JP2013208928A - ハイブリッド車両の制振制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのトルク変動に起因したこもり音の発生を低減する。
【解決手段】変速機入力軸としてのプライマリ軸１１の一端部は、ダンパとしての機能を有するトルクコンバータ１４を介してエンジン１５のエンジン出力軸１５ａに連結されている。プライマリ軸１１の他端部は、電動モータ３１の駆動軸３２に連結されている。電動モータ３１からはプライマリ軸１１に対してエンジントルクの変動から前記エンジントルクの変動の１周期を３６０度としたときにおける１５度進角した制振トルクが付加される。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源としてエンジンと電動モータとを有するハイブリッド車両において、エンジンからの出力トルクの変動に起因するこもり音を低減するようにしたハイブリッド車両の制振制御装置に関する。

動力源としてエンジンと電動モータとを有するハイブリッド車両においては、エンジンの出力トルクの変動に起因したこもり音の発生を低減するために、電動モータのトルク変動を利用することが行われている。特許文献１には、電動モータからはエンジンからの出力トルクの変動とは逆位相のトルク変動を出力させるようにした制御装置が記載されている。この制振装置においては、こもり音が検出されるときには電動モータから逆位相のトルクを出力するようにしている。特許文献２には、クランク軸に一体化された主フライホイール系とこの主フライホイール系と平行であってこれとは逆方向に回転する副フライホイール系とを有し、主フライホイール系にベルトを介して電動モータを連結するようにしたトルク変動低減装置が記載されている。このトルク変動低減装置においては、エンジンのトルク変動を打ち消すように逆位相のキャンセルトルクを電動モータにより発生させるようにしている。

特開２００８−１２０１７７号公報 特開平１１−８２０９４号公報

エンジンと電動モータとを動力源して備えるハイブリッド車両においては、エンジンのトルク変動に起因したこもり音の発生を電動モータにより相殺することができるという利点を有している。従来では、エンジンのトルク変動に対してこれを相殺するように逆位相のトルクを電動モータの充放電制御によって動力伝達系に付加するようにしている。しかしながら、従来のように、電動モータからエンジンのトルク変動に対して逆位相のキャンセルトルクつまり制振トルクを付加してエンジンのトルク変動に起因したこもり音の発生を低減するには、エンジンのトルク変動値に対応したトルク値の制振トルクを動力伝達系に付加する必要がある。つまり、電動モータからエンジンのトルク変動に対して逆位相で付加される制振トルクの最大値はエンジンのトルクの最大値に対応させる必要がある。電動モータの充放電制御を行って制振トルクを発生させるには、充放電の出力が小さければ小さい程、燃費を向上させることができることになり、制振トルクを小さくすることができれば、充放電の出力を小さくすることができる。

本発明の目的は、エンジンのトルク変動に対して小さな振幅の制振トルクを付加することにより、エンジンのトルク変動に起因したこもり音の発生を低減することにある。

本発明のハイブリッド車両の制振制御装置は、駆動源としてエンジンと電動モータとを備え、前記エンジンから出力されるエンジントルクの変動に起因するこもり音を低減するハイブリッド車両の制振制御装置であって、前記エンジンの出力軸と変速機入力軸との間に、前記エンジントルクの変動を吸収して前記変速機入力軸に伝達するダンパを配置し、前記変速機入力軸に前記電動モータを連結し、前記エンジントルクの変動と同位相から前記エンジントルクの変動の１周期を３６０度としたときにおける１５度進角した制振トルクを前記変速機入力軸に前記電動モータにより付加することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両の制振制御装置は、前記制振トルクの振幅を前記エンジントルクの振幅の１０分の１とすることを特徴とする。

本発明によれば、エンジンのトルク変動をダンパにより吸収した後のエンジン出力に対してエンジントルクの変動と同位相から前記エンジントルクの変動の１周期を３６０度としたときにおける１５度進角した制振トルクを電動モータにより付加するようにしたので、エンジンのトルク変動に起因したこもり音を低減することができる。ダンパによりトルク変動が減衰された状態のもとでエンジントルクの変動と同位相の制振トルクを付加するようにしたので、付加する制振トルクの振幅を小さくすることができ、こもり音低減のための消費電力を小さくすることができる。

本発明の制振制御装置が適用されたハイブリッド車両用の動力伝達系を示す概略図である。 エンジントルク、ダンパ出力トルク、モータ制振トルクの変化を示す特性線図である。 モータ制振トルクをプライマリ軸に加えた場合と加えない場合とについて、こもり音の変化を解析した騒音データを示す特性線図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示されるハイブリッド車両の動力伝達系は、変速機として無段変速機１０を備えており、この無段変速機１０は変速機入力軸であるプライマリ軸１１と、変速機出力軸であるセカンダリ軸１２とを有し、プライマリ軸１１とセカンダリ軸１２は相互に平行となっている。無段変速機１０は変速機ケースとしてのミッションケース１３ａ内に組み込まれている。ミッションケース１３ａは図示しない車体にプライマリ軸１１とセカンダリ軸１２とがそれぞれ走行方向と平行となるように縦置きに搭載される。

ミッションケース１３ａの先端部に取り付けられるコンバータケース１３ｂ内には、ダンパとしてのトルクコンバータ１４が組み込まれている。トルクコンバータ１４はエンジン１５のクランク軸つまりエンジン出力軸１５ａに連結されるポンプインペラ１６と、このポンプインペラ１６に対向するとともにタービン軸１７に連結されるタービンランナ１８とを備えている。トルクコンバータ１４はポンプインペラ１６に連結されたフロントプレート１９に密着してエンジン出力軸１５ａとタービン軸１７とを直結させるロックアップクラッチ２１が設けられている。ロックアップクラッチ２１には、直結時にエンジンのトルク変動を吸収するために、捩りダンパ２２が設けられている。この捩りダンパ２２によってエンジンの振動が吸収される。

トルクコンバータ１４の出力軸であるタービン軸１７は、前後進切換機構２３を介してプライマリ軸１１に連結されている。このように、エンジン１５の出力トルクは、エンジン出力軸１５ａとプライマリ軸１１との間に配置されるダンパとしてのトルクコンバータ１４と前後進切換機構２３を介してプライマリ軸１１に伝達される。

無段変速機１０のプライマリ軸１１にはプライマリプーリ２５が設けられている。プライマリプーリ２５は固定プーリ２５ａと、軸方向に摺動自在の可動プーリ２５ｂとを有し、プーリのコーン面間隔つまりプーリ溝幅が可変となっている。プライマリ軸１１に平行なセカンダリ軸１２にはセカンダリプーリ２６が設けられている。セカンダリプーリ２６は固定プーリ２６ａと、軸方向に摺動自在の可動プーリ２６ｂとを有し、プーリ溝幅が可変となっている。プライマリプーリ２５とセカンダリプーリ２６との間にはベルト２７が動力伝達要素として掛け渡されており、両方のプーリ２５，２６の溝幅を変化させることにより、それぞれのプーリ２５，２６に対するベルト２７の巻付け径の比率が変化する。これにより、プライマリ軸１１に対するセカンダリ軸１２の回転数が無段階に変速される。プライマリプーリ２５の溝幅は、プライマリ油室２８に供給される油圧により調整され、セカンダリプーリ２６の溝幅はセカンダリ油室２９に供給される油圧により調整される。

ミッションケース１３ａの後端部に取り付けられるモータケース１３ｃ内には、電動モータ３１が装着されている。電動モータ３１は駆動軸３２に取り付けられるロータ３３を有し、駆動軸３２はプライマリ軸１１の他端部に直接連結されている。電動モータ３１はロータ３３が内部に組み込まれるステータ３４を有しており、ステータ３４はモータケース１３ｃに固定される。このように、プライマリ軸１１は図１における左端部でダンパとしてのトルクコンバータ１４と前後進切換機構２３とを介してエンジン出力軸１５ａに連結され、右端部で電動モータ３１の駆動軸３２に連結されている。電動モータ３１は無段変速機１０を介して出力トルクを駆動輪に伝達するモータとしての機能と、制動時に回生エネルギーを回収してバッテリに充電するジェネレータとしての機構を有している。

図１に示す動力伝達系は、前輪と後輪とを駆動輪としてこれらに動力を伝達することができるようにした全輪駆動つまり四輪駆動式の車両に搭載される。ミッションケース１３ａ内にはプライマリ軸１１とセカンダリ軸１２とに平行となって前輪出力軸３５が装着されており、セカンダリ軸１２に固定された駆動歯車３６が前輪出力軸３５に回転自在に装着された従動歯車３７に噛み合っている。従動歯車３７にはセカンダリ軸１２の回転を前輪出力軸３５に伝達する状態と伝達を遮断する状態とに切り換えるための出力クラッチ３８が設けられている。前輪出力軸３５の一端部はフロントディファレンシャル機構３９に連結されており、前輪出力軸３５を介して前輪に出力が伝達される。

モータケース１３ｃの後端部にはトランスファケース１３ｄが取り付けられている。トランスファケース１３ｄ内に配置されたトランスファ軸４１には、前輪出力軸３５に固定された駆動歯車４２に噛み合う従動歯車４３が取り付けられている。トランスファ軸４１はトランスファクラッチ４４を介して後輪出力軸４５に連結される。後輪出力軸４５は図示しないプロペラシャフトによりリアデファレンシャル機構に連結されており、プロペラシャフトを介して図示しない後輪に出力が伝達される。

エンジン１５からの出力トルクの変動に起因するこもり音の発生を低減するために、電動モータ３１により変速機入力軸であるプライマリ軸１１に制振トルクを印加するようにしている。電動モータ３１から制振トルクを印加するために、コントローラ５１からは電動モータ３１に駆動信号が印加される。コントローラ５１にはエンジン制御部からエンジンの回転位相に対応した信号が出力される。

プライマリ軸１１は、その一端部でダンパとしての機能を有するトルクコンバータ１４を介してエンジン出力軸１５ａに連結され、他端部で電動モータ３１の駆動軸３２に連結されているので、電動モータ３１はダンパの下流側に配置されることになる。したがって、エンジン１５からエンジン出力軸１５ａに出力されるエンジントルクＴ_Eは、ダンパによりトルク変動がエンジントルクＴ_Eの１０分の１程度に減衰されてプライマリ軸１１にダンパ出力トルクＴ_Dとなって出力される。しかも、ダンパ出力トルクＴ_Dは、トルクコンバータ１４内に設けられた捩りダンパ２２の捩り振動モードによってエンジントルクＴ_Eに対して逆位相となる。

このように、エンジントルクＴ_Eの変動が減衰されてダンパからプライマリ軸１１に出力されるダンパ出力トルクＴ_DはエンジントルクＴ_Eに対して逆位相となっているので、ダンパを経てプライマリ軸１１に伝達されたエンジントルクＴ_Ｅの変動を電動モータ３１からプライマリ軸１１にモータ制振トルクＴ_Mを加えてエンジントルクの変動を打ち消すために、本発明においては、エンジントルクＴ_Eの変動と同位相のモータ制振トルクＴ_Mを電動モータ３１からプライマリ軸１１に加えるようにしている。エンジントルクＴ_Eの変動と同位相のモータ制振トルクＴ_Mをプライマリ軸１１に加えることにより、エンジントルクの変動に起因するこもり音を低減することができる。

図２は上述したエンジントルクＴ_E、ダンパ出力トルクＴ_D、モータ制振トルクＴ_Mの変化を示す特性線図である。図２においては、エンジントルクＴ_Eの変動の１周期が３６０度の位相角として示してあり、エンジントルクＴ_Eの変化量と、ダンパ出力トルクＴ_Dの変化量と、モータ制振トルクＴ_Mの変化量とが相互に分離されて示されている。

モータ制振トルクＴ_MがエンジントルクＴ_Eに対して同位相となるのは、モータ制振トルクＴ_Mのピーク値の位相角がエンジントルクＴ_Eの位相角に対して４５度以内のずれであれば、両方の位相は同位相とすることができる。捩り振動を解析してモータ制振トルクＴ_Mの振幅と位相とがエンジントルクＴ_Eに与える影響について研究したところ、最も制振効果が得られるモータ制振トルクの位相は、トルク振幅に依存することなく、エンジントルクの振幅位相に対して進角θを１５度進めた場合であった。進角θが１５度であり、モータ制振トルクの位相はエンジントルクの位相に対してほぼ同位相であった。

図３はモータ制振トルクＴ_Mをプライマリ軸１１に加えた場合と加えない場合とについて、こもり音の変化を解析した騒音データを示す特性線図であり、モータ制振トルクＴ_Mについては振幅をエンジントルクの振幅に対して変化させた場合を示している。図３においては、エンジン回転数を１０００ｒｐｍとした場合を示す。

図３に示すように、モータ制振トルクＴ_Mを加えない場合には、こもり音は、破線で示すように８３．９ｄＢとなり、基準値である８１ｄＢよりも大きくなった。これに対し、制振トルク振幅をエンジントルク振幅比で、５％，１０％，１４％，１６％および２０％としてモータ制振トルクを加えた場合について解析したところ、振幅比を５％としても効果はあるが、１０％とするのが最適であった。振幅比を１４％以上とすると、モータトルクが捩り振動を起こしてしまい、１０％よりも劣ることが判明した。したがって、振幅比としては１０％とすることが好ましい。図３に示すように、最も制振効果が得られるモータ制振トルクの位相は、トルク振幅に依存することなく、エンジントルクの振幅位相に対して進角θを１５度進めた場合であることが分かる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図１は無段変速機１０を備えたトランスミッションを示すが、変速機としては無段変速機のみならず他のタイプの自動変速機を有するハイブリッド車両に対しても本発明を適用することができる。

１１ プライマリ軸（変速機入力軸）
１２ セカンダリ軸（変速機出力軸）
１４ トルクコンバータ（ダンパ）
１５ エンジン
１５ａ エンジン出力軸
２２ 捩りダンパ
２３ 前後進切換機構
２５ プライマリプーリ
２６ セカンダリプーリ
２７ ベルト
３１ 電動モータ
３２ 駆動軸
５１ コントローラ

Claims (2)

1. 駆動源としてエンジンと電動モータとを備え、前記エンジンから出力されるエンジントルクの変動に起因するこもり音を低減するハイブリッド車両の制振制御装置であって、
   前記エンジンの出力軸と変速機入力軸との間に、前記エンジントルクの変動を吸収して前記変速機入力軸に伝達するダンパを配置し、
   前記変速機入力軸に前記電動モータを連結し、前記エンジントルクの変動と同位相から前記エンジントルクの変動の１周期を３６０度としたときにおける１５度進角した制振トルクを前記変速機入力軸に前記電動モータにより付加することを特徴とするハイブリッド車両の制振制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の制振制御装置において、前記制振トルクの振幅を前記エンジントルクの振幅の１０分の１とすることを特徴とするハイブリッド車両の制振制御装置。

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