JP2013095147A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを始動するときに昇圧コンバータをより適正に保護すると共にエンジンをより確実に始動する。
【解決手段】エンジンの始動が指示されたときに、２つのモータが接続された駆動電圧系電力ラインの電圧ＶＨが昇圧コンバータの負荷率制限Ｒｃの範囲内で設定された目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータを制御すると共に、エンジンのクランキング用に設定されたクランキングトルクＴｃｒが第１モータから出力されてエンジンがクランキングされ始動されるようエンジンと第１モータとを制御するものにおいて、昇圧コンバータの負荷率制限Ｒｃは、昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の素子温度Ｔｃが高いほど小さくなると共に複数のスイッチング素子を冷却する冷却水の冷却水温Ｔｍｗが高いほど小さくなる傾向の値であり、クランキングトルクＴｃｒを、昇圧コンバータの負荷率制限Ｒｃが小さいほど小さくなる傾向に設定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、走行用の動力を出力可能なエンジンと、エンジンをクランキング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、バッテリと、複数のスイッチング素子のスイッチングによってバッテリが接続された電池電圧系からの電力を昇圧して第１モータおよび第２モータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、を備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、走行用の動力を出力可能なエンジンと、エンジンをモータリング可能な第１のモータ（ＭＧ１）と、走行用の動力を出力可能な第２のモータ（ＭＧ２）と、バッテリと、バッテリが接続された低電圧系からの電力を昇圧してモータＭＧ１，ＭＧ２が接続された高電圧系に供給可能な昇圧回路とを備え、エンジンを始動するときには、昇圧回路の温度に基づく許容負荷の範囲内で昇圧回路を駆動制御すると共に、バッテリの出力制限や出力制限より大きい超過出力の範囲内でモータＭＧ１によってエンジンがモータリングされて始動されるようモータＭＧ１やエンジンを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、エンジンを始動するときに、昇圧回路の温度に基づく許容負荷が閾値未満のときには、バッテリの出力制限の範囲内でエンジンが始動されるようモータＭＧ１やエンジンを制御することにより、バッテリから出力制限を超えた電力が出力されるのを抑制している。

特開２００９−１６０９５３号公報

上述したハード構成のハイブリッド自動車では、昇圧回路の許容負荷を昇圧回路の複数のスイッチング素子の素子温度に応じて設定し、エンジンを始動するときに、昇圧回路の許容負荷の範囲内で昇圧回路を駆動制御する一方で、エンジンをクランキングするためのクランキングトルクとしては昇圧回路の許容負荷に関係なく決めたトルクをモータＭＧ１から出力する場合があった。この場合、エンジンを始動するときに、昇圧回路の許容負荷を超えるパワーに相当するクランキングトルクがモータＭＧ１から出力されることにより昇圧回路を適正に保護することができなくなったり、昇圧回路がその許容負荷の範囲内で制御されることによりエンジンをクランキングするのに必要なクランキングトルクをモータＭＧ１から出力することができずエンジンが始動できなくなったりする場合があった。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジンを始動するときに昇圧コンバータをより適正に保護すると共にエンジンをより確実に始動することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
走行用の動力を出力可能なエンジンと、前記エンジンをクランキング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、バッテリと、複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記バッテリが接続された電池電圧系からの電力を昇圧して前記第１モータおよび前記第２モータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、を備えるハイブリッド自動車において、
前記エンジンの始動が指示されたとき、前記駆動電圧系の電圧が前記昇圧コンバータの駆動制限の範囲内で前記駆動電圧系の目標電圧になるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記エンジンのクランキング用に設定されたクランキング用トルクが前記第１モータから出力されて前記エンジンがクランキングされ始動されるよう前記エンジンと前記第１モータとを制御する始動時制御手段を備え、
前記昇圧コンバータの駆動制限は、前記昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の温度が高いほど小さくなると共に前記複数のスイッチング素子を冷却する冷却液の温度が高いほど小さくなる傾向の値であり、
前記クランキング用トルクは、前記昇圧コンバータの駆動制限が小さいほど小さくなる傾向に設定される、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンの始動が指示されたとき、第１モータおよび第２モータが接続された駆動電圧系の電圧が昇圧コンバータの駆動制限の範囲内で駆動電圧系の目標電圧になるよう昇圧コンバータを制御すると共に、エンジンのクランキング用に設定されたクランキング用トルクが第１モータから出力されてエンジンがクランキングされ始動されるようエンジンと第１モータとを制御する。そして、昇圧コンバータの駆動制限は、昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の温度が高いほど小さくなると共に複数のスイッチング素子を冷却する冷却液の温度が高いほど小さくなる傾向の値であり、クランキング用トルクは、昇圧コンバータの駆動制限が小さいほど小さくなる傾向に設定される。したがって、クランキング用トルクが昇圧コンバータの駆動制限に応じて設定されるから、クランキング用トルクが昇圧コンバータの駆動制限に関係なく設定されるものに比して、エンジンを始動するときに昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。また、昇圧コンバータの駆動制限がスイッチング素子の温度と冷却液の温度とに基づいて設定されるから、昇圧コンバータの駆動制限がスイッチング素子の温度のみに基づいて設定されるものに比して、エンジンのクランキング用に第１モータから出力するパワーを大きくすることができ、クランキング用トルクを大きくすることができる。これにより、エンジンをより確実に始動することができる。この結果、エンジンを始動するときに昇圧コンバータをより適正に保護すると共にエンジンをより確実に始動することができる。

こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記始動時制御手段は、前記エンジンのクランキング用に前記クランキング用トルクと共に設定された出力用時間に亘って前記第１モータから前記クランキング用トルクが出力されて前記エンジンがクランキングされ始動されるよう前記エンジンと前記第１モータとを制御する手段であり、前記クランキング用トルクおよび前記出力用時間は、前記昇圧コンバータの駆動制限が小さいほど前記クランキング用トルクが小さくなると共に前記出力用時間が長くなる傾向にそれぞれ設定される、ものとすることもできる。こうすれば、昇圧コンバータの駆動制限が小さいことによりクランキング用トルクが比較的小さいときに、比較的長い出力用時間に亘って第１モータからクランキング用トルクを出力することができるから、エンジンをより確実に始動することができる。

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。 ＨＶＥＣＵ７０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。 昇圧コンバータ５５の負荷率制限設定用マップの一例を示す説明図である。 クランキングトルク設定用マップの一例を示す説明図である。 出力時間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の仮トルクＴｍ１ｔｍｐとエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するため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自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力するエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御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と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、図示しない複数のスイッチング素子のスイッチングによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するインバータ４１，４２と、例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ５０と、図示しない複数のスイッチング素子のスイッチングによってインバータ４１，４２が接続された電力ライン（以下、駆動電圧系電力ライン５４ａという）とバッテリ５０が接続された電力ライン（以下、電池電圧系電力ライン５４ｂという）との間で電力のやりとりを行なうと共に駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧ＶＨを調節する昇圧コンバータ５５と、インバータ４１，４２を制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、モータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ４１，４２，昇圧コンバータ５５を冷却する冷却装置６０と、昇圧コンバータ５５を制御すると共に車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランクポジションθｃｒやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサからの冷却水温Ｔｗｅ，燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブや排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサからのカムポジションθｃａ，スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットルポジションＴＰ，吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔａ，排気系に取り付けられた空燃比センサからの空燃比ＡＦ，同じく排気系に取り付けられた酸素センサからの酸素信号Ｏ２などが入力ポートを介して入力されており、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁への駆動信号やスロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号，吸気バルブの開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４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クランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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からの回転位置θｍ１，θｍ２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ポートを介して入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転角速度ωｍ１，ωｍ２や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン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Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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ＨＶＥＣＵ７０に送信する。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Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合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を演算したりしている。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。

冷却装置６０は、図示しないエンジンルームの最前部に配置され冷却水と外気との熱交換を行なうラジエータ６２と、モータＭＧ１，ＭＧ２とインバータ４１，４２と昇圧コンバータ５５とラジエータ６２とを含む循環流路６４と、循環流路６４内を循環するように冷却水を圧送する電動ポンプ６６と、を備える。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、駆動電圧系電力ライン５４ａの正極母線と負極母線とに接続された平滑用のコンデンサ５７の端子間電圧を検出する電圧センサ５７ａからの電圧（駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧）ＶＨや電池電圧系電力ライン５４ｂの正極母線と負極母線とに接続された平滑用のコンデンサ５８の端子間電圧を検出する電圧センサ５８ａからの電圧（電池電圧系電力ライン５４ｂの電圧）ＶＬ，昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子の温度を検出する温度センサ５５ａからの素子温度Ｔｃ，冷却装置６０の循環流路６４を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ６７からの冷却水温Ｔｍｗ，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。また、ＨＶＥＣＵ７０からは、冷却装置６０の電動ポンプ６６への制御信号や昇圧コンバータ５５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。ＨＶＥＣＵ７０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では、運転者によるアクセルペダル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３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算し、この要求トルクＴｒ＊に対応する要求動力が駆動軸３６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と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プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６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プラネタリギヤ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駆動軸３６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駆動軸３６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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードとは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

エンジン運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算すると共に計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣに基づいて得られるバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じてエンジン２２から出力すべきパワーとしての要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

モータ運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に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ＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

また、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、冷却装置６０の循環流路６４内の冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））の温度Ｔｍｗに基づいて電動ポンプ６６を回転すべき目標回転数Ｎｐ＊を設定し、電動ポンプ６６が目標回転数Ｎｐ＊で回転するよう電動ポンプ６６を制御することにより、冷却水を循環流路６４内で循環させてモータＭＧ１，ＭＧ２の固定子やインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子，昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子を冷却する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０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、モータ運転モードにおいて、バッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣがエンジン２２の始動に必要なパワーに相当する割合より若干大きい閾値以下となったり、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊がエンジン２２を運転した方が効率がよいと判断される閾値以上となったり、車速Ｖがエンジン２２の運転停止を禁止すべきと判断される閾値以上となったりすることにより、エンジン２２の始動が指示されたときに実行される。

図２の始動時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０のＣＰＵは、まず、温度センサ５５ａからの昇圧コンバータ５５の素子温度Ｔｃや温度センサ６７からの冷却装置６０の冷却水温Ｔｍｗなど制御を開始するのに必要なデータを入力し（ステップＳ１００）、入力した素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｍｗとに基づいて昇圧コンバータ５５の駆動制限としての負荷率制限Ｒｃを設定する（ステップＳ１１０）。負荷率制限Ｒｃは、昇圧コンバータ５５の駆動により駆動電圧系電力ライン５４ａに作用させることが可能な最大電圧ＶＨｍａｘ（例えば、６００Ｖや７００Ｖなど）のうち駆動電圧系電力ライン５４ａに作用させてもよい電圧の割合であり、実施例では、素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｍｗと負荷率制限Ｒｃとの関係を予め実験や解析により定めて負荷率制限設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｍｗとが与えられるとマップから対応する負荷率制限Ｒｃを導出して設定するものとした。図３に負荷率制限設定用マップの一例を示す。

昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃは、実施例では、昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子が過熱するのを抑制可能な範囲内でできるだけ大きい値とされており、図３に示すように、素子温度Ｔｃが高いほど小さくなると共に冷却水温Ｔｍｗが高いほど小さくなるように定められている。ここで、昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子の過熱を抑制するために、負荷率制限Ｒｃを素子温度Ｔｃのみに基づいて設定する場合を比較例として考える。この比較例では、冷却水温Ｔｍｗが高いときでも素子が過熱しないようにするために、素子温度Ｔｃが素子の過熱を判定可能な温度より十分に小さい温度まで上昇したときには負荷率制限Ｒｃを値１より小さくし始める必要が生じる。これに対し、実施例では、冷却水温Ｔｍｗが低いときには素子温度Ｔｃの上昇が抑制されやすいことを考慮して、冷却水温Ｔｍｗが低いほど比較例と比べて同一の素子温度Ｔｃに対する負荷率制限Ｒｃを大きくすることができる。なお、図３の例では、負荷率制限Ｒｃは、素子温度Ｔｃが高いほど段階的に（階段状に）低くなるものとしたが、直線的に（素子温度Ｔｃに対して比例傾向に）低くなるものとしてもよいし、曲線的に（滑らからに）低くなるものとしてもよい。また、図３の例では、負荷率制限Ｒｃは、冷却水温Ｔｍｗが３段階に（水温Ｔｍｗ１，Ｔｍｗ２，Ｔｍｗ３の順に）高くなるほど同一の素子温度Ｔｃに対して小さくなるものとしたが、何段階で低くなるものとしてもよい。

こうして負荷率制限Ｒｃを設定すると、設定した負荷率制限Ｒｃに基づいて、エンジン２２をクランキング（モータリング）するためにモータＭＧ１から出力するクランキングトルクＴｃｒと、モータＭＧ１からクランキングトルクＴｃｒを出力する時間である出力時間Ｔｏｕｔとを設定する（ステップＳ１２０）。クランキングトルクＴｃｒおよび出力時間Ｔｏｕｔは、実施例では、負荷率制限ＲｃとクランキングトルクＴｃｒとの関係および負荷率制限Ｒｃと出力時間Ｔｏｕｔとの関係をそれぞれ予め実験や解析により定めてクランキングトルク設定用マップおよび出力時間設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、負荷率制限Ｒｃが与えられると各マップから対応するクランキングトルクＴｃｒおよび出力時間Ｔｏｕｔを導出して設定するものとした。図４にクランキングトルク設定用マップの一例を示し、図５に出力時間設定用マップの一例を示す。

モータＭＧ１から出力するクランキングトルクＴｃｒは、図４に示すように、負荷率制限Ｒｃが値１以上のときにはエンジン２２のクランキングに通常要するトルクとして予め実験などにより定められた所定トルクＴｃｒ１が設定され、負荷率制限Ｒｃが値１より小さいほど所定トルクＴｃｒ１より小さくなるように設定される。これにより、本始動時制御において、モータＭＧ１からのクランキングトルクＴｃｒによるエンジン２２のクランキングによってその回転数Ｎｅが共振回転数帯を超えたときにモータＭＧ１から出力されるパワーを、即ち、エンジン２２を始動する際にモータＭＧ１から出力されるパワーが最も大きくなるタイミングにおけるそのモータＭＧ１からの出力パワーを、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃが値１より小さいほど、小さくすることができる。

モータＭＧ１からクランキングトルクＴｃｒを出力する出力時間Ｔｏｕｔは、図５に示すように、負荷率制限Ｒｃが値１以上のときには、モータＭＧ１からクランキングトルクＴｃｒとして所定トルクＴｃｒ１を出力しエンジン２２を始動する際に、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を超えるようにするためにクランキングトルクＴｃｒの出力を継続させる時間として予め実験などにより定められた所定出力時間Ｔｏｕｔ１（例えば、０．４秒や０．５秒など）が設定され、負荷率制限Ｒｃが値１より小さいほど所定出力時間Ｔｏｕｔ１より大きくなるように設定される。これにより、モータＭＧ１のクランキングトルクＴｃｒが所定トルクＴｃｒ１より小さいためにエンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を超えないなどによりエンジン２２を始動することができなくなるのを抑制することができる。

こうしてクランキングトルクＴｃｒと出力時間Ｔｏｕｔとを設定すると、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，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（ステップＳ１３０）。ここで、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により検出されたクランクポジションθｃｒ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。また、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θｍ１，θｍ２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。さらに、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の蓄電割合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とに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１４０）。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図示しないＲＯＭ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。

続いて、クランキングトルクＴｃｒと出力時間Ｔｏｕｔと始動開始（本始動時制御の開始）からの経過時間ｔｓｔａｒｔとを用いてモータＭＧ１から出力すべきトルクの仮の値としての仮トルクＴｍ１ｔｍｐを設定する（ステップＳ１５０）。図６は、エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１の仮トルクＴｍ１ｔｍｐとエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例を示す説明図である。実施例では、図示するように、エンジン２２の始動が指示された時間ｔ１１の直後から、レート処理を用いてクランキングトルクＴｃｒをモータＭＧ１の仮トルクＴｍ１ｔｍｐに設定して、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。そして、クランキングトルクＴｃｒを出力する状態を出力時間Ｔｏｕｔに亘って継続することによりエンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を通過した時間ｔ１２から、レート処理を用いて、エンジン２２を安定して所定回転数Ｎｓｔａｒｔ以上でモータリング可能な所定のトルクＴｌｏｗをモータＭＧ１の仮トルクＴｍ１ｔｍｐに設定して、モータＭＧ１の電力消費や駆動軸３６に作用するトルクを小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｓｔａｒｔに至った時間ｔ１３から、レート処理を用いて、モータＭＧ１の仮トルクＴｍ１ｔｍｐを値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ１４から、発電用のトルクをモータＭＧ１の仮トルクＴｍ１ｔｍｐに設定する。ここで、所定回転数Ｎｓｔａｒｔ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数である。

次に、次式（１）および式（２）を共に満たすモータＭＧ１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Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘを設定し（ステップＳ１６０）、設定した仮トルクＴｍ１ｔｍｐを式（３）によりトルク制限Ｔｍ１ｍｉｎ，Ｔｍ１ｍａｘで制限してモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップ１７０）。ここで、式（１）はモータＭＧ１やモータＭＧ２により駆動軸３６に出力されるトルクの総和が値０から要求トルクＴｒ＊までの範囲内となる関係であり、式（２）はモータＭＧ１とモータＭＧ２とにより入出力される電力の総和が入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内となる関係である。

0≦−Tm1/ρ＋Tm2≦Tr* (1)
Win≦Tm1・Nm1＋Tm2・Nm2≦Wout (2)
Tm1*=max(min(Tm1tmp,Tm1max),Tm1min) (3)

そして、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊をプラネタリギヤ３０のギヤ比ρで除したものを加えてモータ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（４）により計算し（ステップＳ１８０）、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Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（５）および式（６）により計算すると共に（ステップＳ１９０）、計算した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（７）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２００）。

Tm2tmp=Tr*+Tm1*/ρ (4)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (7)

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２１０）。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。

続いて、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１および設定したトルク指令Ｔｍ１＊とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２およびトルク指令Ｔｍ２＊とに基づいて、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に要する駆動電圧系電力ライン５４ａの目標電圧の仮の値である仮電圧ＶＨｔｍｐを設定し（ステップＳ２２０）、設定した仮電圧ＶＨｔｍｐを次式（８）により駆動電圧系電力ライン５４ａの最大電圧ＶＨｍａｘと負荷率制限Ｒｃとの積で制限して駆動電圧系電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定する（ステップＳ２３０）。ここで、仮電圧ＶＨｔｍｐは、実施例では、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とトルク指令Ｔｍ１＊と駆動電圧系電力ライン５４ａに要求される電圧との関係を予め実験などにより定めたマップを用いて得られる電圧値と、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とトルク指令Ｔｍ２＊と駆動電圧系電力ライン５４ａに要求される電圧との関係を予め実験などにより定めたマップを用いて得られる電圧値とのうち、大きい方の電圧値を設定するものとした。

VH*=min(VHtmp,VHmax・Rc) (8)

こうして駆動電圧系電力ライン５４ａの目標電圧ＶＨ＊を設定すると、駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ５５のスイッチング素子をのスイッチング制御を行なう（ステップＳ２４０）。こうした制御により、エンジン２２を始動する際に素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｗとに基づく負荷率制限Ｒｃの範囲内で昇圧コンバータ５５を駆動することができ、昇圧コンバータ５５の昇圧能力の過度な制限を抑制すると共に昇圧コンバータ５５のスイッチング素子の過熱を抑制することができる。

次に、エンジン２２の回転数Ｎｅを上述の所定回転数Ｎｓｔａｒｔと比較し（ステップＳ２５０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｓｔａｒｔ未満のときには、ステップＳ１３０の処理に戻り、ステップＳ１３０〜Ｓ２５０の処理を繰り返す。エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｓｔａｒｔ以上のときには、エンジン２２の運転開始を指示する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２６０）、エンジン２２が完爆に至ったか否かを判定する（ステップＳ２７０）。そして、エンジン２２が完爆に至るのを待って（ステップＳ１３０〜Ｓ２６０）、エンジン２２が完爆に至ったときには、始動時制御ルーチンを終了する。

ここで、昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子の過熱を抑制するために負荷率制限Ｒｃを素子温度Ｔｃのみに基づいて設定すると共に、負荷率制限Ｒｃに拘わらずモータＭＧ１からクランキングトルクＴｃｒとしての所定トルクＴｃｒ１を所定出力時間Ｔｏｕｔ１に亘って出力することによってエンジン２２をクランキングして始動する場合を比較例として考える。この比較例では、負荷率制限Ｒｃに拘わらず（即ち、昇圧コンバータ５５の素子温度Ｔｃに拘わらず）モータＭＧ１からクランキングトルクＴｃｒとして通常用の所定トルクＴｃｒ１を出力しようとするために昇圧コンバータ５５のスイッチング素子が過熱する可能性があるだけでなく、昇圧コンバータ５５の駆動が負荷率制限Ｒｃにより制限されるために駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧ＶＨをモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に要求される目標電圧ＶＨ＊まで昇圧することができず、モータＭＧ１から出力可能なパワーが不足し、モータＭＧ１からの所定トルクＴｃｒ１が制限されてエンジン２２を始動することができない場合が生じる。これに対し、実施例では、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃが小さいほど小さくなるクランキングトルクＴｃｒをモータＭＧ１から出力してエンジン２２をクランキングするから、昇圧コンバータ５５のスイッチング素子が過熱するのを抑制しながらエンジン２２を始動することができる。また、実施例では、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃを素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｍｗとに基づいて設定するから、上述したように比較例に比べて同一の素子温度Ｔｃに対して負荷率制限Ｒｃを大きく設定することができ、エンジン２２の始動の途中でモータＭＧ１から出力可能なパワーが不足するのが抑制され、エンジン２２をより確実に始動することができる。しかも、実施例では、クランキングトルクＴｃｒが小さいほどその出力時間Ｔｏｕｔを長くするから、エンジン２２を始動することができなくなるのをより確実に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、エンジン２２の始動が指示されたときに、モータＭＧ１，ＭＧ２が接続された駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧ＶＨが昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃの範囲内で設定された目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ５５を制御すると共に、エンジン２２のクランキング用に設定されたクランキングトルクＴｃｒがモータＭＧ１から出力されてエンジン２２がクランキングされ始動されるようエンジン２２とモータＭＧ１とを制御するものにおいて、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃは、昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子の素子温度Ｔｃが高いほど小さくなると共に複数のスイッチング素子を冷却する冷却水の冷却水温Ｔｍｗが高いほど小さくなる傾向の値であり、クランキングトルクＴｃｒは、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃが小さいほど小さくなる傾向に設定されるから、クランキングトルクＴｃｒが昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃに関係なく設定されるものに比して、エンジン２２を始動するときに昇圧コンバータ５５の複数のスイッチング素子の温度上昇を抑制することができる。また、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃが素子温度Ｔｃと冷却水温Ｔｍｗとに基づいて設定されるから、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃが素子温度Ｔｃのみに基づいて設定されるものに比して、エンジン２２のクランキング用にモータＭＧ１から出力するパワーを大きくすることができ、クランキングトルクＴｃｒを大きくすることができる。これにより、エンジン２２をより確実に始動することができる。この結果、エンジン２２を始動するときに昇圧コンバータ５５をより適正に保護すると共にエンジン２２をより確実に始動することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃに応じてモータＭＧ１のクランキングトルクＴｃｒとその出力時間Ｔｏｕｔとを設定するものとしたが、出力時間Ｔｏｕｔについては、負荷率制限Ｒｃに拘わらず一定の時間（例えば、クランキングトルクＴｃｒが小さいときでもエンジン２２を始動可能に予め定められた時間など）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、昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃやバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが極めて小さい場合については特に触れていないが、負荷率制限Ｒｃがエンジン２２を始動不能と判断可能な閾値以下の場合や、出力制限Ｗｏｕｔがエンジン２２を始動不能と判断可能な閾値以下の場合には、エンジン２２の始動を行なわないものとしてもよい。

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「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ５５が「昇圧コンバータ」に相当し、エンジン２２の始動が指示されたときに駆動電圧系電力ライン５４ａの電圧ＶＨが素子温度Ｔｃが高いほど小さくなり且つ冷却水温Ｔｍｗが高いほど小さくなるように設定された昇圧コンバータ５５の負荷率制限Ｒｃの範囲内の目標電圧ＶＨ＊になるよう昇圧コンバータ５５を制御すると共に、負荷率制限Ｒｃが小さいほど長くなるように設定された出力時間Ｔｏｕｔに亘ってモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に負荷率制限Ｒｃが小さいほど小さくなるクランキングトルクＴｃｒを設定するなどしてそのトルク指令Ｔｍ１＊をモータＥＣＵ４０に送信する図２の始動時制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０と、トルク指令Ｔｍ１＊に基づいてインバータ４１をスイッチング制御することによってモータＭＧ１を制御するモータＥＣＵ４０とが「始動時制御手段」に相当する。

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、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ 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、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、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、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ａ 駆動電圧系電力ライン、５４ｂ 電池電圧系電力ライン、５５ 昇圧コンバータ、５７，５８ コンデンサ、５７ａ，５８ａ 電圧センサ、６０ 冷却装置、６２ ラジエータ、６４ 循環流路、６６ 電動ポンプ、６７ 温度センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (2)

1. 走行用の動力を出力可能なエンジンと、前記エンジンをクランキング可能な第１モータと、走行用の動力を出力可能な第２モータと、バッテリと、複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記バッテリが接続された電池電圧系からの電力を昇圧して前記第１モータおよび前記第２モータが接続された駆動電圧系に供給可能な昇圧コンバータと、を備えるハイブリッド自動車において、
   前記エンジンの始動が指示されたとき、前記駆動電圧系の電圧が前記昇圧コンバータの駆動制限の範囲内で前記駆動電圧系の目標電圧になるよう前記昇圧コンバータを制御すると共に、前記エンジンのクランキング用に設定されたクランキング用トルクが前記第１モータから出力されて前記エンジンがクランキングされ始動されるよう前記エンジンと前記第１モータとを制御する始動時制御手段を備え、
   前記昇圧コンバータの駆動制限は、前記昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の温度が高いほど小さくなると共に前記複数のスイッチング素子を冷却する冷却液の温度が高いほど小さくなる傾向の値であり、
   前記クランキング用トルクは、前記昇圧コンバータの駆動制限が小さいほど小さくなる傾向に設定される、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 請求項１記載のハイブリッド自動車において、
   前記始動時制御手段は、前記エンジンのクランキング用に前記クランキング用トルクと共に設定された出力用時間に亘って前記第１モータから前記クランキング用トルクが出力されて前記エンジンがクランキングされ始動されるよう前記エンジンと前記第１モータとを制御する手段であり、
   前記クランキング用トルクおよび前記出力用時間は、前記昇圧コンバータの駆動制限が小さいほど前記クランキング用トルクが小さくなると共に前記出力用時間が長くなる傾向にそれぞれ設定される、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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