JP6387879B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関及び電動機を備えるハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、内燃機関から出力されるトルクに起因する振動を、電動機から出力されるトルクにより低減しようとするものが知られている。例えば特許文献１では、ハイブリッド車両の内燃機関を停止させる際に、内燃機関の回転数が共振周波数よりも十分低くなるまで、電動機からトルクを出力させるように制御する装置が開示されている。また特許文献２では、ハイブリッド車両の内燃機関を停止させる際に、トーショナルダンパの捩れ解放による振動を抑制するため、弾性エネルギーを考慮して電動機のトルクを制御する装置が開示されている。

特開平０８−１２６１１５号公報 特開２０１４−２１３６３７号公報

本願発明者の研究するところによれば、上述した特許文献１及び２のように、内燃機関を停止させる際に振動を抑制するためのトルクを電動機から出力させた場合、電動機から出力されるトルクの周波数が共振周波数の√２倍以下になると、トルクの伝達特性によりトーショナルダンパの捩れ角変動が増幅されてしまうことが判明している。このため、電動機から出力されるトルクの周波数を全く考慮せずに制御を続けてしまうと、かえって振動が増幅されてしまうおそれがあるという技術的問題点が生ずる。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関を停止させる際に、ダンパの捩れ角変動を好適に抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は上述した課題を解決するため、ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力する内燃機関、及び前記動力伝達部にトルクを出力する電動機を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、前記内燃機関の停止要求に応じて、前記ダンパの捩れ角変動を小さくするための制振トルクを出力するように前記電動機を制御する制振制御手段と、前記制振トルクの周波数が前記ダンパの共振周波数の√２倍以下となった場合に、前記制振トルクの出力を中止するように前記電動機を制御する制振制御中止手段とを備える。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、動力源として内燃機関及び電動機を備えている。内燃機関は、例えばガソリンエンジンであり、ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力することが可能に構成されている。電動機は、例えばモータ・ジェネレータであり、動力伝達部にトルクを出力することが可能に構成されている。なお、動力伝達部は、例えば遊星歯車機構であり、内燃機関及び電動機からのトルクをハイブリッド車両の駆動軸に伝達可能に構成されている。また、動力伝達部は、電動機からのトルクを内燃機関側に伝達することも可能とされている。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。

本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、内燃機関の停止要求に応じて停止制御が開始されると、電動機が所定のトルクを出力するように制御される。具体的には、制振制御手段により、ダンパの捩れ角変動を小さくするための制振トルクを出力するように、電動機が制御される。なお、「ダンパの捩れ角変動を小さくするための制振トルク」とは、内燃機関のトルク脈動に起因して発生するダンパの捩れ角の変動を多少なりとも小さくできるようなトルクであり、例えば内燃機関のトルク脈動に対して位相が１８０度ずれたトルク等が挙げられる。

上述したように、電動機が制振トルクを出力することで、内燃機関停止制御時のダンパの捩れ角変動は小さくされる。しかしながら、本願発明者の研究するところによれば、電動機から出力される制振トルクの周波数がダンパの共振周波数の√２倍以下になると、トルクの伝達特性によりダンパの捩れ角変動が増幅されてしまうことが判明している。このため、制振トルクの周波数を全く考慮せずに制御を続けてしまうと、かえって振動が増幅されてしまうおそれがある。

しかるに本発明では特に、制振トルクの周波数がダンパの共振周波数の√２倍以下となった場合には、制振制御中止手段により、制振トルクの出力を中止するように電動機が制御される。このため、制振トルクを出力したが故に、かえって振動が増幅されてしまうことを回避できる。

以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、ダンパの捩れ角の変動を確実に小さくできる状況において制振トルクが出力される。従って、内燃機関の停止制御時におけるダンパの捩れ角の変動を好適に抑制することができる。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の制御内容を示す概念図である。 ４気筒内燃機関における各行程及びエンジントルクの変動を示す概念図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時における各種パラメータの変動を比較例と共に示すタイムチャートである。 トーショナルダンパのトルク伝達特性を示すグラフである。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜ハイブリッド車両の構成＞
始めに、図１を参照し、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成について説明する。ここに図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。

図１において、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、その動力源として、エンジン３、並びに第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５を備えている。

エンジン３は、本発明に係る「内燃機関」の一例であり、２つの気筒２を備えた直列２気筒の火花点火型のエンジンとして構成されている。エンジン３は、２気筒の４ストローク１サイクルエンジンであるので、各気筒２の点火間隔はクランク角で３６０度に設定されている。

第１モータ・ジェネレータ４は、ステータ４ａ及びロータ４ｂを有する。ステータ４ａはケース１０に固定されている。第１モータ・ジェネレータ４は動力分割機構６にて分割されたエンジン３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５は、ケース１０に固定されたステータ５ａ及びロータ５ｂを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。第１モータ・ジェネレータ４は、本発明に係る「電動機」の一例である。

エンジン３、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５は、伝達経路Ｔｐに設けられた動力分割機構６に連結されている。動力分割機構６は、本発明に係る「動力伝達部」の一例であり、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構６は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネットキャリアＣとを有している。エンジン３が出力するエンジントルクは、伝達経路Ｔｐに設けられた動力分割機構６のプラネットキャリアＣにトーショナルダンパ１７を介して伝達される。

第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂは、動力分割機構６のサンギアＳに連結されている。動力分割機構６からリングギアＲを介して出力されたトルクは、出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０から出力されたトルクは、各種の伝達機構を介して不図示の駆動輪に伝達される。

ハイブリッド車両１の各部の制御は、「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である、電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、エンジン３及び各モータ・ジェネレータ４、５等に対して各種の制御を行う。

ＥＣＵ３０には、ハイブリッド車両１の各種情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、第１モータ・ジェネレータ４の回転角度に応じた信号を出力する第１レゾルバ３１の出力信号と、第２モータ・ジェネレータ５の回転角度に応じた信号を出力する第２レゾルバ３２の出力信号と、アクセルペダル３４の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３３の出力信号と、ハイブリッド車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３５の出力信号と、エンジン３のクランク角に対応する信号を出力するクランク角センサ３６の出力信号とがそれぞれ入力される。

ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３３の出力信号と車速センサ３５の出力信号とを参照して運転者が要求する要求駆動力を計算し、その要求駆動力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながらハイブリッド車両１を制御する。例えば、エンジン３の熱効率が低下する低負荷領域では、エンジン３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、エンジン３だけではトルクが不足する場合は、エンジン３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。

＜制振トルク出力制御＞
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が実行する制振トルク出力制御の基本的事項について説明する。ここに図２は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の制御内容を示す概念図である。また図３は、４気筒エンジンにおける各行程及びエンジントルクの変動を示す概念図である。

図２には、エンジン３の各気筒２の行程、エンジン３からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルク、第１モータ・ジェネレータ４からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルク、及びこれらの入力トルクを合成した合成トルクのクランク角に応じた変化が１サイクル示されている。なお、図２及び図３においては、実機の細かなトルク変動や各気筒のトルクのばらつき等を捨象した模式的なトルク波形として示されている。

図２に示すように、エンジン３の各気筒２の行程は図示の通りであり、＃１気筒と＃２気筒との間の点火間隔はクランク角で３６０度である。エンジン３からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクは図示のように変化し、各気筒２の膨張行程で正のピークを、各気筒２の圧縮行程で負のピークをそれぞれ有し、これらのピーク間の入力が０となる不連続なトルクの波形Ｔｅとなる。この波形Ｔｅはエンジン３が出力するエンジントルクのトルク脈動に相当する。

一方で、本実施形態では、エンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれた同周期のモータトルクを、制振トルクとして第１モータ・ジェネレータ４から出力させる。そのため、第１モータ・ジェネレータ４からトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクは図示の通り波形Ｔｅに対して１８０度位相がずれた波形Ｔｍとなる。

これらの波形Ｔｅ及び波形Ｔｍを合成した波形Ｔｃは連続的となり、トーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数は、エンジン３のエンジントルクだけが入力される場合と比べて上昇する。つまり、見かけ上、図３に示した４気筒エンジンのエンジントルクのトルク波形と同等となる。

本実施形態の場合、エンジン３が停止する過程において所定のエンジン回転数でエンジントルクの周波数がトーショナルダンパ１７の共振点を通るが、図２に示した制振トルク出力制御の実施によりトーショナルダンパ１７に入力される入力トルクの周波数が上昇することで、トーショナルダンパ１７の共振点を避けることができる。そのため、エンジン３が停止する過程で、トーショナルダンパ１７の共振を回避できる。

次に、図４を参照して、上述した制振トルク出力制御によるトーションダンパ１７の捩れ角への影響について説明する。ここに図４は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時における各種パラメータの変動を比較例と共に示すタイムチャートである。なお、図４では、本実施例に係るパラメータの変動を実線で表し、比較例に係るパラメータの変動を破線で表している。

図４において、エンジン停止制御時には、エンジン３の回転数が徐々に低下するように制御される。この際、本実施形態では、上述したように、第１モータ・ジェネレータ４から制振トルクを出力させる。なお、制振トルクは、クランク角センサ３６によってクランク角を監視して、フィードバック制御を行いながら出力される。

第１モータ・ジェネレータ４から制振トルクを出力させることで、トーショナルダンパ１７に入力される入力トルクの周波数が上昇し、トーショナルダンパ１７の共振を好適に回避できる。これにより、本実施形態では、制振トルクを出力させない比較例と比べて、エンジン３の停止直前のトーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が抑制される。

＜トーショナルダンパのトルク伝達特性＞
次に、図５を参照して、トーショナルダンパのトルク伝達特性、及びそれに起因して発生する問題点について詳細に説明する。ここに図５は、トーショナルダンパのトルク伝達特性を示すグラフである。

図５に示すように、トーショナルダンパ１７におけるトルクの伝達率ゲインは、トルクの周波数に応じて変動する。より具体的には、トーショナルダンパ１７におけるトルクの伝達率ゲインは、トルクの周波数が共振周波数となるまでは、トルクの周波数が大きくなるほど増加する。一方で、トルクの周波数が共振周波数を超えた後は、トルクの周波数が大きくなるほど値減少する。

ここで特に、図を見ても分かるように、トルクの周波数が共振周波数の√２倍以下である場合、トーショナルダンパ１７におけるトルクの伝達率ゲインは、１より大きくなる。このため、トルクの周波数が共振周波数の√２倍以下である場合には、制振トルクを出力することにより、かえってトーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が増幅されてしまうおそれがある。

このような不都合を回避するために、本実施形態では、所定の条件に応じて制振トルクの出力を中止する処理を実行する。

＜制振トルク出力中止制御＞
以下では、図６を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が実行する制振トルクの出力を中止させる制御について、エンジン停止制御の流れと共に説明する。ここに図６は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。

図６において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ずエンジン３に対する停止要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。なお、エンジン３の停止要求は、例えばハイブリッドモード（即ち、エンジン３と、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５を駆動して走行するモード）からＥＶモード（即ち、エンジン３を停止させ、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５のみを駆動して走行するモード）への切り替え時等の所定条件が成立した場合に発生する。

エンジン３に対して停止要求がない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、一連の処理は終了する。一方、エンジン３に対して停止要求がある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、エンジン３の停止制御が開始される（ステップＳ１０２）。エンジン３の停止制御は、例えばフューエルカットを伴う周知のものとして実行できるため、ここでの詳細な説明は省略する。

エンジン３の停止制御が開始されると、クランク角センサ３６を参照してエンジン３のクランク角が取得される（ステップＳ１０３）。

エンジン３のクランク角が取得されると、取得されたクランク角に基づいて、第１モータ・ジェネレータ４から出力させるべきモータトルク（即ち、制振トルク）が算出される（ステップＳ１０４）。

モータトルクが算出されると、算出されたモータトルクを出力するように第１モータ・ジェネレータ４が制御される（ステップＳ１０５）。

ここで特に、ステップＳ１０４におけるモータトルクの算出は、予めクランク角とモータトルクとが対応づけられたマップを利用して行われる。このマップは、停止制御開始から終了までのクランク角毎のエンジントルクを予め調査した調査結果に基づいて作成され、ＥＣＵ３０に記憶されている。そして、このマップには、算出すべきモータトルクとして、あるクランク角のエンジントルクから１８０度位相がずれたエンジントルクに動力分割機構６のギア比を乗じて得たトルクが、クランク角毎に対応づけられている。

従って、ステップＳ１０３で現在のクランク角を取得し、ステップＳ１０４でこのマップに基づいて現在のクランク角に応じたモータトルクを算出し、かつそのモータトルクをステップＳ１０５で第１モータ・ジェネレータ４から出力させる一連の処理により、停止制御中のエンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれたモータトルクが第１モータ・ジェネレータ４から出力される。

以上の各処理によれば、エンジン３が停止要求に応じて停止する過程で、エンジントルクのトルク脈動と１８０度位相がずれた同周期のモータトルクが第１モータ・ジェネレータ４から出力されるので、見かけ上、トーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が４気筒のエンジンの場合と同じ周波数にすることができる。これにより、エンジン３が停止する過程でトーショナルダンパ１７に入力されるトルクの周波数が上昇して、トーショナルダンパ１７の共振を回避することができる。

なお、ハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ３０は、上記ステップＳ１０３からＳ１０５を実行することにより、本発明に係る「制振制御手段」として機能する。

本実施形態では更に、ステップＳ１０５の第１モータ・ジェネレータ４の制御（即ち、制振トルクの出力制御）が開始された後、制振トルクがトーショナルダンパ１７の共振周波数の√２倍以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。

そして特に、制振トルクがトーショナルダンパ１７の共振周波数の√２倍以下である場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、制振トルクの出力が停止される（ステップＳ１０７）。なお、制振トルクがトーショナルダンパ１７の共振周波数の√２倍以下でない場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０７の処理は省略される（即ち、制振トルクの出力は維持される）。

既に説明したように、制振トルクの周波数が共振周波数の√２倍以下である場合には、制振トルクを出力することにより、かえってトーショナルダンパ１７の捩れ角の変動が増幅されてしまうおそれがある（図５参照）。これに対し、本実施形態では、制振トルクの周波数が共振周波数の√２倍以下である場合に、制振トルクの出力が中止される。これにより、トーショナルダンパ１７の捩れ角の変動を好適に抑制することができる。

なお、ハイブリッド車両の制御装置であるＥＣＵ３０は、上記ステップＳ１０６及びＳ１０７を実行することにより、本発明に係る「制振制御中止手段」として機能する。

上述した一連の処理は、エンジン３の停止制御が終了するまで繰り返し実行される。具体的には、エンジン３の停止制御が終了していないと判定されると（ステップＳ１０８:ＮＯ）、ステップＳ１０３以降の処理が再び開始される。一方で、エンジン３の停止制御が終了したと判定されると（ステップＳ１０８:ＹＥＳ）、一連の処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジン３の停止制御時におけるトーショナルダンパ１７の捩れ角の変動を好適に抑制することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ ハイブリッド車両
２ 気筒
３ エンジン
４ 第１モータ・ジェネレータ
５ 第２モータ・ジェネレータ
６ 動力分割機構
１７ トーショナルダンパ
２０ 出力ギア
３０ ＥＣＵ
３１ 第１レゾルバ
３２ 第２レゾルバ
３３ アクセル開度センサ
３４ アクセルペダル
３５ 車速センサ
３６ クランク角センサ
Ｔｐ 伝達経路

Claims (1)

1. ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力する２気筒の内燃機関、及び前記動力伝達部にトルクを出力する電動機を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記内燃機関の停止要求に応じて、前記内燃機関のトルク波形を見かけ上４気筒の内燃機関のトルク波形とするために前記ダンパの入力トルクの周波数を上昇させる制振トルクを出力するように前記電動機を制御する制振制御手段と、
   前記ダンパの入力トルクの周波数が前記ダンパの共振周波数の√２倍以下となった場合に、前記制振トルクの出力を中止するように前記電動機を制御する制振制御中止手段と
   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。

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