JP4946501B2 - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機とを備える車両およびその制御方法に関する。

従来、この種の車両としては、坂道発進する際には、モータに印加する電流指令値を通常使用領域の最大電流を超えて増加させ、モータが回転して坂道発進が完了したときに電流指令値を最大電流以下に戻すものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、坂道発進する場合にはモータに印加する電流指令値を最大電流を超えて増加させることにより、モータから通常よりも大きなトルクを出力して急勾配の坂道発進をスムーズに行なうことができるとしている。また、エンジンと、このエンジンのクランクシャフトにキャリアが接続されると供に車軸に接続された駆動軸にリングギヤが接続されたプラネタリギヤと、このプラネタリギヤのサンギヤに動力を入出力する第１モータと、駆動軸に動力を入出力する第２モータとを備える車両において、エンジンを始動する際にエンジンの初爆のタイミングを含む所定時間については、第２モータから所定トルクだけ小さいトルクを出力するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、エンジンを始動する際にエンジンの初爆のタイミングを含む所定時間に第２モータから所定トルクだけ小さいトルクを出力することにより、エンジンの初爆に伴って駆動軸に作用する初爆トルクをキャンセルして、エンジンの初爆に伴うトルクショックを抑制することができる。
特開２００２−２７１９０３号公報 特開２００５−０３０２８１号公報

上述したエンジンとプラネタリギヤと二つのモータとを備えるタイプの車両において、エンジンの始動を伴って発進する際に、エンジンの初爆のタイミングで第２モータからのトルクを小さくする制御と第２モータからのトルクを常用使用領域の最大電流を超えて増加させる制御とを併用する場合を考えると、これらの制御が相互に干渉し、エンジンの初爆に伴うトルクショックを抑制できない場合が生じたり路面勾配によってはスムーズに発進できない場合が生じる。

本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関の始動を伴って発進する際に内燃機関の始動に伴うショックを抑制すると共にスムーズに発進することを目的とする。

本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
内燃機関と、
車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、
前記内燃機関を運転停止した状態で発進する際には前記駆動軸が回転停止した状態で前記電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記内燃機関の始動を伴って発進する際には前記内燃機関がモータリングされて始動されると共に該内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで前記初爆に伴って前記駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが前記電動機から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動制御を実行した後に前記発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御する発進時制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、内燃機関を運転停止した状態で発進する際には駆動軸が回転停止した状態で電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、内燃機関の始動を伴って発進する際には内燃機関がモータリングされて始動されると共に内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで初爆に伴って駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが電動機から出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する始動制御を実行した後に発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。したがって、始動制御と発進制御とが相互に干渉するのを抑制できる。この結果、内燃機関の始動を伴って発進する際に内燃機関の始動に伴うショックを抑制すると共に発進をスムーズに行なうことができる。

こうした本発明の車両において、走行に要求される要求トルクに基づいて前記電動機から出力すべき目標トルクを設定する目標トルク設定手段を備え、前記発進時制御手段は、前記発進時用トルクを上限として前記設定された目標トルクを制限したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発進時用トルクの範囲内で走行に要求される要求トルクに対応することができる。

また、本発明の車両において、前記発進時制御手段は、所定時間に亘って前記発進時用トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発進時用トルクを電動機から出力する際に電動機やその駆動回路などに不具合が生じるのを抑制することができる。

さらに、本発明の車両において、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力する発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段とを備える手段であるものとすることもできる。

本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機とを備える車両の制御方法であって、
前記内燃機関を運転停止した状態で発進する際には前記駆動軸が回転停止した状態で前記電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記内燃機関の始動を伴って発進する際には前記内燃機関がモータリングされて始動されると共に該内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで前記初爆に伴って前記駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが前記電動機から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動制御を実行した後に前記発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御する
ことを要旨とする。

本発明の車両の制御方法によれば、内燃機関を運転停止した状態で発進する際には駆動軸が回転停止した状態で電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、内燃機関の始動を伴って発進する際には内燃機関がモータリングされて始動されると共に内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで初爆に伴って駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが電動機から出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する始動制御を実行した後に発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御する。したがって、始動制御と発進制御とが相互に干渉するのを抑制できる。この結果、内燃機関の始動を伴って発進する際に内燃機関の始動に伴うショックを抑制すると共に発進をスムーズに行なうことができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両の駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、エンジン２２の始動を伴って発進する際の動作について説明する。図２はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される発進時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２が運転停止しており車速Ｖが値０の停車状態でアクセルペダル８３が踏み込まれてから車両が所定車速（例えば、時速５ｋｍなど）以上で走行するまでに亘って所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

発進時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数Ｎｅ，エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角θ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２のクランク角θは、図示しないクランクポジションセンサにより検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、エンジン２２の回転数Ｎｅは図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて演算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。さらに、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。

続いて、エンジン２２を始動するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。この判定は、例えば、アクセル開度Ａｃｃが所定開度Ａｒｅｆ（例えば８０％や９０％など）以上か否かを判定することによって行なうことができる。エンジン２２を始動しないときには、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に（ステップＳ１３０）、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する際に用いられる後述する補正トルクＴαに値０を設定し（ステップＳ１４０）、モータＭＧ２からトルクを出力し始めてからの経過時間ｔが所定時間Ｔ未満か否かを判定し（ステップＳ１５０）、この経過時間ｔが所定時間Ｔ未満のときには、経過時間ｔに基づいてスムーズな発進のためにモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｌｉｍを設定し（ステップＳ１６０）、モータＭＧ２からトルクを出力し始めてから所定時間Ｔを経過したときにはトルク制限ＴｌｉｍにモータＭＧ２が回転停止した状態でインバータ４２やモータＭＧ２に熱的に不具合を生じさせることなくモータＭＧ２から連続して出力することができるトルクの上限としての所定トルクＴｓｅｔを設定する（ステップＳ１７０）。ここで、経過時間ｔが所定時間Ｔ未満のときのトルク制限Ｔｌｉｍは、実施例では、モータＭＧ２からトルクを出力し始めてからの経過時間ｔとトルク制限Ｔｌｉｍとの関係を予め求めてトルク制限設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、この経過時間ｔが与えられるとマップから対応するトルク制限Ｔｌｉｍを導出して設定するものとした。このマップの一例を図４に示す。

そして、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（１）および式（２）により計算すると共に（ステップＳ１８０）、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊を動力分配統合機構３０のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除してモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを次式（３）により計算し（ステップＳ１９０）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）によりトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘおよびトルク制限Ｔｌｉｍで制限したものに更に補正トルクＴαを減じることによりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ２００）。式（３）については、いまエンジン２２の始動を伴わないで発進する場合を考えているから、値０のトルク指令Ｔｍ１＊に基づく式（３）による計算により仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐには要求トルクＴｒ＊を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ったものが設定される。式（４）については、エンジン２２を始動しないときには、補正トルクＴαに値０が設定されるから、トルク指令Ｔｍ２＊には仮トルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘおよびトルク制限Ｔｌｉｍで制限した値が設定される。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (1)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tmax,Tlim),Tmin)-Tα (4)

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ２１０）、発進時制御ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内およびトルク制限Ｔｌｉｍの範囲内でリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力して発進することができる。このトルク制限Ｔｌｉｍには、所定時間Ｔに限って所定トルクＴｓｅｔよりも大きな発進時用のトルクが設定されるから、路面勾配に拘わらず発進をスムーズに行なうことができる。

ステップＳ１２０でエンジン２２を始動すると判定されたときには、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅとクランク角θとに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ２２０）。実施例では、トルク指令Ｔｍ１＊は、図５のエンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例に示されるように、エンジン２２の回転数Ｎｅとクランク角θとに基づいて設定される。図示するように、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振周波数を通過した時間ｔ２以降のエンジン２２のいずれかの気筒が膨張行程にさしかかるタイミングでトルク指令Ｔｍ１＊にエンジン２２を安定して回転数Ｎｒｅｆ以上にモータリングできるトルクを設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。なお、膨張行程にさしかかるタイミングはクランク角θによって判断することができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ３からレート処理を用いてトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する。そして、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ４から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。

こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が設定されると、続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅと制御開始回転数Ｎｒｅｆとを比較する（ステップＳ２３０）。エンジン２２の始動指示がなされた直後などエンジン２２の回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆ未満であるときには、補正トルクＴαに値０を設定し（ステップＳ２４０）、補正トルクＴαによるモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の補正が終了したか否かを判定する（ステップＳ２５０）。補正トルクＴαによる補正が未だ開始されていないときには、補正トルクＴαによる補正が終了していないと判定され、トルク制限Ｔｌｉｍに上述した所定トルクＴｓｅｔを設定し（ステップＳ１７０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔからモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎを上述した式（１）および式（２）により計算し（ステップＳ１８０）、要求トルクＴｒ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいてモータＭＧ２から出力すべき仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを上述した式（３）により計算し（ステップＳ１９０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍａｘ，Ｔｍｉｎとトルク制限Ｔｌｉｍとにより制限したものに補正トルクＴαを減じることにより上述した式（４）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ２００）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。上述の式（３）の右辺第１項は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。図６はエンジン２２をモータリングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図である。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（３）は、図６の共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、図６中のＲ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊のトルクを出力してエンジン２２をクランキングする際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用する反力としてのトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示している。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、モータＭＧ２から、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用する反力としてのトルクを受け持つと共に運転者が要求する要求トルクＴｒ＊に基づくトルクを出力することができる。

エンジン２２がモータリングされてエンジン２２の回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆ以上になったときには（ステップＳ２３０）、エンジンＥＣＵ２４に点火制御や燃料噴射制御の開始指示を送信する（ステップＳ２５０）。点火制御や燃料噴射制御の開始指示を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２における点火制御や燃料噴射制御を実行する。

続いて、エンジンＥＣＵ２４からの初爆フラグＦの値を調べる（ステップＳ２６０）。初爆フラグＦは、初期値として値０が設定され、エンジン２２のクランク角θを検出する図示しないクランクポジションセンサからの検出値がエンジン２２の初爆が生じる所定角範囲内であるとき、すなわち、エンジン２２が初爆したと推定されるときに値１に設定されるフラグであり、エンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。初爆フラグＦが値０のときには、エンジン２２が初爆していないと判断して、補正トルクＴαに値０を設定し（ステップＳ２４０）、初爆フラグＦが値１のときには、エンジン２２が初爆していると判断して、補正トルクＴαに所定トルクＴｆｉｒｅを設定し（ステップＳ２７０）、ステップＳ２８０、Ｓ１５０〜Ｓ２１０以降の処理を実行して本ルーチンを終了する。これにより、エンジン２２が初爆する際には、ステップＳ２００で補正トルクＴα（所定トルクＴｆｉｒｅ）だけ小さいトルクがモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定されることになる。エンジン２２の初爆の際にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定してモータＭＧ１を駆動制御しているときには、モータＭＧ１の回転子の質量（マス）による慣性分を考慮しなければリングギヤ軸３２ａに何らトルクが作用しないが、実際はモータＭＧ１の回転子の質量（マス）によりリングギヤ軸３２ａにトルクが作用し、トルク変動が生じる。所定トルクＴｆｉｒｅは、エンジン２２の初爆の際にリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと大きさが同じで逆向きのトルクとして設定される。したがって、エンジン２２の初爆の際にリングギヤ軸３２ａにトルクショックは生じない。

こうしたエンジン２２の初爆に伴う補正トルクＴαによるトルク指令Ｔｍ２＊の補正が終了したと判定されたときには（ステップＳ２８０）、この補正が終了してからの経過時間ｔが所定時間Ｔ未満のときにはこの経過時間ｔに基づいて発進をスムーズに行なうために所定トルクＴｓｅｔよりも大きな発進時用のトルクがモータＭＧ２から出力されるよう前述した図４のマップを用いてモータＭＧ２のトルク制限Ｔｌｉｍを設定し（ステップＳ１６０）、補正が終了してから所定時間Ｔが経過したときにはトルク制限Ｔｌｉｍに所定トルクＴｓｅｔを設定し（ステップＳ１７０）、ステップＳ１８０以降の処理を実行して本ルーチンを終了する。

このように、エンジン２２の始動を伴って発進する際に、エンジン２２の初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするための補正トルクＴαによるトルク指令Ｔｍ２＊の補正が終了するまで待って所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクをトルク制限Ｔｌｉｍに設定するのは、ステップＳ１６０の所定トルクＴｓｅｔを超えるトルク制限Ｔｌｉｍの設定とステップＳ２７０のエンジン２２の初爆に伴う補正トルクＴαによるトルク指令Ｔｍ２＊の補正とが同時に行なわれると、相互に干渉してエンジン２２の初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルすることができない場合や車両を発進させるための十分なトルクをモータＭＧ２から出力できなくなる場合があることに基づく。なお、運転者がアクセルペダル８３を踏み込んでからモータＭＧ２から所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクが出力されるようになるまでタイムラグが生じることになるが、エンジン２２の始動指示がなされてからエンジン２２に初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするためのトルク指令Ｔｍ２＊の補正が終了するまでの時間は短時間（例えば０．５秒）であるから、通常、運転者が違和感を感じることはない。

図７に、エンジン２２の始動を伴って発進する際のアクセル開度Ａｃｃとエンジン２２の回転数Ｎｅと補正トルクＴαとモータトルクＴｍ２＊の時間変化の様子を示す。図示するように、時刻ｔ１に停車時にアクセルペダル８３が大きく踏み込まれて発進する際には、エンジン２２をモータリングしてその回転数Ｎｅが制御開始回転数Ｎｒｅｆ以上となったときに燃料噴射制御や点火制御を開始すると共にエンジン２２の初爆のタイミング（時刻ｔ２）で初爆によってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするための補正トルクＴαをモータＭＧ２から出力する。そして、補正トルクＴαの出力が終了した時刻ｔ３に、所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクを所定時間Ｔが経過する時刻ｔ４までに亘ってモータＭＧ２から出力する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２を運転停止した状態で発進する際には直ちに所定時間Ｔに亘って所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御し、エンジン２２の始動を伴って発進する際にはエンジン２２をモータリングして燃料噴射制御や点火制御を開始すると共にエンジン２２の初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするための補正トルクＴαによりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を補正しこの補正が終了するまで待ってから所定時間Ｔに亘って所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御するから、エンジン２２の始動を伴って発進する際にエンジン２２の初爆に伴うトルクショックを抑制すると共に発進をスムーズに行なうことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、減速ギヤ３５を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ３５に代えて２段変速や３段変速，４段変速などの変速機を介してリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付けるものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図８における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、エンジン２２を運転停止した状態で発進する際にはインバータ４２やモータＭＧ２が熱的に不具合を生じることなくモータＭＧ２から連続して出力することができるトルクの上限としての所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクが所定時間Ｔに亘ってモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御し、エンジン２２の始動を伴って発進する際にはエンジン２２をモータリングして燃料噴射制御や点火制御を開始すると共にエンジン２２の初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするための補正トルクＴαによりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を補正しこの補正が終了するまで待ってから所定時間Ｔに亘って所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクがモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２を制御する図２の発進時制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「発進時制御手段」に相当する。また、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。対ロータ電動機２３０も「電力動力入出力手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、エンジン２２を運転停止した状態で発進する際にはインバータ４２やモータＭＧ２が熱的に不具合を生じることなくモータＭＧ２から連続して出力することができるトルクの上限としての所定トルクＴｓｅｔを超える発進時用のトルクが所定時間Ｔに亘ってモータＭＧ２から出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ２を制御し、エンジン２２の始動を伴って発進する際にはエンジン２２をモータリングして燃料噴射制御や点火制御を開始すると共にエンジン２２の初爆に伴ってリングギヤ軸３２ａに作用するトルクをキャンセルするための補正トルクＴαによりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を補正しこの補正が終了するまで待ってから所定時間Ｔに亘って所定トルクＴｓｅｔを超えるトルクがモータＭＧ２から出力されるようトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＭＧ２を制御するものに限定されるものではなく、内燃機関を停止した状態で発進する際には駆動軸が回転停止した状態で電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御し、内燃機関の始動を伴って発進する際には内燃機関がモータリングされて始動されると共に内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで初爆に伴って駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが電動機から出力されるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する始動制御を実行した後に発進時用トルクが電動機から出力されるよう電動機を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる差動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれかに軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される発進時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 トルク制限設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例に示す説明図である。 エンジン２２をモータリングしている最中における動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 エンジン２２の始動を伴って発進する際のアクセル開度Ａｃｃとエンジン２２の回転数Ｎｅと補正トルクＴαとモータトルクＴｍ２＊の時間変化の様子の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (5)

1. 内燃機関と、
   車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、
   前記内燃機関を運転停止した状態で発進する際には、回転停止している前記電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記内燃機関の始動を伴って発進する際には前記内燃機関がモータリングされて始動されると共に該内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで前記初爆に伴って前記駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが前記電動機から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動制御を実行した後に前記発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御する発進時制御手段と
   を備える車両。
   
2. 請求項１記載の車両であって、
   走行に要求される要求トルクに基づいて前記電動機から出力すべき目標トルクを設定する目標トルク設定手段を備え、
   前記発進時制御手段は、前記発進時用トルクを上限として前記設定された目標トルクを制限したトルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段である
   車両。
3. 前記発進時制御手段は、所定時間に亘って前記発進時用トルクが前記電動機から出力されるよう該電動機を制御する手段である請求項１または２記載の車両。
4. 前記電力動力入出力手段は、動力を入出力する発電機と、前記内燃機関の出力軸と前記発電機の回転軸と前記駆動軸の３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段とを備える手段である請求項１ないし３いずれか記載の車両。
5. 内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機とを備える車両の制御方法であって、
   前記内燃機関を運転停止した状態で発進する際には、回転停止している前記電動機から連続的に出力可能なトルクよりも大きな発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御し、前記内燃機関の始動を伴って発進する際には前記内燃機関がモータリングされて始動されると共に該内燃機関を始動する際の初爆のタイミングで前記初爆に伴って前記駆動軸に作用するトルクと逆向きの補正トルクが前記電動機から出力されるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する始動制御を実行した後に前記発進時用トルクが該電動機から出力されるよう該電動機を制御する
   車両の制御方法。
   

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