動力出力装置
【課題】内燃機関のクランキングに伴うトルクショックを抑制する。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の運転が停止されている状態から始動する際に、モータＭＧ１によるエンジン２２のクランキングに伴って駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるようにモータＭＧ２を制御する。クランキング時のクランク位置が上死点ないしその近傍であり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯ないしその近傍となる時点におけるエンジン回転数とその時点からの経過時間を用いてモータＭＧ２を制御する。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の運転が停止されている状態から始動する際に、モータＭＧ１によるエンジン２２のクランキングに伴って駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるようにモータＭＧ２を制御する。クランキング時のクランク位置が上死点ないしその近傍であり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯ないしその近傍となる時点におけるエンジン回転数とその時点からの経過時間を用いてモータＭＧ２を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力出力装置に関し、特に内燃機関の始動時における制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハイブリッド自動車等において動力出力装置が搭載されている。動力出力装置は、エンジンと、エンジンのクランクシャフトをキャリアに接続するとともに車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギアを接続したプラネタリギアと、プラネタリギアのサンギヤに動力を入出力する発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機を備える。エンジンを始動する際には、エンジン始動時のトルクの変動を演算し、演算結果に基づいて電動機の出力トルクを補正することで、最終的な出力軸としての駆動軸のトルク変動を補正する。
【０００３】
下記の特許文献１には、エンジンの運転を停止した状態で要求トルクが駆動軸に出力されるように電動機を駆動制御している間にエンジンの始動指示がなされたときに、エンジンがクランキングされるように電力動力入出力手段を駆動制御し、エンジンのクランキングに伴って駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルしながら要求トルクが駆動軸に出力されるように電動機を駆動制御し、エンジンが始動されるようにエンジンを運転制御し、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電動機から出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるように電動機を制御する制御手段が開示されている。所定トルクは、エンジンの最初の点火の際の吸気圧、吸気温、スロットル開度の少なくとも１つを含むエンジンの動作パラメータに基づいて設定される。具体的には、種々の状態における初爆時トルクと吸気圧、吸気温等の動作パラメータとの関係を実験により求め、それをマップとしてＲＯＭに記憶しておき、検出された動作パラメータとマップとを用いて初爆時トルクを所定トルクとして導出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンのクランキングに伴って駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルする場合、当該反力としてのトルクを正確に評価する必要があるところ、反力としてのトルクはエンジンのクランキング時において上死点（ＴＤＣ）の乗り越えに伴って脈動するため、吸気圧や吸気温、スロットル開度等の動作パラメータに基づいて設定するだけでは必ずしも十分といえない問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関の始動時に駆動軸に反力として作用するトルクをより高精度に評価してこれをキャンセルし、もって内燃機関の始動時に生じるトルクショックを抑制できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関を始動させるためのクランキングを実行可能な電動クランキング手段と、前記内燃機関の運転が停止されている状態から前記内燃機関を始動する際に、前記電動クランキング手段による前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるように前記電動機を制御する制御手段であって、前記クランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の共振周波数帯の所定範囲内となる時点における前記内燃機関の回転数と前記時点からの経過時間を用いて前記電動機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
電動クランキング手段によって内燃機関をクランキングする際に生じる反力トルクは一定ではなく、内燃機関の上死点（ＴＤＣ）の前後においてその大きさが変化するため脈動する。そこで、本発明では、内燃機関のクランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内である場合に着目し、その時点における内燃機関の回転数とその時点からの経過時間を用いてクランキングに伴う反力トルクを推定ないし予測し、この反力トルクをキャンセルするように電動機を制御する。そして、クランキングに伴う反力トルクは、内燃機関のクランクシャフトの共振周波数帯の所定範囲内において駆動軸に伝達されるから、本発明は、内燃機関のクランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、内燃機関の回転数がクランクシャフトの共振周波数帯の所定範囲内にある場合に着目し、その時点における内燃機関の回転数とその時点からの経過時間を用いて電動機を制御する。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数と前記経過時間を用いて、前記クランキング時の前記上死点通過前後における前記反力トルクの脈動分を用いて前記電動機を制御する。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、予め設定され記憶されている前記内燃機関の回転数と前記経過時間と前記脈動分との関係を用いて前記脈動分を取得する。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、所定トルクに前記脈動分を加えて前記反力トルクとし、前記駆動軸に対する要求トルクに応じた前記電動機のトルクから前記反力トルクを減じたトルクで前記電動機を制御する。
【００１２】
本発明の動力出力装置は、例えばハイブリッド自動車に搭載してもよい。また、本発明の動力出力装置における電動機は、いわゆるモータジェネレータ（ＭＧ）で構成することができる。また、本発明の動力出力装置における電動クランキング手段は、電動機と同様にいわゆるモータジェネレータ（ＭＧ）で構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関のクランキング時に伴う反力トルクを電動機を用いて高精度にキャンセルすることができ、内燃機関のクランキングに伴うトルクショックを効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の構成図である。
【図２】図1の要部構成図である。
【図３】エンジンのクランク角と反力トルクの関係を示す図である。
【図４】動力分配統合機構の回転数とトルクとの力学的関係を示す共線図である。
【図５】トルク指令生成処理の説明図である。
【図６】実施形態のマップを示すグラフ図である。
【図７】実施形態のフローチャートである。
【図８】モータＭＧ２のトルク変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１に、本実施形態における動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成を示す。ハイブリッド自動車２０は、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にフライホイールダンパ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（あるいはリアプラネタリギヤ）３５と、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制御するハイブリッド用電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備える。
【００１７】
エンジン２２は、ガソリン等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が供給されるエンジンＥＣＵ２４により制御される。エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θや吸気系に取り付けられた吸気温センサ２３ｂからの吸気温Ｔａ、負圧検出センサ２３ｃからの吸気圧Ｖａ、スロットルポジションセンサ２３ｅからのスロットルバルブ２３ｄの開度、エンジン２２の冷却系に取り付けられた冷却水温度センサ２３ｆからの冷却水温Ｔｗ等が供給される。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信し、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御するとともに、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ＥＣＵ７０に出力する。
【００１８】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、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に噛合するとともにリングギヤ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を備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構（プラネタリギヤ）として構成される。
【００１９】
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が連結され、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が連結され、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５が連結される。モータＭＧ１が発電機として機能する場合にはキャリア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場合にはキャリア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及びデファレンシャルギヤ６２を介して車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００２０】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機として機能するとともに電動機として機能し得る同期式発電電動機であり、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力を送受する。インバータ４１，４２とバッテリ５０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及び負極母線として構成され、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他方のモータで消費することができる。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。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。
【００２１】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータＥＣＵ４０により駆動制御される。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からの信号や電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される電流等が供給され、モータＥＣＵ４０は、インバータ４１，４２にスイッチング制御信号を出力する。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信し、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するとともに、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ＥＣＵ７０に出力する。
【００２２】
バッテリ５０は、バッテリＥＣＵ５２により制御される。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を制御するために必要な信号、例えばバッテリ５０の端子間に取り付けられた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等が供給され、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０の充放電を制御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）を演算する。
【００２３】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を含むマイクロプロセッサとして構成され、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、入出力ポート及び通信ポートを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０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の踏込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の踏込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等が入力ポートを介して供給される。ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続され、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータを送受する。
【００２４】
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の踏込量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖ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演算し、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を制御する。具体的には、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を運転制御するとともにエンジン２２から出力される動力の全てが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２によってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード、要求電力とバッテリ５０の充放電に必要な電力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を運転制御するとともにバッテリ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に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求電力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するように制御するモード等がある。
【００２５】
このような構成において、次に、運転停止しているエンジン２２を始動する際の動作について説明する。
【００２６】
図２に、図１における構成のうち動力出力装置の要部構成を示す。エンジン２２のクランクシャフト２６にはフライホイールダンパ２８を介してキャリア３４が連結され、キャリア３４が保持するピニオンギヤにはサンギヤ３１及びリングギヤ３２が噛合する。サンギヤ３１にはモータＭＧ１が連結され、リングギヤ３２にはリングギヤ軸を介して減速ギヤ３５が連結され、減速ギヤ３５にはモータＭＧ２が連結される。電動クランキング手段として機能するモータＭＧ１のトルクＴｇによりエンジン２２をクランキングしてエンジン２２を始動する場合、エンジン２２の上死点（ＴＤＣ）乗り越えに伴い反力トルクが脈動する。図において、反力トルクの脈動１００が回転矢印で示される。この反力トルクの脈動は、キャリア３４を介してリングギヤ３２に伝達され、トルクショックを生じる。そこで、この反力トルクの脈動を推定し、これをキャンセルするような振動抑制成分をモータＭＧ２が出力するようにモータＭＧ２へのトルク指令を生成する。
【００２７】
図３に、エンジン２２のクランク角θと反力トルクとの関係を示す。エンジン２２が４サイクルの多気筒のエンジンである場合のいずれかの気筒に着目すると、エンジン２２をクランキングすると、着目している気筒は吸気・圧縮・膨張・排気の４つの工程を繰り返す。気筒内の圧力は圧縮工程で高くなり膨張工程で低くなる。気筒内の圧力変化は、ピストンを介してクランクシャフト２６に反力トルクとして作用する。吸気工程や排気工程でも気筒内に若干の圧力変化が生じるが、圧縮工程や膨張工程に比して小さく無視し得る。クランクシャフト２６に作用する反力トルクは、動力分配統合機構３０を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに伝達されるから、気筒内の圧力変化に基づくトルク脈動としてリングギヤ軸３２ａに現れる。気筒内の圧力変化に基づいてリングギヤ軸３２ａに作用する反力トルクは、対象の気筒が圧縮工程である下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）までの範囲はエンジン２２の回転を抑制する方向に作用し、膨張工程のＴＤＣからＢＤＣまでの範囲ではエンジン２２の回転を促進する方向に作用する。従って、このような反力トルクの脈動をキャンセルするためには、圧縮工程のＢＤＣからＴＤＣまでの範囲、すなわちＴＤＣの通過前ではエンジン２２の回転を促進する方向のトルクをモータＭＧ２で印加し、膨張工程のＴＤＣからＢＤＣまでの範囲、すなわちＴＤＣの通過後ではエンジン２２の回転を抑制する方向のトルクをモータＭＧ２で印加すればよいことになる。多気筒のエンジン２２では、このような一気筒におけるトルクを気筒分だけ重ね合わせることによりリングギヤ軸３２ａに作用させるべきトルクを得ることができる。
【００２８】
図４に、エンジン２２をクランキングして始動させるときの動力分配統合機構３０の回転要素（サンギヤ３１、リングギヤ３２及びキャリア３４）についての回転数とトルクとの力学的関係を表す共線図を示す。図４（ａ）は上死点（ＴＤＣ）通過前の共線図であり、図４（ｂ）は上死点（ＴＤＣ）通過後の共線図である。図４（ａ）に示すように、ＴＤＣ通過前は、圧縮反力がキャリア３４の軸に出力され、エンジン２２の回転数は上昇しにくく、モータＭＧ１のトルクＴｇの分配先のうち、慣性項、つまりモータＭＧ１の回転子の質量（マス）に基づく慣性分の割合が低下し、リングギヤ３２のリングギヤ軸３２ａでの直行トルクの絶対値は大きくなる。図において、リング軸上にはモータＭＧ１のトルクＴｇによる反力−１／ρ・Ｔｇが下向き矢印で示されており、直行トルク分がハッチングで示されている。ここで、ρは動力分配統合機構３０のギヤ比である。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、ＴＤＣ通過後は、膨張反力がキャリア３４の軸に出力され、膨張反力が作用するためエンジン２２の回転数は上昇しやすく、モータＭＧ１のトルクＴｇの分配先のうち、モータＭＧ１の慣性項の割合が相対的に増大し、リングギヤ３２のリングギヤ軸３２ａでの直行トルクの絶対値は小さくなる。図４（ａ）、（ｂ）を比較すると、反力トルク−１／ρ・Ｔｇのうち、直行トルク分が図４（ａ）よりも図４（ｂ）の方が相対的に小さくなっていることに留意されたい。このように、ＴＤＣの通過前後において、直行トルクの大きさ（絶対値）は大小変化するため脈動することになる。
【００３０】
本実施形態では、直行トルクの脈動分は、クランキング時の圧縮脈動に起因し、圧縮脈動はクランク角（あるいは燃焼室内の空気の圧縮度合）に依存してＴＤＣの通過前後で反転することを考慮し、さらに、フライホイールダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６とキャリア３４が連結されているから直行トルク脈動の駆動軸への伝達は共振周波数帯（共振回転数帯）近傍のエンジン回転数で生じることも考慮して、以下のように直行トルクの脈動分を推定する。すなわち、エンジン２２のクランク位置がＴＤＣ近傍であり、かつエンジン２２の回転数が共振周波数帯近傍である場合に脈動分の推定を開始するものとし、この推定開始タイミングにおけるエンジン２２の回転数を取得する。また、この推定開始タイミングからの経過時間をタイマで計測する。そして、推定開始タイミングにおけるエンジン回転数と、推定開始タイミングからの経過時間を用いてその時点における直行トルクの脈動分を推定する。具体的には、予め種々のエンジン回転数と経過時間における直行トルク脈動分を実験等により求めておき、マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておく。そして、取得したエンジン回転数と経過時間に応じた直行トルク脈動分をマップから読み出せばよい。推定した直行トルク脈動分は仮の直行トルク推定値と加算されて直行トルク推定値として演算され、モータＭＧ２のトルク指令から減じることで最終的なトルク指令が生成される。
【００３１】
図５に、ハイブリッドＥＣＵ７０におけるモータＭＧ２のトルク指令生成処理を模式的に示す。ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２のクランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であると判定でき、かつ、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であると判定できた場合に、脈動分の推定を開始し、このときのエンジン回転数Ｎｅと推定開始からの経過時間、並びに予めＲＯＭ７４に記憶されているマップを用いて、エンジン回転数Ｎｅと経過時間に対応する直行トルクの脈動分の推定値を導出する。一方、ハイブリッドＥＣＵ７０は、既述した特開２００５−３０２８１号公報と同様に、吸気圧や吸気温、スロットル開度に応じた直行トルクを推定する。この直行トルク推定値は、特開２００５−３０２８１号公報における補正トルクＴαに相当するものであり、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータとの関係を予め実験により求め、マップとしてＲＯＭ７４に記憶されるものである。あるいは、簡易的に１／ρ・Ｔｇとしてもよい。
【００３２】
モータＭＧ１のトルクＴｇは、エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令とエンジン２２の回転数との予め設定された関係から決定され、具体的にはエンジン２２の回転数とクランク角に基づいて決定される。そして、推定した直行トルクに、導出した直行トルクの脈動分を加算して最終的な直行トルク推定値とする。以上のようにして直行トルク推定値を演算すると、要求トルクを満たすために必要なモータＭＧ２のトルク指令から直行トルク推定値を減じることで最終的なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２として出力する。なお、要求トルクを満たすために必要なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２ｔｍｐは、具体的には要求トルク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から、
Ｔｍ２ｔｍｐ＝（Ｔｒ＊＋Ｔｍ１＊／ρ）Ｇｒ
により演算される。ここで、Ｇｒは減速ギヤ３５のギヤ比である。言うまでもないが、モータＭＧ２のトルクは、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔの範囲内に制限されるから、例えばモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２ｔｍｐがバッテリの出力制限Ｗｏｕｔから定まるトルク上限値Ｔｍａｘを超える場合には、モータＭＧ２のトルク指令値はＴｍａｘに制限され、この制限値に対して直行トルク推定値を減じることで最終的なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２が生成される。
【００３３】
図６に、ハイブリッドＥＣＵ７０のＲＯＭ７４に記憶されるマップ、すなわちエンジン２２の回転数と推定開始タイミングからの経過時間と直行トルクの脈動分との関係を規定するマップの一例を示す。図において、横軸は推定開始タイミングからの経過時間（ｍｓｅｃ）であり、縦軸は直行トルク脈動分（Ｎｍ）であり、種々のエンジン２２の回転数における値を示す。もちろん、図ではグラフの形式でマップを示しているが、（エンジン回転数、経過時間、脈動分）を組としたテーブル形式としてもよい。
【００３４】
なお、以上の説明から理解されるように、直行トルク推定値は、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータと直行トルク推定値との関係を規定するマップにより導出され、直行トルク脈動推定値は、エンジン２２の回転数と経過時間と直行トルク脈動推定値との関係を規定するマップにより導出されるから、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータとエンジン２２の回転数と経過時間と最終的な直行トルク推定値との関係をマップあるいはテーブルとして規定しておき、このマップあるいはテーブルを用いて直接的に最終的な直行トルク推定値を導出することも可能であろう。
【００３５】
図７に、本実施形態におけるハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるエンジン始動時制御ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンは、エンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。
【００３６】
まず、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の始動処理中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。エンジン２２の始動処理中でない場合には、推定開始判定フラグをＯＦＦにデフォルト設定する（Ｓ１０６）。
【００３７】
一方、エンジン２２の始動処理中である場合には、次に、エンジン２２（図では簡易的にエンジン２２をＥＮＧと略記する）のクランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン回転数が所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であり、かつ、推定開始判定フラグがＯＦＦのままであるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、クランク角がＴＤＣ近傍であるか否かを判定するための閾値である所定範囲は適宜設定することができ、例えばＴＤＣに対してクランク角５度（°ＣＡ）あるいはクランク角１０度（°ＣＡ）等に設定することができる。また、エンジン回転数が共振周波数帯近傍であるか否かを判定するための閾値である所定範囲も同様に適宜設定することができる。もちろん、Ｓ１０２において、クランク角が所定範囲内であり、かつ、エンジン回転数が所定範囲内であるか否かを判定する代わりに、クランク角とＴＤＣとの相違が所定の許容範囲内であるか否か、かつ、エンジン回転数と共振周波数帯との相違が許容範囲内であるか否かを判定してもよい。なお、クランク角は、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａで検出される。
【００３８】
なお、Ｓ１０２の処理は、要するに、クランク位置がＴＤＣであり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯であるか否かを判定する処理であり、所定範囲内の相違も許容して判定する趣旨である。従って、端的に表現すれば、クランク位置がＴＤＣであり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯であるか否かを判定するものといえる。
【００３９】
Ｓ１０２でＹＥＳ、すなわち、クランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン２２の回転数が所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であり、かつ、推定開始判定フラグがＯＦＦの場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、この時点を推定開始タイミングに設定してこの時点のエンジン２２の回転数を取得するとともに時間計測タイマを０からスタートさせ、さらに推定開始判定フラグをＯＦＦからＯＮに設定する（Ｓ１０３）。一方、クランク角が所定範囲内でない、あるいはエンジン回転数が所定範囲内でない、あるいは推定開始判定フラグがＯＦＦでない場合には、Ｓ１０３の処理は実行しない。
【００４０】
次に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、推定開始判定フラグがＯＮであるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、推定開始判定フラグがＯＮである場合には、推定開始タイミングからの経過時間を積算する（Ｓ１０５）。すなわち、時間計測タイマによる経過時間値を取得する。一方、推定開始判定フラグがＯＮでなくＯＦＦの場合には、時間計測タイマをクリアしてゼロに戻す（Ｓ１０７）。
【００４１】
以上のようにして、クランク角がＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯近傍である場合において、エンジン回転数を取得し、かつ、推定開始タイミングからの経過時間を取得する。その後、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン回転数と経過時間を用いて直行トルクの脈動分を導出し、最終的な直行トルクを推定して、脈動分を考慮した直行トルクをキャンセルするために必要なモータＭＧ２のトルク指令を生成する（Ｓ１０８）。
【００４２】
なお、エンジン２２の始動後は、再びＳ１０１以降の処理を繰り返すルーチンにおいて、Ｓ１０１の判定処理でＮＯと判定されるため、推定開始判定フラグはＯＮからＯＦＦに設定される（Ｓ１０６）。この場合、クランキングに伴う反力トルクは生じないから、モータＭＧ２のトルク指令は、要求トルクに応じたトルク指令となる。
【００４３】
図８に、本実施形態におけるモータＭＧ２のトルクの時間変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸はモータＭＧ２のトルクである。図において、実線は脈動分を考慮しない
場合のトルクであり、破線は脈動分を考慮した場合のトルクであり、本実施形態におけるＭＧ２のトルクである。エンジン２２のクランキング時に生じる反力トルクの脈動分も確実にＭＧ２のトルクでキャンセルされるため、エンジン始動時のトルクショックを効果的に抑制してドライバビリティが一層向上する。
【符号の説明】
【００４４】
２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ａ クランクポジションセンサ、２３ｂ 吸気温センサ、２３ｃ 負圧センサ、２３ｄ スロットルバルブ、２３ｅ スロットルポジションセンサ、２３ｆ 冷却水温度センサ、２４ エンジンＥＣＵ、２６ クランクシャフト、２８ フライホイールダンパ、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、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ 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、７０ ハイブリッドＥＣＵ、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は動力出力装置に関し、特に内燃機関の始動時における制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハイブリッド自動車等において動力出力装置が搭載されている。動力出力装置は、エンジンと、エンジンのクランクシャフトをキャリアに接続するとともに車軸に機械的に連結された駆動軸にリングギアを接続したプラネタリギアと、プラネタリギアのサンギヤに動力を入出力する発電機と、駆動軸に動力を入出力する電動機を備える。エンジンを始動する際には、エンジン始動時のトルクの変動を演算し、演算結果に基づいて電動機の出力トルクを補正することで、最終的な出力軸としての駆動軸のトルク変動を補正する。
【０００３】
下記の特許文献１には、エンジンの運転を停止した状態で要求トルクが駆動軸に出力されるように電動機を駆動制御している間にエンジンの始動指示がなされたときに、エンジンがクランキングされるように電力動力入出力手段を駆動制御し、エンジンのクランキングに伴って駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルしながら要求トルクが駆動軸に出力されるように電動機を駆動制御し、エンジンが始動されるようにエンジンを運転制御し、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電動機から出力すべきトルクから所定トルクだけ小さいトルクが出力されるように電動機を制御する制御手段が開示されている。所定トルクは、エンジンの最初の点火の際の吸気圧、吸気温、スロットル開度の少なくとも１つを含むエンジンの動作パラメータに基づいて設定される。具体的には、種々の状態における初爆時トルクと吸気圧、吸気温等の動作パラメータとの関係を実験により求め、それをマップとしてＲＯＭに記憶しておき、検出された動作パラメータとマップとを用いて初爆時トルクを所定トルクとして導出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３０２８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンのクランキングに伴って駆動軸に反力として作用するトルクをキャンセルする場合、当該反力としてのトルクを正確に評価する必要があるところ、反力としてのトルクはエンジンのクランキング時において上死点（ＴＤＣ）の乗り越えに伴って脈動するため、吸気圧や吸気温、スロットル開度等の動作パラメータに基づいて設定するだけでは必ずしも十分といえない問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、内燃機関の始動時に駆動軸に反力として作用するトルクをより高精度に評価してこれをキャンセルし、もって内燃機関の始動時に生じるトルクショックを抑制できる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記内燃機関を始動させるためのクランキングを実行可能な電動クランキング手段と、前記内燃機関の運転が停止されている状態から前記内燃機関を始動する際に、前記電動クランキング手段による前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるように前記電動機を制御する制御手段であって、前記クランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の共振周波数帯の所定範囲内となる時点における前記内燃機関の回転数と前記時点からの経過時間を用いて前記電動機を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
電動クランキング手段によって内燃機関をクランキングする際に生じる反力トルクは一定ではなく、内燃機関の上死点（ＴＤＣ）の前後においてその大きさが変化するため脈動する。そこで、本発明では、内燃機関のクランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内である場合に着目し、その時点における内燃機関の回転数とその時点からの経過時間を用いてクランキングに伴う反力トルクを推定ないし予測し、この反力トルクをキャンセルするように電動機を制御する。そして、クランキングに伴う反力トルクは、内燃機関のクランクシャフトの共振周波数帯の所定範囲内において駆動軸に伝達されるから、本発明は、内燃機関のクランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、内燃機関の回転数がクランクシャフトの共振周波数帯の所定範囲内にある場合に着目し、その時点における内燃機関の回転数とその時点からの経過時間を用いて電動機を制御する。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数と前記経過時間を用いて、前記クランキング時の前記上死点通過前後における前記反力トルクの脈動分を用いて前記電動機を制御する。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、予め設定され記憶されている前記内燃機関の回転数と前記経過時間と前記脈動分との関係を用いて前記脈動分を取得する。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態では、前記制御手段は、所定トルクに前記脈動分を加えて前記反力トルクとし、前記駆動軸に対する要求トルクに応じた前記電動機のトルクから前記反力トルクを減じたトルクで前記電動機を制御する。
【００１２】
本発明の動力出力装置は、例えばハイブリッド自動車に搭載してもよい。また、本発明の動力出力装置における電動機は、いわゆるモータジェネレータ（ＭＧ）で構成することができる。また、本発明の動力出力装置における電動クランキング手段は、電動機と同様にいわゆるモータジェネレータ（ＭＧ）で構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関のクランキング時に伴う反力トルクを電動機を用いて高精度にキャンセルすることができ、内燃機関のクランキングに伴うトルクショックを効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の構成図である。
【図２】図1の要部構成図である。
【図３】エンジンのクランク角と反力トルクの関係を示す図である。
【図４】動力分配統合機構の回転数とトルクとの力学的関係を示す共線図である。
【図５】トルク指令生成処理の説明図である。
【図６】実施形態のマップを示すグラフ図である。
【図７】実施形態のフローチャートである。
【図８】モータＭＧ２のトルク変化を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１に、本実施形態における動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成を示す。ハイブリッド自動車２０は、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にフライホイールダンパ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（あるいはリアプラネタリギヤ）３５と、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制御するハイブリッド用電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備える。
【００１７】
エンジン２２は、ガソリン等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が供給されるエンジンＥＣＵ２４により制御される。エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θや吸気系に取り付けられた吸気温センサ２３ｂからの吸気温Ｔａ、負圧検出センサ２３ｃからの吸気圧Ｖａ、スロットルポジションセンサ２３ｅからのスロットルバルブ２３ｄの開度、エンジン２２の冷却系に取り付けられた冷却水温度センサ２３ｆからの冷却水温Ｔｗ等が供給される。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信し、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御するとともに、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ＥＣＵ７０に出力する。
【００１８】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、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に噛合するとともにリングギヤ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を備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４を回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構（プラネタリギヤ）として構成される。
【００１９】
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が連結され、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が連結され、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５が連結される。モータＭＧ１が発電機として機能する場合にはキャリア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場合にはキャリア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及びデファレンシャルギヤ６２を介して車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００２０】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機として機能するとともに電動機として機能し得る同期式発電電動機であり、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力を送受する。インバータ４１，４２とバッテリ５０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及び負極母線として構成され、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他方のモータで消費することができる。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。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。
【００２１】
モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータＥＣＵ４０により駆動制御される。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からの信号や電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される電流等が供給され、モータＥＣＵ４０は、インバータ４１，４２にスイッチング制御信号を出力する。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信し、ハイブリッドＥＣＵ７０からの制御信号によりモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するとともに、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ＥＣＵ７０に出力する。
【００２２】
バッテリ５０は、バッテリＥＣＵ５２により制御される。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を制御するために必要な信号、例えばバッテリ５０の端子間に取り付けられた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等が供給され、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータをハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０の充放電を制御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）を演算する。
【００２３】
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２を含むマイクロプロセッサとして構成され、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、入出力ポート及び通信ポートを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０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の踏込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の踏込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等が入力ポートを介して供給される。ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続され、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータを送受する。
【００２４】
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の踏込量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖ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演算し、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を制御する。具体的には、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を運転制御するとともにエンジン２２から出力される動力の全てが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２によってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード、要求電力とバッテリ５０の充放電に必要な電力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を運転制御するとともにバッテリ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に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求電力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するように制御するモード等がある。
【００２５】
このような構成において、次に、運転停止しているエンジン２２を始動する際の動作について説明する。
【００２６】
図２に、図１における構成のうち動力出力装置の要部構成を示す。エンジン２２のクランクシャフト２６にはフライホイールダンパ２８を介してキャリア３４が連結され、キャリア３４が保持するピニオンギヤにはサンギヤ３１及びリングギヤ３２が噛合する。サンギヤ３１にはモータＭＧ１が連結され、リングギヤ３２にはリングギヤ軸を介して減速ギヤ３５が連結され、減速ギヤ３５にはモータＭＧ２が連結される。電動クランキング手段として機能するモータＭＧ１のトルクＴｇによりエンジン２２をクランキングしてエンジン２２を始動する場合、エンジン２２の上死点（ＴＤＣ）乗り越えに伴い反力トルクが脈動する。図において、反力トルクの脈動１００が回転矢印で示される。この反力トルクの脈動は、キャリア３４を介してリングギヤ３２に伝達され、トルクショックを生じる。そこで、この反力トルクの脈動を推定し、これをキャンセルするような振動抑制成分をモータＭＧ２が出力するようにモータＭＧ２へのトルク指令を生成する。
【００２７】
図３に、エンジン２２のクランク角θと反力トルクとの関係を示す。エンジン２２が４サイクルの多気筒のエンジンである場合のいずれかの気筒に着目すると、エンジン２２をクランキングすると、着目している気筒は吸気・圧縮・膨張・排気の４つの工程を繰り返す。気筒内の圧力は圧縮工程で高くなり膨張工程で低くなる。気筒内の圧力変化は、ピストンを介してクランクシャフト２６に反力トルクとして作用する。吸気工程や排気工程でも気筒内に若干の圧力変化が生じるが、圧縮工程や膨張工程に比して小さく無視し得る。クランクシャフト２６に作用する反力トルクは、動力分配統合機構３０を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに伝達されるから、気筒内の圧力変化に基づくトルク脈動としてリングギヤ軸３２ａに現れる。気筒内の圧力変化に基づいてリングギヤ軸３２ａに作用する反力トルクは、対象の気筒が圧縮工程である下死点（ＢＤＣ）から上死点（ＴＤＣ）までの範囲はエンジン２２の回転を抑制する方向に作用し、膨張工程のＴＤＣからＢＤＣまでの範囲ではエンジン２２の回転を促進する方向に作用する。従って、このような反力トルクの脈動をキャンセルするためには、圧縮工程のＢＤＣからＴＤＣまでの範囲、すなわちＴＤＣの通過前ではエンジン２２の回転を促進する方向のトルクをモータＭＧ２で印加し、膨張工程のＴＤＣからＢＤＣまでの範囲、すなわちＴＤＣの通過後ではエンジン２２の回転を抑制する方向のトルクをモータＭＧ２で印加すればよいことになる。多気筒のエンジン２２では、このような一気筒におけるトルクを気筒分だけ重ね合わせることによりリングギヤ軸３２ａに作用させるべきトルクを得ることができる。
【００２８】
図４に、エンジン２２をクランキングして始動させるときの動力分配統合機構３０の回転要素（サンギヤ３１、リングギヤ３２及びキャリア３４）についての回転数とトルクとの力学的関係を表す共線図を示す。図４（ａ）は上死点（ＴＤＣ）通過前の共線図であり、図４（ｂ）は上死点（ＴＤＣ）通過後の共線図である。図４（ａ）に示すように、ＴＤＣ通過前は、圧縮反力がキャリア３４の軸に出力され、エンジン２２の回転数は上昇しにくく、モータＭＧ１のトルクＴｇの分配先のうち、慣性項、つまりモータＭＧ１の回転子の質量（マス）に基づく慣性分の割合が低下し、リングギヤ３２のリングギヤ軸３２ａでの直行トルクの絶対値は大きくなる。図において、リング軸上にはモータＭＧ１のトルクＴｇによる反力−１／ρ・Ｔｇが下向き矢印で示されており、直行トルク分がハッチングで示されている。ここで、ρは動力分配統合機構３０のギヤ比である。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、ＴＤＣ通過後は、膨張反力がキャリア３４の軸に出力され、膨張反力が作用するためエンジン２２の回転数は上昇しやすく、モータＭＧ１のトルクＴｇの分配先のうち、モータＭＧ１の慣性項の割合が相対的に増大し、リングギヤ３２のリングギヤ軸３２ａでの直行トルクの絶対値は小さくなる。図４（ａ）、（ｂ）を比較すると、反力トルク−１／ρ・Ｔｇのうち、直行トルク分が図４（ａ）よりも図４（ｂ）の方が相対的に小さくなっていることに留意されたい。このように、ＴＤＣの通過前後において、直行トルクの大きさ（絶対値）は大小変化するため脈動することになる。
【００３０】
本実施形態では、直行トルクの脈動分は、クランキング時の圧縮脈動に起因し、圧縮脈動はクランク角（あるいは燃焼室内の空気の圧縮度合）に依存してＴＤＣの通過前後で反転することを考慮し、さらに、フライホイールダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６とキャリア３４が連結されているから直行トルク脈動の駆動軸への伝達は共振周波数帯（共振回転数帯）近傍のエンジン回転数で生じることも考慮して、以下のように直行トルクの脈動分を推定する。すなわち、エンジン２２のクランク位置がＴＤＣ近傍であり、かつエンジン２２の回転数が共振周波数帯近傍である場合に脈動分の推定を開始するものとし、この推定開始タイミングにおけるエンジン２２の回転数を取得する。また、この推定開始タイミングからの経過時間をタイマで計測する。そして、推定開始タイミングにおけるエンジン回転数と、推定開始タイミングからの経過時間を用いてその時点における直行トルクの脈動分を推定する。具体的には、予め種々のエンジン回転数と経過時間における直行トルク脈動分を実験等により求めておき、マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておく。そして、取得したエンジン回転数と経過時間に応じた直行トルク脈動分をマップから読み出せばよい。推定した直行トルク脈動分は仮の直行トルク推定値と加算されて直行トルク推定値として演算され、モータＭＧ２のトルク指令から減じることで最終的なトルク指令が生成される。
【００３１】
図５に、ハイブリッドＥＣＵ７０におけるモータＭＧ２のトルク指令生成処理を模式的に示す。ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２のクランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であると判定でき、かつ、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であると判定できた場合に、脈動分の推定を開始し、このときのエンジン回転数Ｎｅと推定開始からの経過時間、並びに予めＲＯＭ７４に記憶されているマップを用いて、エンジン回転数Ｎｅと経過時間に対応する直行トルクの脈動分の推定値を導出する。一方、ハイブリッドＥＣＵ７０は、既述した特開２００５−３０２８１号公報と同様に、吸気圧や吸気温、スロットル開度に応じた直行トルクを推定する。この直行トルク推定値は、特開２００５−３０２８１号公報における補正トルクＴαに相当するものであり、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータとの関係を予め実験により求め、マップとしてＲＯＭ７４に記憶されるものである。あるいは、簡易的に１／ρ・Ｔｇとしてもよい。
【００３２】
モータＭＧ１のトルクＴｇは、エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令とエンジン２２の回転数との予め設定された関係から決定され、具体的にはエンジン２２の回転数とクランク角に基づいて決定される。そして、推定した直行トルクに、導出した直行トルクの脈動分を加算して最終的な直行トルク推定値とする。以上のようにして直行トルク推定値を演算すると、要求トルクを満たすために必要なモータＭＧ２のトルク指令から直行トルク推定値を減じることで最終的なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２として出力する。なお、要求トルクを満たすために必要なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２ｔｍｐは、具体的には要求トルク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から、
Ｔｍ２ｔｍｐ＝（Ｔｒ＊＋Ｔｍ１＊／ρ）Ｇｒ
により演算される。ここで、Ｇｒは減速ギヤ３５のギヤ比である。言うまでもないが、モータＭＧ２のトルクは、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔの範囲内に制限されるから、例えばモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２ｔｍｐがバッテリの出力制限Ｗｏｕｔから定まるトルク上限値Ｔｍａｘを超える場合には、モータＭＧ２のトルク指令値はＴｍａｘに制限され、この制限値に対して直行トルク推定値を減じることで最終的なモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２が生成される。
【００３３】
図６に、ハイブリッドＥＣＵ７０のＲＯＭ７４に記憶されるマップ、すなわちエンジン２２の回転数と推定開始タイミングからの経過時間と直行トルクの脈動分との関係を規定するマップの一例を示す。図において、横軸は推定開始タイミングからの経過時間（ｍｓｅｃ）であり、縦軸は直行トルク脈動分（Ｎｍ）であり、種々のエンジン２２の回転数における値を示す。もちろん、図ではグラフの形式でマップを示しているが、（エンジン回転数、経過時間、脈動分）を組としたテーブル形式としてもよい。
【００３４】
なお、以上の説明から理解されるように、直行トルク推定値は、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータと直行トルク推定値との関係を規定するマップにより導出され、直行トルク脈動推定値は、エンジン２２の回転数と経過時間と直行トルク脈動推定値との関係を規定するマップにより導出されるから、エンジン２２の吸気圧等の動作パラメータとエンジン２２の回転数と経過時間と最終的な直行トルク推定値との関係をマップあるいはテーブルとして規定しておき、このマップあるいはテーブルを用いて直接的に最終的な直行トルク推定値を導出することも可能であろう。
【００３５】
図７に、本実施形態におけるハイブリッドＥＣＵ７０により実行されるエンジン始動時制御ルーチンのフローチャートを示す。このルーチンは、エンジン２２の始動指示がなされたときに実行される。
【００３６】
まず、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン２２の始動処理中であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。エンジン２２の始動処理中でない場合には、推定開始判定フラグをＯＦＦにデフォルト設定する（Ｓ１０６）。
【００３７】
一方、エンジン２２の始動処理中である場合には、次に、エンジン２２（図では簡易的にエンジン２２をＥＮＧと略記する）のクランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン回転数が所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であり、かつ、推定開始判定フラグがＯＦＦのままであるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、クランク角がＴＤＣ近傍であるか否かを判定するための閾値である所定範囲は適宜設定することができ、例えばＴＤＣに対してクランク角５度（°ＣＡ）あるいはクランク角１０度（°ＣＡ）等に設定することができる。また、エンジン回転数が共振周波数帯近傍であるか否かを判定するための閾値である所定範囲も同様に適宜設定することができる。もちろん、Ｓ１０２において、クランク角が所定範囲内であり、かつ、エンジン回転数が所定範囲内であるか否かを判定する代わりに、クランク角とＴＤＣとの相違が所定の許容範囲内であるか否か、かつ、エンジン回転数と共振周波数帯との相違が許容範囲内であるか否かを判定してもよい。なお、クランク角は、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａで検出される。
【００３８】
なお、Ｓ１０２の処理は、要するに、クランク位置がＴＤＣであり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯であるか否かを判定する処理であり、所定範囲内の相違も許容して判定する趣旨である。従って、端的に表現すれば、クランク位置がＴＤＣであり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯であるか否かを判定するものといえる。
【００３９】
Ｓ１０２でＹＥＳ、すなわち、クランク角が所定範囲内であるためＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン２２の回転数が所定範囲内であるため共振周波数帯近傍であり、かつ、推定開始判定フラグがＯＦＦの場合、ハイブリッドＥＣＵ７０は、この時点を推定開始タイミングに設定してこの時点のエンジン２２の回転数を取得するとともに時間計測タイマを０からスタートさせ、さらに推定開始判定フラグをＯＦＦからＯＮに設定する（Ｓ１０３）。一方、クランク角が所定範囲内でない、あるいはエンジン回転数が所定範囲内でない、あるいは推定開始判定フラグがＯＦＦでない場合には、Ｓ１０３の処理は実行しない。
【００４０】
次に、ハイブリッドＥＣＵ７０は、推定開始判定フラグがＯＮであるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、推定開始判定フラグがＯＮである場合には、推定開始タイミングからの経過時間を積算する（Ｓ１０５）。すなわち、時間計測タイマによる経過時間値を取得する。一方、推定開始判定フラグがＯＮでなくＯＦＦの場合には、時間計測タイマをクリアしてゼロに戻す（Ｓ１０７）。
【００４１】
以上のようにして、クランク角がＴＤＣ近傍であり、かつ、エンジン回転数が共振周波数帯近傍である場合において、エンジン回転数を取得し、かつ、推定開始タイミングからの経過時間を取得する。その後、ハイブリッドＥＣＵ７０は、エンジン回転数と経過時間を用いて直行トルクの脈動分を導出し、最終的な直行トルクを推定して、脈動分を考慮した直行トルクをキャンセルするために必要なモータＭＧ２のトルク指令を生成する（Ｓ１０８）。
【００４２】
なお、エンジン２２の始動後は、再びＳ１０１以降の処理を繰り返すルーチンにおいて、Ｓ１０１の判定処理でＮＯと判定されるため、推定開始判定フラグはＯＮからＯＦＦに設定される（Ｓ１０６）。この場合、クランキングに伴う反力トルクは生じないから、モータＭＧ２のトルク指令は、要求トルクに応じたトルク指令となる。
【００４３】
図８に、本実施形態におけるモータＭＧ２のトルクの時間変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸はモータＭＧ２のトルクである。図において、実線は脈動分を考慮しない
場合のトルクであり、破線は脈動分を考慮した場合のトルクであり、本実施形態におけるＭＧ２のトルクである。エンジン２２のクランキング時に生じる反力トルクの脈動分も確実にＭＧ２のトルクでキャンセルされるため、エンジン始動時のトルクショックを効果的に抑制してドライバビリティが一層向上する。
【符号の説明】
【００４４】
２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ａ クランクポジションセンサ、２３ｂ 吸気温センサ、２３ｃ 負圧センサ、２３ｄ スロットルバルブ、２３ｅ スロットルポジションセンサ、２３ｆ 冷却水温度センサ、２４ エンジンＥＣＵ、２６ クランクシャフト、２８ フライホイールダンパ、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、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ 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、７０ ハイブリッドＥＣＵ、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記内燃機関を始動させるためのクランキングを実行可能な電動クランキング手段と、
前記内燃機関の運転が停止されている状態から前記内燃機関を始動する際に、前記電動クランキング手段による前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるように前記電動機を制御する制御手段であって、前記クランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の共振周波数帯の所定範囲内となる時点における前記内燃機関の回転数と前記時点からの経過時間を用いて前記電動機を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数と前記経過時間を用いて、前記クランキング時の前記上死点通過前後における前記反力トルクの脈動分を用いて前記電動機を制御する
ことを特徴とする動力出力装置。
【請求項３】
請求項２記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、予め設定され記憶されている前記内燃機関の回転数と前記経過時間と前記脈動分との関係を用いて前記脈動分を取得することを特徴とする動力出力装置。
【請求項４】
請求項２記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、所定トルクに前記脈動分を加えて前記反力トルクとし、前記駆動軸に対する要求トルクに応じた前記電動機のトルクから前記反力トルクを減じたトルクで前記電動機を制御することを特徴とする動力出力装置。
【請求項１】
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
前記内燃機関を始動させるためのクランキングを実行可能な電動クランキング手段と、
前記内燃機関の運転が停止されている状態から前記内燃機関を始動する際に、前記電動クランキング手段による前記内燃機関のクランキングに伴って前記駆動軸に作用する反力トルクがキャンセルされるように前記電動機を制御する制御手段であって、前記クランキング時のクランク位置が上死点の所定範囲内であり、かつ、前記内燃機関の回転数が所定の共振周波数帯の所定範囲内となる時点における前記内燃機関の回転数と前記時点からの経過時間を用いて前記電動機を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数と前記経過時間を用いて、前記クランキング時の前記上死点通過前後における前記反力トルクの脈動分を用いて前記電動機を制御する
ことを特徴とする動力出力装置。
【請求項３】
請求項２記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、予め設定され記憶されている前記内燃機関の回転数と前記経過時間と前記脈動分との関係を用いて前記脈動分を取得することを特徴とする動力出力装置。
【請求項４】
請求項２記載の動力出力装置において、
前記制御手段は、所定トルクに前記脈動分を加えて前記反力トルクとし、前記駆動軸に対する要求トルクに応じた前記電動機のトルクから前記反力トルクを減じたトルクで前記電動機を制御することを特徴とする動力出力装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０７５２４（Ｐ２０１３−１０７５２４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４８３４（Ｐ２０１１−２５４８３４）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]