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JP7551238B2 - vehicle - Google Patents

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JP7551238B2
JP7551238B2 JP2020203501A JP2020203501A JP7551238B2 JP 7551238 B2 JP7551238 B2 JP 7551238B2 JP 2020203501 A JP2020203501 A JP 2020203501A JP 2020203501 A JP2020203501 A JP 2020203501A JP 7551238 B2 JP7551238 B2 JP 7551238B2
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Daihatsu Motor Co Ltd
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Description

本発明は、ハイブリッド車両(HV:Hybrid Vehicle)などの車両に関する。 The present invention relates to vehicles such as hybrid vehicles (HVs).

エンジン(レシプロエンジン)では、吸気、圧縮、膨張および排気の行程が繰り返されるため、爆発トルク(瞬時トルク)に変動が生じ、そのトルク変動により回転数が変動する。エンジンの回転数の変動が大きくなるにつれて、エンジンが搭載された車両のNV(ノイズバイブレーション)特性が悪化する。 In an engine (reciprocating engine), the intake, compression, expansion, and exhaust processes are repeated, causing fluctuations in the explosive torque (instantaneous torque), which in turn causes fluctuations in the rotation speed. As the fluctuations in the engine rotation speed become greater, the NV (noise and vibration) characteristics of the vehicle in which the engine is installed deteriorate.

この問題に対し、たとえば、エンジンのクランクシャフトの回転角(位相角)であるクランク角0~720°CAの範囲での爆発トルクの波形をその平均値で折り返した波形となるモータトルクのマップをメモリに保持しておき、クランク角に応じたモータトルクを出力することにより、モータトルクでエンジンの爆発トルクの変動を相殺する方策が考えられる。 One possible solution to this problem is to store in memory a map of motor torque that represents a waveform that is the average waveform of the explosive torque in the range of crank angles 0 to 720° CA, which is the rotation angle (phase angle) of the engine crankshaft, and output a motor torque according to the crank angle, thereby offsetting the fluctuations in the engine explosive torque with the motor torque.

特開2001-342886号公報JP 2001-342886 A

エンジンの制御にクランク角の検出が必要となるので、エンジンを制御するE/G-ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)には、クランクシャフトが一定角度回転する度にパルス信号を出力する角度センサと、特定の気筒が一定のクランク角であるときにパルス信号を出力する気筒判別センサとが接続されている。 Since crank angle detection is necessary for engine control, the E/G-ECU (Electronic Control Unit) that controls the engine is connected to an angle sensor that outputs a pulse signal each time the crankshaft rotates a certain angle, and a cylinder discrimination sensor that outputs a pulse signal when a specific cylinder is at a certain crank angle.

E/G-ECUと発電モータを制御するPCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)とは、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる通信が可能に接続されているので、PCUは、E/G-ECUで検出されたクランク角をE/G-ECUから通信で受け取ることが可能である。しかし、通信速度に制限があるため、PCUが受け取るクランク角には、実際のクランク角に対して遅れが生じる。角度センサおよび気筒判別センサのパルス信号がPCUに直に入力されるように、角度センサおよび気筒判別センサをPCUに接続すれば、通信による遅れの問題は回避できるが、新規の配線によるコストの上昇やその配線の断線のリスクが新たに生じる。 The E/G-ECU and the PCU (Power Control Unit) that controls the generator motor are connected so that they can communicate using the CAN (Controller Area Network) communication protocol, so the PCU can receive the crank angle detected by the E/G-ECU via communication. However, because there is a limit to the communication speed, there is a delay in the crank angle received by the PCU compared to the actual crank angle. If the angle sensor and cylinder discrimination sensor are connected to the PCU so that their pulse signals are input directly to the PCU, the problem of communication delays can be avoided, but this would increase costs due to new wiring and create a new risk of the wiring breaking.

本発明の目的は、発電機を制御する制御装置でエンジンのクランク角を精度よく推定できる、車両を提供することである。 The object of the present invention is to provide a vehicle that can accurately estimate the engine crank angle using a control device that controls the generator.

また、本発明の他の目的は、エンジンの回転数の変動を抑制できる、車両を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a vehicle that can suppress fluctuations in engine speed.

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係る車両は、エンジンと、発電機と、エンジンのクランクシャフトと発電機の回転軸との間に介装され、歯の噛み合いにより動力を伝達する噛合機構と、回転軸の回転角に応じた電気信号を出力するレゾルバと、発電機の制御のためにレゾルバからの電気信号が入力される制御装置とを備え、制御装置は、レゾルバの電気信号から回転角を算出するとともに、レゾルバの電気信号から回転軸の回転数の変動を求めて、当該変動からエンジンの気筒判別を行い、算出した回転角および気筒判別の結果からエンジンのクランク角を推定する。 To achieve the above object, a vehicle according to one aspect of the present invention includes an engine, a generator, a meshing mechanism interposed between the engine crankshaft and the generator rotating shaft and transmitting power by meshing of teeth, a resolver that outputs an electrical signal according to the rotation angle of the rotating shaft, and a control device to which the electrical signal from the resolver is input to control the generator, and the control device calculates the rotation angle from the resolver electrical signal, determines fluctuations in the rotation speed of the rotating shaft from the resolver electrical signal, identifies the engine cylinders from the fluctuations, and estimates the engine crank angle from the calculated rotation angle and the result of cylinder identification.

この構成によれば、制御装置には、発電機を制御するため、レゾルバから発電機の回転軸の回転角(以下、「発電機回転角」という。)に応じた電気信号が入力される。制御装置では、レゾルバの電気信号から発電機回転角が算出される。また、制御装置では、レゾルバの電気信号から発電機の回転軸の回転数(以下、「発電機回転数」という。)の変動が求められて、その発電機回転数の変動からエンジンの気筒判別が行われる。そして、発電機回転角および気筒判別の結果から、エンジンのクランク角が推定される。 According to this configuration, in order to control the generator, an electrical signal corresponding to the rotation angle of the generator's rotating shaft (hereinafter referred to as the "generator rotation angle") is input from the resolver to the control device. The control device calculates the generator rotation angle from the resolver's electrical signal. The control device also determines the fluctuation in the rotation speed of the generator's rotating shaft (hereinafter referred to as the "generator rotation speed") from the resolver's electrical signal, and identifies the engine cylinders from the fluctuation in the generator rotation speed. The engine crank angle is then estimated from the generator rotation angle and the result of cylinder identification.

エンジンの爆発トルク(瞬時トルク)の変動によりエンジン回転数が変動し、そのエンジン回転数の変動に伴って、発電機回転数が変動する。たとえば、エンジンが3気筒4ストロークエンジンである場合を例にとると、1番気筒の排気上死点(TDC:Top Dead Center)がクランク角の基準(0°CA)とされ、1番気筒、2番気筒および3番気筒がこの順序で点火されるとした場合、1サイクルでクランク角が0°~720°CAの範囲で変化し、各気筒間の行程位相差が240°CAであるから、0°~359°CAの範囲内で1番気筒と3番気筒とが点火され、360°CA~720°CAの範囲内で2番気筒が点火される(点火時期は進角)。そのため、0°~359°CAの範囲内では、発電機回転数のボトムが2回生じ、360°CA~720°CAの範囲内では、発電機回転数のボトムが1回生じる。したがって、発電機回転数の変動から気筒判別(各気筒のエンジンの動作行程の判別)を行うことができる。 Fluctuations in engine explosive torque (instantaneous torque) cause fluctuations in engine speed, which in turn causes fluctuations in generator speed. For example, if the engine is a three-cylinder, four-stroke engine, the exhaust top dead center (TDC) of cylinder 1 is set as the crank angle reference (0° CA), and cylinders 1, 2, and 3 are ignited in that order. In one cycle, the crank angle changes between 0° and 720° CA, and the stroke phase difference between the cylinders is 240° CA. Therefore, cylinders 1 and 3 are ignited within the range of 0° to 359° CA, and cylinder 2 is ignited within the range of 360° CA to 720° CA (ignition timing is advanced). Therefore, the generator speed bottoms out twice in the range of 0° to 359° CA, and once in the range of 360° CA to 720° CA. Therefore, it is possible to distinguish between cylinders (distinguishing the engine operating stroke for each cylinder) from the fluctuations in the generator speed.

そして、エンジンおよび発電機は、発電機回転角の基準とクランク角の基準とを合わせて組み付けられるので、発電機回転角と気筒判別の結果とから、エンジンのクランク角を精度よく推定することができる。 The engine and generator are assembled based on a reference for the generator rotation angle and a reference for the crank angle, so the engine crank angle can be estimated with high accuracy based on the generator rotation angle and the results of cylinder discrimination.

しかも、レゾルバの電気信号は、クランク角の推定以外の他の用途で制御装置に入力されている。したがって、クランク角の推定のために、レゾルバの電気信号を制御装置に入力する配線を新規に設ける必要がない。よって、新規の配線によるコストの上昇やその配線の断線のリスクの発生を回避することができる。 Moreover, the resolver's electrical signal is input to the control device for purposes other than estimating the crank angle. Therefore, there is no need to install new wiring to input the resolver's electrical signal to the control device in order to estimate the crank angle. This makes it possible to avoid the increased costs of installing new wiring and the risk of the wiring breaking.

噛合機構は、エンジンのクランクシャフトおよび発電機の回転軸の一方に設けられたオススプラインの歯とそれらの他方に設けられたメススプラインの歯とが噛み合うことにより動力を伝達する機構であってもよいし、エンジンのクランクシャフトに相対回転不能に支持されたギヤの歯と発電機の回転軸に相対回転不能に支持されたギヤの歯とが噛み合うことにより動力を伝達する機構であってもよい。 The meshing mechanism may be a mechanism that transmits power by meshing the teeth of a male spline provided on one of the engine crankshaft and the generator rotating shaft with the teeth of a female spline provided on the other of them, or a mechanism that transmits power by meshing the teeth of a gear supported on the engine crankshaft so as not to rotate relative to the generator rotating shaft with the teeth of a gear supported on the generator rotating shaft so as not to rotate relative to the engine crankshaft.

制御装置は、推定したクランク角を用いて、エンジンの瞬時トルクと逆位相の発電機トルクがエンジンに加わるように発電機を制御することが好ましい。 It is preferable that the control device uses the estimated crank angle to control the generator so that a generator torque in the opposite phase to the instantaneous torque of the engine is applied to the engine.

この制御により、エンジンの爆発トルクの変動を逆位相の発電機トルクで相殺することができる。その結果、エンジンの回転数の変動を抑制することができ、車両のNV(ノイズバイブレーション)特性を向上することができる。 This control allows fluctuations in the engine's explosive torque to be offset by the generator torque of the opposite phase. As a result, fluctuations in the engine's speed can be suppressed, improving the vehicle's NV (noise and vibration) characteristics.

本発明の他の局面に係る車両は、エンジンと、エンジンの動力で発電する発電機と、走行用の動力を発生する駆動モータと、発電機を制御する制御装置とを備える車両であって、制御装置は、車両の走行状態にかかわらず、エンジンの爆発トルクと逆位相の発電機トルクがエンジンに加わるように発電機を制御する。 A vehicle according to another aspect of the present invention is a vehicle equipped with an engine, a generator that generates electricity using engine power, a drive motor that generates power for traveling, and a control device that controls the generator, and the control device controls the generator so that a generator torque in the opposite phase to the engine explosion torque is applied to the engine regardless of the traveling state of the vehicle.

この構成によれば、エンジンの運転中は、車両の走行状態にかかわらず、エンジンの爆発トルクの変動を逆位相の発電機トルクで相殺することができる。その結果、エンジンの回転数の変動を抑制することができ、車両のNV特性を向上することができる。 With this configuration, while the engine is running, fluctuations in the engine's explosive torque can be offset by the generator torque of the opposite phase, regardless of the vehicle's running state. As a result, fluctuations in the engine's rotation speed can be suppressed, improving the vehicle's noise and vibration characteristics.

本発明によれば、発電機を制御する制御装置でエンジンのクランク角を精度よく推定することができる。また、その推定されたクランク角に応じた爆発トルクと同じ大きさで逆向きの発電機トルクが発電機からエンジンに加えられることにより、エンジンの回転数の変動を抑制することができ、車両のNV特性を向上することができる。 According to the present invention, the engine crank angle can be accurately estimated by a control device that controls a generator. In addition, by applying a generator torque to the engine from the generator that is the same magnitude as the explosion torque corresponding to the estimated crank angle but in the opposite direction, it is possible to suppress fluctuations in the engine speed and improve the NV characteristics of the vehicle.

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention; エンジンのクランク角と爆発トルク(E/Gトルク)との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the crank angle of the engine and the explosion torque (E/G torque). エンジンのクランク角と発電モータが出力するMG1トルクとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the crank angle of the engine and the MG1 torque output by the generator motor.

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.

<ハイブリッド車両>
図1は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両1の構成を示すブロック図である。
<Hybrid vehicle>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a hybrid vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.

ハイブリッド車両1は、シリーズ方式のハイブリッドシステム2を搭載している。ハイブリッドシステム2には、エンジン(E/G)11、発電モータ(MG1)12、駆動モータ(MG2)13、バッテリ14およびPCU(Power Control Unit:パワーコントロールユニット)15が含まれる。 The hybrid vehicle 1 is equipped with a series hybrid system 2. The hybrid system 2 includes an engine (E/G) 11, a generator motor (MG1) 12, a drive motor (MG2) 13, a battery 14, and a PCU (Power Control Unit) 15.

エンジン11は、たとえば、3気筒4ストロークのガソリンエンジンである。エンジン11には、燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ(燃料噴射装置)および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。 Engine 11 is, for example, a three-cylinder, four-stroke gasoline engine. Engine 11 is equipped with an electronic throttle valve for adjusting the amount of air intake into the combustion chamber, an injector (fuel injection device) for injecting fuel into the intake air, and a spark plug for generating an electrical discharge in the combustion chamber.

発電モータ12は、たとえば、永久磁石同期モータである。 The generator motor 12 is, for example, a permanent magnet synchronous motor.

エンジン11のクランクシャフト21と発電モータ12のモータ軸22とは、歯の噛み合いにより動力を伝達する噛合機構23を介して連結されている。噛合機構23は、たとえば、クランクシャフト21およびモータ軸22の一方に設けられたオススプラインと、それらの他方に設けられたメススプラインとを含み、オススプラインの歯とメススプラインの歯とが噛み合うことにより、クランクシャフト21とモータ軸22との間で相互に動力を伝達可能にする機構である。 The crankshaft 21 of the engine 11 and the motor shaft 22 of the generator motor 12 are connected via a meshing mechanism 23 that transmits power by meshing teeth. The meshing mechanism 23 includes, for example, a male spline provided on one of the crankshaft 21 and the motor shaft 22, and a female spline provided on the other, and is a mechanism that enables power to be transmitted between the crankshaft 21 and the motor shaft 22 by meshing the teeth of the male spline with the teeth of the female spline.

駆動モータ13は、たとえば、発電モータ12よりも大型の永久磁石同期モータである。駆動モータ13のモータ軸は、ハイブリッド車両1の駆動系16に連結されている。駆動系16には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ13の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の前輪または後輪からなる駆動輪17に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪17が回転し、ハイブリッド車両1が前進または後進する。 The drive motor 13 is, for example, a permanent magnet synchronous motor that is larger than the generator motor 12. The motor shaft of the drive motor 13 is connected to a drive system 16 of the hybrid vehicle 1. The drive system 16 includes a differential gear, and the power of the drive motor 13 is transmitted to the differential gear, and is then distributed and transmitted from the differential gear to drive wheels 17 consisting of the left and right front wheels or rear wheels. This causes the left and right drive wheels 17 to rotate, and the hybrid vehicle 1 moves forward or backward.

バッテリ14は、複数の二次電池(たとえば、リチウムイオン電池)を組み合わせた組電池である。バッテリ14は、たとえば、約200~350V(ボルト)の直流電力を出力する。 Battery 14 is a battery pack made up of multiple secondary batteries (e.g., lithium ion batteries). Battery 14 outputs DC power of, for example, about 200 to 350 V (volts).

PCU15は、発電モータ12および駆動モータ13の駆動を制御するためのユニットである。PCU15には、図示されていないが、発電モータ12の駆動回路であるMG1インバータと、駆動モータ13の駆動回路であるMG2インバータと、MG1インバータおよびMG2インバータの直流側に接続されるとともに、バッテリ14に接続されて、MG1インバータおよびMG2インバータとバッテリ14との間で直流電圧を昇降圧するコンバータとが含まれる。 The PCU 15 is a unit for controlling the driving of the generator motor 12 and the drive motor 13. Although not shown, the PCU 15 includes an MG1 inverter, which is the drive circuit of the generator motor 12, an MG2 inverter, which is the drive circuit of the drive motor 13, and a converter that is connected to the DC side of the MG1 inverter and the MG2 inverter and is also connected to the battery 14 to step up and step down the DC voltage between the MG1 inverter and the MG2 inverter and the battery 14.

また、ハイブリッド車両1には、ハイブリッドシステム2のためのECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)として、HV-ECU31およびE/G-ECU32が搭載されている。 The hybrid vehicle 1 is also equipped with an HV-ECU 31 and an E/G-ECU 32 as ECUs (Electronic Control Units) for the hybrid system 2.

PCU15、HV-ECU31およびE/G-ECU32には、マイコン(マイクロコントローラユニット)が内蔵されている。マイコンは、たとえば、CPU、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびDRAM(Dynamic Random Access Memory)などの揮発性メモリを備えている。 The PCU 15, HV-ECU 31, and E/G-ECU 32 each have a built-in microcontroller (microcontroller unit). The microcontroller includes, for example, a CPU, a non-volatile memory such as a flash memory, and a volatile memory such as a dynamic random access memory (DRAM).

また、PCU15、HV-ECU31およびE/G-ECU32は、CAN(Controller Area Network)通信プロトコルによる双方向通信(以下、「CAN通信」という。)が可能に接続されている。 The PCU 15, HV-ECU 31, and E/G-ECU 32 are also connected to enable two-way communication using the Controller Area Network (CAN) communication protocol (hereinafter referred to as "CAN communication").

HV-ECU31は、ハイブリッドシステム2を統括的に制御するECUであり、CAN通信により、PCU15およびE/G-ECU32から各種の情報を受け取り、PCU15およびE/G-ECU32にそれぞれモータ制御指令およびエンジン制御指令を送信する。 The HV-ECU 31 is an ECU that provides overall control of the hybrid system 2. It receives various information from the PCU 15 and the E/G-ECU 32 via CAN communication, and transmits motor control commands and engine control commands to the PCU 15 and the E/G-ECU 32, respectively.

PCU15には、レゾルバ33が接続されている。レゾルバ33は、発電モータ12に取り付けられて、発電モータ12のモータ軸22の回転角の変化を2相の交流電圧の変化として出力する。レゾルバ33には、レゾルバ33が出力する2相の交流電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するR/D(レゾルバ/デジタル)変換器が付随して設けられており、PCU15のマイコンには、モータ制御に必要な信号として、R/D変換器から出力されるデジタル信号がレゾルバ信号として入力される。PCU15のマイコンは、HV-ECU31から送信されるモータ制御指令に従って、MG1インバータを介して発電モータ12の駆動を制御し、MG2インバータを介して駆動モータ13の駆動を制御する。また、必要に応じて、PCU15のマイコンは、コンバータによる直流電圧の昇降圧を制御する。 A resolver 33 is connected to the PCU 15. The resolver 33 is attached to the generator motor 12 and outputs the change in the rotation angle of the motor shaft 22 of the generator motor 12 as a change in two-phase AC voltage. The resolver 33 is provided with an R/D (resolver/digital) converter that converts the analog signal of the two-phase AC voltage output by the resolver 33 into a digital signal, and the digital signal output from the R/D converter is input as a resolver signal to the microcomputer of the PCU 15 as a signal required for motor control. The microcomputer of the PCU 15 controls the drive of the generator motor 12 via the MG1 inverter and controls the drive of the drive motor 13 via the MG2 inverter according to the motor control command transmitted from the HV-ECU 31. In addition, the microcomputer of the PCU 15 controls the step-up and step-down of the DC voltage by the converter as necessary.

E/G-ECU32には、クランク角センサ34が接続されている。クランク角センサ34は、クランクシャフト21の回転角に応じた検出信号を出力する。E/G-ECU32のマイコンには、クランク角センサ34の検出信号が入力される。PCU15のマイコンは、HV-ECU31から送信されるエンジン制御指令に従って、インジェクタによる燃料の噴射量および噴射タイミングなど、電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグの動作を制御する。 A crank angle sensor 34 is connected to the E/G-ECU 32. The crank angle sensor 34 outputs a detection signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft 21. The detection signal from the crank angle sensor 34 is input to the microcomputer of the E/G-ECU 32. The microcomputer of the PCU 15 controls the operation of the electronic throttle valve, the injectors, and the spark plugs, such as the amount and timing of fuel injection by the injectors, according to engine control commands sent from the HV-ECU 31.

HV-ECU31からのモータ制御指令およびエンジン制御指令に従って、PCU15およびE/G-ECU32が制御を行うことにより、エンジン11の始動時には、バッテリ14から出力される直流電力がコンバータにより昇圧されて、昇圧された直流電力がMG1インバータで交流電力に変換され、交流電力が発電モータ12に供給される。これにより、発電モータ12が力行運転されて、エンジン11が発電モータ12によりモータリング(クランキング)される。モータリングによりエンジン11のクランクシャフト21の回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグが制御されることにより、エンジン11が始動する。 When the engine 11 is started, the PCU 15 and E/G-ECU 32 perform control according to motor control commands and engine control commands from the HV-ECU 31, and the DC power output from the battery 14 is boosted by the converter, and the boosted DC power is converted to AC power by the MG1 inverter, and the AC power is supplied to the generator motor 12. This causes the generator motor 12 to operate in powered mode, and the engine 11 is motored (cranked) by the generator motor 12. When the rotation speed of the crankshaft 21 of the engine 11 has increased to the rotation speed required for starting due to motoring, the electronic throttle valve, injector, and spark plug are controlled to start the engine 11.

また、ハイブリッド車両1の走行時には、駆動モータ13が力行運転されて、駆動モータ13が動力を発生する。 When the hybrid vehicle 1 is running, the drive motor 13 is powered and generates power.

発電モータ12および駆動モータ13に要求される出力の合計がバッテリ14の出力より小さいときには、ハイブリッド車両1がEV走行する。すなわち、エンジン11が停止されて、発電モータ12による発電が行われず、バッテリ14から駆動モータ13に電力が供給されて、その電力で駆動モータ13が駆動される。 When the sum of the outputs required for the generator motor 12 and the drive motor 13 is less than the output of the battery 14, the hybrid vehicle 1 runs in EV mode. That is, the engine 11 is stopped, no power is generated by the generator motor 12, and power is supplied from the battery 14 to the drive motor 13, which is then used to drive the drive motor 13.

一方、発電モータ12および駆動モータ13に要求される出力の合計がバッテリ14の出力を上回るときには、ハイブリッド車両1がHV走行する。すなわち、エンジン11が運転状態にされて、発電モータ12が発電運転(回生運転)されることにより、エンジン11の動力が発電モータ12で交流電力に変換される。そして、発電モータ12からの交流電力がMG1インバータで直流電力に変換され、MG1インバータから出力される直流電力がMG2インバータで交流電力に変換されて、その交流電力が駆動モータ13に供給されることにより、駆動モータ13が駆動される。 On the other hand, when the total output required for the generator motor 12 and the drive motor 13 exceeds the output of the battery 14, the hybrid vehicle 1 runs in HV mode. That is, the engine 11 is operated and the generator motor 12 is operated to generate electricity (regenerative operation), so that the power of the engine 11 is converted to AC power by the generator motor 12. The AC power from the generator motor 12 is then converted to DC power by the MG1 inverter, and the DC power output from the MG1 inverter is converted to AC power by the MG2 inverter, and this AC power is supplied to the drive motor 13, thereby driving the drive motor 13.

バッテリ14の残容量が所定以下に低下すると、駆動モータ13の駆動/停止にかかわらず、エンジン11が運転状態にされて、発電モータ12が発電運転される。このとき、発電モータ12からの交流電力がMG1インバータで直流電力に変換され、MG1インバータから出力される直流電力がコンバータで降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ14に供給されることにより、バッテリ14が充電される。 When the remaining capacity of the battery 14 falls below a predetermined level, the engine 11 is put into operation and the generator motor 12 is operated to generate electricity, regardless of whether the drive motor 13 is running or stopped. At this time, the AC power from the generator motor 12 is converted to DC power by the MG1 inverter, the DC power output from the MG1 inverter is stepped down by the converter, and the stepped-down DC power is supplied to the battery 14, thereby charging the battery 14.

ハイブリッド車両1の減速時には、駆動モータ13が回生運転されて、駆動輪17から駆動モータ13に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ13が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車両1を制動する制動力(回生制動力)として作用する。このとき、PCU15では、駆動モータ13からMG2インバータに供給される交流電力がMG2インバータで直流電力に変換され、MG2インバータから出力される直流電力がコンバータで降圧される。そして、その降圧後の直流電力がバッテリ14に供給されることにより、バッテリ14が充電される。 When the hybrid vehicle 1 decelerates, the drive motor 13 is operated in regenerative mode, and the power transmitted from the drive wheels 17 to the drive motor 13 is converted to AC power. At this time, the drive motor 13 acts as a resistor in the driving system, and this resistance acts as a braking force (regenerative braking force) that brakes the hybrid vehicle 1. At this time, in the PCU 15, the AC power supplied from the drive motor 13 to the MG2 inverter is converted to DC power by the MG2 inverter, and the DC power output from the MG2 inverter is stepped down by the converter. The stepped-down DC power is then supplied to the battery 14, thereby charging the battery 14.

<クランク角検出>
図2は、エンジン11のクランク角と爆発トルク(E/Gトルク)との関係を示す図である。
<Crank angle detection>
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the crank angle of the engine 11 and the explosion torque (E/G torque).

エンジン11の運転中は、吸気、圧縮、膨張および排気の4つの行程が繰り返される。エンジン11の各気筒の爆発トルク(瞬時トルク)は、膨張行程で急峻に上昇して、排気行程で減少し、吸気行程でほぼ0となり、圧縮行程でマイナスになるといった変化を示す。エンジン11の爆発トルクの変動により、エンジン11のクランクシャフト21の回転数が変動する。エンジン11のクランクシャフト21と発電モータ12のモータ軸22とが噛合機構23を介して連結されているので、クランクシャフト21の回転数の変動と同期して、モータ軸22の回転数が変動する。 When the engine 11 is operating, four strokes are repeated: intake, compression, expansion, and exhaust. The explosion torque (instantaneous torque) of each cylinder of the engine 11 changes in such a way that it rises sharply during the expansion stroke, decreases during the exhaust stroke, becomes nearly zero during the intake stroke, and becomes negative during the compression stroke. Fluctuations in the explosion torque of the engine 11 cause fluctuations in the rotation speed of the crankshaft 21 of the engine 11. Because the crankshaft 21 of the engine 11 and the motor shaft 22 of the generator motor 12 are connected via a meshing mechanism 23, the rotation speed of the motor shaft 22 fluctuates in sync with the fluctuations in the rotation speed of the crankshaft 21.

PCU15では、マイコンにより、レゾルバ信号からモータ軸22の回転角(以下、「モータ回転角」という。)が算出される。また、PCU15では、マイコンにより、レゾルバ信号からモータ軸22の回転数(以下、「モータ回転数」という。)の変動が求められて、そのモータ回転数の変動からエンジン11の気筒判別が行われる。そして、モータ回転角および気筒判別の結果から、エンジン11のクランク角が推定される。 In the PCU 15, the microcomputer calculates the rotation angle of the motor shaft 22 (hereinafter referred to as the "motor rotation angle") from the resolver signal. In addition, in the PCU 15, the microcomputer determines the fluctuation in the rotation speed of the motor shaft 22 (hereinafter referred to as the "motor rotation speed") from the resolver signal, and identifies the cylinder of the engine 11 from the fluctuation in the motor rotation speed. The crank angle of the engine 11 is then estimated from the motor rotation angle and the result of the cylinder identification.

たとえば、3気筒4ストロークのエンジン11の1番気筒の排気上死点(TDC:Top Dead Center)がクランク角の基準(0°CA)とされ、1番気筒、2番気筒および3番気筒がこの順序で点火されるとした場合、1サイクルでクランク角が0°~720°CAの範囲で変化し、各気筒間の行程位相差が240°CAであるから、0°~359°CAの範囲内で1番気筒と3番気筒とが点火され、360°CA~720°CAの範囲内で2番気筒が点火される(点火時期は進角)。そのため、0°~359°CAの範囲内では、モータ回転数のボトムが2回現れ、360°CA~720°CAの範囲内では、モータ回転数のボトムが1回現れる。したがって、モータ軸22が360°回転する間にモータ回転数のボトムが2回現れた場合、その間に点火された気筒が1番気筒および3番気筒であると判別することができ、モータ軸22が360°回転する間にモータ回転数のボトムが1回現れた場合、その間に点火された気筒が2番気筒であると判別することができる。 For example, if the exhaust top dead center (TDC) of the first cylinder of a three-cylinder, four-stroke engine 11 is set as the crank angle reference (0° CA), and the first, second, and third cylinders are ignited in that order, the crank angle changes in one cycle from 0° to 720° CA, and the stroke phase difference between the cylinders is 240° CA, so the first and third cylinders are ignited within the range of 0° to 359° CA, and the second cylinder is ignited within the range of 360° CA to 720° CA (ignition timing is advanced). Therefore, the motor speed bottoms out twice within the range of 0° to 359° CA, and once within the range of 360° CA to 720° CA. Therefore, if the motor rotation speed bottoms out twice while the motor shaft 22 rotates 360°, it can be determined that the cylinders that were ignited during that time are cylinder 1 and cylinder 3, and if the motor rotation speed bottoms out once while the motor shaft 22 rotates 360°, it can be determined that the cylinder that was ignited during that time is cylinder 2.

エンジン11のクランクシャフト21と発電モータ12のモータ軸22とは、クランク角の基準(0°CA)とモータ回転角の基準(0°)とを一致させた状態で、噛合機構23を介して連結されている。したがって、PCU15では、モータ回転角と気筒判別の結果とから、エンジン11のクランク角を精度よく推定することができる。 The crankshaft 21 of the engine 11 and the motor shaft 22 of the generator motor 12 are connected via a meshing mechanism 23 with the reference crank angle (0° CA) and the reference motor rotation angle (0°) aligned. Therefore, the PCU 15 can accurately estimate the crank angle of the engine 11 from the motor rotation angle and the results of cylinder discrimination.

<トルク変動抑制>
図3は、エンジン11のクランク角と発電モータ12が出力するMG1トルクとの関係を示す図である。
<Torque fluctuation suppression>
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the crank angle of the engine 11 and the MG1 torque output by the generator motor 12. As shown in FIG.

PCU15に内蔵されているマイコンの不揮発性メモリには、エンジン11のクランク角と爆発トルク(E/Gトルク)との関係がマップの形態で記憶されている。図3では、エンジン11のクランク角と爆発トルクとの関係を示す特性線が破線で示されている。PCU15のマイコンでは、エンジン11の運転中、ハイブリッド車両1の走行状態にかかわらず、不揮発性メモリに記憶されているマップから、モータ回転角および気筒判別の結果から推定したクランク角に応じた爆発トルクが読み出される。そして、エンジン11のクランク角に応じた爆発トルクと絶対値が同じで正負の異なるトルクが発電モータ12からMG1トルクとして出力されるように、発電モータ12の発電運転が制御される。その結果、発電モータ12から出力されるMG1トルクは、図3に実線で示されるように、エンジン11のクランク角に応じて爆発トルクと逆位相で変化する。 The relationship between the crank angle of the engine 11 and the explosive torque (E/G torque) is stored in the form of a map in the non-volatile memory of the microcomputer built in the PCU 15. In FIG. 3, the characteristic line showing the relationship between the crank angle of the engine 11 and the explosive torque is shown by a broken line. In the microcomputer of the PCU 15, the explosive torque corresponding to the crank angle estimated from the motor rotation angle and the result of cylinder discrimination is read from the map stored in the non-volatile memory while the engine 11 is operating, regardless of the running state of the hybrid vehicle 1. Then, the power generation operation of the power generation motor 12 is controlled so that a torque having the same absolute value as the explosive torque corresponding to the crank angle of the engine 11 but different in positive and negative is output from the power generation motor 12 as the MG1 torque. As a result, the MG1 torque output from the power generation motor 12 changes in the opposite phase to the explosive torque according to the crank angle of the engine 11, as shown by the solid line in FIG. 3.

<作用効果>
以上のように、PCU15では、レゾルバ33のレゾルバ信号からモータ回転角が算出されるとともに、モータ回転数の変動が求められて、そのモータ回転数の変動からエンジン11の気筒判別が行われる。さらに、モータ回転角および気筒判別の結果から、エンジン11のクランク角が推定される。そして、その推定されたクランク角に応じた爆発トルクと同じ大きさで逆向きのMG1トルクが発電モータ12から出力されるように、発電モータ12が制御される。この制御により、エンジン11の爆発トルクの変動を逆位相のMG1トルクで相殺することができる。その結果、エンジン11の回転数の変動を抑制することができ、ハイブリッド車両1のNV(ノイズバイブレーション)特性を向上することができる。
<Action and effect>
As described above, in the PCU 15, the motor rotation angle is calculated from the resolver signal of the resolver 33, and the fluctuation in the motor rotation speed is obtained, and the cylinder of the engine 11 is identified from the fluctuation in the motor rotation speed. Furthermore, the crank angle of the engine 11 is estimated from the motor rotation angle and the result of the cylinder identification. Then, the generator motor 12 is controlled so that the generator motor 12 outputs an MG1 torque having the same magnitude and the opposite direction as the explosion torque corresponding to the estimated crank angle. This control makes it possible to offset the fluctuation in the explosion torque of the engine 11 with the MG1 torque having the opposite phase. As a result, the fluctuation in the rotation speed of the engine 11 can be suppressed, and the NV (noise vibration) characteristics of the hybrid vehicle 1 can be improved.

レゾルバ33のレゾルバ信号は、PCU15でクランク角の推定が行われるか否かにかかわらず、発電モータ12を制御するためにPCU15に入力される。したがって、クランク角の推定のために、レゾルバ信号をPCU15に入力する配線を新規に設ける必要がない。よって、新規の配線によるコストの上昇やその配線の断線のリスクの発生を回避することができる。その結果、ハイブリッド車両1の軽量化および信頼性を向上することができる。 The resolver signal of the resolver 33 is input to the PCU 15 to control the generator motor 12, regardless of whether the crank angle is estimated by the PCU 15. Therefore, there is no need to install new wiring to input the resolver signal to the PCU 15 to estimate the crank angle. This makes it possible to avoid the increase in costs due to new wiring and the risk of the wiring breaking. As a result, the weight of the hybrid vehicle 1 can be reduced and its reliability can be improved.

<変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
<Modification>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be embodied in other forms.

たとえば、前述の実施形態では、シリーズ方式のハイブリッドシステム2を搭載したハイブリッド車両1を取り上げたが、クランク角の推定の手法は、ハイブリッド車両1に限らず、エンジンおよびエンジンに直結される発電機を搭載した車両であれば、エンジンのみを走行用の駆動源とするコンベンショナルな車両に適用されてもよい。 For example, in the above embodiment, a hybrid vehicle 1 equipped with a series hybrid system 2 was described, but the method of estimating the crank angle is not limited to the hybrid vehicle 1, and may be applied to conventional vehicles that use only an engine as a driving source for running, as long as the vehicle is equipped with an engine and a generator directly connected to the engine.

また、エンジン11は、3気筒4ストロークのガソリンエンジンであるとしたが、3気筒に限らず、4気筒以上であってもよいし、2気筒以下であってもよい。ただし、気筒数が奇数である方が前述の気筒判別の手法によって良好に気筒を判別することができる。また、エンジン2のストローク数は、4ストロークに限らず、たとえば、2ストロークであってもよい。 In addition, although the engine 11 is described as a three-cylinder, four-stroke gasoline engine, it is not limited to three cylinders, and may be four or more cylinders, or two or less cylinders. However, an odd number of cylinders allows the cylinders to be more easily identified using the cylinder identification method described above. In addition, the number of strokes of the engine 2 is not limited to four strokes, and may be, for example, two strokes.

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design modifications may be made to the above-mentioned configuration within the scope of the claims.

1:ハイブリッド車両(車両)
11:エンジン
12:発電モータ(発電機)
13:駆動モータ
15:PCU(制御装置)
21:クランクシャフト
22:モータ軸(回転軸)
23:噛合機構
33:レゾルバ
1: Hybrid vehicle (vehicle)
11: Engine 12: Generator motor (generator)
13: Drive motor 15: PCU (control unit)
21: Crankshaft 22: Motor shaft (rotating shaft)
23: Meshing mechanism 33: Resolver

Claims (2)

4ストロークのエンジンと、
発電機と、
前記エンジンのクランクシャフトと前記発電機の回転軸との間に介装され、歯の噛み合いにより動力を伝達する噛合機構と、
前記回転軸の回転角に応じた電気信号を出力するレゾルバと、
前記発電機の制御のために前記レゾルバからの電気信号が入力される制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記レゾルバの電気信号から前記回転角を算出するとともに、前記レゾルバの電気信号から前記回転軸の回転数の変動を求めて、0~359°CAの範囲内での前記回転数のボトムの回数および360~720°CAの範囲内での前記回転数のボトムの回数から前記エンジンの気筒判別を行い、算出した前記回転角および前記気筒判別の結果から前記エンジンのクランク角を推定する、車両。
A four-stroke engine and
A generator,
a meshing mechanism that is interposed between the crankshaft of the engine and the rotating shaft of the generator and transmits power by meshing of teeth;
a resolver that outputs an electrical signal according to a rotation angle of the rotary shaft;
a control device to which an electrical signal from the resolver is input for controlling the generator,
the control device calculates the rotation angle from the electrical signal of the resolver, obtains fluctuations in the rotation speed of the rotating shaft from the electrical signal of the resolver, performs cylinder discrimination of the engine from the number of bottoms of the rotation speed within a range of 0 to 359° CA and the number of bottoms of the rotation speed within a range of 360 to 720° CA, and estimates a crank angle of the engine from the calculated rotation angle and the result of the cylinder discrimination.
前記制御装置は、推定した前記クランク角を用いて、前記エンジンの瞬時トルクと逆位相の発電機トルクが前記エンジンに加わるように前記発電機を制御する、請求項1に記載の車両。 The vehicle according to claim 1, wherein the control device uses the estimated crank angle to control the generator so that a generator torque in antiphase with the instantaneous torque of the engine is applied to the engine.
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