(57)【要約】【課題】車両における内燃機関のトルク変動に起因する駆動系の振動を抑制する。【解決手段】車両の制振装置は、エンジン２００、モータジェネレータ３００、及びドライブシャフト１１等を含む駆動系を複数自由度の振動モデルで模擬した場合における、該複数自由度の振動モデルが有する複数の固有振動モードのうち一の固有振動モードでの複数自由度の振動モデルに等価な１自由度振動モデルの伝達関数の逆関数を用いて、エンジン１００から出力されるトルクの推定値から、駆動系の振動を抑制するためにモータジェネレータ３００が出力すべき制振トルクを算出するフィードフォワード制御器１１０を備える。【選択図】図２
2009255628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力源としての内燃機関及び電動機と、該内燃機関及び電動機から出力されるトルクを駆動輪に伝達する駆動系とを備えた車両の制振装置であって、
前記内燃機関から前記駆動系に出力されるトルクを推定するトルク推定手段と、
前記内燃機関、前記電動機及び前記駆動系を複数自由度の振動モデルで模擬した場合における、該複数自由度の振動モデルが有する複数の固有振動モードのうち一の固有振動モードでの前記複数自由度の振動モデルに等価な１自由度振動モデルの伝達関数の逆関数を用いて、前記トルク推定手段によって推定されたトルクから、前記駆動系の振動を抑制するために前記電動機が出力すべき制振トルクを算出し、前記電動機を、前記制振トルクを出力するように制御するフィードフォワード制御手段と
を備えることを特徴とする車両の制振装置。
【請求項２】
前記駆動系は、前記内燃機関及び前記電動機が入力軸に接続されると共にロックアップダンパを含むトルクコンバータと、該トルクコンバータの出力軸に接続されたトランスミッションと、該トラスミッションに接続されたドライブシャフトとを含み、
前記複数自由度の振動モデルは、前記内燃機関及び前記電動機を第１の質量体とし、前記トランスミッションを第２の質量体とし、前記ロックアップダンパの捩り剛性を前記第１の質量体及び前記第２の質量体間の第１の剛性とし、前記ドライブシャフトの捩り剛性を前記第２の質量体及び固定端間の第２の剛性とした２自由度の振動モデルである
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばエンジン等の内燃機関から出力されるトルクの変動に起因する車両の振動を抑制するための車両の制振装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制振装置として、内燃機関から駆動系に出力されるトルクの変動（即ち、トルク変動或いはトルク振動）に起因する駆動系の捩り振動を抑制するために、この内燃機関から出力されるトルクに対して逆方向のトルク（即ち、逆トルク）を駆動系に出力するように電動機を制御するものが知られている（例えば特許文献１から３参照）。
【０００３】
例えば特許文献１には、エンジンの運転時に発生する周期的なトルク変動を抑制するように、モータに逆トルクを発生させる技術が開示されている。例えば特許文献２には、駆動系の振動状態を検出し、この検出された振動状態に基づいて駆動系の振動を制御するための電動機の出力トルクを算出する技術が開示されている。例えば特許文献３には、モータから出力すべきトルクを、エンジントルク要求値とモータトルク要求値の和をフィードフォワード制御器で処理した値からエンジントルク要求値を減算することにより算出する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５２３３２号公報
【特許文献２】特開２０００−３２６０７号公報
【特許文献３】特開２００１−３７００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば特許文献１に開示された技術のように、モータが出力する逆トルクをフィードバック制御により決定する場合には、高周波領域のトルク変動に対する応答性が十分ではないおそれがある。ここで、特許文献１では、エンジン高回転域において逆トルクをフィードフォワード制御により決定することが提案されているが、トルク変動を一定周期且つ正弦波という前提のもとで逆トルクを決定しているため、駆動系の振動を実用上十分に抑制することは困難であるという技術的問題点がある。また、例えば特許文献２に開示された技術によれば、駆動系の振動を制御するための電動機の出力トルクを算出するためにＥＣＵ（Engine Control Unit）が行うべき演算が複雑となってしまい、電動機に対する制御に遅れが発生してしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
【０００６】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、車両における内燃機関のトルク変動に起因する駆動系の振動を好適に抑制することが可能な車両の制振装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る車両の制振装置は上記課題を解決するために、駆動力源としての内燃機関及び電動機と、該内燃機関及び電動機から出力されるトルクを駆動輪に伝達する駆動系とを備えた車両の制振装置であって、前記内燃機関から前記駆動系に出力されるトルクを推定するトルク推定手段と、前記内燃機関、前記電動機及び前記駆動系を複数自由度の振動モデルで模擬した場合における、該複数自由度の振動モデルが有する複数の固有振動モードのうち一の固有振動モードでの前記複数自由度の振動モデルに等価な１自由度振動モデルの伝達関数の逆関数を用いて、前記トルク推定手段によって推定されたトルクから、前記駆動系の振動を抑制するために前記電動機が出力すべき制振トルクを算出し、前記電動機を、前記制振トルクを出力するように制御するフィードフォワード制御手段とを備える。
【０００８】
本発明に係る車両の制振装置によれば、その動作時には、内燃機関から駆動系に出力されるトルクがトルク推定手段によって推定され、該推定されたトルクからフィードフォワード制御手段によって制振トルクが算出される。フィードフォワード制御手段は、前記算出した制振トルクを電動機が出力するように、電動機を制御する。
【０００９】
トルク推定手段は、例えば内燃機関の運転条件に基づいて、内燃機関から出力されるトルク（即ち、実トルク）を推定する。例えば、トルク推定手段は、例えばエアフロメータ等の各種検出手段により検出される又は推定される吸入空気量（即ち、内燃機関の負荷に対応する指標値）又は係る吸入空気量から算出される実負荷率、機関回転速度、燃料噴射量、及び固定値又は可変な値として設定される、基準となる点火時期等に基づいて、予め設定され然るべき記憶手段に記憶されてなるマップ等から該当する数値を選択すること等によって、或いはその都度然るべきアルゴリズムや算出式に従った論理演算や数値演算を行うこと等によって、内燃機関から出力されるトルクを推定する。
【００１０】
本発明では特に、フィードフォワード制御手段は、内燃機関、電動機及び駆動系を複数自由度の振動モデル（例えば、２自由度の振動モデル）で模擬した場合における、複数自由度の振動モデルが有する複数の固有振動モードのうち一の固有振動モードでの、複数自由度の振動モデルに等価な１自由度振動モデルの伝達関数の逆関数を用いて、制振トルクを算出する。即ち、フィードフォワード制御手段は、内燃機関、電動機及び駆動系を模擬した複数自由度の振動モデルにおける一の固有モードに対して等価な１自由度振動モデルの逆モデルとして構成されたフィードフォワード制御器を含んでいる。よって、フィードフォワード制御手段によって算出された制振トルクが電動機から駆動系に出力されることにより、内燃機関から駆動系に出力されるトルクの変動に起因する駆動系の振動（即ち、駆動系の捩り振動）を好適に抑制することができる。従って、車両の振動を抑制することができる。
【００１１】
本発明に係る車両の制振装置の一態様では、前記駆動系は、前記内燃機関及び前記電動機が入力軸に接続されると共にロックアップダンパを含むトルクコンバータと、該トルクコンバータの出力軸に接続されたトランスミッションと、該トラスミッションに接続されたドライブシャフトとを含み、前記複数自由度の振動モデルは、前記内燃機関及び前記電動機を第１の質量体とし、前記トランスミッションを第２の質量体とし、前記ロックアップダンパの捩り剛性を前記第１の質量体及び前記第２の質量体間の第１の剛性とし、前記ドライブシャフトの捩り剛性を前記第２の質量体及び固定端間の第２の剛性とした２自由度の振動モデルである。
【００１２】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニットの形態を採り得る当該制振装置における演算の複雑化を招くことなく、内燃機関から駆動系に出力されるトルクの変動に起因する駆動系の振動を効果的に抑制することができる。
【００１３】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る制振装置について、図１から図４を参照して説明する。
【００１５】
先ず、本実施形態に係る制振装置が適用されたハイブリッド車両の構成について、図１を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る制振装置が適用されたハイブリッド車両の構成を概念的に示すブロック図である。
【００１７】
図１において、ハイブリッド車両１は、エンジン２００と、モータジェネレータ３００と、トルクコンバータ４００と、トランスミッション５００と、デファレンシャルギヤ１０と、ドライブシャフト１１と、車輪１２と、ＥＣＵ１００とを備えている。
【００１８】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例としてのガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能する。エンジン２００の出力軸（即ち、クランクシャフト）は、トルクコンバータ４００の入力部材であるポンプインペラに直接的或いは間接的に連結されている。
【００１９】
モータジェネレータ３００は、エンジン２００の動力をアシストする電動機として機能する。更に、モータジェネレータ３００は、図示しないバッテリを充電するための発電機としても機能する。モータジェネレータ３００の出力部材は、エンジン２００の出力部材に直接的或いは間接的に連結されている。即ち、ハイブリッド車両１は、エンジン２００及びモータジェネレータ３００からトルクコンバータ４００を介してトランスミッション５００に動力を入力可能に構成されている。尚、エンジン２００の出力部材とモータジェネレータ３００の出力部材とは、直接連結されてもよいし、例えば遊星歯車機構からなるトルク合成分配機構を介して連結されてもよい。
【００２０】
トルクコンバータ４００は、いわゆる流体式動力伝達装置である。具体的には、トルクコンバータ４００は、エンジン２００及びモータジェネレータ３００の出力部材に直接的或いは間接的に連結されたポンプインペラと、トランスミッション５００のインプットシャフトに連結されるタービンランナとを備えており、ポンプインペラ側からオイルを介してタービンランナ側へ動力であるトルクを増大させつつ伝達することが可能に構成されている。更に、トルクコンバータ４００は、当該トルクコンバータ４００の入力側と出力側とを直結状態（即ち、ロックアップ状態）にするロックアップ機構を有している。トルクコンバータ４００は、ロックアップ機構の一部として、ロックアップダンパ４１０を備えている。ロックアップダンパ４１０は、トルクコンバータ４００の入力側と出力側との間に設けられたトーションスプリングを含んでなる。ロックアップダンパ４１０は、トルクコンバータ４００に入力されるトルクの変動による出力側の捩れ振動を低減する機能を有する。
【００２１】
トランスミッション５００は、例えば遊星歯車機構を有する自動変速機であり、インプットシャフトを介してトルクコンバータ４００から動力が伝達される。具体的には、トランスミッション５００は、摩擦要素である、クラッチ要素、ブレーキ要素及びワンウェイクラッチ要素等が、所定の状態に係合又は解放されることによってギヤ段（変速段）が設定される。トランスミッション５００のアウトプットシャフトには、デファレンシャルギヤ１０及びドライブシャフト１１を介して、車輪１２が連結されている。尚、トルクコンバータ４００、トランスミッション５００、デファレンシャルギヤ１０及びドライブシャフト１１は、本発明に係る「駆動系」の一例を構成し、エンジン２００及びモータジェネレータ３００から出力された出力トルクを車輪１２に伝達する。
【００２２】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制振装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、エンジン２００及びモータジェネレータ３００の各々の出力トルクを制御する。ＥＣＵ１００には、運転者によるアクセルペダル（不図示）の踏み込み角度に応じたアクセル開度信号がアクセル開度センサ（不図示）から入力される。ＥＣＵ１００は、アクセル開度信号に応じてエンジン２００の出力トルクを制御する。ＥＣＵ１００は、エンジン２００から実際に出力される出力トルク（即ち、エンジン２００から出力される実トルク）を、例えば負荷率及びエンジン回転速度等、エンジン２００の動作条件に基づいて推定可能に構成されている。ＥＣＵ１００は、図２を参照して後述するフィードフォワード制御器１１０を有しており、エンジン２００から出力される出力トルクの推定値に基づいてフィードフォワード制御器１１０によって算出した制振トルクが、モータジェネレータ３００から出力されるように、モータジェネレータ３００を制御する。
【００２３】
尚、本実施形態では、トルクコンバータ４００及びトランスミッション５００を備えるハイブリッド車両１を示したが、本発明はこのようなハイブリッド車両１への適用に限定されない。本発明は、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）を備える車両に対しても適用可能である。また、本発明は、車両の駆動方式によって限定されるものではなく、ハイブリッド車両１の駆動方式は、例えば、前輪駆動（ＦＦ）方式であってもよいし、後輪駆動（ＦＲ）方式であってもよい。
【００２４】
次に、本実施形態に係る制振装置によるモータジェネレータの制御について、図２から図４を参照して説明する。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る制振装置によるモータジェネレータの制御を説明するためのブロック図である。図３は、本実施形態に係る制振装置のプラントをモデル化して示す図である。
【００２６】
図２において、本実施形態に係る制振装置の制御対象であるプラント９００は、図１を参照して上述したエンジン２００から車輪１２に至るまでのトルクコンバータ４００、トランスミッション５００、ドライブシャフト１１等からなる駆動系であり、本実施形態では図３に示す２自由度の振動モデルとしてモデル化されている。
【００２７】
フィードフォワード制御器１１０は、ＥＣＵ１００（図１参照）の一部として構成され、エンジン２００から出力されるトルクの推定値であるエンジントルク推定値
【００２８】
【数１】
2009255628.tif 000003
に基づいてモータジェネレータ３００から出力すべき制振トルクを算出し、該算出した制振トルクを制振トルク指令値
【００２９】
【数２】
2009255628.tif 000004
としてモータジェネレータ３００に出力する。モータジェネレータ３００は、この制振トルク指令値に従ってトルクをプラント９００に対して出力する。
【００３０】
尚、図２において、エンジン２００からプラント９００に対して出力されるトルク（即ち、エンジン２００から出力される実トルク）をエンジン出力トルクＴｅとして示しており、モータジェネレータ３００からプラント９００に対して出力されるトルク（即ち、モータジェネレータ３００から出力される実トルク）をモータ出力トルクＴｍとして示している。
【００３１】
図３において、プラント９００は、エンジン２００及びモータジェネレータ３００の慣性モーメントをｍ１、トランスミッション５００の慣性モーメントをｍ２、ロックアップダンパ４１０の捩り剛性をｋ１、ロックアップダンパ４１０の粘性減衰係数をｃ１、ドライブシャフト１１を含む駆動系（言い換えれば、トランスミッション５００よりも車輪１２側の駆動系）の捩り剛性をｋ２、及びドライブシャフト１１を含む駆動系の粘性減衰係数をｃ２とした２自由度の振動モデルとしてモデル化されている。
【００３２】
このようにモデル化されたプラント９００に対して、エンジン出力トルクＴｅが強制力として与えられたとすると、運動方程式は、下記の式（１）で表わされる。
【００３３】
【数３】
2009255628.tif 000005
この２自由度の振動モデルの固有値（即ち、固有角振動数）Ω１、Ω２は、下記の式（２）となる。
【００３４】
【数４】
2009255628.tif 000006
ここで、Ω１＜Ω２であり、ｄ＝ｋ１ｋ２、ｈ＝ｍ１ｍ２、ｇ＝ｍ１ｋ１＋ｍ１ｋ２＋ｍ２ｋ１とおいた。
【００３５】
慣性モーメントｍ１（即ち、エンジン２００及びモータジェネレータ３００）にエンジン出力トルクＴｅが強制力として入力された場合におけるドライブシャフト１１を含む駆動系のトルクの変動を出力とする応答を考えると、この２自由度の振動モデルの固有値Ωｎ（ｎ＝１、２）に対応する固有モードに対する等価１自由度振動モデル（即ち、この２自由度の振動モデルに等価な１自由度の振動モデル）の伝達関数Ｇｎ（ｓ）は、下記の式（３）となる。
【００３６】
【数５】
2009255628.tif 000007
ここで、ｓは、ラプラス演算子（或いはラプラス変数）であり、ωｎ＝（Ｋｎ／Ｍｎ）１／２、γｎ＝Ｃｎ／Ｍｎとおいた。Ｍｎは、ｎ次の（即ち、固有値Ωｎに対応する）モード質量であり、Ｋｎは、ｎ次のモード剛性であり、Ｃｎは、ｎ次のモード減衰係数である。
【００３７】
本実施形態では特に、フィードフォワード制御器１１０のフィードフォワード制御関数Ｆｎ（ｓ）は、下記の式（４）に示されるように、上述した伝達関数Ｇｎ（ｓ）の逆関数に対して、制御の安定性向上のために２次遅れ系を組み合わせたものとして構成されている。
【００３８】
【数６】
2009255628.tif 000008
再び図２に戻り、フィードフォワード制御器１１０は、エンジントルク推定値
【００３９】
【数７】
2009255628.tif 000009
【００４０】
からフィードフォワード制御関数Ｆｎ（ｓ）に基づいてモータジェネレータ３００から出力すべき制振トルクを算出し、該算出した制振トルクを制振トルク指令値
【００４１】
【数８】
2009255628.tif 000010
としてモータジェネレータ３００に出力する。ここで本実施形態では特に、式（４）を参照して上述したように、フィードフォワード制御関数Ｆｎ（ｓ）は、ドライブシャフト１１等からなる駆動系を図３を示した２自由度の振動モデルとしてモデル化した場合における、該２自由度の振動モデルの固有モードに対する等価１自由度振動モデルの伝達関数Ｇｎ（ｓ）の逆関数に対して２次遅れ系を組み合わせたものとして構成されている。よって、フィードフォワード制御器１１０は、モータジェネレータ３００から出力されるトルクによってトルクコンバータ４００、トランスミッション５００、デファレンシャルギヤ１０及びドライブシャフト１１からなる駆動系の捩り振動を低減するように、モータジェネレータ３００を制御することができる。即ち、フィードフォワード制御器１１０を含む本実施形態に係る制振装置による制御によって、例えば、駆動系の捩り振動における共振点を少なくする或いは実践上無くすことができ、駆動系の捩り振動を低減することができる。
【００４２】
図４は、本実施形態に係る制振装置による制御を行った後のプラントの伝達特性と、図３に示した２自由度の振動モデルにおける伝達特性とを対比して示すグラフである。尚、図４に示すグラフには、２次の（即ち、固有値Ω２に対応する）固有モードに対応する等価１自由度振動モデルの伝達関数Ｇ２（ｓ）及び該伝達関数Ｇ２（ｓ）の逆関数に２次遅れ系を組み合わせたフィードフォワード制御関数Ｆ２（ｓ）も示されている。図４では、本実施形態に係る制振装置の効果を確認するためにおこなったシミュレーションの結果を示している。
【００４３】
図４において、データＬ１は、本実施形態に係る制振装置による制御を行った後のプラント９００の伝達特性を示し、データＬ２は、図３を参照して上述した２自由度の振動モデルにおける伝達特性（言い換えれば、２自由度の振動モデルでモデル化された駆動系の伝達特性）を示している。伝達関数Ｇ２（ｓ）は、データＬ２で示す２自由度の振動モデルの伝達特性における２次の共振周波数Ｐ２と一致する周波数でピークを有している。フィードフォワード制御関数Ｆ２（ｓ）は、伝達関数Ｇ２（ｓ）の逆関数に２次の遅れ系を組み合わせたものであるので、該フィードフォワード制御関数Ｆ２（ｓ）に基づいて算出された制振トルク指令値による制御が行われた後のプラント９００の伝達特性には、共振周波数Ｐ２における共振が無くなる。よって、本実施形態に係る制振装置による制御によれば、プラント９００（言い換えれば、トルクコンバータ４００、トランスミッション５００、デファレンシャルギヤ１０及びドライブシャフト１１を含む駆動系）における捩り振動を効果的に低減することができる。この結果、ハイブリッド車両１の振動を確実に低減できる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係る制振装置によれば、ハイブリッド車両１におけるエンジン２００のトルク変動に起因する、トルクコンバータ４００、トランスミッション５００、デファレンシャルギヤ１０及びドライブシャフト１１を含む駆動系の振動を好適に抑制することができる。
【００４５】
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車両の制振装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態に係る制振装置が適用されたハイブリッド車両の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る制振装置によるモータジェネレータの制御を説明するためのブロック図である。
【図３】第１実施形態に係る制振装置のプラントをモデル化して示す図である。
【図４】第１実施形態に係る制振装置による制御を行った後のプラントの伝達特性と、図３に示した２自由度の振動モデルにおける伝達特性とを対比して示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…モータジェネレータ、４００…トルクコンバータ、４１０…ロックアップダンパ、５００…トランスミッション、１０…デファレンシャルギア、１１…ドライブシャフト、１２…車輪
【図１】
2009255628.tif 000011
【図２】
2009255628.tif 000012
【図３】
2009255628.tif 000013
【図４】
2009255628.tif 000014