(57)【要約】【課題】簡単な構成で、たとえ、エンジンに負荷変動や回転変動が発生しても、精度良く、レスポンス良く対応してエンジン振動を低減する。【解決手段】モータ制御部１０では、クランク角パルスが入力されると、第１のフィルタ１１から、第１のフィルタ係数の、そのクランク位置に該当するメモリ値がキャンセルトルクとしてモータ駆動部４に出力される。誤差トルク演算部１２は、騒音低減状態を誤差トルクとして演算し、係数更新部１４に出力する。そして、係数更新部１４は、現在設定されている第１のフィルタ係数を、新たな第１のフィルタ係数として更新する。第２のフィルタ１５は、クランク角パルスの入力毎に第１のフィルタ１１の第１のフィルタ係数の１つの係数のみに対して、第２のフィルタ係数を第１のフィルタ係数と畳み込み演算して第１のフィルタ係数を更新し、演算誤差等による不要な成分の影響を排除する。【選択図】図２
2007023945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸の回転に作用自在な電動機と、
エンジンのクランク角度を検出するクランク角検出手段と、
係数列を第１のフィルタ係数として有し、上記クランク角度に応じ該第１のフィルタ係数を順にキャンセルトルクとして上記電動機の駆動手段に対して出力する第１のフィルタ手段と、
上記クランク角度に基づきクランク軸の振動低減状態を誤差トルクとして演算する誤差トルク演算手段と、
上記クランク角度と上記誤差トルクに基づいて上記第１のフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段と、
予め設定した第２のフィルタ係数を有し、該第２のフィルタ係数を上記第１のフィルタ係数と畳み込み演算して上記第１のフィルタ係数を更新する第２のフィルタ手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン振動低減装置。
【請求項２】
上記誤差トルクは、上記キャンセルトルクを付与する部分の慣性値と上記クランク軸に生じた回転変動の時間的変化に基づいて演算することを特徴とする請求項１記載のエンジン振動低減装置。
【請求項３】
上記第２のフィルタ手段の上記第２のフィルタ係数は、上記第１のフィルタ係数の予め設定する次数成分を残す特性に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータジェネレータ等のエンジンのクランク軸の回転に作用自在な電動機を制御してエンジン振動を低減させるエンジン振動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両においては、エンジンのクランク軸の回転に作用自在な電動機を備えたものが開発され、実用化されている。
【０００３】
例えば、特開平１１−３３６５８１号公報では、互いに駆動連結されるエンジンと電動機との２つの動力源を有し、車両停止時にはエンジンが停止され、車両発進時には電動機の回転力によりエンジンが始動されるハイブリッド自動車が開示されている。このハイブリッド自動車では、エンジン出力軸の回転角度によってエンジンのトルク変動レベルが変化することに着目し、エンジン出力軸に発生するトルク変動成分を、エンジンでの圧縮、膨張によるトルク変動の次数に対しsin関数の３次以下の成分で近似して算出し、電動機のトルク指令値に対し、算出したトルク変動成分を逆位相で加えることで、トルク指令値を補正するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−３３６５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１では、エンジン出力軸に発生するトルク変動成分を、エンジンでの圧縮、膨張によるトルク変動の次数に対しsin関数の３次以下の成分で近似して算出するようになっているため、エンジンに負荷変動や回転変動が生じた場合、正確に、また、レスポンス良く対応できないという問題がある。こうした、エンジンの負荷変動や回転変動に対し、精度良く対応しようとすると、様々なエンジンの運転状態に対応するものを用意しておかなければならず、システムが複雑、且つ、高価となり、また、全ての現象に対応するのにも限界がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、たとえ、エンジンに負荷変動や回転変動が発生しても、精度良く、レスポンス良く対応してエンジン振動を低減することができるエンジン振動低減装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンのクランク軸の回転に作用自在な電動機と、エンジンのクランク角度を検出するクランク角検出手段と、係数列を第１のフィルタ係数として有し、上記クランク角度に応じ該第１のフィルタ係数を順にキャンセルトルクとして上記電動機の駆動手段に対して出力する第１のフィルタ手段と、上記クランク角度に基づきクランク軸の振動低減状態を誤差トルクとして演算する誤差トルク演算手段と、上記クランク角度と上記誤差トルクに基づいて上記第１のフィルタ係数を更新するフィルタ係数更新手段と、予め設定した第２のフィルタ係数を有し、該第２のフィルタ係数を上記第１のフィルタ係数と畳み込み演算して上記第１のフィルタ係数を更新する第２のフィルタ手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるエンジン振動低減装置によれば、簡単な構成で、たとえ、エンジンに負荷変動や回転変動が発生しても、精度良く、レスポンス良く対応してエンジン振動を低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  
図１〜図５は本発明の実施の形態を示し、図１はエンジン振動低減装置を備えたエンジンの概略構成図、図２はモータ制御部の機能ブロック図、図３はクランク角センサからのクランク角パルスの説明図、図４は第１のフィルタのフィルタ係数の一例を示す説明図、図５は第２のフィルタのフィルタ係数の一例を示す説明図である。
【０００９】
図１において、符号１はエンジン（例えば、４気筒エンジン）を示し、自動変速機２に連結されるエンジン出力軸１ａには、このエンジン出力軸１ａの回転に作用自在な電動機３が設けられている。
【００１０】
電動機３は、例えば、エンジン１のフライホイールを利用して構成されており、後述するモータ制御部１０により駆動制御される、インバータ制御部、インテリジェントパワーモジュール（ＩＰＭ）、界磁制御回路部（以上図示せず）等から構成されるモータ駆動部４により駆動される。
【００１１】
電動機３は、モータ制御部１０による制御により、バッテリ５からの電力で駆動力を発生し（例えば、エンジン始動時）、或いは、エンジン回転により発電を行いバッテリ５に対して充電可能になっている。
【００１２】
また、電動機３は、モータ制御部１０により、後述する如く、エンジン１の回転により生じる振動を低減すべく制御される。このエンジン振動低減の機能を実現するため、モータ制御部１０にはエンジンのクランク角度を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ６が接続されている。
【００１３】
エンジン出力軸１ａには、ＣＰＮ個（例えば、１２５個）の歯を備えたギヤ７が固設されており、クランク角センサ６は、この歯によって生じる、例えば図３に示すような、クランク角パルスを波形成形して出力する。４サイクルエンジンでは気筒数に関係なく、エンジン２回転を周期としてエンジンの加振力が決まり、それが繰り返されている。従って、図３に示すように、エンジン２回転分の歯数、すなわち、２・ＣＰＮ個の歯数に対応した角度７２０°ＣＡ（４・π（rad））を基準として本制御は実行される。
【００１４】
以下、モータ制御部１０のエンジン振動低減機能について説明する。  
モータ制御部１０は、図２に示すように、第１のフィルタ１１、誤差トルク演算部１２、遅延回路部１３、係数更新部１４、第２のフィルタ１５から主要に構成されている。
【００１５】
第１のフィルタ１１は、第１のフィルタ手段としてのものであり、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力される。
【００１６】
第１のフィルタ１１には、２・ＣＰＮ個のメモリテーブルが設けられており、このメモリテーブルに、例えば、図４に示すような特性の係数列が第１のフィルタ係数としてメモリされている。そして、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力されると、そのクランク位置に該当するメモリ値がキャンセルトルクとしてモータ駆動部４に出力される。この第１のフィルタ１１の第１のフィルタ係数は、後述する如く、係数更新部１４、及び、第２のフィルタ１５により更新される。
【００１７】
誤差トルク演算部１２は、誤差トルク演算手段として設けられており、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力され、以下の（１）式により、クランク軸の振動低減状態に相当する騒音低減状態を誤差トルクＴｃとして演算し、係数更新部１４に出力する。  
Ｔｃ＝Ｉｗ・（Δｅ／Δｔ）            …（１）
ここで、Ｉｗはフライホイールの慣性値（予め計算等により求めておいた定数）、ｔはパルス間隔時間（演算対象とするクランク角パルスの次のクランク角パルスが入力されるまでの時間）、ｅは誤差信号であり、以下の（２）式により演算する。  
ｅ＝Ｎes−Ｎea            …（２）
ここで、Ｎeaは、今までのエンジン回転数の平均値（ここでは、角度単位とする）であり、以下の（３）式により算出される。  
Ｎea＝（４・π（rad））／（２・ＣＰＮ個のパルス分の経過時間）  …（３）
【００１８】
すなわち、エンジン２回転は４サイクルエンジンの１周期であり、エンジンが２回転すると元に戻る。従って、エンジン回転数の平均値Ｎeaの算出は、エンジン２回転で求めるのを基本とする。４気筒の場合、４つの気筒が全く同じであれば、１８０°ＣＡ（π（rad））毎に同じ周期が繰り返されることになるので、１８０°ＣＡ（π（rad））毎のクランク角パルスで計算しても良いと考えられるが、４つの気筒が均等ということは言い難いので、基本的にエンジン２回転で求める。
【００１９】
また、Ｎesは、瞬時のエンジン回転数（ここでは、角度単位とする）であり、以下の（４）式により算出される。  
Ｎes＝（（４・π（rad））／（２・ＣＰＮ））／（パルス間隔時間）  …（４）
【００２０】
すなわち、瞬時のエンジン回転数Ｎesは変動しており、この回転変動が振動の原因となるため、この回転変動を電動機３をアクチュエータとしてキャンセルし、エンジン振動を低減させるのである。
【００２１】
遅延回路部１３は、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力され、予め設定したパルス分だけ遅延させてクランク角パルスを係数更新部１４に出力する。すなわち、本実施形態では、第１のフィルタ１１は、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力されると、そのクランク位置に該当するメモリ値がキャンセルトルクとしてモータ駆動部４に出力される。そして、その入力信号に基づいてモータ駆動部４により電動機３が駆動され、キャンセルトルクとなってフライホイールに作用する。電気信号であるため、第１のフィルタ１１からの信号出力から電動機３でのトルクになるまでの時間遅れは無視できるが、遅れが問題になる場合には、例えば、１パルス分をずらして出力する等の遅延処理を実行するようになっている。従って、この遅延回路部１３は、必要に応じてもうけられるものである。
【００２２】
係数更新部１４は、フィルタ係数更新手段として設けられており、誤差トルク演算部１２から誤差トルクＴｃが入力され、遅延回路部１３から遅延処理されたクランク角パルスが入力される。
【００２３】
そして、以下の（５）式により、現在設定されている第１のフィルタ係数Ｗn-1を、新たな第１のフィルタ係数Ｗnとして更新する。  
Ｗn＝Ｗn-1−μ・Ｔｃ            …（５）
ここで、μはステップサイズであり、目標に近づく速度（適応速度）は、このステップサイズμにより調整される。尚、ステップサイズμを大きくしすぎると制御が発散するので発散と適応速度のバランスを考えて予め設定し、数回の処理で目標に近づくようにする。こうして、第１のフィルタ係数Ｗn-1を上述の（５）式により更新することにより、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム（最適フィルタ係数を求める計算式を簡略化するため、フィルタの修正式が再帰式であることを利用し、平均自乗誤差を瞬間自乗誤差で近似して求める理論）と基本的に同じ処理で制御されるようになっている。
【００２４】
第２のフィルタ１５は、第２のフィルタ手段として設けられており、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力される。
【００２５】
第２のフィルタ１５は、予め設定した第２のフィルタ係数を有し、この第２のフィルタ係数を第１のフィルタ１１の第１のフィルタ係数と畳み込み演算して第１のフィルタ係数を更新する。
【００２６】
この第２のフィルタ１５によるフィルタリング処理は、キャンセルするエンジントルクの次数成分を選択し、また、制御が発散しないように演算誤差等による不要な成分（ＤＣ成分、高周波成分等）の影響を排除するために実行される。
【００２７】
従って、第２のフィルタ１５の第２のフィルタ係数は、図５に示すように、例えば、０．５〜５．０次成分をキャンセルトルクに残すフィルタ形状に設定されている。このフィルタ形状は、中央に対して左右対称のフィルタとすることでフィルタリング後も信号の位相がずれない（直線位相）。
【００２８】
そして、第２のフィルタ１５は、次のパルス入力で出力すべき第１のフィルタ１１の第１のフィルタ係数とフィルタリングに使う第２のフィルタ係数の中央値が乗算されるように畳み込み演算をする。フィルタリングの結果、第１のフィルタ係数に含まれる次数成分だけが残り、他の成分は減衰していく。
【００２９】
すなわち、この畳み込み演算は、第１のフィルタ係数をＦＩＲ（I）、次回出力の適応フィルタの係数（値）を０とすると、フィルタリングで畳み込み演算に使うメモリデータ値列を、
ＦＩＲ(0-CPN)、ＦＩＲ(0-(CPN-1))、・・・、ＦＩＲ(0-1)、ＦＩＲ(0)
、ＦＩＲ(0+1)、ＦＩＲ(0+2)、・・・、ＦＩＲ(0-(CPN-1))、ＦＩＲ(0+CPN)
とすると、この第１のフィルタ１１からの出力は、第１のフィルタ係数のメモリ値を２・ＣＰＮ個を周期として繰り返され、畳み込み演算も周期で繰り返される。
【００３０】
第２のフィルタ係数をＣＯＥＦ（I）とし、設計したフィルタ（直線位相、左右対称）の係数値列を、
ＣＯＥＦ(0-CPN)、ＣＯＥＦ(0-(CPN-1))、・・・、ＣＯＥＦ(0-1)、ＣＯＥＦ(0)
、ＣＯＥＦ(0+1)、ＣＯＥＦ(0+2)、・・・、ＣＯＥＦ(0-(CPN-1))、ＣＯＥＦ(0+CPN)
とする。
【００３１】
第２のフィルタ係数は、中央値ＣＯＥＦ(0)を中心に左右対称であるので、
ＣＯＥＦ(0-1)＝ＣＯＥＦ(0+1)、・・・、ＣＯＥＦ(0-CPN)＝ＣＯＥＦ(0+CPN)
となり、一方の側、例えば、ＣＯＥＦ(0)  、ＣＯＥＦ(0+1)、・・・、ＣＯＥＦ(0-(CPN-1))、ＣＯＥＦ(0+CPN)のみを使って、以下のように畳み込み演算が実行される。  
（ＦＩＲ（0）：更新後）＝（ＦＩＲ（0）：更新前）・ＣＯＥＦ(0)
＋（ＦＩＲ(0+1)＋ＦＩＲ(0-1)）・ＣＯＥＦ(0+1)＋・・・
＋（ＦＩＲ(0+CPN)＋ＦＩＲ(0-CPN)）・ＣＯＥＦ(0+CPN)    …（６）
【００３２】
そして、上述の（６）式で実行した畳み込み演算の更新後の値は、第１のフィルタ１１にメモリされ、第１のフィルタ１１は、更新してメモリされた第１のフィルタ係数を、次のパルス入力で出力する。
【００３３】
尚、本実施の形態では、第２のフィルタ１５によるフィルタリングを、クランク角パルスの入力毎に１つの係数のみに対して実行するようにしているが、一定時間毎に実行しても良い。
【００３４】
以上のように構成されるモータ制御部１０では、クランク角センサ６からクランク角パルスが入力されると、第１のフィルタ１１から、第１のフィルタ係数の、そのクランク位置に該当するメモリ値がキャンセルトルクとしてモータ駆動部４に出力される。
【００３５】
次いで、誤差トルク演算部１２で、前述の（１）に基づき騒音低減状態を誤差トルクＴｃとして演算し、係数更新部１４に出力する。
【００３６】
そして、係数更新部１４は、前述の（５）式により、現在設定されている第１のフィルタ係数Ｗn-1を、新たな第１のフィルタ係数Ｗnとして更新する。尚、係数更新部１４における第１のフィルタ係数の更新は、遅延回路部１３から遅延処理されたクランク角パルスによりタイミングが適切におこなわれるように処理される。
【００３７】
この一連の処理の流れにおいて、第２のフィルタ１５は、クランク角パルスの入力毎に第１のフィルタ１１の第１のフィルタ係数の１つの係数のみに対して、第２のフィルタ係数を第１のフィルタ係数と畳み込み演算して第１のフィルタ係数を更新し、演算誤差等による不要な成分（ＤＣ成分、高周波成分等）の影響を排除する。
【００３８】
このように本実施の形態によれば、エンジン回転変動は、第１のフィルタ１１から出力される第１のフィルタ係数であるキャンセルトルクにより低減され、また、第１のフィルタ係数は係数更新部１４により更新されて出力されるので、簡単な構成で、たとえ、エンジンに負荷変動や回転変動が発生しても、精度良く、レスポンス良く対応してエンジン振動を低減することができる。
【００３９】
また、第１のフィルタ係数は、第２のフィルタ１５によりフィルタリングされるので、演算誤差等による不要な成分（ＤＣ成分、高周波成分等）の影響が除去され、精度の良い振動低減が可能である。
【００４０】
尚、本実施の形態では、電動機３は、バッテリ５からの電力で駆動力を発生し、或いは、エンジン回転により発電を行いバッテリ５に対して充電可能なモータジェネレータを例に説明しているが、これに限ることなく、エンジン出力軸１ａの回転に作用自在な電動機であれば良い。
【００４１】
また、本実施の形態は、第２のフィルタ１５の第２のフィルタ係数は、例えば、０．５〜５．０次成分をキャンセルトルクに残すフィルタ形状に設定されているが、他のフィルタ形状でも良く、この場合、０．５〜５．０次成分をキャンセルトルクに残すフィルタ形状であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】エンジン振動低減装置を備えたエンジンの概略構成図
【図２】モータ制御部の機能ブロック図
【図３】クランク角センサからのクランク角パルスの説明図
【図４】第１のフィルタのフィルタ係数の一例を示す説明図
【図５】第２のフィルタのフィルタ係数の一例を示す説明図
【符号の説明】
【００４３】
１    エンジン
１ａ  エンジン出力軸
３    電動機
４    モータ駆動部
６    クランク角センサ（クランク角検出手段）
１０    モータ制御部
１１    第１のフィルタ（第１のフィルタ手段）
１２    誤差トルク演算部（誤差トルク演算手段）
１３    遅延回路部
１４    係数更新部（フィルタ係数更新手段）
１５    第２のフィルタ（第２のフィルタ手段）
【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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