JP2013188073A - モータの回転数制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外乱の推定値を最終トルク指令値に反映させつつ、最終トルク指令値の上限値を制限する。
【解決手段】目標回転数に第１のゲインを乗算した第１の補償値と、目標回転数および実回転数の差分に第２のゲインを乗算した第２の補償値と、実回転数およびモータの最終トルク指令値に対する規範回転数の差分を、モータの制御対象モデルＧｐ（ｓ）の逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタ（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））に通した第３の補償値との合計値をモータの最終トルク指令値ΔＴｍ’として算出し、算出した最終トルク指令値ΔＴｍ’をリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１によって制限する。第１の補償値および第２の補償値の加算値の上限は、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２によって制限する。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータの回転数制御装置に関する。

従来、操作量がリミット値を超えたらリミット値を超えた分だけ操作量をオフセットするオフセット手段と、全ての操作量がそれぞれのリミット値を超えたら偏差積分器による偏差の積分を停止する積分停止手段とを備え、全ての操作量がそれぞれのリミット値以下になると、オフセット量を緩やかに０にする制御装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１８７４６４号公報

ここで、目標回転数にゲインを乗算した第１の補償値と、目標回転数と検出回転数との差分にゲインを乗算した第２の補償値と、実応答である検出回転数と最終トルク指令値に対する規範回転数との差分を低周波通過特性を持つフィルタに通した第３の補償値の合計を最終トルク指令値とするモータの回転数制御装置について考える。この制御装置では、制御対象に周期的な外乱トルクが加わっていて、目標回転数の変化等により操作量である最終トルク指令値がリミット値を超えると、第３の補償値である外乱の推定値が操作量に反映できなくなる。この制御装置に、特許文献１の技術を適用すると、操作量がリミット値を超えないようにはなるが、第３の補償値として求められる外乱の推定値を最終トルク指令値に反映させることができなくなるという問題が生じる。

本発明は、外乱の推定値を最終トルク指令値に反映させつつ、最終トルク指令値の上限値を制限することができる技術を提供することを目的とする。

本発明によるモータの回転数制御装置は、目標回転数に第１のゲインを乗算した第１の補償値と、目標回転数および実回転数の差分に第２のゲインを乗算した第２の補償値と、実回転数およびモータの最終トルク指令値に対する規範回転数の差分を、モータの制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタに通した第３の補償値との合計値をモータの最終トルク指令値として算出し、算出した最終トルク指令値を第２の上限値によって制限する。第１の補償値および第２の補償値の加算値の上限は、第１の上限値によって制限する。

本発明によれば、外乱の推定値を最終トルク指令値に反映させつつ、最終トルク指令値の上限値を制限することができる。

図１は、第１の実施形態におけるモータの回転数制御装置を適用可能なハイブリッド駆動装置を備えたフロントエンジン・リヤホイールドライブ式ハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。 図２は、図１に示すパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。 図３は、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータの回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。 図３に示す機能ブロック線図を等価変換した機能ブロック線図である。 図５は、モータ／ジェネレータが一定回転を維持するために必要なトルクＴｆ＋Ｔｃｌ７−Ｔｅの一例を示す図である。 図６（ａ）は、図３に示す構成のうち、リミッタＬｉｍ２が無い従来の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置による制御結果の一例を示す図である。 図７は、第３の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータの回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。 図８は、第４の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータの回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。 図９は、第５の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータの回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。 図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、不感帯の特性の一例を示す図である。 図１１は、脈動トルク特性の一例を示す図である。 図１２は、第５の実施形態におけるモータの回転数制御装置による制御結果の一例を示す図である。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態におけるモータの回転数制御装置を適用可能なハイブリッド駆動装置を備えたフロントエンジン・リヤホイールドライブ式ハイブリッド車両のパワートレーンを示す図である。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンにおいては、通常の後輪駆動車と同様に、エンジン１の車両前後方向後方に自動変速機３をタンデムに配置し、エンジン１（クランクシャフト１ａ）からの回転を自動変速機３の入力軸３ａへ伝達する軸４に結合して、モータ／ジェネレータ５が設けられている。

モータ／ジェネレータ５は、モータ（電動機）として作用したり、ジェネレータ（発電機）として作用するもので、エンジン１および自動変速機３間に配置されている。

モータ／ジェネレータ５とエンジン１との間、より詳しくは、軸４とクランクシャフト１ａとの間に第１クラッチ６が介挿されており、この第１クラッチ６により、エンジン１およびモータ／ジェネレータ５間を切り離し可能に結合する。第１クラッチ６は、伝達トルク容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して、伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成されている。

モータ／ジェネレータ５と自動変速機３との間、より詳しくは、軸４と変速機入力軸３ａとの間に第２クラッチ７が介挿されており、この第２クラッチ７により、モータ／ジェネレータ５および自動変速機３間を切り離し可能に結合する。第２クラッチ７も第１クラッチ６と同様に、伝達トルク容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク容量を変更可能な湿式多板クラッチで構成されている。

自動変速機３は、複数の摩擦要素（クラッチやブレーキ等）を選択的に締結したり解放することで、これら摩擦要素の締結・解放組み合わせにより伝動系路（変速段）を決定する。従って、自動変速機３は、入力軸３ａからの回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸３ｂに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置８により左右後輪２へ分配して伝達され、車両の走行に供される。ただし、自動変速機３は、上述したような有段式のものに限られず、無段変速機であってもよい。

上述した図１のパワートレーンにおいては、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行（ＥＶ）モードが要求される場合、第１クラッチ６を解放し、第２クラッチ７を締結し、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態でモータ／ジェネレータ５を駆動すると、モータ／ジェネレータ５からの出力回転のみが変速機入力軸３ａに達することとなり、自動変速機３が入力軸３ａへの回転を、選択中の変速段に応じて変速して変速機出力軸３ｂより出力する。

変速機出力軸３ｂからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て後輪２に至り、車両をモータ／ジェネレータ５のみによって電気走行（ＥＶ走行）させることができる。

高速走行時や大負荷走行時などで用いられるハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）モードが要求される場合、第１クラッチ６および第２クラッチ７をともに締結し、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態では、第１クラッチ６の締結により始動されたエンジン１からの出力回転およびモータ／ジェネレータ５からの出力回転の双方が変速機入力軸３ａに達することとなり、自動変速機３が入力軸３ａへの回転を、選択中の変速段に応じて変速して、変速機出力軸３ｂより出力する。

変速機出力軸３ｂからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置８を経て後輪２に至り、車両をエンジン１およびモータ／ジェネレータ５の双方によってハイブリッド走行（ＨＥＶ走行）させることができる。

かかるＨＥＶ走行中において、エンジン１を最適燃費で運転させると、エネルギーが余剰となる場合、この余剰エネルギーによりモータ／ジェネレータ５を発電機として作動させることで余剰エネルギーを電力に変換し、この発電電力をモータ／ジェネレータ５のオー多駆動に用いるように蓄電しておくことで、エンジン１の燃費を向上させることができる。

図２は、図１に示すパワートレーンの制御システムを示すブロック線図である。統合コントローラ２０は、パワートレーンの動作点を統合制御する。パワートレーンの動作点は、目標エンジントルクｔＴｅと、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（回転数制御時は目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）と、第１クラッチ６の目標伝達トルク容量ｔＴｃ１と、第２クラッチ７ｓの目標伝達トルク容量ｔＴｃ２とで規定する。

統合コントローラ２０には、パワートレーンの動作点を決定するために、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転センサ１１からの信号と、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを検出するモータ／ジェネレータ回転センサ１２からの信号と、変速機入力回転数Ｎｉを検出する入力回転センサ１３からの信号と、変速機出力回転数Ｎｏを検出する出力回転センサ１４からの信号と、エンジン１の要求負荷状態を表すアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ１５からの信号と、モータ／ジェネレータ５用の電力を蓄電しておくバッテリ９の蓄電状態ＳＯＣ（持ち出し可能電力）を検出する蓄電状態センサ１６からの信号とを入力する。

なお、上記したセンサのうち、エンジン回転センサ１１、モータ／ジェネレータ回転センサ１２、入力回転センサ１３、および出力回転センサ１４はそれぞれ、図１に示すように配置することができる。

統合コントローラ２０は、上記入力情報のうち、アクセル開度ＡＰＯ、バッテリ蓄電状態ＳＯＣ、および、変速機出力回転数Ｎｏから、運転者が希望している車両の駆動力を実現可能な運転モード（ＥＶモード、ＨＥＶモード）を選択すると共に、目標エンジントルクｔＴｅ、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（回転数制御時は、目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）、目標第１クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ１、および目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２をそれぞれ演算する。

目標エンジントルクｔＴｅは、エンジンコントローラ２１に供給され、目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍ（目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍ）は、モータ／ジェネレータコントローラ２２に供給される。

エンジンコントローラ２１は、エンジントルクｔＴｅが目標エンジントルクｔＴｅとなるようにエンジン１を制御する。

モータ／ジェネレータコントローラ２２は、モータ／ジェネレータ５をトルク制御する時、そのトルクＴｍが目標モータ／ジェネレータトルクｔＴｍとなるよう、また、モータ／ジェネレータ５を回転数制御する時、その回転数Ｎｍが目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍとなるよう、バッテリ９およびインバータ１０を介して、モータ／ジェネレータ５を制御する。

統合コントローラ２０は、目標第１クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ１および目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２に対応したソレノイド電流を第１クラッチ６および第２クラッチ７の締結制御ソレノイド（不図示）に供給し、第１クラッチ６の伝達トルク容量ｔＴｃ１が目標伝達トルク容量ｔＴｃ１に一致するよう、また、第２クラッチ７の伝達トルク容量ｔＴｃ２が目標第２クラッチ伝達トルク容量ｔＴｃ２に一致するよう、第１クラッチ６および第２クラッチ７を個々に締結力制御する。

図３は、第１の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。説明を容易にするために、以下ではまず、リミッタＬｉｍ１およびリミッタＬｉｍ２を省いた構成について説明する。

制御対象である車両モデルＧｐ（ｓ）は、制御対象イナーシャ項をＪとし、制御対象粘性項をＣとすると、次式（１）で表される。

Ｇｐ（ｓ）＝１／（Ｊ・Ｓ＋Ｃ） …（１）
ここで、制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃについて、以下で説明する。

図１に代表的に示すごとく、図１に示したハイブリッド車両用パワートレーンの第１クラッチ６よりもエンジン側におけるエンジンイナーシャ項をＪ１、エンジン粘性項をＣ１とし、第１クラッチ６および第２クラッチ７間におけるモータイナーシャ項をＪ２、モータ粘性項をＣ２とし、第２クラッチ７よりも駆動車輪側における車両イナーシャ項をＪ３、車両粘性項をＣ３とすると、制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃはそれぞれ、第１クラッチ６および第２クラッチ７の状態の組み合わせ（クラッチ状態）に応じて変化する。

なお、イナーシャ項Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３および粘性項Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ、実験等により予め求めておくことができる。

つまり、第１クラッチ６および第２クラッチ７が共に解放したクラッチ状態（ＣＬ１）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ２となる。

第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７が解放したクラッチ状態（ＣＬ２）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２となる。

第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７が締結したクラッチ状態（ＣＬ３）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２＋Ｊ３となり、制御対象粘性項ＣはＣ２＋Ｃ３となる。

第１クラッチおよび第２クラッチ７が共に締結したクラッチ状態（ＣＬ４）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２＋Ｊ３となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２＋Ｃ３となる。

第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ５）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ２となる。

第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ６）においては、制御対象イナーシャ項ＪはＪ１＋Ｊ２となり、制御対象粘性項ＣはＣ１＋Ｃ２となる。

図３に示す構成のフィードバック制御においては、これら制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃを用いた式（１）で表される制御対象（車両）モデルＧｐ（ｓ）を第１クラッチ６および第２クラッチ７の状態に応じて切り替えて制御するが、図１から明らかなように、第１クラッチ６が解放し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ５）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ２はそれぞれ、第１クラッチ６および第２クラッチ７が共に解放したクラッチ状態（ＣＬ１）の制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ２と同じである。また、第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７がスリップしているクラッチ状態（ＣＬ６）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２はそれぞれ、第１クラッチ６が締結し、第２クラッチ７が解放したクラッチ状態（ＣＬ２）での制御対象イナーシャ項Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２および制御対象粘性項Ｃ＝Ｃ１＋Ｃ２と同じである。従って、これら制御対象イナーシャ項Ｊおよび制御対象粘性項Ｃを用いた式（１）で表される制御対象（車両）モデルＧｐ（ｓ）は、第２クラッチ７がスリップ状態である時と、第２クラッチ７が解放状態である時とは同じである。

従って、一般的な通常のフィードバック制御によってモータ／ジェネレータ５の回転制御を行うと、第２クラッチ７がスリップ状態である時のクラッチ伝達トルクも車両モデルのフリクションと共にフィードバックループで補償することになり、アクセル操作にともなう第２クラッチ７のスリップ時伝達トルクの変化分に対応した補償量がフィードバックループ（積分器）に蓄積され、第２クラッチ７がスリップ状態と非スリップ状態との間で状態変化する過渡時において、上記の蓄積補償分が放出され終わるまで、モータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを指令値ｔＮｍに一致させることができず、モータ／ジェネレータ５の回転制御応答性が悪くなるという問題を生ずる。

そこで、本実施形態では、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数を指令値ｔＮｍに一致させるように回転数制御するに際し、この制御を特に図３の機能ブロック線図に示すごとく行うようにする。

つまり、図３に示すモータ／ジェネレータ５の回転数制御ブロックは、外乱抑制応答時定数τｈを用いた伝達関数Ｈ（ｓ）＝１／（１＋τｈ・ｓ）のローパスフィルタＬＰＦと、このローパスフィルタＬＰＦおよび上記制御対象モデルの逆系｛１／Ｇｐ（ｓ）｝の組み合わせになる位相補償器ＩＮＶと、指令値追従応答時定数τｍを用いた伝達関数Ｋ１＝（Ｊ・τｍ・Ｃ）／τｍのモデルマッチング項ＭＭ１と、モデルマッチング項ＭＭ１の伝達関数Ｋ１および制御対象粘性項Ｃを用いた伝達関数Ｋ２＝（Ｃ＋Ｋ１）／Ｋ１のモデルマッチング項ＭＭ２とを備える。

図３においてはまず、目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍをモデルマッチング項ＭＭ２に通過させてモデルマッチングした後の目標モータ／ジェネレータ回転数ｔＮｍから、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを差し引いて両者間のモータ／ジェネレータ回転数偏差を求める。

そして、このモータ／ジェネレータ回転数偏差をモデルマッチングＭＭ１に通過させて、モータ／ジェネレータ回転数偏差をなくすためのモータ／ジェネレータトルク補正量であるモデルマッチング出力ΔＴｍを求める。

位相補償器ＩＮＶは、モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍを発生するモータ／ジェネレータトルクを求め、ローパスフィルタＬＰＦは、制御対象へのモータ／ジェネレータトルク補正量（最終トルク指令値）ΔＴｍ’に対してフィルタ処理を施し、位相補償器ＩＮＶからのモータ／ジェネレータトルクと、ローパスフィルタＬＰＦからのフィルタ処理後のモータ／ジェネレータトルク補正量ΔＴｍ’との間におけるモータ／ジェネレータトルク偏差演算により、制御対象に加わる外乱の推定値Ｄｅｓｔ（外乱オブザーバ出力）を求め、モデルマッチング出力ΔＴｍから外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔを差し引いて、制御対象へのモータ／ジェネレータトルク補正量（最終トルク指令値）ΔＴｍ’とする。

ここまでは、説明を容易にするために、リミッタＬｉｍ１およびリミッタＬｉｍ２を省略した構成について説明したが、以下では、リミッタＬｉｍ１およびリミッタＬｉｍ２を含めた構成について説明する。

モデルマッチング項ＭＭ１の出力は、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２によって上限が制限される。上限値Ｔｌｉｍ２は、最終トルク指令値ΔＴｍ’がリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１以下となるような値とする。

また、リミッタＬｉｍ２で制限された値と、外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔとの差分であるトルク補正量（最終トルク指令値）ΔＴｍ’は、上下限リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１によって上限が制限される。すなわち、上下限リミッタＬｉｍ１による制限後のリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limが制御対象（車両）モデルＧｐ（ｓ）に入力される。

このような構成とすることにより、外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔの情報（例えば、モータと同軸上にあるエンジンの周期的なトルク脈動を抑制するための補償値など）までリミットされてしまうのを防ぐことができる。すなわち、外乱オブザーバ出力を上下限リミッタＬｉｍ１による制限後のリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させることができる。

ここで、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２を過剰に低く設定すると、モデルマッチング項ＭＭ１の出力が必要以上に低い値で制限されてしまい、目標回転数変化に対し、実回転数が追従しない弊害が発生する。この弊害を回避するため、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２は、実回転数を目標回転数に追従させるために必要な最低限の値以上とする必要がある。

目標回転数に追従させるためのモデルマッチング出力上限値の条件は、モデルマッチング出力上限トルクＴｒｑを用いて規範回転数定常値を演算した場合に、その回転数が目標回転数以上になることである。規範回転数は、Ｎｍ＝１／（Ｊｓ＋Ｃ）・Ｔｒｑであり、規範回転数が目標回転数以上となるためのモデルマッチング出力上限トルクＴｒｑは、Ｃ・ｔＮｍ（制御対象粘性項×目標回転数）となる。すなわち、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２は、モータの目標回転数と粘性項から求まるフリクショントルクの値より大きい値とする。

図４は、図３に示す機能ブロック線図を等価変換した機能ブロック線図である。モータ／ジェネレータ回転数Ｎｍと、トルク補正量ΔＴｍ’に対する規範回転数（Ｇｐ（ｓ）×ΔＴｍ’）との差分を、制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタ（Ｈ（ｓ）／Ｇｐ（ｓ））に通した値が外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔとなる。

以上、第１の実施形態におけるモータの回転数制御装置によれば、目標回転数に第１のゲインを乗算した第１の補償値と、目標回転数および実回転数の差分に第２のゲインを乗算した第２の補償値と、実回転数および最終トルク指令値に対する規範回転数の差分を、制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタに通した第３の補償値との合計値をモータの最終トルク指令値として算出し、算出した最終トルク指令値を上限値Ｔｌｉｍ１によって制限する。このとき、第１の補償値および第２の補償値の加算値の上限を第１の上限値Ｔｌｉｍ２によって制限するので、最終トルク指令値の上限値を制限する場合に、第３の補償値として算出される外乱オブザーバ出力がリミットされてしまうのを防ぐことができ、外乱オブザーバ出力を最終トルク指令値に反映させることができる。

また、最終トルク指令値の上限を第２の上限値Ｔｌｉｍ１によって制限するが、第１の上限値Ｔｌｉｍ２は、最終トルク指令値が第２の上限値Ｔｌｉｍ１以下となるような値に設定されている。これにより、第３の補償値として算出される外乱オブザーバ出力がリミットされてしまうのを確実に防ぐことができ、外乱オブザーバ出力を最終トルク指令値に反映させることができる。

さらに、第１の上限値Ｔｌｉｍ２は、モータの目標回転数と粘性項から求まるフリクショントルクの値より大きい値とすることにより、モデルマッチング出力ΔＴｍが過剰に制限されてしまうのを防ぐことができるので、目標回転数の変化に対する実回転数の応答遅れが生じるのを防ぐことができる。

−第２の実施形態−
第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置では、リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１に、モータに加わる外乱トルクの中心値を加算した値を、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２に設定する。これにより、モデルマッチング出力の利用可能トルク範囲が広がるため、目標回転数が変化した時等において、回転数応答が低下するのを抑制することができる。

図１のハイブリッド車両において、第１クラッチ６が締結状態、第２クラッチ７がスリップ状態で、モータ／ジェネレータ５を回転数制御で運転する場合を例に挙げて説明する。

モータ／ジェネレータ５に加わる外乱トルクは、エンジン１の発生するトルクＴｅ、第２クラッチ７のスリップにより発生する伝達トルク−Ｔｃｌ７、フリクショントルク−Ｔｆである。このとき、モータ／ジェネレータ５が一定回転を維持するために必要なトルクは、Ｔｆ＋Ｔｃｌ７−Ｔｅとなる。

図５は、モータ／ジェネレータ５が一定回転を維持するために必要なトルクＴｆ＋Ｔｃｌ７−Ｔｅの一例を示す図である。この場合、リミッタＬｉｍ１の上限トルクＴｌｉｍ１に対して利用可能なトルクは、Ｔｌｉｍ１−（Ｔｆ＋Ｔｃｌ７−Ｔｅ）＝Ｔｌｉｍ１＋（−Ｔｆ−Ｔｃｌ７＋Ｔｅ）、すなわち、上限トルクＴｌｉｍ１＋外乱トルクとなる。

この利用可能トルクは、エンジン１のトルク脈動を含んでおり、そのままリミッタＬｉｍ２の上限値とすると、リミッタＬｉｍ２が脈動してしまい、結果として外乱オブザーバ出力を正しく反映できない。そこで、リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１に外乱トルクの中心値を加算した値をリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２とする。これにより、最終トルク指令値ΔＴｍ’をリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１まで使い、かつ、外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔに含まれる周期外乱を抑制するための補償量の正側の値を最終トルク指令値に反映することが可能となる。

リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１に外乱トルク中心値を加算した値は、Ｔｌｉｍ１＋（−ｔＴｆ−ｔＴｃｌ７＋ｔＴｅ）であり、ここでのｔＴｅはエンジン１へのトルク指令値、ｔＴｃｌ７は第２クラッチ７へのトルク容量指令値、ｔＴｆはＣ・ｔＮｍを用いる。

図６（ａ）は、図３に示す構成のうち、リミッタＬｉｍ２が無い従来の制御装置による制御結果の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置による制御結果の一例を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）において、上の図は、モータ／ジェネレータ５の回転数および回転数指令値を示しており、下の図は、モータトルク指令値を示している。

図６（ａ）および図６（ｂ）では、回転数指令値の上昇に伴い、モータトルク指令値が上昇して、上限値で制限されている区間がある。図６（ａ）に示すように、従来の制御装置では、モータトルク指令値が上限値で制限されている区間では、外乱オブザーバ出力による振動抑制成分がモータトルク指令値に反映されていないが、第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置では、モータトルク指令値が上限値で制限されている区間において、振動抑制成分の下半分はモータトルク指令値に反映されている。

以上、第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置によれば、第２の上限値Ｔｌｉｍ１とモータ／ジェネレータ５に加わる外乱トルクの中心値の和を第１の上限値Ｔｌｉｍ２とするので、外乱オブザーバ出力に含まれる周期外乱を抑制するための補償値の正側の値を最終トルク指令値ΔＴｍ’に反映させつつ、最終トルク指令値をその上限リミット値まで使うことが可能となる。

−第３の実施形態−
図７は、第３の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。

第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置では、第２の上限値Ｔｌｉｍ１とモータ／ジェネレータ５に加わる外乱トルクの中心値の和を第１の上限値Ｔｌｉｍ２とした。

第３の実施形態では、モータ／ジェネレータ５に加わる外乱トルク中心値として、ＩＮＶ出力とＬＰＦ出力との差分により求められる外乱トルクの情報をローパスフィルタに通した値を用いる。推定された外乱情報は、エンジン１の定常トルク、クラッチ伝達トルク、フリクショントルクの他に、例えばエンジン１の回転周期に比例するトルク脈動の情報などを含んでおり、ローパスフィルタを通すことにより、外乱トルク情報のうち、周期脈動トルクの情報のみを落とし、残りのエンジン定常トルク、クラッチ伝達トルク、フリクショントルクの和を得ることができる。この値を使うことで、より精度よくリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２を決めることができる。

図５中のローパスフィルタＬＰＦ２の時定数は、予め知り得る周期外乱の周波数に対して、それより低い周波数通過特性となる値を選択する。

以上、第３の実施形態におけるモータの回転数制御装置によれば、モータに加わる外乱トルクの中心値を、モータ／ジェネレータ５の実回転数と、最終トルク指令値に対する規範回転数との差分を、制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタに通すことによって得られる値とした。これにより、第２の実施形態におけるモータの回転数制御装置に対して、さらに精度良く最終トルク指令値をその上限リミット値まで使うことが可能となる。

−第４の実施形態−
第２および第３の実施形態では、推定された周期外乱の正側の値のみをリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させることができる。第４の実施形態では、推定された周期外乱の正側および負側の値をリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させる。

図８は、第４の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。

リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２は、通常はリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１（あるいは、モータ／ジェネレータ５が出力可能な上限値までの値を取り得る）とし、最終トルク指令値ΔＴｍ’とリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limの差分を積分器ＳＳによって積分した値で補正する。すなわち、リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１から、積分器ＳＳの積分値を減算した値を、リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２に設定する。これにより、最終トルク指令値ΔＴｍ’がリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１以下となるまでリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２が低下するので、外乱オブザーバ出力Ｄｅｓｔに含まれる周期外乱の正負全ての情報をリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させることができる。

なお、この制御方法では、一度リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２の補正が入ると、自動的には補正が解除されないため、ΔＴｍがリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２を下回ったことを条件に、補正を解除する必要がある。

以上、第４の実施形態におけるモータの回転数制御装置によれば、最終トルク指令値と、第２の上限値Ｔｌｉｍ１によって上限値が制限された最終トルク指令値との差分を積分して積分値を算出し、第２の上限値Ｔｌｉｍ１を積分値で補正した値を第１の上限値Ｔｌｉｍ２とする。これにより、最終トルク指令値に含まれる周期外乱を抑制する補正量全てがリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに含まれるまで、第１の上限値Ｔｌｉｍ２を補正するので、外乱オブザーバ出力に含まれる周期外乱の正負全ての情報をリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させることができる。

−第５の実施形態−
第４の実施形態では、一度リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２の補正が行われると、自動的に補正が解除されないため、ΔＴｍがリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２を下回ったことを条件に補正量をクリアする必要がある。これに対して、第５の実施形態では、ΔＴｍがリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２を下回った場合に、自動的に補正量をクリアする。

図９は、第５の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラがモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図である。

リミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２は、通常は、リミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１とし、最終トルク指令値ΔＴｍ’とリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１との差分を積分器ＳＳによって積分した値で補正する。補正方法は、Ｔｌｉｍ２＝Ｔｌｉｍ１−積分値とする。

積分器ＳＳの前には、不感帯設定器ＦＦが設けられている。不感帯設定器ＦＦは、最終トルク指令値ΔＴｍ’とリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１との偏差が０から負側のある値までにある場合に、積分器ＳＳに入力する値を０とする。すなわち、積分器ＳＳに入力する偏差を、０から負側のある値までを０とする不感帯に通すことで、トルク飽和時にモータ／ジェネレータ５に加わる周期外乱をリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映しつつ、トルク飽和が解除された後に、自動的にこの補正を解除することができる。積分器ＳＳは、積分の下限値を０とする。この方法により、必要なときだけリミットを低下させるため、普段は最大限トルクを利用可能である。また、最終トルク指令値ΔＴｍ’がリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１以下になった場合も、素早くリミッタＬｉｍ２の上限値Ｔｌｉｍ２の補正を解除することが可能となる。

図１０（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、不感帯設定器ＦＦの不感帯の特性の一例を示す図である。図１０（ａ）、（ｂ）ではいずれも、偏差の０から負側のある値までを０とする不感帯が設けられているが、図１０（ｂ）に示す特性では、図１０（ａ）に示す特性に対して、偏差が負側のある値以下の出力がａだけプラス側にオフセットされている。

また、図１１は、脈動トルク特性の一例を示す図である。不感帯を設ける０から負側のある値までの範囲は、予め測定可能であるエンジントルク脈動の範囲をカバーする範囲、すなわち、図１０に示すａと図１１に示すｂとの関係をａ＞ｂとすることが考えられる。

図１２は、第５の実施形態におけるモータの回転数制御装置による制御結果の一例を示す図である。図１２（ａ）の上の図は、モータ／ジェネレータ５の回転数および回転数指令値を示しており、下の図は、モータトルク指令値を示している。また、図１２（ｂ）の上の図は、リミッタＬｉｍ１の入力および出力をそれぞれ示しており、下の図は、積分器ＳＳの出力を示している。図１２（ａ）の下の図に示すように、モータトルク指令値が上限値で制限されている区間においても、外乱オブザーバ出力による振動抑制成分が全て、リミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映されている。

以上、第５の実施形態におけるモータの回転数制御装置によれば、第４の実施形態と同様に、最終トルク指令値と、第２の上限値Ｔｌｉｍ１によって上限値が制限された最終トルク指令値との差分を積分して積分値を算出し、第２の上限値Ｔｌｉｍ１を積分値で補正した値を第１の上限値Ｔｌｉｍ２とするので、外乱オブザーバ出力に含まれる周期外乱の正負全ての情報をリミット後最終トルク指令値ΔＴｍ’_limに反映させることができる。特に、積分器ＳＳに入力する差分のうち、０から負側の所定値までの範囲にある値を０とするので、最終トルク指令値ΔＴｍ’がリミッタＬｉｍ１の上限値Ｔｌｉｍ１以下になった場合に、素早く第１の上限値Ｔｌｉｍ２の補正を解除することが可能となる。

本発明は、上述した各実施形態に限定されることはない。例えば、第１の実施形態におけるモータの回転数制御装置において、モータ／ジェネレータコントローラ２２がモータ／ジェネレータ５の回転数Ｎｍを目標回転数ｔＮｍに一致させるように回転数制御する時の機能ブロック線図を図３として示すとともに、その等価回路を図４として示したように、機能ブロック線図は適宜、等価な回路に置き換えることができる。

また、各実施形態における制御は、適宜組み合わせて用いることができる。

５…モータ／ジェネレータ
１２…モータ／ジェネレータ回転センサ（実回転数検出手段）
２２…モータ／ジェネレータコントローラ（目標回転数算出手段、トルク指令値算出手段）
Ｌｉｍ１…リミッタ（第２の上限制限手段）
Ｌｉｍ２…リミッタ（第１の上限制限手段）
ＦＦ…不感帯設定器（零制限手段）
ＳＳ…積分器（積分手段）

Claims (7)

1. モータの目標回転数を算出する目標回転数算出手段と、
   前記モータの実回転数を検出する実回転数検出手段と、
   前記目標回転数に第１のゲインを乗算した第１の補償値と、前記目標回転数および前記実回転数の差分に第２のゲインを乗算した第２の補償値と、前記実回転数およびモータの最終トルク指令値に対する規範回転数の差分を、モータの制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタに通した第３の補償値との合計値をモータの最終トルク指令値として算出するトルク指令値算出手段と、
   前記第１の補償値および前記第２の補償値の加算値の上限を第１の上限値によって制限する第１の上限制限手段と、
   前記最終トルク指令値の上限を第２の上限値によって制限する第２の上限制限手段と、
   を備えることを特徴とするモータの回転数制御装置。
2. 請求項１に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記第１の上限値は、前記最終トルク指令値が前記第２の上限値以下となるような値に設定されている、
   ことを特徴とするモータの回転数制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記第１の上限値は、前記モータの目標回転数と粘性項から求まるフリクショントルクの値より大きい値である、
   ことを特徴とするモータの回転数制御装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記第１の上限値は、前記第２の上限値と前記モータに加わる外乱トルクの中心値の和である、
   ことを特徴とするモータの回転数制御装置。
5. 請求項４に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記モータに加わる外乱トルクの中心値は、前記実回転数と、前記最終トルク指令値に対する規範回転数との差分を、前記制御対象モデルの逆モデルおよび低周波通過特性を有するフィルタに通すことによって得られる値である、
   ことを特徴とするモータの回転数制御装置。
6. 請求項１に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記最終トルク指令値と、前記第２の上限制限手段によって上限値が制限された最終トルク指令値との差分を積分する積分手段をさらに備え、
   前記第１の上限値は、前記第２の上限値を、前記積分手段による積分値で補正した値である、
   ことを特徴とするモータの回転数制御装置。
7. 請求項１に記載のモータの回転数制御装置において、
   前記最終トルク指令値と前記第２の上限値との差分を積分する積分手段をさらに備え、
   前記最終トルク指令値と前記第２の上限値との差分が０から負側の所定値までの範囲にある場合に、前記積分器に入力する値を０とする零制限手段をさらに備え、
   前記第１の上限値は、前記第２の上限値を、前記積分手段による積分値で補正した値である、
   ることを特徴とするモータの回転数制御装置。

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