JP2007321742A - 車両の振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の加速時に発生する前後振動を、加速感を損なうことなく振動が始まる初期から抑制し、振動のショック及びユサユサ感を軽減する。
【解決手段】アクセルペダルが踏込まれて加速時の制振制御が実施されると、点火時期がトルクダウン補正値によって遅角され、ステップ的に上昇するエンジントルクが前後振動の振幅波形の最初のピークが出現する前にトルクダウンされて振動に対する逆相のトルクとして与えられる。これにより、前後振動の最初の振副のピークを抑制してショックを軽減すると共に、振動の減衰過程で生じるユサユサ感を軽減し、運転者に不快感を与えることがない。しかも、前後振動の振幅波形の最初のピークが出現する手前で逆相トルクを与えるため、アクセル操作に対応した車両加速度の立上がりが鈍って加速感を損なうことがなく、運転性の向上に寄与することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両の駆動系に発生する振動を、該振動と逆相のエンジントルクで抑制する車両の振動抑制装置に関する。

自動車等の車両においては、エンジンの回転変動により振動が発生し、乗員に不快感を与えるばかりでなく、運転フィーリングの悪化を招く場合がある。この振動を抑制する技術としては、エンジントルクの立ち上がりをなだらかにすることで振動を抑制する技術が知られているが、振動を十分に抑制しようとすると加速感が損なわれてしまうという問題がある。

このため、例えば、特許文献１に開示されているように、振動と逆相のトルクを与えて振動を減衰させる技術が採用されることが多い。特許文献１に開示の技術は、エンジンの回転速度の変動を発電電動機の発生トルクによって抑制するものであり、エンジン回転速を検出してフィードバックすることにより、発電電動機の発生すべきトルクを演算している。
特開平５−３０２５２６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術のように、エンジン回転変動を検出した後に、振動を抑制するトルクを発生させる技術では、振動が起こってから逆相トルクを発生させることになる。このため、加速時のアクセル操作に伴って発生する車両の前後振動のように、最初に比較的大きなショックが発生し、その後、ユサユサ感を伴う振動が減衰してゆくものに対しては、ユサユサ感を抑制することは可能であるものの、最初のショックを抑制することは困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両の加速時に発生する前後振動を、加速感を損なうことなく振動が始まる初期から抑制し、振動のショック及びユサユサ感を軽減することのできる車両の振動抑制装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車両の振動抑制装置は、車両の駆動系に発生する振動を、該振動と逆相のエンジントルクで抑制する車両の振動抑制装置において、上記駆動系の捩じり要素をばね系で表現したモデルに基づいて、上記車両の加速時に発生する前後振動を予測する前後振動予測手段と、上記逆相のエンジントルクを与えるタイミングを、上記前後振動予測手段の予測結果に基づいて、上記前後振動が始まる初期の段階に設定するトルクダウンタイミング設定手段と、上記トルクダウンタイミング設定手段で設定したタイミングでエンジンの点火時期を遅角化させてエンジントルクをダウンさせることにより、上記逆相のエンジントルクを発生させる逆相トルク発生手段と備えたことを特徴とする。

本発明による車両の振動抑制装置は、車両の加速時に発生する前後振動を、加速感を損なうことなく振動が始まる初期から抑制し、振動のショック及びユサユサ感を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１は車両制御系を示す概略構成図、図２は駆動系の捩じり共振モデルを示す説明図、図３はトルクダウン設定ルーチンのフローチャート、図４は点火時期設定ルーチンのフローチャート、図５はエンジントルクと車両前後振動との関係を示す説明図である。

図１において、符号１は車両であり、本形態においては、４輪駆動車である。この車両１の前部には、エンジン２が搭載され、このエンジン２の出力軸にトランスミッション３が連結されている。トランスミッション３の後部には、油圧多板クラッチやプラネタリギヤ等からなる駆動力配分機構及び差動制限機構を含むセンターデファレンシャル装置４が一体的に連結されており、このセンターデファレンシャル装置４がプロペラシャフト５を介してリヤデファレンシャル装置６に連結されると共に、フロントドライブシャフト７を介してフロントデファレンシャル装置８に連結されている。

エンジン２の出力は、トランスミッション３で所定に変速された後、センターデファレンシャル装置４を介して駆動力が前輪側と後輪側とに分配される。後輪側に分配された駆動力はリヤデファレンシャル装置６を介して左右の後輪９，９に伝達され、前輪側に分配された駆動力はフロントデファレンシャル装置８を介して左右の前輪１０，１０に伝達される。

一方、符号５０は、車両１に搭載される電子制御装置であり、マイクロコンピュータを中心として構成されている。図１においては、エンジン制御用の電子制御装置（ＥＣＵ）を代表して例示しているが、車両１には、その他、トランスミッション制御用の電子制御装置を初めとして複数の電子制御装置が搭載されている。

エンジン制御用のＥＣＵ５０には、クランク角センサ１５やアクセルセンサ１６、その他、吸入空気量センサや空燃比センサ等の運転状態を検出する各種センサ・スイッチ類が接続されている。ＥＣＵ５０は、これらのセンサ・スイッチ類からの信号に基づいて、インジェクタ（図示せず）を介した燃料噴射制御、電子制御式スロットル装置（ＥＴＣ）２０を介した吸気制御、点火プラグ１７及びイグナイタ１８を介した点火時期制御等の各種制御を実行する。

同時に、ＥＣＵ５０は、加速時の車両前後振動を防止するため、エンジン回転変動に対して逆相のエンジントルクを与えることにより振動を抑制する制振制御を実施している。このＥＣＵ５０による制振制御は、振動が始まる初期の段階で逆相のトルクを与えることにより、加速時の車両前後振動を効果的に抑制する制御であり、加速時の振動が大きくなる前の初期段階、すなわち実質的に振動が顕著となる前に逆相のトルクを与える。これにより、加速時のショックやユサユサ感を抑制すると共に、加速感を損なうことなく振動が始まる初期の段階でショックを抑制することができる。

加速時の車両前後振動は、エンジントルクの過渡変動を起振力として、駆動系に捩じり振動の共振モードが励起されることが原因である。すなわち、アクセルペダルの踏込みによる加速時のエンジントルクは、通常、ステップ（或いはランプ）入力として表現することができる。このため、通常の加速時には、駆動系の捩じり共振１次モードが励起され、減衰自由振動となる。

駆動系捩じり共振の１次モードは、図２に示すように、フライホールの等価質量Ｍ１と車両の等価質量Ｍ２とを、駆動系のクラッチやドライブシャフト等の捩じり要素をばね系の等価剛性Ｋ及び等価減衰係数Ｃで表現して結合した調和運動の簡易モデル（並進振動系に置換したモデル）で表現することができる。調和運動においては、速度と逆相の成分が減衰力として働くことから、以下の（１），（２）式に示すように、簡易モデルにエンジントルクＦを与えたときの伝達力Ｆ１から車両前後加速度Ａ２を求めることにより、エンジントルク過渡変動を起振力とする車両前後振動を予測し、図２の伝達力Ｆ１に対して９０°遅れとなる逆相のエンジントルクを振動が始まる初期の段階で与えることにより、車両前後振動を効果的に抑制することができる。

Ａ１＝｛Ｆ−Ｋ×（Ｘ１−Ｘ２）−Ｃ×（Ｖ１−Ｖ２）｝／Ｍ１ …（１）
Ａ２＝｛Ｋ×（Ｘ１−Ｘ２）−Ｃ×（Ｖ１−Ｖ２）｝／Ｍ２ …（２）
但し、Ａ１，Ｖ１，Ｘ１は、それぞれ、等価質量Ｍ１側の加速度、速度、変位であり、Ａ２，Ｖ２，Ｘ２は、それぞれ、等価質量Ｍ２側の加速度、速度、変位である。

具体的には、ＥＣＵ５０は、加速時のアクセル踏込みに対応してエンジントルクをステップ的に上昇させる際に、逆相トルク発生手段としての機能により、車両前後振動の振動波形において少なくとも最初のピークが発生する前の初期の段階で、エンジン２の点火時期を短期間だけ遅角化してステップ状のベーストルクからトルクダウンさせることにより、振動と逆相のエンジントルクを与える。

トルクダウンのタイミング（トルクダウンの開始時期及び終了時期）とトルクダウン量（点火時期の遅角時期及び遅角量）は、ＥＣＵ５０のトルクダウンタイミング設定手段としての機能によって設定され、ＥＣＵ５０の前後振動予測手段としての機能により簡易モデル式を用いて予測した車両前後振動の振幅及び周波数に基づいて決定する。

以下、ＥＣＵ５０による車両前後振動の制振制御について、図３，図４のフローチャートを用いて説明する。この制振制御は、ＥＣＵ５０の前後振動予測手段及びトルクダウンタイミング設定手段としての機能を実現する図３のトルクダウン設定ルーチン、及びＥＣＵ５０の逆相トルク発生手段としての機能を実現する図４の点火時期設定ルーチンによって実施される。

図３のトルクダウン設定ルーチンでは、先ず、最初のステップＳ１でアクセルセンサ１６の信号を読込み、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量及び踏込み速度を検出する。次に、ステップＳ２へ進み、制振制御を実施する加速条件が成立するか否かを判定する。例えば、アクセルペダルの踏込み量が所定の閾値以上で、且つ踏込み速度が所定の閾値以上のとき、制振制御を行う加速条件が成立すると判断する。制振制御を実施する閾値は、緩加速を含む加速時全般に適用可能な値に設定しても良いが、一般的には、緩加速時には特に問題となる車両前後振動が発生する虞がないことから、急加速に相当する値に設定する。

尚、この制振制御の加速条件は、エンジン回転数の変化速度を閾値と比較して判定するようにしても良い。

そして、ステップＳ２において、加速条件が成立しない場合には、制振制御を実施することなくルーチンを抜け、加速条件が成立する場合、ステップＳ２からステップＳ３へ進んでＥＴＣ２０の制御内容を読込む。ＥＣＴＣ２０の制御内容は、主として、アクセルペダル踏込み量に対応する運転者の要求トルクを満たすスロットル開度への目標制御であり、アクセルセンサ１６からの信号に基づくアクセル開度（アクセルペダル踏込み量）と、クランク角センサ１５からの信号に基づくエンジン回転数とをパラメータとするテーブル参照等によって目標スロットル開度が設定される。

次に、ステップＳ４へ進み、ＥＴＣ２０による制御内容から加速により増加されるエンジントルクの増加量及び増加速度をエンジントルク変動量として算出し、ステップＳ５で、このエンジントルク変動量から、アクセルペダルの踏込みによって発生する車両前後振動の大きさ（振幅）及び周期を予測する。この車両前後振動の予測は、エンジン２からトランスミッション３を経て伝達される駆動系の捩じり振動の加速度を、予め制御対象となる車両の緒元を前述の簡易モデルに適用してシミュレーションし、また、実機による実験を併用し、トランスミッション３の各変速段毎にマップ化しておき、このマップを参照して得られる振動の加速度から予測する。

そして、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、エンジントルクを一時的に減少させるトルクダウンのタイミング及びトルクダウン量を、予測した車両前後振動の振幅及び周期に基づいて設定し、ルーチンを抜ける。トルクダウンタイミングは、アクセルペダルの踏込みに対応したエンジントルクのステップ的な上昇が開始される時点を基準として、この基準からの時間が前後振動の振幅波形における最初のピークが出現する手間となるように、トルクダウンの開始時刻及びトルクダウンの期間（或いは終了時刻）が設定される。

具体的には、トルクダウンタイミングは、制振制御を実施する加速条件が成立した時点やＥＴＣ２０からスロットル開度の制御指令が出力された時点等を基準として決定される。また、トルクダウン量は、車両前後振動の振幅及び周期とエンジン特性を含む車両特性に応じたトルクダウン量との関係を予めマップ化する等して設定しておき、マップを参照する等して設定されるが、エンジン特性を含む車両特性によって自ずと定まる限界値が存在するため、予め設定した固定値としても良い。

尚、トルクダウン量の制限から、前後振動の振幅波形における最初のピークが出現する手前での１回のトルクダウンだけでは、十分な制振効果が得られないことが予想される場合には、振幅波形の次のピークに対してもトルクダウンタイミングが設定される。

以上のトルクダウン設定ルーチンで設定されたトルクダウンタイミング及びトルクダウン量は、点火時期制御で参照され、実質的に車両前後振動が発生する前に点火時期が遅角化されてトルクが減少され、振動が抑制される。

次に、制振制御の点火時期遅角化を含む点火時期制御の例について、図４のフローチャートを用いて説明する。尚、図４に示す点火時期設定ルーチンは、点火時期設定の一例を示すものであり、必ずしもこれに限定されるものではない。

図４の点火時期設定ルーチンでは、最初のステップＳ１０において、運転状態に応じて基本点火時期ＡＤＶＢを設定する。この基本点火時期ＡＤＶＢは、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷（基本燃料噴射パルス幅等）とに基づいてテーブルを参照して設定される。

次に、ステップＳ１１へ進み、加速時の制振制御を実施するトルクダウンタイミングか否かを調べる。そして、トルクダウンタイミングでない場合、ステップＳ１１からステップＳ１２，Ｓ１３へ進んで通常の点火時期制御を実行し、トルクダウンタイミングの場合、ステップＳ１１からステップＳ１４，Ｓ１５へ進んで制振制御のための点火時期遅角化を実行する。

通常の点火時期制御は、ステップＳ１２で、基本点火時期ＡＤＶＢを補正するための各種補正値ＡＤＶＨを設定する。この各種補正値ＡＤＶＨは、ノッキング補正、水温補正、回転数補正、学習補正等の各種補正値を総称するものであり、具体的には、各補正値は個別的に設定される。そして、ステップＳ１３で基本点火時期ＡＤＶＢを各種補正値ＡＤＶＨで補正し、最終的な点火時期ＡＤＶを設定する。

一方、加速のためにアクセルペダルが踏込まれて制振制御を実行する運転状態に移行し、トルクダウンタイミングに達すると、ステップＳ１４でトルクダウン補正値ＡＤＶＴＤを設定する。トルクダウン補正値ＡＤＶＴＤは、トルクダウン設定ルーチンで設定したトルクダウン量だけエンジントルクを減少させる遅角量であり、失火を生じさせない範囲内でエンジン特性に応じて設定される。そして、ステップＳ１５で基本点火時期ＡＤＶＢをトルクダウン補正値ＡＤＶＴＤで遅角補正し、最終的な点火時期ＡＤＶを設定する。

尚、トルクダウン補正値ＡＤＶＴＤは、トルクダウン設定ルーチンで設定しておき、点火時期設定ルーチンでは、トルクダウン補正値ＡＤＶＴＤを読込むだけしても良い。

以上により、最終的な点火時期ＡＤＶが設定されると、この点火時期ＡＤＶでイグナイタ１８を介して点火プラグ１７が火花放電され、エンジンの燃焼サイクルが繰返される。このとき、加速時の制振制御が実施されると、点火時期ＡＤＶがトルクダウン補正値ＡＤＶＴＤによって遅角され、駆動系の捩じり振動に対して逆相のトルクとして作用する。

この逆相のトルクは、図５に示すように、ステップ的に上昇するエンジントルク（入力）Ｆを、予測される前後振動の振幅波形に対して少なくとも最初のピークが出現する前にトルクダウンすることで与えられる。尚、伝達力Ｆ１の波形は車両前後加速度Ａ２の波形に等しいため、図５においては、予測される前後振動を伝達力Ｆ１の破線の波形で示している。

これにより、図５に示すように、加速時の前後振動を抑制し、図中に太線で示すような車両加速度を得ることができ、前後振動の最初の振副のピークを抑制してショックを軽減すると共に、振動の減衰過程で生じるユサユサ感を軽減し、運転者に不快感を与えることがない。

しかも、前後振動の振幅波形において、少なくとも最初のピークが出現する手前で逆相トルクを与えるため、アクセル操作に対応した車両加速度の立上がりが鈍って加速感を損なうことがなく、むしろ円滑な加速フィーリングを得ることが可能であり、運転性の向上に寄与することができる。

車両制御系を示す概略構成図 駆動系の捩じり共振モデルを示す説明図 トルクダウン設定ルーチンのフローチャート 点火時期設定ルーチンのフローチャート エンジントルクと車両前後振動との関係を示す説明図

符号の説明

１ 車両
２ エンジン
３ トランスミッション
５０ 電子制御装置
ＡＤＶ 点火時期
ＡＤＶＴＤトルクダウン補正値

Claims (3)

1. 車両の駆動系に発生する振動を、該振動と逆相のエンジントルクで抑制する車両の振動抑制装置において、
   上記駆動系の捩じり要素をばね系で表現したモデルに基づいて、上記車両の加速時に発生する前後振動を予測する前後振動予測手段と、
   上記逆相のエンジントルクを与えるタイミングを、上記前後振動予測手段の予測結果に基づいて、上記前後振動が始まる初期の段階に設定するトルクダウンタイミング設定手段と、
   上記トルクダウンタイミング設定手段で設定したタイミングでエンジンの点火時期を遅角化させてエンジントルクをダウンさせることにより、上記逆相のエンジントルクを発生させる逆相トルク発生手段と備えたことを特徴とする車両の振動抑制装置。
2. 上記トルクダウンタイミング設定手段は、
   上記逆相のエンジントルクを与えるタイミングを、上記前後振動予測手段で予測した前後振動の振幅波形において少なくとも最初のピークが出現する手前に設定することを特徴とする請求項１記載の車両の振動抑制装置。
3. 上記前後振動予測手段は、
   上記前後振動を、加速時のエンジントルク変動量と変速機の変速段とを考慮して予測することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の振動抑制装置。

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