特開 2022-157336 車両用制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157336

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】車両用制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/15 20160101AFI20221006BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20221006BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20221006BHJP

   B60K 6/46 20071001ALI20221006BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20221006BHJP

   B60L 50/10 20190101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

B60W20/15

F02D29/06 D

F02D45/00 362

B60K6/46 ZHV

B60W10/08 900

B60L50/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061497

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129643

【弁理士】

【氏名又は名称】皆川 祐一

(72)【発明者】

【氏名】丹田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】麻野 隼

【テーマコード（参考）】

3D202

3G093

3G384

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA07

3D202BB16

3D202CC22

3D202DD17

3D202DD24

3D202DD44

3G093AA07

3G093BA32

3G093BA33

3G093DA07

3G093EA02

3G093EB08

3G093EC02

3G384AA28

3G384BA02

3G384BA52

3G384DA56

3G384EB02

3G384FA58Z

5H125AA01

5H125AC08

5H125BA00

5H125BD17

5H125EE31

(57)【要約】

【課題】エンジンのクランクシャフトに発電モータが直結された構成において、エンジンのＮＶを抑制できる、車両用制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンのクランク角が各気筒の燃焼行程内に設定した所定範囲に含まれないときには、発電モータからエンジンに対して負となる第１値のトルクがＭＧ１トルクとして出力され、クランク角が所定範囲に含まれるときには、発電モータから第１値よりも絶対値の小さい第２値のトルク（第１値のトルクよりも弱いトルク）がＭＧ１トルクとして出力される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンのクランクシャフトに発電モータが直結された構成を有する車両に用いられる制御装置であって、
前記エンジンのクランク角を取得し、
当該取得したクランク角が前記エンジンの各気筒で爆発トルクを発生する燃焼行程内に設定される所定範囲に含まれるときに、前記所定範囲に含まれないときよりも、前記発電モータが発電により出力する発電トルクを低減させる、車両用制御装置。

【請求項2】

前記エンジンの各気筒の点火とほぼ同じタイミングで前記発電トルクの低減を開始する、請求項１に記載の車両用制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンのクランクシャフトに発電モータが直結された構成を有する車両に用いられる制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンおよびエンジンの動力で発電する発電モータを搭載したハイブリッド車両（ＨＶ：Hybrid Vehicle）には、エンジンのクランクシャフトに発電モータを直結した構成のものがある（たとえば、特許文献１参照）。この構成では、フライホイールやダンパなどを省略することにより、コストの低減および燃費の向上を図ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４－２１５４０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レシプロエンジンでは、吸気、圧縮、燃焼および排気の行程が繰り返され、燃焼行程（膨張行程）で爆発トルク（瞬時トルク）が発生する。エンジンと発電モータとを直結し、フライホイールやダンパを省略した構成では、爆発トルクを吸収する機構がないため、ＮＶ（ノイズバイブレーション）特性が悪化する懸念がある。

【0005】

本発明の目的は、エンジンのクランクシャフトに発電モータが直結された構成において、エンジンのＮＶを抑制できる、車両用制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係る車両用制御装置は、エンジンのクランクシャフトに発電モータが直結された構成を有する車両に用いられる制御装置であって、エンジンのクランク角を取得し、当該取得したクランク角がエンジンの各気筒で爆発トルクを発生する燃焼行程内に設定される所定範囲に含まれるときに、所定範囲に含まれないときよりも、発電モータが発電により出力する発電トルクを低減させる。

【0007】

この構成によれば、エンジンの各気筒の燃焼行程内に所定範囲が設定され、エンジンのクランク角が所定範囲に含まれるときに、クランク角が所定範囲に含まれないときよりも、発電モータが発電により出力する発電トルクが低減される。

【0008】

燃焼行程では、エンジンのピストンに爆発（燃焼）による爆発力が作用し、その爆発力は、ピストンからコンロッド（コネクティングロッド）に付与される回転力（爆発トルク）と、ピストンに付与されるストローク方向と直交する方向の側力とに分解される。クランク角が燃焼行程内の所定範囲に含まれるときに、発電トルクが低減されることにより、エンジンのクランクシャフトのイナーシャが小さくなり、コンロッドに付与される回転力に対する反力が小さくなる。その結果、ピストンに作用する側力（ロストルク）が小さくなるので、側力によるＮＶを抑制することができる。

【0009】

発電トルクの低減は、エンジンの各気筒の点火とほぼ同じタイミングで開始されてもよい。

【0010】

これにより、ピストンからコンロッドに回転力が付与され始めるときから、その回転力に対する反力を小さくでき、エンジンのＮＶを良好に抑制することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ピストンに作用する側力（ロストルク）を小さくでき、側力によるＮＶを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が適用されたハイブリッド車両の要部の構成を示すブロック図である。

【図2】エンジンのクランク角と軸トルクおよび筒内圧との関係を示す図である。

【図3】エンジンのピストンおよびクランク機構を図解的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0014】

＜ハイブリッド車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用制御装置が適用されたハイブリッド車両１の要部の構成を示すブロック図である。

【0015】

ハイブリッド車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載した車両である。ハイブリッド車両１には、エンジン２、発電モータ（ＭＧ１）３および駆動モータ（ＭＧ２）４が搭載されている。

【0016】

エンジン２は、たとえば、３気筒４ストロークのレシプロエンジンである。エンジン２には、燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどが設けられている。

【0017】

発電モータ３および駆動モータ４は、たとえば、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ：Permanent Magnet Synchronous Motor）からなる。

【0018】

発電モータ３は、エンジン２の動力により発電を行う発電モータとして、その回転軸がエンジン２のクランクシャフトと一体に回転するように設けられることにより、エンジン２に直結されている。

【0019】

駆動モータ４は、ハイブリッド車両１の走行用の動力を発生する駆動モータとして、その回転軸がハイブリッド車両１の走行駆動系に連結される。走行駆動系には、たとえば、デファレンシャルギヤ５が含まれており、デファレンシャルギヤ５のリングギヤ６には、駆動モータ４の回転軸に一体に回転するように設けられた駆動モータギヤ７が噛合している。駆動モータ４が発生する動力は、駆動モータギヤ７からデファレンシャルギヤ５のリングギヤ６に伝達され、デファレンシャルギヤ５から左右のドライブシャフト８を介して、左右の駆動輪９に伝達される。これにより、駆動輪９が回転し、ハイブリッド車両１が前進走行または後進走行する。

【0020】

また、ハイブリッド車両１には、電池（ＢＡＴ）１１およびＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１２が搭載されている。

【0021】

電池１１は、複数の二次電池を組み合わせた組電池である。二次電池は、たとえば、リチウムイオン電池である。電池１１は、たとえば、約２００～１５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

【0022】

ＰＣＵ１２は、発電モータ３および駆動モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、インバータ１３，１４、コンバータ（ＣＯＮＶ）１５およびＭＧＥＣＵ１６を備えている。

【0023】

インバータ（ＩＮＶ１）１３は、発電モータ３を駆動する三相電圧形インバータであり、２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ１３は、発電モータ３の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を発電モータ３に供給する。また、インバータ１３は、発電モータ３の回生運転（発電運転）時に、発電モータ３で発生する交流電力を直流電力に変換する。

【0024】

インバータ（ＩＮＶ２）１４は、駆動モータ４を駆動する三相電圧形インバータであり、インバータ１３と同様に、２個のＩＧＢＴの直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路をプラス配線とマイナス配線との間に互いに並列に接続した構成を有している。インバータ１４は、駆動モータ４の力行運転時に、直流電力を交流電力に変換して、交流電力を駆動モータ４に供給する。また、インバータ１４は、駆動モータ４の回生運転（発電運転）時に、駆動モータ４で発生する交流電力を直流電力に変換する。

【0025】

コンバータ１５は、発電モータ３および駆動モータ４の力行運転時に、電池１１から出力される直流電力を昇圧してインバータ１３，１４に供給する。また、発電モータ３および駆動モータ４の回生運転時には、インバータ１３，１４から出力される直流電力を降圧して電池１１に供給する。

【0026】

ハイブリッド車両１には、複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が搭載されており、ＭＧＥＣＵ１６は、複数のＥＣＵのうちの１つである。各ＥＣＵは、マイコン（マイクロコントローラ）を備えており、マイコンには、たとえば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

【0027】

複数のＥＣＵには、ＨＶ－ＥＣＵ１７、ＥＦＩ－ＥＣＵ１８およびＢＭＳ－ＥＣＵ１９が含まれている。ＨＶ－ＥＣＵ１７は、エンジン２、発電モータ３および駆動モータ４を含むハイブリッドシステムの全体を統括的に制御するユニットである。ＥＦＩ－ＥＣＵ１８は、エンジン２を制御するユニットである。エンジン２のクランク角を検出するため、ＥＦＩ－ＥＣＵ１８には、クランクシャフトが一定角度回転する度にパルス信号を出力する角度センサ２１と、特定の気筒が一定のクランク角であるときにパルス信号を出力する気筒判別センサ２２とが接続されている。

【0028】

エンジン２の制御では、ＨＶ－ＥＣＵ１７からＥＦＩ－ＥＣＵ１８にエンジン制御指令が送信され、ＥＦＩ－ＥＣＵ１８により、そのエンジン制御指令に従って、インジェクタによる燃料の噴射量および噴射タイミングなど、電子スロットルバルブ、インジェクタおよび点火プラグの動作が制御される。また、発電モータ３および駆動モータ４の制御では、ＨＶ－ＥＣＵ１７からＭＧＥＣＵ１６にモータ制御指令が送信され、ＭＧＥＣＵ１６により、そのモータ制御指令に従って、インバータ１３，１４およびコンバータ１５の動作が制御される。ＢＭＳ－ＥＣＵ１９は、バッテリ１１を構成する各電池セルの端子電圧の均一化などの処理を行う。

【0029】

ハイブリッド車両１では、エンジン２の始動時には、電池１１から発電モータ３に電力が供給されて、発電モータ３が力行運転されることにより、エンジン２が発電モータ３によりモータリング（クランキング）される。モータリングによりエンジン２の回転数がファイアリングに必要な回転数まで上昇した状態で、エンジン２の点火プラグがスパークされると、エンジン２がファイアリングする。

【0030】

ハイブリッド車両１の走行時には、駆動モータ４が力行運転されて、駆動モータ４が動力を発生する。エンジン２が停止し、発電モータ３による発電が行われない状態で、電池１１の出力で駆動モータ４が駆動されることにより、ハイブリッド車両１は、電気自動車としてＥＶ（Electric Vehicle）走行する。また、エンジン２が運転状態（ファイアリング）にされて、発電モータ３が発電運転（回生運転）されながら、発電モータ３の出力（発電電力）と電池１１の出力とを合わせた電力で駆動モータ４が駆動されることにより、ハイブリッド車両１は、ＨＶ走行する。

【0031】

ハイブリッド車両１の減速時には、駆動モータ４が回生運転されて、駆動輪から駆動モータ４に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ４が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がハイブリッド車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。このときにも、駆動モータ４の発電電力が電池１１に供給されることにより、電池１１が充電される。

【0032】

＜ＮＶ低減制御＞
図２は、エンジン２のクランク角と軸トルクおよび筒内圧との関係を示す図である。

【0033】

３気筒４ストロークのエンジン２では、１番気筒の排気上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）をクランク角の基準（０°ＣＡ）とし、各気筒の点火順序が１番気筒→３番気筒→２番気筒の順とした場合、１サイクルでクランク角が０°～７２０°ＣＡの範囲で変化し、３６０～５４０°ＣＡが１番気筒の燃焼行程となり、６００～６０°ＣＡが３番気筒の燃焼行程となり、１２０～３００°ＣＡが１番気筒の燃焼行程となる。

【0034】

図３は、エンジン２のピストン３１およびクランク機構３２を図解的に示す図である。

【0035】

各気筒の燃焼行程では、エンジン２のピストン３１に爆発（燃焼）による爆発力が作用し、その爆発力は、ピストン３１からピストン３１とクランク機構３２（クランクピン）とを連結するコンロッド（コネクティングロッド）３３に付与される爆発トルク（回転力）Ｆ１と、ピストン３１に付与されるストローク方向と直交する方向の側力Ｆ２とに分解される。

【0036】

そのため、爆発トルクが大きいと、それに伴ってエンジン２のロストルクとなる側力Ｆ２が大きくなる。その結果、エンジン２の横揺れが大きくなり、ＮＶ（ノイズバイブレーション）特性が悪化する。

【0037】

そこで、ＨＶ－ＥＣＵ１７は、ＥＦＩ－ＥＣＵ１８からエンジン２のクランク角の情報を取得し、図２に示されるように、クランク角が各気筒の燃焼行程内に設定した所定範囲に含まれないときには、発電モータ３からエンジン２に対して負となる第１値のトルクがＭＧ１トルクとして出力され、クランク角が所定範囲に含まれるときには、発電モータ３から第１値よりも絶対値の小さい第２値のトルク（第１値のトルクよりも弱いトルク）がＭＧ１トルクとして出力されるように、ＭＧＥＣＵ１６に発電モータ３のモータ制御指令を送信する。

【0038】

所定範囲は、クランク角の範囲として、たとえば、各気筒の点火タイミングとほぼ同じタイミングで開始され、その開始時のクランク角から一定角度だけ回転が進んだクランク角で終了される範囲に設定される。所定範囲には、各気筒の筒内圧がピークとなるクランク角が少なくとも含まれる。

【0039】

第１値は、電池１１の充電容量に対する充電残量の比率を示すＳＯＣ（State Of Charge）に応じて可変に設定される。たとえば、電池１１のＳＯＣが低いほど、第１値が連続的に大きくなるように、または、第１値が段階的に大きくなるように設定されてもよい。

【0040】

また、第１値は、ハイブリッド車両１の車速に応じて可変に設定されてもよい。たとえば、ハイブリッド車両１の車速が速い、すなわち、消費電力量が大きいほど、第１値が連続的に大きくなるように、または、第１値が段階的に大きくなるように設定されてもよい。

【0041】

さらに、第１値は、電池１１のＳＯＣおよび車速（発電量）に応じて可変に設定されてもよい。

【0042】

＜作用効果＞
このように、エンジン２の各気筒の燃焼行程内に所定範囲が設定され、エンジン２のクランク角が所定範囲に含まれるときに、クランク角が所定範囲に含まれないときよりも、発電モータ３が発電により出力するＭＧ１トルク（発電トルク）が低減される。

【0043】

クランク角が燃焼行程内の所定範囲に含まれるときに、ＭＧ１トルクが低減されることにより、エンジン２のクランクシャフトのイナーシャが小さくなり、コンロッド３３に付与される爆発トルクＦ１に対する反力が小さくなる。その結果、ピストン３１に作用する側力Ｆ２が小さくなるので、エンジン２の横揺れを抑制でき、その横揺れによるＮＶ特性の悪化を抑制できる。

【0044】

所定範囲は、ＭＧ１トルクの低減がエンジン２の各気筒の点火とほぼ同じタイミングで開始されるように設定されている。これにより、ピストン３１からコンロッド３３に爆発トルクＦ１が付与され始めるときから、その回転力に対する反力を小さくでき、側力Ｆ２によるＮＶを良好に抑制することができる。

【0045】

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

【0046】

たとえば、前述の実施形態では、クランク角が所定範囲に含まれるときに、発電モータ３から一定の第２値のＭＧ１トルクが出力されるとしたが、第１値よりも絶対値の小さい値であれば、第２値が一定でなくてもよく、第２値が所定範囲で非線形に変更されてもよい。

【0047】

所定範囲は、各気筒の燃焼行程の全範囲であってもよい。

【0048】

また、ＨＶ－ＥＣＵ１７の不揮発性メモリに、エンジン２のクランク角と軸トルクとの関係がマップの状態で記憶されていて、その関係からエンジン２のクランク角に応じた軸トルクが取得されて、たとえば、軸トルクが開始閾値以上に上昇したときに、所定期間が開始され（ＭＧ１トルクの低減が開始され）、軸トルクが終了閾値以下に低下したときに、所定期間が終了されてもよい。

【0049】

エンジン２は、３気筒４ストロークのガソリンエンジンであるとしたが、３気筒に限らず、４気筒以上であってもよいし、２気筒以下であってもよい。

【0050】

また、前述の実施形態では、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両１を取り上げたが、本発明は、エンジンおよびエンジンに直結される発電モータを搭載したハイブリッド車両であれば、シリーズ方式以外の方式のハイブリッドシステムを搭載したハイブリッド車両に適用することもできる。

【0051】

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

【符号の説明】

【0052】

１：ハイブリッド車両（車両）
２：エンジン
３：発電モータ
１７：ＨＶ－ＥＣＵ（車両用制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】