JP2023516428A - 車両ドライブトレインを制御する方法、およびドライブトレインにおけるコントローラ - Google Patents

Abstract

ドライブトレインにおける内燃機関（３，ＩＣＥ）の速度とギアの速度とを同期させるために、電気モータ（１，ＳＧ）によって車両ドライブトレインを制御する方法において、速度同期誤差ｅｓｙｎｃ（ｔ）が、特定の期間の間、指定領域内に留まるように制御される場合には、同期が終了し、ギアを係合させることができる。

Description

技術分野および従来技術
オートマチックトランスミッションは、一般的に、少なくとも１つのギアセットと、複数のシフトエレメントとを含む。シフトエレメントの選択的な作動は、オートマチックトランスミッションのギア比を調節し、オートマチックトランスミッションをその種々のギアの間でシフトさせる。

ハイブリッド専用トランスミッション（ＤＨＴ）では、電気駆動を可能にし、燃料消費および駆動性能を改善するために、電気モータのような少なくとも１つの二次電源が内燃機関に組み込まれている。

自動車およびトラックにおける乾式クラッチまたは湿式クラッチの自動化された係合は、典型的に、エネルギフロー管理の作動のために使用される。同期のためのいくつかの制御アルゴリズムは、ファジー理論、最適制御、フィードバック線形化、ＰＩ制御のような技術に基づいて文献で提案されている。

特定のオートマチックトランスミッションは、ドッグクラッチのシフトエレメントを含む。種々のギアシフトの間、ドッグクラッチが係合させられる。ドッグクラッチは、一般的に、摩擦クラッチ（乾式または湿式）またはシンクロナイザよりも小型で安価であり、かつより効率的である。しかしながら、ドッグの係合は、特定の困難を伴う。例えば、一般的に、ドッグクラッチを係合させる前に、ドッグクラッチが同期されなければならない。ドッグクラッチが同期されると、ドッグクラッチのそれぞれの構成要素は、１つの共通の速度で回転する。逆に、ドッグクラッチが同期されていない間にドッグクラッチが係合させられた場合には、このような構成要素は、互いにこすり付け合い、大きな騒音を生じさせることがあるか、または損傷を受けることさえある。しかしながら、ドッグクラッチの同期は困難であり、時間がかかる可能性がある。シンクロナイザのような別個の同期機構は、トランスミッション内の貴重なスペースを消費し、オートマチックトランスミッションの全体的なコストを増大させる可能性がある。

摩擦クラッチおよびシンクロナイザを有していないハイブリッドパワートレインシステムでは、好ましくは電気機械によってギアを同期させるために機関速度を正確に制御する必要がある。ギアチェンジの品質に影響を及ぼす最も重要な性能指標の１つはシフト持続時間であり、このシフト持続時間自体は、速度同期性能と密接に関連している。コントローラの優先事項は、車両速度および選択されたギアによって命令されるような速度基準軌道の高速かつ正確な追従制御であるべきである。しかしながら、モデル化されていないダイナミクス、未知の負荷外乱、および遅延のような多くの外因性のパラメータは、所望の性能を著しく低下させるおそれがあるか、または不安定性を誘発するおそれがある。したがって、速度同期プロセスは、モデル化されていないダイナミクス、モデルの不確定性、未知の負荷トルク外乱、およびシステム遅延に関してロバストである必要がある。

システムの過渡応答を改善するために、過去の解決手段および大部分の産業用途は、精度を向上させて閉ループ安定性を保証する目的で、フィードフォワード制御、またはフィードバック作用を有する複合フィードフォワードを使用してきた。他の一般的な速度同期技術は、時には過渡状態をブーストするための極配置と組み合わせられる従来のＰ／ＰＩ／ＰＩＤ制御を使用する。速度調整制御能力を向上させるために、多くの科学者は、速度同期のためのスライディングモード制御（ＳＭＣ）を使用した。ＳＭＣは、パラメータ変動および外乱に対して非常にロバストであるので、コントローラ設計において広く採用されている。しかしながら、ＳＭＣはチャタリングを引き起こす傾向があり、境界層が必要とされ、このことによってコントローラの外乱除去能力が劣化する。ロバスト性を高めるために、多くの著者は、プレビュー動作を伴うＨ∞ベースのＬＱＲ（線形二次レギュレータ）制御のような最適化方法、または開ループ最適制御方法（モデル予測制御）を採用している。しかしながら、Ｈ∞コントローラは、過度に保守的であり、過渡応答を犠牲にしている。さらに、最適化制御方法は、かなり面倒なタスクである線形行列不等式（ＬＭＩ）の解を必要とするか、または計算量が多く、このことは、組み込みソリューションにおける重要な性能指数であり、組み込み制御システムへのこのような最適化制御方法の実装を困難にする。他のロバストな方法は、外乱除去を保証するための外乱オブザーバを含む。

既存の解決手段に関連する種々の問題が存在する。すなわち、フィードフォワードとフィードバックとの組み合わせにおけるモデルベースのコントローラソリューションは、システムのダイナミクスの正確な知識に大きく依存しており、正確にモデル化されていない場合にはその性能を劣化させる可能性がある。このようなソリューションは、誤ったシステムモデル、未知のダイナミクス、および外乱の場合に脆弱である。

従来のＰ／ＰＩ／ＰＩＤ制御の性能は、未知の外乱に対処する際には不十分である可能性があり、高速および高精度が求められている。モデルの不確定性によって結果的に性能が低下し、閉ループ安定性の問題が発生する可能性がある。

スライディングモード制御は、チャタリングを引き起こす傾向があり、境界層が必要とされ、このことによってコントローラの外乱除去能力が劣化する。

Ｈ∞コントローラは、過度に保守的であり、過渡応答を犠牲にしている。

最適制御解（ＬＱＲ／ＭＰＣ）は、線形行列不等式（ＬＭＩ）の解を必要とするが、このことは、面倒なタスクであり、数値的に実施される場合には計算労力を増加させる。

オブザーバベースの解決手段は、制御アルゴリズムが複雑であるので、解の複雑性を増大させる。

最適化制御方法の一例は、Xiaoyuan Zhu, Hui Zhang, Zongde Fang “Speed synchronization control for integrated automotive motor-transmission powertrain system with random delays”, Mechanical Systems and Signal Processing, Volumes 64-65, 2015, Pages 46-57, ISSN 0888-3270によって開示されている。

目的：
本発明の目的は、以下の要求、すなわち、
・システムの不確定性および未知の外乱にもかかわらず過渡性能が高速であり、かつ精度が良好であるという要求、
・システムのロバスト性に対処するために既に使用されている解決手段の計算労力および複雑性を最小化すること、
に対処することにより、ドッグクラッチを用いたギアシフトにおいて良好な品質の機関速度同期を提供することである。

上記の目的は、請求項１記載の方法と、請求項１０記載の速度同期コントローラ（Speed Synchronization Controller：ＳＳＣ）とによって達成される。

解決手段：
本発明によれば、ドライブトレインにおける内燃機関の速度とギアの速度とを同期させるために、電気モータによって車両ドライブトレインを制御する方法が提供される。本方法は、規定性能制御（Prescribed Performance Control：ＰＰＣ）技術に基づく速度同期コントローラ（ＳＳＣ）を使用し、この規定性能制御（ＰＰＣ）技術は、速度同期誤差の変換を使用することにより、速度同期の追従性能に対して特定の所定の限界を課す。具体的には、速度同期誤差は、特定の規定性能制限（Prescribed Performance Limit）によって画定された所定の領域内で推移するように強制される。これらの制限は、性能関数と称される時間減衰関数と、最大オーバーシュートパラメータとを使用して定義される。速度同期誤差が規定性能制限に到達するかまたはこれを超過した場合に、コントローラの故障に起因するシステムの危険な反応を防止するために、規定性能制限内にある安全限界の追加的なセットが使用され、この安全限界を安全マージンと称する。

本方法は、以下のステップを含む：
Ｉ．時間ゼロにおける同期サイクルの初期化中に、速度同期誤差が安全マージンによって定義された領域内で、したがって規定性能制限内で開始されるように、同期性能関数と、同期最大オーバーシュートパラメータと、対応する安全マージンのセットとが定義される。速度同期誤差が安全マージンによって定義された領域内にあるかどうかを示す安全マージン違反フラグがＯＦＦに初期化され、このＯＦＦは、速度同期誤差がこの定義された領域内にあることを示す。

ＩＩ．同期サイクルのそれぞれのステップにおいて、速度同期誤差性能に対して同期規定性能制限を課す、速度同期誤差の変換を使用することにより、変換された同期誤差が計算される。コントローラの危険な反応を回避するために、安全マージン違反フラグを介して安全マージンが使用される。急峻な速度変化によって速度同期誤差が安全マージンに到達した場合には、安全マージン違反フラグがＯＮに設定され、安全性能関数と、最大オーバーシュートパラメータとを使用して規定性能制限が直ちに拡大される。同期中に新たな目標速度が要求された場合（「心変わり（change-of-mind）」）には、新たな同期性能関数と、新たな同期最大オーバーシュートパラメータとを使用して、同期サイクルが中断および再初期化される。それぞれの同期サイクルステップの終了時に、ＰＰＣ部とスイッチングＰＩ部とを含んでいる速度同期コントローラ（ＳＳＣ）の出力として、要求されたモータトルクが計算される。計算されたモータトルクは、スタータジェネレータ（ＳＧ）に設定される。

ＩＩＩ．同期サイクルは、特定の期間の間、速度同期誤差がゼロ付近の小さな指定領域内で安定すると終了する。

例示的な実施形態では、同期が終了すると、例えばＤＨＴマネージャによって送信された命令によって、ドライブトレインにおけるギアが係合させられる。

例示的な実施形態では、同期性能関数と、同期最大オーバーシュートパラメータと、安全マージンとは、初期速度同期誤差が安全マージン内にあるように、したがって規定性能制限内にあるように選択される。

例示的な実施形態では、安全マージンは、常に規定性能制限内にある。

例示的な実施形態では、安全マージン違反フラグは、速度同期誤差が、規定性能制限の安全距離以内の安全マージン内にある場合には、ＯＦＦに設定されるか、またはＯＦＦに留められ、速度同期誤差が、安全マージン上にあるかまたはこれを超過した場合には、ＯＮに設定されるか、またはＯＮに留められる。

例示的な実施形態では、急峻な速度変化時に、時間インスタンスにおいて、速度同期誤差が安全マージンに到達するように強制されると、安全性能関数と、安全最大オーバーシュートパラメータとを選択することによって規定性能限界が拡大され、これにより、速度同期誤差は、拡大された規定性能限界内で推移し続けるようになる。

例示的な実施形態では、「心変わり」状況が発生すると、速度同期誤差が新たな規定性能限界内で推移し続けるように選択される新たな性能関数を使用して、同期サイクルが中断および再初期化される。

例示的な実施形態では、要求された規定性能制限に関して速度同期誤差を調節するために、同期変換関数または安全変換関数を使用して、変換された誤差が決定される。

特に、同期変換関数および安全変換関数は、速度同期誤差が規定性能制限に到達した場合に、変換された誤差が無限になる傾向を有するように、滑らかで狭義増加する決定的な全単射像である。

本発明の別の態様によれば、上述した方法によって、車両ドライブトレインにおける内燃機関の速度とギアの速度とを同期させるための、速度同期コントローラＳＳＣが提供される。

例示的な実施形態では、速度同期コントローラＳＳＣは、規定性能制御ＰＰＣ部をさらに含み、規定性能制御ＰＰＣ部は、速度同期誤差を、規定性能限界内で推移するように強制するために較正されている。

例示的な実施形態では、速度同期コントローラＳＳＣは、スイッチングＰＩ部をさらに含み、スイッチングＰＩ部は、速度同期誤差が特定の閾値内にあるかどうかに応じて、比例積分ＰＩ部と比例Ｐ部との間でスイッチングする。

本発明の別の態様によれば、上述した方法によって、車両ドライブトレインを制御するための電子制御ユニットであって、当該電子制御ユニットは、少なくとも、上述したような速度同期コントローラＳＳＣと、速度同期コントローラを監督するように構成されたＤＨＴマネージャとを含む、電子制御ユニットが提供される。

本発明の別の態様によれば、車両ドライブトレインであって、当該車両ドライブトレインは、内燃機関を含み、内燃機関は、ギアボックスに結合されており、ギアボックスは、内燃機関からアウトプットシャフトにトルクを伝達するように構成されており、ギアボックスは、ドッグクラッチを含み、当該車両ドライブトレインは、Ｐ０，Ｐ１，またはＰ２の構成でドッグクラッチの入力側に組み込まれている電気機械と、上述したような電子制御ユニットとをさらに含む、車両ドライブトレインが提供される。

例示的な実施形態では、電気機械は、内燃機関のクランクシャフトに結合されたスタータジェネレータＳＧである。

本発明によれば、速度同期性能を向上させることによってギアシフトの品質を改善するための方法が提供され、最近導入された規定性能制御（ＰＰＣ）と称される技術に基づいて本方法を実行するコントローラが提案される。この技術は、速度同期誤差の変換を使用することにより、追従性能に対して特定の所定の限界を課す。誤差変換は、バリア関数として機能する。なぜなら、誤差変換は、実際の誤差が規定性能領域の所定の限界に近づくにつれて無限になる傾向があるからである。規定性能領域は、性能関数と称される時間減衰関数と、最大オーバーシュートパラメータとを使用して定義される特定の規定性能制限によって画定されている。性能関数と、最大オーバーシュートパラメータとを適切に選択することにより、速度同期誤差が、事前に割り当てられた十分に小さい定数よりも小さい最大オーバーシュートを示す所定の任意に小さい残留集合に、指定値以上のレートで収束することを保証することができる。さらに、コントローラを適切にパラメータ化することにより、速度同期誤差が、特に規定性能領域の中心で推移することを保証することができる。なぜなら、速度同期誤差は、規定性能制限によって等しく押し返されるからである。このようにして、コントローラの性能は、より滑らかになり、速度は、最小のオーバーシュートを有する所望の値に収束することとなる。本提案のコントローラは、厳密に誤差駆動され、モデルフリーであり、これによって今度は、システムの不確定性および未知の負荷外乱に対してロバストになる。さらに、本提案のコントローラの単純な形態は、あらゆる面倒な計算または計算量の多い実行を回避しながら、実装を容易にする。

ＰＰＣ法は、未知の非線形システムを制御するためのジェネリックなアプローチである。ＰＰＣ法は、その一般的な形態に基づいて幅広い用途で利用されている。最も顕著な用途のうちのいくつかは、ロボットシステムの制御、自律型水中車両の制御、クワッドロータの制御、小型無人ヘリコプタの制御である。

本発明のＳＳＣコントローラは、ＰＰＣ部と、条件付き積分を用いる追加的なスイッチングＰＩ部とを有する。さらに、本発明のＳＳＣコントローラは、実際の車両システムへのリスクのない適用を保証するための安全機能によって強化された。公知のＰＰＣ関連の作業の大部分は、それらのアプローチの有効性を検証するためにシミュレーションを使用するので、本発明による主な寄与は、移動車両における実際の実験を用いる現実のシステムへの本方法の試運転および試験である。

原理的に、本方法は、Ｐ０またはＰ１ハイブリッドパワートレインにおいて適用可能であるだけでなく、Ｐ２においても適用可能である。しかしながら、通常、内燃機関と電気機械Ｐ２との間に摩擦クラッチが設けられており、この摩擦クラッチを速度同期のために使用することが可能であろう。したがって、内燃機関を電気機械と同期させる必要性または利益はない。

Ｐ３またはＰ４の配置では、Ｐ０またはＰ１機械との組み合わせである場合を除いて、本方法を適用することができない。

利点：
ギアシフト中の機関速度の同期を行うために、ＰＰＣ部とスイッチングＰＩ部との組み合わせを含んでいる本提案の速度同期コントローラＳＳＣを使用することは、以下の理由から有利である：
・機関速度の規定追従性能：機関速度の追従性能は、所望の過渡状態の性能仕様と定常状態の性能仕様とをカプセル化する特定の設計者指定の性能関数を適切に選択することによってアプリオリに命令される。
・ロバストなモデルフリーの解決手段：速度同期コントローラは、モデルのダイナミクスおよび外乱に関する如何なる知識をも組み込んでおらず、またそうするために推定または近似器を必要としない。速度同期コントローラは、モデルベースではなく誤差駆動され、これによって速度同期コントローラは、多用途になり、同様に構造化されたシステムに容易に再利用可能となる。
・実装の低複雑性：速度同期コントローラの構造的に単純な線形の形態により、組み込み制御システム上での実装が簡単になる。さらに、速度同期コントローラは、最適制御またはオブザーバベースの解決手段と比較して計算効率が良好である。

本発明は、下記の詳細な説明および添付の図面から完全に理解されるであろう。これらの詳細な説明および添付の図面は、例示する目的で提供されているに過ぎず、したがって、本発明を限定するものではない。

例示的なＰ１－Ｐ３ハイブリッドドライブトレインの構成要素および配置を示す図である。 制御ソフトウェアアーキテクチャのブロック図である。 ｅ（０）≧０および０＜Ｍ＜１の場合の、追従誤差および規定性能制限を示す図である。 ｅ（０）＜０および０＜Ｍ＜１の場合の、追従誤差および規定性能制限を示す図である。 ｅ（０）≧０およびＭ＝０の場合の、さらなる追従誤差および規定性能制限を示す図である。 ｅ（０）＜０およびＭ＝０の場合の、さらなる追従誤差および規定性能制限を示す図である。 ｅ（０）≧０およびＭ＝１の場合の、さらなる追従誤差および規定性能制限を示す図である。 ｅ（０）＜０およびＭ＝１の場合の、さらなる追従誤差および規定性能制限を示す図である。 本提案の制御方式を示す図である。 ＰＰＣ保護措置を示す図である。 さらなるＰＰＣ保護措置を示す図である。 同期サイクルを示す図である。 同期アルゴリズムのフローチャートである。 速度同期誤差と、積分器無効化閾値ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓとを示す図である。

全ての図面において、それぞれ対応する部分には同じ参照符号が付されている。

詳細な説明
図１は、例示的なＰ１～Ｐ３ハイブリッドパワートレインの構成要素および配置を示す。内燃機関３，ＩＣＥは、ギアボックス４に結合されており、ギアボックス４は、所与のギア量にわたるトルクをアウトプットシャフトに伝達し、アウトプットシャフトは、車両の車輪を推進する。ハイブリッド専用トランスミッション（ＤＨＴ）では、シンクロナイザの代わりにドッグクラッチを使用してギアチェンジをすることができる。これによってギアボックスは、より小型、より効率的、かつより低コストになる。入力側の速度、特に３，ＩＣＥの速度を、車輪に比例した速度を有するドッグクラッチの出力側の速度に整合させるシンクロナイザの機能は、電気機械の速度を能動的に制御することによって実施される。この電気機械は、ドッグクラッチの入力側に組み込まれなければならず、このことは、Ｐ０、Ｐ１、およびＰ２の構成の場合に当てはまる。図１に示されている例では、高電圧スタータジェネレータ１，ＳＧは、ＩＣＥのクランクシャフトに接続されており、これにより、この高電圧スタータジェネレータ１，ＳＧがＰ１機械となる。ドッグクラッチがニュートラル位置にあるときはいつでも、ＩＣＥおよびＳＧは、アウトプットシャフトの速度、ひいては車両速度とは無関係に自由に回転することができる。ドッグクラッチを閉じることによってギアを係合させるために、ＳＧによって入力側の速度が出力側の速度と同期される。これを迅速かつ正確に行うために速度制御アルゴリズムが使用される。このアルゴリズムは、ＳＧとのインタフェース２．２を有している電子制御ユニット２，ＥＣＵ上に、例えばトランスミッション制御ユニット上またはパワートレイン制御ユニット上に実装される。原則的に、入力側の速度を制御するためにＩＣＥを使用することも可能ではあろうが、内燃機関ＩＣＥは、ダイナミクスが比較的小さく、かつ強力なトルク変動を有しており、このことにより、電気機械ＳＧの方が、速度同期のためのより好ましい解決手段となる。

図２において、制御ソフトウェアアーキテクチャの線図が見て取れる。

ＳＳＣの機能を監督するために、ＤＨＴマネージャと称される補助ソフトウェア部をＥＣＵに実装すべきである。速度同期誤差デバウンサによって、特定の期間の間、速度同期誤差が、既定の最小閾値によって定義された指定領域内に留まっているかどうかが検出および指示される。車両速度、要求されたギア、および実際のギアのようなドライブトレイン信号を読み取り、ＤＨＴおよびＳＳＣの状態を監視しながら、ＤＨＴマネージャは、いつ速度同期を行うべきか、およびいつギアの係合に進めるのが安全であるかを決定する。

入力側の速度と出力側の速度とを同期させる際には、ギアアクチュエータＧＡ，５を使用してクラッチを閉じることができる。ＳＧおよびＩＣＥが同期している間、例えばギアチェンジの間、ＳＧおよびＩＣＥは、車両を推進するためのトルクを供給することができない。したがって、シフト中のいわゆるトルクギャップを補填するために、第２の電気機械６を使用することができる。第２の電気機械６は、ドッグクラッチのＰ３位置と称される出力側に接続されなければならない。図１では、第２の電気駆動部６は、Ｐ３位置に組み込まれている。

問題提起
ギアが係合させられていない場合の、スタータジェネレータＳＧとして使用される３相誘導モータの運動方程式は、

であり、ここで、Ｊ_ｒｅｓは、回転部品の、例えば電気機械およびＩＣＥの慣性モーメントであり、Ｔ_ＳＧおよびＴ_ＩＣＥは、ＳＧおよびＩＣＥにより供給されるトルクであり、ｉ_ＳＧは、ＳＧとＩＣＥとの間のギア比であり、ω_ＳＧは、ＳＧのロータの角速度である。

速度同期の問題：
ＳＧの角速度ω_ＳＧ（ｔ）は、車両速度ｖ_ｖｅｈおよび所望のギア比ｉ_ｔｇｔによって命令されるような、所望の目標軌道ω_ｔｇｔ（ｔ）
ω_ｔｇｔ＝（ｖ_ｖｅｈ／３．６・ｒ_{ｗｈｅｅｌ}）・ｉ_ｔｇｔ
を追従するために要求される。

目標は、速度同期問題を解決するために、システムダイナミクスの如何なる情報をも使用することなく、状態フィードバックコントローラを設計することである。速度同期は、システムの不確定性および未知の外乱にもかかわらず、高速かつ正確であるべきである。さらに、速度同期誤差が、事前に割り当てられた十分に小さい定数よりも小さい最大オーバーシュートを示す所定の任意に小さい残差集合に、指定値以上のレートで収束することを保証すべきである。

規定性能の予備的知識
この節では、“Robust Adaptive Control of Feedback Linearizable MIMO Nonlinear Systems with Prescribed Performance,” in IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 53, no. 9, pp. 2090-2099, Oct. 2008においてC. P. BechlioulisおよびG. A. Rovithakisによって元々公開された、規定性能に関する予備的知識について要約する。

図３Ａおよび図３Ｂにおいて一般的な追従誤差ｅ（ｔ）∈Ｒを考慮すると、ｅ（ｔ）が厳密に、時間減衰関数によって画定された所定の領域内で推移する場合に、規定性能が達成される。規定性能の数式は、∀ｔ≧０において、以下の不等式：
∀ｔにおいてｅ（０）≧０の場合、－Ｍρ（ｔ）＜ｅ（ｔ）＜ρ（ｔ）
∀ｔにおいてｅ（０）＜０の場合、－ρ（ｔ）＜ｅ（ｔ）＜Ｍρ（ｔ） （２）
によって提供され、ここで、０≦Ｍ≦１は、最大オーバーシュートパラメータであり、ρ（ｔ）は、

を満たす、性能関数と称される有界の滑らかで狭義正の減少する関数である。上記の記述は、ρ_０，ρ_∞，ｌの狭義正の定数と、最大オーバーシュートパラメータＭとを用いて、指数的な性能関数ρ（ｔ）＝（ρ_０－ρ_∞）ｅ^－ｌｔ＋ρ_∞に関して、図３Ａおよび図３Ｂに示されており、ここで、図３Ａには、ｅ（０）≧０および０＜Ｍ＜１の場合が示されており、その一方で、図３Ｂには、ｅ（０）＜０および０＜Ｍ＜１の場合が示されている。

最大オーバーシュートパラメータＭ＝０である特殊なケースは、ｅ（０）≧０の場合には図４Ａに、ｅ（０）＜０の場合には図４Ｂに示されており、その一方で、最大オーバーシュートパラメータＭ＝１である特殊なケースは、ｅ（０）≧０の場合には図５Ａに、ｅ（０）＜０の場合には図５Ｂに示されている。

定数ρ_０は、例えば、ｔ＝０において（２）が満たされるように、例えば、
ｅ（０）≧０の場合、－Ｍρ（０）＜ｅ（０）＜ρ（０）
ｅ（０）＜０の場合、－ρ（０）＜ｅ（０）＜Ｍρ（０）
が満たされるように選択される。

定数ρ_∞は、測定装置の分解能を反映する値まで任意に小さく設定することができる定常状態でのｅ（ｔ）の最大許容サイズを表し、したがって、ｅ（ｔ）を実質的にゼロに収束させることができる。さらに、定数ｌに関連するρ（ｔ）の減少率は、ｅ（ｔ）の所要の収束速度に対する下側の限界を導入する。

規定性能を導入するために、ｐ（ｔ）およびＭによって課される所要の性能限界に関して追従誤差ｅ（ｔ）を調節する誤差変換が組み込まれている。より具体的には、
ε（ｔ）＝Ｅ（ｅ（ｔ）／ρ（ｔ）） （３）
であり、ここで、εは、変換された誤差であり、Ｅ（・）は、全単射像を定義する滑らかで狭義増加する変換関数
ｅ（０）≧０の場合、Ｅ：（－Ｍ，１）→（－∞，∞）
ｅ（０）＜０の場合、Ｅ：（－１，Ｍ）→（－∞，∞） （４）
である。

候補となる変換関数は、

であってよく、ここで、ａは、正の設計定数である。ρ（０）は、ｔ＝０において（２）を満たすように選択されているので、（４）によってεが有限になることに留意すべきである。

速度同期コントローラＳＳＣの設計：
速度同期誤差を、ＳＧの実際の角速度とＳＧ目標速度との間の差として、すなわちｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）＝ω_ＳＧ（ｔ）－ω_ｔｇｔ（ｔ）として定義することとする。同期性能関数ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）と、同期最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｙｎｃとによって形成されるような、図９に破線で示されている特定の規定性能制限を課すことが目標である。このために、図６に示されているようなＳＳＣコントローラが使用され、このＳＳＣコントローラの出力トルクＴ_ＳＧ（ｔ）は、ＰＰＣ部Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））と、スイッチングＰＩ部Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））との合計
Ｔ_ＳＧ（ｔ）＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）） （６）
として設計されている。

ＰＰＣ部Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））は、変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）＝Ｅ_ｓｙｎｃ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）／ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））を使用して構築され、ここで、Ｅ_ｓｙｎｃ（・）は、全単射像を定義する同期変換関数
ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、Ｅ_ｓｙｎｃ：（－Ｍ_ｓｙｎｃ，１）→（－∞，∞）
ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、Ｅ_ｓｙｎｃ：（－１，Ｍ_ｓｙｎｃ）→（－∞，∞）
である。

スイッチングＰＩ部Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））は、さらに、

として定義され、ここで、Ｔ_ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））は、ＰＩ部であり、Ｔ_Ｐ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））は、Ｐ部であり、ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓは、ＰＩ部とＰ部との間のスイッチングのための条件を決定する積分器無効化誤差閾値である。具体的には、Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））は、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、図１１の点線の内側の領域として示されているｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓ閾値（｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓ）によって定義された領域内にあるかどうかに応じてスイッチングしている。

実際には、このことはつまり、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓによって定義された領域の外側にある（｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜＞ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓ）場合には、コントローラの積分部が無効化され、その一方で、速度同期誤差がこの領域内にある（｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓ）場合には、コントローラの積分部がアクティブであるということを意味し得る。この特徴を効果的なものにするためには、ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓを、初期速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（０））よりも小さく選択すべきである。図１１は、ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓが初期速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（０））の１／３として選択されている例を示す。

「条件付き積分」としても知られる本提案のスイッチングＰＩ部を使用する目的は、速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））が大きい場合にコントローラの積分項を禁止して、コントローラの飽和（積分器ワインドアップ）に起因する大きな過渡状態を回避することである。このような過渡状態は、設定値の大きな変化、大きな外乱、遅延、または機器の誤動作が生じた場合に発生する可能性がある。本実施例の場合のようにスタータジェネレータＳＧ，１の駆動において、複数のコントローラ項が組み合わせられる場合にも、積分器ワインドアップが発生する可能性がある。そのような状況では、図６の非線形のＰＰＣ項Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））によって、過渡中にコントローラが容易に飽和するおそれがある。積分項は、あらゆる定常状態誤差を排除するために、ＳＧの速度ω_ＳＧ（ｔ）が目標速度ω_ｔｇｔ（ｔ）に非常に近い場合にのみアクティブである。

速度同期問題に対する解は、図６に示されている、方程式（６）のＳＳＣコントローラの出力によって計算されるようなＳＧトルクＴ_ＳＧ（ｔ）を要求することによって提供される。

数値誤差に対するＰＰＣ保護
規定性能制御ＰＰＣの重要な計算上の問題は、変換関数Ｅ_ｓｙｎｃ（・）を使用して計算された、変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）＝Ｅ_ｓｙｎｃ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）／ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））の存在にある。速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、予期しない外乱、コントローラの飽和、「心変わり」状況等に起因して、図９に破線で示されている規定性能制限に突然到達するかまたはこれを超過した場合には、変換Ｅ_ｓｙｎｃが定義されず、例えば、（５）における対数の引数が無限または負になることに留意すべきである。これにより、計算における数値的な誤差が生じ、最終的にはコントローラの故障に起因する予期しないシステム挙動が生じる。このような現象は、産業用途において頻繁に発生し、これらの現象からコントローラを保護することが重要である。

図７のＨＣａと、図８のＨＣｂとの２つの数値的に危険なケースが区別され、これらのケースは、以下のように定義される：
ＨＣａのケース：外乱や不十分なコントローラ作用等に起因する、規定性能制限（図７の破線）の外側の速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）をもたらす可能性のある急峻な速度変化（図７）。
ＨＣｂのケース：特に、新たなギア要求に起因して同期中に目標速度が不連続的に変化する「心変わり」状況（図８）。
安全マージン：狭義正の関数σ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ）を定義するものとし、ここで、０＜σ_ｍｉｎ（ｔ）≦σ_ｍａｘ（ｔ）であり、以下の不等式
∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、－Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜－σ_ｍｉｎ（ｔ）＜σ_ｍａｘ（ｔ）＜ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）
∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、－ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜－σ_ｍａｘ（ｔ）＜σ_ｍｉｎ（ｔ）＜Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（ｔ） （８）
を満たす。

関数σ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ）は、安全マージン（図７，図８、および図９の点線）を定義し、規定性能制限（図７，図８、および図９の破線）に近づくように、しかしながら、それでもなお規定性能制限から安全距離を確保することができるように、合理的に選択されるべきである。

安全マージン（図７、図８、および図９の点線）の背景にある鍵となる着想は、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が安全マージンに到達したときにはいつでも、安全マージン違反フラグが立ち上げられる（図９のＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＮ）ということにあり、この安全マージン違反フラグは、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、次の時間インスタンスにおいて規定性能制限（図７、図８、および図９の破線）を超過する可能性があることを示す。違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＮに設定されると、コントローラＳＳＣは、それぞれの保護措置に従って反応しなければならない（危険なケースＨＣａ，ＨＣｂに対する保護措置を参照のこと）。通常動作中には、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）は、厳密に安全マージン（ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＦＦ）内で推移すべきであり、すなわち、
∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、－σ_ｍｉｎ（ｔ）＜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜σ_ｍａｘ（ｔ）
∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、－σ_ｍａｘ（ｔ）＜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜σ_ｍｉｎ（ｔ） （９）
であるべきである。

上述した数値的に危険な状況に陥ることを回避するために、以下の保護戦略が定義される。

危険なケースＨＣａ，ＨＣｂに対する保護措置：
ＨＣａのケース（図７）：時間インスタンスｔ＝ｔ_ｖｉｏｌにおいて、予期しない条件により、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が安全マージン（図７の点線）に到達するように強制されると、安全性能関数ρ_ｓｆ（ｔ）と、安全最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｆとを選択することによって規定性能制限（図７の破線）が直ちに拡大され、これにより、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）は、安全規定性能制限（図７の一点鎖線）内で推移し続けるようになる。このことは、決定的な全単射像を定義する安全変換関数Ｅ_ｓｆ（・）
ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、Ｅ_ｓｆ：（－Ｍ_ｓｆ，１）→（－∞，∞）
ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、Ｅ_ｓｆ：（－１，Ｍ_ｓｆ）→（－∞，∞）
を使用することによって達成され、これにより、変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）＝Ｅ_ｓｆ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）／ρ_ｓｆ（ｔ））が構成される。

このような予期しない状況（例えば、突然の持続的な外乱）は、利用可能な制御努力による最適な同期性能を阻害する可能性がある（コントローラの飽和）ことに留意すべきである。安全規定性能制限の特殊性であって、かつ同期規定性能制限に対する安全規定性能制限の主な相違点とは、数値誤差を誘発するリスクなしに速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が比較的高い値および比較的低い収束速度を保持することを可能にするために、安全規定性能制限を、制約がより少なくなるように選択する必要があることである。例えば、ρ_ｓｆ∞およびＭ_ｓｆによって定義される安全規定性能制限の収束領域を、ρ_{ｓｙｎｃ∞}およびＭ_ｓｙｎｃによって定義される同期規定性能制限の収束領域よりも大きくする必要があり、すなわち、ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、－Ｍ_ｓｆ・ρ_ｓｆ∞＜－Ｍ_ｓｙｎｃ・ρ_{ｓｙｎｃ∞}＜ρ_{ｓｙｎｃ∞}＜ρ_ｓｆ∞とする必要がある。

ＨＣｂのケース：時間インスタンスｔ＝ｔ_ｓｔｅｐにおいて「心変わり」状況が発生すると、新たな同期性能制限（図８の一点鎖線）を定義する新たな性能関数ρ’_ｓｙｎｃと、新たな最大オーバーシュートパラメータＭ’_ｓｙｎｃとを使用して、同期サイクルが中断および再初期化される。新たな初期速度同期誤差ｅ’_ｓｙｎｃ（ｔ’_０）が新たな規定性能制限内に入るように、新たな性能関数ρ’_ｓｙｎｃ（ｔ）を選択する必要があり、かつ所望の同期性能に応じた最大許容オーバーシュートを反映するように、新たな最大オーバーシュートパラメータＭ’_ｓｙｎｃを選択する必要がある。

上述の危険なケースＨＣａ，ＨＣｂは、単一の同期サイクル内で２回以上発生する可能性がある。したがって、両方の条件は、同期サイクルの１回の反復のたびに、すなわち、同期アルゴリズムフローチャート（図１０）のステップＧおよびＨごとにチェックされるべきである。

図９の同期サイクルステップの説明：
ステップＩ－図９の初期化において、
・初期速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（０）を計算し、
・同期性能関数（ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））の形式と、対応する最大オーバーシュートパラメータ（Ｍ_ｓｙｎｃ）の形式とを選択し、
・安全マージン関数σ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ）の形式を選択し、
・安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＦＦに設定し、
ステップＩＩ－同期サイクルのｋ番目のステップ（図９を参照のこと）において、
・特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）を計算し、
・特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける同期性能関数ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）の実際値を計算し、
・特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける安全マージンσ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ）を計算し、
・特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）を計算し、ここで、
●安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＦＦの場合には、同期変換関数Ｅ_ｓｙｎｃ（・）を介して、同期性能関数ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）および同期最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｙｎｃを使用して、ε_ｓｙｎｃ＝Ｅ_ｓｙｎｃ（ｅ_ｓｙｎｃ／ρ_ｓｙｎｃ）となり、
●安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＮ（ＨＣａのケース）の場合には、安全変換関数Ｅ_ｓｆ（・）を介して、安全性能関数ρ_ｓｆ（ｔ）および安全最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｆを使用して、ε_ｓｙｎｃ＝Ｅ_ｓｆ（ｅ_ｓｙｎｃ／ρ_ｓｆ）となり、
●新たな目標速度が要求された場合（ＨＣｂのケース）には、同期プロセスを中断して、同期サイクルを再初期化し（図９のステップＩ－初期化に移動し）、
・要求されるモータトルクを計算し、すなわち、
○｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓの場合には、Ｔ_ＳＧ（ｔ）＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））であり、
○｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜＞ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓの場合には、Ｔ_ＳＧ（ｔ）＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_Ｐ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））であり、
・ＳＧトルクＴ_ＳＧ（ｔ）を要求し、
ステップＩＩＩ（図９を参照のこと）－同期サイクルの終了において、
同期誤差デバウンサ（図２に図示）によって検出および指示することができる特定の期間Δｔの間、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、閾値ＭｉｎＥｒｒＴｈｒｅｓによって定義された指定領域内に留まっている場合、すなわち、
Δｔ＝ＳｙｎｃＥｒｒＤｅｂｏｕｎｃｅＴｉｍｅの間、｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ＭｉｎＥｒｒＴｈｒｅｓ
である場合には、同期が終了し、ギアを係合させることができる。ここで、ＳｙｎｃＥｒｒＤｅｂｏｕｎｃｅＴｉｍｅは、同期サイクルの成功裏の完了を示す同期誤差デバウンス期間である。

図１０は、同期アルゴリズムのフローチャートを示す：
ステップＡ－初期化、
ステップＢ－初期速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（０）を計算し、
同期性能関数ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）を選択し、
同期最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｙｎｃを選択し、
安全マージンσ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ）を選択し、
安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＦＦに設定する、
ステップＣ－同期サイクルを開始する、
ステップＤ－速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）を計算する、
ステップＥ－Δｔ≧ＳｙｎｃＥｒｒＤｅｂｏｕｎｃｅＴｉｍｅの間、｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ＭｉｎＥｒｒＴｈｒｅｓであるかどうかをチェックし、
イエスの場合には、ステップＦに進み、
ノーの場合には、ステップＧに進む、
ステップＦ－同期サイクルを終了する、
ステップＧ－「心変わり」状況（ＨＣｂのケース）が存在するかどうかをチェックし、
イエスの場合には、ステップＡに進み、
ノーの場合には、ステップＨに進む、
ステップＨ－安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＮである（ＨＣａのケース）かどうかをチェックし、
イエスの場合には、ステップＪに進み、
ノーの場合には、ステップＩに進む、
ステップＩ－同期性能関数ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）と、同期最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｙｎｃとを使用する、
ステップＪ－安全性能関数ρ_ｓｆ（ｔ）と、安全最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｆとを使用する、
ステップＫ－速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が安全マージン内にあるかどうかをチェックし、
ノーの場合には、ステップＬに進み、
イエスの場合には、ステップＭに進む、
ステップＬ－安全マージン違反フラグＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ＝ＯＮ（ＨＣａ）に設定して、続けてステップＨに進む、
ステップＭ－変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）を計算する、
ステップＮ－｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≧ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓであるかどうかをチェックし（図１１も参照のこと）、
ノーの場合には、ステップＯに進み、
イエスの場合には、ステップＰに進む、
ステップＯ－速度コントローラの出力Ｔ_ＳＧ（ｔ）＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））（方程式（７）と組み合わせて図６も参照のこと）を計算する、
ステップＰ－速度コントローラの出力Ｔ_ＳＧ（ｔ）＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_Ｐ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））（方程式（７）と組み合わせて図６も参照のこと）を計算する、
ステップＱ－要求されたＳＧトルクＴ_ＳＧ（ｔ）を設定する。

ステップＱは、同期サイクルの単一の反復（例えば、１回目の反復）の最後のステップを表す。１回目の反復がステップＱで終了すると、ステップＤに戻ることによって２回目の反復が開始される。この反復は、ステップＥが真になるまで繰り返され、同期は、ステップＦで終了する。

ドライブトレインにおける内燃機関（３，ＩＣＥ）の速度とギアの速度とを同期させるために、電気モータ（１，ＳＧ）によって車両ドライブトレインを制御する方法において、速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、特定の期間の間、指定領域内に留まるように制御される場合には、同期が終了し、ギアを係合させることができる。

１ スタータジェネレータ
２ 電子制御ユニット
３ 内燃機関
４ ギアボックス
５ ギアアクチュエータ
６ 電気機械
Ａ～Ｒ ステップ
ＤＨＴ ハイブリッド専用トランスミッション
ＥＣＵ 電子制御ユニット
ＥＤ 電気駆動部
ＳＧ スタータジェネレータ
ＩＣＥ 内燃機関
ｅ（ｔ） 追従誤差
ε（ｔ） 変換された誤差
ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ） 速度同期誤差
ε_ｓｙｎｃ（ｔ） 変換された同期誤差
ω_ｔｇｔ 目標角速度
ω_ＳＧ ＳＧのロータの角速度
ｖ_ｖｅｈ 車両速度
ｒ_{ｗｈｅｅｌ} 車輪半径
ｉ_ｔｇｔ 目標ギア比
Ｔ_ＳＧ ＳＧのトルク
Ｔ_ＩＣＥ ＩＣＥのトルク
ＰＰＣ 規定性能制御
ＰＩ 比例積分
Ｐ 比例
Ｔ_ＰＰＣ ＰＰＣ部
Ｔ_Ｐ－ＰＩスイッチングＰＩ部
Ｔ_ＰＩ ＰＩ部
Ｔ_Ｐ Ｐ部
Ｅ（・） 変換関数
Ｅ_ｓｙｎｃ（・） 同期変換関数
Ｅ_ｓｆ（・） 安全変換関数
ρ（ｔ） 性能関数
ρ_ｓｙｎｃ（ｔ） 同期性能関数
ρ_ｓｆ（ｔ） 安全性能関数
Ｍ 最大オーバーシュートパラメータ
Ｍ_ｓｙｎｃ 同期最大オーバーシュートパラメータ
Ｍ_ｓｆ 安全最大オーバーシュートパラメータ
ＨＣａ，ＨＣｂ 危険なケースａ、危険なケースｂ
σ_ｍｉｎ（ｔ），σ_ｍａｘ（ｔ） 安全マージン関数
ＭｉｎＥｒｒＴｈｒｅｓｈ 最小誤差閾値
ＳｙｎｃＥｒｒＤｅｂｏｕｎｃｅＴｉｍｅ 同期誤差デバウンサ
ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ 安全マージン違反フラグ
ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓ 積分器無効化閾値
ＳＳＣ 速度同期コントローラ

Claims (15)

1. ドライブトレインにおける内燃機関（３，ＩＣＥ）の速度とギアの速度とを同期させるために、電気モータ（１，ＳＧ）によって車両ドライブトレインを制御する方法であって、当該方法は、以下のステップを含み、すなわち、
   ステップＩ－初期化において、
   ・初期速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（０））を決定し、
   ・同期性能関数（ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））の形式と、同期最大オーバーシュートパラメータ（Ｍ_ｓｙｎｃ）の形式とを決定し、
   ・安全マージン関数（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））の形式を決定し、
   ・安全マージン違反フラグ（ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ）をＯＦＦに設定し、
   ステップＩＩ－同期サイクルのｋ番目のステップにおいて、
   ・特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））を決定し、
   ・前記特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける同期性能関数（ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））の実際値を決定し、
   ・前記特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））を決定し、
   ・前記特定の時間インスタンスｔ_ｋにおける変換された同期誤差（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））を決定し、ここで、
   ●前記安全マージン違反フラグ（ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ）がＯＦＦの場合には、同期変換関数Ｅ_ｓｙｎｃ（・）を介して、前記同期性能関数（ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））および同期最大オーバーシュートパラメータ（Ｍ_ｓｙｎｃ）を使用して、ε_ｓｙｎｃ＝Ｅ_ｓｙｎｃ（ｅ_ｓｙｎｃ／ρ_ｓｙｎｃ）となり、
   ●前記安全マージン違反フラグ（ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ）がＯＮの場合には、安全変換関数Ｅ_ｓｆ（・）を介して、安全性能関数（ρ_ｓｆ（ｔ））および安全最大オーバーシュートパラメータ（Ｍ_ｓｆ）を使用して、ε_ｓｙｎｃ＝Ｅ_ｓｆ（ｅ_ｓｙｎｃ／ρ_ｓｆ）となり、
   ●新たな目標速度（ω_ｔｇｔ）が要求された場合には、同期プロセスを中断して、同期サイクルを再初期化し（ステップＩの初期化に移動し）、
   ・速度同期コントローラ（ＳＳＣ）の出力として、要求されるモータトルクＴ_ＳＧ（ｔ）を決定し、すなわち、
   ○｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜≦ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓの場合には、（Ｔ_ＳＧ（ｔ））＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））であり、
   ○｜ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）｜＞ｉＤｉｓａｂｌｅＴｈｒｅｓの場合には、（Ｔ_ＳＧ（ｔ））＝Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ））＋Ｔ_Ｐ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））であり、
   ・要求されたＳＧトルクＴ_ＳＧ（ｔ）を設定し、
   ステップＩＩＩ－同期サイクルの終了において、
   ・特定の期間Δｔの間、前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が指定領域内に留まっている場合には、同期を終了する、
   方法。
2. 前記同期が終了すると、前記ドライブトレインにおけるギアが係合させられる、請求項１記載の方法。
3. 前記同期性能関数（ρ_ｓｙｎｃ（ｔ））と、前記同期最大オーバーシュートパラメータ（Ｍ_ｓｙｎｃ）と、前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））とは、
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、－Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（０）＜－σ_ｍｉｎ（０）＜ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜σ_ｍａｘ（ｔ）＜ρ_ｓｙｎｃ（０）
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、－ρ_ｓｙｎｃ（０）＜－σ_ｍａｘ（０）＜ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜σ_ｍｉｎ（０）＜Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（０）
   となるように選択される、
   請求項１記載の方法。
4. 前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））は、０＜σ_ｍｉｎ（ｔ）≦σ_ｍａｘ（ｔ）の条件と、
   ∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、－Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜－σ_ｍｉｎ（ｔ）＜σ_ｍａｘ（ｔ）＜ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）
   ∀ｔにおいてｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、－ρ_ｓｙｎｃ（ｔ）＜－σ_ｍａｘ（ｔ）＜σ_ｍｉｎ（ｔ）＜Ｍ_ｓｙｎｃρ_ｓｙｎｃ（ｔ）
   とを満たす、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記安全マージン違反フラグ（ＳＬｉｍＶｉｏｌＦｌａｇ）は、
   前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、規定性能制限の安全距離以内の前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））内にある場合には、ＯＦＦに設定されるか、またはＯＦＦに留められ、
   前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が、前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））上にあるかまたはこれを超過した場合には、ＯＮに設定されるか、またはＯＮに留められる、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 急峻な速度変化時に、時間インスタンスｔ_ｖｉｏｌにおいて、前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が前記安全マージン（σ_ｍｉｎ（ｔ）），（σ_ｍａｘ（ｔ））に到達するように強制されると、安全性能関数ρ_ｓｆ（ｔ）と、安全最大オーバーシュートパラメータＭ_ｓｆとを選択することによって前記規定性能制限が拡大され、これにより、前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）は、拡大された規定性能制限内で推移し続けるようになる、請求項５記載の方法。
7. 時間インスタンスｔ＝ｔ_ｓｔｅｐにおいて「心変わり」状況が発生すると、前記速度同期誤差ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）が新たな規定性能制限内で推移し続けるように選択される新たな性能関数ρ’_ｓｙｎｃと、新たな最大オーバーシュートパラメータＭ’_ｓｙｎｃとを使用して、前記同期サイクルが中断および再初期化される、請求項５または６記載の方法。
8. 前記変換された同期誤差ε_ｓｙｎｃ（ｔ）は、以下の方程式
   

   

   によって決定され、
   前記同期変換関数Ｅ_ｓｙｎｃ（・）および前記安全変換関数Ｅ_ｓｆ（・）は、滑らかで狭義増加する関数である、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記同期変換関数Ｅ_ｓｙｎｃ（・）は、全単射像
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、Ｅ_ｓｙｎｃ：（－Ｍ_ｓｙｎｃ，１）→（－∞，∞）
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、Ｅ_ｓｙｎｃ：（－１，Ｍ_ｓｙｎｃ）→（－∞，∞）
   を定義しており、
   前記安全変換関数Ｅ_ｓｆ（・）は、全単射像
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）≧０の場合、Ｅ_ｓｆ：（－Ｍ_ｓｆ，１）→（－∞，∞）
   ｅ_ｓｙｎｃ（０）＜０の場合、Ｅ_ｓｆ：（－１，Ｍ_ｓｆ）→（－∞，∞）
   を定義している、
   請求項８記載の方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法によって、車両ドライブトレインにおける内燃機関（３，ＩＣＥ）の速度とギアの速度とを同期させるための、速度同期コントローラ（ＳＳＣ）。
11. 前記速度同期コントローラ（ＳＳＣ）は、規定性能制御ＰＰＣ部（Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ）））を含み、
    前記規定性能制御ＰＰＣ部（Ｔ_ＰＰＣ（ε_ｓｙｎｃ（ｔ）））は、速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））を、常に前記規定性能制限内に保持するように較正されている、
    請求項１０記載の速度同期コントローラ（ＳＳＣ）。
12. 前記速度同期コントローラ（ＳＳＣ）は、スイッチングＰＩ部Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））を含み、
    前記スイッチングＰＩ部Ｔ_Ｐ－ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））は、前記速度同期誤差（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ））が特定の閾値内にあるかどうかに応じて、ＰＩ部（Ｔ_ＰＩ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）））とＰ部（Ｔ_Ｐ（ｅ_ｓｙｎｃ（ｔ）））との間でスイッチングする、
    請求項１０または１１記載の速度同期コントローラ（ＳＳＣ）。
13. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法によって、車両ドライブトレインを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、
    当該電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、少なくとも、
    請求項１０から１２までのいずれか１項記載の速度同期コントローラ（ＳＳＣ）と、
    前記速度同期コントローラ（ＳＳＣ）を監督するように構成されたＤＨＴマネージャと
    を含む、
    電子制御ユニット（ＥＣＵ）。
14. 車両ドライブトレインであって、
    当該車両ドライブトレインは、内燃機関（３）を含み、前記内燃機関（３）は、ギアボックス（４）に結合されており、前記ギアボックス（４）は、前記内燃機関（３）からアウトプットシャフトにトルクを伝達するように構成されており、前記ギアボックス（４）は、ドッグクラッチを含み、
    当該車両ドライブトレインは、Ｐ０，Ｐ１，またはＰ２の構成で前記ドッグクラッチの入力側に組み込まれている電気機械（１）と、請求項１３記載の電子制御ユニット（ＥＣＵ）とをさらに含む、
    車両ドライブトレイン。
15. 前記電気機械（１）は、前記内燃機関（３）のクランクシャフトに結合されたスタータジェネレータ（ＳＧ）である、請求項１４記載の車両ドライブトレイン。

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