JP4405475B2 - モータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両走行用の駆動源としてのエンジンにジェネレータ・モータ（発電電動機）を一体的に備え、前記ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置に関する。

一般に、エンジンは、シリンダ内の爆発力をクランク軸（出力軸）の回転に変換し、そのクランク軸の回転トルクを出力するものであるため、爆発に同期して回転トルクの変動が不可避的に発生する。この回転トルク変動を抑制するために、クランク軸のトルク増大時を検出して、クランク軸にトルク授受可能に連結されるジェネレータ・モータに界磁電流を供給し、トルク増大時にクランク軸に逆トルクを発生させ回転トルク変動を抑制するようにしたエンジンのトルク変動抑制装置が公知である（特許文献１、特許文献２）。

また、エンジン振動の車体フレームへの伝達を抑制するために、制御手段がエンジンの回転数に応じてエンジンと車体フレームとの間に設けられたエンジンマウントを制御する技術も公知である（特許文献３）。さらに、制御手段がクランク軸の角加速度から推定したエンジンの振動状態に基づいてアクチュエータの作動を制御するエンジンマウントのアクチュエータ駆動制御装置も公知である（特許文献４）。

特公平４−２４５３８号公報 特開昭６１−１３５９３６号公報 特開平７−４２７８３号公報 特開２００５−３１５６号公報

ここで、エンジン振動の車体フレームへの伝達を抑制する技術のうち、特許文献１、２に係る技術をモータ制振制御技術といい、特許文献３、４に係る技術をアクティブエンジンマウント制振制御技術ということとする。

近時、ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両が市場に提供されている。このモータ補助型ハイブリッド車両のジェネレータ・モータは、高出力を得るために、高電圧充電池で駆動されるように構成されている。

このように構成されるモータ補助型ハイブリッド車両において、エンジン振動の車体フレームへの伝達をできるだけ小さくするため、上記のモータ制振制御技術とアクティブマウント制振制御技術を同一の車両に適用する、いわゆる併載する（併合して搭載する）ことが考えられる。

しかしながら、モータ補助型ハイブリッド車両のジェネレータ・モータを駆動するための高電圧充電池は、温度状態によって自身を保護するために、ジェネレータ・モータのモータとしての作動・非作動を切り替える事態が発生する。また、モータ補助用の高い静トルクが要求された場合、制振トルク（変動トルク）は、ジェネレータ・モータの定格出力から静トルクの差分の出力しか発生できない事態が発生する。

通常、モータ制振制御技術とアクティブマウント制振制御技術を併載した車両においては両制御技術が同時に協調して作動してエンジン振動の車体フレームへの伝達が最小となるように設計されているので、上述した事態が発生した場合には、エンジン振動の車体フレームへの伝達の制振動作が最適ではなくなるという問題がある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両に、モータ制振制御技術とアクティブマウント制御技術を併載した場合において、モータ制振制御の作動状態に無関係に、アクティブマウント制御が最適に行えるようにすることを可能とするモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係るモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置は、ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを、エンジンマウントを介して車体フレームに支持し、前記エンジンから前記車体フレームに伝達される振動を前記ジェネレータ・モータ及び前記エンジンマウントにより制振するモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置であって、エンジン回転数とエンジン回転変動量とに応じて制御マップを検索し、制御波形パラメータを算出する制御波形パラメータ算出器と、算出された制御波形パラメータに応じたエンジンマウント制御信号を生成し、前記エンジンマウントに供給するエンジンマウント制御信号生成器と、前記エンジン回転変動量に応じて逆トルクを与えるためのモータ制振制御信号を生成し、前記ジェネレータ・モータに供給するモータ制振制御信号生成器と、前記モータ制振制御信号を監視し、前記モータ制振制御信号に応じて、前記制御マップを持ち替える制御マップ持替器と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、制御マップ持替器は、エンジン回転変動量に応じてジェネレータ・モータに供給されるモータ制振制御信号を監視し、前記モータ制振制御信号に応じて、エンジンマウント制御信号を生成するための制御波形パラメータ算出用の制御マップを持ち替えるようにしているので、ジェネレータ・モータによる制振制御の状態に応じた最適なアクティブマウント制御を行うことができる。

より具体的には、前記モータ制振制御信号がゼロ値になったとき、前記制御マップを持ち替えることで、モータ制振制御の作動状態に無関係に、アクティブマウント制御を最適に行うことができる。

この発明によれば、モータ制振制御技術とアクティブマウント制御技術を併載した車両において、モータ制振制御の作動状態に無関係に、アクティブマウント制御を最適に行うことができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係るモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置１０の電気的構成を示すブロック図である。

能動型制振制御装置１０は、基本的に、ジェネレータ・モータ制御装置１２とエンジンマウント制御装置１４とから構成される。

図２は、この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置１０が搭載されたモータ補助型ハイブリッド車両１００の模式的な構成を示す説明図である。

図２に示すように、モータ補助型ハイブリッド車両１００は、図示しない車体フレーム上に固定されたエンジンマウント（アクティブエンジンマウント）１６上に内燃機関であるエンジン（ディーゼルエンジンも含む）２０が支持されている。

このエンジン２０に、モータ（電動機）及びジェネレータ（発電機）として機能するジェネレータ・モータ（発電電動機）２２と、自動あるいは手動のトランスミッション２４とがクランク軸３０（出力軸）を介して一体的に連結されており、トランスミッション２４の出力により駆動輪２６が駆動される。

ジェネレータ・モータ制御装置１２は、バッテリ２８を充放電制御する。バッテリ２８は、ジェネレータ・モータ２２がモータとして機能するときに電気を供給し、ジェネレータとして機能するときに電気が充電される。

モータ補助型ハイブリッド車両１００は、例えば、発進時にはエンジン２０を上回る力でジェネレータ・モータ２２がエンジン２０を補助し、低速クルーズ時にはエンジン２０の気筒を全て停止しジェネレータ・モータ２２だけで走行し、ゆっくりした加速時又は高速クルーズ時はエンジン２０の燃費がよくなるためジェネレータ・モータ２２を休止してエンジン２０のみで走行し、さらに急加速時にはエンジン２０とジェネレータ・モータ２２の両方で走行し、また、減速時にはエンジン２０を停止しジェネレータ・モータ２２をジェネレータとして動作させバッテリ１１４に対する充電（回生）を行うように制御される。ブレーキをかけている停車時には、エンジン２０とジェネレータ・モータ２２が両方停止され、ブレーキを離したときにエンジン２０のみが始動するようになっている。

ジェネレータ・モータ制御装置１２は、基本的に、クランク軸３０の回転変動を抑制するためのクランクモータ制振制御信号（制御波形）ｙを生成するモータ制振制御波形生成器６０と、エンジン２０の出力を補助するモータアシスト信号（静トルク制御波形）Ｓｑを生成する静トルク制御波形生成器６２と、合成器６４と、電力制御部７０とから構成される。なお、クランク軸３０の回転変動波形は、クランク軸３０のトルク変動波形と近似していることを確認している。

図１及び図２に示すように、ジェネレータ・モータ２２の回転軸でもあるエンジン２０のクランク軸（出力軸）３０にクランク角センサ３２が取り付けられている。クランク角センサ３２は、クランク軸３０の１回転につき、例えば２４個、つまりクランクアングルの１５゜毎に１個、クランクパルス（エンジンパルス）Ｅｐを出力する。

クランクパルスＥｐは、エンジンマウント制御装置１４とジェネレータ・モータ制御装置１２に供給される。

モータ制振制御波形生成器６０は、クランク軸３０の回転変動に応じた逆トルクを発生するための界磁電流値を算出し、モータ制振制御信号ｙとして出力する。

なお、モータ制振制御波形生成器６０は、エンジン回転周波数ｆの調波の基準信号｛正弦波信号及び（又は）余弦波信号）を生成する基準信号生成器と、基準信号が入力されてサンプリング周期毎にクランク軸３０の回転変動を相殺するための逆トルクを発生させるためのモータ制振制御信号ｙを出力する適応ノッチフィルタと、ジェネレータ・モータ２２の伝達関数を有する補正フィルタに前記基準信号を入力して参照信号を出力し、クランク軸３０の回転変動を表す誤差信号の値が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐時更新する構成とすることもできる。

静トルク制御波形生成器６２は、図示しないアクセルペダルの操作によるスロットル開度等の車両状態情報（インテークマニホールド内圧力値、スロットル開度の他、車速、シフト位置、ブレーキ踏量等）に応じて、格納しているマップから付与トルク（静トルク）を検索し、付与トルク（補助トルク）に応じた界磁電流値を算出し、モータアシスト信号Ｓｑを出力する。

モータ制振制御信号ｙとモータアシスト信号Ｓｑが合成器６４で合成され合成信号ｙ＋Ｓｑとして電力制御部７０に供給される。

電力制御部１０１は、例えば３相インバータ回路と界磁電流供給・回生回路を含み、ジェネレータ・モータ２２の３相ステータコイルと界磁コイルの回転磁界制御・界磁制御・回生制御を行う。

この場合、電力制御部７０は、合成信号ｙ＋Ｓｑが供給されてジェネレータ・モータ２２の駆動信号Ｓｍを生成する。

この駆動信号Ｓｍによりジェネレータ・モータ２２の界磁電流を制御し、かつ内蔵の３相インバータ回路の各トランジスタをスイッチングすることによりジェネレータ・モータ２２をモータとして動作させ、これにより逆トルク付与と静トルク付与を実行する。

一方、エンジンマウント制御装置１４において、回転数検出器（周波数検出器）３４は、１分間毎のクランクパルスＥｐの個数をクランク軸３０の１回転につき発生するパルス数２４個で割って、エンジンの回転周波数ｆ（クランク軸３０の回転周波数）［ｒｐｍ］を検出する。実際上、回転周波数ｆは、回転数検出器３４（周波数検出器）によりクランクパルスＥｐを取得する毎に更新される。

回転変動量検出器３６は、クランク軸３０の回転変動を検出する。回転変動量は、単位を角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］とすると、隣り合うクランクパルスＥｐの時間間隔がＴ［ｓｅｃ］であるとき、角速度ω＝｛１５×（π／１８０）／Ｔ｝値の変化［今回計算したωｎ＋１から前回計算したωｎを引き、差を前回計算したωｎで割った値｛（ωｎ＋１−ωｎ）｝／ωｎ］として検出される。この回転変動量の振幅Ａと位相Ｐｆが回転変動量検出器３６から出力される。

エンジンマウント制御装置１４は、制御波形パラメータ算出器３８を有している。

図３に示すように、制御波形パラメータ算出器３８は、回転周波数ｆと回転変動量の振幅Ａと位相Ｐｆとに応じてそれぞれ制御マップである、エンジンマウント駆動用振幅制御マップ４４とエンジンマウント駆動用位相補正制御マップ４６を検索し、制御波形パラメータである駆動振幅Ｂと位相補正量Ｐｃとを算出し、さらに位相補正量Ｐｃと回転変動量検出器３６からの位相Ｐｆとを合成器４８で合成し駆動位相Ｐを算出する。

駆動振幅Ｂと駆動位相Ｐが制御波形生成器５０に供給され、制御波形生成器５０は、回転周波数ｆと駆動振幅Ｂと駆動位相Ｐに基づき駆動電流の制御波形を生成し、エンジンマウント制御信号Ｓ１としてエンジンマウント１６を駆動する。

実際上、エンジンマウント１６は、エンジン２０の振動を受ける弾性体を有し、この弾性体が壁面の一部を構成する液室の容積を変化させる可動部材と、この可動部材を電磁力で駆動するアクチュエータとを備える。すなわち、エンジンマウント１６は、液封マウントの下部に内蔵したアクチュエータを、エンジンマウント制御信号Ｓ１によりエンジン２０の振動に対し同位相・同周期で伸縮させることで振動を吸収する。

ここで、制御波形パラメータ算出器３８に設定される振幅制御マップ４４と位相補正制御マップ４６とは、図１に示す制御マップ持替器５２を通じて持ち替えられる。

持替用の振幅制御マップ４４と位相補正制御マップ４６とは、制御波形マップメモリ５４に格納されている。

図４は、振幅制御マップ４４の例を示しており、横軸がエンジン回転周波数ｆ（単位は［Ｈｚ］又は［ｒｐｍ］）、縦軸が駆動振幅Ｂ（単位は［Ｎ］）である。回転変動量検出器３６で検出された回転変動量振幅Ａに対応するマップ（特性曲線）が選択されるようになっている。振幅制御マップ４４は、矢印で示すように、代表的には、回転変動量振幅Ａが小さな値から大きな値に変化するのに応じて駆動振幅Ｂ、すなわちエンジンマウント１６に対する駆動力が大きくなる特性を有している。

図５は、位相補正制御マップ４６Ａの例を示しており、横軸がエンジン回転周波数ｆ（単位は［Ｈｚ］又は［ｒｐｍ］）、縦軸が位相補正量Ｐｃ（単位は時間で［ｍｓ］）である。この位相補正制御マップ４６Ａは、モータ制振制御波形生成器６０から制御マップ持替器５２に対してモータ制振制御信号ｙが正常に出力されていることが制御マップ持替器５２により検出されているときに、制御マップ持替器５２により制御波形パラメータ算出器３８の位相補正制御マップ４６として設定される制御マップを示している。

この位相補正制御マップ４６Ａは、矢印で示すように、代表的には、回転変動量振幅Ａが小さな値から大きな値に変化するのに応じて位相補正量Ｐｃ、すなわちエンジンマウント１６に対する駆動力の遅延時間が負の値から正の値に変化する特性を有している。

その一方、図６に示す位相補正制御マップ４６Ｂは、モータ制振制御波形生成器６０から制御マップ持替器５２に対してモータ制振制御信号ｙが出力されていないことが制御マップ持替器５２により検出されたときに（ｙ＝０）、制御マップ持替器５２により制御波形パラメータ算出器３８の位相補正制御マップ４６として持ち替えられて設定される制御マップを示している。

位相補正制御マップ４６Ｂも、矢印で示すように、代表的には、回転変動量振幅Ａが小さな値から大きな値に変化するのに応じて位相補正量Ｐｃ、すなわちエンジンマウント１６に対する駆動力の遅延時間が負から正の値に変化する特性を有している。

位相補正制御マップ４６Ａ、４６Ｂともに、横軸がエンジン回転周波数ｆ（単位は［Ｈｚ］又は［ｒｐｍ］）で、縦軸が位相補正量Ｐｃ（単位は［ｍｓ］）であり、それぞれ回転数検出器３４で検出されたエンジン回転周波数ｆと回転変動量検出器３６で検出された回転変動量振幅Ａに対応するマップ（特性）が選択される。

図５の位相補正制御マップ４６Ａ（モータ制振制御信号ｙの値が有限値）と図６の位相補正制御マップ４６Ｂ（モータ制振制御信号ｙの値がゼロ値）において、６気筒エンジン（Ｖ６）中、３気筒が気筒休止（１．５次周波数）でエンジン回転周波数ｆが４０［Ｈｚ］（［ｒｐｍ］では１６００［ｒｐｍ］に対応する。）以下で特性が大きく変わっているのは、モータ制振制御信号ｙによる制振制御範囲が、エンジン回転周波数ｆ＝４０［Ｈｚ］（［ｒｐｍ］では１６００［ｒｐｍ］）までであるからである。換言すれば、これ以上の回転周波数ｆでは、エンジンマウント制御装置１４のみによる制振制御が行われるようになっている。

以上説明したように、上述した実施形態に係るモータ補助型ハイブリッド車両１００の能動型制振制御装置１０は、ジェネレータ・モータ２２を一体に備えたエンジン２０を、エンジンマウント１６を介して車体フレームに支持し、エンジン２０から車体フレームに伝達される振動をジェネレータ・モータ２２及びエンジンマウント１６により協調して制振する。

この場合、制御波形パラメータ算出器３８は、エンジン回転周波数ｆとエンジン回転変動量の振幅Ａと位相Ｐｆとに応じて制御マップである振幅制御マップ４４と位相補正制御マップ４６Ａ又は４６Ｂを検索し、制御波形パラメータである駆動振幅Ｂと位相補正量Ｐｃを算出する。制御波形生成器５０は、位相補正量Ｐｃと回転変動量検出器３６により検出された位相Ｐｆとが合成された駆動位相Ｐと駆動振幅Ｂとからエンジンマウント制御信号Ｓ１を生成し、エンジンマウント１６に供給する。また、ジェネレータ・モータ制御装置１２のモータ制振制御波形生成器６０は、エンジン回転変動量振幅Ａに応じて逆トルクを与えるためのモータ制振制御信号ｙを生成する。

制御マップ持替器５２は、モータ制振制御信号ｙを監視し、モータ制振制御信号ｙに応じて、位相補正制御マップ４６Ａ又は位相補正制御マップ４６Ｂに持ち替える。

このように、制御マップ持替器５２が、ジェネレータ・モータ２２に供給されるモータ制振制御信号ｙを監視し、モータ制振制御信号ｙに応じて、エンジンマウント制御信号Ｓ１を生成するための制御波形パラメータ算出用の制御マップ、この実施形態では、位相補正制御マップ４６を持ち替えるようにしているので、ジェネレータ・モータ２２による制振制御の状態に応じた最適なアクティブマウント制御を行うことができる。

より具体的には、例えば、バッテリ２８の自己保持のためにバッテリ２８からジェネレータ・モータ２２に電気が供給されない状態となって、モータ制振制御信号ｙがゼロ値になったとき、位相補正制御マップ４６Ａを位相補正制御マップ４６Ｂに持ち替えることで、エンジン回転周波数ｆの比較的に低い側で位相補正量Ｐｃを大きくすることで、エンジンマウント制御信号Ｓ１のエンジン回転周波数ｆの低い側での制振効果を維持することができる。

波形例を示せば、図７Ａはエンジン回転周波数ｆに係るクランク軸回転基準パルスの波形、図７Ｂはエンジン燃焼トルクＴｏｒｑＥ（クランク軸トルク）［Ｎｍ］の波形、図７Ｃはモータ制振トルク（クランク軸トルク）ＴｏｒｑＭ［Ｎｍ］の波形、図７Ｄはエンジン燃焼トルクＴｏｒｑＥからモータ制振トルクＴｏｒｑＭを差し引いたクランク軸残トルクＴｏｒｑＲの波形を示している。

図７Ｄに示すクランク軸残トルクＴｏｒｑＲの波形は、モータ制振制御信号ｙの値が有限な値であって、位相補正制御マップ４６Ａを利用している場合の波形である。図７Ｅに示すクランク軸残トルクＴｏｒｑＲ´の波形は、ジェネレータ・モータ２２による制振制御が行われていなく、換言すれば、モータ制振制御信号ｙがゼロ値のとき、位相補正制御マップ４６Ａを位相補正制御マップ４６Ｂに切り替えた後のクランク軸残トルクＴｏｒｑＲ´の波形を示している。

このように、モータ制振制御技術とアクティブマウント制御技術を併載したモータ補助型ハイブリッド車両１００において、モータ制振制御信号ｙに応じて位相補正制御マップ４６を持ち替えることで、モータ制振制御波形生成器６０によるモータ制振制御の作動状態に無関係に、アクティブマウント制御を最適に行うことができる。

この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置のブロック図である。 この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置を含むモータ補助型ハイブリッド車両の模式的な構成を示す説明図である。 エンジンマウント制御装置の一部の詳細構成を示すブロック図である。 振幅制御マップの例を示す説明図である。 ジェネレータ・モータによる制振制御が行われている場合の位相補正制御マップの例を示す説明図である。 ジェネレータ・モータによる制振制御が行われていない場合の位相補正制御マップの例を示す説明図である。 図７Ａはエンジン回転周波数に係るクランク軸回転基準パルスの波形図、図７Ｂはエンジン燃焼トルクの波形図、図７Ｃはモータ制振トルク（クランク軸トルク）の波形図、図７Ｄはエンジン燃焼トルクからモータ制振トルクを差し引いたクランク軸残トルクの波形図、図７Ｅはジェネレータ・モータによる制振制御が行われていないときのクランク軸残トルクの波形図である。

符号の説明

１０…能動型制振制御装置 １２…ジェネレータ・モータ制御装置
１４…エンジンマウント制御装置 １６…エンジンマウント
２０…エンジン ２２…ジェネレータ・モータ
２４…トランスミッション ３８…制御波形パラメータ算出器
４４…振幅制御マップ
４６、４６Ａ、４６Ｂ…位相補正制御マップ
５０…制御波形生成器 ５２…制御マップ持替器
１００…モータ補助型ハイブリッド車両

Claims (2)

1. ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを、エンジンマウントを介して車体フレームに支持し、前記エンジンから前記車体フレームに伝達される振動を前記ジェネレータ・モータ及び前記エンジンマウントにより制振するモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置であって、
   エンジン回転数とエンジン回転変動量とに応じて制御マップを検索し、制御波形パラメータを算出する制御波形パラメータ算出器と、
   算出された制御波形パラメータに応じたエンジンマウント制御信号を生成し、前記エンジンマウントに供給するエンジンマウント制御信号生成器と、
   前記エンジン回転変動量に応じて逆トルクを与えるためのモータ制振制御信号を生成し、前記ジェネレータ・モータに供給するモータ制振制御信号生成器と、
   前記モータ制振制御信号を監視し、前記モータ制振制御信号に応じて、前記制御マップを持ち替える制御マップ持替器と、
   を備えることを特徴とするモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置。
2. 請求項１記載のモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置において、
   前記制御マップ持替器は、
   前記モータ制振制御信号がゼロ値になったとき、前記制御マップを持ち替える
   ことを特徴とするモータ補助型ハイブリッド車両の能動型制振制御装置。
   
   

Images