(57)【要約】【課題】機関始動時における始動用モータのトルク制御を適切に行い、バッテリの出力電圧の低下や早期劣化を防止するとともに、モータ回転数を目標回転数に滑らかに制御することができる内燃機関の始動装置を提供する。【解決手段】始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪと実際のモータ回転数ＮＭとの偏差が「０」となるように、モータの始動トルクＴＲＱＳが算出される。バッテリ温度ＴＢに応じて出力電力制限値ＰＬＭＴ１及び回生電力制限値ＰＬＭＴ２が算出され、これらの電力制限値ＰＬＭＴ１，ＰＬＭＴ２に応じてトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２が算出される。モータ始動トルクＴＲＱＳは、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２の範囲内に制限される。【選択図】　図２
2004044522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を始動するためのモータと、該モータに電力を供給するバッテリとを備えた内燃機関の始動装置において、
前記バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
前記機関始動時の目標回転数を設定する目標回転数設定手段と、
前記バッテリ温度に応じて前記モータのトルク制限値を算出するトルク制限値算出手段と、
前記トルク制限値の範囲内で、前記モータの回転数が前記目標回転数と一致するように前記モータの駆動トルクを制御する駆動トルク制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の始動装置。
【請求項２】
前記モータは、前記機関の駆動軸の回転エネルギを電気エネルギに変換する回生動作を行うことができるものであり、前記バッテリは、該モータの回生動作により発電される電力により充電可能に構成されており、
前記トルク制限値算出手段は、前記バッテリ温度に応じて回生トルク制限値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記駆動トルク制御手段は、前記モータ回転数が前記目標回転数より高いときは、前記回生トルク制限値の範囲内で前記モータの駆動トルクを算出することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記駆動トルク制御手段は、前記機関の始動時における前記モータの連続駆動時間が所定始動時間に達したときは、前記モータの駆動を停止し、所定待機時間経過後に前記モータの駆動を再開することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記トルク制限値算出手段は、更に前記バッテリの出力電圧に応じた前記モータの効率に応じて前記トルク制限値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記トルク制限値算出手段は、前記バッテリ温度に応じて算出されるトルク制限値と、前記モータの駆動回路の定格から決まる最大トルク制限値とを比較し、絶対値の小さい方を選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動装置に関し、特に始動用モータに電力を供給するバッテリの状態に応じた始動制御を行うものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を始動するためのモータに大きな電力を供給すると、バッテリの劣化を促すおそれがあり、特に低温時においては、バッテリが供給しうる電力が低下する。この点に着目して、特開平２０００−１２５４１４号公報には、以下のような内燃機関の始動装置が示されている。
【０００３】
すなわち、この始動装置によれば、モータの回転数が目標回転数に達するまでは、バッテリの充電量（残電荷量）に応じて設定されるトルクとなるようにモータの駆動トルクが制御され、モータ回転数が目標回転数に達した後は、モータ回転数を目標回転数に一致させるフィードバック制御が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の装置では、モータ回転数が目標回転数に達した後に目標回転数へのフィードバック制御が開始されるため、モータ回転数が目標回転数に対してオーバシュートすることが避けられないという問題がある。特にモータ回転数が目標回転数に達する直前のトルク設定値が比較的大きい場合（バッテリの充電量に余裕がある場合）に、そのようなオーバシュートが発生し易い。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関始動時における始動用モータのトルク制御を適切に行い、バッテリの出力電圧の低下や早期劣化を防止するとともに、モータ回転数を目標回転数に滑らかに制御することができる内燃機関の始動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）を始動するためのモータ（２）と、該モータ（２）に電力を供給するバッテリ（４）とを備えた内燃機関の始動装置において、前記バッテリ（４）の温度を検出する温度検出手段（１３）と、前記機関始動時の目標回転数（ＮＳＴＯＢＪ）を設定する目標回転数設定手段と、前記バッテリ温度（ＴＢ）に応じて前記モータ（２）のトルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２）を算出するトルク制限値算出手段と、前記トルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２）の範囲内で、前記モータ（２）の回転数（ＮＭ）が前記目標回転数（ＮＳＴＯＢＪ）と一致するように前記モータの駆動トルク（ＴＲＱＳ）を制御する駆動トルク制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、バッテリ温度に応じて始動用モータのトルク制限値が算出され、該トルク制限値の範囲内で、前記モータの回転数が目標回転数と一致するようにモータの駆動トルクが制御される。したがって、バッテリの出力電力を適切に制御しつつ、モータ回転数を目標回転数に一致させるフィードバック制御が行われ、バッテリの出力電圧の低下や早期劣化を防止するとともに、モータ回転数を目標回転数に滑らかに制御することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記モータ（２）は、前記機関（１）の駆動軸（３）の回転エネルギを電気エネルギに変換する回生動作を行うことができるものであり、前記バッテリ（４）は、該モータ（２）の回生動作により発電される電力により充電可能に構成されており、前記トルク制限値算出手段は、前記バッテリ温度（ＴＢ）に応じて回生トルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ２）を算出することを特徴とする。
【０００９】
ここで回生トルク制限値は、負のトルク制限値である。
この構成によれば、バッテリ温度に応じて回生トルク制限値が算出され、この回生制限値の範囲内でモータ駆動トルクが制御されるので、駆動トルクを負の値に設定してモータを回生動作させる場合において、バッテリへの充電を適切に行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の始動装置において、前記駆動トルク制御手段は、前記モータ回転数（ＮＭ）が前記目標回転数（ＮＳＴＯＢＪ）より高いときは、前記回生トルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ２）の範囲内で前記モータ（２）の駆動トルク（ＴＲＱＳ）を算出することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、モータ回転数が目標回転数より高いときは、回生トルク制限値の範囲内でモータの回生トルク、すなわち負の駆動トルクが算出されるので、モータ回転数が目標回転数を超えた場合にバッテリを保護しつつ、オーバシュートを迅速に収束させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の始動装置において、前記駆動トルク制御手段は、前記機関（１）の始動時における前記モータ（２）の連続駆動時間が所定始動時間（ＴＳＴＡＲＴ）に達したときは、前記モータ（２）の駆動を停止し、所定待機時間（ＴＷＡＩＴ）経過後に前記モータ（２）の駆動を再開することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、機関の始動時におけるモータの連続駆動時間が所定始動時間に達したときは、モータの駆動が停止され、所定待機時間経過後にモータの駆動が再開される。これにより、始動時におけるバッテリの負荷を適切に制御し、バッテリの早期劣化を防止することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記トルク制限値算出手段は、更に前記バッテリの出力電圧（ＶＢ）に応じた前記モータの効率（η）に応じて前記トルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２）を算出することを特徴とする。
この構成によれば、バッテリ温度と共にモータの効率も考慮したトルク制限値が算出されるので、モータの駆動トルクより適切に制御することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記トルク制限値算出手段は、前記バッテリ温度（ＴＢ）に応じて算出されるトルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１，ＴＲＱＬＭＴ２）と、前記モータの駆動回路（５）の定格から決まる最大トルク制限値（ＴＲＱＭＡＸ，ＴＲＱＭＩＮ）とを比較し、絶対値の小さい方を選択することを特徴とする。
この構成によれば、バッテリ温度に応じて算出されるトルク制限値と、前記モータの駆動回路の定格から決まる最大トルク制限値とが比較され、絶対値の小さい方が選択されるので、特にモータの駆動開始直後における駆動トルクを適切に制御することができる。
【００１６】
前記所定始動時間（ＴＳＴＡＲＴ）は、バッテリ温度（ＴＢ）に応じて設定することが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかるハイブリッド車両を駆動するモータ及び内燃機関と、モータの制御系を示すブロック図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１の駆動軸３は、変速機（図示せず）を介して当該車両の駆動輪（図示せず）を駆動できるように構成されている。モータ２は、駆動軸３を直接回転駆動できるように配設されており、また駆動軸３の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能を有する。モータ２は、パワードライブユニット（以下「ＰＤＵ」という）５に接続されており、ＰＤＵ５はバッテリ４に接続されている。モータ２を正の駆動トルクで駆動するとき、すなわちバッテリ４から出力される電力でモータ２を駆動するときは、バッテリ４から出力される電力は、ＰＤＵ５を介してモータ２に供給される。またモータ２を負の駆動トルクで駆動するとき、すなわちモータ２を回生動作させるときは、モータ２により発電される電力がＰＤＵ５を介してバッテリ４に供給され、バッテリ４が充電される。
【００１８】
バッテリ４の出力部にはセンサユニット１４が設けられている。センサユニット１４は、バッテリ出力電圧ＶＢ及び出力電流ＩＢを検出し、その検出信号をモータ制御用電子制御ユニット１１（以下単に「ＥＣＵ１１」という）に供給する。バッテリ４にはさらにバッテリ温度ＴＢを検出するバッテリ温度センサ１３が設けられている。バッテリ温度センサ１３は、バッテリ温度ＴＢが最も低く検出される部位に装着される。バッテリ温度センサ１３はその検出信号をＥＣＵ１１に供給する。
【００１９】
モータ２はレゾルバ１２を有しており、レゾルバ１２は、モータ２のロータの回転角度位置を示す回転角度位置信号ＲＳを出力し、ＥＣＵ１１に供給する。回転角度位置信号ＲＳに基づいて、モータ回転数（回転速度）ＮＭが検出される。本実施形態では、モータ回転数ＮＭはエンジン１の回転数ＮＥと等しい。
【００２０】
エンジン１には、エンジン１の冷却水温（エンジン水温）ＴＷを検出する冷却水温センサ１５が設けられている。冷却水温センサ１５は、その検出信号をＥＣＵ１１及びエンジン制御用電子制御ユニット（図示せず）を供給する。エンジン制御用電子制御ユニットは、エンジン１の始動時には、ＥＣＵ１１に対して始動指令信号を送信し、モータ２を回転駆動させるとともに、エンジン１への燃料供給制御及びエンジン１の点火時期制御を行う。
【００２１】
ＥＣＵ１１は、センサユニット１４、バッテリ温度センサ１３などの検出信号が供給される入力回路、入力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換回路、各種演算処理を実行する中央処理ユニット（ＣＰＵ）、ＣＰＵが実行するプログラムやプログラムで参照されるマップやテーブルなどを格納するＲＯＭと演算結果を格納するＲＡＭとからなるメモリ回路、及びＰＤＵ５に制御信号を供給する出力回路を備えている。
【００２２】
ＥＣＵ１１は、バッテリ出力電圧ＶＢ、バッテリ出力電流ＩＢ及びバッテリ温度ＴＢに基づいてバッテリの残電荷量ＳＯＣを検出する。ＥＣＵ１１は、上述した各種センサ及び図示しない他のセンサにより検出されるエンジン１の運転状態、当該車両の運転状態、バッテリ残電荷量ＳＯＣ、モータ回転角度位置信号ＲＳなどに基づいて、ＰＤＵ５を制御し、モータ２の駆動制御及び回生制御を行う。
【００２３】
図２は、ＥＣＵ１１のＣＰＵによるモータ２の始動トルクＴＲＱＳの算出手法の概要を説明するための機能ブロック図であり、この図に示す各ブロックの機能は、ＣＰＵの演算処理により実現される。始動トルクＴＲＱＳは、エンジン１を始動するときのモータ２の駆動トルクである。始動トルクＴＲＱＳが負の値に設定されると、モータ２の回生動作が行われるので、負の駆動トルクを、回生トルクともいう。
【００２４】
図２の減算ブロック２１により、始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪとモータ回転数ＮＭとの偏差Ｅｒｒ（＝ＮＳＴＯＢＪ−ＮＭ）が算出される。乗算ブロック２２により比例項（ＫＰ×Ｅｒｒ）が算出され、加算ブロック２３、遅延ブロック２４及び乗算ブロック２５により積分項（ＫＩ×ΣＥｒｒ）が算出される。また遅延ブロック２６、減算ブロック２７及び乗算ブロック２８により、微分項（ＫＤ×（Ｅｒｒ（ｎ）−Ｅｒｒ（ｎ−１）））が算出される。そして加算ブロック２９により、前記比例項、積分項及び微分項が加算され、始動トルクＴＲＱＳが算出される。なお、ＫＰ，ＫＩ，及びＫＤは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲインである。このようにブロック２１〜２９により、モータ回転数ＮＭが始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに一致させるフィードバック制御が行われる。
【００２５】
一方乗算ブロック３０及び除算ブロック３１により下記式（１）及び（２）の演算が行われ、正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及び負のトルク制限値（回生トルク制限値）ＴＲＱＬＭＴ２が算出される。
ＴＲＱＬＭＴ１＝ＰＬＭＴ１×η／ＮＭ　　　　（１）
ＴＲＱＬＭＴ２＝ＰＬＭＴ２×η／ＮＭ　　　　（２）
ここで、ＰＬＭＴ１はバッテリ温度ＴＢに応じて算出されるバッテリ出力電力制限値であり、ＰＬＭＴ２は、バッテリ温度ＴＢに応じて算出されるバッテリ充電電力制限値（負値）である。またηは、モータ回転数ＮＭ及びバッテリ出力電圧ＶＢに応じて算出されるモータ効率である。
【００２６】
最大トルクリミッタ３２は、ＰＤＵ５に含まれるインバータ（図示せず）の最大許容電流（インバータの最大定格）から決まる最大トルクＴＲＱＭＡＸと、除算ブロック３１から出力されるトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１とを比較し、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１の方が大きいときは、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１を、最大トルクＴＲＱＭＡＸに変更する。またＰＤＵ５に含まれるインバータの最大許容電流から決まる最小トルクＴＲＱＭＩＮ（負値、マイナス方向の最大トルク）と、除算ブロック３１から出力される負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２とを比較し、負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２の方が小さいときは、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２を、最小トルクＴＲＱＭＩＮに変更する。
【００２７】
トルクリミッタ３３は、加算ブロック２９から出力される始動トルクＴＲＱＳがトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及びＴＲＱＬＭＴ２の範囲内にあるときは、そのままその始動トルクＴＲＱＳを出力する。また、加算ブロック２９から出力される始動トルクＴＲＱＳが正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１より大きいときは、始動トルクＴＲＱＳを正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１に設定し、加算ブロック２９から出力される始動トルクＴＲＱＳが負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２より小さいときは、始動トルクＴＲＱＳを負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２に設定する。
【００２８】
このように本実施形態では、モータ回転数ＮＭを始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに一致させるように、始動トルクＴＲＱＳが算出され、その始動トルクＴＲＱＳに対してトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及びＴＲＱＬＭＴ２によるリミット処理が施され、該リミット処理後の始動トルクＴＲＱＳが出力される。
【００２９】
次に図３〜図１３を参照して、エンジン１の始動時におけるモータ２の始動トルク制御をより詳細に説明する。図３は、モータ２の始動トルク制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１１のＣＰＵで所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。
【００３０】
ステップＳ１では、始動要求フラグＦＳＴが「１」であるか否かを判別する。始動要求フラグＦＳＴは、エンジン制御用ＥＣＵから始動指令信号が入力され、後述する図９の処理で始動が許可されると「１」に設定される。ＦＳＴ＝０であるときは、始動トルクＴＲＱＳを「０」に設定し（ステップＳ２）、ステップＳ１２に進む。
【００３１】
始動要求フラグＦＳＴが「１」に設定されると、先ずモータ回転数ＮＭを取得し（ステップＳ３）、図４に示す回転数制御を実行して始動トルクＴＲＱＳを算出する（ステップＳ４）。次いで図６に示す制限トルク算出処理を実行し、正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及び負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２を算出する（ステップＳ７）。ステップＳ８では、ステップＳ４で算出した始動トルクＴＲＱＳが正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１より大きいか否かを判別し、ＴＲＱＳ≦ＴＲＱＬＭＴ１であるときは直ちにステップＳ１０に進み、ＴＲＱＳ＞ＴＲＱＬＭＴ１であるときは、始動トルクＴＲＱＳをトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１に設定して（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。
【００３２】
ステップＳ１０では、始動トルクＴＲＱＳが負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２より小さいか否かを判別し、ＴＲＱＳ≧ＴＲＱＬＭＴ２であるときは直ちにステップＳ１２に進む。ＴＲＱＳ＜ＴＲＱＬＭＴ２であるときは、始動トルクＴＲＱＳをトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２に設定して（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進む。
【００３３】
ステップＳ１２では始動トルクＴＲＱＳを出力する。これにより、この始動トルクＴＲＱＳが得られるように、モータ２の駆動制御（または回生制御）が行われる。
【００３４】
図４は、図３のステップＳ４で実行される回転数制御処理のフローチャートである。
ステップＳ２１では、エンジン水温ＴＷを取得する。次いでエンジン水温ＴＷに応じて図５に示すＮＳＴＯＢＪテーブルを検索し、始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪを算出する（ステップＳ２２）。ＮＳＴＯＢＪテーブルは、所定水温ＴＷ１からＴＷ２の範囲では、エンジン水温ＴＷが高くなるほど始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪが低下するように設定される。またＮＳＴＯＢＪテーブルは、ＴＷ＜ＴＷ１の範囲では、一定値ＮＳＴＯＢＪ１に設定され、ＴＷ＞ＴＷ２の範囲では、一定値ＮＳＴＯＢＪ２に設定されている。
【００３５】
ステップＳ２３では、下記式（３）により偏差Ｅｒｒを算出し、ステップＳ２４では下記式（４）により偏差Ｅｒｒの積算値Ｅｒｒｓｕｍを算出し、ステップＳ２５では下記式（５）によりモータ回転数ＮＭの変化量Ｅｒｒｄｅｌｔａを算出する。ここで、（ｎ），（ｎ−１）は、本処理の実行周期で離散化した制御時刻（サンプル時刻）を示す。なお、今回値を示す（ｎ）は通常は省略されている。
Ｅｒｒ＝ＮＳＴＯＢＪ−ＮＭ　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
Ｅｒｒｓｕｍ（ｎ）＝Ｅｒｒｓｕｍ（ｎ−１）＋Ｅｒｒ　　　　　　　　　（４）
Ｅｒｒｄｅｌｔａ＝ＮＭ（ｎ）−ＮＭ（ｎ−１）　　　　　　　　　　　　（５）
【００３６】
続くステップＳ２６では、下記式（６）により、始動トルクＴＲＱＳを算出する。
ＴＲＱＳ＝ＫＰ×Ｅｒｒ＋ＫＩ×Ｅｒｒｓｕｍ＋ＫＤ×Ｅｒｒｄｅｌｔａ（６）
【００３７】
このように図４の処理によりＰＩＤ制御によるフィードバック制御が実行され、モータ回転数ＮＭが始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに一致するように、始動トルクＴＲＱＳが決定される。
【００３８】
図６は、図３のステップＳ７で実行されるトルク制限値算出処理のフローチャートである。
ステップＳ３１では、バッテリ温度ＴＢを取得し、次いでバッテリ温度ＴＢに応じて図７に示すＰＬＭＴ１テーブルを検索し、バッテリ出力電力制限値ＰＬＭＴ１を算出する（ステップＳ３２）。さらにバッテリ出力電圧ＶＢに応じて図７に示すＰＬＭＴ２テーブルを検索し、バッテリ充電電力制限値ＰＬＭＴ２を算出する（ステップＳ３３）。ＰＬＭＴ１テーブルは、バッテリ温度ＴＢが高くなるほどバッテリ出力電力制限値ＰＬＭＴ１が増加するように設定されている。またＰＬＭＴ２テーブルは、バッテリ温度ＴＢが高くなるほどバッテリ充電電力制限値ＰＬＭＴ２の絶対値が増加するように設定されている。
【００３９】
ステップＳ３４では、モータ回転数ＮＭ及びバッテリ出力電圧ＶＢに応じて、図８に示すモータ効率マップを検索し、モータ効率ηを算出する。ステップＳ３５では、前記式（１）及び（２）により、正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及び負のトルク制限値（回生トルク制限値）ＴＲＱＬＭＴ２を算出する。次いで正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１が最大トルクＴＲＱＭＡＸより大きいか否かを判別し（ステップＳ３６）、ＴＲＱＬＭＴ１≦ＴＲＱＭＡＸであるときは直ちに処理を終了し、ＴＲＱＬＭＴ１＞ＴＲＱＭＡＸであるときは、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１を最大トルクＴＲＱＭＡＸに設定する（ステップＳ３７）。
【００４０】
次いで負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２が最小トルクＴＲＱＭＩＮ（＜０）より小さいか否かを判別し（ステップＳ３８）、ＴＲＱＬＭＴ２≧ＴＲＱＭＩＮであるときは直ちに処理を終了し、ＴＲＱＬＭＴ２＜ＴＲＱＭＩＮであるときは、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２を最小トルクＴＲＱＭＩＮに設定する（ステップＳ３９）。
【００４１】
図９は、始動要求フラグＦＳＴの設定を行う始動要求処理のフローチャートである。この処理は、エンジン制御用ＥＣＵから始動指令信号が入力されると起動され、所定時間（例えば１０ミリ秒）毎にＥＣＵ１１のＣＰＵで実行される。
ステップＳ４１では、バッテリの残電荷量ＳＯＣが所定電荷量ＳＯＣＴＨ以上であるか否かを判別し、ＳＯＣ＜ＳＯＣＴＨであって残電荷量ＳＯＣが少ないときは、始動要求フラグＦＳＴを「０」に設定する（ステップＳ５０）。ＳＯＣ≧ＳＯＣＴＨであるときは、バッテリ温度ＴＢを取得し（ステップＳ４２）、バッテリ温度ＴＢに応じて図１０に示すＴＳＴＡＲＴテーブルを検索し、始動時間ＴＳＴＡＲＴを算出する（ステップＳ４３）。ＴＳＴＡＲＴテーブルは、バッテリ温度ＴＢが０℃以下の範囲では、バッテリ温度ＴＢが高くなるほど始動時間ＴＳＴＡＲＴが長くなるように設定されている。バッテリ４には、例えば−１０℃のときに９ＫＷ出力可能な時間は１秒、また５ＫＷ出力可能な時間は３秒というように、連続して電力を出力可能な時間に制限がある。始動時間ＴＳＴＡＲＴは、モータ２をエンジン始動のために作動させる時間を、この制限の範囲内に収めるために設定される。
【００４２】
ステップＳ４４では、始動タイマＴＭＳＴの値が始動時間ＴＳＴＡＲＴより小さいか否かを判別する。最初は、この答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ４５に進んで、始動タイマＴＭＳＴをインクリメントし（ステップＳ４５）、始動要求フラグＦＳＴを「１」に設定する（ステップＳ４６）。これにより、エンジン１の始動が開始される。
【００４３】
始動タイマＴＭＳＴの値が始動時間ＴＳＴＡＲＴに達すると、ステップＳ４４からステップＳ４７に進み、待機タイマＴＭＷＴの値が待機時間ＴＷＡＩＴ（例えば１秒）より小さいか否かを判別する。最初はこの答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ４８に進んで、待機タイマＴＭＷＴをインクリメントする（ステップＳ４８）。その後ステップＳ５０に進んで、始動要求フラグＦＳＴを「０」に戻す。これにより、モータ２の始動トルクが「０」に戻される（図３，ステップＳ２）。
【００４４】
待機タイマＴＭＷＴの値が待機時間ＴＷＡＩＴに達すると、始動タイマＴＭＳＴ及び待機タイマＴＭＷＴをともに「０」にリセットし（ステップＳ４９）、ステップＳ５０に進む。これにより、ステップＳ４４の答が肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ４５及びＳ４６が実行され、再度始動要求フラグＦＳＴが「１」に設定される。これにより、モータ２によるエンジン１の始動が再開される。
【００４５】
図９の処理によれば、エンジン１の始動を開始すると、図１１に示すように始動時間ＴＳＴＡＲＴが経過するまでは、モータ回転数ＮＭを始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに一致させるフィードバック制御が行われる。始動時間ＴＳＴＡＲＴが経過すると、始動トルクＴＲＱＳが「０」に戻されるので、モータ回転数ＮＭは徐々に減少して「０」となる。そして待機時間ＴＷＡＩＴが経過すると、再度モータ回転数ＮＭのフィードバック制御が開始される。
【００４６】
図９の処理により、始動時におけるバッテリの負荷が適切に制御され、バッテリの劣化が早まることを防止することができる。
エンジン１が自立運転を開始すると、始動トルク制御が終わり、通常運転トルク制御に移行する。
【００４７】
図１２は、正のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１とモータ回転数ＮＭとの関係を示す図であり、基本的には、前記式（１）によって決まる実線Ｌ１で示すように、モータ回転数ＮＭの増加に伴ってトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１は減少する。バッテリ温度ＴＢに応じて、バッテリ出力電力制限値ＰＬＭＴ１が変化するので、トルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１は、バッテリ温度ＴＢが低いときには破線Ｌ２で示すように変化し、バッテリ温度ＴＢが高いときには破線Ｌ３で示すように変化する。また実際のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１は、最大トルクＴＲＱＭＡＸにより制限されるので、モータ回転数ＮＭが「０」から増加していくときは、最初は最大トルクＴＲＱＭＡＸが適用される。そして、バッテリ温度ＴＢが実線Ｌ１に相当する温度であるときは、モータ回転数ＮＭが、最大トルクＴＲＱＭＡＸを示す破線と実線Ｌ１の交点に対応する回転数ＮＭ１に達すると、以後は式（１）により算出されるトルク制限値ＴＲＱＭＡＸがそのまま適用される。
【００４８】
図１３（ａ）は、エンジン始動時のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１（実線）及び始動トルクＴＲＱＳ（破線）の推移を示すタイムチャートであり、同図（ｂ）はその場合のモータ回転数ＮＭの推移を示すタイムチャートである。始動トルクＴＲＱＳは、最初は最大トルクＴＲＱＭＡＸに設定され、時刻ｔ１以後はトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１によって制限される。時刻ｔ２以後は、始動トルクＴＲＱＳは、モータ回転数ＮＭを始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに収束させるように設定される。時刻ｔ３には、モータ回転数ＮＭが始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに達し、以後はその回転数が維持される。
【００４９】
以上のように本実施形態では、バッテリ温度ＴＢに応じてトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ１及びＴＲＱＬＭＴ２を算出し、このトルク制限値の範囲内で、モータ回転数ＮＭが始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪと一致するように始動トルクＴＲＱＳを設定するようにしたので、バッテリ４の出力電力を適切に制御しつつ、モータ回転数ＮＭを始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに一致させるフィードバック制御が行われ、バッテリ４の出力電圧の低下や早期の劣化を防止しつつ、モータ回転数ＮＭを始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに滑らかに制御することができる。
【００５０】
また負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２を算出し、これによって始動トルクＴＲＱＳを制限するようにしたので、モータ回転数ＮＭが始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪを越えた場合に、モータ２の回生電力を適切に制御することができる。これにより、バッテリ４を保護しつつ、モータ回転数ＮＭのオーバシュートを迅速に収束させることができる。
【００５１】
本実施形態では、ＥＣＵ１１が、目標回転数設定手段、制限値算出手段、駆動トルク制御手段を構成する。より具体的には、図４のステップＳ２１及びＳ２２が目標回転数設定手段に相当し、図６の処理がトルク制限値算出手段に相当し、図４のステップＳ２３〜Ｓ２６及び図３のステップＳ８〜Ｓ１１が駆動トルク制御手段に相当する。またバッテリ温度センサ１３が温度検出手段に相当する。
【００５２】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、本発明をハイブリッド車両に適用したが、本発明は、内燃機関及びスタータモータを備えた通常の車両にも適用可能である。
【００５３】
またフィードバック制御のゲインＫＰ，ＫＩ，及びＫＤが適切に設定されれば、モータ回転数ＮＭの始動目標回転数ＮＳＴＯＢＪに対するオーバシュートはほとんど発生しないので、負のトルク制限値ＴＲＱＬＭＴ２は適用しなくてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、バッテリ温度に応じて始動用モータのトルク制限値が算出され、該トルク制限値の範囲内で、前記モータの回転数が目標回転数と一致するようにモータの駆動トルクが制御される。したがって、バッテリの出力電力を適切に制御しつつ、モータ回転数を目標回転数に一致させるフィードバック制御が行われ、バッテリの出力電圧の低下や早期劣化を防止するとともに、モータ回転数を目標回転数に滑らかに制御することができる。
【００５５】
請求項２に記載の発明によれば、バッテリ温度に応じて回生トルク制限値が算出され、この回生制限値の範囲内でモータ駆動トルクが制御されるので、駆動トルクを負の値に設定してモータを回生動作させる場合において、バッテリへの充電を適切に行うことができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明によれば、モータ回転数が目標回転数より高いときは、回生トルク制限値の範囲内でモータの回生トルク、すなわち負の駆動トルクが算出されるので、モータ回転数が目標回転数を超えた場合にバッテリを保護しつつ、オーバシュートを迅速に収束させることができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明によれば、機関の始動時におけるモータの連続駆動時間が所定始動時間に達したときは、モータの駆動が停止され、所定待機時間後にモータの駆動が再開される。これにより、始動時におけるバッテリの負荷を適切に制御し、バッテリの早期劣化を防止することができる。
【００５８】
請求項５に記載の発明によれば、バッテリ温度と共にモータの効率も考慮したトルク制限値が算出されるので、モータの駆動トルクより適切に制御することができる。
【００５９】
請求項６に記載の発明によれば、バッテリ温度に応じて算出されるトルク制限値と、前記モータの駆動回路の定格から決まる最大トルク制限値とが比較され、絶対値の小さい方が選択されるので、特にモータの駆動開始直後における駆動トルクを適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるハイブリッド車両を駆動するモータ及び内燃機関と、モータの制御系を示すブロック図である。
【図２】図１に示すモータの始動トルク（ＴＲＱＳ）の算出手法の概要を説明するための機能ブロック図である。
【図３】モータの始動トルク制御処理のフローチャートである。
【図４】回転数制御により、モータの始動トルク（ＴＲＱＳ）を算出する処理のフローチャートである。
【図５】図４の処理で使用するＮＳＴＯＢＪテーブルを示す図である。
【図６】トルク制限値算出処理のフローチャートである。
【図７】図６の処理で使用するＰＬＭＴ１テーブル及びＰＬＭＴ２テーブルを示す図である。
【図８】図６の処理で使用するモータ効率（η）算出用マップを示す図である。
【図９】始動用要求フラグ（ＦＳＴ）の設定を行う処理のフローチャートである。
【図１０】図９の処理で使用するＴＳＴＡＲＴテーブルを示す図である。
【図１１】エンジン始動時のモータ回転数（ＮＭ）の推移を示すタイムチャートである。
【図１２】モータ回転数（ＮＭ）とトルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１）との関係を示す図である。
【図１３】エンジン始動時のモータ始動トルク（ＴＲＱＳ）、トルク制限値（ＴＲＱＬＭＴ１）及びモータ回転数（ＮＭ）の推移を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　モータ
３　駆動軸
４　バッテリ
５　パワードライブユニット
１１　電子制御ユニット（目標回転数設定手段、トルク制限値算出手段、駆動トルク制御手段）
１２　レゾルバ
１３　バッテリ温度センサ（温度検出手段）
【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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