JP2004328840A - 駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スリップなどによる駆動軸の空転時でも電動機を電力供給側の出力制限の範囲内で駆動する。
【解決手段】モータＭＧ２の回転数の検出遅れなどを考慮するために位相進み要素を用いてモータＭＧ２の将来回転数Ｎｍ２＊を計算し（Ｓ１７０）、バッテリの出力制限Ｗｏｕｔとモータ発電電力Ｐｍ１＊との差分を計算した将来回転数Ｎｍ２＊で除してモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算し（Ｓ１８０）、このモータトルク制限値ＴｍａｘでモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を制限する（Ｓ１９０）。スリップなどにより駆動輪が空転しても将来回転数Ｎｍ２＊とバッテリの出力制限Ｗｏｕｔに基づいてモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算するから、バッテリの過放電を抑止することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】モータＭＧ２の回転数の検出遅れなどを考慮するために位相進み要素を用いてモータＭＧ２の将来回転数Ｎｍ２＊を計算し（Ｓ１７０）、バッテリの出力制限Ｗｏｕｔとモータ発電電力Ｐｍ１＊との差分を計算した将来回転数Ｎｍ２＊で除してモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算し（Ｓ１８０）、このモータトルク制限値ＴｍａｘでモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を制限する（Ｓ１９０）。スリップなどにより駆動輪が空転しても将来回転数Ｎｍ２＊とバッテリの出力制限Ｗｏｕｔに基づいてモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算するから、バッテリの過放電を抑止することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の駆動装置の制御装置としては、電気自動車に搭載された制御装置であって、駆動軸にトルクを出力する電動機に印加される電流値が所定値以上となったときには電動機の制御における積分動作を停止すると共に制御量を増減または固定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした制御を行なうことにより駆動輪の空転時に電動機に過大電流が印加されるのを防止している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５０４１９号公報（第４〜５頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この駆動装置の制御装置では、電動機に印加される電流値によって電動機の過負荷を判断するため、電流値として検出される検出信号にノイズが混入したときや検出誤差などにより誤判断が生じる場合がある。また、電動機に供給する電力としては、こうした電動機に過大電流が流れないようにするだけでなく、電動機に電力を供給する二次電池などの電力供給側の出力制限も考慮する必要があり、このために駆動輪の回転数の検出遅れに対応する必要がある。
【０００５】
本発明の駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法は、スリップなどによる駆動軸の空転時でも電動機を電力供給側の出力制限の範囲内で駆動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】
本発明の駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置の制御装置は、
駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御装置であって、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
該検出された回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算する将来回転数演算手段と、
該演算された将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定するトルク制限値設定手段と、
該設定されたトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置の制御装置では、回転数検出手段によって検出された電動機の回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、この演算した将来回転数と電動機に電力を供給可能な蓄電手段の出力制限とに基づいて電動機のトルク制限値を設定し、この設定したトルク制限値を用いて電動機を駆動制御する。即ち、電動機の回転数の検出遅れに対応できるよう将来回転数を演算して電動機のトルク制限値の設定に用いるから、スリップなどによる駆動軸の空転時でも蓄電手段の出力制限の範囲内で電動機を駆動することができる。ここで、こうした駆動装置およびこの駆動装置の制御装置は自動車に搭載されるものとすることもできる。
【０００９】
こうした本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、少なくとも前記回転数検出手段の検出遅れが解消されるよう前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の回転数の検出遅れに対する影響を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、「Ｔ１」および「Ｔ２」をＴ２＞Ｔ１の関係を満たす時定数とすると共に「ｓ」をラプラス演算子としたときに次式（２）で示される位相進み要素を用いて前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、将来回転数を電動機の回転数の検出遅れを解消する回転数として演算したり、電動機の回転数の将来値を演算することができる。この結果、より適切なトルク制限値を設定することができる。
【００１１】
【数２】
（１＋Ｔ２×ｓ）／（１＋Ｔ１×ｓ）… （２）
【００１２】
こうした位相進み要素を用いて将来回転数を演算する態様の本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、前記検出された回転数が増加しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が第１の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算し、前記検出された回転数が減少しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が前記第１の所定値より小さな第２の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の回転数の増減により適切に対応することができる。
【００１３】
本発明の駆動装置の制御装置において、前記駆動装置は、燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、前記トルク制限値設定手段は、前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電供給手段による発電電力を考慮して電動機のトルク制限値を設定することができ、この結果、適正に電動機を駆動制御することができる。この場合、前記発電供給手段は、内燃機関と、発電を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な発電動力伝達手段と、を備えるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の駆動装置の制御方法は、
駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御方法であって、
（ａ）前記電動機の回転数を検出し、
（ｂ）該検出した回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、
（ｃ）該演算した将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定し、
（ｄ）該設定したトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。
【００１５】
この本発明の駆動装置の制御方法によれば、検出した電動機の回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、この演算した将来回転数と蓄電手段の出力制限とに基づいて電動機のトルク制限値を設定し、この設定したトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御するから、電動機の回転数の検出遅れに対応できるよう将来回転数を演算して電動機のトルク制限値の設定に用いることができ、この結果、スリップなどによる駆動軸の空転時でも蓄電手段の出力制限の範囲内で電動機を駆動することができる。
【００１６】
こうした本発明の駆動装置の制御方法において、前記駆動装置は燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、前記ステップ（ｃ）は前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、発電供給手段による発電電力を考慮して電動機のトルク制限値を設定することができ、この結果、より適正に電動機を駆動制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である駆動装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１８】
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１９】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００２０】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもハイブリッド用電子制御ユニット７０により駆動制御されている。なお、バッテリ５０は、例えば、ニッケル水素バッテリのモジュールを複数直列に積層して構成されている。
【００２１】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出するレゾルバなどの回転位置検出センサ４３，４４からの信号やインバータ４１，４２内に取り付けられた図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流，バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２へのスイッチング制御信号などが出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００２３】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にモータＭＧ２をバッテリ５０の出力制限の範囲内で駆動する際の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２４】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，温度センサ５１からのバッテリ５０の温度Ｔｂ，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ），モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、実施例では、残容量（ＳＯＣ）については、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に実行される図示しない残容量計算ルーチンによってバッテリ５０を管理するために取り付けられた電流センサからの充放電電流Ｉｂを積算して残容量（ＳＯＣ）を計算してＲＯＭ７４やＲＡＭ７６の所定アドレスに記憶したものを読み出すことにより入力するものとし、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２については、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に実行される図示しない回転数計算ルーチンによって回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置における差分値から算出してＲＯＭ７４やＲＡＭ７６の所定アドレスに記憶したものを読み出すことにより入力するものとした。
【００２５】
続いて、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴ＊の設定は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め設定してＲＯＭ７４に要求トルク設定用マップとして記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴ＊を導出して行なうものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。
【００２６】
こうして要求トルクＴ＊を設定すると、車速Ｖに換算係数ｋを乗じたリングギヤ軸３２ａの回転数に設定した要求トルクＴ＊を乗じた駆動用パワーとバッテリ５０を充放電するための充放電電力Ｐｂ＊との和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰ＊を設定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２の運転ポイントのうち設定した要求パワーＰ＊を最も効率よく出力することができる運転ポイントとしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１３０）。この目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊の設定は、実施例では、要求パワーＰ＊と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との関係を実験などにより予め求めてＲＯＭ７４に運転ポイント設定マップとして記憶しておき、要求パワーＰ＊が与えられると対応する目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを導出して行なうものとした。
【００２７】
次に、設定したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）とを用いてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と現在のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し（ステップＳ１４０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じてモータ発電電力Ｐｍ１＊を計算する（ステップＳ１５０）。図４に動力分配統合機構３０の共線図を示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数を示す。いま、リングギヤ３２の回転数ＮｒはモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたものであり、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊はそのままキャリア３４の回転数となるから、サンギヤ３１の回転数と同一のモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、これらの回転数Ｎｍ２，目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρにより計算できる。したがって、こうして計算した目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で駆動制御するためにモータＭＧ１に設定すべきトルク指令Ｔｍ１＊は、現在設定されているトルク指令Ｔｍ１＊と目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを用いてフィードバック制御により設定することができる。なお、このフィードバック制御に用いる比例項や積分項などのゲインは制御対象、即ちエンジン２２やモータＭＧ１，動力分配統合機構３０などによって定めることができる。実施例では、こうしたフィードバック制御により求めたトルク指令Ｔｍ１＊に対して、更に、モータＭＧ１の定格最大トルクによる制限を課してトルク指令Ｔｍ１＊を設定するものとした。
【００２８】
続いて、ステップＳ１００で入力したバッテリ５０の温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）とに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する（ステップＳ１６０）。出力制限Ｗｏｕｔの設定は、実施例では、バッテリ５０の温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）と出力制限Ｗｏｕｔとの関係を実験などにより予め求めてＲＯＭ７４に出力制限設定マップとして記憶しておき、温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）が与えられるとマップから対応する出力制限Ｗｏｕｔを導出することにより行なうものとした。
【００２９】
そして、モータＭＧ２の将来回転数Ｎｍ２＊を計算する処理を実行する（ステップＳ１７０）。この将来回転数Ｎｍ２＊の計算は、図５に例示する将来回転数計算ルーチンによって行なわれる。このルーチンでは、まず、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回保存した回転数Ｎｍｏｌｄとを比較し（ステップＳ３００）、回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍｏｌｄより大きいときには時定数Ｔ１，Ｔ２に所定値Ｔａ１，Ｔａ２を設定し（ステップＳ３１０）、回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍｏｌｄ以下のときには時定数Ｔ１，Ｔ２に所定値Ｔｂ１，Ｔｂ２を設定する（ステップＳ３２０）。ここで、時定数Ｔ１，Ｔ２は、「ｓ」をラプラス演算子としたときに上述の式（１）で示される位相進み要素（図６参照）における時定数であり、実施例ではＴ１＞Ｔ２の関係を有する。所定値Ｔａ１，Ｔａ２と所定値Ｔｂ１，Ｔｂ２は、（Ｔａ１／Ｔａ２）＞（Ｔｂ１／Ｔｂ２）となるよう設定されている。これは、回転数Ｎｍ２が減少しているときに計算される将来回転数Ｎｍ２＊をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときより小さく計算するためである。その理由については後述する。時定数Ｔ１，Ｔ２を設定すると、次式（３）および（４）により将来回転数Ｎｍ２＊を計算し（ステップＳ３３０，Ｓ３４０）、現在の回転数Ｎｍ２を回転数Ｎｍｏｌｄとして、計算した将来回転数Ｎｍ２＊を回転数Ｎｍ２ｏｌｄとしてＲＡＭ７６の所定領域に保存して（ステップＳ３５０）、このルーチンを終了する。なお、式（３）および（４）は、式（１）に示した位相進み要素を駆動制御ルーチンの起動時間間隔Ｔｓｔｅｐを用いて計算する際に用いる式である。このように、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に対して将来回転数Ｎｍ２＊を計算するのは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転位置検出センサ４４からの検出値の差分によって計算されるものであり、実際の回転数に対して検出遅れや差分計算に基づく偏差が生じるため、実際の回転数と異なるものになっていることを是正するためと、実際に制御を未来値を予測して行なうためである。
【００３０】
【数３】
Ｎｍ０１←Ｎｍ２＋（Ｎｍ２−Ｎｍｏｌｄ）×（Ｔ２／Ｔｓｔｅｐ） …（３）
Ｎｍ２＊←Ｎｍ２ｏｌｄ＋（Ｎｍ０１−Ｎｍ２ｏｌｄ）／（Ｔ１／Ｔｓｔｅｐ） …（４）
【００３１】
こうして将来回転数Ｎｍ２＊を計算すると、次式（５）に示すように、出力制限Ｗｏｕｔとモータ発電電力Ｐｍ１＊との差分を将来回転数Ｎｍ２＊で除してモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算する（ステップＳ１８０）。式（５）から解るように、モータトルク制限値Ｔｍａｘは、将来回転数Ｎｍ２＊の大きさに直接左右される。図５の将来回転数計算ルーチンで時定数Ｔ１，Ｔ２を将来回転数Ｎｍ２＊がモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときには大きく減少しているときには小さく計算されるよう設定したのは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときにはモータトルク制限値Ｔｍａｘが小さく減少しているときにはモータトルク制限値Ｔｍａｘが大きく計算されるようにするためである。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているとき、特に駆動輪６３ａの空転による急増加しているときには、モータトルク制限値Ｔｍａｘが大き目に計算されると、このモータトルク制限値ＴｍａｘでモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を制限しても、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えてしまうおそれが生じる。実施例では、こうしたバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えてしまうおそれを安全側に抑止するために回転数Ｎｍ２が増加しているときには将来回転数Ｎｍ２＊が大き目に計算されるよう時定数Ｔ１，Ｔ２を設定しているのである。一方、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が減少しているときには、その逆の現象が生じるから、将来回転数Ｎｍ２＊が小さ目に計算されるように時定数Ｔ１，Ｔ２を設定しているのである。
【００３２】
【数４】
Ｔｍａｘ＝（Ｗｏｕｔ−Ｐｍ１＊）／Ｎｍ２＊ …（５）
【００３３】
次に、要求トルクＴ＊と目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて要求トルクＴ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１９０）。図４の共線図に示すように、目標回転数Ｎｅ＊で運転されるエンジン２２から目標トルクＴｅ＊のトルクを出力すると、リングギヤ軸３２ａには目標トルクＴｅ＊にギヤ比ρを考慮したトルクＴｅｒが出力されるから、リングギヤ軸３２ａの要求トルクＴ＊からこのトルクＴｅｒを減じて得られるトルク（Ｔ＊−ｆｔ２（Ｔｅ＊））をモータＭＧ２からのトルクで賄えばよい。したがって、このトルク（Ｔ＊−ｆｔ２（Ｔｅ＊））を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除した値をトルク指令Ｔｍ２＊とすればよいことになる。そして、計算したトルク指令Ｔｍ２＊をモータトルク制限値Ｔｍａｘで制限して（ステップＳ２００）、モータＭＧ１，モータＭＧ２，エンジン２２を制御して（ステップＳ２１０）、このルーチンを終了する。ここで、モータＭＧ１の制御は設定したトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるよう制御することにより行ない、モータＭＧ２の制御は設定したトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるよう制御することにより行ない、エンジン２２の制御はエンジンＥＣＵ２４により設定した目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊の運転ポイントでエンジン２２が運転されるようエンジンＥＣＵ２４に目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを送信することにより行なう。
【００３４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、スリップなどによる駆動輪６３ａ，６３ｂの空転時はもとより通常時でもモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をモータＭＧ２の回転数を検出する際の検出遅れなどを考慮した上でバッテリ５０からの出力制限Ｗｏｕｔの範囲内となるよう設定してモータＭＧ２を駆動制御するから、駆動輪６３ａ，６３ｂの回転状態の如何に拘わらず、バッテリ５０の過放電を抑止することができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときと減少しているときとで時定数Ｔ１，Ｔ２の値を変えるものとしたが、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の増減に拘わらず、同じ値の時定数Ｔ１，Ｔ２を用いるものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とバッテリ５０とを備える車両としたが、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続されたモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２における検出遅れなどを考慮してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔで制限するものであれば、如何なる構成の自動車にも適用することができる。例えば、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよいし、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。こうしたハイブリッド自動車の他、図９に例示する燃料電池３２２を搭載する燃料電池車３２０に適用するものとしてもよい。
【００３７】
なお、実施例では、駆動装置とこの駆動装置を制御する制御装置とを自動車に搭載するものとしたが、自動車以外の車両，船舶や航空機などの移動体，建設機械などの移動しない機器に搭載するものとしてもよい。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】動力分配統合機構３０の状態を共線図として示した説明図である。
【図５】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される将来回転数計算ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】位相進み要素を示す説明図である。
【図７】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図８】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【図９】変形例の燃料電池車３２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、３２０ 燃料電池車、３２２ 燃料電池、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の駆動装置の制御装置としては、電気自動車に搭載された制御装置であって、駆動軸にトルクを出力する電動機に印加される電流値が所定値以上となったときには電動機の制御における積分動作を停止すると共に制御量を増減または固定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした制御を行なうことにより駆動輪の空転時に電動機に過大電流が印加されるのを防止している。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−５０４１９号公報（第４〜５頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この駆動装置の制御装置では、電動機に印加される電流値によって電動機の過負荷を判断するため、電流値として検出される検出信号にノイズが混入したときや検出誤差などにより誤判断が生じる場合がある。また、電動機に供給する電力としては、こうした電動機に過大電流が流れないようにするだけでなく、電動機に電力を供給する二次電池などの電力供給側の出力制限も考慮する必要があり、このために駆動輪の回転数の検出遅れに対応する必要がある。
【０００５】
本発明の駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法は、スリップなどによる駆動軸の空転時でも電動機を電力供給側の出力制限の範囲内で駆動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】
本発明の駆動装置の制御装置およびこれを搭載する自動車並びに駆動装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の駆動装置の制御装置は、
駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御装置であって、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
該検出された回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算する将来回転数演算手段と、
該演算された将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定するトルク制限値設定手段と、
該設定されたトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の駆動装置の制御装置では、回転数検出手段によって検出された電動機の回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、この演算した将来回転数と電動機に電力を供給可能な蓄電手段の出力制限とに基づいて電動機のトルク制限値を設定し、この設定したトルク制限値を用いて電動機を駆動制御する。即ち、電動機の回転数の検出遅れに対応できるよう将来回転数を演算して電動機のトルク制限値の設定に用いるから、スリップなどによる駆動軸の空転時でも蓄電手段の出力制限の範囲内で電動機を駆動することができる。ここで、こうした駆動装置およびこの駆動装置の制御装置は自動車に搭載されるものとすることもできる。
【０００９】
こうした本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、少なくとも前記回転数検出手段の検出遅れが解消されるよう前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の回転数の検出遅れに対する影響を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、「Ｔ１」および「Ｔ２」をＴ２＞Ｔ１の関係を満たす時定数とすると共に「ｓ」をラプラス演算子としたときに次式（２）で示される位相進み要素を用いて前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、将来回転数を電動機の回転数の検出遅れを解消する回転数として演算したり、電動機の回転数の将来値を演算することができる。この結果、より適切なトルク制限値を設定することができる。
【００１１】
【数２】
（１＋Ｔ２×ｓ）／（１＋Ｔ１×ｓ）… （２）
【００１２】
こうした位相進み要素を用いて将来回転数を演算する態様の本発明の駆動装置の制御装置において、前記将来回転数演算手段は、前記検出された回転数が増加しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が第１の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算し、前記検出された回転数が減少しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が前記第１の所定値より小さな第２の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機の回転数の増減により適切に対応することができる。
【００１３】
本発明の駆動装置の制御装置において、前記駆動装置は、燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、前記トルク制限値設定手段は、前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電供給手段による発電電力を考慮して電動機のトルク制限値を設定することができ、この結果、適正に電動機を駆動制御することができる。この場合、前記発電供給手段は、内燃機関と、発電を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な発電動力伝達手段と、を備えるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の駆動装置の制御方法は、
駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御方法であって、
（ａ）前記電動機の回転数を検出し、
（ｂ）該検出した回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、
（ｃ）該演算した将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定し、
（ｄ）該設定したトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。
【００１５】
この本発明の駆動装置の制御方法によれば、検出した電動機の回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、この演算した将来回転数と蓄電手段の出力制限とに基づいて電動機のトルク制限値を設定し、この設定したトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御するから、電動機の回転数の検出遅れに対応できるよう将来回転数を演算して電動機のトルク制限値の設定に用いることができ、この結果、スリップなどによる駆動軸の空転時でも蓄電手段の出力制限の範囲内で電動機を駆動することができる。
【００１６】
こうした本発明の駆動装置の制御方法において、前記駆動装置は燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、前記ステップ（ｃ）は前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、発電供給手段による発電電力を考慮して電動機のトルク制限値を設定することができ、この結果、より適正に電動機を駆動制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である駆動装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１８】
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１９】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００２０】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもハイブリッド用電子制御ユニット７０により駆動制御されている。なお、バッテリ５０は、例えば、ニッケル水素バッテリのモジュールを複数直列に積層して構成されている。
【００２１】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出するレゾルバなどの回転位置検出センサ４３，４４からの信号やインバータ４１，４２内に取り付けられた図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流，バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂ，イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２へのスイッチング制御信号などが出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２２】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００２３】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にモータＭＧ２をバッテリ５０の出力制限の範囲内で駆動する際の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２４】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，温度センサ５１からのバッテリ５０の温度Ｔｂ，バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ），モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、実施例では、残容量（ＳＯＣ）については、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に実行される図示しない残容量計算ルーチンによってバッテリ５０を管理するために取り付けられた電流センサからの充放電電流Ｉｂを積算して残容量（ＳＯＣ）を計算してＲＯＭ７４やＲＡＭ７６の所定アドレスに記憶したものを読み出すことにより入力するものとし、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２については、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に実行される図示しない回転数計算ルーチンによって回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置における差分値から算出してＲＯＭ７４やＲＡＭ７６の所定アドレスに記憶したものを読み出すことにより入力するものとした。
【００２５】
続いて、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいてリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴ＊の設定は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め設定してＲＯＭ７４に要求トルク設定用マップとして記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴ＊を導出して行なうものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。
【００２６】
こうして要求トルクＴ＊を設定すると、車速Ｖに換算係数ｋを乗じたリングギヤ軸３２ａの回転数に設定した要求トルクＴ＊を乗じた駆動用パワーとバッテリ５０を充放電するための充放電電力Ｐｂ＊との和としてエンジン２２から出力すべき要求パワーＰ＊を設定し（ステップＳ１２０）、エンジン２２の運転ポイントのうち設定した要求パワーＰ＊を最も効率よく出力することができる運転ポイントとしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１３０）。この目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊の設定は、実施例では、要求パワーＰ＊と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との関係を実験などにより予め求めてＲＯＭ７４に運転ポイント設定マップとして記憶しておき、要求パワーＰ＊が与えられると対応する目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを導出して行なうものとした。
【００２７】
次に、設定したエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と動力分配統合機構３０のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）とを用いてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と現在のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定し（ステップＳ１４０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の現在の回転数Ｎｍ１を乗じてモータ発電電力Ｐｍ１＊を計算する（ステップＳ１５０）。図４に動力分配統合機構３０の共線図を示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数を示す。いま、リングギヤ３２の回転数ＮｒはモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたものであり、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊はそのままキャリア３４の回転数となるから、サンギヤ３１の回転数と同一のモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊は、これらの回転数Ｎｍ２，目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρにより計算できる。したがって、こうして計算した目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で駆動制御するためにモータＭＧ１に設定すべきトルク指令Ｔｍ１＊は、現在設定されているトルク指令Ｔｍ１＊と目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とを用いてフィードバック制御により設定することができる。なお、このフィードバック制御に用いる比例項や積分項などのゲインは制御対象、即ちエンジン２２やモータＭＧ１，動力分配統合機構３０などによって定めることができる。実施例では、こうしたフィードバック制御により求めたトルク指令Ｔｍ１＊に対して、更に、モータＭＧ１の定格最大トルクによる制限を課してトルク指令Ｔｍ１＊を設定するものとした。
【００２８】
続いて、ステップＳ１００で入力したバッテリ５０の温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）とに基づいてバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する（ステップＳ１６０）。出力制限Ｗｏｕｔの設定は、実施例では、バッテリ５０の温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）と出力制限Ｗｏｕｔとの関係を実験などにより予め求めてＲＯＭ７４に出力制限設定マップとして記憶しておき、温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）が与えられるとマップから対応する出力制限Ｗｏｕｔを導出することにより行なうものとした。
【００２９】
そして、モータＭＧ２の将来回転数Ｎｍ２＊を計算する処理を実行する（ステップＳ１７０）。この将来回転数Ｎｍ２＊の計算は、図５に例示する将来回転数計算ルーチンによって行なわれる。このルーチンでは、まず、現在のモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２と前回保存した回転数Ｎｍｏｌｄとを比較し（ステップＳ３００）、回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍｏｌｄより大きいときには時定数Ｔ１，Ｔ２に所定値Ｔａ１，Ｔａ２を設定し（ステップＳ３１０）、回転数Ｎｍ２が回転数Ｎｍｏｌｄ以下のときには時定数Ｔ１，Ｔ２に所定値Ｔｂ１，Ｔｂ２を設定する（ステップＳ３２０）。ここで、時定数Ｔ１，Ｔ２は、「ｓ」をラプラス演算子としたときに上述の式（１）で示される位相進み要素（図６参照）における時定数であり、実施例ではＴ１＞Ｔ２の関係を有する。所定値Ｔａ１，Ｔａ２と所定値Ｔｂ１，Ｔｂ２は、（Ｔａ１／Ｔａ２）＞（Ｔｂ１／Ｔｂ２）となるよう設定されている。これは、回転数Ｎｍ２が減少しているときに計算される将来回転数Ｎｍ２＊をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときより小さく計算するためである。その理由については後述する。時定数Ｔ１，Ｔ２を設定すると、次式（３）および（４）により将来回転数Ｎｍ２＊を計算し（ステップＳ３３０，Ｓ３４０）、現在の回転数Ｎｍ２を回転数Ｎｍｏｌｄとして、計算した将来回転数Ｎｍ２＊を回転数Ｎｍ２ｏｌｄとしてＲＡＭ７６の所定領域に保存して（ステップＳ３５０）、このルーチンを終了する。なお、式（３）および（４）は、式（１）に示した位相進み要素を駆動制御ルーチンの起動時間間隔Ｔｓｔｅｐを用いて計算する際に用いる式である。このように、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に対して将来回転数Ｎｍ２＊を計算するのは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が回転位置検出センサ４４からの検出値の差分によって計算されるものであり、実際の回転数に対して検出遅れや差分計算に基づく偏差が生じるため、実際の回転数と異なるものになっていることを是正するためと、実際に制御を未来値を予測して行なうためである。
【００３０】
【数３】
Ｎｍ０１←Ｎｍ２＋（Ｎｍ２−Ｎｍｏｌｄ）×（Ｔ２／Ｔｓｔｅｐ） …（３）
Ｎｍ２＊←Ｎｍ２ｏｌｄ＋（Ｎｍ０１−Ｎｍ２ｏｌｄ）／（Ｔ１／Ｔｓｔｅｐ） …（４）
【００３１】
こうして将来回転数Ｎｍ２＊を計算すると、次式（５）に示すように、出力制限Ｗｏｕｔとモータ発電電力Ｐｍ１＊との差分を将来回転数Ｎｍ２＊で除してモータトルク制限値Ｔｍａｘを計算する（ステップＳ１８０）。式（５）から解るように、モータトルク制限値Ｔｍａｘは、将来回転数Ｎｍ２＊の大きさに直接左右される。図５の将来回転数計算ルーチンで時定数Ｔ１，Ｔ２を将来回転数Ｎｍ２＊がモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときには大きく減少しているときには小さく計算されるよう設定したのは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときにはモータトルク制限値Ｔｍａｘが小さく減少しているときにはモータトルク制限値Ｔｍａｘが大きく計算されるようにするためである。モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているとき、特に駆動輪６３ａの空転による急増加しているときには、モータトルク制限値Ｔｍａｘが大き目に計算されると、このモータトルク制限値ＴｍａｘでモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を制限しても、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えてしまうおそれが生じる。実施例では、こうしたバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを超えてしまうおそれを安全側に抑止するために回転数Ｎｍ２が増加しているときには将来回転数Ｎｍ２＊が大き目に計算されるよう時定数Ｔ１，Ｔ２を設定しているのである。一方、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が減少しているときには、その逆の現象が生じるから、将来回転数Ｎｍ２＊が小さ目に計算されるように時定数Ｔ１，Ｔ２を設定しているのである。
【００３２】
【数４】
Ｔｍａｘ＝（Ｗｏｕｔ−Ｐｍ１＊）／Ｎｍ２＊ …（５）
【００３３】
次に、要求トルクＴ＊と目標トルクＴｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて要求トルクＴ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしてトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１９０）。図４の共線図に示すように、目標回転数Ｎｅ＊で運転されるエンジン２２から目標トルクＴｅ＊のトルクを出力すると、リングギヤ軸３２ａには目標トルクＴｅ＊にギヤ比ρを考慮したトルクＴｅｒが出力されるから、リングギヤ軸３２ａの要求トルクＴ＊からこのトルクＴｅｒを減じて得られるトルク（Ｔ＊−ｆｔ２（Ｔｅ＊））をモータＭＧ２からのトルクで賄えばよい。したがって、このトルク（Ｔ＊−ｆｔ２（Ｔｅ＊））を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除した値をトルク指令Ｔｍ２＊とすればよいことになる。そして、計算したトルク指令Ｔｍ２＊をモータトルク制限値Ｔｍａｘで制限して（ステップＳ２００）、モータＭＧ１，モータＭＧ２，エンジン２２を制御して（ステップＳ２１０）、このルーチンを終了する。ここで、モータＭＧ１の制御は設定したトルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるよう制御することにより行ない、モータＭＧ２の制御は設定したトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるよう制御することにより行ない、エンジン２２の制御はエンジンＥＣＵ２４により設定した目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊の運転ポイントでエンジン２２が運転されるようエンジンＥＣＵ２４に目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを送信することにより行なう。
【００３４】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、スリップなどによる駆動輪６３ａ，６３ｂの空転時はもとより通常時でもモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をモータＭＧ２の回転数を検出する際の検出遅れなどを考慮した上でバッテリ５０からの出力制限Ｗｏｕｔの範囲内となるよう設定してモータＭＧ２を駆動制御するから、駆動輪６３ａ，６３ｂの回転状態の如何に拘わらず、バッテリ５０の過放電を抑止することができる。
【００３５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が増加しているときと減少しているときとで時定数Ｔ１，Ｔ２の値を変えるものとしたが、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２の増減に拘わらず、同じ値の時定数Ｔ１，Ｔ２を用いるものとしてもよい。
【００３６】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２と動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とバッテリ５０とを備える車両としたが、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続されたモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２における検出遅れなどを考慮してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔで制限するものであれば、如何なる構成の自動車にも適用することができる。例えば、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよいし、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。こうしたハイブリッド自動車の他、図９に例示する燃料電池３２２を搭載する燃料電池車３２０に適用するものとしてもよい。
【００３７】
なお、実施例では、駆動装置とこの駆動装置を制御する制御装置とを自動車に搭載するものとしたが、自動車以外の車両，船舶や航空機などの移動体，建設機械などの移動しない機器に搭載するものとしてもよい。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】動力分配統合機構３０の状態を共線図として示した説明図である。
【図５】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される将来回転数計算ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】位相進み要素を示す説明図である。
【図７】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図８】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【図９】変形例の燃料電池車３２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、３２０ 燃料電池車、３２２ 燃料電池、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。
Claims (9)
- 駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御装置であって、
前記電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
該検出された回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算する将来回転数演算手段と、
該演算された将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定するトルク制限値設定手段と、
該設定されたトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備える駆動装置の制御装置。 - 前記将来回転数演算手段は、少なくとも前記回転数検出手段の検出遅れが解消されるよう前記将来回転数を演算する手段である請求項１記載の駆動装置の制御装置。
- 前記将来回転数演算手段は、「Ｔ１」および「Ｔ２」をＴ２＞Ｔ１の関係を満たす時定数とすると共に「ｓ」をラプラス演算子としたときに式（１）で示される位相進み要素を用いて前記将来回転数を演算する手段である請求項１記載の駆動装置の制御装置。
- 前記将来回転数演算手段は、前記検出された回転数が増加しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が第１の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算し、前記検出された回転数が減少しているときには時定数Ｔ１に対する時定数Ｔ２の比が前記第１の所定値より小さな第２の所定値となる時定数Ｔ１，Ｔ２を用いて前記将来回転数を演算する手段である請求項３記載の駆動装置の制御装置。
- 請求項１ないし４いずれか記載の駆動装置の制御装置であって、
前記駆動装置は、燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、
前記トルク制限値設定手段は、前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定する手段である
駆動装置の制御装置。 - 前記発電供給手段は、内燃機関と、発電を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な発電動力伝達手段と、を備える請求項５記載の駆動装置の制御装置。
- 請求項１ないし６いずれか記載の前記駆動装置および該駆動装置の制御装置が搭載され、前記駆動軸が車軸に接続されてなる自動車。
- 駆動軸に動力を出力する電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置の制御方法であって、
（ａ）前記電動機の回転数を検出し、
（ｂ）該検出した回転数に基づいて制御用の将来回転数を演算し、
（ｃ）該演算した将来回転数と前記蓄電手段の出力制限とに基づいて前記電動機のトルク制限値を設定し、
（ｄ）該設定したトルク制限値を用いて前記電動機を駆動制御する
駆動装置の制御方法。 - 請求項７記載の駆動装置の制御方法であって、
前記駆動装置は、燃料の消費を伴って発電すると共に該発電した電力を前記蓄電手段と前記電動機とに供給可能な発電供給手段を備え、
前記ステップ（ｃ）は、前記発電供給手段による発電電力と前記将来回転数と前記出力制限とに基づいて前記トルク制限値を設定するステップである
駆動装置の制御方法。
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