JP2005163551A - 動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求された駆動力をより滑らかに出力する。
【解決手段】 モータＭＧ１のモータ温度θｍ１やインバータ温度θｉ１に基づいてトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを設定し（Ｓ１２０）、エンジン停止中のときにはトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいて設定したエンジン始動用パラメータＰ１を用いてエンジン始動判定値Ｐｓｔａを計算すると共に駆動要求パワーＰｒ＊と比較してエンジンの始動の要否を判定し（Ｓ１４０〜Ｓ１７０）、エンジンを始動する際にはトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいて要求トルクＴｒ＊のレート処理に用いるレート値Ｔｒｒｔを変更する（Ｓ１８０）。エンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔはトルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほどエンジンが始動されやすくなるように要求トルクＴｒ＊の増加勾配が緩やかになるように設定されている。この結果、内燃機関の始動性を考慮して要求された駆動力をより滑らかに出力することができる。
【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これを搭載する自動車に関する。

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と駆動軸とに接続されたプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する第１のモータと、駆動軸に動力を入出力する第２のモータとを備え、エンジンを始動する際には第１のモータによりエンジンをクランキングする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、エンジンを始動する際にエンジンの回転数が容易に上昇しないとき（例えば、エンジンの冷間時など）には、第１のモータによるクランキングトルクを小さな値に制限して無駄な電力の消費を防止している。
特開平１１−１５３０７５号公報（図２、段落「００１１」）

上述の動力出力装置では、エンジンの始動性が低い場合に第１のモータのクランキングトルクを制限して消費電力を抑制するものの、エンジンの始動に時間がかかってしまうから、装置の運転状態によっては駆動軸に所望の動力を出力できないことがある。例えば、こうした動力出力装置を車両に搭載する場合、第２のモータによるモータ走行時に駆動軸へ出力すべき動力が急激に増大すると、エンジンが始動するまでに第２のモータの出力制限などに達してしまい、駆動軸に出力される動力が頭打ちとなってしまう。この結果、運転者のアクセルペダルの踏み込み量に応じた動力が十分に出力されないから運転者に違和感を与えてしまう。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、内燃機関の始動性を考慮して内燃機関を始動すると共に要求された駆動力を出力することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、要求された駆動力をより滑らかに出力することを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びにこれを搭載する自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の動力出力装置は、
電動機からの動力と内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記内燃機関を始動する始動手段と、
前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、
前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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。

この本発明の第１の動力出力装置では、内燃機関の運転が停止され電動機からの動力を駆動軸に出力しているときには、検出した内燃機関の始動性状態に基づいて駆動軸に出力される動力が滑らかな変化を伴って出力されると共に内燃機関を始動するよう始動手段と電動機とを駆動制御する。したがって、内燃機関の始動性状態に応じて駆動軸に出力される動力がより滑らかとなるように始動手段と電動機とを駆動制御することができる。ここで「動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力される」とは、ステップ的な変化や急激な増減をすることなく動力が駆動軸に出力されることや動力が頭打ちとなることなく連続的に増減して駆動軸に出力されることなどを意味する。

こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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を備え、前記始動手段は前記第３の軸に接続された発電機を用いて前記内燃機関をクランキングして始動する手段であり、前記電動機は前記駆動軸に接続されてなるものとすることもできる。

本発明の第２の動力出力装置は、
電動機からの動力を駆動軸に出力する動力出力装置であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて前記電動機に電力を供給する発電機と、
前記内燃機関を始動する始動手段と、
前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、
前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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。

この本発明の第２の動力出力装置では、内燃機関の運転が停止され電動機からの動力を駆動軸に出力しているときには、検出した内燃機関の始動性状態に基づいて駆動軸に出力される動力が滑らかな変化を伴って出力されると共に内燃機関を始動するよう始動手段と電動機とを駆動制御する。したがって、内燃機関の始動性状態に応じて駆動軸に出力される動力がより滑らかとなるように始動手段と電動機とを駆動制御することができる。ここで「動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力される」とは、ステップ的な変化や急激な増減をすることなく動力が駆動軸に出力されることや動力が頭打ちとなることなく連続的に増減して駆動軸に出力されることなどを意味する。

こうした本発明の第２の動力出力装置において、前記始動手段は前記発電機を用いて前記内燃機関をクランキングして始動する手段であるものとすることもできる。

こうした本発明の第１，第２の動力出力装置において、前記始動時駆動制御手段は、前記検出した始動性状態に基づいて前記電動機から出力すべき動力が該電動機の出力制限に達するまでに前記内燃機関の始動を完了するよう前記始動手段と前記電動機と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、電動機の出力制限に達するまでに内燃機関の始動を完了するように始動手段と電動機とを駆動制御することにより、駆動軸に出力する動力をより滑らかにすることができる。

また、本発明の第１，第２の動力出力装置において、前記始動性状態は、前記内燃機関の温度、前記始動手段のトルク制限、前記始動手段の温度、前記始動手段を駆動する駆動回路の温度のうち少なくとも１つを含むものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の温度や始動手段のトルク制限，始動手段の温度，始動手段の駆動回路の温度などを内燃機関の始動性状態として用いることができる。

さらに、本発明の第１，第２の動力出力装置において、前記始動時駆動制御手段は、前記始動性状態が前記内燃機関の始動に通常より時間を要する状態であるほど前記電動機から出力すべき動力の増加勾配が通常より緩やかとなる傾向で前記始動手段と前記電動機と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、内燃機関の始動に時間を要するほど電動機から出力する動力の増加勾配を緩やかにすることにより、駆動軸に出力する動力をより滑らかにすることができる。

こうした本発明の第１，第２の動力出力装置において、前記始動時駆動制御手段は、前記始動性状態が前記内燃機関の始動に通常より時間を要する状態であるほど前記内燃機関の始動を開始するタイミングが通常より早くなる傾向で前記始動手段と前記電動機と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、内燃機関の始動に時間を要するほど内燃機関の始動を開始するタイミングを早くすることにより、駆動軸に出力する動力をより滑らかにすることができる。

本発明の自動車は、上述したいずれかの態様の本発明の第１，第２の動力出力装置、即ち、基本的には、電動機からの動力と内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、前記内燃機関を始動する始動手段と、前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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や、電動機からの動力を駆動軸に出力する動力出力装置であって、内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて前記電動機に電力を供給する発電機と、前記内燃機関を始動する始動手段と、前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行することを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の第１，第２の動力出力装置を備えるから、本発明の第１，第２の動力出力装置が奏する効果、例えば、内燃機関の始動性状態に応じて駆動軸に出力される動力がより滑らかとなるようにすることができる効果や、電動機の出力制限に達するまでに内燃機関の始動を完了するように始動手段と電動機とを駆動制御することができる効果などを奏することができる。

本発明の第１の動力出力装置の制御方法は、
電動機からの動力と内燃機関からの動力を駆動軸に出力すると共に該内燃機関を始動する始動手段を備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出し、
（ｂ）前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の第１の動力出力装置の制御方法では、内燃機関の運転が停止され電動機からの動力を駆動軸に出力しているときには、検出した内燃機関の始動性状態に基づいて駆動軸に出力される動力が滑らかな変化を伴って出力されると共に内燃機関を始動するよう始動手段と電動機とを駆動制御する。したがって、内燃機関の始動性状態に応じて駆動軸に出力される動力がより滑らかとなるように始動手段と電動機とを駆動制御することができる。ここで「動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力される」とは、ステップ的な変化や急激な増減をすることなく動力が駆動軸に出力されることや動力が頭打ちとなることなく連続的に増減して駆動軸に出力されることなどを意味する。

本発明の第２の動力出力装置の制御方法は、
電動機からの動力を駆動軸に出力すると共に内燃機関と該内燃機関からの動力を用いて前記電動機に電力を供給する発電機と該内燃機関を始動する始動手段とを備える動力出力装置の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出し、
（ｂ）前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の第２の動力出力装置の制御方法では、内燃機関の運転が停止され電動機からの動力を駆動軸に出力しているときには、検出した内燃機関の始動性状態に基づいて駆動軸に出力される動力が滑らかな変化を伴って出力されると共に内燃機関を始動するよう始動手段と電動機とを駆動制御する。したがって、内燃機関の始動性状態に応じて駆動軸に出力される動力がより滑らかとなるように始動手段と電動機とを駆動制御することができる。ここで「動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力される」とは、ステップ的な変化や急激な増減をすることなく動力が駆動軸に出力されることや動力が頭打ちとなることなく連続的に増減して駆動軸に出力されることなどを意味する。

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。エンジン２２の運転状態を検出する各種センサとしては、例えば、エンジン２２の冷却水の温度（冷却水温）を検出する図示しない水温センサなどを挙げることができる。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と電力のやり取りを行なう。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からの信号やモータＭＧ１，ＭＧ２の温度を検出する温度センサ４５，４６からのモータ温度θｍ１，θｍ２、インバータ４１，４２の温度を検出する温度センサ４７，４８からのインバータ温度θｉ１，θｉ２、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、特にモータ運転モードのときにエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるモータ走行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、運転モードとしてモータ運転モードが選択されているときに所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

モータ走行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，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ，モータＭＧ１のモータ温度θｍ１，インバータ４１のインバータ温度θｉ１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、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、モータ温度θｍ１，インバータ温度θｉ１は温度センサ４５，４７により検出されたものを、それぞれモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂと残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２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＊を設定すると共にこの要求トルクＴｒ＊のレート処理を行なう（ステップＳ１１０）。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。要求トルクＴｒ＊のレート処理は、前回の本ルーチンにおいて設定された要求トルクＴｒ＊にレート値Ｔｒｒｔを加えたトルクと今回設定された要求トルクＴｒ＊とを比較して小さい方を要求トルクＴｒ＊に設定することにより行なわれる。なお、レート値Ｔｒｒｔは、モータＭＧ２の応答性能やハイブリッド自動車２０に要求されるレスポンス要件などに基づいて予め所定の値が設定されている。

そして、リングギヤ軸３２ａに出力すべき駆動要求パワーＰｒ＊を設定する（ステップＳ１１５）。駆動要求パワーＰｒ＊は、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たりすることができる。

次に、モータＭＧ１のモータ温度θｍ１とインバータ４１のインバータ温度θｉ１とに基づいてモータＭＧ１から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを設定する（ステップＳ１２０）。トルク制限Ｔｍ１ｍａｘは、実施例では、モータ温度θｍ１とトルク制限Ｔｍ１ｍａｘ，インバータ温度θｉ１とトルク制限Ｔｍ１ｍａｘとの対応関係をそれぞれ予め定めてトルク制限設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、モータ温度θｍ１から導出されるトルク制限とインバータ温度θｉ１から導出されるトルク制限とを比較して小さい方をトルク制限Ｔｍ１ｍａｘとして設定するものとした。図４にモータ温度θｍ１（図４（ａ））およびインバータ温度θｉ１（図４（ｂ））に関するトルク制限設定用マップの一例を示す。

こうしてモータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを設定すると、エンジン２２の運転状態を判定し（ステップＳ１３０）、エンジン２２が停止中であるときには設定したモータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいてエンジン始動用パラメータＰ１を設定すると共にバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔからこのエンジン始動用パラメータＰ１を減ずることによりエンジン始動判定値Ｐｓｔａを計算する（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）。エンジン始動用パラメータＰ１の設定は、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとの対応関係を予め定めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、このマップを用いて導出して設定するものとした。図５は、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとエンジン始動用パラメータＰ１との対応関係を示す説明図である。図示するように、エンジン始動用パラメータＰ１は、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほど大きな値となるように設定した。エンジン始動判定値Ｐｓｔａは出力制限Ｗｏｕｔからエンジン始動用パラメータＰ１を減じることにより計算されるから、図５に示すように、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほどエンジン始動判定値Ｐｓｔａは小さくなる。

そして、エンジン２２の始動の要否を判定するために、計算したエンジン始動判定値Ｐｓｔａと駆動要求パワーＰｒ＊とを比較し（ステップＳ１６０）、駆動要求パワーＰｒ＊がエンジン始動判定値Ｐｓｔａより大きいときにはエンジン２２の始動を指示する信号をエンジンＥＣＵ２４に通信により送信すると共に前述した要求トルクＴｒ＊のレート処理で用いるレート値Ｔｒｒｔの値をモータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいて変更する（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）。前述したように、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほどエンジン始動判定値Ｐｓｔａは小さくなるから、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほど小さな駆動要求パワーＰｒ＊でもエンジン２２が始動されるようになる。レート値Ｔｒｒｔの変更は、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとの対応関係を予め定めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、このマップを用いて導出した値に変更することにより行なうものとした。図６は、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとレート値Ｔｒｒｔとの対応関係を示す説明図である。図示するように、レート値Ｔｒｒｔは、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほど小さな値となるように設定した。したがって、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほど要求トルクＴｒ＊の増加勾配が緩やかになる。なお、駆動要求パワーＰｒ＊がエンジン始動判定値Ｐｓｔａ以下であるときにはエンジン２２の始動指示を行なわずステップＳ１９０の処理へスキップする。

こうしてエンジン２２の始動の要否を判定すると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１９０）。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には、エンジン２２の始動中にはエンジン２２を始動するための始動用トルクＴｍ１ｓｔａとトルク制限Ｔｍ１ｍａｘとを比較して小さい方が設定され、エンジン２２の始動中でないときには値０が設定される。図７は、始動用トルクＴｍ１ｓｔａの設定例を示す説明図である。図示するように、エンジン２２の始動を開始すると（時間ｔ１）エンジン２２の回転数Ｎｅが共振現象を生じやすい回転数領域を超えるまで（回転数Ｎｅ１に達するまで）は比較的大きなトルクＴ１でエンジン２２をクランキングし、回転数Ｎｅ１に達すると（時間ｔ２）比較的小さなトルクＴ２でエンジン２２を点火可能な回転数Ｎｅ２まで安定してクランキングし、エンジン２２の点火タイミングで（時間ｔ３）値０とすると共にエンジン２２の完爆を判定したときに（時間ｔ４）発電用のトルクとなるように、始動用トルクＴｍ１ｓｔａは設定されている。ここで、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘによりトルク指令Ｔｍ１＊が制限されるときには、始動用トルクＴｍ１ｓｔａ（トルクＴ１やＴ２）より小さいトルクがトルク指令Ｔｍ１＊に設定されることになるから、エンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させるのに要する時間が通常よりも長くなり、エンジン２２の始動を開始してから完爆するまでに要する時間も長くなることになる。

こうしてトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ１の消費電力（トルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じた値）を減じた電力をモータ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Ｔｍ２ｍａｘを次式（１）により計算すると共に（ステップＳ２００）、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Ｓ２１０）、計算したトルク制限Ｔｍ２ｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２２０）。図８は、モータ運転モード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（ａ）はエンジン２２を始動する前の状態、図８（ｂ）はエンジン２２を始動中の状態における共線図である。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（ｂ）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リングギヤ軸３２ａに作用する反力としてのトルクと、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に作用する反力としてのトルク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。

Tm2max＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 ・・・（１）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/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、モータＥＣＵ４０に対してモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を送信して（ステップＳ２２０）、本ルーチンを終了する。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。

一方、ステップＳ１３０でエンジン２２の運転状態を判定した結果、エンジン２２の始動中であるときにはステップＳ１９０以降の処理を行ない、エンジン２２の始動が完了したときにはステップＳ１８０で変更したレート値Ｔｒｒｔを変更前の所定の値に戻すと共に運転モードをエンジン２２の運転を伴う所定の運転モード（トルク変換運転モードや充放電運転モードなど）に変更して（ステップＳ２４０，Ｓ２５０）、本ルーチンを終了する。運転モードを変更すると、本ルーチンの代わりに変更後の運転モードに対応する駆動制御ルーチンが実行されることになる。

図９は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力される出力トルクＴｒとの時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線Ａ１，Ａ２は実施例のトルク指令Ｔｍ１＊と出力トルクＴｒとを示し、破線Ｂ１，Ｂ２は比較例のトルク指令Ｔｍ１＊と出力トルクＴｒとを示す。この比較例は、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づくエンジン始動用パラメータＰ１の設定（エンジン２２の始動タイミングの変更）や要求トルクＴｒ＊のレート処理に用いるレート値Ｔｒｒｔの変更を行なわない場合を示す。比較例では、図示するように、時間ｔ２でエンジン２２の始動を開始して時間ｔ５でエンジン２２の始動を完了するが、エンジン２２の始動を完了する前の時間ｔ３の時点においてモータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘによる制限で出力トルクＴｒが頭打ちとなってしまうことがある。これは、エンジン２２の始動性が低い場合（即ち、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さい場合）には想定よりもエンジン２２の始動に要する時間が長くなってしまいエンジン２２からの動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるのが遅くなってしまうことに基づく。一方、実施例では、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが小さいほどエンジン始動判定値Ｐｓｔａが小さくなりエンジン２２が始動されやすくなると共に要求トルクＴｒ＊の増加勾配が緩やかとなるから、図示するように、時間ｔ２よりも早い時間ｔ１でエンジン２２の始動を開始して時間ｔ５よりも早い時間ｔ４でエンジン２２の始動を完了し、エンジン２２の始動を完了する時間ｔ４の時点において出力トルクＴｒがトルク制限Ｔｍ２ｍａｘ付近の値となる。したがって、時間ｔ４以降はエンジン２２からの動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるから出力トルクＴｒをより滑らかなものとすることができるのである。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘの値が小さいほど（トルク指令Ｔｍ１＊が大きく制限されるほど）エンジン始動判定値Ｐｓｔａの値を小さく設定すると共に要求トルクＴｒ＊のレート処理に用いるレート値Ｔｒｒｔの値を小さく設定するから、エンジン２２の始動に時間を要するほど始動を開始するタイミングをより早くすると共に要求トルクＴｒ＊の増加勾配をより緩やかにすることができる。この結果、モータＭＧ２のトルク制限Ｔｍ２ｍａｘによる制限でリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクが頭打ちとなってしまうのを抑制することができるから、リングギヤ軸３２ａへより滑らかにトルクを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、モータＭＧ１のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘをモータ温度θｍ１とインバータ温度θｉ１とに基づいて設定するものとしたが、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘの設定方法はこれに限られず、その他の値に基づいてトルク制限Ｔｍ１ｍａｘを設定するものとしても構わない。また、エンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔをトルク制限Ｔｍ１ｍａｘの値に基づいて設定するものとしたが、エンジン２２の始動性を示す値であればトルク制限Ｔｍ１ｍａｘ以外のその他の値に基づいて設定するものとしてもよく、例えば、エンジン２２の冷却水温などに基づいてエンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔ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、エンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔは、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとの対応関係を予め定めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておきこのマップを用いて導出して設定するものとしたが、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいて設定するものであればその他の方法で設定するものとしてもよい。例えば、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘが所定値より小さいときには、固定値としての始動性低下時用の値をエンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔに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のトルク制限Ｔｍ１ｍａｘに基づいてエンジン始動用パラメータＰ１やレート値Ｔｒｒｔの設定を行なうものとしたが、エンジン始動用パラメータＰ１の設定のみを行なうものとしたり、レート値Ｔｒｒｔの設定のみを行なうものとしても差し支えない。エンジン始動用パラメータＰ１の設定のみを行なう場合には、より早いタイミングでエンジン２２の始動を開始するように設定することが好ましく、レート値Ｔｒｒｔの設定のみを行なう場合には、より緩やかな増加勾配となるように設定することが好ましい。また、トルク制限Ｔｍ１ｍａｘなどのエンジン２２の始動性を示す値に基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するトルクを滑らかにするものであれば、その他の種々の制御方法を適用してもよい。

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１０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１０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。

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１１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。さらに、エンジンとエンジンの出力軸に接続されたジェネレータとジェネレータからの発電電力を用いて駆動軸に動力を出力するモータとを備えるいわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車に適用す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により実行されるモータ走行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。 モータＭＧ１のトルク制限設定用マップの一例を示す説明図である。 トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとエンジン始動用パラメータＰ１との対応関係を示す説明図である。 トルク制限Ｔｍ１ｍａｘとレート値Ｔｒｒｔとの対応関係を示す説明図である。 始動用トルクＴｍ１ｓｔａの設定例を示す説明図である。 モータ運転モードの際の動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 トルク指令Ｔｍ１＊と出力トルクＴｒとの時間変化の一例を示す説明図である。 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、２３ ノッキングセンサ、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、４５，４６，４７，４８ 温度センサ、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、１９３ａ，１９３ｂ 車輪、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 (11)

1. 電動機からの動力と内燃機関からの動力を駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
   前記内燃機関を始動する始動手段と、
   前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、
   前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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. 請求項１記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の出力軸に接続された第１の軸と前記駆動軸に接続された第２の軸と第３の軸とを有し、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される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を備え、
   前記始動手段は、前記第３の軸に接続された発電機を用いて前記内燃機関をクランキングして始動する手段であり、
   前記電動機は前記駆動軸に接続されてなる
   動力出力装置。
3. 電動機からの動力を駆動軸に出力する動力出力装置であって、
   内燃機関と、
   該内燃機関からの動力を用いて前記電動機に電力を供給する発電機と、
   前記内燃機関を始動する始動手段と、
   前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出する始動性状態検出手段と、
   前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機と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。
4. 前記始動手段は前記発電機を用いて前記内燃機関をクランキングして始動する手段である請求項３記載の動力出力装置。
5. 前記始動時駆動制御手段は、前記検出した始動性状態に基づいて前記電動機から出力すべき動力が該電動機の出力制限に達するまでに前記内燃機関の始動を完了するよう前記始動手段と前記電動機とを駆動制御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. 前記始動性状態は、前記内燃機関の温度、前記始動手段のトルク制限、前記始動手段の温度、前記始動手段を駆動する駆動回路の温度のうち少なくとも１つを含む請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置。
7. 前記始動時駆動制御手段は、前記始動性状態が前記内燃機関の始動に通常より時間を要する状態であるほど前記電動機から出力すべき動力の増加勾配が通常より緩やかとなる傾向で前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する手段である請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置。
8. 前記始動時駆動制御手段は、前記始動性状態が前記内燃機関の始動に通常より時間を要する状態であるほど前記内燃機関の始動を開始するタイミングが通常より早くなる傾向で前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する手段である請求項１ないし７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備え、前記駆動軸が機械的に車軸に接続されて走行する自動車。
10. 電動機からの動力と内燃機関からの動力を駆動軸に出力すると共に該内燃機関を始動する始動手段を備える動力出力装置の制御方法であって、
    （ａ）前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出し、
    （ｂ）前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する、
    動力出力装置の制御方法。
11. 電動機からの動力を駆動軸に出力すると共に内燃機関と該内燃機関からの動力を用いて前記電動機に電力を供給する発電機と該内燃機関を始動する始動手段とを備える動力出力装置の制御方法であって、
    （ａ）前記内燃機関の始動性に関する始動性状態を検出し、
    （ｂ）前記内燃機関が運転停止され前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときには、前記検出した始動性状態に基づいて前記駆動軸に要求される動力に基づく動力が滑らかな変化を伴って該駆動軸に出力されると共に前記内燃機関が始動されるよう前記始動手段と前記電動機とを駆動制御する、
    動力出力装置の制御方法。

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