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JP3705074B2 - 車両用制御装置 - Google Patents

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JP3705074B2
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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジン、電動機及び発電機を備えた車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低公害性と航続距離、及びエネルギー供給のインフラ等の要求から、エンジンと発電／電動機を組み合わせて搭載したハイブリッド車両の実用化が進められている。既に実用化の面で進んでいるいわゆるパラレル・ハイブリッド車（以下、ＰＨＥＶ）は、エンジンによる走行を基本としながら、減速時等に回生した電力を用いて電動機によってトルクアシストを行って燃費の向上を図るものである。
【０００３】
これに対し、より一層の効率向上を狙ったシリーズ・ハイブリッド車（以下、ＳＨＥＶ）がある。ＳＨＥＶでは、車両は電動機のトルクによってのみ駆動され、エンジンは電力供給のために運転される。従来提案されているＳＨＥＶでは、効率向上を第一目標としているため、エンジンは略一定の燃費最良となる運転条件で運転される。
【０００４】
しかし、このようなＳＨＥＶにあっては、エンジンの運転状態を略一定に維持しながら車両の走行状態の急変に対応するため、十分な容量のバッテリが必要であり、重量及びコストの増加が避けられなかった。
【０００５】
そこで、エンジンや発電／電動機といった機械的な構成はＳＨＥＶと同様であるが、車両走行のために電動機で消費される電力を時々刻々求めて、それに見合った分だけ発電するようにエンジン及び発電／電動機を制御するハイブリッド車が本出願人により提案されている（特願平11-172426号）。
【０００６】
電動機で消費される電力と発電機で発電される電力が一致すれば、バッテリは最小限の容量だけあればよいため、重量及びコストの面で大きな割合を占めているバッテリの小型化、低コスト化を図ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、このようなハイブリッド車であっても、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込む等車両の走行状態が急変する場合には、電動機で消費される電力と発電機で発電される電力が一致しないため、その過不足分を補えるだけの容量のバッテリを用意する必要があった。車両状態急変時にこのような過不足が生じるのは、発電量を調整すべく発電機とエンジンに同時に指令値を与えても、エンジンの応答が発電機の応答に比べ非常に遅いことによる。
【０００８】
例えば、駆動出力の増大に対応して発電量を増大させるために、エンジンと発電機の回転速度を増大させる指令を出しても、エンジンの応答が遅いため、エンジントルクの上昇により回転速度が増大する前に、回転速度制御される発電機がバッテリ電力により駆動トルクを発生させて回転速度を増大させてしまう（図７参照）。結果として、発電量を増大させる必要があるにもかかわらず発電機の発電量は一時的に減少し、しかも発電機が電力を余分に消費してしまうため、消費電力との乖離が生じてしまう。
【０００９】
特開平11-122710号にあるように発電機への指令値にフィルタ処理を施して発電機の応答を見かけ上遅くすれば、発電側で電力を消費してしまうのを抑制することは可能であるが、発電側の応答がフィルタにより遅くなるのに対し、電動機の駆動出力は直ちに増大するため、発電電力と消費電力との乖離は解消されないままである。
【００１０】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされてものであり、車両の走行状態が急変する状況であっても電動機で消費される電力と発電機で発電される電力とが一致するようにし、必要とされるバッテリ容量の更なる低減を図ることを目的とする。
【００１１】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンと、エンジンに接続された発電機と、車両の駆動軸に接続され発電機の発電する電力によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置において、走行状態に応じて電動機の目標駆動力あるいは目標出力軸トルクと、発電機の目標入力軸回転速度を演算する手段と、目標駆動力あるいは目標出力軸トルクをフィルタ処理して電動機の最終目標出力軸トルクを演算する手段と、目標入力軸回転速度をフィルタ処理して発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手段と、最終目標出力軸トルクに基づき電動機のトルク制御を行う手段と、最終目標入力軸回転速度に基づき発電機の回転速度制御を行う手段とを備え、最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段の演算過程におけるフィルタ処理が、遅れ処理を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
第２の発明は、エンジンと、エンジンに接続された発電機と、車両の駆動軸に接続され発電機の発電する電力によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置において、走行状態に応じて目標発電出力を演算する手段と、走行状態に応じて電動機の目標駆動力あるいは目標出力軸トルクを演算する手段と、目標発電出力に応じて発電機の目標入力軸回転速度を演算する手段と、目標発電出力に応じてエンジンの目標エンジントルクを演算する手段と、目標駆動力あるいは目標出力軸トルクをフィルタ処理して電動機の最終目標出力軸トルクを演算する最終目標出力軸トルク演算手段と、目標入力軸回転速度をフィルタ処理して発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手段と、最終目標出力軸トルクに基づき電動機のトルク制御を行う手段と、最終目標入力軸回転速度に基づき発電機の回転速度制御を行う手段と、目標エンジントルクに基づきエンジンを制御する手段とを備え、最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段の演算過程におけるフィルタ処理が、同じ遅れ処理を含むことを特徴とするものである。
【００１３】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、遅れ処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であることを特徴とするものである。
【００１４】
第４の発明は、第２の発明において、遅れ処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、そのフィルタの時定数が、目標エンジントルクの単位時間あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量の比に基づき演算されることを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明は、第２の発明において、遅れ処理が２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、そのフィルタの時定数が、目標エンジントルクの単位時間あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量の比の最小値に基づいて予め定めた固定値であることを特徴とするものである。
【００１６】
第６の発明は、第３から第５の発明において、最終目標出力軸トルク演算手段が、前記フィルタ処理の後に車速相当値で除算を行う処理をさらに備えることを特徴とするものである。
【００１７】
第７の発明は、第６の発明において、車速相当値が下限リミッタにより所定値以上に制限されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第８の発明は、第３から第５の発明において、最終目標出力軸トルク演算手段が前記フィルタ処理の前に車速相当値で乗算を行う処理を備える場合、前記車速相当値には下限リミッタが設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
第９の発明は、第２の発明において、目標発電出力が、電動機の効率、発電機の効率あるいは電装品からの発電要求のうち少なくとも一つを考慮して演算されることを特徴とするものである。
【００２０】
【作用及び効果】
したがって、本発明に係る車両用制御装置を備えた車両にあっては、車両の走行状態（アクセル操作量、車速等）に応じて駆動軸に接続された電動機のトルク制御及びそれに電力を供給するための発電機の回転速度制御が行われるが、第１から第３の発明によれば、車両の走行状態に応じて電動機の目標出力軸トルク（あるいは目標駆動力）と発電機の目標入力軸回転速度とが演算され、同一の遅れ処理（例えば、２次フィルタによる遅れ処理）を経て電動機に与える最終目標出力軸トルクと発電機に与える最終目標入力軸回転速度とが演算される。
【００２１】
このように駆動側と発電側で同一の遅れ処理を施すようにしたことにより、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込む等車両の走行状態が急変した場合であっても電動機の応答性と発電機の応答性とを一致させることができ、電動機消費電力と発電機発電出力とを一致させて必要とされるバッテリ容量を低減することができる。また、遅れ処理を施すことは発電側制御の安定化にも効果がある。
【００２２】
そして、前記遅れ処理を２次のフィルタで構成する場合、そのフィルタ時定数を目標エンジントルクの単位時間あたりの変化量と目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量との比に基づき設定するようにすれば、常に適切なフィルタ時定数が設定されるので、必要以上に大きなフィルタ時定数がされて駆動出力の応答が鈍くなってしまい、運転性が損なわれるのを防止できる（第４の発明）。あるいは、フィルタ時定数を固定値とすれば、最大トルクが比較的小さいエンジンで頻繁に最大トルク近傍を使用する場合であっても、運転者の操作に対する駆動力応答の変動が抑えられ、運転性を良好に保つことができる（第５の発明）。
【００２３】
また、第６の発明によると、電動機への最終目標出力軸トルクを演算する際、前記フィルタの後段で車速相当値（車速、変速機出力軸回転速度等）で除算、すなわち、車速による負帰還が施される。これにより、車速の増大を受けて最終目標出力軸トルクがフィルタ処理前の目標値をオーバーシュートするのが抑えられ、駆動出力が目標発電出力をオーバーシュートするのを防止できる。さらに、第７の発明によれば、その際用いられる車速相当値は下限リミッタにより所定値以上に制限されるので、いわゆるゼロ割の問題が回避される。
【００２４】
さらに、前記フィルタの前段において車速相当値で乗算を行う場合であっても、第８の発明によればその車速相当値は下限リミッタにより所定値以上に制限されるので、車速がゼロであっても電動機への最終目標出力軸トルクはゼロ以上の値となり、発進不能になるのを防止すると共にクリープトルク相当のトルクも実現できる。
【００２５】
また、第９の発明によると、発電出力の目標値が電動機や発電機の効率、点火装置、照明用ランプ等の電装品からの発電要求を考慮して演算されるので、消費電力と発電出力の応答が一致するだけでなく、消費電力と発電電力の大きさも一致するようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両のシステム構成図である。
【００２８】
この車両では、従来の機械式変速機に代えて、無段変速機として機能する電気パワートレイン５がエンジン１に接続されている。電気パワートレイン５は発電機２と電動機４とで構成され、入力側の発電機２がエンジン１のクランク軸に接続される一方、出力側の電動機４が車両の駆動軸６に接続されている。発電機２、電動機４は永久磁石式交流同期モータ等の交流機であり、それぞれインバータ８に接続されている。インバータ８にはさらにバッテリ９（リチウムバッテリあるいはニッケル水素バッテリ等）が接続されている。
【００２９】
発電機２と電動機４の間にはクラッチ３が介装されており、クラッチ３が締結されるとエンジン１と駆動軸６が直結状態となってエンジン１で直接駆動軸６を駆動することができる。クラッチ３は、例えば電気パワートレイン５の入力軸回転速度と出力軸回転速度が一致したときに締結され、発電機２と電動機４における損失を抑制して車両の燃費性能を向上させることができる。
【００３０】
また、電気パワートレイン５には、エンジン１に接続された発電機２の回転子側の回転速度（入力軸回転速度）を検出する入力軸回転速度センサ２４と、駆動軸６に接続された電動機４の回転子側の回転速度（出力軸回転速度）を検出する出力軸回転速度センサ２１とが取り付けられており、検出された入力軸回転速度と出力軸回転速度の比が電気パワートレイン５の変速比となる。
【００３１】
一方、エンジン１の吸気管には電子制御式スロットル弁１４が設けられており、スロットル弁１４は必要とされる発電電力に応じて設定される目標エンジントルクが実現されるよう運転者のアクセル操作とは独立して開閉制御される。エンジン１にはこの他、吸入空気量を検出するエアフローメータ１３、クランク角を検出するクランク角センサ２３が設けられている。
【００３２】
統合コントロールユニット１０は、基本的には検出されたアクセル操作量等に基づき運転者が要求する駆動力を求め、要求駆動力が実現されるようにトランスミッションコントロールユニット１２を介して電動機４のトルク制御を行う。また、電動機４の駆動出力（消費電力）に見合った発電電力が得られるようにトランスミッションコントロールユニット１２を介しての発電機２の回転速度制御及びエンジンコントロールユニット１１を介してのエンジン１のトルク制御も併せて行う。
【００３３】
また、このとき統合コントロールユニット１０は、バッテリ９に必要とされる容量を最小限に抑えるべく、駆動出力の応答と発電電力の応答とが一致するように電動機４への指令値（最終目標出力軸トルク）と発電機２への指令値（最終目標入力軸回転速度）とを演算する。
【００３４】
図２は、統合コントロールユニット１０の制御内容を示したブロック図であり、図中破線で囲んだ部分が統合コントロールユニット１０に対応する。
【００３５】
これによると、統合コントロールユニット１０は、まず、アクセル操作量センサ２２から入力されたアクセル操作量APOと、電気パワートレイン５の出力軸回転速度から演算によって求まる車速VSPとに基づき、所定のマップ（目標駆動力設定マップ）を参照して目標駆動力tFdを演算し（Ｂ１）、この目標駆動力tFdに対し、定数G4＝(タイヤ有効半径)／(ファイナルギア比)を乗じて目標出力軸トルクtTo0を求める（Ｂ２）。
【００３６】
そして、この目標出力軸トルクtTo0に対して後述する２次のフィルタGRによるフィルタ処理を施し、目標出力軸トルクtTo0に対して遅れを持たせた最終的な目標出力軸トルクtToを求め（Ｂ３）、これをトランスミッションコントロールユニット１２に送信する。
【００３７】
なお、ここでは目標駆動力tFdを目標出力軸トルクtTo0に変換した後にフィルタ処理を施し目標出力軸トルクtToを求めているが、目標駆動力tFdに対して直接フィルタ処理を施し、フィルタ処理後の値に定数G4を乗じて目標出力軸トルクｔToを求めるようにしても良い。あるいは、アクセル操作量APOと車速VSPに基づき所定のマップ（目標出力軸トルク設定マップ）を参照して目標出力軸トルクtT0を直接求め、これにフィルタ処理を施して目標出力軸トルクtToを演算するようにしても良い。
【００３８】
また、統合コントロールユニット１０は、車速VSP[km/h]に定数G1＝1000／3600を乗じてVSP[m/s]に単位を変換し（Ｂ４）、これに目標駆動力tFdを乗じて目標発電出力の基本値とする（Ｂ５）。さらに、これを電動機２の運転状態に基づき所定のマップを参照して求められる電動機効率EFFm及び発電機２の運転状態に基づき所定のマップを参照して求められる発電機効率EFFgで除し（Ｂ６、Ｂ７）、外部からの発電要求値tTg（点火装置、照明用ランプ等の電装品で必要とされる発電量）を加算して目標発電出力tPoを演算する（Ｂ８）。
【００３９】
そして、この目標発電出力tPoから所定のテーブルを参照して目標入力軸回転速度tNi0が演算される（Ｂ９）。ここで参照されるテーブルは、例えば目標発電出力tPoに対して最もエンジン１及び発電機２の効率が良くなる回転速度が選ばれるように設定されている。
【００４０】
この目標入力軸回転速度tNi0に対しても目標出力軸トルクtTo0同様にフィルタGRによるフィルタ処理が施され（Ｂ１０）、目標入力軸回転速度tNi0に対して遅れを持たせた最終目標入力軸回転速度tNiが求められる。この最終目標入力軸回転速度tNiはトランスミッションコントロールユニット１２へ送信され、トランスミッションコントロールユニット１２は、一般的なＰＩ制御（比例積分制御）により、発電機２の回転速度フィードバック制御を行う。
【００４１】
また、統合コントロールユニット１０は、目標発電出力tPoをエンジン回転速度Niで除して目標エンジントルクtTeとし（Ｂ１１）、エンジンコントロールユニット１１へ送信する。
【００４２】
エンジン１が発生したトルクは発電機２の回生トルクとなり、発電機２で発電された電力により電動機４が駆動トルクを発生する。発電出力が不足する時にはバッテリ９により電力が補われる。
【００４３】
次に、フィルタGRの構成方法について説明する。
【００４４】
フィルタGRは、車両の走行状態が急変しても、発電機２が余分な正のトルクを発生しないで済むように構成される。エンジン１、発電機２からなる物理モデルの微分方程式を、ラプラス変換を使って記述すると、次式(1)、(2)のようになる。
【００４５】
【数１】
Figure 0003705074
【００４６】
【数２】
Figure 0003705074
ただし、TE：エンジン１の応答時定数
KE：エンジン１の応答ゲイン(＝１)
TG：発電機２の応答時定数
KG：発電機２の応答ゲイン(＝１)
KI：エンジン１及び発電機２の回転モーメントの和の逆数
KP：発電機２の回転速度フィードバック制御の比例ゲイン
TI：発電機２の回転速度フィードバック制御の積分ゲイン
これを発電機２のトルクTgについて解くと、次式(3)、
【００４７】
【数３】
Figure 0003705074
となり、発電機トルクTgは目標入力軸回転速度tNiと目標エンジントルクtTeのそれぞれに対する応答の和として記述できる。ここで目標入力軸回転速度tNiに対する伝達関数を、
【００４８】
【数４】
Figure 0003705074
目標エンジントルクtTeに対する伝達関数を、
【００４９】
【数５】
Figure 0003705074
とおくと、それぞれの伝達関数のステップ入力に対する応答波形は図３のようになる。
【００５０】
入力をそれぞれu1(0→2000rpm)、u2(0→200Nm)とすると、応答はそれぞれY1、Y2となるが、Y1が正側へ大きく振られるため、発電機トルクTgが正側へ引っ張られてしまう。言い換えれば、u1に対するY1のゲインがu2に対するY2のゲインよりも大きいため、発電機トルクTgが正側へ引っ張られてしまう。
【００５１】
H1、H2それぞれの周波数応答は図４のようになる。ステップ入力に対する応答波形が図３に示すようになったのは、この図に示すように、高周波数領域で両者の位相が重なり、かつH1のゲインがH2のゲインよりも著しく大きいためである。
【００５２】
本実施形態では、フィルタGRによるフィルタ処理を追加することでこれを改善するのであるが、GR・H1のゲイン特性が、高周波領域でH2と同じΔ(ゲイン)／Δ(周波数)で、もしくはより急峻に、ゲインが下がっていく特性になっていなければ、周波数を上げていくといずれH2のゲインのほうが下になってしまい、Y1の応答に引っ張られて発電機トルクTgが正側へ応答してしまう。
【００５３】
そこで、GR・H1の高周波数領域での特性がH2と一致するようにフィルタGRを構成する。ｓを無限大としたときの(-H2/H1)を求めると、
【００５４】
【数６】
Figure 0003705074
となり、２次の伝達関数になる。したがって、高周波数領域でGR・H1とH2の特性を一致させるためには、フィルタGRの次数を２次以上とすることが必要であることがわかる。また、目標入力軸回転速度に対してGR・H1の定常偏差がゼロ以上であるためには、フィルタGRは低周波数領域でゲインが１でなければならない。
【００５５】
以上のことから、フィルタGRは次式、
【００５６】
【数７】
Figure 0003705074
で表される。CRはフィルタGRの時定数を調整するための定数である。なお、フィルタGRの時定数は、
【００５７】
【数８】
Figure 0003705074
である。
【００５８】
ここで再びゲインについて考えると、そもそも目標エンジントルクtTeの変化量(例0→200Nm)に対し、目標入力軸回転速度tNi0の変化量(例0→2000rpm)は大きく、これは略全ての運転条件について言える。そのため、例えば両者の比が上記の様に1/10であった場合、GR・H1のゲインはH2のゲインに対して1/10以下でなければ、結果として発電機トルクTgが正側へ応答してしまう。
【００５９】
言い換えれば、発電機トルクTgが正側へ応答するのを抑えるためには、周波数応答でみたときGR・H1のゲインが、H2のゲインに対して少なくとも20dB下側にある必要がある。
【００６０】
一般に、２次応答のゲインは高周波数領域では、
【００６１】
【数９】
Figure 0003705074
但し、ω：周波数[rad/sec]
となるので、GR・H1のゲインとH2のゲインが等しくなるときのフィルタGRの時定数をT0、通常の運転状態において取りうる「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比の最小値をG1とすると、
【００６２】
【数１０】
Figure 0003705074
となり、時定数調整係数CRはこの(10)式を満たすようにを決めればよい。
【００６３】
ここで「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比を時々刻々求めることができれば、常にフィルタGRの時定数TGRを最適値に制御することができる。
【００６４】
図５はGR・H1、H2の周波数応答を示す。
【００６５】
このようにフィルタ処理を施すことにより、GR・H1のゲイン特性が、高周波領域でH2とほぼ同じΔ(ゲイン)／Δ(周波数)でゲインが下がっていく特性になることがわかる。
【００６６】
そして、GR・H1、H2のステップ入力に対する応答波形は図６のようになる。フィルタGRによりY1の値が小さくなるため、発電機トルクTgが正側へ応答するのが抑えられる。
【００６７】
なお、ここでは「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比に応じてフィルタGRの時定数TGRを変化させる構成としたが、最大トルクが比較的小さいエンジンを使用し、エンジンが最大トルク近傍で運転されることが多い場合、最大トルク点近傍では「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比が小さくなるので、フィルタ時定数TGRの変動が大きくなる。その結果、運転者の操作に対する駆動力応答の変動が大きくなり、違和感を与える場合がある。
【００６８】
このような場合には前述のように、通常の運転状態において取りうる「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比の最小値に基づいてフィルタ時定数TGRを固定値とすればよい。このようにすることにより運転者の操作に対する駆動力応答の変動が抑えられ、運転性を良好に保つことができる。
【００６９】
なお、一般的な２次フィルタの伝達関数をラプラス変換を用いて記述すれば、
【００７０】
【数１１】
Figure 0003705074
但し、T：時定数
ζ：ダンピング係数
となるが、これをディジタル制御で使用できるように離散時間系で記述すると、
【００７１】
【数１２】
Figure 0003705074
但し、u：入力変数
Δt：演算周期
となる。これら(11)式と(12)式は等価である。出力GはΔtごとに算出される時系列データであり、ある時刻における出力をGnとすると、Δt前の時点での出力がGn-1、2Δt前の時点での出力がGn-2となる。
【００７２】
(7)式を適用すれば、
【００７３】
【数１３】
Figure 0003705074
【００７４】
【数１４】
Figure 0003705074
となる。
【００７５】
したがって、フィルタGRは二つの定数である時定数TGRとダンピング係数ζを用いて、(12)式により構成され、目標出力軸トルクtTo0から最終目標出力軸トルクtToを算出するため、及び目標入力軸回転速度tNi0から最終目標入力軸回転速度tNiを算出するために適用される。具体的には、(12)式において、例えば目標出力軸トルクtTo0を入力変数uに代入すると、出力Gnが最終目標出力軸トルクtToとなる。
【００７６】
時定数TGR、ダンピング係数ζはそれぞれ(13)式、(14)式により決まる。さらに時定数TGRに関しては、(10)式を満たすように時定数調整係数CRが決められるが、(10)式の特性から、時定数調整係数CRは「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNi0の変化量」の比から求めることができる。
【００７７】
但し、エンジン１が最大エンジントルク近傍で運転されることが頻繁にある場合は、通常の運転状態において取りうる「目標エンジントルクtTeの変化量」と「目標入力軸回転速度tNiの変化量」の最小値に基づいて時定数TGRを固定値とし、時定数TGRの変動が大きくなって、運転者の操作に対する駆動力応答の変動が大きくなるのを防止する。
【００７８】
次に、全体的な作用について説明する。
【００７９】
まず、比較のため、本発明を適用しない場合について説明する。図７に示すように、運転者がアクセルペダルを急に踏み込んだ場合を考えると、この場合、駆動出力がステップ状に変化するため、発電出力が駆動出力に対して過不足無く応答するには目標エンジントルク及び目標入力軸回転速度がともにステップ状に変化する必要がある。
【００８０】
しかしながら、スロットルによるトルク制御では指令値に対する実エンジントルクの応答は遅いので（時定数≒0.1〜0.3sec）、発電機２の実入力軸回転速度の上昇もそれに伴い遅くなる。そのため目標入力軸回転速度と実入力軸回転速度の偏差が大きくなり、回転速度フィードバック制御により発電機２が正側へ大きなトルクを発生して回転速度を上昇させてしまう。すなわち、エンジントルクの上昇により回転速度が上昇する前に、発電機２がトルクを発生して回転速度が上昇してしまうことになる。このとき発電機２が必要とする電力（図中斜線部に相当）は、バッテリ９から別途供給する必要がある。したがって、本発明を適用しない場合は、発電出力は応答が遅いだけでなく、発電機２が余分に電力を消費することになるため、駆動出力との乖離が発生してしまうことになる。
【００８１】
これに対し、本発明を適用した場合は、同じく運転者がアクセルペダルを急に踏み込んだ状況であっても、発電機２が余分な正のトルクを発生しないように、発電機２の目標入力軸回転速度に対して適切なフィルタ処理が施される。これによって発電機２への指令値（最終目標入力軸回転速度）の変化速度は図８に示すように抑制され、発電機２はエンジントルクのみで回転上昇できるようになる。
【００８２】
そして、駆動出力と発電出力との乖離を解消すべく、目標入力軸回転速度に対するものと同じフィルタ処理を電動機４の目標出力軸トルクにも施される。電動機４のトルク応答は十分速いので（時定数≒10msec）、電動機４は指令値（最終目標出力軸トルク）に遅れなく追従することができる。したがって、本発明を適用した場合は、駆動出力と発電出力の応答を一致させることができ、発電機２は過不足無く発電できるようになって、必要とされるバッテリ容量を低減することができる。
【００８３】
ところで、上記実施形態では、目標出力軸トルク及び目標入力軸回転速度に対して同一のフィルタを用いた遅れ処理を施すようにしたことにより、駆動出力と発電出力の応答をほぼ一致させることができるのであるが、上記構成では、目標駆動力が急変したときに駆動出力が目標値（目標発電電力）を若干オーバーシュートしてしまい、発電出力が不足してしまう場合がある。
【００８４】
これは出力軸トルクの増大に伴い車速が増加し、目標出力軸トルクがフィルタ処理前の目標値をオーバーシュートした場合、図２に示した構成では、車速による負帰還を施す機能を持たないため、駆動出力に正帰還がかかって目標値をオーバーシュートしてしまうことによる。目標エンジントルクは目標発電出力を実際の入力軸回転速度（＝エンジン回転速度）で除して演算され、発電機の回転速度制御が仮にオーバーシュートしても目標エンジントルクに負帰還がかかり、エンジン出力が目標発電出力をオーバーシュートすることがないことから、目標出力軸トルクのオーバーシュートは直ちには駆動出力と発電出力の不一致につながる。
【００８５】
図９は先の実施形態において、低車速域から全開加速を行ったときの応答を示したものである。全開加速時のように目標駆動力が急激に増減する場合、図９（ｃ）に示すように目標出力軸トルクはフィルタ前の目標値をオーバーシュートしてしまう場合がある。目標出力軸トルクがオーバーシュートするとこれに伴い駆動出力が目標発電出力をオーバーシュートすることになるので（図９（ｄ））、結果として図９（ｈ）に矢印で示すように発電出力が駆動出力に対して不足してしまう。
【００８６】
以下に説明する第２の実施形態は上記問題点を改良したものであり、駆動出力が目標発電出力をオーバーシュートするのを抑え、駆動出力と発電出力をさらに一致させることを可能にするものである。
【００８７】
図１０は、第２の実施形態を示したブロック図であり、統合コントロールユニット１０の制御内容を示す。先の実施形態と同一の構成に対しては同一の引用符号を付してある。
【００８８】
先の実施形態と異なる個所を中心に説明すると、この実施形態では、目標出力軸トルクtToの演算においては、まず、アクセル操作量APO及び車速VSPに基づき設定される目標駆動力tFdに車速VSP[m/s]を乗じて目標発電出力の基本値tPo0が求められ（Ｂ１２）、この目標発電出力の基本値tPo0に対してフィルタGRによるフィルタ処理が施される（Ｂ３）。そして、このフィルタ処理後の値を車速VSP[m/s]で除し（Ｂ１３）、さらに定数G4を乗じて目標出力軸トルクtToの演算が行われる。ここでフィルタ処理の後段において車速VSPで除算するようにしているのは、仮に出力軸トルクがオーバーシュートしても車速により負帰還がかかって、出力軸トルクのオーバーシュートひいては駆動出力のオーバーシュートを抑え、発電出力が不足するのを防止するためである。
【００８９】
なお、図１０のブロック図では、目標駆動力設定マップ（Ｂ１）によって求めた目標駆動力tFdに車速VSP[m/s]を乗じて目標発電出力の基本値tPo0を求めているが、これに代えて、アクセル操作量APOと車速VSPに基づいて目標発電出力の基本値tPo0を求めるマップを設け、このマップから求めた目標発電出力の基本値tPo0に対してフィルタGRによるフィルタ処理を施すようにしてよい。
【００９０】
また、このとき用いられる車速VPSは下限リミッタ（Ｂ１４）により所定値VSPMIN#以上に制限されている。仮に下限リミッタを設けないと車速ゼロ時に目標出力軸トルクtToもゼロとなって発進できなくなってしまうが、このように下限リミッタを設けておけば車速VSPがゼロの時であっても目標出力トルクtToには常にゼロ以上の値が設定されるようになり、停車時においてクリープトルク相当のトルクが生じて、違和感のない円滑な発進が可能となる。また、下限リミッタを設けることは、フィルタ処理後の値を車速VSPで除算する際（Ｂ１３）にいわゆるゼロ割（ゼロによる除算）の問題を回避するのにも役立つ。
【００９１】
また、目標発電出力の基本値tPo0に乗じられる車速VSPとそれをフィルタ処理した後の値を割るのに用いられる車速VSPには同一の値が用いられるので、定常的には目標値通りの出力軸トルクが得られる。
【００９２】
一方、発電機２の目標入力軸回転速度を設定するＢ９の後段と、エンジン１の目標エンジントルクを演算するＢ１１の後段には、それぞれ目標発電出力の基本値tPo0が所定値TPOMIN#以下のときは目標入力軸回転速度tNi、目標エンジントルクtTeをそれぞれ強制的にゼロに設定するスイッチ（Ｂ１５、Ｂ１６）が設けられている。これはエンジン１の安定した運転を継続するためには、所定値以上の出力で運転することが必要なことから、目標発電出力が所定値TPOMIN#を下回る場合はエンジン１及び発電機２を共に停止させ、いわゆるアイドルストップ状態を実現するためである。
【００９３】
これにより、車両停止状態ではエンジン１及び発電機２は停止し、停車状態から運転者がアクセルペダルを踏み込んでも目標発電出力が所定値を越えるまでは電動機４のみで車両を駆動することになるが、この際、上述したように目標発電出力の基本値tPo0を演算する際に用いられる車速VSPが下限リミッタにより所定値VSPMIN#以上に制限されているので、目標発電出力の基本値tPo0が早期にTPOMIN#以上になり、エンジン１及び発電機２が起動するまでのむだ時間を短縮することができる。
【００９４】
この第２の実施形態において、図９と同じように低車速域から全開加速を行ったときの応答を図１１に示す。これに示されるように、第２の実施形態では、仮に車速が増大の増大を受けて目標出力軸トルクがフィルタ処理前の目標値をオーバーシュートしても車速による負帰還がかかるので、目標出力軸トルクのオーバーシュートは抑えられ（図１１（ｃ））、駆動出力と発電出力とを一致させることができる（図１１（ｈ））。
【００９５】
なお、以上説明した構成は本発明が適用可能な構成の一例を示したものであって、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図２、図１０に示したブロック図は本発明を適用した場合の処理の一例を示したに過ぎず、処理順序を入れ替えたものや定数を乗算／除算する処理（単位変換等）を付加／削除を施したもの等、図２、図１０に示したものと実質的に同一で本発明の作用効果を奏するものは全て本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図２】統合コントロールユニットの制御内容を示したブロック図である。
【図３】 H1、H2のステップ入力に対する応答波形を示した図である。
【図４】 H1、H2の周波数応答を示した図である。
【図５】 GR・H1、H2の周波数応答を示した図である。
【図６】 GR・H1、H2のステップ入力に対する応答波形を示した図である。
【図７】走行中にアクセルペダルをステップ状に踏んで加速したときの応答を示した図である（本発明を適用しない場合）。
【図８】走行中にアクセルペダルをステップ状に踏んで加速したときの応答を示した図である（本発明を適用した場合）。
【図９】第１の実施形態において低車速域から急加速したときの応答を示した図である。
【図１０】第２の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】第２の実施形態において低車速域から急加速したときの応答を示した図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ クラッチ
４ 電動機
５ 電気パワートレイン
６ 駆動軸
１０ 統合コントロールユニット
１１ エンジンコントロールユニット
１２ トランスミッションコントロールユニット
１３ エアフローメータ
１４ 電子制御スロットル
２１ 出力軸回転速度センサ
２２ アクセル操作量センサ
２３ クランク角センサ
２４ 入力軸回転速度センサ

Claims (9)

  1. エンジンと、エンジンに接続された発電機と、車両の駆動軸に接続され前記発電機の発電する電力によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置において、
    走行状態に応じて前記電動機の目標駆動力あるいは目標出力軸トルクと、前記発電機の目標入力軸回転速度を演算する手段と、
    前記目標駆動力あるいは目標出力軸トルクをフィルタ処理して前記電動機の最終目標出力軸トルクを演算する手段と、
    前記目標入力軸回転速度をフィルタ処理して前記発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手段と、
    前記最終目標出力軸トルクに基づき前記電動機のトルク制御を行う手段と、
    前記最終目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の回転速度制御を行う手段と、
    を備え、
    前記最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段の演算過程におけるフィルタ処理は、同じ遅れ処理を含むことを特徴とする車両用制御装置。
  2. エンジンと、エンジンに接続された発電機と、車両の駆動軸に接続され前記発電機の発電する電力によって駆動される電動機とを備えた車両の制御装置において、
    走行状態に応じて目標発電出力を演算する手段と、
    走行状態に応じて前記電動機の目標駆動力あるいは目標出力軸トルクを演算する手段と、
    目標発電出力に応じて前記発電機の目標入力軸回転速度を演算する手段と、
    目標発電出力に応じて前記エンジンの目標エンジントルクを演算する手段と、
    前記目標駆動力あるいは目標出力軸トルクをフィルタ処理して前記電動機の最終目標出力軸トルクを演算する最終目標出力軸トルク演算手段と、
    前記目標入力軸回転速度をフィルタ処理して前記発電機の最終目標入力軸回転速度を演算する手段と、
    前記最終目標出力軸トルクに基づき前記電動機のトルク制御を行う手段と、
    前記最終目標入力軸回転速度に基づき前記発電機の回転速度制御を行う手段と、
    前記目標エンジントルクに基づき前記エンジンを制御する手段と、
    を備え、
    前記最終目標出力軸トルク演算手段及び最終目標入力軸回転速度演算手段の演算過程におけるフィルタ処理は、同じ遅れ処理を含むことを特徴とする車両用制御装置。
  3. 前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用制御装置。
  4. 前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、
    前記フィルタの時定数は、目標エンジントルクの単位時間あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量の比に基づき演算されることを特徴とする請求項２に記載の車両用制御装置。
  5. 前記遅れ処理とは２次以上のフィルタを用いた遅れ処理であり、
    前記フィルタの時定数は、目標エンジントルクの単位時間あたりの変化量と、目標入力軸回転速度の単位時間あたりの変化量の比の最小値に基づいて予め定めた固定値であることを特徴とする請求項２に記載の車両用制御装置。
  6. 前記最終目標出力軸トルク演算手段は、前記フィルタ処理の後に車速相当値で除算を行う処理をさらに備えることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の車両用制御装置。
  7. 前記車速相当値は下限リミッタにより所定値以上に制限されていることを特徴とする請求項６に記載の車両用制御装置。
  8. 前記最終目標出力軸トルク演算手段が前記フィルタ処理の前に車速相当値で乗算を行う処理を備える場合、前記車速相当値には下限リミッタが設けられていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一つに記載の車両用制御装置。
  9. 前記目標発電出力が、前記電動機の効率、前記発電機の効率あるいは電装品からの発電要求のうち少なくとも一つを考慮して演算されることを特徴とする請求項２に記載の車両用制御装置。
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