JP2012254762A

JP2012254762A - 車両

Info

Publication number: JP2012254762A
Application number: JP2011130140A
Authority: JP
Inventors: Ryosuke Osugi; 亮祐大杉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-27

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、ユーザの要求に応じてスポーティー性と静粛性とをバランス良く制御する。
【解決手段】車両は、エンジンと、第２ＭＧと、第２ＭＧの駆動回路であるインバータと、インバータのキャリア周波数ｆを制御するＥＣＵ８００とを備える。ＥＣＵ８００は、第１判定部８１０、第２判定部８２０、ＰＷＭ制御部８３０を含む。第１判定部８１０は、パワーモード時であるか否か（パワーモード要求の有無）を判定する。第２判定部８２０は、手動変速モード時であるか否か（手動変速モード要求の有無）を判定する。ＰＷＭ制御部８３０は、手動変速モード時またはパワーモード時にはキャリア周波数ｆを第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２の増加に応じて増加させる。一方、手動変速モード時でもなくかつパワーモード時でもない場合、ＰＷＭ制御部８３０は、キャリア周波数ｆを非可聴領域に含まれる固定値とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両に関し、特に、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両に関する。

特開２００５−３１２１２３号公報（特許文献１）には、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両において、エンジンとモータとの間に動力分割装置（遊星歯車機構）を備えるとともに、モータと駆動輪との間に自動変速機を備える構成が開示されている。

特開２００５−３１２１２３号公報特開平９−４６８１９号公報特開２０１０−５７２４３号公報特開２００５−７３３０７号公報特開２００８−１９９７４４号公報特開２０１０−１６７８８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたハイブリッド車両においては、エンジンと駆動輪との間に動力分割装置（遊星歯車機構）が設けられているため、車速とエンジン回転速度（エンジン音）とは一方が増加すれば他方も増加する関係（正の相関関係）にはならない。そのため、ユーザが違和感を感じる可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行する車両において、ユーザの要求に応じてスポーティー性（車速と音とのリニア感）を重視した制御を行なうことことである。

この発明に係る車両は、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行する車両であって、モータの駆動回路と、駆動回路の制御周波数を制御する制御装置とを備える。制御装置は、ユーザによるパワーモード要求およびシフト操作の少なくとも一方に応じて制御周波数を変更する。

好ましくは、制御装置は、パワーモード要求がない場合、制御周波数を固定値とし、パワーモード要求がある場合、制御周波数を車速に応じた変動値とする。

好ましくは、制御装置は、シフト操作による手動変速が可能な状態でない場合、制御周波数を固定値とし、シフト操作による手動変速が可能な状態である場合、制御周波数を車速に応じた変動値とする。

好ましくは、制御装置は、シフト操作による手動変速が実行される場合、車速に対する制御周波数の割合を変化させる。

好ましくは、固定値は、非可聴域に含まれる値に設定される。変動値は、可聴域に含まれる範囲内で変動される。

好ましくは、車両は、サンギヤと、モータに連結されるリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤと係合するピニオンギヤと、エンジンに連結されピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含む遊星歯車装置をさらに備える。

好ましくは、車両は、駆動輪と、モータと駆動輪との間に設けられた変速機とをさらに備える。

本発明によれば、エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行する車両において、ユーザの要求（パワーモード要求およびシフト操作の少なくとも一方）に応じてスポーティー性（車速と音とのリニア感）を重視した制御を行なうができる。

車両の全体ブロック図である。動力分割装置の共線図を示す図である。シフトゲートの一例を示す図である。ＥＣＵの機能ブロック図である。同期ＰＷＭ制御時の第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２とキャリア周波数ｆとの対応関係を示す図である。ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、本実施の形態に係る車両１の全体ブロック図である。車両１は、エンジン１２０と、モータジェネレータ（ＭｏｔｏｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ、以下「ＭＧ」という）１４０とを含む。ＭＧ１４０は、第１ＭＧ１４１と、第２ＭＧ１４２とを含む。

車両１は、エンジン１２０および第２ＭＧ１４２の少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両である。

車両１は、さらに、減速機１６０と、動力分割装置２００と、自動変速機３００と、バッテリ１５０と、コンバータ１５２と、インバータ１５４と、電子制御ユニット（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ、以下「ＥＣＵ」という）８００とを含む。

減速機１６０は、エンジン１２０やＭＧ１４０で発生した動力を駆動輪１８０に伝達したり、駆動輪１８０の駆動をエンジン１２０やＭＧ１４０に伝達したりする。

動力分割装置２００は、エンジン１２０の発生する動力を第１ＭＧ１４１に伝達される経路と第２ＭＧ１４２に伝達される経路とに分配する。動力分割装置２００は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１２０に連結される。サンギヤは、第１ＭＧ１４１の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ１４２の回転軸に連結される。

図２は、動力分割装置２００の共線図を示す図である。エンジン１２０、第１ＭＧ１４１および第２ＭＧ１４２が遊星歯車からなる動力分割装置２００を介して連結されることで、図２に示すように、エンジン１２０の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）、第１ＭＧ１４１の回転速度（第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１）および第２ＭＧ１４２の回転速度（第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２）は、共線図において直線で結ばれる関係になる。たとえば、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２が増加した場合であっても、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２の増加に応じて第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１を低下させれば、エンジン回転速度Ｎｅは必ずしも変化しないことになる。なお、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２は車速と自動変速機３００の変速比とで決まる値であり、車速に対応する。したがって、車両１においては、車速とエンジン回転速度Ｎｅとは、一方が増加すれば他方も増加する関係（正の相関関係）にはならない。

図１に戻って、自動変速機３００は、入力軸３０２を介して第２ＭＧ１４２に接続され、出力軸３２２を介して減速機１６０に接続される。自動変速機３００は、ギヤユニット内のクラッチおよびブレーキが油圧回路により制御されることにより、入力軸３０２の回転速度（すなわち第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２）を所望の回転速度に変速して出力軸３２２に出力する。

バッテリ１５０は、ＭＧ１４０を駆動するための電力を蓄電する。コンバータ１５２は、ＥＣＵ８００からの制御信号に基づいて、バッテリ１５０とインバータ１５４との間で電圧変換を行なう。

インバータ１５４は、ＥＣＵ８００からの制御信号に基づいて、コンバータ１５２とＭＧ１４０との間で電力変換を行なう。インバータ１５４は、ＭＧ１４０をモータとして機能させる場合、バッテリ１５０の直流電力を交流電力に変換し、ＭＧ１４０に供給する。インバータ１５４は、ＭＧ１４０に供給する電力を制御することにより、ＭＧ１４０の作動状態（回転速度および回転方向）を制御する。

ＥＣＵ８００には、レゾルバ１４３，１４４と、シフトポジションセンサ５０４と、パワーモードセンサ５０８と、エンジン回転速度センサ５１０と、車速センサ５１２とがハーネスなどを経由して接続されている。

レゾルバ１４３は、第１ＭＧ回転速度Ｎｍ１および回転方向を検出する。レゾルバ１４４は、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２および回転方向を検出する。

シフトポジションセンサ５０４は、シフトゲート１００に形成されたシフト通路に沿って移動可能に設けられるシフトレバー５０２の位置を検出する。

図３は、シフトゲート１００の一例を示す図である。シフトゲート１００は、メインゲート１０２とサブゲート１０４とで構成される。メインゲート１０２には、Ｄ（前進）、Ｎ（ニュートラル）、Ｐ（パーキング）、Ｒ（リバース）の各ポジションが設けられる。サブゲート１０４には、Ｓポジション、（＋）ポジション、（−）ポジションが設けられる。

自動変速機３００の変速比γは、自動変速モードおよび手動変速モードのいずれかで制御される。シフトレバー５０２がＤポジションであると、自動変速モードが選択され、車速などに応じて変速比γが自動制御される。一方、シフトレバー５０２の位置がＳポジションであると、手動変速モードが選択され、シフトレバー５０２の操作による手動変速が可能な状態となる。手動変速モードでは、ユーザによって選択されたシフト段（以下、「選択シフト段」という）に応じて変速比γが手動制御される。シフトレバー５０２が（＋）ポジションに移動されると、選択シフト段は１段高速側のシフト段に変更される。一方、シフトレバー５０２が（−）ポジションに移動されると、選択シフト段が１段低速側のシフト段に変更される。

図１に戻って、パワーモードセンサ５０８は、ユーザがパワーモードでの走行を要求するときにユーザによって押されるパワースイッチ５０６の状態を検出する。パワーモードとは、非パワーモード（通常モード）よりも車両駆動トルクを増加させて車両１を加速させるモードである。パワースイッチ５０６が一度押されるとパワーモードが選択され、パワースイッチ５０６が再び押されるとパワーモードの選択が解除され、非パーワモードが選択される。

エンジン回転速度センサ５１０は、エンジン回転速度Ｎｅを検出する。車速センサ５１２は、出力軸３２２の回転速度を車速として検出する。

ＥＣＵ８００は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、各センサの検出結果やメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、所定の演算処理を実行する。ＥＣＵ８００は、車両１が所望の走行状態となるように各機器を制御する。たとえば、上述したように、ＥＣＵ８００は、シフトレバー５０２の位置に応じて自動変速機３００の変速比γを制御したり、パワースイッチの状態に応じてパワーモードと通常モードとを切り替えたりする。

さらに、ＥＣＵ８００は、パルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下「ＰＷＭ」ともいう）制御によってインバータ１５４を制御する。ＰＷＭ制御には、同期ＰＷＭ制御と、非同期ＰＷＭ制御とがある。同期ＰＷＭ制御は、キャリア周波数ｆを第２ＭＧ１４２の電気１周期（第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２に比例する値）に同期させるＰＷＭ制御である。一方、非同期ＰＷＭ制御は、キャリア周波数ｆを第２ＭＧ１４２の電気１周期とは同期させずに任意に設定するＰＷＭ制御である。

ＰＷＭ制御（同期ＰＷＭ制御および非同期ＰＷＭ制御）では、キャリア信号と電圧指令との比較結果に基づきインバータ１５４の動作を制御することによって、疑似正弦波電圧としてのパルス幅変調電圧を第２ＭＧ１４２に印加させる。したがって、インバータ１５４のスイッチング周波数は、キャリア信号の周波数（以下「キャリア周波数ｆ」ともいう）に依存する。このＰＷＭ制御時のスイッチング動作に起因してインバータ１５４において音が発生する。以下、スイッチング動作に起因してインバータ１５４から生じる音を「インバータ音」ともいう。

以上のような構成を有する車両１において、手動変速モード時あるいはパワーモード時には、ユーザはスポーティーな運転を求めていると推測される。しかしながら、上述したように、車両１においては、動力分割装置２００の共線図の関係（図２参照）より、車速とエンジン回転速度Ｎｅとは正の相関関係にはならない。すなわち、車両１においては、車速とエンジン音とはリニア（直線的）には変動せず、エンジンと自動変速機との間に動力分割装置２００のような機構を備えない車両（通常の自動変速機搭載車両、以下「通常車両」という）で生じるような車速とエンジン音とのリニア感（車速の変化に応じたエンジン音の変化）は期待できない。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ８００は、ユーザのパワースイッチ要求（パワースイッチ５０６の操作）およびシフト操作（シフトレバー５０２の操作）の少なくとも一方に応じてインバータ１５４のキャリア周波数ｆ（インバータ音）を変更する。この点が本発明の最も特徴的な点である。

図４は、ＰＷＭ制御に関する部分のＥＣＵ８００の機能ブロック図である。図４に示した各機能ブロックは、ハードウェアによって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

ＥＣＵ８００は、第１判定部８１０、第２判定部８２０、ＰＷＭ制御部８３０を含む。
第１判定部８１０は、パワーモードセンサ５０８からの信号に基づいて、パワーモード時であるか否か（ユーザによるパワーモード要求の有無）を判定する。

第２判定部８２０は、シフトポジションセンサ５０４からの信号に基づいて、手動変速モード時であるか否か（ユーザによる手動変速モード要求の有無）を判定する。第２判定部８２０は、シフトレバー５０２がＳポジションにある場合に手動変速モード時であると判定する。

ＰＷＭ制御部８３０は、手動変速モード時またはパワーモード時には同期ＰＷＭ制御を選択してキャリア周波数ｆを第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２の増加に応じて増加させる。一方、手動変速モード時でもなくかつパワーモード時でもない場合には、ＰＷＭ制御部８３０は、非同期ＰＷＭ制御を選択してキャリア周波数ｆを非可聴領域に含まれる固定値とする。

また、ＰＷＭ制御部８３０は、手動変速モード中に手動変速が実行される場合（シフトレバー５０２がＳポジションから（＋）ポジションあるいは（−）ポジションに移動された場合）、キャリア周波数ｆの同期数を変更する。同期数とは、第２ＭＧ１４２の電気１周期あたりのキャリア信号の数であり、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２の変化量に対するキャリア周波数ｆの変化量に相当する。

図５は、同期ＰＷＭ制御時の第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２とキャリア周波数ｆとの対応関係を示す図である。なお、図５では、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２が所定値Ｎ１のときにシフト段が「Ｌｏ」から「Ｍｉｄ」に手動変速され、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２が所定値Ｎ２のときにシフト段が「Ｍｉｄ」から「Ｈｉ」に手動変速される場合が例示されている。なお、シフト段はＬｏ、Ｍｉｄ、Ｈｉの順に高速段側に変化する（変速比γが小さくなる）ものとする。

図５に示すように、同期ＰＷＭ制御時（すなわち手動変速モード時またはパワーモード時）においては、キャリア周波数ｆは、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２（すなわち車速）の増加に応じて、可聴領域内で、増加される。これにより、手動変速モード時またはパワーモード時には、車速とインバータ音とのリニア感を演出する（車速の変化に応じてインバータ音の周波数を変化させる）ことができ、スポーティー性を重視した制御が可能となる。

また、手動変速の実行に応じてキャリア周波数ｆの同期数（図５においてはキャリア周波数ｆの傾き）も変更される。具体的には、シフト段が「Ｌｏ」のときの同期数は所定値Ｓ１に設定され、シフト段が「Ｍｉｄ」のときの同期数は所定値Ｓ１よりも小さい所定値Ｓ２に設定され、シフト段が「Ｈｉ」のときの同期数は所定値Ｓ２よりも小さい所定値Ｓ３に設定される。これにより、手動変速の実行に応じて車速と音とのリニア感を変更する（車速と音の周波数との関係を変更する）ことができる。そのため、通常車両と同様の車速と音のリニア感を演出できる。

なお、非同期ＰＷＭ制御時のキャリア周波数ｆ（図５の一点鎖線）は、第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２（車速）に関わらず非可聴領域に含まれる固定値とされる。これにより、手動変速モード時でもなくかつパワーモード時でもない場合には、静粛性を重視した制御が可能となる。

図６は、上述の機能を実現するためのＥＣＵ８００の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは所定周期で繰り返し実行される。

Ｓ１０にて、ＥＣＵ８００は、パワーモード時であるか否かを判定する。Ｓ１１にて、ＥＣＵ８００は、手動変速モード時であるか否かを判定する。

パワーモード時でもなくかつ手動変速モード時でもない場合（Ｓ１０にてＮＯかつＳ１１にてＮＯ）、ＥＣＵ８００は、Ｓ１６にて、非同期ＰＷＭ制御を選択してキャリア周波数ｆを非可聴領域に含まれる固定値とする。

一方、パワーモード時および手動変速モード時の少なくとも一方である場合（Ｓ１０にてＹＥＳまたはＳ１１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ８００は、Ｓ１２にて、同期ＰＷＭ制御を選択してキャリア周波数ｆを車速に応じた変動値とする。

Ｓ１２の処理後、ＥＣＵ８００は、Ｓ１３にて、手動変速の実行の有無を判定する。手動変速が実行されない場合（Ｓ１３にてＮＯ）、ＥＣＵ８００は、処理を終了する。

一方、手動変速が実行される場合（Ｓ１３にてＹＥＳ）、ＥＣＵ８００は、Ｓ１４にて手動変速後のシフト段に応じてキャリア周波数ｆの同期数を変更する。

Ｓ１４の処理後、ＥＣＵ８００は、Ｓ１５にて、所定時間、第２ＭＧ１４２のトルクを通常時よりも低下させる（たとえば第２ＭＧトルクを０とする）。このように、手動変速の実行に応じてキャリア周波数ｆが変化するタイミング（図５においてはＮｍ２＝Ｎ１，Ｎ２のタイミング）で第２ＭＧトルクを抜くことで、通常車両と同様のシフト段切替時の駆動力抜けを再現することができる。そのため、通常車両と同様の変速感を第２ＭＧ１４２で演出することができる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ８００は、手動変速モード時あるいはパワーモード時には第２ＭＧ回転速度Ｎｍ２の変化に応じてキャリア周波数ｆを可聴域で変化させることで車速とインバータ音とのリニア感を演出し、手動変速モード時でもパワーモード時でもない場合にはキャリア周波数ｆを非可聴域に含まれる固定値とする。これにより、ユーザの要求に応じてスポーティー性（車速と音とのリニア感）と静粛性とをバランス良く制御することができる。

なお、本実施の形態では、図１に示す態様を有する車両１について説明したが、他の態様を有する車両であってもよい。たとえば、自動変速機３００を搭載せず、シフト操作に応じてエンジン回転速度Ｎｅの上限値を制限することでシフト段を擬似的に形成するタイプのハイブリッド車両であってもよい。また、パワーモードおよび手動変速モードのいずれか一方のみを有する車両であってもよい。また、いわゆるプラグイン型のハイブリッド車両であってもよい。

また、本実施の形態では、インバータのキャリア周波数ｆを制御対象とする場合について説明したが、コンバータのキャリア周波数を制御対象としてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１車両、１００シフトゲート、１０２メインゲート、１０４サブゲート、１２０エンジン、１４０ＭＧ、１４１第１ＭＧ、１４２第２ＭＧ、１４３，１４４レゾルバ、１５０バッテリ、１５２コンバータ、１５４インバータ、１６０減速機、１８０駆動輪、２００動力分割装置、３００自動変速機、３０２入力軸、３２２出力軸、５０２シフトレバー、５０４シフトポジションセンサ、５０６パワースイッチ、５０８パワーモードセンサ、５１０エンジン回転速度センサ、５１２車速センサ、８００ＥＣＵ、８１０第１判定部、８２０第２判定部、８３０ＰＷＭ制御部。

Claims

エンジンとモータとの少なくともいずれかの動力で走行する車両であって、
前記モータの駆動回路と、
前記駆動回路の制御周波数を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、ユーザによるパワーモード要求およびシフト操作の少なくとも一方に応じて前記制御周波数を変更する、車両。
前記制御装置は、前記パワーモード要求がない場合、前記制御周波数を固定値とし、前記パワーモード要求がある場合、前記制御周波数を車速に応じた変動値とする、請求項１に記載の車両。
前記制御装置は、前記シフト操作による手動変速が可能な状態でない場合、前記制御周波数を固定値とし、前記シフト操作による手動変速が可能な状態である場合、前記制御周波数を車速に応じた変動値とする、請求項１に記載の車両。
前記制御装置は、前記シフト操作による手動変速が実行される場合、車速に対する前記制御周波数の割合を変化させる、請求項３に記載の車両。
前記固定値は、非可聴域に含まれる値に設定され、
前記変動値は、可聴域に含まれる範囲内で変動される、請求項２または３に記載の車両。
前記車両は、サンギヤと、前記モータに連結されるリングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤと係合するピニオンギヤと、前記エンジンに連結され前記ピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含む遊星歯車装置をさらに備える、請求項１〜５のいずれかに記載の車両。
前記車両は、
駆動輪と、
前記モータと前記駆動輪との間に設けられた変速機とをさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載の車両。