JP2016215946A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両のエンジン始動時に、エンジン回転数のみからエンジンの燃焼状態を判定する。【解決手段】車両制御装置は、エンジンと、該エンジンに動力を伝達可能な電動機ＭＧ１とを備えるハイブリッド車両１に搭載されている。当該車両制御装置は、エンジンの始動時において、該エンジンの回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間、電動機のクランキングトルクが、エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルクで一定となり、且つ、電動機の制振トルクのエンジンの１燃焼に相当する期間の平均値が所定値となるように、電動機を制御する制御手段と、エンジンの回転数に基づいてエンジンの燃焼状態を判定する判定手段と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車両制御装置に関し、特に、ハイブリッド車両においてエンジンの始動を行う車両制御装置の技術分野に関する。

この種の装置として、例えばエンジン、モータＭＧ１、モータＭＧ２及び車軸が、プラネタリギアを介して相互に結合された構成を有するハイブリッド車両において、モータＭＧ１によってエンジンをクランキングし始動する際に、エンジン回転数が点火回転数に達しエンジンの運転が開始された後は、エンジン回転数が、アイドル運転時の回転数よりも低い目標回転数になるようにモータＭＧ１のトルクが設定される。この結果、エンジンが自立運転を開始すると、モータＭＧ１のトルクが負に転じるので、このトルク変動により完爆判定を行う装置が提案されている（特許文献１参照）。

或いは、スタータモータでエンジンをクランキングして始動する際に、クランキングトルクとエンジン回転速度との積であるクランキング軸出力が一定となるように、エンジン回転数に基づいてクランキングトルクを設定する装置が提案されている（特許文献２参照）。

或いは、エンジンとモータ・ジェネレータとがクラッチを介して互いに連結されているハイブリッド車両において、モータ・ジェネレータ走行からエンジン走行に移る際に、エンジンのクランキングトルクの平均値に基づいてクラッチの係合圧を制御して、モータ・ジェネレータの動力をエンジンに伝達して、エンジンをクランキング開始位置まで回転させることにより、エンジン始動時のクランキング特性を一定にして始動レスポンスを向上させる装置が提案されている（特許文献３参照）。

特開２０００−２３８５５５号公報 特開２００８−０３８８２８号公報 特開平１１−０８２２６１号公報

ところで、ハイブリッド車両では、エンジンの動力を駆動輪に伝達する駆動系の共振周波数にエンジン振動の周波数が一致する際には、比較的大きな車両振動が発生しやすい。このようなエンジン振動の周波数帯は、エンジン共振帯と称されている。このエンジン共振帯は、例えばエンジンのアイドル回転数よりも低回転域に存在する場合がある。

エンジン共振帯が、エンジンのアイドル回転数よりも低回転域に存在する場合、エンジン始動時に、エンジン回転数がエンジン共振帯を早期に通過するように、比較的高いモータトルクでエンジンがクランキングされる。すると、エンジン回転数からエンジンの燃焼状態を検出することが困難になるという技術的問題点が生じる。尚、上述の背景技術では、この技術的問題点を解決することはできない。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド車両のエンジン始動時に、エンジン回転数のみからエンジンの燃焼状態を判定することができる車両制御装置を提供することを課題とする。

本発明の車両制御装置は、上記課題を解決するために、エンジンと、前記エンジンに動力を伝達可能な電動機とを備えるハイブリッド車両における車両制御装置であって、前記エンジンの始動時において、前記エンジンの回転数がエンジン共振帯を通過してから、前記エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間、前記電動機のクランキングトルクが、前記エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルクで一定となり、且つ、前記電動機の制振トルクの前記エンジンの１燃焼に相当する期間の平均値が所定値となるように、前記電動機を制御する制御手段と、前記回転数に基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する判定手段と、を備える。

当該車両制御装置は、ハイブリッド車両に搭載されており、制御手段及び判定手段を備えて構成されている。

例えばメモリ、プロセッサ等を備えてなる制御手段は、エンジンの始動時において、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間、電動機のクランキングトルクが、エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルクで一定となるように電動機を制御する。制御手段は、更に、エンジンの始動時において、電動機の制振トルクのエンジンの１燃焼に相当する期間の平均値が所定値となるように電動機を制御する。

「エンジンの始動時」とは、典型的には、エンジンの始動要求があってから、エンジンが完爆したと判定されるまでの期間を意味する。尚、エンジンの始動要求があった時点から所定時間前の時点や、エンジンが完爆したと判定された時点よりも所定時間後の時点が、「エンジン始動時」に含まれていてもよい。

「エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルク」は、例えば、エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低く、且つ、エンジンの回転数を少なくとも維持可能なトルク、等とすればよい。

尚、「エンジン回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間」と記載されているように、本発明に係るエンジンは、該エンジンのアイドル回転数よりも低回転域にエンジン共振帯が存在するエンジンである。

「エンジンの１燃焼に相当する期間」は、例えば４気筒の４ストロークエンジンの場合、クランク角が１８０度変化する期間を意味する。例えば６気筒の４ストロークエンジンの場合、クランク角が１２０度変化する期間を意味する。

制振トルクの算出方法については、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。ただし、本発明では、エンジンの１燃焼に相当する期間の制振トルクの平均値が、例えばゼロ等の所定値となるように制振トルクが設定される。

エンジンの始動時には、クランキングトルクに制振トルクが加えられたトルクが、電動機から出力される。

例えばメモリ、プロセッサ、コンパレータ等を備えてなる判定手段は、エンジンの回転数に基づいてエンジンの燃焼状態を判定する。

ここで、本願発明者の研究によれば、以下の事項が判明している。即ち、エンジン始動時に、エンジン回転数がエンジン共振帯を早期に通過するように、比較的高いトルク（具体的には例えば、エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも高いトルク）でエンジンがクランキングされる。

すると、電動機からのトルクによる始動中のエンジン回転数の上昇と、エンジンの燃焼トルクとの相関が取り難くなる。この結果、エンジン回転数からエンジンの燃焼状態を推定することが困難になる。例えばエンジンの始動初期から点火遅角や燃料補正を行うことができないため、エミッション排出量の増大や触媒暖機性の低下が生じる可能性がある。

本発明では、制御手段により、エンジンの始動時において、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間、電動機のクランキングトルクが、エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルクで一定となるように電動機が制御される。

このように構成すれば、エンジンの初爆時のエンジン回転数と、エンジンの完爆時のエンジン回転数との差が比較的大きくなる。この結果、エンジンの始動時に、エンジン回転数のみからエンジンの燃焼状態を判定することができる。

加えて、制御手段により、エンジンの始動時において、電動機の制振トルクのエンジンの１燃焼に相当する期間の平均値が所定値となるように電動機が制御される。この結果、エンジンのコンプレッショントルクに起因する振動を抑制することができると共に、制振トルクのエンジン回転数への影響を抑制することができる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る車両の要部を示す概略構成図である。 実施形態に係る始動制御制御の概念を示す概念図である。

本発明の車両制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

（車両の構成）
本実施形態に係る車両について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両の要部を示す概略構成図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、エンジン１１、モータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、並びにＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）２１を備えて構成されている。

エンジン１１並びにモータ・ジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、遊星歯車機構を有する動力分配装置１３を介して相互に結合されている。エンジン１１のクランク軸は、ダンパ１２を介して、動力分配装置１３のキャリア軸Ｃに接続されている。モータ・ジェネレータＭＧ１の回転軸は、動力分配装置１３のサンギア軸Ｓに接続されている。モータ・ジェネレータＭＧ２の回転軸は、動力分配装置１３のリングギア軸Ｒに接続されている。

動力分配装置１３のリングギアの回転は、動力伝達ギア１４等及び駆動軸１５を介して駆動輪１６に伝達される。

ハイブリッド車両１の運転全体はＥＣＵ２１により制御されている。ＥＣＵ２１は、その内部に、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有している。

（始動制御処理）
次に、本実施形態に係る始動制御処理について、図２を参照して説明する。図２は、実施形態に係る始動制御制御の概念を示す概念図である。

ここで、始動制御処理とは、エンジン１１をモータ・ジェネレータＭＧ１によりクランキングすると共に、所定のタイミングでエンジン１１へ燃料を噴射し、点火を行って自立運転を開始するための制御を意味する。

始動制御処理において、ＥＣＵ２１は、先ず、エンジン１１をクランキングするようにモータ・ジェネレータＭＧ１を制御する。これにより、エンジン１１のクランキングが開始される。このとき、ＥＣＵ２１は、エンジン回転数がエンジン共振帯（図２中段のタイムチャートにおける網かけ部分）を比較的早期に通過するように、クランキングトルクを比較的大きい値に設定する（図２上段参照）。具体的には例えば、始動初期のクランキングトルクの極大値は、エンジン１１の自立運転開始時の燃焼トルクよりも大きな値とされる。

次に、ＥＣＵ２１は、クランクセンサ２２（図１参照）からの信号等に基づいて、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過した場合に、クランキングトルクを、エンジン１１の自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い値で一定とする。具体的には例えば、エンジン共振帯に対応するエンジン回転数の上限値が４００ｒｐｍの場合、ＥＣＵ２１は、クランキングトルクを、エンジン回転数が６００ｒｐｍのときのフリクショントルクと釣り合う値で一定とする。

尚、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過したか否かを判定する方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

その後、ＥＣＵ２１は、燃料噴射及び点火を行い、エンジン１１を初爆させる。尚、エンジン１１を初爆させるタイミングは、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過した後に限らず、例えばエンジン回転数が、エンジン共振帯に対応するエンジン回転数の下限値よりも低い時であってもよい。尚、初爆の判定方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細についての説明は割愛する。

その後、ＥＣＵ２１は、完爆判定を行い、クランクセンサ２２からの信号等に基づくエンジン回転数が所定の閾値を超えた場合に、エンジン１１が完爆した（つまり、エンジン１１が自立運転を開始した）と判定する。

本実施形態では特に、図２上段に示すように、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジン１１の完爆までの少なくとも一部の期間において、クランキングトルクがエンジン１１の自立運転開始時の燃焼トルクよりも低いトルクで一定となるように、モータ・ジェネレータＭＧ１が制御される。

従来は、図２に点線で示すように、エンジン回転数が上昇するにつれて、始動電力が制限値を超過しないようにモータ・ジェネレータＭＧ１のクランキングトルクが減少されることが多い。このため、エンジン回転数が比較的高くなり、エンジン回転数のみに基づいて完爆判定を行うことが極めて困難である。

本実施形態では、エンジン回転数がエンジン共振帯を通過してから、エンジン１１の完爆までの少なくとも一部の期間、クランキングトルクがエンジン１１の自立運転開始時の燃焼トルクよりも低いトルクで一定とされるので、エンジン１１のトルクが自立運転可能なトルクに到達するまでエンジン回転数が比較的低くなる。すると、エンジン初爆時のエンジン回転数と、エンジン完爆時のエンジン回転数との差が比較的大きくなるので、エンジン回転数のみに基づいて完爆判定を行うことができる。

始動制御処理では、ＥＣＵ２１は、クランキングトルクに加えて、ノイズや振動を抑制するための制振トルクを出力するようにモータ・ジェネレータＭＧ１を制御する。制振トルクの算出方法には、公知の各種態様を適用可能であるので、その詳細の説明については割愛する。ただし、本実施形態では、エンジン１１の１燃焼に相当する期間の制振トルクの平均値が所定値（例えばゼロ等）となるように、制振トルクが設定される。

また、制振トルクを算出する際の制振ゲインは、例えば、エンジン１１の複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒の吸気弁が閉弁となるタイミング（即ち、Ｉｎｔａｋｅ Ｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅ：ＩＶＣ）毎に、又は、複数の気筒のうち少なくとも一つの気筒のピストンが上死点に達するタイミング（即ち、ＴＤＣ）毎に、該タイミングのエンジン回転数に応じて決定される。つまり、今回のＩＶＣ又はＴＤＣから次回のＩＶＣ又はＴＤＣまでは、今回のＩＶＣ又はＴＤＣのエンジン回転数に応じて決定された制振ゲインが維持される。このように構成すれば、制振ゲインが、エンジン回転数に応じて逐次変更される場合に比べて、好適な制振制御を行うことができる。

このように構成すれば、エンジン１１のコンプレッショントルクに起因するエンジン回転数の変動を抑制することができる。従って、エンジン回転数に基づく完爆判定をより好適に実施することができ、実用上非常に有利である。

また、ＥＣＵ２１は、上述した始動制御処理の初期から、エンジン回転数に基づいて、エンジン１１の燃焼状態の判定を行う。具体的には例えば、ＥＣＵ２１は、エンジン１１の１燃焼に相当する期間のクランクセンサ２２の変化時間が閾値より大きい場合、又は、エンジン１１の１燃焼に相当する期間のエンジン回転数の変化量が閾値より小さい場合、エンジン１１が失火したと判定する。ＥＣＵ２１は、更に、エンジン回転数に基づいて、燃料の性状判定（例えば、燃料重質判定）を行う。

このように構成すれば、例えば点火遅角や燃料補正を比較的早期に実施することができ、エミッション排出量を抑制したり触媒暖機性の低下を防止したりすることができる。

尚、燃焼状態の判定や燃料性状の判定には、上述した方法に限らず、公知の各種態様を適用可能である。完爆判定として、例えばエンジン１１の行程数を計数し、該計数された行程数が所定値に達した場合に完爆と判定する方法が採用されてもよい。

ＥＣＵ２１は、更に、完爆判定によりエンジン１１が完爆したと判定された後であっても、燃料性状の判定が終了するまでモータ・ジェネレータＭＧ１のトルクを一定に保ってよい。

実施形態に係る「モータ・ジェネレータＭＧ１」は、本発明に係る「電動機」の一例である。実施形態に係る「ＥＣＵ２１」は、本発明に係る「車両制御装置」、「制御手段」及び「判定手段」の一例である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１１…エンジン、１３…動力分配装置、２１…ＥＣＵ、２２…クランクセンサ、ＭＧ１、ＭＧ２…モータ・ジェネレータ

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンに動力を伝達可能な電動機とを備えるハイブリッド車両における車両制御装置であって、
   前記エンジンの始動時において、前記エンジンの回転数がエンジン共振帯を通過してから、前記エンジンの完爆までの少なくとも一部の期間、前記電動機のクランキングトルクが、前記エンジンの自立運転開始時の燃焼トルクよりも低い所定のトルクで一定となり、且つ、前記電動機の制振トルクの前記エンジンの１燃焼に相当する期間の平均値が所定値となるように、前記電動機を制御する制御手段と、
   前記回転数に基づいて前記エンジンの燃焼状態を判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。

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