JP3935111B2 - ハイブリッド車両の振動抑制装置および振動抑制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、エンジンと２つのモータを駆動源とするハイブリッド車両の振動抑制装置および振動抑制方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両の振動抑制装置としては、例えば、特開２０００−２１７２０９号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来公報には、実プラントとプラントモデルの出力誤差を外乱トルクのみに起因するものとして逆算（トルク→回転角度が二重積分であるから、逆算は二重微分）し、これをコンディショニング（所定の周波数帯域の信号のみを取り出す）して補正トルク指令として足し込む構成が記載されている。この構成においては、実プラントおよびそのモデルはそれぞれ１自由度運動（状態方程式としては２次）として扱われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両の振動抑制装置にあっては、実プラントの振動を１自由度運動として抑制するものであるため、ハイブリッド車両のように動力源の数が多く、動力伝達機構全体の振動の運動自由度が２以上となる場合は、１自由度の振動抑制技術を適用しても振動抑制が「効果的ではない」という問題があった。
【０００５】
ここで、「効果的ではない」とは、例えば、出力軸トルクの振動を低減した場合は、遊星歯車機構の内部の回転振動が残留することになり、遊星歯車機構内の要素の摩耗が促進される等の問題点がある。また、例えば、遊星歯車機構内の振動をできるだけ低減しようとすると、出力軸トルクの振動が残留することになり、乗り心地を損なうのみならず、最終減速機から下流の動力伝達要素の摩耗が促進される等の問題点がある。
【０００６】
このため、遊星歯車機構の構成要素の耐久性に問題が生じたり、それを防止するために構成要素の強度を大きくせざるを得ず、コスト高を招いたりする。さらには、駆動出力トルクが振動することにより運転者に不快感を与えたり、構成部品の微小振動に伴う不快なノイズを発生させたりしていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、遊星歯車機構の並進振動と回転振動との２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができるハイブリッド車両の振動抑制装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、
前記動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する振動抑制制御手段と、前記遊星歯車機構を実プラントとしたとき、この実プラントの各要素に作用するトルクにより発生する各要素の変位を計測する変位計測手段と、を備え、前記振動抑制制御手段は、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、これら並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成して前記振動制御用の信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳する。このとき、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、これら並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成して前記振動制御用の信号を生成し、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構の並進振動と回転振動との２自由度振動を効果的に抑制することができる。この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００１０】
「複数の補助的な動力源」とは、例えば、２つ以上の独立したモータや、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータであるが、機能上は２つのモータ機能を達成する動力源をいう。
【００１１】
「遊星歯車機構」とは、例えば、エンジンと第１モータと第２モータと駆動出力部材との４要素を連結するため、少なくとも４要素２自由度を有する遊星歯車列により構成されるラビニョウ型複合遊星歯車列等をいう。
【００１２】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置および振動抑制方法を実現する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例装置が適用されたハイブリッド車両のハイブリッド駆動系及びその制御系を示す全体システム図である。ハイブリッド駆動系の構成を説明すると、図１において、１はエンジン、２は同軸多層モータ、３はラビニョウ型複合遊星歯車列、４は出力ギヤ、５はカウンターギヤ、６はドライブギヤ、７はディファレンシャル、８，８は駆動軸、９はモータ＆ギヤケース、１０はエンジン出力軸、１１は第１モータ出力軸、１２は第２モータ出力軸、１３はモータ室、１４はギヤ室、１５は駆動出力軸、１６はクラッチである。
【００１５】
前記同軸多層モータ２は、モータ＆ギヤケース９に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの外側に配置し、図外の永久磁石を埋設したアウターロータORと、前記ステータＳの内側に配置し、図外の永久磁石を埋設したインナーロータIRと、を同軸上に配置することで構成されている。以下、ステータＳ＋アウターロータORを第１モータMG1といい、ステータＳ＋インナーロータIRを、第２モータMG2という。
【００１６】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2に噛み合うリングギヤＲとの４つの回転要素を有する。なお、第１サンギヤS1と第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりダブルピニオン型遊星歯車が構成され、第２サンギヤS2と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりシングルピニオン型遊星歯車が構成される。
【００１７】
そして、ハイブリッド駆動系は、前記リングギヤＲとエンジン出力軸１０とをクラッチ１６を介して連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ出力軸１１とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ出力軸１２とを連結し、前記共通キャリヤＣに駆動出力軸１５を介して出力ギヤ４（Out）を連結することにより構成されている。
【００１８】
前記出力ギヤ４からの出力回転及び出力トルクは、カウンターギヤ５→ドライブギヤ６→ディファレンシャル７を経過し、駆動軸８，８から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１９】
ハイブリッド車両の制御系の構成を説明すると、図１において、２１はエンジンコントローラ、２２はスロットルバルブアクチュエータ、２３はモーターコントローラ、２４はインバータ、２５はバッテリ、２６はハイブリッドコントローラ、２７はアクセル開度センサ、２８は車速センサ、２９はモータ温度センサ、３０はエンジン回転数センサ、３１，３２は双方向通信線である。
【００２０】
前記エンジンコントローラ２１は、ハイブリッドコントローラ２６からの指令に応じてエンジントルクを制御する指令をスロットルバルブアクチュエータ２２へ出力する。
【００２１】
前記モータコントローラ２３は、第１モータMG1の回転数N1とトルクT1、および、第２モータMG2の回転数N2とトルクT2をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ２４へ出力する。
【００２２】
前記インバータ２４は、前記同軸多層モータ３のステータＳのコイルに接続され、モータコントローラ２３からの指令により、インナーロータIRへの駆動電流とアウターロータORへの駆動電流とを複合させた複合電流を作り出す。このインバータ２４にはバッテリ２５が接続されている。
【００２３】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、アクセル開度センサ２７，車速センサ２８，モータ温度センサ２９，エンジン回転数センサ３０等からのセンサ信号を入力して所定の演算処理を行う。なお、ハイブリッドコントローラ２６とモータコントローラ２３は双方向通信線３１により接続され、ハイブリッドコントローラ２６とエンジンコントローラ２１は双方向通信線３２により接続されている。
【００２４】
図２は第１実施例装置の振動抑制制御系を示すブロック図であり、図２において、１はエンジン（主たる動力源）、MG1は第１モータ（補助的な動力源）、MG2は第２モータ（補助的な動力源）、３はラビニョウ型複合遊星歯車列（遊星歯車機構）、Ｒはリングギヤ（要素）、S1は第１サンギヤ（要素）、S2は第２サンギヤ（要素）、Ｃは共通キャリヤ（要素）、８は駆動軸（駆動出力部材）、１０はエンジン出力軸（結合軸）、１１は第１モータ出力軸（結合軸）、１２は第２モータ出力軸（結合軸）、１５は駆動出力軸（結合軸）、１６はエンジン用速度・位置検出器（変位計測手段）、１７は第１モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）、１８は第２モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）、２１はエンジンコントローラ、２３はモータコントローラ、２３ａは第１モータ制御部、２３ｂは第２モータ制御部、２６はハイブリッドコントローラ、２６ａは振動抑制制御器（振動抑制制御手段）である。
【００２５】
前記モータコントローラ２３は、第１モータMG1の回転数N1とトルクT1を制御する第１モータ制御部２３ａと、第２モータMG2の回転数N2とトルクT2を制御する第２モータ制御部２３ｂとを有する。
【００２６】
前記各速度・位置検出器１６，１７，１８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の各要素Ｒ，S1，S2の振動状態を観測し、そのセンサ信号をエンジンコントローラ２１と第１モータ制御部２３ａと第２モータ制御部２３ｂに出力する。
【００２７】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、アクセル開度検出値APSと車速検出値Vspと目標駆動トルクマップに基づいて、目標駆動トルクを決定し、エンジン１が分担する目標トルクと両モータMG1.MG2が分担する目標トルクを決め、エンジンコントローラ２１に対して目標トルク指令を出力する。一方、第１モータ制御部２３ａと第２モータ制御部２３ｂに対しては、モータトルクT1,T2の定常分制御とモータ回転数N1,N2の制御（変速制御）を併せて行う。
【００２８】
変速制御は、例えば、エンジン回転数Ne、変速比ｉ（＝Ne/No）を既知とした場合、図４に示すラビニョウ型複合遊星歯車列３の共線図において、
N1＝Ne＋α（Ne−No） …(1)
N2＝No＋β（Ne−No） …(2)
To＝T1＋T2＋Te …(3)
N1・T1＋N2・T2＝０ …(4)
αT1＋To＝（１＋β）T2 …(5)
但し、N1，T1:第１モータの回転数とトルク
N2，T2:第２モータの回転数とトルク
α，β：遊星歯車の歯数比
のバランス式が成り立つ。この(1)〜(5)のバランス式を用いてモータ動作点(N1,T1,N2,T2)を算出し、このモータ動作点(N1,T1,N2,T2)を得る指令を出力する。
【００２９】
前記ハイブリッドコントローラ２６の振動抑制制御器２６ａは、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源として両モータMG1.MG2を選択し、この両モータMG1.MG2に与えられるモータトルクT1.T2を得る定常分トルク指令に対して振動制御用のトルク指令信号を重畳することにより、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の２自由度振動を抑制する。ここで、動力源のうちトルクの制御が可能な三つの動力源のうち、両モータMG1.MG2を選択したのは、エンジン１より両モータMG1.MG2の方がトルク制御応答に優れることによる。
【００３０】
図３は第１実施例装置の振動抑制制御器２６ａを示す制御ブロック図であり、振動抑制制御器２６ａは、ラビニョウ型複合遊星歯車列３を実プラントといい、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の振動の力学モデルをプラントモデルというとき、プラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算し、これを一部または全部をキャンセルする補正トルクを実プラントの各要素に結合される動力源のうち、二つの両モータMG1.MG2に加えることにより実プラントの２自由度振動を抑制する制御を行う。
【００３１】
図３において、２６１は実変位算出部、２６２は変位分離部、２６３はモデル変位算出部、２６４は並進振動算出部（振動変位算出部）、２６５は回転振動算出部（振動変位算出部）、２６６は外乱トルク算出部、２６７はフィルタ処理部、２６８は補正トルク算出部、２６９は第１補正トルク加算部、２７０は第２補正トルク加算部である。
【００３２】
前記実変位算出部２６１は、変位計測値に基づき実プラント３の選択した二つの要素S1,S2における並進実変位と回転実変位を算出する。
【００３３】
前記変位分離部２６２は、各要素Ｒ，S1，S2，Ｃに作用するトルクを入力し、並進トルク合計と回転トルク合計に分離する。
【００３４】
前記モデル変位算出部２６３は、変位分離部２６２からの並進トルク合計および回転トルク合計とプラントモデルを用い、選択した二つの要素S1,S2における並進モデル変位と回転モデル変位を算出する。
【００３５】
前記並進振動算出部２６４は、モデル変位算出部２６３からの並進モデル変位と、実変位算出部２６１からの並進実変位との誤差である並進の誤差（並進振動変位）を算出する。
【００３６】
前記回転振動算出部２６５は、モデル変位算出部２６３からの回転モデル変位と、実変位算出部２６１からの回転実変位との誤差である回転の誤差（回転振動変位）を算出する。
【００３７】
前記外乱トルク算出部２６６は、並進振動算出部２６４により算出された並進の誤差と、回転振動算出部２６５により算出された回転の誤差と、プラントモデルの逆モデルを用いて、並進の外乱トルクと回転の外乱トルクを逆算する。
【００３８】
前記フィルタ処理部２６７は、信号に含まれるノイズ等を除去するために、外乱トルク算出部２６６からの並進の外乱トルクのフィルタ処理と回転の外乱トルクのフィルタ処理を行う。
【００３９】
前記補正トルク算出部２６８は、フィルタ処理部２６７からの並進の外乱トルクフィルタ処理値と回転の外乱トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２を算出する。
【００４０】
前記第１補正トルク加算部２６９は、補正トルク算出部２６８にて算出した制振用の補正トルク１をトルク指令に加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとする。
【００４１】
前記第２補正トルク加算部２７０は、補正トルク算出部２６８にて算出した制振用の補正トルク２をトルク指令に加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００４２】
次に、作用を説明する。
【００４３】
［本発明の振動抑制の考え方］
変速機として用いられる遊星歯車機構においては、構成要素同士の速度拘束があるため、運動の自由度は２であり、これをもって出力軸回転速度と主たる動力源から出力軸までの変速比とを制御する。このとき、各要素の速度の関係を共線図と呼ばれる速度線図で表すことが広く行われている。
【００４４】
第１実施例装置で採用したラビニョウ型複合遊星歯車列３は、４要素２自由度の遊星歯車機構の一例であり、図４にその共線図を示す。シングルピニオン型遊星歯車は、キャリヤを停止しサンギヤを正転とした場合にリングギヤが逆転する共線図が描ける。また、ダブルピニオン型遊星歯車は、キャリヤを停止しサンギヤを正転とした場合にリングギヤがサンギヤより低回転で正転する共線図が描ける。ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、第１サンギヤS1と第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりダブルピニオン型遊星歯車が構成され、第２サンギヤS2と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりシングルピニオン型遊星歯車が構成される。
【００４５】
このため、シングルピニオン型遊星歯車の共線図と、ダブルピニオン型遊星歯車の共線図とを組み合わせることにより、図４に示すように、左端から順に第１サンギヤS1（第１モータMG1）、リングギヤＲ（エンジン１）、共通キャリヤＣ（出力ギヤ４）、第２サンギヤS2（第２モータMG2）と並ぶ共線図が描ける。これらの回転要素のうち、第１サンギヤS1と第２サンギヤS2の回転速度N1,N2を決定すれば、残りの二つのリングギヤＲと共通キャリヤＣの速度は決定される。
【００４６】
速度の２自由度は独立な２速度あるいはそれらの任意の線形結合で表現できるが、レバーの並進モードと回転モードに分解するのが力学的な干渉がなくわかりやすい。その他の変数を選ぶ場合は、力学的な干渉項が発生するのみであり、原理的には同じことになる。図３の実プラント枠内には、２自由度動力伝達機構の運動・振動を示す。この中に慣性を示すブロック1/(Ms2)，1/(Js2)が二つ示されており、これが運動・振動の自由度が２であることを示している。
【００４７】
図５に４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）であって、要素１，２，４が動力源、要素３が出力部材である場合の並進の慣性・回転の慣性のモデルを示す。このモデルでは、遊星歯車機構の要素と動力源の慣性とを結ぶ結合軸が制御すべき振動の周波数領域で十分に剛であって、動力源の慣性と遊星歯車機構の要素との間のねじれ振動を考慮する必要がない場合に適用できる。その場合、要素の慣性と書かれているものは要素の慣性と動力源の慣性とを合計したものとなる。
【００４８】
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、
Ｍ＝J1＋J2＋J3＋J4
Ｊ＝J1Acg2+J2(Acg-a2)2+J3(Acg-a3)2+J4(Acg-a4)2
ただし、Acg＝(a2J2＋a3J3＋a4J4)／Ｍ
であり、トルクアームa2，a3，a4は、遊星歯車機構のギヤ比から決まる無次元の値である。
【００４９】
本発明の請求項１では、「二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳する」となっているが、トルク指令の定常分は、遊星歯車機構のトルクバランスから決まってくる。遊星歯車機構のトルクバランスは、遊星歯車機構の各要素の速度から決定され、各要素の速度は動力性能最適化や燃費最適化等の他の制約条件から決定される（上記バランス式参照）。
【００５０】
すなわち、トルク指令の定常分に対して振動制御用の信号を重畳することにより、各種の最適化で決まる各要素の速度を変更することなく、制振効果を得ることができる。
【００５１】
［振動抑制制御作動］
図６は第１実施例装置の振動抑制制御器２６ａで実行される振動抑制制御作動の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００５２】
ステップＳ１では、実変位算出部２６１において、各要素の変位のうち、少なくとも二つの計測値（第１モータMG1と第２モータMG2の速度・位置検出器１７，１８による計測値）から、実プラント３の並進変位・回転変位を計算する。ここで、計測値をx1,x2、それぞれの重心からのトルクアームをａ，ｂとすると、並進変位と回転変位の計算式は、ステップＳ１の枠内に記載された行列式により表される。
【００５３】
ステップＳ２では、変位分離部２６２において、各要素に作用するトルクから、並進トルク合計と回転トルク合計を算出し、ステップＳ３へ移行する。なお、各計算式は、
並進トルク合計＝T1＋T2＋TL3＋T4
回転トルク合計＝T1Acg＋T2(Acg−a2)−TL3(Acg−a3)＋T4(Acg−a4)
である。このステップＳ２と後述するステップＳ３の算出処理は、ステップＳ１での並進変位の計算及び回転変位の計算と同時進行にて実行される。
【００５４】
ステップＳ３では、モデル変位算出部２６３において、並進トルク合計と回転トルク合計をプラントモデルの入力として、並進変位と回転変位を算出する。なお、各計算式は、
並進変位＝（並進トルク合計／Ｍ）の時間に関する二重積分
回転変位＝（回転トルク合計／Ｊ）の時間に関する二重積分
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、上記式および図３，図５に記載されている。
【００５５】
ステップＳ４では、並進振動算出部２６４と回転振動算出部２６５において、プラントモデルの並進変位・回転変位と実プラントの並進変位・回転変位との差（振動変位）を求める。
【００５６】
ステップＳ５では、外乱トルク算出部２６６において、並進変位の差・回転変位の差をそれぞれ外乱トルクに逆算する（二重微分）。
【００５７】
ステップＳ６では、フィルタ処理部２６７において、信号に含まれるノイズ等を除去するために、外乱トルク算出部２６６からの並進の外乱トルクのフィルタ処理と回転の外乱トルクのフィルタ処理を行う。
【００５８】
ステップＳ７では、補正トルク算出部２６８において、並進外乱トルクフィルタ値と回転外乱トルクフィルタ値を入力し、選択された二つの要素S1,S2への制振トルクに合成する。制振トルク１，２の計算式は、選択された二つの要素と重心とのトルクアームをｐ、ｑとすると、ステップＳ７の枠内に記載の行列式により表される。
【００５９】
そして、第１補正トルク加算部２６９および第２補正トルク加算部２７０において、合成された制振トルク１，２を、第１モータMG1と第２モータMG2のトルクT1,T2に足し込む。
【００６０】
［対比による動力伝達機構の振動抑制作用］
従来、運転状態・トルク配分が決定された状態で動力伝達機構の振動が発生した場合あるいは発生が懸念される場合は、特開２００１−３１５５５０号公報の段落０００７に記載されているように、このトルク配分をずらすことにより振動発生の運動状態を回避する方法が採られている。これは必然的に、元来の最適条件から外れるか、あるいは、動力源の数を増やして冗長度を増すことにより、各種最適化と振動低減とをバランスさせた解を求めていることになる。何れにしても当初の最適化のみを目標としたトルク配分・動作点から外れるため、最適化目標は達成されていないことになる。上記公報の段落０００９〜００１０にはそのような例が記載されている。すなわち、車両の振動を抑制するために、エンジンやモータの目標動力の組み合わせをもってロックアップを行う領域を決定する方法である。
【００６１】
このように、従来の車両の振動制御においては、動力源の一つあるいは複数がとある条件で振動源となる場合に、この条件、具体的にはその動力源の回転速度とトルクとのある組み合わせを回避するように変速比を切り換えることが行われている。このような方法においては、ある最適化の結果として、その動力源の回転速度とトルクとのある組み合わせが要求された場合に、これを満たしつつ車両の振動を抑制できないのは明かである。すなわち、あらゆる動力源のどのような回転数・トルク運転状態においても、動力源の一部または全部が振動源になるような状態においても、その振動を積極的に抑制しつつ、その運転状態を実行する手段が必要となる。
【００６２】
さらに、このような多要素多自由度の動力伝達機構においては、各ギヤ間の隙間に起因するバックラッシュが存在し、動力源とギヤの要素間の結合も意図的にあるいは不可避的に弾性材が存在するため、遊星歯車自体も複雑で非線形な振動発生源あるいは振動増幅器となることが考えられる。このような場合には、動力源の振動発生領域を回避するのみならず、動力伝達機構全体の振動発生・増幅領域を回避する必要があり、それだけ運転状態の自由度が制限され、最適化されるべき目標、例えば、動力性能や燃費等の悪化を招く。また、そのような振動の条件は多岐にわたり、全てを網羅的に回避することは現実的ではないため、軽度の振動については放置されることになり、その微小振動が構成要素の寿命を縮める等の悪影響をもたらすことになる。よって、振動状態を回避するのみではなく、振動を積極的に抑制する手段が必要となる。
【００６３】
これに対し、第１実施例装置では、積極的な振動抑制法が採用されていて、実プラントとプラントモデルの出力誤差を外乱トルクのみに起因するものとして逆算（トルク→並進変位，回転変位が二重積分であるから、逆算は二重微分）し、これを補正トルク指令として選択した二つの動力源である両モータMG1,MG2の定常トルク指令T1,T2に足し込む制御が行われる。すなわち、振動を引き起こす振動外乱トルクをトルク補償によりキャンセルする方式を採用している。
【００６４】
しかも、第１実施例装置においては、実プラントおよびそのモデルはそれぞれ２自由度運動として扱われるため、実プラントの振動を１自由度運動として抑制する特開２０００−２１７２０９号公報に記載の方法のように、例えば、出力軸トルクの振動を低減した場合は、遊星歯車機構の内部の回転振動が残留することになり、遊星歯車機構内の要素の摩耗が促進される等の問題点、遊星歯車機構内の振動をできるだけ低減しようとすると、出力軸トルクの振動が残留することになり、乗り心地を損なうのみならず、最終減速機から下流の動力伝達要素の摩耗が促進される等の問題点、が解消され、ラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動を効果的に抑制することができる。
【００６５】
次に、効果を説明する。
第１実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００６６】
(1)主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの第１モータMG1と第２モータMG2を選択し、この二つの第１モータMG1と第２モータMG2に与えられるトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する振動抑制制御器２６ａを備えたため、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００６７】
(2)遊星歯車機構を実プラントといい、遊星歯車機構の振動の力学モデルをプラントモデルというとき、前記振動抑制制御器２６ａは、プラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算し、これを一部または全部をキャンセルする補正トルクを実プラントの各要素に結合される動力源のうち、二つの動力源に加えることにより実プラントの２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構に働く作用力のうち、振動を発生させる作用力を、プラントモデルとプラントモデルの逆モデルとを用いて精度良く推定することができ、この結果、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができる。
【００６８】
(3)実プラントの各要素に作用するトルクにより発生する各要素の変位を計測する速度・位置検出器１６，１７，１８を設け、振動抑制制御器２６ａは、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて実変位を算出する実変位算出部２６１と、各要素に作用するトルクとプラントモデルを用いてモデル変位を算出するモデル変位算出部２６３と、実変位とモデル変位の誤差である振動変位を算出する並進振動算出部２６４および回転振動算出部２６５と、算出された振動変位とプラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算する外乱トルク算出部２６６と、算出された外乱トルクの符号を反転した補正トルクを算出する補正トルク算出部２６８と、算出した補正トルクを選択した二つの要素が結合される動力源に加える補正トルク加算部２６９，２７０と、を有する構成としたため、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に対して減衰力を発生させる制御的なダンパーの働きをし、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の振動を効果的に減衰させることができる。
【００６９】
(4)振動抑制制御器２６ａは、トルク制御が可能な三つの動力源のうち、トルク制御応答の優れる第１モータMG1と第２モータMG2を選択し、この二つの第１モータMG1と第２モータMG2に与えられる定常的なトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、振動抑制のアクチュエータとしての動力源のトルク制御応答にばらつきがある場合でも、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動をそれぞれ速やかに抑制することができる。
【００７０】
(5)主たる動力源がエンジン１であり、複数の補助的な動力源が二つのモータMG1,MG2であり、主たる動力源の出力を出力ギヤ４に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、二つのモータMG1,MG2間にエンジン１と出力ギヤ４が配置される共線図であらわされる４要素・２自由度の遊星歯車機構であり、振動抑制制御器２６ａは、共線図上で両端に配置される二つのモータMG1,MG2のトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳するようにしたため、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動のうち特に回転モードの振動を効果的に抑制することができると共に、エンジンダンパのコスト、並びに、モータコストを低減することができる。
【００７１】
すなわち、エンジン出力軸１０には、エンジントルクのリプルを低減するためにバネ・マスで構成されるダンパが設置されるのが通例であり、モータ出力軸１１，１２の剛性はエンジン出力軸１０の剛性に比べて大きい。また、ラビニョウ型複合遊星歯車列３を共線図で表した場合に、その両端に振動を抑制するモータ出力軸１１，１２が結合されているため、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の回転モードの振動に対して効果的に振動を抑制することができる。この結果として、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく、強度を落とし、コストを下げることができる。また、駆動出力系の振動や不快なノイズを低減することができる。また、出力トルクの変動が効果的に低減できるため、エンジン１の円滑な回転を阻害しない範囲で、エンジン出力軸１０のダンパによるトルクリプル低減の必要性を下げることができる。つまり、ダンパのバネやマスを小さくすることができるので、エンジンダンパのコストを下げることができる。
【００７２】
また、モータMG1,MG2の制御において、微小な速度変動とそれを補正するための発生トルク変動により、モータ鉄心内の磁束もリプル分を持つことになる。これにより、鉄心内の鉄損を増加させることになる。振動抑制制御により微小な速度振動を低減することによって、鉄心内磁束の振動低減から鉄損を低下させることができ、モータの熱容量が等価的に上がることにより、モータ容量を大きく使うことができる。また、その分をモータ容量の減少に利用してコストを低減することもできる。
【００７３】
(6)主たる動力源がエンジン１であり、複数の補助的な動力源が１つのステータＳと二つのロータIR,ORを持つ同軸多層モータ２であり、主たる動力源の出力を出力ギヤ４に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、同軸多層モータ２による二つのモータMG1,MG2間にエンジン１と出力ギヤ４が配置される共線図であらわされるラビニョウ型複合遊星歯車列３であるため、２個の独立したモータを採用する場合に比べてコスト・サイズ・効率の面で有利であると共に、遊星歯車機構を軸方向に短いコンパクトなものとすることができ、さらに、同軸多層モータ２とラビニョウ型複合遊星歯車列３とは組み合わせ相性が良好で、好適なハイブリッド駆動系を構成することができる。
【００７４】
すなわち、２ロータ・１ステータの同軸多層モータ２を採用したことで、インナーロータIRに対する電流とアウターロータORに対する電流を重ね合わせた複合電流を１つのコイルに印加することにより、２つのロータIR，ORをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、１つの同軸多層モータ２であるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせたものとして使える。
【００７５】
よって、例えば、それぞれにロータとステータを持つ２個の独立したモータを設ける場合に比べ、コスト（部品点数低減、インバータ電流定格低減、磁石低減）・サイズ（同軸構造による小型化、インバータサイズ低減）・効率（鉄損低減・インバータ損失低減）の面で有利にすることができる。
【００７６】
また、複合電流制御のみで（モータ＋ジェネレータ）の使い方に限らず、（モータ＋モータ）や（ジェネレータ＋ジェネレータ）の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持つため、例えば、第１実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に同軸多層モータ２を採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的、或いは、効率的な組み合わせを選択することができる。
【００７７】
ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、２列の遊星歯車の幅寸法でありながら、４つの遊星歯車（２つの平行な縦方向遊星歯車と２つのクロスする前後方向遊星歯車）の組み合わせを実現しているため、例えば、４つの遊星歯車を軸方向に配列するのに比べて大幅に軸方向寸法が短縮される。
【００７８】
ハイブリッド駆動系に対し同軸多層モータ２とラビニョウ型複合遊星歯車列３を適用した場合、(i)互いに同軸構造であるため、同軸多層モータ２の出力軸１１，１２と、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の両サンギヤＳ１，Ｓ２とを、例えば、スプライン嵌合にて簡単に連結できるというように、組み合わせ相性が非常に良く、スペース・コスト・重量の面で極めて有利である。(ii)同軸多層モータ２の一方を放電（モータ）として用い、他方を発電（ジェネレータ）として用いた場合、１つのインバータ２４を介してモータ電流を制御することも可能であり、バッテリ２５からの持ち出しを少なくすることができる。例えば、上記（１）〜（５）のバランス式が成立するダイレクト配電制御モードの場合、理論上、バッテリ２５からの持ち出しをゼロにすることができる。(iii)同軸多層モータ２の両方を放電（モータ）として用いた場合、駆動範囲を広くとることができる。
【００７９】
（第２実施例）
この第２実施例は、第１実施例装置が振動を引き起こす振動外乱トルクをトルク補償により直接キャンセルする方式であるのに対し、振動外乱トルクにより引き起こされた振動を、制御的な減衰トルクにより速やかに減衰させる方法を採用した例である。
【００８０】
すなわち、図７に示すように、第２実施例の振動抑制制御器２６ａは、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて並進変位と回転変位を算出する実変位算出部２６１と、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１と、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズを除去するフィルタ処理部２６７と、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２を算出する補正トルク算出部２６８と、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとする第１補正トルク加算部２６９と、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする第２補正トルク加算部２７０と、を有する。なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００８１】
作用を説明すると、実変位算出部２６１において、実プラント（ラビニョウ型複合遊星歯車列３）の各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて並進変位と回転変位が算出され、減衰トルク算出部２７１において、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクが算出され、フィルタ処理部２６７において、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズが除去され、補正トルク算出部２６８において、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２が算出され、第１補正トルク加算部２６９において、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとし、第２補正トルク加算部２７０において、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００８２】
次に、効果を説明する。
第２実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１を設けたため、プラントモデルを用いることのない簡単な振動抑制制御器２６ａの構成としながら、振動外乱トルクにより引き起こされた振動を、制御的な減衰トルクにより速やかに減衰させることができる。
【００８３】
（第３実施例）
第２実施例が並進・回転変位と電気的ダンパーを用いて並進・回転減衰トルクを求める例であるのに対し、この第３実施例は、並進・回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進・回転減衰トルクを求める用にした例である。
【００８４】
すなわち、図８に示すように、第３実施例の振動抑制制御器２６ａは、図７の第２実施例装置に対し、各要素Ｒ，S1，S2，Ｃに作用するトルクを入力し、並進トルク合計と回転トルク合計に分離する変位分離部２６２と、変位分離部２６２からの並進トルク合計および回転トルク合計とプラントモデルを用い、選択した二つの要素S1,S2における並進モデル変位と回転モデル変位を算出するモデル変位算出部２６３と、モデル変位算出部２６３からの並進モデル変位と、実変位算出部２６１からの並進実変位との誤差である並進の誤差（並進振動変位）を算出する並進振動算出部２６４と、モデル変位算出部２６３からの回転モデル変位と、実変位算出部２６１からの回転実変位との誤差である回転の誤差（回転振動変位）を算出する回転振動算出部２６５と、が追加された構成である。
【００８５】
作用を説明すると、減衰トルク算出部２７１’において、並進の誤差および回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクが算出され、フィルタ処理部２６７において、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズが除去され、補正トルク算出部２６８において、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２が算出され、第１補正トルク加算部２６９において、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとし、第２補正トルク加算部２７０において、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００８６】
次に、効果を説明する。
第３実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、並進の誤差および回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１’を設けたため、第２実施例の振動抑制制御方法に比べ、遊星歯車機構の速度制御を阻害することが少なくなるという効果が得られる。
【００８７】
（第４実施例）
第１実施例〜第３実施例では、各動力源と結合軸および遊星歯車機構の要素間の弾性ねじれ振動が無視できる高剛性を想定した例を述べたが、この第４実施例は、各動力源と結合軸および遊星歯車機構の要素間の弾性ねじれ振動が無視できない場合の例である。
【００８８】
図９に４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）の振動モデルを示す。この第４実施例では、剛性の高い２軸を選び、これらに繋がれた動力源の制御トルクを制振に用いる。
【００８９】
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、
Ｍ＝J1＋J2＋J3＋J4
Ｊ＝J1Acg2+J2(Acg-a2)2+J3(Acg-a3)2+J4(Acg-a4)2
ただし、Acg＝(a2J2＋a3J3＋a4J4)／Ｍ
であり、トルクアームa2，a3，a4は、遊星歯車機構のギヤ比から決まる無次元の値である。
【００９０】
仮に、動力源１，４がこのようにして選ばれたとすると、これらの弾性結合軸を直結した形で、例えば、図３や図７や図８に示す振動抑制制御器２６ａの制御ブロックを用いて実施することができる。
【００９１】
この場合、J1→J1＋Jm1、J4→J4＋Jm4と置き換え、さらに、結合軸１，４の共振周波数のうち低い方の振動周波数以上の振動成分を通さないようなローパスフィルタを図３中や図７中や図８中の計算された並進・回転の検出部分に挿入することが必要となる。挿入箇所は「並進・回転の分離」ブロックの前でも後でも良い。
【００９２】
次に、効果を説明する。
第４実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、振動抑制制御器２６ａを、遊星歯車機構の構成要素と各動力源とを結ぶ軸ねじれ系の共振周波数のうち、二つの高い周波数を有する結合軸が連結される動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する構成としたため、振動抑制のアクチュエータとしての動力源と遊星歯車機構の各要素間を結合する結合軸に軸ねじれ振動がある場合でも、軸ねじれ振動を励振しない範囲で最も高い周波数まで、遊星歯車機構に発生する２自由度の振動をそれぞれ速やかに抑制することができる。この結果として、遊星歯車機構の構成要素の体休止絵を犠牲にすることなく、強度を落とし、コストを下げることができる。また、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００９３】
以上、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置を第１実施例〜第４実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例〜第４実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００９５】
第１実施例〜第４実施例では、第１モータと第２モータとして、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータであるが、機能上は２つのモータを達成する同軸多層モータ２の適用例を示したが、２つの独立したモータを用いたものであっても良い。
【００９６】
第１実施例〜第４実施例では、遊星歯車機構として、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の適用例を示したが、エンジンと第１モータと第２モータと出力部材との４要素を連結するため、少なくとも４要素・２自由度を有する遊星歯車により構成される機構であれば、ラビニョウ型複合遊星歯車列３に限られることはない。
【００９７】
すなわち、図１０の共線図に示すように、４要素のうち、任意の２要素の速度（回転数）を決定すれば、残りの２つの速度は決定されるもの、或いは、任意の１要素の速度と、任意の２要素の速度比（例えば、エンジン出力軸と変速機出力軸とが選ばれれば、これは変速比となる）を決定すれば、すべての要素の速度が決定されるもの、これを４要素・２自由度の遊星歯車機構と表現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例装置が適用されたハイブリッド車両のハイブリッド駆動系及びその制御系を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例装置の振動抑制制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図４】第１実施例装置で用いられるラビニョウ型複合遊星歯車列の共線図である。
【図５】４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）であって、要素１，２，４が動力源、要素３が出力部材である場合の並進の慣性・回転の慣性のモデルを示す図である。
【図６】第１実施例装置の振動抑制制御器で実行される振動抑制制御作動の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図８】第３実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図９】第４実施例装置における４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）の振動モデルを示す図である。
【図１０】４要素の遊星歯車機構を示す共線図である。
【符号の説明】
１ エンジン（主たる動力源）
MG1 第１モータ（補助的な動力源）
MG2 第２モータ（補助的な動力源）
３ ラビニョウ型複合遊星歯車列（遊星歯車機構）
Ｒ リングギヤ（要素）
S1 第１サンギヤ（要素）
S2 第２サンギヤ（要素）
Ｃ 共通キャリヤ（要素）
８ 駆動軸（駆動出力部材）
１０ エンジン出力軸（結合軸）
１１ 第１モータ出力軸（結合軸）
１２ 第２モータ出力軸（結合軸）
１５ 駆動出力軸（結合軸）
１６ エンジン用速度・位置検出器（変位計測手段）
１７ 第１モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）
１８ 第２モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）
２１ エンジンコントローラ
２３ モータコントローラ
２３ａ 第１モータ制御部
２３ｂ 第２モータ制御部
２６ ハイブリッドコントローラ
２６ａ 振動抑制制御器（振動抑制制御手段）
２６１ 実変位算出部
２６２ 変位分離部
２６３ モデル変位算出部
２６４ 並進振動算出部（振動変位算出部）
２６５ 回転振動算出部（振動変位算出部）
２６６ 外乱トルク算出部
２６７ フィルタ処理部
２６８ 補正トルク算出部
２６９ 第１補正トルク加算部
２７０ 第２補正トルク加算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、エンジンと２つのモータを駆動源とするハイブリッド車両の振動抑制装置および振動抑制方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動車両の振動抑制装置としては、例えば、特開２０００−２１７２０９号公報に記載のものが知られている。
【０００３】
この従来公報には、実プラントとプラントモデルの出力誤差を外乱トルクのみに起因するものとして逆算（トルク→回転角度が二重積分であるから、逆算は二重微分）し、これをコンディショニング（所定の周波数帯域の信号のみを取り出す）して補正トルク指令として足し込む構成が記載されている。この構成においては、実プラントおよびそのモデルはそれぞれ１自由度運動（状態方程式としては２次）として扱われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動車両の振動抑制装置にあっては、実プラントの振動を１自由度運動として抑制するものであるため、ハイブリッド車両のように動力源の数が多く、動力伝達機構全体の振動の運動自由度が２以上となる場合は、１自由度の振動抑制技術を適用しても振動抑制が「効果的ではない」という問題があった。
【０００５】
ここで、「効果的ではない」とは、例えば、出力軸トルクの振動を低減した場合は、遊星歯車機構の内部の回転振動が残留することになり、遊星歯車機構内の要素の摩耗が促進される等の問題点がある。また、例えば、遊星歯車機構内の振動をできるだけ低減しようとすると、出力軸トルクの振動が残留することになり、乗り心地を損なうのみならず、最終減速機から下流の動力伝達要素の摩耗が促進される等の問題点がある。
【０００６】
このため、遊星歯車機構の構成要素の耐久性に問題が生じたり、それを防止するために構成要素の強度を大きくせざるを得ず、コスト高を招いたりする。さらには、駆動出力トルクが振動することにより運転者に不快感を与えたり、構成部品の微小振動に伴う不快なノイズを発生させたりしていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、遊星歯車機構の並進振動と回転振動との２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができるハイブリッド車両の振動抑制装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、
前記動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する振動抑制制御手段と、前記遊星歯車機構を実プラントとしたとき、この実プラントの各要素に作用するトルクにより発生する各要素の変位を計測する変位計測手段と、を備え、前記振動抑制制御手段は、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、これら並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成して前記振動制御用の信号を生成することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳する。このとき、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、これら並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成して前記振動制御用の信号を生成し、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構の並進振動と回転振動との２自由度振動を効果的に抑制することができる。この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００１０】
「複数の補助的な動力源」とは、例えば、２つ以上の独立したモータや、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータであるが、機能上は２つのモータ機能を達成する動力源をいう。
【００１１】
「遊星歯車機構」とは、例えば、エンジンと第１モータと第２モータと駆動出力部材との４要素を連結するため、少なくとも４要素２自由度を有する遊星歯車列により構成されるラビニョウ型複合遊星歯車列等をいう。
【００１２】
【発明の効果】
よって、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置および振動抑制方法を実現する実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例装置が適用されたハイブリッド車両のハイブリッド駆動系及びその制御系を示す全体システム図である。ハイブリッド駆動系の構成を説明すると、図１において、１はエンジン、２は同軸多層モータ、３はラビニョウ型複合遊星歯車列、４は出力ギヤ、５はカウンターギヤ、６はドライブギヤ、７はディファレンシャル、８，８は駆動軸、９はモータ＆ギヤケース、１０はエンジン出力軸、１１は第１モータ出力軸、１２は第２モータ出力軸、１３はモータ室、１４はギヤ室、１５は駆動出力軸、１６はクラッチである。
【００１５】
前記同軸多層モータ２は、モータ＆ギヤケース９に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの外側に配置し、図外の永久磁石を埋設したアウターロータORと、前記ステータＳの内側に配置し、図外の永久磁石を埋設したインナーロータIRと、を同軸上に配置することで構成されている。以下、ステータＳ＋アウターロータORを第１モータMG1といい、ステータＳ＋インナーロータIRを、第２モータMG2という。
【００１６】
前記ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、互いに噛み合う第１ピニオンP1と第２ピニオンP2を支持する共通キャリヤＣと、第１ピニオンP1に噛み合う第１サンギヤS1と、第２ピニオンP2に噛み合う第２サンギヤS2と、第２ピニオンP2に噛み合うリングギヤＲとの４つの回転要素を有する。なお、第１サンギヤS1と第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりダブルピニオン型遊星歯車が構成され、第２サンギヤS2と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりシングルピニオン型遊星歯車が構成される。
【００１７】
そして、ハイブリッド駆動系は、前記リングギヤＲとエンジン出力軸１０とをクラッチ１６を介して連結し、前記第１サンギヤS1と第１モータ出力軸１１とを連結し、前記第２サンギヤS2と第２モータ出力軸１２とを連結し、前記共通キャリヤＣに駆動出力軸１５を介して出力ギヤ４（Out）を連結することにより構成されている。
【００１８】
前記出力ギヤ４からの出力回転及び出力トルクは、カウンターギヤ５→ドライブギヤ６→ディファレンシャル７を経過し、駆動軸８，８から図外の駆動輪へ伝達される。
【００１９】
ハイブリッド車両の制御系の構成を説明すると、図１において、２１はエンジンコントローラ、２２はスロットルバルブアクチュエータ、２３はモーターコントローラ、２４はインバータ、２５はバッテリ、２６はハイブリッドコントローラ、２７はアクセル開度センサ、２８は車速センサ、２９はモータ温度センサ、３０はエンジン回転数センサ、３１，３２は双方向通信線である。
【００２０】
前記エンジンコントローラ２１は、ハイブリッドコントローラ２６からの指令に応じてエンジントルクを制御する指令をスロットルバルブアクチュエータ２２へ出力する。
【００２１】
前記モータコントローラ２３は、第１モータMG1の回転数N1とトルクT1、および、第２モータMG2の回転数N2とトルクT2をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ２４へ出力する。
【００２２】
前記インバータ２４は、前記同軸多層モータ３のステータＳのコイルに接続され、モータコントローラ２３からの指令により、インナーロータIRへの駆動電流とアウターロータORへの駆動電流とを複合させた複合電流を作り出す。このインバータ２４にはバッテリ２５が接続されている。
【００２３】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、アクセル開度センサ２７，車速センサ２８，モータ温度センサ２９，エンジン回転数センサ３０等からのセンサ信号を入力して所定の演算処理を行う。なお、ハイブリッドコントローラ２６とモータコントローラ２３は双方向通信線３１により接続され、ハイブリッドコントローラ２６とエンジンコントローラ２１は双方向通信線３２により接続されている。
【００２４】
図２は第１実施例装置の振動抑制制御系を示すブロック図であり、図２において、１はエンジン（主たる動力源）、MG1は第１モータ（補助的な動力源）、MG2は第２モータ（補助的な動力源）、３はラビニョウ型複合遊星歯車列（遊星歯車機構）、Ｒはリングギヤ（要素）、S1は第１サンギヤ（要素）、S2は第２サンギヤ（要素）、Ｃは共通キャリヤ（要素）、８は駆動軸（駆動出力部材）、１０はエンジン出力軸（結合軸）、１１は第１モータ出力軸（結合軸）、１２は第２モータ出力軸（結合軸）、１５は駆動出力軸（結合軸）、１６はエンジン用速度・位置検出器（変位計測手段）、１７は第１モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）、１８は第２モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）、２１はエンジンコントローラ、２３はモータコントローラ、２３ａは第１モータ制御部、２３ｂは第２モータ制御部、２６はハイブリッドコントローラ、２６ａは振動抑制制御器（振動抑制制御手段）である。
【００２５】
前記モータコントローラ２３は、第１モータMG1の回転数N1とトルクT1を制御する第１モータ制御部２３ａと、第２モータMG2の回転数N2とトルクT2を制御する第２モータ制御部２３ｂとを有する。
【００２６】
前記各速度・位置検出器１６，１７，１８は、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の各要素Ｒ，S1，S2の振動状態を観測し、そのセンサ信号をエンジンコントローラ２１と第１モータ制御部２３ａと第２モータ制御部２３ｂに出力する。
【００２７】
前記ハイブリッドコントローラ２６は、アクセル開度検出値APSと車速検出値Vspと目標駆動トルクマップに基づいて、目標駆動トルクを決定し、エンジン１が分担する目標トルクと両モータMG1.MG2が分担する目標トルクを決め、エンジンコントローラ２１に対して目標トルク指令を出力する。一方、第１モータ制御部２３ａと第２モータ制御部２３ｂに対しては、モータトルクT1,T2の定常分制御とモータ回転数N1,N2の制御（変速制御）を併せて行う。
【００２８】
変速制御は、例えば、エンジン回転数Ne、変速比ｉ（＝Ne/No）を既知とした場合、図４に示すラビニョウ型複合遊星歯車列３の共線図において、
N1＝Ne＋α（Ne−No） …(1)
N2＝No＋β（Ne−No） …(2)
To＝T1＋T2＋Te …(3)
N1・T1＋N2・T2＝０ …(4)
αT1＋To＝（１＋β）T2 …(5)
但し、N1，T1:第１モータの回転数とトルク
N2，T2:第２モータの回転数とトルク
α，β：遊星歯車の歯数比
のバランス式が成り立つ。この(1)〜(5)のバランス式を用いてモータ動作点(N1,T1,N2,T2)を算出し、このモータ動作点(N1,T1,N2,T2)を得る指令を出力する。
【００２９】
前記ハイブリッドコントローラ２６の振動抑制制御器２６ａは、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源として両モータMG1.MG2を選択し、この両モータMG1.MG2に与えられるモータトルクT1.T2を得る定常分トルク指令に対して振動制御用のトルク指令信号を重畳することにより、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の２自由度振動を抑制する。ここで、動力源のうちトルクの制御が可能な三つの動力源のうち、両モータMG1.MG2を選択したのは、エンジン１より両モータMG1.MG2の方がトルク制御応答に優れることによる。
【００３０】
図３は第１実施例装置の振動抑制制御器２６ａを示す制御ブロック図であり、振動抑制制御器２６ａは、ラビニョウ型複合遊星歯車列３を実プラントといい、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の振動の力学モデルをプラントモデルというとき、プラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算し、これを一部または全部をキャンセルする補正トルクを実プラントの各要素に結合される動力源のうち、二つの両モータMG1.MG2に加えることにより実プラントの２自由度振動を抑制する制御を行う。
【００３１】
図３において、２６１は実変位算出部、２６２は変位分離部、２６３はモデル変位算出部、２６４は並進振動算出部（振動変位算出部）、２６５は回転振動算出部（振動変位算出部）、２６６は外乱トルク算出部、２６７はフィルタ処理部、２６８は補正トルク算出部、２６９は第１補正トルク加算部、２７０は第２補正トルク加算部である。
【００３２】
前記実変位算出部２６１は、変位計測値に基づき実プラント３の選択した二つの要素S1,S2における並進実変位と回転実変位を算出する。
【００３３】
前記変位分離部２６２は、各要素Ｒ，S1，S2，Ｃに作用するトルクを入力し、並進トルク合計と回転トルク合計に分離する。
【００３４】
前記モデル変位算出部２６３は、変位分離部２６２からの並進トルク合計および回転トルク合計とプラントモデルを用い、選択した二つの要素S1,S2における並進モデル変位と回転モデル変位を算出する。
【００３５】
前記並進振動算出部２６４は、モデル変位算出部２６３からの並進モデル変位と、実変位算出部２６１からの並進実変位との誤差である並進の誤差（並進振動変位）を算出する。
【００３６】
前記回転振動算出部２６５は、モデル変位算出部２６３からの回転モデル変位と、実変位算出部２６１からの回転実変位との誤差である回転の誤差（回転振動変位）を算出する。
【００３７】
前記外乱トルク算出部２６６は、並進振動算出部２６４により算出された並進の誤差と、回転振動算出部２６５により算出された回転の誤差と、プラントモデルの逆モデルを用いて、並進の外乱トルクと回転の外乱トルクを逆算する。
【００３８】
前記フィルタ処理部２６７は、信号に含まれるノイズ等を除去するために、外乱トルク算出部２６６からの並進の外乱トルクのフィルタ処理と回転の外乱トルクのフィルタ処理を行う。
【００３９】
前記補正トルク算出部２６８は、フィルタ処理部２６７からの並進の外乱トルクフィルタ処理値と回転の外乱トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２を算出する。
【００４０】
前記第１補正トルク加算部２６９は、補正トルク算出部２６８にて算出した制振用の補正トルク１をトルク指令に加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとする。
【００４１】
前記第２補正トルク加算部２７０は、補正トルク算出部２６８にて算出した制振用の補正トルク２をトルク指令に加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００４２】
次に、作用を説明する。
【００４３】
［本発明の振動抑制の考え方］
変速機として用いられる遊星歯車機構においては、構成要素同士の速度拘束があるため、運動の自由度は２であり、これをもって出力軸回転速度と主たる動力源から出力軸までの変速比とを制御する。このとき、各要素の速度の関係を共線図と呼ばれる速度線図で表すことが広く行われている。
【００４４】
第１実施例装置で採用したラビニョウ型複合遊星歯車列３は、４要素２自由度の遊星歯車機構の一例であり、図４にその共線図を示す。シングルピニオン型遊星歯車は、キャリヤを停止しサンギヤを正転とした場合にリングギヤが逆転する共線図が描ける。また、ダブルピニオン型遊星歯車は、キャリヤを停止しサンギヤを正転とした場合にリングギヤがサンギヤより低回転で正転する共線図が描ける。ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、第１サンギヤS1と第１ピニオンP1と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりダブルピニオン型遊星歯車が構成され、第２サンギヤS2と第２ピニオンP2とリングギヤＲによりシングルピニオン型遊星歯車が構成される。
【００４５】
このため、シングルピニオン型遊星歯車の共線図と、ダブルピニオン型遊星歯車の共線図とを組み合わせることにより、図４に示すように、左端から順に第１サンギヤS1（第１モータMG1）、リングギヤＲ（エンジン１）、共通キャリヤＣ（出力ギヤ４）、第２サンギヤS2（第２モータMG2）と並ぶ共線図が描ける。これらの回転要素のうち、第１サンギヤS1と第２サンギヤS2の回転速度N1,N2を決定すれば、残りの二つのリングギヤＲと共通キャリヤＣの速度は決定される。
【００４６】
速度の２自由度は独立な２速度あるいはそれらの任意の線形結合で表現できるが、レバーの並進モードと回転モードに分解するのが力学的な干渉がなくわかりやすい。その他の変数を選ぶ場合は、力学的な干渉項が発生するのみであり、原理的には同じことになる。図３の実プラント枠内には、２自由度動力伝達機構の運動・振動を示す。この中に慣性を示すブロック1/(Ms2)，1/(Js2)が二つ示されており、これが運動・振動の自由度が２であることを示している。
【００４７】
図５に４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）であって、要素１，２，４が動力源、要素３が出力部材である場合の並進の慣性・回転の慣性のモデルを示す。このモデルでは、遊星歯車機構の要素と動力源の慣性とを結ぶ結合軸が制御すべき振動の周波数領域で十分に剛であって、動力源の慣性と遊星歯車機構の要素との間のねじれ振動を考慮する必要がない場合に適用できる。その場合、要素の慣性と書かれているものは要素の慣性と動力源の慣性とを合計したものとなる。
【００４８】
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、
Ｍ＝J1＋J2＋J3＋J4
Ｊ＝J1Acg2+J2(Acg-a2)2+J3(Acg-a3)2+J4(Acg-a4)2
ただし、Acg＝(a2J2＋a3J3＋a4J4)／Ｍ
であり、トルクアームa2，a3，a4は、遊星歯車機構のギヤ比から決まる無次元の値である。
【００４９】
本発明の請求項１では、「二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳する」となっているが、トルク指令の定常分は、遊星歯車機構のトルクバランスから決まってくる。遊星歯車機構のトルクバランスは、遊星歯車機構の各要素の速度から決定され、各要素の速度は動力性能最適化や燃費最適化等の他の制約条件から決定される（上記バランス式参照）。
【００５０】
すなわち、トルク指令の定常分に対して振動制御用の信号を重畳することにより、各種の最適化で決まる各要素の速度を変更することなく、制振効果を得ることができる。
【００５１】
［振動抑制制御作動］
図６は第１実施例装置の振動抑制制御器２６ａで実行される振動抑制制御作動の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００５２】
ステップＳ１では、実変位算出部２６１において、各要素の変位のうち、少なくとも二つの計測値（第１モータMG1と第２モータMG2の速度・位置検出器１７，１８による計測値）から、実プラント３の並進変位・回転変位を計算する。ここで、計測値をx1,x2、それぞれの重心からのトルクアームをａ，ｂとすると、並進変位と回転変位の計算式は、ステップＳ１の枠内に記載された行列式により表される。
【００５３】
ステップＳ２では、変位分離部２６２において、各要素に作用するトルクから、並進トルク合計と回転トルク合計を算出し、ステップＳ３へ移行する。なお、各計算式は、
並進トルク合計＝T1＋T2＋TL3＋T4
回転トルク合計＝T1Acg＋T2(Acg−a2)−TL3(Acg−a3)＋T4(Acg−a4)
である。このステップＳ２と後述するステップＳ３の算出処理は、ステップＳ１での並進変位の計算及び回転変位の計算と同時進行にて実行される。
【００５４】
ステップＳ３では、モデル変位算出部２６３において、並進トルク合計と回転トルク合計をプラントモデルの入力として、並進変位と回転変位を算出する。なお、各計算式は、
並進変位＝（並進トルク合計／Ｍ）の時間に関する二重積分
回転変位＝（回転トルク合計／Ｊ）の時間に関する二重積分
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、上記式および図３，図５に記載されている。
【００５５】
ステップＳ４では、並進振動算出部２６４と回転振動算出部２６５において、プラントモデルの並進変位・回転変位と実プラントの並進変位・回転変位との差（振動変位）を求める。
【００５６】
ステップＳ５では、外乱トルク算出部２６６において、並進変位の差・回転変位の差をそれぞれ外乱トルクに逆算する（二重微分）。
【００５７】
ステップＳ６では、フィルタ処理部２６７において、信号に含まれるノイズ等を除去するために、外乱トルク算出部２６６からの並進の外乱トルクのフィルタ処理と回転の外乱トルクのフィルタ処理を行う。
【００５８】
ステップＳ７では、補正トルク算出部２６８において、並進外乱トルクフィルタ値と回転外乱トルクフィルタ値を入力し、選択された二つの要素S1,S2への制振トルクに合成する。制振トルク１，２の計算式は、選択された二つの要素と重心とのトルクアームをｐ、ｑとすると、ステップＳ７の枠内に記載の行列式により表される。
【００５９】
そして、第１補正トルク加算部２６９および第２補正トルク加算部２７０において、合成された制振トルク１，２を、第１モータMG1と第２モータMG2のトルクT1,T2に足し込む。
【００６０】
［対比による動力伝達機構の振動抑制作用］
従来、運転状態・トルク配分が決定された状態で動力伝達機構の振動が発生した場合あるいは発生が懸念される場合は、特開２００１−３１５５５０号公報の段落０００７に記載されているように、このトルク配分をずらすことにより振動発生の運動状態を回避する方法が採られている。これは必然的に、元来の最適条件から外れるか、あるいは、動力源の数を増やして冗長度を増すことにより、各種最適化と振動低減とをバランスさせた解を求めていることになる。何れにしても当初の最適化のみを目標としたトルク配分・動作点から外れるため、最適化目標は達成されていないことになる。上記公報の段落０００９〜００１０にはそのような例が記載されている。すなわち、車両の振動を抑制するために、エンジンやモータの目標動力の組み合わせをもってロックアップを行う領域を決定する方法である。
【００６１】
このように、従来の車両の振動制御においては、動力源の一つあるいは複数がとある条件で振動源となる場合に、この条件、具体的にはその動力源の回転速度とトルクとのある組み合わせを回避するように変速比を切り換えることが行われている。このような方法においては、ある最適化の結果として、その動力源の回転速度とトルクとのある組み合わせが要求された場合に、これを満たしつつ車両の振動を抑制できないのは明かである。すなわち、あらゆる動力源のどのような回転数・トルク運転状態においても、動力源の一部または全部が振動源になるような状態においても、その振動を積極的に抑制しつつ、その運転状態を実行する手段が必要となる。
【００６２】
さらに、このような多要素多自由度の動力伝達機構においては、各ギヤ間の隙間に起因するバックラッシュが存在し、動力源とギヤの要素間の結合も意図的にあるいは不可避的に弾性材が存在するため、遊星歯車自体も複雑で非線形な振動発生源あるいは振動増幅器となることが考えられる。このような場合には、動力源の振動発生領域を回避するのみならず、動力伝達機構全体の振動発生・増幅領域を回避する必要があり、それだけ運転状態の自由度が制限され、最適化されるべき目標、例えば、動力性能や燃費等の悪化を招く。また、そのような振動の条件は多岐にわたり、全てを網羅的に回避することは現実的ではないため、軽度の振動については放置されることになり、その微小振動が構成要素の寿命を縮める等の悪影響をもたらすことになる。よって、振動状態を回避するのみではなく、振動を積極的に抑制する手段が必要となる。
【００６３】
これに対し、第１実施例装置では、積極的な振動抑制法が採用されていて、実プラントとプラントモデルの出力誤差を外乱トルクのみに起因するものとして逆算（トルク→並進変位，回転変位が二重積分であるから、逆算は二重微分）し、これを補正トルク指令として選択した二つの動力源である両モータMG1,MG2の定常トルク指令T1,T2に足し込む制御が行われる。すなわち、振動を引き起こす振動外乱トルクをトルク補償によりキャンセルする方式を採用している。
【００６４】
しかも、第１実施例装置においては、実プラントおよびそのモデルはそれぞれ２自由度運動として扱われるため、実プラントの振動を１自由度運動として抑制する特開２０００−２１７２０９号公報に記載の方法のように、例えば、出力軸トルクの振動を低減した場合は、遊星歯車機構の内部の回転振動が残留することになり、遊星歯車機構内の要素の摩耗が促進される等の問題点、遊星歯車機構内の振動をできるだけ低減しようとすると、出力軸トルクの振動が残留することになり、乗り心地を損なうのみならず、最終減速機から下流の動力伝達要素の摩耗が促進される等の問題点、が解消され、ラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動を効果的に抑制することができる。
【００６５】
次に、効果を説明する。
第１実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００６６】
(1)主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、動力源のうちトルクの制御が可能な二つの第１モータMG1と第２モータMG2を選択し、この二つの第１モータMG1と第２モータMG2に与えられるトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する振動抑制制御器２６ａを備えたため、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができ、この結果、遊星歯車機構の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく強度を落とし、コストを下げることができると共に、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００６７】
(2)遊星歯車機構を実プラントといい、遊星歯車機構の振動の力学モデルをプラントモデルというとき、前記振動抑制制御器２６ａは、プラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算し、これを一部または全部をキャンセルする補正トルクを実プラントの各要素に結合される動力源のうち、二つの動力源に加えることにより実プラントの２自由度振動を抑制するようにしたため、遊星歯車機構に働く作用力のうち、振動を発生させる作用力を、プラントモデルとプラントモデルの逆モデルとを用いて精度良く推定することができ、この結果、遊星歯車機構の２自由度振動を効果的に抑制することができる。
【００６８】
(3)実プラントの各要素に作用するトルクにより発生する各要素の変位を計測する速度・位置検出器１６，１７，１８を設け、振動抑制制御器２６ａは、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて実変位を算出する実変位算出部２６１と、各要素に作用するトルクとプラントモデルを用いてモデル変位を算出するモデル変位算出部２６３と、実変位とモデル変位の誤差である振動変位を算出する並進振動算出部２６４および回転振動算出部２６５と、算出された振動変位とプラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算する外乱トルク算出部２６６と、算出された外乱トルクの符号を反転した補正トルクを算出する補正トルク算出部２６８と、算出した補正トルクを選択した二つの要素が結合される動力源に加える補正トルク加算部２６９，２７０と、を有する構成としたため、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に対して減衰力を発生させる制御的なダンパーの働きをし、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の振動を効果的に減衰させることができる。
【００６９】
(4)振動抑制制御器２６ａは、トルク制御が可能な三つの動力源のうち、トルク制御応答の優れる第１モータMG1と第２モータMG2を選択し、この二つの第１モータMG1と第２モータMG2に与えられる定常的なトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制するようにしたため、振動抑制のアクチュエータとしての動力源のトルク制御応答にばらつきがある場合でも、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動をそれぞれ速やかに抑制することができる。
【００７０】
(5)主たる動力源がエンジン１であり、複数の補助的な動力源が二つのモータMG1,MG2であり、主たる動力源の出力を出力ギヤ４に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、二つのモータMG1,MG2間にエンジン１と出力ギヤ４が配置される共線図であらわされる４要素・２自由度の遊星歯車機構であり、振動抑制制御器２６ａは、共線図上で両端に配置される二つのモータMG1,MG2のトルク指令T1,T2に対して振動制御用の信号を重畳するようにしたため、動力伝達機構であるラビニョウ型複合遊星歯車列３に発生する２自由度の振動のうち特に回転モードの振動を効果的に抑制することができると共に、エンジンダンパのコスト、並びに、モータコストを低減することができる。
【００７１】
すなわち、エンジン出力軸１０には、エンジントルクのリプルを低減するためにバネ・マスで構成されるダンパが設置されるのが通例であり、モータ出力軸１１，１２の剛性はエンジン出力軸１０の剛性に比べて大きい。また、ラビニョウ型複合遊星歯車列３を共線図で表した場合に、その両端に振動を抑制するモータ出力軸１１，１２が結合されているため、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の回転モードの振動に対して効果的に振動を抑制することができる。この結果として、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の構成要素の耐久性を犠牲にすることなく、強度を落とし、コストを下げることができる。また、駆動出力系の振動や不快なノイズを低減することができる。また、出力トルクの変動が効果的に低減できるため、エンジン１の円滑な回転を阻害しない範囲で、エンジン出力軸１０のダンパによるトルクリプル低減の必要性を下げることができる。つまり、ダンパのバネやマスを小さくすることができるので、エンジンダンパのコストを下げることができる。
【００７２】
また、モータMG1,MG2の制御において、微小な速度変動とそれを補正するための発生トルク変動により、モータ鉄心内の磁束もリプル分を持つことになる。これにより、鉄心内の鉄損を増加させることになる。振動抑制制御により微小な速度振動を低減することによって、鉄心内磁束の振動低減から鉄損を低下させることができ、モータの熱容量が等価的に上がることにより、モータ容量を大きく使うことができる。また、その分をモータ容量の減少に利用してコストを低減することもできる。
【００７３】
(6)主たる動力源がエンジン１であり、複数の補助的な動力源が１つのステータＳと二つのロータIR,ORを持つ同軸多層モータ２であり、主たる動力源の出力を出力ギヤ４に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、同軸多層モータ２による二つのモータMG1,MG2間にエンジン１と出力ギヤ４が配置される共線図であらわされるラビニョウ型複合遊星歯車列３であるため、２個の独立したモータを採用する場合に比べてコスト・サイズ・効率の面で有利であると共に、遊星歯車機構を軸方向に短いコンパクトなものとすることができ、さらに、同軸多層モータ２とラビニョウ型複合遊星歯車列３とは組み合わせ相性が良好で、好適なハイブリッド駆動系を構成することができる。
【００７４】
すなわち、２ロータ・１ステータの同軸多層モータ２を採用したことで、インナーロータIRに対する電流とアウターロータORに対する電流を重ね合わせた複合電流を１つのコイルに印加することにより、２つのロータIR，ORをそれぞれ独立に制御することができる。つまり、外観的には、１つの同軸多層モータ２であるが、モータ機能とジェネレータ機能の異種または同種の機能を組み合わせたものとして使える。
【００７５】
よって、例えば、それぞれにロータとステータを持つ２個の独立したモータを設ける場合に比べ、コスト（部品点数低減、インバータ電流定格低減、磁石低減）・サイズ（同軸構造による小型化、インバータサイズ低減）・効率（鉄損低減・インバータ損失低減）の面で有利にすることができる。
【００７６】
また、複合電流制御のみで（モータ＋ジェネレータ）の使い方に限らず、（モータ＋モータ）や（ジェネレータ＋ジェネレータ）の使い方も可能であるというように、高い選択自由度を持つため、例えば、第１実施例のように、ハイブリッド車の駆動源に同軸多層モータ２を採用した場合、これら多数の選択肢の中から車両状態に応じて最も効果的、或いは、効率的な組み合わせを選択することができる。
【００７７】
ラビニョウ型複合遊星歯車列３は、２列の遊星歯車の幅寸法でありながら、４つの遊星歯車（２つの平行な縦方向遊星歯車と２つのクロスする前後方向遊星歯車）の組み合わせを実現しているため、例えば、４つの遊星歯車を軸方向に配列するのに比べて大幅に軸方向寸法が短縮される。
【００７８】
ハイブリッド駆動系に対し同軸多層モータ２とラビニョウ型複合遊星歯車列３を適用した場合、(i)互いに同軸構造であるため、同軸多層モータ２の出力軸１１，１２と、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の両サンギヤＳ１，Ｓ２とを、例えば、スプライン嵌合にて簡単に連結できるというように、組み合わせ相性が非常に良く、スペース・コスト・重量の面で極めて有利である。(ii)同軸多層モータ２の一方を放電（モータ）として用い、他方を発電（ジェネレータ）として用いた場合、１つのインバータ２４を介してモータ電流を制御することも可能であり、バッテリ２５からの持ち出しを少なくすることができる。例えば、上記（１）〜（５）のバランス式が成立するダイレクト配電制御モードの場合、理論上、バッテリ２５からの持ち出しをゼロにすることができる。(iii)同軸多層モータ２の両方を放電（モータ）として用いた場合、駆動範囲を広くとることができる。
【００７９】
（第２実施例）
この第２実施例は、第１実施例装置が振動を引き起こす振動外乱トルクをトルク補償により直接キャンセルする方式であるのに対し、振動外乱トルクにより引き起こされた振動を、制御的な減衰トルクにより速やかに減衰させる方法を採用した例である。
【００８０】
すなわち、図７に示すように、第２実施例の振動抑制制御器２６ａは、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて並進変位と回転変位を算出する実変位算出部２６１と、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１と、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズを除去するフィルタ処理部２６７と、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２を算出する補正トルク算出部２６８と、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとする第１補正トルク加算部２６９と、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする第２補正トルク加算部２７０と、を有する。なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００８１】
作用を説明すると、実変位算出部２６１において、実プラント（ラビニョウ型複合遊星歯車列３）の各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて並進変位と回転変位が算出され、減衰トルク算出部２７１において、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクが算出され、フィルタ処理部２６７において、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズが除去され、補正トルク算出部２６８において、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２が算出され、第１補正トルク加算部２６９において、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとし、第２補正トルク加算部２７０において、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００８２】
次に、効果を説明する。
第２実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、並進変位および回転変位と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１を設けたため、プラントモデルを用いることのない簡単な振動抑制制御器２６ａの構成としながら、振動外乱トルクにより引き起こされた振動を、制御的な減衰トルクにより速やかに減衰させることができる。
【００８３】
（第３実施例）
第２実施例が並進・回転変位と電気的ダンパーを用いて並進・回転減衰トルクを求める例であるのに対し、この第３実施例は、並進・回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進・回転減衰トルクを求める用にした例である。
【００８４】
すなわち、図８に示すように、第３実施例の振動抑制制御器２６ａは、図７の第２実施例装置に対し、各要素Ｒ，S1，S2，Ｃに作用するトルクを入力し、並進トルク合計と回転トルク合計に分離する変位分離部２６２と、変位分離部２６２からの並進トルク合計および回転トルク合計とプラントモデルを用い、選択した二つの要素S1,S2における並進モデル変位と回転モデル変位を算出するモデル変位算出部２６３と、モデル変位算出部２６３からの並進モデル変位と、実変位算出部２６１からの並進実変位との誤差である並進の誤差（並進振動変位）を算出する並進振動算出部２６４と、モデル変位算出部２６３からの回転モデル変位と、実変位算出部２６１からの回転実変位との誤差である回転の誤差（回転振動変位）を算出する回転振動算出部２６５と、が追加された構成である。
【００８５】
作用を説明すると、減衰トルク算出部２７１’において、並進の誤差および回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクが算出され、フィルタ処理部２６７において、並進の減衰トルクと回転の減衰トルクからノイズが除去され、補正トルク算出部２６８において、並進の減衰トルクフィルタ処理値と回転の減衰トルクフィルタ処理値を合成し、符号を反転した制振用の補正トルク１と制振用の補正トルク２が算出され、第１補正トルク加算部２６９において、トルク指令に制振用の補正トルク１を加えて要素S1（第１モータMG1）に作用するトルクとし、第２補正トルク加算部２７０において、トルク指令に制振用の補正トルク２を加えて要素S2（第２モータMG2）に作用するトルクとする。
【００８６】
次に、効果を説明する。
第３実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、並進の誤差および回転の誤差と電気的ダンパーを用いて並進の減衰トルクと回転の減衰トルクを算出する減衰トルク算出部２７１’を設けたため、第２実施例の振動抑制制御方法に比べ、遊星歯車機構の速度制御を阻害することが少なくなるという効果が得られる。
【００８７】
（第４実施例）
第１実施例〜第３実施例では、各動力源と結合軸および遊星歯車機構の要素間の弾性ねじれ振動が無視できる高剛性を想定した例を述べたが、この第４実施例は、各動力源と結合軸および遊星歯車機構の要素間の弾性ねじれ振動が無視できない場合の例である。
【００８８】
図９に４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）の振動モデルを示す。この第４実施例では、剛性の高い２軸を選び、これらに繋がれた動力源の制御トルクを制振に用いる。
【００８９】
なお、並進慣性Ｍと回転慣性Ｊは、
Ｍ＝J1＋J2＋J3＋J4
Ｊ＝J1Acg2+J2(Acg-a2)2+J3(Acg-a3)2+J4(Acg-a4)2
ただし、Acg＝(a2J2＋a3J3＋a4J4)／Ｍ
であり、トルクアームa2，a3，a4は、遊星歯車機構のギヤ比から決まる無次元の値である。
【００９０】
仮に、動力源１，４がこのようにして選ばれたとすると、これらの弾性結合軸を直結した形で、例えば、図３や図７や図８に示す振動抑制制御器２６ａの制御ブロックを用いて実施することができる。
【００９１】
この場合、J1→J1＋Jm1、J4→J4＋Jm4と置き換え、さらに、結合軸１，４の共振周波数のうち低い方の振動周波数以上の振動成分を通さないようなローパスフィルタを図３中や図７中や図８中の計算された並進・回転の検出部分に挿入することが必要となる。挿入箇所は「並進・回転の分離」ブロックの前でも後でも良い。
【００９２】
次に、効果を説明する。
第４実施例のハイブリッド車両の振動抑制装置にあっては、振動抑制制御器２６ａを、遊星歯車機構の構成要素と各動力源とを結ぶ軸ねじれ系の共振周波数のうち、二つの高い周波数を有する結合軸が連結される動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する構成としたため、振動抑制のアクチュエータとしての動力源と遊星歯車機構の各要素間を結合する結合軸に軸ねじれ振動がある場合でも、軸ねじれ振動を励振しない範囲で最も高い周波数まで、遊星歯車機構に発生する２自由度の振動をそれぞれ速やかに抑制することができる。この結果として、遊星歯車機構の構成要素の体休止絵を犠牲にすることなく、強度を落とし、コストを下げることができる。また、駆動出力トルクの振動や不快なノイズを低減することができる。
【００９３】
以上、本発明のハイブリッド車両の振動抑制装置を第１実施例〜第４実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例〜第４実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００９５】
第１実施例〜第４実施例では、第１モータと第２モータとして、共通ステータと２つのロータにより外観上は１つのモータであるが、機能上は２つのモータを達成する同軸多層モータ２の適用例を示したが、２つの独立したモータを用いたものであっても良い。
【００９６】
第１実施例〜第４実施例では、遊星歯車機構として、ラビニョウ型複合遊星歯車列３の適用例を示したが、エンジンと第１モータと第２モータと出力部材との４要素を連結するため、少なくとも４要素・２自由度を有する遊星歯車により構成される機構であれば、ラビニョウ型複合遊星歯車列３に限られることはない。
【００９７】
すなわち、図１０の共線図に示すように、４要素のうち、任意の２要素の速度（回転数）を決定すれば、残りの２つの速度は決定されるもの、或いは、任意の１要素の速度と、任意の２要素の速度比（例えば、エンジン出力軸と変速機出力軸とが選ばれれば、これは変速比となる）を決定すれば、すべての要素の速度が決定されるもの、これを４要素・２自由度の遊星歯車機構と表現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例装置が適用されたハイブリッド車両のハイブリッド駆動系及びその制御系を示す全体システム図である。
【図２】第１実施例装置の振動抑制制御系を示すブロック図である。
【図３】第１実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図４】第１実施例装置で用いられるラビニョウ型複合遊星歯車列の共線図である。
【図５】４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）であって、要素１，２，４が動力源、要素３が出力部材である場合の並進の慣性・回転の慣性のモデルを示す図である。
【図６】第１実施例装置の振動抑制制御器で実行される振動抑制制御作動の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図８】第３実施例装置の振動抑制制御器を示す制御ブロック図である。
【図９】第４実施例装置における４要素２自由度の遊星歯車機構（変速機）の振動モデルを示す図である。
【図１０】４要素の遊星歯車機構を示す共線図である。
【符号の説明】
１ エンジン（主たる動力源）
MG1 第１モータ（補助的な動力源）
MG2 第２モータ（補助的な動力源）
３ ラビニョウ型複合遊星歯車列（遊星歯車機構）
Ｒ リングギヤ（要素）
S1 第１サンギヤ（要素）
S2 第２サンギヤ（要素）
Ｃ 共通キャリヤ（要素）
８ 駆動軸（駆動出力部材）
１０ エンジン出力軸（結合軸）
１１ 第１モータ出力軸（結合軸）
１２ 第２モータ出力軸（結合軸）
１５ 駆動出力軸（結合軸）
１６ エンジン用速度・位置検出器（変位計測手段）
１７ 第１モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）
１８ 第２モータ用速度・位置検出器（変位計測手段）
２１ エンジンコントローラ
２３ モータコントローラ
２３ａ 第１モータ制御部
２３ｂ 第２モータ制御部
２６ ハイブリッドコントローラ
２６ａ 振動抑制制御器（振動抑制制御手段）
２６１ 実変位算出部
２６２ 変位分離部
２６３ モデル変位算出部
２６４ 並進振動算出部（振動変位算出部）
２６５ 回転振動算出部（振動変位算出部）
２６６ 外乱トルク算出部
２６７ フィルタ処理部
２６８ 補正トルク算出部
２６９ 第１補正トルク加算部
２７０ 第２補正トルク加算部
Claims (10)
- 主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、
前記動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制する振動抑制制御手段と、
前記遊星歯車機構を実プラントとしたとき、この実プラントの各要素に作用するトルクにより発生する各要素の変位を計測する変位計測手段と、
を備え、
前記振動抑制制御手段は、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、これら並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成して前記振動制御用の信号を生成することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記遊星歯車機構の振動の力学モデルをプラントモデルとしたとき、
前記振動抑制制御手段は、プラントモデルの逆モデルを用いて、振動を発生させる外乱トルクを逆算し、この外乱トルクの一部または全部をキャンセルする補正トルクを算出することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項２に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記振動抑制制御手段は、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて実変位を算出する実変位算出部と、各要素に作用するトルクとプラントモデルを用いてモデル変位を算出するモデル変位算出部と、実変位とモデル変位の誤差（振動変位）を算出する振動変位算出部と、算出された振動変位とプラントモデルの逆モデルを用いて外乱トルクを逆算する外乱トルク算出部と、算出された外乱トルクの符号を反転した補正トルクを算出する補正トルク算出部と、算出した補正トルクを選択した二つの要素が結合される動力源に加える補正トルク加算部と、を有することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記振動抑制制御手段は、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて実変位を算出する実変位算出部と、算出された実変位と電気的ダンパーを用いて減衰トルクを算出する減衰トルク算出部と、算出された減衰トルクの符号を反転した補正トルクを算出する補正トルク算出部と、算出した補正トルクを選択した二つの要素が結合される動力源に加える補正トルク加算部と、を有することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記振動抑制制御手段は、各要素に作用するトルクと変位計測値を用いて実変位を算出する実変位算出部と、各要素に作用するトルクとプラントモデルを用いてモデル変位を算出するモデル変位算出部と、実変位とモデル変位の誤差（振動変位）を算出する振動変位算出部と、算出された振動変位と電気的ダンパーを用いて減衰トルクを算出する減衰トルク算出部と、算出された減衰トルクの符号を反転した補正トルクを算出する補正トルク算出部と、算出した補正トルクを選択した二つの要素が結合される動力源に加える補正トルク加算部と、を有することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１ないし５の何れか１項に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記振動抑制制御手段は、前記トルクの制御が可能な動力源のうちトルク制御応答の優れる二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１ないし５の何れか１項に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記振動抑制制御手段は、遊星歯車機構の構成要素と各動力源とを結ぶ軸ねじれ系の共振周波数のうち、二つの高い周波数を有する結合軸が連結される動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項１ないし７の何れか１項に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記主たる動力源がエンジンであり、前記複数の補助的な動力源が二つのモータであり、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、二つのモータ間にエンジンと駆動出力部材が配置される速度線図（共線図）であらわされる４要素・２自由度の遊星歯車機構であり、
前記振動抑制制御手段は、共線図上で両端に配置される二つのモータのトルク指令に対して振動制御用の信号を重畳することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 請求項８に記載されたハイブリッド車両の振動抑制装置において、
前記主たる動力源がエンジンであり、前記複数の補助的な動力源が１つのステータと二つのロータを持つ同軸多層モータであり、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構が、同軸多層モータによる二つのモータ間にエンジンと駆動出力部材が配置される速度線図（共線図）であらわされるラビニョウ型複合遊星歯車列であることを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制装置。 - 主たる動力源と、複数の補助的な動力源と、主たる動力源の出力を駆動出力部材に伝える際の変速比を変更するための遊星歯車機構と、を有するハイブリッド車両において、
前記遊星歯車機構を実プラントとしたとき、実プラントの各要素の実変位を並進実変位と回転実変位とに分解し、
これら並進実変位と回転実変位とから並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを算出し、
前記動力源のうちトルクの制御が可能な二つの動力源を選択し、この二つの動力源に与えられるトルク指令に対して前記並進振動制御用の補正トルクと回転振動制御用の補正トルクとを合成した振動制御用の信号を重畳することにより、前記遊星歯車機構の２自由度振動を抑制することを特徴とするハイブリッド車両の振動抑制方法。
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