JP2010018139A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動軸にクラッチを備えるハイブリッド車両において振動騒音を低減する。
【解決手段】エンジンと、車両駆動用の複数のモータジェネレータと、エンジンの出力トルクを所定のトルク分配比で各モータジェネレータに分配して出力する動力分配機構と、各モータジェネレータのトルク指令値を変化させる制御部と、を含み、車両停止中にエンジンと各モータジェネレータとが回転自在となるハイブリッド車両であって、制御部は、車両停止中にエンジンによって各モータジェネレータを駆動して発電する際に、エンジンの燃焼サイクルによるエンジン出力トルクＴｅの変化を予測するエンジン出力トルク変化予測手段と、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力トルクＴｅの変化分に応じて各モータジェネレータのトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２を変化させるトルク指令値変化手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の構造に関する。

車両用ハイブリッドシステムは、エンジンとモータの２種類の動力源を組み合わせて走行するもので、動力分配装置によってエンジンの出力を第１、第２の２つのモータジェネレータへの駆動力に分配し、第１モータジェネレータを発電機として駆動し、その発電電力を車両駆動用の二次電池に蓄電し、分配されたエンジン出力の一部で車両駆動軸に接続されている第２モータジェネレータの出力軸を駆動するとともに、二次電池からの電力によって第２モータジェネレータをモータとして駆動する方法が用いられることが多い。このようなハイブリッド車両は、その走行状態や、二次電池の残存容量の変化に応じて、エンジンと第１、第２モータジェネレータの出力配分を切り替え、エンジンの出力のみで走行したり、二次電池の電力のみによって走行したりすることができる。

動力分配装置には遊星歯車装置を用いたものが使われる。この遊星歯車装置を用いた動力分配装置は、第１、第２モータジェネレータに分配されるエンジンのトルクは遊星歯車装置のギヤ比によって定まり、各軸の回転数はいずれか２つの回転数が決まると残りの１つの軸の回転数が決まるという特性を持っている。

このようなハイブリッド車両のモータジェネレータの制御においては、例えば、車両の走行状態から走行に必要なエネルギを計算し、そのエネルギに必要なエンジンの最適回転数と最適トルクをエンジンの目標トルク、目標回転数として設定する。そして、エンジンのトルクの内、動力分配装置によって第１モータジェネレータに分配されるトルクを遊星歯車装置のギヤ比から計算し、第１モータジェネレータに分配さるトルクと同一の大きさで方向が反対のトルクを第１モータジェネレータに掛け、トルクのバランスが取れるように第１モータジェネレータのトルクを制御する。また、車両駆動軸に接続されている第２モータジェネレータは、エンジントルクから分配されるトルクと車両駆動に必要なトルクの差のトルク分だけ、エンジンから分配されるトルクと同じ方向にトルクが掛かるように制御し、エンジンから分配されるトルクと第２モータジェネレータが出力するトルクの合計が車両駆動に必要なトルクとなってトルクのバランスが取れるように制御されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−３０８０１２号公報

ところで、多くの車両に用いられているレシプロエンジンは、吸気、圧縮、爆発、排気の燃焼サイクルの各工程において、出力トルクが変動している。この出力トルクの変動はエンジンのクランクシャフト、第１、第２モータジェネレータや動力分配機構の回転体などの各回転体のイナーシャによって吸収され、外部には大きな振動として現れて来ないように構成されている。

また、ハイブリッド車両では、二次電池の残存容量が少ない場合には、車両が停止している間にエンジンを起動して、二次電池の充電を行なう場合がある。

特許文献１に記載された従来技術のハイブリッド車両は、第２モータジェネレータは車両駆動軸に直結されているので、停止中には第２モータジェネレータは回転しない構造となっている。このため、車両が停止中にエンジンを起動して二次電池への充電を行なう場合には、エンジンによって第１モータジェネレータのみを回転させて二次電池の充電を行う。この場合、エンジンの燃焼サイクルに起因する振動を吸収することのできるイナーシャはエンジンのクランクシャフトと第１モータジェネレータの回転部とになり、振動を吸収するイナーシャが小さくなってしまう。このため、特許文献１に記載されたような従来技術のハイブリッド車両において、停止中にエンジンを起動させて二次電池の充電を行なう場合には、振動や騒音が問題になる場合があった。特に、停止中は走行中よりも車室内の騒音レベルが低いので、少しの振、騒音の増加でも乗員の気になる場合が多かった。

また、ハイブリッド車両では、エンジンを始動するための始動用のモータを設けず、モータジェネレータを回転させることによってエンジンを始動することが行われている。エンジンと第１、第２モータジェネレータは遊星歯車を用いた動力分配装置を介して接続されているので、第１、第２の何れかのモータジェネレータによってエンジンをクランク回転させようとすると、何れか一方のモータジェネレータの回転をロックし、もう一方のモータジェネレータによってエンジンをクランク回転することが必要となる。特許文献１に記載された従来技術のハイブリッド車両では、第２モータジェネレータの回転軸は車両駆動軸に直結されており、車両停止中には第２モータジェネレータは回転しないよう構成されている。このため、エンジンを起動する際には、第１モータジェネレータのみを回転させてエンジンを始動するため、エンジン始動の際に必要な最大電力が大きくなり、二次電池の残存容量、二次電池の温度による出力制限などがある場合にエンジンが始動できなくなる場合があるという問題があった。

本発明は、ハイブリッド車両の振動低減を目的とする。また、本発明の他の目的は、エンジン始動の際の最大電力を低減することにある。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、車両駆動用の複数のモータジェネレータと、エンジンの出力トルクを所定のトルク分配比で各モータジェネレータに分配して出力する動力分配機構と、各モータジェネレータのトルク指令値を変化させる制御部と、を含み、車両停止中にエンジンと各モータジェネレータとが回転自在となるハイブリッド車両であって、制御部は、車両停止中にエンジンによって各モータジェネレータを駆動して発電する際に、エンジンの燃焼サイクルによるエンジン出力トルクの変化を予測するエンジン出力トルク変化予測手段と、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力トルクの変化分に応じて各モータジェネレータのトルク指令値を変化させるトルク指令値変化手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、制御部のトルク指令値変化手段は、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分の各モータジェネレータへの各トルク分配比に応じた割合だけ各モータジェネレータの各トルク指令値を変化させること、としても好適であるし、制御部のトルク指令値変化手段は、各モータジェネレータとの各トルク指令値を変化させる際に、トルク分配比の一番大きいモータジェネレータのトルク指令値の変化分をトルク分配比に応じた割合の変化分よりも大きくし、残余のモータジェネレータのトルク指令値の変化分をトルク分配比の割合に応じた変化分よりも小さくすること、としても好適である。

また、本発明のハイブリッド車両において、制御部のトルク指令値変化手段は、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分だけいずれか１つのモータジェネレータのトルク指令値を変化させ、エンジン出力のトルク変化のピークごとにトルク指令値を変化させるモータジェネレータを順次変更すること、としても好適であるし、各モータジェネレータに電力を供給すると共に各モータジェネレータによって発電された電力を蓄電する二次電池と、を含み、制御部のトルク指令値変化手段は、二次電池の残存容量が所定値以上の際に、１つのモータジェネレータによって発電した電力を残余のモータジェネレータによって消費させるとともに、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分だけ１つのモータジェネレータのトルク指令値を変化させること、としても好適である。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、車両駆動用の２つのモータジェネレータと、エンジンの出力トルクを所定のトルク分配比で各モータジェネレータに分配して出力する動力分配機構と、各モータジェネレータの回転を変化させると共にエンジンの始動を行う制御部と、を含み、車両停止中にエンジンと各モータジェネレータとが回転自在となるハイブリッド車両であって、制御部は、エンジンを停止した状態で一方のモータジェネレータをエンジンの回転方向に所定の回転数で空転させ、他方のモータジェネレータをエンジンの回転方向と逆方向にエンジン始動開始回転数で空転させた後、各モータジェネレータへのトルク指令値をエンジン回転方向のトルクの指令値とし、一方のモータジェネレータの回転数を保持しつつ他方のモータジェネレータのエンジンの回転方向と逆方向の回転数を低下させてエンジンを始動するエンジン始動手段を有すること、を特徴とする。

本発明のハイブリッド車両において、エンジン始動手段のエンジン始動開始回転数は、空転の際の各モータジェネレータに貯えられる慣性エネルギがエンジンの回転を停止から自転可能回転数まで上昇させるために必要なエネルギとなる回転数とすること、としても好適であるし、他方のモータジェネレータは、回転の慣性モーメントの大きい方のモータジェネレータとすること、としても好適であるし、各モータジェネレータに電力を供給すると共に各モータジェネレータによって発電された電力を蓄電する二次電池と、を含み、
制御部のエンジン始動手段は、エンジン始動の際の各モータジェネレータを停止から所定の回転数または始動開始回転数まで上昇させる際に消費する電力量が、各モータジェネレータの回転開始前の二次電池の残存容量からエンジン始動の際に各モータジェネレータにエンジン回転方向のトルク出力のために供給する合計最大電力を出力することのできる残存容量を引いた電力量よりも小さくなるようにすること、としても好適である。

本発明は、ハイブリッド車両の振動を低減することができるという効果を奏する。又、本発明は、エンジン始動の際の最大電力を低減することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両１０は、エンジン１１と、第１モータジェネレータ１６と、第２モータジェネレータ２１と、動力分配機構２０およびクラッチ２５を備えている。エンジン１１は、例えば四気筒などの複数の気筒を持つ車両駆動用のレシプロエンジンである。第１、第２モータジェネレータ１６，２１は、ハイブリッド車両１０に搭載された二次電池３７の電力によってモータとして動力を各ロータ１７，２２に接続された各回転軸１８，２３に出力することができると共に各回転軸１８，２３から入力された動力によって各ロータ１７，２２を回転させて発電を行ない、発電した電力を二次電池３７に出力する発電機としても動作することができるものである。動力分配機構２０は、キャリア２０ｃと、キャリア２０ｃに回転自在に取り付けられたピニオンギヤ２０ｐと、動力分配機構２０の回転中心側でピニオンギヤ２０ｐと噛みあうサンギヤ２０ｓと、動力分配機構２０の外周側でピニオンギヤ２０ｐと噛みあうリングギヤ２０ｒとを備えている。ピニオンギヤ２０ｐとサンギヤ２０ｓとリングギヤ２０ｒとは遊星歯車装置（プラネタリーギヤ）を構成している。キャリア２０ｃはエンジン１１のクランク軸１２に接続され、サンギヤ２０ｓは第１モータジェネレータ１６の回転軸１８に接続され、リングギヤ２０ｒは第２モータジェネレータ２１の回転軸２３に接続されている。

動力分配機構２０は、サンギヤ２０ｓの歯数のリングギヤ２０ｒの歯数に対する比率でエンジン１１のクランク軸１２の出力トルクを第１モータジェネレータ１６の回転軸１８と第２モータジェネレータ２１の回転軸２３に分配する分配比率が決まる。サンギヤ２０ｓの歯数のリングギヤ２０ｒの歯数に対する比率をρとし、エンジンの出力トルクをＴｅとすると、サンギヤ２０ｓに接続されている第１モータジェネレータ１６の回転軸１８に分配されるトルクＴｓと第２モータジェネレータ２１の回転軸２３に分配されるトルクＴｒは次のようになる。
ρ ＝（サンギヤの歯数）／（リングギヤの歯数） （式１）
Ｔｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ) （式２）
Ｔｒ＝Ｔｅ×１／（１＋ρ) （式３）

また、エンジン１１と、第１モータジェネレータ１６と、第２モータジェネレータ２１と、動力分配機構２０とはハイブリッド駆動機構５０を構成し、第２モータジェネレータ２１の回転軸２３はハイブリッド駆動機構５０の動力をハイブリッド車両１０に出力する動力出力軸となっている。

第２モータジェネレータ２１の回転軸２３はクラッチ２５を介して車両駆動軸３１に接続され、車両駆動軸３１はディファレンシャル３３を介して車輪３４に接続されている。クラッチ２５は車両駆動軸３１とハイブリッド駆動機構５０との動力の伝達を開閉するもので、例えば、乾板式クラッチでもよいし、流体式クラッチでもよい。クラッチ２５と車両駆動軸３１との間には、ハイブリッド車両１０が停止している際に車輪３４が回転してハイブリッド車両が移動することがないように車両駆動軸３１の回転をロックするパーキングロック２６が設けられている。

ハイブリッド車両１０には、充放電可能な二次電池３７の直流電力を各モータジェネレータ１６，２１駆動用の交流電力に変換すると共に、各モータジェネレータ１６，２１の交流の発電電力を二次電池３７に充電するために直流電力に変換するインバータ３５と、二次電池３７からの電圧を駆動用電圧に昇圧すると共に発電電圧を二次電池３７への充電電圧に降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、が設けられている。

エンジン１１と第１モータジェネレータ１６、第２モータジェネレータ２１のクランク軸１２、回転軸１８，２３には各軸の回転数を検出する回転数センサ４２，４５，４６が取り付けられている。また、エンジン１１のクランク軸１２にはクランク軸１２の回転角度であるクランク角度を検出する角度センサ４１が取り付けられている。エンジン１１に燃料を供給する燃料管１３にはエンジン１１への供給燃料の流量を計測する燃料流量センサ４３が設けられ、エンジン１１に燃焼用の空気を供給する吸気管１４には吸い込み空気流量を計測する空気流量センサ４４が取り付けられている。

ハイブリッド車両１０は、エンジン１１の出力と各モータジェネレータ１６，２１の回転数、トルクを制御する制御部９０を備えている。制御部９０は内部にＣＰＵとメモリ等の記憶装置とを備えるコンピュータである。そして、エンジン１１、第１、第２モータジェネレータ１６，２１、クラッチ２５、回転数センサ４２，４５，４６、エンジン１１のクランク軸１２の角度センサ４１、燃料流量センサ４３、空気流量センサ４４、インバータ３５、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６、二次電池３７は、それぞれ制御部９０に接続され、二次電池３７の残存容量（ＳＯＣ）、各センサ４１〜４６の検出信号は制御部９０に入力され、エンジン１１及び第１、第２モータジェネレータ１６，２１は制御部９０の指令によって回転数、トルクの制御が行なわれるよう構成されている。また、クラッチ２５も制御部９０の指令によって車両駆動軸３１と車輪３４との間の動力伝達の開閉を行うよう構成されている。なお、図１の一点鎖線は信号線を示している。

以上のように構成されたハイブリッド車両１０が停止している際に、エンジン１１によって各モータジェネレータ１６，２１を駆動して二次電池３７に充電する場合の動作について説明する。

停止中には、パーキングロック２６によって車輪３４の回転はロックされ、クラッチ２５が開となってハイブリッド駆動機構５０と車両駆動軸３１との間の動力の伝達は遮断された状態となっている。クラッチ２５が開となっているので、車両駆動軸３１がロックされてもエンジン１１と第１、第２モータジェネレータ１６，２１とは回転することがきる状態となっている。

制御部９０は、二次電池３７から残存容量を所得し、その残存容量から充電に必要な充電エネルギＰｂを求め、制御部９０のメモリに格納しているエンジン１１の動作マップから、充電エネルギＰｂのために最適なエンジン回転数とエンジン出力トルクを目標エンジン回転数Ｎｅ^＊，目標エンジン出力トルクＴｅ^＊として設定する。動力分配機構２０によって第１、第２モータジェネレータ１６，２１に分配される分配トルクＴｅ_１ ^＊，Ｔｅ_２ ^＊はサンギヤ２０ｓの歯数のリングギヤ２０ｒの歯数に対する比率をρとして以下の様に設定される。
Ｔｅ_１ ^＊＝Ｔｅ^＊×ρ／（１＋ρ) （式４）
Ｔｅ_２ ^＊＝Ｔｅ^＊×１／（１＋ρ) （式５）

制御部９０はエンジンから各モータジェネレータ１６，２１に分配される分配トルクＴｅ_１ ^＊，Ｔｅ_２ ^＊が各モータジェネレータ１６，２１の発電に必要なトルクと同等となるように、各モータジェネレータ１６，２１の各目標トルク指令値Ｔ_１ ^＊，Ｔ_２ ^＊を分配トルクＴｅ_１ ^＊，Ｔｅ_２ ^＊と方向が逆で同じ大きさに設定する。この指令によって、例えば、インバータ３５による各モータジェネレータ１６，２１の各コイルの励磁電流を制御して、各モータジェネレータ１６，２１の発電に必要なトルクが各分配トルクＴｅ_１ ^＊，Ｔｅ_２ ^＊となるようにしてもよい。この際、各モータジェネレータの目標トルク指令値Ｔ_１ ^＊，Ｔ_２ ^＊は、Ｔ_１ ^＊＝−Ｔｅ_１ ^＊、Ｔ_２ ^＊＝−Ｔｅ_２ ^＊、となる。

また、制御部９０は、たとえば内部のメモリのマップから各モータジェネレータ１６，２１の各目標トルク指令値Ｔ_１ ^＊，Ｔ_２ ^＊において第１、第２モータジェネレータ１６，２１の発電効率が最適となるように各目標回転数Ｎ_１ ^＊，Ｎ_２ ^＊を設定する。

図２に示すように、制御部９０は、エンジン１１を目標エンジン回転数Ｎｅ^＊，目標エンジン出力トルクＴｅ^＊で駆動し、第１モータジェネレータ１６を目標回転数Ｎ_１ ^＊、目標トルク指令値Ｔ_１ ^＊で運転し、第２モータジェネレータ２１を目標回転数Ｎ_２ ^＊、目標トルク指令値Ｔ_２ ^＊で運転する。図２の共線図において、エンジン１１の回転方向が正の回転方向、エンジンの回転方向と逆方向の回転方向が負の回転方向であり、上方向の矢印は、正回転方向のトルクである正方向のトルクを示し、下方向の矢印は負回転方向のトルクである負方向のトルクを示している。図２に示すように、エンジン１１は正回転で正方向トルクとなっているので、正方向の回転で動力を出力しており、第１、第２モータジェネレータ１６，２１は、正回転、負トルクとなっているので、エンジン１１と同一方向に回転しながらエンジン１１の出力した動力によって発電し、電気エネルギを出力している。エンジン１１の出力した動力と、第１、第２モータジェネレータ１６，２１が発電のために消費する動力とは、略バランスしている。

制御部９０は、図２の共線図に示すような発電運転モードによってエンジン１１と各モータジェネレータ１６，２１との運転を開始すると、図３のステップＳ１０１に示すようにエンジン１１の運転パラメータを取得し、図３のステップＳ１０２に示すように、エンジン１１の出力トルクの変化を予測する。

制御部９０は、エンジン１１のクランク軸１２のクランク角度を角度センサ４１によって取得するとともに、エンジン１１の回転数を回転数センサ４２によって検出する。そして、制御部９０は、どのタイミングでエンジン１１のクランク軸１２の出力トルクが増大するかを計算によって予測する。通常、４気筒、４サイクルのレシプロエンジンでは、クランク角度が３６０°回転する間に２つの気筒が爆発工程となるため、クランク角度が３６０°の間に２回トルクの増大するタイミングがある。制御部９０は、角度センサ４１によってクランク角度を検出して、トルクが増大するまでのクランク角度の回転角度を求めると共に、回転数センサ４２によって取得したクランク軸１２の回転速度によってトルクが増大するタイミングまでの時間を取得する。また、制御部９０は、燃料流量センサ４３と空気流量センサ４４とから燃料の爆発工程によって増大するトルクの大きさを計算する。そして、制御部９０は、どのタイミングでどの程度トルクが増大するかを予測する。

図３のステップＳ１０３及び図４に示すように、制御部９０は、エンジン１１の燃焼サイクルにおけるトルクの変化を予測したら、エンジン１１の出力トルクの増大が予想されるタイミングに合わせて、各モータジェネレータ１６，２１のトルク指令値を増大させる指令を出力する。エンジン１１のトルクがΔＴｅだけ大きくなった場合には、第１モータジェネレータ１６に分配されるトルクはΔＴ_１＝ΔＴｅ×ρ／（１＋ρ)だけ大きくなり、第２モータジェネレータ２１に分配されるトルクはΔＴ_２＝ΔＴｅ×１／（１＋ρ)だけ大きくなる。したがって、制御部９０は、第１モータジェネレータ１６へのトルク指令値Ｔ_１を目標トルク指令値Ｔ_１ ^＊からΔＴ_１＝ΔＴｅ×ρ／（１＋ρ)だけ変化させ、第２モータジェネレータ２１へのトルク指令値Ｔ_２を目標トルク指令値Ｔ_２ ^＊からΔＴ_２＝ΔＴｅ×ρ／（１＋ρ)だけ変化させる。つまり、第１、第２モータジェネレータ１６，２１の各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２を各モータジェネレータ１６，２１へのトルク分配比に応じた分だけそれぞれ変化させる。これによって、図５に示すように、エンジン１１の燃焼サイクルによって発生するトルク変動ΔＴｅを各モータジェネレータ１６，２１のトルク変化によって相殺し、エンジン１１の振動、騒音を低減することができるという効果を奏する。そして、ハイブリッド車両１０の停止中において、エンジン１１によって二次電池３７を充電する際にハイブリッド車両１０の振動騒音を効果的に低減することができるという効果を奏する。

以上説明した動作においては、第１、第２モータジェネレータ１６，２１の各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２を各モータジェネレータ１６，２１へのトルク分配比に応じた分だけそれぞれ変化させることによってエンジン１１の燃焼サイクルによるトルク変動を相殺して振動を低減することとして説明したが、エンジン１１の燃焼サイクルによって発生するトルク変動ΔＴｅと第１、第２モータジェネレータ１６，２１のトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２の変化分ΔＴ_１，ΔＴ_２の合計とをバランスさせることができれば(ΔＴｅ＝ΔＴ_１＋ΔＴ_２)、第１、第２モータジェネレータ１６，２１への各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２はトルク分配比に応じた分だけ変化させるのではなく、例えば、容量の大きい第２モータジェネレータ２１の変化量ΔＴ_２を容量の少ない第１モータジェネレータ１６の変化量ΔＴ_１よりも少なくするようにしても良い。この場合、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_２の変化量は、ΔＴ_２＋αとし、第１モータジェネレータ１６のトルク指令値Ｔ₁の変化量は、ΔＴ_１−αとする。また、第１モータジェネレータ１６の方が容量が大きい場合には、上記と逆に第１モータジェネレータ１６のトルク指令値の変化量を大きくし、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値の変化量を小さくするようにしてもよい。

制御部９０は内部にＣＰＵを含むコンピュータであり、エンジン１１のトルク変動の予測、各モータジェネレータ１６，２１へのトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２の変化は、例えば、１秒間に１００回の時間サイクル毎に行っている。したがって、図６に示すように、実際の各モータジェネレータ１６，２１へのトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２の変化はこのサイクルタイムΔｔ毎に行われ、各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２は階段状に変化する。サイクルタイムΔｔは制御部９０のコンピュータのタイミング周波数によって定まる時間であり、エンジン１１の回転数にかかわらず一定となっている。このため、エンジン１１の回転数が高速となると、エンジン１１のトルク変動ΔＴｅの時間変化に対して相対的にサイクルタイムΔｔが大きくなり、各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２がエンジン１１のトルク変動ΔＴｅの時間変化に応じた変化とならず、時には、エンジン１１のトルク変化のピークと各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２のピークの時間とがずれてしまい、効率的にエンジン１１の振動、騒音を低減することができない場合がある。

そこで、図７に示すように、第１モータジェネレータ１６のトルク指令値Ｔ_１の変化によってエンジン１１のトルク変動を相殺するクランク角度と、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_２の変化によってエンジン１１のトルク変動を相殺するクランク角度と別々に、たとえば１８０度ずらして設定し、第１モータジェネレータ１６と第２モータジェネレータ２１の各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２の変化のサイクルタイムが見掛け上、１/２となるようにして、エンジン１１の回転数が高くなった場合でも各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２の変化がエンジン１１のトルク変化に対して追従することができるようにする。このため、エンジン１１の回転数が高い場合にも各モータジェネレータ１６，２１のトルク変化によってエンジン１１の振動騒音を低減することができるという効果を奏する。ただし、この場合には、エンジン１１のトルク変化によって増大した各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２のピークは、各モータジェネレータ１６，２１の許容最大トルクを超えない範囲であることが必要である。

以上、ハイブリッド車両１０の停止中にエンジン１１を起動して第１、第２モータジェネレータ１６，２１によって発電し、二次電池３７の充電を行う際に、第１，第２モータジェネレータ１６，２１への各トルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２を変化させて、エンジン１１のトルク変化によって発生する振動、騒音の低減を図る動作について説明したが、二次電池３７の残存容量が大きく、各モータジェネレータ１６，２１での発電が必要ない場合がある。このような場合には、先に説明した動作では、各モータジェネレータ１６，２１によるエンジン１１の振動抑制を行うことができなくなる。

そこで、図９に示すように、エンジンを目標エンジン回転数Ｎｅ^＊、目標エンジン出力トルクＴｅ^＊によって回転させる。この場合の目標エンジントルクＴｅ^＊は、エンジン１１の回転を維持するために必要なトルクである。これによって、エンジン１１は目標エンジン回転数Ｎｅ^＊によってアイドル回転をする。制御部９０は、第１、第２モータジェネレータ１６，２１へのトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２を略ゼロとし、第１モータジェネレータ１６の回転数をエンジン１１の回転方向と逆の負方向に回転させ、第２モータジェネレータ２１をエンジン１１と同方向の正方向に回転させる。各モータジェネレータ１６，２１の目標回転数はそれぞれＮ_１ ^＊，Ｎ_２ ^＊である。

制御部９０は、先に説明した動作と同様に、エンジン１１の角度センサ４１、回転数センサ４２によってクランク角度とクランク軸１２の回転数とを検出してエンジン１１の燃焼サイクルによるトルク変化のタイミングを予測し、燃料流量センサ４３と空気流量センサ４４とによって燃料流量と吸い込み空気流量を検出してトルク変化の大きさを予測する。

制御部９０は、エンジン１１のトルク変化を予測したら、エンジン１１の出力トルクの増大が予想されるタイミングに合わせて、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値を増大させる指令を出力する。エンジン１１のトルクがΔＴｅだけ大きくなった場合には、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_２を目標トルク指令値Ｔ_２ ^＊よりΔＴｅだけ大きくする。すると、第２モータジェネレータ２１はこのトルク指令値Ｔ_２に見合った大きさだけ発電を行い、電力をインバータ３５に出力する。一方、制御部９０は、第１モータジェネレータ１６のトルク指令値Ｔ_１が負となるように、第１モータジェネレータ１６へのトルク指令値Ｔ_１を変化させる。この場合、図８に示すように、第１モータジェネレータ１６は負方向のトルクがかかり負方向に回転しているので、モータとして動作することとなる。そして、制御部９０は、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_２の増加によって第２モータジェネレータ２１によって発電した電力を、第１モータジェネレータ１６をモータとして駆動することによって消費させることによって、第２モータジェネレータ２１によって発電した電力を二次電池３７に蓄電させることなく、第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_２を変化させてエンジン１１のトルク変化を抑制することができる。この際、第１モータジェネレータ１６によって第２モータジェネレータ２１での発電電力を消費しきれない場合には、抵抗器などによって電力を消費させるようにしてもよい。

以上、本実施形態では、第２モータジェネレータ２１を発電機として動作させてエンジン１１のトルク変化を第２モータジェネレータ２１の発電電力として出力させ、第１モータジェネレータ１６をモータとして動作させることによってその発電電力を消費させ、エンジン１１の振動、騒音の抑制を図ることとして説明したが、第１モータジェネレータ１６を発電機として動作させてエンジン１１のトルク変化を発電電力として出力し、第２モータジェネレータ２１をモータとして動作させてその発電電力を消費させることによってエンジン１１の振動、騒音を抑制することとしてもよい。

次に、図１を参照して説明したハイブリッド車両１０のエンジン１１を始動させる際の動作について説明する。図１０に示すように、制御部９０は、エンジン１１を停止させた状態で、第２モータジェネレータ２１を所定の正方向の回転数Ｎｓ_２に上昇させる。また、第１モータジェネレータ１６の回転数を負回転方向にエンジン始動開始回転数Ｎｓ_１まで上昇させる。この際、各モータジェネレータ１６，２１には各モータジェネレータ１６，２１の回転上昇に必要なトルクＴｓ_１，Ｔｓ_２を各モータジェネレータ１６，２１へのトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２として出力する。そして、各モータジェネレータ１６，２１の回転数がそれぞれＮｓ_２，Ｎｓ_１に上昇すると、各モータジェネレータ１６，２１と動力分配機構２０の各ギヤは所定の回転数で空転し、各回転部材の持っている慣性モーメントと回転数に応じてそれぞれ慣性エネルギを蓄積する。

制御部９０は、第１モータジェネレータ１６と第２モータジェネレータ２１のトルク指令値Ｔ_１，Ｔ_２にそれぞれ正方向のトルクＴｓ_１，Ｔｓ_２を出力する。第１モータジェネレータ１６は負回転で正方向のトルク指令値となるため、発電機として動作し、回転数が低下してくる。エンジン１１は停止状態となっているので、第２モータジェネレータ２１に何のトルクもかけなければ、第１モータジェネレータ１６の回転数の低下した分だけ第２モータジェネレータ２１の回転数は低下してくる。ところが、第２モータジェネレータ２１には正方向のトルクが掛っているため、第２モータジェネレータ２１はモータとして動作し、第１モータジェネレータ１６の回転数の低下にしたがってその回転数は低下せず、第１モータジェネレータ１６の回転数の低下によってエンジン１１の回転数を上昇させることとなる。この際、第１モータジェネレータ１６で発電された電力は第２モータジェネレータ２１の回転数を維持するための電力として用いられる。

制御部９０は、第２モータジェネレータ２１の回転数を所定の回転数Ｎｓ_２に保持できるように、第２モータジェネレータ２１へのトルク指令値Ｔ_２を変化させるとともに、エンジン１１の起動に必要な回転上昇率となるように第１モータジェネレータ１６のトルク指令値Ｔ_１を変化させて第１モータジェネレータ１６の回転数を低下させる。これによって、エンジン１１の回転数が次第に上昇し、エンジン１１が自転可能回転数に達するとエンジン１１が始動される。この際、第１、第２モータジェネレータ１６，２１及び動力分配機構２０の各ギヤなどは、エンジン１１の回転方向に向かう慣性エネルギを蓄積しているので、エンジン１１始動の際に必要なエネルギは、各モータジェネレータ１６，２１が停止している状態からエンジン１１を起動する場合よりも各モータジェネレータ１６，２１や動力分配機構２０に蓄積されている慣性エネルギ分だけ少なくすることができる。このため、エンジン１１を始動する際に必要な最大電力を低減することができ、たとえば冬季など、二次電池３７の出力に制限があるような場合にも容易にエンジン１１を始動することができる。

特に、第１モータジェネレータ１６をエンジン始動開始回転数Ｎｓ_１まで上昇させる時間と、第２モータジェネレータ２１を所定の回転数Ｎｓ_２まで上昇させる時間とを長くすることによって慣性エネルギを蓄えるために二次電池３７から出力する電力が低く抑えられることから、二次電池３７の残存容量の低下を抑えることができる。このため、特に冬季などで二次電池３７の出力が制限される場合などには、二次電池３７にエンジン１１始動の際に第１、第２モータジェネレータ１６，２１に出力する電力余裕を残すことができ、よりエンジン１１の始動を容易に行うことができるという効果を奏する。

つまり、エンジン１１始動の際の各モータジェネレータ１６，２１を停止から所定の回転数または始動開始回転数まで上昇させる際に消費する電力量が、各モータジェネレータ１６，２１の回転開始前の二次電池３７の残存容量からエンジン１１始動の際に各モータジェネレータ１６，２１にエンジン回転方向のトルク出力のために供給する合計最大電力を出力することのできる残存容量を引いた電力量よりも小さくなるように、第１、第２モータジェネレータ１６，２１の回転上昇の際に各モータジェネレータ１６，２１に供給する電力を制限することによって、より確実にエンジン１１の始動を行うことができる。

第１モータジェネレータ１６は、エンジン１１の始動前には、エンジン始動開始回転数Ｎｓ_１まで回転数を上昇させるが、このエンジン始動開始回転数Ｎｓ_１は、エンジン１１が始動した際に第１モータジェネレータ１６の蓄積している慣性エネルギがゼロとなる回転数、すなわち、エンジン１１が始動した際に第１モータジェネレータ１６の回転数が略ゼロとなるような回転数とすると、エンジン１１を始動するために第１、第２モータジェネレータ１６，２１等に蓄積する慣性エネルギが最少となって、最も効率よくエンジン１１を始動することができる。つまり、エンジン始動開始回転数Ｎｓ_１は、空転の際の各モータジェネレータ１６，２１に貯えられる慣性エネルギがエンジンの回転を停止から自転可能回転数まで上昇させるために必要なエネルギとなる回転数とすることとすればよい。

以上の説明では、第２モータジェネレータ２１の回転数を保持し、第１モータジェネレータ１６の回転数を低下させることによってエンジン１１を始動することとして説明したが、逆に第１モータジェネレータ１６を所定の回転数に上昇させ、第２モータジェネレータ２１の回転数をエンジン始動開始回転数になるよう負方向に回転させて、第１モータジェネレータ１６の回転数を保持し、第２モータジェネレータ２１の負方向の回転数を低下させることによってエンジン１１を始動することとしてもよい。また、第１、第２モータジェネレータ１６，２１の内、慣性モーメントの大きな方のモータジェネレータを回転数を低下させる側のモータジェネレータとしてもよい。この場合には、エンジン始動開始回転数において、保持する慣性エネルギが大きくなるため、エンジン１１の始動の際に必要な最大電力をより低減することができる。

以上説明したように、本実地形態のハイブリッド車両１０は、エンジン１１始動の際に必要な最大電力を低減することができ、二次電池３７の残存容量、温度による出力制限などがある場合でも効果的にエンジンを始動することができるという効果を奏する。

以上説明した実施形態では、ハイブリッド車両１０は第１、第２の２つのモータジェネレータ１６，２１を備えるものとして説明したが、本発明は、２つ以上のモータジェネレータが搭載されているハイブリッド車両１０にも適用することができる。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の構成を示す系統図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、エンジンによって第１、第２モータジェネレータを発電機として駆動した際の各回転数とトルクを示す共線図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、クランク角度の変化に対するエンジンのトルク変化と各モータジェネレータのトルク指令値の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、エンジンのトルク変化とモータジェネレータの制振力の方向を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、時間に対する各モータジェネレータのトルク指令値の変化の詳細を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、クランク角度の変化に対するエンジンのトルク変化と各モータジェネレータのトルク指令値の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、第２モータジェネレータを発電機として駆動し、第１モータジェネレータをモータとして駆動してエンジンの制振を行う場合の各回転数とトルクを示す共線図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、クランク角度の変化に対するエンジンのトルク変化と各モータジェネレータのトルク指令値の変化を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるハイブリッド車両において、第１、第２モータジェネレータを空転させたのち、エンジンの始動を行う場合の各回転数とトルクを示す共線図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、１１ エンジン、１２ クランク軸、１３ 燃料管、１４ 吸気管、１６ 第１モータジェネレータ、１７，２２ ロータ、１８，２３ 回転軸、２０ 動力分配機構、２０ｃ キャリア、２０ｓ サンギヤ、２０ｐ ピニオンギヤ、２０ｒ リングギヤ、２１ 第２モータジェネレータ、２５ クラッチ、２６ パーキングロック、３１ 車両駆動軸、３３ ディファレンシャル、３４ 車輪、３５ インバータ、３６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３７ 二次電池、４１ 角度センサ、４２，４５，４６ 回転数センサ、４３ 燃料流量センサ、４４ 空気流量センサ、５０ ハイブリッド駆動機構、９０ 制御部、Ｎ_１ ^＊，Ｎ_２ ^＊ 目標回転数、Ｎｅ^＊ 目標エンジン回転数、Ｎｓ_１ エンジン始動開始回転数、Ｎｓ_２ 所定の回転数、Ｐｂ 充電エネルギ、Ｔ_１，Ｔ_２ トルク指令値、Ｔ_１ ^＊，Ｔ_２ ^＊ 目標トルク指令値、Ｔｅ エンジン出力トルク、Ｔｅ^＊ 目標エンジン出力トルク、Ｔｅ_１ ^＊，Ｔｅ_２ ^＊ 分配トルク、Ｔｒ，Ｔｓ，Ｔｓ_１，Ｔｓ_２ トルク、Δｔ サイクルタイム、ΔＴｅ トルク変動。

Claims (9)

1. エンジンと、車両駆動用の複数のモータジェネレータと、エンジンの出力トルクを所定のトルク分配比で各モータジェネレータに分配して出力する動力分配機構と、各モータジェネレータのトルク指令値を変化させる制御部と、を含み、車両停止中にエンジンと各モータジェネレータとが回転自在となるハイブリッド車両であって、
   制御部は、
   車両停止中にエンジンによって各モータジェネレータを駆動して発電する際に、エンジンの燃焼サイクルによるエンジン出力トルクの変化を予測するエンジン出力トルク変化予測手段と、
   エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力トルクの変化分に応じて各モータジェネレータのトルク指令値を変化させるトルク指令値変化手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   制御部のトルク指令値変化手段は、
   エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分の各モータジェネレータへの各トルク分配比に応じた割合だけ各モータジェネレータの各トルク指令値を変化させること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両であって、
   制御部のトルク指令値変化手段は、
   各モータジェネレータとの各トルク指令値を変化させる際に、トルク分配比の一番大きいモータジェネレータのトルク指令値の変化分をトルク分配比に応じた割合の変化分よりも大きくし、残余のモータジェネレータのトルク指令値の変化分をトルク分配比の割合に応じた変化分よりも小さくすること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
4. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   制御部のトルク指令値変化手段は、
   エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分だけいずれか１つのモータジェネレータのトルク指令値を変化させ、エンジン出力のトルク変化のピークごとにトルク指令値を変化させるモータジェネレータを順次変更すること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
5. 請求項１に記載のハイブリッド車両であって、
   各モータジェネレータに電力を供給すると共に各モータジェネレータによって発電された電力を蓄電する二次電池と、を含み、
   制御部のトルク指令値変化手段は、
   二次電池の残存容量が所定値以上の際に、１つのモータジェネレータによって発電した電力を残余のモータジェネレータによって消費させるとともに、エンジン出力トルク変化予測手段によって予測したエンジン出力のトルク変化分だけ１つのモータジェネレータのトルク指令値を変化させること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
6. エンジンと、車両駆動用の２つのモータジェネレータと、エンジンの出力トルクを所定のトルク分配比で各モータジェネレータに分配して出力する動力分配機構と、各モータジェネレータの回転を変化させると共にエンジンの始動を行う制御部と、を含み、車両停止中にエンジンと各モータジェネレータとが回転自在となるハイブリッド車両であって、
   制御部は、
   エンジンを停止した状態で一方のモータジェネレータをエンジンの回転方向に所定の回転数で空転させ、他方のモータジェネレータをエンジンの回転方向と逆方向にエンジン始動開始回転数で空転させた後、各モータジェネレータへのトルク指令値をエンジン回転方向のトルクの指令値とし、一方のモータジェネレータの回転数を保持しつつ他方のモータジェネレータのエンジンの回転方向と逆方向の回転数を低下させてエンジンを始動するエンジン始動手段を有すること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
7. 請求項６に記載のハイブリッド車両であって、
   エンジン始動手段のエンジン始動開始回転数は、空転の際の各モータジェネレータに貯えられる慣性エネルギがエンジンの回転を停止から自転可能回転数まで上昇させるために必要なエネルギとなる回転数とすること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
8. 請求項６または７に記載のハイブリッド車両であって、
   他方のモータジェネレータは、回転の慣性モーメントの大きい方のモータジェネレータとすること、
   を特徴とするハイブリッド車両。
9. 請求項６から８に記載のハイブリッド車両であって、
   各モータジェネレータに電力を供給すると共に各モータジェネレータによって発電された電力を蓄電する二次電池と、を含み、
   制御部のエンジン始動手段は、
   エンジン始動の際の各モータジェネレータを停止から所定の回転数または始動開始回転数まで上昇させる際に消費する電力量が、各モータジェネレータの回転開始前の二次電池の残存容量からエンジン始動の際に各モータジェネレータにエンジン回転方向のトルク出力のために供給する合計最大電力を出力することのできる残存容量を引いた電力量よりも小さくなるようにすること、
   を特徴とするハイブリッド車両。

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