(57)【要約】【課題】システム効率の低下を抑制しつつ、車両の加減速がなされて有段変速機の変速が比較的短い間に複数回生じた際の電動機ノイズに起因する音の変動感を抑制する。【解決手段】走行用動力源としての電動機Ｍ２と、電動機Ｍ２と駆動輪１６との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機３と、を備えた車両の制御装置であって、電動機Ｍ２を電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に応じてＰＷＭ制御する電動機制御部を備え、電動機Ｍ２の回転速度がステータ共振の発生する回転速度を含む所定の範囲内であり、かつ、車速変化が閾値よりも大きい場合に、電動機制御部は同期ＰＷＭ制御すると共に、電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数がステータ共振が発生した際に電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数となるように、電圧指令の１周期あたりの三角波キャリアの数である同期数を電動機Ｍ２の回転速度の変化に応じて変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用動力源としての電動機と、前記電動機と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機と、を備えた車両の制御装置であって、
前記電動機を電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に応じてＰＷＭ制御する電動機制御部を備え、
前記電動機制御部は、
前記電動機の回転速度がステータ共振の発生する回転速度を含む所定の範囲内であり、かつ、車速変化が閾値よりも大きい場合に、
前記電動機の制御方式を前記電圧指令の周期が前記三角波キャリアの周期の整数倍となる同期ＰＷＭ制御とすると共に、
前記電動機から発生するノイズの周波数が前記ステータ共振が発生した際に前記電動機から発生するノイズの周波数となるように、前記電圧指令の１周期あたりの前記三角波キャリアの数である同期数を前記電動機の回転速度の変化に応じて変化させること、
を特徴とする車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行用動力源としての電動機と有段変速機とを備える車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行用動力源としてエンジン及び電動機を備え、この電動機と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機を備えるハイブリッド車両が知られている。そして、このようなハイブリッド車両において、電動機の回転速度が騒音の大きくなる領域に入るのを回避するように、有段変速機を変速させる制御方法が特許文献１で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４３３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動機から発生するノイズは電動機でステータ共振が発生する特定の回転速度となった際にピーク値となり、この特定の回転速度を含む特定領域において電動機から発生するノイズが運転者に感じられ易くなる。また、この特定領域を回転速度が外れると電動機から発生するノイズが運転者に感じられ難くなる。このため、車両の加減速がなされ、有段変速機の変速が比較的短い時間に複数回生じると、短い時間に電動機の回転速度が、この特定領域を行き来して、運転者に音の変動感を与えることになり、耳障りとなる。しかし、音の変動感をなくすために、特許文献１に示すように有段変速機の変速点を変更すると、システム効率の低下を招き、燃費や動力性能が悪化するという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、システム効率の低下を抑制しつつ、車両の加減速がなされて有段変速機の変速が比較的短い時間に複数回生じた際の電動機から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る車両の制御装置は、走行用動力源としての電動機と、前記電動機と駆動輪との間の動力伝達経路の一部を構成する有段変速機と、を備えた車両の制御装置であって、前記電動機を電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に応じてＰＷＭ制御する電動機制御部を備え、前記電動機制御部は、前記電動機の回転速度がステータ共振の発生する回転速度を含む所定の範囲内であり、かつ、車速変化が閾値よりも大きい場合に、前記電動機の制御方式を前記電圧指令の周期が前記三角波キャリアの周期の整数倍となる同期ＰＷＭ制御とすると共に、前記電動機から発生するノイズの周波数が前記ステータ共振が発生した際に前記電動機から発生するノイズの周波数となるように、前記電圧指令の１周期あたりの前記三角波キャリアの数である同期数を前記電動機の回転速度の変化に応じて変化させること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、走行用動力源としての電動機の回転速度が、ステータ共振の発生する回転速度を含む所定の範囲内であり、かつ、車速変化が閾値よりも大きい場合に、電動機制御部が同期ＰＷＭ制御すると共に、電動機から発生するノイズがステータ共振が発生した際に電動機から発生するノイズの周波数となるように、同期数を電動機の回転速度の変化に応じて変化させることによって、車両の加減速により有段変速機の変速が比較的短い時間に複数回生じても、ステータ共振が発生した際のノイズと同周期で同レベルのノイズが継続して発生するため、電動機から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制することができる。また、本発明は、電動機から発生するノイズが最大となる電動機の回転速度の使用を回避せず、システム効率が低下する方向へ有段変速機の変速点を変更しないため、有段変速機の変速点を変更する場合と比較して、システム効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の実施形態の車両の制御装置が適用されるハイブリッド車両の駆動装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示すハイブリッド車両の駆動装置の変速作動に用いられる油圧式摩擦係合装置の作動の組み合わせを説明する表である。
【図３】図１に示すハイブリッド車両の制御装置の制御系統を示す図である。
【図４】車両減速時の電動機の回転速度の変動を示す図（ａ）と、ＰＷＭ制御の同期数の変動を示す図（ｂ）と、電動機から発生するノイズの大きさの変動を示す図（ｃ）である。
【図５】第２電動機から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制するために、図３に示すハイブリッド車両の制御装置が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本開示の車両の制御装置１０について説明する。最初に車両の制御装置１０が適用される車両２０の構成について説明する。車両２０は、複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。図１に示すように、車両２０は、走行用動力源としてのエンジン１、第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２と、動力分配機構２と、有段変速機３とを備えている。
【００１０】
動力分配機構２は、シングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、外歯歯車の第１サンギアＳ１と、第１サンギアＳ１と同軸に配置された内歯歯車の第１リングギアＲ１と、第１サンギアＳ１及び第１リングギアＲ１に噛み合うピニオンを自転及び公転可能に保持する第１キャリアＣＡ１とを有している。エンジン１の回転軸に不図示の脈動吸収ダンパを介して連結された入力軸１１は第１キャリアＣＡ１に連結し、入力軸１１及び第１キャリアＣＡ１は一体として回転する。第１電動機Ｍ１のロータは第１サンギアＳ１に連結し、第１電動機Ｍ１のロータ及び第１サンギアＳ１は一体として回転する。第２電動機Ｍ２のロータ及び伝達軸１２は第１リングギアＲ１に連結し、第２電動機Ｍ２のロータ、伝達軸１２及び第１リングギアＲ１は一体として回転する。第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２のステータは、車体に取り付けられるトランスミッションケース１３（以下、ケース１３と略称する）に固定されている。伝達軸１２のトルクは、有段変速機３を介して出力軸１４に伝達し、出力軸１４から差動装置１５を介して左右の駆動輪１６に分配される。つまり、有段変速機３は、第２電動機Ｍ２と駆動輪１６との間の動力伝達経路の一部を構成する。
【００１１】
動力分配機構２において、エンジン１の出力を第１電動機Ｍ１及び伝達軸１２に分配することができ、分配されたエンジン１の出力の一部で第１電動機Ｍ１から発生させられた電気エネルギーで蓄電したり第２電動機を回転させたりすることができるので、動力分配機構２は電気的な差動装置として機能し、エンジン１の回転速度に拘らず伝達軸１２の回転速度を連続的に変化させることができる。つまり、動力分配機構２は電気的な無段変速機として機能する。
【００１２】
有段変速機３は、いずれもシングルピニオン型の第２遊星歯車機構３２、第３遊星歯車機構３３及び第４遊星歯車機構３４を備え、有段式の自動変速機として機能する。第２遊星歯車機構３２は、第２サンギアＳ２、第２キャリアＣＡ２及び第２リングギアＲ２を備えている。同様に、第３遊星歯車機構３３は、第３サンギアＳ３、第３キャリアＣＡ３及び第３リングギアＲ３を備えており、第４遊星歯車機構３４は、第４サンギアＳ４、第４キャリアＣＡ４及び第４リングギアＲ４を備えている。
【００１３】
有段変速機３では、第２サンギアＳ２及び第３サンギアＳ３が一体的に連結されて第２クラッチＣ２を介して伝達軸１２に選択的に連結されるとともに、第１ブレーキＢ１を介してケース１３に選択的に連結されている。第４リングギアＲ４は第３ブレーキＢ３を介してケース１３に選択的に連結されている。また、第２リングギアＲ２と第３キャリアＣＡ３と第４キャリアＣＡ４とが一体的に連結されて出力軸１４に連結されている。そして、第３リングギアＲ３と第４サンギアＳ４とが一体的に連結されて、第１クラッチＣ１を介して伝達軸１２に選択的に連結されている。
【００１４】
第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３は、いずれも油圧式摩擦係合装置である。第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２の少なくとも一方が係合されると、伝達軸１２から有段変速機３を介して出力軸１４へ出力が伝達され、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２が両方とも解放されると、伝達軸１２から出力軸１４への出力の伝達が遮断される。
【００１５】
図２の係合作動表に示すように、第１クラッチＣ１及び第３ブレーキＢ３の係合により、第１速ギア段が成立する。第１クラッチＣ１及び第２ブレーキＢ２の係合により、第１速ギア段よりも変速比が小さい第２速ギア段が成立する。第１クラッチＣ１及び第１ブレーキＢ１の係合により、第２速ギア段よりも変速比が小さい第３速ギア段が成立する。第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２の係合により、第３速ギア段よりも変速比が小さい第４速ギア段が成立する。第２クラッチＣ２及び第３ブレーキＢ３の係合により、後進ギア段が成立する。また、第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３の解放により、ニュートラルの状態となる。
【００１６】
図３に示すように、車両の制御装置１０は各種の電子制御装置（ＥＣＵ）にて構成される。ハイブリッドＥＣＵ４０は、演算処理部であるＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部を有し、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより、エンジン１、第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２の駆動制御、有段変速機３の変速制御等の制御を実行する。
【００１７】
ハイブリッドＥＣＵ４０には、車両２０の車速に応じた信号を出力する車速センサ４１、アクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ４２、第１電動機Ｍ１の回転速度に応じた信号を出力するＭ１回転速度センサ４３、第２電動機Ｍ２の回転速度に応じた信号を出力するＭ２回転速度センサ４４、出力軸１４の回転速度に応じた信号を出力する出力軸回転速度センサ４５、不図示のバッテリの充電量に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ４６等の出力信号が入力される。
【００１８】
ハイブリッドＥＣＵ４０は、運転者の出力要求量としてのアクセル開度や車速から車両２０の目標出力を算出し、その目標出力と充電要求値から必要なトータル目標出力を算出し、そのトータル目標出力から第２電動機Ｍ２のアシストトルク等を考慮して目標エンジン出力を算出し、その目標エンジン出力が得られるエンジン回転速度とエンジントルクとなるようにエンジン１を制御するとともに第１電動機Ｍ１の発電量を制御する。
【００１９】
このような制御に基づき、ハイブリッドＥＣＵ４０は、エンジン１の運転条件を決定し、エンジン１の運転条件についてエンジンＥＣＵ５０に指令を出力する。エンジンＥＣＵ５０は、ハイブリッドＥＣＵ４０から入力された指令に基づき、スロットル弁５１、点火プラグ５２、燃料噴射装置５３等に対して各種の制御を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ４０は、第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２を回転させる回転速度を算出し、回転速度について電動機ＥＣＵ６０に指令を出力する。電動機ＥＣＵ６０は、ハイブリッドＥＣＵ４０から入力された指令に基づき、第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２に電圧を出力する。電動機ＥＣＵ６０は、第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２を動作させるための正弦波状の電圧指令と三角波キャリアとの比較結果に応じてＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行う。
【００２０】
また、ハイブリッドＥＣＵ４０は、車速と有段変速機３の出力トルクとを変数として予め記憶された関係から、実際の車速及び有段変速機３の要求出力トルクで示される車両状態に基づいて、有段変速機３の変速を実行すべきか判断し、変速すべき変速段を判断し、その判断した変速段が得られるように、有段変速機ＥＣＵ７０に指令を出力する。有段変速機ＥＣＵ７０は、ハイブリッドＥＣＵ４０から入力された指令に基づき、図２に示す係合作動表に従って変速段が達成されるように、有段変速機３の第１クラッチＣ１、第２クラッチＣ２、第１ブレーキＢ１、第２ブレーキＢ２及び第３ブレーキＢ３を係合又は解放させる。
【００２１】
図４（ａ）及び図４（ｃ）は、車両２０を減速した際の第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎ（ｒｐｍ）と第２電動機Ｍ２から生じるノイズの大きさ（ｄＢ）を示している。図４（ａ）及び図４（ｃ）のグラフの横軸は時間である。図４（ａ）の実線ｐに示すように、有段変速機３が第４速ギア段の状態で第２電動機Ｍ２の回転速度がＮａからＮｃまで低下すると、有段変速機３が第３速ギア段に切り替わって第２電動機Ｍ２の回転速度がＮａに上昇する。更に車両２０の減速が続いて第２電動機Ｍ２の回転速度がＮａからＮｃまで低下すると、有段変速機３が第２速ギア段に切り替わって第２電動機Ｍ２の回転速度がＮａに上昇する。更に車両２０の減速が続いて第２電動機Ｍ２の回転速度がＮａからＮｃまで低下する。
【００２２】
図４（ｃ）の破線のグラフｑが示すように、第２電動機Ｍ２は、回転速度がＮｂでステータ共振が生じて第２電動機Ｍ２から発生するノイズの大きさがピークとなり、回転速度がＮｂから離れると第２電動機Ｍ２から発生するノイズの大きさが小さくなる。そのため、第２電動機Ｍ２が回転速度Ｎｂを含む範囲で変動すると、第２電動機Ｍ２から発生するノイズの大きさが増加と減少を繰り返し車両２０の運転者に音の変動感を与えることになり、耳障りとなる。
【００２３】
そこで、第２電動機Ｍ２から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制するため、第２電動機Ｍ２の回転速度がステータ共振の発生する回転速度Ｎｂを含む所定の範囲内となった場合に、第２電動機Ｍ２の制御方式を同期ＰＷＭ制御として同期数を調整して第２電動機Ｍ２から発生するノイズを制御する。以下、詳細について説明する。
【００２４】
図５は、この制御ルーチンを示すフローチャートである。図５の制御ルーチンのプログラムはハイブリッドＥＣＵ４０のＲＯＭに保持されており、例えば数ｍｓｅｃから数十ｍｓｅｃ程度の極めて短いサイクルタイムで繰り返し実行される。ハイブリッドＥＣＵ４０は図５の制御ルーチンを実行し、電動機ＥＣＵ６０に指令を出し、その指令に基づき電動機ＥＣＵ６０が第２電動機Ｍ２に電圧を出力することにより、ハイブリッドＥＣＵ４０及び電動機ＥＣＵ６０は本発明に係る電動機制御部として機能する。
【００２５】
この制御ルーチンにおいてハイブリッドＥＣＵ４０は、まずステップＳ１１において、第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎを検出する。次にステップＳ１２において、第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎが所定値Ｎａより小さく所定値Ｎｃより大きい範囲に入っているか否かを判定する。ここで、所定値Ｎａ＞ステータ共振が発生する回転速度Ｎｂ＞所定値Ｎｃである。そして、第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎが、この範囲内であればステップＳ１３に進み、この範囲外であればステップＳ１１に戻る。
【００２６】
ステップＳ１３において、ハイブリッドＥＣＵ４０は車両２０の車速変化ΔＶを検出し、車速変化ΔＶが所定の閾値よりも大きければステップＳ１４に進み、車速変化ΔＶが所定の閾値以下であればステップＳ１１に戻る。
【００２７】
ステップＳ１４において、ハイブリッドＥＣＵ４０は、電動機ＥＣＵ６０による第２電動機Ｍ２の制御方式が非同期ＰＷＭ制御の場合は、制御方式を電圧指令の周期が三角波キャリアの周期の整数倍となる同期ＰＷＭ制御に切り替えるように電動機ＥＣＵ６０に指令を出し、電動機ＥＣＵ６０は第２電動機Ｍ２の制御方式を同期ＰＷＭ制御に切り替える。
【００２８】
そして、ステップＳ１５において、ハイブリッドＥＣＵ４０は、第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数がステータ共振が発生した際の第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆｓとなるように、同期ＰＷＭ制御の電圧指令１周期あたりの三角波キャリアの数である同期数を第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎの変化に応じて算出し、算出した同期数で第２電動機Ｍ２を同期ＰＷＭ制御させるように電動機ＥＣＵ６０に指令を出す。電動機ＥＣＵ６０はハイブリッドＥＣＵ４０が算出した同期数で第２電動機Ｍ２の同期ＰＷＭ制御を行う。
【００２９】
ステップＳ１５の同期数の算出方法について以下に説明する。同期ＰＷＭ制御の三角波キャリアの周波数をｆｃ（Ｈｚ）、第２電動機Ｍ２の回転速度をＮ（ｒｐｍ）、第２電動機Ｍ２の極対数をｎとすると、第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆ（Ｈｚ）は以下の式１で表される。
【００３０】
ｆ=ｆｃ＋３ｎＮ／６０                  ・・・（式１）
【００３１】
同期ＰＷＭ制御の同期数をｍとすると、同期ＰＷＭ制御の三角波キャリアの周波数ｆｃは以下の式２で表される。
【００３２】
ｆｃ＝ｍＮ／６０                        ・・・（式２）
【００３３】
式２のｆｃを式１に代入して同期数ｍを求めると、同期数ｍは以下の式３で表される。
【００３４】
ｍ＝６０ｆ／Ｎ−３ｎ                    ・・・（式３）
【００３５】
すると、第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆをステータ共振が発生した際の第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆｓとなるようにするためには、以下の式４のように同期数ｍを調整する必要がある。
【００３６】
ｍ＝６０ｆｓ／Ｎ−３ｎ                  ・・・（式４）
【００３７】
すると、第２電動機Ｍ２の極対数ｎは固定値であり、第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数が周波数ｆｓである状態を継続するためには、第２電動機Ｍ２の回転速度Ｎの変化に応じて同期数ｍを変化させる必要がある。例えば、図４（ａ）の実線ｐに示すように第２電動機Ｍ２の回転速度ＮがＮａからＮｃへ低下した場合は、回転速度Ｎの低下に応じて図４（ｂ）の実線ｒに示すように同期数ｍを増加させる。
【００３８】
このように第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆがステータ共振が発生した際に第２電動機Ｍ２から発生するノイズの周波数ｆｓとなるように、同期数ｍを第２電動機Ｍ２の回転速度の変化に応じて変化させる制御を行うことによって、有段変速機３の変速が比較的短い時間に複数回生じても、図４（ｃ）の実線ｓに示すように、ステータ共振が発生した際のノイズと同周期で同レベルのノイズが継続して発生するため、第２電動機Ｍ２から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制することができる。
【００３９】
なお、上記のように車両２０を減速しながら有段変速機３を変速させた場合と同様に、車両２０を加速しながら有段変速機３を変速させた場合や、車両２０を加速から減速に切り替えた際に有段変速機３を変速させた場合や、車両２０を減速から加速に切り替えた際に有段変速機３を変速させた場合でも、図５の制御ルーチンのプログラムを実行することにより、第２電動機Ｍ２から発生するノイズに起因する音の変動感を抑制することができる。
【００４０】
本開示の車両の制御装置は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、有段変速機は別の構成であってもよい。また、上述の形態では、動力分配機構を用いたスプリット方式のハイブリッド車両に適用したが、例えばパラレル方式のハイブリッド車両やシリーズ方式のハイブリッド車両など他の方式のハイブリッド車両にも適用できる。更に、走行用動力源としてエンジン及び電動機が搭載されたハイブリッド車両のみならず、エンジンを搭載していない電気自動車にも適用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  エンジン、２  動力分配機構、３  有段変速機、１０  車両の制御装置、１１  入力軸、１２  伝達軸、１３  トランスミッションケース（ケース）、１４  出力軸、１５  差動装置、１６  駆動輪、２０  車両、３２  第２遊星歯車機構、３３  第３遊星歯車機構、３４  第４遊星歯車機構、４０  ハイブリッドＥＣＵ、４１  車速センサ、４２  アクセル開度センサ、４３  Ｍ１回転速度センサ、４４  Ｍ２回転速度センサ、４５  出力軸回転速度センサ、４６  ＳＯＣセンサ、５０  エンジンＥＣＵ、５１  スロットル弁、５２  点火プラグ、５３  燃料噴射装置、６０  電動機ＥＣＵ、７０  有段変速機ＥＣＵ、Ｂ１  第１ブレーキ、Ｂ２  第２ブレーキ、Ｂ３  第３ブレーキ、Ｃ１  第１クラッチ、Ｃ２  第２クラッチ、ＣＡ１  第１キャリア、ＣＡ２  第２キャリア、ＣＡ３  第３キャリア、ＣＡ４  第４キャリア、Ｍ１  第１電動機、Ｍ２  第２電動機、Ｒ１  第１リングギア、Ｒ２  第２リングギア、Ｒ３  第３リングギア、Ｒ４  第４リングギア、Ｓ１  第１サンギア、Ｓ２  第２サンギア、Ｓ３  第３サンギア、Ｓ４  第４サンギア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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