(57)【要約】      （修正有）【課題】外乱の発生の有無にかかわらず制御応答性を確保することができる駆動力制御装置を提供する。【解決手段】制御目標値に基づいて、制御対象の出力を制御目標値となるように制御指令値を演算するフィードフォワード指令値演算手段２１と、制御指令値を設定した制限値に制限する制限部２６と、を備え、フィードフォワード指令値演算手段は、制御指令値が制限値よりも大きいときには、制御目標値に加えて制御対象が出力した出力値に基づいて制御指令値を演算する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御目標値に基づいて、制御対象の出力を前記制御目標値となるように制御指令値を演算するフィードフォワード指令値演算手段と、
前記制御指令値を設定した制限値に制限する制限部と、
を備え、
前記フィードフォワード指令値演算手段は、前記制御指令値が前記制限値よりも大きいときには、前記制御目標値に加えて前記制御対象が出力した出力値に基づいて前記制御指令値を演算することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項1に記載の制御装置において、
前記フィードフォワード指令値演算手段は、前記フィードフォワード指令値演算手段内で前記制御目標値に基づいて演算した値の前回値を保持し、前記前回値を用いて前記制御指令値を演算する手段であって、前記制御指令値が前記制限値よりも大きいときには、前記前回値に代えて前記制御対象が出力した出力値を用いて前記制御指令値を演算することを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象の出力を制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動力制御装置としては、例えば特許文献1に記載のようなものが知られている。この文献には、エンジンの制御装置において、一時遅れ系のモデルを用いてスロットル規範応答開度を演算するフィードフォワード補償器と、比例積分制御を行うフィードバック補償器と、電流指令値と実際の出力値から外乱による出力値の誤差を小さくする外乱補償器と、指令電流の電流制限を行う電流制限値算出器とからなるものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2008-157083号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献1に記載の技術では、電流指令値に対して外乱分の電流値が足し込まれるため電流制限値に引っかかってしまい、最終的な電流指令値が抑制され、設定している時定数よりも制御応答時間を要し、制御応答性が悪化するおそれがあった。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、外乱の発生の有無にかかわらず制御応答性を確保することができる駆動力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために本発明では、制御目標値に基づいて、制御対象の出力を制御目標値となるように制御指令値を演算するフィードフォワード指令値演算手段と、制御指令値を設定した制限値に制限する制限部と、を備え、フィードフォワード指令値演算手段は、制御指令値が制限値よりも大きいときには、制御目標値に加えて制御対象が出力した出力値に基づいて制御指令値を演算するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
よって、外乱の発生の有無にかかわらず制御応答性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例1の駆動パワートレインのシステム図である。
【図２】実施例1のモータジェネレータ制御部のブロック図である。
【図３】実施例1のフィードフォワード補償器の実装回路構成図である。
【図４】比較例のモータジェネレータ制御部のブロック図である。
【図５】実施例1のモータジェネレータの回転数およびトルクのタイムチャートである。
【図６】実施例1のタイムチャートの拡大図である。
【図７】実施例2のモータジェネレータ制御部のブロック図である。
【図８】比較例のモータジェネレータ制御部のブロック図である。
【図９】実施例2のモータジェネレータの回転数およびトルクのタイムチャートである。
【図１０】実施例2のタイムチャートの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例1〕
［ハイブリッド車両の駆動系構成］
図1は後輪駆動によるハイブリッド車両15の駆動パワートレインのシステム図である。ハイブリッド車両15は、エンジン1と、第一クラッチ6と、モータジェネレータ5と、第二クラッチ7と、自動変速機3と、プロペラシャフト10と、ディファレンシャル8と、左右のドライブシャフト9と、左右の後輪2と、を有する。
【０００９】
エンジン1は、例えばガソリンエンジンであり、エンジンコントローラからの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。
第一クラッチ6は、エンジン1とモータジェネレータ5との間に介装されたクラッチであり、第一クラッチコントローラからの制御指令に基づいて、第一クラッチ油圧ユニットにより作り出された制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。
【００１０】
モータジェネレータ5は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、モータコントローラからの制御指令に基づいて、インバータにより作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータジェネレータ5は、バッテリからの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリを充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。尚、このモータジェネレータ5のロータは、図外のダンパーを介して自動変速機3の入力軸に連結されている。
【００１１】
第二クラッチ7は、モータジェネレータ5と後輪2との間に介装されたクラッチであり、ＡＴコントローラからの制御指令に基づいて、第二クラッチ油圧ユニットにより作り出された制御油圧により、スリップ締結を含み締結・開放が制御される。
自動変速機3は、有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機であり、第二クラッチ7は専用クラッチとして新たに追加したものではなく、自動変速機3の各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用している。
【００１２】
そして、自動変速機3の出力軸3bは、車両駆動軸としてのプロペラシャフト10、ディファレンシャル8、ドライブシャフト9を介して後輪2に連結されている。なお、第一クラッチ6と第二クラッチ7には、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いている。
【００１３】
このハイブリッド駆動系には、第一クラッチ6の締結・開放状態に応じて３つの走行モードを有する。第一走行モードは、第一クラッチ6の開放状態で、モータジェネレータ5の動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードとしての電気自動車走行モード（以下、「EV走行モード」）である。第二走行モードは、第一クラッチ6の締結状態で、エンジン1を動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モード（以下、「HEV走行モード」）である。第三走行モードは、第一クラッチ6の締結状態で第二クラッチ7をスリップ制御させ、エンジン1を動力源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モード（以下、「WSC走行モード」）である。このモードは、特にバッテリSOCが低いときやエンジン水温が低いときに、クリープ走行を達成可能なモードである。なお、EV走行モードからHEV走行モードに遷移するときは、第一クラッチCL1を締結しモータジェネレータMGのトルクを用いてエンジン始動を行う。
【００１４】
上記「HEV走行モード」には、「エンジン走行モード」と「モータアシスト走行モード」と「走行発電モード」との３つの走行モードを有する。「エンジン走行モード」は、エンジン1のみを動力源として駆動輪を動かす。「モータアシスト走行モード」は、エンジン1とモータジェネレータ5の２つを動力源として駆動輪を動かす。「走行発電モード」は、エンジン1を動力源として後輪2を動かすと同時に、モータジェネレータ5を発電機として機能させる。
【００１５】
定速運転時や加速運転時には、エンジン1の動力を利用してモータジェネレータ5を発電機として動作させる。また、減速運転時は、制動エネルギを回生してモータジェネレータ5により発電し、バッテリの充電のために使用する。また、更なるモードとして、車両停止時には、エンジン1の動力を利用してモータジェネレータ5を発電機として動作させる発電モードを有する。
【００１６】
またセンサ類として、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ11、モータジェネレータの回転数を検出するモータジェネレータ回転数センサ12、自動変速機3の入力軸3aの回転数を検出する入力回転数センサ13、自動変速機3の出力軸3bの回転数を検出する出力回転数センサ14を有している。
【００１７】
［モータジェネレータのモデル］
制御対象であるモータジェネレータ5のモデルは、次の式で表せられる。
Gp(s)＝1/（J・s＋C）
ここで、Jはイナーシャ項、Cは粘性項を示す。
【００１８】
イナーシャ項Jおよび粘性項Cについて説明する。第一クラッチ6よりもエンジン側におけるエンジンイナーシャ項をJ1、エンジン粘性項をC1とする。第一クラッチ6と第二クラッチ7との間におけるモータイナーシャ項をJ2、モータ粘性項をC2とする。第二クラッチ7よりも後輪2側における車両イナーシャ項をJ3、車両粘性項をC3とする。イナーシャ項J1,J2,J3および粘性項C1,C2,C3は、実験等により予め求めておくことができる。
【００１９】
モデルのイナーシャ項Jおよび粘性項Cは、第一クラッチ6および第二クラッチ7の締結状態の組み合わせに応じて変化する。
第一クラッチ6および第二クラッチ7をともに解放しているとき（クラッチ状態(1)）では、
J=J2
C=C2
となる。
【００２０】
第一クラッチ6を締結し、第二クラッチ7を解放しているとき（クラッチ状態(2)）では、
J=J1+J2
C=C1+C2
となる。
第一クラッチ6を解放し、第二クラッチ7を締結しているとき（クラッチ状態(3)）では、
J=J2+J3
C=C2+C3
となる。
【００２１】
第一クラッチ6および第二クラッチ7をともに締結しているとき（クラッチ状態(4)）では、
J=J1+J2+J3
C=C1+C2+C3
となる。
第一クラッチ6を解放し、第二クラッチ7をスリップさせているとき（クラッチ状態(5)）では、
J=J2
C=C2
となる。
【００２２】
第一クラッチ6を締結し、第二クラッチ7をスリップさせているとき（クラッチ状態(6)）では、
J=J1+J2
C=C1+C2
となる。
【００２３】
［モータジェネレータ制御部の構成］
図2は、モータジェネレータ5を制御するモータジェネレータ制御部20のブロック図である。モータジェネレータ制御部20は、フィードフォワード補償器21と、第一モデルマッチング項22と、第一加減算器23、第二モデルマッチング項24と、第二加減算器25と、リミット処理器26と、ローパスフィルタ27と、位相補償器28と、第三加減算器29と、比較器30とを有している。
【００２４】
フィードフォワード補償器21は、モータジェネレータ5の目標回転数tNmを入力し、次の伝達関数FF(s)をかけて出力する。
FF(s)=(τm・s+1)/(τf・s+1)
ここで、τmは指令値追従応答時定数[sec]、τfは位相補償時定数[sec]を示す。
【００２５】
第一モデルマッチング項22は、フィードフォワード補償器21の出力値を入力し、次の伝達関数K2をかけて出力する。
K2=(C+K1)/K1
ここでCは制御対象粘性項、K1は後述する第二モデルマッチング項24の伝達関数である。
第一加減算器23は、第一モデルマッチング項22の出力値と、実際のモータジェネレータ回転数との差分を演算して出力する。
【００２６】
第二モデルマッチング項24は、第一加減算器23の出力値を入力し、次の伝達関数K1をかけて、モデルマッチング出力値ΔTmとして出力する。つまり第二モデルマッチング項24は、フィードバック補償器として機能している。モデルマッチング出力値ΔTmは、目標回転数tNmと実回転数Nmとからフィードフォワード補償およびフィードバック補償を行った後のモータジェネレータ5に対するトルク指令値である。
K1=(J・τm・C)/τm
ここでJはモータジェネレータ5のモデルのイナーシャ項である。
【００２７】
第二加減算器25は、モデルマッチング出力値ΔTmと、後述する外乱推定値Destとの差分を演算してトルク指令補正値ΔTm'として出力する。
リミット処理器26は、トルク指令補正値ΔTm'に対してトルク制限をかけて、最終的なトルク指令値ΔTm*として出力する。実施例1では、トルク制限値を200[Nm]としている。
【００２８】
ローパスフィルタ27は、トルク指令値ΔTm*を入力し、次の伝達関数H(s)をかけて出力する。
H(s)＝1/（1＋τh・s）
ここでτhは外乱抑制応答時定数[sec]である。
【００２９】
位相補償器28は、ローパスフィルタの伝達関数H(s)にモータジェネレータ5のモデルの逆系1/Gp(s)を、実際のモータジェネレータ回転数にかけた値を出力する。つまり、出力トルクを推定している。
第三加減算器29は、ローパスフィルタ27の出力値と位相補償器28の出力値（出力トルク推定値）の差分を外乱推定値Destとして出力する。つまり、ローパスフィルタ27、位相補償器28、第三加減算器29によって、外乱補償器を構成している
【００３０】
比較器30は、モデルマッチング出力値ΔTmとトルク指令補正値ΔTm'とを比較して、モデルマッチング出力値ΔTmがトルク指令補正値ΔTm'よりも大きいとき(ΔTm＞ΔTm')には信号SWとして「1」を、それ以外のときには「0」を出力する。
【００３１】
［フィードフォワード補償器の構成］
図3はフィードフォワード補償器21を実装する際の回路構成を示す図である。
第一処理部21aは、モータジェネレータ5の目標回転数tNmにゲインF2をかけて出力する。
第二処理部21bは、目標回転数tNmの前回値を保持し出力する。
第三処理部21cは、目標回転数tNmの今回値と前回値とを加算し、そこから後述する第九処理部21iの出力を減算した値を出力する。
【００３２】
第四処理部21dは、第三処理部21cの出力値にゲインF3をかけて出力する。
第五処理部21eは、第四処理部21dの出力値と、第八処理部21hの出力値とを加算して出力する。
第六処理部21fは、第五処理部21eの出力値にゲインF1をかけて出力する。
【００３３】
第七処理部21gは、第一処理部21aの出力値と第六処理部21fの出力値との差分をとってフィードフォワード補償器21の出力値とする。
第八処理部21hは、第五処理部21eの前回値を保持し出力する。
第九処理部21iは、第八処理部21hの出力値にゲインF4をかけて出力する。
【００３４】
なお、比較器30からの信号SWが「1」のときには第二処理部21bおよび第八処理部21hは際の実際のモータジェネレータ回転数を出力するようにしている。
【００３５】
［フィードバック補償について］
【００３６】
前述のように、クラッチ状態(1)と(5)ではイナーシャ項Jと粘性項Cは同じであり、またクラッチ状態(2)と(6)ではイナーシャ項Jと粘性項Cは同じである。つまり、第二クラッチが解放しているときとスリップしているときとではモデルは同じに設定されることとなる。
【００３７】
そのため、フィードバック補償によりモータジェネレータ5の制御を行うと、第二クラッチ7がスリップ状態であるときのクラッチ伝達トルクも駆動パワートレインのモデルのフリクションとともにフィードバックループで補償することとなる。そのため、アクセル操作に伴う第二クラッチ7のスリップによる伝達トルクの変化分に対応した補償量がフィードバックループ（積分器）に蓄積され、第二クラッチ7がスリップ状態と非スリップ状態（解放状態）との間で状態変化する過渡期において、蓄積された補償量が放出されるまでは、モータジェネレータ5の回転数Nmは目標回転数tNmとならず、制御応答性が悪化する問題がある。
【００３８】
［作用］
実施例1では、上記のフィードバック補償の制御応答性の悪化を抑制するためにフィードフォワード補償を組み合わせている。しかし、フィードフォワード補償を組み合わせたとしても、設定した時定数に対して制御応答が大幅に遅れることがあった。これについて比較例を用いて詳しく説明する。
実施例1では上述のように、モデルマッチング出力値ΔTmがトルク指令補正値ΔTm'よりも大きいとき(ΔTm＞ΔTm')には、フィードフォワード補償器21で保持していた前回値を、現在出力しているモータジェネレータ回転数にリセットするようにしている。比較例として、この処理を行わない場合の制御ブロック図を図4に示す。図4は、図2の制御ブロック図に対して比較器30を除いたものである。
【００３９】
実際の外乱トルクが大きくなると、外乱推定値Destはマイナスの値となり絶対値が大きくなる。すなわち、外乱トルクにより低下するモータジェネレータ5の回転数を補うためにトルク指令補正値ΔTm'が大きく算出されることとなる。そのため、トルク指令補正値ΔTm'がトルク制限値に引っかかり易くなり、実際にモータジェネレータ5側に出力されるトルク指令値ΔTm*はトルク指令補正値ΔTm'よりも小さく、制御応答が遅れることとなる。トルク制限値よる制御応答遅れ自体は、モータジェネレータ5の性能によるものであり、制御の方では対応することはできない。
【００４０】
しかし、フィードフォワード補償器21では、実際のモータジェネレータ回転数に関わらず設定された時定数に応じて出力値を下げているため、トルク制限値よってモータジェネレータ回転数の上昇が遅れているにも関わらず、トルク指令補正値ΔTm'が小さく算出され、さらに制御応答遅れが生じていた。
【００４１】
そこで実施例1では、前述のようにフィードフォワード補償器21で保持していた前回値を、現在出力しているモータジェネレータ回転数にリセットするようにした。つまり、フィードフォワード補償器21でありながらも、現在のモータジェネレータ回転数に応じて出力を演算するようにした。
【００４２】
図5はモータジェネレータ5の回転数のタイムチャート（図5(a)）と、出力トルクのタイムチャート（図5(b)）であり、図6はその拡大図である。図5および図6では、トルク制限値を200[Nm]、位相補償時定数τfを0.05[sec]、指令値追従応答時定数[sec]に設定し、目標回転数tNmを0[rpm]から1000[rpm]まで上昇させたときの様子を示している。図5(a)、図6(a)において、実線は目標回転数tNmを、一点鎖線は実施例1の制御による回転数を、点線は比較例の制御による回転数を示す。図5(b)、図6(b)において、一点鎖線は実施例1の制御による出力トルクを、点線は比較例の制御による出力トルクを示す。
【００４３】
図5(b)、図6(b)に示すように、実施例1の制御では比較例の制御に比べて、トルク制限値（200[Nm]）を出力する時間が長くなっている。言い換えると、比較例の制御ではモータジェネレータ5の回転数が十分に上昇していないにも関わらず、出力トルクが低下している。そのため、応答時間が設定時定数の0.05[sec]に対して大きく劣化した0.1[sec]となっている。一方、実施例1の制御では出力トルクの低下タイミングを遅らせているため、設定時定数の0.05[sec]で応答できている。
【００４４】
［効果］
実施例1の効果について以下に列記する。
(1) 目標回転数tNm（制御目標値）に基づいて、モータジェネレータ5（制御対象）の出力回転数Nmを目標回転数tNmとなるように制御指令値を演算するフィードフォワード補償器21（フィードフォワード指令値演算手段）と、制御指令値を設定したトルク制限値に制限するリミット処理器26（制限部）と、を備え、フィードフォワード補償器21は、制御指令値がトルク制限値よりも大きいときには、制御目標値に加えてモータジェネレータ5が出力した出力回転数（出力値）に基づいて制御指令値を演算するようにした。
フィードフォワード補償器21において、モータジェネレータ5の出力回転数に応じて制御指令値を演算することができるため、外乱の発生の有無にかかわらず制御応答性を確保することができる。
【００４５】
(2) フィードフォワード補償器21は、フィードフォワード補償器21内で目標回転数tNmに基づいて演算した値の前回値を保持し、前回値を用いて制御指令値を演算する手段であって、制御指令値が制限値よりも大きいときには、前回値に代えてモータジェネレータ5が出力した出力回転数を用いて制御指令値を演算するようにした。
フィードフォワード補償器21内の変数を、出力回転数で初期化することにより、制御出力飽和時間が増加することで劣化した応答を改善させ、制御出力飽和解除後は設定した時定数に応じた応答時間で制御することができる。
【００４６】
〔実施例2〕
実施例1では、モータジェネレータ制御部20にフィードバック補償器および外乱補償器を有していたが、実施例2ではフィードフォワード補償器21のみから構成するようにした。
図7はフィードフォワード補償器21のみから構成されるモータジェネレータ制御部20の制御ブロック図である。図2で示した実施例1のモータジェネレータ制御部20に対して、第一モデルマッチング項22と、第一加減算器23、第二モデルマッチング項24と、第二加減算器25と、ローパスフィルタ27と、位相補償器28と、第三加減算器29とを有していない点で相違する。図8は、図7の制御ブロック図に対して比較器30を除いた比較例を示す。
【００４７】
図9はモータジェネレータ5の回転数のタイムチャート（図9(a)）と、出力トルクのタイムチャート（図9(b)）であり、図10はその拡大図である。図9および図10では、トルク制限値を200[Nm]、位相補償時定数τfを0.05[sec]、指令値追従応答時定数[sec]に設定し、目標回転数tNmを0[rpm]から1000[rpm]まで上昇させたときの様子を示している。図9(a)、図10(a)において、実線は目標回転数tNmを、一点鎖線は実施例1の制御による回転数を、点線は比較例の制御による回転数を示す。図9(b)、図10(b)において、一点鎖線は実施例1の制御による出力トルクを、点線は比較例の制御による出力トルクを示す。
【００４８】
図9(b)、図10(b)に示すように、実施例2の制御では比較例の制御に比べて、トルク制限値（200[Nm]）を出力する時間が長くなっている。言い換えると、比較例の制御ではモータジェネレータ5の回転数が十分に上昇していないにも関わらず、出力トルクが低下している。フィードバック補償器がないため、トルク制限が行われた分、回転数を上昇させることができず、最終的な出力回転数も目標回転数である1000[rpm]に到達することがない。
【００４９】
一方、実施例2の制御では、フィードフォワード補償器21において、トルク制限中にモータジェネレータ5の出力回転数に基づいて演算しているため、出力トルクの低下タイミングを遅らせ、設定時定数の0.05[sec]で応答できている。また最終的な出力回転数も目標回転数である1000[rpm]に到達させることができる。
【００５０】
［効果］
(3) フィードフォワード補償器21において、トルク制限中にモータジェネレータ5の出力回転数に基づいて演算しているため、トルク制限が生じたとしてもフィードフォワード補償器21によってモータジェネレータ5の出力回転数を目標回転数となるように制御することができる。
【００５１】
〔他の実施例〕
以上、本発明は上記実施例の構成に限らず、他の構成であっても構わない。実施例1,2では、ハイブリッド車両のモータジェネレータ5の回転数制御について説明したが、エンジンを搭載していない電気自動車のモータジェネレータの回転数制御に適用しても良いし、モータジェネレータの回転数制御に限らず、エンジンのスロットル開度制御に用いても良いし、他の制御対象に対する制御に用いても良い。
【符号の説明】
【００５２】
5    モータジェネレータ（制御対象）
21    フィードフォワード補償器（フィードフォワード指令値演算手段）
26    リミット処理器（制限部）
【図１】
2014215904.tif 000003
【図２】
2014215904.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014215904.tif 000009
【図８】
2014215904.tif 000010
【図９】
2014215904.tif 000011
【図１０】
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