JP2009131074A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータと、モータの回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速機を備える車両において、振動を抑制すると共にエネルギー効率の低下を抑制する。
【解決手段】変速機がＨｉギヤの状態のときにはＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘで制振トルクＴｖｒを制限したものを制御用制振トルクＴｖｒｃとして設定し（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）、変速機がＬｏギヤの状態のときにはＬｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘで制振トルクＴｖｒを制限したものを制御用制振トルクＴｖｒｃとして設定し（ステップＳ１４０、Ｓ１７０）、走行用に出力すべき走行用出力トルクと制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクがモータから出力されるようモータを制御する（ステップＳ１６０，Ｓ１８０〜Ｓ２２０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、車軸に連結された駆動軸に動力を入出力可能なモータを備え、モータから走行用の走行用トルクとモータの出力トルクの変動により生じる振動を抑制するトルクとの和のトルクを出力するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、制振トルクを所定トルクで制限することにより、モータの保護を図っている。また、この種の車両として、モータと駆動軸との間に変速機を備える車両が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この車両では、モータから出力した動力を変速機で変速して駆動軸に出力している。
特開２００６−３１４１７７号公報 特開２００６−５６４５２号公報

ところで、上述のモータと駆動軸との間に変速機を備える車両では、駆動軸の回転変動を抑制するためにモータから出力すべき制振トルクが変速機の変速比に応じて異なるが、こうした制振トルクを変速機の状態に応じてどのように制限するかについては何ら考慮されていない。制振トルクを大きく制限し過ぎると振動を抑制できなくなるし、逆に制振トルクの制限が小さすぎるとモータやモータの駆動回路での電力損失が大きくなり車両全体のエネルギー効率が低下してしまう。

本発明の車両およびその制御方法は、動力を入出力可能な電動機と、変速比の変更を伴って電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達装置を備える車両において、振動を抑制すると共に車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することを主目的とする。

本発明の車両およびその制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
動力を入出力可能な電動機と、
該電動機に駆動用の電力を供給する電力供給手段と、
変速比の変更を伴って該電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
前記変速伝達手段における変速比に基づく制限用トルクで振動に寄与する前記駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して制御用制振トルクを設定する制御用制振トルク設定手段と、
前記電動機から走行用に出力すべき出力トルクと前記設定された制御用制振トルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、変速伝達手段における変速比に基づく制限用トルクで振動に寄与する駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して制御用制振トルクを設定し、電動機から走行用に出力すべき出力トルクと設定された制御用制振トルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。これにより、変速伝達手段の変速比に拘わらず一定の制限用トルクで制振トルクを制限するものに比して、変速伝達手段の変速比に応じて適正に制限用制振トルクを設定することができ、駆動軸の回転変動による振動を抑制すると共に車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

こうした本発明の車両において、前記制御用制振トルク設定手段は、前記変速比が大きくなるほど小さくなる傾向の前記制限用トルクを用いて前記制御用制振トルク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、変速比が大きいほど制振トルクを大きく制限して制御用制振トルクを設定することができる。

また、本発明の車両において、前記電力供給手段は、充放電可能な直流電源と、該直流電源側の電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な昇圧回路と、前記電動機側の電圧を検出する電圧検出手段と、を有する手段であり、前記制御手段は、前記電動機の制御と共に前記検出された電動機側の電圧が前記電動機から出力される動力に基づく目標電圧になるよう前記昇圧回路を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正に昇圧回路を制御することができ、昇圧回路での電力消費を適正なものにすることができ、車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

本発明の車両の制御方法は、
動力を入出力可能な電動機と、該電動機に駆動用の電力を供給する電力供給手段と、変速比の変更を伴って該電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、を備える車両の制御方法であって、
前記電動機から走行用に出力すべき出力トルクと前記変速伝達手段における変速比が大きくなるほど小さくなる傾向の制限用トルクで振動に寄与する前記駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して得られる制御用制振トルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の車両の制御方法では、電動機から走行用に出力すべき出力トルクと変速伝達手段における変速比が大きくなるほど小さくなる傾向の制限用トルクで振動に寄与する駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して得られる制御用制振トルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。これにより、変速伝達手段の変速比に拘わらず一定の制限用トルクで制振トルクを制限するものに比して、変速伝達手段の変速比に応じて適正に制限用制振トルクを設定することができ、駆動軸の回転変動による振動を抑制すると共に車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての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、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の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。

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。

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には変速機６０を介してモータＭＧ２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に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の駆動輪３９ａ，３９ｂに機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに出力されることになる。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達するよう構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとにより駆動される２つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態をＨｉギヤの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、図３に示すように、いずれも外表面に永久磁石が貼り付けられたロータと三相コイルが巻回されたステータとを備える周知の同期発電電動機として構成されている。インバータ４１，４２は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜２６と、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６と、により構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６は、それぞれインバータ４１，４２が電力ライン５４として共用する正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータＭＧ１，ＭＧ２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。したがって、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとの間に電圧が作用している状態で対をなすトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６のオン時間の割合を制御することにより三相コイルに回転磁界を形成でき、モータＭＧ１，ＭＧ２を回転駆動することができる。インバータ４１，４２は、正極母線５４ａと負極母線５４ｂとを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。正極母線５４ａと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５７が接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や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などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０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ってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２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。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

昇圧回路５５は、図３に示すように、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２とトランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２は、それぞれインバータ４１，４２の正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬと負極母線５４ｂとにはそれぞれバッテリ５０の正極端子と負極端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２をオンオフ制御することによりバッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ４１，４２に供給したり正極母線５４ａと負極母線５４ｂとに作用している直流電圧を降圧してバッテリ５０を充電したりすることができる。リアクトルＬと負極母線５４ｂとには平滑用のコンデンサ５８が接続されている。以下、昇圧回路５５より電力ライン５４側を高電圧系といい、昇圧回路５５よりバッテリ５０側を低電圧系という。

バッテリ５０は、実施例ではリチウムイオン電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば，電圧センサ５８ａからのコンデンサ５８の電圧ＶＬ（バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂ）やバッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５８ｂ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５８ｃからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサ５８ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて残容量ＳＯＣを演算したり、演算した残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい制御用の許容電力である制御用入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の制御用入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて制御用入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した制御用入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。

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、回転数センサ３２ｂからの駆動軸回転数Ｎｒや電圧センサ５７ａからのコンデンサ５７の電圧ＶＨ（以下、高電圧系電圧ＶＨという），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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、昇圧回路５５のスイッチング素子へのスイッチング制御信号や変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。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やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

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。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの振動を抑制する際の動作について説明する。図４は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（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，回転数センサ３２ｂからの駆動軸回転数Ｎｒなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された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Ｔｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図５に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。

続いて、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１２０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図６に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。

次に、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と駆動軸回転数Ｎｒと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータ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＊と入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１３０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図７に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数Ｎｒ（駆動軸回転数Ｎｒ）を示す。式（１）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が変速機６０を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nr/ρ (1)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)

続いて、変速機６０の状態を調べる（ステップＳ１４０）。変速機６０がＨｉギヤの状態であるときには、振動に寄与する駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転変動を抑制する方向にモータＭＧ２から出力すべき制振トルクＴｖｒの最大値をＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘで制限したトルクを制御用制振トルクＴｖｃとして設定する（ステップＳ１５０）。ここで、制振トルクＴｖｒは、リングギヤ軸３２ａに振動に寄与する回転変動を生じさせる振動トルクＴｖとＨｉギヤ状態のときの変速機６０のギヤ比Ｇｈｉとを用いて振動に寄与するリングギヤ軸３２ａの回転変動を抑制するトルクとして次式（３）により計算されるものを設定するものとした。式（３）中、振動トルクＴｖとしては、前回本ルーチンが実行されたときのモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊（以下、前回Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊という）とステップＳ１００の処理で入力された駆動軸回転数Ｎｒから前回本ルーチンを実行したときに入力された駆動軸回転数Ｎｒを減じて求めた回転数差とから駆動輪３９ａ，３９ｂに対するリングギヤ軸３２ａのねじれによって生じた回転数変動を求めて、こうした回転数変動と前回Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊と予め求めておいた車両のねじれモデルとを用いてリングギヤ軸３２ａに振動に寄与する回転変動を生じさせるトルクとして演算されたものを用いるものとした。ここで、制振トルクＴｖｒをＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘで制限するのは、モータＭＧ２から制振トルクＴｖｒを出力すると振動は抑制されるもののモータＭＧ２やインバータ４２の電力損失が大きく車両全体のエネルギー効率が低下するためである。したがって、Ｈｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘは、車両に生じる振動をある程度抑制すると共に電力損失によるエネルギー効率の低下をある程度抑制するトルクとして設定されるものとした。

Tvr=−Tv/Ghi (3)

こうして制御用制振トルクＴｖｒｃを設定すると、要求トルクＴｒ＊と設定したトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと変速比Ｇｈｉとを用いて計算されるモータＭＧ２から走行用に出力すべき走行用出力トルクと設定した制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクをモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐとして次式（４）により計算する（ステップＳ１６０）。式（４）中右辺第１項は、走行用出力トルクである。こうして仮トルクＴｍ２ｔｍｐを設定するから、仮トルクＴｍ２ｔｍｐを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを出力することができると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転変動を抑制して振動を抑制するトルクとして設定することができる。

Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Ghi+Tvrc (4)

変速機６０がＬｏギヤの状態であるときには、制振トルクＴｖｒの最大値をＬｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘで制限したトルクを制御用制振トルクＴｖｒｃとして設定する（ステップＳ１７０）。ここで、制振トルクＴｖｒは、上述した振動トルクＴｖとＬｏギヤ状態での変速機６０のギヤ比Ｇｌｏとを用いて次式（５）により計算されるものを設定するものとした。ここで、制振トルクＴｖｒをＬｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘで制限するのは、制振トルクＴｖｒをＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘで制限するのと同様に、車両全体のエネルギー効率の悪化の抑制と振動の抑制とを考慮したためであり、Ｌｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘはＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘより小さい値に設定した。Ｌｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘをＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘより小さく設定するのは、以下の理由に基づく。式（３）や式（５）に示すように、モータＭＧ２から回転変動を抑制する方向に出力すべきトルクである制振トルクＴｖｒは、振動トルクＴｖを変速機６０の変速比で除したものに基づいて設定されるため、振動トルクＴｖが同じであるときには、変速機６０がＬｏギヤの状態ときにはＨｉギヤの状態のときに比して制振トルクＴｖｒが小さく設定される。したがって、Ｌｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘをＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘに比して小さく設定しても、充分にリングギヤ軸３２ａの回転変動を抑制することができるからである。

Tvr=−Tv/Glo (5)

こうして制御用制振トルクＴｖｒｃを設定すると、要求トルクＴｒ＊と設定したトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと変速比Ｇｌｏとを用いて計算されるモータＭＧ２から走行用に出力すべき走行用出力トルクと設定した制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクをモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐとして次式（６）により計算する（ステップＳ１８０）。式（６）中右辺第１項は、走行用出力トルクである。こうして仮トルクＴｍ２ｔｍｐを設定するから、仮トルクＴｍ２ｔｍｐを駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを出力することができると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転変動を抑制して振動を抑制するトルクとして設定することができる。

Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Glo+Tvrc (6)

こうして、仮トルクＴｍ２ｔｍｐを設定したら、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（７）および式（８）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（９）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限したものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２００）。こうして変速機６０の変速比に基づいて設定した制限用トルクで制振用トルクを制限して設定した制御用制振トルクＴｖｒｃを用いてモータトルク指令Ｔｍ２＊を設定するから、変速機６０の変速比に拘わらず一定の制限用トルクを用いて制限する場合に比して、より適正にトルク指令Ｔｍ２＊を設定することができ、モータＭＧ２からより適正なトルクを出力することができる。

Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (7)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (8)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (9)

こうしてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定すると、高電圧系電圧ＶＨが設定したトルク指令Ｔｍ２＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて設定した目標電圧Ｖｈ＊になるよう昇圧回路５５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２をスイッチング制御する（ステップＳ２１０）。ここで、目標電圧Ｖｈ＊は、実施例では、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とトルク指令Ｔｍ２＊と目標電圧Ｖｈ＊との関係を予め定めて目標電圧設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とトルク指令Ｔｍ２＊とが与えられると記憶したマップから対応する目標電圧Ｖｈ＊を導出して設定するものとした。図８に目標電圧設定用マップの一例を示す。目標電圧Ｖｈ＊は、実施例では、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が大きくなるほど大きく、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が大きくなるほど大きくなる傾向に設定するものとした。トルク指令Ｔｍ２＊は、変速機６０の変速に基づいて適正な制御用制振トルクＴｖｒｃを用いて設定されるから、昇圧回路５５では、変速機６０の変速比に応じて適正な昇圧動作を行なうことができる。例えば、変速機６０の変速比に拘わらずＨｉギヤ制限トルクＴｈｍａｘを用いて設定した制御用制振トルクＴｖｒｃを用いてトルク指令Ｔｍ２＊を設定するものに比して、Ｌｏギヤの状態では目標電圧Ｖｈ＊が小さくなるため、昇圧回路５５における電力消費を低減することができる。

続いて、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信する（ステップＳ２２０）。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、変速機６０の変速比に基づく制限トルクで制振トルクＴｖｒを制限して制御用制振トルクＴｖｒｃを設定し、走行用に出力すべき走行用出力トルクと制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御するから、変速機６０の変速比に拘わらず一定の制限トルクで制振トルクを制限するものに比して、駆動軸の回転変動による振動を抑制すると共に車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することができる。また、変速機６０の状態に応じてより適正に昇圧回路を制御することができるから、昇圧回路５５での電力消費を適正なものにすることができ、車両全体のエネルギー効率の低下を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｈｉ，Ｌｏの２段の変速段をもって変速可能な変速機６０を用いるものとしたが、変速機６０の変速段は２段に限られるものではなく、３段以上の変速段としてもよい。３段以上の変速段とする場合、制振トルクＴｖｒを制限する制限トルクは、変速比が大きくなるほど小さくなる傾向あればよく、例えば、変速機６０が１速から６速の変速段を備える６段変速機である場合、変速段が１速から３速であるときには、制振トルクＴｖｒを同じ制限トルクＴ１ｍａｘで制限し、変速段が４速から６速であるときには制振トルクＴｖｒを制限トルクＴ１ｍａｘより大きいトルクで制限するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の直流電力をその電圧を昇圧回路５５で昇圧してインバータ４１，４２に供給するものとしたが、昇圧回路５５を備えずにバッテリ５０からの電圧を昇圧せずにインバータ４１，４２に供給するものとしてもよい。

実施例では、エンジンとモータとを搭載したハイブリッド自動に適用するものとしたが、走行用の動力源としてエンジンを搭載せずにモータのみを搭載して、モータの回転軸と駆動軸とに接続された変速機とを備える電気自動車に適用するものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としても構わない。さらに、こうした車両の制御方法の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５０と昇圧回路５５とが「電力供給手段」に相当し、変速機６０が「変速伝達手段」に相当し、変速機６０の状態に応じてＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘ又はＬｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘを用いて制振トルクＴｖｒを制限して制御用制振トルクＴｖｒｃを設定する図４の制御ルーチンのステップＳ１４０，Ｓ１５０，Ｓ１７０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「制御用制振トルク設定手段」に相当し、走行用に出力すべき走行用出力トルクと制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定して、設定したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０の送信する図４の制御ルーチンのステップＳ１６０，Ｓ１８０〜Ｓ２２０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。また、バッテリ５０が「直流電源」に相当し、昇圧回路５５が「昇圧回路」に相当し、電圧センサ５７ａが「電圧検出手段」に相当する。ここで、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「電力供給手段」としては、バッテリ５０と昇圧回路５５とを組み合わせたものに限定されるものではなく、電動機の駆動用の電力を供給するものであれば如何なるものとしても構わない。「変速伝達手段」としては、Ｈｉ，Ｌｏの２段の変速段をもって変速可能な変速機６０に限定されるものではなく、３段以上の変速段をもって変速する変速機としたり、無段階に変速する無段変速機としたりするなど、変速比の変更を伴って該電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なうであれば如何なるものとしても構わない。「制御用制振トルク設定手段」としては、変速機６０の状態に応じてＨｉギヤ用制限トルクＴｈｍａｘ又はＬｏギヤ用制限トルクＴｌｍａｘを用いて制振トルクＴｖｒを制限して制御用制振トルクＴｖｒｃを設定するものに限定されるものではなく、変速伝達手段における変速比に基づく制限用トルクで振動に寄与する駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して制御用制振トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、走行用に出力すべき走行用出力トルクと制御用制振トルクＴｖｒｃとの和のトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御するものに限定されるものではなく、電動機から走行用に出力すべき出力トルクと設定された制御用制振トルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良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。

本発明は、車両の製造業などに利用可能である。

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。 変速機６０の構成の概略を示す説明図である。 昇圧回路５５の構成の概略を示す説明図である。 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。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 目標電圧設定用マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

２０ 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、３１ａ サンギヤ軸、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３２ｂ 回転数センサ、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５４ａ 正極母線、５４ｂ 負極母線、５５ 昇圧回路、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、６０ 変速機、６０ａ ダブルピニオンの遊星歯車機構、６０ｂ シングルピニオンの遊星歯車機構、６１，６５ サンギヤ、６２，６６ リングギヤ、６３ａ 第１ピニオンギヤ、６３ｂ 第２ピニオンギヤ、６４，６８ キャリア、６７ ピニオンギヤ、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、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (4)

1. 動力を入出力可能な電動機と、
   該電動機に駆動用の電力を供給する電力供給手段と、
   変速比の変更を伴って該電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、
   前記変速伝達手段における変速比に基づく制限用トルクで振動に寄与する前記駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して制御用制振トルクを設定する制御用制振トルク設定手段と、
   前記電動機から走行用に出力すべき出力トルクと前記設定された制御用制振トルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する制御手段と、
   を備える車両。
2. 前記制御用制振トルク設定手段は、前記変速比が大きくなるほど小さくなる傾向の前記制限用トルクを用いて前記制御用制振トルクを設定する手段である請求項１記載の車両。
3. 請求項１または２記載の車両であって、
   前記電力供給手段は、充放電可能な直流電源と、該直流電源側の電圧を昇圧して前記電動機側に供給可能な昇圧回路と、前記電動機側の電圧を検出する電圧検出手段と、を有する手段であり、
   前記制御手段は、前記電動機の制御と共に前記検出された電動機側の電圧が前記電動機から出力される動力に基づく目標電圧になるよう前記昇圧回路を制御する手段である
   車両。
4. 動力を入出力可能な電動機と、該電動機に駆動用の電力を供給する電力供給手段と、変速比の変更を伴って該電動機の回転軸と車軸に連結された駆動軸との間の動力の伝達を行なう変速伝達手段と、を備える車両の制御方法であって、
   前記電動機から走行用に出力すべき出力トルクと前記変速伝達手段における変速比が大きくなるほど小さくなる傾向の制限用トルクで振動に寄与する前記駆動軸の回転変動を抑制するための制振トルクを制限して得られる制御用制振トルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する、
   車両の制御方法。

Images