JP2007168496A - 動力出力装置及びそれを搭載した車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関を停止した状態で電動機から駆動軸に出力している最中に内燃機関を始動する際の初爆時のトルクショックを十分に抑制する。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵは、クランキングによりエンジンが燃焼開始回転数に達したときにエンジンＥＣＵへ燃焼開始指令を送信する。エンジンＥＣＵは、その後初爆気筒の点火時期よりもクランク角θｅだけ手前の位置に達したときに初爆事前通知をハイブリッドＥＣＵへ送信し、その後θｅだけ回転した時点で初爆気筒に点火する。一方ハイブリッドＥＣＵは、初爆事前通知を受信してからエンジンの初爆気筒の点火時期に至るまでの第１時間ｔ１とそれから初爆気筒の点火によるトルクの影響が駆動軸に現れるまでの第２時間ｔ２との和（ｔｖ）が経過した時点で、カウンタトルクＴαを考慮したトルク指令をモータＥＣＵに送信する。これによりエンジンの初爆時に駆動軸に作用するトルクの影響をタイミングよく抑制できる。
【選択図】図１０

Description

本発明は、動力出力装置及びそれを搭載した車両に関する。
従来、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機械的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発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機を備えるものが提案されている。例えば、特許文献１に開示された動力出力装置では、クランク角が燃料噴射制御や点火制御が開始されてから最初の点火タイミングで初爆したときのエンジンからのトルク出力のタイミングと次の点火タイミングで初爆したときのエンジンからのトルク出力のタイミングとが含まれる所定角θ１〜θ２の範囲内のときに、エンジンの初爆時に駆動軸としてのリングギヤ軸に作用するトルクを打ち消す方向のトルクを補正トルクに設定し、その補正トルクを用いて電動機のトルク指令を設定し、電動機を駆動制御する。これにより、エンジンの初爆時に生じ得るトルクショックやこれに伴う振動を抑制している。
特開２００５−３０２８１号公報
しかしながら、上述の動力出力装置では、エンジンの初爆時に生じ得るトルクショックやこれに伴う振動を抑制することができるという効果を奏するものの、エンジンの初爆タイミングと電動機から補正トルクが出力されるタイミングとの同期を取ることが難しいことから十分な効果が得られないことがあった。
本発明の動力出力装置及びそれを搭載した車両は、内燃機関を停止した状態で電動機から駆動軸に出力している最中に内燃機関を始動する際の初爆時のトルクショックを十分に抑制することを目的とする。
本発明の動力出力装置及びそれを搭載した車両は、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、
該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電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
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と、
前記内燃機関の運転制御を行なう内燃機関制御手段と、
前記内燃機関の運転を停止した状態で前記要求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している最中に該内燃機関の始動条件が成立したとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルしながら前記要求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し、前記内燃機関制御手段に始動指令を送信し、該始動指令の送信後に該内燃機関制御手段が初爆点火時期よりも時間関連パラメータの所定値分だけ手前の時点で送信する同期信号を受信したとき、該受信した時点から前記時間関連パラメータの所定値相当分が経過した時点で前記電動機の出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御する総合制御手段と、
を備えることを要旨とする。
本発明の動力出力装置では、内燃機関の運転制御を行なう内燃機関制御手段と電力動力入出力手段及び電動機の運転制御を行なう総合制御手段とを備える。そして、総合制御手段は、内燃機関の運転を停止した状態で操作者の操作に基づいて設定される要求トルクが駆動軸に出力されるよう電動機を駆動制御している最中に内燃機関の始動条件が成立したときには、内燃機関がクランキングされるよう電力動力入出力手段を駆動制御すると共に内燃機関のクランキングに伴って駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルしながら要求トルクが駆動軸に出力されるよう電動機を駆動制御し、内燃機関制御手段に始動指令を送信し、該始動指令の送信後に内燃機関制御手段が初爆点火時期よりも時間関連パラメータの所定値分だけ手前の時点で送信する同期信号を受信したとき、該受信した時点から時間関連パラメータの所定値相当分が経過した時点で電動機の出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるよう電動機を駆動制御する。つまり、内燃機関制御手段と総合制御手段とは同期信号の送受により同期を取ったうえで、内燃機関制御手段により運転制御される内燃機関の初爆時に、総合制御手段により駆動制御される電動機でもって駆動軸に出力されるトルクを所定トルクでタイミングよくキャンセルするのである。この結果、内燃機関の初爆時のトルクショックを十分に抑制することができる。
本発明の動力出力装置において、前記時間関連パラメータの所定値相当分は、前記所定値に少なくとも前記内燃機関制御手段と前記総合制御手段との通信遅れを考慮して設定される値としてもよい。こうすれば、駆動軸に出力されるトルクを所定トルクでキャンセルするタイミングの精度を一層高めることができる。
本発明の動力出力装置において、前記時間関連パラメータは、時間経過に伴って変化する前記内燃機関のクランク角としてもよい。一般的に内燃機関の点火時期はクランク角によって設定されることが多いことから、初爆点火時期よりも手前の時点を定めるにあたってもクランク角を利用して定めることが好ましい。このように時間関連パラメータとしてクランク角を利用する場合、前記内燃機関制御手段及び前記総合制御手段は、いずれも前記内燃機関のクランク角を自ら取り込むことが可能な手段であるとしてもよい。こうすれば、一方の制御手段から他方の制御手段にクランク角を送信する場合に比べて、通信遅れに起因する同期ズレが生じることがない。
本発明の動力出力装置において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか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してもよい。
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の動力出力装置、即ち、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、該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電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、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と、前記内燃機関の運転制御を行なう内燃機関制御手段と、前記内燃機関の運転を停止した状態で前記要求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している最中に該内燃機関の始動条件が成立したとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記電力動力入出力手段を駆動制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルしながら前記要求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し、前記内燃機関制御手段に始動指令を送信し、該始動指令の送信後に該内燃機関制御手段が初爆点火時期よりも時間関連パラメータの所定値分だけ手前の時点で送信する同期信号を受信したとき、該受信した時点から前記時間関連パラメータの所定値相当分が経過した時点で前記電動機の出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるよう該電動機を制御する総合制御手段と、を備える動力出力装置を搭載し、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動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、内燃機関の初爆時のトルクショックを十分に抑制することができる効果などと同様な効果を奏することができる。
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、本発明の一実施例である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を介してピニオンギヤ３３を回転させるキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、ハイブリッド自動車２０全体をコントロールする総合制御手段としてのハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。なお、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａはギヤ機構６０とデファレンシャルギヤ６２とを介して駆動輪６３ａ，６３ｂが取り付けられた車軸６４に接続されており、リングギヤ軸３２ａに出力された動力は走行用の動力として用いられる。
エンジン２２は、例えば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可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸気管１６０へ吸入する共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２への吸気は、吸気管１６０の途中に設けられ吸気脈動を抑制するのに十分な容積を持つサージタンク１６２を介して行なわれる。また、エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。
エンジン２２は、内燃機関制御手段としてのエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃ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。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランク角センサ１４０からのクランク角θｅやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室１６６へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブ１２９を開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管１６０に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管１６０に取り付けられた吸気温センサ１４９からの吸気温などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、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出力する。
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。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、バッテリ５０を管理するための残容量（ＳＯＣ）を計算すると共に計算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂやその入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０を充放電するための要求値である充放電要求パワーＰｂ＊などを計算し、必要に応じて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。
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本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プラネタリギヤ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プラネタリギヤ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、本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３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。ここで、エンジン２２の始動指示がなされるときとは、例えばモータ運転モードで走行している際にエンジン２２に要求されるエンジン要求パワーが予め定められた閾値を超えたときなどが挙げられる。
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θｅ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ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θｅは、クランク角センサ１４０により検出されたクランク角θｅとこのクランク角θｅ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。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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、本実施例では、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４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、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１２０）。このトルク指令Ｔｍ１＊は、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定の燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔ以上で安定して回転することができるトルクに設定される。具体的には、クランキング開始当初はエンジン２２が共振周波数帯を迅速に通過するよう比較的大きな値に設定され、共振周波数帯域を通過したあとはエンジン２２が燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔ以上で安定して回転することのできる値に設定される。図５にクランキング時間とエンジン２２の回転数Ｎｅとトルク指令Ｔｍ１＊との関係の一例を示す。なお、燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔは、例えば６００ｒｐｍとか８００ｒｐｍなどに設定されている。
こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定するとバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，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下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（１）および式（２）により計算すると共に（ステップＳ１３０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊とプラネタリギヤ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を式（３）により計算し（ステップＳ１４０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１５０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至っているか否かを判定する（ステップＳ１６０）。いま、エンジン２２の始動要求があった直後を考えると、エンジン２２の回転数Ｎｅは燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至っていないため、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１７０）、再びステップＳ１００へ戻る。このようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、エンジン２２をクランキングしながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして出力することができる。なお、式（３）は、プラネタリギヤ３０の回転要素に対する力学的な関係式である。図６はエンジン２２を始動する前におけるプラネタリギヤ３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係の一例を示す共線図であり、図７はエンジン２２をクランキングしている最中におけるプラネタリギヤ３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係の一例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（３）は、図７の共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、図７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に作用する反力としてのトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）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（Ｔｍ２＊・Ｇｒ）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。
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (1)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
さて、ステップＳ１００〜Ｓ１７０を繰り返し実行しているうちにエンジン２２の回転数Ｎｅが燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至ると、燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔがゼロか否かを確認する（ステップＳ１８０）。この燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔはエンジンＥＣＵ２４へ燃焼開始指令を出力したか否かを表すフラグであり、ゼロのときには未だエンジンＥＣＵ２４へ燃焼開始指令を出力していないことを表し、値１のときには既にエンジンＥＣＵ２４へ燃焼開始指令を出力したことを表す。いま、ステップＳ１６０で初めてエンジン２２の回転数Ｎｅが燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至ったときを考えると、ステップＳ１８０で燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔはゼロであるから、エンジンＥＣＵ２４へ燃焼開始指令を出力すると共に燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔに値１をセットし（ステップＳ１９０）、続いてサブルーチンである初爆振動抑制ルーチンを実行する（ステップＳ２００）。
図８は、この初爆振動抑制ルーチンの一例を表すフローチャートである。この初爆振動抑制ルーチンが開始されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、初爆事前通知フラグＦ１の値を確認する（ステップＳ３００）。この初爆事前通知フラグＦ１は、エンジン２２が初爆気筒の点火時期よりも所定クランク角θｅｃ（例えば１８０°とか２００°など）だけ手前に定められている初爆事前通知位置に至ったときにエンジンＥＣＵ２４から初爆事前通知が送信されてくることになっているが、この初爆事前通知を受信する前はゼロであり、この初爆事前通知を受信した後は値１にセットされるフラグである。いま、この初爆振動抑制ルーチンをはじめて実行するときを考えると、初爆事前通知フラグＦ１はゼロであるため、エンジンＥＣＵ２４から初爆事前通知を受信したか否かを判定し（ステップＳ３１０）、受信していないときにはそのままこのルーチンを終了し、受信したときには初爆事前通知フラグＦ１に値１を設定し（ステップＳ３２０）、このルーチンを終了する。一方、ステップＳ３００で初爆事前通知フラグＦ１が値１だったときには、振動抑制実行フラグＦ２の値を確認する（ステップＳ３３０）。この振動抑制実行フラグＦ２は、初爆事前通知を受信してからエンジン２２の初爆気筒の点火時期に至るまでの第１時間ｔ１と、初爆気筒の点火時期から該初爆気筒の点火によって生じるトルクの影響がリングギヤ軸３２ａに現れるまでの第２時間ｔ２との和である所定時間ｔｖ（時間関連パラメータ）が経過する前はゼロ、該所定時間ｔｖが経過したあとは値１にセットされるフラグである。なお、第１時間ｔ１は、ここでは、初爆事前通知を受信してからエンジン２２の初爆気筒の点火時期に至るまでの時間を実験などにより求めた値を採用しているが、この値はエンジンＥＣＵ２４が初爆事前通知を送信してから所定クランク角θｅｃだけ回転するのに要する時間と比べてエンジンＥＣＵ２４とハイブリッド用電子制御ユニット７０との通信遅れ時間だけ短い。また、第２時間ｔ２も実験などにより求めた値を採用している。さて、振動抑制実行フラグＦ２がゼロのときには、初爆事前通知後に所定時間ｔｖが経過したか否かを判定し（ステップＳ３４０）、所定時間ｔｖが経過していないときにはそのまま本ルーチンを終了し、所定時間ｔｖが経過したときには振動抑制実行フラグＦ２に値１をセットし（ステップＳ３５０）、カウンタトルクＴαを設定し（ステップＳ３６０）、すでに設定したトルク指令Ｔｍ２＊からこのカウンタトルクＴαを減算した値を新たなトルク指令Ｔｍ２＊とし（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。
ここで、エンジン２２が初爆を迎えたときにはエンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたプラネタリギヤ３０のキャリア３４に急激な動力の入出力が生じるが、モータＭＧ１の回転子の質量（マス）に基づく慣性分を考慮すると、このときの動力の入出力に対してリングギヤ軸３２ａにトルクが作用する。このため、カウンタトルクＴαは、このリングギヤ軸３２ａに作用するトルクを打ち消す方向のトルクとして設定されるものであり、エンジン２２の初爆時の状態によって定めることができる。ここでは、吸気温センサ１４９により検出される吸気温やシフトポジションセンサ８２により検出されるシフトポジションＳＰ，水温センサ１４２により検出される冷却水温などのエンジン２２の動作パラメータに基づいて設定される。カウンタトルクＴαをこれらの動作パラメータにより設定するためには、種々の状態におけるカウンタトルクＴαと動作パラメータとの関係を実験などにより求め、それをマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、検出された動作パラメータとマップとを用いてカウンタトルクＴαを導出することにより行なうことができる。各動作パラメータの変化に対するカウンタトルクＴαの変化の程度を補正係数として求め、基本トルクに各動作パラメータに対する補正係数を乗じることによりカウンタトルクＴαを設定することもできる。なお、カウンタトルクＴαは、エンジン２２やモータＭＧ１の特性によりその大きさは異なるものである。
さて、ステップＳ３３０で振動抑制実行フラグＦ２が値１だったときには、既にカウンタトルクＴαを加味したトルク指令Ｔｍ２＊でもってモータＭＧ２を駆動制御していることになるが、その場合にはカウンタ実行期間が終了したか否かを判定し（ステップＳ３８０）、カウンタ実行期間が終了していないときには再びステップＳ３６０，Ｓ３７０へ進んでカウンタトルクＴαを加味したトルク指令Ｔｍ２＊でもってモータＭＧ２を駆動制御し、カウンタ実行期間が終了したときには燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔや各フラグＦ１，Ｆ２、カウンタトルクＴαをリセットし（ステップＳ３９０）、本ルーチンを終了する。
図３のフローチャートに戻り、初爆振動抑制ルーチンの終了後、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ２１０）、燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔがゼロか否かを判定し（ステップＳ２２０）、この燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔが値１のときにはエンジン２２の初爆時の振動抑制処理が完了していないことから、再びステップＳ１００以降の処理を繰り返し行ない、燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔがゼロのときにはエンジン２２の初爆時の振動抑制処理が完了していることから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。ここで、初爆振動抑制ルーチンにおいてカウンタトルクＴαが設定されたときには、予め設定されたＴｍ２＊からカウンタトルクＴαを減じたものがモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定されるため、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ２を駆動制御することにより、エンジン２２の初爆時にモータＭＧ１の回転子の質量（マス）に基づくリングギヤ軸３２ａに作用するトルクの影響（トルクショックやこれに伴う振動）を抑制することができる。なお、始動時制御ルーチンが終了すると、エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するトルク変換運転モードや充放電運転モードにより走行するための図示しない駆動制御ルーチンが実行されるが、この制御については本発明の中核をなさないため、その詳細な説明は省略する。
次に、図９のエンジン初爆制御ルーチンのフローチャートに基づいて説明する。このルーチンは、エンジンＥＣＵ２４がハイブリッド用電子制御ユニット７０から燃焼開始指令を受信したときにエンジンＥＣＵ２４によって実行される。このルーチンが開始されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、多気筒のうち燃料噴射タイミングが最も早く訪れるものを初爆気筒とし、吸気温センサ１４９からの吸気温や水温センサ１４２からの冷却水温などに基づいて始動時燃料噴射量及び始動時点火時期を設定する（ステップＳ５１０）。続いて、初爆気筒の燃料噴射時期に達したか否かをクランク角センサ１４０からのクランク角θｅに基づいて判定し（ステップＳ５２０）、燃料噴射時期に達していないときにはそのまま待機し、燃料噴射時期に達したときには初爆気筒に対応する燃料噴射弁１２６から始動時燃料噴射量が噴射されるよう燃料噴射弁１２６を制御する（ステップＳ５３０）。続いて、初爆気筒の点火時期よりも所定クランク角θｅｃだけ手前に設定された初爆事前通知位置に至ったか否かをクランク角センサ１４０からのクランク角θｅに基づいて判定し（ステップＳ５４０）、その初爆事前通知位置に至っていないときにはそのまま待機し、その初爆事前通知位置に至った時には初爆事前通知をハイブリッド用電子制御ユニット７０へ送信する（ステップＳ５５０）。そして、初爆事前通知の送信後に所定クランク角θｅｃだけ回転したか否かをクランク角センサ１４０からのクランク角θｅに基づいて判定し（ステップＳ５６０）、送信後に所定クランク角θｅｃだけ未だ回転していないときにはそのまま待機し、送信後に所定クランク角θｅｃだけ回転したときには初爆気筒のイグニッションコイル１３８に通電して点火プラグ１３０から電気火花を飛ばして混合気に点火し（ステップＳ５７０）、本ルーチンを終了する。こうすることにより、初爆事前通知を送信してから所定クランク角θｅｃだけ回転した時点でエンジン２２の初爆気筒の混合気が燃焼（初爆）してトルクが発生する。そして、前述したようにこの初爆時のトルクがリングギヤ軸３２ａに作用するが、その影響（トルクショックやこれに伴う振動）はモータＭＧ２からのトルク指令Ｔｍ２＊に基づいて発生するトルクによって抑制されることになる。
次に、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４との処理状況を図１０のタイミングチャートに基づいて説明する。図１０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４との通信状況およびハイブリッド用電子制御ユニット７０で設定される各フラグのオンオフを表すタイミングチャートである。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、モータＭＧ１のクランキングによりエンジン２２の回転数Ｎｅが燃焼開始回転数Ｎｓｔａｒｔに達したときにエンジンＥＣＵ２４へ燃焼開始指令を送信すると共に燃焼開始フラグＦｓｔａｒｔに値１をセットする。この燃焼開始指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、その後初爆気筒の点火時期よりも所定クランク角θｅｃだけ手前の初爆事前通知位置に達したときに初爆事前通知をハイブリッド用電子制御ユニット７０へ送信する。この初爆事前通知を受信したハイブリッド用電子制御ユニット７０は、初爆事前通知フラグＦ１に値１をセットする。そして、エンジンＥＣＵ２４は、初爆事前通知を送信してから所定クランク角θｅｃだけ回転した時点で初爆気筒の混合気に点火する。一方、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、初爆事前通知を受信してから所定時間経過した時点でカウンタトルクＴαを考慮したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信すると共に振動抑制実行フラグＦ２に値１をセットする。これにより、エンジン２２の初爆時にリングギヤ軸３２ａに作用するトルクの影響（トルクショックやこれに伴う振動）をタイミングよく抑制することができる。その後、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、初爆時のトルクの影響がリングギヤ軸３２ａに作用するカウンタ実行期間が経過するまでカウンタトルクＴαを考慮したトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し、カウンタ実行期間経過後に各フラグＦｓｔａｒｔ，Ｆ１，Ｆ２及びカウンタトルクＴαをゼロにリセットする。なお、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０へ送信したあとモータＭＧ２がそのトルク指令Ｔｍ２＊に見合うトルクＴｍ２を出力するようになるまでの時間遅れを考慮して、トルク指令Ｔｍ２＊の送信タイミングをリングギヤ軸３２ａへのトルクの影響が実際に現れる少し前とするのが好ましい。
以上説明したハイブリッド自動車２０によれば、エンジンＥＣＵ２４とハイブリッド用電子制御ユニット７０とは同期信号としての初爆事前通知の送受により同期を取ったうえで、エンジンＥＣＵ２４により運転制御されるエンジン２２の初爆時に、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により駆動制御されるモータＭＧ２でもって駆動軸であるリングギヤ軸３２ａに出力されるトルクをカウンタトルクＴαでタイミングよくキャンセルするのである。この結果、エンジン２２の初爆時のトルクショックを十分に抑制することができる。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０において使用される所定時間ｔｖは、所定クランク角θｅｃにエンジンＥＣＵ２４とハイブリッド用電子制御ユニット７０との通信遅れを考慮して設定されているため、駆動軸であるリングギヤ軸３２ａに出力される初爆によるトルクの影響をキャンセルするタイミングの精度を一層高めることができる。
上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０が振動抑制実行フラグＦ２を値１にセットするタイミングを、初爆事前通知を受信してから所定時間ｔｖが経過した時点としたが、初爆事前通知の受信からこの所定時間ｔｖに相当するクランク角度範囲（時間関連パラメータの一種）だけクランクシャフト２６が回転した時点としてもよい。この場合、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、エンジン２２のクランク角センサ１４０により検出されるクランク角θｅをエンジンＥＣＵ２４を介さずに直接入力することが好ましい。
上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、所定時間ｔｖは、初爆事前通知を受信してからエンジン２２の初爆気筒の点火時期に至るまでの第１時間ｔ１と、初爆気筒の点火時期から該初爆気筒の点火によって生じるトルクの影響がリングギヤ軸３２ａに現れるまでの第２時間ｔ２との和としたが、更に、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からモータＥＣＵ４０へのトルク指令Ｔｍ２＊の送信に要する時間やモータＥＣＵ４０からのトルク指令Ｔｍ２＊によりモータＭＧ２がトルク指令Ｔｍ２＊に見合ったトルクを出力するまでに要する時間などの時間遅れ成分を考慮して設定してもよい。つまり、初爆気筒の点火によって生じるトルクの影響がリングギヤ軸３２ａに現れる前に、時間遅れを見越してハイブリッド用電子制御ユニット７０からトルク指令Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送るようにしてもよい。こうすれば、初爆気筒の点火によって生じるトルクの影響がリングギヤ軸３２ａに現れるタイミングとカウンタトルクＴαをリングギヤ軸３２ａに発生させるタイミングとのズレをより少なくすることができる。
上述した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１１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１１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、路面を介してエンジン２２の初爆時の影響を抑制するものとなる。
上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力をプラネタリギヤ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１２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、本発明の実施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。
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。 ハイブリッド自動車２０に搭載されたエンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 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。 エンジン２２を始動する前におけるプラネタリギヤ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プラネタリギヤ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。 始動時駆動制御ルーチン中のサブルーチンである初爆振動抑制ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジンＥＣＵ２４により実行されるエンジン初爆制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４との通信状況およびハイブリッド用電子制御ユニット７０で設定される各フラグのオンオフを表すタイミングチャートである。 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、２４ エンジンＥＣＵ、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、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 駆動輪、６４ 車軸、６４ａ，６４ｂ 車輪、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、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１２９ 排気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランク角センサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 吸気温センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１６０ 吸気管、１６２ サージタンク、１６６ 燃焼室、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 (6)

  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、
    該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電力動力入出力手段と、
    前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
    前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    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と、
    前記内燃機関の運転制御を行なう内燃機関制御手段と、
    前記内燃機関の運転が停止している状態で該内燃機関の始動条件が成立したとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記電力動力入出力手段を駆動制御すると共に前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に反力として作用するトルクがキャンセルされるよう前記電動機を駆動制御し、クランキングにより前記内燃機関の所定の燃焼開始タイミングに至ったとき、前記内燃機関制御手段に始動指令を送信し、該始動指令の送信後に該内燃機関制御手段が初爆点火時期よりも時間関連パラメータの所定値分だけ手前の時点で送信する同期信号を受信したとき、該受信した時点から前記時間関連パラメータの所定値相当分が経過した時点で前記電動機の出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるよう該電動機を駆動制御する総合制御手段と、
    を備える動力出力装置。
  2. 前記時間関連パラメータの所定値相当分は、前記所定値と同じであるか又は該所定値に少なくとも前記内燃機関制御手段と前記総合制御手段との通信遅れを考慮して設定される値である、
    請求項１に記載の動力出力装置。
  3. 前記時間関連パラメータは、時間経過に伴って変化する前記内燃機関のクランク角である、
    請求項１又は２に記載の動力出力装置。
  4. 前記内燃機関制御手段及び前記総合制御手段は、いずれも前記内燃機関のクランク角を自ら取り込むことが可能な手段である、
    請求項３に記載の動力出力装置。
  5. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか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１〜４のいずれかに記載の動力出力装置。
  6. 請求項１〜５のいずれかに記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に機械的に接続されて走行する車両。
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