(57)【要約】【課題】エンジンの燃費に悪影響を与えることなく、トルク変動を抑制できるハイブリッド車両のトルク変動低減装置を提案する。【解決手段】エンジン１とモータ２とを有するハイブリッド車両のトルク変動低減装置であって、前記エンジンのトルク波形と前記モータのコギングトルク波形とを、そのエンジンのトルク変動が減少する所定関係に設定して、前記エンジンと前記モータとを連結してある。モータのコギングトルク波形とエンジンのトルク波形とを、エンジンのトルク変動を減少する所定関係となるように設定してあるので、モータに通電することなくエンジンのトルク変動を低減できる。よって、簡単な構成で、エンジンの燃費を悪化させることなくトルク変動を抑制できる。【選択図】図１
2009035028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとモータとを有するハイブリッド車両のトルク変動低減装置であって、
前記エンジンのトルク波形と前記モータのコギングトルク波形とを、そのエンジンのトルク変動が減少する所定関係に設定して、
前記エンジンと前記モータとを連結してある、ことを特徴とするハイブリッド車両のトルク変動低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両のトルク変動低減装置において、
前記コギングトルクの波形を、前記エンジンのトルク波形に対して逆位相に設定してある、ことを特徴とするハイブリッド車両のトルク変動低減装置。
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッド車両のトルク変動低減装置において、
前記エンジンの燃焼行程でトルクが増大する領域に、前記コギングトルクに逆位相のピークがくるように位相が調整してある、ことを特徴とするハイブリッド車両のトルク変動低減装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両のトルク変動低減装置において、
前記エンジンと前記モータとを連結する連結部に変速装置を備え、
前記変速装置のギア比が、前記エンジンの燃焼サイクル周期／前記コギングトルクの周期、に基づいて設定されている、ことを特徴とするハイブリッド車両のトルク変動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド車両のトルク変動低減装置に関する。より詳細には、エンジンとモータとを搭載しているハイブリッド車両に適用されてエンジンの駆動時に発生するトルク変動を低減する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費や環境保護などの観点からハイブリッド車両が特に注目されるようになっている。ハイブリッド車両は複数の駆動源を併用するものということであるが、エンジン（内燃機関）とモータ（電動機）とを搭載する車両が一般的である。
【０００３】
しかし、現時点においては、エンジンだけを搭載している車両が大多数を占めている状況である。そして、このエンジン単独搭載の車両に関しては駆動の際に生じるトルク変動を抑制することが、解決すべき重要な技術的課題のひとつとされ、従来から多くの検討がなされている。そのため、駆動源の一方にエンジンを採用するハイブリッド車両の場合にも、トルク変動の抑制が同様に重要な技術課題となっている。例えば特許文献１においてハイブリッド車両の制御装置が提案されている。この制御装置は、エンジンと連結された走行用モータに矩形波状に変化する制振トルクを発生させてトルク変動を抑制している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６５４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の制御装置ではエンジンの燃焼（爆発）行程ではマイナストルク、それ以外の行程ではプラストルクのパルス波形の指令値をモータに印加する。このようにモータ制御することにより、エンジンのトルク変動を低減するようにしている。しかしながら、上記制御ではエンジン爆発行程とそれ以外の行程で、モータの出力トルクの方向を逆転させるという操作を実行する。その結果、定常的にモータに通電して電気を消費するので、その分だけエンジン側の燃費を悪化させてしまう。
【０００６】
よって、本発明の目的は、エンジンの燃費に悪影響を与えることなく、トルク変動を抑制できるハイブリッド車両のトルク変動低減装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的のため、本発明のハイブリッド車両のトルク変動低減装置は、エンジンとモータとを有するハイブリッド車両のトルク変動低減装置であって、前記エンジンのトルク波形と前記モータのコギングトルク波形とを、そのエンジンのトルク変動が減少する所定関係に設定して、前記エンジンと前記モータとを連結してあることによって特徴づけられる。
【発明の効果】
【０００８】
かかる本発明のハイブリッド車両のトルク変動低減装置によれば、モータのコギングトルク波形とエンジンのトルク波形とを、エンジンのトルク変動を減少する所定関係となるように設定してあるので、モータに通電することなくエンジンのトルク変動を低減できる。よって、簡単な構成で、エンジンの燃費を悪化させることなくトルク変動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態として好適な実施例を、図を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例に係るトルク変動低減装置が適用されているハイブリッド車両の駆動部の概略構成を示した図である。図示のようにハイブリッド車両のエンジン１とモータ２とは連結部３を介して接続されている。ここでは連結部３としてエンジン１の出力軸４に遊星歯車列によって構成した差動装置が組付されており、この差動装置を介してエンジン１とモータ２とが接続されている。モータ２はリングギアＲＧ、エンジン１の出力軸４はサンギアＳＧに接続されている。そして、定位置に固定されているキャリアＣＡにプラネタリギアＰＧがセットされている。これらギアによりエンジン１とモータ２との速度比を設定できる。よって、後述するように、必要に応じてモータ１のトルク波形の周期に対応するようにモータ２のコギングトルク波形の周期を調整できる。
【００１１】
エンジン１は従来の一般的な内燃機関であり、吸入、圧縮、燃焼（爆発）、そして排気の各行程（燃焼サイクル）を経て出力軸４からトルクを発生させる。このときに周期的にトルク変動が生じてしまう。トルク変動はエンジンの振動や騒音を誘発して車両の商品価値を下げてしまうので、可能な限り低減することが望ましい。これについて、本実施例のトルク変動低減装置はモータ２のコギングトルクを用いて、エンジン１のトルク変動を打消すという新規な技術思想を具現化したものである。
【００１２】
なお、モータのコギングトルク（Cogging  torque）とは、無通電（非励磁）状態で回転子（ロータ）を回転させたときに発生する磁気吸引力である。換言すると、超低速で回転子を回転させたときに生じる保持トルクである。このコギングトルクは、モータ毎に所定の位相をもって発生するトルクであって、制御を行う上では外乱となる場合が多いので、一般に好ましくないトルクとされている。本発明は、このようなコギングトルクを積極的に活用することで、簡単な構成で効率良くトルク変動を低減するものである。
【００１３】
図２は、横軸をクランク角、縦軸をトルクとして、エンジン１が燃焼サイクルで発生させるトルク（出力）の様子を示した図である。この図２によって確認されるように、出力曲線であるエンジン１のトルク波形ＥＴは一定の位相として特徴付けられる。このトルク波形ＥＴで、特に大きな山（上に凸のピーク）の位置は燃焼（爆発）行程に対応している。そして、谷（下に凸のピーク）の位置は圧縮行程に対応している。このトルク波形ＥＴが大きな山、谷を含む形状である程、大きなトルク変動を発生させるエンジンになってしまう。
【００１４】
これに対して、本実施例のトルク変動低減装置は、エンジン１のトルク変動を抑制するため、エンジン１のトルク波形とモータ２のコギングトルク波形とを、エンジン１のトルク変動が減少する所定関係に設定するものである。その基本の概念を簡単に説明すると、図２で示すように、モータ２のコギングトルク波形ＣＴの位相をエンジンのトルク波形ＥＴと逆位相に調整して、エンジン１のトルク波形ＥＴの山谷部分の値をコギングトルクで低減して（打消して）トルク変動を抑制するものである。そのために、本実施例のトルク変動低減装置では、モータ２のコギングトルクＣＴの位相を適宜に調整して、エンジン１のトルク波形と山谷が逆の波形となるように設定する。すなわち、エンジン１のトルク波形ＥＴの「山−谷」に対して、コギングトルク波形ＣＴの「谷−山」が対応する。図２では、この２つのトルク波形の合成結果として合成トルク波形ＲＴを示しており、トルク波形ＥＴよりピーク値が低減することを確認できる。このように、エンジンのトルク変動の一部をコギングトルクで打消して軽減できる。なお、エンジン１のトルク波形に対して、逆位相となるコギングトルク波形のピークを全範囲で打消すように設定することが困難である場合には、大きなピーク（燃焼行程に伴って発生するピーク）を低減するようにコギングトルク波形の位相を調整するのが望ましい。
【００１５】
本実施例のトルク変動低減装置はモータ２に通電することなく、簡単な構成でエンジン１のトルク変動を抑制できる。よって、エンジン１の燃費を悪化させることなくトルク変動を低減できる。そして、図２の上段にコギングトルク付加前のエンジン回転数を破線で、またコギングトルク付加後のエンジン回転数を実線で示すように、コギングトルクの付加によりエンジン１の回転数が安定することも確認される。
【００１６】
なお、図３は上記のようにモータ２のコギングトルクの位相調整を行って、エンジン１のトルク変動を打消すように設定した場合の効果を確認した図である。縦軸は回転数変動低減率である。高速回転（例えば4000rmp）や中速回転（例えば2000rpm）の場合より、低速1で示す低速回転（例えば1100rmp）や低速２で示す超低速回転（例えば700rpm）の場合の方が、トルク変動抑制効果が高いことを確認できる。一般に、エンジン駆動に基づいた車室内の振動は、中高速運転時或いは高速運転時よりも、低速運転時或いはアイドル運転時の方が乗員によって意識されるので、トルク変動をより確実に低減することが望まれる。よって、本実施例のトルク変動低減装置では低回転、低負荷時においてトルク変動を確実に抑制するようにコギングトルク波形の位相を設定することが望ましい。これにより効果的にトルク変動を抑制できるトルク変動低減装置とするこができる。
【００１７】
モータ２のコギングトルクは、主要構成である磁石（マグネット）やコイルを巻回するコアの形状に依存する。そして、特にコアに設定するスロット数と磁石極数との関係が重要である。図４は、極数とスロット数とを種々変更したときの様子をまとめて示した図である。１周期は電気角６０°（度）で、その半周期がコギングトルクのゼロ（０）となる磁気的な安定点である。同図中で例えば「４−６」とあるのは、磁石が４極でスロット数６に設定したモータのコギングトルクである。
【００１８】
図４から磁石の極数がスロット数より少ない場合、次の組合せ「４−６」、「６−９」、「８−１２」にすると相対的に高い値のコギングトルクが得られている。これらは極数とスロット数との比が、「極数：スロット数＝２：３」である１つのグループ（第１グループ）としてまとめることができる。これに対して、「１０−１２」、「８−９」では相対的に低い値のコギングトルクとなる。
また、磁石の極数がスロット数より多い場合、次の組合せ「８−６」、「１２−９」にすると相対的に高い値のコギングトルクが得られている。これらは極数とスロット数との比が、「極数：スロット数＝４：３」である他のグループ（第２グループ）としてまとめることができる。これに対して、「１０−９」、「１４−１２」では相対的に低い値のコギングトルクとなる。
【００１９】
なお、極数とスロット数との最小公倍数が比較的小さい１２、２４、３６程度の方が、最小公倍数が６０、７２、８４、９０等のように大きい場合より、相対的に大きなコギングトルクを発生させている。また、第１グループは電気角１０°未満でコギングトルクがピークとなるのに対して、第２グループは電気角１０°〜２０°でピークとなっている。
【００２０】
上記の説明から理解されるように、エンジン１の駆動軸に接続するモータ２の極数、スロット数を適宜に設計することで、発生させるコギングトルク波形の位相を調整できる。よって、エンジン１のトルク波形と逆位相となるコギングトルク波形を設計してトルク変動を抑制できる。
【００２１】
なお、エンジン１に対してモータ２を固定するときの位置（ロータの回転方向での位置）を調整することで、トルク波形に対するコギングトルク波形の相対位置を調整できる。より具体的には、エンジン１が停止しているときに、モータ２のロータ回転方向での設置位置を適宜に変更することで、コギングトルク波形の位置（クランク角に対する位置）を調整できる。
【００２２】
また、前述したようにエンジン１のトルク波形の周期に、モータ２のコギングトルク波形の周期を一致させることは容易に行える。例えば、エンジン１が４気筒エンジンである場合、トルク波形の１周期は１８０°である。一方、図４で説明したように、モータ２のコギングトルク波形の１周期は６０°である。よって、図１で示す連結部３のギア比をモータ回転に対してエンジン回転が３倍となるように設定することで周期を一致させることができる。
【００２３】
さらに、エンジンのトルク変動に基づく騒音（燃焼騒音）の発生も抑制できるより好ましい構造のトルク変動低減装置について説明する。図５は騒音低減の観点からモータ２のコギングトルクの好ましい位相調整例を説明するために示した図である。なお、図２と同様に細かい破線はエンジントルクＥＴ、破線はコギングトルクＣＴ、そして実線は合成トルクＲＴを示している。また、図５ではクランク角がゼロ（０）°の点および１８０°の点からエンジン１の燃焼行程が開始するように図示してある。
【００２４】
よって、このゼロ（０）°の点および１８０°の点から山（ピーク）までの範囲はトルクが急激に増大する領域に相当し、ゼロ点および１８０°の点ではトルク波形の接線ＬＴの傾きが最も大きい点となる。山の高さ（ピーク）が高いほどにトルク変動が大きくなるが、それだけでなくゼロ点および１８０°の点におけるトルク波形の接線ＬＴの傾きが大きくなる。このように接線ＬＴの傾きが大きくなると燃焼音が増加する。なお、この接線ＬＴの傾きはエンジン１の筒内温度の温度上昇率を示しており、接線ＬＴの傾きの増加は燃焼音の増大を示すことになる。
【００２５】
よって、図５でゼロ点および１８０°の点から右側の一定領域では、モータ２のコギングトルク波形がエンジンのトルク波形と逆位相であって、谷のピーク（ＶＰ参照）がくるように位相を設定しておくことが好ましい。すなわち、エンジン１の燃焼行程でトルクが増大する領域に、モータ２のコギングトルクＣＴのピークが来るよう逆位相を設定して騒音を減衰させる。このようにすると、トルク波形の立ち上がりで接線の傾きが大きくなるトルク波形曲線（ＥＴ）をコギングトルクの曲線（ＣＴ）で修正して接線の傾きを小さくしたトルク波形曲線（ＲＴ）とすることができる。よって、これにより騒音を抑制することができる。
【００２６】
以上説明した実施例のトルク変動低減装置は、エンジン１に接続したモータ２のコギングトルクでエンジン１を駆動したときに発生するトルク変動を抑制するように構成してあるので、モータ２に通電することなくトルク変動を抑制できる。よって、このトルク変動低減装置はエンジンの燃費を悪化させることなく、簡単な構成で効率良くトルク変動を抑制できる。よって、このようなトルク変動低減装置を採用するハイブリッド車両は、駆動時の振動や騒音を抑制でき、燃費向上にも配慮した車両として提供できる。
【００２７】
（変形例）
上記実施例は連結部に歯車列で構成した変速装置を具備している場合を例示したがこれに限らない。図６はエンジン１とモータ２との間に他の連結部３０を介在させた場合の変形例を示している。モータ２のコギングトルク波形の振幅や周期が予め、エンジン１のトルク波形に対して逆位相となっている場合には、連結部の構成を簡素化できる。この変形例はこのような場合のものであり、図６の連結部３０として、コギングトルクの位相変更をしない固定ギア、或いは、エンジン１の出力軸にモータ２を直結するものを用いる。このように変速装置を介さずエンジン１の駆動軸にモータ２を接続する構造を採用してもよい。
【００２８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
前述したように本発明のハイブリッド車両のトルク変動低減装置によれば、モータのコギングトルク波形をエンジンのトルク波形と所定関係になるように設定して、エンジンのトルク変動を打消すようにしてあるので、モータに通電することなくエンジンのトルク変動を低減できる。よって、簡単な構成で、燃費を悪化させることなくトルク変動を抑制できる。
【００３０】
そして、前記コギングトルクの波形を、前記エンジンのトルク波形に対して逆位相に設定してもよい。これにより、エンジンのトルク波形の山−谷を打消すように、コギングトルクの波形に谷−山を設定することでピーク値を低減できる。よって、トルク変動を確実に低減して振動発生を抑制できる。
【００３１】
また、前記エンジンの燃焼行程でトルク変化率が増大する領域に、前記コギングトルクに逆位相のピークがくるように位相が調整してもよい。これにより、エンジントルク波形の立ち上がり部分の傾きが小さくなるように寝せることで騒音を低減できる。
【００３２】
また、前記エンジンと前記モータとを連結する連結部に変速装置を備え、前記変速装置のギア比が、前記エンジンの燃焼サイクル周期／前記コギングトルクの周期、に基づいて設定してもよい。これにより、コギングトルクの周期をエンジンのトルクに一致させて確実にトルク変動を低減できる。同様に、ギア比を、前記エンジンの燃焼サイクル角度／前記コギングトルクの角度に基づいて設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例に係るトルク変動低減装置が適用されているハイブリッド車両の駆動部の概略構成を示した図である。
【図２】図１で示すエンジンが燃焼サイクルで発生させるトルクの様子を示した図である。
【図３】モータのコギングトルクの位相調整を行って、エンジンのトルク変動を打消すように設定した場合の効果を確認した図である。
【図４】極数とスロット数とを種々変更したときの様子をまとめて示した図である。
【図５】騒音低減の点からモータのコギングトルクの好ましい位相調整例を説明するために示した図である。
【図６】エンジンとモータとの間に他の連結部を介在させた変形例を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１                エンジン
２                モータ
３、３０          連結部
ＥＴ              エンジンのトルク波形
ＣＴ              コギングトルク波形
ＲＴ              合成トルクの波形
【図１】
2009035028.tif 000003
【図２】
2009035028.tif 000004
【図３】
2009035028.tif 000005
【図４】
2009035028.tif 000006
【図５】
2009035028.tif 000007
【図６】
2009035028.tif 000008