JP2011105110A - 車載動力伝達装置および車載動力伝達制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動力分割機構20は、1の遊星歯車機構にて構成される。動力分割機構20のサンギアSにはモータジェネレータ10が機械的に連結されるとともに、CVT22およびクラッチC2、ギアG5を介してリングギアRに機械的に連結され、またCVT22,クラッチC2およびギアG6を介して駆動輪14に機械的に連結されている。こうした状況下、クラッチC3を締結状態とすることで、キャリアCのトルクをワンウェイベアリング26を介してエンジン12に付与する。
【選択図】 図1
Description
以下、本発明にかかる車載動力伝達装置の第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図2に、本実施形態にかかるモータジェネレータ10による車両の発進処理について説明する。ここで、図2(a)に、発進時における動力伝達経路を示し、図2(b)に、このときの動力分割機構20の共線図を、エンジン12の回転速度とともに示す。なお、図2(b)において、リングギアRの回転速度の負方向を前進と定義しているが、これは、ギアG5がカウンタギアであるためである。また、共線図において、矢印は、トルクの向きを示すものである。
Ts=−ρTc/(1+ρ) …(c2)
β(Tm+Ts)=−Tc …(c3)
上記の式(c1)および式(c2)を用いて上記式(c3)からトルクTs,Tcを消去することで、下記の式(c4)を得る。
上記の式(c4)によれば、比βを「(1/ρ)−1」に近似させることで、リングギアRのトルクTrは、非常に大きなものとなり得ることがわかる。換言すれば、駆動輪14に伝達されるトルクが非常に大きなものとなり得ることがわかる。このため、モータジェネレータ10を大型化することなく、発進時のトルクを確保することができる。
図3(a)に、モード2において、特にモータジェネレータ10のみによって車両を走行させるいわゆるEV走行時の動力伝達経路を示し、図3(b)に、その際の共線図を示す。なお、この際、クラッチC3は、解除状態とされている。
<モード1からモード2への切替>
図6(a)に、モータジェネレータ10やエンジン12を駆動源とした場合の被駆動体としての駆動輪14までのトータルの変速比と、CVT22の変速比との関係を示す。図示されるように、モード1において、CVT22の変速比を連続的に変化させていくことで、後退から前進まで変化させることができる。そして、所定の変速比となることで、モード2へと切り替える。これにより、トータルの変速比の可変領域を拡大することができる。
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
<変速装置の種類について>
機械式の無段変速装置としては、ベルト式のものに限らず、例えばトラクションドライブ式のものであってもよい。また、機械式のものに限らず、油圧式のものであってもよい。更に、無段変速装置にも限らず、有段変速装置であってもよい。
<モータジェネレータ10等と動力分割用回転体との接続について>
モータジェネレータ10、エンジン12、および駆動輪14と、動力分割用回転体(サンギアS,キャリアCおよびリングギアR)との機械的な連結態様としては、上記各実施形態で例示したものに限らない。
<変速装置の配置について>
変速比を可変とする変速装置の配置としては、モード1およびモード2間で共有できるものに限らない。例えば、モード1のみで利用できるものや、モード2のみで利用できるものとしてもよい。さらに、モード1およびモード2間で利用される変速装置に相違するものが含まれるように、複数の変速装置を備えてもよい。これは、例えば先の図8においてxy間とyz間とのそれぞれに各別の変速装置を備えることで実現することができる。
<動力分割用回転体について>
上記実施形態では、動力分割用回転体を構成する遊星歯車機構として、サンギアSとリングギアRの回転速度の符号が互いに相違する場合にキャリアCの回転速度がゼロとなりうるものを採用したが、これに限らない。例えば、サンギアSとリングギアRとの回転速度の符号が同一である場合にキャリアCの回転速度がゼロとなり得るものを用いてもよい。この遊星歯車機構は、いわゆるダブルピニオンを有する遊星歯車機構(例えば特開2001−108073号公報参照)によって実現できる。
<トルク伝達制御手段について>
エンジン12を起動すべくエンジン12と動力分割機構20の起動用回転体(キャリアC)との間のトルクの伝達および遮断を行なうトルク伝達制御手段としては、クラッチC3およびワンウェイベアリング26を備えて構成されるものに限らない。例えば、クラッチC3のみを備えるものであってもよい。この場合、例えばエンジン12の回転軸12aに初期回転を付与した後、エンジン12の燃焼開始に先立ちクラッチC3を解除状態とするなら、エンジン12における燃焼開始時のトルクの急増の影響が動力分割機構20に伝達されることを好適に回避することができる。また例えばワンウェイベアリング26のみを備えるものであってもよい。ただし、この場合、エンジン12の回転方向が一方向に規定されているなら、ワンウェイベアリング26の入力側に機械的に連結される動力分割用回転体(起動用回転体:キャリアC)の回転速度の符号が反転しない範囲で動力分割機構20を動作させる。
<トルク付与手段について>
エンジン12のトルクを駆動輪14に付与すべく動力分割機構20の伝達用回転体(サンギアS)とエンジン12とを機械的に連結するトルク付与手段としては、ワンウェイベアリング28に限らない。例えばワンウェイクラッチであってもよい。また、動力分割機構20側(出力側)に対するエンジン12側(入力側)の相対回転速度が負でないことを条件に動力を伝達させる一方向伝達機構としては、入力側によって出力側が滑ることなくつれまわされるものに限らず、滑りつつも動力が付与されるものであってもよい。
<動力分割用回転体の回転力を駆動源とする補機について>
この種の補機としては、車載空調装置のコンプレッサに限らない。例えば駆動輪14等に制動力を付与するための油圧を生成するブレーキポンプや、エンジン12の冷却水用のウォータポンプ、冷却ファン等であってもよい。
<補機に連結される動力分割用回転体について>
補機に連結される動力分割用回転体としては、第2の実施形態(図7)に示したものに限らない。例えば先の図7に示した動力分割機構20のクラッチC3およびワンウェイベアリング26間に機械的に連結してもよい。この場合、モード2において、エンジン12の起動時以外であっても動力循環が生じるために、伝達効率が低下するデメリットはあるものの、キャリアCの回転速度を車両走行中にゼロおよびゼロ以外の値の双方に制御できるメリットがある。また、モード1、2の双方において、車両の停止中であっても補機に駆動力を付与することができる。
<エンジン12の始動処理>
エンジン12を始動処理としては、モード2において行うものに限らない。例えばモード1においてエンジン12を始動させてもよい。この場合、車両停止時にエンジン12を始動させ、エンジン12の動力で車両を発進させることもできる。図15(a)に、上記第1の実施形態において、モード1におけるエンジン12の始動処理時における動力伝達経路を示す。なお、図15(b)には、特に車両の停止時におけるエンジン12の始動に伴う共線図を示している。ここでは、クラッチC3を締結状態とすることで、キャリアCの回転エネルギがエンジン12の回転軸12aに伝達されることでエンジン12に初期回転が付与される。その後、エンジン12の燃焼制御が完了すると、ワンウェイベアリング28、動力分割機構20等を介してエンジン12の動力を駆動輪14に伝達させることで車両を発進させることができる。特に、本実施形態の場合、モード1においてギアードニュートラル状態を実現できるため、エンジン12の動力がワンウェイベアリング28を介して出力される場合であっても、駆動輪14の回転速度をゼロに保持することもできる。このため、トルクコンバータ等を設ける必要もない。なお、この場合、モード2で発進処理を行ってもよい。
<クラッチC3の締結条件>
上記各実施形態では、エンジン12の回転速度がエンジン12を安定して稼動状態に保つための最小回転速度以下である場合であって且つエンジン12の始動要求が生じた場合にクラッチC3を締結状態としたがこれに限らない。例えば車両の制動力が要求されることを条件としてもよい。これは、モータジェネレータ10を小型化しても、発進トルクを確保することができる上記各実施形態の構成にとって特に有効である。すなわち、モータジェネレータ10を小型化(例えば十数kW)すると、モータジェネレータ10の回生運転によって生成される車両の制動力を大きくすることができなくなる懸念がある。しかし、こうした場合であっても、クラッチC3を締結状態として動力分割機構20にエンジン12の負荷トルクを付与してエンジンブレーキを利用することで、制動力を大きくすることができる。
<停車時、牽引時等>
停車時、牽引時においては、クラッチC1,C2を解除状態とすればよい。これにより、牽引によってCVT22が回転されることを回避することが可能となり、CVT22として金属ベルトを備えるもの等を利用する場合であってもCVT22の劣化を抑制することができる。これは、例えば先の図1の構成の場合、クラッチC1,C2の双方を解除状態とすることで、モータジェネレータ10の負荷等によってCVT22が回転することなくクラッチC1,C2が空転する状態を実現可能であるためである。もっとも、図1の構成に限らず、モード1,2の双方においてCVT22が一対の動力分割用回転体との間でループを構成するものであって且つ、CVT22の一端にモータジェネレータ10が機械的に連結されている構成であればよい。図17に、上記第1の実施形態における停車時の処理を示す。この処理は、制御装置40によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
<そのほか>
・上記各実施形態では、動力分割用回転体のうちエンジン12を起動する際にエンジン12に機械的に連結される起動用回転体とエンジン12の動力を駆動輪14に伝達させる際にエンジン12に機械的に連結される伝達用回転体とを各別の回転体としたがこれに限らない。例えば先の図1において、キャリアC側に対するエンジン12側の相対的な回転速度が負でないことを条件に動力を伝達させる一方向伝達機構と、エンジン12およびキャリアC間の動力を遮断するためのクラッチとを直列接続して備えるようにしてもよい。この場合、起動用回転体および伝達用回転体がともにキャリアCとなる。
<トータル変速比について>
上記第1の実施形態のトータル変速比の導出は、図16に示す一般的な構成におけるトータル変速比を導出することで導出されたこととなる。ここで、ギアG1は、CVT22に対応している。ちなみに、図に示す構成と第1の実施形態に示す構成との相違は、第1の実施形態にはギアG4が無く、ギアG2a、G2bを有する点である。図の構成は、第1の実施形態の構成を一般化したものであるにもかかわらず、ギアG2a,G2bをギアG2にまとめることとしたのは、クラッチC1およびキャリアC間に介在するギアをギアG2として一般化することができるためである。すなわち、この図16の構成から第1の構成にいたるには、第1の実施形態のギアG2a,G2bのトータルのギア比を図16の構成のギアG2のギア比r2として且つ、ギアG4のギア比r4を「1」とすればよい。
1.モード1のトータルの変速比について
モード1においては、サンギアSの回転速度wSと、キャリアCの回転速度wCとの間には、以下の式(c6)にて表現される関係がある。
一方、ギアG6の出力側の回転速度wG6bは、以下の式(c7)にて表現できる。
上記の式(c6)、(c7)を上記の式(c5)に代入することで以下の式(c8)を得る。
したがって、トータルの変速比は、以下の式(c9)となる。
2.モード2のトータル変速比について
モード2においては、ギアG1,G4,G6の経路を考えることで、トータル変速比は、以下の式(c10)となる。
<トルク抜けの生じない切替条件>
ギアG1の回転速度wG1bが、ギアG2の回転速度wG2aとギアG4の回転速度wG4aとの双方と一致することが条件となる。これは、以下の式にて表現することができる。
上記の式(c11)において、例えばサンギアSおよびリングギアRの回転速度wS,wRをキャリアCの回転速度wCで表現して且つ、上記の式(c5)に代入することで以下の式(c12)を得る。
すなわち、CVT22(ギアG1)のギア比r1が上記の式(c12)の右辺の値をとりうる設定とすれば、上記(c12)の条件成立時においてトルク抜けを回避した切替を行うことができる。
<折り返し処理について>
これは、トータルの変速比を従属変数としギア比r1を独立変数とする関数をギア比r1によって微分した値についてのモード1とモード2との積が負であることを条件とすればよい。
すなわち、r5・r4・r2<0 …(c13)
ちなみに、上記第1の実施形態では、ギアG5やギアG2a、G2bをカウンタギアとしたため、ギア比r2>0、ギア比r5<0であり、またギアG4を除いたため、ギア比r4=1であり、この条件を満たす。
Claims (21)
- 回転電機、内燃機関、および駆動輪間の動力分割のための回転体であって且つ互いに連動して回転する複数の動力分割用回転体を備える車載動力伝達装置において、
前記動力分割用回転体には、共線図上において回転速度が一直線上に並ぶ回転体である第1の回転体、第2の回転体および第3の回転体が含まれ、
前記動力分割用回転体のうちの第1の回転体と前記内燃機関との間のトルクの伝達および遮断を行なうトルク伝達制御手段と、
前記第2の回転体と前記第3の回転体とを機械的に連結する連結手段とを備え、
該連結手段は、変速比を可変とする変速装置を備え、
前記トルク伝達制御手段によってトルクの伝達がなされる場合、前記第2の回転体および前記第3の回転体の動力の符号が互いに逆となることを特徴とする車載動力伝達装置。 - 前記連結手段によって連結された前記第2の回転体および前記第3の回転体に、前記回転電機および前記駆動輪が機械的に連結されることを特徴とする請求項1記載の車載動力伝達装置。
- 前記第1の回転体、前記第2の回転体、および前記第3の回転体は、互いのトルクが比例関係を有するものであることを特徴とする請求項2記載の車載動力伝達装置。
- 前記第2の回転体には、前記変速装置を介すことなく前記回転電機が機械的に連結され、
前記第3の回転体には、前記変速装置を介すことなく前記駆動輪が機械的に連結されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。 - 前記第2の回転体と前記内燃機関とを機械的に連結して且つ前記第2の回転体側に前記内燃機関のトルクを付与するトルク付与手段を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 前記トルク付与手段は、前記変速装置を介すことなく前記内燃機関を第2の回転体に機械的に連結する手段であることを特徴とする請求項5記載の車載動力伝達装置。
- 前記トルク付与手段は、前記第2の回転体側である出力側に対する前記内燃機関側である入力側の相対回転速度が負でないことを条件に動力を伝達させる一方向伝達機構を備えることを特徴とする請求項5または6記載の動力伝達装置。
- 前記第1の回転体と前記第2の回転体とを機械的に連結する手段であって且つ変速比を可変とする変速装置を備える連結手段を更に備え、
前記第1の回転体と前記第2の回転体とを機械的に連結する前記連結手段としての第1連結手段と、前記第2の回転体と前記第3の回転体とを機械的に連結する前記連結手段としての第2連結手段とが操作されることで、前記第1連結手段による連結状態が実現されて且つ前記第2連結手段による連結状態が実現されていない第1モードと、前記第2連結手段による連結状態が実現されて且つ前記第1連結手段による連結状態が実現されていない第2モードとを切り替え可能としたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。 - 前記回転電機の回転速度の符号を特定の符号に固定した場合、前記第1モードにおいて、前記第1の回転体の動力と前記第2の回転体の動力との符号が互いに逆となって且つ、前記第2モードにおいて、前記第2の回転体の動力と前記第3の回転体の動力との符号が互いに逆とならないことを特徴とする請求項8記載の車載動力伝達装置。
- 前記第1連結手段の備える前記変速装置と前記第2連結手段の備える前記変速装置とが同一であることを特徴とする請求項8または9記載の車載動力伝達装置。
- 前記回転電機または前記内燃機関から前記駆動輪までのトータルの変速比を従属変数とし前記変速装置の変速比を独立変数とする関数について、前記第1モードおよび前記第2モードのそれぞれにおける前記独立変数による前記関数の1階の微分値同士の符号が互いに逆となるように設定されていることを特徴とする請求項10記載の車載動力伝達装置。
- 前記第1モードから前記第2モードへの切替によって前記第2の回転体と前記第3の回転体とを機械的に連結するに際し、前記第2の回転体の回転速度と前記第3の回転体の回転速度との差を補償すべく、前記第1連結手段および前記第2連結手段の少なくとも一方は、前記第2の回転体および前記第3の回転体の少なくとも一方の回転速度を変速する第2モード切替用変速手段を備えることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 前記第2モード切替用変速手段は、変速比が固定された手段であることを特徴とする請求項12記載の車載動力伝達装置。
- 前記第2モードから前記第1モードへの切替によって前記第1の回転体と前記第2の回転体とを機械的に連結するに際し、前記第1の回転体の回転速度と前記第2の回転体の回転速度との差を補償すべく、前記第1連結手段および第2連結手段の少なくとも一方は、前記第1の回転体および前記第2の回転体の少なくとも一方の回転速度を変速する第1モード切替用変速手段を備えることを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 前記第1モード切替用変速手段は、変速比が固定された手段であることを特徴とする請求項14記載の車載動力伝達装置。
- 前記トルク伝達制御手段は、前記第1の回転体と前記内燃機関との動力の伝達を遮断するための電子制御式の遮断手段を備えることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 前記トルク伝達制御手段は、前記遮断手段に加えて、前記内燃機関側である出力側に対する前記第1の回転体側である入力側の相対的な回転速度が負でないことを条件に動力を伝達させる一方向伝達機構を更に備えることを特徴とする請求項16記載の車載動力伝達装置。
- 前記動力分割用回転体は、1の遊星歯車機構のサンギア、キャリアおよびリングギアであることを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 請求項1〜18のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置と、
前記内燃機関の回転速度が規定回転速度以下である状況下、前記トルク伝達制御手段を操作することで前記第1の回転体のトルクを前記内燃機関に伝達させる制御手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達制御システム。 - 請求項8〜15のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置と、
車両の走行許可スイッチがオフされる場合、前記第1連結手段による連結状態および前記第2連結手段による連結状態の双方が実現されないようにする手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達制御システム。 - 請求項8〜15のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置と、
車両の走行許可スイッチがオフされる場合、前記変速装置の変速比を操作することで前記回転電機または前記内燃機関から前記駆動輪までのトータルの変速比が前記第1モードと前記第2モードとで相違するようにした状態で前記第1連結手段による連結状態および前記第2連結手段による連結状態の双方が実現されるようにする手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達制御システム。
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