JP6519957B2 - ハイブリッド車両の動力制御方法及び動力制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の動力制御方法及び動力制御装置に係わり、特に、内燃機関と、内燃機関の動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、内燃機関に連結され動力伝達機構に動力を出力可能な電動モータとを備えたハイブリッド車両の動力制御方法及び動力制御装置に関する。
従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ）及び自動変速機を搭載した車両の操作性や乗り心地を向上させるため、自動変速機による変速時間を短縮することが求められているが、そのために必要なことの一つとしてエンジンのイナーシャを低減することが挙げられる。エンジンのイナーシャを低減するためには、イナーシャを利用せずにエンジンのトルク変動を吸収できるようにする必要がある。
また、多気筒エンジンの燃費を向上させるために、エンジンの運転負荷に応じて一部の気筒における燃焼を停止させる気筒休止エンジンが提案されている。気筒休止時のエンジンのトルク変動は全気筒において燃焼が行われる全筒運転時のトルク変動と比べて大きいので、燃費性能の更なる向上を目的として気筒休止を行う運転領域を拡大するためには、増大するエンジンのトルク変動を吸収できるようにする必要がある。
さらに、エンジンのトルク変動はエンジンマウントやトランスミッションからドライブシャフトに至るパワートレインを介して車室フロアに伝達され、車室内の騒音の原因となる。したがって、車室内の静粛性を向上させるためには、エンジンのトルク変動の吸収性能を向上させる必要がある。
エンジンの他に動力源として電動モータを搭載したハイブリッド自動車においては、エンジンのトルク変動を吸収する手段として、エンジンのトルク変動を抑制するようにモータにトルクを出力させる動力出力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の動力出力装置は、エンジンの出力軸のトルク脈動に連動して正の脈動トルクを出力すると共に、駆動軸に出力される過剰な動力を用いて発電機により発電することにより、エンジンのトルク脈動に伴う振動を抑制するようにモータを制御する。
特開２００６−１８７１６８号公報
しかしながら、特許文献１に記載されているような従来技術では、エンジンのトルク脈動に伴う振動を抑制するために、エンジンのトルク脈動に連動してモータによるトルク出力と発電機による発電とを高周波で制御しなければならないので、電力の入出力に伴う損失が大きく、車両全体としてのエネルギー効率が低下する。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、エネルギー効率の低下を抑制しながらエンジンのトルク変動を効果的に吸収することができる、ハイブリッド車両の動力制御方法及び動力制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のハイブリッド車両の動力制御方法は、内燃機関と、内燃機関の動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、内燃機関に連結され動力伝達機構に動力を出力可能な電動モータとを備えたハイブリッド車両の動力制御方法であって、内燃機関が出力する平均トルクを推定するステップと、内燃機関が出力するトルクにおけるトルク変動成分を推定するステップと、推定されたトルク変動成分を抑制するカウンタートルクを設定するステップと、設定されたカウンタートルクを出力するように電動モータを制御するステップと、を有し、カウンタートルクを設定するステップは、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が内燃機関から車両のフロアに至る振動伝達経路における共振周波数に対応する所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、カウンタートルクを設定するステップを含む、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が内燃機関から車両のフロアに至る振動伝達経路における共振周波数に対応する所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなる。内燃機関の回転数が小さくなると、駆動力の余裕が大きくなることにより車速の上昇と共に内燃機関の回転数が上昇し易くなり、内燃機関のトルク変動成分の周波数が上昇し易くなり、内燃機関のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し易くなる。この場合、内燃機関から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し難く、車室フロアの振動が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。このように、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値を大きくする（内燃機関の回転数が小さいほど、カウンタートルクの絶対値を小さくする）ことにより、内燃機関のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルクを設定するステップは、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が前記所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、負の制御ゲインを設定するステップと、推定されたトルク変動成分と制御ゲインとの積に基づきカウンタートルクを設定するステップとを含む。
このように構成された本発明においては、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように設定した負の制御ゲインと、内燃機関のトルク変動成分との積に基づきカウンタートルクを設定するので、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値を大きくすることができ、内燃機関のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルクを設定するステップは、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より小さい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、カウンタートルクを設定するステップを含む。
このように構成された本発明においては、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より小さい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど、電動モータに出力させるカウンタートルクの絶対値が大きくなる。内燃機関の回転数が一定の場合には内燃機関が出力する平均トルクが大きいほどトルク変動の振幅は大きくなるが、上記の通り平均トルクが大きいほどカウンタートルクの絶対値も大きくなるので、カウンタートルクにより内燃機関のトルク変動を確実に吸収し、内燃機関のトルク変動に伴う振動を抑制することができる。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルクを設定するステップは、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より大きい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほどカウンタートルクの絶対値が小さくなるように、カウンタートルクを設定するステップを含む。
このように構成された本発明においては、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より大きい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど、電動モータに出力させるカウンタートルクの絶対値が小さくなる。内燃機関が出力する平均トルクが大きくなると、駆動力の余裕が大きくなることにより車速の上昇と共に内燃機関の回転数が上昇し易くなり、内燃機関のトルク変動成分の周波数が上昇し易くなり、内燃機関のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し易くなる。この場合、内燃機関から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し難く、車室フロアの振動が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。このように、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど、カウンタートルクの絶対値を小さくすることにより、内燃機関のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
また、本発明のハイブリッド車両の動力制御装置は、内燃機関と、内燃機関の動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、内燃機関に連結され動力伝達機構に動力を出力可能な電動モータとを備えたハイブリッド車両の動力制御装置であって、内燃機関が出力する平均トルクを推定する平均トルク推定部と、内燃機関が出力するトルクにおけるトルク変動成分を推定するトルク変動成分推定部と、推定されたトルク変動成分を抑制するカウンタートルクを設定するカウンタートルク設定部と、設定されたカウンタートルクを出力するように電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、カウンタートルク設定部は、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が内燃機関から車両のフロアに至る振動伝達経路における共振周波数に対応する所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、カウンタートルクを設定する、ことを特徴とする。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルク設定部は、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、内燃機関の回転数が所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、内燃機関の回転数が大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、負の制御ゲインを設定し、推定されたトルク変動成分と制御ゲインとの積に基づきカウンタートルクを設定する。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルク設定部は、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より小さい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほどカウンタートルクの絶対値が大きくなるように、カウンタートルクを設定する。
また、本発明において、好ましくは、カウンタートルク設定部は、内燃機関の回転数が一定の場合に、内燃機関が出力する平均トルクが内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より大きい範囲において、内燃機関が出力する平均トルクが大きいほどカウンタートルクの絶対値が小さくなるように、カウンタートルクを設定する。
本発明による車両の動力制御方法及び動力制御装置によれば、エネルギー効率の低下を抑制しながらエンジンのトルク変動を効果的に吸収することができる。
本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による動力制御装置が実行する動力制御処理のフローチャートである。 本発明の実施形態による動力制御装置がモータ指令トルクを決定する方法を示した制御ブロック図である。 エンジンの出力軸におけるトルクの変動成分を示す線図である。 エンジン回転数が一定の場合におけるエンジン平均トルクとカウンタートルクとの関係を示す線図である。 エンジン平均トルクが一定の場合におけるエンジン回転数とカウンタートルクとの関係を示す線図である。 エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合における車両の自動変速機の変速段とカウンタートルクとの関係を示す線図である。 エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合における車両の加速度とカウンタートルクとの関係を示す線図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両の動力制御方法及び動力制御装置について説明する。
＜システム構成＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両の構成について説明する。図１は、本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両の全体構成を示す概略図であり、図２は、本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両の電気的構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本発明の実施形態による動力制御装置が適用された車両１は、駆動力源としてエンジン２及びモータ４を備えるハイブリッド車両である。エンジン２とモータ４とは、動力伝達の断接を行う図外のクラッチを介して連結されている。動力伝達経路におけるモータ４の下流側には、自動変速機６が設けられている。自動変速機６の出力は、デファレンシャル装置８を介して左右の駆動輪に伝達される。
また、車両１には、バッテリ１０（二次電池）と、モータ４とバッテリ１０との間の電力の入出力を制御するインバータ１２とが搭載されている。インバータ１２は、バッテリ１０から供給された直流電力を交流電力に変換してモータ４に供給すると共に、モータ４が発生させる回生電力を直流電力に変換してバッテリ１０に供給することによりバッテリ１０を充電する。
更に、車両１は、エンジン２を制御すると共にインバータ１２を介してモータ４を制御するＰＣＭ１４（動力制御装置）と、自動変速機６を制御するＴＣＭ１６（Transmission Control Module）とを有する。
図２に示すように、車両１には、車両１に関する各種の運転状態を検出するセンサが設けられている。これらセンサは、具体的には以下の通りである。アクセル開度センサ１８は、アクセルペダルの開度（ドライバがアクセルペダルを踏み込んだ量に相当する）であるアクセル開度を検出する。車速センサ２０は、車両１の速度（車速）を検出する。クランク角センサ２２は、エンジン２のクランクシャフトにおけるクランク角を検出する。エアフローセンサ２４は、エンジン２の吸気通路を通過する吸気の流量に相当する吸入空気量を検出する。モータ角センサ２６は、モータ４の回転子の回転角を検出する。これらの各種センサは、それぞれ、検出したパラメータに対応する検出信号Ｓ１１８〜Ｓ１２６をＰＣＭ１４に出力する。
また、ＰＣＭ１４には、車両１の自動変速機６を制御するＴＣＭ１６から自動変速機６に関する各種情報（例えば現在の変速段、変速を行う変速点に達したか否か、次変速段に変速したときのエンジン回転数など）が入力される。
ＰＣＭ１４は、上述した各種センサから入力された検出信号Ｓ１１８〜Ｓ１２６、及び、ＴＣＭ１６ら入力された自動変速機６に関する各種情報に基づき、エンジン２及びインバータ１２に対する制御を行う。具体的には、図２に示すように、ＰＣＭ１４は、スロットルバルブ２８に制御信号Ｓ１２８を供給して、スロットルバルブ２８の開閉時期やスロットル開度を制御し、燃料噴射弁３０に制御信号Ｓ１３０を供給して、燃料噴射量や燃料噴射タイミングを制御し、点火プラグ３２に制御信号Ｓ１３２を供給して、点火時期を制御し、吸排気バルブ機構３４に制御信号Ｓ１３４を供給して、エンジン２の吸気バルブ及び排気バルブの動作タイミングを制御し、インバータ１２に制御信号Ｓ１１２を供給して、モータ４とバッテリ１０との間の電力の入出力を制御する。
ＰＣＭ１４は、ＣＰＵ、当該ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。
このように構成されたＰＣＭ１４は、本発明における「動力制御装置」に相当し、本発明における「平均トルク推定部」、「トルク変動成分推定部」、「カウンタートルク設定部」、及び「電動モータ制御部」として機能する。
＜動力制御＞
次に、図３を参照して、本発明の実施形態において実行される動力制御について説明する。図３は、本発明の実施形態による動力制御装置が実行する動力制御処理のフローチャートである。
図３に示す動力制御処理は、車両１のイグニッションがオンにされ、ＰＣＭ１４に電源が投入された場合に起動され、所定の周期で繰り返し実行される。動力制御処理が開始されると、ステップＳ１において、ＰＣＭ１４は車両１の運転状態に関する各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ１４は、アクセル開度センサ１８が検出したアクセル開度、車速センサ２０が検出した車速、クランク角センサ２２が検出したクランク角、エアフローセンサ２４が検出した吸入空気量、モータ角センサ２６が検出したモータ４の回転子の回転角、ＴＣＭ１６から入力された自動変速機６の現在の変速段等を取得する。
次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ１４は、ステップＳ１において取得された車両１の運転状態に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ１４は、種々の車速及び種々の変速段についてアクセル開度と加速度との関係を規定した複数の加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及び変速段に対応する加速度特性マップを選択する。そして、選択した加速度特性マップを参照し、アクセル開度センサ１８によって検出されたアクセル開度に対応する加速度を目標加速度として設定する。
次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ１４は、ステップＳ１において取得された運転状態に基づき、ステップＳ２において設定した目標加速度を実現するための目標エンジントルク及び目標モータトルクを設定する。
ＰＣＭ１４は、現在の車速、変速段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジン２とモータ４の合計トルクの目標値を設定する。更に、燃料消費率（ｇ／ｋＷｈ）が最小となるエンジントルクとエンジン回転数との関係を規定した燃料消費率特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）を参照し、ステップＳ１において取得したクランク角に基づき算出される現在のエンジン回転数に対応するエンジントルクを、目標エンジントルクとして設定する。また、目標エンジントルクを合計トルクの目標値から減算した値を、目標モータトルクとして設定する。
例えば、合計トルクの目標値が目標エンジントルクよりも大きい場合は、正値の目標モータトルクが設定される。即ち、燃料消費率の小さい領域でエンジン２を運転しつつ、不足するトルクはモータ４が補うことにより、目標加速度を実現するために必要なトルクが出力される。
一方、合計トルクの目標値が目標エンジントルクよりも小さい場合は、負値の目標モータトルクが設定される。即ち、燃料消費率の小さい領域でエンジン２を運転しつつ、余剰トルクはモータ４による発電に利用してバッテリ１０を充電することにより、効率よくバッテリ１０の充電を行いながら、目標加速度を実現するために必要なトルクを出力することができる。
次に、ステップＳ４において、ＰＣＭ１４は、ステップＳ１において取得された運転状態に基づき、ステップＳ３において設定した目標エンジントルクを実現するためのエンジン２の各アクチュエータ（例えば、点火プラグ３２、スロットルバルブ２８、吸排気バルブ機構３４）の制御値を決定する。
具体的には、ＰＣＭ１４は、目標エンジントルクにフリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを加味した目標図示トルクを算出し、種々の充填効率及び種々のエンジン回転数について点火時期と図示トルクとの関係を規定した点火進角マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在のエンジン回転数に対応し且つノッキングが発生しない範囲（各点火進角マップにおいて予め設定されたノック限界点火時期よりも遅角側の範囲）で可能な限りＭＢＴに近い点火時期の場合に目標図示トルクが得られる点火進角マップを選択し、選択した点火進角マップを参照して、目標図示トルクに対応する点火時期を点火時期として設定する。
また、ＰＣＭ１４は、目標図示トルクを出力するために必要な熱量（要求熱量）を求め、この要求熱量を発生させるために必要な充填効率を、目標充填効率として設定する。そして、ＰＣＭ１４は、設定した目標充填効率に相当する空気がエンジン２に導入されるように、エアフローセンサ２４が検出した空気量を考慮して、スロットルバルブ２８の開度と、吸排気バルブ機構３４を介した吸気バルブの開閉時期とを設定する。
次に、ステップＳ５において、ＰＣＭ１４は、ステップＳ１において取得された運転状態、ステップＳ３において設定した目標モータトルク、及び、ステップＳ４において設定したエンジン２の各アクチュエータの制御量に基づき、モータ４に出力させるトルク（モータ指令トルク）、具体的にはインバータ１２によるモータ４とバッテリ１０との間の電力の入出力の制御値を決定する。
ここで、図４及び図５を参照して、ＰＣＭ１４によるモータ指令トルクの決定方法を説明する。図４は、本発明の実施形態による動力制御装置がモータ指令トルクを決定する方法を示した制御ブロック図である。図５は、エンジン２の出力軸におけるトルクの変動成分を示す線図であり、チャート（ａ）はエンジン２の出力軸におけるトルクの変動を示す線図、チャート（ｂ）はトルク変動成分のうち気筒内の燃焼ガスの圧力変化に起因する成分を示す線図、チャート（ｃ）はトルク変動成分のうちエンジン２内部の往復運動質量の慣性に起因する成分を示す線図、チャート（ｄ）は気筒内の燃焼ガスの圧力変化に起因する成分とエンジン２内部の往復運動質量の慣性に起因する成分とを合成したトルク変動成分を示す線図である。図５の各チャートにおける横軸はクランク角（ｄｅｇ）を示し、縦軸はトルク（Ｎｍ）を示す。
図４に示すように、ＰＣＭ１４は、エンジン２が１サイクルで発生する平均トルク（エンジン平均トルク）を推定するエンジン平均トルク推定部３６と、エンジン２の出力軸におけるトルクの変動成分（トルク変動成分）を推定するトルク変動成分推定部３８と、モータ４に出力させるトルク（モータ指令トルク）を決定するモータ指令トルク決定部４０とを備える。
エンジン平均トルク推定部３６は、ステップＳ１において取得された吸入空気量及びクランク角を入力とする。エンジン平均トルク推定部３６は、ステップＳ１において取得された吸入空気量に基づき充填効率を推定し、推定した充填効率で空気がエンジン２に導入されたときに発生する熱量に対応する図示トルクを求め、フリクションロスやポンピングロスによる損失トルクを差し引くことによりエンジン平均トルクを推定する。また、エンジン平均トルク推定部３６は、ステップＳ１において取得されたクランク角に基づきエンジン回転数を算出する。
トルク変動成分推定部３８は、エンジン平均トルク推定部３６により推定されたエンジン平均トルクと、エンジン平均トルク推定部３６により算出されたエンジン回転数と、ステップＳ１において取得されたクランク角とに基づき、トルク変動成分を推定する。
図５のチャート（ａ）に示すように、エンジン２の出力軸におけるトルク（図５において実線により示す）は、気筒内の燃焼ガスの圧力変化に起因するトルク（指圧トルク、図５において破線により示す）と、エンジン２内部の往復運動質量（ピストン、コンロッド等）の慣性に起因するトルク（慣性トルク、図５において一点鎖線により示す）とに分離することができる。
これらの内、指圧トルクの変動は、クランク角１８０ｄｅｇを１周期とする正弦振動（いわゆる二次振動）及び更に高次の振動を合成した振動として表されるが、車室フロアへの振動伝達等において最も問題となるのは二次振動である。そこで、チャート（ｂ）に示すように、エンジン平均トルクを基準とした指圧トルクの変動における二次振動成分を抽出すると、指圧トルクの変動に起因するトルク変動成分（指圧トルク変動成分）として、クランク角１８０ｄｅｇを１周期とする正弦振動が得られる。この指圧トルク変動成分の振幅は、エンジン平均トルクの関数として表すことができ、エンジン平均トルクの増大に比例して増大する。
また、チャート（ｃ）に示すように、慣性トルクの変動に起因するトルク変動成分（慣性トルク変動成分）は、チャート（ｂ）に示した指圧トルク変動成分と逆位相の正弦振動として表される。この慣性トルク変動成分の振幅は、エンジン回転数の関数として表すことができ、エンジン回転数が高いほど大きくなる。
チャート（ｄ）に示すように、エンジン２のトルク変動成分は、チャート（ｂ）に示した指圧トルク変動成分と、チャート（ｃ）に示した慣性トルク変動成分とを合成した、クランク角１８０ｄｅｇを１周期とする正弦振動として表される。上述したように、指圧トルク変動成分の振幅はエンジン平均トルクの関数として表され、慣性トルク変動成分の振幅はエンジン回転数の関数として表されるので、これらを合成したエンジン２のトルク変動成分の振幅は、エンジン平均トルクＴｅ及びエンジン回転数Ｎｅの関数Ａtr（Ｔｅ，Ｎｅ）として表すことができる。したがって、エンジン２のトルク変動成分は、クランク角ＣＡを変数とし、振幅がＡtr（Ｔｅ，Ｎｅ）の正弦関数Ａtr（Ｔｅ，Ｎｅ）Ｓｉｎ（ＣＡ）として表される。
トルク変動成分推定部３８は、ステップＳ１において取得されたクランク角ＣＡと、エンジン平均トルク推定部３６により推定されたエンジン平均トルクＴｅ及びエンジン平均トルク推定部３６により算出されたエンジン回転数Ｎｅとを、チャート（ｄ）に示した正弦関数Ａtr（Ｔｅ，Ｎｅ）×Ｓｉｎ（ＣＡ）に代入することにより、トルク変動成分を推定する。
図４に示すように、モータ指令トルク決定部４０には、ステップＳ１において取得されたモータ角、ステップＳ３において設定された目標モータトルクに加えて、トルク変動成分推定部３８により推定されたトルク変動成分に所定の制御ゲイン（図４における「Ｋ」）を乗算した値がカウンタートルクとして入力される。この制御ゲインＫは、エネルギー効率の低下を抑制しながらエンジン２のトルク変動を効果的に吸収可能なカウンタートルクをモータ４に出力させるように設定されるゲイン（カウンタートルク制御ゲイン）であり、ＰＣＭ１４により、ステップＳ１において取得された運転状態及びステップＳ３において設定された目標エンジントルクに応じて−１≦Ｋ≦０の範囲で設定される。即ち、カウンタートルクとして、エンジン２のトルク変動成分と逆位相且つ変位がトルク変動成分の変位以下の値がモータ指令トルク決定部４０に入力される。カウンタートルク制御ゲインの設定の詳細は後述する。
モータ指令トルク決定部４０は、ステップＳ１において取得されたモータ角、ステップＳ３において設定された目標モータトルク、及び、カウンタートルクに基づき、モータ指令トルクを決定する。具体的には、モータ指令トルク決定部４０は、ステップＳ３において設定された目標モータトルクとカウンタートルクとの合計値を、ステップＳ１において取得されたクランク角ＣＡに対応するモータ角におけるモータ指令トルクとして決定し、インバータ１２に出力する。
図３に戻り、ＰＣＭ１４は、ステップＳ５においてモータ指令トルクを決定した後、ステップＳ６に進み、ステップＳ４において決定したエンジンアクチュエータ制御値に基づき、スロットルバルブ２８及び吸排気バルブ機構３４を制御するとともに、エンジン２の運転状態等に応じて決定された目標当量比と、エアフローセンサ２４の検出信号Ｓ１２４等に基づき推定した実空気量とに基づき、燃料噴射弁３０を制御する。また、ＰＣＭ１４は、ステップＳ５において決定したモータ指令トルクをモータ４に出力させるように、インバータ１２によるモータ４とバッテリ１０との間の電力の入出力を制御する。ステップＳ６の後、ＰＣＭ１４は、動力制御処理の１サイクルを終了する。
＜カウンタートルク制御ゲインの設定＞
次に、図６乃至図９により、ＰＣＭ１４によるカウンタートルク制御ゲインの設定について説明する。
図６は、エンジン回転数が一定の場合におけるエンジン平均トルクとカウンタートルクとの関係を示す線図であり、チャート（ａ）はエンジン平均トルクとエンジン２のトルク変動成分の振幅との関係を示す図、チャート（ｂ）はエンジン平均トルクと制御ゲインの絶対値との関係を示す図、チャート（ｃ）はエンジン平均トルクとカウンタートルクの振幅の絶対値との関係を示す図である。
上述したように、エンジン２の出力軸におけるトルク変動成分は、指圧トルク変動成分と慣性トルク変動成分とを合成することにより得られる。指圧トルク変動成分の振幅は、エンジン平均トルクの関数として表すことができ、エンジン平均トルクの増大に比例して増大する。また、慣性トルク変動成分の振幅は、エンジン回転数の関数として表すことができ、エンジン回転数が高いほど大きくなる。したがって、図６のチャート（ａ）に示すように、エンジン回転数が一定の場合には、エンジン２のトルク変動成分の振幅は、エンジン平均トルクの増大に比例して増大する。
この場合、チャート（ｂ）に示すように、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ１未満の範囲では、制御ゲインの絶対値は一定値（具体的には１）に設定され、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ１以上の範囲ではエンジン平均トルクが大きいほど制御ゲインの絶対値が小さくなるように設定されている。
したがって、チャート（ｃ）に示すように、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ１以下の範囲では、エンジン平均トルクが大きいほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は大きくなる。また、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ１より大きい範囲では、エンジン平均トルクの増大に応じて制御ゲインの絶対値が小さくなるに従って、カウンタートルクの振幅の絶対値の増加割合が緩やかになり、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ２のときにカウンタートルクの振幅の絶対値が極大となる。さらに、エンジン平均トルクがＴｅ２より大きい範囲では、エンジン平均トルクが大きいほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は小さくなる。
即ち、エンジン平均トルクが大きいほどトルク変動成分の振幅は大きくなるが、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ１以下の範囲では、エンジン平均トルクが大きいほどカウンタートルクの振幅の絶対値も大きくなるので、カウンタートルクによりエンジン２のトルク変動成分を確実に吸収し、エンジン２のトルク変動に伴う振動を抑制することができる。
また、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ２の近傍では、エンジン２による駆動力と車両１の走行抵抗とが拮抗することにより車速が変化し難いので、エンジン回転数の変化が小さくエンジン２のトルク変動成分の周波数が変化し難い。この場合、エンジン２のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し難いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し易く、車室フロアの振動が大きくなり易い。そこで、カウンタートルクの振幅の絶対値を極大とすることにより、カウンタートルクによってエンジン２のトルク変動成分を確実に吸収し、エンジン２のトルク変動に伴う振動を抑制することができる。
また、エンジン平均トルクが所定値Ｔｅ２より大きい範囲では、エンジン平均トルクが大きいほど、エンジン２による駆動力の余裕が大きく車速が上昇し易いので、車速の上昇に応じてエンジン回転数が上昇することによりエンジン２のトルク変動成分の周波数が上昇し易い。この場合、エンジン２のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し易いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し難く、車室フロアの振動が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。そこで、エンジン平均トルクが大きいほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくすることにより、エンジン２のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
図７は、エンジン平均トルクが一定の場合におけるエンジン回転数とカウンタートルクとの関係を示す線図であり、チャート（ａ）はエンジン回転数とエンジン２のトルク変動成分の振幅との関係を示す図、チャート（ｂ）はエンジン回転数と制御ゲインの絶対値との関係を示す図、チャート（ｃ）はエンジン回転数とカウンタートルクの振幅の絶対値との関係を示す図である。
上述したように、エンジン２の出力軸におけるトルク変動成分は、指圧トルク変動成分と、指圧トルク変動成分と逆位相の慣性トルク変動成分とを合成することにより得られる。指圧トルク変動成分の振幅は、エンジン平均トルクの関数として表すことができ、エンジン平均トルクの増大に比例して増大する。また、慣性トルク変動成分の振幅は、エンジン回転数の関数として表すことができ、エンジン回転数が高いほど大きくなる。したがって、図７のチャート（ａ）に示すように、エンジン平均トルクが一定の場合、指圧トルク変動成分の振幅と慣性トルク変動成分の振幅とが一致するエンジン回転数Ｎｅ１未満の範囲では、エンジン回転数が高いほどエンジン２のトルク変動成分の振幅は小さく、指圧トルク変動成分の振幅と慣性トルク変動成分の振幅とが一致するエンジン回転数Ｎｅ１以上の範囲では、エンジン回転数が高いほどエンジン２のトルク変動成分の振幅は大きい。
この場合、チャート（ｂ）に示すように、エンジン回転数が、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路における共振周波数に近い所定値Ｎｅ２未満の範囲では、エンジン回転数が高いほど制御ゲインの絶対値が大きくなるように設定され、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２以上の範囲では、エンジン回転数が高いほど制御ゲインの絶対値が小さくなるように設定されている。
したがって、チャート（ｃ）に示すように、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２未満の範囲では、エンジン回転数が高いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は大きくなる。また、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２の近傍においてカウンタートルクの振幅の絶対値が極大となる。さらに、エンジン回転数がＮｅ２より高い範囲では、エンジン回転数が高いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は小さくなる。
即ち、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２未満の範囲では、エンジン２による駆動力の余裕が大きく車速が上昇し易いので、車速の上昇に応じてエンジン回転数が上昇することによりエンジン２のトルク変動成分の周波数が上昇し易い。この場合、エンジン２のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し易いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し難く、車室フロアの振動が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。そこで、エンジン回転数が低いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくすることにより、エンジン２のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
また、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２の近傍では、エンジン回転数が、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路における共振周波数に近いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し易く、車室フロアの振動が大きくなり易い。そこで、カウンタートルクの振幅の絶対値を極大とすることにより、カウンタートルクによってエンジン２のトルク変動成分を確実に吸収し、エンジン２のトルク変動に伴う振動を抑制することができる。
また、エンジン回転数が所定値Ｎｅ２より高い範囲では、エンジン回転数が高いほどエンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において振動が減衰し易いので、車室フロアの振動や騒音が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。そこで、エンジン回転数が高いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくすることにより、エンジン２のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
図８は、エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合における車両１の自動変速機６の変速段とカウンタートルクとの関係を示す線図であり、チャート（ａ）は変速段とエンジン２のトルク変動成分の振幅との関係を示す図、チャート（ｂ）は変速段と制御ゲインの絶対値との関係を示す図、チャート（ｃ）は変速段とカウンタートルクの振幅の絶対値との関係を示す図である。
上述したように、エンジン２の出力軸におけるトルク変動成分は、指圧トルク変動成分と、指圧トルク変動成分と逆位相の慣性トルク変動成分とを合成することにより得られる。したがって、図８のチャート（ａ）に示すように、エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合、エンジン２のトルク変動成分の振幅は変速段の高低によらず一定である。
この場合、チャート（ｂ）に示すように、車両１の変速段が高い（減速比が小さい）ほど、制御ゲインの絶対値が大きくなるように設定されている。
したがって、チャート（ｃ）に示すように、車両１の変速段が高いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は大きくなり、車両１の変速段が低いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくなる。
即ち、車両１の変速段が低いほど、エンジン２による駆動力の余裕が大きく車速が上昇し易いので、車速の上昇に応じてエンジン回転数が上昇することによりエンジン２のトルク変動成分の周波数が上昇し易い。この場合、エンジン２のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し易いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し難く、車室フロアの振動が大きくなり難い。即ち、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくしても、車室フロアの振動や騒音は十分抑制される。そこで、車両１の変速段が低いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を小さくすることにより、エンジン２のトルク変動を十分吸収しつつ、カウンタートルクの発生に伴う電力消費を抑制することができる。
図９は、エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合における車両１の加速度とカウンタートルクとの関係を示す線図であり、チャート（ａ）は加速度とエンジン２のトルク変動成分の振幅との関係を示す図、チャート（ｂ）は加速度と制御ゲインの絶対値との関係を示す図、チャート（ｃ）は加速度とカウンタートルクの振幅の絶対値との関係を示す図である。
上述したように、エンジン２の出力軸におけるトルク変動成分は、指圧トルク変動成分と、指圧トルク変動成分と逆位相の慣性トルク変動成分とを合成することにより得られる。したがって、図９のチャート（ａ）に示すように、エンジン平均トルク及びエンジン回転数が一定の場合、エンジン２のトルク変動成分の振幅は加速度の大小によらず一定である。
この場合、チャート（ｂ）に示すように、車両１の加速度が０に近いほど、制御ゲインの絶対値が大きくなるように設定されている。
したがって、チャート（ｃ）に示すように、車両１の加速度が０に近いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値は大きくなる。
即ち、車両１の加速度が０に近いほど、即ち車速の変化が小さいほど、エンジン回転数の変化が小さくエンジン２のトルク変動成分の周波数が変化し難い。この場合、エンジン２のトルク変動に伴う振動の周波数が変化し難いので、エンジン２から車室フロアに至る振動伝達経路において共振が発生し易く、車室フロアの振動が大きくなり易い。また、車室フロアの振動の周波数が一定の場合、乗員が振動を感じ易くなる。そこで、車両１の加速度が０に近いほど、カウンタートルクの振幅の絶対値を大きくすることにより、カウンタートルクによってエンジン２のトルク変動成分を確実に吸収し、エンジン２のトルク変動に伴う振動を抑制することができる。
１ 車両
２ エンジン
４ モータ
６ 自動変速機
８ デファレンシャル装置
１０ バッテリ
１２ インバータ
１４ ＰＣＭ
１６ ＴＣＭ
１８ アクセル開度センサ
２０ 車速センサ
２２ クランク角センサ
２４ エアフローセンサ
２６ モータ角センサ
２８ スロットルバルブ
３０ 燃料噴射弁
３２ 点火プラグ
３４ 吸排気バルブ機構
３６ エンジン平均トルク推定部
３８ トルク変動成分推定部
４０ モータ指令トルク決定部

Claims (8)

  1. 内燃機関と、前記内燃機関の動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、前記内燃機関に連結され前記動力伝達機構に動力を出力可能な電動モータとを備えたハイブリッド車両の動力制御方法であって、
    前記内燃機関が出力する平均トルクを推定するステップと、
    前記内燃機関が出力するトルクにおけるトルク変動成分を推定するステップと、
    前記推定されたトルク変動成分を抑制するカウンタートルクを設定するステップと、
    前記設定されたカウンタートルクを出力するように前記電動モータを制御するステップと、を有し、
    前記カウンタートルクを設定するステップは、前記内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、前記内燃機関の回転数が前記内燃機関から車両のフロアに至る振動伝達経路における共振周波数に対応する所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関の回転数が大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、前記カウンタートルクを設定するステップを含む、
    ことを特徴とするハイブリッド車両の動力制御方法。
  2. 前記カウンタートルクを設定するステップは、
    前記内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、前記内燃機関の回転数が前記所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関の回転数が大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、負の制御ゲインを設定するステップと、
    前記推定されたトルク変動成分と前記制御ゲインとの積に基づき前記カウンタートルクを設定するステップとを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両の動力制御方法。
  3. 前記カウンタートルクを設定するステップは、前記内燃機関の回転数が一定の場合に、前記内燃機関が出力する平均トルクが前記内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、前記カウンタートルクを設定するステップを含む、請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の動力制御方法。
  4. 前記カウンタートルクを設定するステップは、前記内燃機関の回転数が一定の場合に、前記内燃機関が出力する平均トルクが前記内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より大きい範囲において、前記内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が小さくなるように、前記カウンタートルクを設定するステップを含む、請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の動力制御方法。
  5. 内燃機関と、前記内燃機関の動力を駆動輪に伝達する動力伝達機構と、前記内燃機関に連結され前記動力伝達機構に動力を出力可能な電動モータとを備えたハイブリッド車両の動力制御装置であって、
    前記内燃機関が出力する平均トルクを推定する平均トルク推定部と、
    前記内燃機関が出力するトルクにおけるトルク変動成分を推定するトルク変動成分推定部と、
    前記推定されたトルク変動成分を抑制するカウンタートルクを設定するカウンタートルク設定部と、
    前記設定されたカウンタートルクを出力するように前記電動モータを制御する電動モータ制御部と、を有し、
    前記カウンタートルク設定部は、前記内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、前記内燃機関の回転数が前記内燃機関から車両のフロアに至る振動伝達経路における共振周波数に対応する所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関の回転数が大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、前記カウンタートルクを設定する、
    ことを特徴とするハイブリッド車両の動力制御装置。
  6. 前記カウンタートルク設定部は、
    前記内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合に、前記内燃機関の回転数が前記所定値（Ｎｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関の回転数が大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、負の制御ゲインを設定し、
    前記推定されたトルク変動成分と前記制御ゲインとの積に基づき前記カウンタートルクを設定する、請求項５に記載のハイブリッド車両の動力制御装置。
  7. 前記カウンタートルク設定部は、前記内燃機関の回転数が一定の場合に、前記内燃機関が出力する平均トルクが前記内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より小さい範囲において、前記内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が大きくなるように、前記カウンタートルクを設定する、請求項５又は６に記載のハイブリッド車両の動力制御装置。
  8. 前記カウンタートルク設定部は、前記内燃機関の回転数が一定の場合に、前記内燃機関が出力する平均トルクが前記内燃機関による駆動力と車両の走行抵抗とが拮抗する所定値（Ｔｅ２）より大きい範囲において、前記内燃機関が出力する平均トルクが大きいほど前記カウンタートルクの絶対値が小さくなるように、前記カウンタートルクを設定する、請求項５又は６に記載のハイブリッド車両の動力制御装置。
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