JP2007309104A - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄エネフライホイールに蓄えられたエネルギを用いてエンジンの再始動を行う際に、振動やショックを少なくして確実に始動するようにする。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２の再始動条件が成立したら、蓄エネフライホイール４２の回転速度を取得する。この回転速度に基づき、第１モータ１４の、エンジン１２をクランキングする出力を求める。蓄エネフライホイール４２の回転速度が高く、十分にエネルギが蓄えられているときは、第１モータ１４の出力を小さくし、クランキングのためのトルクが大きくなりすぎないようにする。また、蓄えられているエネルギが少ないときには、第１モータ１４の出力を大きくして、始動に必要なトルクが不足しないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転エネルギを蓄積し、このエネルギをエンジンの始動時に用いる車両用動力装置に関し、特にそのエンジン始動時の制御に関する。

フライホイールを回転させてエネルギを蓄え、この蓄えられたエネルギを利用して、エンジンの始動を行うエンジンの再始動装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、エンジンを再始動する前に、モータによりフライホイールを回転させておき、このフライホイールに蓄えられた回転エネルギと、モータの出力によりエンジンをクランキングして始動する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、車両走行中に、エンジンの出力によりフライホイールを回転させ、車両が停車し、エンジンを停止させたときにも、これを回転させ続け、再始動時にこの回転を利用する技術が開示されている。

特開２００２−４８０３６号公報（段落００６９−００７０等） 実願昭５６−１４２５３４号のマイクロフィルム

前記特許文献に記載の技術においては、エンジンの再始動時において、フライホイールのどの程度のエネルギが蓄えられているのか、考慮されていない。したがって、蓄えられたエネルギが少ないときには、エンジン再始動に必要なエネルギを得られず、また多くのエネルギが蓄えられているときには、再始動時に、エンジンが急速に回転して、振動やショックが発生するという問題がある。

本発明は、フライホイールに蓄えられたエネルギを用いてエンジンの再始動を行う際に、振動やショックの発生を抑制することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の車両用動力装置は、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積し、エンジンの出力軸に接続・切断可能なフライホイールと、フライホイールの回転速度を検出する回転速度センサと、エンジン、モータの運転、およびフライホイールの接続・切断を制御する制御部と、有し、エンジン始動時において、モータによるクランキングに続いて、フライホイールに蓄積されたエネルギによりクランキングを行い、前記制御部は、エンジン始動時に、検出されたフライホイールの回転速度に応じて、モータによるクランキング出力を変更することを特徴とする。

さらに、前記制御部は、モータの出力トルクを変更することで、クランキング出力の変更を行うものとすることができる。

また、前記制御部は、モータが回転する時間を変更することで、クランキング出力の変更を行うものとすることができる。

さらに、当該動力装置は、ハイブリッド車両の動力装置であり、前記モータは当該車両の駆動又は発電に利用されるモータとすることができる。

また、本発明の他の態様である車両用動力装置の制御装置は、エンジンと、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積し、エンジンの出力軸に接続・切断可能なフライホイールと、を有する動力装置を制御し、エンジン始動時において、モータを制御してクランキングを行い、さらに続いてフライホイールを接続制御してクランキングを行い、フライホイールの回転速度を取得するフライホイール回転速度取得手段と、取得されたフライホイールの回転速度に基づき、エンジン始動時におけるモータのクランキング出力を算出するクランキング出力算出手段と、を有し、算出されたクランキング出力に基づきエンジン始動時におけるモータの制御を行うことを特徴とする。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を蓄エネフライホイール４２と記す。なお、蓄エネフライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続、切断するように構成してエンジンの出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。

蓄エネフライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、蓄エネフライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、蓄エネフライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この蓄エネフライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、蓄エネフライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８を介して第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、蓄エネフライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、蓄エネフライホイールに関する制御も行う。

蓄エネフライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および蓄エネフライホイール４２の接続・切断を制御する制御部として機能する。

再始動時、蓄エネフライホイールに蓄えられているエネルギは、常時一定となってはいない。例えば、クラッチ４４を解放してからの時間が長ければ、それだけ蓄エネフライホイール４２の回転速度も低下して蓄積されているエネルギも減少する。また、クラッチ４４を解放する時点での蓄エネフライホイール４２の回転速度も状況により変化し、この結果再始動時に蓄積されているエネルギも変化する。このため、始動のためにエンジンをクランキングする際の出力もまちまちとなって、十分なクランキング回転速度を得られなかったり、逆に、エンジンが急に吹けあがったりするなどの不具合が生じる。本実施形態の動力装置１０においては、蓄エネフライホイール４２と第１モータ１４により、エンジン１２をクランキングして再始動する。この際、蓄エネフライホイール４２に蓄えられているエネルギに対応して第１モータ１４の出力を変化させ、クランキングのための出力の総和が大きく変わらないようにする。

図２には、エンジン再始動時の蓄エネフライホイール４２に蓄積されたエネルギと、クランキングのための第１モータの出力の関係が示されている。蓄積されているエネルギは、回転速度センサ５８で検出された蓄エネフライホイール４２の回転速度に基づき求められる。蓄積されているエネルギと第１モータの出力の対応関係が、ハイブリッドＥＣＵ６６にあらかじめ格納されており、この関係に基づき、ハイブリッドＥＣＵ６６は蓄エネフライホイール４２の回転速度を取得すると必要な第１モータ１４の出力を算出する。なお、蓄エネフライホイール４２が円板、円環板等の通常の剛体のフライホイールであれば、慣性モーメントは変化せず、蓄積されているエネルギは回転速度に対して一意に決定することができる。算出された出力を得られるように、第１モータ１４の出力トルク、および駆動時間を算出し、モータＥＣＵ６２に指令する。必要な第１モータの出力を得るためには、図３に示すように、出力トルクまたは駆動時間を調整して対応する。図３で実線で示されるように第１モータを駆動する場合より、大きな出力が必要な場合、破線のように出力トルクを増加させるか、または一点鎖線のように時間を長くして対応する。また、両方を同時に制御することも可能である。

以上のように、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギの量に応じて、第１モータ１４のクランキング出力を調整することで、クランキング出力の総和を一定または大きく変化しないものとすることができる。これにより、必要かつ十分なクランキング出力が得られ、確実にエンジンが再始動され、また振動やショックの発生も抑制される。

本実施形態においては、エンジンを走行および発電に用いるモータによりクランキングを行う動力装置について説明したが、始動専用のモータ、発電は行うが走行には用いられないモータなどと蓄エネフライホイールを組み合わせて再始動を行うようにすることもできる。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 エンジン再始動時における蓄エネフライホイールの蓄積エネルギと第１モータの出力の関係を示す図である。 エンジン再始動時における第１モータの制御を示す図である。

符号の説明

１０ 動力装置、１２ エンジン、１４ 第１モータ、１６ 第２モータ、１８ 動力分配統合機構、４０ エンジン出力軸、４２ 蓄エネフライホイール、５８ 回転速度センサ、

Claims (5)

1. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの始動に用いられるモータと、
   回転することによりエネルギを蓄積し、エンジンの出力軸に接続・切断可能なフライホイールと、
   フライホイールの回転速度を検出する回転速度センサと、
   エンジン、モータの運転およびフライホイールの接続・切断を制御する制御部と、
   を有し、
   エンジン始動時において、モータによるクランキングと、フライホイールに蓄積されたエネルギによりクランキングを行う動力装置であって、
   前記制御部は、エンジン始動時に、検出されたフライホイールの回転速度に応じて、モータによるクランキング出力を変更する、
   ことを特徴とする車両用動力装置。
2. 請求項１に記載の動力装置であって、前記制御部は、モータの出力トルクを変更することで、モータのクランキング出力の変更を行うことを特徴とする車両用動力装置。
3. 請求項１または２に記載の動力装置であって、前記制御部は、モータが回転する時間を変更することで、モータのクランキング出力の変更を行うことを特徴とする車両用動力装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の動力装置であって、当該動力装置は、ハイブリッド車両の動力装置であり、前記モータは当該車両の駆動または発電に利用されるモータであることを特徴とする車両用動力装置。
5. エンジンと、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積し、エンジンの出力軸に接続・切断可能なフライホイールと、を有する動力装置を制御し、エンジン始動時において、モータを制御してクランキングを行い、これに加えてフライホイールを接続制御してクランキングを行う車両用動力装置の制御装置であって、
   フライホイールの回転速度を取得するフライホイール回転速度取得手段と、
   取得されたフライホイールの回転速度に基づき、エンジン始動時におけるモータのクランキング出力を算出するクランキング出力算出手段と、
   を有し、算出されたクランキング出力に基づきエンジン始動時におけるモータの制御を行う、ことを特徴とする車両用動力装置の制御装置。

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