JP2006050750A

JP2006050750A - 車両のモータトルク制御装置

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Publication number: JP2006050750A
Application number: JP2004227070A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Jo; 新一郎城
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-03
Also published as: JP4026630B2

Abstract

【課題】所望の車両加減速を得ることができると共に、加減速変動を抑制すること。
【解決手段】少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、車速センサ８と、車輪速センサ１３と、モータジェネレータトルクと出力軸回転速度と車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから駆動力合成変速機TMへのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する外乱推定手段６１と、符号を逆にしたトルク反力推定値を外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３と、目標駆動力と走行抵抗トルク推定値とから車両の目標加速度を演算する目標加速度演算手段６２と、外乱相殺トルクと目標加速度との和を目標モータトルクとする目標モータトルク演算手段６４と、を有する第１モータトルク制御手段を設けた。
【選択図】図５

Description

本発明は、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとする電気自動車やハイブリッド車のモータトルク制御装置に関する。

従来、目標駆動力に応じてモータでトルクを出力して走行するハイブリッド車両では、車速とアクセル開度に応じて目標モータトルクを算出し、モータはこの目標モータトルクを実現するように制御される（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２３２８１７号公報

しかしながら、上記従来のモータトルク制御技術にあっては、車速とアクセル開度に応じて目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出しているため、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないことがある、という問題があった。また、ドライブシャフト捩れ振動等がある場合でも、この振動を抑制する機能はなく、振動による車両前後方向の加減速変動を感じてしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができると共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる車両のモータトルク制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明における車両のモータトルク制御装置では、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現する第１モータトルク制御手段を設けた。

よって、本発明の車両のモータトルク制御装置にあっては、第１モータトルク制御手段において、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力が実現駆動力される。すなわち、例えば、ドライブシャフトから変速機へのドライブシャフト捩れトルク（＝トルク反力）と走行抵抗トルクとを外乱として取り扱う外乱オブザーバを構成し、この外乱オブザーバと既知の入力を用いて走行抵抗トルクと捩れトルクとを推定する。そして、目標駆動力から走行抵抗トルク推定値を差し引いて車体慣性の逆数を掛け合わせると目標加速度を得る駆動力制御を達成でき、さらに、目標加速度を得るモータトルクから捩れトルク推定値を差し引くとドライブシャフトの共振を抑制するモータトルクを得る振動制御を達成できる。この結果、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができると共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

以下、本発明の車両のモータトルク制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１および実施例２に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1と、第２モータジェネレータMG2と、出力ギヤOG（出力部材）と、駆動力合成変速機TMと、を有する。

前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。

前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することによりそれぞれ独立に制御される。

前記駆動力合成変速機TMは、ラビニョウ型遊星歯車列PGR（差動装置）と、ローブレーキLBと、を有し、前記ラビニョウ型遊星歯車列PGRは、第１サンギヤS1と、第１ピニオンP1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2と、第２リングギヤR2と、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とを支持する共通キャリアPCと、によって構成されている。つまり、ラビニョウ型遊星歯車PGRは、第１サンギヤS1と、第１リングギヤR1と、第２サンギヤS2と、第２リングギヤR2と、共通キャリアPCと、の５つの回転要素を有する。この５つの回転要素に対する入出力部材の連結関係について説明する。

前記第１サンギヤS1には、第１モータジェネレータMG1が連結されている。前記第１リングギヤR1は、ローブレーキLBを介してケースに固定可能に設けられている。前記第２サンギヤS2には、第２モータジェネレータMG2が連結されている。前記第２リングギヤR2には、エンジンクラッチECを介してエンジンＥが連結されている。前記共通キャリアPCには、出力ギヤOGが直結されている。なお、出力ギヤOGからは、図外のディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右の駆動輪に駆動力が伝達される。

上記連結関係により、図２に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1（第１サンギヤS1）、エンジンＥ（第２リングギヤR2）、出力ギヤOG（共通キャリアPC）、ローブレーキLB（第１リングギヤR1）、第２モータジェネレータMG2（第２サンギヤS2）の順に配列され、ラビニョウ型遊星歯車列PGRの動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデルを導入することができる。
ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸に各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤとリングギヤの歯数比に基づく共線図レバー比になるように配置したものである。

前記エンジンクラッチECとローブレーキLBは、後述する油圧制御装置５からの油圧により締結される多板摩擦クラッチと多板摩擦ブレーキであり、エンジンクラッチECは、図２の共線図上において、エンジンＥと共に第２リングギヤR2の回転速度軸と一致する位置に配置され、ローブレーキLBは、図２の共線図上において、第１リングギヤR1の回転速度軸（出力ギヤOGの回転速度軸と第２サンギヤS2の回転速度軸との間の位置）に配置される。

次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、インバータ３と、バッテリ４と、油圧制御装置５と、統合コントローラ６と、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、第２リングギヤ回転数センサ１２と、車輪速センサ１３と、を有して構成されている。

前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。

前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０，１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ３へ出力する。なお、このモータコントローラ２からは、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報が統合コントローラ６に対して出力される。

前記インバータ３は、前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2との各ステータコイルに接続され、モータコントローラ２からの指令により独立した三相交流を作り出す。このインバータ３には、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続されている。

前記油圧制御装置５は、統合コントローラ６からの油圧指令を受け、エンジンクラッチECと、ローブレーキLBと、の締結油圧制御及び解放油圧制御を行う。この締結油圧制御及び解放油圧制御には、滑り締結制御や滑り解放制御による半クラッチ制御も含む。

前記統合コントローラ６は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APと、車速センサ８からの車速VSPと、エンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neと、第１モータジェネレータ回転数センサ１０からの第１モータジェネレータ回転数N1と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からの第２モータジェネレータ回転数N2と、第２リングギヤ回転数センサ１２からのエンジン入力回転速度ωinと、車輪速センサ１３からの車輪速情報等の情報を入力し、所定の演算処理を行う。そして、エンジンコントローラ１、モータコントローラ２、油圧制御装置５に対し演算処理結果にしたがって制御指令を出力する。

なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、および、統合コントローラ６とモータコントローラ２とは、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線１４、１５により接続されている。

次に、ハイブリッド車の走行モードについて説明する。
実施例１のハイブリッド車における走行モードとしては、電気自動車無段変速モード（以下、「EVモード」という。）と、電気自動車固定変速モード（以下、「EV-LBモード」という。）と、ハイブリッド車固定変速モード（以下、「LBモード」という。）と、ハイブリッド車無段変速モード（以下、「E-iVTモード」という。）と、を有する。

前記「EVモード」は、図２(a)の共線図に示すように、二つのモータジェネレータMG1.MG2のみで走行する無段変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。

前記「EV-LBモード」は、図２(b)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、二つのモータジェネレータMG1,MG2のみで走行する固定変速モードであり、エンジンＥは停止でエンジンクラッチECは解放である。第１モータジェネレータMG1から出力Outputへの減速比、及び、第２モータジェネレータMG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。

前記「LBモード」は、図２(c)の共線図に示すように、ローブレーキLBを締結した状態で、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する固定変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2から出力Outputへの減速比が大きいので駆動力が大きく出るモードである。

前記「E-iVTモード」は、図２(d)の共線図に示すように、エンジンＥとモータジェネレータMG1,MG2で走行する無段変速モードであり、エンジンＥは運転でエンジンクラッチECは締結である。

そして、前記４つの走行モードのモード遷移制御は、統合コントローラ６により行われる。すなわち、統合コントローラ６には、要求駆動力Fdrv（アクセル開度APにより求められる。）と車速VSPとバッテリS.O.Cによる三次元空間に、図３に示すような前記４つの走行モードを割り振った走行モードマップが予め設定されていて、車両の停止時や走行時には、要求駆動力Fdrvと車速VSPとバッテリS.O.Cの各検知値により走行モードマップが検索され、要求駆動力Fdrvと車速VSPにより決まる車両動作点やバッテリ充電量に応じて最適な走行モードが選択される。なお、図３は三次元走行モードマップをバッテリS.O.Cが充分な容量域のある値で切り取ることにより、要求駆動力Fdrvと車速VSPとの二次元によりあらわした走行モードマップの一例である。

前記走行モードマップの選択により、「EVモード」と「EV-LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。「E-iVTモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、ローブレーキLBの締結・解放が行われる。また、「EVモード」と「E-iVTモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。「EV-LBモード」と「LBモード」との間においてモード遷移を行う場合、図４に示すように、エンジンＥの始動・停止と共にエンジンクラッチECの締結・解放が行われる。

図５は実施例１のモータトルク制御装置について説明する。
実施例１のモータトルク制御装置（第１モータトルク制御手段）は、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現するもので、車速センサ８（出力軸回転速度検出手段）と、車輪速センサ１３（車輪回転速度検出手段）と、外乱推定手段６１と、目標加速度演算手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、を有して構成される。

前記車速センサ８は、駆動力合成変速機TMの出力軸回転速度を検出し、出力軸回転速度情報を外乱推定手段６１へ出力する。

前記車輪速センサ１３は、駆動力合成変速機TMに連結されるタイヤの回転速度を検出し、車輪速情報を外乱推定手段６１へ出力する。

前記外乱推定手段６１は、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクと、車速センサ８からの出力軸回転速度と、車輪速センサ１３からの車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから駆動力合成変速機TMへのトルク反力（＝ドライブシャフト捩りトルク）と走行抵抗トルクを外乱として推定する。

前記目標加速度演算手段６２は、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段６１からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する。ここで、「目標駆動力」は、アクセル開度と車速（出力軸回転速度）とバッテリS.O.Cに基づき、目標値生成部（上位コントローラ）にて生成される。

前記外乱相殺量演算手段６３は、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。

前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと目標加速度演算手段６２からの車両の目標加速度との和を、前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクとする。

次に、作用を説明する。

［駆動力制御と変速比制御］
実施例１の駆動力合成変速機TMは、上記のように、ラビニョウ型遊星歯車列PGRとローブレーキLBとエンジンクラッチECとを有して構成される。よって、エンジンクラッチECの状態と、ローブレーキLBの状態とにより、下記のように駆動力合成変速機TMの性質が変化する。
(a) エンジンクラッチ状態の変化
エンジンクラッチECの締結時には、エンジンＥのクランクシャフトと第２リングギヤR2とは一体となる。
・慣性モーメントの変化
締結時には、エンジン回転部と第２リングギヤR2の慣性モーメントを、第２リングギヤR2に集めたモデル化が可能である。
解放時（スリップ時含む）には、第２リングギヤR2の慣性モーメントに、エンジン回転部の慣性モーメントは含まれない。
・第２リングギヤR2に伝達されるトルクの変化
締結時には、エンジントルクである。
解放時（スリップ時含む）には、クラッチ摩擦トルクである。
(b) ローブレーキ状態の変化
ラビニョウ型遊星歯車列PGRの回転系の自由度は２であるのに対し、ローブレーキLBが締結されると回転系の自由度は１つ減る。
・変速特性の変化
締結時には、変速比（入力回転速度と出力軸回転速度の比）がある値に固定される。
解放時（スリップ時含む）には、変速比は各回転要素の回転速度により決まり、無段階の変速比制御が可能である。

よって、ローブレーキLBの状態による駆動力合成変速機TMの状態変化に応じて、下記のように制御を切り替える。
・ローブレーキLBの締結時には、駆動力制御のみを行う（実施例１）。
・ローブレーキLBの解放時（スリップ時含む）には、変速比制御と駆動力制御の両方を行う（実施例２）。

［本発明におけるモータトルク制御の考え方］
まず、ドライブシャフト捩れを考慮したプラントモデルは、次式で表される。
dωo/dt＝ｄ＋ｕ …(1)
ｄ＝−b₂₁Ｔo …(2)
Ｉv・dωt/dt＝ifＴo＋Ｔ_R …(3)
dθ/dt＝(ωo/if)−ωt …(4)
Ｔo＝(k/if)θ …(5)
ここで、ωoは出力軸回転速度、ωtはタイヤ回転速度、θはドライブシャフト捩れ角度、Ｔ_Rは走行抵抗トルク、kはドライブシャフト捩れ剛性、Ｉvは車両慣性、ifはファイナルギヤ比、b₂₁はユニット慣性モーメントで決まる定数である。

そして、図６に示すように、式(1)で表される出力軸回転速度の動特性（駆動力合成変速機TMの本体のみによるダイナミクス）をノミナルプラントとし、式(4)で表されるドライブシャフト捩れと式(3)で表されるタイヤ回転速度の動特性（ドライブシャフト以降のダイナミクス）をアンモデルドダイナミクスとして扱う。走行抵抗トルクはタイヤの動特性への外乱として取り扱い、ドライブシャフトの捩れトルクは、ノミナルプラントへの外乱として取り扱う。

そして、プラントに基づく外乱オブザーバを用いて、ドライブシャフト捩れトルク外乱ｄ^と走行抵抗トルク外乱Ｔ_R^を推定する。
ユニットの慣性は、車体慣性に比べて小さいので、車体の慣性は無限大と仮定して、制振力をユニットのみに与えて制振する。
新たな入力ｕ’を用いて、ドライブシャフト捩れトルク推定値ｄ^を制振力として、入力ｕを次のようにする。
ｕ＝−ｄ^＋ｕ’ …(6)
この制振力により、ドライブシャフト共振は抑えられる。また、外乱の推定が十分に速くｄ≒ｄ^であるならば、式(1)と式(6)から次式が得られる。
dωo/dt≡ｕ’ …(7)
前記制振力により、ドライブシャフト共振は制振されているので、ωo≒ωtと仮定すると、式(3)から次式が得られる。
Ｉv・dωo/dt＝−ifＴo＋Ｔ_R …(8)
式(8)を用いて、目標駆動トルクＴo^*と走行抵抗トルク推定値Ｔ_R^から、次式で表されるように新たな入力ｕ’を演算する。
ｕ’＝(−ifＴo^*＋Ｔ_R^)／Ｉv …(9)

図７は図６に示すモータトルク制御系を示すブロック図である。図７の右側に破線で囲まれた部分は、駆動力合成変速機TMからドライブシャフトを介してタイヤにまで至るシステムをモデル化したプラントＰである。プラントＰは、モータトルクｕと走行抵抗トルクＴ_Rを入力し、出力軸回転速度ωoとタイヤ回転速度ωtを出力する。

図７の左側に破線で囲まれた部分は、「外乱オブザーバ」と「駆動力制御系」と「振動制御系」とである。「外乱オブザーバ」は、モータトルクｕとプラントＰからの出力軸回転速度ωoとタイヤ回転速度ωtを入力し、捩れトルク推定値ｄ^を振動制御系に対し出力し、走行抵抗トルク推定値Ｔ_R^を駆動力制御系に対し出力する。「駆動力制御系」は、目標駆動トルクＴo^*にファイナルギヤ比ifを掛けた値から、外乱オブザーバからの走行抵抗トルク推定値Ｔ_R^を差し引き、さらに、車両慣性（＝車体慣性）の逆数を掛けることで目標加速度を得るモータトルクｕ’を演算する（式(9)）。「振動制御系」は、前記目標加速度を得るモータトルクｕ’から捩れトルク推定値ｄ^(＝外乱相殺トルク)を差し引くことでモータトルクｕを求める。

［モータトルク制御作用］
実施例１のハイブリッド車のモータトルク制御装置では、ローブレーキLBが締結される「EV-LBモード」または「LBモード」において、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現することにより、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得と共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制するものである。

すなわち、外乱推定手段６１において、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクと、車速センサ８からの出力軸回転速度と、車輪速センサ１３からのタイヤ回転速度を入力し、ドライブシャフトから変速機へのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する。次の外乱相殺量演算手段６３において、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。次の目標加速度演算手段６２において、アクセル開度と車速とバッテリS.O.Cに応じて設定された目標駆動力と、外乱推定手段６１からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する。次の目標モータトルク演算手段６４において、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと、目標加速度演算手段６２からの目標加速度との和を、モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクとする。

このように、ドライブシャフトから変速機へのドライブシャフト捩れトルク（＝トルク反力）と走行抵抗トルクとを外乱として取り扱う外乱オブザーバを構成し、この外乱オブザーバと既知の入力を用いて走行抵抗トルクと捩れトルクとを推定する。そして、目標駆動力から走行抵抗トルク推定値を差し引いて車体慣性の逆数を掛け合わせると目標加速度を得る駆動力制御を達成し、さらに、目標加速度を得るモータトルクから捩れトルク推定値を差し引くとドライブシャフトの共振を抑制するモータトルクを得る振動制御を達成している。

この結果、目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出する従来技術のように、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないという問題やドライブシャフト捩れ振動により車両前後方向の加減速変動が発生するという問題が解消される。なお、ドライブシャフト捩れ振動対策として、例えば、特開昭６１−５３１８号公報に記載されているように、軸の両対の回転速度を求めるセンサを有し、これらの相対速度もしくは相対角度に応じて、電子的に軸に減衰を加えるものではなく、外乱オブザーバからのドライブシャフトの捩りトルク推定値を利用するものであるため、振動抑制のための回転センサ設置によるコスト上昇も無い。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両のモータトルク制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現する第１モータトルク制御手段を設けたため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができると共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

(2) 前記第１モータトルク制御手段は、前記駆動力合成変速機TMの出力軸回転速度を検出する車速センサ８と、前記駆動力合成変速機TMに連結されるタイヤの回転速度を検出する車輪速センサ１３と、モータジェネレータトルクと出力軸回転速度と車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから駆動力合成変速機TMへのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する外乱推定手段６１と、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３と、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段６１からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する目標加速度演算手段６２と、前記外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと前記目標加速度演算手段６２からの目標加速度との和を、前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクとする目標モータトルク演算手段６４と、を有するため、目標駆動力と実駆動力とが一致しているかどうかを監視することなく、所望の車両加減速度を得ることができると共に、外乱推定値の利用によりコスト増を招くことなく、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

実施例２は、ローブレーキLBが解放される「EVモード」や「E-iVTモード」において変速比制御と振動制御を含む駆動力制御を行うようにした例である。

すなわち、実施例２のモータトルク制御装置（第２モータトルク制御手段）は、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを外乱オブザーバで推定し、符号を逆にしたドライブシャフト捩れトルク推定値による外乱相殺トルクと、走行抵抗トルク推定値を用いて演算された車両の目標加速度と、の和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する。実施例２のモータトルク制御装置は、図８に示すように、車速センサ８（回転速度検出手段）と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０（回転速度検出手段）と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１（回転速度検出手段）と、第２リングギヤ回転数センサ１２（回転速度検出手段）と、車輪速センサ１３（車輪回転速度検出手段）と、外乱推定手段６１と、目標加速度演算手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、変速制御手段６５と、を有して構成される。

前記第１モータジェネレータ回転数センサ１０と第２モータジェネレータ回転数センサ１１と第２リングギヤ回転数センサ１２とは、動力源の何れかの回転速度情報を変速制御量と考えて、変速制御手段６５へ出力する。

前記変速制御手段６５は、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する。
ここで、「目標変速比」は、例えば、目標値生成部（上位コントローラ）にて生成された目標入力回転速度と出力軸回転速度との比により求められる。

前記外乱推定手段６１は、実施例１と同様に、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクと、車速センサ８からの出力軸回転速度と、車輪速センサ１３からのタイヤ回転速度と、を入力し、ドライブシャフトから駆動力合成変速機TMへのトルク反力（＝ドライブシャフト捩りトルク）と走行抵抗トルクとを外乱として推定する。

前記目標加速度演算手段６２は、実施例１と同様に、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段６１からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する。

前記外乱相殺量演算手段６３は、実施例１と同様に、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。

前記目標モータトルク演算手段６４は、外乱相殺量演算手段６３からの外乱相殺トルクと目標加速度演算手段６２からの車両の目標加速度との和が、出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量にのみ作用するように、前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。

次に、作用を説明する。

［モータトルク制御作用］
実施例２のハイブリッド車のモータトルク制御装置では、ローブレーキLBが解放される「EVモード」または「E-iVTモード」において、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを外乱オブザーバで推定し、外乱相殺トルクと車両の目標加速度との和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御することにより、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ると共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制しようとするものである。

すなわち、変速制御手段６５において、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する。外乱推定手段６１において、目標モータトルク演算手段６４からの目標モータトルクと、車速センサ８からの出力軸回転速度と、車輪速センサ１３からのタイヤ回転速度を入力し、ドライブシャフトから変速機へのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する。次の外乱相殺量演算手段６３において、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする。次の目標加速度演算手段６２において、アクセル開度と車速とバッテリS.O.Cに応じて設定された目標駆動力と、外乱推定手段６１からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する。次の目標モータトルク演算手段６４において、前記外乱相殺トルクと前記車両の目標加速度との和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する。

このように、外乱相殺トルクと目標加速度との和は出力軸回転加速度の変化のみに作用し、変速制御トルクは変速制御量（＝入力回転回転速度）のみに作用するように、両者を切り分けてモータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクが演算される。つまり、振動制御を含む駆動力制御に関しては、実施例１と同様に、ドライブシャフト捩りトルクを考慮しつつ目標加速度を得る制御にて出力軸回転加速度の変化を規定するように目標モータトルクが演算される。変速制御に関しては、実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御にて入力回転速度を規定するように目標モータトルクが演算される。

この結果、ラビニョウ型遊星歯車列PGRが２自由度で無段変速比モードと呼ばれる「EVモード」または「E-iVTモード」を選択しての走行時において、変速比の変化を補償するモータトルク制御により、目標駆動力に相当する目標モータトルクをフィードフォワードで算出する従来技術のように、車両の加減速過渡時において、駆動系慣性が加速や減速に用いられる分、目標駆動力と実際の駆動力とにずれが生じて、所望の車両加速や車両減速が得られないという問題やドライブシャフト捩れ振動により車両前後方向の加減速変動が発生するという問題が解消される。なお、ドライブシャフト捩れ振動対策として、例えば、特開昭６１−５３１８号公報に記載されているように、軸の両対の回転速度を求めるセンサを有し、これらの相対速度もしくは相対角度に応じて、電子的に軸に減衰を加えるものではなく、外乱オブザーバからのドライブシャフトの捩りトルク推定値を利用するものであるため、振動抑制のための回転センサ設置によるコスト上昇も無い。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両のモータトルク制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(3) 少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行するハイブリッド車において、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを外乱オブザーバで推定し、符号を逆にしたドライブシャフト捩れトルク推定値による外乱相殺トルクと、走行抵抗トルク推定値を用いて演算された車両の目標加速度と、の和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する第２モータトルク制御手段を設けたため、駆動力を検出するセンサを用いることなく、車両の加減速過渡時における駆動系慣性の影響等を排除し、所望の車両加減速を得ることができると共に、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

(4) 前記第２モータトルク制御手段は、動力源回転速度と出力軸回転速度とを検出する回転速度検出手段８，１０，１１，１２と、駆動力合成変速機TMに連結されるタイヤの回転速度を検出する車輪速センサ１３と、動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する変速制御手段６５と、モータジェネレータトルクと出力軸回転速度と車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから駆動力合成変速機TMへのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する外乱推定手段６１と、符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段６３と、運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する目標加速度演算手段６２と、前記外乱相殺トルクと前記車両の目標加速度との和が、出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、前記モータジェネレータMG1,MG2へ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段６４と、を有するため、目標駆動力と実駆動力とが一致しているかどうかを監視することなく、所望の車両加減速度を得ることができると共に、外乱推定値の利用によりコスト増を招くことなく、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

(5) 前記動力源として、エンジンＥと第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを備え、前記変速機は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンＥからの入力を、他方に駆動系統への出力ギヤOUTをそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2とを連結した差動装置と、締結解放制御により無段変速比モードと固定変速比モードとを切り換えるローブレーキLBと、を備えたハイブリッド車の駆動力合成変速機TMであるため、ローブレーキLBが締結される「EV-LBモード」と「LBモード」の選択時には実施例１のモータトルク制御を適用し、また、ローブレーキLBが解放される「EVモード」と「E-iVTモード」の選択時には実施例２のモータトルク制御を適用することで、回転系の自由度が変化する駆動力合成変速機TMを備えたハイブリッド車において、選択される走行モードにかかわらず、目標駆動力と実駆動力とが一致しているかどうかを監視することなく、所望の車両加減速度を得ることができると共に、外乱推定値の利用によりコスト増を招くことなく、ドライブシャフト共振による車両前後方向の加減速変動を抑制することができる。

以上、本発明の車両のモータトルク制御装置を実施例１および実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、第１モータトルク制御手段として、車速センサ８と、車輪速センサ１３と、外乱推定手段６１と、目標加速度演算手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、を有する例を示したが、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現するものであれば、具体的な構成は実施例１に限られることはない。

実施例２では、第２モータトルク制御手段として、車速センサ８と、車輪速センサ１３と、各回転数センサ１０，１１，１２と、外乱推定手段６１と、目標加速度演算手段６２と、外乱相殺量演算手段６３と、目標モータトルク演算手段６４と、変速制御手段６５と、を有する例を示したが、走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを外乱オブザーバで推定し、符号を逆にしたドライブシャフト捩れトルク推定値による外乱相殺トルクと、走行抵抗トルク推定値を用いて演算された車両の目標加速度と、の和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御するものであれば、具体的な構成は実施例２に限られることはない。

実施例１，２では、１つのエンジンと２つのモータジェネレータを動力源とし、ラビニョウ型遊星歯車列とエンジンクラッチとローブレーキとを有する駆動力合成変速機を備えたハイブリッド車への適用例を示した。しかし、実施例１のモータトルク制御装置については、少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車であれば適用することができる。また、実施例２のモータトルク制御装置については、少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車であれば適用することができる。

実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車を示す全体システム図である。実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車に採用されたラビニョウ型遊星歯車列による各走行モードをあらわす共線図である。実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車での走行モードマップの一例を示す図である。実施例１のモータトルク制御装置が適用されたハイブリッド車での４つの走行モード間におけるモード遷移経路を示す図である。実施例１のモータトルク制御装置の各構成要素を示すブロック線図である。実施例１のモータトルク制御の考え方を示す説明図である。実施例１におけるモータトルクの制御ブロック図である。実施例２のモータトルク制御装置の各構成要素を示すブロック線図である。

符号の説明

Ｅエンジン
MG1 第１モータジェネレータ
MG2 第２モータジェネレータ
OG 出力ギヤ（出力部材）
TM 駆動力合成変速機（変速機）
PGR ラビニョウ型遊星歯車列（差動装置）
EC エンジンクラッチ
LB ローブレーキ（締結要素）
１エンジンコントローラ
２モータコントローラ
３インバータ
４バッテリ
５油圧制御装置
６統合コントローラ
６１外乱推定手段
６２目標加速度演算手段
６３外乱相殺量演算手段
６４目標モータトルク演算手段
６５変速制御手段
７アクセル開度センサ
８車速センサ（出力軸回転速度検出手段）
９エンジン回転数センサ
１０第１モータジェネレータ回転数センサ（回転速度検出手段）
１１第２モータジェネレータ回転数センサ（回転速度検出手段）
１２第２リングギヤ回転数センサ（回転速度検出手段）
１３車輪速センサ（車輪回転速度検出手段）

Claims

少なくとも１つのモータジェネレータを動力源の１つとし、一定変速比もしくは可変変速比の変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを推定する外乱オブザーバを用いて目標駆動力を実現する第１モータトルク制御手段を設けたことを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
請求項１に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記第１モータトルク制御手段は、
前記変速機の出力軸回転速度を検出する出力軸回転速度検出手段と、
前記変速機に連結されるタイヤの回転速度を検出する車輪回転速度検出手段と、
モータジェネレータトルクと出力軸回転速度と車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから変速機へのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する外乱推定手段と、
符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段と、
運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
前記外乱相殺量演算手段からの外乱相殺トルクと前記目標加速度演算手段からの目標加速度との和を、前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクとする目標モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
少なくとも２つのモータジェネレータを動力源とし、動力源と出力部材のうち２つの回転速度が決まれば残りの全ての回転速度が決まる２自由度の差動装置を有する変速機を介してタイヤに動力を伝達して走行する電気自動車もしくはハイブリッド車において、
走行抵抗トルクとドライブシャフト捩れトルクを外乱オブザーバで推定し、符号を逆にしたドライブシャフト捩れトルク推定値による外乱相殺トルクと、走行抵抗トルク推定値を用いて演算された車両の目標加速度と、の和が出力軸回転加速度の変化のみに作用し、実変速比と目標変速比との偏差が減少するように演算された変速制御トルクが変速制御量のみに作用するようにモータトルクを制御する第２モータトルク制御手段を設けたことを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
請求項３に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記第２モータトルク制御手段は、
動力源回転速度と出力軸回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記変速機に連結されるタイヤの回転速度を検出する車輪回転速度検出手段と、
動力源の何れかの回転速度を変速制御量と考え、変速制御量と出力軸回転速度との比を変速比とし、変速比と目標変速比との偏差が減少するように変速制御トルクを演算する変速制御手段と、
モータジェネレータトルクと出力軸回転速度と車輪回転速度を入力し、ドライブシャフトから変速機へのトルク反力と走行抵抗トルクとを外乱として推定する外乱推定手段と、
符号を逆にしたトルク反力推定値を、ドライブシャフト共振を抑制するための外乱相殺トルクとする外乱相殺量演算手段と、
運転者やシステムからの要求に応じて設定された目標駆動力と、前記外乱推定手段からの走行抵抗トルク推定値とから、車両の目標加速度を演算する目標加速度演算手段と、
前記外乱相殺トルクと前記車両の目標加速度との和が、出力軸回転加速度の変化のみに作用し、前記変速制御トルクが変速制御量のみに作用するように、前記モータジェネレータへ出力する目標モータトルクを演算する目標モータトルク演算手段と、
を有することを特徴とする車両のモータトルク制御装置。
請求項１乃至４の何れか１項に記載された車両のモータトルク制御装置において、
前記動力源として、エンジンと第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを備え、
前記変速機は、共線図上に４つ以上の回転要素が配列され、各回転要素のうちの内側に配列される２つの回転要素の一方にエンジンからの入力を、他方に駆動系統への出力部材をそれぞれ割り当てると共に、前記内側の回転要素の両外側に配列される２つの回転要素にそれぞれ第１モータジェネレータと第２モータジェネレータとを連結した差動装置と、締結解放制御により無段変速比モードと固定変速比モードとを切り換える締結要素と、を備えたハイブリッド車の駆動力合成変速機であることを特徴とする車両のモータトルク制御装置。