JP5309959B2

JP5309959B2 - 駆動システム

Info

Publication number: JP5309959B2
Application number: JP2008322637A
Authority: JP
Inventors: 真一郎末永; 弘道木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: JP2010143398A

Description

この発明は、駆動システムに関し、さらに詳しくは、トルク変動に対する振動制御を適正に行い得る駆動システムに関する。

一般に、車両走行時には、エンジンの出力トルクが周期的に変動するため、このトルク変動に起因してエンジン回転数とトランスミッションのインプット回転数と間に差が生じる。かかる回転数差は、車両の振動発生の原因になる。このため、近年のハイブリッド車両などの駆動システムでは、モータ・ジェネレータが逆位相の制振トルクを発生してトルク変動を抑制している。かかる構成を採用する従来の駆動システム（エンジンの振動抑制装置）として、特許文献１に記載される技術が知られている。

特開平１１−８９００８号公報

この発明は、トルク変動に対する振動制御を適正に行い得る駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる駆動システムは、エンジンおよびモータ・ジェネレータと、前記エンジンおよび前記モータ・ジェネレータに連結されるトランスミッションと、前記エンジンの出力軸および前記トランスミッションの入力軸の間に配置されて軸間のトルク変動を減衰するダンパ機構とを備える駆動システムであって、前記エンジンの回転数Ｎｅと、前記モータ・ジェネレータの回転数に基づいて算出された前記トランスミッションの入力軸の回転数Ｎｔと、前記エンジンの回転数Ｎｅおよびアクセル開度に基づいて算出された閾値ａとが｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係を有するときに、前記モータ・ジェネレータが制振トルクを前記トランスミッションの入力軸に入力して前記ダンパ機構におけるトルク変動を減衰させ、前記閾値ａは、エンジン回転数Ｎｅが大きくアクセル開度が小さい領域にて小さく設定されると共に、エンジン回転数Ｎｅが小さくアクセル開度が大きい領域にて大きく設定され、且つ、｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａかつ加速運転時にて、前記エンジンの出力トルクが引き下げられることを特徴とする。

この駆動システムでは、エンジンの出力軸とトランスミッションの入力軸との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が所定の閾値ａよりも大きいときに、モータ・ジェネレータが制振トルクを発生して制振制御が行われる。かかる構成では、例えば、路面入力などに起因する過大トルク（エンジンの周期的なトルク変動よりも大きなトルク）が作用したときに、この過大トルクに対して適切な制振制御が行われる。これにより、トランスミッションへの過負荷が効果的に抑制されるので、トルク振動が効果的に抑制される利点がある。また、このとき、エンジンの回転数Ｎｅとアクセル開度との相関性を考慮して算出された閾値ａが用いられるので、必要な場面でのみ制振制御が行われる。これにより、制振制御の実行によるモータ・ジェネレータの損失が低減されるので、燃費が向上する利点がある。
また、この駆動システムでは、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度の相対関係によって閾値ａが適正化されるので、ドライバーの違和感が低減される利点がある。
また、この駆動システムでは、外部から過大トルクが入力されると、トランスミッションには、この過大トルクとエンジントルクとの双方が作用する。したがって、｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａかつ加速運転時にてエンジンが出力トルクを引き下げることにより、トランスミッションに作用する負荷トルクが軽減される。これにより、車両の振動が効果的に抑制される利点がある。

また、この発明にかかる駆動システムは、前記エンジンの出力トルクの引き下げ量が回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜およびアクセル開度に比例して設定される。

この駆動システムでは、エンジンの出力トルクの引き下げ量が外部入力の大きさ（回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜）とドライバー要求による駆動力（アクセル開度）とに比例して設定されるので、ドライバーの違和感が低減される利点がある。

また、この発明にかかる駆動システムは、前記エンジンの出力トルクの引き下げ時にて、前記エンジンの回転数Ｎｅが増加されると共に前記トランスミッションの変速比が前記エンジンの実駆動力を一定とする設定に変更される。

この駆動システムでは、エンジンの出力トルクの引き下げ時にて、エンジンの回転数Ｎｅが増加されることによりエンジンの出力トルクが維持され、また、トランスミッションの変速比が変更される。これにより、エンジンの実駆動力が一定に維持されるので、ドライバーの要求駆動力が適正に確保される利点がある。

この発明にかかる駆動システムでは、エンジンの出力軸とトランスミッションの入力軸との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が所定の閾値ａよりも大きいときに、モータ・ジェネレータが制振トルクを発生して制振制御が行われる。かかる構成では、例えば、路面入力などに起因する過大トルク（エンジンの周期的なトルク変動よりも大きなトルク）が作用したときに、この過大トルクに対して適切な制振制御が行われる。これにより、トランスミッションへの過負荷が効果的に抑制されるので、トルク振動が効果的に抑制される利点がある。また、このとき、エンジンの回転数Ｎｅとアクセル開度との相関性を考慮して算出された閾値ａが用いられるので、必要な場面でのみ制振制御が行われる。これにより、制振制御の実行によるモータ・ジェネレータの損失が低減されるので、燃費が向上する利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる駆動システムを示す構成図である。図２は、図１に記載した駆動システムの作用を示すフローチャート（図２）および説明図（図３および図４）である。図５および図６は、図１に記載した駆動システムの変形例を示すフローチャート（図５）および説明図（図６）である。

［駆動システム］
この駆動システム１は、例えば、車両１０のハイブリッドシステムに適用される（図１参照）。駆動システム１は、動力源としてのエンジン２および複数のモータ・ジェネレータ３、３と、伝達系としてのトランスミッション４およびダンパ機構５と、制御系６とを有する。エンジン２は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどのレシプロタイプの内燃機関である。モータ・ジェネレータ３は、例えば、永久磁石型同期電動機などの発電機能を有する電動機である。モータ・ジェネレータ３は、トランスミッション４の入力軸（インプットシャフト）４１側に連結される。なお、この実施例では、複数のモータ・ジェネレータ３が車両１０の前輪および後輪に対してそれぞれ割り当てられている。

トランスミッション４は、例えば、無段変速機であり、入力軸４１側にてエンジン２およびモータ・ジェネレータ３にそれぞれ連結され、出力軸４２側にてディファレンシャル７を介して車両１０の車輪１１に連結される。ダンパ機構５は、例えば、トーショナル・ダンパあるいはトランスミッション・ダンパである。このダンパ機構５は、エンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１とを連結して、これらの軸２１、３１間のトルク振動を減衰する。また、ディファレンシャル７と車輪１１とは、クラッチ機構８を介して連結される。

制御系６は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６１と、各種センサ（図示省略）とを有する。各種センサには、例えば、エンジン回転数Ｎｅを検出するセンサ、モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｍを検出するセンサ（例えば、レゾルバ）、アクセル開度を検出するセンサ、ブレーキセンサなどが含まれる。この制御系６では、ＥＣＵ６が各センサの出力値に基づいて後述する制振制御を行う。

この駆動システム１は、（１）エンジン２の動力を機械的に車輪１１に伝えて走行するモード（エンジン走行モード）、（２）エンジン２を停止させてモータ・ジェネレータ３の動力のみで電気自動車として走行するモード（モータ走行モード）、（３）エンジン２の動力とモータ・ジェネレータ３の動力とを併用して走行するモード（モータ・アシストモード）、（４）エンジン２の動力で発電を行いモータ・ジェネレータ３の動力により走行するモード（発電モード）、（５）車両の走行慣性力によってモータ・ジェネレータ３を駆動して発電を行うモード（回生モード）、（６）停止状態のエンジン２をモータ・ジェネレータ３の動力により駆動して始動させるモード（始動モード）などを行い得る。

例えば、（１）エンジン走行モードでは、エンジン２の動力がダンパ機構５を介してトランスミッション４の入力軸４１に入力され、トランスミッション４の出力軸４２からディファレンシャル７を介して車輪１１に伝達される。また、（２）モータ走行モードでは、モータ・ジェネレータ３の動力がトランスミッション４の入力軸４１に入力され、トランスミッション４の出力軸４２からディファレンシャル７を介して車輪１１に伝達される。

［トルク変動に対する制振制御］
一般に、車両走行時には、エンジンの出力トルクが周期的に変動する。このため、このトルク変動に起因して、エンジン回転数（エンジン２の出力軸２１の回転数）Ｎｅとトランスミッション４のインプット回転数（入力軸４１の回転数）と間に差が生じる。かかる回転数差は、車両の振動発生の原因になる。

また、波状路や悪路の走行時には、タイヤのスリップグリップなどの路面入力により、トランスミッション４の入力軸４１にトルクが負荷される。すると、エンジン回転数Ｎｅとトランスミッションのインプット回転数との間に差が生じて、振動発生の原因となる。特に、かかる路面入力によりトランスミッションに大きなトルクが負荷されると、トランスミッションが破損するおそれがある。

そこで、この駆動システム１では、かかるトルク変動に起因する振動を抑制するために、以下の制御が行われる（図２参照）。まず、エンジン２の回転数Ｎｅ、モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｍおよびアクセル開度が検出される（ＳＴ１１）。これらは、制御系６の各センサの出力値として取得される。次に、モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｍに基づいて、トランスミッション４の入力軸４１の回転数Ｎｔが算出される（ＳＴ１２）。

次に、エンジン２の回転数Ｎｅおよびアクセル開度に基づいて、所定の閾値ａが算出される（ＳＴ１３）（図３参照）。この閾値ａは、エンジン２の回転数Ｎｅとトランスミッション４の入力軸４１の回転数Ｎｔとの差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜に関する閾値である。なお、この閾値ａは、エンジン２の回転数Ｎｅおよびアクセル開度に対するエンジン２の出力軸２１のトルク変動量（回転数の変動量）と関係を有する（図４参照）。例えば、エンジン回転数Ｎｅが小さくアクセル開度が大きいときは、エンジン２の出力軸２１のトルク変動量が大きいため、大きな閾値ａが用いられる。また、エンジン回転数Ｎｅが大きくアクセル開度が小さいときは、エンジン２の出力軸２１のトルク変動量が小さいため、小さい閾値ａが用いられる。

次に、エンジン２の回転数Ｎｅとトランスミッション４の入力軸４１の回転数Ｎｔと閾値ａとが｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係を有するか否かが判定される（ＳＴ１４）。すなわち、ダンパ機構５におけるエンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が所定の閾値ａよりも大きいか否かが判定される。

ここで、判定ステップＳＴ１４にて｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係が満たされると判定された場合には、エンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が過大となっており、振動が発生し易い状況にある。そこで、かかる場合には、モータ・ジェネレータ３が駆動されて、ダンパ機構５におけるトルク変動を減衰させるための制振トルクを発生する（過大トルク対応モータ制御）（ＳＴ１５）。具体的には、モータ・ジェネレータ３が逆位相の制振トルクを発生して、エンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜を減少させる。これにより、過大トルクの発生が抑制されて、トルク振動が抑制される。また、これにより、ドライブラインの強度および信頼性が向上し、また、装置の小型化が可能となる利点がある。

一方、判定ステップＳＴ１４にて｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係が満たされないと判定された場合には、エンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が比較的小さい状況にある。そこで、かかる場合には、一般的な制振制御が行われる（ＳＴ１６）。例えば、エンジン２の周期的な出力トルクの変動を抑制するための制振制御が行われる。かかる制振制御には、公知のものが採用され得る。なお、この一般的な制振制御（ＳＴ１６）は、省略されても良い。

［効果］
以上説明したように、この駆動システム１では、エンジン２の出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１との回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が所定の閾値ａよりも大きいときに、モータ・ジェネレータ３が制振トルクを発生して制振制御が行われる（図２参照）。かかる構成では、例えば、路面入力などに起因する過大トルク（エンジン２の周期的なトルク変動よりも大きなトルク）が作用したときに、この過大トルクに対して適切な制振制御が行われる。これにより、トランスミッション４への過負荷が効果的に抑制されるので、トルク振動が効果的に抑制される利点がある。また、このとき、エンジン２の回転数Ｎｅとアクセル開度との相関性を考慮して算出された閾値ａが用いられるので、必要な場面でのみ制振制御が行われる。これにより、制振制御の実行によるモータ・ジェネレータ３の損失が低減されるので、燃費が向上する利点がある。例えば、車両走行時にて常にモータ・ジェネレータを駆動して逆位相の制振トルクを発生させるとすると、モータ・ジェネレータの負荷が増加して損失が発生する問題がある。したがって、トランスミッションの破損につながるような大きなトルク負荷が生じたときのみ、モータ・ジェネレータを駆動して制振トルクを発生させることにより、効率的な運転が可能となる。

なお、この駆動システム１では、閾値ａは、エンジン回転数Ｎｅが大きく且つアクセル開度が小さい領域にて小さく設定され、エンジン回転数Ｎｅが小さく且つアクセル開度が大きい領域にて小さく設定されることが好ましい（図３参照）。かかる構成では、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度の相対関係によって閾値ａが適正化されるので、ドライバーの違和感が低減される利点がある。

すなわち、エンジン回転数Ｎｅが大きくアクセル開度が小さい領域では、エンジン２の出力トルクの変動が小さくドライバーの要求駆動力が小さい。したがって、閾値ａが小さく設定されることにより、トルク変動に対する制振制御が積極的に行われる。一方、エンジン回転数Ｎｅが小さくアクセル開度が大きい領域では、エンジン２の出力トルクの変動が大きくドライバーの要求駆動力が大きい。したがって、閾値ａが大きく設定されることにより、トルク変動に対する制振制御が適正に行われる。

［変形例］
また、この駆動システム１では、｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａかつ加速運転時にて、エンジン２の出力トルクが引き下げられることが好ましい。外部から過大トルクが入力されると、トランスミッション４には、この過大トルクとエンジントルクとの双方が作用する。したがって、｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａかつ加速運転時にてエンジンが出力トルクを引き下げることにより、トランスミッションに作用する負荷トルクが軽減される。これにより、車両の振動が効果的に抑制される利点がある。なお、過大トルクが発生するような運転条件下（｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａ）では、波状路や石畳路などの特殊環境での走行状態であることが多い。したがって、かかる運転条件下にてエンジンの出力トルクを引き下げたとしても、ドライバーの違和感は少ない。なお、加速運転時か否かの判定は、アクセル開度センサの出力値などに基づいてＥＣＵ６１により行われる。

また、上記の構成では、エンジン２の出力トルクの引き下げ量が回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜およびアクセル開度に比例して設定されることが好ましい（図６参照）。かかる構成では、エンジン２の出力トルクの引き下げ量が外部入力の大きさ（回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜）とドライバー要求による駆動力（アクセル開度）とに比例して設定されるので、ドライバーの違和感が低減される利点がある。

例えば、回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が大きくアクセル開度が小さいときは、エンジン２の出力トルクの引き下げ量が大きく設定される（図６参照）。この運転条件下では、トルク変動が小さくドライバーの要求駆動力が小さい。したがって、エンジン２の出力トルクを大きく引き下げ得る。また、回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜が小さくアクセル開度が大きいときは、エンジン２の出力トルクの引き下げ量が小さく設定される。この運転条件下では、トルク変動が小さくドライバーの要求駆動力が大きい。したがって、エンジン２の出力トルクの引き下げ量を小さく設定する。

また、上記の構成では、エンジン２の出力トルクの引き下げ時にて、エンジン２の回転数Ｎｅが増加されると共にトランスミッション４の変速比がエンジン２の実駆動力を一定とする設定に変更されることが好ましい。かかる構成では、エンジン２の出力トルクの引き下げ時にて、エンジン２の回転数Ｎｅが増加されることによりエンジン２の出力トルクが維持され、また、トランスミッション４の変速比が変更される。これにより、エンジン２の実駆動力が一定に維持されるので、ドライバーの要求駆動力が適正に確保される利点がある。

例えば、この実施例の変形例では、トルク変動に対する制振制御が以下のように行われても良い（図５参照）。なお、図２と図５とでは、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１４とステップＳＴ２１〜ＳＴ２４とがそれぞれ対応する。また、ステップＳＴ１５とステップＳＴ２９とが対応し、また、ステップＳＴ１６とステップＳＴ２１０とが対応する。したがって、これらの説明については、省略する。

この制振制御では、まず、エンジン回転数Ｎｅ、モータ・ジェネレータ３の回転数Ｎｍおよびアクセル開度が検出される（ＳＴ２１）。次に、トランスミッション４の入力軸４１の回転数Ｎｔが算出される（ＳＴ２２）。次に、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度とに基づいて閾値ａが算出される（ＳＴ２３）。次に、エンジン２の回転数Ｎｅとトランスミッション４の入力軸４１の回転数Ｎｔと閾値ａとが｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係を有するか否かが判定される（ＳＴ２４）。

そして、判定ステップＳＴ２４にて｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係が満たされると判定された場合には、アクセル開度センサの出力値に基づいて、加速運転中か否かが判定される（ＳＴ２５）。そして、加速運転中であると判定された場合には、エンジン２の出力トルクが引き下げられる（エンジントルク制御）（ＳＴ２６）。また、このとき、エンジン２の出力トルクの引き下げ量が回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜およびアクセル開度に比例して設定される。これにより、過負荷となり易い運転条件下にて、トランスミッション４に作用する負荷トルクが軽減される。また、同時に、エンジン２の出力トルクの引き下げ時にて、エンジン回転数Ｎｅが増加されてエンジンの出力トルクが維持される。そして、トランスミッション４の変速比が変更されることにより、エンジン２の実駆動力が一定に維持される。

また、判定ステップＳＴ２５にて、加速運転中であると判定されなかった場合には、減速運転中であるか否かの判定が行われる（ＳＴ２７）。この判定は、ブレーキセンサの出力値に基づいてＥＣＵ６１により行われる。そして、減速運転中であると判定された場合には、トランスミッション４（ディファレンシャル７）と車輪１１との間のクラッチ機構８が開放操作されて、エンジン２から車輪１１への動力伝達が遮断される（クラッチ開放制御ＳＴ２８）。すると、トランスミッション４に過大トルクが負荷されたとき（判定ステップＳＴ２４にて｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａと判定されたとき）に、車輪１１からトランスミッション４への外力の入力が遮断される。これにより、トルク変動に対する制振制御が適正に行われる。なお、トランスミッション４がクラッチ機構を有する変速機を備える構成には、クラッチ機構を新たに設置する必要がないため、システムの低コストかが可能である。

なお、判定ステップＳＴ２７にて、減速運転中であると判定されなかった場合には、上記した過大トルク対応モータ制御（ＳＴ１５）が行われる（ＳＴ２９）。また、判定ステップＳＴ２４にて｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係が満たされないと判定された場合には、上記した一般的な制振制御（ＳＴ１６）が行われる（ＳＴ２１０）。

以上のように、この発明にかかる駆動システムは、トルク変動に対する振動制御を適正に行い得る点で有用である。

この発明の実施例にかかる駆動システムを示す構成図である。図１に記載した駆動システムの作用を示すフローチャートである。図１に記載した駆動システムの作用を示す説明図である。図１に記載した駆動システムの作用を示す説明図である。図１に記載した駆動システムの変形例を示すフローチャートである。図１に記載した駆動システムの変形例を示す説明図である。

符号の説明

１駆動システム
２エンジン
２１出力軸
３モータ・ジェネレータ
４トランスミッション
４１入力軸
４２出力軸
５ダンパ機構
６制御系
７ディファレンシャル
８クラッチ機構
１０車両
１１車輪

Claims

エンジンおよびモータ・ジェネレータと、前記エンジンおよび前記モータ・ジェネレータに連結されるトランスミッションと、前記エンジンの出力軸および前記トランスミッションの入力軸の間に配置されて軸間のトルク変動を減衰するダンパ機構とを備える駆動システムであって、
前記エンジンの回転数Ｎｅと、前記モータ・ジェネレータの回転数に基づいて算出された前記トランスミッションの入力軸の回転数Ｎｔと、前記エンジンの回転数Ｎｅおよびアクセル開度に基づいて算出された閾値ａとが｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａの関係を有するときに、前記モータ・ジェネレータが制振トルクを前記トランスミッションの入力軸に入力して前記ダンパ機構におけるトルク変動を減衰させ、
前記閾値ａは、エンジン回転数Ｎｅが大きくアクセル開度が小さい領域にて小さく設定されると共に、エンジン回転数Ｎｅが小さくアクセル開度が大きい領域にて大きく設定され、且つ、
｜Ｎｅ−Ｎｔ｜＞ａかつ加速運転時にて、前記エンジンの出力トルクが引き下げられることを特徴とする駆動システム。
前記エンジンの出力トルクの引き下げ量が回転数差｜Ｎｅ−Ｎｔ｜およびアクセル開度に比例して設定される請求項１に記載の駆動システム。
前記エンジンの出力トルクの引き下げ時にて、前記エンジンの回転数Ｎｅが増加されると共に前記トランスミッションの変速比が前記エンジンの実駆動力を一定とする設定に変更される請求項１に記載の駆動システム。