JP2008168773A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第２モータからの動力だけで走行している最中に第２モータに異常が生じたときに、走行を停止させることなく第１モータによりエンジンをモータリングして始動させると共にその際のショックや振動を抑制する。
【解決手段】第２モータに異常が生じてエンジンの始動指示がなされて第１モータによりエンジンをモータリングしている最中に駆動軸の回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなったときには（Ｓ１３０）、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下となるまで小さくしたトルク指令Ｔｍ１＊を用いて（Ｓ２００）、第１モータによりエンジンをモータリングして始動させる（Ｓ１５０〜Ｓ１８０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、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、エンジンと、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共に駆動輪に連結された駆動軸にリングギヤが接続された遊星歯車機構と、遊星歯車機構のサンギヤに接続された第１モータと、駆動軸に変速機を介して接続された第２モータとを備え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、エンジンの始動指示がなされたときに、シフトレバーがＰレンジかＮレンジのときや第２モータに異常が生じているときなどモータリング時に駆動軸に生じる反力を第２モータで受け持つことができないときには、停車状態で変速機の二つのブレーキを共にオンとして駆動軸をロックしてから第１モータによりエンジンをモータリングして始動させることにより、第２モータを用いずに第１モータによりエンジンをモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制している。
特開２００５−３０６２３８号公報

ところで、こうした車両では、走行中に、第２モータで駆動軸に生じる反力を受け持つことができないときにエンジンの始動指示がなされたときには、車両を停止させることなく第１モータによりエンジンをモータリングして始動させることや第１モータによりエンジンをモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制することが望まれている。

本発明の車両およびその制御方法は、走行中に、電動機から駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に、車両を停止させることなくモータリング装置により内燃機関をモータリングして始動させることを目的の一つとする。また、本発明の車両およびその制御方法は、駆動力制限時に、モータリング装置により内燃機関をモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制することを目的の一つとする。

本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部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、
駆動輪に連結された駆動軸への駆動力の出力を伴って前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電動機から前記駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または該駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力の前記モータリング手段からの出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段とを制御する始動時制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の車両では、電動機から駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に内燃機関の始動指示がなされたときには、駆動軸の回転速度または駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力のモータリング手段からの出力により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関とモータリング手段とを制御する。これにより、駆動軸をロックさせることなく、モータリング手段により内燃機関をモータリングして始動させることができる。また、速度変化率が大きくなりすぎない駆動力のモータリング手段からの出力により内燃機関をモータリングして始動すれば、内燃機関をモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制することができる。ここで、「関連速度」には、車速や、駆動軸に接続された電動機の回転軸の回転速度などが含まれる。

こうした本発明の車両において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関をモータリングするための所定モータリングパターンの駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう該モータリング手段を制御し、該制御している最中に前記速度変化率が所定変化率より大きくなったときには該速度変化率が該所定変化率以下となる駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう該モータリング手段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、モータリング手段により内燃機関をモータリングして始動させる際に、速度変化率が大きくなるのを抑制することができる。この場合、前記始動時制御手段は、前記速度変化率が前記所定変化率より大きくなってから該速度変化率が再び該所定変化率以下になった以降は、該速度変化率が再び該所定変化率以下になる直前の駆動力以下の駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう制御する手段であるものとすることもできる。また、前記所定モータリングパターンは、前記内燃機関のモータリングを開始する際の前記駆動軸の回転速度が低いほど前記モータリング手段から出力される最大駆動力が小さくなる傾向のパターンであるものとすることもできる。これは、駆動軸の回転速度が比較的低いときには、慣性エネルギーが比較的小さく、ある程度の駆動力がモータリング手段から出力されて駆動軸に作用したときに、駆動軸の回転速度が比較的高いときに比して速度変化率が大きくなりやすいと考えられるという理由に基づく。なお、所定モータリングパターンは、駆動軸の回転速度に代えて、車速が低いほどモータリング手段から出力される最大駆動力が小さくなる傾向のパターンであるものとすることもできる。さらに、本発明の車両において、前記駆動力制限時に前記モータリング手段により前記内燃機関をモータリングして始動させる際における前記速度変化率を学習する学習手段を備え、前記所定モータリングパターンは、前記学習結果を用いて設定されるパターンであるものとすることもできる。こうすれば、学習結果を踏まえた所定モータリングパターンを設定することができる。

また、本発明の車両において、前記駆動輪に制動力を付与する制動力付与手段を備え、前記始動時制御手段は、前記駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または前記関連速度が値０を含む所定範囲内のときには、前記駆動輪に制動力が付与された状態で前記モータリング手段からの駆動力の出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段と前記制動力付与手段と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、車両が略停止しているときに、モータリング手段により内燃機関をモータリングして始動させる際のショックや振動をより抑制することができる。

さらに、本発明の車両において、前記駆動力制限時は、前記電動機に異常が生じているときであるものとすることもできる。この場合、前記内燃機関の始動指示は、前記電動機に異常が生じたときになされる指示であるものとすることもできる。

あるいは、本発明の車両において、前記モータリング手段は、前記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する電力動力入出力手段であるものとすることもできる。この場合、前記モータリング手段は、前記駆動軸と前記出力軸と回転軸との３軸を有し該３軸のうちのいずれか２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３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、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、駆動輪に連結された駆動軸への駆動力の出力を伴って前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える車両の制御方法であって、
前記電動機から前記駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または該駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力の前記モータリング手段からの出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段とを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の車両の制御方法では、電動機から駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に内燃機関の始動指示がなされたときには、駆動軸の回転速度または駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力のモータリング手段からの出力により内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関とモータリング手段とを制御する。これにより、駆動軸をロックさせることなく、モータリング手段により内燃機関をモータリングして始動させることができる。また、速度変化率が大きくなりすぎない駆動力のモータリング手段からの出力により内燃機関をモータリングして始動すれば、内燃機関をモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制することができる。ここで、「関連速度」には、車速や、駆動軸に接続された電動機の回転軸の回転速度などが含まれる。

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動力出力装置を搭載した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、動力出力装置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。

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。なお、バッテリＥＣＵ５２では、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）も演算している。

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など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からは、駆動輪６３ａ，６３ｂに制動力を付与するブレーキ９０ａ，９０ｂへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。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、モータ運転モードで走行している最中にモータＭＧ２に異常が生じ、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させ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により実行される始動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、モータ運転モードで走行している最中にモータＭＧ２に異常が生じてエンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。なお、いま、モータＭＧ２に異常が生じたときを考えているから、モータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにはトルクは出力されない。

始動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、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒやエンジン２２の回転速度Ｎｅを入力する（ステップＳ１００）。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒは、車速センサ８８からの車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転速度Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めたりしたものをＲＡＭ７６の所定アドレスに書き込むと共にこれを読み込むことにより入力することができる。なお、モータＭＧ２の回転速度Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４４により検出されるモータＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力することができる。また、エンジン２２の回転速度Ｎｅは、クランクシャフト２６に取り付けられた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計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。

こうしてデータを入力すると、エンジン２２をモータリングするモータリングトルクとしてのモータＭＧ１ののトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１１０）。このモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、実施例では、図２の始動時制御ルーチンと並行してハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される図３に例示するモータリングトルク設定ルーチンにより設定されるものを用いるものとした。以下、図２の始動時制御ルーチンの説明を一旦中断し、図３のモータリングトルク設定ルーチンについて説明する。

モータリングトルク設定ルーチンが実行されると、まず、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒを入力すると共に（ステップＳ３００）、入力したリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定する（ステップＳ３１０）。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒは、図２の始動時制御ルーチンのステップＳ１００の処理と同様に入力するものとした。また、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の最大トルクＴｍ１ｍａｘは、実施例では、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒと最大トルクＴｍ１ｍａｘとの関係を予め定めて最大トルク設定用マップとして記憶しておき、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが与えられると記憶したマップから最大トルクＴｍ１ｍａｘを導出して設定するものとした。最大トルク設定用マップの一例を図４に示す。最大トルクＴｍ１ｍａｘは、図示するように、エンジン２２を閾値Ｎｅｒｅｆ以上の回転速度までモータリングすることができる最小トルク以上の範囲で、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが小さいほど小さくなる傾向に設定するものとした。ここで、閾値Ｎｅｒｅｆは、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する回転速度である。最大トルクＴｍ１ｍａｘをこのように設定する理由については後述する。

こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊の最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定すると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ３２０）、続いて、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が最大トルクＴｍ１ｍａｘに至るまでトルク指令Ｔｍ１＊を上昇レートＴｕｐずつ増加させてトルク指令Ｔｍ１＊を設定する処理を実行し（ステップＳ３３０，Ｓ３４０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が最大トルクＴｍ１ｍａｘ以上に至ったときにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定し（ステップＳ３５０）、エンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上に至るのを待つ（ステップＳ３６０）。そして、エンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上に至ると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０以下に至るまで下降レートＴｄｏｗｎずつ減少させてトルク指令Ｔｍ１＊を設定する処理を実行し（ステップＳ３７０，Ｓ３８０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が値０以下に至ったときにトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し（ステップＳ３９０）、エンジン２２が完爆するのを待って（ステップＳ４００）、モータリングトルク設定ルーチンを終了する。ここで、上昇レートＴｕｐ，下降レートＴｄｏｗｎは、それぞれトルク指令Ｔｍ１＊の上昇の程度，下降の程度であり、トルク指令Ｔｍ１＊を上昇レートＴｕｐずつ増加させる処理，トルク指令Ｔｍ１＊を下降レートＴｄｏｗｎずつ減少させる処理を繰り返す時間間隔によって定められる。実施例では、図３のトルク設定ルーチンにより設定されるモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が所定モータリングパターンに相当する。即ち、所定モータリングパターンは、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが小さいほど小さくなる傾向の最大トルクＴｍ１ｍａｘを用いて設定されることになる。所定モータリングパターンの一例を図５に示す。図示するように、実施例では、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが小さいほど小さなモータリングトルクを用いてエンジン２２をモータリングすることになる。このようなモータリングトルクを用いてエンジン２２をモータリングするのは、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが比較的低いときには、慣性エネルギが比較的小さく、ある程度のトルクがモータＭＧ１から出力されて駆動軸としてリングギヤ軸３２ａに作用したときに、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが比較的高いときに比してリングギヤ軸３２ａの回転速度偏差ΔＮｒが大きくなりやすく、運転者にショックや振動を感じさせやすくなると考えられるためである。

図２の始動時制御ルーチンの説明に戻る。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの前回の回転速度（前回Ｎｒ）から今回の回転速度Ｎｒを減じて回転速度偏差ΔＮｒを計算すると共に（ステップＳ１２０）、計算した回転速度偏差ΔＮｒを閾値Ｎｒｒｅｆと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、回転速度偏差ΔＮｒは、ステップＳ１２０の処理が実行される時間間隔あたりのリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒの変化量である。また、閾値Ｎｒｒｅｆは、運転者にショックや振動を感じさせるおそれがあるか否かを判定するために用いられるものであり、車両の仕様などにより定められる。いま、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させるときを考えている。このときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転速度とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転速度Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転速度を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転速度Ｎｅであるキャリア３４の回転速度を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転速度Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転速度Ｎｒを示す。以下、説明の都合上、図中、上向きのトルクを正のトルクとし、下向きのトルクを負のトルクとして説明する。図示するように、エンジン２２をモータリングする際には、モータＭＧ１から正のトルクが出力され、このトルクが動力分配統合機構３０を介して負のトルクとして駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに作用する。このリングギヤ軸３２ａに作用するトルクは、モータＭＧ１から出力されるトルクが大きいほど大きくなる。したがって、前進走行中にモータＭＧ１から比較的大きな正のトルクを出力してエンジン２２をモータリングしようとすると、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒを小さくする方向にリングギヤ軸３２ａに比較的大きな負のトルクが作用し、このトルクによってリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒが単位時間あたり大きく変化すると、運転者にショックや振動を感じさせることになる。ステップＳ１３０の回転速度偏差ΔＮｒと閾値Ｎｒｒｅｆとの比較は、このように運転者にショックや振動を感じさせるおそれがあるか否かを判定する処理である。

回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下のときには、フラグＦの値を調べ（ステップ１４０）、フラグＦが値０のときには、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１５０）。ここで、フラグＦは、初期値として値０が設定され、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際に回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなったときに値１が設定されるフラグである。また、トルク指令Ｔｍ１＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、エンジン２２の回転速度Ｎｅを閾値Ｎｅｒｅｆと比較し（ステップＳ１６０）、エンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆに至っていないときにはステップＳ１００に戻る。こうしてモータＭＧ１からトルクを出力してエンジン２２をモータリングすることによってエンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆに至ると（ステップＳ１６０）、燃料噴射制御や点火制御の指示をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１７０）、エンジン２２が完爆したか否かを判定し（ステップＳ１８０）、エンジン２２が完爆していないときにはステップＳ１００に戻り、エンジン２２が完爆したときに、始動時制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１３０で回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きいとき、即ちモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際に回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなったときには、運転者にショックや振動を感じさせるおそれがあると判断し、フラグＦに値１を設定すると共に（ステップＳ１９０）、前回のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊から所定トルクΔＴ１だけ減じたトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊として再設定し（ステップＳ２００）、ステップＳ１５０以降の処理を実行する。ここで、所定トルクΔＴ１は、ステップＳ２００の処理が実行される時間間隔や車両の仕様などにより定められる。こうしたステップＳ２００の処理により、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きい間は所定トルクΔＴ１ずつ減少させたトルクが設定されていくことになる。

そして、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下になると（ステップＳ１３０）、ステップＳ１４０でフラグＦが値１であるから、ステップＳ１１０で設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と前回のトルク指令（前回Ｔｍ１＊）とのうち小さい方をトルク指令Ｔｍ１＊として再設定し（ステップＳ２１０）、ステップＳ１５０以降の処理を実行する。ステップＳ２１０の処理は、図３のトルク指令設定ルーチンにより設定されたトルク指令Ｔｍ１＊に対して回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下になる直前のトルク指令Ｔｍ１＊を上限として制限したものをトルク指令Ｔｍ１＊として再設定する処理となる。これにより、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下になった以降に所定モータリングパターンのトルク指令Ｔｍ１＊に応じたトルクをモータＭＧ１から出力するものに比して、回転速度偏差ΔＮｒが再び閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなるのを抑制することができる。この結果、所定モータリングパターンのトルクと、回転速度偏差ΔＮｒを閾値Ｎｒｒｅｆ以下にするために所定モータリングパターンのトルクを制限したトルクと、の間でモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊がハンチングするのを抑制することができる。

図７は、モータＭＧ２に異常が生じている状態でモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒと回転速度偏差ΔＮｒとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下となるトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際の様子を示し、点線は、比較例として、回転速度偏差ΔＮｒに拘わらず図３のトルク指令設定ルーチンにより設定されたトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際の様子を示す。実施例では、図中実線に示すように、エンジン２２の始動指示がなされると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を徐々に増加させるが、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆを超えた以降は、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下となるトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。これにより、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆを超えたときでもトルク指令Ｔｍ１＊を制限しないもの（図中、点線参照）に比して回転速度偏差ΔＮｒが大きくなるのを抑制することができ、運転者にショックや振動を感じさせるのを抑制することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータ運転モードで走行している最中にモータＭＧ２に異常が生じてエンジン２２の始動指示がなされたときには、所定モータリングパターンのトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させ、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなったときには、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下となるトルク指令Ｔｍ１＊を用いてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させるから、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａをロックさせることなく即ち車両を停止させることなくモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させることができると共に、回転速度偏差ΔＮｒが大きくなるのを抑制してモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させる際のショックや振動を抑制することができる。しかも、車速Ｖが低いほど小さくなる傾向の最大トルクＴｍ１ｍａｘを用いて所定モータリングパターンを設定するから、車速Ｖに応じてより適正にモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ運転モードで走行している最中にモータＭＧ２に異常が生じてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させる際の動作について説明したが、モータＭＧ２に異常が生じてエンジン２２の始動指示がなされたときにリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒが略値０のときには、ブレーキ９０ａ，９０ｂにより駆動輪６３ａ，６３ｂをロックした状態でモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させるものとしてもよい。これにより、リングギヤ軸３２ａが略回転停止しているときに、エンジン２２をモータリングして始動させる際に運転者にショックを与えるのをより抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２に異常が生じてモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させる際の動作について説明したが、モータＭＧ２から駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａへのトルクの出力が制限されているときであれば、モータＭＧ２に異常が生じているときに限られない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図４の最大トルク設定用マップに例示したように、車速Ｖが低いほど直線的に小さくなる傾向に最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定するものとしたが、車速Ｖが低いほど曲線的や段階的に小さくなる傾向に最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定するものとしてもよいし、車速Ｖに拘わらず固定値を最大トルクＴｍ１ｍａｘとして設定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、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなってからその後に回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下になった以降は、回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下になる直前のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊以下の範囲でＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定するものとしたが、所定モータリングパターンのトルク指令Ｔｍ１＊を設定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、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒを用いて最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定すると共にこれを用いて所定モータリングパターンを設定するものとしたが、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒに加えてまたは代えて、モータＭＧ２に異常が生じた状態で前回以前にモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングして始動させたときにおける駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度偏差ΔＮｒを学習すると共に学習した結果を用いて最大トルクＴｍ１ｍａｘを設定すると共にこれを用いて所定モータリングパターンを設定するものとしてもよい。こうすれば、学習結果を踏まえて所定モータリングパターンを設定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、ステップＳ１１０，Ｓ３１０で駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒを用いるものとし、ステップＳ１３０で回転速度偏差ΔＮｒを用いるものとしたが、これに代えて、それぞれ車速Ｖ，車速偏差ΔＶ（前回Ｖ−Ｖ）を用いるものとしてもよい。また、リングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒは、モータＭＧ２の回転速度Ｎｍ２や車速Ｖを用いて計算されるものに限られず、リングギヤ軸３２ａの回転速度を検出する図示しない回転速度検出センサにより検出されたものを用い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、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。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、列車など自動車以外の車両に適用するものとしてもよいし、自動車を含めた車両の制御方法に適用するものとしてもよい。

ここで、実施例や変形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、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリア３４が接続されると共に駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにリングギヤ３２が接続された動力分配統合機構３０および動力分配統合機構３０のサンギヤ３１に接続されたモータＭＧ１が「モータリング手段」に相当し、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに接続されたモータＭＧ２が「電動機」に相当し、モータ運転モードで走行している最中にモータＭＧ２に異常が生じてエンジン２２の始動指示がなされたときに駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａの回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下のときには車速Ｖが低いほど小さくなる傾向に設定される最大トルクＴｍ１ｍａｘを用いて設定される所定モータリングパターンのトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信すると共にエンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上になったときに燃料噴射制御や点火制御をエンジンＥＣＵ２４に指示し、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしている最中に回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆより大きくなったときには回転速度偏差ΔＮｒが閾値Ｎｒｒｅｆ以下となるトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信すると共にエンジン２２の回転速度Ｎｅが閾値Ｎｅｒｅｆ以上になったときに燃料噴射制御や点火制御をエンジンＥＣＵ２４に指示する図２の始動時制御ルーチンおよび図３のトルク指令設定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およびハイブリッド用電子制御ユニット７０から受信したトルク指令Ｔｍ１＊に基づいてモータＭＧ１を制御するモータＥＣＵ４０およびハイブリッド用電子制御ユニット７０から受信した指示に基づいてエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を行なうエンジンＥＣＵ２４が「始動時制御手段」に相当する。なお、実施例や変形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、車両の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例としての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により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるトルク指令設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 最大トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 所定モータリングパターンの一例を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 モータＭＧ２に異常が生じている状態でモータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングする際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とリングギヤ軸３２ａの回転速度Ｎｒと回転速度偏差ΔＮｒと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、９０ａ，９０ｂ ブレーキ、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 (11)

1. 内燃機関と、
   駆動輪に連結された駆動軸への駆動力の出力を伴って前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、
   前記電動機から前記駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または該駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力の前記モータリング手段からの出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段とを制御する始動時制御手段と、
   を備える車両。
2. 前記始動時制御手段は、前記内燃機関をモータリングするための所定モータリングパターンの駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう該モータリング手段を制御し、該制御している最中に前記速度変化率が所定変化率より大きくなったときには該速度変化率が該所定変化率以下となる駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう該モータリング手段を制御する手段である請求項１記載の車両。
3. 前記始動時制御手段は、前記速度変化率が前記所定変化率より大きくなってから該速度変化率が再び該所定変化率以下になった以降は、該速度変化率が再び該所定変化率以下になる直前の駆動力以下の駆動力が前記モータリング手段から出力されるよう制御する手段である請求項２記載の車両。
4. 前記所定モータリングパターンは、前記内燃機関のモータリングを開始する際の前記駆動軸の回転速度が低いほど前記モータリング手段から出力される最大駆動力が小さくなる傾向のパターンである請求項２または３記載の車両。
5. 請求項２ないし４いずれか記載の車両であって、
   前記駆動力制限時に前記モータリング手段により前記内燃機関をモータリングして始動させる際における前記速度変化率を学習する学習手段を備え、
   前記所定モータリングパターンは、前記学習結果を用いて設定されるパターンである
   車両。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の車両であって、
   前記駆動輪に制動力を付与する制動力付与手段を備え、
   前記始動時制御手段は、前記駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または前記関連速度が値０を含む所定範囲内のときには、前記駆動輪に制動力が付与された状態で前記モータリング手段からの駆動力の出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段と前記制動力付与手段とを制御する手段である
   車両。
7. 前記駆動力制限時は、前記電動機に異常が生じているときである請求項１ないし６いずれか記載の車両。
8. 前記内燃機関の始動指示は、前記電動機に異常が生じたときになされる指示である請求項７記載の車両。
9. 前記モータリング手段は、前記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する電力動力入出力手段である請求項１ないし８いずれか記載の車両。
10. 前記モータリング手段は、前記駆動軸と前記出力軸と回転軸との３軸を有し該３軸のうちのいずれか２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３軸式動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力可能な発電機と、を備える手段である請求項９記載の車両。
11. 内燃機関と、駆動輪に連結された駆動軸への駆動力の出力を伴って前記内燃機関をモータリングするモータリング手段と、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機と、を備える車両の制御方法であって、
    前記電動機から前記駆動軸への駆動力の出力が制限されている駆動力制限時に前記内燃機関の始動指示がなされたとき、前記駆動軸の回転速度または該駆動軸の回転速度に関連する関連速度の単位時間あたりの変化量である速度変化率に基づく駆動力の前記モータリング手段からの出力により前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と該モータリング手段とを制御する、
    車両の制御方法。

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