JP2017190029A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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悠太 塚田
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悠 宮原
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昌宏 藤本
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Abstract

【課題】内燃機関を停止する過程で、捩れ角変動低減制御とクランク角位置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】内燃機関の停止要求があった場合に、停止に至る過程の内燃機関の回転数がトーショナルダンパの共振回転数域Ａｒを脱出するまでは、クランク角位置制御を実施せずに捩れ角変動低減制御を実施し、停止に至る過程の内燃機関の回転数が共振回転数域Ａｒを脱出した後は、捩れ角変動低減制御を実施せずに内燃機関の停止が完了するまでクランク角位置制御を実施する。【選択図】図５Ｃ

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、例えば、内燃機関を停止させる際にトーショナルダンパの捩れによる復元力にて発生するダンパトルクが、停止過程の内燃機関のトルク脈動を打ち消す方向に作用するようにモータ・ジェネレータを操作して捩れ角変動の増幅を抑える捩れ角変動低減制御を実施するものが知られている（特許文献１）。また、内燃機関の停止後の再始動時における振動を抑制するため、モータ・ジェネレータを操作することによって所定のクランク角で内燃機関が停止するようにクランク角をフィードバック制御するクランク角位置制御が行われる場合がある（例えば、特許文献２）。
国際公開第２０１４／１６２４７１号 特開２０１１−２１９０１９号公報
内燃機関の停止過程で実施される上述した捩れ角変動低減制御及びクランク角位置制御はいずれもモータ・ジェネレータの操作を伴う。そのため、内燃機関の停止過程で、これらの制御を同時に実施すると、モータ・ジェネレータから出力されるモータトルクがこれらの制御の狙いから外れてしまい、これらの制御を両立できないおそれがある。
そこで、本発明は、内燃機関を停止する過程で、捩れ角変動低減制御とクランク角位置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、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・ジェネレータを制御することにより前記トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減する捩れ角変動低減制御と、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クランク角位置制御と、を実施可能であり、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を脱出するまでは、前記クランク角位置制御を実施せずに前記捩れ角変動低減制御を実施し、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を脱出した後は、前記捩れ角変動低減制御を実施せずに前記内燃機関の停止が完了するまで前記クランク角位置制御を実施するものである（請求項１）。
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を脱出する前後で、捩れ角変動低減制御の実施とクランク角位置制御の実施とが切り替えられるため、これらの制御が同時に実施されることが回避される。これにより、それぞれの制御で狙ったモータトルクをモータ・ジェネレータから出力させることができるので、内燃機関の停止過程においてこれらの制御を両立できる。
捩れ角変動低減制御は、トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減できるものであればどのような制御でも構わない。例えば、前記内燃機関として、４気筒以下の内燃機関が設けられ、前記捩れ角変動低減制御として、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・ジェネレータを操作する第１制御を実施してもよい（請求項２）。この態様によれば、第１制御の実施により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。これにより、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り、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するので、トーショナルダンパの共振を回避できる。したがって、トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減できる。
また、前記捩れ角変動低減制御として、前記トーショナルダンパの捩れによる復元力にて発生するダンパトルクが前記内燃機関のエンジントルクのトルク脈動を打ち消す方向に作用するように、前記モータ・ジェネレータを操作する第２制御を実施してもよい（請求項３）。この態様によれば、ダンパトルクがエンジントルクのトルク脈動を打ち消す方向に作用するため、ダンパトルクとエンジントルクとが合成されたトルクの振幅を抑えることができる結果、トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減できる。
以上説明したように、本発明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を脱出する前後で、捩れ角変動低減制御の実施とクランク角位置制御の実施とを切り替えてこれらの制御が同時に実施されることが回避されるので、内燃機関の停止過程においてこれらの制御を両立できる。
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。 捩れ角変動低減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。 内燃機関が停止に至るまでに捩れ角変動低減制御だけを実施した場合の各パラメータの時間的変化を示した図。 内燃機関が停止に至るまでにクランク角位置制御だけを実施した場合の各パラメータの時間的変化を示した図。 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。
（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。
（捩れ角変動低減制御）
ＥＣＵ３０は内燃機関３の停止過程での騒音を抑制するため、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を制御することによりトーショナルダンパ１７の捩れ角の変動を低減する捩れ角変動低減制御を実施する。本形態では、捩れ角変動低減制御として、トーショナルダンパ１７との共振を回避する第１制御を実施する。第１制御は内燃機関３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第１モータ・ジェネレータ４を操作するものである。
ここで、捩れ角変動低減制御の一例である第１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１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１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の捩れ角の増加が抑制される。
（クランク角位置制御）
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を操作するクランク角位置制御を実施する。このクランク角位置制御は内燃機関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、上述した捩れ角変動低減制御とクランク角位置制御とを内燃機関３の停止過程で実施する際の制御内容に特徴がある。図５Ａ及び図５Ｂは、内燃機関３が停止に至るまでのクランク角、第１モータ・ジェネレータ４のモータトルク、及びエンジン回転数の時間的変化を示している。図５Ａは内燃機関３が停止に至るまでに捩れ角変動低減制御だけを実施した場合を、図５Ｂは内燃機関３が停止に至るまでにクランク角位置制御だけを実施した場合をそれぞれ示している。本形態の制御は、停止要求後に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を脱出する前後で、捩れ角変動低減制御の実施とクランク角位置制御の実施とを切り替えている。つまり、内燃機関３の回転数Ｎｅが共振回転数域Ａｒを脱出する前までは図５Ａに示した捩れ角変動低減制御を実施し、内燃機関３の回転数Ｎｅが共振回転数域Ａｒを脱出した後は、内燃機関３の停止が完了するまで捩れ角変動低減制御を実施せずにクランク角位置制御を実施する。
これにより、捩れ角変動低減制御とクランク角位置制御とが同時に実施されることが回避される。したがって、それぞれの制御で狙ったモータトルクを第１モータ・ジェネレータ４から出力させることができるので、内燃機関３の停止過程でこれらの制御を両立できる。その結果、トーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が抑えられることによって騒音の発生を抑制しつつ、停止に至る内燃機関３のクランク角を所定のクランク角に制御できる。
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、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の停止要求の有無を判定する。停止要求は車両１の停車時や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６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フューエルカットを含む停止制御を開始する。
ステップＳ２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Ｓ３に進み、そうでない場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は捩れ角変動低減制御が開始前であるか、つまり捩れ角変動低減制御が停止中か否かを判定する。捩れ角変動低減制御が停止中の場合はステップＳ４に進み、そうでない場合は処理をステップＳ２に戻す。ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は、捩れ角変動低減制御を開始して処理をステップＳ２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から脱出するまで捩れ角変動低減制御が実施される。
ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は捩れ角変動低減制御が実施中か否かを判定する。捩れ角変動低減制御が実施中の場合はステップＳ６に進んで捩れ角変動低減制御を終了する。一方、捩れ角変動低減制御が実施中でない場合はステップＳ６〜ステップＳ８をスキップしてステップＳ９に進む。
ステップＳ７において、ＥＣＵ３０はクランク角位置制御が停止中か否かを判定する。クランク角位置制御が停止中の場合はステップＳ８に進んでクランク角位置制御を開始する。一方、クランク角位置制御が停止中でない場合はステップＳ８をスキップしてステップＳ９に進む。
ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は内燃機関３が停止完了したか否かを判定する。停止完了か否かは例えば内燃機関３の回転数が０になったことを条件として判定してよい。内燃機関３が停止完了した場合はステップＳ１０に進んで、クランク角位置制御を終了する。これにより、共振回転数域を脱出した後に、内燃機関３の停止が完了するまでクランク角位置制御が実施される。内燃機関３が停止完了してない場合は処理をステップＳ２に戻す。
本形態によれば、内燃機関３が停止に至る過程で、捩れ角変動低減制御とクランク角位置制御とが同時に実施されることが回避されるので、それぞれの制御で狙ったモータトルクを第１モータ・ジェネレータ４から出力させることができる。これにより、内燃機関３の停止過程でこれらの制御を両立できるため、トーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が抑えられることによって騒音の発生を抑制しつつ、停止に至る内燃機関３のクランク角を所定のクランク角に制御できる。
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は、捩れ角変動低減制御の内容が第１の形態と異なることを除いて第１の形態と同じである。したがって、車両の物理的構成については図１が参照され、捩れ角変動低減制御及びクランク角位置制御の実施時期の制御については図６が参照される。
第２の形態は、捩れ角変動低減制御として、トーショナルダンパ１７の捩れによる復元力にて発生するダンパトルクが内燃機関３のエンジントルクのトルク脈動を打ち消す方向に作用するように、第１モータ・ジェネレータ４を操作する第２制御を実施する。トーショナルダンパ１７が捩れた場合、その捩れによる復元力によって内燃機関３のクランク軸３ａ（図１参照）にダンパトルクが付与される。そのダンパトルクの向きがエンジントルクのトルク脈動の向きと一致すると、トーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が増幅される。したがって、本形態のＥＣＵ３０は、ダンパトルクがエンジントルクのトルク脈動を打ち消す方向に作用するように第１モータ・ジェネレータ４を操作することによって、トーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が増幅することを抑制している。
本形態においても、ＥＣＵ３０が図６の制御ルーチンを実行することにより、捩れ角変動低減制御とクランク角位置制御とが同時に実施されることが回避されるので、それぞれの制御で狙ったモータトルクを第１モータ・ジェネレータ４から出力できる。したがって、第１の形態と同様に、捩れ角変動低減制御とクランク角位置制御とを両立できる。
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・ジェネレータがトーショナルダンパを介して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。
上記各形態では、捩れ角変動低減制御として第１制御及び第２制御を例示したがこれらに限定されない。トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減可能な制御であれば、第１制御又は第２制御とは異なる制御を捩れ角変動低減制御として実施してもよい。
上記各形態では、２気筒の内燃機関を備えたハイブリッド車両を対象としているが、内燃機関の気筒数に格別の制限はない。もっとも、捩れ角変動低減制御として第１制御を実施する形態の場合には、４気筒以下の内燃機関を対象とすることが好ましく、特に２気筒の内燃機関が最も好ましい。
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 (3)

  1. 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・ジェネレータを制御することにより前記トーショナルダンパの捩れ角の変動を低減する捩れ角変動低減制御と、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クランク角位置制御と、を実施可能であり、
    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を脱出するまでは、前記クランク角位置制御を実施せずに前記捩れ角変動低減制御を実施し、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を脱出した後は、前記捩れ角変動低減制御を実施せずに前記内燃機関の停止が完了するまで前記クランク角位置制御を実施する、ハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記内燃機関として、４気筒以下の内燃機関が設けられ、
    前記捩れ角変動低減制御として、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・ジェネレータを操作する第１制御を実施する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
  3. 前記捩れ角変動低減制御として、前記トーショナルダンパの捩れによる復元力にて発生するダンパトルクが前記内燃機関のエンジントルクのトルク脈動を打ち消す方向に作用するように、前記モータ・ジェネレータを操作する第２制御を実施する、請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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