JP6369387B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関及び電動機を備えるハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置の技術分野に関する。
この種の装置として、内燃機関のトルク変動に起因する振動を低減するためのものが知られている。例えば特許文献1では、内燃機関のトルク脈動と逆位相のトルクを電動機から出力することで、トルク脈動に起因する振動を低減するという技術が開示されている。
他方で、内燃機関を停止させる際に、クランク角の位置を調整するための制御を行う装置も知られている。例えば特許文献2では、内燃機関のクランク角が目標停止位置となるように電動機の目標回転速度を設定するという技術が開示されている。
特開平11−082904号公報 特開2005−016505号公報
しかしながら、特許文献1に記載されているようなトルク変動を抑制するための制御と、特許文献2に記載されているようなクランク角の停止位置制御とを両立させようとした場合、適切な効果が得られなくなるおそれがある。具体的には、例えば内燃機関のトルク変動を抑制するために電動機からトルクを出力すると、ハイブリッド車両の駆動軸に加わるエネルギーが変化し、その結果として、クランク角を所望の停止位置で停止させることが困難となってしまうという技術的問題点が生ずる。
本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関を停止させる際に、ダンパの捩れ角変動を好適に抑制しつつ、クランク角を所望の停止位置とすることが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は上述した課題を解決するため、ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力する内燃機関、及び前記動力伝達部にトルクを出力する電動機を備え、更に前記内燃機関を停止させる際に、前記内燃機関のクランク角を所定位置で停止させるためのクランク角制御を実行するクランク角制御手段を備えた、ハイブリッド車両の制御装置であって、前記クランク角制御の実行時に発生する前記ダンパの捩れ角変動を小さくするために、前記電動機から出力すべき変動抑制トルクを算出するトルク算出手段と、前記変動抑制トルクの正及び負の絶対値を比較して、大きい方の絶対値を小さい方の絶対値に揃えてから前記変動抑制トルクを出力するように前記電動機を制御する出力制御手段とを備える。
本発明に係るハイブリッド車両は、動力源として内燃機関及び電動機を備えている。内燃機関は、例えばガソリンエンジンであり、ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力することが可能に構成されている。電動機は、例えばモータ・ジェネレータであり、動力伝達部にトルクを出力することが可能に構成されている。なお、動力伝達部は、例えば遊星歯車機構であり、内燃機関及び電動機からのトルクをハイブリッド車両の駆動軸に伝達可能に構成されている。また、動力伝達部は、電動機からのトルクを内燃機関側に伝達することも可能とされている。
本発明に係るハイブリッド車両は更に、内燃機関のクランク角制御を実行するクランク角制御手段を備えて構成されている。クランク角制御は、内燃機関を停止させる際に、内燃機関のクランク角を所定位置で停止させるための制御である。具体的には、内燃機関に停止要求があると、クランク角制御手段により電動機が制御され、内燃機関のクランク角を所定位置で停止させるためのトルクが出力される。なお、電動機が内燃機関の回転数を引き下げるためのトルクを出力する場合には、この引き下げトルクに加えて、クランク角を調整するためのトルクが出力される。クランク角を所望の停止位置とすることができれば、次回の内燃機関の始動時に発生し得る振動を、効果的に低減することが可能となる。
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、このようなハイブリッド車両を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のECU(Electronic Control Unit)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
ハイブリッド車両の内燃機関を停止させる際には、内燃機関のトルク脈動に起因してダンパの捩れ角の変動が発生し得る。このため本発明に係るハイブリッド車両の制御装置では、内燃機関を停止させる際(言い換えれば、上述したクランク角制御の実行時)に発生するダンパの捩れ角変動を小さくするために、電動機から更に変動抑制トルクを出力させる。
変動抑制トルクは、トルク算出手段によって算出される。トルク算出手段は、例えば内燃機関のトルク脈動に対して位相が180度ずれたトルクを変動抑制トルクとして算出する。なお、変動抑制トルクは、ダンパの捩れ角の変動を多少なりとも小さくできるようなトルクであればよい。即ち、変動抑制トルクは、ダンパの捩れ角の変動を完全にゼロにするようなものでなくともよい。
算出された変動抑制トルクは、そのまま出力されるのではなく、出力制御手段において正及び負の絶対値が互いに比較される。そして、変動抑制トルクは、正及び負の絶対値のうち、大きい方の絶対値を小さい方の絶対値に揃えてから実際に出力される。具体的には、正の絶対値が負の絶対値よりも大きい場合、変動抑制トルクは、正の絶対値が負の絶対値に揃えられてから出力される。一方で、正の絶対値が負の絶対値よりも小さい場合、変動抑制トルクは、負の絶対値が正の絶対値に揃えられてから出力される。
ここで、トルク算出手段で算出された段階での変動抑制トルクは、例えば内燃機関の停止制御中のコンプレッショントルクを計測してマップ化することで得られた値である。このため、例えば圧縮行程でのバルブからの空気漏れや、クランクのオフセットが存在することに起因して、圧縮、膨張時のトルクの大きさが異なり、その結果、正及び負の積算値がゼロでない値として算出されてしまう。よって、算出された変動抑制トルクをそのまま出力してしまうと、駆動軸に与えられるエネルギーが変化し、クランク角制御によりクランク角を所望の停止位置にできなくなるおそれがある。
しかるに本実施形態では特に、上述したように、変動抑制トルクは正及び負の絶対値が揃えられてから出力される。変動抑制トルクの正及び負の絶対値が揃えられると、変動抑制トルクの正及び負の積算値がゼロ(或いは、ゼロに極めて近い値)になる。このため、変動抑制トルクを出力したとしても、ハイブリッド車両の駆動軸に与えられるエネルギーは変化せず、クランク角制御を好適に実行することができる。
なお、出力される変動抑制トルクは、正及び負の絶対値が同じ値になっていることが好ましいが、大きい方の絶対値が小さい方の絶対値に近づけられるだけでも、上述した効果は相応に得られる。即ち、ここでの「揃える」とは、完全に同じ値となるように揃えるという意味だけでなく、大きい方の絶対値を小さい方の絶対値に近づけるという意味も含む広い概念である。
また、本発明に係る変動抑制トルクの絶対値は、変動抑制トルクの積算値と言い換えることもできる。即ち、正のトルクの積算値と、負のトルクの積算値とが互いに揃えられることで、上述した効果が発揮される。
ちなみに、変動抑制トルクは、正のトルクと負のトルクとが交互に出力されるサイクルを有している。ここで、変動抑制トルクの積算エネルギーをゼロに近づける観点からすれば、変動抑制トルクが1サイクル出力される前に内燃機関の停止制御が終了してしまうような状況(例えば、正のトルクだけ出力して、負のトルクを出力せずに終了してしまう状況)は回避されることが好ましい。このため、内燃機関の回転数等により内燃機関の停止タイミングが予測できる場合には、変動抑制トルクの出力を最終サイクル(即ち、正及び負のトルクの一方がかけてしまうサイクル)の前に終了するようにしても構わない。
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、内燃機関を停止させる際に、ダンパの捩れ角変動を好適に抑制しつつ、クランク角を所望の停止位置とすることが可能である。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の制御内容を示す概念図である。 4気筒内燃機関における各行程及びエンジントルクの変動を示す概念図である。 実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。 算出時の変動抑制トルクの一例を示すグラフである。 比較例に係るエンジン停止制御におけるMG1トルク及びクランク角の変動を示すタイムチャートである。 調整後の変動抑制トルクの一例を示すグラフである。 実施形態に係るエンジン停止制御におけるMG1トルク及びクランク角の変動を示すタイムチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
<ハイブリッド車両の構成>
始めに、図1を参照し、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の構成について説明する。ここに図1は、本実施形態に係るハイブリッド車両の全体構成を示す概略構成図である。
図1において、本実施形態に係るハイブリッド車両1は、その動力源として、エンジン3、並びに第1モータ・ジェネレータ4及び第2モータ・ジェネレータ5を備えている。
エンジン3は、本発明に係る「内燃機関」の一例であり、2つの気筒2を備えた直列2気筒の火花点火型のエンジンとして構成されている。エンジン3は、2気筒の4ストローク1サイクルエンジンであるので、各気筒2の点火間隔はクランク角で360度に設定されている。
第1モータ・ジェネレータ4は、ステータ4a及びロータ4bを有する。ステータ4aはケース10に固定されている。第1モータ・ジェネレータ4は動力分割機構6にて分割されたエンジン3の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第2モータ・ジェネレータ5は、ケース10に固定されたステータ5a及びロータ5bを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。第1モータ・ジェネレータ4は、本発明に係る「電動機」の一例である。
エンジン3、第1モータ・ジェネレータ4及び第2モータ・ジェネレータ5は、伝達経路Tpに設けられた動力分割機構6に連結されている。動力分割機構6は、本発明に係る「動力伝達部」の一例であり、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構6は、外歯歯車のサンギアSと、サンギアSと同軸に配置された内歯歯車のリングギアRと、これらのギアS、Rに噛み合うピニオンPを自転及び公転可能に保持するプラネットキャリアCとを有している。エンジン3が出力するエンジントルクは、伝達経路Tpに設けられた動力分割機構6のプラネットキャリアCにトーショナルダンパ17を介して伝達される。
第1モータ・ジェネレータ4のロータ4bは、動力分割機構6のサンギアSに連結されている。動力分割機構6からリングギアRを介して出力されたトルクは、出力ギア20に伝達される。出力ギア20から出力されたトルクは、各種の伝達機構を介して不図示の駆動輪に伝達される。
ハイブリッド車両1の各部の制御は、「ハイブリッド車両の制御装置」の一例である、電子制御装置(ECU)30にて制御される。ECU30は、エンジン3及び各モータ・ジェネレータ4、5等に対して各種の制御を行う。
ECU30には、ハイブリッド車両1の各種情報が入力される。例えば、ECU30には、第1モータ・ジェネレータ4の回転角度に応じた信号を出力する第1レゾルバ31の出力信号と、第2モータ・ジェネレータ5の回転角度に応じた信号を出力する第2レゾルバ32の出力信号と、アクセルペダル34の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ33の出力信号と、ハイブリッド車両1の車速に応じた信号を出力する車速センサ35の出力信号と、エンジン3のクランク角に対応する信号を出力するクランク角センサ36の出力信号とがそれぞれ入力される。
ECU30は、アクセル開度センサ33の出力信号と車速センサ35の出力信号とを参照して運転者が要求する要求駆動力を計算し、その要求駆動力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながらハイブリッド車両1を制御する。例えば、エンジン3の熱効率が低下する低負荷領域では、エンジン3の燃焼を停止して第2モータ・ジェネレータ5を駆動するEVモードが選択される。また、エンジン3だけではトルクが不足する場合は、エンジン3とともに第2モータ・ジェネレータ5を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。
<変動抑制トルク出力制御>
次に、図2及び図3を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が実行する変動抑制トルク出力制御の基本的事項について説明する。ここに図2は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の制御内容を示す概念図である。また図3は、4気筒エンジンにおける各行程及びエンジントルクの変動を示す概念図である。
図2には、エンジン3の各気筒2の行程、エンジン3からトーショナルダンパ17に入力される入力トルク、第1モータ・ジェネレータ4からトーショナルダンパ17に入力される入力トルク、及びこれらの入力トルクを合成した合成トルクのクランク角に応じた変化が1サイクル示されている。なお、図2及び図3においては、実機の細かなトルク変動や各気筒のトルクのばらつき等を捨象した模式的なトルク波形として示されている。
図2に示すように、エンジン3の各気筒2の行程は図示の通りであり、#1気筒と#2気筒との間の点火間隔はクランク角で360度である。エンジン3からトーショナルダンパ17に入力される入力トルクは図示のように変化し、各気筒2の膨張行程で正のピークを、各気筒2の圧縮行程で負のピークをそれぞれ有し、これらのピーク間の入力が0となる不連続なトルクの波形Teとなる。この波形Teはエンジン3が出力するエンジントルクのトルク脈動に相当する。
一方で、本実施形態では、エンジントルクのトルク脈動と180度位相がずれた同周期のモータトルクを、変動抑制トルクとして第1モータ・ジェネレータ4から出力させる。そのため、第1モータ・ジェネレータ4からトーショナルダンパ17に入力される入力トルクは図示の通り波形Teに対して180度位相がずれた波形Tmとなる。
これらの波形Te及び波形Tmを合成した波形Tcは連続的となり、トーショナルダンパ17に入力されるトルクの周波数は、エンジン3のエンジントルクだけが入力される場合と比べて上昇する。つまり、見かけ上、図3に示した4気筒エンジンのエンジントルクのトルク波形と同等となる。
本実施形態の場合、エンジン3が停止する過程において所定のエンジン回転数でエンジントルクの周波数がトーショナルダンパ17の共振点を通るが、図2に示した変動抑制トルク出力制御の実施によりトーショナルダンパ17に入力される入力トルクの周波数が上昇することで、トーショナルダンパ17の共振点を避けることができる。そのため、エンジン3が停止する過程で、トーショナルダンパ17の共振を回避できる。
<処理説明>
以下では、図4を参照して、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置が実行する各種処理の流れについて詳細に説明する。ここに図4は、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
図4において、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置の動作時には、先ずエンジン3に対する停止要求があるか否かが判定される(ステップS101)。なお、エンジン3の停止要求は、例えばハイブリッドモード(即ち、エンジン3と、第1モータ・ジェネレータ4及び第2モータ・ジェネレータ5を駆動して走行するモード)からEVモード(即ち、エンジン3を停止させ、第1モータ・ジェネレータ4及び第2モータ・ジェネレータ5のみを駆動して走行するモード)への切り替え時等の所定条件が成立した場合に発生する。
エンジン3に対して停止要求がない場合(ステップS101:NO)、一連の処理は終了する。一方、エンジン3に対して停止要求がある場合(ステップS101:YES)、エンジン3の停止制御が開始される(ステップS102)。エンジン3の停止制御は、例えばフューエルカットを伴う周知のものとして実行できるため、ここでの詳細な説明は省略する。
エンジン3の停止制御が開始されると、クランク角センサ36を参照してエンジン3のクランク角が取得される(ステップS103)。
エンジン3のクランク角が取得されると、取得されたクランク角に基づいて、第1モータ・ジェネレータ4から出力させるべき変動抑制トルクが算出される(ステップS104)。具体的には、変動抑制トルクの算出は、予めクランク角とモータトルクとが対応づけられたマップを利用して行われる。このマップは、停止制御開始から終了までのクランク角毎のエンジントルクを予め調査した調査結果に基づいて作成され、ECU30に記憶されている。そして、このマップには、算出すべきモータトルクとして、あるクランク角のエンジントルクから180度位相がずれたエンジントルクに動力分割機構6のギア比を乗じて得たトルクが、クランク角毎に対応づけられている。
ハイブリッド車両の制御装置であるECU30は、上記ステップS103からS104を実行することにより、本発明に係る「トルク算出手段」として機能する。
なお、第1モータ・ジェネレータ4から出力させるべきトルクとして、変動抑制トルクの他にも、エンジン3の回転数を引き下げるための回転引き下げトルクや、クランク角を所望の位置で停止させるためのクランク角位置制御トルクが算出される。ここでは、回転数引き下げトルク及びクランク角位置制御トルクの算出方法に関する詳細な説明については省略する。
本実施形態では、算出された変動抑制トルクはそのまま出力されず、調整処理を行った上で出力される。以下では、図5及び図6を参照して、変動抑制トルクの調整を実行すべき理由について具体的に説明する。ここに図5は、算出時の変動抑制トルクの一例を示すグラフである。また図6は、比較例に係るエンジン停止制御におけるMG1トルク及びクランク角の変動を示すタイムチャートである。
図5に示すように、算出される変動抑制トルクは、正トルクの積算値と負トルクの積算値とが同じとはならない可能性がある。これは、例えば圧縮行程でのバルブからの空気漏れや、クランクのオフセットにより、圧縮、膨張時のトルクの大きさが異なってしまうことに起因している。
図6に示すように、変動抑制トルクを除く、回転数引き下げトルク及びクランク角位置制御トルクを第1モータ・ジェネレータ4から出力させる場合、エンジン2停止後のクランク角は目標角度となる(図中の破線参照)。このように、クランク角を上死点近くの目標角度で停止させることができれば、次回のエンジン2の始動時において発生する振動を効果的に低減することが可能である。
一方で、回転数引き下げトルク及びクランク角位置制御トルクに加えて、変動抑制トルクを第1モータ・ジェネレータ4から出力させる場合、クランク角の停止位置を正確に制御することが困難となってしまう(図中の実線参照)。これは、変動抑制トルクの正トルクの積算値と負トルクの積算値とが異なる(即ち、積算エネルギーがゼロでない)ことに起因している。また、エンジン2の停止直前に出力される変動抑制トルクについては、トルク出力制御を終了するタイミングの関係で、正トルクだけが出力され、負トルクが出力されていない。これにより、変動抑制トルクにおける正トルクの積算値及び負トルクの積算値の差は大きく広がっている。
本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置は、上述した問題点を解決するために、算出した変動抑制トルクに対して後述する調整処理を実行する。
図4に戻り、モータトルクが算出されると、変動抑制トルクの正トルクの積算値と負トルクの積算値とが比較される(ステップS105)。即ち、正トルクと負トルクの大小関係が判定される。そして、変動抑制トルクは、正トルク及び負トルクのうち、積算値の大きい方のトルクが積算値の小さい方のトルクに揃うように調整される(ステップS106)。変動抑制トルクの調整後には、変動抑制トルクに加えて、回転引き下げトルク及びクランク角位置制御トルクを出力するように、第1モータ・ジェネレータ4が制御される(ステップS107)。
ハイブリッド車両の制御装置であるECU30は、上記ステップS105からS107を実行することにより、本発明に係る「出力制御手段」及び「クランク角制御手段」として機能する。
第1モータ・ジェネレータ4からトルクの出力が開始された後には、エンジン2の回転数が所定値以下となっているか否かが判定される(ステップS108)。なお、ここでの「所定値」とは、第1モータ・ジェネレータ4からのトルクの出力を終了するタイミングが近づいていることを判定するための閾値であり、予め実験等により求められ記憶されている。
ここで、エンジン2の回転数が所定値以下となっていないと判定された場合(ステップS108:NO)、ステップS103以降の処理が繰り返される。即ち、第1モータ・ジェネレータ4から、変動抑制トルクを含むトルクが出力され続ける。一方で、エンジン2の回転数が所定値以下となっていると判定された場合(ステップS108:YES)、第1モータ・ジェネレータ4からのトルクの出力が終了される(ステップS109)。
なお、上述したトルク出力の終了は、例えばエンジン2の回転数が低回転となった場合に、変動抑制トルクが正負を跨ぐことでガラ音が発生するのを防止するために行われる。ただし、本実施形態では、上述したガラ音の抑制だけを考慮してトルクの出力を終了させてしまうと、図6で示したように、正トルクしか出力されない状態でトルクの出力が終了してしまうといった状況が発生し得る。このため、本実施形態に係る「所定値」は、変動抑制トルクが部分的に出力されてしまうことを防止できるような値として設定される。具体的には、本実施形態に係る「所定値」は、通常よりも大きい値として設定され、その結果、早めにトルクの出力が終了される。
最後に、図7及び図8を参照して、変動抑制トルクの調整方法及びその効果について詳細に説明する。ここに図7は、調整後の変動抑制トルクの一例を示すグラフである。また図8は、本実施形態に係るエンジン停止制御におけるMG1トルク及びクランク角の変動を示すタイムチャートである。
図7に示すように、算出時の変動抑制トルク(図5参照)では、正トルクの積算値に比べて負トルクの積算値が大きいため、調整によって負トルクの積算値が小さくされ、正トルクの積算値に揃えられる。これにより、変動抑制トルクの正トルクの積算値と負トルクの積算値とは互いに同じ値となり、変動抑制トルクの積算エネルギーはゼロとなる。
図8に示すように、調整後の変動抑制トルクによれば、積算エネルギーがゼロであるため、図6で説明したようにクランク角の停止位置制御に悪影響を及ぼさない。このため、変動抑制トルクによってトーショナルダンパ17の捩れ角の変動を抑制しつつ、クランク角を所望の停止位置とすることが可能である。
また本実施形態では、上述したステップS108からS109の処理により、第1モータ・ジェネレータ4からのトルクの出力が適切なタイミングで終了される。このため、変動抑制トルクが部分的に出力されてしまうことが防止され、より正確にクランク角の停止位置制御が行える。
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、エンジン3の停止制御時におけるトーショナルダンパ17の捩れ角の変動を抑制しつつ、クランク角を所望の停止位置とすることが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うハイブリッド車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
1 ハイブリッド車両
2 気筒
3 エンジン
4 第1モータ・ジェネレータ
5 第2モータ・ジェネレータ
6 動力分割機構
17 トーショナルダンパ
20 出力ギア
30 ECU
31 第1レゾルバ
32 第2レゾルバ
33 アクセル開度センサ
34 アクセルペダル
35 車速センサ
36 クランク角センサ
Tp 伝達経路

Claims (1)

  1. ダンパを介して動力伝達部にトルクを出力する内燃機関、及び前記動力伝達部にトルクを出力する電動機を備え、更に前記内燃機関を停止させる際に、前記内燃機関のクランク角を所定位置で停止させるためのクランク角制御を実行するクランク角制御手段を備えた、ハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記クランク角制御の実行時に発生する前記ダンパの捩れ角変動を小さくするために、前記電動機から出力すべき変動抑制トルクを算出するトルク算出手段と、
    前記変動抑制トルクの正及び負の絶対値を比較して、大きい方の絶対値を小さい方の絶対値に揃えてから前記変動抑制トルクを出力するように前記電動機を制御する出力制御手段と
    を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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