JP2005090307A - 動力出力装置およびその制御方法並びに自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関をクランキングする際に駆動軸に作用するトルク脈動を抑制する。
【解決手段】 クランク角θに基づいて予め設定した仮補正トルク設定マップを用いてリングギヤ軸に作用するトルク脈動を抑制するためのトルクとしての仮補正トルクＴαｔｍｐを求め、これにエンジンの回転数Ｎｅに基づく補正係数Ｋを乗じたと補正トルクＴαを計算し（ステップＳ１６０）、この補正トルクＴαを用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定して（ステップＳ１７０〜Ｓ２００）、モータＭＧ２を駆動制御する。これによりエンジンをクランキングする際に駆動軸に作用するトルク脈動を抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに自動車に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトをキャリアに接続すると共に車軸に連結された駆動軸にリングギヤを接続したプラネタリギアと、このプラネタリギアのサンギアに動力を入出力する発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機とを備え、エンジンを始動するとき発電機を駆動しエンジンのクランキングを行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジン始動時に発電機によるエンジンのクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクの変動を演算し、その演算結果に基づいて電動機の出力トルクを補正することにより、最終的な出力軸としての駆動軸のトルク変動を補正している。
特開平９−１０９６９４号公報（第６頁）

しかしながら、上述の動力出力装置では、発電機によるエンジンのクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルク変動を補正するものの、エンジン始動時にはこのようなトルク変動に加えてクランキングによるピストンの往復運動に起因するトルク脈動が駆動軸に作用することがある。こうしたトルク脈動は、このような動力出力装置を搭載した自動車などの運転者に違和感を与えるものであるので、できるだけ抑制することが望ましい。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、内燃機関を始動するときに内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用するトルク脈動を抑制することを目的とする。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに自動車は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
前記駆動軸へのトルクの出力を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
該検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のクランキングするために前記駆動軸に作用させるキャンセルトルクと該内燃機関のクランキングに伴って該駆動軸に作用する脈動トルクの抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定する作用トルク設定手段と、
前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を駆動制御すると共に前記設定された作用トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する始動時駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関のクランキングするために駆動軸に作用させるキャンセルトルクと内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用する脈動トルクを抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定し、内燃機関の始動指示がなされたときには、内燃機関がクランキングされるようクランキング手段を駆動制御すると共に設定した作用トルクが駆動軸に出力されるよう電動機を駆動制御する。したがって、内燃機関の始動時に、クランキング手段による内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクと内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用するトルク脈動とを抑制することができる。ここで、前記電動機は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との間に接続されてなるものとすることもできる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記作用トルク設定手段は、前記キャンセルトルクを設定すると共に前記補正トルクを設定し、該設定したキャンセルトルクと該設定した補正トルクとの和を作用トルクとして設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、キャンセルトルクと補正トルクとを個別に設定して用いることができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記作用トルク設定手段は、前記回転数検出手段により検出された回転数が大きくなるほど小さくなる傾向で前記補正トルクを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の回転数に応じてトルク脈動を抑制することができる。

さらに、本発明の動力出力装置において、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段を備え、前記始動時駆動制御手段は、前記設定された要求トルクと前記設定された作用トルクとの和のトルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、クランキング手段による内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクと上述したトルク脈動とを抑制しながら操作者が駆動軸へ要求する要求トルクを駆動軸へ出力することができる。

あるいは、本発明の動力出力装置において、前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段であるものとすることもできるし、 前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車は、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置、すなわち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、内燃機関と、前記駆動軸へのトルクの出力を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、該検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のクランキングするために前記駆動軸に作用させるキャンセルトルクと該内燃機関のクランキングに伴って該駆動軸に作用する脈動トルクの抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定する作用トルク設定手段と、前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を駆動制御すると共に前記設定された作用トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する始動時駆動制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなることを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置を搭載しているので、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、クランキング手段による内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクに加え内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用するトルク脈動を抑制することができる効果や、クランキング手段による内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクや上述したトルク脈動を抑制しながら操作者が駆動軸へ要求する要求トルクを駆動軸へ出力することができる効果などを奏することができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、駆動軸へのトルクの出力を伴って該内燃機関をクランキングするクランキング手段と、該駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出し、
（ｂ）該検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のクランキングするために前記駆動軸に作用させるキャンセルトルクと該内燃機関のクランキングに伴って該駆動軸に作用する脈動トルクの抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定し、
（ｃ）前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を駆動制御すると共に前記設定された作用トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。

この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、検出された回転位置に基づいて内燃機関のクランキングするために駆動軸に作用させるキャンセルトルクと内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用する脈動トルクの抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定し、内燃機関の始動指示がなされたときには、内燃機関がクランキングされるようクランキング手段を駆動制御すると共に設定された作用トルクが駆動軸に出力されるよう電動機を駆動制御するから、内燃機関の始動時に、クランキング手段による内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に出力されるトルクに加え内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に作用するトルク脈動を抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。このエンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θや吸気系に取り付けられた吸気温センサ２３ｂからの吸気温Ｔａ，負圧検出センサ２３ｃからの吸気圧Ｖａ，スロットルポジションセンサ２３ｅからのスロットルバルブ２３ｄの開度（スロットル開度）ＳＰ，エンジン２２の冷却系に取り付けられた冷却水温度センサ２３ｆからの冷却水温Ｔｗなどが入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に運転停止しているエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。

始動時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅやクランク角θ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅとクランク角θは、クランクポジションセンサ２３ａにより検出されたクランク角θとこのクランク角θに基づいて計算された回転数ＮｅとをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊とリングギヤ軸３２ａに出力すべき駆動用のパワーとして駆動要求パワーＰｒ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。駆動要求パワーＰｒ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとして計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。

続いて、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとクランク角θとに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１２０）。実施例では、トルク指令Ｔｍ１＊は、図４のエンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例に示すように、エンジン２２の回転数Ｎｅとクランク角θとに基づいて設定される。図示するように、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振周波数を通過した時間ｔ２以降のエンジン２２のいずれかの気筒が膨張行程にさしかかるタイミングでトルク指令Ｔｍ１＊にエンジン２２を安定して回転数Ｎｒｅｆ以上にモータリングできるトルクを設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。なお、膨張行程にさしかかるタイミングはクランク角θによって判断することができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ３からレート処理を用いてトルク指令Ｔｍ１＊を値０とする。そして、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ５から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。いま、エンジン２２の始動指示がなされた直後を考えれば、トルク指令Ｔｍ１＊には比較的大きなトルクが設定されることになる。

モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が設定されると、エンジン２２の回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆより小さいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の始動指示がなされた直後を考えれば、エンジン２２の回転数Ｎｅは値０であるから、ステップＳ１６０に進み、クランク角θに基づく仮補正トルクＴαｔｍｐとエンジン２２の回転数Ｎｅに基づく補正係数Ｋとの積として計算される補正トルクＴαを設定する（ステップＳ１６０）。仮補正トルクＴαｔｍｐと補正係数Ｋとついて以下に説明する。

いま、実施例のエンジン２２が４サイクルの多気筒のエンジンである場合のいずれかの気筒について考える。エンジン２２をクランキングすると、対象の気筒は、吸気・圧縮・膨張・排気の４つの行程を繰り返す。このとき、燃料噴射や点火は行なわれないが、シリンダ内の圧力は圧縮行程で高くなり膨張行程で低くなる。こうしたシリンダ内の圧力変化は、ピストンを介してエンジン２２のクランクシャフト２６にトルクとして作用する。吸気行程や排気行程でもシリンダ内に若干の圧力変化が生じるが、圧縮行程や膨張行程に比してその大きさは小さいため無視することができる。クランクシャフト２６に作用するトルクは、動力分配統合機構３０を介して駆動軸としてのリングギア軸３２ａに作用するから、シリンダ内の圧力変化に基づくトルク脈動としてリングギヤ軸３２ａにも現われることになる。図５にシリンダ内の圧力変化に基づいてリングギア軸３２ａに作用するトルクとクランク角θとの関係の一例と抑制トルクとクランク角θとの関係の一例を示す。図中、破線がリングギア軸３２ａに作用するトルクとクランク角θとの関係を示し、実線が抑制トルクとクランク角θとの関係を示す。シリンダ内の圧力変化に基づいてリングギヤ３２ａに作用するトルクは、図示するように、対象の気筒が圧縮行程である下死点（−１８０°ＣＡ）から上死点（０°ＣＡ）までの範囲ではエンジン２２の回転を抑制する方向に作用し、膨張行程の上死点（０°ＣＡ）から下死点（＋１８０°ＣＡ）までの範囲ではエンジン２２の回転を促進する方向に作用する。したがって、このトルクを打ち消す抑制トルクをリングギヤ軸３２ａに作用させることにより、クランキング時のリングギヤ軸３２ａのトルク脈動を低減することができる。したがって、抑制トルクは、シリンダ内の圧力変化に基づいてリングギヤ３２ａに作用するトルクの符号をプラスマイナスを変更すればよく、即ち、圧縮行程の下死点から上死点までの範囲ではエンジン２２の回転を促進する方向に作用するトルクとして設定し、膨張行程の上死点から下死点までの範囲ではエンジン２２の回転を抑制する方向のトルクとして設定すればよいのである。なお、シリンダ内の圧力変化に基づいてリングギヤ軸３２ａに作用するトルクは、エンジン２２の大きさや特性、例えば吸排気のバルブタイミングなどにより異なるが、実験などにより予め求めることができる。多気筒のエンジンでは、こうした一気筒における抑制トルクを気筒分だけ重ね合わせることによりリングギヤ軸３２ａに作用させるべき抑制トルクを考えることができる。実施例の仮補正トルクＴαｔｍｐは、こうした考えの下に実験などによりクランキング時にリングギヤ軸３２ａに生じるトルク脈動を求め、これを打ち消すためにモータＭＧ２から作用させるトルクとして設定した。実施例では、クランク角θと仮補正トルクＴαｔｍｐとの関係を仮補正トルク設定マップとして予めＲＯＭ７４に記憶しておき、クランク角θが与えられるとマップから対応する仮補正トルクＴαｔｍｐを導出して設定するものとした。補正係数Ｋは、エンジン２２の回転数Ｎｅとリングギヤ軸３２ａに生じるトルク脈動の影響との関係を考慮するものである。エンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるにしたがってリングギヤ軸３２ａに生じるトルク脈動の影響は小さくなるから、実施例では、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるほど小さくなるよう補正係数Ｋを設定するものとした。図６に補正係数設定マップの一例を示す。実施例では、この補正係数設定マップをＲＯＭ７４に記憶しておき、エンジン２２の回転数Ｎｅが与えられると、マップから対応する補正係数Ｋを導出して設定するものとした。

こうして補正トルクＴαが設定されると、ステップＳ１７０に進み、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（１）により計算すると共に（ステップＳ１７０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（２）により計算し（ステップＳ１８０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方のトルクをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１９０）。上述の式（２）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。図７はエンジン２２を始動する前における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図であり、図８はエンジン２２をクランキングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（２）は、図８の共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、図８中のＲ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊のトルクを出力してエンジン２２をクランキングする際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするトルクと、エンジン２２をクランキングする際にリングギヤ軸３２ａに作用するトルク脈動を抑制するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示している。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングする際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするトルクとリングギヤ軸３２ａに作用するトルク脈動を抑制するトルクとを受け持つと共に運転者が要求する要求トルクＴｒ＊に応じたトルクを出力することができる。

Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（１）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ＋Ｔα)/Gr …（２）

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２００）。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。そして、エンジン２２が完爆したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。今、燃料噴射制御などがなされていないときを考えているので、エンジン２２は、完爆しておらずステップＳ１００に戻る。

ステップＳ１３０で回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆより大きくなると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。前述したように、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には、回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆ以上になると値０が設定されるが、レート処理を行なうことから、回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆ以上となっても直ちに値０とはならない。このステップＳ１４０では、実際にトルク指令Ｔｍ１＊が値０となっているか否かを判定することになる。トルク指令Ｔｍ１＊が値０になっていないときには、ステップＳ１６０以降の処理を実行する。ステップＳ１４０でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０であると判定されると（ステップＳ１４０）、燃料噴射制御、点火制御の開始指示がなされ（ステップＳ１５０）。ステップＳ１６０以降の処理を実行する。ステップＳ２１０でエンジン２２が完爆しているときには、エンジン２２の始動完了と判断して始動時駆動制御ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の始動指示がなされたときには、エンジン２２のクランキングに伴なって駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに生じるトルク脈動を低減するための補正トルクＴαを用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ２を駆動するから、リングギヤ軸３２ａに生じるトルク脈動を低減することができる。もとより、エンジン２２を始動している最中でも運転者のアクセルペダルの操作に応じたトルクをリングギア軸３２ａに出力することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図６の補正係数設定マップに例示するように、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるにしたがって直線的に小さくなるよう補正係数Ｋを設定したが、補正係数Ｋはエンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるほど小さくなる傾向に設定すればよいから、エンジン２２の回転数Ｎｅに対して階段状に減少するよう設定するものとしたり、ある回転数まで一定値としその後直線的に或いは段階的に小さくするよう設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、仮補正トルクＴαｔｍｐと補正係数Ｋとの積として補正トルクＴαを設定するものとしたが、エンジン２２の回転数Ｎｅの変化に対してリングギア軸３２ａに作用するトルク脈動の変化が充分小さい場合には補正係数Ｋを用いず仮補正トルクＴαｔｍｐを補正トルクＴαとして設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に、図４に例示するように、クランキング開始時には比較的大きなトルクを設定し、共振周波数を超える回転数に至ったときに比較的小さなトルクを設定し、燃料噴射制御や点火制御を開始する際には値０となるトルクを設定するものとしたが、エンジン２２をクランキング可能なトルクであれば如何なるトルクを設定するものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を４サイクルの多気筒（例えば４気筒）のエンジンであるものとしたが、クランキングの際にトルク脈動を生じるエンジンであれば如何なる気筒数は幾つでも構わないし、他の形式のエンジン（例えば、２サイクルエンジン）に適用するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。この場合、路面を介してトルク脈動の影響を抑制するものとなる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業などに利用可能である。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例を示す説明図である。 リングギア軸３２ａに作用するトルクとクランク角θとの関係の一例と抑制トルクとクランク角θとの関係の一例を示す説明図である。 補正係数設定マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２を始動する前における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。 エンジン２２をクランキングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ａ クランクポジションセンサ、２３ｂ 吸気温センサ、２３ｃ 負圧検出センサ、２３ｄ スロットルバルブ、２３ｅ スロットルポジションセンサ、２３ｆ 冷却水温度センサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５，減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (10)

1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   前記駆動軸へのトルクの出力を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   該検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のクランキングするために前記駆動軸に作用させるキャンセルトルクと該内燃機関のクランキングに伴って該駆動軸に作用する脈動トルクを抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定する作用トルク設定手段と、
   前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を駆動制御すると共に前記設定された作用トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する始動時駆動制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記作用トルク設定手段は、前記キャンセルトルクを設定すると共に前記補正トルクを設定し、該設定したキャンセルトルクと該設定した補正トルクとの和を作用トルクとして設定する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
   前記作用トルク設定手段は、前記回転数検出手段により検出された回転数が大きくなるほど小さくなる傾向で前記補正トルクを設定する手段である
   動力出力装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
   操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求トルクを設定する要求トルク設定手段を備え、
   前記始動時駆動制御手段は、前記設定された要求トルクと前記設定された作用トルクとの和のトルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段である
   動力出力装置。
5. 前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され電力と動力との入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する手段である請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置。
6. 前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力する発電機とを備える手段である請求項５記載の動力出力装置。
7. 前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸に取り付けられた第１の回転子と前記駆動軸に取り付けられた第２の回転子とを備え、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁作用による電力の入出力を伴って該内燃機関からの動力の少なくとも一部を該駆動軸に出力する対回転子電動機である請求項５記載の動力出力装置。
8. 前記電動機は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸との間に接続されてなる請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
9. 請求項１ないし８いずれか記載の動力出力装置を搭載し、車軸が前記駆動軸に接続されてなる自動車。
10. 内燃機関と、駆動軸へのトルクの出力を伴って該内燃機関をクランキングするクランキング手段と、該駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    （ａ）前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出し、
    （ｂ）該検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のクランキングするために前記駆動軸に作用させるキャンセルトルクと該内燃機関のクランキングに伴って該駆動軸に作用する脈動トルクの抑制する補正トルクとを考慮した作用トルクを設定し、
    （ｃ）前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を駆動制御すると共に前記設定された作用トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する
    動力出力装置の制御方法。

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