CN110962838A - 驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不易产生打齿声的驱动系统。驱动装置具备具有输出轴的发动机、经由输出轴被传递来自发动机的驱动力的第一电动发电机、第二电动发电机、将这些相连的齿轮机构、以及控制部。齿轮机构具有从发动机被传递第一驱动转矩的第一齿轮、以及从第二电动发电机被传递第二驱动转矩并且与第一齿轮啮合的第二齿轮。控制部以使满足条件式(1)时的第一齿轮的第一驱动转矩的变化率小于不满足条件式(1)时的第一齿轮的第一驱动转矩的变化率的方式进行发动机的转矩控制。其中，在此，T1是第一驱动转矩，T2是第二驱动转矩，Th1是第一阈值。|T2‑T1|＜Th1……(1)。

Description

驱动系统
技术领域
本公开涉及一种搭载在车辆等的驱动设备中的驱动系统。
背景技术
以往，开发出一种车辆的驱动系统，其具备发动机与两个马达，并且将发动机的驱动转矩与两个马达的各驱动转矩相加。(例如，参照专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2016-203664号公报
发明内容
技术问题
然而，在这样的驱动系统中，例如存在如下情况：因为切换发动机的驱动转矩与马达的驱动转矩的大小关系，所以在关联发动机的驱动转矩与马达的驱动转矩的齿轮机构中产生打齿声。因此，期待难以产生这样的打齿声的驱动系统。
技术方案
作为本公开的一个实施方式的驱动系统具备：发动机，其具有输出轴；第一电动发电机，其经由该输出轴而被传递来自发动机的驱动力；第二电动发电机；齿轮机构，其将所述发动机与所述电动发电机相连；以及控制部。在此，齿轮机构具有：第一齿轮，其从发动机被传递第一驱动转矩；以及第二齿轮，其从第二电动发电机被传递第二驱动转矩并且与第一齿轮啮合。控制部以使满足下述条件式(1)时的第一齿轮的第一驱动转矩的变化率小于不满足下述条件式(1)时的第一齿轮的第一驱动转矩的变化率的方式进行发动机的转矩控制。
|T2-T1|＜Th1……(1)
其中，T1是第一驱动转矩，T2是第二驱动转矩，Th1是第一阈值。
在作为本公开的一个实施方式的驱动系统中，通过控制部，以使满足条件式(1)时的第一驱动转矩的变化率小于不满足条件式(1)时的第一驱动转矩的变化率的方式进行发动机的转矩控制。因此，稳定了第二齿轮相对于第一齿轮的齿接触方向。
技术效果
根据作为本公开的一个实施方式的驱动系统，由于通过控制部的转矩控制而稳定了第二齿轮相对于第一齿轮的齿接触方向，所以抑制了打齿声的产生。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的车辆驱动系统的概略构成例的示意图。
图2是用于说明图1所示的车辆驱动系统的转矩控制的图表的一例。
符号说明
10…齿轮机构，41…油盘，42…油泵，43…油冷却器，44、45…油路，50…HEV-ECU，60…PCU，80…ECU，90…CAN，100…车辆驱动系统，110、132…输出轴，121、131…电动发电机(MG)，122…驱动轴，140、150…行星齿轮机构，142、154…行星架，144、152…行星齿轮，145、155…太阳齿轮，146、156…齿环，160…前轮差速器，162…车轮驱动轴，170…传动轴，180、182…减速齿轮，190、192、220、222…传动齿轮，200…发动机，210…驱动轴，230…联轴器。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。应予说明，按以下的顺序进行说明。
1.实施方式(具备了发动机和两个电动发电机的车辆驱动系统的例子)
2.变形例
＜1.实施方式＞
[车辆驱动系统100的简略构成]
图1是示意性地表示本公开的一个实施方式的车辆驱动系统100的动力传递系统的概略构成例的图。车辆驱动系统100是搭载于具备发动机200与电动发电机121的混合动力车辆(以下，简称为“车辆”)，并且对该车辆进行驱动的系统。如图1所示，车辆驱动系统100具备：通过发动机200的驱动力而旋转的输出轴110、包括发电用的电动发电机(MG)121的旋转驱动装置120、包括车辆驱动用的电动发电机(MG)131的旋转驱动装置130、行星齿轮机构140、行星齿轮机构150、前轮差速器160、以及传动轴170。前轮差速器160是向未图示的前轮传递驱动力的部件。另外，传动轴170是经由未图示的后轮差速器向后轮传递驱动力的部件。
应予说明，“发动机200”是对应于本公开的“发动机”的一个具体例，“输出轴110”是对应于本公开的“输出轴”的一个具体例。另外，电动发电机121和电动发电机131是分别对应于本公开的电动发电机的一个具体例。
车辆驱动系统100具备连接发动机200与电动发电机121和电动发电机131的齿轮机构10。齿轮机构10除了具有行星齿轮机构140以及行星齿轮机构150之外，还具有在行星齿轮机构140与电动发电机131之间设置的传动齿轮190、传动齿轮192以及驱动轴210。齿轮机构10通过经由后述的油泵42而循环的ATF(自动变速箱油)等油来进行冷却和润滑。
车辆驱动系统100还具备减速齿轮180、减速齿轮182、联轴器230、停车齿轮250、传动齿轮220、传动齿轮222、以及车轮驱动轴162。减速齿轮180和减速齿轮182设置在输出轴110与电动发电机121之间。联轴器230位于行星齿轮机构150与传动轴170之间。停车齿轮250、传动齿轮220、传动齿轮222以及车轮驱动轴162设置在电动发电机131与前轮差速器160之间。
(旋转驱动装置120)
旋转驱动装置120具有电动发电机121、以及驱动轴122。驱动轴122通过从输出轴110传递来的来自发动机200的驱动力驱动旋转。电动发电机121是例如三相交流型的交流同步马达，主要作为发电机而动作。电动发电机121利用经由驱动轴122从输出轴110传递来的来自发动机200的驱动力来进行发电，发电所得的电力除了对后述的电池70进行充电以外，还作为车辆驱动用的电动发电机131的驱动源而被使用。应予说明，电动发电机121不限于交流同步马达，也可以是交流感应马达或者直流马达。
(行星齿轮机构140)
行星齿轮机构140是将发动机200的驱动力、电动发电机121的驱动力以及电动发电机131的驱动力进行统合与分配的动力分配统合机构，具有行星架142、行星齿轮144、太阳齿轮145以及齿环146。太阳齿轮145与驱动轴122连接。发动机200的驱动力从输出轴110经由减速齿轮180与减速齿轮182而传递至行星架142，并且经由行星齿轮144和太阳齿轮145而传递至驱动轴122。另外，传递到行星架142的发动机200的驱动力经由行星齿轮144而传递至齿环146。传递到齿环146的发动机200的驱动力经由传动齿轮190与传动齿轮192向驱动轴210传递。
(旋转驱动装置130)
旋转驱动装置130具有电动发电机131、以及输出轴132。电动发电机131是例如三相交流型的交流同步马达，主要作为生成车辆驱动用的驱动力的动力源而动作。在电动发电机131生成的驱动力经由输出轴132与行星齿轮机构150向驱动轴210传递。应予说明，电动发电机131不限于交流同步马达，也可以是交流感应马达或者直流马达。
(行星齿轮机构150)
行星齿轮机构150是减速齿轮机构，具有行星齿轮152、固定于驱动轴210的行星架154、连接输出轴132的太阳齿轮155、以及齿环156。在电动发电机131生成的驱动力经由输出轴132、太阳齿轮155、以及行星齿轮152，从而传递至固定于驱动轴210的行星架154。通过这样的机构，从而发动机200的驱动力与车辆驱动用的电动发电机131的驱动力在驱动轴210相加。
驱动轴210的驱动力经由传动齿轮220与传动齿轮222而传递至前轮差速器160的车轮驱动轴162。前轮差速器160通过传递到车轮驱动轴162的驱动轴210的驱动力而被驱动旋转。另外，驱动轴210的驱动力通过联轴器230来吸收前后轮的转数差，并传递至传动轴170。传动轴170经由后轮差速器等而与后轮连接。在通常的行驶时，通过发动机200的转数与发电用的电动发电机121的转数的比率来规定驱动轴210的转数。作为一例，发动机的输出中的30％被发电用的电动发电机121的发电所消耗，剩下的70％被车轮的驱动所消耗。应予说明，在本实施方式中，示例了向前轮和后轮传递驱动轴210的驱动力的全时4WD的车辆驱动系统100。然而，在向前轮和后轮中的任一者传递驱动轴210的驱动力的FF方式或FR方式的车辆驱动系统中也能够适用车辆驱动系统100。
如图1所示，车辆驱动系统100还具备发动机控制单元(以下，简称为“ECU”。)80、混合动力车控制单元(以下，简称为“HEV-ECU”。)50、CAN(Controller Area Network：控制器局域网络)90、电力控制单元(以下称为“PCU”)60、电池70、油盘41、油泵42、以及油冷却器43。
发动机200具备燃料喷射装置、点火装置、以及节气门等，其动作被ECU80控制。在ECU80连接有检测输出轴110的旋转位置(发动机转数)的曲轴角传感器、检测油门踏板的踩踏量即油门踏板的开度的油门踏板传感器、以及检测发动机200的冷却水的温度的水温传感器等各种传感器。
ECU80基于获取到的这些各种信息、以及来自HEV-ECU50的控制信息，通过控制燃料喷射装置或点火装置以及节气门等各种装置来控制发动机200。另外，ECU80经由CAN90向HEV-ECU50发送油门踏板开度、发动机转数、以及冷却水温度等各种信息。
油盘41是存储ATF等油的容器，该ATF用于对电动发电机121、电动发电机131、减速齿轮180、减速齿轮182、传动齿轮190、传动齿轮192、传动齿轮220、传动齿轮222、以及行星齿轮机构140、行星齿轮机构150等进行润滑和冷却。
油泵42是向电动发电机121和电动发电机131等供给存储在油盘41中的油的机械式的油泵。油泵42被发动机200驱动，并将存储在油盘41中的油吸上来，并加压排出。从油泵42排出的油被压送到油冷却器43之后，分别经由油路44、油路45向电动发电机121和电动发电机131等供给。向电动发电机121和电动发电机131等供给的油在车辆驱动系统100的内部循环并向油盘41返回。在该车辆驱动系统100中，来自油泵42的油的排出量与发动机200的输出轴110的转数连动而变化。具体而言，随着发动机200的输出轴110的转数的上升，来自油泵42的油的排出量增加，随着发动机200的输出轴110的转数的下降，来自油泵42的油的排出量也减少。应予说明，作为机械式的油泵42，优选使用例如同轴式的内接齿轮·余摆线型的泵、或链驱动式的叶片型的泵等。
在车辆驱动系统100中，还可以设置电动油泵。例如，在发动机200停止时，电动油泵能够通过电动马达而驱动，并使存储在油盘41中的油升压而排出，且压送到油冷却器43。这样的电动油泵的驱动由HEV-ECU50控制。
油冷却器43是设置在油泵42的下游侧，并且在从油泵42排出的油与例如空气等冷却介质之间进行热交换的冷却油的空冷式的油冷却器。应予说明，油冷却器43不限于空冷式的油冷却器，例如也可以是在油与冷却水之间进行热交换的水冷式的油冷却器。
作为驱动力源的发动机200、电动发电机121以及电动发电机131被HEV-ECU50统一控制。应予说明，HEV-ECU50是对应于本公开的“控制部”的一个具体例。
HEV-ECU50具有例如进行运算的微处理器、存储用于使该微处理器执行各处理的程序等的ROM、存储运算结果等的各种数据的RAM、保持该存储内容的备份RAM、以及输入输出I/F。
在HEV-ECU50连接有包括例如检测外部气体的温度的外部气温传感器、和/或检测车辆的速度的车速传感器等各种传感器。另外，HEV-ECU50经由CAN90而以能够彼此通信的方式连接控制发动机200的ECU80、以及车辆行驶动态控制单元(以下称为“VDCU”)等。HEV-ECU50经由CAN90从ECU80和VDCU接收例如发动机转数、冷却水温度、以及油门踏板开度等各种信息。
HEV-ECU50基于获取到的所述各种信息来统一地控制发动机200、电动发电机121以及电动发电机131的驱动。HEV-ECU50基于例如油门踏板开度(驾驶员的请求)、车辆的行驶状态、电池70的充电状态(SOC)等，求出并输出发动机200的请求输出、以及电动发电机121的转矩指令值和电动发电机131的转矩指令值。
ECU80基于从上述HEV-ECU50输出的发动机200的请求输出，调节例如发动机200的节气门的开度。另外，PCU60基于从上述HEV-ECU50输出的转矩指令值，经由后述的转换器61，进行电动发电机121的驱动以及电动发电机131的驱动。
PCU60具有转换器61、以及DC-DC转换器62。转换器61是将来自电池70的直流电转换为三相交流电并向电动发电机131供给的设备。如上所述，PCU60基于从HEV-ECU50接收到的转矩指令值，经由转换器61来驱动电动发电机121和电动发电机131。应予说明，转换器61将电动发电机121和电动发电机131发电所得的交流电压转换为直流电压，并对电池70充电。另外，DC-DC转换器62是为了作为备用设备类或各ECU的电源来使用，并且将电池70的直流高电压降压到12V的设备。
[车辆驱动系统100的动作](车辆前进动作)
在利用车辆驱动系统100而使车辆前进时，利用驱动轴210的驱动力来驱动前轮和后轮。驱动轴210的驱动力是将从由发动机200产生的驱动力减去发电用的电动发电机121的发电所消耗的驱动力而得的驱动力、以及由车辆驱动用的电动发电机131产生的驱动力在驱动轴210上相加而得的驱动力。但是，车辆驱动系统100能够根据行驶条件，进行仅通过电动发电机131的驱动力的行驶、以及通过发动机200的驱动力和电动发电机131的驱动力这两者的行驶之间的切换。另外，由于发动机200的驱动力的一部分被传递到发电用的旋转驱动装置120的驱动轴122，所以利用发电用的电动发电机121进行发电。应予说明，在车辆驱动系统100中，若油门踏板开度超过预定开度，则电动发电机131产生的驱动力变得比发动机200产生的驱动力大。
(车辆后退动作)
另外，在利用车辆驱动系统100使车辆后退时，例如使车辆驱动用的电动发电机131向与前进时相反的方向旋转。由此，相对于车辆前进时使驱动轴210反转，进行车辆的后退。
[关于由HEV-ECU50执行的转矩控制]
在搭载有车辆驱动系统100的车辆中，在利用发动机200的驱动力与电动发电机131的驱动力这两者进行行驶时，存在在齿轮机构10产生打齿声的情况。这是由于在发动机200产生的驱动力的转矩(以下，称为发动机驱动转矩T1)与在电动发电机131产生的驱动力的转矩(以下，称为马达驱动转矩T2)的大小关系而引起的现象。具体而言，认为由于切换在发动机驱动转矩T1比马达驱动转矩T2大的情况下的齿轮机构10内的齿接触方向、以及在发动机驱动转矩T1比马达驱动转矩T2小的情况下的齿轮机构10内的齿接触方向，所以产生打齿声。详细而言，认为例如在传动齿轮190与传动齿轮192的啮合部分在切换齿接触方向时，产生打齿声。或者，认为在行星齿轮机构140中的、齿环146与行星齿轮144的啮合部分和/或太阳齿轮145与行星齿轮144的啮合部分也有可能产生打齿声。而且，认为在行星齿轮机构150中的、齿环156与行星齿轮152的啮合部分和/或太阳齿轮155与行星齿轮152的啮合部分也有可能产生打齿声。
特别是在油门踏板开度小且马达驱动转矩T2小的情况下，发动机驱动转矩T1与马达驱动转矩T2的大小势均力敌，由于反复切换该发动机驱动转矩T1与马达驱动转矩T2的大小关系，从而反复产生打齿声。另一方面，若油门踏板开度超过预定开度，则因为如上所述马达驱动转矩T2变得比发动机驱动转矩T1大，所以不会反复产生打齿声。
因此，在车辆驱动系统100中，利用HEV-ECU50来分别调整发动机驱动转矩T1和马达驱动转矩T2。通过进行转矩控制，能够抑制在上述各构成要素间产生的打齿声，特别能够抑制继续产生的打齿声。具体而言，由于车辆在从油门踏板开度处于预定开度以下的状态开始加速的情况下马达驱动转矩T2比发动机驱动转矩T1更快地上升，所以快速地向马达驱动转矩T2大于发动机驱动转矩T1的状态转移。通过如此操作，能够抑制打齿声反复产生。
具体而言，如图2所示，HEV-ECU50以使满足下述的条件式(1)时的由传动齿轮190传递的发动机驱动转矩T1的变化率小于不满足下述的条件式(1)的通常时由传动齿轮190传递的发动机驱动转矩T1的变化率的方式进行发动机200的转矩控制。即，在满足条件式(1)的情况下，使发动机驱动转矩T1比通常时更缓慢地变化。|T2-T1|＜Th1……(1)。其中，在条件式(1)中，T1表示发动机驱动转矩，T2表示马达驱动转矩，Th1表示预先设定的第一阈值。应予说明，图2表示T1A满足条件式(1)时的发动机驱动转矩的变化，并且表示T1B不满足条件式(1)的通常时的发动机驱动转矩的变化。应予说明，转矩差的第一阈值Th1是例如30N·m左右。
如条件式(1)所示，因为在发动机驱动转矩T1与马达驱动转矩T2的差值小的情况下，容易切换发动机驱动转矩T1与马达驱动转矩T2的大小关系，所以也容易产生在齿轮机构10内的齿接触方向的切换。其结果是容易产生打齿声。因此，在发动机驱动转矩T1与马达驱动转矩T2的差值小于第一阈值Th1时，减缓发动机驱动转矩T1的上升，进行所谓的转矩消减。由此，因为马达驱动转矩T2相对地先上升，所以通常保持T2＞T1的关系。其结果是，抑制齿轮机构10内的齿接触方向的切换，并抑制打齿声的产生。
应予说明，因为在车辆加速时容易产生打齿声，所以由HEV-ECU50执行的上述转矩控制可以至少在发动机驱动转矩T1上升时进行。
如图2所示，HEV-ECU50可以以使满足条件式(1)时由传动齿轮192传递的马达驱动转矩T2的变化率大于不满足下述的条件式(1)的通常时由传动齿轮192传递的马达驱动转矩T2的变化率的方式进行转矩控制。即，在满足条件式(1)的情况下，使马达驱动转矩T2比通常时更急剧地变化。通过如此操作，能够利用马达驱动转矩T2来补充因减小发动机驱动转矩T1的变化率而产生的发动机驱动转矩T1的减少量，即相对于请求转矩不足的转矩。应予说明，图2表示T2A满足条件式(1)时的马达驱动转矩的变化，并且表示T2B不满足条件式(1)的通常时的马达驱动转矩的变化。
另外，HEV-ECU50优选在发动机驱动转矩T1在第二阈值Th2以下的情况下进行上述转矩控制。在此，第二阈值Th2是发动机200产生预定的输出时的转矩，是根据发动机转数来设定的。具体而言，在发动机驱动转矩T1满足关于发动机200的输出请求P的情况下进行上述转矩控制。
P＞T1×N×2π/60……(2)
其中，在条件式(2)中，N表示发动机转数。设置这样的条件作为进行转矩控制的理由是：若在发动机200的输出请求大时进行上述转矩消减，则限制了车辆的加速能力，难以充分响应驾驶员的请求。应予说明，发动机200的输出请求P(预定的输出)是例如15kW左右。
另外，HEV-ECU50可以在对齿轮机构10进行冷却和润滑的ATF等油的温度T达到基准温度Th3以上的情况下，进行上述转矩控制。其理由是，因为在油的温度T没有达到基准温度Th3的情况下，打齿声降低到对于驾驶员来说不在意的程度。若油的温度T是小于基准温度Th3的较低的温度，则与油的温度T达到基准温度Th3以上的情况相比油的粘度高。因此，齿轮之间的啮合部分的摩擦变得比较大，其结果是缓和了齿接触的冲击，减小了打齿声。应予说明，基准温度Th3是例如10℃左右。另外，如上所述，在对发动机驱动转矩T1进行转矩消减的情况下，利用马达驱动转矩T2来补充发动机驱动转矩T1的减少量。但是，由于在油低温的情况下想要尽可能地抑制电池70的电力消耗，所以优选不实施上述转矩控制。
[车辆驱动系统100的作用效果]
由此，根据本实施方式的车辆驱动系统100，进行由HEV-ECU50执行的转矩控制。具体而言，如图2所示，HEV-ECU50以使满足条件式(1)时的发动机驱动转矩T1的变化率小于不满足条件式(1)时的通常时的发动机驱动转矩T1的变化率的方式进行发动机200的转矩控制。因此，稳定了齿轮机构10的内部的齿轮之间的齿接触方向，并能够有效地抑制打齿声的产生，特别是打齿声的反复产生。
在本实施方式的车辆驱动系统100中，若以使满足条件式(1)时的马达驱动转矩T2的变化率大于不满足条件式(1)时的马达驱动转矩T2的变化率的控制的方式进行转矩控制，则能够利用马达驱动转矩T2来补充发动机驱动转矩T1的减少量。由此，确保优良的行驶性能。
另外，在本实施方式的车辆驱动系统100中，若在发动机驱动转矩T1上升时进行由HEV-ECU50执行的转矩控制，则能够有效地抑制在车辆加速时容易产生的打齿声。
另外，在本实施方式的车辆驱动系统100中，若在向发动机200请求的发动机驱动转矩T1在第二阈值Th2以下的情况下进行由HEV-ECU50执行的转矩控制，则能够优先发挥车辆的行驶能力。
另外，在本实施方式的车辆驱动系统100中，若在油的温度T达到基准温度Th3以上的情况下进行由HEV-ECU50执行的转矩控制，则能够抑制电池70的电力损耗。
＜2.变形例＞
以上，虽然列举了实施方式来说明本公开，但是本公开不限于这些实施方式等，可以有各种变形。
例如在上述实施方式中，虽然示例说明了在混合动力车辆搭载的车辆驱动系统，但是本公开不限于此。本公开的驱动系统可以搭载在例如船舶或飞机等车辆以外的交通工具并进行该交通工具的驱动，也可以搭载在不随着建设机械或作业机器人等的移动的装置并进行该装置的驱动。
应予说明，本说明书中记载的效果不限于示例，另外，也可以有其他的效果。

Claims (7)

1.一种驱动系统，其特征在于，具备：
发动机；
电动发电机；
齿轮机构，其将所述发动机与所述电动发电机相连；以及
控制部，
所述齿轮机构具有：第一齿轮，其被从所述发动机传递第一驱动转矩；以及第二齿轮，其被从所述电动发电机传递第二驱动转矩并且与所述第一齿轮啮合，
所述控制部以使满足下述条件式(1)时的所述第一齿轮的所述第一驱动转矩的变化率小于不满足下述条件式(1)时的所述第一齿轮的所述第一驱动转矩的变化率的方式进行所述发动机的转矩控制，
|T2-T1|＜Th1……(1)，
其中，
T1：第一驱动转矩
T2：第二驱动转矩
Th1：第一阈值。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，
所述控制部以使满足所述条件式(1)时的所述第二齿轮的所述第二驱动转矩的变化率大于不满足所述条件式(1)时的所述第二齿轮的所述第二驱动转矩的变化率的方式进行所述转矩控制。
3.根据权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，
所述控制部在所述第一驱动转矩上升时进行所述转矩控制。
4.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，
所述控制部在针对所述发动机的输出请求转矩在第二阈值以下的情况下进行所述转矩控制。
5.根据权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，
所述驱动系统还具备对所述齿轮机构进行润滑的液体，
所述控制部在所述液体的温度达到基准温度以上的情况下进行所述转矩控制。
6.根据权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，
所述驱动系统还具备对所述齿轮机构进行润滑的液体，
所述控制部在所述液体的温度达到基准温度以上的情况下进行所述转矩控制。
7.根据权利要求4所述的驱动系统，其特征在于，
所述驱动系统还具备对所述齿轮机构进行润滑的液体，
所述控制部在所述液体的温度达到基准温度以上的情况下进行所述转矩控制。
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