JP6028492B2

JP6028492B2 - ハイブリッド車のモータ制御装置

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Publication number: JP6028492B2
Application number: JP2012212493A
Authority: JP
Inventors: 新五川▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: JP2014065414A; US9580063B2; US20140088808A1

Description

本発明は、車両の動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車のモータ制御装置に関する発明である。

近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車が注目されている。このようなハイブリッド車においては、例えば、特許文献１（特開２００９−１４３３６０号公報）に記載されているように、モータにより回転制御される第１の要素（例えばドグクラッチの回転部）と、この第１の要素と係合する第２の要素（例えばドグクラッチの固定部）とを備え、所定トルクをモータに出力させることにより第１の要素と第２の要素の回転位相を同期させるシステムにおいて、エンジン及びモータの慣性質量と、モータの回転速度とに基づいて、モータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定トルクをイナーシャトルクで補正してからモータに出力させるようにしたものがある。

特開２００９−１４３３６０号公報

ところで、本出願人は、エンジンの動力伝達系にモータを連結したハイブリッド車において、所定条件が成立したとき（例えばモータと変速機との間のクラッチが非接続状態のとき）に、モータの目標回転速度と実回転速度との偏差を小さくするようにＰＩ制御によりモータのトルク指令値を算出するモータ回転速度制御を実行するシステムを研究しているが、その研究過程で、次のような新たな課題が判明した。

図６に示すように、エンジンの動力伝達系にモータを連結したハイブリッド車では、モータ回転速度制御の実行中に、エンジンの燃焼による回転変動の影響を受けてモータの回転変動（実回転速度の変動）が発生することがある。このような場合、ＰＩ制御のゲインが大きいと、モータの実回転速度の変動に伴って、モータのトルク指令値が変動（振動）して、モータのトルクが不安定になるという問題がある。この対策として、ＰＩ制御のゲインを小さくすることで、エンジンの回転変動によるモータのトルク指令値の変動を抑制することが考えられるが、ＰＩ制御のゲインを小さくすると、モータ回転速度制御の応答性が低下して、モータの回転速度偏差（目標回転速度に対する実回転速度の偏差）が大きくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータ回転速度制御の際に、モータのトルク指令値を算出するときのゲインを小さくする場合でも、モータ回転速度制御の応答性を確保することができるハイブリッド車のモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の動力源としてエンジン（１１）とモータ（１２）とを搭載し、エンジン（１１）の動力を車輪（１６）に伝達する動力伝達系にモータ（１２）を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、モータ（１２）の目標回転速度と実回転速度との偏差を小さくするようにモータ（１２）の基本トルク指令値を算出する基本トルク指令値算出手段（２６）と、目標回転速度の所定時間当りの変化量と、モータ（１２）の回転軸と一体的に回転する動力伝達系のイナーシャ値とに基づいて、モータ（１２）のトルク補正値を算出するトルク補正値算出手段（２７）と、トルク補正値を用いて基本トルク指令値を補正してモータ（１２）の最終的なトルク指令値を求めるトルク指令値算出手段（２８）と、前記エンジン（１１）と前記モータ（１２）との間の動力伝達を断続するクラッチ（１７）と、を備え、前記トルク補正値算出手段（２７）は、前記クラッチ（１７）の接続時に前記トルク補正値を算出し、前記クラッチ（１７）の非接続時に前記トルク補正値を０に設定する構成としたものである。

この構成では、モータの目標回転速度と実回転速度との偏差を小さくするように基本トルク指令値を算出する。

更に、目標回転速度の変化量とイナーシャ値とに基づいてトルク補正値を算出し、このトルク補正値を用いて基本トルク指令値を補正して最終的なトルク指令値を求めることで、基本トルク指令値をフィードフォワード的に補正して最終的なトルク指令値を設定することができる。これにより、基本トルク指令値を算出するときのゲインをエンジンの回転変動による基本トルク指令値の変動を抑制できるように小さくする場合でも、モータ回転速度制御の応答性の低下を抑制することができ、モータの回転速度偏差（目標回転速度に対する実回転速度の偏差）を小さくすることができる。

図１は本発明の実施例１におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。図２はモータ回転速度制御の機能を示すブロック図である。図３は実施例１のモータ回転速度制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。図４は実施例１のモータ回転速度制御の効果を説明する図である。図５は実施例２のモータ回転速度制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。図６はモータの実回転速度及びトルク指令値の変動が発生した状態を示すタイムチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
車両の動力源として内燃機関であるエンジン１１とモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）１２とが搭載されている。エンジン１１の出力軸（クランク軸）の動力がＭＧ１２を介して変速機１３に伝達され、この変速機１３の出力軸の動力がデファレンシャルギヤ機構１４や車軸１５等を介して車輪１６に伝達される。変速機１３は、複数段の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速するＣＶＴ（無段変速機）であっても良い。

エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達系のうちのエンジン１１と変速機１３との間に、ＭＧ１２の回転軸が動力伝達可能に連結されている。また、エンジン１１とＭＧ１２との間には、動力伝達を断続するための第１のクラッチ１７が設けられ、ＭＧ１２と変速機１３との間には、動力伝達を断続するための第２のクラッチ１８が設けられている。これらのクラッチ１７，１８は、油圧駆動式の油圧クラッチであっても良いし、電磁駆動式の電磁クラッチであっても良い。

また、ＭＧ１２を駆動するインバータ１９がバッテリ２０に接続され、ＭＧ１２がインバータ１９を介してバッテリ２０と電力を授受するようになっている。ＭＧ１２には、ＭＧ１２の回転速度を検出する回転速度センサ２１が設けられている。

ハイブリッドＥＣＵ２２は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセルセンサ、ブレーキスイッチ、車速センサ等（いずれも図示せず）の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ２２は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ２３やインバータ１９を制御してＭＧ１２を制御するＭＧ−ＥＣＵ２４との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ＥＣＵ２３，２４によって車両の運転状態に応じて、エンジン１１、ＭＧ１２等を制御する。

また、ＭＧ−ＥＣＵ２４は、後述する図３のモータ回転速度制御ルーチンを実行することで、所定のモータ回転速度制御実行条件が成立したときに、ＭＧ１２の実回転速度を目標回転速度に一致させるようにＭＧ１２のトルク指令値を算出するモータ回転速度制御を実行する。

このモータ回転速度制御では、図２に示すように、車両の運転状態（例えば、アクセル開度、車速等）に応じて算出されたＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と、回転速度センサ２１で検出したＭＧ１２の実回転速度Ｎm を、偏差器２５に入力して、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮm を算出し、ＰＩ制御部２６（基本トルク指令値算出手段）で、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮm を小さくするようにＰＩ制御によりＭＧ１２の基本トルク指令値Ｔpiを算出する。

また、トルク補正値算出部２７（トルク補正値算出手段）で、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt の所定時間当りの変化量ΔＮt と、ＭＧ１２の回転軸と一体的に回転する動力伝達系のイナーシャ値Ｊとに基づいて、ＭＧ１２のトルク補正値Ｔj を算出する。

ここで、第１のクラッチ１７の接続時と非接続時とでは、ＭＧ１２の回転軸と一体的に回転する動力伝達系のイナーシャ値が異なってくるため、本実施例１では、トルク補正値Ｔj を算出する際に用いるイナーシャ値Ｊを第１のクラッチ１７の接続時と非接続時とで切り換えるようにしている。

具体的には、第１のクラッチ１７の接続時には、エンジン１１から第の２クラッチ１８の入力側（ＭＧ１２側）までの動力伝達系がＭＧ１２の回転軸と一体的に回転するため、トルク補正値Ｔj の算出に用いるイナーシャ値Ｊを、エンジン１１から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系のイナーシャ値Ｊ1 に設定する。
イナーシャ値Ｊ＝Ｊ1

一方、第１のクラッチ１７の非接続時には、第１のクラッチ１７の出力側（ＭＧ１２側）から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系がＭＧ１２の回転軸と一体的に回転するため、トルク補正値Ｔj の算出に用いるイナーシャ値Ｊを、第１のクラッチ１７の出力側から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系のイナーシャ値Ｊ2 に設定する。
イナーシャ値Ｊ＝Ｊ2

この後、トルク指令値算出部２８（トルク指令値算出手段）で、基本トルク指令値Ｔpiにトルク補正値Ｔj を加算することで基本トルク指令値Ｔpiを補正して最終的なトルク指令値Ｔm を求める。

この後、上下限ガード処理部２９で、トルク指令値Ｔm を所定の上限ガード値及び下限ガード値でガード処理する上下限ガード処理を実施し、この上下限ガード処理後のトルク指令値Ｔm を出力する。このトルク指令値Ｔm を実現するようにインバータ１９を制御してＭＧ１２の印加電圧を制御することで、ＭＧ１２の実回転速度Ｎm を目標回転速度Ｎt に一致させるように制御する。

以上説明した本実施例１のモータ回転速度制御は、ＭＧ−ＥＣＵ２４によって図３のモータ回転速度制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。

図３に示すモータ回転速度制御ルーチンは、ＭＧ−ＥＣＵ２４の電源オン期間中に所定の演算周期Ｔs で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、モータ回転速度制御実行条件が成立しているか否かを、例えば、第２のクラッチ１８が非接続状態（開放状態又はスリップ状態）であるか否かによって判定する。

このステップ１０１で、モータ回転速度制御実行条件が不成立であると判定された場合には、ステップ１０２以降のモータ回転速度制御に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、モータ回転速度制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ１０２以降のモータ回転速度制御に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、車両の運転状態（例えば、アクセル開度、車速等）に応じて算出されたＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と、回転速度センサ２１で検出したＭＧ１２の実回転速度Ｎm を読み込む。

この後、ステップ１０３に進み、第１のクラッチ１７が接続状態であるか否かを判定し、第１のクラッチ１７が接続状態であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、基本トルク指令値Ｔpiを算出する際のＰＩゲインＧ（ＰＩ制御のゲイン）を、第１のクラッチ１７の接続時のＰＩゲインＧ1 に設定する。
ＰＩゲインＧ＝Ｇ1
この第１のクラッチ１７の接続時のＰＩゲインＧ1 は、エンジン１１の回転変動による基本トルク指令値Ｔpiの変動を抑制できる程度に小さい値に設定されている。

また、第１のクラッチ１７の接続時には、エンジン１１から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系がＭＧ１２の回転軸と一体的に回転するため、次のステップ１０５で、トルク補正値Ｔj の算出に用いるイナーシャ値Ｊを、エンジン１１から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系のイナーシャ値Ｊ1 に設定する。
イナーシャ値Ｊ＝Ｊ1

一方、上記ステップ１０３で、第１のクラッチ１７が接続状態ではない（つまり第１のクラッチ１７が非接続状態である）と判定された場合には、ステップ１０６に進み、基本トルク指令値Ｔpiを算出する際のＰＩゲインＧを、第１のクラッチ１７の非接続時のＰＩゲインＧ2 に設定する。
ＰＩゲインＧ＝Ｇ2

また、第１のクラッチ１７の非接続時には、第１のクラッチ１７の出力側から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系がＭＧ１２の回転軸と一体的に回転するため、次のステップ１０７で、トルク補正値Ｔj の算出に用いるイナーシャ値Ｊを、第１のクラッチ１７の出力側から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系のイナーシャ値Ｊ2 に設定する。
イナーシャ値Ｊ＝Ｊ2

上記ステップ１０４〜１０７で、ＰＩゲインＧとイナーシャ値Ｊを設定した後、ステップ１０８に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮを算出し、この目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮを小さくするように、上記ステップ１０４又は１０６で設定したＰＩゲインＧを用いてＰＩ制御によりＭＧ１２の基本トルク指令値Ｔpiを算出する。

この後、ステップ１０９に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt の所定時間当りの変化量ΔＮt として、目標回転速度の今回値Ｎt(i)と前回値Ｎt(i-1)との差を求める。
ΔＮt ＝Ｎt(i)−Ｎt(i-1)
この場合、目標回転速度Ｎt の変化量ΔＮt として、本ルーチンの演算周期Ｔs 当りの変化量を求めることになる。

この後、ステップ１１０に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt の変化量ΔＮt と演算周期Ｔs とに基づいてＭＧ１２の角加速度Δωを算出し、この角加速度Δωと上記ステップ１０５又は１０７で設定したイナーシャ値Ｊとを用いて、次式によりＭＧ１２のトルク補正値Ｔj を算出する。
Ｔj ＝Ｊ×Δω

この後、ステップ１１１に進み、基本トルク指令値Ｔpiにトルク補正値Ｔj を加算することで基本トルク指令値Ｔpiを補正して最終的なトルク指令値Ｔm を求める。
Ｔm ＝Ｔpi＋Ｔj

この後、ステップ１１２に進み、トルク指令値Ｔm を所定の上限ガード値及び下限ガード値でガード処理する上下限ガード処理を実施する。具体的には、トルク指令値Ｔm が上限ガード値よりも大きいときにはトルク指令値Ｔm を上限ガード値でガード処理する（トルク指令値Ｔm ＝上限ガード値）。一方、トルク指令値Ｔm が下限ガード値よりも小さいときにはトルク指令値Ｔm を下限ガード値でガード処理する（トルク指令値Ｔm ＝下限ガード値）。

以上説明した本実施例１では、モータ回転速度制御の際に、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮm を小さくするようにＰＩ制御によりＭＧ１２の基本トルク指令値Ｔpiを算出するときのＰＩゲインＧをある程度小さくすることで、エンジン１１の回転変動による基本トルク指令値Ｔpiの変動を抑制して、最終的なトルク指令値Ｔm の変動を抑制することができ、ＭＧ１２のトルクを安定化させることができる。

更に、目標回転速度Ｎt の所定時間当りの変化量ΔＮt とイナーシャ値Ｊとに基づいてトルク補正値Ｔj を算出し、このトルク補正値Ｔj を用いて基本トルク指令値Ｔpiを補正して最終的なトルク指令値Ｔm を求めるようにしたので、基本トルク指令値Ｔpiをフィードフォワード的に補正して最終的なトルク指令値Ｔm を設定することができる。これにより、モータ回転速度制御の応答性の低下を抑制することができ、ＭＧ１２の回転速度偏差（目標回転速度Ｎt に対する実回転速度Ｎm の偏差）を小さくすることができる。

従って、図４に示すように、ＰＩゲインの低減によりＭＧ１２のトルク変動幅（トルク指令値Ｔm の変動幅）を所定の安定判定値よりも小さくしてトルクを安定化させながら、目標回転速度Ｎt の変化量ΔＮt に基づいたトルク補正によりモータ回転速度制御の応答性を確保してＭＧ１２の回転速度偏差を所定の応答性判定値よりも小さくすることができ、モータ回転速度制御の応答性と安定性を両立することができる。

また、本実施例１では、第１のクラッチ１７の接続時と非接続時とで、ＭＧ１２の回転軸と一体的に回転する動力伝達系のイナーシャ値が異なってくることを考慮に入れて、トルク補正値Ｔj を算出する際に用いるイナーシャ値を第１のクラッチ１７の接続時と非接続時とで切り換えるようにしたので、第１のクラッチ１７の接続時と非接続時に、それぞれ適切なイナーシャ値を用いてトルク補正値Ｔj を精度良く算出することができる。

次に、図５を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

第１のクラッチ１７の非接続時には、エンジン１１の回転変動によるＭＧ１２の回転変動が発生しないため、ＰＩ制御をチューニングするだけで、ＭＧ１２のトルクを安定化させながら、モータ回転速度制御の応答性を確保することができる（つまりトルク補正は不要になる）。

そこで、本実施例２では、ＭＧ−ＥＣＵ２４により後述する図５のモータ回転速度制御ルーチンを実行することで、第１のクラッチ１７の接続時にトルク補正値Ｔj を算出し、第１のクラッチ１７の非接続時にトルク補正値Ｔj を０に設定するようにしている。

図５のモータ回転速度制御ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、モータ回転速度制御実行条件が成立しているか否かを判定し、モータ回転速度制御実行条件が成立していると判定された場合には、ステップ２０２に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm を読み込んだ後、ステップ２０３に進み、第１のクラッチ１７が接続状態であるか否かを判定する。

このステップ２０３で、第１のクラッチ１７が接続状態であると判定された場合には、ステップ２０４に進み、基本トルク指令値Ｔpiを算出する際のＰＩゲインＧを、第１のクラッチ１７の接続時のＰＩゲインＧ1 に設定した後、ステップ２０５に進み、トルク補正値Ｔj の算出に用いるイナーシャ値Ｊを、エンジン１１から第の２クラッチ１８の入力側までの動力伝達系のイナーシャ値Ｊ1 に設定する。

この後、ステップ２０６に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt の所定時間当りの変化量ΔＮt として、目標回転速度の今回値Ｎt(i)と前回値Ｎt(i-1)との差を求めた後、ステップ２０７に進み、目標回転速度Ｎt の変化量ΔＮt と演算周期Ｔs とに基づいてＭＧ１２の角加速度Δωを算出し、この角加速度Δωと上記ステップ２０５で設定したイナーシャ値Ｊ（＝Ｊ1 ）とを用いて、次式によりＭＧ１２のトルク補正値Ｔj を算出する。
Ｔj ＝Ｊ×Δω

一方、上記ステップ２０３で、第１のクラッチ１７が接続状態ではない（つまり第１のクラッチ１７が非接続状態である）と判定された場合には、ステップ２０６に進み、基本トルク指令値Ｔpiを算出する際のＰＩゲインＧを、第１のクラッチ１７の非接続時のＰＩゲインＧ2 に設定した後、ステップ２０９に進み、ＭＧ１２のトルク補正値Ｔj を０に設定する。
Ｔj ＝０

上記ステップ２０７又は２０９で、トルク補正値Ｔj を設定した後、ステップ２１０に進み、ＭＧ１２の目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮを算出し、この目標回転速度Ｎt と実回転速度Ｎm との偏差ΔＮを小さくするように、上記ステップ２０４又は２０８で設定したＰＩゲインＧを用いてＰＩ制御によりＭＧ１２の基本トルク指令値Ｔpiを算出する。

この後、ステップ２１１に進み、基本トルク指令値Ｔpiにトルク補正値Ｔj を加算して最終的なトルク指令値Ｔm を求めた後、ステップ２１２に進み、トルク指令値Ｔm を所定の上限ガード値及び下限ガード値でガード処理する上下限ガード処理を実施する。

以上説明した本実施例２では、第１のクラッチ１７の接続時にトルク補正値Ｔj を算出し、第１のクラッチ１７の非接続時にトルク補正値Ｔj を０に設定するようにしたので、エンジン１１の回転変動によるＭＧ１２の回転変動が発生しない第１のクラッチ１７の非接続時にはトルク補正を実施しないようにすることができ、第１のクラッチ１７の非接続時の演算処理を簡略化して演算負荷を低減することができる。

尚、本発明は、図１に示す構成のハイブリッド車に限定されず、例えば、第１のクラッチ１７（エンジン１１とＭＧ１２との間のクラッチ）と第２のクラッチ１８（ＭＧ１２と変速機１３との間のクラッチ）のうちの一方又は両方を省略した構成のハイブリッド車に適用しても良い等、エンジンの動力を車輪に伝達する動力伝達系にモータを動力伝達可能に連結した構成（つまりエンジンの回転変動がモータの回転変動に影響を及ぼす構成）のハイブリッド車に広く適用することができる。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…ＭＧ（モータジェネレータ）、１６…車輪、１７，１８…クラッチ、２４…ＭＧ−ＥＣＵ、２６…ＰＩ制御部（基本トルク指令値算出手段）、２７…トルク補正値算出部（トルク補正値算出手段）、２８…トルク指令値算出部（トルク指令値算出手段）

Claims

車両の動力源としてエンジン（１１）とモータ（１２）とを搭載し、前記エンジン（１１）の動力を車輪（１６）に伝達する動力伝達系に前記モータ（１２）を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、
前記モータ（１２）の目標回転速度と実回転速度との偏差を小さくするように前記モータ（１２）の基本トルク指令値を算出する基本トルク指令値算出手段（２６）と、
前記目標回転速度の所定時間当りの変化量と、前記モータ（１２）の回転軸と一体的に回転する動力伝達系のイナーシャ値とに基づいて、前記モータ（１２）のトルク補正値を算出するトルク補正値算出手段（２７）と、
前記トルク補正値を用いて前記基本トルク指令値を補正して前記モータ（１２）の最終的なトルク指令値を求めるトルク指令値算出手段（２８）と、
前記エンジン（１１）と前記モータ（１２）との間の動力伝達を断続するクラッチ（１７）と、
を備え、
前記トルク補正値算出手段（２７）は、前記クラッチ（１７）の接続時に前記トルク補正値を算出し、前記クラッチ（１７）の非接続時に前記トルク補正値を０に設定する
ことを特徴とするハイブリッド車のモータ制御装置。
前記基本トルク指令値を算出するときのゲインを前記エンジン（１１）の回転変動による前記基本トルク指令値の変動を抑制できる小さい値に設定する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車のモータ制御装置。