JP4176662B2 - ハイブリッド車両の制振方法 - Google Patents

Description

本発明は、ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを能動型防振支持装置を介して車体フレームに支持し、ジェネレータ・モータが発生する制振力と能動型防振支持装置が発生する制振力とによってエンジンから車体フレームに伝達される振動を制振するハイブリッド車両の制振方法に関する。

クランクシャフトの所定回転角毎に出力されるクランクパルスの時間間隔からクランク角速度を算出し、クランク角速度を時間微分したクランク角加速度からクランクシャフトのトルクを算出し、トルクの変動量としてエンジンの振動状態を推定し、エンジンの振動状態に応じてアクチュエータのコイルへの通電を制御して制振機能を発揮させる能動型防振支持装置が、下記特許文献１により公知である。

また走行用動力源としてエンジンおよびジェネレータ・モータを備えたハイブリッド車両において、エンジンの運転時にジェネレータ・モータをモータあるいはジェネレータとして作動させる際に、エンジンの振動、即ちクランクシャフトのトルク変動を打ち消すような制振トルクをジェネレータ・モータに発生させることで、エンジンから車体フレームに伝達される振動を制振するものが、下記特許文献２により公知である。
特開２００３−１１３８９２号公報 特開２００１−５７７０９号公報

ところで、ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを能動型防振支持装置を介して車体フレームに支持したハイブリッド車両において、従来はジェネレータ・モータが発生する制振力と能動型防振支持装置が発生する制振力とを独立して制御していたため、両者の制御が干渉して充分な制振効果が得られない場合があった。また制振のためにジェネレータ・モータが消費する電力は、能動型防振支持装置が消費する電力よりも大きいが、従来の制御ではジェネレータ・モータの消費電力が必要以上に増加してしまう可能性があた。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ハイブリッド車両のエンジンの制振制御を少ない消費電力で効果的に行えるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを能動型防振支持装置を介して車体フレームに支持し、ジェネレータ・モータが発生する制振力と能動型防振支持装置が発生する制振力とによってエンジンから車体フレームに伝達される振動を制振するハイブリッド車両の制振方法において、エンジンの振動状態に応じて能動型防振支持装置の作動を制御し、能動型防振支持装置が発生する制振力でエンジンから車体フレームに伝達される振動を制振する工程と、能動型防振支持装置の作動により除去しきれずにエンジンから車体フレームに伝達される振動を、能動型防振支持装置と車体フレームとの間に配置した荷重センサにより検出し、その検出した振動をジェネレータ・モータが発生する制振力で制振する工程とを含むことを特徴とするハイブリッド車両の制振方法が提案される。

請求項１の構成によれば、ジェネレータ・モータを一体に備えたエンジンを能動型防振支持装置を介して車体フレームに支持したハイブリッド車両において、エンジンの振動を先ず能動型防振支持装置が発生する制振力で制振し、能動型防振支持装置の作動により除去しきれない振動を能動型防振支持装置と車体フレームとの間に配置した荷重センサにより検出し、その検出した振動をジェネレータ・モータが発生する制振力で制振するので、能動型防振支持装置の制振制御とジェネレータ・モータの制振制御とが干渉して制振効果が減少するのを回避し、かつ消費電力の小さい能動型防振支持装置を優先的に作動させて消費電力の大きいのジェネレータ・モータを補助的に作動させることで、トータルの消費電力を削減することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１はハイブリッド車両の制振装置の制御系を示すブロック図、図２は能動型防振支持装置の縦断面図、図３は図２の３部拡大図、図４は能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャートである。

図１に示すように、ハイブリッド車両のエンジンＥにモータおよびジェネレータとして機能するジェネレータ・モータＧＭと、自動あるいは手動のトランスミッションＴとが一体に結合されており、トランスミッションＴの出力により駆動輪Ｗが駆動される。エンジンＥは能動型防振支持装置Ｍ（アクティブ・コントロール・マウント）を介して車体フレームＦに支持されており、能動型防振支持装置Ｍと車体フレームＦとの間にエンジンＥから車体Ｆに伝達される荷重を検出する荷重センサＳｄが配置される。

能動型防振支持装置Ｍおよびジェネレータ・モータＧＭの作動を制御する電子制御ユニットＵには、前記荷重センサＳｄで検出した荷重信号に加えて、エンジンＥのクランクパルスセンサＳａで検出したクランクパルス信号と、エンジン回転数センサＳｂで検出したエンジン回転数信号（ＴＤＣ信号）と、スロットル開度センサＳｃで検出したスロットル開度信号（エンジン負荷信号）とが入力される。エンジンＥのクランクパルスは、クランクシャフトの１回転につき２４回、つまりクランクアングルの１５°毎に１回出力される。

次に、図２および図３に基づいて能動型防振支持装置Ｍの構造を説明する。

能動型防振支持装置Ｍは、軸線Ｌに関して実質的に軸対称な構造を有するもので、概略円筒状の上部ハウジング１１の下端のフランジ部１１ａと、概略円筒状の下部ハウジング１２の上端のフランジ部１２ａとの間に、上面が開放した概略カップ状のアクチュエータケース１３の外周のフランジ部１３ａと、環状の第１弾性体支持リング１４の外周部と、環状の第２弾性体支持リング１５の外周部とが重ね合わされてカシメにより結合される。このとき、下部ハウジング１２のフランジ部１２ａとアクチュエータケース１３のフランジ部１３ａとの間に環状の第１フローティングラバー１６を介在させ、かつアクチュエータケース１３の上部と第２弾性体支持部材１５の内面との間に環状の第２フローティングラバー１７を介在させることで、アクチュエータケース１３は上部ハウジング１１および下部ハウジング１２に対して相対移動可能にフローティング支持される。

第１弾性体支持リング１４と、軸線Ｌ上に配置された第１弾性体支持ボス１８とに、厚肉のラバーで形成した第１弾性体１９の下端および上端がそれぞれが加硫接着により接合される。第１弾性体支持ボス１８の上面にダイヤフラム支持ボス２０がボルト２１で固定されており、ダイヤフラム支持ボス２０に内周部を加硫接着により接合されたダイヤフラム２２の外周部が上部ハウジング１１に加硫接着により接合される。ダイヤフラム支持ボス２０の上面に一体に形成されたエンジン取付部２０ａが図示せぬエンジンＥに固定される。また下部ハウジング１２の下端の車体取付部１２ｂが図示せぬ車体フレームＦに固定される。

上部ハウジング１１の上端のフランジ部１１ｂにストッパ部材２３の下端のフランジ部２３ａがボルト２４…およびナット２５…で結合されており、ストッパ部材２３の上部内面に取り付けたストッパラバー２６にダイヤフラム支持ボス２０の上面に突設したエンジン取付部２０ａが当接可能に対向する。能動型防振支持装置Ｍに大荷重が入力したとき、エンジン取付部２０ａがストッパラバー２６に当接することで、エンジンＥの過大な変位が抑制される。

第２弾性体支持リング１５に膜状のラバーで形成した第２弾性体２７の外周部が加硫接着により接合されており、第２弾性体２７の中央部に埋め込むように可動部材２８が加硫接着により接合される。第２弾性体支持リング１５の上面と第１弾性体１９の外周部との間に円板状の隔壁部材２９が固定されており、隔壁部材２９および第１弾性体１９により区画された第１液室３０と、隔壁部材２９および第２弾性体２７により区画された第２液室３１とが、隔壁部材２９の中央に形成した連通孔２９ａを介して相互に連通する。

第１弾性体支持リング１４と上部ハウジング１１との間に環状の連通路３２が形成されており、連通路３２の一端は連通孔３３を介して第１液室３０に連通し、連通路３２の他端は連通孔３４を介して、第１弾性体１９およびダイヤフラム２２により区画された第３液室３５に連通する。

次に、前記可動部材２８を駆動するアクチュエータ４１の構造を説明する。

アクチュエータケース１３の内部に固定コア４２、コイル組立体４３およびヨーク４４が下から上に順次取り付けられる。コイル組立体４３は、固定コア４２の外周に配置されたボビン４５と、ボビン４５に巻き付けられたコイル４６と、コイル４６の外周を覆うコイルカバー４７とで構成される。コイルカバー４７には、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃを貫通して外部に延出するコネクタ４８が一体に形成される。

コイルカバー４７の上面とヨーク４４の下面との間にシール部材４９が配置され、ボビン４５の下面と固定コア４２の上面との間にシール部材５０が配置される。これらのシール部材４９，５０によって、アクチュエータケース１３および下部ハウジング１２に形成した開口１３ｂ，１２ｃからアクチュエータ４１の内部空間６１に水や塵が入り込むのを阻止することができる。

ヨーク４４の円筒部４４ａの内周面に薄肉円筒状の軸受け部材５１が上下摺動自在に嵌合しており、この軸受け部材５１の上端には径方向内向きに折り曲げられた上部フランジ５１ａが形成されるとともに、下端には径方向外向きに折り曲げられた下部フランジ５１ｂが形成される。下部フランジ５１ｂとヨーク４４の円筒部４４ａの下端との間にセットばね５２が圧縮状態で配置されており、このセットばね５２の弾発力で下部フランジ５１ｂを弾性体５３を介して固定コア４２の上面に押し付けることで、軸受け部材５１がヨーク４４に支持される。

軸受け部材５１の内周面に概略円筒状の可動コア５４が上下摺動自在に嵌合する。前記可動部材２８の中心から下向きに延びるロッド５５が可動コア５４の中心を緩く貫通し、その下端にナット５６が締結される。可動コア５４の上面に設けたばね座５７と可動部材２８の下面との間に圧縮状態のセットばね５８が配置されており、このセットばね５８の弾発力で可動コア５４はナット５６に押し付けられて固定される。この状態で、可動コア５４の下面と固定コア４４の上面とが、円錐状のエアギャップｇを介して対向する。ロッド５５およびナット５６は固定コア４２の中心に形成された開口４２ａに緩く嵌合しており、この開口４２ａはシール部材５９を介してプラグ６０で閉塞される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

先ず能動型防振支持装置Ｍの作用について説明する。自動車の走行中に低周波数のエンジンシェイク振動が発生したとき、エンジンＥからダイヤフラム支持ボス２０および第１弾性体支持ボス１８を介して入力される荷重で第１弾性体１９が変形して第１液室３０の容積が変化すると、連通路３２を介して接続された第１液室３０および第３液室３５間で液体が行き来する。第１液室３０の容積が拡大・縮小すると、それに応じて第３液室３５の容積が縮小・拡大するが、この第３液室３５の容積変化はダイヤフラム２２の弾性変形により吸収される。このとき、連通路３２の形状および寸法、並びに第１弾性体１９のばね定数は前記エンジンシェイク振動の周波数領域で低ばね定数および高減衰力を示すように設定されているため、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動を効果的に低減することができる。

尚、上記エンジンシェイク振動の周波数領域では、アクチュエータ４１は非作動状態に保たれる。

前記エンジンシェイク振動よりも周波数の高い振動、即ちエンジンＥのクランクシャフトの回転に起因するアイドル時の振動や気筒休止時の振動が発生した場合、第１液室３０および第３液室３５を接続する連通路３２内の液体はスティック状態になって防振機能を発揮できなくなるため、アクチュエータ４１を駆動して防振機能を発揮させる。

能動型防振支持装置Ｍのアクチュエータ４１を作動させて防振機能を発揮させるべく、電子制御ユニットＵはクランクパルスセンサＳａからの信号に基づいてコイル４６に対する通電を制御する。

即ち、図４のフローチャートにおいて、先ずステップＳ１でクランクパルスセンサＳａからクランクアングルの１５°毎に出力されるクランクパルスを読み込み、ステップＳ２で前記読み込んだクランクパルスを基準となるクランクパルス（特定のシリンダのＴＤＣ信号）と比較することでクランクパルスの時間間隔を演算する。続くステップＳ３で前記１５°のクランクアングルをクランクパルスの時間間隔で除算することでクランク角速度ωを演算し、ステップＳ４でクランク角速度ωを時間微分してクランク角加速度ｄω／ｄｔを演算する。続くステップＳ５でエンジンＥのクランクシャフト回りのトルクＴｑを、エンジンＥのクランクシャフト回りの慣性モーメントをＩとして、
Ｔｑ＝Ｉ×ｄω／ｄｔ
により演算する。このトルクＴｑはクランクシャフトが一定の角速度ωで回転していると仮定すると０になるが、膨張行程ではピストンの加速により角速度ωが増加し、圧縮行程ではピストンの減速により角速度ωが減少してクランク角加速度ｄω／ｄｔが発生するため、そのクランク角加速度ｄω／ｄｔに比例したトルクＴｑが発生することになる。

続くステップＳ６で時間的に隣接するトルクの最大値および最小値を判定し、ステップＳ７でトルクの最大値および最小値の偏差、つまりトルクの変動量としてエンジンＥを支持する能動型防振支持装置Ｍの位置における振幅を演算する。そしてステップＳ８で、アクチュエータ４１のコイル４６に印加する電流のデューティ波形およびタイミング（位相）を決定する。

しかして、エンジンＥが車体フレームＦに対して下向きに移動し、第１弾性体１９が下向きに変形して第１液室３０の容積が減少したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力で可動コア５４が固定コア４２に向けて下向きに移動し、可動コア５４にロッド５５を介して接続された可動部材２８に引かれて第２弾性体２７が下向きに変形する。その結果、第２液室３１の容積が増加するため、エンジンＥからの荷重で圧縮された第１液室３０の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第２液室３１に流入し、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される荷重を低減することができる。

続いてエンジンＥが車体フレームＦに対して上向きに移動し、第１弾性体１９が上向きに変形して第１液室３０の容積が増加したとき、それにタイミングを合わせてアクチュエータ４１のコイル４６を消磁すると、エアギャップｇに発生する吸着力が消滅して可動コア５４が自由に移動できるようになるため、下向きに変形した第２弾性体２７が自己の弾性復元力で上向きに復元する。その結果、第２液室３１の容積が減少するため、第２液室３１の液体が隔壁部材２９の連通孔２９ａを通過して第１液室３０に流入し、エンジンＥが車体フレームＦに対して上向きに移動するのを許容することができる。

このように、エンジンＥの振動の周期に応じてアクチュエータ４１のコイル４６を励磁および消磁することで、エンジンＥの振動が車体フレームＦの伝達するのを防止する能動的な制振力を発生させることができる。

上述のようにして能動型防振支持装置Ｍが制振機能を発揮しても、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動を完全に消し去ることは困難であるが、この残存する振動は電子制御ユニットＵによるジェネレータ・モータＧＭの制御により制振される。

即ち、上記特許文献２に詳しく開示されているように、ジェネレータ・モータＧＭにより制振を行う場合には、電子制御ユニットＵはエンジン回転数センサＳｂで検出したエンジン回転数信号（ＴＤＣ信号）と、スロットル開度センサＳｃで検出したスロットル開度信号（エンジン負荷信号）とに基づいてエンジンＥの振動を推定し、この振動を打ち消すようにジェネレータ・モータＧＭが発生する駆動トルク（あるいは回生制動時の制動トルク）を制御することで制振力を発生させる。

但し、本実施の形態では、能動型防振支持装置Ｍの作動によってエンジンＥの振動の一部は既に打ち消されているため、上記特許文献２に開示されたエンジンＥの振動の推定を行わず、能動型防振支持装置Ｍと車体フレームＦとの間に配置した荷重センサＳｄで検出した荷重に基づいてエンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動の残存量を推定し、この残存する振動を打ち消すようにジェネレータ・モータＧＭが発生する制振力の大きさを制御する。即ち、荷重センサＳｄは、エンジンＥから車体フレームＦに伝達される残存荷重、つまりエンジンＥから車体フレームＦに伝達される振動の波形（振幅および位相）を直接検出するものであるため、荷重センサＳｄで検出した荷重に基づいてジェネレータ・モータＧＭが発生する制振力の大きさを制御すれば、能動型防振支持装置Ｍによって除去しきれなかった振動を除去することができる。

このように、エンジンＥの振動を先ず能動型防振支持装置Ｍが発生する制振力で制振し、能動型防振支持装置Ｍでは除去しきれない振動をジェネレータ・モータＧＭが発生する制振力で制振するので、能動型防振支持装置Ｍの制振制御とジェネレータ・モータＧＭの制振制御とが干渉して制振効果が減少するのを回避して効果的な制振制御を行うことができる。しかも消費電力の小さい能動型防振支持装置Ｍを優先的に作動させて消費電力の大きいのジェネレータ・モータＧＭを補助的に作動させることで、制振制御に要する消費電力を削減するとともに、ジェネレータ・モータＧＭの発熱による耐久性の低下を最小限に抑えることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、能動型防振支持装置Ｍは液体を封入したものに限定されず、ピエゾ素子を用いたものであっても良い。

また実施例では能動型防振支持装置ＭがエンジンＥを直接的に車体フレームＦに支持しているが、エンジンＥと一体のジェネレータ・モータＧＭあるいはトランスミッションＴを介してエンジンＥを間接的に車体フレームＦに支持しても良い。

ハイブリッド車両の制振装置の制御系を示すブロック図 能動型防振支持装置の縦断面図 図２の３部拡大図 能動型防振支持装置の作用を説明するフローチャート

符号の説明

Ｅ エンジン
Ｆ 車体フレーム
ＧＭ ジェネレータ・モータ
Ｍ 能動型防振支持装置
Ｓｄ 荷重センサ

Claims (1)

1. ジェネレータ・モータ（ＧＭ）を一体に備えたエンジン（Ｅ）を能動型防振支持装置（Ｍ）を介して車体フレーム（Ｆ）に支持し、ジェネレータ・モータ（ＧＭ）が発生する制振力と能動型防振支持装置（Ｍ）が発生する制振力とによってエンジン（Ｅ）から車体フレーム（Ｆ）に伝達される振動を制振するハイブリッド車両の制振方法において、
   エンジン（Ｅ）の振動状態に応じて能動型防振支持装置（Ｍ）の作動を制御し、能動型防振支持装置（Ｍ）が発生する制振力でエンジン（Ｅ）から車体フレーム（Ｆ）に伝達される振動を制振する工程と、
   能動型防振支持装置（Ｍ）の作動により除去しきれずにエンジン（Ｅ）から車体フレーム（Ｆ）に伝達される振動を、能動型防振支持装置（Ｍ）と車体フレーム（Ｆ）との間に配置した荷重センサ（Ｓｄ）により検出し、その検出した振動をジェネレータ・モータ（ＧＭ）が発生する制振力で制振する工程と、
   を含むことを特徴とするハイブリッド車両の制振方法。

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