JP6134584B2

JP6134584B2 - 車両の路面勾配推定装置

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Publication number: JP6134584B2
Application number: JP2013113199A
Authority: JP
Inventors: 彰吾町田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: JP2014233157A

Description

本発明は、少なくとも電動モータにより走行駆動力を発生する車両の路面勾配推定装置に関する。

従来より、車両が発生する駆動力は道路勾配の影響を受け、近年実用化されているハイブリッド車や電気自動車等においても、道路勾配の影響を考慮して駆動力を制御する様々な技術が提案されている。道路勾配に応じて駆動力を増減制御する技術として、例えば、特開２００９−２９０９６３号公報（以下、特許文献１という）では、車両を駆動する駆動モータを備えた車両において、路面勾配をブレーキ踏み込み量と操作系応答速度とに基づいて登坂路、降坂路、平坦路を推定し、車両発進時に道路勾配に応じた駆動モータのトルク応答を決定するモータ制御装置の技術が開示されている。

特開２００９−２９０９６３号公報

ところで、上述の特許文献１に開示される電気自動車では、路面勾配をブレーキ踏み込み量と操作系応答速度とに基づいて登坂路、降坂路、平坦路と大まかにしか求めることができないため、路面勾配をパラメータとして駆動力制御等の緻密な車両制御を行うことができないという問題がある。また、エンジンと電動モータとを有するハイブリッド車では、エンジンの停止・再始動の条件に路面勾配の値が閾値として用いられることも多い。しかしながら、路面勾配の算出には車両の前後加速度が大きく影響し、電動モータの出力トルクの影響を受けて車両の前後加速度が変動すると路面勾配の検出に大きな誤差が生じてしまう。このため、例えば、平坦路であるにも係わらず路面勾配が急勾配であると誤って判定されてしまうと、エンジンが再始動されて燃費の悪化や乗り心地の悪化を招く虞がある。逆に、急勾配であるにも係わらず、路面勾配が平坦路であると誤って判定されてしまうと、エンジンが停止され駆動力不足となって車両のずり下がり等の原因となってしまう虞もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、例え、電動モータの出力変動が生じても細かく精度良く路面勾配を推定することができる車両の路面勾配推定装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の路面勾配推定装置は、走行するための駆動力を出力する電動モータと、該電動モータの出力する駆動力により車両に生じる車両の前後加速度を入力して路面勾配を算出する路面勾配算出手段とを備えた車両の路面勾配推定装置であって、上記電動モータの出力の時間的な変動を検出する出力変動検出手段と、上記電動モータの出力の時間的な変動に応じて上記車両に生じる車両の前後加速度の変動を抑制して上記路面勾配算出手段に入力する変動抑制手段とを備えた。

本発明の車両の路面勾配推定装置によれば、例え、電動モータの出力変動が生じても細かく精度良く路面勾配を推定することが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の路面勾配推定装置を備えたハイブリッド車のシステム構成図である。本発明の実施の一形態に係る路面勾配推定のフローチャートである。本発明の実施の一形態に係る路面勾配推定に関する各パラメータの変動のタイムチャートの一例を示し、図３（ａ）はモータトルクを示し、図３（ｂ）は車両の前後加速度を示し、図３（ｃ）は算出される路面勾配を示す。本発明の実施の一形態に係るモータトルクに応じて可変設定されるフィルタの時定数の一例を示す説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態の車両の路面勾配推定装置を備えたハイブリッド車のパワーユニット１は、例えば、エンジン２と電動モータ（以下、モータ）３とを駆動力源として併用するシリーズ・パラレル方式で構成されており、このパワーユニット１は、モータ３を内蔵した自動変速装置５がエンジン２に連設されて構成されている。また、エンジン２には、スタータとしての機能及びジェネレータとしての機能を備えたインテグレーテッドスタータジェネレータ（ＩＳＧ）４が併設され、このＩＳＧ４の回転軸４ａが、エンジン２の出力軸２ａにプーリ・ベルトを介して接続されている。

自動変速装置５は、エンジン２に連設するトルクコンバータ６を有し、トルクコンバータ６には、自動変速機としての無段変速機（ＣＶＴ）８が、前後進切換装置７を介して連設されている。

トルクコンバータ６は、エンジン２の出力軸２ａに連結するポンプインペラ６ａと、このポンプインペラ６ａに対向するタービンランナ６ｂ等を有して構成されている。ポンプインペラ６ａには中空のポンプ軸６ｃが連結され、さらに、このポンプ軸６ｃの内部には、タービンランナ６ｂに連結するタービン軸６ｄが挿通されている。

トルクコンバータ６のポンプ軸６ｃには、ワンウェイクラッチ１５ａを介して、駆動スプロケット１５が軸着されている。また、駆動スプロケット１５には、機械式オイルポンプ２０の回転軸２０ａの一端に軸着された従動スプロケット２０ｂが、チェーン１６を介して連結されている。これにより、機械式オイルポンプ（機械Ｏ／Ｐ）２０は、ポンプ軸６ｃを介して入力されるエンジン駆動力によって回転駆動され、発生した油圧を自動変速装置５の各クラッチの継断やＣＶＴ８の変速比の設定を行うコントロールバルブユニット（Ｃ／Ｖ）２１に供給することが可能となっている。

また、トルクコンバータ６のタービン軸６ｄは、後述するＣＶＴ８のプライマリ軸９ａと同軸上に配置され、これらタービン軸６ｄとプライマリ軸９ａとの間に前後進切換装置７が介装されている。前後進切換装置７は、例えば、ダブルピニオン式の遊星歯車列７ａと、前進クラッチ７ｂと、後進ブレーキ７ｃと、を有して構成されている。この前後進切換装置７は、前進クラッチ７ｂと後進ブレーキ７ｃとがともに開放状態にあるとき、ニュートラル状態となり、タービン軸６ｄとプライマリ軸９ａとの間を遮断する。また、前進クラッチ７ｂのみを締結させると、前後進切換装置７は、遊星歯車列７ａを介してタービン軸６ｄとプライマリ軸９ａとを一体回転させ、両軸６ｄ，９ａ間に動力を伝達する。一方、前進クラッチ７ｂが開放され、後進ブレーキ７ｃが締結されると、前後進切換装置７は、遊星歯車列７ａを介してタービン軸６ｄとプライマリ軸９ａとを逆回転させ、両軸６ｄ，９ａ間に動力を逆転させた状態で伝達する。

ＣＶＴ８は、前後進切換装置７に連結するプライマリ軸９ａと、このプライマリ軸９ａに平行なセカンダリ軸１０ａとを有し、これら各軸９ａ，１０ａにはプライマリプーリ９とセカンダリプーリ１０とが各々軸着されている。また、これら両プーリ９，１０にはベルト或いはチェーン等からなる巻き掛け式の駆動力伝達部材１１が巻装されている。そして、ＣＶＴ８は、各プーリ９，１０に対する駆動力伝達部材１１の巻掛け半径を変化させることにより（すなわち、プーリ比を変化させることにより）、プライマリ軸９ａとセカンダリ軸１０ａとの間において、任意の変速比で変速した駆動力を伝達することが可能となっている。

プライマリ軸９ａの軸端部は、プライマリプーリ９を挟んで前後進切換装置７の反対側へと延出されており、このプライマリ軸９ａの軸端部には、モータ３のロータ軸３ａが直結されている。このモータ３には、インバータ（ＩＮＶ）２２を介して、車両の主電源を構成するバッテリ（ＢＡＴＴ）２３が接続されている。このインバータ２２は、バッテリ２３からの直流電力を交流電力に変換し、モータ３を駆動する。また、回生時等において、インバータ２２は、モータ３を発電機として使用し、当該モータ３で発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ２３に充電する。

また、プライマリプーリ９と前後進切換装置７との間において、プライマリ軸９ａの中途には、ワンウェイクラッチ１７ａを介して駆動スプロケット１７が軸着されている。この駆動スプロケット１７には、機械式オイルポンプ２０の回転軸２０ａの他端に軸着された従動スプロケット２０ｃが、チェーン１８を介して連結されている。これにより、機械式オイルポンプ（機械Ｏ／Ｐ）２０は、エンジン駆動力のみならず、プライマリ軸９ａを介して入力されるモータ駆動力によっても回転駆動され、発生した油圧をコントロールバルブユニット２１に供給することが可能となっている。

一方、セカンダリ軸１０ａには、減速ギヤ列２５を介して、ドライブ軸２４が連設されている。このドライブ軸２４の先端にはドライブピニオン２４ａが設けられ、このドライブピニオン２４ａが終減速装置２７に噛合されている。ここで、本実施形態の減速ギヤ列２５とドライブ軸２４との間には出力クラッチ２６が介装されており、この出力クラッチ２６が接続状態にあるとき、セカンダリ軸１０ａとドライブ軸２４との間の動力伝達が可能となっている。

エンジン２、モータ３、バッテリ２３、コントロールバルブユニット２１は、それぞれ、エンジン制御ユニット（エンジンＥＣＵ）３１、モータ制御ユニット（モータＥＣＵ）３２、バッテリ管理ユニット（バッテリＥＣＵ）３３、トランスミッション制御ユニット（トランスミッションＥＣＵ）３４によって制御される。

上述の各ＥＣＵ３１〜３４等の制御部、及び、様々なセンサ・スイッチ類３５は、システム全体を統括制御する中央のハイブリッド制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）３０に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ３０をはじめとする各ＥＣＵ３０〜３４は、マイクロコンピュータを中心として各種インターフェースや周辺機器等を備えて構成され、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信ラインを介して双方向通信可能に接続され、制御情報や制御対象の動作状態に係わるセンシング情報を相互に通信する。

各ＥＣＵ３１〜３４の機能について概略すると、エンジンＥＣＵ３１は、ハイブリッドＥＣＵ３０からの制御指令を受け、エンジン２に備えられたセンサ類からの信号に基づいて、スロットル開度、点火時期、燃料噴射量等のパラメータを演算する。そして、これらのパラメータの制御信号によってアクチュエータ類を駆動し、エンジン２の出力が制御指令値に一致するよう、エンジン２の運転状態を制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ３０は、ドライバのアクセルペダル踏み込み量、路面勾配θ（後述する推定値）等の走行抵抗、その他負荷等から要求駆動力を算出し、路面勾配θが小さく平坦路に近い場合や要求駆動力が低い場合にはモータＥＣＵ３２に信号出力してモータ３のみによる駆動力を出力させるが、路面勾配θが大きい急勾配の場合や要求駆動力が大きな場合にはモータ３に加え、ＩＳＧ４に信号を出力してエンジン２を再始動させ、エンジン２とモータ３による駆動力により要求駆動力を実現できるようになっている。

モータＥＣＵ３２は、ハイブリッドＥＣＵ３０からの制御指令を受け、インバータ２２を介してモータ３を制御するものであり、モータ３の回転数や電圧・電流等の情報に基づいて、インバータ２２への電流指令や電圧指令を出力し、モータ３の出力が制御指令値に一致するよう、モータ３を制御する。

バッテリＥＣＵ３３は、バッテリ２３の充電状態（State of charge:SOC）で示される残存容量、バッテリ２３における入出力可能な最大電力で示される入出力可能パワー量、バッテリ２３の劣化度等によるバッテリ状態の把握、このバッテリ状態を把握した上でのバッテリ２３の冷却や充電の制御、異常検出及び異常検出時の保護動作等を管理する。

トランスミッションＥＣＵ３４は、ハイブリッドＥＣＵ３０からの制御指令を受けてＣＶＴ８の変速比を決定し、運転状態に応じた適切な変速比に制御する。また、トランスミッションＥＣＵ３４は、例えば、ハイブリッドＥＣＵ３０からの制御指令を受けて前進クラッチ７ｂ、後進ブレーキ７ｃ、出力クラッチ２６等の制御を行うことで走行モードの切換を行う。

ここで、各走行モードについて以下説明する。本実施の形態のハイブリッド車は、前述の如くエンジン２とモータ３を備えるため、エンジン２の駆動力（エンジントルク）Ｔｅのみを用いて走行するエンジン走行モードと、モータ３の駆動力（モータトルク）Ｔｍのみを用いて走行するモータ走行モードと、エンジン２の駆動力とモータ３の駆動力とを用いて走行するハイブリッド走行モードの各走行モードが可能である。また、本実施の形態では、前述した如く、路面勾配θが小さく平坦路の場合や要求駆動力が低い場合にはモータ３のみによる駆動力を出力させるが、路面勾配θが大きい急勾配の場合や要求駆動力が大きな場合にはモータ３に加え、エンジン２を再始動させ、エンジン２とモータ３による駆動力により要求駆動力を実現できるようになっている。

具体的には、エンジン走行モードでは、前進クラッチ７ｂを締結し、出力クラッチ２６を締結して、モータ３は、モータ３から不要なモータトルクＴｍが付加されないように制御し、エンジン２の駆動力で走行する。

このクラッチの締結状態で、モータ３にバッテリ２３から電気を供給してエンジン２の駆動力にモータ３の駆動力を付加することによりハイブリッド走行モードが実現できる。更に、このクラッチの締結状態で、エンジン２の駆動力でモータ３のロータ３ａを回転させることにより、走行中であってもエンジン２の駆動力で発電・充電が可能となっている。

一方、前進クラッチ７ｂを切断し、出力クラッチ２６を締結して、モータ３のみを駆動して走行することでモータ走行モードが実現できる。また、このクラッチの状態で、減速時等によりモータ３のロータ３ａが回転されることにより回生が行われる。

更に、前進クラッチ７ｂを接続し、出力クラッチ２６を切断状態とすることにより、停車中にエンジン２によりモータ３のロータ３ａを回転することでエンジン２の駆動力で発電・充電が可能となっている。

以上のように、本実施の形態のハイブリッド車では、ハイブリッドＥＣＵ３０で推定（算出）した路面勾配θを基に、駆動力の設定、エンジン２の始動、停止の制御を行わせるが、ハイブリッドＥＣＵ３０での路面勾配θの推定を、図２のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、モータ３の電動モータトルクＴｍをモータＥＣＵ）３２から読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、電動モータトルクＴｍの時間的な変動である変化量ΔＴｍを、例えば、以下の（１）式により、算出する。
ΔＴｍ＝（Ｔｍｐ−Ｔｍｃ）／ｔ …（１）
ここで、Ｔｍｐはｔ秒前の電動モータトルク、Ｔｍｃは現在の電動モータトルクで、例えば、以下の（２）、（３）式で求められる。
Ｔｍｐ＝ΣＴｍ(-t-j・Δｔ)／（ｋ＋１）：但し、Σはｊ＝０からｊ＝ｋ …（２）
Ｔｍｃ＝ΣＴｍ(-j・Δｔ)／（ｋ＋１）：但し、Σはｊ＝０からｊ＝ｋ …（３）
ここで、Ｔｍは瞬間値、Δｔはサンプリングタイムである。尚、電動モータトルクの変化量ΔＴｍは、他に、例えば所定時間内にサンプリングした複数の電動モータトルクのピーク値の最大値と最小値との差として求めても良い。

次いで、Ｓ１０３に進み、電動モータトルクの変化量ΔＴｍが予め実験、計算等により設定しておいた閾値ΔＴｃ以上（ΔＴｍ≧ΔＴｃ）か否か判定し、ΔＴｍ≧ΔＴｃの場合は、Ｓ１０４に進んで、路面勾配θの算出に用いる前後加速度センサからの前後加速度Ａxsと車輪速センサからの車速値を微分して得られる前後加速度Ａxrの入力値に対するフィルタ時定数Ｔを、これら入力値の変動が緩慢になるように変更する。具体的には、これらの入力値に対して一次遅れフィルタを用いている場合は、フィルタ時定数Ｔを、予め設定しておいた、より大きな値に変更する。尚、フィルタ時定数Ｔの変更は、例えば、図４に示すように、電動モータトルクの変化量ΔＴｍが大きいほど応答遅れが遅くなるように設定しても良い。

また、Ｓ１０３で、電動モータトルクの変化量ΔＴｍが予め実験、計算等により設定しておいた閾値ΔＴｃ未満（ΔＴｍ＜ΔＴｃ）の場合は、電動モータトルクの変化量ΔＴｍの変動は収束したと判定し、Ｓ１０５に進み、フィルタ時定数Ｔを初期値に戻す。

Ｓ１０４、或いは、Ｓ１０５でフィルタ時定数Ｔを設定した後は、Ｓ１０６に進み、フィルタ時定数Ｔが設定されたフィルタを通じて前後加速度Ａxs、Ａxrを入力する。

そして、Ｓ１０７に進み、例えば、以下の（４）式により、路面勾配θを算出し、出力してプログラムを抜ける。
θ＝ｓｉｎ^−１（（Ａxs−Ａxr）／ｇ） …（４）
ここで、ｇは重力加速度である。

以上の処理からも明らかなように、ハイブリッドＥＣＵ３０は、路面勾配算出手段、出力変動検出手段、変動抑制手段の機能を有して構成されている。

このように本発明の実施の形態によれば、少なくとも走行するための駆動力を出力する電動モータ３有した車両で、車両に発生する前後加速度に基づいて路面勾配θを算出する際、前後加速度に大きく影響する電動モータトルクＴｍの時間的な変動である変化量ΔＴｍを検出し、電動モータトルクの変化量ΔＴｍが閾値ΔＴｃ以上の場合は、路面勾配θの算出に用いる前後加速度の入力値の変動を抑制し、該変動の抑制された入力値に基づいて路面勾配θを算出するようになっている。

例えば、図３に示すように、電動モータトルクＴｍが、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ１から大きく変動すると、車両に発生する前後加速度Ａxsも、図３（ｂ）に示すように、大きく変動して検出される。このため、このような変動する前後加速度Ａxsを用いて算出される路面勾配θの値は、実際の路面勾配θに変動が無いのにもかかわらず、図３（ｃ）の破線で示すように、変動した結果となってしまう。このような、誤差を含む路面勾配θで、駆動力の設定や、エンジン２の始動／停止の制御を行うと、精度の良い駆動力の設定を行うことができず、また、平坦路であるにも係わらず路面勾配が急勾配であると誤って判定されてしまうと、エンジン２が始動されて燃費の悪化や乗り心地の悪化を招く虞がある。逆に、急勾配であるにも係わらず、路面勾配が平坦路であると誤って判定されてしまうと、エンジン２が停止され駆動力不足となって車両のずり下がり等の原因となってしまう虞がある。このため、電動モータトルクの変化量ΔＴｍが閾値ΔＴｃ以上（図３の例では時刻ｔ２〜ｔ３）の場合は、路面勾配θの算出に用いる前後加速度の入力値の変動を抑制し、該変動の抑制された入力値に基づいて路面勾配θを算出する（図３（ｃ）の実線で示す）ことにより精度良く路面勾配θを求め、精度の良い駆動力の設定、エンジン２の始動／停止制御を行えるようにするのである。また、車両に発生する前後加速度は、電動モータトルクＴｍの値よりも遅れて車両に生じるものであるため、電動モータトルクの変化量ΔＴｍに基づいて前後加速度の入力値の変動を抑制することで、既に生じている前後加速度の値を観測しながら前後加速度の変動を抑制するシステムに比較してレスポンス良く精度の良い路面勾配θを求めることができる。更に、前後加速度の値を用いて路面勾配θを細かく算出することができるため、路面勾配θの値による細かな制御が可能である。

尚、本実施の形態によるハイブリッド車の構成は、あくまでも一例にすぎず、他の構成（クラッチ、自動変速装置等）によるハイブリッド車の構成であっても良い。また、エンジンと電動モータとにより駆動力を発生するハイブリッド車に限ること無く、電動モータのみにより駆動力を発生する電気自動車に対しても本発明が適用できることは云うまでも無い。

１パワーユニット
２エンジン
３モータ
４インテグレーテッドスタータジェネレータ
５自動変速装置
６トルクコンバータ
７前後進切換装置
７ａ遊星歯車列
７ｂ前進クラッチ
７ｃ後進ブレーキ
８ＣＶＴ
９プライマリプーリ
１０セカンダリプーリ
１１駆動力伝達部材
２１コントロールバルブユニット
２２インバータ
２３バッテリ
２４ドライブ軸
２６出力クラッチ
２７終減速装置
３０ハイブリッドＥＣＵ（路面勾配算出手段、出力変動検出手段、変動抑制手段）
３１エンジンＥＣＵ
３２モータＥＣＵ
３３バッテリＥＣＵ
３４トランスミッションＥＣＵ
３５センサ・スイッチ類

Claims

走行するための駆動力を出力する電動モータと、該電動モータの出力する駆動力により車両に生じる車両の前後加速度を入力して路面勾配を算出する路面勾配算出手段とを備えた車両の路面勾配推定装置であって、
上記電動モータの出力の時間的な変動を検出する出力変動検出手段と、
上記電動モータの出力の時間的な変動に応じて上記車両に生じる車両の前後加速度の変動を抑制して上記路面勾配算出手段に入力する変動抑制手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面勾配推定装置。
上記変動抑制手段は、上記電動モータの出力の時間的な変動が予め設定しておいた閾値以上の場合、上記車両に生じる車両の前後加速度の変動を抑制して上記路面勾配算出手段に入力することを特徴とする請求項１記載の車両の路面勾配推定装置。
上記変動抑制手段は、上記電動モータの出力の時間的な変動が予め設定しておいた閾値以上の場合、上記電動モータの出力の時間的な変動が大きいほど上記車両に生じる車両の前後加速度の変動を大きく抑制して上記路面勾配算出手段に入力することを特徴とする請求項２記載の車両の路面勾配推定装置。