JP2013169953A - 電動機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と電動機との間に配設されたダンパの捩れ変動に起因する振動を抑制する。
【解決手段】電動機制御装置（１００）は、内燃機関（１１）と、電動機（ＭＧ１）と、一端が内燃機関の出力軸（１２）に連結され、他端が電動機の入力軸（１４）に連結された弾性緩衝機構（１３）と、内燃機関の出力軸の回転角度である第１回転角度を検出する第１角度検出手段（２３）と、電動機の入力軸の回転角度である第２回転角度を検出する第２角度検出手段（２４）と、検出された第１回転角度及び第２回転角度の角度差から弾性緩衝機構に係る捩れ角を演算する捩れ角演算手段（２２）と、を備えるハイブリッド車両（１）に搭載される。電動機制御装置は、演算された捩れ角の時間変動とは逆の位相で駆動するように電動機を制御すると共に、演算された捩れ角の変動量に基づいて電動機から出力されるトルクの大きさを制御する制御手段（２１）を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機を備える、例えばハイブリッド車両等の車両において、該電動機を制御する電動機制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えば、エンジントルク脈動によって、エンジンの出力軸に連結されたダンパが捩れないように、モータ・ジェネレータに係る制振トルクを決定する装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、一端がエンジンの出力軸に連結され、他端がトランスミッションの入力軸に連結されたダンパ機構の入力軸と出力軸との回転数差が所定閾値よりも大きいときに、該回転数差を減少させるための制振制御を開始する装置が提案されている（特許文献２参照）。

或いは、クランキングトルクと脈動低減トルクとの和から共振成分トルクを減じたトルクを制振トルクとする装置が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００４−２２２４３９号公報 特開２０１０−１４３３９８号公報 特開２０１０−０６４５６３号公報

しかしながら、上述の背景技術によれば、ダンパの共振周波数に起因する振動への対策が主であり、ダンパの捩れ変動に起因する振動への対策が不十分であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、ダンパの捩れ変動に起因する振動を抑制することができる電動機制御装置を提供することを課題とする。

本発明の電動機制御装置は、上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関にトルクを付与可能な電動機と、一端が前記内燃機関の出力軸に連結され、他端が前記電動機の入力軸に連結された弾性緩衝機構と、前記内燃機関の出力軸の回転角度である第１回転角度を検出する第１角度検出手段と、前記電動機の入力軸の回転角度である第２回転角度を検出する第２角度検出手段と、前記検出された第１回転角度及び前記検出された第２回転角度の角度差から前記弾性緩衝機構に係る捩れ角を演算する捩れ角演算手段と、を備えるハイブリッド車両に搭載され、前記演算された捩れ角の時間変動とは逆の位相で駆動するように前記電動機を制御すると共に、前記演算された捩れ角の変動量に基づいて前記電動機から出力されるトルクの大きさを制御する制御手段を備える。

本発明の電動機制御装置によれば、当該電動機制御装置は、ハイブリッド車両に搭載されている。該ハイブリッド車両は、例えばエンジン等である内燃機関と、電動機と、例えばダンパ等である弾性緩衝機構と、第１角度検出手段と、第２角度検出手段と、捩れ角演算手段と、を備えて構成されている。

電動機は、典型的には、内燃機関の制御用の電動機であり、内燃機関にトルクを付与可能に構成されている。電動機は、電動発電機（モータ・ジェネレータ）において実現される電動機であってもよい。

弾性緩衝機構は、一端が内燃機関の出力軸に連結され、他端が電動機の入力軸に連結されている。即ち、内燃機関及び電動機は、弾性緩衝機構を介して、互いに連結されている。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる捩れ角演算手段は、第１角度検出手段により検出された内燃機関の出力軸の回転角度である第１回転角度と、第２角度検出手段により検出された電動機の入力軸の回転角度である第２回転角度と、の角度差から弾性緩衝機構に係る捩れ角を演算する。

上述の如く、弾性緩衝機構は、一端が内燃機関の出力軸に連結され、他端が電動機の入力軸に連結されているため、第１回転角度と第２回転角度との角度差は、弾性緩衝機構の捩れ角と等しくなる。

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の内容が判明している。即ち、弾性緩衝機構を備えるハイブリッド車両では、内燃機関のクランキング時に、内燃機関に係るトルク脈動により車両振動が発生する。この対策として、例えば、電動機を、内燃機関に係るトルク脈動と同位相に制御する制振制御が提案されている。しかしながら、車両振動は、クランキング時に２回目の上死点を乗り越えた際に弾性緩衝機構の捩れが開放されることで生じる捩れ変動によっても発生する。この捩れ変動は、クランキング時以外にも、例えば道路からの外乱を受けた際にも発生するため、上記制振制御では、捩れ変動に起因する車両振動を十分には抑制することができない。

しかるに本発明では、例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段により、演算された捩れ角の時間変動とは逆の位相で駆動するように電動機が制御される。このように演算された捩れ角の時間変動とは逆の位相で電動機が駆動されることにより、弾性緩衝機構の捩れ角の時間変動が抑制されるので、車両振動を低減することができる。

具体的には例えば、弾性緩衝機構の捩れ角が増加する時には、制御手段は電動機の出力トルクを低減する。他方、弾性緩衝機構の捩れ角が減少する時には、制御手段は電動機の出力トルクを増加する。制御手段は、更に、演算された捩れ角の変動量に基づいて電動機から出力されるトルクの大きさを制御する。

以上の結果、本発明の電動機制御装置によれば、ダンパの捩れ変動に起因する振動を、適切に抑制することができる。特に、弾性緩衝機構の捩れ角が急変した場合においても、車両振動を低減することができ、実用上非常に有利である。

本発明の電動機制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記検出された第１回転角度に応じて、前記内燃機関のクランキング時に前記弾性緩衝機構の捩れが開放される２回目の上死点を検出し、前記２回目の上死点が検出された後、予め設定された前記弾性緩衝機構の捩れ変動の周期に応じて駆動するように前記電動機を制御する。

この態様によれば、比較的少ない演算量で、弾性緩衝機構の捩れ角の変動を抑制することができ、実用上非常に有利である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る車両の要部構成を示すブロック図である。 実施形態に係る車両走行時の電動機制御処理を示すフローチャートである。 実施形態に係るエンジン始動時の電動機制御処理を示すフローチャートである。 エンジン始動時における、トーショナルダンパの捩れ角、モータ・ジェネレータのトルク、及び車両振動各々の時間変動の一例である。

以下、本発明の電動機制御装置に係る実施形態について、図面に基づいて説明する。

実施形態に係るハイブリッド車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両の要部構成を示すブロック図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、エンジン１１と、モータ・ジェネレータＭＧ１と、モータ・ジェネレータＭＧ２と、一端がエンジン１１のクランクシャフト１２に連結され、他端がモータ・ジェネレータＭＧ１のインプットシャフト１４に連結されたトーショナルダンパ１３と、を備えて構成されている。

エンジン１１から出力された駆動力の少なくとも一部、及びモータ・ジェネレータＭＧ２から出力された駆動力の少なくとも一部は、動力分割機構１５及びドライブシャフト１６を介して、駆動輪１７に伝達される。

エンジン１１のクランクシャフト１２には、該クランクシャフト１２の回転角度を検出する回転角センサ２３が設置されている。また、モータ・ジェネレータＭＧ１のインプットシャフト１４には、該インプットシャフト１４の回転角度を検出する回転角センサ２４が設置されている。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる捩れ角演算手段２２は、回転角センサ２３により検出されたクランクシャフト１２の回転角度と、回転角センサ２４により検出されたインプットシャフト１４の回転角度と、に基づいて、トーショナルダンパ１３の捩れ角（即ち、クランクシャフト１２とインプットシャフト１４との角度差）を演算する。

ここでは特に、トーショナルダンパ１３が、回転角センサ２３及び２４に挟まれているため（図１参照）、トーショナルダンパ１３の捩れ角を直接求めることができる。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御装置２１は、エンジン１１、並びにモータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を制御する。

電動機制御装置１００は、制御装置２１を備えて構成されている。つまり、本実施形態では、ハイブリッド車両１の各種電子制御用の制御装置２１の機能の一部を、電動機制御装置１００の一部として用いている。

電動機制御装置１００の一部としての、制御装置２１は、捩れ角演算手段２２により逐次演算されるトーショナルダンパ１３の捩れ角から、トーショナルダンパ１３の捩れ角の時間変動（以降、適宜“捩れ変動”と称する）を求め、ハイブリッド車両１の振動を低減するために、該求められた捩れ変動に応じて、モータ・ジェネレータＭＧ１を制御する。

具体的には、制御装置２１は、トーショナルダンパ１３の捩れ角が増加する時（即ち、インプットシャフト１４の回転が、クランクシャフト１２の回転より早くなった場合）、モータ・ジェネレータＭＧ１に係るトルクを低減する。他方、トーショナルダンパ１３の捩れ角が減少する時（即ち、クランクシャフト１２の回転が、インプットシャフト１４の回転より早くなった場合）、制御装置２１は、モータ・ジェネレータＭＧ１に係るトルクを増加する。この際、制御装置２１は、トーショナルダンパ１３の捩れ変動量の大きさに応じて、モータ・ジェネレータＭＧ１から出力されるトルクの大きさを制御する。

尚、実施形態に係る「エンジン１１」、「モータ・ジェネレータＭＧ１」、「トーショナルダンパ１３」、「クランクシャフト１２」、「インプットシャフト１４」、「制御装置２１」、「回転角センサ２３」及び「回転角センサ２４」は、夫々、本発明に係る「内燃機関」、「電動機」、「弾性緩衝機構」、「出力軸」、「入力軸」、「制御手段」、「第１角度検出手段」及び「第２角度検出手段」の一例である。

次に、ハイブリッド車両１の主に走行時において、電動機制御装置１００が実施する電動機制御処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。

図２において、制御装置２１は、エンジン１１が完爆しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。尚、エンジン１１の完爆判定方法については、公知の各種態様を適用可能であるので、ここでは説明を割愛する。エンジン１１が完爆していないと判定された場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、制御装置２１は処理を一旦終了する。

他方、エンジン１１が完爆していると判定された場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、回転角センサ２３がクランクシャフト１２の回転角度を検出すると共に、回転角センサ２４がインプットシャフト１４の回転角度を検出する（ステップＳ１０２）。続いて、捩れ角演算手段２２は、検出されたクランクシャフト１２の回転角度と、検出されたインプットシャフト１４の回転角度とに基づいて、トーショナルダンパ１３の捩れ角が演算される（ステップＳ１０３）。

尚、回転角センサ２３及び２４は、エンジン１１が完爆していると判定された場合に限らず、クランクシャフト１２の回転角度及びインプットシャフト１４の回転角度を逐次検出してよい。同様に、捩れ角演算手段２２も、トーショナルダンパ１３の捩れ角を逐次演算してよい。

次に、制御装置２１は、演算された捩れ角を時間的に連続して取得することでトーショナルダンパ１３の捩れ変動量を算出する（ステップＳ１０４）。続いて、制御装置２１は、算出された捩れ変動に対して逆の位相となり、且つ捩れ変動量に応じた大きさとなるトルクを、モータ・ジェネレータＭＧ１に係る指令トルクとして設定する（ステップＳ１０５）。これにより、例えば道路からの外乱等により、トーショナルダンパ１３の捩れが急変した場合においても、ハイブリッド車両１の車両振動を低減することができる。

次に、エンジン１１の始動時において、電動機制御装置１００が実施する電動機制御処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。

図３において、制御装置２１は、エンジン１１の始動時であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。エンジン１１の始動時ではないと判定された場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、制御装置２１は一旦処理を終了する。

他方、エンジン１１の始動時であると判定された場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、制御装置２１は、モータ・ジェネレータＭＧ１に係るクランキングトルクを設定する（ステップＳ２０２）。

次に、制御装置２１は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、２回目の上死点（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ：ＴＤＣ）を検出する（ステップＳ２０３）。続いて、制御装置２１は、予めメモリ（図示せず）等に記憶されたトーショナルダンパ１３の捩れ変動の周期を読み込む（ステップＳ２０４）。尚、トーショナルダンパ１３の捩れ変動の周期は、実験やシミュレーションにより求め、該求められた捩れ変動の周期をメモリ等に記憶しておけばよい。

次に、制御装置２１は、２回目の上死点検出以降、読み込まれた捩れ変動の周期に応じて、モータ・ジェネレータＭＧ１に係る補正トルクを設定する（ステップＳ２０５）。続いて、制御装置２１は、設定された補正トルクをクランキングトルクに加算し、モータ・ジェネレータＭＧ１に係る指令トルクとして設定する（ステップＳ２０６）。

次に、制御装置２１は、エンジン１１が完爆したか否かを判定する（ステップＳ２０７）。エンジン１１が完爆したと判定された場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、制御手段２１は一旦制御を終了する。他方、エンジン１１が完爆していないと判定された場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、制御装置２１は、ステップＳ２０２の処理を実行する。

ここで、電動機制御装置１００の、エンジン１１の始動時における効果について、図４を参照して説明する。図４は、エンジン始動時における、トーショナルダンパの捩れ角、モータ・ジェネレータのトルク、及び車両振動各々の時間変動の一例である。

図４において破線で示す従来法では、２回目の上死点（図４の時刻ｔ１）以降に、トーショナルダンパの捩れ変動が比較的大きくなるため、車両振動も比較的大きくなる。他方、本実施形態に係る電動機制御装置１００では、上述の如く、トーショナルダンパ１３の捩れ変動を検知して、該検知された捩れ変動を抑制するようにモータ・ジェネレータＭＧ１が制御されるため、従来法に比べて、トーショナルダンパ１３の捩れ変動を抑制することができる（図４の実線参照）。この結果、車両振動を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電動機制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１１…エンジン、１２…クランクシャフト、１３…トーショナルダンパ、１４…インプットシャフト、１５…動力分割機構、１６…ドライブシャフト、１７…駆動輪、２１…制御装置、２２…捩れ角演算手段、２３、２４…回転角センサ、１００…電動機制御装置、ＭＧ１、ＭＧ２…モータ・ジェネレータ

Claims (2)

1. 内燃機関と、前記内燃機関にトルクを付与可能な電動機と、一端が前記内燃機関の出力軸に連結され、他端が前記電動機の入力軸に連結された弾性緩衝機構と、前記内燃機関の出力軸の回転角度である第１回転角度を検出する第１角度検出手段と、前記電動機の入力軸の回転角度である第２回転角度を検出する第２角度検出手段と、前記検出された第１回転角度及び前記検出された第２回転角度の角度差から前記弾性緩衝機構に係る捩れ角を演算する捩れ角演算手段と、を備えるハイブリッド車両に搭載され、
   前記演算された捩れ角の時間変動とは逆の位相で駆動するように前記電動機を制御すると共に、前記演算された捩れ角の変動量に基づいて前記電動機から出力されるトルクの大きさを制御する制御手段
   を備えることを特徴とする電動機制御装置。
2. 前記制御手段は、前記検出された第１回転角度に応じて、前記内燃機関のクランキング時に前記弾性緩衝機構の捩れが開放される２回目の上死点を検出し、前記２回目の上死点が検出された後、予め設定された前記弾性緩衝機構の捩れ変動の周期に応じて駆動するように前記電動機を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動機制御装置。

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