JP2010012902A - ハイブリッド車および動力出力装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と電動機を有するハイブリッド車において電動機の回転数を変速する変速機の変速比に応じて点火時期を変更することで内燃機関始動時に初爆ショックが発生しないように制御する。
【解決手段】電動機と電動機の回転数を変速することの出来る変速機を備えたハイブリッド車において、内燃機関の始動時に必要なパラメータの入力と算出を行った後（ステップＳ１００〜Ｓ１２０）、内燃機関の回転数が自立運転出来る回転数以上になったか判定し（ステップＳ１３０）変速機の変速比が小さい傾向にあるほど内燃機関の点火時期を遅くなる傾向に設定して、それに基づいて電動機から出力する初爆ショックを抑制するトルクの大きさを変化させて（ステップＳ１５０〜Ｓ１８０）エンジン始動制御を行う（ステップＳ１９０〜Ｓ２４０）。これにより変速ギヤ比が変わっても初爆ショックを抑制することが出来る。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車および動力出力装置の制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、キャリアがエンジンのクランクシャフトに接続されると共にリングギヤが車軸側に接続された動力分配統合機構と、動力分配統合機構のサンギヤに動力を入出力するモータＭＧ１と、リングギヤに接続されたリングギヤ軸に動力を入出力するモータＭＧ２とを備えるハイブリッド車両において、エンジンの初爆時のトルクを打ち消すカウンタトルクをモータＭＧ２に出力させ、初爆時の車両の振動を低減するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２１２９８３号公報

しかしながらモータＭＧ２の出力軸とリングギヤ軸との間に変速機を備えるハイブリッド車では、その変速ギヤ段によりエンジンの始動時の初爆ショックの大きさが異なるため、変速ギヤ段によっては初爆ショックが発生する。

本発明のハイブリッド車および動力出力装置の制御方法は、変速機を備えたハイブリッド自動車において内燃機関始動時の初爆ショックを軽減することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車および動力出力装置は、少なくとも上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車は、
内燃機関と、
動力を入出力可能な発電機と、
車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸の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と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記変速伝達手段の変速比が前記電動機の回転軸の動力を減速して前記駆動軸に伝達するときの減速比としたときに該変速比が小さいほど遅い傾向に前記内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定する始動時点火時期設定手段と、
前記内燃機関の始動要請がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に出力されるトルクをキャンセルする方向のキャンセルトルクと前記内燃機関の初爆時に前記駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと前記設定された要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定された始動時点火時期を用いて前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、電動機の回転軸と駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って回転軸と駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段の変速比が電動機の回転軸の動力を減速して駆動軸に伝達するときの減速比としたときに変速比が小さいほど遅い傾向に内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定し、内燃機関の始動要請がなされたとき、内燃機関がクランキングされるよう発電機を制御し、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をキャンセルする方向のキャンセルトルクと内燃機関の初爆時に駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと走行に要求される要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、設定された始動時点火時期を用いて内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。これにより変速比が小さいときでも初爆のショックを軽減できる。

前記補正トルクは変速比が小さいほど小さい傾向に設定されてなるものとすることもできる。これにより初爆ショックを軽減する以上に補正トルクを出力することを避けることができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
内燃機関と、
動力を入出力可能な発電機と、
車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸の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と、
動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段と、
前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
前記変速伝達手段の変速比が前記電動機の回転軸の動力を減速して前記駆動軸に伝達するときの減速比としたときに該変速比が小さいほど遅い傾向に前記内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定し、
前記内燃機関の始動要請がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に出力されるトルクをキャンセルする方向のキャンセルトルクと前記内燃機関の初爆時に前記駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと前記設定された要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定された始動時点火時期を用いて前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
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では、電動機の回転軸と駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って回転軸と駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段の変速比が電動機の回転軸の動力を減速して駆動軸に伝達するときの減速比としたときに変速比が小さいほど遅い傾向に内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定し、
内燃機関の始動要請がなされたとき、内燃機関がクランキングされるよう発電機を制御し、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をキャンセルする方向のキャンセルトルクと内燃機関の初爆時に駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと走行に要求される要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、設定された始動時点火時期を用いて内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。これにより変速比が小さいときでも初爆のショックを軽減できる。

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す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、変速機６０を介して動力分配統合機構３０に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系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には変速機６０を介してモータＭＧ２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に出力する。リングギヤ３２は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して車両前輪の車輪３９に機械的に接続されている。したがって、リングギヤ３２に出力された動力は、ギヤ機構３７およびデファレンシャルギヤ３８を介して車輪３９に出力されることになる。なお、駆動系として見たときの動力分配統合機構３０に接続される３軸は、キャリア３４に接続されたエンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６，サンギヤ３１に接続されモータＭＧ１の回転軸となるサンギヤ軸３１およびリングギヤ３２に接続されると共に車輪３９に機械的に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとなる。

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。

変速機６０は、モータＭＧ２の回転軸４８とリングギヤ軸３２ａとの接続および接続の解除を行なうと共に両軸の接続をモータＭＧ２の回転軸４８の回転数を２段に減速してリングギヤ軸３２ａに伝達するよう構成されている。変速機６０の構成の一例を図２に示す。この図２に示す変速機６０は、ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂと二つのブレーキＢ１，Ｂ２とにより構成されている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａは、外歯歯車のサンギヤ６１と、このサンギヤ６１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６２と、サンギヤ６１に噛合する複数の第１ピニオンギヤ６３ａと、この第１ピニオンギヤ６３ａに噛合すると共にリングギヤ６２に噛合する複数の第２ピニオンギヤ６３ｂと、複数の第１ピニオンギヤ６３ａおよび複数の第２ピニオンギヤ６３ｂを連結して自転かつ公転自在に保持するキャリア６４とを備えており、サンギヤ６１はブレーキＢ１のオンオフによりその回転を自由にまたは停止できるようになっている。シングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂは、外歯歯車のサンギヤ６５と、このサンギヤ６５と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ６６と、サンギヤ６５に噛合すると共にリングギヤ６６に噛合する複数のピニオンギヤ６７と、複数のピニオンギヤ６７を自転かつ公転自在に保持するキャリア６８とを備えており、サンギヤ６５はモータＭＧ２の回転軸４８に、キャリア６８はリングギヤ軸３２ａにそれぞれ連結されていると共にリングギヤ６６はブレーキＢ２のオンオフによりその回転が自由にまたは停止できるようになっている。ダブルピニオンの遊星歯車機構６０ａとシングルピニオンの遊星歯車機構６０ｂとは、リングギヤ６２とリングギヤ６６、キャリア６４とキャリア６８とによりそれぞれ連結されている。変速機６０は、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオフとすることによりモータＭＧ２の回転軸４８をリングギヤ軸３２ａから切り離すことができ、ブレーキＢ１をオフとすると共にブレーキＢ２をオンとしてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的大きな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達し（以下、この状態をＬｏギヤの状態という）、ブレーキＢ１をオンとすると共にブレーキＢ２をオフ状態としてモータＭＧ２の回転軸４８の回転を比較的小さな減速比で減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する（以下、この状態を変速ギヤ段ＧｒがＨｉの状態という）。なお、ブレーキＢ１，Ｂ２を共にオンとする状態は回転軸４８やリングギヤ軸３２ａの回転を禁止するものとなる。

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に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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８６の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８７からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８２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８３からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８４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８５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。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、変速機６０のブレーキＢ１，Ｂ２の図示しないアクチュエータへの駆動信号やなどが出力ポートを介して出力されている。なお、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。なお、実施例では、シフトポジションＳＰとしては、駐車用の駐車ポジション（Ｐポジション）、中立のニュートラルポジション（Ｎポジション）、前進走行用のドライブポジション（Ｄポジション）、後進走行用のリーバースポジション（Ｒポジション）、下り坂で有段変速機における２速や１速のエンジンブレーキ相当の制動力を付与するためのブレーキポジション（Ｂポジション）などがある。

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
８２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、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。

始動時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８３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，エンジン２２の回転数Ｎｅ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，変速機６０の変速ギヤ段Ｇｒ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。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（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とに基づいて車両に要求されるトルクとして車輪３９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＊と車両に要求される要求パワー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。この要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。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を乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和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、エンジン２２の回転数Ｎｅや始動開始時からの経過時間ｔを用いて始動マップからモータＭＧ1のトルク指令Ｔｍ１＊を導出して設定する(ステップＳ１２０)。始動マップは、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と始動開始時からの経過時間ｔとの関係を設定したマップである。図５に始動マップの一例を示す。始動マップでは、図５に示すように、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迅速に比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン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が共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上でモータリングすることができるトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、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。ここで、点火開始回転数Ｎｆｉｒｅは、実施例では共振回転数帯より余裕をもって大きな回転数、例えば１０００ｒｐｍや１２００ｒｐｍなどのように設定されている。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅに至った時間ｔ３からレート処理を用いて迅速にトルク指令Ｔｍ１＊を値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ４から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。このように、エンジン２２の始動指示がなされた直後に大きなトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２をモータリングすることにより、迅速にエンジン２２を点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上に回転させて始動することができる。

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が点火開始回転数Ｎｆｉｒｅより大きくなったか否かを判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の始動指示がなされた直後には、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅより小さいので、エンジン２２の初爆時にリングギヤ軸３２ａに作用するトルクを打ち消す方向のトルクとしての抑制トルクＴｆｉｒｅに値０を設定し（ステップ２５０）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算出したものに抑制トルクＴｆｉｒｅを加えて仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（３）により計算し（ステップＳ２１０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２２０）。ここで、上述の式（３）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。

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

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２３０）、始動時駆動制御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。そして、エンジン２２が完爆したか否かを判定して（ステップＳ２４０）、完爆していないときにはステップＳ１００に戻る。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅより小さいときには、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御の開始が指示されないからステップＳ１００の処理に戻ることになる。

エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅより大きくなると（ステップＳ１３０）変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉであるかＬｏであるか判定を行う（ステップＳ１４０）。変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉであるとき、エンジン２２の点火時期ＩＧＴに第一の点火時期Ｌｈを設定して（ステップＳ１５０）抑制トルクＴｆｉｒｅに第一の抑制トルクＴｈを設定する（ステップＳ１６０）。変速ギヤ段ＧｒがＬｏであるとき、エンジン２２の点火時期ＩＧＴに第二の点火時期Ｌｌを設定して（ステップＳ１７０）抑制トルクＴｆｉｒｅに第二の抑制トルクＴｌを設定する（ステップＳ１８０）。第一の点火時期Ｌｈは第二の点火時期Ｌｌに比して遅れた点火時期であり、第一の抑制トルクＴｈは第二の抑制トルクＴｌに比して絶対値が小さい値である。ここで、第一の点火時期Ｌｈが第二の点火時期Ｌｌに比して遅らせた時期である理由は変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときに比してモータＭＧ２の慣性分が小さく初爆ショックが大きくなりやすいため、変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときはエンジン２２の点火時期ＩＧＴを変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときよりも遅くすることでエンジン２２の燃焼状態を緩慢にして、出力トルクを減少させるためである。この第一の点火時期Ｌｈおよび第二の点火時期Ｌｌはエンジン２２の目標回転数および目標トルクに基づいて設定され予め実験などにより求めた値を用いる。次に抑制トルクＴｆｉｒｅについて説明する。モータＭＧ１の回転子の質量に基づく慣性分を考慮しなければ、理論上、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定してモータＭＧ１を駆動制御しているときにはエンジン２２のクランクシャフト２６が接続された動力分配統合機構３０のキャリア３４に動力の入出力があってもリングギヤ軸３２ａには何らトルクは作用しない。しかし、モータＭＧ１の回転子の質量に基づく慣性分を考慮すると、キャリア３４への急激な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。実施例の抑制トルクＴｆｉｒｅ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る。第一の抑制トルクＴｈの絶対値は第二の抑制トルクＴｌの絶対値に比して小さい値である理由は、変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときはＬｏのときに比して点火時期を遅らせるために、Ｌｏのときに比べて初爆ショックが小さくなることからモータＭＧ２からの出力トルクを補正する度合いも小さくなるため変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときに比して抑制トルクＴｆｉｒｅを絶対値が小さい値で設定して初爆時ショックを抑制するためである。この第一抑制トルクＴｈおよび第二抑制トルクＴｌについては吸気温度や、吸気圧，シフトポジション，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予め実験などにより求めた値を用いるものとする。第一点火時期Ｌｈおよび第二点火時期Ｌｌと、第一抑制トルクＴｈおよび第二抑制トルクＴｌを以上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第一点火時期Ｌｈおよび第二点火時期Ｌｌと、第一抑制トルクＴｈおよび第二抑制トルクＴｌ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第一点火時期Ｌｈおよび第二点火時期Ｌｌと、第一抑制トルクＴｈおよび第二抑制トルクＴｌを導出することにより行うことができる。本実施例ではエンジン２２の目標回転数および目標トルクと対応した第一点火時期Ｌｈおよび第二点火時期Ｌｌのマップ，および吸気温や、吸気圧，シフトポジション，冷却水温に対応した第一抑制トルクＴｈおよび第二抑制トルクＴｌに対応したマップをＲＯＭ７４に記憶する。点火時期ＩＧＴが設定されたらその設定値を元にエンジンＥＣＵ２４に燃料噴射制御および点火制御を行うように指示を行う（ステップＳ１９０）。指示を受けてエンジンＥＣＵ２４はエンジン２２の燃料噴射制御および点火制御を行う。

次に、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を計算すると共に（ステップＳ２００）、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を計算し（ステップＳ２１０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値に抑制トルクＴαを加えたものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定し（ステップＳ２２０）、設定したモータＭＧ１，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，ＴＭ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ２３０）、エンジン２２が完爆したか否かを判定し（ステップＳ２４０）、完爆していないときにはステップＳ１００に戻り、完縛しているときには、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。

次に、本始動時駆動制御ルーチンを行ったときのエンジン回転数および点火時期ＩＧＴおよび抑制トルクＴｆｉｒｅの時間変化の様子を図６を用いて説明する。上段に示すのがエンジンの回転数Ｎｅであり、中段に示すのが点火時期ＩＧＴであり、下段に示されるのが抑制トルクＴｆｉｒｅである。また、破線で示されるグラフが変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときの各項目の時間変化であり、通常の線で示されるグラフが変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときの各項目の時間変化である。点火開始後エンジン２２が完爆するまで変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときの方が変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときに比して点火時期は遅くなり、抑制トルクＴｆｉｒｅの絶対値の大きさは小さくなる。エンジン２２が完爆した後は、点火時期ＩＧＴ，抑制トルクＴｆｉｒｅともに変速ギヤ段Ｇｒによる違いはなくなる。

以上説明した実施例のハイブリッド車２０によれば、エンジン２２の始動時にモータＭＧ２からエンジン２２の始動トルクを抑制する方向の抑制トルクＴｆｉｒｅを出力するとき、変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときに比してモータＭＧ２の慣性分が小さく初爆ショックが大きくなりやすいため、変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときはエンジン２２の点火時期ＩＧＴを変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときよりも遅くすることでエンジン２２の燃焼状態を緩慢にして、出力トルクを減少させる。それにより初爆ショックを抑えることが出来る。また、そのとき変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは変速ギヤ段ＧｒがＬｏのときに比して抑制トルクＴｆｉｒｅを小さい値で出力することで、初爆ショックを抑制できる。以上、変速比に応じて点火時期ＩＧＴを設定することによりエンジン２２の始動トルクの大きさを切り替えて、それに応じて抑制トルクＴｆｉｒｅを設定することでエンジン２２始動時のショックを抑制することができる。

また、実施例では抑制トルクＴｆｉｒｅを変速機６０の変速ギヤ段Ｇｒに応じて変化させたが、抑制トルクＴｆｉｒｅは変速機６０の変速ギヤ段Ｇｒの状態に拘わらず固定値でもよい。

また、実施例では変速機６０は変速ギヤ段ＧｒがＨｉとＬｏの二つを備える２段変速機を用いたが、変速機６０は二段変速機に限らず３段以上の変速機、あるいはＣＶＴのような無段変速機であってもよい。

ここで、実施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する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、モータＭＧ２の回転軸４８と駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続されてモータＭＧ２の回転を変速して伝達する変速機６０が「変速伝達手段」に相当し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に必要となる要求トルクＴｒ＊を算出するハイブリッドＥＣＵ７０が「要求駆動力設定手段」に相当し、変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは、Ｌｏのときに比べて遅角するように点火時期ＩＧＴを設定するハイブリッドＥＣＵ７０が「始動時点火時期設定手段」に相当し、エンジン２２をクランキングするためのモータトルク指令Ｔｍ１＊を設定して、モータトルク指令Ｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊と抑制トルクＴｆｉｒｅに基づいてモータトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ１およびモータＭＧ２を制御し、エンジン回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上であるとき、燃料噴射や点火をパラメータにしたがって行うようエンジン２２を制御するハイブリッドＥＣＵ７０およびエンジンＥＣＵ２４およびモータＥＣＵ４０が「制御手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としてはエンジン２２に限定されるものはなく、また、「発電機」および「電動機」としては一般的な同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１およびＭＧ２に限定されるものではなく動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。また、「３軸式動力入出力手段」は、差動作用を行う遊星歯車機構として構成される動力分配統合機構３０に限定されるものではなく車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものであっても構わない。また、「変速伝達手段」は２段変速機である変速機６０として限定されるものではなく電動機の回転軸と駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達するものであれば如何なるものであっても構わない。また、「要求駆動力設定手段」は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に必要となる要求トルクＴｒ＊を算出するものに限定されるものではなく、走行に要求される要求駆動力を設定する手段であれば如何なるものであっても構わない。また、「始動時点火時期設定手段」は変速機６０の変速ギヤ段ＧｒがＨｉのときは、Ｌｏのときに比べて遅角するように点火時期ＩＧＴを設定するものに限定されるものではなく、変速伝達手段の変速比が電動機の回転軸の動力を減速して駆動軸に伝達するときの減速比としたときに変速比が大きいほど遅い傾向に内燃機関の始動時における点火時期を設定するものであれば如何なるものであっても構わない。また、「制御手段」はエンジン２２をクランキングするためのモータトルク指令Ｔｍ１＊を設定して、モータトルク指令Ｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊と抑制トルクＴｆｉｒｅに基づいてモータトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ１およびモータＭＧ２を制御し、エンジン回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｆｉｒｅ以上であるとき、燃料噴射や点火をパラメータにしたがって行うようエンジン２２を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関の指導要請がなされたとき、内燃機関がクランキングされるよう発電機を制御し、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をキャンセルする方向のキャンセルトルクと内燃機関の初爆時に駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと設定された要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、設定された始動時点火時期を用いて内燃機関が指導されるよう内燃機関を制御するものであれば如何なるものであっても構わない。なお、実施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。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明について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り、実施例は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ないものである。

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、車両の製造産業などに利用可能である。

本発明に一実施例としての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。 実施例の変速機６の構成の概略を示す構成図の一例である。 実施例のハイブリッドＥＣＵ７０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。 始動時駆動制御ルーチンを行ったときのエンジン回転数および点火遅角量および抑制トルクの時間変化を示す説明図である。

符号の説明

２０ ハイブリッド車、２２ エンジン、２４ エンジン電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ 動力分配統合機構、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、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ 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、５２ バッテリ電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 変速機、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、８２ アクセルペダル、８３ アクセルペダルポジションセンサ、８４ ブレーキペダル、８５ ブレーキペダルポジションセンサ、８６ シフトレバー、８７ シフトポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (3)

1. 内燃機関と、
   動力を入出力可能な発電機と、
   車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸の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と、
   動力を入出力可能な電動機と、
   前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段と、
   走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記変速伝達手段の変速比が前記電動機の回転軸の動力を減速して前記駆動軸に伝達するときの減速比としたときに該変速比が小さいほど遅い傾向に前記内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定する始動時点火時期設定手段と、
   前記内燃機関の始動要請がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に出力されるトルクをキャンセルする方向のキャンセルトルクと前記内燃機関の初爆時に前記駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと前記設定された要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定された始動時点火時期を用いて前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する制御手段と、
   を備えるハイブリッド車。
2. 前記補正トルクは前記変速比が小さいほど小さい傾向に設定されてなるものである、
   請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 内燃機関と、
   動力を入出力可能な発電機と、
   車軸に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸の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と、
   動力を入出力可能な電動機と、
   前記電動機の回転軸と前記駆動軸とに接続され、変速比の変更を伴って該回転軸と該駆動軸との間で動力を伝達する変速伝達手段と、を備えた動力出力装置の制御方法であって、
   前記変速伝達手段の変速比が前記電動機の回転軸の動力を減速して前記駆動軸に伝達するときの減速比としたときに該変速比が小さいほど遅い傾向に前記内燃機関の始動時における点火時期である始動時点火時期を設定し、
   前記内燃機関の始動要請がなされたとき、前記内燃機関がクランキングされるよう前記発電機を制御し、前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に出力されるトルクをキャンセルする方向のキャンセルトルクと前記内燃機関の初爆時に前記駆動軸に作用するトルクを打ち消す方向の補正トルクと前記設定された要求駆動力に相当するトルクとの和のトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記設定された始動時点火時期を用いて前記内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
   動力出力装置の制御方法。

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