JP6154293B2 - ハイブリッド車のモータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車のモータ制御装置に関する発明である。
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてエンジンとモータとを搭載したハイブリッド車が注目されている。このハイブリッド車としては、例えば、エンジンの動力を車輪の駆動軸に伝達する動力伝達系(例えばエンジンと変速機との間)にモータを連結したものがある。
このようなハイブリッド車においては、車両の減速中に運転者のアクセル操作に基づいて車両の駆動トルクを負から正に切り換える際に、動力伝達系のデファレンシャルギヤやファイナルギヤ等のバックラッシュ(ガタ)に起因するギヤの歯打ちによりショックが発生する可能性がある。
そこで、特許文献1(特開2012−91618号公報)に記載されているように、車両の駆動トルクを負から正に切り換える際に、モータにガタ詰めトルク(目標駆動トルクよりも小さいトルク)を発生させてギヤのガタ詰めを行うガタ詰め制御を実施するようにしたものがある。
特開2012−91618号公報
しかし、上記特許文献1の技術では、ガタ詰め制御の際に、モータのガタ詰めトルクに含まれる駆動軸の共振成分が大きいと、駆動軸の共振によるショックが発生する可能性がある。また、車両の減速中でエンジンの燃焼停止中(燃料カット中)に車両駆動要求が発生した場合には、ガタ詰め制御の途中でエンジンの燃焼が再開される可能性があり、ガタ詰め制御の途中でエンジンが初爆すると、エンジンの急峻な初爆トルクとギヤのバックラッシュとの相乗効果でギヤが激しく歯打ちして大きなショックが発生する可能性がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、動力伝達系のギヤのバックラッシュに起因するショックを効果的に抑制することができるハイブリッド車のモータ制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、車両の動力源としてエンジン(11)とモータ(12)とを搭載し、エンジン(11)の動力を車輪(16)の駆動軸(15)に伝達する動力伝達系にモータ(12)を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、モータ(12)のトルク指令値に対して駆動軸(15)の共振成分を減衰させるフィルタ処理を実施すると共にモータ(12)の回転速度に基づいて駆動軸(15)の共振を打ち消すようにモータ(12)のトルク指令値を補正する制振フィードバック処理を実施するモータ制御手段(24)を備え、このモータ制御手段(24)は、車両の減速中でエンジン(11)の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値にフィルタ処理を実施した後のトルク指令値でモータ(12)にトルクを発生させて、駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させた後、エンジン(11)の燃焼を許可する共に、前記車両駆動要求が発生したときに、前記フィルタ処理による前記共振成分の減衰度合を強くするようにしたものである。
上記課題を解決するために、請求項3に係る発明は、車両の動力源としてエンジン(11)とモータ(12)とを搭載し、エンジン(11)の動力を車輪(16)の駆動軸(15)に伝達する動力伝達系にモータ(12)を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、モータ(12)のトルク指令値に対して駆動軸(15)の共振成分を減衰させるフィルタ処理を実施すると共にモータ(12)の回転速度に基づいて駆動軸(15)の共振を打ち消すようにモータ(12)のトルク指令値を補正する制振フィードバック処理を実施するモータ制御手段(24)を備え、モータ制御手段(24)は、車両の減速中でエンジン(11)の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値にフィルタ処理を実施した後のトルク指令値でモータ(12)にトルクを発生させて、駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させた後、エンジン(11)の燃焼を許可する共に、エンジン(11)の燃焼を許可したときに、制振フィードバック処理のゲインを大きくするようにしたものである。
これらの構成では、車両の減速中でエンジンの燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合には、まず、エンジンの燃焼を開始する前に、駆動軸のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値に対して駆動軸の共振成分を減衰させるフィルタ処理を実施した後のガタ詰めトルク指令値でモータにトルクを発生させる。これにより、モータのガタ詰めトルクにより駆動軸のトルクを負から正に変化させる際に、動力伝達系のギヤの歯打ちによるショックの発生を抑制しながら、モータのガタ詰めトルクに含まれる駆動軸の共振成分を減衰させることができる。その結果、モータのガタ詰めトルクによる駆動軸の共振を抑制することができ、駆動軸の共振によるショックの発生を効果的に抑制することができる。
そして、モータのガタ詰めトルクにより駆動軸のトルクを負から正に変化させた後(つまりギヤのガタ詰め完了後)に、エンジンの燃焼を許可する。これにより、ガタ詰め制御の途中でエンジンが初爆することを防止することができるため、初爆トルクとギヤのバックラッシュとの相乗効果でギヤが激しく歯打ちすることを回避して大きなショックが発生することを防止することができる。
図1は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図2はMG−ECUの制振制御機能を示すブロック図である。 図3は比較例の制御を説明するタイムチャートである。 図4は本実施例の制御を説明するタイムチャートである。 図5はショック抑制ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図1に基づいてハイブリッド車の駆動システムの概略構成を説明する。
車両の動力源として内燃機関であるエンジン11とモータジェネレータ(以下「MG」と表記する)12とが搭載されている。エンジン11の出力軸(クランク軸)の動力がMG12を介して変速機13に伝達され、この変速機13の出力軸の動力がディファレンシャルギヤやファイナルギヤ等からなるギヤ機構14と駆動軸15等を介して車輪16に伝達される。変速機13は、複数段の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速するCVT(無段変速機)であっても良い。
エンジン11の動力を車輪16の駆動軸15に伝達する動力伝達系のうちのエンジン11と変速機13との間に、MG12の回転軸が動力伝達可能に連結されている。また、エンジン11とMG12との間には、動力伝達を断続するための第1のクラッチ17が設けられ、MG12と変速機13との間には、動力伝達を断続するための第2のクラッチ18が設けられている。これらのクラッチ17,18は、油圧駆動式の油圧クラッチであっても良いし、電磁駆動式の電磁クラッチであっも良い。
また、MG12を駆動するインバータ19がバッテリ20に接続され、MG12がインバータ19を介してバッテリ20と電力を授受するようになっている。MG12には、MG12の回転速度を検出する回転速度センサ21が設けられている。
ハイブリッドECU22は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、アクセルセンサ、ブレーキスイッチ、車速センサ等(いずれも図示せず)の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。このハイブリッドECU22は、エンジン11の運転を制御するエンジンECU23やインバータ19を制御してMG12を制御するMG−ECU24(モータ制御手段)との間で制御信号やデータ信号を送受信し、各ECU23,24によって車両の運転状態に応じて、エンジン11、MG12等を制御する。
以下、第1及び第2のクラッチ17,18が両方とも締結状態(つまりエンジン11とMG12と駆動軸15とが動力伝達する状態)のときの制御について説明する。
MG−ECU24は、駆動軸15の共振を抑制するための制振制御を実行する。この制振制御では、図2に示すように、インバースフィルタ25で、MG12のトルク指令値に対して駆動軸15の共振成分を減衰させるインバースフィルタ処理を実施する。更に、制振F/B(フィードバック)処理部26で、MG12の回転速度に基づいて駆動軸15の共振を打ち消すようにMG12のトルク指令値を補正する制振F/B処理を実施する。
具体的には、MG−ECU24は、ハイブリッドECU22から出力されるMG12のトルク指令値を、インバースフィルタ25に入力して、MG12のトルク指令値のうちの駆動軸15の共振成分(共振周波数帯域の信号成分)を減衰させるインバースフィルタ処理を実施する。インバースフィルタ25の伝達関数は、例えば下記の式で表される。
Figure 0006154293
ここで、ξp は減衰率であり、fp は駆動軸15の捩れ方向の共振周波数である。
更に、MG−ECU24は、回転速度センサ21で検出したMG12の回転速度を、制振F/B処理部26のバンドパスフィルタ27に入力して、MG12の回転速度のうちの駆動軸15の共振成分を抽出するバンドパスフィルタ処理を実施する。
この後、変換部28で、バンドパスフィルタ処理後の回転速度(つまり回転速度の共振成分)をトルクの共振成分に変換した後、ゲイン器29で、トルクの共振成分にゲインKを乗算して、駆動軸15の共振を打ち消すためのトルク補正値を求める。
この後、上下限ガード処理部30で、トルク補正値を所定の上限ガード値及び下限ガード値でガード処理する上下限ガード処理を実施した後、トルク補正部31で、上下限ガード処理後のトルク補正値を用いてインバースフィルタ処理後のトルク指令値を補正して、最終的なMG12のトルク指令値を求める。
MG−ECU24は、最終的なMG12のトルク指令値を実現するようにインバータ19を制御してMG12の印加電圧を制御する。尚、インバースフィルタ25の減衰率ξp と制振F/B処理のゲインKは、それぞれ車両の運転状態に応じて切り換えられる。車両の運転状態は、例えば、車輪16の駆動方式(2輪駆動、4輪駆動)、走行モード(エンジン11の動力とMG12の動力の両方で走行するHVモード、MG12の動力のみで走行するEVモード)、進行方向(前進、後進)、変速機13の変速比等である。
ところで、図3に示す比較例のように、車両の減速中でエンジンの燃焼停止中(燃料カット中)に、運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動要求が発生した場合に、その時点で、エンジンの燃焼を開始するシステムでは、次のような問題がある。エンジンのトルクにより駆動軸のトルクを負から正に切り換える際に、動力伝達系のデファレンシャルギヤやファイナルギヤ等のバックラッシュ(ガタ)に起因するギヤの歯打ちによりショックが発生する可能性がある。この際、エンジンの急峻な初爆トルクとギヤのバックラッシュとの相乗効果でギヤが激しく歯打ちして大きなショックが発生する可能性がある。更に、ギヤの歯打ちにより駆動軸の共振が発生して、駆動軸の共振によるショックが発生する可能性もある。
そこで、本実施例では、MG−ECU24により後述する図5のショック抑制ルーチンを実行することで、車両の減速中でエンジン11の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、駆動軸15のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値にインバースフィルタ処理を実施した後のトルク指令値でMG12にトルクを発生させて、駆動軸15のトルクを負から正に変化させた後、エンジン11の燃焼を許可する。
具体的には、図4に示すように、車両の減速中でエンジン11の燃焼停止中(燃料カット中)に、運転者のアクセル操作に基づいて車両駆動要求が発生した場合には、まず、エンジン11の燃焼を開始する前に、駆動軸15のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値に対して駆動軸15の共振成分を減衰させるインバースフィルタ処理を実施する。このインバースフィルタ処理を実施した後のガタ詰めトルク指令値でMG12にトルクを発生させる。これにより、MG12のガタ詰めトルクにより駆動軸15のトルクを負から正に変化させる際に、動力伝達系のギヤの歯打ちによるショックの発生を抑制しながら、MG12のガタ詰めトルクに含まれる駆動軸15の共振成分を減衰させることができる。その結果、MG12のガタ詰めトルクによる駆動軸15の共振を抑制することができ、駆動軸15の共振によるショックの発生を効果的に抑制することができる。
そして、MG12のガタ詰めトルクにより駆動軸15のトルクを負から正に変化させた後(つまりギヤのガタ詰め完了後)に、エンジン11の燃焼を許可する。これにより、ガタ詰め制御の途中でエンジン11が初爆することを防止することができるため、初爆トルクとギヤのバックラッシュとの相乗効果でギヤが激しく歯打ちすることを回避して大きなショックが発生することを防止することができる。
以下、本実施例でMG−ECU24が実行する図5のショック抑制ルーチンの処理内容を説明する。
図5に示すショック抑制ルーチンは、所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ101で、車両の減速中(例えばアクセルオフ)で且つエンジン11の燃焼停止中(例えば燃料カット中)であるか否かを判定する。このステップ101で、車両の減速中で且つエンジン11の燃焼停止中ではないと判定された場合には、ステップ102以降の処理を実行することなく本ルーチンを終了する。
一方、上記ステップ101で、車両の減速中で且つエンジン11の燃焼停止中であると判定された場合には、ステップ102に進み、車両駆動要求が発生したか否かを、例えば、アクセルオフからアクセルオンになったか否かによって判定する。このステップ102で、車両駆動要求が発生していないと判定された場合には、ステップ103以降の処理を実行することなく本ルーチンを終了する。
一方、上記ステップ102で、車両駆動要求が発生したと判定された場合には、ステップ103に進み、インバースフィルタ25の減衰率ξp をそれまでよりも小さい所定値に切り換える。これにより、インバースフィルタ処理による駆動軸15の共振成分の減衰度合を強くする。
この後、ステップ104に進み、ハイブリッドECU22から出力されるガタ詰めトルク指令値を読み込む。このガタ詰めトルク指令値は、駆動軸15のトルクを負から正に変化させるためのトルク指令値であり、アクセル開度に応じた要求トルクよりも小さいトルク値である。
この後、ステップ105に進み、ガタ詰めトルク指令値に対して駆動軸15の共振成分を減衰させるインバースフィルタ処理を実施した後、ステップ106に進み、インバースフィルタ処理を実施した後のガタ詰めトルク指令値でMG12にトルクを発生させる。具体的には、制振F/B処理部26で算出したトルク補正値を用いてインバースフィルタ処理後のガタ詰めトルク指令値を補正して、最終的なMG12のガタ詰めトルク指令値を求める。この最終的なMG12のガタ詰めトルク指令値を実現するようにインバータ19を制御してMG12の印加電圧を制御する。
この後、ステップ107に進み、駆動軸15のトルクが負から正に変化したか否かを判定する。この場合、例えば、MG12の回転速度に基づいてエンジン11のフリクショントルクを推定し、このエンジン11のフリクショントルクとMG12のトルクに基づいて駆動軸12のトルクを推定して、この駆動軸15のトルクが負から正に変化したか否かを判定する。
エンジン11の燃焼開始前は、MG12の回転速度に応じてエンジン11の回転速度が変化してエンジン11のフリクショントルクが変化するため、MG12の回転速度に基づいてエンジン11のフリクショントルクを精度良く推定することができる。更に、エンジン11のフリクショントルクとMG12のトルクによって駆動軸15のトルクが変化するため、エンジン11のフリクショントルクとMG12のトルクに基づいて駆動軸15のトルクを精度良く推定することができる。このようにして推定した駆動軸15のトルクを用いることで駆動軸15のトルクが負から正に変化したか否かを精度良く判定することができる。
或は、所定期間における車速(車両の速度)の変化率とMG12の回転速度の変化率とエンジン11の回転速度の変化率のうちの一つ又は二つ以上に基づいて駆動軸12のトルクが負から正に変化したか否かを判定するようにしても良い。
駆動軸12のトルクが負から正に変化する際には、車速やMG12の回転速度やエンジン11の回転速度の挙動が変化する。従って、車速の変化率とMG12の回転速度の変化率とエンジン11の回転速度の変化率のうちの少なくとも一つを監視すれば、駆動軸15のトルクが負から正に変化したか否かを精度良く判定することができる。
このステップ107で、まだ駆動軸15のトルクが負から正に変化していないと判定された場合には、上記ステップ104に戻る。
その後、上記ステップ107で、駆動軸15のトルクが負から正に変化したと判定された場合には、ステップ108に進み、エンジン11の燃焼を許可した後、ステップ109に進み、制振F/B処理のゲインKをそれまでよりも大きい所定値に切り換える。エンジン11の燃焼が許可された後(つまり駆動軸15のトルクが負から正に変化した後)、エンジンECU23によりエンジン11の燃焼が再開される。
以上説明した本実施例では、車両の減速中でエンジン11の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、駆動軸15の共振成分を減衰させるインバースフィルタ処理を実施した後のガタ詰めトルク指令値でMG12にトルクを発生させるようにしている。これにより、MG12のガタ詰めトルクにより駆動軸15のトルクを負から正に変化させる際に、動力伝達系のギヤの歯打ちによるショックの発生を抑制しながら、MG12のガタ詰めトルクによる駆動軸15の共振を抑制して、駆動軸15の共振によるショックの発生を効果的に抑制することができる。更に、MG12のガタ詰めトルクにより駆動軸15のトルクを負から正に変化させた後(つまりギヤのガタ詰め完了後)に、エンジン11の燃焼を許可するようにしている。これにより、エンジン11の初爆トルクとギヤのバックラッシュとの相乗効果でギヤが激しく歯打ちすることを回避して大きなショックが発生することを防止することができる。
また、本実施例では、車両の減速中でエンジン11の燃焼停止中に車両駆動要求が発生したときに、インバースフィルタ25の減衰率ξp を小さくして、インバースフィルタフィルタ処理による駆動軸15の共振成分の減衰度合を強くするようにしている。これにより、MG12のガタ詰めトルクにより駆動軸15のトルクを負から正に変化させる際に、MG12のガタ詰めトルクに含まれる駆動軸15の共振成分を効果的に減衰させることができるため、駆動軸15の共振の抑制効果を高めて、駆動軸15の共振によるショックの抑制効果を高めることができる。
更に、本実施例では、エンジン11の燃焼を許可したときに、制振F/B処理のゲインKを大きくするようにしている。これにより、エンジン11の初爆トルクによるショックを制振F/B処理により効果的に抑制することができる。
尚、上記実施例では、インバースフィルタ処理により駆動軸15の共振成分を減衰させるようにしたが、これに限定されず、例えば、ローパスフィルタ処理(なまし処理)やバンドパスフィルタ処理等により駆動軸15の共振成分を減衰させるようにしても良い。
また、上記実施例では、車両駆動要求が発生したときに、フィルタ処理による駆動軸15の共振成分の減衰度合を強くするようにしたが、この処理(駆動軸15の共振成分の減衰度合を強くする処理)を省略するようにしても良い。
また、上記実施例では、エンジン11の燃焼を許可したときに、制振F/B処理のゲインKを大きくするようにしたが、この処理(ゲインKを大きくする処理)を省略するようにしても良い。
また、本発明は、図1に示す構成のハイブリッド車に限定されず、例えば、第1のクラッチ17(エンジン11とMG12との間のクラッチ)と第2のクラッチ18(MG12と変速機13との間のクラッチ)のうちの一方又は両方を省略した構成のハイブリッド車に適用しても良い等、エンジンの動力を車輪の駆動軸に伝達する動力伝達系にモータを動力伝達可能に連結した構成のハイブリッド車に広く適用することができる。
11…エンジン(内燃機関)、12…MG(モータジェネレータ)、15…駆動軸、16…車輪、24…MG−ECU(モータ制御手段)

Claims (5)

  1. 車両の動力源としてエンジン(11)とモータ(12)とを搭載し、前記エンジン(11)の動力を車輪(16)の駆動軸(15)に伝達する動力伝達系に前記モータ(12)を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、
    前記モータ(12)のトルク指令値に対して前記駆動軸(15)の共振成分を減衰させるフィルタ処理を実施すると共に前記モータ(12)の回転速度に基づいて前記駆動軸(15)の共振を打ち消すように前記モータ(12)のトルク指令値を補正する制振フィードバック処理を実施するモータ制御手段(24)を備え、
    前記モータ制御手段(24)は、前記車両の減速中で前記エンジン(11)の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、前記駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値に前記フィルタ処理を実施した後のトルク指令値で前記モータ(12)にトルクを発生させて、前記駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させた後、前記エンジン(11)の燃焼を許可する共に、前記車両駆動要求が発生したときに、前記フィルタ処理による前記共振成分の減衰度合を強くすることを特徴とするハイブリッド車のモータ制御装置。
  2. 前記モータ制御手段(24)は、前記エンジン(11)の燃焼を許可したときに、前記制振フィードバック処理のゲインを大きくすることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車のモータ制御装置。
  3. 車両の動力源としてエンジン(11)とモータ(12)とを搭載し、前記エンジン(11)の動力を車輪(16)の駆動軸(15)に伝達する動力伝達系に前記モータ(12)を動力伝達可能に連結したハイブリッド車のモータ制御装置において、
    前記モータ(12)のトルク指令値に対して前記駆動軸(15)の共振成分を減衰させるフィルタ処理を実施すると共に前記モータ(12)の回転速度に基づいて前記駆動軸(15)の共振を打ち消すように前記モータ(12)のトルク指令値を補正する制振フィードバック処理を実施するモータ制御手段(24)を備え、
    前記モータ制御手段(24)は、前記車両の減速中で前記エンジン(11)の燃焼停止中に車両駆動要求が発生した場合に、前記駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させるためのガタ詰めトルク指令値に前記フィルタ処理を実施した後のトルク指令値で前記モータ(12)にトルクを発生させて、前記駆動軸(15)のトルクを負から正に変化させた後、前記エンジン(11)の燃焼を許可する共に、前記エンジン(11)の燃焼を許可したときに、前記制振フィードバック処理のゲインを大きくすることを特徴とするハイブリッド車のモータ制御装置。
  4. 前記モータ制御手段(24)は、前記モータ(12)の回転速度に基づいて前記エンジン(11)のフリクショントルクを推定し、該エンジン(11)のフリクショントルクと前記モータ(12)のトルクに基づいて前記駆動軸(15)のトルクを推定して、該駆動軸(15)のトルクが負から正に変化したか否かを判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のハイブリッド車のモータ制御装置。
  5. 前記モータ制御手段(24)は、所定期間における前記車両の速度の変化率と前記モータ(12)の回転速度の変化率と前記エンジン(11)の回転速度の変化率のうちの少なくとも一つに基づいて前記駆動軸(15)のトルクが負から正に変化したか否かを判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のハイブリッド車のモータ制御装置。
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