JP2012224304A - 車両の制振制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制振制御に起因して発生し得る音を小さくしつつ、エンジンの出力トルクに起因して発生し得る振動を低減する。
【解決手段】ＥＣＵは、エンジンの出力トルクに応じてモータジェネレータの出力トルクを制御することによって、エンジンの出力トルクに起因した振動を打ち消し、低減する制振制御を実行する。エンジンの始動処理を実行中、具体的にはエンジンのクランキング中（Ｓ１００にてＹＥＳ）、初爆前であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、制振制御において、所定のゲインＧ１が用いられる。すなわち、クランキングから初爆までの期間は、ゲインＧ１が用いられる。初爆後であると（Ｓ１０２にてＮＯ）、Ｓ１０６にて、ゲインＧ１とは異なる所定のゲインＧ２が用いられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制振制御装置に関し、特に、エンジンの出力トルクに起因して生じる振動を低減するための制振制御において用いられるゲインを変更する技術に関する。

エンジンに加えて、電動モータを駆動源として搭載したハイブリッド車が知られている。ハイブリッド車は、電気自動車の一種として分類される場合もある。ハイブリッド車は、エンジンを停止したまま電動モータのみを用いて走行することが可能である。このような態様でハイブリッド車が走行した場合、エンジンから出力されるトルクがないため、車両において生じる振動が非常に小さい。しかしながら、たとえばエンジンを始動する場合などには、エンジンの出力トルクの変動が大きいため、エンジンの出力トルクに起因して車両において生じる振動が大きくなり得る。このような振動は乗員に不快感を与え得る。

そこで、特開２００８−２４０２２号公報（特許文献１）に記載のように、エンジンの出力トルクに応じて電動モータの出力トルクを制御することによって、エンジンの出力トルクに起因した振動を打ち消し、低減する制振制御が実行される。

特開２００８−２４０２２号公報

しかしながら、たとえばエンジンの出力トルクに対するゲインを高くすることによって、振動を打ち消すために電動モータから出力される制振トルクを常に大きくすると、大きな振動が発生し得る運転状況下においては振動を効果的に低減できる一方で、大きな振動が発生し難い運転状況下においては電動モータから出力される制振トルクによって逆に車両が加振される。たとえば、エンジンを始動する過程において、初爆時には大きな振動が発生し得る一方で、初爆後は発生し得る振動が小さくなるため、大きなゲインは必要ではない。ゲインが大きいままであると、電動モータによって車両が加振されることに起因して車内に音が発生し得る。

本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、発生し得る音を小さくしつつ、振動を低減することである。

車両の制振制御装置は、エンジンが出力するトルクに起因して生じる振動を低減するためのトルクを出力するための制振制御手段と、制振制御手段において用いられるゲインを、エンジンをクランキングしてから初爆までの期間と、初爆後の期間とで変更するための変更手段とを備える。

この構成によると、制振制御において用いられるゲインが、エンジンをクランキングしてから初爆までの期間と、初爆後の期間との各々の期間に対して適切に定められる。たとえば大きな振動が発生し得る初爆までの期間ではゲインを大きくする一方で、大きな振動が発生し難い初爆後の期間ではゲインが小さくされる。これにより、初爆以前の期間においては振動を効果的に低減する一方で、初爆後の期間においては、制振制御に起因して発生し得る音を低減できる。

車両の全体ブロック図である。 動力分割装置の共線図を示す図である。 ＥＣＵが実行する処理のフローチャートを示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態に係る車両１の全体ブロック図が説明される。車両１は、エンジン１０と、駆動軸１６と、第１モータジェネレータ（以下、第１ＭＧと記載する）２０と、第２モータジェネレータ（以下、第２ＭＧと記載する）３０と、動力分割装置４０と、減速機５８と、ＰＣＵ（Power Control Unit）６０と、バッテリ７０と、駆動輪８０と、スタートスイッチ１５０と、制動装置１５１と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００とを含む。

この車両１は、エンジン１０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１０が発生する動力は、動力分割装置４０によって２経路に分割される。２経路のうちの一方の経路は減速機５８を介して駆動輪８０へ伝達される経路であり、他方の経路は第１ＭＧ２０へ伝達される経路である。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、たとえば、三相交流回転電機である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、ＰＣＵ６０によって駆動される。

第１ＭＧ２０は、動力分割装置４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電してＰＣＵ６０を経由してバッテリ７０を充電するジェネレータとしての機能を有する。また、第１ＭＧ２０は、バッテリ７０からの電力を受けてエンジン１０の出力軸であるクランク軸を回転させる。これによって、第１ＭＧ２０は、エンジン１０を始動するスタータとしての機能を有する。

第２ＭＧ３０は、バッテリ７０に蓄えられた電力および第１ＭＧ２０により発電された電力の少なくともいずれか一方を用いて駆動輪８０に駆動力を与える駆動用モータとしての機能を有する。また、第２ＭＧ３０は、回生制動によって発電された電力を用いてＰＣＵ６０を経由してバッテリ７０を充電するためのジェネレータとしての機能を有する。

エンジン１０は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、複数の気筒１０２と、複数の気筒１０２の各々に燃料を供給する燃料噴射装置１０４とを含む。燃料噴射装置１０４は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ１に基づいて、各気筒に対して適切な時期に適切な量の燃料を噴射したり、各気筒に対する燃料の噴射を停止したりする。

さらに、エンジン１０には、エンジン１０のクランク軸の回転速度（以下、エンジン回転速度と記載する）Ｎｅを検出するためのエンジン回転速度センサ１１が設けられる。エンジン回転速度センサ１１は、検出されたエンジン回転速度Ｎｅを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

動力分割装置４０は、駆動輪８０を回転させるための駆動軸１６、エンジン１０の出力軸および第１ＭＧ２０の回転軸（出力軸）の三要素の各々を機械的に連結する。動力分割装置４０は、上述の三要素のうちのいずれか一つを反力要素とすることによって、他の２つの要素間での動力の伝達を可能とする。第２ＭＧ３０の回転軸（出力軸）は、駆動軸１６に連結される。

動力分割装置４０は、サンギヤ５０と、ピニオンギヤ５２と、キャリア５４と、リングギヤ５６とを含む遊星歯車機構である。ピニオンギヤ５２は、サンギヤ５０およびリングギヤ５６の各々と噛み合う。キャリア５４は、ピニオンギヤ５２を自転可能に支持するとともに、エンジン１０のクランク軸に連結される。サンギヤ５０は、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤ５６は、駆動軸１６を介在して第２ＭＧ３０の回転軸および減速機５８に連結される。

エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０が動力分割装置４０によって連結されることにより、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１と、エンジン回転速度Ｎｅと、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２とは、図２の共線図上で１本の直線で結ばれる関係を維持するように各要素の回転速度Ｎｍ１，Ｎｅ，Ｎｍ２が変化する。

図２に示す共線図の三本の縦軸のうちの左側の縦軸がサンギヤ５０の回転速度、すなわち、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１を示す。また、図２に示す共線図の中央の縦軸がキャリア５４の回転速度、すなわち、エンジン回転速度Ｎｅを示す。また、図２に示す共線図の右側の縦軸がリングギヤ５６の回転速度、すなわち、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２を示す。なお、図２の共線図の各縦軸の矢印の方向が正回転方向を示し、矢印の方向と逆方向が負回転方向を示す。

一例として、図２の実線に示すように、車両１が、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１がＮｍ１（０）であって、エンジン回転速度ＮｅがＮｅ（０）であって、かつ、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２がＮｍ２（０）であると想定する。

一方、走行中にエンジン１０への燃料噴射を停止すると、エンジン回転速度Ｎｅはゼロになるように低下する。このとき、図２の破線に示すように、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１がＮｍ１（０）からＮｍ１（１）へと負回転方向に回転速度が増加する。

車両１が走行中であって、エンジン回転速度Ｎｅがゼロである場合に、第１ＭＧ２０を用いてエンジン１０を始動させる場合を想定する。この場合、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１をＮｍ１（１）（図２の破線）からＮｍ１（０）（図２の実線）に引き上げることによってエンジン１０をクランキングし、エンジン回転速度Ｎｅを上昇させる。

図１に戻って、減速機５８は、動力分割装置４０や第２ＭＧ３０からの動力を駆動輪８０に伝達する。また、減速機５８は、駆動輪８０が受けた路面からの反力を動力分割装置４０や第２ＭＧ３０に伝達する。

ＰＣＵ６０は、バッテリ７０に蓄えられた直流電力を第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動するための交流電力に変換する。ＰＣＵ６０は、ＥＣＵ２００からの制御信号Ｓ２に基づいて制御されるコンバータおよびインバータ（いずれも図示せず）を含む。コンバータは、バッテリ７０から受けた直流電力の電圧を昇圧してインバータに出力する。インバータは、コンバータが出力した直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０に出力する。これにより、バッテリ７０に蓄えられた電力を用いて第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０が駆動される。また、インバータは、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０によって発電される交流電力を直流電力に変換してコンバータに出力する。コンバータは、インバータが出力した直流電力の電圧を降圧してバッテリ７０へ出力する。これにより、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０により発電された電力を用いてバッテリ７０が充電される。なお、コンバータは、省略してもよい。

バッテリ７０は、蓄電装置であり、再充電可能な直流電源である。バッテリ７０としては、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池が用いられる。バッテリ７０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ７０は、上述したように第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０により発電された電力を用いて充電される他、外部電源（図示せず）から供給される電力を用いて充電されてもよい。なお、バッテリ７０は、二次電池に限らず、直流電圧を生成できるもの、たとえば、キャパシタ、太陽電池、燃料電池等であってもよい。

バッテリ７０には、バッテリ７０の電池温度ＴＢを検出するための電池温度センサ１５６と、バッテリ７０の電流ＩＢを検出するための電流センサ１５８と、バッテリ７０の電圧ＶＢを検出するための電圧センサ１６０とが設けられる。

電池温度センサ１５６は、電池温度ＴＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。電流センサ１５８は、電流ＩＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。電圧センサ１６０は、電圧ＶＢを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

スタートスイッチ１５０は、たとえば、プッシュ式スイッチである。スタートスイッチ１５０は、キーをキーシリンダに差し込んで所定の位置まで回転させるものであってもよい。スタートスイッチ１５０は、ＥＣＵ２００に接続される。運転者がスタートスイッチ１５０を操作することに応じて、スタートスイッチ１５０は、信号ＳＴをＥＣＵ２００に送信する。

ＥＣＵ２００は、たとえば、車両１のシステムが停止状態である場合に信号ＳＴを受信した場合に、起動指示を受けたと判断して、車両１のシステムを停止状態から起動状態に移行させる。また、ＥＣＵ２００は、車両１のシステムが起動状態である場合に信号ＳＴを受信した場合に、停止指示を受けた判断して、車両１のシステムを起動状態から停止状態に移行させる。

第１レゾルバ１２は、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１を検出する。第１レゾルバ１２は、検出された回転速度Ｎｍ１を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。第２レゾルバ１３は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２を検出する。第２レゾルバ１３は、検出された回転速度Ｎｍ２を示す信号をＥＣＵ２００に送信する。

車輪速センサ１４は、駆動輪８０の回転速度Ｎｗを検出する。車輪速センサ１４は、検出された回転速度Ｎｗを示す信号をＥＣＵ２００に送信する。ＥＣＵ２００は、受信した回転速度Ｎｗに基づいて車速Ｖを算出する。なお、ＥＣＵ２００は、回転速度Ｎｗに代えて第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２に基づいて車速Ｖを算出するようにしてもよい。

制動装置１５１は、ブレーキアクチュエータ１５２と、ディスクブレーキ１５４とを含む。ディスクブレーキ１５４は、車輪と一体的に回転するブレーキディスクと、油圧を用いてブレーキディスクの回転を制限するブレーキキャリパとを含む。ブレーキキャリパは、ブレーキディスクを回転軸と平行な方向で挟み込むように設けられるブレーキパッドと、油圧をブレーキパッドに伝達するためのホイールシリンダとを含む。ブレーキアクチュエータ１５２は、ＥＣＵ２００から受信する制御信号Ｓ３に基づいて、運転者がブレーキペダルを踏み込むことによって発生する油圧と、ポンプおよび電磁弁等を用いて発生する油圧とを調整してホイールシリンダに供給される油圧を調整する。図１において、制動装置１５１は、後輪の右側にのみ図示されるが、制動装置１５１は、各車輪毎に設けられるものとする。

ＥＣＵ２００は、エンジン１０を制御するための制御信号Ｓ１を生成し、その生成した制御信号Ｓ１をエンジン１０へ出力する。また、ＥＣＵ２００は、ＰＣＵ６０を制御するための制御信号Ｓ２を生成し、その生成した制御信号Ｓ２をＰＣＵ６０へ出力する。さらに、ＥＣＵ２００は、ブレーキアクチュエータ１５２を制御するための制御信号Ｓ３を生成し、その生成した制御信号Ｓ３をブレーキアクチュエータ１５２へ出力する。

ＥＣＵ２００は、エンジン１０およびＰＣＵ６０等を制御することによって車両１が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体、すなわち、バッテリ７０の充放電状態、エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０の動作状態を制御する。

ＥＣＵ２００は、運転席に設けられたアクセルペダル（図示せず）の踏込み量に対応する要求駆動力を算出する、ＥＣＵ２００は、算出された要求駆動力に応じて、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０のトルクと、エンジン１０の出力とを制御する。

上述したような構成を有する車両１においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１０の効率が悪い場合には、第２ＭＧ３０のみによる走行が行なわれる。また、通常走行時には、たとえば動力分割装置４０によりエンジン１０の動力が２経路の動力に分けられる。一方の動力で駆動輪８０が直接的に駆動される。他方の動力で第１ＭＧ２０を駆動して発電が行なわれる。このとき、ＥＣＵ２００は、発電された電力を用いて第２ＭＧ３０を駆動させる。このように第２ＭＧ３０を駆動させることにより駆動輪８０の駆動補助が行なわれる。

さらに、ＥＣＵ２００は、エンジン１０の出力トルクに応じて第２ＭＧ３０の出力トルクを制御することによって、エンジン１０の出力トルクに起因した振動を打ち消し、低減する制振制御を実行する。たとえば、第２ＭＧ３０の出力トルクは、エンジン１０の出力トルクと所定のゲインとの積に応じて、振動を打ち消すように制御される。なお、制振制御には周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

車両１の減速時には、駆動輪８０の回転に従動する第２ＭＧ３０がジェネレータとして機能して回生制動が行なわれる。回生制動によって回収した電力は、バッテリ７０に蓄えられる。なお、ＥＣＵ２００は、蓄電装置の残容量（以下の説明においては、ＳＯＣ（State of Charge）と記載する）が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１０の出力を増加させて第１ＭＧ２０による発電量を増加させる。これにより、バッテリ７０のＳＯＣが増加させられる。また、ＥＣＵ２００は、低速走行時でも必要に応じてエンジン１０からの駆動力を増加させる制御を行なう場合もある。たとえば、上述のようにバッテリ７０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機が駆動される場合や、エンジン１０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

ＥＣＵ２００は、バッテリ７０の充電量および放電量を制御する際に、電池温度ＴＢおよび現在のＳＯＣに基づいて、バッテリ７０の充電時に許容される入力電力（以下の説明においては、「充電電力上限値Ｗｉｎ」と記載する）およびバッテリ７０の放電時に許容される出力電力（以下の説明においては、「放電電力上限値Ｗｏｕｔ」と記載する）を設定する。たとえば、現在のＳＯＣが低下すると、放電電力上限値Ｗｏｕｔは徐々に低く設定される。一方、現在のＳＯＣが高くなると、充電電力上限値Ｗｉｎは徐々に低下するように設定される。

また、バッテリ７０として用いられる二次電池は、低温時に内部抵抗が上昇する温度依存性を有する。また、高温時には、さらなる発熱によって温度が過上昇することを防止する必要がある。このため、電池温度ＴＢの低温時および高温時には、放電電力上限値Ｗｏｕｔおよび充電電力上限値Ｗｉｎの各々を低下させることが好ましい。ＥＣＵ２００は、電池温度ＴＢおよび現在ＳＯＣに応じて、たとえば、マップ等を用いることによって、充電電力上限値Ｗｉｎおよび放電電力上限値Ｗｏｕｔを設定する。

本実施の形態においては、車両１の走行中に第１ＭＧ２０を用いてエンジン１０を始動させる場合、第１ＭＧ２０が発電する電力が充電電力上限値Ｗｉｎよりも小さくなるように、第１ＭＧ２０のトルクが制限される。

図３を参照して、本実施の形態に係る車両１に搭載されたＥＣＵ２００で実行される処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実行するようにしてもよく、ハードウェアにより実行するようにしてもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実行するようにしてもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１０の始動処理を実行中であるか否か、具体的にはエンジン１０を第１ＭＧ２０によりクランキング中であるか否かを判定する。始動処理を実行中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定のしきい値以上であるか否かを判定する。エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定のしきい値以上であるか否かを判定することにより、エンジン１０において初爆前であるか否かが判定される。

初爆前であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、制振制御において、所定のゲインＧ１が用いられる。すなわち、クランキングから初爆までの期間は、ゲインＧ１が用いられる。初爆後であると（Ｓ１０２にてＮＯ）、Ｓ１０６にて、ゲインＧ１とは異なる所定のゲインＧ２が用いられる。たとえば、ゲインＧ２はゲインＧ１よりも小さい。

エンジン１０の始動処理を実行中でない場合は（Ｓ１００にてＮＯ）、Ｓ１０８にて、ゲインＧ１ともゲインＧ２とも異なる所定のゲインＧ３が用いられる。車両の運転状態に応じて適切な値をゲインＧ３として用いるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、制振制御において用いられるゲインが、エンジン１０がクランキングしてから初爆までの期間と、初爆後の期間との各々の期間に対して適切に定められる。たとえば大きな振動が発生し得る初爆までの期間ではゲインを大きくする一方で、大きな振動が発生し難い初爆後の期間ではゲインが小さくされる。これにより、初爆以前の期間においては振動を効果的に低減する一方で、初爆後の期間においては、制振制御に起因して発生し得る音を低減できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、１１ エンジン回転速度センサ、１２ 第１レゾルバ、１３ 第２レゾルバ、１４ 車輪速センサ、１６ 駆動軸、２０ 第１モータジェネレータ、３０ 第２モータジェネレータ、４０ 動力分割装置、５０ サンギヤ、５２ ピニオンギヤ、５４ キャリア、５６ リングギヤ、５８ 減速機、７０ バッテリ、８０ 駆動輪、１０２ 気筒、１０４ 燃料噴射装置、１５０ スタートスイッチ、１５６ 電池温度センサ、１５８ 電流センサ、１６０ 電圧センサ、２００ ＥＣＵ。

Claims (1)

1. エンジンが出力するトルクに起因して生じる振動を低減するためのトルクを出力するための制振制御手段と、
   前記制振制御手段において用いられるゲインを、前記エンジンをクランキングしてから初爆までの期間と、初爆後の期間とで変更するための変更手段とを備える、車両の制振制御装置。

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