JP6852565B2 - ハイブリッド車両のクランク角度推定方法、クランク角度制御方法およびクランク角度推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両のクランク角度推定方法、クランク角度制御方法およびクランク角度推定装置に関する。

従来、エンジンおよびモータを動力源とするハイブリッド車両では、モータ角度センサの検出値とクランク角度センサの検出値とを用いてクランク角度を推定している（例えば、特許文献１参照。）。

特許第3770235号公報

しかしながら、上記従来のクランク角度推定方法では、クランク角度の推定精度がクランク角度センサの検出ばらつきに依存するため、クランク角度の推定精度が低いという問題があった。
本発明の目的の一つは、クランク角度の推定精度を向上できるハイブリッド車両のクランク角度推定方法、クランク角度制御方法およびクランク角度推定装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両のクランク角度推定方法では、モータを駆動してエンジンを逆転方向に連れ回したときのモータ回転角度を検出または推定すると共に、モータに作用する外乱トルクを推定し、外乱トルクの勾配の符号が反転したときのモータ回転速度と、エンジンの所定気筒の吸気バルブが開くときのクランク角度との関係に基づき、モータ回転角度からクランク角度推定値を演算する。

よって、本発明のハイブリッド車両のクランク角度推定方法にあっては、クランク角度の推定精度を向上できる。

実施形態１のハイブリッド車両におけるパワートレインの概略構成図である。 実施形態１のパワートレインの制御系の概略構成図である。 実施形態１のモータコントローラ12の概略構成図である。 実施形態１のクランク角度推定制御を示すブロック線図である。 エンジン1のクランク角度と吸排気バルブ開閉タイミングとの関係図である。 エンジン1の燃焼行程と吸排気バルブ開閉タイミングとの関係図である。 エンジン1のクランク角度とエンジン圧縮反力の関係図である。 エンジン1の気筒毎に発生する圧縮反力特性図である。 初期位置が圧縮上死点ではない任意の位置である場合の圧縮反力特性図である。 初期クランク角度（ATDC換算）と最大圧縮反力比との関係図である。 実施形態１のクランク角度推定制御および振動抑制最適クランク角度制御の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。 実施形態１のクランク角度推定作用を示すタイムチャートである。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１のハイブリッド車両におけるパワートレインの概略構成図である。
実施形態１のハイブリッド車両は、エンジン（動力源）1の車両前後方向後方側に自動変速機3をタンデムに配置し、エンジン1のクランクシャフト1aからの回転を自動変速機3の変速機入力軸3aへ伝達するモータトルク軸4に結合してモータジェネレータ5（以下、モータと称す。）を設ける。エンジン1は、クランク角度の回転運動に吸排気バルブの開閉タイミングが連動する６気筒、４ストロークのレシプロ式ガソリンエンジンである。モータ5はエンジン1および自動変速機3間に位置し、モータトルク軸4にトルクを出力する。モータ5は、運転状態に応じて電動機または発電機として機能する。クランクシャフト1aおよびモータトルク軸4間に第１クラッチ6を介装し、第１クラッチ6によりエンジン1およびモータ5間を切り離し可能に結合する。第1クラッチ6は、伝達トルク（クラッチ締結）容量を連続的に変更可能なものとし、例えば、比例ソレノイドでクラッチ作動油流量およびクラッチ作動油圧を連続的に制御して伝達トルク（クラッチ締結）容量を変更可能な湿式多板クラッチとする。

モータ5および自動変速機3間は、モータトルク軸4と変速機入力軸3aとの結合により相互に直結させる。自動変速機3は、有段式であり、変速機入力軸3aからの回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して変速機出力軸3bに出力する。変速機出力軸3bの回転は、ディファレンシャルギヤ装置8により左右の後輪（駆動輪）2,2へ分配して伝達され、車両の走行に供される。実施形態１では、モータ5および後輪2,2を切り離し可能に結合する第２クラッチ7として、自動変速機3内に既存する前進変速段選択用の変速摩擦要素または後退変速段選択用の変速摩擦要素を流用している。第２クラッチ7は、第１クラッチ6と同様に、伝達トルク容量を連続的に変更可能である。

図１に示したパワートレインでは、停車状態からの発進時などを含む低負荷・低車速時に用いられる電気走行(EV)モードが要求されると、第1クラッチ6を解放し、第2クラッチ7を締結し、自動変速機3を動力伝達状態にする。この状態でモータ5を駆動することにより、車両はモータ5の出力のみで走行する（EV走行）。一方、高速走行時や大負荷走行時などで用いられるハイブリッド走行(HEV走行)モードが要求されると、第1クラッチ6および第2クラッチ7を共に締結し、自動変速機3を動力伝達状態にする。この状態でエンジン1およびモータ5を駆動することにより、車両はエンジン1およびモータ5双方の出力により走行する（HEV走行）。HEV走行モードにおいて、エンジン1を最適燃費で運転させるとエネルギーが余剰となる場合、この余剰エネルギーによりモータ5を発電機として作動させることで余剰エネルギーを電力に変換し、この発電電力をモータ5のモータ駆動に用いるよう蓄電しておくことでエンジン1の燃費を向上できる。

図２は、実施形態１のパワートレインの制御系の概略構成図である。
車両制御コントローラ10は、エンジン回転数、モータ回転および車両情報（アクセル開度、車速、ギアポジション、発電要求、第1クラッチ締結状態等）に基づき、車両の目標駆動トルクを演算し、目標駆動トルクを目標エンジントルクと目標モータトルクとに分配して各コントローラ11,12へ出力する。エンジンコントローラ11は、目標エンジントルクを実現するエンジントルク指令を演算し、エンジン1を駆動する。エンジンコントローラ11は、クランク角度センサ13で検出されたクランク角度からエンジン回転数を演算する。モータコントローラ12は、目標モータトルクを実現するモータトルク指令値を演算し、モータ5を駆動する。モータコントローラ12は、レゾルバ14で検出されたモータ回転角度からモータ回転数を演算する。

図３は、実施形態１のモータコントローラ12の概略構成図である。
モータコントローラ12は、車両制御コントローラ10からの目標モータトルクおよびモータ回転数を入力し、モータ回転速度を車両制御コントローラ10へ出力する。モータコントローラ12は、回転速度演算部15、モータトルク制御部16、モータ電流制御部17およびクランク角度推定部18を有する。回転速度演算部15は、レゾルバ14の出力からモータ回転速度を演算する。モータトルク制御部16は、目標モータトルク、モータ回転角度、モータ回転速度および後述するクランク角度推定値からモータトルク指令値を演算し、モータ電流制御部17へ出力する。モータ電流制御部17は、モータトルク指令値に応じてモータ駆動電流を決定し、インバータ19へ出力する。インバータ19は、モータ駆動電流に応じてモータ5に三相電流を供給する。クランク角度推定部18は、モータ回転角度および後述する外乱トルク推定値（圧縮反力推定値）からクランク角度推定値を演算し、モータトルク制御部16へ出力する。

モータコントローラ12は、アイドルストップ後のエンジン再始動時など、停車状態からのエンジン始動時に発生するフロア振動を抑制するために、停車状態でエンジン1が停止している場合に、第１クラッチ6を締結し、第２クラッチ7を解放し、クランク角度推定部18により演算されたクランク角度推定値に基づき、クランク角度が所定の振動抑制最適クランク角度となるようにモータ5を角度制御（回転数制御）する最適クランク角度制御を実行する。振動抑制最適クランク角度は、エンジン回転数が共振帯を通過する際に発生するフロア振動の振幅レベルを許容レベルまで抑制可能な初期クランク角度、すなわち、振動抑制に効果的な初期クランク角度とする。初期クランク角度とフロア振動の振幅レベルには相関が有るため、振動抑制最適クランク角度は予め実験やシミュレーション等により求められる。

上記最適クランク角度制御では、クランク角度の推定精度を高めることが重要であるが、従来のクランク角度推定方法では、クランク角度の推定精度がクランク角度センサの検出ばらつきに依存するため、推定精度が悪化するシーンがある。そこで、実施形態１では、クランク角度の推定精度の向上を狙いとし、クランク角度推定部18において、上述した最適クランク角度制御に先立ち、以下に示すようなクランク角度推定制御を実行する。
図４は、実施形態１のクランク角度推定制御を示すブロック線図である。
初めに、クランク角度推定に必要なモータ5の回転角度指令値として、エンジン1を逆転方向に連れ回しさせるため、負の回転角度指令値θm*を設定する。「逆転方向」とは、エンジン1の燃焼行程となる回転方向（正転方向）と反対の方向である。「連れ回し」とは、エンジン１に対する燃料噴射および点火を停止した状態でクランクシャフト1aをモータ5で回している状態である。

加え合わせ点20は、θm*とモータ回転角度θmとの差を生成する。
ゲインブロック21は、加え合わせ点20の出力に所定のゲインaを乗じてモータ回転速度指令値ωm*を生成する。
加え合わせ点22は、ωm*とモータ回転速度ωmとの差を生成する。
乗算器23は、加え合わせ点22の出力に所定のゲインbを乗じてモータトルク指令値Tm*を生成する。
加え合わせ点24は、Tm*と後述する外乱トルク推定値Trbstとの差である最終モータトルク指令値Tfin*を生成する。
実プラントブロック25は、制御対象（モータ5）としての実プラントを代替的に表す。実プラントブロック25は、Tfin*に伝達関数Gp'(s)を乗じてωmを生成する。Tfin*を実プラントへ出力することにより、θm*に追従および収束するようモータ5を角度制御できる。

積分ブロック26は、ωmを積分してモータ回転角度θmを生成する。
フィルタブロック27は、ローパスフィルタとしての機能を有し、Tfin*に伝達関数H(s)を乗じて規範モータトルクTrefを生成する。
フィルタブロック28は、フィルタとして機能し、ωmに伝達関数H(s)/Gp(s)を乗じてモータ印加トルク推定値Tactを生成する。Gp(s)は、制御対象へのトルク入力とモータ回転速度との伝達関数のモデルである。つまり、伝達関数H(s)/Gp(s)は、伝達関数H(s)と、制御対象へのトルク入力とモータ回転速度との伝達関数Gp(s)の逆モデル1/Gp(s)との積である。なお、H(s)/Gp(s)はプロパーな伝達関数である。つまり、H(s)/Gp(s)を表す分数関数において、分子次数は分母次数よりも低い。フィルタブロック27,28は、外乱トルク推定部である。
加え合わせ点29は、TactとTrefとの差であるTrbstを生成する。Trbstは、圧縮反力推定値Tcとしてクランク角度推定部18に入力される。
クランク角度推定部18は、θm、Tcを入力とし、予めエンジン諸元を用いた机上検討により求まる、吸排気バルブ開閉タイミングとクランク角度との関係に基づき、クランク角度推定値θcを演算する。

以下、実施形態１のクランク角度推定制御を詳細に説明する。
図５は、エンジン1のクランク角度と吸排気バルブ開閉タイミングとの関係図である。
エンジン1のように、クランク角度の回転運動に吸排気バルブの開閉タイミングが連動するエンジンでは、図５に示すように、吸気バルブおよび排気バルブの開弁区間および開閉タイミングは、カム形状およびクランク角度に応じて一様に決まる。
実施形態１では、圧縮行程における吸気バルブ閉弁タイミング（圧縮上死点TDCからのクランク角度：θint）、および排気行程における排気バルブ開弁タイミング（圧縮上死点TDCからのクランク角度：θext）に着目し、下記の式(1)の関係性を有するエンジン1において、エンジン1を逆転方向に連れ回す。
θint＜θext …(1)

図６は、エンジン1の燃焼行程と吸排気バルブ開閉タイミングとの関係図である。
エンジン1のような４ストロークエンジンでは、クランク角度720°で燃焼行程１周期となり、吸気→圧縮→膨張→排気の順で燃焼サイクルが進む。図６では、ある一気筒における燃焼サイクルとその回転運動中の吸排気バルブの開閉状態を示している。エンジン1に直結したモータ5が反力を受ける区間は、回転運動中の気筒内部に大気圧を基準とした差圧が生じる状態、すなわち、吸排気バルブが共に閉弁状態となる区間（バルブ全閉区間）のみである。図６では、吸排気バルブの閉弁区間を実線で示しており、その重なり合う区間がこれに相当する。吸気バルブ閉弁タイミングとなるクランク角度θintおよび排気バルブ開弁タイミングとなるクランク角度θextを用いて表現すると、バルブ全閉区間は(θint＋θext)となる。

図７は、エンジン1のクランク角度とエンジン圧縮反力の関係図である。
図７において、縦軸はモータ5に作用する反力[N・m]、横軸はクランク角度[deg]である。波形は、第１クラッチ6を締結した状態でエンジン1（６気筒エンジン）をモータ5で連れ回した際に生じる、気筒毎の反力を合算した波形である。このとき、回転運動開始前の初期角度としては、任意の気筒が圧縮上死点TDCに位置する角度とした。また縦軸については、モータ5の回転方向と逆向きに作用するトルクを反力（正の値）としており、仮に車両進行方向に対して右回転を正転方向とした場合、反力は左回転のトルクであり、逆転方向（左回転）に対する反力は右回転のトルクとなる。

通常、エンジン1を正転方向に回転させた場合、（θint＋θext）で表されるバルブ全閉区間で生じる筒内圧の変化が反力トルクとしてモータ5へ作用する。この反力トルク波形は周期性を持ち、その周期は燃焼行程１周期と気筒数から算出される圧縮反力周期θcycとなる。また、各種エンジン諸元から、波形の極大ピーク値は圧縮上死点TDC前の所定のクランク角度（圧縮反力最大クランク角度θmax）で生じる。
これに対し、エンジン1を逆転方向に回転させた場合、正転方向同様に圧縮反力周期θcycおよび圧縮反力最大クランク角度θmaxから得られる周期性を持つものの、初回の極大ピークに到達する前に一度大きく反力が抜ける（圧縮反力抜け）シーンが存在する。実施形態１のクランク角度推定制御では、この反力トルク波形の勾配の符号反転を検出することにより、クランク角度の推定精度向上を図る。

図８は、エンジン1の気筒毎に発生する圧縮反力特性図である。
図８では、図７に示したモータ5への反力トルクに対して、実際に反力を生み出している（バルブ全閉区間に存在する）気筒のみを抽出し、気筒毎にモータ5へ与える反力トルクを描いている。６気筒エンジンの場合、図７と同様の初期位置（圧縮TDC）から正転方向および逆転方向にθcyc程度回転させた区間では、反力を発生させる気筒は計３つ存在する。それらの気筒を気筒#1,#2,#3とし、このときの初期位置は気筒#1の圧縮上死点（TDC）とする。

エンジン1を正転方向に回転させた場合、気筒#1および気筒#2が反力を与えている。主に気筒#2における圧縮行程での筒内圧増加による反力が支配的であり、これに加えて気筒#1における排気行程での筒内圧減少（負圧）による反力の影響を受ける。このとき、θext,θcyc,θmaxを用いた下記の式(2)に示す関係が成立する場合、気筒#1での排気バルブ開弁による反力抜けは、気筒#2における反力上昇領域（正の勾配領域）で生じる。
θext＜(θcyc−θmax) …(2)
ところが、図８のように式(2)が不成立である場合、すなわち、θext＞(θcyc−θmax)の場合には、気筒#2における反力ピークを超えた後、つまり、勾配が負の領域で気筒#1の反力抜け（負の勾配）が生じるため、共に勾配が負であることから、圧縮反力抜けの検出は困難である。

これに対し、エンジン1を逆転方向に回転させた場合には、気筒#1および気筒#3が反力を与えており、主に気筒#3における膨張行程での筒内圧増加による反力が支配的であり、これに加えて気筒#1における圧縮行程での筒内圧減少（負圧）による反力の影響を受ける。ここで逆転方向における燃焼行程の表記は便宜上、正転方向に合わせており、実際の物理現象とは異なることに留意されたい。
逆転方向においては、θint,θcyc,θmaxを用いた下記の式(3)に示す関係が成立する場合に、気筒#1での吸気バルブ開弁（通常の正転方向では閉弁タイミングであるが、逆転方向においては開弁となる）による反力抜けが、気筒#3における反力上昇領域（正の勾配）で生じる。
θint＜(θcyc−θmax) …(3)

図８では、式(3)が成立するエンジン諸元であるため、気筒#3における反力ピークに到達する前に、すなわち、勾配が正の領域で気筒#1の反力抜けにより勾配が負になるため、勾配の符号反転を検出することにより、圧縮反力抜けを容易に検出できる。
このようにモータ反力の勾配の符号反転は、吸気バルブ閉弁タイミングとなるクランク角度θintで一様に生じるため、本反転現象（圧縮反力抜け）を検出したときのクランク角度をθintとすることにより、高精度のクランク角度推定を実現できる。
実施形態１では、式(1)に示す関係性を有するエンジンを前提としており、式(2)および式(3)の右辺は同一であることから、より成立性の高い式(3)を用いてクランク角度を推定するためにエンジン1を逆転方向に回転させる。

図９は、初期位置が圧縮上死点ではない任意の位置である場合の圧縮反力特性図である。
図８同様のエンジン諸元において、エンジン1の停止状態から空回しした際にモータ5へ反力を与える気筒を気筒#1、気筒#2、気筒#3としてそれぞれ抽出し、それらの合算反力トルクを最上段に示す。ただし、図９では、初期位置を気筒#1の圧縮上死点からθinitだけ回転させた位置としている。
図９の場合も図８同様、正転方向では気筒#1および気筒#2によって反力が生じている。この場合は、式(2)に加えて、初期位置θinitを考慮した下記の式(4)に示す関係が成立する場合にのみ、反力トルクの勾配の符号反転を検出可能となる。
(θext−θinit)＜(θcyc−θmax−θinit) …(4)
同様に、逆転方向においても式(3)に加えてθinitを考慮した下記の式(5)の関係が成立する場合に、反力トルクの勾配の符号反転を検出可能となる。
(θint＋θinit)＜(θcyc−θmax＋θinit) …(5)
このように、初期位置が任意の位置であっても、式(1)となる諸元をもつエンジン1においては、逆転方向にエンジン1を回転させることで、反力トルクの勾配の符号反転が検出可能な式(5)を成立させ、精度良くクランク角度が推定可能となる。

図１０は、初期クランク角度（ATDC換算）と最大圧縮反力比との関係図である。
図１０において、縦軸は最大圧縮反力比[-]、横軸は初期クランク角度θinit（ATDC換算）である。横軸は任意の気筒の圧縮上死点を基準（ゼロ点）として、圧縮反力周期θcycにおける、任意の刻み値毎の最大圧縮反力比を示している。縦軸の最大圧縮反力比とは、エンジン回転中のシリンダ内部空気の圧縮・膨張によって生じる圧力において、モータトルク軸4に作用する力の比率を示しており、ATDC 0°のときを1.0としている。モータトルク軸4に作用する力は、各気筒に、シリンダ表面積、バルブ開閉タイミング等のエンジン諸元および回転量に基づいてモータトルク軸4に作用する力を算出し、全ての気筒で発生する力を合算したものである。また、エンジン1の始動直後の振動に対する影響を見るために、回転開始からの回転量としては、θcycの1周期分とした。このとき各θinitに発生する圧縮反力の最大値をATDC 0°の値を基準として正規化した値をプロットしている。

図１０から明らかなように、θinitに応じて、エンジン始動後θcycまで回転したときの最大圧縮反力比には差が見られ、圧縮反力がエンジン始動直後に生じる振動の加振力であると仮定した場合、振動抑制に効果的な初期クランク角度である振動抑制最適クランク角度θidealが存在することが分かる。
実施形態１では、クランク角度推定制御により素早く、かつ、精度良くクランク角度を推定した後、最適クランク角度制御によりθidealへクランク角度を制御することにより、エンジン再始動時におけるフロア振動を抑制し、乗員に与える違和感の低減を図る。

図１１は、実施形態１のクランク角度推定制御および最適クランク角度制御の具体的な処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、例えばアイドルストップ中に実行する。
ステップS1では、停車状態（車速 0km/h）、かつ、エンジン1が停止（エンジン回転数 0rpm）していることを検知する。
ステップS2では、停車状態を維持するために第１クラッチ6を締結し、制御中も停車状態を保持するために第2クラッチ7を解放する。
ステップS3では、クランク角度推定に必要なモータ1の回転角度指令値θm*として、モータ5に作用する圧縮反力波形の勾配の符号反転が確実に発生する回転角度を設定する。θm*は、エンジン1を逆転方向に連れ回すために負の値とし、例えば、圧縮反力周期θcycの2周期分の値−(2×θcyc)とする。なお、θm*は、ステップ入力による急回転に伴う車両振動を防止するために、ある一定以上の変化率制限を設ける。

ステップS4では、モータ回転角度θmがθm*に追従するようモータ5を角度制御する。
ステップS5では、クランク角度推定値θcとして、θmをθcycで除した余りの角度を補正前クランク角度推定値θconとして格納する。
ステップS6では、圧縮反力推定値Tcの符号が反転する現象が発生したか否かを判定する。YESの場合はステップS7へ進み、NOの場合はステップS4に戻る。
ステップS7では、吸気バルブ閉弁タイミングとなるクランク角度θintと補正前クランク角度推定値の前回値θcon_zとの偏差をθoffに格納する。いま、θintは正の値、θcon_zは負の値であるため、偏差は両者を加算して求める。なお、θoffの初期値は0である。

ステップS8では、θconにθoffを減算した値をθcとする。
ステップS9では、最適クランク角度制御のために、θm*を再設定する。具体的には、モータ回転角度の前回値θm_zに対し、上死点到達までに必要な回転角度であるθcycとθintの差分値(θcyc−θint)と、振動抑制最適クランク角度θidealとを減算した値を新たなθm*とする。
ステップS10では、θmが新たに設定されたθm*に追従するようモータ5を角度制御する。
ステップS11では、θmがθm*に到達、すなわちクランク角度がθidealに到達したか否かを判定する。YESの場合は本制御を終了し、NOの場合はステップS10へ戻る。

図１２は、実施形態１のクランク角度推定作用を示すタイムチャートである。
時刻t1では、停車状態およびエンジン1の停止状態を検知したため、モータコントローラ12はクランク角度推定制御を開始し、クランク角度推定部18はクランク角度の推定を開始する。回転角度指令値θm*としては、エンジン1を逆転方向に回転させた際にモータ5に作用する圧縮反力の勾配における符号反転が生じる値、例えば圧縮反力周期θcycの2倍の負値（-2×θcyc）とする。
時刻t1からt2の区間では、圧縮反力推定値Tcは勾配の符号が変わらないため、クランク角度推定補正値θoffは初期値0が格納されたまま更新されず、クランク角度推定値θcは補正前クランク角度推定値θcon、すなわちモータ回転角度θmをθcycで除した余りの角度を演算し続ける。

時刻t2では、Tcの勾配の符号反転を検出したため、予めエンジン諸元を用いた机上検討より得られる吸気バルブの閉弁タイミングとなるクランク角度θintを用いて、θintと補正前クランク角度推定値の前回値θcon_zとの偏差をθoffに格納する。これにより、時刻t2以降は、θconとクランク角度真値とのずれが補正された高精度のθcが得られる。また、時刻t2では、最適クランク角度制御のためのθm*を再設定する。具体的には、勾配の符号反転を検出した時点（時刻t2）におけるモータ回転角度の前回値θm_zに対し、上死点到達までに必要な回転角度であるθcycとθintの差分値と、振動抑制最適クランク角度θidealを減算した値とする。
時刻t3では、θmがθm*に到達、すなわちクランク角度がθidealに達したため、最適クランク角度制御を終了する。これにより、エンジン再始動時には振動抑制最適クランク角度θidealからエンジン1のクランキングが実施されるため、エンジン再始動時におけるフロア振動を抑制でき、乗員に与える違和感を軽減できる。

実施形態１では、モータ5によりエンジン1を逆転方向に連れ回したときの外乱トルク推定値Trbstを、モータ5に作用するエンジン1の圧縮反力とみなし、Trbst、モータ回転角度θmおよびクランク角度に対するエンジン圧縮反力特性に基づいてクランク角度推定値θcを演算する。Trbstを圧縮反力とみなすことにより、圧縮反力抜けが発生（圧縮反力の勾配の符号が反転）するときのモータ回転角度θm（実際はθmを圧縮反力の周期で除した余りの角度）が判るため、モータ回転角度θmとクランク角度との対応付けが可能となる。θmとクランク角度との対応付けができれば、逐次検出されるθmからクランク角度を推定できる。
実施形態１のクランク角度推定制御では、クランク角度と機械的に連動して発生する圧縮反力抜けを検出することにより、クランク角度センサの検出ばらつきに依存する従来の推定方法と比べて、クランク角度の推定精度を向上できる。一般的に、モータの回転角度を検出するレゾルバは、クランク角度センサよりも高い分解能を持つ。よって、θmからクランク角度を推定することにより、クランク角度情報を持たないモータコントローラ12において、クランク角度を精度よく推定できる。この結果、振動抑制最適クランク角度制御の制御精度が向上するため、エンジン再始動時のフロア振動を低減できる。

実施形態１にあっては以下の効果を奏する。
(1) モータ5およびエンジン1を動力源とするハイブリッド車両のクランク角度推定方法であって、エンジン1とモータ5とを連結し、エンジン1に対する燃料噴射および点火を停止した状態でモータ5をエンジン1が逆転する方向に駆動し、エンジン1が逆転しているときのモータ回転角度θmを検出すると共に、モータ1に作用する外乱トルク推定値Trbstを演算し、Trbstの勾配の符号が反転したときのθmと、エンジン1の気筒#1の吸気バルブが開くときのクランク角度θintとの関係に基づき、モータ回転角度θmからクランク角度推定値θcを演算する。
よって、クランク角度と機械的に連動して発生する圧縮反力の勾配の符号反転を検出し、クランク角度とθmとの対応付けを行うことにより、クランク角度の推定精度を向上できる。また、エンジン1を逆転方向に連れ回すことにより、正転方向に連れ回す場合と比べて圧縮反力抜けの検出を容易化できる。さらに、圧縮反力抜けは圧縮反力が初回の極大ピークに到達する前に発生するため、クランク角度の推定に要する時間を短縮できる。

(2) エンジン1の逆転時における、気筒#1の吸気バルブの開弁タイミングに対応する圧縮上死点TDCからのクランク角度θintは、外乱トルクのピークタイミングに対応するTDCからのクランク角度(θcyc−θmax)よりも小さい。つまり、エンジン1は、式(3)の関係が成立する。
よって、圧縮反力がピークに達する前、すなわち、圧縮反力の勾配が正の領域で吸気バルブ開弁による圧縮反力抜けが生じるため、確実に圧縮反力の符号反転を発生させることができる。

(3) エンジン1の逆転時における気筒#1の吸気バルブの閉弁タイミングに対応する圧縮上死点TDCからのクランク角度θintは、エンジン1の正転時における気筒#1の排気バルブの開弁タイミングに対応するTDCからのクランク角度θextよりも小さい。つまり、エンジン1は、式(1)の関係が成立する。
よって、エンジン1を正転させる場合と比べて、圧縮反力抜け時に圧縮反力の符号が反転する確率を高められる。

(4) モータ回転角度θmおよびエンジン1の圧縮反力の周期から補正前クランク角度推定値θconを演算し、エンジン1の気筒#1の吸気バルブが開くときのクランク角度θintと、外乱トルクの勾配の符号が反転したときのモータ回転角度との偏差からクランク角度推定補正値θoffを演算し、θconをθoffで補正してクランク角度推定値θcを演算する。
よって、クランク角度を精度良く推定できる。

(5) 最終モータトルク指令値Tfin*を入力としモータ回転速度ωmを出力するモータ5の数式化モデルGp'(s)を用いて、モータ回転速度ωmに数式化モデルの逆系1/Gp(s)およびローパスフィルタH(s)を乗じたモータ印加トルク推定値Tactから、Tfin*にH(s)を乗じた規範モータトルクTrefを差し引いて外乱トルク推定値Trbstを推定する。
よって、制御対象（モータ5）の逆モデルを利用することにより、モータ5に作用する外乱トルクを精度良く推定できる。

(6) エンジン1、第１クラッチ6、モータジェネレータ5、第２クラッチ7および後輪2,2を伝達経路の配列順とし、モータコントローラ12が、第１クラッチ6の締結状態、かつ、第２クラッチ7の解放状態で、モータジェネレータ5によりエンジン1のクランク角度を振動抑制最適クランク角度に停止させるハイブリッド車両のクランク角度制御方法であって、クランク角度推定部18により演算されたクランク角度推定値θcに基づきクランク角度を振動抑制最適クランク角度に停止させる。
よって、精度の高い最適クランク角度制御を実現でき、エンジン再始動時のフロア振動を低減できる。また、クランク角度の推定時間を短くできるため、クランク角度を早期に振動抑制最適クランク角度にできる。これにより、アイドルストップの開始からエンジン再始動までの時間が短い場合であっても、最適クランク角度制御を実行できる。

(7) モータ5およびエンジン1を動力源とするハイブリッド車両のクランク角度推定装置であって、エンジン1とモータ5とを連結する第１クラッチ6と、エンジン1とモータ5とが連結され、エンジン1に対する燃料噴射および点火を停止した状態でモータ5をエンジン1が逆転する方向に駆動するモータコントローラ12と、モータ1の回転角度θmを検出するレゾルバ14と、モータ5の外乱トルク推定値Trbstを演算する外乱トルク推定部（フィルタブロック27,28）と、Trbstの勾配の符号が反転したときのθmと、エンジン1の所定気筒#1の吸気バルブが開くときのクランク角度θintとの関係に基づき、モータ回転角度θmからクランク角度推定値θcを演算するクランク角度推定部18と、を備えた。
よって、クランク角度と機械的に連動して発生する圧縮反力の勾配の符号反転を検出し、クランク角度とθmとの対応付けを行うことにより、クランク角度の推定精度を向上できる。また、エンジン1を逆転方向に連れ回すことにより、正転方向に連れ回す場合と比べて圧縮反力抜けの検出を容易化できる。さらに、圧縮反力抜けは圧縮反力が初回の極大ピークに到達する前に発生するため、クランク角度の推定に要する時間を短縮できる。

（他の実施形態）
以上、本発明を実施するための形態を、実施形態に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、第２クラッチ7は自動変速機3の有する複数の摩擦要素を連続的に締結・解放制御することで伝達トルク容量を変更可能な構成としても良い。また、自動変速機3は無段変速機でも良い。
図４において、加え合わせ点29から出力されるTc(Trbst)をノッチフィルタでフィルタ処理し、モータ5のトルクリップルが持つ周波数成分を除去しても良い。また、Tcをローパスフィルタでフィルタ処理し、高周波成分を除去しても良い。これにより、トルクリップルや計測ノイズ等に起因する推定ばらつきを低減できる。

1 エンジン
2 後輪（駆動輪）
5 モータジェネレータ
6 第１クラッチ
7 第２クラッチ
12 モータコントローラ（モータ制御部）
13 クランク角度センサ
14 レゾルバ（モータ回転角度検出部）
18 クランク角度推定部
27 フィルタブロック（外乱トルク推定部）
28 フィルタブロック（外乱トルク推定部）

Claims (7)

1. モータおよびエンジンを動力源とするハイブリッド車両のクランク角度推定方法であって、
   前記エンジンと前記モータとを連結し、前記エンジンに対する燃料噴射および点火を停止した状態で前記モータを前記エンジンが逆転する方向に駆動し、
   前記エンジンが逆転しているときのモータ回転角度を検出または推定すると共に、前記モータに作用する外乱トルクを推定し、
   前記外乱トルクの勾配の符号が反転したときの前記モータ回転角度と、前記エンジンの所定気筒の吸気バルブが開くときのクランク角度との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角度推定値を演算するハイブリッド車両のクランク角度推定方法。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両のクランク角度推定方法において、
   前記エンジンの逆転時における、前記吸気バルブの開弁タイミングに対応する圧縮上死点からのクランク角度は、前記外乱トルクのピークタイミングに対応する前記圧縮上死点からのクランク角度よりも小さいハイブリッド車両のクランク角度推定方法。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両のクランク角度推定方法において、
   前記エンジンの逆転時における前記吸気バルブの閉弁タイミングに対応する圧縮上死点からのクランク角度は、前記エンジンの正転時における排気バルブの開弁タイミングに対応する圧縮上死点からのクランク角度よりも小さいハイブリッド車両のクランク角度推定方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のハイブリッド車両のクランク角度推定方法において、
   前記モータ回転角度および前記エンジンの圧縮反力の周期から補正前クランク角度推定値を演算し、
   前記エンジンの吸気バルブが開くときのクランク角度と、前記外乱トルクの勾配の符号が反転したときの前記モータ回転角度との偏差からクランク角度推定補正値を演算し、
   前記補正前クランク角度推定値を前記クランク角度推定補正値で補正してクランク角度推定値を演算するハイブリッド車両のクランク角度推定方法。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド車両のクランク角度推定方法において、
   モータトルク指令値を入力としモータ回転速度を出力する前記モータの数式化モデルを用いて、前記モータ回転速度に前記数式化モデルの逆系およびローパスフィルタを乗じた値から、前記モータトルク指令値に前記ローパスフィルタを乗じた値を差し引いて前記外乱トルクを推定するハイブリッド車両のクランク角度推定方法。
6. エンジン、第１クラッチ、モータ、第２クラッチおよび駆動輪を伝達経路の配列順とし、
   モータコントローラが、前記第１クラッチの締結状態、かつ、前記第２クラッチの解放状態で、前記モータにより前記エンジンのクランク角度を所定の最適クランク角度に停止させるハイブリッド車両のクランク角度制御方法であって、
   請求項１ないし５のいずれかに記載のクランク角度推定方法を用いて演算されたクランク角度推定値に基づき、前記エンジンのクランク角度を前記最適クランク角度に停止させるハイブリッド車両のクランク角度制御方法。
7. モータおよびエンジンを動力源とするハイブリッド車両のクランク角度推定装置であって、
   前記エンジンと前記モータとを連結するクラッチと、
   前記エンジンと前記モータとが連結され、前記エンジンに対する燃料噴射および点火を停止した状態で前記モータを前記エンジンが逆転する方向に駆動するモータ制御部と、
   前記モータの回転角度を検出するモータ回転角度検出部と、
   前記モータに作用する外乱トルクを推定する外乱トルク推定部と、
   前記外乱トルクの勾配の符号が反転したときの前記モータ回転角度と、前記エンジンの所定気筒の吸気バルブが開くときのクランク角度との関係に基づき、前記モータ回転角度からクランク角度推定値を演算するクランク角度推定部と、
   を備えたハイブリッド車両のクランク角度推定装置。

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