KR20190007089A - 하이브리드 차량의 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제어 장치 - Google Patents

하이브리드 차량의 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제어 장치 Download PDF

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겐 이토오
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

하이브리드 차량의 제어 방법은, 발전기에 대한 회전수 명령값과 발전기의 회전수 검출값에 기초하여 토크 명령값을 산출하는 회전수 제어용 토크 산출 공정과, 토크 명령값에 따라 발전기를 제어하는 발전기 제어 공정을 포함한다. 회전수 제어용 토크 산출 공정에서는, 모델 매칭 보상기를 사용하여, 회전수 검출값에 저역 통과 필터에 의한 필터링 처리를 실시하여 얻은 값과 회전수 명령값에 기초하여, 발전기의 토크 응답을 미리 설정한 규범 응답에 일치시키는 기본 토크 명령값을 산출한다. 또한, 발전기의 동력 전달계를 모방한 제어 대상 모델의 역계와 외란 옵저버 필터로 이루어지는 전달 함수를 포함하는 외란 옵저버를 사용하여, 회전수 검출값에 기초하여, 동력 전달계에 입력되는 외란 토크를 산출한다. 또한, 기본 토크 명령값과 외란 토크에 기초하여 상기 토크 명령값을 산출한다. 그리고, 외란 옵저버 필터의 상대 차수는, 전달 함수의 상대 차수가 1 이상이 되도록 설정된다.

Description

하이브리드 차량의 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제어 장치
본 발명은 하이브리드 차량의 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제어 장치에 관한 것이다.
모터와 엔진을 구동력원으로 하는 차량에 있어서, 엔진의 동작 중에 모터 토크가 제로 Nm을 넘을 때, 기어끼리 충돌함에 따른 래틀링 노이즈(래틀 노이즈)가 발생한다. JP2009-298266A의 기술에서는, 모터 토크가 제로 Nm 부근의 소정의 영역에 속하는 경우에, 목표 엔진 회전수를 높임으로써, 래틀 노이즈를 저감한다.
그러나, 래틀 노이즈를 저감하기 위해 엔진 회전수를 높이는 JP2009-298266A의 기술에서는, 엔진 소음이 커져 버린다는 과제가 있다.
그런데, 상기 과제는, 모터와 엔진이 기어를 통하여 연결되어 있으면 발생할 수 있다. 따라서, 차량의 구동력원으로서의 엔진이 아니라, 발전기가 발전하기 위한 동력원으로서의 엔진을 구비한 차량에 있어서도 상기와 공통의 과제가 있다.
또한, 엔진과 발전기의 사이에서 전달되는 토크가 비교적 작은 경우에는, 엔진 회전 중의 피스톤 운동에 의한 토크 맥동에 의해, 엔진과 발전기의 사이에서 동력을 전달하는 기어끼리 충돌함에 따른 래틀 노이즈가 발생한다. 예를 들어, 발전기의 동력을 사용하여 엔진을 크랭킹시키는 등의 모터링 상태에서는, 엔진 토크가 프릭션으로만 되어, 토크 맥동의 영향을 받기 쉬워지므로 래틀 노이즈가 발생하기 쉬워진다. 그러나, 모터링 상태에서는 엔진에 의한 토크 제어가 불가능하기 때문에, 엔진을 사용하여 래틀 노이즈를 저감할 수는 없다.
본 발명은 엔진 회전수를 높일 필요 없이, 발전기의 회전수 제어에 의해 래틀 노이즈를 피하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 엔진과, 기어를 통하여 접속된 엔진으로부터의 동력을 사용하여 발전하는 발전기를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서, 발전기에 대한 회전수 명령값과 발전기의 회전수 검출값에 기초하여, 발전기의 회전수를 제어하기 위한 토크 명령값을 산출하는 회전수 제어용 토크 산출 공정과, 토크 명령값에 따라 발전기를 제어하는 발전기 제어 공정을 포함한다. 회전수 제어용 토크 산출 공정에서는, 모델 매칭 보상기를 사용하여, 회전수 검출값에 저역 통과 필터에 의한 필터링 처리를 실시하여 얻은 값과 회전수 명령값에 기초하여, 발전기의 토크 응답을 미리 설정한 규범 응답에 일치시키는 기본 토크 명령값을 산출한다. 또한, 엔진과 기어를 통하여 접속된 발전기의 동력 전달계를 모방한 제어 대상 모델의 역계(逆系)와 외란 옵저버 필터로 이루어지는 전달 함수를 포함하는 외란 옵저버를 사용하여, 회전수 검출값에 기초하여, 동력 전달계에 입력되는 외란 토크를 산출한다. 또한, 기본 토크 명령값과 외란 토크에 기초하여 상기 토크 명령값을 산출한다. 그리고, 외란 옵저버 필터의 상대 차수는, 전달 함수의 상대 차수가 1 이상이 되도록 설정된다.
본 발명의 실시 형태에 대해서는, 첨부된 도면과 함께 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치를 적용한 차량의 시스템 구성도이다.
도 2는, 발전기 컨트롤러의 제어 블록도이다.
도 3은, 회전수 제어기의 블록도이다.
도 4는, 종래의 회전수 제어의 보드 선도이다.
도 5는, 종래의 회전수 제어의 제어 결과를 나타낸 시계열 파형도이다.
도 6은, 일 실시 형태의 회전수 제어의 보드 선도이다.
도 7은, 일 실시 형태의 회전수 제어의 제어 결과를 나타낸 시계열 파형도이다.
-실시 형태-
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 하이브리드 차량의 제어 장치를 적용한 하이브리드 차량의 시스템 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에서는, 발전용 모터(이하, 발전기(1)라고 함)와, 구동용 모터(이하 구동 모터(6)라고 함)를 탑재한 시리즈 방식의 하이브리드 차량에 적용한 구성예를 도시하고 있다. 도면에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 하이브리드 차량은, 발전기(1), 엔진(2), 기어(8), 발전기 인버터(3), 배터리(4), 구동 인버터(5), 구동 모터(6), 감속기(7), 엔진 컨트롤러(9), 배터리 컨트롤러(10), 구동 모터 컨트롤러(11), 시스템 컨트롤러(12), 발전 제어부(13) 및 발전기 컨트롤러(14)를 구비한다.
엔진(2)은, 기어(8)를 통하여 발전기(1)와 접속되어 있고, 발전기(1)가 발전하기 위한 동력을 발전기(1)에 전달한다. 또한, 본 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치가 적용되는 차량은 시리즈 방식이기 때문에, 엔진(2)은, 발전기(1)를 회전 구동시키기 위한 구동원으로서만 사용된다.
발전기(1)는, 엔진(2)으로부터의 동력에 의해 회전함으로써 발전한다. 또한, 발전기(1)는, 엔진(2)의 시동 시에는, 발전기(1)의 동력을 사용하여 엔진(2)을 크랭킹시키는 것이나, 엔진(2)을 발전기(1)의 동력을 사용하여 역행 회전시킴으로써 전력을 소비하는 모터링도 행한다.
발전기 인버터(3)는, 발전기(1), 배터리(4) 및 구동 인버터(5)에 접속되어 있고, 발전기(1)가 발전하는 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환한다. 또한, 발전기 인버터(3)는, 배터리(4)로부터 공급되는 직류의 전력을 교류의 전력으로 변환하여, 발전기(1)에 공급한다.
구동 인버터(5)는, 배터리(4) 또는 발전기 인버터(3)로부터 공급되는 직류의 전력을 교류의 전력으로 변환하여, 구동 모터(6)에 공급한다. 또한, 구동 인버터(5)는, 구동 모터(6)로 회생 발전된 교류의 전력을 직류의 전력으로 변환하여, 배터리(4)에 공급한다.
구동 모터(6)는, 구동 인버터(5)로부터 공급되는 교류 전류에 의해 구동력을 발생시키고, 감속기(7)를 통하여 구동륜에 구동력을 전달한다. 또한, 차량의 감속 시나 코스트와 주행 중 등에 구동륜과 함께 회전할 때, 회생 구동력을 발생시킴으로써, 차량의 운동 에너지를 전기 에너지로서 회수한다.
엔진 컨트롤러(9)는, 엔진 토크가 시스템 컨트롤러(12)로부터의 엔진 토크 명령값과 일치하도록, 스로틀 액추에이터에 의한 흡입 공기량과, 인젝터에 의한 연료 분사량과, 점화 플러그에 의한 점화 시기를 엔진(2)의 회전수나 온도 등의 상태 신호에 따라 조정한다.
배터리 컨트롤러(10)는, 배터리(4)에 충방전되는 전류나 전압에 기초하여 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 계측하고, 계측한 정보를 시스템 컨트롤러(12)에 송신한다. 또한, 배터리(4)의 온도, 내부 저항 및 SOC에 따라, 배터리(4)의 입력 가능 전력과 출력 가능 전력을 연산하여, 산출한 값을 시스템 컨트롤러(12)에 송신한다.
구동 모터 컨트롤러(11)는, 구동 모터 토크가 시스템 컨트롤러(12)로부터의 모터 토크 명령값을 달성하도록, 구동 모터(6)의 회전수나 전압 등의 상태에 따라, 구동 인버터(5)를 스위칭 제어한다.
시스템 컨트롤러(12)는, 액셀러레이터 개방도, 차속 및 노면 구배 등의 차량 상태나, 배터리 컨트롤러(10)로부터의 SOC 정보, 입력 가능 전력, 출력 가능 전력, 발전기(1)의 발전 전력 등의 정보에 따라, 구동 모터(6)에 대한 모터 토크 명령값을 연산한다. 또한, 발전기(1)로부터, 배터리(4) 혹은 구동 모터(6)에 공급하기 위한 목표 발전 전력을 연산한다.
시스템 컨트롤러(12) 내의 발전 제어부(13)에서는, 목표 발전 전력을 실현하기 위해, 엔진 컨트롤러(9)에 대한 엔진 토크 명령값, 및 발전기 컨트롤러(14)로의 발전기에 대한 회전수 명령값 ωG *를 연산한다.
발전기 컨트롤러(14)는, 발전기 회전수가 시스템 컨트롤러(12)로부터의 발전기 회전수 명령값과 일치하도록, 발전기(1)의 회전수 검출값이나 전압 등의 상태에 따라, 발전기 인버터(3)를 스위칭 제어한다.
도 2는, 발전기 컨트롤러(14)가 실행하는 발전기 인버터(3)에 대한 스위칭 제어를 설명하는 제어 블록도이다.
발전기 컨트롤러(14)는, 회전수 제어기(20)와, 전류 명령값 연산기(21)와, 전류 제어기(22)와, 비간섭화 제어기(23)와, 3상 2상 전류 변환기(24)와, 2상 3상 전압 변환기(25)로 구성된다.
회전수 제어기(20)는, 시스템 컨트롤러(12)로부터의 회전수 명령값 ωG *와, 발전기(1)의 회전수 검출값 ωG에 기초하여, 발전기(1)의 회전수를 제어하기 위한 토크 명령값 T*를 연산한다. 회전수 검출값 ωG는, 발전기(1)에 구비된 회전수 검출 장치(예를 들어, 리졸버나 인코더 등)에 의해 검출된다.
전류 명령값 연산기(21)는, 토크 명령값 T*와, 회전수 검출값 ωG와, 배터리(4)의 배터리 전압 Vdc에 기초하여, d축 전류 명령값 id* 및 q축 전류 명령값 iq*를 연산한다. 또한, 토크 명령값, 발전기 회전수 및 직류 전압값과, d축 전류 명령값 및 q축 전류 명령값의 관계를 정한 테이블을 미리 준비해 두고, 이 테이블을 참조함으로써, d축 전류 목표값 id* 및 q축 전류 목표값 iq*를 구해도 된다.
전류 제어기(22)는, d축, q축 전류 명령값 id*, iq*와, 3상 2상 전류 변환기(24)가 산출하는 d축, q축 전류 id, iq와, 회전수 검출값 ωG에 기초하여, d축, q축 전압 명령값 vd*, vq*를 연산한다.
비간섭화 제어기(23)는, d축, q축 전압 명령값 vd*, vq*에 대하여, d-q 직교 좌표축간의 간섭 전압을 상쇄하기 위해 필요한 비간섭화 제어 전압을 d축, q축 전류 id, iq에 기초하여 연산한다.
3상 2상 전류 변환기(24)는, 발전기 인버터(3)로부터 발전기(1)에 공급되는 3상 교류 전류 중, 적어도 2상의 전류(예를 들어, U상 전류 iu, V상 전류 iv)에 기초하여, d축, q축 전류 id, iq를 연산한다.
2상 3상 전압 변환기(25)는, 비간섭화 제어 전압이 가미된 최종 전압 명령값 v'd*, v'q*에 기초하여 좌표 변환 처리를 행함으로써, UVW 각 상의 3상 전압 명령값 Vu *, Vv *, Vw *를 연산한다.
그리고, 발전기 인버터(3)는, 각 상마다 2쌍의 스위칭 소자(예를 들어 IGBT나 MOS-FET 등의 파워 반도체 소자)를 구비하고, 발전기 컨트롤러(14)에 의해 생성되는 3상 전압 명령값 Vu *, Vv *, Vw *에 따라 스위칭 소자를 온/오프함으로써, 배터리(4)로부터 공급되는 직류의 전력을 교류 전압 vu, vv, vw로 변환하고, 발전기(1)에 공급한다.
이어서, 본 실시 형태에 있어서의 하이브리드 차량의 제어 장치에 의한 회전수 제어계의 상세를 설명한다.
도 3은, 본 실시 형태에 있어서의 회전수 제어계를 설명하는 도면이며, 주로 회전수 제어기(20)(도 2 참조)의 상세를 도시하는 블록도이다. 회전수 제어기(20)는, 모델 매칭 보상기(301)와, 외란 옵저버(302)와, 감산기(303)로 구성된다.
회전수 제어기(20)는, 회전수 명령값 ωG *와, 회전수 검출값 ωG를 입력으로 하여, 토크 명령값 T*를 출력한다. 토크 명령값 T*는, 전류 명령값 연산기(21)에 있어서, 물리적인 지연 요소인 발전기(1)의 토크 응답 지연(40)(Gact(s))이 고려된 토크 T로 되어, 제어 대상(41)(Gp(s))에 전달된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 회전수 명령값 ωG *로부터, 제어 대상 Gp에 토크 T가 입력되고, 발전기(1)가 회전수 ωG로 제어될 때까지를 회전수 제어계라고 정의한다. 또한, 엔진(2)과 기어(8)를 통하여 접속된 발전기(1)의 동력 전달계를 제어 대상이라고 정의한다.
전류 명령값 연산기(21)에 있어서 토크 명령값 T*에 가미되는 토크 응답 지연 Gact(s)는 다음 식으로 표시된다.
Figure pct00001
단, s는 라플라스 연산자, Tact는 토크 응답 지연의 시상수이다.
제어 대상 Gp(s)는, 토크 T가 입력되어, 회전수 ωG를 출력한다. 제어 대상 Gp(s)는 다음 식으로 표시된다.
Figure pct00002
단, J, C는 제어 대상의 상태를 나타내는 파라미터이며, J는, 발전기(1)의 회전축에 환산한, 발전기(1)와, 엔진(2)과, 발전기(1)와 엔진(2)의 사이에 개재되는 기어(8)의 합계 이너셔(관성 모멘트)이다. C는, 점성 마찰 계수이다.
모델 매칭 보상기(301)는, 게인(31)(Kgc), 게인(33)(Kcp), 모델 매칭 보상기 필터(34)(HMM(s)) 및 감산기(32)를 구비한다. 그리고, 모델 매칭 보상기(301)는, 회전수 명령값 ωG *에 게인 Kgc를 곱한 값과, 회전수 검출값 ωG에 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)에 의한 필터링 처리를 실시한 값의 차분에 게인 Kcp를 곱한 값을, 기본 토크 명령값으로서 출력한다.
게인 Kgc 및 게인 Kcp는, 제어 대상 Gp(s)에 입력된 토크 T에 대한 회전수 ωG의 응답이, 설계자가 설정한 규범 응답이 되도록, 다음 식 (3)과 같이 설정된다.
Figure pct00003
단, Tm은, 규범 응답의 시상수이다. J'는, 발전기축으로 환산한 발전기(1)와 기어(8)와 엔진(2)의 합계 이너셔의 설계값 혹은 측정값이다. C'는, 점성 마찰 계수의 설계값이다. 즉, J' 및 C'는, 실제의 제어 대상과 동등하게 되도록 설정된다.
모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)는 1차의 저역 통과 필터이며, 다음 식으로 표시된다.
Figure pct00004
단, TMM은, 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)의 시상수이다.
시상수 TMM은, 회전수 검출값을 평활화 처리하여 피드백시키기 위해 설정된다. 이에 의해, 기어(8)의 덜컹거림이나 엔진(2)의 토크 맥동에 의한 회전수 변동을 그대로 피드백함으로써, 피드백 전후의 그들 진동 성분이 공진해 버려, 래틀 노이즈가 조장되어 버리는 것을 피할 수 있다.
외란 옵저버(302)는, 회전수 제어계에 입력되는 외란 d를 추정하여, 그것을 없애기 위해 설치된다. 외란 옵저버(302)는, 회전수 검출 지연(35), 토크 응답 지연(36)(Gact(s)), 제어 대상 모델 Gp'(s), 감산기(38), 및 제어 대상 모델 Gp'(s)의 역계와 외란 옵저버 필터 Hd(s)로 구성되는 전달 함수(39)(Hd(s)/Gp'(s))를 구비한다.
회전수 검출 지연(35)은, 낭비된 시간으로서 취급되며, 발전기(1)의 회전수의 검출 지연 시간만큼, 처리를 늦추는 처리를 행한다.
제어 대상 모델 Gp'(s)는, 실제의 제어 대상과 동등하게 되도록 구성된 모델이다. 제어 대상 모델 Gp'(s)는 다음 식으로 표시된다.
Figure pct00005
단, J'는, 발전기축에 환산한 발전기(1)와, 엔진(2)과, 발전기(1)와 엔진(2)의 사이에 개재되는 기어(8)의 합계 이너셔의 설계값 혹은 측정값이다. C'는, 점성 마찰 계수의 설계값이다. 즉, J' 및 C'는, 실제의 제어 대상과 동등하게 되도록 설정된다.
외란 옵저버 필터 Hd(s)는, 2차의 저역 통과 필터이며, 제어 대상 모델 Gp'(s)의 역계를 적절하게 하기 위해 설치된다. 외란 옵저버 필터 Hd(s)는 다음 식으로 표시된다.
Figure pct00006
단, Td는, 외란 옵저버 필터의 시상수이다. 또한, 본 발명에 있어서의 프로퍼란, 분모 차수와 분자 차수의 상대 차수가 0 이상, 즉 분모 차수≥분자 차수로 정의된다.
외란 옵저버 필터 Hd(s)가 식 (6)과 같이 구성되면, 제어 대상 모델 Gp'(s)의 역계와, 외란 옵저버 필터 Hd(s)로 구성되는 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)는 다음 식과 같이 된다.
Figure pct00007
이에 의해, 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)는, 분자 다항식의 차수(분자 차수)보다 분모 다항식의 차수(분모 차수) 쪽이 높아지고, 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)의 분모 차수는, 프로퍼로 되기 위한 최소 차수보다 높아진다. 즉, 본 실시 형태의 외란 옵저버 필터 Hd(s)는, 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)의 상대 차수(분모 차수-분자 차수)가 1 이상이 되도록 설정된다. 결과로서, 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)는, 외란 옵저버(302)에 있어서 피드백되는 회전수 검출값의 고주파측의 게인을 낮출 수 있다.
그리고, 감산기(303)는, 모델 매칭 보상기(301)의 출력인 기본 토크 명령값으로부터 외란 옵저버(302)의 출력인 외란 토크 T_d를 감산하여, 토크 명령값 T*를 출력한다.
이에 의해, 발전기(1)의 회전수 제어에 있어서, 회전수 검출값을 피드백해도 래틀 노이즈를 조장시키지 않고 저감할 수 있다. 따라서, 엔진(2)의 토크를 요하지 않고 발전기(1)의 회전수 제어에 의해 래틀 노이즈를 피할 수 있어, 종래와 같이 래틀 노이즈를 피하기 위해 엔진의 회전수를 높일 필요가 없으므로, 래틀 노이즈를 수반하지 않는 모터링도 가능하게 된다.
이어서, 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)의 시상수 TMM과, 외란 옵저버 필터 Hd(s)의 시상수 Td의 설정 방법의 상세에 대하여 설명한다.
시상수 TMM과 시상수 Td는, 보드 선도로 고려한 경우에, 모델 매칭 보상기(301)의 입출력을 발전기(1)의 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인과, 외란 옵저버(302)의 입출력을 발전기(1)의 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인이 동등하게 되도록 설정된다. 보다 구체적으로는, 고주파측의 게인을 일치시키기 위해서는, 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)의 시상수 TMM과, 외란 옵저버 필터 Hd(s)의 시상수 Td를 다음 식을 만족하도록 설정하면 된다.
Figure pct00008
시상수 TMM과 시상수 Td를 이와 같이 설정함으로써, 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)와, 외란 옵저버 필터 Hd(s)의 필터 상수를 개별적으로 설정해도, 래틀 노이즈의 원인이 되는 고주파측의 전달 특성은 유일하게 결정되므로, 각 필터를 용이하게 적합시킬 수 있다.
여기서, 도 3의 회전수 명령값 ωG *부터 토크 T까지의 전달 함수에 있어서, 후술하는 래틀 노이즈 대책을 행하지 않은 회전수 제어에 관한 문제점에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는, 종래의 회전수 제어에 관한 주파수 응답의 보드 선도이다.
도 4에 있어서의 실선은, 발전기(1)와, 엔진(2)과, 발전기(1) 및 엔진(2)을 접속하는 기어(8)의 합계 이너셔가, 제어 대상 Gp(s)의 이너셔 J와 일치하는 경우(이하, 불감대 구간 이외의 경우라고도 함)의 전달 함수의 주파수 응답이다. 한편, 도 4에 있어서의 파선은, 기어의 백래시의 영향으로 기어의 이가 이격됨으로써, 제어 대상 Gp(s)의 이너셔 J가, 발전기(1)의 이너셔만으로 된 경우(이하, 불감대 구간의 경우라고도 함)의 전달 함수의 주파수 특성이다. 또한, 불감대 구간이란, 기어(8)의 백래시의 영향에 의해 발전기(1)와 엔진(2)의 사이에서 동력이 전달되지 않는 구간을 말한다.
여기서, 엔진은, 일반적으로는 아이들 회전수 이상(예를 들어 800rpm 이상)으로 운전되며, 아이들 회전수 이하의 상태는, 크랭킹(모터링 상태)에서부터 엔진 시동이 완료될 때까지의 동안에 지나간다. 이때, 엔진(2)은, 공진 주파수를 빠르게 지나감으로써, 공진에 의한 진동 등이 발생하지 않도록 운전된다. 예를 들어 4사이클 엔진의 경우, 펌핑에 의한 토크 맥동은, 회전 차수의 절반의 기통 몇배로 발생한다. 이 경우의 아이들 회전 시의 토크 맥동 주파수는, 도 4의 도면 중에 세로로 그은 파선으로 나타내는 주파수로 된다.
통상, 발전기(1)의 회전수 제어는, 도 4의 실선으로 나타내는 바와 같이, 불감대 구간 이외(실선)에 있어서의 전달 함수의 주파수 응답이 아이들 회전 시에 공진을 갖지 않도록 설계된다. 그러나, 종래의 회전수 제어에서는, 불감대 구간(파선)에 있어서, 공진하는 주파수(주파수 응답의 게인이 대략 0dB 이상이 되는 주파수)가, 제어 대상의 합계 이너셔가 작게 변화함에 따라 고주파측으로 변화하고, 공진 게인이 높은 주파수 응답으로 되어 버린다. 이 때문에, 종래의 회전수 제어에서는, 아이들 회전에서의 엔진 토크 맥동 주파수 이상의 주파수에서 공진이 발생해 버린다.
도 5는, 도 4에 도시한 종래의 회전수 제어에서의, 아이들 회전 시의 토크, 회전수 및 기어 진동의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 토크 맥동 및 회전수 변동이 저감되어 있지 않고, 또한 기어 진동을 나타내는 파형이 흐트러져 있어, 래틀 노이즈의 원인이 되는 기어끼리의 충돌이 발생해 버렸다.
이러한 문제를 피하기 위해, 본 실시 형태에 있어서는, 모델 매칭 보상기 필터 HMM(s)의 시상수 TMM과, 외란 옵저버 필터 Hd(s)의 시상수 Td를, 보드 선도에 있어서, 제어 대상의 동력 전달계의 관성 모멘트가 모터 이너셔와 동등한 경우의 회전수 제어계에 있어서의 전달 특성의 공진 특성이, 엔진(2)의 아이들 회전수(운전 하한 회전수)에 있어서의 엔진 맥동 주파수 이하가 되도록 설정된다.
도 6은, 시상수 TMM과 시상수 Td를 상술한 바와 같이 설정한 본 실시 형태의 회전수 제어에 있어서의 주파수 응답의 보드 선도이다. 도 4와 마찬가지로, 도면 중의 실선은 불감대 구간 이외에 있어서의 전달 함수의 주파수 응답을 나타내고, 파선은 불감대 구간에 있어서의 전달 함수의 주파수 응답을 나타낸다.
도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 시상수 TMM과 시상수 Td를 상기와 같이 조정함으로써, 불감대 구간에 있어서, 공진하는 주파수가 아이들 회전 시의 엔진 토크 맥동 주파수보다 보다 저주파측으로 변화하고 있다. 따라서, 통상의 엔진 운전 영역에서의 공진을 피할 수 있으므로, 래틀 노이즈의 발생을 피할 수 있다.
도 7은, 도 6에서 도시한 본 실시 형태의 회전수 제어에서의, 아이들 회전 시의 토크, 회전수 및 기어 진동의 시계열 파형을 도시하는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 토크 맥동 및 회전수 변동이 저감되어 있고, 기어 진동을 나타내는 파형을 보아도, 래틀 노이즈의 원인이 되는 기어끼리의 충돌이 발생하고 있지 않다.
이상, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치는, 엔진(2)과, 기어(8)를 통하여 접속된 엔진(2)으로부터의 동력을 사용하여 발전하는 발전기(1)를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법을 실현하는 제어 장치이며, 발전기(1)에 대한 회전수 명령값과 발전기(1)의 회전수 검출값에 기초하여, 발전기의 회전수를 제어하기 위한 토크 명령값을 산출하는 회전수 제어용 토크 산출 수단과, 토크 명령값에 따라 발전기를 제어하는 발전기 제어 수단을 포함한다. 회전수 제어용 토크 산출 수단은, 모델 매칭 보상기(301)를 사용하여, 회전수 검출값에 저역 통과 필터(모델 매칭 보상기 필터(34))에 의한 필터링 처리를 실시하여 얻은 값과 회전수 명령값에 기초하여, 발전기(1)의 토크 응답을 미리 설정한 규범 응답에 일치시키는 기본 토크 명령값을 산출하고, 엔진(1)과 기어(8)를 통하여 접속된 발전기(1)의 동력 전달계를 모방한 제어 대상 모델 Gp'(s)의 역계와 외란 옵저버 필터 Hd(s)를 포함하는 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)를 포함하는 외란 옵저버(302)를 사용하여, 회전수 검출값에 기초하여, 동력 전달계에 입력되는 외란 토크 T_d를 산출하고, 기본 토크 명령값과 외란 토크 T_d에 기초하여 토크 명령값을 산출한다. 그리고, 외란 옵저버 필터 Hd(s)의 상대 차수는, 전달 함수 Hd(s)/Gp'(s)의 상대 차수가 1 이상이 되도록 설정된다.
이에 의해, 발전기(1)의 회전수 제어에 있어서, 회전수 검출값을, 1차의 저역 통과 필터(모델 매칭 보상기 필터 HMM(s))와, 2차의 저역 통과 필터(외란 옵저버 필터 Hd(s))를 사용하여, 회전수 검출값의 고주파측의 게인을 낮추어 피드백하고 있으므로, 회전수 검출값을 피드백해도 래틀 노이즈가 조장되는 일은 없다. 따라서, 엔진(2)의 회전수를 높일 필요 없이, 발전기(1)의 회전수 제어에 의해 래틀 노이즈를 피할 수 있으므로, 래틀 노이즈를 수반하지 않는 모터링이 가능하게 된다.
또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치에 따르면, 모델 매칭 보상기(301)가 구비하는 모델 매칭 보상기 필터(34)의 시상수 TMM과, 외란 옵저버(302)가 구비하는 외란 옵저버 필터의 시상수 Td는, 보드 선도에 있어서, 모델 매칭 보상기의 입출력을 발전기 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인과, 외란 옵저버(302)의 입출력을 발전기 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인이 동등하게 되도록 설정된다. 이에 의해, 모델 매칭 보상기(301)와, 외란 옵저버 필터 래틀 노이즈의 원인이 되는 고주파측의 전달 특성을 일의적으로 결정할 수 있으므로, 각 필터를 용이하게 적합시킬 수 있다.
또한, 일 실시 형태의 하이브리드 차량의 제어 장치에 따르면, 모델 매칭 보상기(301)가 구비하는 모델 매칭 보상기 필터(34)의 시상수 TMM과, 외란 옵저버(302)가 구비하는 외란 옵저버 필터의 시상수 Td는, 보드 선도에 있어서, 동력 전달계의 관성 모멘트가 모터 이너셔와 동등한 경우의 회전수 제어계에 있어서의 전달 특성의 공진 특성이, 엔진(2)의 운전 하한 회전수에 있어서의 엔진 맥동 주파수 이하가 되도록 설정된다. 이에 의해, 아이들 회전 이상에 있어서, 토크 맥동 등에 기인하는 진동 성분의 공진을 피할 수 있어, 통상의 엔진 운전 영역에서의 래틀 노이즈의 발생을 피할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않으며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정한다는 취지는 아니다.

Claims (4)

  1. 엔진과, 기어를 통하여 접속된 상기 엔진으로부터의 동력을 사용하여 발전하는 발전기를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 방법에 있어서,
    상기 발전기에 대한 회전수 명령값과 상기 발전기의 회전수 검출값에 기초하여, 상기 발전기의 회전수를 제어하기 위한 토크 명령값을 산출하는 회전수 제어용 토크 산출 공정과,
    상기 토크 명령값에 따라 상기 발전기를 제어하는 발전기 제어 공정을 포함하고,
    상기 회전수 제어용 토크 산출 공정에서는,
    모델 매칭 보상기를 사용하여, 상기 회전수 검출값에 저역 통과 필터에 의한 필터링 처리를 실시하여 얻은 값과 상기 회전수 명령값에 기초하여, 상기 발전기의 토크 응답을 미리 설정한 규범 응답에 일치시키는 기본 토크 명령값을 산출하고,
    상기 엔진과 상기 기어를 통하여 접속된 상기 발전기의 동력 전달계를 모방한 제어 대상 모델의 역계와 외란 옵저버 필터로 이루어지는 전달 함수를 포함하는 외란 옵저버를 사용하여, 상기 회전수 검출값에 기초하여, 상기 동력 전달계에 입력되는 외란 토크를 산출하고,
    상기 기본 토크 명령값과 상기 외란 토크에 기초하여 상기 토크 명령값을 산출하고,
    상기 외란 옵저버 필터의 상대 차수는, 상기 전달 함수의 상대 차수가 1 이상이 되도록 설정되는, 하이브리드 차량의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모델 매칭 보상기가 구비하는 상기 저역 통과 필터의 시상수와, 상기 외란 옵저버가 구비하는 상기 외란 옵저버 필터의 시상수는,
    보드 선도에 있어서, 상기 모델 매칭 보상기의 입출력을 발전기 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인과, 상기 외란 옵저버의 입출력을 발전기 회전수로 한 경우의 고주파측의 게인이 동등하게 되도록 설정되는, 하이브리드 차량의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모델 매칭 보상기가 구비하는 상기 저역 통과 필터의 시상수와, 상기 외란 옵저버가 구비하는 상기 외란 옵저버 필터의 시상수는,
    보드 선도에 있어서, 상기 동력 전달계의 관성 모멘트가 모터 이너셔와 동등한 경우의 회전수 제어계에 있어서의 전달 특성의 공진 특성이, 상기 엔진의 운전 하한 회전수에 있어서의 엔진 맥동 주파수 이하가 되도록 설정되는, 하이브리드 차량의 제어 방법.
  4. 엔진과, 상기 엔진으로부터의 동력을 사용하여 발전하는 발전기를 구비하는 하이브리드 차량의 제어 장치에 있어서,
    상기 발전기에 대한 회전수 명령값과 상기 발전기의 회전수 검출값에 기초하여, 상기 발전기의 회전수를 제어하기 위한 토크 명령값을 산출하는 회전수 제어용 토크 산출 수단과,
    상기 토크 명령값에 따라 상기 발전기를 제어하는 발전기 제어 수단을 구비하고,
    상기 회전수 제어용 토크 산출 수단은,
    상기 회전수 검출값에 저역 통과 필터에 의한 필터링 처리를 실시하여 얻은 값과 상기 회전수 명령값에 기초하여, 상기 발전기의 토크 응답을 미리 설정한 규범 응답에 일치시키는 기본 토크 명령값을 산출하는 모델 매칭 보상기와,
    상기 엔진과 기어를 통하여 접속된 상기 발전기의 동력 전달계를 모방한 제어 대상 모델의 역계와 외란 옵저버 필터로 이루어지는 전달 함수를 사용하여, 상기 회전수 검출값에 기초하여, 상기 동력 전달계에 입력되는 외란 토크를 산출하는 외란 옵저버와,
    상기 기본 토크 명령값과 상기 외란 토크에 기초하여 상기 토크 명령값을 산출하는 산출기를 갖고,
    상기 외란 옵저버 필터의 상대 차수는, 상기 전달 함수의 상대 차수가 1 이상이 되도록 설정되는, 하이브리드 차량의 제어 장치.
KR1020197000157A 2016-06-08 2016-06-08 하이브리드 차량의 제어 방법 및 하이브리드 차량의 제어 장치 KR101957120B1 (ko)

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PCT/JP2016/067088 WO2017212581A1 (ja) 2016-06-08 2016-06-08 ハイブリッド車両の制御方法およびハイブリッド車両の制御装置

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