JP2007315220A - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

車両用動力装置およびその制御装置 Download PDF

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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、フライホイールの接続・切断に異常が生じた際、異常に対応したエンジンの制御を行う。
【解決手段】ハイブリッドＥＣＵ６６が付加フライホイール４２の接続ができない異常が発生したと判断したとき、エンジンＥＣＵ６０はエンジンの回転速度を正常時に比して高く制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、付加フライホイール４２の切断ができない異常が発生したと判断したとき、エンジン１２と第１モータ１４の出力の比率を正常時に比して第１モータの比率を高める制御を行う。
【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、フライホイールの接続・切断における異常発生時の制御に関する。
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
前述の特許文献１において、第２のフライホイールが、第１のフライホイールに対して接続できない、または第１フライホイールから切断できないなどの異常が生じたときの制御について開示されていない。このような異常が生じると、エンジン回転系の慣性モーメントが想定されている値と異なり、想定通りの性能を得られない場合がある。
本発明は、エンジンの出力軸に対して接続・切断可能なフライホイールの接続・切断制御が正常に行えなくなったとき、これに応じた動力装置の制御を行うことを目的とする。
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、エンジンを制御する制御部と、を有し、前記制御部は、フライホイールの異常を判断し、異常が判断された場合、生じた異常の内容に応じたエンジン制御を行う。
さらに、前記制御部を、フライホイールが接続できない異常が生じたとき、エンジンの回転速度を正常時より高く制御するようにできる。
さらに、前記制御部を、正常時のエンジン出力と、等しい出力となるよう制御するようにできる。
さらに、車両用動力装置を、車両を駆動するモータを有するものとすることができ、前記制御部は、前記モータを制御し、要求される車両駆動力を、前記エンジンと前記モータにより所定の比率で発生させるものとすることでき、フライホイールが切断できない異常が生じたとき正常時に比して、前記モータの比率を高める制御を行うようにすることができる。
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、フライホイールの異常を判断する異常判断部と、判断された異常に応じたエンジンの制御を行うエンジン制御部と、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。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、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ＥＣＵ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。
クラッチ４４等に異常が発生し、これが接続できない状態にあると、エンジンの回転系の慣性モーメントが小さい状態のままとなる。正常時には、大きい慣性モーメントを有しているために、エンジンの回転変動が問題とならないような条件下において、付加フライホイール４２が接続されずに、慣性モーメントが小さくなっていると、エンジンの回転変動等による振動が増加する場合がある。本実施形態の動力装置１０は、付加フライホイール４２を接続できなくなったときには、エンジンの回転速度を正常時より高い速度にして、回転変動を低減する。
図２は、エンジンのトルクと回転速度の関係を示す図である。曲線１００は、エンジンの出力が一定のトルクと回転速度を示す線であり、この線上において、エンジンの出力は一定となっている。曲線１０２は、ある出力のときの最高効率点を繋げた線である。正常時においては、要求される出力を達成できるトルクと回転速度の組み合わせのうち、最も効率の高いトルクと回転速度となるように、制御が行われる。すなわち、エンジン１２は、要求出力を表す曲線１００と、最高効率を表す曲線１０２の交点１０４にて運転される。このときの回転速度をｎ１とする。クラッチ４４等に異常が生じ、付加フライホイール４２が接続できない場合には、回転速度ｎ１を、これより高い回転速度ｎ２となる条件の点１０６にて運転されるように制御する。
付加フライホイール４２が接続できない異常は、例えば、付加フライホイール４２の回転速度を検出する回転速度センサ５８と、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ５２により検出されたそれぞれの回転速度を監視、比較することによって判断できる。すなわち、クラッチ４４を接続する制御を実行しているのに、これらの回転速度が一致しない場合に、付加フライホイール４２が接続できなくなる異常が生じていることが判断できる。
動力装置１０は、さらに付加フライホイール４２が接続したまま、切断できない異常時においても、これに対応した制御を実行する。付加フライホイール４２が接続されたままであると、エンジン１２の回転系は常に慣性モーメントの大きい状態となっている。したがって、応答性が正常時より低下する。エンジン１２を再始動する際には、クランキングを行う第１モータ１４のトルクを高くし、正常時と同等の時間で所定の速度に達するようにできる。また、加速時など、エンジンの回転速度を増加させる場合においても、第２モータ１６のトルクを高くし、エンジンの応答性の低下を補うようにできる。
また、要求された出力を得るために第２モータ１６とエンジン１２のトルクの比率を、正常時に対して、全体の出力は変えずに第２モータ１６の比率が高くなるように、両者の出力制御を行うこともできる。
また、応答性悪化のために、エンジン１２の回転速度が必要なときに十分速やかに上昇しない場合が考えられる。このような場合を想定して、エンジンの回転速度の下限を正常時より高くしておき、目標回転速度まで回転速度を上昇させる時間を短くするようにする制御を行うこともできる。
付加フライホイール４２を切断できない異常は、エンジン１２および付加フライホイール４２の回転速度を監視、比較することによって判断できる。すなわち、付加フライホイール４２を切断制御しているときに、これらの回転速度が一致して変化する場合に、この異常を判断することができる。
本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 正常時の運転条件（トルク、回転速度）と、付加フライホイールが接続できなくなった場合における運転条件を示す図である。
符号の説明
１０ 動力装置、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、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、５８ 付加フライホイールの回転速度センサ。

Claims (5)

  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、
    エンジンを制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、フライホイールの異常を判断し、異常が判断された場合、生じた異常の内容に応じたエンジン制御を行う、
    車両用動力装置。
  2. 請求項１に記載の車両用動力装置において、前記制御部は、フライホイールが接続できない異常が生じたとき、エンジンの回転速度を正常時より高く制御する、車両用動力装置。
  3. 請求項２に記載の車両用動力装置において、前記制御部は、正常時のエンジン出力と、等しい出力となるよう制御する、車両用動力装置。
  4. 請求項１に記載の車両用動力装置において、更に車両を駆動するモータを有し、
    前記制御部は、
    前記モータを制御し、要求される車両駆動力を、前記エンジンと前記モータにより所定の比率で発生させ、
    フライホイールが切断できない異常が生じたとき正常時に比して、前記モータの比率を高める制御を行う、
    車両用動力装置。
  5. 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、
    フライホイールの異常を判断する異常判断部と、
    判断された異常の内容に応じたエンジンの制御を行うエンジン制御部と、
    を有する車両用動力装置の制御装置。
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