JP2007276594A

JP2007276594A - 車両用制御装置

Info

Publication number: JP2007276594A
Application number: JP2006104557A
Authority: JP
Inventors: Haruo Fujiki; 晴夫藤木
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-04-05
Also published as: JP4871009B2

Abstract

【課題】エンジン始動時やエンジン停止時の車体振動を抑制する。
【解決手段】エンジンのクランク軸にはモータジェネレータが連結され、クランク軸に対してモータトルクを伝達することが可能となる。モータジェネレータによってエンジンを始動する際には、クランク角に基づいてクランク軸の回転抵抗を判定し、クランク軸の回転抵抗が増大する圧縮行程においてはモータトルクを引き下げるように補正する。このように、増加する回転抵抗に応じてモータトルクを減少させるようにしたので、エンジン反力が大きく変動することを抑制することができ、エンジン振動および車体振動を抑制することが可能となる。同様に、エンジン停止時には、クランク軸に対してアシスト方向にモータトルクを伝達するとともに、増大する回転抵抗に応じてモータトルクを減少させることにより、車体振動を抑制しながらエンジンを停止させることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン始動時やエンジン停止時に用いられる車両用制御装置に関する。

停車時にエンジンを自動的に停止させることにより、燃料消費量を抑制するようにしたアイドリングストップ車両が開発されている。このアイドリングストップ車両は、所定のエンジン停止条件が成立したときにはエンジンを自動的に停止する一方、所定のエンジン始動条件が成立したときにはエンジンを自動的に始動するようにしている。また、動力源としてエンジンと電動モータとを搭載することにより、燃料消費量を抑制するようにしたハイブリッド車両も開発されている。このハイブリッド車両は停車時にエンジンを停止させるだけでなく、エンジン動力が不要な走行領域においてもエンジンを停止させることが可能である。

このように、アイドリングストップ車両やハイブリッド車両にあっては、走行状況に応じて頻繁にエンジンを停止させることになるが、エンジン停止時やエンジン始動時に発生するエンジン振動が車両品質を低下させる要因となっていた。そこで、エンジンに連結されるジェネレータからブレーキトルクを発生させるとともに、このブレーキトルクを増減させてクランク軸の回転変動を抑制することにより、エンジン振動の軽減を図るようにしたエンジン停止装置が提案されている (たとえば、特許文献１参照)。
特開２００１−２０７８８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるエンジン停止装置にあっては、クランク軸の回転変動を抑制するように電動モータを制御するため、エンジンのポンプロスによってクランク軸の回転速度が低下する圧縮行程においては、クランク軸を増速させようとモータトルクが引き上げられることになる。このように、クランク軸の回転抵抗が増大するときにモータトルクを引き上げることは、エンジン反力を増大させてエンジンを大きく揺り動かすことになるため、車体振動を招く要因となっていた。

本発明の目的は、エンジン始動時やエンジン停止時に発生する振動を抑制することにある。

本発明の車両用制御装置は、エンジンとこれに連結される電動モータとを備え、エンジン始動時とエンジン停止時との少なくともいずれかのときに前記電動モータを駆動制御する車両用制御装置であって、前記エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、前記電動モータに駆動信号を出力し、前記電動モータから前記エンジンに対してアシスト方向にモータトルクを伝達するモータ駆動手段と、前記電動モータから出力されるモータトルクをクランク角に基づいて補正するトルク補正手段とを有することを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記トルク補正手段は、クランク角に基づいて前記エンジンの回転抵抗を判定し、回転抵抗が増大するときにはモータトルクを減少させることを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記トルク補正手段は、クランク角速度が所定範囲から外れるときにはモータトルクの補正を禁止することを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記トルク補正手段は、クランク角速度に基づいてモータトルクの補正量を変化させることを特徴とする。

本発明の車両用制御装置は、前記トルク補正手段は、前記エンジンに設けられる複数のシリンダバンクのうち、前記エンジンの回転抵抗を増大させている前記シリンダバンクをクランク角に基づいて判定し、前記シリンダバンクごとにモータトルクの補正量を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、電動モータからエンジンに対してアシスト方向にモータトルクを伝達するとともに、このモータトルクをクランク角に応じて補正するようにしたので、エンジン始動時やエンジン停止時におけるエンジン反力を抑制することができ、エンジン振動や車体振動を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図であり、このパワーユニット１０が備えるエンジン１１は、本発明の一実施の形態である車両用制御装置によって制御される。

図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてのエンジン１１とモータジェネレータ(電動モータ)１２とが設けられており、モータジェネレータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１やモータジェネレータ１２から出力される動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を経て各駆動輪に分配される。なお、図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰動力を電気エネルギに変換して回収することが可能となる。さらに、モータジェネレータ１２はスタータモータとして機能するようになっており、モータジェネレータ１２によってエンジン１１のクランク軸１８を始動回転(以下、クランキングという)させることが可能となっている。

エンジン１１の後方側に設けられるモータジェネレータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸１８に連結されるロータ２２とを備えており、ロータ２２はドライブプレート２３を介してトルクコンバータ２４に連結されている。トルクコンバータ２４は、コンバータケース２５に固定されるポンプインペラ２６と、このポンプインペラ２６に対向するタービンランナ２７とを備えており、トルクコンバータ２４内の作動油を介してポンプインペラ２６からタービンランナ２７に動力が伝達される。さらに、トルクコンバータ２４にはロックアップクラッチ２８が組み込まれており、定常走行時にはロックアップクラッチ２８を締結して動力伝達効率を向上させることが可能となっている。

また、トルクコンバータ２４には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸３０を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３１と後輪出力軸３２との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して前輪出力軸３３と後輪出力軸３２とに動力が分配されている。

このようなハイブリッド車両には、モータジェネレータ１２に電力を供給する高電圧バッテリ(たとえばリチウムイオンバッテリ)４０が搭載されている。この高電圧バッテリ４０にはバッテリ制御ユニット４１が接続されており、バッテリ制御ユニット４１によって高電圧バッテリ４０の充放電量が制御されるとともに充電状態ＳＯＣ(state of charge)が算出されている。また、ハイブリッド車両には、エンジントルクやエンジン回転数を制御するエンジン制御ユニット４２が設けられており、このエンジン制御ユニット４２から、スロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号が出力されている。さらに、ハイブリッド車両にはモータ駆動手段としてのハイブリッド制御ユニット４３が設けられており、このハイブリッド制御ユニット４３からモータジェネレータ１２に対する駆動信号が出力されている。これらの制御ユニット４１〜４３は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。なお、制御ユニット４１〜４３は、通信ネットワークを介して相互に接続されており、各種情報を共有することが可能となっている。

また、ハイブリッド制御ユニット４３には、運転手によって始動時や停止時に操作されるイグニッションスイッチ４４、アクセルペダルの踏み込み状況を検出するアクセルペダルセンサ４５、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサ４６が接続されている。さらに、ハイブリッド制御ユニット４３には、エンジン制御ユニット４２を介してクランク角検出手段としてのクランク角センサ４７が接続されており、このクランク角センサ４７からハイブリッド制御ユニット４３にクランク軸１８の回転角度(クランク角)が入力されるようになっている。なお、モータジェネレータ１２の回転角度を検出するレゾルバ等をクランク角検出手段として用いるようにしても良い。

また、モータジェネレータ１２の駆動状態を制御するため、高電圧バッテリ４０とモータジェネレータ１２との間にはインバータ４８が設けられている。ハイブリッド制御ユニット４３からインバータ４８に対して駆動信号を出力することにより、インバータ４８を介して交流電流の電流値や周波数を制御することができ、交流同期型モータであるモータジェネレータ１２のモータトルクやモータ回転数を制御することが可能となっている。

続いて、エンジン始動時に実行されるモータトルク制御について説明する。図２はエンジン始動時に出力されるモータトルクとクランク軸１８の回転抵抗との関係を示す説明図であり、図３はエンジン始動時におけるモータトルク制御の実行手順を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートが実行されるエンジン始動時とは、停車時などに実行されるアイドリングストップ制御から復帰する際のエンジン始動時である。

まず、図２に示すように、シリンダ内の空気を圧縮しながらピストンを押し上げる圧縮行程にあってはクランク軸１８の回転抵抗が増大する一方、圧縮空気によってピストンが押し下げられる膨張行程、吸気バルブを開放しながらピストンを下降させる吸気行程、排気バルブを開放しながらピストンを上昇させる排気行程にあっては、クランク軸１８の回転抵抗が減少するようになっている。このように、各シリンダの圧縮行程の前後ではクランク軸１８の回転抵抗が大きく変動するため、一定のモータトルクによってエンジン１１をクランキングすると、回転抵抗の変動に伴ってエンジン反力が変動することになり、エンジン振動および車体振動が増大してしまうおそれがある。そこで、本発明の車両用制御装置は、圧縮行程のようにクランク軸１８の回転抵抗が増大するときに、モータジェネレータ１２から出力されるモータトルクを減少させることにより、エンジン反力を抑制してエンジン振動および車体振動を抑制するようにしている。以下、図３のフローチャートに沿ってモータトルク制御の実行手順を詳細に説明する。

図３に示すように、まずステップＳ１では、アイドリングストップ制御中であるか否かが判定され、アイドリングストップ制御中であると判定された場合には、ステップＳ２に進み、エンジン始動条件が成立しているか否かが判定される。ステップＳ２において、ブレーキペダルの踏み込み解除やアクセルペダルの踏み込みが検出されたときにはエンジン始動条件が成立したと判定され、続くステップＳ３に進み、クランク角および次に圧縮行程となるシリンダが読み込まれる。そして、ステップＳ４では、クランク角からクランク軸１８の回転速度(クランク角速度)が算出され、続くステップＳ５では、エンジン１１をクランキングする際の基礎モータトルクとなる始動時モータトルクＴｍｓが算出される。ここで、図４はエンジン回転数と始動時モータトルクＴｍｓとの関係を示すトルクマップであり、このトルクマップを参照することによって始動時モータトルクＴｍｓが算出されるようになっている。また、図４のトルクマップに基づいて始動時モータトルクＴｍｓを算出するだけでなく、クランク軸１８が所定の角加速度でクランキングされるように、以下の式(１)に基づいて始動時モータトルクＴｍｓを算出するようにしても良い。なお、以下の式(１)に示すＩは所定の設定値であり、ｄω/ｄｔはクランク軸１８の目標角加速度である。
Ｔｍｓ＝Ｉ×ｄω/ｄｔ・・・・・(１)

続いて、ステップＳ６〜Ｓ８において車両状態を判定することにより、回転抵抗の増加に応じて始動時モータトルクＴｍｓを削減するトルク補正処理を実行するか否かが判定される。ステップＳ６では、所定値Ａ，Ｂによって区画される所定範囲内にクランク角速度が収まっているか否かが判定され、クランク角速度が所定範囲から外れていると判定された場合には、トルク補正処理を実行することなくステップＳ９に進み、モータジェネレータ１２を始動制御する際の目標モータトルクＴｍｔとして、始動時モータトルクＴｍｓがそのまま設定されることになる。このように、クランク角速度が所定範囲から外れている場合には、エンジン振動と車体振動とが大きく共振しないため、この領域内においては始動時モータトルクＴｍｓのトルク補正処理を行うことなく、目標モータトルクＴｍｔを設定するようにしている。

また、ステップＳ７では、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれているか否かが判定される。ステップＳ７において、アクセルペダルが踏み込まれていると判定された場合には、トルク補正処理を実行することなくステップＳ９に進み、目標モータトルクＴｍｔとして始動時モータトルクＴｍｓがそのまま設定されることになる。このように、アクセルペダルが踏み込まれた場合には、運転手が素早く発進しようとしていることから、始動時モータトルクＴｍｓを削減するトルク補正処理を実行することなく、モータトルクを高く設定してエンジン１１を素早く始動するようにしている。

さらに、ステップＳ８では、走行路が登坂路であるか否かが判定される。ステップＳ８において、走行路が登坂路である判定された場合には、トルク補正処理を実行することなくステップＳ９に進み、目標モータトルクＴｍｔとして始動時モータトルクＴｍｓがそのまま設定されることになる。このように、走行路が登坂路である場合には、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたときの後退移動を回避する必要があるため、始動時モータトルクＴｍｓを削減するトルク補正処理を実行することなく、モータトルクを高く設定してエンジン１１を素早く始動するようにしている。

そして、ステップＳ６において、クランク角速度が所定範囲内に収まっていると判定され、ステップＳ７において、アクセルペダルが踏み込まれていないと判定され、続くステップＳ８において、走行路が登坂路以外であると判定された場合には、ステップＳ１０に進み、トルク補正手段として機能するハイブリッド制御ユニット４３により、始動時モータトルクＴｍｓのトルク補正処理が開始されるようになっている。

まずステップＳ１０では、クランク角に基づき図５の補正値マップを参照することによってモータトルク補正値Ｔｍｈが算出され、続くステップＳ１１では、始動時モータトルクＴｍｓからモータトルク補正値Ｔｍｈを減算することによって目標モータトルクＴｍｔが算出される。続いて、ステップＳ１２では、クランキング時の始動回転数を確保するためのトルク下限値Ｔｍｌが設定されるとともに、算出された目標モータトルクＴｍｔがトルク下限値Ｔｍｌを下回る場合には、目標モータトルクＴｍｔがトルク下限値Ｔｍｌまで引き上げられる。そして、ステップＳ１３において、目標モータトルクＴｍｔに基づき設定された駆動電流がモータジェネレータ１２に供給され、モータジェネレータ１２によってエンジン１１がクランキングされることになる。

ここで、図５の補正値マップに示すように、モータトルク補正値Ｔｍｈは、ピストンが上死点(ＴＤＣ)に近づくにつれて増加する一方、ピストンが下死点(ＢＤＣ)に近づくにつれて減少するように設定されている。つまり、いずれかのシリンダ内で空気が圧縮されてクランク軸１８の回転抵抗が増大するときには、モータトルク補正値Ｔｍｈは増加するように設定されるため、このモータトルク補正値Ｔｍｈによって補正される目標モータトルクＴｍｔは減少することになる。このように、クランク角からクランク軸１８の回転抵抗を判定するとともに、増加する回転抵抗に応じてモータトルクを減少させるようにしたので、エンジン反力の大きな変動を回避することができ、エンジン振動および車体振動を抑制することが可能となる。

なお、前述したモータトルク制御は、アイドリングストップ制御から復帰する際に実行されるモータトルク制御であるが、イグニッションスイッチ４４の操作によってエンジン１１を始動する際に、図３のフローチャートに沿ってモータジェネレータ１２のモータトルク制御を実行しても良い。また、図５の補正マップにあっては、作図の都合上、位相を１８０°ずらした２つのピストンがそれぞれ圧縮行程に移行したときのモータトルク補正値Ｔｍｈを示しているが、図示するエンジン１１は２気筒エンジンに限られることはなく、単気筒エンジンであっても良く、３気筒以上の多気筒エンジンであっても良い。

また、前述したモータトルク制御にあっては、クランク角のみに基づいてモータトルク補正値Ｔｍｈを算出するようにしているが、これに限られることはなく、他の方法によってモータトルク補正値Ｔｍｈを算出するようにしても良い。ここで、図６および図７は本発明の他の実施の形態である車両用制御装置によって参照される補正値マップである。

まず、図６に示すように、クランク角およびクランク角速度に基づいてモータトルク補正値Ｔｍｈを算出するようにしても良い。エンジン振動と車体振動との共振量はクランク角速度に応じて変動するため、クランク角速度が共振点に近づく程にモータトルク補正値Ｔｍｈを大きく設定し、クランク角速度が共振点から離れる程にモータトルク補正値Ｔｍｈを小さく設定しても良い。このように、クランク角とクランク角速度とに基づいてモータトルク補正値Ｔｍｈを設定することにより、エンジン始動時のモータトルクをより適切に制御することができるため、エンジン振動および車体振動を抑制して車両品質を向上させることが可能となる。なお、図示する場合には、共振点に最も近づいたときのモータトルク補正値Ｔｍｈを符号αで示し、共振点から離れたときのモータトルク補正値Ｔｍｈを符号βで示し、共振点に最も離れたときのモータトルク補正値Ｔｍｈを符号γで示している。

また、図７に示すように、圧縮行程となるシリンダに応じてモータトルク補正値Ｔｍｈを変化させるようにしても良い。つまり、エンジン１１が複数のシリンダバンクを備える水平対向エンジンやＶ型エンジン等である場合には、一方のシリンダバンクが圧縮行程に入ったときのエンジン振動と、他方のシリンダバンクが圧縮行程に入ったときのエンジン振動とが、エンジンマウントの位置などに応じて変化することになる。このため、一方のシリンダバンク(シリンダ＃１，＃２)が圧縮行程に入るときのモータトルク補正値Ｔｍｈと、他方のシリンダバンク(シリンダ＃３，＃４)が圧縮行程に入るときのモータトルク補正値Ｔｍｈとを変化させることにより、エンジン始動時のモータトルクをより適切に制御することができるため、エンジン振動および車体振動を抑制して車両品質を向上させることが可能となる。

さらに、前述したモータトルク制御にあっては、エンジン始動時に実行されるモータトルク制御となっているが、このようなモータトルク制御をエンジン停止時に適用することも可能である。ここで、図８(Ａ)および(Ｂ)はエンジン停止時のモータトルクとクランク軸１８の回転抵抗との関係を示す説明図であり、図９はエンジン停止時におけるエンジン回転数およびモータトルクの変動状況を示す説明図である。

図８(Ａ)および(Ｂ)に示すように、車両状態に応じてアイドリングストップ制御が実行されたり、運転手の操作によってイグニッションスイッチ４４から停止信号が出力されたりした場合には、モータジェネレータ１２からエンジン回転を促すアシスト方向にモータトルクが出力される。なお、エンジン停止時に出力されるモータトルクはクランク軸１８の回転抵抗よりも小さく設定されており、エンジン回転数は徐々に低下することになる。そして、エンジン回転数が低下する過程においては、図５〜図７の補正値マップに基づいて、クランク角やクランク角速度等からモータトルク補正値Ｔｍｈを設定し、所定の停止時モータトルクからモータトルク補正値Ｔｍｈを減算することにより、目標モータトルクＴｍｔを算出するようにしている。つまり、図９に示すように、モータジェネレータ１２から出力されるモータトルクをクランク角に応じて変動させることにより、エンジン反力の変動を抑制することができるため、エンジン振動および車体振動を軽減することが可能となっている。なお、設定される停止時モータトルクとモータトルク補正値Ｔｍｈとの大きさによっては、図８(Ａ)に示すように圧縮時のモータトルクがアシスト方向に出力されるだけでなく、図８(Ｂ)に示すように圧縮時のモータトルクがブレーキ方向に出力されるようになっている。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、クランク軸１８に直結したモータジェネレータ１２によってエンジン１１をクランキングしているが、これに限られることはなく、減速ギヤ等を介してクランク軸１８に連結されるスタータモータによってエンジン１１をクランキングさせるようにしても良い。つまり、本発明の車両用制御装置が適用される車両としては、ハイブリッド車両に限られることはなく、駆動源としてエンジン１１のみを備えた車両であっても良い。

また、図５〜図７に示す補正値マップにあっては、上死点(ＴＤＣ)においてモータトルク補正値Ｔｍｈが最大となるように設定されているが、これに限られることはなく、バルブタイミング等によってクランク軸１８の回転抵抗の最大値が上死点からずれる場合には、これに応じてモータトルク補正値Ｔｍｈの最大値を上死点からずらして設定しても良い。

また、吸気行程、排気行程、膨張行程の各行程においても、回転抵抗に微少な変動を生じることになるが、この回転抵抗の変動に合わせてモータトルクを補正しても良いことはいうまでもない。

なお、本発明の車両用制御装置が適用されるエンジン形式としては、水平対向エンジンやＶ型エンジンに限られることはなく、１つのシリンダバンクを備える直列エンジンであっても良いことはいうまでもない。

本発明の一実施の形態である車両用制御装置によって制御されるエンジンを備えたパワーユニットを示すスケルトン図である。エンジン始動時のモータトルクとクランク軸の回転抵抗との関係を示す説明図である。エンジン始動時におけるモータトルク制御の実行手順を示すフローチャートである。エンジン回転数と始動時モータトルクとの関係を示すトルクマップである。クランク角とモータトルク補正値との関係を示す補正値マップである。本発明の他の実施の形態である車両用制御装置によって参照される補正値マップである。本発明の他の実施の形態である車両用制御装置によって参照される補正値マップである。 (Ａ)および(Ｂ)はエンジン停止時のモータトルクとクランク軸の回転抵抗との関係を示す説明図である。エンジン停止時におけるエンジン回転数およびモータトルクの変動状況を示す説明図である。

符号の説明

１１エンジン
１２モータジェネレータ(電動モータ)
４３ハイブリッド制御ユニット(モータ駆動手段，トルク補正手段)
４７クランク角センサ(クランク角検出手段)

Claims

エンジンとこれに連結される電動モータとを備え、エンジン始動時とエンジン停止時との少なくともいずれかのときに前記電動モータを駆動制御する車両用制御装置であって、
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記電動モータに駆動信号を出力し、前記電動モータから前記エンジンに対してアシスト方向にモータトルクを伝達するモータ駆動手段と、
前記電動モータから出力されるモータトルクをクランク角に基づいて補正するトルク補正手段とを有することを特徴とする車両用制御装置。
請求項１記載の車両用制御装置において、
前記トルク補正手段は、クランク角に基づいて前記エンジンの回転抵抗を判定し、回転抵抗が増大するときにはモータトルクを減少させることを特徴とする車両用制御装置。
請求項１または２記載の車両用制御装置において、
前記トルク補正手段は、クランク角速度が所定範囲から外れるときにはモータトルクの補正を禁止することを特徴とする車両用制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
前記トルク補正手段は、クランク角速度に基づいてモータトルクの補正量を変化させることを特徴とする車両用制御装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用制御装置において、
前記トルク補正手段は、前記エンジンに設けられる複数のシリンダバンクのうち、前記エンジンの回転抵抗を増大させている前記シリンダバンクをクランク角に基づいて判定し、前記シリンダバンクごとにモータトルクの補正量を変化させることを特徴とする車両用制御装置。