JP2012020650A

JP2012020650A - 車両の制御装置

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Publication number: JP2012020650A
Application number: JP2010159904A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 悠二伊藤; Takanaga Kono; 隆修河野; Yoshiaki Atsumi; 善明渥美
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-02-02

Abstract

【課題】従来よりも車両の振動を抑制することが可能な車両の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３と、内燃機関３のクランク軸３ｃと連結されたインプットシャフト８を回転駆動可能に設けられた第１ＭＧ４とを備えた車両１に適用され、駆動制御装置２０は、内燃機関３にてクランク軸３ｃに生じる抵抗トルクを打ち消すべく内燃機関３のクランク角度と回転数に基づいてＦＦ補正値を算出するとともにインプットシャフト８のトルク変動を抑制すべくインプットシャフト８のトルクに基づいてＦＢ補正値を算出し、その後それらＦＦ補正値及びＦＢ補正値に基づいて第１ＭＧ４の出力トルクを算出し、算出した出力トルクで第１ＭＧ４が動作するように第１ＭＧ４を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を備えた車両に適用され、その内燃機関のトルクが変化するときの車両の振動を抑制する制御装置に関する。

内燃機関のクランキング時にクランク軸がその回転位相に応じて呈する抵抗トルクの変動を予め求めておき、内燃機関のクランキング時にその抵抗トルクの変動に応じて始動モータの出力トルクを変動させ、これによりクランキングに起因する振動を抑制する制振装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１６１７５４号公報

特許文献１の装置では、始動モータの出力トルクを予め求めておいたクランク軸の抵抗トルクの変動に応じて変化させるフィードフォワード制御を行っている。そのため、クランキング時に実際に発生したクランク軸の抵抗トルクの変動と始動モータの出力トルクの変動との間にずれが生じ、振動の抑制が不十分になるおそれがある。また、車両の振動はクランキング時に限らず内燃機関のトルクが変化している時期に発生する。

そこで、本発明は、従来よりも車両の振動を抑制することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両の制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関のクランク軸と連結された回転部材を回転駆動可能に設けられ、かつ出力トルクを制御可能な電動機と、を備えた車両に適用され、前記内燃機関にて前記クランク軸に生じる抵抗トルクを打ち消すべく前記内燃機関のクランク角度と前記内燃機関の回転数とに基づいて第１補正値を算出する第１補正値算出手段と、前記回転部材のトルク変動を抑制すべく前記回転部材のトルクに基づいて第２補正値を算出する第２補正値算出手段と、前記第１補正値及び前記第２補正値に基づいて前記電動機の出力トルクを算出し、算出した出力トルクで前記電動機が動作するように前記電動機を制御する電動機制御手段と、を備えている（請求項１）。

本発明の制御装置では、第１補正値及び第２補正値に基づいて電動機の出力トルクを算出する。第１補正値は、クランク軸に生じる抵抗トルクを打ち消すべく内燃機関のクランク角度と回転数に基づいて算出される。そのため、この第１補正値による補正はフィードフォワード補正になる。一方、第２補正値は回転部材のトルク変動を抑制すべく回転部材のトルクに基づいて算出されるので、この第２補正値による補正はフィードバック補正になる。このように本発明の制御装置によれば、フィードフォワード補正に加えて回転部材のトルクに基づくフィードバック補正も行うので、実際の回転部材のトルク変動に適切に対応することができる。そのため、回転部材のトルク変動を適切に抑制することができる。従って、従来よりも車両の振動を抑制することができる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記回転部材のトルクを取得するトルク取得手段をさらに備え、前記第２補正値算出手段は、前記トルク取得手段が取得したトルクから所定の周波数以下の低周波成分を除去する処理を行って抽出した高周波成分に基づいて前記第２補正値を算出してもよい（請求項２）。変動している回転部材のトルクに含まれる周波数のうち所定の周波数より高い高周波成分が車両を振動させる。そこで、回転部材のトルクからこの高周波成分を抽出し、この高周波成分に基づいて第２補正値を算出することにより、高周波成分を適切に打ち消す事が可能な第２補正値を算出できる。そのため、車両の振動をさらに抑制することができる。

この形態においては、前記車両がハイブリッド車両であるとともに、前記電動機がモータ・ジェネレータであり、前記モータ・ジェネレータには、出力軸の回転角を検出する回転角センサが設けられ、前記トルク取得手段は、前記回転角センサの検出値に基づいて前記回転部材のトルクを算出してもよい（請求項３）。一般にハイブリッド車両が備えるモータ・ジェネレータには、その動作を制御するために用いる回転角センサが設けられている。この形態では、このモータ・ジェネレータの回転角センサを用いて回転部材のトルクを算出するので、回転部材のトルクを検出するためのセンサを新たに設ける必要がない。そのため、コストを低減できる。また、一般にモータ・ジェネレータには高精度の回転角センサが設けられているので、回転部材のトルクを精度良く求めることができる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記車両が走行している路面の状態に起因して発生する前記回転部材のトルク変動が予め設定した所定レベルより大きいか否か判定する路面影響判定手段と、前記路面影響判定手段が路面の状態に起因して発生する前記回転部材のトルク変動が前記所定レベルより大きいと判定した場合に前記第２補正値算出手段による第２補正値の算出を禁止する算出禁止手段と、をさらに備えていてもよい（請求項４）。このように回転部材のトルク変動に対する路面の影響が大きい場合は第２補正値の算出を禁止することにより、第２補正値算出手段の無駄な動作を防止できる。

以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、内燃機関のクランク角度と回転数に基づいて算出されてフィードフォワード補正となる第１補正値と、回転部材のトルクに基づいて算出されてフィードバック補正となる第２補正値とに基づいて電動機のトルクを制御するので、回転部材のトルク変動を適切に抑制することができる。そのため、従来よりも車両の振動を抑制することができる。

本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示す図。駆動制御装置が実行する振動抑制制御ルーチンを示すフローチャート。エンジン始動時におけるインプットシャフトの時間変化の一例を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた車両の要部を概略的に示している。車両１は、いわゆるハイブリッド車両として構成されており、駆動装置２を備えている。駆動装置２は、内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）３と、電動機としての第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ）４と、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ）５とを備えている。エンジン３、第１ＭＧ４、及び第２ＭＧ５は、それぞれ動力分割機構６と接続されている。エンジン３は、複数（図１では４つ）の気筒を備えた周知のレシプロ式内燃機関である。エンジン３の各気筒には、それぞれピストン３ａが往復動自在に挿入されている。各ピストン３ａは、コネクティングロッド３ｂによってクランク軸３ｃとそれぞれ連結されている。クランク軸３ｃは、エンジン３と動力分割機構６との間に生じる振動を減衰するためのダンパ７を介して回転部材としてのインプットシャフト８と接続されている。

第１ＭＧ４及び第２ＭＧ５は、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えた周知のものである。第１ＭＧ４は、不図示のケースに固定されたステータ４ａと、そのステータ４ａの内周側に同軸に配置されたロータ４ｂとを備えている。また、第１ＭＧ４は、ロータ４ｂの回転角に対応した信号を出力する第１回転角センサ４ｃを備えている。第２ＭＧ５も同様に、不図示のケースに固定されたステータ５ａと、そのステータ５ａの内周側に同軸に配置されたロータ５ｂとを備えている。第２ＭＧ５は、ロータ５ｂの回転角に対応した信号を出力する第２回転角センサ５ｃを備えている。なお、回転角センサ４ｃ、５ｃとしては、例えばレゾルバやロータリエンコーダ等の周知のセンサが設けられる。そのため、詳細な説明は省略する。

動力分割機構６は、遊星歯車機構９を備えている。遊星歯車機構９は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、外歯歯車であるサンギアＳと、そのサンギアＳに対して同軸的に配置された内歯歯車としてのリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンギアＰを自転可能かつサンギアＳの周囲を公転可能に保持するキャリアＣとを備えている。サンギアＳには第１ＭＧ４のロータ４ｂが連結されている。キャリアＣにはインプットシャフト８が連結されている。リングギアＲには、第２ＭＧ５のロータ５ｂが連結されている。また、このリングギアＲには、車両１の駆動輪に動力を出力するための出力ギア１０が連結されている。

駆動装置２の動作は、駆動制御装置２０にて制御される。駆動制御装置２０は、駆動装置２の各部を制御するコンピュータとして構成され、エンジン３の始動及び停止制御、エンジン３の出力制御、及び各ＭＧ４、５の出力制御等の種々の制御を実行する。駆動制御装置２０は、例えば車両１の走行中にアクセル開度が予め設定した所定の判定開度未満になった場合はエンジン３を停止させ、第２ＭＧ５のみで車両１を駆動する。一方、アクセル開度が判定開度以上になった場合はエンジン３を始動し、エンジン３及び第２ＭＧ５の両方で車両１を駆動する。駆動制御装置２０には、これらの制御を行うため車両１の運転状態を取得する各種のセンサが接続されている。例えば、エンジン３のクランク角度に対応した信号を出力するクランク角センサ２１、及びアクセル開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ２２等が接続されている。また、駆動制御装置２０には第１回転角センサ４ｃ及び第２回転角センサ５ｃも接続されている。この他にも駆動制御装置２０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。

図２は、駆動制御装置２０が車両１の振動を抑制するためにエンジン３の運転状態に拘わりなく所定の周期で繰り返し実行する振動抑制制御ルーチンを示している。この制御ルーチンにおいて駆動制御装置２０は、まずステップＳ１１でエンジン３が運転中か否か判定する。この判定は、例えばクランク角センサ２１の出力信号等に基づいて行えばよい。なお、この制御ルーチンではクランキング中の車両１の振動も抑制する。そのため、この処理ではクランキング中もエンジン３が運転中であると判定する。エンジン３が運転中と判定した場合はステップＳ１２、Ｓ１３をスキップしてステップＳ１４に進む。

一方、エンジン３が停止中と判定した場合はステップＳ１２に進み、駆動制御装置２０はエンジン３を始動すべき所定の始動条件が成立したか否か判定する。始動条件は、例えば上述したように車両１が走行中であり、かつアクセル開度が判定開度以上の場合に成立したと判定される。また、イグニッションスイッチがオンの状態に切り替えられた場合に成立したと判定してもよい。さらに、エンジンの運転中に所定の停止条件が成立するとエンジンを停止させる、いわゆるアイドルストップ制御が適用されたエンジンでは、このアイドルストップ制御によってエンジンが停止しているときに運転者によってアクセルペダル又はシフトギアが操作される等の所定の再始動条件が成立した場合にも始動条件が成立したと判定してよい。始動条件が不成立と判定した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、始動条件が成立したと判定した場合にはステップＳ１３に進み、駆動制御装置２０は第１ＭＧ４にてエンジン３のクランキングを開始する。この際、第１ＭＧ４は、出力トルクがクランク軸３ｃを回転駆動可能なように設定された所定の初期トルクになるように制御される。続くステップＳ１４において駆動制御装置２０は、車両１の運転状態を取得する。車両１の運転状態としては、例えばクランク角度、クランク軸３ｃの回転数、各ＭＧ４、５のロータ４ｂ、５ｂの回転角等が取得される。

次のステップＳ１５において駆動制御装置２０は、第１ＭＧ４の出力トルクを補正するための第１補正値としてのＦＦ補正値を算出する。ＦＦ補正値は、エンジン３のクランク角度及び回転数に基づいて算出される。周知のようにクランク軸３ｃが回転するときにクランク軸３ｃに生じる抵抗トルクは、各ピストン３ａの位置や移動方向に応じて変化する。例えば、いずれかのピストン３ａが気筒内の空気を圧縮している場合は抵抗トルクが増大する。ＦＦ補正値は、この抵抗トルクの変化に起因するインプットシャフト８のトルク変動を第１ＭＧ４の出力トルクによって打ち消すために設けられている。各ピストン３ａの位置はクランク角度に対応付けられているので、エンジン３のクランク角度及び回転数に基づいてピストン３ａが往復動することに起因するインプットシャフト８のトルク変動が推定できる。そのため、いずれのクランク角度において第１ＭＧ４の出力トルクをどの程度補正すればよいか予め推定できる。そこで、予めクランク角度及び回転数とＦＦ補正値との関係を求めてマップとして駆動制御装置２０のＲＯＭに記憶させておく。ＦＦ補正値は、このマップを参照して求めればよい。

次のステップＳ１６において駆動制御装置２０は、インプットシャフト８のトルクに対して路面の状態が与える影響が小さいか否か判定する。例えば、車両１の走行中は路面にある凹凸や滑りやすい部分に応じて車両１の駆動トルクを変化させる必要があるため、各ＭＧ４、５の出力トルクが変動する。そして、この各ＭＧ４、５の出力トルクの変動に応じてインプットシャフト８のトルクも変動する。各ＭＧ４、５の出力トルクはエンジン３のトルクに影響を与える。そこで、例えばクランク角度信号及びエンジン３のトルク等に基づいて各ＭＧ４、５の出力トルクが変動するか否か判断する。具体的には、エンジン３のトルクの変化が予め設定した所定のトルク範囲内の場合には路面の影響が小さいと判断する。路面の影響が大きいと判断した場合はステップＳ１７に進み、駆動制御装置２０は第１ＭＧ４の出力トルクの補正に用いるＦＢ補正値に０を代入する。

一方、路面の影響が小さいと判断した場合はステップＳ１８に進み、駆動制御装置２０はインプットシャフト８のトルクＴ_ｉｎｐを算出する。この算出は、以下に示す式を用いて算出する。

なお、この式においてＩ_ｉｎｐはインプットシャフト８の慣性モーメントを、α_ｉｎｐはインプットシャフト８の角加速度をそれぞれ示している。また、Ｉ_ｇは第１ＭＧ４のロータ４ｂの慣性モーメントを、α_ｇは第１ＭＧ４のロータ４ｂの角加速度を、Ｔ_ｇは第１ＭＧ４のトルク指令値を示している。そして、ρは遊星歯車機構９のサンギアＳとピニオンギアＰとの間のギア比を示している。これらのうち各慣性モーメントＩ_ｉｎｐ、Ｉ_ｇ及びギア比ρは、実験や数値計算等によって求めて駆動制御装置２０のＲＯＭに記憶させておけばよい。また、第１ＭＧ４は駆動制御装置２０が制御しているので、トルク指令値Ｔ_ｇは既知である。第１ＭＧ４の角加速度α_ｇは、第１回転角センサ４ｃの検出値から算出できる。インプットシャフト８の角加速度α_ｉｎｐは、各回転角センサ４ｃ、５ｃの検出値及び遊星歯車機構９の各ギア比から算出できる。そのため、インプットシャフト８のトルクは、各回転角センサ４ｃ、５ｃの検出値から求めることができる。なお、この式においてインプットシャフト８の慣性モーメントが第１ＭＧ４のロータ４ｂの慣性モーメントと比較して十分に小さい場合はインプットシャフト８の慣性モーメントＩ_ｉｎｐを近似的に０にしてもよい。

続くステップＳ１９において駆動制御装置２０は、インプットシャフト８のトルクから高周波成分を抽出する。この高周波成分の抽出は、例えば算出したインプットシャフト８のトルクをハイパスフィルタに通すことにより行われる。次のステップＳ２０において駆動制御装置２０は、抽出した高周波成分に基づいて第２補正値としてのＦＢ補正値を算出する。ＦＢ補正値は、例えば抽出した高周波成分に予め設定したゲインを掛けることにより算出される。ＦＢ補正値はこの高周波成分を第１ＭＧ４の出力トルクによって打ち消すために設けられている。そのため、ゲインは、抽出した高周波成分からこの高周波成分を打ち消すＦＢ補正値が算出されるように適宜に設定される。また、上述したように高周波成分はインプットシャフト８のトルクから抽出しているので、この高周波成分を第１ＭＧ４に適用するＦＢ補正値に変換するためにはサンギアＳとピニオンギアＰとの間のギア比を考慮する必要がある。そこで、ゲインはこのギア比も考慮して設定される。

ステップＳ１７又はステップＳ２０でＦＢ補正値を設定した後はステップＳ２１に進み、駆動制御装置２０はＦＦ補正値とＦＢ補正値の合計が予め設定した制限値未満か否か判定する。この制限値は、第１ＭＧ４を過負荷から保護するために設定する値であり、第１ＭＧ４の出力上限値に応じて適宜に設定される。

ＦＦ補正値とＦＢ補正値の合計が制限値未満と判断した場合はステップＳ２２に進み、駆動制御装置２０はＦＦ補正値及びＦＢ補正値に基づいて補正後の第１ＭＧ４の出力トルクを算出する。補正後の第１ＭＧ４の出力トルクは、例えば補正前の第１ＭＧ４の出力トルクにＦＦ補正値及びＦＢ補正値をそれぞれ加算することによって算出する。

一方、ＦＦ補正値とＦＢ補正値の合計が制限値以上と判断した場合はステップＳ２３に進み、駆動制御装置２０は補正後の第１ＭＧ４の出力トルクに上述した制限値を代入する。

ステップＳ２２又はステップＳ２３で補正後の第１ＭＧ４の出力トルクを算出した後はステップＳ２４に進み、駆動制御装置２０は出力トルク補正制御を実行する。この出力トルク補正制御では、算出した補正後の第１ＭＧ４の出力トルクが第１ＭＧ４から出力されるように第１ＭＧ４の動作が制御される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

なお、駆動制御装置２０は、この制御ルーチンのステップＳ１５を実行することにより本発明の第１補正値算出手段として、ステップＳ２０を実行することにより本発明の第２補正値算出手段として機能する。また、ステップＳ１８を実行することにより本発明のトルク取得手段として機能し、ステップＳ１６を実行することにより本発明の路面影響判定手段として機能する。さらにステップＳ１６、Ｓ１７を実行することにより本発明の算出禁止手段として機能し、ステップＳ２２、Ｓ２４を実行することにより本発明の電動機制御手段として機能する。

図３は、第２ＭＧ５で車両１の走行中にエンジン３を始動したときのインプットシャフト８のトルクの時間変化を示している。図中の太い実線Ｌ１は、ＦＦ補正値及びＦＢ補正値を用いて補正を行った場合のインプットシャフト８のトルクの時間変化を示している。また、この図には比較例としてＦＦ補正値のみを用いて補正を行った場合のインプットシャフト８のトルクの時間変化を細い実線Ｌ２で示した。なお、図中の破線ＢＬは、抽出した高周波成分の時間変化を示している。この図から明らかなようにＦＢ補正値を用いて第１ＭＧ４の出力トルクを補正することにより、インプットシャフト８のトルク変動を十分に抑制することができる。

以上説明したように本発明の制御装置によれば、クランク角度及び回転数に基づいて設定されるＦＦ補正値及びインプットシャフト８のトルクに基づいて設定されるＦＢ補正値の両方を用いて第１ＭＧ４の出力トルクを補正する。ＦＦ補正値は、クランク角度及び回転数に基づいて推定するのでフィードフォワード補正である。一方、ＦＢ補正値は、実際のインプットシャフト８のトルクに基づいて算出するので、フィードバック補正である。このように本発明では、フィードフォワード及びフィードバックの両方の補正を行うので、第１ＭＧ４の出力トルクを適切に制御してインプットシャフト８のトルク変動を抑制することができる。特にエンジン３の始動時はクランク軸３ｃのトルク変動が大きいが、図３に示したように本発明ではその始動時のインプットシャフト８のトルク変動を抑制できる。

また、本発明の制御装置では、インプットシャフト８のトルクは各ＭＧ４、５に設けられている回転角センサ４ｃ、５ｃの出力信号を用いて算出する。一般にモータ・ジェネレータには、その動作を制御するために高精度の回転角センサが設けられている。本発明の制御装置では、このモータ・ジェネレータに設けられている回転角センサの出力信号を用いるので、インプットシャフト８のトルクを検出するためのセンサを新たに設ける必要がない。そのため、コストを低減できる。また、モータ・ジェネレータの回転角センサは高精度であるため、インプットシャフト８のトルクを精度良く求めることができる。さらに、ＦＢ補正値を算出する際にクランク角センサ２１の出力信号を使用しないので、エンジン３の回転数が低くクランク角センサ２１でエンジン３の回転数が検出不可能な場合であってもＦＢ補正値を求めることができる。

さらに、本発明の制御装置では、路面の影響が大きい場合はＦＢ補正値の算出を省略するので、駆動制御装置２０の負荷を低減できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される車両はハイブリッド車両に限定されない。本発明は、内燃機関が搭載され、かつその内燃機関のクランク軸と接続された回転部材を回転駆動可能に設けられるともに出力トルクを制御可能な電動機を備えた種々の車両に適用してよい。上述した形態では各モータ・ジェネレータに設けられている回転角センサの出力信号を用いてインプットシャフトのトルクを求めたが、インプットシャフトにトルクを検出するセンサを設けてインプットシャフトのトルクを検出してもよい。

上述した形態では、インプットシャフトのトルクから抽出した高周波成分にゲインを掛けることによりＦＢ補正値を算出していたが、ＦＢ補正値の算出方法はこの方法に限定されない。例えば、高周波成分に対して応答性が向上するような制御等を施し、これによりＦＢ補正値を算出してもよい。

１車両
３内燃機関
３ｃクランク軸
４第１モータ・ジェネレータ（電動機）
４ｃ第１回転角センサ
８インプットシャフト（回転部材）
２０駆動制御装置（第１補正値算出手段、第２補正値算出手段、電動機制御手段、トルク取得手段、路面影響判定手段、算出禁止手段）

Claims

内燃機関と、前記内燃機関のクランク軸と連結された回転部材を回転駆動可能に設けられ、かつ出力トルクを制御可能な電動機と、を備えた車両に適用され、
前記内燃機関にて前記クランク軸に生じる抵抗トルクを打ち消すべく前記内燃機関のクランク角度と前記内燃機関の回転数とに基づいて第１補正値を算出する第１補正値算出手段と、前記回転部材のトルク変動を抑制すべく前記回転部材のトルクに基づいて第２補正値を算出する第２補正値算出手段と、前記第１補正値及び前記第２補正値に基づいて前記電動機の出力トルクを算出し、算出した出力トルクで前記電動機が動作するように前記電動機を制御する電動機制御手段と、を備えている車両の制御装置。
前記回転部材のトルクを取得するトルク取得手段をさらに備え、
前記第２補正値算出手段は、前記トルク取得手段が取得したトルクから所定の周波数以下の低周波成分を除去する処理を行って抽出した高周波成分に基づいて前記第２補正値を算出する請求項１に記載の車両の制御装置。
前記車両がハイブリッド車両であるとともに、前記電動機がモータ・ジェネレータであり、
前記モータ・ジェネレータには、出力軸の回転角を検出する回転角センサが設けられ、
前記トルク取得手段は、前記回転角センサの検出値に基づいて前記回転部材のトルクを算出する請求項２に記載の車両の制御装置。
前記車両が走行している路面の状態に起因して発生する前記回転部材のトルク変動が予め設定した所定レベルより大きいか否か判定する路面影響判定手段と、前記路面影響判定手段が路面の状態に起因して発生する前記回転部材のトルク変動が前記所定レベルより大きいと判定した場合に前記第２補正値算出手段による第２補正値の算出を禁止する算出禁止手段と、をさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両の制御装置。