JP6772793B2 - ハイブリッド車両の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
図1は、実施例1の車両システム図である。
フロントエンジン・リアホイール駆動式ハイブリッド車両のパワートレインにおいては、通常の後輪駆動車と同様にエンジン1の車両前後方向後方に自動変速機3をタンデムに配置し、エンジン1(クランクシャフト1a)からの回転を自動変速機3の入力軸3aへ伝達する軸4に結合してモータ/ジェネレータ5を設ける。モータ/ジェネレータ5は、モータ(駆動機)として作用したり、ジェネレータ(発電機)として作用したりするもので、エンジン1および自動変速機3間に配置する。
この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置8により左右後輪2へ分配して伝達され、車両の走行に供される。
上記のパワートレインにおいては、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行(EV)モードが要求される場合、第1クラッチ6を解放し、第2クラッチ7を締結し、自動変速機3を動力伝達状態にする。この状態でモータ/ジェネレータ5を駆動すると、当該モータ/ジェネレータ5からの出力回転のみが変速機入力軸3aに達することとなり、自動変速機3が当該入力軸3aへの回転を、選択中の変速段に応じ変速して変速機出力軸3bより出力する。変速機出力軸3bからの回転はその後、ディファレンシャルギヤ装置8を経て後輪2に至り、車両をモータ/ジェネレータ5のみによって電気走行(EV走行)させることができる。
エンジン制御装置16はクランク角センサ1aからのエンジン位置情報17を基にエンジン回転数13を演算し、また、エンジントルク指令値に応じてエンジン1を駆動する。モータ制御装置19はレゾルバ18からのモータの回転角度10を基にモータ回転数14を演算し、また、モータトルク指令値に応じてモータ5を駆動する。
回転速度演算部25ではレゾルバ18からのモータの回転角度10から前記モータの回転速度14を算出する。モータトルク制御部26では、車両制御装置11からのモータトルク指令値15bとレゾルバ18からのモータの回転角度10とモータ回転速度14、および後述するクランク角推定値27より最終のモータトルク指令値28を出力する。
モータ電流制御部29では、前記モータトルク指令値28よりモータ駆動電流を決定し、インバータ20からモータ5に対して3相電流が供給される。
また、クランク角推定部22では、レゾルバ18からのモータの回転角度10と、モータトルク制御部26で演算される外乱トルク推定値23を用いて、前記クランク角推定値27を演算し、出力する。
エンジンの圧縮反力は、クランク角に対して周期性があり、回転中のピーク値は常に同一クランク角(圧縮反力最大クランク角θmaxは一定値)となる。実施例1では、圧縮反力がモータ5に外乱トルクとして作用する点に着目し、外乱トルク推定値23を圧縮反力とみなし、外乱トルク推定値23を基にクランク角を推定する。
エンジン1が一定回転中の圧縮反力最大クランク角θmaxは基本的に一定値であるが、エンジン回転開始直後の初回の圧縮反力ピークとなる圧縮反力最大クランク角θmaxは、回転開始前の初期クランク角θinitに応じて決まる。たとえば、回転開始前の初期クランク角θinitがθ1のような場合、すなわち圧縮行程のピストンが下死点側にある時は、回転中の圧縮行程ピストンと同様に十分な圧縮行程を経るため、θmaxは回転中のθmaxと同値となる。
これに対し、回転開始前の初期クランク角θinitがθ2、θ3のような場合、すなわち圧縮行程のピストンが上死点側であるほど、初回の圧縮反力ピーク値は小さくなり、またそのピーク値はより上死点側で発生する。
この点に着目し、外乱トルク推定値23の初回ピーク値に応じて圧縮反力最大クランク角θmaxを設定することで、より早く、かつ、許容誤差範囲内でクランク角を推定することを可能としている。
そこで図6に示すように、クランク角推定制御の開始時に不明な初期クランク角θinitの代わりに、初期クランク角θinitに応じて変動する外乱トルク推定値の初回最小ピーク値に応じて、圧縮反力最大クランク角θmaxを選定する。本マップは予め、実験やシミュレーション等により設定する。
縦軸の最大圧縮反力比とは、エンジン回転中のシリンダ内部空気の圧縮・膨張によって生じる圧力において、モータトルク軸に作用する力の比率を示しており、ATDC 0°の時を1.0としている。モータトルク軸に作用する力としては、各気筒毎に、シリンダ表面積、バルブ開閉タイミング等のエンジン諸元、および回転量より算出し、全ての気筒で発生する力を合算した。また、エンジン始動直後の振動に対する影響をみるため、回転開始からの回転量としては、圧縮反力周期θcycの1周期分とした。この時に、各初期クランク角θinit毎に発生する圧縮反力の最大値をATDC 0°の値を基準として正規化した値をプロットしている。
図7から、初期クランク角θinitに応じて、エンジン始動後、圧縮反力周期θcycまで回転した時の最大圧縮反力比には差が見られ、圧縮反力がエンジン始動直後に生じる振動の加振力であると仮定すると、振動抑制に効果的な初期クランク角(振動抑制最適クランク角θideal)が存在することが分かる。
次に、前記回転角度指令値θm*とモータ角度検出値θmとの偏差を減算機33で算出し、乗算器34にて所定のゲインaで乗算したのち、モータ回転速度指令値ωm*として出力する。
さらに、前記モータ回転速度指令値ωm*とモータ回転速度検出値ωmとの偏差を減算機37で算出し、乗算器38にて所定のゲインbで乗算したのち、モータトルク指令値Tm*として出力する。
ここで前記最終モータトルク指令値Tfin*は、後述するフィルタH(s)/Gp(s)49がプロパーとなるような分母次数を有するフィルタH(s)44に入力され、外乱トルク推定値Trbstを算出するための規範モータトルクTrefとして出力される。
これら前記規範モータトルクTrefとモータ印加トルク推定値Tactの偏差を減算機48で算出し、前記外乱トルク推定値Trbstとして出力している。
前記外乱トルク推定値Trbstは前記減算機41に入力される一方で、モータ5のトルクリップルがもつ周波数成分のみを除去するノッチフィルタGn(s)39、さらには計測ノイズがもつ高周波成分を除去するローパスフィルタHlpf(s)40で処理されて、圧縮反力推定値Tcとして出力される。
ステップS1では、エンジン1が停止状態かを把握するため、車速0km/Hかつエンジン回転数0rpmであるかを検知する。
ステップS2では、モータ5とエンジン1を直結するため第1クラッチ6を締結させ、制御中も停車状態を保持するため、第2クラッチ7を開放させる。
ステップS3では、クランク角推定に必要な回転角度指令値θm*として、モータ5にかかる圧縮反力が少なくとも2回の最小ピーク値を生じるよう、圧縮反力周期θcycの2倍以上の値(たとえば2×θcyc)とする。また回転角度指令値θm*は、ステップ入力による急回転にて車両が振動することを防ぐため、ある一定以上の変化率制限を設けている。
ステップS4では、モータ回転角度θmがθm*に追従するようクランク角推定制御(モータ角度制御)を行う。
ステップS5では、クランク角推定値θcとして、θmをθcycで除した余りの角度を補正前クランク角推定値θconとして格納する。
ステップS6では、圧縮反力推定値Tcがその前回値Tc_zよりも大きく、かつ、圧縮反力推定値の前々回値Tc_z2がTc_z以上であるかを判定する。YESの場合はステップS7へ進み、NOの場合はステップS4に戻る。Tc>Tc_zかつTc_z2≧Tc_zの成立は、Tc_zが圧縮反力波形の最小ピーク値であることを意味する。つまり、このステップでは、圧縮反力の前回値が最小ピーク値であるかを判定している(最小ピーク値判定)。
ステップS8では圧縮反力最大クランク角θmaxと補正前クランク角度推定値の前回値θcon_zとの偏差をθoffに格納する。なお、θoffの初期値は0である。
ステップS9では、補正前クランク角推定値θconにθoffを加えた値をθcとする。
ステップS10では、クランク角推定後もモータ角度制御を継続させて、振動抑制に最適な位置へクランク角を制御するために、θm*を再設定する。具体的には、モータ回転角度の前回値θm_zに対し、上死点到達までに必要な回転角度であるθcycとθmaxの差分値と、振動抑制最適クランク角θidealを加えた値を新たなθm*とする。
ステップS11では、θmが新たに設定されたθm*に追従するよう、最適クランク角制御(モータ角度制御)を行う。
ステップS12では、θmがθm*に到達、すなわちクランク角がθidealに到達したかを判定しYESの場合は制御終了、NOの場合はステップS11に戻る。
時刻t3では、θmがθm*に到達、すなわちクランク角がθidealに達したため、制御を終了する。
実施例1のハイブリッド車両の制御装置および制御方法にあっては、以下に列挙する効果を奏する。
(1) モータ制御装置19は、モータ5を駆動してエンジン1を連れ回したときのモータ回
転角度θmを検出または推定するとともに、前記モータ5に作用する外乱トルクを推定し、前記外乱トルクの初回もしくは2回目の最小ピーク値を検出した際に、前記モータ回転角度θmと、前記エンジン1の圧縮反力が最大のときのクランク角θmaxとの関係に基づき、前記モータ回転角度θmからクランク角推定値θcを演算するようにした。
よって、初回もしくは2回目の外乱トルク推定値の最小ピーク値を用いてクランク角を推定できるので、推定時間の短縮が図れる。
例えば、6気筒4ストロークエンジンの場合、初回最小ピークで120°以内、2回目でも240°以内に推定可能である。
θmaxを設定するようにした。
よって、より早く、かつ、許容誤差範囲内でクランク角を推定することを可能としている。
へとクランク角を制御するようにした。
よって、アイドルストップから復帰する際のエンジン再始動時の振動を所定値以下に抑制し、乗員の不快感を低減することができる。
図11は、実施例2のクランク角推定制御の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップS13では、最小ピーク値Tc_zが所定のトルク閾値Tlmtより大きいかを判定する。YESの場合はステップS14へ進み、NOの場合はステップS15へ進む。所定のトルク閾値Tlmtはクランク角推定値θcの推定誤差が許容範囲内に収まるような値とする。
ステップS14では、クランク角推定マップの切替えフラグfに1を格納する。なお、フラグfの初期値は0である。
ステップS16では、Tc_zの値に応じたθmaxを、予め実験やシミュレーションにより求めたマップより抽出する。ただし、このとき使用するマップは後述する第2のクランク角推定マップとする。
時刻t2では圧縮反力推定値Tcが最小ピーク値に達するものの、トルク閾値Tlmtより大きいため、クランク角推定補正値θoffを0のままとし、クランク角推定マップ切替えフラグfに1を格納する。予め実験やシミュレーションにて設定するトルク閾値Tlmtは、最小ピーク値検出時の圧縮反力最大クランク角θmaxが圧縮上死点を超えない範囲となるように設定されている。これは、最小ピーク値がトルク閾値Tlmtより大きい場合、試行回によっては時刻t2における実クランク角が圧縮上死点を超えることがある。この場合、圧縮反力がモータトルク軸に対して推進力に転じることでモータが急回転し、試行回によって実クランク角の位置がばらつく。その結果、クランク角推定値θcが許容誤差範囲を超えることがある。これを防ぐため、最小ピーク値がトルク閾値Tlmtより大きい場合はクランク角推定を実施しない。
実施例2のハイブリッド車両の制御装置および制御方法にあっては、実施例1の効果に加え、以下に列挙する効果を奏する。
ク角推定マップに切り替えるようにした。
よって、クランク角推定値θcの推定誤差を許容範囲内に収めることができる。
にした。
よって、クランク角推定値θcが許容誤差範囲を超えることを抑制できる。
ステップS13では、最小ピーク値検出時間t2が所定の推定時間閾値t_lmtより小さいかを判定する。YESの場合はステップS15へ進み、NOの場合はステップS14へ進む。推定時間閾値t_lmtはクランク角推定値θcの推定誤差が許容範囲内に収まるような値とする。
ステップS14では、クランク角推定マップ切替えフラグfに1を格納する。なお、フラグfの初期値は0である。
ステップS15では、フラグfが1であるかを判定する。YESの場合はステップS16へ進み、NOの場合はステップS7へ進む。
時刻t2では圧縮反力推定値Tcが最小ピーク値に達し、かつt2が推定時間閾値t_lmtを超えているため、クランク角推定マップ切替えフラグfに1を格納し、クランク角推定補正値θoffは圧縮反力最大クランク角θmaxと補正前クランク角推定値の前回値θcon_zとの偏差となる。この時、フラグf=1であるため、θmaxは図13の第2のマップを参照する。
予め、実験やシミュレーションなどにより設定される推定時間閾値t_lmtは、クランク角推定制御前の初期クランク角θinit、すなわち圧縮行程ピストンがより上死点側であるか、より下死点側であるか判断するよう設定する。t2が推定時間閾値t_lmtを超えるような場合、クランク角推定制御開始からの回転運動によって、シリンダ内部の空気が圧縮されると同時に、時間経過によってシリンダ等の微小な隙間から一部空気圧が抜けていく。
時刻t2以降は実施例1の図10の時刻t2以降と同じであるため、説明は省略する。
実施例3のハイブリッド車両の制御装置および制御方法にあっては、実施例1の効果に加え、以下に列挙する効果を奏する。
定時間閾値t_lmtを超えている場合には、第2のクランク角推定マップを用いて推定を行うようにした。
よって、クランク角推定値θcの推定誤差を許容範囲内に収めることができる。
以上、本願発明を実施例に基づいて説明してきたが、各発明の具体的な構成は実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
1a クランクシャフト(エンジンの出力軸)
2 駆動輪
3 自動変速機
3a 自動変速機の入力軸
3b 自動変速機の出力軸
4 軸
5 モータ
6 第1クラッチ
7 第2クラッチ
16 エンジン制御装置
18 レゾルバ(回転角度センサ)
19 モータ制御装置
Claims (12)
- エンジンと、
該エンジンを制御するエンジン制御装置と、
自動変速機と、
該自動変速機を制御する自動変速機制御装置と、
前記エンジンの出力軸からの回転を前記自動変速機の入力軸に伝達する軸と、
該軸に結合して設けられたモータと、
該モータを制御するモータ制御装置と、
前記軸とエンジンの出力軸間に設けられた断接可能な第1クラッチと、
前記軸と自動変速機の出力軸間に設けられた断接可能な第2クラッチと、
前記自動変速機の出力軸と連結する駆動輪とを備え、
前記モータ制御装置は、前記モータを駆動して前記エンジンを連れ回したときのモータ回転角度を検出または推定するとともに、
前記モータに作用する外乱トルクを推定し、前記外乱トルクの初回もしくは2回目の最小ピーク値を検出した際に、前記モータ回転角度と、前記エンジンの圧縮反力が最大のときのクランク角との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角推定値を演算する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記外乱トルクの最小ピーク値と前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角との関係をマップとして備え、
前記マップに基づいて、前記外乱トルクの最小ピーク値が大きいほど、前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角を上死点側として、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記外乱トルクの最小ピーク値と前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角との関係を有するマップを複数備え、
所定の条件に応じて、前記複数のマップを切り替えて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記外乱トルクの初回の最小ピーク値を検出した際に、
前記外乱トルクの最小ピーク値が所定のトルク閾値より大きい場合は、前記複数のマップを切り替えて、
前記外乱トルクの2回目の最小ピーク値を検出した際に、切り替えた前記マップを用いて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項3に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記外乱トルクの初回の最小ピーク値を検出した際に、
クランク角推定開始から前記初回の最小ピーク値検出までに要した時間が、所定の推定時間閾値よりも大きい場合は、前記複数のマップを切り替えて
切り替えた前記マップを用いて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - 請求項1乃至5に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記モータに作用する外乱トルクを推定し、前記外乱トルクの初回もしくは2回目の最小ピーク値を検出した際に、前記モータ回転角度と、前記エンジンの圧縮反力が最大のときのクランク角との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角推定値を演算した後、振動抑制に効果的な最適初期クランク角へ制御する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。 - エンジンと、
該エンジンを制御するエンジン制御装置と、
自動変速機と、
該自動変速機を制御する自動変速機制御装置と、
前記エンジンの出力軸からの回転を前記自動変速機の入力軸に伝達する軸と、
該軸に結合して設けられたモータと、
該モータを制御するモータ制御装置と、
前記軸とエンジンの出力軸間に設けられた断接可能な第1クラッチと、
前記軸と自動変速機の出力軸間に設けられた断接可能な第2クラッチと、
前記自動変速機の出力軸と連結する駆動輪とを備え、
前記モータ制御装置は、前記モータを駆動して前記エンジンを連れ回したときのモータ回転角度を検出または推定するとともに、
前記モータに作用する外乱トルクを推定し、前記外乱トルクの初回もしくは2回目の最小ピーク値を検出した際に、前記モータ回転角度と、前記エンジンの圧縮反力が最大のときのクランク角との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角推定値を演算する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 請求項7に記載のハイブリッド車両の制御方法において、
前記外乱トルクの最小ピーク値と前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角との関係をマップとして備え、
前記マップに基づいて、前記外乱トルクの最小ピーク値が大きいほど、前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角を上死点側として、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 請求項8に記載のハイブリッド車両の制御方法において、
前記外乱トルクの最小ピーク値と前記エンジンの圧縮反力が最大となるクランク角との関係を有するマップを複数備え、
所定の条件に応じて、前記複数のマップを切り替えて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 請求項8に記載のハイブリッド車両の制御方法において、
前記外乱トルクの初回の最小ピーク値を検出した際に、
前記外乱トルクの最小ピーク値が所定のトルク閾値より大きい場合は、前記複数のマップを切り替えて、
前記外乱トルクの2回目の最小ピーク値を検出した際に、切り替えた前記マップを用いて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 請求項8に記載のハイブリッド車両の制御方法において、
前記外乱トルクの初回の最小ピーク値を検出した際に、
クランク角推定開始から前記初回の最小ピーク値検出までに要した時間が、所定の推定時間閾値よりも大きい場合は、前記複数のマップを切り替えて
切り替えた前記マップを用いて、前記クランク角推定値の演算を実行する、
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。 - 請求項7乃至11に記載のハイブリッド車両の制御方法において、
前記モータに作用する外乱トルクを推定し、前記外乱トルクの初回もしくは2回目の最小ピーク値を検出した際に、前記モータ回転角度と、前記エンジンの圧縮反力が最大のときのクランク角との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角推定値を演算した後、振動抑制に効果的な最適初期クランク角へ制御する
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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