JP2017007616A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ走行時の振動やそれに起因するノイズの発生を防止もしくは抑制することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供すること。【解決手段】エンジンの運転を止めて第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクで走行している際に前記第１モータの回転数が所定回転数域内になった場合は、要求駆動力に対する前記第１モータのトルク分担比率を増やすことにより前記第１モータの出力トルクを増大させ（ステップＳ５）、増大後の前記第１モータの出力トルクが前記要求駆動力を超過する場合には、前記要求駆動力を超過するトルクに相当する分を前記第２モータで回生する（ステップＳ６，Ｓ７）。【選択図】図２

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両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、および、エンジンの出力軸の回転を選択的に止めて固定するブレーキ機構を備えているハイブリッド車両を制御する装置に関するものである。

特許文献１には、バッテリの蓄電状態にかかわらず、モータからのトルクにより遊星歯車機構の歯打ち音の発生を抑制することを目的としたハイブリッド車両が記載されている。この特許文献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を作用させ、それによって、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には、エンジンの動作点および電動機の動作点を決定する際に、電動機ノイズあるいはギヤノイズの発生を抑制することを目的としたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この特許文献２に記載された制御装置は、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するように構成されている。

特開２０１２−９１６４５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両では、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。また、例えばワンウェイクラッチやブレーキ機構など、エンジンの出力軸の回転を選択的に止める機構を設ければ、エンジンの回転を止めた状態で第１モータおよび第２モータをそれぞれ逆方向に回転させてトルクを出力させることにより、それら第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクによって高出力のモータ走行を行うことができる。その場合、エンジンの回転は止められ、第１モータは、要求駆動力に対する第１モータのトルク分担比率（第１モータで分担するトルクと第２モータで分担するトルクの比）に応じた回転数で回転する。要求駆動力が低下した場合やモータ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、ハイブリッド車両が走行している際の回転数よりも低い回転数に設定されている。そのため、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、上記のように、第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクで走行している場合には、第１モータや動力分割機構の回転数は、要求駆動力に対する第１モータのトルク分担比率で決まる回転数になるので、前述した特許文献１や特許文献２に記載されているような制御を行うことができない。そのため、共振が発生してしまい、その際の振動によって歯車の歯打ち音が発生し、車両のドライバビリティが損なわれてしまう可能性があった。

この発明は上記のような技術的課題に着目して考え出されたものであり、モータ走行時に歯車の歯打ち音の発生を防止もしくは抑制することの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、エンジンの出力トルクを動力分割機構によって第１モータ側と駆動軸側とに分割し、第２モータの出力トルクを前記駆動軸側に分割されたトルクに付加するように構成され、前記第１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルクで走行する際に前記エンジンの出力軸の回転を止めるブレーキ機構を備えたハイブリッド車両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１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルク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域内になった場合は、要求駆動力に対する前記第１モータのトルク分担比率を増やすことにより前記第１モータの出力トルクを増大させ、増大後の前記第１モータの出力トルクが前記要求駆動力を超過する場合には、前記要求駆動力を超過するトルクに相当する分を前記第２モータで回生する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両の制御装置である。

この発明で制御対象とする構成のハイブリッド車両においては、第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクで走行している状態では、第１モータは、要求駆動力や車速ならびに要求駆動力に対する第１モータのトルク分担比率に応じた回転数で回転する。その場合に、この発明によれば、例えば要求駆動力が低下するあるいは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モータの回転数が所定回転数域内になると、その際の要求駆動力に対する第１モータのトルク分担比率が増やされ、第１モータの出力トルクが増大させられる。第１モータの出力トルクを増大させることにより、動力分割機構における歯車の歯面に所定の面圧を作用させることができる。すなわち、いわゆる歯車のがた詰めを行うことができる。したがって、所定回転数域として共振回転数域あるいはこれに近い回転数域を設定しておくことにより、共振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、例えば要求駆動力が低いために、第１モータの出力トルクを増大したことにより、出力トルクが要求駆動力を超過する場合には、その超過するトルクに相当する分で第２モータが回生制御される。そのため、第１モータの出力トルクが要求駆動力を超過したとしても、第２モータで回生されることにより相殺され、車両は要求駆動力の通りの実駆動力で走行する。したがって、要求駆動力が低い場合であっても、共振やそれに起因する歯打ち音などのノイズを適切に低減することができる。

この発明の制御装置による制御を実行した場合の第１モータおよび第２モータならびに動力分割機構の動作状態を説明するための共線図である。 この発明の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。 図２のフローチャートで示す制御を実行した場合の第１モータのトルク分担比率および回転数の変化を説明するためのタイムチャートである。

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両は、エンジンおよび発電機能のある２つのモータ（モータ・ジェネレータ）を駆動力源とし、エンジンが出力した動力を第１モータと駆動軸側とに分割する動力分割機構を備えている。また、エンジンの運転を停止して第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクによって走行する際に、エンジンの出力軸の回転を止めるブレーキ機構を備えている。例えば、特開２０１３−１８９０４８の［図２］に記載されているように、エンジンの出力軸と動力分割機構との間に、ワンウェイクラッチが設けられている。あるいは、特開２０１５−２０４８４の［図１］に記載されているように、エンジンの出力軸と動力分割機構との間に、出力軸の回転を選択的に止めて固定するブレーキが設けられている。このハイブリッド車両における動力分割機構は、例えばシングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されている。その場合、サンギヤに第１モータが連結され、キャリアにエンジンが連結されている。リングギヤが出力部材となっていて、所定の減速ギヤ列を介してデファレンシャルギヤおよび駆動軸に連結されている。そして、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アに伝達される動力は、リングギヤ（駆動軸側）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、その反力トルクを動力分割機構の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モータがトルクを出力する。そして、その第２モータの出力トルクが駆動力に付加される。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、駆動力に加算される。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。モータが出力する動力だけ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。さらに、この発明で制御対象とするハイブリッド車両では、エンジンの出力軸の回転を選択的に止めるブレーキ機構を備えていることにより、第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクによる高出力で高効率のモータ走行（両駆動）が可能である。この両駆動のモータ走行では、第１モータがモータとして負方向（エンジンの出力軸の回転方向と逆方向）に回転してトルクを出力するように制御される。また、第２モータがモータとして正方向に回転してトルクを出力するように制御される。そして、それら第１モータの出力トルクおよび第２モータの出力トルクによって発生させた駆動力で車両Ｖｅが走行させられる。この場合、ワンウェイクラッチの作用により、あるいはブレーキが係合されることにより、エンジンの出力軸の回転が止められる。したがって、エンジンの出力軸および動力分割装置の遊星歯車機構におけるキャリアの回転が止められて固定された状態で、第１モータおよび第２モータの両方の出力トルクによって、高出力でかつ効率良く車両をモータ走行させることができる。

上記のような両駆動のモータ走行状態を、図１の（ａ）に、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１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はキャリア、Ｅｎｇはキャリア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。ハイブリッド車両に対する走行抵抗が図１の（ａ）に下向きの力（白抜きの矢印）で示すように作用する。これに対抗する駆動トルクを、図１の（ａ）に上向きの正トルク（実線の矢印）で示すように第２モータＭＧ２が出力すると共に、図１の（ａ）に下向きの正トルク（実線の矢印）で示すように第１モータＭＧ１が出力することにより、ハイブリッド車両が前進走行する。この状態では、エンジンＥｎｇおよびキャリアＣがブレーキ機構によりその回転が停止されており、サンギヤＳおよび第１モータＭＧ１は、リングギヤＲおよび第２モータＭＧ２とは反対の方向（負回転方向）に回転するように第１モータＭＧ１が制御される。

モータ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、キャリア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１の（ａ）に示す状態から車速が低下すると、図１の（ｂ）に示す状態のように、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、モータ走行の状態でハイブリッド車両の車速が低下する場合、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、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、第１モータＭＧ１および第２モータＭＧ２の両方の出力トルクでモータ走行する場合に、第１モータＭＧ１および第２モータＭＧ２に対して以下に説明する制御を実行するように構成されている。

図１はその制御を説明するためのフローチャートであって、ハイブリッド車両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、ハイブリッド車両の走行状態（走行モード）が、両駆動のモータ走行（ＥＶ走行）中である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、そ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。

ハイブリッド車両の走行状態が両駆動のモータ走行でないことにより、このステップＳ１で否定的に判断された場合は、特に以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。それに対して、ハイブリッド車両の走行状態が両駆動のモータ走行であることにより、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、第１モータＭＧ１の回転数の絶対値と予め定めた共振回避回転数との差が、閾値ａよりも小さいか否かが判断される。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。共振回避回転数は、共振域（振動回転数域）を含む所定回転数域を規定している最大回転数である。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ため、実験やシミュレーションなどによって共振域を求めることができる。また、所定回転数域は、第１モータＭＧ１の回転数が共振域に近づいたことを確実に判定するために、上記の共振域に所定の回転数幅を持たせて設定した判定閾値である。したがって、その所定回転数域の最大回転数を共振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、所定回転数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ための閾値として予め定めた値である。

第１モータＭＧ１の回転数の絶対値と共振回避回転数との差が閾値ａ以上であることにより、このステップＳ２で否定的に判断された場合は、ステップＳ１に戻り、従前と同様に、ハイブリッド車両が両駆動のモータ走行中であるか否かが判断される。それに対して、第１モータＭＧ１の回転数の絶対値と共振回避回転数との差が閾値ａよりも小さいことにより、ステップＳ２で肯定的に判断された場合には、ステップＳ３へ進む。

ステップＳ３では、指示ＭＧ１トルクが基準トルクαよりも小さいか否かが判断される。指示ＭＧ１トルクは、第１モータＭＧ１に対して要求される出力トルクの指示値である。基準トルクαは、第１モータＭＧ１の出力トルクを増大することによる歯車のがた詰めを行うために必要な第１モータＭＧ１の出力トルクの下限値として予め定めた値である。したがって、指示ＭＧ１トルクが基準トルクα以上である場合は、その指示ＭＧ１トルクを第１モータＭＧ１で出力することにより、歯車のがた詰めを行って歯打ち音の発生を抑制することができる。そのため、指示ＭＧ１トルクが基準トルクα以上であることにより、このステップＳ３で否定的に判断される場合は、特に以降の制御を実行することなく、このルーチンを一旦終了する。それに対して、指示ＭＧ１トルクが基準トルクαよりも小さいことにより、ステップＳ３で肯定的に判断される場合には、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、要求駆動力（要求駆動トルク）が基準トルクβよりも大きいか否かが判断される。基準トルクβは、第１モータＭＧ１のトルク分担比率が１００％の状態での両駆動のモータ走行時に、第１モータＭＧ１で出力可能な出力トルクの上限値として予め定めた値である。すなわち、第１モータＭＧ１のみで出力可能な最大トルクである。

要求駆動トルクが基準トルクβよりも大きいことにより、このステップＳ４で肯定的に判断された場合は、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、第１モータＭＧ１のトルク分担比率が、比率γに変更される。具体的には、図３のタイムチャートに示すように、時刻ｔ１で第１モータＭＧ１の回転数の絶対値が共振回避回転数よりも小さくなると、第１モータＭＧ１のトルク分担比率が、通常時に設定される規定値よりも大きい比率γに増やされる。そして、そのトルク分担比率γに基づいて、第１モータＭＧ１および第２モータＭＧ２がそれぞれ制御される。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。

なお、比率γに増大された第１モータＭＧ１のトルク分担比率は、その後、図３のタイムチャートに示すように、第１モータＭＧ１の回転数の絶対値が所定回転数域外になった後に、時刻ｔ２で通常時の規定値に戻される。あるいは、両駆動のモータ走行が終了されることによって０％に設定される。

一方、要求駆動トルクが基準トルクβ以下であることにより、上述のステップＳ４で否定的に判断された場合には、ステップＳ６およびステップＳ７へ進む。

ステップＳ６では、指示ＭＧ１トルクが、超過トルクΔに変更される。超過トルクΔは、図１の（ｂ）に下向きの正トルク（破線の矢印）で示すように、要求駆動トルクに対して、第１モータＭＧ１の出力トルクを増大することによる歯車のがた詰めを行うために必要なトルクを加えた第１モータＭＧ１の出力トルクの指示値である。そして、その超過トルクΔに基づいて、第１モータＭＧ１が制御される。

上記のステップＳ６の制御に続いて、もしくは、ステップＳ６の制御と同時に、ステップＳ７では、指示ＭＧ２トルクが、「要求駆動トルクと、超過トルクΔに所定のギヤ比をかけた値との差」として求めた値に変更される。すなわち、上記の過剰トルクに相当するトルクが、第２モータＭＧ２に対する出力トルクの指示値として設定される。そして、その出力トルクの指示値に基づいて、第２モータＭＧ２が制御される。この場合、上記の「要求駆動トルクと、超過トルクΔに所定のギヤ比をかけた値との差」は、必然的に負の値になる。したがって、図１の（ｂ）に下向きの回生トルク（破線の矢印）で示すように、第２モータＭＧ２は回生制御される。

上記のステップＳ６およびステップＳ７では、第１モータＭＧ１の出力トルクだけで要求駆動トルクを達成してもなお歯車のがた詰めが不十分である場合に、第１モータＭＧ１で要求駆動トルクを超過する過剰トルクを加えたトルク（すなわち、超過トルクΔ）を出力することにより、歯車のがた詰めが行われる。その際の過剰トルクに相当する分は、第２モータＭＧ２で回生することにより相殺される。したがって、結局、要求駆動トルクに即した駆動トルクでハイブリッド車両をモータ走行させることができる。

ステップＳ６およびステップＳ７で第１モータＭＧ１および第２モータＭＧ２がそれぞれ制御されると、その後、このルーチンを一旦終了する。

上記のように、この発明の制御装置によれば、両駆動のモータ走行中に、車速が低下することなどに起因して、第１モータＭＧ１の回転数が、共振域を含む所定回転数域に入ると、もしくは共振域に近づくと、共振に起因する歯車の歯打ち音が発生することを回避するために、歯車のがた詰めが行われるように、第１モータＭＧ１のトルク分担比率が増やされる。その結果、共振に起因する歯車の歯打ち音を抑制することができる。

また、第１モータＭＧ１の出力トルクだけで要求駆動トルクを達成してもなお歯車のがた詰めが十分でない場合であっても、要求駆動トルクに、その要求駆動トルクを超過する超過トルクΔ（すなわち、要求駆動トルクに過剰トルクを加えたトルク）を第１モータＭＧ１で出力すると共に、上記の過剰トルクに相当する分を第２モータＭＧ２で回生することにより、要求駆動力を適正に満たしつつ、歯車のがた詰めが適正に行われる。そのため、要求駆動力が低い場合であっても、共振やそれに起因する歯打ち音などのノイズを適切に低減することができる。

Claims (1)

1. エンジンの出力トルクを動力分割機構によって第１モータ側と駆動軸側とに分割し、第２モータの出力トルクを前記駆動軸側に分割されたトルクに付加するように構成され、前記第１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルクで走行する際に前記エンジンの出力軸の回転を止めるブレーキ機構を備えたハイブリッド車両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１モータおよび前記第２モータの両方の出力トルク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域内になった場合は、要求駆動力に対する前記第１モータのトルク分担比率を増やすことにより前記第１モータの出力トルクを増大させ、
   増大後の前記第１モータの出力トルクが前記要求駆動力を超過する場合には、前記要求駆動力を超過するトルクに相当する分を前記第２モータで回生する
   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両の制御装置。

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