JP2009160951A - 車両用駆動装置の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】第1モータジェネレータおよび第2モータジェネレータを備えている車両において、それ等のモータジェネレータの運転状態が異なる2種類の運転モードを切り換える際のショックを低減する。
【解決手段】アシスト運転モードHiからO/D運転モードへ切り換える際に、車速Vの上昇等で第1モータジェネレータMG1の回転速度が低下して第2モータジェネレータMG2のトルクが略0になったら、第1ブレーキB1を解放するとともにMG2の回転速度がモード切換後の回転速度であるエンジン回転速度NEと略一致するように発電制御により回転同期制御し、MG2の回転速度がエンジン回転速度NEと略一致するようになったらクラッチC1を係合させてO/D運転モードに切り換える。クラッチC1を係合制御する際にMG2の回転速度が変化することがなく、その回転速度変化に伴うイナーシャによるショックが低減される。
【選択図】図9

Description

本発明は車両用駆動装置の制御装置に係り、特に、第1回転機および第2回転機を備えている車両において、それ等の回転機の運転状態が異なる2種類の運転モードを切り換える際のショックを低減する技術に関するものである。
(a) 反力要素に連結された第1回転機の運転状態が制御されることにより、入力回転速度と出力回転速度の差動状態が制御される電気式差動部と、(b) その電気式差動部の出力部材から車輪までの動力伝達経路に、第1の動力断続機構を介して動力伝達可能に連結された第2回転機と、を有する車両用駆動装置が知られている(特許文献1参照)。
図12は、このような車両用駆動装置の一例である車両用のハイブリッド駆動装置100の概略構成図で、主動力源である第1駆動力発生源12のトルクが出力部材として機能する出力軸14に伝達され、更にその出力軸14から差動歯車装置16を介して左右一対の駆動輪18に伝達されるようになっている。また、このハイブリッド駆動装置100には、走行のための駆動力を出力する力行制御およびエネルギーを回収するための発電制御を選択的に実行可能な第2モータジェネレータMG2が第2駆動力発生源として設けられており、この第2モータジェネレータMG2は自動変速機22を介して出力軸14に連結されている。したがって、第2モータジェネレータMG2から出力軸14へ伝達されるトルク容量が、その自動変速機22で設定される変速比γs (=MG2の回転速度NMG2/出力軸14の回転速度NOUT )に応じて増減させられる。第2モータジェネレータMG2は第2回転機に相当する。
第1駆動力発生源12は、エンジン24と、第1モータジェネレータMG1と、これらエンジン24と第1モータジェネレータMG1との間でトルクを合成もしくは分配するための遊星歯車装置26とを主体として構成されている。上記エンジン24は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関であって、マイクロコンピュータを主体とするエンジン制御用の電子制御装置(E−ECU)28によって、スロットル弁開度や吸入空気量、燃料供給量、点火時期などの運転状態が電気的に制御されるように構成されている。上記電子制御装置28には、アクセルペダル27の操作量θACC を検出するアクセル操作量センサAS、ブレーキペダル29の操作の有無を検出するためのブレーキセンサBS、エンジン24の回転速度NEを検出するエンジン回転速度センサ50等から検出信号が供給される。
上記第1モータジェネレータMG1は、駆動トルクを発生させる電動モータとしての機能と発電機としての機能とが選択的に得られるように構成され、インバータ30を介してバッテリー、コンデンサなどの蓄電装置32に接続されている。そして、マイクロコンピュータを主体とするモータジェネレータ制御用の電子制御装置(MG−ECU)34によってそのインバータ30が制御されることにより、第1モータジェネレータMG1の出力トルクあるいは発電トルク(回生トルク)が調節或いは設定されるようになっている。上記電子制御装置34には、シフトレバー35の操作位置を検出する操作位置センサSS、第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1を検出するMG1回転速度センサ48等から検出信号が供給される。第1モータジェネレータMG1は第1回転機に相当する。
遊星歯車装置26は、サンギヤS0と、そのサンギヤS0に対して同心円上に配置されたリングギヤR0と、これらサンギヤS0およびリングギヤR0に噛み合うピニオンギヤを自転かつ公転自在に支持するキャリアCA0とを三つの回転要素として備えており、公知の差動作用を生じるシングルピニオン型の遊星歯車機構である。この遊星歯車装置26は、エンジン24および自動変速機22と同心に設けられている。遊星歯車装置26や前記自動変速機22、第1モータジェネレータMG1、第2モータジェネレータMG2は、何れも中心線に対して略対称的に構成されているため、図12ではそれらの下半分が省略されている。
エンジン24のクランク軸36はダンパー38および入力軸25を介して遊星歯車装置26のキャリアCA0に連結されている。これに対してサンギヤS0には第1モータジェネレータMG1が連結され、リングギヤR0には出力軸14が連結されている。キャリアCA0は入力要素として機能し、サンギヤS0は反力要素として機能し、リングギヤR0は出力要素として機能し、反力要素であるサンギヤS0に連結された第1モータジェネレータMG1の運転状態が制御されることにより、入力回転速度すなわちエンジン回転速度NEと出力回転速度すなわち出力軸回転速度NOUT の差動状態が制御される。第1モータジェネレータMG1および遊星歯車装置26によって電気式差動部20が構成されており、入力軸25は入力部材に相当し、出力軸14は出力部材に相当する。なお、上記遊星歯車装置26の連結関係は適宜変更できるし、遊星歯車装置26としてダブルピニオン型の遊星歯車装置を用いることも可能である。
トルク合成分配機構として機能するシングルピニオン型の遊星歯車装置26の各回転要素の回転速度の相対関係は、図13の共線図により示される。この共線図において、縦軸S0、縦軸CA0、および縦軸R0は、サンギヤS0の回転速度、キャリアCA0の回転速度、およびリングギヤR0の回転速度をそれぞれ表す軸であり、縦軸S0、縦軸CA0、および縦軸R0の相互の間隔は、縦軸S0と縦軸CA0との間隔を1としたとき、縦軸CA0と縦軸R0との間隔がギヤ比ρ(サンギヤS0の歯数ZS /リングギヤR0の歯数ZR )となるように設定されたものである。
上記遊星歯車装置26において、キャリアCA0に入力されるエンジン24の出力トルクTEに対して、第1モータジェネレータMG1による反力トルクがサンギヤS0に入力されると、出力要素となっているリングギヤR0には、エンジン24から入力されたトルクTEより大きいトルクが現れる。また、リングギヤR0の回転速度(出力軸回転速度)NOUT が一定であるとき、第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1を上下に変化させることにより、エンジン24の回転速度NEを連続的に(無段階に)変化させることができる。すなわち、出力軸回転速度NOUT に対するエンジン回転速度NEの変速比γo (=NE/NOUT )を、第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1を制御することにより無段階で変更することができるのである。図13の破線は、第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1を実線で示す値から下げたときに、エンジン24の回転速度NEが低下する状態を示している。これにより、エンジン24の回転速度NEを例えば燃費が最もよい回転速度に設定する制御を、第1モータジェネレータMG1を制御することによって実行することができる。この種のハイブリッド形式は、機械分配式あるいはスプリットタイプと称される。
図12に戻って、前記自動変速機22は、小径部および大径部を有するステップドピニオンP1を備えている遊星歯車機構を主体として構成されている。ステップドピニオンP1は、キャリアCA1によって自転かつ公転自在に保持されており、その大径部には第1サンギヤS1およびリングギヤR1が噛み合わされている一方、小径部には第2サンギヤS2が噛み合わされている。そして、第1サンギヤS1は、前記第2モータジェネレータMG2に連結され、キャリアCA1は出力軸14に連結されている。第2モータジェネレータMG2は、前記モータジェネレータ制御用の電子制御装置(MG−ECU)34によりインバータ40を介して制御されることにより、電動モータまたは発電機として機能させられ、力行トルクおよび発電トルク(回生トルク)が制御される。電子制御装置34には、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2を検出するMG2回転速度センサ46から検出信号が供給されるようになっている。
そして、自動変速機22には、第2サンギヤS2を選択的に固定するためにその第2サンギヤS2と変速機ハウジング42との間に設けられた第1ブレーキB1と、リングギヤR1を選択的に固定するためにそのリングギヤR1と変速機ハウジング42との間に設けられた第2ブレーキB2とが設けられている。これらのブレーキB1、B2は摩擦力によって係合力を生じるいわゆる油圧式の摩擦係合装置であり、多板形式の係合装置あるいはバンド形式の係合装置を採用することができる。そして、これらのブレーキB1、B2は、油圧アクチュエータ等により発生させられる係合圧に応じてそのトルク容量が連続的に変化するように構成されており、図示しない油圧制御装置を介して係合、解放制御される。
以上のように構成された自動変速機22は、第1サンギヤS1が入力要素として機能し、キャリアCA1が出力要素として機能する。そして、第1ブレーキB1が係合させられると「1」より大きい変速比γshのハイギヤ段Hiが成立させられ、第1ブレーキB1に替えて第2ブレーキB2が係合させられると、そのハイギヤ段Hiの変速比γshより大きい変速比γslのローギヤ段Loが成立させられる。また、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2が何れも解放されることにより、第2モータジェネレータMG2を出力軸14から切り離して動力伝達を遮断する遮断状態が成立させられる。上記ギヤ段HiおよびLoの間での変速は、車速Vやアクセル操作量θACC 、或いは要求駆動力などの走行状態に基づいて実行される。より具体的には、ギヤ段領域を予めマップ(変速線図)として定めておき、検出された運転状態に応じていずれかのギヤ段を設定するように制御される。第1ブレーキB1、第2ブレーキB2は、第1の動力断続機構に相当する。
図14は、上記自動変速機22を構成している遊星歯車機構についての各回転要素の4本の縦軸S1、縦軸CA1、縦軸R1、および縦軸S2を有する共線図で、それらの縦軸S1、縦軸CA1、縦軸R1、および縦軸S2は、第1サンギヤS1の回転速度、キャリアCA1の回転速度、リングギヤR1の回転速度、および第2サンギヤS2の回転速度をそれぞれ示すためのもので、上記各ギヤ段Hi、Loにおける出力軸回転速度NOUT と第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2との関係を表している。すなわち、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2を一定として、各ギヤ段Hi、Loにおける出力軸回転速度NOUT を比較して示したもので、第1ブレーキB1が係合させられてハイギヤ段Hiが成立させられると、出力軸回転速度NOUT は「Hi」で示す回転速度(=NMG2/γsh)となる。また、第2ブレーキB2が係合させられてローギヤ段Loが成立させられると、出力軸回転速度NOUT は「Lo」で示す回転速度(=NMG2/γsl)となる。
上記変速制御を行うために、マイクロコンピュータを主体とした変速制御用の電子制御装置(T−ECU)44が設けられており、油圧制御装置を介して前記ブレーキB1、B2を係合、解放制御する。電子制御装置44には、車速Vに対応する出力軸14の回転速度NOUT を検出する出力軸回転速度センサ52から検出信号が供給される他、前記第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2、アクセル操作量θACC 等の各種の信号が直接或いは前記電子制御装置28、34を介して読み込まれる。
特開2005−212494号公報
ところで、このような車両用駆動装置においては、図15の(a) に示すように第1モータジェネレータMG1(第1回転機)を発電制御するとともに、その発電制御で得られた電気エネルギーで第2モータジェネレータMG2(第2回転機)を力行制御して走行するアシスト運転モードの他、高速走行時等に(b) に示すように第1モータジェネレータMG1を逆回転方向へ力行制御するとともに、その力行制御に必要な電気エネルギーを第2モータジェネレータMG2の発電制御で賄うO/D(オーバードライブ)運転モードが考えられる。このO/D運転モードによれば、エンジン回転速度NEを燃費等に応じて定められた所定の低回転に維持しつつ、出力軸回転速度NOUT を大幅に上昇させて高速走行を行うことができる。図15の(a) 、(b) は何れも前記自動変速機22がハイギヤ段Hiとされている場合で、縦軸S0、縦軸CA0、および縦軸S1に示す上下方向の白抜き矢印はトルクの方向を表している。
しかしながら、上記O/D運転モードでは、エンジン24の出力が電気式差動部20から出力軸14、自動変速機22を経て第2モータジェネレータMG2に伝達され、その第2モータジェネレータMG2の発電制御で電気エネルギーに変換される。そして、その電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ力行制御され、電気式差動部20に反力が加えられてエンジン24の出力が出力軸14に伝達されることになるため、図16に示すようなエネルギー循環が生じ、エネルギー効率が極めて悪くなって燃費が悪化する。図10の一点鎖線は、機械効率を100%、電気効率を90%として上記O/D運転モード時の伝達効率を理論的に求めたもので、変速比γo (=NE/NOUT )がγo1以下、すなわち第1モータジェネレータMG1を逆回転駆動する領域で加速度的に悪化することが分かる。変速比γo1は、遊星歯車装置26のギヤ比をρとすると1/(1+ρ)となり、ρ=0.4であればγo1≒0.7程度になる。また、高速走行時に例えばγo ≒0.4程度になるとすると、伝達効率は0.8程度まで低下する。
これに対し、未だ公知ではないが、図1に示すように第2モータジェネレータMG2を、電気式差動部20の入力要素であるキャリアCA0に動力伝達可能に連結するクラッチC1(第2の動力断続機構)を設け、上記O/D運転モード時に、自動変速機22のブレーキB1およびB2を共に解放して遮断状態にするとともに、そのクラッチC1を係合させて第2モータジェネレータMG2をエンジン24に直接連結することが考えられる。
しかしながら、第2モータジェネレータMG2を力行制御から発電制御へ切り換える際に、ブレーキB1またはB2を解放するとともにクラッチC1を係合させると、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2が大きく変化するため、その回転速度変化によるイナーシャなどでショックが発生する可能性があった。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、第1回転機および第2回転機を備えている車両において、それ等の回転機の運転状態が異なる2種類の運転モードを切り換える際のショックを低減することにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、(a) 反力要素に連結された第1回転機の運転状態が制御されることにより、入力回転速度と出力回転速度の差動状態が制御される電気式差動部と、(b) その電気式差動部の出力部材から車輪までの動力伝達経路に、第1の動力断続機構を介して動力伝達可能に連結された第2回転機と、を有する車両用駆動装置の制御装置において、(c) 前記第2回転機を前記電気式差動部の入力部材に動力伝達可能に連結する第2の動力断続機構を備えているとともに、(d) 前記第1の動力断続機構を動力伝達状態とし、且つ前記第2の動力断続機構を動力遮断状態として運転する第1運転モードと、前記第1の動力断続機構を動力遮断状態とし、且つ前記第2の動力断続機構を動力伝達状態として運転する第2運転モードとを切換可能に有し、(e) その運転モードの切換は、前記第2回転機のトルクが略0となる運転領域において行なわれるもので、動力遮断状態とすべき前記第1または第2の動力断続機構を動力遮断状態とし、前記第2回転機の回転速度をその第2回転機の回転速度自立制御によりモード切換後の回転速度となるように回転同期制御した後に、動力伝達状態とすべき前記第2または第1の動力断続機構を動力伝達状態とすることで行なうことを特徴とする。
このような車両用駆動装置の制御装置においては、第1の動力断続機構を動力伝達状態とし、且つ第2の動力断続機構を動力遮断状態として運転する第1運転モードでは、第1回転機の制御で電気式差動部の出力回転速度に対して入力回転速度(主駆動力源の回転速度など)を任意に制御できるとともに、例えば第2回転機を力行制御して駆動力をアシストすることができる。また、第1の動力断続機構を動力遮断状態とし、且つ第2の動力断続機構を動力伝達状態として運転する第2運転モードでは、第1運転モードと同様に第1回転機の制御で電気式差動部の出力回転速度に対して入力回転速度(主駆動力源の回転速度など)を任意に制御できる一方、第2回転機が電気式差動部の入力部材に直接連結されるため、例えば第2回転機を発電制御しながら走行する場合に、エネルギー循環が回避されてエネルギー効率が向上する。
一方、上記第1運転モードと第2運転モードの切換は、第2回転機のトルクが略0となる運転領域で行われるため、モード切換時に第1および第2の動力断続機構を動力遮断状態としたり動力伝達状態としたりする際にトルク変動が殆ど発生しない。また、そのモード切換時に動力遮断状態とすべき第1または第2の動力断続機構を動力遮断状態とし、第2回転機の回転速度をその第2回転機の回転速度自立制御によりモード切換後の回転速度となるように回転同期制御した後に、動力伝達状態とすべき第2または第1の動力断続機構を動力伝達状態とするため、第1運転モードから第2運転モードへの切換、および第2運転モードから第1運転モードへの切換の何れにおいても、第2または第1の動力断続機構を動力伝達状態とする際に第2回転機の回転速度が変化することがなく、回転速度変化に伴うイナーシャによるショックが低減される。これにより、トルク変動等のショックを抑制しつつ、第1運転モードと第2運転モードとの運転モード切換が迅速且つ円滑に行われるようになる。
本発明は、電気式差動部の入力部材にガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が主駆動力源として連結されるハイブリッド車両用の駆動装置に好適に適用されるが、その主駆動力源として電動モータやモータジェネレータ等の内燃機関以外の駆動力源を採用することもできる。
電気式差動部は、例えばシングルピニオン型或いはダブルピニオン型の単一の遊星歯車装置を備えて構成されるが、複数の遊星歯車装置を用いて構成することもできるし、傘歯車式の差動装置を用いることもできるなど、種々の態様が可能である。
第1回転機および第2回転機の回転機は回転電気機械のことで、電動モータおよび発電機の機能が選択的に得られるモータジェネレータが好適に用いられるが、第1運転モードおよび第2運転モードの態様によっては何れか一方の回転機として電動モータ或いは発電機を用いることも可能である。電動モータおよび発電機の両方を用いて第1回転機や第2回転機を構成することもできる。
第2回転機は、例えばクラッチ等の単一の第1の動力断続機構を介して出力部材に直接連結されるものでも良いが、第1の動力断続機構として複数のクラッチやブレーキを備えていて変速比が異なる複数のギヤ段と、動力伝達を遮断する遮断状態とが成立させられる変速機を介して出力部材に連結されるようになっていても良い。
第2の動力断続機構は、例えば単一のクラッチで、第2回転機を電気式差動部の入力部材に直接連結するように構成されるが、遊星歯車装置等の歯車機構を介して第2回転機を入力部材に連結するとともに、クラッチやブレーキ等の第2の動力断続機構によって動力伝達状態と動力遮断状態とに切り換えられるようになっていても良いなど、種々の態様が可能である。第2の動力断続機構が単一のクラッチにて構成される場合、例えば軸方向において第1回転機および第2回転機の間に配設される電気式差動部の差動機構(遊星歯車装置など)の外周側のデッドスペースに配設することにより、軸方向寸法を増加させることなくコンパクトに構成できる。
第1運転モードおよび第2運転モードは、何れもエネルギー循環が生じないように第1回転機および第2回転機の運転状態等を設定することが望ましいが、例えば前記図15の(b) に示すようにエネルギー循環が生じるような運転モードが第1運転モードまたは第2運転モードとして設定されている場合でも、本発明の効果は得られる。
運転モードの切換に際して、第2回転機のトルクが略0となる運転領域とは、運転者の出力要求量(アクセル操作量など)の変化で第2回転機の力行トルクが低下して略0になる場合や、第1回転機の発電エネルギーで力行制御される場合に、その第1回転機の回転速度が略0になって発電エネルギーが略0になる場合、或いは蓄電装置からの電気エネルギーの持ち出しと第1回転機の発電エネルギーとで力行制御される場合に、車速の増加や出力要求量の低下などに伴って第1回転機を逆回転方向へ力行制御するようになり、その逆転力行で蓄電装置からの持ち出しエネルギーが消費されて第2回転機に供給される電気エネルギーが略0となる場合などである。逆に、第1回転機が力行制御される時の電気エネルギーを第2回転機の発電制御で賄う場合に、運転者の出力要求量(アクセル操作量など)の低下などで第1回転機の力行トルクが略0となり、それに伴って第2回転機の発電トルクが略0となる場合でも良いなど、種々の態様が可能である。
また、予め定められたモード切換条件を満足する場合に、運転者の要求駆動力を維持するようにエンジン等の主駆動力源や第1回転機を制御しながら第2回転機のトルクが0となるようにして、モード切換制御を実行することもできる。すなわち、第2回転機のトルクが略0となる運転領域は、主駆動力源や第1回転機等を制御して積極的に第2回転機のトルクが略0になるようにする場合も含み、第2回転機のトルク変化で駆動力変化が発生しないように主駆動力源や第1回転機等の運転状態を補正しても良い。
第2回転機のトルクが略0の運転領域でモード切換を行うのは、第1または第2の動力断続機構を動力遮断状態としたり動力伝達状態としたりする際にトルク変動が生じることを防止するためで、必ずしもトルクが完全に0である必要はなく、トルク変動によるショックが問題にならない範囲内であれば良く、例えば±3N・m以下で、±1N・m以下が望ましい。また、運転モード切換のビジーシフトを回避するため、所定のヒステリシス(例えば1〜3N・m程度)を設けることも可能である。
モード切換時における第2回転機の回転速度自立制御は、トルクが略0の状態で行われるため、正回転方向または逆回転方向において回転速度を上昇させるためには力行制御を行えば良く、回転速度を低下させるためには発電制御を行えば良い。この回転速度自立制御が行なわれる際には、第1の動力断続機構および第2の動力断続機構が何れも動力遮断状態とされているため、比較的小さなトルクで回転速度を速やかに変化させることができる。
本発明の好適な実施態様は、(a) 前記第1回転機、前記第2回転機は、何れも発電機としても電動モータとしても機能する第1モータジェネレータ、第2モータジェネレータで、(b) 前記第1運転モードは、前記第1モータジェネレータを発電制御するとともに、その発電で得られた電気エネルギーを用いて前記第2モータジェネレータを力行制御するもので、(c) 前記第2運転モードは、前記第2モータジェネレータを発電制御するとともに、その発電で得られた電気エネルギーを用いて前記第1モータジェネレータを力行制御するもので、(d) 前記第2モータジェネレータの力行トルクは、前記第1モータジェネレータの発電制御で得られる電気エネルギーに応じて増減制御され、その第2モータジェネレータの発電トルクは第1モータジェネレータの力行制御で消費される電気エネルギーに応じて増減制御されるように構成される。
また、上記実施態様において、(a) 前記電気式差動部は、前記入力部材と同じ回転方向へ回転させられる反力部材の回転速度を前記第1モータジェネレータによって規制することにより前記出力部材をその入力部材と同じ回転方向へ回転駆動するもので、(b) 前記第1運転モードでは、前記第1モータジェネレータを発電制御することで前記反力部材の回転速度を低減し、前記第2運転モードでは、その反力部材を前記入力部材と逆回転方向へ回転させるようにその第1モータジェネレータを力行制御するように構成される。但し、(a) 前記電気式差動部は、前記入力部材の回転方向と反対方向へ回転させられる反力部材の回転速度を前記第1モータジェネレータによって規制することにより前記出力部材をその入力部材と同じ回転方向へ回転駆動するもので、(b) 前記第1運転モードでは、前記第1モータジェネレータを発電制御することで前記反力部材の回転速度を低減し、前記第2運転モードでは、その反力部材を前記入力部材と同じ回転方向へ回転させるようにその第1モータジェネレータを力行制御するように構成される場合にも、本発明は適用され得る。言い換えれば、3つの回転要素を有する電気式差動部の共線図において、出力部材に連結される出力要素が一端に位置し、中央および他端の回転要素が入力要素および反力要素の一方および他方とされる場合、特に中央の回転要素が入力要素で他端の回転要素が反力要素の場合に好適に適用されるが、中央の回転要素が出力要素で、両端の回転要素が入力要素および反力要素の場合にも本発明は適用され得る。
以下、本発明の実施例を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例は、本発明が前記図12の従来装置に適用された場合で、共通する部材には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図1のハイブリッド駆動装置10は、図12のハイブリッド駆動装置100に比較して、電気式差動部20の入力要素であるキャリアCA0と第2モータジェネレータMG2とが、第2の動力断続機構としてのクラッチC1を介して動力伝達可能に連結されている点が相違する。このクラッチC1は油圧式の摩擦係合装置で、前記自動変速機22の第1ブレーキB1および第2ブレーキB2と同様に、前記変速制御用の電子制御装置44により油圧制御装置を介して係合、解放制御される。また、図2に具体的に示すように、クラッチC1は、軸方向において第1モータジェネレータMG1と第2モータジェネレータMG2との間に配設される電気式差動部20の差動機構である遊星歯車装置26の外周側のデッドスペースに配設されており、軸方向寸法を増加させることなくコンパクトに構成される。
このようなハイブリッド駆動装置10においては、図4に示すように2種類のアシスト運転モードLo、Hi、およびO/D運転モードが可能で、前記電子制御装置28、34、44は、全体として機能的に図3に示す運転モード切換制御手段60、アシスト運転モードLo実行手段62、アシスト運転モードHi実行手段64、およびO/D運転モード実行手段66を備えている。アシスト運転モードLoおよびアシスト運転モードHiは何れも第1運転モードに相当し、O/D運転モードは第2運転モードに相当する。
上記アシスト運転モードLo実行手段62はアシスト運転モードLoで走行するためのもので、前記第2ブレーキB2を係合させて自動変速機22をローギヤ段LoにするとともにクラッチC1を解放し、第2モータジェネレータMG2を力行制御して出力軸14にアシスト駆動力を加える一方、その第2モータジェネレータMG2を力行制御するための電気エネルギーを、主として第1モータジェネレータMG1の発電制御によって賄い、蓄電装置32の残容量SOCの過不足等により必要に応じて蓄電装置32から電気エネルギーを持ち出したり蓄電装置32を充電したりする。このアシスト運転モードLoは、図4の(b) に示されるように比較的低車速で実行され、第1モータジェネレータMG1はエンジン24と同じ正回転方向へ回転させられた状態で発電制御が行われる。図4の(b) における「Lo」はアシスト運転モードLoを表し、「Hi」はアシスト運転モードHiを表し、「O/D」はO/D運転モードを表している。
アシスト運転モードHi実行手段64はアシスト運転モードHiで走行するためのもので、図9の(a) に示されるように、前記第1ブレーキB1を係合して自動変速機22をハイギヤ段HiにするとともにクラッチC1を解放し、第2モータジェネレータMG2を力行制御して出力軸14にアシスト駆動力を加える一方、その第2モータジェネレータMG2を力行制御するための電気エネルギーを、主として第1モータジェネレータMG1の発電制御によって賄い、蓄電装置32の残容量SOCの過不足等により必要に応じて蓄電装置32から電気エネルギーを持ち出したり蓄電装置32を充電したりする。このアシスト運転モードHiは、図4の(b) に示されるようにアシスト運転モードLoよりも高車速側で実行され、第1モータジェネレータMG1はエンジン24と同じ正回転方向へ回転させられた状態で発電制御が行われる。
上記アシスト運転モードLoまたはHiにおいて、蓄電装置32から電気エネルギーが持ち出される場合は、第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1が低下してNMG1=0となり、発電エネルギーが0となっても第2モータジェネレータMG2を力行制御できるとともに、蓄電装置32からの持ち出しエネルギーにより可能な範囲で第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ回転駆動される。
O/D運転モード実行手段66はO/D運転モードで走行するためのもので、図9の(d) に示されるように、クラッチC1を係合して第2モータジェネレータMG2をエンジン24に直結し、入力軸25と一体的に回転駆動されるようにするとともに、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2を共に解放して自動変速機22を動力伝達遮断状態とし、その第2モータジェネレータMG2を発電制御する一方、その発電制御で得られた電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1を逆回転方向へ力行制御するとともに、蓄電装置32の残容量SOCの過不足等により必要に応じて蓄電装置32から電気エネルギーを持ち出したり蓄電装置32を充電したりする。このO/D運転モードは、図4の(b) に示されるようにアシスト運転モードHiよりも更に高車速側や、アクセル操作量θACC すなわち運転者の出力要求量が小さい低負荷走行時に実行される。
ここで、上記O/D運転モードでは、エンジン24の出力が入力軸25からキャリアCA0、クラッチC1を介して直接第2モータジェネレータMG2に伝達され、その第2モータジェネレータMG2の発電制御で得られた電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ力行制御されることにより、出力軸14に駆動力が出力されるため、図5に示すようにエネルギー循環が無い順方向のみのエネルギーフローが形成される。これにより、エネルギー効率が改善され、O/D運転モードで走行する高速走行時や低負荷走行時における燃費が向上する。図10の実線は、機械効率を100%、電気効率を90%として本実施例のO/D運転モード時の伝達効率を理論的に求めたもので、電気式差動部20の変速比γo (=NE/NOUT )がγo1以下、すなわち第1モータジェネレータMG1を逆回転駆動する領域で、一点鎖線で示す従来のO/D運転モードに比較して伝達効率が大幅に改善される。すなわち、高速走行時に例えばγo ≒0.4程度になっても伝達効率は0.9以上に維持される。なお、図10は、蓄電装置32の充放電量が0の場合で、変速比γo がγo1より小さい領域はO/D運転モードで、γo1より大きい領域はアシスト運転モードHiである。
また、図11は上記変速比γo と第1モータジェネレータMG1および第2モータジェネレータMG2のトルクとの関係の一例を示す図で、実線は蓄電装置32の充放電量が0の場合であり、アシスト運転モードLoまたはHiにおいて変速比γo が小さくなり、変速比γo =γo1で第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1=0になることにより、その第1モータジェネレータMG1の発電トルクが0になるとともに、第2モータジェネレータMG2の力行トルクも0になる。第1モータジェネレータMG1の逆回転方向の力行制御で変速比γo が更に小さくなると、その第1モータジェネレータMG1の力行制御に必要な電気エネルギーが第2モータジェネレータMG2の発電制御によって賄われる。すなわち、本実施例では図11に示すように、電気式差動部20の変速比γo に応じて、アクセル操作量θACC 等の運転者の出力要求量および車速V等に基づいて、第1モータジェネレータMG1、第2モータジェネレータMG2の力行トルクや発電トルクが制御されるのである。
図11において、第2モータジェネレータMG2の欄に一点鎖線で示すグラフは、蓄電装置32から所定量の電気エネルギーを持ち出す場合で、その持ち出し分だけ第2モータジェネレータMG2の力行トルクが高くなり、変速比γo がγo1より小さくなって第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ力行制御されるようになっても、第2モータジェネレータMG2を力行制御するアシスト運転モードが維持される。この場合のアシスト運転モードは、第1モータジェネレータMG1の逆回転方向の力行制御で蓄電装置32からの持ち出しエネルギーが消費されて第2モータジェネレータMG2に供給される電気エネルギーが略0となるまで継続され、変速比γo ≒γo2でアシスト運転モードからO/D運転モードに切り換えられる。前記図4の(b) に示す運転モード切換マップは、蓄電装置32の充放電量が0の基本マップであり、蓄電装置32の充放電などによって変化する。
一方、前記運転モード切換制御手段60は、図6および図7のフローチャートに従って上記運転モードを切換制御する。図6は、アシスト運転モードLoまたはHiからO/D運転モードへ切り換える場合の信号処理を説明するフローチャートで、図8は、アシスト運転モードHiからO/D運転モードへ切り換えられる際の第2モータジェネレータMG2のトルク(MG2トルク)や、その第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2、エンジン回転速度NE、第1ブレーキB1の油圧(B1油圧)、クラッチC1の油圧(C1油圧)の変化の一例を示すタイムチャートである。また、図9は、アシスト運転モードHiからO/D運転モードへ切り換えられる際の各部の作動状態の変化を共線図を用いて段階的に説明する図である。
図6のステップS1では、アシスト運転モードLoまたはHiか否かを、例えば運転モードを表すフラグやクラッチC1、ブレーキB1、B2の係合、解放状態(油圧回路の切換弁に対する指令信号の状態など)、モータジェネレータMG1、MG2の力行、発電状態等から判断し、アシスト運転モードLoまたはHiの時にはステップS2を実行する。図9の(a) は、アシスト運転モードHiでの走行時における各部の作動状態を表しており、前記アシスト運転モードHi実行手段64により、第1ブレーキB1が係合させられるとともに、第1モータジェネレータMG1が発電制御され、その発電制御で得られた電気エネルギーで第2モータジェネレータMG2が力行制御される。
ステップS2では、車速Vの上昇により第1モータジェネレータMG1の回転速度NMG1が低下するなどして前記変速比γoが小さくなり、第2モータジェネレータMG2の力行トルク(MG2トルク)が略0になったか否か、具体的には例えば+1N・m以下まで低下したか否かを判断し、+1N・mより大きい間はそのまま終了してアシスト運転モードLoまたはHiを継続するが、+1N・m以下になったらステップS3を実行し、ブレーキB1、B2を共に解放して自動変速機22を遮断状態とする。また、次のステップS4では、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2がモード切換後の回転速度、すなわちエンジン回転速度NEと略一致するように、その第2モータジェネレータMG2を回転同期制御する。アシスト運転モードLoまたはHiでは、回転速度NMG2が自動変速機22の変速比γs に応じてエンジン回転速度NEよりも高くなるため、第2モータジェネレータMG2を発電制御して回転速度NMG2を低下させる。この状態では、第2モータジェネレータMG2によるアシスト駆動力は得られず、第1モータジェネレータMG1の発電制御或いは逆回転方向の力行制御でサンギヤS0の回転が拘束されることにより、エンジン24の出力に基づいて所定の駆動力が発生させられる。図8の時間t1は、MG2トルクが略0となってステップS2の判断がYESになり、第1ブレーキB1の解放制御(油圧のドレーン)が開始された時間であり、時間t2は、第1ブレーキB1の油圧が低下して完全に解放されるとともに、第2モータジェネレータMG2の発電制御が開始された時間である。また、図9の(b) は、MG2トルクが略0となって第1ブレーキB1が解放され、第2モータジェネレータMG2の発電制御が開始された状態である。
次のステップS5では、ステップS4の回転同期制御により第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2がエンジン回転速度NEと略一致するようになったか否かを判断し、NMG2≒NEになったらクラッチC1を係合制御する。そして、クラッチC1の係合が完了したらステップS6でO/D運転モードに切り換え、前記O/D運転モード実行手段66によりO/D運転モードを実行する。図8の時間t3は、NMG2≒NEになってクラッチC1の係合制御が開始された時間で、時間t4は、クラッチC1の係合制御が完了してO/D運転モードに切り換えられた時間である。また、図9の(c) は、NMG2≒NEになってクラッチC1が係合させられた状態で、(d) は、O/D運転モードが実行されて、第2モータジェネレータMG2が発電制御されるとともに、その発電制御で得られた電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ力行制御されている状態である。
図7は、O/D運転モードからアシスト運転モードLoまたはHiへ切り換える場合の信号処理を説明するフローチャートで、ステップQ1では、前記ステップS1と同様にしてO/D運転モードか否かを判断し、O/D運転モードの時にはステップQ2を実行する。ステップQ2では、車速Vの低下により第1モータジェネレータMG1の逆回転方向の回転速度NMG1が低下(回転速度0に接近)するなどして前記変速比γoが大きくなり、第2モータジェネレータMG2の発電トルク(MG2トルク)が略0になったか否か、具体的には例えば−1N・m以上まで上昇したか否かを判断し、−1N・mより小さい間はそのまま終了してO/D運転モードを継続するが、−1N・m以上になったらステップQ3を実行し、クラッチC1を解放する。すなわち、図9において(d) の状態から(c) の状態に変化したらクラッチC1を解放するのである。
次のステップQ4では、車速Vに対応する出力軸回転速度NOUT が予め定められた変速閾値よりも大きいか否かを判断し、NOUT >変速閾値の中高速走行時にはステップQ5以下を実行してアシスト運転モードHiへ移行する一方、NOUT <変速閾値の低速走行時にはステップQ8以下を実行してアシスト運転モードLoへ移行する。ステップQ5では、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2がモード切換後の回転速度、すなわち図9の(b) に示すようにハイギヤ段Hiを成立させるために第2サンギヤS2の回転速度NS2が略0となるように、その第2モータジェネレータMG2を回転同期制御する。具体的には、出力軸回転速度NOUT にハイギヤ段Hiの変速比γshを掛け算することによって、第2モータジェネレータMG2の同期回転速度が求められ、これはエンジン回転速度NEよりも高いため、第2モータジェネレータMG2を正回転方向へ力行制御して回転速度NMG2を上昇させる。この状態では、第2モータジェネレータMG2によるアシスト駆動力は得られず、第1モータジェネレータMG1の発電制御或いは逆回転方向の力行制御でサンギヤS0の回転が拘束されることにより、エンジン24の出力に基づいて所定の駆動力が発生させられる。
次のステップQ6では、上記ステップQ5の回転同期制御により第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2が、回転速度NS2≒0となる同期回転速度に達したか否かを判断し、同期回転速度に達したらハイギヤ段Hiを成立させるために第1ブレーキB1を係合制御する。そして、第1ブレーキB1の係合が完了したらステップQ7でアシスト運転モードHiに切り換え、前記アシスト運転モードHi実行手段64によりアシスト運転モードHiを実行する。
前記ステップQ4の判断がNOの場合、すなわちNOUT <変速閾値の低速走行時に実行するステップQ8では、第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2がモード切換後の回転速度、すなわちローギヤ段Loを成立させるためにリングギヤR1の回転速度NR1が略0となるように、その第2モータジェネレータMG2を回転同期制御する。具体的には、出力軸回転速度NOUT にローギヤ段Loの変速比γslを掛け算することによって、第2モータジェネレータMG2の同期回転速度が求められ、これはエンジン回転速度NEよりも高いため、第2モータジェネレータMG2を正回転方向へ力行制御して回転速度NMG2を上昇させる。この状態では、第2モータジェネレータMG2によるアシスト駆動力は得られず、第1モータジェネレータMG1の発電制御或いは逆回転方向の力行制御でサンギヤS0の回転が拘束されることにより、エンジン24の出力に基づいて所定の駆動力が発生させられる。
次のステップQ9では、上記ステップQ8の回転同期制御により第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2が、回転速度NR1≒0となる同期回転速度に達したか否かを判断し、同期回転速度に達したらローギヤ段Loを成立させるために第2ブレーキB2を係合制御する。そして、第2ブレーキB2の係合が完了したらステップQ10でアシスト運転モードLoに切り換え、前記アシスト運転モードLo実行手段62によりアシスト運転モードLoを実行する。
このように、本実施例のハイブリッド駆動装置10においては、ブレーキB1またはB2を係合させるとともにクラッチC1を解放することによりアシスト運転モードHiまたはアシスト運転モードLoが成立させられ、第1モータジェネレータMG2の発電制御で出力軸回転速度NOUT に対してエンジン回転速度NEを任意に調整できるとともに、その発電制御で得られた電気エネルギーで第2モータジェネレータMG2を力行制御することにより駆動力をアシストすることができる。また、ブレーキB1、B2を共に解放するとともにクラッチC1を係合させることによりO/D運転モードが成立させられ、第1モータジェネレータMG1の逆回転方向の力行制御で出力軸回転速度NOUT に対してエンジン回転速度NEを任意に調整できる一方、第2モータジェネレータMG2の発電制御で第1モータジェネレータMG1の力行制御に必要な電気エネルギーを賄うことができる。
その場合に、上記O/D運転モードでは、第2モータジェネレータMG2がクラッチC1を介して電気式差動部20のキャリアCA0に直結され、エンジン24の出力が入力軸25からキャリアCA0、クラッチC1を介して直接第2モータジェネレータMG2に伝達される。そして、その第2モータジェネレータMG2の発電制御で得られた電気エネルギーで第1モータジェネレータMG1が逆回転方向へ力行制御されることにより、出力軸14に駆動力が出力される。このため、図5に示すようにエネルギー循環が無い順方向のみのエネルギーフローが形成されるようになり、図16に示すようにエネルギー循環が生じる場合に比較してエネルギー効率が改善され、O/D運転モードで走行する高速走行時や低負荷走行時における燃費が向上する。
一方、本実施例では上記アシスト運転モードLoまたはHiとO/D運転モードとの切換が、第2モータジェネレータMG2のトルクが略0となる運転領域で行われるため、ブレーキB1またはB2とクラッチC1とを掴み換えてモード切り換えを行う際にトルク変動が殆ど発生しない。また、そのモード切換時に動力遮断状態とすべきブレーキB1、B2またはクラッチC1を解放するとともに(ステップS3、Q3)、第2モータジェネレータMG2を自身の力行制御または発電制御によりモード切換後の回転速度となるように回転同期制御し(ステップS4、Q5、Q8)、その後に動力伝達状態とすべきブレーキB1、B2またはクラッチC1を係合制御するため(ステップS5、Q6、Q9)、そのブレーキB1、B2またはクラッチC1を係合制御する際に第2モータジェネレータMG2の回転速度NMG2が変化することがなく、その回転速度変化に伴うイナーシャによるショックが低減される。これにより、トルク変動等のショックを抑制しつつ、アシスト運転モードLoまたはHiとO/D運転モードとの間のモード切換が迅速且つ円滑に行われるようになる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
本発明が適用されたハイブリッド駆動装置の概略構成図である。 図1のハイブリッド駆動装置において、クラッチC1の配設位置をモータジェネレータMG1、MG2との関係で具体的に説明する図である。 図1のハイブリッド駆動装置の制御装置が、複数の運転モードに関して備えている機能を説明するブロック線図である。 図1のハイブリッド駆動装置の複数の運転モードを説明する図である。 図4のO/D運転モードにおけるエネルギーフローを説明する図である。 図3の運転モード切換制御手段によりアシスト運転モードLoまたはHiからO/D運転モードへ切り換える際の信号処理を具体的に説明するフローチャートである。 図3の運転モード切換制御手段によりO/D運転モードからアシスト運転モードLoまたはHiへ切り換える際の信号処理を具体的に説明するフローチャートである。 図6のフローチャートに従ってアシスト運転モードHiからO/D運転モードへ切り換えられる際のトルクや回転速度、油圧の変化を示すタイムチャートの一例である。 図6のフローチャートに従ってアシスト運転モードHiからO/D運転モードへ切り換えられる際の各部の作動状態の変化を共線図を用いて段階的に示す図である。 O/D運転モード時の伝達効率を変速比γo に応じて理論的に求めたグラフで、クラッチC1を備えていない従来装置と比較して示す図である。 第1モータジェネレータMG1および第2モータジェネレータMG2のトルクを変速比γo との関係で示す図である。 従来のハイブリッド駆動装置の一例を説明する概略構成図である。 図1および図12のハイブリッド駆動装置の第1駆動力発生源に備えられている遊星歯車装置の作動を説明する共線図である。 図1および図12のハイブリッド駆動装置において、第2モータジェネレータMG2と出力軸との間に設けられている自動変速機の複数のギヤ段Lo、Hiを説明する共線図である。 図12の従来例のアシスト運転モードおよびO/D運転モードを共線図を用いて説明する図である。 図15のO/D運転モードにおけるエネルギーフローを説明する図である。
符号の説明
10:ハイブリッド駆動装置(車両用駆動装置) 14:出力軸(出力部材) 18:駆動輪(車輪) 20:電気式差動部 22:自動変速機 25:入力軸(入力部材) 28、34、44:電子制御装置 60:運転モード切換制御手段 MG1:第1モータジェネレータ(第1回転機) MG2:第2モータジェネレータ(第2回転機) B1、B2:ブレーキ(第1の動力断続機構) C1:クラッチ(第2の動力断続機構) NE:エンジン回転速度(入力回転速度) NOUT :出力軸回転速度(出力回転速度) アシスト運転モードLo、Hi:第1運転モード O/D運転モード:第2運転モード

Claims (1)

  1. 反力要素に連結された第1回転機の運転状態が制御されることにより、入力回転速度と出力回転速度の差動状態が制御される電気式差動部と、
    該電気式差動部の出力部材から車輪までの動力伝達経路に、第1の動力断続機構を介して動力伝達可能に連結された第2回転機と、
    を有する車両用駆動装置の制御装置において、
    前記第2回転機を前記電気式差動部の入力部材に動力伝達可能に連結する第2の動力断続機構を備えているとともに、
    前記第1の動力断続機構を動力伝達状態とし、且つ前記第2の動力断続機構を動力遮断状態として運転する第1運転モードと、前記第1の動力断続機構を動力遮断状態とし、且つ前記第2の動力断続機構を動力伝達状態として運転する第2運転モードとを切換可能に有し、
    該運転モードの切換は、前記第2回転機のトルクが略0となる運転領域において行なわれるもので、動力遮断状態とすべき前記第1または第2の動力断続機構を動力遮断状態とし、前記第2回転機の回転速度を該第2回転機の回転速度自立制御によりモード切換後の回転速度となるように回転同期制御した後に、動力伝達状態とすべき前記第2または第1の動力断続機構を動力伝達状態とすることで行なう
    ことを特徴とする車両用駆動装置の制御装置。
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