JP3801146B2

JP3801146B2 - ハイブリッド自動車の制御方法及び制御装置

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Publication number: JP3801146B2
Application number: JP2003101998A
Authority: JP
Inventors: 健治中島
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2023-04-04
Also published as: JP2004312857A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車の制御方法及び制御装置に関し、詳しくは、二つの動力源（内燃機関と電動機）を有するハイブリッド自動車の制御方法及び制御装置であって、特に内燃機関で発生して車体に伝えられる不快な出力トルク変動（脈動）を、電動機の出力トルクを利用して抑制する制御方法及び制御装置に関する。なお、本明細書においては、内燃機関のことを単に“エンジン”ということもある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境に優しい乗り物として電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。電気自動車は、電動機で動くため、空気を汚さない、静粛性に優れているという利点がある反面、バッテリの充電に時間がかかるという欠点がある。なお、充電不要の電気自動車（いわゆる燃料電池車）も存在するが、未だ価格等の点で広く普及する段階には至っていない。
【０００３】
一方、ハイブリッド自動車は、内燃機関と電動機の二つの動力源を有する車両であり、電動機をエンジンスタータの代わりに使用できる、内燃機関のみまたは電動機のみの走行も可能である、内燃機関の駆動力を電動機の駆動力で補完して発進性能や加速性能を向上できるなどのメリットを持つほか、電動機は発電機としても利用できるため、内燃機関の駆動力で電動機を回して発電することにより、充電スタンドなどに立ち寄ることなく、バッテリを充電できるという電気自動車にない優れたメリットを有している。
【０００４】
さて、ハイブリッド自動車は、内燃機関を備えるため、通常の自動車（内燃機関のみを備えたもの）と同様に、内燃機関の動作行程（吸入、圧縮、爆発及び排気）に同期して発生する周期的な出力トルク変動（脈動）の抑制対策が求められるが、とりわけ、ハイブリッド自動車は、電動機走行時の際立った静粛性と上記の脈動が対比されやすく、わずかの脈動も目立つ存在となり得るため、通常の車両よりも、より高いレベルの脈動対策が求められる。
【０００５】
＜従来例その１：通常の自動車の脈動対策＞
通常の自動車の脈動対策としては、すでに様々の技術が知られている。たとえば、エンジンマウントの内部に、絞り通路を介して連通した二つの流体室を形成し、絞り通路を通過する流体の共振周波数を適正化することにより、エンジンマウントを介して車体に伝達される振動を抑制するようにしたもの（たとえば、特許文献１参照）、自動車のエンジンルーム周りの車体補強構造を工夫して振動を抑制するようにしたもの（たとえば、特許文献２参照）、または、エンジンのシリンダブロックの下部に設けられた剛性強化用プレートにダイナミックダンパーを付設して、そのダイナミックダンパーにより、脈動を抑制するようにしたもの（たとえば、特許文献３参照）などである。
【０００６】
しかし、これらの公知技術は、通常の自動車の脈動対策としては十分であるものの、ハイブリッド自動車の脈動対策として見た場合、必ずしも十分とはいえなかった。ハイブリッド自動車には、電気自動車と同等ないしはそれに近いレベルの高い静粛性が求められるからである。
【０００７】
＜従来例その２：ハイブリッド自動車の脈動対策＞
そこで、ハイブリッド自動車に備えられた電動機のトルクを利用して、脈動を打ち消すようにした技術が知られている（たとえば、特許文献４参照）。この技術を詳しく説明する。
【０００８】
図６（ａ）は、同文献に記載されたハイブリッド自動車の概略構成図である。この図において、エンジン１の出力軸１ａは、遊星歯車機構２のリングギヤ２ａに連結されており、遊星歯車機構２のサンギヤ２ｂには第１モータ３の回転軸３ａが連結されている。そして、遊星歯車機構２のピニオンキャリア２ｃは、第２モータ４の回転軸４ａに連結され、第２モータ４の回転軸４ａは駆動軸５及びディファレンシャルギヤ６を介して駆動輪７、７に連結されている。エンジン１には、その出力軸１ａの回転角（すなわち、エンジン１のクランク角θｃ）や、エンジン１の回転数Ｎｅを検出するための回転センサ８が設けられており、また、第１モータ３と第２モータ４の各々にも、それらの出力軸３ａ、４ａの回転数Ｎｍを検出するための回転センサー９、１０が設けられている。
【０００９】
制御部１１は、第１モータ３や第２モータ４の回転トルクを制御するものであり、その特徴とする点は、エンジン１の脈動波形と逆位相のトルクを第１モータ３や第２モータで発生させて、不快な脈動を打ち消すことにある。すなわち、エンジン１においては、吸入、圧縮、爆発及び排気の動作行程に同期した周期的な出力トルク変動（脈動）が発生し、それが車体に伝達されて不快な振動として体感されるため、これを打ち消すことにある。
【００１０】
図７（ａ）は、脈動の波形図である。この図に示されているように、脈動はエンジン１の各ピストンが爆発行程の上死点（ＴＤＣ）から若干下降したときに最大値となり、これを気筒毎に繰り返すため、各気筒の上死点に同期した周期的波形が脈動として観測される。
【００１１】
制御部１１は、上記の脈動波形に似た特性の補正値（Ｋθｃ）テーブルを内部に保持し、その補正値（Ｋθｃ）テーブルを用いて第１モータ３や第２モータ４の回転トルクを制御する。
【００１２】
図７（ｂ）は、補正値（Ｋθｃ）テーブルの特性図である。このテーブルは、エンジン１のクランク角θｃを入力変数（横軸）とし、且つ、上記の脈動波形の振幅中心からの出力変動量に比例した補正値（Ｋ（θｃ）を出力変数（縦軸）とするものである。このテーブルに、たとえば、エンジン１の出力変動の振幅中心に対応するクランク角θｃを与えたとき、そのときに取り出される補正値（Ｋ（θｃ）は０となる。
【００１３】
さて、同文献では、次のとおり、脈動を抑制し得ると解説する。
図７（ｃ）は、第１モータ３や第２モータ４の制御特性図である。この特性図において、第１モータ３や第２モータ４の目標とする回転数（目標回転数）ＭＮｍが一定であるとするならば、第１モータ３や第２モータ４の制御回転数ＳＮｍの時間軸上の変化特性は、クランク角θｃを横軸にとった場合に、目標回転数ＭＮｍを中心にして、上記の脈動波形（図７（ａ））を丁度反転させたような形になる。ゆえに、エンジン１で発生したトルク変動（脈動）を第１モータ３や第２モータ４の回転トルクによって相殺する（打ち消す）ことができる、と解説する。
【００１４】
【特許文献１】
特許第２７７３７９６号公報
【特許文献２】
実公平７−３２３４５号公報
【特許文献３】
特開平６−１８５４０８号公報
【特許文献４】
特開平１１−１１３１０４号公報（〔００４５〕−〔００４６〕、第１，５，６図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の解説は、内燃機関の出力軸と電動機の回転軸との間が剛結されている場合は正しいが、内燃機関のハウジングと電動機のハウジングが一つのパワーブロックとみなすことができる状態になっていて、且つ、内燃機関の出力軸と電動機の回転軸との間が若干の弾性を持って結合されていたり、もしくは全く結合していない場合（以下「非剛結」という。）は必ずしも正しいといえない。なお、上記の“一つのパワーブロックとみなすことができる状態”とは、たとえば、ハウジング同士がボルトで結合されていたり、一体のケースとなっていたりする状態のことを指す。
【００１６】
図６（ｂ）は、そのような連結構造（非剛結）を有するハイブリッド自動車の簡略構造図であり、エンジン１２の出力軸１２ａと、電動機１３の回転軸１３ａとは、若干の弾性を有する部材ないしは機構等（たとえば、ダンパー１４）によって連結されている。このような非剛結構造においては、エンジン１２の回転トルクは、ダンパー１４の弾性力により、若干の位相のずれを伴って電動機１３の回転軸１３ａに伝えられる。
【００１７】
したがって、上記の解説のように、「目標とするモータ回転数ＭＮｍを中心にして、上記の脈動波形（図７（ａ））を丁度反転させた形」で電動機１３の回転トルクを制御したとしても、その制御は、ダンパー１４の弾性力による位相のずれを全く考慮しておらず、“丁度反転させた形”となり得ないから、トルクの“相殺（打ち消し）”を期待できないし、さらには、位相のずれの大きさによってはかえって脈動を強めてしまうこともあり得るから、これらの点で、上記の「従来例その２」は未だ解決すべき課題がある。
【００１８】
そこで本発明は、内燃機関の出力軸と電動機の回転軸との間が若干の弾性を持って連結（非剛結）されている場合であっても、電動機のトルクでエンジンのトルク変動（脈動）を相殺することができ、車体に伝えられる不快な振動を抑制できるハイブリッド自動車の制御方法または制御装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るハイブリッド自動車の制御方法は、駆動力発生源として内燃機関と電動／発電機とを備え、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記電動／発電機の回転軸の間が非剛結状態で連結されると共に、前記内燃機関及び電動／発電機を含む機構を一体化したパワーブロックを、エンジンマウントを介して車体に弾性支持させた構造を有するハイブリッド自動車の制御方法において、前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅを検出する第１工程と、前記電動／発電機の回転軸の回転数Ｎｍを検出する第２工程と、前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算する第３工程と、前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算する第４工程と、前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と前記内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算する第５工程と、前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と前記電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する第６工程と、前記第５工程の演算結果（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）と前記第６工程の演算結果（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和からＴｅ＋Ｔｍの変動成分を演算する第７工程と、前記第７工程の演算結果（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を０にするための制御量を演算する第８工程と、前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅがアイドリング回転数に相当する所定の回転数範囲内のときに前記制御量に基づいて前記電動／発電機のトルクを制御する第９工程とを含むことを特徴とする。
また、本発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、駆動力発生源として内燃機関と電動／発電機とを備え、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記電動／発電機の回転軸の間が非剛結状態で連結されされると共に、前記内燃機関及び電動／発電機を含む機構を一体化したパワーブロックを、エンジンマウントを介して車体に弾性支持させた構造を有するハイブリッド自動車の制御装置において、前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅを検出する第１手段と、前記電動／発電機の回転軸の回転数Ｎｍを検出する第２手段と、前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算する第３手段と、前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算する第４手段と、前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と前記内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算する第５手段と、前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と前記電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する第６手段と、前記第５手段の演算結果（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）と前記第６手段の演算結果（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和からＴｅ＋Ｔｍの変動成分を演算する第７手段と、前記第７工程の演算結果（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を０にするための制御量を演算する第８手段と、前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅがアイドリング回転数に相当する所定の回転数範囲内のときに前記制御量に基づいて前記電動／発電機のトルクを制御する第９手段とを備えたことを特徴とする。
この発明では、内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算すると共に、電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算し、それらの積の和からＴｅ＋Ｔｍの変動成分を演算することにより、内燃機関の出力軸と電動／発電機の回転軸との間に介在する非剛結機構（たとえば、ダンパー）の影響をまったく受けないパラメータ（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を得る。そして、このパラメータ（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を０にするための制御量を演算し、前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅがアイドリング回転数に相当する所定の回転数範囲内のときに、この制御量に基づいて電動／発電機のトルクを制御することにより、上記の非剛結機構（たとえば、ダンパー）の存在に関わらず、パワーブロックから車体に伝えられる脈動を効果的に抑制することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、ハイブリッド自動車の制御方法に適用した一実施例として図面を参照しながら説明する。
【００２１】
なお、以下の説明における様々な細部の特定ないし実例および数値や文字列その他の記号の例示は、本発明の思想を明瞭にするための、あくまでも参考であって、それらのすべてまたは一部によって本発明の思想が限定されないことは明らかである。また、周知の手法や周知の手順、あるいは周知のアーキテクチャおよび周知の回路構成等（以下「周知事項」）についてはその細部にわたる説明を避けるが、これも説明を簡潔にするためであって、これら周知事項のすべてまたは一部を意図的に排除するものではない。かかる周知事項は本発明の出願時点で当業者の知り得るところであるので、以下の説明に当然含まれている。
【００２２】
（全体の構成）
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。この図において、エンジン（内燃機関）２０のハウジング２０ａ、ダンパー２１及び電動／発電機２２のハウジング２２ａ、変速装置２３のハウジング２３ａは、たとえば、ボルト２４ａによって剛結されており、これらのハウジング２０ａ、２２ａ及び２３ａは一体化されたパワーブロック２４を構成する。パワーブロック２４は、いくつか（図では便宜的に２個）のエンジンマウント２５、２５を介して弾性的に車体２６、２６に取り付けられている。エンジン２０の出力軸２０ｂは、たとえば、スプリング２１ｃなどで構成されたダンパー２１の一方側要素２１ａに連結され、このダンパー２１の他方側要素２１ｂは電動／発電機２２の回転軸２２ｂに連結され、一方側要素２１ａと他方側要素２１ｂとの間にスプリング２１ｃが介在している。さらに、電動／発電機２２の回転軸２２ｂは変速装置２３の入力軸２３ｂに連結され、変速装置２３の出力軸２３ｃは駆動軸２７及びディファレンシャルギヤ２８を介して駆動輪２９、２９に連結されている。
【００２３】
電動／発電機２２は、ハウジング２２ａに取り付けられた固定子（ステータともいう。）２２ｃと、その固定子２２ｃの内側に回転自在に配設された回転子（ロータともいう。）２２ｄとからなる、たとえば、３相交流誘導モータである。この電動／発電機２２は、電動機として、また、発電機としても動作する。モータ／ジェネレータ（略号：Ｍ／Ｇ）ともいう。つまり、この電動／発電機２２は、固定子２２ｃに制御電流を流すことにより、回転子２２ｄを回転させてその回転子２２ｄの軸心に取り付けられた回転軸２２ｂに所要の（制御電流に応じた大きさ）回転トルクを発生させることができると共に、固定子２２ｃに任意の負荷を接続して、回転軸２２ｂ（回転子２２ｄ）を回転させることにより、固定子２２ｃに起電力を生じさせて負荷に電力を供給することができるものである。
【００２４】
電動／発電機２２の固定子２２ｃは、双方向駆動回路３０に接続されており、この双方向駆動回路３０は、たとえば、インバータ回路３０ａとチョッパー回路３０ｂを含む。双方向駆動回路３０は、これらの回路を用い、電動／発電機２２を電動機として使用するときには、バッテリ３１の直流電圧を、後述の電動機用コントローラ３４からの制御信号（ＤＳ）に応じた周波数及び位相並びに振幅を有する交流電圧に変換して電動／発電機２２の固定子２２ｃに印可する一方、電動／発電機２２を発電機として使用するときには、電動／発電機２２の固定子２２ｃで発生した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ３１に供給する（電動／発電機２２は“発電機”として動作する。）。
【００２５】
エンジン２０はエンジン用コントローラ３２によって制御され、変速装置２３は変速装置用コントローラ３３によって制御される。
【００２６】
エンジン２０にはエンジン回転数Ｎｅやクランク角θｃなどを検出する回転センサ３５が設けられており、また、電動／発電機２２には電動機回転数Ｎｍを検出する回転センサ３６が設けられている。さらに、車体の図示しないセレクトレバーには、そのセレクトレバーで選択されたレンジに応じたレンジ信号ＲＳを出力するインヒビタースイッチ３７が設けられており、また、図示しないアクセルペダルまたはスロットルバルブには、そのアクセルペダルの踏込みに応じたスロットル開度ＴＨを検出するスロットル開度センサ３８が設けられている。
【００２７】
そして、これらの各センサ（回転センサ３５、３６、インヒビタースイッチ３７、スロットル開度センサ３８）で検出された信号が、変速装置用コントローラ３３からの信号と共に、電動機用コントローラ３４に入力されている。
【００２８】
電動機用コントローラ３４は、たとえば、入力インタフェース部３４ａや演算処理部３４ｂ及び記憶部３４ｃ並びに出力インタフェース部３４ｄなどを含むマイクロコンピュータで構成される。
【００２９】
入力インタフェース部３４ａには、上記の各センサで検出された信号、すなわち、回転センサ３５で検出されたエンジン回転数Ｎｅやクランク角θｃ、回転センサ３６で検出された電動機回転数Ｎｍ、インヒビタースイッチ３７で検出されたレンジ信号ＲＳ、スロットル開度センサ３８で検出されたスロットル開度ＴＨなどが、変速装置用コントローラ３３からの信号と共に入力されている。
【００３０】
演算処理部３４ｂは、記憶部３４ｃにあらかじめ格納されている制御プログラムを実行して、電動／発電機２２の動作状態を制御する制御量を演算し、その制御量を表す制御信号ＤＳなどを出力インターフェース部３４ｄを介して、電動／発電機２２や双方向駆動回路３０に出力する。
【００３１】
（原理説明）
図２は、上記の構成における要部のモデル図である。この図（ａ）において、エンジン回転系３９はエンジン２０を表し、Ｍ／Ｇ回転系４０は電動／発電機２２を表す。また、エンジン回転系３９とＭ／Ｇ回転系４０との間のスプリング４１と制振要素４２はダンパー２１のダンパーバネ定数Ｋ１と減衰定数Ｃ１をそれぞれ表す。上記構成の説明のとおり、エンジン２０やダンパー２１及び電動／発電機２２はパワーブロック２４に結合されており、パワーブロック２４はいくつかのエンジンマウント２５、２５を介して車体２６に伝静的に取り付けられているので、パワーブロック２４やエンジンマウント２５、２５を含むモデル図は、（ｂ）のように示される。すなわち、エンジンブロック系４３は、エンジンマウント２５、２５のダンパーバネ定数Ｋ２と減衰定数Ｃ２をそれぞれ表すバネ要素４４と制振要素４５を介して車体４６に載置されており、エンジンマウント系４３から車体４６に伝えられるトルクをＴｅｍとするとき、このトルクＴｅｍは、次式（１）で与えられる。
【００３２】
【数１】

【００３３】
・・・・（１）
ここで、ｓはラプラス演算子、Ｉｅはエンジン回転系３９のイナーシャ、ＩｍはＭ／Ｇ回転系４０のイナーシャ、Ｉｂはエンジンブロック系４３のイナーシャである。
【００３４】
式（１）は、以下の計算式（特に最後の式（１４）参照）によって導き出される。まず、前記モデル図の運動方程式は、次式（２）〜（５）によって与えられる。
【００３５】
＜エンジンイナーシャ周り＞
【００３６】
【数２】

【００３７】
・・・・（２）
＜Ｍ／Ｇイナーシャ周り＞
【００３８】
【数３】

【００３９】
・・・・（３）
＜エンジンブロック周り＞
【００４０】
【数４】

【００４１】
・・・・（４）
＜車体周り＞
【００４２】
【数５】

【００４３】
・・・・（５）
次に、エンジンマウントの角速度を演算する。
【００４４】
式（４）と、
【００４５】
【数６】

【００４６】
より、
【００４７】
【数７】

【００４８】
が得られ、これをラプラス変換すると、
【００４９】
【数８】

【００５０】
となる。よって、エンジンブロック角速度は、
【００５１】
【数９】

【００５２】
・・・・（６）
となる。一方、エンジンマウントから車体に伝えられるトルクは、式（４）と式（５）より、
【００５３】
【数１０】

【００５４】
・・・・（７）
となり、ゆえに、エンジンマウントから車体に伝わるトルクＴｅｍを減少させるためには、「Ｔｅ＋Ｔｍ」の変動成分または微分成分を０にするようにＴｍを制御することが効果的であることが分かる。なお、エンジンマウントから車体に伝わるトルクＴｅｍを減少させるためには、エンジンマウントの特性を変更、たとえば、次式（８）に示す伝達関数を最適化することも考えられるが、これは従来技術（たとえば、特許文献１参照）のカテゴリに入るため、本実施の形態では考えないことにする。
【００５５】
【数１１】

【００５６】
・・・・（８）
「Ｔｅ＋Ｔｍ」の変動成分または微分成分を０にするようにＴｍを制御するという視点に立って、さらに検討を加える。
【００５７】
式（２）と式（３）を足し合わせてラプラス変換すると、
【００５８】
【数１２】

【００５９】
・・・・（９）
が得られる。式（９）において、ＩｅとＩｍは既知の値であるが、ωｅとωｍは車体との相対回転で与えられるため、既知の値ではない。
【００６０】
そこで、センサで計測可能なエンジンブロックとの相対回転パラメータ（エンジンとＭ／Ｇの回転角速度）を用いることにする。今、エンジンの回転角速度をωｅ_{_s}とし、Ｍ／Ｇの回転角速度をωｍ_{_s}とすると、次式（１０）が成立する。
【００６１】
【数１３】

【００６２】
・・・・（１０）
この式（１０）を式（９）に代入すると、
【００６３】
【数１４】

【００６４】
・・・・（１１）
となり、ωｂを右辺に移動して整理すると、
【００６５】
【数１５】

【００６６】
・・・・（１２）
となる。ここで、（Ｉｅ×ωｅ_{_s}＋Ｉｍ×ωｍ_{_s}）＝Ｘｃｎｔとおき、式（６）を代入すると、
【００６７】
【数１６】

【００６８】
よって、
【００６９】
【数１７】

【００７０】
・・・・（１３）
となり、これを式（７）に代入すると、
【００７１】
【数１８】

【００７２】
・・・・（１４）
が得られる。そして、この式（１４）より、エンジンマウントから車体に伝えられるトルクＴｅｍを抑制するためには、Ｘｃｎｔ＝（Ｉｅ×ωｅ_{_s}＋Ｉｍ×ωｍ_{_s}）の変動成分または微分成分の振幅を０にすればよいことが分かる。
【００７３】
図３は、以上の原理に基づく、脈動抑制処理機能のブロック図である。この図において、第１演算部４７はエンジン２０の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算すると共に、この変動成分または微分成分とエンジン回転系３９のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算し、第２演算部４８は電動／発電機２２の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算すると共に、この変動成分または微分成分とＭ／Ｇ回転系４０のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する。また、第３演算部４９は、第１演算部４７の出力（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）と第２演算部４８の出力（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）＋（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）・・・・すなわち、Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分・・・・を演算し、その演算結果（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分）を制御量演算部５０に出力する。制御量演算部５０は、Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分を０にするための制御量を演算して、その演算量に対応した制御信号（ＣＳ、ＤＳ）を、電動／発電機２２や双方向駆動回路３０に出力する。
【００７４】
図示の脈動抑制処理機能は、ハードロジックで構成してもよいが、本実施の形態では、電動機用コントローラ３４の演算処理部３４ｂでソフトウェア的に実現するものとする。
【００７５】
図４は、電動機用コントローラ３４の演算処理部３４ｂで実行される制御プログラムの要部のフローチャートを示す図である。このフローチャートでは、まず、エンジン２０が回転中であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、エンジン２０が回転中でなければ、スタータスイッチが「ＳＴＡＲＴ」ポジションに回されているか否かを判定し（ステップＳ１２）、「ＳＴＡＲＴ」ポジション以外であれば、ステップＳ１１に復帰する一方、「ＳＴＡＲＴ」ポジションであれば、次に、バッテリ３１の容量が充分（端子電圧が基準値以上）であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、容量充分でなければメータパネルの充電警告灯を点灯するなどの所要の充電警告処理（ステップＳ１４）を行ってから、ステップＳ１１に復帰し、容量充分であれば、電動／発電機２２を“電動機”として動作させて、その電動／発電機２２の駆動力によりエンジン２０を起動（スタート）させた（ステップＳ１５）後、ステップＳ１１に復帰する。
【００７６】
他方、ステップＳ１１において、エンジン２０の回転中を判定した場合は、次に、その回転数が所定の範囲に収まっているか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、“所定の範囲”とは、電動／発電機２２のトルクを利用してエンジン２０のトルク変動（脈動）を抑制し得るエンジン回転数の範囲である。この範囲は大まかにいえばアイドル領域の範囲であるが、より具体的には、６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍの範囲である。
【００７７】
この範囲について、本件発明者らの検討によれば、エンジンのクランク軸とモータとを剛結した状態でエンジン回転変動を小さくするような制振制御を実施したところ、エンジン回転６００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍの範囲でエンジンマウント振動及びエンジン回転変動を１／３０以下にすることができた。そこで、今度は、エンジンのクランク軸とモータとをダンパーを介して接続した非剛結システムにおいて、同様にエンジン回転変動を小さくするような制振制御を実施したところ、エンジン回転６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍの範囲ではエンジンマウント振動及びエンジン回転変動を１／３０以下に低減できたが、それ以上（８００ｒｐｍ以上）のエンジン回転ではエンジン回転変動は小さくできるがエンジンマウント振動が小さくならず、逆に大きくなる場合もあった。そこで、シミュレーション解析を行ったところ、制振効果がダンパーの共振周波数に依存することが判明した。すなわち、エンジントルクの脈動周波数がダンパーの共振周波数以下（８００ｒｐｍ以下）ではエンジンのクランクシャフトとモータはほぼ剛体とみなすことができ、モータで発生するエンジントルク振動を打ち消すトルクがほぼクランク軸にそのまま伝わって制振効果が得られる一方、ダンパーの共周波数転以上（８００ｒｐｍ以上）になるとクランクシャフトとモータは剛体とみなすことができなくなり、モータで発生するエンジントルク振動を打ち消すトルクがダンパを介して伝えられるため、減衰されてしまい、さらには、位相遅れも生じてしまうので、エンジン回転変動を打ち消すためにモータトルクの振幅を増やして且つ位相を進めると逆にエンジンマウント振動を増加させる結果となるからである。
【００７８】
以上の知見に従い、ステップＳ１６における“所定の範囲”を６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍとするが、本発明の思想はこれに限定されない。
【００７９】
次に、ステップＳ１６でエンジン２０の回転数が所定の範囲に収まっていないことが判定された場合は、スロットル全閉（スロットルペダルが踏み込まれていない状態または同ペダルから足が離れている状態）にあるか否かを判定し（ステップＳ１７）、スロットル全閉であれば、電動／発電機２２を“発電機”として動作させて、その発電エネルギーによりバッテリ３１を充電（ステップＳ１８）した後、ステップＳ１１に復帰する。
【００８０】
スロットル全閉でない場合は、次に、スロットル全開（スロットルペダルが最大ストローク付近まで踏み込まれている状態）にあるか否かを判定し（ステップＳ１９）、スロットル全開であれば、電動／発電機２２を“電動機”として動作させて、その駆動力（加速補助のためのアシスト力）によりエンジン２０の駆動力を補助（ステップＳ２０）した後、ステップＳ１１に復帰する。
【００８１】
スロットル全開でない場合は、次に、スロットル開過渡時（スロットルペダルが踏み込まれつつある状態）にあるか否かを判定し（ステップＳ２１）、スロットル開過渡時であれば、電動／発電機２２を“電動機”として動作させて、その駆動力（スロットル応答性改善のためのアシスト力）によりエンジン２０の駆動力を補助（ステップＳ２２）した後、ステップＳ１１に復帰する。
【００８２】
さて、前記のステップＳ１６において、エンジン２０の回転数が所定の範囲（たとえば、６００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍ）に収まっていることが判定された場合は、本実施の形態の特徴を含む特有の処理（脈動抑制処理）を実行する（ステップＳ２３）。
【００８３】
図５は、脈動抑制処理のフローチャートを示す図である。このフローチャートは、前出の脈動抑制処理機能（図３参照）をソフトウエア的に実現したものである。すなわち、このフローチャートでは、まず、エンジン２０の回転数Ｎｅと電動／発電機２２の回転数Ｎｍとを読み込み（ステップＳ２３ａ／第１工程、ステップＳ２３ｂ／第２工程）、次に、エンジン２０の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算し、この変動成分または微分成分とエンジン回転系３９のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算する（ステップＳ２３ｃ／第３工程、第４工程）と共に、電動／発電機２２の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算し、この変動成分または微分成分とＭ／Ｇ回転系４０のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する（ステップＳ２３ｄ／第５工程、第６工程）。そして、ステップＳ２３ｃの演算結果（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）とステップＳ２３ｄの演算結果（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和より、Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分を演算する（ステップＳ２３ｅ／第７工程）。次に、Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分を０にするための制御量を演算し（ステップＳ２３ｆ／第８工程）、その演算量に対応した制御信号（ＣＳ、ＤＳ）を、電動／発電機２２や双方向駆動回路３０に出力して脈動抑制のためのモータトルク制御を実行する（ステップＳ２３ｇ／第９工程）。
【００８４】
このように、本実施の形態においては、前式（１４）により、エンジンマウントから車体に伝えられるトルクＴｅｍを抑制するためには、Ｘｃｎｔ＝（Ｉｅ×ωｅ_{_s}＋Ｉｍ×ωｍ_{_s}）のＡＣ成分の振幅を０にすればよいという知見に基づき、上記のステップＳ２３ｅにおいて、そのＡＣ成分に相当する「Ｔｅ＋Ｔｍ」の変動成分または微分成分を演算すると共に、ステップＳ２３ｆにおいて、その「Ｔｅ＋Ｔｍ」の変動成分または微分成分を０にするための制御量を演算し、その制御量を用いて電動／発電機２２のトルクを制御するので、エンジンマウントから車体に伝えられるトルクＴｅｍを効果的に抑制することができるうえ、前式（１４）には、ダンパー２１の項（Ｋ１やＣ１）が含まれていないから、エンジン２０と電動／発電機２２の間が非剛結されているシステムにおいても、その脈動制振機能を支障なく発揮することができるという格別有益な効果が得られる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、エンジンの回転軸と電動機の回転軸との“非剛結”の一例として、間にスプリングが介在するダンパーを例にとって説明したが、これに限られるものではない。たとえば、トルクコンバータ、遊星歯車機構、選択的に締結可能なクラッチ、あるいは全く結合しないいわゆるシリーズハイブリッドタイプのものであっても本発明に含まれることはいうまでもない。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）、及び、電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算し、それらの積の和より、Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分を演算することにより、内燃機関の出力軸と電動／発電機の回転軸との間に介在する非剛結機構（たとえば、ダンパー）の影響をまったく受けないパラメータ（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分）を得ることができる。そして、このパラメータ（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分または微分成分）を０にするための制御量を演算し、この制御量に基づいて電動／発電機のトルクを制御することにより、上記の非剛結機構（たとえば、ダンパー）の存在に関わらず、パワーブロックから車体に伝えられる脈動を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の構成における要部のモデル図である。
【図３】脈動抑制処理機能のブロック図である。
【図４】電動機用コントローラ３４の演算処理部３４ｂで実行される制御プログラムの要部のフローチャートを示す図である。
【図５】脈動抑制処理のフローチャートを示す図である。
【図６】従来例のハイブリッド自動車の概略構成図及び非剛結構造を有するハイブリッド自動車の簡略構造図である。
【図７】脈動の波形図、従来例の補正値（Ｋθｃ）テーブルの特性図及び第１モータ３や第２モータ４の制御特性図である。
【符号の説明】
２０エンジン（内燃機関）
２０ｂ出力軸
２２電動／発電機
２２ｂ回転軸
Ｓ２３ａステップ（第１工程）
Ｓ２３ｂステップ（第２工程）
Ｓ２３ｃステップ（第３、４工程）
Ｓ２３ｄステップ（第５、６工程）
Ｓ２３ｅステップ（第７工程）
Ｓ２３ｆステップ（第８工程）
Ｓ２３ｇステップ（第９工程）

Claims

駆動力発生源として内燃機関と電動／発電機とを備え、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記電動／発電機の回転軸の間が非剛結状態で連結されると共に、前記内燃機関及び電動／発電機を含む機構を一体化したパワーブロックを、エンジンマウントを介して車体に弾性支持させた構造を有するハイブリッド自動車の制御方法において、
前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅを検出する第１工程と、
前記電動／発電機の回転軸の回転数Ｎｍを検出する第２工程と、
前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算する第３工程と、
前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算する第４工程と、
前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と前記内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算する第５工程と、
前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と前記電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する第６工程と、
前記第５工程の演算結果（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）と前記第６工程の演算結果（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和からＴｅ＋Ｔｍの変動成分を演算する第７工程と、
前記第７工程の演算結果（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を０にするための制御量を演算する第８工程と、
前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅがアイドリング回転数に相当する所定の回転数範囲内のときに前記制御量に基づいて前記電動／発電機のトルクを制御する第９工程と
を含むことを特徴とするハイブリッド自動車の制御方法。
駆動力発生源として内燃機関と電動／発電機とを備え、且つ、前記内燃機関の出力軸と前記電動／発電機の回転軸の間が非剛結状態で連結されされると共に、前記内燃機関及び電動／発電機を含む機構を一体化したパワーブロックを、エンジンマウントを介して車体に弾性支持させた構造を有するハイブリッド自動車の制御装置において、
前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅを検出する第１手段と、
前記電動／発電機の回転軸の回転数Ｎｍを検出する第２手段と、
前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分を演算する第３手段と、
前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分を演算する第４手段と、
前記内燃機関の回転数Ｎｅの変動成分または微分成分と前記内燃機関のイナーシャＩｅとの積（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）を演算する第５手段と、
前記電動／発電機の回転数Ｎｍの変動成分または微分成分と前記電動／発電機のイナーシャＩｍとの積（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）を演算する第６手段と、
前記第５手段の演算結果（Ｎｅの変動成分または微分成分×Ｉｅ）と前記第６手段の演算結果（Ｎｍの変動成分または微分成分×Ｉｍ）との和からＴｅ＋Ｔｍの変動成分を演算する第７手段と、
前記第７工程の演算結果（Ｔｅ＋Ｔｍの変動成分）を０にするための制御量を演算する第８手段と、
前記内燃機関の出力軸の回転数Ｎｅがアイドリング回転数に相当する所定の回転数範囲内のときに前記制御量に基づいて前記電動／発電機のトルクを制御する第９手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。