JP6699451B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、エンジンの出力するトルクの変動を、ねじれ特性が変化するダンパ機構によって減衰するように構成されたハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
特許文献1には、動力伝達経路におけるエンジンとトランスミッションとの間に設けられたクラッチディスクが記載されている。特許文献1に記載されたクラッチディスクは、エンジンのトルクが入力される入力部と、入力されたトルクをトランスミッションに伝達する出力部とがダンパ機構を介して連結されている。ダンパ機構は、スプリングを備えており、入力されるトルクが変動することに伴ってスプリングの圧縮量が変化するので入力部と出力部とに捩れが生じ、その結果、トルクの変動が緩和もしくは低減される。
また、特許文献1に記載されたダンパ機構は、円筒形のコイルばねである小径コイルスプリングおよび大径コイルスプリングと、捩りコイルスプリングであるアシストスプリングとを備えている。これらの大径コイルスプリング、アシストスプリングおよび小径コイルスプリングは、ここに記載した順にばね定数が小さくなっている。そして、入力部と出力部との捩れ角度が、第1の所定角度範囲内のときは、小径コイルスプリングのみ圧縮され、第1の所定角度範囲より大きい第2の所定角度範囲内のときは、大径コイルスプリングおよびアシストスプリングも圧縮されるように構成されている。
特開2014−228124号公報
上記の特許文献1に記載されたダンパ機構のように、スプリングが圧縮されることによってトルクの変動を減衰するダンパ機構では、入力部に入力されたトルクが出力部に伝達されるときに、スプリングの圧縮量に応じてそのトルクがダンパ機構に吸収される。すなわち、入力トルクが増大した場合、ダンパ機構に内蔵されているスプリングの圧縮量およびそれに伴う反力が入力トルクに釣り合うまでは、出力トルクは入力トルクより小さいトルクとなる。そのため、ダンパ機構で圧縮されるスプリングのばね定数が小さいときは、スプリングの圧縮量が多くなるので、ダンパ機構を含む伝動装置もしくは変速機のトルクの伝達応答性が悪化する。したがって、例えば加速の要求に対して応答遅れが生じてしまい、あるいは、車両が加速するまでに要する時間に差が生じてしまうおそれがあった。
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、エンジンのトルクが、ねじれ特性の変化するダンパ機構に吸収されることによって生じる応答遅れや、加速応答性に差が生じることを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目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、前記エンジンの出力したトルクが入力される入力部材と、前記入力部材に入力された前記トルクを駆動輪に出力する出力部材とを有するダンパ機構と、前記駆動輪に前記ダンパ機構を介さずにトルク伝達可能に連結されたモータとを備え、前記ダンパ機構は、前記入力部材に入力される前記トルクと前記トルクによって生じる前記入力部材と前記出力部材との捩れ角との関係が非線形となるように構成され、前記ダンパ機構により前記エンジンが出力した前記トルクの変動を減衰するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、前記モータを制御するコントローラを備え、前記ダンパ機構は、第1スプリングと前記第1スプリングよりもばね定数が大きい第2スプリングとを備え、前記トルクが所定のトルクよりも小さい場合には、前記第1スプリングを伸縮させて動作し、かつ、前記トルクが所定のトルク以上の場合には、前記第2スプリングを伸縮させて動作するように構成されており、前記コントローラは、前記エンジンの前記トルクを増大させて要求駆動力に応じた駆動力が前記駆動輪から出力されるまでの間に、前記ダンパ機構により吸収された前記トルクを補償するための補償トルクを前記モータから出力させ、前記トルクが前記所定のトルクよりも小さいことによって前記ダンパ機構が前記第1スプリングを伸縮させて動作している場合における前記補償トルクは、前記トルクが前記所定のトルク以上であることによって前記ダンパ機構が前記第2スプリングを伸縮させて動作している場合における前記補償トルクよりも大きいことを特徴とするものである。
この発明によれば、エンジンの出力トルクを増大させている間に、入力部材に入力されるトルクの変化量に対する入力部材と出力部材との捩れ角の変化量の割合が変化し、その入力されるトルクと捩れ角との関係が非線形となる。エンジンの出力トルクを増大させた場合、ダンパ機構に生じる捩れによってトルクが吸収されて、ダンパ機構の出力部材でのトルクの増大が遅れる。コントローラは、このようなダンパ機構によって吸収されるトルクを、モータで補償するように構成されている。そのため、エンジンの出力トルクを増大させている間に、ダンパ機構での応答遅れによりエンジンの出力トルクが直ちに駆動輪に伝達されなかったとしても、モータが補償トルクを出力するので、駆動力を補うことができる。その場合、コントローラは、トルクの変化量に対する捩れ角の変化量の割合が所定の割合より高い場合に、トルクの変化量に対する捩れ角の変化量の割合が所定の割合以下の場合よりも、補償トルクを大きくする。つまり、ダンパ機構で吸収されるトルクが比較的大きい場合には、より大きな補償トルクを出力するので、ねじれ特性が異なることにより、ダンパ機構におけるトルクの伝達応答性に差が生じたとしても、車両の加速応答性に差が生じることを抑制あるいは回避することができる。
この発明で対象とする動力伝達装置を搭載したハイブリッド車両のギヤトレーンの一例を示す図である。 この発明の実施形態におけるダンパ機構の特性を説明するための図である。 この発明の実施形態で実行される制御例を説明するためのフローチャートである。 図3の制御例を実行した場合におけるアクセル開度、モータの出力トルク、入力軸トルク、車両の加速度の変化の一例を説明するためのタイムチャートである。
この発明を、図を参照しつつ説明する。図1には、この発明に係る制御装置を適用した動力伝達装置を搭載したハイブリッド車両の一例を示してある。図1に示すハイブリッド車両(以下、車両と記すことがある)Veは、エンジン1、および第1モータ2、ならびに第2モータ3の複数の駆動力源を備えている。車両Veは、エンジン1が出力する動力を、動力分割機構4によって第1モータ2側と駆動軸5側とに分割して伝達するように構成されている。また、第1モータ2で発生した電力を第2モータ3に供給し、第2モータ3が出力する駆動力を駆動軸5および駆動輪6に付加することができるように構成されている。なお、以下の説明では、第1モータおよび第2モータを合わせてモータ2,3と称することがある。
動力分割機構4は、エンジン1および第1モータ2と駆動輪6との間でトルクを伝達するものであり、サンギヤ7、リングギヤ8、およびキャリア9を有する遊星歯車機構によって構成されている。図1に示す例では、シングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられている。遊星歯車機構のサンギヤ7の同心円上に、内歯歯車のリングギヤ8が配置されている。これらサンギヤ7とリングギヤ8とに噛み合っているピニオンギヤ10が、キャリア9によって自転および公転が可能なように保持されている。
また、動力分割機構4は、エンジン1および第1モータ2と同一の軸線上に配置されており、動力分割機構4を構成している遊星歯車機構のキャリア9に、動力分割機構4の入力軸4aが連結されている。入力軸4aには、フライホイール11およびエンジン1の出力軸1aが連結されている。具体的には、出力軸1aと入力軸4aとが、フライホイール11に取り付けられたダンパ機構12およびトルクリミッタ13を介して連結されている。トルクリミッタ13は、駆動輪6とエンジン1との間で伝達されるトルクの大きさを制限するための機構である。
ダンパ機構12は、例えばばねダンパで構成され、図示しない駆動側(入力側)の入力部材と従動側(出力側)の出力部材との間にトーションスプリングや円筒状のコイルスプリングが配置されている。そのため、ダンパ機構12にトルクが入力されると各部材が相対的に回転することにより、それらのスプリング12aが圧縮される。そして、入力されたトルクが変動することに伴ってスプリング12aの圧縮量が変化することにより、振動を減衰するように構成されている。また、それらのスプリング12aは、長さやばね定数が異なる複数種類のコイルスプリングやトーションスプリングなどによって構成されている。すなわち、ダンパ機構12は、入力されるトルクとそのトルクによって生じる入力部材と出力部材との捩れ角との関係が非線形となるように構成されている。
具体的には、この実施形態のダンパ機構12は、ばね定数が異なる複数のスプリングによって振動の減衰特性が2段階(K1<K2)となるように構成されている。より具体的には、ダンパ機構12は、入力されるトルクが予め定められた所定のトルクより小さい、あるいは、入力部材と出力部材との捩れ角が予め定められた所定の捩れ角より小さい場合には、ばね定数が第2ばね定数K2よりも小い第1ばね定数K1の小径スプリング12aで弾性作用が生じるように構成されている。また、入力されるトルクが予め定められた所定のトルク以上、あるいは、入力部材と出力部材との捩れ角が所定の捩れ角以上の場合には、ばね定数が第1ばね定数K1よりも大い第2ばね定数K2の大径スプリング12aで弾性作用が生じるように構成されている。図2には、これらの関係を、縦軸にエンジンのトルク、横軸にダンパ機構における入力部材と出力部材との捩り角をとって示している。なお、以下では、説明の都合上、ダンパ機構12におけるばね定数が第1ばね定数K1となる状態を小径スプリング12aが作用している状態と称し、ダンパ機構12におけるばね定数が第2ばね定数K2となる状態を大径スプリング12aが作用している状態と称する。
遊星歯車機構のサンギヤ7には、第1モータ2が連結されている。第1モータ2は、動力分割機構4に隣接してエンジン1とは反対側に配置されている。その第1モータ2のロータ2aに一体となって回転するロータ軸2bが、サンギヤ7に連結されている。なお、ロータ軸2bおよびサンギヤ7の回転軸は中空軸になっている。それらロータ軸2bおよびサンギヤ7の回転軸の中空部には、図示しないオイルポンプの回転軸が配置されている。すなわち、回転軸は、上記の中空部を通って入力軸4aに連結されている。
遊星歯車機構のリングギヤ8の外周部分に、外歯歯車の第1ドライブギヤ14がリングギヤ8と一体に形成されている。また、動力分割機構4および第1モータ2の回転軸線と平行に、カウンタシャフト15が配置されている。このカウンタシャフト15の一方の端部に、上記の第1ドライブギヤ14と噛み合うカウンタドリブンギヤ16が一体となって回転するように取り付けられている。一方、カウンタシャフト15の他方の端部には、カウンタドライブギヤ17がカウンタシャフト15に一体となって回転するように取り付けられている。カウンタドライブギヤ17は、終減速機であるデファレンシャルギヤ18のデフリングギヤ19と噛み合っている。したがって、動力分割機構4のリングギヤ8は、上記の第1ドライブギヤ14、カウンタシャフト15、カウンタドリブンギヤ16、カウンタドライブギヤ17、および、デフリングギヤ19からなる出力ギヤ列20を介して、駆動軸5および駆動輪6に動力伝達可能に連結されている。
この車両Veの動力伝達装置は、上記の動力分割機構4から駆動軸5および駆動輪6に伝達されるトルクに、第2モータ3が出力するトルクを付加することができるように構成されている。具体的には、第2モータ3のロータ3aに一体となって回転するロータ軸3bが、上記のカウンタシャフト15と平行に配置されている。そのロータ軸3bの先端に、上記のカウンタドリブンギヤ16と噛み合う第2ドライブギヤ21が一体となって回転するように取り付けられている。したがって、動力分割機構4のリングギヤ8には、上記のような出力ギヤ列20および第2ドライブギヤ21を介して、第2モータ3が動力伝達可能に連結されている。すなわち、リングギヤ8は、第2モータ3と共に、出力ギヤ列20を介して、駆動軸5および駆動輪6に動力伝達可能に連結されている。
このように構成された車両Veは、エンジン1を動力源としたハイブリッド走行モード(HVモード)や第1モータ2、第2モータ3を蓄電装置(図示せず)の電力で駆動して走行する電気走行モード(EVモード)などの走行形態が可能である。このような各モードの設定や切り替えを行う制御は、電子制御装置(ECU)22により実行される。このECU22は、この発明におけるコントローラに相当し、マイクロコンピュータを主体にして構成され、入力されたデータや予め記憶しているデータならびにプログラムを使用して演算を行い、その演算結果を制御指令信号として出力するように構成されている。その入力されるデータは、車速、アクセル開度、エンジン1の回転数、エンジン1の出力トルク、モータ2,3の出力トルク、周辺温度、蓄電装置の充電残量(SOC)、ダンパ機構12の入力部材と出力部材との捩り角などであり、また、図2に示すマップなどを予め記憶している。そして、ECU22は、制御指令信号として、エンジン1の始動や停止の指令信号、第1モータ2のトルク指令信号、第2モータ3のトルク指令信号、エンジン1のトルク指令信号などを出力する。
上記のように構成された車両Veは、例えば要求駆動力の増大などの所定の条件を満たすことにより、エンジン1の出力トルクを増大させて加速する場合がある。その加速過渡期には、エンジン1の出力トルクを増大させている間に、ダンパ機構12によって吸収されるトルクを補償するための補償トルクα,βをモータ2,3から出力するように構成されている。図3はその制御の一例を示すフローチャートであって、具体的には、走行中にアクセル開度の増大に伴ってエンジン1の出力するトルクを大きくする場合に、第2モータ3から補償トルクα,βを出力するときの制御例である。なお、以下の制御は、ECU22によって実行されている。
まず、ECU22は、運転者からの加速要求(アクセル開度)を検出する(ステップS1)。その加速要求は、例えば、運転者によるアクセルペダルの操作の踏み込み量に基づいて判断される。そして、加速要求に基づき、エンジン1の出力トルクを増大させる場合には、エンジン1が現在、出力しているトルクの大きさを検出(確認)する(ステップS2)。そして、エンジン1が出力しているトルクの大きさを確認したら、図2に示したマップを確認する(ステップS3)。
このマップは、上述したように、縦軸にダンパ機構12に入力されるトルク、横軸に入力部材と出力部材との捩れ角をとり、そのトルクや捩れ角の大きさに応じてダンパ機構12におけるばね定数を特定したものである。そのため、エンジン1の出力トルクを検出することによりダンパ機構12におけるばね定数の大きさを特定することができる。そして、ばね定数の大きさが特定されたことにより、そのばね定数が第1ばね定数K1か第2ばね定数K2であるかを判断する(ステップS4)。ダンパ機構12で大径スプリング12aが作用しており、ダンパ機構12のばね定数が第2ばね定数K2となっている(ステップS4でYES)場合には、第2モータ3が出力する第1補償トルクαの大きさを決定する(ステップS5)。
なお、ダンパ機構12で大径スプリング12aが作用している状態では、小径スプリング12aが作用している状態と比較して、ダンパ機構12におけるトルクの伝達応答性は良い。しかしながら、エンジン1は、モータ2,3と比較して、出力トルクが大きくなるまでに要する時間が長い。そのため、ダンパ機構12で比較的応答性の良い大径スプリング12aが作用していたとしても、アクセル開度に応じた駆動力を直ちに駆動輪6に出力するために、第2モータ3から第1補償トルクαを出力するように構成されている。また、第1補償トルクαは、大径スプリング12aの圧縮量、エンジン1の出力トルクの上昇率、第2ばね定数K2の大きさ、アクセル開度、車速、エンジン回転数、周辺温度、蓄電装置の電池残量、あるいは、現在のモータ2,3の出力トルクなどの要素に基づいて決定される。
一方、ステップS4において、ダンパ機構12で小径スプリング12aが作用しており、ばね定数が第1ばね定数K1となっていると判断された(ステップS4でNO)場合には、第2モータ3が出力する第2補償トルクβの大きさを決定する(ステップS6)。ダンパ機構12で小径スプリング12aが作用している状態では、大径スプリング12aが作用している状態と比較して、トルクがダンパ機構12に多く吸収されるので、第2補償トルクβは、第1補償トルクαと比較して大きくするように構成されている(α<β)。すなわち、ダンパ機構12に入力されるトルクが、ダンパ機構12におけるばね定数が切り替わる所定のトルクより小さい場合には、所定のトルク以上の場合と比較して、大きい補償トルクを出力するように構成されている。第2補償トルクβも、第1補償トルクαと同様に、小径スプリング12aの圧縮量、エンジン1の出力トルクの上昇率、第1ばね定数K1の大きさ、アクセル開度、車速、エンジン回転数、周辺温度、蓄電装置の電池残量、あるいは、現在のモータ2,3の出力トルクなどの要素に基づいて決定される。
上述した制御により、第1補償トルクαあるいは第2補償トルクβが決定したら、第2モータ3は、アクセル要求や要求駆動力に応じたトルクに加算して、第1補償トルクαまたは第2補償トルクβを出力する(ステップS7)。これらの補償トルクα,βは、増大した分のエンジン1の出力トルクが駆動輪6に伝達されるまでの所定の時間だけ出力される。その所定の時間の経過後、第2モータ3は、補償トルクα,βの分だけ出力するトルクを小さくしてこの制御を完了する。なお、上述した構成では、いずれの補償トルクα,βも第2モータ3より出力するように構成されている。しかしながら、この構成に限らず、第2補償トルクβを出力するモータは、第1モータ2と第2モータ3とのいずれか一方、あるいは第1モータ2と第2モータ3とのいずれも用いるように構成されていてよく、走行モードなどに応じて決定してよい。
また、上述した制御では、決定した補償トルクα,βをモータ2,3から出力するように構成されているものの、出力しているトルクの大きさによっては、決定した補償トルクα,βをモータ2,3が出力することができない場合がある。そのような場合には、モータ2,3が出力できるトルクの最大値を出力することにより、可能な範囲で駆動輪6に出力するトルクを補償すればよい。
つぎに、図4を参照して、上記の制御例についてタイムチャートを用いて説明する。図4は、ダンパ機構12ではいずれかのスプリング12aが作用している状態であり、アクセル開度の増大に伴って、加速過渡期においてモータ2,3およびエンジン1の出力トルクを増大させたときのタイムチャートである。なお、図4では、ダンパ機構12で小径スプリング12aが作用していてかつ第2補償トルクβを出力した場合と、ダンパ機構12で大径スプリング12aが作用していてかつ第1補償トルクαを出力した場合とで、車両Veの加速度が同じ変化となるように制御している。なお、図4における実線は、ダンパ機構12で小径スプリング12aが作用している状態で第2補償トルクβを出力した場合を示しており、また、一点鎖線は、ダンパ機構12で大径スプリング12aが作用している状態で第1補償トルクαを出力した場合を示している。
図4に示すように、運転者の操作により、アクセル開度が大きくなると、それに伴ってモータ2,3および図示しないエンジン1の出力するトルクが増大する(t1時点)。このときモータ2,3で増大させるトルクは、上述した補償トルクα,βを含まないトルクである。一方で、エンジン1の出力トルクは次第に増大しているものの、ダンパ機構12では小径スプリング12aや大径スプリング12aが作用している状態なので、t1時点では、エンジン1の出力トルクが、入力軸4aや駆動輪6に殆ど伝達されていない。そのため、t1時点における車両Veの加速度は、モータ2,3の出力する、補償トルクα,βを含まないトルクに応じた分だけ大きくなっている。
そして、ECU22は、ダンパ機構12において小径スプリング12aが作用している状態であることが判断されると、モータ2,3から第2補償トルクβを出力するように制御する。一方、大径スプリング12aが作用している状態であると判断された場合には、モータ2,3から第1補償トルクαを出力するように制御する(t2時点)。すなわち、モータ2,3は、アクセル開度や要求駆動力に応じて出力しているトルクに、上述した要素に基づいて決定した補償トルクα,βを加えたトルクを出力する。そのため、車両Veの加速度は、モータ2,3が出力しているトルクに、補償トルクα,βを加えたものとなり、すなわち車両Veの加速度を、アクセル開度に応じた加速度にすることができる。このとき入力軸4aのトルクは、エンジン1のトルクが伝達されることにより次第に大きくなっている。
そして、モータ2,3は、補償トルクα,βを所定の時間だけ出力した後に、その補償トルクα,βの分だけ出力するトルクを小さくする(t3時点)。モータ2,3が補償トルクα,βを出力している間に、駆動輪6に伝達されるエンジン1の出力トルクが次第に大きくなるので、補償トルクα,βの分だけ出力するトルクを減少させても、アクセル開度に応じた加速度を維持することができる。
なお、ダンパ機構12の入力トルクが増大した場合、そのダンパ機構12に内蔵されているスプリング12aの圧縮量およびそれに伴う反力が入力トルクに釣り合うまでの間、ダンパ機構12の出力トルクが入力トルクより小さいトルクとなる。したがって、モータ2,3が補償トルクα,βを出力する時間は、スプリング12aの圧縮長さや、ダンパ機構12に入力されるトルクの大きさによって決定される。
上述したように、この発明の実施形態では、エンジン1の出力トルクを増大させている間に、ダンパ機構12によって吸収されるトルクを、モータ2,3で補償するように構成されている。そのため、加速過渡期に、ダンパ機構12での応答遅れによりエンジン1の出力トルクが直ちに駆動輪6に伝達されなかったとしても、モータ2,3が補償トルクα,βを出力するので、駆動力を補うことができる。その場合、ECU22は、トルクの変化量に対する捩れ角の変化量の割合が大きいほど、つまりダンパ機構12におけるばね定数が小さいほど、モータ2,3から出力する補償トルクα,βを大きくする。そして、上述したように、補償トルクα,βを、車両Veの加速度の変化が同じとなるような大きさに制御することにより、ダンパ機構12におけるトルクの伝達応答性に差が生じたとしても、車両Veにおける加速応答性に差が生じることを抑制あるいは回避することができる。
以上、この発明の複数の実施形態について説明したが、この発明は上述した例に限定されないのであって、この発明の目的を達成する範囲で適宜変更してもよい。例えば、上記の制御は、長さや種類の異なるスプリングをさらに多く用いたり、円錐コイルスプリングや不等ピッチコイルスプリング、あるいはテーパコイルスプリングなどの非線形スプリングを用いたりしたダンパ機構を備えたハイブリッド車両に適用することができる。すなわち、図2で示したように、縦軸に入力部材に入力されるトルク、横軸に入力部材と出力部材との捩れ角をとったときに、その勾配の一部、あるいは全部が非線形となるようなダンパ機構を備えたハイブリッド車両であれば適用することができる。このような場合でも、モータから出力する補償トルクは、スプリングの圧縮量、エンジンの出力トルクの上昇率、ばね定数の大きさ、アクセル開度、車速、エンジン回転数、周辺温度、蓄電装置の電池残量、あるいは、現在のモータの出力トルクなどの要素に基づいて決定することができる。
1…エンジン、 2…第1モータ、 3…第2モータ、 6…駆動輪、 22…電子制御装置(コントローラ)、 Ve…車両、 α,β…補償トルク。

Claims (1)

  1. エンジンと、
    前記エンジンの出力したトルクが入力される入力部材と、
    前記入力部材に入力された前記トルクを駆動輪に出力する出力部材とを有するダンパ機構と、
    前記駆動輪に前記ダンパ機構を介さずにトルク伝達可能に連結されたモータとを備え、
    前記ダンパ機構は、前記入力部材に入力される前記トルクと前記トルクによって生じる前記入力部材と前記出力部材との捩れ角との関係が非線形となるように構成され、前記ダンパ機構により前記エンジンが出力した前記トルクの変動を減衰するように構成されたハイブリッド車両の制御装置において、
    前記モータを制御するコントローラを備え
    前記ダンパ機構は、第1スプリングと前記第1スプリングよりもばね定数が大きい第2スプリングとを備え、前記トルクが所定のトルクよりも小さい場合には、前記第1スプリングを伸縮させて動作し、かつ、前記トルクが所定のトルク以上の場合には、前記第2スプリングを伸縮させて動作するように構成されており、
    記コントローラは、
    前記エンジンの前記トルクを増大させて要求駆動力に応じた駆動力が前記駆動輪から出力されるまでの間に、前記ダンパ機構により吸収された前記トルクを補償するための補償トルクを前記モータから出力させ
    前記トルクが前記所定のトルクよりも小さいことによって前記ダンパ機構が前記第1スプリングを伸縮させて動作している場合における前記補償トルクは、前記トルクが前記所定のトルク以上であることによって前記ダンパ機構が前記第2スプリングを伸縮させて動作している場合における前記補償トルクよりも大きい
    とを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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