JP2015196460A - エンジン始動制御装置 - Google Patents

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JP2015196460A JP2014075612A JP2014075612A JP2015196460A JP 2015196460 A JP2015196460 A JP 2015196460A JP 2014075612 A JP2014075612 A JP 2014075612A JP 2014075612 A JP2014075612 A JP 2014075612A JP 2015196460 A JP2015196460 A JP 2015196460A
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Abstract

【課題】エンジン始動時にギヤ打ち音や振動が生じることを低減できる。【解決手段】動力伝達経路中でエンジンと動力分割機構との間に摩擦クラッチが設けられているハイブリッド車に適用することができ、エンジン始動制御を実施する際に車軸に反力として作用する反力トルクを減殺するためのキャンセルトルクを第2のモータから出力するように構成されたエンジン始動制御装置において、開放している摩擦クラッチをスリップさせつつエンジンを始動する際(ステップS1:YES)に、第2のモータのトルクを車軸に作用している駆動トルクの方向に増大させる補正を行う(ステップS5,S6)ように構成されている。【選択図】図1

Description

この発明は、エンジンが出力した動力を動力分割機構によって駆動輪側とモータ側とに分割するとともに、エンジンがクラッチを介して動力分割機構に連結されるように構成されたハイブリッド車に適用できるエンジン始動制御装置に関するものである。
例えば、特許文献1には、ツーモータスプリット式のハイブリッド車が記載されている。特許文献1に記載のハイブリッド車では、動力分割機構が三つの回転要素としてサンギヤとキャリヤとリングギヤとを有する遊星歯車機構により構成されている。サンギヤには第1のモータ・ジェネレータが連結されている。キャリヤにはクラッチを介してエンジンが連結されている。そして出力要素となるリングギヤから駆動輪に向けてトルクを出力するように構成されている。さらに、リングギヤから駆動輪側へ出力されるトルクに第2のモータ・ジェネレータが出力するトルクを付加するように構成されている。クラッチを開放させることによりエンジンを動力分割機構から切り離すことができる。
さらに、特許文献2には、第1のモータ・ジェネレータからのトルクを利用してエンジンを始動する際にリングギヤに作用する反力トルクを減殺するキャンセルトルクを第2のモータ・ジェネレータから出力されるように構成された動力出力装置が記載されている。キャンセルトルクは反力トルクとの和が要求駆動トルクの方向のトルクとなるように設定される。
特開2012−224244号公報 特開2005−184999号公報
特許文献2に記載された構成では、エンジンと動力分割機構とが常にトルク伝達可能に連結されている。つまり、第1のモータ・ジェネレータから出力されたトルクが動力分割機構を介して確実にエンジンに伝達するので、第1のモータ・ジェネレータのトルク指令と動力分割機構のギヤ比とにより算出されたトルクを実際の反力トルクとして推定できる。そのため、エンジンをモータリングする際には上記のように算出された反力トルクを用いてキャンセルトルクを設定することができる。
一方、特許文献1に記載された構成では、摩擦クラッチが動力伝達経路中でエンジンと動力分割機構との間に設けられている。特許文献1の構成では、エンジンを停止する際に摩擦クラッチを開放させるため、特許文献2に記載された構成のように第1のモータ・ジェネレータでエンジンを始動する場合には摩擦クラッチを係合させる必要がある。また、特許文献1に記載された摩擦クラッチは油圧により動作するため油圧アクチュエータの動作量に応じてクラッチトルク容量を徐々に変化させることができる。つまり、上記のようにエンジンをモータで始動させる際、摩擦クラッチの係合要素同士をスリップさせてから完全係合させることができるのでエンジンの慣性エネルギにより生じる係合ショックを低減できる。
しかしながら、特許文献1に記載された構成では、油圧アクチュエータが電子制御装置から入力された油圧指令値に相当する油圧を摩擦クラッチに供給するように動作するため、摩擦クラッチおよびアクチュエータの機械構造に起因してクラッチトルク容量が油圧指令値に対して遅れて変化する。つまり、摩擦クラッチをスリップさせながらエンジンを第1のモータ・ジェネレータで始動させる際には、摩擦クラッチが応答遅れを生じるため実際にリングギヤに作用している反力トルクを推定することが困難となる。
仮に、特許文献2に記載された構成のように第1のモータ・ジェネレータのトルク指令を用いてキャンセルトルクを算出しても、実際のクラッチトルク容量が指令値より遅れて変化しているため、算出されたキャンセルトルクは実際の反力トルクとは異なってしまう。したがって、そのキャンセルトルクでは実際の反力トルクを所望のように減殺することができない可能性がある。これにより、車軸に作用する駆動トルクの方向を反転させてギヤ打ち音や振動を生じさせてしまう可能性がある。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、エンジンを始動する際にギヤ打ち音や振動を抑制するエンジン始動制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、発電機能を有する第1および第2のモータと、複数の回転要素を有し各回転要素が差動作用を行う動力分割機構と、動力伝達経路中で前記エンジンと前記動力分割機構との間に設けられた摩擦クラッチとを備え、前記動力分割機構は、第1の回転要素が、前記第1のモータと一体回転するように連結され、第2の回転要素が、前記摩擦クラッチを介して前記エンジンと連結され、第3の回転要素が、駆動輪へ向けてトルクを出力する出力要素となり、前記第3の回転要素から出力されるトルクに前記第2のモータが出力するトルクを付加して前記駆動輪へ伝達するように構成されたハイブリッド車に適用され、前記第1のモータによって前記エンジンを始動する際に車軸に作用する反力トルクを減殺するためのキャンセルトルクを前記第2のモータから出力するように構成されたエンジン始動制御装置において、前記摩擦クラッチが開放している状態から前記摩擦クラッチをスリップさせつつ前記エンジンを始動する際に、前記第2のモータのトルクを前記車軸に作用している駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されていることを特徴とするものである。
この発明は、上記発明の構成に加えて、要求駆動トルクが零を含む所定範囲内の場合に前記第2のモータのトルクを前記駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されていることを特徴とするエンジン始動制御装置である。
この発明は、上記発明の構成に加えて、前記第2のモータのトルクに前記駆動トルクの方向と同一方向の補正トルクを加算する補正を行うように構成され、前記補正トルクによる補正量は、補正された前記第2のモータのトルクが前記反力トルクを減殺する際に前記駆動トルクの方向を反転させない大きさに設定されるように構成されていることを特徴とするエンジン始動制御装置である。
この発明は、上記発明の構成に加えて、前記摩擦クラッチへ出力するクラッチトルク指令に基づいて実際のクラッチトルク容量を推定するように構成され、前記キャンセルトルクが前記クラッチトルク指令に基づいて算出されるように構成されていることを特徴とするエンジン始動制御装置である。
この発明は、上記発明の構成に加えて、前記第2のモータのトルクは、要求駆動トルクと、前記キャンセルトルクとを含み、前記キャンセルトルクを前記駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されていることを特徴とするエンジン始動制御装置である。
この発明によれば、摩擦クラッチが開放している状態から第1のモータによってエンジンを始動する際に、車軸に作用する反力トルクを第2モータからの出力トルクによって駆動トルクの方向を反転させないように減殺することができる。そのため、エンジン始動時に駆動トルクが変動してもギヤ打ち音や振動が生じることを低減できる。
この発明によれば、上記発明の効果に加えて、要求駆動トルクが零付近の場合には駆動トルクも零付近であることが推定できるため、反力トルクにより駆動トルクの方向が反転しやすい走行状態である場合に補正されたトルクを第2のモータから出力させることができる。したがって、効果的にギヤ打ち音や振動を低減できる。
この発明によれば、上記発明の効果に加えて、第2のモータの出力トルクが補正されているため駆動トルクの方向が反転することを抑制できるので、より効果的にエンジン始動時のギヤ打ち音や振動を低減できる。
この発明によれば、上記発明の効果に加えて、摩擦クラッチにおける実際のクラッチトルク容量が正確に推定できなくても、エンジン始動時に車軸に作用する反力トルクを第2のモータからの出力トルクによって減殺することができる。
この発明によれば、上記発明の効果に加えて、キャンセルトルクを駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うことにより、エンジン始動時に車軸に作用する反力トルクを第2のモータから出力する補正後のキャンセルトルクによって駆動トルクの方向を反転させないように減殺することができる。また、キャセルトルクを補正する演算を行えばよく、要求駆動トルクは従来通りに演算すればよい。つまり、キャンセルトルクを補正する演算処理を従来の演算処理に追加すればよく、演算処理過程を複雑化させなくてよい。したがって、従来のツーモータスプリット式ハイブリッド車に追加適用し易く汎用性が高いものとなる。
この発明の一例におけるエンジン始動制御装置が実施するエンジン始動制御フローを説明するためのフローチャートである。 クラッチを開放させてEVモードで前進走行しているハイブリッド車の走行状態を示し、特に要求駆動トルクが正トルクである場合を示した共線図である。 図2に示す走行状態からエンジン始動制御を実施した場合のハイブリッド車の走行状態を示した共線図である。 クラッチを開放させてEVモードで前進走行しているハイブリッド車の走行状態を示し、特に要求駆動トルクが負トルクである場合を示した共線図である。 図4に示す走行状態からエンジン始動制御を実施した場合のハイブリッド車の走行状態を示した共線図である。 車軸に作用する駆動トルクが正方向である場合に実施されるエンジン始動制御を説明するためのタイムチャートである。 車軸に作用する駆動トルクが負方向である場合に実施されるエンジン始動制御を説明するためのタイムチャートである。 図1に示す制御フローを実施するエンジン始動制御装置が対象とすることができるハイブリッド車のパワートレーンの一例を示すスケルトン図である。 クラッチを開放させてEVモードで後進走行している場合のハイブリッド車の走行状態を示した共線図である。 図9に示す走行状態からエンジン始動制御を実施した場合のハイブリッド車の走行状態を示した共線図である。 HVモードに設定されたハイブリッド車の走行状態の一例を示した共線図である。 ツーモータモードに設定されたハイブリッド車の走行状態の一例を示した共線図である。 (a)はワンモータモードに設定されたハイブリッド車の走行状態の一例を示した共線図であり、(b)は(a)に示すワンモータモードのうちクラッチを完全開放させている第1EVモードに設定されたハイブリッド車の走行状態の一例を示した共線図であり、(c)は(a)に示すワンモータモードのうちクラッチを完全係合させている第2EVモードに設定されたハイブリッド車の走行状態の一例を示した共線図である。 図1に示す制御フローを実施するエンジン始動制御装置が対象とすることができるハイブリッド車のパワートレーンの他の例を示すスケルトン図である。
以下、この発明の一例におけるエンジン始動制御装置について説明する。この具体例のエンジン始動制御装置は、ツーモータスプリット式のハイブリッド車を対象とすることができるものである。そのハイブリッド車はエンジンを動力分割機構から切り離すクラッチを備え、エンジン始動時やエンジン停止時にクラッチの動作を制御するように構成されている。特に、クラッチが開放している状態からモータによってエンジンを始動する際、要求駆動トルクを満たすために車軸に作用するトルク(以下「駆動トルク」という)の方向が反転しないように制御する構成を備えている。
(1.ハイブリッド車のパワートレーン)
まず、図8を参照して、この具体例のエンジン始動制御装置を搭載したハイブリッド車について説明する。図8に示すハイブリッド車Veは、ツーモータスプリット式に構成されたパワートレーン100を備え、パワートレーン100の動作を制御する電子制御装置(以下「ECU」という)30を搭載している。ECU30はこの具体例のエンジン停止制御装置として機能するものである。なお、ECU30の詳細な構成は後述する。
パワートレーン100は、動力源として、燃料を使用する内燃機関であるエンジン(ENG)1と、モータ機能および発電機能を発揮する第1のモータ・ジェネレータ(MG1)2と、モータ機能および発電機能を発揮する第2のモータ・ジェネレータ(MG2)3とを備えている。
エンジン1および各モータ・ジェネレータ2,3は周知の構成を備えている。例えば、エンジン1はガソリンエンジンなどにより構成されている。各モータ・ジェネレータ2,3は永久磁石式の同期電動機などにより構成されている。各モータ2,3はECU30により電気的に制御されるとともに、エンジン1の動作もECU30により電気的に制御されるように構成されている。なお、以下の説明では、第1のモータ・ジェネレータ2を第1のモータ2と記載する。同様に、第2のモータ・ジェネレータ3を第2のモータ3と記載する。
パワートレーン100はエンジン1が出力した動力を動力分割機構6によって第1のモータ2側と駆動輪20側とに分割するように構成されている。動力分割機構6には入力軸5からエンジン1が出力した動力が入力される。さらに、パワートレーン100では動力分割機構6から駆動輪20へ向けて出力されるトルクに第2のモータ3が出力したトルク(以下「MG2トルク」という)を付加するように構成されている。つまり、パワートレーン100は、エンジン1が出力した動力の一部を第1のモータ2で一旦電力に変換した後、その電力を第2のモータ3で機械的な動力に再変換して駆動輪20に伝達することができるように構成されている。
また、パワートレーン100は動力伝達経路中でエンジン1と動力分割機構6との間に摩擦クラッチCを備えている。摩擦クラッチCはエンジン停止時にエンジン1を動力分割機構6から切り離すためのものである。その後、エンジン1を再始動する際には摩擦クラッチCを係合してエンジン1が動力分割機構6に連結される。
摩擦クラッチCは一対の係合要素を有する周知のクラッチである。図8に示すように、摩擦クラッチCは、一方の係合要素Caがエンジン1のクランクシャフト4と一体回転し、かつ他方の係合要素Cbが入力軸5と一体回転するように構成されている。パワートレーン100において、摩擦クラッチCが完全開放することによりエンジン1と動力分割機構6との間でトルク伝達が遮断される。一方、摩擦クラッチCが完全係合することによりエンジン1と動力分割機構6とがトルク伝達可能に連結される。
なお、完全開放状態とは係合要素Ca,Cb同士が離れている状態である。完全係合状態とは係合要素Ca,Cb同士がスリップしないで摩擦係合している状態である。そして、完全開放状態から完全係合状態へ切り替わる過渡期では、係合要素Ca,Cb同士がスリップ係合する状態となる。また、以下の説明では、摩擦クラッチCをクラッチCと記載する。
動力分割機構6は、第1の回転要素であるサンギヤ6sと、第2の回転要素であるキャリヤ6cと、第3の回転要素であるリングギヤ6rとを有するシングルピニオン型遊星歯車機構により構成されている。要は、動力分割機構6は、複数の回転要素を有する差動機構により構成され、各回転要素が差動することにより差動作用を成すように構成されている。
具体的には、サンギヤ6sは外歯歯車により構成されている。リングギヤ6rは内歯歯車により構成され、サンギヤ6sに対して同心円上に配置されている。キャリヤ6cはサンギヤ6sおよびリングギヤ6rに噛み合っているピニオンギヤを保持している。動力分割機構6ではピニオンギヤがキャリヤ6cに保持されたままで自転可能かつ公転可能に構成されている。なお、動力分割機構6の動作状態を示す共線図を用いた説明を後述する。また、動力分割機構6における各回転要素の回転中心軸線は入力軸5の回転中心軸線と同一軸線となるように配置されている。
パワートレーン100において、動力分割機構6のサンギヤ6sには第1のモータ2が連結されている。第1のモータ2のロータ軸2aはサンギヤ6sと一体回転する。つまり、第1のモータ2が出力したトルク(以下「MG1トルク」という)は、動力分割機構6を介して入力軸5側と駆動輪20側との両方に伝達できる。
動力分割機構6のキャリヤ6cには入力軸5およびクラッチCを介してエンジン1が連結されている。キャリヤ6cは動力分割機構6の入力要素であって、この具体例の入力部材である。クラッチCの開閉状態に拘わらずキャリヤ6cは入力軸5および係合要素Cbと一体回転する。すなわち、クラッチCが完全開放している場合にはキャリヤ6cとクランクシャフト4とは相対回転可能である。クラッチCが完全係合している場合にはキャリヤ6cとクランクシャフト4とが一体回転する。
この具体例の入力部材には、キャリヤ6cと一体回転する回転部材が含まれる。つまり、入力軸5および係合要素Cbが入力部材となる。さらに、クラッチCが完全係合している場合には、係合要素Caおよびクランクシャフト4が入力部材に含まれる。
そして、パワートレーン100では動力分割機構6のリングギヤ6rから駆動輪20へ向けてトルクを出力するように構成されている。リングギヤ6rは動力分割機構6の出力要素である。具体的には、リングギヤ6rは出力軸7と一体回転するように構成されている。出力軸7はリングギヤ6rに加え、外歯歯車により構成された出力ギヤ8と一体回転するように構成されている。出力ギヤ8はパワートレーン100の出力部材である。すなわち、パワートレーン100では出力ギヤ8から駆動輪20に向けてトルクを出力するように構成されている。なお、動力分割機構6のリングギヤ6rと出力軸7と出力ギヤ8とが一体化されてもよい。
出力ギヤ8はカウンタギヤ機構11を介して終減速機であるデファレンシャルギヤ12とトルク伝達可能に連結している。カウンタギヤ機構11は、出力ギヤ8に噛み合うカウンタドリブンギヤ11aと、デファレンシャルギヤ12のリングギヤ12aに噛み合うカウンタドライブギヤ11cとを備えている。カウンタドリブンギヤ11aおよびカウンタドライブギヤ11cがカウンタシャフト11bと一体回転する。カウンタドライブギヤ11cはカウンタドリブンギヤ11aよりも小径である。そして、デファレンシャルギヤ12には車軸13(OUT)を介して駆動輪20が連結されている。車軸13には、要求駆動トルクTreqに応じた駆動トルクTds*が作用する。
さらに、パワートレーン100ではMG2トルクが出力ギヤ8を介して駆動輪20に伝達するように構成されている。第2のモータ3は、トルクを増幅する減速ギヤ機構9を介して出力ギヤ8とトルク伝達可能に連結されている。上述したように出力ギヤ8と出力軸7と動力分割機構6のリングギヤ6rとが一体回転するので、第2のモータ3は減速ギヤ機構9を介して動力分割機構6のリングギヤ6rへトルク伝達可能に連結されていることになる。
減速ギヤ機構9は、三つの回転要素としてサンギヤ9sとキャリヤ9cとリングギヤ9rとを有するシングルピニオン型遊星歯車機構により構成されている。入力要素となるサンギヤ9sには第2のモータ3が連結されている。サンギヤ9sと第2のモータ3のロータ軸3aとが一体回転する。反力要素となるキャリヤ9cがハウジングなどの固定部10に連結されて固定されている。出力要素となるリングギヤ9rが出力軸7および出力ギヤ8と一体回転する。また、減速ギヤ機構9のギヤ比は、リングギヤ9rから出力されるトルクがMG2トルクを増幅させたトルクとなるように設定されている。なお、減速ギヤ機構9のリングギヤ9rは出力軸7および出力ギヤ8と一体化されてもよい。
例えば制動時に、後述するECU30が第2のモータ3を回生制御することにより、駆動輪20から第2のモータ3に伝達する機械的な外力を第2のモータ3で電力に変換できるように構成されている。ハイブリッド車Veは各モータ2,3で発電した電力を蓄電池42へ供給できるように構成されている。
図8に示すように、各モータ2,3は、インバータ41を介して蓄電池42が電気的に接続されており、ECU30によってインバータ41の電流が制御されることにより発電機あるいはモータとして機能する。各モータ2,3は蓄電池42に蓄えられた電力が供給されることにより駆動する。さらに、各モータ2,3はインバータ41を介して電気的に接続されているため、第1のモータ2で発電した電力を蓄電池42を介さずに第2のモータ3へ供給することができる。
ハイブリッド車Veでは入力軸5に潤滑装置のオイルポンプ15が連結されている。入力軸5が回転することによりオイルポンプ15が駆動するように構成されている。つまり、オイルポンプ15はエンジン1によって駆動する機械式である。また、入力軸5と、エンジン1のクランクシャフト4と、動力分割機構6の各回転要素と、第1のモータ2のロータ軸2aと、第2のモータ3のロータ軸3aと、減速ギヤ機構9の各回転要素とは、いずれも回転中心軸線が同一軸線上となるように配列されている。
さらに、クラッチCが図示しない周知のアクチュエータにより動作するように構成されている。例えば油圧式や電磁式などのアクチュエータである。アクチュエータは後述するECU30から出力された制御信号に応じて動作する。要は、そのECU30がアクチュエータの動作量を制御することにより、クラッチCのトルク容量(以下「クラッチトルク容量」という)Tcl-actを適宜に制御することができるように構成されている。
クラッチトルク容量Tcl-actは完全開放状態から完全係合状態に到るまでの間に連続的に変化する。また、クラッチトルク容量Tcl-actとアクチュエータの動作量との間には相関関係が成立しており、その動作量に応じてクラッチトルク容量Tcl-actが変化する。例えば、クラッチトルク容量Tcl-actはアクチュエータにおける油圧や電流値やストローク量などの動作量とほぼ比例関係にある。
なお、ハイブリッド車Veでは、クラッチCや車軸13などのトルクを検出とするセンサ装置(トルクセンサなど)を備えていない。つまり、クラッチCで実際に生じているクラッチトルク容量Tcl-actをセンシングしていない。同様に、要求駆動トルクTreqに応じて車軸13に実際に作用している駆動トルクTds*をセンシングしていない。
(2.電子制御装置)
ECU30は、マイクロコンピュータを主体にして構成され、記憶装置やインターフェイスなどを備えている。ECU30は入力されたデータおよび記憶装置内に予め記憶させられているデータを使用して各種の演算を行い、その演算結果を制御信号として出力するように構成されている。
ECU30には、車速、アクセル開度、回転数、蓄電池42の充電残量(以下「SOC」という)などが入力される。その回転数には、入力部材の回転数(以下「入力回転数」という)Nin、第1のモータ2の回転数(以下「MG1回転数」という)Nmg1、エンジン1の回転数(以下「エンジン回転数」という)Nが含まれる。入力回転数Ninには、動力分割機構6におけるキャリヤ6cの回転数、入力軸5の回転数、クラッチCの係合要素Cbの回転数が含まれる。クラッチCが完全係合している場合には、エンジン回転数Nが入力回転数Ninとなる。なお、ECU30には実際の駆動トルクTds*および実際のクラッチトルク容量Tcl-actが入力されない。
ECU30の記憶装置には、要求駆動トルクTreqを定めたマップや、入力回転数Ninの目標回転数Nrefを定めたマップなどが予め記憶されている。さらに、クラッチトルク容量の指令値(以下「クラッチトルク指令」という)Tcl*を定めたマップ、MG1トルクの指令値(以下「MG1トルク指令」という)Tmg1*を定めたマップ、MG2トルクの指令値(以下「MG2トルク指令」という)Tmg2*を定めたマップなどが含まれる。なお、クラッチトルク容量はアクチュエータの動作量に対する値として予め定めることができるため、クラッチトルク容量についてのデータをマップ形式などでECU30の記憶装置内に予め記憶させることができる。
ECU30が出力する制御信号には、エンジン制御用の信号、クラッチ制御用の信号、モータ制御用の信号などが含まれる。ECU30はハイブリッドシステムを制御するためにハイブリッド車Veの走行状態に応じて各種の制御信号を出力する。
具体的には、クラッチトルク指令Tcl*がクラッチCのアクチュエータに出力される。さらに、MG1トルク指令Tmg1*およびMG2トルク指令Tmg2*をインバータ41に出力される。
例えば、ECU30は、入力データであるアクセル開度および車速と、記憶データである要求駆動トルクTreqを定めたマップとを用いて要求駆動トルクTreqを決定する。そして、ECU30は要求駆動トルクTreqに応じた制御信号を動力源へ出力する。要は、周知の方法によって要求駆動トルクTreqが演算されるように構成されている。
なお、以下の説明では、MG1トルクとMG1トルク指令Tmg1*とを区別せずにMG1トルク指令Tmg1*と記載して説明する。同様に、MG2トルクとMG2トルク指令Tmg2*とを区別せずにMG2トルク指令Tmg2*と記載する。
(2−1.走行モード制御)
この具体例のハイブリッド車Veは、エンジン1の出力で走行するハイブリッド走行モード(以下「HVモード」という)以外に、エンジン停止中に第2のモータ3を蓄電池42の電力で駆動させて走行するモータ走行モード(以下「EVモード」という)に設定することができる。ECU30は、アクセル開度や車速やSOCなどの走行状態に応じてHVモードとEVモードとのうちいずれかの走行モードを選択するように構成されている。要は、要求駆動トルクTreqを満たせる走行モードが選択される。
(2−1−1.HVモード)
例えば、車速がある程度高速、かつアクセル開度が車速を維持するべく比較的に大きい走行状態では、ECU30はHVモードを選択できる。さらに、アクセル開度が小さい場合であってもSOCが所定の閾値以下になると、ECU30はHVモードを選択するように構成されている。
HVモードには、エンジン1の出力に第2のモータ3の出力を付加して走行する場合と、エンジン1の出力のみで走行する場合とが含まれる。また、HVモード中はクラッチCが完全係合しているので、第1のモータ2によってエンジン回転数Nを制御できる。
図11には、HVモードの一例を共線図で示してある。図11に示すHVモードでは、動力源がエンジントルクTeと正方向のMG2トルク指令Tmg2*とを出力している。そして、走行状態に応じてMG1トルク指令Tmg1*を制御してエンジン回転数N(入力回転数Nin)を変化させている。
HVモード中に第1のモータ2によってエンジン回転数Nを制御することにより、エンジン1は燃料効率がよい運転点で駆動できる。運転点とはエンジン回転数NとエンジントルクTeとによって決まる周知のパラメータである。ECU30は、入力データである車速およびアクセル開度と、記憶装置に予め記憶された運転点を定めたマップとを用いて運転点を決定するように構成されている。例えば、最適燃費線上の運転点を決定し、その運転点上のエンジン回転数Nとなるように第1のモータ2を制御する。
(2−1−2.エンジン制御)
具体的には、エンジン1がガソリンエンジンの場合、ECU30は、スロットル開度、燃料の供給量、燃料供給の停止、点火時期などを制御するように構成されている。また、燃料消費を低減するために、ECU30は走行状態に応じてエンジン1の出力を自動停止する制御(以下「エンジン停止制御」という)を実施するように構成されている。
エンジン停止制御とは、エンジン1への燃料供給を停止する制御や、点火を停止する制御などである。また、エンジン停止制御は、ハイブリッド車Veのパワースイッチがオンとなっている状態、すなわちハイブリッドシステムのオン状態において実施される。
エンジン停止制御として、HVモード中のハイブリッド車Veが交差点の信号待ちなどで停車した際にエンジン1を一時的に自動停止させる制御(アイドルストップ制御)がある。また、HVモード中のハイブリッド車Veが所定車速で走行中に運転者がアクセルペダルから足を離した場合に実施されるフューエルカット制御などがある。フューエルカット制御では、燃料の供給再開によってエンジン1が自律して回転する回転数(以下「アイドル回転数」という)に保たれるように制御する。
(2−1−3.EVモード)
さらに、EVモードでは燃料消費量が零になるようにECU30がエンジン停止制御を実施する。つまり、HVモードからEVモードへの切替時にエンジン停止制御を開始するように構成されている。
例えば、SOCが十分に大きく、かつアクセル開度が比較的小さい走行状態では、ECU30はEVモードを選択できる。EVモードには、両モータ2,3が動力を出力するツーモータモードと、第2のモータ3のみが動力を出力するワンモータモードとが含まれる。図12にはツーモータモードの一例を共線図で示してある。また、図13にはワンモータモードの一例を共線図で示してある。
図12に示すツーモータモードでは、要求駆動トルクTreqが正トルクあって、動力源が負方向のMG1トルク指令Tmg1*と正方向のMG2トルク指令Tmg2*とを出力している。また、クラッチCが完全係合し、かつエンジン1の回転が停止している。
図12に示す共線図を梃子に例えると、停止中のエンジン1が支点となり、第1のモータ2が力点となり、車軸13(OUT)が作用点となる。そのため、第1のモータ2が出力した負方向のMG1トルク指令Tmg1*は車軸13に正方向のトルクとして作用する。つまり、MG1トルク指令Tmg1*は駆動トルクTds*として作用する。
図13(a)に示すワンモータモードでは、要求駆動トルクTreqが正トルクあり、かつ第1のモータ2が停止中である。動力源として第2のモータ3が要求駆動トルクTreqを満たす正方向のMG2トルク指令Tmg2*を出力している。なお、図13に示す第1のモータ2は、MG1回転数Nmg1およびMG1トルク指令Tmg1*が零である。
(2−1−4.第1EVモードと第2EVモード)
また、ワンモータモードは、クラッチCが完全係合している第1EVモードと、クラッチCが完全開放している第2EVモードとに分けることができる。つまり、第1EVモードではエンジン1が動力分割機構6に連結されている。第2EVモードではエンジン1が動力分割機構6から切り離されている。図13(b)には第1EVモードの一例を共線図で示してある。図13(c)には第2EVモードの一例を共線図で示してある。
図13(b)に示すように、第1EVモードではクラッチCが完全係合しているので、エンジン回転数Nと入力回転数Ninとが一致する。また、第1のモータ2が停止し、かつ入力部材が回転しているので、出力停止中のエンジン1が連れ回されている。
例えば、EVモード中であってエンジン1の出力を再開させる可能性が高い走行状態では、ECU30は第1EVモードを選択する。ところが、第1EVモードでは上述したようにエンジン1が連れ回されることによる動力損失を生じてしまう。そこで、ECU30は走行状態に応じてクラッチCを開放させて第1EVモードから第2EVモードへの切り替え制御を実施するように構成されている。また、SOCが十分あり、かつ要求駆動トルクTreqをモータトルクのみで満たせる場合には、ECU30は第2EVモードを選択する。したがって、エンジン1を動力分割機構6から切り離す制御とエンジン停止制御とを実施することにより第2EVモードへ切り替わる。
図13(c)に示すように、第2EVモードではクラッチCが完全開放しているので、エンジン回転数Nと入力回転数Ninとが相違する。具体的には、エンジン回転数Nが零であり、入力回転数Ninが正の値である。
そして、ECU30は第2EVモード中からエンジン1の出力を再開する場合にクラッチCを係合制御する。例えば、第2EVモード中に所定のエンジン始動条件が成立した場合、ECU30は第2EVモードからHVモードへの切り替え制御を実施する。この切り替え時、ECU30はクラッチCをスリップ係合させつつエンジン1を始動させるように構成されている。
エンジン始動条件が成立する場合として、例えばアクセルペダルが踏み込まれて要求駆動パワーが増大する場合や、SOCが低下していることにより電力のみでは要求駆動トルクTreqを満たせない場合などがある。
なお、ECU30はカーナビゲーションシステムによる情報(以下「カーナビ情報」という)に基づいて走行モードを選択できるように構成されてもよい。カーナビ情報によれば、例えばこの先に上り坂があるなど将来の走行経路が予測できる。そのため、現在の走行状態でもEVモードを継続可能であるが、ECU30はカーナビ情報に基づいて将来の走行状態を予測して予めエンジン始動制御を開始するように構成できる。このエンジン始動制御によりエンジン回転数Nはアイドル回転数に保たれる。
(2−2.クラッチ制御)
ECU30は走行モードを切り替える際にクラッチトルク容量Tcl-actを制御するように構成されている。例えば、ECU30はクラッチトルク指令Tcl*を記憶装置に予め記憶されたマップに基づいて決定するように構成されている。そのクラッチトルク指令Tcl*がアクチュエータに入力されることにより、そのクラッチトルク指令Tcl*に応じてアクチュエータの動作量が変化する。
ところで、クラッチCが摩擦式であるため、クラッチトルク容量Tcl-actを徐々に変化させることが可能である。しかし、この場合には、クラッチCおよびアクチュエータの構造に起因する応答遅れが不可避的に生じる。
例えば、クラッチCが油圧式の摩擦クラッチである場合、クラッチトルク指令Tcl*の変化に対してアクチュエータが遅れて動作する。たとえECU30が所望のクラッチトルク指令Tcl*を出力しても、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*の変化に対して遅れて変化してしまう。要するに、過渡的に実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*とは異なってしまう。加えて、上述したようにハイブリッド車VeはクラッチCのトルク容量Tcl-actを検出するトルクセンサを備えていないので、ECU30は実際のクラッチトルク容量Tcl-actを検出できない。しかしながら、走行モードを切り替える場合など、ECU30は実際のクラッチトルク容量Tcl-actの変化に応じて各モータ2,3の出力トルクを制御する必要がある。
そのため、ECU30は、クラッチCの実際のトルク容量Tcl-actとクラッチCに対する指令値Tcl*とが一致しているとの前提で各種の演算処理を実行するように構成されている。したがって、ECU30が各モータ2,3からの出力トルクを制御する際、クラッチトルク指令Tcl*をクラッチCの実際のトルク容量Tcl-actの推定値として使用する。このように、この具体例ではクラッチCの応答遅れによる不都合を低減するように構成されている。なお、この制御の詳細は後述する。
(2−3.モータ制御)
ECU30は、ハイブリッド車Veの走行状態に応じてモータトルクの方向とモータトルクの大きさと制御するように構成されている。ECU30がモータトルクの方向を制御することにより、各モータ2,3に対する力行制御あるいは回生制御を実施することになる。力行制御ではモータトルクの方向がロータ軸の回転方向と同じ方向に制御される。回生制御ではモータトルクの方向がロータ軸の回転方向とは反対方向に制御される。
なお、トルクの方向を説明する際に、正トルクと負トルクとを用いて説明する場合がある。正回転とは、回転部材がエンジン1の回転方向と同じ方向に回転することである。負回転とは、回転部材がエンジン1の回転方向とは反対方向に回転することである。正トルクとは、回転部材を正回転させる方向のトルクである。負トルクとは、回転部材を負回転させる方向のトルクである。
具体的には、ECU30は、入力回転数Ninやクラッチトルク指令Tcl*などに基づいてMG1トルク指令Tmg1*を決定するように構成されている。また、ECU30はMG1トルク指令Tmg1*を定めたマップに基づいてMG1トルク指令Tmg1*を決定してもよい。
さらに、ECU30は、要求駆動トルクTreqやクラッチトルク指令Tcl*などに基づいてMG2トルク指令Tmg2*を決定するように構成されている。つまり、上述した応答遅れなどによって実際のクラッチトルク容量Tcl-actとクラッチトルク指令Tcl*が相違する場合でも、クラッチトルク指令Tcl*を用いてMG1トルク指令Tmg1*およびMG2トルク指令Tmg2*を決定する。なお、MG2トルク指令Tmg2*の詳細については後述する。
(2−3−1.入力回転数制御)
ECU30は、MG1トルク指令Tmg1*を制御してMG1回転数Nmg1を変化させることによって入力回転数Ninを制御するように構成されている。例えば、ECU30は入力回転数Ninを目標回転数に変化させるためにMG1トルク指令Tmg1*を制御する。あるいは、入力回転数Ninを所定回転数に維持させるためにECU30は第1のモータ2を制御する。さらに、HVモード中にはクラッチCが完全係合しておりエンジン回転数Nが入力回転数Ninとなるため、ECU30はMG1トルク指令Tmg1*を制御することによってエンジン回転数Nを制御できる。
(2−3−2.推定クラッチトルク容量によるMG1トルク制御)
ECU30は、MG1トルク指令Tmg1*をクラッチトルク指令Tcl*に釣り合うように制御するように構成されている。例えば、ECU30はクラッチトルク指令Tcl*と動力分割機構6のギヤ比ρとに基づいてMG1トルク指令Tmg1*を算出するように構成されている。それらが釣り合う場合、クラッチCの係合部材Cbに作用するMG1トルク指令Tmg1*はクラッチトルク容量Tcl-actと一致する。つまり、クラッチCに伝達した第1のモータ2の動力をクラッチCで損失することなくエンジン1に伝達できる。なお、MG1トルク指令Tmg1*とクラッチトルク指令Tcl*とが釣り合う場合には、係合部材Cbに作用するMG1トルク指令Tmg1*とクラッチトルク容量Tcl-actとの誤差が所定範囲内である場合も含まれる。
(2−3−3.推定クラッチトルク容量によるMG2トルク制御)
ここでは、図2,図3,図4,図5を参照して、MG2トルク指令Tmg2*について説明する。図2は、第2EVモードの一例であって、要求駆動トルクTreqが正トルクの場合を示した共線図である。図3は、図2に示す走行状態からエンジン始動制御を開始した場合を示した共線図である。図4は、第2EVモードの一例であって、要求駆動トルクTreqが負トルクの場合を示した共線図である。図5は、図4に示す走行状態からエンジン始動制御を開始した場合を示した共線図である。
図2,図4に示すように、第2EVモード中のMG2トルク指令Tmg2*は、少なくとも要求駆動トルクTreqを含むトルクであって、車軸13(OUT)に駆動トルクTds*として作用する。つまり、MG2トルク指令Tmg2*の方向は要求駆動トルクTreqの方向と一致する。また、第1のモータ2は停止している。
図3,図5に示すように、第2EVモードからエンジン始動制御を開始する場合、クラッチCをスリップさせつつ第1のモータ2によってエンジン回転数Nを上昇させることになる。このように、第1のモータ2によってエンジン1を始動する際、車軸13(OUT)に反力として作用するトルク(以下「反力トルク」という)Trが生じる。反力トルクTrは車軸13を負方向に回転させるように作用するトルク(負トルク)である。
その結果、車軸13では反力トルクTrによって駆動トルクTds*が変動してしまう。そのため、第1のモータ2でエンジン1を始動する際、第2のモータ3は車軸13に作用する反力トルクTrを減殺するためのトルク(以下「キャンセルトルク」という)Tcsを出力するように構成されている。したがって、上述したエンジン始動時、MG2トルク指令Tmg2*は要求駆動トルクTreqとキャンセルトルクTcsとを含む。
なお、キャンセルトルクTcsは図2,図3,図4,図5に示していない。キャンセルトルクTcsが後述する補正キャンセルトルクTcs*と同一方向のトルクである。そのため、ここでの説明では、図示する補正キャンセルトルクTcs*をキャンセルトルクTcsと読み替えて説明する。
ECU30はキャンセルトルクTcsの方向を反力トルクTrの方向とは反対方向に設定する。上述した通り反力トルクTrが負トルクであるため、キャンセルトルクTcsは正トルクに設定される。
また、図3,図5に示す反力トルクTrには、モータリング時のMG1トルク指令Tmg1*により生じる反力トルク(以下「MG1反力トルク」という)Tr1と、クラッチトルク容量Tcl-actが増大することによってクラッチCの係合要素Cbにエンジン1の慣性力(慣性トルクTi)が作用して生じる反力トルク(以下「クラッチ反力トルク」という)Tr2とが含まれる。仮に第1EVモードからエンジン始動制御を実施する場合には、既にクラッチCが完全係合しているので、上述したクラッチ反力トルクTr2は生じない。この場合、反力トルクTrはMG1反力トルクTr1のみを含む。
特に、この具体例では、第2EVモード中からエンジン始動制御を開始する場合、第2のモータ3から補正されたMG2トルク指令Tmg2*を出力するように構成されている。
(3.エンジン始動制御フロー)
ここで、図1を参照して、この具体例のエンジン始動制御フローについて説明する。図1は、ECU30が実施するエンジン始動制御のフローチャートである。まず、ECU30はクラッチCが完全開放している状態からエンジン始動制御を開始するか否かを判定する(ステップS1)。例えば、ECU30はステップS1において、第2EVモードからHVモードへの切り替え制御を実施するか否かを判定するように構成されている。
ステップS1では、クラッチCが完全開放している場合に所定のエンジン始動条件が成立して、クラッチCをスリップさせつつエンジン1をモータリングするか否かを判定することになる。
そのステップS1で否定的に判定された場合には、この制御ルーチンは終了する。一方、ステップS1で肯定的に判定された場合には、ECU30はクラッチトルク指令Tcl*に基づいてキャンセルトルクTcsを設定する(ステップS2)。
具体的には、ステップS2は、クラッチトルク指令Tcl*を用いてキャンセルトルクTcsを算出するように構成されている。例えば、MG1トルク指令Tmg1*とクラッチトルク指令Tcl*と動力分割機構6のギヤ比ρとを用いてキャンセルトルクTcsを算出する。ステップS2で設定されるキャンセルトルクTcsとは、エンジン1のモータリング時にMG1反力トルクTr1およびクラッチ反力トルクTr2を減殺するためのトルクである。
また、ステップS2では、上述したようにクラッチトルク指令Tcl*を実際のクラッチトルク容量Tcl-actとみなして演算処理を実行する。すなわち、キャンセルトルクTcsを算出するために推定クラッチトルク容量としてクラッチトルク指令Tcl*を用いる。したがって、ECU30はステップS2において、実際のクラッチトルク容量Tcl-actに対して必要になるであろうキャンセルトルクを推定することになる。
また、ECU30は、要求駆動トルクTreqが所定範囲内であるか否かを判定する(ステップS3)。所定範囲とは、零を含む正負両側の範囲である。ステップS3は、要求駆動トルクTreqが所定の下限値以上かつ所定の上限値以下であるか否かを判定するように構成されている。
例えば、ステップS3の所定範囲とは、下限値が負の所定値α、上限値が正の所定値βとなる。また、この具体例では所定値αおよび所定値βは零付近の値となる。なお、所定値αの絶対値と所定値βの絶対値とが等しくてもよく、その絶対値の大小関係は限定されない。
要求駆動トルクTreqが所定範囲外であることによりステップS3で否定的に判定された場合、この制御ルーチンは終了する。
なお、ECU30はステップS3において、要求駆動トルクTreqを実際の駆動トルクTds*とみなして演算処理を実行している。したがって、ステップS3では、要求駆動トルクTreqが零付近の所定範囲内であるか否かを判定することにより、実際の駆動トルクTds*が零付近の値であるか否かを推定することになる。ECU30はステップS3において、要求駆動トルクTreqを実際の駆動トルクTds*についての推定駆動トルクとして演算処理に用いている。ステップS3に加え、後述するステップS4における要求駆動トルクTreqも推定駆動トルクとなる。
仮に実際の駆動トルクTds*が零付近の値である場合、反力トルクTrや過剰なキャンセルトルクによって駆動トルクTds*の方向が反転する可能性が高い。そのため、ECU30は要求駆動トルクTreqを用いて駆動トルクTds*の方向が反転しやすい走行状態であることを推定した場合、ステップS2で設定されたキャンセルトルクTcsを補正するように構成されている。この具体例では、MG2トルク指令Tmg2*を要求駆動トルクTreqの方向へ増大させる補正を行うように構成されている。
具体的には、要求駆動トルクTreqが所定範囲内にあることによりステップS3で肯定的に判定された場合、ECU30は要求駆動トルクTreqが正トルクであるか否かを判定する(ステップS4)。例えば、ステップS4は要求駆動トルクTreqの値における符号を判定するように構成されている。
ステップS4では要求駆動トルクTreqの方向を判定することになる。また、上述した通りECU30はステップS4において実際の駆動トルクTds*の方向を推定することになる。なお、ECU30は要求駆動トルクTreqが負トルクである場合にはステップS4で否定的に判定するように構成されている。
要求駆動トルクTreqが正トルクであることによりステップS4で肯定的に判定された場合、ECU30はMG2トルク指令Tmg2*を正方向へ増大させる補正を行う(ステップS5)。ステップS5は、要求駆動トルクTreqの方向へ補正されたMG2トルク指令Tmg2*を設定するように構成されている。
例えば、ステップS5は、ステップS3で設定されたキャンセルトルクTcsを正方向へ増大させる補正を行うように構成されてもよい。この場合、キャンセルトルクTcsを正方向へ増大させた補正キャンセルトルクTcs*が算出される。そして、補正されたキャンセルトルクTmg2*は補正キャンセルトルクTcs*と要求駆動トルクTreqとの和となる。
一方、要求駆動トルクTreqが負トルクであることによりステップS4で否定的に判定された場合、ECU30はMG2トルク指令Tmg2*を負方向へ増大させる補正を行う(ステップS6)。ステップS6は、要求駆動トルクTreqの方向へ補正されたMG2トルク指令Tmg2*を設定するように構成されている。
例えば、ステップS6は、ステップS3で設定されたキャンセルトルクTcsを負方向へ増大させる補正を行うように構成されてもよい。この場合、キャンセルトルクTcsを負方向へ増大させた補正キャンセルトルクTcs*が算出される。そして、補正されたキャンセルトルクTmg2*は補正キャンセルトルクTcs*と要求駆動トルクTreqとの和となる。
そして、ECU30は、補正されたMG2トルク指令Tmg2*を第2のモータ3から出力させる(ステップS7)。ステップS7における補正後のMG2トルク指令Tmg2*は、要求駆動トルクTreqと補正キャンセルトルクTcs*とを含むトルクである。したがって、その補正後のMG2トルク指令Tmg2*が車軸13(OUT)に作用することにより反力トルクTrを減殺できるとともに駆動トルクTdsの方向が反転することを抑制できる。
なお、上述した「正方向へ増大させる」とは、増大方向を表するものであり、補正後のMG2トルク指令Tmg2*の方向を表すものではない。同様に、「負方向へ増大させる」とは、増大方向を表するものであり、補正後のMG2トルク指令Tmg2*の方向を表すものではない。
また、この具体例のエンジン始動制御フローの順序は図1に示す順序に限定されない。例えば、キャンセルトルクTcsを設定する処理が、上述したステップS3で肯定的に判断された後に実行されるように構成されてもよい。要は、キャンセルトルクTcsを設定する処理がステップS4よりも前に完了していればよい。
さらに、ステップS4では、シフトレバーのポジションや、アクセル開度や、MG2トルク指令Tmg2*の方向などに基づいて、要求駆動トルクTreqの方向を判定してもよい。例えば、シフトレバーがドライブポジションに位置し、かつアクセルペダルが踏み込まれている場合や、第2EVモード中にMG2トルク指令Tmg2*が正トルクである場合などに、ステップS4で肯定的に判定されるように構成されてもよい。
(4.補正キャンセルトルクの算出方法)
上述したように、ステップS5,ステップS6では補正キャンセルトルクTcs*を設定することができる。ここでは、補正キャンセルトルクTcs*の算出方法について説明する。まず、補正キャンセルトルクTcs*とは、MG1反力トルクTr1およびクラッチ反力トルクTr2を減殺するためのトルクである。その補正キャンセルトルクTcs*は、キャンセルトルクTcsに補正トルクΔTを加算して求められる。
補正トルクΔTの方向は、要求駆動トルクTreqの方向と同一方向である。したがって、補正キャンセルトルクTcs*は補正前のキャンセルトルクTcsよりも要求駆動トルクTreqの方向へ増大する。また、補正トルクΔTの絶対値(補正量)は、駆動トルクTds*の方向を反転させない大きさに設定される。すなわち、補正キャンセルトルクTcs*によって駆動トルクTds*の方向を反転させないように補正トルクΔTの絶対値を設定する。その結果、ステップS7によるMG2トルク指令Tmg2*は補正トルクΔT分だけ補正されていることになる。
ステップS5による補正キャンセルトルクTcs*について、図3を参照して説明する。図3に示すように、反力トルクTrが負トルクなので、補正キャンセルトルクTcs*は正トルクに設定される。要求駆動トルクTreqが正トルクなので、ステップS5の補正トルクΔTは正トルクとなる。また、ステップS2で算出されたキャンセルトルクTcsは正トルクである。したがって、補正キャンセルトルクTcs*はキャンセルトルクTcsよりも絶対値が大きい。そのため、補正トルクΔTの絶対値は、駆動トルクTds*の方向が正方向から負方向に反転しない大きさ、かつ駆動トルクTds*の絶対値が必要以上に増大しない大きさに設定される。これにより、ギヤ打ち音や振動という不都合を低減でき、かつ駆動トルクTds*が正方向へ大きく変動することを抑制できる。
ステップS6による補正キャンセルトルクTcs*について、図5を参照して説明する。図5に示すように、反力トルクTrが負トルクなので、補正キャンセルトルクTcs*は正トルクに設定される。要求駆動トルクTreqが負トルクなので、ステップS5の補正トルクΔTは負トルクとなる。また、ステップS2で算出されたキャンセルトルクTcsは正トルクである。したがって、補正キャンセルトルクTcs*はキャンセルトルクTcsよりも絶対値が小さい。そのため、補正トルクΔTの絶対値は、駆動トルクTds*の方向が負方向から正方向に反転しない大きさ、かつ駆動トルクTds*の絶対値が必要以上に増大しない大きさに設定される。これにより、ギヤ打ち音や振動という不都合を低減でき、かつ駆動トルクTds*が負方向へ大きく変動することを抑制できる。
(5.タイムチャート)
ここで、図6,図7を参照して、図1に示すエンジン始動制御フローを実施した場合のハイブリッド車Veの走行状態について説明する。図6には、要求駆動トルクTreq(推定駆動トルク)が正トルクであり上述したステップS5を実行した場合のタイムチャート図を示してある。図7には、要求駆動トルクTreq(推定駆動トルク)が負トルクであり上述したステップS6を実行した場合のタイムチャート図を示してある。
(5−1.要求駆動トルクが正トルクの場合)
まず、図6を参照して、要求駆動トルクTreqが正トルクの場合について説明する。図6に示すように、エンジン始動制御を開始する前(t1時点よりも前)のハイブリッド車Veは第2EVモードに設定されて低車速で前進走行している。具体的には、ハイブリッド車Veの走行状態は、MG1トルク指令Tmg1*が零、クラッチトルク指令Tcl*が零、実際のクラッチトルク容量Tcl-actが零、エンジン回転数Nが零、入力回転数Ninが零よりも大きい値、MG2トルク指令Tmg2*が零付近の正トルク、車軸13に作用している実際の駆動トルク(D/Sトルク)Tds*が零付近の正トルクである。
図6に示すように、ECU30は所定のエンジン始動条件が成立したことを判断することによりエンジン始動制御を開始する(t1時点)。t1時点において、ECU30は正方向のMG1トルク指令Tmg1*と、零より大きい所定の目標クラッチトルク容量に設定されたクラッチトルク指令Tcl*と、上述したステップS7のMG2トルク指令Tmg2*とを出力する。目標クラッチトルク容量は、クラッチCがスリップする大きさに設定される。
t1時点以降では、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*に基づいて目標クラッチトルク容量となるように増大することにより、クラッチCはスリップしながら係合し始める。その際、図6に示すように、実際のクラッチトルク容量Tcl-actはクラッチトルク指令Tcl*に対して遅れて変化する。そして、t1時点から所定時間経過後、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*と一致する(t2時点)。
また、t1時点以降、クラッチCがスリップしながら係合し始めることにより、入力回転数Ninが低下し始めるとともにエンジン回転数Nが零から上昇し始める。具体的には、クラッチCのうち第1のモータ2側の係合要素Cbに作用するMG1トルク指令Tmg1*がエンジン1側の係合要素Caに伝達することによって、クランクシャフト4は回転する。一方、停止しているエンジン1の慣性エネルギにより入力回転数Ninが低下し始める。要は、ECU30が目標クラッチトルク容量のクラッチトルク指令Tcl*を出力することにより入力回転数Ninとエンジン回転数Nとの回転数差が減少する。エンジン1の慣性エネルギによって図3に示す慣性トルクTiが入力軸5に作用する。
加えて、t1時点以降では、MG2トルク指令Tmg2*は補正キャンセルトルクTcs*を含んでいる。そのため、図6に実線で示すMG2トルク指令Tmg2*は、一点鎖線で示す補正をしていないMG2トルク指令Tmg2-notよりも補正トルクΔT分だけ正方向に増大している。さらに、MG2トルク指令Tmg2*は要求駆動トルクTreqを含んでいる。そのため、MG2トルク指令Tmg2*に応じて駆動トルクTds*が変化する。図6に実線で示す実際の駆動トルク(D/Sトルク)Tds*は、一点鎖線で示す補正をしない場合のMG2トルク指令Tmg2-notに基づく駆動トルクTds-notよりも正方向に増大している。
さらに、t1時点以降の入力回転数NinはMG1トルク指令Tmg1*により制御されながら低下している。ECU30は入力回転数Ninが目標回転数Nrefに向けて低下するようにMG1トルク指令Tmg1*を制御している。そして、入力回転数Ninが目標回転数Nrefに到達すると、ECU30によって入力回転数Ninが目標回転数Nrefに維持される。入力回転数Ninを目標回転数Nrefに維持するためにMG1トルク指令Tmg1*は増大してクラッチトルク指令Tcl*と釣り合う大きさになる(t3時点)。なお、目標回転数Nrefとは、クラッチCを完全係合させる際の目標値である。
また、エンジン回転数Nが目標回転数Nref付近の所定回転数まで上昇すると、クラッチトルク指令Tcl*が低下し始める(t4時点)。例えば、ECU30によりクラッチトルク指令Tcl*はt4時点までの目標クラッチトルク容量よりも低い別の目標クラッチトルク容量に設定される。そのため、t4時点から、ECU30の制御によりクラッチトルク指令Tcl*が低下させられる。
さらに、t3時点以降は、ECU30によりMG1トルク指令Tmg1*がクラッチトルク指令Tcl*と釣り合うように制御されている。そのため、t4時点において、ECU30によりMG1トルク指令Tmg1*がクラッチトルク指令Tcl*と釣り合う大きさになるように低下させられる。また、第1のモータ2は、インバータ41を電気的に制御することにより動作するためクラッチCよりも応答性が高い。例えば、MG1トルク指令Tmg1*に基づいてインバータ41の電流値を変化させることにより実際のMG1トルクが直ちに指令値と一致する。
一方、クラッチCでは、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*よりも遅れて低下した後、クラッチトルク指令Tcl*に一致する(t5時点)。t4〜t5時点において、推定クラッチトルク容量は実際のクラッチトルク容量Tcl-actよりも小さい値になっている。つまり、第1のモータ2とクラッチCとの関係では、指令値同士が釣り合っているものの実際値同士は釣り合っていないことになる。
この具体例では、ECU30が各モータ2,3の実際のモータトルクと、クラッチCの実際のクラッチトルク容量Tcl-actと、実際の駆動トルクTds*とを各指令値に基づいて推定するように構成されている。具体的には、上述した通りキャンセルトルクTcsが推定クラッチトルク容量であるクラッチトルク指令Tcl*を用いて算出される。そのため、t4時点以降は、実際のクラッチトルク容量Tcl-actよりも小さい値となっている推定クラッチトルクを用いてキャンセルトルクTcsを算出することになる。言い換えれば、実際のクラッチトルク容量Tcl-actが推定クラッチトルク容量よりも大きいため、車軸13に作用する実際の反力トルクTrは推定反力トルクよりも大きくなる。図6に示す例は、図3に示すように、要求駆動トルクTreqの方向と反力トルクTrの方向とが反対方向である。なお、図3には図6のt1時点からt6時点までの走行状態を共線図で示してある。
つまり、t4時点以降、上述したステップS3で算出されたキャンセルトルクTcsのみでは車軸13に作用する反力トルクTrを減殺しきれず、車軸13に実際に作用するトルクの方向が正方向から負方向に反転してしまう。図6には、上記のステップS2で算出されたキャンセルトルクTcsと要求駆動トルクTreqとの和となる補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notを一点鎖線で示してある。さらに、図6には、補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notに基づいて車軸13に作用する駆動トルクTds-notを一点鎖線で示してある。要するに、MG2トルク指令Tmg2-notおよび駆動トルクTds-notは、上述したステップS5による補正処理を実施していない場合を示している。この場合には、駆動トルクTds-notの方向が正方向から負方向に反転してしまう。
この具体例のECU30は上述したステップS5,S7の制御手段を備えている。つまり、t4時点において、第2のモータ3からは、ステップS5により算出された補正キャンセルトルクTcs*を含む補正されたMG2トルク指令Tmg2*が出力される。図6に示すように、MG2トルク指令Tmg2*は補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notよりも駆動トルクTds*の方向(正方向)に増大している。また、補正ありのMG2トルク指令Tmg2*と補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notとの偏差分が補正トルクΔTによる補正量である。
したがって、MG2トルク指令Tmg2*に基づいて車軸13に作用する駆動トルクTds*は、トルクの方向が正方向から零を跨いで負方向に到ることを抑制できる。具体的には、駆動トルクTds*は補正なしの駆動トルクTds-notよりも正方向(駆動トルクTds*の方向)に増大している。また、補正ありの駆動トルクTds*と補正なしの駆動トルクTds-notとの偏差分が補正トルクΔTに起因する補正量である。なお、駆動トルクTds*はトルクの方向が反転しなければよく、零となってもよい。
そして、エンジン回転数Nが目標回転数Nrefに到達すると、ECU30はクラッチCが完全係合したものと判定する(t6時点)。t6時点において、ハイブリッド車VeはHVモードに設定されたことになる。つまり、ハイブリッド車Veの走行モードは、t1時点以前が第2EVモード、t1〜t6時点までが第2EVモードからHVモードへの切り替え過渡期である。また、図6に示す例では、ECU30が継続的にキャンセルトルクTcsを補正するように構成されている。そのため、図6に示すt1〜t6時点までの間、ECU30からは補正されたMG2トルク指令Tmg2*のみがインバータ41へ出力されるように構成されている。
(5−2.要求駆動トルクが負トルクの場合)
次に、図7を参照して、要求駆動トルクTreqが負トルクの場合について説明する。つまり、図7に示す例では、推定駆動トルクの方向と反力トルクTrの方向とが反対方向である。例えば、図7に示すt1時点以前において、ハイブリッド車Veの走行状態は第2EVモードに設定されて走行している。具体的には、MG2トルク指令Tmg2*が零付近の負トルク、実際の駆動トルクTds*が零付近の負トルクである。つまり、図7のt1時点において、実際の駆動トルクTds*は上述したステップS2の所定範囲内にあることになる。なお、図7を参照する説明では、図6を参照して上述した説明と同様の説明については省略する。
まず、図7に示す走行状態では、要求駆動トルクTreqが負トルクであるため、負トルクである反力トルクTrが車軸13において要求駆動トルクTreqの方向に作用することになる。つまり、車軸13における駆動トルクTds*は反力トルクTrによって要求駆動トルクTreqよりも大きな負トルクとなってしまう。そのため、反力トルクTrを減殺するために第2のモータ3から出力されるMG2トルク指令Tmg2*は正方向でなければならない。なお、図7のt1時点よりも前の走行状態を共線図で示すと図4に示すようになる。
図7に示すt1〜t2時点までの間は、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*よりも遅れて変化するため、推定値は実際のクラッチトルク容量Tcl-actよりも大きくなる。つまり、実際値よりも大きい推定値を用いてキャンセルトルクTcsを算出することになる。言い換えれば、実際のクラッチトルク容量Tcl-actが推定クラッチトルク容量よりも小さいため、車軸13に作用する実際の反力トルクTrは推定反力トルクよりも小さくなる。図7に示す例は、図5に示すように、要求駆動トルクTreqの方向と反力トルクTrの方向とが同一方向である。なお、図5には図7のt1時点からt6時点までの走行状態を共線図で示してある。
つまり、t1時点以降、上述したステップS3で算出されたキャンセルトルクTcsでは、車軸13に作用する反力トルクTrを減殺するためのトルクとしては必要以上に大きな正トルクである。そのため、車軸13に実際に作用するトルクの方向が負方向から正方向に反転してしまう。図7に一点鎖線で示すMG2トルク指令Tmg2-notは、補正なしの場合であって、上述したステップS3により設定されたキャンセルトルクTcsと要求駆動トルクTreqとの和である。要求駆動トルクTreqは負トルクであるが、MG2トルク指令Tmg2-notはキャンセルトルクTcsを含んでいるため正トルクである。また、MG2トルク指令Tmg2-notとは、ステップS6による補正前の指令値と言える。さらに、図7には、MG2トルク指令Tmg2-notに基づいて車軸13に作用する駆動トルクTds-notを一点鎖線で示してある。MG2トルク指令Tmg2-notおよび駆動トルクTds-notは、上述したステップS6による補正処理を実施していない場合を示している。この場合には、駆動トルクTds-notの方向が負方向から正方向に反転してしまう。
図7に示す例では、ECU30は上述したステップS6,S7を実施している。具体的には、t1時点以降、第2のモータ3からは、ステップS6により算出された補正キャンセルトルクTcs*を含む補正ありのMG2トルク指令Tmg2*が出力される。t1時点以降のMG2トルク指令Tmg2*は反力トルクTrを減殺するために正トルクである。具体的には、MG2トルク指令Tmg2*は、負トルクである要求駆動トルクTreqと、推定駆動トルクの方向である負方向の補正トルクΔTとを含むが、ステップS3で設定されたキャンセルトルクTcsを含んでいるため正トルクとなる。
図7に示すように、補正ありのMG2トルク指令Tmg2*は、補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notよりも駆動トルクTds*の方向(負方向)に増大している。エンジン始動制御を開始したことによりMG2トルク指令Tmg2*の方向が負方向から正方向に反転しているので、MG2トルク指令Tmg2*はMG2トルク指令Tmg2-notよりも絶対値が小さい正トルクとなる。また、補正ありのMG2トルク指令Tmg2*と補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notとの偏差分が補正トルクΔTによる補正量である。
したがって、MG2トルク指令Tmg2*に基づいて車軸13に作用する駆動トルクTds*は、トルクの方向が負方向から零を跨いで正方向に到ることを抑制できる。具体的には、駆動トルクTds*は補正なしの駆動トルクTds-notよりも負方向(駆動トルクTds*の方向)に増大している。また、補正ありの駆動トルクTds*と補正なしの駆動トルクTds-notとの偏差分が補正トルクΔTに起因する補正量である。また、駆動トルクTds*はトルクの方向が反転しなければよく、零となってもよい。
なお、この具体例のエンジン始動制御装置は、ECU30が補正ありのMG2トルク指令Tmg2*と補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notとを使い分けるように構成されてもよい。例えば、実際のクラッチトルク容量Tcl-actがクラッチトルク指令Tcl*から遅れて変化する過渡期(図6,7に示すt1〜t2時点の間)には、補正ありのMG2トルク指令Tmg2*を出力するように構成される。さらに、クラッチトルク指令Tcl*が所定値に維持されたまま所定時間経過した場合には、補正なしのMG2トルク指令Tmg2-notを出力するように構成されている。要は、クラッチCにおいて、応答遅れが確実に生じている場合と、応答遅れが生じていないことが明らかな場合とに分けて制御を実施するように構成されてもよい。そのエンジン始動制御装置について図6,図7を用いて説明すると、ECU30はt1〜t2時点までの間およびt4〜t5時点までの間には補正ありのMG2トルク指令Tmg2*を出力し、t2〜t4時点までの間は補正なしMG2トルク指令Tmg2-notを出力するように構成されている。
以上説明した通り、この具体例のエンジン始動制御装置によれば、実際のクラッチトルクが正確に推定できなくてもエンジン始動時に車軸に作用する反力トルクを第2のモータからの出力トルクにより減殺することができる。つまり、エンジン始動時に駆動トルクの方向が反転することを防止できるためギヤ打ち音や振動が生じてしまう不都合を低減できる。
なお、この発明に係るエンジン始動制御装置は、上述した具体例に限定されず、この発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
(6.要求駆動トルクが負トルクの場合の変形例)
例えば、ハイブリッド車が後進走行する場合にも上述したエンジン始動制御を実施できるように構成されている。図9には、第2EVモードに設定されたハイブリッド車Veが後進走行している場合の共線図を示してある。さらに、図10には、図9に示す走行状態から上述したエンジン始動制御を実施した場合の共線図を示してある。図9に示すように、第2EVモードに設定されたハイブリッド車Veが後進走行している場合、正方向のMG1トルク指令Tmg1*が入力回転数Ninを制御するために出力されている。しかし、クラッチCが完全開放しているのでMG1反力トルクTr1は生じていない。そのため、後進走行時であっても上述したステップS6で設定された補正キャンセルトルクTcs*を含む補正ありのMG2トルク指令Tmg2*を出力することに、図10に示すように反力トルクTrを減殺することができる。
(7.パワートレーンの変形例)
また、この発明に係るエンジン始動制御装置が適用されるハイブリッド車のパワートレーンは、上述した具体例のパワートレーンに限定されない。そこで、エンジン始動制御装置が制御対象にできるパワートレーンの他の例を図14に示してある。図14に示すパワートレーン200では、第2のモータ3の配置が図8を参照して上述したパワートレーン100とは異なる。なお、図14に示すパワートレーン200の説明において、上述したパワートレーン100と同様の構成については説明を省略し参照符号を引用する。
図14に示すように、パワートレーン200では、第2のモータ3の回転中心軸線がエンジン1や第1のモータ2などの回転中心軸線とは相違する位置に配置されている。第2のモータ3のロータ軸3aは、リダクションギヤ17と一体回転するように構成されている。リダクションギヤ17はカウンタギヤ機構11のカウンタドリブンギヤ11aに噛み合っている。すなわち、パワートレーン200では、カウンタドリブンギヤ11aが出力ギヤ8およびリダクションギヤ17と噛み合っている。また、リダクションギヤ17はカウンタドリブンギヤ11aよりも小径である。
1…エンジン(ENG)、 2…第1のモータ・ジェネレータ(MG1)、 3…第2のモータ・ジェネレータ(MG2)、 4…クランクシャフト、 5…入力軸、 6…動力分割機構、 7…出力軸、 8…出力ギヤ、 9…減速ギヤ機構、 13…車軸、 20…駆動輪、 30…電子制御装置(ECU)。

Claims (5)

  1. エンジンと、発電機能を有する第1および第2のモータと、複数の回転要素を有し各回転要素が差動作用を行う動力分割機構と、動力伝達経路中で前記エンジンと前記動力分割機構との間に設けられた摩擦クラッチとを備え、
    前記動力分割機構は、
    第1の回転要素が、前記第1のモータと一体回転するように連結され、
    第2の回転要素が、前記摩擦クラッチを介して前記エンジンと連結され、
    第3の回転要素が、駆動輪へ向けてトルクを出力する出力要素となり、
    前記第3の回転要素から出力されるトルクに前記第2のモータが出力するトルクを付加して前記駆動輪へ伝達するように構成されたハイブリッド車に適用され、
    前記第1のモータによって前記エンジンを始動する際に車軸に作用する反力トルクを減殺するためのキャンセルトルクを前記第2のモータから出力するように構成されたエンジン始動制御装置において、
    前記摩擦クラッチが開放している状態から前記摩擦クラッチをスリップさせつつ前記エンジンを始動する際に、前記第2のモータのトルクを前記車軸に作用している駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されていることを特徴とするエンジン始動制御装置。
  2. 要求駆動トルクが零を含む所定範囲内の場合に前記第2のモータのトルクを前記駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のエンジン始動制御装置。
  3. 前記第2のモータのトルクに前記駆動トルクの方向と同一方向の補正トルクを加算する補正を行うように構成され、
    前記補正トルクによる補正量は、補正された前記第2のモータのトルクが前記反力トルクを減殺する際に前記駆動トルクの方向を反転させない大きさに設定されるように構成されている
    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制御装置。
  4. 前記摩擦クラッチへ出力するクラッチトルク指令に基づいて実際のクラッチトルク容量を推定するように構成され、
    前記キャンセルトルクが前記クラッチトルク指令に基づいて算出されるように構成されている
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
  5. 前記第2のモータのトルクは、要求駆動トルクと、前記キャンセルトルクとを含み、
    前記キャンセルトルクを前記駆動トルクの方向へ増大させる補正を行うように構成されている
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
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