(57)【要約】【課題】  駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができる車両のモータトルク制御装置を提供すること。【解決手段】  少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、変速機の出力軸回転速度を検出する車速センサ８と、出力軸回転速度と目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する外乱推定手段６１と、前記外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する駆動力制御手段６２と、駆動力制御トルクに応じて前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段６４と、を有する第１モータトルク制御手段を設けた。【選択図】        図５
2006050747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御する第１モータトルク制御手段を設けたことを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記第１モータトルク制御手段は、
前記変速機の出力軸回転速度を検出する出力軸回転速度検出手段と、
出力軸回転速度と目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する外乱推定手段と、
前記外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する駆動力制御手段と、
駆動力制御トルクに応じて前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載された車両のモータトルク制御装置において、
符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段を有し、
前記目標モータトルク演算手段は、外乱相殺トルクと駆動力制御トルクとの和に応じて目標モータトルクを演算することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項４】
少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力と目標の値とに偏差がなくなるように演算された駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する第２モータトルク制御手段を設けたことを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記第２モータトルク制御手段は、
動力源回転速度と出力軸回転速度との何れか２つの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する変速制御手段と、
出力軸回転速度と目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する外乱推定手段と、
前記外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する駆動力制御手段と、
前記駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載された車両のモータトルク制御装置において、
符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段を有し、
前記目標モータトルク演算手段は、外乱相殺トルクと駆動力制御トルクとの和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクが変速制御量にのみに作用するように目標モータトルクを演算することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記動力源として、エンジンと第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを備え、
前記変速機は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力部材をそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを連結した差動装置と、締結解放制御により無段変速比モードと固定変速比モードとを切り換える締結要素と、を備えたハイブリッド車の駆動力合成変速機であることを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとする電気自動車やハイブリッド車のモータトルク制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、目標駆動力に応じてモータでトルクを出力して走行するハイブリッド車両では、車速とアクセル開度に応じて目標モータトルクを算出し、モータはこの目標モータトルクを実現するように制御される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２３２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来のモータトルク制御技術にあっては、車速とアクセル開度に応じて目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出しているため、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないことがある、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができる車両のモータトルク制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明における車両のモータトルク制御装置では、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御する第１モータトルク制御手段を設けた。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明の車両のモータトルク制御装置にあっては、第１モータトルク制御手段において、駆動力が外乱オブザーバで推定され、推定された駆動力が目標の値に一致するようにサーボ制御される。すなわち、例えば、タイヤ軸から変速機へのトルク反力によるドライブシャフト捩れトルクを出力軸動特性の外乱として取り扱う外乱オブザーバを構成し、この外乱オブザーバと既知の入力を用いてドライブシャフト捩れトルクを推定する。このドライブシャフト捩れトルクは、駆動力と等価であるため、目標駆動力と駆動力推定値（ドライブシャフト捩れトルク推定値）との偏差を無くすフィードバック制御が可能になる。この結果、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の車両のモータトルク制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１および実施例２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、ハイブリッド車の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1と、第２モータジェネレータMG2と、出力ギヤOG（出力部材）と、駆動力合成変速機TMと、を有する。
【０００９】
前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１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。
【００１０】
前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2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、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することによりそれぞれ独立に制御される。
【００１１】
前記駆動力合成変速機TMは、ラビニョウ型遊星歯車列PGR（差動装置）と、ローブレーキLBと、を有し、前記ラビニョウ型遊星歯車列PGRは、第１サンギヤS1と、第１ピニオンP1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2と、第２リングギヤR2と、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とを支持する共通キャリアPCと、によって構成されている。つまり、ラビニョウ型遊星歯車PGRは、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２リングギヤR2と、共通キャリアPCと、の５つの回転要素を有する。この５つの回転要素に対する入出力部材の連結関係について説明する。
【００１２】
前記第１サンギヤS1には、第１モータジェネレータMG1が連結されている。前記第１リングギヤR1は、ローブレーキLBを介してケースに固定可能に設けられている。前記第２サンギヤS2には、第２モータジェネレータMG2が連結されている。前記第２リングギヤR2には、エンジンクラッチECを介してエンジンＥが連結されている。前記共通キャリアPCには、出力ギヤOGが直結されている。なお、出力ギヤOGからは、図外のディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動輪に駆動力が伝達される。
【００１３】
上記連結関係により、図２に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1（第１サンギヤS1）、エンジンＥ（第２リングギヤR2）、出力ギヤOG（共通キャリアPC）、ローブレーキLB（第１リングギヤR1）、第２モータジェネレータMG2（第２サンギヤS2）の順に配列され、ラビニョウ型遊星歯車列PGRの動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。
ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸に各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比に基づく共線図レバー比になるように配置したものである。
【００１４】
前記エンジンクラッチECとローブレーキLBは、後述する油圧制御装置５からの油圧により締結される多板摩擦クラッチと多板摩擦ブレーキであり、エンジンクラッチECは、図２の共線図上において、エンジンＥと共に第２リングギヤR2の回転速度軸と一致する位置に配置され、ローブレーキLBは、図２の共線図上において、第１リングギヤR1の回転速度軸（出力ギヤOGの回転速度軸と第２サンギヤS2の回転速度軸との間の位置）に配置される。
【００１５】
次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第２リングギヤ回転数センサ１２と、を有して構成されている。
【００１６】
前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。
【００１７】
前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０，１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。
【００１８】
前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2との各ステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により独立した三相交流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。
【００１９】
前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令を受け、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。
【００２０】
前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第２リングギヤ回転数センサ１２からのエンジン入力回転速度ωin等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。
【００２１】
なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。
【００２２】
次に、ハイブリッド車の走行モードについて説明する。
実施例１のハイブリッド車における走行モードとしては、電気自動車無段変速モード（以下、「EVモード」という。）と、電気自動車固定変速モード（以下、「EV-LBモード」という。）と、ハイブリッド車固定変速モード（以下、「LBモード」という。）と、ハイブリッド車無段変速モード（以下、「E-iVTモード」という。）と、を有する。
【００２３】
前記「EVモード」は、図２(a)の共線図に示すように、二つのモータジェネレータMG1.MG2のみで走行する無段変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。
【００２４】
前記「EV-LBモード」は、図２(b)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、二つのモータジェネレータMG1,MG2のみで走行する固定変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。第１モータジェネレータMG1から出力Outputへの減速比、及び、第２モータジェネレータMG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。
【００２５】
前記「LBモード」は、図２(c)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する固定変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。
【００２６】
前記「E-iVTモード」は、図２(d)の共線図に示すように、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する無段変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。
【００２７】
そして、前記４つの走行モードのモード遷移制御は、統合コントローラ６により行われる。すなわち、統合コントローラ６には、要求駆動力Fdrv（アクセル開度APにより求められる。）と車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、図３に示すような前記４つの走行モードを割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両の停止時や走行時には、要求駆動力Fdrvと車速VSPとバッテリS.O.Cの各検知値により走行モードマップが検索され、要求駆動力Fdrvと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じて最適な走行モードが選択される。なお、図３は三次元走行モードマップをバッテリS.O.Cが充分な容量域のある値で切り取ることにより、要求駆動力Fdrvと車速VSPとの二次元によりあらわした走行モードマップの一例である。
【００２８】
前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「EV-LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。「E-iVTモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。また、「EVモード」と「E-iVTモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。「EV-LBモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。
【００２９】
図５は実施例１のモータトルク制御装置について説明する。
実施例１のモータトルク制御装置（第１モータトルク制御手段）は、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御するもので、車速センサ８（出力軸回転速度検出手段）と、外乱推定手段６１と、駆動力制御手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、を有して構成される。
【００３０】
前記車速センサ８は、駆動力合成変速機TMの出力軸回転速度を検出し、出力軸回転速度情報を外乱推定手段６１へ出力する。
【００３１】
前記外乱推定手段６１は、車速センサ８からの出力軸回転速度と、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する。
【００３２】
前記駆動力制御手段６２は、外乱推定手段６１からの外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する。ここで、「目標駆動力」は、アクセル開度と車速（出力軸回転速度）とバッテリS.O.Cに基づき、目標値生成部（上位コントローラ）にて生成される。
【００３３】
前記外乱相殺量演算手段６３は、外乱推定手段６１からの外乱推定値を入力し、符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。
【００３４】
前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクとの和に応じて前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。
【００３５】
次に、作用を説明する。
【００３６】
［駆動力制御と変速比制御］
実施例１の駆動力合成変速機TMは、上記のように、ラビニョウ型遊星歯車列PGRとローブレーキLBとエンジンクラッチECとを有して構成される。よって、エンジンクラッチECの状態と、ローブレーキLBの状態と、により、下記のように駆動力合成変速機TMの性質が変化する。
(a) エンジンクラッチ状態の変化
エンジンクラッチECの締結時には、エンジンＥのクランクシャフトと第２リングギヤR2とは一体となる。
・慣性モーメントの変化
締結時には、エンジン回転部と第２リングギヤR2の慣性モーメントを、第２リングギヤR2に集めたモデル化が可能である。
解放時（スリップ時含む）には、第２リングギヤR2の慣性モーメントに、エンジン回転部の慣性モーメントは含まれない。
・第２リングギヤR2に伝達されるトルクの変化
締結時には、エンジントルクである。
解放時（スリップ時含む）には、クラッチ摩擦トルクである。
(b) ローブレーキ状態の変化
ラビニョウ型遊星歯車列PGRの回転系の自由度は２であるのに対し、ローブレーキLBが締結されると回転系の自由度は１つ減る。
・変速特性の変化
締結時には、変速比（入力回転速度と出力回転速度の比）がある値に固定される。
解放時（スリップ時含む）には、変速比は各回転要素の回転速度により決まり、無段階の変速比制御が可能である。
【００３７】
よって、ローブレーキLBの状態による駆動力合成変速機TMの状態変化に応じて、下記のように制御を切り替える。
・ローブレーキLBの締結時には、駆動力制御のみを行う（実施例１）。
・ローブレーキLBの解放時（スリップ時含む）には、変速比制御と駆動力制御の両方を行う（実施例２）。
【００３８】
［本発明におけるモータトルク制御の考え方］
まず、ドライブシャフトの捩れを考慮したプラントモデルは、次式で表される。
dωo/dt＝−(b21k/if)θ＋ｕ                      …(1)
Ｉv・dωt/dt＝kθ＋ＴR                          …(2)
dθ/dt＝(ωo/if)−ωt                          …(3)
ここで、ωoは出力軸回転速度、ωtはタイヤ回転速度、θはドライブシャフト捩れ角度、ＴRは走行抵抗トルク、kはドライブシャフト捩れ剛性、Ｉvは車両慣性、ifはファイナルギヤ比、b21はユニット慣性モーメントで決まる定数である。
【００３９】
そして、図６に示すように、式(1)で表される出力軸回転速度の動特性（駆動力合成変速機TMの本体のみによるダイナミクス）をノミナルプラントとし、式(3)で表されるドライブシャフト捩れと式(2)で表されるタイヤ回転速度の動特性（ドライブシャフト以降のダイナミクス）をアンモデルドダイナミクスとして扱う。ドライブシャフトの捩れトルクは、ノミナルプラントへの外乱として取り扱う。
そして、ノミナルプラントに基づく外乱オブザーバを用いて、ドライブシャフト捩れトルク外乱を推定する。
ドライブシャフト捩れトルクは、駆動力と等価である。そこで、目標駆動力とドライブシャフト捩れトルク推定値との偏差がゼロになるように、駆動力サーボ系を構成する。
また、外乱推定値を用いて、ドライブシャフト捩れトルクを相殺するようにモータでトルクを発生させることで、ドライブシャフトの共振も抑えられる。
【００４０】
図７は図６に示すモータトルク制御系を示すブロック図である。図７の右側に破線で囲まれた部分は、「タイヤの動特性」と「ノミナルプラント」である。「タイヤの動特性」は、出力軸回転速度ωoと走行抵抗トルクＴRを入力し、出力軸トルクＴoをタイヤから路面に対して出力し、タイヤトルクＴt（＝出力軸トルクＴo）とファイナルギヤ比ifによるドライブシャフトの捩れトルクｄをノミナルプラントの加算器へ出力する。「ノミナルプラント」は、入力側からのモータトルクｕと出力側からのドライブシャフトの捩れトルクｄを加算する加算器と、加算した総トルクを積分して出力軸回転速度ωoを外乱オブザーバに出力する積分器と、を有する。
【００４１】
図７の左側に破線で囲まれた部分は、「外乱オブザーバ」と「モータトルク駆動力制御系」と「モータトルク振動制御系」とである。「外乱オブザーバ」は、モータトルクｕとノミナルプラントからの出力軸回転速度ωoを入力し、状態観測に基づき捩れトルク推定値ｄ^（＝駆動力推定値）を計算し、モータトルク駆動力制御系に対し出力する。なお、モータトルク振動制御系に対しては、捩れトルク推定値ｄ^を外乱相殺トルクｕ1として出力する。「モータトルク駆動力制御系」は、前記外乱オブザーバからの捩れトルク推定値ｄ^に基づき出力軸トルク推定値Ｔ^o（＝タイヤトルク推定値Ｔ^t）を算出し、出力軸トルク目標値Ｔ＊oから出力軸トルク推定値Ｔ^oを差し引いてトルク偏差を求め、このトルク偏差に基づきＰＩ制御（比例＋積分制御）を行って目標モータトルクｕ2を出力する。「モータトルク振動制御系」は、前記目標モータトルクｕ2から前記外乱相殺トルクｕ1を差し引くことでモータトルクｕを求める。
【００４２】
ここで、「外乱オブザーバ」と「モータトルク駆動力制御系」と「モータトルク振動制御系」とを式で表すと、
・外乱オブザーバ
dｄ^/dt＝ｈ2(ωo−ω^o)
dωo^/dt＝ｄ^＋ｈ1(ωo−ω^o)＋ｕ
ここで、ｈ1，ｈ2はオブザーバゲインである。
・モータトルク駆動力制御系
ｕ2＝KP{１＋(kI/s)}{Ｔ＊o−(ｄ^/b21)}
＝KP{１＋(kI/s)}{Ｔ＊o−Ｔ^o}
・モータトルク振動制御系
ｕ＝−ｕ1＋ｕ2
ｕ1＝ｄ^
となる。
【００４３】
［モータトルク制御作用］
実施例１のハイブリッド車のモータトルク制御装置では、ローブレーキLBが締結される「EV-LBモード」または「LBモード」において、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御することにより、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ようとするものである。
【００４４】
すなわち、外乱推定手段６１において、車速センサ８からの出力軸回転速度と、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する。次の駆動力制御手段６２において、外乱推定手段６１からの外乱推定値を駆動力推定値とし、アクセル開度と車速とバッテリS.O.Cに応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する。次の目標モータトルク演算手段６４において、駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクに応じてモータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。
【００４５】
このように、タイヤ軸から変速機へのトルク反力によるドライブシャフト捩れトルクを出力軸動特性の外乱として取り扱う外乱オブザーバを構成し、この外乱オブザーバと既知の入力を用いてドライブシャフト捩れトルクを推定するようにしている。しかも、ドライブシャフト捩れトルクは、駆動力と等価であるため、目標駆動力と駆動力推定値（ドライブシャフト捩れトルク推定値）との偏差を無くすフィードバック制御が可能であり、ＰＩ制御にて目標モータトルクを演算するようにしている。
【００４６】
この結果、目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出する従来技術のように、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないという問題が解消される。
【００４７】
さらに、実施例１では、外乱推定手段６１からの外乱推定値を入力し、符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３を有し、目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクとの和に応じてモータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算している。
【００４８】
したがって、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制できると共に、タイヤ軸から変速機へのトルク反力がモータトルクにより相殺されることで、ドライブシャフトの共振を抑制することができる。
【００４９】
加えて、例えば、特開昭６１−５３１８号公報に記載されているように、軸の両対の回転速度を求めるセンサを有し、これらの相対速度もしくは相対角度に応じて、電子的に軸に減衰を加えるものではなく、外乱オブザーバにより推定されたドライブシャフトの捩りトルク情報を利用するものであるため、振動抑制のための回転センサの設置によるコスト上昇も無い。
【００５０】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両のモータトルク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。
【００５１】
(1) 少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御する第１モータトルク制御手段を設けたため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができる。
【００５２】
(2) 前記第１モータトルク制御手段は、前記駆動力合成変速機TMの出力軸回転速度を検出する車速センサ８と、出力軸回転速度と目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する外乱推定手段６１と、前記外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する駆動力制御手段６２と、駆動力制御トルクに応じて前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段６４と、を有するため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制することができる。
【００５３】
(3) 符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３を有し、前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺トルクと駆動力制御トルクとの和に応じて目標モータトルクを演算するため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制することができると共に、外乱推定値の利用によりコスト増を招くことなく、ドライブシャフトの共振を抑制することができる。
【実施例２】
【００５４】
実施例２は、ローブレーキLBが解放される「EVモード」や「E-iVTモード」において変速比制御と駆動力制御（モータトルク制御）を行うようにした例である。
【００５５】
すなわち、実施例２のモータトルク制御装置（第２モータトルク制御手段）は、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力と目標の値とに偏差がなくなるように演算された駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する。実施例２のモータトルク制御装置は、図８に示すように、車速センサ８（回転速度検出手段）と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０（回転速度検出手段）と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１（回転速度検出手段）と、第２リングギヤ回転数センサ１２（回転速度検出手段）と、外乱推定手段６１と、駆動力制御手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、変速制御手段６５と、を有して構成される。
【００５６】
前記車速センサ８は、駆動力合成変速機TMの出力軸回転速度を検出し、出力軸回転速度情報を外乱推定手段６１へ出力する。
【００５７】
前記第１モータジェネレータ回転数センサ１０と第２モータジェネレータ回転数センサ１１と第２リングギヤ回転数センサ１２とは、動力源の何れかの回転速度情報を変速制御量と考えて、変速制御手段６５へ出力する。
【００５８】
前記変速制御手段６５は、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する。
ここで、「目標変速比」は、例えば、目標値生成部（上位コントローラ）にて生成された目標入力回転速度と出力軸回転速度との比により求められる。
【００５９】
前記外乱推定手段６１は、実施例１と同様に、車速センサ８からの出力軸回転速度と、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する。
【００６０】
前記駆動力制御手段６２は、実施例１と同様に、外乱推定手段６１からの外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する。
【００６１】
前記外乱相殺量演算手段６３は、実施例１と同様に、外乱推定手段６１からの外乱推定値を入力し、符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。
【００６２】
前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクとの和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクが変速制御量にのみ作用するように前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。
【００６３】
次に、作用を説明する。
【００６４】
［モータトルク制御作用］
実施例２のハイブリッド車のモータトルク制御装置では、ローブレーキLBが解放される「EVモード」または「E-iVTモード」において、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力と目標の値とに偏差がなくなるように演算された駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御することにより、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ようとするものである。
【００６５】
すなわち、変速制御手段６５において、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する。外乱推定手段６１において、車速センサ８からの出力軸回転速度と、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する。次の駆動力制御手段６２において、外乱推定手段６１からの外乱推定値を駆動力推定値とし、アクセル開度と車速とバッテリS.O.Cに応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する。次の目標モータトルク演算手段６４において、駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。
【００６６】
このように、駆動力制御トルクは出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクは変速制御量（＝入力回転回転速度）のみに作用するように、両者を切り分けてモータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクが演算される。つまり、駆動力制御トルクに関しては、実施例１と同様に、目標駆動力と駆動力推定値との偏差を無くすフィードバック制御にて出力軸回転加速度の変化を規定するように目標モータトルクが演算される。変速制御トルクに関しては、実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御にて変速制御量を規定するように目標モータトルクが演算される。
【００６７】
この結果、ラビニョウ型遊星歯車列PGRが２自由度で無段変速比モードと呼ばれる「EVモード」または「E-iVTモード」を選択しての走行時において、変速比の変化を補償するモータトルク制御により、目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出する従来技術のように、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないという問題が解消される。
【００６８】
さらに、実施例２では、実施例１と同様に、外乱推定手段６１からの外乱推定値を入力し、符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３を有し、目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと駆動力制御手段６２からの駆動力制御トルクとの和が出力軸回転加速度の変化のみに作用するようにモータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算している。
【００６９】
したがって、実施例１と同様に、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制できると共に、タイヤ軸から変速機へのトルク反力がモータトルクにより相殺されることで、振動抑制のための回転センサの設置によるコスト上昇を抑えながら、ドライブシャフトの共振を抑制することができる。
【００７０】
次に、効果を説明する。
実施例２の車両のモータトルク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。
【００７１】
(4) 少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力と目標の値とに偏差がなくなるように演算された駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する第２モータトルク制御手段を設けたため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができる。
【００７２】
(5) 前記第２モータトルク制御手段は、動力源回転速度と出力軸回転速度との何れか２つの回転速度を検出する回転速度検出手段８，１０，１１，１２と、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する変速制御手段６５と、出力軸回転速度と目標モータトルクを入力し、タイヤ軸から変速機へのトルク反力を外乱として推定する外乱推定手段６１と、前記外乱推定値を駆動力推定値とし、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と駆動力推定値との偏差がなくなるように駆動力制御トルクを演算する駆動力制御手段６２と、前記駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段６４と、を有するため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制することができる。
【００７３】
(6) 符号を逆にした外乱推定値を、タイヤ軸の共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３を有し、前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺トルクと駆動力制御トルクとの和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクが変速制御量にのみに作用するように目標モータトルクを演算するため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制することができると共に、外乱推定値の利用によりコスト増を招くことなく、ドライブシャフトの共振を抑制することができる。
【００７４】
(7) 前記動力源として、エンジンＥと第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを備え、前記変速機は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンＥからの入力を、他方に駆動系統への出力ギヤOUTをそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを連結した差動装置と、締結解放制御により無段変速比モードと固定変速比モードとを切り換えるローブレーキLBと、を備えたハイブリッド車の駆動力合成変速機TMであるため、ローブレーキLBが締結される「EV-LBモード」と「LBモード」の選択時には実施例１のモータトルク制御を適用し、また、ローブレーキLBが解放される「EVモード」と「E-iVTモード」の選択時には実施例２のモータトルク制御を適用することで、回転系の自由度が変化する駆動力合成変速機TMを備えたハイブリッド車において、選択される走行モードにかかわらず、駆動力を検出するセンサを用いることなく、目標駆動力と実駆動力の偏差を抑制することができる。
【００７５】
以上、本発明の車両のモータトルク制御装置を実施例１および実施例２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。
【００７６】
実施例１では、第１モータトルク制御手段として、車速センサ８と、外乱推定手段６１と、駆動力制御手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、を有する例を示したが、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力を目標の値にサーボ制御するものであれば、具体的な構成は実施例１に限られることはない。
【００７７】
実施例２では、第２モータトルク制御手段として、車速センサ８と、各回転数センサ１０，１１，１２と、外乱推定手段６１と、駆動力制御手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、変速制御手段６５と、を有する例を示したが、駆動力を外乱オブザーバで推定し、推定した駆動力と目標の値とに偏差がなくなるように演算された駆動力制御トルクが出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御するものであれば、具体的な構成は実施例２に限られることはない。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
実施例１，２では、１つのエンジンと２つのモータジェネレータを動力源とし、ラビニョウ型遊星歯車列とエンジンクラッチとローブレーキとを有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車への適用例を示した。しかし、実施例１のモータトルク制御装置については、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車であれば適用することができる。また、実施例２のモータトルク制御装置については、少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車を示す全体システム図である。
【図２】実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車に採用されたラビニョウ型遊星歯車列による各走行モードをあらわす共線図である。
【図３】実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車での走行モードマップの一例を示す図である。
【図４】実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車での４つの走行モード間におけるモード遷移経路を示す図である。
【図５】実施例１のモータトルク制御装置の各構成要素を示すブロック線図である。
【図６】実施例１のモータトルク制御の考え方を示す説明図である。
【図７】実施例１におけるモータトルクの制御ブロック図である。
【図８】実施例２のモータトルク制御装置の各構成要素を示すブロック線図である。
【符号の説明】
【００８０】
Ｅ  エンジン
MG1  第１モータジェネレータ
MG2  第２モータジェネレータ
OG  出力ギヤ（出力部材）
TM  駆動力合成変速機（変速機）
PGR  ラビニョウ型遊星歯車列（差動装置）
EC  エンジンクラッチ
LB  ローブレーキ（締結要素）
１  エンジンコントローラ
２  モータコントローラ
３  インバータ
４  バッテリ
５  油圧制御装置
６  統合コントローラ
６１  外乱推定手段
６２  駆動力制御手段
６３  外乱相殺量演算手段
６４  目標モータトルク演算手段
６５  変速制御手段
７  アクセル開度センサ
８  車速センサ（出力軸回転速度検出手段）
９  エンジン回転数センサ
１０  第１モータジェネレータ回転数センサ（回転速度検出手段）
１１  第２モータジェネレータ回転数センサ（回転速度検出手段）
１２  第２リングギヤ回転数センサ（回転速度検出手段）
【図１】
2006050747.tif 000003
【図２】
2006050747.tif 000004
【図３】
2006050747.tif 000005
【図４】
2006050747.tif 000006
【図５】
2006050747.tif 000007
【図６】
2006050747.tif 000008
【図７】
2006050747.tif 000009
【図８】
2006050747.tif 000010