JP2019131142A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキングトルクをより適切に設定して電動走行可能な領域を拡大する。【解決手段】モータＭＧ２から駆動軸に要求トルクＴｄ＊を出力して走行しているときにモータＭＧ１からの正のトルクＴｍ１＊（クランキングトルク）によりエンジンをクランキングして始動する際には、駆動軸の回転角速度ωｍ２が大きいとき小さいときに比して小さくなり、モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１が小さいときには大きいときに比して小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。また、駆動軸の回転角加速度ｄ（ωｍ２）／ｄｔが大きいときには小さいときに比して小さくなり、モータＭＧ１の回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔが小さいときには大きいときに比して小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンと第１モータと第２モータとプラネタリギヤとを備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンの出力軸と発電用モータの回転軸と駆動用モータの回転軸とが遊星歯車機構のキャリヤとサンギヤとリングギヤとに接続されると共にリングギヤに駆動輪が連結されたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、バッテリの充電量がその充電許容量を超えないように駆動用モータだけで走行するＥＶ走行状態に車速の上限値を設け、車速がその上限値となると、エンジンを始動させる。そして、エンジンを始動するときには、車速が速い場合には、車速が遅い場合に比べて、発電用モータで発生させるクランキングトルクを小さくする。これにより、車速が速い場合にエンジンをクランキングする際にバッテリへ供給される電力を小さくして、バッテリの充電時の負荷を低減することができる。この結果、クランキングを開始する車速を高くすることができ、ＥＶ走行状態を実行できる状況を多くすることができる。

特開２００９−２２７０９６号公報

しかしながら、上述したハイブリッド自動車では、車両の減速状態によっては、車速が速い場合に発電用モータで発生させるクランキングトルクを小さくしても、クランキングトルクが適正値よりも大きくなる場合があり、なお改善の余地がある。

本発明のハイブリッド自動車は、クランキングトルクをより適切に設定して電動走行可能な領域を拡大することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、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自動車は、
エンジンと、
第１モータと、
共線図において順番に並ぶ第１回転要素，第２回転要素および第３回転要素を有し、前記第１回転要素に前記第１モータの回転軸が接続され、前記第２回転要素に前記エンジンの出力軸が接続され、前記第３回転要素に駆動輪に連結された駆動軸が接続されたプラネタリギヤと、
前記駆動軸に動力を出力可能な第２モータと、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取りするバッテリと、
前記駆動軸が正回転方向に回転して走行している最中に前記エンジンを始動するときには、負回転方向に回転している前記第１モータからの正のクランキングトルクにより前記エンジンが始動されると共に要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する始動制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記始動制御手段は、前記駆動軸の回転角速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、前記第１モータの回転軸の回転角速度が小さいときには大きいときに比して小さくなり、前記駆動軸の回転角加速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、前記第１モータの回転軸の回転角加速度が小さいときには大きいときに比して小さくなるように前記クランキングトルクを設定する、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、駆動軸が正回転方向に回転して走行している最中にエンジンを始動するときには、負回転方向に回転している第１モータからの正のクランキングトルクによりエンジンが始動されると共に要求トルクが駆動軸に出力されるよう制御する。駆動軸が正回転方向に回転しているときには、第１モータの回転軸には、第１モータの回転軸の回転角速度に応じた抵抗トルクと駆動軸の回転角速度に応じた抵抗トルクとが作用する。このとき、両抵抗トルクの方向は、第１モータのクランキングトルクの方向と一致する。したがって、駆動軸の回転角速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、第１モータの回転軸の回転角速度が小さいとき（絶対値として大きいとき）には大きいとき（絶対値として小さいとき）に比して小さくなるようにクランキングトルクを設定することにより、エンジンの適正な始動を確保しつつクランキングトルクをより小さくすることができる。加えて、駆動軸の回転角速度が正回転方向に増加しているときには、第１モータの回転軸には、第１モータの回転軸の回転角加速度に応じたイナーシャトルクと駆動軸の回転角加速度に応じたイナーシャトルクとが作用する。このとき、両イナーシャトルクの方向は、第１モータのクランキングトルクの方向と一致する。したがって、駆動軸の回転角加速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、第１モータの回転軸の回転角加速度が小さいとき（絶対値として大きいとき）には大きいとき（絶対値として小さいとき）に比して小さくなるようにクランキングトルクを設定することにより、エンジンの適正な始動を確保しつつクランキングトルクを更に小さくすることができる。これにより、例えば、アクセルオンして走行しているときには、バッテリの放電電力を小さくして、その放電許容電力を超えないようにすることができる。また、アクセルオフして走行しているときには、バッテリの充電電力を小さくして、その充電許容電力を超えないようにすることができる。この結果、エンジンの始動用閾値を下げることが可能となり、電動走行可能な領域を拡大することができる。

本発明の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。 バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと始動用車速Ｖｓｔａｒｔとの関係を示す説明図である。 実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオン時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ＨＶ走行しているときのプラネタリギヤ３０の各回転要素のトルクおよび回転数の関係を示す共線図である。 エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ１から出力するトルクＴｍ１＊を共線図をもって説明する説明図である。 実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオフ時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するため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、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４によって運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒなどが入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２と接続されると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０と接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、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からの回転位置θｍ１，θｍ２などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２や回転角速度ωｍ１，ωｍ２、回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔ，ｄ（ωｍ２）／ｄｔを演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン５４を介してインバータ４１，４２と接続されている。このバッテリ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は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからのバッテリ５０の電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからのバッテリ５０の温度Ｔｂを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の充放電が許容される最大充放電電力である。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５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８６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も挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、ハイブリッド走行（ＨＶ走行）モードや電動走行（ＥＶ走行）モードで走行する。ここで、ＨＶ走行モードは、エンジン２２の運転を伴って走行するモードであり、ＥＶ走行モードは、エンジン２２の運転を伴わずに走行するモードである。

ＨＶＥＣＵ７０は、アクセルペダルポジションセンサ８４によりアクセルオンが検出されているときには、以下のように制御する。即ち、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて、走行に要求される（駆動軸３６に出力すべき）要求トルクＴｄ＊を設定する。続いて、設定した要求トルクＴｄ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒを乗じて、走行に要求される要求走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算する。ここで、駆動軸３６の回転数Ｎｒとしては、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数を用いることができる。そして、計算した要求走行用パワーＰｄｒｖ＊にバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０に充電するときが正の値）を加えて、車両に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する。ここで、充放電要求パワーＰｂ＊は、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣと目標割合ＳＯＣ＊との差分ΔＳＯＣに基づいて、差分ΔＳＯＣの絶対値が小さくなるように設定する。次に、現在の走行モードがＨＶ走行モードであるか或いはＥＶ走行モードであるかを判定し、ＥＶ走行モードであると判定すると、要求パワーＰｅ＊が始動用パワーＰｓｔａｒｔよりも大きいか否かを判定する。ここで、始動用パワーＰｓｔａｒｔは、エンジン２２を始動するか否かを判定するための閾値であり、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔよりも低い値に定められている。要求パワーＰｅ＊が始動用パワーＰｓｔａｒｔ以下であると判定すると、ＥＶ走行モードを継続すると判断し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｄ＊（要求走行用パワーＰｄｒｖ＊）が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるように、インバータ４１，４２の各トランジスタのスイッチング制御を行なう。

一方、要求パワーＰｅ＊が始動用パワーＰｓｔａｒｔよりも大きいと判定すると、ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードへ移行するため、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングして始動するエンジン始動処理を実行する。なお、エンジン始動処理の詳細については後述する。エンジン２２が始動されてＨＶ走行モードへ移行すると、要求パワーＰｅ＊がエンジン２２から出力されると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２の目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）や、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定する。エンジン２２の目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）は、エンジン２２の運転ポイント（回転数，トルク）のうち騒音や振動等を加味して燃費が最適となる最適動作ラインを予め定めておき、要求パワーＰｅ＊に対応する最適動作ライン上の運転ポイント（回転数，トルク）を求めて設定する。エンジン２２の目標運転ポイント（目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊）については、エンジンＥＣＵ２４に送信する。モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊については、モータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、目標運転ポイントに基づいてエンジン２２が運転されるように、エンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行なう。モータＥＣＵ４０は、上述したように、インバータ４１，４２を制御する。

また、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセルペダルポジションセンサ８４によりアクセルオフが検出されているときには、以下のように制御する。即ち、まず、車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて、要求トルクＴｄ＊（要求制動力）を設定する。次に、現在の走行モードがＨＶ走行モードであるか或いはＥＶ走行モードであるかを判定し、ＥＶ走行モードであると判定すると、車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔよりも大きいか否かを判定する。始動用車速Ｖｓｔａｒｔは、エンジン２２を始動するか否かを判定するための閾値である。車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔ以下のときには、ＥＶ走行モードを継続すると判断し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内で要求トルクＴｄ＊（要求制動力）が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、上述したように、インバータ４１，４２を制御する。

一方、車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔよりも大きいと判定すると、ＥＶ走行モードからＨＶ走行モードへ移行するため、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングして始動するエンジン始動処理を実行する。なお、エンジン始動処理の詳細については後述する。エンジン２２が始動されてＨＶ走行モードへ移行すると、エンジン２２を燃料カットの状態でモータリングすることによりエンジン２２のフリクショントルク（制動力）を駆動軸３６に作用させるためのモータリングトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。そして、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内で要求トルクＴｄ＊（要求制動力）が駆動軸３６に出力されるように、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０は、上述したように、インバータ４１，４２を制御する。

ここで、始動用車速Ｖｓｔａｒｔは、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎに基づいて設定される。図２は、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎと始動用車速Ｖｓｔａｒｔとの関係を示す説明図である。図示するように、始動用車速Ｖｓｔａｒｔは、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎ（負の値）が絶対値として小さいほど小さくなるように設定される。ここで、エンジン２２が停止されている場合、車速Ｖが高いとき、即ち駆動軸３６の回転数が高いときには、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１（負の値）は絶対値として大きくなる。このため、モータＭＧ１は比較的高い回転エネルギをもち、クランキングトルクが大きいほど、モータＭＧ１の発電電力は一時的に大きくなる。また、例えばコーストダウン時のようにモータＭＧ２から回生制動力を出力しているときにモータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングすると、モータＭＧ１の発電電力とモータＭＧ２の発電電力とがバッテリ５０に入力されるため、モータＭＧ１のクランキングトルクが大きいと、バッテリ５０に入力制限Ｗｉｎを超える電力が入力される虞がある。したがって、本実施例のハイブリッド自動車２０では、クランキング時にバッテリ５０に入力される電力が入力制限Ｗｉｎを超えないように、始動用車速Ｖｓｔａｒｔを設定し、車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔを超えると、エンジン２２を始動するものとした。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、シフトポジションＳＰがＤポジジョンでアクセルオンしてＥＶ走行しているときにモータＭＧ１によってエンジン２２をクランキングして始動する際の動作について説明する。図２は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオン時始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、走行モードがＥＶ走行モードであり且つアクセルペダルポジションセンサ８４によりアクセルオンが検出されているときに要求パワーＰｅ＊が始動用パワーＰｓｔａｒｔよりも大きくなってエンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。

アクセルオン時始動制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ、エンジン２２の回転数Ｎｅ、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，回転角速度ωｍ１，ωｍ２および回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔ，ｄ（ωｍ２）／ｄｔ、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなどの制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、アクセル開度Ａｃｃは、アクセルペダルポジションセンサ８４によって検出された値を入力するものとした。車速Ｖは、車速センサ８８によって検出された値を入力するものとした。エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ２３からのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいて演算された値をエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，回転角速度ωｍ１，ωｍ２および回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔ，ｄ（ωｍ２）／ｄｔは、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいて演算された値をモータＥＵＣ４０から通信により入力するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて演算された値をバッテリ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、走行に要求される（駆動軸３６に要求される）要求トルクＴｄ＊を設定する（ステップＳ１１０）。続いて、エンジン２２をクランキングするための基本クランキングトルクＴｃｒｂを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、基本クランキングトルクＴｃｒｂは、共振の発生等を加味してエンジン２２がスムーズにクランキングされるように始動用マップを用いて始動指示がなされてからの経過時間ｔに基づいて設定される。次に、モータＭＧ１の回転軸（プラネタリギヤ３０のサンギヤ）に作用する回転抵抗トルクＴｒｅｓを次式（１）により算出すると共にモータＭＧ１の回転軸に作用するイナーシャトルクＴｉｎａを次式（２）により算出する（ステップＳ１３０）。なお、式（１）中、「ｃ１」は、モータＭＧ１の回転軸の粘性抵抗係数であり、「ｃ２」は駆動軸３６の粘性抵抗係数であり、「ρ」はプラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）である。また、式（２）中、「Ｉ１」はモータＭＧ１を含む慣性系の慣性モーメントであり、「Ｉ２」は駆動軸３６を含む慣性系の慣性モーメントである。

Tres=-c1・ωm1+ρ・c2・ωm2 …（１）
Tina=-I1・ｄ(ωｍ１)／ｄｔ+ρ・I2・ｄ(ωｍ２)／ｄｔ …（２）

いま、ＥＶ走行モードで走行（加速走行）しているときにモータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングして始動する場合を考える。図４は、ＨＶ走行しているときのプラネタリギヤ３０の各回転要素のトルクおよび回転数（回転角速度）の関係を示す共線図である。図中、縦軸は回転数（回転角加速度）を示し、太線矢印はトルクを示す。なお、トルクは上向きを正とした。ＥＶ走行モードでは、エンジン２２の回転数が値０であるから、図４に示すように、駆動軸３６の回転角速度ωｍ２（回転数Ｎｍ２）は正の値となり、モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１（回転数Ｎｍ１）はプラネタリギヤ３０の特性により負の値となる。このとき、モータＭＧ１の回転軸には、その摩擦により回転角速度ωｍ１に比例した回転抵抗トルクが正方向に作用する。また、駆動軸３６には、その摩擦により回転角速度ωｍ２に比例した回転抵抗トルクが負方向に作用する。そして、駆動軸３６に作用する回転抵抗トルクは、駆動軸３６からプラネタリギヤ３０を介してモータＭＧ１の回転軸に正方向のトルクとして作用する。したがって、モータＭＧ１の回転軸および駆動軸３６の摩擦に起因してモータＭＧ１の回転軸に作用する正方向のトルク（回転抵抗トルクＴｒｅｓ）は、式（１）に示すように、モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１が小さいほど（絶対値として大きいほど）大きくなり、駆動軸３６の回転角速度ωｍ２が大きいほど大きくなる。

また、ＥＶ走行モードで加速走行しているときには、駆動軸３６の回転角加速度ｄ（ωｍ２）／ｄｔは正の値となり、モータＭＧ１の回転軸の回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔはプラネタリギヤ３０の特性により負の値となる。このとき、モータＭＧ１の回転軸には、モータＭＧ１を含む慣性系の慣性モーメントＩ１により回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔに比例したイナーシャトルクが正方向に作用する。また、駆動軸３６には、駆動軸３６を含む慣性系の慣性モーメントＩ２により回転角加速度ｄ（ωｍ２）／ｄｔに比例したイナーシャトルクが負方向に作用する。そして、駆動軸３６に作用するイナーシャトルクは、駆動軸３６からプラネタリギヤ３０を介してモータＭＧ１の回転軸に正方向のトルクとして作用する。したがって、モータＭＧ１の回転軸および駆動軸３６のイナーシャに起因してモータＭＧ１の回転軸に作用する正方向のトルク（イナーシャトルクＴｉｎａ）は、式（２）に示すように、モータＭＧ１の回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔが小さいほど（絶対値として大きいほど）大きくなり、駆動軸３６の回転角加速度ｄ（ωｍ２）／ｄｔが大きいほど大きくなる。

こうして回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとを算出すると、次式（３）に示すように、基本クランキングトルクＴｃｒｂから回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとの和のトルクを減じたトルクをモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ１４０）。

Tm1*=Tcrb-(Tres+Tina) …（３）

図５は、エンジン２２をクランキングする際にモータＭＧ１から出力するトルクＴｍ１＊を共線図をもって説明する説明図である。ＥＶ走行モードで加速走行している状況において、モータＭＧ１からのトルクＴｍ１＊によりエンジン２２をクランキングして始動する場合、図示するように、モータＭＧ１の回転軸に作用する回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａは、正のトルクとなる。すなわち、回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａは、モータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングする際のアシストトルクとなる。したがって、回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとによるアシスト分を加味してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊（クランキングトルク）を設定することにより、エンジン２２の適正な始動を確保しながらモータＭＧ１のクランキングトルクを小さくすることができる。ここで、エンジン２２をクランキングする際、モータＭＧ１は、負の回転数Ｎｍ１で正のトルクＴｍ１＊を出力するから、モータＭＧ１は発電する。一方、モータＭＧ１から出力された正のトルクＴｍ１＊はプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に負のトルクとして伝達され、モータＭＧ２は、要求トルクＴｄ＊の出力による電力の消費に加えて、モータＭＧ１から伝達される負のトルクをキャンセルするための正のトルク（キャンセルトルク）の出力により電力を消費する。なお、モータＭＧ１は、負の回転数Ｎｍ１で回転しており、回転エネルギをもっているから、クランキング開始時には、一時的に、モータＭＧ１のクランキングトルクの出力に基づく発電電力がモータＭＧ２のキャンセルトルクの出力に基づく消費電力よりも大きくなる。しかし、アクセルオン時には、モータＭＧ２からの要求トルクＴｒ＊（要求走行用パワーＰｄｒｖ＊）の出力により電力を消費しているため、バッテリ５０に入力制限Ｗｉｎを超える充電は生じない。そして、クランキングによりモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が上昇すると、モータＭＧ１のクランキングトルクの出力に基づく発電電力はモータＭＧ２のキャンセルトルクの出力に基づく消費電力よりも小さくなり、バッテリ５０が放電する。すなわち、エンジン２２は、バッテリ５０から放電される電力を用いてクランキングされる。このバッテリ５０から放電される電力はモータＭＧ１から出力される正のトルクＴｍ１＊（クランキングトルク）が小さいほど小さくなる。したがって、モータＭＧ１のクランキングトルクを小さくすることにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２をクランキングしている間の要求トルクＴｄ＊の出力に必要なパワー（電力）を確保することができる。これにより、エンジン２２をクランキングしている間に駆動軸３６に作用させるトルクに不足を生じさせることなく、始動用パワーＰｓｔａｒｔを大きくすることも可能となり、ＥＶ走行の領域を拡大することができる。

そして、要求トルクＴｄ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρとを用いて次式（４）によりモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを計算する（ステップＳ１５０）。仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐは、式（４）に示すように、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータＭＧ１から出力されてプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルク（−Ｔｍ１＊／ρ）を要求トルクＴｄ＊から減じた値として計算される。次に、次式（５）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限であるトルク制限Ｔｍ２ｍａｘを計算する（ステップＳ１６０）。トルク制限Ｔｍ２ｍａｘは、式（５）に示すように、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータＭＧ１で消費または発電される電力をバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔから減じ、更にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除した値として計算される。そして、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとトルク制限Ｔｍ２ｍａｘとのうち小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１７０）。これにより、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２からトルクを出力して走行することができる。

Tm2tmp=Td*+Tm1*/ρ …（４）
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（５）

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Ｓ１８０）。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信すると、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊でモータＭＧ１，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。

次に、エンジン２２の回転数Ｎｅを運転開始回転数Ｎｓｔｅｇと比較する（ステップＳ１９０）。ここで、運転開始回転数Ｎｓｔｅｇは、エンジン２２の運転（燃料噴射制御や点火制御）を開始する回転数であり、例えば、８００ｒｐｍや９０００ｒｐｍ，１０００ｒｐｍなどを用いることができる。エンジン２２の回転数Ｎｅが運転開始回転数Ｎｓｔｅｇ未満のときには、ステップＳ１００に戻り、ステップＳ１００〜Ｓ１９０の処理を繰り返し実行する。一方、エンジン２２の回転数Ｎｅが運転開始回転数Ｎｓｔｅｇ以上に至ると、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御の開始指令をエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ２００）。エンジンＥＣＵ２４は、この開始指令を受信すると、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する。そして、エンジン２２が完爆に至ったか否かを判定し（ステップＳ２１０）、未だ完爆に至っていないときにはステップＳ１００に戻り、ステップＳ１００〜Ｓ２１０の処理を繰り返し実行し、エンジン２２が完爆に至ると、本ルーチンを終了する。

次に、シフトポジションＳＰがＤポジジョンでアクセルオフしてＥＶ走行しているときにモータＭＧ１によってエンジン２２をクランキングして始動する際の動作について説明する。図６は、実施例のＨＶＥＣＵ７０により実行されるアクセルオフ時始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、走行モードがＥＶ走行モードであり且つアクセルペダルポジションセンサ８４によりアクセルオフが検出されているときに車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔよりも大きくなってエンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。なお、図６のアクセルオフ時始動制御ルーチンの各ステップのうち図３のアクセルオン時始動制御ルーチンと同一のステップについては同一のステップ番号を付し、その説明は重複するから省略する。

図６のアクセルオフ時始動制御ルーチンでは、アクセルオン時始動制御ルーチンのステップＳ１００と同様に必要なデータ（アクセル開度Ａｃｃを除く）を入力し（ステップＳ１００Ｂ）、入力した車速Ｖに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊（要求制動力）を設定する（ステップＳ１１０Ｂ）。続いて、アクセルオン時始動制御ルーチンのステップＳ１２０〜Ｓ１４０と同様に、基本クランキングトルクＴｃｒｂから回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとの和のトルクを減じたトルクをモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。ここで、いま、アクセルオフで車速Ｖが始動用車速Ｖｓｔａｒｔよりも大きくなってエンジン２２を始動する場合を考えているから、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１（負の値）は絶対値として大きくなっている。この状態でモータＭＧ１から大きなクランキングトルクを出力すると、モータＭＧ１の発電電力が一時的に大きくなり、モータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊（要求制動力）に見合う回生制動力を出力しようとすると、バッテリ５０に入力制限Ｗｉｎを超える電力が入力される虞がある。本実施例では、回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとの和のトルクを減じてモータＭＧ１のクランキングトルクを小さくするから、モータＭＧ１の発電電力を小さくでき、モータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊（要求制動力）に見合う回生制動力を出力しても、バッテリ５０に入力制限Ｗｉｎを超える電力が入力されないようにすることができる。これにより、エンジン２２をクランキングしている間に駆動軸３６に作用させる制動力に不足を生じさせることなく、始動用車速Ｖｓｔａｒｔを大きくすることも可能となり、ＥＶ走行の領域を拡大することができる。

そして、アクセルオン時始動制御ルーチンのステップＳ１５０と同様に、上述した式（４）によりモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを設定する。次に、次式（６）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限であるトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎを計算する（ステップＳ１６０Ｂ）。トルク制限Ｔｍ２ｍｉｎは、式（６）に示すように、モータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにモータＭＧ１で消費または発電される電力をバッテリ５０の入力制限Ｗｉｎから減じ、更にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除した値として計算される。そして、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎとのうち大きい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１７０Ｂ）。これにより、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの範囲内でモータＭＧ２からトルクを出力して走行することができる。そして、アクセルオン時始動制御ルーチンのステップＳ１８０〜Ｓ２１０と同様に制御して、アクセルオフ時始動制御ルーチンを終了する。

Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（６）

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２から駆動軸３６に要求トルクＴｄ＊を出力して走行しているときにモータＭＧ１からの正のトルクＴｍ１（クランキングトルク）によりエンジン２２を始動する際には、駆動軸３６の回転角速度ωｍ２が大きいとき小さいときに比して小さくなり、モータＭＧ１の回転角速度ωｍ１が小さいとき（絶対値として大きいとき）には大きいとき（絶対値として小さいとき）に比して小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。また、駆動軸３６の回転角加速度ｄ（ωｍ２）／ｄｔが大きいときには小さいときに比して小さくなり、モータＭＧ１の回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔが小さいとき（絶対値として大きいとき）には大きい（絶対値として小さいとき）ときに比して小さくなるようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。すなわち、モータＭＧ１や駆動軸３６の摩擦とモータＭＧ１や駆動軸３６のイナーシャとによりモータＭＧ１の回転軸にクランキングトルクと同方向に作用するトルク（回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａ）を加味してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊（クランキングトルク）を設定する。これにより、アクセルオンして走行しているときには、バッテリ５０の放電電力を小さくして、その出力制限Ｗｏｕｔを超えないようにすることができる。また、アクセルオフして走行しているときには、バッテリ５０の充電電力を小さくして、その入力制限Ｗｉｎを超えないようにすることができる。この結果、エンジン２２の始動用閾値（始動用パワーＰｓｔａｒｔ，始動用車速Ｖｓｔａｒｔ）を下げても、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，出力制限Ｗｏｕｔを超える電力が入出力されないようにすることができ、電動走行可能な領域を拡大することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、回転抵抗トルクＴｒｅｓとイナーシャトルクＴｉｎａとをそれぞれ式（１），（２）により算出するものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、回転角速度ωｍ１，ωｍ２と回転抵抗トルクＴｒｅｓとの関係を定めたマップを用いて回転抵抗トルクＴｒｅｓを導出してもよい。また、回転角加速度ｄ（ωｍ１）／ｄｔ，ｄ（ωｍ２）／ｄｔとイナーシャトルクＴｉｎａとの関係を定めたマップを用いてイナーシャトルクＴｉｎａを導出してもよい。

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「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「プラネタリギヤ」に相当し、サンギヤが「第１回転要素」に相当し、キャリヤが「第２回転要素」に相当し、リングギヤが「第３回転要素」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「始動制御手段」に相当する。

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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、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、４６ コンデンサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   第１モータと、
   共線図において順番に並ぶ第１回転要素，第２回転要素および第３回転要素を有し、前記第１回転要素に前記第１モータの回転軸が接続され、前記第２回転要素に前記エンジンの出力軸が接続され、前記第３回転要素に駆動輪に連結された駆動軸が接続されたプラネタリギヤと、
   前記駆動軸に動力を出力可能な第２モータと、
   前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取りするバッテリと、
   前記駆動軸が正回転方向に回転して走行している最中に前記エンジンを始動するときには、負回転方向に回転している前記第１モータからの正のクランキングトルクにより前記エンジンが始動されると共に要求トルクが前記駆動軸に出力されるよう前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータとを制御する始動制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記始動制御手段は、前記駆動軸の回転角速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、前記第１モータの回転軸の回転角速度が小さいときには大きいときに比して小さくなり、前記駆動軸の回転角加速度が大きいときには小さいときに比して小さくなり、前記第１モータの回転軸の回転角加速度が小さいときには大きいときに比して小さくなるように前記クランキングトルクを設定する、
   ハイブリッド自動車。