JP2019093883A

JP2019093883A - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP2019093883A
Application number: JP2017224575A
Authority: JP
Inventors: 晴輝竹本; Haruki Takemoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-22
Also published as: JP7052314B2

Abstract

【課題】電気自動車モードで発生し得る騒音を抑制でき、または当該騒音の他の騒音に対する突出量を低減できる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、電気自動車モードの実施中に、車両１が高トルク低加速度条件を充足した状態で、第２モータ・ジェネレータ４の強制力周波数が駆動系のねじり共振を発生させる周波数となる共振発生域内で、第２モータ・ジェネレータ４が運転される場合、内燃機関２が始動されるように内燃機関２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機及び内燃機関を備えた車両に適用される制御装置に関する。

内燃機関を備えた車両に発生する騒音を低減するため、内燃機関の強制力周波数が駆動系のねじり共振周波数と一致しないように内燃機関の回転数を変更する車両の制御装置が知られている（特許文献１）。また、内燃機関の強制力周波数が駆動系のねじり共振周波数と一致した場合にエンジントルクの変動周期を変更する車両の制御装置も知られている（特許文献２）。

特開２００６−１０５３８６号公報特開２００６−１３７３９５号公報

内燃機関の他に電動機が搭載された車両では、電動機の出力を駆動系に伝達して走行する電気自動車モードが実施される。電気自動車モードの実施中に電動機の強制力周波数が駆動系のねじり共振周波数に一致すると共振を励起し騒音が発生する。電気自動車モードが実施される車両は電動機の回転速度が車速によって一意に決定されることが多い。したがって、このような場合には共振を回避するために車速を維持しながら電動機の回転速度を変更できず騒音を抑制できないおそれがある。

そこで、本発明は、電気自動車モードで発生し得る騒音を抑制でき、または当該騒音の他の騒音に対する突出量を低減できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る車両の制御装置は、電動機と内燃機関とを備えた車両に適用され、前記電動機の出力を駆動系に伝達して走行する電気自動車モードが実施されるように前記電動機及び前記内燃機関を制御する車両の制御装置であって、前記電気自動車モードの実施中に、前記車両が所定基準に対してトルクが高くかつ加速度が低い高トルク低加速度条件を充足した状態で、前記電動機の強制力周波数が前記駆動系のねじり共振を発生させる周波数となる共振発生域内で前記電動機が運転される場合、前記内燃機関が停止中のときには前記内燃機関が始動され、かつ前記内燃機関が運転中のときには前記内燃機関の回転数が上昇するように、前記内燃機関を制御するものである。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を模式的に示した図。騒音が発生するモータ・ジェネレータの動作点を示した図。第１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１の形態）
図１に示すように、車両１は、内燃機関２と、第１及び第２のモータ・ジェネレータ３、４とを備えたハイブリッド車両として構成されている。内燃機関２は複数の例えば４つの気筒を備えた火花点火型の内燃機関として構成されている。第１及び第２モータ・ジェネレータ３、４は三相交流型のモータ・ジェネレータとして構成されている。

内燃機関２及び第１モータ・ジェネレータ３は遊星歯車機構として構成された動力分割機構５に連結されている。内燃機関２の動力は動力分割機構５によって分割され、分割された動力の一方が第１モータ・ジェネレータ３による発電に利用され、残りの動力は動力分割機構５から出力される。第１モータ・ジェネレータ３は発電機として機能することが多いが、内燃機関２を始動する際のモータリング等にも利用される。

動力分割機構５と駆動輪７との間の動力伝達経路には第２モータ・ジェネレータ４と変速機構８とが設けられている。第２モータ・ジェネレータ４は動力分割機構５の出力軸５ａと一体回転するように連結される。第２モータ・ジェネレータ４は、内燃機関２だけでは不足する動力の補助、電気自動車モード（以下、ＥＶモードという。）の実施及び車両減速時に発電する回生制御の実施等に利用される。

動力分割機構５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５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、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。ピニオンＰはサンギアＳ及びリングギアＲのそれぞれに噛み合っている。サンギアＳ、リングギアＲ及びプラネットキャリアＣは互いに差動回転可能である。本形態では、動力分割機構５のプラネットキャリアＣに内燃機関２が連結され、サンギアＳに第１モータ・ジェネレータ３が連結され、リングギアＲに出力軸５ａに連結される。

変速機構８は４段変速の自動変速機として構成され、動力分割機構５の出力軸５ａに結合される入力軸８ａと、ディファレンシャル機構９に連結されたプロペラ軸１０に結合される出力軸８ｂとを備えている。

動力分割機構５及び第２モータ・ジェネレータ４から出力される動力は変速機構８で変速されてプロペラ軸１０に伝達される。プロペラ軸１０に伝達された動力はディファレンシャル機構９にて左右の駆動輪７に分配される。

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）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は内燃機関２及び各モータ・ジェネレータ３、４等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ２０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ２０には、第１モータ・ジェネレータ３の回転角度に応じた信号を出力する第１レゾルバ２１の出力信号と、第２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２レゾルバ２２の出力信号と、不図示のアクセルペダル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２３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２４の出力信号と、内燃機関２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２５の出力信号と、車両１の加速度に応じた信号を出力する加速度センサ２６の出力信号と、がそれぞれ入力される。

ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２３の出力信号と車速センサ２４の出力信号とを参照して運転者が車両１に対して要求する要求パワーを計算し、その要求パワー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２の熱効率が低下する運転領域では内燃機関２の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ４を力行するＥＶモードが実施される。また、内燃機関２だけではトルクが不足する場合は、内燃機関２とともに第２モータ・ジェネレータ４を走行用駆動源とするハイブリッドモードが実施される。ＥＶモードを実施する車両１は、第２モータ・ジェネレータ４の出力が、変速機構８、プロペラ軸１０、ディファレンシャル機構９、及びドライブ軸９ａを含む駆動系ＰＴに伝達されて走行可能となる。

図２に示したように、ＥＶモード実施時における第２モータ・ジェネレータ４の動作点Ｍｐはモータ回転数とモータトルクとで定義される運転領域Ａｒ内に設定される。第２モータ・ジェネレータ４の動作点Ｍｐが共振発生域Ｆａ内に入ると、第２モータ・ジェネレータ４のトルクリップル等を原因とした振動が起振源となって駆動系ＰＴがねじり共振する。駆動系ＰＴのねじり共振は、第２モータ・ジェネレータ４の強制力周波数が駆動系ＰＴに固有のねじり共振周波数を含む周波数範囲Ｘａ内となるような動作点Ｍｐで運転されることにより発生する。したがって、共振発生域Ｆａは、駆動系ＰＴのねじり共振の発生の有無を、例えば実機試験やシミュレーション等で調べることにより特定できる。共振発生域Ｆａ内に動作点Ｍｐが停滞すると、駆動系ＰＴのねじり共振による騒音が問題となる。車両１の加速度が高い場合は共振発生域Ｆａに動作点Ｍｐが留まる時間が短く発生する騒音が継続しないため問題となりにくい。

なお、第２モータ・ジェネレータ４の強制力周波数Ｈｍｇ２［Ｈｚ］は、次式１で定義される。

Ｈｍｇ２＝Ｎｍｇ２／６０×ｎ ……１
ここで、Ｎｍｇ２はモータ回転数［ｒｐｍ］であり、ｎは強制力次数であり、例えば２４次や４８次のものである。

ＥＣＵ２０は、駆動系ＰＴのねじり共振を原因とした上述した騒音を抑制するため、例えば図３に示した制御ルーチンを実施する。このルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており適時に読み出されて実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ２０車両１がＥＶモードの実施中か否かを判定する。ＥＶモードの実施中の場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ５に進んで通常制御を実施してルーチンを終了する。なお、本形態のＥＶモードは内燃機関２の運転が停止された状態で実施される。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２０は第２モータ・ジェネレータ４のモータトルクＴｍｇ２が所定値Ｔｔ以上で、かつ車両１の加速度Ｇが所定値Ｇｔ以下であるか否かを判定する。モータトルクＴｍｇ２は、例えば、図３の制御ルーチンと並行して実行される第２モータ・ジェネレータ４の動作制御ルーチン（不図示）で使用されるモータトルクＴｍｇ２を読み出すことにより取得される。また、車両１の加速度Ｇは、ＥＣＵ２０が加速度センサ２６の出力信号を参照することにより取得される。ステップＳ２で規定された条件は高トルク低加速度条件の一例である。ステップＳ２の条件を充足した場合はステップＳ３に進み、そうでない場合はステップＳ５に進んで通常制御を実施してルーチンを終了する。

上記条件の所定値Ｔｔに関し、モータトルクが低トルクの場合は第２モータ・ジェネレータ４の強制振動のエネルギーが小さく駆動系ＰＴのねじり共振が問題とならない。したがって、所定値Ｔｔは、例えば、駆動系ＰＴのねじり共振を励起し得るモータトルクの範囲の下限値として設定される。具体的には、図２に示した共振発生域Ｆａのモータトルクの下限値が所定値Ｔｔに該当する。また、所定値Ｇｔに関し、車両１の加速度Ｇが高加速度の場合は、動作点Ｍｐが上述した共振発生域Ｆａに停滞せず、たとえ動作点Ｍｐが共振発生域Ｆａに進入しても速やかに共振発生域Ｆａを抜けるため騒音が問題となりにくい。したがって、例えば、所定値Ｇｔは、騒音の発生が問題となる時間を調査し、その時間以内で共振発生域Ｆａを抜ける加速度を特定することにより設定できる。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２０は、ねじり共振条件が成立したか否かを判定する。ここでは、ねじり共振条件として、第２モータ・ジェネレータ４のモータ回転数ｘがｘ１＜ｘ＜ｘ２の条件を満たし、かつ所定時間Ｔｘ以上停滞することが一例として設定されている。換言すれば、第２モータ・ジェネレータ４の動作点が共振発生域Ｆａ（図２）に、所定時間Ｔｘ以上停滞することである。図２に示したように、上記の閾値ｘ１及び閾値ｘ２は、共振発生域Ｆａのモータ回転数の下限値及び上限値にそれぞれ相当する。ステップＳ３のねじり共振条件が成立した場合は、ステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ５に進み通常制御を実施してルーチンを終了する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２０は、ＥＶモードの実施中であるために停止中であった内燃機関２を始動して処理をステップＳ１に戻す。

（本形態の効果）
本形態によれば、図３のステップＳ２の判定処理において高トルク低加速度条件を充足した状態で、かつステップＳ３の判定処理においてねじり共振条件が成立した場合に、ステップＳ４で内燃機関２が始動される。内燃機関２が始動されると、内燃機関２のトルクの一部が動力分割機構５の出力軸５ａに伝達される。これにより、車両１の出力を維持しつつ第２モータ・ジェネレータ４のモータトルクを低下させることができる。したがって、第２モータ・ジェネレータ４の動作点Ｍｐを共振発生域Ｆａから出すことができる。よって、駆動系ＰＴのねじり共振を回避できるから、ねじり共振による騒音を抑制できる。さらに、内燃機関２の始動によって暗騒音が増加するので、ねじり共振による騒音の突出量を低減できる。また、高トルク低加速度条件を充足した状態でねじり共振条件の成否を判定しているので、共振発生域Ｆａを短時間で通過して騒音が問題となりにくい高加速度の場合には内燃機関２の始動が行われない。そのため、車両１の加速度を考慮せずに始動制御を実施する場合と比べて内燃機関の始動に伴う燃費悪化を低減できる。

（第２の形態）
次に、図４を参照しながら第２の形態を説明する。第２の形態は図４の処理を除いて第１の形態と共通する。よって、第２の形態の物理的構成については図１が参照される。図４の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており、適時に読み出されて実行される。

図４と図３とを比較すれば明らかなように、ステップ２２を除いて図４の制御ルーチンは図３の制御ルーチンと同じである。すなわち、ステップＳ２１の処理は図３のステップＳ１と同じであり、ステップＳ２３〜ステップＳ２５の処理は図３のステップＳ３〜ステップＳ５の処理と同じである。そのため、ここでは、図３の制御ルーチンと共通する処理の説明を省略し、ステップＳ２２の処理について説明する。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ２０は車両１の登坂角度θが所定値θｔ以上か否かを判定する。登坂角度θは、例えば、ＥＣＵ２０が加速度センサ２６の出力信号に基づいて計算することにより取得される。ステップＳ２２で規定された条件は高トルク低加速度条件の他の一例である。ステップＳ２２の条件を充足した場合はステップＳ２３に進み、そうでない場合はステップＳ２５に進んで通常制御を実施してルーチンを終了する。

上記条件の所定値θｔに関し、車両１の登坂角度θが大きくなるほど高トルクかつ低加速度となりやすい。したがって、第１の形態のように第２モータ・ジェネレータ４のモータトルクＴｍｇ２と車両１の加速度Ｇとを実際に検出してこれらを閾値と比較しなくても高トルク低加速条件を判定できる。そのため、上記所定値θｔは、第２モータ・ジェネレータ４の動作点Ｍｐが共振発生域Ｆａ内に入るような値に設定される。

したがって、ステップＳ２２において、登坂角度θが所定値θｔ以上になると判定された場合は、車両１が高トルク低加速度条件を充足する状態と見なすことができる。そして、その状態でステップＳ２３において肯定判定された場合、ステップＳ２４で内燃機関２が始動される。

第２の形態によれば、第１の形態と同様に、内燃機関２の始動によって駆動系ＰＴのねじり共振を回避できるから、ねじり共振による騒音を抑制できる。そして、内燃機関２の始動により暗騒音が増加するので、ねじり共振による騒音の突出量を低減できる。特に、第２の形態は、車両１の登坂角度θにて高トルク低加速度条件を判定しているので、例えば、ねじり共振による騒音が問題となりにくい平坦走行時に頻繁に内燃機関２が始動することを抑制することができる。そのため、燃費が悪化する影響を減らしつつ当該騒音に対処できる。

（変形例）
上記形態の車両１は、いわゆるシリーズパラレル式のハイブリッド車両であるが、パラレル式やシリーズ式のハイブリッド車両に変更できる。走行用の電動機を含むパラレル式のハイブリッド車両に変更した形態の場合、上記各形態と同様の効果を得ることができる。一方、シリーズ式のハイブリッド車両は、内燃機関の出力が、駆動輪に動力伝達する駆動軸に伝達されない。したがって、走行用の電動機と内燃機関で駆動される発電機とを含むシリーズ式のハイブリッド車両に変更した形態では、図３又は図４の制御ルーチンで内燃機関を始動した場合、車速を維持して電動機の動作点を変更することができず駆動系のねじり共振を回避できないが、内燃機関の始動により暗騒音が増大してねじり共振による騒音の突出量を低減できる。また、シリーズ式のハイブリッド車両は電気自動車モードの実施中に内燃機関が運転中の場合もあるが、その場合は、運転中の内燃機関の回転数を上昇させることにより、上記騒音の突出量を低減できる。

また、発電機を駆動する発電用の内燃機関を含むレンジエクステンダーが搭載され、走行用の電動機を備えた電気自動車に形態を変更することもできる。この場合は、シリーズ式のハイブリッド車両と同様に、発電用の内燃機関が停止している場合は始動し、運転中の場合には、その内燃機関の回転数を上昇させることにより、上記騒音の突出量を低減できる。

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の態様を以下に記載する。

例えば、上記形態及び上記変形例において、ＥＣＵ２０がこの態様の制御装置の一例に相当し、第２モータ・ジェネレータ４、パラレル式のハイブリッド車両の走行用の電動機、シリーズ式ハイブリッド車両の走行用の電動機、又はレンジエクステンダー搭載電気自動車の走行用の電動機が、この態様の電動機の一例に相当し、内燃機関２、パラレル式のハイブリッド車両の内燃機関、シリーズ式のハイブリッド車両の内燃機関、又はレンジエクステンダー搭載電気自動車の発電用の内燃機関が、この態様の内燃機関の一例に相当する。また、上記第１の形態における、所定値Ｔｔ及び加速度Ｇがこの態様の所定基準の一例に相当し、上記第２の形態における所定値θｔが所定基準の一例に相当する。そして、上記第１の形態における、モータトルクＴｍｇ２が所定値Ｔｔ以上で、かつ車両１の加速度Ｇが所定値Ｇｔ以下である条件、又は、上記第２の形態における、車両１の登坂角度θが所定値θｔ以上である条件が、この態様の高トルク低加速度条件の一例に相当する。

この態様の車両の制御装置によれば、車両が高トルク低加速度条件を充足した状態で、電動機の強制力周波数が駆動系のねじり共振を発生させる周波数となる共振発生域内で電動機が運転される場合において、内燃機関が停止中のときには始動され、かつ内燃機関が運転中のときには回転数が上昇するように制御される。これにより、内燃機関の始動により駆動系のねじり共振を回避してねじり共振に伴う騒音を抑制すること、又は内燃機関の始動や回転数の上昇により暗騒音を増加させて駆動系のねじり共振に伴う騒音の突出量を減少することを達成できる。低トルクの場合は電動機による強制振動のエネルギーが小さく駆動系のねじり共振は問題とならない。また、高トルクだけでなく車両が低加速度となることを条件としているので、共振発生域を短時間で通過して騒音が問題となりにくい高加速度の場合には内燃機関の始動又は回転数の上昇が行われない。そのため、加速度を考慮せずにこれらの制御を実施する場合と比べて内燃機関の始動等に伴う燃費悪化を低減できる。

１車両
２内燃機関
４第２モータ・ジェネレータ（電動機）
２０ＥＣＵ（制御装置）
Ｆａ共振発生域

Claims

電動機と内燃機関とを備えた車両に適用され、前記電動機の出力を駆動系に伝達して走行する電気自動車モードが実施されるように前記電動機及び前記内燃機関を制御する車両の制御装置であって、
前記電気自動車モードの実施中に、前記車両が所定基準に対してトルクが高くかつ加速度が低い高トルク低加速度条件を充足した状態で、前記電動機の強制力周波数が前記駆動系のねじり共振を発生させる周波数となる共振発生域内で前記電動機が運転される場合、前記内燃機関が停止中のときには前記内燃機関が始動され、かつ前記内燃機関が運転中のときには前記内燃機関の回転数が上昇するように、前記内燃機関を制御する車両の制御装置。