JP5035187B2

JP5035187B2 - ハイブリッド車およびハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法

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Publication number: JP5035187B2
Application number: JP2008231404A
Authority: JP
Inventors: 玄加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: JP2010064563A

Description

本発明は、ハイブリッド車およびハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、ダンパを介してエンジンのクランクシャフトに接続されると共に車軸に連結された駆動軸としてのリングギヤ軸に接続された３軸式の動力分配統合機構と、動力分配統合機構の第３の軸に動力を入出力する第１のモータと、駆動軸に動力を入出力する第２のモータとを備え、エンジンの始動時に第１のモータを駆動してエンジンのクランキングを行なうものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド車では、エンジンの回転数が共振現象を生じやすい回転数の上限値に至るまでは比較的大きいトルクでエンジンをクランキングし、その後エンジンの回転数が燃料噴射制御などを開始する回転数に至るまで比較的小さいトルクでエンジンをクランキングすることにより、エンジンの始動に伴って共振現象を生じやすい回転数領域を迅速に通過させて、エンジンの始動に伴う共振の影響を低減している。
特開２００５−４８５９６号公報

こうしたハイブリッド車では、エンジンの始動時に共振の影響を受ける時間を短くして始動の際の振動を低減しているが、共振現象を生じやすい回転数領域を通過する際には少なからず共振の影響を受けるため、乗員に不快感を与えるおそれもある。

本発明のハイブリッド車およびハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法は、内燃機関の始動する際に生じる車両の振動を抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車およびハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法は、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車は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸にねじれ要素を介して３つの回転要素のうちの第１の回転要素が接続されると共に車軸に連結された駆動軸に第２の回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の第３の回転要素に回転子が接続された電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車であって、
前記出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定する脈動低減トルク設定手段と、
前記検出された回転位置に基づいて前記トルク脈動を抽出すると共に該抽出したトルク脈動のうち前記ねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定する共振成分トルク設定手段と、
前記内燃機関を始動するときには、前記内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと前記設定した脈動低減トルクとの和から前記設定した共振成分トルクを減じたトルクが前記電動機から出力されて前記内燃機関が始動されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定すると共にトルク脈動のうちねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定し、内燃機関を始動するときには内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと設定した脈動低減トルクとの和から設定した共振成分トルクを減じたトルクが電動機から出力されて内燃機関が始動されるよう内燃機関と電動機とを制御する。これにより、脈動低減トルクを加味したトルクで内燃機関をクランキングするから内燃機関を始動する際に生じるトルク脈動による振動を抑制することができ、共振成分トルクを除いたトルクで内燃機関をクランキングするから内燃機関を始動する際に生じるねじれ要素の共振による振動を抑制することができる。

こうした本発明のハイブリッド車において、車重を検出する車重検出手段を備え、前記共振成分トルク設定手段は、前記検出された車重が大きいほど低い周波数帯を前記共振周波数帯として前記共振成分トルクを設定する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、車重により変化するねじれ要素の共振特性に応じた共振成分トルクを設定できるから、車重が変化しても内燃機関を始動する際に生じるねじれ要素の共振による振動をより確実に低減することができる。

また、本発明のハイブリッド車において、前記内燃機関の出力軸の軸方向の車両の傾斜を検出する傾斜検出手段を備え、前記共振成分トルク設定手段は、前記検出された傾斜が大きいほど低い周波数帯を前記共振周波数帯として前記共振成分トルクを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、車両の傾斜により変化するねじれ要素の共振特性に応じた共振成分トルクを設定できるから、車両の傾斜状態が変化しても内燃機関を始動する際に生じるねじれ要素の共振による振動をより確実に低減することができる。

さらに、本発明のハイブリッド車において、前記共振成分トルク設定手段は、前記トルク脈動に対して前記共振周波数帯をパスするバンドパスフィルタを施して得られる成分を前記共振成分トルクとして設定する手段であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸にねじれ要素を介して３つの回転要素のうちの第１の回転要素が接続されると共に車軸に連結された駆動軸に第２の回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の第３の回転要素に回転子が接続された電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車における前記内燃機関の始動時の制御方法であって、
前記出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定すると共に前記トルク脈動のうち前記ねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定し、前記内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと前記設定した脈動低減トルクとの和から前記設定した共振成分トルクを減じたトルクが前記電動機から出力されて前記内燃機関が始動されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車における内燃機関の始動時の制御方法では、内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定すると共にトルク脈動のうちねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定し、内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと設定した脈動低減トルクとの和から設定した共振成分トルクを減じたトルクが電動機から出力されて内燃機関が始動されるよう内燃機関と電動機とを制御する。これにより、脈動低減トルクを加味したトルクで内燃機関をクランキングするから内燃機関を始動する際に生じるトルク脈動による振動を抑制することができ、共振成分トルクを除いたトルクで内燃機関をクランキングするから内燃機関を始動する際に生じるねじれ要素の共振による振動を抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良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、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にねじれ要素としてのダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両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７０とを備える。

エンジン２２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、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサ、例えば、クランクシャフト２６のポジション（クランク角ＣＡ）を検出するクランク角センサ２３など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）２４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を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、クランクシャフト２６に取り付けられるダンパ２８は、低捩れ特性をもった周知のコイルスプリング式トーショナルダンパである。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４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３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２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４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２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ＭＧ１，ＭＧ２の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。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２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ＭＧ１，ＭＧ２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５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２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）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、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からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

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には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０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５０の出力端子に接続された電力ライン５４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５０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５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０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）を演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，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，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，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，駆動輪６３ａ，６４ｂおよび車輪６４ａ，６４ｂに取り付けられたサスペンション６６ａ〜６６ｄの変位量を検出するハイトセンサ９０ａ〜９０ｄからのサスペンション変位量Ｈａ〜Ｈｄなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、実施例では、入力されたサスペンション変位量Ｈａ〜Ｈｄに各サスペンションのバネ定数を乗じて得られる各サスペンション６６ａ〜６６ｄにかかる荷重を合計して車両重量Ｍを演算するものとした。なお、車両重量Ｍは、更に、各座席のシートベルトの装着を検出する図示しないシートベルトロックセンサからの信号に基づいて把握可能な乗員数や燃料タンク内の燃料の残量を検出する図示しない燃料残量センサからの信号に基づいて計算できる燃料の重量を考慮して演算されるものとすることもできる。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａ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動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

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、特に運転停止していたエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動時駆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、エンジン２２の運転停止中にエンジンの始動要請がなされたときに実行される。

エンジン始動時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅやクランク角ＣＡ，モータＭＧ１，ＭＧ２のモータ回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔ，車両重量Ｍなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２のクランク角ＣＡと回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ２３により検出されたクランク角ＣＡとこのクランク角ＣＡに基づいて演算された回転数ＮｅとをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。また、車両重量Ｍは、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により別途演算されてＲＯＭ７４に記憶されたものを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とに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。

続いて、始動時のトルクマップとエンジン２２の始動要請がなされてからの経過時間ｔやエンジン２２の回転数Ｎｅに基づいてエンジン２２をクランキングするためにモータＭＧ１から出力するクランキングトルクＴｓを設定する(ステップＳ１２０)。クランキングトルクＴｓの設定に用いられるトルクマップの一例とクランキングトルクＴｓをモータＭＧ１から出力したときのエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを図４に示す。実施例では、図４のトルクマップを用いて、エンジン２２の始動要請がなされた時間ｔ１の直後からレート処理により比較的大きなトルクをクランキングトルクＴｓに設定してエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅがクランキングに伴ってダンパ２８のねじれ共振を生じる回転数帯である共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して所定回転数Ｎｒｅｆ以上でモータリングすることができるトルクをクランキングトルクＴｓに設定し、電力消費を小さくすると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用するトルクを小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅがエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する所定回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ３からレート処理を用いてクランキングトルクＴｓに値０を設定する。

こうしてクランキングトルクＴｓを設定すると、クランク角ＣＡに基づいてエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動としての脈動トルクＴｐを設定し（ステップＳ１３０）、設定した脈動トルクＴｐに基づいてエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動を抑制するためにモータＭＧ１から出力するトルクとしての制振トルクＴｖを設定する（ステップＳ１４０）。脈動トルクＴｐは、実施例では、エンジン２２をクランキングしたときのクランク角ＣＡと脈動トルクＴｐとの関係を予め定めて脈動トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、クランク角ＣＡが与えられると記憶したマップから対応する脈動トルクＴｐを導出して設定するものとした。脈動トルク設定用マップの一例を図５に示す。図中、点線が脈動トルクＴｐを示す。脈動トルク設定用マップは、例えば、実験値に基づいて定めてもよく、エンジン２２の諸元（圧縮比，ボア，ストローク，吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングの設定値など）からクランク角ＣＡのときの燃焼室内の内圧を計算すると共に計算した内圧に基づいてピストンに作用する圧縮反力によりクランクシャフト２６に作用するトルクをトルク脈動として計算し、この計算結果に基づいて定めてもよい。制振トルクＴｖは、実施例では、設定した脈動トルクＴｐとは逆位相のトルクを制振トルクＴｖとして設定するものとした。上述の図５に脈動トルクＴｐに基づいて設定された制振トルクＴｖとクランク角ＣＡとの関係を示す。図中、実線が設定された制振トルクＴｖを示す。エンジン２２を始動するときに、制振トルクＴｖを加味したトルクをモータＭＧ１から出力すれば、エンジン２２をクランキングできると共にエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動による振動を抑制することができる。

こうして制振トルクＴｖを設定すると、エンジン２２をクランキングする際のトルク脈動に伴ってダンパ２８のねじれ共振を生じる周波数である共振周波数Ｆを車両重量Ｍに基づいて設定すると共にステップＳ１３０の処理で設定された脈動トルクＴｐに対して設定した共振周波数Ｆの成分を抽出するようバンドパスフィルタによるフィルタ処理を施して共振成分Ｔｆを演算する（ステップＳ１５０）。ここで、共振周波数Ｆは、実施例では、車両重量Ｍと共振周波数Ｆとの関係を予め実験などにより定めて共振周波数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、車両重量Ｍが与えられると記憶したマップから対応する共振周波数Ｆを導出して設定するものとした。共振周波数設定用マップの一例を図６に示す。バンドパスフィルタとしては、共振周波数Ｆの周波数帯域の成分を減衰せずにこれ以外の周波数帯域の成分を大幅に減衰する（例えば、１／１０以下にする）フィルタを用いればよい。こうして演算された共振成分Ｔｆは、エンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動からダンパ２８のねじれ共振に影響を与える成分を抽出したものとなっている。したがって、エンジン２２を始動するときに、共振成分Ｔｆを除いたトルクをモータＭＧ１から出力すれば、エンジン２２をクランキングできると共にエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動に伴うダンパ２８のねじれ共振による振動を抑制することができる。

こうして共振成分Ｔｆを演算すると、クランキングトルクＴｓと制振トルクＴｖとの和から共振成分Ｔｆを減じたものをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定し（ステップＳ１６０）、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（１）により計算すると共に（ステップＳ１７０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータ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を次式（２）により計算し（ステップＳ１８０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１９０）。ここで上述の式（２）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン２２をクランキングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの関係を示す共線図の一例を図７に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（２）は、図７の共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、図７中のＲ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊のトルクを出力してエンジン２２をクランキングする際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示している。

Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (1)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (2)

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２００）。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータ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。こうした制御により、クランキングトルクＴｓと制振トルクＴｖとの和から共振成分Ｔｆを減じたトルクをトルク指令Ｔｍ１＊として設定してモータＭＧ１を駆動してエンジン２２をクランキングするから、エンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動による振動を抑制すると共にダンパ２８のねじれ共振による振動を抑制することができる。しかも、車両重量Ｍに応じて共振周波数Ｆを設定して共振成分Ｔｆを演算するから乗員数や燃料の残量，積荷の重さなどに応じて車両重量Ｍが変化してもダンパ２８のねじれ共振による振動をより確実に抑制することができる。

モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信すると、エンジン２２の回転数Ｎｅをエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御などを開始すべき回転数としての所定回転数Ｎｒｅｆと比較し（ステップＳ２１０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ未満のときは、エンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数に至っていないと判断してステップＳ１００の処理に戻りステップＳ１００〜Ｓ２１０の処理を繰り返す。エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上に至ったときには、エンジンＥＣＵ２４に燃料噴射制御や点火制御を開始する制御信号を送信し（ステップＳ２２０）、エンジン２２が完爆するのを待って（ステップＳ２３０）本ルーチンを終了する。なお、燃料噴射制御と点火制御とを開始する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、燃料噴射弁から燃料噴射の制御と点火プラグによる点火の制御を開始する。こうして本ルーチンが終了すると、エンジン２２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するトルク変換運転モードや充放電運転モードにより走行するための図示しない駆動制御ルーチンが実行される。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、クランク角ＣＡに基づいてエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動を脈動トルクＴｐとして設定すると共に設定した脈動トルクＴｐに基づいてトルク脈動を抑制するためにモータＭＧ１から出力するトルクとしての制振トルクＴｖを設定し、車両重量Ｍに基づいてダンパ２８のねじれ共振を生じる周波数である共振周波数Ｆを設定すると共に設定した脈動トルクＴｐに対して共振周波数Ｆの成分を抽出するようバンドパスフィルタによるフィルタ処理を施して共振成分Ｔｆを演算し、クランキングトルクＴｓと制振トルクＴｖとの和から共振成分Ｔｆを減じたトルクを出力するようモータＭＧ１を駆動してエンジン２２をクランキングするから、エンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動を抑制することができると共にエンジン２２をクランキングする際に生じるダンパ２８のねじれ共振による振動を抑制することができる。しかも、車両重量Ｍに応じて共振周波数Ｆを設定して共振成分Ｔｆを演算するから車両重量Ｍが変化してもダンパ２８のねじれ共振による振動をより確実に抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、車両重量Ｍに基づいてダンパ２８のねじれ共振を生じる周波数である共振周波数Ｆを設定するものとしたが、車両に搭載されるエンジン２２のクランクシャフト２６の軸方向（車両に対してエンジンが横置きの場合には車両の左右方向、車両に対してエンジンが縦置きの場合には車両の前後方向）の車両の傾斜角に基づいて共振周波数Ｆを設定するものとしてもよい。傾斜角は、例えば、車両の上下方向の加速度を検出する図示しない上下Ｇセンサからの車両の上下方向の加速度の値に基づいてハイブリッド用電子制御ユニット７０により計算されたものを用いたりすることができる。そして、傾斜角と共振周波数Ｆとの関係を予め実験などにより定めて共振周波数設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておけば、傾斜角が与えられると記憶したマップから対応する共振周波数Ｆを導出して設定することができる。傾斜角と共振周波数Ｆとの関係の一例を図８に示す。図示するように、傾斜角が大きくなるほど共振周波数Ｆが小さくなるのは、傾斜角に応じてエンジン２２を支える図示しないエンジンマウントのバネ特性が共振周波数Ｆを低下させる方向に変化することが要因の一つとして考えられる。なお、共振周波数Ｆは、車両重量Ｍや傾斜角以外の他のパラメータを用いてを設定されるものとしてもよく、予め定めた固定値が設定されるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、クランク角ＣＡと脈動トルクＴｐとの関係を予め定めて脈動トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、クランク角ＣＡが与えられると記憶したマップから対応する脈動トルクＴｐを導出して設定し、設定した脈動トルクＴｐとは逆位相のトルクを制振トルクＴｖとして設定するものとしたが、脈動トルクＴｐを設定せずに、トルク脈動とクランク角ＣＡとの関係を求めておきトルク脈動を抑制するための逆位相のトルクを制振トルクＴｖとして求めて予めＲＯＭ７４に制振トルク設定用マップとして記憶しておき、クランク角ＣＡが与えられるとマップから対応する制振トルクＴｖを導出して設定するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続されると共にモータＭＧ１の回転軸やリングギヤ軸３２ａに接続される動力分配統合機構３０とリングギヤ軸３２ａに接続されるモータＭＧ２とを備えるものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６５ａ，６５ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の列車などの車両の形態としてもよいし、こうした車両における内燃機関の始動時の制御方法の形態としてもよい。

ここで、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「内燃機関」に相当し、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０が「遊星歯車機構」に相当し、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１が「電動機」に相当し、インバータ４１を介してモータＭＧ１と電力のやりとりを行なうバッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、クランク角センサ２３が「回転位置検出手段」に相当し、クランク角ＣＡに基づいてエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動を脈動トルクＴｐとして設定すると共に設定した脈動トルクＴｐに基づいてトルク脈動を抑制するためにモータＭＧ１から出力するトルクとしての制振トルクＴｖを設定する図２のエンジン始動時駆動制御ルーチンのステップＳ１３０，Ｓ１４０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「脈動低減トルク設定手段」に相当し、エンジン２２をクランキングする際のトルク脈動に伴ってダンパ２８のねじれ共振を生じる周波数である共振周波数Ｆを車両重量Ｍに基づいて設定すると共にクランク角ＣＡに基づいて設定した脈動トルクＴｐに対して設定した共振周波数Ｆの成分を抽出するようバンドパスフィルタによるフィルタ処理を施して共振成分Ｔｆを演算する図２のエンジン始動時駆動制御ルーチンのステップＳ１３０，Ｓ１５０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「共振成分トルク設定手段」に相当し、クランキングトルクＴｓと制振トルクＴｖとの和から共振成分Ｔｆを減じたものをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定してモータＥＣＵ４０に送信するする図２のエンジン始動時駆動制御ルーチンのステップＳ１６０，Ｓ２００の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とトルク指令Ｔｍ１＊に基づいてモータＭＧ１を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。また、サスペンション６６ａ〜６６ｄの変位量を検出するハイトセンサ９０ａ〜９０ｄとハイトセンサ９０ａ〜９０ｄからのサスペンション変位量Ｈａ〜Ｈｄに基づいて車両重量Ｍを演算するハイブリッド用電子制御ユニット７０とが「車重検出手段」に相当し、車両の上下方向の加速度を検出する図示しない上下Ｇセンサと上下Ｇセンサからの車両の上下方向の加速度の値に基づいて傾斜角を計算するハイブリッド用電子制御ユニット７０とが「傾斜検出手段」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、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に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「遊星歯車機構」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものなど、内燃機関の出力軸にねじれ要素を介して３つの回転要素のうちの第１の回転要素が接続されると共に車軸に連結された駆動軸に第２の回転要素が接続されたものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、遊星歯車機構の第３の回転要素に回転子が接続されたものであれば如何なるタイプの電動機としても構わない。「蓄電手段」としては、バッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「回転位置検出手段」としては、クランク角センサ２３に限定されるものではなく、内燃機関の出力軸の回転位置を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「脈動低減トルク設定手段」としては、クランク角ＣＡに基づいてエンジン２２をクランキングする際に生じるトルク脈動を脈動トルクＴｐとして設定すると共に設定した脈動トルクＴｐに基づいてトルク脈動を抑制するためにモータＭＧ１から出力するトルクとしての制振トルクＴｖを設定するものに限定されるものではなく、検出された回転位置に基づいて内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「共振成分トルク設定手段」としては、エンジン２２をクランキングする際のトルク脈動に伴ってダンパ２８のねじれ共振を生じる周波数である共振周波数Ｆを車両重量Ｍに基づいて設定すると共にクランク角ＣＡに基づいて設定した脈動トルクＴｐに対して設定した共振周波数Ｆの成分を抽出するようバンドパスフィルタによるフィルタ処理を施して共振成分Ｔｆを演算するものに限定されるものではなく、検出された回転位置に基づいてトルク脈動を抽出すると共に抽出したトルク脈動のうちねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、クランキングトルクＴｓと制振トルクＴｖとの和から共振成分Ｔｆを減じたものをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として設定してモータＭＧ１を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関を始動するときには、内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと設定した脈動低減トルクとの和から設定した共振成分トルクを減じたトルクが電動機から出力されて内燃機関が始動されるよう内燃機関と電動機とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。また、「車重検出手段」としては、サスペンション６６ａ〜６６ｄの変位量を検出するハイトセンサ９０ａ〜９０ｄとハイトセンサ９０ａ〜９０ｄからのサスペンション変位量Ｈａ〜Ｈｄに基づいて車両重量Ｍを演算するものとに限定されるものではなく、車重を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「傾斜検出手段」としては、車両の上下方向の加速度を検出する図示しない上下Ｇセンサと上下Ｇセンサからの車両の上下方向の加速度の値に基づいて傾斜角を計算するものとに限定されるものではなく、内燃機関の出力軸と同方向の車両の傾斜を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。

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最良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最良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、ハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。

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。ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。クランキングトルクＴｓの設定に用いられるトルクマップの一例とクランキングトルクＴｓをモータＭＧ１から出力したときのエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す説明図である。脈動トルク設定用マップの一例および脈動トルクＴｐに基づいて設定された制振トルクＴｖとクランク角ＣＡとの関係の一例を示す説明図である。共振周波数設定用マップの一例を示す説明図である。エンジン２２をクランキングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの関係を示す共線図の一例を示す説明図である。傾斜角と共振周波数Ｆとの関係の一例を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２３クランク角センサ、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動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３５減速ギヤ、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、５０バッテリ、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、６０ギヤ機構、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ，６５ａ，６５ｂ車輪、６６ａ〜６６ｄサスペンション、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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、９０ａ〜９０ｄハイトセンサ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、前記内燃機関の出力軸にねじれ要素を介して３つの回転要素のうちの第１の回転要素が接続されると共に車軸に連結された駆動軸に第２の回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の第３の回転要素に回転子が接続された電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車であって、
前記出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定する脈動低減トルク設定手段と、
前記検出された回転位置に基づいて前記トルク脈動を抽出すると共に該抽出したトルク脈動のうち前記ねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定する共振成分トルク設定手段と、
前記内燃機関を始動するときには、前記内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと前記設定した脈動低減トルクとの和から前記設定した共振成分トルクを減じたトルクが前記電動機から出力されて前記内燃機関が始動されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド車。
請求項１記載のハイブリッド車であって、
車重を検出する車重検出手段を備え、
前記共振成分トルク設定手段は、前記検出された車重が大きいほど低い周波数帯を前記共振周波数帯として前記共振成分トルクを設定する手段である、
ハイブリッド車。
請求項１または２記載のハイブリッド車であって、
前記内燃機関の出力軸の軸方向の車両の傾斜を検出する傾斜検出手段を備え、
前記共振成分トルク設定手段は、前記検出された傾斜が大きいほど低い周波数帯を前記共振周波数帯として前記共振成分トルクを設定する手段である、
ハイブリッド車。
請求項１ないし３いずれか１つの請求項に記載のハイブリッド車であって、
前記共振成分トルク設定手段は、前記トルク脈動に対して前記共振周波数帯をパスするバンドパスフィルタを施して得られる成分を前記共振成分トルクとして設定する手段である、
ハイブリッド車。
内燃機関と、前記内燃機関の出力軸にねじれ要素を介して３つの回転要素のうちの第１の回転要素が接続されると共に車軸に連結された駆動軸に第２の回転要素が接続された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構の第３の回転要素に回転子が接続された電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えるハイブリッド車における前記内燃機関の始動時の制御方法であって、
前記出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関から出力されるトルクの脈動であるトルク脈動を低減する脈動低減トルクを設定すると共に前記トルク脈動のうち前記ねじれ要素の共振周波数帯の成分である共振成分トルクを設定し、前記内燃機関をクランキングするためのクランキングトルクと前記設定した脈動低減トルクとの和から前記設定した共振成分トルクを減じたトルクが前記電動機から出力されて前記内燃機関が始動されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車における前記内燃機関の始動時の制御方法。