JP2011213277A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の違和感を抑制しつつ歯打ち音の発生を回避する。
【解決手段】ハイブリッド車両１００の制御部７０は、第２モータジェネレータの第１目標出力トルクを計算する目標出力トルク計算手段７４と、第１目標出力トルクがゼロ近傍となった場合、第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクを所定の閾値を超える第２目標トルクとするために必要なエンジンの目標出力トルク低減量を計算する出力トルク低減量計算手段７５と、出力トルク低減量だけエンジン２２の目標出力トルクを低減させるために必要な点火時期の遅角量を設定する遅角量設定手段７６と、エンジン２２の点火時期を遅角させると共にエンジン２２の目標出力トルクを目標出力トルク低減量だけ減少させ、第１目標トルクと第２目標トルクとの出力トルク差分だけ第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクを増加させる出力トルク変化手段７７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の構造に関する。

近年、エンジンとモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッド車両が多く用いられるようになってきている。最近のハイブリッド車両では、遊星歯車機構のサンギヤ，キャリア，リングギヤに第１モータジェネレータ，エンジンのクランクシャフト，駆動軸を接続し、駆動軸に減速ギヤ（プラネタリギヤ）を介して第２モータジェネレータが接続されたものが提案されている。このハイブリッド車では、第２モータジェネレータから出力されるトルクが値ゼロ付近の状態にあるときにエンジンのトルク脈動が駆動軸側に伝達されると、減速ギヤで噛み合っているギヤ同士が振動して歯打ち音（ガラ音）が生じる場合があるという問題があった。このため、エンジンの回転数を等パワー線に沿って増加させてエンジンからの出力トルクを減少させることによって第２モータジェネレータの出力トルクを増加させ、第２モータジェネレータの出力トルクがゼロ近傍とならないようにして歯打ち音の発生を回避する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

歯打ち音は、エンジンを始動する際やエンジンを停止する際に第２モータジェネレータの出力トルクがゼロ近傍となってしまう場合に発生することもある。このため、エンジン始動の際にエンジンを回転させるトルクと駆動軸に出力されるトルクをキャンセルするキャンセルトルクとを調整して歯打ち音を抑制することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、エンジン停止の際に歯打ち音が発生すると判定された際には、プラネタリギヤのいずれかの軸に負荷を結合させて歯打ち音の発生を抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、車両が停止している場合には、歯打ち音が生じない微小トルク出力となるように、点火時期を通常運転の際よりも所定の角度だけ遅角させる方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００８−２０１３５１号公報 特開２００９−１３２１８４号公報 特開平１１−１７３１７１号公報 特開２００７−１２６０９７号公報

特許文献１に記載された従来技術は、エンジンの回転数を増加させて歯打ち音（ガラ音）の発生を回避するものであるが、歯打ち音防止のためにエンジンの回転数を変化させるので運転者の操作と関係なくエンジンの回転数が変化する。このため、歯打ち音回避の運転を行った際に運転者に違和感を与えてしまうという問題がある。また、この方法の場合には、エンジンの出力トルクを低減するためにエンジンのスロットルを絞るので、これによるポンピングロスが増加して燃費が悪化すると共に、エンジンの応答遅れが発生してしまうという問題があった。また、特許文献２から４に記載された従来技術では、走行中に発生する歯打ち音の発生を効果的に回避することが出来ないという問題があった。

本発明は、運転者の違和感を抑制しつつ歯打ち音の発生を回避することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、第１のモータジェネレータと、前記エンジンの出力軸と前記第１のモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸とを接続する遊星歯車装置と、その入出力軸が前記車両駆動用動力出力軸とギヤを介して接続される第２のモータジェネレータと、前記エンジンと前記第２モータジェネレータとの出力トルクを変化させる制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、前記制御部は、車両の走行状態に応じて前記第２モータジェネレータの第１目標出力トルクを計算する目標出力トルク計算手段と、前記エンジンの出力と前記第２モータジェネレータの出力とによって車両を駆動中に前記第１目標出力トルクがゼロ近傍となった場合、前記第２モータジェネレータの目標出力トルクを所定の閾値を超える第２目標トルクとするために必要な前記エンジンの目標出力トルク低減量を計算する出力トルク低減量計算手段と、前記出力トルク低減量だけ前記エンジンの目標出力トルクを低減させるために必要な点火時期の遅角量を設定する遅角量設定手段と、前記遅角量設定手段によって計算した遅角量だけ前記エンジンの点火時期を遅角させると共に前記エンジンの目標出力トルクを前記目標出力トルク低減量だけ減少させ、前記第１目標トルクと前記第２目標トルクとの出力トルク差分だけ前記第２モータジェネレータの目標出力トルクを増加させる出力トルク変化手段と、を有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、前記制御部の前記出力トルク変化手段は、前記エンジンの回転数とスロットル開度とを略一定に保持して前記エンジンと前記第２モータジェネレータの出力トルクを変化させること、としても好適である。

本発明は、運転者の違和感を抑制しつつ歯打ち音の発生を回避することが出来るという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両が走行中の遊星歯車装置の共線図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のトルク出力の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両のエンジンの点火時期とエンジン出力トルクとの関係を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１００は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の遊星歯車装置３０と、遊星歯車装置３０に接続された第１モータジェネレータ（ＭＧ１）５１と、遊星歯車装置３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続された第２モータジェネレータ（ＭＧ２）５２と、充放電可能な二次電池であるバッテリ５０と、制御部７０とを備えている。

遊星歯車装置３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なうよう構成されている。遊星歯車装置３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１には第１モータジェネレータ５１が、リングギヤ３２には車両駆動用動力出力軸であるリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、第１モータジェネレータ５１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、第１モータジェネレータ５１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力される第１モータジェネレータ５１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

減速ギヤ３５は、第２モータジェネレータ５２の回転軸４８の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達可能に構成されている。減速ギヤ３５は、外歯歯車のサンギヤ３６と、このサンギヤ３６と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３７と、サンギヤ３６に噛合すると共にリングギヤ３７に噛合する複数のピニオンギヤ３８と、複数のピニオンギヤ３８を自転かつ公転自在に保持するキャリア３９とを備える遊星歯車機構として構成されている。減速ギヤ３５のサンギヤ３６には第２モータジェネレータ５２の回転軸４８が、リングギヤ３７にはリングギヤ軸３２ａが接続されている。また、キャリア３９はケースに固定されており、その回転が禁止されている。

第１、第２モータジェネレータ５１，５２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、第１、第２インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。また、バッテリ５０と第１、第２インバータ４１，４２との間にはバッテリ５０の電圧を昇圧して各インバータ４１，４２に供給する昇圧コンバータ５３が接続されている。

制御部７０は、信号の処理を行うＣＰＵ７１と、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７２と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７３と、第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクを計算するＭＧ２目標出力トルク計算手段７４と、エンジン２２の出力トルクの低減量を計算するエンジン出力トルク低減量計算手段７５と、エンジン２２の点火時期の遅角量を計算する遅角量設定手段７６と、エンジン２２と第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクを変化させる出力トルク変化手段７７とを備えている。制御部７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジン２２、各インバータ４１，４２、昇圧コンバータ５３はそれぞれ制御部７０に接続され、制御部７０の指令で駆動するよう構成されている。エンジン２２に取り付けられているエンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクシャフト回転位置センサ２４、各モータジェネレータ５１，５２に取り付けられている回転子位置検出センサ４３，４４は制御部７０に接続され、エンジン２２の回転数、各モータジェネレータ５１，５２の回転子の位置の各信号はそれぞれ制御部７０に入力されるよう構成されている。バッテリ５０は制御部７０に接続され、出力電圧、出力電流、温度等のデータが制御部７０に入力されるよう構成されている。

以上のように構成されたハイブリッド車両１００の動作について説明する。遊星歯車装置３０は、サンギヤ３１の歯数のリングギヤ３２の歯数に対する比率ρでエンジン２２の出力トルクＴｅを第１モータジェネレータ５１の回転軸であるサンギヤ３１の回転軸４９とリングギヤ軸３２ａに分配する分配比率が決まる。サンギヤ３１の歯数のリングギヤ３２の歯数に対する比率をρとし、エンジンの出力トルクをＴｅとすると、サンギヤ３１の回転軸４９に分配されるトルクＴｓとリングギヤ軸３２ａに分配されるトルクＴｒ１は次のようになる。
ρ ＝（サンギヤ３１の歯数）／（リングギヤ３２の歯数） −− （式１）
Ｔｓ ＝ρ／（１＋ρ)×Ｔｅ −−−−−−−−−−−− （式２）
Ｔｒ１＝１／（１＋ρ)×Ｔｅ −−−−−−−−−−−− （式３）
また、第２モータジェネレータ５２からリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクＴｒ２は、第２モータジェネレータ５２の出力トルクをＴｍ２、減速ギヤ３５のギヤ比をＧｒとすると、
Ｔｒ２＝Ｔｍ２×Ｇｒ −−−−−−−−−−−− （式４）
となる。

そして、図２の共線図に示すように、ハイブリッド車両１００が走行している際には、サンギヤ３１の回転軸４９に分配されたトルクＴｓは発電を行う第１モータジェネレータ５１の負荷トルクＴｍ１とつりあい、リングギヤ軸３２ａに分配されたトルクＴｒ１と第２モータジェネレータ５２からリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクＴｒ２の合計トルク（Ｔｒ１＋Ｔｒ２）は、ハイブリッド車両１００の走行抵抗ＴＲとつりあっている。
ＴＲ＝Ｔｒ１＋Ｔｒ２ −−−−−−−−−−−− （式５）
式５と式３、式４とから
ＴＲ＝［１／（１＋ρ)×Ｔｅ＋Ｔｍ２×Ｇｒ］ −−−−−−− （式６）
が導かれる。式６を整理すると、第２モータジェネレータ５２の出力トルクＴｍ２は、走行抵抗ＴＲ、サンギヤ３１の歯数のリングギヤ３２の歯数に対する比率ρ、エンジン２２の出力トルクＴｅ、減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒによって次のように表される。
Ｔｍ２＝［ＴＲ−１／（１＋ρ)×Ｔｅ］／Ｇｒ −−−−−−− （式７）
この式７から、走行抵抗トルクＴＲが一定の場合の第２モータジェネレータ５２の出力トルクの変化量ΔＴｍ２とエンジン２２の出力トルクの変化量ΔＴｅとは、ｋを定数として、
ΔＴｅ＝（１＋ρ)×Ｇｒ×ΔＴｍ２＝ｋ×ΔＴｍ２ −−−−−− （式８）
という関係で表される。

エンジン２２の回転数、出力トルクＴｅ、第１モータジェネレータ５１の回転数、出力（負荷）トルクＴｍ１、第２モータジェネレータ５２の回転数、出力トルクＴｍ２は、ハイブリッド車両の車速Ｖ、アクセルペダルの踏み込み量Ａｃｃ、バッテリ５０の残存容量（ＳＯＣ）等によって変化し、燃費率が最適点で運転されるよう制御されている。

図３のステップＳ１０１に示すように、ハイブリッド車両１００の走行中、制御部７０は運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖを各センサ８４，８６，８８から取得する。そして、図２のステップＳ１０２に示すように、制御部７０は、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルク、すなわち走行抵抗トルクＴＲを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２と第１モータジェネレータ５１、第２モータジェネレータ５２の各目標回転数と各目標出力トルクを計算する。

図４の時間ｔ_０に示すように、制御部７０は、エンジン２２の出力トルクがＴｅ_０（図４の点ｄ）、第２モータジェネレータ５２の出力トルクがＴｍ_２２で走行している状態（図４の点ａ）で、図４の時間ｔ_１に示す次の走行状態における最適なエンジン２２と第２モータジェネレータ５２との出力トルクを計算し、エンジン２２の第１目標出力トルクＴｅ_１（図４の点ｅ）、第２モータジェネレータ５２の第１目標出力トルクＴｍ_２１（図４の点ｂ）とする（ＭＧ２目標トルク計算工程）。

図３のステップＳ１０３に示すように、制御部７０は、図４に示す第２モータジェネレータ５２の第１目標出力トルクＴｍ_２１が歯打ち音（ガラ音）の発生する閾値Ｔｍ_２ｔよりも低くなっている場合には、第２モータジェネレータ５２の第１目標出力トルクＴｍ_２１はゼロ近傍であると判断する。そして、制御部７０は、図３のステップＳ１０４に示すように、エンジン２２の回転数とスロットル開度とを変化させずに第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクＴｍ２^＊を図４に示す閾値Ｔｍ_２ｔを超える第２目標出力トルクＴｍ_２２とするために必要なエンジン２２の目標出力トルク低減量ΔＴｅ_０を計算する。先に説明したように、走行抵抗トルクＴＲが一定の場合の第２モータジェネレータ５２の出力トルクの変化量ΔＴｍ２とエンジン２２の出力トルクの変化量ΔＴｅとは、ｋを定数として、
ΔＴｅ＝（１＋ρ)×Ｇｒ×ΔＴｍ２＝ｋ×ΔＴｍ２ −−−−−− （式８）
という関係で表されることから、制御部７０は、第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクＴｍ２^＊を第１目標出力トルクＴｍ_２１から第２目標出力トルクＴｍ_２２に（Ｔｍ_２２−Ｔｍ_２１）＝目標出力トルク増加分ΔＴｍ２_０だけ変化させるために必要なエンジン２２の目標出力トルク低減量ΔＴｅ_０を、
ΔＴｅ_０＝ｋ×ΔＴｍ２_０＝ｋ×（Ｔｍ_２２−Ｔｍ_２１） −−−−−− （式９）
のように計算する（エンジン出力低減量計算手段）。

図３のステップＳ１０５に示すように、制御部７０は、図５に示すようなエンジン２２の点火時期とエンジン出力トルクとのマップに基づいて、エンジン２２の回転数とスロットル開度とを変化させずにエンジン２２の出力トルクＴｅをエンジン２２の第１目標出力トルクＴｅ_１から上記の目標出力トルク低減量ΔＴｅ_０だけ低減された第２目標出力トルクＴｅ_２にするための通常の点火時期ｅａ_１からの遅角量Δｅａを設定する（遅角量設定工程）。そして、制御部７０は、エンジン２２の遅角後の点火時期ｅａ_２を設定する。

図３のステップＳ１０６に示すように、制御部７０は、エンジン２２の点火時期を通常の点火時期ｅａ_１から遅角後の点火時期ｅａ_２に変更する指令を出力する。この指令によってエンジン２２の点火時期が通常の点火時期ｅａ_１から遅角量Δｅａだけ変化した遅角後の点火時期ｅａ_２となる。また、制御部７０はエンジン２２の目標出力トルクＴｅ^＊を第１目標出力トルクＴｅ_１から第２目標出力トルクＴｅ_２に目標出力トルク低減量ΔＴｅ_０だけ変化させる（図５の点ｇから点ｈ、図４の点ｅからｆ）。また、図３のステップＳ１０７に示すように、制御部７０は、第２モータジェネレータ５２の目標出力トルクＴｍ２^＊を第１目標出力トルクＴｍ_２１から第２目標出力トルクＴｍ_２２にトルク増加分ΔＴｍ２_０だけ変化させる（図４の点ｂから点ｃ、出力トルク変化工程）。

そして、制御部７０はエンジン２２の出力トルクＴｅを図４に示す時間ｔ_０のＴｅ_０から図４に示す時間ｔ_１の第２目標出力トルクＴｅ_２に変化させ（図４の点ｄから点ｆ）、第２モータジェネレータ５２の出力トルクＴｍ２を図４に示すｔ_０のＴｍ_２０から図４に示す時間ｔ_１の第２目標出力トルクＴｍ_２２に変化させる（図４の点ａから点ｃ）。これによって、第２モータジェネレータ５２の出力トルクＴｍ２が閾値Ｔｍ_２ｔより低い第１の目標出力トルクＴｍ_２１で運転することを回避することができるので、歯打ち音（ガラ音）の発生を回避することができる。

本実施形態では、エンジン２２が第１目標出力トルクＴｅ_１で（図４の点ｅ）、第２モータジェネレータ５２が第１目標トルクＴｍ_２１で運転されても（図４の点ｂ）、エンジン２２が第２目標運転トルクＴｅ_２で（図４の点ｆ）、第２モータジェネレータ５２が第２目標出力トルクＴｍ_２２で運転されても（図４のｃ点）エンジン２２の回転数、スロットル開度は略一定で、歯打ち音（ガラ音）回避を行う際に運転者に違和感を与えることを抑制することが出来る。そして、第２モータジェネレータ５２の目標出力トルク増加分ΔＴｍ２_０をエンジン２２の目標出力トルク低減量ΔＴｅ_０で補償しているので、駆動力出力軸であるリングギヤ軸３２ａに出力される動力は変化せず、エンジン２２、第２モータジェネレータ５２の回転数も変化しないことからハイブリッド車両１００は歯打ち音回避動作をしても回避動作をしない場合と同様の走行を行う。

以上説明した実施形態では、エンジン２２の点火時期を遅角することによってエンジン２２の出力トルクＴｅを低減させて第２モータジェネレータの出力トルクＴｍ２を増大されることによって歯打ち音（ガラ音）の回避を図っており、従来技術のように等パワー線に沿ってエンジン２２の回転数を増加させて出力トルクＴｅを低減する方法に比べて、エンジン２２の回転数が変化しないので、歯打ち音（ガラ音）回避を行う際に運転者に違和感を与えることを抑制することが出来る。また、スロットル開度が変化しないので、歯打ち音（ガラ音）回避前後でのエンジン２２のポンピングロスは変わらず、従来の方法に比較して歯打ち音回避運転の際の燃費悪化を少なくすることができる。更に、スロットルの開度が一定となっているので、運転者がアクセルペダル８３を踏み込んで加速しようとした際に、エンジン２２への吸気が遅れることがなく、エンジン２２の応答遅れを抑制することが出来る。

２２ エンジン、２４ クランクシャフト回転位置センサ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 遊星歯車装置、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３６ サンギヤ、３７ リングギヤ、３８ ピニオンギヤ、３９ キャリア、４１ 第１インバータ、４２ 第２インバータ、４３，４４ 回転子位置検出センサ、４８ 回転軸、５０ バッテリ、５１ 第１モータジェネレータ、５２ 第２モータジェネレータ、５３ 昇圧コンバータ、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ 制御部、７１ ＣＰＵ、７２、ＲＯＭ、７３ ＲＡＭ、７４ ＭＧ２目標出力トルク計算手段、７５ エンジン出力トルク低減量計算手段、７６ 遅角量設定手段、７７ 出力トルク変化手段、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１００ ハイブリッド車両。

Claims (2)

1. エンジンと、
   第１のモータジェネレータと、
   前記エンジンの出力軸と前記第１のモータジェネレータの入出力軸と車両駆動用動力出力軸とを接続する遊星歯車装置と、
   その入出力軸が前記車両駆動用動力出力軸とギヤを介して接続される第２のモータジェネレータと、
   前記エンジンと前記第２モータジェネレータとの出力トルクを変化させる制御部と、を備えるハイブリッド車両であって、
   前記制御部は、
   車両の走行状態に応じて前記第２モータジェネレータの第１目標出力トルクを計算する目標出力トルク計算手段と、
   前記エンジンの出力と前記第２モータジェネレータの出力とによって車両を駆動中に前記第１目標出力トルクがゼロ近傍となった場合、前記第２モータジェネレータの目標出力トルクを所定の閾値を超える第２目標トルクとするために必要な前記エンジンの目標出力トルク低減量を計算する出力トルク低減量計算手段と、
   前記出力トルク低減量だけ前記エンジンの目標出力トルクを低減させるために必要な点火時期の遅角量を設定する遅角量設定手段と、
   前記遅角量設定手段によって計算した遅角量だけ前記エンジンの点火時期を遅角させると共に前記エンジンの目標出力トルクを前記目標出力トルク低減量だけ減少させ、前記第１目標トルクと前記第２目標トルクとの出力トルク差分だけ前記第２モータジェネレータの目標出力トルクを増加させる出力トルク変化手段と、
   を有することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   前記制御部の前記出力トルク変化手段は、
   前記エンジンの回転数とスロットル開度とを略一定に保持して前記エンジンと前記第２モータジェネレータの出力トルクを変化させること、
   を特徴とするハイブリッド車両。

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