JPH11336581A

JPH11336581A - ハイブリッド自動車の制御装置

Info

Publication number: JPH11336581A
Application number: JP10143378A
Authority: JP
Inventors: Hirotomo Asa; 弘知麻; Masafumi Hori; 政史堀; Kenji Takeda; 武田　　憲司
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1999-12-07

Abstract

(57)【要約】【課題】機関出力軸に発生するトルク変動を吸収し、電
動機による滑らかな走行を実現する。【解決手段】ハイブリッド自動車は、互いに駆動連結さ
れる内燃機関１と電動機２との２つの動力源を有する。
車両停止時には内燃機関１が停止され、車両発進時には
電動機２の回転力により内燃機関１が始動される。機関
出力軸の回転角度によって内燃機関１のトルク変動レベ
ルが変化することに着目し、ＥＣＵ１１は、機関出力軸
に発生するトルク変動成分を、内燃機関１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。また、ＥＣＵ１１は、電動
機２のトルク指令値に対し前記算出したトルク変動成分
を逆位相で加えることで、当該トルク指令値を補正す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源として内燃
機関（エンジン）と電動機（モータ）とを併せ持つハイ
ブリッド自動車に係り、そのハイブリッド自動車の制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、例えば特開平
５−３０２５２６号公報の「エンジンの回転速度変動抑
制装置」では、機関回転速度（瞬時回転速度）を検出す
ると共に、該検出した機関回転速度をフィードバックし
て電動機が発生すべきトルクを演算し、その演算結果に
基づいて電動機の運転を制御するようにしていた。これ
により、電動機の発生トルクを機関回転速度に適合させ
るようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでハイブリッド
自動車においては、燃費向上のために車両停止時に内燃
機関の運転が一時的に停止される。そして、車両の停止
と発進とが繰り返されることで、内燃機関も停止と始動
とが繰り返される。かかる場合、上記公報の従来技術で
は、内燃機関（機関出力軸）に発生するトルク変動を受
けて車両の駆動軸（車輪）に振動が伝わるという問題が
生ずる。特に車両の発進直後や停止直前においては瞬時
回転速度が極低速域にあるためにその瞬時回転速度を正
確に検出することができず、回転速度の検出結果を電動
機トルクとして適正にフィードバックできないことから
上述の問題が顕著となる。

【０００４】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、機関出力軸に発
生するトルク変動を吸収し、電動機による滑らかな走行
を実現することができるハイブリッド自動車の制御装置
を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明におけるハイブリ
ッド自動車の制御装置では、互いに駆動連結される内燃
機関と電動機との２つの動力源を有するハイブリッド自
動車に適用され、車両停止時には前記内燃機関を停止さ
せ、車両発進時には前記電動機の回転力により内燃機関
を始動させることを前提とする。

【０００６】そして、請求項１に記載の発明では、内燃
機関の出力軸に発生するトルク変動成分を算出するトル
ク変動算出手段と、前記電動機のトルク指令値に対し前
記算出したトルク変動成分を逆位相で加えることで、当
該トルク指令値を補正する電動機トルク制御手段とを備
える。

【０００７】車両停止状態から発進させる場合や、減速
状態下で機関回転数が低回転域に達する場合には、内燃
機関のモータリングで発生するトルク変動が機関出力軸
にのり、そのトルク変動が車輪に伝わって乗り心地を悪
化させる。これに対して本発明では、内燃機関で発生す
るトルク変動成分を求め、そのトルク変動成分を電動機
のトルク指令値に対して逆位相で与えることにより、ト
ルク変動の影響が低減される。その結果、機関出力軸に
発生するトルク変動を吸収し、電動機による滑らかな走
行が実現できる。

【０００８】また、機関出力軸の回転角度によって内燃
機関のトルク変動レベルが変化することに着目すると、
前記トルク変動算出手段は、以下の請求項２，３のよう
に具体化できる。・請求項２の発明では、内燃機関の出力軸に発生するト
ルク変動成分を、内燃機関での圧縮、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。例えば図５に示すトルク変動の特性によれ
ば、実測値がｓｉｎ関数で近似できることから、その近
似したｓｉｎ関数によりトルク変動成分を算出すること
が可能となる。・請求項３の発明では、内燃機関の出力軸に発生するト
ルク変動成分を、同出力軸の回転角度に対する関数から
算出する。

【０００９】上記請求項２，３の発明によれば、出力軸
の回転角度に応じた機関トルク変動成分の逆位相分を電
動機のトルク指令値に加えることにより、内燃機関で発
生するトルク変動成分が確実に吸収でき、電動機による
滑らかな走行が実現される。

【００１０】また、請求項４に記載したように、前記内
燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を更に備え、
前記電動機トルク制御手段は、前記内燃機関の所定の低
回転域でのみ前記のトルク変動補正を有効とし、それ以
外の回転域では前記のトルク変動補正を無効とするとよ
い。

【００１１】つまり、機関回転数がある程度まで上昇す
ると、特にトルク変動を吸収しなくても回転部分の慣性
により内燃機関トルク変動が低減され、トルク変動によ
る振動は気にならなくなる。そのため、トルク変動分の
補正を低回転域のみに限定し、不要なトルク補正を省略
する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態のハイ
ブリッド自動車は、内燃機関と電動機との２つの動力源
で車輪を駆動する、いわゆるパラレルハイブリッドシス
テムを有するものであって、電動機は内燃機関の動力補
助を行うと共に、発電機としてバッテリ充電を行う。図
１は、ハイブリッド自動車の車両制御システムの全体構
成を示す。

【００１３】内燃機関１は４気筒４サイクル内燃機関か
らなり、その出力軸は電動機２のロータに連結される。
電動機２のロータの出力軸はクラッチ３の入力軸に連結
される。また、クラッチ３の出力軸は変速機４の入力軸
に、変速機４の出力軸はデファレンシャルギア５を介し
て駆動軸６に連結される。駆動軸６には車輪７ａ，７ｂ
が接続されている。クラッチ３はその結合及び分離がク
ラッチ制御装置８により制御される。

【００１４】インバータ装置９にはバッテリ１０が接続
される。そして、電動機２の三相コイル（図示略）に
は、インバータ装置９を介してその時々の要求トルクを
得るための駆動電流が供給される。車両制御の中枢をな
す車両制御装置（以下、ＥＣＵ１１という）は内燃機関
１、クラッチ制御装置８、インバータ装置９を総合的に
制御する。

【００１５】内燃機関１には機関運転状態を検出するた
めのセンサとして、エンジン冷却水の温度を検出するた
めの水温センサ１２と、スロットル開度を検出するため
のスロットル位置センサ１３と、機関回転数を検出する
ための回転数センサ１４と、機関出力軸の角度（クラン
ク角度θ）を検出するためのクランク角度センサ１５と
が設けられる。上記各センサの検出信号は随時ＥＣＵ１
１に入力される。また併せて、ＥＣＵ１１には、運転者
によるアクセルペダル操作量を検出するためのアクセル
センサ１６の検出信号も入力される。なお、アクセルセ
ンサ１６はアクセル操作の有無を検出するためのアクセ
ルスイッチを内蔵している。

【００１６】ＥＣＵ１１は上記各センサの検出信号を基
に、内燃機関１に対しては、燃料噴射を行うインジェク
タ１７へ燃料噴射量制御信号を出力すると共に、スロッ
トル開度を制御するスロットルアクチュエータ１８へス
ロットル開度制御信号を出力する。また、インバータ装
置９に対しては、電動機２の出力トルクを制御するため
の界磁電流制御信号を出力する。

【００１７】以下、本制御システムの作用を説明する。
先ずは図２のタイムチャートを用いて本制御の概要を説
明する。図２には、車両停止状態から走行が開始され、
その後再び車両停止されるまでの過程を示す。

【００１８】つまり、図２の時刻ｔ１ではアクセルペダ
ルが踏み込まれ、アクセルスイッチがオンとなる。それ
に伴いクラッチ３が結合される。この時刻ｔ１では基本
的に、アクセル操作量に基づいてトルク指令値が演算さ
れ、そのトルク指令値に応じたモータトルクが発生す
る。それにより、内燃機関１並びに電動機２の回転数が
上昇すると共に、車速が次第に上昇する。また特に本実
施の形態では、車両の発進のためのトルク変動分加算制
御が行われる。つまり、車両発進時においては、内燃機
関１がモータリング状態にある時に機関出力軸に発生す
るトルク変動分の逆位相分だけ、電動機２に対するトル
ク指令値が加算補正される。

【００１９】そして、時刻ｔ２で機関回転数が所定値
（本実施の形態では、８００ｒｐｍ）に達すると、エン
ジンイグニッションが開始される。時刻ｔ２〜ｔ３で
は、内燃機関１と電動機２との両出力を使って車両が加
速される。その後、時刻ｔ３〜ｔ４では車両が定速走行
される。このとき、内燃機関１を高効率領域で運転し、
余ったエネルギをバッテリ１０に蓄えるため、電動機２
に回生トルクが発生する。

【００２０】時刻ｔ４でアクセルスイッチがオフになる
と、それ以降エンジンイグニッションが停止されると共
に電動機２の回生トルクが上昇し、車両が減速される。
そして、時刻ｔ５で車速が所定値（本実施の形態では、
１０ｋｍ／ｈ）にまで低下すると、クラッチ３が分離さ
れる。そしてその後、車両が停止される。

【００２１】ここで、前記時刻ｔ１〜ｔ２で実施される
電動機２のトルク変動分加算制御について説明する。要
するに、内燃機関１で発生するトルク変動は、図４に示
されるように機関出力軸の回転角度（クランク角度θ）
応じて現れる。同図は４気筒内燃機関について機関出力
軸に現れるトルク変動の実測データを示す。なお本内燃
機関は、＃１→＃３→＃４→＃２の気筒順序で圧縮、膨
張等の各行程を繰り返す。

【００２２】クランク角度θが０度（＃１気筒の圧縮上
死点）を過ぎるとピストンは膨張行程に入り、燃焼室内
部で圧縮された空気の圧力によりピストンを押し下げよ
うとするため内燃機関トルクは正となる。その後、次気
筒（＃３気筒）の圧縮行程が始まり吸入された空気が圧
縮されると、内燃機関トルクは下降に転じる。そして、
θ＝９０度付近で内燃機関トルクが負となり、θ＝１８
０度（＃３気筒の圧縮上死点）付近で内燃機関トルクが
ボトム値に達する。４気筒内燃機関の場合、機関出力軸
の１回転毎（３６０度毎）に２回のトルク変動が現れる
特性となる。

【００２３】こうしたトルク変動はモータリング状態、
すなわち爆発がない状態で機関回転数と機関温度とが一
定条件下にあれば、ほぼ同様の特性を示すことが本願発
明者により確認されている。また、上記トルク変動は内
燃機関１の圧縮、膨張によるトルク変動の次数に対しｓ
ｉｎ関数の３次以下の成分で近似できることが、実車を
用いた実験で明らかになっている。

【００２４】そこで本実施の形態では、上記図４の特性
をｓｉｎ関数で近似した次式を用い、クランク角度θ毎
にトルク変動値ΔＴを算出する。 ΔＴ＝−｛１２ｓｉｎ（ｎπ（θ＋７０／３６０））＋７ｓｉｎ（２ｎπ（θ＋１１０／３６０））｝〔Ｎ・ｍ〕但し、「ｎ」は内燃機関１の気筒数を示し、本実施の形
態ではｎ＝４である。上式において右辺前項はトルク変
動成分の１次成分に相当し、後項は２次成分に相当す
る。

【００２５】上記の通りトルク変動成分を近似すると、
図５に破線で示されるように、実測値（実線）にほぼ一
致する特性が得られる。このトルク変動成分の補正によ
り内燃機関１のトルク変動が吸収され、車両発進時の滑
らかな走行が可能となる。

【００２６】なお図２では、車両減速時において、クラ
ッチ３を分離することで車両停止させたが（時刻ｔ
５）、クラッチ３が結合状態のまま機関回転数が０ｒｐ
ｍ付近まで下降する場合には、電動機２による回生ブレ
ーキを行い、車両発進時と同様に、内燃機関トルク変動
分と逆位相の変動値（ΔＴ）を回生トルク指令値に加算
する。これにより、車両減速時にも内燃機関のトルク変
動を吸収し、滑らかな走行が可能となる。

【００２７】次に、ＥＣＵ１１が実行する電動機２のト
ルク制御手順について図３のフローチャートを用いて詳
細に説明する。図３の処理はメインルーチンとしてＥＣ
Ｕ１１により繰り返し実行される。

【００２８】図３において、ＥＣＵ１１は、先ずステッ
プ１０１でトルク制御の実施条件を判別する。トルク制
御の実施条件としては例えば、（イ）機関回転数Ｎｅが
「０ｒｐｍ」以上であること、（ロ）アクセルペダルが
踏み込み操作されていること、を含み、上記（イ），
（ロ）の何れかが満たされる場合に条件成立の旨を判別
する。上記条件判別には、回転数センサ１４やアクセル
センサ１６の検出値が使われる。そして、ＥＣＵ１１
は、条件成立であればステップ１０２以降のトルク制御
処理を実行し、条件不成立であればトルク制御を行うこ
となく本ルーチンを一旦終了する。

【００２９】ステップ１０２では、ＥＣＵ１１は電動機
２のトルク変動分加算制御を行う。すなわち、アクセル
操作量に対応するトルク基本値Ｔ０と、内燃機関１のト
ルク変動分に対する逆位相の変動値（−ΔＴ）と、温度
補正項（ｋ・ｔｗ）とから、Ｔ＝Ｔ０＋（−ΔＴ・ｋ・ｔｗ）として電動機２のトルク指令値Ｔを求め、そのトルク指
令値Ｔをインバータ装置９への送信データとしてメモリ
に一旦格納する。但し、「ｔｗ」は水温センサ１２によ
り検出された水温データである。

【００３０】次に、ＥＣＵ１１は、ステップ１０３で機
関回転数Ｎｅが上昇しているか否かを判別する。そし
て、回転上昇時である旨を判別すると、ＥＣＵ１１はス
テップ１０４で機関回転数Ｎｅが所定値（８００ｒｐ
ｍ）以上であるか否かを判別する。また、回転下降時で
ある旨を判別すると、ＥＣＵ１１はステップ１０５で機
関回転数Ｎｅが所定値（６００ｒｐｍ）以下であるか否
かを判別する。

【００３１】回転上昇で且つＮｅ＜８００ｒｐｍの場合
（ステップ１０３がＹＥＳ，ステップ１０４がＮＯ）、
或いは回転下降で且つＮｅ≦６００ｒｐｍの場合（ステ
ップ１０３がＮＯ，ステップ１０５がＹＥＳ）、ＥＣＵ
１１はそのまま本ルーチンを終了する。これにより、前
記ステップ１０２で演算されたトルク指令値Ｔがインバ
ータ装置９に送信される。インバータ装置９は、トルク
指令値Ｔに応じて電動機トルクを制御する。

【００３２】また、回転上昇で且つＮｅ≧８００ｒｐｍ
の場合（ステップ１０３，１０４が共にＹＥＳ）、或い
は回転下降で且つＮｅ＞６００ｒｐｍの場合（ステップ
１０３，１０５が共にＮＯ）、ＥＣＵ１１はステップ１
０６に進み、内燃機関１のトルク変動分に対する逆位相
の変動値（−ΔＴ）をキャンセルする。すなわち、Ｔ＝Ｔ０として、そのトルク指令値Ｔをインバータ装置９に送信
して電動機トルクを制御する。

【００３３】機関回転数Ｎｅが所定値（８００ｒｐｍ）
以上に上昇した後、並びに機関回転数Ｎｅが所定値（６
００ｒｐｍ）まで下降する以前において、トルク変動分
加算制御をキャンセルするようにしたが、これは以下の
理由による。通常、機関回転数Ｎｅが上昇すると特にト
ルク変動を吸収しなくても回転部分の慣性により内燃機
関トルク変動が低減され、機関回転数Ｎｅがアイドリン
グ回転相当の８００ｒｐｍ程度になるとトルク変動によ
る振動は気にならなくなる。そのため、ステップ１０４
がＹＥＳの場合やステップ１０５がＮＯの場合には、ト
ルク変動分の補正を無効化する。

【００３４】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。（ａ）本実施の形態では、機関出力軸に発生するトルク
変動成分（ΔＴ）を算出し、電動機２のトルク指令値に
対し前記算出したトルク変動成分（ΔＴ）を逆位相で加
えることで、当該トルク指令値を補正するようにした。
本構成によれば、機関出力軸に発生するトルク変動を吸
収し、電動機２による滑らかな車両走行が実現できる。

【００３５】図６には、実車を用いたトルク変動低減試
験の結果を示す。同図によれば、前記電動機２のトルク
変動分加算制御（図３のステップ１０２）を実施するこ
とで、当該制御を実施しない場合に比べて、内燃機関１
の圧縮、膨張によるトルク変動成分が大きく低減できる
のが分かる。

【００３６】（ｂ）機関出力軸の回転角度（クランク角
度θ）によって内燃機関１のトルク変動レベルが変化す
ることに着目し、クランク角度θをパラメータとした先
述のｓｉｎ関数によりトルク変動成分を近似するように
した。これにより、機関出力軸に発生するトルク変動成
分が容易に且つ確実に吸収できる。

【００３７】（ｃ）トルク変動分を演算する際、水温ｔ
ｗに応じた補正を行った。そのため、エンジンフリクシ
ョンに応じたトルク変動成分の差異が補正され、より適
正なトルク制御が実現できる。この場合、温度補正のパ
ラメータとしては、機関温度を表すものであればよく、
シリンダ壁面温度など、他の温度データでもよい。

【００３８】（ｄ）内燃機関１の所定の低回転域でのみ
トルク変動補正（トルク変動分加算制御）を有効とし、
それ以外の回転域ではトルク変動補正（トルク変動分加
算制御）を無効とした。これにより、トルク変動分の補
正が低回転域のみに限定され、不要なトルク補正が省略
される。

【００３９】（ｅ）トルク変動分の補正に際し、その補
正の要否を判定するための機関回転数にヒステリシスを
設けた（図３のステップ１０４，１０５）。これによ
り、トルク制御のハンチングが防止される。

【００４０】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて具体化できる。上記実施の形態では、ｓｉ
ｎ関数の近似式を用い、機関出力軸に発生するトルク変
動成分を算出したが、この構成を変更する。すなわち、
機関出力軸のトルク変動成分はモータリング状態で機関
回転数と機関温度とが一定条件下にあれば、ほぼ同様の
特性を示すことから、クランク角度、機関回転数、機関
温度に対応するトルク変動の特性をＥＣＵ１１内に予め
記憶させておく。そして、ＥＣＵ１１内に記憶された特
性に基づき、その時々のクランク角度情報や温度情報な
どに応じてトルク変動成分を推定する。かかる場合に
も、上記実施の形態と同様に、機関出力軸に発生するト
ルク変動を吸収し、電動機２による滑らかな走行が実現
できる。

【００４１】こうしてＥＣＵ１１内に記憶されるトルク
変動特性は、機関運転状態毎に学習されて、その記憶デ
ータが適宜更新されるとよい。この場合、経時変化に伴
う特性変化にも対処できるようになる。

【００４２】上記実施の形態では、トルク変動成分の１
次成分と２次成分との合成によりトルク変動値ΔＴを算
出したが、これに３次成分を加えてもよい。３次成分を
加えることで、より緻密なトルク制御が可能となる。勿
論、４次以上の高次成分を加えることも可能であるが、
３次以下の成分でトルク変動成分を近似することによ
り、十分な制御精度が確保できると考えられる。

【００４３】また、ｓｉｎ関数以外の関数にてトルク変
動成分を算出することも可能である。この場合、機関出
力軸の回転角度に対する関数としてトルク変動成分を与
えることで、既述通りの効果が得られる。

【００４４】上記実施の形態では、４気筒４サイクル内
燃機関に本発明を具体化したが、他の内燃機関で具体化
してもよい。例えば単気筒内燃機関や４気筒以外の多気
筒内燃機関に具体化したり、２サイクル内燃機関に具体
化したりしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態におけるハイブリッド自動車
の車両制御システムの概要を示す全体構成図。

【図２】本制御の概要を説明するためのタイムチャー
ト。

【図３】電動機トルクの制御手順を示すフローチャー
ト。

【図４】クランク角度に対するトルク変動特性を示す
図。

【図５】クランク角度に対するトルク変動特性を示す
図。

【図６】トルク変動の時間軸波形とパワースペクトル波
形とを示す図。

【符号の説明】

１…内燃機関、２…電動機、７ａ，７ｂ…車輪、１１…
トルク変動算出手段，電動機トルク制御手段を構成する
ＥＣＵ（電子制御装置）、１４…回転数検出手段を構成
する回転数センサ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 ＤＣ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに駆動連結される内燃機関と電動機と
の２つの動力源を有するハイブリッド自動車に適用さ
れ、車両停止時には前記内燃機関を停止させ、車両発進
時には前記電動機の回転力により内燃機関を始動させる
制御装置において、前記内燃機関の出力軸に発生するトルク変動成分を算出
するトルク変動算出手段と、前記電動機のトルク指令値に対し前記算出したトルク変
動成分を逆位相で加えることで、当該トルク指令値を補
正する電動機トルク制御手段とを備えることを特徴とす
るハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項２】前記トルク変動算出手段は、前記内燃機関
の出力軸に発生するトルク変動成分を、内燃機関での圧
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請求項１に記載のハイ
ブリッド自動車の制御装置。
【請求項３】前記トルク変動算出手段は、前記内燃機関
の出力軸に発生するトルク変動成分を、同出力軸の回転
角度に対する関数から算出する請求項１又は請求項２に
記載のハイブリッド自動車の制御装置。
【請求項４】前記内燃機関の回転数を検出する回転数検
出手段を更に備え、前記電動機トルク制御手段は、前記内燃機関の所定の低
回転域でのみ前記のトルク変動補正を有効とし、それ以
外の回転域では前記のトルク変動補正を無効とする請求
項１〜請求項３のいずれかに記載のハイブリッド自動車
の制御装置。