用于混合动力车辆的控制装置的制作方法

本发明涉及用于使用内燃机和电动机作为驱动源的混合动力车辆的控制装置。

背景技术：

作为这种类型的装置的示例，提出在混合动力车辆中计算去除与驱动轴的曲轴的转矩有关的转矩脉动分量的影响的补偿转矩并通过从转矩指令值中减去所计算的补偿转矩来修正电动机的转矩指令值的装置(参见日本专利申请公开No.2010-023790(JP 2010-023790 A))。

技术实现要素：

根据上述相关技术，通过使用从驱动源到驱动轴的转矩传递函数来计算补偿转矩。因此，可能难以充分地抑制在由于车辆使用的长期(secular)变化和环境导致的驱动轴的传输特性改变的情况中的转矩脉动分量的影响。

本发明提出一种能够改进用于抑制转矩脉动分量的影响的控制鲁棒性的用于混合动力车辆的控制装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的控制装置。该车辆包括连接到驱动轴以传送动力的内燃机，和连接到驱动轴以传送动力的电动机。控制装置包括电子控制单元。电子控制单元被配置为(a)计算降低内燃机的发动机转矩的脉动分量的补偿转矩，(b)对电动机指令电动机的所需转矩与所计算的补偿转矩接合的值，作为电动机的转矩指令值，和(c)当平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，修正转矩指令值，以使不对电动机指令符号与平均转矩命令值相反的值。

根据本发明，用于混合动力车辆的控制装置被安装在包括连接到驱动轴以传送动力的内燃机和连接到驱动轴以传送动力的电动机的车辆上，电动机的数量是1或更多。根据本发明的“电动机”可以是以电动发电机(电动发电机)实现的电动机。换句话说，根据本发明中的“电动机”可以指电动发电机，只要该电动发电机可以用作电动机。

包括存储器、处理器等的控制装置计算降低内燃机的发动机转矩的脉动分量的补偿转矩。公知的各种方面能够应用到用于计算补偿转矩的方法。该方法的详细描述在此将省略。

例如，控制装置对电动机指令电动机所需的转矩与所计算的补偿转矩结合的值，作为电动机的转矩指令值。从电动机输出对应于所指令的转矩指令值的转矩，由此可以降低由于发动机转矩的脉动分量而产生的驱动轴的振动。

当车辆的电动机的数量是2或更多时，所计算的补偿转矩可以由多个电动机以任意分担比承担。换言之，来自作为补偿转矩的部分的多个电动机中的每一个电动机的转矩输出的总和可以匹配所计算的补偿转矩。

这里，根据由本申请的发明人进行的研究已经发现以下事项。从内燃机输出的发动机转矩的脉动分量到驱动轴的传输的特性(例如，相位、增益等)不是恒定的，且由于例如在制造期间发生的产品变化、长期变化以及车辆使用的环境(也就是，不同车辆的传输特性可以发生变化)而变化。然后，在例如补偿转矩计算处理的用于降低发动机转矩的脉动分量的影响的控制(以下，适当地称为“减振控制”)中在预先设定的值与车辆的实际状态之间可能发生偏差。

当从电动机输出的转矩的值接近0Nm时，从电动机输出的转矩的值由于降低脉动分量的补偿转矩而可以是正值或负值(在下文，适当地称为“过0Nm的转矩值”)。换句话说，补偿转矩可以使得该转矩被添加到驱动轴，从而成为以一个方向转动驱动轴的转矩或成为以与该一个方向相反的方向转动驱动轴的转矩。

当在关于减振控制的设定值与车辆的实际状态之间发生偏差且通过减振控制从电动机输出的转矩不为0Nm时，变得难以抑制驱动轴的转矩波动，且可能发生不期望的车辆振动、异常噪声等。

即使当关于减振控制的设定值与车辆的实际状态之间不发生偏差时，通过减振控制可以将驱动轴的转矩波动抑制到容许程度，除非从电动机输出的转矩不过0Nm。

根据本发明的一方面，包括存储器、处理器等的控制装置修正转矩指令值，以使当平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，不对电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值。

这里，“当平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时”可以指当如果没有采取反措施而转矩指令值过0Nm时。“平均转矩指令值”可以指对应于内燃机的一个爆发循环(explosion cycle)的周期的平均转矩指令值。

“不对电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值”可以指当平均转矩指令值是正值时没有负值被指令给电动机作为转矩指令值，以及当平均转矩指令值是负值时没有正值被指令给电动机作为转矩指令值。

如上所述，控制装置修正转矩指令值。因此，甚至当在关于减振控制的设定值与车辆的实际值之间发生偏差时，能够抑制驱动轴的转矩波动。

根据本发明的一个方面，控制装置可以修正转矩指令值，以使当平均指令值是正值时，转矩指令值至少为零。控制装置可修正转矩指令值，以使当平均转矩指令值是负值时，转矩指令值等于或小于0。

根据该方面，可以相对容易地防止对电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值。

具体而言，例如，控制装置可以通过降低转矩指令值的振幅(即，降低增益)来修正转矩指令值，以使当平均转矩指令值是正值时转矩指令值至少为0，以及当平均转矩指令值是负值时转矩指令值等于或小于0。可替代地，控制装置可以允许当平均转矩指令值是正值时负的转矩指令值为零，且允许当平均转矩指令值是负值时正的转矩指令值为零。

根据本发明的另一个方面，车辆的电动机的数量可以是2或更多，并且控制装置控制补偿转矩的相位，以使其成为在从内燃机朝向驱动轴的动力传输路径中的最下游侧布置的电动机中的一个电动机的转速的波动被最小化时的相位。

根据该方面，可以适当地抑制由发动机转矩的脉动分量产生的驱动轴的转矩波动。

这里，“在从内燃机朝向驱动轴的动力传输路径中的最下游侧布置的电动机”可以指具有插入在电动机和驱动轴之间的最少数量的设置有齿隙的组件(例如齿轮和轴)的电动机，即受转矩波动影响最小的电动机。

关于曲柄角的减振控制转矩的相位(即，补偿转矩)(其是关于减振控制的设定值中的一个)被设定为在制造期间适当处理的最佳相位。然而，当车辆的状态(具体而言，例如，齿轮齿隙状态)由于长期变化等变化时，关于曲柄角的补偿转矩的最佳相位也改变。

如上所述，即使在关于减振控制的设定值与车辆的实际状态之间不发生偏差时，通过减振控制能够将驱动轴的转矩波动被抑制在容许的程度，除非从电动机输出的转矩不过0Nm。

如果允许关于减振控制的设定值离车辆的实际状态更近，则能够进一步抑制驱动轴的转矩波动。

这里，根据由本申请的发明人进行的研究已经发现，关于补偿转矩的相位的电动机的转动波动(也就是，在到驱动轴的动力传输路径中的最下游侧布置的电动机)匹配驱动轴的转矩波动的振幅改变趋势，且当从电动机输出的转矩不过0Nm时电动机的转动波动被最小化时的补偿转矩的相位是最佳相位。

如上所述，控制装置可以控制补偿转矩的相位，以使其成为在从内燃机朝向驱动轴的动力传输路径中的最下游侧布置的电动机的转数的波动被最小化时的相位。然后，关于减振控制的设定值能够变得比车辆的实际状态更近，且能够适当抑制驱动轴的转矩波动。

此外，不必为了改变补偿转矩的相位而在驱动轴上另外安装转矩传感器，这对实际用途是非常有利的。

根据本发明的另一方面，控制装置可以估计输入到驱动轴中的平均输入转矩值。当估计的平均输入转矩值等于或小于预定值并且平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，控制装置可以修正转矩指令值，以使不对一个或多个电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值。

根据该方面，包括存储器、处理器等的控制装置估计输入到驱动轴的平均输入转矩值。公知的各种方面能够应用到用于估计输入转矩的方法。该方法的详细描述在此将省略。

当所估计的平均输入转矩值等于或小于预定值，并且平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，控制装置可以修正该转矩指令值，以使不对电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值。

这里，已经根据由本申请的发明人进行的研究发现以下事项。即使当关于减振控制的设定值与车辆的实际状态之间不发生偏差时，例如在自动传送被设定为高齿轮时所需驱动力小且加速器开度相对小，或当在加速器被关闭(OFF)之后加速器缓慢打开(ON)时，驱动力保持接近0Nm或过0Nm。在这种情况下，如果从电动机输出的转矩过0Nm，则可能产生不期望的车辆振动、异常噪声等。

“当估计的平均输入转矩值等于或小于预定值”可以指当如上所述的驱动力保持接近0Nm或过0Nm。可以通过获得当过0Nm的转矩从电动机输出并作为对应于得到的范围的边界值的输入转矩或作为比输入转矩更大预定值的余量的值时，根据输入转矩和车辆行为(例如，是否产生车辆振动)之间的关系产生不期望的车辆振动、异常噪声等的范围，根据经验、实验或通过仿真来设定“预定值”。

在该方面中，当所估计的平均输入转矩值等于或小于预定值并且平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，控制装置可以修正转矩指令值，以使不对电动机指令符号与平均转矩指令值相反的值。因此，通过减振控制能够抑制可归因于从电动机输出的转矩的不期望的车辆振动、异常噪声等。

本发明的影响和其它优点将在下面实施例的描述中变得显而易见。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特点、优点、技术和工业意义，其中相同的标号表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出安装有根据实施例的电动机控制装置的混合动力车的主要部分的概念图；

图2是发动机转矩和脉动补偿转矩的示例；

图3是与电动发电机有关的转矩指令值的示例；

图4是在驱动轴转矩波动的爆发一次频率(explosion primary frequency)分量的振幅的示例；

图5是脉动补偿转矩的示例；

图6是关于实施例的转矩指令值的示例；

图7是关于实施例的转矩指令值的另一示例；以及

图8是示出驱动轴的转矩波动被最小化的相位与电动发电机的转动波动被最小化的相位之间的关系的示例的图。

具体实施方式

将参考附图描述关于本发明的电动机控制装置的实施例。

将参考图1描述安装有根据实施例的电动机控制装置的车辆的配置。图1是示出安装有根据实施例的电动机控制装置的混合动力车的主要部分的概念图。

图1中的混合动力车1包括作为动力源的发动机10、电动发电机MG1以及电动发电机MG2。动力分配机构13经由扭振减振器(torsional damper)12连接到发动机10的曲轴11。

动力分配机构13被配置为具有外部太阳齿轮131，与该太阳齿轮131同心布置的内部环形齿轮134，与该太阳齿轮131啮合并与环形齿轮134啮合的多个小齿轮132，和保持多个小齿轮132自转和公转的导轮(carrier)133。动力分配机构13被配置为通过使用太阳齿轮131，环形齿轮134，以及导轮133作为转动元件而执行差速操作的行星齿轮机构。

发动机10的曲轴11连接到动力分配机构13的导轮133。电动发电机MG1连接到动力分配机构13的太阳齿轮131。减速齿轮15经由环形齿轮轴14连接到动力分配机构13的环形齿轮134。

当电动发电机MG1用作发电机时，动力分配机构13根据太阳齿轮131和环形齿轮134的齿轮比将从导轮133输入的发动机10的动力分配到太阳齿轮131侧和环形齿轮134侧。当电动发电机MG1用作电动机时，动力分配机构13将从导轮133输入的发动机10的动力与从太阳齿轮131输入的电动发动机MG1的动力结合，并将所结合的动力输出到环形齿轮134侧。

电动发电机MG2也被连接到减速齿轮15。被输出到动力分配机构13的环形齿轮134侧的动力和从电动发电机MG2输出的动力经由减速齿轮15，差速齿轮16和驱动轴17被输出到驱动轮18。

混合动力汽车1包括设定发动机10的目标输出和电动发电机MG1、MG2的各自的转矩指令值的HV控制器23，以及控制每个电动发电机MG1、MG2的电子控制单元(ECU)100。ECU 100是根据本发明的用于混合动力车辆的控制装置的示例。

确定发动机10的目标输出或电动机发电机MG1、MG2的各自的转矩指令值与加速器开度、车速等之间的关系的映射预先被记录在HV控制器23中。通过将例如加速器开度和车速的信息应用到该映射，来设定发动机10的目标输出和电动发电机MG1、MG2的各自转矩指令值。

当发动机10在操作中，基于发动机10的燃烧循环(combustion cycle)在曲轴11中生成转矩脉动分量。转矩脉动分量经由直接或间接连接到曲轴11的构件被传递到驱动轴17，且在驱动轴17中产生振动。

如上所述，ECU 100控制每个电动发电机MG1、MG2。特别是，本文将具体描述用于抑制由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动的电动发电机MG2的控制。

ECU 100被配置为具有曲轴转矩估计单元110、转矩脉动分量计算单元120、补偿转矩计算单元130以及转矩修正单元140。

曲轴转矩估计单元110基于由曲柄角度传感器21检测的曲柄角和由气缸压力传感器(未示出)

检测的气缸压力来估计曲轴转矩。公知的各种方面能够被应用到用于估计曲轴转矩的方法。该方法的详细描述在此将省略。

转矩脉动分量计算单元120从所估计的曲轴转矩提取转矩脉动分量。具体而言，例如，转矩脉动分量计算单元120执行高通滤波处理，使得所估计的曲轴转矩在一个循环的周期中的平均值为零，并计算转矩脉动分量。各种公知的方面以及上述方法能够被应用到用于计算转矩脉动分量的方法。

补偿转矩计算单元130基于计算的转矩脉动分量和从驱动源到驱动轴17的转矩传递函数来计算从电动发电机MG2输出的补偿转矩值，以降低由于转矩脉动分量导致的驱动轴17的振动。公知的各种方面能够被应用到用于计算补偿转矩的方法。该方法的详细描述在此将省略。

图2示出了补偿转矩的一个具体示例。图2中从上数第二个图是当发动机转矩的相位与由于转矩脉动分量导致在驱动轴17中产生的振动的相位对位时的补偿转矩的示例。图2中从上数第三个图是当由于转矩脉动分量导致在驱动轴17中产生的振动的相位超前发动机转矩的相位90度时的补偿转矩的示例。图2中从上数第四个图是当由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动的相位超前发动机转矩的相位180度时的补偿转矩的示例。补偿转矩不限于图2中所示的正弦曲线，并且可以例如是三角波或方波。

转矩修正单元140通过组合由HV控制器23设定的电动发电机MG2的所需转矩值与由补偿转矩计算单元130计算出的补偿转矩值来确定与电动发电机MG2有关的转矩指令值。

当表示转矩指令值的信号被传送到逆变器(未示出)时，根据该转矩指令值由逆变器控制电动发电机MG2。结果是，由于在曲轴11中产生的转矩脉动分量导致在驱动轴17中产生的振动被降低。

由于诸如产品变化、长期变化以及使用环境的各种因素，车辆之间在曲轴11中产生的转矩脉动分量到驱动轴17的传输特性不同。在补偿转矩计算等中使用的参数被预先设定以被优化到在制造期间的合适过程。在这种类型的装置中，在大多数情况下被预先设定的值不被重置(或修正)。

例如，当由于长期变化在动力传输路径上的齿轮元件中发生齿隙(backlash)时，在用于减振控制预先设定的值与混合动力车1的实际状态(例如在齿轮元件中发生齿隙的状态)之间可能发生偏差。

当电动发电机MG2的所需转矩值接近0Nm并且所需转矩与补偿转矩结合时，关于电动发电机MG2的转矩指令值可以成为正值或负值，例如，如图3中所示。图3是关于电动发电机的转矩指令值的示例。图中的“挤压转矩(pressing torque)”是根据本实施例的“所需转矩”的示例。

当转矩指令值过0Nm时，在转矩指令值的相位与由于例如齿轮元件的齿隙导致在驱动轴17中产生的振动的相位之间可以发生偏差。然后，可以不充分地降低由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动。

当用于减振控制而预先设定的值与混合动力车1的实际状态之间发生偏差且关于电动发电机MG2的转矩指令值过0Nm时，驱动轴17的波动和构成差速齿轮16的齿轮的波动等可以由于减振控制而变得显著。然后，可产生不期望的车辆振动、异常噪声等。

这里，将另外参考图4、5A、5B描述在用于减振控制而预先设定的值与混合动力车1的实际状态之间发生的偏差对减振控制的影响。图4是在驱动轴转矩波动中爆发一次频率分量的振幅的示例。图5A、5B是脉动补偿转矩的示例。

图4中的实线A示出当转矩指令值不过0Nm且补偿转矩的相位(即，最佳相位)为Θ1时补偿转矩的相位与爆发一次频率分量的振幅之间的关系的示例。补偿转矩是允许由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动被降低到最小的补偿转矩。

同样地，实线B表示当转矩指令值过0Nm且补偿转矩的最佳相位为Θ3时补偿转矩的相位与爆发一次频率分量的振幅之间的关系的示例。

在图4中，“脉动补偿转矩的相位”是指关于曲柄角的相位的补偿转矩的相位。因此，在图4中的曲线的横轴的值是曲柄角和补偿转矩之间的相位差。

从图4看出，当补偿转矩的相位偏离最佳相位时，爆发一次频率分量的振幅增大。特别是，当转矩指令值过0Nm且补偿转矩的相位偏离最佳相位(参照实线B)时，爆发一次频率分量的振幅显著增加。

假设在制造混合动力车1的早期阶段期间与减振控制有关的补偿转矩的波形被设定为如图5A、5B每者中的实线。如果混合动力车1的状态由于例如长期变化而变化，补偿转矩的波形也由于该变化而变化。具体地，例如，在如图5A中示出的制造的早期阶段期间补偿转矩的波形超前补偿转矩的波形相位Δ1。可替代地，在如图5B中示出的制造的早期阶段期间，补偿转矩的波形滞后补偿转矩的波形相位Δ2。

再次参考图4描述当在用于减振控制而预先设定的值与混合动力车1的实际状态之间发生偏差时爆发一次频率分量的振幅的变化。用于减振控制而预先设定的值是在制造的早期阶段期间被设定的值。这里，与减振控制有关的补偿转矩的最佳相位预先被设定为Θ2。

当转矩指令值过0Nm且对应于混合动力车1的实际状态的补偿转矩的最佳相位是Θ3(参照图4中的实线B)时，如果在预先设定的最佳相位Θ2中计算补偿转矩，则爆发一次频率分量的振幅是图4中点P1的值。因此，如上所述，由于减振控制产生不期望的车辆振动、异常噪声等。

当转矩指令值不过0Nm且对应于混合动力车1的实际状态的补偿转矩的最佳相位是Θ1(参照图4中的实线A)时，如果在预先设定的最佳相位Θ2中计算补偿转矩，则爆发一次频率分量的振幅是图4中点p2的值。换句话说，当转矩指令值不过0Nm时爆发一次频率分量的振幅的增量明显比当转矩指令值过0Nm时的小。

因此，如果转矩指令值不过0Nm，即使当用于减振控制而预先设定的值与混合动力车1的实际状态之间发生偏差时，可确认偏差的影响明显较小。

特别是在本实施例中，转矩修正单元140(参照图1)修正转矩指令值，由此当平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅(参考图3中的“A”)时，不对电动发电机MG2指令符号与平均转矩指令值相反的值。平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅的情况可以指如果不能采取反措施则转矩指令值过0Nm的情况。

具体地，例如，转矩修正单元140修正转矩指令值，由此当平均转矩指令值是正值(参照图6A，6B，6C)时转矩指令值变得等于或大于零。当平均转矩指令值是负值时，转矩修正单元140修正转矩指令值，由此转矩指令值等于或小于零(参照图7A，7B，7C)。

在转矩指令值的修正期间，当例如平均转矩指令值是正值(参照图6A)时，负转矩指令值可以被修正为零。可替代地，当平均转矩指令值是正值(参照图6B)时，负转矩指令值可以被修正为预定的正值。可替代地，补偿转矩的增益可以被降低，且然后与电动发电机MG2的所需转矩(参照图6C)组合。

根据该配置，转矩指令值不过0Nm，且因此即使在用于减振控制而预先设定的值与混合动力车1的实际状态之间发生偏差时，也能够抑制不期望的车辆振动、异常噪声等的产生。此外，能够适当降低由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动。换句话说，能够改进减振控制的鲁棒性。

根据本申请的发明人进行的研究，当电动发电机MG2的转矩指令值不过0Nm时发现以下事项。关于补偿转矩的相位的电动发电机MG2的转动波动与驱动轴17的转矩波动的振幅变化趋势匹配，以及电动发电机MG2的转动波动被最小化时的补偿转矩的相位是最佳相位。

另外将参考图8A、8B描述上述点。图8A、8B是示出驱动轴的转矩波动被最小化时的相位与电动发电机的转动波动被最小化时的相位之间的关系的示例的图。

首先，将参考图8A描述转矩指令值过0Nm的情况。

减速齿轮15、差速齿轮16等在电动发电机MG2与驱动轴17之间，如图1所示。因此，例如，加入到齿轮的转矩的方向在转矩指令值过0Nm时反向，且彼此接触的齿轮分开的状态发生。然后，由于彼此接触的齿轮分离的状态，驱动轴17的转矩波动被最小化时的补偿转矩的相位(此后称为“相位A”)不同于电动发电机MG2的转动波动被最小化时的补偿转矩的相位(以下，称为“相位B”)。

彼此接触的齿轮分离的状态在转矩指令值不过0Nm时不会发生。因此，驱动轴17的转矩波动被最小化时的补偿转矩的相位(在下文，简称为“相位C”)匹配电动发电机MG2的转动波动被最小化时的补偿转矩的相位(以下，称为“相位D”)，如图8B所示。

在本实施例中，补偿转矩计算单元130(参照图1)基于来自设置在电动发电机MG2的输出轴的解析器(resolver)22的输出信号，将补偿转矩的相位控制到电动发电机MG2的转动波动被最小化时的相位。换言之，在本实施例中，补偿转矩计算单元130以用于减振控制而预先设定的值来修正补偿转矩的相位。

根据该配置，允许与减振控制有关的值(这里，补偿转矩的相位)更接近混合动力车1的实际状态。结果，甚至可以更适当地降低由于转矩脉动分量在驱动轴17中产生的振动。

根据本实施例的“补偿转矩计算单元130”是根据本发明的“控制装置”的示例。根据该实施例的“转矩修正单元140”是根据本发明的“控制装置”的示例。

接下来，将描述根据实施例的用于混合动力车辆的控制装置的修改示例。

在该修改示例中，通过ECU 100(参照图1)估计输入到驱动轴17中的平均输入转矩值。公知的各种方面能够被应用到用于估计输入转矩的方法。该方法的详细描述在此将省略。

当估计的平均输入转矩值等于或小于预定值并且平均转矩指令值小于转矩指令值的振幅时，转矩修正单元140(参照图1)修正转矩指令值，由此不对电动发电机MG2指令符号与平均转矩指令值相反的值。用于修正转矩指令值的方法的具体示例类似于上述实施例的方法。

此处，“估计的平均输入转矩值等于或小于预定值的情况”可指输入转矩保持接近0Nm或过0Nm的情况。

根据该配置，当输入转矩保持接近0Nm或过0Nm时能够抑制由于减振控制导致的不期望的车辆振动、异常噪声等的产生，输入转矩保持接近0Nm或过0Nm的示例包括当自动传输被设定为高齿轮时所需驱动力小且加速器开度相对小和加速器在关闭(OFF)之后被缓慢开启(ON)。

本发明并不限于上述实施例，并且能够在不偏离权利要求的范围和整个说明书中阐明的本发明的要点或实质的范围内进行合适修改。需要这种修改的电动机控制装置也被包含在本发明的技术范围中。