JP2009274627A - ハイブリッド自動車およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド自動車のエンジンの運転を停止させる際にトーショナルダンパの捩れに起因したショックの発生を抑制する。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転を停止させるときに、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になるまでクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも当該方向において減少することなくモータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されるようにトルク指令Ｔｍ１＊が設定され（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）。また、回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になると、クランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが当該方向において減少すると共にダンパ２８の捩れがなくなるタイミングを含む時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにトルク指令Ｔｍ１＊が設定される（ステップＳ２２０〜Ｓ２５０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車およびその制御方法に関する。

従来から、この種のハイブリッド自動車として、プラネタリギヤと、当該プラネタリギヤのキャリアにクランクシャフトが接続されているエンジンと、プラネタリギヤのサンギヤに接続された第１のモータと、プラネタリギヤのリングギヤに接続された第２のモータとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、エンジンの停止指示がなされると、エンジンに対する燃料噴射が停止されると共に、エンジンの回転数が値０近傍になるまで、プラネタリギヤのキャリアを介してクランクシャフトにその回転方向とは逆方向のトルクが作用するように第１のモータが制御され、これによりエンジンの回転数を素早く値０とすることができるようにしている。また、従来から、この種のハイブリッド自動車のエンジンを停止させる技術として、エンジンが停止する直前にクランクシャフトの回転位置が上死点を超えないようにして、上死点を超えることによって生じる振動を抑制するものや（例えば、特許文献２参照）、ピストンの上死点通過直前に第１のモータの逆トルク制御量を減少側に制御すると共に上死点通過直後に第１のモータの逆トルク制御量を増大側に制御することでエンジンフリクションの変動を相殺し、エンジンの振動を抑制するもの（例えば、特許文献３参照）等も知られている。
特開２００７−０９１０７３号公報 特開２００７−５５４４３６号公報 特開２００４−３４３８３０号公報

上述のようなハイブリッド自動車では、エンジンのクランクシャフトとプラネタリギヤのキャリアとの間に、クランクシャフトに生じる捩り振動を抑制するためのトーショナルダンパが介設されている。従って、エンジンの運転を停止する際に、第１のモータからクランクシャフトに対してその回転方向とは逆方向のトルク（クランクシャフトの回転を停止させる方向のトルク）を加えると、当該トルクの作用によってトーショナルダンパが捩れることになるが、このようなトーショナルダンパの捩れが解放されるタイミング次第では、エンジンの運転を停止させる際にショックを発生させてしまうおそれがある。

そこで、本発明は、ハイブリッド自動車のエンジンの運転を停止させる際にトーショナルダンパの捩れに起因したショックの発生を抑制することを主目的とする。

本発明によるハイブリッド自動車およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採っている。

本発明によるハイブリッド自動車は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを含むハイブリッド自動車であって、
トーショナルダンパを介して前記内燃機関の機関軸と接続されており、該内燃機関をモータリング可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができるモータリング手段と、
前記内燃機関の運転を停止させるときに、所定条件が成立するまで前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも該方向において減少することなく前記モータリング手段から前記機関軸に付与されるように該モータリング手段に対するトルク指令を設定し、前記所定条件が成立した後には、前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが該方向において減少すると共に前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するモータリングトルク指令設定手段と、
前記内燃機関に対する燃料供給が停止された状態で前記設定されたトルク指令に応じたトルクが前記モータリング手段から前記機関軸に付与されると共に走行に要求される要求トルクに基づく走行用のトルクが得られるように前記内燃機関と前記電動機と前記モータリング手段とを制御する機関停止制御手段と、
を備えるものである。

このハイブリッド自動車では、内燃機関の運転を停止させるときに、内燃機関に対する燃料供給が停止された状態で機関軸の回転を停止させる方向のトルクがモータリング手段から機関軸に付与されると共に走行に要求される要求トルク（値０を含む）に基づく走行用のトルクが得られるように内燃機関と電動機とモータリング手段とが制御される。このような内燃機関の運転停止処理が開始されると、所定条件が成立するまで機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも当該方向において減少することなくモータリング手段から機関軸に付与されるように当該モータリング手段に対するトルク指令が設定される。また、当該所定条件が成立した後には、機関軸の回転を停止させる方向のトルクが当該方向において減少すると共にトーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにモータリング手段に対するトルク指令が設定される。すなわち、内燃機関の運転停止処理が開始されてから上記所定条件が成立するまで、内燃機関の機関軸には、その回転を停止させる方向のトルクが減少することなくモータリング手段から付与されるので、その間にトーショナルダンパは一方向に捩れることになる。そして、所定条件の成立に伴って機関軸に付与されるその回転を停止させる方向のトルクが減少し始めると、トーショナルダンパに蓄えられたエネルギによりその捩れが解放されることになる。従って、上記所定条件が成立してモータリング手段による機関軸の回転を停止させる方向のトルクが減少し始めてから、トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにモータリング手段に対するトルク指令を設定すれば、トーショナルダンパの捩れが緩やかに解放されるようにすると共に、トーショナルダンパが急激にそれまでとは逆方向に捩れるのを抑制することができる。これにより、このハイブリッド自動車では、エンジンの運転を停止させる際にトーショナルダンパの捩れに起因したショックの発生を良好に抑制することが可能となる。

また、前記所定条件は、前記機関軸の回転数が共振回転数帯を下回って所定値以下になると成立し、前記モータリングトルク指令設定手段は、前記所定条件が成立した後に、前記所定時間帯における前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクの単位時間あたりの変化量が他の時間帯に比べて小さくなるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するものであってもよい。

更に、前記所定時間帯は、前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングの前後にそれぞれ所定長さの時間を含むように定められてもよい。これにより、トーショナルダンパの捩れが緩やかに解放される時間と、トーショナルダンパが急激にそれまでとは逆方向に捩れるのを抑制する時間とを確保して、エンジンの運転を停止させる際にトーショナルダンパの捩れに起因したショックの発生を良好に抑制することが可能となる。

また、前記モータリング手段は、前記トーショナルダンパを介して前記内燃機関の前記機関軸に接続されると共に所定の車軸に接続され、電力と動力との入出力を伴って前記機関軸と前記車軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段であってもよく、前記電動機は、前記車軸または該車軸とは異なる他の車軸に動力を出力可能であってもよい。この場合、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができる発電用電動機と、前記トーショナルダンパを介して前記機関軸に接続されると共に前記車軸と前記発電用電動機の回転軸との３軸に接続され、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段とを含むものであってもよい。

本発明によるハイブリッド自動車の制御方法は、
走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、トーショナルダンパを介して前記内燃機関の機関軸と接続されて該内燃機関をモータリング可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができるモータリング手段とを備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の運転を停止させるときに、所定条件が成立するまで前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも該方向において減少することなく前記モータリング手段から前記機関軸に付与されるように該モータリング手段に対するトルク指令を設定し、前記所定条件が成立した後には、前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが該方向において減少すると共に前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するステップと、
（ｂ）前記内燃機関に対する燃料供給が停止された状態でステップ（ａ）にて設定されたトルク指令に応じたトルクが前記モータリング手段から前記機関軸に付与されると共に走行に要求される要求トルクに基づく走行用のトルクが得られるように前記内燃機関と前記電動機と前記モータリング手段とを制御するステップと、
を含むものである。

この方法のように、上記所定条件が成立してモータリング手段による機関軸の回転を停止させる方向のトルクが減少し始めてから、トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにモータリング手段に対するトルク指令を設定すれば、トーショナルダンパの捩れが緩やかに解放されるようにすると共に、トーショナルダンパが急激にそれまでとは逆方向に捩れるのを抑制することができる。これにより、エンジンの運転を停止させる際にトーショナルダンパの捩れに起因したショックの発生を良好に抑制することが可能となる。

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、本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。同図に示すハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト（機関軸）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に接続された車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を介してリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２と、ハイブリッド自動車２０の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（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０等とを備えるものである。

エンジン２２は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４による燃料噴射量や点火時期、吸入空気量等の制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２に対して設けられて当該エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。そして、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号や上記センサからの信号等に基づいてエンジン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ＥＣＵ７０に出力する。また、クランクシャフト２６に取り付けられるダンパ２８は、低捩れ特性をもった周知のコイルスプリング式トーショナルダンパである。

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う遊星歯車機構として構成されている。機関側回転要素としてのキャリア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、車軸側回転要素としてのリングギヤ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、動力分配統合機構３０は、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側と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からギヤ列３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して最終的に駆動輪である車輪３９ａ，３９ｂに出力される。

モータＭＧ１およびＭＧ２は、何れも発電機として作動すると共に電動機として作動可能な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を介して二次電池であるバッテリ５０と電力のやり取りを行う。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の何れか一方により発電される電力を他方のモータで消費できるようになっている。従って、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の何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り、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は充放電されないことになる。モータＭＧ１，ＭＧ２は、何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等が入力されており、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等が出力される。また、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４から入力した信号に基づいて図示しない回転数算出ルーチンを実行し、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を計算している。更に、モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号等に基づいてモータ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ＥＣＵ７０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からのバッテリ温度Ｔｂ等が入力されている。バッテリＥＣＵ５２は、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ＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。更に、バッテリＥＣＵ５２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を算出したり、当該残容量ＳＯＣに基づいてバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を算出したり、残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の充電に許容される電力である充電許容電力としての入力制限Ｗｉｎとバッテリ５０の放電に許容される電力である放電許容電力としての出力制限Ｗｏｕｔとを算出したりする。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定すると共に、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定可能である。

ハイブリッドＥＣＵ７０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、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６、計時指令に応じて計時処理を実行するタイマ７８、図示しない入出力ポートおよび通信ポート等を備える。ハイブリッドＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）８０からのイグニッション信号、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰ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８７からの車速Ｖ等が入力ポートを介して入力される。そして、ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２等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等と各種制御信号やデータのやり取りを行っている。

上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、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とに基づいて車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべきトルクである要求トルクＴｒ＊が計算され、この要求トルクＴｒ＊に基づくトルクがリングギヤ軸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の運転制御モードとしては、要求トルクＴｒ＊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に出力されるようにモータＭＧ１およびＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや、要求トルクＴｒ＊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トルクＴｒ＊に応じたトルクがリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１および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から要求トルクＴｒ＊に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するように運転制御するモータ運転モード等がある。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、トルク変換運転モードや充放電運転モードのもとで所定条件が成立した場合、エンジン２２を自動的に停止・始動させる間欠運転が実行される。

次に、走行中あるいは停車中にエンジン２２の運転を停止させるときのハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図２は、エンジン２２の運転停止条件が成立すると実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により所定時間（例えば数ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行されるエンジン停止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。なお、エンジン２２の運転停止条件が成立するとエンジン２２に対する燃料噴射が停止されるようにハイブリッドＥＣＵ７０からエンジンＥＣＵ２４に燃料カット指令信号が送信され、燃料カット指令信号を受け取ったエンジンＥＣＵ２４は、燃料噴射制御や点火時期制御を休止する。

図２のルーチンの開始に際して、ハイブリッドＥＣＵ７０のＣＰＵ７２は、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、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８７からの車速Ｖ、クランクシャフト２６（エンジン２２）の回転数Ｎｅ、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。なお、回転数Ｎｅはクランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとし、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、モータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

ステップＳ１００のデータ入力処理の後、入力したクランクシャフト２６の回転数Ｎｅが値０であるか否かを判定し（ステップＳ１１０）、回転数Ｎｅが値０でなければ、入力したアクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとに基づいて駆動輪である車輪３９ａ，３９ｂに連結された車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（ステップＳ１２０）。実施例では、アクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係が予め定められて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶されており、要求トルクＴｒ＊としては、与えられたアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに対応したものが当該マップから導出・設定される。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。次いで、通常時には値０に設定される所定のフラグＦが値１であるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、フラグＦが値０であれば、更に、回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆを上回っているか否かを判定する（ステップＳ１４０）。閾値Ｎｒｅｆは、予め実験・解析を経てエンジン２２の共振回転数帯（例えば４００〜６００ｒｐｍの範囲）よりも小さい値（例えば１００〜３００ｒｐｍ）として定められる。そして、回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆを上回っている場合には、トルク指令Ｔｍ１＊の変化レートΔＴを負の所定値Ｔ０に設定した上で（ステップＳ１５０）、モータＭＧ１に対する前回のトルク指令Ｔｍ１＊に変化レートΔＴを加算した値と、予め定められた下限モータトルクＴｍ１ｌｉｍ（負の値）との大きい方を今回のトルク指令Ｔｍ１＊として設定する（ステップＳ１６０）。

モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定したならば、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとステップＳ１６０にて設定したモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ１，ＭＧ２の現在の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とを用いてモータ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）に従い計算する（ステップＳ１７０）。更に、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と減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）に従い計算する（ステップＳ１８０）。そして、モータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊をトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値に設定する（ステップＳ１９０）。このようしてモータＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するトルクをバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内に制限することができる。なお、式（３）は、図４に例示する動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図から容易に導出することができる。ただし、図４は、ハイブリッド自動車２０が走行している最中の様子を示すものであり、同図において、左側のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１に一致するサンギヤ３１の回転数を示し、中央のＣ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅに一致するキャリア３４の回転数を示し、右側のＲ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。また、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１にトルクＴｍ１を出力させたときにこのトルク出力によりリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２にトルクＴｍ２を出力させたときに減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定したならば、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ２００）、再度ステップＳ１００以降の処理を実行する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊に従ってモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊に従ってモータＭＧ２が駆動されるようにインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

この結果、図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンの実行が開始されると、モータＭＧ１からクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルク（図４における下向きのトルク）が当該クランクシャフト２６に付与されることになり、実施例において、トルク指令Ｔｍ１＊は、図５に示すように、本ルーチンの実行が開始されてから下限モータトルクＴｍ１ｌｉｍに一致するまで変化レートΔＴ（値Ｔ０）に基づいてクランクシャフト２６の回転を停止させる方向（負側）に線形的に大きく（値として小さく）なるように設定され、下限モータトルクＴｍ１ｌｉｍに一致すると、それ以後、下限モータトルクＴｍ１ｌｉｍがトルク指令Ｔｍ１＊として設定されることになる。これにより、変化レートΔＴとして設定される値Ｔ０を適正に定めることにより、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが速やかに共振回転数帯を通過するようにしてエンジン２２の運転停止に伴う振動の発生を抑制することができる。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（１）
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（２）
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（３）

一方、ステップＳ１４０にて回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆ以下であると判断された場合には、タイマ７８をオンすると共に上記フラグＦを値１に設定した上で（ステップＳ２１０）、タイマ７８による計時時間ｔが所定の時間ｔａから時間ｔｂまでの範囲内に含まれているか否かを判定する（ステップＳ２２０）。なお、ステップＳ１３０にてフラグＦが値１であると判断された場合、ステップＳ１４０およびＳ２１０の処理はスキップされる。ステップＳ２２０にて計時時間ｔが時間ｔａから時間ｔｂまでの範囲外であると判断された場合には、トルク指令Ｔｍ１＊の変化レートΔＴを正の所定値Ｔ１に設定した上で（ステップＳ２３０）、モータＭＧ１に対する前回のトルク指令Ｔｍ１＊に変化レートΔＴを加算した値と、値０との小さい方を今回のトルク指令Ｔｍ１＊として設定し（ステップＳ２４０）。上述のステップＳ１７０〜Ｓ２００の処理を実行する。また、ステップＳ２２０にて計時時間ｔが時間ｔａから時間ｔｂまでの範囲内に含まれると判断された場合には、トルク指令Ｔｍ１＊の変化レートΔＴをステップＳ２３０にて用いられる値Ｔ１よりも小さい正の所定値（値０であってもよい）Ｔ２に設定した上で（ステップＳ２５０）、モータＭＧ１に対する前回のトルク指令Ｔｍ１＊に変化レートΔＴを加算した値と、値０との小さい方を今回のトルク指令Ｔｍ１＊として設定し（ステップＳ２４０）。上述のステップＳ１７０〜Ｓ２００の処理を実行する。そして、本ルーチンが繰り返し実行され、ステップＳ１１０にてクランクシャフト２６の回転数Ｎｅが値０になったと判断されると、エンジン２２の運転が完全に停止していることになるので、タイマ７８をオフすると共にフラグＦを値０に設定した上で（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了させる。

これにより、図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンの実行が開始された後、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になると、図５に示すように、モータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊は、クランクシャフト２６に付与される当該クランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが減少するように（値として大きくなるように）設定され、最終的に値０に設定されることになる。そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になると（図５の時刻ｔ０）、時刻ｔ０から時間ｔａが経過した時刻ｔ１と時刻ｔ０から時間ｔｂが経過した時刻ｔ２との間の時間帯にモータＭＧ１から出力されるトルクＴｍ１の単位時間（図２のルーチンの実行サイクル）あたりの変化量が他の時間帯すなわち時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間や時刻ｔ２以降に比べて小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊が設定されることになる。ここで、実施例において、エンジン２２の運転を停止させるべく本ルーチンの実行が開始されてからステップＳ１４０にてクランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になったと判断されるまで、クランクシャフト２６には、その回転を停止させる方向のトルクが減少することなくモータＭＧ１から付与されるので、その間にダンパ２８は一方向に捩れることになる。そして、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下になってモータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されるその回転を停止させる方向のトルクが減少し始めると（値０に向けて変化し始めると）、ダンパ２８に蓄えられたエネルギによりその捩れが解放されることになる。このようなダンパ２８の動作を踏まえて、実施例では、モータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されるその回転を停止させる方向のトルクが減少し始めた後にダンパ２８の捩れがなくなるタイミングの前後にそれぞれ所定長さの時間が確保されるように時間ｔａおよびｔｂが予め実験・解析を経て定められている。これにより、時刻ｔ０から時間ｔａが経過した時刻ｔ１と時刻ｔ０から時間ｔｂが経過した時刻ｔ２との間の時間帯にトルクＴｍ１の単位時間あたりの変化量が時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間や時刻ｔ２以降に比べて小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定すれば、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間にダンパ２８の捩れが緩やかに解放されると共にダンパ２８が急激にそれまでとは逆方向に捩れないようにして、エンジン２２の運転を停止させる際にダンパ２８の捩れに起因したショックの発生を良好に抑制することが可能となる。なお、ステップＳ２３０にて変化レートΔＴとして設定される値Ｔ１と、ステップＳ２５０にて変化レートΔＴとして設定される値Ｔ２とは、図５において一点鎖線で示すように、時刻ｔ０にクランクシャフト２６の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下となってモータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されるその回転を停止させる方向のトルクを一定の変化レートで減少させるときの好適な変化レート（時刻ｔ０からエンジン２２が停止するまでの好適な経過時間）を考慮して定めるとよい。

以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転を停止させるときに、図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンが実行され、エンジン２２に対する燃料噴射が停止された状態でクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクがモータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されると共に走行に要求される要求トルクＴｒ＊（値０を含む）に基づくトルクが車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力されるようにエンジン２２とモータＭＧ１およびＭＧ２とが制御される。そして、図２のルーチンの実行が開始されると、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆ以下になるまでクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも当該方向において減少することなくモータＭＧ１からクランクシャフト２６に付与されるようにモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊が設定される（ステップＳ１５０，Ｓ１６０）。また、図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンの実行の開始後にクランクシャフト２６の回転数Ｎｅが上記閾値Ｎｒｅｆ以下になると、クランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが当該方向において減少すると共にダンパ２８の捩れがなくなるタイミングを含む時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊が設定される（ステップＳ２２０〜Ｓ２５０）。このように、ステップＳ１４０の判定結果に応じてモータＭＧ１から出力されるクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが減少し始めてから、ダンパ２８の捩れがなくなるタイミングを含む時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定すれば、モータＭＧ１から出力されるクランクシャフト２６の回転を停止させる方向のトルクが減少し始める前に一方向に捩られていたダンパ２８の捩れが緩やかに解放されるようにすると共に、ダンパ２８が急激にそれまでとは逆方向に捩れるのを抑制することができる。これにより、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の運転を停止させる際にダンパ２８の捩れに起因したショックの発生を良好に抑制することが可能となる。また、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯を規定する時間ｔａおよびｔｂをダンパ２８の捩れがなくなるタイミングの前後にそれぞれ所定長さの時間が確保されるように定めれば、ダンパ２８の捩れが緩やかに解放される時間と、ダンパ２８が急激にそれまでとは逆方向に捩れるのを抑制する時間とを確保して、エンジン２２の運転を停止させる際にダンパ２８の捩れに起因したショックの発生を極めて良好に抑制することが可能となる。

なお、上記実施例では、ステップＳ１４０にて回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆ以下であると判断される時刻ｔ０から時間ｔａが経過した時刻ｔ１と時刻ｔ０から時間ｔｂが経過した時刻ｔ２との間の時間帯に変化レートΔＴを時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間や時刻ｔ２以降に比べて小さくすることで、ダンパ２８の捩れがなくなるタイミングを含む時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、ダンパ２８の捩れがなくなるタイミングを含む時間帯にトルク変化の度合がその前後に比べて緩やかになるのであれば、他の如何なる手法が用いられてもよい。また、上記実施例では、ステップＳ１４０にて回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆ以下であると判断されるまで変化レートΔＴと下限モータトルクＴｍ１ｌｉｍとを用いたレート処理によりモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定しているが、ステップＳ１４０にて回転数Ｎｅが所定の閾値Ｎｒｅｆ以下であると判断されるまで、クランクシャフト２６の回転数Ｎｅあるいは図示しないクランクポジションセンサにより検出されるクランク角ＣＡと図示しないトルク指令設定用マップとを用いてモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊を設定してもよい。

更に、上記実施例のハイブリッド自動車２０では、車軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２とがモータＭＧ２の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する減速ギヤ３５を介して連結されているが、減速ギヤ３５の代わりに、例えばＨｉ，Ｌｏの２段の変速段あるいは３段以上の変速段を有したモータＭＧ２の回転数を変速してリングギヤ軸３２ａに伝達する変速機を採用してもよい。また、実施例のハイブリッド自動車２０は、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａに接続された車軸に出力するものであるが、本発明の適用対象はこれに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図６に示す変形例に係るハイブリッド自動車１２０のように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａに接続された車軸（車輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に出力するものに適用されてもよい。更に、実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して車輪３９ａ，３９ｂに接続される車軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものであるが、本発明の適用対象は、これに限られるものでもない。すなわち、本発明は、図７に示す変形例に係るハイブリッド自動車２２０のように、エンジン２２のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と車輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する車軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を車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を備えたものに適用されてもよい。

ここで、上記各実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明しておく。すなわち、上記実施例等では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、車軸としてのリングギヤ軸３２ａに動力を入出力可能なモータＭＧ２が「電動機」に相当し、モータＭＧ１およびＭＧ２と電力をやり取り可能なバッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、ダンパ２８を介してクランクシャフト２６に接続されるモータＭＧ１および動力分配統合機構３０の組み合わせや対ロータ電動機２３０が「モータリング手段」に相当し、図２のステップＳ１５０，Ｓ１６０，Ｓ２２０〜Ｓ２５０の処理を実行するハイブリッドＥＣＵ７０が「モータリングトルク指令設定手段」に相当し、図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンを実行するハイブリッドＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との組み合わせが「機関停止制御手段」に相当する。また、モータＭＧ１が「発電用電動機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。

ただし、「内燃機関」は、ガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料の供給を受けて動力を出力するエンジン２２に限られず、水素エンジンといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「電動機」や「発電用電動機」は、モータＭＧ１，ＭＧ２のような同期発電電動機に限られず、誘導電動機といったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「蓄電手段」は、バッテリ５０のような二次電池に限られず、電動機と電力をやり取り可能なものであればキャパシタといったような他の如何なる形式のものであっても構わない。「モータリング手段」は、トーショナルダンパを介して内燃機関の機関軸と接続されて当該内燃機関をモータリング可能であると共に蓄電手段と電力をやり取りすることができるものであれば、トーショナルダンパを介して内燃機関の機関軸に連結される電動機のような他の如何なる形式のものであっても構わない。「モータリングトルク指令設定手段」は、内燃機関の運転を停止させるときに、所定条件が成立するまで機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも当該方向において減少することなくモータリング手段から機関軸に付与されるようにトルク指令を設定し、所定条件が成立した後には、機関軸の回転を停止させる方向のトルクが当該方向において減少すると共にトーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるようにトルク指令を設定するものであれば、ハイブリッドＥＣＵ７０以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。「機関停止制御手段」は、ハイブリッドＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との組み合わせ以外の他の如何なる形式のものであっても構わない。何れにしても、これら実施例および変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。すなわち、実施例はあくまで課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎず、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の解釈は、その欄の記載に基づいて行なわれるべきものである。

以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業等において利用可能である。

本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 実施例のハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるエンジン停止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。 動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を例示する共線図である。 図２のエンジン停止時駆動制御ルーチンが実行される間にクランクシャフト２６の回転数ＮｅとモータＭＧ１に対するトルク指令Ｔｍ１＊とが変化する様子を例示する説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の概略構成図である。

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、３７ ギヤ列、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ〜３９ｄ 車輪、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、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、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、ストロークセンサ、８７ 車速センサ、８８ パワースイッチ、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. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段とを含むハイブリッド自動車であって、
   トーショナルダンパを介して前記内燃機関の機関軸と接続されており、該内燃機関をモータリング可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができるモータリング手段と、
   前記内燃機関の運転を停止させるときに、所定条件が成立するまで前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも該方向において減少することなく前記モータリング手段から前記機関軸に付与されるように該モータリング手段に対するトルク指令を設定し、前記所定条件が成立した後には、前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが該方向において減少すると共に前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するモータリングトルク指令設定手段と、
   前記内燃機関に対する燃料供給が停止された状態で前記設定されたトルク指令に応じたトルクが前記モータリング手段から前記機関軸に付与されると共に走行に要求される要求トルクに基づく走行用のトルクが得られるように前記内燃機関と前記電動機と前記モータリング手段とを制御する機関停止制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車。
2. 請求項１に記載のハイブリッド自動車において、
   前記所定条件は、前記機関軸の回転数が共振回転数帯を下回って所定値以下になると成立し、前記モータリングトルク指令設定手段は、前記所定条件が成立した後に、前記所定時間帯における前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクの単位時間あたりの変化量が他の時間帯に比べて小さくなるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するハイブリッド自動車。
3. 請求項１または２に記載のハイブリッド自動車において、
   前記所定時間帯は、前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングの前後にそれぞれ所定長さの時間を含むように定められるハイブリッド自動車。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のハイブリッド自動車において、
   前記モータリング手段は、前記トーショナルダンパを介して前記内燃機関の前記機関軸に接続されると共に所定の車軸に接続され、電力と動力との入出力を伴って前記機関軸と前記車軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段であり、
   前記電動機は、前記車軸または該車軸とは異なる他の車軸に動力を出力可能であるハイブリッド自動車。
5. 請求項４に記載のハイブリッド自動車において、
   前記電力動力入出力手段は、
   動力を入出力可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができる発電用電動機と、
   前記トーショナルダンパを介して前記機関軸に接続されると共に前記車軸と前記発電用電動機の回転軸との３軸に接続され、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力に基づく動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、
   を含むハイブリッド自動車。
6. 走行用の動力を出力可能な内燃機関と、走行用の動力を出力可能な電動機と、該電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、トーショナルダンパを介して前記内燃機関の機関軸と接続されて該内燃機関をモータリング可能であると共に前記蓄電手段と電力をやり取りすることができるモータリング手段とを備えるハイブリッド自動車の制御方法であって、
   （ａ）前記内燃機関の運転を停止させるときに、所定条件が成立するまで前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが少なくとも該方向において減少することなく前記モータリング手段から前記機関軸に付与されるように該モータリング手段に対するトルク指令を設定し、前記所定条件が成立した後には、前記機関軸の回転を停止させる方向のトルクが該方向において減少すると共に前記トーショナルダンパの捩れがなくなるタイミングを含む所定時間帯にトルク変化の度合がより緩やかになるように前記モータリング手段に対するトルク指令を設定するステップと、
   （ｂ）前記内燃機関に対する燃料供給が停止された状態でステップ（ａ）にて設定されたトルク指令に応じたトルクが前記モータリング手段から前記機関軸に付与されると共に走行に要求される要求トルクに基づく走行用のトルクが得られるように前記内燃機関と前記電動機と前記モータリング手段とを制御するステップと、
   を含むハイブリッド自動車の制御方法。

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