JP2011001879A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動装置において、エンジンの始動時に逆転駆動を抑制することでエンジンの耐久性を向上させる。
【解決手段】モータ１６によりエンジン１２を始動可能に構成し、モータ１６の電流指令値に基づいて電圧指令値を出力するモータ制御部と、モータ１６へ高周波電圧を重畳する高周波重畳部４４と、モータ１６へ高周波電圧が重畳されたときに流れる高周波電流からインダクタンスを測定してモータ１６の磁極位置を推定する磁極位置推定部４６と、エンジン始動指令があったときにモータ１６の磁極位置を推定すると共に予め設定されたモータ１６の始動トルクを低下させるモータトルク補正部４７とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータによりエンジンを始動可能な車両に搭載されるエンジン始動装置に関するものである。

例えば、ハイブリッド車両では、運転状態に応じてエンジン及び電気モータの駆動と停止を制御することにより、電気モータのトルクだけで車輪を駆動したり、エンジンと電気モータの両者のトルクにより車輪を駆動するようにしており、電気モータはバッテリに蓄積された電力により駆動することができ、このバッテリのエネルギが低下したときには、エンジンを駆動してバッテリの充電を行うようにしている。

このようなハイブリッド車両にて、制御装置は、目標モータトルクに基づいてインバータを制御し、インバータは、目標モータトルクに応じた電圧指令値を電気モータに付与して駆動制御している。この場合、制御装置は、インバータが電気モータに付与する電圧指令値を制御することで、電気モータの駆動トルクを調整することから、この電気モータにおける回転子の磁極位置を検出する必要がある。

電気モータにおける回転子の磁極位置を検出する技術として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された電動機械制御装置は、エンジンのクランクシャフトに直結された電動機械と、電動機械の磁極位置を検出する磁極位置検出処理手段と、磁極位置を検出するのに伴って算出される速度推定値が負の値を採るかどうかによって磁極位置検出処理手段の異常を検出するフェール判定処理手段を有するものである。

特開２００４−１１２９４２号公報

ところで、高価なレゾルバなどの位置センサを使用することなく、電気モータの磁極位置を検出する技術として、センサレス位置検出方法がある。このセンサレス位置検出は、ｄ軸電流指令値及びｑ軸電流指令値のうちの少なくとも一方に高周波電流を注入することによって磁極位置を検出して推定する。ところが、モータを始動するとき、信号系にノイズが入ったり、電気モータの磁極位置が急激に変化したりして、磁極位置を正確に検出することができなくなり、フェールが発生するとモータが脱調し、このモータを安定して駆動することができず、エンジンを逆転駆動してしまうおそれがある。

そこで、上述した特許文献１の電動機械制御装置では、電気モータによりエンジンを始動するとき、磁極位置を検出するのに伴って算出される速度推定値が負の値を採るかどうかにより、磁極位置検出処理手段のフェールを検出し、電気モータを停止している。しかし、この場合であっても、速度推定値が負の値になったことを検出してから異常（フェール）を判定することから、エンジンを逆転駆動した状態でフェール判定をすることとなり、エンジンの耐久性を低下させてしまうおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、エンジンの始動時に逆転駆動を抑制することでエンジンの耐久性を向上させることができるエンジン始動装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のエンジン始動装置は、電気モータによりエンジンを始動可能なエンジン始動装置において、エンジン始動指令があったときに予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させる制御手段を設ける、ことを特徴とするものである。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように制御することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータへの電流指令値を前記電気モータの磁束が飽和する電流値に設定することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置は、電気モータによりエンジンを始動可能なエンジン始動装置において、前記電気モータへ高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、前記電気モータへ高周波電圧が重畳されたときに流れる高周波電流からインダクタンスを測定して前記電気モータの磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、エンジン始動指令があったときに前記電気モータの磁極位置を推定すると共に予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させる制御手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように制御することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータへの電流指令値を前記電気モータの磁束が飽和する電流値に設定することを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの磁極位置を誤って推定したときに予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させることを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、前記電気モータへの電流指令値の変化率に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記制御手段は、前記電気モータの電流リップルの振幅に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置では、前記磁極位置推定手段が推定した前記電気モータの磁極位置に基づいて前記電気モータの速度を推定する速度推定手段を設け、前記制御手段は、前記電気モータの速度の変化率に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴としている。

本発明のエンジン始動装置によれば、エンジン始動指令があったときに予め設定された電気モータの始動トルクを低下させる制御手段を設けるので、エンジンの始動時に逆転駆動を抑制することでエンジンの耐久性を向上させることができる。

本発明のエンジン始動装置によれば、電気モータへ高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、電気モータへ高周波電圧が重畳されたときに流れる高周波電流からインダクタンスを測定して電気モータの磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、エンジン始動指令があったときに電気モータの磁極位置を推定すると共に予め設定された電気モータの始動トルクを低下させる制御手段とを設けるので、エンジンの始動時に、電気モータの磁極位置を適正に推定することができると共に、この磁極位置を推定できないときには、電気モータの始動トルクが低下して逆転駆動を抑制することでエンジンの耐久性を向上させることができる。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。 図２は、実施例１のエンジン始動装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成図である。 図３は、本発明の実施例２に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。 図４は、本発明の実施例３に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。 図５は、本発明の実施例４に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。

以下に、本発明に係るエンジン始動装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るエンジン始動装置を表す概略構成図、図２は、実施例１のエンジン始動装置が適用されるハイブリッド車両の概略構成図である。

本実施例のエンジン始動装置が適用された車両は、ハイブリッド車両であって、動力源として、エンジン（内燃機関）と電気モータとしての発電機及び電動機が搭載されており、このエンジンと電気モータは、動力分配統合機構により接続され、エンジンの出力を発電機と駆動輪とに振り分けると共に、電動機からの出力を駆動輪に伝達したり、減速機を介してドライブシャフトから駆動輪に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。

即ち、図２に示すように、本実施例のハイブリッド車両１１は、エンジン１２と、エンジン１２の出力軸としてのクランクシャフト１３の回転変動を吸収するダンパ装置１４と、クランクシャフト１３にこのダンパ装置１４を介して接続された３軸式の動力分配統合機構１５と、動力分配統合機構１５に接続された発電可能なモータ（ＭＧ１）１６と、動力分配統合機構１５に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸１７に取り付けられた減速ギヤ１８と、この減速ギヤ１８に接続されたモータ（ＭＧ２）１９と、動力出力装置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）２０とを有している。

エンジン１２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、このエンジン１２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）２１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指令を受けている。エンジンＥＣＵ２１は、ハイブリッドＥＣＵ２０と通信可能であり、ハイブリッドＥＣＵ２０からの制御信号によりエンジン１２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン１２の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ２０に出力する。

動力分配統合機構１５は、外歯歯車のサンギヤ２２と、このサンギヤ２２と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ２３と、サンギヤ２２に噛合すると共にリングギヤ２３に噛合する複数のピニオンギヤ２４と、複数のピニオンギヤ２４を自転、且つ、公転自在に保持するキャリア２５とを有し、サンギヤ２２とリングギヤ２３とキャリア２５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１５にて、キャリア２５にはエンジン１２のクランクシャフト１３が、サンギヤ２２にはモータ１６が、リングギヤ２３にはリングギヤ軸１７を介して減速ギヤ１８がそれぞれ連結されている。そして、モータ１６が発電機として機能するときにはキャリア２５から入力されるエンジン１２からの動力をサンギヤ２２側とリングギヤ２３側にそのギヤ比に応じて分配し、モータ１６が電動機として機能するときにはキャリア２５から入力されるエンジン１２からの動力とサンギヤ２２から入力されるモータ１６からの動力を統合してリングギヤ２３側に出力する。リングギヤ２３に出力された動力は、リングギヤ軸１７からギヤ機構２６及びデファレンシャルギヤ２７を介して、最終的には車両の駆動輪２８に出力される。

モータ１６及びモータ１９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２９，３０を介してバッテリ３１と電力のやりとりを行う。インバータ２９，３０とバッテリ３１とを接続する電力ライン３２は、各インバータ２９，３０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１６，１９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。従って、バッテリ３１は、モータ１６，１９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１６，１９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３１は充放電されない。

モータ１６，１９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）３３により駆動制御されている。モータＥＣＵ３３には、モータ１６，１９を駆動制御するために必要な信号、例えば、モータ１６，１９の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３４，３５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１６，１９に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ３３からは、インバータ２９，３０へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ３３は、ハイブリッドＥＣＵ２０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ２０からの制御信号によってモータ１６，１９を駆動制御すると共に必要に応じてモータ１６，１９の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ２０に出力する。

バッテリ３１は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）３６によって管理されている。バッテリＥＣＵ３６には、バッテリ３１を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ３１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３１の出力端子に接続された電力ライン３２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３１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３１の状態に関するデータを通信によりハイブリッドＥＣＵ２０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ３６では、バッテリ３１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。

また、車両には、駆動輪２８に対応して油圧ブレーキ装置３７が設けられている。この油圧ブレーキ装置３７には、油圧制御装置３８から調圧された制動油圧が供給されるようになっており、この油圧制御装置３８は、ブレーキ用電子制御ユニット（以下、ブレーキＥＣＵという）３９によって管理されている。ブレーキＥＣＵ３９には、油圧制御装置３８を管理するのに必要な後述する信号が入力される。即ち、ブレーキＥＣＵ３９は、ハイブリッドＥＣＵ２０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ２０からの制御信号によって油圧制御装置３８を駆動制御すると共に必要に応じて油圧制御装置３８の運転状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ２０に出力する。

ハイブリッドＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２０ａ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、ＣＰＵ２０ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２０ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２０ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを有している。ハイブリッドＥＣＵ２０には、イグニッション信号（始動スイッチ信号）、シフトポジション信号、アクセル開度信号、ブレーキペダル信号、車速信号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ＥＣＵ２０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２１、モータＥＣＵ３３、バッテリＥＣＵ３６、ブレーキＥＣＵ３９と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２１、モータＥＣＵ３３、バッテリＥＣＵ３６、ブレーキＥＣＵ３９と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

このように構成された本実施例のハイブリッド車両１１は、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度と車速に基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸１７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駆動力がリングギヤ軸１７に出力されるように、エンジン１２とモータ１６とモータ１９が駆動制御される。

ここで、上述したハイブリッド車両１１に適用されたエンジン始動装置について詳細に説明する。本実施例では、モータ１６によりエンジン１２を始動する。

実施例１のエンジン始動装置において、図１に示すように、ハイブリッドＥＣＵ２０は、上述したように、イグニッション信号（始動スイッチ信号）、アクセル開度信号、車速信号などが入力される。ハイブリッドＥＣＵ２０は、エンジン１２が停止しているときに、このイグニッション信号（始動スイッチ信号）が入力されると、車両の走行停止状態に応じてエンジン１２を駆動するかどうかを判定し、エンジン１２を駆動する必要があれば、エンジン始動指令をモータＥＣＵ３３に対して出力する。一方、ハイブリッドＥＣＵ２０は、エンジン１２が駆動しているときには、アクセル開度信号と車速信号に基づいて車両要求トルクを算出する。そして、ハイブリッドＥＣＵ２０は、この車両要求トルクに応じて、エンジン目標トルクとモータ目標トルクを設定し、エンジンＥＣＵ２１とモータＥＣＵ３３に対して出力する。

モータＥＣＵ（制御手段）３３は、モータトルク指令部４１、電流制御部４２、モータトルク制御部４３、高周波重畳部４４、電流センサ４５、磁極位置推定部４６、モータトルク補正部４７を有している。

モータトルク指令部４１は、エンジン始動指令が入力されると、予め設定されたエンジン始動トルクを出力する。そして、このモータトルク指令部４１は、エンジン始動トルク、または、モータ目標トルクを選択的に出力する。

電流制御部４２は、エンジン始動トルクまたはモータ目標トルクに基づいて、バッテリ電圧などを考慮して、ｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑを算出し、これを出力する。

モータトルク制御部４３は、入力されたｄ軸電流指令値ｉｄとｑ軸電流指令値ｉｑに基づいて、ｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑを算出し、これを出力する。

高周波重畳部４４は、必要に応じて、モータトルク制御部４３が出力したｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑに対して、高周波電圧指令値Ｖｈを加算することで、基本電圧成分に高周波電圧成分を重畳させる。即ち、この高周波重畳部４４が高周波電圧成分を重畳させるのは、エンジン１２の始動時だけである。

すると、高周波電圧指令値Ｖｈを加算されたｄ軸電圧指令値Ｖｄとｑ軸電圧指令値Ｖｑが変換器４８により、三相の電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換され、この電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをインバータ２９に送る。インバータ２９は、各電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを増幅し、三相の電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗをモータ１６のステータに送り、このモータ１６を駆動してエンジン１２を始動（駆動）する。

電流センサ４５は、モータ１６の駆動電流となる三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを検出する。この場合、二相の交流電流ｉｕ，ｉｖを検出し、一相の交流電流ｉｗを演算により推定してもよい。

この場合、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、図示しない変換器により２軸成分の固定電流値に変換され、ローパスフィルタにより高周波成分が除去した後、ｄ軸電流値ｉｄＬ及びｑ軸電流値ｉｑＬとしてモータトルク制御部４３に送られる。モータトルク制御部４３は、入力されたｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑと、ｄ軸電流値ｉｄＬ及びｑ軸電流値ｉｑＬとの偏差、つまり、ｄ軸電流偏差Δｉｄとｑ軸電流偏差Δｉｑとを算出し、このｄ軸電流偏差Δｉｄとｑ軸電流偏差Δｉｑが減少するように補正する。

磁極位置推定部４６は、モータトルク制御部４３が出力したｄ軸電圧指令値Ｖｄ及びｑ軸電圧指令値Ｖｑと、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗとに基づいて、モータ１６における磁極位置を推定する。

具体的に説明すると、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、高周波重畳部４４により高周波成分が重畳されていることから、図示しない変換器により２軸成分の固定電流値に変換され、ハイパスフィルタにより低周波成分が除去され、ｄ軸電流値ｉｄＨ及びｑ軸電流値ｉｑＨとなる。磁極位置推定部４６は、このｄ軸電流値ｉｄＨとｑ軸電流値ｉｑＨに基づいて、モータ１６における磁極位置を推定する。

即ち、モータ１６における０〜±１８０°のうちの所定の磁極位置を初期位置として設定し、この初期位置として設定された磁極位置に基づいて推定ｄ−ｑ座標を想定し、この推定ｄ−ｑ座標においてｄ軸電流指令値ｉｄｓ及びｑ軸電流指令値ｉｑｓを算出する。このモータ１６における磁極位置の初期位置とは、高周波重畳部４４が高周波電圧成分を重畳させないときであり、このときに電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいてｄ軸電流指令値ｉｄｓ及びｑ軸電流指令値ｉｑｓを算出する。

一方、上述したように、高周波重畳部４４が高周波電圧成分を重畳させたとき、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは、高周波成分が重畳されていることから、低周波成分を除去したｄ軸電流値ｉｄＨ及びｑ軸電流値ｉｑＨを算出する。このｄ軸電流値ｉｄＨ及びｑ軸電流値ｉｑＨには、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって推定された磁極位置と実磁極位置との誤差情報が含まれている。そのため、ｄ軸電流指令値ｉｄｓ及びｑ軸電流指令値ｉｑｓと、ｄ軸電流値ｉｄＨ及びｑ軸電流値ｉｑＨとの偏差、つまり、誤差情報がなくなる（０とする）ように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの演算を行うと、推定された磁極位置と実磁極位置との差がなくなり、磁極位置が電気角で検出される。即ち、磁極位置推定部４６は、誤差情報が０となるように、ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの補正値を出力する。

ところで、モータ１６は、ロータの円周方向における永久磁石と、永久磁石がなく、空間が形成された部分とは磁束の分布特性からみて等価であるので、０〜±１８０°の電気角の範囲で磁極位置が検出されることになるが、検出された磁極位置がＮ極に属するものであるか、または、Ｓ極に属するものであるかわからない。そのため、磁極位置推定部４６は、モータ１６の磁極位置が検出されると、検出された磁極位置について磁極判定、つまり、ＮＳ判定が行われ、Ｎ極に属するものであるか、Ｓ極に属するものであるかの判定を行う。

また、磁極位置推定部４６がモータ１６におけるＮＳ判定を行うとき、制御系統にノイズが入ったり、モータ１６の実磁極位置が急激に変化したりすると、モータ１６の磁極位置の極性が反転されて検出されることがある。この場合、モータ１６は、逆転駆動してしまう。

そこで、本実施例では、エンジン始動指令があったときに、モータトルク補正部４７は、予め設定されたモータ１６の始動トルクを低下させる。つまり、モータ１６の励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように制御する。具体的には、エンジン始動指令があったときに、モータトルク制御部４３は、モータトルク補正部４７からの指令に基づいて、モータ１６への電流指令値を、このモータ１６の磁束が飽和する電流値に設定する。

この場合、飽和（磁束飽和、磁気飽和）とは、モータ１６における磁性体中の磁化方向が全て揃ってしまい、それ以上内部磁化が大きくならない状態のことであり、この領域では、電流の作る磁場に対して内部磁化が変化しなくなるため、磁性体としての働きをしなくなる。本実施例では、モータ１６におけるｑ軸のインダクタンスが、極小電流値を付与したときのインダクタンスより低下するような電流値を、モータ１６への電流指令値（ｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑ）として設定する。この場合、モータ１６におけるｑ軸のインダクタンスが、極小電流値を付与したときのインダクタンスより２０％以上低下する電流指令値に設定することが望ましい。

従って、磁極位置推定部４６が、モータ１６における磁極位置を推定するとき、磁極位置推定部４６が出力するｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの補正値は、ＮＳ判定が適正に行われたとき（適正検知）の値と、ＮＳ判定が適正に行なわれなかったとき（誤検知）の値とが相違する。そのため、磁極位置推定部４６が、モータ１６のＮＳ判定を誤検知したとき、モータ１６の磁束が飽和する電流値に設定された状態では、エンジン１２を始動するためにクランキングすると、モータ１６の磁極位置を適正に推定することができないため、モータ１６の励磁角不適切となり、発生するモータトルクが低下することから、エンジン１２を逆転駆動することができず、損傷が防止される。

このように実施例１のエンジン始動装置にあっては、モータ１６によりエンジン１２を始動可能に構成し、モータ１６の電流指令値に基づいて電圧指令値を出力するモータ制御部と、モータ１６へ高周波電圧を重畳する高周波重畳部４４と、モータ１６へ高周波電圧が重畳されたときに流れる高周波電流からインダクタンスを測定してモータ１６の磁極位置を推定する磁極位置推定部４６と、エンジン始動指令があったときにモータ１６の磁極位置を推定すると共に予め設定されたモータ１６の始動トルクを低下させるモータトルク補正部４７とを設けている。

従って、エンジン１２の始動時に、モータ１６の磁極位置を適正に推定することができると共に、この磁極位置を推定できないときには、モータ１６の始動トルクが低下して逆転駆動を抑制することとなり、エンジン１６の損傷を防止して耐久性を向上させることができる。

この場合、モータトルク補正部４７は、エンジン始動指令があったときに、モータ１６の励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように、つまり、モータトルク制御部４３は、モータ１６への電流指令値をモータ１６の磁束が飽和する電流値に設定する。従って、磁極位置推定部４６が、モータ１６のＮＳ判定を誤検知したとき、モータ１６の磁束が飽和する電流値に設定されると、エンジン１２の始動時に、モータ１６の磁極位置が適正に推定されず、モータ１６の励磁角不適切となり、発生するモータトルクが低下する。そのため、エンジン１２は、始動することができず、逆転駆動が抑制されて損傷を防止することができる。

図３は、本発明の実施例２に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のエンジン始動装置において、図３に示すように、モータＥＣＵ３３は、モータトルク指令部４１、電流制御部４２、モータトルク制御部４３、高周波重畳部４４、電流センサ４５、磁極位置推定部４６、モータトルク補正部４７に加えて、電流変化率検出部５１と、フェール検出部５２を有している。

電流変化率検出部５１は、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて、所定時間（サンプリング周期）ごとの変化率を検出する。フェール検出部５２は、この三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗの変化率に基づいてＮＳ判定を行い、ＮＳ判定が誤検知されたときにフェールと判定し、モータ１６を停止する。

即ち、フェール検出部５２がモータ１６のＮＳ判定を誤検出した状態で、このモータ１６に電流を流すと、内部磁化が大きく変化する、所謂、増磁状態となるため、インダクタンスが低下し、電流変化率が増加する。従って、フェール検出部５２は、検出した電流変化率が、予め設定された所定の変化率より大きくなったとき、ＮＳ判定の誤検知を検出し、フェールと判定してモータ１６を停止する。この場合、予め設定された所定の変化率とは、事前の実験により求めた閾値である。

このように実施例２のエンジン始動装置にあっては、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて電流変化率を検出する電流変化率検出部５１と、この電流変化率に基づいてＮＳ判定を行ってＮＳ判定が誤検知されたときにフェールと判定するフェール検出部５２とを設けている。

従って、エンジン１２の始動時に、モータ１６の磁極位置を推定できないときには、モータ１６の始動トルクを低下して逆転駆動を抑制すると共に、電流変化率に基づいてＮＳ判定の誤検知を検出してフェール判定を行い、モータ１６を停止することとなり、エンジン１６の損傷を防止して耐久性を向上させることができる。

図４は、本発明の実施例３に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のエンジン始動装置において、図４に示すように、モータＥＣＵ３３は、モータトルク指令部４１、電流制御部４２、モータトルク制御部４３、高周波重畳部４４、電流センサ４５、磁極位置推定部４６、モータトルク補正部４７に加えて、電流リップル振幅検出部６１と、フェール検出部６２を有している。

電流リップル振幅検出部６１は、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて、その電流リップルの振幅を検出する。フェール検出部６２は、この三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗのリップルの振幅に基づいてＮＳ判定を行い、ＮＳ判定が誤検知されたときにフェールと判定し、モータ１６を停止する。

即ち、フェール検出部６２がモータ１６のＮＳ判定を誤検出した状態で、このモータ１６に電流を流すと、内部磁化が大きく変化する、所謂、増磁状態となるため、インダクタンスが低下し、電流リップルの振幅が増加する。従って、フェール検出部６２は、検出した電流リップルの振幅が、予め設定された所定の振幅より大きくなったとき、ＮＳ判定の誤検知を検出し、フェールと判定してモータ１６を停止する。この場合、予め設定された所定の振幅とは、事前の実験により求めた閾値である。

このように実施例３のエンジン始動装置にあっては、電流センサ４５が検出した三相交流電流ｉｕ，ｉｖ，ｉｗに基づいて電流リップルの振幅を検出する電流リップル振幅検出部６１と、この電流リップルの振幅に基づいてＮＳ判定を行ってＮＳ判定が誤検知されたときにフェールと判定するフェール検出部６２とを設けている。

従って、エンジン１２の始動時に、モータ１６の磁極位置を推定できないときには、モータ１６の始動トルクを低下して逆転駆動を抑制すると共に、電流リップルの振幅に基づいてＮＳ判定の誤検知を検出してフェール判定を行い、モータ１６を停止することとなり、エンジン１６の損傷を防止して耐久性を向上させることができる。

図５は、本発明の実施例４に係るエンジン始動装置を表す概略構成図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４のエンジン始動装置において、図５に示すように、モータＥＣＵ３３は、モータトルク指令部４１、電流制御部４２、モータトルク制御部４３、高周波重畳部４４、電流センサ４５、磁極位置推定部４６、モータトルク補正部４７に加えて、速度推定部７１と、速度変化率検出部７２と、フェール検出部７３を有している。

速度推定部７１は、磁極位置推定部４６が推定したモータ１６の磁極位置に基づいてこのモータ１６の速度を推定する。この場合、磁極位置推定部４６は、磁極位置推定部４６が推定したモータ１６の磁極位置は、所定のサンプリング周期ごとにモータ１６の磁極位置を推定し、前後のモータ１６の磁極位置の偏差に基づいてモータ１６の速度を推定する。速度変化率検出部７２は、速度推定部７１が推定したモータ１６の速度に基づいて、所定時間（サンプリング周期）ごとの変化率を検出する。フェール検出部７３は、このモータ１６の速度の変化率に基づいてＮＳ判定を行い、ＮＳ判定が誤検知されたときにフェールと判定し、モータ１６を停止する。

即ち、前述した実施例１と同様に、エンジン始動指令があったとき、磁極位置推定部４６は、モータ１６の磁極位置を推定し、モータトルク制御部４３は、モータトルク補正部４７からの指令に基づいて、モータ１６への電流指令値を、このモータ１６の磁束が飽和する電流値に設定している。この場合、このときのｄ軸電流指令値ｉｄ及びｑ軸電流指令値ｉｑの各インダクタンスの差は、モータ１６の磁束が飽和していない電流値に設定したときに比べて低下しており、モータ１６は、速度が低下したり、急激に変化したりする。一方、モータ１６によりエンジン１２を正常に始動したときには、エンジン１２の慣性力により急激な速度変化はない。

従って、フェール検出部７３は、速度変化率検出部７２が検出した速度変化率が、予め設定された所定の速度変化率より大きくなったとき、ＮＳ判定の誤検知を検出し、フェールと判定してモータ１６を停止する。この場合、予め設定された所定の速度変化率とは、事前の実験により求めた閾値である。

このように実施例４のエンジン始動装置にあっては、磁極位置推定部４６が推定したモータ１６の磁極位置に基づいてこのモータ１６の速度を推定する速度推定部７１と、この速度推定部７１が推定したモータ１６の速度に基づいて速度変化率を検出する速度変化率検出部７２と、モータ１６の速度変化率に基づいてＮＳ判定の誤検知を検出したときにフェールと判定するフェール検出部７３とを設けている。

従って、エンジン１２の始動時に、モータ１６の磁極位置を推定できないときには、モータ１６の始動トルクを低下して逆転駆動を抑制すると共に、モータ１６の速度変化率に基づいてＮＳ判定の誤検知を検出してフェール判定を行い、モータ１６を停止することとなり、エンジン１６の損傷を防止して耐久性を向上させることができる。

なお、上述した各実施例では、本発明のエンジン始動装置をハイブリッド車両に適用して説明したが、この車両に限定されるものではない。例えば、車両が信号などで停止したときにエンジンを一時的に停止するアイドルストップ機構を搭載した車両に適用することもできる。即ち、電気モータによりエンジンを始動するシステムが搭載された車両であれば、いずれの車両であっても適用することができる。

以上のように、本発明に係るエンジン始動装置は、エンジン始動指令があったときに電気モータの始動トルクを低下させることで、エンジンの始動時に逆転駆動を抑制することで耐久性を向上させるものであり、いずれの種類のエンジンに用いても好適である。

１１ ハイブリッド車両
１２ エンジン
１５ 動力分配統合機構
１６ モータ（発電機）
１９ モータ（電動機）
２０ ハイブリッド用電子制御ユニット、ハイブリッドＥＣＵ
２１ エンジン用電子制御ユニット、エンジンＥＣＵ
２９，３０ インバータ
３３ モータ用電子制御ユニット、モータＥＣＵ（制御手段）
４１ モータトルク指令部
４２ 電流制御部
４３ モータトルク制御部
４４ 高周波重畳部
４５ 電流センサ
４６ 磁極位置推定部
４７ モータトルク補正部
５１ 電流変化率検出部
５２，６２，７３ フェール検出部
６１ 電流リップル振幅検出部
７１ 速度推定部
７２ 速度変化率検出部

Claims (10)

1. 電気モータによりエンジンを始動可能なエンジン始動装置において、
   エンジン始動指令があったときに予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させる制御手段を設ける、
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータへの電流指令値を前記電気モータの磁束が飽和する電流値に設定することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン始動装置。
4. 電気モータによりエンジンを始動可能なエンジン始動装置において、
   前記電気モータへ高周波電圧を重畳する高周波重畳手段と、
   前記電気モータへ高周波電圧が重畳されたときに流れる高周波電流からインダクタンスを測定して前記電気モータの磁極位置を推定する磁極位置推定手段と、
   エンジン始動指令があったときに前記電気モータの磁極位置を推定すると共に予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させる制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン始動装置。
5. 前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの励磁状態が正常とは異なる励磁状態となるように制御することを特徴とする請求項４に記載のエンジン始動装置。
6. 前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータへの電流指令値を前記電気モータの磁束が飽和する電流値に設定することを特徴とする請求項４または５に記載のエンジン始動装置。
7. 前記制御手段は、エンジン始動指令があったときに、前記電気モータの磁極位置を誤って推定したときに予め設定された前記電気モータの始動トルクを低下させることを特徴とする請求項４から６のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
8. 前記制御手段は、前記電気モータへの電流指令値の変化率に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴とする請求項４から７のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
9. 前記制御手段は、前記電気モータの電流リップルの振幅に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴とする請求項４から７のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。
10. 前記磁極位置推定手段が推定した前記電気モータの磁極位置に基づいて前記電気モータの速度を推定する速度推定手段を設け、前記制御手段は、前記電気モータの速度の変化率に基づいてＮ極とＳ極との誤判定を行い、フェールの判別を行うことを特徴とする請求項４から７のいずれか一つに記載のエンジン始動装置。

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