JP4174061B2 - ハイブリッド車両の能動型制振制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両走行用の駆動源としてのエンジンにジェネレータ・モータ（発電電動機）を一体的に備え、前記ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型のハイブリッド車両の能動型制振制御装置に関する。

一般に、エンジンは、シリンダ内の爆発力をクランク軸（出力軸）の回転に変換し、そのクランク軸の回転トルクを出力するものであるため、爆発に同期して回転トルクの変動が不可避的に発生する。この回転トルクの変動を抑制するために、クランク軸のトルク増大時を検出して、クランク軸にトルク授受可能に連結されるジェネレータ・モータに界磁電流を供給し、トルク増大時にクランク軸に逆トルクを発生させ回転トルクの変動を抑制するようにしたトルク変動抑制装置が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特公平４−２４５３８号公報 特開昭６１−１３５９３６号公報

しかしながら、上記従来技術に係るトルク変動抑制装置では、クランク角センサにより検出されるエンジン回転数変動によりモータをフィードフォワード制御して逆トルクを発生するように制御しているに過ぎなく、例えば吸気温度が変化してエンジン点火時期が変動した場合等には制御にずれが発生し振動低減性能が低下してしまうおそれがあるという問題がある。

また、従来技術に係るトルク変動抑制装置では、アクセルを一定に踏んでいてスロットル開度が一定のときに制振のための制御データを決定しているので、アクセルを変化させてスロットル開度が変化しているときには制振性能が大幅に低下するという問題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両において、モータ補助の静トルクの応答性を損なうことなく、クランク軸のトルク変動に即応してこのトルク変動を抑制して制振することを可能とする新規な構成のハイブリッド車両の能動型制振制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係るハイブリッド車両の能動型制振制御装置は、クランク軸を回転するエンジンを補助してクランク軸を回転させるジェネレータ・モータを備えたハイブリッド車両の能動型制振制御装置において、前記クランク軸の回転周波数から調波の基準信号を生成する基準信号生成器と、前記基準信号が入力され、制御信号を出力する適応ノッチフィルタと、前記制御信号と前記ジェネレータ・モータの駆動信号とを合成して前記ジェネレータ・モータに供給する合成器と、前記クランク軸の回転変動を検出し、誤差信号として出力する誤差信号検出器と、前記ジェネレータ・モータの伝達関数を有し、前記基準信号が入力されて参照信号を出力する補正フィルタと、前記誤差信号と前記参照信号とが入力されて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、クランク軸の回転周波数から基準信号生成器により生成された調波の基準信号に応じて適応ノッチフィルタから制御信号を出力し、合成器により前記制御信号とジェネレータ・モータの駆動信号（いわゆる静トルクを与える信号）とを合成してジェネレータ・モータに供給する構成とした上で、さらに、前記ジェネレータ・モータの伝達関数を有する補正フィルタに前記基準信号を入力して参照信号を出力し、誤差信号検出器により検出される前記クランク軸の回転変動を表す誤差信号と前記参照信号とから前記誤差信号が最小となるように適応ノッチフィルタのフィルタ係数をフィルタ係数更新手段により逐次更新する構成としたので、ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両において、モータ補助の静トルクの応答性を損なうことなく、クランク軸のトルク変動に即応してトルク変動を抑制することができる。したがって、アクセルを一定に踏んでいてスロットル開度が一定のときと、アクセルを変化させてスロットル開度が変化しているときのいずれの場合においても同等の制振性能を得ることができる。

この発明によれば、ジェネレータ・モータのモータがエンジンの出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両において、モータ補助の静トルクの応答性を損なうことなく、クランク軸のトルク変動に即応してトルク変動を抑制することができる。したがって、アクセルを一定に踏んでいてスロットル開度が一定のときと、アクセルを変化させてスロットル開度が変化しているときのいずれの場合においても同等の制振性能を得ることができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置１００を含むジェネレータ・モータ制御装置１０の電気的構成を示すブロック図である。

ジェネレータ・モータ制御装置１０は、それぞれがマイクロコンピュータにより構成される能動型制振制御装置１００とモータアシスト回生制御装置２００とから構成される。

図２は、この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置１００を含むジェネレータ・モータ制御装置１０が搭載されたモータ補助型ハイブリッド車両３０の模式的な構成を示す説明図である。

図２に示すように、モータ補助型ハイブリッド車両３０は、内燃機関であるエンジン（ディーゼルエンジンも含む）１０２に、モータ（電動機）及びジェネレータ（発電機）として機能するジェネレータ・モータ（発電電動機）１０４と自動あるいは手動のトランスミッション１０６とが一体的に連結されており、トランスミッション１０６の出力により駆動輪１０８が駆動される。

ジェネレータ・モータ１０４にはバッテリ１１４が接続され、ジェネレータ・モータ制御装置１０は、ジェネレータ・モータ１０４がモータとして機能するときにバッテリ１１４からジェネレータ・モータ１０４に電気を供給する制御を行う一方、ジェネレータ・モータ１０４がジェネレータとして機能するときにジェネレータ・モータ１０４からバッテリ１１４に電気を供給する充電の制御を行う。すなわち、ジェネレータ・モータ制御装置１０は、バッテリ１１４の充放電を制御する。

モータ補助型ハイブリッド車両３０は、例えば、（１）発進時にはエンジン１０２を上回る力でジェネレータ・モータ１０４がエンジン１０２を補助し、（２）低速クルーズ時にはエンジン１０２の気筒を全て停止しジェネレータ・モータ１０４だけで走行し、（３）ゆっくりした加速時又は高速クルーズ時はエンジン１０２の燃費がよくなるためジェネレータ・モータ１０４を休止してエンジン１０２のみで走行し、（４）急加速時にはエンジン１０２とジェネレータ・モータ１０４の両方で走行し、又（５）減速時にはエンジン１０２を停止しジェネレータ・モータ１０４をジェネレータとして動作させバッテリ１１４に対する充電（回生）を行うように制御される。（６）ブレーキをかけている停車時には、エンジン１０２とジェネレータ・モータ１０４の両方が停止され、ブレーキを離したときにエンジン１０２のみが始動するようになっている。能動型制振制御装置１００は、エンジン１０２が燃焼している上記（１）、（３）、（４）、（６）の動作状態において、クランク軸のトルク変動に即応してトルク変動を抑制する処理を行っている。

図１及び図２に示すように、ジェネレータ・モータ１０４の回転軸でもあるエンジン１０２のクランク軸（出力軸）１１０にクランク角センサ１１２が取り付けられている。クランク角センサ１１２は、クランク軸１１０の１回転につき、例えば２４個、つまりクランクアングルの１５゜毎に１個、クランクパルス（エンジンパルス）Ｅｐを出力する。従って、クランク軸１１０の回転周波数［ｒｐｓ］は、１秒毎のクランクパルスＥｐの個数を２４で割った値になる。実際には、周波数カウンタ（周波数検出器）３２によりクランクパルスＥｐを取得する毎に更新したクランク軸回転周波数ｆが検出され出力される。

一方、クランク軸１１０の回転変動は、単位を角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］とすると、隣り合うクランクパルスＥｐの時間間隔がＴ［ｓｅｃ］であるとき、カウンタ・タイマ１１６により時間間隔Ｔが検出され、回転変動検出手段１１７により角速度ω＝｛１５×（π／１８０）／Ｔ｝値の変化として検出される。具体的には、回転変動としての角速度ωの値の変化は、今回計算したωｎ＋１から前回計算したωｎを引き、差を前回計算したωｎで割った値｛（ωｎ＋１−ωｎ）｝／ωｎ］として検出され、誤差信号ｅとして出力される。

この場合、カウンタ・タイマ１１６と回転変動検出手段１１７とは、誤差信号検出器１２０を構成し、回転変動値（ωｎ＋１−ωｎ）｝／ωｎを誤差信号ｅとして出力する。より高速処理が可能なＣＰＵを使用できる場合には、クランクパルスＥｐを逓倍し、より短い時間間隔にしたパルスから回転変動値を算出して誤差信号ｅとして出力することで、回転変動値検出精度の向上を図ることもできる。

ジェネレータ・モータ制御装置１０を構成する能動型制振制御装置１００は、基本的には、クランク軸１１０の回転周波数ｆから調波の基準信号｛正弦波信号及び（又は）余弦波信号｝を生成する基準信号生成器１２と、基準信号が入力されてサンプリング周期毎に時点ｎでクランク軸１１０の回転変動を相殺するための逆トルクに係わる制御信号ｙ（ｎ）を出力する適応ノッチフィルタ１４と、制御信号ｙ（ｎ）と静トルクに係わるモータアシスト信号（ジェネレータ・モータ１０４の駆動信号）Ｓｍ（ｎ）とを合成して合成信号ｙ（ｎ）＋Ｓｍ（ｎ）を出力する合成器３９と、合成信号ｙ（ｎ）＋Ｓｍ（ｎ）が供給されてクランク軸１１０の回転数と回転変動を制御して制振制御を行うとともに回生エネルギをバッテリ１１４に充電する制御を行う電力制御部１０１と、電力制御部１０１により駆動制御されるジェネレータ・モータ１０４と、ジェネレータ・モータ１０４とエンジン１０２により回転されるクランク軸１１０の回転変動をクランク角センサ１１２からのクランクパルスＥｐにより検出し、上述した誤差信号ｅ（ｎ）として出力する誤差信号検出器１２０と、ジェネレータ・モータ１０４の伝達関数Ｈを有し前記基準信号が入力されて参照信号を出力する参照信号生成回路２０と、誤差信号ｅ（ｎ）と参照信号とが供給され適応ノッチフィルタ１４のフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を更新するフィルタ係数更新手段（ＬＭＳアルゴリズム演算器）２２とから構成される。

フィルタ係数更新手段２２は、フィルタ係数更新手段２２Ａとフィルタ係数更新手段２２Ｂとから構成されている。

電力制御部１０１は、例えば３相インバータ回路と界磁電流供給・回生回路を含み、ジェネレータ・モータ１０４の３相ステータコイルと界磁コイル（ロータコイル）の回転磁界制御・界磁制御・回生制御を行う。

ジェネレータ・モータ制御装置１０を構成するモータアシスト回生制御装置２００は、図示しないアクセルペダルの操作によるスロットル開度等の車両状態情報に応じて、格納しているマップから付与トルク（静トルク）を検索し、付与トルクに応じた駆動信号Ｓｍ（ｎ）を出力する。

基本的には以上のように構成されかつ動作する能動型制振制御装置１００とモータアシスト回生制御装置２００とからなるジェネレータ・モータ制御装置１０を備えるモータ補助型ハイブリッド車両３０のジェネレータ・モータ制御装置１０のさらに詳しい動作について説明する。

図１において、クランクパルスＥｐから周波数カウンタ３２によりクランク軸１１０の回転周波数ｆが検出され、基準信号生成器１２及び参照信号生成回路２０に供給される。

基準信号生成器１２は、回転周波数ｆから調波の基準信号である余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成する余弦波生成器３４と、回転周波数ｆの調波の基準信号である正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成する正弦波生成器３６とから構成されている。

適応ノッチフィルタ１４は、余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ（第１適応ノッチフィルタ）１４Ａと、正弦波｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ（第２適応ノッチフィルタ）１４Ｂとから構成されている。余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ１４Ａから出力される制御信号（第１制御信号）ｙ１（ｎ）と、正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝が入力される適応ノッチフィルタ１４Ｂから出力される制御信号（第２制御信号）ｙ２（ｎ）とを合成器３８で加算して制御信号ｙ（ｎ）を生成することで、任意の位相と振幅を有する制御信号ｙ（ｎ）を生成する。

モータアシスト回生制御装置２００は、図示しないアクセルペダルの操作によるスロットル開度等の車両状態情報（スロットル開度の他、車速、シフト位置、ブレーキ踏量等）に応じて、格納しているマップから付与トルクを検索する。一般にスロットル開度と付与トルクは比例する。

付与トルクを計算した後、モータアシスト回生制御装置２００は、計算した付与トルクとクランク角センサ１１２から供給されるクランクパルスＥｐから計算したクランク軸１１０の回転周波数ｆとに基づいて、格納しているマップからロータ側の界磁コイルに供給しようとする界磁電流値を検索する。検索した付与トルクに対応する界磁電流値と回転数を表す駆動信号Ｓｍ（ｎ）を合成器３９を介して電力制御部１０１に供給する。

電力制御部１０１は、このようにして求めた駆動信号Ｓｍ（ｎ）が表す界磁電流値になるようにジェネレータ・モータ１０４の界磁電流を制御し、かつ内蔵の３相インバータ回路の各トランジスタを駆動信号Ｓｍ（ｎ）が表す回転数となるようにスイッチングすることによりジェネレータ・モータ１０４をモータとして動作させ、この駆動信号Ｓｍ（ｎ）により静トルク付与を実行すると同時に、制御信号ｙ（ｎ）による逆トルク（動トルク）をジェネレータ・モータ１０４に付与する。

駆動信号Ｓｍ（ｎ）と制御信号ｙ（ｎ）の合成信号ｙ（ｎ）＋Ｓｍ（ｎ）が電力制御部１０１に供給される。

制御信号ｙ（ｎ）の生成の仕方について説明する。

参照信号生成回路２０は、４つの補正フィルタ４１〜４４と、加算器４６、４８とから構成されている。

補正フィルタ４１、４３は、ジェネレータ・モータ１０４の伝達関数Ｈの実数部の特性ＲｅＨ（ｆ）を有し、補正フィルタ４２、４４は、伝達関数Ｈの虚数部の特性ＩｍＨ（ｆ）を有する。

ジェネレータ・モータ１０４の伝達関数Ｈは、エンジン１０２を停止させた状態で、界磁電流の大きさをパラメータとしてロータであるクランク軸１１０のトルクの周波数特性（回転磁界周波数）を実測あるいはシミュレーションにより求めることができる。

伝達関数Ｈの実数部の特性ＲｅＨ（ｆ）と虚数部の特性ＩｍＨ（ｆ）は、それぞれ回転周波数ｆに依存して特性値が変化する。

また、補正フィルタ４１〜４４は、回転周波数ｆによりゲインが調整される。

加算器４６から余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号（補正値）Ｃｘ（ｎ）がフィルタ係数更新手段２２Ａに出力され、加算器４８から正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝に係る参照信号（補正値）Ｃｙ（ｎ）がフィルタ係数更新手段２２Ｂに出力される。

参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）は、参照信号生成回路２０の回路接続を参照すれば、以下の式で得られることが分かる。
Ｃｘ（ｎ）＝ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝・ＲｅＨ（ｆ）
−ｓｉｎ｛２π（ｆ、ｎ）｝・ＩｍＨ（ｆ）
Ｃｙ（ｎ）＝ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝・ＩｍＨ（ｆ）
＋ｓｉｎ｛２π（ｆ、ｎ）｝・ＲｅＨ（ｆ）

なお、参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）の両方又はいずれかを示す場合には、参照信号Ｃ（ｎ）という。

フィルタ係数更新手段２２Ａは、更新したフィルタ係数Ｗｘ（ｎ＋１）を適応ノッチフィルタ１４Ａに新たなフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗｘ（ｎ）として設定し（ｎ←ｎ＋１）、フィルタ係数更新手段２２Ｂは、更新したフィルタ係数Ｗｙ（ｎ＋１）を適応ノッチフィルタ１４Ｂに新たなフィルタ係数Ｗ（ｎ）＝Ｗｙ（ｎ）として設定する（ｎ←ｎ＋１）。

この場合、フィルタ係数更新手段２２Ａ、２２Ｂは、それぞれ、誤差信号ｅ（ｎ）と参照信号Ｃｘ（ｎ）、Ｃｙ（ｎ）とが入力されて、誤差信号ｅ（ｎ）が最小となるように時点ｎ毎にフィルタ係数Ｗ（ｎ）を逐次更新する。

更新したフィルタ係数Ｗ（ｎ＋１）を、Ｗ（ｎ＋１）＝Ｗ（ｎ）＋ΔＷとすれば、更新量ΔＷは、μを定数として、ΔＷ＝−μ・ｅ（ｎ）Ｃ（ｎ）と表され、参照信号Ｃ（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）とに基づき誤差信号ｅ（ｎ）の２乗が最小値となるような適応アルゴリズム（ＬＭＳアルゴリズム）により算出される。

制御信号ｙ（ｎ）＝ｙ１（ｎ）＋ｙ２（ｎ）が電力制御部１０１に供給される。

電力制御部１０１は、制御信号ｙ（ｎ）と駆動信号Ｓｍ（ｎ）の合成信号から求められる界磁電流の値になるようにジェネレータ・モータ１０４の界磁電流を制御し、かつ合成信号から求められる３相インバータのオンオフ信号により内蔵の３相インバータ回路の各トランジスタをスイッチングすることによりジェネレータ・モータ１０４をモータとして動作させ、これにより静トルク付与と逆トルク付与を併せて実行する。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、クランク軸１１０の回転周波数ｆから基準信号生成器１２により生成された調波の基準信号に応じて適応ノッチフィルタ１４から制御信号ｙを出力し、合成器３９により制御信号ｙとジェネレータ・モータの駆動信号（いわゆる静トルクを与える信号）Ｓｍ（ｎ）とを合成して電力制御部１０１を介してジェネレータ・モータ１０４に供給する構成とした上で、さらに、ジェネレータ・モータ１０４の伝達関数Ｈを有する補正フィルタ４１〜４４に前記基準信号を入力して参照信号Ｃを出力し、誤差信号検出器１２０により検出されるクランク軸１１０の回転変動を表す誤差信号ｅと参照信号Ｃとから誤差信号ｅが最小となるように適応ノッチフィルタ１４のフィルタ係数をフィルタ係数更新手段２２により逐次更新する構成とし、クランク軸１１０の回転変動の周波数成分のみ制御信号ｙを変化させるようにしたので、ジェネレータ・モータ１０４のモータがエンジン１０２の出力を補助する補助駆動源として使用されるモータ補助型ハイブリッド車両３０において、モータ補助の静トルクの応答性を損なうことなく、クランク軸１１０のトルク変動に即応してトルク変動を抑制することができる。このため、エンジン１０２の爆発（燃焼）を原因とするモータ補助型ハイブリッド車両３０の振動を抑制して制振することができる。

このように、周波数追従型適応制御を利用し、クランク軸１１０の回転変動に関係する対象周波数のみに影響を与える（逆トルクをかける）ようにしているので、駆動信号（モータアシスト信号）Ｓｍ（ｎ）と制御信号ｙ（ｎ）を合成器３９で合成し、電力制御部１０１を介してジェネレータ・モータ１０４を駆動する構成であっても、駆動信号Ｓｍ（ｎ）に係わる０［Ｈｚ］〜数［Ｈｚ］程度以下の静トルクの応答性に影響を与えることがない。

また、モータ補助型ハイブリッド車両３０における能動型制振制御装置１００において、クランク回転変動を誤差信号ｅとした周波数領域型の適応ノッチフィルタ１４のフィルタ係数Ｗの更新による適応フィードフォワード制御を採用することにより、図１例のように単一（基本調波：本実施例）周波数のみあるいは必要に応じて複数（基本調波＋高調波）の周波数のみを対象とした低減を行うことが可能となるので、モータ静トルクの追従性を損なうことなく、振動低減性能の向上が図れる。したがって、アクセルを一定に踏んでいてスロットル開度が一定のときと、アクセルを変化させてスロットル開度が変化しているときのいずれの場合においても同等の制振性能を得ることができる。

また、上述した実施形態においては、基準信号生成器１２により余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝と、正弦波ｓｉｎ｛２π（ｆ，ｎ）｝を生成しているが、他の実施形態として、いずれか一方、例えば、図３に示すように、余弦波ｃｏｓ｛２π（ｆ，ｎ）｝のみを発生する構成の能動型制振制御装置１００Ｒの構成としても、即応性及び制振抑制量については、図１例の能動型制振制御装置１００に劣るが、一定の効果を発揮することができる。この実施形態のジェネレータ・モータ制御装置１０Ｒの場合には、基準信号生成器１２Ｒ、参照信号生成回路２０Ｒ、適応ノッチフィルタ１４Ｒ、フィルタ係数更新手段２２Ｒの各部品コストを略半減できる。

この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置を含むジェネレータ・モータ制御装置の電気的構成を示すブロック図である。 この発明の一実施形態に係る能動型制振制御装置を含むジェネレータ・モータ制御装置が搭載されたモータ補助型ハイブリッド車両の模式的な構成を示す説明図である。 この発明の他の実施形態に係る能動型制振制御装置を含むジェネレータ・モータ制御装置のブロック図である。

符号の説明

１０、１０Ｒ…ジェネレータ・モータ制御装置 １２…基準信号生成器
１４…適応ノッチフィルタ ２２…フィルタ係数更新手段
３０…モータ補助型ハイブリッド車両 ３８、３９…合成器
４１〜４４…補正フィルタ
１００、１００Ｒ…能動型制振制御装置 １０１…電力制御部
１０２…エンジン １０６…トランスミッション
１１０…クランク軸 １１４…バッテリ
１２０…誤差信号検出器
２００…モータアシスト回生制御装置

Claims (2)

1. クランク軸を回転するエンジンを補助してクランク軸を回転させるジェネレータ・モータを備えたハイブリッド車両の能動型制振制御装置において、
   前記クランク軸の回転周波数から調波の基準信号を生成する基準信号生成器と、
   前記基準信号が入力され、制御信号を出力する適応ノッチフィルタと、
   前記制御信号と前記ジェネレータ・モータの駆動信号とを合成して前記ジェネレータ・モータに供給する合成器と、
   前記クランク軸の回転変動を検出し、誤差信号として出力する誤差信号検出器と、
   前記ジェネレータ・モータの伝達関数を有し、前記基準信号が入力されて参照信号を出力する補正フィルタと、
   前記誤差信号と前記参照信号とが入力されて、前記誤差信号が最小となるように前記適応ノッチフィルタのフィルタ係数を逐次更新するフィルタ係数更新手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の能動型制振制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の能動型制振制御装置において、
   前記ジェネレータ・モータの駆動信号は、スロットル開度に比例する付与トルクに対応する界磁電流値と回転数を表す信号である
   ことを特徴とするハイブリッド車両の能動型制振制御装置。

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