JP6954147B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と２つのモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両では、電気自動車モード時において動力伝達系で生じる振動を第２モータ・ジェネレータにて抑制する制振制御が行われている。この振動は駆動軸のトルク変動によって発生し、そのトルク変動は第２モータ・ジェネレータの回転数変動として現れる。従来の制振制御では、第２モータ・ジェネレータの回転数変動を検出して補正トルクを演算し、その補正トルクにて第２モータ・ジェネレータの指令トルクをフィードバック補正することにより振動を抑制している。

なお、特許文献１には、こうした制振制御の実行の可否を、第２モータ・ジェネレータの回生トルクを油圧ブレーキの制動力にすり替える回生協調すり替え制御の実行中か否かによって切り替えるハイブリッド車両が記載されている。

特開２０１４−５０１３０号公報

内燃機関がトーショナルダンパを介して動力分割機構に連結されているハイブリッド車両の場合、電気自動車モード時には第２モータ・ジェネレータのトルクの一部が動力分割機構を経てトーショナルダンパに伝達されてトーショナルダンパが捩れる。その捩れによって内燃機関が連結された動力分割機構の回転要素が振動する場合がある。従来の制振制御は、第２モータ・ジェネレータの回転数変動をフィードバックするがトーショナルダンパの捩れの影響が考慮されていなかった。また、車両の後退発進時には第２モータ・ジェネレータの要求トルクが大きくなる場合が多いため、第２モータ・ジェネレータの要求トルクに対して補正トルクを上乗せする余裕がないと、トーショナルダンパの捩れを要因とした振動を第２モータ・ジェネレータの指令トルクの補正で抑制し又は解消できないおそれがある。

そこで、本発明は、車両の後退発進時にトーショナルダンパの捩れを要因として発生する振動を適切に抑制し又は解消できるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るハイブリッド車両は、内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、駆動輪へ動力を伝達するための出力部と、トーショナルダンパと、互いに差動回転可能な３つの回転要素を含み、前記３つの回転要素のいずれか一つに前記トーショナルダンパを介して前記内燃機関が連結され、前記３つの回転要素の他の一つに前記第１モータ・ジェネレータが連結され、かつ前記３つの回転要素の残りの一つに前記出力部が連結された動力分割機構と、前記出力部に対して動力伝達可能に設けられた第２モータ・ジェネレータと、前記内燃機関の燃焼を停止した状態で前記第２モータ・ジェネレータを駆動して後退発進させることが可能な制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記後退発進時において、前記第２モータ・ジェネレータの駆動により発生する前記トーショナルダンパの捩れに応じた反発力に基づいて前記第１モータ・ジェネレータから出力させるべきモータトルクを決定し、当該モータトルクが出力されるように第１モータ・ジェネレータを制御するものである。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を模式的に示した図。 図１の動力分割機構の共線図。 制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 制御実施時における第２モータ・ジェネレータの回転数の時間変化を示した図。 制御不実施の比較例における第２モータ・ジェネレータの回転数の時間変化を示した図。

図１に示すように、ハイブリッド車両（以下、車両という。）１は、内燃機関２と、２つのモータ・ジェネレータ３、４とを備えている。内燃機関２及び第１モータ・ジェネレータ３は遊星歯車機構として構成された動力分割機構５に連結されている。内燃機関２の動力は動力分割機構５によって分割され、分割された動力の一方が第１モータ・ジェネレータ３による発電に利用され、残りの動力は動力分割機構５から出力される。第１モータ・ジェネレータ３は発電機として機能することが多いが、内燃機関２を始動する際のモータリング等に利用される場合は電動機として機能する。動力分割機構５と駆動輪７との間の動力伝達経路には第２モータ・ジェネレータ４が設けられている。第２モータ・ジェネレータ４は、内燃機関２だけでは不足する動力の補助、電気自動車モードの実施、及び車両減速時に発電する回生制御の実施等に利用される。

内燃機関２は、例えば直列４気筒の火花点火型の内燃機関として構成されている。第１及び第２モータ・ジェネレータ３、４は三相交流型のモータ・ジェネレータとして構成されている。第１モータ・ジェネレータ３には第１インバータ１１Ａが、第２モータ・ジェネレータ４には第２インバータ１１Ｂがそれぞれ電気的に接続されている。各インバータ１１Ａ、１１Ｂは各モータ・ジェネレータ３、４の電源として設けられたＨＶバッテリ１２に対して電気的に接続されている。

動力分割機構５は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５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、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。ピニオンＰはサンギアＳ及びリングギアＲのそれぞれに噛み合っている。サンギアＳ、リングギアＲ及びプラネットキャリアＣは互いに差動回転可能である。

本形態では、動力分割機構５のプラネットキャリアＣに対して内燃機関２が出力軸２ａ、トーショナルダンパ１３及び入力軸１４を介して連結され、サンギアＳに対して第１モータ・ジェネレータ３が連結され、リングギアＲに対してドライブ軸１７がギア列１５を介して連結される。したがって、動力分割機構５のキャリアＣ、サンギアＳ、及びリングギアＲが上記態様に係る３つの回転要素の一例に相当し、キャリアＣが３つの回転要素のいずれか一つの回転要素の一例に、サンギアＳが３つの回転要素の他の一つの回転要素に、リングギアＲが残りの一つの回転要素の一例にそれぞれ相当し、ドライブ軸１７が上記態様に係る出力部の一例に相当する。

ギア列１５は、動力分割機構５のリングギアＲと一体回転するように設けられた出力ギア１５ａと、ドライブ軸１７に設けられていて出力ギア１５ａと噛み合う出力ドリブンギア１５ｂとを含む。第２モータ・ジェネレータ４の動力はモータドライブ軸１８を介してドライブ軸１７に伝達される。モータドライブ軸１８には出力ドリブンギア１５ｂと噛み合うモータギア１９が設けられている。ドライブ軸１７の動力はドライブギア２０及びディファレンシャル機構２１を介して駆動輪７に伝達される。

車両１の各部の制御はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は上記態様に係る制御装置の一例に相当する。ＥＣＵ３０は内燃機関２及び各モータ・ジェネレータ３、４等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、第１モータ・ジェネレータ３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４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、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、内燃機関２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パワーを計算し、その要求パワー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車両１を制御する。例えば、内燃機関２の熱効率が低下する運転領域では内燃機関２の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ４を駆動する電気自動車モードが実施される。また、内燃機関２だけではトルクが不足する場合は、内燃機関２とともに第２モータ・ジェネレータ４を走行用駆動源とするハイブリッドモードが実施される。

電気自動車モード時には、第２モータ・ジェネレータ４の動力が、モータギア１９、出力ドリブンギア１５ｂ、ドライブギア２０及びディファレンシャル機構２１を介して駆動輪７に伝達されて、車両１は走行可能となる。その一方で、第２モータ・ジェネレータ４の動力の一部は、モータギア１９及びギア列１５を介して動力分割機構５に伝達される。そして、動力分割機構５に伝達された動力は、サンギアＳを経て第１モータ・ジェネレータ４に伝達されるとともに、キャリアＣ、入力軸１４及びトーショナルダンパ１３を経て内燃機関２の出力軸２ａに伝達される。これにより、第１モータ・ジェネレータ４が回転するとともに、燃焼停止した内燃機関２の出力軸２ａが回転する。

電気自動車モードでの車両１の後退発進時には、低回転高トルクの条件であるため第２モータ・ジェネレータ４のト動力を伝達する動力伝達経路で振動が発生する場合がある。その振動が発生すると、車両１に要求された指令トルクに対して実際に駆動輪７に伝達される平均トルクが低下して、それだけ車速の立ち上がりが悪くなる。この振動は種々の要因で発生するが、第２モータ・ジェネレータ４の動力によって生じたトーショナルダンパ１３の捩れに応じた反発力がその要因の一つであることが分っている。図２の共線図に示したように、トーショナルダンパ１３の捩れにより生じた反発力Ｔｄｍｐが入力軸１４のトルク変動を発生させる。そして、その反発力Ｔｄｍｐは動力分割機構５のリングギアＲに伝達され、リングギアＲ及び第２モータ・ジェネレータ４が連結されたドライブ軸１７のトルク変動を発生させる。これらのトルク変動が上記振動を発生させる。本形態では、図２に示したように、上記の反発力Ｔｄｍｐを打ち消すためのモータトルクＴｇを第１モータ・ジェネレータ４から出力させることによりトーショナルダンパ１３の捩れを要因とした振動を抑制し又は解消する。

例えば、図３に示した制御ルーチンをＥＣＵ３０が実行することにより、上記制御を実現できる。図３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、電気自動車モードの実施時に読み出されて実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は制御実行条件の成否を判定する。本形態では制御実行条件として、例えば、車両１の後退発進時であり、かつ第２モータ・ジェネレータ４に対する要求トルクが所定値を超えた高トルク状態であることが設定されている。なお、後退発進時は車両１が動き出した時から運転者が要求する車速に到達するまでの過渡的期間を含み、例えば車両１が動き出した時から４〜５秒の時間が後退発進時として想定されている。高トルク状態には第２モータ・ジェネレータ４の出力限度に相当する最大トルク状態が含まれる。高トルク状態を決定する所定値は、第２モータ・ジェネレータ４のモータトルクを補正する従来の制振制御によってトーショナルダンパ１３の捩れを要因とした振動を抑制可能な程度に余裕があるか否かを基準として決定される。したがって、余裕がある場合は、例えば第２モータ・ジェネレータ４による従来の制振制御にて振動を抑制できる。

ＥＣＵ３０は、車速センサ３５の信号を参照するとともに不図示のシフトポジションセンサの信号を参照して車両１の後退発進時か否かを判定する。また、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３３の信号に基づいて第２モータ・ジェネレータ４に対する要求トルクを計算し、要求トルクが所定値を超えた高トルク状態か否かを判定する。制御実行条件が成立している場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は入力軸１４の角速度を、第１モータ・ジェネレータ３の回転数及び第２モータ・ジェネレータ４の回転数に基づいて推定する。第１モータ・ジェネレータ３の回転数は第１レゾルバ３１の信号に基づいて、第２モータ・ジェネレータ４の回転数は第２レゾルバ３２の信号に基づいてそれぞれ取得される。そして、ＥＣＵ３０は、例えば、以下の式１に基づいて入力軸１４の角速度Ｎｉｐを計算する。

Ｎｉｐ＝ρ／（１＋ρ）・Ｎｇ＋１（１＋ρ）・ｉ・Ｎｍ ……１
ここで、Ｎｇ：第１モータ・ジェネレータ３の回転数、Ｎｍ：第２モータ・ジェネレータ４の回転数、ρ：サンギアＳの歯数／リングギアＲの歯数、ｉ：第２モータ・ジェネレータ４から出力ギア１５ａに至る変速比である。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３０はトーショナルダンパ１３の捩れ量を、入力軸１４の角速度及び内燃機関２の出力軸２ａの角速度に基づいて推定する。出力軸２ａの角速度はクランク角センサ３６の信号に基づいて取得される。そして、ＥＣＵ３０は、例えば、以下の式２に基づいてトーショナルダンパ１３の捩れ量Ｗｄｍｐを計算する。

Ｗｄｍｐ＝（Ｎｉｐ−Ｎｃｒｎｋ）／６０／（２π）・Ｔｓ ……２
ここで、Ｎｃｒｎｋ：出力軸２ａの角速度、Ｔｓ：制御周期である。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３０はトーショナルダンパ１３の反発力をその捩れ量に基づいて推定する。ＥＣＵ３０は、例えば、以下の式３に基づいてトーショナルダンパ１３の反発力Ｔｄｍｐを計算する。

Ｔｄｍｐ＝Ｗｄｍｐ・Ｋｄｍｐ ……３
ここで、Ｋｄｍｐ：トーショナルダンパ１３の弾性係数である。

ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は第１モータ・ジェネレータ３の慣性力を、単位時間あたりの第１モータ・ジェネレータ３の回転数の変化量に基づいて推定する。ＥＣＵ３０は、例えば、以下の式４に基づいて第１モータ・ジェネレータ３の慣性力Ｔｇｉｎｅｒを計算する。

Ｔｇｉｎｅｒ＝（ΔＮｇ／Ｔｓ）・Ｉｇ ……４
ここで、Ｉｇ：第１モータ・ジェネレータ３の慣性係数、ΔＮｇ：単位時間あたりの第１モータ・ジェネレータ３の回転数の変化量である。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３０はステップＳ４で取得したトーショナルダンパ１３の反発力及びステップＳ５で取得した第１モータ・ジェネレータ３の慣性力に基づいて第１モータ・ジェネレータ３が出力すべきモータトルクを決定する。ＥＣＵ３０は、例えば、以下の式５に基づいてモータトルクＴｇを計算する。

Ｔｇ＝ρ／（１＋ρ）・Ｔｄｍｐ−Ｔｇｉｎｅｒ ……５

ステップＳ７において、ＥＣＵ３０はステップＳ６で決定したモータトルクが出力されるように第１モータ・ジェネレータ３を制御する。そして、処理をステップＳ１に戻す。

（本形態の効果）
本形態によれば、図３のステップＳ６で決定されたモータトルクＴｇを第１モータ・ジェネレータ３から出力させることにより、図２に示したようにトーショナルダンパ１３の反発力Ｔｄｍｐが打ち消される。これにより、トーショナルダンパ１３の捩れを要因とした振動を抑制し又は解消することができる。図４Ａ及び図４Ｂから明らかなように、比較例において第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動が顕著であったものが、本形態の制御を実施することにより第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動が抑えられていて、本形態の制御によってトーショナルダンパ１３の捩れを要因とした振動が抑制されていることが理解できる。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、車両前方が下向きに傾斜する坂路にて車両１を後退発進させたため、車両１は発進当初車両前方側にずり下がっている。したがって、後退発進当初の時刻０〜１．５秒程度の範囲で第２モータ・ジェネレータ４の回転数が正の値となっている。

また、本形態の制御は、図３のステップＳ１において、制御実行条件を成立させる要件である高トルク状態で実施され、高トルク状態よりも第２モータ・ジェネレータ４に対する要求トルクが小さい場合には第１モータ・ジェネレータ３による制振制御が実施されない。このため、第２モータ・ジェネレータ４による制振制御で振動を抑制できる場合、例えば、従来の制振制御を実行することで振動を抑制できる。したがって、第２モータ・ジェネレータ４に対する要求トルクの大小に拘らず第１モータ・ジェネレータ３による制振制御を行う場合と比べて第１モータ・ジェネレータ４の電力消費を低減できる。

（変形例）
上記形態は、上記式１〜５に基づいて第１モータ・ジェネレータ３から出力させるべきモータトルクを決定しているが一例である。例えば、実機試験やシミュレーションによって車両１の後退発進時における運転条件（第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４の各回転数）に対応して第１モータ・ジェネレータ３に出力させるべきモータトルクを特定したマップ等のデータベースを作成してＥＣＵ３０に記憶させておき、ＥＣＵ３０が現在の車両１の運転状態に対応するモータトルクを、当該データベースを検索することによって決定する形態に変更できる。

上記形態は、第２モータ・ジェネレータ３に対する要求トルクが所定値よりも高い高トルク状態であることを制御実行条件に含めているが、例えば、要求トルクの大小に拘らず後退発進時に第１モータ・ジェネレータ３による制振制御を実施する形態に変更できる。

上記形態又は上記変形例は、トーショナルダンパ１３の捩れに応じた反発力が打ち消されるように第１モータ・ジェネレータ３から出力させるべきモータトルクを決定するが一例である。例えば、トーショナルダンパ１３の捩れに応じた反発力が完全に打ち消されることはないが、少なくとも当該反発力が低減されるように、当該反発力に基づいて第１モータ・ジェネレータ３から出力させるべきモータトルクを決定する形態に変更することもできる。これにより、トーショナルダンパ１３の捩れを要因とした振動を抑制できる。上記形態又はこれらの変形例によって、上記反発力を第１モータ・ジェネレータのモータトルクにより打ち消す又は低減することによって上記振動が抑制されてもよいし、解消されてもよい。

上述した実施の形態及び変形例のそれぞれから導き出される本発明の態様を以下に記載する。

本発明の一態様に係るハイブリッド車両は、内燃機関（２）と、第１モータ・ジェネレータ（３）と、駆動輪（７）へ動力を伝達するための出力部（１７）と、トーショナルダンパ（１３）と、互いに差動回転可能な３つの回転要素（Ｓ、Ｃ、Ｒ）を含み、前記３つの回転要素のいずれか一つ（Ｃ）に前記トーショナルダンパを介して前記内燃機関が連結され、前記３つの回転要素の他の一つ（Ｓ）に前記第１モータ・ジェネレータが連結され、かつ前記３つの回転要素の残りの一つ（Ｒ）に前記出力部が連結された動力分割機構（５）と、前記出力部に対して動力伝達可能に設けられた第２モータ・ジェネレータ（４）と、前記内燃機関の燃焼を停止した状態で前記第２モータ・ジェネレータを駆動して後退発進させることが可能な制御装置（３０）と、を備え、前記制御装置は、前記後退発進時において、前記第２モータ・ジェネレータの駆動により発生する前記トーショナルダンパの捩れに応じた反発力に基づいて前記第１モータ・ジェネレータから出力させるべきモータトルクを決定し、当該モータトルクが出力されるように前記第１モータ・ジェネレータを制御するものである。なお、上記形態に係る参照符号を括弧書きにて付記したが、上記各形態に限定する趣旨ではない。

この態様のハイブリッド車両によれば、後退発進時においてトーショナルダンパの捩れに応じた反発力に基づいて第１モータ・ジェネレータから出力させるべきモータトルクが決定され、そのモータトルクが第１モータ・ジェネレータから出力される。第１モータ・ジェネレータから出力させるべきモータトルクがトーショナルダンパの捩れに応じた反発力に基づいて決定されるものであるから、トーショナルダンパの捩れを要因とした振動を抑制し又は解消することができる。

１ ハイブリッド車両
２ 内燃機関
３ 第１モータ・ジェネレータ
４ 第２モータ・ジェネレータ
５ 動力分割機構
１３ トーショナルダンパ
１７ ドライブ軸（出力部）
３０ ＥＣＵ（制御装置）
Ｃ プラネットキャリア
Ｒ リングギア
Ｓ サンギア

Claims (1)

1. 内燃機関と、
   第１モータ・ジェネレータと、
   駆動輪へ動力を伝達するための出力部と、
   トーショナルダンパと、
   互いに差動回転可能な３つの回転要素を含み、前記３つの回転要素のいずれか一つに前記トーショナルダンパを介して前記内燃機関が連結され、前記３つの回転要素の他の一つに前記第１モータ・ジェネレータが連結され、かつ前記３つの回転要素の残りの一つに前記出力部が連結された動力分割機構と、
   前記出力部に対して動力伝達可能に設けられた第２モータ・ジェネレータと、
   前記内燃機関の燃焼を停止した状態で前記第２モータ・ジェネレータを駆動して後退発進させることが可能な制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記後退発進時において、前記第２モータ・ジェネレータの駆動により発生する前記トーショナルダンパの捩れに応じた反発力に基づいて前記第１モータ・ジェネレータから出力させるべきモータトルクを決定し、当該モータトルクが出力されるように第１モータ・ジェネレータを制御するハイブリッド車両。

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