JP2011098709A - ハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータートルク制御を利用してクラッチの解除時をはじめ変速時やチップインまたはチップアウト時に駆動軸に振動現象の発生を防止できるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置において、駆動軸の振動が無視された状態でモーターのモデル速度を算出するモデル速度算出部と、モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差から基準速度偏差及び速度偏差の平均値を算出すると共に速度振動成分を検出して、駆動軸の振動発生可否を判定する振動発生判定部と、振動発生判定部で駆動軸の振動が発生したと判定すると、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出して、モータートルクを制御する補正トルク演算部とを含めて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法に係り、さらに詳しくは、モータートルク制御を利用してクラッチの解除時をはじめ変速時やチップインまたはチップアウト時に、駆動軸の振動発生を防止できるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法に関する。
ハイブリッド車両は、モーターの駆動源に、エンジンだけでなく補助動力源を採用し、排気ガスの低減及び燃費の向上が図れる未来型車両である。並列型ハイブリッド車両の駆動系（ｐｏｗｅｒ ｔｒａｉｎ ｓｙｓｔｅｍ）の構成は、図４に示すように、エンジン１０、モーター２０、自動変速機３０が駆動軸９０上に直結される。また、エンジン１０及びモーター２０間にはクラッチ４０が配列される。これらの動作のため、ＨＳＧ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）７０がベルトによりエンジンのクランクプーリーと連結される。高電圧バッテリー５０は、インバーター６０を介してモーター２０及びＨＳＧ７０に充放電が可能となるように連結される。さらに、自動変速機３０には電気モーターが組み込まれたＴＭＥＤ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）方式が適用されている。
このようなハイブリッド車両の走行モードは、モーターの動力のみを利用する純粋の電気自動車モードであるＥＶモードと、エンジンを主動力としながら、モーターを補助動力として利用するＨＥＶモードと、車両の制動もしくは慣性による走行時、車両の制動及び慣性エネルギーをモーターの発電を通して回収しバッテリーに充電する回生制動（ＲＢ）モードと、がある。
このようなハイブリッド車両においては、トルクコンバーターの代りにクラッチを利用してエンジンと自動変速機が結合されるので、既存のトルクコンバーターが有している機械的（ｐａｓｓｉｖｅ）ダンピング効果が得られないとの短所がある。ダンピング手段が排除されることによって、変速時やチップインまたはチップアウト（加速ペダルを踏んだりはずしたりする動作）時あるいはクラッチ結合時に、駆動軸に振動と合わせてショック及びジャーク（瞬間的の急激な動き）による振動現象が発生し、乗車感及び運転性の低下をまねくとの問題があった。
さらに、モーター２０と駆動輪８０との間に配列される自動変速機３０及び自動変速機３０の出力軸と連結された終減速ギア（図示せず）などは、バックラッシュ特性を有するギア要素を含んでいるが、トーショナルダンパーなどのダンピング要素が不足するため、有効伝達トルクの方向転換時にバックラッシュによる振動が発生するという短所があった。
前述の振動を低減させるため、トーションダンパーのような物理的ダンピング要素を追加装着する受動ダンピング法、振動の逆方向に減殺力を作動させる閉ループ制御方式の能動ダンピング法、振動メカニズムを基盤として有する成分を相殺させる開ループ制御方式のトルクプロファイリング法などが適用されている。
しかし、受動ダンピング法の場合は、駆動系に物理的なダンパーが追加で装着されなければならないため、ダンパーの実装場所や設計が困難である短所があり、能動ダンピング法の場合は、高性能センサー及び観測器の設計が必須に要求され、トルクプロファイリング法の場合は、多様な形態のトルクの変形が考慮されているため、完璧な振動低減性能を確保することが困難である。
従来においては、エンジンと変速機の間のクラッチ結合中、振動（ｊｅｒｋ）が発生するのを抑制するために、エンジン制御装置（ＥＭＳ）でエンジントルクを増加させるアンチジャーク制御を行なった。しかし、クラッチ解除時は、エンジンが駆動軸と分離された状態となるため、アンチジャーク制御は不可であり、クラッチの解除による振動成分の抑制ができない。
特許文献１には、エンジンと電動機間の慣性関係を根拠としてトルク補正量を設定した後、エンジンと電動機の回転速度差が発生すると、所定の補正トルク量で電動機のトルクを補正する技術が開示されている。特許文献２には、エンジンクラッチのオープン命令が出ると、ＥＶモードの走行制御としてショック現象を防止することが開示されている。しかしながら、これらの技術を応用しても、クラッチオンまたはオフによるジャーク現象を根本的に遮断できない。
特開２００２−２６２４０８号公報 大韓民国公開特許２００９−６２８７１号
本発明は前記の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、クラッチの解除時をはじめ変速時やチップインまたはチップアウト時に駆動軸の振動発生を防止できるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法を提供することにある。
本発明は、エンジン、モーターおよび自動変速機が一軸上に直結され、エンジンとモーターの間にはクラッチが配列されたハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置において、駆動軸の振動が無視された状態でモーターのモデル速度を算出するモデル速度算出部と、前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差から基準速度偏差及び速度偏差の平均値を算出すると同時に速度振動成分を検出して、駆動軸の振動発生可否を判定する振動発生判定部と、前記振動発生判定部で駆動軸の振動が発生したと判定すると、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出して、モータートルクを制御する補正トルク演算部と、が備えられることを特徴とする。
好ましくは、前記補正トルク演算部が、モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるように負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御することを特徴とする。
本は発明によるハイブリッド車両のアンチジャーク制御方法は、駆動軸の振動が無視された状態でモーターのモデル速度を計算する段階と、前記モーターの実際速度を計算する段階と、前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差を求めて、基準速度偏差及び速度偏差の平均値を計算する段階と、前記基準速度偏差と速度偏差の平均値を比較して、基準速度偏差が速度偏差の平均値より大きいあるいは小さい速度振動成分が検出されると、駆動軸の振動が発生したと判定する段階と、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を決定する段階と、前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるようにアンチジャーク用モータートルク補正量を印加し負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御する段階と、からなることを特徴とする。
好ましくは、前記アンチジャーク用モーター補正トルク量が、数式［補正トルク＝ゲイン×（（モデル速度−実際速度）−速度偏差の平均値）］により決定されることを特徴とする。
好ましくは、前記ゲインが、アンチジャークを必要とするクラッチ解除時、ギア変速時、チップインまたはチップアウト時、またはブレーキ時に応じてあらかじめ異なる値で定められることを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法によれば、モーターの実際速度と振動が無視された状態のモデル速度間の速度偏差を通して振動発生可否を判定した後、モータートルクに対する補正制御を利用して実際速度とモデル速度間の速度偏差が０となるようにすることで、クラッチの解除時をはじめ変速時やチップインまたはチップアウト時などに駆動軸に振動現象が発生することを容易に防止することができ、それによってハイブリッド車両の運転性能及び乗車感を向上させることができる。
本発明によるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置の制御図である。 本発明によるハイブリッド車両のアンチジャーク制御動作を説明するグラフである。 本発明によるハイブリッド車両のアンチジャーク制御方法を説明する順序図である。 ハイブリッド車両の動力伝達系統図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図１は、本発明によるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置の制御図である。ハイブリッド車両のアンチジャーク制御はモーター制御装置（ＭＣＵ）が行なう。モーター制御装置は、ＥＶモード走行中、チップインまたはチップアウトの操作、クリープ走行（ＥＶモードで停止後、徐行する走行）、ＨＥＶモード中の変速時、クラッチ解除時などの状況において、駆動軸に振動が発生することを防止する。
このために、まず、駆動軸の振動が無視された状態（振動がない状態）でのモーター速度であるモデル速度をモデル速度算出部１００で算出する。これは、モータートルク指令値からドラッグトルクを差し引いた駆動軸の総トルクを積分して計算される。ハイブリッド車両の走行時、駆動軸の振動発生と合せて、ショック及びジャークのような振動現象が発生するため、振動成分を含むモーターの実際速度が計算される。
次に、モーター制御装置の振動発生判定部２００で、モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差を実時間で算出し、この速度偏差から基準速度偏差を定めると同時に速度偏差の平均値を算出する。すなわち、モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差を求め、この求められたものを基準速度偏差と定め、同時にモーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差を低域通過フィルター（ＬＰＦ）２０２に通過させて速度偏差の平均値を求める。
基準速度偏差が定められると共に速度偏差の平均値を求めると、図２の（ａ）に示すように、基準速度偏差と速度偏差の平均値を比較して、速度振動成分を検出する。より詳しくは、図２の（ｂ）に示すように、基準速度偏差と速度偏差の平均値を比較して、図２の（ｃ）に示すように、基準速度偏差が速度偏差の平均値より大きいか小さいと、その差を速度振動成分として検出する。
このようにして速度振動成分が検出されると、図１の振動発生判定部２００で駆動軸の振動が発生されたと判定した後、補正トルク演算部３００でアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出する。言い換えると、振動発生判定部２００で駆動軸の振動が発生されたと判定すると、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出して、駆動軸の振動を低減させるためのモータートルクを制御する。
図３に示すように、速度振動成分が検出された後、ギア変速が行われたギア変速モード時に、またクラッチ解除後にブレーキペダルを踏んだブレーキモード時に、またクラッチ解除後に加速ペダルを反復的に踏んではずすチップインまたはアウトモード時に、またクラッチ解除後に加速ペダルを踏まずにモーターの駆動力のみで低速走行が行われるクリープモード時に、駆動軸の振動が主に発生するため、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出して、駆動軸の振動を低減させるためのモータートルクを制御する。
この時、アンチジャークのためのモーター補正トルク量は、［ゲイン×（（モデル速度−実際速度）−速度偏差の平均値）］により決定され、ゲインはアンチジャークを必要とするクラッチ解除時、ギア変速時、チップインまたはチップアウト時、ブレーキ時に応じてあらかじめ異なる値で定められる。従って、補正トルク演算部３００でモーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるように負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御する。
すなわち、補正トルク演算部にモーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるまで、前記のように決定されたアンチジャーク用モータートルク補正量を印加する負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御することで、クラッチの解除時をはじめ変速時やチップインまたはチップアウト時、駆動軸に振動現象が発生することを容易に防止することができる。
本発明は、モータートルク制御を利用してクラッチの解除時や変速時に駆動軸の振動発生を防止できるハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置及び方法として好適である。
１０ エンジン
２０ モーター
３０ 自動変速機
４０ クラッチ
５０ バッテリー
６０ インバーター
７０ ＨＳＧ
８０ 駆動輪
９０ 駆動軸
１００ モデル速度算出部
２００ 振動発生判定部
２０２ 低域通過フィルター
３００ 補正トルク演算部

Claims (5)

  1. エンジン、モーターおよび自動変速機が一軸上に直結され、エンジンとモーターの間にはクラッチが配列されたハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置において、
    駆動軸の振動が無視された状態でモーターのモデル速度を算出するモデル速度算出部と、
    前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差から基準速度偏差及び速度偏差の平均値を算出すると同時に速度振動成分を検出して、駆動軸の振動発生可否を判定する振動発生判定部と、
    前記振動発生判定部で駆動軸の振動が発生したと判定すると、駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を算出して、モータートルクを制御する補正トルク演算部と、を含めて構成されることを特徴とするハイブリッド車両のアンチジャーク制御装置。
  2. 前記補正トルク演算部は、モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるように負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御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のアンチジャーク制御装置。
  3. 駆動軸の振動が無視された状態でモーターのモデル速度を計算する段階と、
    前記モーターの実際速度を計算する段階と、
    前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差を求めて、基準速度偏差及び速度偏差の平均値を計算する段階と、
    前記基準速度偏差と速度偏差の平均値を比較して、基準速度偏差が速度偏差の平均値より大きいあるいは小さい速度振動成分が検出されると、駆動軸の振動が発生したと判定する段階と、
    駆動軸の振動を低減させるためのアンチジャーク用モーター補正トルク量を決定する段階と、
    前記モーターのモデル速度と実際速度間の速度偏差が０となるようにアンチジャーク用モータートルク補正量を印加する負のフィードバック制御を通してモータートルクを制御する段階と、からなることを特徴とするハイブリッド車両のアンチジャーク制御方法。
  4. 前記アンチジャーク用モーター補正トルク量は、数式［補正トルク＝ゲイン×（（モデル速度−実際速度）−速度偏差の平均値）］により決定されることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のアンチジャーク制御方法。
  5. 前記ゲインは、アンチジャークを必要とするクラッチ解除時、ギア変速時、チップインまたはチップアウト時、ブレーキ時に応じてあらかじめ異なる値で定められることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両のアンチジャーク制御方法。

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