(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸とモータのロータとが同一軸上に連結され、
クランク軸の絶対回転角度であるクランク角を検出する第１レゾルバと、
前記検出されたクランク角に基づいて気筒の点火制御を行う気筒制御手段と、
モータのロータの絶対回転角度であるロータ角を検出する第２レゾルバと、
前記検出されたロータ角に基づいてモータ制御を行うモータ制御手段とを有するハイブリッド車両の制御装置であって、
クランク角とロータ角間の初期位相変位を検出する検出手段と、
初期位相変位及び第１レゾルバにより検出されたクランク角の値からロータ角を求める演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
エンジンのクランク軸とモータのロータとが同一軸上に連結され、
クランク軸の絶対回転角度であるクランク角を検出する第１レゾルバと、
前記検出されたクランク角に基づいて気筒の点火制御を行う気筒制御手段と、
モータのロータの絶対回転角度であるロータ角を検出する第２レゾルバと、
前記検出されたロータ角に基づいてモータ制御を行うモータ制御手段とを有するハイブリッド車両の制御装置であって、
クランク角とロータ角間の初期位相変位を検出する検出手段と、
初期位相変位及び第２レゾルバにより検出されたロータ角の値からクランク角を求める演算手段と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
初期位相変位の検出手段は、エンジン駆動によりロータを回転させたときにモータのステータに発生する電流を検知する手段と、
予め角度調整されたモータのステータ位置及び前記電流からロータ角を求め、クランク角との位相変位を求める演算手段とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
初期位相変位の検出手段は、クランク角度センサで検出したクランク角及びロータ角度センサで検出したロータ角から位相変位を求める演算手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、互いに補助の角度センサとなる角度センサをクランク軸とロータに設けた制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンを駆動させるための石油燃料の節約と、エンジン回転による騒音の低減、さらに石油燃料の燃焼により発生する排気ガスの低減を目的として、エンジン以外の異なる動力源として、モータを搭載したハイブリッド車両が提案されている。
【０００３】
このハイブリッド車両に用いられるモータは、ステータ（固定子）と、ステータの内周側に回転自在に配設されたロータ（回転子）とにより構成されており、ステータに対してロータの位置に同期した交流電流を流すことによりモータトルクを得ている。そのため、ステータに対するロータの絶対位置すなわち絶対回転角度を正確に検出する必要がある。
【０００４】
このロータのステータに対する絶対回転角度を検出する絶対回転角度センサとして例えば、レゾルバが使用されている。このレゾルバは、レゾルバステータと、レゾルバステータ内で回転するレゾルバロータ及び回転トランスにより構成されている。レゾルバロータはモータの出力軸と機械的に連結され、回転トランスを介して上記モータの出力軸の角度信号を電気的に取出す。
【０００５】
一方、４サイクルエンジンは、吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の工程が間欠的に繰り返される。各気筒ごとに正確に点火時期、燃料噴射時期を正確に制御するためにクランク軸センサとカム角度センサを組み合わせて、相対的にクランク軸の回転角度を求めている。例えば、クランク角度センサは、例えばクランク軸に固定された歯車状の回転体と、この回転体の外周面に配置されたコイルと磁石からなる電磁ピックとで構成され、歯車の一個所に欠歯を設け、回転体の回転に伴いコイルに生じる鎖交磁束の変化に基づく電圧パルス信号を検出して欠歯部分を特定し、ここからの相対角度としてクランク軸の回転角度を求める。また、４サイクルエンジンでは、クランク軸２回転で１つの燃焼工程が終了するため、クランク軸の回転角度だけでは、各気筒の工程を判断することができないのでカム角度センサが設けられている。カム角度センサは、吸排気バルブを駆動するカムの軸の回転を検出するセンサであり、カム軸は、クランク軸の１／２の速度で回転しており、この回転角度を利用して、クランク軸の２回転にわたる角度を判別する。
【０００６】
モータ駆動により走行する場合は、ロータ角度センサであるレゾルバでロータ角度を検出しモータ制御を行い、エンジン駆動により走行する場合は、クランク軸角度センサであるクランク軸センサ、カム角度センサにてクランク軸角度を検出し、気筒の点火時期等を制御している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一般にロータ一本に対してロータの角度センサは一つだけであるが、モータ制御の確実性をより高めるためには、複数の角度センサでロータの回転角を検出できることが望ましい。一方ロータの予備の角度センサを含めた複数の角度センサをロータに設けると、装置が大型化し、高コストとなる。
【０００８】
そこで本発明は、エンジンの気筒点火時期制御に用いられるクランク軸センサをロータ角度センサの予備センサとして用いることができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明は、エンジンのクランク軸とモータのロータとが同一軸上に連結され、クランク軸の絶対回転角度であるクランク角を検出する第１レゾルバと、前記検出されたクランク角に基づいて気筒の点火制御を行う気筒制御手段と、モータのロータの絶対回転角度であるロータ角を検出する第２レゾルバと、前記検出されたロータ角に基づいてモータ制御を行うモータ制御手段と、を有するハイブリッド車両のモータ制御装置であって、クランク角とロータ角の初期位相変位を検出する検出手段と、初期位相変位と第１レゾルバにより検出されたクランク角の値からロータ角を求める演算手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、エンジンのクランク軸とモータのロータとが同一軸上に連結され、クランク軸の絶対回転角度であるクランク角を検出する第１レゾルバと、前記検出されたクランク角に基づいて気筒の点火制御を行う気筒制御手段と、モータのロータの絶対回転角度であるロータ角を検出する第２レゾルバと、前記検出されたロータ角に基づいてモータ制御を行うモータ制御手段とを有するハイブリッド車両の制御装置であって、クランク角とロータ角の初期位相変位を検出する検出手段と、初期位相変位と第２レゾルバにより検出されたロータ角の値からクランク角を求める演算手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明のハイブリッド車両の制御装置であって、初期位相変位の検出手段は、エンジン駆動によりロータを回転させたときにモータのステータに発生する電流を検知する手段と、予め角度調整されたモータのステータ位置及び前記電流からロータ角を求め、クランク角との位相変位を求める演算手段とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１又は第２の発明のハイブリッド車両の制御装置であって、初期位相変位の検出手段は、クランク角度センサで検出したクランク角及びロータ角度センサで検出したロータ角から位相変位を求める演算手段を有することを特徴とする。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１には、本実施形態の概略構成が示されている。また、図２は、主要部分の内部構造を示す概略図であり、出力軸から先は省略されている。エンジン１０は、４サイクルエンジンであり、クランク軸１２と、吸排気バルブを駆動するカム軸（図示せず）を有している。クランク軸１２はモータ１６のロータ１４と同一軸上に直接結合されている。ロータ１４は、トルクコンバータ１８を介して、自動変速機２０に結合されている。クランク軸１２の回転センサである第１レゾルバ２２がクランク軸１２上に設けられている。そしてモータ１６のロータ１４の回転センサである第２レゾルバ２３がロータ１４上に設けられる。
【００１５】
エンジン１０は、エンジンの運転状態を示す各種検出値、例えば冷却水温、吸気管内圧力、エンジン油温などと、運転者の操作（主にアクセルペダルの操作）に基づき制御される。具体的には、各種センサの出力を基に、ＥＣＵ（電子制御ユニット）２４が燃料の噴射量、噴射時期、点火時期などを制御し、運転者などの要求に沿った制御が行われる。吸気、圧縮、爆発膨張、排気の各工程が、間欠的に行われる４サイクルエンジンにおいては、これらの工程に同期させ、所定量の燃料を供給（噴射し）、点火を行う必要がある。多気筒型エンジンの場合、各気筒の工程を把握し、気筒ごとに上死点において噴射制御、点火制御を行う必要がある。各気筒の工程を判定するために、クランク軸１２の回転角度及びカム軸の回転角度を利用する第１レゾルバ２２およびカム角度エンコーダ２６が設けられている。
【００１６】
第１レゾルバ２２は、従来モータの回転角度センサとして用いられているレゾルバと同じであり、精度良くクランク軸の絶対回転角度を検出できる。第１レゾルバ２２はレゾルバステータと、クランク軸に固定された偏心したレゾルバロータと、レゾルバステータとレゾルバロータの間隔を検出する、ステータに固定された回転トランスとを有する。レゾルバステータには３つの回転トランスが９０°ずつずれて配置されている。レゾルバロータが偏心しているために、レゾルバロータが回転するとレゾルバステータとレゾルバロータの間隔が周期的に変化し、１つの回転トランスに交流電流を流すことにより、レゾルバロータ位置に応じた出力が残りの回転トランスに発生し、この出力変化に基づきクランク軸の回転角度を算出することができる。本実施の形態における第１レゾルバ２２は、図３に示すようにクランク軸の回転角度の０°から３６０°まで、線形に単調増加するレゾルバ信号を出力し、クランク軸１回転を周期としている。
【００１７】
４サイクルエンジンでは、クランク軸が２回転することで吸気、圧縮、爆発膨張、排気の各工程が終了する。よって、クランク軸の回転角度だけでは、各気筒の工程を判断することができない。そこでクランク軸の２回転、すなわち０〜３６０°と３６０〜７２０°を区別し吸排気バルブを駆動するカムの軸の回転を検出するのが前記カム角度エンコーダ２６である。カム軸は、クランク軸の１／２の速度で回転しており、これの回転角度を利用すれば、クランク軸の２回転にわたる角度を判別できる。
【００１８】
カム角度エンコーダ２６は、クランク軸の回転角度０〜３６０°と３６０〜７２０°の対応する角度で、異なる値の信号を出力する。最も簡単な信号は、０〜３６０°でハイ、３６０〜７２０°でローの信号である。より現実的には、クランク軸の回転角度７２０°内で、奇数周期となる方形波とすることができる。図３には、このようなカム角度エンコーダ２６の信号の一例が示されている。この信号はクランク軸の回転角度７２０°で、２３周期の方形波であり、図示するようにクランク軸の回転角度の１周期目と２周期目では、位相が反転している。このカム角度信号（Ｇ信号）と、第１レゾルバ２２の出力を組み合わせれば、クランク軸の２回転にわたる回転角度が検出できる。すなわち、第１レゾルバ２２の出力に基づき検出された角度がαであった場合、これがαであるのか、α＋３６０°であるのか、判別できないが、カム角度エンコーダ２６の出力がハイかローかにより、どちらであるのかが判別できる。レゾルバ出力とカム角度信号から求められたクランク角度より、上死点にある気筒が判別できる。例えば図３では、第６気筒が上死点にくる角度を０°と設定しており、１２０°、２４０°、３６０°、４８０°、６００°、７２０°でそれぞれ第２、第４、第１、第５、第３気筒が上死点になる。尚、第１レゾルバ２２は、クランク軸の所定位置からの相対回転角度でなく絶対回転角度を検出できるため、エンジン停止状態から早期に上死点にある気筒を判別することができ、エンジン始動までの時間を短縮することができる。
【００１９】
モータ１６は、１°単位で角度調整して設置されたステータと、磁石を有するロータとからなる。モータ１６はジェネレータ機能を持つモータジェネレータであってもよい。モータ１６には、バッテリ２８からの電力がインバータ３０を介して供給される。バッテリ２８からの直流電力が、インバータ３０により三相交流電力に変換され、所定のステータに供給されることによってモータ１６が駆動される。ＥＣＵ２４によってロータ１４の回転角度に基づきインバータ３０を制御して、所定の三相交流電力の位相を制御する。
【００２０】
第２レゾルバ２３がロータ１４に設けられている。ここでは、第２レゾルバ２３は第１レゾルバ２２と同じものを使用している。第２レゾルバ２３からモータ１６のロータの回転角度に応じた信号を出力され、これに基づきＥＣＵ２４がロータの回転角度を算出し、ロータ角度に基づいてモータ１６を制御する。
【００２１】
続いてクランク角とロータ角の初期位相変位を検出し学習する方法について説明する。ここでいうクランク角は第１レゾルバ信号から求められる０〜３６０°のクランク軸の絶対回転角度である。ロータ角は、第２レゾルバ信号から求められるロータの絶対回転角度である。第１レゾルバ２２と第２レゾルバ２３のそれぞれの組み付け角度が予めセッティングの状態で調整され、クランク角とロータ角が一致するように補正されていれば、この学習は不要である。しかし、この調整作業は大変であり実施しがたい場合がある。
【００２２】
この学習方法には、２通りある。一つは、クランク角を基準として、ロータ回転時の出力電流からロータの磁石位置を推定し、この推定値と第１レゾルバからの信号に基づくクランク角との位相変位、すなわちクランク角とロータ角の相対角度を学習し、記憶する方法である。もう一つの方法は、第１レゾルバ及び第２レゾルバのそれぞれが正常であるとして、各レゾルバに基づいて検出されたクランク角とロータ角との位相変位、すなわち相対角度を学習し、記憶する方法である。いずれの方法とも記憶した位相変位を用いることで、第１レゾルバ信号の値と位相変位からロータ角を推定することができ、第１レゾルバによるモータ制御が可能となる。さらに第２の学習方法では、第２レゾルバ信号の値と位相変位からクランク角を推定することができ、第２レゾルバによってエンジンの点火気筒時期の制御が可能となる。
【００２３】
このようにクランク角とロータ角との位相変位を学習しておくことにより、クランク角を検出する第１レゾルバをロータ角を検出する第２レゾルバのバックアップレゾルバとすることができる。また、車両走行時においても、一方のレゾルバを補助レゾルバとするためレゾルバが正しい角度検出しているかどうかをチェックすることができる。
【００２４】
前記初期位相変位を検出する学習は、クランク軸とロータの組み付け後、一度行えばよく、何度も行う必要はない。分解修理等をした場合は再度行う。
【００２５】
図４、図５には、本実施形態における制御処理のフローチャートが示されている。学習処理手順について説明する。モータロータ角度の学習は、パーキング状態におけるエンジン始動時に行われる。運転者がシフトレバーをパーキング位置でイグニッションスイッチをＯＮにすると、イグニッション信号が入力される（Ｓ１０）。続いてエンジンが始動中であるかが判断される（Ｓ２０）。エンジンが始動しているのであれば、モータのロータ角度を学習する条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ３０）。具体的には、エンジン回転数が所定値以上であることより判断される。エンジン始動時において、まだエンジン回転数が十分に高くなっていないと、正確な回転角度を検出できない可能性があるので、この場合を排除する。モータロータ角度学習条件が満たされている場合は、モータロータ角度の学習が行われる（Ｓ４０）。学習方法は前に述べたように２つの方法がある。
【００２６】
エンジン１０のクランク軸の絶対回転角度は、図３に示すようにクランク軸に設けられたレゾルバの出力信号より検出される。クランク軸とロータが連結されているため、ロータは、クランク軸と同期して回転する。ロータが回転し、ステータを通過する時にそのステータに回転電流が出力される。この出力電流を検知することにより、ロータ位置が求められる。すなわち、予め角度調整して設けられたステータは各ステータの角度がわかっており、回転電流が出力されたステータ位置にロータが位置することから、ロータ角が求められる。この求めたロータ角とこのときレゾルバに基づくクランク角から初期の位相変位が求められる。
【００２７】
求められた位相変位は、ＥＣＵ２４に記憶され、両レゾルバのチェックや補助レゾルバとしての使用時に利用される。例えば、この位相変位と第１レゾルバの信号からロータ角が求められ、ロータ角に基づいてモータが制御される。
【００２８】
続いて、モータ駆動時における制御処理について説明する。Ｓ４０の学習に続く動作で説明する。エンジン１０が暖機され、バッテリの充電状態が良好であれば、エンジン１０は自動で停止する。発進時はモータのみで駆動するためである。運転者が発進しようとしてシフトレバーをＤポジションにいれると入力信号処理がされ（Ｓ５０）、モータの駆動指令がなされているかが判断される（Ｓ６０）。ハイブリッド車は、車両が停止した状態から発進する場合でエンジン出力が必要とされない場合は、運転者の意志によらずモータ駆動指令が実行される。モータ駆動指令がなされていれば、第２レゾルバ２３に基づき、ロータ角が算出される。そしてこのロータ角に基づいてインバータ３０から三相交流電流がモータ１６に供給され、モータ制御が行われる（Ｓ７０）。
【００２９】
本実施の形態におけるクランク軸とロータは直結しているため、モータのみで駆動している場合もクランク軸は回転しており、第１レゾルバ２２によってクランク角も検出されている。ここで、第１レゾルバ２２及び第２レゾルバ２３の信号を比較して第２レゾルバ２３が正しく角度検出しているかどうかをチェックする（Ｓ８０）。このときレゾルバ信号の不一致、回転方向の不一致がないかどうかをチェックする。ここでレゾルバ信号の不一致とは、第１レゾルバ信号と位相変位分補正した第２レゾルバ信号との不一致をいう。尚、このチェックは、常に行うものでなくてもよく、回転開始から一定時間・範囲に限定してもよい。
【００３０】
異常の判定を行い（Ｓ９０）、異常すなわち、レゾルバ信号の不一致等があった場合は、第２レゾルバに異常があるとして、モータの駆動を中止する（Ｓ１００）。この場合は、エンジンを始動させて、これを駆動源とする。このときエンジンの気筒の点火時期は、第１レゾルバに基づいて制御される（Ｓ１１０）。異常がない場合は、モータ駆動をそのまま継続する（Ｓ１２０）。
【００３１】
尚、ステップ９０にて異常があると判定されたときは、モータトルクが設計値通り得られているかのチェックを行ってもよい。設計値よりモータトルクが低い場合は、第２レゾルバで検出したロータ角が誤っており、確実に第２レゾルバに異常があることが判明する。
【００３２】
さらに、ステップ９０における異常判定において、第２レゾルバに異常があると判定された場合に、モータ駆動を中止するのでなく、第１レゾルバのレゾルバ信号と学習した位相変位からロータ角度を算出して、モータ制御を行うこともできる。
【００３３】
同様に、エンジン駆動時においても、第１レゾルバでエンジンの気筒点火時期を制御しながら、第２レゾルバでレゾルバが正常に角度検出しているかをチェックすることが可能である。そして第１レゾルバに異常があると判定された場合には、第２レゾルバのレゾルバ信号と学習した位相変位からクランク角を算出して、エンジンの気筒の点火時期制御を行うことができる。
【００３４】
【発明の効果】
このように、本発明は、クランク軸とロータの初期位相変位を学習し、クランク軸角度センサである第１レゾルバの値と初期位相変位からロータ角を検出できるようにしたので、レゾルバ取付け時の角度調整が不要となる。また、第１レゾルバをロータ角度センサである第２レゾルバの補助センサとすることができモータ制御の信頼性をより高めることができる。さらにロータに複数のロータ角度センサを設ける場合に比べ、装置全体の小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態の制御装置の概略構成図である。
【図２】  本実施形態の主要部の内部構造を示した図である。
【図３】  カム角度エンコーダの出力信号に基づくクランク軸の周期判定、およびレゾルバ出力に基づく回転角度を示す信号に関する説明図である。
【図４】  本実施形態におけるエンジン始動時の制御フローチャートである。
【図５】  本実施形態におけるモータ駆動時の制御フローチャートである。
【符号の説明】
１０  エンジン、１２  クランク軸、１４  ロータ、１６  モータ、１８  トルクコンバータ、２０  自動変速機、２２  第１レゾルバ、２３  第２レゾルバ、２４  ＥＣＵ、２６  カム角度エンコーダ、２８  バッテリ、３０  インバータ。
【図１】
0003812195.tif 000002
【図２】
0003812195.tif 000003
【図３】
0003812195.tif 000004
【図４】
0003812195.tif 000005
【図５】
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