JP2013180716A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク脈動に起因する駆動軸の振動を抑制する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置（１００）は、蓄電手段（１２）の充放電制限を行う充放電制限手段（１４０）と、充放電制限に応じて電動機（ＭＧ１，ＭＧ２）のトルク上限値及び下限値を設定するトルク上下限設定手段（１５０）と、駆動軸（５００）における内燃機関（２００）の脈動トルクを相殺するキャンセルトルクを電動機に出力させるための指令波形を生成する指令波形生成手段（１２０）と、生成された指令波形を、電動機の応答遅れに基づいて補正する指令波形補正手段（１８０）と、補正された指令波形を電動機に出力してキャンセルトルクを出力させる指令波形出力手段（１８０）と、補正された指令波形に対する電動機のトルク上限値及び下限値を、電動機の応答遅れに基づいて拡大するトルク上下限拡大手段（１７０）とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、例えば内燃機関及び電動機を動力要素として備えるハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

この種のハイブリッド車両では、内燃機関の燃焼サイクルに基づいてクランク軸に発生するトルク脈動成分を受けて、駆動軸に振動が伝達されることがある。このため、例えば特許文献１では、電動機からトルク脈動成分を相殺するようなキャンセルトルクを出力させることによって、駆動軸における振動を抑制するという技術が提案されている。

他方、特許文献２では、ばね上制振制御における制御量に上下限ガード値を適用し、振幅と周波数が所定の範囲内にないと判定された場合に、ばね上制振制御量を制限しないよう上下限の幅を広くとるという技術が提案されている。

特開２０１０−０２３７９０号公報 特開２０１０−２６８５８２号公報

電動機の制御には、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード及び矩形波制御モード等、様々な制御モードが存在し、それらを適宜切替えながら制御することも可能である。

しかしながら、電動機の各制御モードでは互いに応答性が異なる。即ち、選択される制御モードによって、指令信号を出力してから実際に電動機の動作が変化するまでの時間が異なる。このため、電動機の制御モードを切替えつつ駆動を行う場合には、各制御モードに適した指令信号を出力することが求められる。よって、特許文献１に記載されているような制振制御を行う場合においても、制御モードに応じた指令波形を出力することが求められる。

また、特許文献２に記載されているように、制振制御の制御量に制限が設けられる場合もある。ここで特に、上述した制御モードに応じた指令波形（言い換えれば、制御モードに合わせて補正された指令波形）を出力する場合には、指令波形が示すトルクと実際に出力されるトルクが異なる。よって、指令波形を制限してしまうと、実際に出力されるトルクが必要以上に小さくなってしまうという事態が生じ得る。例えば、制御モードに対応する応答性に基づいて大きくなるように補正された指令波形が、補正されるが故にトルク制限を受けてしまうと、実際に出力されるトルクは出力可能な値を大きく下回る値となってしまう。

以上のように、上述した先行技術文献を含む従来技術には、振動を抑制するためのキャンセルトルクを適切な値に制限することが困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、トルク脈動に起因する駆動軸の振動を好適に抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関及び電動機を含む動力要素と、前記動力要素の各々から出力されるトルクを車軸へと伝達する駆動軸と、前記電動機に対して電力を供給すると共に前記電動機で発電された電力により充電される蓄電手段とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記蓄電手段の充放電制限を行う充放電制限手段と、前記充放電制限に応じて前記電動機のトルク上限値及び下限値を設定するトルク上下限設定手段と、前記駆動軸における前記内燃機関の脈動トルクを相殺するキャンセルトルクを前記電動機に出力させるための指令波形を生成する指令波形生成手段と、前記生成された指令波形を、前記電動機の応答遅れに基づいて補正する指令波形補正手段と、前記補正された指令波形を前記電動機に出力することで、前記電動機から前記生成された指令波形に応じたキャンセルトルクを出力させる指令波形出力手段と、前記補正された指令波形に対する前記電動機のトルク上限値及び下限値を、前記電動機の応答遅れに基づいて拡大するトルク上下限拡大手段とを備える。

本発明に係るハイブリッド車両は、駆動軸に対し動力を供給可能な動力要素として、例えば燃料種別、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等を問わない各種の態様を採り得る内燃機関、並びにモータジェネレータ等の電動発電機として構成され得る電動機を少なくとも備えた車両である。なお、電動機は複数設けられていてもよい。内燃機関及び電動機の各々は、例えば複数の回転要素（好適には、ギヤである）を含む動力伝達機構を介して駆動軸に連結されている。

本発明に係るハイブリッド車両には更に、電動機の動力源として、バッテリ等の蓄電手段が備えられている。蓄電手段は、例えば電動機の力行時には放電を行い、電動機の回生時には充電を行うように構成されている。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述したハイブリッド車両の動作を制御する装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、充放電制限手段によって、蓄電手段の充放電制限が行われる。即ち、蓄電手段に対する制限値を超えた充電及び放電が禁止される。充放電制限による制限値は、例えば蓄電手段の特性等に応じて予め設定されている。なお、充放電制限は常時行われるものでなくともよい。また、充放電の制限値は変動する値であってもよい。

上述した充放電制限が行われる場合には、トルク上下限設定手段によって、電動機のトルク上限値及び下限値が設定される。即ち、蓄電手段における充放電制限を実現できるように（即ち、制限値を超えるような充電及び制限が行われないように）、電動機から出力可能なトルクの上限値及び下限値が設定される。

他方で、指令波形生成手段によって、駆動軸における内燃機関の脈動トルクを相殺するキャンセルトルクに対応する指令波形が生成される。具体的には、駆動軸における内燃機関の脈動トルクと逆の位相を有するようなキャンセルトルクが上述したトルク上限値及び下限値の範囲内で算出され、算出されたキャンセルトルクに対応する指令波形が生成される。

指令波形生成手段によって生成された指令波形は、実際に出力される前に、指令波形補正手段によって補正される。指令波形補正手段では、電動機の応答遅れに基づいて指令波形が補正される。なお、ここでの「応答遅れ」とは、指令波形が出力されてから実際に電動機のトルクが指令波形に応じた値となるまでの期間を意味しており、電動機の構成や制御モード（例えば、指令波形の種別）等に応じて定まる。

指令波形補正手段によって補正された指令波形は、指令波形出力手段によって電動機へと出力される。そして指令波形が入力された電動機からは、指令波形に応じたキャンセルトルクが出力されることになる。この際。電動機に入力される指令波形は、上述したように応答遅れに基づいて補正されているため、指令波形生成手段で生成された段階での指令波形が示すキャンセルトルク（即ち、実際に電動機から出力されるべきキャンセルトルク）が、応答遅れを有する電動機においても高い精度で実現される。

ここで本発明では特に、指令波形補正手段によって補正された指令波形に対する電動機のトルク上限値及び下限値は、トルク上下限拡大手段によって拡大されている。具体的には、トルク上下限拡大手段は、電動機の応答遅れに基づいて電動機のトルク上限値及び下限値を拡大する。このようにトルク上限値及び下限値を拡大すれば、指令波形補正手段によって大きくなるように補正された指令波形が、補正されることに起因してトルク上限値及び下限値を超えてしまい、結果として電動機から出力されるトルクが必要以上に制限されてしまうことを防止できる。

例えば指令波形補正手段は、指令波形生成手段によって生成された指令波形に対して応答遅れに応じた値を加算することで指令波形を補正する。このような場合、指令波形は応答遅れの分だけ大きい波形となる。このため、仮にトルクの上限値及び下限値が拡大されないとすると、指令波形生成手段で生成される段階ではトルクの上限値及び下限値の範囲内であった指令波形が、補正されることによってトルクの上限値及び下限値を超えてしまうという事態が生じ得る。このように指令波形が制限されてしまうと、実際に電動機から出力されるキャンセルトルクは、トルクの上限値及び下限値の範囲内とはなるものの、必要以上に制限された値となる。

しかるに本発明では、上述したように補正された指令波形に対する電動機のトルク上限値及び下限値が、電動機の応答遅れ（即ち、指令波形の補正に用いるパラメータと同じパラメータ）に基づいて拡大されている。よって、補正前にトルクの上限値及び下限値の範囲内となっていた指令波形は、補正されて大きくなったとしても、拡大されたトルクの上限値及び下限値の範囲内となる。従って、指令波形が必要以上に制限されてしまうことにより、本来であれば出力可能なキャンセルトルクまでもが出力できなくなってしまうという不都合を防止することができる。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、トルク脈動に起因する駆動軸の振動を好適に抑制することが可能である。

本発明のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記指令波形補正手段は、前記電動機の応答遅れを示す伝達関数の微分項を加算することで前記指令波形を補正し、前記トルク上下限拡大手段は、前記トルク上限値及び下限値の各々を前記微分項分だけ拡大する。

この態様によれば、指令波形補正手段では、指令波形生成手段で生成された指令波形に対して、電動機の応答遅れを示す伝達関数の微分項が加算される。より具体的には、例えば生成された指令波形ｙ（ｔ）に対して、伝達関数１／（１＋ｓＴ）の微分項Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）が加算されることで、補正後の指令波形ｘ（ｔ）となる。なお、ここでの“ｓ”はラプラス変換子であり、“Ｔ”は時定数である。

一方、トルク上下限拡大手段では、トルク上限値及び下限値の各々が伝達関数の微分項分だけ拡大される。具体的には、トルク上限値は、トルク上下限設定手段において設定された値より微分項Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）だけ大きくなり、トルク上限値は、トルク上下限設定手段において設定された値より微分項Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）だけ小さくなる。即ち、トルク上限値及び下限値は、補正によって指令波形が大きくされる分だけ拡大される。

このようにトルク上限値及び下限値が拡大されれば、指令波形が補正されて大きくなったとしても、拡大されたトルクの上限値及び下限値の範囲内となる。従って、指令波形が必要以上に制限されてしまうことにより、本来であれば出力可能なキャンセルトルクまでもが出力できなくなってしまうという不都合を確実に防止することができる。

本発明のハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記電動機は、第１電動機及び第２電動機を含んでおり、前記指令波形生成手段は、前記第１電動機及び第２電動機のいずれか一方からキャンセルトルクを出力させるだけでは、前記キャンセルトルクが前記トルク上限値及び下限値を超えてしまうと判定した場合に、前記第１電動機及び前記第２電動機で分担して前記キャンセルトルクを出力させるための前記指令波形を生成する。

この態様によれば、ハイブリッド車両には第１電動機及び第２電動機の２つの電動機が備えられている。例えば、第１電動機は主に内燃機関の動力を用いて回生を行なうモータジェネレータとして構成され、第２電動機は主にトルクを出力して内燃機関のアシストを行なうモータジェネレータとして構成される。

本態様では先ず、指令波形生成手段において、第１電動機及び第２電動機のいずれか一方からキャンセルトルクを出力させると、キャンセルトルクがトルク上限値及び下限値を超えてしまうか否かが判定される。なお、一方の電動機からの出力だけではキャンセルトルクがトルク上限値及び下限値を超えてしまうという状況は、例えば矩形波制御モード（即ち、矩形の指令波形を用いる制御モード）において、昇圧制御が不安定になることに起因して発生し得る。このため、キャンセルトルクがトルク上限値及び下限値を超えてしまうか否かは、例えば昇圧後のシステム電圧の変動幅を用いて容易に判定できる。

いずれか一方の電動機からの出力だけではキャンセルトルクがトルク上限値及び下限値を超えてしまうと判定されると、指令波形生成手段では、第１電動機及び第２電動機で分担してキャンセルトルクを出力させるための指令波形が生成される。即ち、第１電動機に対する指令波形及び第２電動機に対する指令波形がそれぞれ生成される。

上述したように第１電動機及び第２電動機でキャンセルトルクを分担すれば、一方の電動機だけでキャンセルトルクを出力する場合と比べて、指令波形の振幅を約半分にすることができる。従って、キャンセルトルクがトルク上限値及び下限値を超えてしまうことを効果的に抑制することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。 実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。 充放電制限時におけるトルク制限を示すチャートである。 補正前の指令波形及び補正後の指令波形を示す波形図である。 指令波形の変化及び応答遅れによる実トルクへの影響を示す概念図である。 補正後の指令波形及び出力される実トルクを比較例と共に示すチャートである。 システム電圧の変動とＭＧ１へのトルク振り分けとの関係を示すグラフである。 充電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示すチャートである。 充電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示す共線図である。 放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示すチャートである。 放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示す共線図である。 放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を時系列で示すチャートである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

先ず、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が搭載される車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。

図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明の「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、本発明の「蓄電手段」の一例であり、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する。バッテリ１２は充電可能であり、その蓄電量は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。

アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Ｔａを検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Ｔａは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速Ｖを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速Ｖは、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに図２は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、ＭＧ１側動力伝達機構３１０、ＭＧ２側動力伝達機構３２０、ダンパ４１０、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、インプットシャフト４２０及びドライブシャフト５００を備えて構成されている。

エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。尚、本発明における「内燃機関」とは、典型的には直列２気筒エンジンであるが、後述する脈動トルクを発生させるようなエンジンであれば、例えば直列４気筒エンジン等の異なる構成であってもよい。

エンジン２００は、気筒内において燃焼室に点火プラグの一部が露出してなる点火装置による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。

クランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサが設置されている。このクランクポジションセンサは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサから出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の機関回転数ＮＥが算出される構成となっている。

エンジン２００は、ダンパ４１０及びインプットシャフト４２０を介して、ＭＧ１側動力伝達機構３１０に動力を出力可能に構成されている。

ＭＧ１側動力伝達機構３１０は、中心部に設けられたサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支するキャリアＣ１とを備えている。

サンギヤＳ１は、サンギヤ軸を介してＭＧ１のロータに連結されている。また、リングギヤＲ１は、ドライブシャフト５００に連結されている。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００のインプットシャフト４２０と連結されている。

ＭＧ２側動力伝達機構３２０は、中心部に設けられたサンギヤＳ２と、サンギヤＳ２の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ２と、サンギヤＳ２とリングギヤＲ２との間に配置されてサンギヤＳ２の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ２とを備えている。

サンギヤＳ２は、サンギヤ軸を介してＭＧ２のロータに連結されている。また、リングギヤＲ２は、ドライブシャフト５００に連結されている。

モータジェネレータＭＧ１は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。

尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は、それぞれ本発明に係る「第１電動機」及び「第２電動機」の一例である。

ドライブシャフト５００は、本発明の「駆動軸」の一例であり、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（図１参照）と連結されている。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図３を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。

図３において、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、キャンセルトルク算出部１１０と、指令波形生成部１２０と、制御モード切替部１３０と、充放電制限部１４０と、トルク上下限設定部１５０と、指令波形補正部１６０と、トルク上下限拡大部１７０と、指令波形出力部１８０とを備えて構成されている。

キャンセルトルク算出部１１０は、ドライブシャフト５００で発生している脈動トルクの値に応じて、脈動トルクを相殺するためのキャンセルトルクを算出する。算出されたキャンセルトルクの値は、指令波形生成部１２０へと出力される。

指令波形生成部１２０は、本発明の「指令波形生成手段」の一例であり、キャンセルトルク算出部１１０で算出されたキャンセルトルクをモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力させるための指令波形（即ち、ＭＧ１及びＭＧ２の制御信号）を生成する。指令波形生成部１２０には、上述したキャンセルトルク算出部１１０で算出されたキャンセルトルクの値の他にも、制御モード切替部から出力される制御モードを示す信号や、トルク上下限設定部１５０において設定されるトルクの上下限を示す信号が入力される。

制御モード切替部１３０は、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の制御モードを運転状況等に応じて適宜切替え可能に構成されている。制御モード切替部１３０は、実現すべき制御モードを示す信号を指令波形生成部１２０に出力することで制御モードを切替える。なお、制御モードとしては、例えばＰＷＭ制御モード、過変調ＰＷＭ制御モード、矩形制御モード等が挙げられる。

充放電制限部１４０は、本発明の「充放電制限手段」の一例であり、バッテリ１２（図１参照）の充電及び放電を制限する。充放電制限部１３０は、例えばバッテリ１２の蓄電量に応じて充電及び放電のいずれか一方を禁止する。充放電制限の閾値については、バッテリ１２の特性等に応じて予め設定されている。

トルク上下限設定部１５０は、本発明の「トルク上下限設定手段」の一例であり、充放電制限部１４０による充放電制限に応じてモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力可能なトルクの上限値及び下限値を設定する。即ち、充放電制限の制限値を超えるような充電及び制限が行われないようにモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の動作を制限する。トルク上下限設定部１５０において設定されたトルク上限値及び下限値は、指令波形生成部１２０及びトルク上下限拡大部１７０へと出力される。

指令波形補正部１６０は、本発明の「指令波形補正手段」の一例であり、指令波形生成部１２０で生成された指令波形を、制御モード切替部１３０において選択されている制御モードに応じて補正する。具体的には、指令波形補正部１６０は、制御モードによって定まるモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の応答遅れに基づいて指令波形を補正する。これにより、応答遅れを有するＭＧ１及びＭＧ２においても高い精度で出力すべきキャンセルトルクを実現できる。

トルク上下限拡大部１７０は、本発明の「トルク上下限拡大手段」の一例であり、トルク上下限設定部１５０において設定されたトルクの上限値及び下限値を、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の応答遅れに基づいて拡大する。これにより、指令波形補正部１６０において補正された指令波形に対しても適切な制限が行えるようになる。

指令波形出力部１８０は、本発明の「指令波形出力手段」の一例であり、指令波形補正部１６０で補正された指令波形をモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２に出力する。

上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作について、図４を参照して説明する。ここに図４は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。

図４において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ずャンセルトルク算出部１１０において、ドライブシャフト５００における脈動トルクを相殺するためのキャンセルトルクが算出される（ステップＳ１０１）。なお、ここで算出されるキャンセルトルクは、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力されるトルクの合計値として算出される。

他方で、トルク上下限設定部１５０では、充放電制限部１４０による充放電制御の制限条件に基づいて、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２のトルク上限値及び下限値が設定される（ステップＳ１０２）。即ち、どのような充放電制限がなされているかによって、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力可能なトルク値が算出され設定される。

ここで、上述した充放電制限による出力トルクの制限について、図５を参照して、より具体的に説明する。ここに図５は、充放電制限時におけるトルク制限を示すチャートである。

図５において、エンジン２００における脈動トルクは、クランクシャフトから出力される段階では、例えば図に示すような比較的変動の大きい値である。このような脈動トルクは、出力後ドライブシャフト５００に伝達された段階では、例えば図に示すような鈍された値となる。本実施形態では、このドライブシャフト５００における脈動トルクを相殺するようにモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２からキャンセルトルク（例えば、脈動トルクの逆位相を有するトルク）を出力する。

しかしながら、バッテリ１２の充放電制限が行われている場合には、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から自由にトルクを出力できなくなる。具体的には、図に示すように、充電制限時には回生側のトルクが出力できず、放電制限時には力行側のトルクが出力できない。トルク上下限設定部１５０は、このようにして充放電制限に基づくトルク上限値及び下限値を設定する。

図４に戻り、出力すべきキャンセルトルク及びトルクの上限値及び下限値が決定すると、指令波形生成部１０３では、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の制御モードが判定される（ステップＳ１０３）。即ち、制御モード切替部１３０において、いずれの制御モードが選択されているかが判定される。

更に、指令波形生成部１０３では、コンバータによって昇圧されたシステム電圧ＶＨの変動幅が所定の閾値を超えているか否かが判定される（ステップＳ１０４）。なお、ここでの閾値は、モータジェネレータＭＧ２のみでキャンセルトルクを出力させた場合に、出力トルクが設定された上限値及び下限値を超えてしまうか否かを判定するための閾値として設定されている。

ここで、システム電圧ＶＨの変動幅が所定の閾値を超えていると判定されると（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、キャンセルトルクがＭＧ１及びＭＧ２で分担して出力されるように設定された上で（ステップＳ１０５）、指令波形が生成される（ステップＳ１０６）。即ち、ＭＧ１に対する指令波形とＭＧ２に対する指令波形とがそれぞれ生成される。なお、キャンセルトルクの分担制御については後に詳細に説明する。

一方で、システム電圧ＶＨの変動幅が所定の閾値を超えていないと判定されると（ステップＳ１０４：ＮＯ）、キャンセルトルクがＭＧ２のみで出力されるように設定され（即ち、上述したステップＳ１０５が省略され）、指令波形が生成される。即ち、この場合は、ＭＧ２に対するキャンセルトルクの指令波形のみが生成され、ＭＧ１に対するキャンセルトルクの指令波形は生成されない。

指令波形が生成されると、トルク上下限拡大部１７０において、トルク上下限設定部１３０で設定されたトルク上限値及び下限値が拡大されると共に（ステップＳ１０７）、指令波形補正部１６０において、指令波形生成部１２０で生成された指令波形が補正される（ステップＳ１０８）。そして、指令波形出力部１８０からは、指令波形補正部１６０において補正された指令波形がモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２に対して出力される（ステップＳ１０９）。

以下では、上述した指令波形の補正について、図６及び図７を参照して詳細に説明する。ここに図６は、補正前の指令波形及び補正後の指令波形を示す波形図である。また図７は、指令波形の変化及び応答遅れによる実トルクへの影響を示す概念図である。

図６において、指令波形補正部１６０では、指令波形生成部１２０で生成された指令波形に対し、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の応答遅れを示す伝達関数の微分項が加算される。よって、補正後の指令波形は、補正前の指令波形よりも微分項分だけ大きい波形となる。

より具体的には、応答遅れを示す伝達関数は、ラプラス変換子を“ｓ”、時定数を“Ｔ”とすると、１／（１＋ｓＴ）で表される。これを微分方程式にすると、Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）＋ｙ（ｔ）＝ｘ（ｔ）となる。よって、上述したように、生成された指令波形ｙ（ｔ）に対して、伝達関数の微分項Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）を加算すれば、応答遅れを考慮した指令波形ｘ（ｔ）を算出できる。

図７において、補正後の指令波形ｙ（ｔ）＋Ｔ（ｄｙ／ｄｔ）は、補正前の指令波形（即ち、出力すべきキャンセルトルク）よりも大きい波形であるが、実際にモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２で出力されるトルクは、応答遅れによってｙ（ｔ）（即ち、補正前の指令波形で示すトルク値）となる。従って、応答遅れを有するモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２においても、適切なキャンセルトルクを出力できる。

次に、補正後の指令波形に対するトルク上下限の拡大について、図８を参照して詳細に説明する。ここに図８は、補正後の指令波形及び出力される実トルクを比較例と共に示すチャートである。

図８において、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の制御モードがＰＷＭ制御モードから矩形制御モードへと切替えられる場合について考える。なお、ここでの矩形制御モードは、ＰＷＭ制御モードより応答遅れが大きいものとする。即ち、ＰＷＭ制御モードにおける伝達関数の時定数Ｔｐと矩形制御モードにおける時定数Ｔｋとの関係は、Ｔｐ＜Ｔｋであるものとする。

ＰＷＭ制御モードが矩形制御モードへと切替えられると、指令波形は、応答遅れが大きくなる分（即ち、時定数ＴｐがＴｋとなる分）より大きい波形へと補正される。このため補正後の指令波形は、図に示すように、ＰＷＭ制御モードの段階ではトルク上限値及び下限値の範囲内であったとしても、矩形制御モードへの切替後にはトルク上限値及び下限値を超える波形になり得る。

ここで仮に、本実施形態に係るトルク上下限の拡大が行われなかったとすると、矩形制御モードに切替後の指令波形は、トルク上限値及び下限値によって制限された状態で出力される。即ち、トルク上限値及び下限値を超えた部分が切り取られたような波形として出力される。しかしながら、ここでのトルク上限値及び下限値は、応答遅れが比較的小さいＰＷＭ制御モードに応じた値であるため、応答遅れが比較的大きい矩形制御モードには適した制限値ではない。よって、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から出力される実トルクは、必要以上に制限された値となってしまう。

これに対し本実施形態では、ＰＷＭ制御モードから矩形制御モードへと切替えられると同時に、トルク上限値及び下限値が矩形制御モードに適した値へと拡大される。具体的には、通常のトルク上限値及び下限値に対して微分項Ｔｋ（ｄｙ／ｄｔ）が加算される。これにより、拡大されたトルク上限値及び下限値は、矩形制御モードにおける時定数Ｔｋに対応する値となる。

このようにトルク上限値及び下限値を拡大すれば、補正により大きくなったとしても、指令波形は補正後の拡大されたトルクの上限値及び下限値の範囲内となる。従って、指令波形が必要以上に制限されてしまうことにより、本来であれば出力可能なキャンセルトルクまでもが出力できなくなってしまうという不都合を確実に防止することができる。

次に、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２でのキャンセルトルクの分担について、図９を参照して説明する。ここに図９は、システム電圧の変動とＭＧ１へのトルク振り分けとの関係を示すグラフである。

図９において、指令波形生成部１２０は、図４のステップＳ１０４でも示したように、システム電圧ＶＨの変動が所定の閾値を超えると（言い換えれば、ＭＧ２だけキャンセルトルクを出力しようとするとトルク制限にかかってしまう場合には）、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２で分担してキャンセルトルクを出力するように指令波形を生成する。具体的には、システム電圧ＶＨの変動が閾値を超えると、ＭＧ１へのキャンセルトルクの振り分け率が徐々に大きくされ、最大で５０％（即ち、ＭＧ１とＭＧ２とで均等にキャンセルトルクを分担した状態）となる。

以下では、充放電制限時のトルク配分について、図１０から図１３を参照して、より具体的に説明する。ここに図１０は、充電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示すチャートであり、図１１は、充電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示す共線図である。また図１２は、放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示すチャートであり、図１３は、放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を示す共線図である。

図１０及び図１１において、バッテリ１２の充電制限時には回生側のトルクが出力できない。このため、本実施形態では、ＭＧ１及びＭＧ２の各々から、図に示すように力行側のトルクをそれぞれ出力させる。このようにＭＧ１及びＭＧ２でトルクを分担して出力するようにすれば、充電制限によって力行側でしかトルクを出力できない場合であっても、ドライブシャフト５００におけるトルク脈動を相殺できるようなトルクを適切に出力できる。

図１２及び図１３において、バッテリ１２の放電制限時には力行側のトルクが出力できない。このため、本実施形態では、ＭＧ１及びＭＧ２の各々から、図に示すように回生側のトルクをそれぞれ出力させる。このようにＭＧ１及びＭＧ２でトルクを分担して出力するようにすれば、放電制限によって回生側でしかトルクを出力できない場合であっても、ドライブシャフト５００におけるトルク脈動を相殺できるようなトルクを適切に出力できる。

続いて、上述したトルク配分制御を行う際のＭＧ１及びＭＧ２の具体的なトルク値の変動について、図１４を参照して説明する。ここに図１４は、放電制限時におけるキャンセルトルクの配分を時系列で示すチャートである。なお、図１４は、放電制限が行われている状態（即ち、力行側のトルクが出力できない状態）でのトルク値の変動を示している。

図１４において、図中の時刻ｔ１においてシステム電圧の変動が閾値を超えたと判定されると、その時点からＭＧ１の振り分け率が徐々に大きくされる。このため、ＭＧ２のみの出力ではトルク制限値を超えると推定される時刻ｔ２には、ＭＧ１及びＭＧ２のトルク配分が５０：５０とされる。

２つのモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２からトルクが出力されると、トルクの合算値を示す波形は、周波数が２倍になる分、振幅が２分の１となる。これに対応するように、システム電圧の変動も２分の１となる。従って、時刻ｔ２以降でも、ＭＧ１及びＭＧ２の両方を用いて確実にキャンセルトルクを出力することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２から好適にキャンセルトルクを出力することができる。従って、エンジン２００のトルク脈動に起因するドライブシャフト５００の振動を効果的に抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１０…ハイブリッド駆動装置、１２…バッテリ、１００…ＥＣＵ、１１０…キャンセルトルク算出部、１２０…指令波形生成部、１３０…制御モード切替部、１４０…充放電制限部、１５０…トルク上下限設定部、１６０…指令波形補正部、１７０…トルク上下限拡大部、１８０…指令波形出力部、２００…エンジン、３１０…ＭＧ１側動力伝達機構、３２０…ＭＧ２側動力伝達機構、４１０…ダンパ、４２０…インプットシャフト、５００…ドライブシャフト、ＭＧ１，ＭＧ２…モータジェネレータ。

Claims (3)

1. 内燃機関及び電動機を含む動力要素と、前記動力要素の各々から出力されるトルクを車軸へと伝達する駆動軸と、前記電動機に対して電力を供給すると共に前記電動機で発電された電力により充電される蓄電手段とを備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記蓄電手段の充放電制限を行う充放電制限手段と、
   前記充放電制限に応じて前記電動機のトルク上限値及び下限値を設定するトルク上下限設定手段と、
   前記駆動軸における前記内燃機関の脈動トルクを相殺するキャンセルトルクを前記電動機に出力させるための指令波形を生成する指令波形生成手段と、
   前記生成された指令波形を、前記電動機の応答遅れに基づいて補正する指令波形補正手段と、
   前記補正された指令波形を前記電動機に出力することで、前記電動機から前記生成された指令波形に応じたキャンセルトルクを出力させる指令波形出力手段と、
   前記補正された指令波形に対する前記電動機のトルク上限値及び下限値を、前記電動機の応答遅れに基づいて拡大するトルク上下限拡大手段と
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記指令波形補正手段は、前記電動機の応答遅れを示す伝達関数の微分項を加算することで前記指令波形を補正し、
   前記トルク上下限拡大手段は、前記トルク上限値及び下限値の各々を前記微分項分だけ拡大する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記電動機は、第１電動機及び第２電動機を含んでおり、
   前記指令波形生成手段は、前記第１電動機及び第２電動機のいずれか一方からキャンセルトルクを出力させるだけでは、前記キャンセルトルクが前記トルク上限値及び下限値を超えてしまうと判定した場合に、前記第１電動機及び前記第２電動機で分担して前記キャンセルトルクを出力させるための前記指令波形を生成する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

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