JP5895514B2

JP5895514B2 - 内燃機関の始動制御装置

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Publication number: JP5895514B2
Application number: JP2011282810A
Authority: JP
Inventors: 晃司三輪; 河合　高志; 高志河合; 浩一郎牟田; 市岡　英二; 英二市岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013132926A

Description

本発明は、内燃機関を始動させるために電動機が発生させるべきトルクを制御する装置に関する。

内燃機関と、二台の電動機とを備えたハイブリッド車両に適用される内燃機関の始動制御装置として、第１の電動機に内燃機関の始動用のトルク（クランクキングトルク）を発生させつつ、その第１の電動機のトルクに対する反力トルクが車両の駆動軸に伝わらないように、第２の電動機には反力トルクをキャンセルするトルク（反力キャンセルトルク）を発生させる始動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、第１の電動機にて内燃機関を始動させるとき、伝達機構内におけるギヤのガタ打ちを防止するために、ギヤを相互に押し当てる方向のトルク（押当てトルク）を第２の電動機に発生させる始動制御装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。

特開平０９−１０９６９４号公報特開２００７−０５５４６０号公報特開２０１０−２５４１２７号公報

しかしながら、従来技術に従って反力キャンセルトルク及び押当てトルクを合計したトルクを第２の電動機に発生させた場合、その第２の電動機に供給すべき電力が増大する。その場合、第１の電動機に供給可能な電力が減少して内燃機関の始動時の回転速度が低下し、それにより始動性が悪化するおそれがある。

そこで、本発明は第１の電動機で内燃機関を始動させる際に第２の電動機が発生させるべきトルクを適切に制御して第２の電動機の消費電力を低減し、それにより第１の電動機に供給可能な電力を増加させることが可能な内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関と、第１の電動機及び第２の電動機と、車両の移動を阻止する制動力を発生させる始動時制動手段とを備え、前記内燃機関及び前記第２の電動機のそれぞれの出力軸が車両の駆動軸に対してトルクを出力できるように該駆動軸と接続され、前記第１の電動機の出力軸は、該第１の電動機が発生させた始動用のトルクを前記内燃機関の出力軸に出力できるように該内燃機関の出力軸と接続されたハイブリッド車両に適用される内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の始動時に、前記第１の電動機に前記始動用のトルクを発生させる一方で、前記第２の電動機を駆動して前記駆動軸に出力されるべき駆動軸トルクを調整する電動機制御手段を具備し、前記電動機制御手段は、前記始動時制動手段による前記制動力が発生している状態で前記内燃機関を始動させる場合、前記内燃機関にて発生するフリクショントルクが前記駆動軸トルクに対して作用する方向と同一方向のトルクが前記第２の電動機にて発生するように、該第２の電動機を制御するとともに、前記フリクショントルクが所定の閾値を超える場合、前記第２の電動機が発生させるべきトルクがゼロとなるように該第２の電動機を制御するものである。

本発明の始動制御装置が適用されるハイブリッド車両においては、内燃機関の出力軸を第１の電動機にて駆動する場合、第１の電動機が発生したトルクに対する反力トルクが駆動軸側に作用する。その反力トルクは、内燃機関の圧縮抵抗等に起因して変動し、かつその反力トルクの平均値は内燃機関の出力軸の回転に対する抵抗として作用するフリクショントルクの影響で、始動時の出力軸の回転方向に対する反対方向にずれる。従来は、第２の電動機にて反力キャンセルトルクを加え、反力トルクの平均値と反力キャンセルトルクとを合計した駆動軸トルクをゼロに設定して駆動軸へのトルクの出力を防止している。しかし、内燃機関の始動時に車両の移動が始動時制動手段にて阻止されていれば、駆動軸トルクの平均値がゼロでなくとも、車両は移動しない。しかも、反力トルクの平均値は、フリクショントルクが作用する方向に偏るため、そのフリクショントルクが増大すれば、第２の電動機にて押当てトルクを加えなくとも、駆動軸トルクの作用方向の変化が生じない可能性がある。そこで、本発明では、第１の電動機の駆動に起因する反力トルクを打ち消すように第２の電動機を駆動するのではなく、フリクショントルクをさらに同一方向に加算するように第２の電動機でトルクを発生させる。これにより、ガタ打ちの発生を抑えることができる。その場合、第２の電動機が発生すべきトルクは、従来の反力キャンセルトルク相当分を減算した程度で足りる。そのため、第２の電動機の消費電力を低減して第１の電動機に供給可能な電力を増大させて内燃機関の始動性を改善することができる。

本発明の一形態において、前記電動機制御手段は、前記内燃機関から前記駆動軸に出力されるトルクと前記第２の電動機から前記駆動軸に出力されるトルクとの合計値として得られる駆動軸トルクの方向が変化しない範囲のトルクが前記第２の電動機にて発生するように前記第２の電動機を制御してもよい。これによれば、駆動軸トルクの方向の変化に起因するガタ打ちを確実に防止し、始動時の騒音、振動を低減することができる。

また、前記電動機制御手段は、前記フリクショントルクが前記閾値以下と判断された場合、前記第１の電動機の駆動に伴って前記駆動軸に作用する反力トルクを算出し、該反力トルクの算出値に基づいて、前記駆動軸トルクの方向を変化させないために前記第２の電動機から前記駆動軸に出力させるべき押当てトルクを算出し、該押当てトルクの算出値が出力されるように前記第２の電動機を制御してもよい。このような手順で第２の電動機が発生すべき押当てトルクを算出することにより、本発明の作用効果を確実に奏することができる。

本発明の一形態において、前記電動機制御手段は、前記フリクショントルクが前記閾値を超えるか否かを判別し、前記フリクショントルクが前記閾値を超えると判断された場合には、前記第２の電動機が発生させるべきトルクをゼロに設定して前記第１の電動機に前記始動用のトルクを発生させてもよい。フリクショントルクが閾値を超えて大きい場合、第２の電動機が発生すべきトルクをゼロ、つまり反力キャンセルトルクも押当てトルクも発生させないように第２の電動機を制御することにより、第２の電動機の消費電力を最小化し、第１の電動機に供給可能な電力を増加させて内燃機関の始動性を改善することができる。

さらに、前記閾値は、前記第２の電動機がトルクを発生しない状態でも前記駆動軸トルクの方向が変化しないほど前記フリクショントルクが増加したときの値に設定されてもよい。これによれば、第２の電動機にトルクを発生させなくとも、駆動軸トルクの方向の変化を防止してガタ打ちによる騒音、振動を低減しつつ、内燃機関の始動性を改善することができる。

本発明の一形態においては、前記始動時制動手段として、車両のシフト操作部のパーキングレンジへの操作に応じて前記内燃機関及び前記第２の電動機から前記駆動軸に至るトルクの伝達経路上に配置された伝達要素の回転を阻止するパーキングロック手段が設けられ、前記電動機制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記パーキングロック手段が前記伝達要素の回転を阻止する状態にない場合、車両に設けられた車輪のブレーキ装置を前記始動時制御手段として機能させるべく、車両の乗員に対して前記ブレーキ装置を制動状態に操作するように指示してもよい。これによれば、パーキングロック手段にて駆動軸の回転が阻止されていない場合、乗員に対してブレーキ装置による制動が指示される。したがって、内燃機関の始動時における車両の制動を確実に実施することができる。

以上に説明したように、本発明の始動制御装置によれば、内燃機関の始動時に車両の移動が始動時制動手段にて阻止されていることを前提として、第１の電動機が始動用のトルクを発生させているときに、駆動軸トルクに対してフリクショントルクと同一方向に作用するトルクを第２の電動機にて発生させるようにしたので、第２の電動機の消費電力を低減して第１の電動機に供給可能な電力を増加させ、それにより、内燃機関の始動性を改善することができる。

本発明の一形態に係る始動制御装置が適用されたハイブリッド車両の駆動装置の要部を示す図。第２ＭＧを駆動せず、第１ＭＧのみを駆動して内燃機関を始動させるときの駆動軸トルクの変化を示す図。従来技術に従って第２ＭＧに反力キャンセルトルクを発生させつつ第１ＭＧを駆動して内燃機関を始動させるときの駆動軸トルクの変化を示す図。従来技術に従って第２ＭＧに反力キャンセルトルク及び押当てトルクを合計したトルクを発生させつつ第１ＭＧを駆動して内燃機関を始動させるときの駆動軸トルクの変化を示す図。本発明に従って、フリクショントルクが閾値を超えた場合に第２ＭＧのトルクをカットして、第１ＭＧにより内燃機関を始動させるときの駆動軸トルクの変化を示す図。本発明に従って、フリクショントルクが閾値以下の場合に第２ＭＧにフリクショントルクと同一方向のトルクを押当てトルクとして発生させつつ、第１ＭＧにより内燃機関を始動させるときの駆動軸トルクの変化を示す図。図５及び図６の制御を実現するためにＥＣＵが実行する第２ＭＧトルク設定ルーチンの手順を示すフローチャート。図７のサブルーチンとしてＥＣＵが実行する車両制動ルーチンの手順を示すフローチャート。エンジン直達トルクを演算するために使用する内燃機関の物理量を説明するための図。本発明が適用されるハイブリッド車両の他の形態を示す図。

以下、本発明をハイブリッド車両の駆動装置に適用した一形態を説明する。図１に示したように、ハイブリッド車両の駆動装置１は、内燃機関（以下、エンジンと略称する。）２と、主として発電機として作用する第１のモータジェネレータ３と、主として動力源として作用する第２のモータジェネレータ４とを備えている。第１のモータジェネレータ３は本発明における第１の電動機に相当し、第２のモータジェネレータ４は本発明における第２の電動機に相当する。各図において、第１のモータジェネレータはＭＧ１、第２のモータジェネレータはＭＧ２と表記されている。以下の説明では、第１のモータジェネレータ３を第１ＭＧ３と、第２のモータジェネレータ４を第ＭＧ４と略称する。

エンジン２の出力軸２ａは、動力分割機構６及び減速機構７を介して車両の駆動軸８と接続されている。第１ＭＧ３の出力軸３ａは、動力分割機構６を介してエンジン２の出力軸２ａと接続されるとともに、その動力分割機構６から減速機構７を介して駆動軸８とも接続されている。第２ＭＧ４の出力軸４ａはモータリダクション機構９及び減速機構７を介して駆動軸８と接続されている。駆動軸８は差動歯車機構１０及び車軸１１を介して車両の駆動輪１２と接続されている。

動力分割機構６は、第１ＭＧ３の出力軸３ａと一体回転可能に接続されたサンギヤ１４と、そのサンギヤ１４と噛み合う複数のピニオンギヤ１５と、それらのピニオンギヤ１５と噛み合うリングギヤ１６とを含む遊星歯車機構として構成されている。ピニオンギヤ１５はキャリア１７に回転自在に支持され、そのキャリア１７はエンジン２の出力軸２ａと一体回転可能に接続されている。モータリダクション機構９は、第２ＭＧ４の出力軸４ａと一体回転可能に接続されたドライブギヤ１８と、そのドライブギヤ１８と噛み合うリングギヤ１９とを含む。減速機構７は、カウンタドライブギヤ２０と、そのカウンタドライブギヤ２０と噛み合うカウンタドリブンギヤ２１と、そのカウンタドリブンギヤ２１と噛み合うファイナルギヤ２２とを含む。ファイナルギヤ２２は駆動軸８と同軸の回りに一体回転可能である。リングギヤ１６、１９とカウンタドリブンギヤ２１とは相対回転不能な状態で一体化されている。なお、エンジン２とキャリア１７との間、あるいは駆動軸８の途中にはトーショナルダンパ等がさらに設けられるが、それらは本発明の要部ではないため、図示を省略した。動力分割機構６、減速機構７、モータリダクション機構９の構成はあくまで一例であり、それらの構成は適宜に変更されてよい。

カウンタドリブンギヤ２１の外周には、それらのギヤ１６、１９、２１を回転不能な状態に拘束したロック状態とその拘束が解除されたアンロック状態との間で切り替わるパーキングロック装置２３が設けられている。パーキングロック装置２３は、車両の運転席に配置されたシフトセレクタ（不図示）がパーキングレンジに位置するとロック状態に制御される。パーキングロック装置２３がロック状態にあるとき、エンジン２、ＭＧ３、４のいずれを駆動しても駆動軸８にはトルクが伝わらない。一方、パーキングロック装置２３がアンロック状態にある場合には、エンジン２、ＭＧ３、４の動作状態に応じたトルクが駆動軸８に伝達される。例えば、エンジン２が発生するトルクを第１ＭＧ３及び駆動軸８に分配して第１ＭＧ３で発電しつつ駆動輪１２を駆動する状態、エンジン２を停止させた状態で第２ＭＧ４を駆動してそのトルクで駆動輪１２を駆動する状態、エンジン２及び第２ＭＧ４をいずれも駆動してそれらの合計トルクで駆動輪１２を駆動する状態、といいった各種の駆動状態を選択することができる。エンジン２を始動させる場合には、第１ＭＧ３のトルクを動力分割機構６からエンジン２の出力軸２ａに伝え、そのトルクで出力軸２ａを回転駆動してエンジン２を始動させる。

第１ＭＧ３は、動力分割機構６を介して出力軸３ａに入力されるトルクにより駆動されて発電する。第１ＭＧ３が発電した電力はパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）３０を介してバッテリ３１に蓄えられ、あるいは第２ＭＧ４に供給される。また、バッテリ３１からＰＣＵ３０を介して第１ＭＧ３に電力を供給して出力軸３ａを駆動することもできる。第２ＭＧ４は、バッテリ３１又は第１ＭＧ３からＰＣＵ３０を介して供給される電力により駆動される。また、車両の減速時等には、駆動軸８から減速機構７及びモータリダクション機構９を介して出力軸４ａに伝えられる運動エネルギで第２ＭＧ４を駆動して発電する回生ブレーキ制御を実施し、それによって得られた電力をＰＣＵ３０からバッテリ３１に供給してバッテリ３１を充電することもできる。

ＭＧ３、４の動作は、電子制御装置（ＥＣＵ）３２によって制御される。ＥＣＵ３２は、マイクロプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置とを組み合わせたコンピュータユニットである。ＥＣＵ３２には、ＭＧ３、４等の動作を制御するために参照すべき各種の情報の入力手段として、エンジン２の冷却水温度を検出する水温センサ３３、バッテリ３１の状態（電流、温度等）を検出するバッテリセンサ３４、シフトセレクタの位置を検出するシフトポジションセンサ３５、車両のパーキングブレーキ２４が制動状態に操作されているか否かを検出するパーキングブレーキスイッチ３６が接続される。なお、パーキングブレーキ２４は、運転席に設けられたパーキングブレーキ操作部（不図示）の操作に応じて車輪の回転を制動するブレーキ装置であり、パーキングロック装置２３とは異なる。ＥＣＵ３２は、シフトポジションセンサ３５が検出するシフトセレクタの位置がパーキングレンジ（Ｐレンジ）にある場合、パーキングロック装置２３をロック状態に切り替える。その他にも、ＥＣＵ３２には各種の入力手段が接続されているが、それらの図示は省略した。

また、ＥＣＵ３２には、エンジン２の始動に関連して制御すべき対象として、既述のエンジン２、ＭＧ３、４及びパーキングロック装置２３に加えて、電子制御制動装置（ＥＣＢ）２５、及び車両の計器盤ディスプレイ３７が接続されている。ＥＣＢ２５は、第２ＭＧ４による回生ブレーキ制御と協調して車両に適切な制動力が作用するように、車輪の油圧ブレーキ機構の動作を制御する装置である。

次に、エンジン２の始動時にＥＣＵ３２が実行するＭＧ３、４のトルク制御について説明する。ＥＣＵ３２は、エンジン２を始動させる際に、エンジン２の摩擦抵抗に抗して出力軸２ａを駆動するために必要なトルクを第１ＭＧ３に発生させるとともに、その第１ＭＧ３の駆動に起因する不都合を抑えるべく、第２ＭＧ４を必要に応じて駆動する。以下では、本発明の理解のため、まず、第１ＭＧ３によりエンジン２の出力軸２ａを駆動しつつ、従来技術に基づいて、第２ＭＧ４に反力キャンセルトルク及び押当てトルクを発生させた場合に生じ得る課題を図２〜図４に基づいて説明する。なお、図２〜図４において、横軸はクランク角度であり、縦軸はトルクの大きさ及び方向を示している。縦軸上の横軸との交差位置はトルクがゼロとなる位置であり、縦軸の正方向（＋方向）は車両の前進方向に、負方向（−方向）は車両の後退方向に相当する。また、トルクはギヤ比によって増減するため、図中のトルクは、パーキングロック装置２３による回転拘束位置に作用するトルクに換算した値として統一する。

まず、エンジン２を始動させる際には、図２に示したように、エンジン２のフリクショントルクＴ_ｆが負方向に加わる。フリクショントルクＴ_ｆを超える正方向のトルクが出力軸２ａに作用するように第１ＭＧ３が駆動されることにより、出力軸２ａを正方向に回転させてエンジン２を始動させることができる。この場合、第１ＭＧ３が発生したトルクに対する反力トルクとして駆動軸８側に伝わるトルクを駆動軸トルクＴ_ｐとすれば、その駆動軸トルクＴ_ｐは、エンジン２の圧縮抵抗に起因するコンプレッショントルク及びピストンの往復運動に起因する往復運動慣性トルクの影響で図２に示したようにクランク角に応じて変動する。駆動軸トルクＴ_ｐの平均値をＴ_ｐｍとすれば、その平均値Ｔ_ｐｍが負であると、駆動軸８に後退方向のトルク、言い換えれば車両を後退させる力が伝わる。その不都合を解消するためには、図３に示すように、平均値Ｔ_ｐｍがゼロとなるように第２ＭＧ４にて正方向に反力キャンセルトルクＴ_ｃｎｃｌを加えればよい。しかし、反力キャンセルトルクＴ_ｃｎｃｌを加えるのみでは、駆動軸トルクＴ_ｐが正の値と負の値との間で変動する。駆動軸トルクＴ_ｐの方向が変化すれば、動力分割機構６等のギヤ間でガタ打ちが発生する。その不都合を解消するためには、図４に示したように、駆動軸トルクＴ_ｐがゼロを跨いで変動しないように、第２ＭＧ４にて正方向にさらなる押当てトルクＴ_ｐｒを加えればよい。しかしながら、この場合、第２ＭＧ４が最終的に発生すべきトルクＴ_ｍは、反力キャンセルトルクＴ_ｃｎｃｌ及び押当てトルクＴ_ｐｒの合計値となり、第２ＭＧ４の消費電力が増大する。その結果、第１ＭＧ３に供給されるべき電力が減少し、第１ＭＧ３の出力トルクが制限されてエンジン２の回転速度が低下し、始動性が悪化するおそれがある。なお、反力キャンセルトルクＴ_ｃｎｃｌ及び押当てトルクＴ_ｐｒの両者を正方向に加えた場合、駆動軸トルクＴ_ｐの平均値Ｔ_ｐｍが正の値へと変化するため、駆動輪１２に前進方向のトルクが伝わる。

以上の課題に対して、本形態では、次の点に着目してエンジン２の始動時における第１ＭＧ３、第２ＭＧ４の動作を制御する。まず、パーキングロック装置２３等によって駆動軸８の回転が拘束されている状態であれば、駆動軸トルクＴ_ｐの平均値Ｔ_ｐｍがゼロでなくとも、車両が後退又は前進することはない。また、駆動軸トルクＴ_ｐがゼロを跨いで変動しなければ、ギヤのガタ打ちは防止することができる。より具体的には、エンジン２のフリクショントルクＴ_ｆが負方向に作用することを考慮すれば、その絶対値が大きい冷温始動時には、図５に示したように、第２ＭＧ４が発生すべきトルクをゼロ、つまり第２ＭＧ４のトルクを全てカットしても、駆動軸トルクＴ_ｐがゼロを跨いで変動しない。そこで、このような場合には、第２ＭＧ４への電力供給を停止して第１ＭＧ３への供給電力を最大限に確保することができる。また、フリクショントルクＴ_ｆの絶対値が減少したときは、図６に示したように、駆動軸トルクＴ_ｐのピーク値がゼロを超えて正の領域に達しないように、押当てトルクＴ_ｐｒを負方向に作用させればガタ打ちは防止することが可能である。その場合、駆動軸トルクＴ_ｐのピーク値から従来の反力キャンセルトルク相当量を減算したトルクが、押当てトルクＴ_ｐｒとして負方向に発生するように第２ＭＧ４を駆動すれば足りる。したがって、第２ＭＧ４の消費電力を抑えて、第１ＭＧ３に供給される電力を従来よりも増加させることができる。なお、図５及び図６のいずれの場合でも、駆動軸トルクＴ_ｐの平均値Ｔ_ｐｍがゼロではないので、車両の後退を防ぐために駆動軸８側に適切な制動力が確保されていることが前提である。

次に、図５又は図６に示した駆動軸トルクＴ_ｐの制御を実現するために、ＥＣＵ３２がエンジン２の始動時に実行する制御の手順を説明する。図７は、エンジン２の始動時に第２ＭＧ４が発生させるべきトルクを設定するためにＥＣＵ３２が実行する第２ＭＧトルク設定ルーチンを示している。このルーチンは、車両が停止している状態でエンジン２の始動条件が成立した場合に実行される処理の一つである。第２ＭＧトルク設定ルーチンを開始すると、ＥＣＵ３２は、まずステップＳ１でバッテリセンサ３４からの出力状態に基づいてバッテリ３１の状態を検出し、続くステップＳ２でバッテリ３１の状態に基づいて入力電力Ｗｉｎ及び出力電力Ｗｏｕｔを算出する。それらの演算値は、ＭＧ４に供給されるべき電力の許容値等の決定に用いられるが、その具体的手法は公知の手法と同様でよい。

次のステップＳ３において、ＥＣＵ３２はエンジン２の状態（水温センサ３３が検出する冷却水温度を含む。）を検出する。続くステップＳ４にて、ＥＣＵ３２はシフトポジションセンサ３５の出力に基づいて、シフトセレクタがパーキングレンジに位置しているか否かを判別する。ただし、この処理は、要するに減速機構７のカウンタドライブギヤ２０の回転がパーキングロック装置２３にて阻止されているか否かを判別するものである。したがって、シフトセレクタの位置に代えて、又は加えて、パーキングロック装置２３がロック状態にあるか否かをパーキングロック装置２３のセンサにて判別するものとしてもよい。

ステップＳ４で、シフトセレクタがパーキングレンジにないと判断された場合、ＥＣＵ３２はステップＳ５に進み、サブルーチン処理としての車両制動ルーチンを実行し、その後にステップＳ６へ進む。車両制動ルーチンは、駆動軸８側に適切な制動力が作用している状態を確保するために実行される処理であり、詳細は後述する。一方、ステップＳ４にてシフトセレクタがパーキングレンジにあると判断された場合、ＥＣＵ３２はステップＳ５をスキップしてステップＳ６に進む。ステップＳ６において、ＥＣＵ３２は、ステップＳ３で検出した水温に基づいて、エンジン２のフリクショントルク（図５及び図６のトルクＴ_ｆ）が、所定の閾値よりも大きいか否かを判別する。その処理は、要するに、第２ＭＧ４にてトルクを発生させなくても駆動軸トルクＴ_ｐがゼロの値を跨いで変動するおそれがないほどフリクショントルクＴ_ｆの絶対値が大きいか否かを判別するものである。

エンジン２の冷却水温度が低いほどフリクショントルクＴ_ｆは大きくなるため、ステップＳ６では、冷却水温に基づいてフリクショントルクＴ_ｆの程度を判別している。しかし、フリクショントルクＴ_ｆと相関する物理量であれば、冷却水温に限らず各種の物理量をステップＳ６の判定にて参照してよい。例えば、エンジン２のシリンダブロックやシリンダ壁面の温度、エンジン２の潤滑油の温度等を参照してフリクションが閾値よりも大きいか否かを判別してよい。さらに、ステップＳ６で参照すべき物理量は、センサ等による実測値に限らず、推定値であってもよい。また、ステップＳ６で用いる閾値は、ベンチ適合試験、コンピュータシミュレーション等で予め求めておけばよい。閾値は、駆動軸トルクＴ_ｐのピーク値（ゼロに近い側の値）がゼロを超えて正方向に変化しないように設定すれば足りるが、ピーク値がゼロに対して負方向に幾らかのマージンを有するように閾値が設定されてもよい。

ステップＳ６で、フリクションが閾値を超えると判断された場合、ＥＣＵ３２はステップＳ７に進み、エンジン２の始動時に第２ＭＧ４が発生させるべきトルクをカットする。つまり、第２ＭＧ４が出力させるべきトルクをゼロに設定する。この場合には、図５に示したように、駆動軸トルクＴ_ｐがフリクショントルクＴ_ｆによって負領域に保持され、ギヤのガタ打ちが防止される。一方、ステップＳ６にてフリクショントルクＴ_ｆが閾値以下と判断された場合、ＥＣＵ３２はステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、ＥＣＵ３２は、エンジン２を始動させるために第１ＭＧ３が発生させるべきトルクに基づいて、そのトルクに対する反力トルク（動力分割機構６からカウンタドライブギヤ２０に作用する反力トルク）を算出する。なお、第１ＭＧ３が発生させるべきトルクは、エンジン２のフリクショントルクＴ_ｆに応じて公知の手法で決定される。続くステップＳ９において、ＥＣＵ３２は、ステップＳ３で検出したエンジン２の状態と、ステップＳ８で求めた反力トルクとに基づいて、第２ＭＧ４が発生すべき押当てトルクＴ_ｐｒを算出する。その押当てトルクＴ_ｐｒは、図６に示したように、駆動軸トルクＴ_ｐのピーク値がゼロを跨いで正の値に変動しないように定められる。

ステップＳ７又はステップＳ９にて第２ＭＧ４のトルクを求めた後、ＥＣＵ３２はステップＳ１０に進み、求めた値を最終的な第２ＭＧ４の目標トルクとして決定し、その後に図７のルーチンを終える。その後、ＥＣＵ３２は、別途求めた第１ＭＧ３の目標トルクに従って第１ＭＧ３の駆動を開始するとともに、ステップＳ１０で決定した目標トルクに従って第２ＭＧ４の駆動を開始し、第１ＭＧ３にて駆動される出力軸２ａの位相に応じてエンジン２の着火装置（不図示）を制御してエンジン２を始動させる。

図８は、図７のステップＳ５にてサブルーチン処理としてＥＣＵ３２が実行する車両制動ルーチンを示している。ＥＣＵ３２は、車両制動ルーチンを開始すると、まずステップＳ２１でＥＣＢ２５に車両の制動を指示し、続くステップＳ２２でＥＣＢ２５のブレーキ実行値、つまりＥＣＢ２５が発生させた制動力を判別する値をＥＣＢ２５から取得する。次に、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２３でＥＣＢ２５の実行値が所定の閾値を超えているか否かを判別する。その閾値は、エンジン始動時に発生する駆動軸トルクＴ_ｐが駆動軸８に伝わっても車両を停止状態に保持するために必要な制動力の最小値又はその最小値に所定のマージンを加えた値に設定される。ＥＣＢ２５の実行値が閾値を超えていた場合、ＥＣＵ３２はステップＳ２４以下の処理をスキップして図８のルーチンを終了し、図７のルーチンに戻る。

一方、ステップＳ２３でＥＣＢ２５の実行値が閾値以下であった場合、ＥＣＵ３２はステップＳ２４に進み、運転者に対してパーキングブレーキ２４を制動状態に操作するよう指示する情報を計器盤ディスプレイ３７に表示させる。これに併せて、音声によりパーキングブレーキ２４の操作を運転者に指示してもよい。

その後、ＥＣＵ３２はステップＳ２５に進み、パーキングブレーキスイッチ３６の出力を参照してパーキングブレーキ２４の状態を検出する。ここでは、パーキングブレーキ２４によって車両が制動されているか否かを判別するための情報を検出すればよい。したがって、パーキングブレーキ２４の操作部が制動状態に操作されたか否かをスイッチ３６で検出する処理に限らず、その処理に代えて、又は加えて、パーキングブレーキ２４の作動状態そのものを検出してもよい。続くステップＳ２６において、ＥＣＵ３２はステップＳ２６の検出結果に基づいて、パーキングブレーキ２４が実行されたか否か、言い換えれば制動状態にあるか否かを判別する。制動状態になければ、ＥＣＵ３２はステップＳ２４の処理に戻る。一方、ステップＳ２６でパーキングブレーキ２４が実行されていると判断された場合、ＥＣＵ３２は図８の車両制動ルーチンを終了して図７の処理に戻る。

以上に説明したように、本形態によれば、第１ＭＧ３にてエンジン２を始動させる際、駆動軸トルクＴ_ｐがゼロを跨いで正負の領域間で変動することがないように第２ＭＧ４のトルクが制御されるので、ギヤ間のガタ打ちを防止して、エンジン２の始動時における騒音や振動を低減することが可能である。第２ＭＧ４には電力が供給されないか、又は負方向の比較的小さい押当てトルクを発生させる程度の電力が供給されるので、第２ＭＧ４による電力消費量の増大を防止し、第１ＭＧ３に十分な電力を供給してエンジン２の始動性を高めることができる。さらに、パーキングロック装置２３、ＥＣＢ２５又はパーキングブレーキ２４のいずれかによって車両に適切な制動力が作用している状態で第１ＭＧ３によるエンジン２の始動が実施されるので、駆動軸トルクＴ_ｐの平均値Ｔ_ｐｍがゼロでなくとも駆動軸トルクＴ_ｐにて車両が移動（実施形態では後退）するおそれがない。

次に、図１の構成を例にして駆動軸トルクＴ_ｐの具体的算出方法を説明する。まず、図１において、エンジン２の出力軸２ａの回りのトルクをＴ_ｅ、その慣性モーメントをＩ_ｅ、角速度をω_ｅ、キャリア１７の入力軸回りのトルクをＴ_ｉｓ、その慣性モーメントをＩ_ｉｓ、角速度をω_ｉｓ、第１ＭＧ３の出力軸３ａの回りのトルクをＴ_ｇ、その慣性モーメントをＩ_ｇ、角速度をω_ｇ、第２ＭＧ４の出力軸４ａの回りのトルクをＴ_ｍ、その慣性モーメントをＩ_ｍ、角速度をω_ｍとすれば、パーキングロック装置２３の拘束位置に加わる駆動軸トルクＴ_ｐは、エンジン２から駆動軸８に伝達されるエンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐと、第２ＭＧ４から駆動軸８に伝達されるモータ直達トルクＴ_ｍ，ｐとの和であって、下式（１）で示される通りである。

エンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐは、エンジン２の圧縮抵抗に起因するコンプレッショントルクＴ_{ｅ，ｇａｓ}、ピストンの往復運動に起因する往復慣性トルクＴ_{ｅ，ｒｅｖ}、及びフリクショントルクＴ_{ｅ，ｆｒｉｃ}の和であって、下式（２）で示される。

コンプレッショントルクＴ_{ｅ，ｇａｓ}、往復慣性トルクＴ_{ｅ，ｒｅｖ}、及びフリクショントルクＴ_{ｅ、ｆｒｉｃ}はそれぞれ下式（３）〜（５）の通りに計算することができる。なお、図９に示したように、エンジン２の筒内圧をＰ_ｃｙｌ、クランク角をθ、コンロッド角をφ、シリンダのボア径をＤ_ｂｏｒｅ、クランク半径をｒ_{ｃｒａｎｋ}、コンロッドの軸間距離をＬ_ｃｏｎ、ピストンオフセットをＬ_ｏｆｓとしている。また、ピストン系の往復慣性質量をＭ_ｒ、ピストンの質量をＭ_{ｐｉｓｔｏｎ}、コンロッドの質量をＭ_ｃｏｎ、第１ＭＧ３と出力軸２ａとの間のギヤ比をρで表している。さらに、角速度ω_ｅ等の上部に添えられた「・」は、角速度ωｅの時間による微分項ω_ｅ／ｄｔを意味する。他の角速度についても同様である。（５）式に示すフリクショントルクＴ_{ｅ，ｆｒｉｃ}は、第１ＭＧ３がエンジン２の出力軸２ａを回す力である。より詳しく説明すれば、フリクショントルクＴ_{ｅ，ｆｒｉｃ}は、第１ＭＧ３が発生させるトルクＴ_ｇから第１ＭＧ３の回転上昇に必要なトルク（Ｉ_ｇ・ω_ｇ／ｄｔ）を減算したトルクをギヤ比ρに従って補正し、その補正後のトルクからキャリア１７の入力軸の回転上昇に必要なトルク（Ｉ_ｉｓ・ω_ｉｓ／ｄｔ）を減算したトルクを出力軸２ａに加わるトルクＴ_ｉｓと、そのトルクＴ_ｉｓからエンジン２の回転上昇に必要なトルク（Ｉ_ｅ・ω_ｅ／ｄｔ）を減算することにより求められるトルクである。ただし、キャリア１７の入力軸の回りの慣性モーメントＩ_ｉｓは小さいため、キャリア１７の回転上昇に必要なトルク（Ｉ_ｉｓ・ω_ｉｓ／ｄｔ）は無視して構わない。

また、モータ直達トルクＴ_ｍ，ｐは、第２ＭＧ４の出力軸４ａの回りのトルクＴ_ｍとモータリダクション機構９の減速比の逆数をＮ_ｇとすれば、下式（６）で与えられる。

以上のようにして求めたエンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐがゼロを跨ぐことがないほどフリクショントルクＴ_{ｅ，ｆｒｉｃ}の絶対値が大きいときは第２ＭＧ４のトルクＴ_ｍをゼロに設定し、エンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐがゼロを跨ぐ場合には、駆動軸トルクＴ_ｐがゼロを跨ぐことがないように第２ＭＧ４のトルクＴ_ｍを設定すればよい。その場合のトルクＴ_ｍは、エンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐと正領域におけるピーク値又はそれ以上のモータ直達トルクＴ_ｍ，ｐが負方向に発生するように演算すればよい。この場合のモータ直達トルクＴ_ｍ，ｐは、エンジン直達トルクＴ_ｅ，ｐに含まれているフリクショントルクＴ_{ｅ，ｆｒｉｃ}をそのまま反力キャンセルトルク相当分として第２ＭＧ４が発生すべきトルクから減算し、不足するトルクを負方向の押当てトルクとして第２ＭＧ４に発生させた場合のモータ直達トルクＴ_ｍ，ｐに相当する。

以上の形態においては、ＥＣＵ３２が図７及び図８の処理を実行することにより本発明の電動機制御手段として機能する。また、パーキングロック装置２３は本発明におけるパーキングロック手段に相当する。また、パーキングブレーキ２４は、制動状態に操作されることにより、パーキングロック手段にて車両が制動されていない場合における始動時制御手段として機能する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することが可能である。例えば、上記の形態では、二台の電動機を有し、かつ内燃機関の出力軸と車両の駆動軸との間にクラッチ等の動力伝達分離手段を有しない構成のハイブリッド車両に対して本発明が適用されている。しかしながら、本発明は、内燃機関と、第１の電動機及び第２の電動機とを備え、内燃機関及び第２の電動機のそれぞれの出力軸が車両の駆動軸に対してトルクを出力できるように駆動軸と接続され、第１の電動機の出力軸は、第１の電動機が発生させた始動用のトルクを内燃機関の出力軸に出力できるように該内燃機関の出力軸と接続されている限りにおいて、種々の構成のハイブリッド車両に適用することができる。例えば、図１０に示したように、エンジン２の出力軸と第１及び第２の電動機５１、５２とが動力伝達機構５３を介して接続され、第１の電動機５１はエンジン２の始動専用のいわゆるスタータモータとして利用され、エンジン２は伝達機構５４と接続されて駆動輪１２にトルクを出力可能であり、第２の電動機５２はそのエンジン２と伝達機構５４との間でトルクを加算し、あるいはトルクを回収して発電するように設けられた構成のハイブリッド車両であっても、それらの第１及び第２の電動機５１、５２を本発明に従って制御してよい。その場合、伝達機構５４に対して上記形態のパーキングロック装置と同様の始動時制動手段５５が設けられてよい。

上記の形態では、パーキングロック装置２３及びＥＣＢ２５にて所定の制動力が得られない場合、パーキングブレーキ２４による制動を乗員に指示したが、これに代えて、又は加えて、フットブレーキの操作を乗員に指示してもよい。

１ハイブリッド車両の駆動装置
２エンジン（内燃機関）
３第１のモータジェネレータ（第１の電動機）
４第２のモータジェネレータ（第２の電動機）
６動力分割機構
７減速機構
８車両の駆動軸
９モータリダクション機構
１０差動歯車機構
１１車軸
１２駆動輪
２３パーキングロック装置（始動時制動手段）
２４パーキングブレーキ（始動時制動手段）
３２電子制御装置（電動機制御手段）
５１第１の電動機
５２第２の電動機
５５始動時制動手段

Claims

内燃機関と、第１の電動機及び第２の電動機と、車両の移動を阻止する制動力を発生させる始動時制動手段とを備え、前記内燃機関及び前記第２の電動機のそれぞれの出力軸が車両の駆動軸に対してトルクを出力できるように該駆動軸と接続され、前記第１の電動機の出力軸は、該第１の電動機が発生させた始動用のトルクを前記内燃機関の出力軸に出力できるように該内燃機関の出力軸と接続されたハイブリッド車両に適用される内燃機関の始動制御装置であって、
前記内燃機関の始動時に、前記第１の電動機に前記始動用のトルクを発生させる一方で、前記第２の電動機を駆動して前記駆動軸に出力されるべき駆動軸トルクを調整する電動機制御手段を具備し、
前記電動機制御手段は、前記始動時制動手段による前記制動力が発生している状態で前記内燃機関を始動させる場合、前記内燃機関にて発生するフリクショントルクが前記駆動軸トルクに対して作用する方向と同一方向のトルクが前記第２の電動機にて発生するように、該第２の電動機を制御するとともに、前記フリクショントルクが所定の閾値を超える場合、前記第２の電動機が発生させるべきトルクがゼロとなるように該第２の電動機を制御する内燃機関の始動制御装置。
前記電動機制御手段は、前記内燃機関から前記駆動軸に出力されるトルクと前記第２の電動機から前記駆動軸に出力されるトルクとの合計値として得られる駆動軸トルクの方向が変化しない範囲のトルクが前記第２の電動機にて発生するように前記第２の電動機を制御する請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
前記電動機制御手段は、前記第１の電動機の駆動に伴って前記駆動軸に作用する反力トルクを算出し、該反力トルクの算出値に基づいて、前記駆動軸トルクの方向を変化させないために前記第２の電動機から前記駆動軸に出力させるべき押当てトルクを算出し、該押当てトルクの算出値が出力されるように前記第２の電動機を制御する請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置。
前記電動機制御手段は、前記フリクショントルクが前記閾値を超えるか否かを判別し、前記フリクショントルクが前記閾値を超えると判断された場合には、前記第２の電動機が発生させるべきトルクをゼロに設定して前記第１の電動機に前記始動用のトルクを発生させる請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
前記閾値は、前記第２の電動機がトルクを発生しない状態でも前記駆動軸トルクの方向が変化しないほど前記フリクショントルクが増加したときの値に設定されている請求項４に記載の始動制御装置。
前記始動時制動手段として、車両のシフト操作部のパーキングレンジへの操作に応じて前記内燃機関及び前記第２の電動機から前記駆動軸に至るトルクの伝達経路上に配置された伝達要素の回転を阻止するパーキングロック手段が設けられ、前記電動機制御手段は、前記内燃機関の始動時に前記パーキングロック手段が前記伝達要素の回転を阻止する状態にない場合、車両に設けられた車輪のブレーキ装置を前記始動時制御手段として機能させるべく、車両の乗員に対して前記ブレーキ装置を制動状態に操作するように指示する請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。