JP3642008B2 - エンジンの回転数変動抑制装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより、この回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりエンジンの回転軸に発電電動機を連結し、この発電電動機が発生するトルクによりエンジン回転数の変動を抑制する技術が知られている。
【0003】
例えば、特開平5−302526号公報記載の技術においては、回転速度検出手段でエンジンの回転速度を検出し、この検出されたエンジン回転速度をフィードバックして発電電動機が発生すべきトルクを演算し、この演算結果に基づいて発電電動機を制御することにより、エンジンの回転速度変動を抑制していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、エンジン回転数変動を検知してのフィードバック制御という構成になっていたため、エンジンの各気筒毎の繰返しで発生する、エンジントルクの変動による回転数の変動に対してフィードバック制御では応答遅れが存在し、回転数変動を完全には打ち消せないという問題点があった。
【0005】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、制御応答遅れを無くし、迅速にエンジンの回転数変動を抑制することができるエンジンの回転数変動抑制装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより前記回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置において、前記回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、予め前記回転軸の回転角度に応じて前記発電電動機が発生すべきトルク値を記憶したトルク記憶手段と、前記角度検出手段が検出した回転角度に基づいて前記トルク記憶手段からトルク値を読み出し、前記発生トルクが該トルク値となるように前記発電電動機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所定クランク角度幅毎に、クランク軸角度とその角度における発電電動機が発生すべきトルクの計算値とを対にして、前記対の第1の所定数のサンプルを収集して第1の記憶領域に記憶する第1工程と、前記所定クランク角度毎に前記第1の所定数のサンプルから平均値を求めて、所定クランク角度毎に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に前記平均値を順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数繰り返す第3工程と、前記第3工程により前記所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備えた学習過程により、前記発電電動機のトルク、前記回転軸の回転角度、及びエンジン回転数に基づいて回転数変動を抑制する発生トルク値を学習することを要旨とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより前記回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置において、前記回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、予め前記回転軸の回転角度に応じて前記発電電動機が発生すべきトルク値を記憶したトルク記憶手段と、前記角度検出手段が検出した回転角度に基づいて前記トルク記憶手段からトルク値を読み出し、前記発生トルクが該トルク値となるように前記発電電動機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所定クランク角度幅毎に、クランク軸角度とその角度における発電電動機が発生すべきトルクの計算値とを対にして、前記対の第1の所定数のサンプルを収集して第1の記憶領域に記憶する第1工程と、前記所定クランク角度毎に前記第1の所定数のサンプルから平均値を求めて、所定クランク角度毎に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に前記平均値を順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数繰り返す第3工程と、前記第3工程により前記所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備えた学習過程により、前記発電電動機のトルク、前記回転軸の回転角度、及びエンジン回転数に基づいて回転数変動を抑制する発生トルク値を学習するようにしたので、第1の所定数を内側ループ回数、第2の所定数を外側ループ回数とする2重ループにより第1の所定数と第2の所定数との積の数に等しい数のサンプルから平均値を計算することができ、記憶領域の容量削減と学習用のサンプル数の増大による学習精度の向上とを両立させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて詳述する。
本実施形態は、例えば4サイクル・4気筒エンジンがクランク角度720°(各気筒のバランスがとれていれば180°)毎に繰り返す図3(a)に示すようなエンジンのトルク変動〔Te(t)〕によって生じるアイドル回転時の回転数変動を、このエンジントルクの平均値Tave(図3(a)の破線)で折返した図3(b)に示す変動打消用トルク〔Tave−Te(t)〕をモータトルク〔Tm(t)〕=〔Tave−Te(t)〕として出力することで、エンジンのトルク変動を相殺し、アイドル時の回転数変動を抑制し、振動騒音を低減するものである。
【0015】
図1は、本発明に係るエンジンの回転数変動抑制装置を用いた実施形態であるハイブリッドシステムの全体構成を示すブロック図である。
図1において、このハイブリッドシステムは、エンジン1とトランスミッション2の間にエンジンの出力軸であるクランク軸に直結する形で配される発電電動機であるモータジェネレータ3、エンジンの制御を実施するエンジンコントロールユニット4、エンジン1とモータジェネレータ3の動作モードをコントロールするトータルコントロールユニット5、モータジェネレータ3を制御するモータコントロールユニット6及びその指令値に基づき強電系をモータジェネレータへ供給するインバータ7、クランク軸の回転角度を検出する角度センサ8、エンジン気筒を判別する気筒判別センサ9及び車両情報を取得するアイドルスイッチ10を備えている。
【0016】
ここでモータジェネレータ3は、トータルコントロールユニット5の指令に従い、エンジンを回転させる電動機として、あるいはクランク軸の回転を電力に変換して出力する発電機として作動するものである。
【0017】
モータコントロールユニット6は、本発明の特徴であるエンジンの回転数変動抑制装置として動作するもので、学習制御部21、アイドル回転時のエンジンのトルク変動を打ち消すためにモータが発生すべきトルクをクランク角度に応じて指示するアイドルフィードフォワード制御部22(以下、アイドルF/F制御部22と略す)、エンジンの回転変動をフィードバックにより制御する回転数フィードバック制御部23(以下、回転数F/B制御部23と略す)を備えている。
【0018】
さらに、アイドルF/F制御部22は、マップを利用してクランク角度に対応したモータトルクを計算するモータトルク計算部25を備え、モータトルク計算部25に内部には、クランク角度毎のモータが発生すべきトルクを予めROM等に記憶した初期マップ26と、学習制御部21により回転数変動抑制のためのトルク学習の結果で更新される学習マップ27とを備えている。
【0019】
図2は、モータコントロールユニット6によるエンジン回転数変動抑制の制御ブロック図である。トータルコントロールユニット5からモーターコントロールユニット6に対する制御信号は、モータジェネレータ3が出力すべきトルク値であるトルク指令値51と、アイドル回転を指示するアイドル制御指令56と、エンジン回転数を指示する回転数指令値57とがある。
【0020】
モータコントロールユニット6は構成要素として、アイドル時にモータジェネレータ3が出力すべきトルク変動学習制御部21と、アイドル回転時のトルク変動をフィードフォワード制御により抑制するようにトルク指令値A52を出力するアイドルF/F制御部22と、エンジン回転数をフィードバック制御により安定化する回転数F/B制御部23と、目標アイドル回転数設定器30と、加算器32と、スイッチ33と、スイッチ33から出力されたモータトルク指令値55に対応したId指令値及びIq指令値を計算するdq軸電流指令値計算部34と、Id指令値及びIq指令値に基づいてインバータ7を制御する電流F/B制御部24と、角度センサ8及び気筒判別センサ9に基づいてクランク角度58を検出する角度検出部35と、角度センサ8に基づいてエンジン回転数59を検出する回転数検出部36と、を備えている。
【0021】
学習制御部21は、アイドル回転数制御時において、クランク角度58とこれに対応したトルク指令値54からなるサンプルを所定クランク角度幅毎に一時記憶するとともに、記憶されたサンプル値に基づいて所定クランク角度幅毎のモータトルク指令値の学習値を計算し、この計算結果をモータトルク計算部25の学習マップ27に記憶させる制御を行うものである。
【0022】
アイドルF/F制御部22は、アイドル時のトルク変動を抑制するためクランク角度毎にモータジェネレータ3が発生すべきトルクを計算するモータトルク計算部25を備え、モータトルク計算部25は、予め所定クランク角毎にトルク値を記憶した初期マップ26と学習制御部21が計算したトルク値を記憶する学習マップ27とを備えている。
【0023】
目標アイドル回転数設定器30は、トータルコントロールユニット5からモータコントロールユニット6へアイドル制御指令56は出力されたとき、エンジン1の暖機状態や図示しないバッテリの充電状態、び図示しないエアコン等の車両搭載機器の状態等に基づいて目標アイドル回転数を計算し、回転数F/B制御部23へ出力するものである。
【0024】
回転数F/B制御部23は、トータルコントロールユニット5からアイドル制御指令56が行われたときのアイドル回転数フィードバック制御、及びトータルコントロールユニット5から回転数指令値57の指示が行われたときの回転数フィードバック制御をおこなうための回転数PI制御部31を備えている。
【0025】
回転数PI制御部31は、目標アイドル回転数設定器30が出力する目標アイドル回転数または回転数指令値57と、回転数検出器36が検出した回転数59とに基づいて、比例積分制御(PI制御)を行うためのトルク指令値B53を計算して、これを加算器32へ出力する。
【0026】
加算器32は、アイドルF/F制御部22の出力であるトルク指令値A52と回転数F/B制御部23の出力であるトルク指令値B53とを加算してトルク指令値54として出力する。
【0027】
スイッチ33は、トルク指令値51またはトルク指令値54を選択してモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ出力する。
【0028】
dq軸電流指令値計算部34は、スイッチ33から出力されるモータトルク指令値55に対応したId指令値及びIq指令値を計算して、それぞれ電流F/B制御部24へ出力する。
【0029】
電流F/B制御部24は、dq軸電流指令値計算部34が出力するId指令値及びIq指令値に基づいてインバータ7を制御するものであり、Id指令値及びIq指令値からVq指令値及びVd指令値へ変換する電流PI制御部37と、Vq指令値及びVd指令値に基づいて非干渉制御を行ってVq’指令値及びVd’指令値を出力する非干渉制御部38と、Vq’指令値及びVd’指令値から、Vu指令値、Vv指令値、Vw指令値を生成する2相3相変換部39と、Vu指令値、Vv指令値、Vw指令値に応じたパルス幅変調信号を生成しインバータ7へ出力するPWM40と、モータジェネレータ3に供給される各相の電流値Iu、Iv、Iwから2相の電流値Id、Iqへ変換し、電流PI制御部37へフィードバックする3相2相変換部41を備えている。
【0030】
次に、本実施形態におけるエンジンの回転数変動抑制装置であるモータコントロールユニット6の制御を図2を参照して説明する。
【0031】
通常運転時には、トルク指令値51、または回転数指令値57により、モータが出力すべきトルク値、またはエンジンの回転数が指令される。
【0032】
トルク指令値51による指令の場合、スイッチ33は、トータルコントロールユニット5から与えられるトルク指令値51を選択して、モータトルク指令値55として、dq軸電流指令値計算部34へ出力する。
【0033】
回転数指令値57による指令の場合、回転数指令値57と、角度センサ8の信号に基づいて回転数検出部36が検出したエンジン回転数59と、に基づいて回転数F/B制御部23が計算したトルク指令値B53がモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ入力される。このとき、トルク指令値A52とトルク指令値B53を加算する加算器32において、アイドル制御指令56がないのでトルク指令値A52の値は0である。
【0034】
次に、本実施形態のアイドル回転数制御時には、トータルコントロールユニット5からモータコントロールユニット6へアイドル制御指令56が出力され、これを受けたモータコントロールユニット6は、角度検出器で検出したクランク角度58に対応したトルク指令値A52を初期マップ26または学習マップ27から算出する。
【0035】
またアイドル制御指令56に基づいて目標アイドル回転数設定器30によりROMデータとして保持した目標アイドル回転数と回転数検出器部36で検出したエンジンの回転数59から回転数のF/B制御部23でトルク指令値B53を算出する。
【0036】
そして、このトルク指令値A52及びトルク指令値B53を加算器32で加算し、スイッチ33を介してモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ入力する。以後は通常制御時と同様に、このモータトルク指令値55に従ったトルクを発生する電流値をdp軸電流指令値計算部34より算出し、この2軸の電流指令値であるId指令値、Iq指令値となるように、電流F/B制御部24によりモータジェネレータ3を制御する。
【0037】
次に、図4及び図5のフローチャートを参照して、本実施形態におけるモータコントロールユニット6のアイドル回転数制御時の動作を説明する。この制御は、例えば2ms毎の定期処理として行われるが、この周期は2msに特定されることはない。
【0038】
まずステップS10では、トータルコントロールユニット5からアイドル制御指令が有るか否かを判定する。
トータルコントロールユニット5は、アイドルスイッチ10より、エンジン1のアイドル回転状態を検知し、定常回転数でのアイドル回転時にモータコントロールユニット6にアイドル制御指令56を送信する。
【0039】
ステップS10では、この指令が無ければアイドル制御動作フローを終了し、モータの通常制御に移行し、あればステップS12に移行する。
ステップS12では角度センサ8及び気筒判別センサ9に基づいて角度検出部35よりクランク角度を検出しステップS14へ移行する。
【0040】
ステップS14では、学習制御部21による学習結果で更新されたアイドル回転数制御用のトルクマップ更新版である学習マップの有無を判定する。更新版があればステップS16へ、なければステップS18へ移行する。
【0041】
ステップS16ではステップS12で算出したクランク角度に応じたトルク値を、更新した学習マップ27より図6に示すクランク角度10°毎に保持したトルクデータより直線補間により算出し、トルク指令値Aとする。
【0042】
ステップS18ではステップS12で算出したクランク角度に応じたトルク値を初期マップ26より図6に示すクランク角度10°毎に保持したトルクデータより直線補間により算出し、トルク指令値Aとする(初期マップは予めROMに保存しておく)。
【0043】
ステップS20では前々回のトルク指令値の有無を判定する。前々回にトルクを指令していれば、ステップS22へ、指令していなければ、ステップS30へ移行する。
ステップS22ではステップS12で算出したクランク角度、及び前回のクランク角度から回転数、加速度を算出し、ステップS24へ移行する。
【0044】
ステップS24ではステップS22で算出した回転数と目標アイドル回転数の偏差ΔのPI制御(比例積分制御)により、トルク指令値Bを算出し、ステップS26へ移行する。
ステップS26ではステップS22で算出した加速度とこの時のモータトルク指令値(前々回モータトルク指令値)から図7に示す式によりエンジントルクを算出し、ステップS28へ移行する。
【0045】
ステップS28ではトルクマップ更新用にステップS26で算出したエンジントルク変動分を打ち消すためのトルク値とそのクランク角度をクランク角度範囲別にデータストアし、またステップS22で算出した回転数をデータストアしてステップS32へ移行する(トルクマップの更新については後述する)。
【0046】
ステップS30では回転数偏差からのフィードバック演算は実施せず、トルク指令値B=0としステップS32へ移行する。
ステップS32ではトルク指令値A+トルク指令値Bをモータトルク指令値としステップS34へ移行する。
【0047】
ステップS34では次回のアイドル回転数制御演算用に前回モータトルク指令値、前々回モータトルク指令値、前回クランク角度、前々回クランク角度をデータストアし、アイドル回転数制御フローを終了し、モータトルク出力処理へ移行する。
【0048】
次に、本実施形態におけるトルク学習値の算出と、これによる学習マップ27の更新について説明する。本実施形態におけるトルク学習値の計算は、2重ループにより実行される。
【0049】
すなわち、クランク軸角度とその角度におけるモータジェネレータが発生すべきトルクの計算値とを対にして、所定クランク角度幅(例えば10°)毎に第1の所定数(例えば10個)のサンプルを収集して学習制御部内に設けられた第1の記憶領域に記憶する第1工程と、所定クランク角度毎に第1の所定数のサンプルから平均値を求めて所定クランク角度毎に学習制御部に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数(例えば5回)繰り返す第3工程と、第3工程により所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備え、第4工程にて計算された平均値に基づいて、学習マップを更新している。
【0050】
このように、本実施形態によれば、所定クランク角度幅毎に、内側ループの第1の所定数(例えば10)と外側ループの第2の所定数(例えば5)との積の500サンプルに基づく高精度な学習と、第1の記憶領域を第2の所定数繰り返して利用することにより、各クランク角度幅毎に第1の所定数と第2の所定数との和の数だけのメモリ領域の数で済むというメモリ領域の節約とを両立させることができる。
【0051】
先に説明した図5のフローチャートのステップS28では、ステップS26演算したデータを所定クランク角度幅毎に(例えば、クランク角度幅10°刻みとすると、クランク角度13°であれば、クランク角度10〜20°範囲のデータ領域へ、クランク角度59°であれば、クランク角度50〜60°範囲のデータ領域へ)ストアし、各領域10個のデータをストアし、またそれぞれの回転数をデータストアする。
【0052】
次に、図5のステップS28でストアされたデータを用いて、トルク値学習結果で学習マップ27を更新するトルクマップ更新版作成の処理を図8,図9を用いて説明する。
【0053】
この処理は、クランク軸720°回転を所定クランク角度範囲(10°)毎に分割した72個の領域のデータが全て第1の所定数(例えば10個)溜まっていれば開始するものとし、図5のフローチャートでストアしたデータが図8に示すように、例えば、クランク角度X11とこのときのトルクY11とが対〔X11,Y11〕となって記憶されるとともに、このときの回転数Z1が記憶されているものとする。
【0054】
図9は、エンジン1のトルク変動抑制のためのモータジェネレータ3が出力すべきトルクの学習値の計算過程を説明する図であり、この処理は、図4及び図5の2ms毎定期処理の外側のループ(例えばバックグランドjob)で行われるる。
【0055】
まず、図9(a)に示すように、所定クランク角幅ごとに分割した最初の領域である0°〜10°の領域の10個のデータ〔X11,Y11〕,〔X12,Y12〕,…,〔X1a,Y1a〕について、初期マップにおけるクランク角0°の値aを初期値として直線補間(外挿)によりクランク角10°時の10個のデータY11’,Y12’,…,Y1a’を得る。次いで、データY11’からY1a’までの10個のデータの平均を計算し、この平均値をab’とする。
【0056】
次いで、このab’をクランク角10°における初期値として、10°〜20°の領域の10個のデータ〔X21,Y21〕,〔X22,Y22〕,…,〔X2a,Y2a〕について直線補間(外挿)によりクランク角20°時のデータを得る。次いで、データY21’〜Y2a’までの10個のデータの平均値をac’とする。
【0057】
以後クランク角を10°づつ増加させながら上記の計算を繰返して、クランク角700°〜710°の領域のデータを710°時に補間してct’、710〜720°の領域のデータを0°時に補間してaa’としてクランク角10°毎の72個の平均値データを得る。
【0058】
次いで、回転数データZ1〜Z720の720個の平均値Zaveを算出し、この演算が終了したら再度図5のフローチャートでの各領域10個のデータストアを行なう。
【0059】
次いで、図9(b)に示すように、このデータストア→上記演算を第2の所定数(例えば5回)繰返して得られたデータaa’1〜aa’5,ab’1〜ab’5,………,ct’1〜ct’5,Zave1〜Zave5を用いて更新トルクマップの演算を行なう。
【0060】
まず、図9(c)に示すように、Zave1〜Zave5及びaa’1〜aa’5,ab’1〜ab’5,………,ct’1〜ct’5の各角度でのデータの平均値aa’’〜ct’’,Zave’を演算する。次いで、図9(d)に示すようにZave’と目標アイドル回転数からPI制御で平均出力トルクTRQを演算する。
【0061】
次いで、図9(e)に示すように、平均出力トルクTRQからaa''〜ct''を減じたものを各クランク角度毎のトルク値学習データとして学習マップ27を更新する。
【0062】
以上好ましい実施形態について説明したが、これは本発明を限定するものではない。実施形態においては、4サイクル・4気筒エンジンに適用した場合を説明したが、2サイクルエンジンや任意の気筒数のエンジンにも適用可能である。
【0063】
またレシプロカルエンジンでは、その出力軸はクランク軸であったが、バンケル式ロータリエンジンに適用する際には、発電電動機が連結されるエンジン出力軸はエキセントリックシャフト(偏心軸)となり、このロータリエンジンのトルク特性に対応したトルクを発電電動機が出力するように制御すべきであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエンジンの回転数変動抑制装置を用いたハイブリッドシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】実施形態におけるモータコントロールユニットの制御ブロック図である。
【図3】(a)エンジントルク変動図、及び(b)エンジンのトルク変動を打ち消すモータトルク図である。
【図4】アイドル回転制御フローチャートの前半部である。
【図5】アイドル回転制御フローチャートの後半部である。
【図6】トルクマップからのモータ出力トルク演算を説明する図である。
【図7】エンジントルク算出式を説明する図である。
【図8】トルクマップ更新用データの例を示す表である。
【図9】トルクマップ学習値の演算方法を説明する図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 トランスミッション
3 モータジェネレータ
4 エンジンコントロールユニット
5 トータルコントロールユニット
6 モータコントロールユニット
7 インバータ
8 角度センサ
9 気筒判別センサ
10 アイドルスイッチ
21 学習制御部
22 アイドルF/F制御部
23 回転数F/B制御部
25 モータトルク計算部
26 初期マップ
27 学習マップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより、この回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来よりエンジンの回転軸に発電電動機を連結し、この発電電動機が発生するトルクによりエンジン回転数の変動を抑制する技術が知られている。
【0003】
例えば、特開平5−302526号公報記載の技術においては、回転速度検出手段でエンジンの回転速度を検出し、この検出されたエンジン回転速度をフィードバックして発電電動機が発生すべきトルクを演算し、この演算結果に基づいて発電電動機を制御することにより、エンジンの回転速度変動を抑制していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、エンジン回転数変動を検知してのフィードバック制御という構成になっていたため、エンジンの各気筒毎の繰返しで発生する、エンジントルクの変動による回転数の変動に対してフィードバック制御では応答遅れが存在し、回転数変動を完全には打ち消せないという問題点があった。
【0005】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、制御応答遅れを無くし、迅速にエンジンの回転数変動を抑制することができるエンジンの回転数変動抑制装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより前記回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置において、前記回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、予め前記回転軸の回転角度に応じて前記発電電動機が発生すべきトルク値を記憶したトルク記憶手段と、前記角度検出手段が検出した回転角度に基づいて前記トルク記憶手段からトルク値を読み出し、前記発生トルクが該トルク値となるように前記発電電動機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所定クランク角度幅毎に、クランク軸角度とその角度における発電電動機が発生すべきトルクの計算値とを対にして、前記対の第1の所定数のサンプルを収集して第1の記憶領域に記憶する第1工程と、前記所定クランク角度毎に前記第1の所定数のサンプルから平均値を求めて、所定クランク角度毎に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に前記平均値を順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数繰り返す第3工程と、前記第3工程により前記所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備えた学習過程により、前記発電電動機のトルク、前記回転軸の回転角度、及びエンジン回転数に基づいて回転数変動を抑制する発生トルク値を学習することを要旨とする。
【0010】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより前記回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置において、前記回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、予め前記回転軸の回転角度に応じて前記発電電動機が発生すべきトルク値を記憶したトルク記憶手段と、前記角度検出手段が検出した回転角度に基づいて前記トルク記憶手段からトルク値を読み出し、前記発生トルクが該トルク値となるように前記発電電動機を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、所定クランク角度幅毎に、クランク軸角度とその角度における発電電動機が発生すべきトルクの計算値とを対にして、前記対の第1の所定数のサンプルを収集して第1の記憶領域に記憶する第1工程と、前記所定クランク角度毎に前記第1の所定数のサンプルから平均値を求めて、所定クランク角度毎に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に前記平均値を順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数繰り返す第3工程と、前記第3工程により前記所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備えた学習過程により、前記発電電動機のトルク、前記回転軸の回転角度、及びエンジン回転数に基づいて回転数変動を抑制する発生トルク値を学習するようにしたので、第1の所定数を内側ループ回数、第2の所定数を外側ループ回数とする2重ループにより第1の所定数と第2の所定数との積の数に等しい数のサンプルから平均値を計算することができ、記憶領域の容量削減と学習用のサンプル数の増大による学習精度の向上とを両立させることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて詳述する。
本実施形態は、例えば4サイクル・4気筒エンジンがクランク角度720°(各気筒のバランスがとれていれば180°)毎に繰り返す図3(a)に示すようなエンジンのトルク変動〔Te(t)〕によって生じるアイドル回転時の回転数変動を、このエンジントルクの平均値Tave(図3(a)の破線)で折返した図3(b)に示す変動打消用トルク〔Tave−Te(t)〕をモータトルク〔Tm(t)〕=〔Tave−Te(t)〕として出力することで、エンジンのトルク変動を相殺し、アイドル時の回転数変動を抑制し、振動騒音を低減するものである。
【0015】
図1は、本発明に係るエンジンの回転数変動抑制装置を用いた実施形態であるハイブリッドシステムの全体構成を示すブロック図である。
図1において、このハイブリッドシステムは、エンジン1とトランスミッション2の間にエンジンの出力軸であるクランク軸に直結する形で配される発電電動機であるモータジェネレータ3、エンジンの制御を実施するエンジンコントロールユニット4、エンジン1とモータジェネレータ3の動作モードをコントロールするトータルコントロールユニット5、モータジェネレータ3を制御するモータコントロールユニット6及びその指令値に基づき強電系をモータジェネレータへ供給するインバータ7、クランク軸の回転角度を検出する角度センサ8、エンジン気筒を判別する気筒判別センサ9及び車両情報を取得するアイドルスイッチ10を備えている。
【0016】
ここでモータジェネレータ3は、トータルコントロールユニット5の指令に従い、エンジンを回転させる電動機として、あるいはクランク軸の回転を電力に変換して出力する発電機として作動するものである。
【0017】
モータコントロールユニット6は、本発明の特徴であるエンジンの回転数変動抑制装置として動作するもので、学習制御部21、アイドル回転時のエンジンのトルク変動を打ち消すためにモータが発生すべきトルクをクランク角度に応じて指示するアイドルフィードフォワード制御部22(以下、アイドルF/F制御部22と略す)、エンジンの回転変動をフィードバックにより制御する回転数フィードバック制御部23(以下、回転数F/B制御部23と略す)を備えている。
【0018】
さらに、アイドルF/F制御部22は、マップを利用してクランク角度に対応したモータトルクを計算するモータトルク計算部25を備え、モータトルク計算部25に内部には、クランク角度毎のモータが発生すべきトルクを予めROM等に記憶した初期マップ26と、学習制御部21により回転数変動抑制のためのトルク学習の結果で更新される学習マップ27とを備えている。
【0019】
図2は、モータコントロールユニット6によるエンジン回転数変動抑制の制御ブロック図である。トータルコントロールユニット5からモーターコントロールユニット6に対する制御信号は、モータジェネレータ3が出力すべきトルク値であるトルク指令値51と、アイドル回転を指示するアイドル制御指令56と、エンジン回転数を指示する回転数指令値57とがある。
【0020】
モータコントロールユニット6は構成要素として、アイドル時にモータジェネレータ3が出力すべきトルク変動学習制御部21と、アイドル回転時のトルク変動をフィードフォワード制御により抑制するようにトルク指令値A52を出力するアイドルF/F制御部22と、エンジン回転数をフィードバック制御により安定化する回転数F/B制御部23と、目標アイドル回転数設定器30と、加算器32と、スイッチ33と、スイッチ33から出力されたモータトルク指令値55に対応したId指令値及びIq指令値を計算するdq軸電流指令値計算部34と、Id指令値及びIq指令値に基づいてインバータ7を制御する電流F/B制御部24と、角度センサ8及び気筒判別センサ9に基づいてクランク角度58を検出する角度検出部35と、角度センサ8に基づいてエンジン回転数59を検出する回転数検出部36と、を備えている。
【0021】
学習制御部21は、アイドル回転数制御時において、クランク角度58とこれに対応したトルク指令値54からなるサンプルを所定クランク角度幅毎に一時記憶するとともに、記憶されたサンプル値に基づいて所定クランク角度幅毎のモータトルク指令値の学習値を計算し、この計算結果をモータトルク計算部25の学習マップ27に記憶させる制御を行うものである。
【0022】
アイドルF/F制御部22は、アイドル時のトルク変動を抑制するためクランク角度毎にモータジェネレータ3が発生すべきトルクを計算するモータトルク計算部25を備え、モータトルク計算部25は、予め所定クランク角毎にトルク値を記憶した初期マップ26と学習制御部21が計算したトルク値を記憶する学習マップ27とを備えている。
【0023】
目標アイドル回転数設定器30は、トータルコントロールユニット5からモータコントロールユニット6へアイドル制御指令56は出力されたとき、エンジン1の暖機状態や図示しないバッテリの充電状態、び図示しないエアコン等の車両搭載機器の状態等に基づいて目標アイドル回転数を計算し、回転数F/B制御部23へ出力するものである。
【0024】
回転数F/B制御部23は、トータルコントロールユニット5からアイドル制御指令56が行われたときのアイドル回転数フィードバック制御、及びトータルコントロールユニット5から回転数指令値57の指示が行われたときの回転数フィードバック制御をおこなうための回転数PI制御部31を備えている。
【0025】
回転数PI制御部31は、目標アイドル回転数設定器30が出力する目標アイドル回転数または回転数指令値57と、回転数検出器36が検出した回転数59とに基づいて、比例積分制御(PI制御)を行うためのトルク指令値B53を計算して、これを加算器32へ出力する。
【0026】
加算器32は、アイドルF/F制御部22の出力であるトルク指令値A52と回転数F/B制御部23の出力であるトルク指令値B53とを加算してトルク指令値54として出力する。
【0027】
スイッチ33は、トルク指令値51またはトルク指令値54を選択してモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ出力する。
【0028】
dq軸電流指令値計算部34は、スイッチ33から出力されるモータトルク指令値55に対応したId指令値及びIq指令値を計算して、それぞれ電流F/B制御部24へ出力する。
【0029】
電流F/B制御部24は、dq軸電流指令値計算部34が出力するId指令値及びIq指令値に基づいてインバータ7を制御するものであり、Id指令値及びIq指令値からVq指令値及びVd指令値へ変換する電流PI制御部37と、Vq指令値及びVd指令値に基づいて非干渉制御を行ってVq’指令値及びVd’指令値を出力する非干渉制御部38と、Vq’指令値及びVd’指令値から、Vu指令値、Vv指令値、Vw指令値を生成する2相3相変換部39と、Vu指令値、Vv指令値、Vw指令値に応じたパルス幅変調信号を生成しインバータ7へ出力するPWM40と、モータジェネレータ3に供給される各相の電流値Iu、Iv、Iwから2相の電流値Id、Iqへ変換し、電流PI制御部37へフィードバックする3相2相変換部41を備えている。
【0030】
次に、本実施形態におけるエンジンの回転数変動抑制装置であるモータコントロールユニット6の制御を図2を参照して説明する。
【0031】
通常運転時には、トルク指令値51、または回転数指令値57により、モータが出力すべきトルク値、またはエンジンの回転数が指令される。
【0032】
トルク指令値51による指令の場合、スイッチ33は、トータルコントロールユニット5から与えられるトルク指令値51を選択して、モータトルク指令値55として、dq軸電流指令値計算部34へ出力する。
【0033】
回転数指令値57による指令の場合、回転数指令値57と、角度センサ8の信号に基づいて回転数検出部36が検出したエンジン回転数59と、に基づいて回転数F/B制御部23が計算したトルク指令値B53がモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ入力される。このとき、トルク指令値A52とトルク指令値B53を加算する加算器32において、アイドル制御指令56がないのでトルク指令値A52の値は0である。
【0034】
次に、本実施形態のアイドル回転数制御時には、トータルコントロールユニット5からモータコントロールユニット6へアイドル制御指令56が出力され、これを受けたモータコントロールユニット6は、角度検出器で検出したクランク角度58に対応したトルク指令値A52を初期マップ26または学習マップ27から算出する。
【0035】
またアイドル制御指令56に基づいて目標アイドル回転数設定器30によりROMデータとして保持した目標アイドル回転数と回転数検出器部36で検出したエンジンの回転数59から回転数のF/B制御部23でトルク指令値B53を算出する。
【0036】
そして、このトルク指令値A52及びトルク指令値B53を加算器32で加算し、スイッチ33を介してモータトルク指令値55としてdq軸電流指令値計算部34へ入力する。以後は通常制御時と同様に、このモータトルク指令値55に従ったトルクを発生する電流値をdp軸電流指令値計算部34より算出し、この2軸の電流指令値であるId指令値、Iq指令値となるように、電流F/B制御部24によりモータジェネレータ3を制御する。
【0037】
次に、図4及び図5のフローチャートを参照して、本実施形態におけるモータコントロールユニット6のアイドル回転数制御時の動作を説明する。この制御は、例えば2ms毎の定期処理として行われるが、この周期は2msに特定されることはない。
【0038】
まずステップS10では、トータルコントロールユニット5からアイドル制御指令が有るか否かを判定する。
トータルコントロールユニット5は、アイドルスイッチ10より、エンジン1のアイドル回転状態を検知し、定常回転数でのアイドル回転時にモータコントロールユニット6にアイドル制御指令56を送信する。
【0039】
ステップS10では、この指令が無ければアイドル制御動作フローを終了し、モータの通常制御に移行し、あればステップS12に移行する。
ステップS12では角度センサ8及び気筒判別センサ9に基づいて角度検出部35よりクランク角度を検出しステップS14へ移行する。
【0040】
ステップS14では、学習制御部21による学習結果で更新されたアイドル回転数制御用のトルクマップ更新版である学習マップの有無を判定する。更新版があればステップS16へ、なければステップS18へ移行する。
【0041】
ステップS16ではステップS12で算出したクランク角度に応じたトルク値を、更新した学習マップ27より図6に示すクランク角度10°毎に保持したトルクデータより直線補間により算出し、トルク指令値Aとする。
【0042】
ステップS18ではステップS12で算出したクランク角度に応じたトルク値を初期マップ26より図6に示すクランク角度10°毎に保持したトルクデータより直線補間により算出し、トルク指令値Aとする(初期マップは予めROMに保存しておく)。
【0043】
ステップS20では前々回のトルク指令値の有無を判定する。前々回にトルクを指令していれば、ステップS22へ、指令していなければ、ステップS30へ移行する。
ステップS22ではステップS12で算出したクランク角度、及び前回のクランク角度から回転数、加速度を算出し、ステップS24へ移行する。
【0044】
ステップS24ではステップS22で算出した回転数と目標アイドル回転数の偏差ΔのPI制御(比例積分制御)により、トルク指令値Bを算出し、ステップS26へ移行する。
ステップS26ではステップS22で算出した加速度とこの時のモータトルク指令値(前々回モータトルク指令値)から図7に示す式によりエンジントルクを算出し、ステップS28へ移行する。
【0045】
ステップS28ではトルクマップ更新用にステップS26で算出したエンジントルク変動分を打ち消すためのトルク値とそのクランク角度をクランク角度範囲別にデータストアし、またステップS22で算出した回転数をデータストアしてステップS32へ移行する(トルクマップの更新については後述する)。
【0046】
ステップS30では回転数偏差からのフィードバック演算は実施せず、トルク指令値B=0としステップS32へ移行する。
ステップS32ではトルク指令値A+トルク指令値Bをモータトルク指令値としステップS34へ移行する。
【0047】
ステップS34では次回のアイドル回転数制御演算用に前回モータトルク指令値、前々回モータトルク指令値、前回クランク角度、前々回クランク角度をデータストアし、アイドル回転数制御フローを終了し、モータトルク出力処理へ移行する。
【0048】
次に、本実施形態におけるトルク学習値の算出と、これによる学習マップ27の更新について説明する。本実施形態におけるトルク学習値の計算は、2重ループにより実行される。
【0049】
すなわち、クランク軸角度とその角度におけるモータジェネレータが発生すべきトルクの計算値とを対にして、所定クランク角度幅(例えば10°)毎に第1の所定数(例えば10個)のサンプルを収集して学習制御部内に設けられた第1の記憶領域に記憶する第1工程と、所定クランク角度毎に第1の所定数のサンプルから平均値を求めて所定クランク角度毎に学習制御部に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に順次記憶する第2工程と、前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数(例えば5回)繰り返す第3工程と、第3工程により所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、を備え、第4工程にて計算された平均値に基づいて、学習マップを更新している。
【0050】
このように、本実施形態によれば、所定クランク角度幅毎に、内側ループの第1の所定数(例えば10)と外側ループの第2の所定数(例えば5)との積の500サンプルに基づく高精度な学習と、第1の記憶領域を第2の所定数繰り返して利用することにより、各クランク角度幅毎に第1の所定数と第2の所定数との和の数だけのメモリ領域の数で済むというメモリ領域の節約とを両立させることができる。
【0051】
先に説明した図5のフローチャートのステップS28では、ステップS26演算したデータを所定クランク角度幅毎に(例えば、クランク角度幅10°刻みとすると、クランク角度13°であれば、クランク角度10〜20°範囲のデータ領域へ、クランク角度59°であれば、クランク角度50〜60°範囲のデータ領域へ)ストアし、各領域10個のデータをストアし、またそれぞれの回転数をデータストアする。
【0052】
次に、図5のステップS28でストアされたデータを用いて、トルク値学習結果で学習マップ27を更新するトルクマップ更新版作成の処理を図8,図9を用いて説明する。
【0053】
この処理は、クランク軸720°回転を所定クランク角度範囲(10°)毎に分割した72個の領域のデータが全て第1の所定数(例えば10個)溜まっていれば開始するものとし、図5のフローチャートでストアしたデータが図8に示すように、例えば、クランク角度X11とこのときのトルクY11とが対〔X11,Y11〕となって記憶されるとともに、このときの回転数Z1が記憶されているものとする。
【0054】
図9は、エンジン1のトルク変動抑制のためのモータジェネレータ3が出力すべきトルクの学習値の計算過程を説明する図であり、この処理は、図4及び図5の2ms毎定期処理の外側のループ(例えばバックグランドjob)で行われるる。
【0055】
まず、図9(a)に示すように、所定クランク角幅ごとに分割した最初の領域である0°〜10°の領域の10個のデータ〔X11,Y11〕,〔X12,Y12〕,…,〔X1a,Y1a〕について、初期マップにおけるクランク角0°の値aを初期値として直線補間(外挿)によりクランク角10°時の10個のデータY11’,Y12’,…,Y1a’を得る。次いで、データY11’からY1a’までの10個のデータの平均を計算し、この平均値をab’とする。
【0056】
次いで、このab’をクランク角10°における初期値として、10°〜20°の領域の10個のデータ〔X21,Y21〕,〔X22,Y22〕,…,〔X2a,Y2a〕について直線補間(外挿)によりクランク角20°時のデータを得る。次いで、データY21’〜Y2a’までの10個のデータの平均値をac’とする。
【0057】
以後クランク角を10°づつ増加させながら上記の計算を繰返して、クランク角700°〜710°の領域のデータを710°時に補間してct’、710〜720°の領域のデータを0°時に補間してaa’としてクランク角10°毎の72個の平均値データを得る。
【0058】
次いで、回転数データZ1〜Z720の720個の平均値Zaveを算出し、この演算が終了したら再度図5のフローチャートでの各領域10個のデータストアを行なう。
【0059】
次いで、図9(b)に示すように、このデータストア→上記演算を第2の所定数(例えば5回)繰返して得られたデータaa’1〜aa’5,ab’1〜ab’5,………,ct’1〜ct’5,Zave1〜Zave5を用いて更新トルクマップの演算を行なう。
【0060】
まず、図9(c)に示すように、Zave1〜Zave5及びaa’1〜aa’5,ab’1〜ab’5,………,ct’1〜ct’5の各角度でのデータの平均値aa’’〜ct’’,Zave’を演算する。次いで、図9(d)に示すようにZave’と目標アイドル回転数からPI制御で平均出力トルクTRQを演算する。
【0061】
次いで、図9(e)に示すように、平均出力トルクTRQからaa''〜ct''を減じたものを各クランク角度毎のトルク値学習データとして学習マップ27を更新する。
【0062】
以上好ましい実施形態について説明したが、これは本発明を限定するものではない。実施形態においては、4サイクル・4気筒エンジンに適用した場合を説明したが、2サイクルエンジンや任意の気筒数のエンジンにも適用可能である。
【0063】
またレシプロカルエンジンでは、その出力軸はクランク軸であったが、バンケル式ロータリエンジンに適用する際には、発電電動機が連結されるエンジン出力軸はエキセントリックシャフト(偏心軸)となり、このロータリエンジンのトルク特性に対応したトルクを発電電動機が出力するように制御すべきであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエンジンの回転数変動抑制装置を用いたハイブリッドシステムの全体構成を示すブロック図である。
【図2】実施形態におけるモータコントロールユニットの制御ブロック図である。
【図3】(a)エンジントルク変動図、及び(b)エンジンのトルク変動を打ち消すモータトルク図である。
【図4】アイドル回転制御フローチャートの前半部である。
【図5】アイドル回転制御フローチャートの後半部である。
【図6】トルクマップからのモータ出力トルク演算を説明する図である。
【図7】エンジントルク算出式を説明する図である。
【図8】トルクマップ更新用データの例を示す表である。
【図9】トルクマップ学習値の演算方法を説明する図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 トランスミッション
3 モータジェネレータ
4 エンジンコントロールユニット
5 トータルコントロールユニット
6 モータコントロールユニット
7 インバータ
8 角度センサ
9 気筒判別センサ
10 アイドルスイッチ
21 学習制御部
22 アイドルF/F制御部
23 回転数F/B制御部
25 モータトルク計算部
26 初期マップ
27 学習マップ
Claims (1)
- エンジンの回転軸に連結された発電電動機の発生トルクにより前記回転軸の回転数変動を抑制するエンジンの回転数変動抑制装置において、
前記回転軸の回転角度を検出する角度検出手段と、
予め前記回転軸の回転角度に応じて前記発電電動機が発生すべきトルク値を記憶したトルク記憶手段と、
前記角度検出手段が検出した回転角度に基づいて前記トルク記憶手段からトルク値を読み出し、前記発生トルクが該トルク値となるように前記発電電動機を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
所定クランク角度幅毎に、クランク軸角度とその角度における発電電動機が発生すべきトルクの計算値とを対にして、前記対の第1の所定数のサンプルを収集して第1の記憶領域に記憶する第1工程と、
前記所定クランク角度毎に前記第1の所定数のサンプルから平均値を求めて、所定クランク角度毎に第2の所定数設けられた第2の記憶領域に前記平均値を順次記憶する第2工程と、
前記第1の記憶領域を上書きしながら前記第1工程及び前記第2工程を第2の所定数繰り返す第3工程と、
前記第3工程により前記所定クランク角度毎に第2の所定数記憶された平均値から再度平均値を計算する第4工程と、
を備えた学習過程により、
前記発電電動機のトルク、前記回転軸の回転角度、及びエンジン回転数に基づいて回転数変動を抑制する発生トルク値を学習することを特徴とするエンジンの回転数変動抑制装置。
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