JP2005110469A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機（モータ）のコスト、重量の増大を招くことなく、ドライバーの感じる応答性（加速感）を向上させると共に、ドライバーにとって制御のしやすい車両の駆動力制御を実現する。
【解決手段】ドライバーから加速要求を受けたときに、時定数設定部８１、無駄時間設定部８２は、ドライバーの要求に応じて設定される（静的）目標駆動力あるいはアクセル操作量に基づいて時定数、無駄時間を設定し、これを出力する。動特性応答生成部８３は、前記時定数、無駄時間から車両の動特性を設定し、前記目標駆動力に対して、設定した車両の動特性が得られる動特性付き目標駆動力を算出する。そして、原動機の出力を制御して前記動特性付き目標駆動力を実現する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、原動機の出力を制御することにより、ドライバーの要求に応じた目標駆動力を実現する車両の駆動力制御装置に関する。

従来から、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）においては、原動機としての内燃機関（エンジン）と電動モータ（以下、単にモータという）とを用い、これらの出力を制御することにより、ドライバーの要求に応じた目標駆動力を実現している（特許文献１参照）。
特開平１１−３４３８９１号公報

ところで、エンジンには、その動作が間欠的であることや吸入空気の応答から、トルクの増加要求に対して応答遅れが存在するが、モータには、このような応答遅れ要因はないため、非常に高い応答性を実現することができる。

そこで、ＨＥＶシステムにおいて、エンジンの応答遅れ分をモータに配分し、これを実現することによってエンジンの応答遅れを補償することが考えられる。

しかしながら、エンジンが応答しない期間、モータで全ての要求トルクを実現させようとした場合には、その期間は数１００（ｍｓ）単位の短時間であるにもかかわらず、必要になるトルクは、エンジントルクとほぼ同等分になることから、モータ及びそれを動かすための電源系に大きな負担がかかり、より大きなモータ及び電源系が必要となって、コスト、重量が増大してしまうと共に、効率の悪化を招くことになる。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、モータ及び電源系のコスト、重量の増大や効率の悪化を招くことなく、ドライバーにとって最適な応答を実現してドライバーの感じる応答性を向上できる車両の駆動力制御装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る車両の駆動力制御装置は、ドライバーの要求に応じて目標駆動力を設定する目標駆動力設定手段と、ドライバーから加速要求を受けたときに、前記目標駆動力あるいはアクセル操作量に基づいて時定数及び無駄時間を設定し、車両の動特性を生成する動特性生成手段と、前記目標駆動力に対して、前記車両の動特性が得られる動特性付き目標駆動力を算出する動特性付き目標駆動力算出手段と、原動機の出力を制御して算出された動特性付き目標駆動力を実現する制御手段と、を備えて構成した。

本発明に係る車両の駆動力制御装置によると、ドライバーから加速要求を受けたときには、ドライバーの要求に応じて設定される目標駆動力（静的目標駆動力）あるいはアクセル操作量に基づいて時定数、無駄時間を設定して車両の動特性が生成され、この車両の動特性が得られるように原動機の出力が制御されるので、原動機のコストや重量の増大、効率の悪化を招くことなく、効果的にドライバーの感じる応答性（加速感）を向上させることができ、また、ドライバーの要求に対応した応答が得られる駆動力制御が実現できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図１に本発明を適用したパラレルハイブリッド車両の構成を示す。図１において、エンジン１の出力軸はクラッチ２を介して変速機３の入力軸に連結されている。エンジン１は電制スロットル弁（図示省略）を備えており、スロットル弁開度を制御することで任意のトルクを発生させることができる。変速機３の入力軸には、モータ４の回転軸も連結されている。変速機３の出力軸（車両駆動軸）５には、駆動輪６が取り付けられている。

モータ４は、バッテリ７と電気的に接続されており、バッテリ７の電力を消費して駆動輪６に駆動トルクを発生させるほか、車両減速時に回生制動を行ってバッテリ７を充電したり、エンジン出力の一部を回生してバッテリ７を充電したりする。

コントローラ８は、アクセル開度センサ９からのアクセル開度信号ＡＰＳと、車速センサ１０からの車速信号ＶＳＰと、回転速度センサ１１からのエンジン回転速度信号Ｎｅとを受け取り、これらの信号に基づいて目標エンジントルクｔＴｅと目標モータトルクｔＴｍとを算出し、エンジン１（スロットル弁開度）及びモータ４（への供給電流）を制御する。

ところで、上記したように、エンジン１には、その動作が間欠的であることや吸入空気の応答（スロットル弁開度の変化に対する応答遅れ）から、トルクの増加要求（アクセル操作）に対して加速度応答の遅れ（無駄時間）が存在する（図２参照）。この応答遅れによって、ドライバーの要求に対して車両の挙動変化が遅れるため、加速感を損なう要因となっている。

これに対して、モータ４にはこのような応答遅れ要因はなく、非常に高い応答性を実現することができるので、上記ハイブリッド車両において、エンジン１の応答遅れ分をモータ４によって補償することで、全体としての応答性を向上させ、加速性能を向上させることが考えられる。

ここで、図３に示すように、エンジン１が応答しない期間、モータ４で全ての要求トルクを実現させようとした場合、モータアシストを必要とする期間は数１００（ｍｓ）単位の短時間であるにもかかわらず、必要となるトルクはエンジントルクとほぼ同等分だけになることから、モータ４及びそれを動かすための電源系に大きな負担がかかるため、より大きなモータや電源系が必要となって、モータ及び電源系のコスト、重量が増大する共に、効率の悪化も招くことになる。

また、モータを主動力とする車両においては、そのモータの応答性の限界にて目標駆動力を実現するようにすれば、機械的な応答性としてはエンジンに対して格段に向上させることができるが、電力マネージメントの観点からも、短期的に大電流を流すことは好ましくない。

そこで、最小限のモータアシスト（モータ出力）で加速感を向上させることのできる、ドライバーにとって最適な応答とはいかなるものかについて考える。なお、以下の説明はモータのみを原動機とする車両についてもそのまま適用できる。

この場合、重要なのは、その要求に対して即座に応答したようにドライバーが感じることであって、即座に応答することではない。そのため、人間の加速度に対する生理的要求として以下の２つに注目する。

（１）加速度が変化しても、その変化代がある閾値（人間の加速度検知限界）を超えないと検知できない。

（２）加速度が変化しても、ある無駄時間を経過しないと検知できない。

これらより、図４に示すように、モータアシストによってエンジンの応答遅れを補償しようとしても、効果のない時間的、物理的領域が存在する。この領域内でいくら遅れの補償を行っても、ドライバーはその生理的限界から認識することができないし、また、加速度の変化に気付くと同時に大きな加速度となっていると、ドライバーとしては変化を予測することが難しくなり、制御の難しい系となってしまう。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、人間にとって加速度変化を検知し難い領域（感度の低い領域）を避けるような車両の動特性（加速度応答）を生成することで、モータアシスト（モータ出力）を最小限として効果的にドライバーの感じる応答性（加速感）を向上させると共に、ドライバーにとって制御のしやすい系を構築する。

まず、車両の動特性を決定するための時定数と無駄時間とを分離して設定可能な制御を考える。

そして、ドライバーのアクセル操作量、あるいはドライバーの要求より求めた駆動力（以下、静的目標駆動力という）が、人間が検知できる最小加速度を発生させる（人間の加速度検知限界相当の）駆動力の近傍の値を上限とし、目標駆動力の最低値を下限とする「第１の領域」であるならば、車両の振動系の影響による不快な振動等が発生しない範囲で、上記時定数及び無駄時間をできるだけ小さくし、駆動力がすばやく静的目標駆動力に追従する特性に設定する。これにより、極低速時やアクセル踏み始めの微小操作において、ドライバーの感覚に影響をほとんど与えない領域で車両はすばやく応答し、ドライバーに応答したことのみを感じさせた上で、次の応答への無駄時間を最小限にする。

次に、静的目標駆動力が、その状態での最大値（そのときの車速でアクセルを全開としたときの目標駆動力に相当する）の１／２〜１／４程度を上限とし、上記第１の領域の上限（すなわち、人間の加速度検知限界相当の駆動力）を下限とする「第２の領域」であるならば、上記時定数及び無駄時間を比較的大きめに設定する。ドライバーがこのような要求をする領域では、一般にドライバーが車両の運転状態を積極的に制御しようとしている領域であり、車両の応答を遅めにすることにより、ドライバーにとって制御し易い系を構築する。

最後に、上記静的目標駆動力が、その状態で最大値〜その１／２程度を上限（＞第２の領域の上限）とし、上記第２の領域の上限を下限とする「第３の領域」であるならば、上記時定数及び無駄時間をやや小さめに設定する。ドライバーがこのような要求をする領域では、一般にドライバーが車両の動力性能を使いきろうとする領域であり、制御性よりも応答の速さと大きさが求められる。従って、応答による加速度の変化がドライバーによって不快にならない範囲で、要求された駆動力をすばやく実現するようにする。

以上のような時定数と無駄時間の設定を領域毎に行ったとき、加速時におけるドライバーのアクセル操作時間が１／１０（ｓ）〜数（ｓ）のオーダーであるのに対して、システム制御系の制御周期が１／１０００（ｓ）〜１／１００（ｓ）のオーダーであることを考えると、図６に示すように、ドライバーがアクセル操作を開始してから（静的）目標駆動力が上記第１の領域の上限を超えるまで（目標駆動力：小）は、車両はすばやく応答する（加速度がすばやく立ち上がる）が、第１の領域を超えた後は応答の速度が遅くなる（更に第２の領域を超えた後に応答の速度がやや速くなる）。

このような車両の動特性が得られるようにすることで、静的目標駆動力（図中の破線で示す加速度を発生させる駆動力に相当する）に対して、人間にとって加速度変化に対する感度の低い領域を避けるような動的な目標駆動力（図中の実線で示す加速度を発生させる駆動力に相当し、以下、これを動特性付き目標駆動力という）が生成されることになる。

図７は、上記制御内容を示すブロック図である。この図において、時定数設定部８１、無駄時間設定部８２は、例えば図８、９に示すようなテーブルを検索し、それぞれ時定数、無駄時間を設定して動特性応答生成部８３に出力する。動特性応答生成部８３では、入力された時定数、無駄時間より車両の動特性（加速度応答）を生成し、この車両の動特性が得られる動特性付き目標駆動力を算出する。そして、この動特性付き目標駆動力を実現するようにモータ（アシスト量）を制御することで、最小限のモータアシストで効果的にドライバーの感じる応答性（加速感）を向上させ、ドライバーにとっても制御しやすい駆動力制御系が、複雑な切り換え機構を備えることなく構築することできる。

なお、図８、９にような非連続的なテーブルデータの設定が好ましくない場合には、図１０に示すように、上記第１の領域の上限（閾値）を切換目標駆動力として設定しておくと共に、静的目標駆動力から上記第１の領域の時定数を引くマップと、アクセル操作量から上記第２、３の領域の時定数を引くマップとを併せ持つように構成し、切換目標駆動力と静的目標駆動力との比較結果に応じてマップを切り換えて時定数を設定するようにしてもよい。図１０は、時定数についての例であるが無駄時間についても同様である。

また、上記図７の構成に代えて図１１に示す構成とし、時定数、無駄時間の設定に際して、前回の動特性付き目標駆動力（Ｚ^-1）を用いるようにしてもよい。

このようにすると、静的目標駆動力を用いる図７の場合に比べて、第１の領域を抜ける（応答が遅くなる）タイミングはほぼ同じであるが、第２の領域を抜ける（応答が速くなる）タイミングが遅くなる（図６参照）。この結果、アクセルが踏み込まれた後すぐに少しだけ戻されたような場合においても、必要以上に応答速度が変化してしまい（応答速度の切り換えが行われ）ドライバーに不快感を与えるような事態を防止できることになる。

なお、上記したような時定数及び無駄時間の領域毎の設定は、主に加速時におけるドライバーの要求を考慮したものであり、減速時には異なる特性が必要となる。そのため、図１２に示すように、ドライバーのアクセル操作（アクセル開度ＡＰＳ）に基づいて加速要求であるか否かを判定し、加速要求であるときは上記したような車両の動特性（動特性付き目標駆動力）を生成し、そうでないとき（減速要求）は減速時に対応した車両の動特性（動特性付き目標駆動力）を生成するようにする。

図１３にコントローラ８が実行する演算処理の概要を表すフローチャートを示す。このフローチャートでは、上記図１０に示した方法により時定数及び無駄時間の設定を行うようにしている。

Ｓ１では、アクセル開度ＡＰＳと車速ＶＳＰとに基づいて目標駆動トルク（目標駆動力）ｔＴｄを算出する。具体的には、アクセル開度ＡＰＳと車速ＶＳＰに対応させて目標駆動トルクｔＴｄを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。なお、目標駆動トルクｔＴｄは車両駆動軸におけるトルクの静的な目標値（静的目標駆動力）を表す。

Ｓ２では、目標駆動トルクｔＴｄを変速機３の変速比Ｒで除して目標エンジントルクｔＴｅを算出する。

Ｓ３では、実エンジントルクｒＴｅを推定する。具体的には、直前までの目標エンジントルクｔＴｅの履歴とエンジン１の応答特性モデル（エンジン１の燃焼が間欠的であること、スロットル弁開度の変化に対して吸入空気量が遅れること等を考慮して設定されるモデル）とに基づいて実エンジントルクｒＴｅを推定する。

Ｓ４では、アクセル開度ＡＰＳの増加量ｄＡＰＳに基づいて加速判定フラグＦを設定する。具体的には、アクセル開度増加量ｄＡＰＳが所定の第１加速判定閾値よりも大きい場合は加速判定フラグＦを１とし、第１加速判定閾値以下の場合は現在のフラグ設定を維持する。なお、加速判定フラグの設定を目標駆動トルクｔＴｄの増加量に基づいて行うようにしてもよい。

Ｓ５では、加速判定フラグＦが０であるか（加速中でないか）否かを判定する。Ｓ５において加速判定フラグが０であると判定された場合はＳ６に進み、目標エンジントルクｔＴｄから実エンジントルクｒＴｅを減じて目標モータトルクｔＴｍを算出する。

一方、Ｓ５において加速判定フラグＦが０でない（加速中である）と判定された場合はＳ７に進み、目標駆動トルクｔＴｄがトルク閾値（これが基準駆動力に相当する）Ｔｄｔｈよりも小さいか否かを判定する。なお、トルク閾値Ｔｄｔｈは、上記第１の領域の上限となる駆動トルクを表す。

Ｓ７において目標駆動トルクｔＴｄがトルク閾値Ｔｄｔｈよりも小さいと判定された場合はＳ８に進み、目標駆動トルクｔＴｄに基づいて、動特性付き目標駆動トルクｔＴｄ−ＫＡＴＯを算出するための時定数と無駄時間とを算出する。ここでは、目標駆動トルクｔＴｄに対して動特性付き目標駆動トルクをほぼリニアに追随させる（すばやく目標駆動トルクｔＴｄに追随させる）ような時定数と無駄時間が設定される（図６参照）。

一方、Ｓ７において目標駆動トルクｔＴｄがトルク閾値Ｔｄｔｈ以上と判定された場合はＳ９に進み、アクセル開度ＡＰＳに基づいて、動特性付き目標駆動トルクｔＴｄ−ＫＡＴＯを算出するための時定数と無駄時間とを算出する。なお、ここで設定される時定数と無駄時間は、Ｓ８で設定される時定数、無駄時間よりも大きく、かつ、アクセル開度ＡＰＳが小さいほど大きな値に設定される（図８、９参照）。

Ｓ１０では、Ｓ８あるいはＳ９で設定された時定数と無駄時間とを使って目標駆動トルクｔＴｄに遅れ処理を施し、動特性付き目標駆動トルクｔＴｄ−ＫＡＴＯを算出する。

Ｓ１１では、動特性付き目標駆動トルクｔＴｄ−ＫＡＴＯから実エンジントルクｒＴｅを減じて目標モータトルクｔＴｍを算出する。

Ｓ１２では、目標エンジントルクｔＴｅと実エンジントルクｒＴｅとに基づいて加速判定フラグＦを設定する。具体的には、目標エンジントルクｔＴｅと実エンジントルクｒＴｅとの差が所定の第２加速判定閾値（０近傍の値）よりも小さい場合は加速判定フラグＦを０とし（リセットし）、第２加速判定閾値以上の場合は現在のフラグ設定を維持する。

以上のようにして目標エンジントルクｔＴｅと目標モータトルクｔＴｍとを算出したら、コントローラ８は、目標エンジントルクｔＴｅに応じてエンジン１のスロットル弁開度を制御し、目標モータトルクｔＴｍに応じてモータの供給電流を制御する。

この実施形態によると、パラレルハイブリッド車両において、ドライバーの要求に応じて目標駆動力（目標駆動トルクｔＴｄ）を設定し（Ｓ１）、ドライバーから加速要求を受けたときに、目標駆動力（ｔＴｄ）あるいはアクセル操作量（アクセル開度ＡＰＳ）に基づいて時定数および無駄時間を設定して車両の動特性を生成し（Ｓ４、５、７〜９）、目標駆動力（ｔＴｄ）に対して、前記車両の動特性が得られる動特性付き目標駆動力（動特性付き目標駆動トルクｔＴｄ−ＫＡＴＯ）を算出し（Ｓ１０）、エンジン１とモータ４との出力を制御して前記動特性付き目標駆動力（ｔＴｄ−ＫＡＴＯ）を実現することにより（Ｓ１１、１２）、エンジン１が応答しない期間（ｒＴｅ＝０）であっても、モータ４によるアシストによって、生成した車両の動特性を得る駆動力制御を実現できる。

ここで、本実施形態では、人間にとって加速度変化を検知し難い領域を避けるように車両の動特性を生成しているので（図５参照）、最小限のモータアシストで効果的に加速感を向上させることができると共に、ドライバーが加速度の変化に気付くと同時に大きな加速度となっているような事態を回避して制御のしやす系を構築できる。

また、目標駆動力（ｔＴｄ）が、人間が検知可能な最小加速度を発生させる駆動力の近傍の値（トルク閾値Ｔｄｔｈ）よりも小さいときには、それ以上のときに比べて、上記時定数、無駄時間を小さく設定することにより、ドライバーの感覚に影響をほとんど与えない領域では車両がすばやく応答することになる。これにより、ドライバーには、車両が応答したことのみを感じさせた上で次の応答への無駄時間を最小限にできる一方で、その後は応答を遅めにしてドライバーにとって制御のしやすい系を構築できる。

また、目標駆動力（ｔＴｄ）がトルク閾値（Ｔｄｔｈ）よりも小さいときには、目標駆動力（ｔＴｄ）に基づいて上記時定数、無駄時間を設定し（Ｓ８）、トルク閾値（Ｔｄｔｈ）以上のときには、アクセル操作量（アクセル開度ＡＰＳ）に基づいて上記時定数、無駄時間を設定する（Ｓ９）ことにより、トルク閾値（Ｔｄｔｈ）を境として設定される時定数、無駄時間が大きく異なる場合であっても、非連続的なテーブルデータの設定を避けることができ、安定した制御を実現できる。

なお、この場合において、アクセル操作量（ＡＰＳ）が小さいほど上記時定数、無駄時間を小さく設定することにより、目標駆動力（ｔＴｄ）が中程度の領域にある場合には応答が遅く、大きい領域にある場合には応答がやや速くなる。これにより、ドライバーの要求に対応させた応答（制御のしやすい遅い応答、速くて大きな応答）を実現できる。

更に、前記時定数、無駄時間を設定する際に、目標駆動力（ｔＴｄ）に代えて動特性付き目標駆動力（ｔＴｄ−ＫＡＴＯ）を用いるように、すなわち、Ｓ７において動特性付き目標駆動トルク（ｔＴｄ−ＫＡＴＯ）とトルク閾値（Ｔｄｔｈ）とを比較すると共に、Ｓ８において動特性付き目標駆動トルク（ｔＴｄ−ＫＡＴＯ）に基づいて時定数、無駄時間を算出するようにすれば、アクセルが踏み込まれた後すぐに少しだけ戻されたような場合であっても、応答の遅速が頻繁に（必要以上に）切り換わることによってドライバーに不快感を与えるような事態を防止できる。

本発明を適用したパラレルハイブリッド車両の構成図である。 アクセル操作に対する加速度応答の無駄時間の関係を示す図である。 モータによりエンジンの応答遅れを補償した場合の例を示す図である。 人間の生理的限界と加速度波形との関係を示す図である。 人間の生理的限界を前提にした最小限アシストの方法を示す図である。 本発明の制御結果を模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係る制御内容を示す制御ブロック図である。 時定数設定例を示す図である。 無駄時間設定例を示す図である。 他の時定数設定例を示す図である。 他の実施形態に係る制御内容を示す制御ブロック図である。 ドライバーの操作に応じて応答を切り換える例を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン（原動機）、２…クラッチ、３…変速機、４…モータ（原動機）、５…出力軸、６…駆動輪、７…バッテリ、８…コントローラ、９…アクセル開度センサ、１０…車速センサ、１１…エンジン回転速度センサ

Claims (6)

1. ドライバーの要求に応じて目標駆動力を設定する目標駆動力設定手段と、
   ドライバーから加速要求を受けたときに、前記目標駆動力あるいはアクセル操作量に基づいて時定数及び無駄時間を設定し、車両の動特性を生成する動特性生成手段と、
   前記目標駆動力に対して、前記車両の動特性が得られる動特性付き目標駆動力を算出する動特性付き目標駆動力算出手段と、
   原動機の出力を制御して前記動特性付き目標駆動力を実現する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 人間が検知可能な最小加速度を発生させる駆動力の近傍の値を基準駆動力とし、
   前記動特性生成手段は、前記目標駆動力が前記基準駆動力よりも小さいときには、前記基準駆動力以上のときに比べて、前記時定数及び前記無駄時間を小さく設定することを特徴とする請求項２記載の車両の駆動力制御装置。
3. 前記動特性生成手段は、前記目標駆動力が前記基準駆動力よりも小さいときには、前記目標駆動力に基づいて前記時定数及び前記無駄時間を設定する一方、
   前記目標駆動力が前記基準駆動力以上のときには、前記アクセル操作量に基づいて前記時定数及び前記無駄時間を設定することを特徴とする請求項２記載の車両の駆動力制御装置。
4. 前記アクセル操作量が小さいほど前記時定数及び前記無駄時間を大きく設定することを特徴とする請求項３記載の車両の駆動力制御装置。
5. 前記時定数及び前記無駄時間の設定に際し、前記目標駆動力に代えて前記動特性付き目標駆動力を用いるようにしたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の車両の駆動力制御装置。
6. 前記動特性付き目標駆動力算出手段は、前記目標駆動力に対し遅れ処理を施して前記動特性付き目標駆動力を算出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両の駆動力制御装置。

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