JP2013107543A - 制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関と車輪とを結ぶ動力伝達経路に第一係合装置、回転電機、第二係合装置が設けられた車両用駆動装置の制御装置であって、内燃機関の始動要求があった場合に、回転電機の回転によって内燃機関の回転速度を上昇させる始動制御を行う際に、第一係合装置が滑り係合状態に移行する前に回転電機の回転速度制御を開始し、第一係合装置が滑り係合状態に移行した後、回転速度制御を終了してトルク制御を開始し、その後、第二係合装置を滑り係合状態へ移行させる制御装置。
【選択図】図3
Description
特許文献1の技術は、内燃機関の始動時間を短縮するため、第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態に移行させる前に、第一係合装置の解放状態から滑り係合状態への移行を開始するように構成されている。
しかしながら、特許文献1の技術では、第一係合装置のスリップトルクの補償誤差がある場合、補償誤差によるトルクショックが、直結係合状態である第二係合装置を介して、車輪側に伝達され、運転者に違和感を与える恐れがあった。
また、本願において、「駆動連結」とは、2つの回転要素が駆動力を伝達可能に連結された状態を指し、当該2つの回転要素が一体的に回転するように連結された状態、或いは当該2つの回転要素が一又は二以上の伝動部材を介して駆動力を伝達可能に連結された状態を含む概念として用いている。このような伝動部材としては、回転を同速で又は変速して伝達する各種の部材が含まれ、例えば、軸、歯車機構、ベルト、チェーン等が含まれる。また、このような伝動部材として、回転及び駆動力を選択的に伝達する係合装置、例えば摩擦係合装置や噛み合い式係合装置等が含まれていてもよい。
また、第一係合装置を解放状態から滑り係合状態に移行させる際に、第一係合装置の伝達トルク容量の変化により、第一係合装置から回転電機側にトルクショックが伝達されたとしても、回転速度制御が実行されているので、トルクショックによって生じる回転電機の回転速度の変動を低減させるように、回転電機の出力トルクが補正される。これにより、トルクショックを打ち消すように回転電機の出力トルクが補正され、トルクショックが直結係合状態の第二係合装置を介して回転電機側から車輪側に伝達されることを抑制できる。
更に、内燃機関の回転を開始させた後、第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる際に、第二係合装置が滑り始める前に、回転電機の回転速度制御を終了してトルク制御を開始することができるので、第二係合装置が滑り始め、回転電機の回転速度が上昇し始めたとしても、回転速度制御により回転速度の上昇が抑制されて、第二係合装置の滑り係合状態への移行が遅れることを防止できる。よって、第二係合装置が滑り係合状態になったと判定するタイミングが遅れて内燃機関の始動時間が長くなることを抑制できる。また、回転速度制御を維持することにより回転電機の出力トルクが誤って補正され、車輪側に伝達されるトルクが低下することを防止できる。
また、上記の構成によれば、外部入力トルクの推定値と車両要求トルクとに基づき、目標回転速度が算出されているので、外部入力トルク及び車両要求トルクに対して外乱成分となるトルクショックによる回転速度の変動を、目標回転速度からの偏差として回転速度制御を行うことができる。よって、回転速度制御により、トルクショックを打ち消すように回転電機の出力トルクを補正することができる。
また、回転電機の目標回転速度を算出する上で、車両要求トルクに加えて、推定した外部入力トルクに基づき算出しているので、車両要求トルクに、走行抵抗トルク、ブレーキトルクなどの外部入力トルクを反映させて、外部入力トルクを打ち消さないような、目標回転速度を算出することできる。よって、走行状態、又はブレーキ操作などによる、車両の加減速を維持しつつ、トルクショックによる回転電機の回転速度の変動成分を低減することができる。
始動制御部46は、エンジンEの始動要求の後、第一係合装置CL1を解放状態から滑り係合状態に移行させる第一移行制御を開始し、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行する前に回転電機MGの回転速度ωmが目標回転速度(以下、直結目標回転速度と称す)となるように回転電機MGを制御する回転速度制御(以下、直結回転速度制御と称す)を開始する。そして、始動制御部46は、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行した後、直結回転速度制御を終了して回転電機MGの出力トルクTmが目標トルクとなるように回転電機MGを制御するトルク制御を開始し、当該トルク制御の開始後、第二係合装置CL2を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる点に特徴を有している。
以下、本実施形態に係る車両用駆動装置1及び制御装置30について、詳細に説明する。
まず、本実施形態に係るハイブリッド車両の車両用駆動装置1の構成について説明する。図1に示すように、ハイブリッド車両は、車両の駆動力源としてエンジンE及び回転電機MGを備え、これらのエンジンEと回転電機MGとが直列に駆動連結されるパラレル方式のハイブリッド車両となっている。ハイブリッド車両は、変速機構TMを備えており、当該変速機構TMにより、中間軸Mに伝達されたエンジンE及び回転電機MGの回転速度ωmを変速すると共にトルクを変換して出力軸Oに伝達する。
第二係合装置CL2の解放状態は、第二係合装置CL2に伝達トルク容量が生じていない状態である。第二係合装置CL2の滑り係合状態は、第二係合装置CL2に伝達トルク容量が生じている状態で、第二係合装置CL2における2つの係合部材の回転速度に差がある状態である。第二係合装置CL2の直結係合状態は、第二係合装置CL2に伝達トルク容量が生じている状態で、第二係合装置CL2における2つの係合部材の回転速度に差がない状態である。第二係合装置CL2がクラッチの場合では、2つの係合部材の回転速度の差は、第二係合装置CL2における回転電機MG側の係合部材70の回転速度と車輪W側の係合部材71の回転速度との差になる。第二係合装置CL2がブレーキの場合では、2つの係合部材の回転速度の差は、ケースなどの非回転部材側の係合部材の回転速度(すなわちゼロ)と、回転電機MG及び車輪W側の係合部材の回転速度との差になる。なお、本実施形態では、第二係合装置CL2がクラッチである場合を例として説明する。
車両用駆動装置1の油圧制御系は、車両の駆動力源や専用のモータによって駆動される油圧ポンプから供給される作動油の油圧を所定圧に調整するための油圧制御装置PCを備えている。ここでは詳しい説明を省略するが、油圧制御装置PCは、油圧調整用のリニアソレノイド弁からの信号圧に基づき一又は二以上の調整弁の開度を調整することにより、当該調整弁からドレインする作動油の量を調整して作動油の油圧を一又は二以上の所定圧に調整する。所定圧に調整された作動油は、それぞれ必要とされるレベルの油圧で、変速機構TM、並びに第一係合装置CL1や第二係合装置CL2の各摩擦係合要素等に供給される。
次に、車両用駆動装置1の制御を行う制御装置30及びエンジン制御装置31の構成について、図2を参照して説明する。
制御装置30の制御ユニット32〜34及びエンジン制御装置31は、CPU等の演算処理装置を中核部材として備えるとともに、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(ランダム・アクセス・メモリ)や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたROM(リード・オンリ・メモリ)等の記憶装置等を有して構成されている。そして、制御装置のROM等に記憶されたソフトウェア(プログラム)又は別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、制御装置30の各機能部41〜47などが構成されている。また、制御装置30の制御ユニット32〜34及びエンジン制御装置31は、互いに通信を行うように構成されており、センサの検出情報及び制御パラメータ等の各種情報を共有するとともに協調制御を行い、各機能部41〜47の機能が実現される。
入力回転速度センサSe1は、入力軸I及び中間軸Mの回転速度を検出するためのセンサである。入力軸I及び中間軸Mには回転電機MGのロータが一体的に駆動連結されているので、回転電機制御ユニット32は、入力回転速度センサSe1の入力信号に基づいて回転電機MGの回転速度ωm(角速度)、並びに入力軸I及び中間軸Mの回転速度を検出する。出力回転速度センサSe2は、出力軸Oの回転速度を検出するためのセンサである。動力伝達制御ユニット33は、出力回転速度センサSe2の入力信号に基づいて出力軸Oの回転速度(角速度)を検出する。また、出力軸Oの回転速度は車速に比例するため、動力伝達制御ユニット33は、出力回転速度センサSe2の入力信号に基づいて車速を算出する。エンジン回転速度センサSe3は、エンジン出力軸Eo(エンジンE)の回転速度を検出するためのセンサである。エンジン制御装置31は、エンジン回転速度センサSe3の入力信号に基づいてエンジンEの回転速度(角速度)を検出する。
エンジン制御装置31は、エンジンEの動作制御を行うエンジン制御部41を備えている。本実施形態では、エンジン制御部41は、車両制御ユニット34からエンジン要求トルクが指令されている場合は、車両制御ユニット34から指令されたエンジン要求トルクを出力トルク指令値に設定し、エンジンEが出力トルク指令値のトルクを出力するように制御するトルク制御を行う。また、エンジン制御装置31は、エンジンの燃焼開始要求があった場合は、エンジンEの燃焼開始が指令されたと判定して、エンジンEへの燃料供給及び点火を開始するなどして、エンジンEの燃焼を開始する制御を行う。
動力伝達制御ユニット33は、変速機構TMの制御を行う変速機構制御部43と、第一係合装置CL1の制御を行う第一係合装置制御部44と、エンジンEの始動制御中に第二係合装置CL2の制御を行う第二係合装置制御部45と、を備えている。
変速機構制御部43は、変速機構TMに変速段を形成する制御を行う。変速機構制御部43は、車速、アクセル開度、及びシフト位置などのセンサ検出情報に基づいて変速機構TMにおける目標変速段を決定する。そして、変速機構制御部43は、油圧制御装置PCを介して変速機構TMに備えられた複数の係合装置に供給される油圧を制御することにより、各係合装置を係合又は解放して目標とされた変速段を変速機構TMに形成させる。具体的には、変速機構制御部43は、油圧制御装置PCに各係合装置の目標油圧(指令圧)を指令し、油圧制御装置PCは、指令された目標油圧(指令圧)の油圧を各係合装置に供給する。
第一係合装置制御部44は、第一係合装置CL1の係合状態を制御する。本実施形態では、第一係合装置制御部44は、第一係合装置CL1の伝達トルク容量が、車両制御ユニット34から指令された第一目標トルク容量に一致するように、油圧制御装置PCを介して第一係合装置CL1に供給される油圧を制御する。具体的には、第一係合装置制御部44は、第一目標トルク容量に基づき設定した目標油圧(指令圧)を、油圧制御装置PCに指令し、油圧制御装置PCは、指令された目標油圧(指令圧)の油圧を第一係合装置CL1に供給する。
第二係合装置制御部45は、エンジンEの始動制御中に第二係合装置CL2の係合状態を制御する。本実施形態では、第二係合装置制御部45は、第二係合装置CL2の伝達トルク容量が、車両制御ユニット34から指令された第二目標トルク容量に一致するように、油圧制御装置PCを介して第二係合装置CL2に供給される油圧を制御する。具体的には、第二係合装置制御部45は、第二目標トルク容量に基づき設定した目標油圧(指令圧)を、油圧制御装置PCに指令し、油圧制御装置PCは、指令された目標油圧(指令圧)の油圧を第二係合装置CL2に供給する。
本実施形態では、第二係合装置CL2は、変速機構TMの変速段を形成している複数又は単数の係合装置の一つとされる。第二係合装置CL2として用いる変速機構TMの係合装置は、形成されている変速段によって変更されても良いし、同じ係合装置が使用されても良い。
回転電機制御ユニット32は、回転電機MGの動作制御を行う回転電機制御部42を備えている。本実施形態では、回転電機制御部42は、車両制御ユニット34から回転電機要求トルクが指令されている場合は、車両制御ユニット34から指令された回転電機要求トルクTmoを出力トルク指令値に設定し、回転電機MGが出力トルク指令値のトルクを出力するように制御する。具体的には、回転電機制御部42は、インバータが備える複数のスイッチング素子をオンオフ制御することにより、回転電機MGの出力トルクTmを制御する。
車両制御ユニット34は、エンジンE、回転電機MG、変速機構TM、第一係合装置CL1、及び第二係合装置CL2等に対して行われる各種トルク制御、及び各係合装置の係合制御等を車両全体として統合する制御を行う機能部を備えている。
本実施形態では、車両制御ユニット34は、エンジンEの始動制御を行う始動制御部46、及び直結回転速度制御を行う直結回転速度制御部47を備えている。
以下、始動制御部46及び直結回転速度制御部47について詳細に説明する。
始動制御部46は、図3のタイムチャートに示すように、第一係合装置CL1の解放状態且つ第二係合装置CL2の直結係合状態でエンジンEの始動要求があった場合に、回転電機MGの回転駆動力によってエンジンEの回転速度を上昇させるエンジンEの始動制御を行う機能部である。
始動制御部46は、上記のように、エンジンEの始動要求の後、第一係合装置CL1を解放状態から滑り係合状態に移行させる第一移行制御を開始し、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行する前に回転電機MGの回転速度ωmが直結目標回転速度となるように回転電機MGを制御する直結回転速度制御を開始する。そして、始動制御部46は、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行した後、直結回転速度制御を終了して回転電機MGの出力トルクTmが目標トルクとなるように回転電機MGを制御するトルク制御を開始し、当該トルク制御の開始後、第二係合装置CL2を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる。
エンジンEの始動のために、第一係合装置CL1の係合の状態を変化させる際に、第一係合装置CL1から回転電機MG側に伝達されるトルクが急変し、車輪Wにトルクショックが伝達される恐れがある。
このため、従来の始動制御では、図4のタイムチャートに示すように、第一係合装置CL1と車輪Wとの間に配置された第二係合装置CL2を直結係合状態から滑り係合状態に移行させた状態(時刻t52からt55)で、第一係合装置CL1の係合状態を変化させるように構成されている。第二係合装置CL2が滑り係合状態になると、第二係合装置CL2から車輪W側に伝達されるトルクは、第二係合装置CL2の伝達トルク容量の大きさのスリップトルクとなる。よって、第一係合装置CL1の係合状態の変化により、第一係合装置CL1から回転電機MG側にトルクショックが伝達されたとしても、当該トルクショックが、第二係合装置CL2を介して回転電機MG側から車輪Wに伝達されることを防止できる。一方、従来の始動制御では、第二係合装置CL2が直結係合状態から滑り係合状態に移行された後(時刻t52以降)に、第一係合装置CL1を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させるように構成されており、第二係合装置CL2が滑り係合状態に移行されるまで、第一係合装置CL1の滑り係合状態への移行を待つ必要がある。この待ち時間により、エンジンEの始動要求があってから、エンジンEの回転速度が上昇し始めるまでの期間が長くなり、エンジンEの始動制御の期間が長くなる課題があった。
一方、本発明に係わる始動制御は、第二係合装置CL2を滑り係合状態に移行させる前に、第一係合装置CL1を滑り係合状態に移行させるように構成されており、従来のように第二係合装置CL2が滑り係合状態に移行されるまでの待ち時間が生じない。この待ち時間分だけ、エンジンEの始動要求があってから、エンジンEの回転速度が上昇開始するまでの期間が短くなり、エンジンEの始動制御の期間を短縮できる。
また、本発明に係わる始動制御では、第一係合装置CL1の伝達トルク容量の変化により、第一係合装置CL1から回転電機MG側にトルクショックが伝達されたとしても、直結回転速度制御を実行することにより、トルクショックを打ち消すように回転電機MGの出力トルクを制御しているので、トルクショックが直結係合状態の第二係合装置CL2を介して回転電機MG側から車輪W側に伝達されないようにすることができる。
始動制御部46は、エンジンEが燃焼を停止しており、回転電機MGが回転している状態で、アクセル開度が増加する、又バッテリの充電量が低下するなどして、エンジンEの始動条件が成立し、エンジンEの始動要求があった場合に、一連の始動制御を開始する(時刻t11)。
本実施形態では、始動制御部46は、予め定められた動作及び条件に従い、制御フェーズを切り替えて制御内容を切り替えるシーケンス制御を行うように構成されている。
始動制御部46は、エンジンEの始動要求の後、第一係合装置CL1を解放状態から滑り係合状態に移行させる第一移行制御を開始し、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行する前に回転電機MGの回転速度ωmが直結目標回転速度となるように回転電機MGを制御する直結回転速度制御を開始する。
ここで、第一移行制御を開始するとは、第一係合装置CL1に伝達トルク容量を生じさせる指令を出すことである。
本実施形態では、始動制御部46は、エンジンEの始動要求があった場合(時刻t11)に、制御フェーズをフェーズ1に設定する。そして、始動制御部46は、回転電機MGの直結回転速度制御を開始する。また、始動制御部46は、第一係合装置CL1を解放状態から滑り係合状態へ移行させる第一移行制御を開始する。なお、エンジンEは、燃焼停止のままに維持され、第二係合装置CL2は、直結係合状態のままに維持される。
本実施形態では、始動制御部46は、エンジンEの始動要求があった場合(時刻t11)に、第一係合装置CL1に伝達トルク容量を生じさせるために、第一係合装置CL1の第一目標トルク容量を、ゼロから所定の始動トルクに増加させる。始動トルクは、エンジンEの回転速度を上昇できるように、エンジンEのフリクショントルクなど、エンジンEの負トルクの絶対値より大きいトルクに設定される。
本実施形態では、第一目標トルク容量は、ゼロからステップ的に増加されるように構成されている。第一目標トルク容量が急速に増加されると、第一係合装置CL1の伝達トルク容量も急速に増加するため、第一伝達トルク容量の推定誤差によるトルクショックも大きくなる恐れがある。しかし、本実施形態では、直結回転速度制御により車輪W側に伝達されるトルクショックを低減することができる。逆に言えば、トルクショックが直結回転速度制御により車輪W側に伝達されることを抑制できるため、第一目標トルク容量をステップ的に変化させて、第一係合装置CL1の伝達トルク容量の増加速度を速めることができる。これにより、第一係合装置CL1の滑り係合状態への移行を早めることができ、エンジンEの始動にかかる時間を短縮できる。
第一係合装置CL1の実際の伝達トルク容量は、図5の例に示すように、第一目標トルク容量に対して応答遅れを持って変化する。第一目標トルク容量がゼロから増加された後、第一係合装置CL1の油圧シリンダに油が充填され、伝達トルク容量がゼロから増加し始めるまでには、むだ時間が生じる。また、むだ時間遅れの後、伝達トルク容量は、一次遅れ的に増加していく。すなわち、伝達トルク容量の応答遅れ特性は、むだ時間遅れ及び一次遅れでモデル化できる。
始動制御部46は、伝達トルク容量の応答遅れ特性を用い、第一目標トルク容量又は目標油圧に基づいて、第一係合装置CL1の伝達トルク容量(第一伝達トルク容量)を推定するように構成されている。
そして、始動制御部46は、推定した第一伝達トルク容量に基づき、動摩擦により第一係合装置CL1から回転電機MG側に伝達している第一スリップトルクTfの推定値(推定第一スリップトルクTfe)を算出する。始動制御中は、第一係合装置CL1の回転電機MG側からエンジンE側にトルクが伝達するので、始動制御部46は、推定第一伝達トルク容量に負の符号(−1)を乗算した値を、推定第一スリップトルクTfeに設定する。
始動制御中は第一スリップトルクの絶対値分だけ、回転電機MG側から車輪W側に伝達されるトルクが減少する。この第一スリップトルクの絶対値分の減少をフィードフォワード的に補償するため、始動制御部46は、車両要求トルクTrと、第一係合装置CL1の伝達トルクの推定値である推定第一スリップトルクTfeとに基づいて、基本回転電機要求トルクTbを設定するように構成されている。具体的には、車両要求トルクTrに対して、推定第一スリップトルクTfeの絶対値を加算して、基本回転電機要求トルクTbを設定するように構成されている。
図5の例に示すように、第一係合装置CL1の伝達トルク容量が第一目標トルク容量に近づくにつれ、当該伝達トルク容量の変化速度が低下していき、合計トルクの変化速度が低下していく。よって、第一係合装置CL1の伝達トルク容量が、ある程度大きくなると、合計トルクの変動がトルクショックとして車輪W側に伝達される恐れが低下し、直結回転速度制御の必要性が低下する。
そこで、始動制御部46は、始動制御部46は、第一係合装置CL1が解放状態から滑り係合状態に移行した後、直結回転速度制御を終了して回転電機MGの出力トルクTmが目標トルクとなるように回転電機MGを制御するトルク制御を開始し、当該トルク制御の開始後、第二係合装置CL2を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる。
本実施形態では、トルク制御の開始後、第二係合装置CL2を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる第二移行制御を開始するように構成されている。
ここで、第二移行制御を開始するとは、第二係合装置CL2に生じる伝達トルク容量を第二係合装置CL2における2つの係合部材の回転速度に差が生じるまで徐々に低下させる指令を出すことである。
上記のように、第一目標トルク容量に設定される始動トルクは、エンジンEのフリクショントルクの絶対値より大きい値に設定されている。また、エンジンEのフリクショントルクは、回転停止時がその絶対値が一番大きく、エンジンEが回転を始めれば、静摩擦から動摩擦への移行や、油膜の形成などにより、回転停止時の絶対値から減少する。よって、エンジンEが回転を始めれば、第一係合装置CL1の伝達トルク容量が目標トルク容量に近づいたと判断できる。
なお、伝達トルク情報として、推定第一伝達トルク容量が所定値以上になったことを表す情報を用いるように構成されてもよい。或いは、伝達トルク情報として、第一目標トルク容量をゼロから増加させた後の経過時間が所定値以上になったことを表す情報を用いるように構成されてもよい。或いは、伝達トルク情報として、回転電機MGの出力トルクTmの変化速度が所定範囲内になったことを表す情報を用いるように構成されてもよい。
なお、始動制御部46は、エンジンEの燃焼開始を、エンジンEの回転速度が燃焼開始可能な回転速度以上であって、第一係合装置CL1及び第二係合装置CL2の少なくとも何れか一方が滑り係合状態である何れかの時期に、実行するように構成されてもよい。このように構成されても、エンジンEの燃焼開始により生じるエンジンEの出力トルクの変動が、第一係合装置CL1又は第二係合装置CL2が滑り係合状態であるので、車輪W側に伝達されることを防止できる。
始動制御部46は、車両要求トルクTrと、第一係合装置CL1の伝達トルクの推定値である推定第一スリップトルクTfeとに基づいて、回転電機要求トルクを設定するように構成されている。具体的には、車両要求トルクTrに対して、推定第一スリップトルクTfeの絶対値を加算して、回転電機要求トルクを設定するように構成されている。
なお、トルク制御の開始後、回転制御トルク指令Tpの保持値を次第にゼロに減少させるように構成されてもよい。或いは、回転制御トルク指令Tpの保持値を回転電機要求トルクに加算して補正しないように構成されてよい。
スイープダウンにより第二目標トルク容量が次第に減少されて、第二係合装置CL2の伝達トルク容量が回転電機MG側から第二係合装置CL2に伝達されているトルクを下回ると、第二係合装置CL2の2つの係合部材間に滑りが生じ始め、第二係合装置CL2の回転電機MG側の係合部材70の回転速度が、車輪W側の係合部材71の回転速度に対して上昇していく。
始動制御部46は、第二係合装置CL2が直結係合状態から滑り係合状態に移行した後、回転電機MGのトルク制御を終了して、回転電機MGの回転速度ωmを、第二係合装置CL2が直結係合状態である場合の回転電機MGの回転速度ωmよりも高い目標回転速度(以下、滑り目標回転速度と称す)に近づけるように、回転電機MGの出力トルクを制御する回転速度制御(以下、滑り回転速度制御と称す)を開始する。
ここで、第二係合装置CL2が直結係合状態である場合の回転電機MGの回転速度ωmとは、出力軸Oの回転速度が現在の回転速度の状態で、第二係合装置CL2が直結係合状態になったと仮定した場合における、回転電機MGの回転速度ωmである。本実施形態では、始動制御部46は、第二係合装置CL2が直結係合状態である場合の回転電機MGの回転速度ωmとして、出力軸Oの回転速度に変速機構TMの変速比Krを乗算した出力回転速度を算出するように構成されている。
そして、始動制御部46は、回転電機MGのトルク制御を終了して、回転電機MGの回転速度ωmが、出力回転速度に所定の回転速度を加算して設定された滑り目標回転速度に近づくように、回転電機MGの出力トルクを制御する滑り回転速度制御を開始する。始動制御部46は、第二係合装置CL2の第二目標トルク容量のスイープダウンを終了して、第二目標トルク容量を車両要求トルクTrに設定するトルク制御を開始する。また、始動制御部46は、エンジンEの出力トルクをゼロに制御する0Nm制御を維持する。更に、始動制御部46は、第一係合装置CL1を滑り係合状態に制御するトルク制御を維持する。
始動制御部46は、第二係合装置CL2が直結係合状態から滑り係合状態に移行した後に、第一係合装置CL1を滑り係合状態から直結係合状態に移行させるように構成されている。始動制御部46は、回転電機MGの回転速度ωmと、エンジンEの回転速度との回転速度差Δω2が所定値以下になった場合(時刻t14)に、第一係合装置CL1が直結係合状態になったと判定して、制御フェーズをフェーズ3からフェーズ4に変更する。
そして、始動制御部46は、第一係合装置CL1のトルク制御を終了して、第一目標トルク容量を始動トルクから完全係合容量に増加させる。完全係合容量とは、駆動力源から第一係合装置CL1に伝達されるトルクが変動しても滑りのない係合状態を維持できる伝達トルク容量である。また、始動制御部46は、エンジンEの0Nm制御を終了して、車両要求トルクTrに応じたトルクをエンジンEに出力させるトルク制御を開始する。始動制御部46は、回転電機MGの目標回転速度を次第に出力回転速度まで減少させ、回転電機MGの回転速度ωmを出力回転速度まで低下させる。
始動制御部46は、回転電機MGの回転速度ωmと、出力回転速度との回転速度差Δω1が所定値以下になった場合(時刻t15)に、第二係合装置CL2が直結係合状態になったと判定して、制御フェーズをフェーズ4からフェーズ5に変更する。
そして、始動制御部46は、第二係合装置CL2の第二目標トルク容量を、完全係合容量まで次第に増加させるスイープアップを開始する。また、始動制御部46は、回転電機MGの滑り回転速度制御を終了して、車両要求トルクTrに応じて回転電機要求トルクを設定するトルク制御を開始する。ここで、エンジン要求トルクと回転電機要求トルクの合計が車両要求トルクに一致するように、エンジン要求トルクと回転電機要求トルクが設定される。
そして、第二目標トルク容量が、完全係合容量まで増加された場合(時刻t16)に、一連の始動制御を終了する。
次に、始動制御の処理について、図6のフローチャートを参照して説明する。まず、始動制御部46は、エンジンEの始動要求があった場合に、一連の始動制御を開始する(ステップ♯01:Yes)。そして、始動制御部46は、フェーズ1の制御を開始する(ステップ♯02)。具体的には、エンジンEを燃焼停止状態に維持し、第一係合装置CL1を解放状態から滑り係合状態に移行させるためにトルク制御を開始し、回転電機MGの直結回転速度制御を開始し、第二係合装置CL2を直結係合状態に維持する。
そして、第二係合装置CL2の第二目標トルク容量が完全係合容量まで増加した場合(ステップ♯11:Yes)に、一連の始動制御を終了する(ステップ♯12)。
次に、直結回転速度制御部47により実行される直結回転速度制御について詳細に説明する。
直結回転速度制御部47は、回転電機MGの回転速度ωmが直結目標回転速度となるように回転電機MGを制御する機能部である。
まず、図8に、直結回転速度制御の基礎となる動力伝達経路2のモデルを示す。動力伝達経路2を軸ねじれ振動系にモデル化している。回転電機MGは、第一係合装置CL1が直結係合状態である場合に、エンジンEに駆動連結され、第二係合装置CL2が直結係合状態である場合に、変速機構TMに駆動連結される。変速機構TMは、出力軸O及び車軸AXを介して、負荷Lとなる車両に駆動連結されている。変速機構TMは、変速比Krで、中間軸Mと出力軸Oとの間の回転速度を変速すると共に、トルクの変換を行う。なお、以下では出力軸O及び車軸AXをまとめて、出力シャフトと称する。
動力伝達経路2を図9に示すような2慣性系にモデル化した場合、回転電機MGの出力トルクTm、第一スリップトルクTf、及び外部入力トルクTwから回転電機MGの回転速度ωmまでの伝達関数P(s)は、式(1)に示すようになる。
変速比Krは、変速機構TMに形成された変速段によって変化する。よって、動力伝達経路2全体の慣性モーメントJ、及び共振周波数ωaは、変速比Krによって変化する。
<伝達経路入力トルクの推定>
式(1)から、回転電機MGの回転速度ωmは、伝達経路入力トルクTinを、動力伝達経路2全体の慣性モーメントJで除算し、積分した回転速度に、動力伝達経路2の固有振動数である共振周波数ωaの振動成分が加算された回転速度になる。よって、回転電機MGの回転速度ωmに基づき、伝達経路入力トルクTinを推定する上で、少なくとも回転電機MGの回転速度ωmの共振周波数ωaの振動成分を低減することが必要であることがわかる。また、この振動成分を低減するとともに、微分演算処理を行い、動力伝達経路2全体の慣性モーメントJを乗算することにより、伝達経路入力トルクTinを推定できることがわかる。
本例では、固有振動低減処理60は、2慣性の振動特性の逆特性に基づき、式(3)の伝達関数Pr(s)に設定されている。
また、入力トルク推定器55の各制御定数は、式(2)に示したように、変速機構TMの変速段の変更によって変化する変速比Krに応じて変更される。
また、式(1)に示すように、伝達経路入力トルクTinには、外部入力トルクTwに加えて、回転電機MGの出力トルクTm、及び第一スリップトルクTfが含まれている。よって、推定伝達経路入力トルクTineに基づき、車輪Wから動力伝達経路2に入力された外部入力トルクTwを推定する上で、少なくとも回転電機MGの出力トルクTmを減算することが必要であることがわかる。また、第一係合装置CL1が滑り係合状態であり、第一スリップトルクTfが生じている場合には、この回転電機MGの出力トルクTmの減算に加えて、更にスリップトルクTfを減算することが必要であることがわかる。
本実施形態では、直結回転速度制御の実行中は、第一係合装置CL1が滑り係合状態であるので、外部入力推定器51は、図7に示すように、推定伝達経路入力トルクTineから、回転電機MGの出力トルクTmを減算すると共に、推定第一スリップトルクTfeの絶対値を加算して外部入力トルクTwを推定するように構成されている。ここで、外部入力推定器51は、外部入力トルクTwを変速比Krで除算したトルク(Tw/Kr)を推定することとなる。よって、推定外部入力トルクTwreは、Tw/Krの推定値である。以下では、この回転電機MG側の値に換算した外部入力トルクTw/Krを、単に、外部入力トルクTwと称して説明する。
ここで、本実施形態では、回転電機MGは、指令値に対するトルク出力の応答遅れが小さいため、回転電機要求トルクTmoを回転電機MGの出力トルクTmに設定している。
よって、外部入力推定器51は、少なくとも第一係合装置CL1の伝達トルク容量の増加中には、当該伝達トルク容量の増加前に推定した推定外部入力トルクTwreを保持するように構成されてもよい。これにより、推定外部入力トルクTwreの推定誤差の発生を抑制できる。
低振動速度算出器52は、上記したように、推定外部入力トルクTwreと、車輪Wの駆動のために要求されているトルクである車両要求トルクTrとに基づいて、直結目標回転速度ωmoを算出する。直結目標回転速度ωmoは、回転電機MGの回転速度ωmの振動成分を低減した回転速度となる。
本実施形態では、図7に示すように、低振動速度算出器52は、推定外部入力トルクTwreと車両要求トルクTrとを加算したトルクに対して、動力伝達経路2全体の慣性モーメントJによる除算処理を行って回転加速度(角加速度)を算出し、回転加速度の積分演算処理を行って、直結目標回転速度ωmoを算出するように構成されている。
回転速度制御器53は、上記したように、回転電機MGの回転速度ωmを直結目標回転速度ωmoに近づけるような回転制御トルク指令Tpを算出する。
回転速度制御器53には、PID制御器や、PI制御器のような、各種のフィードバック制御器を用いることができる。
そして、加算器54が、車両要求トルクTrに推定第一スリップトルクTfeの絶対値を加算して算出された基本回転電機要求トルクTbと、回転制御トルク指令Tpと、を加算した値を、回転電機要求トルクTmoとして設定するように構成されている。
なお、車両要求トルクTrに加算される推定第一スリップトルクTfeの絶対値が、第一スリップトルクTfの変化に対するフィードフォワード制御項であり、回転制御トルク指令Tpが、第一スリップトルクTfの変化に対するフィードバック制御項である。なお、基本回転電機要求トルクTbを加算せずに、回転制御トルク指令Tpの値のみを、回転電機要求トルクTmoとして設定するように構成されてもよい。
次に、直結回転速度制御部47による直結回転速度制御の挙動を、図11及び図12の例に示すタイムチャートに基づき説明する。図11は、直結回転速度制御を行わない場合の比較例であり、図12は、直結回転速度制御を行う場合の例である。
まず、図11の比較例を説明する。エンジンの始動要求があった場合(時刻t31)に、第一係合装置CL1の第一目標トルク容量がゼロから始動トルクまで増加される。第一係合装置CL1の第一目標トルク容量が増加した後、実際の伝達トルク容量は、油圧供給系の応答遅れを持って変化する。本例では、伝達トルク容量の推定値は、実際の伝達トルク容量に対して位相進み方向の誤差が生じており、この推定値に負の符号が乗算されて算出される推定第一スリップトルクTfeにも位相進み方向の推定誤差が生じている。
次に、図12に、図11と同じ運転条件で、エンジンの始動要求があった場合(時刻41)に直結回転速度制御を開始した場合の本実施形態に係わる例を示す。直結回転速度制御により、直結目標回転速度ωmoと回転電機MGの回転速度ωmとの偏差Δωに応じた、回転制御トルク指令Tpが算出されている。これにより、回転電機MGの出力トルクTmが、基本回転電機要求トルクTbに対して、回転制御トルク指令Tpの変化分だけ変化している。また、回転制御トルク指令Tpの変化分だけ、伝達経路入力トルクTinの合計値が、図11の制御なしの場合に比べて変化し、トルクショックが低減している。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
2 :動力伝達経路
30 :制御装置
31 :エンジン制御装置
32 :回転電機制御ユニット
33 :動力伝達制御ユニット
34 :車両制御ユニット
41 :エンジン制御部
42 :回転電機制御部
43 :変速機構制御部
44 :第一係合装置制御部
45 :第二係合装置制御部
46 :始動制御部
47 :直結回転速度制御部
51 :外部入力推定器
52 :低振動速度算出器
53 :回転速度制御器
ωm :回転電機の回転速度
ωmo :直結目標回転速度
AX :車軸
CL1 :第一係合装置
CL2 :第二係合装置
DF :出力用差動歯車装置
E :エンジン(内燃機関)
Eo :エンジン出力軸
I :入力軸
J :動力伝達経路全体の慣性モーメント
Jl :負荷(車両)の慣性モーメント
Jm :回転電機の慣性モーメント
Kr :変速比
L :負荷(車両)
M :中間軸
O :出力軸
MG :回転電機
PC :油圧制御装置
Se1 :入力回転速度センサ
Se2 :出力回転速度センサ
Se3 :エンジン回転速度センサ
TM :変速機構
Tb :基本回転電機要求トルク
Tf :第一スリップトルク
Tfe :推定第一スリップトルク
Tin :伝達経路入力トルク
Tine :推定伝達経路入力トルク
Tm :回転電機の出力トルク
Tmo :回転電機要求トルク
Tp :回転制御トルク指令
Tr :車両要求トルク
Tw :外部入力トルク
Twre :推定外部入力トルク
W :車輪
この構成によれば、回転電機の回転速度の変化に基づいて、動力伝達経路に入力された伝達経路入力トルクを推定することができる。また、推定した伝達経路入力トルクから、回転電機の出力トルクを減算して外部入力トルクの推定値を演算しているので、回転電機の出力トルク以外に、動力伝達経路に入力されているトルクを精度よく推定することができる。このため、車輪から動力伝達経路に入力された外部入力トルクの推定精度を良好にすることができる。
また、上記の構成によれば、外部入力トルクの推定値と車両要求トルクとに基づき、目標回転速度が算出されているので、外部入力トルク及び車両要求トルクに対して外乱成分となるトルクショックによる回転速度の変動を、目標回転速度からの偏差として回転速度制御を行うことができる。よって、回転速度制御により、トルクショックを打ち消すように回転電機の出力トルクを補正することができる。
また、回転電機の目標回転速度を算出する上で、車両要求トルクに加えて、推定した外部入力トルクに基づき算出しているので、車両要求トルクに、走行抵抗トルク、ブレーキトルクなどの外部入力トルクを反映させて、外部入力トルクを打ち消さないような、目標回転速度を算出することできる。よって、走行状態、又はブレーキ操作などによる、車両の加減速を維持しつつ、トルクショックによる回転電機の回転速度の変動成分を低減することができる。
Claims (9)
- 内燃機関と車輪とを結ぶ動力伝達経路に回転電機が設けられていると共に、前記内燃機関と前記回転電機との間に第一係合装置が設けられ、前記回転電機と前記車輪との間に第二係合装置が設けられた車両用駆動装置を制御対象とする制御装置であって、
前記第一係合装置の解放状態且つ前記第二係合装置の直結係合状態で前記内燃機関の始動要求があった場合に、前記回転電機の回転駆動力によって前記内燃機関の回転速度を上昇させる内燃機関の始動制御を行う際に、
前記内燃機関の始動要求の後、前記第一係合装置を解放状態から滑り係合状態に移行させる第一移行制御を開始し、前記第一係合装置が解放状態から滑り係合状態に移行する前に前記回転電機の回転速度が目標回転速度となるように前記回転電機を制御する回転速度制御を開始し、前記第一係合装置が解放状態から滑り係合状態に移行した後、前記回転速度制御を終了して前記回転電機の出力トルクが目標トルクとなるように前記回転電機を制御するトルク制御を開始し、当該トルク制御の開始後、前記第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる制御装置。 - 第二係合装置が直結係合状態から滑り係合状態に移行した後、第一係合装置を滑り係合状態から直結係合状態に移行させる請求項1に記載の制御装置。
- 前記トルク制御の開始後、前記第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる第二移行制御を開始する請求項1又は2に記載の制御装置。
- 前記第一係合装置の解放状態とは、前記第一係合装置に伝達トルク容量が生じていない状態であり、
前記第一係合装置の滑り係合状態とは、前記第一係合装置に伝達トルク容量が生じている状態で、前記内燃機関の回転速度と前記回転電機の回転速度とに差がある状態であり、
前記第一係合装置の直結係合状態とは、前記第一係合装置に伝達トルク容量が生じている状態で、前記内燃機関の回転速度と前記回転電機の回転速度とに差がない状態であり、
前記第二係合装置の滑り係合状態とは、前記第二係合装置に伝達トルク容量が生じている状態で、前記第二係合装置における2つの係合部材の回転速度に差がある状態であり、
前記第二係合装置の直結係合状態とは、前記第二係合装置に伝達トルク容量が生じている状態で、前記第二係合装置における2つの係合部材の回転速度に差がない状態である請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記第一係合装置に伝達トルク容量を生じさせる指令を出すことによって、前記第一移行制御を開始し、
前記第二係合装置に生じる伝達トルク容量を前記第二係合装置における2つの係合部材の回転速度に差が生じるまで徐々に低下させる指令を出すことによって、前記第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる第二移行制御を開始する請求項4に記載の制御装置。 - 前記第二係合装置が直結係合状態から滑り係合状態に移行した後、前記トルク制御を終了して、前記回転電機の回転速度を、前記第二係合装置が直結係合状態である場合の前記回転電機の回転速度よりも高い目標回転速度に近づけるように、前記回転電機の出力トルクを制御する滑り回転速度制御を開始する請求項1から5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記第一係合装置の伝達トルク容量が所定値以上になったことを表す情報である伝達トルク情報を検出した後、前記第二係合装置を直結係合状態から滑り係合状態へ移行させる第二移行制御を開始する請求項1から6の何れか一項に記載の制御装置。
- 前記伝達トルク情報として、前記内燃機関の回転速度が所定の回転速度以上になったことを表す情報を用いる請求項7に記載の制御装置。
- 前記回転速度制御は、前記回転電機の回転速度の変化に基づき、前記動力伝達経路に入力されたトルクである伝達経路入力トルクを推定し、当該伝達経路入力トルクからすくなくとも前記回転電機の出力トルクを減算して前記車輪から前記動力伝達経路に入力された外部入力トルクを推定し、
前記外部入力トルクと、前記車輪の駆動のために要求されているトルクである車両要求トルクとに基づいて、前記目標回転速度を算出する制御である請求項1から8の何れか一項に記載の制御装置。
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