JP2013233910A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性緩衝機構の捩れ変動を原因とした振動の励起を抑制することによって内燃機関の始動時の振動を低減できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置は、電動機とトーショナルダンパとの間のインプットシャフトトルクＴｉに基づいてトーショナルダンパの捩れ角θを算出し（Ｓ１０５）、その算出結果に基づいて捩れ角変動量Δθ／Δｔを特定し（Ｓ１０６）、その捩れ角変動量Δθ／Δｔと逆位相のトルクを電動機から出力させるための補正トルクＴｍを算出し（Ｓ１０７）、その補正トルクＴｍにて補正された指令トルクに基づいて電動機を制御する（Ｓ１０９）。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行用動力源として内燃機関と電動機とが設けられたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

ハイブリッド車両の制御装置として、内燃機関の始動要求から始動完了までの間に電動機に与えるトルク指令値を、トーショナルダンパから駆動輪までの振動系で発生する捩り振動の周期と一致する長さの所定期間にその捩り振動の励起を抑制可能な所定量だけ増加又は減少するように設定するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２０１０−１３７８２３号公報 特開２０１０−１４４９２号公報

特許文献１の制御装置は、トーショナルダンパから駆動輪までの振動系で発生する捩り振動の励起を抑制可能なようにトルク指令値を設定しているが、トーショナルダンパ等の弾性緩衝機構の捩れ変動に対する対策が十分でない。すなわち、ハイブリッド車両の振動やショックへの影響が高い捩り振動は、内燃機関のクランキング時の様々な要因により多数存在する可能性があり、これらを全て抽出するのは困難である。また、トーショナルダンパの特性の経時変化などにより、トーショナルダンパから駆動輪までの振動系全体のロールとトーショナルダンパの捩れとに起因した捩り振動の周期が変化する可能性がある。そのため特許文献１の制御装置では、こうした捩り振動を抑制できないおそれがある。

捩り振動の内燃機関のクランクシャフトのトルク脈動とその捩れ変動は周期が異なるため、特許文献１の装置のように、クランクシャフトのトルク脈動に対応して電動機のトルク制御を行っても、タイミングによっては弾性緩衝機構の捩れを増幅させ振動を励起する可能性もある。

そこで、本発明は、弾性緩衝機構の捩れ変動を原因とした振動の励起を抑制することによって内燃機関の始動時の振動を低減できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、内燃機関と、電動機と、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達経路に設けられ、弾性的な捩れを許容する弾性緩衝機構と備えたハイブリッド車両に適用され、前記電動機が出力するトルクを利用して前記内燃機関を始動させるハイブリッド車両の制御装置であって、前記電動機と前記弾性緩衝機構との間のトルクに基づいて前記弾性緩衝機構の捩れ角を算出する捩れ角算出手段と、前記捩れ角算出手段の算出結果に基づいて前記弾性緩衝機構の捩れ角の時間的変動を特定し、特定された前記時間的変動と逆位相のトルクが前記電動機から出力されるように、前記電動機に与えるべき指令トルクを補正するトルク補正手段と、前記トルク補正手段にて補正された前記指令トルクに基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段と、を備えたものである（請求項１）。

この制御装置によれば、内燃機関の始動時において、弾性緩衝機構の捩れ角の時間的変動を特定し、その時間的変動と逆位相のトルクが電動機から出力されるように指令トルクを補正する。そのため、電動機によって内燃機関を始動する際に、弾性緩衝機構の捩れ変動を打ち消す方向に電動機からトルクが出力される。これにより、弾性緩衝機構の捩れ変動を原因とした振動の励起を抑制することができるから、内燃機関の始動時の振動を低減できる。

本発明の制御装置の一態様において、前記電動機の角加速度に基づいて前記電動機の慣性トルクを算出し、前記電動機の出力トルクから当該慣性トルクを差し引くことによって、前記電動機と前記弾性緩衝機構との間のトルクを算出するトルク算出手段を更に備えてもよい（請求項２）。この態様によれば、電動機の出力トルクから、電動機の角加速度に基づいて算出された電動機の慣性トルクを差し引くことによって、電動機と弾性緩衝機構との間のトルクを算出できる。そのため、当該トルクを測定する装置を設ける必要がないので部品点数を削減できる。

以上説明したように、本発明の制御装置によれば、弾性緩衝機構の捩れ角の時間的変動と逆位相のトルクが電動機から出力されるように指令トルクを補正するため、弾性緩衝機構の捩れ変動を原因とした振動の励起を抑制することができるから、内燃機関の始動時の振動を低減できる。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示した図。 制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 インプットシャフトトルクとトーショナルダンパの捩れ角との対応関係を特定したマップを説明する図。 補正トルクと捩れ角変動量との対応関係を特定したマップを説明する図。 電動機の指令トルク、トーショナルダンパの捩れ角及び車両振動の時間的変化を示したタイミングチャート。

図１に示したように、本発明の一形態に係るハイブリッド車両１は、走行用動力源として内燃機関２と電動機３とを備えている。内燃機関２は図示しない複数の気筒を有したレシプロ式の多気筒内燃機関として構成されている。内燃機関２と電動機３とは弾性緩衝機構としてのトーショナルダンパ４を介して連結されている。具体的には、内燃機関２のクランクシャフト５がトーショナルダンパ４の入力側に、電動機３のインプットシャフト６がトーショナルダンパ４の出力側にそれぞれ連結されることにより、内燃機関２と電動機３とが連結されている。内燃機関２と電動機３との間の動力伝達経路に配置されたトーショナルダンパ４は弾性的な捩れを許容する周知の構造を持っている。

インプットシャフト６は電動機３を貫くように両側に延びている。インプットシャフト６には不図示のロータが固定されており、そのロータの外周に不図示のステータが配置されている。インプットシャフト６の一方の側（図の右側）にはその角加速度に応じた信号を出力する角加速度検出装置７が設けられている。インプットシャフト６の他方の側（図の左側）は減速機８に連結されている。減速機８は複数のギアを有するギア列８ａを有し、そのギア列８ａによってインプットシャフト６の回転速度を減速する。減速機８から出力されたトルクはディファレンシャル機構９に伝達される。ディファレンシャル機構９は左右の駆動輪Ｄｗが連結された車軸１０に配置され、ディファレンシャル機構９に入力されたトルクを左右の駆動輪Ｄｗに分配する。

内燃機関２及び電動機３のそれぞれの動作は電子制御装置（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はコンピュータとして構成されており、主演算装置としてのマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置を含む周辺機器を備えている。ＥＣＵ２０は、例えばハイブリッド車両１の走行モードを電動機３のみを走行用動力源とするＥＶモードや内燃機関２及び電動機３の両者を走行用動力源とするハイブリッドモードに切り替えるように内燃機関２及び電動機３のそれぞれの動作を制御する。ＥＣＵ２０には、上述した角加速度検出装置７の信号が入力される他、ハイブリッド車両１の制御に必要な各種の情報、例えばハイブリッド車両１の車速、内燃機関２の回転速度、並びに電動機３の回転速度及びトルク等が様々なセンサ類の出力信号として入力される。

本形態は、ＥＶモードでの走行中又は停車中に内燃機関２を電動機３の動力を利用して始動させる際に実施する始動制御に特徴がある。図２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０が記憶しており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は内燃機関２の始動要求の有無を判定する。この始動要求はドライバによるイグニッションスイッチの操作等の始動操作を検知した場合やＥＶ走行モード中に要求駆動力の大きさが所定の閾値を超えた場合等の始動開始条件が成立した場合に発生する。始動要求が有った場合はステップＳ１０２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップしてルーチンを終了する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は電動機３から出力させるべき指令トルクの補正前の基礎となる基本トルクＴｂを設定する。基本トルクＴｂは電動機３によって内燃機関２のクランキング速度が始動可能になる値であり始動条件に応じて適宜設定される。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は角加速度検出装置７の信号を参照して、インプットシャフト６、即ち電動機３の角加速度αを取得する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０はステップＳ１０３で取得した角加速度αに基づいてインプットシャフト６のトルク、即ちインプットシャフトトルクＴｉを算出する。インプットシャフトトルクＴｉは、式（１）に示すように、電動機３の出力トルクＴｅから電動機３の慣性トルクＴｉｄを差し引いたものである。電動機３の慣性トルクＴｉｄは式（２）により算出される。なお、式（２）のＩは電動機３の慣性モーメントである。このように、電動機３の出力トルクＴｅから、電動機３の角加速度αに基づいて算出された電動機３の慣性トルクＴｉｄを差し引くことによって、電動機３とトーショナルダンパ４との間のトルクであるインプットシャフトトルクＴｉを算出できる。そのため、当該トルクＴｉを測定する装置を設ける必要がないので部品点数を削減できる。

Ｔｉ＝Ｔｅ−Ｔｉｄ （１）
Ｔｉｄ＝Ｉ・α （２）

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０はトーショナルダンパ４の捩れ角θを算出する。この捩れ角θはインプットシャフトトルクＴｉの大きさと相関する。そこで、図３に示したように、捩れ角θとインプットシャフトトルクＴｉとの対応関係を測定した実験値Ｄａを基礎として作成され、インプットシャフトトルクＴｉを変数として捩れ角θを与える破線のマップＭｐ１を予めＥＣＵ２０に記憶させておく。そして、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４で算出したインプットシャフトトルクＴｉに対応する捩れ角θをマップＭｐに基づいて特定することにより、捩れ角θを算出する。ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０５を実行することによって本発明に係る捩れ角算出手段として機能する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、基準時間Δｔ当たりの捩れ角θの時間的な変動として定義された捩れ角変動量Δθ／Δｔを算出する。基準時間Δｔは図２の制御ルーチンの演算間隔に相当する。したがって、この捩れ角変動量Δθ／Δｔは、図２の制御ルーチンの前回の演算で得た捩れ角θと今回の演算で得た捩れ角θとの差分を意味する。捩れ角変動量Δθ／Δｔは、捩れ角θが増加した場合に正の値となり、捩れ角θが減少した場合に負の値となる。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６で算出した捩れ角変動量Δθ／Δｔに基づいて補正トルクＴｍを算出する。補正トルクＴｍは予め実験やシミュレーション結果に基づいて作成され、補正トルクＴｍと捩れ角変動量Δθ／Δｔとの対応関係を特定した図４のマップＭｐ２によって算出される。すなわち、ＥＣＵ２０はマップＭｐ２を参照し、ステップＳ１０６で算出した捩れ角変動量Δθ／Δｔに対応する補正トルクＴｍを特定することによって、補正トルクＴｍを設定する。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は指令トルクＴを式（３）にて算出する。ＥＣＵ２０は上記ステップＳ１０７及びステップＳ１０８を実行することにより本発明に係るトルク補正手段として機能する。

Ｔ＝Ｔｂ＋Ｔｍ （３）

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０はステップＳ１０８で算出した指令トルクＴを電動機３に与えることによって電動機３を制御する。ＥＣＵ２０はステップＳ１０８を実行することにより本発明に係る電動機制御手段として機能する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は内燃機関２が完爆に至ったか否かを判定する。完爆に至ったか否かは内燃機関２の回転速度が自律運転可能となる回転速度の閾値を超えたか否かに基づいて判定される。内燃機関２が完爆に至った場合はルーチンを終了し、そうでない場合は処理をステップＳ１０２に戻す。

図４のマップＭｐ２を参照すると理解できるように、捩れ角変動量Δθ／Δｔが正の場合は補正トルクＴｍが負の値となり、捩れ角変動量Δθ／Δｔが負の場合は補正トルクＴｍが正の値となる。したがって、電動機３に与える指令トルクＴは、トーショナルダンパ４の捩れ角θが増加する場合に減少方向に補正され、トーショナルダンパ４の捩れ角θが減少する場合に増加方向に補正される。つまり、図２の制御ルーチンのステップＳ１０２〜ステップＳ１０９の処理を実行して指令トルクＴを算出することにより、トーショナルダンパ４の捩れ角θの時間的変動と逆位相のトルクが電動機３から出力される（図５参照）。

図５に示したように、ハイブリッド車両１によれば、内燃機関２の始動時においてトーショナルダンパ４の捩れ角θの時間的変動と逆位相のトルクが電動機３から出力されるように制御される。そのため、トーショナルダンパ４の捩れ変動を打ち消す方向に電動機３からトルクが出力される。これにより、トーショナルダンパ４の捩れ変動を原因とした振動の励起を抑制することができるから、図５に破線で示した従来例と比べて車両振動を低減することができる。

本発明は上記の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。図１の形態は、内燃機関と電動機とがトーショナルダンパを介して機械的に連結されているものであるが、電動機が出力するトルクを利用して内燃機関を始動できる限りにおいて、トーショナルダンパと電動機との間に遊星歯車機構等の伝達機構が介在する形態で本発明を実施することもできる。

１ ハイブリッド車両
２ 内燃機関
３ 電動機
４ トーショナルダンパ（弾性緩衝機構）
２０ ＥＣＵ（捩れ角算出手段、トルク補正手段、電動機制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関と、電動機と、前記内燃機関と前記電動機との間の動力伝達経路に設けられ、弾性的な捩れを許容する弾性緩衝機構と備えたハイブリッド車両に適用され、前記電動機が出力するトルクを利用して前記内燃機関を始動させるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記電動機と前記弾性緩衝機構との間のトルクに基づいて前記弾性緩衝機構の捩れ角を算出する捩れ角算出手段と、前記捩れ角算出手段の算出結果に基づいて前記弾性緩衝機構の捩れ角の時間的変動を特定し、特定された前記時間的変動と逆位相のトルクが前記電動機から出力されるように、前記電動機に与えるべき指令トルクを補正するトルク補正手段と、前記トルク補正手段にて補正された前記指令トルクに基づいて前記電動機を制御する電動機制御手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記電動機の角加速度に基づいて前記電動機の慣性トルクを算出し、前記電動機の出力トルクから当該慣性トルクを差し引くことによって、前記電動機と前記弾性緩衝機構との間のトルクを算出するトルク算出手段を更に備えた請求項１に記載の制御装置。

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