JP2010179856A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ導入の有無に関わらずに、ガラ音などの発生を適切に抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、走行中のガラ音が回避されるようにエンジン動作点を決定して制御を行う。具体的には、エンジン動作点決定手段は、ＥＧＲ率に基づいて、ガラ音を回避するためのエンジン動作点を決定する。詳しくは、ガラ音を回避するためのエンジン動作点におけるエンジン回転数を、ＥＧＲ率が大きいほど高く設定する。これにより、ＥＧＲ導入の有無に関わらずに、ガラ音などの発生を適切に抑制することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンに加えて、モータジェネレータを動力源として備えるハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両では、エンジンを可及的に高効率状態で運転する一方、駆動力やエンジンブレーキの過不足を電動機又はモータジェネレータで補う。

例えば、特許文献１には、車両のハイブリッドシステムにおいて、駆動系の歯打ち音（ガラ音）を抑制するために、エンジン動作点を変更することが提案されている。また、特許文献２には、最適燃費ラインの変更により、モータトルクが０付近である場合に発生する歯打ち音を抑制することが提案されている。

その他にも、本発明に関連する技術が、特許文献３に記載されている。特許文献３には、ＥＧＲ時の燃焼悪化によるトルク変動について記載されている。

特開２００４−２３９８５号公報 特開２００８−２０１３５１号公報 特開２００１−１５２９１６号公報

しかしながら、上記した特許文献１乃至３には、ＥＧＲ率を適切に考慮に入れて、ガラ音などを回避するためのエンジン動作点を決定することについては記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＥＧＲ導入の有無に関わらずに、ガラ音などの発生を適切に抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、内燃機関及びモータジェネレータを有するハイブリッド車両に適用され、走行中のガラ音が回避されるようにエンジン動作点を決定して制御を行うハイブリッド車両の制御装置は、前記ガラ音を回避するための前記エンジン動作点におけるエンジン回転数を、ＥＧＲ率が大きいほど高く設定するエンジン動作点決定手段を備える。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、走行中のガラ音が回避されるようにエンジン動作点を決定して制御を行うために好適に利用される。具体的には、エンジン動作点決定手段は、ガラ音を回避するためのエンジン動作点を、ＥＧＲ率に基づいて決定する。詳しくは、ガラ音を回避するためのエンジン動作点におけるエンジン回転数を、ＥＧＲ率が大きいほど高く設定する。これにより、ＥＧＲ導入の有無に関わらずに、ガラ音などの発生を適切に抑制することが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の一態様では、前記モータジェネレータのトルクに基づいて、前記ガラ音を回避すべき状況であるか否か判定する判定手段を更に備え、前記判定手段は、前記モータジェネレータのトルクに対して用いる判定値を、前記ＥＧＲ率に応じて設定する。これにより、走行中のガラ音を、より効果的に抑制することが可能となる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の態様では、前記ＥＧＲ率に基づいてエンジン回転数の変化率を決定し、当該変化率に従って、前記エンジン動作点決定手段が決定したエンジン回転数へ変化させる手段を更に備える。これによっても、走行中のガラ音を、より効果的に抑制することが可能となる。

本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。 ＥＧＲシステムの概略構成を示す図である。 動力分割機構の概略構成を示す図である。 ガラ音を回避する方法を説明するための図である。 第１実施形態におけるガラ音領域の変更方法を説明するための図である。 第１実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における制御処理を示すフローチャートである。 第３実施形態における制御処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
［装置構成］
図１は、本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成図を示す。なお、図中の破線矢印は、信号の入出力を示している。

ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、車軸２と、駆動輪３と、第１のモータジェネレータＭＧ１と、第２のモータジェネレータＭＧ２と、動力分割機構４と、インバータ５ａ、５ｂと、バッテリ６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０と、を備える。

車軸２は、エンジン１及び第２のモータジェネレータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンとして構成され、ハイブリッド車両１００の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ５０によって種々の制御が行われる。

また、図２に示すように、エンジン１には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムが適用されている。具体的には、一端が吸気通路１２に接続され、他端が排気通路１３に接続されたＥＧＲ通路１４を通じて、エンジン１にＥＧＲガスが還流される。ＥＧＲ通路１４には、還流させるＥＧＲガス量を調整可能な（言い換えるとＥＧＲ率を調整可能な）ＥＧＲ弁１５が設けられている。

図１に戻って説明する。第１のモータジェネレータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いは第２のモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されており、エンジン１の出力により発電を行う。第２のモータジェネレータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。なお、以下では、第１のモータジェネレータＭＧ１及び第２のモータジェネレータＭＧ２を区別しないで用いる場合には、適宜「モータジェネレータＭＧ」と表記する。

動力分割機構４は、サンギヤやリングギヤなどを有して構成されるプラネタリギヤ（遊星歯車機構）に相当し、エンジン１の出力を第１のモータジェネレータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成されている。

図３を参照して、動力分割機構４の具体的な構成について説明する。図示のように、動力分割機構４は、主に、リングギヤ４Ｒ、サンギヤ４Ｓ、及びキャリア４Ｃを備え、遊星歯車機構として構成されている。エンジン動力は、動力分割機構４により２分され、その出力軸の一方を第２のモータジェネレータＭＧ２と車軸２とに、もう一方を第１のモータジェネレータＭＧ１に接続し、機械的なものと電気的なものとの２つの経路によって伝達される。キャリア４Ｃの回転軸とエンジン１とは連結しており、ピニオンギヤを通じて外周のリングギヤ４Ｒ及び内側のサンギヤ４Ｓに動力を伝達する。このリングギヤ４Ｒの回転軸は第２のモータジェネレータＭＧ２と直結しており、駆動輪３に駆動力を伝達する。また、サンギヤ４Ｓの回転軸は第１のモータジェネレータＭＧ１に連結している。

図１に戻って説明する。インバータ５ａは、バッテリ６と第１のモータジェネレータＭＧ１との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機であり、インバータ５ｂは、バッテリ６と第２のモータジェネレータＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５ａは、第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給し、インバータ５ｂは、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して第２のモータジェネレータＭＧ２に供給する。

バッテリ６は、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成されると共に、第１のモータジェネレータＭＧ１及び／又は第２のモータジェネレータＭＧ２が発電した電力を充電可能に構成された蓄電池である。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備え、ハイブリッド車両１００内の各構成要素に対して種々の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン１、第１のモータジェネレータＭＧ１、及び第２のモータジェネレータＭＧ２に対して制御を行う。詳細は後述するが、ＥＣＵ５０は、本発明におけるハイブリッド車両の制御装置に相当し、エンジン動作点決定手段及び判定手段として機能する。

なお、本発明は、図１乃至図３に示したような構成を有するハイブリッド車両への適用に限定はされない。
［制御方法］
次に、本実施形態においてＥＣＵ５０が行う制御方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、走行中におけるギヤの歯打ち音・ガラ音（以下では、単に「ガラ音」と表記する。）の発生が抑制されるように、エンジン動作点を決定して制御を行う。具体的には、エンジントルク変動により、モータジェネレータＭＧのトルク（以下、「モータトルク」と呼ぶ。）が「０（Ｎｍ）」付近においてガラ音によるＮＶ（ノイズバイブレーション）性能が悪化する場合に、エンジン回転数を変更して、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近になることを回避することで、ガラ音を抑制する。

ここで、ガラ音が発生する理由について説明する。例えば、最適燃費ライン上では、基本的には、充放電収支ゼロにて走行するので、駆動力はエンジン１が供給することとなる。そのため、この場合には、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近となるため、エンジントルクの変動が大きい領域では、モータトルクが「０（Ｎｍ）」を何度も跨ぐこととなり、ガラ音が発生する傾向にある。詳しくは、ガラ音が発生する条件として、以下の（i）〜（iv）で示すものが考えられる。
（i）モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近である場合（リアプラネタリギヤ、デフの歯打ちが生じるからである）
（ii）エンジントルクが大きい場合（エンジントルクの変動により、モータトルクが「０（Ｎｍ）」を跨ぐからである）
（iii）エンジン回転変動周波数が低い場合（爆発間隔が長く、トルク変動が大きくなるからである）
（iv）ある車速以下である場合（暗騒音にまぎれない領域であるからである）
ガラ音を発生しないようにするためには、上記のような条件を回避してやれば良いと言える。具体的には、ある車速以下では、エンジントルクを下げ、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近とならないようにエンジン動作点を変更すれば良い。つまり、等パワーライン上でエンジン回転数を吊り上げてやれば良い。

このようにエンジン回転数を吊り上げた場合には、エンジントルク（言い換えるとエンジン直行トルク）が小さくなるので、ペラ軸トルクがエンジントルクよりも大きくなり、モータトルクが「０（Ｎｍ）」を跨がなくなる。また、エンジン回転数が上がることで、エンジン回転変動周波数もガラ音に対して有利に働くこととなる。併せて、エンジントルクが小さくなることで、エンジン１の強制力も小さくなり、ガラ音に対して有利に働くこととなる。

図４を参照して、ガラ音を回避する方法について具体的に説明する。図４は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジントルクを示している。実線Ａ１は最適燃費ラインを示し、実線Ａ２は等パワーラインを示している。また、領域Ｒ１は、ガラ音が発生するような領域（以下、「ガラ音領域」と呼ぶ。）を示している。このガラ音領域Ｒ１は、上記した条件に基づいて設定され、車速に応じて変更される。ガラ音を回避するためには、最適燃費ラインＡ１上においてエンジン動作点が点Ｂ１で示す位置にある場合には、等パワーラインＡ２を辿って、実線矢印で示すように、ガラ音領域Ｒ１の外（ガラ音領域Ｒ１を形成するライン上も含む）に位置する点Ｂ２にエンジン動作点を変更してやれば良いと言える。

ところで、ＥＧＲガスが導入された場合、モータトルク「０（Ｎｍ）」付近におけるガラ音が悪化する可能性がある。これは、ＥＧＲガスを導入すると、エンジン１での燃焼が不安定となるため、エンジントルクの変動が悪化するからである。よって、このようなトルク変動の悪化を考慮せずに決定したガラ音回避のためのエンジン回転数では、ＥＧＲ導入時のエンジントルク変動によるガラ音を適切に防止できないものと考えられる。したがって、本実施形態では、ＥＧＲ率を適切に考慮に入れて、ガラ音などを回避するためのエンジン動作点を決定する。

以下で、本実施形態における制御方法を詳細に説明する、
（第１実施形態）
第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ導入の有無に関わらずにガラ音などの発生を適切に抑制するために、ガラ音を回避するためのエンジン動作点におけるエンジン回転数を、ＥＧＲ率に基づいて決定する。言い換えると、ＥＣＵ５０は、上記したガラ音領域をＥＧＲ率に応じて変化させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率が大きいほど、ガラ音領域を拡大する。こうするのは、ＥＧＲ率が大きいほどエンジントルク変動が大きくなるので、エンジン動作点の変更代を大きくするためである。

図５は、第１実施形態におけるガラ音領域の変更方法を具体的に説明するための図である。図５は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジントルクを示している。実線Ａ１は最適燃費ラインを示し、実線Ａ２は等パワーラインを示している。また、領域Ｒ１は、ＥＧＲ率を考慮しない場合に用いられるガラ音領域を示している（図４に示したものと同様の領域）。なお、このガラ音領域Ｒ１は、ＥＧＲガスを導入していない場合に用いられる。

第１実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲガスを導入している場合には、ガラ音領域として領域Ｒ２を用いる。つまり、ガラ音領域Ｒ１を拡大したガラ音領域Ｒ２を用いる。そして、ＥＣＵ５０は、ガラ音を回避すべき状況である場合に、最適燃費ラインＡ１上においてエンジン動作点が点Ｂ１で示す位置にある場合には、等パワーラインＡ２を辿って、実線矢印で示すように、ガラ音領域Ｒ２の外（ガラ音領域Ｒ２を形成するライン上も含む）に位置する点Ｂ３にエンジン動作点を変更する。これにより、ＥＧＲ導入時においても、ガラ音を適切に抑制することが可能となる。なお、上記したガラ音領域Ｒ２は、ＥＧＲ率に基づいて設定されると共に、車速に応じて変更される。

図６は、第１実施形態における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、ドライバからの要求パワー及び最適燃費ラインなどに基づいて、エンジン回転数を下限ガードするためのエンジン最低回転数ＮＥｍｉｎを算出する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁１５の開度などに基づいて、ＥＧＲ率を算出する。そして、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、ＥＣＵ５０は、モータトルクを算出する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に基づいて、ガラ音を回避するためのエンジン回転数（以下、「ＮＶ悪化抑制エンジン回転数ＮＥｎｖ」と表記する。）を算出する。例えば、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に対してＮＶ悪化抑制エンジン回転数ＮＥｎｖが対応付けられたマップを参照して、当該エンジン回転数を求める。このマップは、実験や演算式より予め求められる。なお、当該マップにおいては、ＥＧＲ率が大きくなるほど、ＮＶ悪化抑制エンジン回転数ＮＥｎｖが高くなる傾向にある。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ５０は、ガラ音を回避すべき状況であるか否かを判定する。言い換えると、ガラ音が発生する条件（以下、「ＮＶ悪化条件」と呼ぶ。）が成立しているか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０３で算出されたモータトルクなどに基づいてＮＶ悪化条件が成立しているか否かを判定する。例えば、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近であるか否かを判定する。

ＮＶ悪化条件が成立している場合（ステップＳ１０５；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１で算出されたエンジン最低回転数ＮＥｍｉｎを、ステップＳ１０４で算出されたＮＶ悪化抑制エンジン回転数ＮＥｎｖで置き換える（ＮＥｍｉｎ＝ＮＥｎｖ）。そして、処理はステップＳ１０７に進む。これに対して、ＮＶ悪化条件が成立していない場合（ステップＳ１０５；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０７に進む。この場合には、ステップＳ１０１で算出されたエンジン最低回転数ＮＥｍｉｎをそのまま用いる。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ５０は、上記したようなエンジン最低回転数ＮＥｍｉｎに基づいて、エンジン回転数の下限ガード処理を実行する。そして、処理は終了する。

以上説明した第１実施形態によれば、ＥＧＲ導入有無によらずに、ギヤの歯打ち音による騒音悪化を適切に抑制することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ＥＣＵ５０は、ＮＶ悪化条件が成立しているか否かを判定する際において、モータトルクに対して用いる判定値をＥＧＲ率に応じて変更する点で、第１実施形態と異なる。

こうする理由は以下の通りである。前述したようにモータトルクが「０（Ｎｍ）」付近である場合にガラ音が発生する傾向にあるが、エンジントルク変動に起因する歯打ち音であるため、実際には「０（Ｎｍ）」の一点のみでガラ音が発生するのではなく、ある幅を持っていると言える。具体的には、ＥＧＲ率が大きい場合には、ＥＧＲ率が小さい場合に比して、ガラ音が発生するモータトルクの幅が広くなる傾向にある。したがって、第２実施形態では、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近であるか否かを判定する場合に用いる判定値を、エンジントルク変動に応じて設定する、つまりＥＧＲ率に応じて設定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率が大きいほど、モータトルクに対して用いる判定値の幅を大きくする。

図７は、第２実施形態における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０７の処理は、前述したステップＳ１０１〜Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７の処理と同様であるため、その説明を省略する。ここでは、ステップＳ２０５の処理のみを説明する。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率を考慮して、ＮＶ悪化条件が成立しているか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率を考慮して、モータトルクが「０（Ｎｍ）」付近であるか否かの判定を行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に応じてモータトルクに対して用いる判定値を設定し、この判定値に基づいて当該判定を行う。例えば、ＥＣＵ５０は、判定値として、ＥＧＲ率に応じたモータトルクにおける範囲を設定して、ステップＳ２０３で算出されたモータトルクが、このような範囲に入るか否かを判定する。この場合、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率が大きいほど、当該判定に用いる範囲を大きくする。

以上説明した第２実施形態によれば、走行中のガラ音を、より効果的に抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、ＥＣＵ５０は、ガラ音を回避すべき状況において、ＥＧＲ率に基づいてエンジン回転数の変化率を決定し、当該変化率に従って、前述したような方法により決定されたエンジン回転数（ＮＶ悪化抑制エンジン回転数ＮＥｎｖ）へ変化させる点で、第１及び第２実施形態と異なる。つまり、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に応じた変化率（レート）に従って、最適燃費ライン上のエンジン動作点から、ガラ音を回避するためのエンジン動作点へ変化させる。こうするのは、エンジン回転数における変化率によっては、エンジン回転数の変化途中においてもガラ音が発生する可能性があるからである。

図８は、第３実施形態における制御処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。

ステップＳ３０１は、前述したステップＳ１０１の処理（ステップＳ２０１の処理）と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ３０２では、ＥＣＵ５０は、ドライバからの要求などに基づいて、エンジン回転数の変化率（以下、「ＮＥレート」と表記する。）を算出する。そして、処理はステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３〜Ｓ３０７の処理は、前述したステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処理と同様であるため、その説明を省略する。

ステップＳ３０８では、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に応じたＮＥレートを算出し、当該ＮＥレートによって、ステップＳ３０２で算出されたＮＥレートを置き換える。例えば、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ率に対してＮＥレートが対応付けられたマップを参照して、ＮＥレートを求める。このマップは、実験や演算式より予め求められる。なお、当該マップにおいては、ＥＧＲ率が大きくなるほど、ＮＥレートが小さくなる傾向にある。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、ＥＣＵ５０は、エンジン最低回転数ＮＥｍｉｎに基づいて、エンジン回転数の下限ガード処理を実行する。そして、処理はステップＳ３１０に進む。

ステップＳ３１０では、ＥＣＵ５０は、上記したようなＮＥレート（ステップＳ３０８で置き換えられたものも含む）に従い、エンジン回転数ＮＥがエンジン最低回転数ＮＥｍｉｎへ変化するように制御する。そして、処理は終了する。

以上説明した第３実施形態によれば、走行中のガラ音を、より効果的に抑制することが可能となる。

１ エンジン
２ 車軸
４ 動力分割機構
６ バッテリ（蓄電池）
５ａ、５ｂ インバータ
１４ ＥＧＲ通路
１５ ＥＧＲ弁
５０ ＥＣＵ
１００ ハイブリッド車両の制御装置
ＭＧ１ 第１のモータジェネレータ
ＭＧ２ 第２のモータジェネレータ

Claims (3)

1. 内燃機関及びモータジェネレータを有するハイブリッド車両に適用され、走行中のガラ音が回避されるようにエンジン動作点を決定して制御を行うハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ガラ音を回避するための前記エンジン動作点におけるエンジン回転数を、ＥＧＲ率が大きいほど高く設定するエンジン動作点決定手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記モータジェネレータのトルクに基づいて、前記ガラ音を回避すべき状況であるか否か判定する判定手段を更に備え、
   前記判定手段は、前記モータジェネレータのトルクに対して用いる判定値を、前記ＥＧＲ率に応じて設定する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記ＥＧＲ率に基づいてエンジン回転数の変化率を決定し、当該変化率に従って、前記エンジン動作点決定手段が決定したエンジン回転数へ変化させる手段を更に備える請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

Images