JP2016059251A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバの学習機会が増え、早期に学習が完了可能な車両を提供する。
【解決手段】車両１は、モータ２０と、モータ２０の回転角を検出するレゾルバ２３と、モータ２０の回転を変速して駆動輪５０を回転させる駆動軸に伝達する自動変速機４０と、レゾルバ２３の誤差を補正する学習制御および自動変速機４０の変速制御を行なうＥＣＵ１００とを備える。ＥＣＵ１００は、学習制御を実行する場合には、学習制御を実行しない場合よりも、所定の車速において変速比が大きくなるように自動変速機４０を制御する。このように、自動変速機４０が制御されることによって、低速で車両が走行している場合にもモーター２０の回転速度が、レゾルバ２３の学習制御が可能な回転速度に到達しやすくなる。このため、レゾルバ２３の学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は車両に関し、特に、モータの回転角を検出するレゾルバの誤差を補正する学習制御に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両には、駆動力を発生するモータが搭載されている。モータを精度よく制御するには、モータの回転角を検出することが必要である。レゾルバは、非常にシンプルな構造であるとともに、温度・振動・オイル環境が非常に過酷な状況下で正常にかつ高精度な角度検出を可能にする回転角センサであり、電動車両に広く用いられている。

レゾルバが出力する電気信号は、レゾルバのロータとステータ間の軸心のずれ等に起因する誤差を含んでいることが知られている。特開２０１３−７２６８６号公報は、レゾルバを用いて検出された回転角に含まれる誤差を適切に補正する技術を開示する。

特開２０１３−７２６８６号公報

モータを精度よく制御するためには、レゾルバの誤差を補正しその結果を記憶する学習制御を行なうことが望ましい。このようなモータのレゾルバ学習制御を行なうためには、モータの回転速度が所定速度以上である必要がある。モータの回転速度が所定速度以上であると、モータの回転角は均等に増加するとみなすことができるので、レゾルバの検出角度の変化量に揺らぎが生ずるとこれを誤差と考えることができる。

一般にモータを使用するシステムは、モータが低回転でも高トルクを出力可能であるため、変速機を設けないものが多い。しかし、ハイブリッド自動車は、低回転では高トルクを出力できない内燃機関を併用するので、自動変速機を組み入れる場合がある。また、電気自動車であっても、高速走行時の加速性能を強化するためなどに自動変速機を組み入れることが考えられる。

このようにモータの出力軸に自動変速機が組み込まれた車両では、自動変速機による回転速度制御が可能であるがゆえに、モータの回転速度を低く抑えるように制御されることもある。したがって、レゾルバの学習制御を行なう機会が思うように確保できない可能性がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、レゾルバの学習機会が増え、早期に学習が完了可能な車両を提供することである。

本発明は、要約すると、車両であって、モータと、モータの回転角を検出するレゾルバと、モータの回転を変速して駆動輪を回転させる駆動軸に伝達する自動変速機と、レゾルバの誤差を補正する学習制御および自動変速機の変速制御を行なう制御装置とを備える。学習制御が実行中である場合の自動変速機の変速段が、学習制御が非実行中である場合の自動変速機の変速段よりも、小さく設定される車速が存在する。

このように、自動変速機が制御されることによって、上記の車速で車両が走行している場合にモーターの回転速度が、レゾルバの学習制御が可能な回転速度に到達しやすくなる。このため、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

好ましくは、制御装置は、学習制御が完了する前は、ゼロから所定の車速に至るまで自動変速機の変速段を所定の変速段よりもシフトアップしないように自動変速機を制御し、学習制御が完了した後は、ゼロから所定の車速に至るまでに自動変速機の変速段を所定の変速段よりもシフトアップするように自動変速機を制御する。

好ましくは、制御装置は、学習制御が完了する前は、ゼロから所定の車速に至るまで自動変速機の変速段を第１速に固定し、学習制御が完了した後は、ゼロから所定の車速に至るまでに自動変速機の変速段を第１速から第２速にシフトアップする。

このように、自動変速機が制御されることによって、低速で車両が走行しており、モータの回転速度がレゾルバの学習制御に必要な回転速度に到達しにくい場合であっても、モーターの回転速度が、レゾルバの学習制御が可能な回転速度に到達しやすくなる。このため、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

好ましくは、制御装置は、レゾルバの出力に基づいてモータの駆動制御をさらに実行する。このような構成では、レゾルバの学習制御が早期に完了するので、精度の高いモーターの駆動制御を早期に開始することができる。

好ましくは、車両は、内燃機関をさらに備える。すなわち、モーターと内燃機関とをそなえるハイブリッド車両においても、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

より好ましくは、内燃機関のトルクを受けて発電を行なう発電機をさらに備える。すなわち、モーターと内燃機関とを備えるシリーズ方式またはシリーズパラレル方式のハイブリッド車両においても、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

実施の形態１の車両１の全体構成図である。 車速の変化とモーター回転速度の関係の一例を示した図である。 本実施の形態で実行される変速制御を説明するための波形図である。 本実施の形態において、ＥＣＵが実行する変速制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の車両２０１の全体構成図である。 実施の形態３の車両３０１の全体構成図である。 モータジェネレータ、エンジンの各回転速度と駆動軸の回転速度との関係を説明するための図である。 自動変速機が第２速に設定された結果、ＭＧ２回転速度Ｎｍがレゾルバ学習制御可能なしきい値Ｎｍｔを超えない状態を示した図である。 自動変速機が第１速に設定された結果、ＭＧ２回転速度Ｎｍがレゾルバ学習制御可能なしきい値Ｎｍｔを超えた状態を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の車両１の全体構成図である。車両１は、エンジン１０と、クラッチ１２と、モータ２０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２１と、バッテリ２２と、トルクコンバータ３０と、自動変速機４０と、駆動輪５０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを含む。

エンジン１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０のクランク軸とモータ２０の回転軸とは、クラッチ１２を介在させて連結される。

モータ２０の回転軸は、エンジン１０のクランク軸とトルクコンバータ３０の入力軸との間の動力伝達経路上に連結される。トルクコンバータ３０の出力軸は、自動変速機４０の入力軸に連結される。自動変速機４０の出力軸は、差動装置を介在させて駆動輪５０に連結される。

モータ２０は、たとえば、三相交流回転電機である。モータ２０は、バッテリ２２からＰＣＵ２１を経由して供給される電力によって駆動される。

バッテリ２２は、モータ２０を駆動するための直流電力を蓄える蓄電装置である。バッテリ２２の電圧は、たとえば２００Ｖ程度の高電圧である。バッテリ２２は、代表的にはニッケル水素電池やリチウムイオン電池を含んで構成される。なお、バッテリ２２に代えて、大容量のキャパシタも採用可能である。

エンジン１０およびモータ２０の少なくとも一方の動力がトルクコンバータ３０および自動変速機４０を経由して駆動輪５０に伝達される。すなわち、車両１は、エンジン１０およびモータ２０の少なくとも一方の動力を用いて走行可能なハイブリッド車両である。

また、バッテリ２２を充電する必要がある場合（たとえばバッテリ２２の残存容量が所定値未満に低下した場合）やデフロスターや空調装置などの電気負荷をユーザが作動させた場合などに、モータ２０は、エンジン１０の動力の一部を用いて発電するジェネレータとして機能するように制御される。

自動変速機４０は、変速比（自動変速機４０の出力軸に対する入力軸の比）が異なる複数のギヤ段を選択的に形成可能な有段式自動変速機である。車両１を前進走行させる場合、自動変速機４０においては、最も低速側（最も変速比の大きい側）の１速から最も高速側（最も変速比の小さい側）の上限ギヤ段までの間のいずれかのギヤ段が形成される。

さらに、図示していないが、車両１には、ユーザによるアクセルペダル踏み込み量、バッテリ２２の状態（たとえば残存容量、温度、電流、電圧など）、エンジン回転速度、車速など、車両１を制御するために必要なさまざまな物理量を検出するための複数のセンサが設けられる。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ１００に送信する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵する。ＥＣＵ６０は、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて車両１の各機器を制御する。

ＥＣＵ１００は、ユーザによるアクセルペダル踏み込み量などに基づいて車両１に要求される走行パワー（以下「要求走行パワー」という）を算出するとともに、バッテリ２２の残存容量や電気負荷の作動状態などに基づいてバッテリ２２に要求される充電パワー（以下「要求充電パワー」という）を算出する。なお、バッテリ２２の充電パワーは、モータ２０の発電パワーによって賄われる。したがって、要求充電パワーは、モータ２０の要求発電パワーに相当する。

ＥＣＵ１００は、要求走行パワーに要求充電パワーを加えた値を要求エンジンパワーとして算出する。ＥＣＵ１００は、算出された要求エンジンパワーをエンジン１０が出力することができるように自動変速機４０の最適ギヤ段（要求ギヤ段）を決定する。

図１に示した構成では、モータ２０の制御には、レゾルバ２３で検出されＥＣＵ１００に送信された回転角が使用される。通常、レゾルバが出力する電気信号はアナログ信号であり、図示しないレゾルバ−デジタル変換回路によって算出装置で演算可能なデジタル信号に変換された後、ＥＣＵ１００に出力される。ＥＣＵ１００は、レゾルバ−デジタル変換回路からのデジタル信号を用いてモータの回転角θｍを検出（算出）する。

レゾルバが出力する電気信号は、レゾルバのロータとステータ間の軸心のずれ等に起因する誤差を含んでいることが知られている。モータを精度よく制御するためには、レゾルバの誤差を補正しその結果を記憶する学習制御を行なうことが望ましい。

しかし、モータの出力軸に自動変速機を組み込んだ場合、レゾルバの誤差補正の機会がなかなか得られない場合がある。モータのレゾルバ学習制御を行なうためには、モータの回転速度が所定速度以上である必要がある。車両が速やかに加速し高速走行をすれば、モータの回転速度はすぐに所定速度に達するので特に問題は生じないが、車両がずっと低速で走行する場合にはレゾルバの学習制御を行なう機会がなかなか得られず問題となる。

この問題について、図を用いて具体的に説明する。
図２は、車速の変化とモーター回転速度の関係の一例を示した図である。図２では、車速が時刻ｔ０から時間の増加に比例して増加した場合を示している。時刻ｔ０〜ｔ１では、自動変速機４０は、第１速のギヤ段に設定されている。この間モータ２０の回転速度は、時間の増加に伴い増加している。車速が増加して、時刻ｔ１（車速Ｖｋ１)において自動変速機４０のギヤ段が第１速から第２速に変速される。するとモータ２０の回転速度は、一旦低下し、時刻ｔ１以降増加していく。

ここで、レゾルバ２３の学習制御が可能なモータ２０の回転速度は、しきい値Ｎｍｔ以上であるとする。図２に示されるように変速制御が実行されると、車速Ｖｋ１２未満の低速走行をする限り、モータ２０の回転速度は、しきい値Ｎｍｔを超えないので、レゾルバ２３の学習制御の機会が得られない。そこで、本実施の形態では、レゾルバ２３の学習制御が完了するまでは、通常とは異なる変速制御を自動変速機４０に適用する。

図３は、本実施の形態で実行される変速制御を説明するための波形図である。図３に示すように、本実施の形態では、車速が増加しても、時刻ｔ１２まではギヤ段を第１速に固定し、第２速へのシフトは行なわないように自動変速機４０が制御される。すると、時刻ｔ１１以降は、モータ回転速度がしきい値Ｎｍｔを超えるので、レゾルバ２３の学習制御が可能となり、早期にレゾルバ２３の学習制御が完了する。

なお、時刻ｔ１２で変速が行なわれているが、このときの車速は、第２速に設定されてもモータ回転速度がしきい値Ｎｍｔ以上となる車速（Ｖｋ１２とする）であることが好ましい。

そして、レゾルバ２３の学習制御が完了すると、自動変速機４０の変速制御は、図２に示されるような制御に変更される。図２においては車速Ｖｋ１（＜Ｖｋ１２）において変速が実行される。

学習制御が完了する前（図３）と学習制御が完了した後（図２）の変速段を比較すると、所定の車速において、図２に示した制御では第２速に変速機が設定されるが、図３に示した制御では第１速が設定される。この所定の車速は、１点でもよいが、所定の幅を有する車速域（図３ではＶｋ１〜Ｖｋ１２）であってもよい。

なお、必ずしも第１速の変速段で学習制御を行なう必要はない。したがって、所定の車速において、モータの回転速度がしきい値Ｎｍｔ以上となる機会を得るために、学習制御が完了する前と学習制御が完了した後の変速段を比較すると、学習制御が完了する前である場合の変速段が、学習制御が完了した後である場合の変速段よりも、小さく（低速段に）設定される車速が存在していればよい。

言い換えると、学習制御が実行中である場合の変速段（たとえば、第１速、第２速など）が、学習制御が非実行中である場合の変速段（たとえば、第２速、第３速など）よりも、小さく（低速段に）設定される車速が存在していればよい。

図４は、本実施の形態において、ＥＣＵが実行する変速制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとをまたは所定の条件が成立することに呼び出されて実行される。図４を参照して、ステップＳ１において、レゾルバ２３の誤差補正の学習制御が完了したか否かが判断される。

ステップＳ１において、レゾルバ２３の誤差補正の学習制御が完了していない場合（ステップＳ１でＮＯ）には、ステップＳ２に処理が進められ、低ギヤ段に保持するように自動変速機４０が制御される。その結果、たとえば、図３に示したように自動変速機４０が第１速に設定されている時間が長くなる。

一方で、ステップＳ１において、レゾルバ２３の誤差補正の学習制御が完了している場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、ステップＳ３に処理が進められ、低ギヤ段に保持する制御が解除される。その結果、たとえば、図２に示したように自動変速機４０が第１速に設定されている時間は短かくなる。

ステップＳ２またはステップＳ３のいずれかで変速機のギヤ段が決定されると、ステップＳ４に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

このように本実施の形態では、レゾルバの誤差補正の学習制御が完了するまでは、モータの回転速度がしきい値よりも高くなりやすいように自動変速機４０を制御する。したがって、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

［実施の形態２］
レゾルバの誤差補正の学習制御が完了するまでは、モータの回転速度がしきい値よりも高くなりやすいように変速機を制御することは、電気自動車にも適用することが可能である。電気自動車は、エンジンを持たないので、自動変速機を有していないものが多いが、電気自動車であっても、高速走行時の加速性能を強化するためなどに自動変速機を組み入れることが考えれられる。

図５は、実施の形態２の車両２０１の全体構成図である。車両１は、モータ２０と、ＰＣＵ２１と、バッテリ２２と、自動変速機４０と、駆動輪５０と、ＥＣＵ１００とを含む。モータ２０には、学習制御が実行されるレゾルバ２３が含まれている。

車両２０１は、図１に示した車両１からエンジン１０と、クラッチ１２と、トルクコンバータ３０とを取り除いた構成を有する電気自動車であり、各構成要素については、実施の形態１で説明しているのでここでは説明は繰返さない。

図５に示すような電気自動車であっても、図２〜図４に示した制御を適用することにより、レゾルバの学習制御を行なう機会を早期に得ることができる。

［実施の形態３］
ハイブリッド車両には、２つのモータジェネレータを搭載する構成を有するものが多く生産されている。このような構成であっても本願発明は適用が可能である。

図６は、実施の形態３の車両３０１の全体構成図である。図６を参照して、車両３０１は、エンジン１１０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ６１０，６２０と、バッテリ１２２と、動力分割装置３００と、自動変速機１４０と、駆動輪１５０と、ＥＣＵ１０００とを含む。

エンジン１１０は、ＥＣＵ１０００からの制御信号ＣＳＥに基づいて、駆動輪１５０を回転させるためのパワーを発生する。エンジン１１０が発生したパワーは動力分割装置３００に入力される。

動力分割装置３００は、エンジン１１０から入力されたパワーを、自動変速機１４０を介して駆動輪１５０に伝達されるパワーと、モータジェネレータＭＧ１に伝達されるパワーとに分割する。動力分割装置３００は、サンギヤ（Ｓ）３１０、リングギヤ（Ｒ）３２０、キャリア（Ｃ）３３０、およびピニオンギヤ（Ｐ）３４０を含む遊星歯車機構（差動機構）である。サンギヤ（Ｓ）３１０は、モータジェネレータＭＧ１のロータに連結される。リングギヤ（Ｒ）３２０は、自動変速機１４０を介して駆動輪１５０に連結される。ピニオンギヤ（Ｐ）３４０は、サンギヤ（Ｓ）３１０とリングギヤ（Ｒ）３２０とに噛合する。キャリア（Ｃ）３３０は、ピニオンギヤ（Ｐ）３４０を自転かつ公転自在に保持する。キャリア（Ｃ）３３０は、エンジン１００のクランクシャフトに連結される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流の回転電機であって、モータとしてもジェネレータとしても機能する。モータジェネレータＭＧ２は、動力分割装置３００と自動変速機１４０との間に設けられる。より具体的には、動力分割装置３００のリングギヤ（Ｒ）３２０と自動変速機１４０の入力軸とを連結する駆動軸３５０にモータジェネレータＭＧ２のロータが接続される。

自動変速機１４０は、駆動軸３５０と駆動軸５６０との間に設けられる。すなわち、自動変速機１４０は、モータジェネレータＭＧ１と駆動輪１５０との間に設けられる。自動変速機１４０は、ＥＣＵ１０００からの制御信号ＣＳＡに基づいて、係合状態における変速比（出力軸回転速度に対する入力軸回転速度の比）を予め定められた複数の変速段（変速比）のうちのいずれかに切替可能に形成される。

インバータ６１０，６２０は、バッテリ１２２に対して互いに並列に接続される。インバータ６１０，６２０は、ＥＣＵ１０００からの信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２によってそれぞれ制御される。インバータ６１０，６２０は、バッテリ１２２から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する。

バッテリ１２２は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の少なくとも一方を駆動するための直流電力を蓄える。

車両３０１は、レゾルバ９１，９２と、エンジン回転速度センサ９３と、監視センサ９５とをさらに含む。レゾルバ９１は、モータジェネレータＭＧ１の回転速度（以下「ＭＧ１回転速度Ｎｇ」という）を検出する。レゾルバ９２は、モータジェネレータＭＧ２の回転速度（以下「ＭＧ２回転速度Ｎｍ」という）を検出する。エンジン回転速度センサ９３は、エンジン１００の回転速度（以下「エンジン回転速度Ｎｅ」という）を検出する。監視センサ９５は、バッテリ１２２の状態（バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ温度Ｔｂなど）を検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ１０００に出力する。

ＥＣＵ１０００は、予め定められた変速マップを参照して駆動力および図示しない車速センサで検出された車速Ｖに対応する目標変速段を決定し、実際の変速段が目標変速段となるように自動変速機１４０を制御する。

図７は、モータジェネレータ、エンジンの各回転速度と駆動軸の回転速度との関係を説明するための図である。図７を参照して、動力分割装置３００の働きにより、ＭＧ１回転速度Ｎｇ、エンジン回転速度ＮｅおよびＭＧ２回転速度Ｎｍは、共線図上において一直線上に並ぶ。これに対して、自動変速機１４０は、第１速（１ｓｔ）から第４速（４ｔｈ）に設定が変更されることによって、ＭＧ２回転速度Ｎｍと駆動軸の回転速度との関係を図７に示すように４通りに変化させることができる。

図８は、自動変速機が第２速に設定された結果、ＭＧ２回転速度Ｎｍがレゾルバ学習制御可能なしきい値Ｎｍｔを超えない状態を示した図である。図９は、自動変速機が第１速に設定された結果、ＭＧ２回転速度Ｎｍがレゾルバ学習制御可能なしきい値Ｎｍｔを超えた状態を示した図である。

図８、図９に示すように、図６に示した構成の車両は、同じ車速Ｖ１であっても、自動変速機１４０の変速段を変化させることによって、ＭＧ２回転速度Ｎｍを変化させることができる。したがって、図４に示した制御を適用し、レゾルバの学習制御が完了する前には、車速Ｖ１において図９に示すように第１速のギヤ段を選択し、レゾルバの学習制御が完了した後には、車速Ｖ１において図８に示すように第２速のギヤ段を選択するように自動変速機１４０を制御することによって、実施の形態１と同様な効果を得ることができる。

なお、実施の形態１〜３では、変速機は有段の自動変速機である例を示したが、これには限定されず、ＣＶＴ方式などの無段階の変速が可能な変速機であっても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，２０１，３０１ 車両、１０，１００，１１０ エンジン、１２ クラッチ、２０ モータ、２２，１２２ バッテリ、２３，９１，９２ レゾルバ、３０ トルクコンバータ、４０，１４０ 自動変速機、５０，１５０ 駆動輪、９３ エンジン回転速度センサ、９５ 監視センサ、３００ 動力分割装置、３５０，５６０ 駆動軸、６１０，６２０ インバータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (6)

1. モータと、
   前記モータの回転角を検出するレゾルバと、
   前記モータの回転を変速して駆動輪を回転させる駆動軸に伝達する自動変速機と、
   前記レゾルバの誤差を補正する学習制御および前記自動変速機の変速制御を行なう制御装置とを備え、
   前記学習制御が実行中である場合の前記自動変速機の変速段が、前記学習制御が非実行中である場合の前記自動変速機の変速段よりも、小さく設定される車速が存在する、車両。
2. 前記制御装置は、前記学習制御が完了する前は、ゼロから所定の車速に至るまで前記自動変速機の変速段を所定の変速段よりもシフトアップしないように前記自動変速機を制御し、前記学習制御が完了した後は、ゼロから前記所定の車速に至るまでに前記自動変速機の変速段を前記所定の変速段よりもシフトアップするように前記自動変速機を制御する、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、前記学習制御が完了する前は、ゼロから所定の車速に至るまで前記自動変速機の変速段を第１速に固定し、前記学習制御が完了した後は、ゼロから前記所定の車速に至るまでに前記自動変速機の変速段を第１速から第２速にシフトアップする、請求項１または２に記載の車両。
4. 前記制御装置は、前記レゾルバの出力に基づいて前記モータの駆動制御をさらに実行する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
5. 内燃機関をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両。
6. 前記内燃機関のトルクを受けて発電を行なう発電機をさらに備える、請求項５に記載の車両。

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