここで、KP，KIはそれぞれPID制御器の比例ゲイン，積分ゲインであり、ｓはラプラス演算子である。
【００２３】
前記駆動力制御手段２４は、変速時や加速時においても、目標駆動トルクT0*が実現されるように、目標ＭＧ２トルクT2*を設定する（請求項１）。
【００２４】
ラビニョ型遊星歯車装置回転要素毎の運動方程式は、次のように表される。
第２シングルピニオン遊星歯車サンギア：
(IS2＋I2)ω'2＝T2＋rS2F1                              ...(5)
第２シングルピニオン遊星歯車ピニオンギア：
IP2ω'P2＝rP2(F1＋F2＋F3)                             ...(6)
第２シングルピニオン遊星歯車リングギア：
(IR2＋IE)ω'E＝TE−rR2F2                              ...(7)
共通キャリア：
(IC＋IV)ω'0＝−TR−rS2F1＋rR2F2−rS1F4＋rR1F5            ...(8)
第１シングルピニオン遊星歯車サンギア：
(IS1＋I1)ω'1＝T1＋rS1F4                              ...(9)
第１シングルピニオン遊星歯車ピニオンギア：
IP1ω'P1＝rP1(F3＋F4＋F5)                              ...(10)
第１シングルピニオン遊星歯車リングギア：
IR1ω'R1＝−rR1F5                                      ...(11)
ここで、添字はラビニョ型遊星歯車装置の名称を示し、Iは慣性モーメント、ωは回転速度、rは半径であり、TEはエンジントルク、T1はＭＧ１トルク、T2はＭＧ２トルク、TRは走行抵抗トルク、I1はMG1慣性モーメント、I2はMG2慣性モーメント、IEはエンジン慣性モーメント、IVは車両慣性であり、F1からF5は内部応力である。
【００２５】
また、出力軸における駆動トルクをTOとしたので、キャリアの運動方程式は次のようにも表される。
(IC+IV)ω'O＝TO−TR                            …(12)
よって、式(8),(12),(5),(7),(9),(11)から、駆動トルクTOは次式で表される。
TO＝T1+T2+TE-(IS1+I1)ω'1-(IS2+I2)ω'2-(IR2+IE)ω'E-IR1ω'R1    …(13)
式(13)を用いて、目標ＭＧ２トルクT2*は次式で演算できる（請求項１）。
T2*＝T0*-T1*-TE+(IS1+I1)ω'1+(IS2+I2)ω'2+(IR2+IE)ω'E+IR1ω'R1    …(14)
ここで、ω'EはωEを差分もしくは微分して得られる。また、ω'1とω'2とω'R1は、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素の回転加速度拘束を用いて、ω'Eとω'Oから得られる。ω'Oも、ω'Eと同様に、ωOを差分もしくは微分して得られる。
【００２６】
回転加速度の拘束式を次に示すと、
rR2ω'E＝rP2ω'P2＋rR2ω'0                        ...(15)
rs2ω'2＝rs2ω'0−rP2ω'P2                        ...(16)
rP1ω'P1＋rP2ω'P2＝０                            ...(17)
rR1ω'R1＝rP1ω'P1＋rR1ω'0                        ...(18)
rS1ω'1＝rS1ω'0−rP2ω'P1                        ...(19)
となる。この回転加速度の拘束式は、回転速度の拘束式を両辺時間微分したものである。この回転加速度の拘束式は、まとめると次のように書き直される。
0003711984.tif 000002
この回転加速度拘束式から、ラビニョ型遊星歯車装置の回転自由度が２であることも示される。
【００２７】
式(14)を用いて、目標ＭＧ２トルクT2*を指令することで、変速時や加速時の慣性トルクにより、目標駆動トルクT0*に対する駆動トルクの過不足を補償することができる。結果として、精度良く目標駆動トルクT0*を実現でき、運転者の希望に近い加速感が得られる。
【００２８】
次に、作用を説明する。
以下において、第１実施例の統合コントローラ１０で演算する制御演算処理を、図６に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば20ms毎に実行される。
【００２９】
ステップS1では、スロットル開度AP、エンジン回転速度ωE、出力軸回転速度ω0、エンジントルクTeの検出値を読み込む。
【００３０】
ステップS2では、出力軸回転速度ω0から、式(1)を用いて車速VSPを演算する。
【００３１】
ステップS3では、車速VSPとスロットル開度APとから、図４の駆動トルクマップを用いて、目標駆動トルクT0*を算出する。
【００３２】
ステップS4では、式(2)を用いて、目標駆動トルクT0*と出力軸回転速度ω0とから、目標駆動動力P0*を演算する。
【００３３】
ステップS5では、目標駆動動力P0*から、図５に示す燃費最適目標エンジン回転速度マップを用いて、目標エンジン回転速度ωE*を算出する。
【００３４】
ステップS6では、式(3)を用いて、目標駆動動力P0*と目標エンジン回転速度ωE*とから、目標エンジントルクTE*を演算する。
【００３５】
ステップS7では、式(4)に示すPI制御器を用いて、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEとの偏差が減少するように、目標ＭＧ１トルクT1*を決める。
【００３６】
ステップS8では、式(14)を用いて、目標駆動トルクT0*と目標ＭＧ１トルクT1*とエンジントルクTEとエンジン回転速度ωEと出力軸回転速度ω0とから、目標ＭＧ２トルクT2*を演算する。ここで、前述したように、ω'1とω'2とω'R1は、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素の回転加速度拘束式(式(15)から式(20))を用いて、ω'Eとω'0から得られる。なお、式(14)で用いる目標ＭＧ１トルクT1*はＭＧ１トルクT1でも良い、また、エンジントルクTEは目標エンジントルクTE*でも良い。
【００３７】
次に、効果を説明する。
第１実施例のハイブリッド車両の制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３８】
(1)１つ以上の遊星歯車装置で構成され、エンジンENGで発生される動力を駆動軸に伝達し、回転２自由度系で動特性が表現されるラビニョ型遊星歯車装置２と、該ラビニョ型遊星歯車装置２を介して駆動軸に動力を供給する第１のモータジェネレータMG1と、駆動軸に直接もしくはラビニョ型遊星歯車装置２を介して動力を供給する第２のモータジェネレータMG2とを有するハイブリッド車両の制御装置において、車速VSPとアクセル開度APの検出値もしくは推定値から、目標駆動動力PO*と目標駆動トルクTO*を演算する目標駆動力生成手段２０と、目標駆動動力PO*から目標エンジン回転速度ωE*を演算する目標値生成手段２１と、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれか２つの回転速度変化量と、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEと目標駆動動力PO*と目標駆動トルクTO*とから、目標駆動トルクTO*に対する駆動トルクの過不足が生じないようにすると共に、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEとの偏差が減少するように、第１及び第２のモータトルクT1,T2とエンジントルクTEの目標値T1*,T2*,TE*を設定する目標トルク演算手段とを有するため、変速中に車速VSPが変化していても、目標駆動トルクTO*が精度良く実現されるので、運転者の希望する加速感を得ることができる。
【００３９】
(2)前記目標トルク演算手段は、目標駆動動力PO*から目標エンジントルクTE*を算出する目標値生成手段２１と、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEとの偏差が減少するように、目標ＭＧ１トルクT1*を決めるエンジン回転制御手段２２（目標第１モータトルク演算手段）と、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれかの回転速度が変化しているときでも成立する、目標駆動トルクTO*とエンジントルクTEと目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*との線形結合方程式を用いて、目標駆動トルクTO*とエンジントルクTEと目標ＭＧ１トルクT1*とから、目標ＭＧ２トルクT2*を決める駆動力制御手段２３（目標第２モータトルク演算手段）とを有するため、目標エンジン回転速度ωE*を実現しながら、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれかの回転速度が変化しているときでも、目標駆動トルクTO*が実現できる。
【００４０】
（第２実施例）
第２実施例装置の構成のうち、図１のハイブリッド変速機の構成、図２のハイブリッドシステムの構成は、第１実施例と同じ構成であるために図示並びに説明は省略する。
【００４１】
図７は、第２実施例の統合コントローラ１０で実行される制御のブロック図である。なお、目標駆動力生成手段２０、目標値生成手段２１、エンジン回転制御手段２２は、第１実施例と同じとするため説明は省略する。
【００４２】
駆動力制御手段２４は、変速時や加速時においても、目標駆動トルクT0*が実現されるように、目標ＭＧ２トルクT2*を設定する。
【００４３】
式(5)と式(11)と式(20)とから、ラビニョ型遊星歯車装置２の動特性は、例えば、エンジン回転速度ωEと出力軸回転速度ω0とを状態量として次式で表される。
ω'E＝b11TR+b12TE+b13T1+b14T2                      ...(21)
ω'0＝b21TR+b22TE+b23T1+b24T2                      ...(22)
ここで、b+添字は、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素の半径と慣性モーメントで決まる定数である。式(12)と式(22)とから、ω'0を消去すると次式が得られる。
T0＝{(IC+IV)b21+1}TR+(IC+IV)b22TE+(IC+IV)b23T1+(IC+IV)b24T2    ...(23)
式(23)を利用して、目標MG２トルクT2*は次式で演算される(請求項２)。
0003711984.tif 000003
ここで、走行抵抗トルクTRは、例えば、外乱オブザーバを用いて推定すれば良い(請求項５)。以下に外乱オブザーバを説明する。
先ず、式(21),(22)で表されるラビニョ型遊星歯車装置２の動特性は、次式のように状態空間表現で表される。
0003711984.tif 000004
エンジン回転速度ωEと出力軸回転速度ω0は検出可能なので、出力方程式は次式で表される。
0003711984.tif 000005
走行抵抗トルクTRを一定外乱と仮定して状態量に加えて、式(25)のラビニョ型遊星歯車装置２の動特性を拡大すると、次式で表される。
0003711984.tif 000006
拡大系の出力方程式は次式で表される。
0003711984.tif 000007
式(25),(26)から、この拡大系は可観測である。したがって、外乱オブザーバで状態量を推定できる。外乱オブザーバを、次のように設計する。
X'd＝Adxd+Bdud+H(y-yd)                            ...(27)
ここで、Hはオブザーバゲインであり、状態量が指数関数的に収束するように設定する。
【００４４】
式(27)で表される外乱オブザーバで走行抵抗トルクTRを推定し、式(24)を用いて目標ＭＧ２トルクT2*を設定することで、回転速度を微分や差分して回転加速度を求めることなく、変速時や加速時の慣性トルクによる目標駆動トルクT0*に対する駆動トルクの過不足を補償することができる。さらに、目標ＭＧ２トルクT2*の演算に微分演算が入らないので、ノイズの影響により目標ＭＧ２トルクT2*が振動的になることを抑えられる。結果として、精度良く滑らかに目標駆動トルクT0*を実現でき、運転者の希望に近い加速感が得られる。
【００４５】
次に、作用を説明する。
以下において、第２実施例の統合コントローラ１０で演算する制御演算処理を、図８に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば20ms毎に実行される。
【００４６】
ステップS21からステップS26までは、それぞれ第１実施例のフローチャート（図６）におけるステップS1からS6と同じであるので、説明は省略する。
【００４７】
ステップS27では、式(27)を用いて、走行抵抗トルクTRを推定する（走行抵抗トルク検出手段）。
【００４８】
ステップS28は、第１実施例のフローチャートにおけるステップS7と同じであるので、説明は省略する（目標第１モータトルク演算手段）。
【００４９】
ステップS29では、式(24)を用いて、目標駆動トルクTO*と目標ＭＧ１トルクT1*とエンジントルクTEと走行抵抗トルクTRとエンジン回転速度ωEと出力軸回転速度ωOとから、目標ＭＧ２トルクT2*を演算する。なお、式(24)で用いる目標ＭＧ１トルクT1*はＭＧ１トルクT1でも良く、エンジントルクTEは目標エンジントルクTE*でも良い（目標第２モータトルク演算手段）。
【００５０】
次に、効果を説明する。
この第２実施例のハイブリッド車両の制御装置にあっては、第１実施例の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００５１】
(3)前記目標トルク演算手段は、走行抵抗トルクTRとエンジントルクTEとＭＧ１トルクT1及びＭＧ２トルクT2とから、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれか２つの回転速度変化に相当する量を演算するようにしたため、回転速度変化を、回転速度の差分や微分で求めることなく、ラビニョ型遊星歯車装置２に作用するトルクによる速度変化として求めることができ、回転速度検出値にノイズが混入している場合でも、差分もしくは微分演算によるノイズの増幅を抑えることができる。
【００５２】
(4)走行抵抗トルク検出手段は、ラビニョ型遊星歯車装置２のいずれか２つの回転速度と、エンジントルクTEとＭＧ１トルクT1とＭＧ２トルクT2とから、オブザーバを用いて走行抵抗トルクTRを推定するようにしたため、走行抵抗トルクTRを検出するための勾配センサなどを用いることなく走行抵抗トルクTRを推定できるので、コストアップを抑えることができる。
【００５３】
（第３実施例）
第３実施例装置の構成のうち、図１のハイブリッド変速機の構成、図２のハイブリッドシステムの構成は、第１実施例と同じ構成であるため図示並びに説明は省略する。
【００５４】
図９が、第３実施例の統合コントローラ１０で実行される制御のブロック図である。なお、目標駆動力生成手段２０、目標値生成手段２１は、第１実施例と同じとするため説明は省略する。
【００５５】
目標エンジン回転加速度演算手段２５は、目標エンジン回転速度ωE*とエンジン回転速度ωEとの偏差を入力して、この偏差が減少するように、目標エンジン回転加速度ω'E*を演算する（請求項４）。例えば、次式に示すスライディングモード制御器を用いて、目標エンジン回転加速度ω'E*を演算すれば良い。
0003711984.tif 000008
ここで、Kは目標エンジン回転加速度の上限を決める定数、εはσのゼロ近傍で、目標エンジン回転加速度ω'E*を連続化する正の定数である。
【００５６】
トルク配分手段２６は、変速時や加速時においても、目標駆動トルクTO*が実現されるように、目標ＭＧ１トルクT1*及び目標ＭＧ２トルクT2*を決める（請求項３）。
【００５７】
式(21)を用いて、目標エンジン回転加速度ω'E*と目標エンジントルクTE*を共に満たすトルクの関係は次式で表される。
ω'E*＝b11TR＋b12TE*＋b13T1＋b14T2                          ...(30)
また、式(23)から、目標駆動トルクT0*と目標エンジントルクTE*を共に満たすトルクの関係は次式で表される。
T0*＝{(IC+IV)b21+1}TR+(IC+IV)b22TE*+(IC+IV)b23T1+(IC+IV)b24T2  ...(31)
式(30)と式(31)をまとめると、次式が得られる。
0003711984.tif 000009
ここで、走行抵抗トルクTRは、第２実施例で示した外乱オブザーバを用いて推定すれば良い。また、目標エンジントルクの代わりに、エンジントルクの検出値もしくは推定値を用いても良い。この式(32)を用いて、目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*を演算すると、目標駆動トルクT0*と目標エンジン回転加速度ω'E*を満たす目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*が演算されるため、駆動トルクの変化が目標エンジン回転速度ω'E*の実現を遅らせることがなくなる。結果として、精度良く目標駆動トルクT0*と目標エンジン回転速度ω'E*を実現でき、運転者の希望に近い走行感が得られる。
【００５８】
次に、作用を説明する。
以下において、第３実施例の統合コントローラ１０で演算する制御演算処理を、図１０に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば20ms毎に実行される。
【００５９】
ステップS41からステップS47までは、それぞれ第２実施例のフローチャート（図８）におけるステップS21からS27と同じであるので、説明は省略する。
【００６０】
ステップS48では、式(25)と式(26)を用いて、目標エンジン回転数ωE*とエンジン回転速度ωEとから、目標エンジン回転加速度ω'E*を演算する（目標エンジン回転加速度演算手段）。
【００６１】
ステップS49では、式(32)を用いて、目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*と走行抵抗トルクTRとエンジントルクTEとから、目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*とを分配して求める。なお、式(32)で用いるエンジントルクTEは目標エンジントルクTE*でも良い（モータトルク演算手段）。
【００６２】
次に、効果を説明する。
この第３実施例のハイブリッド車両の制御装置にあっては、第１実施例の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００６３】
(5)前記目標トルク演算手段は、目標駆動動力PO*から目標エンジントルクTE*を算出する目標値生成手段２１と、エンジン回転速度ωEの動特性に基づく、エンジン回転加速度ω'EとエンジントルクTEと走行抵抗トルクTRとＭＧ１トルクT1とＭＧ２トルクT2との線形結合方程式と、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれかの回転速度が変化しているときでも成立する、駆動トルクTOとエンジントルクTEと走行抵抗トルクTRとＭＧ１トルクT1とＭＧ２トルクT2との線形結合方程式との２つの線形結合方程式を連立して解いて、前記目標値生成手段２１で求めた目標エンジントルクTE*と目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*と走行抵抗トルクTRとから、前記目標値生成手段２１で求めなかった目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*とを分配して求めるトルク配分手段２６（モータトルク演算手段）と、を有し、目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*とを実現するように、目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*とを分配して指令する構成としたため、目標駆動トルク変化が、目標エンジン回転速度ω'E*の実現を遅らせることはなくなる。
【００６４】
すなわち、第１のモータジェネレータMG1で目標エンジン回転速度ω'E*を実現し、第１のモータジェネレータMG1のトルクを入力して第２のモータジェネレータMG2で目標駆動トルクT0*を実現するように制御した場合、目標駆動トルク変化による第２のモータジェネレータMG2のトルク変化の結果、エンジン回転速度ω'Eは目標エンジン回転速度ω'E*からずれる。第１のモータジェネレータMG1は、このずれを検出した後に、エンジン回転速度ω'Eと目標エンジン回転速度ω'E*との偏差を補償するので、目標エンジン回転速度ω'E*の実現が遅れる。
【００６５】
(6)エンジントルクを検出または推定するエンジントルク検出手段を有し、前記目標値生成手段２１は、目標駆動動力P0*から目標エンジントルクTE*を算出し、前記トルク配分手段２６は、エンジントルクTEと目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクT0*と走行抵抗トルクTRとから、目標ＭＧ１トルクT1*と目標ＭＧ２トルクT2*とを演算するようにしたため、エンジンENGに比べ、目標値変化からトルク変化への応答が速いモータジェネレータMG1,MG2で、目標エンジン回転速度ω'E*と目標駆動トルクT0*とを実現するので、目標エンジン回転速度ω'E*と目標駆動トルクT0*との実現が速い。
【００６６】
（第４実施例）
第４実施例装置の構成のうち、図１のハイブリッド変速機の構成、図２のハイブリッドシステムの構成は、実施例１の構成と同じであるため図示並びに説明は省略する。
【００６７】
図１１が、第４実施例の統合コントローラ１０で実行される制御のブロック図である。なお、上記第１実施例から第３実施例に記載したように、本発明は、目標値生成手段で目標エンジントルクを設定し、その後、目標ＭＧトルクを設定する方法に限定されるものではなく、以下のように、目標値生成手段でいずれかの目標ＭＧトルクを設定し、その後、他方の目標ＭＧトルクと目標エンジントルクとを決めても良い（請求項４）。また、目標駆動力生成手段２０は、第１実施例と同じとするため説明は省略する。
【００６８】
目標値生成手段２７では、予め計算機シミュレーションや実験などで求めたマップを用いて、エンジンENGやモータジェネレータMG1,MG2の動作点が、最もエネルギー効率の良い動作点となるように、目標駆動動力P0*から目標ＭＧ２トルクT2*を算出する。
【００６９】
目標エンジン回転加速度演算手段２５は、第３実施例と同じとするため説明は省略する。
【００７０】
トルク配分手段２８は、変速時や加速時においても、目標駆動トルクT0*が実現されるように、目標ＭＧ１トルクT1*と目標エンジントルクTE*を決める。
実施例３と同様に、式(３０)と式(３１)を、左辺をT1*、T2*としてまとめると、次式で表される。
0003711984.tif 000010
ここで、走行抵抗トルクTRは、第２実施例で示した外乱オブザーバを用いて推定すれば良い。この式(33)を用いて、目標ＭＧ１トルクT1*と目標エンジントルクTE*を演算することで、変速時や加速時の慣性トルクにより、目標駆動トルクT0*に対する駆動トルクの過不足を補償することができる。結果として、精度良く目標駆動トルクT0*を実現でき、運転者の希望に近い加速感が得られる。
【００７１】
次に、作用を説明する。
以下において、第４実施例の統合コントローラ１０で演算する制御演算処理を、図１２に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば20ms毎に実行される。
【００７２】
ステップS61からステップS65までは、それぞれ第１実施例のフローチャート（図６）におけるステップS1からS5と同じであるので、説明は省略する。
【００７３】
ステップS66では、予め計算機シミュレーションや実験などで求めたマップを用いて、エンジンENGやモータジェネレータMG1.MG2の動作点が、最もエネルギー効率の良い動作点となるように、目標駆動動力PO*から目標ＭＧ２トルクT2*を算出する（目標第２モータトルク演算手段）。
【００７４】
ステップS67とステップS68は、それぞれ第３実施例のフローチャート（図１０）におけるステップS47とS48と同じであるので、説明は省略する。
【００７５】
ステップS69では、式(33)を用いて、目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*と走行抵抗トルクTRとＭＧ２トルクT2とから、目標ＭＧ１トルクT1*と目標エンジントルクTE*とを分配して求める。なお、式(33)で用いるＭＧ２トルクT2は目標値でも良い（モータトルク演算手段）。
【００７６】
次に、効果を説明する。
この第４実施例のハイブリッド車両の制御装置にあっては、第１実施例の(1)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７７】
(7)前記目標トルク演算手段は、目標駆動動力PO*から目標ＭＧ２トルクT2*を算出する目標値生成手段２７と、エンジン回転速度ωEの動特性に基づく、エンジン回転加速度ω'EとエンジントルクTEと走行抵抗トルクTRとＭＧ１トルクT1とＭＧ２トルクT2との線形結合方程式と、ラビニョ型遊星歯車装置回転要素のいずれかの回転速度が変化しているときでも成立する、駆動トルクTOとエンジントルクTEと走行抵抗トルクTRとＭＧ１トルクT1とＭＧ２トルクT2との線形結合方程式との２つの線形結合方程式を連立して解いて、前記目標値生成手段２７で求めた目標ＭＧ２トルクT2*と目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*と走行抵抗トルクTRとから、前記目標値生成手段２７で求めなかった目標ＭＧ１トルクT1*と目標エンジントルクTE*とを分配して求めるトルク配分手段２８（モータトルク演算手段）と、を有し、目標エンジン回転加速度ω'E*と目標駆動トルクTO*とを実現するように、目標ＭＧ１トルクT1*と目標エンジントルクTE*とを分配して指令する構成としたため、目標駆動トルク変化が、目標エンジン回転速度ω'E*の実現を遅らせることはなくなる。
【００７８】
以上、本発明のハイブリッド車両の制御装置を第１実施例〜第４実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００７９】
例えば、第１実施例〜第４実施例で示した構成のハイブリッド車両のみならず、回転２自由度の遊星歯車装置を用いたハイブリッド車両に対して適用できる。
【００８０】
さらに、エンジンと遊星歯車装置を断続するクラッチを有するハイブリッド車両にも適用でき、その場合は、エンジン回転速度の代わりに遊星歯車装置入力軸回転速度を制御して、変速比制御を行ってもよいし、エンジントルクの代わりにクラッチトルクを制御に用いればよい。
【００８１】
また、本発明は、遊星歯車装置のいずれかの回転要素をブレーキでケースに固定することで、ハイブリッド変速機を固定ギア比の変速機にすることができるハイブリッド車両における、ブレーキ解放時やスリップ時の制御に用いても効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例のハイブリッド車両の制御装置を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例のハイブリッド制御システム図である。
【図３】第１実施例装置の統合コントローラで実行される制御のブロック図である。
【図４】駆動トルクマップ図である。
【図５】燃費最適エンジン回転数マップ図である。
【図６】第１実施例装置の統合コントローラで演算する制御演算処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施例装置の統合コントローラで実行される制御のブロック図である。
【図８】第２実施例装置の統合コントローラで演算する制御演算処理を示すフローチャートである。
【図９】第３実施例装置の統合コントローラで実行される制御のブロック図である。
【図１０】第３実施例装置の統合コントローラで演算する制御演算処理を示すフローチャートである。
【図１１】第４実施例装置の統合コントローラで実行される制御のブロック図である。
【図１２】第４実施例装置の統合コントローラで演算する制御演算処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
ENG  エンジン
１  変速機ケース
２  ラビニョ型遊星歯車装置
３  複合電流２層モータ
3ro  アウターロータ（第２のモータジェネレータ）
3ri  インナーロータ（第１のモータジェネレータ）
3s  ステータ
４  第１シングルピニオン遊星歯車装置
５  第２ダブルピニオン遊星歯車装置
６  終減速機
７  左右駆動車輪
１０  統合コントローラ
１１  モータコントローラ
１２  エンジンコントローラ
１３  インバータ
１４  バッテリ
２０  目標駆動力生成手段
２１  目標値生成手段
２２  エンジン回転制御手段
２３  駆動力制御手段
２４  駆動力制御手段
２５  目標エンジン回転加速度演算手段
２６  トルク配分手段
２７  目標値生成手段
２８  トルク配分手段
【図１】
0003711984.tif 000011
【図２】
0003711984.tif 000012
【図３】
0003711984.tif 000013
【図４】
0003711984.tif 000014
【図５】
0003711984.tif 000015
【図６】
0003711984.tif 000016
【図７】
0003711984.tif 000017
【図８】
0003711984.tif 000018
【図９】
0003711984.tif 000019
【図１０】
0003711984.tif 000020
【図１１】
0003711984.tif 000021
【図１２】
0003711984.tif 000022