JP2016107673A - 車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車のＥＶ走行時の過大な振動を防止する。【解決手段】第１モータおよび第２モータの動力で走行している状態（ステップＳ１）で前記第１モータの出力トルクに基づいてダンパのばね定数を推定し（ステップＳ２）、推定されたばね定数で走行している状態での共振点を含む所定の周波数域である共振帯に入る振動を生じる車速か否かを判断し（ステップＳ３）、共振帯に入る振動を生じる車速であることが判断された場合にダンパに掛かる第１モータのトルクを変更してばね定数を変化させる（ステップＳ６）ように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

この発明は、車両の振動を低減する制御装置に関し、特にハイブリッド車の走行中に振動を低減するように駆動力源のトルクを制御する装置に関するものである。

車両が走行する場合には、不可避的に振動が生じる。特許文献１には、エンジンを備えたハイブリッド車（ＨＶ車）において、エンジンが要因になる振動を低減するように構成された装置が記載されている。この特許文献１に記載された装置は、エンジンの出力軸にモータがクラッチを介して連結され、これらエンジンとモータとが出力するトルクを、変速機を介して駆動輪に伝達するように構成されたハイブリッド車の異常振動を防止するように構成された装置であり、そのクラッチには剛性変曲点のあるダンパが備えられている。そして、駆動系の共振点では、エンジンのトルクとモータとのトルクを合算した総駆動トルクが変化しないようにそれぞれのトルクを変化させて、ダンパの変曲点を回避するように構成されている。

特開２０１４−０８８１５９号公報

ハイブリッド車が走行している状態では、タイヤの回転アンバランスが強制力となって振動が生じることがある。特許文献１に記載された装置は、エンジンのトルク変動が強制力となる振動を低減もしくは防止するように構成されている装置であるから、ハイブリッド車がエンジンを停止してモータの駆動力で走行している状態ではハイブリッド車の共振を推定し、また共振を抑制もしくは防止することができない。また、特許文献１に記載された装置は、ダンパの剛性変曲点を回避できるとしても、タイヤの回転アンバランスに起因する共振の振動数を予め知り得ないので、特許文献１に記載された発明では、このような不特定の周波数での共振を抑制もしくは防止することは困難である。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、ハイブリッド車がモータ走行している状態での共振あるいは過大な振動を抑制もしくは防止することのできる車両の振動制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンが出力した動力を発電機能のある第１モータ側と駆動輪側とに分割する動力分割機構と、前記エンジンの出力軸の所定方向の回転を止めるブレーキ機構と、前記ブレーキ機構と前記動力分割機構との間に設けられ捻り角度によってばね定数が変化するダンパと、前記駆動輪に伝達されるトルクを加減する発電機能のある第２モータとを備え、前記出力軸の前記所定方向の回転を前記ブレーキ機構によって止めた状態で前記第１モータおよび前記第２モータの動力で走行可能な車両の振動制御装置において、前記第１モータおよび前記第２モータのうち少なくとも第２モータの動力で走行している状態で前記第１モータの出力トルクに基づいて前記ダンパのばね定数を推定し、推定された前記ばね定数で走行している状態での共振点を含む所定の周波数域である共振帯に入る振動を生じる車速か否かを判断し、前記共振帯に入る振動を生じる車速であることが判断された場合に前記ダンパに掛かる前記第１モータのトルクを変更して前記ばね定数を変化させるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明においては、共振帯に入る振動が生じることが判断されると、ダンパのばね定数が変更される。共振帯はダンパのばね定数に応じた周波数域であるから、ばね定数が変更されると共振帯が変化する。その結果、その時点の車速で走行しても過大な振動が生じることを抑制もしくは防止することができる。

この発明の一例である振動制御装置で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。 ばね定数と共振点もしくは共振帯との関係、およびタイヤ回転１次周波数と車速とに関係を示す線図である。 ばね定数の変更のための第１モータのトルクの変化と、駆動トルクを補償するための第２モータのトルクの変化の一例を模式的に示す線図である。 この発明で対象とすることのできるハイブリッド車の駆動系統を示す模式図である。 第１モータのトルクと捻り角ならびにばね定数との関係を示すねじれ特性線図である。 タイヤ回転周波数とサージレベルとばね定数との関係を示す線図である。

この発明は、エンジンと発電機能のあるモータとを動力源とし、かつモータの動力のみによって走行するＥＶ走行を選択できるハイブリッド車の振動を制御する装置である。そのハイブリッド車の駆動系統の一例を簡単に説明すると、図４はいわゆる２モータタイプのハイブリッド車を模式的に示している。エンジン１が出力した動力を第１モータ（ＭＧ１）２側と駆動輪３側とに分割する動力分割機構４が設けられている。動力分割機構４は、要は、３つの回転要素を備えた差動機構によって構成され、より具体的には、遊星歯車機構によって構成され、例えばサンギヤに第１モータが連結され、キャリヤにエンジン１のトルクが入力され、リングギヤから駆動輪３に向けてトルクを出力するように構成することができる。

ＥＶ走行を可能にし、またＥＶ走行時にエンジン１を引き摺ることによる動力損失を低減するために、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）５の回転を止めるブレーキ機構６が設けられている。動力分割機構４が遊星歯車機構などの差動機構によって構成されている場合、第１モータ２が走行のためのトルクを出力すると、エンジン１の出力軸５には負回転方向（エンジン１の本来の回転方向とは反対方向）のトルクが作用する。このトルクをブレーキ機構６によって受けて出力軸５の負方向の回転を止めるように構成されている。したがって、ブレーキ機構６は摩擦ブレーキやドグクラッチなどの正逆両方向の回転を止める構成であってもよく、あるいは一方向クラッチであってもよい。

ブレーキ機構６と前記動力分割機構４との間に、エンジントルクの振動を抑制するダンパ７が設けられている。ダンパ７は、例えば前述した特許文献１に記載されているようなバネダンパであって、駆動側のプレートと従動側のプレートとの間にコイルバネが配置され、これらのプレートにトルクが作用して各プレートが相対的にねじれることによりコイルバネが圧縮されて振動を低減するように構成されている。また、そのコイルバネとして長さやばね定数が異なる複数種類のコイルバネが設けられており、したがってダンパ７は捻り角とトルクとの関係すなわちねじれ特性が一定でなく変化するように構成されている。その例を図５に示してあり、ここに示す例は、ばね定数が３段階（Ｋ1 ＜Ｋ2 ＜Ｋ3 ）に変化する例である。なお、ここで説明している具体例では、前述したように、第１モータ２が出力する走行のためのトルクが前記出力軸５もしくはブレーキ機構６に掛かるから、第１モータ２が出力したトルクは、ダンパ７に対して捻り角を増大させるトルクもしくは減少させるトルクとして作用する。したがって、第１モータ２のトルクによってダンパ７の捻り角を変化させてダンパ７のねじれ特性を変更することができる。図５には第１モータ２のトルクによる捻り角の変化の方向を併記してある。なお、図５において、第１モータ２のトルク（ＭＧ１トルク）の負領域とは、第１モータ２が前記負回転方向に回転して出力するトルクの領域であり、正領域とは、第１モータ２が正回転方向に回転して出力するトルクの領域である。

上記のダンパ７には、ブレーキ機構６によってエンジン１の出力軸５の回転を止めている状態では、駆動輪（タイヤ）３側からの振動が入力される。その振動は駆動輪３の回転アンバランスや路面の凹凸などに起因する振動である。ダンパ７は、上述したようにねじれ特性が変化するので、ダンパ７あるいは駆動系統の全体の共振点がダンパ７のばね定数に応じて変化する。図６は、駆動輪３側から入力される振動の周波数をタイヤ回転数周波数で表し、ばね定数を多様に変化させた場合における、そのタイヤ回転数周波数と、駆動輪３側から所定のトルクを入力した場合のサージレベル（振動加速度）との関係を示した図である。なお、ばね定数は捻り角の単位角度当たりのトルクに置き換えることができる。図６に示すように、上述したダンパ７を使用した駆動系統では、ダンパ７のばね定数が大きくなるのに従って共振点が高周波数側に変化する。

図４に示すハイブリッド車は、更に、第２モータ８を備えている。第２モータ８は、前述した第１モータ２と同様に発電機能のあるモータであって、上記の動力分割機構４から駆動輪３にトルクを伝達する経路の所定箇所に連結されている。すなわち、第２モータ８は駆動輪３に伝達されるトルクを増加あるいは減少させるように構成されている。前述した第１モータ２およびこの第２モータ８とは、図示しないインバータを介してバッテリなどの蓄電装置に接続されている。これら各モータ２，８は相互に電力を授受できるように構成されており、第１モータ２で発電した電力を第２モータ８に供給して第２モータ８がモータとして機能し、また反対に第２モータ８で発電した電力を第１モータ２に供給して第１モータ２をモータとして機能させるように構成されている。また、各モータ２，８に蓄電装置から給電してこれらがモータとして機能し、ＥＶ走行するように構成されている。なお、図４における符号９は終減速機となっているデファレンシャルギヤを示す。

上述したブレーキ機構６の係合や解放の制御、各モータ２，８のトルクなどの動作状態を電気的に制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１０が設けられている。ＥＣＵ１０はマイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め格納されているデータなどを使用して、予め記憶しているプログラムに従って演算を行い、演算の結果を制御指令信号としてブレーキ機構６や各モータ２，８もしくは前記インバータに出力するように構成されている。その入力信号は、ＥＶ走行の実行や不実行の状態、第１モータ２の出力トルク、アクセル開度もしくはスロットル開度、アクセルペダルやブレーキペダルの操作量、車速、駆動輪３の回転数などである。

ＥＶ走行状態では、エンジン１が停止しているので、ダンパ７は駆動輪３側から伝達される振動（トルク変動）を吸収するように動作する。したがって、そのばね定数（ねじれ特性）に応じて共振点が決まる。この発明の一例である振動制御装置は、このようなＥＶ走行時の振動を低減し、あるいは共振などによる過度な振動を抑制するように、ダンパ７のばね定数（ねじれ特性）を制御するように構成されている。その制御は、具体的には上記のＥＣＵ１０によって行われる。その制御の一例を図１にフローチャートで示してある。図１に示すルーチンは、ハイブリッド車が走行している際に繰り返し実行され、先ず、ＥＶ走行中か否かが判断される（ステップＳ１）。ＥＶ走行は、二つのモータ２，８が走行のための動力を出力している状態、もしくは第２モータ８が走行のための動力を出力している状態であり、したがってこれらのモータ２，８の制御状態に基づいて判断することができる。またＥＶ走行は車速やアクセル開度などに応じて設定されるから、ステップＳ１の判断は車速やアクセル開度に基づいて行うことができる。また、ステップＳ１では、前記出力軸５の回転をブレーキ機構６によって止めることができるか否かの判断に置き換えてもよく、あるいはそれら二つの判断を同時に行ってもよい。

ステップＳ１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。これに対してステップＳ１で肯定的に判断された場合には、その時点で設定されるばね定数、および共振が生じる車速が求められる（ステップＳ２）。ＥＶ走行しているので、振動は駆動輪３側から伝達されるトルクの変動が要因となる。その場合、ダンパ７は第１モータ２のトルクによってねじれるから、前述した図５および図６に示す関係があることにより、ダンパ７の捻り角およびそれに伴うばね定数は第１モータ２のトルクに基づいて推定あるいは求めることができる。そして、推定もしくは算出されたばね定数での共振点は図６に示す関係に基づいて求めることができる。また一方、駆動輪３が回転することに伴う回転１次周波数と車速との関係は、使用している駆動輪３の外径などに基づいて予め求めておくことができる。その例を図２に示してある。なお、図２には前述した図６と同様の図を併記してある。したがって、ばね定数に基づく共振点が求められると、共振が生じる車速や、サージレベル（すなわち振動）が設計上予め定めた許容値を超える（ＮＧとなる）共振点を含む所定の周波数範囲である共振帯の車速を図２に基づいて求めることができる。

このように求められた共振帯の下限車速Ａと上限車速Ｂとを定め、現時点の車速Ｖがそれらの車速範囲に入っているか否か（Ａ＜Ｖ＜Ｂか否か）が判断される（ステップＳ３）。この判断は、現時点の車速で共振が生じるか否か、あるいは振動が許容範囲を超えるか否かの判断に相当する。このステップＳ３で否定的に判断された場合には、振動低減のための制御を新たに行う必要がないので、リターンする。

これに対してステップＳ３で肯定的に判断された場合には、車速の変化が速いか否かの判断を行う。具体的には、スロットル開度が全開でないか否か（ＷＯＴでないか否か）、アクセル開度の変化が緩やかか否か、ブレーキ操作量の変化もしくは操作速度が緩やかか否かなどが判断される（ステップＳ４）。これらの判断は、しきい値を実験やシミュレーションなどによって予め定めておき、検出された操作量などとしきい値とを比較して行えばよい。車速の変化が設計上想定されている以上であることによりステップＳ４で否定的に判断された場合には、実際の車速が上記の共振帯の車速を速やかに通過し、振動低減のための制御を新たに行う必要がないと考えられるので、特に制御を行うことなくリターンする。

ステップＳ４で肯定的に判断された場合には、ダンパ７のばね定数を変更するために第１モータ２のトルクを制御するとした場合に、そのトルク制御に伴う駆動トルクの変動を抑制するように第２モータ８のトルクを変化させることができるか否かが判断される（ステップＳ５）。前述した動力分割機構４が遊星歯車機構によって構成されている場合、ダンパ７の正回転方向のばね定数を増大させるように第１モータ２のトルクを負回転方向に増大させると、エンジン１の出力軸５がブレーキ機構６によって固定されていることにより、動力分割機構４から出力されるトルクが増大する。また反対に、ダンパ７の負回転方向のばね定数を増大させるように第１モータ２のトルクを正回転方向に増大させると、動力分割機構４から出力されるトルクが低下する。このような駆動トルクの変動を抑制するために第２モータ８のトルクが増大もしくは減少させられる。その場合、蓄電装置から電力を出力し、あるいは出力量を減少させ、もしくは充電を行うことになる。これに対して、蓄電装置の充電残量（ＳＯＣ）によっては放電あるいは充電が制限され、それに伴って第２モータ８のトルク制御が制限される。ステップＳ５ではこのような第２モータ８についての制御が制限されているか否かが判断される。したがって、第２モータ８のトルク制御を行う余力がないことによりステップＳ５で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。

一方、第２モータ８のトルク制御が可能であってステップＳ５で肯定的に判断された場合には、ダンパ７のばね定数を変更し、それに伴って共振点あるいは共振帯を高周波数側もしくは低周波数側に変更する（ステップＳ６）。例えば、第１モータ２が負回転方向のトルクを出力し、かつ第２モータ８が正回転方向のトルクを出力するいわゆる両駆動モードでＥＶ走行し、その車速がある程度高車速であれば、第１モータ２の出力トルクが大きいことにより共振点が高車速側になっている。この状態で実際の車速が共振帯の車速に入らないように共振点を低下させるとすれば、第１モータ２の出力トルク（負回転方向のトルク）を低下させる。その状態を図３に示してある。前述したように、第１モータ２のトルクを正回転方向に増大するように（負回転方向のトルクを低減するように）変化させると、動力分割機構４から駆動輪３に向けて出力されるトルクが低下する。このようなトルクの低下を補うように第２モータ８の出力トルクを増大させる。その制御量は、第１モータ２の電流値や動力分割機構４におけるギヤ比などに基づいて求めることができる。

共振点を変化させるための第１モータ２のトルクを低下させることがあり、その場合、第１モータ２のトルクに応じてトルクの低下勾配（トルクレート）を設定する（ステップＳ７）。具体的には、第１モータ２のトルクの絶対値を「０」程度の予め定めた小さいトルクに低下させる場合には、トルクレートを予め定めた小さい値に設定し、これとは反対に第１モータ２のトルクを前記予め定めた小さいトルクにまで低下させない場合には、トルクレートの低下制御を実行しない。このようなトルクレートの制御は、いわゆるガタ音を防止するためである。すなわち、第１モータ２のトルクを低下させることにより、ダンパ７においてコイルスプリングを挟み付ける力が小さくなり、その挟み付ける力よりも、正負に変化する加振力が大きくなると、急激にねじれが解放されてガタ音が発生する可能性がある。このような事態を回避もしくは抑制するために、トルクレートを緩やかにする。

以上、この発明の具体例を説明したが、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、この発明では、特許請求の範囲に記載されている構成を逸脱しない種々の構成を採用してよい。

１…エンジン（ＥＮＧ）、 ２…第１モータ（ＭＧ１）、 ３…駆動輪、 ４…動力分割機構、 ５…出力軸（クランクシャフト）、 ６…ブレーキ機構、 ７…ダンパ、 ８…第２モータ、 ９…終減速機、 １０…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. エンジンが出力した動力を発電機能のある第１モータ側と駆動輪側とに分割する動力分割機構と、前記エンジンの出力軸の所定方向の回転を止めるブレーキ機構と、前記ブレーキ機構と前記動力分割機構との間に設けられ捻り角度によってばね定数が変化するダンパと、前記駆動輪に伝達されるトルクを加減する発電機能のある第２モータとを備え、前記出力軸の前記所定方向の回転を前記ブレーキ機構によって止めた状態で前記第１モータおよび前記第２モータのうち少なくとも第２モータの動力で走行可能な車両の振動制御装置において、
   前記第１モータおよび前記第２モータの動力で走行している状態で前記第１モータの出力トルクに基づいて前記ダンパのばね定数を推定し、
   推定された前記ばね定数で走行している状態での共振点を含む所定の周波数域である共振帯に入る振動を生じる車速か否かを判断し、
   前記共振帯に入る振動を生じる車速であることが判断された場合に前記ダンパに掛かる前記第１モータのトルクを変更して前記ばね定数を変化させる
   ように構成されていることを特徴とする車両の振動制御装置。

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