JP2004353630A - ハイブリッド動力源 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動音の音色を制御できるハイブリッド動力源を提供する。
【解決手段】このハイブリッド動力源は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥを発生するクランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合するモータ６とを備える。ＥＣＵ８は、モータ６が発生するアシストトルクＴＭが所望の目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）になるように演算し、モータ６を制御する。目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）には、爆発次数の正弦波成分のトルクＴＭＢと、そのハーフ次の正弦波成分のトルクＴＭＨが含まれる。この為、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＥＢが、そのハーフ次の振動波ＦＥＨに対して相対的に強調又は減衰される。
【選択図】 図１
【解決手段】このハイブリッド動力源は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥを発生するクランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合するモータ６とを備える。ＥＣＵ８は、モータ６が発生するアシストトルクＴＭが所望の目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）になるように演算し、モータ６を制御する。目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）には、爆発次数の正弦波成分のトルクＴＭＢと、そのハーフ次の正弦波成分のトルクＴＭＨが含まれる。この為、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＥＢが、そのハーフ次の振動波ＦＥＨに対して相対的に強調又は減衰される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド動力源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は低速でのエネルギー効率は悪いが、速度が増加するにつれて燃費が向上する。一方、モータは低回転で高トルクが得られるために低速では優れているものの、モータだけを使用した場合は航続距離が大きく劣る欠点がある。これらの優位性を組み合わせたハイブリッド動力源は、低速ではモータを、速度が増加した場合には内燃機関を主として使用しており、また、これらの結合関係としてはシリーズ方式やパラレル方式が知られている。かかるハイブリッド動力源はハイブリッド車両に用いられる。
【０００３】
ハイブリッド動力源は、駆動時に振動音を発生する。この振動音は内燃機関から発生する振動波であり、エンジントルクの変動に由来する。このため、従来から知られるハイブリッド動力源では、アイドル時の振動音を低減する為に、エンジントルクの変動を相殺するアシストトルクをモータに出力させる制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４２８８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動時、特に加速時の振動音には、所謂エンジン音として個人の嗜好に沿った多様な音色が要求される。例えば普通車では「綺麗な音」が要求され、ＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔｓ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ）では「力強い音」が要求される。かかる音色は、振動音に含まれる種々の振動数を有する音の相対的な強弱により決定される。例えば、振動音に含まれる基音及び倍音が強調されると「綺麗な音」となる。
【０００６】
ここで、エンジン構造体を変形し、内部空間の形状を調整することで特定の振動数を有する音を共振させることも考え得る。こうすると、特定のエンジン回転数においてのみ所望の音色が得られる。しかしながら、加速時のようにエンジン回転数が増加すると振動音に含まれる音の振動数も増加するので、広範囲のエンジン回転数では所望の音色を得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、振動音の音色を制御できるハイブリッド動力源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるハイブリッド動力源は、エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、目標アシストトルクを演算する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このハイブリッド動力源では、クランクシャフトの回転によりエンジントルクが変動することによって内燃機関から振動波が発生する。この振動波がハイブリッド動力源の振動音となる。かかる振動波には、爆発次数の振動波とそのハーフ次の振動波とが含まれている。
【００１０】
爆発次数とは、例えば４サイクルＶ型６気筒エンジンでは、３次、６次、９次、…であり、そのハーフ次とは、４．５次、７．５次、…である。この場合、３次の振動波（基本波）は基音であり、６次、９次、…の振動波（高調波）は倍音である。
【００１１】
かかる振動波を発生するエンジントルクの変動を制御すべく、モータから目標アシストトルクを出力させる。目標アシストトルクは、内燃機関から発生する爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、制御装置において演算される。これにより、振動音に含まれる基音及び倍音が強調されるので、振動音を調和させることができる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「綺麗な音」すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００１２】
また、目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動するエンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して逆位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、クランク角に応じて周期的に変動すると好ましい。
【００１３】
クランク角に応じて周期的に変動するエンジントルクは、フーリエ解析により種々の正弦波で表される。種々の正弦波には、爆発次数の振動波を発生する爆発次数の正弦波と、ハーフ次の振動波を発生するハーフ次の正弦波とが含まれる。
【００１４】
ここで、目標アシストトルクはクランク角に応じて周期的に変動する正弦波成分を含む。この正弦波成分の位相は、エンジントルクに含まれるハーフ次の正弦波成分に対して逆位相とされ、振幅はエンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される。この目標アシストトルクをエンジントルクに重畳させると、エンジントルクに含まれる爆発次数の正弦波成分をそのハーフ次の正弦波成分に対して相対的に強調させることができ、さらにその強調度を制御できる。すなわち、爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させることができ、さらにその強調度を制御できる。これにより、基音及び倍音が強調されることでハイブリッド動力源の振動音を調和させることができる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「綺麗な音」すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００１５】
さらに、本発明によるハイブリッド動力源は、エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に減衰させるように、目標アシストトルクを演算する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このハイブリッド動力源では、内燃機関から発生する爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、制御装置において目標アシストトルクが演算される。これにより、基音及び倍音が減衰されるので、ハイブリッド動力源の振動音が調和することを抑制できる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「力強い音」すなわち基音及び倍音が減衰された振動音を発生することができる。
【００１７】
また、目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動する前記エンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して同位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、クランク角に応じて周期的に変動すると好ましい。
【００１８】
目標アシストトルクは、クランク角に応じて変動する正弦波成分を含む。この正弦波成分の位相は、エンジントルクに含まれるハーフ次の正弦波成分に対して同位相とされ、振幅はエンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される。この目標アシストトルクをエンジントルクに重畳させると、エンジントルクに含まれる爆発次数の正弦波成分をそのハーフ次の正弦波成分に対して相対的に減衰させることができ、さらにその減衰度を制御できる。したがって、爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に減衰させることができ、さらにその減衰度を制御できる。ここで、ハイブリッド動力源の振動音はエンジントルクの変動に対応しているので、当該動力源は、駆動時に所謂「力強い音」すなわち基音及び倍音が相対的に減衰された振動音を発生することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るハイブリッド動力源について説明する。なお、同一要素又は機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、ハイブリッド動力源を示すブロック図である。ハイブリッド動力源は、クランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合したモータ６とを備える。なお、モータ６は発電機としても機能するモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）としてもよい。
【００２１】
内燃機関２内の燃焼室では、図示しないインジェクタから注入された燃料とスロットルバルブ１２を通して吸入された空気とが混合されて燃焼（爆発）する。この燃焼エネルギーでクランクシャフト１０は回転する。燃焼後の排気ガスは、排気系１６から放出される。このように、クランクシャフト１０が回転することで、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥが発生する。
【００２２】
このとき、内燃機関２に配置されたクランク角センサ４は、時刻ｔにおけるクランク角θを、クランクシャフト１０の回転中に時系列に検出し、その検出値を電子制御ユニットであるＥＣＵ８（制御装置）に出力する。ＥＣＵ８では、クランク角θに基づいてエンジン回転数Ｎｅが演算される。また、スロットルバルブ１２に配置されたスロットル開度センサ１４は、エンジン負荷を示すスロットルバルブ１２の開度すなわちスロットル開度αを検出し、その検出値をＥＣＵ８に出力する。したがって、ＥＣＵ８には、クランク角θ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度αのデータが逐次格納される。
【００２３】
エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥはクランク角θに応じて周期的に変動する。これに応じて、内燃機関２から振動波ＦＥＮＧＩＮＥが発生し、当該振動波ＦＥＮＧＩＮＥがハイブリッド動力源の振動音となる。かかる振動波ＦＥＮＧＩＮＥには、振動音の基音及び倍音となる爆発次数の振動波ＦＥＢと、爆発次数のハーフ次の振動波ＦＥＨとが含まれる。振動波ＦＥＢ及び振動波ＦＥＨは、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれるエンジントルクＴＥから発生する。
【００２４】
エンジントルクＴＥは、エンジンの気筒数をＣ、ｎを自然数、Ｇｎ（Ｎｅ，α）及びＧ’ｎ（Ｎｅ，α）をエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αで決定される所定の関数（マップ）とすれば、関係式▲１▼のように推定される。なお、関係式は図４の表に示すものとし、ｎをΣで積算するものとする。すなわち、ｎ＝１，２，３…を代入したものの積算となる。
【００２５】
ここで、爆発次数とはｎ×Ｃ／２であり、そのハーフ次とは（ｎ＋０．５）×Ｃ／２である。トルクＴＥＢは爆発次数の正弦波成分を示し、トルクＴＥＨはそのハーフ次の正弦波成分を示す。トルクＴＥＢによって振動波ＦＥＢが発生し、トルクＴＥＨによって振動波ＦＥＨが発生する。
【００２６】
一方、モータ６はクランクシャフト１０にアシストトルクＴＭを出力する。ＥＣＵ８は、クランク角θ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度αに基づいて目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を演算する。しかる後、ＥＣＵ８は、アシストトルクＴＭが目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）となるように、モータ６に対して制御信号を出力する。なお、モータ６に対して制御信号を出力する際には、インバータ等を介してもよい。
【００２７】
このように、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を重畳させると、振動音の音色を「綺麗な音」或いは「力強い音」とすることができる。以下、詳説する。
【００２８】
（１）「綺麗な音」とする場合
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）は、クランク角θ、気筒数Ｃ、自然数ｎ、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αで予め決定される所定の関数（マップ）Ｈｎ（Ｎｅ，α）及びＨ’ｎ（Ｎｅ，α）を用いて関係式▲２▼で表される。
【００２９】
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）はクランク角θに応じて周期的に変動し、トルクＴＭＢとトルクＴＭＨとから成る。トルクＴＭＢは爆発次数の正弦波成分であり、トルクＴＭＨはそのハーフ次の正弦波成分である。トルクＴＭＢは、エンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＢに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）を有する。トルクＴＭＨは、エンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＨに対して逆位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）を有する。
【００３０】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αとエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉとの関係を模式的に示すグラフである。エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉ（エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥのレベル）とは、クランク角θに応じて周期的に変動するエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの最大値を示している。一般に、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αの増加に伴い、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉは増加する。振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）はエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αに基づいて予め決定される。
【００３１】
具体的には、例えば、まずエンジン回転数Ｎｅの値をａ、スロットル開度αの値をｂとしてエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉの値を測定し、その測定値をＩａｂとする。続いて、これに基づいて振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値を共にＩａｂと決定する。
【００３２】
上記目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに重畳させれば、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＢが増大され、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＨが抑制されることとなる。例えば、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値が増大すると、それに伴ってトルクＴＥＨが減少し、Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）＝Ｇ’ｎ（Ｎｅ，α）とするとトルクＴＥＨは相殺される関係となる。したがって、得られるエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥでは、トルクＴＥＢがトルクＴＥＨに対して相対的に強調される。
【００３３】
かかる目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）をアシストトルクＴＭとして出力すると、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＥＢが、そのハーフ次の振動波ＦＥＨに対して相対的に強調される。換言すれば、ハイブリッド動力源の振動音を調和させることができ、当該動力源は駆動時に所謂「綺麗な音」、すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００３４】
（２）「力強い音」とする場合
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）は関係式▲３▼で表される。
【００３５】
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）はクランク角θに応じて変動し、トルクＴＭＢとトルクＴＭＨとから成る。トルクＴＭＢは爆発次数の正弦波成分であり、トルクＴＭＨはそのハーフ次の正弦波成分である。トルクＴＭＢはエンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＢに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）を有する。また、トルクＴＭＨはエンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＨに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）を有する。
【００３６】
振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の説明と同様に、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αに基づいて予め決定される。
【００３７】
上記目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに重畳させれば、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＢが増大され、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＨが増大されることとなる。例えば、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値が増大すると、それに伴ってトルクＴＥＨが増大し、Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）＝Ｇ’ｎ（Ｎｅ，α）とするとトルクＴＥＨは倍増される関係となる。したがって、得られるエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥでは、トルクＴＥＢがトルクＴＥＨに対して相対的に減衰される。
【００３８】
かかる目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）をアシストトルクＴＭとして出力すると、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＢＨが、そのハーフ次の振動波ＦＢＨに対して相対的に減衰される。換言すれば、ハイブリッド動力源の振動音が調和することを抑制でき、当該動力源は駆動時に所謂「力強い音」、すなわち基音及び倍音が減衰された振動音を発生することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のハイブリッド動力源は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥを発生するクランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合し、所望の目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）になるようにアシストトルクＴＭを発生するモータ６と、当該目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を演算するＥＣＵ８とを備える。上述の如く、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）、より詳細にはトルクＴＭＨを制御することで振動音の音色を制御できる。
【００４０】
続いて、本実施形態の具体的な例として、気筒数Ｃが６である４サイクルＶ型６気筒エンジンの場合について説明する。この場合、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれるエンジントルクＴＥは関係式▲４▼のように推定される。なお、爆発次数は３次、６次、９次、…となり、そのハーフ次は４．５次、７．５次、…である。
【００４１】
また、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を関係式▲５▼のようにすれば、「綺麗な音」とすることができる。
【００４２】
図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥ及び目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる正弦波成分の一部を示すグラフである。これらのグラフは、クランク角θに応じて変動するトルクＴの値を示している。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれる３次、４．５次、６次の正弦波成分を示す。また、図３（Ｄ）〜図３（Ｆ）は、それぞれ目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる３次、４．５次、６次の正弦波成分を示す。図３（Ｂ）及び図３（Ｅ）を比較すると、図３（Ｅ）に示された正弦波成分の位相は、図３（Ｂ）に示された正弦波成分の位相に対して逆位相となっている。
【００４３】
ここで、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を重畳させると、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれる４．５次の正弦波成分は減衰され、３次及び６次の正弦波成分は強調される。したがって、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥから発生する３次の振動波（基音）及び６次の振動波（倍音）が、４．５次の振動波に対して相対的に強調される。
【００４４】
また、気筒数Ｃが６である４サイクルＶ型６気筒エンジンの場合、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を関係式▲６▼のようにすれば、「力強い音」とすることができる。
【００４５】
なお、上述の説明では気筒数Ｃが６の場合を例示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、気筒数Ｃが４である４気筒の場合、爆発次数は２次、４次、６次、…となり、そのハーフ次は３次、５次、…となる。また、気筒数Ｃが８である８気筒の場合、爆発次数は４次、８次、１２次、…となり、そのハーフ次は６次、１０次、…となる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のハイブリッド動力源によれば、振動音の音色を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド動力源を示すブロック図である。
【図２】エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αとエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉとの関係を模式的に示すグラフである。
【図３】エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥ及び目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる正弦波成分の一部を示すグラフである。
【図４】関係式を示す表である。
【符号の説明】
２…内燃機関、４…クランク角センサ、６…モータ、８…ＥＣＵ、１０…クランクシャフト、１２…スロットルバルブ、１４…スロットル開度センサ、１６…排気系。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド動力源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は低速でのエネルギー効率は悪いが、速度が増加するにつれて燃費が向上する。一方、モータは低回転で高トルクが得られるために低速では優れているものの、モータだけを使用した場合は航続距離が大きく劣る欠点がある。これらの優位性を組み合わせたハイブリッド動力源は、低速ではモータを、速度が増加した場合には内燃機関を主として使用しており、また、これらの結合関係としてはシリーズ方式やパラレル方式が知られている。かかるハイブリッド動力源はハイブリッド車両に用いられる。
【０００３】
ハイブリッド動力源は、駆動時に振動音を発生する。この振動音は内燃機関から発生する振動波であり、エンジントルクの変動に由来する。このため、従来から知られるハイブリッド動力源では、アイドル時の振動音を低減する為に、エンジントルクの変動を相殺するアシストトルクをモータに出力させる制御を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３４２８８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動時、特に加速時の振動音には、所謂エンジン音として個人の嗜好に沿った多様な音色が要求される。例えば普通車では「綺麗な音」が要求され、ＳＵＶ（Ｓｐｏｒｔｓ Ｕｔｉｌｉｔｙ Ｖｅｈｉｃｌｅ）では「力強い音」が要求される。かかる音色は、振動音に含まれる種々の振動数を有する音の相対的な強弱により決定される。例えば、振動音に含まれる基音及び倍音が強調されると「綺麗な音」となる。
【０００６】
ここで、エンジン構造体を変形し、内部空間の形状を調整することで特定の振動数を有する音を共振させることも考え得る。こうすると、特定のエンジン回転数においてのみ所望の音色が得られる。しかしながら、加速時のようにエンジン回転数が増加すると振動音に含まれる音の振動数も増加するので、広範囲のエンジン回転数では所望の音色を得ることは困難である。
【０００７】
そこで、本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、振動音の音色を制御できるハイブリッド動力源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明によるハイブリッド動力源は、エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、目標アシストトルクを演算する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００９】
このハイブリッド動力源では、クランクシャフトの回転によりエンジントルクが変動することによって内燃機関から振動波が発生する。この振動波がハイブリッド動力源の振動音となる。かかる振動波には、爆発次数の振動波とそのハーフ次の振動波とが含まれている。
【００１０】
爆発次数とは、例えば４サイクルＶ型６気筒エンジンでは、３次、６次、９次、…であり、そのハーフ次とは、４．５次、７．５次、…である。この場合、３次の振動波（基本波）は基音であり、６次、９次、…の振動波（高調波）は倍音である。
【００１１】
かかる振動波を発生するエンジントルクの変動を制御すべく、モータから目標アシストトルクを出力させる。目標アシストトルクは、内燃機関から発生する爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、制御装置において演算される。これにより、振動音に含まれる基音及び倍音が強調されるので、振動音を調和させることができる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「綺麗な音」すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００１２】
また、目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動するエンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して逆位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、クランク角に応じて周期的に変動すると好ましい。
【００１３】
クランク角に応じて周期的に変動するエンジントルクは、フーリエ解析により種々の正弦波で表される。種々の正弦波には、爆発次数の振動波を発生する爆発次数の正弦波と、ハーフ次の振動波を発生するハーフ次の正弦波とが含まれる。
【００１４】
ここで、目標アシストトルクはクランク角に応じて周期的に変動する正弦波成分を含む。この正弦波成分の位相は、エンジントルクに含まれるハーフ次の正弦波成分に対して逆位相とされ、振幅はエンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される。この目標アシストトルクをエンジントルクに重畳させると、エンジントルクに含まれる爆発次数の正弦波成分をそのハーフ次の正弦波成分に対して相対的に強調させることができ、さらにその強調度を制御できる。すなわち、爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させることができ、さらにその強調度を制御できる。これにより、基音及び倍音が強調されることでハイブリッド動力源の振動音を調和させることができる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「綺麗な音」すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００１５】
さらに、本発明によるハイブリッド動力源は、エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に減衰させるように、目標アシストトルクを演算する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このハイブリッド動力源では、内燃機関から発生する爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、制御装置において目標アシストトルクが演算される。これにより、基音及び倍音が減衰されるので、ハイブリッド動力源の振動音が調和することを抑制できる。したがって、当該動力源は、駆動時に所謂「力強い音」すなわち基音及び倍音が減衰された振動音を発生することができる。
【００１７】
また、目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動する前記エンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して同位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、クランク角に応じて周期的に変動すると好ましい。
【００１８】
目標アシストトルクは、クランク角に応じて変動する正弦波成分を含む。この正弦波成分の位相は、エンジントルクに含まれるハーフ次の正弦波成分に対して同位相とされ、振幅はエンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される。この目標アシストトルクをエンジントルクに重畳させると、エンジントルクに含まれる爆発次数の正弦波成分をそのハーフ次の正弦波成分に対して相対的に減衰させることができ、さらにその減衰度を制御できる。したがって、爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に減衰させることができ、さらにその減衰度を制御できる。ここで、ハイブリッド動力源の振動音はエンジントルクの変動に対応しているので、当該動力源は、駆動時に所謂「力強い音」すなわち基音及び倍音が相対的に減衰された振動音を発生することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に係るハイブリッド動力源について説明する。なお、同一要素又は機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、ハイブリッド動力源を示すブロック図である。ハイブリッド動力源は、クランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合したモータ６とを備える。なお、モータ６は発電機としても機能するモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）としてもよい。
【００２１】
内燃機関２内の燃焼室では、図示しないインジェクタから注入された燃料とスロットルバルブ１２を通して吸入された空気とが混合されて燃焼（爆発）する。この燃焼エネルギーでクランクシャフト１０は回転する。燃焼後の排気ガスは、排気系１６から放出される。このように、クランクシャフト１０が回転することで、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥが発生する。
【００２２】
このとき、内燃機関２に配置されたクランク角センサ４は、時刻ｔにおけるクランク角θを、クランクシャフト１０の回転中に時系列に検出し、その検出値を電子制御ユニットであるＥＣＵ８（制御装置）に出力する。ＥＣＵ８では、クランク角θに基づいてエンジン回転数Ｎｅが演算される。また、スロットルバルブ１２に配置されたスロットル開度センサ１４は、エンジン負荷を示すスロットルバルブ１２の開度すなわちスロットル開度αを検出し、その検出値をＥＣＵ８に出力する。したがって、ＥＣＵ８には、クランク角θ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度αのデータが逐次格納される。
【００２３】
エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥはクランク角θに応じて周期的に変動する。これに応じて、内燃機関２から振動波ＦＥＮＧＩＮＥが発生し、当該振動波ＦＥＮＧＩＮＥがハイブリッド動力源の振動音となる。かかる振動波ＦＥＮＧＩＮＥには、振動音の基音及び倍音となる爆発次数の振動波ＦＥＢと、爆発次数のハーフ次の振動波ＦＥＨとが含まれる。振動波ＦＥＢ及び振動波ＦＥＨは、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれるエンジントルクＴＥから発生する。
【００２４】
エンジントルクＴＥは、エンジンの気筒数をＣ、ｎを自然数、Ｇｎ（Ｎｅ，α）及びＧ’ｎ（Ｎｅ，α）をエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αで決定される所定の関数（マップ）とすれば、関係式▲１▼のように推定される。なお、関係式は図４の表に示すものとし、ｎをΣで積算するものとする。すなわち、ｎ＝１，２，３…を代入したものの積算となる。
【００２５】
ここで、爆発次数とはｎ×Ｃ／２であり、そのハーフ次とは（ｎ＋０．５）×Ｃ／２である。トルクＴＥＢは爆発次数の正弦波成分を示し、トルクＴＥＨはそのハーフ次の正弦波成分を示す。トルクＴＥＢによって振動波ＦＥＢが発生し、トルクＴＥＨによって振動波ＦＥＨが発生する。
【００２６】
一方、モータ６はクランクシャフト１０にアシストトルクＴＭを出力する。ＥＣＵ８は、クランク角θ、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度αに基づいて目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を演算する。しかる後、ＥＣＵ８は、アシストトルクＴＭが目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）となるように、モータ６に対して制御信号を出力する。なお、モータ６に対して制御信号を出力する際には、インバータ等を介してもよい。
【００２７】
このように、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を重畳させると、振動音の音色を「綺麗な音」或いは「力強い音」とすることができる。以下、詳説する。
【００２８】
（１）「綺麗な音」とする場合
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）は、クランク角θ、気筒数Ｃ、自然数ｎ、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αで予め決定される所定の関数（マップ）Ｈｎ（Ｎｅ，α）及びＨ’ｎ（Ｎｅ，α）を用いて関係式▲２▼で表される。
【００２９】
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）はクランク角θに応じて周期的に変動し、トルクＴＭＢとトルクＴＭＨとから成る。トルクＴＭＢは爆発次数の正弦波成分であり、トルクＴＭＨはそのハーフ次の正弦波成分である。トルクＴＭＢは、エンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＢに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）を有する。トルクＴＭＨは、エンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＨに対して逆位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）を有する。
【００３０】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αとエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉとの関係を模式的に示すグラフである。エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉ（エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥのレベル）とは、クランク角θに応じて周期的に変動するエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの最大値を示している。一般に、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αの増加に伴い、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉは増加する。振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）はエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αに基づいて予め決定される。
【００３１】
具体的には、例えば、まずエンジン回転数Ｎｅの値をａ、スロットル開度αの値をｂとしてエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉの値を測定し、その測定値をＩａｂとする。続いて、これに基づいて振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値を共にＩａｂと決定する。
【００３２】
上記目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに重畳させれば、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＢが増大され、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＨが抑制されることとなる。例えば、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値が増大すると、それに伴ってトルクＴＥＨが減少し、Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）＝Ｇ’ｎ（Ｎｅ，α）とするとトルクＴＥＨは相殺される関係となる。したがって、得られるエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥでは、トルクＴＥＢがトルクＴＥＨに対して相対的に強調される。
【００３３】
かかる目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）をアシストトルクＴＭとして出力すると、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＥＢが、そのハーフ次の振動波ＦＥＨに対して相対的に強調される。換言すれば、ハイブリッド動力源の振動音を調和させることができ、当該動力源は駆動時に所謂「綺麗な音」、すなわち基音及び倍音が強調された振動音を発生することができる。
【００３４】
（２）「力強い音」とする場合
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）は関係式▲３▼で表される。
【００３５】
目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）はクランク角θに応じて変動し、トルクＴＭＢとトルクＴＭＨとから成る。トルクＴＭＢは爆発次数の正弦波成分であり、トルクＴＭＨはそのハーフ次の正弦波成分である。トルクＴＭＢはエンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＢに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）を有する。また、トルクＴＭＨはエンジントルクＴＥに含まれるトルクＴＥＨに対して同位相となる位相を有し、且つ、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）を有する。
【００３６】
振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）及び振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の説明と同様に、エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αに基づいて予め決定される。
【００３７】
上記目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに重畳させれば、振幅Ｈｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＢが増大され、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値に応じてトルクＴＥＨが増大されることとなる。例えば、振幅Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）の値が増大すると、それに伴ってトルクＴＥＨが増大し、Ｈ’ｎ（Ｎｅ，α）＝Ｇ’ｎ（Ｎｅ，α）とするとトルクＴＥＨは倍増される関係となる。したがって、得られるエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥでは、トルクＴＥＢがトルクＴＥＨに対して相対的に減衰される。
【００３８】
かかる目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）をアシストトルクＴＭとして出力すると、内燃機関２の爆発次数の振動波ＦＢＨが、そのハーフ次の振動波ＦＢＨに対して相対的に減衰される。換言すれば、ハイブリッド動力源の振動音が調和することを抑制でき、当該動力源は駆動時に所謂「力強い音」、すなわち基音及び倍音が減衰された振動音を発生することができる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のハイブリッド動力源は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥを発生するクランクシャフト１０を有する内燃機関２と、クランクシャフト１０に機械的に結合し、所望の目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）になるようにアシストトルクＴＭを発生するモータ６と、当該目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を演算するＥＣＵ８とを備える。上述の如く、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）、より詳細にはトルクＴＭＨを制御することで振動音の音色を制御できる。
【００４０】
続いて、本実施形態の具体的な例として、気筒数Ｃが６である４サイクルＶ型６気筒エンジンの場合について説明する。この場合、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれるエンジントルクＴＥは関係式▲４▼のように推定される。なお、爆発次数は３次、６次、９次、…となり、そのハーフ次は４．５次、７．５次、…である。
【００４１】
また、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を関係式▲５▼のようにすれば、「綺麗な音」とすることができる。
【００４２】
図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥ及び目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる正弦波成分の一部を示すグラフである。これらのグラフは、クランク角θに応じて変動するトルクＴの値を示している。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれる３次、４．５次、６次の正弦波成分を示す。また、図３（Ｄ）〜図３（Ｆ）は、それぞれ目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる３次、４．５次、６次の正弦波成分を示す。図３（Ｂ）及び図３（Ｅ）を比較すると、図３（Ｅ）に示された正弦波成分の位相は、図３（Ｂ）に示された正弦波成分の位相に対して逆位相となっている。
【００４３】
ここで、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を重畳させると、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥに含まれる４．５次の正弦波成分は減衰され、３次及び６次の正弦波成分は強調される。したがって、エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥから発生する３次の振動波（基音）及び６次の振動波（倍音）が、４．５次の振動波に対して相対的に強調される。
【００４４】
また、気筒数Ｃが６である４サイクルＶ型６気筒エンジンの場合、目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）を関係式▲６▼のようにすれば、「力強い音」とすることができる。
【００４５】
なお、上述の説明では気筒数Ｃが６の場合を例示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、気筒数Ｃが４である４気筒の場合、爆発次数は２次、４次、６次、…となり、そのハーフ次は３次、５次、…となる。また、気筒数Ｃが８である８気筒の場合、爆発次数は４次、８次、１２次、…となり、そのハーフ次は６次、１０次、…となる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のハイブリッド動力源によれば、振動音の音色を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド動力源を示すブロック図である。
【図２】エンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度αとエンジントルクＴＥＮＧＩＮＥの振幅Ｉとの関係を模式的に示すグラフである。
【図３】エンジントルクＴＥＮＧＩＮＥ及び目標アシストトルクＴＭ（ＴＡＲＧＥＴ）に含まれる正弦波成分の一部を示すグラフである。
【図４】関係式を示す表である。
【符号の説明】
２…内燃機関、４…クランク角センサ、６…モータ、８…ＥＣＵ、１０…クランクシャフト、１２…スロットルバルブ、１４…スロットル開度センサ、１６…排気系。
Claims (4)
- エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、
前記クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、
前記内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に強調させるように、前記目標アシストトルクを演算する制御装置と、
を備えることを特徴とするハイブリッド動力源。 - 前記目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動する前記エンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して逆位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、前記クランク角に応じて周期的に変動することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド動力源。
- エンジントルクを発生するクランクシャフトを有する内燃機関と、
前記クランクシャフトに機械的に結合し、目標アシストトルクになるようにアシストトルクを発生するモータと、
前記内燃機関の爆発次数の振動波を、そのハーフ次の振動波に対して相対的に減衰させるように、前記目標アシストトルクを演算する制御装置と、
を備えることを特徴とするハイブリッド動力源。 - 前記目標アシストトルクは、クランク角センサから検出されるクランク角に応じて周期的に変動する前記エンジントルクに含まれる爆発次数のハーフ次の正弦波成分に対して同位相となる位相と、エンジン回転数及びスロットル開度に基づいて決定される振幅と、を有する正弦波成分を含むように、前記クランク角に応じて周期的に変動することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド動力源。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003155682A JP2004353630A (ja) | 2003-05-30 | 2003-05-30 | ハイブリッド動力源 |
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| JP2003155682A JP2004353630A (ja) | 2003-05-30 | 2003-05-30 | ハイブリッド動力源 |
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8423214B2 (en) | 2009-09-15 | 2013-04-16 | Kpit Cummins Infosystems, Ltd. | Motor assistance for a hybrid vehicle |
| US8596391B2 (en) | 2009-09-15 | 2013-12-03 | Kpit Cummins Infosystems Ltd | Method of converting vehicle into hybrid vehicle |
| US8606443B2 (en) | 2009-09-15 | 2013-12-10 | Kpit Cummins Infosystems, Ltd. | Motor assistance for a hybrid vehicle based on user input |
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-
2003
- 2003-05-30 JP JP2003155682A patent/JP2004353630A/ja active Pending
Cited By (5)
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| US8606443B2 (en) | 2009-09-15 | 2013-12-10 | Kpit Cummins Infosystems, Ltd. | Motor assistance for a hybrid vehicle based on user input |
| US9227626B2 (en) | 2009-09-15 | 2016-01-05 | Kpit Technologies Limited | Motor assistance for a hybrid vehicle based on predicted driving range |
| US9884615B2 (en) | 2009-09-15 | 2018-02-06 | Kpit Technologies Limited | Motor assistance for a hybrid vehicle based on predicted driving range |
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