JP2001200741A - 車両用制御装置 - Google Patents

車両用制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車両において、車両走行状態急
変時であっても駆動出力と、発電機の発電電力の応答が
一致するようにする。 【解決手段】 車両の走行状態に基づき電動機４の目標
出力軸トルクtTo0と目標発電出力tPoを演算し、目標発
電出力tPoに基づき発電機２の目標入力軸回転速度tNi0
を演算する。そして、目標出力軸トルクtTo0に対し２次
以上の次数で構成されたフィルタGRを用いて遅れ処理を
施し、電動機４の最終目標出力軸トルクtToを演算する
とともに、目標入力軸回転速度tNi0に対しても同じフィ
ルタGRによる遅れ処理を施して発電機２への最終目標入
力軸回転速度tNinを演算する。これにより、車両走行状
態急変時であっても駆動出力（＝電動機４の消費電力）
の応答と、発電機２の発電電力の応答を一致させること
ができ、バッテリ９の容量を最小化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エンジン、電動機及び
発電機を備えた車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、低公害性と航続距離、及びエネル
ギー供給のインフラ等の要求から、エンジンと発電／電
動機を組み合わせて搭載したハイブリッド車両の実用化
が進められている。既に実用化の面で進んでいるいわゆ
るパラレル・ハイブリッド車（以下、ＰＨＥＶ）は、エ
ンジンによる走行を基本としながら、減速時等に回生し
た電力を用いて電動機によってトルクアシストを行って
燃費の向上を図るものである。
【０００３】これに対し、より一層の効率向上を狙った
シリーズ・ハイブリッド車（以下、ＳＨＥＶ）がある。
ＳＨＥＶでは、車両は電動機のトルクによってのみ駆動
され、エンジンは電力供給のために運転される。従来提
案されているＳＨＥＶでは、効率向上を第一目標として
いるため、エンジンは略一定の燃費最良となる運転条件
で運転される。
【０００４】しかし、このようなＳＨＥＶにあっては、
エンジンの運転状態を略一定に維持しながら車両の走行
状態の急変に対応するため、十分な容量のバッテリが必
要であり、重量及びコストの増加が避けられなかった。
【０００５】そこで、エンジンや発電／電動機といった
機械的な構成はＳＨＥＶと同様であるが、車両走行のた
めに電動機で消費される電力を時々刻々求めて、それに
見合った分だけ発電するようにエンジン及び発電／電動
機を制御するハイブリッド車が本出願人により提案され
ている（特願平11-172426号）。
【０００６】電動機で消費される電力と発電機で発電さ
れる電力が一致すれば、バッテリは最小限の容量だけあ
ればよいため、重量及びコストの面で大きな割合を占め
ているバッテリの小型化、低コスト化を図ることができ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとしている問題点】しかしながら、
このようなハイブリッド車であっても、運転者がアクセ
ルペダルを急激に踏み込む等車両の走行状態が急変する
場合には、電動機で消費される電力と発電機で発電され
る電力が一致しないため、その過不足分を補えるだけの
容量のバッテリを用意する必要があった。車両状態急変
時にこのような過不足が生じるのは、発電量を調整すべ
く発電機とエンジンに同時に指令値を与えても、エンジ
ンの応答が発電機の応答に比べ非常に遅いことによる。
【０００８】例えば、駆動出力の増大に対応して発電量
を増大させるために、エンジンと発電機の回転速度を増
大させる指令を出しても、エンジンの応答が遅いため、
エンジントルクの上昇により回転速度が増大する前に、
回転速度制御される発電機がバッテリ電力により駆動ト
ルクを発生させて回転速度を増大させてしまう（図７参
照）。結果として、発電量を増大させる必要があるにも
かかわらず発電機の発電量は一時的に減少し、しかも発
電機が電力を余分に消費してしまうため、消費電力との
乖離が生じてしまう。
【０００９】特開平11-122710号にあるように発電機へ
の指令値にフィルタ処理を施して発電機の応答を見かけ
上遅くすれば、発電側で電力を消費してしまうのを抑制
することは可能であるが、発電側の応答がフィルタによ
り遅くなるのに対し、電動機の駆動出力は直ちに増大す
るため、発電電力と消費電力との乖離は解消されないま
まである。
【００１０】本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされ
てものであり、車両の走行状態が急変する状況であって
も電動機で消費される電力と発電機で発電される電力と
が一致するようにし、必要とされるバッテリ容量の更な
る低減を図ることを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】第１の発明は、エンジ
ンと、エンジンに接続された発電機と、車両の駆動軸に
接続され発電機の発電する電力によって駆動される電動
機とを備えた車両の制御装置において、走行状態に応じ
て電動機の目標駆動力あるいは目標出力軸トルクと、発
電機の目標入力軸回転速度を演算する手段と、目標駆動
力あるいは目標出力軸トルクに基づき電動機の最終目標
出力軸トルクを演算する手段と、目標入力軸回転速度に
基づき発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手段
と、最終目標出力軸トルクに基づき電動機のトルク制御
を行う手段と、最終目標入力軸回転速度に基づき発電機
の回転速度制御を行う手段とを備え、最終目標出力軸ト
ルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段が演
算過程に同じ遅れ処理を含むことを特徴とするものであ
る。
【００１２】第２の発明は、エンジンと、エンジンに接
続された発電機と、車両の駆動軸に接続され発電機の発
電する電力によって駆動される電動機とを備えた車両の
制御装置において、走行状態に応じて目標発電出力を演
算する手段と、走行状態に応じて電動機の目標駆動力あ
るいは目標出力軸トルクを演算する手段と、目標発電出
力に応じて発電機の目標入力軸回転速度を演算する手段
と、目標発電出力に応じてエンジンの目標エンジントル
クを演算する手段と、目標駆動力あるいは目標出力軸ト
ルクに基づき電動機の最終目標出力軸トルクを演算する
最終目標出力軸トルク演算手段と、目標入力軸回転速度
に基づき発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手
段と、最終目標出力軸トルクに基づき電動機のトルク制
御を行う手段と、最終目標入力軸回転速度に基づき発電
機の回転速度制御を行う手段と、目標エンジントルクに
基づきエンジンを制御する手段とを備え、最終目標出力
軸トルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段
が演算過程に同じ遅れ処理を含むことを特徴とするもの
である。
【００１３】第３の発明は、第１又は第２の発明におい
て、遅れ処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理で
あることを特徴とするものである。
【００１４】第４の発明は、第２の発明において、遅れ
処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、そ
のフィルタの時定数が、目標エンジントルクの単位時間
あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あた
りの変化量の比に基づき演算されることを特徴とするも
のである。
【００１５】第５の発明は、第２の発明において、遅れ
処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、そ
のフィルタの時定数が、目標エンジントルクの単位時間
あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あた
りの変化量の比の最小値に基づいて予め定めた固定値で
あることを特徴とするものである。
【００１６】第６の発明は、第３から第５の発明におい
て、最終目標出力軸トルク演算手段が、前記フィルタ処
理の後に車速相当値で除算を行う処理をさらに備えるこ
とを特徴とするものである。
【００１７】第７の発明は、第６の発明において、車速
相当値が下限リミッタにより所定値以上に制限されてい
ることを特徴とするものである。
【００１８】第８の発明は、第３から第５の発明におい
て、最終目標出力軸トルク演算手段が前記フィルタ処理
の前に車速相当値で乗算を行う処理を備える場合、前記
車速相当値には下限リミッタが設けられていることを特
徴とするものである。
【００１９】第９の発明は、第２の発明において、目標
発電出力が、電動機の効率、発電機の効率あるいは電装
品からの発電要求のうち少なくとも一つを考慮して演算
されることを特徴とするものである。
【００２０】
【作用及び効果】したがって、本発明に係る車両用制御
装置を備えた車両にあっては、車両の走行状態（アクセ
ル操作量、車速等）に応じて駆動軸に接続された電動機
のトルク制御及びそれに電力を供給するための発電機の
回転速度制御が行われるが、第１から第３の発明によれ
ば、車両の走行状態に応じて電動機の目標出力軸トルク
（あるいは目標駆動力）と発電機の目標入力軸回転速度
とが演算され、同一の遅れ処理（例えば、２次フィルタ
による遅れ処理）を経て電動機に与える最終目標出力軸
トルクと発電機に与える最終目標入力軸回転速度とが演
算される。
【００２１】このように駆動側と発電側で同一の遅れ処
理を施すようにしたことにより、運転者がアクセルペダ
ルを急激に踏み込む等車両の走行状態が急変した場合で
あっても電動機の応答性と発電機の応答性とを一致させ
ることができ、電動機消費電力と発電機発電出力とを一
致させて必要とされるバッテリ容量を低減することがで
きる。また、遅れ処理を施すことは発電側制御の安定化
にも効果がある。
【００２２】そして、前記遅れ処理を２次のフィルタで
構成する場合、そのフィルタ時定数を目標エンジントル
クの単位時間あたりの変化量と目標入力軸回転速度の単
位時間あたりの変化量との比に基づき設定するようにす
れば、常に適切なフィルタ時定数が設定されるので、必
要以上に大きなフィルタ時定数がされて駆動出力の応答
が鈍くなってしまい、運転性が損なわれるのを防止でき
る（第４の発明）。あるいは、フィルタ時定数を固定値
とすれば、最大トルクが比較的小さいエンジンで頻繁に
最大トルク近傍を使用する場合であっても、運転者の操
作に対する駆動力応答の変動が抑えられ、運転性を良好
に保つことができる（第５の発明）。
【００２３】また、第６の発明によると、電動機への最
終目標出力軸トルクを演算する際、前記フィルタの後段
で車速相当値（車速、変速機出力軸回転速度等）で除
算、すなわち、車速による負帰還が施される。これによ
り、車速の増大を受けて最終目標出力軸トルクがフィル
タ処理前の目標値をオーバーシュートするのが抑えら
れ、駆動出力が目標発電出力をオーバーシュートするの
を防止できる。さらに、第７の発明によれば、その際用
いられる車速相当値は下限リミッタにより所定値以上に
制限されるので、いわゆるゼロ割の問題が回避される。
【００２４】さらに、前記フィルタの前段において車速
相当値で乗算を行う場合であっても、第８の発明によれ
ばその車速相当値は下限リミッタにより所定値以上に制
限されるので、車速がゼロであっても電動機への最終目
標出力軸トルクはゼロ以上の値となり、発進不能になる
のを防止すると共にクリープトルク相当のトルクも実現
できる。
【００２５】また、第９の発明によると、発電出力の目
標値が電動機や発電機の効率、点火装置、照明用ランプ
等の電装品からの発電要求を考慮して演算されるので、
消費電力と発電出力の応答が一致するだけでなく、消費
電力と発電電力の大きさも一致するようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
実施の形態について説明する。
【００２７】図１は、本発明が適用されるハイブリッド
車両のシステム構成図である。
【００２８】この車両では、従来の機械式変速機に代え
て、無段変速機として機能する電気パワートレイン５が
エンジン１に接続されている。電気パワートレイン５は
発電機２と電動機４とで構成され、入力側の発電機２が
エンジン１のクランク軸に接続される一方、出力側の電
動機４が車両の駆動軸６に接続されている。発電機２、
電動機４は永久磁石式交流同期モータ等の交流機であ
り、それぞれインバータ８に接続されている。インバー
タ８にはさらにバッテリ９（リチウムバッテリあるいは
ニッケル水素バッテリ等）が接続されている。
【００２９】発電機２と電動機４の間にはクラッチ３が
介装されており、クラッチ３が締結されるとエンジン１
と駆動軸６が直結状態となってエンジン１で直接駆動軸
６を駆動することができる。クラッチ３は、例えば電気
パワートレイン５の入力軸回転速度と出力軸回転速度が
一致したときに締結され、発電機２と電動機４における
損失を抑制して車両の燃費性能を向上させることができ
る。
【００３０】また、電気パワートレイン５には、エンジ
ン１に接続された発電機２の回転子側の回転速度（入力
軸回転速度）を検出する入力軸回転速度センサ２４と、
駆動軸６に接続された電動機４の回転子側の回転速度
（出力軸回転速度）を検出する出力軸回転速度センサ２
１とが取り付けられており、検出された入力軸回転速度
と出力軸回転速度の比が電気パワートレイン５の変速比
となる。
【００３１】一方、エンジン１の吸気管には電子制御式
スロットル弁１４が設けられており、スロットル弁１４
は必要とされる発電電力に応じて設定される目標エンジ
ントルクが実現されるよう運転者のアクセル操作とは独
立して開閉制御される。エンジン１にはこの他、吸入空
気量を検出するエアフローメータ１３、クランク角を検
出するクランク角センサ２３が設けられている。
【００３２】統合コントロールユニット１０は、基本的
には検出されたアクセル操作量等に基づき運転者が要求
する駆動力を求め、要求駆動力が実現されるようにトラ
ンスミッションコントロールユニット１２を介して電動
機４のトルク制御を行う。また、電動機４の駆動出力
（消費電力）に見合った発電電力が得られるようにトラ
ンスミッションコントロールユニット１２を介しての発
電機２の回転速度制御及びエンジンコントロールユニッ
ト１１を介してのエンジン１のトルク制御も併せて行
う。
【００３３】また、このとき統合コントロールユニット
１０は、バッテリ９に必要とされる容量を最小限に抑え
るべく、駆動出力の応答と発電電力の応答とが一致する
ように電動機４への指令値（最終目標出力軸トルク）と
発電機２への指令値（最終目標入力軸回転速度）とを演
算する。
【００３４】図２は、統合コントロールユニット１０の
制御内容を示したブロック図であり、図中破線で囲んだ
部分が統合コントロールユニット１０に対応する。
【００３５】これによると、統合コントロールユニット
１０は、まず、アクセル操作量センサ２２から入力され
たアクセル操作量APOと、電気パワートレイン５の出力
軸回転速度から演算によって求まる車速VSPとに基づ
き、所定のマップ（目標駆動力設定マップ）を参照して
目標駆動力tFdを演算し（Ｂ１）、この目標駆動力tFdに
対し、定数G4＝(タイヤ有効半径)／(ファイナルギア比)
を乗じて目標出力軸トルクtTo0を求める（Ｂ２）。
【００３６】そして、この目標出力軸トルクtTo0に対し
て後述する２次のフィルタGRによるフィルタ処理を施
し、目標出力軸トルクtTo0に対して遅れを持たせた最終
的な目標出力軸トルクtToを求め（Ｂ３）、これをトラ
ンスミッションコントロールユニット１２に送信する。
【００３７】なお、ここでは目標駆動力tFdを目標出力
軸トルクtTo0に変換した後にフィルタ処理を施し目標出
力軸トルクtToを求めているが、目標駆動力tFdに対して
直接フィルタ処理を施し、フィルタ処理後の値に定数G4
を乗じて目標出力軸トルクｔToを求めるようにしても良
い。あるいは、アクセル操作量APOと車速VSPに基づき所
定のマップ（目標出力軸トルク設定マップ）を参照して
目標出力軸トルクtT0を直接求め、これにフィルタ処理
を施して目標出力軸トルクtToを演算するようにしても
良い。
【００３８】また、統合コントロールユニット１０は、
車速VSP[km/h]に定数G1＝1000／3600を乗じてVSP[m/s]
に単位を変換し（Ｂ４）、これに目標駆動力tFdを乗じ
て目標発電出力の基本値とする（Ｂ５）。さらに、これ
を電動機２の運転状態に基づき所定のマップを参照して
求められる電動機効率EFFm及び発電機２の運転状態に基
づき所定のマップを参照して求められる発電機効率EFFg
で除し（Ｂ６、Ｂ７）、外部からの発電要求値tTg（点
火装置、照明用ランプ等の電装品で必要とされる発電
量）を加算して目標発電出力tPoを演算する（Ｂ８）。
【００３９】そして、この目標発電出力tPoから所定の
テーブルを参照して目標入力軸回転速度tNi0が演算され
る（Ｂ９）。ここで参照されるテーブルは、例えば目標
発電出力tPoに対して最もエンジン１及び発電機２の効
率が良くなる回転速度が選ばれるように設定されてい
る。
【００４０】この目標入力軸回転速度tNi0に対しても目
標出力軸トルクtTo0同様にフィルタGRによるフィルタ処
理が施され（Ｂ１０）、目標入力軸回転速度tNi0に対し
て遅れを持たせた最終目標入力軸回転速度tNiが求めら
れる。この最終目標入力軸回転速度tNiはトランスミッ
ションコントロールユニット１２へ送信され、トランス
ミッションコントロールユニット１２は、一般的なＰＩ
制御（比例積分制御）により、発電機２の回転速度フィ
ードバック制御を行う。
【００４１】また、統合コントロールユニット１０は、
目標発電出力tPoをエンジン回転速度Niで除して目標エ
ンジントルクtTeとし（Ｂ１１）、エンジンコントロー
ルユニット１１へ送信する。
【００４２】エンジン１が発生したトルクは発電機２の
回生トルクとなり、発電機２で発電された電力により電
動機４が駆動トルクを発生する。発電出力が不足する時
にはバッテリ９により電力が補われる。
【００４３】次に、フィルタGRの構成方法について説明
する。
【００４４】フィルタGRは、車両の走行状態が急変して
も、発電機２が余分な正のトルクを発生しないで済むよ
うに構成される。エンジン１、発電機２からなる物理モ
デルの微分方程式を、ラプラス変換を使って記述する
と、次式(1)、(2)のようになる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
【数２】 ただし、TE：エンジン１の応答時定数 KE：エンジン１の応答ゲイン(＝１) TG：発電機２の応答時定数 KG：発電機２の応答ゲイン(＝１) KI：エンジン１及び発電機２の回転モーメントの和の逆
数 KP：発電機２の回転速度フィードバック制御の比例ゲイ
ン TI：発電機２の回転速度フィードバック制御の積分ゲイ
ン これを発電機２のトルクTgについて解くと、次式(3)、
【００４７】
【数３】 となり、発電機トルクTgは目標入力軸回転速度tNiと目
標エンジントルクtTeのそれぞれに対する応答の和とし
て記述できる。ここで目標入力軸回転速度tNiに対する
伝達関数を、
【００４８】
【数４】 目標エンジントルクtTeに対する伝達関数を、
【００４９】
【数５】 とおくと、それぞれの伝達関数のステップ入力に対する
応答波形は図３のようになる。
【００５０】入力をそれぞれu1(0→2000rpm)、u2(0→20
0Nm)とすると、応答はそれぞれY1、Y2となるが、Y1が正
側へ大きく振られるため、発電機トルクTgが正側へ引っ
張られてしまう。言い換えれば、u1に対するY1のゲイン
がu2に対するY2のゲインよりも大きいため、発電機トル
クTgが正側へ引っ張られてしまう。
【００５１】H1、H2それぞれの周波数応答は図４のよう
になる。ステップ入力に対する応答波形が図３に示すよ
うになったのは、この図に示すように、高周波数領域で
両者の位相が重なり、かつH1のゲインがH2のゲインより
も著しく大きいためである。
【００５２】本実施形態では、フィルタGRによるフィル
タ処理を追加することでこれを改善するのであるが、GR
・H1のゲイン特性が、高周波領域でH2と同じΔ(ゲイン)
／Δ(周波数)で、もしくはより急峻に、ゲインが下がっ
ていく特性になっていなければ、周波数を上げていくと
いずれH2のゲインのほうが下になってしまい、Y1の応答
に引っ張られて発電機トルクTgが正側へ応答してしま
う。
【００５３】そこで、GR・H1の高周波数領域での特性がH
2と一致するようにフィルタGRを構成する。ｓを無限大
としたときの(-H2/H1)を求めると、
【００５４】
【数６】 となり、２次の伝達関数になる。したがって、高周波数
領域でGR・H1とH2の特性を一致させるためには、フィル
タGRの次数を２次以上とすることが必要であることがわ
かる。また、目標入力軸回転速度に対してGR・H1の定常
偏差がゼロ以上であるためには、フィルタGRは低周波数
領域でゲインが１でなければならない。
【００５５】以上のことから、フィルタGRは次式、
【００５６】
【数７】 で表される。CRはフィルタGRの時定数を調整するための
定数である。なお、フィルタGRの時定数は、
【００５７】
【数８】 である。
【００５８】ここで再びゲインについて考えると、そも
そも目標エンジントルクtTeの変化量(例0→200Nm)に対
し、目標入力軸回転速度tNi0の変化量(例0→2000rpm)は
大きく、これは略全ての運転条件について言える。その
ため、例えば両者の比が上記の様に1/10であった場合、
GR・H1のゲインはH2のゲインに対して1/10以下でなけれ
ば、結果として発電機トルクTgが正側へ応答してしま
う。
【００５９】言い換えれば、発電機トルクTgが正側へ応
答するのを抑えるためには、周波数応答でみたときGR・H
1のゲインが、H2のゲインに対して少なくとも20dB下側
にある必要がある。
【００６０】一般に、２次応答のゲインは高周波数領域
では、
【００６１】
【数９】 但し、ω：周波数[rad/sec]となるので、GR・H1のゲイン
とH2のゲインが等しくなるときのフィルタGRの時定数を
T0、通常の運転状態において取りうる「目標エンジント
ルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化
量」の比の最小値をG1とすると、
【００６２】
【数１０】 となり、時定数調整係数CRはこの(10)式を満たすように
を決めればよい。
【００６３】ここで「目標エンジントルクtTeの変化
量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比を時々
刻々求めることができれば、常にフィルタGRの時定数T
GRを最適値に制御することができる。
【００６４】図５はGR・H1、H2の周波数応答を示す。
【００６５】このようにフィルタ処理を施すことによ
り、GR・H1のゲイン特性が、高周波領域でH2とほぼ同じ
Δ(ゲイン)／Δ(周波数)でゲインが下がっていく特性に
なることがわかる。
【００６６】そして、GR・H1、H2のステップ入力に対す
る応答波形は図６のようになる。フィルタGRによりY1の
値が小さくなるため、発電機トルクTgが正側へ応答する
のが抑えられる。
【００６７】なお、ここでは「目標エンジントルクtTe
の変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比
に応じてフィルタGRの時定数TGRを変化させる構成とし
たが、最大トルクが比較的小さいエンジンを使用し、エ
ンジンが最大トルク近傍で運転されることが多い場合、
最大トルク点近傍では「目標エンジントルクtTeの変化
量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比が小さ
くなるので、フィルタ時定数TGRの変動が大きくなる。
その結果、運転者の操作に対する駆動力応答の変動が大
きくなり、違和感を与える場合がある。
【００６８】このような場合には前述のように、通常の
運転状態において取りうる「目標エンジントルクtTeの
変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比の
最小値に基づいてフィルタ時定数TGRを固定値とすれば
よい。このようにすることにより運転者の操作に対する
駆動力応答の変動が抑えられ、運転性を良好に保つこと
ができる。
【００６９】なお、一般的な２次フィルタの伝達関数を
ラプラス変換を用いて記述すれば、
【００７０】
【数１１】 但し、T：時定数 ζ：ダンピング係数 となるが、これをディジタル制御で使用できるように離
散時間系で記述すると、
【００７１】
【数１２】 但し、u：入力変数 Δt：演算周期 となる。これら(11)式と(12)式は等価である。出力Gは
Δtごとに算出される時系列データであり、ある時刻に
おける出力をGnとすると、Δt前の時点での出力が
G n-1、2Δt前の時点での出力がGn-2となる。
【００７２】(7)式を適用すれば、
【００７３】
【数１３】
【００７４】
【数１４】 となる。
【００７５】したがって、フィルタGRは二つの定数であ
る時定数TGRとダンピング係数ζを用いて、(12)式によ
り構成され、目標出力軸トルクtTo0から最終目標出力軸
トルクtToを算出するため、及び目標入力軸回転速度tNi
0から最終目標入力軸回転速度tNiを算出するために適用
される。具体的には、(12)式において、例えば目標出力
軸トルクtTo0を入力変数uに代入すると、出力Gnが最終
目標出力軸トルクtToとなる。
【００７６】時定数TGR、ダンピング係数ζはそれぞれ
(13)式、(14)式により決まる。さらに時定数TGRに関し
ては、(10)式を満たすように時定数調整係数CRが決めら
れるが、(10)式の特性から、時定数調整係数CRは「目標
エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度t
Ni0の変化量」の比から求めることができる。
【００７７】但し、エンジン１が最大エンジントルク近
傍で運転されることが頻繁にある場合は、通常の運転状
態において取りうる「目標エンジントルクtTeの変化
量」と「目標入力軸回転速度tNiの変化量」の最小値に
基づいて時定数TGRを固定値とし、時定数TGRの変動が大
きくなって、運転者の操作に対する駆動力応答の変動が
大きくなるのを防止する。
【００７８】次に、全体的な作用について説明する。
【００７９】まず、比較のため、本発明を適用しない場
合について説明する。図７に示すように、運転者がアク
セルペダルを急に踏み込んだ場合を考えると、この場
合、駆動出力がステップ状に変化するため、発電出力が
駆動出力に対して過不足無く応答するには目標エンジン
トルク及び目標入力軸回転速度がともにステップ状に変
化する必要がある。
【００８０】しかしながら、スロットルによるトルク制
御では指令値に対する実エンジントルクの応答は遅いの
で（時定数≒0.1〜0.3sec）、発電機２の実入力軸回転
速度の上昇もそれに伴い遅くなる。そのため目標入力軸
回転速度と実入力軸回転速度の偏差が大きくなり、回転
速度フィードバック制御により発電機２が正側へ大きな
トルクを発生して回転速度を上昇させてしまう。すなわ
ち、エンジントルクの上昇により回転速度が上昇する前
に、発電機２がトルクを発生して回転速度が上昇してし
まうことになる。このとき発電機２が必要とする電力
（図中斜線部に相当）は、バッテリ９から別途供給する
必要がある。したがって、本発明を適用しない場合は、
発電出力は応答が遅いだけでなく、発電機２が余分に電
力を消費することになるため、駆動出力との乖離が発生
してしまうことになる。
【００８１】これに対し、本発明を適用した場合は、同
じく運転者がアクセルペダルを急に踏み込んだ状況であ
っても、発電機２が余分な正のトルクを発生しないよう
に、発電機２の目標入力軸回転速度に対して適切なフィ
ルタ処理が施される。これによって発電機２への指令値
（最終目標入力軸回転速度）の変化速度は図８に示すよ
うに抑制され、発電機２はエンジントルクのみで回転上
昇できるようになる。
【００８２】そして、駆動出力と発電出力との乖離を解
消すべく、目標入力軸回転速度に対するものと同じフィ
ルタ処理を電動機４の目標出力軸トルクにも施される。
電動機４のトルク応答は十分速いので（時定数≒10mse
c）、電動機４は指令値（最終目標出力軸トルク）に遅
れなく追従することができる。したがって、本発明を適
用した場合は、駆動出力と発電出力の応答を一致させる
ことができ、発電機２は過不足無く発電できるようにな
って、必要とされるバッテリ容量を低減することができ
る。
【００８３】ところで、上記実施形態では、目標出力軸
トルク及び目標入力軸回転速度に対して同一のフィルタ
を用いた遅れ処理を施すようにしたことにより、駆動出
力と発電出力の応答をほぼ一致させることができるので
あるが、上記構成では、目標駆動力が急変したときに駆
動出力が目標値（目標発電電力）を若干オーバーシュー
トしてしまい、発電出力が不足してしまう場合がある。
【００８４】これは出力軸トルクの増大に伴い車速が増
加し、目標出力軸トルクがフィルタ処理前の目標値をオ
ーバーシュートした場合、図２に示した構成では、車速
による負帰還を施す機能を持たないため、駆動出力に正
帰還がかかって目標値をオーバーシュートしてしまうこ
とによる。目標エンジントルクは目標発電出力を実際の
入力軸回転速度（＝エンジン回転速度）で除して演算さ
れ、発電機の回転速度制御が仮にオーバーシュートして
も目標エンジントルクに負帰還がかかり、エンジン出力
が目標発電出力をオーバーシュートすることがないこと
から、目標出力軸トルクのオーバーシュートは直ちには
駆動出力と発電出力の不一致につながる。
【００８５】図９は先の実施形態において、低車速域か
ら全開加速を行ったときの応答を示したものである。全
開加速時のように目標駆動力が急激に増減する場合、図
９（ｃ）に示すように目標出力軸トルクはフィルタ前の
目標値をオーバーシュートしてしまう場合がある。目標
出力軸トルクがオーバーシュートするとこれに伴い駆動
出力が目標発電出力をオーバーシュートすることになる
ので（図９（ｄ））、結果として図９（ｈ）に矢印で示
すように発電出力が駆動出力に対して不足してしまう。
【００８６】以下に説明する第２の実施形態は上記問題
点を改良したものであり、駆動出力が目標発電出力をオ
ーバーシュートするのを抑え、駆動出力と発電出力をさ
らに一致させることを可能にするものである。
【００８７】図１０は、第２の実施形態を示したブロッ
ク図であり、統合コントロールユニット１０の制御内容
を示す。先の実施形態と同一の構成に対しては同一の引
用符号を付してある。
【００８８】先の実施形態と異なる個所を中心に説明す
ると、この実施形態では、目標出力軸トルクtToの演算
においては、まず、アクセル操作量APO及び車速VSPに基
づき設定される目標駆動力tFdに車速VSP[m/s]を乗じて
目標発電出力の基本値tPo0が求められ（Ｂ１２）、この
目標発電出力の基本値tPo0に対してフィルタGRによるフ
ィルタ処理が施される（Ｂ３）。そして、このフィルタ
処理後の値を車速VSP[m/s]で除し（Ｂ１３）、さらに定
数G4を乗じて目標出力軸トルクtToの演算が行われる。
ここでフィルタ処理の後段において車速VSPで除算する
ようにしているのは、仮に出力軸トルクがオーバーシュ
ートしても車速により負帰還がかかって、出力軸トルク
のオーバーシュートひいては駆動出力のオーバーシュー
トを抑え、発電出力が不足するのを防止するためであ
る。
【００８９】なお、図１０のブロック図では、目標駆動
力設定マップ（Ｂ１）によって求めた目標駆動力tFdに
車速VSP[m/s]を乗じて目標発電出力の基本値tPo0を求め
ているが、これに代えて、アクセル操作量APOと車速VSP
に基づいて目標発電出力の基本値tPo0を求めるマップを
設け、このマップから求めた目標発電出力の基本値tPo0
に対してフィルタGRによるフィルタ処理を施すようにし
てよい。
【００９０】また、このとき用いられる車速VPSは下限
リミッタ（Ｂ１４）により所定値VSPMIN#以上に制限さ
れている。仮に下限リミッタを設けないと車速ゼロ時に
目標出力軸トルクtToもゼロとなって発進できなくなっ
てしまうが、このように下限リミッタを設けておけば車
速VSPがゼロの時であっても目標出力トルクtToには常に
ゼロ以上の値が設定されるようになり、停車時において
クリープトルク相当のトルクが生じて、違和感のない円
滑な発進が可能となる。また、下限リミッタを設けるこ
とは、フィルタ処理後の値を車速VSPで除算する際（Ｂ
１３）にいわゆるゼロ割（ゼロによる除算）の問題を回
避するのにも役立つ。
【００９１】また、目標発電出力の基本値tPo0に乗じら
れる車速VSPとそれをフィルタ処理した後の値を割るの
に用いられる車速VSPには同一の値が用いられるので、
定常的には目標値通りの出力軸トルクが得られる。
【００９２】一方、発電機２の目標入力軸回転速度を設
定するＢ９の後段と、エンジン１の目標エンジントルク
を演算するＢ１１の後段には、それぞれ目標発電出力の
基本値tPo0が所定値TPOMIN#以下のときは目標入力軸回
転速度tNi、目標エンジントルクtTeをそれぞれ強制的に
ゼロに設定するスイッチ（Ｂ１５、Ｂ１６）が設けられ
ている。これはエンジン１の安定した運転を継続するた
めには、所定値以上の出力で運転することが必要なこと
から、目標発電出力が所定値TPOMIN#を下回る場合はエ
ンジン１及び発電機２を共に停止させ、いわゆるアイド
ルストップ状態を実現するためである。
【００９３】これにより、車両停止状態ではエンジン１
及び発電機２は停止し、停車状態から運転者がアクセル
ペダルを踏み込んでも目標発電出力が所定値を越えるま
では電動機４のみで車両を駆動することになるが、この
際、上述したように目標発電出力の基本値tPo0を演算す
る際に用いられる車速VSPが下限リミッタにより所定値V
SPMIN#以上に制限されているので、目標発電出力の基本
値tPo0が早期にTPOMIN#以上になり、エンジン１及び発
電機２が起動するまでのむだ時間を短縮することができ
る。
【００９４】この第２の実施形態において、図９と同じ
ように低車速域から全開加速を行ったときの応答を図１
１に示す。これに示されるように、第２の実施形態で
は、仮に車速が増大の増大を受けて目標出力軸トルクが
フィルタ処理前の目標値をオーバーシュートしても車速
による負帰還がかかるので、目標出力軸トルクのオーバ
ーシュートは抑えられ（図１１（ｃ））、駆動出力と発
電出力とを一致させることができる（図１１（ｈ））。
【００９５】なお、以上説明した構成は本発明が適用可
能な構成の一例を示したものであって、本発明の範囲を
限定するものではない。例えば、図２、図１０に示した
ブロック図は本発明を適用した場合の処理の一例を示し
たに過ぎず、処理順序を入れ替えたものや定数を乗算／
除算する処理（単位変換等）を付加／削除を施したもの
等、図２、図１０に示したものと実質的に同一で本発明
の作用効果を奏するものは全て本発明の範囲に含まれ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるハイブリッド車両のシステ
ム構成図である。
【図２】統合コントロールユニットの制御内容を示した
ブロック図である。
【図３】H1、H2のステップ入力に対する応答波形を示し
た図である。
【図４】H1、H2の周波数応答を示した図である。
【図５】GR・H1、H2の周波数応答を示した図である。
【図６】GR・H1、H2のステップ入力に対する応答波形を
示した図である。
【図７】走行中にアクセルペダルをステップ状に踏んで
加速したときの応答を示した図である（本発明を適用し
ない場合）。
【図８】走行中にアクセルペダルをステップ状に踏んで
加速したときの応答を示した図である（本発明を適用し
た場合）。
【図９】第１の実施形態において低車速域から急加速し
たときの応答を示した図である。
【図１０】第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態において低車速域から急加速
したときの応答を示した図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ 発電機 ３ クラッチ ４ 電動機 ５ 電気パワートレイン ６ 駆動軸 １０ 統合コントロールユニット １１ エンジンコントロールユニット １２ トランスミッションコントロールユニット １３ エアフローメータ １４ 電子制御スロットル ２１ 出力軸回転速度センサ ２２ アクセル操作量センサ ２３ クランク角センサ ２４ 入力軸回転速度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７４ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ Ｆターム(参考） 3G084 AA00 BA02 BA03 BA34 CA04 DA04 DA13 EB11 EB16 EB26 EC04 FA03 FA07 FA10 FA32 FA33 3G093 AA07 AA16 BA14 BA28 CA07 CA08 CB01 DA01 DA06 DA07 DA09 DB03 DB26 EA02 EA03 EB09 EC02 FA12 FB04 5H115 PA12 PG04 PI13 PI22 PI29 PU10 PU22 PU24 PU25 PV09 QN06 QN15 QN22 QN23 RB08 RE03 SE05 TB01 TE06 TO21

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンと、エンジンに接続された発電機
    と、車両の駆動軸に接続され前記発電機の発電する電力
    によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置に
    おいて、 走行状態に応じて前記電動機の目標駆動力あるいは目標
    出力軸トルクと、前記発電機の目標入力軸回転速度を演
    算する手段と、 前記目標駆動力あるいは目標出力軸トルクに基づき前記
    電動機の最終目標出力軸トルクを演算する手段と、 前記目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の最終目標
    入力軸回転速度を演算する手段と、 前記最終目標出力軸トルクに基づき前記電動機のトルク
    制御を行う手段と、 前記最終目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の回転
    速度制御を行う手段と、を備え、 前記最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸
    回転速度演算手段は、演算過程に同じ遅れ処理を含むこ
    とを特徴とする車両用制御装置。
  2. 【請求項２】エンジンと、エンジンに接続された発電機
    と、車両の駆動軸に接続され前記発電機の発電する電力
    によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置に
    おいて、 走行状態に応じて目標発電出力を演算する手段と、 走行状態に応じて前記電動機の目標駆動力あるいは目標
    出力軸トルクを演算する手段と、 目標発電出力に応じて前記発電機の目標入力軸回転速度
    を演算する手段と、 目標発電出力に応じて前記エンジンの目標エンジントル
    クを演算する手段と、 前記目標駆動力あるいは目標出力軸トルクに基づき前記
    電動機の最終目標出力軸トルクを演算する最終目標出力
    軸トルク演算手段と、 前記目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の最終目標
    入力軸回転速度を演算する手段と、 前記最終目標出力軸トルクに基づき前記電動機のトルク
    制御を行う手段と、 前記最終目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の回転
    速度制御を行う手段と、 前記目標エンジントルクに基づき前記エンジンを制御す
    る手段と、を備え、 前記最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸
    回転速度演算手段は、演算過程に同じ遅れ処理を含むこ
    とを特徴とする車両用制御装置。
  3. 【請求項３】前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用
    いた遅れ処理であることを特徴とする請求項１または２
    に記載の車両用制御装置。
  4. 【請求項４】前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用
    いた遅れ処理であり、 前記フィルタの時定数は、目標エンジントルクの単位時
    間あたりの変化量と、 目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量の比に基
    づき演算されることを特徴とする請求項２に記載の車両
    用制御装置。
  5. 【請求項５】前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用
    いた遅れ処理であり、 前記フィルタの時定数は、目標エンジントルクの単位時
    間あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あ
    たりの変化量の比の最小値に基づいて予め定めた固定値
    であることを特徴とする請求項２に記載の車両用制御装
    置。
  6. 【請求項６】前記最終目標出力軸トルク演算手段は、前
    記フィルタ処理の後に車速相当値で除算を行う処理をさ
    らに備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか
    一つに記載の車両用制御装置。
  7. 【請求項７】前記車速相当値は下限リミッタにより所定
    値以上に制限されていることを特徴とする請求項６に記
    載の車両用制御装置。
  8. 【請求項８】前記最終目標出力軸トルク演算手段が前記
    フィルタ処理の前に車速相当値で乗算を行う処理を備え
    る場合、前記車速相当値には下限リミッタが設けられて
    いることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに
    記載の車両用制御装置。
  9. 【請求項９】前記目標発電出力が、前記電動機の効率、
    前記発電機の効率あるいは電装品からの発電要求のうち
    少なくとも一つを考慮して演算されることを特徴とする
    請求項２に記載の車両用制御装置。
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