特開 2024-175293 車両の動力ユニットの制御方法

(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】P2024175293

(43)【公開日】2024-12-18

(54)【発明の名称】車両の動力ユニットの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/16 20160101AFI20241211BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20241211BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20241211BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20241211BHJP

   F02D 41/06 20060101ALI20241211BHJP

【ＦＩ】

B60W20/16 ZHV

B60W10/08 900

B60W10/06 900

F02D45/00 368F

F02D41/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092962

(22)【出願日】2023-06-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】半田 英之

【テーマコード（参考）】

3D202

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3D202BB09

3D202BB11

3D202CC47

3D202DD21

3D202DD22

3D202DD24

3G301HA18

3G301JA37

3G301KA05

3G301MA01

3G301PA01Z

3G301PD09Z

3G301PE01Z

3G301PF01Z

3G301PF03Z

3G301PF07Z

3G384AA11

3G384AA28

3G384BA09

3G384BA39

3G384CA03

3G384DA15

3G384FA06Z

3G384FA41Z

3G384FA46Z

3G384FA56Z

3G384FA73Z

3G384FA79Z

(57)【要約】

【課題】ハイブリッド車両の動力ユニットにおいて、排気浄化触媒の温度を高めるため、空燃比を周期的に変動させるディザー制御に起因する車体振動を抑制する。
【解決手段】ディザー制御時、空燃比λの変動に対応してエンジンの出力トルクも変動する（変動分ｔ_E)。空燃比λの変動周波数が車体の共振領域にあるとき、エンジンの出力トルクに、モータによる補正用の出力トルクｔ_Mを加算する。これにより、動力ユニットの出力トルクの変動分ｔ_Lの周波数を、空燃比の変動周波数より高い値とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと電気モータを備えた車両の動力ユニットの制御方法であって、
触媒温度を高めるために、前記エンジンに供給する混合気の空燃比を能動的に周期的に変化させるディザー制御を実行し、
前記ディザー制御による空燃比の変動周波数が車体の共振領域内となるとき、当該動力ユニットの出力トルクの変動周波数が前記車体の共振領域外となるように前記電気モータの出力トルクを制御する、
動力ユニットの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の動力ユニットの制御方法、特に車体振動を抑制する制御に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、車両を駆動する原動機としてエンジン（１）と電気モータ（モータ／ジェネレータ５）を備えたハイブリッド車両が示されている。このハイブリッド車両においては、エンジン（１）のトルク変動が車体の振動系の共振を励起する場合、電気モータ（５）の出力トルクによってエンジン（１）のトルク変動の少なくとも一部を相殺する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－６７２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エンジンに供給する混合気の空燃比を比較的短い周期で変動させ、排気ガス浄化触媒の温度を早期に上昇させるディザー制御が知られている。一方、ディザー制御を実行するとエンジンの出力トルクの変動が生じ、車体の共振を励起する場合がある。

【0005】

本発明は、ディザー制御時において、車体の振動を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る動力ユニットの制御方法は、エンジンと電気モータを備えた車両の動力ユニットの制御方法であって、触媒温度を高めるために、エンジンに供給する混合気の空燃比を能動的に周期的に変化させるディザー制御を実行し、ディザー制御による空燃比の変動周波数が車体の共振領域内となるとき、当該動力ユニットの出力トルクの変動周波数が車体の共振領域外となるように電気モータの出力トルクを制御する。

【発明の効果】

【0007】

ディザー制御時において、空燃比の変動に応じて変動するエンジンの出力トルクに、電気モータの所定の出力トルクを加えることで、動力ユニットの総出力トルクの変動周波数を共振領域から外すことができ、車体の振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態の車両の動力ユニットおよびその制御系の要部を示す図である。

【図2】車体の振動特性を示す図である。

【図3】ディザー制御時の車体振動抑制制御を説明するタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、代表的なハイブリッド車１０の要部構成、およびハイブリッド車１０の動力ユニット１２の制御系を示す図である。動力ユニット１２は、車両駆動用の原動機としてガソリンエンジン１４と電気モータ１６を含む。以下、ガソリンエンジン１４をエンジン１４と、電気モータ１６をモータ１６と記す。モータ１６は、変速機１８と一体化されている。また、モータ１６は発電機としても機能する。エンジン１４の吸気系は、吸気量を調整するスロットル弁２０と、吸気をエンジン１４の各気筒に導く吸気マニホルド２２を含む。吸気系には、吸気量を検出する吸気量センサ２４、吸気に対して燃料を供給する燃料噴射弁２６が備わる。エンジン１４の排気系は、排気マニホルドを含む排気管２８と、排気管２８の途中に配置された排気浄化のための触媒装置３０を含む。さらに、触媒装置３０の直前にフロント空燃比センサ３２、直後にリヤ空燃比センサ３４が配置されている。触媒装置３０には、内部の温度を検出する触媒温度センサ３６が設けられている。または、触媒の温度を推定する制御機能を有する。

【0010】

動力ユニット１２の制御装置３８には、前出の吸気量センサ２４、フロント空燃比センサ３２、リヤ空燃比センサ３４、触媒温度センサ３６に加え、車速センサ４０、アクセルセンサ４２、変速比センサ４４、エンジン回転速度センサ４６の出力が入力される．車速センサ４０は、車輪または最終減速機のギヤの回転速度に基づき車両の速度を検出する。アクセルセンサ４２は、運転者のアクセルペダル４８の操作量を検出する。アクセルペダル４８の操作量から、運転者の加速要求を把握する。変速比センサ４４は、変速機１８の変速比を検出する。有段の変速機であれば、選択されたギヤ段を検出することで変速比が検出できる。無段変速機、例えばベルト式の無段変速機であれば、ベルトを挟むプーリのストロークに基づき変速比を検出することができる。エンジン回転速度センサ４６は、エンジン１４の回転要素、例えばクランクシャフトの回転速度を検出する。制御装置３８は、これらのセンサの出力から車両の走行状況および運転者の加速要求などを把握し、これに応じて動力ユニット１２の制御を行う。具体的には、制御装置３８は、スロットル弁２０の開度、燃料噴射弁２６からの燃料噴射量を制御してエンジン１４を制御し、変速機１８の変速比を制御し、さらにモータ１６に電力を供給するモータ駆動部５０を介してモータ１６を制御する。

【0011】

エンジン１４の吸気の空燃比は、理論空燃比に制御される。通常時、つまり触媒が活性化しているときには、フロント空燃比センサ３２により空燃比を検出し、検出値を燃料噴射量にフィードバックし、空燃比を理論空燃比に制御する。すなわち、理論空燃比を含む制御範囲を設定し、検出された空燃比が制御範囲からリッチ側（燃料過剰側）に逸脱したら燃料噴射量を減少させ、リーン側（燃料希薄側）に逸脱したら燃料噴射量を増加する。したがって、通常時においては、空燃比のリッチからリーンへの、またリーンからリッチへの切換のタイミングは、排気の状態から受動的に定まる。

【0012】

空燃比のリッチ／リーンの切換を短い周期、例えば数十ｍ秒で能動的に繰り返すと、触媒の温度が上昇することが知られている。この空燃比を短い周期で繰り返す制御を「ディザー制御」と記す。ディザー制御において、空燃比の変動周波数を高くすると触媒温度の上昇が早まるが、一方排気の浄化率は低下する傾向がある。よって、触媒の温度、要求される排気の浄化率に応じて、ディザー制御における空燃比の変動周波数を変更することが望ましい。

【0013】

ディザー制御により空燃比が変動すると空燃比の変動に伴ってエンジン１４の出力トルクが変動する。エンジン１４の出力トルクの変動周波数が車体の共振周波数に近接すると、車体振動が悪化する。図２は、加振周波数に対する車体の伝達感度を示す図である。図中の共振点近傍の周波数の範囲Ｒに加振周波数が入ると、車体の振動が大きくなる。以下、範囲Ｒを共振領域Ｒと記す。ディザー制御による出力トルクの変動周波数が、図中にＡで示すように共振領域Ｒにあると、車体振動が悪化する。空燃比変動周波数が共振領域Ｒに入らないように、これを定めると、所望の触媒温度または排気浄化率を得られない場合がある。したがって、そのとき必要な触媒温度および排気浄化率から空燃比変動周波数を定め、この周波数が共振領域Ｒに入る場合には、他の手法により車体への加振周波数を変更することが望まれる。

【0014】

このハイブリッド車１０においては、ディザー制御中に、エンジン１４の出力トルクにモータ１６の出力トルクを加えることにより、車体に対する加振周波数が共振領域Ｒに入らないように動力ユニット１２を制御する。

【0015】

ディザー制御は、触媒温度を高める必要があるときに実行される。例えば、触媒温度を検出し、これが低いときディザー制御を実行する。また、触媒温度が低いと推定されるとき、または低くなると推定されるとき、ディザー制御を実行する。例えば、エンジン１４の出力要求が低い、エンジン１４の回転速度が低いなどの車両の走行状況に基づき、触媒温度が低いこと、または低くなることを推定する。触媒温度が所定温度以上になるか、触媒温度が低くなる状況が解消した場合、ディザー制御を終了する。

【0016】

ディザー制御における空燃比の変動周波数は、そのときの車両の走行状況により決定される。エンジン１４が低回転軽負荷で運転している場合には、排気ガスの温度が低下する。よって、このときには触媒温度の上昇を優先して空燃比の変動周波数を高く設定することができる。

【0017】

次に、ディザー制御による空燃比の変動周波数が、車体の共振領域Ｒ内となる場合には、モータ１６の出力トルクを変動させて動力ユニット１２の出力トルクの変動周波数が共振領域Ｒ外となるようにする。車体の共振周波数は、車両の状況、例えば変速機１８の変速比によって変化するので、そのときの共振周波数に基づき共振領域Ｒを設定する。ディザー制御が終了した時点でモータ１６の出力トルクの変動制御を終了する。また、ディザー制御による空燃比の変動周波数が、車体の共振領域Ｒ外となったらモータ１６の出力トルクの変動制御を終了する。

【0018】

図３は、ディザー制御における出力トルクの制御の説明図である。最上段には、空燃比のリッチ状態の継続時間およびリーン状態の継続時間を計測するための継続時間カウンタのカウント値Ｃが示されている。継続時間のカウント値Ｃは、空燃比がリーンからリッチに、またはリッチからリーンになった時点で０となり、その後時間の経過に比例してカウント値Ｃが増加する。よって、カウント値Ｃは、図示されるように、リーン期間、リッチ期間のそれぞれにおいて、０から上限値Ｃ_Uまで右肩上がりに増加する。カウント値の上限値Ｃ_Uは、設定された空燃比の変動周波数に基づき定められる。

【0019】

上から２段目には、ディザー制御における空燃比の制御目標値λが示されている。空燃比の制御目標値λは、燃料が理論空燃比に対して希薄（リーン）である所定値λ₁と、燃料が過剰（リッチ）である所定値λ₂を周期的に繰り返す。空燃比λは、カウント値Ｃが上限値Ｃ_Uに達するまで、リーン（λ₁）またはリッチ（λ₂）の状態が維持され、カウント値が上限値Ｃ_Uに達すると、リーン（λ₁）がリッチ（λ₂）に、またはリッチ（λ₂）がリーン（λ₁）に変更される。

【0020】

３段目には、エンジン１４の出力トルクの変動分ｔ_Eが示されている。エンジン１４の出力トルクＴ_Eは、空燃比がリーン（λ₁）のときt_ELだけ減少し（Ｔ_E－ｔ_EL)、リッチ（λ₂）のときｔ_ELだけ増加する（Ｔ_E＋ｔ_EL)。

【0021】

４段目には、ディザー制御に起因する車体振動を抑制するためのモータ１６の出力トルクの変動分ｔ_Mが示されている。この変動する出力トルクを補正用出力トルクｔ_Mと記す。補正用出力トルクｔ_Mは、動力ユニットの総出力トルクＴの変動分tの振幅がエンジン出力の変動分ｔ_Eの振幅と同じになるように、かつ周波数が、エンジン出力トルクの変動分ｔ_Eの周波数の２倍となるように定められる。具体的には、補正用出力トルクｔ_Mは、エンジン出力トルクの変動分ｔ_Eの値（±ｔ_EL）の２倍の値（±ｔ_ML（＝±ｔ_EL×２））と０を採る。また、補正用出力トルクｔ_Mは、空燃比のリッチまたはリーンの継続時間の半分の時間で値が変化する。つまり、補正用出力トルクｔ_Mは、継続時間のカウント値Ｃが上限値Ｃ_Uとなった時点に加え、上限値Ｃ_Uの半分の値（Ｃ_U／２）となった時点で変化する。具体的には、補正用出力トルクｔ_Mは、空燃比がリーン（λ₁）の期間の前半では０に制御され（ｔ_M＝０）、後半ではｔ_MLに制御される（ｔ_M＝ｔ_ML＝ｔ_EL×２）。また、空燃比がリッチ（λ₂）の期間の前半では、－ｔ_MLに制御され（ｔ_M＝－ｔ_ML＝－ｔ_E×２）、後半では０に制御される（ｔ_M＝０）。

【0022】

５段目には、動力ユニット１２の総出力トルクの変動分ｔが示されている。これは、３段目に示すエンジン出力トルクの変動分ｔ_Eと、４段目に示すモータ１６の補正用出力トルクｔ_Mとの和となる。総出力トルクの変動分ｔは、振幅がｔ_Lとなり、周波数がディザー制御による空燃比λの変動周波数の２倍となる。これにより、図２に示すように、車体への加振周波数を、ディザー制御による加振周波数Ａの２倍の周波数Ｂとすることができ、共振領域Ｒ外とすることができる。

【0023】

ディザー制御による空燃比の変動周波数と車体共振周波数の一方または双方は、制御を簡単にするために、固定値としてもよい。

【0024】

また、上述の実施形態では、動力ユニットの出力トルクの変動周波数が、空燃比の変動周波数の２倍になるよう補正用出力トルクを制御した。すなわち、空燃比のリッチおよびリーンの継続期間を２分割し、分割された期間ごとにモータによる補正用出力トルクの値を変化させて、動力ユニットの出力トルクの変動周波数を変更した。しかし、リッチおよびリーンの継続期間の分割数を３以上とし、出力トルクの変動周波数をより高い周波数とすることもできる。

【0025】

本発明に係る他の態様について記す。エンジンと電気モータを備えた車両の動力ユニットの制御装置は、触媒温度を高めるディザー制御の実行を判断し、ディザー制御の空燃比の変動周波数を取得し、空燃比の変動周波数が車体の共振領域にある場合には、動力ユニットの出力トルクの変動周波数が車体の共振領域から外れるように電気モータの出力トルクを変動させるよう構成されている。

【符号の説明】

【0026】

１０ ハイブリッド車、１２ 動力ユニット、１４ エンジン、１６ （電気）モータ、１８ 変速機、２６ 燃料噴射弁、３０ 触媒装置、３２ フロント空燃費センサ、３４ リヤ空燃費センサ、３６ 触媒温度センサ、３８ 制御装置、４０ 車速センサ、４２ アクセルセンサ、４４ 変速比センサ、４６ エンジン回転速度センサ。

【図1】

【図2】

【図3】