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【発明の名称】 ハイブリッド車両の制御装置
【発明者】 【氏名】永山 和俊
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内

【氏名】安藤 誠二
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産自動車株式会社内

【氏名】三井 利貞
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
【要約】 【課題】モーターによるエンジン起動時のモーターオーバーシュートを抑制する。

【解決手段】モーター回転速度指令値Ｎmtrとモーター回転速度検出値Ｎとの偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、モーター回転速度検出値Ｎをモーター回転速度指令値Ｎmtrに一致させるためのモータートルク指令値Ｔpiを演算するとともに、モーター回転速度指令値Ｔmtrの変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデル■、■を用いてモーター回転速度を推定し、モーター回転速度検出値Ｎをモーター回転速度推定値Ｎ’に一致させるためのモータートルク補正値ΔＴを演算する。そして、モータートルク指令値Ｔpiにモータートルク補正値ΔＴを加算して最終的なモータートルク指令値Ｔref1を求め、この最終的なモータートルク指令値Ｔref1に基づいてモーターに流れる電流を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】エンジンの出力軸とモーターの出力軸とが連結されたハイブリッド車両の制御装置において、モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、モーター回転速度指令値と前記モーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するＰＩ制御手段と、前記モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを有し、この数式化モデルによりモーター回転速度を推定する速度推定手段と、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度推定値に一致させるためのモータートルク補正値を演算する補正値演算手段と、前記モータートルク指令値に前記モータートルク補正値を加算して最終的なモータートルク指令値を求め、この最終的なモータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】エンジンの出力軸とモーターの出力軸とが連結されたハイブリッド車両の制御装置において、モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、モーター回転速度指令値と前記モーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するＰＩ制御手段と、前記モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを有し、この数式化モデルによりモーター回転速度を推定する速度推定手段と、前記モーター回転速度推定値と前記モーター回転速度検出値との差に基づいて、モーター回転速度制御系に対する外乱の有無を判定する外乱判定手段と、前記ＰＩ制御手段のＰＩ制御ゲインを前記外乱判定手段の判定結果に応じて最適な値に切り換えるゲイン切り換え手段と、前記モータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御する電流制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記速度推定手段は、前記モータートルク指令値がモータートルク制限値を超えて前記モータートルク制限値に制限された状態におけるモーター回転速度の推移を表す第１の数式化モデルと、前記モータートルク指令値が前記モータートルク制限値以下の状態におけるモーター回転速度の推移を表す第２の数式化モデルとを有し、前記モータートルク指令値の制限状態または非制限状態に応じて前記第１と第２の数式化モデルを切り換えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置において、エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、前記第１の数式化モデルを前記エンジン温度検出値に応じて補正することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンとモーターを走行駆動源とするハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来のハイブリッド車両の制御装置の中のモーターコントローラーの駆動制御ブロック図である。モーターコントローラーは、モーターによるエンジン起動時に車両コントローラーから回転速度指令値Ｎmtrを入力し、モーターの回転速度Ｎが指令値Ｎmtrに一致するように回転速度ＰＩ（比例・積分）制御を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジン起動時にはある程度エンジンの回転速度が上昇してから点火を行うため、エンジン完爆後にエンジントルクが発生し、このエンジントルクにより逆にモーターが回されてモーター回転速度がオーバーシュートする。このエンジン完爆後に発生するエンジントルクはモーター回転速度制御系に対して外乱となり、モーター回転速度制御系はモーターの回転速度が上昇しないように動作しなければならない。
【０００４】しかしながら、従来のハイブリッド車両のモーターコントローラーでは、モーター回転速度Ｎを指令値Ｎmtrに一致させる「目標値応答」と、外乱が入ったときに回転速度指令値Ｎmtrからずれないように補償する「外乱応答」との最適化を同時に達成することができないので、エンジン起動時にモーター回転速度がオーバーシュートしてしまい、特に、通常走行用Ｄレンジにおけるアイドルストップからのエンジン起動時に乗り心地が悪化するという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、モーターによるエンジン起動時のモーターオーバーシュートを抑制することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１） 請求項１の発明は、エンジンの出力軸とモーターの出力軸とが連結されたハイブリッド車両の制御装置に適用され、モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、モーター回転速度指令値と前記モーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するＰＩ制御手段と、前記モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを有し、この数式化モデルによりモーター回転速度を推定する速度推定手段と、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度推定値に一致させるためのモータートルク補正値を演算する補正値演算手段と、前記モータートルク指令値に前記モータートルク補正値を加算して最終的なモータートルク指令値を求め、この最終的なモータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
（２） 請求項２の発明は、エンジンの出力軸とモーターの出力軸とが連結されたハイブリッド車両の制御装置に適用され、モーターの回転速度を検出する速度検出手段と、モーター回転速度指令値と前記モーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、前記モーター回転速度検出値を前記モーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するＰＩ制御手段と、前記モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを有し、この数式化モデルによりモーター回転速度を推定する速度推定手段と、前記モーター回転速度推定値と前記モーター回転速度検出値との差に基づいて、モーター回転速度制御系に対する外乱の有無を判定する外乱判定手段と、前記ＰＩ制御手段のＰＩ制御ゲインを前記外乱判定手段の判定結果に応じて最適な値に切り換えるゲイン切り換え手段と、前記モータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御する電流制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
（３） 請求項３のハイブリッド車両の制御装置は、前記速度推定手段によって、前記モータートルク指令値がモータートルク制限値を超えて前記モータートルク制限値に制限された状態におけるモーター回転速度の推移を表す第１の数式化モデルと、前記モータートルク指令値が前記モータートルク制限値以下の状態におけるモーター回転速度の推移を表す第２の数式化モデルとを有し、前記モータートルク指令値の制限状態または非制限状態に応じて前記第１と第２の数式化モデルを切り換えるようにしたものである。
（４） 請求項４のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、前記第１の数式化モデルを前記エンジン温度検出値に応じて補正するようにしたものである。
【０００７】
【発明の効果】（１） 請求項１の発明によれば、モーター回転速度指令値とモーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、モーター回転速度検出値をモーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するとともに、モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを用いてモーター回転速度を推定し、モーター回転速度検出値をモーター回転速度推定値に一致させるためのモータートルク補正値を演算する。そして、モータートルク指令値にモータートルク補正値を加算して最終的なモータートルク指令値を求め、この最終的なモータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御するようにしたので、モーターによりエンジンを駆動して起動する場合に、エンジン完爆後に発生するエンジントルクによりモーターが回されて回転速度が上昇しても、モーターに対するトルク指令値が低減されてモーターの回転速度のオーバーシュートが抑制される。したがって、特に、通常走行用Ｄレンジにおけるアイドルストップからのエンジン起動時に乗り心地が悪化するのを防止することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、モーター回転速度指令値とモーター回転速度検出値との偏差にＰＩ（比例・積分）制御を施し、モーター回転速度検出値をモーター回転速度指令値に一致させるためのモータートルク指令値を演算するとともに、モーター回転速度指令値の変化に対するモーター回転速度の推移を表す数式化モデルを用いてモーター回転速度を推定し、モーター回転速度推定値とモーター回転速度検出値との差に基づいて、モーター回転速度制御系に対する外乱の有無を判定する。そして、ＰＩ制御ゲインを外乱有無の判定結果に応じて最適な値に切り換え、モータートルク指令値に基づいてモーターに流れる電流を制御するようにしたので、請求項１の上記効果と同様な効果が得られる。
（３） 請求項３の発明によれば、モータートルク指令値がモータートルク制限値を超えてモータートルク制限値に制限された状態におけるモーター回転速度の推移を表す第１の数式化モデルと、モータートルク指令値がモータートルク制限値以下の状態におけるモーター回転速度の推移を表す第２の数式化モデルとを有し、モータートルク指令値の制限状態または非制限状態に応じて第１と第２の数式化モデルを切り換えるようにしたので、正確なモーター回転速度推定値を得ることができ、これによりモーター回転速度制御系に混入する外乱の有無を正確に検出できる。その結果、上述したエンジン起動時のモーター回転速度のオーバーシュートをさらに低減することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、数式化モデルをエンジン温度検出値に応じて補正するようにしたので、エンジン温度によりフリクショントルクが変化しても正確なモーター回転速度推定値を算出することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】《発明の第１の実施の形態》図１は第１の実施の形態のハイブリッド車の構成を示す。第１の実施の形態のハイブリッド車はエンジン１とモーター２を装備しており、エンジン１とモーター２の両方またはいずれか一方により車両を走行駆動する。モーター２はエンジン１と連結されており、走行駆動源としての機能の他に、エンジン１の始動機能を有する。エンジン１およびモーター２の駆動力はトランスミッション３を介して駆動輪に伝達され、車両を走行させる。
【０００９】なお、この実施の形態ではエンジン１とモーター２の両方またはいずれか一方により車両を走行駆動するハイブリッド車両を例に上げて説明するが、少なくともエンジンとモーターとが連結されたハイブリッド車両であればどのような構成のハイブリッド車両に対しても本願発明を適用することができる。また、この実施の形態ではモーター２に３相同期電動機を用いた例を示すが、モーター２は３相同期電動機に限定されず、例えば３相誘導電動機、あるいは直流電動機を用いることができる。さらに、エンジン１はガソリンエンジンとディーゼルエンジンのどちらでもよい。
【００１０】エンジンコントローラー４はエンジン１のスロットルバルブ開閉制御、燃料噴射制御、点火時期制御などを行い、エンジン１の出力トルクと回転速度を制御する。モーターコントローラー５は、インバーター６を制御してモーター２の出力トルクと回転速度を制御する。車両コントローラー７は、エンジンコントローラー４とモーターコントローラー５を制御してエンジン１の始動と停止を行うとともに、エンジンコントローラー４へエンジントルク指令値Ｔengまたはエンジン回転速度指令値Ｎengを送り、モーターコントローラー５へモータートルク指令値Ｔmtrまたはモーター回転速度指令値Ｎmtrを送る。
【００１１】図２は、モーターコントローラー５の詳細な構成を示す制御ブロック図である。なお、図２に示すモーターコントローラー５の構成がモーター２の回転速度制御系の構成を示す。高効率電流テーブル（ベクトル制御）部１１は、モータートルク指令値Ｔ＊、モーター電気角周波数ωおよびバッテリー電圧ＶBに基づいて、高効率電流テーブル（不図示）からモーター２のｄ、ｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊を表引き演算する。これらのｄ、ｑ軸電流指令値ｉd＊、ｉq＊は、モーター電気角周波数ωおよびバッテリー電圧ＶBの条件下においてモータートルク指令値Ｔ＊を達成するための電流指令値である。電流制御部１２は、ｄ、ｑ軸の実電流ｉd、ｉqをそれらの電流指令値ｉd＊、ｉq＊に一致させるためのｄ、ｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を決定する。２相３相変換部１３は、磁極位置補正値θbに基づいてｄ、ｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊を３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に変換する。
【００１２】インバーター６は、３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊に基づいてバッテリー８の直流電力をＩＧＢＴなどのパワー素子によりスイッチングし、３相交流電力に変換してモーター２に印加する。また、電圧センサー１４によりバッテリー８の電圧ＶBを検出する。３相２相変換部１５は、電流センサー１６〜１８により検出した３相交流実電流ｉu、ｉv、ｉwを磁極位置θaに基づいてｄ、ｑ軸実電流ｉd、ｉqに変換する。
【００１３】磁極位置検出部１９は、モーター２の回転軸に直結されるパルスジェネレーター２１からのパルス信号に基づいてモーター２の磁極位置θaを検出する。ここで、モーターコントローラー５の各制御ブロック１１〜１３、１５、１９、２０、２２は通常、１台のマイクロコンピューターのソフトウエアにより構成されるので、３相交流実電流ｉu、ｉv、ｉwの３相２相変換を行ってｄ、ｑ軸実電流ｉd、ｉqを算出してから、ｄ、ｑ軸電圧指令値ｖd＊、ｖq＊の２相３相変換を行って３相交流電圧指令値ｖu＊、ｖv＊、ｖw＊を算出するまでには演算時間のずれΔｔがあり、磁極位置補正部１９ａは、この演算時間のずれΔｔの間の磁極位置θaの変化をモーター電気角周波数ωに基づいて（θa＋ω・Δｔ）と補正し、補正後の磁極位置θbとする。
【００１４】モーター回転速度検出部２０は、パルスジェネレーター２１からのパルス信号に基づいてモーター２の回転速度Ｎと電気角周波数ω（＝ｐ・Ｎ（ｐはモーター２の極対数））を検出する。
【００１５】回転速度制御部２２は、モーター回転速度検出部２０により検出したモーター２の回転速度Ｎを車両コントローラー７からのモーター回転速度指令値Ｎmtrに一致させるためのモータートルク指令値Ｔrefを演算する。この回転速度制御部２２の詳細については後述する。トルク指令／回転速度指令切換スイッチ２３は、車両コントローラー７からの切り換え指令に応じて回転速度制御部２２のモータートルク指令値Ｔrefと車両コントローラー７のモータートルク指令値Ｔmtrとを切り換え、最終的なトルク指令値Ｔ＊を得る。
【００１６】図３は第１の実施の形態のモーター回転速度制御部２２の詳細な構成を示す。回転速度制御部２２は、モーター回転速度検出部２０により検出したモーター２の回転速度Ｎと、車両コントローラー７からのモーター回転速度指令値Ｎmtrとの偏差(Ｎmtr−Ｎ)に対してＰＩ制御（比例積分制御）を施し、モーター実回転速度Ｎをモーター回転速度指令値Ｎmtrに一致させるためのモータートルク指令値Ｔpiを算出する。回転速度制御部２２はまた、車両コントローラー７からのモーター回転速度指令値Ｎmtrが変化したときのモーター回転速度推定値Ｎ’の推移を表す数式化モデル（以下、回転速度推移モデルという）を有し、この回転速度推移モデルによりモーター回転速度推定値Ｎ’を求め、回転速度推定値Ｎ’とモーター回転速度検出部２０で検出した実際のモーター回転速度Ｎとの差(Ｎ’−Ｎ)に所定のゲインＧを乗じて、モーター実回転速度Ｎをモーター回転速度推定値Ｎ’に一致させるための外乱トルク補正分ΔＴを算出する。そして、ＰＩ制御出力のトルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算してトルク指令値Ｔref1を求め、さらにトルクリミッターで上限値＋Ｔlim以下、下限値−Ｔlim以上の範囲にトルクリミット処理を施し、最終的なモータートルク指令値Ｔrefを出力する。
【００１７】図３において、減算器３１は、車両コントローラー７からのモーター回転速度指令値Ｎmtrと、モーター回転速度検出部２０で検出した実際のモーター回転速度Ｎとの偏差（Ｎmtr−Ｎ）を算出する。ＰＩ制御器３２は、モーター回転速度偏差（Ｎmtr−Ｎ）に対してＰＩ制御を施す。この実施の形態では、回転速度指令値Ｎmtrの変化に対する実際のモーター回転速度Ｎの応答が時定数τの一次遅れになると仮定し、次式によりトルク指令値Ｔpiを算出する。
【数１】
Ｔpi＝Ｋp・(Ｎmtr−Ｎ)＋Ｋi・∫(Ｎmtr−Ｎ)dt数式１において、Ｋp、Ｋiはそれぞれ、外乱がない状態でモーター回転速度Ｎを指令値Ｎmtrに一致させる「目標値応答」に最適化したＰＩ制御の比例ゲインと積分ゲインである。なお、ここではモーター回転速度指令値Ｎmtrに対する実際のモーター回転速度Ｎの応答を一次遅れと仮定したが、二次遅れまたはそれ以上としてもよい。
【００１８】回転速度推移モデル部３３は、モーター回転速度指令値Ｎmtrが変化したときの時間ｔに対するモーター回転速度推定値Ｎ’の推移を表す数式化モデル■と■を有する。選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２はＦＥＴなどのスイッチング素子から構成され、回転速度推移モデル■と■を切り換える。
【００１９】トルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimを超え、トルクリミット値±Ｔlimに制限されている場合は、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２により回転速度推移モデル■を選択する。回転速度推移モデル■は、現在の回転速度推定値Ｎ’から指令値Ｎmtrに到達するまで回転速度推定値Ｎ’がランプ状に推移する数式化モデルであり、次式により表される。
【数２】Ｎ’(n)＝Ｎ’(n-1)＋ΔＮただし、ｎはサンプリング回数を表し、｜Ｎ’｜≦｜Ｎmtr｜である。数式２で表される回転速度推移モデル■の傾きは、トルクリミット値Ｔlimをモーター２に与えたときの単位時間に変化する回転速度ΔＮであり、エンジン１とモーター２のイナーシャＪおよびフリクションＴfに基づいて次式により決定する。
【数３】ΔＮ＝(Ｔlim−Ｔf)／Ｊ【００２０】このように、モータートルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimに制限されている場合には、モーター２により車両を加速するのに有効な出力トルクはトルクリミット値ＴlimからフリクショントルクＴfを減じた一定の加速トルク（Ｔlim−Ｔf）であり、この一定の加速トルク（Ｔlim−Ｔf）でモーター２を駆動するとモーター回転速度は数式３に示す傾きΔＮでランプ状に変化する。したがって、この場合に選択される回転速度推移モデル■（数式２参照）は、一定の加速トルク（Ｔlim−Ｔf）でイナーシャＪを加速した場合のモーター回転速度の推移を表すものである。
【００２１】トルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlim未満で、トルクリミット値±Ｔlimに制限されていない場合には、選択スイッチＳＷ１、ＳＷ２により回転速度推移モデル■を選択する。回転速度推移モデル■は、現在の回転速度推定値Ｎ’から指令値Ｎmtrに到達するまで回転速度推定値Ｎ’が時定数τの一時遅れで推移する数式化モデルであり、次式により表される。
【数４】Ｎ’＝Ｎmtr／（１＋ｓτ）なお、ここでは回転速度推移モデル■を一次遅れとしたが、二次遅れ、またはそれ以上としてもよい。
【００２２】上述したように、この一実施の形態では、回転速度指令値Ｎmtrの変化に対する実際のモーター回転速度Ｎの応答が時定数τの一次遅れになると仮定している。モータートルク指令値Ｔrefがトルクリミット値Ｔlimに制限されていない場合は、モーター２の回転速度指令値Ｎmtrの変化に対する実回転速度Ｎの応答は一時遅れの「目標値応答」を示すはずである。したがって、この場合に選択される回転速度推移モデル■（数式４参照）は、回転速度指令値Ｎmtrに到達するまで時定数τの一時遅れで推移するモーター回転速度の推移を表すものである。
【００２３】外乱トルク補正部３４は、モーター回転速度推定値Ｎ’とモーター回転速度検出部２０で検出した実際のモーター回転速度Ｎとの差(Ｎ’−Ｎ)にゲインＧを乗じ、外乱トルク補正分ΔＴを求める。
【数５】ΔＴ＝Ｇ(Ｎ’−Ｎ)【００２４】上述したように、回転速度推移モデル部３３では、モータートルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimに制限されている制限状態と、制限されていない非制限状態とで回転速度推移モデル■と■を切り換え、正確な回転速度推定値Ｎ’を算出した。したがって、モーター回転速度制御系に対する外乱がない状態では、実際のモーター回転速度Ｎはその推定値Ｎ’とほぼ一致するはずである。この第１の実施の形態では、回転速度推移モデル■または■により推定したモーター回転速度推定値Ｎ’と、実際のモーター回転速度Ｎとの差(Ｎ’−Ｎ)を、エンジン起動にともなうモーター回転速度制御系の外乱と見なす。そして、この外乱による回転速度差(Ｎ’−Ｎ)に所定ゲインＧを乗じて、実際のモーター回転速度Ｎをその推定値Ｎ’に一致させるための外乱トルク補正分ΔＴを算出する。
【００２５】次に、加算器３５により、ＰＩ制御器３２で算出したトルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算し、出力トルク指令値Ｔref1を求める。
【数６】Ｔref1＝Ｔpi＋ΔＴ最後に、トルクリミッター３６によりトルク指令値Ｔref1にトルクリミット処理を施し、トルク指令値Ｔrefを得る。
【数７】
Ｔref＝Ｔref1 （−Ｔlim≦Ｔref1≦＋Ｔlim），Ｔref＝＋Ｔlim （Ｔref1＞＋Ｔlim），Ｔref＝−Ｔlim （Ｔref1＜−Ｔlim）
【００２６】上述したように、モーター２によりエンジン１を起動するときに、エンジン１が完爆してエンジントルクが発生すると、モーター２がエンジン１により回されてモーター２の回転速度が上昇し、モーター回転速度Ｎのオーバーシュートが発生する。このとき、外乱トルク補正部３４では、モーター回転速度推定値Ｎ’よりも実際の回転速度Ｎの方が大きくなり、速度差（Ｎ’−Ｎ）が負になって数式５により算出される外乱トルク補正分ΔＴも負になる。その結果、加算器３５では、ＰＩ制御器３２出力のモータートルク指令値Ｔpiから外乱トルク補正分ΔＴが減算されることになり、出力トルク指令値Ｔref1が低減される。つまり、エンジン１の起動直後に発生したエンジントルクによってモーター２の回転速度が上昇しようとするのに対し、モーター２の出力トルクを低減することによってモーター２の回転速度オーバーシュートを抑制する。
【００２７】図４は、第１の実施の形態の回転速度制御部２２の動作を示すフローチャートである。ステップ１において、数式１によりＰＩ制御器３２出力のトルク指令値Ｔpiを算出する。続くステップ２で、前回のサンプリング時（ｎ−１）に、トルク指令値Ｔref(n-1)がトルクリミッター３６の上下限値±Ｔlimを超え、最終的なトルク指令値Ｔref(n-1)が上限値＋Ｔlimまたは下限値−Ｔlimに制限されたかどうかを確認する。前回のサンプリング時にトルク指令値Ｔref1(n-1)が上下限値±Ｔlimを超えてトルクリミット値±Ｔlimに制限された場合はステップ３へ進み、回転速度推移モデル■を選択する。続くステップ４で、今回のサンプリング時（ｎ）の回転速度指令値Ｎmtr(n)と前回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n-1)に基づいて、回転速度推移モデル■の数式２により今回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n)を推定演算する。
【００２８】一方、前回のサンプリング時（ｎ−１）に、トルク指令値Ｔref(n-1)がリミッター３６の上下限値±Ｔlim以内で、最終的なトルク指令値Ｔref(n-1)がトルクリミッター３６の上限値＋Ｔlimまたは下限値−Ｔlimに制限されていない場合はステップ５へ進み、回転速度推移モデル■を選択する。続くステップ６で、今回のサンプリング時の回転速度指令値Ｎmtr(n)と前回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n-1)に基づいて、回転速度推移モデル■の数式４により今回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n)を推定演算する。
【００２９】ステップ７において、今回のサンプリング時のモーター回転速度推定値Ｎ’(n)と実際のモーター回転速度Ｎ(n)に基づいて、数式５により外乱トルク補正分ΔＴを算出する。ステップ８では、数式６によりＰＩ制御器３２出力のトルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算し、今回のサンプリング時の出力トルク指令値Ｔref1(n)を求め、さらに、出力トルク指令値Ｔref1(n)に対して数式７によりトルクリミット処理を施し、最終的な今回のサンプリング時のトルク指令値Ｔref(n)を求める。
【００３０】このように第１の実施の形態によれば、外乱がない状態でモーター回転速度Ｎを指令値Ｎmtrに一致させる「目標値応答」に最適化したＰＩ制御の比例ゲインＫpと積分ゲインＫiを用いて、モーター回転速度指令値Ｎmtrと実際の回転速度Ｎとの偏差（Ｎmtr−Ｎ）にＰＩ演算制御を施し、実際のモーター回転速度Ｎをその指令値Ｎmtrに一致させるためのモータートルク指令値Ｔpiを演算する。同時に、モーター回転速度指令値Ｎmtrが変化したときの時間ｔに対するモーター回転速度推定値Ｎ’の推移を表す回転速度推移モデル■、■により現在の回転速度推定値Ｎ’を求め、回転速度推定値Ｎ’と実際の回転速度Ｎとの回転速度差（Ｎ’−Ｎ）をモーター回転速度制御系に対する外乱とみなし、回転速度差（Ｎ’−Ｎ）に所定ゲインＧを乗じて実際のモーター回転速度Ｎをその推定値Ｎ’に一致させるための外乱トルク補正分ΔＴを求める。そして、ＰＩ制御器出力のトルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算して補正するようにした。これにより、モーター２によりエンジン１を駆動して起動する場合に、エンジン完爆後に発生するエンジントルクによりモーター２が回されて回転速度が上昇しても、モーター２に対するトルク指令値が低減されてモーター２の回転速度のオーバーシュートが抑制される。したがって、例えば、通常走行用Ｄレンジにおけるアイドルストップからのエンジン起動時に乗り心地が悪化するのを防止することができる。
【００３１】また、この第１の実施の形態によれば、トルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimに制限されている場合には、現在の回転速度推定値Ｎ’から指令値Ｎmtrに到達するまで回転速度推定値Ｎ’がランプ状に推移する数式化モデル■を選択し、一方、トルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimに制限されていない場合には、現在の回転速度推定値Ｎ’から指令値Ｎmtrに到達するまで回転速度推定値Ｎ’が時定数τの一時遅れで推移する数式化モデル■を選択する。つまり、トルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimに制限されている制限状態と制限されていない非制限状態とで、それぞれ最適なモーター回転速度の応答モデルを選択し、モーター回転速度推定値Ｎ’を推定演算するようにしたので、正確なモーター回転速度推定値Ｎ’を得ることができ、これによりモーター回転速度制御系に混入する外乱の有無を正確に検出できる。その結果、上述したエンジン起動時のモーター回転速度のオーバーシュートをさらに低減することができる。
【００３２】《発明の第２の実施の形態》上述した第１の実施の形態では、「目標値応答」用の比例積分ゲインを設定したＰＩ制御器３２でモーターのトルク指令値Ｔpiを求めるとともに、モーター回転速度推定値Ｎ’に基づいて外乱トルク補正分ΔＴを算出し、トルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算して外乱補償を行う例を示した。この第２の実施の形態では、モーター回転速度推定値Ｎ’と実際の回転速度Ｎとの差(Ｎ’−Ｎ)に基づいて外乱の有無を判定し、外乱の有無に応じてモーター回転速度ＰＩ制御系の制御ゲインを切り換える。すなわち、回転速度差(Ｎ’−Ｎ)がＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値以内の場合は外乱がないと判定してＰＩ制御器のゲインに「目標値応答」用ゲインを設定し、差(Ｎ’−Ｎ)がＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値を超える場合は外乱があると判定してＰＩ制御器のゲインに「外乱応答」用ゲインを設定する。
【００３３】この第２の実施の形態のハイブリッド車両の構成とモーターコントローラー５の構成はそれぞれ、図１および図２に示す第１の実施の形態の構成と同様であり、図示と説明を省略する。
【００３４】図５は、第２の実施の形態のモーター回転速度制御部２２Ａの詳細な構成を示す。なお、図３に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明する。ＰＩ制御器３２Ａは、モーター回転速度指令値Ｎmtrと実際の回転速度Ｎとの偏差(Ｎmtr−Ｎ)にＰＩ制御を施す。この実施の形態では、回転速度指令値Ｎmtrの変化に対する実際のモーター回転速度Ｎの応答が時定数τの一次遅れになると仮定し、上記数式１によりトルク指令値Ｔpiを算出する。
【００３５】外乱トルク補正部３４Ａは、回転速度推移モデル３３のモーター回転速度推定値Ｎ’と実際のモーター回転速度Ｎとの差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜を予め設定したＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値Ｎlimと比較する。回転速度差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がしきい値Ｎlimを超えた場合は外乱があると判断し、ＰＩ制御器３２Ａの比例ゲインＫpと積分ゲインＫiに、外乱が入ったときにモーター実回転速度Ｎが指令値Ｎmtrからずれないように補償する「外乱応答」に最適化した比例ゲインＫp2と積分ゲインＫi2を設定する。一方、回転速度差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がしきい値Ｎlim未満の場合は外乱がないと判断し、ＰＩ制御器３２Ａの比例ゲインＫpと積分ゲインＫiに、モーター実回転速度Ｎが指令値Ｎmtrに一致するように制御する「目標値応答」に最適化した比例ゲインＫp1と積分ゲインＫi1を設定する。なお、ＰＩ制御ゲイン切り換え判定しきい値Ｎlimは、エンジン１の圧縮反力などに起因する回転数リップルなどを考慮して決定する。
【００３６】図６は、第２の実施の形態の回転速度制御部２２Ａの動作を示すフローチャートである。ステップ１１において、前回のサンプリング時（ｎ−１）に、トルク指令値Ｔpi(n-1)がリミッター３６の上下限値±Ｔlimを超え、最終的なトルク指令値Ｔref(n-1)が上限値＋Ｔlimまたは下限値−Ｔlimに制限されたかどうかを確認する。前回のサンプリング時に上下限値±Ｔlimを超えてトルクリミット処理が行われた場合はステップ１２へ進み、回転速度推移モデル■を選択する。続くステップ１３で、今回のサンプリング時（ｎ）の回転速度指令値Ｎmtr(n)と前回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n-1)に基づいて、回転速度推移モデル■の数式２により今回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n)を推定演算する。
【００３７】一方、前回のサンプリング時（ｎ−１）に、トルク指令値Ｔpi(n-1)がリミッター３６の上下限値±Ｔlim以内で、最終的なトルク指令値Ｔref(n-1)が上限値＋Ｔlimまたは下限値−Ｔlimに制限されていない場合はステップ１４へ進み、回転速度推移モデル■を選択する。続くステップ１５で、今回のサンプリング時の回転速度指令値Ｎmtr(n)と前回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n-1)に基づいて、回転速度推移モデル■の数式４により今回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n)を推定演算する。
【００３８】ステップ１６において、今回のサンプリング時の回転速度推定値Ｎ’(n)と実際の回転速度Ｎ(n)との差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値Ｎlim以下かどうかを確認し、回転速度差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がしきい値Ｎlim以下の場合はステップ１７へ進み、モーター回転速度制御系への外乱はないと判定してＰＩ制御器３２Ａの比例ゲインＫpと積分ゲインＫiにそれぞれ「目標値応答」用ゲインＫp1、Ｋi1を設定する。一方、回転速度差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がしきい値Ｎlimを超える場合はステップ１８へ進み、モーター回転速度制御系への外乱があると判定してＰＩ制御器３２Ａの比例ゲインＫpと積分ゲインＫiにそれぞれ「外乱応答」用ゲインＫp2、Ｋi2を設定する。
【００３９】ステップ１９において、数式１によりＰＩ制御器出力のトルク指令値Ｔpiを算出する。続くステップ２０で、次式によりＰＩ制御器出力のトルク指令値Ｔpiに対してトルクリミット処理を施し、最終的な今回のサンプリング時のトルク指令値Ｔref(n)を求める。
【数８】
Ｔref＝Ｔpi （−Ｔlim≦Ｔpi≦＋Ｔlim），Ｔref＝＋Ｔlim （Ｔpi＞＋Ｔlim），Ｔref＝−Ｔlim （Ｔpi＜−Ｔlim）
【００４０】このように第２の実施の形態によれば、モーター回転速度推定値Ｎ’と実際の回転速度Ｎとの差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値Ｎlim以内の場合はモーター回転速度制御系への外乱はないと判定し、ＰＩ制御器３２ＡのゲインＫp、Ｋiに「目標値応答」に最適化したゲインＫp1、Ｋi1を設定する。一方、回転速度差の絶対値｜(Ｎ’−Ｎ)｜がＰＩ制御ゲイン切り換えしきい値Ｎlimを超える場合はモーター回転速度制御系への外乱があると判定し、ＰＩ制御器３２ＡのゲインＫp、Ｋiに「外乱応答」に最適化したゲインＫp2、Ｋi2を設定する。そして、外乱の有無に応じて最適な制御ゲインを設定したＰＩ制御器３２Ａにより、モーター回転速度指令値Ｎmtrと実回転速度Ｎとの偏差（Ｎmtr−Ｎ）にＰＩ制御を施すようにしたので、「目標値応答」と「外乱応答」を両立させることができ、モーター２によるエンジン１起動時の回転速度オーバーシュートを抑制することができる。
【００４１】なお、図７に示すように、エンジン１のフリクションＴfはエンジン１の温度により変化する。したがって、エンジン１の冷却水温度または周囲温度を検出し、図７に基づいて検出したエンジン温度に対応するフリクションＴfを求め、そのフリクションＴfを数式３に代入して回転速度推移モデル■の傾きΔＮを算出する。これにより、エンジン１の温度によりフリクショントルクＴfが変化しても、正確なモーター回転速度推定値Ｎ’を推定演算することができる。
【００４２】特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、モーター回転速度検出部２０が速度検出手段を、ＰＩ制御器３２，３２ＡがＰＩ制御手段を、回転速度推移モデル部３３が速度推定手段を、外乱トルク補正部３４が補正値演算手段を、加算器３５、高効率電流テーブル部１１および電流制御部１２が電流制御手段を、外乱トルク補正部３４Ａが外乱判定手段およびゲイン切り換え手段をそれぞれ構成する。
【００４３】なお、上述した一実施の形態では、モーター回転速度推移モデルとして回転速度推定値Ｎ’がランプ状に変化する数式化モデル■と回転速度推定値Ｎ’が指令値Ｎmtrの一次遅れで推移する数式化モデル■とを、モータートルク指令値Ｔrefがトルクリミット値±Ｔlimにかかっているか否かにより切り換える例を示したが、このような切り換えを行わず、数式化モデル■のみを用いるか、あるいは数式化モデル■のみを用いるようにしてもよい。
【００４４】具体的には、モーター実回転速度を指令値Ｎmtrに一致させる「目標値応答」に最適化したＰＩ制御ゲインを用い、モーター回転速度指令値Ｎmtrと実回転速度Ｎとの偏差（Ｎmtr−Ｎ）にＰＩ制御を施してモータートルク指令値Ｔpiを算出する。また、上述した数式化モデル■または■のようなモーター回転速度の時間的な推移を示す数式化モデルを用いて回転速度推定値Ｎ’を求め、回転速度推定値Ｎ’と実回転速度Ｎとの差（Ｎ’−Ｎ）に基づいて外乱トルク補正分ΔＴを算出する。そして、ＰＩ制御出力のモータートルク指令値Ｔpiに外乱トルク補正分ΔＴを加算してモータートルク指令値を補正する。このようにすれば、上述した一実施の形態よりもモーター制御を簡略化でき、「目標値応答」と「外乱応答」とを両立させてモーター２によるエンジン１の起動時の回転速度オーバーシュートを抑制することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【住所又は居所】神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地
【出願日】 平成１３年１１月２８日（２００１．１１．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００８４４１２
【弁理士】
【氏名又は名称】永井 冬紀
【公開番号】 特開２００３−１６４００８（Ｐ２００３−１６４００８Ａ）
【公開日】 平成１５年６月６日（２００３．６．６）
【出願番号】 特願２００１−３６２０６７（Ｐ２００１−３６２０６７）