JP2009293481A - 内燃機関のトルク推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク計算の負荷を低減しつつ、内燃機関のトルクを推定する。
【解決手段】内燃機関のトルク推定装置（１）は、ダンパ（２４）を介して相互に接続された内燃機関（１１）及びモータ（２２）、並びに、一端がダンパに接続されると共に、内燃機関及びモータ各々の動力が伝達されるインプット軸（２３１）を備える車両における内燃機関のトルク推定装置である。該内燃機関のトルク推定装置は、ダンパのねじれ角を検出するねじれ角検出手段（４１）と、ダンパのダンパ特性を示す近似式を格納する記憶手段（３１２）と、検出されたねじれ角及び格納された近似式に基づいて、内燃機関のトルクを推定する推定手段（３１３）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関及びモータ・ジェネレータを備えるハイブリッド車等の車両における内燃機関のトルク推定装置に関し、特に、ダンパのねじれ角から内燃機関のトルクを推定するトルク推定装置の技術分野に関する。

この種の推定装置では、ダンパのねじれ角を検出して、該検出されたねじれ角及びダンパのねじれ特性に基づいて、内燃機関のトルクを逐次算出する技術が提案されている。

尚、特許文献１には、内燃機関の出力軸の回転角速度を、内燃機関の各気筒の行程に同期して検出し、気筒毎にその気筒の所定行程における検出された回転角速度が、該所定行程以前の回転角速度から定められる角速度基準値より小さいか否かを判定して、気筒の異常を検出する気筒異常検出装置が記載されている。

また、特許文献２には、ドライブシャフトのねじれ角を検出して、ねじり振動がねじれ角の増大変化側で発生した場合には内燃機関のトルクを所定時間だけ減少させ、ねじり振動がねじれ角の減少変化側で発生した場合には内燃機関のトルクを所定時間だけ増加させる車両の振動低減装置が記載されている。

特開平２−４９９５５号公報 特開平６−２５７４８０号公報

しかしながら、ダンパのねじれ特性にはバラツキがあり、また環境温度等に起因して該バラツキが変化する。このため、ねじれ特性を取得しなければならないが、取得する際の処理が複雑であり、結果としてトルク算出の負荷が大きくなる可能性があるという技術的問題点がある。特許文献１及び２に記載された技術では、上記問題点を解決することは極めて困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、トルク計算の負荷を低減しつつ、トルクを推定することができる内燃機関のトルク推定装置を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関のトルク推定装置は、上記課題を解決するために、ダンパを介して相互に接続された内燃機関及びモータ、並びに、一端が前記ダンパに接続されると共に、前記内燃機関及び前記モータ各々の動力が伝達されるインプット軸を備える車両における前記内燃機関のトルク推定装置であって、前記ダンパのねじれ角を検出するねじれ角検出手段と、前記ダンパのダンパ特性を示す近似式を格納する記憶手段と、前記検出されたねじれ角及び前記格納された近似式に基づいて、前記内燃機関のトルクを推定する推定手段とを備える。

本発明の内燃機関のトルク推定装置によれば、当該トルク推定装置が搭載される車両は、ダンパを介して相互に接続された内燃機関及びモータ、並びに、一端がダンパに接続されると共に、内燃機関及びモータ各々の動力が伝達されるインプット軸を備える。ここに、本発明に係る「ダンパ」は、典型的には、トランスアクスルダンパである。また、本発明に係る「モータ」は、車両の駆動用のモータであるが、例えばモータ・ジェネレータ（電動発電機）において実現されるモータであってもよい。即ち、モータとして機能し得る限りにおいて、典型的には、ハイブリッド車両に用いられるモータ・ジェネレータを意味してもかまわない。

ねじれ角検出手段は、ダンパのねじれ角を検出する。例えば不揮発性メモリ等である記憶手段は、ダンパのダンパ特性を示す近似式を格納する。ここに、本発明に係る「ダンパ特性」とは、典型的には、ダンパのねじれ特性を意味する。また、本発明に係る「近似式」は、典型的には、単純増加関数又は単純減少関数によって表現される式である。このような近似式は、実験的に又はシミュレーションによって、例えば、ダンパに加えるトルクとダンパのねじれ角との関係を求めて、該求められた関係に基づいて設定すればよい。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成される推定手段は、検出されたねじれ角及び格納された近似式に基づいて、内燃機関のトルクを推定する。具体的には例えば、検出されたねじれ角及び格納された近似式（即ち、ダンパ特性）に基づいて、ダンパ周りの所定の運動方程式を解くことによって、内燃機関のトルクを推定する。

本願発明者の研究によれば、ダンパのねじれ角から内燃機関のトルクを推定又は算出する場合、ダンパのねじれ特性が既知でなければならない。しかしながら、ダンパのねじれ特性は、ダンパ毎に異なっており、また設計値と必ずしも一致していない（例えば、設計値に対して±２０％程度バラツキの幅がある）。特に、車両のドライバビリティの向上や駆動系のねじり振動の低減を図ることに起因して、ダンパの多段化等が進んでおりバラツキの幅が大きくなる傾向がある。

このため、設計値に基づいて、内燃機関のトルクを精度良く推定又は算出することは、極めて困難である。他方で、例えばダンパのねじれ角等を実測して、ねじれ特性を取得する場合、ある程度のサンプリング期間が必要であると共に、実測されたデータに所定の処理を施さなければならない。すると、トルクが推定又は算出されるまでの期間が比較的長くなると共に、例えばプロセッサ等の負荷が高い状態が比較的長くなるおそれがあることが判明している。

しかるに本発明では、推定手段によって、検出されたねじれ角及び格納された近似式に基づいて、内燃機関のトルクが推定される。ここで、近似式が、例えば線形一次式であれば、任意の２点におけるトルク及びねじれ角を取得すれば、近似式を求めることができる。このため、比較的短時間にして内燃機関のトルクを推定することができると共に、例えばプロセッサ等の負荷が高い状態が長くなることを抑制することができる。

更に、ダンパのねじれ特性は、単純増加又は単純減少で推移しており、例えば線形一次式等の比較的単純な関数により精度良く近似できることが本願発明者の研究により判明している。このため、内燃機関のトルクを精度良く推定することができる
本発明の内燃機関のトルク推定装置の一態様では、前記近似式は、前記ねじれ角によって規定される複数のねじれ角領域の各々に対応している。

この態様によれば、ねじれ角の範囲毎に近似式が設定されている。従って、ダンパのねじれ特性を、一つの近似式で表す場合に比べ、より適切にねじれ特性を表わすことができる。この結果、内燃機関のトルクをより精度良く推定することができ、実用上非常に有利である。

本発明の内燃機関のトルク推定装置の他の態様では、前記近似式は、線形一次式である。

この態様によれば、トルク計算の負荷をより低減することができ、実用上非常に有利である。

本発明の内燃機関のトルク推定装置の他の態様では、前記インプット軸のトルクを検出するトルク検出手段と、前記検出されたトルクが第１トルクである場合に、前記ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第１ねじれ角と、前記検出されたトルクが第２トルクである場合に、前記ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第２ねじれ角とに基づいて、前記近似式を補正する補正手段とを更に備える。

この態様によれば、トルク検出手段は、インプット軸のトルクを検出する。例えばメモリ、プロセッサ等を備えて構成される補正手段は、検出されたトルクが第１トルクである場合に、ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第１ねじれ角と、検出されたトルクが第２トルクである場合に、ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第２ねじれ角とに基づいて、近似式を補正する。

ダンパのねじれ特性は、製造されてからの期間や環境温度等により変化することが、本願発明者の研究により判明している。しかるに、本発明では、補正手段により近似式が補正されるので、ダンパの状態に応じたねじれ特性を取得することができ、実用上非常に有利である。

尚、補正手段は、例えば、所定期間（例えば６月）毎、又は所定走行距離（例えば５０００キロメートル）毎に、或いは、環境温度が所定温度より大きく変化した場合等に、近似式を補正する。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の内燃機関のトルク推定装置に係る実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。ここに、図１は、本実施形態に係るトルク推定装置の構成を示すブロック図である。

図１において、本実施形態に係るトルク推定装置１が搭載される車両は、エンジン１１、モータ・ジェネレータ２１及び２２、動力分配機構２３並びにダンパ２４を備えて構成されている。ここに、本実施形態に係る「エンジン１１」並びに「モータ・ジェネレータ２１及び２２」は、夫々、本発明に係る「内燃機関」、及び「モータ」の一例である。

モータ・ジェネレータ２１は、ロータ２１１及びステータ２１２を備えて構成されており、モータ・ジェネレータ２２は、ロータ２２１及びステータ２２２を備えて構成されている。

動力分配機構２３は、プラネタリキャリア２３４、サンギヤ２３５、プラネタリギヤ２３６、リングギヤ２３７及び動力取出ギヤ２３８を備えて構成されている。プラネタリキャリア２３４に接続されている、本発明に係る「インプット軸」の一例としてのキャリア軸２３１は、ダンパ２４を介してエンジン１１のクランクシャフト１１１に接続されている。サンギヤ２３５に接続されているサンギヤ軸２３２は、ロータ２１１に接続されている。リングギヤ２３７に接続されているリングギヤ軸２３３は、ロータ２２１に接続されている。動力取出ギヤ２３８は、図示しないチェーンベルトを介して、駆動軸２５２の一端に接続されている動力伝達ギヤ２５１に動力を伝達可能である。

尚、本実施形態に係る動力分配機構２３は、典型的には、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）機能を有している。

トルク推定装置１は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３１及びねじれ角センサ４１を備えて構成されている。ＥＣＵ３１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１１、記憶部３１２、推定部３１３、判定部３１４、トルク検出部３１５、ねじれ角検出部３１６、状態取得部３１７、補正部３１８、及び入出力部３１９を備えて構成されている。

ここに、本実施形態に係る「記憶部３１２」、「推定部３１３」、「トルク検出部３１５」及び「補正部３１８」は、夫々、本発明に係る「記憶手段」、「推定手段」、「トルク検出手段」及び「補正手段」の一例である。また、本実施形態に係る「ねじれ角センサ４１」及び「ねじれ角検出部３１６」は、本発明に係る「ねじれ角検出手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ３１の一部を、制御装置１の一部として用いている。

次に、エンジン１１のトルクと、キャリア軸２３１のトルクとの関係について、図２を参照して説明する。ここに、図２は、エンジンのトルクとキャリア軸のトルクとの関係の一例を示す特性図である。尚、図中の点線ａは、エンジン１１の気筒内の圧力に基づいて算出したエンジン１１のトルク（即ち、実際の値）を示しており、実線ｂは、キャリア軸２３１のトルクを示しており、破線ｃは、ダンパ２４のねじれ角及びダンパ特性に基づいて算出したエンジン１１のトルクを示している。

図２に示すように、点線ａと実線ｂとは乖離しており、キャリア軸２３１のトルクをそのままエンジン１１のトルクとして扱うことはできない。他方、点線ａと破線ｃとは良く一致しており、ダンパ２４のねじれ角及びダンパ特性に基づいて、エンジン１１のトルクを算出することは可能であることがわかる。

尚、気筒内の圧力に基づいてエンジン１１のトルクを算出する装置は、比較的コストが高く、全ての車両に実装することは困難であることが、本願発明者の研究により判明している。

ところで、ダンパ２４のねじれ角からエンジン１１のトルクを算出する場合、ダンパ２４のねじれ特性が既知でなければならない。ここで、ダンパ２４のねじれ特性について、図３を参照して説明を加える。図３は、ダンパのねじれ特性の一例を示す特性図である。尚、図中の実線は、ねじれ特性の実測値を示しており、点線は、設計値を示している。

図３に示すように、ダンパ２４のねじれ特性は、設計値と必ずしも一致していないことがわかる。従って、エンジン１１のトルクを精度良く算出するためには、ねじれ特性の実測が不可欠である。しかしながら、図３中に実線で示されるようなデータを取得するためには、ある程度のサンプリング期間が必要である。加えて、取得されたデータに所定の処理（例えば、平均化処理等）を施した後でなければ、取得されたデータをエンジン１１のトルクの算出に用いることができない。従って、エンジン１１のトルクが算出されるまでの期間が比較的長くなると共に、例えばＥＣＵ３１の負荷が高い状態が比較的長く続くおそれがある。

しかるに本願発明者は、ダンパ２４のねじれ特性の傾向（例えば、図３中の実線の形状等）に着目し、本実施形態では、ねじれ特性を線形一次式（例えば、ｙ＝ａｘ＋ｂ、ここでａ及びｂは定数）により近似している。また、例えばねじれ角４度近傍において、実線の傾きが変化している（即ち、変曲点が存在する）ことに着目し、ねじれ角の範囲（典型的には、一の変曲点に対応するねじれ角から、該一の変曲点と相隣接する他の変曲点に対応するねじれ角まで）毎に近似式を設定している。

ここで、本実施形態に係る近似式について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係るねじれ特性を示す近似式の一例を示す概念図である。尚、図４は、図３中の破線で囲まれた領域Ａを、近似式により表している。

図４に示すような近似式は、後述するねじれ特性取得処理によって、任意の２点（例えば、図４中における点ｐ１及び点ｐ２）におけるインプットシャフトトルク（即ち、キャリア軸２３１のトルク）及びねじれ角を取得し、該取得されたインプットシャフトトルク及びねじれ角に基づいて設定される。該設定された近似式は、記憶部３１２に格納されている。

本実施形態に係るトルク推定装置１では、推定部３１３によって、ねじれ角センサ４１により検出されたダンパ２４のねじれ角、及び記憶部３１２に格納されている近似式に基づいて、ダンパ２４周りの所定の運動方程式が解かれることにより、エンジン１１のトルクが推定される。従って、トルク計算の負荷を低減しつつ、比較的短時間にして、エンジン１１のトルクを推定することができる。

（ねじれ特性取得処理）
次に、以上のように構成されたトルク推定装置１を搭載する車両の走行中（典型的には、モータ・ジェネレータ２２によって車両が駆動されている場合）において、ＥＣＵ３１が実行するねじれ特性取得処理について、図５のフローチャートを参照して説明する。

図５において、先ず、ＥＣＵ３１の状態取得部３１７は、例えばエンジン１１の回転数、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量、ブレーキペダル（図示せず）の踏み込み量等を検出することによって、当該車両の動作状態を取得する（ステップＳ１０１）。続いて、判定部３１４は、取得された動作状態が、モータ・ジェネレータ２２のみで当該車両を駆動させる状態であることを条件に、ダンパ２４のねじれ特性の取得要求があるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

取得要求がないと判定された場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、一旦処理を終了する。取得要求があると判定された場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ねじれ角検出部３１６は、ねじれ角センサ４１を介してダンパ２４のねじれ角を検出する。続いて、判定部３１４は、該取得されたねじれ角が、どの領域に該当するのかを判定する（ステップＳ１０３）。ここでは、説明の便宜上、Ｋ１領域（図４参照）に該当すると判定されたとする。

尚、取得要求がある場合は、例えば、前回ねじれ特性取得処理を実行してから、所定期間（例えば６月）経過した場合又は所定走行距離（例えば５０００キロメートル）走行した場合、或いは、環境温度が所定温度より大きく変化した場合等である。また、記憶部３１２には、ねじれ特性を示す、例えば図４のようなマップを格納しており、判定部３１４は、検出されたねじれ角及び該マップに基づいて、領域を判定する。

次に、トルク検出部３１５は、例えばモータ・ジェネレータ２１及び２２各々のトルク、並びに動力分配機構２３のギヤ比等に基づいて、キャリア軸２３１のトルクを検出して、該検出されたトルクの値（例えば、Ｔ１）を記憶部３１２に格納する。同時に、ねじれ角検出部３１６は、ねじれ角センサ４１を介してダンパ２４のねじれ角を検出して、該検出されたねじれ角（例えば、θ１）を記憶部３１２に格納する（ステップＳ１０４）。

次に、ＣＰＵ３１１は、キャリア軸２３１のトルクが微小量変化するように、モータ・ジェネレータ２１及び２２、並びに動力分配機構２３を制御する。続いて、トルク検出部３１５は、キャリア軸２３１のトルクを検出して、該検出されたトルクの値（例えば、Ｔ１＋ｄＴ）を記憶部３１２に格納する。同時に、ねじれ角検出部３１６は、ねじれ角センサ４１を介してダンパ２４のねじれ角を検出して、該検出されたねじれ角（例えば、θ１＋ｄθ）を記憶部３１２に格納する（ステップＳ１０５）。

次に、補正部３１８は、記憶部３１２に格納されたトルクの値及びねじれ角（例えば、Ｔ１、Ｔ１＋ｄＴ、θ１、θ１＋ｄθ）に基づいて、例えば図４に点線で示された近似式Ｔ＝Ｋ１θ＋ｙ１を算出して、記憶部３１２に格納する（ステップＳ１０６）。

次に、判定部３１４は、所定領域に対応する近似式が全て算出されたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここに、所定領域とは、ねじれ角の範囲毎に規定された全ての領域を意味してもよいし、該全ての領域のうち一部の領域であってもよい。

全て算出されてないと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ＣＰＵ３１１は、領域が変更されるように（例えば、ステップＳ１０６の処理により算出された近似式が対応する領域に、相隣接する領域に変更されるように）、モータ・ジェネレータ２１及び２２、並びに動力分配機構２３を制御する（ステップＳ１１０）。即ち、ＣＰＵ３１１は、現在記憶部３１２に格納されているマップに基づいて、領域が変更されると予測されるねじれ角となるトルクを、キャリア軸２３１に付与するように、モータ・ジェネレータ２１及び２２、並びに動力分配機構２３を制御する
全て算出されたと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、補正部３１８は、記憶部３１２に格納されている近似式のうち、相隣接する二つの領域に夫々対応する二つ近似式（例えば、Ｔ＝Ｋ１θ＋ｙ１及びＴ＝Ｋ２θ＋ｙ２）から、該二つの近似式の交点を算出して、該算出された値をねじれ特性の変曲点（図４にける点Ｉ）の値として記憶部３１２に格納する（ステップＳ１０８）。この処理を、記憶部３１２に格納されている近似式全てについて実行する。

続いて、補正部３１８は、記憶部３１２に格納されている変曲点の値に基づいて、領域を補正（即ち、再設定）する（ステップＳ１０９）。

尚、本実施形態では、車両がモータ・ジェネレータ２２によって駆動されている場合について説明したが、定常運転時（例えば、エンジン１１の回転数、アクセル開度、モータ・ジェネレータ２２の出力等が一定である状態）に、上述のねじれ特性取得処理を実行してもよい。この場合は、例えば定常運転時のエンジン１１に対応するトルクマップ、モータ・ジェネレータ２１及び２２各々のトルク、並びに動力分配機構２３のギヤ比等に基づいてキャリア軸２３１のトルクを検出すればよい。

また、本実施形態に係る動力分配機構２３は、上述の如くＣＶＴ機能を有しているため、ねじれ特性取得処理において、キャリア軸２３１に付与されるトルクを変更しても、ドライバビリティ等に影響はない。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関のトルク推定装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係るトルク推定装置の構成を示すブロック図である。 エンジンのトルクとキャリア軸のトルクとの関係の一例を示す特性図である。 ダンパのねじれ特性の一例を示す特性図である。 本発明の実施形態に係るねじれ特性を示す近似式の一例を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るＥＣＵが実行するねじれ特性取得処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…トルク推定装置、１１…エンジン、２１、２２…モータ・ジェネレータ、２３…動力分配機構、２４…ダンパ、３１…ＥＣＵ、４１…ねじれ角センサ、３１１…ＣＰＵ、３１２記憶部、３１３…推定部、３１４…トルク検出部、３１５…補正部、３１６…判定部、３１７…入出力部

Claims (4)

1. ダンパを介して相互に接続された内燃機関及びモータ、並びに、一端が前記ダンパに接続されると共に、前記内燃機関及び前記モータ各々の動力が伝達されるインプット軸を備える車両における前記内燃機関のトルク推定装置であって、
   前記ダンパのねじれ角を検出するねじれ角検出手段と、
   前記ダンパのダンパ特性を示す近似式を格納する記憶手段と、
   前記検出されたねじれ角及び前記格納された近似式に基づいて、前記内燃機関のトルクを推定する推定手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関のトルク推定装置。
2. 前記近似式は、前記ねじれ角によって規定される複数のねじれ角領域の各々に対応していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のトルク推定装置。
3. 前記近似式は、線形一次式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のトルク推定装置。
4. 前記インプット軸のトルクを検出するトルク検出手段と、
   前記検出されたトルクが第１トルクである場合に、前記ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第１ねじれ角と、前記検出されたトルクが第２トルクである場合に、前記ねじれ角検出手段により検出されたねじれ角である第２ねじれ角とに基づいて、前記近似式を補正する補正手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関のトルク推定装置。

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