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【発明の名称】 車両駆動装置の制御装置および車両
【発明者】 【氏名】羽二生 倫之

【氏名】天野 雅彦

【氏名】宮崎 泰三

【氏名】正木 良三

【氏名】諸岡 泰男
【要約】 【課題】ハイブリッド車両の駆動システムを構成するモータの慣性力に起因するトルク変動を１つのモータの速度変化率を用いてすべてのモータのトルクを補正し、目標どおりの車両駆動トルクを発生させる。

【解決手段】差動機構１６および１７を介してモータＡ１２およびモータＢ１３の出力軸がエンジン１１の出力軸と車両駆動軸１８に連結しているハイブリッド車両において、モータの回転数変動に起因するトルク変動を、モータＡ１２の速度変化率を検出する速度変化率検出手段２１により検出されるモータＡ１２の速度変化率を用いて、モータＡ１２およびモータＢ１３のトルク補正を行う。１つのモータの速度変化率を用いて双方のモータのトルク補正を行うことが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】複数の回転電機の出力軸が機械的に結合している変速機構を備え、車両の目標駆動トルクと第１の前記回転電機のトルクとに基づいて、第２の前記回転電機のトルクを決定するトルク設定手段を備えた車両駆動装置であって、少なくとも１つの回転電機は自身の回転速度の変化率を検出する回転速度変化率検出手段を有し、前記トルク設定手段は前記回転速度変化率検出手段より検出された前記回転電機の回転速度変化率を用いて他の前記回転電機のトルク不足量を算出し、当該回転速度変化率検出手段を有する回転電機により前記トルク不足量を発生させることを特徴とする車両駆動装置の制御装置。
【請求項２】複数の回転電機の出力軸が機械的に結合している変速機構を備え、車両の目標駆動トルクと第１の前記回転電機のトルクとに基づいて、第２の前記回転電機のトルクを決定するトルク設定手段を備えた車両駆動装置であって、前記第２の回転電機は自身の回転速度の変化率を検出する回転速度変化率検出手段を有し、前記トルク設定手段は前記回転速度変化率検出手段より検出された前記第２の回転電機の回転速度変化率を用いて、前記第２の回転電機のトルクを補正することを特徴とする車両駆動装置の制御装置。
【請求項３】回転する出力軸を有する動力発生装置を複数有し、前記動力発生装置の出力軸が機械的に結合している変速機構であって、前記変速機構の入出力軸の変速比を検出する変速比検出手段と第１の前記動力発生装置の回転速度変化率を検出する回転速度変化率検出手段とを有し、前記第１の動力発生装置の回転速度変化率と前記変速比検出手段の変速比情報を用いて他の前記動力発生装置のトルク不足量を算出し、当該回転速度変化率検出手段を有する動力発生装置により前記トルク不足量を発生させることを特徴とする車両駆動装置の制御装置。
【請求項４】請求項１，２，３のいずれか１項記載の車両駆動装置の制御装置を搭載する車両。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複数のモータを有する車両、特にエンジンとモータを組合せたハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの低燃費化を図る駆動システムとして、モータの駆動力を利用するハイブリッド車両があり、シリーズ方式，パラレル方式など各種の方式が提案されている。例えば、特開平7−135701 号公報には、２つのモータと１つの遊星歯車を用い、エンジンの駆動力を遊星歯車に入力し、遊星歯車の出力軸から得られた駆動力により車両を駆動するようにモータで制御する方式が記載されている。エンジンのエネルギーの一部は発電機（１つのモータを発電機として使用）により発電しながら、出力軸に連結したモータから駆動力をアシストすることで、常にエンジンを効率の良い高トルク領域で駆動し、かつ、変速機能を合わせ持たせることができる特徴を持っている。
【０００３】また、このようなハイブリッド車両の駆動トルクを制御する方法として、発電機のトルクを算出し、その値を用いて出力軸のモータのトルクを補正する方法が特開平8−207601 号公報に記載されている。この方法によれば、エンジン出力に変動があっても車両の駆動トルクにはあまり影響しないため、走行性を改善することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述の方式は、発電機の速度変化率を用いて、モータで発電機の慣性に起因するトルク変動を抑制するため、発電機が自身のトルク変動を抑制することはできない。また、モータ自身のトルク変動を抑制するためには、モータの速度変化率を検出しなければならない。
【０００５】本発明の目的は、ハイブリッド車両において、１つのモータの速度変化率を用いて自身の慣性分の補正を行うとともに、その速度変化率を用いて他のモータのトルク変動を抑制する制御装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数の回転電機の出力軸が機械的に結合している変速機構を備え、車両の目標駆動トルクと第１の前記回転電機のトルクとに基づいて、第２の前記回転電機のトルクを決定するトルク設定手段を備えた車両駆動装置であって、少なくとも１つの回転電機は自身の回転速度の変化率を検出する回転速度変化率検出手段を有し、前記トルク設定手段は前記回転速度変化率検出手段より検出された前記回転電機の回転速度変化率を用いて他の前記回転電機のトルク不足量を算出し、当該回転速度変化率検出手段を有する回転電機により前記トルク不足量を発生させることを特徴とする車両駆動装置の制御装置を提供することにある。
【０００７】また、好ましくは、複数の回転電機の出力軸が機械的に結合している変速機構を備え、車両の目標駆動トルクと第１の前記回転電機のトルクとに基づいて、第２の前記回転電機のトルクを決定するトルク設定手段を備えた車両駆動装置であって、前記第２の回転電機は自身の回転速度の変化率を検出する回転速度変化率検出手段を有し、前記トルク設定手段は前記回転速度変化率検出手段より検出された前記第２の回転電機の回転速度変化率を用いて、前記第２の回転電機のトルクを補正することを特徴とする車両駆動装置の制御装置を提供することにある。
【０００８】また、好ましくは、回転する出力軸を有する動力発生装置を複数有し、前記動力発生装置の出力軸が機械的に結合している変速機構であって、前記変速機構の入出力軸の変速比を検出する変速比検出手段と第１の前記動力発生装置の回転速度変化率を検出する回転速度変化率検出手段とを有し、前記第１の動力発生装置の回転速度変化率と前記変速比検出手段の変速比情報を用いて他の前記動力発生装置のトルク不足量を算出し、当該回転速度変化率検出手段を有する動力発生装置により前記トルク不足量を発生させることを特徴とする車両駆動装置の制御装置を提供することにある。
【０００９】さらに、本発明は前記車両駆動装置の制御装置を搭載する車両を提供することにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】図１は本発明による車両駆動制御装置を搭載したハイブリッド車両の一実施の形態である。
【００１２】エンジン１１は内燃機関であり、内燃機関とは燃焼ガスが作動流体であるものを指し、レシプロエンジン，ロータリーエンジン，ガスタービン、およびジェットエンジンなどが含まれ、一例としてレシプロエンジンを想定する。モータＡ12およびモータＢ１３は電気エネルギーを与えることにより運動エネルギーを放出し、運動エネルギーを与えると電気エネルギーに変換する。モータ制御装置１４はモータＡ１２を制御する装置であり、インバータなどを指す。同様にモータ制御装置１５はモータＢ１３を制御する装置である。
【００１３】差動機構１６および１７は複数の歯車から構成されている。差動機構１６を構成する個々の歯車はエンジン１１，モータＡ１２、および車両駆動軸１８と噛合している。同様に差動機構１７を構成する個々の歯車はエンジン１１，モータＢ１３、および車両駆動軸１８と噛合している。
【００１４】二次電池１９は電気エネルギーを貯蔵する装置であり、通常バッテリなどが用いられる。駆動制御装置２０はエンジンおよびモータの各コンポーネンツの駆動力を制御する装置である。速度変化率検出手段２１はモータＡ１２の速度変化率を検出する。車両駆動力は車輪２２に伝達され、車両は駆動する。
【００１５】図１のハイブリッドシステムにおける各コンポーネンツは以下のような関係となっている。
【００１６】エンジン１１の実トルクτ′e および車両駆動トルクτv は、モータＡ１２およびモータＢ１３の実トルクτ′a ，τ′b で表記することができる。
【００１７】
【数１】τ′e＝Ｋea×τ′a＋Ｋeb×τ′b【００１８】
【数２】τv＝Ｋva×τ′a＋Ｋvb×τ′bただし、Ｋea，Ｋeb，Ｋva，Ｋvbはギア比から定まる係数である。
【００１９】同様に、エンジン１１の回転速度ωe ，モータＡ１２の回転速度ωa ，モータＢ１３の回転速度ωb 、および車両速度ωv の関係は、【００２０】
【数３】ωe＝Ｋwa×ωa＋Ｋwva×ωv【００２１】
【数４】ωe＝Ｋwb×ωb＋Ｋwvb×ωvと表わせる。Ｋwa，Ｋwb，Ｋwva，Ｋwvbはギア比から定まる係数である。
【００２２】また、モータＡ１２およびモータＢ１３のトルク指令値τa*およびτb*と実トルクの関係は、それぞれの慣性のＪa ，Ｊb および速度変化率ｄωa／ｄｔ，ｄωb／ｄｔを用いて以下のように表される。
【００２３】
【数５】

【００２４】
【数６】

【００２５】また、エンジン回転速度ωe と車両速度ωv の比、もしくはエンジントルクτe と車両駆動トルクτv の比として変速比ｒを以下のように定義する。
【００２６】
【数７】

【００２７】駆動制御装置２０の構成について図２を用いて説明する。駆動制御装置２０は運転者の指令を受け、ハイブリッド車両を構成する動力源であるエンジン１１，モータＡ１２、およびモータＢ１３の出力を制御する装置である。ここでは、車両のトルク変動はモータで補正することを主眼としているため、駆動制御装置２０の構成のうち、モータの制御装置に関して説明する。
【００２８】ここでは、モータＢ１３を速度制御した場合について説明する。
【００２９】モータＢ１３制御部３１は変速比指令ｒ* および車両速度ωv とから、モータＢ１３の速度指令ωb*を算出する。数４および数７よりモータＢ１３の速度指令ωb*は、【００３０】
【数８】

【００３１】と表すことができる。モータＢ１３の速度指令ωb*はモータＢ１３の速度フィードバック値ωbFB と比例積分制御され、数８に基づいたモータＢ１３のトルク指令τb*を算出する。
【００３２】モータＡ１２制御部３２は車両駆動トルク指令τv*とモータＢ１３のトルク指令τb*とからモータＡ１２のトルク指令τa*を定める。数２と数８に基づき算出したモータＢ１３のトルク指令τb*よりモータＡ１２のトルク指令τa*は【００３３】
【数９】

【００３４】と表すことができる。数９より算出したモータＡ１２トルク指令τａ*によりモータＡ１２は駆動する。
【００３５】数９は数２の変形であるため、各コンポーネンツのトルクは慣性による損失を除いた実トルクである必要がある。そのため、数９より演算されるトルク指令では各コンポーネンツの速度変動が大きい場合に車両駆動トルクに変動が生じる。そこで、モータの慣性を考慮したトルク指令が必要となる。モータＡ１２のモータの慣性を考慮したトルク指令τa*は以下の演算により求められる。数９にモータの指令トルクと実トルクの関係式である数５および数６を代入し、【００３６】
【数１０】

【００３７】の関係を得る。数１０の右辺第３項および第４項がモータの慣性に起因するトルクである。数９の演算によるトルク指令では、数１０の右辺第３項および第４項で表されるトルクが不足する。
【００３８】右辺第３項はモータＡ１２の慣性に起因するトルクである。数１０の右辺第３項までをモータＡ１２のトルク指令として与えることにより、モータＡ１２は自身の速度変化率を用いてトルク補正を行うことができる。
【００３９】数１０においてモータＢ１３の慣性をも補償するためにはモータＢ１３の速度変化率を検出することが必要となり、システムが複雑となる。そこで、一方のモータの速度変化率のみを用いて、自らのトルク補正と他方のモータのトルク補正を行う制御方式とするためモータＡ１２の速度変化率でモータＢ１３の速度変化率を表す。
【００４０】車両がある任意の変速比ｒ1 からｒ2 へ短時間で変化したと仮定する。その間における車両速度の変化量は十分に小さいとする。
【００４１】変速比ｒ1 のときのモータＡ１２回転速度ωa1およびモータＢ１３回転速度ωb1は車両駆動軸回転速度ωv を用いて、数１，数２および数７より【００４２】
【数１１】

【００４３】
【数１２】

【００４４】と表される。
【００４５】また、変速比ｒ2 のときのモータＡ１２回転速度ωa2およびモータＢ１３回転速度ωb2は【００４６】
【数１３】

【００４７】
【数１４】

【００４８】となる。よって、任意の時間ｔにおけるモータＡ１２回転速度の変化率とモータＢ１３回転速度の変化率との比Ｒは、【００４９】
【数１５】

【００５０】となり、モータＡ１２回転速度の変化率とモータＢ１３回転速度の変化率との比Ｒは変速比および車両速度に関わらずモータＡ１２速度の変化率のＫwa／Ｋwb倍となる。
【００５１】数１５を数１０に代入すると【００５２】
【数１６】

【００５３】と表記できる。
【００５４】よって、図１のハイブリッド車両では、車両の状態である変速比および車両速度に関係なく、モータＡ１２の速度微分値のみを用いてモータＡ１２およびモータＢ１３の両者のトルク補償を行うことが可能である。
【００５５】図２においては、補正トルク算出手段３３はトルク変動を補正するトルクを演算する。補正トルク算出手段３３は速度変化率検出手段２１より得られたモータＡ１２の速度変化率を用いて慣性によるトルク変動を補正する補正トルクΔτmを演算する。ここで、Δτm はモータＡ１２およびモータＢ１３の慣性に起因するトルクである。モータＡ１２制御部３２では補正トルク算出手段３３より算出された補正トルクΔτm を加えて、数１６で表されるモータＡ１２のトルク指令τa*を発信する。
【００５６】ここでは、モータＡ１２の速度変化率を用いて説明してきたが、モータＢ１３の速度変化率を用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００５７】図３は図１とは異なった構成のハイブリッド車両の一実施の形態である。
【００５８】エンジン４１は内燃機関である。モータＡ４２およびモータＢ４３は電気エネルギーにより回動する。モータ制御装置４４および４５はモータＡ４２およびモータＢ４３の制御装置であり、インバータなどを指す。
【００５９】差動機構４６は複数の歯車から構成されており、差動機構４６を構成する個々の歯車はエンジン４１，モータ４２、および車両駆動軸４７と噛合している。
【００６０】二次電池４８には通常バッテリなどが用いられる。駆動制御装置４９はエンジンおよびモータの各コンポーネンツの駆動力を制御する装置である。速度変化率検出手段５０はモータＡ１２の速度変化率を検出する。車両駆動力は車輪５１に伝達され、車両は駆動する。
【００６１】図３における補正トルク演算手法について説明する。
【００６２】エンジン４１の実トルクτ′e および車両駆動トルクτv は、モータＡ４２およびモータＢ４３の実トルクτ′a ，τ′b および差動機構４６からの駆動トルクτr で以下のように表記できる。
【００６３】
【数１７】τ′e＝ＫEA×τr＋ＫEB×τ′b【００６４】
【数１８】τv＝τr＋τ′aただし、ＫEA，ＫEBはギア比から定まる係数である。
【００６５】同様に、エンジン４１の回転速度ωe ，モータＡ４２の回転速度ωa ，モータＢ４３の回転速度ωb ，差動機構４６の出力歯車の回転数ωr 、および車両速度ωv の関係は、【００６６】
【数１９】ωe＝ＫWA×ωr＋ＫWB×ωb【００６７】
【数２０】ωv＝ωa＝ωrと表わせる。ＫWA，ＫWBはギア比から定まる係数である。
【００６８】また、モータＡ１２およびモータＢ１３のトルク指令値τa*およびτb*と実トルクの関係は、数５および数６と同じであり、変速比ｒの関係は数７と同じである。
【００６９】このとき、モータＡ４２の速度変化率を用いてモータＡ４２およびモータＢ43のトルク補正を行う。数１７および数１８の関係にモータの運動方程式である数５，数６、および変速比ｒの関係を代入することにより以下の関係を得る。
【００７０】
【数２１】

【００７１】数１０と同様、右辺第３項および第４項がモータの慣性に起因するトルクであり、補正トルク算出手段３３で算出する補正トルクΔτm に相当する。
【００７２】ここで、右辺第３項はモータＡ４２の慣性に起因するトルクである。数２１の右辺第３項までをモータＡ１２のトルク指令として与えることにより、モータＡ４２は自身の速度変化率を用いてトルク補正を行うことができる。
【００７３】モータＡ４２およびモータＢ４３との関係は変速比ｒを用いて、数１９および数２０から、【００７４】
【数２２】

【００７５】の関係を得る。
【００７６】よって、図３のシステムにおいてモータＡ４２の速度変化率と車両とエンジンの状態を表す変速比ｒを用いてモータＡ４２およびモータＢ４３のトルク変動を補正するモータＡ４２トルク指令τa*は以下のようになる。
【００７７】
【数２３】

【００７８】ハイブリッド車両駆動システムによっては、トルク補正を行う際に、モータの回転速度変化率に加え、エンジン回転数および車両速度などの情報を用いる必要がある。
【００７９】図４は本発明を適応したハイブリッド車両の一実施の形態である。
【００８０】エンジン６１は内燃機関である。モータ６２は電気エネルギーを与えることにより運動エネルギーを放出し、運動エネルギーを与えると電気エネルギーに変換する。モータ制御装置６３はモータ６２を制御する装置であり、インバータなどを指す。速度変化率検出手段６３はモータ６２の速度変化率を検出する。
【００８１】変速装置６５はエンジン６１およびモータ６２の駆動力を走行状態に適応する速度およびトルクに変換する。変速比検出手段６６はエンジン６１，モータ６２、および車両駆動軸６７の回転数を検出し、エンジン６１およびモータ６２各々に対する車両駆動軸６７との変速比情報を発信する。
【００８２】車両駆動軸６７を伝達した駆動力は車輪６８を介して車両を駆動させる。
【００８３】二次電池６９は電気エネルギーを貯蔵する装置であり、通常バッテリなどが用いられる。
【００８４】駆動制御装置７０は変速比検出手段６６より変速比の情報と速度変化率検出手段６３からの速度変化率の情報より、変速時もしくはエンジンの動作点を変更する場合のエンジン６１とモータ６２のトルク変動を補正するトルクを算出し、モータ６２にトルク補正を行わせる。
【００８５】図５は図１におけるハイブリッド車両の各コンポーネンツの動作を時系列に示したタイムチャートの一実施の形態である。車両駆動トルク指令τv*は一定であり、時間０で車両は停止状態である。
【００８６】発進時、車両はエンジン１１を停止したままモータのみで走行する。その際、モータＡ１２は車両の進行方向と同方向に回転し、モータＢ１３は車両の進行方向と逆方向に回転する。
【００８７】車両の速度が上昇するとエンジン１１の駆動力で走行するために、エンジン１１を微少時間Δｔで始動する指令が発せられる。エンジン１１が駆動力を発生すると同時にギア比の大きい差動機構１６に接続するモータＡ１２は回転を停止し、ギア比の小さい差動機構１６に接続するモータＢ１３は制御を停止することにより、エンジントルクを増幅させて車両駆動軸に伝達することが可能となる。エンジン１１が駆動力を発生するとモータＡ１２は回転を停止し、モータＢ１３の回転方向は車両の進行方向と同方向になる。そのため、エンジン１１の始動に伴うモータの速度変化率は大きくなる。
【００８８】エンジン１１を始動する場合は、モータの時間的な速度変化率が大きく、トルク変動が顕著であるため、本発明のトルク補償制御方式によるトルク補正効果が大きい。
【００８９】同様に、急加速時もモータの速度変化率が大きくなるため、本発明のトルク補償制御方式によるトルク補正効果が大きい。
【００９０】以上が本発明の一実施の形態であり、トルク補償制御方式について説明した。さらに、自動車のみならず、船舶，鉄道車両など他の輸送機関などにも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００９１】
【発明の効果】本発明によれば、１つのモータの回転速度情報から駆動システムを構成する他のモータに対しトルク補正ができるという効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１１年５月７日（１９９９．５．７）
【代理人】 【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
【公開番号】 特開２０００−３２４６２０（Ｐ２０００−３２４６２０Ａ）
【公開日】 平成１２年１１月２４日（２０００．１１．２４）
【出願番号】 特願平１１−１２６７２５