JP2017178227A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を停止する過程で、クランク角をフィードバックする際にゲインを低下させる制御と、トーショナルダンパの共振を回避する制御とを両立可能な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、内燃機関の停止要求があった場合に、クランク角をフィードバックする際にゲインを低下させる第１制御と、トーショナルダンパの共振を回避する第２制御とを実施可能であり、停止に至る過程の内燃機関の回転数が共振回転数域Ａｒに進入する場合に第１制御を開始して第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２に変更してから第２制御を開始し、その後、停止に至る過程の内燃機関の回転数が共振回転数域Ａｒから脱出する場合に第２制御を終了してから第１制御を終了して第２ゲインＫ２から第３ゲインＫ３に変更する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関とモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置に関する。

ハイブリッド車両の制御装置として、内燃機関の停止制御でクランク角をフィードバック制御する際に、エンジン回転数が駆動系の共振回転数帯を含む回転数範囲内ではその範囲外で用いられる第１ゲインや第３ゲインよりも小さな第２ゲインを使用してハンチングを抑える制御装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１１−２１９０１９号公報

ところで、４気筒以下の内燃機関は５気筒以上の内燃機関に比べてトルク脈動の周波数が減少するため、停止過程でエンジントルクが入力されるトーショナルダンパが共振する問題があった。このような内燃機関の共振を回避する制御と上述した特許文献１の制御とを同時に実施すると、ハンチングや過大なトルク入力による車両振動等が悪化するおそれがあり、これらの制御をどのように両立させるかを検討する余地がある。

そこで、本発明は、内燃機関を停止する過程で、クランク角をフィードバックする際にゲインを低下させる制御と、トーショナルダンパの共振を回避する制御とを両立可能な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。

本発明の制御装置は、４気筒以下の内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、前記内燃機関のエンジントルクがトーショナルダンパを介して伝達経路に伝達され、かつ前記モータ・ジェネレータのモータトルクが前記伝達経路に伝達されるハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の停止要求があった場合に前記内燃機関が停止に至る過程で前記モータ・ジェネレータを操作することにより前記内燃機関のクランク角をフィードバック制御するハイブリッド車両の制御装置において、前記内燃機関の停止要求があった場合に、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記トーショナルダンパの共振回転数域に属する期間に前記フィードバック制御の制御ゲインを第１ゲインから前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに変更する第１制御と、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域に属する期間に前記内燃機関のエンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれた同周期のモータトルクが出力されるように前記モータ・ジェネレータを制御する第２制御とをそれぞれ実施可能であり、かつ、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域に進入する場合に前記第１制御を開始して前記第１ゲインから前記第２ゲインに変更してから前記第２制御を開始し、その後、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域から脱出する場合に前記第２制御を終了してから前記第１制御を終了して前記第２ゲインから前記第２ゲインよりも大きい第３ゲインに変更するものである。

この制御装置によれば、停止に至る過程の内燃機関の回転数が共振回転数域に進入する場合に第１制御及び第２制御のそれぞれの開始時期が重ならないので、第１制御の第１ゲインから第２ゲインへの変更に伴ってモータ・ジェネレータが出力する制振トルクと、第２制御の開始によりモータ・ジェネレータが出力する制振トルクとの合計が過大になることを防止できる。そして、停止に至る過程の内燃機関の回転数が共振回転数域から脱出する場合においても、共振回転数域に進入する場合と同様に、第１制御及び第２制御のそれぞれの終了時期が重ならないので、第２制御の終了に伴うモータ・ジェネレータが出力する制振トルクと、第１制御の第２ゲインから第３ゲインへの変更に伴ってモータ・ジェネレータが出力する制振トルクとの合計が過大になることを防止できる。

本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示した図。 第２制御の制御内容を示した図。 ４気筒内燃機関の行程とエンジントルクとを示した図。 シミュレーション結果を示したタイミングチャート。 本発明の一形態に係る制御内容を示した図。 本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。内燃機関３は２つの気筒２を備えた直列２気筒の火花点火型の内燃機関として構成されている。内燃機関３は２気筒の４ストローク１サイクルエンジンであるので、各気筒２の点火間隔はクランク角で３６０度に設定されている。

内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは伝達経路Ｔｐに設けられた動力分割機構６に連結されている。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。ステータ４ａはケース１０に固定されている。第１モータ・ジェネレータ４は動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はケース１０に固定されたステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。第１モータ・ジェネレータ４は本発明に係るモータ・ジェネレータに相当する。

動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構６は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネットキャリアＣとを有している。内燃機関３が出力するエンジントルクは伝達経路Ｔｐに設けられた動力分割機構６のプラネットキャリアＣにトーショナルダンパ１７を介して伝達される。

第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂは動力分割機構６のサンギアＳに連結されている。動力分割機構６からリングギアＲを介して出力されたトルクは出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０から出力されたトルクは各種の伝達機構を介して不図示の駆動輪に伝達される。

車両１の各部の制御はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、第１モータ・ジェネレータ４の回転角度に応じた信号を出力する第１レゾルバ３１の出力信号と、第２モータ・ジェネレータ５の回転角度に応じた信号を出力する第２レゾルバ３２の出力信号と、アクセルペダル３４の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３３の出力信号と、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３５の出力信号と、内燃機関３のクランク角に対応する信号を出力するクランク角センサ３６の出力信号とがそれぞれ入力される。

ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３３の出力信号と車速センサ３５の出力信号とを参照して運転者が要求する要求駆動力を計算し、その要求駆動力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。

また、内燃機関３の停止からの再始動時の振動を抑制するため、ＥＣＵ３０は内燃機関３の停止時のクランク角が所定のクランク角となるように第１モータ・ジェネレータ４を操作する停止制御を実施する。この停止制御は内燃機関３の停止要求があった場合に内燃機関３が停止に至る過程で第１モータ・ジェネレータ４を操作して内燃機関３のクランク角をフィードバック制御する。より具体的には、ＥＣＵ３０は、内燃機関３が停止に至る過程でクランク角センサ３６による測定値と予め設定されたクランク角の目標値との偏差に制御ゲインを乗じて制御量を算出し、その制御量を第１モータ・ジェネレータ４に指令することにより停止に至る各段階でクランク角が目標値に一致するように制御する。

本形態は、内燃機関３の停止過程で実施される上述したフィードバック制御で使用する制御ゲインを変更する第１制御と、トーショナルダンパ１７との共振を回避するための第２制御とを同時に実施する場合において、これらの制御の開始時期及び終了時期を制御することに特徴がある。

ここで、第２制御に関する基本的事項について図２及び図３を参照しながら説明する。図２には、内燃機関３の各気筒２の行程、内燃機関３からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルク、第１モータ・ジェネレータ４からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルク、及びこれらの入力トルクを合成した合成トルクのクランク角に応じた変化が１サイクル示されている。なお、図２及び図３においては、実機の細かなトルク変動や各気筒のトルクのばらつき等を捨象した模式的なトルク波形として示されている。

図２に示したように、内燃機関３の各気筒２の行程は図示の通りであり、＃１気筒と＃２気筒との間の点火間隔はクランク角で３６０度である。内燃機関３からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクは図示のように変化し、各気筒２の膨張行程で正のピークを、各気筒２の圧縮行程で負のピークをそれぞれ有し、これらのピーク間の入力が０となる不連続なトルクの波形Ｔｅとなる。この波形Ｔｅは内燃機関３が出力するエンジントルクのトルク脈動に相当する。

一方、第２制御は、エンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれた同周期のモータトルクを第１モータ・ジェネレータ４から出力させる。そのため、第１モータ・ジェネレータ４からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクは図示の通り波形Ｔｅに対して１８０度位相がずれた波形Ｔｍとなる。

これらの波形Ｔｅ及び波形Ｔｍを合成した波形Ｔｃは連続的となり、トーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が内燃機関３のエンジントルクだけが入力される場合と比べて上昇する。つまり、見かけ上、図３に示した４気筒内燃機関のエンジントルクのトルク波形と同等となる。

本形態の場合、内燃機関３が停止する過程において所定のエンジン回転数でエンジントルクの周波数がトーショナルダンパ１７の共振点を通るが、図２に示した第２制御を実施してトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクの周波数が上昇することでトーショナルダンパ１７の共振点を避けることができる。そのため、内燃機関３が停止する過程でトーショナルダンパ１７の共振を回避できる。これにより、図４の実線で示したように、本形態の制御を実施しない破線の比較例と比べて、内燃機関３の停止直前のトーショナルダンパ１７のねじれ角の増加が抑制される。

ここで、上述した第１制御と第２制御とを同時に実施する場合に行われる制御の概要を図５に基づいて説明する。停止要求後に停止に至る過程の内燃機関３の回転数Ｎｅは、上述したクランク角のフィードバック制御の実施により時間経過とともに徐々に低下していき最終的には回転数Ｎｅが０になって内燃機関３の停止が完了する。共振回転数域Ａｒはエンジントルクの周波数がトーショナルダンパ１７の共振点に一致する回転数が含まれる範囲として設定されている。期間ＴＡは停止に至る過程の内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒに属している期間を意味する。

内燃機関３の回転数Ｎｅが時刻ｔ１で共振回転数域Ａｒの上限ａに達すると、フィードバック制御で使用される制御ゲインが第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２に変更される。但し、第１ゲインＫ１＞第２ゲインＫ２である。時刻ｔ１の後の時刻ｔ２において、共振を回避するための第２制御が停止（ＯＦＦ）から開始（ＯＮ）に切り替えられる。つまり、停止に至る過程の内燃機関３の回転数Ｎｅが共振回転数域Ａｒに進入する場合は、第１制御が開始されて制御ゲインが第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２に変更されてから、第２制御が開始される。

その後、回転数Ｎｅが時刻ｔ３で共振回転数域Ａｒの下限ｂに達すると第２制御が停止（ＯＦＦ）される。そして、時刻ｔ４の後の時刻ｔ５において、第１制御の制御ゲインが第２ゲインＫ２から第３ゲインＫ３に変更される。但し、第２ゲインＫ２＜第３ゲインＫ３であり、第３ゲインＫ３は第１ゲインＫ１と同じでも異なっていても構わない。これにより、停止に至る過程の内燃機関３の回転数Ｎｅが共振回転数域Ａｒから脱出する場合は、第２制御が終了してから第１制御が終了して制御ゲインが第２ゲインＫ２から第３ゲインＫ３に変更される。

これにより、停止に至る過程の内燃機関３の回転数Ｎｅが共振回転数域Ａｒを通過する際に、第１制御及び第２制御のそれぞれの開始時期と終了時期とが重なることを回避できる。これにより、各制御の開始時期及び終了時期に第１モータ・ジェネレータ４から出力される制振トルクの合計が過大になることを防止できる。

以上の制御はＥＣＵ３０が図６の制御ルーチンを実行することにより実現される。図６の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており、内燃機関３の停止要求があり上述したフィードバック制御が開始された後に実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は、内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒ内か否かを判定する。内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒ内にある場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ６に進む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は第１制御の制御ゲインとして第１ゲインＫ１が使用されているか否かを判定する。第１ゲインＫ１が使用されている場合はステップＳ３に、そうでない場合は処理をステップＳ１に戻す。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は第１制御の制御ゲインを第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２に変更する。ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は第２制御が開始前であるか否か、つまり第２制御がＯＦＦか否かを判定する。第２制御がＯＦＦの場合はステップＳ５に進み、そうでない場合は処理をステップＳ１に戻す。これにより、停止に至る過程の内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒに進入する際に、第１制御が開始されて第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２に変更されてから第２制御が開始される。

ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は第２制御を開始（ＯＮ）し、処理をステップＳ１に戻す。ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は第２制御が開始後であるか否か、つまり第２制御がＯＮか否かを判定する。第２制御がＯＮの場合はステップＳ７に進み、そうでない場合は以後のステップＳ７〜ステップＳ９をスキップしてステップＳ１０に進む。

ステップＳ７において、ＥＣＵ３０は第２制御を終了する。ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は第１制御の制御ゲインとして第２ゲインＫ２が使用されているか否かを判定する。第２ゲインＫ２が使用されている場合はステップＳ９に進み、そうでない場合はステップＳ９をスキップしてステップＳ１０に進む。

ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は第１制御の制御ゲインを第２ゲインＫ２から第３ゲインＫ３に変更する。これにより、停止に至る過程の内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒから脱出する場合に第２制御が終了してから第１制御が終了して制御ゲインが第２ゲインＫ２から第３ゲインに変更される。

ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０は内燃機関３の回転数がその停止完了を判定するための所定値以下か否かを判定し、回転数が所定値以下の場合はステップＳ１１に停止完了処理を行ってルーチンを終了する。回転数が所定値以下でない場合は処理をステップＳに戻す。

本形態によれば、停止に至る過程の内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒに進入する場合に第１制御及び第２制御のそれぞれの開始時期が重ならないので、第１制御の第１ゲインＫ１から第２ゲインＫ２への変更に伴って第１モータ・ジェネレータ４が出力する制振トルクと、第２制御の開始により第１モータ・ジェネレータ４が出力する制振トルクとの合計が過大になることを防止できる。そして、停止に至る過程の内燃機関３の回転数が共振回転数域Ａｒから脱出する場合においても、共振回転数域Ａｒに進入する場合と同様に、第１制御及び第２制御のそれぞれの終了時期が重ならないので、第２制御の終了に伴う第１モータ・ジェネレータ４が出力する制振トルクと、第１制御の第２ゲインＫ２から第３ゲインＫ３への変更に伴って第１モータ・ジェネレータ４が出力する制振トルクとの合計が過大になることを防止できる。これにより、２つの制御を同時に実施する場合に制振トルクが過大になることを抑制できるので、第１制御と第２制御とを両立することが可能となる。

本発明は上記の各形態に限定されず、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。本発明の適用対象としては、図１に示した形態のハイブリッド車両に限らない。例えば、一つのモータ・ジェネレータが内燃機関に直結された形態のハイブリッド車両に対しても本発明を適用できる。また、上記形態では４気筒以下の内燃機関として２気筒の内燃機関を対象としているが、本発明は２気筒以外の内燃機関、すなわち１気筒の内燃機関、３気筒の内燃機関及び４気筒の内燃機関を対象として実施することも可能である。これらの２気筒以外の内燃機関であっても、本発明の第２制御の実施により見かけ上のエンジントルクのトルク波形が変わるのでトーショナルダンパの共振を回避できる可能性がある。もっとも、本発明は２気筒の内燃機関を対象とすることが最も好ましい。

１ ハイブリッド車両
３ 内燃機関
４ 第１モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
１７ トーショナルダンパ
３０ ＥＣＵ
Ｔｐ 伝達経路

Claims (1)

1. ４気筒以下の内燃機関とモータ・ジェネレータとを備え、前記内燃機関のエンジントルクがトーショナルダンパを介して伝達経路に伝達され、かつ前記モータ・ジェネレータのモータトルクが前記伝達経路に伝達されるハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の停止要求があった場合に前記内燃機関が停止に至る過程で前記モータ・ジェネレータを操作することにより前記内燃機関のクランク角をフィードバック制御するハイブリッド車両の制御装置において、
   前記内燃機関の停止要求があった場合に、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記トーショナルダンパの共振回転数域に属する期間に前記フィードバック制御の制御ゲインを第１ゲインから前記第１ゲインよりも小さい第２ゲインに変更する第１制御と、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域に属する期間に前記内燃機関のエンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれた同周期のモータトルクが出力されるように前記モータ・ジェネレータを制御する第２制御とをそれぞれ実施可能であり、かつ、
   停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域に進入する場合に前記第１制御を開始して前記第１ゲインから前記第２ゲインに変更してから前記第２制御を開始し、その後、停止に至る過程の前記内燃機関の回転数が前記共振回転数域から脱出する場合に前記第２制御を終了してから前記第１制御を終了して前記第２ゲインから前記第２ゲインよりも大きい第３ゲインに変更するハイブリッド車両の制御装置。

Images