(57)【要約】【課題】２モータシステムを採用するハイブリッド自動車において、モータ走行中にエンジンを始動する場合、エンジン回転数が上昇する間にクランキング振動が発生してしまうが、エンジン始動前のモータ走行中は低トルクしか出力していないのでエンジン始動時間が長くクランキング振動が大きい。【解決手段】エンジン始動装置１０にあるエンジン始動要求事前判断器７は、モータトルク指令値９とエンジン状態検出器６の出力によりエンジン始動要求事前情報をモータ制御器１に送信し、エンジン始動が確定するよりも前にエンジン始動用のモータの出力トルクを最大にする電圧まで昇圧させ、エンジン２３を始動させる。【選択図】        図１
2005016442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単独あるいは協働して動力源となるエンジンと走行用モータとを有するハイブリッド車両において、
走行用モータのみではトルク指令値を満たせないときにエンジンを始動させるハイブリッド車両のエンジン始動装置であって、
電源からコンバータを介して供給される駆動電力により、エンジンを始動するエンジン始動用モータと、
コンバータの電圧変換比を高めるコンバータ制御手段と、
トルク指令値と走行用モータの定格出力を比較して、エンジンの始動を必要と判定する始動判定手段と、
定格出力を低めに設定した補正定格出力を記憶する記憶手段と、
トルク指令値と記憶された補正定格出力とが一致したときにコンバータの出力を昇圧させる昇圧要求を出力する昇圧要求判定手段と、
を備え、
昇圧要求判定手段の出力により、始動用モータの駆動電圧をコンバータ制御手段により昇圧させ、始動判定手段に基づいてエンジンを始動させることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。
【請求項２】
単独あるいは協働して動力源となるエンジンと走行用モータとを有するハイブリッド車両において、
走行用モータのみではトルク指令値を満たせないときに、電源からコンバータを介して供給される駆動電力によりエンジンを始動するエンジン始動用モータを有するハイブリッド車両のエンジン始動方法であって、
エンジン始動用モータがエンジン始動開始直後から十分なトルクを出力するために定格出力を低めに設定した補正定格出力を記憶する記憶工程と、
トルク指令値と記憶された補正定格出力とが一致したときにコンバータの出力を昇圧させる昇圧要求を出力する昇圧要求判定工程と、
その昇圧要求によりコンバータの電圧変換比を高めるコンバータ制御工程と、
トルク指令値と走行用モータの定格出力を比較して、エンジンの始動を必要と判定する始動判定工程と、
を備え、
昇圧要求判定工程の情報により、始動用モータの駆動電圧をコンバータ制御工程により予め昇圧させ、始動判定工程に基づいてエンジンを始動させることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動方法。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動方法において、
昇圧要求により、エンジン始動前に始動用モータが所定のトルクを出力できる駆動電圧までコンバータの出力電圧を予め昇圧した後に、始動用モータの制御が行われ、始動判定工程の情報に基づいてエンジンを始動することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動方法。
【請求項４】
請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動方法において、
昇圧要求により、エンジン始動前に始動用モータが所定のトルクを出力できる駆動電圧までコンバータ制御工程により予め昇圧し、
エンジン始動後は、現在受信しているトルク指令値と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なコンバータの駆動電圧をそれぞれ計算し、それぞれの駆動電圧のうち高い方を昇圧目標とし、現在の駆動電圧から昇降圧することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
直流電源の出力をコンバータとインバータを介しモータに供給し、モータの駆動を制御してハイブリッド車両のエンジンを始動するエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車両（以下ハイブリッド自動車という）の動力分割機構を備える２モータ・システムでは、現在受信しているトルク指令値と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なインバータ入力電圧をそれぞれ計算し、それぞれのインバータ入力電圧のうち高いほうを昇圧目標電圧として設定することが特許文献１で知られている。
【０００３】
【特許文献１】特願２００１−２３４８２４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン始動時には、エンジン回転数が上昇する間にエンジンの共振回転域を通過することでクランキング振動が発生してしまうが、その継続時間を最短にするためには、エンジン始動用モータにて最大トルクを印加してエンジンの共振回転数に留まることなくエンジン回転を上昇させる必要がある。
【０００５】
ハイブリッド自動車で採用されている２モータシステムでは、直流電流を昇降圧するコンバータ３と複数のインバータ４，５によって構成されており、モータ２１走行中にエンジン始動要求があった場合、エンジン始動を行うモータ・ジェネレータ２０とは別の走行用のモータ２１は低回転で回転している。エンジン２３を始動する毎分約６００〜１０００回転領域で最大トルクを出力するためにはインバータ入力電圧を昇圧する必要があるが、エンジン始動前の動力モータ走行中は低回転および低トルクしか出力していないので最大電圧が必要とされておらずコンバータ３は昇圧されていない。
【０００６】
モータ効率を優先する処理の為、現在受信しているトルク指令値と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なインバータ入力電圧をそれぞれ計算し、それぞれのインバータ入力電圧のうち高いほうを昇圧目標電圧としてコンバータの昇圧を逐次設定している。
【０００７】
上記状態で最大トルク指令を受信した後に最大電圧を目標とした昇圧動作を行うと、最大トルクを発生できる最大電圧まで昇圧するまで時間がかかり、結果としてエンジン始動時間が長くなってしまい、クランキング振動が継続しやすくなってしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
単独あるいは協働して動力源となるエンジンと走行用モータとを有するハイブリッド車両において、走行用モータのみではトルク指令値を満たせないときに、電源からコンバータを介して供給される駆動電力によりエンジンを始動するエンジン始動用モータを有するハイブリッド車両のエンジン始動装置を用いる。
【０００９】
エンジン始動用モータがエンジン始動開始直後から十分なトルクを出力するために定格出力を低めに設定した補正定格出力を記憶する記憶手段と、トルク指令値と記憶された補正定格出力とが一致したときにコンバータの出力を昇圧させる昇圧要求を出力する昇圧要求判定手段と、その昇圧要求によりコンバータの電圧変換比を高めるコンバータ制御手段と、トルク指令値と走行用モータの定格出力を比較して、エンジンの始動を必要と判定する始動判定手段とを備えている。この昇圧要求判定手段の情報と始動用モータの駆動電圧をコンバータ制御手段により予め昇圧させ、始動判定手段に基づいてエンジンを始動させることを特徴としている。
【００１０】
さらに、昇圧要求によりエンジン始動前に始動用モータが所定のトルクを出力できる駆動電圧までコンバータの出力電圧を予め昇圧した後に、始動用モータの制御が行われ、始動判定手段の情報に基づいてエンジンを始動させることを特徴としている。
【００１１】
また、昇圧要求によりエンジン始動前に始動用モータが所定のトルクを出力できる駆動電圧までコンバータ制御手段により予め昇圧し、エンジン始動後は、現在受信しているトルク指令値と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なコンバータの駆動電圧をそれぞれ計算し、それぞれの駆動電圧のうち高い方を昇圧目標とし、現在の駆動電圧から昇降圧させることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態としてのエンジン始動装置１０の概略構成を示す構成図である。
【００１４】
エンジン始動装置は、直流電源２から電力を供給され、コンバータ３、エンジン始動や発電用のモータ・ジェネレータ２０のインバータ５および走行用のモータ２１のインバータ４と、エンジン状態を検出するエンジン状態検出器６と、図示しないハイブリッド自動車制御コントローラ（以下ＥＶＣという）からのモータのトルク指令値（以下モータトルク指令値９という）とエンジン始動指令８を入力し、エンジン始動要求事前判断器７および複数のモータを制御するモータ制御器１から構成されている。
【００１５】
また、モータ・ジェネレータ２０とモータ２１は、動力分割機構２２を介してエンジン２３に接続され、減速機を介して車輪２４を駆動する。
【００１６】
最初に、本実施形態で使用したモータ・ジェネレータ２０の特性について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態でのモータ・ジェネレータ２０の定格出力を示し、モータ軸で得られる機械的出力であるトルク、回転数およびコンバータにより昇圧されるインバータ入力電圧の特性を示したものである。縦軸にモータ・ジェネレータのトルク、横軸にモータ・ジェネレータの回転数、そして、図中インバータ入力電圧が３００Ｖ、４００Ｖ，５００Ｖの時のトルク上限ラインを示している。
【００１７】
モータ・ジェネレータ２０とモータ２１は、動力分割機構２２を介してエンジン２３に接続されている。この為、モータ・ジェネレータ２０は、ハイブリッド自動車の様々な運転モードにより、電動機として外部機器の駆動（モータ・ジェネレータのトルクが正の値）や発電機として外部から駆動され発電（モータ・ジェネレータのトルクが負の値）をする。
【００１８】
特に、モータ・ジェネレータ２０の回転数が低い時は、インバータ入力電圧３００Ｖの右下がりのトルクラインに制限を受けることなくモータ・ジェネレータ２０の最大トルクを出力することが可能であるが、モータ・ジェネレータ２０の回転数が上昇するに従い、インバータ入力電圧３００Ｖの右下がりのトルクラインに制限を受け出力可能なトルクは減少する。
【００１９】
本実施形態では、コンバータを有しているため、直流電源であるバッテリー電圧よりインバータ入力電圧を最大５００Ｖまで高くすることができる。このため、モータ・ジェネレータの回転数が上昇するに従い、インバータ入力電圧を徐々に昇圧することでトルクを保つことが可能となる。
【００２０】
一般的に、モータ出力はモータへの印加電圧とモータ電流の積であるため、モータへの印加電圧を高くすることで、同一出力時のモータ電流を小さくすることができる。
【００２１】
また、インバータ入力電圧を高くすることで、インバータの電流容量を小さくすることができ、インバータの小型化が可能になる。同様にモータの印加電圧を高くすることによって、高回転域の出力が増加するため、結果的にモータの小型化、低コスト化が可能になる。
【００２２】
このため通常は、現在受信しているモータトルク指令値９と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なインバータ入力電圧をそれぞれ計算し、それぞれのインバータ入力電圧のうち高いほうを昇圧目標電圧として設定している。
【００２３】
図３は、本実施形態でのモータトルク指令値９およびエンジン始動指令８に基づくインバータ入力電圧とモータ・ジェネレータ２０の出力トルクの時間変化を３つのグラフで示したものである。
【００２４】
図４は、本実施形態でのモータ制御器１における、モータ・ジェネレータ２０の制御の流れを示したフローチャートである。
【００２５】
これらの図を用いて、従来の制御例と比較して本実施形態を説明する。
【００２６】
図３の上段のグラフは時間軸に対するモータ・ジェネレータ２０のインバータ入力電圧値である。中段のグラフは時間軸に対する走行用のモータトルク指令値９である。そして下段のグラフは時間軸に対するエンジンを始動するモータ・ジェネレータトルクを示している。
【００２７】
最初に従来の制御の流れを説明する。通常、ハイブリッド自動車（以下車両という）はモータトルク指令値９に従い時速４０ｋｍ以下の低速走行中はエンジンを停止してモータ駆動で走行するが、車両の速度が時速４０ｋｍを超える場合はエンジンを始動してエンジンとモータによる走行を行う。エンジンを停止してモータ駆動で走行中に運転者がアクセルペダルを踏込み加速する場合、図３中段のグラフにあるようにモータトルク指令値９が上昇を始める。これに伴い、図３上段グラフの点線のようにモータ出力トルクと回転数から定まる定格出力からインバータ入力電圧も上昇を始める。
【００２８】
図３の中段のグラフに示すように、ＥＶＣ（図示しない）からのモータトルク指令値９が上昇し、予めモータの定格出力特性により設定されたエンジン始動要求ラインと交わることを判定し、エンジン始動指令がエンジン始動装置１０に入力され、エンジン始動要求８が入力されると、モータ制御器１はコンバータ３の出力電圧を昇圧してインバータを介してモータ・ジェネレータ２０により動力分割機構２２に接続されているエンジン２３を始動する。
【００２９】
この時、モータ・ジェネレータ２０に供給されるインバータ入力電圧（コンバータ出力電圧）もモータトルク指令値９に従って、図３の上段のように上昇するので、モータ・ジェネレータ２０のトルクは、図３の下段に示すグラフの点線のように徐々に上昇し最大トルクに達する。しかし、最大トルクに上昇するまで約５００ｍＳｅｃ以上かかり、エンジンの共振回転数に留まる時間が長く、エンジン回転が不安定なクランキング振動が継続する。
【００３０】
次に、本実施形態での制御の流れを説明する。本実施形態では、図４のエンジンが運転中かを確認（３０）し、停止していると判断すると、エンジン始動要求事前判定（３１）の処理を行い、図示しないモータの回転数、電圧、電流値からモータトルクを算出する。
【００３１】
エンジン始動要求前判定器は、エンジン始動用モータがエンジン始動開始直後から十分なトルクを出すために、モータの定格出力特性を低めに設定した補正定格出力特性を内部の記憶領域に記憶し、ＥＶＣ（図示しない）からのモータトルク指令値９が、図３のエンジン始動要求事前判定ラインと交わることを判定し、エンジン始動指令８が入力される前に、エンジン始動要求前判定器６が判定（３２）する。
【００３２】
モータ制御器１はコンバータ３の電圧変換比を高め、出力電圧を昇圧してモータ・ジェネレータ２０が最大トルクを出力できる電圧Ａまで上昇（３３）させる。この電圧Ａは、図２で示したモータ・ジェネレータ２０のトルクと回転数及びインバータ入力電圧から求まる値であり、本実施形態では、最大トルクを出力できる電圧は５００Ｖである。
【００３３】
通常、低負荷運転中はインバータ入力電圧を最大電圧まで昇圧しないが、本実施例では、図３の中段のグラフにあるように、コンバータ昇圧時間を約１００ｍＳｅｃ早める為に従来のエンジン始動要求ラインよりも低いモータ・ジェネレータトルク値をエンジン始動要求事前判定ラインとして設定する。もちろん、コンバータ昇圧時間を更に早めても良い。
【００３４】
モータ制御器１によりコンバータ３が作動し、インバータ５の入力電圧が電圧Ａまで上昇後、エンジン始動要求を確認（３４）する。エンジン始動要求が、ＯＮの場合は、エンジン始動の為のインバータの電流制御を行い、モータ・ジェネレータ２０を最大トルクで駆動（３５）することにより、動力分割機構２２を介してエンジン２３を始動する。
【００３５】
もし、エンジン始動要求を確認後（３４）、ＥＶＣ（図示しない）からのエンジン始動要求が２００ｍＳｅｃを超えてもＯＮにならない場合は、エンジン始動中止と判断して通常昇圧（３７）を行う。通常昇圧では、現在受信しているモータトルク指令値９と現在のモータ回転数よりモータ駆動に必要なインバータ入力電圧をそれぞれ計算し、それぞれのインバータ入力電圧のうち高い方を昇圧目標とする。
【００３６】
この場合、モータ・ジェネレータ２０は電圧Ａを必要としないので、走行用のモータが必要とするインバータ入力電圧を昇圧目標と設定し、現在の電圧を降圧して処理を終了する。
【００３７】
もし、エンジン始動要求を確認（３４）後、図示しないＥＶＣからのエンジン始動要求が２００ｍＳｅｃ以内にＯＮになる場合は、エンジンが運転中であるかを確認（３６）し、エンジン２３が運転中になるまでモータ・ジェネレータ２０のトルク出力を継続する。
【００３８】
エンジン２３が安定した運転中になったことを確認すると、通常昇圧（３７）に移行し、モータ２１の回転数、目標出力トルク（出力トルク指令）等のモータトルク指令値９に基づいて、その時のモータに最適な印加電圧を算出し、これに基づいてインバータ入力電圧目標値を決定する。以上で、一連の処理が終了する。
【００３９】
このようにエンジン始動時に最適な電圧の印加によるモータの効率的な運転をおこなう一方で、最適な電圧を計算してモータ２１やモータ・ジェネレータ２０を制御するため、電圧を必要以上に上昇することによる効率の悪化を防いでいる。
【００４０】
この処理により、図３の点線で示す従来例のインバータ入力電圧昇圧時間が短縮され、インバータの電流制御により、エンジン始動要求直後にエンジン始動用モータが最大トルクを出力可能としエンジンが停止状態からエンジンが始動を開始する６００ｒｐｍから１０００ｒｐｍの間滞留時間を短縮することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エンジン始動要求受信時には、インバータ入力電圧が最大まで昇圧されているので昇圧制御の遅れに影響されず、最大トルクを出力することができる。
【００４２】
また、エンジン始動中の不安定なエンジン回転をモータ・ジェネレータ２０の最大トルクで強制回転することで、スムーズなエンジン回転となりクランキング振動を減少させている。
【００４３】
その結果、エンジン始動時間を短縮でき、クランキング振動を低減でき、乗り心地が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態でのエンジン始動装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】本実施形態でのモータ・ジェネレータ２０の定格出力を示し、モータ軸で得られる機械的出力であるトルク、回転数およびコンバータにより昇圧されるインバータ入力電圧の特性を示したものである。
【図３】本実施形態でのモータトルク指令値９およびエンジン始動指令に基づくインバータ入力電圧とモータ・ジェネレータ２０の出力トルクの時間変化を３つのグラフで示したものである。
【図４】本実施形態でのモータ制御器１における、モータ・ジェネレータ２０の制御の流れを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１  モータ制御器、６  エンジン状態検出器、９  モータトルク指令値、１０  エンジン始動装置、２３  エンジン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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