(57)【要約】【課題】加速度指令及びモータの推定慣性モーメントに基づいて算出された電流信号を利用してモータを制御することにより、エンジンのトルクリップルを効果的に減らすことができる並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法及びその制御装置を提供する。【解決手段】並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法であって、  モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出する段階と、  前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び加速度指令（ａ＊）に基づいて、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出する段階と、  前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）及び前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）に基づいて、最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出する段階と、  前記最終電流指令に基づいて、前記モータを制御する段階とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法であって、
モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出する段階と、
前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び加速度指令（ａ＊）に基づいて、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出する段階と、
前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）及び前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）に基づいて、最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出する段階と、
前記最終電流指令に基づいて、前記モータを制御する段階とを含むことを特徴とするモータ制御方法。
【請求項２】
前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）は、数式１によって算出される値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
【数１】
2004274990.tif 000010
（ただし、τは時定数、Ｔｅはモータ発生トルク、ωｍは実際のモータ速度である。）
【請求項３】
前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）は、数式２によって算出される値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
【数２】
2004274990.tif 000011
（ただし、ａ＊は加速度指令、（Ｊ＃ｅｑ）はモータの推定慣性モーメント、ＫＴはモータトルク定数である。）
【請求項４】
前記最終電流指令（ｉｑｓ＊）は、前記速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）と前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）との和によって算出される値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
【請求項５】
前記速度制御器出力電流（ｉｑ−ＰＩ）は、
前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差によって算出される値であることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御方法。
【請求項６】
ハイブリッド電気自動車のエンジンに直結されたモータ、及び前記モータを制御するモータ制御ユニットを含む並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御装置において、
前記モータ制御ユニットは、前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出し、前記算出されたモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び加速度指令（ａ＊）に基づいて、前記モータを制御するための最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）は、数１によって算出される値であることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【数１】
2004274990.tif 000012
（ただし、τは時定数、Ｔｅはモータ発生トルク、ωｍは実際のモータ速度である。）
【請求項８】
前記最終電流指令（ｉｑｓ＊）は、  前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）と、速度指令と実際のモータ速度との差による比例積分の速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）との和によって算出される値であることを特徴とする請求項６に記載のモータ制御装置。
【請求項９】
前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）は、数２によって算出される値であることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
【数２】
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（ただし、ａ＊は加速度指令、（Ｊ＃ｅｑ）はモータの推定慣性モーメント、ＫＴはモータトルク定数である。）
【請求項１０】
前記比例積分の速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）は、
前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差によって算出される値であることを特徴とする請求項８に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、並列型ハイブリッド電気自動車（Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｉｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）のモータ制御方法及びその制御装置に係り、より詳しくは、モータの推定慣性モーメント及び加速度指令に基づいてモータの速度を制御する、モータ制御方法及びその制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（燃焼機関）とモータとを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたパラレル方式のハイブリッド車両において、トルクに着目したモータ制御の例などがある。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開２０００−１３０２０３号公報
【０００３】
ところで、並列型ハイブリッド電気自動車のエンジン（４気筒４行程基準）は、吸入、圧縮、爆発、及び排気の４行程を経て、単一シリンダーを基準に特定のトルクプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する。
【０００４】
圧縮行程では平均発生トルクの数倍の負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）のトルクが発生し、爆発行程では平均発生トルクの数十倍の正（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）のトルクが発生する。４つのシリンダーで発生するトルクは互いに同一なプロファイルを有しながら、その位相が１８０度の差になるので、これらを総合すると、平均発生トルクに比べて無視できない程のトルクリップル（ｔｏｒｑｕｅ  ｒｉｐｐｌｅ）が最終出力に含まれる。これは、クランク軸の角速度の変動に表れ、究極的に、騷音振動（Ｎｏｉｓｅ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ、ＮＶＨ）特性を劣化させる主な原因として作用する。
【０００５】
並列型ハイブリッド電気自動車においては、エンジンのクランク軸に直結されたモータを制御して、始動モータによるエンジン始動時にエンジンによって誘発されたトルクリップルに対する逆トルク（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｔｏｒｑｕｅ）を発生させることにより、始動時間を短縮し、よりスムーズな始動特性が実現される。
【０００６】
この方法を利用して、エンジンの速度変動に基づいてトルクリップルを推定し、位相が正反対である逆トルクを正確に補償すれば、所望の目標を達成することができる。しかしながら、印加時間の同期化の問題によって、むしろトルクリップルを大きく増加させる結果を招く。トルクリップルが効果的に減らせない場合、エンジン始動時のエンジン回転数のオーバーシュート（ｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）を大きく増加させてしまい、エンジン始動が不安定になるとの問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前述した問題点を解決するために創出されたものであり、本発明の目的は、加速度指令及びモータの推定慣性モーメントに基づいて算出された電流信号を利用してモータを制御することにより、エンジンのトルクリップルを効果的に減らすことができる、並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法及びその制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するための本発明は、並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法であって、モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出する段階と、前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び加速度指令（ａ＊）に基づいて前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出する段階と、前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）及び前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）に基づいて最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出する段階と、前記最終電流指令に基づいて前記モータを制御する段階とを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）は、数式１によって算出される値であることが好ましい。なお、τは時定数、Ｔｅはモータ発生トルク、ωｍは実際のモータ速度である。
【００１０】
【数１】
2004274990.tif 000003
【００１１】
前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）は、数式２によって算出される値であることが好ましい。ただし、ａ＊は加速度指令、（Ｊ＃ｅｑ）はモータの推定慣性モーメント、ＫＴはモータトルク定数である。ただし、ａ＊は加速度指令、（Ｊ＃ｅｑ）はモータの推定慣性モーメント、ＫＴはモータトルク定数である。
【００１２】
【数２】
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【００１３】
前記最終電流指令（ｉｑｓ＊）は、前記速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）と前記前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）との和によって算出される値であることが好ましい。
【００１４】
前記速度制御器出力電流（ｉｑ−ＰＩ）は、
前記加速度指令（ａ＊）に基づいて算出される速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差によって算出される値であることが好ましい。
【００１５】
本発明の好ましい実施例によるハイブリッド電気自動車のモータ制御装置は、
ハイブリッド電気自動車のエンジンに直結されたモータ、及び前記モータを制御するモータ制御ユニットを含み、前記モータ制御ユニットは、前記モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出し、前記算出されたモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）及び加速度指令（ａ＊）に基づいて、前記モータを制御するための最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施例による並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法及びその制御装置は、モータの推定慣性モーメント及び加速度指令に基づいて算出される前向補償電流を利用してモータを制御することにより、エンジンのトルクリップルを効果的に減らすことができる。その結果、始動時に発生するエンジン速度のオーバーシュートを減らし、速度応答特性が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。
【００１８】
図１に示したように、並列型ハイブリッド電気自動車２００の動力システム１００は、駆動力を発生するエンジン１０及びモータ１２を含む。
【００１９】
エンジン１０は、燃料の燃焼によって化学的エネルギーを機械的エネルギーに変換し、モータ１２は、バッテリー１４の電気エネルギーを用いて機械的エネルギーを生成する。
【００２０】
エンジン１０及びモータ１２によって発生した回転運動は、変速機１６で所望の回転速度に変速された後、ホイール１８に伝達されて車両を駆動する。
【００２１】
一方、並列型ハイブリッド電気自動車２００の動力システム１００は、複数の制御ユニットを含み、エンジン１０を制御するエンジン制御ユニット２０（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＥＣＵ）、モータ制御ユニット２２（Ｍｏｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＭＣＵ）、バッテリー１４の作動を制御するバッテリー管理システム２４（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）、ハイブリッド電気自動車制御ユニット２６（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＨＶＣＵ）、及び変速機１６を制御する変速機制御ユニット２８（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ、ＴＣＵ）を含む。
【００２２】
各々の制御ユニットは、マイクロプロセッサー、メモリ、及び関連ハードウェアとソフトウェアを含み、以下で説明する本発明の制御方法を遂行するようにプログラムされる。
【００２３】
以下で記述する本発明の好ましい実施例によるモータ制御方法は、モータ制御ユニット２２により遂行されるのが好ましいが、ハイブリッド電気自動車制御ユニット２６によって遂行されても支障えない。
【００２４】
本発明の好ましい実施例によるハイブリッド電気自動車のモータ制御方法は、慣性の推定及び加速度の前向補償に基づく。
【００２５】
図２に示すような本発明の実施例によるモータ制御アルゴリズムは、モータ制御ユニット２２によって遂行されるのが好ましい。
【００２６】
モータ制御ユニット２２は、与えられた加速度指令（ａ＊）及びモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）に基づいて、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出する。
【００２７】
まず、モータ制御ユニット２２は、積分器３１を利用して加速度指令（ａ＊）から速度指令（ωｍ＊）を算出する。
【００２８】
比例積分（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇｒａｌ、ＰＩ）の速度制御器３２（以下、ＰＩ速度制御器という）は、速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差を入力として速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）を生成する。
【００２９】
比例積分の速度制御器３２の利得（ｇａｉｎ、ＧＳＣ）は、モータの慣性モーメント、モータトルク定数などの関数であり、以下の数式３のとおりである。
【００３０】
【数３】
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【００３１】
ここで、ＫＰＳは、ＰＩ速度制御器の比例ゲイン（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  ｇａｉｎ、Ｐ  ｇａｉｎ）であって、Ｋｐｓ＝Ｊｅｑωｓｃ／ＫＴの関係がある。
Ｋｉｓは、ＰＩ速度制御器の積分ゲイン（ｉｎｔｅｇｒａｌ  ｇａｉｎ、Ｉ  ｇａｉｎ）であって、Ｋｉｓ＝Ｋｐｓ×ωｐｉの関係がある。
【００３２】
また、ωＳＣは、ＰＩ速度制御器の制御周波数帯域（Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）である。ωｐｉは、ＰＩ速度制御器のカットオフ周波数（ｃｕｔ−ｏｆｆ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
【００３３】
ωＳＣを大きく設定すれば、ＰＩ速度制御器の利得が大きくなるので、応答性が向上する。しかし、一般に、ＰＩ速度制御器の利得は、システムの特性によってその値が制限される。つまり、応答性を向上させるためにωＳＣを大きく設定すれば、システムが発散する可能性がある。
【００３４】
また、ＰＩ速度制御器の制御周期は２ｍｓｅｃとすることができるが、これに限られるわけではない。
【００３５】
ＰＩ速度制御器３２が、速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差を入力として速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）を生成することは、本発明の属する技術分野の当業者に自明であるので、さらなる詳細説明は省略する。
【００３６】
そして、以下の数式４に示すように、最終電流指令（ｉｑｓ＊）は、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ  ）と速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）との和によって算出される。
【００３７】
【数４】
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【００３８】
モータのトルク式と機械的なシステム方程式である以下の数式５によって、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を以下の数式２のように算出する。
【００３９】
【数５】
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【００４０】
【数２】
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【００４１】
ただし、Ｔｅはモータ発生トルク、Ｊｅｑはモータの慣性モーメント、Ｊ＃ｅｑはモータの推定慣性モーメント、ＫＴはモータトルク定数、ａ＊は加速度指令である。
【００４２】
車両が停止状態なので変速機のクラッチが分離されているため、駆動システムの慣性はモータの回転子及びエンジンのクランクシャフトによる慣性が大部分である。また、各種ベアリングでの摩擦成分、そしてシリンダーブロックとピストンとの間の摩擦成分は、慣性成分に比べて無視することができる程度であると仮定した。
【００４３】
そして、数式２の前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出するためには、加速度指令（ａ＊）、モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）、及びモータトルク定数（ＫＴ）が必要である。加速度指令（ａ＊）とモータトルク定数（ＫＴ）とは与えられた値であり、モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）は以下の数式１によって算出する。ただし、τは低域通過フィルター３３の時定数（ｔｉｍｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）である。
【００４４】
【数１】
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【００４５】
モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）の算出において、信号に含まれた高周波ノイズ成分を除去するために、低域通過フィルター３３（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ、ＬＰＦ）を追加した。低域通過フィルターの出力は入力信号に比べて遅延要素を有しているが、システムの特性上、時間による慣性の変動は大きくないため、低域通過フィルター３３の使用による時間遅延の影響は無視することができる。
【００４６】
数式１によって算出されるモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を、数式２に代入すると、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）が算出される。そして、算出された前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を数式４に代入して、最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出することができる。
【００４７】
このように算出された最終電流指令（ｉｑｓ＊）を用いて、モータ１２を制御することにより、エンジンのトルクリップルを効果的に減らすことができる。
【００４８】
本発明の実施例によるモータ制御方法は、速度変動によるトルクリップルがモータの慣性モーメントの瞬時的な変化に起因するという点に着眼して、モータの慣性モーメントを正確に推定し、これを用いて前向補償電流を瞬時的に変化させるものである。
【００４９】
トルクリップルが増加する場合、モータの推定慣性モーメントがこれに比例して増加するので、比例積分の速度制御器の出力に加えられる前向補償電流が大きくなる。
【００５０】
従って、トルクリップルによる速度変動を減らすことによって、システム全体の変化なく、優れた速度応答特性を得ることができる。
【００５１】
図３を参照して、本発明の実施例による並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法を説明する。
【００５２】
まず、モータ制御ユニット２２は、速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）を算出する（Ｓ３１０）。このために、加速度指令（ａ＊）及び速度指令（ωｍ＊）を各々生成する（Ｓ３１１、Ｓ３１３）。そして、比例積分の速度制御器３２は、速度指令（ωｍ＊）と実際のモータ速度（ωｍ）との差を入力として速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）を生成する（Ｓ３１５）。
【００５３】
そして、モータ制御ユニット２２は、モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出し（Ｓ３２０）、算出されたモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）に基づいて、前向補償電流を算出する（Ｓ３３０）。
【００５４】
モータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出するために、トルクリップル成分が含まれたモータ速度（ωｍ）を入力し（Ｓ３２１）、モータ発生トルク（Ｔｅ）を算出する（Ｓ３２３）。そして、モータ発生トルク（Ｔｅ）とモータ速度（ωｍ）とからモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）を算出する（Ｓ３２５）。
【００５５】
その後、算出されたモータの推定慣性モーメント（Ｊ＃ｅｑ）と加速度指令（ａ＊）とに基づいて、前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）を算出する。
【００５６】
その後、モータ制御ユニット２２は、速度制御器の出力電流（ｉｑ−ＰＩ）と前向補償電流（ｉｑ−ＦＦ）との和によって最終電流指令（ｉｑｓ＊）を算出し（Ｓ３４０）、算出された最終電流指令（ｉｑｓ＊）を利用してモータを制御する（Ｓ３５０）。
【００５７】
図４（Ｂ）は、本発明の実施例による並列型ハイブリッド電気自動車のモータ制御方法を適用した場合のエンジン速度の変化を示し、実際のエンジン速度は速度指令に近似していることが分かる。そして、従来のエンジン速度制御方法によるエンジン速度の変化を示す図４（Ａ）と比較すると、始動時間（アイドル速度まで上昇する時間）が短縮され、オーバーシュートが減って速度応答特性も改善されることが分かる。
【００５８】
このような、速度応答特性の改善は、エンジンのトルクリップルによる速度変動を低減させるので、騷音振動特性の改善にもつながる。
【００５９】
以上で、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明の属する技術分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な概念に対して様々な変形や修正が可能であり、このような変形や修正が本発明の保護範囲に属することは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
ハイブリッド車両に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明によるハイブリッド電気自動車のモータ制御装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】本発明によるハイブリッド電気自動車のモータ制御方法のアルゴリズムを示す図面である。（実施例１）
【図３】本発明によるハイブリッド電気自動車のモータ制御方法のフローチャートである。（実施例１）
【図４】（Ａ）は、従来のモータ制御方法を適用した場合のエンジン始動時のエンジン速度プロファイルを示すグラフであり、（Ｂ）は、本発明によるモータ制御方法を適用した場合のエンジン始動時のエンジン速度プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１０    エンジン
１２    モータ
１４    バッテリー
１６    変速機
１８    ホイール
２０    エンジン制御ユニット
２２    モータ制御ユニット
２４    バッテリー管理システム
２６    ハイブリッド電気自動車制御ユニット
２８    変速機制御ユニット
３２    比例積分の速度制御器
３３    低域通過フィルター
１００  動力システム
２００  並列型ハイブリッド電気自動車
ｉｑ−ＰＩ    速度制御器の出力電流
ｉｑ−ＦＦ    前向補償電流
ｉｑｓ＊    最終電流指令
ａ＊    加速度指令
ωｍ    実際のモータ速度
ωＳＣ    ＰＩ速度制御器の制御周波数帯域
ωｐｉ    ＰＩ速度制御器の切点周波数
ωｍ＊    速度指令
Ｔｅ    モータ発生トルク
Ｊ＃ｅｑ    モータの推定慣性モーメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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