JP4424335B2

JP4424335B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP4424335B2
Application number: JP2006195306A
Authority: JP
Inventors: 秀人渡邉; 泰生清水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2026-07-18
Also published as: JP2008024022A

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、より詳しくは、回転電機による駆動源を使用した走行中に、内燃機関が運転を停止又は運転を開始する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なショックトルクを低減するためのハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来のハイブリッド車両の制御装置として、例えば、クランキングに伴う駆動軸に反力として作用するトルクを相殺するように電動機を制御するもの（例えば特許文献１）、エンジン始動時の所期の回転域で振動トルクを相殺するように電動機をトルク制御するもの（例えば特許文献２）、駆動軸に結合されたリングギヤに出力される始動トルクを打ち消すよう電動機を制御するもの（例えば特許文献３）が知られている。さらに、例えば、エンジンが発生するトルク変動成分を波形として記憶しておき、運転状態に応じて発電機で吸収するもの（例えば特許文献４）、電動機により出力軸に発生するトルク変動を吸収するため逆位相のトルク指令値を用いたもの（例えば特許文献５）、エンジンの始動及び停止時の振動を抑制するため、電動機のトルク指令値を制御するもの（例えば特許文献６）が知られている。

特開２００５−３０２８１号公報特開２０００−１１５９１１号公報特開平１０−２１２９８３号公報特開平２−５５８４５号公報特開平１１−３３６５８１号公報特開２００５−１８４９９９号公報

ところで、電動機の駆動中にエンジンが運転を停止又は運転を開始した際に伴って車両に生じるビビリ振動特性は、一般に、同一車種であっても車両毎にバラツキがある。すなわち、どのような走行状態のときにどのような周波数・振幅でショックトルク等が生じるのかは、車両の製造品質のバラツキ、車両自体の使用状況等により異なる。また、同一車両であっても経時劣化により事後的にその振動特性が変化する場合がある。さらに、エンジン側から駆動軸へ伝達されるトルク変動と車両のビビリ振動とは厳密には異なる振動特性を有しており、特に、エンジンと駆動軸との間で回転部分やダンパ等の緩衝体が介在する場合には、エンジンのトルク変動に基づいて車両の振動を推定する手法は、推定誤差を伴うことがある。

しかし、上記従来技術は、車両毎に振動特性の差異はないことを前提とし、さらに同一車両の振動特性は恒常的に不変であることを前提として車両振動抑制のためのトルク制御を行うものであって、これら従来技術には、車両毎の振動特性の差異及び経時変化を考慮することのできる手段は具体的に提示されていなかった。こうしたことから、上記従来技術は、同一車種における車両毎の振動特性のバラツキや、車両の経時的な振動特性の変化が予想されるような実際の車両に対しては、所望の効果を発揮するように適用することは困難であった。また、上記従来技術は、エンジンの停止又は始動時の振動トルク検出に際していずれもエンジンのトルク変動を直接検出する手法に基づいており、車輪側から伝わる反作用の振動トルクを考慮するものではなく、エンジンの停止又は始動時の実際の車両の挙動を把握する上で必ずしも適切ではなかった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の駆動系に直結した電動機の出力からトルク変動を検出することにより、車両振動をより直接的に検知するとともに、車両の振動特性における車両間のバラツキと、同一車両における振動特性の経時的な変化とを考慮することのできるトルク指令値にて電動機を回転制御することにより、電動機が駆動状態にあるときにエンジンが停止又は始動する際に発生する車両振動を好適かつ効果的に低減し、もって車両の操縦安定性を向上させることのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、内燃機関が運転を停止する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が運転を停止する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る他のハイブリッド車両の制御装置は、駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、内燃機関が始動する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が始動する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段とを有することを特徴とする。

また、本発明に係る他のハイブリッド車両の制御装置は、上記において、トルク変動検出手段は、回転電機の出力軸の回転角加速度に基づいてトルク変動を検出することを特徴とする。

また、本発明に係る他のハイブリッド車両の制御装置は、上記において、回転電機のトルク指令値に対し、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動のうち所定トルク変動成分を逆位相かつ回転電機の出力トルクの時間遅れを考慮したタイミングで加えることにより、トルク指令値を補正した補正トルク指令値を生成する補正トルク生成手段を備え、回転電機トルク制御手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて回転電機を制御することを特徴とする。ここで、回転電機の出力トルクの時間遅れは、一次時定数相当の時間遅れであることとしてよい。また、所定トルク変動成分は、トルク変動検出手段により検出されたトルク変動であることとしてよい。さらに、トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の周波数特性を求める周波数解析手段を備え、所定トルク変動成分は、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動であることとしてもよい。

また、本発明に係る他のハイブリッド車両の制御装置は、上記において、車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段を備え、回転電機トルク制御手段は、制御ゲイン設定用手段により割り付けられた制御ゲインに基づいて回転電機を制御することを特徴とする。ここで、車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段を備え、回転電機トルク制御手段は、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動に応じた最適な制御ゲインを制御ゲイン設定用手段から選択し、この制御ゲインに基づいて回転電機を制御することとしてよい。

また、本発明に係る他のハイブリッド車両の制御装置は、上記において、制御ゲイン設定用手段は、回転電機トルク制御手段による回転電機のトルク指令値を学習し、この学習に基づいて、制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータ又はパラメータに応じて割り付けられた制御ゲインを更新する学習更新手段を備えることを特徴とする。ここで、学習更新手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて、制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータ又はパラメータに応じて割り付けられた制御ゲインを更新することとしてよい。さらに、制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータは、アクセル開度及び車速を含み、パラメータに応じて割り付けられた制御ゲインは、少なくとも要求トルク値に関連付けられた振幅に基づく諸元により構成されることとしてよい。

上記構成により、車輪軸の近くに接続配置された電動機の回転角加速度を検知すると共に、これに基づいて車両に生じる振動トルク変動を直接推定することができる。このため、車両に生じるショックトルクを相殺するためのトルクを規定する波形信号をより適切に生成することができ、この波形信号により規定された補正トルク指令値波形信号を生成出力することによって、この補正トルク指令値波形信号に基づいて電動機のトルクを制御するので、車両に発生するビビリ振動をより適切に低減することができ、車両のドライバビリティを向上することができる。

また、上記構成により、学習制御手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて学習を行い、要求トルク設定用手段に記憶されているパラメータ又は制御ゲインを更新することによって回転電機トルク制御手段による車両の振動低減をより適切にする。このように、常に最新の車両状態に最適な制御ゲインを用いてトルク制御を行えるため、車両の長年の使用により駆動系の特性が事後的に変化しても、車両に発生するビビリ振動を常に的確に低減することができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。

まず、ハイブリッド自動車の駆動系を説明する。図１は、本発明の一実施形態としての本制御装置を搭載したハイブリッド自動車１０の構成概略を示す図である。ハイブリッド自動車１０には、車輪を駆動する動力源としてエンジン１２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが搭載されている。エンジン１２の出力軸のクランク軸１４は、ダンパ１６を介して３軸式の動力分配機構１８に接続される。モータＭＧ１の回転軸は動力分配機構１８を介してリングギヤ軸２２に接続され、モータＭＧ２の回転軸は減速ギヤ２４を介して駆動軸としてのリングギヤ軸２２に接続される。

動力分配機構１８は、外歯歯車のサンギヤ２５と、このサンギヤ２５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ２７と、サンギヤ２５とリングギヤ２７に噛合する複数のピニオンギヤ２６と、複数のピニオンギヤ２６を自転かつ公転自在に保持するキャリア２８とを備え、サンギヤ２５とリングギヤ２７とキャリア２８とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構である。動力分配機構１８のキャリア２８にはエンジン１２のクランク軸１４が、サンギヤ２５にはモータＭＧ１の回転軸が、リングギヤ２７にはリングギヤ軸２２が連結され、リングギヤ軸２２には減速ギヤ２４を介してモータＭＧ２の回転軸が結合されている。この構成において、リングギヤ軸２２に出力された動力は、ギヤ機構４６およびデファレンシャルギヤ４８を介して、駆動輪５０ａ，５０ｂに出力される。

モータＭＧ１、モータＭＧ２の各々は、発電機としても電動機としても駆動し得る同期電動発電機である。モータＭＧ１は、動力分配機構１８を介して伝達されたエンジン１２からの駆動力によって回転され発電する。この発電電力は、インバータ３１を介して二次電池３８に供給され、二次電池３８の充電電力又はモータＭＧ２の駆動電力として用いられる。このように、モータＭＧ１は主に発電機として動作するため「発電機」と呼ばれることがある。一方、モータＭＧ２は、インバータ３２から供給された交流電力によって回転駆動される。モータＭＧ２からの駆動力は、減速ギヤ２４を介して駆動軸であるリングギヤ軸２２へ伝達される。このように、モータＭＧ２は主に電動機として動作するため「電動機」と呼ばれることがある。

次に、ハイブリッド自動車の制御系を説明する。図１に示すように、ハイブリッド自動車１０の制御系は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという。）２０と、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという。）３０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下ＨＶ−ＥＣＵという。）４０と、インバータ３１，３２と、二次電池３８と、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルポジションセンサ４２と、車速センサ４４とを有して構成されている。

エンジンＥＣＵ２０は、ＨＶ−ＥＣＵ４０と通信しており、アクセルポジションセンサ４２からのアクセル開度Ａｃｃを入力するＨＶ−ＥＣＵ４０からの制御信号に基づき、エンジン１２の燃料噴射制御や点火制御などを行うことによりエンジン１２を運転制御するとともに、必要に応じてエンジン１２の運転状態に関するデータをＨＶ−ＥＣＵ４０に出力する。

モータＥＣＵ３０は、モータＭＧ１及びモータＭＧ２を駆動制御する。モータＥＣＵ３０には、モータＭＧ１及びモータＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ２に設けたレゾルバによるモータ回転数センサ３４からの信号などが入力されており、モータＥＣＵ３０からは、インバータ３１、３２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ３０は、ＨＶ−ＥＣＵ４０と通信しており、ＨＶ−ＥＣＵ４０からの要求トルク指令値に応じ、モータＭＧ１及びモータＭＧ２をそれぞれ独立に駆動制御することができると共に、必要に応じてモータＭＧ１及びモータＭＧ２の運転状態に関するデータ、例えばモータ回転数センサ３４からのモータＭＧ２の回転数信号をＨＶ−ＥＣＵ４０に出力する。

インバータ３１、３２は、モータＭＧ１及びモータＭＧ２の各ステータコイルに接続され、モータＥＣＵ３０からの指令により独立した三相交流を生成することができる。そして、インバータ３１、３２は、二次電池３８から供給された直流電力を交流電力に変換して電力ライン３６を介してモータＭＧ１、ＭＧ２へ各々出力し、モータＭＧ１、ＭＧ２から発生した交流電力を直流電力に変換して電力ライン３６へ各々出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、入出力ポートとを備え、エンジンＥＣＵ２０、モータＥＣＵ３０及び二次電池ＥＣＵ５０とそれぞれ双方向通信線で接続されている。そしてＨＶ−ＥＣＵ４０は、エンジンＥＣＵ２０を介してエンジン１２の回転数等の運転状態に関するデータを、モータＥＣＵ３０を介してモータ回転数センサ３４からのモータＭＧ２の回転数信号を、二次電池ＥＣＵ５０を介して二次電池３８の残容量（ＳＯＣ）等を入力している。また、ＨＶ−ＥＣＵ４０は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ４２からのアクセル開度Ａｃｃ、車速センサ４４からの車速Ｖ等を入力している。そしてＨＶ−ＥＣＵ４０は、これら入力信号等に基づいて演算を行い、エンジンＥＣＵ２０、モータＥＣＵ３０、二次電池ＥＣＵ５０に対して制御指令を出力している。具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ４０は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸２２に出力すべき要求トルクを演算し、この要求トルクに対応する要求駆動力がリングギヤ軸２２に出力されるように、エンジン１２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを運転制御する。また、ＳＯＣが所定値以下等のようなエンジン１２の始動が必要な場合には、このＨＶ−ＥＣＵ４０からエンジンＥＣＵ２０へエンジン始動を要求する始動要求信号を送信する。この信号に応じてエンジンＥＣＵ２０はエンジン１２を始動させる。こうしたＨＶ−ＥＣＵ４０の運転制御により、ハイブリッド自動車１０は、走行時において、駆動軸としてのリングギヤ軸２２に出力すべき要求駆動力に相当する動力をエンジン１２から出力し、動力分配機構１８を介してリングギヤ軸２２に伝達している。

次に、ハイブリッド自動車の走行モードについて説明する。ハイブリッド自動車１０は、走行モードとして、エンジン１２とモータＭＧ２とを動力源として併用する「ＨＶ走行モード」と、モータＭＧ２のみを動力源として使用する「ＥＶ走行モード」とを有している。発進時、低速走行時、緩やかな坂を下るとき等の軽負荷時には、エンジン１２を始動させることなく、モータＭＧ２による駆動力で走行する（ＥＶ走行モード）。そして一定以上の駆動力が必要な運転状態となったときには、エンジン１２が自動的に始動され、モータＭＧ２とともに駆動力を発揮して走行する（ＨＶ走行モード）。

上記２つの走行モードのモード移行制御は、ＨＶ−ＥＣＵ４０により行われる。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ４０は、アクセル開度Ａｃｃにより規定される要求駆動力と車速Ｖと二次電池３８の残容量（ＳＯＣ）とに基づいてエンジン１２を始動又は停止制御することによりＨＶ走行モードとＥＶ走行モードの各走行モードを逐次自動的に切り換える。

これら走行モードの切替時においては、一般に車両振動が発生する。例えば、図２に示すように、モータＭＧ２が駆動状態にある場合において、エンジン１２が始動すると、エンジン回転数の上昇に応じてモータＭＧ２の出力軸の回転数（図２ではモータＭＧ２回転数と表記）にはエンジンの始動に起因する脈動が生じる。また、エンジン始動時と同様に、モータＭＧ２とエンジン１２の双方が駆動状態にある場合においてエンジン１２が運転を停止する際にも、エンジン回転数の低下に応じてモータＭＧ２の出力軸の回転数にはエンジン１２の停止に起因する脈動が生じる。なお、図２において、ｔ１はエンジン１２が運転開始動作を始めた時刻、ｔ２はエンジン１２が運転開始動作を終えた時刻、ｔ３はエンジン１２が運転停止動作を始めた時刻、ｔ４はエンジン１２が運転停止動作を終えた時刻を示している。エンジン始動時は、エンジン回転数は時刻ｔ１からｔ２までの時間帯で要求回転数に到達する。一方、エンジン停止時は、時刻ｔ３からｔ４までの時間帯でエンジン回転数は所定回転数からゼロに低下することが示される。

このように、エンジン停止動作時にエンジン側で発生するトルク変動やモータＭＧ１によるクランキング時に生じるトルク変動がリングギヤ軸２２に伝わり、リングギヤ軸２２に直結しているモータＭＧ２の回転軸に伝達することで、モータＭＧ２の回転数の挙動には脈動が生じる。そこで、本発明では、モータＭＧ２の回転軸に生じるトルク変動を低減制御することで車両振動の抑制を図る。このため、モータＭＧ２で検知されたトルク変動成分とは逆位相の変動成分を時間遅れを考慮したタイミングで当初のモータＭＧ２のトルク指令値に合成することによりトルク指令値を補正し、次のエンジン始動動作時又は停止動作時における車両振動発生時においては、この新たな補正トルク指令値に基づいてモータＭＧ２を駆動制御するようにする。

次に、こうして構成されたハイブリッド自動車における本制御装置の動作について説明する。まず、ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードへ移行する際、すなわち、モータＭＧ２が駆動状態にある場合にエンジン１２が始動する際の過渡的に生じる車体振動を低減する動作について説明する。

図３は、実施形態のＨＶ−ＥＣＵ４０により実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータＭＧ２が駆動状態にあってエンジン１２が停止状態にある「ＥＶ走行モード」で車両が走行している場合において、エンジン１２への始動指示がなされたときに実行される（Ｓ１０１）。エンジン１２への始動指示は、例えばドライバーがアクセルペダルを踏み込むことによりアクセル開度が上昇することで、あるいは、例えば二次電池３８のＳＯＣの低下が検知されることでなされる。ＨＶ−ＥＣＵ４０はエンジンを始動制御するため、こうした情報の検知に基づいて、エンジン始動指令信号をエンジンＥＣＵ２０へ送出する直前に、例えば「エンジン始動予告信号」を生成する。

ステップＳ１０２において、本制御装置は、例えばこの「エンジン始動予告信号」の発生を検知することによりエンジン始動動作の開始を検知する（Ｓ１０２）。そして、このときの車両のアクセル開度Ａｃｃ、車速Ｖから規定される走行状態を、アクセルポジションセンサ４２及び車速センサ４４からの信号に基づいて検知する（Ｓ１０３）。さらに、例えば図４に示すような走行条件マップを参照して、上記検知時の走行状態における最適なモータＭＧ２トルク指令値用のパラメータを選択する（Ｓ１０４）。

ここで、図４に示す走行条件マップは、アクセル開度と車速と、これらの組み合わせに対して割り当てられるモータＭＧ２のトルク指令値に用いるパラメータとで構成される。この走行マップでは、アクセル開度と車速とが各々４領域に区分され、各領域毎に予め最適なパラメータＡ、Ｂ及びＣが割り当てられたものが示されている。このパラメータＡ等は、例えば、モータＭＧ２への要求トルクと基本トルク指令値（このルーチンによる補正を未だ行わない場合の当初のトルク指令値）との振幅比に関する制御ゲイン、位相及び周波数の組み合わせによる定数行列で構成されてもよい。また、パラメータＡ等は、定数行列で構成する代わりに、例えば、制御ゲイン及び位相を周波数の関数として構成することとしてもよい。このようなパラメータＡ等には、予め実験等により求めた初期値が与えられている。そして走行条件マップ参照時には、例えばステップＳ１０３において検知されたアクセル開度の区分が「２」であり、車速が時速３０ｋｍ〜５０ｋｍであって、この範囲で示される車速の区分が「２」である場合は、ステップＳ１０４においてパラメータＢが参照されることとなる。そして、モータＭＧ２の基本トルク指令値の周波数成分毎に、パラメータＢにおける当該周波数成分に対応する制御ゲイン及び位相が選択される。モータＭＧ２のトルク指令値には、この基本トルク指令値を制御ゲイン等に基づいて補正した指令値を設定してもよい。より具体的には、モータＭＧ２のトルク指令値には、基本トルク指令値の周波数成分毎に制御ゲインが各々乗算され位相差を考慮して合成された値を設定してもよい。

次に、ステップＳ１０５において、後述するステップＳ１１３によるエンジン始動動作時におけるトルク変動成分の抽出履歴の有無を判定する（Ｓ１０５）。ステップＳ１１３によるトルク変動成分の抽出履歴があると判定された場合には、メモリからトルク変動成分を逆位相にしたトルク変動波形を呼び出す（Ｓ１０６）。そして、このトルク変動波形に基づいてエンジン始動動作時におけるモータＭＧ２のトルク指令値の補正を行う（Ｓ１０７）。このトルク指令値の補正は、モータＭＧ２に対する当初のトルク指令値を規定する波形に対して、モータＭＧ２の出力トルクの応答時間の遅れを考慮したタイミングで、トルク変動波形のうち所定のトルク変動成分により構成された波形を加算することにより行われる。ここで、所定のトルク変動成分により構成された波形とは、例えば、後述するステップＳ１１７による周波数解析処理を経た主要周波数成分の波形のみに基づいた逆位相の波形であったり、あるいは、周波数解析処理を経ない場合には、ステップＳ１１３で抽出したトルク変動成分そのものの波形に基づいた逆位相の波形としてよい。

ここで、車両振動のトルク変動を打ち消すためのトルク指令値の補正手段を図５を用いて説明する。図５は、モータＭＧ２の回転角加速度とショックトルクの時間波形を示している。モータＭＧ２の角加速度の変化に応じたショックトルクを打ち消すためには、例えば、このショックトルク波形とは逆位相の波形を、次のエンジン始動時又は停止時におけるモータＭＧ２の当初のトルク指令値に適切なタイミングで重ね合わせればよい。例えば、図５に示すように、トルク量と同一の大きさを持つ逆位相のトルク量を設定し、エンジン始動を検知した時点を基準時（原点）として、タイミング１という時刻においてこの逆位相トルク量を設定する。さらにタイミング２の時刻において出力をゼロにするようにトルク指令値を補正することで、このようなショックトルクを相殺することができる。

なお、上記ステップＳ１０７における応答時間の遅れを考慮したタイミングとしては、出力トルクにおける一次遅れを考慮したタイミングを用いてもよい。一方、ステップＳ１０５において、ステップＳ１１３によるトルク変動成分の抽出履歴がないと判定された場合には、ステップＳ１０６及びＳ１０７におけるトルク指令値の補正処理を行うことなくステップＳ１０８へ移る。

ステップＳ１０８において、モータＭＧ２の出力軸の回転数信号をメモリへ記録する動作を開始する（Ｓ１０８）。この回転数信号は、モータＭＧ２の出力軸に設けられたモータ回転数センサ３４から受信してもよい。

次に、ステップＳ１０９において、エンジン始動動作開始指令をエンジンＥＣＵ２０へ送信する（Ｓ１０９）。エンジンＥＣＵ２０はこの信号に基づいてエンジン１２が始動動作を行うように制御する。

ステップＳ１１０において、モータＥＣＵ３０及びインバータ３２を介してモータＭＧ２へトルク指令値を送信する（Ｓ１１０）。このトルク指令値の送信によりモータＭＧ２の回転駆動制御が開始される。ただし、このトルク指令値には、ステップＳ１０５においてステップＳ１１３によるトルク変動成分の抽出履歴がないと判断された場合は、ステップＳ１０７によるトルク指令値の補正を行わないモータＭＧ２に対する当初のトルク指令値が用いられ、抽出履歴があると判断された場合には、ステップＳ１０７において生成された補正トルク指令値が用いられることとしてよい。

やがて、エンジン始動動作の開始を検知する（Ｓ１１１）。この始動開始の時点は、ステップＳ１０８において記録を開始したモータＭＧ２の回転数信号の時間波形と関連付けてもよく、次のエンジン始動機会のステップＳ１０７におけるモータＭＧ２のトルク指令値の補正のタイミングに関するデータとして用いてもよい。なお、エンジン始動動作の開始は、クランキングからエンジン完爆判定後の所定時間を経過した時点としてもよい。次に、ステップＳ１１２において、モータＭＧ２の回転角加速度を算出する（Ｓ１１２）。回転角加速度は、回転速度（上記の回転数信号から得られる）の時間変化を求めることにより算出してもよく、これにより回転角加速度の時間波形を得ることができる。この回転角加速度の時間波形はメモリに記憶されるようにしてもよい。

ステップＳ１１３において、回転角加速度からモータＭＧ２のトルク変動成分を抽出する（Ｓ１１３）。このトルク変動成分は、モータＭＧ２の出力トルクと対応するモータＭＧ２に対する当初のトルク指令値との差を求めることにより抽出することができる。そして、この出力トルクは、ステップＳ１１３で算出した回転角加速度と、駆動系に作用するモータＭＧ２の出力軸に関するイナーシャ（回転慣性）との積により求めてもよく、各時刻においてこの演算を行うことでトルク変動成分の時間波形が得られる。このトルク変動成分の時間波形はメモリに記憶されるようにしてもよい。

やがて、エンジン１２の回転数が所定値に達するとモータＭＧ２の回転数の脈動はおさまって安定するようになる。これによりエンジン始動動作完了を検知する（Ｓ１１４）。この始動動作完了の検知は、例えば、エンジン回転数が所定値に達した時点をもって判定することとしてもよい。そして、ステップＳ１１５において、メモリに記録したトルク変動成分を逆位相にしたトルク波形を生成するとともに、これをメモリに格納し記憶する（Ｓ１１５）。

次に、ステップＳ１１６において、周波数解析処理を行うか否かの選択を行う（Ｓ１１６）。周波数解析を行わないことを選択する場合には、ステップＳ１１９に進む。一方、周波数解析処理を行うことを選択する場合には、ステップＳ１１７に移り、周波数解析を行う（Ｓ１１７）。

周波数解析は、例えば高速フーリエ変換解析（ＦＦＴ）を用いて行ってもよい。ここで、周波数解析の対象は、例えば、上記のトルク変動のほか、モータＭＧ２の回転数、回転角速度又は回転角加速度の時間波形を解析対象としてもよい。この周波数解析の結果、例えば図６に示すようなトルク変動成分のフーリエ振幅スペクトルが得られる。そして、この結果に基づいて主要周波数成分のトルク振幅、周波数及び位相の情報を取得する（Ｓ１１８）。これら情報は、メモリに格納され、次回以降、例えば次回のエンジン始動時におけるモータＭＧ２のトルク指令値を補正するためのデータとして用いられる。なお、トルク振幅及び周波数の取得においては、例えば図６のようなスペクトル図を参照することで、車両のショックトルクに寄与する主成分として、主要なピークを有する周波数成分（例えばｆ１）のトルクの振幅、位相を取得することとしてもよい。

位相は、予め設定した基本周波数成分の位相との位相差を上記周波数解析においてフーリエ位相スペクトルを求めることにより算定してもよい。この場合、例えば、次回以降、例えば次回のエンジン始動時において、モータＭＧ２のトルク指令値に対して位相差を合致させるように波形合成することを考慮し、ステップＳ１１０においてエンジン始動動作の開始を検知した時点における基本周波数成分の位相などの次回のトルク指令値に対する波形合成の際に基準となる時間情報を取得することとしてよい。

上記において周波数成分は、次回のエンジン始動時において発生を抑制したい周波数成分を選択すべきことから、得られたスペクトルにおける最大ピーク値の周波数成分や、車両の共振周波数成分を選択するようにしてもよく、同時に複数の周波数成分を選択するようにしてもよい。例えば図６の例では、周波数ｆ１において第一ピークが、ｆ２において第二ピークが現れているが、次回のエンジン始動時において発生が予想されるこれら主要な二成分に関するトルク変動成分の低減を図ることとして、このｆ１とｆ２の周波数成分の振幅、位相を各々取得するようにしてもよい。

ステップＳ１１８の後、ステップＳ１１９へ進む。なお、上記ステップＳ１１６における周波数解析処理を行うか否かの選択については、周波数解析処理を常に行わない又は行うように予め設定しておいてもよいし、設定スイッチ等により適宜選択可能な仕様としてもよい。

次に、ステップＳ１１９において、走行条件マップの値を更新するか否かの選択を行う（Ｓ１１９）。走行条件マップの値の更新を行わないことを選択する場合には、ステップＳ１２１に進んで本ルーチンを終了し、ステップＳ１０１のスタートへリターンする（Ｓ１２１）。一方、走行条件マップの値の更新を行うことを選択する場合には、ステップＳ１２０に移り、走行条件マップの値の更新を行う（Ｓ１２０）。なお、ステップＳ１１９における走行条件マップの値を更新するか否かの選択については、走行条件マップの値を常に更新する又は更新しないように予め設定しておいてもよいし、設定スイッチ等により適宜選択可能な仕様としてもよい。

ここで、走行条件マップの値の更新を行う場合について説明する。走行条件マップの値の更新は、ステップＳ１０３で検知した車両の走行状態（アクセル開度、車速）に対応したパラメータ、例えば図４に示すような走行条件マップのパラメータ（Ａ、Ｂ及びＣで示される）の内容を新たなＡ１、Ｂ１又はＣ１と置き換えることにより行う。例えば本ルーチンのステップＳ１０３において、車両の走行状態としてアクセル開度の区分が２、車速の区分が２と検知されていた場合、パラメータはＢである。一方、例えば周波数解析のステップＳ１１８において、周波数ｆ１のトルク変動成分を次回のエンジン始動時において低減するため、周波数ｆ１を選択していたとすれば、パラメータＢにおける周波数ｆ１成分に対応する制御ゲイン及び位相の値から、例えばトルク変動成分のうち周波数ｆ１成分のトルク振幅値に対応する制御ゲインと位相とを各々減ずる等の補正演算を施すことにより、制御ゲインと位相を補正し更新するようにする。この補正演算は、周波数ｆ１成分のトルク振幅をキャンセルするのに最適な制御ゲインをこのトルク振幅値に基づいて設定することによってもよい。このように本ルーチンで検知した車両の走行状態に基づくパラメータのうち制御ゲイン及び位相を修正することで、パラメータをＢからＢ１へと置換し、エンジン始動機会の都度マップ値を学習更新するとともに、次回エンジン始動時の振動に対する低減精度を高めてゆく。

この更新後の走行条件マップは次のエンジン始動機会に参照される。例えば次回参照時における車両の走行状態が前回検知時と同一のアクセル開度の区分２、車速の区分２の場合、走行条件マップにおけるパラメータは当初設定されていたＢではなく、前回更新時に設定されたＢ１が参照されることとなる。このように、車両が経験した走行状態に対応して走行条件マップの内容が更新され、同様な走行状態が次に検知された場合において参照される。なお、走行条件マップの更新は、パラメータの値の更新に代え、又はパラメータの更新と共に、アクセル開度や車速の区分の閾値が更新されるようにしてもよい。

このように、車両の駆動力を直接推定できるモータＭＧ２の回転角速度を用いてトルク変動を検知することにより、車両の挙動の原因となる駆動力変動を検出するとともに、このトルク変動の逆位相のトルク波形を出力の遅れを考慮した適切なタイミングでトルク指令値に加算することでモータＭＧ２のトルク指令値を補正し、この補正トルク指令値でモータＭＧ２を制御することにより、車両に発生する振動を低減することができる。

次に、ＨＶ走行モードからＥＶ走行モードへ移行する際、すなわち、モータＭＧ２とエンジン１２とが共に駆動状態にある場合において、エンジン１２が停止する際の過渡的に生じる車体振動を低減する動作について説明する。

図３に示すように、車両が「ＨＶ走行モード」で走行している場合において、エンジン１２への停止指示がなされたときにこのルーチンは実行される（Ｓ１０１）。エンジン１２への停止指示は、例えばドライバーがアクセルペダルから足を外してアクセル開度が低下したり又は開度ゼロの継続時間が所定時間を超えることで、あるいは、例えば二次電池３８のＳＯＣの上昇が検知されたり又は所定値以上になることでなされてもよい。ＨＶ−ＥＣＵ４０はエンジンを停止制御するため、こうした情報の検知に基づいて、エンジン停止指令信号をエンジンＥＣＵ２０へ送出する直前に、例えば「エンジン停止予告信号」を生成する。

ステップＳ１０２において、本制御装置は、例えばこの「エンジン停止予告信号」の発生を検知することによりエンジン停止動作の開始を検知する（Ｓ１０２）。そして、このときの車両のアクセル開度Ａｃｃ、車速Ｖから規定される走行状態を、アクセルポジションセンサ４２及び車速センサ４４からの信号に基づいて検知する（Ｓ１０３）。さらに、例えば図４に示すような走行条件マップを参照して、上記検知時の走行状態における最適なモータＭＧ２トルク指令値用のパラメータを選択する（Ｓ１０４）。

次に、ステップＳ１０５において、ステップＳ１１３によるエンジン停止動作時におけるトルク変動成分の抽出履歴の有無を判定する（Ｓ１０５）。ステップＳ１１３によるトルク変動成分の抽出履歴があると判定された場合には、メモリからトルク変動成分を逆位相にしたトルク変動波形を呼び出す（Ｓ１０６）。そして、このトルク変動波形に基づいてモータＭＧ２のトルク指令値の補正を行う（Ｓ１０７）。

以下の本制御装置の動作（ステップＳ１０７からＳ１２１まで）は、上記のエンジン始動動作時における動作と同様であるので、具体的な説明は省略する。なお、ステップＳ１１１でエンジン停止動作の開始を検知する場合においては、エンジンＥＣＵ２０におけるエンジン燃料カットを開始する時点としてもよい。また、ステップＳ１１４でエンジン停止動作の完了を検知する場合においては、エンジンＥＣＵ２０におけるエンジン停止判定後の所定時間を経過した時点としてもよい。

なお、上記において、走行条件マップのパラメータは、アクセル開度、車速のみに基づくだけでなく、シフトレンジ、エンジン冷却水温、油温、車両外気温、高度、気圧、路面勾配の影響も考慮したパラメータを使用してもよい。これらの場合、各パラメータを検知するセンサを設け、エンジン始動時又は停止時に検知してもよい。また、走行条件マップのパラメータとエンジンの停止が禁止される領域とを関連付けてもよく、この場合の走行条件マップの更新においては、このエンジン停止禁止領域を更新するようにしてもよい。

また、上記において、車両に加速度センサを設け車体の振動の加速度を直接検出してもよい。この検出加速度値を用いてショックトルクを算出する場合は、車両イナーシャを車軸に関するイナーシャに換算することでショックトルクを推算してもよい。この車軸に関するイナーシャとしては、モータＭＧ２から駆動輪５０ａ、５０ｂまでのイナーシャを用いてもよく、減速ギヤ２４、ピニオンギヤ２６、ギヤ機構４６又はデファレンシャルギヤ４８におけるギヤ比によって換算したものを用いてもよい。

以上のように、本発明は、駆動軸に接続されたモータＭＧ２の回転角加速度によって車両のトルク変動が変化することに着目し、モータＭＧ２の回転角加速度にて車両の駆動力変動を直接検出することを一つの特徴としている。そして、検出した駆動力変動とは逆位相の変動トルク又は主要な変動周波数成分の変動トルクを相殺するために、モータＭＧ２制振のための制御ゲインを用いてモータＭＧ２のトルク指令値の補正を行い、この補正したトルク指令値を用いて、次のエンジン始動又は停止時においてモータＭＧ２を駆動制御することにより、車両に生じる駆動力変動を低減する。さらに、このモータＭＧ２制振のための制御ゲインは車両の走行状態に応じて設定されているが、エンジン始動動作又は停止動作の都度、学習して更新され、次のエンジン始動又は停止時においては更新された制御ゲインが用いられる。このため、本発明に係る制御装置は、常に車両の最新の振動特性に最適な制御手段を提供することができるとともに、車両の振動特性の経時変化や、車両個体ごとの振動特性のばらつきにも対応可能な振動低減制御手段を提供することができる。

本発明の一実施形態としての制御装置を搭載するハイブリッド自動車１０の概略構成を示す図である。エンジン始動時及び停止時におけるモータＭＧ２回転数の出力トルクの変動の一例を示す図である。本発明に係る制御装置により実行される処理の一例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態としての制御装置における走行条件マップの一例を示す図である。モータＭＧ２角加速度とショックトルクと相殺用トルクの波形の一例を示す図である。周波数解析手段により得られる変動トルクのフーリエ振幅スペクトルの一例を示す図である。

符号の説明

１０ハイブリッド自動車、１２エンジン、１４クランク軸、１６ダンパ、１８動力分配機構、２０エンジンＥＣＵ、２２リングギヤ軸、２４減速ギヤ、２６ピニオンギヤ、２８キャリア、３０モータＥＣＵ、３１，３２インバータ３４モータ回転数センサ、３６電力ライン、３８二次電池、４０ＨＶ−ＥＣＵ、４２アクセルポジションセンサ、４４車速センサ、４６ギヤ機構、４８デファレンシャルギヤ、５０ａ，５０ｂ駆動輪。

Claims

駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、
内燃機関が運転を停止する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、
トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が運転を停止する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段と、
車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段と、
を備え、
回転電機トルク制御手段は、制御ゲイン設定用手段により割り付けられた制御ゲインに基づいて回転電機を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、
内燃機関が始動する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、
トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が始動する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段と、
車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段と、
を備え、
回転電機トルク制御手段は、制御ゲイン設定用手段により割り付けられた制御ゲインに基づいて回転電機を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
トルク変動検出手段は、回転電機の出力軸の回転角加速度に基づいてトルク変動を検出
すること
を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１ないし３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両の制御装置において、
回転電機のトルク指令値に対し、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動のうち所定トルク変動成分を逆位相かつ回転電機の出力トルクの時間遅れを考慮したタイミングで加えることにより、トルク指令値を補正した補正トルク指令値を生成する補正トルク生成手段を備え、
回転電機トルク制御手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて回転電機を制御すること
を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
回転電機の出力トルクの時間遅れは、一次時定数相当の時間遅れであること
を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項４又は５に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
所定トルク変動成分は、トルク変動検出手段により検出されたトルク変動であること
を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項４又は５に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の周波数特性を求める周波数解析手段を備え、所定トルク変動成分は、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動であること
を特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、
内燃機関が運転を停止する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、
トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が運転を停止する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段と、
回転電機のトルク指令値に対し、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動のうち所定トルク変動成分を逆位相かつ回転電機の出力トルクの時間遅れを考慮したタイミングで加えることにより、トルク指令値を補正した補正トルク指令値を生成する補正トルク生成手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の周波数特性を求める周波数解析手段と、
車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段と、
を備え、
所定トルク変動成分は、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動であって、
回転電機トルク制御手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて回転電機を制御すると共に、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動に応じた最適な制御ゲインを制御ゲイン設定用手段から選択し、制御ゲインに基づいて回転電機を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
駆動軸に緩衝体を介して接続される内燃機関と、駆動軸に直結される回転電機とを駆動源として備えたハイブリッド車両であって、回転電機が駆動状態にある場合に、内燃機関が運転を停止する際に車両に生じる振動を低減させるハイブリッド車両の制御装置において、
内燃機関が始動する際に回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を検出するトルク変動検出手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動を記憶するトルク変動記憶手段と、
トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動に基づいて、内燃機関が始動する際において回転電機の出力側に生じる過渡的なトルク変動を低減するように、回転電機を制御する回転電機トルク制御手段と、
回転電機のトルク指令値に対し、トルク変動記憶手段により記憶されたトルク変動のうち所定トルク変動成分を逆位相かつ回転電機の出力トルクの時間遅れを考慮したタイミングで加えることにより、トルク指令値を補正した補正トルク指令値を生成する補正トルク生成手段と、
トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の周波数特性を求める周波数解析手段と、
車両の走行状態を示すパラメータに応じて制御ゲインが割り付けられる制御ゲイン設定用手段と、
を備え、
所定トルク変動成分は、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動であって、
回転電機トルク制御手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて回転電機を制御すると共に、周波数解析手段により求められた周波数特性のうち所定の周波数成分を有するトルク変動に応じた最適な制御ゲインを制御ゲイン設定用手段から選択し、この制御ゲインに基づいて回転電機を制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項８又は９に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
トルク変動検出手段は、回転電機の出力軸の回転角加速度に基づいてトルク変動を検出することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項８〜１０のいずれか１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
回転電機の出力トルクの時間遅れは、一次時定数相当の時間遅れであることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１〜１１のいずれか１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
制御ゲイン設定用手段は、回転電機トルク制御手段による回転電機のトルク指令値を学習し、この学習に基づいて、制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータ又はパラメータに応じて割り付けられた制御ゲインを更新する学習更新手段を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
学習更新手段は、補正トルク生成手段により生成された補正トルク指令値に基づいて、制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータ又はパラメータに応じて割り付けられた制御ゲインを更新することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１〜１３のいずれか１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
制御ゲイン設定用手段に記憶されているパラメータは、アクセル開度及び車速を含み、
パラメータに応じて割り付けられた制御ゲインは、少なくとも要求トルク値に関連付けられた振幅に基づく諸元により構成されることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。