JP2016132443A - 車両用制振制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両状態の変化に応じて速やかにフィルタを変更することができ、振動又は騒音の発生を好適に抑制することができる車両用制振制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関及び駆動モータ2の少なくとも一方から出力された動力を、変速機を介して駆動輪に伝達することにより走行する車両に搭載される車両用制振制御装置であって、駆動モータ2に対してトルク指令値を出力するトルク指令部50と、駆動モータ2の振動又は騒音を示す信号を抽出する、それぞれフィルタ係数の異なる複数のフィルタ41、42及び43を有する制御部40とを備え、制御部40が車両状態の変化に基づいて各フィルタ41、42及び43によって抽出された信号間で重み付けを行い、重み付けがなされた信号に基づきトルク指令値を補正する。
【選択図】図2

Description

本発明は、動力源として少なくとも電動機を備えた車両に搭載される車両用制振制御装置に関する。
従来の車両用制振制御装置として、車両の振動又は騒音を検出し、当該振動又は騒音を示す参照信号に対してフィルタ係数を用いた適応フィルタ処理を行って、検出した騒音を打ち消す打消音を示す制御信号を生成するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この車両用制振制御装置は、上述のように生成した制御信号に基づきスピーカから打消音を出力することで、車両の騒音を抑制するものである。また、この車両用制振制御装置においては、フィルタ係数が逐次更新されるようになっており、例えば車体のロール量や転舵量等の変化速度が所定の条件を満たす場合にフィルタ係数の更新量が通常よりも大きくされるようになっている。
特許第5474752号公報
しかしながら、上述の従来の車両用制振制御装置にあっては、例えばカーブに入る前の転舵量とカーブ路を走行中の転舵量との間の開きをみる等、車両状態の変化を観察しながらフィルタ係数を変更することとなる。このため、従来の車両用制振制御装置では、車両状態の変化を検出してからフィルタ係数を変更するまでに遅れが生じてしまう。したがって、従来の車両用制振制御装置は、フィルタ係数を変更するまでの間における振動又は騒音の発生を抑制することができないおそれがあった。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、車両状態の変化に応じて速やかにフィルタを変更することができ、振動又は騒音の発生を好適に抑制することができる車両用制振制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するため、内燃機関及び電動機の少なくとも一方から出力された動力を、変速機を介して駆動輪に伝達することにより走行する車両に搭載される車両用制振制御装置であって、前記電動機に対してトルク指令値を出力するトルク指令部と、前記電動機の振動又は騒音を示す信号を抽出する複数のフィルタを有する制御部と、を備え、前記変速機は、前記内燃機関との間の動力伝達経路にクラッチを有し、前記複数のフィルタは、前記クラッチが締結状態にあるか否かと前記変速機の変速段とで示される車両状態に応じてそれぞれ異なるフィルタ係数が設定され、前記制御部は、前記車両状態の変化に基づいて、各フィルタによって抽出された前記信号間で重み付けを行い、前記重み付けがなされた前記信号に基づき前記トルク指令値を補正する構成を有する。
本発明によれば、車両状態の変化に応じて速やかにフィルタを変更することができ、振動又は騒音の発生を好適に抑制することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る車両用制振制御装置を搭載した車両のシステム図である。 図2は、本発明の実施の形態に係る車両用制振制御装置によって実行される制振制御の概要を説明する図である。 図3は、車両状態の変化に応じて異なる共振周波数を示す図である。 図4は、信号間の重みの変化の状態を示す図である。 図5は、本発明の実施の形態に係る車両用制振制御装置によって実行される制振制御の処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態に係る車両用制振制御装置を搭載した車両100は、内燃機関1と、電動機としての駆動モータ2と、変速機3と、駆動輪4と、ハイブリッドコントローラ5とを含んで構成されている。
車両100は、内燃機関1及び駆動モータ2の少なくとも一方から出力された駆動力を、変速機3を介して駆動輪4に伝達することにより走行する、いわゆるハイブリッド車である。
内燃機関1は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の4行程を行うとともに、圧縮行程及び膨張行程の間に図示しない点火装置によって点火を行う4サイクルのガソリンエンジンによって構成されている。内燃機関1は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンで構成されてもよい。
駆動モータ2は、高電圧バッテリ21から供給される電力によって機械力である駆動力を生成するとともに、変速機3側から入力される機械力によって駆動されることにより電力を生成、すなわち発電を行う。駆動モータ2で発電された電力は、高電圧バッテリ21に蓄えられる。駆動モータ2には、駆動モータ2のモータ回転数Nmを検出する回転数センサ20が設けられている。回転数センサ20は、検出したモータ回転数Nmを示す信号をインバータ22の制御部40に出力する。
また、駆動モータ2には、インバータ22が接続されている。インバータ22は、高電圧バッテリ21と駆動モータ2との間における電力の授受を制御する。インバータ22は、ハイブリッドコントローラ5から入力されるトルク指令値に基づき、高電圧バッテリ21から駆動モータ2に供給する駆動電力を制御する。
また、インバータ22は、車両100の振動又は騒音を抑制するためにハイブリッドコントローラ5から入力された、駆動モータ2に対するトルク指令値を補正する制振制御を実行する制御部40を有する。なお、制振制御の詳細については、後述する。
制御部40は、CPU(Central Processing Unit)と、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
制御部40のROMには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部40として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、制御部40において、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部40として機能する。制御部40は、ハイブリッドコントローラ5に接続され、相互にデータのやりとりを行う。
変速機3は、減速機31と、変速機構32と、クラッチ33と、動力伝達機構34とを含んで構成されている。減速機31は、動力伝達機構34に常時接続されており、駆動モータ2から出力される駆動力を駆動輪4に伝達する。一方、車両100の減速時等は、駆動輪4の回転を駆動モータ2に伝達可能となっている。
変速機構32は、クラッチ33を介して内燃機関1と接続されており、クラッチ締結時には、内燃機関1から出力された回転を所定の変速比で変速した後、動力伝達機構34を介して駆動輪4に出力する。
クラッチ33は、内燃機関1と変速機構32との間の動力伝達経路上に設けられ、締結状態とされた場合には、内燃機関1の駆動力を変速機構32に伝達する。一方、クラッチ33は、解放状態とされた場合には、内燃機関1と変速機構32との間における動力の伝達を遮断する。
動力伝達機構34は、例えば遊星歯車機構等によって構成され、駆動モータ2から出力された駆動力と、内燃機関1から出力された駆動力とを合成して、駆動輪4に出力するものである。
また、変速機3は、クラッチ33が解放状態又は締結状態のいずれの状態にあるかを検出するクラッチセンサ36と、変速機構32において成立している変速段を検出する変速段検出部37とを、さらに備えている。クラッチセンサ36は、クラッチ33が解放状態又は締結状態のいずれの状態にあるかを示す信号をクラッチ締結情報としてインバータ22の制御部40に出力する。
変速段検出部37は、例えば車速やスロットル開度等に基づき変速マップを参照することにより現在の変速段を検出する構成であってもよいし、変速機構32の変速段を検出する変速段検出センサによって構成されていてもよい。変速段検出部37は、変速機構32の変速段を示す信号を変速段情報としてインバータ22の制御部40に出力する。本実施の形態では、上述したクラッチ締結情報と変速段情報とで示される車両100の状態を「車両状態」と言うこととする。
ハイブリッドコントローラ5は、CPUと、RAMと、ROMと、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
ハイブリッドコントローラ5のROMには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをハイブリッドコントローラ5として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ハイブリッドコントローラ5において、CPUがROMに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、ハイブリッドコントローラ5として機能する。
また、ハイブリッドコントローラ5は、アクセル開度やスロットル開度、車速等に基づき、車両100の要求駆動力を算出し、算出した要求駆動力を満たすように内燃機関1及び駆動モータ2を制御する。
具体的には、ハイブリッドコントローラ5は、要求駆動力に基づき、内燃機関1又は駆動モータ2に対してトルク指令値を出力する。また、ハイブリッドコントローラ5は、例えば駆動モータ2によるアシストが必要な場合等には、内燃機関1及び駆動モータ2の双方に対してトルク指令値を出力する。このように、ハイブリッドコントローラ5は、内燃機関1及び駆動モータ2のいずれか、又は双方にトルク指令値を出力するトルク指令部50としての機能を有する。
次に、図2ないし図5を参照して、制御部40によって実行される制振制御の詳細について説明する。
図2は、制振制御の概要を説明するために主要な構成をブロック図で示したものである。図2に示すように、制御部40は、第1のフィルタ41と、第2のフィルタ42と、第3のフィルタ43と、重み付け処理部44と、補正トルク算出部45とを含んで構成されている。
第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43は、駆動モータ2の振動又は騒音を示す信号を抽出するものであり、例えば特定の周波数成分を抽出する、それぞれフィルタ係数の異なるバンドパスフィルタによって構成されている。具体的には、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43は、駆動モータ2の回転数センサ20から入力されるモータ回転数Nmに基づく周波数成分のうち、車両100に有害な振動又は騒音を示す周波数成分を特定の周波数成分としてそれぞれ抽出する。
ここで、駆動モータ2の出力軸からみた系の共振周波数は、クラッチ33が締結状態にあるか否か、及び変速機構32において成立している変速段によって変化する。例えば、図3に示すように、駆動モータ2のみの駆動力で車両100を走行させるEVモードのときの共振周波数を「f1」とすると、内燃機関1及び駆動モータ2の双方の駆動力によって車両100を走行させるHEVモードでは、共振周波数が「f2」へと大きく変化する。また、変速段が変更された場合にも、共振周波数が「f3、f4・・・」と変化する。図3では、f5以降の共振周波数の図示を省略しているが、例えば変速段の数に応じた共振周波数が存在する。
このような共振周波数の変化は、例えばHEVモードにあってはクラッチ33を締結状態とすることで内燃機関1や変速機構32側のイナーシャやバネ系の要素が接続されるため、全体の共振周波数が変化することに起因するものと考えられる。
したがって、本実施の形態では、上述したような複数の共振周波数に対応するフィルタとして、車両状態に応じてそれぞれ異なるフィルタ係数が設定された第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43を用いることとした。
例えば、第1のフィルタ41は共振周波数f1に対応し、第2のフィルタ42は共振周波数f2に対応し、第3のフィルタ43は共振周波数f3に対応する。なお、本実施の形態では、3つのフィルタのみを図示しているが、変速段の数に応じて存在するf4以降の共振周波数に対応するフィルタについては、図示を省略している。したがって、本実施の形態では、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の3つを例に説明を行う。
第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43は、常時並列に処理可能なように回路が構成されている。ここで、これら第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43を全て動作させてしまう、すなわち全て有効にしてしまうと、車両状態によっては本来有害でない周波数成分までも抽出してしまうおそれがある。この場合、後述するようなトルク指令値のフィードバックを行うと、本来有害でない周波数成分に基づきトルク指令値が補正され、当該有害でない周波数成分を増幅して新たな振動や騒音を発生するおそれがある。
そこで、本実施の形態では、車両状態の変化に基づいて、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の各フィルタによって抽出された信号間で重み付けが行われるようにしている。例えば、車両状態がEVモードにあるときは、共振周波数f1に対応する第1のフィルタ41の重みを大きくし、他のフィルタである第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の重みを小さくする。
具体的には、EVモードのときに設定される係数で第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の各フィルタが重み付けされる。例えば、第1のフィルタ41の重み付けに係る係数(以下、「重み付け係数」という)を「1」とし、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の重み付け係数を「0」とする。車両状態が変化した場合は、その変化後の車両状態に対応するフィルタを有効にするべく、重み付けが行われる。
このような重み付けを行うことで、そのときの車両状態に対応したフィルタを有効にすることができ、当該車両状態において有害でない周波数成分が抽出されることを抑制することができる。
こうした重み付けは、重み付け処理部44によって実行される。すなわち、重み付け処理部44は、車両状態の変化に基づいて、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の各フィルタによって抽出された信号間で重み付けを行う。
具体的には、重み付け処理部44は、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の各フィルタによって抽出された各信号に対して、そのときの車両状態に応じてそれぞれ異なる重み付け係数を乗算する。重み付け処理部44は、それぞれ異なる重み付け係数で重み付けした信号を合成して、補正トルク算出部45に出力する。
なお、車両状態の変化に対応して周波数帯域を切り替える方法としては、例えば1つのフィルタを備えて、当該フィルタのフィルタ係数を車両状態に応じて変更する構成も考えられる。このような構成であっても、従来と比較して、車両状態の変化に応じて速やかにフィルタ係数を変更可能であり、振動又は騒音の発生を抑制できる。
しかしながら、このようなフィルタ係数を変更する構成では、フィルタ係数の変更時にフィルタの出力を一時的に無効にし、フィルタの内部パラメータをリセットする必要が生ずる。この場合、上述の通り、速やかにフィルタ係数を変更できるものの、フィルタ係数の変更時に依然として振動又は騒音が発生する可能性がある。
そこで、本実施の形態では、図4に示すように、重み付け処理部44は、車両状態が変化したことを条件に、上述した重み付けによる重み、すなわち重み付け係数を信号間で変更するようになっている。
すなわち、重み付け処理部44は、車両状態に変化が生じた場合には、フィルタの出力が途切れることのないよう、車両状態の変化前に有効にされていたフィルタ(以下、「解除するフィルタ」という)の重み付け係数(図4中、破線で示す)を徐々に低下させる一方で、車両状態の変化後に有効にされるフィルタ(以下、「設定するフィルタ」という)の重み付け係数(図4中、実線で示す)を徐々に高くするようになっている。
これにより、車両状態が変化したときに、フィルタの出力を一時的に無効にしたり、フィルタの内部パラメータをリセットする必要がない。したがって、車両状態の変化に応じて、各フィルタの重みがスムースに変更される。このため、フィルタの重みを変更することにより車両にショックが発生することがない。
このように、車両状態の変化前後で切り替えられる2つのフィルタの信号間の重みは、車両状態が変化した後の経過時間に応じて所定の変化率で変更される。なお、本実施の形態では、信号間の重みを変更する際の時間に対する傾きは、図4に示すように双曲線正接関数状となるようにしているが、これに限らず、例えばリニアな特性となる傾きであってもよい。なお、図4に示したような重み付け係数と時間との関係は、予め実験的に求めてマップとして制御部40のROMに記憶されている。
補正トルク算出部45は、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43で抽出され、重み付け処理部44によって重み付けされた各信号を合成した特定の周波数成分に補正ゲインを乗算することにより、車両100に有害な振動又は騒音を示す周波数成分を打ち消すための補正トルクを算出する。
制御部40は、補正トルク算出部45によって算出された補正トルクをトルク指令値にフィードバックする。これにより、駆動モータ2に対するトルク指令値が補正される。このように、制御部40は、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43で抽出され、重み付け処理部44によって重み付けされた各信号を合成した特定の周波数成分に基づき、ハイブリッドコントローラ5から出力されるトルク指令値を補正する。インバータ22は、補正後のトルク指令値に基づき駆動モータ2に対する駆動電力を制御する。
次に、制御部40により実行される制振制御の処理の流れについて説明する。なお、この制振制御は、所定の時間間隔で実行される。
図5に示すように、制御部40は、クラッチセンサ36及び変速段検出部37からクラッチ締結情報及び変速段情報を取得する(ステップS1)。
次いで、制御部40は、車両状態が変化したか否かを判定する(ステップS2)。具体的には、制御部40は、今回取得したクラッチ締結情報及び変速段情報を前回取得したクラッチ締結情報及び変速段情報と比較し、違いがあるか否かを判定する。
制御部40は、車両状態が変化していないと判定した場合には、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43の各フィルタで抽出された信号間の重みを変更する必要がないため、後述するステップS3及びステップS4の処理を行うことなく、ステップS5に処理を移行する。
一方、制御部40は、車両状態が変化したと判定した場合には、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43のうち、重みを変更するフィルタを選択する(ステップS3)。具体的には、制御部40は、車両状態の変化に基づき、重みを下げるフィルタ及び重みを上げるフィルタを選択する。
次いで、制御部40は、ステップS3で選択したフィルタ間で重みを変更する(ステップS4)。具体的には、制御部40は、車両状態が変化した後の経過時間に応じて、図4に示した所定の変化率で、ステップS3において選択した各フィルタで抽出された信号間の重みを変更する。
次いで、制御部40は、回転数センサ20からモータ回転数Nmを取得する(ステップS5)。その後、制御部40は、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43を介して、各フィルタに対応する周波数成分をそれぞれ抽出する(ステップS6)。
次いで、制御部40は、ステップS6で抽出した各信号に対して、ステップS1で取得した車両状態に応じてそれぞれ異なる重み付け係数を乗算することにより各信号の重み付けを行い、この重み付けがなされた各信号を合成した信号に対して補正ゲインを乗算することにより補正トルクを算出する(ステップS7)。なお、本実施の形態では、重み付けがなされた各信号を合成した信号が、モータ回転数Nmに基づく周波数成分のうち、車両100に有害な振動又は騒音を示す特定の周波数成分として取り扱われる。
その後、制御部40は、ステップS7で算出した補正トルクに基づき、ハイブリッドコントローラ5から出力される、駆動モータ2のトルク指令値を補正して(ステップS8)、制振制御を終了する。
以上のように、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、駆動モータ2の振動又は騒音を示す信号を抽出するフィルタを複数備えている。また、複数のフィルタは、車両状態に応じてそれぞれ異なるフィルタ係数に設定されている。
また、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、車両状態の変化に基づいて、各フィルタによって抽出された信号間で重み付けを行い、当該重み付けがなされた信号に基づき、駆動モータ2のトルク指令値を補正するよう構成されている。
このため、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、各フィルタによって抽出された信号間で重み付けを行うことによって車両状態の変化に対応できるため、従来のように車両状態の変化を観察しながらフィルタ係数を変更することによる遅れが生じない。
したがって、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、車両状態の変化に応じて速やかにフィルタを変更することができ、振動又は騒音の発生を好適に抑制することができる。
また、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、車両状態の変化に応じて各フィルタによって抽出された信号間の重みを変更するので、車両状態の変化によって異なる共振周波数が存在する場合であっても、そのときの車両状態に応じた最適なフィルタを用いて特定の周波数成分を抽出することができる。
これにより、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、本来有害でない周波数成分まで抽出してしまうことがない。したがって、本実施の形態に係る車両用制振制御装置は、本来有害でない周波数成分を増幅して新たな振動や騒音が発生することを防止することができる。
さらに、本実施の形態に係る車両用制振制御装置において、各フィルタによって抽出された信号間の重みは、車両状態が変化した後の経過時間に応じて所定の変化率で変更される。このため、車両状態に変化が生じた場合には、フィルタの出力が途切れることがなく、各フィルタの重みをスムースに変更することができる。これにより、フィルタの重みを変更することにより車両にショックが発生することを防止することができる。
なお、本実施の形態では、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43としてバンドパスフィルタを用いたが、これに限らず、第1のフィルタ41、第2のフィルタ42及び第3のフィルタ43としてハイパスフィルタを用いてもよい。また、本実施の形態では、クラッチ締結情報及び変速段情報として、現在のクラッチ33の状態及び現在の変速段の情報を用いたが、これに限らず、例えばハイブリッドコントローラ5から変速機3に出力される、クラッチ切替のための指令値や変速を指示する指令値をクラッチ締結情報及び変速段情報として用いてもよい。
上述の通り、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
1 内燃機関
2 駆動モータ(電動機)
3 変速機
4 駆動輪
5 ハイブリッドコントローラ
20 回転数センサ
21 高電圧バッテリ
22 インバータ
31 減速機
32 変速機構
33 クラッチ
34 動力伝達機構
36 クラッチセンサ
37 変速段検出部
40 制御部
41 第1のフィルタ(フィルタ)
42 第2のフィルタ(フィルタ)
43 第3のフィルタ(フィルタ)
44 重み付け処理部
45 補正トルク算出部
50 トルク指令部
100 車両

Claims (2)

  1. 内燃機関及び電動機の少なくとも一方から出力された動力を、変速機を介して駆動輪に伝達することにより走行する車両に搭載される車両用制振制御装置であって、
    前記電動機に対してトルク指令値を出力するトルク指令部と、
    前記電動機の振動又は騒音を示す信号を抽出する複数のフィルタを有する制御部と、を備え、
    前記変速機は、前記内燃機関との間の動力伝達経路にクラッチを有し、
    前記複数のフィルタは、前記クラッチが締結状態にあるか否かと前記変速機の変速段とで示される車両状態に応じてそれぞれ異なるフィルタ係数が設定され、
    前記制御部は、前記車両状態の変化に基づいて、各フィルタによって抽出された前記信号間で重み付けを行い、前記重み付けがなされた前記信号に基づき前記トルク指令値を補正することを特徴とする車両用制振制御装置。
  2. 前記制御部は、前記車両状態が変化したことを条件に、前記重み付けによる重みを前記信号間で変更し、
    前記信号間の重みは、前記車両状態が変化した後の経過時間に応じて所定の変化率で変更されることを特徴とする請求項1に記載の車両用制振制御装置。

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