Hybrid vehicle and a control method thereof

本発明は、ハイブリッド車及びその制御方法に関する。

従来より、プラネタリギヤ機構を介して連結した内燃機関と発電機と電動機との間で動力のやり取りを行なうハイブリッド車が知られている。 例えば、特許文献１に記載されたハイブリッド車では、内燃機関の運転を停止しバッテリの放電パワーにより電動機を駆動して走行しているときに内燃機関を始動する必要が生じた場合、内燃機関の出力が急に立ち上がることによる車体振動の発生等を軽減することを目的として、内燃機関の点火時期を遅らせて内燃機関の出力トルクを抑える制御を行なっている。

特開２００４−１１６５０号公報

ところで、内燃機関の始動時の出力トルクを抑えすぎると、内燃機関に起因するトルク変動（例えば吸入・圧縮・膨張・排気という行程を繰り返すときに生じるトルク変動や低トルクのため燃焼が不安定になることにより生じるトルク変動など）により、プラネタリギヤ機構でカチカチカチという歯打ち音が発生することがある。 また、プラネタリギヤ機構と車軸との間に配置される変速機のギヤ機構においても同様の歯打ち音が発生することがある。

本発明のハイブリッド車及びその制御方法は、内燃機関の始動に伴うギヤ機構の歯打ち音を抑制することを目的の一つとする。 また、本発明のハイブリッド車及びその制御方法は、内燃機関の始動に伴う車体振動と歯打ち音とを運転状況に応じて適切に抑制することを目的の一つとする。

本発明のハイブリッド車及びその制御方法は、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。

本発明の第１のハイブリッド車は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸とギヤ機構を介して連結され、前記駆動軸へのトルクの入出力を伴って前記内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、
前記駆動軸へ動力を入出力可能な電動機と、
前記駆動軸の回転状況を検出する駆動軸回転状況検出手段と、
運転者のパワー要求の有無を検出する要求パワー検出手段と、
運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸の回転が停止していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが所定の大きさの歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、前記モータリング手段及び前記電動機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。

このハイブリッド車では、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸の回転が停止していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、そのときの始動トルクが所定の大きさの歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させる。 これにより、内燃機関の出力軸とモータリング手段とを連結するギヤ機構などで歯打ち音が発生するのを抑制することが可能となる。

本発明の第２のハイブリッド車は、
車軸に連結された駆動軸車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記内燃機関の出力軸とギヤ機構を介して連結され、前記駆動軸へのトルクの入出力を伴って前記内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、
前記駆動軸へ動力を入出力可能な電動機と、
前記駆動軸の回転状況を検出する駆動軸回転状況検出手段と、
運転者のパワー要求の有無を検出する要求パワー検出手段と、
運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸が回転していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが所定の微小トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、モータリング手段及び前記電動機を制御し、運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸の回転が停止していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが前記微小トルクよりも大きな歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、前記モータリング手段及び前記電動機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。

このハイブリッド車では、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸が回転していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、駆動軸が回転しているときにはギヤ機構の歯打ち音が生じにくいため、そのときの始動トルクは所定の微小トルクになるようにして内燃機関の始動時に生じる車体振動を低減する。 一方、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸の回転が停止していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、そのときの始動トルクは微小トルクよりも大きな歯打ち抑制トルクになるようにしているため、内燃機関の出力軸とモータリング手段とを連結するギヤ機構などでギヤ歯同士が当接・離間を繰り返すという動きが生じにくい。 このように、内燃機関の始動に伴う車体振動と歯打ち音とを運転状況に応じて適切に抑制することができる。

本発明の第１又は第２のハイブリッド車において、前記始動時制御手段は、前記歯打ち抑制トルクとして、該内燃機関に起因するトルク変動によって前記ギヤ機構のギヤ歯同士が当接・離間を繰り返すことのない大きさのトルクを採用してもよい。 こうすれば、内燃機関に起因するトルク変動が生じたとしてもギヤ機構などで歯打ち音が発生するのを確実に抑えることができる。

本発明の第２のハイブリッド車において、前記始動時制御手段は、前記歯打ち抑制トルクとして、該内燃機関に起因するトルク変動によって前記ギヤ機構のギヤ歯同士が当接・離間を繰り返すことのない大きさのトルクであって前記微小トルクに近い値を採用してもよい。 こうすれば、内燃機関の始動時の車体振動をできるだけ小さくしつつ歯打ち音を抑制することができる。

本発明の第２のハイブリッド車において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関の始動トルクが前記微小トルクになるようにするには該内燃機関の点火時期が最遅角になるように該内燃機関を制御し、前記内燃機関の始動トルクが前記歯打ち抑制トルクになるようにするには該内燃機関の点火時期が最遅角よりも進角側になるように該内燃機関を制御してもよい。

本発明の第１又は第２のハイブリッド車において、前記始動時制御手段は、運転者のパワー要求がある状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときには、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが前記歯打ち抑制トルクを超えるトルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、モータリング手段及び前記電動機を制御してもよい。 こうすれば、運転者のパワー要求がある場合には、内燃機関の始動に伴う車体振動やギヤ機構の歯打ち音を抑制するよりも内燃機関からいち早く大きなトルクが出力されるようにするため、運転者の要求にレスポンスよく応えることができる。

本発明の第１又は第２のハイブリッド車において、前記始動時制御手段は、前記内燃機関の始動トルクを点火時期に基づいて制御してもよい。 例えば吸入空気量を操作することによって始動トルクの大きさを制御してもよいが、それよりも点火時期を操作することにより始動トルクの大きさを制御する方が一般に迅速に行なうことができるため好ましい。

本発明の第１又は第２のハイブリッド車において、前記モータリング手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した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を前記ギヤ機構とし、前記第３の軸に動力を入出力する発電機として構成されていてもよい。

本発明の第３のハイブリッド車の制御方法は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記内燃機関の出力軸とギヤ機構を介して連結され、前記駆動軸へのトルクの入出力を伴って前記内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、前記駆動軸へ動力を入出力可能な電動機と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸の回転が停止していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが所定の大きさの歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、前記モータリング手段及び前記電動機を制御する、
ことを要旨とする。

このハイブリッド車の制御方法では、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸の回転が停止していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、そのときの始動トルクが所定の大きさの歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させる。 これにより、内燃機関の出力軸とモータリング手段とを連結するギヤ機構などで歯打ち音が発生するのを抑制することが可能となる。 なお、このハイブリッド車の制御方法において、上述した本発明のハイブリッド車の各種機能を実現するためのステップを加えてもよい。

本発明の第４のハイブリッド車の制御方法は、
車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記内燃機関の出力軸とギヤ機構を介して連結され、前記駆動軸へのトルクの入出力を伴って前記内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、前記駆動軸へ動力を入出力可能な電動機と、を備えるハイブリッド車の制御方法であって、
（ａ）運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸が回転していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが所定の微小トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、モータリング手段及び前記電動機を制御し、
（ｂ）運転者のパワー要求がない状態で前記内燃機関の始動指示がなされたときに前記駆動軸の回転が停止していた場合には、前記モータリング手段によって前記内燃機関をモータリングした状態で該内燃機関の始動トルクが前記微小トルクよりも大きな歯打ち抑制トルクになるようにして該内燃機関を完爆させたあと前記モータリング手段によるモータリングが終了するよう前記内燃機関、前記モータリング手段及び前記電動機を制御する ことを要旨とする。

このハイブリッド車の制御方法では、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸が回転していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、駆動軸が回転しているときにはギヤ機構の歯打ち音が生じにくいため、そのときの始動トルクは所定の微小トルクになるようにして内燃機関の始動時に生じる車体振動を低減する。 一方、運転者のパワー要求がない状態で内燃機関の始動指示がなされたときに駆動軸の回転が停止していた場合には、モータリング手段によって内燃機関をモータリングした状態で内燃機関を始動させるが、そのときの始動トルクは微小トルクよりも大きな歯打ち抑制トルクになるようにして内燃機関の出力軸とモータリング手段とを連結するギヤ機構などでギヤ歯同士の当接が離れ再度当接するという動きが生じにくい。 このように、内燃機関の始動に伴う車体振動とギヤ機構の歯打ち音とを運転状況に応じて適切に抑制することができる。 なお、このハイブリッド車の制御方法において、上述した本発明のハイブリッド車の各種機能を実現するためのステップを加えてもよい。

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を介してピニオンギヤ３３を回転させるキャリア３４が接続されたプラネタリギヤ３０と、プラネタリギヤ３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、プラネタリギヤ３０のリングギヤ３２に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに減速ギヤ３５を介して接続されたモータＭＧ２と、ハイブリッド自動車２０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。 なお、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａは動力伝達ギヤ６０とデファレンシャルギヤ６２とを介して駆動輪６３ａ，６３ｂが取り付けられた車軸６４に接続されており、リングギヤ軸３２ａに出力された動力は走行用の動力として用いられる。

エンジン２２は、例えば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可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入する共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。 エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。 エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポート及び通信ポートとを備える。 エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、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１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８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１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４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１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温などが入力ポートを介して入力されている。 また、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１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６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１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０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。 なお、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出力する。

モータＭＧ１及びモータ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。 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、バッテリ５０を管理するための残容量（ＳＯＣ）を計算すると共に計算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂやその入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，バッテリ５０を充放電するための要求値である充放電要求パワーＰｂ＊などを計算し、必要に応じて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。

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及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。

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リングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１及びモータ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リングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１及びモータ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、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２の運転停止中にエンジン２２の始動要求があったときの動作について説明する。 図３はエンジン２２の始動要求があったときに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。 ここで、エンジン２２の運転停止中にエンジン２２の始動要求があったときとしては、例えばモータ運転モードで走行している際にエンジン２２に要求されるエンジン要求パワーＰｅ＊が閾値Ｐｒｅｆを超えたときや、停車状態でシステムを起動した直後であってエンジン２２の暖機やバッテリ５０の充電を行なう必要があるときなどが挙げられる。 モータ運転モードについて以下に簡単に説明する。 閾値Ｐｒｅｆはエンジン２２の始動要求の有無を判定するために用いられ、エンジン２２を比較的効率よく運転することができる領域のうち下限のパワー近傍に設定されている。 エンジン要求パワーＰｅ＊は、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき駆動軸要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊（放電パワーを正、充電パワーを負とする）とロスＬｏｓｓとにより下記式（１）のように表されるから、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が比較的十分な状態でも運転者がアクセルペダル８３を大きく踏み込んだときや、バッテリ５０の残容量が比較的十分な状態であり且つ運転者のアクセルペダル８３の踏み込みがないときでも車速Ｖが大きくなりリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒが大きくなったとき、運転者のアクセルペダル８３の踏み込みがなく車速Ｖも小さくリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒも小さいときでもバッテリ５０の残容量が低くなって大きな充放電要求パワーＰｂ＊（充電パワー）が設定されたときなどに、閾値Ｐｒｅｆを超える。 なお、駆動軸要求パワーＰｒ＊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、ＲＯＭ７４に記憶された要求トルク設定用マップ（図４参照）からリングギヤ軸３２ａに要求される要求トルクＴｒ＊を導出し、この要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとした。 リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、下記式（２）に示すように、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モータＭＧの回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることにより求めた。 なお、モータ運転モードでは、エンジン２２の回転数Ｎｅはゼロ、モータＭＧ１のトルクＴｍ１もゼロである。

Pe*=Pr*-Pb*+Loss (1)
Pr*=Tr*・Nm2/Gr (2)

さて、図３の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、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し（ステップＳ１００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて図４の要求トルク設定用マップを用いて要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。 ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅ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１４０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。 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により検出されるモータＭＧ１，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ものとした。 また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）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。

続いて、エンジン２２の回転数Ｎｅや始動開始時からの経過時間ｔを用いてエンジン始動用マップからモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を導出して設定する（ステップＳ１２０）。 エンジン始動用マップは、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と始動開始時からの経過時間ｔとの関係を設定したマップである。 図５にこのマップの一例を示す。 このマップでは、図５に示すように、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迅速に比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン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が共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ２にエンジン２２を安定して点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔ以上でモータリングすることができるトルク（モータリング用トルク）をトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、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。 ここで、点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔは、本実施例では共振回転数帯より余裕をもって大きな回転数（例えば１０００ｒｐｍ）に設定されているとした。 そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至る時間ｔ３を超えエンジン２２が完爆したときに初めて超える完爆回転数Ｎｃｏｍｂに至る時間ｔ４に達するまで前出のモータリング用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、時間ｔ４から迅速にトルク指令Ｔｍ１＊が値０となるようにレート処理を行い、時間ｔ５にトルク指令Ｔｍ１＊が値０になるとする。 その後は、エンジン２２を自立運転させる場合にはモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定し続け、モータＭＧ１により発電する場合には発電用のトルク（負の値）をトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。 このように、エンジン２２の始動指示がなされた直後に大きなトルクをモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２をモータリングすることにより、迅速にエンジン２２を点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔ以上に回転させて始動することができる。

こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定するとバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したモータ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（３）及び式（４）により計算すると共に（ステップＳ１３０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊とプラネタリギヤ３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（５）により計算し（ステップＳ１４０）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ１５０）、設定したモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１６０）。 このようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、エンジン２２を始動しながら駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして出力することができる。 なお、式（５）は後述する図６の共線図から容易に導き出すことができる。 また、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。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (5)

次に、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至っているか否かを判定し（ステップＳ１７０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至っていないときにはステップＳ１００に戻り、エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至るまでステップＳ１００〜Ｓ１７０の処理を繰り返す。 エンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至ると、始動指令フラグＦｓｔａｒｔが値０か否かを確認する（ステップＳ１８０）。 この始動指令フラグＦｓｔａｒｔはエンジン２２へ始動指令を出力したか否かを表すフラグであり、値０のときには未だエンジン２２へ始動指令を出力していないことを表し、値１のときには既にエンジン２２へ始動指令を出力したことを表す。 いま、ステップＳ１７０で初めてエンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔに至ったときを考えると、ステップＳ１８０で始動指令Ｆｓｔａｒｔは値０であるから、ステップＳ１９０以降の処理に進む。 そして、運転者のパワー要求があるか否かと停車中か否かとを判定し（ステップＳ１９０，Ｓ２００）、それに応じて点火時期を設定する。 運転者のパワー要求があるか否かの判定は、本実施例では、今回の要求トルクＴｒ＊と前回の要求トルクＴｒ＊との差分を求めその差分が所定トルクを超えたときに運転者のパワー要求ありと判定するものとした。 所定トルクはゼロとしてもよいし、実質ゼロとみなすことのできる僅少な値としてもよい。 また、停車中か否かの判定は車速Ｖがゼロか否かによって判定するものとした。

ステップＳ１９０で運転者のパワー要求があったときには、点火時期としてパワー要求用点火時期を設定する（ステップＳ２１０）。 パワー要求用点火時期は、エンジン２２に吸入され圧縮された混合気を燃焼させたときの仕事量が略最大となるように実験等により予め定められている。 こうすることにより、運転者のパワー要求に迅速に対応することができる。 一方、運転者のパワー要求がなく且つ停車中でないときには、点火時期として振動抑制用点火時期を設定する（ステップＳ２２０）。 振動抑制用点火時期は、エンジン２２が完爆したあと失火しない最低限のトルク又はその近傍のトルク（微小トルク）を発生するように実験等により予め定められており、本実施例では点火時期は最遅角となるように定められている。 このようなトルクに設定するのは、以下の理由による。 すなわち、停車中でなければモータ運転モードで走行中であり駆動軸であるリングギヤ軸３２ａにトルクが加えられているから、エンジン２２の始動時にエンジン２２から出力されるトルクが変動したとしてもギヤの歯打ち音が生じにくい。 このため、できる限りエンジン２２から出力されるトルクを小さくして車体振動を抑制するのである。 また、運転者のパワー要求がなく且つ停車中のときには、点火時期として歯打ち抑制用点火時期を設定する（ステップＳ２３０）。 歯打ち抑制用点火時期は、エンジン２２が吸入・圧縮・燃焼・排気を繰り返すのに起因してトルク変動が生じたり低トルクのため燃焼が不安定になることに起因してトルク変動が生じたりしたとしても、プラネタリギヤ３０のピニオンギヤ３３の歯とサンギヤ３１の歯やピニオンギヤ３３の歯とリングギヤ３２の歯が当接・離間を繰り返して歯打ち音が生じるという事態を招かないトルクを発生するように、実験等により予め定められている。 この歯打ち抑制用点火時期は、発生するトルク（歯打ち抑制トルク）が微小トルクと運転者のパワー要求があったときのトルクとの中間であって歯打ち音が生じない範囲のうち微小トルクに近い値となるように設定されている。 具体的には、パワー要求用点火時期よりも遅角側、振動抑制用点火時期よりも進角側であるが、振動抑制用点火時期に近い位置に定められている。 こうすることにより、エンジン２２の完爆後にエンジン２２に起因するトルク変動によって歯打ち音が発生するのを抑制することができるし、可能な限り車体振動も抑制することができる。

そして、ステップＳ２１０，Ｓ２２０又はＳ２３０のいずれかで点火時期を設定したあと、エンジンＥＣＵ２２へその点火時期で始動時の点火制御を実行するよう始動指令を出力すると共に始動指令フラグＦｓｔａｒｔに値１を設定する（ステップＳ２４０）。 すると、始動指令を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の冷却水の温度や吸気管内の温度などに基づいて算出した始動時燃料噴射量の燃料が燃料噴射弁１２６から噴射されるよう燃料噴射弁１２６を制御すると共に、所定の点火時期に至るとイグニッションコイル１３８に通電して点火プラグ１３０から電気火花を飛ばして混合気に点火する。 その後、エンジン２２が完爆し且つトルク指令Ｔｍ１＊がゼロになったか否かを判定する（ステップＳ２５０）。 このステップＳ２５０で、否定判定されたときはステップＳ１００に戻ってステップＳ１００以降の処理を繰り返すが、ステップＳ１００以降を繰り返すときには始動指令フラグＦｓｔａｒｔは値１に設定済みであるからステップＳ１８０で否定判定されて直ちにステップＳ２５０にスキップすることになる。 その後、エンジン２２が完爆し且つトルク指令Ｔｍ１＊がゼロになったとき（図５の時間ｔ５参照）には、エンジン２２の始動は完了したと判断して、始動指令フラグＦｓｔａｒｔを値０にリセットし（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。 本ルーチンを終了すると、エンジン２２及びモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するトルク変換運転モードや充放電運転モードにより走行するための図示しない駆動制御ルーチンが実行されるが、この制御については本発明の中核をなさないため、その詳細な説明は省略する。

図６はハイブリッド自動車２０がモータ運転モードで走行しているときにエンジン２２の始動要求がなされた場合の動作共線図である。 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を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。 モータ運転モードで走行しているときには、図中点線で示すように、エンジン２２の回転数Ｎｅはゼロであり、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２が決まるとそれに追従できるようにモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊をゼロトルクとしている。 このモータ運転モードのときに、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が比較的十分な状態でも運転者がアクセルペダル８３を大きく踏み込んだときにはエンジン２２の始動要求がなされ、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔとなるようにし（図６の実線参照）、要求トルクＴｒ＊が前回と比べて急増しているためパワー要求用点火時期で点火されるようエンジン２２の始動を行い、いち早くエンジン２２からパワーを出力するようにする。 一方、モータ運転モードのときでも、バッテリ５０の残容量が比較的十分な状態であり且つ運転者のアクセルペダル８３の踏み込みがない場合に車速Ｖが大きくなりリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒが大きくなったときや、運転者のアクセルペダル８３の踏み込みがなく車速Ｖも小さくリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒも小さい場合でもバッテリ５０の残容量が低くなって大きな充放電要求パワーＰｂ＊（充電パワー）が設定されたときなどにはエンジン２２の始動要求がなされるが、運転者のパワー要求はないことから、モータＭＧ１によりエンジン２２をモータリングしてエンジン２２の回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔとなるようにしたあと振動抑制用点火時期でエンジン２２の始動を行い、エンジン２２の始動に伴って発生する車体振動をできる限り抑制するようにする。 このとき、駆動軸であるリングギヤ軸３２ａにはトルク指令Ｔｒ＊が加えられた状態であるため、プラネタリギヤ３０内や減速ギヤ３５内でギヤ同士の歯打ち音が生じにくい。

図７はハイブリッド自動車２０が停車中で且つエンジン２２の運転が停止しているときにエンジン２２の始動要求がなされた場合の動作共線図である。 停車中で且つエンジン２２の運転が停止しているときには、モータＭＧ１，ＭＧ２及びエンジン２２の各回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，Ｎｅはすべてゼロである（図７の点線参照）。 このようなときにシステムが起動されエンジン２２の暖機やバッテリ５０の充電を行なう必要がある場合にはエンジン２２の始動要求がなされる。 モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊はエンジン２２の完爆後の時間ｔ５以降にゼロトルクになるから（図５参照）、エンジン２２からの出力トルクが小さすぎるとエンジン２２に起因するトルク変動により図８に示すようにサンギヤ３１の歯とピニオンギヤ３３の歯との当接・離間が繰り返されてカチカチカチという歯打ち音が発生する。 同様にしてリングギヤ３２の歯とピニオンギヤ３３の歯との間でも歯打ち音が発生する。 このため、実施例では、ギヤの歯同士の当接・離間が起こらないトルクをエンジン２２から出力するようにしている。 なお、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊については、その後エンジン２２を自立運転させる場合にはそのままゼロトルクを設定し続け、その後モータＭＧ１に発電させるにはトルク指令Ｔｍ１＊に負の符号となるトルクを設定する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン始動要求があったときに運転者のパワー要求がなく且つ停車していた場合には、車体振動を十分抑制可能な微小トルクよりも若干大きな歯打ち抑制トルクをエンジン２２から出力するようにするため、プラネタリギヤ３０や動力伝達ギヤ６０などでカチカチカチという歯打ち音が発生するのを抑制することが可能となる。 この歯打ち抑制トルクはギヤ歯同士が当接・離間を繰り返すことのない大きさのトルクであって微小トルクに近い値を採用しているため、エンジン２２の始動時の車体振動をできるだけ小さくしつつ歯打ち音を抑制することができる。 また、エンジン始動要求があったときに運転者のパワー要求がなく停車していなかった場合には、駆動軸であるリングギヤ軸３２ａにトルクが加えられているため歯打ち音が発生しにくいことから、車体振動を十分抑制する微小トルクをエンジン２２から出力するようにするため、エンジン２２の始動時に運転者が車体振動を感じることはほとんどない。 このように、エンジン２２の始動に伴う車体振動と歯打ち音とを運転状況に応じて適切に抑制することができる。

また、エンジン始動要求があったときに運転者のパワー要求がある場合には、エンジン２２の始動に伴う車体振動やギヤの歯打ち音を抑制するよりもエンジン２２からいち早く大きなトルクが出力されるようにするため、運転者の要求にレスポンスよく応えることができる。

なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施例では、エンジン始動時にエンジン２２から出力されるトルクの制御を点火時期を操作することにより行なったが、点火時期を操作する代わりにエンジン２２に吸入する空気量（スロットル開度）を操作してもよい。 但し、吸入空気量を操作するのに比べて点火時期を操作する方が一般に迅速に行なうことができるため、点火時期を操作する方が好ましい。

上述した実施例では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２によって実行される始動時制御ルーチンで点火時期を設定するものとしたが、エンジン２２の始動要求があったときにはハイブリッド用電子制御ユニット７０からエンジンＥＣＵ２４へその始動要求を送信するようにし、その始動要求を受信したエンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａが図９のエンジンＥＣＵ側始動時制御ルーチンを行なうようにしてもよい。 すなわち、このルーチンが開始されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、モータリングによって回転数Ｎｅが点火開始回転数Ｎｓｔａｒｔになったあと、パワー要求がある場合とパワー要求がなく停車中の場合とパワー要求がなく走行中の場合のいずれに該当するかを判定し、それぞれの場合に応じて点火時期を設定する（ステップＳ３００〜Ｓ３５０）。 なお、ステップＳ３１０〜Ｓ３５０は前述したステップＳ１９０〜Ｓ２３０と同様の処理である。 その後、エンジン冷却水温や吸気管温度などに基づいて算出した始動時燃料噴射量の燃料を燃料噴射弁１２６から噴射すると共に前出のステップＳ３３０〜Ｓ３５０のいずれかで設定した点火時期で点火プラグ１３０の電気火花により混合気に点火する処理を実行し（ステップＳ３６０）、回転数Ｎｅが完爆回転数Ｎｃｏｍｂを超えたあとハイブリッド用電子制御ユニット７０へ完爆信号を出力する（ステップＳ３７０，Ｓ３８０）。 この場合、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ステップＳ１６０のあとステップＳ２５０へ進み、エンジンＥＣＵ２４から完爆信号を受信するまでステップＳ１００〜Ｓ１６０，Ｓ２５０の処理を繰り返し、完爆信号受信後にトルク指令Ｔｍ１＊がゼロになるのを確認してそのルーチンを終了すればよい。

上述した実施例では、今回の要求トルクＴｒ＊と前回の要求トルクＴｒ＊との差分を求めその差分が所定トルクを超えたときに運転者のパワー要求ありと判定するものとしたが、今回のアクセル開度Ａｃｃと前回のアクセル開度Ａｃｃとの差分（アクセル踏み増し量）を求めその差分が所定値を超えたときに運転者のパワー要求ありと判定してもよい。

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１０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（駆動軸６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１０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。

上述した実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動時における可変バルブタイミング機構１５０の動作について言及しなかったが、吸気バルブ１２８の閉弁タイミングを遅角側にすることにより吸入行程から圧縮行程に移行してもできるだけ吸気バルブ１２８を開いたままの状態にすることが好ましい。 こうすることにより、エンジン始動時の圧縮行程で大きな圧縮力が生じることがなく、スムーズにエンジン２２を始動させることができる。

このように、本発明は内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能なハイブリッド自動車に適用することができるが、こうしたハイブリッド自動車に限定されるものではなく、自動車以外の車両、例えば列車や船舶などに適用することもできる。

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。

エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。

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。

要求トルク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と始動開始時からの経過時間ｔとの関係を設定したマップである。

モータ運転モードでエンジン始動要求があったときのプラネタリギヤ３０の回転要素を力学的に説明するための動作共線図である。

停車中であって運転者のパワー要求がないときにエンジン始動要求があったときのプラネタリギヤ３０の回転要素を力学的に説明するための動作共線図である。

プラネタリギヤ３０で歯打ち音が発生する際のメカニズムに関する説明図である。

エンジンＥＣＵ側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。

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。

符号の説明

２０，１２０ 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）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、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 動力伝達ギヤ、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ 車軸、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、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、 ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。