ハイブリッド車両の制御装置
【課題】モータトルクを正確に算出することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクをモータジェネレータに出力させることにより、第１の要素と第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有する。制御手段は、エンジン及びモータジェネレータの慣性質量と、モータジェネレータの回転数と、に基づいて、モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、所定のトルクをイナーシャトルクで補正してからモータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクをモータジェネレータに出力させることにより、第１の要素と第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有する。制御手段は、エンジン及びモータジェネレータの慣性質量と、モータジェネレータの回転数と、に基づいて、モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、所定のトルクをイナーシャトルクで補正してからモータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）に加えて、電動機やモータジェネレータなどの動力源を備えるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、内燃機関を可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキの過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。
【０００３】
このようなハイブリッド車両の一例として、無段変速モードと固定比変速モードとを切り替えて運転することが可能なように構成されたハイブリッド車両がある。このハイブリッド車両では、２つの遊星歯車機構を組み合わせた動力分配機構を有し、動力分配機構は、エンジン、第１のモータジェネレータ、出力軸及びブレーキに接続される。ブレーキを解放した状態では、第１のモータジェネレータの回転数を連続的に変化させることにより、エンジンの回転数が連続的に変化し、無段変速モードでの運転が実行される。一方、ブレーキを固定した状態では、上記の回転要素の１つの回転が阻止されることにより変速比が固定となり、固定比変速モードでの運転が実行される。また、無段変速モードと固定比変速モードとを切り替える変速機構は、従来の湿式多板クラッチではなく、ドグ歯を有する噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）を利用した回転位相同期変速制御によるものが知られている。
【０００４】
例えば、以下の特許文献１には、噛み合いクラッチを係合するときに、電気モータの回転速度に基づいてモータトルクを算出し、算出されたモータトルクを電気モータに出力させることにより回転位相を同期させる技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エンジントルクの推定誤差や摩擦等により、正確なモータトルクを算出できないため、噛み合いクラッチの係合時にオーバーシュートやハンチングを引き起こす恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、モータトルクを正確に算出することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置であって、前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。
【０００９】
上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用される。モータジェネレータは、例えば、第１のモータジェネレータであり、第１の要素は、例えば、ドグクラッチにおける回転部であり、第２の要素は、例えば、ドグクラッチにおける固定部である。ハイブリッド車両の制御装置は、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有する。前記制御手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【００１０】
上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記所定のトルクに基づいて、前記エンジンより出力軸に伝達される伝達トルクを算出し、算出された前記伝達トルクに基づいて、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する。具体的には、前記制御手段は、前記伝達トルクに基づいて求められたトルクを、前記出力軸と接続された第２のモータジェネレータに出力させることによって、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する。このようにすることで、出力軸に発生するショックを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置において、前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
図１に本発明を適用したハイブリッド車両の制御装置の概略構成を示す。図１の例は、機械分配式２モータ型と称されるハイブリッド車両であり、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構２０、を備える。動力源に相当するエンジン１と、回転数制御機構に相当する第１のモータジェネレータＭＧ１とが動力分配機構２０に連結されている。動力分配機構２０の出力軸３には、駆動トルク又はブレーキ力のアシストを行うための副動力源である第２のモータジェネレータＭＧ２が、ＭＧ２変速部６を介して連結されている。さらに、出力軸３は最終減速機８を介して左右の駆動輪９に連結されている。第１のモータジェネレータＭＧ１と第２のモータジェネレータＭＧ２とは、バッテリー、インバータ、又は適宜のコントローラ（図示せず）を介して、もしくは直接的に電気的に接続され、第１のモータジェネレータＭＧ１で生じた電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するように構成されている。
【００１４】
エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータＭＧ１はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴う反力トルクが作用する。第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン１の回転数が連続的に変化する。このような変速モードを無段変速モードという。無段変速モードは、後述する動力分配機構２０の差動作用により実現される。
【００１５】
第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動トルク又はブレーキ力を補助（アシスト）する装置である。駆動トルクをアシストする場合、第２のモータジェネレータＭＧ２は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動輪９から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。
【００１６】
図２は、図１に示す第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、並びに動力分配機構２０の構成を示す。図２において、実線は連結されていることを示し、破線矢印は信号の流れを示している。
【００１７】
動力分配機構２０は、エンジン１の出力トルクを第１のモータジェネレータＭＧ１と出力軸３とに分配する機構であり、差動作用を生じるように構成されている。具体的には複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる４つの回転要素のうち、第１の回転要素にエンジン１が連結され、第２の回転要素に第１のモータジェネレータＭＧ１が連結され、第３の回転要素に出力軸３が連結され、第４の回転要素にドグクラッチ５が接続される。ドグクラッチ５を解放した状態では、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を連続的に変化させることによりエンジン１の回転数が連続的に変化し、無段変速モードが実現される。一方、ドグクラッチ５を係合して第４の回転要素を固定すると、動力分配機構２０により決定される変速比がオーバードライブ状態（即ち、エンジン回転数が出力回転数より小さくなる状態）に固定され、固定変速比モードが実現される。
【００１８】
本実施形態では、図２に示すように、動力分配機構２０は、２つの遊星歯車機構を組み合わせて構成される。第１の遊星歯車機構はリングギヤ２１、キャリア２２、サンギヤ２３を備え、第２の遊星歯車機構はリングギヤ２５、キャリア２６、サンギヤ２７を備える。
【００１９】
エンジン１の出力軸２は第１の遊星歯車機構のキャリア２２に連結され、そのキャリア２２は第２の遊星歯車機構のリングギヤ２５に連結されている。これらが第１の回転要素を構成する。第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１は第１の遊星歯車機構のサンギヤ２３に連結され、これらが第２の回転要素を構成している。
【００２０】
第１の遊星歯車機構のリングギヤ２１と第２の遊星歯車機構のキャリア２６は相互に連結されているとともに出力軸３に連結されている。これらが第３の回転要素を構成している。また、第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７は第４の回転要素に対応し、ドグクラッチ５を介してブレーキ部７に連結している。
【００２１】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号に基づいて、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、の駆動制御を行う。本実施形態では、例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、の夫々に設けられた図示しない回転数センサからの検出信号に基づいて、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、の夫々の回転数を検出する。ＥＣＵ５０は、これらの回転数に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動制御を行う。
【００２２】
図３にドグクラッチ５の構成例を模式的に示す。この例では、ドグクラッチ５は固定部５３ａと、回転部５３ｂとを備えて構成される。回転部５３ｂは、アクチュエータ６０に連結されている。固定部５３ａ及び回転部５３ｂは、それぞれ複数のドグ歯５５を備えている。回転部５３ｂは図２に示す第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７に連結されており、第４の回転要素であるサンギヤ２７の回転に従って回転する。固定部５３ａはブレーキ部７に固定されている、図中の矢印１２２のように、回転部５３ｂは軸方向に移動（ストローク）可能に構成されており、回転部５３ｂを、アクチュエータ６０を用いて矢印１２２方向に移動させることにより、固定部５３ａに係合し、クラッチをオン状態とする。また、アクチュエータ６０を矢印１２２と逆方向に移動させることにより、回転部５３ｂと固定部５３ａの係合を解放し、クラッチをオフ状態とする。
【００２３】
（回転位相同期制御）
次に、本実施形態に係るドグクラッチの回転位相同期制御について図４を用いて述べる。無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える際には、ドグクラッチ５を係合させる必要がある。無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える際には、ドグクラッチ５を係合させるために、回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇを０ｒｐｍに近づける回転位相同期制御が行われる。
【００２４】
図４は、動力分配機構２０の共線図を示している。図４では、エンジン１のエンジントルクを「Ｔｅ」、エンジン１のエンジン回転数を「ωｅ」、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクを「Ｔｇ」、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ回転数を「ωｇ」、第１のモータジェネレータＭＧ１の目標回転数を「Ｎｇ」、出力軸３の回転数を「ωｏｕｔ」、エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクを「Ｔｅｐ」、ドグクラッチ５における回転部５３ｂの回転数を「ωｄｏｇ」、回転部５３ｂの目標回転数を「Ｎｄｏｇ」、動力配分機構２０の構成により決まるギア比を「ρ」として示している。なお、以下において、「回転数」という場合には、正確には「角速度」のことを示すものとする。従って、例えば「ｄωｅ／ｄｔ」は、エンジンの角加速度を示すものとする。
【００２５】
図４に示すように、ドグクラッチ５を係合させるため、回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇとして、０ｒｐｍに近い値が設定される。目標回転数Ｎｇは、回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇが目標回転数Ｎｄｏｇとなったときの第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数である。従って、目標回転数Ｎｇは、図４に示す共線図に基づいて算出することができる。回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇを目標回転数Ｎｄｏｇに近づけるためには、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを、目標回転数Ｎｇに近づける必要がある。
【００２６】
なお、ここで、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇは、完全に０ｒｐｍに設定されるとは限られない。代わりに、目標回転数Ｎｄｏｇは、０ｒｐｍに近い値、例えば４０ｒｐｍ程度に設定されるとしてもよい。即ち、ドグクラッチ５の係合時において、回転部５３ｂは、完全に停止しているのではなく、比較的低速度で回転しているとしてもよい。このようにする理由は、もし、係合時において、回転部５３ｂのドグ歯と固定部５３ａのドグ歯とが対向している状態になっている場合には、回転部５３ｂが完全に停止しているとすると、ドグ歯同士がぶつかり合ってしまい、ドグクラッチ５を係合させるのが難しくなるからである。つまり、ドグクラッチ５の係合時において、回転部５３ｂを、完全に停止させるのではなく、比較的低速度で回転させるとすることにより、回転部５３ｂのドグ歯の位置をずらすことができ、ドグ歯同士がぶつかり合うのを防ぎ、ドグクラッチ５をスムーズに係合させることができる。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇに近づけるため、第１のモータジェネレータＭＧ１に所定のモータトルクＴｇを出力させる。一般的には、以下の式（１）で示す、平衡分トルクＴｇｆｆとフィードバックトルクＴｇｆｂとの和であるトルクＴｇ１が、モータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力される。
【００２８】
【数１】
ここで、平衡分トルクＴｇｆｆとは、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸にかかるエンジン１からの分力によるトルク（分力トルク）と平衡するトルクのことであり、フィードバックトルクとは、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇへと変化させるためのトルクである。
【００２９】
エンジン１に出力される実トルクＴｅｉは、以下の式（２）で示すように、エンジントルクＴｅとイナーシャトルクＩｅ×（ｄωｅ／ｄｔ）の和で示される。ここで、「Ｉｅ」はエンジンの慣性質量を示している。
【００３０】
【数２】
従って、平衡分トルクＴｇｆｆは、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸にかかるエンジン１の分力トルクと等しいと考えると、ギア比ρを用いて、以下の式（３）で示される。
【００３１】
【数３】
フィードバックトルクＴｇｆｂは、伝達関数をＫｐ、Ｋｉとすると以下の式（４）で示される。ここで、伝達関数Ｋｐ、Ｋｉは予め決められており、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００３２】
【数４】
なお、式（４）の第２項は、伝達関数Ｋｉに対し、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇの積分和を掛けたものとなっている。
【００３３】
先にも述べたように、ドグクラッチ５を係合させるためには、回転部５３ｂの回転数ωｇを０ｒｐｍに近い目標回転数Ｎｄｏｇにする必要がある。一般的なハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時において、式（１）を用いて求められたトルクＴｇ１をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることにより、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇに近づけることとしていた。
【００３４】
しかしながら、エンジントルクの推定誤差や摩擦等を考慮すると、トルクＴｇ１は、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇとはなっていない。そのため、ドグクラッチ５の係合時に、オーバーシュートが発生してしまい、係合するのに時間がかかり、変速に遅れが生じてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時には、以下の式（５）を用いて、トルクＴｇ１を、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正することによりトルクＴｇ２を求め、求められたトルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることとする。従って、トルクＴｇ１が、本発明における所定のトルクに相当する。
【００３６】
【数５】
ここで、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒは、以下の式（６）に示すように、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸に対する総合慣性質量Ｉと第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔとに基づいて求められる。
【００３７】
【数６】
ここで、総合慣性質量Ｉは、エンジン１の慣性質量Ｉｅと第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量Ｉｇとに基づいて、以下の式（７）で求められる。
【００３８】
【数７】
つまり、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時において、予め、式（１）で求められたトルクＴｇ１に対しイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正してトルクＴｇ２を算出している。このようにして算出されたトルクＴｇ２は、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクとなっている。この算出されたトルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることにより、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。このことについて、以下でグラフを用いて具体的に述べる。
【００３９】
次に、上述の回転位相同期制御について、図５に示すグラフを用いて説明する。図５（ａ）は、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇについて、時間に対する変化を示すグラフである。図５（ａ）において、一点鎖線で示すグラフは、トルクＴｇ１をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させた場合のグラフであり、実線で示すグラフは、トルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させた場合のグラフである。図５（ｂ）は、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇについて、時間に対する変化を示すグラフであり、図５（ｃ）は、ドグクラッチ５のアクチュエータ６０の作動状況について、時間に対する変化を示すグラフである。図５（ｃ）において、「ＯＮ」とはアクチュエータ６０が作動している状態と示し、「ＯＦＦ」とはアクチュエータ６０が作動していない状態を示している。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵは、時刻Ｔ１からトルクＴｇを変化させていく。即ち、時刻Ｔ１は、回転位相同期制御を開始する時刻である。この回転位相同期制御を開始するタイミングは、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さくなったときである。制御開始回転数Ｎｇｓｔは、以下の式（８）で求められる。
【００４１】
【数８】
ここで、「応答遅れ時間」は、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力されるモータトルクＴｇの応答遅れ時間である。式（８）より分かるように、制御開始回転数Ｎｇｓｔは、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇから、応答遅れ時間に第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔをかけた値を引くことにより求められる。この「応答遅れ時間」は、予め実験などにより計測され、ＲＯＭなどに記録されている。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、ＥＣＵ５０が、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、第１のモータジェネレータＭＧ１にモータトルクＴｇを出力させることにより、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに近づく。そして時刻Ｔ２において、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数は、目標回転数Ｎｄｏｇに達する。一般的なハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時においても、モータトルクＴｇをトルクＴｇ１としているため、一点鎖線で示すように、時刻Ｔ２経過後に、回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに収束せずに、オーバーシュートしてハンチングしてしまう。それに対し、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時には、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とすることにより、実線で示すように、時刻Ｔ２経過後に、回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに収束して、オーバーシュートすることがない。ＥＣＵ５０は、回転数ωｄｏｇが目標回転数Ｎｄｏｇになると、アクチュエータ６０を作動させ、回転部５３ｂを固定部５３ａに係合させる。これにより、クラッチはオン状態となる。
【００４３】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時に、トルクＴｇ１をイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正することにより、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇを算出することができる。このようにすることで、オーバーシュートやハンチングの発生を防ぐことができる。これにより、ドグクラッチ５をスムーズに係合させることができ、変速に遅れが生じるのを防ぐことができる。
【００４４】
ここで、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させるモータトルクＴｇを変化させると、出力軸３に出力される出力トルクにも変動が生じて、出力軸３にショックが発生する恐れがある。そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｐに基づいて、エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクである伝達トルクＴｅｐを算出し、算出された伝達トルクＴｅｐに基づいて、出力軸３に出力される出力トルクを制御することとする。
【００４５】
エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクである伝達トルクＴｅｐは、以下の式（９）で求められる。ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時、即ち、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とした場合には、以下の式（９）のモータトルクＴｇとしてトルクＴｇ２を代入することにより、伝達トルクＴｅｐを求めることとする。
【００４６】
【数９】
式（９）で求められた伝達トルクＴｅｐは、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させるモータトルクＴｇの変化に対応したものとなっている。そして、ＥＣＵ５０は、以下の式（１０）を用いて、要求出力トルクＴｐを伝達トルクＴｅｐで補正してトルクＴｍを求め、求められたトルクＴｍを、第２のモータジェネレータＭＧ２に出力させる。
【００４７】
【数１０】
このようにすることで、モータトルクＴｇを変化させた場合であっても、出力軸３に出力されるトルクを要求出力トルクＴｐに一致させることができ、出力軸３に発生するショックを抑えることができる。
【００４８】
（回転位相同期制御処理）
次に、本実施形態に係る回転位相同期制御処理について、図６、７に示すフローチャートを用いて説明することとする。以下の制御処理は、所定時間毎に繰り返し行われる。
【００４９】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５を係合する変速要求があるか否かについて判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５を係合する変速要求を示す係合要求フラグがオンになっているか否かによって判定する。ＥＣＵ５０は、アクセル開度が増加した場合などの所定の条件が成立した場合に、ドグクラッチ５を係合する変速要求を示す係合要求フラグをオフからオンにする。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１において、係合要求フラグがオンになっている場合には、ドグクラッチ５を係合する変速要求があると判定して（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ進む。ＥＣＵ５０は、係合要求フラグがオフになっている場合には、ドグクラッチ５を係合する変速要求がないと判定して（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理へ進む。ステップＳ１０９において、ＥＣＵ５０は、式（１）で求められたトルクＴｇ１を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数センサからの検出信号に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを検出する。
【００５１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、制御開始回転数Ｎｇｓｔを算出する。具体的には、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔ、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇを式（８）に代入することにより、制御開始回転数Ｎｇｓｔを算出する。角加速度ｄωｇ／ｄｔは、例えば、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇと、本制御処理が前回実行されたときの第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数との差分をとることにより算出される。また、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇは、先にも述べたように、例えば４０ｒｐｍ程度に設定される。
【００５２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さいか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさ以上であると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理へ進み、式（１）で求められたトルクＴｇ１を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。
【００５３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、式（１）を用いて、トルクＴｇ１を求める。ここで、フィードバックトルクＴｇｆｂを求める式（４）において、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇの時間に対する積分和Σ（Ｎｇ−ωｇ）は、前回実行された本制御処理で求められた積分和Σ（Ｎｇ−ωｇ）に対し、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇを加算することで求められる。
【００５４】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔを式（６）に代入することによりイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを算出する。ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４で算出されたトルクＴｇ１、ステップＳ１０６で算出されたイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを式（５）に代入することにより、トルクＴｇ２を算出する。ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７で算出されたトルクＴｇ２を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。このようにすることで、ドグクラッチ５の係合時に、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇ（即ち、トルクＴｇ２）を求めることができ、オーバーシュートするのを抑えることができる。
【００５５】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１に対し、制御信号を供給することにより、ステップＳ１０８又はＳ１０９の処理で設定されたモータトルクＴｇを出力させる。
【００５６】
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｇを用いて、トルクＴｇの変化による影響を考慮した、エンジン１により出力軸３に伝達される伝達トルクＴｅｐを式（９）で算出する。ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｇをトルクＴｇ１とした場合には、式（９）におけるモータトルクＴｇにトルクＴｇ１を代入することとし、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とした場合には、式（９）におけるモータトルクＴｇにトルクＴｇ２を代入する。ＥＣＵ５０は、要求出力トルクＴｐ、分力トルクＴｅｐを式（１０）に代入することにより、第２のモータジェネレータＭＧ２に出力させるモータトルクＴｍを算出する。なお、要求出力トルクＴｐは、アクセル開度などに基づいて求めることが可能である。
【００５７】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ５０は、第２のモータジェネレータＭＧ２に対し、制御信号を供給することにより、モータトルクＴｍを出力させる。このようにすることで、モータトルクＴｇを変化させた場合であっても、出力軸３に出力される出力トルクを要求出力トルクＴｐに一致させることができ、出力軸３に発生するショックを抑えることができる。
【００５８】
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさが第１の所定値よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさが第１の所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。ここで、第１の所定値は、角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさがこの値よりも小さい場合には、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの角加速度が略０になるとみなせる値である。第１の所定値は、予め決められ、ＲＯＭなどに記録されている。
【００５９】
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωの大きさが第２の所定値よりも小さいか否かを判定し、第２の所定値よりも小さくない、即ち、第２の所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。一方、ＥＣＵ５０は、回転数ωの大きさが第２の所定値よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、アクチュエータ６０を作動させて、回転部５３ｂを固定部５３ａに係合し、クラッチをオン状態とした後（ステップＳ１１５）、本制御処理をリターンする。ここで、第２の所定値とは、例えば、目標回転数Ｎｇであり、ＲＯＭなどに記録されている。
【００６０】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、エンジン１及び第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量Ｉｅ、Ｉｇと、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇと、に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを算出し、トルクＴｇ１を当該イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正してから第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させる。このようにすることで、ドグクラッチ５を係合させるのに正確なモータトルクＴｇを算出することができ、オーバーシュートやハンチングの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。
【図２】モータジェネレータ及び動力分割機構の構成を示す図である。
【図３】ドグクラッチの構造を示す図である。
【図４】動力分配機構の共線図を示す図である。
【図５】ドグクラッチの回転部の回転数、第１のモータジェネレータのトルク、ドグクラッチの作動状況の夫々について、時間に対する変化を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る回転位相同期制御処理を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る回転位相同期制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
ＭＧ１、ＭＧ２ モータジェネレータ
１ エンジン
３ 出力軸
５ ドグクラッチ
７ ブレーキ部
２０ 動力分配機構
５５ ドグ歯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車両に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（エンジン）に加えて、電動機やモータジェネレータなどの動力源を備えるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、内燃機関を可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキの過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。
【０００３】
このようなハイブリッド車両の一例として、無段変速モードと固定比変速モードとを切り替えて運転することが可能なように構成されたハイブリッド車両がある。このハイブリッド車両では、２つの遊星歯車機構を組み合わせた動力分配機構を有し、動力分配機構は、エンジン、第１のモータジェネレータ、出力軸及びブレーキに接続される。ブレーキを解放した状態では、第１のモータジェネレータの回転数を連続的に変化させることにより、エンジンの回転数が連続的に変化し、無段変速モードでの運転が実行される。一方、ブレーキを固定した状態では、上記の回転要素の１つの回転が阻止されることにより変速比が固定となり、固定比変速モードでの運転が実行される。また、無段変速モードと固定比変速モードとを切り替える変速機構は、従来の湿式多板クラッチではなく、ドグ歯を有する噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）を利用した回転位相同期変速制御によるものが知られている。
【０００４】
例えば、以下の特許文献１には、噛み合いクラッチを係合するときに、電気モータの回転速度に基づいてモータトルクを算出し、算出されたモータトルクを電気モータに出力させることにより回転位相を同期させる技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２９５７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エンジントルクの推定誤差や摩擦等により、正確なモータトルクを算出できないため、噛み合いクラッチの係合時にオーバーシュートやハンチングを引き起こす恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、モータトルクを正確に算出することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの観点では、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置であって、前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。
【０００９】
上記のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用される。モータジェネレータは、例えば、第１のモータジェネレータであり、第１の要素は、例えば、ドグクラッチにおける回転部であり、第２の要素は、例えば、ドグクラッチにおける固定部である。ハイブリッド車両の制御装置は、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有する。前記制御手段は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【００１０】
上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記所定のトルクに基づいて、前記エンジンより出力軸に伝達される伝達トルクを算出し、算出された前記伝達トルクに基づいて、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する。具体的には、前記制御手段は、前記伝達トルクに基づいて求められたトルクを、前記出力軸と接続された第２のモータジェネレータに出力させることによって、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する。このようにすることで、出力軸に発生するショックを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１１】
エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置において、前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させる。このようにすることで、前記第１の要素を目標回転数に正確に収束させることが可能なモータトルクを算出することができ、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
図１に本発明を適用したハイブリッド車両の制御装置の概略構成を示す。図１の例は、機械分配式２モータ型と称されるハイブリッド車両であり、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、動力分配機構２０、を備える。動力源に相当するエンジン１と、回転数制御機構に相当する第１のモータジェネレータＭＧ１とが動力分配機構２０に連結されている。動力分配機構２０の出力軸３には、駆動トルク又はブレーキ力のアシストを行うための副動力源である第２のモータジェネレータＭＧ２が、ＭＧ２変速部６を介して連結されている。さらに、出力軸３は最終減速機８を介して左右の駆動輪９に連結されている。第１のモータジェネレータＭＧ１と第２のモータジェネレータＭＧ２とは、バッテリー、インバータ、又は適宜のコントローラ（図示せず）を介して、もしくは直接的に電気的に接続され、第１のモータジェネレータＭＧ１で生じた電力で第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するように構成されている。
【００１４】
エンジン１は燃料を燃焼して動力を発生する熱機関であり、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。第１のモータジェネレータＭＧ１はエンジン１からトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴う反力トルクが作用する。第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を制御することにより、エンジン１の回転数が連続的に変化する。このような変速モードを無段変速モードという。無段変速モードは、後述する動力分配機構２０の差動作用により実現される。
【００１５】
第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動トルク又はブレーキ力を補助（アシスト）する装置である。駆動トルクをアシストする場合、第２のモータジェネレータＭＧ２は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２のモータジェネレータＭＧ２は、駆動輪９から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。
【００１６】
図２は、図１に示す第１及び第２のモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、並びに動力分配機構２０の構成を示す。図２において、実線は連結されていることを示し、破線矢印は信号の流れを示している。
【００１７】
動力分配機構２０は、エンジン１の出力トルクを第１のモータジェネレータＭＧ１と出力軸３とに分配する機構であり、差動作用を生じるように構成されている。具体的には複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる４つの回転要素のうち、第１の回転要素にエンジン１が連結され、第２の回転要素に第１のモータジェネレータＭＧ１が連結され、第３の回転要素に出力軸３が連結され、第４の回転要素にドグクラッチ５が接続される。ドグクラッチ５を解放した状態では、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数を連続的に変化させることによりエンジン１の回転数が連続的に変化し、無段変速モードが実現される。一方、ドグクラッチ５を係合して第４の回転要素を固定すると、動力分配機構２０により決定される変速比がオーバードライブ状態（即ち、エンジン回転数が出力回転数より小さくなる状態）に固定され、固定変速比モードが実現される。
【００１８】
本実施形態では、図２に示すように、動力分配機構２０は、２つの遊星歯車機構を組み合わせて構成される。第１の遊星歯車機構はリングギヤ２１、キャリア２２、サンギヤ２３を備え、第２の遊星歯車機構はリングギヤ２５、キャリア２６、サンギヤ２７を備える。
【００１９】
エンジン１の出力軸２は第１の遊星歯車機構のキャリア２２に連結され、そのキャリア２２は第２の遊星歯車機構のリングギヤ２５に連結されている。これらが第１の回転要素を構成する。第１のモータジェネレータＭＧ１のロータ１１は第１の遊星歯車機構のサンギヤ２３に連結され、これらが第２の回転要素を構成している。
【００２０】
第１の遊星歯車機構のリングギヤ２１と第２の遊星歯車機構のキャリア２６は相互に連結されているとともに出力軸３に連結されている。これらが第３の回転要素を構成している。また、第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７は第４の回転要素に対応し、ドグクラッチ５を介してブレーキ部７に連結している。
【００２１】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号に基づいて、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、第２のモータジェネレータＭＧ２、の駆動制御を行う。本実施形態では、例えば、ＥＣＵ５０は、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、の夫々に設けられた図示しない回転数センサからの検出信号に基づいて、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、の夫々の回転数を検出する。ＥＣＵ５０は、これらの回転数に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１の駆動制御を行う。
【００２２】
図３にドグクラッチ５の構成例を模式的に示す。この例では、ドグクラッチ５は固定部５３ａと、回転部５３ｂとを備えて構成される。回転部５３ｂは、アクチュエータ６０に連結されている。固定部５３ａ及び回転部５３ｂは、それぞれ複数のドグ歯５５を備えている。回転部５３ｂは図２に示す第２の遊星歯車機構のサンギヤ２７に連結されており、第４の回転要素であるサンギヤ２７の回転に従って回転する。固定部５３ａはブレーキ部７に固定されている、図中の矢印１２２のように、回転部５３ｂは軸方向に移動（ストローク）可能に構成されており、回転部５３ｂを、アクチュエータ６０を用いて矢印１２２方向に移動させることにより、固定部５３ａに係合し、クラッチをオン状態とする。また、アクチュエータ６０を矢印１２２と逆方向に移動させることにより、回転部５３ｂと固定部５３ａの係合を解放し、クラッチをオフ状態とする。
【００２３】
（回転位相同期制御）
次に、本実施形態に係るドグクラッチの回転位相同期制御について図４を用いて述べる。無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える際には、ドグクラッチ５を係合させる必要がある。無段変速モードから固定変速比モードへと切り替える際には、ドグクラッチ５を係合させるために、回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇを０ｒｐｍに近づける回転位相同期制御が行われる。
【００２４】
図４は、動力分配機構２０の共線図を示している。図４では、エンジン１のエンジントルクを「Ｔｅ」、エンジン１のエンジン回転数を「ωｅ」、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクを「Ｔｇ」、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ回転数を「ωｇ」、第１のモータジェネレータＭＧ１の目標回転数を「Ｎｇ」、出力軸３の回転数を「ωｏｕｔ」、エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクを「Ｔｅｐ」、ドグクラッチ５における回転部５３ｂの回転数を「ωｄｏｇ」、回転部５３ｂの目標回転数を「Ｎｄｏｇ」、動力配分機構２０の構成により決まるギア比を「ρ」として示している。なお、以下において、「回転数」という場合には、正確には「角速度」のことを示すものとする。従って、例えば「ｄωｅ／ｄｔ」は、エンジンの角加速度を示すものとする。
【００２５】
図４に示すように、ドグクラッチ５を係合させるため、回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇとして、０ｒｐｍに近い値が設定される。目標回転数Ｎｇは、回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇが目標回転数Ｎｄｏｇとなったときの第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数である。従って、目標回転数Ｎｇは、図４に示す共線図に基づいて算出することができる。回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇを目標回転数Ｎｄｏｇに近づけるためには、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを、目標回転数Ｎｇに近づける必要がある。
【００２６】
なお、ここで、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇは、完全に０ｒｐｍに設定されるとは限られない。代わりに、目標回転数Ｎｄｏｇは、０ｒｐｍに近い値、例えば４０ｒｐｍ程度に設定されるとしてもよい。即ち、ドグクラッチ５の係合時において、回転部５３ｂは、完全に停止しているのではなく、比較的低速度で回転しているとしてもよい。このようにする理由は、もし、係合時において、回転部５３ｂのドグ歯と固定部５３ａのドグ歯とが対向している状態になっている場合には、回転部５３ｂが完全に停止しているとすると、ドグ歯同士がぶつかり合ってしまい、ドグクラッチ５を係合させるのが難しくなるからである。つまり、ドグクラッチ５の係合時において、回転部５３ｂを、完全に停止させるのではなく、比較的低速度で回転させるとすることにより、回転部５３ｂのドグ歯の位置をずらすことができ、ドグ歯同士がぶつかり合うのを防ぎ、ドグクラッチ５をスムーズに係合させることができる。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇに近づけるため、第１のモータジェネレータＭＧ１に所定のモータトルクＴｇを出力させる。一般的には、以下の式（１）で示す、平衡分トルクＴｇｆｆとフィードバックトルクＴｇｆｂとの和であるトルクＴｇ１が、モータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力される。
【００２８】
【数１】
ここで、平衡分トルクＴｇｆｆとは、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸にかかるエンジン１からの分力によるトルク（分力トルク）と平衡するトルクのことであり、フィードバックトルクとは、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇへと変化させるためのトルクである。
【００２９】
エンジン１に出力される実トルクＴｅｉは、以下の式（２）で示すように、エンジントルクＴｅとイナーシャトルクＩｅ×（ｄωｅ／ｄｔ）の和で示される。ここで、「Ｉｅ」はエンジンの慣性質量を示している。
【００３０】
【数２】
従って、平衡分トルクＴｇｆｆは、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸にかかるエンジン１の分力トルクと等しいと考えると、ギア比ρを用いて、以下の式（３）で示される。
【００３１】
【数３】
フィードバックトルクＴｇｆｂは、伝達関数をＫｐ、Ｋｉとすると以下の式（４）で示される。ここで、伝達関数Ｋｐ、Ｋｉは予め決められており、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００３２】
【数４】
なお、式（４）の第２項は、伝達関数Ｋｉに対し、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇの積分和を掛けたものとなっている。
【００３３】
先にも述べたように、ドグクラッチ５を係合させるためには、回転部５３ｂの回転数ωｇを０ｒｐｍに近い目標回転数Ｎｄｏｇにする必要がある。一般的なハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時において、式（１）を用いて求められたトルクＴｇ１をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることにより、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを目標回転数Ｎｇに近づけることとしていた。
【００３４】
しかしながら、エンジントルクの推定誤差や摩擦等を考慮すると、トルクＴｇ１は、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇとはなっていない。そのため、ドグクラッチ５の係合時に、オーバーシュートが発生してしまい、係合するのに時間がかかり、変速に遅れが生じてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時には、以下の式（５）を用いて、トルクＴｇ１を、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正することによりトルクＴｇ２を求め、求められたトルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることとする。従って、トルクＴｇ１が、本発明における所定のトルクに相当する。
【００３６】
【数５】
ここで、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒは、以下の式（６）に示すように、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸に対する総合慣性質量Ｉと第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔとに基づいて求められる。
【００３７】
【数６】
ここで、総合慣性質量Ｉは、エンジン１の慣性質量Ｉｅと第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量Ｉｇとに基づいて、以下の式（７）で求められる。
【００３８】
【数７】
つまり、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時において、予め、式（１）で求められたトルクＴｇ１に対しイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正してトルクＴｇ２を算出している。このようにして算出されたトルクＴｇ２は、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクとなっている。この算出されたトルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させることにより、オーバーシュートの発生を防ぐことができる。このことについて、以下でグラフを用いて具体的に述べる。
【００３９】
次に、上述の回転位相同期制御について、図５に示すグラフを用いて説明する。図５（ａ）は、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇについて、時間に対する変化を示すグラフである。図５（ａ）において、一点鎖線で示すグラフは、トルクＴｇ１をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させた場合のグラフであり、実線で示すグラフは、トルクＴｇ２をモータトルクＴｇとして第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させた場合のグラフである。図５（ｂ）は、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇについて、時間に対する変化を示すグラフであり、図５（ｃ）は、ドグクラッチ５のアクチュエータ６０の作動状況について、時間に対する変化を示すグラフである。図５（ｃ）において、「ＯＮ」とはアクチュエータ６０が作動している状態と示し、「ＯＦＦ」とはアクチュエータ６０が作動していない状態を示している。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、ＥＣＵは、時刻Ｔ１からトルクＴｇを変化させていく。即ち、時刻Ｔ１は、回転位相同期制御を開始する時刻である。この回転位相同期制御を開始するタイミングは、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さくなったときである。制御開始回転数Ｎｇｓｔは、以下の式（８）で求められる。
【００４１】
【数８】
ここで、「応答遅れ時間」は、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力されるモータトルクＴｇの応答遅れ時間である。式（８）より分かるように、制御開始回転数Ｎｇｓｔは、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇから、応答遅れ時間に第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔをかけた値を引くことにより求められる。この「応答遅れ時間」は、予め実験などにより計測され、ＲＯＭなどに記録されている。
【００４２】
図５（ａ）に示すように、ＥＣＵ５０が、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、第１のモータジェネレータＭＧ１にモータトルクＴｇを出力させることにより、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに近づく。そして時刻Ｔ２において、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの回転数は、目標回転数Ｎｄｏｇに達する。一般的なハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時においても、モータトルクＴｇをトルクＴｇ１としているため、一点鎖線で示すように、時刻Ｔ２経過後に、回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに収束せずに、オーバーシュートしてハンチングしてしまう。それに対し、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時には、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とすることにより、実線で示すように、時刻Ｔ２経過後に、回転数ωｄｏｇは目標回転数Ｎｄｏｇに収束して、オーバーシュートすることがない。ＥＣＵ５０は、回転数ωｄｏｇが目標回転数Ｎｄｏｇになると、アクチュエータ６０を作動させ、回転部５３ｂを固定部５３ａに係合させる。これにより、クラッチはオン状態となる。
【００４３】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ドグクラッチ５の係合時に、トルクＴｇ１をイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正することにより、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇを算出することができる。このようにすることで、オーバーシュートやハンチングの発生を防ぐことができる。これにより、ドグクラッチ５をスムーズに係合させることができ、変速に遅れが生じるのを防ぐことができる。
【００４４】
ここで、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させるモータトルクＴｇを変化させると、出力軸３に出力される出力トルクにも変動が生じて、出力軸３にショックが発生する恐れがある。そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｐに基づいて、エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクである伝達トルクＴｅｐを算出し、算出された伝達トルクＴｅｐに基づいて、出力軸３に出力される出力トルクを制御することとする。
【００４５】
エンジン１より出力軸３に伝達されるトルクである伝達トルクＴｅｐは、以下の式（９）で求められる。ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５の係合時、即ち、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とした場合には、以下の式（９）のモータトルクＴｇとしてトルクＴｇ２を代入することにより、伝達トルクＴｅｐを求めることとする。
【００４６】
【数９】
式（９）で求められた伝達トルクＴｅｐは、第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させるモータトルクＴｇの変化に対応したものとなっている。そして、ＥＣＵ５０は、以下の式（１０）を用いて、要求出力トルクＴｐを伝達トルクＴｅｐで補正してトルクＴｍを求め、求められたトルクＴｍを、第２のモータジェネレータＭＧ２に出力させる。
【００４７】
【数１０】
このようにすることで、モータトルクＴｇを変化させた場合であっても、出力軸３に出力されるトルクを要求出力トルクＴｐに一致させることができ、出力軸３に発生するショックを抑えることができる。
【００４８】
（回転位相同期制御処理）
次に、本実施形態に係る回転位相同期制御処理について、図６、７に示すフローチャートを用いて説明することとする。以下の制御処理は、所定時間毎に繰り返し行われる。
【００４９】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５を係合する変速要求があるか否かについて判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ドグクラッチ５を係合する変速要求を示す係合要求フラグがオンになっているか否かによって判定する。ＥＣＵ５０は、アクセル開度が増加した場合などの所定の条件が成立した場合に、ドグクラッチ５を係合する変速要求を示す係合要求フラグをオフからオンにする。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１において、係合要求フラグがオンになっている場合には、ドグクラッチ５を係合する変速要求があると判定して（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ進む。ＥＣＵ５０は、係合要求フラグがオフになっている場合には、ドグクラッチ５を係合する変速要求がないと判定して（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理へ進む。ステップＳ１０９において、ＥＣＵ５０は、式（１）で求められたトルクＴｇ１を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数センサからの検出信号に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇを検出する。
【００５１】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、制御開始回転数Ｎｇｓｔを算出する。具体的には、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔ、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇを式（８）に代入することにより、制御開始回転数Ｎｇｓｔを算出する。角加速度ｄωｇ／ｄｔは、例えば、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇと、本制御処理が前回実行されたときの第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数との差分をとることにより算出される。また、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの目標回転数Ｎｄｏｇは、先にも述べたように、例えば４０ｒｐｍ程度に設定される。
【００５２】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さいか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさよりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０２で検出された第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇの大きさが制御開始回転数Ｎｇｓｔの大きさ以上であると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０９の処理へ進み、式（１）で求められたトルクＴｇ１を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。
【００５３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、式（１）を用いて、トルクＴｇ１を求める。ここで、フィードバックトルクＴｇｆｂを求める式（４）において、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇの時間に対する積分和Σ（Ｎｇ−ωｇ）は、前回実行された本制御処理で求められた積分和Σ（Ｎｇ−ωｇ）に対し、第１のモータジェネレータＭＧ１の角速度の偏差Ｎｇ−ωｇを加算することで求められる。
【００５４】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔを式（６）に代入することによりイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを算出する。ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４で算出されたトルクＴｇ１、ステップＳ１０６で算出されたイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを式（５）に代入することにより、トルクＴｇ２を算出する。ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０７で算出されたトルクＴｇ２を第１のモータジェネレータＭＧ１のモータトルクＴｇとした後、ステップＳ１１０の処理へ進む。このようにすることで、ドグクラッチ５の係合時に、回転部５３ｂの回転数ωｇを目標回転数Ｎｄｏｇに正確に収束させることが可能なモータトルクＴｇ（即ち、トルクＴｇ２）を求めることができ、オーバーシュートするのを抑えることができる。
【００５５】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１に対し、制御信号を供給することにより、ステップＳ１０８又はＳ１０９の処理で設定されたモータトルクＴｇを出力させる。
【００５６】
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｇを用いて、トルクＴｇの変化による影響を考慮した、エンジン１により出力軸３に伝達される伝達トルクＴｅｐを式（９）で算出する。ＥＣＵ５０は、モータトルクＴｇをトルクＴｇ１とした場合には、式（９）におけるモータトルクＴｇにトルクＴｇ１を代入することとし、モータトルクＴｇをトルクＴｇ２とした場合には、式（９）におけるモータトルクＴｇにトルクＴｇ２を代入する。ＥＣＵ５０は、要求出力トルクＴｐ、分力トルクＴｅｐを式（１０）に代入することにより、第２のモータジェネレータＭＧ２に出力させるモータトルクＴｍを算出する。なお、要求出力トルクＴｐは、アクセル開度などに基づいて求めることが可能である。
【００５７】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ５０は、第２のモータジェネレータＭＧ２に対し、制御信号を供給することにより、モータトルクＴｍを出力させる。このようにすることで、モータトルクＴｇを変化させた場合であっても、出力軸３に出力される出力トルクを要求出力トルクＴｐに一致させることができ、出力軸３に発生するショックを抑えることができる。
【００５８】
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさが第１の所定値よりも小さいか否かを判定し、小さいと判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさが第１の所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。ここで、第１の所定値は、角加速度ｄωｇ／ｄｔの大きさがこの値よりも小さい場合には、ドグクラッチ５の回転部５３ｂの角加速度が略０になるとみなせる値である。第１の所定値は、予め決められ、ＲＯＭなどに記録されている。
【００５９】
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ５０は、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωの大きさが第２の所定値よりも小さいか否かを判定し、第２の所定値よりも小さくない、即ち、第２の所定値以上であると判定した場合には（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、本制御処理をリターンする。一方、ＥＣＵ５０は、回転数ωの大きさが第２の所定値よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、アクチュエータ６０を作動させて、回転部５３ｂを固定部５３ａに係合し、クラッチをオン状態とした後（ステップＳ１１５）、本制御処理をリターンする。ここで、第２の所定値とは、例えば、目標回転数Ｎｇであり、ＲＯＭなどに記録されている。
【００６０】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置では、ＥＣＵ５０は、エンジン１及び第１のモータジェネレータＭＧ１の慣性質量Ｉｅ、Ｉｇと、第１のモータジェネレータＭＧ１の回転数ωｇと、に基づいて、第１のモータジェネレータＭＧ１のモータ軸のイナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒを算出し、トルクＴｇ１を当該イナーシャトルクＴｇ＿ｉｎｒで補正してから第１のモータジェネレータＭＧ１に出力させる。このようにすることで、ドグクラッチ５を係合させるのに正確なモータトルクＴｇを算出することができ、オーバーシュートやハンチングの発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。
【図２】モータジェネレータ及び動力分割機構の構成を示す図である。
【図３】ドグクラッチの構造を示す図である。
【図４】動力分配機構の共線図を示す図である。
【図５】ドグクラッチの回転部の回転数、第１のモータジェネレータのトルク、ドグクラッチの作動状況の夫々について、時間に対する変化を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る回転位相同期制御処理を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る回転位相同期制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
ＭＧ１、ＭＧ２ モータジェネレータ
１ エンジン
３ 出力軸
５ ドグクラッチ
７ ブレーキ部
２０ 動力分配機構
５５ ドグ歯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置であって、
前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させ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】
前記制御手段は、前記所定のトルクに基づいて、前記エンジンより出力軸に伝達される伝達トルクを算出し、算出された前記伝達トルクに基づいて、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
エンジンと、モータジェネレータと、前記モータジェネレータにより回転制御される第１の要素と、前記第１の要素と係合する第２の要素と、を有するハイブリッド車両に適用され、所定のトルクを前記モータジェネレータに出力させることにより、前記第１の要素と前記第２の要素の回転位相を同期させる制御手段を有するハイブリッド車両の制御装置であって、
前記制御手段は、前記エンジン及び前記モータジェネレータの慣性質量と、前記モータジェネレータの回転数と、に基づいて、前記モータジェネレータのモータ軸のイナーシャトルクを算出し、前記所定のトルクを前記イナーシャトルクで補正してから前記モータジェネレータに出力させ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】
前記制御手段は、前記所定のトルクに基づいて、前記エンジンより出力軸に伝達される伝達トルクを算出し、算出された前記伝達トルクに基づいて、前記出力軸に出力される出力トルクを制御する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１４３３６０（Ｐ２００９−１４３３６０Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２１３４（Ｐ２００７−３２２１３４）
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]