JP6020522B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド車に関し、より特定的には、停止状態のエンジンを始動する際の制御に関する。

ハイブリッド車では、車両の走行状態に応じてエンジンを間欠運転することによって、エンジンの低効率領域での作動を避けることで燃費の向上が図られる。したがって、ハイブリッド車では、運転中にエンジンが自動的に停止および始動を繰り返すため、エンジン始動頻度が増加する。これにより、エンジン始動時の振動を抑制することが重要となる。

エンジン始動時の振動を抑制する技術として、特開２００９−２４８６１９号公報（特許文献１）には、エンジン始動時に、車両に共振が生じるエンジン回転数（共振回転数）を迅速に超えるように、エンジンをモータリングするモータジェネレータのクランキングトルクを制御することが記載されている。

特に、特許文献１では、変速機を含む動力伝達機構を備えたハイブリッド車において、変速機の変速比に応じて上記共振回転数が変化することに対応させて、共振回転数が上昇する変速比（Ｈｉギヤ）のときには、クランキングトルクを大きくする制御が記載されている。

特開２００９−２４８６１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された制御では、共振回転数が上昇する変速比（Ｈｉギヤ）の場合には、クランキングトルクの増大により、エンジン始動用の電動機の電源（代表的には、バッテリ）からの出力電力が増大する。

このため、低温時や充電量の低下時といった、電源からの出力電力が低下する状況下では、クランキングトルクの確保が困難になることによって、エンジン始動時の振動抑制効果が低下することが懸念される。また、クランキングトルクを高く設定すると、エンジン回転数が上昇し過ぎないよう配慮する必要も生じてくるので、ドライバのフィーリングとの両立の観点から制御が困難化することも懸念される。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、変速機を含む駆動系を備えたハイブリッド車において、変速比の変化に対応させてエンジン始動時の振動を適切に抑制することである。

この発明のある局面では、ハイブリッド車は、エンジンと、電動機と、変速機と、制御装置とを備える。電動機は、エンジンの始動時にクランキングトルクを付与するように構成される。変速機は、エンジンの回転軸と駆動輪との間の動力伝達機構に含まれる。動力伝達機構による機械振動系の共振周波数は、制御装置からの指令によって制御される変速機の変速比に応じて変化する。制御装置は、停止状態のエンジンを始動するときに、共振周波数が低い変速比の形成時には、共振周波数が高い変速比の形成時と比較してクランキングトルクを低下させるように、変速比に応じてクランキングトルクを変化させる。

上記ハイブリッド車によれば、変速機の変速比に応じて駆動系（動力伝達機構）の共振周波数が変化する構成において、共振周波数が高い変速比（ギヤ段）の形成時にはクランキングトルクを低下させることにより、燃料燃焼によるエンジントルクによって共振回転数を通過する始動パターンを適用できる。これにより、電動機の電源の出力低下時においてもエンジン始動時の振動抑制効果を確保することができる。この結果、変速比の変化に対応させてエンジン始動時の振動を適切に抑制することができる。

好ましくは、制御装置は、停止状態のエンジンを始動するときに、クランキングトルクの出力後にエンジンにおける燃料燃焼が開始される際のエンジン回転数である初爆回転数を、共振周波数に対応するエンジンの回転数である共振回転数よりも高く設定する第１の始動パターンと、初爆回転数を共振回転数よりも低く設定するとともにクランキングトルクを第１の始動パターンよりも低下させる第２の始動パターンとを選択する。そして、第１の始動パターンが選択されるときの変速比における共振回転数は、第２の始動パターンが選択されるときの変速比における共振回転数よりも低い。

このようにすると、変速比（ギヤ段）に応じて、クランキングトルクによって共振回転数を通過する始動パターンと、燃料燃焼によるエンジントルクによって共振回転数を通過する始動パターンとを使い分ける態様で、エンジン始動時の振動を適切に抑制することができる。具体的には、エンジンの共振回転数が低い変速比の形成時には、それ程クランキングトルクを高めることなくクランキングトルクによって共振回転数を迅速に通過できる一方で、エンジンの共振回転数が高い変速比の形成時には、初爆回転数を共振回転数よりも低くし、かつ、クランキングトルクを低下させた始動パターンを選択することによって、初爆後のエンジントルクによって共振回転数を迅速に通過できる。すなわち、変速比に対応させて、エンジン始動時の振動を適切に抑制することができる。

さらに好ましくは、第１の始動パターンが選択されるときの変速比は、第２の始動パターンが選択されるときの変速比よりも高い。

このようにすると、高速用の変速比が適用されるほど共振回転数が高くなる周波数特性を有する動力伝達機構を搭載したハイブリッド車において、変速比の変化に対応させてエンジン始動時の振動を抑制することができる。

この発明によれば、変速機を含む動力伝達機構を備えたハイブリッド車において、変速比の変化に対応させてエンジン始動時の振動を適切に抑制することができる。

この発明の実施の形態によるハイブリッド車の全体構成図である。 図１に示す制御装置に対して入出力される主な信号を示したものである。 図１に示す差動部および変速部の構成を示した図である。 図３に示す変速部の係合作動表を示した図である。 差動部および変速部によって構成される変速機構の共線図である。 変速機の変速比（ギヤ段）に対する共振周波数の変化の例を説明するための概念図である。 共振回転数が低いギヤ段（変速比）の形成時におけるエンジン始動パターンを説明するための概念的な波形図である。 共振回転数が高いギヤ段（変速比）の形成時におけるエンジン始動パターンを説明するための概念的な波形図である。 本発明の実施の形態に従うハイブリッド車におけるエンジン始動制御の処理を説明するためのフローチャートである。 エンジン始動パターンの設定の他の例を説明するための図表である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に複数の実施の形態について説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さない。

（ハイブリッド車の全体構成）
図１は、この発明の実施の形態に従うハイブリッド車１０の全体構成図である。図１を参照して、ハイブリッド車１０は、エンジン１２と、差動部２０と、変速部３０と、差動歯車装置４２と、駆動輪４４とを備える。また、ハイブリッド車１０は、インバータ５２と、蓄電装置５４と、制御装置６０とをさらに備える。

エンジン１２は、内燃機関であり、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等によって構成される。エンジン１２は、燃料の燃焼による熱エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換し、その変換された運動エネルギーを差動部２０へ出力する。たとえば、エンジン１２の回転軸の運動エネルギーが、差動部２０に伝達される。

差動部２０は、エンジン１２に連結される。差動部２０は、後述のように、インバータ５２によって駆動されるモータジェネレータと、エンジン１２の出力を変速部３０への伝達部材とモータジェネレータとに分割する動力分割装置とを含む。差動部２０の構成については、後ほど説明する。

変速部３０は、差動部２０に連結され、差動部２０に接続される上記伝達部材（変速部３０の入力軸）の回転速度と差動歯車装置４２に接続される駆動軸（変速部３０の出力軸）の回転速度との比（変速比）を変更可能に構成される。なお、この実施の形態では、変速部３０は、変速比を段階的に変更可能な有段式の変速機によって構成されるものとするが、無段式の変速機によって構成してもよい。差動歯車装置４２は、変速部３０の出力軸に連結され、変速部３０から出力される動力を駆動輪４４へ伝達する。変速部３０の構成についても、差動部２０とともに後ほど説明する。

インバータ５２は、蓄電装置５４に電気的に接続され、制御装置６０からの制御信号に基づいて、差動部２０に含まれるモータジェネレータを駆動する。インバータ５２は、たとえば、三相分の電力用半導体スイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。なお、特に図示しないが、インバータ５２と蓄電装置５４との間に電圧コンバータを設けてもよい。

蓄電装置５４は、再充電可能な直流電源であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などのバッテリによって構成される。蓄電装置５４は、走行用を含む電力を蓄え、その蓄積電力をインバータ５２へ供給する。また、蓄電装置５４は、差動部２０のモータジェネレータによって発電される電力をインバータ５２から受けることによっても充電される。なお、電気二重層キャパシタなどの、バッテリ以外の蓄電要素によって蓄電装置５４を構成してもよい。

制御装置６０は、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）６２と、ＭＧ−ＥＣ
Ｕ６４と、電池ＥＣＵ６６と、ＥＣＴ−ＥＣＵ６８と、ＨＶ−ＥＣＵ７０とを含む。これらの各ＥＣＵは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等
を含み（いずれも図示せず）、後述の各種制御を実行する。なお、各ＥＣＵにより実行される制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。なお、本実施の形態では、制御装置６０は、上記の各ＥＣＵによって構成されるものとするが、制御装置６０を単一のＥＣＵによって構成してもよい。

エンジンＥＣＵ６２は、ＨＶ−ＥＣＵ７０から受けるエンジントルク指令等に基づいて、エンジン１２を駆動するためのスロットル信号や点火信号、燃料噴射信号等を生成し、その生成した各信号をエンジン１２へ出力する。ＭＧ−ＥＣＵ６４は、ＨＶ−ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、インバータ５２を制御するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ５２へ出力する。

電池ＥＣＵ６６は、図示されない電圧センサおよび電流センサによって検出される蓄電装置５４の電圧および電流に基づいて、蓄電装置５４の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称され、たとえば満充電状態を１００％として０〜１００％で表わされる。）を推定し、その推定結果をＨＶ−ＥＣＵ７０へ出力する。ＥＣＴ−ＥＣＵ６８は、ＨＶ−ＥＣＵ７０から受けるトルク容量指令等に基づいて、変速部３０を制御するための油圧指令を生成し、その生成した油圧指令を変速部３０へ出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ７０は、各種センサの検出信号を受け、ハイブリッド車１０の各機器を制御するための各種指令を生成する。ＨＶ−ＥＣＵ７０により実行される主要な制御の一つとして、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、車両の走行状態（たとえば、アクセルペダルの操作量や車両速度等）に応じて、エンジン１２を停止させた状態でモータジェネレータのみを動力源として走行する「ＥＶ走行」と、エンジン１２を動作させた状態で走行する「ＨＶ走行」とを組み合わせるように、ハイブリッド車１０の走行を制御する。

たとえば、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、走行状態に応じて変化する車両走行パワーが小さい領域（低速、軽負荷走行）では、エンジン１２を停止したＥＶ走行を選択する一方で、車両走行パワーが大きい領域（加速、高速走行）では、エンジン１２を作動したＨＶ走行を選択する。すなわち、ハイブリッド車１０では、車両運転中に、作動状態のエンジン１２が停止されたり、反対に停止状態のエンジン１２が始動されることを自動的に繰り返す。すなわち、エンジン１２は、走行状態に応じて間欠運転される。

さらに、走行制御において、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、走行状態に基づいて、エンジン１２、差動部２０および変速部３０を所望の状態に制御する。また、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、変速部３０の変速中、エンジン１２および差動部２０の挙動を所望の目標に制御する変速制御を実行する。

図２は、図１に示した制御装置６０に対して入出力される主な信号及び指令を示した図である。図２を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、ハイブリッド車１０の速度を検出する車速センサからの信号、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサからの信号、エンジン１２の回転数を検出するエンジン回転数センサからの信号を受ける。また、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、差動部２０に含まれるモータジェネレータＭＧ１（後述）の回転速度を検出するためのＭＧ１回転数センサからの信号、差動部２０に含まれるモータジェネレータＭＧ２（後述）の回転速度を検出するためのＭＧ２回転数センサからの信号、変速部３０の出力軸の回転速度を検出するための出力軸回転数センサからの信号をさらに受ける。

さらに、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、差動部２０及び変速部３０の潤滑油の温度を検出する潤滑油温度センサからの信号、シフトレバーによって指示されるシフトポジションを検出するシフトポジションセンサからの信号、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサからの信号をさらに受ける。さらに、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、蓄電装置５４のＳＯＣを示す信号、蓄電装置５４の充電電力の上限を示す充電可能電力Ｗｉｎを示す信号、蓄電装置５４の放電電力の上限を示す放電可能電力Ｗｏｕｔを示す信号等を電池ＥＣＵ６６から受ける。電池ＥＣＵ６６は、蓄電装置５４の低ＳＯＣ時または低温時ないし高温時には、放電電力を制限するために放電可能電力Ｗｏｕｔを抑制する。同様に、高ＳＯＣ時または低温時ないし高温時には、充電電力を制限するために充電可能電力Ｗｉｎが抑えられる。

ＨＶ−ＥＣＵ７０は、車両の走行状態（たとえば、アクセルペダルの操作量や車両速度等）に応じた走行制御により、車両のエネルギー効率を考慮して、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２間の出力配分を制御する。上述したエンジン１２の間欠運転は、この出力配分制御に従って実行される。

ＨＶ−ＥＣＵ７０は、上記走行制御（出力配分制御）に従って、エンジン１２の出力トルクの目標を示すエンジントルク指令Ｔｅｒ、差動部２０のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのトルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒ、および、変速部３０を制御するためのトルク容量指令Ｔｃｒを生成する。たとえば、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、所定の変速マップに従って変速部３０の変速段を決定し、その変速段を実現するためのトルク容量指令Ｔｃｒを生成する。

エンジントルク指令Ｔｅｒを受けたエンジンＥＣＵ６２は、エンジン１２を駆動するためのスロットル信号や点火信号、燃料噴射信号等を生成してエンジン１２へ出力する。エンジン１２の停止時には、Ｔｅｒ＝０に設定されることにより、エンジン１２での燃料噴射および点火を停止して、燃料燃焼を停止することができる。あるいは、エンジントルク指令Ｔｅｒとは独立に、エンジン１２での燃料燃焼の停止／実行を指令する信号が設けられてもよい。

トルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒを受けたＭＧ−ＥＣＵ６４は、トルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒに相当するトルクをモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発生するようにインバータ５２を制御するための信号ＰＷＩを生成し、その生成された信号ＰＷＩをインバータ５２へ出力する。なお、トルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２での入出力電力（回転数×トルク）の和が、上記Ｗｉｎ〜Ｗｏｕｔの範囲内となるように制限される。したがって、蓄電装置５４のＳＯＣや温度に依存して、トルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒが制限され得る。

トルク容量指令Ｔｃｒを受けたＥＣＴ−ＥＣＵ６８は、トルク容量指令Ｔｃｒに相当するトルク容量を変速部３０が有するように油圧指令を生成し、その生成された油圧指令を変速部３０へ出力する。

（差動部および変速部の構成）
図３は、図１に示した差動部２０および変速部３０の構成を示した図である。なお、この実施の形態では、差動部２０および変速部３０は、その軸心に対して対称的に構成されているので、図３では、差動部２０および変速部３０の下側を省略して図示されている。

図３を参照して、差動部２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置２４とを含む。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、交流電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機によって構成される。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ５２によって駆動される。

動力分割装置２４は、シングルピニオン型のプラネタリギヤによって構成され、サンギヤＳ０と、ピニオンギヤＰ０と、キャリアＣＡ０と、リングギヤＲ０とを含む。キャリアＣＡ０は、入力軸２２すなわちエンジン１２の出力軸に連結され、ピニオンギヤＰ０を自転および公転可能に支持する。サンギヤＳ０は、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。リングギヤＲ０は、伝達部材２６に連結され、ピニオンギヤＰ０を介してサンギヤＳ０と噛み合うように構成される。伝達部材２６には、モータジェネレータＭＧ２の回転軸が連結される。すなわち、リングギヤＲ０は、モータジェネレータＭＧ２の回転軸とも連結される。

動力分割装置２４は、サンギヤＳ０、キャリアＣＡ０およびリングギヤＲ０が相対的に回転することによって差動装置として機能する。サンギヤＳ０、キャリアＣＡ０およびリングギヤＲ０の各回転数は、後述（図５）するように共線図において直線で結ばれる関係になる。動力分割装置２４の差動機能により、エンジン１２から出力される動力がサンギヤＳ０とリングギヤＲ０とに分配される。そして、サンギヤＳ０に分配された動力によってモータジェネレータＭＧ１が発電機として作動し、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、モータジェネレータＭＧ２に供給されたり、蓄電装置５４（図１）に蓄えられたりする。

また、モータジェネレータＭＧ１の出力トルクによって、エンジン１２の出力軸に対して加減速のための回転力を付与することができる。したがって、停止状態のエンジン１２を始動する際には、モータジェネレータＭＧ１によってエンジン１２にクランキングトルクを付与して、エンジン回転数が上昇した後に、エンジン１２での燃料噴射および点火（すなわち、燃料燃焼）を開始するように、エンジン始動制御が実行される。すなわち、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、エンジン始動の際には、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令Ｔｇｒを、エンジン始動制御に従って設定する。

変速部３０は、シングルピニオン型のプラネタリギヤ３２，３４と、クラッチＣ１〜Ｃ３と、ブレーキＢ１，Ｂ２と、ワンウェイクラッチＦ１とを含む。プラネタリギヤ３２は、サンギヤＳ１と、ピニオンギヤＰ１と、キャリアＣＡ１と、リングギヤＲ１とを含む。プラネタリギヤ３４は、サンギヤＳ２と、ピニオンギヤＰ２と、キャリアＣＡ２と、リングギヤＲ２とを含む。

クラッチＣ１〜Ｃ３およびブレーキＢ１，Ｂ２の各々は、油圧により作動する摩擦係合装置であり、重ねられた複数枚の摩擦板が油圧により押圧される湿式多板型や、回転するドラムの外周面に巻付けられたバンドの一端が油圧によって引き締められるバンドブレーキ等によって構成される。ワンウェイクラッチＦ１は、互いに連結されるキャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２を一方向に回転可能とし、かつ、他方向に回転不能に支持する。

この変速部３０においては、クラッチＣ１〜Ｃ３およびブレーキＢ１，Ｂ２、ならびにワンウェイクラッチＦ１の各係合装置が、図４に示される係合作動表に従って係合されることにより、１速ギヤ段〜４速ギヤ段および後進ギヤ段が択一的に形成される。なお、図４において、「○」は係合状態であることを示し、「（○）」はエンジンブレーキ時に係合されることを示し、「△」は駆動時にのみ係合されることを示し、空欄は解放状態であることを示す。また、クラッチＣ１〜Ｃ３およびブレーキＢ１，Ｂ２の各係合装置をすべて解放状態にすることにより、ニュートラル状態（動力伝達が遮断された状態）を形成することができる。

再び図３を参照して、差動部２０と変速部３０とは、伝達部材２６によって連結される。そして、プラネタリギヤ３４のキャリアＣＡ２に連結される出力軸３６が差動歯車装置４２（図１）に連結される。

図５は、差動部２０および変速部３０によって構成される変速機構の共線図である。図５とともに図３を参照して、差動部２０に対応する共線図の縦線Ｙ１は、動力分割装置２４のサンギヤＳ０の回転数を示し、すなわちモータジェネレータＭＧ１の回転数を示す。縦線Ｙ２は、動力分割装置２４のキャリアＣＡ０の回転数を示し、すなわちエンジン１２の回転数を示す。縦線Ｙ３は、動力分割装置２４のリングギヤＲ０の回転数を示し、すなわちモータジェネレータＭＧ２の回転数を示す。なお、縦線Ｙ１〜Ｙ３の間隔は、動力分割装置２４のギヤ比に応じて定められている。

また、変速部３０に対応する共線図の縦線Ｙ４は、プラネタリギヤ３４のサンギヤＳ２の回転数を示し、縦線Ｙ５は、互いに連結されたプラネタリギヤ３４のキャリアＣＡ２およびプラネタリギヤ３２のリングギヤＲ１の回転数を示す。また、縦線Ｙ６は、互いに連結されたプラネタリギヤ３４のリングギヤＲ２およびプラネタリギヤ３２のキャリアＣＡ１の回転数を示し、縦線Ｙ７は、プラネタリギヤ３２のサンギヤＳ１の回転数を示す。そして、縦線Ｙ４〜Ｙ７の間隔は、プラネタリギヤ３２，３４のギヤ比に応じて定められている。

クラッチＣ１が係合すると、差動部２０のリングギヤＲ０にプラネタリギヤ３４のサンギヤＳ２が連結され、サンギヤＳ２がリングギヤＲ０と同じ速度で回転する。クラッチＣ２が係合すると、リングギヤＲ０にプラネタリギヤ３２のキャリアＣＡ１およびプラネタリギヤ３４のリングギヤＲ２が連結され、キャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２がリングギヤＲ０と同じ速度で回転する。クラッチＣ３が係合すると、リングギヤＲ０にプラネタリギヤ３２のサンギヤＳ１が連結され、サンギヤＳ１がリングギヤＲ０と同じ速度で回転する。ブレーキＢ１が係合するとサンギヤＳ１の回転が停止し、ブレーキＢ２が係合するとキャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２の回転が停止する。

たとえば、図４の係合作動表に示したように、クラッチＣ１およびブレーキＢ１を係合し、その他のクラッチおよびブレーキを解放すると、変速部３０の共線図は「２ｎｄ」で
示される直線のようになる。プラネタリギヤ３４のキャリアＣＡ２の回転数を示す縦線Ｙ５が、変速部３０の出力回転数（出力軸３６の回転数）を示す。このように、変速部３０において、クラッチＣ１〜Ｃ３およびブレーキＢ１，Ｂ２を図４の係合作動表に従って係合または解放させることにより、１速ギヤ段〜４速ギヤ段、後進ギヤ段、およびニュートラル状態を形成することができる。

このように、本実施の形態に従うハイブリッド車１０では、図１および図３に示されるように、エンジン１２の回転軸から駆動輪４４までの動力伝達経路に変速部３０が含まれている。

一般的に、車両の駆動系では、動力伝達機構によって機械振動系が構成される。機械振動系では、固有周波数（共振周波数）の振動に対して共振現象が励起されることが知られている。共振周波数に対応する特定回転数（以下、共振回転数とも称する）と一致するエンジン回転数において、共振現象によって車両振動が生じることが懸念される。

機械振動系における共振周波数は、ハードウェアの形状および質量（モーメント）によって決まる固有値である。したがって、特許文献１にも記載されるように、動力伝達経路に変速機が含まれる構成では、変速機で形成されるギヤ段（変速比）が変わると、クラッチおよびブレーキの状態（係合／解放）が変化することにより、回転軸に対する慣性モーメントが変化することにより、共振周波数も変わる傾向にある。

図６は、変速部３０の変速比（ギヤ段）に対する共振周波数の変化の例を説明するための概念図である。図６の横軸には、機械振動系に入力される振動の周波数が示され、縦軸には当該振動の増幅度合（ｄＢ）が示されている。

図６を参照して、特性線２０１〜２０４は、図４に示された１速ギヤ段（１ｓｔ）〜４速ギヤ段（４ｔｈ）のそれぞれにおける周波数特性を模式的に示している。動力伝達機構（駆動系）の共振周波数は、１速ギヤ段の形成時にはｆｒ１であり、２速ギヤ段の形成時にはｆｒ２であり、３速ギヤ段の形成時にはｆｒ３であり、４速ギヤ段の形成時にはｆｒ４である。以下では、共振周波数ｆｒ１〜ｆｒ４にそれぞれ対応するエンジン回転数（共振回転数）をＮｒ１〜Ｎｒ４で示すこととする。なお、ハイブリッド車１０の駆動系の周波数特性は、その構造によって種々の態様を取り得るが、以下では、ハイブリッド車１０の駆動系が図６に示すような周波数特性を有するものとして説明を進める。

図６から理解されるように、変速部３０によって形成されるギヤ段（変速比）が変化すると、エンジン１２の共振回転数も変化する。エンジン１２が自動的に間欠運転されるハイブリッド車１０では、エンジン始動の頻度が高くなり、かつ、エンジン始動時における変速部３０の変速比（ギヤ段）が固定されないため、変速比（ギヤ段）に対応させてエンジン１２の始動時の振動を抑制するためのエンジン始動制御が重要となる。

特許文献１に記載されたエンジン始動制御では、共振回転数が高くなるギヤ段の形成時には、クランキングトルクを増大させることによって振動を抑制する制御が記載されている。しかしながら、このようなエンジン始動制御では、バッテリの出力低下時（たとえば、低温時または低ＳＯＣ時等）に、クランキングトルクが制限されることにより、振動の抑制が不十分となることが懸念される。

したがって、本実施の形態に従うハイブリッド車では、ギヤ段（変速比）の変化に対応させてクランキングトルクを変化することによって、エンジン１２の共振回転数帯を迅速に超えるための、エンジン始動時におけるエンジン回転数の制御パターン（以下、「エンジン始動パターン」とも称する）を切換えるエンジン始動制御を適用する。

図７は、共振回転数が低いギヤ段（変速比）の形成時におけるエンジン始動パターンを説明するための概念的な波形図である。たとえば、図７のエンジン始動パターンは、変速部３０が１速ギヤ段または２速ギヤ段（以下、包括的に「Ｌｏギヤ」とも称する）を形成している場合に適用される。Ｌｏギヤは、低速用の変速比（減速比）が大きいギヤ段である。

図７を参照して、時刻ｔ０以前では、エンジン１２は停止状態である。すなわち、エンジン回転数Ｎｅ＝０であるとともに、エンジン１２での燃料噴射および点火が停止されて、燃料燃焼がオフされた状態である。

時刻ｔ０において、停止状態のエンジン１２に対して始動指令が発せられると、モータジェネレータＭＧ１によってエンジン１２をクランキングするために、所定のトルクパターンに従って、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令Ｔｇｒが設定される。たとえば、トルク指令Ｔｇｒは、クランキングトルクの指令値Ｔｓｌまで一定レートで上昇され（時刻ｔ１〜ｔ２）、一定期間Ｔｓｌに維持される（時刻ｔ１〜ｔ２）。

クランキングトルクの付与に応じて、エンジン回転数Ｎｅが上昇する。図７のエンジン始動パターンでは、エンジン回転数Ｎｅは、燃料燃焼がオフされた状態下で、共振回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２を含む周波数帯を通過する。

時刻ｔ２から、クランキングトルクが低減されることにより、エンジン回転数Ｎｅは維持される（Ｎｅ＝Ｎｓｌ）。この状態で、エンジン１２での燃料噴射が開始され、時刻ｔ３において初回の点火（いわゆる、初爆）が実行される。これにより、エンジン１２での燃料燃焼が開始される。燃料燃焼によるエンジントルクによって、エンジン回転数Ｎｅは、初爆回転数よりも上昇する。これにより、エンジン始動制御が終了される。

図７の始動パターンでは、エンジン１２が初爆されるときのエンジン回転数（初爆回転数）は、Ｎｅ＝Ｎｓｌであり、共振回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２よりも高い。したがって、エンジン回転数Ｎｅは、クランキングトルクによる加速力によって、共振回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２を含む周波数帯を通過する。したがって、クランキングトルクの指令値Ｔｓｌは、エンジン回転数Ｎｅが、共振回転数Ｎｓ１，Ｎｓ２を迅速に通過できるように、設定される必要がある。ただし、図７の始動パターンは、共振回転数が低いギヤ段（変速比）の形成時に適用されるため、クランキングトルクをそれ程高くしなくても、共振回転数領域を迅速に通過することができる。

図８は、共振回転数が高いギヤ段（変速比）の形成時におけるエンジン始動パターンを説明するための概念的な波形図である。たとえば、図８のエンジン始動パターンは、変速部３０が３速ギヤ段または４速ギヤ段（以下、包括的に「Ｈｉギヤ」とも称する）を形成している場合に適用される。Ｈｉギヤは、高速用の変速比（減速比）が小さいギヤ段である。

図８においても、時刻ｔ０において、停止状態のエンジン１２に対して始動指令が発せられる。Ｈｉギヤの形成時における共振回転数Ｎｒ３，Ｎｒ４は、Ｌｏギヤ形成時の共振回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２（図７）よりも高い。

始動指令が発せられると（時刻ｔ０）、所定のトルクパターンに従って、モータジェネレータＭＧ１がクランキングトルクを出力するためのトルク指令Ｔｇｒが設定される。トルク指令Ｔｇｒは、クランキングトルクの指令値Ｔｓｈまで一定レートで上昇され（時刻ｔ１〜ｔａ）、一定期間Ｔｓｈに維持される（時刻ｔａ〜ｔｂ）。

クランキングトルクの付与に応じて、エンジン回転数Ｎｅが上昇される。さらに、時刻ｔｂから、クランキングトルクが低減されることにより、エンジン回転数Ｎｅは維持される（Ｎｅ＝Ｎｓｈ）。この際に、クランキングトルクを低く設定している（Ｔｓｈ＜Ｔｓｌ）ので、初爆回転数Ｎｓｈが、Ｈｉギヤ形成時の共振回転数Ｎｒ３，Ｎｒ４よりも低い。

そして、時刻ｔｃにおいて、エンジン１２は初爆されて、燃料燃焼を開始する。Ｈｉギヤ形成時の共振回転数Ｎｒ３，Ｎｒ４よりも低い。したがって、図８の始動パターンでは、エンジン回転数Ｎｅは、エンジン１２の燃料燃焼によるトルクによって、共振回転数Ｎｒ３，Ｎｒ４を含む周波数帯を迅速に通過することができる。燃料燃焼の継続によってエンジン回転数Ｎｅがさらに上昇すると、エンジン始動制御が終了される。

図８の始動パターンでは、クランキングトルクを低く設定することにより（Ｔｓｈ＜Ｔｓｌ）ため、共振回転数が高いギヤ段（変速比）が形成されている場合でも、モータジェネレータＭＧ１によるクランキングトルクを増大させることなく、エンジン始動時の振動を抑制することができる。

なお、それぞれの始動パターンにおける初爆回転数ＮｓｌおよびＮｓｈは、クランキングトルクの高低関係に従って、一般的には、Ｎｓｌ＞Ｎｓｈとなる。

図９は、本発明の実施の形態に従うハイブリッド車におけるエンジン始動制御を説明するためのフローチャートである。図９に示されたフローチャートは、エンジン１２の停止状態時に繰返し実行される。図９に示したフローチャートに従う制御処理を実行することによって、図７および図８に示したエンジン始動パターンが選択的に実行される。

図９を参照して、制御装置６０（ＨＶ−ＥＣＵ７０）は、ステップＳ１００により、エンジン始動指令が発せられる条件が成立しているかどうかを判定する。たとえば、エンジン１２の停止状態において、アクセルペダルの踏込み等によって車両走行パワーが高まったときなどに、ステップＳ１００のＹＥＳ判定とされる。

エンジン始動指令が発せられると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、制御装置６０（ＨＶ−ＥＣＵ７０）は、変速部３０において形成されている変速比を判別する。たとえばステップＳ１１０では、低速用のＬｏギヤ（１速ギヤまたは２速ギヤ）が選択されているかどうかが判定される。Ｌｏギヤの形成時（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、制御装置６０（ＨＶ−ＥＣＵ７０）は、ステップＳ１２０に処理を進めて、図７に示された第１の始動パターンに従ってエンジン１２を始動するように、クランキングトルク（Ｔｓｌ）を設定する。これにより、初爆回転数Ｎｓｌは、Ｌｏギヤ形成時の共振回転数Ｎｒ１，Ｎｒ２よりも高くなる。

一方で、制御装置６０（ＨＶ−ＥＣＵ７０）は、Ｈｉギヤ（３速ギヤまたは４速ギヤ）の形成時（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０に処理を進めて、図８に示した第２の始動パターンに従ってエンジン始動制御を実行するようにクランキングトルク（Ｔｓｈ）を設定する。第２の始動パターンにおけるクランキングトルクＴｓｈは、第１の始動パターンにおけるクランキングトルクＴｓｌよりも低い。初爆回転数Ｎｓｈは、Ｈｉギヤ形成時の共振回転数Ｎｒ３，Ｎｒ４よりも低くなる。

さらに、制御装置６０（ＨＶ−ＥＣＵ７０）は、ステップＳ２００において、ステップＳ１２０またはＳ１３０によって選択された始動パターンに従って、エンジン１２が始動されるように、エンジン１２の動作指令（たとえば、エンジントルク指令Ｔｅｒ）および、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の動作指令（たとえば、トルク指令Ｔｇｒ，Ｔｍｒ）を生成する。

ＨＶ−ＥＣＵ７０からの動作指令に従って、エンジンＥＣＵ６２およびＭＧ−ＥＣＵ６４が、エンジン１２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御することにより、エンジン１２の始動時には、クランキングトルクによってエンジン回転数を初爆回転数まで上昇させた後に、エンジン１２における燃料燃焼を開始するエンジン始動制御を、形成されているギヤ段（変速比）に応じて選択された始動パターン（図７、図８）に従って実行することができる。

なお、エンジン始動制御において、初爆回転数は、直接制御されなくてもよい。すなわち、実機実験やシミュレーション結果に従って、所望の初爆回転数となるように、クランキングトルクの値（Ｔｓｌ，Ｔｓｈ）およびパターンを予め調整することができる。あるいは、本実施の形態では、初爆回転数と共振回転数との高低が重要となることに鑑み、クランキング時におけるエンジン回転数をフィードバック制御することによって、初爆回転数を精密に制御することも可能である。たとえば、図７の時刻ｔ１〜ｔ３または図８のｔａ〜ｔｃ間におけるモータジェネレータＭＧ１のトルク指令Ｔｇｒは、エンジン回転数を所望の初爆回転数に一致させるためのフィードバック制御によって設定することも可能である。

このように、本実施の形態に従うハイブリッド車においては、変速部３０のギヤ段（変速比）に応じて駆動系（動力伝達機構）の共振周波数が変化する構成において、ギヤ段（変速比）の変化に対応させて、クランキングトルクを変化させる。具体的には、共振周波数が高いギヤ段（変速比）の形成時にクランキングトルクを低下させることにより、燃料燃焼によるエンジントルクによって共振回転数を通過する始動パターンを適用できるので、モータジェネレータＭＧ１の電源となるバッテリの出力低下時（低ＳＯＣまたは低温時）においても、エンジン始動時の振動を抑制することが可能となる。

より詳細には、ギヤ段（変速比）に応じてクランキングトルクを変化させることで、クランキングトルクによって共振回転数を通過する始動パターンと、燃料燃焼によるエンジントルクによって共振回転数を通過する始動パターンとを使い分けることによって、エンジン始動時の振動を適切に抑制することができる。

また、図７〜９では、Ｈｉギヤ（３速ギヤおよび４速ギヤ）またはＬｏギヤ（１速ギヤまたは２速ギヤ）に分類して、クランキングトルク（および初爆回転数）を二種類に設定したが、ギヤ段毎に異なるクランキングトルク（および初爆回転数）を設定してもよい。

たとえば、図１０に示すように、１速ギヤ段（１ｓｔ）〜４速ギヤ段（４ｔｈ）のそれぞれに対してクランキングトルクＴｓ１〜Ｔｓ４（および初爆回転数Ｎｓｌ〜Ｎｓ４）をそれぞれ設定するように、エンジン始動制御を実行してもよい。

この場合にも、各ギヤ段に対して設定されたクランキングトルクによって、一部のギヤ段に対しては、図７に示した第１の始動パターンが適用されて、初爆回転数は、当該ギヤ段の形成時における共振回転数よりも高くなる。また、その他のギヤ段に対しては、図８に示したクランキングトルクを低下させた第２の始動パターンが適用される。第２の始動パターンでは、初爆回転数は当該ギヤ段の形成時における共振回転数よりも低くなる。

なお、本実施の形態では、変速部が有段変速機によって構成される例を説明したが、変速比に応じて変速機を含む動力伝達機構の共振周波数が変化する構造である限り、変速部が無段変速機によって構成される場合にも本発明は適用可能である。たとえば、無段変速機による変速比に応じたエンジンの共振回転数の変化に対応させて、エンジン始動時の変速比に応じて、クランキングトルクが異なる第１および第２の始動パターンを選択するエンジン始動制御を、同様に適用することができる。

また、ハイブリッド車の駆動系の構成についても、図１の例示に限定されるものではなく、変速機の変速比（ギヤ段）の変化に応じて駆動系（動力伝達機構）の共振周波数が変化するような構造であれば、本実施の形態に従うエンジン始動制御を共通に適用することができる。

なお、本実施の形態では、変速比が大きい低速用のギヤ段（Ｌｏギヤ段）となるほど共振周波数（共振回転数）が低くなり、変速比が小さい高速用のギヤ段（Ｈｉギヤ）となるほど共振周波数（共振回転数）が高くなる周波数特性を示したが、本実施の形態に従うエンジン始動制御の適用はこのような例に限定されるものではない。すなわち、変速比に応じて共振周波数（すなわち、エンジンの共振回転数）が変化する周波数特性が把握されている限り、エンジンの共振回転数の高低に対応させて、第１および第２の始動パターンを選択的に適用することにより、同様の効果を享受することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ハイブリッド車、１２ エンジン、２０ 差動部、２２ 入力軸、２４ 動力分割装置、２６ 伝達部材、３０ 変速部、３２，３４ プラネタリギヤ、３６ 出力軸、４２ 差動歯車装置、４４ 駆動輪、５２ インバータ、５４ 蓄電装置、６０ 制御装置、６２ エンジンＥＣＵ、６４ ＭＧ−ＥＣＵ、６６ 電池ＥＣＵ、６８ ＥＣＴ−ＥＣＵ、２０１〜２０４ 特性線（周波数特性）、Ｂ１，Ｂ２ ブレーキ、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ クラッチ、ＣＡ０，ＣＡ１，ＣＡ２ キャリア、Ｆ１ ワンウェイクラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎｅ エンジン回転数、Ｎｒ１〜Ｎｒ４ 共振回転数、Ｎｓ１〜Ｎｓ４，Ｎｓｈ，Ｎｓｌ 初爆回転数、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２ ピニオンギヤ、Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２ リングギヤ、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ サンギヤ、Ｔｃｒ トルク容量指令、Ｔｅｒ エンジントルク指令、Ｔｇｒ，Ｔｍｒ トルク指令（ＭＧ１，ＭＧ２）、Ｔｓ１〜Ｔｓ４，Ｔｓｈ，Ｔｓｌ クランキングトルク、Ｗｏｕｔ 放電可能電力、ｆｒ１〜ｆｒ４ 共振周波数。

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンの始動時にクランキングトルクを付与するための電動機と、
   前記エンジンの回転軸と駆動輪との間の動力伝達機構に含まれる変速機と、
   前記エンジン、前記電動機および前記変速機の動作を制御するための制御装置とを備え、
   前記動力伝達機構による機械振動系の共振周波数は、前記制御装置からの指令に従って形成される、前記変速機の変速比に応じて変化し、
   前記制御装置は、
   停止状態の前記エンジンを始動するときに、前記共振周波数が低い変速比の形成時には、前記共振周波数が高い変速比の形成時と比較して前記クランキングトルクを低下させるように、当該時点での変速比に応じて前記クランキングトルクを変化させる、ハイブリッド車。
2. 前記制御装置は、
   停止状態の前記エンジンを始動するときに、当該時点での変速比に応じて、前記クランキングトルクの出力後に前記エンジンにおける燃料燃焼が開始される際のエンジン回転数である初爆回転数を、前記共振周波数に対応する前記エンジンの回転数である共振回転数よりも高く設定する第１の始動パターンと、前記初爆回転数を前記共振回転数よりも低く設定するとともに前記クランキングトルクを前記第１の始動パターンよりも低下させる第２の始動パターンとを選択し、
   前記第１の始動パターンが選択されるときの変速比における前記共振回転数は、前記第２の始動パターンが選択されるときの変速比における前記共振回転数よりも低い、請求項１記載のハイブリッド車。
3. 前記第１の始動パターンが選択されるときの変速比は、前記第２の始動パターンが選択されるときの変速比よりも高い、請求項２記載のハイブリッド車。

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