(57)【要約】【課題】  エンジンの停止クランク位置に基づいた制御、及びフィードバック制御によりエンジン始動に必要な伝達トルクのための余裕トルクをできるだけ小さくし、ＥＶ走行領域の拡大することにより、車輌の燃費を向上することができるエンジン始動制御装置を提供する。【解決手段】  エンジン始動制御装置は、モータによるエンジンの始動時にクラッチのクラッチ伝達トルクをエンジン回転数予測値に基づいて制御するクラッチ伝達トルク制御手段と、前記エンジン回転数予測値を前記エンジンの停止クランク位置に基づいて設定するエンジン回転数予測値設定手段とを備え、前記エンジン回転数予測値設定手段にて設定された前記エンジン回転数予測値とエンジン回転数実測値との差に基づいて前記クラッチ伝達トルクをフィードバック制御するフィードバック制御手段を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとモータをクラッチを介して連結したハイブリッド車輌のエンジン始動制御装置であって、
前記モータによる前記エンジンの始動時に前記クラッチのクラッチ伝達トルクをエンジン回転数予測値に基づいて制御するクラッチ伝達トルク制御手段と、
前記エンジン回転数予測値を前記エンジンの停止クランク位置に基づいて設定するエンジン回転数予測値設定手段とを備えることを特徴とする、
ハイブリッド車輌のエンジン始動制御装置。
【請求項２】
前記エンジン回転数予測値設定手段により設定される前記エンジン回転数予測値を、エンジンの機械抵抗に基づいて補正する補正手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項３】
前記エンジン回転数予測値設定手段にて設定された前記エンジン回転数予測値とエンジン回転数実測値との差に基づいて前記クラッチ伝達トルクをフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項４】
前記エンジン回転数予測値に基づくエンジン始動時間が、要求駆動力増加による始動時は短く、その他要因による始動時は長く設定されるように構成されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
【請求項５】
エンジンとモータをクラッチを介して連結し、請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンジン始動制御装置を備えることを特徴とする、ハイブリッド車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド車輌のエンジン始動制御装置、特に、エンジン再始動時のエンジン始動トルクの制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動力源としてエンジンとモータを備え、エンジンの出力とモータの出力の少なくとも一方によって車輌を駆動するハイブリッド車輌において、モータの出力を駆動源としてエンジンを始動する制御が提案されている。例えば、特許文献１には、エンジン始動制御として、停止したエンジンのクランク位置に基づいて、再始動のためのモータの余裕トルクを設定する制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−８６６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、モータからエンジンに伝わる伝達トルクは、停止クランク位置以外の要因によってもばらつくことが考えられる。したがって、停止クランク位置以外の要因も考慮したうえで、確実にエンジンを始動できるようにする必要がある。しかし、余裕トルクを考慮して始動トルクを設定すれば、モータを使ったＥＶ走行領域が狭くなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、エンジンの停止クランク位置に基づいた制御、及びフィードバック制御によりエンジン始動に必要な伝達トルクのための余裕トルクをできるだけ小さくし、ＥＶ走行領域の拡大することにより、車輌の燃費を向上することができるエンジン始動制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明に係るエンジン始動制御装置は、モータによるエンジンの始動時にクラッチのクラッチ伝達トルクをエンジン回転数の予測値に基づいて制御するクラッチ伝達トルク制御手段と、エンジン回転数の予測値をエンジンの停止クランク位置に基づいて設定するエンジン回転数予測値設定手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、エンジン始動制御装置は、エンジン回転数予測値設定手段にて設定される予測値を、エンジンの機械抵抗に基づいて補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、エンジン始動制御装置は、エンジン回転数予測値設定手段にて設定された予測値とエンジン回転数の実測値との差に基づいてクラッチ伝達トルクをフィードバック制御するフィードバック制御手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
加えて、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、エンジン始動制御装置は、エンジン回転数の予測値に基づくエンジン始動時間が、要求駆動力増加による始動時は短く、その他要因による始動時は長く設定されるように構成されることを特徴とする。その他の要因は、例えばＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）に基づくシステム復帰によるものであってもよい。
【００１０】
そして、請求項５に記載の発明に係るハイブリッド車輌は、エンジンとモータをクラッチを介して連結し、請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンジン始動制御装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、クラッチ伝達トルク制御手段及びエンジン回転数予測値設定手段によって、エンジン始動に際して、エンジンの停止クランク位置に基づいて、必要なトルクを予測し、それに基づいて伝達トルクを制御することができる。これにより、エンジン始動に必要なクラッチ伝達トルクとエンジン始動時間とを最適化することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によれば、エンジン回転数予測値の補正手段によって、エンジンの機械抵抗に基づいて、予測値を適切に補正することができる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、フィードバック制御手段によって、実際のエンジン回転数に基づいて、実際にクラッチが伝達しているクラッチ伝達トルクを推定することができ、実際のクラッチ伝達トルクを予測値に対して適切にフィードバック制御することができる。
【００１４】
加えて、請求項４に記載の発明によれば、始動要因に対する始動時間の設定によって、加速要求による始動時は、応答性を重視した始動、すなわち、素早いエンジン始動をすることができ、その他要因による始動時は、ショックを抑制した始動、すなわち、より時間を要するがより小さなエネルギでの始動を行うことができる。
【００１５】
そして、請求項５に記載の発明によれば、エンジン始動に必要な伝達トルクのための余裕トルクが小さなハイブリッド車輌を実現することができる。
【００１６】
本発明のエンジン始動装置によれば、エンジン始動のために確保すべきモータ側の余力を減らすことができ、そしてその余力をＥＶ走行に使用し、ＥＶ走行領域を最大化することができる。その結果、車輌の燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施形態に記載のハイブリッド車輌の機械系、電気系、油圧系の一部を概略的に示した図である。
【図２】図２は、電子制御装置の構成とそれに接続された構成要素との電気的接続を示した図である。
【図３】図３は、モータからクラッチを介してエンジンへ伝達されるクラッチ伝達トルクの時間的変化を示したグラフである。
【図４】図４は、エンジンの停止クランク位置（クランク角）と損失トルクとの関係を示したグラフである。
【図５】図５は、エンジン回転数（予測値）の時間的変化を示したグラフである。
【図６】図６は、エンジン回転数（実測値）の時間的変化を示したグラフである。
【図７】図７は、エンジン回転数（予測値と実測値）の時間的変化を示したグラフである。
【図８】図８は、エンジン回転数の予測値と実測値との差に基づいて算出したトルク補正量を示したグラフである。
【図９】図９は、図３から図８の縮小版を使って制御の流れを説明する図である。
【図１０】図１０は、エンジン回転数（予測値、実測値、及び補正後の値）の時間的変化を示したグラフである。
【図１１】図１１は、伝達トルクの補正について説明する、伝達トルクの変化を示したグラフである。
【図１２】図１２は、予測値を使ったエンジン始動制御と予測値を使わないエンジン始動制御における、伝達トルクと始動時間のばらつきを示したグラフである。
【図１３】図１３は、エンジン始動制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るハイブリッド車両のエンジン始動制御装置の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明による実施形態に係るエンジン始動制御装置１を備えたハイブリッド車輌１０の機械系、電気系、油圧系の接続の一部を概略的に示している。
【００２０】
図示されるように、ハイブリッド車輌１０は、エンジン２０、クラッチ３０、モータ４０及び変速機５０を備えている。変速機５０は、車両１０の前輪若しくは後輪又はそれらの両方に連結可能となっている。エンジン２０（特に、そのクランクシャフト２１）、クラッチ３０、モータ４０、及び変速機５０は共通の軸Ｃを備えており、この軸Ｃの中心に必要な構成部品が回転するように構成されている。
【００２１】
エンジン２０と変速機５０は、クラッチ３０及びモータ４０を介して接続されており、クラッチ３０が締結された状態で、エンジン２０の出力（回転トルク）がクラッチ３０及びモータ４０を介して変速機５０に伝達できるようになっている。モータ４０は変速機５０に直結されており、モータ４０の出力（回転トルク）が変速機５０に伝達できるようになっている。したがって、ハイブリッド車両１０は、３つの走行伝達モード、すなわち、
（ａ）クラッチ３０が締結された状態（オン状態）で、エンジン２０の出力をクラッチ３０を介して変速機５０に伝えるエンジン走行モードと、
（ｂ）クラッチ３０が締結された状態（オン状態）で、エンジン２０の出力をクラッチ３０を介して変速機５０に伝えるとともにモータ４０の回転を変速機５０に伝えるハイブリッド走行モードと、
（ｃ）クラッチ３０を切り離した状態（オフ状態）で、モータ４０の回転を変速機５０に伝えるモータ走行モード（ＥＶ走行モード）、のいずれかを選択できる。
【００２２】
エンジン２０は、例えばガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの何れであってもよい。エンジン２０は、一般的なエンジンと同様に、出力部品であるクランクシャフト２１を備えている。したがって、クラッチ３０が締結された状態で、モータ４０の出力をクラッチ３０を介してクランクシャフト２１に伝えることで、エンジン２０を始動することができる。モータ４０からクラッチ３０を介してエンジン２０に伝えられるトルクは、油圧制御回路５２によって調節可能である。油圧制御回路５２の制御は後に説明する。
【００２３】
モータ４０は、例えばモータハウジング４１に固定された環状のステータ４２と、ステータ４２の径方向内側に軸Ｃを中心として回転可能に構成された回転部であるロータ４３とを備えている。ステータ４２は、ステータコアにコイル４４が巻回されて構成されている。コイル４４は、インバータ４５を介してバッテリ（電源）４６に接続されている。したがって、バッテリ４６から供給される直流電流をインバータ４５によって交流に変換してコイル４４に印加することでロータ４３が回転し、トルクを発生させるようになっている。
【００２４】
実施形態では、エンジン２０は、複数のセンサ、例えばクランク角センサ７１、温度センサ７２、エンジン回転速度センサ７３を備えている。クランク角センサ７１は、エンジン内のクランクシャフト２１のクランク角（シリンダピストンの上死点を基準とし、そこから度単位で表したエンジンの回転角度）を検出し、出力するためのセンサである。温度センサ７２は、例えばエンジン２０内を流動する冷却水（クーラント）の温度を測定し、出力するためのセンサである。エンジン回転速度センサ７３は、エンジンの回転速度、すなわちエンジンの回転数を検出し、出力するためのセンサである。
【００２５】
図１に示されるように、ハイブリッド車輌１０は、電子制御装置６０を備えており、様々なセンサからの信号が電子制御装置６０に入力される。これらの入力信号は、例えば前述のクランク角センサ７１、温度センサ７２、エンジン回転速度センサ７３からの信号の他に、アクセル開度センサ７４、モータ回転速度センサ７５、車速センサ７６などからの信号が含まれる。
【００２６】
アクセル開度センサ７４は、ユーザの駆動要求を検出し、出力するためのセンサであり、例えばハイブリッド車輌１０のユーザが車輌を駆動するために操作する操作手段に設けられ、その操作手段の操作量を検出し、出力することができる。モータ回転速度センサ７５は、モータの回転速度、すなわちモータの回転数を検出し、出力するためのセンサであり、例えばモータに設けることができる。車速センサ７６は、車両の速度を検出し、出力するためのセンサであり、例えば変速機５０に設けられ、変速機５０の回転数を検出し、変速機５０の回転数に応じた信号を出力する。電子制御装置６０はまた、インバータ４５またはバッテリ４６とも接続されており、バッテリ４６の充填率又は充電状態（ＳＯＣ）に関する情報を入手することができる。
【００２７】
電子制御装置６０は、クラッチ伝達トルク制御手段６１を備えている。クラッチ伝達トルク制御手段６１は油圧制御回路５２と接続されており、電子制御装置６０は油圧制御回路５２を通じてクラッチ３０及び変速機５０を制御する。
【００２８】
図３は、エンジン始動に際してモータ４０からエンジン２０に伝えられるクラッチ伝達トルクの時間変化を表している。図示するように、クラッチ伝達トルクは、始動当初急激に上昇されるが、所定時間以降その上昇率を落として緩やかに上昇される。これは、所定時間以後、エンジン回転数の実測値を検出して、後述するフィードバックを行い易くするためである。
【００２９】
経験的に、エンジン２０を始動する際、クランクシャフト２１の停止角度（クランク角）によって、エンジン２０の始動に必要なトルク、すなわち、クランクシャフト２１の回転に必要なトルク（圧縮抵抗、すなわち損失トルク）が変化することが知られている。したがって、エンジン２０を効率良く始動させるためには、クランク角を検出し、検出されたクランク角に応じてクラッチ伝達トルクを調整することが望ましい。
【００３０】
図４は、この停止クランク位置と損失トルクとの関係を表したグラフである。図４は縦軸が損失トルク［Ｎｍ］、横軸がクランク角［ｄｅｇ］を表しており、各線は、複数の特定の初期停止クランク位置（停止クランク角度）（−１８０度、−１５０度、−１２０度、−９０度）に対して、クランク角の進みに応じた（すなわち、エンジンの回転に応じた）損失トルクの変化の様子（抵抗の軌跡）を示している。例えば、実線で示されたグラフは、停止クランク角度が−１８０度における、クランク角の進みに応じた損失トルクの変化を示す。図４から明らかなように、停止クランク位置ごとに、その後の回転に必要なトルク（損失トルク）は異なっている。このため、クラッチ３０を介してモータ４０より伝達する伝達トルクの最適値は、停止クランク位置によって異なることが分かる。
【００３１】
クラッチ伝達トルク制御手段６１による伝達トルク値は、図２に示すエンジン回転数予測値設定手段６２によって設定される。エンジン回転数予測値設定手段６２は、電子制御装置６０に備えられており、受信したクランク角センサ７１の信号による停止クランク位置に基づいて、エンジン回転数の予測値（すなわち、モータによるエンジン回転数の目標値）を設定する。そして、実施形態のエンジン制御装置では、エンジン回転数の予測値に基づいてクラッチ３０を介して伝達すべき伝達トルク、及びそれによるエンジン２０の始動時間を最適化する。
【００３２】
一方、エンジン２０の始動に必要なトルクは、機械抵抗によっても変化し得る。そのために、電子制御装置６０は、エンジン回転数予測値設定手段６２で設定される予測値を機械抵抗に基づいて補正する補正手段６３を備えていることが好ましい。機械抵抗の変化は、エンジン回転数による摩擦の変化、ピストンによる圧縮時や気筒温度による摺動抵抗の変化等を原因とする。したがって、機械抵抗に基づく補正は、これらの要素（摩擦の変化や摺動抵抗等）を考慮して、事前に設定することができる。また、例えばエンジン２０の適当な箇所に配置した温度センサの出力（温度情報）に基づいて補正することができる。
【００３３】
本発明の実施形態に係るエンジン始動制御装置では、モータによるクラッチ３０を介したトルク伝達によるエンジンの始動制御において、まず上述の抵抗要素、及び事前の測定や設計値等によって把握しているエンジンイナーシャ（慣性モーメント）を考慮して図５に破線で示されている最適エンジン回転数予測値を設定する。図５の縦軸はエンジンの回転数［ｒｐｍ］、横軸は時間［ｍｓ］を表しており、点線は始動制御開始後の最適なエンジン回転数の変化の一例を示している。
【００３４】
次に、実施形態に係るエンジン始動制御装置では、最適エンジン回転数予測値（以下、適宜「予測値」という。）の回転数でエンジンを回転させるために必要な伝達トルク（モータからエンジンへの伝達トルク）を算出し、算出された伝達トルクから得られる実際のエンジン回転数（以下、適宜「実測値」という。）を計測し、これら予測値と実測値の差をフィードバックして予測値を補正する。以後、予測と実測の処理を繰り返し、エンジンの始動のための伝達トルクと始動時間を最適化する。
【００３５】
実際のエンジン回転数は、エンジン回転速度センサ７３の出力をもとに把握できる。図５の予測値に基づいて制御された、実際のエンジン回転数の変化の一例が図６に実線で示されている。図７は、図５の予測値と図６の実測値を同じグラフ上で重ね合わせたものであり、縦軸の差がエンジン回転数の実測値と予測値との差に相当する。この差に基づいて算出された伝達トルクの補正量が図８に示されており、縦軸はトルク値［Ｎｍ］、横軸は時間［ｍｓ］を表しており、このトルク値をフィードバックし、クラッチ伝達トルクを補正する。図８は、例えば図７で示されているようエンジン回転数の実測値が予測値よりも大きい場合に伝達トルクを下げるための補正量の一例である。
【００３６】
以上で説明したエンジン始動制御の流れを視覚的に容易に理解できるように一つの図に表したものが図９で、そこには、エンジン始動制御を行う際のクラッチ伝達トルク（図３）を設定するにあたって、クランク角に基づいたエンジン回転数の目標値（予測値）を設定し（図４、図５）、実際のエンジン回転数（実測値）を計測し（図６）、予測値と実測値の差を算出し（図７）、最適な補正トルク量を算出し（図８）、クラッチ伝達トルクをフィードバック補正する、流れが表されている。これら予測値及び実測値と、フィードバック後の実測値（補正後）の関係を図１０に示す。
【００３７】
図１１は、補正無しの場合の目標伝達トルク及び実伝達トルクと、補正有りの場合の目標伝達トルク及び実伝達トルクの一例である。細い破線は、予測値から推定した伝達トルク（目標伝達トルク）である。細い実線は、実測値から推定した、実際にエンジン始動のために伝達された伝達トルク（実伝達トルク）である。図１１のようにこれらのトルクの間には差異があるため、実伝達トルクが目標伝達トルクに出来るだけ接近又は一致するように補正を加える。
【００３８】
より具体的に説明すると、図１１に示されている例においては、実伝達トルクが目標伝達トルクよりも大きいため、伝達トルクの指示値（指示伝達トルク）を、実伝達トルクと目標伝達トルクの差から決定された値（図８参照）だけ小さくする（図１１の太い破線）。その結果、補正後の実伝達トルク（図１１の太い実線）を当初の目標伝達トルクとほぼ等しくすることができる。このようにして、実際のエンジン回転数と予測値との差に基づいて、フィードバック補正を行ってもよい。
【００３９】
仮に、前述した停止クランク位置を考慮せずにフィードバック制御を行った場合、伝達トルク及び始動時間は大きくばらついてしまう。その一例を示したものが図１２である。この図１２は、縦軸が伝達トルク［Ｎｍ］のピーク値、横軸が始動時間［ｍｓ］を示している。各記号○、●、□、■は、各データの停止クランク位置（それぞれ−１８０度、−１５０度など）を表している。中抜き円などの記号（○など）は、停止クランク位置に基づく予測値を設定せずに行ったシミュレーションによる結果を示しており、その場合、図１２から分かるように伝達トルク、始動時間ともに大きくばらついている。中塗り円などの記号（●など）は、停止クランク位置に基づく予測値を設定して行ったシミュレーションによる結果を示しており、伝達トルク、始動時間ともにばらつきが小さくなっている。
【００４０】
上述の制御は、エンジンの始動時間をできるだけ短くする制御に関するが、上記制御方法を利用すれば、その他の目的にも利用可能である。例えば、伝達トルクの予測値を小さく設定すれば、始動時間は長くなってしまうが、より小さなエネルギでエンジンを再始動できる。これによって、例えば、ＥＶ走行モードでより長く走行でき、その結果、燃費の改善につながる。また、エンジン始動時のショックを小さくすることも可能である。この制御は、例えばＳＯＣに基づくシステム復帰の際のエンジン始動制御に適用できる。
【００４１】
図１３は、上述したエンジン始動制御のフローチャートである。まず、ステップＳ１において、ＥＶ走行モードに移行するため、クラッチ３０を解放してエンジン２０を切り離し、エンジン２０を停止する。
【００４２】
エンジン２０が停止している状態で、ステップＳ２において、エンジン始動条件を満たすと、エンジンを始動するよう判定される。このとき、始動判定となった要因（例えば、ユーザからの加速要求、ＳＯＣに基づくシステム制御）に応じて、エンジン始動を早くするか、又は出来るだけエネルギ消費量の少ないエンジン始動を行うか、決定する。具体的に、要求駆動力(アクセル)増加による始動時はエンジン始動時間を短く設定し、それ以外の始動時（例えば、ＳＯＣに基づくシステム復帰等の始動時)は始動時間を長く設定する。
【００４３】
ステップＳ２でエンジンの始動が判定されると、ステップＳ３において停止クランク位置を検出する。
【００４４】
ステップＳ４において、停止クランク位置に基づいて、損失トルク（具体的には、損失トルクの時間的変化）を算出する〔図４参照〕。次に、ステップＳ５において、算出した損失トルク、機械抵抗及びエンジンイナーシャに基づいて、目標の回転挙動（すなわち、回転数の予測値）を算出し設定し、ステップＳ６において、エンジン再始動制御を開始する。
【００４５】
エンジン再始動制御ではフィードバック制御が行われる。具体的には、まずステップＳ７において、エンジンの実回転数をエンジン回転速度センサ７３で検出する。次に、ステップＳ８において、計測した実回転数とステップＳ５で設定した回転数（予測値）とを比較し、その差をクラッチ伝達トルクに変換する。また、ステップＳ９において、事前に演算している損失トルクの軌跡からクランク角の進度をもとに損失トルクを算出する。さらに、ステップＳ１０において、ステップＳ８で算出したクラッチ伝達トルクとステップＳ９で算出した損失トルクの合算値に基づいてクラッチ３０を制御し、クラッチ伝達トルクを補正する。
【００４６】
最後に、Ｓ７からＳ１０の制御をエンジン２０が始動したと判定されるまで繰り返し、エンジン２０が始動するとステップＳ１２でエンジン再始動制御を終了する。
【００４７】
本発明は、例示された実施形態に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において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
以上のように、本発明のエンジン始動制御装置によれば、ハイブリッド車輌のエンジン始動に際して必要なエネルギを低減することができ、その結果、ＥＶ走行の長時間化など燃費改善に貢献することが可能であるため、車輌の制御分野において好適に利用される。
【符号の説明】
【００４９】
１：エンジン始動制御装置
１０：ハイブリッド車輌
２０：エンジン
３０：クラッチ
４０：モータ
５０：変速機
６０：電子制御装置
６１：クラッチ伝達トルク制御手段
６２：エンジン回転数予測値設定手段
６３：エンジンの機械抵抗に基づいて補正する補正手段
６４：フィードバック制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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