JP2017178228A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が停止する過程で、トーショナルダンパの共振を回避できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置は、内燃機関の停止要求があると判定された場合に、クランク角を取得し（Ｓ２）、そのクランク角に対応した第１モータ・ジェネレータの指令トルクを算出し（Ｓ３）、算出された指令トルクを第１モータ・ジェネレータ６に指令する（Ｓ６）、共振回避制御を実施する。共振回避制御を開始する場合、指令トルクの大きさが所定範囲内か否かを判定し（ステップＳ５）、指令トルクの大きさが所定範囲内の場合に指令トルクを第１モータ・ジェネレータに指令して（Ｓ７）、共振回避制御を開始する。【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、内燃機関が出力するエンジントルクのトルク脈動と逆位相のモータトルクをモータ・ジェネレータから出力させて内燃機関のトルク脈動を抑制するものが知られている（特許文献１）。

特開平１１−８２０９４号公報

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。特許文献１の制御装置のように、内燃機関のトルク脈動と逆位相のモータトルクをモータ・ジェネレータから出力させてもトルク脈動の周波数を変更できないのでトーショナルダンパの共振を回避できないおそれがある。

そこで、本発明は、内燃機関が停止する過程でトーショナルダンパの共振を回避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。

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共振回避制御を実施可能であり、前記共振回避制御を開始する場合に、前記共振回避制御の開始時に前記モータ・ジェネレータが出力すべき前記モータトルクの大きさ又は前記共振回避制御の開始時における前記内燃機関のクランク角に基づいて前記モータトルクの出力の可否を判定するものである。

この制御装置によれば、内燃機関が停止要求に応じて停止する過程で、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モータ・ジェネレータから出力されるので、見かけ上、トーショナルダンパに入力されるトルクの周波数が変わる。これにより、内燃機関が停止する過程でトーショナルダンパに入力されるトルクの周波数が上昇して、トーショナルダンパの共振を回避することができる。そして、この共振回避制御を実施する場合には、その開始時にモータ・ジェネレータが出力すべきモータトルクの大きさ又はその開始時における内燃機関のクランク角に基づいてモータトルクの出力の可否が判定される。したがって、その判定条件を適宜設定することにより、過大なモータトルクが出力されることによってハンチングを引き起こしたり、かえって、車両振動が悪化したりす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。 共振回避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ルーチンの一例を示したフローチャート。 第２の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。 第３の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。 第４の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。

（第１の形態）
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。

本形態は、内燃機関３の停止過程で実施される第１モータ・ジェネレータ４の制御に特徴がある。まず、本形態の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、本形態の制御は、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。

以上の制御はＥＣＵ３０が図５の制御ルーチンを実行することにより実現される。図５の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は内燃機関３に対する停止要求があるか否かを判定する。停止要求はハイブリッドモードからＥＶモードへの切り替え時等の所定条件が成立した場合に発生する。停止要求がある場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。なお、停止要求があった場合、ＥＣＵ３０は図５のルーチンと並行して実施される不図示のルーチンに従って内燃機関３に対する停止制御を開始する。停止制御はフューエルカットを伴う周知のものであり詳細は省略する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０はクランク角センサ３６を参照して内燃機関３の現在のクランク角を取得する。ステップＳ３において、ＥＣＵ３０はステップＳ２で取得したクランク角に基づいて第１モータ・ジェネレータ４から出力させるべきモータトルク（指令トルク）を算出する。その算出方法は後述する。そして、ステップＳ４において、本ルーチンで実施される共振回避制御の実施状態を表示する状態フラグＡがＯＮかＯＦＦかを判定する。状態フラグＡがＯＮの場合は共振回避制御の実施中を意味し、状態フラグＡがＯＦＦの場合は共振回避制御の開始前を意味する。状態フラグＡがＯＮの場合はステップＳ６に進み、ＥＣＵ３０はステップＳ３で算出した指令トルクが出力されるように第１モータ・ジェネレータ４へトルク指令を行う。一方、状態フラグＡがＯＦＦの場合は、ステップＳ５に進み共振回避制御の開始の可否、つまり第１モータ・ジェネレータ４が出力すべきモータトルクの出力の可否を判断する。本形態では、ステップＳ３で算出した指令トルクの大きさが所定範囲内か否かを判断する。所定範囲はその指令トルクを第１モータ・ジェネレータ４に指令した場合に出力されるモータトルクが過大なものとならないように適宜設定される。

指令トルクの大きさが所定範囲内の場合はモータトルクが過大なものとならないのでステップＳ７に進み、ＥＣＵ３０はステップＳ３で算出した指令トルクが出力されるように第１モータ・ジェネレータ４へトルク指令を行って共振回避制御を開始する。そして、ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は状態フラグＡをＯＮに設定してステップＳ９に進む。一方、指令トルクの大きさが所定範囲外の場合は、その指令トルクを第１モータ・ジェネレータ４に指令するとモータトルクが過大となるので、そのような場合は共振回避制御の開始をディレーして処理をステップＳ２に戻す。

ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は、内燃機関３のエンジン回転数が所定範囲内か否かを判定する。この所定範囲は共振回避制御の終了を判定するために設定されている。エンジン回転数が所定範囲外の場合は共振回避制御を続行するため処理をステップＳ２に戻す。一方、エンジン回転数が所定範囲内の場合はステップＳ１０に進み、ＥＣＵ３０は共振回避制御を終了するとともに内燃機関３の停止制御を完了する。そして、ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は状態フラグＡをＯＦＦに設定してルーチンを終了する。

上述したステップＳ３におけるモータトルクの算出は、予めクランク角とモータトルクとが対応づけられたマップを利用して行われる。このマップは停止制御開始から終了までのクランク角毎のエンジントルクを予め調査した調査結果に基づいて作成され、ＥＣＵ３０に記憶されている。そして、このマップには、算出すべきモータトルクとして、あるクランク角のエンジントルクから１８０度位相がずれたエンジントルクに動力分割機構６のギア比を乗じて得たトルクがクランク角毎に対応づけられている。したがって、ステップＳ２で現在のクランク角を取得し、ステップＳ３でこのマップに基づいて現在のクランク角に応じた指令トルクを算出し、かつその指令トルクをステップＳ６又はステップＳ７で第１モータ・ジェネレータ４に指令する一連の処理を、ステップＳ９でトルク回避制御の終了が判定されるまで繰り返すことによって、停止制御中のエンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれたモータトルクが第１モータ・ジェネレータ４から出力される。これにより、内燃機関３が停止要求に応じて停止する過程で、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第１モータ・ジェネレータ４から出力されるので、見かけ上、トーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が４気筒の内燃機関の場合と同じ周波数にすることができる。これにより、内燃機関３が停止する過程でトーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が上昇して、トーショナルダンパ１７の共振を回避することができる。

そして、共振回避制御を開始する場合に、ステップＳ３で算出された指令トルクの大きさが所定範囲外の場合はその開始がディレーされるので、過大なモータトルクが第１モータ・ジェネレータ４から出力されることが回避される。これにより、過大なモータトルクが出力されることによってハンチングを引き起こしたり、かえって、車両振動が悪化したりすることを防止できる。

（第２の形態）
次に、図６を参照しながら、本発明の第２の形態を説明する。図６から明らかなように、第２の形態は第１の形態の図５の制御ルーチンにステップＳ２１を追加したものに相当する。それ以外の処理は第１の形態と同一であるので説明を省略する。また、第２の形態の物理的構成も第１の形態と同じであるので図１が適宜参照される。

第１の形態ではエンジン回転数が所定範囲内になっていることを共振回避制御の終了条件としているが、その条件の成立時における指令トルクが大きい状態で直ちに共振回避制御を終了してモータトルクを０にするとその終了前後でモータトルクの変化が過大となり車両振動が悪化する可能性がある。

そこで、第２の形態は、共振回避制御の終了条件が成立した後も、なお終了直前の指令トルクの大きさが所定範囲外である場合、ＥＣＵ３０は共振回避制御の終了をディレーして処理をステップＳ２に戻し、終了前後でモータトルクの変化が過大になることを回避する。この所定範囲は終了前後のモータトルクの変化として許容可能な範囲に適宜設定されている。第２の形態によれば、第１の形態と同じ効果を得ることができ、さらに共振回避制御の終了前後でモータトルクの変化が過大になることを回避できるので車両振動が悪化することを防止できる。

（第３の形態）
次に、図７を参照しながら、本発明の第３の形態を説明する。図７から明らかなように、第３の形態は第１の形態の制御ルーチンのステップＳ５の判定処理をステップＳ３１の判定処理に置き換えたものに相当する。それ以外の処理は第１の形態と同一であるので説明を省略する。また第３の形態の物理的構成も第１の形態と同じであるので図１が適宜参照される。

第１の形態では指令トルクの大きさを基準として共振回避制御の開始の可否を判断したが、第３の形態ではクランク角が所定範囲内にあるか否かを基準としてモータトルクの出力の可否を判定する。上述したように、指令トルクとクランク角とは算出マップにて対応付けられているため、クランク角を参照することによって指令トルクが過大となるか否かを判断できる。したがって、ステップＳ３１の所定範囲は、指令トルクが過大とならないクランク角の範囲として設定されている。

第３の形態によれば、第１の形態と同様に、内燃機関３が停止する過程でトーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が上昇して、トーショナルダンパ１７の共振を回避することができる。そして、共振回避制御を開始する場合に、クランク角が所定範囲外の場合はその開始がディレーされるので、過大なモータトルクが第１モータ・ジェネレータ４から出力されることが回避される。これにより、過大なモータトルクが出力されることによってハンチングを引き起こしたり、かえって、車両振動が悪化したりすることを防止できる。

（第４の形態）
次に、図８を参照しながら、本発明の第４の形態を説明する。図８から明らかなように、第４の形態は第３の形態の制御ルーチンにステップＳ４１を追加したものに相当する。それ以外の処理は第３の形態又は第１の形態と同一であるので説明を省略する。また第４の形態の物理的構成も第１の形態と同じであるので図１が適宜参照される。

第３の形態ではエンジン回転数が所定範囲内になっていることを共振回避制御の終了条件としているが、その条件の成立時における指令トルクが大きい状態で直ちに共振回避制御を終了してモータトルクを０にするとその終了前後でモータトルクの変化が過大となり、車両振動が悪化する可能性がある。

そこで、第４の形態は、共振回避制御の終了条件が成立した後も、なお終了直前のクランク角が所定範囲外である場合、ＥＣＵ３０は共振回避制御の終了をディレーして処理をステップＳ２に戻し、終了前後でモータトルクの変化が過大になることを回避する。この所定範囲は終了前後のモータトルクの変化として許容可能な範囲に適宜設定されている。

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、本発明の共振回避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共振回避制御を実施可能であり、
   前記共振回避制御を開始する場合に、前記共振回避制御の開始時に前記モータ・ジェネレータが出力すべき前記モータトルクの大きさ又は前記共振回避制御の開始時における前記内燃機関のクランク角に基づいて前記モータトルクの出力の可否を判定する、ハイブリッド車両の制御装置。

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