JP3958220B2 - トルク伝達装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク伝達装置に関し、より詳しくは、内燃機関のトルクを駆動軸に伝達するトルク伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関と電動機とを有する駆動装置としてハイブリッド駆動装置が知られており、この種のハイブリッド駆動装置は、排ガスの削減および燃費の向上を図るために、車両の駆動装置として用いられるようになってきている。
【０００３】
従来のハイブリッド駆動装置は、燃料の燃焼によって作動する内燃機関などのエンジンと、そのエンジンの回転変動を吸収するスプリング式のダンパ装置と、そのダンパ装置を介して伝達されるエンジンの出力を第１モータジェネレータおよび出力部材に機械的に分配する遊星歯車式の分配機構と、出力部材に回転力を加える第２モータジェネレータと、を備えている（特許文献１）。
【０００４】
上記ハイブリッド駆動装置は、第２モータジェネレータのみを動力源とする車両走行時に第１モータジェネレータが無負荷状態とされて逆回転させられる場合には、その第１モータジェネレータに所定の回生制動トルクを発生させたり正回転方向に所定のトルクを発生させたりすることにより、分配機構を介してエンジンを回転駆動して始動させることができる。その場合に、第２モータジェネレータの出力の一部がエンジンの回転によって消費されるため、走行に必要な所要動力以上の出力で第２モータジェネレータを作動させ、その所要動力以上の余裕動力、すなわち第２モータジェネレータの出力から所要動力を差し引いた動力でエンジンを回転駆動している。これにより、エンジンの始動に起因する駆動力変動を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１７０５３３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事実に鑑み成されたものであって、内燃機関のトルク脈動・変動をより容易に減少させることの可能なトルク伝達装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明は、内燃機関からのトルクを受ける第１の回転軸、駆動軸に対応する第２の回転軸、及び電動発電機が連結され、該電動発電機からのトルクによって、前記第１の回転軸が受け取ったトルクが前記第２の回転軸を介して前記駆動軸に伝達されるように、作動する第３の回転軸を備えた伝達機構と、前記内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を前記駆動軸に伝達される前に検出する検出手段と、前記検出されたトルク脈動の前記駆動軸への影響を減少させるための前記トルク脈動と同相のトルクであって、かつ、前記検出手段により検出されたトルク脈動を、前記電動発電機の回転特性を表す物理量、前記内燃機関の回転特性を表す物理量、及び前記伝達機構の伝達特性を表す物理量により定まる定数倍した値である減少トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備えている。
【０００８】
即ち、本発明は、内燃機関からのトルクを受ける第１の回転軸、駆動軸に対応する第２の回転軸、及び電動発電機が連結され、該電動発電機からのトルクによって、第１の回転軸が受け取ったトルクが第２の回転軸を介して駆動軸に伝達されるように、作動する第３の回転軸を備えた伝達機構を備えたトルク伝達装置である。
【０００９】
ここで、内燃機関の始動操作時や停止操作時では、内燃機関からのトルクにトルク脈動が発生する場合がある。
【００１０】
本発明の検出手段は、内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を駆動軸に伝達される前に検出する。制御手段は、上記検出されたトルク脈動の駆動軸への影響を減少させるための上記トルク脈動と同相の減少トルクが発生するように電動発電機を制御する。
【００１１】
これにより、伝達機構には、内燃機関からのトルク脈動を含むトルクと、該トルク脈動の駆動軸への影響を減少させるための上記トルク脈動と同相の減少トルクと、が供給される。よって、内燃機関からのトルク脈動を含むトルクが、該トルク脈動が減少トルクによって減少されて、伝達機構を介して駆動軸に伝達される。
【００１２】
このように、本発明は、内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を駆動軸に伝達される前に検出し、検出されたトルク脈動の駆動軸への影響を減少させるための上記トルク脈動と同相の減少トルクを電動発電機に発生させているので、トルクが駆動軸に伝達される前の段階で内燃機関のトルク脈動を減少させることができ、内燃機関のトルク脈動の駆動軸への影響を容易に減少させることができる。
【００１３】
本発明の減少トルクは、検出手段により検出されたトルク脈動を、前記電動発電機の回転特性を表す物理量、前記内燃機関の回転特性を表す物理量、及び前記伝達機構の伝達特性を表す物理量により定まる定数倍した値とする。このように、減少トルクを、トルク脈動を定数倍した値としているので、該減少トルクが発生するための電動発電機の制御を簡単なものにすることができる。
また、上記の電動発電機の回転特性を表す物理量は、電動発電機の回転イナーシャであり、内燃機関の回転特性を表す物理量は、内燃機関の回転イナーシャであり、伝達機構の伝達特性を表す物理量は、第３の回転軸と第２の回転軸との間のギヤ比としてもよい。
また、上記の減少トルクは、検出手段により検出されたトルク脈動を、以下の式によって定まる定数Ｋ倍した値としてもよい。
Ｋ＝｛（１＋ρ）／ρ｝・（Ｉ ｍｇ１ ／Ｉ ｅ ）
ただし、Ｉ ｍｇ１ は電動発電機の回転イナーシャ、Ｉ ｅ は内燃機関の回転イナーシャ、ρは第３の回転軸と第２の回転軸との間のギヤ比を表している。
【００１４】
また、請求項４記載の発明は、内燃機関からのトルクを受ける第１の回転軸、駆動軸に対応する第２の回転軸、及び電動発電機が連結され、該電動発電機からのトルクによって、前記第１の回転軸が受け取ったトルクが前記第２の回転軸を介して前記駆動軸に伝達されるように、作動する第３の回転軸を備えた伝達機構と、前記内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を前記駆動軸に伝達される前に検出する検出手段と、前記検出されたトルク脈動の前記駆動軸への影響を減少させるための前記トルク脈動と同相の減少トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、を備え、減少トルクのトルク脈動に対する倍率は、トルク脈動の駆動軸への影響が最も大きくなる時を含む所定時間帯以外では、該所定時間帯より小さいことを特徴としている。このように、内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を駆動軸に伝達される前に検出し、検出されたトルク脈動の駆動軸への影響を減少させるための上記トルク脈動と同相の減少トルクを電動発電機に発生させているので、トルクが駆動軸に伝達される前の段階で内燃機関のトルク脈動を減少させることができ、内燃機関のトルク脈動の駆動軸への影響を容易に減少させることができる。また、減少トルクのトルク脈動に対する倍率を、トルク脈動の駆動軸への影響が最も大きくなる時を含む所定時間帯以外では、該所定時間帯より小さくしている、即ち、比較的必要でないときの減少トルクのトルク脈動に対する倍率を小さくしているので、効率的である。
【００１５】
なお、伝達機構は、請求項５のように、前記内燃機関と前記第１の回転軸と間に連結された弾性緩衝機構を更に備えるようにしてもよい。即ち、本発明では、上記のように、トルクが駆動軸に伝達される前の段階で内燃機関のトルク変動を減少させているので、弾性緩衝機構を備えても、内燃機関のトルク変動を容易に減少させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態のトルク伝達装置を備えたハイブリッド自動車の動力系統には、内燃機関としてのガソリンエンジン(以下、エンジンという)１２の他に電動発電機１（以下、MG１という）と電動発電機２（以下、MG２という）が備えられている。ＭＧ１，ＭＧ２は、同期電動機として構成されており、外周面に複数個の永久磁石を有する図示しないロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回された図示しないステータとを備える。ＭＧ１，ＭＧ２のステータに巻回された三相コイルは、それぞれ駆動回路１６ＭＧ１、１６ＭＧ２を介して蓄電池１４に接続されている。駆動回路１６ＭＧ１、１６ＭＧ２は各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを１対ずつ備えた図示しないトランジスタインバータである。ＭＧ１，ＭＧ２は蓄電池１４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし、ロータが外力により回転している場合には発電機として機能して蓄電池１４を充電することもできる。
【００１８】
エンジン１２には、制御ユニット３６に接続されたクランク角検出センサ４０及びエンジン水温検出センサ３８が取り付けられている。制御手段としての制御ユニット３６には、駆動回路１６ＭＧ１、１６ＭＧ２が接続され、ＭＧ１、ＭＧ２が制御される。
【００１９】
エンジン１２とＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれ伝達機構としての動力分割機構１８を介して機械的に結合されている。動力分割機構１８は、サンギヤ２０、リングギヤ２２、プラネタリピニオンギヤを有するプラネタリキャリア２３（図２も参照）で構成されたプラネタリギア２４を備えている。エンジン１２のクランク軸は弾性緩衝機構（以下、トーショナルダンパという）２６を介してプラネタリキャリア２３（図２も参照）に結合されている。なお、エンジン１２のクランク軸が連結されているプラネタリキャリア２３の回転軸は第１の回転軸に対応する。ＭＧ１のロータはサンギヤ２０の回転軸（第３の回転軸）に結合されている。ＭＧ２のロータはリングギア２２の回転軸（第２の回転軸）に結合されている。リングギヤ２２の回転は、減速機２８、デフ３０及び駆動軸（ドライブシャフト）３２を介して車輪３４Ｒ、３４Ｌに伝達される。
【００２０】
ここで、エンジン始動時の動力分割機構１８の動作を説明する。ここでは特にモータ（ＭＧ２）での走行中にエンジンを始動する場合について説明する。プラネタリギヤの３軸（サンギヤ軸２０、リングギヤ軸２２及びキャリア軸２３）における回転数やトルクの関係は、機構学上、図３に示す共線図と呼ばれる図として表すことができる。図３における縦軸は３軸の回転数軸であり、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表す。即ち、サンギヤ軸２０とリングギヤ軸２２の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、キャリア軸２３の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められる。ここで、ρはサンギア２０とリングギア２２間のギヤ比である。上記プラネタリギヤの３軸の回転数は、共線図上で一直線状に並ぶという特徴を持つ。この直線を動作共線と呼ぶ。エンジンが停止した状態（キャリア回転数０）で、車両が前進走行しリングギアが正回転している場合、サンギヤ２０は負方向に回転している。ここで、サンギヤ２０に結合されたＭＧ１から、ＭＧ１を正方向に回転させるように正のクランキングトルクを出力すると、プラネタリキャリアの回転数が正方向に上昇し、プラネタリキャリアにトーショナルダンパを介して接続されているエンジンがクランキングされる。エンジン回転数が燃焼可能回転数に達すると、燃焼噴射及び点火が行われ、エンジンが始動する。
【００２１】
次に本実施の作用を説明する。
【００２２】
最初に、エンジン１２のトルクに発生するトルク脈動について説明する。エンジン始動操作時および停止操作時には、ピストン内に吸引された気体の圧縮、膨張により、クランク軸にトルク脈動が発生する。これにより、図４に示すように、プラネタリキャリア２３に回転数の変化が生ずる。よって、この回転数の変化に応じて、エンジン１２のトルク脈動が駆動軸３０に伝達され、その結果、リングギア２２に回転数変動が生じる。このようにトルク脈動が駆動軸３２に出力されると、駆動軸３２に回転数変動が発生し、乗り心地を悪化させる。
【００２３】
そこで本実施の形態では、エンジン始動操作時および停止操作時に発生するエンジントルク脈動と同相の振動抑制トルク(以下、制振トルクという（減少トルクに対応)）をＭＧ１から出力して（図２符号Ｂ参照）、ＭＧ１をエンジン１２と同期させて振動させることにより、ドライブシャフト側（リングギヤ）へのトルク脈動の影響を減少（好ましくは出力しないように）する（図２符号Ｃ参照）。すなわち、エンジンのトルク脈動の影響を、エンジン・トーショナルダンパ・プラネタリキャリア・サンギヤ・ＭＧ１からなる系に閉じ込めることで、駆動軸３２につながるリングギヤ２２にエンジンのトルク脈動の影響を減少（好ましくは、出力しないように）する。
【００２４】
以上の作用を図５の共線図を用いて説明する。トーショナルダンパを介してプラネタリキャリアに連結されたエンジンにトルク脈動が発生しており、ある瞬間にトルク脈動の符号が正になったとする。ここで、図５の共線図において図上方向が正のトルクとする。このとき、サンギヤに連結されているＭＧ１に、同じく正方向の所定の大きさのトルクを付加することにより、リングギヤの回転数変動を０もしくは抑制することができる。逆に、ある瞬間にエンジンのトルク脈動の符号が負になったとする。この時、サンギヤに連結されているＭＧ１が同じく負方向に所定の大きさのトルクを付加することにより、リングギヤの回転数変動を０もしくは抑制することができる。即ち、エンジンのトルク脈動と同相の脈動トルクをＭＧ１から出力させることにより、エンジントルク脈動による影響をプラネタリキャリアの回転数変動とサンギヤの回転数変動に閉じ込め、リングギヤへの影響を最小限もしくは０にすることができる。
【００２５】
次に、制振トルクの大きさの決定方法を説明する。上記の制御を行うためには、エンジントルクと同相で振幅を変化させればよいことを以下で説明する。
【００２６】
リングギヤ２２側へのエンジン１２のトルク脈動の影響が減少（好ましくは出力されないように）するためには、上で述べたようにサンギヤ２０がトルク脈動によるプラネタリキャリア２３の反力を受けないようにすればよい。サンギヤ２０がプラネタリキャリア２３からトルク脈動による力を受けないようにするには、トルク脈動によりトーショナルダンパ２６の捩れが生じないようにＭＧ１を制御すればよい。すなわち、エンジン１２のトルク脈動によりトーショナルダンパの捩れが生じないようにＭＧ１にトルクを加えればよいことがわかる。
【００２７】
ここで、駆動系への入力であるエンジントルクＴe、ＭＧ１トルクＴmg1、ＭＧ２トルクＴmg2からトーショナルダンパ捩れ角θtdまでの特性は、駆動系の運動方程式により
【００２８】
【数１】
Figure 0003958220
【００２９】
と表すことができる（ただしＡ(ｓ)、Ｂ(ｓ)、Ｃ(ｓ)は伝達関数）。ここでエンジントルクＴeは定常分Ｔesと脈動分Ｔepに分けることができる。
【００３０】
【数２】
Figure 0003958220
【００３１】
エンジントルク脈動Ｔepのθtdへの影響を無くすにはＴmg1の制振トルクを
【００３２】
【数３】
Figure 0003958220
【００３３】
とすればよい。実施例のハイブリッド車両では、K(ｓ)を計算すると,
【００３４】
【数４】
Figure 0003958220
【００３５】
となる。ここで、ａ0，ｂ0は実数定数であり、α0…αnはK(ｓ)の零点、β0 …βnはK(ｓ)の極であり、実数または複素数の定数である。ここでα0…αnとβ0…βnの間には、
【００３６】
【数５】
Figure 0003958220
【００３７】
のいわゆる極零相殺の関係があるため、K(ｓ)は定数で近似することができる。すなわち、
【００３８】
【数６】
Figure 0003958220
【００３９】
となりKはρ、Ｉmg1、Ie、に関する定数となる。ここで、ρはサンギヤ２０とリングギヤ２２間のギヤ比（伝達特性を表す物理量）、Ｉmg1はMG１ロータの回転イナーシャ（回転特性を表す物理量）、Ieはエンジンの回転イナーシャ（回転特性を表す物理量）である。（６）式より、MG１が出力すべき制振トルクはエンジントルク脈動に対して位相が同相（すなわち位相操作は不要）であり、振幅はエンジントルク脈動のK倍とすればよいことがわかる。即ち、クランク角度やエンジン水温等からトルク脈動を検出し、トルク脈動に上記Ｋ倍（定数倍）したものが、制振トルクであるので、位相操作をする必要がない。
【００４０】
次に、制振トルクを算出するのに必要なエンジントルク脈動の推定方法について説明する。クランキング時（他の動力によりエンジンが回転させられている状態）やエンジン停止操作時には、シリンダ内に吸い込んだ気体を圧縮・膨張することによるポンピング作用によりトルク脈動が発生する。本実施例の車両は４気筒エンジンであるため、クランク軸１回転あたり２周期のトルク脈動が発生する。このトルク脈動はエンジン水温および吸排気弁の操作量（開閉角度、リフト量）が一定であればクランク角度の関数とみなせるので、本発明ではクランク角度θe、エンジン水温を変数とするマップから求める。このマップは実験値もしくは理論的に導出したエンジンモデルから作成する。
【００４１】
以上の原理に基づいて、本実施の形態の制御ユニットが行うルーチンを、図６のフローチャートに沿って説明する。
【００４２】
ステップ４２で、エンジン始動操作時か停止操作時か否かを判断し、エンジン操作時または停止操作時と判断された場合には、ステップ４４で、ＭＧ１の基本トルクＴcを設定する。このＭＧ１の基本トルクＴcは、エンジン始動時にはエンジンを着火可能な所定の回転数まで回転させるのに必要なトルクであり、エンジン停止時にはエンジン回転数を速やかに０にするためにエンジンに加えるトルクである。
【００４３】
ステップ４６で、クランク角検出センサ４０からクランク角度θeと、エンジン水温検出センサ３８によりエンジン水温ＴＨＷを検出する。ステップ４８で、クランク角θe、エンジン水温ＴＨwおよびトルク脈動の関係を示したデーターマップから、トルク脈動Ｔepを得る。
【００４４】
ステップ５０で、トルク脈動Ｔepに前述した係数Ｋをかけて、制振トルクＴseiを算出し、ステップ５２で上記演算された制振トルクＴseiをＭＧ１の基本トルクＴCに加えたものをMG1指令値としてMG1を制御する。
【００４５】
このように、エンジントルク脈動と同相でＭＧ１に制振トルクを加えることにより、ドライブシャフトにつながるリングギヤにエンジントルク脈動の影響が現れない、もしくは影響を小さくすることができる。このときＭＧ１の回転数変動およびエンジン回転数変動は増幅される方向にあるが、車両振動に支配的に作用するドライブシャフトへのエンジントルク脈動の出力を抑えることが出来るため、車両振動を低減することができる。
【００４６】
以上説明した第１の実施の形態では、エンジンからのトルクに発生するトルク脈動をドライブシャフトに伝達される前に検出し、検出されたトルク脈動のドライブシャフトへの影響を減少させるためのトルク脈動と同相の制振トルクを電動機に発生させているので、トルクがドライブシャフトに伝達される前の段階でエンジンのトルク脈動を減少させることができ、エンジンのトルク脈動を容易に減少させることができる。
【００４７】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態の構成は前述した第１の実施の形態と略同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について説明する。即ち、本実施の形態では、図７の示すように、ＭＧ１、ＭＧ２に、制御ユニット３６に接続された角度センサ５４，５６を更に備えている。
【００４８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４９】
MG１による抑制トルクは前述したようにエンジントルク脈動の振幅をK倍したものでよいが、エンジンが運転中常に抑制トルクを出力するのはエネルギー消費の面で好ましくない。また、実際にエンジントルク脈動による車両振動が問題になるのは、エンジンとトーショナルダンパとMG１とからなる系におけるトーショナルダンパの共振周波数を通過する時であり、この共振周波数は通常エンジンのアイドリング回転数よりも低回転域に存在する。したがって、制振トルクのトルク脈動に対する相対的な大きさを、トルク脈動のドライブシャフト３２への影響が最も大きくなる時を含む所定時間帯以外で、該所定時間帯より小さくする。例えば、トーショナルダンパの共振周波数付近の回転数で制振トルクの振幅が最大となるようにする。具体的には、エンジントルク脈動にK倍したものにプラネタリキャリア回転数に応じた係数Ｋｆをさらに乗じて、最終的な制振トルクを算出する。すなわち制振トルクは以下の式により求められる。
【００５０】
【数７】
Figure 0003958220
【００５１】
係数Ｋｆは、トーショナルダンパの共振周波数となるプラネタリキャリア回転数付近で１となり、プラネタリキャリアの回転数が０のときに０となり、それ以外のプラネタリキャリア回転数では０〜１の実数となるような関数であり、実験的もしくは解析的に設定する。図８にＫｆの概略図を示す。図８の曲線Aのようにトーショナルダンパの共振周波数付近で１となり、それ以外の回転数で０に滑らかに漸近するＫｆを用いてもよいし、あるいは、消費電力は大きくなるが、曲線Bのようにトーショナルダンパの共振周波数となる回転数よりも大きいプラネタリキャリア回転数である一定の値に漸近するようなＫｆを用いてもよい。曲線Bのようにすることであらゆるエンジン回転数に対してエンジントルク脈動による振動を抑えることができる。このＫｆはマップとして記憶している。
【００５２】
Ｋｆを算出するために用いられるプラネタリキャリア回転数Ｗcは、MG１回転数Ｗmg1およびＭＧ２回転数Ｗmg2から以下の（８）により求められる。
【００５３】
【数８】
Figure 0003958220
【００５４】
MG１回転数Ｗmg1およびMG２回転数Ｗmg2は、MG１，MG２に取り付けられた角度センサ５４、５６の角度検出信号から算出することができるので、（８）式よりプラネタリキャリアの回転数を算出することができる。
【００５５】
本実施の形態の制御ユニットが行うルーチンは図９に示す通りである。即ち、第１の実施の形態の前述したステップ４２〜４８を実行した後、ステップ６２で、角度センサ５４，５６からの角度検出信号から、ＭＧ１の回転数Ｗmg1およびMG２の回転数Ｗmg2を検出し、ステップ６４でプラネタリキャリア２３の回転数Ｗcを算出する。ステップ６６で、プラネタリキャリア２３の回転数Ｗcから上記マップを用いてゲインKfを算出し、制振トルクTseiを（７）式から求める。
【００５６】
本実施の形態では、ＭＧ１の回転数Ｗmg1及ぶMG２の回転数Ｗmg2より、（８）式を用いてプラネタリキャリア回転数を算出し、Ｋｆを算出するのに用いていたが、エンジンにクランク軸角度を検出するセンサを取付けて、これを用いて、クランク軸回転数を算出し、Ｋｆの算出に用いてもよい。
【００５７】
本実施の形態をエンジン始動時において実施した時のMG１トルク、エンジントルク、車両振動及びエンジン回転数を示したものが図１０(A)〜図１０(D)である。従来法ではエンジン始動時にMG１により図１０(A)の点線で示すような台形状のトルクを出力してエンジンをクランキングし、図１０(D)の点線に示すようにエンジンの回転数を上昇させていた。クランキングを開始するとエンジンは吸収した気体の圧縮・膨張により図１０(B)のようなトルク脈動を発生し、このトルク脈動が駆動軸に伝わることにより、図１０(C)に点線で示すような車両振動が発生していた。これに対して、本実施の形態では図１０(A)の実線で示すように、通常のエンジン始動時のMG１トルク指令値にエンジントルク脈動と同相の制振トルクを加えたものをMG１から出力することにより、図１０(C)の実線で示すように車両振動を抑制することができる。制振トルクは、推定されたエンジントルク脈動に、定数ゲインKとエンジン回転数とほぼ等しいプラネタリキャリア回転数の関数であるゲインＫｆを掛けたものとなり、エンジンクランキング時のみMG１トルクに付加される。この時エンジン回転数は図１０（D）の実線に示すように制振トルクを加えても上昇率は殆ど変化せず、エンジン起動速度への影響は小さいことがわかる。
【００５８】
本実施の形態では、係数Ｋｆの値はトーショナルダンパの共振周波数付近で１となるように設定したが、Ｋｆの最大値を１以下の値に設定してもよい。そのように設定した場合１に設定したときよりは制振効果は小さくなるものの、依然として車両振動抑制効果は維持される。
【００５９】
以上説明した第１及び第２の実施の形態では、あらかじめオフラインで計算して求めておいた始動時および停止時のエンジントルク脈動の値をマップとして保持しておき、上記のエンジン情報を用いてエンジントルク脈動を読み出すようにしているが、マップを保持する代わりに、クランク軸角度θe、エンジン回転数、スロットル開度、エンジン水温、吸排気弁の開閉角度等の関数であるエンジントルクのモデルを用いて、リアルタイムに求めるようにしてもよい。
【００６０】
また、クランク軸の角度検出装置とエンジントルク推定装置の代わりに、クランク軸にトルクセンサを追加し直接エンジントルクを測定しても良い。
【００６１】
更に、クランク軸の角度検出装置とエンジントルク推定装置の代わりに筒内圧力センサを追加し、計測した圧力からエンジントルクを求めてもよい。
【００６２】
あるいは、クランク角度の検出装置の代わりに、電動機の角度センサ信号とエンジンのカムポジションセンサ信号を用いてクランク角度を推定するクランク角度推定装置を用いてクランク角度を推定し、エンジントルクの推定に用いてもよい。
【００６３】
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。なお、本実施の形態の構成は前述した第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６４】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００６５】
エンジン始動時、MG１がセルモータとして機能し、エンジンをクランキングさせる。エンジンが所定の回転数に達した後、燃料が噴射されファイヤリングが開始されるとエンジンが出力するトルクが急増する。またエンジンが完爆した直後は燃焼も安定していないため、目標トルクよりも格段に大きなトルクが出力されたりトルクが急変する場合がある。ここで「完爆」とはエンジンが自力で運転を開始したことを指す。その結果、このトルク急増やトルク変動に伴って車両振動が発生することがあった。特に、停車中において蓄電池の容量が十分にあり、エンジン始動時にMG１により発電を行わずエンジンがアイドリング運転を行う場合などにおいてこのような振動が多く発生していた。これは、以下のような原因が考えられる。
【００６６】
走行中や電力要求のためエンジンが起動され、エンジン起動後にMG１が発電運転される場合には、エンジン自立運転開始後に急増したトルクはMG１に電力として吸収されるためにこれらが原因となって車両の弾性要素を振動させることは少ない。
【００６７】
一方、エンジン始動後にMG１により発電を行う必要がない時、完爆後のエンジンの目標出力は０に設定され（アイドリング運転）、その結果MG１トルク指令値は０に設定される。しかしながら、エンジン完爆直後の過渡時には実際のエンジン出力は０ではないある値を持っており、次第に出力０の状態に収束すると考えられるが、その過渡状態におけるエンジントルク急増や不安定燃焼に伴うトルク変動がMG１に吸収されず、駆動系の弾性要素（トーショナルダンパやドライブシャフトなど）に振動を引き起こすと考えられる。
【００６８】
図１１にエンジン完爆後のトルク急増やトルク変動による振動を抑制する制御の模式図を示し、従来と本実施の形態とを比較する。停車中にエンジン水温低下等の理由によりエンジン始動要求が出されると、MG１によりエンジンのクランキングを開始する。ハイブリッド車両におけるエンジンの始動方法については詳細な説明を省略する。エンジンの回転数が所定の回転数に達すると、エンジンは燃料噴射制御および点火時期制御を開始し、燃料に着火すると燃焼が開始される。従来は、エンジンが自力での運転を開始して完爆が判定されると、MG１はエンジン始動操作を終了して通常制御に復帰する。MG１の通常制御において、電池の充電量が十分にあるなどの理由でMG１による発電の必要はないが、その他の要因（エンジン水温の低下等）によりエンジンを停止させることができない場合には、エンジンはアイドリング運転に移行し、MG１のトルク指定値は０に設定される。ここで「アイドリング運転」とはエンジン出力が実質的に０の状態を指す。従来はMG１トルクが０に設定されるため、エンジン完爆直後のトルク急増を吸収しきれず、これに伴う車両振動が発生していた。
【００６９】
一方、本実施の形態では、エンジン始動時においてエンジンの完爆が確認された後の所定期間は、MG１による発電要求がない場合においても、敢えてMG１を発電運転させ、エンジンに対して負荷を与える状態にする。この発電運転を、エンジンの燃焼が安定してエンジントルクの急変のおそれがなくなり、振動が発生しなくなるまでの期間実行し、この期間が経過してから電動発電機の制御を通常の制御に戻す。すなわち、電池容量が十分にあり発電要求が発生していなければ、エンジンはアイドリング運転を行うため、電動発電機のトルク指令値は０に設定される。このような制御を行うことにより、エンジン自立運転開始後のトルク急増および不安定燃焼により発生するトルク変動に起因して発生する車両振動を抑制することができる。
【００７０】
完爆後の振動抑制のための発電運転時におけるMG１トルクの大きさは、振動が抑制され、かつエンジンの運転が不安定にならない程度の小さな値となるように実験的に求めて設定している。また、この発電運転を実行する期間についても同様にして実験的に求めて設定している。実施例のハイブリッド車両ではエンジンが負荷運転を行う際、エンジンは目標出力を出力するようにスロットル、燃料噴射量等が制御され、エンジン回転数はMG１によりフィードバック制御される。したがって、MG１のトルクが上記のような適切な値となるようにエンジンの目標出力指令補正値△Pevを実験的に求め、その値を最終的なエンジン目標出力Pe*とすればよい。
【００７１】
以上を、本実施の形態の作用として図１２に示したフローチャート を参照に説明する。
【００７２】
ステップ７２で、エンジンの始動要求が出されていると判断され、ステップ７４でエンジンの始動操作をし、ステップ７６でエンジンが完爆したことを判定したら、ステップ７８でエンジン目標出力設定値Pe* が△Pevより小さいかどうかを判定する。
【００７３】
エンジン目標出力設定値Pe*がエンジンの目標出力指令補正値△Pev*より小さい場合には、ステップ８０でエンジン目標出力設定値Pe*を最終的なエンジン目標出力Pe*に設定する。すなわち、完爆直後の所定期間ではエンジン目標出力の下限値をエンジンの目標出力指令補正値△Pevとする。
【００７４】
ステップ８２で、エンジン目標出力に基づいて目標回転数テーブルを参照することにより、エンジン目標回転数Ne*を設定する。目標回転数テーブルは、エンジン目標出力を出力するのに効率の良いエンジン回転数を示したマップである。更に、エンジン目標回転数Ne*より、エンジン目標トルクTe*を設定する。
【００７５】
ステップ８４で、上記エンジン目標回転数Ne*とエンジン実回転数Neとの偏差に基づくフィードバック制御則からMG１トルク指令値Tmg1*を算出する。即ち、MG１の目標回転数N1*、MG１の目標トルクT1*を設定する。 ステップ８６でMG１の目標回転数N1*、MG１の目標トルクT1*に従ってMG1を制御する。
【００７６】
以上説明したように、エンジンは出力△Pevで運転され、それに伴ってMG１は完爆後のトルク急増やトルク変動を吸収するように発電運転される。そして完爆後経過カウンタNkbがN１以下の間上記エンジン出力補正を継続する（ステップ８８、ステップ９０N）。
【００７７】
ステップ９０で、NkbがN１に達したと判断されたら、ステップ９２で、エンジン目標出力の下限処理を停止する。N１の値は、エンジン完爆後のトルク急増や不安定燃焼の影響が無くなるまでの期間として実験的に求めることができる。
【００７８】
以上説明した第３の実施の形態では、エンジンの始動後、蓄電池を蓄電させる必要がない場合でも、エンジンからのトルクによって発電するように、発電機を制御するので、エンジンの始動後においてエンジンのトルクにトルク変動が発生しても、該トルク変動を、動力分割機構を介して発電機に吸収させることができ、エンジン始動直後のトルク変動を容易に減少させることができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を駆動軸に伝達される前に検出し、検出されたトルク脈動の駆動軸への影響を減少させるための上記トルク脈動と同相の減少トルクを電動機に発生させているので、トルクが駆動軸に伝達される前の段階で内燃機関のトルク脈動を減少させることができ、内燃機関のトルク脈動を容易に減少させることができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかるトルク伝達装置の構成を示す図である。
【図２】動力分割機構を示す図である。
【図３】動力分割機構と各ギアの回転数との関係を示す図である。
【図４】トルク脈動が発生したときの動力分割機構の各ギアの回転数の関係を示す図である。
【図５】本実施の形態にかかる制振トルクをMG1に発生させたときの動力分割機構の各ギアの回転数の関係を示す図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる制御ユニットが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態にかかるトルク伝達装置の構成を示す図である。
【図８】ゲインKFとプラネタリキャリアとの関係を示す図である。
【図９】第２の実施の形態にかかる制御ユニットが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】エンジン始動時のMG1トルクおよびエンジントルク脈動及びエンジン回転数の関係を示す図である。
【図１１】エンジン着火後のトルク急増による振動の抑制を示す図である。
【図１２】第３の実施の形態にかかる制御ユニットが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１８ 動力分割機構
１２ エンジン
MG1 電動発電機
MG2 電動発電機
３６ 制御ユニット

Claims (5)

  1. 内燃機関からのトルクを受ける第１の回転軸、
    駆動軸に対応する第２の回転軸、及び
    電動発電機が連結され、該電動発電機からのトルクによって、前記第１の回転軸が受け取ったトルクが前記第２の回転軸を介して前記駆動軸に伝達されるように、作動する第３の回転軸
    を備えた伝達機構と、
    前記内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を前記駆動軸に伝達される前に検出する検出手段と、
    前記検出されたトルク脈動の前記駆動軸への影響を減少させるための前記トルク脈動と同相のトルクであって、かつ、前記検出手段により検出されたトルク脈動を、前記電動発電機の回転特性を表す物理量、前記内燃機関の回転特性を表す物理量、及び前記伝達機構の伝達特性を表す物理量により定まる定数倍した値である減少トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、
    を備えたトルク伝達装置。
  2. 前記電動発電機の回転特性を表す物理量は、前記電動発電機の回転イナーシャであり、前記内燃機関の回転特性を表す物理量は、前記内燃機関の回転イナーシャであり、前記伝達機構の伝達特性を表す物理量は、前記第３の回転軸と前記第２の回転軸との間のギヤ比である請求項１に記載のトルク伝達装置。
  3. 前記減少トルクは、前記検出手段により検出されたトルク脈動を、以下の式によって定まる定数Ｋ倍した値である請求項２に記載のトルク伝達装置。
    Ｋ＝｛（１＋ρ）／ρ｝・（Ｉ ｍｇ１ ／Ｉ ｅ ）
    ただし、Ｉ ｍｇ１ は前記電動発電機の回転イナーシャ、Ｉ ｅ は前記内燃機関の回転イナーシャ、ρは前記第３の回転軸と前記第２の回転軸との間のギヤ比を表す。
  4. 内燃機関からのトルクを受ける第１の回転軸、
    駆動軸に対応する第２の回転軸、及び
    電動発電機が連結され、該電動発電機からのトルクによって、前記第１の回転軸が受け取ったトルクが前記第２の回転軸を介して前記駆動軸に伝達されるように、作動する第３の回転軸
    を備えた伝達機構と、
    前記内燃機関からのトルクに発生するトルク脈動を前記駆動軸に伝達される前に検出する検出手段と、
    前記検出されたトルク脈動の前記駆動軸への影響を減少させるための前記トルク脈動と同相の減少トルクが発生するように前記電動発電機を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記減少トルクの前記トルク脈動に対する倍率は、前記トルク脈動の前記駆動軸への影響が最も大きくなる時を含む所定時間帯以外では、該所定時間帯より小さいことを特徴とするトルク伝達装置。
  5. 前記内燃機関と前記第１の回転軸との間に連結された弾性緩衝機構を更に備えた請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のトルク伝達装置。
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