JP6519958B2 - 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
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。
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おいて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)のときにカウンタートルクの絶対値が極大となる。例えば、内燃機関の回転数が、内燃機関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易く、車室フロアの振動が大きくなり易い。このような場合に、カウンタートルク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内燃機関のトルク変動成分を確実に吸収し、内燃機関のトルク変動に伴う振動を効果的に抑制することができる。
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おいて内燃機関の回転数が所定値(Ne2)のときにカウンタートルクの絶対値が極大と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、内燃機関が出力する平均トルクが一定の場合において内燃機関の回転数が所定値のときにカウンタートルクの絶対値が極大となるようにすることができる。これにより、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易く、車室フロアの振動が大きくなり易い条件において、カウンタートルクの絶対値を極大とすることができ、カウンタートルクによって内燃機関のトルク変動成分を確実に吸収し、内燃機関のトルク変動に伴う振動を効果的に抑制することができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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)のときに前記カウンタートルクの絶対値が極大となるように、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。 - 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おいて前記内燃機関の回転数が前記所定値(Ne2)のときに前記カウンタートルクの絶対値が極大となるように、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。 - 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。
- 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。
- 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)のときに前記カウンタートルクの絶対値が極大となるように、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。 - 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おいて前記内燃機関の回転数が前記所定値(Ne2)のときに前記カウンタートルクの絶対値が極大となるように、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。 - 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。
- 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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