JP2013173529A - ハイブリッド自動車の差動制限制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前後軸間の差動制限を行う際、車両振動や駆動力変化を抑制するハイブリッド自動車の差動制限制御装置を提供する。
【解決手段】前後軸間の実回転数差及び目標回転数差を演算し、実回転数差を目標回転数差に追従させる副駆動軸補正トルクを演算し、副駆動軸補正トルクの最大値を制限する最大差動制限トルクを演算し、副駆動軸補正トルクを最大差動制限トルクに基づき制限したリミット出力を演算し、総駆動トルクから配分された副駆動軸駆動トルクをリミッタ出力で補正し、補正した副駆動軸駆動トルクとなるように、電動モータを制御して、差動制限を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車の前後軸間の差動を制限する差動制限制御装置に関する。

車両の前後軸の駆動力を制御する技術として、例えば、特許文献１に示す技術が知られている。

特許第３８２６２４７号公報

特許文献１では、（特に、段落００７６〜００９６、図６〜図８等参照）、前輪又は後輪のいずれかがスリップしている場合には、スリップしている方の車輪の要求トルクを減少させる補正を行っている。しかしながら、前後軸間の差動を制限する差動制限自体は行っていない。特許文献１に示す技術において差動制限を行うことを考えると、電子制御ＬＳＤ（Limited Slip Differential）を用いたイニシャルトルクによる前後軸間の差動制限制御と同等の効果を得るためには、トルク補正ゲインを高くし、制御応答性を高める必要がある。これにより制御応答性は高まるが、トルク補正量が大きくなるため、制御量が振動的になり、車両振動や加速度変化が発生するという問題がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、前後軸間の差動制限を行う際、車両振動や駆動力変化を抑制するハイブリッド自動車の差動制限制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るハイブリッド自動車の差動制限制御装置は、
前軸及び後軸のいずれか一方を主駆動軸とし、当該主駆動軸を駆動する内燃機関と、
前軸及び後軸のいずれか他方を副駆動軸とし、当該副駆動軸を駆動する電動モータと、
前記内燃機関と前記電動モータとを制御して、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の差動制限を行う差動制限制御装置とを備え、
前記差動制限制御装置は、
運転者の加速要求に応じて、車両の総駆動トルクを演算し、
車両状態及び運転者の操作状態に応じて、前記総駆動トルクを前記主駆動軸への主駆動軸駆動トルクと前記副駆動軸への副駆動軸駆動トルクに各々配分し、
前記主駆動軸の実回転数と前記副駆動軸の実回転数から、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の実回転数差である実前後軸間回転数差を演算し、
前記車両の車速及び操舵角に基づいて、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の目標回転数差を演算し、
前記実前後軸間回転数差を前記目標回転数差に追従させる副駆動軸補正トルクを演算し、
前記副駆動軸補正トルクの最大値を制限する最大差動制限トルクが、前記総駆動トルクの増加に応じて増加する第１のマップを用い、運転者の操作状態に基づいて、前記最大差動制限トルクを演算し、
前記副駆動軸補正トルクを前記最大差動制限トルクに基づき制限したリミッタ出力を演算し、
前記副駆動軸駆動トルクに前記リミッタ出力を加算した制限副駆動軸駆動トルクを演算し、
前記主駆動軸駆動トルクとなるように、前記内燃機関を制御すると共に、前記制限副駆動軸駆動トルクとなるように、前記電動モータを制御して、差動制限を行うことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るハイブリッド自動車の差動制限制御装置は、
上記第１の発明に記載のハイブリッド自動車の差動制限制御装置において、
前記差動制限制御装置は、
前記最大差動制限トルクを補正する補正係数を、前記操舵角の絶対値の増加に応じて、当該補正係数が１から０へ減少する第２のマップを用いて演算し、
前記最大差動制限トルクと前記補正係数とを積算して、前記副駆動軸補正トルクを制限するトルク差上限値を演算し、
前記副駆動軸補正トルクを前記トルク差上限値に基づき制限して、前記リミッタ出力を演算することを特徴とする。

本発明によれば、ハイゲインの追従制御を行って、目標回転数差に対する副駆動軸駆動トルクを算出しても、算出した副駆動軸駆動トルクの上限を制限し、制限した副駆動軸駆動トルクに基づくモータトルクを用いて、電動モータを制御するので、モータトルクの応答性、目標値への収斂性が向上する。その結果、電子制御ＬＳＤを用いたイニシャルトルクによる差動制限制御と同等の効果が得られ、安定性の向上やトラクション性能の向上を図ることができる。又、目標回転数差を０とする場合にも、電子制御ＬＳＤと同様の効果が得られるため、直進安定性が向上する。

又、本発明によれば、車速及び操舵角から演算した目標回転数差を用いるので、目標車体姿勢から実車体姿勢がずれた分だけ差動制限のトルク差が作用し、スムーズな旋回と優れた安定性を両立することができる。

本発明に係るハイブリッド自動車の差動制限制御装置の実施形態の一例を説明する概略構成図であり、（ａ）は、後軸を副駆動軸とする場合、（ｂ）は、前軸を副駆動軸とする場合である。 図１に示したハイブリッド自動車の差動制限制御装置を説明するブロック図である。 図１に示したハイブリッド自動車の差動制限制御装置で用いるマップであり、（ａ）は駆動トルクに対する最大差動制限トルクを演算するものであり、（ｂ）は操舵角に対する補正係数を演算するものである。

以下、図１〜図３を参照して、本発明に係るハイブリッド自動車の差動制限制御装置の実施形態の一例を説明する。

（実施例１）
図１は、本実施例のハイブリッド自動車の差動制限制御装置を説明する概略構成図である。又、図２は、図１に示した差動制限制御装置を説明するブロック図であり、図３は、図１に示した差動制限制御装置で用いるマップである。

本実施例の差動制限制御装置は、内燃機関（エンジン）と電動モータとを駆動源として用いる車両、所謂、ハイブリッド自動車に適用するものである。例えば、図１（ａ）には、前軸を主駆動軸として、エンジンにより駆動し、後軸を副駆動軸として、電動モータにより駆動する構成が示されており、図１（ｂ）には、前軸を副駆動軸として、電動モータにより駆動し、後軸を主駆動軸として、エンジンにより駆動する構成が示されている。

概略を説明すると、図１（ａ）に示すハイブリッド自動車１０は、前左輪１１と前右輪１２とを駆動する主駆動軸１３と、デファレンシャル・ギア１４を介して、主駆動軸１３と接続され、主駆動軸１３の駆動源（主駆動源）となるエンジン１５と、後左輪１６と後右輪１７とを駆動する副駆動軸１８と、デファレンシャル・ギア１９を介して、副駆動軸１８と接続され、副駆動軸１８の駆動源（副駆動源）となる電動モータ２０とを有する。

又、図１（ｂ）に示すように、主駆動軸１３と副駆動軸１８とを前軸と後軸とで入れ換えても良い。概略を説明すると、図１（ｂ）に示すハイブリッド自動車１０は、前左輪１１と前右輪１２とを駆動する副駆動軸１８と、デファレンシャル・ギア１４を介して、副駆動軸１８と接続され、副駆動軸１８の駆動源（副駆動源）となる電動モータ２０と、後左輪１６と後右輪１７とを駆動する主駆動軸１３と、デファレンシャル・ギア１９を介して、主駆動軸１３と接続され、主駆動軸１３の駆動源（主駆動源）となるエンジン１５とを有する。

そして、上記のエンジン１５と電動モータ２０とを、差動制限制御装置２１で制御することにより、後述する前後軸間の差動制限を行っている。ここで、デファレンシャル・ギア１４は、エンジン１５又は電動モータ２０からの出力を左輪１１及び右輪１２に駆動力として伝達すると共に、左輪１１と右輪１２との回転数差を調整するものであり、デファレンシャル・ギア１９は、電動モータ２０又はエンジン１５からの出力を左輪１６及び右輪１７に駆動力として伝達すると共に、左輪１６と右輪１７との回転数差を調整するものである。

次に、図２、図３も参照して、差動制限制御装置２１の機能及び制御を説明する。

差動制限制御装置２１は、総駆動トルク演算手段Ｂ１と、トルク配分演算手段Ｂ２と、主駆動軸駆動トルク→主駆動装置制御トルク変換手段Ｂ３と、主駆動装置制御手段Ｂ４と、目標回転数差演算手段Ｂ５と、主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６と、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７と、目標回転数差追従制御手段Ｂ８と、トルク差上限値演算手段Ｂ９と、リミッタＢ１０と、副駆動軸駆動トルク→副駆動モータ制御トルク変換手段Ｂ１１と、副駆動モータ制御手段Ｂ１２とを有する。

なお、センサ群Ａ１は、例えば、車速を検出する車速センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、ステアリングの操舵角を検出する操舵角センサ、各輪の車輪速から実回転数を検出する車輪速センサ（共に図示省略）等であり、検出されたセンサ値を用いて、後述する演算が行われる。

総駆動トルク演算手段Ｂ１では、運転者の加速要求に応じて、総駆動トルクを演算している。具体的には、車速センサ、アクセル開度センサで検出された車速、アクセル開度に基づき、下記式に示すように、車速、アクセル開度を変数とする関数Ｆ１により総駆動トルクを求めている。
総駆動トルク＝Ｆ１（車速、アクセル開度）

トルク配分演算手段Ｂ２では、総駆動トルク演算手段Ｂ１で演算された総駆動トルクを、車両状態や運転者の操作状態に応じて、主駆動軸１３、副駆動軸１８各々に、目標駆動トルクとして配分している。主駆動軸１３へ配分する目標駆動トルクとなる主駆動軸駆動トルクは、車両状態や運転者の操作状態を変数とする関数Ｆ２又はＦ３により求めても良いし（例えば、下記式（１）、（２））、車両の荷重配分比（固定値）に応じて求めても良い（下記式（３））。
主駆動軸駆動トルク＝総駆動トルク×Ｆ２（アクセル開度又は駆動トルク） …（１）
主駆動軸駆動トルク＝総駆動トルク×Ｆ３（前後加速度） …（２）
主駆動軸駆動トルク＝総駆動トルク×荷重配分比（固定値） …（３）

そして、副駆動軸１８へ配分する目標駆動トルクとなる副駆動軸駆動トルクは、上記式（１）〜（３）のいずれかを用いて求めた主駆動軸駆動トルクを用いて、以下の式により求めている。
副駆動軸駆動トルク＝総駆動トルク−主駆動軸駆動トルク

主駆動軸駆動トルク→主駆動装置制御トルク変換手段Ｂ３では、以下の式を用いて、主駆動軸駆動トルクをエンジン１５の制御トルクに変換している。この式での係数は、主駆動軸１３の減速比に応じたものであり、例えば、係数＝（１／減速比）である。
主駆動装置制御トルク＝主駆動軸駆動トルク×係数

主駆動装置制御手段Ｂ４では、上記主駆動装置制御トルクを出力するように、エンジン１５を制御している。

目標回転数差演算手段Ｂ５では、車両状態や運転者の操作状態に応じて、目標回転数差を演算している。具体的には、車速センサ、操舵角センサで検出された車速、操舵角に基づき、下記式に示すように、車速、操舵角を変数とする関数Ｆ４により目標回転数差を求める。
目標回転数差＝Ｆ４（車速、操舵角）
なお、直進状態のとき、目標回転数差は、０となる。

主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７では、各輪の車輪速センサから、主駆動軸１３及び副駆動軸１８の実回転数を求めている。
例えば、前軸を主駆動軸１３、後軸を副駆動軸１８とする場合には（図１（ａ）参照）、以下の式から、主駆動軸実回転数、副駆動軸実回転数を求めている。
主駆動軸実回転数＝（前右輪回転数＋前左輪回転数）÷２
副駆動軸実回転数＝（後右輪回転数＋後左輪回転数）÷２
一方、後軸を主駆動軸１３、前軸を副駆動軸１８とする場合には（図１（ｂ）参照）、以下の式から、主駆動軸実回転数、副駆動軸実回転数を求めている。
主駆動軸実回転数＝（後右輪回転数＋後左輪回転数）÷２
副駆動軸実回転数＝（前右輪回転数＋前左輪回転数）÷２

なお、主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７において、エンジン１５、電動モータ１６で検出された主駆動装置回転数、副駆動モータ回転数を用いて、主駆動軸実回転数、副駆動軸実回転数を求めるようにしても良い。
主駆動軸実回転数＝主駆動装置回転数×係数
副駆動軸実回転数＝副駆動モータ回転数×係数

そして、演算器Ｃ１において、主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６で求めた主駆動軸実回転数から、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７で求めた副駆動軸実回転数を減算することで、実前後軸間回転数差を求めている。
実前後軸間回転数差＝主駆動軸実回転数−副駆動軸実回転数

目標回転数差追従制御手段Ｂ８では、実前後軸間回転数差を目標回転数差へ追従制御させるための副駆動軸補正トルクを演算している。具体的には、目標回転数差演算手段Ｂ５で求めた目標回転数差と、主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７及び演算器Ｃ１で求めた実前後軸間回転数差との偏差に基づき、下記式に示すように、ＰＩＤ制御により、副駆動軸１８の目標駆動トルク、即ち、副駆動軸駆動トルクを補正する副駆動軸補正トルクを求めている。
副駆動軸補正トルク＝ＰＩＤ（目標回転数差−実前後軸間回転数差）
上記副駆動軸補正トルクが、後述するトルク差上限値演算手段Ｂ９で求められたトルク差上限値により制限されることになる。
なお、副駆動軸補正トルクは、ＰＩＤ制御に限らず、他の制御方法、例えば、Ｈ∞制御、ファジィ制御等により求めるようにしても良い。但し、本実施例では、どのような制御を用いた場合でも、応答性を高くするため、そのゲインを高く設定している。

トルク差上限値演算手段Ｂ９では、車両状態や運転者の操作状態に基づいて、目標回転数差追従制御手段Ｂ８で算出された副駆動軸補正トルクに対する上限値（トルク差上限値）を演算している。具体的には、図３（ａ）、（ｂ）に示すマップを用いて、トルク差上限値が演算される。

図３（ａ）に示すマップ１（第１のマップ）は、運転者の加速要求となる総駆動トルクに基づいて、副駆動軸補正トルクの最大値を制限する最大差動制限トルクを演算するマップであり、総駆動トルクの増加に比例して、最大差動制限トルクを増加させている。後述の図３（ｂ）のマップ２に示すように、操舵角の絶対値が０のとき、この最大差動制限トルクに対する補正係数は１である。そして、図３（ａ）に示すマップ１は、操舵角の絶対値が０のときのものであり、副駆動軸補正トルクを制限する最大値となる。

図３（ｂ）に示すマップ２（第２のマップ）は、操舵角センサで検出した操舵角に基づいて、マップ１で演算した最大差動制限トルクを補正する補正係数を演算するマップであり、操舵角の絶対値の増加に反比例して、補正係数を１から０へ減少させており、操舵角の絶対値が所定の値より大きい場合は、補正係数を０としている。

そして、トルク差上限値演算手段Ｂ９では、下記式に示すように、マップ１で演算した最大差動制限トルクにマップ２で演算した補正係数を積算することで、トルク差上限値を求めている。
トルク差上限値＝（ＭＡＰ１の最大差動制限トルク）×（ＭＡＰ２の補正係数）

リミッタＢ１０では、目標回転数差追従制御手段Ｂ８から入力された副駆動軸補正トルクの絶対値を、トルク差上限値演算手段Ｂ９で演算されたトルク差上限値に基づいて制限し、出力している。具体的には、以下の式を用いて、副駆動軸補正トルクの絶対値の上限をトルク差上限値で制限したリミッタ出力を演算している。
リミッタ出力＝ｍａｘ｛（−トルク差上限値）、ｍｉｎ（トルク差上限値、副駆動軸補正トルク）｝

そして、演算器Ｃ２において、トルク配分演算手段Ｂ２で演算された副駆動軸駆動トルクに、リミッタＢ１０で制限したリミッタ出力を加算することで、最終的な副駆動軸駆動トルク（制限副駆動軸駆動トルク）を求めている。なお、リミッタ出力は負になる場合もあり、その場合、実質的には、副駆動軸駆動トルクからリミッタ出力の絶対値を減算することになる。

副駆動軸駆動トルク→副駆動モータ制御トルク変換手段Ｂ１１では、以下の式を用いて、演算器Ｃ２から出力された副駆動軸駆動トルク（制限副駆動軸駆動トルク）をモータトルクに変換している。この式での係数は、副駆動軸１８の減速比に応じたものであり、例えば、係数＝（１／減速比）である。
副駆動モータ制御トルク＝制限副駆動軸駆動トルク×係数

副駆動モータ制御手段Ｂ１２では、変換された副駆動モータ制御トルクとなるように、電動モータ２０を制御する。本実施例では、上記副駆動モータ制御トルクを用いて、電動モータ２０を制御することにより、差動制限を行うことになる。

ここで、図１〜図３を参照して、差動制限制御装置２１における差動制限の制御手順の概略を説明する。

運転者の加速要求（車速、アクセル開度）に応じて、総駆動トルクを演算し、車両状態や運転者の操作状態に応じて、主駆動軸１３、副駆動軸１８各々に配分する主駆動軸駆動トルク、副駆動軸駆動トルクを求める（図２の総駆動トルク演算手段Ｂ１、トルク配分演算手段Ｂ２参照）。

主駆動軸１３及び副駆動軸１８の実回転数又はエンジン１５の回転数及び電動モータ２０の回転数を用いて、実前後軸間回転数差を演算する（図２の主駆動軸実回転数演算手段Ｂ６、副駆動軸実回転数演算手段Ｂ７及び演算器Ｃ１参照）。

車両状態（車速）や運転者の操作状態（操舵角）に基づき、目標回転数差を演算する（図２の目標回転数差演算手段Ｂ５参照）。

目標回転数差に対する実前後軸間回転数差の偏差を用いて、実前後軸間回転数差を目標回転数差へ追従制御させるための副駆動軸補正トルクを演算する（図２の目標回転数差追従制御手段Ｂ８参照）。例えば、ＰＩＤ制御により副駆動軸補正トルクを求めればよい。

運転者の操作状態（総駆動トルク、操舵角）に基づいて、副駆動軸補正トルクに対するトルク差上限値を演算する（図２のトルク差上限値演算手段Ｂ９及び図３（ａ）、（ｂ）のマップ１、２参照）。このとき、総駆動トルクに基づいて、副駆動軸補正トルクの最大値を制限する最大差動制限トルクを演算し、操舵角に基づいて、最大差動制限トルクを補正する補正係数を演算し、最大差動制限トルクに補正係数を積算することで、トルク差上限値を求めている。

副駆動軸補正トルクの絶対値をトルク差上限値以下に制限するリミッタ処理を行う（図２のリミッタＢ１０参照）。

リミッタ処理されたリミッタ出力を、トルク配分演算手段Ｂ２で演算された副駆動軸駆動トルクに加算して、最終的な副駆動軸駆動トルク（制限副駆動軸駆動トルク）を求める（図２の演算器Ｃ２参照）。

主駆動軸駆動トルクをエンジン１５で出力する制御トルクに変換する（図２の主駆動軸駆動トルク→主駆動装置制御トルク変換手段Ｂ３参照）と共に、制限副駆動軸駆動トルクを電動モータ２０で出力するモータトルクに変換する（図２の副駆動軸駆動トルク→副駆動モータ制御トルク変換手段Ｂ１１参照）。

変換した制御トルクを出力するように、エンジン１５を制御する（図２の主駆動装置制御手段Ｂ４）と共に、変換したモータトルクを出力するように、電動モータ２０を制御して、差動制限を行う（図２の副駆動モータ制御手段Ｂ１２参照）。

上述した制御により、ハイゲインの追従制御を行って、目標回転数差に対する副駆動軸駆動トルクを算出しても、算出した副駆動軸駆動トルクの上限を制限し、制限した副駆動軸駆動トルクに基づくモータトルクを用いて、電動モータ２０を制御するので、モータトルクの応答性、目標値への収斂性が向上する。その結果、電子制御ＬＳＤを用いたイニシャルトルクによる差動制限制御と同等の効果が得られ、安定性の向上やトラクション性能の向上を図ることができる。又、目標回転数差を０とする場合にも、電子制御ＬＳＤと同様の効果が得られるため、直進安定性が向上する。

又、上述した制御では、車速及び操舵角から演算した目標回転数差を用いるので、目標車体姿勢から実車体姿勢がずれた分だけ差動制限のトルク差が作用し、スムーズな旋回と優れた安定性を両立することができる。

本発明は、ハイブリット車両において、前後軸間の差動制限を行う際に好適なものである。

１１ 前左輪
１２ 前右輪
１３ 主駆動軸
１４ デファレンシャル・ギア
１５ エンジン
１６ 後左輪
１７ 後右輪
１８ 副駆動軸
１９ デファレンシャル・ギア
２０ 電動モータ
２１ 差動制限制御装置

Claims (2)

1. 前軸及び後軸のいずれか一方を主駆動軸とし、当該主駆動軸を駆動する内燃機関と、
   前軸及び後軸のいずれか他方を副駆動軸とし、当該副駆動軸を駆動する電動モータと、
   前記内燃機関と前記電動モータとを制御して、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の差動制限を行う差動制限制御装置とを備え、
   前記差動制限制御装置は、
   運転者の加速要求に応じて、車両の総駆動トルクを演算し、
   車両状態及び運転者の操作状態に応じて、前記総駆動トルクを前記主駆動軸への主駆動軸駆動トルクと前記副駆動軸への副駆動軸駆動トルクに各々配分し、
   前記主駆動軸の実回転数と前記副駆動軸の実回転数から、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の実回転数差である実前後軸間回転数差を演算し、
   前記車両の車速及び操舵角に基づいて、前記主駆動軸と前記副駆動軸との間の目標回転数差を演算し、
   前記実前後軸間回転数差を前記目標回転数差に追従させる副駆動軸補正トルクを演算し、
   前記副駆動軸補正トルクの最大値を制限する最大差動制限トルクが、前記総駆動トルクの増加に応じて増加する第１のマップを用い、運転者の操作状態に基づいて、前記最大差動制限トルクを演算し、
   前記副駆動軸補正トルクを前記最大差動制限トルクに基づき制限したリミッタ出力を演算し、
   前記副駆動軸駆動トルクに前記リミッタ出力を加算した制限副駆動軸駆動トルクを演算し、
   前記主駆動軸駆動トルクとなるように、前記内燃機関を制御すると共に、前記制限副駆動軸駆動トルクとなるように、前記電動モータを制御して、差動制限を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の差動制限制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド自動車の差動制限制御装置において、
   前記差動制限制御装置は、
   前記最大差動制限トルクを補正する補正係数を、前記操舵角の絶対値の増加に応じて、当該補正係数が１から０へ減少する第２のマップを用いて演算し、
   前記最大差動制限トルクと前記補正係数とを積算して、前記副駆動軸補正トルクを制限するトルク差上限値を演算し、
   前記副駆動軸補正トルクを前記トルク差上限値に基づき制限して、前記リミッタ出力を演算することを特徴とするハイブリッド自動車の差動制限制御装置。

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