JP3775568B2 - パラレルハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンと、発電機を兼ねる電動機とを有し、これらの出力トルクを、差動装置からなるトルク合成機構を介して変速装置に伝達することにより、エンジン及び電動機の何れか一方又は双方で走行駆動力を得るようにしたパラレルハイブリッド車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパラレルハイブリッド車両としては、例えば特開平１０−３０４５１３号公報に記載されるものがある。この従来例に記載されるものは、エンジンの出力トルクと、電動発電機の出力トルクとを、遊星歯車機構からなるトルク合成機構によって合成し、それを変速装置を介して駆動輪に伝達する。このパラレルハイブリッド車両では、例えば発進加速は、前述のように電動発電機の出力トルクとエンジンの出力トルクとを合成して用い、更に高速領域になると、電動発電機をオフとし、エンジンの出力トルクだけで走行する。このようなパラレルハイブリッド車両では、電動発電機の回転数がエンジンの回転数に到達したら、両者、より具体的には両者に連結されている遊星歯車機構の各要素を直結クラッチで直結することで、エンジントルクのみでの走行を可能としている。また、車両減速時には、路面反力トルクで電動発電機を回転させ、当該電動発電機を発電機として機能させることで電力を蓄える、所謂回生作動させるように構成されている。即ち、パラレルハイブリッド車両では、電動発電機の運転状態、即ち回転数や出力トルクを制御することにより、より効率のよい走行、例えば高い加速力や低燃費を達成することを目的としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したようなパラレルハイブリッド車両では、車両停止中にエンジンの回転を停止して、燃費の向上を図ろうとするものが多い。このようにエンジンの回転が停止している状態から、例えば運転者がアクセルペダルを踏込む等して、駆動力が要求された場合には、エンジンの回転を始動する必要が生じる。このような場合、前記従来のパラレルハイブリッド車両では、駆動系に介装されたワンウエイクラッチで駆動出力を規制しながら、つまり遊星歯車機構のうち、駆動輪への出力系に連結された要素を固定しながら、電動発電機を出力方向と逆方向に回転させることによりエンジンを回転させ、その回転中に点火してエンジンの回転始動を行うことは記載されているが、電動発電機のトルクをどのように制御するか具体的に記載されていないため、エンジンの回転始動と共に車両を速やかに発信させようとすると、充放電効率に起因するエネルギ損失が増加したり、車両の急発進に伴うショックやエンジン始動直後のオーバシュートと電動発電機トルクの反転とが重なることに起因するショックが発生したりする恐れがあった。
【０００４】
本発明は、前記諸問題を解決すべく開発されたものであり、例えば停止状態からエンジンを回転始動し、車両発進させる際のエネルギ損失を抑制すると共に、そのときのショックを抑制防止することができるパラレルハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に係るパラレルハイブリッド車両は、エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備えた電動発電機と、変速装置と、第１軸に前記エンジンの出力軸が接続され、且つ第２軸に前記電動発電機の出力軸が接続され、且つ第３軸に前記変速装置の入力軸が接続された差動装置と、少なくとも前記電動発電機の運転状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンの回転が停止している状態で、車両を駆動する方向を正方向としたとき、電動発電機を負方向に回転させてエンジンの回転可能なパラレルハイブリッド車両において、前記制御手段は、前記エンジンの回転が停止している状態から当該エンジンの回転数が第１所定回転数になるまで、前記電動発電機を負方向の所定大トルクの指令値で回転し、エンジンの回転数が前記第１所定回転数になってから、前記電動発電機を、前記所定大トルクより小さく且つエンジンのフリクショントルクと同等又はほぼ同等の負方向の所定小トルクの指令値で回転することを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明のうち請求項２に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項１の発明において、前記制御手段は、エンジンに点火後、エンジンの回転数が前記第１所定回転数より大きい第２所定回転数となるまで、前記電動発電機を負方向の所定小トルクの指令値で回転し、エンジンの回転数が前記第２所定回転数となってからは、エンジンの回転数と電動発電機の回転数とが同期可能となるようにエンジンのトルクに基づいて算出されたトルクに所定遅れ成分を加えたトルク指令値で前記電動発電機を回転することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のうち請求項３に係るパラレルハイブリッド車両は、前記請求項１又は２の発明において、前記所定大トルクは、電動発電機の最大発生トルクであることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のパラレルハイブリッド車両駆動装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、エンジン１及び発電機及び電動機として作用する電気的回転駆動源としての３相誘導モータ／発電機で構成される交流式のモータ／発電機（電動発電機）２の出力側が、夫々、トルク合成機構である差動装置３の入力側に連結され、この差動装置３の出力側がトルクコンバータ等の発進装置を搭載していない変速装置４の入力側に接続され、変速装置４の出力側が図示しない終減速装置２０（図２参照）を介して駆動輪５に連結されている。ちなみに、この実施形態では、前記差動装置３と変速装置４との間に、オイルポンプ１３が配設されており、このオイルポンプ１３で創成される流体圧が変速装置４の制御並びに差動装置３の直結クラッチの締結解放に用いられる。
【０００９】
ここで、エンジン１はエンジン用コントローラＥＣによって制御され、モータ／発電機２は、ステータとロータとを有し、充電可能なバッテリやコンデンサで構成される蓄電装置６に接続されたモータ／発電機駆動回路７によって駆動制御される。
モータ／発電機駆動回路７は、蓄電装置６に接続されたチョッパ７ａと、このチョッパ７ａとモータ／発電機２との間に接続された例えば６つのサイリスタを有して直流を３相交流に変換するインバータ７ｂとで構成され、チョッパ７ａに後述するモータ／発電機用コントローラ１２からのデューティ制御信号ＤＳが入力されることにより、このデューティ制御信号ＤＳに応じたデューティ比のチョッパ信号をインバータ７ｂに出力する。このインバータ７ｂは、図示しないモータ／発電機２のロータの回転位置を検出する位置センサの回転位置検出信号に基づいて、モータ／発電機２の正回転時及び逆回転時に電動機又は発電機として作用させるように、その回転に同期した周波数で駆動する３相交流を形成するように、例えば前記各サイリスタのゲート制御信号を形成する。ちなみに、モータ／発電機２はエンジン１同様、車両を駆動するためにも用いられるので、車両を駆動する側への回転方向正方向又は正回転とし、その逆方向への回転方向を負方向又は逆回転と定義する。
【００１０】
また、差動装置３は、図２に示すように、トルク合成機構として遊星歯車機構２１を備えて構成されている。この遊星歯車機構２１は、エンジン１とモータ／発電機２との間で差動機能を発現しながらトルク合成機構をなすものである。そして、サンギヤＳと、その外周側に等角間隔で噛合する複数のピニオンＰと、各ピニオンＰを連結するピニオンキャリアＣと、ピニオンＰの外側に噛合するリングギヤＲとを備え、この遊星歯車機構２１のリングギヤＲがエンジン１（図ではＥＮＧ）に連結され、同じく遊星歯車機構２１のサンギヤＳがモータ／発電機２のロータに連結され、同じく遊星歯車機構２１のピニオンキャリアＣが変速装置４（図ではＴ／Ｍ）の入力軸２２に連結されている。
【００１１】
また、前記遊星歯車機構２１のサンギヤＳ、即ちモータ／発電機２とキャリアＣ、即ち変速装置４との間には、両者を締結することでモータ／発電機２とエンジン１とを直結する直結クラッチ３６が介装されている。なお、前記直結クラッチ３６の締結解放は、当該直結クラッチ３６への作動流体圧を制御する圧力制御弁のソレノイド３６ａへの制御信号によって制御されており、当該ソレノイド３６ａへの直結クラッチ制御信号ＣＳが高レベルにあるとき、直結クラッチ３６が締結され、当該直結クラッチ制御信号ＣＳが低レベルにあるとき、直結クラッチ３６が解放される。また、前記直結クラッチ制御信号ＣＳは、前記低レベルと高レベルとの間で無段階に調整可能であり（実質的にはディジタル化される）、直結クラッチ３６の締結状態は、半締結の状態で、種々の締結力を発現することができる。また、前記遊星歯車機構２１のピニオンキャリヤＣ、即ち変速装置４の入力側と図示しないケースとの間には、当該ピニオンキャリヤＣ、及び変速装置４の回転方向を正回転にのみ規制し、逆回転では締結して、当該逆回転を許容しないワンウエイクラッチＯＷＣが介装されている。また、本実施形態では、エンジン１内での爆発振動を抑制するために、本実施形態では、エンジン１の出力側にダンパー１７を介装している。
【００１２】
さらに、変速装置４は、変速装置用コントローラＴＣによって車速とスロットル開度とをもとに予め設定された変速制御マップを参照して決定された例えば第１速〜第４速の変速比に制御される。ちなみに、この変速装置４は自動変速装置であり、締結することにより図示しない駆動輪側からの逆駆動力、所謂路面反力トルクをトルク合成機構側に伝達可能なエンジンブレーキ用クラッチ（以下、単にエンブレ用クラッチとも記す）を有している。
【００１３】
また、エンジン１及びモータ／発電機２には、その出力軸の回転数を検出するエンジン回転数センサ８及びモータ／発電機回転数センサ９が設けられていると共に、図示しないセレクトレバーで選択されたレンジに応じたレンジ信号を出力するインヒビタースイッチ１０及びアクセルペダルの踏込みに応じたスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１１が設けられ、これら回転数センサ８及び９の回転数検出値Ｎ_E 及びＮ_M/G と車速センサ１４の車速検出値Ｖ及びインヒビタースイッチ１０のレンジ信号ＲＳ及びスロットル開度センサ１１のスロットル開度検出値ＴＨ等がモータ／発電機２及び直結クラッチ３６を制御するモータ／発電機用コントローラ１２に供給される。また、前記モータ／発電機用コントローラ１２は、少なくとも前記変速装置用コントローラＴＣと相互通信を行い、例えば変速装置４のギヤ比（変速段）やエンジンブレーキ用クラッチの締結解放状態といった情報を、変速装置信号ＴＳとして入力するように構成されている。
【００１４】
また、このモータ／発電機用コントローラ１２は、前記エンジン用コントローラＥＣとも相互通信を行い、例えばエンジン１の運転状態、即ちスロットル開度ＴＶＯや吸入空気量、空燃比、点火時期、冷却水温、或いはエンジン１の爆発状態などの情報を、エンジン信号ＥＳとして入力するように構成されている。また、このエンジン用コントローラＥＣは、前記モータ／発電機用コントローラ１２からエンジントルクの要求があった場合には、その要求に応じてエンジントルクを制御するように構成されている。なお、前記モータ／発電機回転数センサ９では、モータ／発電機２の正回転、逆回転も検出することができる。
【００１５】
前記モータ／発電機用コントローラ１２は、少なくとも入力側インタフェース回路１２ａ、演算処理装置１２ｂ、記憶装置１２ｃ及び出力側インタフェース回路１２ｄを有するマイクロコンピュータ１２ｅで構成されている。
入力側インタフェース回路１２ａには、エンジン回転数センサ８のエンジン回転数検出値Ｎ_E 、モータ／発電機回転数センサ９のモータ／発電機回転数検出値Ｎ_M/G 、車速センサ１４の車速検出値Ｖ、インヒビタースイッチ１０のレンジ信号ＲＳ、スロットル開度センサ１１のスロットル開度検出値ＴＨ、エンジン用コントローラＥＣのエンジン信号ＥＳ及び前記変速装置用コントローラの変速装置信号ＴＳが入力されている。
【００１６】
演算処理装置１２ｂは、例えばキースイッチ（図示せず）がオン状態となって所定の電源が投入されることにより作動状態となり、先ず初期化を行って、モータ／発電機２への駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳをオフ状態とすると共に、直結クラッチ３６へのクラッチ制御信号ＣＳもオフ状態とし、その後、例えば後述する図３の演算処理に従って、エンジン回転数検出値Ｎ_E 、モータ／発電機回転数検出値Ｎ_M/G 、車速検出値Ｖ、レンジ信号ＲＳ及びスロットル開度検出値ＴＨ等に基づいてモータ／発電機２及び直結クラッチ３６を制御する。ちなみに、この実施形態では、車両の停車時にエンジン１の回転を停止する、所謂アイドリングストップを行うように構成されている。
【００１７】
記憶装置１２ｃは、演算処理装置１２ｂの演算処理に必要な処理プログラムを予め記憶していると共に、演算処理装置１２ｂの演算過程で必要な各種データを記憶する。
出力側インタフェース回路１２ｄは、演算処理装置１２ｂの演算結果である駆動デューティ制御信号ＭＳ及び発電デューティ制御信号ＧＳと直結クラッチ制御信号ＣＳとをモータ／発電機駆動回路７及びソレノイド３６ａに供給する。ちなみに、前記モータ／発電機２では、逆起電圧を利用することにより、車両に制動力を付与することも可能である。このモータ／発電機２の制動トルク増加制御は、モータ／発電機２が発電機として作用しているときにはモータ／発電機駆動回路７のチョッパ７ａに供給するデューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして発生する逆起電圧を増加させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして駆動トルクを減少させることにより制動トルクを増加させる。また、モータ／発電機２の制動トルク減少制御は、上記とは逆に、モータ／発電機２が発電機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を小さくして発生する逆起電力を減少させることにより制動トルクを減少させ、モータ／発電機２が電動機として作用しているときには、デューティ制御信号ＤＳのデューティ比を大きくして駆動トルクを増加させることにより制動トルクを減少させる。
【００１８】
次に、走行状態、蓄電装置の状態、車両の操作状態に応じて前記モータ／発電機用コントローラ１２で行われるエンジン１及びモータ／発電機２の各種の作動状態について説明する。
前述のように、本実施形態ではアイドリングストップによって、車両の停車中にエンジン１の回転が停止されている。そこで、セレクトレバーの操作によってドライブレンジＤを始めとする走行レンジが選択され、或いはパーキングレンジＰやニュートラルレンジＮが選択されている場合でも、スロットル開度ＴＨが“０”を越えている場合のように、エンジンの回転始動が必要な場合には、前記モータ／発電機２を逆回転させると、ピニオンキャリヤＣは前記ワンウエイクラッチＯＷＣによって逆回転できないため、エンジン１が正方向に回転される。この状態で、燃料を噴射することでエンジン１の回転が始動する。また、これに伴って前記オイルポンプも駆動が開始される。
【００１９】
このようにしてエンジン１の回転始動後に、車両を発進走行させる必要がない場合、つまりフットブレーキが踏み込まれているような場合には、そのエンジン１の回転駆動力を利用してバッテリなどの蓄電装置６に蓄電を行う。つまり、モータ／発電機２を発電機として使用し、発電を行う。
また、ドライブレンジＤを始めとする走行レンジが選択され、アクセルペダルが踏み込まれると、車両を発進させるために、直結クラッチ３６の解放状態で、スロットル開度が大きくなるほど、目標エンジン回転数Ｎ_EPにエンジン１の回転数を維持しながら、モータ／発電機２を次第に正回転させるべく、正方向トルクを発生せしめ、これによりピニオンキャリヤＣに正方向のトルクを与えて車両を発進加速させる。
【００２０】
やがて、モータ／発電機２の回転数が、後述するように所定の回転数、つまり目標エンジン回転数Ｎ_EPに維持されているエンジンの回転数に一致又はほぼ一致したら、前記直結クラッチ３６を締結し、エンジン１とモータ／発電機２とを直結して車両を走行する。直結クラッチ締結後の走行状態においては、通常、モータ／発電機２はトルクを発生せず、所謂フリーな状態にして、エンジン１でのみトルクを発生して走行する。但し、アクセルペダルの踏込み量が大きい状態で、且つ蓄電装置６の蓄電量が十分な場合には、モータ／発電機２がトルクを発生し、エンジン１のアシストを行うことも可能である。
【００２１】
このような加速走行状態に対して、車両が減速状態にある、所謂エンジンブレーキの効きが期待される状況では、前記直結クラッチ３６を締結したままで、モータ／発電機２を発電機として用い、駆動輪５から入力される路面反力トルクに対し、負の方向のトルクを発生させて、本来のエンジンブレーキの代わりに或いはそれに加えて制動力を強める。
【００２２】
次に、前記モータ／発電機用コントローラ１２で行われる通常走行での目標モータ／発電機トルク及び目標エンジントルクの設定のための演算処理について、図３を用いて説明する。図３は、演算処理の内容をブロック化したものである。この演算処理では、前記インヒビタスイッチ１０からのレンジ信号ＲＳから要求ギヤ段が得られるから、そのギヤ段に応じた目標変速比を用い、それを車速に乗じ、更に二次減速比（最終減速比）を乗じたものを、タイヤ転がり動半径で除して変速装置入力軸目標回転数が得られる。前記直結クラッチ３６が締結されている場合には、エンジン１、モータ／発電機２、手動変速装置４の入力軸を直結状態に維持しているので、変速装置入力軸実回転数はエンジン回転数Ｎ_E 又はモータ／発電機回転数Ｎ_M/G と同じであり、これを前記変速装置入力軸目標回転数から減じて変速装置入力軸回転数差を得る。
【００２３】
この変速装置入力軸回転数差に対し、ＰＩＤ制御、即ち比例・積分・微分制御の各ゲインを乗じて、変速装置入力軸目標トルクを得る。この変速装置入力軸目標トルクから、前記推定エンジントルクを減じたものが目標モータ／発電機トルクになるから、この目標モータ／発電機トルクを指令値として出力する。推定エンジントルクは、周知のように、エンジン回転数Ｎ_E を変数とし、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとするマップ検索などによって算出することができる。一方、前記変速装置入力軸回転数差に対し、個別のＰＩＤ制御の各ゲインを乗じて、目標エンジントルクを得ることも可能であるので、エンジントルクを制御可能である場合には、それを指令値として出力する。
【００２４】
次に、前記モータ／発電機用コントローラ１２内で行われる数ある演算処理のうちから、エンジン回転始動時に行われる演算処理について、図４のフローチャートを伴って説明する。この演算処理は、前記モータ／発電機用コントローラ１２内の演算処理装置１２ｂで、所定制御時間ΔＴ毎のタイマ割込によって行われる。また、このフローチャートでは特に通信のステップを設けていないが、必要な情報やプログラムは随時入力インターフェース１２ａを介して外部や記憶装置１２ｃから読込まれ、演算処理中の情報は随時記憶装置１２ｃに記憶される。また、演算処理中の直結移行フラグＦ₃ 、エンジン完爆フラグＦ₂ 、エンジン低回転フラグＦ₁ は何れもエンジン停止でリセットされる。
【００２５】
この演算処理では、まずステップＳ１で、直結移行フラグＦ₃ が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該直結移行フラグＦ₃ がリセット状態である場合にはステップＳ２に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
前記ステップＳ２では、エンジン完爆フラグＦ₂ が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該エンジン完爆フラグＦ₂ がリセット状態である場合にはステップＳ３に移行し、そうでない場合にはステップＳ１３に移行する。
【００２６】
前記ステップＳ３では、エンジン低回転フラグＦ₁ が“０”のリセット状態であるか否かを判定し、当該エンジン低回転フラグＦ₁ がリセット状態である場合にはステップＳ４に移行し、そうでない場合にはステップＳ８に移行する。
前記ステップＳ４では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えばブレーキペダルの踏込みが解除され且つアクセルペダルが踏込まれているとか、前記スロットル開度センサ１１のスロットル開度検出値ＴＨが所定値以上であるとか、或いは前記蓄電装置６の容量が低減しているなどから、エンジン回転始動が必要か否かを判定し、エンジン回転始動が必要な場合にはステップＳ５に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００２７】
前記ステップＳ５では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、モータ／発電機２を、例えば最大発生トルクＴ_M/GMAXに設定された所定大トルクＴ_M/G-Hi0 の指令値で逆回転制御してからステップＳ６に移行する。
前記ステップＳ６では、前記エンジン回転数センサ８で検出されたエンジン回転数検出値Ｎ_E が、例えば６００ｒｐｍ程度、つまりエンジン１がフリクショントルクに抗して回転できる程度の所定低回転数Ｎ_E0以上であるか否かを判定し、当該エンジン回転数検出値Ｎ_E が所定低回転数Ｎ_E0以上である場合にはステップＳ７に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００２８】
前記ステップＳ７では、前記エンジン低回転フラグＦ₁ を“１”にセットしてから前記ステップＳ９に移行する。
前記ステップＳ９では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、モータ／発電機２を、前記所定大トルクＴ_M/G-Hi0 より小さく且つエンジン１のフリクショントルク程度に設定された所定小トルクＴ_M/G-LO0 の指令値で逆回転制御してからステップＳ１０に移行する。
【００２９】
前記ステップＳ１０では、前記エンジン用コントローラＥＣに向けて点火指令を出力してからステップＳ１１に移行する。
前記ステップＳ１１では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、例えばエンジン回転数Ｎ_E が、回転開始後にしか達成し得ない所定高回転Ｎ_E1以上であるか否か等の判定により、エンジン１の完爆が確認されたか否かを判定し、エンジン完爆確認した場合にはステップＳ１２に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。なお、完爆とは、エンジン内での点火が安定し、自身の回転慣性で回転し続けることができる状態を意味する。
【００３０】
前記ステップＳ１２では、前記エンジン完爆フラグＦ₂ を“１”にセットしてから前記ステップＳ１３に移行する。
前記ステップＳ１３では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、モータ／発電機２を正回転化する制御、つまりモータ／発電機２を正方向のトルクで駆動する制御を行ってからステップＳ１４に移行する。
【００３１】
前記ステップＳ１４では、同ステップ内で行われる個別の演算処理に従って、前記エンジン回転数センサ８で検出したエンジン回転数検出値Ｎ_E とモータ／発電機回転数センサ９で検出したモータ／発電機回転数検出値Ｎ_M/G とが同等か又はほぼ同等であるか否かを判定し、当該エンジン回転数検出値Ｎ_E とモータ／発電機回転数検出値Ｎ_M/G とが同等又はほぼ同等である場合にはステップＳ１５に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
【００３２】
前記ステップＳ１５では、前記直結移行フラグＦ₁ を“１”にセットしてからメインプログラムに復帰する。
次に、前記図４の演算処理の作用について、図５の共線図と図６のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図６に示すＮ_C は、変速比が固定されている車両発進時にあって車速と等価な出力回転数（キャリア回転数）を示す。
【００３３】
この演算処理によれば、例えば時刻ｔ₀₀でエンジン１の回転が停止しており（各フラグはリセットされている）、その後、時刻ｔ₀₁で、例えば運転者がアクセルペダルを踏込むなどして発進の意思が明確になると、図４の演算処理のステップＳ１〜ステップＳ３を経て、ステップＳ４でエンジンの回転始動必要と判定してステップＳ５以後に移行する。このステップＳ５では、モータ／発電機２を、例えば最大発生トルクＴ_M/GMAXに設定された所定大トルクＴ_M/G-Hi0 （図では−Ｔ_M/G-Hi0 ）の指令値で逆回転制御するため、図５ａのように、負の方向のモータ／発電機駆動トルクがエンジンのフリクショントルク（括弧内）より大きくなり、同図５ｂのようにエンジン１が正方向に回転し始める。なお、図６で負の方向に発生しているエンジントルクがエンジン１のフリクショントルクである。但し、このときには、未だエンジン回転数Ｎ_E が所定低回転数Ｎ_E0未満であるため、図４の演算処理はステップＳ６からメインプログラムに復帰してしまう。
【００３４】
このようなモータ／発電機２の所定大トルクＴ_M/G-Hi0 の指令値による逆回転制御が継続されると、エンジン回転数Ｎ_E が次第に大きくなり、時刻ｔ₀₂で所定低回転数Ｎ_E0以上となった。そのため、図４の演算処理ではステップＳ６からステップＳ７に移行して、エンジン低回転フラグＦ₁ がセットされ、これ以後は同演算処理のステップＳ３からステップＳ８に移行するフローが繰り返される。なお、エンジン回転数Ｎ_E が所定低回転数Ｎ_E0に達するまで、モータ／発電機２が最大発生トルクＴ_M/GMAXと同程度の前記所定大トルクＴ_M/G-Hi0 を発生し、エンジン１を駆動することで、その間の所要時間を短縮することができる。
【００３５】
また、これに続くステップＳ９では、図５ｃに示すように、モータ／発電機２を、例えばエンジン１のフリクショントルクと同程度に設定された所定小トルクＴ_M/G-LO0 （図では−Ｔ_M/G-LO0 ）の指令値で逆回転制御する。従って、前記時刻ｔ₀₂以後、エンジン１は正方向に、モータ／発電機２は負方向に、夫々、少し増速するものの、例えばエンジン回転数Ｎ_E に関しては、やがて前記所定低回転数Ｎ_E0より少し大きな回転数で安定する。このように、モータ／発電機２を比較的小さな所定小トルクＴ_M/G-LO0 の指令値で逆回転し、エンジン１を、前記フリクショントルクに抗して回転する所定低回転数Ｎ_E0又はそれより少し大きい回転数で安定して回転させながら、次のステップＳ１０でエンジンの点火指令を出力する。これにより、エンジン１が点火し、回転が始動されるはずであるが、点火指令が出力されたからといって、常に、即座に回転が始動するわけではなく、この場合も、時刻ｔ₀₂直後にはエンジン１は未だ回転始動していない（エンジントルクＴ_E が立ち上がっていない）。そのため、前記時刻ｔ₀₂以後は、ステップＳ１１でエンジン１の完爆が確認されるまで、メインプログラムに復帰するフローが繰り返される。なお、エンジン１の回転が始動するまでは、モータ／発電機２は所定小トルクＴ_M/G-LO0 で駆動されるので、消費電力を抑制することができる。
【００３６】
その後、時刻ｔ₀₃でエンジン１が点火し、回転が始動されると、図６に示すように、エンジントルクＴ_E が立ち上がると共に、エンジン回転数Ｎ_E が増速する。このときのエンジントルクとモータ／発電機トルクとは、図５ｄのように両者とも、エンジン回転数を増速せしめる方向であるが、モータ／発電機トルクは小さな値をとっているため、これによるエンジン回転数の吹け上がりへの影響は小さい。やがて、時刻ｔ₀₄でエンジン回転数Ｎ_E が前記所定高回転数Ｎ_E1以上になると、図４の演算処理のステップＳ１１でエンジン１の完爆が確認され、同ステップＳ１２に移行してエンジン完爆フラグＦ₂ がセットされるので、これ以後は前記ステップＳ２からステップＳ１３に移行するフローが繰り返される。
【００３７】
そして、次のステップＳ１３では、モータ／発電機２をエンジン１と同期して直結クラッチ３６を直結するために、当該モータ／発電機２の正回転化制御、つまり図５ｅに示すようにモータ／発電機トルクを正方向に変換して正トルク駆動制御を行う。
この制御では、図６に示すように、エンジン回転数Ｎ_E が前記所定高回転数Ｎ（第２所定回転数）_E1となった時刻ｔ₀₄以降は、例えばエンジントルクを基に算出された、エンジン回転数Ｎ_E とモータ／発電機回転数Ｎ_M/G とを近づけて同期させることが可能なモータ／発電機トルクに、一次遅れ、或いは二次遅れといった遅れ成分を加えたモータ／発電機トルクの指令値に切り換える。これにより、エンジンの完爆判定直後では、モータ／発電機トルクＴ_M/G はエンジントルクＴ_E よりも小さな値をとり、モータ／発電機回転数Ｎ_M/G が負方向に増大するため、車両駆動力が急激に立ち上がることに起因するショックの発生が防止される。その後、既に正方向のエンジントルクＴ_E に抗して、モータ／発電機トルクＴ_M/G が負方向から変化して正方向に移行する時刻ｔ₀₅から車両駆動力が生じ、図５ｆに示すように出力回転数Ｎ_C が正値となり、車速が次第に増速する（但し、ここでは考え方を簡単にするためにイナーシャの影響は無視している）。
【００３８】
以上に示した制御により、エンジンの完爆判定を低回転数で誤りなく確実に行うことができるので、エンジン回転始動時のエンジン回転数Ｎ_E 及びモータ／発電機回転数Ｎ_M/G の過度な増大を抑制することができる。従って、エンジン回転数Ｎ_E とモータ／発電機回転数Ｎ_M/G とを同期させるまでの時間を短縮すると共に、それらの同期回転数を低く抑えることができ、充放電効率に起因するエネルギ損失を小さくすることができる。また、モータ／発電機回転数Ｎ_M/G の増大を抑制することで消費電力を抑制することができるため、モータ／発電機２、インバータ７ｂ、蓄電装置６などのシステムの小型化が可能となり、コストダウンにつながる。更に、前記所定大トルクＴ_M/G-Hi0 をモータ／発電機２の最大発生トルクとしているため、エンジン点火までの時間を短縮することができ、車両を速やかに発進させることができる。
【００３９】
このように、エンジン回転数Ｎ_E とモータ／発電機回転数Ｎ_M/G とは大きく異なる状態において、図４の演算処理ではステップＳ１４からメインプログラムに復帰して、以上のフローを繰り返す。
その後、エンジン回転数Ｎ_E は、燃費が低下しないようにエンジンコントローラＥＣによってほぼ一定の値に保持され、その一方で、車速、即ち出力回転数Ｎ_C が次第に増速することから、モータ／発電機回転数Ｎ_M/G も次第に負値から正値に転じ、更に増速し、時刻ｔ₀₆でエンジン回転数Ｎ_E とモータ／発電機回転数Ｎ_M/G が同等又はほぼ同等になると、図５ｇに示すように直結クラッチ３６を完全締結して両者を同期化すると共に、図４の演算処理ではステップＳ１４からステップＳ１５に移行して直結移行フラグＦ₃ がセットされるため、これ以後、図４の演算処理が開始されても、ステップＳ１からメインプログラムに直接復帰してしまい、エンジン回転始動のための処理は行われない。
【００４０】
これに対して、図７は、本発明との比較例のエンジン回転始動の演算処理によるタイミングチャートを示している。この演算処理では、時刻ｔ₁₀で回転停止状態にあるエンジンを、時刻ｔ₁₁で回転始動させるために、モータ／発電機を最大発生トルクＴ_M/GMAXの指令値で逆回転制御し、時刻ｔ₁₂でエンジンが回転始動し、エンジン回転数Ｎ_E が前記所定高回転数Ｎ_E1となった時刻ｔ₁₃でモータ／発電機トルクＴ_M/G の指令値を正値化し、エンジン回転数Ｎ_E とモータ／発電機回転数Ｎ_M/G とが同等又はほぼ同等となった時刻ｔ₁₅で直結クラッチを完全締結してエンジンとモータ／発電機とを同期化したものである。モータ／発電機を逆回転してエンジンが回転始動した後は、前述のようにエンジンとモータ／発電機とを同期させて直結する必要があるため、モータ／発電機のトルクを正方向に転換するが、確実にエンジンを完爆させた上で転換しないとエンストする恐れがあるため、モータ／発電機はエンジンが確実に完爆したと判断される見込み回転数に達するまで、エンジンをクランキングしなければならない。この見込み回転数は、モータ／発電機の正方向トルクがエンジン回転数を引き下げる方向に作用するため、エンストの危険を回避するために、低回転に設定することができない。従って、エンジンは完爆した後も、しばらくの間、モータ／発電機の大トルクによって吹き上がり方向へ後押しされる形となり、その後にモータ／発電機トルクの反転を行うことになるので、エンジン回転数は過剰に吹け上がることになる。そして、当然のことながら、遊星歯車機構を介して連結されているモータ／発電機も負方向に吹け上がる（増速される）ことになる。その状態から、モータ／発電機に正方向のトルクを発生させて、車両駆動力を滑らかに発生させながら、モータ／発電機回転数をエンジン回転数に近づけて同期させる場合、同期回転数も同様に大きな値となる。そして、充放電効率が１００％でない限り、モータ／発電機の正回転、逆回転何れの場合においても、回転数の絶対値のより大きな領域におけるエネルギ損失はより大きくなる。
【００４１】
また、モータ／発電機が逆回転している間は発電することになり、モータ／発電機回転数が負方向に増大するほど発電量が増すが、この際、使用するモータ／発電機、インバータ、蓄電装置の何れかの能力によって決定される限界値以上には発電した電力を吸収することができず、即ち発電負荷が頭打ちになるため、エンジン回転始動時に限界値を越えてエンジンが吹け上がるような、例えばアクセル開度が大きいような場合には、より吹け上がり傾向が増すことになる。
【００４２】
更に、モータ／発電機が正方向のトルクを発生してエンジンと回転を同期させる際にも、前記発電時と同様の限界値が存在し、モータ／発電機回転数が増大して、これを越えた場合、同期までの所要時間が延び、より同期回転数が大きくなることになり、充放電効率に起因するエネルギ損失が増加することになる。また、最悪の場合、エンジントルクに対してモータ／発電機トルクが不足し、同期できないこともあり得る。別の比較例として、モータ／発電機トルクを正方向に転換した際に、より大きなモータ／発電機トルクを発生することで速やかにエンジン回転数を引き下げ、モータ／発電機回転数と同期させればよいのであるが、反面で、車両の急発進、同期時直結クラッチ締結によるショックの発生が懸念される。また、車両発進時、エンジン始動直後のオーバシュートが重なると、よりショックが悪化する可能性もある。更に、別の比較例として、より限界値の高いモータ／発電機、インバータ、蓄電装置を用いることが有効であるが、同然のことながら、コストアップや大型化につながる。
【００４３】
次に、本発明のパラレルハイブリッド車両の第２実施形態について説明する。本実施形態の主要な構成要件は、前記第１実施形態と同様である。この実施形態では、前記第１実施形態の図４の演算処理のステップＳ９で、同ステップＳ１１で完爆判定するまでの間、エンジンのフリクショントルクに釣り合う一定の所定小トルクＴ_M/G-LO0 を指令値としてモータ／発電機２を逆回転させる代わりに、図８に示すように、前記所定小トルクＴ_M/G-LO0 から所定勾配で次第に負方向（クランキング力が増す方向）に増大させた指令値でモータ／発電機２を逆回転させる。つまり、エンジン回転数Ｎ_E が所定低回転数Ｎ_E0以上となった時刻ｔ₀₂で、モータ／発電機２を、一旦、前記エンジンフリクショントルクに釣り合う負方向の所定小トルクＴ_M/G-LO0 の指令値で逆回転し、その後、エンジン１の完爆が確認されるまで、即ちエンジン回転数Ｎ_E が前記所定高回転数Ｎ_E1となるまで、モータ／発電機トルクＴ_M/G の指令値を負方向に微小トルクで増大する。これによって、エンジン１の状態によってエンジンフリクショントルクが変化しても、エンジン回転数Ｎ_E が小さくなってエンジン１を回転始動できないという事態を回避することができる。
【００４４】
また、これに代えて、エンジン回転数Ｎ_E が前記所定低回転数Ｎ_E0以上となった後、例えば検出されるエンジン回転数Ｎ_E が小さくなったら、モータ／発電機トルクＴ_M/G の指令値を負方向に増大して、エンジン回転数Ｎ_E が前記所定高回転数Ｎ_E1まで増大しない程度の微小トルクでエンジン回転数Ｎ_E を増速し、エンジン回転数Ｎ_E を前記所定低回転数Ｎ_E0以上、所定高回転数Ｎ_E1未満に保つようにしてもよい。
【００４５】
なお、前記各実施形態では、前記直結クラッチが遊星歯車機構のサンギヤとキャリアとの間に介装されているが、この直結クラッチは、遊星歯車機構の３要素のうちの２要素間に介装されていればよく、例えばキャリアとリングギヤ間に介装させてもよい。
また、前記各実施形態では、エンジンの完爆（エンジンが自立回転可能）状態となったら、正トルク駆動制御において目標モータ／発電機トルクに一次又は二次遅れといった遅れ成分を加えて立ち上げているが、これに限定されるものではない。
【００４６】
また、前記各実施形態では、コントローラにマイクロコンピュータを用いた場合について説明したが、これに代えて各種の演算回路を使用することも可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るパラレルハイブリッド車両によれば、エンジンの回転が停止している状態から当該エンジンの回転数が第１所定回転数になるまで、電動発電機を負方向の所定大トルクで回転し、エンジンの回転数が第１所定回転数になってから、電動発電機を、前記所定大トルクより小さく且つエンジンのフリクショントルクと同等又はほぼ同等の負方向の所定小トルクで回転する構成としたため、前記第１所定回転数を、フリクショントルクに抗してエンジンが回転できる程度の回転数に設定し、前記電動発電機が所定小トルクで回転しているときに、エンジンに点火して回転始動するようにすれば、エンジン及び電動発電機の回転数の増大を抑制することができ、その後、電動発電機トルクを判定してエンジン回転数と電動発電機回転数とをどうきさせるまでの車両発進時におけるエネルギ損失を抑制することができる。また、電動発電機の回転数の増大が抑制されることで最大電力が抑制され、電動発電機、インバータ、蓄電装置などのシステムの小型化が可能となり、コストダウンにつながる。
【００４８】
また、本発明のうち請求項２に係るパラレルハイブリッド車両によれば、エンジンを点火後、エンジン回転数が第１所定回転数より大きい第２所定回転数となるまでは負方向の所定小トルクの指令値で電動発電機を回転し、エンジン回転数が第２所定回転数となってからは、エンジン回転数と電動発電機回転数とが同期するようにエンジントルクに基づいて算出されたトルク指令値で電動発電機を回転する構成としたことにより、エンジン完爆判定後の初期においては電動発電機トルクはエンジントルクよりも小さな値となり、電動発電機回転数が負方向に増大するため、車両駆動力が急激に立ち上がることに起因するショックの発生を防止することができる。
【００４９】
また、本発明のうち請求項３に係るパラレルハイブリッド車両によれば、電動発電機の最大発生トルクを負方向の所定大トルクに設定することにより、エンジン点火までの所要時間を短くすることができ、より車両の発進を速やかに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパラレルハイブリッド車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のパラレルハイブリッド車両の模式図である。
【図３】図１のモータ／発電機用コントローラで行われる通常のトルク制御のための演算処理を示すブロック図である。
【図４】図１のモータ／発電機用コントローラで行われるエンジン回転始動のための演算処理のフローチャートである。
【図５】図４の演算処理によるモータ／発電機、出力、エンジンの共線図である。
【図６】図４の演算処理によるエンジン回転始動時のタイミングチャートである。
【図７】比較例の演算処理によるエンジン回転始動時のタイミングチャートである。
【図８】本発明のパラレルハイブリッド車両の第２実施形態を示すエンジン回転始動時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１はエンジン
２はモータ／発電機（電動発電機）
３は差動装置
４は変速装置
５は駆動輪
６は蓄電装置
７はモータ／発電機駆動回路
８はエンジン回転数センサ
９はモータ／発電機回転数センサ
１０はインヒビタスイッチ
１１はスロットル開度センサ
１２はモータ／発電機用コントローラ
１３はオイルポンプ
１４は車速センサ
Ｓはサンギヤ
Ｒはリングギヤ
Ｃはピニオンキャリア

Claims (3)

1. エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備えた電動発電機と、変速装置と、第１軸に前記エンジンの出力軸が接続され、且つ第２軸に前記電動発電機の出力軸が接続され、且つ第３軸に前記変速装置の入力軸が接続された差動装置と、少なくとも前記電動発電機の運転状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記エンジンの回転が停止している状態で、車両を駆動する方向を正方向としたとき、電動発電機を負方向に回転させてエンジンの回転可能なパラレルハイブリッド車両において、前記制御手段は、前記エンジンの回転が停止している状態から当該エンジンの回転数が第１所定回転数になるまで、前記電動発電機を負方向の所定大トルクの指令値で回転し、エンジンの回転数が前記第１所定回転数になってから、前記電動発電機を、前記所定大トルクより小さく且つエンジンのフリクショントルクと同等又はほぼ同等の負方向の所定小トルクの指令値で回転することを特徴とするパラレルハイブリッド車両。
2. 前記制御手段は、エンジンに点火後、エンジンの回転数が前記第１所定回転数より大きい第２所定回転数となるまで、前記電動発電機を負方向の所定小トルクの指令値で回転し、エンジンの回転数が前記第２所定回転数となってからは、エンジンの回転数と電動発電機の回転数とが同期可能となるようにエンジンのトルクに基づいて算出されたトルクに所定遅れ成分を加えたトルク指令値で前記電動発電機を回転することを特徴とする請求項１に記載のパラレルハイブリッド車両。
3. 前記所定大トルクは、電動発電機の最大発生トルクであることを特徴とする請求項１又は２に記載のパラレルハイブリッド車両。

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