JP2023084040A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンと電動機との間にクラッチが介挿されている構造を有するハイブリッド車両の制御装置において、エンジン始動時のシステム軸トルクの指示値が電動機の最大トルクとエンジントルクとの合算値を上回ることを防止しつつ、加速の応答性を確保することができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１２の始動過渡期におけるクランキング完了時点からクラッチＫ０が完全係合されるまでの期間で設定されるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmの上昇率βが、クラッチＫ０が完全係合した時点における前記指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値以下となるように設定されているため、前記期間においてシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値を上回ることが防止される。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンおよび電動機を駆動力源とするハイブリッド車両のエンジン始動制御に関するものである。

特許文献１には、エンジンと電動機との間にクラッチが介挿されている構造を有するハイブリッド車両において、エンジンの始動時には、電動機のトルクをクラッチを介してエンジンに伝達することによって、エンジンをクランキングさせることが記載されている。

特開２０１４－２０１２７９号公報

ところで、エンジンの始動開始からクラッチが完全係合するまでの期間において、エンジンのエンジントルクおよび電動機のトルクが入力されるシステム軸に伝達されるシステム軸トルクは、電動機の最大トルクとエンジントルクとの合算値を上回ることができない。ここで、エンジンの始動時に必要なアシストトルクの指示値が大小複数パターン設定されている場合、最も大きなアシストトルクの指示値に合わせてシステム軸トルクの上昇率を決定すると、最も小さなアシストトルクの指示値の場合に始動制御を実行したとき、システム軸トルクの指示値が、電動機の最大トルクとエンジントルクとの合算値を上回ってしまう虞がある。一方で、最も小さなアシストトルクの指示値に合わせてシステム軸トルクの上昇率を決定すると、最も大きなアシストトルクの指示値の場合に始動制御を実行したとき、駆動力の立ち上がりに遅れが生じて加速の応答性を確保できなくなる。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、エンジンと電動機との間にクラッチが介挿されている構造を有するハイブリッド車両の制御装置において、エンジン始動時のシステム軸トルクの指示値が電動機の最大トルクとエンジントルクとの合算値を上回ることを防止しつつ、加速の応答性を確保することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、（ａ）エンジンと、電動機と、前記エンジンと前記電動機との間に介挿されているクラッチと、を備えるハイブリッド車両に適用され、前記エンジンのエンジントルクおよび前記電動機のトルクが伝達されるシステム軸に入力されたトルクがシステム軸トルクとして駆動輪側に伝達され、前記エンジンの始動時には、前記クラッチを係合させて前記電動機のトルクをアシストトルクとして前記エンジンに伝達することによって前記エンジンをクランキングさせるように構成されているハイブリッド車両の制御装置であって、（ｂ）前記エンジンの始動過渡期におけるクランキング完了時点から前記クラッチが完全係合される時点までの期間、または、前記クランキング完了時点から前記クラッチが完全係合される時点より所定時間経過した時点までの期間、で設定される前記システム軸トルクの指示値の上昇率が、前記エンジンのクランキングに必要なアシストトルクが大きい場合には前記エンジンのクランキングに必要なアシストトルクが小さい場合に比べて大きくなるように設定され、（ｃ）前記システム軸トルクの指示値の上昇率が、前記クラッチが完全係合した時点、または、前記クラッチが完全係合した時点より前記所定時間経過した時点における前記指示値が前記電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値以下となるように設定されていることを特徴とする。

第１発明によれば、エンジンの始動過渡期におけるクランキング完了時点からクラッチが完全係合されるまでの期間、または、クランキング完了時点からクラッチが完全係合される時点に対して所定時間経過した時点までの期間、で設定されるシステム軸トルクの指示値の上昇率が、クラッチが完全係合した時点、または、クラッチが完全係合した時点より所定時間経過した時点における前記指示値が電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値以下となるように設定されているため、前記期間においてシステム軸トルクの指示値が電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値を上回ることが防止される。また、前記期間におけるシステム軸トルクの指示値の上昇率が、エンジンのクランキングに必要なアシストトルクが大きい場合にはアシストトルクが小さい場合に比べて大きくなるように設定されているため、アシストトルクが大きく走行用の駆動力が制限される場合であってもクランキング完了後から電動機のトルクを有効に活用して加速の応答性を確保することができる。

ここで、好適には、前記期間におけるシステム軸トルクの指示値の上昇率が、クラッチが完全係合した時点、または、クラッチが完全係合した時点より所定時間経過した時点における前記指示値が電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値となる値に設定されている。このようにすれば、クラッチが完全係合した時点では、アシストトルクの大きさに拘わらず、システム軸トルクの指示値が電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値となり、電動機のトルクを最も有効に活用することができる。

本発明が適用された電子制御装置を搭載したハイブリッド車両の概略構成図であるとともに、車両における各種制御のための制御機能の要部を表す機能ブロック図である。 エンジン始動時における各回転速度および各トルクの挙動を示すタイムチャートである。 必要クランキングトルクとシステム軸トルクの上昇率との関係を示す図である。 必要クランキングトルクに基づいて上昇率が変更される場合における、エンジン始動時における各回転速度および各トルクの挙動を示すタイムチャートである。 電子制御装置の制御機能の要部を説明するフローチャートであり、必要クランキングトルクの大きさに拘わらず、適切な加速の応答性を確保できる制御作動を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用された電子制御装置９０を搭載したハイブリッド車両１０（以下、単に「車両１０」と記す。）の概略構成図であるとともに、車両１０における各種制御のための制御機能の要部を表す機能ブロック図である。

車両１０は、走行用駆動力源であるエンジン１２および電動機ＭＧと、エンジン１２と一対の駆動輪３４との間の動力伝達経路ＰＴに設けられた動力伝達装置１４と、を備える。車両１０は、エンジン１２および電動機ＭＧを走行用駆動力源とするハイブリッド車両である。また、車両１０は、インバータ５２、油圧制御回路５０、バッテリ５４、および電子制御装置９０を備える。

エンジン１２は、周知の内燃機関である。エンジン１２は、後述する電子制御装置９０によって、エンジン１２に備えられたスロットルアクチュエータや燃料噴射装置や点火装置等が制御されることによりエンジン１２の出力トルクであるエンジントルクＴe［Nm］が制御される。エンジン１２が運転状態とされると、エンジン１２からエンジントルクＴeが出力され、エンジン１２が停止状態とされると、エンジン１２からエンジントルクＴeが出力されない。なお、本明細書では、特に区別しない場合には、トルク、駆動力、動力、および力（パワー）は同意である。

動力伝達装置１４は、車体に取り付けられる非回転部材であるケース２０内において、エンジン１２側から順に、エンジン連結軸３２、クラッチＫ０、電動機ＭＧの電動機連結軸４０、トルクコンバータ１６、自動変速機１８の入力回転部材であるＡＴ入力軸３６、自動変速機１８等を備える。動力伝達装置１４は、自動変速機１８の出力回転部材であるＡＴ出力軸２４に連結されたデファレンシャルギヤ２８、デファレンシャルギヤ２８に連結された一対の車軸３０等を備える。

エンジン連結軸３２は、エンジン１２とクラッチＫ０とを連結する部材であって、例えばクランク軸である。

電動機ＭＧは、例えば電気エネルギーから機械的な動力を発生させる電動機としての機能（電動機機能）および機械的な動力から電気エネルギーを発生させる発電機としての機能（発電機機能）を備えた所謂モータジェネレータである。電動機ＭＧは、後述するインバータ５２を介して車両１０に備えられたバッテリ５４に接続されている。バッテリ５４は、電動機ＭＧに対して電力を授受する蓄電装置である。電動機ＭＧは、後述する電子制御装置９０によってインバータ５２が制御されることにより、電動機ＭＧの出力トルクであるＭＧトルクＴm［Nm］が制御される。

エンジン１２に連結されたエンジン連結軸３２と、電動機ＭＧのロータに連結された電動機連結軸４０と、の間にはクラッチＫ０が設けられている。クラッチＫ０は、エンジン１２と電動機ＭＧとの間に介挿され、エンジン１２と電動機ＭＧとの間での動力伝達を断接可能な係合装置であり、例えば湿式多板型の油圧式摩擦係合装置である。クラッチＫ０が完全係合状態にされると、クラッチＫ０は、エンジン１２と電動機ＭＧとの間の動力伝達を可能とする。クラッチＫ０が解放状態にされると、クラッチＫ０は、エンジン１２と電動機ＭＧとの間の動力伝達を切断する。クラッチＫ０が半係合状態すなわちスリップ係合状態にされると、クラッチＫ０は、スリップ係合状態に基づいた伝達トルク容量（クラッチＫ０の係合力）に応じてエンジン１２と電動機ＭＧとの間の動力伝達を可能とする。

電動機ＭＧは、バッテリ５４に蓄えられた電力により回転駆動され、ハイブリッド車両１０の走行用駆動力を出力する。また、電動機ＭＧは、エンジン１２からクラッチＫ０を介して入力される走行用駆動力により発電したり、駆動輪３４側から入力される被駆動力を回生により電力に変換して発電したりする。それら発電された電力は、インバータ５２を介してバッテリ５４に充電される。

インバータ５２は、電動機ＭＧとバッテリ５４との間に設けられ、電子制御装置９０によって制御されることにより直流を交流に変換したり交流を直流に変換したりする電源回路である。例えば、インバータ５２は、バッテリ５４から供給される直流を交流に変換して電動機ＭＧに出力して駆動したり、電動機ＭＧで発電された交流を直流に変換してバッテリ５４に出力したりする。

バッテリ５４は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の充放電可能な二次電池である。バッテリ５４は、主に電動機ＭＧを駆動するための電力を供給したり、回生により電動機ＭＧで発電された電力を充電したりするのに用いられる。

トルクコンバータ１６は、周知のトルクコンバータである。トルクコンバータ１６は、電動機連結軸４０に連結されたポンプ翼車１６ａと、ＡＴ入力軸３６に連結されたタービン翼車１６ｂと、ポンプ翼車１６ａとタービン翼車１６ｂとを直結するロックアップクラッチ３８と、を備える。トルクコンバータ１６は、走行用駆動力源（エンジン１２、電動機ＭＧ）と駆動輪３４との間の動力伝達経路ＰＴに配設され、走行用駆動力源から出力された走行用駆動力を流体を介して電動機連結軸４０からＡＴ入力軸３６へ伝達する流体式伝動装置である。車両１０は、機械式のオイルポンプ２２を備える。オイルポンプ２２は、ポンプ翼車１６ａに連結されており、走行用駆動力源（エンジン１２、電動機ＭＧ）により回転駆動させられて、動力伝達装置１４で用いられる作動油を吐出する。

自動変速機１８は、走行用駆動力源（エンジン１２、電動機ＭＧ）からＡＴ入力軸３６に入力された走行用駆動力を変速してＡＴ出力軸２４に出力する周知の自動変速機であり、例えば遊星歯車式や常時噛合型平行軸式の有段変速機、或いは、ベルト式やパワーローラー式の無段変速機などである。自動変速機１８は、電子制御装置９０により制御される油圧制御回路５０によって、異なる変速比γ（＝ＡＴ入力回転速度Ｎi［rpm］／ＡＴ出力回転速度Ｎo［rpm］）のうちから所望の変速比γが形成されるように制御される。変速比γは、ギヤ比ともいう。本実施例では、自動変速機１８は、複数組の遊星歯車装置と、複数の変速用係合装置ＣＢと、を備える、公知の遊星歯車式の自動変速機である。変速用係合装置ＣＢは、各々、油圧制御回路５０から変速用係合装置ＣＢの断接状態を制御する油圧アクチュエータに供給される油圧が調圧されることにより、完全係合状態、半係合状態、および解放状態などの断接状態が切り替えられる。自動変速機１８は、変速用係合装置ＣＢのうちのいずれかの係合装置の係合によって、変速比γが異なる複数の変速段（ギヤ段ともいう）のうちのいずれかのギヤ段を形成する。

デファレンシャルギヤ２８は、自動変速機１８のＡＴ出力軸２４から伝達された走行用駆動力を受けて、一対の車軸３０に対し適宜回転速度差を許容しつつ相互に等しい駆動トルクを伝達する、周知の差動機構である。

油圧制御回路５０は、オイルポンプ２２から吐出された作動油の油圧を元圧として、ケース２０内の各部に必要な作動油を供給する。例えば、油圧制御回路５０は、クラッチＫ０のトルク容量Ｔk0を制御する油圧、自動変速機１８の変速制御用の油圧、トルクコンバータ１６のロックアップクラッチ３８の係合状態を制御する油圧などをそれぞれ生成し、ケース２０内に備えられた各油圧アクチュエータに供給する。

動力伝達装置１４において、エンジン１２から出力される走行用駆動力は、クラッチＫ０が完全係合状態とされた場合には、エンジン連結軸３２から、クラッチＫ０、電動機連結軸４０、トルクコンバータ１６、自動変速機１８、デファレンシャルギヤ２８、および一対の車軸３０等を順次介して駆動輪３４へ伝達される。電動機ＭＧから出力される走行用駆動力は、クラッチＫ０の断接状態にかかわらず、電動機連結軸４０から、トルクコンバータ１６、自動変速機１８、デファレンシャルギヤ２８、および一対の車軸３０等を順次介して駆動輪３４へ伝達される。このように、エンジン１２および電動機ＭＧのうち少なくとも一方から駆動輪３４に走行用の駆動トルクＴrが伝達される。

車両１０においては、ＢＥＶ走行モードおよびエンジン走行モードすなわちＨＥＶ走行モードのいずれかの走行モードが選択可能である。ＢＥＶ走行モードは、エンジン１２の運転を停止させた状態で電動機ＭＧを力行制御することにより走行用駆動力源（エンジン１２、電動機ＭＧ）のうち電動機ＭＧのみを駆動力源とするＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）走行を行う走行モードである。ＢＥＶ走行モードでは、クラッチＫ０が解放状態とされてＢＥＶ走行が行われる。ＨＥＶ走行モードは、エンジン１２を運転させた状態で走行用駆動力源のうち少なくともエンジン１２を駆動力源とするＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）走行を行う走行モードである。ＨＥＶ走行モードでは、クラッチＫ０が完全係合状態とされてＨＥＶ走行が行われる。

車両１０の走行をＢＥＶ走行モードおよびＨＥＶ走行モードのいずれとするかは、例えば駆動力源切替マップにより切り替えられる。駆動力源切替マップは、例えば車速Ｖ［km/h］および目標システム軸トルクＴsystgt［Nm］を変数とする二次元座標で走行モードが予め定められた関係である。目標システム軸トルクＴsystgtとは、システム軸トルクＴsys［Nm］の運転者の要求に基づく目標値（要求値）である。システム軸トルクＴsysは、走行用駆動力源（エンジン１２、電動機ＭＧ）から駆動輪３４側へ出力されて駆動輪３４に伝達される駆動トルクであって、例えばトルクコンバータ１６に入力される電動機連結軸４０における駆動トルクである。目標システム軸トルクＴsystgtの算出方法については、後述する。なお、電動機連結軸４０が、本発明のエンジントルクおよび電動機のトルクが伝達されるシステム軸に対応する。

車速Ｖが比較的低い低車速領域且つ目標システム軸トルクＴsystgtが比較的低い低負荷領域（＝アクセル開度θacc［%］が比較的低い領域）では、ＢＥＶ走行モードが選択される。一方、車速Ｖが比較的高い高車速領域、或いは、目標システム軸トルクＴsystgtが比較的高い高負荷領域（＝アクセル開度θaccが比較的高い領域）では、ＨＥＶ走行モードが選択される。

電子制御装置９０は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両１０の各種制御を実行する。電子制御装置９０は、必要に応じてエンジン制御用、電動機制御用、油圧制御用等の複数個のコンピュータを含んで構成される。

電子制御装置９０には、車両１０に備えられた各種センサ等（例えばエンジン回転速度センサ７０、タービン回転速度センサ７２、出力軸回転速度センサ７４、ＭＧ回転速度センサ７６、アクセル開度センサ７８、スロットル開度センサ８０、バッテリセンサ８２など）による検出値に基づく各種信号等（例えばエンジン１２の回転速度であるエンジン回転速度Ｎe［rpm］、ＡＴ入力回転速度Ｎi［rpm］と同値であるタービン回転速度Ｎt［rpm］、車速Ｖに対応するＡＴ出力回転速度Ｎo［rpm］、電動機ＭＧの回転速度であるＭＧ回転速度Ｎm［rpm］、運転者の加速操作の大きさを表す運転者のアクセル操作量であるアクセル開度θacc［%］、電子スロットル弁の開度であるスロットル開度θth［%］、バッテリ５４のバッテリ温度ＴＨbat［℃］やバッテリ充放電電流Ｉbat［A］やバッテリ電圧Ｖbat［V］など）が、それぞれ入力される。

電子制御装置９０からは、車両１０に備えられた各装置（例えばエンジン１２、インバータ５２、油圧制御回路５０など）に各種指令信号（例えばエンジン１２を制御するためのエンジン制御信号Ｓe、電動機ＭＧを制御するためのＭＧ制御信号Ｓm、変速用係合装置ＣＢを制御するための変速制御信号ＳatやクラッチＫ０を制御するためのＫ０制御信号Ｓk0やロックアップクラッチ３８を制御するためのＬＵ制御信号Ｓluなど）が、それぞれ出力される。

電子制御装置９０は、ハイブリッド制御部９２、クラッチ制御部９４、および変速制御部９６を機能的に備える。

ハイブリッド制御部９２は、エンジン１２の作動を制御するエンジン制御部９２ａと、インバータ５２を介して電動機ＭＧの作動を制御する電動機制御部９２ｂと、を機能的に備え、それらの制御機能によりエンジン１２および電動機ＭＧによるハイブリッド駆動制御等を実行する。

クラッチ制御部９４は、走行モードに応じてクラッチＫ０の断接状態を制御する。例えば、ＢＥＶ走行モードにおいては、クラッチ制御部９４は、クラッチＫ０が解放状態になるように制御する。例えば、ＨＥＶ走行モードにおいては、クラッチ制御部９４は、クラッチＫ０が完全係合状態になるように制御する。ＨＥＶ走行モードでは、ＭＧ回転速度Ｎmは、エンジン回転速度Ｎeと同値である。

変速制御部９６は、例えば変速マップを用いて自動変速機１８の変速判断を行い、変速制御を実行するための変速制御信号Ｓatを油圧制御回路５０へ出力する。変速マップは、例えば車速Ｖおよび目標システム軸トルクＴsystgtを変数とする二次元座標上に、自動変速機１８の変速が判断されるための変速線を有する予め定められた所定の関係である。変速マップでは、車速Ｖに替えてＡＴ出力回転速度Ｎoなどを用いても良いし、又、目標システム軸トルクＴsystgtに替えて後述する要求駆動力Ｆrdemやアクセル開度θaccやスロットル開度θthなどを用いても良い。

ハイブリッド制御部９２は、例えば要求駆動量マップに実際のアクセル開度θaccおよび車速Ｖを適用することで、運転者による車両１０に対する要求駆動量（例えば、目標システム軸トルクＴsystgt）を算出する。要求駆動量マップは、アクセル開度θaccおよび車速Ｖと要求駆動量との間の関係が実験的にまたは設計的に予め定められて記憶されたマップである。要求駆動量は、車両１０に要求される駆動量であって、例えば目標システム軸トルクＴsystgtである。目標システム軸トルクＴsystgtは、見方を換えればそのときの車速Ｖにおける要求駆動パワーＰrdem［W］である。要求駆動量としては、駆動輪３４における要求駆動トルクＴrdem［Nm］、駆動輪３４における要求駆動力Ｆrdem［N］、ＡＴ出力軸２４における要求出力トルク等を用いることもできる。要求駆動量の算出では、車速Ｖに替えてＡＴ出力回転速度Ｎoなどを用いても良い。このように、目標システム軸トルクＴsystgt、要求駆動トルクＴrdem、要求駆動パワーＰrdem、要求駆動力Ｆrdem、およびＡＴ出力軸２４における要求出力トルクは、車両１０の要求駆動量である点では同意である。

ハイブリッド制御部９２は、伝達損失、補機負荷、自動変速機１８の変速比γ、バッテリ５４の充電可能電力Ｗin［W］や放電可能電力Ｗout［W］等を考慮して、要求駆動パワーＰrdemを実現するように、エンジン１２を制御するエンジン制御信号Ｓeと、電動機ＭＧを制御するＭＧ制御信号Ｓmと、を出力する。エンジン制御信号Ｓeは、例えばそのときのエンジン回転速度ＮeにおけるエンジントルクＴeを出力するエンジン１２のパワーであるエンジンパワーＰe［W］の指示値（＝指令値）である。ＭＧ制御信号Ｓmは、例えばそのときのＭＧ回転速度ＮmにおけるＭＧトルクＴmを出力する電動機ＭＧの消費電力Ｗm［W］の指示値である。

バッテリ５４の充電可能電力Ｗinは、バッテリ５４の入力電力の制限を規定する入力可能な最大電力であり、バッテリ５４の入力制限を示している。バッテリ５４の放電可能電力Ｗoutは、バッテリ５４の出力電力の制限を規定する出力可能な最大電力であり、バッテリ５４の出力制限を示している。バッテリ５４の充電可能電力Ｗinや放電可能電力Ｗoutは、例えばバッテリ温度ＴＨbatおよびバッテリ５４の充電状態値（予め定められた満充電容量に対する実際に蓄電されている充電量の比）ＳＯＣ［%］に基づいて電子制御装置９０により算出される。なお、充電状態値ＳＯＣは、バッテリ５４の充電状態を示す値であり、例えばバッテリ充放電電流Ｉbatおよびバッテリ電圧Ｖbatなどに基づいて電子制御装置９０により算出される。

ハイブリッド制御部９２は、車両１０の状態に応じた走行モード（ＢＥＶ走行モード、ＨＥＶ走行モード）で車両１０を制御する。例えば、車両１０の状態に応じた走行モードは、前述した駆動力源切替マップにより選択される。

エンジン制御部９２ａは、車両１０に対する要求駆動量を実現するようにエンジントルクＴeを制御する。電動機制御部９２ｂは、車両１０に対する要求駆動量を実現するようにＭＧトルクＴmを制御する。具体的には、ＢＥＶ走行モードでの走行においては、電動機制御部９２ｂは、目標システム軸トルクＴsystgtを実現するようにＭＧトルクＴmを制御する。ＨＥＶ走行モードでの走行においては、エンジン制御部９２ａは、目標システム軸トルクＴsystgtの全部又は一部を実現するようにエンジントルクＴeを制御し、電動機制御部９２ｂは、目標システム軸トルクＴsystgtに対してエンジントルクＴeでは不足するトルク分を補うようにＭＧトルクＴmを制御する。

ハイブリッド制御部９２は、さらに始動制御部９２ｃを機能的に備える。始動制御部９２ｃおよびクラッチ制御部９４は、必要に応じて電動機ＭＧおよびクラッチＫ０を用いてエンジン１２をクランキングしてエンジン１２を始動させるエンジン始動制御を実行する。具体的には、始動制御部９２ｃは、クラッチ制御部９４によるクラッチＫ０の解放状態から半係合状態を経た完全係合状態への切り替えに合わせて、クランキングが終了するまで電動機ＭＧがクランキングトルクＴcr［Nm］を出力するように制御する。これより、クランキングトルクＴcrがクラッチＫ０を経由してエンジン１２に伝達されることで、エンジン１２がクランキングさせられる。

また、始動制御部９２ｃは、クラッチＫ０および電動機ＭＧによるエンジン１２のクランキングに連動して、エンジン１２への燃料供給や点火などを制御する。なお、ここにいう「エンジン始動制御」とは、単にエンジン１２が完爆して（運転を開始して）自立運転可能になるまでのことの他に、クラッチＫ０が完全係合されてエンジン１２からエンジントルクＴeが出力されるまでのエンジン始動に関わる一連の制御作動のことでもある。なお、始動制御部９２ｃは、エンジン１２が始動制御中であるか否かを判定し、さらに、エンジン１２のクランキングが完了したか否かを判定する。

ここから、アクセルオン状態においてエンジン１２が始動される場合について説明する。アクセルオン状態とは、運転者から加速要求がされている状態（例えばアクセル開度θaccが零値よりも大きく、不図示のアクセルペダルが踏み込み操作されている状態）である。

始動制御部９２ｃは、システム軸トルク設定部９８を機能的に備えている。システム軸トルク設定部９８は、エンジン１２の始動制御時におけるクランキングの実行中での、目標システム軸トルクＴsystgtに対するシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmを算出する。

エンジン１２のクランキング中においては、電動機ＭＧの出力トルクであるＭＧトルクＴmが、電動機ＭＧから駆動輪３４側に出力されて走行用駆動力として用いられるシステム軸トルクＴsys分と、電動機ＭＧからクラッチＫ０を経由してエンジン１２側へ出力されてクランキングに用いられるクランキングトルクＴcr分と、の合算値となる。このクランキングトルクＴcrが、エンジン１２をクランキングさせるアシストトルクとして機能する。なお、電動機ＭＧからエンジン１２に伝達されるクランキングトルクＴcrは、クラッチＫ０を経由して伝達されることから、クラッチＫ０のトルク容量Ｔk0を超えるトルクはエンジン１２側に伝達されない。すなわち、通常はクランキングトルクＴcrは、クラッチＫ０のトルク容量Ｔk0と略等しくなる。また、ＭＧトルクＴmには、電動機ＭＧの電気的特性および機械的特性により予め設計的に定められた、電動機ＭＧが出力可能なトルクの最大値である最大ＭＧトルクＴmmax[Nm]が規制されている。最大ＭＧトルクＴmmaxは、ＭＧ回転速度Ｎmに応じて変化する。一般には、最大ＭＧトルクＴmmaxは、ＭＧ回転速度Ｎmが高くなるほど低下する。

また、ＢＥＶ走行中において、走行用駆動力として使用されるＭＧトルクＴmの上限値が上限ガード値Ｔsysgdとして予め設定されている。上限ガード値Ｔsysgdは、クランキングの実行中において最大ＭＧトルクＴmmaxからエンジン１２のクランキングに必要なクランキングトルクＴcrを確保した後の残余分とされる。エンジン始動制御中において、ＢＥＶ走行中におけるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmは、上限ガード値Ｔsysgd以下の値に制限される。

始動制御部９２ｃは、例えば運転者によるアクセルペダルの踏込に伴う目標システム軸トルクＴsystgtの増加からエンジン１２の始動を判断すると、エンジン１２のクランキングを開始する。このとき、システム軸トルク設定部９８は、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmを上限ガード値Ｔsysgdを超えない範囲で設定する。

エンジン１２のクランキングが完了し、エンジン１２が自走可能になると、クランキングトルクＴcrが不要になる。このとき、クランキングトルクＴcrの低下に合わせて上限ガード値Ｔsysgdが増加する。システム軸トルク設定部９８は、エンジン１２のクランキングの完了後において、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmを、上限ガード値Ｔsysgdの増加に合わせて所定の上昇率β（上昇勾配、スイープレートともいう）で上昇するように設定する。エンジン１２のクランキング後の上昇率βの設定については後述する。

クラッチＫ０が完全係合状態に切り替わると、エンジントルクＴeをシステム軸に相当する電動機連結軸４０に伝達することが可能になるため、上限ガードＴsysgdがさらに増加する。システム軸トルク設定部９８は、クラッチＫ０が完全係合状態に切り替わった後、上限ガード値Ｔsysgdの増加に併せて、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmを、クランキング後と同じ上昇率βまたはクランキング後とは異なる上昇率で増加するように設定する。ハイブリッド制御部９２は、システム軸トルク設定部９８によって設定されたシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmにシステム軸トルクＴsysが追従するように、エンジン１２のエンジントルクＴeおよび電動機ＭＧのＭＧトルクＴmを制御する。

ところで、本実施例の車両１０では、エンジン始動時に必要となるクランキングトルクＴcr（以下、必要クランキングトルクＴcrn）が、エンジン１２が停止した状態でのクランク角やエンジン１２の始動方法などに応じて異なる。そこで、本実施例では、エンジン１２が停止した状態でのクランク角や始動方法などに応じて、必要クランキングトルクＴcrnが複数設定されている。ここで、必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合には、必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合に比べて、最大ＭＧトルクＴmmaxのうち走行用駆動力として使用可能なＭＧトルクＴmが増加する。従って、必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合には、必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合に比べて上限ガード値Ｔsysgdが大きくなる。一方で、必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合には、必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合に比べて、最大ＭＧトルクＴmmaxのうち走行用駆動力として使用可能なＭＧトルクＴmが減少する。従って、必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合には、必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合に比べて上限ガード値Ｔsysgdが小さくなる。

図２は、エンジン始動時における各回転速度（エンジン回転速度Ｎe、ＭＧ回転速度Ｎm）、および、各トルク（目標システム軸トルクＴsystgt、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscm、システム軸トルクＴsysの上限ガード値Ｔsysgd（Ｔsysgd1,Ｔsysgd2）、必要クランキングトルクＴcrn（Ｔcrn1,Ｔcrn2）、エンジントルクＴe、ＭＧトルクＴm、最大ＭＧトルクＴmmax）の挙動を示すタイムチャートである。図２において、エンジントルクＴeおよびＭＧトルクＴmについては、実際のトルク（実トルク）を示し、その他のトルク（Ｔsystgt等）については指示値を示している。また、必要クランキングトルクＴcrn1（以下、最大クランキングトルクＴcrn1）は、複数設定されている必要クランキングトルクＴcrnのうちの最大値を示し、必要クランキングトルクＴcrn2（以下、最小クランキングトルクＴcrn2）は、複数設定されている必要クランキングトルクＴcrnのうちの最小値を示している。さらに、上限ガード値Ｔsysgd1は、最大クランキングトルクＴcrn1とされた場合の上限ガード値Ｔsysgdを示し、上限ガード値Ｔsysgd2は、最小クランキングトルクＴcrn2とされた場合の上限ガード値Ｔsysgdを示している。なお、図２では、最大クランキングトルクＴcrn1および最小クランキングトルクＴcrn2が示されているが、実際には、最大クランキングトルクＴcrn1と最小クランキングトルクＴcrn2との間で、さらに複数の必要クランキングトルクＴcrnが設定されている。

以下、必要クランキングトルクＴcrnが最大クランキングトルクＴcrn1であった場合について図２を用いて説明する。図２のｔ１時点において運転者によってアクセルペダルが踏み込まれることで、実線で示す目標システム軸トルクＴsystgtが増加している。ｔ２時点では、目標システム軸トルクＴsystgtの増加に伴ってエンジン１２の始動が判断され、エンジン１２の始動制御が開始される。ｔ１時点以降では、二点鎖線で示すシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが引き上げられ、クランキングが完了するｔ４時点では、指示値Ｔsyscmが、実線で示す上限ガード値Ｔsysgd1付近に到達している。ｔ１時点からｔ５時点の手前までは、電動機ＭＧのＭＧトルクＴmによって走行用駆動力が発生させられるため、破線で示すＭＧトルクＴmが、指示値Ｔsyscmに追従するようにして増加している。

ｔ３時点では、エンジン１２のクランキングが開始され、電動機ＭＧからシステム軸トルクＴsysに加えて実線で示すクランキングトルクＴcrが出力される。また、図示しないが、クランキングトルクＴcrの出力開始に合わせてクラッチＫ０の係合が開始され、クランキングトルクＴcrに合わせてクラッチＫ０のトルク容量Ｔk0が増加する。これより、クラッチＫ０を介してクランキングトルクＴcrがエンジン１２側に伝達されることで、破線で示すエンジン回転速度Ｎeが引き上げられている。

ｔ４時点においてエンジン１２のクランキングが完了すると、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが所定の上昇率βで増加している。ｔ５時点においてクラッチＫ０が完全係合されると、一点鎖線で示すエンジントルクＴeが出力可能になり、システム軸トルクＴsysがエンジントルクＴeおよびＭＧトルクＴmの合算値として出力可能になる。これに関連して、ｔ５時点以降は上限ガード値Ｔsysgdが増加し、また、上限ガード値Ｔsysgdに追従するようにして指示値Ｔsyscmが増加している。

ここで、図２のｔ４時点からｔ５時点の間で設定される上昇率βが高くなると加速の応答性が向上するが、指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxを上回ることはできない。そこで、図２に示す最小クランキングトルクＴcrn2に合わせて上昇率βを設定すれば、全ての必要クランキングトルクＴcrnに対して指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxを上回ることが防止される。一方で、最大クランキングトルクＴcrn1の場合に、最小クランキングトルクＴcrn2に基づいて設定された上昇率βが適用されると、ＭＧトルクＴmを十分に使い切れず、加速にもたつきが生じるヘジテーションが発生する虞がある。図２においては、最小クランキングトルクＴcrn2に合わせて上昇率βが設定された態様が示されている。このとき、ｔ４時点からｔ５時点の間での指示値Ｔsyscmの上昇が緩やかとなる。また、ｔ５時点以降では、ＭＧトルクＴmに加えてエンジントルクＴeが出力されることとなるが、エンジントルクＴeの増加に対してｔ５時点以降でＭＧトルクＴmが大きく減少し、ＭＧトルクＴmを十分に使い切れていない。

これに対して、システム軸トルク設定部９８は、エンジン１２のクランキングに必要な必要クランキングトルクＴcrnに応じて上昇率βを変更する。システム軸トルク設定部９８は、必要クランキングトルクＴcrnをパラメータとする上昇率βを規定する関係マップを記憶しており、必要クランキングトルクＴcrnが決まると、関係マップに必要クランキングトルクＴcrnを適用することで適切な上昇率βを決定する。

前記関係マップは予め実験的または設計的に求められる。図３は、前記関係マップの傾向を示す図である。図３において、横軸が必要クランキングトルクＴcrnを示し、縦軸が上昇率βを示している。図３に示すように、必要クランキングトルクＴcrnが大きくなるほど上昇率βが増加している。これより、必要クランキングトルクＴcrnが大きく、ＢＥＶ走行時の上限ガード値Ｔsysgdが小さくなる場合であっても、クランキング完了後において上昇率βが高くなるため、ＭＧトルクＴmが有効に使用されてエンジン始動時の加速の応答性が確保される。

ここで、指示値Ｔsyscmの上昇率βが、クラッチＫ０が完全係合状態となる時点における指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値（＝Ｔmmax＋Ｔe）以下となるように設定されている。これより、クランキング完了後において、指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値を超えることが防止される。なお、上昇率βの下限値は、少なくとも、複数設定されている必要クランキングトルクＴcrnのうち最小値である最小クランキングトルクＴcrn2に合わせて設定された場合の上限値βよりも大きい値に設定される。従って、上限値βは、最小クランキングトルクＴcrn2に合わせて設定された場合の上限値βよりも大きく、且つ、クラッチＫ０が完全係合状態となる時点における指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクの合算値以下の値に設定される。

また、好適には、指示値Ｔsyscmの上昇率βが、クラッチＫ０が完全係合状態となる時点における指示値Ｔsyscmが、最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値となる値に設定されている。このように設定されることで、必要クランキングトルクＴcrnの大きさに拘わらず、クラッチＫ０が完全係合状態になると、指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxとエンジントルクＴeとの合算値となることで、ＭＧトルクＴmを最大限に活用することが可能になる。その結果、加速の応答性が十分に確保される。なお、クラッチＫ０が完全係合状態となる時点で指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値となる上昇率βは、予め実験的または設計的に求められる。なお、実際には、車両毎のばらつき等を考慮して上昇率βが決定される。

図４は、エンジン始動時において、必要クランキングトルクＴcrnに応じて上昇率βが変更される場合の、各回転速度（Ｎe,Ｎm）および各トルク（Ｔsystgt,Ｔsyscm,Ｔsysgd(Ｔsysgd1,Ｔsysgd2),Ｔcr(Ｔcr1,Ｔcr2),Ｔe,Ｔm,Ｔmmax）の挙動を示すタイムチャートである。なお、図４にあっては、アクセルペダルが踏み込まれるｔ１時点からクランキングが完了するｔ４時点までの間は、前述した図２と変わらないため、ｔ４時点までの説明については省略する。

図４のｔ４時点においてエンジン１２のクランキングが完了すると、システム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが上昇率β１で増加している。ここで、上昇率β１は、最大クランキングトルクＴcrn1を前記関係マップに適用することで求められた値に設定されている。最大クランキングトルクＴcrn1はエンジン始動時に必要な必要クランキングトルクＴcrnの中で最も大きい値であるため、図４に示す上昇率β１は、設定されている上昇率βの中で最も大きい値となる。一方、必要クランキングトルクＴcrnが最も小さい最小クランキングトルクＴcrn2の場合には、図４に示す上昇率β２は、設定される上昇率βのうちで最も小さい値となる。これより、クランキングの完了時点からクラッチＫ０が完全係合されるまでの期間に設定されるシステム軸トルクＴsysの上昇率βが、エンジン１２のクランキングに必要な必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合には、必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合に比べて大きくなるように設定されている。

また、好適には、クラッチＫ０が完全係合状態となるｔ５時点において、指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxとエンジントルクＴeとの合算値となるように上昇率βが設定される。このように、上昇率βが変更されることで、クラッチＫ０が完全係合されるｔ５時点では、必要クランキングトルクＴcrnの大きさに拘わらず指示値Ｔsyscmが最大ＭＧトルクＴmmaxとエンジントルクＴeの合算値と等しくなる。その結果、ｔ５時点以降に走行用駆動力として使用されるＭＧトルクＴmが高い値で維持され、ｔ５時点以降の電動機ＭＧのＭＧトルクＴmの減少量が、図２に示したｔ５時点以降でのＭＧトルクＴmの減少量に比べて減少している。従って、ＭＧトルクＴmが有効に使用され、加速の応答性が確保される。

図５は、電子制御装置９０の制御機能の要部を説明するフローチャートであり、必要クランキングトルクＴcrnの大きさに拘わらず、適切な加速の応答性を確保できる制御作動を説明するフローチャートである。このフローチャートは、ＢＥＶ走行中において繰り返し実行される。

先ず、始動制御部９２ｃの制御機能に対応するステップ（以下、ステップを省略）Ｓ１０において、エンジン１２の始動制御中であるか否かが判定される。Ｓ１０の判定が否定された場合、本ルーチンが終了させられる。Ｓ１０の判定が肯定された場合、始動制御部９２ｃの制御機能に対応するＳ２０において、エンジン１２のクランキングが完了したか否かが判定される。クランキングの完了は、例えば、クランキングに伴うエンジン回転速度Ｎeが、クランキングが完了したと判断できる所定値に到達したか否かに基づいて判定される。Ｓ２０の判定が否定された場合、本ルーチンが終了させられる。Ｓ２０の判定が肯定された場合、システム軸トルク設定部９８の制御機能に対応するＳ３０において、エンジン始動時に設定される必要クランキングトルクＴcrnに関係マップを適用することによって上昇率βが設定される。次いで、システム軸トルク設定部９８の制御機能に対応するＳ４０において、Ｓ３０で設定された上昇率βからシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが算出される。始動制御部９２ｃに対応するＳ５０では、実際のシステム軸トルクＴsysが指示値Ｔsyscmに追従するように、エンジン１２および電動機ＭＧが制御される。始動制御部９２ｃの制御機能に対応するＳ６０では、クラッチＫ０が完全係合状態に切り替わったか否かが判定される。クラッチＫ０が完全係合状態に切り替わったか否かの判定は、例えばエンジン１２のクランキングが完了した時点より所定時間経過したか否などに基づいて判定される。Ｓ６０の判定が否定された場合、Ｓ５０に戻り、システム軸トルクＴsysの制御が継続して実行される。Ｓ５０の判定が肯定された場合、本ルーチンが終了させられる。

上述のように、本実施例によれば、エンジン１２の始動過渡期におけるクランキング完了時点からクラッチＫ０が完全係合されるまでの期間で設定されるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmの上昇率βが、クラッチＫ０が完全係合した時点における前記指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値以下となるように設定されているため、前記期間においてシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmmaxおよびエンジントルクＴeの合算値を上回ることが防止される。また、前記期間におけるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmの上昇率βが、必要クランキングトルクＴcrnが大きい場合には必要クランキングトルクＴcrnが小さい場合に比べて大きくなるように設定されているため、必要クランキングトルクＴcrnが大きく走行用の駆動力が制限される場合であってもクランキング完了後から電動機ＭＧのＭＧトルクＴmを有効に活用して加速の応答性を確保することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、クランキング完了時点からクラッチＫ０が完全係合されるまでの期間で設定されるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmの上昇率βが、クラッチＫ０が完全係合した時点における指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmとエンジントルクＴeの合算値以下となるように設定されるものであったが、本発明は、必ずしもこれに限定されない。例えば、クランキング完了時点からクラッチＫ０が完全係合される時点より所定時間経過した時点までの期間で設定されるシステム軸トルクＴsysの指示値Ｔsyscmの上昇率βが、その所定時間経過した時点における指示値Ｔsyscmが電動機ＭＧの最大ＭＧトルクＴmとエンジントルクＴeの合算値以下となるように設定されるものであっても構わない。前記所定時間は、予め実験的または設計的に求められ、例えば数十ｍｓｅｃ程度に設定される。

また、前述の実施例では、必要クランキングトルクＴcrnと上昇率βとの関係マップに基づいて上昇率βが決定されるものであったが、予め規定されている必要クランキングトルクＴcrnを変数とする上昇率βを算出する関係式に基づいて、上昇率βが求められるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、電動機連結軸４０がエンジントルクＴeおよびＭＧトルクＴmが伝達されるシステム軸として機能するものであったが、本発明は、必ずしも電動機連結軸４０に限定されない。要は、エンジントルクＴeおよびＭＧトルクＴmが入力される回転軸であれば、システム軸として適宜適用することができる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：ハイブリッド車両（車両）
１２：エンジン
３４：駆動輪
４０：電動機連結軸（システム軸）
９０：電子制御装置（制御装置）
ＭＧ：電動機
Ｋ０：クラッチ
Ｔe：エンジントルク
Ｔcr：クランキングトルク（アシストトルク）
Ｔcrn：必要クランキングトルク（エンジンのクランキングに必要なトルク）
Ｔmmax：最大ＭＧトルク（電動機の最大トルク）
Ｔsys：システム軸トルク
Ｔsyscm：指示値（システム軸トルクの指示値）
β：上昇率

Claims (1)

1. エンジンと、電動機と、前記エンジンと前記電動機との間に介挿されているクラッチと、を備えるハイブリッド車両に適用され、前記エンジンのエンジントルクおよび前記電動機のトルクが伝達されるシステム軸に入力されたトルクがシステム軸トルクとして駆動輪側に伝達され、前記エンジンの始動時には、前記クラッチを係合させて前記電動機のトルクをアシストトルクとして前記エンジンに伝達することによって前記エンジンをクランキングさせるように構成されているハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記エンジンの始動過渡期におけるクランキング完了時点から前記クラッチが完全係合される時点までの期間、または、前記クランキング完了時点から前記クラッチが完全係合される時点より所定時間経過した時点までの期間、で設定される前記システム軸トルクの指示値の上昇率が、前記エンジンのクランキングに必要なアシストトルクが大きい場合には前記エンジンのクランキングに必要なアシストトルクが小さい場合に比べて大きくなるように設定され、
   前記システム軸トルクの指示値の上昇率が、前記クラッチが完全係合した時点、または、前記クラッチが完全係合した時点より前記所定時間経過した時点における前記指示値が前記電動機の最大トルクおよびエンジントルクの合算値以下となるように設定されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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