JP2007309379A - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの出力軸に対し、接続・切断が可能なフライホイールを有する動力装置において、動力伝達系の共振を抑制する。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵ６６は、動力装置１０の動力伝達系に設けられた回転速度センサの信号を監視する。回転速度の変動の周波数が共振域に入った場合、または変動の振幅が所定値以上となった場合、付加フライホイール４２が切断されていれば接続し、接続されていれば切断する。これにより動力伝達系の固有振動数が変化し、共振が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホールを有する車両用動力装置に関し、特に、動力伝達系の振動の抑制に関する。

一般的に、エンジンの出力軸であるクランク軸には、エンジンの回転変動を低減するためのフライホイールが結合されている。フライホイールの慣性モーメントを大きくすれば、回転変動が低減され、特にエンジンアイドリングや、低回転運転において、その効果は大きい。一方、フライホイールの慣性モーメントが大きいと、車両加速時において、フライホイールを加速させるために、エネルギを消費し、車両の加速性能が低下する。また、車両減速時において、フライホールに蓄えられたエネルギのために、エンジンブレーキの効きが悪くなる。

低速時の回転変動の低減、加減速時の応答性の向上の相反する要求を満足すべく、慣性モーメントを変更することができるフライホイールの提案がなされている。下記特許文献１においては、エンジンのクランク軸に結合された第１のフライホイールと、この第１のフライホイールに対して接続・切断可能な第２のフライホイールを設ける技術が開示されている。この技術においては、アイドリング時においては、第２のフライホイールを第１のフライホイールと係合し、クランク軸に結合される慣性モーメントを増加させ、加速時においては、切り離して慣性モーメントを低下させている。

特開２００３−７４６４１号公報

車両の動力装置の動力を伝達する軸等は、固有振動数を有し、この振動数の外力が入力されると、共振状態となる。共振が起こると、各部に過大な応力が発生し、装置の寿命を短くする場合がある。上記特許文献には、エンジンの回転系の慣性モーメントを変更するために、出力軸に対し接続・切断できるフライホイールが記載されているが、これを共振の防止に利用することは開示されていない。

本発明は、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールを有する動力装置において、動力伝達系の共振を避けることを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の車両用動力装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、フライホイールの接続・切断を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、当該車両の動力装置の動力伝達系が共振域に入ったことを判定する共振判定部と、共振域に入ったことが判定された場合、フライホイールの接続・切断の状態を切り換える切換制御部と、を有している。

さらに、前記動力伝達系の少なくとも１か所に、共振を検出するセンサを有するようにでき、前記共振判定部は、検出された信号に基づき判定を行うようにできる。

また、本発明の他の態様である、車両用動力装置の制御装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールとを有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、当該車両の動力装置の動力伝達系が共振域に入ったことを判定する共振判定部と、共振域に入ったことが判定された場合、フライホイールの接続・切断の状態を切り換える切換制御部と、を有している。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。捩りダンパ３８とエンジン１２を結ぶ軸をエンジン出力軸４０、捩りダンパ３８とプラネタリキャリア２０とを結ぶ軸を動力分配統合機構入力軸４１と記す。エンジン出力軸４０には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を付加フライホイール４２と記す。なお、付加フライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続・切断するように構成して、エンジン出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。

付加フライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、付加フライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、付加フライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この付加フライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、付加フライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８にて交流に変換され、第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８により直流または脈流に変換されてバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、付加フライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、付加フライホイールに関する制御も行う。

付加フライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および付加フライホイール４２の接続・切断を行うクラッチを制御する制御部として機能する。

エンジン１２、またはこれと第２モータ１６での走行中において、運転者がアクセルペダルを踏み込むなどの加速要求がなされると、エンジン１２の回転系の慣性モーメントを低減するために、ハイブリッドＥＣＵ６６はクラッチ４４を切断する。これにより、エンジン１２の回転速度が速やかに上昇し、加速に必要な出力を応答性よく得ることができる。

本実施形態の動力装置１０の動力伝達系は、二つのモータ１４，１６のロータを有するなど大きな慣性モーメントを有し、また、動力分配統合機構入力軸４１のように第１モータのモータのロータを貫通する比較的長い軸を有している。このため固有振動数が低い系となっており、例えば、車両が波状路を走行する際、駆動輪３４からの入力が、この固有振動数の成分に一致する場合がある。特に、エンジン１２とプラネタリキャリア２０とを結ぶ動力伝達系が、軸が長く、また捩りダンパ３８を備えるなど、固有振動数が低く、共振を起こしやすい系となっている。

動力装置１０の動力伝達系で共振が発生した場合、または発生する条件が満足された場合、ハイブリッドＥＣＵ６６は付加フライホイール４２の接続・切断の状態を変更する。すなわち、付加フライホイール４２が接続状態にあるときは切断し、切断状態にあるときは接続して、固有振動数を変更して、共振を抑制する。上記の切断、接続の動作は一方のみ行うようにしてもよい。

共振の発生は、動力装置の伝達系のいずれかの回転体の回転速度に基づき判断することができる。例えば、第１モータ１４に設けられた回転速度センサ５４、付加フライホイール４２に設けられた回転速度センサ５８、エンジン１２に設けられた回転速度センサ５２、第２モータ１６に設けられた回転速度センサ５６により回転速度を検出することができる。また、動力分配統合機構入力軸４１に回転速度センサを設けてもよい。この回転速度が所定の範囲にあるとき、または、この回転速度の変動成分が、所定の振動成分を有するとき、動力伝達系が、共振域にあると判断することができる。また、変動成分の振幅が所定値を超えたことをもって共振を判定することもできる。

回転速度は、ドライブシャフト３２等にて取得してもよい。ドライブシャフト３２には、アンチロックブレーキなどの制御のために車輪の回転速度を検出するセンサが設けられており、これを利用することができる。駆動輪３４からの入力による共振において有効となる。また、波状路走行など、共振を生じやすい走行条件を他のセンサの出力から判断し、これに基づき付加フライホイール４２の接続・切断の制御を行ってもよい。例えば、波状路走行は、車体に設けた加速度センサにより検出することができる。この加速度センサの出力信号の周波数と、波状路走行による駆動輪からの入力の振動数の相関をあらかじめ得ておけば、共振域にあることを推定できる。また、エンジンやインバータの他のセンサ出力から推定してもよい。これらの複数の検出手段を組み合わせて、共振域にあることを推定してもよい。

動力装置１０の動力分配統合機構入力軸４１のように、固有振動数が低い系には、所定のトルク以上のトルクが作用すると、滑ってねじれの振幅を抑えるトルクリミッタ機構を設けることがある。本実施形態おいては、付加フライホイール４２により固有周波数を変更することにより、このトルクリミッタ機構を要さない装置とすることが可能である。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。

符号の説明

１２ エンジン、１４ 第１モータ、１６ 第２モータ、１８ 動力分配統合機構、４０ エンジン出力軸、４１ 動力分配統合機構入力軸、４２ 付加フライホイール、４４ クラッチ、５２ エンジンの回転速度センサ、５４ 第１モータの回転速度センサ、５８ 付加フライホイールの回転速度センサ。

Claims (3)

1. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、
   フライホイールの接続・切断を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、当該車両の動力装置の動力伝達系が共振域に入ったことを判定する共振判定部と、共振域に入ったことが判定された場合、フライホイールの接続・切断の状態を切り換える切換制御部と、を有する、
   車両用動力装置。
2. 請求項１に記載の車両用動力装置であって、前記動力伝達系の少なくとも１か所に、共振を検出するセンサを有し、前記共振判定部は、検出された信号に基づき判定を行う、車両用動力装置。
3. 車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に対し接続・切断可能なフライホイールとを有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
   当該車両の動力装置の動力伝達系が共振域に入ったことを判定する共振判定部と、
   共振域に入ったことが判定された場合、フライホイールの接続・切断の状態を切り換える切換制御部と、
   を有する車両用動力装置の制御装置。

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