JP2016150667A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＶ走行での減速時における振動や歯打ち音あるいはギヤノイズを低下させる。
【解決手段】エンジンの運転を止めて前記第２モータの動力で走行している際に前記第１モータの回転数が予め定めた所定回転数にまで低下した場合に、前記第１モータに通電して第１モータの回転数を前記第２モータの回転方向で前記所定回転数より高回転数にする第１制御（ステップＳ３）と、第１制御による前記第１モータの回転数の増大に合わせて前記第２モータのトルクを補正する第２制御と、前記ハイブリッド車が停止した後に前記第１モータの回転数をゼロにする第３制御とを行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車を対象とする制御装置に関し、特にエンジンが出力した駆動力を出力側とモータ側とに分割する動力分割機構を備えているハブイリッド車を制御する装置に関するものである。

この種のハイブリッド車では、エンジンを停止してモータによって走行することが可能である。モータとして、主としてエンジン回転数を制御するためのモータと、主としてモータとして動作して走行トルクを出力するモータとの二つのモータを備えているハイブリッド車では、モータ走行している場合には一方のモータが特には機能していないので、そのモータを利用して振動や歯打ち音を抑制する制御が可能である。特許文献１には、エンジンの始動時にモータによる負トルクをエンジンの負荷として作用させることにより、動力分割機構における歯車の歯面に所定の面圧が作用し、いわゆる歯打ち音を抑制できることが記載されている。また、特許文献２に記載された装置では、電動機ノイズあるいはギヤノイズなどのノイズが大きくなる運転領域に入った場合、共振によるノイズの増大を回避もしくは抑制するために、エンジンあるいは電動機の動作点を変更している。

特開２０１２−０９１６４５号公報 特開２００８−１４３３４８号公報

エンジンが出力した駆動力を出力側と第１モータ側とに分割する一方、第１モータで発電した電力を第２モータに供給して第２モータの駆動力を出力トルクに加えるように構成されたハイブリッド車では、第２モータのトルクが直接、駆動トルクとなるので、エンジンを停止したいわゆるモータ走行（ＥＶ走行）を第２モータによって行うことができる。その場合、エンジンの回転は止められ、第１モータは動力分割機構などの伝動機構のギヤ比に応じた回転数で回転する。ＥＶ走行状態から車両が停止する場合、車速の低下に伴って第１モータや動力分割機構などの回転数が低下する。第１モータや動力分割機構を含む伝動機構の共振回転数は、通常、ハイブリッド車が走行している際の回転数より低い回転数に設定されているので、発進時あるいはエンジン起動時や減速時に伝動機構の回転数が共振回転数を含む所定の回転数域に入る場合がある。発進あるいはエンジン起動などの場合には、特許文献１や特許文献２に記載されているように、その回転数域を迅速に通過するようにモータ回転数を制御することにより、共振によるノイズを抑制することができる。しかしながら、前述した第２モータを駆動力源として走行している状態で次第に減速して停止する場合、第１モータや動力分割機構の回転数は、第２モータの回転数あるいは車速と前述したギヤ比で決まる回転数になるから、前述した特許文献１や特許文献２に記載されている制御を行うことができず、共振が生じてノイズが増大したり、振動によってドライバビリティが損なわれたりする可能性があった。

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、モータ走行時の振動やそれに起因するノイズを防止もしくは抑制することのできるハイブリッド車の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動力分割機構によって第１モータ側と出力側とに分割し、第２モータが出力する動力を前記出力側に分割された動力に加減するように構成されたハイブリッド車の制御装置において、前記エンジンの運転を止めて前記第２モータの動力で走行している際に前記第１モータの回転数が予め定めた所定回転数にまで低下した場合に、前記第１モータに通電して第１モータの回転数を前記第２モータの回転方向で前記所定回転数より高回転数にする第１制御と、前記第１制御による前記第１モータの回転数の増大に合わせて前記第２モータのトルクを補正する第２制御と、前記ハイブリッド車が停止した後に前記第１モータの回転数をゼロにする第３制御とを行うように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、第２モータの駆動力で走行している状態では第１モータは動力分割機構を含む動力の伝達機構のギヤ比に応じた回転数で回転している。減速するなどのことによって第１モータや動力分割機構などの回転数が低下し、第１モータの回転数が前記所定の回転数にまで低下すると、第１モータの回転数が前記第２モータの回転方向で前記所定回転数より高回転数に増大させられる。したがって、所定回転数として共振回転数あるいはこれに近い回転数を設定しておくことにより、共振やそれに起因する歯打ち音などのノイズを低減することができる。また、第１モータの回転数を増大させるのに合わせて第２モータのトルクを補正するので、運転者の意図に関わらず加減速度が生じるなどの事態を抑制でき、振動が抑制されることと併せて、ドライバビリティの悪化を防止もしくは抑制することができる。さらに、ハイブリッド車が停止した後に第１モータの回転をゼロにするので、停車時に共振が生じることを防止もしくは抑制することができる。

この発明に係る制御装置で実行される第１モータの制御の一例を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る制御装置で実行される第２モータの制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図１に示す制御を行った場合の車速、第１モータのトルクおよび回転数の変化を示すタイムチャートである。 ＥＶ走行での減速中にこの発明に係る制御装置による制御を実行した場合の動力分割機構の動作状態を順に示す共線図である。

この発明に係る制御装置によって制御されるハイブリッド車は、エンジンと発電機能のある二つのモータ（モータ・ジェネレータ）と、エンジンが出力した動力を第１のモータと出力側とに分割する動力分割機構とを備えている。その一例は、前掲の特許文献１に記載されたハイブリッド車や米国特許出願公開第２０１２／００２９７４８号に記載されているパワートレーンを備えているハイブリッド車である。そのハイブリッド車における動力分割機構は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成され、サンギヤに第１モータが連結されるとともに、キャリヤにエンジンが連結され、リングギヤが出力部材となっている。リングギヤは、所定の減速ギヤ列を介してデファレンシャルギヤに連結され、そのギヤ列におけるいずれかのギヤに第２モータが連結されている。

エンジンが出力してキャリヤに伝達される動力は、リングギヤ（出力側）とサンギヤ（第１モータ側）とに分割される。第１モータは、発電機として機能することによりサンギヤに反力トルクを与え、その反力トルクを前記遊星歯車機構におけるギヤ比に応じて増大させたトルクがリングギヤに付与される。第１モータによって発電された電力は第２モータに供給されて第２モータがモータとして機能し、第２モータが出力するトルクが出力トルクに加算される。すなわち、エンジンの出力した動力の一部は動力分割機構を介して出力ギヤから出力され、他の一部は電力に一旦変換された後に機械的な動力に再変換されて、前記出力ギヤから出力される動力に加算される。第１モータは上記のように発電機として機能して反力トルクを発生するので、その反力トルクによってエンジン回転数が制御され、エンジン回転数は燃費の良好な回転数に制御される。

第２モータは上述したように走行のための駆動トルクを直接出力するから、第２モータを単独で駆動することにより、第２モータによる走行が可能である。第２モータが出力する動力で走行する走行形態がＥＶ走行であり、その場合、エンジンには燃料が供給されず、運転が停止される。図４の（ａ）にはこのＥＶ走行状態を、動力分割機構を構成している遊星歯車機構の共線図として示してある。図４の（ａ）において、符号Ｓはサンギヤ、ＭＧ１はサンギヤに連結されている第１モータ、Ｃはキャリヤ、Ｅｎｇはキャリヤに連結されているエンジン、Ｒはリングギヤ、ＯｕｔはリングギヤＲと一体の出力ギヤ、ＭＧ２は第２モータをそれぞれ示している。ハイブリッド車に対する走行抵抗が図４の（ａ）に下向きの矢印で示すように作用し、これに対抗する駆動トルクを図４の（ａ）に上向きの矢印で示すように第２モータＭＧ２が出力し、ハイブリッド車が前進走行する。この状態では、エンジンＥｎｇおよびキャリヤＣが停止しており、そのためサンギヤＳおよび第１モータＭＧ１がリングギヤＲや第２モータＭＧ２とは反対方向（負回転方向）に回転している。第１モータＭＧ１はいわゆるフリー状態であって、正および負のいずれのトルクも出力しておらず、その回転数は動力分割機構を構成している遊星歯車機構のギヤ比およびリングギヤＲの回転数に応じた回転数となる。

ＥＶ走行中の車速ごとの動作状態は、リングギヤＲの回転数を示す点とサンギヤＳの回転数を示す点とを結んだ動作線Ｌを、車速の変化に応じて、キャリヤＣの回転数がゼロの点である交点を中心に回転させた線で表される。したがって、図４の（ａ）に示す状態から車速が低下すると、リングギヤＲの回転数が低下することに合わせて、サンギヤＳの負回転方向回転数が次第に低下する。したがって、ＥＶ走行の状態でハイブリッド車が停車する場合、第１モータＭＧ１の回転数が共振域に入ることがある。ここで共振域は、第１モータＭＧ１がコギングトルクやトルクリプルなどによる反力トルクを要因とする振動であって、第１モータＭＧ１と動力分割機構などとの間に弾性係数、イナーシャモーメント、反力トルクの大きさなどによって決まる振動域である。第１モータＭＧ１の回転数が共振域に入ると、振動が大きくなり、またそれに伴って歯打ち音などのギヤノイズが大きくなる。そこで、この発明に係る制御装置は、ＥＶ走行状態で停止に向けて車速が低下する場合、第１モータＭＧ１および第２モータＭＧ２を以下に説明するように制御する。

図１および図２はその制御を説明するためのフローチャートであって，ハイブリッド車が走行している場合に実行される。図１において、制御ルーチンがスタートした後、先ず、ＥＶ走行中か否かが判断される（ステップＳ１）。この判断は、エンジンＥｎｇや各モータＭＧ１，ＭＧ２の制御の内容あるいはこれらに対する指令信号などに基づいて行うことができる。否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなく、スタートに戻る。ＥＶ走行中であることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、第１モータＭＧ１の回転数の絶対値と予め定めた振動回避回転数との差が閾値ａより小さいか否かが判断される（ステップＳ２）。第１モータＭＧ１の回転数はセンサによって検出することができる。振動回避回転数は、共振域を規定している最大回転数であり、共振域は動力分割機構などの伝動機構の構成に応じて決まるから、実験などによって共振域を求め、その最大回転数を振動回避回転数とすることができる。さらに、閾値ａは、「０」あるいは「０」に近い値であって、要は、第１モータＭＧ１の回転数が、共振域を規定している最大回転数を下回ったか否かを判定する予め定めた値である。

ステップＳ２で否定的に判断された場合には、ステップＳ１に戻って走行状態（走行モード）がＥＶ走行か否かが判断される。これとは反対にステップＳ２で肯定的に判断された場合には、第１モータＭＧ１の回転数を正回転側に増大させる制御が実行され、またスラグＦが「１」に設定される（ステップＳ３）。第１モータＭＧ１の回転数を正回転方向に増大させると、エンジンＥｎｇの回転数を引き上げることになり、またリングギヤＲやこれに連結されている出力ギヤのトルクを低下させることになるから、このような回転数やトルクの変化に起因してショックが生じないように、第１モータＭＧ１の回転数の増大勾配は予め定めた勾配（変化率）に設定されている。また、フラグＦは、第１モータＭＧ１の回転数の制御に伴う第２モータＭＧ２の制御の実行および停止を指示するフラグであり、その第２モータＭＧ２の制御は後述する。

ステップＳ３で第１モータＭＧ１の回転数を増大させた後、その絶対値と前述した振動回避回転数との差が閾値ｂを超えたか否かが判断される（ステップＳ４）。この閾値ｂは、第１モータＭＧ１の回転数が前述した共振域を高回転数側に外れたことを判定するためのものであり、前述した閾値ａより大きい値である。すなわち、これらの閾値ａ，ｂの間に所定のヒステリシスが設定され、ハンチングが生じないようになっている。こうして第１モータＭＧ１の回転数を共振の生じない回転数に増大させた後、フラグＦをゼロリセット（ステップＳ５）し、図１に示すルーチンを終了する。

図２に示す第２モータＭＧ２の制御について説明する。ＥＶ走行中の減速は、第２モータＭＧ２を発電機として機能させ、発電に伴う負トルクを減速トルクとして作用させる。一方、第１モータＭＧ１の回転数を上記のように正回転方向に増大させることに伴って慣性トルクが発生し、その慣性トルクが負トルク（減速トルク）として作用する。すなわち、第１モータＭＧ１の回転数を上記のように制御することにより減速度が増大することになる。このような減速度の増大を抑制するために、第２モータＭＧ２のトルクを制御する。図２において、先ず、フラグＦが「１」か否かが判断される（ステップＳ１１）。フラグＦが「０」であることによりステップＳ１１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図２のルーチンを一旦終了する。フラグＦが「１」に設定されていることによりステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、第１モータＭＧ１の回転数の変化量ΔＮが求められる（ステップＳ１２）。例えば、図２のルーチンを予め定めた一定時間ごとに繰り返し実行するとともに、その一定時間ごとに第１モータＭＧ１の回転数を読み込んで記憶し、前回値Ｎn-1 と今回値Ｎn との差として変化量ΔＮを算出すればよい。

ついで、第１モータＭＧ１の回転数の変化量ΔＮに基づいて第２モータＭＧ２のトルクの補正量を求める（ステップＳ１３）。第１モータＭＧ１の回転数を正回転方向に増大させることに伴う慣性トルクは、その変化量ΔＮとイナーシャモーメントとの積として求めることができる。そのイナーシャモーメントはパワートレーンの構成に基づいて予め求めておくことができる。そして、第１モータＭＧ１の回転数の変化に起因する慣性トルクと第２モータＭＧ２のトルク補正分とが等しくなるように、第２モータＭＧ２のトルクを求める。こうして算出されるトルク変化量が第２モータＭＧ２のトルク補正量である。そして、その補正量の絶対値を第２モータＭＧ２の現在のトルクから減算することにより第２モータＭＧ２のトルクが算出され、第２モータＭＧ２のトルクが制御される（ステップＳ１４）。ハイブリッド車がＥＶ走行状態で減速し、第２モータＭＧ２が回生トルク（負のトルク）を発生しているので、そのトルクを低下させて回生トルクを減じ、第１モータＭＧ１の回転数の増大に伴う負のトルクの増大分を相殺する。その後、図２のルーチンを一旦終了する。

上述した制御を行った場合の車速、第１モータＭＧ１のトルク、第１モータＭＧ１の回転数の変化を図３にタイムチャートで示してある。ＥＶ走行中に減速要求があって車速が次第に低下し、それに併せて第１モータＭＧ１の回転数が低下する。第１モータＭＧ１の回転数が前述した振動回避回転数の上限値程度もしくはそれ以下に低下すると（ｔ1 時点）、前述したステップＳ２で肯定的な判断が成立する。それに伴って第１モータＭＧ１のトルクが増大させられ、第１モータＭＧ１の回転数が次第に増大する。第１モータＭＧ１の回転数が振動回避回転数の上限値を超え、両者の回転数の差が前述した閾値ｂを超えると（ｔ2 時点）、第１モータＭＧ１のトルクの増大制御が中止され、第１モータＭＧ１のトルクが低下させられる。

したがって、この発明の制御装置による上記の制御によれば、ＥＶ走行中に停車に向けて減速している過程で、第１モータＭＧ１の回転数が共振回転数に近づくと、振動回避回転数域から抜けるように第１モータＭＧ１の回転数が正回転方向に増大させられる。その結果、共振あるいはこれに近い大きい振動が回避され、また歯打ち音などの騒音が防止もしくは抑制される。

この発明に係る制御装置は、ＥＶ走行状態での減速時に第１モータＭＧ１の回転数が共振を生じる回転数にならないように第１モータＭＧ１の回転数を制御する。この制御は、車両が停止するまで継続することが好ましく、車速あるいはリングギヤＲの回転数が「０」になるまで、あるいは所定の判断基準値より小さくなるまで、第１モータＭＧ１の回転数を増大させる制御を継続する。そして、車速あるいはリングギヤＲの回転数が「０」になり、あるいは所定の判断基準値より小さくなった場合に、第１モータＭＧ１の回転を止める。

図４には、減速時から停車して第１モータＭＧ１の回転を止めるまでの第１モータＭＧ１の回転数の回転数の変化を共線図で示してある。図４の（ａ）は前述したように、ＥＶ走行中あるいは減速時の動作状態を示している。減速に伴って第１モータＭＧ１の回転数が振動回避回転数の上限値を下回ることによりその回転数の増大制御を行った状態を図４の（ｂ）に示してある。この状態では、第１モータＭＧ１の回転数が正回転方向に増大し、かつエンジンＥｎｇの回転数が正回転方向に引き上げられている。こうして、第１モータＭＧ１の回転数が振動回避回転数域より高回転数に維持された状態でハイブリッド車が停車した状態を図４の（ｃ）に示してある。ハイブリッド車が停車する過程においても、第１モータＭＧ１の回転数が振動回避回転数域より高回転数に維持されるから、共振による振動の増大や歯打ち音の増大などが防止もしくは抑制される。そして、ハイブリッド車が停車した後、第１モータＭＧ１の回転が止められ、図４の（ｄ）に示すように、各モータＭＧ１，ＭＧ２、エンジンＥｎｇ、動力分割機構を構成している各回転要素の回転が止まる。その場合、ハイブリッド車は既に停車しているので、第１モータＭＧ１を迅速に止めることができる。したがって、その回転数の低下の過程で第１モータＭＧ１の回転数が振動回避回転数域に入るとしても短時間でその回転数域を抜け出るので、振動や歯打ち音などが悪化することを防止もしくは抑制することができる。

ここで上述した実施例における制御とこの発明との関係を簡単に説明すると、前述した図１に示すステップＳ３の制御がこの発明における第１制御に相当し、図２に示すステップＳ１３の制御がこの発明における第２制御に相当し、図４の（ｃ）から（ｄ）の状態に第１モータＭＧ１の回転数を変化させる制御がこの発明における第３制御に相当する。

Claims (1)

1. エンジンが出力した動力を動力分割機構によって第１モータ側と出力側とに分割し、第２モータが出力する動力を前記出力側に分割された動力に加減するように構成されたハイブリッド車の制御装置において、
   前記エンジンの運転を止めて前記第２モータの動力で走行している際に前記第１モータの回転数が予め定めた所定回転数にまで低下した場合に、前記第１モータに通電して第１モータの回転数を前記第２モータの回転方向で前記所定回転数より高回転数にする第１制御と、
   前記第１制御による前記第１モータの回転数の増大に合わせて前記第２モータのトルクを補正する第２制御と、
   前記ハイブリッド車が停止した後に前記第１モータの回転数をゼロにする第３制御と
   を行うように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。

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