JP2024013049A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒装置の暖機制御中におけるエンジンの動作点を変更することなく、エンジントルクの周波数と捩れ系の共振周波数とが近接することを抑制できる車両の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンと、エンジンの排気を浄化する触媒装置と、エンジンと駆動輪との間の変速比を変更可能な変速機構と、エンジンと変速機構との間にエンジンのトルクの脈動を減衰するダンパ機構とを備えた車両の制御装置であって、変速機構は、エンジンとの間で伝達するトルク容量を変更可能な係合機構を備え、車両が停車し、かつエンジンを所定の動作点で運転して触媒装置を暖機している場合（ステップＳ１、Ｓ２でＹｅｓ）には、係合機構の伝達トルク容量を所定容量以下に設定する（ステップＳ３）。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンと、ダンパ機構と、係合機構を有する変速機構とを備えた車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、エンジンの排気を浄化する触媒装置を暖機するための点火遅角制御を実行している時に、エンジンに連結されたプラネタリギヤの連続的な歯打ち音が検出された場合に、エンジンの動作点を変更することによって、その歯打ち音を抑制するように構成された制御装置が記載されている。具体的には、点火遅角制御を実行している時に歯打ち音が検出された場合には、まず、エンジンのトルクを燃費が良好となるトルクよりも低下させる。そのようにエンジントルクを低下させても歯打ち音が継続する場合には、エンジン回転数を車両に共振が生じる共振回転数帯以外の回転数となるように増加または減少させるように構成されている。

特開２０１５－８３４０９号公報

特許文献１に記載された制御装置は、触媒装置の暖機を行うための点火遅角制御を実行し続けた状態で、歯打ち音を抑制するために、エンジンの動作点を変更しているが、触媒暖機中のエンジンの動作点は、最低回転数、暖機性能、および振動抑制などの種々の条件を考慮して決定されているため、歯打ち音を抑制するためにエンジンの動作点を変更すると、上記の種々の条件のいずれかを充足できなくなり、新たな不都合が生じる可能性があった。

本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、触媒装置の暖機制御中におけるエンジンの動作点を変更することなく、エンジントルクの周波数と捩れ系の共振周波数とが近接することを抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、上記の目的を達成するために、エンジンと、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置と、前記エンジンと駆動輪との間の変速比を変更可能な変速機構と、前記エンジンと前記変速機構との間に前記エンジンのトルクの脈動を減衰するダンパ機構とを備えた車両の制御装置であって、前記変速機構は、前記エンジンとの間で伝達するトルク容量を変更可能な係合機構を備え、前記車両が停車し、かつ前記エンジンを所定の動作点で運転して前記触媒装置を暖機している場合には、前記係合機構の伝達トルク容量を所定容量以下に設定することを特徴とするものである。

本発明によれば、車両が停車し、かつエンジンを所定の動作点で運転して触媒装置を暖機している場合には、係合機構の伝達トルク容量を所定容量以下に設定することにより、エンジンと変速機構との間で伝達されるトルクを低減する。言い換えると、エンジンのトルクの脈動を減衰するダンパ機構の出力部材と一体となって回転する部材の慣性トルクなどを低減することができる。その結果、エンジンから変速機構に伝達されるトルクが最大となる周波数を変更することができる。すなわち、エンジンから変速機構に至る捩れ系の部材の共振周波数を変更することができる。そのため、触媒装置を暖機するためにエンジンに要求される動作点でエンジンを駆動した場合であっても、エンジントルクの脈動に共振してエンジンと変速機構との間の構成部材の係合部やギヤの噛み合う部などで衝突音（歯打ち音）が生じることを抑制できる。言い換えると、車両の走行時におけるエンジンの動作点に応じてダンパ機構の構成を定めることができ、パワートレーンを構成する部材の設計自由度が制限されることを抑制できる。

本発明の実施形態における車両の一例を説明するための図であって、（ａ）は構成を説明するスケルトン図を示し、（ｂ）は係合表を示し、（ｃ）は共線図を示してある。 エンジンから駆動輪に至るトルクの伝達経路の捩れ系のモデルを示す図である。 本実施形態における制御装置の制御の一例を説明するためのフローチャートである。 図３に示す制御例を実施した場合におけるシフトレンジ、駆動力、エンジン回転数、第２モータの回転数、第１クラッチ機構の油圧指令値、第２モータの指令トルク、および第１モータの指令トルクの変化を説明するためのタイムチャートである。 第１クラッチ機構の係合の有無によるトルクの伝達特性の変化を示す図である。 点火効率とエンジンパワーとに応じて制御の実行の有無を判断する係数を定めるマップの一例を示す図である。 エンジン回転数の変動と第１モータの回転数の変動とに応じて制御の実行の有無を判断する係数を定めるマップの一例を示す図である。

図１（ａ）には、本発明の実施形態における車両の一例を説明するためのスケルトン図を示してある。図１に示す車両Ｖｅは、エンジン（Ｅ／Ｇ）１と二つのモータ２，３とを駆動力源としたハイブリッド車両である。これらのエンジン１、各モータ２，３は、従来のハイブリッド車両に搭載されたエンジンやモータと同様に構成することができる。

エンジン１の出力軸４には、エンジン１のトルク（以下、エンジントルクと記す。）を、第１モータ（ＭＧ１）２と出力部材５とに分割する動力分割機構６が連結されている。具体的には、後述するバネダンパ１４やヒステリシス１５を介してエンジン１と動力分割機構６とが連結されている。この動力分割機構６は、シングルピニオン型の遊星歯車機構によって構成されていて、エンジン１の出力軸４がキャリヤＣａ０に連結され、第１モータ２がサンギヤＳ０に連結され、出力部材５がリングギヤＲ０に連結されている。その出力部材５には、第２モータ（ＭＧ２）３が連結されている。なお、エンジン１と動力分割機構６とは、同一軸線上に並んで配置され、エンジン１と動力分割機構６との間に、エンジン１のトルクの脈動を低減するための図示しないダンパ機構が設けられている。

動力分割機構６の出力部材５には、その出力部材５と駆動輪との変速比を変更することができる有段変速機構（以下、単に変速機構と記す。）７を備えている。この変速機構７は、従来の車両に設けられた変速機構と同様に複数の変速段を設定することができるように構成されていて、図１に示す例では、前進第１速段から前進第４速段、および後進第１速段を設定することができるように構成されている。

具体的には、変速機構７は、二つのシングルピニオン型の遊星歯車機構８，９、二つのクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２、二つのブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２、および一つのワンウェイクラッチＦ１によって構成されている。そして、図１の左側の遊星歯車８におけるサンギヤＳ１が第１ブレーキ機構Ｂ１によって選択的に固定可能に設けられ、キャリヤＣａ１が第２クラッチ機構Ｃ２によって選択的に出力部材５に連結可能に設けられ、リングギヤＲ１が駆動輪にトルク伝達可能に連結されている。また、図１の右側の遊星歯車機構９におけるサンギヤＳ２が第１クラッチ機構Ｃ１によって選択的に出力部材５に連結可能に設けられ、キャリヤＣａ２が駆動輪にトルク伝達可能に連結され、リングギヤＲ２が第２ブレーキ機構Ｂ２によって選択的に固定可能に設けられている。そして、キャリヤＣａ１とリングギヤＲ２とが常時連結され、そのキャリヤＣａ１とリングギヤＲ２とがエンジン１とは逆方向に回転することを禁止するように構成されたワンウェイクラッチＦ１が設けられている。上記のクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２、およびブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２は、摩擦式の係合機構などの伝達トルク容量を制御することができるように構成されている。上記の第１クラッチ機構Ｃ１が、本発明の実施形態における「係合機構」に相当する。なお、第１モータ２の回転数を検出するセンサ（例えば、レゾルバ）１０、第２モータ３の回転数を検出するセンサ（例えば、レゾルバ）１１、および変速機構７の出力回転数を検出するセンサ１２が設けられている。

図１（ｂ）には、上記の変速機構７における各変速段を設定する際に係合させられるクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２、ブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２、およびワンウェイクラッチＦ１を示してあり、図１（ｃ）には、各回転要素の運転状態を表す共線図を示してある。

図２には、エンジン１から駆動輪に至るトルクの伝達経路の捩れ系のモデルを示してある。図２に示すようにエンジン１の出力軸４には、マスダンパとして機能するフライホイール（Ｆ／Ｗ）１３と、ダイナミックダンパとしてのバネダンパ１４とが直列に連結されている。なお、バネダンパ１４には、バネダンパ１４を構成する部材の慣性などに応じてヒステリシスが存在し、図２には、そのヒステリシスとして機能する部位１５を示してある。

また、捩れトルクに弾性力を作用させる部材として、上記バネダンパ１４に加えて、変速機構７の出力軸であるプロペラシャフト（Ｐ／Ｓ）１６と、デファレンシャルギヤユニット（Ｄｉｆｆ）１７を介してプロペラシャフト１６に連結されたドライブシャフト（Ｄ／Ｓ）１８が挙げられる。また、捩れトルクに慣性力を作用させる部材として、上記フライホイール１３に加えて、第１モータ２、第２モータ３が挙げられる。

上記のエンジン１は、空気と燃料との混合気をそれぞれの気筒内で燃焼することによって動力（トルク）を発生させる。したがって、気筒間の構成のバラツキや、燃焼効率のバラツキなど種々の要因によってエンジントルクが脈動する。

そのため、上記のフライホイール１３やバネダンパ１４は、プロペラシャフト１６やドライブシャフト１８などの弾性力や、各モータ２，３の慣性力に基づいて、車両の走行時におけるエンジントルクの脈動を低減することができるように構成されている。

一方、エンジン１の排気を浄化するための触媒装置を、停車時に暖機している場合には、エンジン１のトルクや回転数などの動作点または点火時期が、走行時とは異なり、その結果、バネダンパ１４の出力軸と動力分割機構６の入力軸との係合部や、動力分割機構６を構成するギヤの噛み合い部などで衝突音（歯打ち音）が生じる可能性がある。

そのため、本実施形態における車両の制御装置は、停車時に、エンジン１を所定の動作点で運転して触媒装置を暖機している場合には、第１クラッチ機構Ｃ１を解放することによって、トルクの伝達特性を変更するように構成されている。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図３に示してある。図３に示す例では、まず、シフトレンジがパーキングレンジ（Ｐレンジ）であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

シフトレンジがＰレンジでないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合は、クラッチ係合制御を実行して（ステップＳ２）、このルーチンを一旦終了する。具体的には、車速やアクセル開度などに応じた変速段を設定するためのクラッチ機構Ｃ１，Ｃ２やブレーキ機構Ｂ１，Ｂ２を係合する。

それとは反対に、シフトレンジがＰレンジであることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、触媒暖機制御の実行中であるか否かを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、他の制御によって触媒装置を暖機するためのフラグがオンになっているか否かに基づいて判断することや、触媒装置の温度、エンジン１の指令トルクや目標回転数などに基づいて判断することができる。

触媒暖機制御の実行中でないことによりステップＳ３で否定的に判断された場合は、ステップＳ２に移行する。ここでは、Ｐレンジが選択されて停車しているため、再発進時における応答性を向上させるために変速機構７は前進第１速段を設定する。すなわち、第１クラッチ機構Ｃ１と第２ブレーキ機構Ｂ２を係合させる。

それとは反対に、触媒暖機制御の実行中であることによりステップＳ３で肯定的に判断された場合は、クラッチ解放制御を実行して（ステップＳ４）、このルーチンを一旦終了する。このクラッチ解放制御は、エンジン１と変速機構７とのトルクの伝達容量を、変速機構７が前進第１速段を設定した場合の伝達トルク容量よりも低下させるための制御であって、ここでは、第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量を予め定められた所定容量以下に設定する。この所定容量は、０であってもよい。具体的には、第１クラッチ機構Ｃ１が油圧によって伝達トルク容量を制御する油圧クラッチの場合には、油圧指令値を、油圧室内にオイルを充填するいわゆるファストフィルできる程度の指令値に設定する。

図４は、Ｐレンジが選択され、かつ触媒装置の暖機制御中である場合におけるシフトレンジ、駆動力、エンジン回転数（ＥＮＧ回転数）、第２モータ３の回転数（ＭＧ２回転数）、第１クラッチ機構Ｃ１の油圧指令値（Ｃ１クラッチ油圧）、第２モータ３の指令トルク（ＭＧ２トルク）、および第１モータ２の指令トルク（ＭＧ１トルク）の変化を説明するためのタイムチャートである。

図４におけるｔ０時点では、停車中にエンジン１が停止している。したがって、駆動力、エンジン回転数、第２モータ３の回転数、各モータ２，３の指令トルクは、０となっている。それに対して、発進時における応答性を向上させるために変速機構７が前進第１速段を設定している。すなわち、第１クラッチ機構Ｃ１の油圧指令値は、第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量が最大値となる程度に高く設定されている。

図示しない蓄電装置の充電残量が下限閾値以下になるなどによってエンジン１を始動する要求があると（ｔ１時点）、エンジン１をクランキングするために第１モータ２のトルクが正側に増加する。その場合には、動力分割機構６の出力部材５には、後進走行する側のトルクが作用するため、そのトルクを相殺するために第２モータ３も同様に正側のトルクを出力している。その結果、ｔ１時点では、駆動力を０に維持したまま、エンジン回転数が増加し始めている。

ｔ２時点でエンジン回転数が目標回転数まで増加することによって、各モータ２，３のトルクが低下させられている。ｔ３時点で触媒装置を暖機させる制御が実行され始めている。そのため、図３におけるステップＳ４が実行されることにより第１クラッチ機構Ｃ１の油圧が低下し始め、その油圧が所定圧まで低下することにより、第１クラッチ機構Ｃ１がスリップし始めている。具体的には、第２モータ３が負方向に回転し始めている。なお、第２モータ３の回転方向は、第１モータ２および第２モータ３の慣性トルクと、動力分割機構６のギヤ比とに応じて決定される。

ｔ５時点で第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量が所定容量まで低下している。ここでは、エンジン回転数が吹き上がることを抑制するために、第１モータ２および第２モータ３から負方向のトルクを出力している。

そして、ｔ６時点でドライブレンジ（Ｄレンジ）が選択されたことにより、前進第１速段を設定するために第１クラッチ機構Ｃ１の油圧が増加し始め、かつそのスリップ率を低下させるために第２モータ３のトルクが０に向けて戻され始めている。その結果、ｔ７時点で第１クラッチ機構Ｃ１のスリップが解消されて第２モータ３の回転数が０となるとともに、第２モータ３のトルクが０に設定されている。その後、アクセルペダルが踏み込まれるなどによって要求駆動力が増加することによって、第２モータ３のトルクを増加させ、その結果、駆動力が増加し始めている。

図５は、第１クラッチ機構Ｃ１を係合した状態を維持した場合におけるエンジントルクに対するバネダンパ１４とヒステリシス１５との出力トルク（ダンパ出力トルク）、言い換えると、バネダンパ１４およびヒステリシス１５の出力側の部分（以下、ダンパ出力軸と記す）４ａに伝達されるトルクの伝達特性（比較例）と、第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量を所定容量以下に低下させた場合におけるエンジントルクに対するダンパ出力軸４ａに伝達されるトルクの伝達特性（実施例）とを比較する図を示してある。なお、図５における横軸にトルクの周波数を採り、縦軸にゲインを採ってあり、実施例を実線で示し、比較例を破線で示してあり、さらに触媒装置を暖機するために所定の動作点でエンジン１を運転した場合のエンジントルクの周波数を矢印で示してある。

図５に示すように第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量を所定容量以下に低下させることによって、ダンパ出力軸４ａに伝達されるトルクが最大となる周波数が、比較例に比べて高周波数側に移動することが分かる。すなわち、エンジン１からダンパ出力軸４ａに至る捩れ系の部材の共振周波数を変更することができる。その結果、触媒装置を暖機するためにエンジン１に要求される動作点でエンジン１を駆動した場合であっても、エンジントルクの脈動に共振してダンパ出力軸４ａと動力分割機構６の入力軸との係合部や、動力分割機構６を構成するギヤの噛み合い部などで衝突音（歯打ち音）が生じることを抑制できる。言い換えると、車両の走行時におけるエンジン１の動作点に応じてバネダンパ１４の構成を定めることができ、パワートレーンを構成する部材の設計自由度が制限されることを抑制できる。

また、図４に示すようにエンジン１を始動した後、より具体的には、自立回転可能な回転数までエンジン回転数が増加した後に、第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量を低下させることによって、エンジン始動時における動力分割機構６で生じる異音の発生を抑制することができる。

なお、上述したように第１クラッチ機構Ｃ１の伝達トルク容量を低下させるため、再発進時における応答性が低下する可能性がある。そのため、本発明の実施形態における制御装置は、再発進時における応答性の低下を抑制するために、エンジン１の点火効率とエンジンパワーとに応じて制御を実行するように構成してもよい。具体的には、図６（ａ）に示すように点火効率が増加するにつれて増加する係数Ｋ１と、図６（ｂ）に示すようにエンジンパワーが増加するにつれて増加する係数Ｋ２とを予め電子制御装置に記憶しておき、それらの係数の和が所定値αよりも大きくなった場合に、図３に示す制御例を実行するように構成してもよい。

また、再発進時における応答性の低下を抑制するために、振動発生時に制御を実行するように構成してもよい。具体的には、図７（ａ）に示すようにエンジン回転数の変動が大きいほど大きな値を採る係数Ｋ３と、図７（ｂ）に示すように第１モータ２の回転数の変動が大きいほど大きな値を採る係数Ｋ４とを予め電子制御装置に記憶しておき、それらの係数の和が所定値βよりも大きくなった場合に、振動が発生していると判断して、図３に示す制御例を実行するように構成してもよい。

１ エンジン
２，３ モータ
４ａ ダンパ出力軸
５ 出力部材
６ 動力分割機構
７ 変速機構
１３ フライホイール
１４ バネダンパ
１５ （ヒステリシスとして機能する）部位
１６ プロペラシャフト
１８ ドライブシャフト
Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ機構
Ｃ１，Ｃ２ クラッチ機構
Ｖｅ 車両

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンの排気を浄化する触媒装置と、前記エンジンと駆動輪との間の変速比を変更可能な変速機構と、前記エンジンと前記変速機構との間に前記エンジンのトルクの脈動を減衰するダンパ機構とを備えた車両の制御装置であって、
   前記変速機構は、前記エンジンとの間で伝達するトルク容量を変更可能な係合機構を備え、
   前記車両が停車し、かつ前記エンジンを所定の動作点で運転して前記触媒装置を暖機している場合には、前記係合機構の伝達トルク容量を所定容量以下に設定する
   ことを特徴とする車両の制御装置。

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