JP7052257B2

JP7052257B2 - 車両の制御装置

Info

Publication number: JP7052257B2
Application number: JP2017165057A
Authority: JP
Inventors: 雄二伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: JP2019047551A

Description

本発明は、電動モータにて走行可能な車両に適用される制御装置に関する。

車両後退時にトルク伝達系の振動成分を打ち消すための制振トルクを演算し、その制振トルクで補正した指令トルクを電動モータから出力させる制御装置が知られている（特許文献１）。

特開２０１７－７３９１４号公報

特許文献１の制御装置は電動モータの回転数変動を検出してから制振トルクを演算し、その制振トルクによって電動モータに対する指令トルクを補正する。しかし、電動モータの回転数変動を実際に検出してから制振トルクを演算するため、指令トルクを補正するタイミングが遅れてしまい大きな振動を適切に抑制できずに振動が継続する場合があった。

そこで、本発明は、車両の後退時に発生する振動を適切に抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る制御装置は、電動モータのトルクを動力伝達経路を介して駆動輪に伝達することにより走行可能な車両に適用され、前記車両の状態に応じた指令トルクを前記電動モータから出力させる車両の制御装置において、前記車両の後退時に、車速センサによって検出される車速と前記電動モータの回転数に基づいて算出される車速との差が、前記動力伝達経路で発生する振動の抑制が必要となる限界値を超えた否かを判別し、前記限界値を超えた場合には、前記振動を抑制するように、前記振動と逆位相でかつ前記動力伝達経路の固有振動周波数を持つ制振トルクによって前記指令トルクを補正するものである。

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。制振トルクにて指令トルクを補正する従来例を示した図。動力伝達経路で発生する振動の状態を示した図。本発明の一形態に係る制御の内容を示した図。振動と制振トルクとの位相を合わせる方法を示した図。本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は、エンジン２と、２つのモータ・ジェネレータ３、４とを備えたハイブリッド車両として構成されている。エンジン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。エンジン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、エンジン２を始動する際のモータリング等にも利用される。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、エンジン２だけでは不足する動力の補助、電気自動車（ＥＶ）走行モードの実施、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。第２モータ・ジェネレータ４は本発明に係る電動モータの一例に相当する。

エンジン２は複数の例えば４つの気筒を備えた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１１が、第２モータ・ジェネレータ４には第２インバータ１２がそれぞれ電気的に接続されている。各インバータ１１、１２はメインバッテリ１３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にエンジン２が出力軸２ａ及びダンパ１４を介して連結され、サンギアＳに第１モータ・ジェネレータ３が連結され、リングギアＲに出力ギア１５が連結される。

出力ギア１５の動力は出力ドリブンギア１６を介してドライブ軸１７に伝達される。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１６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はエンジン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、エンジン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、エンジン２の熱効率が低下する運転領域ではエンジン２の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ４を力行するＥＶ走行モードが実施される。また、エンジン２だけではトルクが不足する場合は、エンジン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。ＥＶ走行モード時には、第２モータ・ジェネレータ４のトルクが、モータギア１９、出力ドリブンギア１６、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に伝達され車両１は走行可能となる。したがって、モータギア１９、出力ドリブンギア１６、ドライブ軸１７、ドライブギア２０及びディファレンシャル機構２１を含む伝達系が本発明に係る動力伝達経路の一例に相当する。

ＥＶ走行モードでの車両１の後退時には車両１の運転条件が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のトルクを伝達する動力伝達経路で振動が発生する場合がある。特に車両１の後退時かつ登坂時にその振動が発生し易い。この振動は第２モータ・ジェネレータ４のトルクリップルが起振源となり動力伝達経路が共振することにより発生することが分っている。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。車両１の後退時に発生する振動を抑制することが好ましい。

上記振動は動力伝達経路で発生するねじり振動であり第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動を伴う。そこで、この回転数変動を打ち消す方向となる上記振動と逆位相の制振トルクにて第２モータ・ジェネレータ４の指令トルクを補正することによって上記振動をある程度抑制できる。しかしながら、上記振動が大きい場合、第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動を検出してから制振トルクにて指令トルクを補正してもその補正が遅れてしまい上記振動を適切に抑制できない場合がある。例えば、図２に示すように、車両１の後退時に上記振動が発生し、車速（駆動輪７の回転数）に対して第２モータ・ジェネレータ４の回転数が矢印で示したように負回転方向に上昇した場合、その上昇を打ち消す矢印方向の制振トルクで指令トルクを補正しても振動は抑制されずに継続する場合がある。図２の場合は、第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動を第２レゾルバ３２（図１）で読み取ってから、その回転数変動に応じた制振トルクを計算し、その制振トルクで指令トルクを補正しているため、補正のタイミングが遅れて上記振動が継続している。

図３に示したように、上記振動の周波数は約１０Ｈｚであり、車両１の動力伝達経路に含まれるドライブ軸１７の固有振動周波数に相当する。上記振動はドライブ軸１７の影響が支配的であるため、ドライブ軸１７の固有振動周波数を動力伝達経路の固有振動周波数の一例として代表している。もっとも、第２モータ・ジェネレータ４のトルクを伝達するモータギア１９、出力ドリブンギア１６、ドライブ軸１７、ドライブギア２０及びディファレンシャル機構２１を含む伝達系全体の固有振動周波数を特定し、これを動力伝達経路の固有振動周波数の一例とすることもできる。

ＥＣＵ３０は、上記振動を抑制する必要がある場合、第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動を打ち消す方向となる上記振動と逆位相でかつ動力伝達経路の固有振動周波数を持つ制振トルクにて指令トルクを補正し、補正された指令トルクを第２モータ・ジェネレータ４から出力させる。図４に示したように、制振トルクは振動と逆位相でかつ動力伝達経路の固有振動周波数に対応する周期Ｔを持っている。ＥＣＵ３０は、その制振トルクを車両１の状態に応じて算出される指令トルクに加算して補正する。

図４の制御を実施する際に上記振動と制振トルクとの位相を合わせることが必要になる。例えば、図５に示すように、ＥＣＵ３０は、第２レゾルバ３２の出力信号に基づいて第２モータ・ジェネレータ４の回転数変動の下限側のピーク時ｔｐを検出し、そのピーク時ｔｐを基点として振動と制振トルクとの位相を合わせて制振トルクにて指令トルクを補正する。

以上の制御はＥＣＵ３０が例えば図６に示した制御ルーチンを実施することにより実現できる。図６の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、ＥＶ走行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、不図示の別ルーチンで計算された車両１の後退時かつ登坂時における指令トルクが出力されるように第２モータ・ジェネレータ４を制御する。なお、この別ルーチンでは、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３３（図１）の出力信号を参照してアクセルペダル３４の踏み込み量を取得するとともに、不図示の加速度センサの出力値の変化量に基づいて路面傾斜量を算出し、これら踏み込み量及び路面傾斜量に基づいて第２モータ・ジェネレータ４に対する指令トルクを算出する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は上述した振動を抑制する必要があるか否かを、第２モータ・ジェネレータ４の回転数（ＭＧ２回転数）が急変したか否かに基づいて判定する。ＭＧ２回転数が急変したか否かは、車速センサ３５の出力信号で特定された車速Ｖと、第２レゾルバ３２の出力信号で特定されたＭＧ２回転数に基づいて算出された車速Ｖｐとを比較し、これらの差が所定値を超えたか否かを基準として判定される。この所定値は振動の抑制が必要となる限界値として予め特定されている。ＭＧ２回転数が急変した場合はステップＳ３に進み、そうでない場合はステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は次式１に基づいて指令トルクを補正するために加算される制振トルクＴｍａを算出する。

Ｔｍａ＝Ｇ×（Ｖｐ－Ｖ） ………１

式１においてＧはゲインである。ゲインＧは固定値でもよいし、Ｖｐ－Ｖに応じて変化する変数でもよい。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は別ルーチンで算出された指令トルクに対してステップＳ３で算出した制振トルクＴｍａを、図５で示した位相を合わせて加算することにより指令トルクを補正し、その指令トルクが出力されるように第２モータ・ジェネレータ４を制御する。

ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は、制御終了を判定するため車速Ｖｐと車速Ｖとが等しいか否かを判定する。なお、車速Ｖｐと車速Ｖとの差が許容範囲内にある場合は車速Ｖと車速Ｖとが等しいと判定される。車速Ｖｐと車速Ｖとが等しいと判定された場合は振動が抑制されたものと判断してステップＳ１に処理を戻す。一方、車速Ｖｐと車速Ｖとが異なる場合は処理をステップＳ３に戻して制振トルクＴｍａを演算し、制振トルクＴｍａによる指令トルクの補正及び指令トルクの出力を続行する。

本形態によれば、動力伝達経路の振動と逆位相でかつ動力伝達経路の固有振動周波数を持つ制振トルクにて指令トルクが補正される。換言すれば、制振トルクにて指令トルクがフィードフォワード補正されるので、フィードバック補正のように制振トルクによる指令トルクの補正が遅れないので振動を適切に抑制できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態では、ＭＧ２回転数が急変したことを条件として本形態の制御を開始しているが、例えば車両１が後退しかつアクセルペダルの踏み込み量が所定値以上であることを条件として本形態の制御を開始してもよい。車両の後退時に動力伝達機構で発生する振動を抑制することが必要となる条件を実機試験等で予め特定し、当該条件を満たした場合に本形態の制御を実施することができる。

上記形態の車両は電動モータの他にエンジンも走行用動力源としたハイブリッド車両であるが、電動モータのみを走行用動力源とする電気自動車である車両に本発明を適用することもできる。

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。すなわち、本発明の一態様に係る制御装置は、電動モータのトルクを動力伝達経路を介して駆動輪に伝達することにより走行可能な車両に適用され、前記車両の状態に応じた指令トルクを前記電動モータから出力させる車両の制御装置において、前記車両の後退時に前記動力伝達経路で発生する振動を抑制するように、前記振動と逆位相でかつ前記動力伝達経路の固有振動周波数を持つ制振トルクによって前記指令トルクを補正するものである。

この態様の制御装置によれば、車両の状態に応じて電動モータから出力されるべき指令トルクが動力伝達経路の振動と逆位相でかつその固有振動周波数を持つ制振トルクで補正される。これにより、制振トルクによる指令トルクの補正が遅れないので振動を適切に抑制できる。

１車両
４第２モータ・ジェネレータ（電動モータ）

Claims

電動モータのトルクを動力伝達経路を介して駆動輪に伝達することにより走行可能な車両に適用され、前記車両の状態に応じた指令トルクを前記電動モータから出力させる車両の制御装置において、
前記車両の後退時に、車速センサによって検出される車速と前記電動モータの回転数に基づいて算出される車速との差が、前記動力伝達経路で発生する振動の抑制が必要となる限界値を超えた否かを判別し、前記限界値を超えた場合には、前記振動を抑制するように、前記振動と逆位相で、かつ前記動力伝達経路の固有振動周波数を持つ制振トルクにて前記指令トルクを補正する車両の制御装置。