JP3611706B2

JP3611706B2 - エンジンの振動抑制装置

Info

Publication number: JP3611706B2
Application number: JP24837497A
Authority: JP
Inventors: 聡田口; 建史鳥居; 啓逸佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2017-09-12
Also published as: JPH1189008A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのアイドリング時等に該エンジンの出力軸に発生するトルク変動を低減して、該エンジンの振動を抑制する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンの出力軸に発生するトルクは周期的な変動を生じ、そのトルク変動は、エンジンの気筒数をＮとしたとき、エンジンの回転周波数のＮ／２倍の周波数を基本周波数として、その基本周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）の次数の周波数成分を含むことが知られている。
【０００３】
そして、特にエンジンのアイドリング運転時等、該エンジンの低速回転域で発生するトルク変動は、その周波数が低いためエンジンの顕著な振動を伴いやすく、これを低減することが望まれている。
【０００４】
一方、エンジンの出力軸に電動機を接続したハイブリッド自動車等にあっては、該電動機からエンジンの出力軸にトルクを付与したり、エンジンの出力軸の発生トルクを該電動機により吸収する（該電動機の回生発電を行う）ことで、前述のようなエンジンの出力軸のトルク変動を抑制するようにしたものが知られており、このような技術としては、例えば特開平２−１４６９７７号公報に開示されているものが知られている。
【０００５】
この技術では、エンジンの出力軸の実回転速度と平均回転速度との偏差を該エンジンのトルク変動を表すものとして逐次把握し、実回転速度＜平均回転速度（偏差＜０）である場合には、前記電動機を本来の電動機として作動させてエンジンの出力軸に該電動機から正トルクを付与し、実回転速度＞平均回転速度（偏差＞０）である場合には、前記電動機を発電機として作動させてエンジンの出力軸の発生トルクを該電動機（発電機）により吸収する。そして、このようにエンジンの出力軸の実回転速度と平均回転速度との偏差に応じて電動機の動作を切り換えることで、エンジンの出力軸のトルク変動を抑制するようにしている。
【０００６】
しかしながら、かかる技術では、単に、実回転速度と平均回転速度との偏差が正であるか負であるかに応じて電動機の動作切換えを行っているに過ぎないため、エンジンの出力軸に発生したトルク変動の大きさや、前記基本周波数（＝エンジンの回転周波数・Ｎ／２）よりも高次の周波数成分のトルク変動が考慮されておらず、該トルク変動を十分に抑制することが困難である。また、一般にエンジンの出力軸の回転変動とトルク変動との間には位相ずれが存在するため、単に、実回転速度と平均回転速度との偏差に応じて電動機の動作切換えを行っても、その動作切換えのタイミングとトルク変動のタイミングとが整合しない場合が生じやすく、これによっても、トルク変動を十分に抑制することが困難である。
【０００７】
尚、上記のような電動機の動作切換えと併せて、エンジンの出力軸に発生するトルク変動の大きさを考慮し、該出力軸の実回転速度と平均回転速度との偏差量に応じて電動機から該出力軸に与えるべきトルクを演算し、その求めたトルクを生ぜしめるように電動機を制御する手法も知られている。
【０００８】
しかしながら、この手法では、一般に電動機から出力軸に与えるべきトルクの演算処理が複雑なものとなって、その演算処理に時間がかかるものとなり易い。このため、このような手法では、エンジンの出力軸のトルク変動の波形に迅速に追従させてそのトルク変動を打ち消すように電動機の発生トルクを変化させることが難しく、その結果、特に、前記基本周波数（＝エンジンの回転周波数・Ｎ／２）よりも高次の周波数成分のトルク変動を十分に抑制することが困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、エンジンの出力軸に接続した電動機により、該出力軸のトルク変動をその高次の周波数成分を含めて十分に低減して、エンジンの振動を抑制することができ、しかも、そのトルク変動の低減のための電動機の制御を簡単な制御処理で迅速に行うことができるエンジンの振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの振動抑制装置はかかる目的を達成するために、エンジンの出力軸に接続された電動機から該出力軸にトルクを付加し、又は、該出力軸の発生トルクを該電動機により吸収することにより該エンジンのトルク変動を低減して該エンジンの振動を抑制する装置において、前記エンジンの出力軸の回転周波数に比例した互いに異なる周波数を有する複数の正弦波を前記エンジンの運転状態に応じて生成する正弦波生成手段と、該複数の正弦波を合成してなる合成波を前記エンジンの出力軸のトルク変動を低減するために前記電動機に生ぜしめるべきトルク波形として生成する合成波生成手段と、該合成波のトルク波形に従って前記電動機を制御する電動機制御手段と、前記エンジンの負荷状態を示す信号を出力するセンサとを備え、前記正弦波生成手段は、前記複数の正弦波の周波数を、該エンジンの出力軸の回転周波数と次式（１）の比例関係を有するように設定すると共に、各正弦波の振幅および位相を前記センサの出力信号から把握されるエンジンの負荷状態に応じて設定することを特徴とする。
（正弦波の周波数）＝（Ｎ／２）・ｎ・（エンジンの回転周波数）……（１）
但し、Ｎ：エンジンの気筒数、ｎ＝１，２，３，……。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記エンジンの出力軸の回転周波数に比例した互いに異なる周波数を有する複数の正弦波をエンジンの運転状態に応じて生成し、それらの複数の正弦波を合成する。この場合、各正弦波の振幅および位相は、前記センサの出力信号から把握されるエンジンの負荷状態に応じて設定される。これにより、エンジンの実際のトルク変動の波形（これは一般に複数の周波数成分を含む）に整合した合成波を得ることができる。そして、この合成波を前記エンジンの出力軸のトルク変動を低減するために前記電動機に生ぜしめるべきトルク波形として、該トルク波形に従って前記電動機を制御することで、該電動機からエンジンの出力軸にそのトルク変動をほぼ完全に打ち消すようなトルクが付与され、これによりエンジンの出力軸のトルク変動が低減される。また、前記電動機に生ぜしめるべきトルクを規定する前記合成波は、単純な正弦波の合成（加算）演算で求めることができると共に、その合成波を構成する各正弦波は、その振幅及び位相をエンジンの負荷状態に応じてマップ等を用いて決定して生成すればよいので、複雑な演算処理を必要とせずに前記合成波を生成することができる。
【００１２】
従って、本発明のエンジンの振動抑制装置によれば、エンジンの出力軸に接続した電動機により、該出力軸のトルク変動をその高次の周波数成分を含めて十分に低減して、エンジンの振動を抑制することができ、しかも、そのトルク変動の低減のための電動機の制御を簡単な制御処理で迅速に行うことができる。
【００１４】
また、本発明において、前記正弦波生成手段が生成する前記複数の正弦波の周波数は、前記エンジンの出力軸の回転周波数と前記式（１）の比例関係を有するように設定する。
【００１６】
このように正弦波の周波数を設定することで、エンジンの出力軸に生じるトルク変動を効果的に抑制できる電動機のトルク波形を生成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１は本実施形態のエンジンの振動抑制装置の全体構成を示すブロック図、図２は図１の装置の要部の構成を示すブロック図、図３及び図４は図１の装置の作動を説明するための線図である。
【００１８】
図１を参照して、１は例えばパラレル型ハイブリッド自動車等の自動車に搭載されたエンジン、２はエンジン１の出力軸であるクランク軸１ａに接続されたモータ（電動機）、３はモータ駆動回路４（以下、ＰＤＵ４という）を介してモータ２の動作制御を行うモータコントローラである。
【００１９】
エンジン１は、本実施形態では、３気筒エンジンであり、そのクランク軸１ａがモータ２を介して自動変速機５に連結され、この自動変速機５を介して図示しない駆動輪に動力を伝達するようにしている。そして、エンジン１（詳しくはエンジン１に付帯して設けられた図示しないディストリビュータ）には、ＴＤＣパルスセンサ６が設けられ、該ＴＤＣパルスセンサ６は、エンジン１のクランク角周期（ＴＤＣ）のパルス信号を生成して出力する。この場合、エンジン１は３気筒エンジンであるので、１ＴＤＣはクランク軸１ａの２／３回転分の回転角（２４０°の回転角）であり、従って、ＴＤＣパルスセンサ６が生成するパルス信号は、クランク軸１ａの２回転当たりに３パルスの信号である。また、前記自動変速機５には、その変速位置を示す信号（変速位置が「Ｄ」レンジ（ドライブレンジ）であるか「Ｎ」レンジ（ニュートラルレンジ）であるかを示す信号。以下、Ｎ／Ｄ信号という）をエンジン１の運転状態（負荷状態）を示す信号を生成して出力するシフトセンサ７が備えられている。
【００２０】
尚、前記エンジン１のクランク軸１ａに一般的に発生するトルク変動は、例えば図４に破線で示すように１ＴＤＣを１周期とするひずみ波形の形態で現れる。従って、該トルク変動は、クランク軸１ａの回転周波数のＮ／２＝１．５倍（Ｎは気筒数で本実施形態では「３」）の周波数を基本周波数（１次周波数成分）として、その基本周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）の次数の周波数成分が含まれる。この場合、本願発明者等の知見によれば、上記基本周波数の４倍以上の次数の周波数成分は十分に小さい。
【００２１】
前記モータ２は、そのロータ（図示しない）がクランク軸１ａに直結されており（モータ２のロータはクランク軸１ａと等速で回転する）、モータコントローラ３からＰＤＵ４に与えられるトルク指令によって通電制御され、クランク軸１ａの回転方向と同方向に駆動トルク（正トルク）を発生したり（モータ２の電動機としての動作）、クランク軸１ａの回転方向と逆方向に回生トルク（負トルク）を発生する（モータ２の発電機としての動作）ことができるようになっている。尚、クランク軸１ａの回転方向と逆方向の負トルクは、モータ２の電動機としての逆転動作によって発生させるようにすることも可能である。そして、モータ２には、モータ２のロータの回転位置（クランク軸１ａの回転角度）を示すデータとして、そのロータの所定の単位回転角度（＝クランク軸１ａの単位回転角度）毎にパルス信号を生成して出力するロータパルスセンサ８が備えられている。
【００２２】
前記モータコントローラ３は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されたもので、前記各センサ６〜８の出力データが与えられるようになっている。そして、モータコントローラ３は、これらのセンサ６〜８の出力データに基づいてクランク軸１ａのトルク変動を抑制するモータ２の動作制御を行うために、図２に示すような機能的構成を具備している。
【００２３】
すなわち、モータコントローラ３は、クランク軸１ａに発生するトルク変動の前記基本周波数（クランク軸１ａの回転周波数の１．５倍の周波数で周期は１ＴＤＣ）の正弦波（以下、１次正弦波という）を生成する正弦波生成部９と、該基本周波数の２倍の周波数（クランク軸１ａの回転周波数の３倍の周波数で周期は（１／２）ＴＤＣ）の正弦波（以下、２次正弦波という）を生成する正弦波生成部１０と、該基本周波数の３倍の周波数（クランク軸１ａの回転周波数の４．５倍の周波数で周期は（１／３）ＴＤＣ）の正弦波（以下、３次正弦波という）を生成する正弦波生成部１１と、これらの正弦波生成部９〜１１がそれぞれ生成する１次乃至３次の各正弦波の振幅及び位相を各正弦波生成部９〜１１に対して設定する振幅／位相設定部１２とを具備する。これらの正弦波生成部９〜１１及び振幅／位相設定部１２は、本発明の構成に対応させると、正弦波生成手段１３に相当するものである。
【００２４】
この場合、振幅位相設定部１２は、前記シフトセンサ７から与えられるＮ／Ｄ信号によって把握されるエンジン１の負荷状態に応じて、あらかじめ定められたマップ等を用いて前記１次乃至３次の各正弦波の振幅及び位相を設定する。そして、各正弦波生成部９〜１１は、前記ＴＤＣパルスセンサ６からパルスが与えられる毎（１ＴＤＣ毎）に、該振幅位相設定部１２により設定されている振幅及び位相に従って後述するように１ＴＤＣ分の１次乃至３次の各正弦波を生成する。
【００２５】
尚、各正弦波生成部９〜１１が生成する１次乃至３次の各正弦波の周波数は、前述したことから明らかなように、前記式（１）において、Ｎ＝３（エンジン１の気筒数）、ｎ＝１，２，３とした周波数である。
【００２６】
また、モータコントローラ３は、各正弦波生成部９〜１１で生成された１次乃至３次の各正弦波からいくつかの正弦波を選択して、その選択した正弦波を合成する合成波生成部１４（合成波生成手段）と、該合成波生成部１４により生成された合成波に従って前記ＰＤＵ４にモータ２のトルク指令を出力するトルク指令部１５とを具備している。尚、本発明の構成に対応させると、トルク指令部１５は、ＰＤＵ４と併せて電動機制御手段１６に相当するものである。
【００２７】
この場合、本実施形態では、合成波生成部１４は、各正弦波生成部９〜１１で生成された１次乃至３次の各正弦波の全てを選択し、それらの各正弦波の合成波を後述するように生成する。
【００２８】
次に、本実施形態の装置の作動を、前記モータコントローラ３の各部の処理の詳細と併せて説明する。
【００２９】
本実施形態の装置では、例えばエンジン１のアイドリング状態においてモータコントローラ３が次のような処理を行う。
【００３０】
すなわち、モータコントローラ３の振幅／位相設定部１２は、シフトセンサ７から与えられるＮ／Ｄ信号によって把握されるエンジン１の負荷状態に応じて、マップ等を用いて前記１次乃至３次の各正弦波の振幅及び位相を設定する。そして、各正弦波生成部９〜１１は、ＴＤＣパルスセンサ６からパルスが与えられる毎（１ＴＤＣ毎）に、該振幅位相設定部１２により設定されている振幅及び位相に従って１ＴＤＣ分の１次乃至３次の各正弦波を生成する。
【００３１】
さらに詳細には、各正弦波生成部９〜１１は、それぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に破線で示すように、それぞれが生成すべき正弦波の周波数を有する基準正弦波Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの波形データを具備しており、この基準正弦波Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの振幅及び位相を、各正弦波生成部９〜１１毎に振幅／位相設定部１２により設定されている振幅及び位相に従って調整することで、図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ実線で示すような１次正弦波Ｓ１、２次正弦波Ｓ２、３次正弦波Ｓ３を１ＴＤＣ分、生成する。
【００３２】
この場合、振幅／位相設定部１２が各正弦波生成部９〜１１に対して設定する振幅及び位相は、基本的には、それぞれクランク軸１ａに生じるトルク変動（図４参照）の前記基本周波数の成分（１次周波数成分）、該基本周波数の２倍の周波数成分（２次周波数成分）、及び該基本周波数の３倍の周波数成分（３次周波数成分）と逆位相となるように定められている。従って、各正弦波生成部９〜１１がそれぞれ生成する１次乃至３次の各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれクランク軸１ａに生じるトルク変動の前記１次周波数成分、２次周波数成分、及び３次周波数成分を打ち消すためにクランク軸１ａに付与すべきトルク波形を示すものとなる。
【００３３】
次いで、モータコントローラ３は、上記のように各正弦波生成部９〜１１により生成された各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成波生成部１４によって合成する。この合成は、各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の各位相値（クランク軸１ａの各回転角度位置）におけるレベル値を相互に加算することで行われ、この合成によって、例えば図４に実線で示すような合成波が得られる。
【００３４】
このようにして各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の合成によって生成された合成波は、同図４に示すように、基本的には、クランク軸１ａに生じるトルク変動の波形とほぼ逆位相の波形（ひずみ波形）となる。従って、該合成波の波形は、クランク軸１ａに生じるトルク変動を打ち消すために該クランク軸１ａに付与すべきトルク波形を示すものとなる。
【００３５】
そして、モータコントローラ３のトルク指令部１５は、上記のように生成された合成波をモータ２に生ぜしめるべきトルク波形として、前記ロータパルスセンサ８から与えられるパルスにより把握されるクランク軸１ａの各回転角度位置におけるトルク指令値を前記合成波から決定し、それをＰＤＵ４に逐次出力する。
【００３６】
以上のような処理がＴＤＣパルスセンサ６からパルスが与えられる毎（１ＴＤＣ毎）にモータコントローラ３によって行われ、これにより、モータ２がＰＤＵ４を介して制御される。このとき、モータ２の発生トルクは、前記合成波の波形に従って制御され、これにより、クランク軸１ａには、そのトルク変動を打ち消すようなトルクがモータ２から付与されて該トルク変動が抑制され、ひいてはエンジン１の振動が抑制される。
【００３７】
このように本実施形態の装置によれば、クランク軸１ａに生じるトルク変動の１次周波数成分（前記基本周波数の成分）、２次周波数成分（基本周波数の２倍の周波数成分）、及び３次周波数成分（基本周波数の３倍の周波数成分）を考慮して、それぞれの周波数成分に対応する１次乃至３次の正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を生成し、それらの正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成することで、モータ２の指令トルクの波形を生成してモータ２のトルクを制御するようにしたことによって、クランク軸１ａに生じるトルク変動を、その基本周波数成分のみならず、高次数の周波数成分（本実施形態では２次、３次の周波数成分）も含めて円滑に低減することができ、ひいてはエンジン１の振動を十分に低減することができる。そして、この場合、モータ２の指令トルクの波形は、エンジン１の負荷状態に応じて振幅及び位相を決定して生成した正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成するだけで生成することができるので、クランク軸１ａのトルク変動を抑制するためのモータ２の制御を簡単な制御処理で行うことができる。
【００３８】
尚、本実施形態では、クランク軸１ａのトルク変動の１次乃至３次の周波数成分のみを考慮したが、さらに高次数の周波数成分を考慮して正弦波を生成し、それらを合成することで、モータ２の指令トルクの波形を得るようにしてもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、３気筒エンジンを例にとって説明したが、単気筒エンジンや４気筒エンジン等、他の気筒数のエンジンについても本発明を適用することが可能であることはもちろんである。
【００４１】
また、本実施形態では、正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の振幅及び位相をシフトセンサシフトセンサ７から与えられるＮ／Ｄ信号によって把握されるエンジン１の負荷状態に応じて設定するようにしたが、自動車に搭載されたエアコン装置等の補機類の動作よるエンジン１の負荷状態やエンジン１の回転数、吸気圧等のエンジン１の運転状態に応じて正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の振幅及び位相を設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンの振動抑制装置の一実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置の要部の構成を示すブロック図。
【図３】図１の装置の作動を説明するための線図である。
【図４】図１の装置の作動を説明するための線図である。
【符号の説明】
１…エンジン、１ａ…クランク軸（出力軸）、２…モータ（電動機）、１３…正弦波生成手段、１４…合成波生成部、１６…電動機制御手段。

Claims

エンジンの出力軸に接続された電動機から該出力軸にトルクを付加し、又は、該出力軸の発生トルクを該電動機により吸収することにより該エンジンのトルク変動を低減して該エンジンの振動を抑制する装置において、
前記エンジンの出力軸の回転周波数に比例した互いに異なる周波数を有する複数の正弦波を前記エンジンの運転状態に応じて生成する正弦波生成手段と、該複数の正弦波を合成してなる合成波を前記エンジンの出力軸のトルク変動を低減するために前記電動機に生ぜしめるべきトルク波形として生成する合成波生成手段と、該合成波のトルク波形に従って前記電動機を制御する電動機制御手段と、前記エンジンの負荷状態を示す信号を出力するセンサとを備え、
前記正弦波生成手段は、前記複数の正弦波の周波数を、該エンジンの出力軸の回転周波数と次式の比例関係を有するように設定すると共に、各正弦波の振幅および位相を前記センサの出力信号から把握されるエンジンの負荷状態に応じて設定することを特徴とするエンジンの振動抑制装置。
（正弦波の周波数）＝（Ｎ／２）・ｎ・（エンジンの回転周波数）
但し、Ｎ：エンジンの気筒数、ｎ＝１，２，３，……。