JP6627463B2 - 車両ならびにその制御装置、制御方法および制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンおよびモータを有する車両ならびにその制御装置、制御方法および制御プログラムに関する。

特許文献１には、内燃機関を備えた自動車において、ダンパトルクとは逆位相かつ同振幅のトルクをモータに与えることでパワートレーンの振動を除去し、パワートレーンにおける捩れ振動を減衰させることができる装置が開示されている。

特開平４−２１１７４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、捩れ振動を減衰させることで静粛性が得られる反面、車両を加減速するための周波数成分をも減衰させてしまい、加減速が鈍くなってしまうおそれがある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、加速感と静粛性を両立可能な車両ならびにその制御装置、制御方法および制御プログラムを提供することである。

本発明の一態様によれば、トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御装置であって、前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出部と、エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出部と、前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過周波数としてバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタ部と、前記バンドパスフィルタ部からの出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出部と、を備える制御装置が提供される。
バンドパスフィルタ処理によって、エンジン爆発一次の周波数は通過するが、他の周波数は遮断される。そのため、加速感を損なうことなく、静粛性を向上できる。

前記バンドパスフィルタ部は、前記エンジン爆発一次の周波数を通過させるが、前記車両を加減速させるための周波数成分を通過させないのが望ましい。
これにより、加速感を維持できる。

前記周波数算出部は、下記（１）式に基づいて、前記エンジン爆発一次の周波数を算出する、請求項１または２に記載の制御装置
ｆ＝（Ｎ／６０）＊ｎ＊（１／Ａ） ・・・（１）
ここで、ｆは前記エンジン爆発一次の周波数、Ｎは前記エンジンの回転数［ｒｐｍ］、ｎはエンジンの気筒数、Ａは１回転あたりの燃焼数である。
これにより、エンジン回転数に追従してエンジン爆発一次の周波数を算出できる。

前記指令トルク算出部は、前記バンドパスフィルタ部からの出力の逆位相に対して、ゲインおよび／またはオフセットを適用して前記モータの指令トルクを算出してもよい。

望ましくは、前記指令トルク算出部は、前記モータのトルクの符号が一定となるような前記オフセットを適用する。
これにより、モータのトルクの符号が一定となってギヤの歯打ち音が生じるのを抑えることができ、さらに静粛性を向上できる。

望ましくは、前記指令トルク算出部は、前記エンジンから前記ドライブシャフトまでの伝達特性における反共振点が前記エンジンの回転数と対応するような前記ゲインを適用する。
これにより、こもり音を低減できる。

望ましくは、制御装置は、前記エンジンの回転数、前記クラッチ・ダンパの状態、フューエルカットの有無に応じて、制振制御の要否を判定する制振要否判定部を備える。
これにより、必要な場合に限って制振制御を行うことができる。

本発明の別の態様によれば、上記制御装置と、トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続され、前記制御装置によって算出された前記指令トルクによって制御されるモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を備える車両が提供される。

本発明の別の態様によれば、トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御方法であって、前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出ステップと、エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出ステップと、前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過周波数としてバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタステップと、前記バンドパスフィルタ処理後の出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出ステップと、を備える制御方法が提供される。

本発明の別の態様によれば、トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御プログラムであって、コンピュータを、前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出部と、エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出部と、前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過周波数としてバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタ部と、前記バンドパスフィルタ部からの出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出部と、として機能させる制御プログラムが提供される。

バンドパスフィルタを用いるため、加速感と静粛性を両立できる。

一実施形態に係る車両およびその制御装置２０の概略構成を示すブロック図。 制御装置２０の内部構成の一例を示すブロック図。 制御装置２０による制振制御の処理動作を示すフローチャート。 本実施形態の制振制御を行った場合と、行わない場合とを比較する実験結果を示す図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、一実施形態に係る車両およびその制御装置２０の概略構成を示すブロック図である。この車両は、エンジン１と、クラッチ・ダンパ２と、トランスミッション３と、車輪４と、モータ５とを備えている。エンジン１はクラッチ・ダンパ２を介してトランスミッション３のインプットシャフト３ａと接続され、モータ５はトランスミッション３のモータシャフト３ｂと直結され、車輪４はトランスミッション３のドライブシャフト３ｃに接続されている。エンジン１および／またはモータ５からの動力がトランスミッション３によって車輪４に伝達される。

また、車両は、クランク角センサ１１と、アクセルポジションセンサ１２と、ストロークセンサ１３と、モータ角センサ１４とを備えている。クランク角センサ１１はエンジン１のクランク角θ１を検出する。アクセルポジションセンサ１２はアクセル開度を検出する。ストロークセンサ１３はクラッチ・ダンパ２の状態、すなわち、クラッチが係合状態であるか開放状態であるかを検出する。モータ角センサ１４はモータ５の回転角からトランスミッション３のインプットシャフト角θ２を推定する。

さらに、車両は制御装置２０を備えており、各センサによる検出結果に基づいて、車両振動（特に、エンジン１のこもり音）の制振を行う。

図２は、制御装置２０の内部構成の一例を示すブロック図である。制御装置２０は、制振要否判定部２１と、ダンパトルク算出部２２と、周波数算出部２３と、バンドパスフィルタ部２４と、指令トルク算出部２５とを有する。これらの一部または全部は、ハードウェアで構成されてもよいし、プロセッサが所定のプログラムを実行することによって実現されてもよい。

制振要否判定部２１には、必要に応じてクランク角センサ１１、アクセルポジションセンサ１２、ストロークセンサ１３が接続され、制振制御の要否を判定する。判定結果は指令トルク算出部２５に伝えられる。

ダンパトルク算出部２２には、クランク角センサ１１およびモータ角センサ１４が接続され、これらの検出結果に基づいてダンパトルクＴを算出する。ダンパトルクＴは、エンジン爆発一次の周波数ｆ（３０〜６０Ｈｚ程度）や、エンジン１を加減速するための周波数（１０Ｈｚ程度）を含んでいる。算出されたダンパトルクＴはバンドパスフィルタ部２４に入力される。

周波数算出部２３は、エンジン爆発一次の周波数ｆを算出し、バンドパスフィルタ部２４の通過周波数として設定する。

バンドパスフィルタ部２４は、入力される信号（すなわちダンパトルクＴ）に対して、設定されたエンジン爆発一次の周波数ｆを通過周波数とするバンドパスフィルタ処理を行う。バンドパスフィルタ部２４からの出力は指令トルク算出部２５に入力される。

指令トルク算出部２５は、制振制御が不要な場合には制振指令トルクを０に設定し、制振制御が必要な場合にはバンドパスフィルタ部２４からの出力に基づいて制振指令トルクを算出する。この制振指令トルクは、エンジン１を加減速するための周波数成分は残しつつ、エンジン爆発一次の周波数ｆをキャンセルしてドライブシャフト３ｃのトルク変動を抑制するよう設定される。この制振指令トルクに応じてモータ５が制御される。

図３は、制御装置２０による制振制御の処理動作を示すフローチャートである。
まず、制振要否判定部２１は、クランク角センサ１１、アクセルポジションセンサ１２、ストロークセンサ１３の検出結果などに基づいて、制振制御の要否を判定する（ステップＳ１）。例えば、制振要否判定部２１は、クランク角センサ１１の検出結果からエンジン１の回転数Ｎを推定し、こもり音が発生する回転数範囲である場合に制振制御が必要と判定してもよい。また、制振要否判定部２１は、クラッチ・ダンパ２におけるクラッチが開放状態であることをストロークセンサ１３の検出結果が示している場合には、制振制御が不要と判定してもよい。あるいは、制振要否判定部２１は、アクセルポジションセンサ１２の検出結果に基づいて、フューエルカット時には制振制御が不要と判定してもよい。

その他、制振要否判定部２１は、悪路走行時は制振制御不要としてもよいし、アクセル開度、シフト段、車速、重力センサおよびナビ情報などを用いて制振制御の要否を判定してもよい。

制振制御が不要と判定された場合（ステップＳ１のＮＯ）、指令トルク算出部２５は制振指令トルクを０に設定する（ステップＳ２）。この場合、制振制御は行われない。一方、制振制御が必要と判定された場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、以下の制振制御が行われる。

ダンパトルク算出部２２は、エンジン１のクランク角θ１およびトランスミッション３のインプットシャフト角θ２に基づいて、ダンパトルクＴを算出する（ステップＳ３）。より具体的には、下記（１）式によりダンパトルクＴが推定される。
Ｔ＝Ｋ（θ１−θ２） ・・・（１）

ここでＫは既知のばね定数であり、捩れ角（θ１−θ２）に応じて変化する値である。なお、クラッチ・ダンパ２が継合していない状態では正確にダンパトルクＴを推定できないため、ダンパトルク算出部２２はクラッチ・ダンパ２が継合したタイミングで捩れ角（θ１−θ２）を補正する。

次いで、周波数算出部２３は、エンジン１の回転数Ｎ［ｒｐｍ］、エンジン１の気筒数ｎおよびサイクル数Ｃに基づいて、こもり音を引き起こす原因となるエンジン爆発一次の周波数ｆを算出する（ステップＳ３）。より具体的には、下記（２）式によりエンジン爆発一次の周波数ｆが算出される。なお、エンジン１の回転数Ｎはクランク角センサ１１の検出結果から把握でき、エンジン１の気筒数ｎおよびサイクル数Ｃは既知の定数である。また、Ａは１回転あたりの燃焼数であり、ｎ＊１／Ａが回転次数である。
ｆ＝（Ｎ／６０）＊ｎ＊（１／Ａ） ・・・（２）

このエンジン爆発一次の周波数ｆが通過周波数としてバンドパスフィルタ部２４に設定される。これにより、バンドパスフィルタ部２４は、入力される信号のうちエンジン爆発一次の周波数ｆ近傍の周波数成分を通過させ、他の周波数成分を遮断する。また、エンジン１の回転数Ｎに応じたエンジン爆発一次の周波数ｆを算出するため、エンジン１の回転数Ｎが変化することによってエンジン爆発一次の周波数ｆが変化した場合でも、その変化に追従できる。

そして、バンドパスフィルタ部２４には、ステップＳ３で算出されたダンパトルクＴが入力される（ステップＳ５）。これにより、ダンパトルクＴからエンジン爆発一次の周波数ｆ近傍の周波数成分が取り出される。ここで、ダンパトルクＴには、エンジン爆発一次の周波数ｆ近傍の周波数成分に加え、車両を加減速させるための周波数成分を含んでいる。このような周波数成分はエンジン爆発一次の周波数ｆより低いため、バンドパスフィルタ部２４によって遮断される。

すなわち、本実施形態においては、バンドパスフィルタ処理を行うため、車両を加減速させるための周波数成分は取り除かれ、エンジン爆発一次の周波数ｆ近傍の成分が取り出される。さらに、バンドパスフィルタ部２４によって、クランク角センサ１１やモータ角センサ１４で検出され得るノイズに起因する周波数成分も除去される。

続いて、指令トルク算出部２５は、バンドパスフィルタ部２４からの出力に基づいて、モータ５を制御するための制振指令トルクを算出する（ステップＳ６）。具体的には、エンジン爆発一次の周波数ｆを含むバンドパスフィルタ部２４からの出力の逆位相の信号を制振指令トルクとしてモータ５を制御することで、エンジン爆発一次の周波数ｆがキャンセルされて制振が実現される。

ここで、指令トルク算出部２５は、バンドパスフィルタ部２４からの出力の逆位相の信号に、所定のゲインおよび／またはオフセットを適用して、制振指令トルクを算出するのが望ましい。

ゲインはモータ５の性能や目標の制振性能によって決定される。エンジン１からドライブシャフト３ｃまでの伝達特性における反共振点は、乗じるゲインに応じて変化する。そのため、最適な反共振点、すなわち、エンジン１の回転数Ｎと対応する反共振点が得られるようゲインを調整するのが望ましい。

オフセットは、制振指令トルクの符号が一定となるよう、すなわち、モータ５のトルクの符号が一定となるよう、設定される。制振指令トルクの符号を一定とすることで、モータトルクの伝達部におけるギヤが離れることが抑えられるため、ギヤの歯打ち音を防止できるし、耐久性もよくなる。このようなオフセットの値は、エンジン爆発一次の周波数ｆの大きさに応じて変化する。

図４は、本実施形態の制振制御を行った場合と、行わない場合とを比較する実験結果を示す図である。図４（ａ）は制振制御を行わない場合であり、横軸は時間、縦軸は順にエンジン１の回転数Ｎ、ダンパトルクＴ、制振指令トルクおよびトランスミッション３におけるドライブシャフト３ｃのトルクである。また、図４（ｂ）は制振制御を行った場合であり、横軸および縦軸は図４（ａ）と同様である。

図４（ａ）においては、制振制御を行っておらず、そのためドライブシャフト３ｃのトルクが時間変動している。この場合、こもり音が発生してしまう。
図４（ｂ）においては、制振指令トルクを設定することで、ドライブシャフト３ｃのトルクの変動が小さくなっており、制振効果が得られていることが分かる。

このように、本実施形態では、バンドパスフィルタ部２４を用いて、エンジン爆発一次の周波数ｆを取り出し、これをキャンセルするように制振指令トルクを設定してモータ５を制御する。そのため、エンジン爆発一次の周波数ｆを除去でき、静粛性が向上する。また、エンジン爆発一次の周波数ｆを、エンジン１の回転数Ｎに応じて逐次算出するため、エンジン回転全域で制振効果が得られる。

さらに、バンドパスフィルタ部２４によって車両を加減速するための周波数成分は除去される。よって、上記のようなモータ５の制御を行っても車両を加減速するための周波数がキャンセルされることはなく、加速感を維持できる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ エンジン
２ クラッチ・ダンパ
３ トランスミッション
３ａ インプットシャフト
３ｂ モータシャフト
３ｃ ドライブシャフト
４ 車輪
５ モータ
１１ クランク角センサ
１２ アクセルポジションセンサ
１３ ストロークセンサ
１４ モータ角センサ
２０ 制御装置
２１ 制振要否判定部
２２ ダンパトルク算出部
２３ 周波数算出部
２４ バンドパスフィルタ部
２５ 指令トルク算出部

Claims (9)

1. トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御装置であって、
   前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出部と、
   エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過させるが、前記車両を加減速させるための周波数成分を通過させないバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタ部と、
   前記バンドパスフィルタ部からの出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出部と、を備え、
   前記車両を加減速させるための周波数は、前記エンジン爆発一次の周波数より低い、制御装置。
2. 前記周波数算出部は、下記（１）式に基づいて、前記エンジン爆発一次の周波数を算出する、請求項１に記載の制御装置
   ｆ＝（Ｎ／６０）＊ｎ＊（１／Ａ） ・・・（１）
   ここで、ｆは前記エンジン爆発一次の周波数、Ｎは前記エンジンの回転数［ｒｐｍ］、ｎはエンジンの気筒数、Ａは１回転あたりの燃焼数。
3. 前記指令トルク算出部は、前記バンドパスフィルタ部からの出力の逆位相に対して、ゲインおよび／またはオフセットを適用して前記モータの指令トルクを算出する、請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記指令トルク算出部は、前記モータのトルクの符号が一定となるような前記オフセットを適用する、請求項３に記載の制御装置。
5. 前記指令トルク算出部は、前記エンジンから前記ドライブシャフトまでの伝達特性における反共振点が前記エンジンの回転数と対応するような前記ゲインを適用する、請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記エンジンの回転数、前記クラッチ・ダンパの状態、フューエルカットの有無に応じて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑える制御の要否を判定する制振要否判定部を備える請求項１乃至５のいずれかに記載の制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の制御装置と、
   トランスミッションと、
   クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、
   前記トランスミッションに接続され、前記制御装置によって算出された前記指令トルクによって制御されるモータと、
   前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を備える車両。
8. トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御方法であって、
   前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出ステップと、
   エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出ステップと、
   前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過させるが、前記車両を加減速させるための周波数成分を通過させないバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタステップと、
   前記バンドパスフィルタ処理後の出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出ステップと、を備え、
   前記車両を加減速させるための周波数は、前記エンジン爆発一次の周波数より低い、制御方法。
9. トランスミッションと、クラッチ・ダンパを介して前記トランスミッションのインプットシャフトに接続されたエンジンと、前記トランスミッションに接続されたモータと、前記トランスミッションのドライブシャフトに接続された車輪と、を有する車両の制御プログラムであって、コンピュータを、
   前記エンジンのクランク角と、前記トランスミッションのインプットシャフト角と、に基づいて、ダンパトルクを算出するダンパトルク算出部と、
   エンジン回転数に応じたエンジン爆発一次の周波数を算出する周波数算出部と、
   前記ダンパトルクに対して、前記エンジン爆発一次の周波数を通過させるが、前記車両を加減速させるための周波数成分を通過させないバンドパスフィルタ処理を行うバンドパスフィルタ部と、
   前記バンドパスフィルタ部からの出力に基づいて、前記トランスミッションのドライブシャフトのトルク変動を抑えるよう前記モータの指令トルクを算出する指令トルク算出部と、として機能させ、
   前記車両を加減速させるための周波数は、前記エンジン爆発一次の周波数より低い、制御プログラム。