JP2010215213A - ハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法を提供する。
【解決手段】 モータトルクからドラッグトルクを差し引いた値である有効トルクが、ギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間へ進入しようとしているか、又は前記零トルク区間から脱出したかを判断する第１段階と、前記有効トルクが前記零トルク区間に進入または脱出すると判断した場合、制御時間を初期化しながら前記有効トルクを放物線または指数関数形態のトルクに制限する制御を開始する第２段階と、からなることを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車両用駆動系のギアバックラッシュ振動を低減させる方法に係り、より詳しくは、ハイブリッド車両がモータで走行する時に、モータから駆動輪までの間のギア要素により発生するバックラッシュ振動を低減した、ハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法に関する。

燃料電池ハイブリッド車両、プラグインハイブリッド車両、ハイブリッド電気自動車などの様々な形態のハイブリッド車両は、高電圧のバッテリーからの電気エネルギーを、モータ駆動による機械エネルギーに転換するＥＶ走行モード、及びエンジン及び車両タイヤの機械的エネルギーをモータを通して回収（発電、回生）しながら、インバータを通して電気エネルギーに転換して、バッテリーのようなエネルギー貯蔵装置に充電する回生制動モードを含む。

このようなハイブリッド車両には、モータと駆動輪との間に、変速機、最終減速ギアなどのバックラッシュ特性を持つ様々なギア要素が含まれているが、このようなギア要素の各々のバックラッシュ特性を考慮したトーショナルダンパーのようなダンピング要素が不足し、前記ギア要素による有効伝達トルクの方向転換の際に振動が発生するという問題がある。

このような振動現象は、モータと駆動輪との間のギア要素のバックラッシュの累積によって起こり、主にクリープ発進時に発生する。このような振動現象は、次世代の環境にやさしい車両という消費者のイメージに反し、車両の運転性全般に好ましくない影響を及ぼす。

図１は、ギアバックラッシュ及びそれによる振動発生現象を説明するために、ギアのバックラッシュメカニズムをスプリング系にモデリングした模式図である。図１を参照しながら、ハイブリッド車両がモータによるＥＶモードで走行する際に、モータと駆動輪との間のギア要素のバックラッシュが発生する現象のメカニズムを説明する。

図１に示すように、モータのトルクがドライブシャフトに伝達されるまでには一定の時間が必要であり、この所要時間は自動変速機などのギアが駆動方向に伝達されるのに必要な所要時間、即ち、ギアバックラッシュによる遅延時間、及び各ギア間の間隔によって説明される。
図１に示すように、第１ギア１０の歯と第２ギア２０の歯の間隔３０にモータ伝達トルクのデッドゾーンが形成される。

図２は、ギア間隔によるデッドゾーンを経由して伝達されるモータトルクと、正常的に伝達される線形伝達トルクと、を比較したトルク線図である。
図２に示すように、ギア間隔によるデッドゾーンを経由して伝達されるモータトルクは、一点鎖線で示したとおりであり、点線で示した正常的に伝達される線形伝達トルクと異なり、ギアバックラッシュがある部分でトルクの伝達が円滑に行われていない。

図１を再び参照して、前記ギア要素により有効伝達トルクの方向を転換する際に振動が発生する理由を説明する。図１に示すように、ギアをスプリング系にモデリングさせると、第１及び第２ギア間の有効伝達トルクの方向が反転する地点でスプリング系の振動が発生する。

即ち、入力されたトルクによって第１ギア１０が矢印方向に移動して第１ギアと第２ギアの物理的間隔３０は前面スプリング４０側が２ｊｄになり、後面スプリング５０側が０になる。これによって前面スプリング４０が引き延ばされ後面スプリング５０押し縮められることによって第２ギア２０側にトルクが伝達される。そのトルク伝達過程をスプリング系としてみると、「前面スプリング４０の引き延ばし解除→第１及び第２ギア間の物理的間隔３０→後面スプリング５０の引き伸ばし」という過程が行われてスプリング系の振動が発生する。即ち、有効伝達トルクの方向を転換する際にギア要素による振動が発生する。

第１ギア１０から第２ギア２０側にトルクが伝達される時、「前面スプリング４０の引き伸ばし解除→第１及び第２ギア間の物理的間隔３０→後面スプリング５０の引き伸ばし」が行われる区間は、零トルク区間となる。

このような零トルク区間、即ち、「前面スプリング４０の圧縮引き伸ばし→第１及び第２ギア間の物理的間隔３０→後面スプリング５０の引き伸ばし」が行われる区間でのトルク範囲は、実質的に意味のある伝達トルク水準以下（変速機圧縮軸基準５Ｎｍ以下）となる。

このように、ギアバックラッシュがある部分では、モータトルクの伝達が円滑に行われずに振動が発生するため、車両の運転性全般において好ましくない影響を及ぼすという問題点があった。

このような振動問題を解決するために、従来はトーショナルダンパーのような物理的なダンピング要素を含む受動ダンピング方式（例えば特許文献１を参照）振動の逆方向に減殺力を与える閉ループタイプの能動ダンピング方式、及びバックラッシュメカニズムの入力トルクを変形させて振動発生を抑制するトルクプロファイル調節方式などが提案されている。
しかし、受動ダンピング方式はギア要素を含む駆動系に対するパッケージング問題を解決するのが困難であり、能動ダンピング方式は高性能センサー及びモニターを設置しなければならないなど構造が複雑であり、トルクプロファイル調節方式は単純トルク変化率の減少に対する振動低減にはある程度の効果があるものの、応答性が低下し、また、振動モデルに基づく逆位相トルクの添加時のモデル誤差によっては振動が増加し得ることもあるという問題があった。

特開平８−２９６７１８号公報

本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、ギアバックラッシュを有するギア要素にモータトルクを入力する場合に、振動（振幅）低減効果が高く、且つトルク応答性の低下を最小限に抑制した、ハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させる方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法は、モータトルクからドラッグトルクを差し引いた値である有効トルクが、ギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間へ進入しようとしているか、又は零トルク区間から脱出したかを判断する第１段階と、有効トルクが零トルク区間に進入または脱出すると判断した場合、制御時間を初期化して有効トルクを放物線または指数関数形態のトルクに制限する制御を開始する第２段階と、からなることを特徴とする。

本発明は、具体的には第１段階において、Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きく、且つ、Ｔ_ｉｎ＿_ｏｌｄ［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さいか又は等しいか、又は、Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］が−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残りの１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さく、且つ、Ｔ_{ｉｎ＿ｏｌｄ}［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］が−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残り１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きいか又は等しいか、を計算することで、有効トルクがギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間に進入しようとしているか、又は脱出しようとしているかを判断することが好ましい。

また本発明は、第２段階において、有効トルクが零トルク区間から脱出する時、最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は、Ｔ_ｏｕｔ＝（Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｄｒａｇ）×ｔ^２／ｔ_ｍａｘ ^２＋Ｔ_ｄｒａｇにより放物線形に増加するトルク制限制御を受けることが好ましい。

また本発明は第２段階において、有効トルクが零トルク区間に進入する時は、前記最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は、指数関数を使用して１−ｅｘｐ（−ａｔ）形態の曲線となるようにしながら、ドラッグトルクに収束するようにすることが好ましい。

また本発明は、 放物線形トルク制限制御が進行中であることを確認して、有効トルク値が零トルク区間内ならば、放物線形トルク制限制御を中止して最終モータトルクをドラッグトルク（Ｔ_ｄｒａｇ）として出力するように指令する段階を更に含むことが好ましい。

また本発明は、有効トルク値が零トルク区間を逸脱して制御時間が経過した場合は、放物線形トルク制限制御を中止して最終モータトルク（Ｔ_ｏｕｔ）をモータトルク（Ｔ_ｉｎ）として指令する段階を更に含むことが好ましい。

本発明のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法によると、ハイブリッド車両のギアバックラッシュメカニズムを有するギア要素にモータトルクを入力する時に、ギアバックラッシュによる零トルク区間内に進入及び脱出時に有効トルクを放物線形態のファクターに制限し、モータトルクを放物線形態に制限することによりトルクが増加及び回復されるため、応答性低下を減らすことができる。

更に、零トルク区間内では有効トルクを０（ｚｅｒｏ）に出力することで、不必要な振動の発生を抑制することができる。

ギアバックラッシュ及びそれによる振動発生現象を説明するためにギアのバックラッシュメカニズムをスプリング系にモデリングした模式図である。 ギア間隔によるデッドゾーンを経由して伝達されるモータトルクと、正常的に伝達される線形伝達トルクを比較したトルク線図である。 ハイブリッド車両用モータと駆動輪との間のギア要素により発生するバックラッシュメカニズムを通したトルク伝達状態を説明するトルク線図である。 本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を説明する概念図である。 本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を表す制御順序概略図である。 本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を表す制御順序詳細図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
図３は、ハイブリッド車両用モータと駆動輪との間のギア要素により発生するバックラッシュメカニズムを通したトルク伝達状態を説明するトルク線図である。
本発明の理解を助けるために、図３を参照して本発明で使用される用語説明すると次の通りである。

零トルク区間は、スプリング系にモデリングされたギアバックラッシュモデルに於いて、各ギア間の物理的な間隔によるデッドゾーンと、スプリングで近似化された正／逆方向にギア及び駆動軸が変形されるトルク区間と、を合わせた区間を意味する。
入力トルクは、バックラッシュメカニズムに入力されるトルク（モータ軸のトルク）を意味し、出力トルクはバックラッシュメカニズムから出力されるトルク（駆動軸トルク）を意味する。

ドラッグトルクはバックラッシュメカニズムの入力端の抵抗であり、モータ自体の回転抵抗、モータと連結した湿式クラッチの流体抵抗、などを合わせた抵抗を言う。
有効トルクは、モータトルクからドラッグトルクを引いた値であり、入力体自体の負荷を除き、バックラッシュメカニズムに実際に入力されるトルクを意味する。
応答遅延は、零トルク区間を脱出するトルク命令が指令される場合、トルクを放物線形態のファクターないし関数に制限する時間を言う。

本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法を図面を参照して説明する。
図４は、本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を説明する概念図であり、図５は、本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を表す制御順序概略図であり、図６は、本発明によるハイブリッド車両用駆動系でのバックラッシュ振動を低減させるための方法を表す制御順序詳細図である。

まず、図５の段階（Ｓ１０１）に示すように、モータトルク（運転者要求トルク）からドラッグトルクを差し引いた値である有効トルクが、ギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間の下限線を通過して零トルク区間に進入しようとしている状態にあるか、零トルク区間の上限線を通過して零トルク区間から脱出しようとしている状態にあるかを判断する。

即ち、モータトルクからドラッグトルクを差し引いた値である有効トルクがギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間に進入したか、零トルク区間内であるか、或いは零トルク区間の外に脱出したかを判断することが好ましい。

具体的には、図６の段階（Ｓ１０１）に示すように、Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きく、且つ、Ｔ_ｉｎ＿_ｏｌｄ［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］が前記Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さいか又は等しいかを判断するか、若しくは、Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］が−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残りの１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さく、且つ、Ｔ_{ｉｎ＿ｏｌｄ}［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］が前記−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残り１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きいか又は等しいかを計算することによって、有効トルクがギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間内に進入中であるか、零トルク区間内であるか、零トルク区間外に脱出したかを判断することができる。

次いで、図５、６の段階（Ｓ１０２）に示すように、前記有効トルクがギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間に進入する場合、零トルク区間の下限線を通過する時点から制御時間を初期化（ｔ＝０）し、前記有効トルクを放物線形トルクに制限する制御（ＴｑＲｅｓｔｒｉｃ＝１）を開始する。ここでＴｑＲｅｓｔｒｉｃは、放物線形態のトルク制限制御のための制御ビットを表すことが好ましい。
好ましくは、前記有効トルクが零トルク区間に進入する際に指数関数を使用して、１−ｅｘｐ（−ａｔ）の形態の曲線となるようにしながら、ドラッグトルクに収束するようにすることが好ましい。

ついで、図５の段階（Ｓ１０３）に示すように、前記有効トルクがギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間の実際の物理的間隔によるデッドゾーンを逸脱して零トルク区間を逸脱する場合は、最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は制御時間に従って放物線形に増加するトルク制限値（０〜１）となる。

即ち、図６の段階（Ｓ１０３）に示すように、前記有効トルクが零トルク区間に進入する際、前記最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は、本発明の振動低減制御によって出力される変形されたモータトルク値であり、Ｔ_ｏｕｔ＝（Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｄｒａｇ）×ｔ^２／ｔ_ｍａｘ ^２＋Ｔ_ｄｒａｇにより放物線形トルク制限制御を受ける。ここでｔ_ｍａｘは放物線形態のトルク制御適用時間、即ち、応答遅延を表す。

図５、６の段階（Ｓ１０４）に示すように、放物線形トルクで制限する制御（ＴｑＲｅｓｔｒｉｃ＝１）が進行中である区間であれば、前記有効トルク値が零トルク区間内であるかを確認する段階（Ｓ１０５）へと更に進行する。

そこで、図５の段階（Ｓ１０５）に示すように、前記有効トルク値が零トルク区間以内の場合、即ち、図６の段階（Ｓ１０５）に示すように、［Ｔ_ｉｎ（モータトルク）−Ｔ_ｄｒａｇ（ドラッグトルク）］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］より小さいか又は等しければ、前記放物線形トルク制限制御を中止して（Ｓ１０６）、最終モータトルク（Ｔ_ｏｕｔ）をドラッグトルク（Ｔ_ｄｒａｇ）として指令する（Ｓ１０７）。

図５の段階（Ｓ１０８）に示すように、、前記有効トルク値が零トルク区間を脱出した場合、即ち、図６の段階（Ｓ１０８）に示す［Ｔ_ｉｎ（モータトルク）−Ｔ_ｄｒａｇ（ドラッグトルク）］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］より大きい場合、前記放物線形トルク制限制御時間を確認（Ｓ１０８）した後、制御時間が経過した場合には、放物線形トルク制限制御を中止して（Ｓ１０９）、最終モータトルク（Ｔ_ｏｕｔ）をモータトルク（Ｔ_ｉｎ）として指令する（Ｓ１１０）。

このように、スプリング系の圧縮が進行するギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間に進入及び脱出する時、モータトルク指令の形態を放物線関数形態に制限する制御を実施して、モータトルク指令を放物線形態に制限することによりトルクが増加及び回復するため、応答性低下を減らすことができ、更に、零トルク区間内では有効トルクを０（ｚｅｒｏ）で出力して、不必要な振動発生を抑制させることができる。

１０ 第１ギア
２０ 第２ギア
３０ 間隔
４０ 前面スプリング
５０ 後面スプリング

Claims (6)

1. モータトルクからドラッグトルクを差し引いた値である有効トルクが、ギアバックラッシュメカニズムの零トルク区間へ進入しようとしているか、又は前記零トルク区間から脱出したかを判断する第１段階と、
   前記有効トルクが前記零トルク区間に進入または脱出すると判断した場合、制御時間を初期化して前記有効トルクを放物線または指数関数形態のトルクに制限する制御を開始する第２段階と、からなることを特徴とするハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法。
2. 前記第１段階において、
   Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］がＴ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きく、且つ、Ｔ_ｉｎ＿_ｏｌｄ［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］が前記Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さいか又は等しいか、
   又は、Ｔ_ｉｎ［モータトルク（運転者要求トルク）］が−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残りの１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より小さく、且つ、Ｔ_{ｉｎ＿ｏｌｄ}［以前サンプルタイムのＴ_ｉｎ値］が前記−Ｔ_ｄｅａｄ［零トルク区間の残り１／２］とＴ_ｄｒａｇ［ドラッグトルク］の合計より大きいか又は等しいか、
   を計算することで、前記有効トルクが前記ギアバックラッシュメカニズムの前記零トルク区間に進入しようとしているか、又は脱出しようとしていいるかを判断することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法。
3. 前記第２段階において、
   前記有効トルクが前記零トルク区間から脱出する時、最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は、Ｔ_ｏｕｔ＝（Ｔ_ｉｎ−Ｔ_ｄｒａｇ）×ｔ^２／ｔ_ｍａｘ ^２＋Ｔ_ｄｒａｇにより放物線形に増加するトルク制限制御を受けることを特徴とする、請求項１または２に記載のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法 。
4. 前記第２段階において、
   前記有効トルクが前記零トルク区間に進入する時は、前記最終モータトルク値（Ｔ_ｏｕｔ）は、指数関数を使用して１−ｅｘｐ（−ａｔ）形態の曲線となるようにしながら、前記ドラッグトルクに収束するようにすることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法 。
5. 前記放物線形トルク制限制御が進行中であることを確認して、前記有効トルク値が前記零トルク区間以内ならば、前記放物線形トルク制限制御を中止して前記最終モータトルクを前記ドラッグトルク（Ｔ_ｄｒａｇ）として出力するように指令する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法 。
6. 前記有効トルク値が前記零トルク区間を逸脱して制御時間が経過した場合は、前記放物線形トルク制限制御を中止して前記最終モータトルク（Ｔ_ｏｕｔ）を前記モータトルク（Ｔ_ｉｎ）として指令する段階を更に含むことを特徴とする請求項１の記載のハイブリッド車両用駆動系でのギアバックラッシュ振動を低減させるための方法 。
   
   
   
   

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