JP2005354774A - 駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速比の変化など制御対象の変化に係わらず車両の振動を確実に抑制することを目的とする。
【解決手段】運転状態に基づいてモータ基本トルク指令値とエンジン基本トルク指令値をそれぞれ演算する基本トルク指令値演算部１０１と、モータ基本トルク指令値と実変速比を入力として、駆動輪回転速度相関値の規範値を演算する駆動輪回転速度相関値の規範値演算部１１０と、規範値と実際値の偏差を演算する駆動輪回転速度相関値偏差演算部１０８と、偏差を入力として、補償定数に基づいて前記モータ基本トルク指令値の補償値を演算するトルク補償値演算部１０４と、補償値を用いてモータ基本トルク指令値を補償し、最終指令値を算出する最終トルク指令値演算部１０７と、ゲインスケジュール法を用いて予め設定した性能を満足するように、走行状態に応じて変化する要素に基づいてトルク補償値演算部の補償定数を設定する補償特性設定部１０６とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両等に用いられる振動抑制用の駆動力制御装置の改良に関する。

モータやエンジンなどの駆動源のトルク変化に伴ないドライブシャフトのねじれ等に起因して発生する駆動系の振動(例えば、ガクガク振動)を抑制するものが、特許文献１等に知られている。

これは、モータ回転速度にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）またはハイパスフィルタ（ＨＰＦ）処理を施すことにより共振点付近の周波数成分のみを取り込み、この周波数成分のみをフィードバック（Ｆ／Ｂ）補償を行う。更に、設計者の希望する理想的な規範モデル特性（非振動特性）が得られるように、制御対象のノミナルな伝達特性を用いてＦ／Ｂ補償器の係数（特性）をモデルマッチング手法等で設計してモータトルク指令値の補償値を演算する。そして、この補償値をモータトルク指令値に対し加算または減算することにより上記振動を抑制している。
特開２００２−１７１７７８号

しかしながら、上記従来例では、Ｆ／Ｂ補償器の設計は固定ゲインによる制御法であり、制御対象の特性が変動したとしても常に固定された一つのＦ／Ｂ補償器特性でその変動に対処することになる。このため、例えば制御対象の振動周波数が変速機の変速比に応じて変化する場合、予想される全ての周波数に対して制御系の安定性を満足するようにＦ／Ｂ補償器特性を設定する必要がある。このように制御ゲインを設定した場合では、Ｆ／Ｂ補償器のゲイン特性は全体的に低めになり、コンサバティブな（保守的な）特性になってしまう。つまり、本来の目的である制振性能はあまり高くはならない。例えば、実際に設計を行う際に用いた振動周波数においては所望の設計仕様（Ｆ／Ｂ安定余裕が許容される下限値）を満足していたとしても、変速比の変化により振動周波数が変動してしまうと所望の設計仕様が満足できず（Ｆ／Ｂ安定余裕が増加＝Ｆ／Ｂゲイン低下）、振動が完全に抑制できないという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、変速比の変化など制御対象の変化に係わらず車両の振動を確実に抑制することを目的とする。

本発明は、モータとエンジンを含む駆動源と、モータまたはエンジンのうち少なくとも一方のトルクを変速機を介して駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、車両の運転状態に基づいてモータ基本トルク指令値とエンジン基本トルク指令値をそれぞれ演算する基本トルク指令値演算部と、前記変速機の実変速比を検出する実変速比検出部と、前記モータ基本トルク指令値と実変速比を入力として、駆動輪または駆動軸の回転速度相関値の規範値を演算する駆動輪回転速度相関値の規範値演算部と、前記駆動輪回転速度相関値の実際値を検出する駆動輪回転速度相関値の実際値検出部と、前記駆動輪回転速度相関値の規範値と実際値の偏差を演算する駆動輪回転速度相関値偏差演算部と、前記偏差を入力として、補償定数に基づいて前記モータ基本トルク指令値の補償値を演算するトルク補償値演算部と、該モータ基本トルク指令値の補償値を用いて前記モータ基本トルク指令値に補償を施し、最終指令値を算出する最終トルク指令値演算部と、ゲインスケジュール法を用いて予め設定した性能を満足するように、走行状態に応じて変化する要素に基づいて前記トルク補償値演算部の補償定数を設定する補償特性設定部と、を備える。

したがって、本発明によれば、走行状態に応じて振動周波数が変化する制御対象に対して、その変動毎にトルク補償値演算部（フィードバック補償部）の補償定数を設定する。このため、制御対象の振動周波数が変動しても、全ての領域に対して所望の設計仕様（例えばＦ／Ｂ系の安定余裕や耐外乱性）を満足するようにトルク補償値演算部の補償定数を設定することができるので、例えば、制御対象の変動（実変速比が連続変化）がある場合でも、変速比の変化など制御対象の変化に係わらず振動を完全に抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明を適用するハイブリッド車両の一例を示し、シリーズ・パラレルハイブリッド車両を例としてあげている。

駆動源として第１駆動源となる交流同期モータ１と、発電用モータ４を備えた第２駆動源としてのエンジン２が、電磁クラッチ３を介して直列的に配置され、交流同期モータ１の後段には無段変速機５とファイナルギア５０を介して駆動軸６０及びタイヤ（駆動輪）６１が連結される。クラッチコントローラ１２によって制御される電磁クラッチ３が締結状態のときにパラレルハイブリッドとして駆動が行われ、電磁クラッチ３の解放状態のときには、発電用モータ４からの電力により交流同期モータ１が駆動されるシリーズハイブリッドとなる。

交流同期モータ１は、駆動トルク制御による車両の駆動や回生ブレーキ制御による車両運動エネルギーをバッテリー８へ回収を行うものであり、モータコントローラ１４によって制御される。なお、モータコントローラ１４は、高電圧のインバータ７を介して各モータの駆動、回生を制御する。

エンジン２は、スロットルアクチュエータ２０による吸入空気量とインジェクタによる燃料噴射量と、点火プラグによる点火時期の制御により、エンジントルクが指令値と一致するようにエンジンコントローラ１３で制御され、希薄燃焼が可能となっている。

発電用モータ４は、上述のシリーズ走行モードにおいてバッテリー８の充電状態に応じてエンジン出力トルクを電気エネルギーに変換し、インバータ７を介してバッテリー８に充電する。なお、発電用モータ４は、モータコントローラ１４によって制御される。

無段変速機５は、プライマリプーリ５ｐとセカンダリプーリ５ｓの半径を油圧制御で可変することで変速比が指令値に一致するように変速機コントローラ１１によって制御される。

なお、バッテリー８は、高電圧バッテリで構成され、バッテリーコントローラ１５により監視制御され、交流同期モータ１からの回生エネルギーや発電用モータ４が発電した電気エネルギーを蓄積する。

これらの変速機コントローラ１１、クラッチコントローラ１２、エンジンコントローラ１３、モータコントローラ１４、バッテリーコントローラ１５は通信線１００を介して統合コントローラ１０に接続されており、統合コントローラ１０からの指令に応じてそれぞれ制御を行う。

統合コントローラ１０は、バッテリー８の状態、アクセル操作量ＡＰＯや車速ＶＳＰなどの運転状態から駆動トルク指令値を演算する。そして、その結果を各トルク指令値（モータ、エンジン）ならびに変速比指令値として配分し、各コントローラへと送信する。また、バッテリー状態ならびに車速からクラッチ状態を決定し、クラッチコントローラへと送信する。このため、統合コントローラ１０には、アクセルペダルの操作量（またはアクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセルセンサ９と、車速ＶＳＰを検出する車速センサ６が接続され、各センサの検出値が入力される。

すなわち、変速機コントローラ１１は、統合コントローラ１０からの変速比指令値を達成するように無段変速機５を制御し、クラッチコントローラ１２は統合コントローラ１０からのクラッチ制御信号により電磁クラッチ３を締結／開放する。エンジンコントローラ１３は、統合コントローラ１０からのエンジントルク指令値を達成するようにエンジントルク制御を行い、モータコントローラ１４は、統合コントローラ１０からのモータトルク指令値を達成するようにモータトルク制御を行う。また、バッテリーコントローラ１５は、バッテリー８の充電状態を管理し、その情報を統合コントローラ１０へと送信する。

次に、統合コントローラ１０で行われる制御の一例を図２に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図２に示す処理内容は一定の周期（例えば、数msec）で実行される。

ステップＳｌでは、バッテリー充電量ＳＯＣや無段変速機の変速比Ｉｐといった他のコントローラ１１〜１５が計測した車両状態を受信する。ステップＳ２では、アクセル操作量ＡＰＯや車速ＶＳＰを各センサからの信号に基づいて計測する。

ステップＳ３では、アクセル操作量ＡＰＯ、車速ＶＳＰから駆動トルク指令値Ｔｄ^*を演算する。この駆動トルク指令値Ｔｄ^*演算は、例えば、図５に示すようなマップに基づき、アクセル操作量（図中アクセル開度）ＡＰＯをパラメータとした車速ＶＳＰの関係から駆動トルク指令値Ｔｄ^*を演算する。

ステップＳ４では、バッテリー充電量ＳＯＣならびに車速ＶＳＰといった車両状態量に基づき電磁クラッチ３のクラッチ制御信号ＣＬｓｉｇを演算する。この、クラッチ制御信号ＣＬｓｉｇの演算は、例えば、車速ＶＳＰが所定値を超えたときや、バッテリ充電量ＳＯＣが低下した場合に、電磁クラッチ３を締結するような制御信号ＣＬｓｉｇを設定してエンジン２による駆動及び充電を行うようにする一方、車速ＶＳＰが所定値未満でバッテリ充電量ＳＯＣが十分な場合には、電磁クラッチ３を解放するような制御信号ＣＬｓｉｇを設定して、交流同期モータ１による駆動を行う。

ステップＳ５では、駆動トルク指令値Ｔｄ^*をエンジン基本トルク指令値Ｔｅ^*並びにモータ基本トルク指令Ｔｍ^*へと配分する。この駆動トルク指令値Ｔｄ^*の配分方法は、例えば、車速ＶＳＰやバッテリ充電量ＳＯＣなどに応じて配分すればよい。

ステップＳ６では、次式に示す位相補償フィルタＷ_e（ｓ）に基づき、モータトルク指令値Ｔｍ^*に位相補償を施し、フィードフォワード補償によるモータトルク指令値Ｔｍ＿ＦＦを演算する。

但し、
Ｇ’_P（ｓ）：アクセル操作量に対する駆動軸トルクの伝達関数
Ｇ_m（ｓ）：駆動トルクの規範応答
ωｐ：自車両の固有振動数
ωｍ：目標車両の固有振動数
ζｐ：自車両の減衰係数
ζｍ：目標車両の減衰係数
ｓ：ラプラス演算子
である。

また、Ｇ_m（ｓ）は、非振動モデル（ζ_m＝1.0）であり、応答に遅れが生じないようにωｍ＝ωｐとする。この演算は、特開平１０−２２７２３１号公報と同様にして行うことができる。実際の演算はダスティン近似等で離散化して得られた漸化式を用いて算出する。

なお、位相補償フィルタの各定数は、無段変速機の変速比Ｉｐに基づき、図６、図７に示すようなマップを用いて決定する。なお、図６は、変速比Ｉｐに応じた固有振動数ωｐ、ωｍのマップを示し、図７は、変速比Ｉｐに応じた減衰係数ζｐのマップを示す。

次に、ステップＳ７〜Ｓ９にモータトルク補正値の演算処理について説明する。

ステップＳ７では、モータ基本トルク指令値Ｔｍ^*と実変速比Ｉｐを入力とし、駆動輪の回転速度相関値の規範値ωｗ＿_refを演算する。ここで、駆動輪の回転速度相関値は、後述するように駆動輪の角回転速度ωｗを用いて説明するが、回転速度で演算を行うようにしても良い。

次に、Ｓ８では走行状態に応じて変化する要素（例えば、実変速比Ｉｐ及び駆動輪回転角速度ωｗの実際値など）に基づき補償特性を設定する。具体の演算方法は後で説明する。

Ｓ９では、駆動輪回転角速度規範値ωｗ＿_refと駆動輪回転角速度計測値ωｗとの偏差ωｗ＿_errを用いてモータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿ＦＢを演算する。

Ｓ１０では、モータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿ＦＢにハイパスフィルタ処理を行う。この制御目的は過渡的な振動を抑える場合、Ｆ／Ｂ補償部の出力が一定値（あるいは低周波数域）の制御誤差に対してゼロ（あるいは小さく）となるように次の（２）式のようなハイパスフィルタ（ウォッシュアウト回路）をＦ／Ｂ補償部の後段に入れてもよい。

Ｓ１１では、モータトルク指令値Ｔｍ＿ＦＦにモータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿_FB＿hpfを加え、最終モータトルク指令値Ｔｍ^*’とする。

そして、Ｓ１２では、配分された最終モータトルク指令値Ｔｍ^*’をモータコントローラ１４へと送信する。

上記制御の内容を図３のブロック図に示す。

図３において、モータ基本トルク指令値演算部１０１は、駆動トルク指令値Ｔｄ^*からモータ基本トルク指令Ｔｍ^*へと配分する。位相補償部１０２（動特性補償手段）は、モータ基本トルク指令値Ｔｍ^*に上記（１）式のフィルタＷｍ（ｓ）を施して、フィードフォワード補償によるモータトルク指令値Ｔｍ＿ＦＦを出力する。

実変速比演算部１０３では、プライマリプーリ５ｐとセカンダリプーリ５ｓの回転速度の比から実変速比Ｉｐを演算する。

駆動輪の回転速度相関値の規範値演算部１１０では、モータ基本トルク指令Ｔｍ^*と実変速比Ｉｐから駆動輪の回転速度相関値の規範値ωｗ＿_refを演算する。偏差演算部１０８は、駆動輪回転速度相関値の規範値ωｗ＿_refと、駆動輪速度ωｗとの偏差ωｗ＿_errを求める。モータトルク補償値演算部１０４（フィードバック補償部）では、制御対象の駆動輪速度ωｗと駆動輪角速度規範値ωｗ＿_refとの偏差ωｗ＿_errに基づいてモータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿ＦＢを演算する。そして、ハイパスフィルタ１０５は、モータトルク補正値Ｔｍ＿ＦＢに、上記Ｓ１０のハイパスフィルタ処理を行って、モータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿_FB＿hpfを求め、加算部１０７で、モータトルク指令値Ｔｍ＿ＦＦにモータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿_FB＿hpfを加えて最終モータトルク指令値Ｔｍ^*’を出力する。

ここで、ハイパスフィルタ１０５の特性は、実変速比Ｉｐと駆動輪の回転速度ωｗに基づいて補償特性設定部１０６で設定されるものである。

なお、図４は、上記駆動輪の回転速度相関値の規範値演算部１１０の詳細を示し、後述するように、パワートレインモデル１１１、簡易タイヤモデル１１２、車両モデル１１３から構成される。

次に、駆動輪回転角速度規範値ωｗ＿_refと駆動輪回転角速度計測値ωｗとの偏差ωｗ＿_errを用いてモータトルク指令値の補正値Ｔｍ＿ＦＢを演算するフィードバック補償器（トルク補償値演算部１０４）の設計手法について説明する。

まず制御対象の構成について説明する。制御対象の状態方程式及び出力方程式が次式で表されるとする。

このシステムはｐに関する線形パラメータ可変（LinearParameterVarying；ＬＰＶ）システムと呼ばれる。以下では、Ａ（ｐ）、Ｂ（ｐ）、Ｃ（ｐ）、Ｄ（ｐ）がパラメータｐに関するアフィン関数である場合を考える。アフィン関数とは線形関数に定数項が加わった関数である。例えば、Ａⁱ（ｉ＝０，…，ｇ）を定数行列とすると、Ａ（ｐ）が、

と表されるとき、Ａ（ｐ）はアフィン関数である。ここで、ｐ＝[ｐ₁ ｐ₂ … ｐ_g]^Tである。他の係数行列Ｂ（ｐ）、Ｃ（ｐ）、Ｄ（ｐ）も式（７）と同様に表されるとする。なお、アフィン形式で係数行列が表現できる場合に線形行列不等式（LinearMatrixInequality；ＬＭＩ）を使った制御系設計が可能になる。

さらに、可変パラメータｐの存在範囲が凸領域（Ｌ個の頂点をもつ多角形とする）であるとき、Ａ（ｐ）は次のようにも表現できる。

ここで、ｐⁱ（ｉ＝１，…，Ｌ）は凸領域の端点（頂点）であり、Ａ（ｐⁱ）（以下、Ａ_iとする）は端点ｐⁱにおける係数行列Ａである。他の係数行列についても同様に定義すると、それらは次式のように表される。

ここで、

である。これをポリトープ形式（polytopic form）という。

次に、可変パラメータベクトルｐ＝[ｐ₁ ｐ₂ … ｐ_g]^Tの各要素は次の値をとるとする。

この式（１２）はｇ個の可変パラメータに対する変動の上下限を示しており、それらの上下限値はｇ次元パラメータ空間で２^g個の頂点をもつ超直方体を規定する。この超直方体をパラメータボックスという。ただし、パラメータボックスは式（１２）で与えられるｐの最大の存在領域を示している。すなわち、実際に取りうるｐの領域は必ずパラメータボックスに含まれるが、パラメータボックスそのものではない。このように、パラメータボックスを可変パラメータの変動領域とすると、実際にはありえない場合も含めてモデル化される可能性がある。そのようなモデルを用いて設計された制御系は当然保守的となる。

次に、図８は制御対象モデル（モータ〜車輪（駆動輪））を示す。

質点Ｊｍ周りの運動方程式は、

質点Ｊｃ周りの運動方程式は、

質点Ｊｗ周りの運動方程式は、

駆動軸の運動方程式は、

路面摩擦係数は、

ただし、スリップ率は、

ここで、ＫｓはＳ→０の領域における、μ−Ｓ特性の傾きである。Ｓ→０の領域において、スリップ量Ｓ’＝Ｖｗ−Ｖｖに応じて摩擦係数が決定すると仮定すると、上記式（１８）は以下のように表すことができる。

タイヤに加わる路面反力Ｆｗは、

ただし、Ｎ：駆動輪荷重
路面反力トルクＴｗ（簡易タイヤモデル）は、

なお、Ｔｍ：モータトルク
Ｔｄ：駆動トルク
Ｔｐ：プライマリプーリトルク
Ｔｓ：セカンダリプーリトルク
Ｔｗ：路面反力トルク
ωｍ：モータ回転角速度
ωｃ：セカンダリプーリ回転角速度
ωｄ：駆動軸回転角速度
ωｗ：車輪回転角速度
Ｉｆ：ファイナルギア比
Ｊｍ：モータ〜プライマリプーリの慣性モーメント
Ｊｗ：車輪の慣性モーメント
Ｊｃ：セカンダリプーリ〜ファイナルギアの慣性モーメント
Ｋｄ：駆動軸バネ定数
Ｒａ：タイヤ半径
である。

次に、上記（１４）式を駆動軸回転角加速度ｄωｄ／ｄｔについて整理すると、

ここで、ωｍとωｄには以下の関係が成立するから

上記式（１３）、（１６）、（２５）を上記式（２３）に代入して、変速機５のプライマリトルクＴｐとモータ回転角加速度ｄωｍ／ｄｔを消去すると、

となる。ここで、Ｐ₁は第１可変パラメータとして、次のように定義される。

次に、上記式（１５）、（１６）、（２０）、（２１）、（２２）より、以下のパワートレインモデルを導出する。

また、上記式（２０）、（２１）、（２２）により、以下の車両モデルを導出する。

次に、状態変数ベクトルｘは次式、上記式（２２）、出力ｙを駆動輪回転角速度ωｗ、とすると、

スリップ量Ｓ’に応じて摩擦係数μを決定する場合、制御対象の状態方程式及び出力方程式が次式で表される。

制御対象の変速比Ｉｐが最小値（Ｉｐ_＿min＝最Ｈｉ）から最大値（Ｉｐ_＿max＝最Ｌｏ）まで変化したとき、第１可変パラメータｐ₁は図９の実線のように最大値（ｐ₁＿ｍｉｎ）から最大値（ｐ₁＿ｍａｘ）まで変動する。なお、図９は、横軸を変速比Ｉｐ、縦軸を第１可変パラメータｐ₁としたマップであり、変速比Ｉｐが大側になるにつれて、第１可変パラメータｐ₁が小さくなるように設定されている。

変速比Ｉｐに応じて振動周波数が変化する制御対象に対して、その変動毎にＦ／Ｂ補償部（トルク補償値演算部１０４）の補償定数を設定する。このため、全ての領域に対して所望の設計仕様（例えばＦ／Ｂ安定余裕）を満足するようにフィードバック補償部の補償定数を設定することができる。ここで、

変速比が最小値（Ｉｐ＿min）から最大値（Ｉｐ＿max）まで変化した時（ｐ₁、ｐ₁Ｉｐ／Ｉｆ）は図１０の実線上の値しか取らないが、モータトルクＴｍの係数ｐ₁＊Ｉｐ／Ｉｆは別の可変パラメータであるとすると図中点線で示された長方形およびその内部の点におけるパラメータをすべてとりうるとしてモデル化される。なお、図１０は、横軸を第１可変パラメータｐ₁、縦軸を係数ｐ₁＊Ｉｐ／Ｉｆとしたマップである。

しかしながら、このため、演算量を増加し、ありえない部分に対して制御系の安定性を満足するようにＦ／Ｂ補償部のパラメータ（制御ゲイン）を設定する必要がある。このように制御ゲインを設定した場合、余分のＦ／Ｂ安定余裕（＝Ｆ／Ｂゲイン低下）が設定しなければならないので、制御系が保守的になる。これを考慮して、次式に示すｕを制御入力として扱う。

制御入力ｕを式（３４）のように扱うことにより、モータトルクＴｍの係数は別の可変パラメータとして定義する必要がなくなり、Ｂ行列は次の式（３５）のような定数行列になる。

以上より、制御対象は変速比Ｉｐによって決まる第１可変パラメータｐ₁のみに関するＬＰＶ（線形パラメータ可変）システムシステムとなる。

次に、制御対象の状態方程式（上記（３１式））のＡ行列をポリトープ形式で表すと次のようになる。

ここで、Ａ₀は第１可変パラメータｐ₁に依存しない部分であり、Ａ₁は第１可変パラメータｐ₁に依存する部分である
次に、図４に示す駆動輪回転速度規範値演算部１１０について説明する。

モータ基本トルク指令値Ｔｍ^*と実変速比Ｉｐを入力とし、駆動軸の剛性ＫｄをＮ倍（例えば、５０倍）にした場合（非振動モデル）において、上記（２２）、（２８）、（２９）式に基づき駆動輪回転角速度規範値ωｗ_＿refを算出する。簡易タイヤモデルを用いてスリップ量（Ｖ_w−Ｖ_v）に応じて摩擦係数を決定する。実際には、前述と同様ダスティン近似等で離散化して得られた漸化式を用いて算出する。

次に、ゲインスケジュール制御手法を用いて、前記補償特性設定部（Ｆ／Ｂ補償部）１０６について説明する。

ゲインスケジューリング制御手法は、制御系の動作範囲の変化に応じて予め定められたコントローラパラメータの変更テーブルまたは変更曲線に従って、コントローラを修正する制御方法である。ゲインスケジューリング制御系では、変動のある同様なプラントに対してコントローラのパラメータをプラントの変動に応じて変化させる。即ち、コントローラ（ゲイン）を計画的に変更（スケジューリング）して制御を実行する。

制御系設計における一般化プラントが次のＬＰＶシステムで表されるとする。

そして、この一般化プラントに対するコントローラが次式で表されるとする。

コントローラも可変パラメータｐに関するＬＰＶシステムとする。この制御系のブロック図を図１１に示す。

前記補償定数を演算するため、前記第１可変パラメータｐ₁の変動範囲の頂点において、所望の設計仕様を（連立）ＬＭＩ（線形行列不等式）で表し、全ての頂点で設計仕様を満足する各頂点毎の補償定数を求め、現在の可変パラメータの値を入力とし前記各頂点毎に求めた補償定数を線形補間することにより最終的な補償定数を演算する。

上記（４０）、（４１）式から決定されるμを式上記（３７）、（３８）式に代入すると、ｗからｚへの閉ループ系が次式で表される。

開ループ系に対するＬＭＩにおいてＡをＡ_cl、ＢをＢ_cl、ＣをＣ_cl、ＤをＤ_clとおいたとき、それらのＬＭＩを満たすＸ＝Ｘ_cl＞０が存在すれば、閉ループ系はＬＭＩで与えられた設計仕様を満足する。ゲインスケジュールド制御ではさらに全ての端点においてＡ_cl（ｐ^j）、Ｂ_cl（ｐ^j）、Ｃ_cl（ｐ^j）、Ｄ_cl（ｐ^j）（ｊ＝１，…，Ｌ）に対してＬＭＩを作り、それらの連立ＬＭＩを満たすＸ＝Ｘ_cl＞０が存在すれば、そのＸを用いて各端点に対するコントロールパラメータＡ_K ⁱ、Ｂ_K ⁱ、Ｃ_K ⁱ、Ｄ_K ⁱを決定できる。図１０の凸領域内の任意のパラメータｐに対するコントロールパラメータは次のように決定される。

ここでは、制御対象の不確かさや重み関数は定義しないので、一般化プラントの状態方程式（上記（３１）式）においてＡ行列及びＢ₂行列はそれぞれ制御対象のＡ行列及びＢ行列と同じである。また、Ｂ₁行列は零行列である。すなわち、

コントローラを含めた一般化プラントは図１２のようになる。

上記式（３８）、（３９）において、制御量ｚ及びフィードバック信号として駆動輪回転角速度ωｗに対する制御誤差ωｗ_＿err＝ωｗ_＿ref−ωｗをとる。即ち、

ここで、ｗ＝ωｗ_＿refは車輪回転角速度ω_wに対する規範値である。以上より、第１可変パラメータｐ₁に依存するのはＡ行列のみである。

一般に行列Ａの固有値が図１３の斜線の領域に存在することと、次のＬＭＩを満たす正定行列ｚが存在することは等価である。なお、図中θは望ましい極配置領域である。

上記式（４７）、（４８）を用いて、極配置コントローラを求めることができる。

まず、ｐ_1＿min及びｐ_1＿maxに対してコントロールパラメータをＡ_k（ｐ）、Ｂ_k（ｐ）、Ｃ_k（ｐ）、Ｄ_k（ｐ）を求める。コントローラの係数行列は次のようになる。

ここで、

Ｂ_k（ｐ）、Ｃ_k（ｐ）、Ｄ_k（ｐ）は定数行列である。

上記式（４９）、（５０）、（５１）によりコントローラの係数行列を算出して、上記式（４０）、（４１）を用いて制御入力ｕを演算することができる。上記式（３４）により、トルク指令値の補償値Ｔｍ＿ＦＢは次の式（５３）になる。

以上のように、駆動源の出力を変速機５を介して駆動輪６１に出力する制御対象と、モータ基本トルク指令値Ｔｍ^*と実変速比Ｉｐを入力として、駆動輪（または駆動軸）回転速度相関値の規範値ωｗ_＿refを算出する駆動輪回転速度相関値の規範値演算部１１０と、駆動輪回転速度相関値の実際値ωｗを検出する駆動輪回転速度相関値の実際値検出部（例えば、車速センサ６）と、駆動輪回転速度相関値の規範値ω_＿refと実際値（駆動輪角回転速度ωｗ）の偏差ω_＿errを演算する偏差演算部１０８と、偏差ωｗ_＿errを入力として、モータ基本トルク指令値Ｔｍ^*の補償値Ｔｍ＿ＦＢを演算するモータトルク補償値演算部（フィードバック補償部）１０４と、このモータ基本トルク指令値の補償値Ｔｍ＿ＦＢを用いてモータ基本トルク指令値Ｔｍ^*に補償を施し、最終モータトルク指令値Ｔｍ^*’を算出する最終モータトルク指令値演算部１０７を有する車両の制振制御装置において、ゲインスケジュール法を用いて制御対象が変動しても設計者の所望する性能を満足するように、走行状態に応じて変化する要素に基いて、モータトルク補償値演算部１０４用の補償定数ｐ₁を設定する補償特性設定部１０６を備えることで、走行状態に応じて振動周波数が変化する制御対象に対して、その変動毎にフィードバック補償部の補償定数ｐ₁を設定することができる。このため、制御対象の振動周波数が変動しても、全ての領域に対して所望の設計仕様（例えばＦ／Ｂ系の安定余裕や耐外乱性）を満足するようにフィードバック補償部の補償定数ｐ₁を設定することができるので、例えば、走行抵抗の急増や、運転者のアクセル踏み込みによりダウンシフトする場合、図１６の実線に示すように、制御対象の変動（実変速比が連続変化）がある場合でも、振動が完全に抑制できる。一方、前記従来例では、実際に設計を行う際に用いた振動周波数においては所望の設計仕様（Ｆ／Ｂ安定余裕が許容される下限値）を満足していたとしても、変速比の変化により振動周波数が変動してしまうと所望の設計仕様が満足できず（Ｆ／Ｂ安定余裕が増加＝Ｆ／Ｂゲイン低下）、図中破線で示すように振動が完全に抑制できず、ハンチングを生じてしまうのである。

また、変速比Ｉｐに応じて変化する要素（式（２７））を第１可変パラメータｐ₁とし、この第１可変パラメータｐ₁に基づき、予め定めた補償定数を線形補間することでモータトルク補償値演算部１０４の補償特性を設定する。この場合、摩擦係数μがスリップ量に応じて式（１８）。（１９）に基づき決定すると仮定した際の制御対象の状態方程式は上記式（３１）となる。

この式（３１）は、制御対象のシステム行列が、変速比Ｉｐによって決まる第１可変パラメータｐ₁を、線形ゲインとして有する「線形パラメータ可変（ＬＰＶ）システム」とみなすことができる。従って、上記式（２７）のように、変速比Ｉｐと第１可変パラメータｐ₁の関係は非線形であったとしても、第１可変パラメータｐ₁に基づき、予め定めた補償定数を線形補間してフィードバック補償部の特性を決定することで、変速比Ｉｐに対して制御対象の振動周波数が変動しても、確実に振動を抑制できるのである。

また、補償特性設定部１０６は上記式（１８）、（１９）の制御入力ｕを式（３４）のように定義することで、入力行列Ｂの可変パラメータが削除（定数＝１）されるとみなされ、可変パラメータの増加を防止することができ、その結果、演算量の増加防止、ならびに実際には存在しない制御対象の変動に対しても考慮し補償定数を設定することにより、実際の変動に対する制御性能低下（制御ゲイン低下）を防止することができる。

制御入力ｕを上記式（３４）のように扱うことにより、モータトルクＴｍの係数は別の可変パラメータとして定義する必要がなくなり、Ｂ行列は上記式（３５）のような定数行列になる。よって、制御対象はｐ₁のみを可変パラメータとする線形パラメータ可変（ＬＰＶ）システムとなる。

また、補償定数ｐ₁を演算するため、第１可変パラメータの変動範囲の頂点において、所望の設計仕様を（連立）線形行列不等式（ＬＭＩ）で表し、全ての頂点で設計仕様を満足する各頂点毎の補償定数を予め求め、現在の可変パラメータの値を入力とし前記各頂点毎に求めた補償定数を線形補間することにより最終的な補償定数を演算するので、変速比の変化など制御対象の変化に係わらず振動抑制を確実に行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態について以下に説明する。

スリップ率Ｓに応じて摩擦係数μを決定する場合、上記式（１８）、（２２）は以下のように表すことができる。

上記式（１５）、（１６）、（２１）、（５４）、（５５）により、以下のパワートレインモデルと車両モデルを導出する。

ここで、ｐ₂は第２可変パラメータとして定義される。この第２可変パラメータｐ₂は、駆動軸角速度ωｗによって決まる。Ｋｓは上述のようにμ−Ｓ特性の傾きを示す。

スリップ率Ｓに応じて摩擦係数μを決定する場合、制御対象の状態方程式及び出力方程式が次式で表される。

ここで、制御入力ｕも上記式（３４）のように扱うことにより、Ｂ行列は上記式（３５）のような定数行列になる。以上により、制御対象は変速比によって決まる第１可変パラメータｐ₁と駆動軸角速度によって決まる第２可変パラメータｐ₂に関するＬＰＶシステムとなる。

ここで、制御対象の状態方程式（上記（５９）式）のＡ行列をアフィン形式で表すと次のようになる。

ここで、

Ａ。は第１可変パラメータｐ₁に依存しない部分であり、Ａ₁及びＡ₂は第１可変パラメータｐ₁に依存する部分である。

変速比Ｉｐと駆動輪の回転角速度実際値ωｗの存在範囲をそれぞれＩ_Ip＝[Ｉｐ_＿min、Ｉｐ_＿max]、Ｉωｗ＝[ωｗ_＿min、ωｗ_＿max]とすると図１４の左側に示すようなパラメータボックスを構成することができる。可変パラメータｐ₁、ｐ₂はそれぞれＩｐ、ωｗの単調な関数であるから、Ｉ_Ip、Ｉωｗで定義されるパラメータボックスはＩ_p1＝[ｐ_1＿min、ｐ_1＿max]、Ｉ_p2＝[ｐ_2＿min、ｐ_2＿max]で定義されるパラメータボックスとなる（図１４の右側）。ここで、

変速比Ｉｐ及び回転軸回転角速度に応じて振動周波数が変化する制御対象に対して、その変動毎にＦ／Ｂ補償部の補償定数を設定する。このため、全ての領域に対して所望の設計仕様（例えばＦ／Ｂ安定余裕）を満足するようにフィードバック（Ｆ／Ｂ）補償部の補償定数を設定することができる。

図１４のようなパラメータボックスで可変パラメータの変動範囲を定義できるが、この領域は実際にはありえないパラメータの領域を含む。例えば、Ｉｐ＝Ｉｐ＿max、ωｗ＝ωｗ＿maxとＩｐ＝Ｉｐ_＿min、ωｗ＝ωｗ_＿minで動作することはありえない。従って、図１４の左下と右上のある範囲は存在領域から除かなければ、非現実的な制御系が設計されることになる。そこで、パラメータの存在領域を図１５の実線のように修正する。ここで、

パラメータボックスではなく６角形の凸領域に変更することにより、ありえない部分に対して制御系の安定性を満足するようにＦ／Ｂ補償部のパラメータ（制御ゲイン）を設定する必要がなくなるため、制御系の保守性が低減することができる。

図１５のパラメータ領域は６個の端点をもつので、制御対象の状態方程式Ａ行列をポリトープ形式で表すと次のようになる。

この場合、６角形に含まれる三角形の個数は₆Ｃ₃＝２０個であるので、２０個のα_i（ｐ）（ｉ＝１，…，２０）が得られる。このｐを内部及び辺に含む三角形に対するα_i（ｐ）では全要素が０以上であり、ｐを内部及び辺に含まない三角形に対するα_i（ｐ）では負の要素をもつ。従って、全要素が０以上のα_i（ｐ）（これをβ_j（ｐ）とおく）について平均をとり、α（ｐ）を決定する。すなわち、

ここで、ｋはｐを内部及び辺に含む三角形の個数である。計算量を減らす方法として６角形を図１５の一点鎖線のように４つの三角形の分割し、ｐを含む三角形とその隣または両隣の三角形（ｐが隣の三角形に入ったかどうかをチェックするために）について計算する方法が考えられる。あるいは、４つすべての三角形に対して上記式（６７）を計算してもよい。

なお、制御フローチャート、駆動輪回転速度規範値演算部、一般化プラントの構成と極配置コントローラの求め方法は前述した方法と同様なので省略する。

上記式（４３）で表されるコントローラの係数行列は上記式（６６）と同様に次のように書ける。

Ｃｋ、Ｄκは定数行列である。一般化プラントは５次のシステムであるから、このコントローラも５次のシステムとなる。上記式（４０）、（４１）を用いて制御入力ｕを演算し、式（３４）または（５３）により、トルク指令値の補償値Ｔｍ＿ＦＢを演算することができる。

以上のように、変速比Ｉｐに応じて変化する要素（上記式（２７））を第１可変パラメータｐ₁、駆動輪の回転速度相関値の実際値（駆動輪の回転角速度）ωｗに応じて変化する要素（上記式（５８））を第２可変パラメータｐ₂とし、これらの第１可変パラメータ及び第２可変パラメータに基づいて、予め定めた補償定数を線形補間することでモータトルク補償値演算部１０４の補償特性を設定する。

この場合摩擦係数μがスリップ率（（Ｖｗ−Ｖｖ）／Ｖｗ）に応じて上記式（５４）に基づき決定すると仮定した際の制御対象の状態方程式は上記式（５９）となる。

この式（５９）は、制御対象のシステム行列が、変速比Ｉｐによって決まる第１可変パラメータｐ₁と、駆動輪回転角速度ωｗによって決まる第２可変パラメータｐ₂を線形ゲインとして有する「線形パラメータ可変（ＬＰＶ）システム」とみなすことができる。従って、上記式（２７）（５８）のように、変速比Ｉｐと第１可変パラメータｐ₁、駆動輪回転角速度ωｗと第２可変パラメータｐ₂の各関係は非線形であったとしても、第１及び第２可変パラメータｐ₁、ｐ₂に基づき、予め定めた補償定数を線形補間してフィードバック補償部特性を決定することで、変速比Ｉｐや駆動輪回転角速度ωＷに対して制御対象の振動周波数が変動しても、確実に抑制することができる。

また、走行状態に応じて変化する要素の実際に取りうる領域に基づき第１可変パラメータｐ₁または第２可変パラメータｐ₂に制限を設けることで、第１または第２可変パラメータが実際に存在しない領域についても考慮し補償定数を設定することにより、実際の変動に対する制御性能低下（制御ゲイン低下）を防止することができる。

以上のように、本発明に係る駆動力制御装置では、変速比の変化など制御対象の変化に係わら駆動系の振動を確実に抑制し、内燃機関やモータ等の原動機を備えた車両用の駆動力制御系統に適用することができる。

本発明の実施形態を示す車両の駆動系の概略図。 統合コントローラで行われる制御の一例を示すフローチャート。 統合コントローラの要部を示す制御ブロック図。 同じく、駆動輪回転速度相関値の規範値演算部を示す制御ブロック図。 アクセル開度をパラメータとした車速に応じた駆動トルク指令値のマップ。 変速比に応じた固有振動数のマップ。 変速比に応じた減衰率のマップ。 制御対象モデル（モータ〜車輪（駆動輪））を示す図。 変速比に応じた補償定数のマップ。 第１可変パラメータｐ₁と係数のマップ。 ＬＰＶシステムの制御系のブロック図。 コントローラを含めた一般化プラントのブロック図。 望ましい極配置領域を示すグラフ。 （Ａ）は駆動輪の回転速度ωｗと変速比に応じたパラメータボックス、（Ｂ）は補償定数ｐ₁とｐ₂に応じたパラメータボックス。 （Ａ）は駆動輪の回転速度ωｗと変速比に応じたパラメータボックス、（Ｂ）は補償定数ｐ₁とｐ₂に応じたパラメータボックス。 駆動力が増大したときの様子を示すグラフで、変速比、モータトルク指令値および駆動トルクと時間の関係を示すグラフ。

符号の説明

１ モータ
２ エンジン
３ 電磁クラッチ
１０ 統合コントローラ
１１０ 位相補償部
１０４ モータトルク補償値演算部
１０６ 補償特性決定部

Claims (7)

1. 変速機を介して動力源からのトルクを駆動輪へ伝達する動力伝達機構と、
   前記動力源のトルクと前記変速機の変速比を制御する車両の駆動力制御装置において、
   車両の運転状態に基づいて基本トルク指令値を演算する基本トルク指令値演算部と、
   前記変速機の実変速比を検出する実変速比検出部と、
   前記基本トルク指令値と実変速比を入力として、駆動輪または駆動軸の回転速度相関値の規範値を演算する駆動輪回転速度相関値の規範値演算部と、
   前記駆動輪回転速度相関値の実際値を検出する駆動輪回転速度相関値の実際値検出部と、
   前記駆動輪回転速度相関値の規範値と実際値の偏差を演算する駆動輪回転速度相関値偏差演算部と、
   前記偏差を入力として、補償定数に基づいて前記基本トルク指令値の補償値を演算するトルク補償値演算部と、
   該基本トルク指令値の補償値を用いて前記基本トルク指令値に補償を施し、最終指令値を算出する最終トルク指令値演算部と、
   ゲインスケジュール法を用いて予め設定した性能を満足するように、走行状態に応じて変化する要素に基づいて前記トルク補償値演算部の補償定数を設定する補償特性設定部と、
   を備えたことを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 前記駆動源は、モータとエンジンとから構成され、
   前記動力伝達機構は、モータ及びエンジンのうち少なくとも一方のトルクを駆動輪へ伝達し、
   前記基本トルク指令値演算部は、モータの基本トルク指令値とエンジンの基本トルク指令値とをそれぞれ演算し、
   前記駆動輪回転速度相関値の規範値演算部は、前記モータ基本トルク指令値と実変速比を入力とし、
   前記トルク補償値演算部は、補償定数に基づいて前記モータ基本トルク指令値の補償値を演算し、
   前記最終トルク指令値演算部は、前記モータ基本トルク指令値の補償値を用いて前記モータ基本トルク指令値に補償を施して、最終指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動力制御装置。
3. 前記補償特性設定部は、変速比に応じて変化する要素を第１可変パラメータとして、当該第１可変パラメータに基づいて、予め定めた補償定数を線形補間して前記トルク補償値演算部の補償特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動力制御装置。
4. 前記補償特性設定部は、変速比に応じて変化する要素を第１可変パラメータとするとともに、前記駆動輪の回転速度相関値の実際値に応じて変化する要素を第２可変パラメータとし、これらの第１パラメータ及び第２パラメータに基づいて、予め定めた補償定数を線形補間することで前記トルク補償値演算部の補償特性を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の駆動力制御装置。
5. 前記補償特性設定部は、前記第１可変パラメータと変速比及びトルクに基づいて定義した制御入力を含む制御対象の状態方程式から前記補償定数を設定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両の駆動力制御装置。
6. 前記補償特性設定部は、前記可変パラメータの変動範囲の頂点において、所定の設計仕様を線形行列不等式で表し、全ての頂点で前記設計仕様を満足する各頂点毎の補償定数を予め求め、現在の可変パラメータの値を入力として前記各頂点毎に求めた補償定数を線形補間することにより最終的な補償定数を演算することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の車両の駆動力制御装置。
7. 前記補償特性設定部は、前記走行状態に応じて変化する要素が、実際に取りうる領域に基づき前記第１可変パラメータまたは第２可変パラメータに制限を設けることを特徴とする請求項６に記載の車両の駆動力制御装置。

Images