(57)【要約】【課題】車両制御システムにおいて、エンジンと車体との間に配置されるマウントの変位量を適切に推定し、その結果に応じて始動時振動制御を行うことを可能とすることである。【解決手段】車両制御システム１０は、バネ定数２４を有するマウント２０を介して車体１６に搭載されるエンジン３０と２台の回転電機５０，５２と、制御装置６０を備える。制御装置６０は、車両制御システム１０を構成する各要素の動作を制御する機能の他に、エンジン３０がクランキングによって始動されるときにおける回転電機５２の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、クランキングによって生じるマウントの変位量ΔＸを推定するマウント変位量推定部６２と、推定されたマウント変位量ΔＸに応じてエンジン３０の始動時における振動抑制制御を行う始動時振動抑制部６４を含む。【選択図】図１
2013180689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネ定数を有するマウントを介して車体に搭載される内燃機関と、
内燃機関と協働して車両を駆動する回転電機と、
内燃機関がクランキングによって始動されるときにおける回転電機の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、クランキングによって生じるマウントの変位量を推定し、推定されたマウントの変位量に応じて始動時振動抑制制御を実行する制御装置と、
を備えることを特徴とする車両制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両制御システムにおいて、
制御装置は、
推定されたマウントの変位量によってマウントが車体に底当りしていると判断されるときに始動時振動抑制制御の内容を補正することを特徴とする車両制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御システムに係り、特に車両に搭載される内燃機関の始動時の振動を抑制する車両制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と共に回転電機が搭載される車両では、燃費向上等のために主に回転電機で走行し、所定条件の下で内燃機関を始動させることが行われる。内燃機関の始動時には、車両の前後方向のロール振動が生じるが、このロール振動の固有振動数が内燃機関の通常の運転時の振動の固有振動数よりも低い。したがって、内燃機関を始動させると、内燃機関の回転数がゼロから上昇してロール振動の固有振動数に対応する領域を通過する際に、大きなロール振動が生じる。
【０００３】
このような内燃機関の始動時の振動抑制として、特許文献１には、エンジン始動制御装置として、始動時の初爆トルクを推定して能動型防振支持装置の加振板アクチュエータへの駆動電流指令値を設定することが述べられている。そして、初爆トルクがエンジン温度やインテーク・マニホールド圧で変化する場合、エンジンの経年変化がある場合、能動型防振支持装置の経年変化がある場合に、設定した駆動電流指令値に対応する初爆エネルギとなるように、燃料噴射量と点火時期を補正することが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ハイブリッド自動車の制御装置として、内燃機関の出力軸と電動機の回転軸がダンパー等で非剛結されている場合でも、エンジンブロックから車体に伝えられる脈動を電動機のトルクで相殺できる構成が開示されている。
【０００５】
特許文献３は、エンジンをクランキングするとエンジンはクランクシャフト周りにロールしてエンジンマウントを圧縮するので、エンジンが初爆したときに、エンジンマウントの復元力が発生し、この復元力に初爆トルクが加わってエンジン振動が発生することを指摘している。そこで、エンジン始動制御装置として、初爆直前のエンジンロール角度が大きいときに初爆トルクを減じるように、燃料噴射量と噴射時期を設定することが述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２５６７６８号公報
【特許文献２】特開２００４−３１２８５７号公報
【特許文献３】特開２００９−２０３８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
内燃機関は、エンジン台等と呼ばれるマウントを介して車体に搭載される。このマウントはバネ定数を有しているので、内燃機関が始動のためのクランキングトルクで圧縮され、クランキングトルクの大きさによってはマウントが過度に圧縮され車体に底当りとなることがある。マウントが車体に底当りすると、内燃機関がほぼ剛体接続で車体に搭載されている状態となるので、内燃機関の初爆トルクが直接的に車体に伝達される。
【０００８】
従来技術に述べられているように、車両においては、内燃機関の始動時振動を含めて、振動抑制制御が行われるが、マウントの変位量の検出を含め、マウントの底当りによる影響を考慮していない。
【０００９】
本発明の目的は、マウントの変位量を新しい概念で検出し、その結果に応じて始動時振動制御を行うことを可能とする車両制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車両制御システムは、バネ定数を有するマウントを介して車体に搭載される内燃機関と、内燃機関と協働して車両を駆動する回転電機と、内燃機関がクランキングによって始動されるときにおける回転電機の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、クランキングによって生じるマウントの変位量を推定し、推定されたマウントの変位量に応じて始動時振動抑制制御を実行する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車両制御システムにおいて、制御装置は、推定されたマウントの変位量によってマウントが車体に底当りしていると判断されるときに始動時振動抑制制御の内容を補正することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、内燃機関がクランキングによって始動されるときにおける回転電機の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、クランキングによって生じるマウントの変位量を推定する。このように、特別な変位量検出装置を用いることなく、マウントの変位量を新しい概念で検出することができ、その結果に応じて始動時振動抑制制御を実行することができる。
【００１３】
また、車両制御システムにおいて、推定されたマウントの変位量によってマウントが車体に底当りしていると判断されるときに始動時振動抑制制御の内容を補正する。マウントが車体に底当りしているときは、内燃機関の始動時振動が直接的に車体に伝達されることになる。そこで、通常の始動時振動抑制制御の内容を補正して、マウントが車体に底当りしていても、車体に伝達される振動を抑制する。これによって、マウントの底当りの影響を考慮した始動時振動抑制制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施の形態の車両制御システムの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、マウントの底当りを考慮した始動時振動抑制の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、車両として、エンジンと２台の回転電機とを搭載するハイブリッド車両を述べるが、これは説明のための例示であって、エンジンと回転電機を搭載する車両であればよい。例えば、エンジンを搭載しない電気自動車であっても構わない。また、車両に搭載される２台の回転電機の中で、１台がエンジンと共に車両の駆動用に用いられ、もう１台の回転電機によってエンジンの始動が行われるとして説明するが、これも例示であって、エンジンの始動用として、別にオルタネータ等のスタータを設けるものとしてもよい。車両に搭載される場合であってもよい。
【００１６】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１７】
図１は、ハイブリッド車両１２についての車両制御システム１０の構成を示す図である。この車両制御システム１０は、エンジン３０と２台の回転電機５０，５２と、これらの動作を全体として制御する制御装置６０を含んで構成される。
【００１８】
ハイブリッド車両１２は、車輪１４を有し、車体１６を有する。車体１６は、ハイブリッド車両１２の骨格部材で、エンジン３０、２台の回転電機５０，５２、制御装置６０の他に、蓄電装置を含む電源回路、動力伝達機構、運転操作機構、乗客のための座席等を搭載する機能を有する。
【００１９】
エンジン３０は、ハイブリッド車両１２の駆動源の１つである内燃機関である。エンジン３０は、例えば６気筒のピストン・シリンダ機構で構成されるが、図１ではその中の１気筒３２が示されている。各気筒３２は、円筒状の内部空間を有するシリンダ３４と、シリンダ３４の内壁に沿って摺動するピストン３６と、シリンダ３４の内部に燃料を噴射する燃料噴射弁３８と、シリンダ３４の内部に空気を供給する吸気管４０と、シリンダ３４の内部から排気ガスを外部に排出する排気管４１を含んで構成される。また、吸気管４０には吸気量を制御するためのスロットル４２が設けられ、吸気管４０がシリンダ３４に接続されるところには吸気弁４４が設けられる。排気管４１がシリンダ３４に接続されるところには排気弁４６が設けられる。また、燃料噴射弁３８の近くに点火プラグ４８が設けられる。
【００２０】
吸気弁４４、排気弁４６は、弁の開閉タイミングを可変できる可変動弁方式（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖａｌｖｅ  Ｔｉｍｉｎｇ：ＶＶＴ）の弁を用いることができる。吸気弁４４の開閉タイミング、排気弁４６の開閉タイミング、燃料噴射弁３８における燃料噴射量と噴射タイミング、点火プラグ４８の点火タイミング、スロットル４２の開度等は、ハイブリッド車両１２に対する要求トルク、要求回転数等に基づいて、制御装置６０によって制御が行われる。また、エンジン３０の始動時振動制御のためにも、燃料噴射量、スロットル開度、各タイミング等の制御が行われる。
【００２１】
図１でＭＧ１として示される回転電機５０と、ＭＧ２として示される回転電機５２は、共にハイブリッド車両に搭載されるモータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）であって、図示されていない駆動回路から電力が供給されるときはモータとして機能し、エンジン３０による駆動時、あるいはハイブリッド車両１２の制動時には発電機として機能する三相同期型回転電機である。この中で、回転電機５０は主として発電機として機能し、また、エンジン３０の始動させる始動手段として用いられる。回転電機５２は、エンジン３０と共に、ハイブリッド車両１２の走行駆動に用いられる。
【００２２】
エンジン３０と２台の回転電機５０，５２の間には、図示されていない動力配分機構が設けられる。動力配分機構は、ハイブリッド車両１２の走行状態に応じて、エンジン３０の出力と、回転電機５０の出力と、回転電機５２の出力の間で、発電に用いる分と車輪１４を駆動する分とを適切に分配する機能を有する機構で、例えば遊星歯車機構等が用いられる。図１では、模式的に、エンジン３０と回転電機５０が接続され、回転電機５０がエンジン３０によって駆動されて発電機として機能することと、回転電機５０によってエンジン３０が始動されることを示した。また、模式的に、エンジン３０と回転電機５２が接続され、これらの出力がハイブリッド車両１２の駆動力として、出力軸５４を介して車輪１４に伝達されることを示した。
【００２３】
マウント２０は、車体１６にエンジン３０を搭載するために用いられる搭載台である。マウント２０にはエンジン３０の振動が伝達されるので、その振動が車体１６に伝達されるのを緩和するため、マウント２０には適当なバネ定数２４を有するように設計される。
【００２４】
このバネ定数２４をＫ１としてすると、エンジン３０に外力Ｆが加わったとき、マウント２０はＦ＝Ｋ１・ΔＸの関係で計算されるΔＸだけ変位する。
【００２５】
図１では、外力Ｆが加わったときの状態のマウント２２を破線で示した。このときに、マウント２２はΔＸだけ下方に沈む。この沈み量ΔＸがマウント変位量ΔＸである。マウント２２は沈むことで、そのバネ定数２６をＫ２とすると、Ｋ２は、外力Ｆが加わらないときのバネ定数２４であるＫ１よりも高い値となる。すなわち、外力Ｆが加わったときのマウント２２の剛性は、外力Ｆが加わらないときのマウント２０の剛性よりも高くなり、振動伝達の観点からは、より剛体に近い状態となる。
【００２６】
エンジン３０に加わる外力Ｆとしては、ハイブリッド車両１２が走行中に受ける振動による力、衝撃による力等がある。例えば、路面の凹凸等による振動、衝撃、エンジン３０の運転から生じる振動、回転電機５０，５２の運転から生じる振動等がある。エンジン３０が停止している状態から始動するときには、エンジン３０に回転電機５０から始動のためのクランキングトルクが与えられるが、このクランキングトルクによって、エンジン３０に外力が加えられることになる。
【００２７】
マウント変位量ΔＸが過度となると、バネ定数Ｋ２が過度に大きくなり、マウント２２がほとんど剛体に近くなる。この状態をマウント２２が車体１６に底当りしている状態と呼ぶことにすると、マウント２２が車体１６に底当りしている状態で、エンジン３０が始動して初爆すると、初爆トルクによる振動が直接的に車体１６に伝達される。このときに、通常の振動抑制制御を行っていても十分ではなく、乗客に違和感を感じさせる可能性がある。したがって、マウント２２が底当りしているときには、通常の振動抑制制御と異なる振動抑制制御を行うことが好ましいが、その前提として、マウント２２の底当り状態を的確に検出することが重要である。そこで、マウント変位量ΔＸを検出する適切な方法が必要となる。これが本発明の解決しようとする課題である。
【００２８】
そこで、制御装置６０は、車両制御システム１０を構成する各要素の動作を制御する機能の他に、エンジン３０がクランキングによって始動されるときにおける回転電機５２の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、クランキングによって生じるマウントの変位量ΔＸを推定するマウント変位量推定部６２と、推定されたマウント変位量ΔＸに応じてエンジン３０の始動時における振動抑制制御を行う始動時振動抑制部６４を含む。制御装置６０は、ハイブリッド車両１２の搭載に適したコンピュータで構成することができる。また、制御装置６０の各機能は、ソフトウェアを実行することで実現できる。具体的には、始動時振動抑制プログラムを実行することで実現できる。
【００２９】
上記構成の作用について、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、始動時振動抑制を行う手順を示すフローチャートで、各手順は、始動時振動抑制プログラムの各処理手順に対応する。
【００３０】
ハイブリッド車両１２が運転状態となる際には、始動時振動抑制プログラムが立ち上がる。そして、エンジン３０が始動するときか否かが判断される（Ｓ１０）。ハイブリッド車両１２が車庫等にいて、初めてエンジン３０が始動するときは、例えばイグニッションスイッチのオンによって検出できる。また、ハイブリッド車両１２が回転電機５２によって走行中にエンジン３０が始動するときは、エンジン始動のために予め定めた所定条件を満たしたときであるので、これらの条件の状態を検出して、エンジン３０が始動するときか否かが判断される。
【００３１】
エンジン３０が始動するときと判断されると、マウント２２が底当り状態であるか否かが判断される（Ｓ１２）。この判断は、回転電機５２によってエンジン３０が始動のためのクランキングを受ける前におこなわれてもよく、クランキングを受けたときであって、エンジン３０が初爆する前に行われてもよい。マウント２２が底当り状態か否かは、マウント変位量ΔＸを検出または推定し、その値と予め定めた閾値変位量と比較することで行うことができる。閾値変位量は、エンジン３０の初爆トルクの大きさと、車体１６に伝達される振動の許容限度等に基づいて予め定めることができる。
【００３２】
マウント変位量ΔＸの検出または推定は、外力Ｆを受けていない状態のマウント２０の車体１６からの高さ位置等を基準として行われる。マウント変位量ΔＸの検出としては、例えば、レーザ変位計をハイブリッド車両１２に搭載して行うことができる。ここでは、特別な計測器やセンサ等を用いずに、マウント変位量ΔＸの推定を行う。
【００３３】
すなわち、エンジン３０がクランキングによって始動されるときには、そのクランキングトルクの大きさに応じて、出力軸５４を介してエンジン３０に接続される回転電機５２の回転角度の変動が生じ、また回転数の変動が生じる。回転電機５２の回転角度の変動は、回転電機５２の回転角度を検出するために設けられるレゾルバの検出値から取得できる。また、回転電機５２の回転数は、回転数センサが設けられるときはその検出値から取得でき、回転数センサを用いなくても、レゾルバの検出値から算出して取得ができる。
【００３４】
このようにして取得された回転角度の変動または回転数の変動について、予めマウント２２のバネ定数Ｋ２との関係を求めておく。バネ定数Ｋ２とマウント変位量ΔＸとは密接に関係するので、回転角度の変動または回転数の変動と、マウント変位量ΔＸとの関係を予め求めておくことでもよい。この関係を用いることで、回転電機５２の回転角度の変動または回転数の変動に基づいて、マウント変位量ΔＸを推定することができる。
【００３５】
Ｓ１２の判断が否定されるときは、マウント２２は車体１６に底当りしていないので、通常の始動時振動抑制制御がそのまま実行される（Ｓ１４）。通常の始動時振動抑制制御としては、エンジン３０のトルク変動を相殺するような打消しトルクを回転電機５０，５２によって生成する方法等を用いることができる。
【００３６】
Ｓ１２の判断が肯定されるときは、マウント２２は車体１６に底当りしているので、通常の始動時振動抑制制御を補正した制御が行われる（Ｓ１６）。この補正としては、上記の回転電機５０，５２によって生成される打消しトルクによる抑制制御のゲインを補正するものとできる。
【００３７】
また、エンジン３０における燃料噴射量を低減する補正を行って、エンジン３０の初爆トルクを低減するものとできる。また、エンジン３０における点火タイミングを遅角側に補正することでエンジン３０の初爆トルクを低減するものとできる。また、回転電機５０のスロットル開度を絞る方向に補正して、エンジン３０の初爆トルクを低減するものとできる。また、これによってエンジン３０が受けるクランキングトルクを抑制することができる。また、吸気弁４４、排気弁４６がＶＶＴ方式のときは、弁開閉タイミングを遅角側に補正して、エンジン３０の初爆トルクを低減するものとできる。また、これによってエンジン３０が受けるクランキングトルクを抑制することができる。
【００３８】
Ｓ１４またはＳ１６の処理の後は、再びＳ１０に戻り、上記の手順が繰り返される。このようにして、マウント変位量ΔＸを推定し、推定されたマウント変位量ΔＸに応じて始動時振動抑制制御を実行することができる。特に、マウント底当りが生じているときには、始動時振動抑制制御を適切に補正するので、エンジン３０の始動時の振動が車体１６に伝達されることを適切に抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る車両制御システムは、エンジンと回転電機を搭載する車両に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  車両制御システム、１２  ハイブリッド車両、１４  車輪、１６  車体、２０，２２  マウント、２４，２６  バネ定数、３０  エンジン、３２  気筒、３４  シリンダ、３６  ピストン、３８  燃料噴射弁、４０  吸気管、４１  排気管、４２  スロットル、４４  吸気弁、４６  排気弁、４８  点火プラグ、５０，５２  回転電機、５４  出力軸、６０  制御装置、６２  マウント変位量推定部、６４  始動時振動抑制部。
【図１】
2013180689.tif 000003
【図２】
2013180689.tif 000004