JP2001028809A - 電動機を備える車両における動力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワーユニットに電動機を備える車両にお
いて、パワーユニットの振動を抑制しつつ、駆動トルク
を高速制御する。 【解決手段】トルク指令値が実車４１に与えられるとこ
れに応じてモータが回転し、回転数が回転数検出器４３
によって検出される。目標逆モデル４４を用いて検出さ
れた回転数から推定駆動トルクを計算し、比較器４５に
よって推定駆動トルクとトルク指令値とを比較して比較
差を外乱推定トルクとして取り出す。フィルタ４６を通
過した外乱推定トルクには、増幅器４７にてゲインＫが
掛けられ、制御トルクとして出力される。得られた制御
トルクを用いて要求トルクは増減され、これによりトル
ク指令値が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機等のアクチ
ュエータを備える車両における動力制御装置に関し、さ
らに詳細には、動力出力機構の駆動トルクの変動に伴い
動力出力機構に発生する振動を抑制する動力制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、外乱オブザーバを用いて外乱に起
因する振動を抑制する技術が提案されている。要求トル
クが実質的に一定であり、装置外部からの外乱に起因し
て生じる振動を抑制する技術として、例えば、特開平９
−３０５２０３公報に開示されている技術がある。この
技術では、光ディスク装置のトラッキングサーボ系にお
いて、トラッキングを遂行するアクチュエータを駆動制
御するにあたり、アクチュエータの逆伝達関数モデルを
用いて見かけ上の駆動信号を取得し、アクチュエータに
対する駆動信号と比較することにより、外乱要素を推定
している。そして、推定した外乱要素を考慮したフィー
ドバック制御によって、アクチュエータの駆動制御に対
する外乱の影響を抑制している。

【０００３】また、時間経過に伴い変化する要求トルク
に起因して生じる振動を抑制する技術として、例えば、
豊田中央研究所報告ＴＲ−５５には、モータによって後
輪駆動力を独立制御する技術が開示されている。この開
示技術によれば、外乱を推定することで、モータトルク
の僅かな変動により発生するホイールトルクの大きな振
動が抑制される。具体的には、制御対象の高精度な逆モ
デルを用いてモデルの推定トルク値を算出し、要求トル
ク値と推定トルク値とを比較することで、外乱を推定し
ている。そして、推定した外乱に基づく制御トルク値を
要求トルク値に付加して、外乱の抑制を実現している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者に
おいては、アクチュエータに要求される駆動トルクは実
質的に一定であるため、外乱は専ら装置外部からの振動
に起因するものであり、トルク変動に伴って発生する振
動、すなわち、装置自身から発生する振動は考慮されて
いない。したがって、時間経過と共に要求トルク値が変
化する車両に対してそのまま適用することはできない。

【０００５】また、後者においては、実施にあたって制
御対象の高精度な逆モデルを同定することは非常に困難
な作業であり、また、そのような逆モデルを用いた制御
も複雑になるという問題があった。さらに、実モデルの
経年変化等に起因する特性変化を反映することができな
いという問題があった。本発明は、パワーユニットに電
動機を備える車両において、パワーユニットの振動を抑
制しつつ、駆動トルクを高速制御することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明は上記課題を解決するためになされたものであり、
本発明の第１の態様は、少なくとも一つのアクチュエー
タを有すると共に、駆動軸を介して前記アクチュエータ
から要求トルクを出力可能な動力出力機構を備える車両
において、前記動力出力機構を制御対象とし、前記動力
出力機構の出力が前記要求トルクとなるよう前記アクチ
ュエータにトルク指令値を与えて、前記動力出力機構を
制御する制御装置を提供する。この制御装置は、前記ア
クチュエータが出力するトルクに相関したパラメータを
検出する検出手段と、前記検出されたパラメータから、
前記動力出力機構の目標逆モデルを用いて、前記動力出
力機構が出力するトルクを推定駆動トルクとして推定す
る推定手段と、前記トルク指令値が前記推定駆動トルク
に一致するよう、前記トルク指令値を補償するトルク補
償手段とを備えることを特徴とする。この第１の態様に
よれば、動力出力機構に発生するトルク変動を効果的に
抑制することができる。

【０００７】ここで、前記トルク補償手段は、前記推定
駆動トルクと前記トルク指令値との偏差を外乱トルクと
して推定する外乱トルク推定手段と、前記推定された外
乱トルクに所定のゲインを乗算し、制御トルクとして求
める制御トルク演算手段と、前記求めた制御トルクと、
前記動力出力機構に対する要求トルクとから、前記トル
ク指令値を補償するトルク指令値算出手段とを備えるこ
とが好ましい。このような構成要素を備えることによ
り、動力出力機構の振動を抑制しつつ、駆動トルクを高
速制御することができる。

【０００８】また、前記所定のゲインは、前記動力出力
機構の質量と前記車両の質量との比に基づいて定められ
た値であることが好ましい。このような構成要素を備え
ることにより、動力出力機構から出力される駆動トルク
の変動に起因する動力出力機構の振動がより効果的に抑
制され得る。

【０００９】次に、本発明の第２の態様は、少なくとも
電動機と内燃機関とを有すると共に、駆動軸を介して前
記電動機から要求トルクを出力可能な動力出力機構を備
える車両において、前記動力出力機構を制御対象とし、
その制御を行なう制御装置を提供する。この制御装置
は、少なくともアクセル開度および車速に基づき、前記
要求トルクを演算する要求トルク演算手段と、前記電動
機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記検出され
た回転数から、前記動力出力機構の目標逆モデルを用い
て、前記動力出力機構が出力するトルクを推定駆動トル
クとして推定する推定手段と、前記動力出力機構の出力
が前記要求トルクになるよう、前記動力出力機構に与え
られるトルク指令値を、前記推定駆動トルクに基づいて
補償するトルク補償手段とを備えることを特徴とする。
この第２の態様によれば、動力出力機構に発生する振動
を効果的に抑制することができる。

【００１０】ここで、前記トルク補償手段は、前記推定
駆動トルクと前記トルク指令値との偏差を外乱トルクと
して推定する外乱トルク推定手段と、前記推定された外
乱トルクに所定のゲインを乗算し、制御トルクとして求
める制御トルク演算手段と、前記求めた制御トルクと、
前記動力出力機構に対する要求トルクとから、前記トル
ク指令値を補償するトルク指令値算出手段とを備えるこ
とが好ましい。このような構成要素を備えることによ
り、動力出力機構の振動を抑制しつつ、駆動トルクを高
速制御することができる。

【００１１】また、前記所定のゲインは、前記動力出力
機構の質量と前記車両の質量との比に基づいて定められ
た値であることが好ましい。このような構成要素を備え
ることにより、動力出力機構から出力される駆動トルク
の変動に起因する動力出力機構の振動がより効果的に抑
制され得る。

【００１２】本発明の第３の態様は、少なくとも電動機
を有すると共に、駆動軸を介して前記電動機から要求ト
ルクを出力可能な動力出力機構を備える車両において、
前記動力出力機構を制御対象とし、その制御を行なう制
御装置を提供する。この制御装置は、前記車両の質量と
前記動力出力機構の質量の差に起因する初期変動を抑制
するフィルタを介して前記要求トルクを入力する要求ト
ルク入力手段と、前記電動機の回転数を検出する回転数
検出手段と、前記検出された回転数から、前記動力出力
機構の目標逆モデルを用いて、前記動力出力機構が出力
するトルクを推定駆動トルクとして推定する推定手段
と、前記動力出力機構の出力が前記フィルタを介して入
力された要求トルクになるように、前記動力出力機構に
与えられるトルク指令値を、前記推定駆動トルクに基づ
いて補償するトルク補償手段とを備えることを特徴とす
る。この第３の態様によれば、動力出力機構の振動を抑
制しつつ、駆動トルクを高速制御することができる。特
に、車両と動力出力機構の質量差に起因する初期振動が
効果的に抑制され得る。

【００１３】なお、前記動力出力機構は内燃機関を含
み、前記推定手段は、内燃機関を含む前記動力出力機構
の目標逆モデルを用いて前記検出された回転数から前記
動力出力機構が出力するトルクを推定駆動トルクとして
推定するものであっても良い。このような構成を備える
ことにより、電動機及び内燃機関を動力出力機構として
備える車両においても、動力出力機構の振動を抑制しつ
つ、駆動トルクを高速制御することができる。

【００１４】また、前記フィルタは、初期入力に対して
は低い応答性を示しその後の入力に対しては高い応答性
を示すフィルタであっても良く、さらには、二次関数曲
線の特性に従うフィルタであることが好ましい。このよ
うな構成要素を備えることにより、車両と動力出力機構
の質量差に起因する初期振動の効果的な抑制がより適切
に実現され得る。

【００１５】本発明の第４の態様は、少なくとも電動機
を有すると共に、駆動軸を介して前記電動機から要求ト
ルクを出力可能な動力出力機構を備える車両において、
前記動力出力機構を制御対象とし、前記動力出力機構の
出力が前記要求トルクとなるように前記電動機にトルク
指令値を与えて、前記動力出力機構の制御を行う制御装
置を提供する。この制御装置は、少なくともアクセル開
度及び車速に基づき要求トルクを演算する要求トルク演
算手段と、前記電動機の実回転数を検出する回転数検出
手段と、前記動力出力装置の正モデルを用いて、前記ト
ルク指令値から前記電動機の推定回転数を推定する回転
数推定手段と、前記実回転数が前記推定回転数に一致す
るように、前記トルク指令値を補償するトルク補償手段
とを備えることを特徴とする。この第４の態様によれ
ば、動力出力機構に発生する振動を効果的に抑制するこ
とができる。

【００１６】ここで、前記トルク補償手段は、前記推定
回転数と前記実回転数との偏差を外乱トルクによる回転
数変動として推定する回転数変動推定手段と、前記推定
された回転数変動をトルクに変換し、そのトルクに所定
のゲインを乗算し、制御トルクとして求める制御トルク
演算手段と、前記求めた制御トルクと、前記動力出力機
構に対する要求トルクとから、前記トルク指令値を補償
するトルク指令値算出手段とを備えることが好ましい。
このような構成要素を備えることにより、動力出力機構
の振動を抑制しつつ、駆動トルクを高速制御することが
できる。

【００１７】なお、前記動力出力機構は内燃機関を含
み、前記回転数推定手段は前記内燃機関を含む前記動力
出力機構の正モデルを用いて、前記トルク指令値から前
記電動機の推定回転数を推定するものであっても良い。
かかる場合には、電動機及び内燃機関を動力出力機構と
して備える車両においても、動力出力機構の振動を抑制
しつつ、駆動トルクを高速制御することができる。

【００１８】ここで、第１の態様から第４の態様に係る
制御装置において、前記動力出力機構の目標モデルは、
振動系を含まない単一慣性モデルであっても良い。この
場合、モデルの同定が比較的容易に実行できると共に、
その制御の実行も簡潔に実行することができる。

【００１９】さらに、本発明の第５の態様は、第１の態
様から第４の態様に係る制御装置のうちいずれかの動力
制御装置を備える車両を提供する。この第５の態様によ
れば、車両における動力出力機構の振動が抑制されると
共に、駆動トルクが高速制御される。

【００２０】本発明の第６の態様は、少なくとも一つの
アクチュエータを有すると共に、駆動軸を介して前記ア
クチュエータから要求トルクを出力可能な動力出力機構
を備える車両において、前記動力出力機構を制御対象と
し、前記動力出力機構の出力が前記要求トルクとなるよ
う前記アクチュエータにトルク指令値を与えて、前記動
力出力機構を制御する制御方法を提供する。この制御方
法は、前記アクチュエータが出力するトルクに相関した
パラメータを検出し、前記検出されたパラメータから、
前記動力出力機構の目標逆モデルを用いて、前記動力出
力機構が出力するトルクを推定駆動トルクとして推定
し、前記トルク指令値が前記推定駆動トルクに一致する
よう、前記トルク指令値を補償することを特徴とする。
この第６の態様によれば、動力出力機構の振動を抑制し
つつ、駆動トルクを高速制御することができる。

【００２１】本発明の第７の態様は、少なくとも電動機
と内燃機関とを有すると共に、駆動軸を介して前記電動
機から要求トルクを出力可能な動力出力機構を備える車
両において、前記動力出力機構を制御対象とし、その制
御を行なう制御方法を提供する。この制御方法は、少な
くともアクセル開度および車速に基づき、前記要求トル
クを演算し、前記電動機の回転数を検出し、前記検出さ
れた回転数から、前記動力出力機構の目標逆モデルを用
いて、前記動力出力機構が出力するトルクを推定駆動ト
ルクとして推定し、前記動力出力機構の出力が前記要求
トルクになるよう、前記動力出力機構に与えられるトル
ク指令値を、前記推定駆動トルクに基づいて補償するこ
とを特徴とする。この第７の態様によれば、動力出力機
構の振動を抑制しつつ、駆動トルクを高速制御すること
ができる。

【００２２】本発明の第８の態様は、少なくとも電動機
を有すると共に、駆動軸を介して前記電動機から要求ト
ルクを出力可能な動力出力機構を備える車両において、
前記動力出力機構を制御対象とし、その制御を行なう制
御方法を提供する。この制御方法は、前記車両の質量と
前記動力出力機構の質量の差に起因する初期振動を抑制
するフィルタを介して前記要求トルクを入力し、前記電
動機の回転数を検出し、前記検出された回転数から、前
記動力出力機構の目標逆モデルを用いて、前記動力出力
機構が出力するトルクを推定駆動トルクとして推定し、
前記動力出力機構の出力が前記フィルタを介して入力さ
れた要求トルクになるように、前記動力出力機構に与え
られるトルク指令値を、前記推定駆動トルクに基づいて
補償することを特徴とする。この第７の態様によれば、
動力出力機構の振動を抑制しつつ、駆動トルクを高速制
御することができる。

【００２３】本発明の第９の態様は、少なくとも電動機
を有すると共に、駆動軸を介して前記電動機から要求ト
ルクを出力可能な動力出力機構を備える車両において、
前記動力出力機構を制御対象とし、前記動力出力機構の
出力が前記要求トルクとなるように前記電動機にトルク
指令値を与えて、前記動力出力機構の制御を行う制御方
法を提供する。この制御方法は、少なくともアクセル開
度及び車速に基づき要求トルクを演算し、前記電動機の
実回転数を検出し、前記動力出力装置の正モデルを用い
て、前記トルク指令値から前記電動機の推定回転数を推
定し、前記実回転数が前記推定回転数に一致するよう
に、前記トルク指令値を補償することを特徴とする。こ
の第９の態様によれば、動力出力機構の振動を抑制しつ
つ、駆動トルクを高速制御することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るパワーユニッ
トとして電動機を備える車両における動力制御装置につ
いて、図面を参照しながら、いくつかの好適な発明の実
施の形態に従って詳細に説明する。

【００２５】第１の発明の実施の形態：図１は本発明が
適用され得るパワーユニットとして電動機を備える車両
の概略構成図の一例を示す。図１に示す車両１０は、パ
ワーユニットに電動機（モータ）１１を備え、モータ１
１の出力軸はパワートレーン１２に結合されており、パ
ワートレーン１２は車輪１３ａ、１３ｂと接続されてい
る。モータ１１は交流モータであり、モータ１１にはイ
ンバータ１４を介してバッテリ１５が接続されている。
直流電源であるバッテリ１５の直流電流は、交流電流に
変換された後にモータ１１に供給されると共に、モータ
１１がジェネレータとして機能する回生動作時には、発
生した交流電流は直流電流に変換されてバッテリ１５に
蓄電される。ここでバッテリ１５には、二次電池、パワ
ーキャパシタ等の電源が含まれるものとする。

【００２６】このような構成を備える車両１０におい
て、モータ１１は、制御ユニット１６によって駆動制御
される。制御ユニット１６は、後述する制御プログラム
を実行するＣＰＵ１７、制御プログラム等を記憶してい
るＲＯＭ１８、検出データ及びＣＰＵ１７による演算結
果等を一時的に格納するＲＡＭ１９等を備えている。制
御ユニット１６には、アクセルペダルの踏込量（アクセ
ル開度）を検出するアクセルポジションセンサ２０、及
びモータ１１の出力軸回転数に基づき車両速度を検出す
る車速センサ２１等のセンサが接続されている。制御ユ
ニット１６は、検出されたアクセルペダルの踏み込み量
及び車速に基づいて、要求トルクを算出する。制御ユニ
ット１３は、算出した要求トルクに基づきインバータ１
４を介してモータ１１を駆動制御する。そして、モータ
１１から出力された駆動トルクは、パワートレーン１２
を介して車輪１３ａ、１３ｂに伝達される。

【００２７】図２は第１、第２及び第３の発明の実施の
形態において共通に用いられる振動系を模式的に示す模
式図である。パワーユニット３０は、模式的にバネ形式
にて表されているマウント３１を介してシャシー３２に
揺動可能に結合されている。パワーユニット３０の出力
軸３３は、パワートレーンを代表して表されているドラ
イブシャフト３４の一端に結合されており、ドライブシ
ャフト３４の捻れは、捻れバネによって表されている。
また、ドライブシャフト３４の他端は負荷慣性として作
用する車輪３５に結合されている。

【００２８】なお、第１及び第２の発明の実施の形態に
おいては、パワーユニット３０としてモータ（電動機）
を備えており、パワーユニット３０の出力軸３３はモー
タロータ３６と結合されており、パワーユニット３０の
ハウジングはモータステータ３７と結合されている。

【００２９】図２の模式図において、駆動トルクが矢印
方向Ａに加えられると、トルク反力が矢印方向Ｂに作用
する。このトルク反力、及びその揺り戻しによってマウ
ント２を介して支持されているパワーユニット３０に振
動が発生し、その振動はモータロータ３６上に現れる。
さらに、モータロータ３６にはドライブシャフト３４の
捻れに起因する振動も現れる。

【００３０】図３は本発明の実施の形態において用いら
れる制御系のブロック図を示す。この制御系における制
御対象は、パワーユニット、パワートレーン、及びモー
タＥＣＵの応答遅れ（動力出力機構）である。要求トル
クは、パワーユニット（本発明の実施形態ではモータ）
に要求されたパワーユニットが出力すべき駆動トルクで
あり、例えば、アクセル開度及び車速に基づいて要求ト
ルク計算器４０（要求トルク演算手段）によって決定さ
れる。実車４１には要求トルクを出力するためのトルク
指令値が付与され、実車４１は要求トルクを出力すべく
作動する。ここで、実車４１には、パワーユニット、パ
ワートレーン及びモータＥＣＵが含まれるものとする。
また、実車４１にはパワーユニットの作動に伴うトルク
脈動、マウント共振等を含む外乱成分４２が付加され
る。

【００３１】したがって、実車４１から出力される電動
機回転数には、外乱成分４２が付加されることとなり、
一般的に要求トルクとは一致しない。推定駆動トルクを
検出するにあたっては、実車４１から直接出力トルクを
検出することも考えられるが、現実には出力トルクを直
接検出することは困難である。そこで、モータの回転数
を検出して、検出された回転数から目標逆モデルを用い
て推定駆動トルクを計算する（推定手段）。なお、モー
タの回転数は、通常、モータに備えられている回転数検
出器４３を利用して検出される。また、推定駆動トルク
の計算に当たっては、例えば、モータ電流の周波数とい
ったモータの回転数に相関するパラメータであれば、モ
ータ回転数に代えて用いられ得る。

【００３２】目標逆モデル４４は、パワーユニット、パ
ワートレーン及びモータＥＣＵ遅れの目標特性を示すモ
デルの逆モデルであり、好ましくは、振動系を含まない
単一慣性モデルの逆モデルである。したがって、実車４
１の特性（すなわち、パワーユニット、パワートレー
ン、モータＥＣＵの動特性）を厳密に示すモデルの逆モ
デルではない。本発明の実施の形態においては、実車４
１とモデルのモデル差をも外乱要素の一部として捕らえ
ることにより、フィードバック制御によってモデル差を
解消する構成を備えているからである。

【００３３】モデルの同定にあたっては、図４及び図５
に図示すように、並進運動系におけるＦ（力）＝車両質
量×加速度なる関係を、回転運動系におけるＴ（トル
ク）＝慣性×角加速度（ｄω／ｄｔ）なる関係に相似適
用することにより同定した。すなわち、推定駆動トルク
を計算するためには、見かけ上の車両慣性を求める必要
があるが、車両慣性を直接求めることは一般的に極めて
困難だからである。具体的には、測定を容易なものとす
るためにＦを一定とし、速度ｖを縦軸に、時間ｔを横軸
にそれぞれ取り、速度ｖの時間変化、すなわち、加速度
αが一定となるようにして測定を行う。この関係を回転
駆動系に適用する場合には、測定を容易なものとするた
めにトルクＴを一定とし、回転角速度ωを縦軸に、時間
ｔを横軸にそれぞれ取り、回転角速度ωの時間変化を求
める。得られた回転角速度ωと時間との関係、すなわ
ち、プロットデータの近似直線の傾きから車両慣性Ｉを
得た。そして、この車両慣性を有するモデルの逆モデル
に対して、検出された回転数を入力して、出力すべき推
定駆動トルクを計算する。

【００３４】図３における比較器４５及び増幅器４７は
トルク補償手段を構成する。比較器４５は、計算により
得られた推定駆動トルクとトルク指令値とを比較しす
る。比較の結果得られた比較差分は、外乱に起因する推
定外乱トルク並びにモデル差として扱われる。比較器４
５に結合されているフィルタ４６は、例えば、ローパス
フィルタであり、得られた推定外乱トルクが微分成分で
ありノイズに弱いことを考慮して、制御の安定化を図る
ために配置されている。

【００３５】増幅器４７は、フィルタ４６を通過した推
定外乱トルクに対してゲインＫを掛けて制御トルクを出
力する。ここで、ゲインＫは、車両質量に対するパワー
トレーン質量の比（１未満）に基づいて求められる。こ
のゲインＫは、通常、トルク指令値に基づきパワーユニ
ットのモータを駆動した際に、その駆動力により先ずパ
ワートレーンが動きだし、また、その反力によりパワー
ユニットが動き出してしまう現象を抑制するために掛け
られる。すなわち、この現象は、車両質量を念頭におい
たトルク指令値が、車両質量よりも軽い質量のパワート
レーンに対して先に影響を及ぼすことに起因するもので
ある。したがって、推定外乱トルクを小さくしてパワー
トレーンに対して及ぼす影響を抑制することを企図する
ものである。そして、増幅器４７から出力された制御ト
ルクは、要求トルクに付加され、トルク指令値が算出さ
れ、次の制御に反映される。

【００３６】続いて、図３に示す制御系を実現する処理
を図６に示すフローチャートを参照して説明する。この
処理は、制御ユニット１６内のＣＰＵ１７により実行さ
れる。要求トルクが実車４１に与えられるとこれに応じ
てモータが回転し、ステップＳ１００において、その回
転数が回転数検出器４３によって検出される。ステップ
Ｓ１１０では、目標逆モデル４４を用いて検出された回
転数から推定駆動トルクを計算する。続いて、ステップ
Ｓ１２０では、推定駆動トルクとトルク指令値とを比較
して比較差を外乱推定トルクとして取り出す。なお、初
回ルーチンでは、トルク指令値はアクセル開度及び車速
より求められた要求トルクそのままを意味し、初回以降
のルーチンでは、要求トルクに制御トルクが付加された
ものがトルク指令値となる。

【００３７】ステップＳ１２０にて得られた推定外乱ト
ルクは、ステップＳ１３０にてフィルタ４６に掛けられ
安定性の向上が図られる。フィルタ４６を通過した推定
外乱トルクには、ステップＳ１４０にて既述のように求
められたゲインＫが掛けられ、制御トルクが計算され
る。ステップＳ１５０では、得られた制御トルクにより
要求トルクを増減補償して最終的なトルク指令値が求め
られ、実車４１に付与される。以上のステップにて１回
のルーチンが終了する。このフローチャートは適当な間
隔で繰り返し実行される。

【００３８】車両におけるパワーユニット等の著しい振
動は、通常、急アクセル操作時、すなわち、駆動トルク
急変時に出現する。そこで、急アクセル操作時における
上記制御の効果を、上記制御を伴わない実験例である比
較例と上記制御を伴う実験例である実施例１とを対比す
ることにより説明する。図７は比較例の実験結果を示す
グラフであり、縦軸は電動機回転数、電動機に対するト
ルク指令値、及びアクセル開度をそれぞれ示し、横軸は
時間を示す。図８は実施例１の実験結果を示すグラフで
あり、縦軸は電動機回転数、電動機に対するトルク指令
値、及びアクセル開度をそれぞれ示し、横軸は時間を示
す。

【００３９】比較例１では、電動機に対するトルク指令
値はアクセル開度（アクセル踏み込み量）に追随してお
り、アクセル開度が一定となる約０．１秒後にあって
は、トルク指令値も一定となっている。そして、電動機
の回転数の変動（すなわち、振動）は、約１秒経過後も
収束していない。

【００４０】これに対して本発明の実施形態に係る制御
を伴う実施例１では、約０．１秒後にアクセル開度が一
定となった後も、トルク指令値は変動している。より適
切にいうならば、トルク指令値は、電動機回転数のピー
クを打ち消すべく、電動機回転数のピークに対して逆の
ピークを有するように変動している。この結果、電動機
回転数の変動ピークは全域にわたって抑制されていると
共に、電動機回転数の変動は、約０．４秒経過後にほぼ
収束している。また、比較例における所定トルク（回転
数）への到達時間と同等の到達時間を実現しており、ア
クセル開度（運転者の加速要求）に対して迅速に応答し
ていることが理解される。

【００４１】したがって、第１の発明の実施の形態に係
る動力制御装置は、パワーユニットの振動を有効に抑制
すると共に、駆動トルクを高速に制御することができ
る。

【００４２】第２の発明の実施の形態：第１の発明の実
施の形態では、フィードバック制御作用後における電動
機回転数の変動（すなわち、振動）は有効に抑制されて
いる。しかしながら、トルク急変点直後の極めて初期期
間（概ね０．５秒までの期間）はフィードバック制御が
十分に作用しないため、抑制されてはいるものの電動機
回転数の変動ピークは依然として存在する。

【００４３】ここで、電動機回転数の変動（パワーユニ
ットの振動）は、既述のように、急アクセル操作等に起
因する急激なトルク変動が原因である。また、大慣性と
小慣性とからなる２慣性系においては、トルク急変直後
の振動は、大慣性（すなわち、車両）に対する駆動トル
クが先に小慣性（すなわち、パワートレーン、動力出力
機構）を駆動してしまう現象に大きく起因している。

【００４４】かかる特性を考慮して、第２の発明の実施
の形態では、要求トルクの変動を抑制する前処理フィル
タ５０を更に付加した。

【００４５】本発明の実施の形態について図９を参照し
て詳述する。図９は第２の発明の実施の形態に従う制御
系ブロック図を示す。なお、図９において、前処理フィ
ルタ５０以外の構成要素は図３に示す第１の発明の実施
の形態における各構成要素と機能を同一にするので、同
一の符号を付すことによりその説明を省略する。

【００４６】前処理フィルタ５０は、図１１に示す特性
を有している。すなわち、車両の慣性（質量）とパワー
トレーンの慣性（質量）の差を考慮して、初期入力に対
する出力の時間変化を緩慢にする一方で、初期入力以降
の入力に対する出力の時間変化を鋭敏にする特性であ
る。例えば、二次関数曲線の特性、指数関数曲線の特性
に従っても良い。また、より具体的には、例えば、ｄ_n
＝ｄ_n-1＋ａ、Ｔ_On＝Ｔ_{On -1}＋ｄ_n、Ｔ_O0＝０、ｄ₀＝
ａ、Ｔ_0n≫Ｔ_lim→Ｔ_n0＝Ｔ_limの関係式を満たす特性で
ある。このような特性を有することにより、要求トルク
の急激な変動を抑制しつつ、要求トルクを速やかに実現
する高応答性を担保している。

【００４７】次に、図９に示す制御系を実現する処理を
図１０に示すフローチャートを参照して説明する。な
お、図１０には、前処理フィルタ５０の付加に関連して
加えられるステップＳ１４５、及びその前後のステップ
であるステップＳ１４０及びＳ１５０のみを示し、残り
のステップについては説明並びに図示を省略する。アク
セル踏込量及び車速に基づき算出された要求トルクは、
前処理処理フィルタ５０を通過させられ、これにより、
車両質量とパワートレーン質量の質量差に起因する初期
変動を抑制する特性が与えられる（ステップＳ１４
５）。そして、かかる特性を有する要求トルクを制御ト
ルクによって加減することによりトルク指令値を求める
（ステップＳ１５０）。求められたトルク指令値は、実
車４１に付与される。

【００４８】この点で、従来主に用いられてきた図１２
に図示する特性を有する一次遅れローパスフィルタ５１
とは相違する。すなわち、図１２に示す特性では、入力
の初期の変動を効果的に抑制することができず、また、
要求出力を達成するまでに比較的時間を要するので、時
々刻々と要求トルクが変化する、すなわち、目標到達点
が変化する車両における動力制御には不向きである。

【００４９】上記制御の効果を、上記制御を伴う実験例
である実施例２を用いて説明する。図１３は実施例２の
実験結果を示すグラフであり、縦軸は電動機回転数、電
動機に対するトルク指令値、及びアクセル開度をそれぞ
れ示し、横軸は時間を示す。

【００５０】実施例２では、比較例及び実施例１と比較
して、アクセル開度に対するトルク指令値の変動が著し
く抑制されている。すなわち、約０．２秒近傍における
トルク指令値の急激な立ち上がりが姿を消し、また、約
０．３秒付近におけるピークが大きく抑制されている。
さらに、約０．３秒後の期間全域にわたって電動機回転
数の変動が効果的に抑制されている。

【００５１】実施例２においても、約０．２秒付近にお
ける１つ目のピークは存在するが、このピークはアクセ
ル操作と共にあるいは近接して現れるピークであるた
め、不快な振動としては体感されない。これに対して、
約０．３秒付近の２つ目のピークはトルクの増加を妨げ
るピークであるため、不快な振動として体感される。ま
た、所定トルク（回転数）に到達するために要する時間
も、比較例並びに実施例１と比較して変わらない。した
がって、２つ目のピークを効果的に抑制する第２実施
例、すなわち、第２の発明の実施形態に係る動力制御装
置は、運転者等に不快な振動を与えることなく、所望の
要求トルクを迅速に達成可能であることが理解される。
なお、前記１つ目のピークは構造上避けられないもので
ある。

【００５２】第３の発明の実施の形態：第１及び第２の
発明の実施の形態は、逆モデルを用いて外乱による振動
を抑制している。逆モデルは、微分要素を含むためノイ
ズ等の影響を受け系が不安定になり易いことが知られて
いる。そこで、図１４に図示するように、逆モデルに代
えて、正モデル６０を用いて振動抑制を図ることが考え
られる。

【００５３】図１４に図示する例では、正モデル６０に
よってトルク指令値から電動機の推定回転数が計算さ
れ、検出された電動機の回転数と比較される。比較結果
として得られる比較差は、外乱要素に起因する回転数変
動を示し、また、微分要素を含まない。したがって、図
示する例ではフィルタ４６が配置されているが、フィル
タ４６を用いなくとも安定性は十分に確保され得る。フ
ィルタ６６を通過した回転数差には、増幅器４７におい
て所定のゲインＫが掛けられると共に、トルクの次元に
変換されて制御トルクとして出力される。この制御トル
クによって要求トルクが増減されることによりトルク指
令値が得られる。

【００５４】第４の発明の実施の形態：上記各発明の実
施の形態においては、パワーユニットとして電動機を備
えた車両例について説明したが、上記各発明の実施の形
態は、パワーユニットとして電動機並びに内燃機関を備
えた、いわゆる、ハイブリッドタイプの車両に対しても
同様に適用され得る。

【００５５】ここで、通常、内燃機関の動作に伴い発生
する振動は、モータの動作に伴い発生する振動と比較し
て大きいことが知られている。そのため、内燃機関をシ
ャシに搭載する際には、振動を吸収すべく比較的柔らか
い特性を有するマウントが用いられる。これに対して、
モータのみを備える車両においては、一般的に、振動を
マウントによって吸収する必要がないため、大きな立ち
上がりトルクに対応してモータを支持すべく比較的固い
特性を有するマウントが用いられる。

【００５６】したがって、パワーユニットとしてモータ
及び内燃機関を備えるハイブリッド車両では、パワーユ
ニットとしてモータのみを備える車両と比較して、大き
なモータトルクのトルク変動に伴う振動が発生し易いこ
とになる。特に、図１５に図示するいわゆるパラレル型
のハイブリッド車両では、内燃機関７１及びモータ７２
が一体となったパワーユニット７０がシャシ７３に搭載
されるため、内燃機関７１及びモータ７２にそれぞれ適
当なマウントを用いることができない。したがって、パ
ラレル型のハイブリッド車両では、モータのみをパワー
ユニットとして備える車両に対して本発明に係る制御装
置を適用する場合と比較して、本発明に係る制御装置に
よりもたらされる効果がより顕著となり得る。

【００５７】図１５に図示される模式図において、パワ
ーユニット７０は、模式的にバネ形式にて表されている
マウント７４を介してシャシー７３に揺動可能に結合さ
れている。パワーユニット７０の出力軸７５は、パワー
トレーンを代表して表されているドライブシャフト７６
の一端に結合されており、ドライブシャフト７６の捻れ
は、捻れバネによって表されている。また、ドライブシ
ャフト７６の他端は負荷慣性として作用する車輪７７に
結合されている。

【００５８】パワーユニット７０から出力軸７５を介し
てドライブシャフト７６に出力される駆動トルクは、ト
ルク指令値に基づいてモータ７２及び内燃機関７１の双
方により生成され得る。したがって、厳密な最適制御を
実行するのであれば、内燃機関７１のトルク変動を考慮
して制御することが好ましい。しかしながら、内燃機関
７１のトルク急変動は、モータ７２のトルク急変動と比
較して緩やかであり、通常、トルク急変動によってパワ
ーユニット７０に発生する振動はモータ７２のトルク変
動に起因する。また、内燃機関７１のトルク変動に起因
する振動もまた、モータステータ７９及びモータロータ
７８に伝達されるため、内燃機関７１に起因する振動を
外乱と見なしてモータ７２を適正制御することによっ
て、パワーユニット７０全体の振動が効果的に抑制され
る。したがって、上記各発明の実施の形態は、パラレル
型のハイブリッド車両に対してもそのまま適用され得
る。

【００５９】これに対して、いわゆるシリーズ型のハイ
ブリッド車両にあっては、内燃機関とモータとはそれぞ
れ独立してシャシに搭載され得るので、内燃機関及びモ
ータはそれぞれ適切な特性を有するマウントを介してシ
ャシに搭載され得る。また、パワートレーンに出力され
る駆動トルクは全てモータによって出力されるため、そ
の模式図として図２を適用することが可能であり、上記
各発明の実施の形態はそのまま適用され得る。

【００６０】以上、いくつかの発明の実施の形態に基づ
いて本発明に係る動力制御装置を説明したが、上記した
発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするための
ものであり、本発明を限定するものではない。本発明
は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することな
く、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物
が含まれ得ることは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用され得る、パワーユニットに電動
機を備える車両の概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態において用いられる振動系
を模式的に示す模式図である。

【図３】第１の発明の実施の形態に従う制御系のブロッ
ク図である。

【図４】モデルの同定を説明する際に用いるグラフであ
る。

【図５】モデルの同定を説明する際に用いるグラフであ
る。

【図６】図３に示す制御系を実現する処理を示すフロー
チャートである。

【図７】比較例の実験結果を示すグラフである。

【図８】実施例１の実験結果を示すグラフである。

【図９】第２の発明の実施の形態に従う制御系のブロッ
ク図である。

【図１０】図９に示す制御系を実現する処理を示すフロ
ーチャートである。

【図１１】前処理フィルタの特性を示す説明図である。

【図１２】従来の一次遅れローパスフィルタの特性を示
す説明図である。

【図１３】実施例２の実験結果を示すグラフである。

【図１４】第３の発明の実施の形態に従う制御系のブロ
ック図である。

【図１５】第４の発明の実施の形態において用いられる
振動系を模式的に示す模式図である。

【符号の説明】

１０…車両 １１…モータ １２…パワートレーン １３ａ、１３ｂ…車輪 １４…インバータ １５…バッテリ １６…制御ユニット １７…ＣＰＵ １８…ＲＯＭ １９…ＲＡＭ ２０…アクセルポジションセンサ ２１…車速センサ ３０…パワーユニット ３１…マウント ３２…シャシー ３３…出力軸、 ３４…ドライブシャフト ３５…車輪 ３６…モータロータ ３７…ステータ ４０…要求トルク計算器 ４１…実車 ４２…外乱成分 ４３…回転数検出器 ４４…目標逆モデル ４５…比較器 ４６…フィルタ ４７…増幅器 ５０…前処理フィルタ ５１…従来フィルタ ６０…正モデル

フロントページの続き (72)発明者 木村 秋広 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 稲熊 幸雄 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 守屋 一成 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 5H004 GA07 GA09 GB12 HA20 HB08 JA03 JA12 JB22 KC33 KC52 KC55 MA11 5H115 PC06 PG04 PI13 PI16 PI29 PU08 PV09 QN03 QN06 QN13 QN21 QN22 QN28 TB01 TB10 TO04 TO21 5H570 AA21 BB06 CC04 DD10 GG10 HB07 JJ03 KK08 LL40

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一つのアクチュエータを有する
   と共に、駆動軸を介して前記アクチュエータから要求ト
   ルクを出力可能な動力出力機構を備える車両において、
   前記動力出力機構を制御対象とし、前記動力出力機構の
   出力が前記要求トルクとなるよう前記アクチュエータに
   トルク指令値を与えて、前記動力出力機構を制御する制
   御装置であって、 前記アクチュエータが出力するトルクに相関したパラメ
   ータを検出する検出手段と、 前記検出されたパラメータから、前記動力出力機構の目
   標逆モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトル
   クを推定駆動トルクとして推定する推定手段と、 前記トルク指令値が前記推定駆動トルクに一致するよ
   う、前記トルク指令値を補償するトルク補償手段とを備
   える制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の制御装置において、 前記トルク補償手段は、 前記推定駆動トルクと前記トルク指令値との偏差を外乱
   トルクとして推定する外乱トルク推定手段と、 前記推定された外乱トルクに所定のゲインを乗算し、制
   御トルクとして求める制御トルク演算手段と、 前記求めた制御トルクと、前記動力出力機構に対する要
   求トルクとから、前記トルク指令値を補償するトルク指
   令値算出手段とを備える制御装置。
3. 【請求項３】前記所定のゲインは、前記動力出力機構の
   質量と前記車両の質量との比に基づいて定められた値で
   ある、請求項２に記載の制御装置。
4. 【請求項４】少なくとも電動機と内燃機関とを有すると
   共に、駆動軸を介して前記電動機から要求トルクを出力
   可能な動力出力機構を備える車両において、前記動力出
   力機構を制御対象とし、その制御を行なう制御装置であ
   って、 少なくともアクセル開度および車速に基づき、前記要求
   トルクを演算する要求トルク演算手段と、 前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、 前記検出された回転数から、前記動力出力機構の目標逆
   モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトルクを
   推定駆動トルクとして推定する推定手段と、 前記動力出力機構の出力が前記要求トルクになるよう、
   前記動力出力機構に与えられるトルク指令値を、前記推
   定駆動トルクに基づいて補償するトルク補償手段とを備
   える制御装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の動力制御装置において、 前記トルク補償手段は、 前記推定駆動トルクと前記トルク指令値との偏差を外乱
   トルクとして推定する外乱トルク推定手段と、 前記推定された外乱トルクに所定のゲインを乗算し、制
   御トルクとして求める制御トルク演算手段と、 前記求めた制御トルクと、前記動力出力機構に対する要
   求トルクとから、前記トルク指令値を補償するトルク指
   令値算出手段とを備える制御装置。
6. 【請求項６】前記所定のゲインは、前記動力出力機構の
   質量と前記車両の質量との比に基づいて定められた値で
   ある、請求項５に記載の制御装置。
7. 【請求項７】少なくとも電動機を有すると共に、駆動軸
   を介して前記電動機から要求トルクを出力可能な動力出
   力機構を備える車両において、前記動力出力機構を制御
   対象とし、その制御を行なう制御装置であって、 前記車両の質量と前記動力出力機構の質量の差に起因す
   る初期振動を抑制するフィルタを介して前記要求トルク
   を入力する要求トルク入力手段と、 前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、 前記検出された回転数から、前記動力出力機構の目標逆
   モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトルクを
   推定駆動トルクとして推定する推定手段と、 前記動力出力機構の出力が前記フィルタを介して入力さ
   れた要求トルクになるように、前記動力出力機構に与え
   られるトルク指令値を、前記推定駆動トルクに基づいて
   補償するトルク補償手段とを備える制御装置。
8. 【請求項８】請求項７に記載の制御装置において、前記
   動力出力機構は内燃機関を含み、 前記推定手段は、内燃機関を含む前記動力出力機構の目
   標逆モデルを用いて前記検出された回転数から前記動力
   出力機構が出力するトルクを推定駆動トルクとして推定
   する、制御装置。
9. 【請求項９】請求項７または請求項８に記載の制御装置
   において、前記フィルタは、初期入力に対しては低い応
   答性を示しその後の入力に対しては高い応答性を示す、
   動力制御装置。
10. 【請求項１０】前記フィルタは、時間を変数とする二次
    関数曲線の特性に従う、請求項９に記載の動力制御装
    置。
11. 【請求項１１】少なくとも電動機を有すると共に、駆動
    軸を介して前記電動機から要求トルクを出力可能な動力
    出力機構を備える車両において、前記動力出力機構を制
    御対象とし、前記動力出力機構の出力が前記要求トルク
    となるように前記電動機にトルク指令値を与えて、前記
    動力出力機構の制御を行う制御装置であって、 少なくともアクセル開度及び車速に基づき要求トルクを
    演算する要求トルク演算手段と、 前記電動機の実回転数を検出する回転数検出手段と、 前記動力出力装置の正モデルを用いて、前記トルク指令
    値から前記電動機の推定回転数を推定する回転数推定手
    段と、 前記実回転数が前記推定回転数に一致するように、前記
    トルク指令値を補償するトルク補償手段とを備える制御
    装置。
12. 【請求項１２】請求項１１に記載の制御装置において、 前記トルク補償手段は、 前記推定回転数と前記実回転数との偏差を外乱トルクに
    よる回転数変動として推定する回転数変動推定手段と、 前記推定された回転数変動をトルクに変換し、そのトル
    クに所定のゲインを乗算し、制御トルクとして求める制
    御トルク演算手段と、 前記求めた制御トルクと、前記動力出力機構に対する要
    求トルクとから、前記トルク指令値を補償するトルク指
    令値算出手段とを備える制御装置。
13. 【請求項１３】請求項１１または請求項１２に記載の制
    御装置において、 前記動力出力機構は内燃機関を含み、 前記回転数推定手段は前記内燃機関を含む前記動力出力
    機構の正モデルを用いて、前記トルク指令値から前記電
    動機の推定回転数を推定する、制御装置。
14. 【請求項１４】請求項１乃至請求項１３のいずれかの請
    求項に記載の制御装置において、 前記動力出力機構の目標モデルは、振動系を含まない単
    一慣性モデルである、制御装置。
15. 【請求項１５】請求項１乃至請求項１４のいずれかの請
    求項に記載の制御装置を備える車両。
16. 【請求項１６】少なくとも一つのアクチュエータを有す
    ると共に、駆動軸を介して前記アクチュエータから要求
    トルクを出力可能な動力出力機構を備える車両におい
    て、前記動力出力機構を制御対象とし、前記動力出力機
    構の出力が前記要求トルクとなるよう前記アクチュエー
    タにトルク指令値を与えて、前記動力出力機構を制御す
    る制御方法であって、 前記アクチュエータが出力するトルクに相関したパラメ
    ータを検出し、 前記検出されたパラメータから、前記動力出力機構の目
    標逆モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトル
    クを推定駆動トルクとして推定し、 前記トルク指令値が前記推定駆動トルクに一致するよ
    う、前記トルク指令値を補償する制御方法。
17. 【請求項１７】少なくとも電動機と内燃機関とを有する
    と共に、駆動軸を介して前記電動機から要求トルクを出
    力可能な動力出力機構を備える車両において、前記動力
    出力機構を制御対象とし、その制御を行なう制御方法で
    あって、 少なくともアクセル開度および車速に基づき、前記要求
    トルクを演算し、 前記電動機の回転数を検出し、 前記検出された回転数から、前記動力出力機構の目標逆
    モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトルクを
    推定駆動トルクとして推定し、 前記動力出力機構の出力が前記要求トルクになるよう、
    前記動力出力機構に与えられるトルク指令値を、前記推
    定駆動トルクに基づいて補償する制御方法。
18. 【請求項１８】少なくとも電動機を有すると共に、駆動
    軸を介して前記電動機から要求トルクを出力可能な動力
    出力機構を備える車両において、前記動力出力機構を制
    御対象とし、その制御を行なう制御方法であって、 前記車両の質量と前記動力出力機構の質量の差に起因す
    る初期変動を抑制するフィルタを介して前記要求トルク
    を入力し、 前記電動機の回転数を検出し、 前記検出された回転数から、前記動力出力機構の目標逆
    モデルを用いて、前記動力出力機構が出力するトルクを
    推定駆動トルクとして推定し、 前記動力出力機構の出力が前記フィルタを介して入力さ
    れた要求トルクになるように、前記動力出力機構に与え
    られるトルク指令値を、前記推定駆動トルクに基づいて
    補償する制御方法。
19. 【請求項１９】少なくとも電動機を有すると共に、駆動
    軸を介して前記電動機から要求トルクを出力可能な動力
    出力機構を備える車両において、前記動力出力機構を制
    御対象とし、前記動力出力機構の出力が前記要求トルク
    となるように前記電動機にトルク指令値を与えて、前記
    動力出力機構の制御を行う制御方法であって、 少なくともアクセル開度及び車速に基づき要求トルクを
    演算し、 前記電動機の実回転数を検出し、 前記動力出力装置の正モデルを用いて、前記トルク指令
    値から前記電動機の推定回転数を推定し、 前記実回転数が前記推定回転数に一致するように、前記
    トルク指令値を補償する制御方法。