JP2018079890A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両において発生する振動や異音を好適に抑制する。
【解決手段】車両制御装置は、動力源としての内燃機関と、内燃機関にトーショナルダンパを介して接続されたインプットシャフト及び電動機とを備える車両を制御する。車両制御装置は、インプットシャフト又は電動機の回転数を検出する検出手段と、検出された回転数と、所定の目標回転数との差分を打ち消す制振トルクを算出する算出手段と、内燃機関による触媒暖機中は、内燃機関の動作点を変更することなく、電動機から制振トルクを出力させる共振回避制御を実行し、触媒暖気中でない場合には、共振回避制御を実行しない制御手段とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば内燃機関及び電動機を動力要素として備える車両を制御する車両制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、車両における振動や異音の発生を抑制しようとするものが知られている。例えば特許文献１では、内燃機関の初爆から回転数が安定するまでの期間おいて、インプットシャフトの回転変動が負の値であり、且つインプットシャフトの回転数がエンジン回転数未満である場合に、モータから制振トルクを出力して、振動や異音の発生を抑制するという技術が提案されている。また特許文献２では、タッピングノイズが検出された場合や、触媒暖機制御が行われている場合に、内燃機関の出力低下、共振帯回避制御、点火遅角制御を実施することで、Ｔ／Ａ（トランスアクスル）内で発生する異音を抑制するという技術が提案されている。

特開２０１３−０７１６７４号公報 特開２０１５−０８３４０９号公報

車両における振動や異音は、内燃機関が運転開始直後でない場合（例えば、アイドル運転時）にも発生し得る。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、内燃機関の初爆から回転数が安定するまでの期間における制振トルクの設定方法しか示されておらず、それ以外の条件で適切な制振トルクを設定することができない。

また、特許文献２では、内燃機関の動作点を変化させることで異音を抑制することが記載されているが、触媒暖気中の内燃機関の動作点については、最低回転数や暖機性能、振動抑制等の条件を考慮して決定されているため、安易に動作点を変更することはできない。よって、特許文献２に記載されている技術では、異音の発生を抑制できたとしても、その他の要求条件が満たされず、新たな不都合が発生してしまうおそれがある。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、車両において発生する振動や異音を好適に抑制することが可能な車両制御装置を提供することを課題とする。

本発明の車両制御装置は上記課題を解決するために、動力源としての内燃機関と、前記内燃機関にトーショナルダンパを介して接続されたインプットシャフト及び電動機とを備える車両を制御する車両制御装置であって、前記インプットシャフト又は前記電動機の回転数を検出する検出手段と、前記検出された回転数と、所定の目標回転数との差分を打ち消す制振トルクを算出する算出手段と、（ｉ）前記内燃機関による触媒暖機中は、前記内燃機関の動作点を変更することなく、前記電動機から前記制振トルクを出力させる共振回避制御を実行し、（ｉｉ）前記触媒暖気中でない場合には、前記共振回避制御を実行しない制御手段とを備える。

本発明に係る車両制御装置によれば、共振回避制御によって、インプットシャフト又は電動機の実回転数と目標回転数との差分を打ち消す制振トルクが電動機から出力されるため、内燃機関の動作点を変更することなく、共振に由来する振動や歯打ち音の発生を抑制できる。共振回避制御は、触媒暖気中にのみ実行されるため、内燃機関の緩慢燃焼時における共振帯を回避できることに加え、触媒暖気中以外（例えば、アイドリング時）に共振回避制御が実行されてしまうことで、通常では回避する必要のない他の共振帯での共振が発生してしまうことを抑制できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。 実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る車両制御装置による共振回避制御の判定動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態に係る車両制御装置による共振回避制御の流れを示すフローチャートである。 インプットシャフト又はモータジェネレータＭＧ１の実回転数及び目標回転数を用いた制振トルクの算出方法を示す概念図である。 共振ピークの低周波数化及び新たに生ずる問題点を示すグラフである。 共振回避制御を実行する場合の共振ピークの変化を示すグラフである。 共振回避制御を実行しない場合の共振ピークの変化を示すグラフである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜ハイブリッド車両の構成＞
まず、本実施形態に係る車両制御装置が搭載されるハイブリッド車両の構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、回転数センサ１３及びＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備えて構成されている。

ＥＣＵ１００は、「車両制御装置」の一具体例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read only memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２に供給する。また、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する。バッテリ１２は充電可能な二次電池であり、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２の回生等によって発生した電力を充電することができる。バッテリ１２の蓄電量は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。

回転数センサ１３は、ハイブリッド車両１のインプットシャフト又はモータジェネレータＭＧ１の回転数を検出可能に構成されたセンサである。回転数センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたインプットシャフト又はモータジェネレータＭＧ１の回転数は、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図２に示すように、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、ＭＧ１側動力伝達機構３１０、ＭＧ２側動力伝達機構３２０、トーショナルダンパ４１０、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、インプットシャフト４２０及びドライブシャフト５００を備えて構成されている。

エンジン２００は、「内燃機関」の一具体例であり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するガソリンエンジンである。エンジン２００は、気筒内において燃焼室に点火プラグの一部が露出してなる点火装置による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。

エンジン２００は、トーショナルダンパ４１０及びインプットシャフト４２０を介して、ＭＧ１側動力伝達機構３１０に動力を出力可能に構成されている。インプットシャフト４２０の回転数は、上述した回転数センサ１３において検出される構成となっている。

ＭＧ１側動力伝達機構３１０は、中心部に設けられたサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支するキャリアＣ１とを備えている。サンギヤＳ１は、サンギヤ軸を介してＭＧ１のロータに連結されている。また、リングギヤＲ１は、ドライブシャフト５００に連結されている。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００のインプットシャフト４２０と連結されている。

ＭＧ２側動力伝達機構３２０は、中心部に設けられたサンギヤＳ２と、サンギヤＳ２の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ２と、サンギヤＳ２とリングギヤＲ２との間に配置されてサンギヤＳ２の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ２とを備えている。サンギヤＳ２は、サンギヤ軸を介してＭＧ２のロータに連結されている。また、リングギヤＲ２は、ドライブシャフト５００に連結されている。

モータジェネレータＭＧ１は、「電動機」の一具体例であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。本実施形態に係るモータジェネレータＭＧ１は特に、後述する制振トルクを出力することが可能に構成されている。

モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。

尚、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。

ドライブシャフト５００は、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（図１参照）と連結されている。

＜車両制御装置の構成＞
次に、本実施形態に係る車両制御装置の一具体例であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。

図３に示すように、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、回転数取得部１１０と、制振トルク算出部１２０と、出力制御部１３０とを備えて構成されている。

回転数取得部１１０は、「検出手段」の一具体例であり、回転数センサ１３の出力信号からインプットシャフト４２０又はＭＧ１の回転数を取得可能に構成されている。回転数取得部１１０で取得されたインプットシャフト４２０又はＭＧ１の回転数に関する情報は、制振トルク算出部１２０に出力される構成となっている。

制振トルク算出部１２０は、「算出手段」の一具体例であり、回転数取得部１１０で取得されたインプットシャフト４２０又はＭＧ１の回転数（以下、適宜「実回転数」と称する）と、予め設定された目標回転数との差分に応じて制振トルクを算出する。制振トルクの具体的な算出方法については後述する。制振トルク算出部１２０で算出された制振トルクに関する情報は、出力制御部１３０に出力される構成となっている。

出力制御部１３０は、「制御手段」の一具体例であり、制振トルク算出部１２０で算出された制振トルクを出力するようにＭＧ１を制御することが可能に構成されている。出力制御部１３０は、常に制振トルクを出力するようにＭＧ１を制御するのではなく、後述する条件を満たした場合にのみ、制振トルクを出力するようにＭＧ１を制御する。

上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

＜車両制御装置の動作＞
次に、本実施形態に係る車両制御装置の動作について説明する。

まずは、制振トルクを出力する制御である共振回避制御を実行するか否かを判定するための動作（以下、適宜「判定動作」と称する）について、図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る車両制御装置による共振回避制御の判定動作の流れを示すフローチャートである。

図４に示すように、本実施形態に係る車両制御装置による判定動作時には、まず触媒暖機中であるかが判定される（ステップＳ１０１）。尚、触媒暖気中とは、排気経路に設置された触媒（図示せず）を暖機するための制御が実行されている状態を意味している。触媒暖機については既存の技術であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

触媒暖機中であると判定されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、共振回避制御ＯＮ（即ち、共振回避制御が実行される状態）となる（ステップＳ１０２）。一方で、触媒暖機中でないと判定されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、すでに共振回避制御ＯＮとなっているか否かが判定される（ステップＳ１０３）。触媒暖機中でないにもかかわらず、共振回避制御ＯＮとなっている場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、共振回避制御ＯＦＦ（即ち、共振回避制御が実行されない状態）に変更される（ステップＳ１０４）。一方で、共振回避制御ＯＮとなっていない場合（即ち、共振回避制御ＯＦＦとなっている場合）には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、特に処理は実行されず、そのまま共振回避制御ＯＦＦが維持される。

以上のような判定動作により、本実施形態に係る共振回避制御は、触媒暖機中にのみ実行されることになる。尚、判定動作は、一連の処理が終了してから所定期間経過後に再び最初から開始されることにより、定期的に繰り返し実行されるものである。

次に、車両制御装置が実行する共振回避制御について、図５を参照して詳細に説明する。図５は、実施形態に係る車両制御装置による共振回避制御の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、上述した判定動作（図４参照）によって共振回避制御ＯＮとなっている場合には、回転数取得部１１０によって、インプットシャフト４２０又はＭＧ１の実回転数が取得される（ステップＳ２０１）。

その後、制振トルク算出部１２０によって、制振トルクが算出される（ステップＳ２０２）。以下では、ここで、制振トルクの算出方法について、図６を参照して具体的に説明する。図６は、インプットシャフト又はＭＧ１の実回転数及び目標回転数を用いた制振トルクの算出方法を示す概念図である。

図６に示すように、インプットシャフト４２０又はＭＧ１の実回転数は、ハイブリッド車両１に要求されている駆動力に応じたＤＣ成分（即ち、一定な成分）に加えて、エンジン２００の燃焼状態に起因する変動分であるＡＣ成分（即ち、上下する成分）を含んでいる。

一方で、インプットシャフト４２０又はＭＧ１の目標回転数は、ＤＣ成分のみを含む（即ち、ＡＣ成分を含まない）値である。目標回転数は、実回転数のＤＣ成分に相当する値として設定されている。このため、インプットシャフト４２０又はＭＧ１の実回転数と目標回転数との差分を算出すると、ＡＣ成分のみが残る。即ち、本来は不要であるエンジン２００の燃焼状態に起因する変動分だけが抽出される。

制振トルクは、このようにして算出されたＡＣ成分を打ち消すトルク（例えば、逆位相のトルク）として算出される。

図５に戻り、制振トルクが算出されると、出力制御部１３０により制振トルクを出力するようにＭＧ１が制御される（ステップＳ２０３）。以上で、共振回避制御の一連の処理は終了となるが、判定動作によって、共振回避制御ＯＮとなっている間は、上述したステップＳ１０１からＳ１０３の処理は繰り返し実行される。

尚、本実施形態では、触媒暖機中であるか否かを予め判定してから、制振トルクを算出する処理を行っているが、制振トルクを算出した後に触媒暖機中であるか否かを判定して、算出した制振トルクを実際に出力するか否かを決定するようにしてもよい。

＜実施形態の効果＞
次に、本実施形態に係る車両制御装置の動作によって発揮される技術的効果について、図７から図９を参照して具体的に説明する。図７は、共振ピークの低周波数化及び新たに生ずる問題点を示すグラフである。図８は、共振回避制御を実行する場合の共振ピークの変化を示すグラフである。図９は、共振回避制御を実行しない場合の共振ピークの変化を示すグラフである。

図７に示すように、上述した共振回避制御を実行すると、エンジン２００の動作点を変更することなく、共振ピークの低周波数化を実現することができる。具体的には、振動の伝達感度が最大となる周波数を低く変更することができる。これにより、図中のシーンＡに対応するエンジン２００のトルク変動周波数（例えば、回転０．５次周波数）と共振ピークとが互いに重なってしまうことで、ハイブリッド車両１に振動が発生したり、トランスアクスル内で異音（例えば、タッピングノイズ）が発生したりすることを抑制できる。

尚、エンジン２００の動作点を一時的に変更することでも共振ピークを避けることが可能であるが、触媒暖機中は、最低回転数や暖機性能、振動抑制等を考慮してエンジン２００の動作点が決定されているため、たとえ一時的な変更であっても、予期せぬ不具合を発生させてしまうおそれがある。これに対し、本実施形態の共振回避制御は、エンジン２００の動作点の変更を伴わないため、上述した不具合の発生を防止しつつ、振動や異音の発生を抑制できる。

また、共振ピークの低周波数化については、例えばＭＧ１の回転変動を固定する制御（所謂、スカイフック制御）や、トーショナルダンパ４１０の低剛性化等、ハードウェアの構成を変更することでも実現できる。

しかしながら、ハードウェアの構成を変化させてしまうと、低周波数化した共振ピークは元に戻すことができない。すると、図７を見ても分かるように、例えばシーンＡでの回転０．５次周波数との重なりを回避できたとしても、シーンＢでの回転０．５次周波数との重なりを回避できなくなってしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態の共振回避制御は、触媒暖機中（例えば、シーンＡに相当）にのみ実行されるため、これら複数の状況において、好適に振動や異音の発生を抑制することができる。

具体的には、図８に示すような触媒暖機中（シーンＡの場合）には、共振回避制御が実行され、共振ピークが低周波数化される。このため、シーンＡでの回転０．５次周波数と共振ピークとが重なってしまうことを回避でき、結果として振動や異音の発生が抑制される。

一方、図９に示すような触媒暖機中以外（シーンＢの場合）では、共振回避制御が実行されないため、共振ピークは低周波数化されない。このため、シーンＢでの回転０．５次周波数と共振ピークとが重なってしまうことを回避でき、結果として振動や異音の発生が抑制される。

以上説明したように、本実施形態に係る車両制御装置によれば、触媒暖機中である場合に共振回避制御が実行され、触媒暖機中でない場合には共振回避制御が実行されないため、いずれの状況においても好適に振動や異音の発生を抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ ハイブリッド車両
１０ ハイブリッド駆動装置
１１ ＰＣＵ
１２ バッテリ
１３ 回転数センサ
１００ ＥＣＵ
１１０ 回転数取得部
１２０ 制振トルク算出部
１３０ 出力制御部
２００ エンジン
３１０ ＭＧ１側動力伝達機構
３２０ ＭＧ２側動力伝達機構
４１０ トーショナルダンパ
４２０ インプットシャフト
５００ ドライブシャフト
ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ

Claims (1)

1. 動力源としての内燃機関と、前記内燃機関にトーショナルダンパを介して接続されたインプットシャフト及び電動機とを備える車両を制御する車両制御装置であって、
   前記インプットシャフト又は前記電動機の回転数を検出する検出手段と、
   前記検出された回転数と、所定の目標回転数との差分を打ち消す制振トルクを算出する算出手段と、
   （ｉ）前記内燃機関による触媒暖機中は、前記内燃機関の動作点を変更することなく、前記電動機から前記制振トルクを出力させる共振回避制御を実行し、（ｉｉ）前記触媒暖気中でない場合には、前記共振回避制御を実行しない制御手段と
   を備えることを特徴とする車両制御装置。

Images