JP6011289B2

JP6011289B2 - 車両の駆動力制御装置

Info

Publication number: JP6011289B2
Application number: JP2012265897A
Authority: JP
Inventors: 壮一朗志村; 智一稲川; 仁松永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: JP2014111397A

Description

この発明は、内燃機関を駆動力源として搭載している車両の駆動力を制御する装置に関し、特に加速要求があった場合の駆動力を制御する装置に関するものである。

車両の駆動力源として内燃機関（以下、エンジンと記す）が広く用いられており、最近ではエンジンとモータとが駆動力源として併用されるようになってきている。これらいずれの形式の車両であっても、エンジンの出力は、駆動要求を満たし、また燃費が可及的に良好になるように制御される。一方、エンジンの回転数はその出力側に連結されている変速機の変速比によって制御することができ、最近では、変速比を無段階に変化させることのできる無段変速機を使用して、エンジン回転数を燃費が良好になる回転数に制御することが行われている。また、モータあるいはモータ・ジェネレータによってエンジンの回転数を連続的に変化させることのできるハイブリッド車においても、エンジン回転数を燃費が良好になる回転数に制御することが行われている。

しかしながら、エンジン回転数の制御として燃費を優先した制御を常時行うとすると、例えば、アクセルペダルが踏み込まれて加速要求が生じた場合、エンジン回転数あるいはその出力の増大が緩慢になって加速感が損なわれる場合がある。そこで、例えば特許文献１に記載された発明では、無段変速機を搭載した車両において、急加速要求があった場合の加速フィーリングを向上させるとともに、十分な駆動力を確保することを目的として、無段変速機の目標入力回転数を所定量増大させる加速時ダウンシフトを実行して加速し、その入力回転数がアクセルペダルの踏み込み量に応じた上限回転数に達した際に目標入力回転数を所定量低下させる制御を行い、このような目標入力回転数の増大と、入力回転数が上記の上限回転数に達したことによる回転数の低下とを繰り返し行うこととしている。

特開２００４−１２５０７２号公報

上記の特許文献１に記載されている装置では、急加速要求があった場合、一旦は入力回転数を増大させるが、入力回転数が上限回転数に達した後に目標入力回転数を低下させるから、その入力回転数に対応しているエンジン回転数が一旦増大した後に低下する。運転者が抱く加速感は、体感する加速度だけでなくエンジン音からも得ているから、エンジン回転数を上記のように増減させると、加速初期に加速感を得られるとしても、その直後に、エンジン回転数と併せて出力トルクが低下することにより加速感が減少し、もしくは得られなくなる可能性がある。

このような状況は、モータでエンジン回転数を制御できるハイブリッド車や変速比を連続的に変化させることのできる無段変速機を搭載した車両においても同様である。すなわち、この種の車両は、モータや無段変速機によってエンジン回転数を制御できる利点を生かして、燃費の良い運転点の回転数を目標回転数とし、その目標回転数と実回転数との偏差に基づいてエンジン回転数をフィードバック制御している。そのため、加速要求に基づいて目標回転数を設定し、実回転数がその目標回転数に達する過程で、エンジン回転数がオーバーシュートすると、新たに生じた回転数偏差に基づいて、エンジン回転数を低下させることになる。実回転数のオーバーシュートはエンジン回転数を低下させる場合にも生じることがあり、その結果、エンジン回転数の増大制御と低下制御とが繰り返し生じ、その低下制御が行われることにより加速感が損なわれる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、エンジン回転数を目標回転数に追従させるフィードバック制御を行うように構成されている駆動力制御装置であって、加速要求があった場合の加速感を損なうことのない駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータとが動力分配機構によって連結されたハイブリッド駆動装置を備えた車両における加速要求に基づいて前記エンジンの目標回転数を設定し、前記エンジンの実回転数が前記目標回転数に追従して変化するように前記モータのトルクをフィードフォワード制御するとともに前記実回転数と前記目標回転数との偏差に基づいて前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクをフィードバック制御する、車両の駆動力制御装置において、電子制御装置を備え、前記電子制御装置は、加速要求があった場合に、その加速要求を満たすようにその加速要求量に基づいてエンジン回転数閾値を設定し、前記加速要求に基づいて増大させられるエンジン回転数が前記エンジン回転数閾値を上回った場合に、エンジンの回転数を目標回転数に追従させる前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクについてのフィードバック制御を行わずに、前記エンジンの実回転数を前記目標回転数を上回った回転数以上の回転数に設定する前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクについてのフィードフォワード制御を行うように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記エンジン回転数閾値は、前記加速要求に基づいて定まりかつ前記エンジンの回転数を増大させるための所定回転数に、設計上定めた所定値を加算した回転数であることを特徴とする車両の駆動力制御装置である。

この発明に係る駆動力制御装置は、駆動要求量に応じてエンジンの目標回転数を設定し、エンジンの実回転数がその目標回転数に追従して変化するように、モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクのフィードフォワード制御およびフィードバック制御を行う。したがって、加速要求があった場合、その要求に応じた目標回転数が設定され、それに伴ってエンジンの実回転数が増大させられる。また、加速要求量に基づいていエンジン回転数閾値が設定される。そして、エンジンの実回転数が、加速要求に基づく目標回転数になるようにモータもしくはモータ・ジェネレータのトルクのフィードフォワード制御およびフィードバック制御により増大する過程でエンジンの実回転数がエンジン回転数閾値を上回った場合、フィードバック制御が行われなくなり、エンジンの実回転数は、エンジン回転数閾値を上回った回転数以上の回転数に設定される。なお、エンジン回転数閾値は、加速要求を満たすように加速要求量に基づいて設定されており、したがって加速要求に基づいて設定されるエンジン目標回転数に近い回転数とすることができる。そのため、加速要求に基づいてエンジン回転数を増大させている過程でエンジンの実回転数が引き下げられることが回避もしくは抑制されるので、エンジン回転数の低下やそれに伴うエンジントルクの低下などが生じず、加速感が損なわれることを回避もしくは抑制することができる。

また、この発明によれば、フィードバック制御を止めてフィードフォワード制御によってエンジンの実回転数を上記のように制御するので、エンジン回転数閾値を上回った回転数を引き下げることがなく、あるいは目標回転数の増大勾配に応じて実回転数を増大させることができるので、加速感が良好になる。

そして、この発明によれば、ハイブリッド車の加速応答性あるいは加速感を改善することができる。

この発明に係る駆動力制御装置によって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。図１に示す制御を行った場合のエンジン回転数の変化を示すタイムチャートである。この発明を適用できる車両の一例を模式的に示すブロック図である。そのハイブリッド駆動装置を説明するためのスケルトン図である。そのハイブリッド駆動装置の基本的な制御を説明するためのブロック図である。

この発明で対象とする車両は、駆動力源としてガソリンエンジンやディーゼルエンジなどのエンジンを備えており、そのエンジンの回転数を連続的に変化させて適宜の回転数に制御できるように構成されている。そのような回転数の制御は、いわゆる無段変速機構によって行うことができ、その無段変速機構の具体的な例は、ベルト式あるいはトロイダル型などの無段変速機であり、あるいはエンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータとを差動機構からなる動力分配機構によって連結したハイブリッド駆動装置である。以下の具体例では、ハイブリッド車に適用した例について説明する。図３はそのハイブリッド駆動システムの概略的なブロック図であり、エンジン１がハイブリッド駆動装置２に連結され、そのハイブリッド駆動装置２から出力された動力を駆動輪３に伝達して走行するように構成されている。

図４にはそのハイブリッド駆動装置２の一例を模式的に示してあり、ここに示す例は、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）４と第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）５との二つのモータを備えたいわゆるツーモータ式の装置である。第１モータ・ジェネレータ４によってエンジン１の回転数を制御するために、これら第１モータ・ジェネレータ４およびエンジン１が、差動機構から構成されている動力分配機構６に連結されている。この動力分配機構６は、サンギヤ７と、そのサンギヤ７に対して同心円上に配置されたリングギヤ８と、これらサンギヤ７とリングギヤ８とに噛み合って自転かつ公転するピニオンギヤを保持しているキャリヤ９とを備えている。そのキャリヤ９がエンジン１の動力を入力される入力要素となっており、またサンギヤ７が第１モータ・ジェネレータ４に連結されて反力要素となっており、さらにリングギヤ８が駆動輪３に向けて動力を出力する出力要素であってこのリングギヤ９に第２モータ・ジェネレータ５が連結されている。したがって、この動力分配機構６は、車速が一定とした場合、エンジン１が動力を出力しかつ車速が一定で走行している場合に、第１モータ・ジェネレータ４を発電機として機能させ，あるいはモータとして機能させてサンギヤ７の回転数を大小に変化させることによりエンジン回転数を適宜に制御できるようになっている。したがって、上記の動力分配機構６および第１モータ・ジェネレータ４は無段変速機構として機能する。

また、各モータ・ジェネレータ４，５は、インバータおよび蓄電装置を含むハイブリッドコントローラ（ＨＶコントローラ）１１に電気的に接続されており、これらのモータ・ジェネレータ４，５のいずれかに蓄電装置から電力を供給してモータとして機能させ、あるいはこれらのモータ・ジェネレータ４，５のいずれかを発電機として機能させて発生した電力を蓄電装置に充電し、さらに第１モータ・ジェネレータ４で発生した電力を第２モータ・ジェネレータ５に供給するように構成されている。

上記の各モータ・ジェネレータ４，５を含むハイブリッド駆動装置２やＨＶコントローラ１１ならびにエンジン１を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１２が設けられている。この電子制御装置１２はマイクロコンピュータを主体として構成され、入力された各種のデータや予め記憶しているデータを利用して演算を行い、その演算の結果を制御指令信号としてエンジン１やハイブリッド駆動装置２あるいはＨＶコントローラ１１などに出力するように構成されている。その入力されるデータは、エンジン回転数センサ１３による検出信号（エンジン回転数）やアクセル開度センサ１４によるアクセル開度（駆動要求量）、車速などである。

上記のハイブリッド駆動装置２の基本的な制御もしくは定常的な制御を図５にブロック図で示してある。所定のアクセル開度ＰAPで走行している状態で、そのアクセル開度ＰAPおよび車速Ｖに基づいて要求駆動力Ｆが求められる。その要求駆動力Ｆは、予め用意したマップから求めることができる。ついで、その要求駆動力Ｆと車速Ｖとに基づいてエンジン１の目標出力Ｐｔが演算される。その目標出力Ｐｔに基づいて、一方で、目標エンジン回転数ＮEtが演算される。これは、目標出力Ｐｔを最適燃費で出力する運転点の回転数として求めることができ、予め用意したマップを利用することができる。また他方で、目標エンジン回転数ＮEtと目標出力Ｐｔとから目標エンジントルクとなる目標スロットル開度θthが求められる。そして、エンジン１の実回転数が上記の目標エンジン回転数ＮEtとなるように第１モータ・ジェネレータ４のトルクあるいは回転数が制御され、その制御は、目標エンジン回転数ＮEtと実エンジン回転数との偏差に基づくフィードバック制御によって行われる。なお、アクセルペダルが踏み込まれるなどの加速操作が行われた場合には、過渡的に、その加速要求に応じて、上記の最適燃費となる運転点を離れた運転点が設定され、その運転点でのエンジン回転数を目標回転数とする制御が実行される。したがって、その目標回転数に達するためのフィードフォワード制御値が設定され、かつ実エンジン回転数がその目標回転数に一致するようにフィードバック制御が実行される。

この発明に係る駆動力制御装置は、図５に示す燃費優先のフィードバック制御に加えて、加速要求があった場合に加速感を損なわないようにする制御が実行される。その制御の一例を図１にフローチャートで示してある。図１に示すルーチンは、アクセルペダルが踏み込まれるなどの加速要求があった場合に、所定の短時間毎に繰り返し実行され、先ず、加速要求を満たすための第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴＧinerが演算される（ステップＳ１）。このトルクＴＧinerは、図１のルーチンを１回繰り返す時間（サイクルタイム）の間にエンジン回転数を増大させるためのトルクであり、したがって目標エンジン回転数増加量ｄＮＥtag が読み込まれ、これを利用して演算が行われる。ここで、目標エンジン回転数増加量ｄＮＥtag は、加速要求に基づいて定まる目標回転数に増大させる過程で、図１のルーチンのサイクルタイムの間に増加させるべき量である。言い換えれば、目標エンジン回転数増加量ｄＮＥtag は、エンジン回転数を増大させる場合の予め定めた目標勾配を、図１のルーチンの１サイクルタイムあたりの増加量に換算した値である。したがって、この目標エンジン回転数増加量ｄＮＥtag は、角加速度であるから、第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴＧinerは、この目標エンジン回転数増加量ｄＮＥtag に、第１モータ・ジェネレータ４およびエンジン１のイナーシャモーメントを掛け合わせ、さらに第１モータ・ジェネレータ４の軸トルクに変換するための変換係数を掛けて求められる。

ついで、エンジン回転数をフィードフォワード制御によって増加させるとした場合の第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴＧffが求められる（ステップＳ２）。これは、その時点におけるエンジン回転数を維持するために必要とする第１モータ・ジェネレータ４のトルクであるベース値ＴＧbaseに、上記のステップＳ１で求められた、１サイクルタイム中にエンジン回転数を増大させるために必要とする第１モータ・ジェネレータ４のトルク増加分ＴＧinerを加算して求めることができる。したがって、ここで求められるトルクの増加分ＴＧinerは、エンジン回転数を加速要求に基づいて所定の勾配で増大させるトルクに相当する。

ついで、エンジン回転数のフィードバック制御の作動判定が行われる（ステップＳ３）。この判定は、エンジン回転数のフィードバック制御を実行するか否かの判定であって、駆動要求量が大きい場合、すなわち加速要求が大きい場合に、加速感を損なわないようにするためにフィードバック制御の中止を判定するためのものである。具体的には、エンジン回転数ＮE が予め定めた閾値ＮEsh より大きいか否かが判断される。そのエンジン回転数閾値ＮEsh は、加速要求に基づいてエンジン回転数ＮE を増大させている過程で、エンジン回転数ＮE の増大の程度が加速要求に対して不足したり、あるいはエンジン回転数ＮE が低下したりすることを回避するために設定する値であり、これらの観点から実験あるいはシミュレーションなどに基づいて、加速要求量に応じた値として予め定めておくことができる。具体的には、加速要求量に基づいて決めることのできるエンジン回転数ＮE の増大量に、設計上定めた所定の値を加算した回転数とすることができる。

加速要求に基づいて目標エンジン回転数が設定された場合、その時点ではフィードバック制御が実行されているので、エンジン回転数ＮE の目標値と実際値との偏差に応じて、エンジン回転数ＮE を増大させる制御が実行される。前述したハイブリッド駆動装置２を搭載している車両にあっては、エンジン回転数ＮE を増大させるのに要する第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴGfb が計算される（ステップＳ４）。前述した動力分配機構６を構成している差動機構における各回転要素のトルクの関係は、そのギヤ比（サンギヤ７の歯数とリングギヤ８の歯数との比）などに基づいて幾何学的に決まるから、これを利用して第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴGfb を求めることができる。そして、第１モータ・ジェネレータ４のトルク指令値ＴG として、上記のステップＳ２で求められたフィードフォワード制御によるトルクＴGff と、このステップＳ４で求められたフィードバック制御によるトルクＴGfb とを加算した値が求められる（ステップＳ５）。これは、通常の制御である。

一方、上記のステップＳ３で肯定的に判断された場合、すなわちエンジン回転数ＮE が閾値ＮEsh を超えた場合、実エンジン回転数を目標回転数に一致もしくは近づけるフィードバック制御が中止される（ステップＳ６）。この制御は、具体的には、実エンジン回転数と目標回転数との偏差に基く回転数フィードバック制御により求められる第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴGfb が、フィードバック制御による演算値に関わらず「０」に設定することにより行われる。ついで、前述したステップＳ５に進み、したがってこの場合に求められる第１モータ・ジェネレータ４のトルクＴＧは、フィードバック制御による値ＴGfb が「０」であることにより、結局、フィードフォワード制御のみによる値ＴGff になる。

上記の図１に示す制御を行った場合のエンジン回転数ＮE の変化を図２にタイムチャートで示してあり、ここに示す例は、アクセルペダルが戻されて開度が「０」になっている状態からアクセルペダルが踏み込まれて加速する場合の例であり、Ｔ1 時点にアクセルペダルが踏み込まれ、その開度がフィードバック制御の実行・不実行の判定のための閾値ＰAP0 を超えていると、目標エンジン回転数ＮE とエンジン回転数についての前述した閾値ＮEsh とが、アクセル開度に基づいて設定される。それに伴って実エンジン回転数ＮE を目標回転数に一致もしくは近づけるようにフィードバック制御が実行され、第１モータ・ジェネレータ４のフィードバック制御量（Ｆ／Ｂトルク）が増大する。また、実エンジン回転数を目標回転数に引き上げるようにフィードフォワード制御が実行され、第１モータ・ジェネレータ４のトルクを増大させるフィードフォワード制御量（Ｆ／Ｆトルク）が求められる。

このような第１モータ・ジェネレータ４についてのフィードフォワード・フィードバック制御が実行されることにより実エンジン回転数が次第に増大する。その過程で、目標エンジン回転数の増加勾配が緩やかになるので、それに併せてフィードフォワード制御によるトルク値（Ｆ／Ｆトルク）が低下される。そして、実エンジン回転数ＮE が前述した閾値ＮEsh に達すると（Ｔ2 時点）、フィードバック制御が中止され、その制御量（Ｆ／Ｂトルク）が「０」に設定される。すなわち、実エンジン回転数を目標回転数に一致もしくは近づける制御が行われなくなり、また前述したエンジン回転数についての閾値ＮEsh は、加速要求量に基づいて決められたエンジン回転数の増大量（引き上げ量）に、設計上定めた所定の値を加算した値であるから、実エンジン回転数が目標回転数に向けて低下することはなく、前記閾値ＮEsh もしくは目標回転数より高い回転数に設定され、維持される。

フィードフォワード制御による制御量は、前述したように、エンジン回転数増加分ＴＧinerをベース値ＴＧbaseに加算した量であるから、フィードバック制御が中止されてフィードフォワード制御が継続されることにより、実エンジン回転数は目標回転数の増加勾配と等しい勾配もしくは近似した勾配で増大する。そして、アクセルペダルが戻されてその開度が「０」に向けて減じられ、その過程でアクセル開度についての閾値ＰAP0 以下になると（Ｔ3 時点）、目標回転数がアクセル開度に応じた回転数に減じられ、またフィードバック制御が再開され、それに伴って第１モータ・ジェネレータ４のフィードバック制御量およびフィードフォワード制御量が負の制御量に減じられる。

このように、この発明に係る制御装置によれば、加速要求があった場合、その加速要求を満たすようにエンジン回転数が増大させられ、その過程で実エンジン回転数が目標回転数に近い所定値（閾値）を超えた場合には、実エンジン回転数を目標回転数に一致もしくは近づけるフィードバック制御が中止される。その結果、この発明の駆動力制御装置によれば、加速途中で、実エンジン回転数が目標回転数を超えた後に実エンジン回転数が低下することがないので、加速感が損なわれることを回避もしくは抑制することができる。

１…エンジン、２…ハイブリッド駆動装置、３…駆動輪、４…第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）、６…動力分配機構、７…サンギヤ、８…リングギヤ、９…キャリヤ、１１…ハイブリッドコントローラ（ＨＶコントローラ）、１２…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims

エンジンとモータもしくはモータ・ジェネレータとが動力分配機構によって連結されたハイブリッド駆動装置を備えた車両における加速要求に基づいて前記エンジンの目標回転数を設定し、前記エンジンの実回転数が前記目標回転数に追従して変化するように前記モータのトルクをフィードフォワード制御するとともに前記実回転数と前記目標回転数との偏差に基づいて前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクをフィードバック制御する、車両の駆動力制御装置において、
電子制御装置を備え、
前記電子制御装置は、加速要求があった場合に、その加速要求を満たすようにその加速要求量に基づいてエンジン回転数閾値を設定し、前記加速要求に基づいて増大させられるエンジン回転数が前記エンジン回転数閾値を上回った場合に、エンジンの回転数を目標回転数に追従させる前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクについてのフィードバック制御を行わずに、前記エンジンの実回転数を前記目標回転数を上回った回転数以上の回転数に設定する前記モータもしくはモータ・ジェネレータのトルクについてのフィードフォワード制御を行うように構成されていることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
前記エンジン回転数閾値は、前記加速要求に基づいて定まりかつ前記エンジンの回転数を増大させるための所定回転数に、設計上定めた所定値を加算した回転数であ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。