JPH1189008A - エンジンの振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジンの出力軸に接続した電動機により、該
出力軸のトルク変動をその高次の周波数成分を含めて十
分に低減して、エンジンの振動を抑制することができ、
しかも、そのトルク変動の低減のための電動機の制御を
簡単な制御処理で迅速に行うことができるエンジンの振
動抑制装置を提供する。 【解決手段】エンジン１のクランク軸１ａのトルク変動
の基本周波数（クランク軸の回転周波数・Ｎ／２。Ｎ：
気筒数）の整数倍（１倍、２倍、３倍）の周波数の正弦
波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３をエンジン１の運転状態に応じて生
成し、それらの正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成する。そ
の合成波をエンジンのトルク変動を抑制するためにモー
タ２に生ぜしめるべきトルク波形として、そのトルク波
形に従ってモータ２のトルクを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのアイド
リング時等に該エンジンの出力軸に発生するトルク変動
を低減して、該エンジンの振動を抑制する装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エンジンの出力軸に発生するト
ルクは周期的な変動を生じ、そのトルク変動は、エンジ
ンの気筒数をＮとしたとき、エンジンの回転周波数のＮ
／２倍の周波数、すなわち、所謂ＴＤＣ（クランク角周
期）と同一周期の周波数を基本周波数として、その基本
周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、……）の次数の周
波数成分を含むことが知られている。

【０００３】そして、特にエンジンのアイドリング運転
時等、該エンジンの低速回転域で発生するトルク変動
は、その周波数が低いためエンジンの顕著な振動を伴い
やすく、これを低減することが望まれている。

【０００４】一方、エンジンの出力軸に電動機を接続し
たハイブリッド自動車等にあっては、該電動機からエン
ジンの出力軸にトルクを付与したり、エンジンの出力軸
の発生トルクを該電動機により吸収する（該電動機の回
生発電を行う）ことで、前述のようなエンジンの出力軸
のトルク変動を抑制するようにしたものが知られてお
り、このような技術としては、例えば特開平２−１４６
９７７号公報に開示されているものが知られている。

【０００５】この技術では、エンジンの出力軸の実回転
速度と平均回転速度との偏差を該エンジンのトルク変動
を表すものとして逐次把握し、実回転速度＜平均回転速
度（偏差＜０）である場合には、前記電動機を本来の電
動機として作動させてエンジンの出力軸に該電動機から
正トルクを付与し、実回転速度＞平均回転速度（偏差＞
０）である場合には、前記電動機を発電機として作動さ
せてエンジンの出力軸の発生トルクを該電動機（発電
機）により吸収する。そして、このようにエンジンの出
力軸の実回転速度と平均回転速度との偏差に応じて電動
機の動作を切り換えることで、エンジンの出力軸のトル
ク変動を抑制するようにしている。

【０００６】しかしながら、かかる技術では、単に、実
回転速度と平均回転速度との偏差が正であるか負である
かに応じて電動機の動作切換えを行っているに過ぎない
ため、エンジンの出力軸に発生したトルク変動の大きさ
や、前記基本周波数（＝エンジンの回転周波数・Ｎ／
２）よりも高次の周波数成分のトルク変動が考慮されて
おらず、該トルク変動を十分に抑制することが困難であ
る。また、一般にエンジンの出力軸の回転変動とトルク
変動との間には位相ずれが存在するため、単に、実回転
速度と平均回転速度との偏差に応じて電動機の動作切換
えを行っても、その動作切換えのタイミングとトルク変
動のタイミングとが整合しない場合が生じやすく、これ
によっても、トルク変動を十分に抑制することが困難で
ある。

【０００７】尚、上記のような電動機の動作切換えと併
せて、エンジンの出力軸に発生するトルク変動の大きさ
を考慮し、該出力軸の実回転速度と平均回転速度との偏
差量に応じて電動機から該出力軸に与えるべきトルクを
演算し、その求めたトルクを生ぜしめるように電動機を
制御する手法も知られている。

【０００８】しかしながら、この手法では、一般に電動
機から出力軸に与えるべきトルクの演算処理が複雑なも
のとなって、その演算処理に時間がかかるものとなり易
い。このため、このような手法では、エンジンの出力軸
のトルク変動の波形に迅速に追従させてそのトルク変動
を打ち消すように電動機の発生トルクを変化させること
が難しく、その結果、特に、前記基本周波数（＝エンジ
ンの回転周波数・Ｎ／２）よりも高次の周波数成分のト
ルク変動を十分に抑制することが困難である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑み、エンジンの出力軸に接続した電動機により、該出
力軸のトルク変動をその高次の周波数成分を含めて十分
に低減して、エンジンの振動を抑制することができ、し
かも、そのトルク変動の低減のための電動機の制御を簡
単な制御処理で迅速に行うことができるエンジンの振動
抑制装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のエンジンの振動
抑制装置はかかる目的を達成するために、エンジンの出
力軸に接続された電動機から該出力軸にトルクを付加
し、又は、該出力軸の発生トルクを該電動機により吸収
することにより該エンジンのトルク変動を低減して該エ
ンジンの振動を抑制する装置において、前記エンジンの
出力軸の回転周波数に比例した互いに異なる周波数を有
する複数の正弦波を前記エンジンの運転状態に応じて生
成する正弦波生成手段と、該複数の正弦波から少なくと
も一つの正弦波を選択し、その選択した正弦波を合成し
てなる合成波を前記エンジンの出力軸のトルク変動を低
減するために前記電動機に生ぜしめるべきトルク波形と
して生成する合成波生成手段と、該合成波のトルク波形
に従って前記電動機を制御する電動機制御手段とを備え
たことを特徴とする。

【００１１】かかる本発明によれば、前記エンジンの出
力軸の回転周波数に比例した互いに異なる周波数を有す
る複数の正弦波をエンジンの運転状態に応じて生成し、
それらの複数の正弦波から適宜選択した正弦波を合成す
ることで、エンジンの実際のトルク変動の波形（これは
一般に複数の周波数成分を含む）に整合した合成波を得
ることができる。そして、この合成波を前記エンジンの
出力軸のトルク変動を低減するために前記電動機に生ぜ
しめるべきトルク波形として、該トルク波形に従って前
記電動機を制御することで、該電動機からエンジンの出
力軸にそのトルク変動をほぼ完全に打ち消すようなトル
クが付与され、これによりエンジンの出力軸のトルク変
動が低減される。また、前記電動機に生ぜしめるべきト
ルクを規定する前記合成波は、単純な正弦波の合成（加
算）演算で求めることができると共に、その合成波を構
成する各正弦波は、その振幅及び位相をエンジンの運転
状態に応じてマップ等を用いて決定して生成すればよい
ので、複雑な演算処理を必要とせずに前記合成波を生成
することができる。

【００１２】従って、本発明のエンジンの振動抑制装置
によれば、エンジンの出力軸に接続した電動機により、
該出力軸のトルク変動をその高次の周波数成分を含めて
十分に低減して、エンジンの振動を抑制することがで
き、しかも、そのトルク変動の低減のための電動機の制
御を簡単な制御処理で迅速に行うことができる。

【００１３】尚、本発明において、前記合成波の生成に
際して選択した正弦波が一つである場合には、該合成波
は、選択した正弦波そのものである。

【００１４】また、本発明において、前記正弦波生成手
段が生成する前記複数の正弦波の周波数は、前記エンジ
ンの出力軸の回転周波数と次式（１）の比例関係を有す
るように設定する。

【００１５】 （正弦波の周波数）＝（Ｎ／２）・ｎ・（エンジンの回転周波数） ……（１） 但し、Ｎ：エンジンの気筒数、ｎ＝１，２，３，……。

【００１６】このように正弦波の周波数を設定すること
で、エンジンの出力軸に生じるトルク変動を効果的に抑
制できる電動機のトルク波形を生成することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
４を参照して説明する。図１は本実施形態のエンジンの
振動抑制装置の全体構成を示すブロック図、図２は図１
の装置の要部の構成を示すブロック図、図３及び図４は
図１の装置の作動を説明するための線図である。

【００１８】図１を参照して、１は例えばパラレル型ハ
イブリッド自動車等の自動車に搭載されたエンジン、２
はエンジン１の出力軸であるクランク軸１ａに接続され
たモータ（電動機）、３はモータ駆動回路４（以下、Ｐ
ＤＵ４という）を介してモータ２の動作制御を行うモー
タコントローラである。

【００１９】エンジン１は、本実施形態では、３気筒エ
ンジンであり、そのクランク軸１ａがモータ２を介して
自動変速機５に連結され、この自動変速機５を介して図
示しない駆動輪に動力を伝達するようにしている。そし
て、エンジン１（詳しくはエンジン１に付帯して設けら
れた図示しないディストリビュータ）には、ＴＤＣパル
スセンサ６が設けられ、該ＴＤＣパルスセンサ６は、エ
ンジン１のクランク角周期（ＴＤＣ）のパルス信号を生
成して出力する。この場合、エンジン１は３気筒エンジ
ンであるので、１ＴＤＣはクランク軸１ａの２／３回転
分の回転角（２４０°の回転角）であり、従って、ＴＤ
Ｃパルスセンサ６が生成するパルス信号は、クランク軸
１ａの２回転当たりに３パルスの信号である。また、前
記自動変速機５には、その変速位置を示す信号（変速位
置が「Ｄ」レンジ（ドライブレンジ）であるか「Ｎ」レ
ンジ（ニュートラルレンジ）であるかを示す信号。以
下、Ｎ／Ｄ信号という）をエンジン１の運転状態（負荷
状態）を示す信号を生成して出力するシフトセンサ７が
備えられている。

【００２０】尚、前記エンジン１のクランク軸１ａに一
般的に発生するトルク変動は、例えば図４に破線で示す
ように１ＴＤＣを１周期とするひずみ波形の形態で現れ
る。従って、該トルク変動は、クランク軸１ａの回転周
波数のＮ／２＝１．５倍（Ｎは気筒数で本実施形態では
「３」）の周波数を基本周波数（１次周波数成分）とし
て、その基本周波数の整数倍（１倍、２倍、３倍、…
…）の次数の周波数成分が含まれる。この場合、本願発
明者等の知見によれば、上記基本周波数の４倍以上の次
数の周波数成分は十分に小さい。

【００２１】前記モータ２は、そのロータ（図示しな
い）がクランク軸１ａに直結されており（モータ２のロ
ータはクランク軸１ａと等速で回転する）、モータコン
トローラ３からＰＤＵ４に与えられるトルク指令によっ
て通電制御され、クランク軸１ａの回転方向と同方向に
駆動トルク（正トルク）を発生したり（モータ２の電動
機としての動作）、クランク軸１ａの回転方向と逆方向
に回生トルク（負トルク）を発生する（モータ２の発電
機としての動作）ことができるようになっている。尚、
クランク軸１ａの回転方向と逆方向の負トルクは、モー
タ２の電動機としての逆転動作によって発生させるよう
にすることも可能である。そして、モータ２には、モー
タ２のロータの回転位置（クランク軸１ａの回転角度）
を示すデータとして、そのロータの所定の単位回転角度
（＝クランク軸１ａの単位回転角度）毎にパルス信号を
生成して出力するロータパルスセンサ８が備えられてい
る。

【００２２】前記モータコントローラ３は、マイクロコ
ンピュータ等を用いて構成されたもので、前記各センサ
６〜８の出力データが与えられるようになっている。そ
して、モータコントローラ３は、これらのセンサ６〜８
の出力データに基づいてクランク軸１ａのトルク変動を
抑制するモータ２の動作制御を行うために、図２に示す
ような機能的構成を具備している。

【００２３】すなわち、モータコントローラ３は、クラ
ンク軸１ａに発生するトルク変動の前記基本周波数（ク
ランク軸１ａの回転周波数の１．５倍の周波数で周期は
１ＴＤＣ）の正弦波（以下、１次正弦波という）を生成
する正弦波生成部９と、該基本周波数の２倍の周波数
（クランク軸１ａの回転周波数の３倍の周波数で周期は
（１／２）ＴＤＣ）の正弦波（以下、２次正弦波とい
う）を生成する正弦波生成部１０と、該基本周波数の３
倍の周波数（クランク軸１ａの回転周波数の４．５倍の
周波数で周期は（１／３）ＴＤＣ）の正弦波（以下、３
次正弦波という）を生成する正弦波生成部１１と、これ
らの正弦波生成部９〜１１がそれぞれ生成する１次乃至
３次の各正弦波の振幅及び位相を各正弦波生成部９〜１
１に対して設定する振幅／位相設定部１２とを具備す
る。これらの正弦波生成部９〜１１及び振幅／位相設定
部１２は、本発明の構成に対応させると、正弦波生成手
段１３に相当するものである。

【００２４】この場合、振幅位相設定部１２は、前記シ
フトセンサ７から与えられるＮ／Ｄ信号によって把握さ
れるエンジン１の負荷状態に応じて、あらかじめ定めら
れたマップ等を用いて前記１次乃至３次の各正弦波の振
幅及び位相を設定する。そして、各正弦波生成部９〜１
１は、前記ＴＤＣパルスセンサ６からパルスが与えられ
る毎（１ＴＤＣ毎）に、該振幅位相設定部１２により設
定されている振幅及び位相に従って後述するように１Ｔ
ＤＣ分の１次乃至３次の各正弦波を生成する。

【００２５】尚、各正弦波生成部９〜１１が生成する１
次乃至３次の各正弦波の周波数は、前述したことから明
らかなように、前記式（１）において、Ｎ＝３（エンジ
ン１の気筒数）、ｎ＝１，２，３とした周波数である。

【００２６】また、モータコントローラ３は、各正弦波
生成部９〜１１で生成された１次乃至３次の各正弦波か
らいくつかの正弦波を選択して、その選択した正弦波を
合成する合成波生成部１４（合成波生成手段）と、該合
成波生成部１４により生成された合成波に従って前記Ｐ
ＤＵ４にモータ２のトルク指令を出力するトルク指令部
１５とを具備している。尚、本発明の構成に対応させる
と、トルク指令部１５は、ＰＤＵ４と併せて電動機制御
手段１６に相当するものである。

【００２７】この場合、本実施形態では、合成波生成部
１４は、各正弦波生成部９〜１１で生成された１次乃至
３次の各正弦波の全てを選択し、それらの各正弦波の合
成波を後述するように生成する。

【００２８】次に、本実施形態の装置の作動を、前記モ
ータコントローラ３の各部の処理の詳細と併せて説明す
る。

【００２９】本実施形態の装置では、例えばエンジン１
のアイドリング状態においてモータコントローラ３が次
のような処理を行う。

【００３０】すなわち、モータコントローラ３の振幅／
位相設定部１２は、シフトセンサ７から与えられるＮ／
Ｄ信号によって把握されるエンジン１の負荷状態に応じ
て、マップ等を用いて前記１次乃至３次の各正弦波の振
幅及び位相を設定する。そして、各正弦波生成部９〜１
１は、ＴＤＣパルスセンサ６からパルスが与えられる毎
（１ＴＤＣ毎）に、該振幅位相設定部１２により設定さ
れている振幅及び位相に従って１ＴＤＣ分の１次乃至３
次の各正弦波を生成する。

【００３１】さらに詳細には、各正弦波生成部９〜１１
は、それぞれ図３（ａ）〜（ｃ）に破線で示すように、
それぞれが生成すべき正弦波の周波数を有する基準正弦
波Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの波形データを具備しており、この
基準正弦波Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの振幅及び位相を、各正弦
波生成部９〜１１毎に振幅／位相設定部１２により設定
されている振幅及び位相に従って調整することで、図３
（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ実線で示すような１次正弦波
Ｓ１、２次正弦波Ｓ２、３次正弦波Ｓ３を１ＴＤＣ分、
生成する。

【００３２】この場合、振幅／位相設定部１２が各正弦
波生成部９〜１１に対して設定する振幅及び位相は、基
本的には、それぞれクランク軸１ａに生じるトルク変動
（図４参照）の前記基本周波数の成分（１次周波数成
分）、該基本周波数の２倍の周波数成分（２次周波数成
分）、及び該基本周波数の３倍の周波数成分（３次周波
数成分）と逆位相となるように定められている。従っ
て、各正弦波生成部９〜１１がそれぞれ生成する１次乃
至３次の各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれクラン
ク軸１ａに生じるトルク変動の前記１次周波数成分、２
次周波数成分、及び３次周波数成分を打ち消すためにク
ランク軸１ａに付与すべきトルク波形を示すものとな
る。

【００３３】次いで、モータコントローラ３は、上記の
ように各正弦波生成部９〜１１により生成された各正弦
波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成波生成部１４によって合成す
る。この合成は、各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の各位相値
（クランク軸１ａの各回転角度位置）におけるレベル値
を相互に加算することで行われ、この合成によって、例
えば図４に実線で示すような合成波が得られる。

【００３４】このようにして各正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３
の合成によって生成された合成波は、同図４に示すよう
に、基本的には、クランク軸１ａに生じるトルク変動の
波形とほぼ逆位相の波形（ひずみ波形）となる。従っ
て、該合成波の波形は、クランク軸１ａに生じるトルク
変動を打ち消すために該クランク軸１ａに付与すべきト
ルク波形を示すものとなる。

【００３５】そして、モータコントローラ３のトルク指
令部１５は、上記のように生成された合成波をモータ２
に生ぜしめるべきトルク波形として、前記ロータパルス
センサ８から与えられるパルスにより把握されるクラン
ク軸１ａの各回転角度位置におけるトルク指令値を前記
合成波から決定し、それをＰＤＵ４に逐次出力する。

【００３６】以上のような処理がＴＤＣパルスセンサ６
からパルスが与えられる毎（１ＴＤＣ毎）にモータコン
トローラ３によって行われ、これにより、モータ２がＰ
ＤＵ４を介して制御される。このとき、モータ２の発生
トルクは、前記合成波の波形に従って制御され、これに
より、クランク軸１ａには、そのトルク変動を打ち消す
ようなトルクがモータ２から付与されて該トルク変動が
抑制され、ひいてはエンジン１の振動が抑制される。

【００３７】このように本実施形態の装置によれば、ク
ランク軸１ａに生じるトルク変動の１次周波数成分（前
記基本周波数の成分）、２次周波数成分（基本周波数の
２倍の周波数成分）、及び３次周波数成分（基本周波数
の３倍の周波数成分）を考慮して、それぞれの周波数成
分に対応する１次乃至３次の正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を
生成し、それらの正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成するこ
とで、モータ２の指令トルクの波形を生成してモータ２
のトルクを制御するようにしたことによって、クランク
軸１ａに生じるトルク変動を、その基本周波数成分のみ
ならず、高次数の周波数成分（本実施形態では２次、３
次の周波数成分）も含めて円滑に低減することができ、
いいてはエンジン１の振動を十分に低減することができ
る。そして、この場合、モータ２の指令トルクの波形
は、エンジン１の負荷状態に応じて振幅及び位相を決定
して生成した正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を合成するだけで
生成することができるので、クランク軸１ａのトルク変
動を抑制するためのモータ２の制御を簡単な制御処理で
行うことができる。

【００３８】尚、本実施形態では、クランク軸１ａのト
ルク変動の１次乃至３次の周波数成分のみを考慮した
が、さらに高次数の周波数成分を考慮して正弦波を生成
し、それらを合成することで、モータ２の指令トルクの
波形を得るようにしてもよい。

【００３９】また、本実施形態では、モータ２の指令ト
ルクの波形を得るに際して、前記１次乃至３次の正弦波
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の全てを合成するようにしたが、正弦
波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の中から、例えば強調的に抑制した
いトルク変動の周波数成分に対応するいくつかの正弦波
（一つの正弦波でよい）を選択し、その選択した正弦波
を合成することで、モータ２の指令トルクの波形を得る
ようにしてもよい。この場合、選択した正弦波が一つで
ある場合には、その合成波は、選択した正弦波そのもの
である。

【００４０】また、本実施形態では、３気筒エンジンを
例にとって説明したが、単気筒エンジンや４気筒エンジ
ン等、他の気筒数のエンジンについても本発明を適用す
ることが可能であることはもちろんである。

【００４１】また、本実施形態では、正弦波Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３の振幅及び位相をシフトセンサシフトセンサ７
から与えられるＮ／Ｄ信号によって把握されるエンジン
１の負荷状態に応じて設定するようにしたが、自動車に
搭載されたエアコン装置等の補機類の動作よるエンジン
１の負荷状態やエンジン１の回転数、吸気圧等のエンジ
ン１の運転状態に応じて正弦波Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の振幅
及び位相を設定するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンの振動抑制装置の一実施形態
の全体構成を示すブロック図。

【図２】図１の装置の要部の構成を示すブロック図。

【図３】図１の装置の作動を説明するための線図であ
る。

【図４】図１の装置の作動を説明するための線図であ
る。

【符号の説明】

１…エンジン、１ａ…クランク軸（出力軸）、２…モー
タ（電動機）、１３…正弦波生成手段、１４…合成波生
成部、１６…電動機制御手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの出力軸に接続された電動機から
   該出力軸にトルクを付加し、又は、該出力軸の発生トル
   クを該電動機により吸収することにより該エンジンのト
   ルク変動を低減して該エンジンの振動を抑制する装置に
   おいて、 前記エンジンの出力軸の回転周波数に比例した互いに異
   なる周波数を有する複数の正弦波を前記エンジンの運転
   状態に応じて生成する正弦波生成手段と、 該複数の正弦波から少なくとも一つの正弦波を選択し、
   その選択した正弦波を合成してなる合成波を前記エンジ
   ンの出力軸のトルク変動を低減するために前記電動機に
   生ぜしめるべきトルク波形として生成する合成波生成手
   段と、 該合成波のトルク波形に従って前記電動機を制御する電
   動機制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの振
   動抑制装置。
2. 【請求項２】前記正弦波生成手段が生成する前記複数の
   正弦波の周波数は、前記エンジンの出力軸の回転周波数
   と次式の比例関係を有するように設定されていることを
   特徴とする請求項１記載のエンジンの振動抑制装置。 （正弦波の周波数）＝（Ｎ／２）・ｎ・（エンジンの回
   転周波数） 但し、Ｎ：エンジンの気筒数、ｎ＝１，２，３，……。