JP2012192904A - Automobile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車に関し、詳しくは、車軸に連結された後段軸にねじれ要素を介して出力軸が接続された内燃機関と、後段軸に動力を入出力可能な電動機と、電動機と電力のやりとりが可能な二次電池と、を備える自動車に関する。 The present invention relates to an automobile, and more specifically, an internal combustion engine in which an output shaft is connected to a rear shaft coupled to an axle via a torsion element, an electric motor capable of inputting and outputting power to the rear shaft, and exchange of electric power with the motor. The present invention relates to an automobile provided with a rechargeable battery.
従来、この種の自動車としては、エンジンと、エンジンのクランクシャフトにダンパを介して複数のピニオンギヤを連結したキャリアが接続されると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤが接続された動力分配統合機構と、動力分配統合機構のサンギヤにロータが接続されたモータMG1と、駆動軸にロータが接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2と電力をやりとりするバッテリとを備えるものにおいて、シフトポジションがリバースレンジのときには、モータMG1のトルク指令の設定に用いるフィードバック項のゲインを通常よりも大きな値に設定し、設定したゲインを用いたフィードバック制御によってモータMG1の回転数が目標回転数に一致するようモータMG1を制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、このようにフィードバック項のゲインを設定することにより、モータMG1や動力分配統合機構のピニオンギヤが過回転しやすいときに、モータMG1の回転数制御の応答性を高くしてこれらの過回転を抑制している。 Conventionally, as this type of automobile, an engine and a power distribution integrated mechanism in which a carrier in which a plurality of pinion gears are connected to a crankshaft of an engine via a damper are connected and a ring gear is connected to a drive shaft connected to an axle. And a motor MG1 whose rotor is connected to the sun gear of the power distribution and integration mechanism, a motor MG2 whose rotor is connected to the drive shaft, and a battery that exchanges power with the motors MG1 and MG2, and the shift position is reversed. When in the range, the gain of the feedback term used for setting the torque command of the motor MG1 is set to a value larger than usual, and the motor MG1 is set so that the rotational speed of the motor MG1 matches the target rotational speed by feedback control using the set gain. Those that control MG1 have been proposed (for example, patents) Document reference 1). In this hybrid vehicle, by setting the gain of the feedback term in this way, when the motor MG1 and the pinion gear of the power distribution and integration mechanism are likely to over-rotate, the responsiveness of the rotational speed control of the motor MG1 is increased, and these Over-rotation is suppressed.
こうした自動車では、エンジンの爆発に関する周波数とダンパのようなねじれ要素やこのねじれ要素より車軸側の共振の周波数とが重なる場合、フィードバック制御に用いるゲインの大きさによってはモータMG1やエンジン22の回転変動が大きく助長されてしまう場合がある。こうした回転変動は、車両の振動となって運転者に違和感を与える可能性があるため、できるだけ抑制することが好ましい。
In such an automobile, when the frequency related to the engine explosion overlaps with a torsional element such as a damper or the resonance frequency on the axle side of the torsional element, the rotational fluctuation of the motor MG1 or the
本発明の自動車は、内燃機関や電動機の回転変動が大きくなるのを抑制することを主目的とする。 The main purpose of the automobile of the present invention is to suppress an increase in rotational fluctuations of the internal combustion engine and the electric motor.
本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The automobile of the present invention has taken the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の自動車は、
車軸に連結された後段軸にねじれ要素を介して出力軸が接続された内燃機関と、前記後段軸に動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能な二次電池と、を備える自動車であって、
前記内燃機関の回転数に応じた該内燃機関の爆発に関する周波数である爆発周波数と前記ねじれ要素を含む前記後段軸側の共振の周波数である後段軸側共振周波数との差が予め定められた所定範囲内のときに、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲外のときに比して小さな値をフィードバック制御に用いるゲインに設定するゲイン設定手段と、
前記設定されたゲインを用いたフィードバック制御によって前記内燃機関の回転数が目標回転数となるよう前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えることを要旨とする。
The automobile of the present invention
An internal combustion engine in which an output shaft is connected to a rear stage shaft connected to an axle via a torsion element, an electric motor capable of inputting and outputting power to the rear stage shaft, a secondary battery capable of exchanging electric power with the electric motor, A car equipped with
The difference between the explosion frequency, which is a frequency related to the explosion of the internal combustion engine according to the rotational speed of the internal combustion engine, and the rear shaft side resonance frequency, which is the resonance frequency of the rear shaft side including the torsion element, is predetermined. A gain setting means for setting a smaller value as a gain used for feedback control compared to when the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency is outside the predetermined range when within the range;
Electric motor control means for controlling the electric motor so that the rotational speed of the internal combustion engine becomes a target rotational speed by feedback control using the set gain;
It is a summary to provide.
この本発明の自動車では、内燃機関の回転数に応じた内燃機関の爆発に関する周波数である爆発周波数とねじれ要素を含む後段軸側(ねじれ要素およびねじれ要素より後段軸側)の共振の周波数である後段軸側共振周波数との差が予め定められた所定範囲内のときに、爆発周波数と後段軸側共振周波数との差が所定範囲外のときに比して小さな値をフィードバック制御に用いるゲインに設定し、設定したゲインを用いたフィードバック制御によって内燃機関の回転数が目標回転数となるよう電動機を制御する。これにより、爆発周波数と後段軸側共振周波数との差が所定範囲内のときに、内燃機関や電動機の回転変動が大きくなるのを抑制することができる。 In the automobile according to the present invention, the explosion frequency, which is a frequency related to the explosion of the internal combustion engine according to the rotational speed of the internal combustion engine, and the resonance frequency on the rear shaft side including the twist element (the rear shaft side from the twist element and the twist element). When the difference between the rear shaft side resonance frequency is within a predetermined range, a smaller value is used for the feedback control than when the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency is outside the predetermined range. The electric motor is controlled so that the rotational speed of the internal combustion engine becomes the target rotational speed by feedback control using the set gain. Thereby, when the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency is within a predetermined range, it is possible to suppress an increase in rotational fluctuation of the internal combustion engine or the electric motor.
こうした本発明の自動車において、前記ゲイン設定手段は、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲内のとき、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲外のときに比して0.5倍以下の値を前記ゲインに設定する手段である、ものとすることもできる。 In such an automobile of the present invention, the gain setting means is configured such that when the difference between the explosion frequency and the rear-stage shaft side resonance frequency is within the predetermined range, the difference between the explosion frequency and the rear-stage shaft side resonance frequency is the predetermined value. The gain may be a means for setting a value of 0.5 times or less as compared to when it is out of the range.
また、本発明の自動車において、前記爆発周波数は、前記内燃機関の2回転に対して1回の割合の周波数である、ものとすることもできる。 In the automobile according to the present invention, the explosion frequency may be a frequency that is a ratio of once per two rotations of the internal combustion engine.
また、本発明の自動車において、前記車軸に連結された駆動軸と前記後段軸と前記電動機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記二次電池と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に接続された第2の電動機と、を備え、前記後段軸側共振周波数は、シフトポジションと前記第2の電動機の駆動状態とのうち少なくとも一方に基づく周波数である、ものとすることもできる。この場合、前記後段軸側共振周波数は、シフトポジションが駐車ポジションのときに、シフトポジションが前記駐車ポジションでないときに比して大きくなる周波数である、ものとすることもできる。また、前記後段軸側共振周波数は、前記第2の電動機からトルクが出力されるときに、前記第2の電動機からトルクが出力されないときに比して大きくなる周波数である、ものとすることもできる。 Further, in the automobile of the present invention, a planetary gear mechanism in which three rotating elements are connected to three axes of a driving shaft connected to the axle, the rear shaft, and a rotating shaft of the electric motor, the secondary battery, and the electric power A second electric motor connected to the drive shaft, and the rear shaft side resonance frequency is a frequency based on at least one of a shift position and a driving state of the second electric motor. Can also be. In this case, the rear shaft side resonance frequency may be a frequency that is higher when the shift position is the parking position than when the shift position is not the parking position. Further, the rear shaft side resonance frequency may be a frequency that is larger when torque is output from the second motor than when torque is not output from the second motor. it can.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されたエンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された後段軸としてのキャリア軸34aに複数のピニオンギヤ33を連結したキャリア34が接続されると共に駆動輪63a,63bにデファレンシャルギヤ62とギヤ機構60とを介して連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aにリングギヤ32が接続されて遊星歯車機構として構成された3軸式の動力分配統合機構30と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて動力分配統合機構30のサンギヤ31にロータが接続されたモータMG1と、例えば周知の同期発電電動機として構成されて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに減速ギヤ35を介してロータが接続されたモータMG2と、モータMG1,MG2を駆動するためのインバータ41,42と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力のやりとりを行なうバッテリ50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70と、を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of the configuration of a
ギヤ機構60には、ファイナルギヤ60aに取り付けられたパーキングギヤ92と、パーキングギヤ92と噛み合ってその回転駆動を停止した状態でロックするパーキングロックポール94と、からなるパーキングロック機構90が取り付けられている。パーキングロックポール94は、他のポジションから駐車ポジション(Pポジション)への操作信号または駐車ポジションから他のポジションへの操作信号を入力したハイブリッド用電子制御ユニット70によって図示しないアクチュエータが駆動制御されることによって作動し、パーキングギヤ92との噛合およびその解除によってパーキングロックおよびその解除を行なう。ファイナルギヤ60aは機械的に駆動輪63a,63bに接続されているから、パーキングロック機構90は間接的に駆動輪63a,63bをロックしていることになる。
The
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により吸入空気量調節制御や燃料噴射制御,点火制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24には、エンジン22の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト26のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号、例えば、スロットルバルブや燃料噴射弁,点火プラグ,可変バルブタイミング機構への駆動制御信号などが出力されている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、エンジンECU24は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
The
モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2のロータの回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
The motors MG1 and MG2 are both driven and controlled by a motor electronic control unit (hereinafter referred to as a motor ECU) 40. The
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧やバッテリ50の正極側の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいてバッテリ50に蓄えられている蓄電量の全容量(蓄電容量)に対する割合である蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算したりしている。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
The
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、パーキングロック機構90の図示しないアクチュエータへの駆動制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。なお、実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションセンサ82により検出するシフトレバー81のポジションとしては、駐車ポジション(Pポジション)や中立ポジション(Nポジション),ドライブポジション(Dポジション),リバースポジション(Rポジション)などがある。
The hybrid
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード,エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。なお、トルク変換運転モードおよび充放電運転モードは、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するモードであるから、両者を合わせてエンジン運転モードとして考えることができる。
In the
エンジン運転モードで走行するときには、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を設定し、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nr(例えば、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除して得られる回転数や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数)を乗じて走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算すると共に計算した走行用パワーPdrv*からバッテリ50の蓄電割合SOCに基づいて得られるバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じてエンジン22から出力すべきパワーとしての要求パワーPe*を設定し、要求パワーPe*を効率よくエンジン22から出力することができるエンジン22の回転数NeとトルクTeとの関係としての動作ライン(例えば燃費最適動作ライン)を用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータMG1から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm1*を設定すると共にモータMG1をトルク指令Tm1*で駆動したときにプラネタリギヤ30を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクを要求トルクTr*から減じてモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とについてはエンジンECU24に送信し、トルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40に送信する。そして、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このエンジン運転モードでは、エンジン22の要求パワーPe*がエンジン22を効率よく運転するためにエンジン22を運転停止した方がよいとして定められた閾値Pstop以下に至ったときに、エンジン22の運転を停止してモータ運転モードに移行する。
When traveling in the engine operation mode, the hybrid
モータ運転モードで走行するときには、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を設定し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共にバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で要求トルクTr*が駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2のトルク指令Tm2*を設定してこれらをモータECU40に送信する。そして、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このモータ運転モードでは、要求トルクTr*に駆動軸としてのリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じて得られる走行用パワーPdrv*からバッテリ50の充放電要求パワーPb*を減じて得られるエンジン22の要求パワーPe*がエンジン22を効率よく運転するためにエンジン22を始動した方がよいとして定められた閾値Pstart以上に至ったときに、エンジン22を始動してエンジン運転モードに移行する。
When traveling in the motor operation mode, the hybrid
また、実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションSPが駐車ポジション(Pポジション)のときには、エンジン22が運転停止中でバッテリ50の蓄電割合SOCが充電開始用の蓄電割合SOCとしての閾値Slo(例えば、35%や40%など)以下のときにエンジン22を始動し、バッテリ50の蓄電割合SOCが充電終了の蓄電割合SOCとしての閾値Shi(例えば、60%や65%など)以上に至るまでエンジン22からの動力を用いてモータMG1によって発電を行なってバッテリ50を充電する。バッテリ50を充電する際に、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、バッテリ50の充電用のエンジン22の回転数NchおよびトルクTchをエンジン22の目標回転数Ne*および目標トルクTe*として設定してエンジンECU24に送信し、エンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータECU40に送信する。そして、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによってエンジン22が運転されるようエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。なお、このとき、モータMG2については、モータMG1から出力されて動力分配統合機構30を介して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに作用するトルクを打ち消すためのトルクとしてのキャンセルトルクや、ギヤ機構60のガタ詰めを行なうためのトルクとしてのガタ詰めトルクをトルク指令Tm2*に設定して制御するものとしてもよいし、パーキングロック機構90によってファイナルギヤ60aがロックされていることを考慮してトルクを出力しない(トルク指令Tm2*に値0を設定する)ものとしてもよい。
Further, in the
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、回転数フィードバック制御によってモータMG1のトルク指令Tm1*を設定して制御する際の動作について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるトルク指令設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the
トルク指令設定ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、シフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPや,エンジン22の回転数Ne,エンジン22の目標トルクTe*,モータMG2のトルク指令Tm2*などのデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、エンジン22の回転数Neは、図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて演算されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。また、エンジン22の目標トルクTe*やモータMG2のトルク指令Tm2*は、上述の処理によって設定されたものを入力するものとした。
When the torque command setting routine is executed, the
こうしてデータを入力すると、入力したエンジン22の回転数Ne[rpm]を60[s]と値2(エンジン22の2回転に対して1回の爆発)との積で除することによりエンジン22の各気筒についての爆発に関する周波数である爆発周波数Fex[Hz]を計算すると共に(ステップS110)、シフトポジションSPとモータMG2のトルク指令Tm2*とに基づいてダンパ28を含む後段軸側(ダンパ28およびダンパ28よりキャリア軸34a側)の共振の周波数である後段軸側共振周波数Fd[Hz]を設定する(ステップS120)。ここで、爆発周波数Fexは、例えば、エンジン22が1000rpmで運転されているときには8.33Hzとなり、エンジン22が1300rpmで運転されているときには10.83Hzとなる。また、後段軸側共振周波数Fdの設定は、実施例では、シフトポジションSPが駐車ポジション(Pポジション)か否かとモータMG2のトルク指令Tm2*が値0か否か(モータMG2からトルクが出力されるか否か)と後段軸側共振周波数Fdとの関係として予め実験や解析などによって定めて後段軸側共振周波数設定用マップをROM74に記憶しておき、シフトポジションSPとモータMG2のトルク指令Tm2*とが与えられると記憶したマップから対応する後段軸側共振周波数Fdを導出して設定するものとした。この後段軸側共振周波数Fdは、車両の仕様によって異なるが、実施例では、後段軸側共振周波数Fdが後段軸側の質量やバネ剛性などに応じて変化することを踏まえて、例えば、後段軸側共振周波数Fdに影響を与える対象として駐車ポジションのときにはダンパ28〜ファイナルギヤ60aを考慮しドライブポジションのときにはダンパ28〜駆動輪63a,63bを考慮するものとして、シフトポジションSPが駐車ポジションのときに駐車ポジションでないときに比して数百mHz〜数Hz程度大きな値を設定し、モータMG2のトルク指令Tm2*が値0でないときに値0のときに比して数百mHz〜数Hz程度大きな値を設定するものとした。
When the data is input in this way, the engine speed Ne [rpm] of the
続いて、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値を予め定められた閾値Frefと比較する(ステップ130)。ここで、閾値Frefは、エンジン22やモータMG1の回転変動が周期的に助長される可能性があるか否かを判定するために用いられる閾値であり、例えば、0.3Hzや0.5Hz,0.7Hzなどを用いることができる。エンジン22の各気筒の爆発燃焼によってエンジン22に周期的な回転変動が生じることを考慮すると、モータMG1のトルク指令Tm1*には、エンジン22の周期的な回転変動を打ち消すためのトルクが設定されることになるが、ハイブリッド用電子制御ユニット70やモータECU40の演算遅れやハイブリッド用電子制御ユニット70とモータECU40との間の通信遅れなどによってモータMG1からトルクが実際に出力されるタイミングがモータMG1のトルク指令Tm1*を設定するタイミングより遅れることなどにより、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとのズレが小さいときには、エンジン22の回転変動がエンジン22の一つの気筒の爆発周期(エンジン22の2回転に対して1回の爆発周期)で助長されてしまう可能性がある。ステップS130の処理は、こうした可能性の有無を判定する処理である。
Subsequently, the absolute value of the difference between the explosion frequency Fex and the rear shaft side resonance frequency Fd is compared with a predetermined threshold value Fref (step 130). Here, the threshold value Fref is a threshold value used for determining whether or not the rotational fluctuation of the
爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときには、所定値Kp1を比例項のゲインKpに設定すると共に所定値Ki1を積分項のゲインKiに設定し(ステップS140)、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときには、所定値Kp1より小さな所定値Kp2を比例項のゲインKpに設定すると共に所定値Ki1より小さな所定値Ki2を積分項のゲインKiに設定する(ステップS150)。そして、設定したゲインKp,Kiとエンジン22の回転数Neと目標回転数Ne*とを用いて次式(1)によりモータMG1のトルク指令Tm1*を設定して(ステップS160)、本ルーチンを終了する。ここで、エンジン22からパワーを出力しているときの動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図3に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。なお、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。式(1)の右辺第1項は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、所定値Kp2,Ki2は、それぞれ、所定値Kp1,Ki1に対して0.5倍以下の値、例えば、所定値Kp1,Ki1の0.4倍や0.5倍などの値を用いるものとした。さらに、こうしてトルク指令Tm1*を設定すると、ハイブリッド用電子制御ユニット70はそのトルク指令Tm1*をモータECU40に送信し、トルク指令Tm1*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されるようインバータ41のスイッチング素子をスイッチング制御する。爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときには、比較的大きな所定値Kp1,Ki1を設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御すると、エンジン22の回転変動が大きく助長されてしまうおそれがある。一方、実施例では、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときに、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときに比して小さな所定値Kp2,Ki2を設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御することにより、エンジン22やモータMG1の回転変動が大きくなるのを抑制することができる。この結果、車両の振動を抑制することができる。しかも、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときに、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときに比して0.5倍以下のゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御することにより、車両の振動をより確実に抑制することができる。もとより、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときには、比較的大きな所定値Kp1,Ki1を設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御することにより、エンジン22の回転数Neの目標回転数Ne*に対する追従性を良好なものとすることができる。
When the absolute value of the difference between the explosion frequency Fex and the rear shaft side resonance frequency Fd is larger than the threshold value Fref, the predetermined value Kp1 is set to the proportional term gain Kp and the predetermined value Ki1 is set to the integral term gain Ki (step) S140) When the absolute value of the difference between the explosion frequency Fex and the rear shaft side resonance frequency Fd is equal to or smaller than the threshold value Fref, a predetermined value Kp2 smaller than the predetermined value Kp1 is set as the gain Kp of the proportional term and a predetermined value smaller than the predetermined value Ki1. The value Ki2 is set as the integral term gain Ki (step S150). The torque command Tm1 * of the motor MG1 is set by the following equation (1) using the set gains Kp and Ki, the engine speed Ne and the target engine speed Ne * (step S160), and this routine is executed. finish. Here, FIG. 3 shows an example of a collinear diagram showing the dynamic relationship between the rotational speed and torque in the rotating elements of the power distribution and
Tm1*=-ρ・Te*/(1+ρ)+Kp・(Nm1*-Nm1)+Ki・∫(Nm1*-Nm1)dt (1) Tm1 * =-ρ ・ Te * / (1 + ρ) + Kp ・ (Nm1 * -Nm1) + Ki ・ ∫ (Nm1 * -Nm1) dt (1)
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、エンジン22の回転数Neに応じた爆発周波数Fexとダンパ28を含む後段軸側(ダンパ28およびダンパ28より後段軸側)の共振の周波数である後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときに、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときに比して小さな所定値Kp2,Ki2を設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御することにより、エンジン22やモータMG1の回転変動が大きくなるのを抑制することができ、車両の振動を抑制することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、所定値Kp2,Ki2は、それぞれ、所定値Kp1,Ki1に対して0.5倍以下の値、例えば、所定値Kp1,Ki1の0.4倍や0.5倍などの値を用いるものとしたが、所定値Kp1,Ki1の0.5倍より大きく1倍未満の値、例えば、所定値Kp1,Ki1に対して0.6倍や0.7倍などの値を用いるものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、シフトポジションSPとモータMG2のトルク指令Tm2*とに基づいて後段軸側共振周波数Fdを設定するものとしたが、シフトポジションSPだけに基づいて後段軸側共振周波数Fdを設定するものとしてもよいし、モータMG2のトルク指令Tm2*だけに基づいて後段軸側共振周波数Fdを設定するものとしてもよい。また、車両の仕様に応じて定められた固定値を後段軸側共振周波数Fdに設定するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図4の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図4における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22からの動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すると共にモータMG2からの動力を減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図5の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、駆動輪63a,63bに接続された駆動軸に変速機230を介してモータMGを取り付け、モータMGの回転軸にクラッチ229を介してエンジン22を接続する構成とし、エンジン22からの動力をモータMGの回転軸と変速機230とを介して駆動軸に出力すると共にモータMGからの動力を変速機230を介して駆動軸に出力するものとしてもよい。
In the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG1が「電動機」に相当し、バッテリ50が「二次電池」に相当し、エンジン22の回転数Neに応じた爆発周波数Fexとダンパ28を含む後段軸側の共振の周波数である後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときに、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときに比して小さな所定値Kp2,Ki2をゲインKp,Kiに設定する図2のトルク指令設定ルーチンのステップS150の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「ゲイン設定手段」に相当し、設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定する図2のトルク指令設定ルーチンのステップS160の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と、トルク指令Tm1*を受信してそのトルク指令Tm1*に基づいてモータMG1を制御するモータECU40と、が「電動機制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構30が「遊星歯車機構」に相当し、モータMG2が「第2の電動機」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されたエンジン22に限定されるものではなく、車軸に連結された後段軸にねじれ要素を介して出力軸が接続されたものであれば如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、後段軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「二次電池」としては、リチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ50に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池,鉛蓄電池など、電動機と電力のやりとりが可能なものであれば如何なるタイプの二次電池であっても構わない。「ゲイン設定手段」としては、エンジン22の回転数Neに応じた爆発周波数Fexとダンパ28を含む後段軸側の共振の周波数である後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Fref以下のときに、爆発周波数Fexと後段軸側共振周波数Fdとの差の絶対値が閾値Frefより大きいときに比して小さな所定値Kp2,Ki2をゲインKp,Kiに設定するものに限定されるものではなく、内燃機関の回転数に応じた内燃機関の爆発に関する周波数である爆発周波数とねじれ要素を含む後段軸側の共振の周波数である後段軸側共振周波数との差が予め定められた所定範囲内のときに、爆発周波数と後段軸側共振周波数との差が所定範囲外のときに比して小さな値をフィードバック制御に用いるゲインに設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく、単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「電動機制御手段」は、設定したゲインKp,Kiを用いたフィードバック制御によってエンジン22の回転数Neが目標回転数Ne*となるようモータMG1のトルク指令Tm1*を設定してモータMG1を制御するものに限定されるものではなく、設定されたゲインを用いたフィードバック制御によって内燃機関の回転数が目標回転数となるよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。また、「遊星歯車機構」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものなど、車軸に接続された駆動軸と後段軸と電動機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続されたものであれば如何なるものとしても構わない。「第2の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。
Here, the “internal combustion engine” is not limited to the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業に利用可能である。 The present invention is applicable to the hybrid vehicle manufacturing industry.
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 駆動輪、64a,64b 車輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 パーキングロック機構、92 パーキングギヤ、94 パーキングロックポール、229 クラッチ、230 変速機、MG,MG1,MG2 モータ。
20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 26 crankshaft, 28 damper, 30 power distribution integration mechanism, 31 sun gear, 32 ring gear, 32a ring gear shaft, 33 pinion gear, 34
Claims (6)
前記内燃機関の回転数に応じた該内燃機関の爆発に関する周波数である爆発周波数と前記ねじれ要素を含む前記後段軸側の共振の周波数である後段軸側共振周波数との差が予め定められた所定範囲内のときに、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲外のときに比して小さな値をフィードバック制御に用いるゲインに設定するゲイン設定手段と、
前記設定されたゲインを用いたフィードバック制御によって前記内燃機関の回転数が目標回転数となるよう前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備える自動車。 An internal combustion engine in which an output shaft is connected to a rear stage shaft connected to an axle via a torsion element, an electric motor capable of inputting and outputting power to the rear stage shaft, a secondary battery capable of exchanging electric power with the electric motor, A car equipped with
The difference between the explosion frequency, which is a frequency related to the explosion of the internal combustion engine according to the rotational speed of the internal combustion engine, and the rear shaft side resonance frequency, which is the resonance frequency of the rear shaft side including the torsion element, is predetermined. A gain setting means for setting a smaller value as a gain used for feedback control compared to when the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency is outside the predetermined range when within the range;
Electric motor control means for controlling the electric motor so that the rotational speed of the internal combustion engine becomes a target rotational speed by feedback control using the set gain;
Automobile equipped with.
前記ゲイン設定手段は、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲内のとき、前記爆発周波数と前記後段軸側共振周波数との差が前記所定範囲外のときに比して0.5倍以下の値を前記ゲインに設定する手段である、
自動車。 The automobile according to claim 1,
The gain setting means compares the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency within the predetermined range, and when the difference between the explosion frequency and the rear shaft side resonance frequency is outside the predetermined range. Is a means for setting a value of 0.5 times or less to the gain.
Automobile.
前記爆発周波数は、前記内燃機関の2回転に対して1回の割合の周波数である、
自動車。 The automobile according to claim 1 or 2,
The explosion frequency is a frequency of a ratio of once per two rotations of the internal combustion engine.
Automobile.
前記車軸に連結された駆動軸と前記後段軸と前記電動機の回転軸との3軸に3つの回転要素が接続された遊星歯車機構と、
前記二次電池と電力のやりとりが可能で前記駆動軸に接続された第2の電動機と、
を備え、
前記後段軸側共振周波数は、シフトポジションと前記第2の電動機の駆動状態とのうち少なくとも一方に基づく周波数である、
自動車。 The automobile according to any one of claims 1 to 3,
A planetary gear mechanism in which three rotating elements are connected to three axes of a driving shaft coupled to the axle, the rear-stage shaft, and a rotating shaft of the electric motor;
A second electric motor capable of exchanging electric power with the secondary battery and connected to the drive shaft;
With
The rear shaft side resonance frequency is a frequency based on at least one of a shift position and a driving state of the second electric motor.
Automobile.
前記後段軸側共振周波数は、シフトポジションが駐車ポジションのときに、シフトポジションが前記駐車ポジションでないときに比して大きくなる周波数である、
自動車。 The automobile according to claim 4,
The rear shaft side resonance frequency is a frequency that is larger when the shift position is the parking position than when the shift position is not the parking position.
Automobile.
前記後段軸側共振周波数は、前記第2の電動機からトルクが出力されるときに、前記第2の電動機からトルクが出力されないときに比して大きくなる周波数である、
自動車。 The automobile according to claim 4 or 5,
The rear shaft side resonance frequency is a frequency that is larger when torque is output from the second motor than when torque is not output from the second motor.
Automobile.
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