JP4135690B2

JP4135690B2 - ハイブリッド車両

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Publication number: JP4135690B2
Application number: JP2004201408A
Authority: JP
Inventors: 俊文高岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: JP2006022890A

Description

この発明は、ハイブリッド車両に関し、更に詳しくは、内燃機関あるいはモータジェネレータの少なくともいずれか一方から出力される動力により走行するハイブリット車両に関する。

一般に、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の出力軸には、内燃機関の運動部品の慣性力が作用する。この運動部品は、例えば出力軸に固定されているバランスウェート、フライホイール、この出力軸に回転自在に支持されているコンロッド（ピストン）などがあり、これらの慣性質量に基づいて出力軸に慣性力が作用する。ここで、出力軸に作用する慣性力が大きいと、内燃機関の始動後、例えば、アイドリング時、高回転時において出力軸に作用するトルク変動を抑制することができる。一方、出力軸に作用する慣性力が大きいと、内燃機関の始動時において、スタータにより出力軸を回転させるために必要なトルクが大きくなり、内燃機関の始動に必要な時間が長くなるなどの問題がある。また、出力軸に作用する慣性力が小さいと、高回転時における加速性能を向上することができる。つまり、内燃機関の運転状態により、運動部品の慣性質量を変化させて出力軸に作用する慣性力を変化させることが好ましい。ここで、出力軸に作用する慣性力は、主にフライホールの慣性力が大部分である。そこで、従来においては、内燃機関の機関回転数に応じて、慣性質量を変化させることができるフライホイールが提案されている。

実開昭５９−４７１４４号公報

ところで、近年、内燃機関あるいはモータジェネレータの少なくともいずれか一方から出力される動力により走行するハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両における動力出力装置であるハイブリッドシステムには、シリーズハイブリッドシステム、パラレルハイブリッドシステム、パラレルシリーズハイブリッドシステムなどがある。このうちパラレルシリーズハイブリッドシステムを備えるハイブリッド車両としては、プラネタリギヤにより、３種類の方法で走行するものがある。具体的には、内燃機関から出力される動力を調整し、この動力により駆動軸（車軸）を回転させて走行する方法、内燃機関から出力される動力により第１モータジェネレータ（発電機として機能する）が発電を行い、第２モータジェネレータ（電動機として機能する）から出力される動力および上記内燃機関から出力される動力により駆動軸を回転させて走行する方法、内燃機関を機関停止し、第２モータジェネレータ（電動機として機能する）から出力される動力のみにより駆動軸を回転させて走行する方法がある。

このようなハイブリッド車両においては、内燃機関の機関回転数の変化、すなわち出力軸の回転数の変化により、この出力軸に慣性力が作用し、プラネタリギヤを介して、この出力軸に作用する慣性力が抵抗トルクとして駆動軸に作用する。例えば、内燃機関の始動時において、第１モータジェネレータ（内燃機関のスタータとして機能する）により出力軸を回転させようとすると、この出力軸に慣性力が作用するため、この駆動軸を車両の前進方向と逆方向に回転させようとする抵抗トルクが駆動軸に作用する。また、ハイブリッド車両の加速時、すなわち内燃機関の始動後における機関回転数の上昇時にも、この出力軸に慣性力が作用するため、この駆動軸を車両の前進方向と逆方向に回転させようとする抵抗トルクが駆動軸に作用する。従って、内燃機関あるいは第２モータジェネレータの少なくともいずれか一方から出力される動力により、この駆動軸に作用するこの駆動軸を車両の前進方向に回転させようとする駆動トルクが、この駆動軸に作用する抵抗トルクにより減少し、このハイブリッド車両の動力性能が低下するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動トルクの低減を抑制することで、動力性能の低下を抑制することができるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、内燃機関と、前記内燃機関から出力される動力により発電あるいは当該内燃機関を始動する第１モータジェネレータと、駆動軸に連結され、少なくとも当該駆動軸に動力を出力する第２モータジェネレータと、前記内燃機関の出力軸、前記第１モータジェネレータの回転軸、前記駆動軸がそれぞれ連結され、かつ当該内燃機関から出力される動力を調整して駆動軸に伝達する動力分割手段と、前記内燃機関、前記第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの制御を行う制御手段と、を備えるハイブリット車両において、前記出力軸に作用する慣性力を変化させる慣性質量可変手段および前記慣性質量可変手段の慣性質量の変化により応答性が変化する応答性情報を検出する応答性情報検出手段をさらに備え、前記慣性質量可変手段は、前記内燃機関の機関回転数の上昇に応じて、慣性質量が増加し、前記制御手段は、前記検出された応答性情報に基づいて前記慣性質量可変手段の異常を判断することを特徴とする。

この発明によれば、慣性質量可変手段の慣性質量は、内燃機関の機関回転数の上昇に応じて増加する。従って、第１モータジェネレータにより内燃機関を始動する際の慣性質量可変手段の慣性質量は小さいため、出力軸に作用する慣性力は小さくなる。これにより、内燃機関の始動時において駆動軸に作用する抵抗トルクが減少し、駆動軸に作用する車両の前進方向に回転させようとする駆動トルクの減少を抑制することができる。また、内燃機関の始動時において出力軸に作用する慣性力が小さいので、内燃機関の機関回転数を短時間で上昇させることができ、内燃機関の始動時間の短縮を図ることができる。さらに、内燃機関の始動後における慣性質量可変手段の慣性質量は大きいため、出力軸に作用する慣性力は大きくなり、駆動軸に対するトルクの変動を抑制することができる。
また、慣性質量可変手段の異常時には、内燃機関の自動停止を禁止する。これにより、ハイブリッド車両の運転時に内燃機関が再始動することを防止することができる。

また、この発明では、上記ハイブリッド車両において、前記慣性質量可変手段は、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以上となると、前記慣性質量が増加することを特徴とする。

この発明によれば、慣性質量可変手段の慣性質量は、内燃機関の機関回転数が所定回転数以上となるまで変化しないので、機関回転数が０の状態から慣性質量が増加する場合と比較して、第１モータジェネレータにより内燃機関を始動する際の出力軸に作用する慣性力はさらに小さくすることができる。これにより、内燃機関の始動時において駆動軸に作用する抵抗トルクはさらに減少し、駆動軸に作用する車両の前進方向に回転させようとする駆動トルクの減少をさらに抑制することができる。

また、この発明では、上記ハイブリッド車両において、前記出力軸に作用する慣性力に基づいて前記駆動軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルクをさらに備え、前記制御手段は、算出された抵抗トルクに基づいて、前記第２モータジェネレータの要求トルクを補正することを特徴とする。

この発明によれば、内燃機関の始動時や内燃機関の始動後における機関回転数の上昇時に駆動軸に作用する抵抗トルクを打ち消すトルクを第２モータジェネレータの要求トルクを補正することでこの駆動軸に作用させる。従って、駆動軸に作用する駆動トルクの減少を抑制することができる。

また、この発明では、上記ハイブリッド車両おいて、前記制御手段は、前記慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、アイドリング時における前記内燃機関の自動停止を禁止することを特徴とする。

また、この発明によれば、慣性質量可変手段の異常時には、内燃機関の自動停止を禁止する。これにより、ハイブリッド車両の運転時に内燃機関が再始動することを防止することができる。

また、この発明では、上記ハイブリッド車両において、前記制御手段が慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、前記応答性情報に基づいて前記出力軸に作用する慣性力を推定する慣性力推定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記推定された出力軸に作用する慣性力に基づいて前記内燃機関に供給する燃料供給量を補正することを特徴とする。

慣性質量可変手段が異常となると、出力軸に作用する慣性力が変化するため、内燃機関の始動時における機関回転数の上昇速度が変化する。従って、慣性質量可変手段の正常時および異常時において、内燃機関の始動時にこの内燃機関に供給する燃料供給量が同一であると、内燃機関の始動時間が変化する虞がある。しかしながら、この発明によれば、異常時のおける出力軸に作用する慣性力を推定し、この推定された出力軸に作用する慣性力に基づいて、燃料供給量を補正する。従って、内燃機関の始動時間のばらつきを抑制することができ、エミッションのばらつきを抑制することができる。

また、この発明では、上記ハイブリッド車両において、前記制御手段が慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、前記応答性情報に基づいて前記出力軸に作用する慣性力を推定する慣性力推定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記推定された出力軸に作用する慣性力に基づいて前記第２モータジェネレータの要求トルクを補正する。

この発明によれば、慣性質量可変手段の異常時における出力軸に作用する慣性力を推定することで、内燃機関の始動時や内燃機関の始動後における機関回転数の上昇時に駆動軸に作用する抵抗トルクを得ることができ、この駆動軸に作用する抵抗トルクを打ち消すトルクを第２モータジェネレータの要求トルクを補正することでこの駆動軸に作用させる。従って、慣性質量可変手段の異常時においても、駆動時に作用する駆動トルクの減少を抑制することができる。

この発明にかかるハイブリッド車両は、駆動軸に作用する駆動トルクの低減を抑制することで、動力性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、この発明にかかるハイブリット車両の概略構成例を示す図である。図２−１は、フライホイールの構成例を示す図である。図２−２は、ウェートが移動した状態を示す図である。図２−３は、機関回転数と慣性質量との関係を示す図である。図１に示すように、このハイブリッド車両１の動力出力装置であるハイブリッドシステムは、内燃機関１０と、主に発電機として機能するモータジェネレータ（以下、「ＭＧ１」と称する）と、主に電動機として機能するモータジェネレータ（以下、「ＭＧ２」と称する）と、動力分割手段であるプラネタリギヤ２０と、制御手段である制御システム３０とにより構成されている。なお、４０は、ＭＧ１あるいはＭＧ２を発電機として機能させた場合に発生する電力を蓄電するバッテリである。また、５０は、直流と交流の変換を行うものであり、直流電流で充放電されるバッテリ４０と、交流電流で電動機あるいは発電機として機能するＭＧ１およびＭＧ２との間における電力のやり取りを行うインバータである。

内燃機関１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジンなどであり、図示しない燃料供給手段である燃料噴射弁から燃料を噴射し、噴射された燃料と図示しない吸気系統から吸気された空気との混合気が爆発し、図示しないピストンを往復運動させることで、この内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフト１１を回転させるものである。つまり、内燃機関１０から出力される動力により、このクランクシャフト１１に車両の前進方向に回転させようとする出力トルクが作用する。この内燃機関１０は、後述する制御ユニット３０のＥＣＵ（Engine Control Unit）３２から出力される出力信号により運転制御される。この内燃機関１０のクランクシャフト１１には、フライホイール１２が固定されている。なお、１３は、内燃機関１０の機関回転数を検出するクランク角センサである。また、１４は、クランクシャフト１１に発生する捻り振動を吸収するためのダンパある。

フライホイール１２は、慣性質量可変手段であり、図２−１に示すように、フライホイール本体１２ａと、ウェート１２ｂ，１２ｂと、スプリング１２ｃ，１２ｃとにより構成されている。フライホイール本体１２ａは、円板形状であり、中央部に空間部１２ｄが形成されている。この空間部１２ｄには、ウェート１２ｂ，１２ｂおよびスプリング１２ｃ，１２ｃが配置されている。ウェート１２ｂ，１２ｂは、クランクシャフト１１に固定される固定部１２ｅを挟んで対向するように配置されている。スプリング１２ｃ，１２ｃは、それぞれ一端が固定部１２ｅに固定され、他端がウェート１２ｂに固定されている。

このフライホイール１２は、クランクシャフト１１の回転とともに回転する。フライホイール１２が回転することで、ウェート１２ｂ，１２ｂには遠心力が作用し、回転が上昇するとこのウェート１２ｂ，１２ｂに作用する遠心力が増加する。この増加した遠心力がスプリング１２ｃ，１２ｃの弾性力に勝ると、図２−２に示すように、ウェート１２ｂ，１２ｂは、フライホイール１２の径方向外側に移動する。ウェート１２ｂ、１２ｂが移動すると、フライホイール１２の慣性質量Ｉが増加する。つまり、慣性質量可変手段であるフライホイール１２は、クランクシャフト１１の回転数、すなわち内燃機関１０の機関回転数Ｎｅの上昇に応じて、慣性質量Ｉが増加する。また、この慣性質量Ｉが増加することで、フライホイール１２の慣性力を変化させることができ、クランクシャフト１１に作用する慣性力を変化させることができるものである。

フライホイール１２の慣性質量Ｉの増加が開始する機関回転数Ｎｅは、スプリング１２ｃ，１２ｃのバネ定数により設定することができる。この発明では、スプリング１２ｃ，１２ｃのバネ定数の設定は、図２−３に示すように、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１以上となるまでは、フライホイール１２の慣性質量Ｉが増加しない、つまり小さい慣性質量Ｉ₀のままとなるように設定する。具体的には、クランクシャフト１１が機関回転数Ｎｅ１よりも遅く回転している際には、ウェート１２ｂ，１２ｂが移動しないように、スプリング１２ｃ，１２ｃの弾性力がウェート１２ｂ，１２ｂに作用する遠心力に勝るように、スプリング１２ｃ，１２ｃのバネ定数を設定する。ここで、所定回転数Ｎｅ１とは、内燃機関１０の始動時にファイアリングを開始する機関回転数Ｎｅである。つまり、内燃機関１０に燃料を噴射し、図示しない点火プラグの点火、すなわち混合気の爆発を開始する際の機関回転数Ｎｅ、例えば４００ｒｐｍである。機関回転数Ｎｅがさらに上昇し、所定回転数Ｎｅ２となると、ウェート１２ｂ，１２ｂが最もフライホイール１２の径方向外側に移動し、フライホイール１２の慣性質量Ｉは、最も大きい慣性質量Ｉ₁となる。なお、フライホイール１２の慣性質量Ｉは、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ２より上昇しても慣性質量Ｉ₁のまま変化しない。なお、所定回転数Ｎｅ２は、内燃機関１０のアイドリング時における機関回転数Ｎｅよりも低いことが好ましい。これにより、内燃機関１０のアイドリング時には、フライホイール１２の慣性質量は最大となり、クランクシャフト１１に作用する慣性力が大きくなり、駆動軸２６に対するトルクの変動を抑制することができる。

ＭＧ１およびＭＧ２は、同期モータジェネレータであり、それぞれ回転軸６１，６４と回転子６２，６５と、固定子６３，６６とにより構成されている。回転軸６１，６４には、永久磁石である回転子６２，６５が複数個それぞれ固定されている。固定子６３，６６は、それぞれ回転子６２，６５と対向する位置に配置され、図示しないハウジングに固定されている。また、この固定子６３，６６は、回転磁界を形成する図示しない三相コイルが巻回されている。このＭＧ１およびＭＧ２のそれぞれの図示しない三相コイルは、インバータ５０に接続されている。インバータ５０は、後述するモータ制御装置３３から出力される出力信号により、ＭＧ１およびＭＧ２を電動機あるいは発電機として機能するように力行制御あるいは回生制御される。具体的には、ＭＧ１およびＭＧ２は、インバータ５０を介して、バッテリ４０に充電された電力、ＭＧ１あるいはＭＧ２を発電機として機能させることで発電される電力を供給することで、各回転軸６１，６４を回転させる電動機として力行制御される。また、ＭＧ１およびＭＧ２は、各回転軸６１，６４が外力により回転している場合には図示しない三相コイルに起電力が発生するため、発電機として回生制御され、発電された電力をバッテリ４０に充電、ＭＧ１あるいはＭＧ２に供給することもできる。

プラネタリギヤ２０は、動力分割手段であり、内燃機関１０と、ＭＧ１と、ＭＧ２とが機械的に連結されている。このプラネタリギヤ２０は、主軸２１と、サンギヤ２２と、ピニオン２３と、キャリヤ２４と、リングギヤ２５とにより構成されている。主軸２１は、一端がダンパ１４を介してクランクシャフト１１と連結され、他端がキャリヤ２４と連結されている。つまり、内燃機関１０とキャリヤ２４とが連結されている。サンギヤ２２は、ＭＧ１の回転軸６１と連結されており、このサンギヤ２２にＭＧ１が連結されている。ピニオン２３は、サンギヤ２２と噛み合い、その周囲に複数個（例えば、３個）配置されている。各ピニオン２３は、サンギヤ２２の周囲で一体に公転可能に支持するキャリヤ２４に保持されている。リングギヤ２５は、キャリヤ２４に保持された各ピニオン２３と噛み合い、駆動軸２６に形成されている。駆動軸２６の一端には、ＭＧ２の回転軸６４が連結されており、この駆動軸２６にＭＧ２が連結されている。また、駆動軸２６の他端には、チェーンドライブスプロケット２７が固定され、このチェーンドライブスプロケット２７と減速機８０との間にチェーンベルト７０が巻かれている。内燃機関１０あるいはＭＧ２の少なくとも一方から出力される動力は、駆動軸２６、チェーンベルト７０、減速機８０を介して、車軸９１，９２に伝達され、さらにこの車軸９１，９２のそれぞれに装着された車輪１０１，１０２に伝達される。

制御システム３０は、制御手段であり、ハイブリッド車両１の運転状態に応じて、内燃機関１０、ＭＧ１、ＭＧ２などを制御するものである。この制御システム３０は、ハイブリッド制御装置３１と、このハイブリッド制御装置３１に接続された複数の制御装置（ＥＣＵ３２、モータ制御装置３３、バッテリ制御装置３４など）とから構成されている。これら各制御装置は、入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）と、処理部と、各種マップなどが格納されている記憶部となどによりそれぞれ構成されている。

ハイブリッド制御装置３１は、抵抗トルク算出手段、応答性情報検出手段、慣性力推定手段である。このハイブリッド制御装置３１は、主に、アクセル開度と、車速と、図示しない記憶部に記憶されているアクセル開度および車速のマップとに基づいて、駆動軸２６に作用させる駆動トルクＴｐ（ここでは、車両を前進させる方向に駆動軸２６を回転させるトルク）を算出するものである。そして、この算出された総トルクＴｐに基づいて、内燃機関１０に要求する要求出力Ｐｅ、ＭＧ１に要求する要求トルクＴｇ、ＭＧ２に要求する要求トルクＴｍを算出する。そして、ＥＣＵ３２に要求出力Ｐｅ、モータ制御装置３３に要求トルクＴｇ，Ｔｍを出力する。ここで、アクセル開度は、図示しないアクセルペダルに取り付けられたアクセル開度センサにより検出されるものである。また、車速は、後述するモータ制御装置３３を介して入力されたＭＧ２の回転軸６４の回転数Ｎｍを用いたものである。

ＥＣＵ３２は、ハイブリッド制御装置３１から出力された要求出力Ｐｅに基づいて内燃機関１０の運転制御を行うものである。具体的には、ＥＣＵ３２は、この要求出力Ｐｅに基づいて、噴射信号、点火信号、開度信号などを内燃機関１０に出力し、これらの出力信号によりこの内燃機関１０に供給される燃料の燃料供給量や噴射タイミングなどの燃料噴射制御、図示しない点火プラグの点火制御、内燃機関１０の図示しない吸気系統に設けられたスロットルバルブのバルブ開度制御などが行われる。なお、ＥＣＵ３２に入力された内燃機関１０の運転状態に基づく情報、例えばクランクシャフト１１に取り付けられたクランク角度センサ１３により検出された機関回転数Ｎｅなどは、ハイブリッド制御装置３１に出力される。

モータ制御装置３３は、ハイブリッド制御装置３１から出力された要求トルクＴｇ，Ｔｍに基づいて、インバータ５０を介してＭＧ１およびＭＧ２を力行制御あるいは回生制御するものである。モータ制御装置３３は、この要求トルクＴｇ，Ｔｍに基づいて、インバータ５０を介して、ＭＧ１およびＭＧ２を電動機あるいは発電機として機能するように制御する。なお、モータ制御装置３３に入力されたＭＧ１およびＭＧ２の運転状態に基づく情報、例えばＭＧ１およびＭＧ２のそれぞれに取り付けられた図示しない回転センサにより検出されたＭＧ１の回転軸６１の回転数ＮｇおよびＭＧ２の回転軸６４の回転数Ｎｍ、などがハイブリッド制御装置３１に出力される。

バッテリ制御装置３４は、バッテリ４０の充電状態を監視するものである。このバッテリ制御装置３４に入力されたバッテリ４０の充電状態に基づく情報、例えば充電量ＳＯＣ（State of Charge）は、ハイブリッド制御装置３１に出力される。ここで、ハイブリッド制御装置３１は、バッテリ４０の充電状態に基づいて、ＥＣＵ３２に出力する要求出力Ｐｅを補正する。

次に、ハイブリッド車両１の動作について説明する。ここでは、ハイブリッド車両１の内燃機関１０の始動時における動作について説明する。図３は、内燃機関の始動時における動作フローを示す図である。図４は、内燃機関の始動時における燃料噴射量と機関回転数との関係を示す図である。まず、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０を始動する条件を満たすか否かを判断する（ステップＳＴ１）。ここで、ハイブリッド制御装置３１は、ハイブリッド車両１の起動直後に内燃機関１０を始動させる。また、ハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の暖機運転が終了し、内燃機関１０から出力される動力を要求しない場合に、内燃機関１０を自動停止させ、内燃機関１０から出力される動力を要求する場合に再始動させる。従って、ハイブリッド制御装置３１は、ハイブリッド車両１が起動されたか否か、あるいはこのハイブリッド車両１が起動した後、１度始動して自動停止させた内燃機関１０を再度始動させるための条件を満たしたか否かを判断する。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０を始動する条件を満たすと判断すると、ＭＧ１の要求トルクＴｇを算出する（ステップＳＴ２）。つまり、ハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅを始動に必要な機関回転数である所定機関回転数Ｎｅ１以上とするために、プラネタリギヤ２０を介して内燃機関１０のクランクシャフト１１を回転させるＭｇ１の要求トルクＴｇを算出する。なお、ハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０を始動する条件を満たしていないと判断すると、満たすまでステップＳＴ１を繰り返す。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関の始動を開始する（ステップＳＴ３）。具体的には、ハイブリッド制御装置３１からモータ制御装置３３にＭＧ１の要求トルクＴｇが出力される。そして、モータ制御装置３３は、インバータ５０を介して、バッテリ４０からＭＧ１に電力を供給し、このＭＧ１の回転軸６１に要求トルクＴｇが作用するよう制御する。内燃機関１０のクランクシャフト１１は、ＭＧ１の回転軸６１が作用する要求トルクＴｇにより回転することで、プラネタリギヤ２０を介して回転し始める。制御システム３０のＥＣＵ３２は、図示しないが機関回転数Ｎｅが所定機関回転数Ｎｅ１（例えば、４００ｒｐｍ）以上となると、ファイアリングを開始する。つまり、ＥＣＵ３２は、燃料噴射制御、点火制御、バルブ開度制御などを開始し、図示しない燃料噴射弁からの燃料噴射や、図示しない点火プラグの点火を開始する。

ここで、クランクシャフト１１が回転し始め、機関回転数Ｎｅが上昇している間には、フライホイール１２および内燃機関１０の運動部品の慣性質量に基づいてクランクシャフト１１に慣性力が作用する。この慣性力は、クランクシャフト１１からプラネタリギヤ２０の主軸２１に伝達される。この主軸に伝達されたクランクシャフト１１に作用する慣性力は、キャリヤ２４、ピニオン２３、リングギヤ２５を介して抵抗トルクＴｒとして駆動軸２６に作用する。この抵抗トルクＴｒは、プラネタリギヤ２０の特性により、内燃機関１０の始動時おいては、ハイブリッド車両１の前進方向と逆方向に駆動軸２６を回転させようとする。

しかしながら、フライホイール１２の慣性質量Ｉは、図２−３に示すように、機関回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ１、すなわちファイアリングを開始するまで変化しない。従って、ＭＧ１により内燃機関１０を始動する際のフライホイール１２の慣性質量Ｉは、最小の慣性質量Ｉ₀のままであるので、フライホイール１２の最大の慣性質量Ｉ₁と比較して小さいままとすることができる。また、ＭＧ１により内燃機関１０を始動する際のフライホイール１２の慣性質量Ｉは、最小の慣性質量Ｉ₀のままであるので、機関回転数Ｎｅが０の状態から慣性質量Ｉが増加する場合と比較して、クランクシャフト１１に作用する慣性力を小さくすることができる。つまり、内燃機関１０の始動時において駆動軸２６に作用する抵抗トルクＴｒは減少する。従って、例えば、ハイブリッド制御装置３１が算出した駆動トルクＴｐに基づいて算出された要求トルクＴｍにより、モータ制御装置３３がインバータ５０を介して、バッテリ４０からＭＧ２に電力を供給し、このＭＧ２の回転軸６４と連結された駆動軸２６に要求トルクＴｍが作用している場合などにおいて、駆動軸２６に作用するハイブリッド車両１の前進方向に回転させようする駆動トルクＴｐの減少を抑制することができる。これにより、動力性能の低下を抑制することができる。また、内燃機関１０の始動が完了するまでは、出力軸１０に作用する慣性力が小さいので、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅを短時間で上昇させることができ、内燃機関１０の始動時間の短縮を図ることができる。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖを検出する（ステップＳＴ４）。具体的には、ハイブリッド制御装置３１は、機関回転数Ｎｅを検出し、機関回転数Ｎｅが０の状態から検出された機関回転数Ｎｅまで上昇するのに必要な速度Ｖを検出する。この上昇速度Ｖは、ＭＧ１の要求トルクＴｇが一定の場合にクランクシャフト１１に作用する慣性力の変化に基づいて変化する。従って、上昇速度Ｖは、フライホイール１２の慣性質量Ｉの変化により応答性が変化する応答性情報である。つまり、ハイブリッド制御装置３１は、応答性情報検出手段として、応答性情報である機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖを検出する。なお、応答性情報としては、ＭＧ１の要求トルクＴｇに対する機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖのみならず、ＭＧ１の投入電力に対する機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖであっても良い。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、ＭＧ１の要求トルクＴｇと内燃機関１０の機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖとに基づいてフライホイール１２が異常か否かを判断する（ステップＳＴ５）。具体的には、予めハイブリッド制御装置３１の図示しない記憶部に記憶されているフライホイール１２が正常の場合における要求トルクＴｇに対する上昇速度Ｖと、実際に検出された要求トルクＴｇに対する上昇速度Ｖとを比較することで、フライホイール１２が異常か否かを判断する。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、フライホイール１２が正常であると判断すると、抵抗トルクＴｒを算出する（ステップＳＴ６）。具体的には、ハイブリッド制御装置３１は、上記ステップＳＴ４で検出された機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖからクランクシャフト１１の角加速度を算出する。次に、ハイブリッド制御装置３１は、上記ステップＳＴ４で検出された機関回転数Ｎｅに基づいて、フライホイール１２の慣性質量Ｉを算出する。この慣性質量Ｉは、検出された機関回転数Ｎｅと、予めこのハイブリッド制御装置３１の図示しない記憶部に記憶されたフライホイール１２の慣性質量Ｉと機関回転数Ｎｅとのマップとに基づいて算出することができる。次に、ハイブリッド制御装置３１は、この算出されたフライホイールの慣性質量Ｉおよび内燃機関１０の運動部品の慣性質量の和と、クランクシャフト１１の角加速度とに基づいて、クランクシャフト１１に作用する慣性力を算出することで、駆動軸２６に作用する抵抗トルクＴｒを算出する。なお、予めハイブリッド制御装置３１の図示しない記憶部は、機関回転数Ｎｅと抵抗トルクＴｒとのマップを記憶しておいても良い。この場合は、機関回転数Ｎｅが検出されれば、フライホイール１２の慣性質量を算出せずに、駆動軸２６に作用する抵抗トルクＴｒを算出することができる。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、算出された抵抗トルクＴｒに基づいて、ＭＧ２の要求トルクＴｍを補正する（ステップＳＴ７）。例えば、ハイブリッド制御装置３１が算出した駆動トルクＴｐに基づいて算出されたＭＧ２の要求トルクＴｍがハイブリッド車両の前進方向に回転するように駆動軸２６に作用している場合では、このハイブリッド制御装置３１は、この要求トルクＴｍに抵抗トルクＴｒ分を加えたものをＭＧ２の要求トルクＴｍとしてモータ制御装置３３に出力する。従って、内燃機関１０の始動時における機関回転数Ｎｅの上昇時に駆動軸２６に作用する抵抗トルクＴｒを打ち消すトルクをＭＧ２の要求トルクＴｍを補正することでこの駆動軸２６に作用させる。これにより、駆動軸２６に作用する駆動トルクＴｐの減少を抑制することができ、動力性能の低下を抑制することができる。また、内燃機関１０の始動時に抵抗トルクＴｒが駆動軸２６に作用することによるトルクの変動を抑制することができる。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の始動が完了したか否かを判断し（ステップＳＴ８）、始動が完了している場合はハイブリッド車両１の始動動作を終了し、完了していない場合は上記ステップＳＴ４〜ステップＳＴ８を繰り返す。ここで、内燃機関の始動が完了するまでは、出力軸１０に作用する慣性力は、小さいので内燃機関１０の機関回転数Ｎｅを短時間で上昇させることができ、内燃機関１０の始動時間の短縮を図ることができる。なお、内燃機関１０の始動後における機関回転数Ｎｅは、内燃機関１０のアイドリング時における機関回転数Ｎｅよりも高い所定機関回転数Ｎｅ２以上となり、フライホイール１２の慣性質量は、最大の慣性質量Ｉ₁となるので、出力軸２６に作用する慣性力は大きくなり、駆動軸２６に対するトルクの変動を抑制することができる。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、フライホイール１２が異常であると判断すると、ＭＧ１の要求トルクＴｇと機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖとに基づいて出力軸２６に作用する慣性力を推定する（ステップＳＴ９）。具体的には、予めハイブリッド制御装置３１の図示しない記憶部に記憶されているフライホイール１２が正常の場合における要求トルクＴｇに対する上昇速度Ｖと、実際に検出された要求トルクＴｇに対する上昇速度Ｖとの差から出力軸２６に作用する慣性力を推定する。つまり、ハイブリッド制御装置３１は、慣性質量推定手段として、クランクシャフト１１に作用する慣性力を推定する。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、推定された出力軸１１に作用する慣性質量に基づいて、内燃機関１０に供給する燃料供給量およびＭＧ２の要求トルクＴｍを補正する（ステップＳＴ１０）。まず、燃料供給量を補正する場合について説明する。図４に示すように、フライホイール１２の正常時には、ＥＣＵ３２は、内燃機関を始動させる場合は、初期の燃料噴射量、すなわち初期の燃料供給量Ｑ_Aとして、通常の燃料供給量よりも多い燃料を内燃機関１０に供給する。ここで、フライホイール１２の異常時では、クランクシャフト１１に作用する慣性力が正常時において作用する慣性力と異なる。従って、内燃機関１０の始動時における機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖがフライホイール１２の正常時と異常時とでは異なるので、内燃機関１０の始動時において、フライホイール１２の正常時と異常時とではこの内燃機関１０に供給する燃料供給量を異ならせる。

例えば、フライホイール１２のスプリング１２ｃ、１２ｃが故障し、ウェート１２ｂ，１２ｂがフライホイール１２の径方向において最も外側で移動できなくなった場合は、このフライホイール１２の慣性質量Ｉは、最大の慣性質量Ｉ₁となる。この場合は、フライホイール１２に作用する慣性力は大きくなるため、内燃機関の機関回転数Ｎｅが所定機関回転数Ｎｅ１に到達するまでに長時間必量となる。そこで、この場合は、上記初期の燃料供給量Ｑ_Aよりもさらに多い燃料供給量Ｑ_Bを内燃機関に供給することで、内燃機関１０のファイアリング時におけるクランクシャフト１１を回転させるトルクを増加させ、内燃機関１０の始動時間を短縮する。従って、フライホイール１２の正常時と異常時とによる内燃機関１０の始動時間のばらつきを抑制することができ、エミッションのばらつきを抑制することができる。なお、フライホイール１２の正常時と異常時とでは、初期の燃料供給量を同一とし、機関回転数Ｎｅの上昇に応じて供給される燃料量給料の減衰する率を変更しても良い。

次に、ＭＧ２の要求トルクＴｍを補正する場合について説明する。具体的には、推定されたクランクシャフト１１に作用する慣性力から抵抗トルクＴｒを推定し、この抵抗トルクＴｒに基づいてＭＧ２の要求トルクＴｍを補正する。例えば、ハイブリッド制御装置３１が算出した駆動トルクＴｐに基づいて算出されたＭＧ２の要求トルクＴｍがハイブリッド車両の前進方向に回転するように駆動軸２６に作用している場合では、このハイブリッド制御装置３１は、この要求トルクＴｍに推定された抵抗トルクＴｒ分を加えたものをＭＧ２の要求トルクＴｍとしてモータ制御装置３３に出力する。従って、内燃機関１０の始動時における機関回転数Ｎｅの上昇時に駆動軸２６に作用すると予測される抵抗トルクＴｒを打ち消すトルクをＭＧ２の要求トルクＴｍを補正することでこの駆動軸２６に作用させる。これにより、フライホイール１２の異常時においても、駆動軸２６に作用する駆動トルクＴｐの減少を抑制することができ、動力性能の低下を抑制することができる。また、フライホイール１２の異常時においても、内燃機関１０の始動時に抵抗トルクＴｒが駆動軸２６に作用することによるトルクの変動を抑制することができる。

次に、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の始動が完了したか否かを判断し（ステップＳＴ１１）、始動が完了している場合はハイブリッド車両１の始動動作を終了し、完了していない場合は上記ステップＳＴ４〜ステップＳＴ１０を繰り返す。

なお、ハイブリッド制御装置３１は、フライホイール１２が異常であると判断した場合において、例えばハイブリッド車両１の室内に取り付けられた警告灯を点灯するとなどで、ハイブリッド車両１に搭乗している運転者に警告を発しても良い。また、ハイブリッド制御装置３１は、フライホイール１２が異常であると判断した場合において、上記内燃機関１０の自動停止を禁止しても良い。これにより、ハイブリッド車両１の運転時に内燃機関１０が再始動することを防止することができ、上述したフライホイール１２の異常時に内燃機関１０を始動する際の弊害を抑制できる。

また、フライホイール１２の正常時に行われる抵抗トルクＴｒの算出および算出された抵抗トルクＴｒに基づくＭＧ２の要求トルクＴｍの補正（ステップＳＴ６，ステップＳＴ７）や、フライホイール１２の異常時に行われるクランクシャフト１１に作用する慣性力の推定および推定された抵抗トルクＴｒに基づくＭＧ２の要求トルクＴｍの補正（ステップＳＴ９，ステップＳＴ１０）は、内燃機関１０の始動時以外にも行われることが好ましい。これにより、内燃機関の始動時以外でクランクシャフト１１に慣性力が作用する内燃機関の始動後における機関回転数の上昇時、すなわちハイブリッド車両１の加速時に駆動軸２６に作用する駆動トルクＴｐの減少を抑制することができ、動力性能の低下を抑制することができる。

また、上記実施例では、フライホイール１２の慣性質量は、スプリング１２ｃ，１２ｃの弾性力とこのフライホイール１２に作用する遠心力との差によりウェート１２ｂ，１２ｂが移動することで変化するが、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅに応じて、図示しないウェート移動手段により移動させても良い。

また、上記実施例において、制御システム３０のハイブリッド制御装置３１は、ジェネレータ異常検出手段として、ＭＧ２の異常を判断しても良い。ハイブリッド制御装置３１がＭＧ２の異常を判断した場合は、フライホイール１２の慣性質量Ｉを所定値、例えば最小の慣性質量Ｉ₀に固定する。フライホイール１２の慣性質量Ｉを固定することで、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅの上昇速度Ｖが一定の場合におけるクランクシャフトに作用する慣性力が一定となる。これにより、ハイブリッド制御装置３１は、内燃機関１０の機関回転数Ｎｅの上昇に応じて変化するフライホイール１２の慣性質量Ｉを考慮することなく内燃機関１０を運転制御するための要求動力Ｐｅを算出することができるので、ＭＧ２の異常時においても、ハイブリッド車両１の運転を継続することが可能となる。

また、ＭＧ２の異常時に、フライホイール１２の慣性質量Ｉを最小の慣性質量Ｉ₀に固定することで、駆動軸２６に作用する駆動トルクＴｐの減少を抑制することができ、動力性能の低下を抑制することができる。

以上のように、この発明にかかるハイブリッド車両は、駆動軸に抵抗トルクが作用するハイブリッド車両に有用であり、特に、駆動軸２６に作用する駆動トルクの減少を抑制することができ、動力性能の低下を抑制するのに適している。

この発明にかかるハイブリット車両の概略構成例を示す図である。フライホイールの構成例を示す図である。ウェートが移動した状態を示す図である。機関回転数と慣性質量との関係を示す図である。内燃機関の始動時における動作フローを示す図である。内燃機関の始動時における燃料噴射量と機関回転数との関係を示す図である。

符号の説明

１ハイブリット車両
１０内燃機関
１１クランクシャフト（出力軸）
１２フライホイール（慣性質量可変手段）
１３クランク角センサ
２０プラネタリギヤ（動力分割手段）
２１主軸
２２サンギヤ
２３ピニオン
２４キャリヤ
２５リングギヤ
２６駆動軸
３０制御システム（制御手段）
３１ハイブリット制御装置（抵抗トルク算出手段、応答性情報検出手段、慣性力推定手段、ジェネレータ異常検出手段）
３２ＥＣＵ
３３モータ制御装置
３４バッテリ制御装置
４０バッテリ
５０インバータ

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関から出力される動力により発電あるいは当該内燃機関を始動する第１モータジェネレータと、
駆動軸に連結され、少なくとも当該駆動軸に動力を出力する第２モータジェネレータと、
前記内燃機関の出力軸、前記第１モータジェネレータの回転軸、前記駆動軸がそれぞれ連結され、かつ当該内燃機関から出力される動力を調整して駆動軸に伝達する動力分割手段と、
前記内燃機関、前記第１モータジェネレータ、第２モータジェネレータの制御を行う制御手段と、
を備えるハイブリット車両において、
前記出力軸に作用する慣性力を変化させる慣性質量可変手段および前記慣性質量可変手段の慣性質量の変化により応答性が変化する応答性情報を検出する応答性情報検出手段をさらに備え、
前記慣性質量可変手段は、前記内燃機関の機関回転数の上昇に応じて、慣性質量が増加し、
前記制御手段は、前記検出された応答性情報に基づいて前記慣性質量可変手段の異常を判断することを特徴とするハイブリッド車両。
前記慣性質量可変手段は、前記内燃機関の機関回転数が所定回転数以上となると、前記慣性質量が増加することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記出力軸に作用する慣性力に基づいて前記駆動軸に作用する抵抗トルクを算出する抵抗トルクをさらに備え、
前記制御手段は、算出された抵抗トルクに基づいて、前記第２モータジェネレータの要求トルクを補正することを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
前記制御手段は、前記慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、アイドリング時における前記内燃機関の自動停止を禁止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
前記制御手段が慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、前記応答性情報に基づいて前記出力軸に作用する慣性力を推定する慣性力推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記推定された出力軸に作用する慣性力に基づいて前記内燃機関に供給する燃料供給量を補正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
前記制御手段が慣性質量可変手段の異常を判断した場合に、前記応答性情報に基づいて前記出力軸に作用する慣性力を推定する慣性力推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記推定された出力軸に作用する慣性力に基づいて前記第２モータジェネレータの要求トルクを補正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。