JP2010023778A

JP2010023778A - 駆動装置の制御装置及び駆動装置

Info

Publication number: JP2010023778A
Application number: JP2008190467A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ebuchi; 弘章江渕; Hiromichi Kimura; 弘道木村; Koji Kawashima; 航治川嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-07-24
Also published as: JP5239580B2

Abstract

【課題】噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない噛み合い式のクラッチを自動的に噛み合わせる際に、噛み合い対象同士の位置及び回転速度を同期させること。
【解決手段】クラッチ制御部１２には、噛み合いクラッチを構成する回転する部材の位置を制御するための位置制御フィードバックループＦＢＭと、位置制御フィードバックループＦＢＭの内側に形成される、回転する部材の回転速度を制御する回転速度フィードバックループＦＢＳとを有する。位置制御フィードバックループＦＢＭには、無駄時間及び遅れ時間を予測する第１予測制御手段５７が設けられ、また、回転速度フィードバックループＦＢＳには、無駄時間及び遅れ時間を予測する第２予測制御手段５８が設けられる。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載されて車両を走行させる駆動装置の制御に関し、特に、内燃機関と電動機とを組み合わせたハイブリッド駆動装置を制御する駆動装置の制御装置及び駆動装置に関する。

変速アクチュエータが一対のギヤの回転が同期させられてから相互に噛み合わせる噛み合いクラッチを駆動することにより、所定のギヤ段が達成される有段変速機が開示されている（特許文献１）。

特開２０００−２９５７０９号公報（０００３）

特許文献１に開示されている噛み合いクラッチは、摩擦力によって一対の噛み合いギヤの一方とシフトリングとの回転を同期させる回転同期装置（シンクロナイザ）を備えており、変速アクチュエータによる変速では、回転同期装置により、噛み合いギヤとシフトリングとの回転を同期させる。摩擦力を利用した回転同期装置を用いる場合、変速の際には、回転同期装置の引きずりによる損失が発生する。このため、このような回転同期装置を用いないで、回転を同期させることができれば、噛み合い式のクラッチを噛み合わせる際の摩擦損失を極めて低減でき、係合動作中の消費エネルギを低減できる。

しかし、回転同期装置を用いない噛み合い式のクラッチは、噛み合い対象同士の回転を同期させる機能が失われる。このため、アクチュエータを用いて自動的に噛み合い式のクラッチを噛み合わせる場合には、噛み合い対象同士の位置及び回転速度を同期させる制御が必要になる。

また、特許文献１に開示されているように、例えば遊星歯車装置を用いた動力分割機構を用いて、内燃機関と電動機とを組み合わせて、内燃機関のトルクに起因して発生する反力を電動機で受けるように構成されたハイブリッド式の駆動装置が知られている。このようなハイブリッド式の駆動装置では、運転条件によっては電動機を用いないで前記反力を受けることにより、内燃機関の燃料消費を抑制できたり、ドライバビリティを向上させたりすることができる。しかし、電動機を用いないで前記反力を受ける具体的な構成については特許文献１には開示されていない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、機械的な構造で噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない噛み合い式のクラッチを自動的に噛み合わせる際に、噛み合い対象同士の位置及び回転速度を同期させること、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供することのうち、いずれか一方を達成することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る駆動装置の制御装置は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、を有する駆動装置の前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際の制御に用いるものであり、前記第１部材の実際の位置と、前記第１部材が目標とする位置目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御する位置調節手段と、前記位置調節手段の出力が入力されるとともに、前記第１部材の実際の回転速度と、前記第１部材が目標とする回転速度目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御する回転速度調節手段と、前記位置調節手段の出力側と入力側との間に設けられて、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を考慮した制御モデルを用いて、前記位置調節手段の周りに局所的なフィードバックを施す第１予測制御手段と、前記回転速度調節手段の出力側と入力側との間に設けられて、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を考慮した制御モデルを用いて、前記回転速度調整手段の周りに局所的なフィードバックを施す第２予測制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記位置調節手段の出力側と前記回転速度調節手段の入力側との間、前記回転速度調節手段の出力側の少なくとも一方に、フィードバック制御において積分動作を行わせるための積分項を演算する積分項演算手段を設けることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記第１部材の実際の回転速度に含まれる高周波ノイズを除去するローパスフィルタ機能を有する回転速度フィルタが設けられ、前記第２予測制御手段は、さらに、前記回転速度フィルタに起因して発生する、入力に対する出力応答の遅延を予測することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記内燃機関の出力変動に基づいて前記出力変動を打ち消すようなフィードフォワード要素を生成して、前記回転速度調節手段の出力に与えるフィードフォワード要素生成手段を設けることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際における前記第１電動機のトルクの変動を打ち消すトルクを、前記駆動装置が搭載される車両に要求される要求トルクに加えることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際における前記第１電動機のトルクの変動を打ち消すトルクは、前記第２電動機で発生させることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置の制御装置において、前記無駄時間及び前記遅れ時間は、前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際の制御をする過程において発生し得る最大値とすることが好ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、を有することを特徴とする。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置において、遊星歯車装置で構成される動力分割機構を備え、前記動力分割機構のサンギヤが前記第１電動機の入出力軸と接続され、前記動力分割機構のキャリアが前記内燃機関の出力軸に接続され、前記動力分割機構のリングギヤが前記第２電動機の入出力軸と接続され、前記第１部材は、前記第１電動機の入出力軸に取り付けられることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記駆動装置において、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置と、ダブルピニオン式の第２遊星歯車装置とで構成される動力分割機構を備え、前記第１遊星歯車装置のサンギヤは前記第１電動機の入出力軸と接続され、前記第１遊星歯車装置のキャリアは前記内燃機関の出力軸と接続されるとともに前記第２遊星歯車装置のリングギヤと接続され、前記第１遊星歯車装置のリングギヤは前記第２遊星歯車装置のキャリアと接続されるとともに前記第２電動機の入出力軸と接続され、前記第２遊星歯車装置のサンギヤは前記第１部材が接続されることが好ましい。

本発明は、機械的な構造で噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない噛み合い式のクラッチを自動的に噛み合わせる際に、噛み合い対象同士の位置及び回転速度を同期させること、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供することのうち、いずれか一方を達成できる。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

本実施例に係る駆動装置の制御装置は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記第１電動機の出力軸に直接又は間接的に取り付けられて、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、を有する駆動装置のクラッチを噛み合わせる際に用いるものである。そして、本実施例に係る駆動装置の制御装置は、クラッチを噛み合わせる際に、第１部材の実際の位置及び回転速度を入力側へ帰還させるフィードバック制御によって、第１部材の位置（位相）と回転速度とをそれぞれの目標値になるように、制御対象である第１電動機を制御する。このとき、制御プロセス中に存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第１予測制御手段を、第１部材の実際の位置と、第１部材が目標とする位置目標値との偏差が０になるように第１電動機をフィードバック制御するための位置制御フィードバックループに設け、また、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第２予測制御手段を、位置制御フィードバックループよりも内側に形成される回転速度フィードバックループに設ける。以下において、内燃機関や電動機、あるいは軸の回転速度とは、内燃機関や電動機の出力軸の単位時間あたりにおける回転数であり、回転角速度と同じ意味である。

図１は、本実施例に係る駆動装置及び駆動装置の制御装置を搭載する車両を示す模式図である。図２−１、図２−２は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。図３は、本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。駆動装置３は、内燃機関２２と、第１電動機２１と、動力分割機構３０と、第２電動機２３とを備えるハイブリッド式の駆動装置であり、車両１に搭載されてこれを走行させる。車両１は、図１に示すように、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲ、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを備えており、左前輪２ＦＦ、右前輪２ＦＲが操舵輪、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲが駆動輪となる。

内燃機関２２と、内燃機関２２の出力軸であるクランクシャフト２２Ｓにダンパ２８を介して接続された動力分割機構３０と、動力分割機構３０に接続された第１電動機２１と、動力分割機構３０に接続された第２電動機２３と、車両１を制御するメインＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、内燃機関２２を制御する機関ＥＣＵ１６と、第１電動機２１及び第２電動機２３を制御する電動機ＥＣＵ（ＭＧＥＣＵ）１５とを備える。

内燃機関２２は、ガソリン又は軽油等の炭化水素系の燃料により動力を発生する熱機関であり、内燃機関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機関ＥＣＵ１６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る。機関ＥＣＵ１６は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により内燃機関２２を運転制御するとともに、必要に応じて内燃機関２２の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。

第１電動機２１及び第２電動機２３は、電力供給機能及び蓄電機能の両方を備える電力源（本実施例ではバッテリ２０）からインバータ１８を介して供給される電力によって動力を発生する機能（力行機能）、及び機械エネルギを電気エネルギに変換する機能（回生機能）を兼ね備える。これによって、第１電動機２１及び第２電動機２３は、動力発生手段として機能するとともに、発電機としても機能する。本実施例において、第１電動機２１及び第２電動機２３は、交流同期電動機が用いられるが、第１電動機２１及び第２電動機２３に使用できる電動機はこれに限定されるものではない。

第１電動機２１及び第２電動機２３は、電動機ＥＣＵ１５により制御される。電動機ＥＣＵ１５は、メインＥＣＵ１０と通信しており、メインＥＣＵ１０からの制御信号により第１電動機２１及び第２電動機２３の力行及び回生を制御するとともに、必要に応じて第１電動機２１及び第２電動機２３の運転状態に関する情報をメインＥＣＵ１０に出力する。

動力分割機構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に噛み合うとともにリングギヤ３２に噛み合う複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３が自転かつサンギヤ３１の周りを公転できるように複数のピニオンギヤ３３を保持するキャリア３４とを備える。このように、動力分割機構３０は、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素とする遊星歯車装置である。

動力分割機構３０は、キャリア３４に内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが、サンギヤ３１に第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが、リングギヤ３２に連結シャフト２５Ｉがそれぞれ接続されている。第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９に接続される。減速装置２９は、第２電動機２３の回転数を減速させて出力するとともに、内燃機関２２の出力を第２電動機２３の出力と合成する機能を有する。

動力分割機構３０は、第１電動機２１が発電機として機能するときには、キャリア３４から入力される内燃機関２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側とに、そのギヤ比に応じて分配する。これによって、内燃機関２２の動力は、動力分割機構３０で分割され、一部で第１電動機２１から発電させ、残りは動力分割機構３０へ入力されて連結シャフト２５Ｉから出力される。第１電動機２１で生み出された電力は、第２電動機２３を駆動したり、蓄電装置であるバッテリ２０に充電されたりする。蓄電装置としては、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０や、キャパシタ等を用いることができる。

第１電動機２１が生み出した電力やバッテリ２０から供給される電力によって第２電動機２３が動力を発生するとき、すなわち第２電動機２３が力行するときには、第２電動機２３が動力を発生する。第２電動機２３が発生する動力は、減速装置２９からプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。また、第２電動機２３が発電機として機能するときには、連結シャフト２５Ｉから減速装置２９を介して第２電動機２３へ動力が入力され、これによって第２電動機２３が電力を発生する。

第１電動機２１は、例えば、内燃機関２２を始動させるときに、バッテリ２０から電力の供給を受けて動力を発生する（力行）。この場合、第１電動機２１の発生した動力は、動力分割機構３０のサンギヤ３１からキャリア３４を介して内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓに伝達される。これによって、内燃機関２２が始動する。

内燃機関２２の動力及び第２電動機２３の動力は、減速装置２９で合成されてからプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。なお、内燃機関２２のみが動力を発生している場合には、この動力が直接プロペラシャフト２５Ｐへ出力され、第２電動機２３が単独で動力を発生している場合には、この動力が減速装置２９を介してプロペラシャフト２５Ｐへ出力される。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９とデファレンシャルギヤ２６とを連結しており、両者の間で動力を伝達する。

プロペラシャフト２５Ｐが内燃機関２２や第２電動機２３の動力をデファレンシャルギヤ２６へ入力すると、車両１の駆動軸２７Ｌ、２７Ｒに取り付けられる左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲを駆動する。これによって、車両１が走行する。また、第２電動機２３が回生する場合、左後輪２ＲＬ、右後輪２ＲＲから駆動軸２７Ｌ、２７Ｒ、デファレンシャルギヤ２６、プロペラシャフト２５Ｐ及び減速装置２９を介して第２電動機２３が駆動される。

第１電動機２１、第２電動機２３は、コンバータ１７及びインバータ１８を介してバッテリ２０と電力をやり取りする。バッテリ２０は、第１電動機２１と第２電動機２３と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。なお、第１電動機２１、第２電動機２３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２０は充放電されない。

第１電動機２１、第２電動機２３は、いずれも電動機ＥＣＵ１５により駆動制御されている。電動機ＥＣＵ１５には、第１電動機２１、第２電動機２３を駆動制御するために必要な信号、例えば第１電動機２１、第２電動機２３の回転子の回転位置を検出する第１回転位置検出センサ４３、第２回転位置検出センサ４４からの信号や、電流センサにより検出される第１電動機２１、第２電動機２３に印加される相電流等が入力されている。電動機ＥＣＵ１５からは、インバータ１８へのスイッチング制御信号が出力されている。ここで、第１回転位置検出センサ４３及び第２回転位置検出センサ４４には、例えば、レゾルバが用いられる。

本実施例において、車両１に搭載される駆動装置３は、クラッチ２４を備える。図１、図２−１、図２−２に示すように、クラッチ２４は、第１部材である噛み合いピース２４Ｒと、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い（係合）又は解放する第２部材である噛み合いスリーブ２４Ｓとで構成される噛み合いクラッチである。本実施例において、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられ、噛み合いスリーブ２４Ｓは、駆動装置３の静止系（例えば、第１電動機２１、第２電動機２３、クラッチ２４、動力分割機構３０を格納する筐体３Ｓ）に取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓとともに回転するが、噛み合いスリーブ２４Ｓは回転しない。

図２−１に示すように、噛み合いスリーブ２４Ｓは、環状の部材であり、内周部に複数の噛み合い内歯が形成されており、外周部に複数の外歯２４ＳＴＢが形成される。図１に示す筐体３Ｓの内側には、噛み合いスリーブ２４Ｓの外周部に形成される複数の外歯２４ＳＴＢと噛み合う溝が形成されている。筐体３Ｓの内側に形成される溝に噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢを噛み合わせることで、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転が止められるとともに、噛み合いスリーブ２４Ｓは、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓと平行な方向、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できる。

噛み合いピース２４Ｒは、クラッチ２４が係合されたときには、内燃機関２２の反力、すなわち、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。噛み合いピース２４Ｒは、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに取り付けられる円板状の部材であり、外周部に複数の噛み合い外歯が形成される。噛み合いスリーブ２４Ｓの内周部に形成される噛み合い内歯と、噛み合いピース２４Ｒの外周部に形成される噛み合い外歯とが互いに噛み合って、クラッチ２４が係合する。図１、図３に示すように、噛み合いクラッチ２４を構成する噛み合いスリーブ２４Ｓは、アクチュエータ５によって噛み合いピース２４Ｒの回転軸、すなわち、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒと平行な方向に移動されて、噛み合いピース２４Ｒと噛み合い、又は解放（噛み合いが解除）される。アクチュエータ５は、例えば、ソレノイドが用いられる。

クラッチ２４が噛み合わされると、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、噛み合いピース２４Ｒから噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。

なお、噛み合いクラッチはこのような構成以外であってもよい。例えば、筐体３Ｓ側に、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心（図２−２のＺｒ）と平行な方向に移動できるキーを設け、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓに前記キーと噛み合うキー溝が形成された部材を取り付けて、クラッチ２４を構成してもよい。そして、クラッチ２４を噛み合わせる際には、前記キーを前記キー溝に嵌合させる。

図２−１、図２−２に示すＸ軸、Ｙ軸は、いずれも共通する軸であり、Ｘ軸とＹ軸との交点（原点）が、噛み合いスリーブ２４Ｓの中心軸Ｚｓ及び噛み合いピース２４Ｒの回転軸（すなわち第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転中心Ｚｒ）となる。このため、噛み合いスリーブ２４Ｓにおける座標と、噛み合いピース２４Ｒにおける座標とは共通する。クラッチ２４を噛み合わせる際には、回転する噛み合いピース２４Ｒの所定の噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの所定の噛み合い位置にきたときにアクチュエータ５を駆動して噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わせる。

本実施例では、噛み合いスリーブ２４ＳのＹ軸上にある噛み合い内歯２４ＳＴＡ１（図２−１参照）を噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置とし、噛み合いピース２４Ｒの隣接する噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２との間を噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置とする。したがって、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置が、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置にきたときにアクチュエータ５が駆動されて、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わされる。

回転している噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置は、第１回転位置検出センサ４３により検出できる。また、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い位置は、噛み合いスリーブ２４ＳのＹ軸上にある噛み合い内歯２４ＳＴＡ１なので、この位置は予め特定できる。したがって、第１回転位置検出センサ４３によって検出された噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置が、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置にきたときが、クラッチ２４を噛み合わせるタイミング、すなわち、アクチュエータ５を駆動するタイミングとなる。

例えば、高速走行かつ低負荷で車両１が走行しているときや、第１電動機２１が発生するトルクの制限により、第１電動機２１が受けることができる内燃機関２２の前記反力が制限されるとき等にクラッチ２４が噛み合わされる。クラッチ２４に摩擦式のクラッチを用いたり、シンクロナイザリングを用いるクラッチを用いたりすることもできるが、このような方式のクラッチは、摩擦により引きずりを発生させる。駆動装置３が備えるクラッチ２４は噛み合い式であり、機械的な構造、より具体的には摩擦により噛み合わせ対象同士の回転の同期をとる回転同期装置が存在しないため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。

図４は、本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。この駆動装置３ａは、上述した駆動装置３と略同様であるが、動力分割機構を２個の遊星歯車装置３０ａ、３０ｂで構成される点が異なる。動力分割機構３０Ａは、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置３０ａと、ダブルピニオン式の第２遊星歯車装置３０ｂとで構成される。第１遊星歯車装置３０ａは、上述した動力分割機構３０を構成する遊星歯車装置と同様の構成である。第２遊星歯車装置３０ｂは、外歯歯車のサンギヤ３１ｂと、このサンギヤ３１ｂと同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２ｂと、サンギヤ３１ｂに噛み合う複数の第１ピニオンギヤ３３ｂ１と、第１ピニオンギヤ３３ｂ１及びリングギヤ３２に噛み合う複数の第２ピニオンギヤ３３ｂ２と、第１ピニオンギヤ３３ｂ１、第２ピニオンギヤ３３ｂ２が自転かつサンギヤ３１ｂの周りを公転できるように第１ピニオンギヤ３３ｂ１、第２ピニオンギヤ３３ｂ２を保持するキャリア３４ｂとを備える。

第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａには、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓが接続され、さらに、第１遊星歯車装置３０ａのキャリア３４ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのリングギヤ３２ｂに接続される。また、第１遊星歯車装置３０ａのサンギヤ３１ａには第１電動機２１の入出力軸２１Ｓが接続される。第１遊星歯車装置３０ａのリングギヤ３２ａは、第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂに接続される。第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂは、連結シャフト２５Ｉと接続される。連結シャフト２５Ｉは、一端がプロペラシャフト２５Ｐと接続されている。プロペラシャフト２５Ｐは、減速装置２９の出力部と接続されているので、第２電動機２３の入出力軸２３Ｓは、減速装置２９を介して第２遊星歯車装置３０ｂのキャリア３４ｂと接続される。

駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は、上述した駆動装置３が備えるクラッチと同様の構成であるが、噛み合いピース２４Ｒは動力分割機構３０Ａを構成する第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂに取り付けられる。すなわち、噛み合いピース２４Ｒは、動力分割機構３０Ａを介して第１電動機２１の入出力軸２１Ｓと接続されている。この駆動装置３ａにおいても、噛み合いピース２４Ｒは、内燃機関２２の反力を、噛み合いピース２４Ｒと噛み合う対象である噛み合いスリーブ２４Ｓへ伝達するための部材である。

噛み合いピース２４Ｒの回転速度や位置は、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａで検出される。したがって、回転している噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置は、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａにより検出できる。噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａによって検出された噛み合いピース２４Ｒの噛み合い位置が、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置にきたときにアクチュエータ５が駆動されてクラッチ２４が噛み合わされる。

駆動装置３ａにおいて、内燃機関２２のクランクシャフト２２Ｓから出力されるトルクに起因する反力は、第２遊星歯車装置３０ｂのサンギヤ３１ｂから噛み合いピース２４Ｒ、噛み合いピース２４Ｒの噛み合い外歯、噛み合いスリーブ２４Ｓの噛み合い内歯、噛み合いスリーブ２４Ｓ、噛み合いスリーブ２４Ｓの外歯２４ＳＴＢ、筐体３Ｓの順に伝達される。このように、内燃機関２２の前記反力は、クラッチ２４を介して筐体３Ｓで受けられる。このように、本実施例では、電動機と内燃機関とを動力分割機構を用いて組み合わせたハイブリッド式の駆動装置において、電動機を用いないで内燃機関の反力を受ける構成を提供できる。なお、駆動装置３ａでは、クラッチ２４を噛み合わせても、第１電動機２１の回転は拘束されない。

駆動装置３ａが備えるクラッチ２４は噛み合い式であるため、摩擦を発生させる要素がない。このため、クラッチ２４を係合する、あるいは解放するときの引きずりによる損失が極めて小さい。これによって、内燃機関２２の燃料消費を抑制できる。また、摩擦式のクラッチと比較して、係合に要するエネルギを低減できる。さらに、回転同期装置が存在しないので、クラッチ２４を小型化できる。

図１に示すメインＥＣＵ１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を中心とするマイクロプロセッサとして構成される処理部１０Ｐを備えて構成されており、処理部１０Ｐの他に、本実施例に係る駆動装置の制御を実現するための処理プログラムや情報を一時的に格納する記憶部１０Ｍと、入出力ポート及び通信ポートとを備える。なお、記憶部１０Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。本実施例において、処理部１０Ｐは、処理部１０Ｐの機能を実現するためのプログラムを、処理部１０Ｐを構成するメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであるが、処理部１０Ｐは専用のハードウェアにより実現されるものであってもよい。

メインＥＣＵ１０には、アクセルペダル４０Ｐの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ４０からのアクセル開度、車両１の速度（車速）を検出する車速センサ４１からの車速、第１回転位置検出センサ４３や第２回転位置検出センサ４４からの信号等が入力ポートを介して入力される。また、メインＥＣＵ１０には、アクチュエータ５が接続されている。メインＥＣＵ１０は、前述したように、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と通信ポートを介して接続されており、機関ＥＣＵ１６や電動機ＥＣＵ１５と各種制御信号や情報をやり取りする。

メインＥＣＵ１０の処理部１０Ｐは、駆動制御部１１と、クラッチ制御部１２とを含んでいる。駆動制御部１１は、アクセル開度や車速に基づき、内燃機関２２、第１電動機２１、第２電動機２３を制御する。クラッチ制御部１２は、アクチュエータ５を動作させることにより、クラッチ２４の噛み合い及び解放を制御する。メインＥＣＵ１０は、本実施例に係る駆動装置の制御装置として機能し、クラッチ制御部１２が駆動装置の制御装置としての機能を実現する。

メインＥＣＵ１０は、運転者によるアクセルペダル４０Ｐの踏み込み量に対応するアクセル開度ＰＡＰと車速Ｖｃとに基づいて、駆動軸としてのプロペラシャフト２５Ｐに出力すべき要求トルクを計算する。そして、メインＥＣＵ１０は、この要求トルクがプロペラシャフト２５Ｐに出力されるように、内燃機関２２と第１電動機２１と第２電動機２３とを制御する。

本実施例で用いる噛み合い式のクラッチ２４は、回転同期機能が存在しないため、クラッチ２４単体では、噛み合いの動作に大きな力を要したり、噛み合い時には車両１にショックが発生したりする。また、噛み合い式のクラッチ２４は、噛み合い位置が限定されるので、適切な噛み合い位置を外れて噛み合わされると摩擦やショックが発生する。これを回避するため、本実施例ではメインＥＣＵ１０のクラッチ制御部１２を用いてクラッチ２４の係合を制御する。これにより、噛み合い式のクラッチ２４を用いた場合に、噛み合い位置で確実に噛み合い対象同士を噛み合わせることにより、噛み合い動作における摩擦やショックを低減し、また、噛み合い動作に要する力を低減できる。次に、クラッチ制御部１２を詳細に説明する。

図５、図６は、クラッチ制御部の機能ブロック図である。図１に示すメインＥＣＵ１０の処理部１０Ｐが備えるクラッチ制御部１２は、クラッチ２４の噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わせる際、すなわち、クラッチ２４を係合させる際に、噛み合いピース２４Ｒの回転速度及び位置（位相）を同時に目標値へ追従させるように、制御対象（第１電動機２１、伝達関数はＧ（Ｓ））を制御する。すなわち、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒの実際の回転速度と目標値との偏差及び噛み合いピース２４Ｒの実際の位置と目標値との偏差を０にするように、第１電動機２１のトルクを制御する。このように、クラッチ制御部１２は、クラッチ２４を係合させる際には、制御対象である第１電動機２１の出力に相当する噛み合いピース２４Ｒの実際の位置及び実際の回転速度をフィードバック信号として入力側に帰還（負帰還）させ、目標値と実際の値との偏差を０にするフィードバック制御を実行する。ここで、噛み合いピース２４Ｒの位置は、噛み合いピース２４Ｒの回転方向における位置である。

クラッチ制御部１２には、噛み合いピース２４Ｒの実際の位置と、噛み合いピース２４Ｒが目標とする位置目標値との偏差が０になるように、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの位置を調整するための位置制御フィードバックループＦＢＭが形成される。さらに、クラッチ制御部１２には、噛み合いピース２４Ｒの実際の回転速度と、噛み合いピース２４Ｒが目標とする回転速度目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機２１の出力軸２１Ｓの回転速度を調整するための回転速度フィードバックループＦＢＳが形成される。回転速度フィードバックループＦＢＳは、位置制御フィードバックループＦＢＭの内側に形成される。このように、本実施例では、クラッチ２４を係合させる際に、制御ループが二重になるカスケード制御が用いられる。

位置制御フィードバックループＦＢＭに設けられる位置調節手段である位置コントローラ６０は、噛み合いピース２４Ｒの実際の位置と、噛み合いピース２４Ｒが目標とする位置目標値との偏差が０になるように、第１電動機２１に付与するトルク値を設定することにより、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの位置を調節する。回転速度フィードバックループＦＢＳに設けられる回転速度調節手段である回転速度コントローラ６１は、位置コントローラ６０の出力が入力されるとともに、噛み合いピース２４Ｒの実際の回転速度と、噛み合いピース２４Ｒが目標とする回転速度目標値との偏差が０になるように、第１電動機２１に付与するトルク値を設定することにより、第１電動機２１の入出力軸２１Ｓの回転速度を調節する。そして、噛み合いピース２４Ｒが位置目標値及び回転速度目標値に到達したら、クラッチ２４を係合させる制御が終了する。次に、クラッチ制御部１２の構成を説明する。

クラッチ制御部１２は、位置コントローラ６０（Ｇｃ１）と、回転速度コントローラ６１（Ｇｃ２）と、積分項演算手段であるＰＩコントローラ６２と、フィードフォワード要素生成手段６３（ＦＦ）と、回転速度変換手段６８と、回転速度フィルタ６９と、第１予測制御手段５７と、第２予測制御手段５８と、加算手段５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６と、を含む。なお、クラッチ制御部１２は、アクチュエータ５を駆動するアクチュエータ制御機能を有する。位置コントローラ６０及び回転速度コントローラ６１は、少なくとも比例制御（Ｐ制御）が実現できればよいが、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が実現できるものであってもよい。

クラッチ制御部１２のそれぞれの構成要素は、それぞれの機能を実現するためのソフトウェアで構成してもよいし、オペアンプや抵抗、コンデンサ等を用いて専用のハードウェアで構成してもよい。例えば、比例制御を実行する位置コントローラ６０及び回転速度コントローラ６１をソフトウェアで構成する場合、実験等により予め設定したそれぞれの比例ゲインＫｓ、ＫｐをメインＥＣＵ１０の記憶部１０Ｍに格納しておき、加算手段５０、５１からの入力値に比例ゲインＫｓ、Ｋｐを乗ずるようにコンピュータプログラムを記述すればよい。

加算手段５０は、噛み合いピース２４Ｒが目標とする位置目標値Ｒ＿Ｔと、噛み合いピース２４Ｒの実際の位置（実位置）Ｒ＿Ｒとが入力されて、両者の偏差を演算し、その結果を位置コントローラ６０へ出力する。加算手段５０へ入力される実位置Ｒ＿Ｒは、図１に示す駆動装置３においては、第１回転位置検出センサ４３により検出され、図４に示す駆動装置３ａにおいては、噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａにより検出される。

加算手段５１は、位置コントローラ６０の出力と、噛み合いピース２４Ｒが目標とする回転速度目標値Ｎ＿Ｔと、噛み合いピース２４Ｒの実際の回転速度（実回転速度）Ｎ＿Ｒとが入力される。そして、加算手段５１は、回転速度目標値Ｎ＿Ｔと、実回転速度Ｎ＿Ｒとの偏差を演算し、その結果を位置コントローラ６０の出力に加算して、ＰＩコントローラ６２へ出力する。図１に示す駆動装置３においては、検出器である第１回転位置検出センサ４３により検出された値を回転速度変換手段６８で変換し、回転速度フィルタ６９を通過した値が、実回転速度Ｎ＿Ｒとして加算手段５１へ入力される。また、図４に示す駆動装置３ａにおいては、検出器である噛み合いピース回転位置検出センサ４３ａにより検出された値を回転速度変換手段６８で変換し、回転速度フィルタ６９を通過した値が、実回転速度Ｎ＿Ｒとして加算手段５１へ入力される。

回転速度変換手段６８は、例えば、微分機能を有しており、第１回転位置検出センサ４３により検出された噛み合いピース２４Ｒの実位置Ｒ＿Ｒを時間で微分して、噛み合いピース２４Ｒの実回転速度Ｎ＿Ｒを生成する。回転速度フィルタ６９は、高周波ノイズを除去するローパスフィルタ機能を有しており、回転速度変換手段６８から出力される実回転速度Ｎ＿Ｒに含まれる高周波ノイズを除去する。回転速度変換手段６８は、例えば、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。

ＰＩコントローラ６２は、フィードバック制御において比例動作を行わせる比例項及び積分動作を行わせる積分項を演算して、ＰＩコントローラ６２への入力値から操作量、すなわち第１電動機２１に付与するトルクの値（トルク指令値）Ｔｃを演算して、加算手段５２へ出力する。加算手段５２は、ＰＩコントローラ６２から出力されるトルク指令値Ｔｃに、フィードフォワード要素生成手段６３から入力されるフィードフォワード要素を加算して、クラッチ２４を係合させる際の制御中における、第１電動機２１に対する最終的なトルク指令値Ｔｃｆを演算する。制御対象である第１電動機２１は、この最終的なトルク指令値Ｔｃｆで駆動される。

最終的なトルク指令値Ｔｃｆは、メインＥＣＵ１０のクラッチ制御部１２から電動機ＥＣＵ１５へ送信される。最終的なトルク指令値Ｔｃｆを受信した電動機ＥＣＵ１５は、インバータ１８を制御して、第１電動機２１が最終的なトルク指令値Ｔｃｆと同じ大きさのトルクを発生するように、第１電動機２１へ供給する電流を制御する。

クラッチ２４を係合させる際には、第１電動機２１に最終的なトルク指令値Ｔｃｆが与えられるので、この分だけ車両１の駆動力が変化する。その結果、車両１にショックが発生したり、車両１の運転者の意思とは異なる挙動を車両１が示したりして、ドライバビリティが低下するおそれがある。このため、本実施例では、最終的なトルク指令値Ｔｃｆが、メインＥＣＵ１０を構成する処理部１０Ｐの駆動制御部１１へ送られる。そして、最終的なトルク指令値Ｔｃｆに相当するトルクを打ち消すトルクが駆動制御部１１で演算され、駆動装置３、３ａが搭載される車両１に要求される駆動力から求められる要求トルクＴｄに加算される。これによって得られるトルクＴｄ＿Ｔを車両に付与すれば、クラッチ２４を係合させる際における第１電動機２１のトルク変動の影響が、車両１の駆動力に現れることを抑制できるので、ドライバビリティの低下を抑制できる。

最終的なトルク指令値Ｔｃｆに相当するトルクを打ち消すトルクは、内燃機関２２で発生させてもよいが、第２電動機２３で発生させることが好ましい。動力分割機構３０、３０Ａにより、第２電動機２３のトルク変動は、第１電動機２１に伝達されないので、第２電動機２３で最終的なトルク指令値Ｔｃｆに相当するトルクを打ち消すトルクを発生させることにより、クラッチ２４を係合させる際における第１電動機２１の制御に対する影響を最小限に抑えることができる。その結果、クラッチ２４を高精度かつ迅速に係合させることができる。

ＰＩコントローラ６２は、フィードバック制御において積分動作を行わせるための積分項を演算するが、第１予測制御手段５７及び第２予測制御手段５８に積分項が含められると、定常偏差の発生を抑えることができない。このため、本実施例では、ＰＩコントローラ６２は、位置コントローラ６０の出力側と回転速度コントローラ６１の入力側との間、回転速度コントローラ６１の出力側の少なくとも一方に設けることで、第１予測制御手段５７及び第２予測制御手段５８には設けないようにする。これによって、クラッチ２４を係合させる際のフィードバック制御における定常偏差を抑制して、迅速にクラッチ２４を係合させることができる。なお、ＰＩコントローラ６２は、噛み合いピース２４Ｒの実回転速度と回転速度目標値との偏差、及び実位置と位置目標値との偏差が０になるように設定された指令値（トルク値）が出力される回転速度コントローラ６１の出力側に設けることがより好ましい。これによって、積分項による定常偏差を抑制する作用を、より効果的に発揮させることができる。

なお、ＰＩコントローラ６２における積分項のゲインは、位置コントローラ６０のゲインＫｓと回転速度コントローラ６１のゲインＫｐとのうち小さい方の１／２０以上１／１０以下とする。これによって、オーバーシュートやハンチングが抑制された安定した制御を実現できる。ここで、積分項のゲインを設定する場合において、位置コントローラ６０のゲインＫｓ及び回転速度コントローラ６１のゲインＫｐは、いずれも比例ゲイン（比例項のゲイン）、又は比例項（比例項のゲイン）と微分項（微分項のゲイン）とを用いる。

フィードフォワード要素生成手段６３は、図１に示す内燃機関２２の出力変動に基づいて、この出力変動を打ち消すようなフィードフォワード要素を生成する。例えば、クラッチ２４を係合させる際にアクセルペダル４０Ｐが操作されると、内燃機関２２の出力（トルク）が変動し、外乱ＤＴが発生する。また、車両１が上り坂を走行したり下り坂を走行したり、悪路を走行したりすることで車両１の走行抵抗が変化するが、これによっても内燃機関２２の出力（トルク）が変動し、外乱ＤＴが発生する。その結果、噛み合いピース２４Ｒの実際の位置及び回転速度が位置目標値Ｒ＿Ｔ及び回転速度目標値Ｎ＿Ｔに到達するまでに時間を要してしまう。

フィードフォワード要素生成手段６３は、この出力変動（外乱ＤＴ）を打ち消すような出力（トルク）を演算し、これをフィードフォワード要素として加算手段５２へ出力する。これによって、クラッチ２４の係合中に内燃機関２２の出力変動が発生した場合でも、迅速かつ高精度に噛み合いピース２４Ｒの実位置Ｒ＿Ｒを位置目標値Ｒ＿Ｔに、実回転速度Ｎ＿Ｒを回転速度目標値Ｎ＿Ｔに調節できるので、迅速かつ確実なクラッチ２４の係合が実現できる。フィードフォワード要素は、内燃機関２２の出力（トルク）の変動による外乱ＤＴの予測としても機能する。フィードフォワード要素生成手段６３の代わりに、外乱オブザーバのような外乱補償器を用いてもよい。

第１予測制御手段５７は、スミス法に基づき、制御対象モデルと無駄時間及び遅れ時間とを分離したものであり、第１予測モデル部６４と、無駄／遅れ要素６５とで構成される。スミス法とは、制御対象モデルを用いて見かけ上の制御対象の特性を変えて、制御対象に存在する無駄／遅れ要素ＤＬ、すなわち、無駄時間Ｌ及び遅れ時間Ｔを制御ループの外側に出して、１次遅れ系として制御しようとする考え方である。ここで、下付文字のＳは、スミス法における予測モデルや予測値であることを示し、下付文字のＳがない無駄時間Ｌ、遅れ時間Ｔ、伝達関数Ｇ（Ｓ）は、実際の制御対象のものであることを示す。また、下付文字でないＳは、ラプラス演算子である（以下同様）。無駄時間は、例えば、制御系の信号経路に沿って発生する遅れと指令を受けてから制御対象が実際に出力を発生するまでに要する時間との和である。遅れ時間は、制御対象が出力を発生し始めてから、実際に制御対象が全出力の６３％を発生するまでに要する時間（時定数）である。

図５、図６に示すように、第１予測制御手段５７は、位置コントローラ６０の出力側と入力側との間に設けられて、クラッチ２４を係合させる際の制御プロセスに存在する無駄時間Ｌ及び遅れ時間Ｔを考慮した制御モデル（第１の制御モデル、モデル１）を用いて、位置コントローラ６０の周りに局所的なフィードバックを施す。第１予測制御手段５７においては、位置コントローラ６０の出力が第１予測モデル部６４を介して加算手段５４に入力される。また、位置コントローラ６０の出力は、第１予測モデル部６４及び無駄／遅れ要素６５を介して加算手段５３に入力される。加算手段５３には、噛み合いピース２４Ｒの実位置Ｒ＿Ｒが入力され、加算手段５３は、無駄／遅れ要素６５からの出力と実位置Ｒ＿Ｒとの偏差を演算して加算手段５４へ出力する。

加算手段５４では、無駄／遅れ要素６５からの出力と実位置Ｒ＿Ｒとの偏差に、第１予測モデル部６４の出力を加算して加算手段５０へ出力する。このような構成により、クラッチ制御部１２がクラッチ２４を係合させる際のフィードバック制御の安定性は、制御プロセスに存在する無駄時間Ｌ及び遅れ時間Ｔがない系と同様になり、位置コントローラ６０のゲインを高くすることができる。その結果、噛み合いピース２４Ｒの実位置Ｒ＿Ｒを位置目標値Ｒ＿Ｔに精度よく追従させることができる。

第２予測制御手段５８は、第１予測制御手段５７と同様に、スミス法に基づき、制御対象モデルと無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓとを分離するとともに、さらに、第２予測制御手段５８は、回転速度フィルタ６９による影響も考慮する。第２予測制御手段５８は、第２予測モデル部６６と、無駄／遅れ／フィルタ要素６７とで構成される。これによって、第２予測制御手段５８では、無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓに加え、回転速度フィルタ６９による影響（入力に対する出力応答の遅延）を制御ループの外側に出して、１次遅れ系として制御できる。

図５、図６に示すように、第２予測制御手段５８は、回転速度コントローラ６１の出力側と入力側との間に設けられる。そして、第２予測制御手段５８は、クラッチ２４を係合させる際の制御プロセスに存在する無駄時間Ｌ及び遅れ時間Ｔ、並びに回転速度フィルタ６９の影響を考慮した制御モデル（第２の制御モデル、モデル２）を用いて、回転速度コントローラ６１の周りに局所的なフィードバックを施す。

なお、回転速度フィルタ６９の影響が無視できる程度であれば、第２予測制御手段５８においては回転速度フィルタ６９による影響を考慮しなくてもよい。この場合、無駄／遅れ／フィルタ要素６７は、第１予測制御手段５７を構成する無駄／遅れ要素６５と同じものとなる。このように、本実施例において、第２予測制御手段５８では、少なくとも、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を考慮した制御モデルを用いればよい。すなわち、第２予測制御手段５８は、スミス法に基づき、制御対象モデルと無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓとを分離したものであればよい。

第２予測制御手段５８においては、回転速度コントローラ６１の出力が第２予測モデル部６６を介して加算手段５６に入力される。また、回転速度コントローラ６１の出力は、第２予測モデル部６６及び無駄／遅れ／フィルタ要素６７を介して加算手段５５に入力される。加算手段５５には、噛み合いピース２４Ｒの実回転速度Ｎ＿Ｒが入力され、加算手段５５は、無駄／遅れ／フィルタ要素６７からの出力と実回転速度Ｎ＿Ｒとの偏差を演算して加算手段５６へ出力する。

加算手段５６は、無駄／遅れ／フィルタ要素６７からの出力と実回転速度Ｎ＿Ｒとの偏差に、第２予測モデル部６６の出力を加算して加算手段５１へ出力する。このような構成により、クラッチ制御部１２がクラッチ２４を係合させる際のフィードバック制御の安定性は、制御プロセスに存在する無駄時間Ｌ及び遅れ時間Ｔ並びに回転速度フィルタ６９の影響がない系と同様になり、回転速度コントローラ６１のゲインを高くすることができる。その結果、噛み合いピース２４Ｒの実回転速度Ｎ＿Ｒを回転速度目標値Ｎ＿Ｔに精度よく追従させることができる。

第２予測制御手段５８の第２予測モデル部６６の第２モデルは、予測伝達関数Ｇ_Ｓ（Ｓ）で表される。なお、図６に示す伝達関数Ｇ（Ｓ）は、実際の制御対象の伝達関数である。例えば、図１に示す駆動装置３における内燃機関２２や第１電動機２１や噛み合いピース２４Ｒのイナーシャ、クランクシャフト２２Ｓや第１電動機２１の入出力軸２１Ｓのねじれ、ばね定数、動力分割機構３０のイナーシャ等、制御対象である第１電動機２１の出力応答に関連する要素の特性に基づいて、第１電動機２１のトルクと回転速度との関係を記述した運動方程式を作成する。この運動方程式から、第１電動機２１が発生するトルクに対する回転速度が得られる。予測伝達関数Ｇ_Ｓ（Ｓ）は、作成された運動方程式から得られる伝達関数である。また、予測伝達関数Ｇ_Ｓ（Ｓ）は、制御対象である第１電動機２１の入力（例えば、トルクの指令値やトルクの指令値に対応する電流値）に対する出力（回転速度）の周波数応答を求め、入力に対する出力の位相遅れに基づいて作成してもよい。

第２予測制御手段５８の無駄／遅れ／フィルタ要素６７は、ｅ＾（−Ｌ_Ｓ・Ｓ）／（１＋Ｔ_Ｓ・Ｓ）×Ｆ（Ｓ）で表される。ここで、ｅは自然対数の底、＾はべき乗を意味する。このように、第２予測制御手段５８では、制御対象モデル（第２モデル）である予測伝達関数Ｇ_Ｓ（Ｓ）と、無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓ及び回転速度フィルタ６９の影響が分離される。回転速度フィルタ６９は、例えば、抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成することができる。この場合、出力電圧をＶｏｕｔ、入力電圧をＶｉｎとすると、Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝１／（１＋ω^２・Ｃ^２・Ｒ^２）となるので、この関係を用いて回転速度フィルタ６９の伝達関数Ｆ（Ｓ）を求めることができる。ここで、ωは各周波数、Ｒは抵抗値、Ｃはコンデンサの静電容量である。なお、回転速度フィルタ６９による影響が無視できる等の理由で、第２予測制御手段５８で回転速度フィルタ６９による影響を考慮しない場合、無駄／遅れ／フィルタ要素６７は、ｅ＾（−Ｌ_Ｓ・Ｓ）／（１＋Ｔ_Ｓ・Ｓ）で表される。

第１予測制御手段５７の第１予測モデル部６４の第１モデルは、上述した予測伝達関数Ｇ_Ｓ（Ｓ）、回転速度コントローラ６１のゲインＫｐを用いて、Ｋｐ・Ｇ_Ｓ（Ｓ）／（１＋Ｋｐ・Ｇ_Ｓ（Ｓ））・１／Ｓで表される伝達関数となる。また、第１予測制御手段５７の無駄／遅れ要素６５は、ｅ＾（−Ｌ_Ｓ・Ｓ）／（１＋Ｔ_Ｓ・Ｓ）で表される。

第１モデル及び第２モデル中の無駄時間Ｌ_Ｓは、例えば、メインＥＣＵ１０や電動機ＥＣＵ１５、あるいはメインＥＣＵ１０と電動機ＥＣＵ１５との間の通信システム等の仕様や、実測により求めることができる。また、第１モデル及び第２モデル中の遅れ時間Ｔ_Ｓは、第１電動機２１や動力分割機構３０、３０Ａ等の仕様から求めたり、実測により求めたりすることができる。

本実施例においては、第１モデル及び第２モデル中の無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓは、クラッチ２４を係合させる制御を実行する過程において発生し得る最大値を用いることが好ましい。これは、第１モデル及び第２モデル中の無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓがばらつきをもつ場合、ばらつきの最大値を用いることで実現できる。このようにすれば、クラッチ２４を係合させる際には、オーバーシュートやハンチングが抑制された安定した制御を実現できる。なお、無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓがばらつきをもつ場合、小さい値を用いることにより、クラッチ２４をより迅速に係合させることができるので、無駄時間Ｌ_Ｓ及び遅れ時間Ｔ_Ｓの大きさは、必要に応じて設定する。次に、本実施例に係るクラッチの係合の手順を説明する。

図７は、本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。まず、メインＥＣＵ１０の駆動制御部１１が、車両１の運転条件から、クラッチ２４を係合するか否かを判定する。クラッチ２４を係合しないと駆動制御部１１が判定した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、本実施例に係る駆動装置の制御は終了する。クラッチ２４を係合すると駆動制御部１１が判定した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２へ進み、クラッチ制御部１２は、クラッチ２４の係合を開始する。

クラッチ２４を係合させるにあたり、クラッチ制御部１２は、噛み合いピース２４Ｒの位置目標値Ｒ＿Ｔを加算手段５０へ入力し、また、噛み合いピース２４Ｒの回転速度目標値Ｎ＿Ｔを加算手段５１に入力する。位置目標値Ｒ＿Ｔは、噛み合いスリーブ２４ＳのＹ軸上にある噛み合い内歯２４ＳＴＡ１（図２−１）である。そして、図２−２に示す噛み合いピース２４Ｒの隣接する噛み合い外歯２４ＲＴ１、２４ＲＴ２との間が、噛み合い内歯２４ＳＴＡ１の位置に一致するように、第１電動機２１が制御される。

本実施例においては、静止している噛み合いスリーブ２４Ｓに噛み合いピース２４Ｒを噛み合わせるので、回転速度目標値Ｎ＿Ｔは０となる。ここで、噛み合いスリーブ２４Ｓ及び噛み合いピース２４Ｒが両方とも回転する構成である場合、噛み合いスリーブ２４Ｓの回転速度と噛み合いピース２４Ｒの回転速度との差回転速度が０となるようにする。

加算手段５０、５１には、それぞれ現時点における噛み合いピース２４Ｒの実位置Ｒ＿Ｒ、実回転速度Ｎ＿Ｒが入力される。また、噛み合いピース２４Ｒの位置目標値Ｒ＿Ｔが加算手段５０へ入力され、噛み合いピース２４Ｒの回転速度目標値Ｎ＿Ｔが加算手段５１に入力される。クラッチ制御部１２は、実位置Ｒ＿Ｒと位置目標値Ｒ＿Ｔとの偏差、及び実回転速度Ｎ＿Ｒと回転速度目標値Ｎ＿Ｔとの偏差がそれぞれ０になるように、第１電動機２１を制御する。

実位置Ｒ＿Ｒと位置目標値Ｒ＿Ｔとの偏差、及び実回転速度Ｎ＿Ｒと回転速度目標値Ｎ＿Ｔとの偏差がともに０になったら（ステップＳ１０３）、クラッチ制御部１２は、アクチュエータ５を駆動して、噛み合いスリーブ２４Ｓを噛み合いピース２４Ｒに噛み合わせる（ステップＳ１０４）。これによって、クラッチ２４が係合するので、第１電動機２１の位置及び回転速度の制御は終了し、本実施例に係るクラッチの係合が終了する。ここで、実位置Ｒ＿Ｒと位置目標値Ｒ＿Ｔとの偏差、及び実回転速度Ｎ＿Ｒと回転速度目標値Ｎ＿Ｔとの偏差がともに０になったか否かは、加算手段５０、５１の出力から判定できる。

以上、本実施例では、噛み合い式のクラッチを係合させる際に、噛み合いピースの位置及び回転速度を目標値に制御するにあたって、制御プロセス中に存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第１予測制御手段を位置制御フィードバックループに設け、また、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第２予測制御手段を回転速度フィードバックループに設ける。このように、無駄時間及び遅れ時間の両方を加味して第１予測制御手段及び第２予測制御手段を構成するので、入力に対する出力の遅延を精度よく予測できる。その結果、機械的な構造で噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さない噛み合い式のクラッチを自動的に噛み合わせる場合には、噛み合い対象同士の位置及び回転速度を迅速かつ確実に同期させて、高精度かつ迅速にクラッチを係合させることができる。

さらに本実施例では、次の発明が開示される。この発明は、動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記第１電動機の出力軸に直接又は間接的に取り付けられる第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、を有する駆動装置の前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際の制御に用いる駆動装置の制御装置であり、前記第１部材の実際の位置と、前記第１部材が目標とする位置目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御するための位置制御フィードバックループと、前記位置制御フィードバックループの内側に形成される、前記第１部材の実際の回転速度と、前記第１部材が目標とする回転速度目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御するための回転速度フィードバックループと、を有し、前記位置制御フィードバックループには、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第１予測制御手段が設けられ、また、前記回転速度フィードバックループには、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を予測する第２予測制御手段が設けられることを特徴とする。

また、次の発明は、前記発明に係る駆動装置の制御装置において、前記第１予測制御手段のループ、又は前記第２予測制御手段のループの外側に、フィードバック制御の積分項を演算する積分項演算手段を設けることを特徴とする。

以上のように、本発明に係る駆動装置の制御装置及び駆動装置は、噛み合い式のクラッチを自動的に噛み合わせる場合に有用であり、特に、噛み合い対象同士の回転を同期させる回転同期装置を有さないものに適している。

本実施例に係る駆動装置及び駆動装置の制御装置を搭載する車両を示す模式図である。本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの説明図である。本実施例に係る駆動装置が備えるクラッチの動作を示す模式図である。本実施例に係る駆動装置の他の構成例である。クラッチ制御部の機能ブロック図である。クラッチ制御部の機能ブロック図である。本実施例に係るクラッチの係合の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１車両
３、３ａ駆動装置
３Ｓ筐体
５アクチュエータ
１０メインＥＣＵ
１０Ｍ記憶部
１０Ｐ処理部
１１駆動制御部
１２クラッチ制御部
１５電動機ＥＣＵ
１６機関ＥＣＵ
１７コンバータ
１８インバータ
２０バッテリ
２１第１電動機
２１Ｓ入出力軸
２２内燃機関
２２Ｓクランクシャフト
２３第２電動機
２３Ｓ入出力軸
２４クラッチ
２４Ｒ噛み合いピース
２４Ｓ噛み合いスリーブ
２４ＲＴ１、２４ＲＴ２噛み合い外歯
２４ＳＴＡ１噛み合い内歯
２５Ｉ連結シャフト
２５Ｐプロペラシャフト
２６デファレンシャルギヤ
２７Ｌ、２７Ｒ駆動軸
２９減速装置
３０、３０Ａ動力分割機構
３０ａ第１遊星歯車装置
３０ｂ第２遊星歯車装置
３１、３１ａ、３１ｂサンギヤ
３２、３２ａ、３２ｂリングギヤ
３３ピニオンギヤ
３３ｂ１第１ピニオンギヤ
３３ｂ２第２ピニオンギヤ
３４、３４ａ、３４ｂキャリア
４０アクセルポジションセンサ
４１車速センサ
４３第１回転位置検出センサ
４３ａ噛み合いピース回転位置検出センサ
４４第２回転位置検出センサ
５０〜５６加算手段
５７第１予測制御手段
５８第２予測制御手段
６０位置コントローラ
６１回転速度コントローラ
６２ＰＩコントローラ
６３フィードフォワード要素生成手段
６４第１予測モデル部
６５無駄／遅れ要素
６６第２予測モデル部
６７無駄／遅れ／フィルタ要素
６８回転速度変換手段
６９回転速度フィルタ

Claims

動力を発生する内燃機関と、回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、を有する駆動装置の前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際の制御に用いるものであり、
前記第１部材の実際の位置と、前記第１部材が目標とする位置目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御する位置調節手段と、
前記位置調節手段の出力が入力されるとともに、前記第１部材の実際の回転速度と、前記第１部材が目標とする回転速度目標値との偏差が０になるように、前記第１電動機を制御する回転速度調節手段と、
前記位置調節手段の出力側と入力側との間に設けられて、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を考慮した制御モデルを用いて、前記位置調節手段の周りに局所的なフィードバックを施す第１予測制御手段と、
前記回転速度調節手段の出力側と入力側との間に設けられて、制御プロセスに存在する無駄時間及び遅れ時間を考慮した制御モデルを用いて、前記回転速度調整手段の周りに局所的なフィードバックを施す第２予測制御手段と、
を備えることを特徴とする駆動装置の制御装置。
前記位置調節手段の出力側と前記回転速度調節手段の入力側との間、前記回転速度調節手段の出力側の少なくとも一方に、フィードバック制御において積分動作を行わせるための積分項を演算する積分項演算手段を設けることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置の制御装置。
前記第１部材の実際の回転速度に含まれる高周波ノイズを除去するローパスフィルタ機能を有する回転速度フィルタが設けられ、
前記第２予測制御手段は、さらに、前記回転速度フィルタに起因して発生する、入力に対する出力応答の遅延を予測することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置の制御装置。
前記内燃機関の出力変動に基づいて前記出力変動を打ち消すようなフィードフォワード要素を生成して、前記回転速度調節手段の出力に与えるフィードフォワード要素生成（演算）手段を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置の制御装置。
前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際における前記第１電動機のトルクの変動を打ち消すトルクを、前記駆動装置が搭載される車両に要求される要求トルクに加えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の駆動装置の制御装置。
前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際における前記第１電動機のトルクの変動を打ち消すトルクは、前記第２電動機で発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置の制御装置。
前記無駄時間及び前記遅れ時間は、前記第１部材と前記第２部材とを噛み合わせる際の制御をする過程において発生し得る最大値とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置の制御装置。
動力を発生する内燃機関と、
回生機能及び力行機能を有する第１電動機と、
回生機能及び力行機能を有する第２電動機と、
前記内燃機関の反力を伝達するための第１部材及び前記第１部材と噛み合い又は解放する第２部材を含んで構成されるクラッチと、
を有することを特徴とする駆動装置。
請求項８に記載の駆動装置は、遊星歯車装置で構成される動力分割機構を備え、
前記動力分割機構のサンギヤが前記第１電動機の入出力軸と接続され、
前記動力分割機構のキャリアが前記内燃機関の出力軸に接続され、
前記動力分割機構のリングギヤが前記第２電動機の入出力軸と接続され、
前記第１部材は、前記第１電動機の入出力軸に取り付けられることを特徴とする駆動装置。
請求項８に記載の駆動装置は、シングルピニオン式の第１遊星歯車装置と、ダブルピニオン式の第２遊星歯車装置とで構成される動力分割機構を備え、
前記第１遊星歯車装置のサンギヤは前記第１電動機の入出力軸と接続され、
前記第１遊星歯車装置のキャリアは前記内燃機関の出力軸と接続されるとともに前記第２遊星歯車装置のリングギヤと接続され、
前記第１遊星歯車装置のリングギヤは前記第２遊星歯車装置のキャリアと接続されるとともに前記第２電動機の入出力軸と接続され、
前記第２遊星歯車装置のサンギヤは前記第１部材が接続されることを特徴とする駆動装置。