JP5104010B2

JP5104010B2 - 車両およびその制御方法

Info

Publication number: JP5104010B2
Application number: JP2007113228A
Authority: JP
Inventors: 泰久北川; 英二増田; 充弘土屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-04-23
Also published as: JP2008265615A

Description

本発明は、内燃機関と、動力を入出力する第１電動機と、動力を入出力する第２電動機と、車軸に連結された駆動軸と、前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸に連結された前記第２電動機の回転軸の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、このエンジンの出力軸にキャリアが接続されると共に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、減速ギヤを介して駆動軸に接続された第２モータと、駆動軸に連結された車軸とを備えるハイブリッド自動車が知られている。例えば、特許文献１のハイブリッド自動車では、エンジン始動時にトルクの脈動により遊星歯車機構や減速ギヤなどで生じる歯打ち音を低減するために、第２モータのトルクを緩やかに変化させてガタ詰めを行なう。そして、そのトルクが、エンジン始動時に歯打ち音が発生しない程度の大きさになったあと、エンジンの始動を許可している。
特開２００５−２３２９９３号公報

ところで、停車状態つまり車速がゼロで駆動輪が固定されている状態でエンジンの始動要求がなされることがある。その場合にも、エンジン始動時に歯打ち音が発生する可能性があるため、上述したように第２モータのトルクを緩やかに変化させて、そのトルクが歯打ち音が発生しない程度の大きさになったあとエンジンの始動を許可することも考えられるが、そのような大きさのトルクを決定するには適合（制御を適切に行なうための設定作業）を要するし、遊星歯車機構や減速ギヤのバックラッシュの個体差などがあるためロバスト性を確保するのが困難であった。

本発明の車両およびその制御方法は、停車状態から内燃機関を始動する際の歯打ち音を抑制するにあたり事前の適合を不要にす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、歯打ち音を抑制する制御のロバスト性を確保しやすく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、
動力を入出力する第１電動機と、
動力を入出力する第２電動機と、
車軸に連結された駆動軸と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸に連結された前記第２電動機の回転軸の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、
停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと前記内燃機関を始動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、停車状態（車速が値０で車輪が転動しないように固定されている状態）で内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に第２電動機の回転軸を回転させて３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後第１電動機の回転軸が第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと、内燃機関を始動する。すなわち、第２電動機の回転軸と第１電動機の回転軸との間に存在する３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間がすべて詰まったときにはじめて第１電動機の回転軸が第２電動機の回転軸の動作に起因して回転することから、第１電動機の回転軸がそのように回転したときに歯打ち音を抑制可能な状態になったとし、その後内燃機関を始動する。このように、歯打ち音を抑制するにあたり、歯打ち音を抑制可能な状態になったことを第１電動機の回転軸の回転動作によって判定するため、第２電動機のトルクの大きさによって判定する場合に比べて、事前の適合を不要にすることができるし、各ギヤのバックラッシュの個体差などがあったとしても歯打ち音を抑制する制御のロバスト性を確保しやすくすることができる。

こうした本発明の車両は、ギヤ機構により前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸とを接続して両軸間の動力の伝達を行なうギヤ式動力伝達手段を備えるものとし、前記始動時制御手段は、停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記ギヤ式動力伝達手段および前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと前記内燃機関を始動するものとしてもよい。このように駆動軸と第２電動機の回転軸との間にギヤ式動力伝達手段（例えば減速ギヤや変速機など）が配置されている構成であっても、歯打ち音を抑制することができる。

また、本発明の車両において、前記始動時制御手段は、前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことの確認を、前記第１電動機の電気角の時間変化量が値０以外の有意な値になったことにより行なうものとしてもよい。あるいは、本発明の車両において、前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことの確認を、前記第２電動機および前記第１電動機の電気角の時間変化量が共に値０以外の有意な値になったことにより行なうものとしてもよい。いずれの場合も、第１電動機の回転軸が第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことの確認を比較的簡単に行なうことができる。特に、後者によれば、第１電動機のみならず第２電動機についても電気角の時間変化量が有意な値になっていることを確認しているため、第１電動機の回転軸の動作が第２電動機の回転軸の動作に起因したものか否かを精度よく判断することができる。

さらに、本発明の車両において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関を始動するにあたり、前記第１電動機によって前記内燃機関をモータリングしつつ該内燃機関に混合気を吸入させ該混合気を燃焼させて完爆させることにより前記内燃機関を始動するものとしてもよい。

本発明の車両の制御方法は、
内燃機関と、動力を入出力する第１電動機と、動力を入出力する第２電動機と、車軸に連結された駆動軸と、前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸に連結された前記第２電動機の回転軸の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、を備える車両の制御方法であって、
（ａ）停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、
（ｂ）その後前記３軸式動力入出力手段を介して前記第２電動機の回転軸の回転動作が前記第１電動機の回転軸に伝達したか否かを判定し、前記第２電動機の回転軸の回転動作が前記第１電動機の回転軸に伝達したあと前記内燃機関を始動する、
ことを要旨とする。

この本発明の車両の制御方法では、停車状態（車速が値０で車輪が転動しないように固定されている状態）で内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に第２電動機の回転軸を回転させて３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後第１電動機の回転軸が第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと、内燃機関を始動する。すなわち、第２電動機の回転軸と第１電動機の回転軸との間に存在する３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間がすべて詰まったときにはじめて第１電動機の回転軸が第２電動機の回転軸の動作に起因して回転することから、第１電動機の回転軸がそのように回転したときに歯打ち音を抑制可能な状態になったとし、その後内燃機関を始動する。このように、歯打ち音を抑制するにあたり、歯打ち音を抑制可能な状態になったことを第１電動機の回転軸の回転動作によって判定するため、第２電動機のトルクの大きさによって判定する場合に比べて、事前の適合を不要にすることができるし、各ギヤのバックラッシュの個体差などがあったとしても歯打ち音を抑制する制御のロバスト性を確保しやすくすることができる。なお、この車両の制御方法において、上述したいずれかの車両の機能を実現するためのステップを追加してもよい。

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、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、外歯歯車の第１サンギヤ３１と、この第１サンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車の第１リングギヤ３２と、第１サンギヤ３１に噛合すると共に第１リングギヤ３２に噛合する複数の第１ピニオンギヤ３３と、複数の第１ピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持する第１キャリア３４とを備え、第１サンギヤ３１と第１リングギヤ３２と第１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、第１キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、第１サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、第１リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５の第２リングギヤ３７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第１キャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力を第１サンギヤ３１側と第１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第１キャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力と第１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第１リングギヤ３２側に出力する。第１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。

減速ギヤ３５は、外歯歯車の第２サンギヤ３６と、この第２サンギヤ３６と同心円上に配置された内歯歯車の第２リングギヤ３７と、第２サンギヤ３６に噛合すると共に第２リングギヤ３７に噛合する複数の第２ピニオンギヤ３８と、複数の第２ピニオンギヤ３８を自転かつ公転自在に保持する第２キャリア３９とを備え、第２サンギヤ３６と第２リングギヤ３７と第２キャリア３９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。減速ギヤ３５は、第２キャリア３９にはボディが、第２サンギヤ３６にはモータＭＧ２が、第２リングギヤ３７にはリングギヤ軸３２ａを介して動力分配統合機構３０の第１リングギヤ３２がそれぞれ連結されている。モータＭＧ２は第２ピニオンギヤ３８を介して外周の第２リングギヤ３７に動力を伝達するから、モータＭＧ２の動力はモータＭＧ２の回転が減速される代わりにトルクが増幅されて駆動輪６３ａ，６３ｂに伝達される。

ギヤ機構６０には、ファイナルギヤ６０ａに取り付けられたパーキングギヤ９２と、パーキングギヤ９２と噛み合ってその回転駆動を停止した状態でロックするパーキングロックポール９４とからなるパーキングロック機構９０が取り付けられている。パーキングロックポール９４は、他のシフトポジションから駐車ポジションへの操作信号または駐車ポジションから他のシフトポジションへの操作信号を入力したハイブリッド用電子制御ユニット７０により図示しないアクチュエータが駆動制御されることによって作動し、パーキングギヤ９２との噛合およびその解除によりパーキングロックおよびその解除を行なう。ファイナルギヤ６０ａは、機械的に駆動輪６３ａ，６３ｂに接続されているから、パーキングギヤ９２とパーキングロックポール９４とが噛み合ったときには間接的に駆動輪６３ａ，６３ｂをロックしていることになる。

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。なお、シフトレバー８１の操作位置には、前進方向に走行する通常のドライブポジション（Ｄレンジ）や後進する際の後進ポジション（Ｒレンジ），駐車時に用いる駐車ポジション（Ｐレンジ），中立のニュートラルポジション（Ｎレンジ）などがある。

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、特にシフトポジションＳＰが駐車ポジションで停車している状態でエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駐車ポジション時始動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、シフトポジションＳＰが駐車ポジションで車速Ｖやエンジン２２の回転数、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２が値０の状態でエンジン２２の始動要求が発生したときに開始される。ここで、エンジン２２の始動要求は、例えばエンジン２２の温度が低く暖機運転する必要がある場合とか、バッテリ５０のＳＯＣが低下していてエンジン２２の動力を用いてモータＭＧ１を発電させてバッテリ５０を充電する必要がある場合などに発生する。なお、シフトポジションＳＰが駐車ポジションのときには、パーキングロック機構９０のパーキングロックポール９４がパーキングギヤ９２に噛合しているため駆動輪６３ａ，６３ｂはロックされている。

図２の駐車ポジション時始動制御ルーチンが開始されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、始動許可フラグおよび燃焼制御フラグを値０にリセットする（ステップＳ１００）。ここで、始動許可フラグは、エンジン２２の始動要求があったものの未だエンジン２２を始動する準備が整っていないときには値０、その準備が整ったときには値１に設定されるフラグである。また、燃焼制御フラグは、エンジンＥＣＵ２４への燃焼制御（点火制御や燃料噴射制御など）の開始を指令していないときには値０、既に指令済みのときには値１に設定されるフラグである。続いて、ＣＰＵ７２は、エンジン２２の回転数ＮｅやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２、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Ｓ１１０）。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角に基づいて計算された回転数Ｎｅ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や回転子の電気角θｅ１，θｅ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２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ものとした。さらに、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ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、ＣＰＵ７２は、始動許可フラグが値０か否かを判定し（ステップＳ１２０）、始動許可フラグが値０のときには、入力したモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の電気角θｅ１，θｅ２に基づいてそれぞれの時間変化量ｄθｅ１／ｄｔ，ｄθｅ２／ｄｔを算出し（ステップＳ１３０）、時間変化量ｄθｅ２／ｄｔが値０以外の有意な値であるか否かの判定と、時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０以外の有意な値であるか否かの判定を行なう（ステップＳ１４０，Ｓ１５０）。いま、はじめてこのルーチンを実行したときを考えると、モータＭＧ２にはトルクが与えられていないから、モータＭＧ２の回転子の電気角θｅ２の時間変化量ｄθｅ２／ｄｔは値０となり、ステップＳ１４０で否定判定される。その後、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に所定の押し当てトルクＴｐを設定し（ステップＳ１６０）、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０トルクを設定し（ステップＳ１７０）、それらのトルク指令Ｔｍ１＊、Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０へ送信し（ステップＳ１８０）、その後再びステップＳ１１０に戻る。ここで、所定の押し当てトルクＴｐは、モータＭＧ２を正方向に回転させることによりモータＭＧ２に接続された減速ギヤ３５や動力分配統合機構３０、ギヤ機構６０の各ギヤ同士の隙間を詰めることが十分可能なトルクとして、予め実験などにより設定されているものとする。トルク指令Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、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。こうすることにより、モータＭＧ２は正方向に回転する。そして、ステップＳ１１０に戻って各種データを入力したあと、ステップＳ１２０では未だ始動許可フラグが値０のままであるため、ステップＳ１３０に進んでモータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１，θｅ２の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔ，ｄθｅ２／ｄｔを算出する。そして、続くステップＳ１４０では既にモータＭＧ２に押し当てトルクＴｐが付与されているため、モータＭＧ２の電気角θｅ２の時間変化量ｄθｅ２／ｄｔは有意な値となっているから、続いてモータＭＧ１の電気角θｅ１の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが有意な値か否かを判定する（ステップＳ１５０）。

ところで、モータＭＧ２が正方向に回転すると、まず減速ギヤ３５のうちモータＭＧ２が接続された第２サンギヤ３６とボディに固定された第２キャリア３９の第２ピニオンギヤ３８とのギヤ同士の隙間が詰まり、次に、第２ピニオンギヤ３８とリングギヤ軸３２ａに接続された第２リングギヤ３７とのギヤ同士の隙間が詰まり、次に、動力分配統合機構３０のうちリングギヤ軸３２ａに接続された第１リングギヤ３２と第１キャリア３４の第１ピニオンギヤ３３とのギヤ同士の隙間が詰まり、さらに、第１ピニオンギヤ３３とモータＭＧ１が接続された第１サンギヤ３１とのギヤ同士の隙間が詰まり、ついには、モータＭＧ１が正方向に回転してモータＭＧ１の電気角θｅ１の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０以外の有意な値に変わる。したがって、モータＭＧ２が正方向に回転しはじめたばかりのときにはステップＳ１５０で未だ時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０であると判定されるが、その後ステップ１６０〜Ｓ１８０，Ｓ１１０〜Ｓ１４０を経てステップＳ１５０に至る処理が何度か繰り返されるうちに上述したように各ギヤ同士の隙間が詰まるため、モータＭＧ１の電気角θｅ１の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０以外の有意な値に変わる。このように時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが有意な値に変わったあと、エンジン２２の始動を許可すべく始動許可フラグに値１を設定する（ステップＳ１９０）。

続いて、エンジン２２をモータＭＧ１でモータリングするためにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にモータリングトルク（モータＭＧ１が正方向に回転してエンジン２２の回転数Ｎｅを持ち上げるためのトルク）を設定し（ステップＳ２００）、燃焼制御フラグが値０か否かの判定と、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定の始動回転数Ｎｒｅｆ以上か否かの判定を行なう（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）。エンジン２２の始動許可がなされた直後などでは、燃焼制御フラグは値０のままであるためステップＳ２１０では肯定判定されるが、エンジン２２の回転数Ｎｅは始動回転数Ｎｒｅｆ未満であるためステップＳ２２０では否定判定される。その後、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とを用いて計算されるモータＭＧ２から出力すべきトルクに押し当てトルクＴｐを加えたものを仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとして式（１）により計算する（ステップＳ２４０）。式（１）の右辺は、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り、ギヤ比ρは第１リングギヤ３２の歯数に対する第１サンギヤ３１の歯数の比であり、ギヤ比Ｇｒは第２リングギヤ３７の歯数に対する第２サンギヤ３６の歯数の比（減速ギヤ３５のギヤ比）である。この仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐがそのままモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定されたときには、モータＭＧ１でエンジン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に作用する反力をキャンセルすることができる。

Tm2tmp=(Tm1*/ρ)/Gr (1)

こうして仮モータトルクＴｍ２＊ｔｍｐが設定されると、ＣＰＵ７２は、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令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（２）および式（３）により計算し（ステップＳ２５０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２６０）。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)

続いて、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Ｓ２７０）。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。

そして、エンジン２２が完爆したか否かを判定する（ステップＳ２８０）。モータＭＧ１のモータリングが行なわれているものの未だエンジン２２の回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｒｅｆに達していないときには、エンジンＥＣＵ２４による燃焼制御が実行されていないため、ステップＳ２８０でエンジン２２は完爆していないと判定され、ステップＳ１１０の処理に戻って各種データを入力する。続くステップＳ１２０で始動許可フラグが値１であると判定されるため、ステップＳ２００にスキップしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にモータリングトルクを設定し、続くステップＳ２１０で燃焼制御フラグが値０であると判定され、ステップＳ２２０でエンジン２２の回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｅ未満と判定されてステップＳ２４０にスキップし、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを継続する。このときも、エンジンＥＣＵ２４による燃焼制御が実行されていないため、ステップＳ２８０でエンジン２２が完爆していないと判定され、再びステップＳ１１０の処理に戻る。こうした処理が繰り返されてモータＭＧ１のモータリングが継続されると、やがてエンジン２２の回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｅ以上になる。すると、ステップＳ２２０でエンジン２２の回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｅ以上であると判定され、エンジンＥＣＵ２４に燃焼制御つまり点火制御や燃料噴射制御の開始指令を出力すると共に燃焼制御が開始されたことを示すために燃焼制御フラグに値１を設定し（ステップＳ２３０）、その後ステップＳ２４０以降のモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを継続する。エンジンＥＣＵ２４へ燃焼制御の開始指令を出力した当初は、ステップＳ２８０でエンジン２２が完爆していないと判定され、再びステップＳ１１０に戻って各種データを入力する。続くステップＳ１２０で始動許可フラグが値１であるためステップＳ２００にスキップしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊にモータリングトルクを設定し、続くステップＳ２１０で燃焼制御フラグが値１であるためステップＳ２４０にスキップしてモータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングを継続する。そして、ステップＳ２８０で未だエンジン２２が完爆していないときには再びステップＳ１１０に戻るが、ステップＳ２８０でエンジン２２が完爆していたときには本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、停車状態でエンジン２２の始動要求があったとき、エンジン２２を始動する前にモータＭＧ２を回転させて動力分配統合機構３０や減速ギヤ３５のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、モータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１、θｅ２の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔ，ｄθｅ２／ｄｔが共に有意な値になったときにガタ詰めが完了して歯打ち音の発生を抑制可能な状態になったとしてエンジン２２を始動する。このように、歯打ち音を抑制するにあたり、歯打ち音を抑制可能な状態になったことを時間変化量ｄθｅ１／ｄｔ，ｄθｅ２／ｄｔによって判定するため、ガタ詰め時のモータＭＧ２のトルクの大きさによって判定する場合に比べて、事前の適合を不要にすることができるし、各ギヤのバックラッシュの個体差などがあったとしても歯打ち音を抑制する制御のロバスト性を確保しやすくすることができる。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の回転子と動力分配統合機構３０のリングギヤ軸３２ａとの間に減速ギヤ３５を有する構成を例示したが、例えば図３に示すように減速ギヤ３５を有さない構成としてもよい。この場合でも、上述した実施例と同様の効果が得られる。なお、図３において上述した実施例と同じ構成要素については同じ符号を用いて表した。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、ステップＳ１４０，Ｓ１５０でモータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１，θｅ２の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔ，ｄθｅ２／ｄｔが共に値０でない有意な値になったときにエンジン２２の始動を許可するようにしたが、ステップＳ１４０を省略し、ステップＳ１５０でモータＭＧ１の電気角θｅ１の時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０でない有意な値になったときにエンジン２２の始動を許可するとしてもよい。もともとシフトポジションＳＰが駐車ポジションにあることが前提となっているため、この時間変化量ｄθｅ１／ｄｔが値０でないということは、モータＭＧ１がモータＭＧ２の回転動作に起因して回転したとみなすことができるからである。

上述した実施例では、ステップＳ１６０においてギヤ同士の隙間を詰めるためのモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として押し当てトルクＴｐを設定するようにしたが、この押し当てトルクＴｐを時間の関数つまりＴｐ＝ｆ（ｔ）としてもよい。例えば、押し当てトルクＴｐは時間経過と共に徐々に大きくなるような関数（例えば図４の実線で示す一次関数や点線で示す数次関数）としてもよい。こうすれば、ガタ詰めのためのモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として当初から大きな値の押し当てトルクＴｐを設定する場合に比べて、ガタ詰め時に歯打ち音が発生するのを抑制することができる。

上述した実施例では、ステップＳ２４０において仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをモータＭＧ１でエンジン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に作用する反力をキャンセルできるように設定したが、エンジン２２の初爆時には比較的大きなトルクショックが発生することから、エンジン２２の初爆時にそのトルクショックをキャンセル可能な補正トルクを加算するようにしてもよい。このとき、エンジン２２の初爆のタイミングを、エンジンＥＣＵ２４への燃焼制御の指令を出力してからの経過時間としてもよい。

上述した実施例では、シフトポジションＳＰが駐車ポジションでありパーキングロック機構９０により駆動輪６３ａ，６３ｂが固定されているときにエンジン始動要求があったときに駐車ポジション時始動制御ルーチンを実行するものとしたが、シフトポジションＳＰが駐車ポジション以外（例えばニュートラルポジション）でありパーキングロック機構９０が作動していないときでも車速Ｖが値０で油圧ブレーキ又はパーキングブレーキにより駆動輪６３ａ，６３ｂが固定されているときにエンジン始動要求があったときに、駐車ポジション時始動制御ルーチンと同様のルーチンを実行す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、モータＭＧ１が「第１電動機」に相当し、モータＭＧ２が「第２電動機」に相当し、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された車軸に接続されたリングギヤ軸３２ａが「駆動軸」に相当し、エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ２の回転軸とリングギヤ軸３２ａに直結又は減速ギヤ３５を介して連結されたモータＭＧ２の回転軸の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動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、減速ギヤ３５が「ギヤ式動力伝達手段」に相当し、ギヤ機構によりリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２の回転軸とを接続して両軸間の動力の伝達を行なう減速ギヤ３５が「ギヤ式動力伝達手段」に相当し、停車状態でエンジン２２の始動要求があったときに駐車ポジション時始動制御ルーチン（始動許可フラグを値１にセットする前にモータＭＧ２を回転させて動力分配統合機構３０や減速ギヤ３５のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後モータＭＧ１がモータＭＧ２の動作に起因して回転したことを確認したあと、エンジン２２の始動を許可すべく始動許可フラグを値１にセットしてエンジン２２を始動するルーチン）を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０やモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０、エンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４が「始動時制御手段」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。「第１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ＭＧ１に限定されるものではなく、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。「第２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、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。「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。「ギヤ式動力入出力手段」としては、減速ギヤ３５に限定されるものではなく、変速段を変更して動力を伝達する変速機など、ギヤ機構により第２電動機の回転軸と駆動軸とを接続して両軸間の動力の伝達を行なうものであれば如何なるものとしても構わない。「始動時制御手段」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。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、自動車の製造業等に利用可能である。

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により実行される駐車ポジション時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。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。変形例の押し当てトルクＴｐと時間ｔとの関係の一例を示す説明図である。

符号の説明

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、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１第１サンギヤ、３２第１リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３第１ピニオンギヤ、３４第１キャリア、３５減速ギヤ、３６第２サンギヤ、３７第２リングギヤ、３８第２ピニオンギヤ、３９第２キャリア、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、ファイナルギヤ６０ａ、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、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、９０パーキングロック機構、９２パーキングギヤ、９４パーキングロックポール、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

内燃機関と、
動力を入出力する第１電動機と、
動力を入出力する第２電動機と、
車軸に連結された駆動軸と、
前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸に連結された前記第２電動機の回転軸の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、
停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと前記内燃機関を始動する始動時制御手段と、
を備え、
前記始動時制御手段は、前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことの確認を、前記第１電動機の電気角の時間変化量が値０以外の有意な値になったことにより行なう、
車両。
請求項１に記載の車両であって、
ギヤ機構により前記駆動軸と前記第２電動機の回転軸とを接続して両軸間の動力の伝達を行なうギヤ式動力伝達手段を備え、
前記始動時制御手段は、停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記ギヤ式動力伝達手段および前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、その後前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを確認したあと前記内燃機関を始動する、
車両。
前記始動時制御手段は、前記内燃機関を始動するにあたり、前記第１電動機によって前記内燃機関をモータリングしつつ該内燃機関に混合気を吸入させ該混合気を燃焼させて完爆させることにより前記内燃機関を始動する、
請求項１又は２に記載の車両。
内燃機関と、動力を入出力する第１電動機と、動力を入出力する第２電動機と、車軸に連結された駆動軸と、前記内燃機関の出力軸と前記第１電動機の回転軸と前記駆動軸に連結された前記第２電動機の回転軸の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、を備える車両の制御方法であって、
（ａ）停車状態で前記内燃機関の始動要求があったとき、該内燃機関を始動する前に前記第２電動機の回転軸を回転させて前記３軸式動力入出力手段のギヤ同士の隙間が詰まるようにし、
（ｂ）その後前記第１電動機の回転軸が前記第２電動機の回転軸の動作に起因して回転したことを、前記第１電動機の電気角の時間変化量が値０以外の有意な値になったことにより確認したあと、前記内燃機関を始動する、
車両の制御方法。