JP2016038059A - フライホイール回生システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フライホイールのエネルギー効率を向上できるフライホイール回生システムを提供する。【解決手段】車両の減速中にフライホイールに運動エネルギーを回生し、駆動力要求に基づいてフライホイールのエネルギーを車両の発進又は加速に用いるフライホイール回生システムであって、制御部は、運転者からの駆動力要求があったとき、変速機の変速比をアップシフトさせることにより駆動力を発生させ、有段変速機構をアップシフトさせる前に、無段変速機構をアップシフトさせることで、変速機の変速比をアップシフトさせる。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の運動エネルギーをフライホイールで回生するフライホイール回生技術に関する。

車両の燃費・電費を向上させるには、減速時に車両が持つ運動エネルギーを電気的又は機械的に回生し、回生した運動エネルギーを発進時や加速時に利用するのが有効である。

特許文献１は、変速機の入力軸にクラッチによって断続可能なフライホイールを設け、減速時に当該クラッチを締結して駆動輪から入力される回転でフライホイールを回転させ、車両の運動エネルギーをフライホイールの運動エネルギーに変換するフライホイール回生システムを開示している。

このようなフライホイール回生システムにおいては、クラッチを解放すれば回生した運動エネルギーをフライホイールに保存することができ、また、発進時や加速時にクラッチを締結すれば、フライホイールに保存された運動エネルギーを放出させ、車両の発進や加速に利用することで、車両の燃費効率を向上できる。

特表２０１２−５１６４１７号公報

前述のような構成のフライホイール回生システムにおいて、フライホイールの回転エネルギーを放出する際には変速機をアップシフトさせることで、大きな回転エネルギーを駆動輪へと伝達することができる。

変速機には、無段変速機（バリエータ）、有段変速機及びこれらを組み合わせたものが知られている。バリエータと有段変速機とを組み合わせることで、変速範囲を拡大することができる。

前述のフライホイール回生システムにバリエータと有段変速機とを組み合わせた変速機を適用することができる。この場合は、アップシフトはバリエータでも有段変速機でも行うことが可能である。しかしながら、従来技術ではバリエータ及び有段変速機は考慮されておらず、バリエータ及び有段変速機を適切に制御しない場合は、かえってエネルギー効率を低下させてしまう恐れがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、バリエータ及び有段変速機を組み合わせた変速機において、エネルギー効率を高めることができるフライホイール回生システムを提供することを目的とする。

本発明のある態様によれば、変速比を無段階に変更可能な無段変速機構と、無段変速機構に直列に接続され、複数の摩擦締結要素の締結及び解放により複数の変速段を切換え可能な有段変速機構と、からなり、車両の動力源から入力される回転を変速して駆動輪に出力する変速機と、フライホイールと、変速機の変速比を制御する制御部と、を備え、車両の減速中にフライホイールに運動エネルギーを回生し、駆動力要求に基づいてフライホイールのエネルギーを車両の発進又は加速に用いるフライホイール回生システムであって、制御部は、運転者からの駆動力要求があった場合に、変速機の変速比をアップシフトさせることにより駆動力を発生させ、有段変速機構をアップシフトさせる前に、無段変速機構をアップシフトさせることで、変速機の変速比をアップシフトさせることを特徴とする。

上記態様によれば、フライホイールのエネルギーを発進又は加速に用いる場合に、有段変速機構をアップシフトさせる前に無段変速機構をアップシフトさせるので、摩擦締結要素のスリップ量がなくなり、発熱によるエネルギーの損失が低減される。これにより、フライホイールのエネルギーの損失を抑制できて、フライホイールのエネルギーを効率良く利用することができ、フライホイールのエネルギーにより得られる走行領域を拡大することができるので、燃費を向上することができる。

本発明の実施形態のフライホイール回生システムを備える車両の構成図である。 本発明の第１実施形態の運転者から加速要求があったときにコントローラが実行する制御のフローチャートである。 本発明の第１実施形態の車両が走行するときの動作を示すタイムチャートである。 本発明の第１実施形態の変速マップとフライホイールの回転エネルギー放出マップとの関係を示す説明図である。 本発明の第２実施形態の運転者から加速要求があったときにコントローラが実行する制御のフローチャートである。 本発明の第２実施形態の車両が走行するときの動作を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るフライホイール回生システムを備える車両１００の全体構成を示す。

車両１００は、動力源としてのエンジン１と、エネルギーを回生するフライホイール２と、エンジン１の出力回転を無段階に変速する無段変速機（以下、ＣＶＴ）３と、ＣＶＴ３の出力回転を減速する終減速装置４と、差動装置５と、左右の駆動輪６と、油圧回路７と、コントローラ８とを備える。

ＣＶＴ３は、無段変速機構（以下、「バリエータ２０」という。）と、バリエータ２０に対して直列に設けられ、複数の変速段（１速及び２速）を有する有段変速機構である副変速機構３０とを備える。ＣＶＴ３は、副変速機構３０の変速段を変更することで、バリエータ２０の変速範囲を超えた変速範囲を実現する。

バリエータ２０は、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間にベルトを掛け回し、プライマリプーリとセカンダリプーリとの溝幅を変更することにより無段階に変速を行う。

副変速機構３０は、前進２段・後進１段の歯車式変速機である。副変速機構３０は、遊星歯車機構と、遊星歯車機構の連係状態を変更する複数の摩擦締結要素（例えばＬｏｗブレーキ、Ｈｉｇｈクラッチ、Ｒｅｖブレーキ）と、を備える。副変速機構３０は、Ｌｏｗブレーキが締結され、Ｈｉｇｈクラッチ及びＲｅｖブレーキが解放されている場合に１速となり、Ｈｉｇｈクラッチが締結され、Ｌｏｗブレーキ及びＲｅｖブレーキが解放されている場合は２速となる。Ｒｅｖブレーキが締結され、Ｌｏｗブレーキ及びＨｉｇｈクラッチが解放されている場合は、後進段となる。

エンジン１とＣＶＴ３の入力軸３ｉｎとの間には、エンジンクラッチＣＬ１が設けられる。エンジンクラッチＣＬ１は、供給される油圧によって締結容量を制御可能な油圧式クラッチである。エンジンクラッチＣＬ１を締結状態としたときに、エンジン１の駆動力がＣＶＴ３へと伝達される。

ＣＶＴ３の入力軸３ｉｎには、入力軸３ｉｎの回転により駆動され油圧を発生するオイルポンプ１０が接続される。オイルポンプ１０は、例えばギヤポンプやベーンポンプにより構成される。オイルポンプ１０が発生した油圧は後述する油圧回路７を介して、ＣＶＴ３、エンジンクラッチＣＬ１、後述する発進クラッチＣＬ２等に供給される。

ＣＶＴ３の入力軸３ｉｎには、さらに、一対の減速ギヤ列１１、１２を介してフライホイール２が接続される。フライホイール２は、回転可能な円筒体又は円盤形状の金属体が容器内に収装されて構成される。容器内は、金属体が回転するときの空気抵抗による影響（風損とも呼ぶ）を低減するために、真空状態又は減圧されている。

減速ギヤ列１１と減速ギヤ列１２との間にはフライホイールクラッチＣＬｆｗが設けられる。フライホイールクラッチＣＬｆｗは、供給される油圧によって締結容量を制御可能な油圧式クラッチである。フライホイールクラッチＣＬｆｗは、入力軸３ｉｎの回転にかかわらず油圧を供給可能な油圧源の油圧が油圧室１３に供給されることによって締結容量が制御される。具体的には、オイルポンプ１０とは異なり、電動モータにより駆動される油圧ポンプにより発生された油圧がフライホイールクラッチＣＬｆｗの油圧室１３に供給される。フライホイールクラッチＣＬｆｗは、油圧室１３に供給される油圧ではなく、電動のアクチュエータによって締結容量が制御されてもよい。

ＣＶＴ３において、副変速機構３０には、発進時に締結され、バリエータ２０を介して入力されるエンジン１又はフライホイール２からの回転を終減速装置４に伝達する発進クラッチＣＬ２が設けられる。発進クラッチＣＬ２は、遊星歯車機構の連係状態を変更する複数の摩擦締結要素のうちのいずれか一つに対応する。例えば副変速機構３０が１速の場合は、Ｌｏｗブレーキが発進クラッチＣＬ２に対応し、副変速機構３０が２速の場合はＨｉｇｈクラッチが発進クラッチＣＬ２に対応する。

発進クラッチＣＬ２に対応する摩擦締結要素は、供給される油圧によって伝達トルク容量を制御可能な油圧式クラッチである。発進クラッチＣＬ２は、エンジン１とＣＶＴ３との間に備えられてもよい。また、入力軸３ｉｎにトルクコンバータを備えてもよい。

油圧回路７は、後述するコントローラ８からの信号を受けて動作するソレノイド弁等で構成され、ＣＶＴ３、エンジンクラッチＣＬ１、発進クラッチＣＬ２及びオイルポンプ１０と油路を介して接続される。油圧回路７は、オイルポンプ１０で発生した油圧を元圧として、ＣＶＴ３のプーリ、エンジンクラッチＣＬ１及び発進クラッチＣＬ２で必要とされる油圧を生成し、生成した油圧をＣＶＴ３のプーリ、エンジンクラッチＣＬ１及び発進クラッチＣＬ２に供給する。

ブレーキ１４は、ブレーキペダル１５とマスターシリンダ１６とが機構的に独立している電子制御式ブレーキである。運転者がブレーキペダル１５を踏み込むと、ブレーキアクチュエータ１７がマスターシリンダ１６のピストンを変位させ、運転者がブレーキペダル１５を踏み込む力、すなわち要求減速度に応じた油圧がブレーキ１４に供給され、ブレーキ１４によって要求減速度に応じた制動力が発生する。なお、図示は省略するが、ブレーキ１４は従動輪にも設けられる。

コントローラ８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等で構成される。コントローラ８には、エンジン１のトルクセンサ２８、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ２１、ＣＶＴ３の入力軸３ｉｎの回転速度（入力軸回転速度Ｎｉｎ）を検出する回転速度センサ２２、フライホイール２の回転速度Ｎｆｗを検出する回転速度センサ２３、車速ＶＳＰを検出する車速センサ２４、アクセルペダル２５の開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２６、運転者がブレーキペダル１５の踏む力を検出するブレーキセンサ２７等からの信号が入力される。

コントローラ８は、入力される信号に基づき各種演算を行い、ＣＶＴ３の変速、エンジンクラッチＣＬ１、発進クラッチＣＬ２及びフライホイールクラッチＣＬｆｗの締結・解放、ブレーキアクチュエータ１７を制御する。特に、運転者がブレーキペダル１５を踏み込み、車両１００が減速するときは、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結し、駆動輪６から入力される回転を減速ギヤ列１１、１２により増速してフライホイール２を回転させ、車両１００が持つ運動エネルギーをフライホイール２の運動エネルギーに変換することで、車両１００の運動エネルギーを回生する。

このとき、後述するようにＣＶＴ３の変速比をＬｏｗ側にダウンシフトすることにより、駆動輪６の回転速度を増速してフライホイール２に入力することができ、フライホイール２の回転速度、すなわち、保存される運動エネルギーの大きさを高めることができる。

回生中、コントローラ８は、運転者の減速度要求に応じた制動力（回生ブレーキ）が得られるようフライホイールクラッチＣＬｆｗの締結容量を制御する。フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結する前で回生ブレーキを発生させられない場合や回生ブレーキのみでは運転者の減速度要求を満たせない場合は、コントローラ８は、ブレーキアクチュエータ１７を動作させてブレーキ１４の制動力を増大させ、運転者の減速度要求に応じた制動力が得られるようにする。

回生された運動エネルギーは、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放することによってフライホイール２の回転として保存できる。フライホイール２に運動エネルギーが保存されている状態でフライホイールクラッチＣＬｆｗを締結することで、フライホイール２に保存されている運動エネルギーが入力軸３ｉｎに伝達され、車両１００の発進又は加速のエネルギーとすることができる。

特に、フライホイール２の質量や減速ギヤ列１１、１２の減速比を適切に選定することにより、フライホイール２が十分に回転している状態で、重量物である車両１００を発進させるのに十分なエネルギーを保存することができる。

このように、車両１００が減速する時に、コントローラ８がフライホイールクラッチＣＬｆｗを締結し、車両１００の運動エネルギーが回生される。

次に、本発明の第１実施形態のフライホイール２による車両１００の加速時の動作について説明する。

運転者からの加速要求があったときに、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結して、入力軸３ｉｎに回転エネルギーを与えることができる。これにより、エンジン１が停止、又はエンジン１の駆動力が伝達されていない場合にも、車両１００を加速させることができる。

図２は、本実施形態の第１実施形態のフライホイール回生システムにおいて、運転者から加速要求があったときにコントローラ８が実行する制御のフローチャートである。

図２に示す制御は、コントローラ８において、他の制御と並列して周期的に実行される。

コントローラ８は、ステップＳ１１において、運転者から加速が要求されたか否かを判定する。コントローラ８は、運転者がアクセルペダル２５を踏み込むことによりアクセル開度ＡＰＯがゼロから正の値へと変化した場合に、運転者から加速が要求されたと判定する。加速が要求されていない場合は、このフローチャートの処理を一旦終了し、他の処理に戻る。

運転者から加速が要求されたと判定した場合は、コントローラ８は、ステップＳ１２において、フライホイール２の回転速度が、車両１００を加速させるために十分であるか否かを判定する。

より具体的には、コントローラ８は、フライホイール２の回転速度Ｎｆｗを入力軸３ｉｎに換算したフライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎと、ＣＶＴ３の現在の変速比における入力回転速度Ｎｉｎｔ０とを比較する。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下である場合は、フライホイール２の回転が車両１００を加速させるのに十分ではない。この場合は、ステップＳ３１に移行し、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結されている場合は、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放してから、このフローチャートの処理を一旦終了し、他の処理に戻る。

フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放するのは、加速要求時にエンジン１の回転エネルギーが、より低速で回転するフライホイール２を回転させるエネルギーとして消費されることを防ぐためである。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きい場合は、フライホイール２の回転が車両１００を加速させるのに十分である。この場合は、ステップＳ１３に移行し、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結されているか否かを判定する。

フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結されていない場合は、ステップＳ４１に移行し、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗの油圧室１３に油圧を供給して、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結させる締結制御を開始する。コントローラ８は、締結制御の開始後、フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結状態であるかを判定し締結が完了するまで待機する。

ステップＳ１３又はステップＳ４２において、フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結状態となっている場合は、ステップＳ１３１に移行し、コントローラ８は、発進クラッチＣＬ２の締結が完了しているか否かを判定する。例えば、車両１００が発進を行って間もない場合は、発進クラッチＣＬ２の伝達トルク容量より運転者からの加速要求に対応する加速度及び車速の制御が行われている。発進クラッチＣＬ２が締結完了している場合は、ステップＳ１４に移行する。発進クラッチＣＬ２の締結が完了しておらず、スリップ状態である場合はステップＳ１４１に移行する。

ステップＳ１４１において、コントローラ８は、運転者からの要求に基づいて発進クラッチＣＬ２の伝達トルク容量を制御する。そして、ステップＳ１５１に移行し、コントローラ８は、現在の車速とアクセル開度ＡＰＯとから、フライホイール２が放出可能な入力回転速度Ｎｉｎｔ０を設定する。コントローラ８は、変速マップから現在の車速ＶＳＰとアクセルペダル２５の開度ＡＰＯとに応じたＣＶＴ３の入力軸３ｉｎの回転速度Ｎｉｎを算出し、回転速度Ｎｉｎと同一回転となるエンジン回転速度Ｎｉｎｔを読み取る。読み取ったエンジン回転速度Ｎｉｎｔを、入力回転速度Ｎｉｎｔ０として設定する。

次に、ステップＳ１６１に移行し、コントローラ８は、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが、算出された入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きいか否かを判定する。フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きい場合は、ステップＳ１３１に戻る。コントローラ８は、ステップＳ１７において、バリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈとなったか否かを判定する。フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となった場合は、フライホイール２では車両１００を加速させることができないので、後述するように、ステップＳ２１以降の処理を実行する。

ステップＳ１３１において、発進クラッチＣＬ２の締結が完了していると判定した場合は、ステップＳ１４に移行し、コントローラ８は、ＣＶＴ３のバリエータ２０をステップＳ１１で取得したアクセル開度等に基づいて決定された要求出力に基づいてアップシフトさせる。

これにより、フライホイール２の回転によって車両１００が加速する。このときのアップシフトの変速速度は、ステップＳ１１で取得したアクセル開度の変化加速度等に基づいて決定された運転者の加速要求に応じて設定する。加速要求が大きいほど、バリエータ２０の変速速度は大きく設定される。

次に、コントローラ８は、ステップＳ１５において、現在の車速とアクセル開度ＡＰＯとから、フライホイール２が放出可能な入力回転速度Ｎｉｎｔ０を設定する。このときもステップＳ１５１と同様に、コントローラ８は、変速マップから現在の車速ＶＳＰとアクセルペダル２５の開度ＡＰＯとに応じたＣＶＴ３の入力軸３ｉｎの回転速度Ｎｉｎを算出し、回転速度Ｎｉｎと同一回転となるエンジン回転速度Ｎｉｎｔを読み取る。読み取ったエンジン回転速度Ｎｉｎｔを、入力回転速度Ｎｉｎｔ０として設定する。

次に、コントローラ８は、ステップＳ１６において、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが、算出された入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きいか否かを判定する。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きい場合は、コントローラ８は、ステップＳ１７において、バリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈとなったか否かを判定する。

これらステップＳ１６及びＳ１７の判定により、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となるまで、又は、ＣＶＴ３のバリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈとなるまで、バリエータ２０のアップシフト（ステップＳ１４）が実行され、車両１００の加速が行われる。

ステップＳ１７の判定により、バリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈとなったと判定した場合は、コントローラ８は、ステップＳ１８において、副変速機構フラグＦＬＧに１がセットされているか否かを判定する。副変速フラグＦＬＧは、ＣＶＴ３の副変速機構３０の変速段が２速であるか否かを判別するためのフラグである。

副変速フラグＦＬＧに１がセットされている場合は、副変速機構３０の現在の変速段は２速であり、０がセットされている場合は、副変速機構３０の現在の変速段は１速である。

ステップＳ１８の判定により、副変速機構３０の現在の変速段は１速であると判定した場合は、コントローラ８は、ステップＳ１９において、副変速機構３０の変速段を、１速から２速へとアップシフトさせる。このとき、バリエータ２０の変速比を、副変速機構３０が１速から２速に変化した変速比分だけＬｏｗ側に戻し、現在の変速比が大きく変わらないように制御する。

ステップＳ１９の処理の後、コントローラ８は、ステップＳ２０において副変速フラグＦＬＧに１をセットして、ステップＳ１４の処理に戻り、処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１６の判定により、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となった場合は、フライホイール２では車両１００を加速させることができない。

この場合は、コントローラ８は、ステップＳ２１において、エンジン１が始動していない場合はエンジン１を始動させ、エンジンクラッチＣＬ１を締結させる。さらに、入力軸回転速度Ｎｉｎが、ステップＳ１５で算出された入力回転速度Ｎｉｎｔ０となるように、ＣＶＴ３のバリエータ２０を変速させる。

ステップＳ２１の処理後、コントローラ８は、ステップＳ２２においてフライホイールクラッチＣＬｆｗの解放制御を行う。そして、ステップＳ２３において、副変速機フラグＦＬＧを０にリセットする。

これらステップＳ２１からＳ２３の制御により、フライホイール２による加速が終了され、エンジン１の駆動力による加速へと切り換えられる。その後、本フローチャートによる制御を一旦終了する。

ステップＳ１８の判定により、副変速フラグＦＬＧに１がセットされており、副変速機構３０の現在の変速段は２速であると判定した場合は、副変速機構３０及びバリエータ２０のいずれもが最もＨｉｇｈ側の変速比となっているので、副変速機構３０及びバリエータ２０のアップシフトでは、これ以上フライホイール２のエネルギーを放出させることができない。

この場合も、コントローラ８は、ステップＳ２１に移行して、フライホイール２による加速が終了され、エンジン１の駆動力による加速へと切り換えられる。

以上のような制御によって、フライホイール２に回生されたエネルギーを車両の加速に用いることができる。

図３は、本発明の第１実施形態の車両１００が走行するときの動作を示すタイムチャートである。

図３に示すタイムチャートは、車速ＶＳＰ、ブレーキペダル１５の踏み込み状態、アクセル開度ＡＰＯ、バリエータ２０の変速比、副変速機構３０の変速段、エンジン回転速度Ｎｅｎｇ、入力軸回転速度Ｎｉｎ、入力軸換算フライホイール回転速度Ｎｆｉｎの関係、エンジンクラッチＣＬ１の状態及びフライホイールクラッチＣＬｆｗの状態を示す。

車両１００が走行中にブレーキペダル１５が踏み込まれることで減速要求がなされた場合は、減速エネルギーをフライホイールに回生する制御を行う。コントローラ８は、タイミングt1においてブレーキペダル１５が踏み込まれたことを検出した場合は、エンジンクラッチＣＬ１を解放するとともにフライホイールクラッチＣＬｆｗを締結して、車輪からの回転をフライホイール２に回生する。

コントローラ８は、エンジンクラッチＣＬ１を解放したときに、同時に燃料噴射を停止してエンジン１を停止させる。

入力軸回転速度Ｎｉｎと入力軸換算フライホイール回転速度Ｎｆｗｉｎとに差がある場合は、コントローラ８は、両者の回転速度が一致するようにフライホイールクラッチＣＬｆｗの伝達トルクを徐々に上昇させて、徐々に締結状態へと制御する。

入力軸回転速度Ｎｉｎと入力軸換算フライホイール回転速度Ｎｆｗｉｎとが同期（タイミングｔ２）した後は、コントローラ８は、ＣＶＴ３のバリエータ２０の変速比をＬｏｗ側へと変速させる。これにより、フライホイール２の回転が上昇されて、車両の減速エネルギーがフライホイール２へと回生される。このとき、コントローラ８は、ブレーキペダル１５の踏み込み力から算出した減速要求に基づいて、バリエータ２０の変速速度を制御する。

副変速機構３０の変速段が２速であるときにバリエータ２０の変速比が最Ｌｏｗに達した場合は（タイミングｔ３）、コントローラ８は、副変速機構３０の変速段を１速にダウンシフトさせる（タイミングｔ４）。このとき、副変速機構３０の変速比が変化した変速比分だけ、バリエータ２０の変速比をアップシフト側に変更する。副変速機構３０の変速段を１速に変速した後にも減速要求が行われている場合は、コントローラ８は、引き続きバリエータ２０の変速比をＬｏｗ側へと変速させて、フライホイール２の回転を上昇させる（タイミングｔ６）。

タイミングｔ７において、ブレーキペダル１５が離されると共にアクセルペダル２５が踏み込まれ、加速要求がなされた場合は、コントローラ８は、フライホイール２の回転を放出させて車両の加速を行う制御を行う。

コントローラ８は、ＣＶＴ４のバリエータ２０を制御して、変速比をＨｉｇｈ側に変速させる。これにより、フライホイール２の回転が、入力軸３ｉｎからＣＶＴ３を介して駆動輪へと伝達され、車両１００が加速される（タイミングｔ８）。

副変速機構３０の変速段がＬｏｗモード、すなわち１速であるときに、バリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈに達した場合は（タイミングｔ９）、コントローラ８は、副変速機構３０の変速段を２速にアップシフトさせ、同時にバリエータ２０の変速比をダウンシフト側に変更する（タイミングｔ１０）。副変速機構３０の変速段を１速に変速した後、引き続きバリエータ２０の変速比をＨｉｇｈ側へと変速させて、フライホイール２の回転により車両１００を加速する。

フライホイール２の回転を車両の加速のために放出することにより、フライホイールの２の回転は徐々に低下する。そして、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となった場合は、フライホイール２のエネルギーでは車両１００を加速させることができなくなる。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となった場合は、コントローラ８は、エンジン１を始動させて、エンジン１による加速を開始する（タイミングｔ１１）。エンジン１を始動するとき、エンジンクラッチＣＬ１の伝達トルクを一端低下させてエンジンクラッチＣＬ１をスリップさせた後、エンジンクラッチＣＬ１を徐々に締結させ、エンジン回転速度Ｎｅｎｇと入力軸回転速度Ｎｉｎとを同期させる（タイミングｔ１２）。エンジン回転速度Ｎｅｎｇと入力軸回転速度Ｎｉｎとが同期し、エンジンクラッチＣＬ１を完全に締結状態とした後に、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放する（タイミングｔ１３）。

以降は、車両１００が減速を行う場合には、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結すると共にＣＶＴ３をダウンシフトさせて車両の減速エネルギーをフライホイール２に回生する。車両１００が加速する場合には、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結すると共にＣＶＴ３をアップシフトさせてフライホイール２の回転エネルギーを放出する。

図４は、本発明の実施形態における変速マップとフライホイール２の回転エネルギー放出マップとの関係を示す説明図である。

副変速機構３０が１速におけるＣＶＴ３の変速比は、バリエータ２０の変速により図４に一点鎖線で示す１速最Ｌｏｗから１速最Ｈｉｇｈの間の領域を取ることができる。副変速機構３０が２速におけるＣＶＴ３の変速比は、バリエータ２０の変速により図４に点線で示す２速最Ｌｏｗから２速最Ｈｉｇｈの間の領域を取ることができる。

ここで、図３で説明したように、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結してフライホイール２の回転をＣＶＴ３の変速により所定の加速度で出力させた場合は、入力軸回転速度（ｒｐｍ）と車速ＶＳＰとの関係は、図４の（１）に示す矢印のように推移する。

この制御において、図４の（１）で示す矢印が１速最Ｈｉｇｈ線を跨いでＨｉｇｈ側推移する場合は、副変速機構３０が１速のままではそれ以上Ｈｉｇｈ側に変速比を変速することができなくなるので、副変速機構３０を２速に変速させる。

このような制御において、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０以下となった場合は、フライホイール２のエネルギーでは車両１００を加速させることができない。この場合は、エンジン１を始動させると共にエンジンクラッチＣＬ１を締結して、エンジン１の駆動力による加速を行う。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

前述のように、運転者による加速要求があったときに、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗを締結して、入力軸３ｉｎに回転エネルギーを与えると共に、ＣＶＴ３をアップシフトさせて車両を加速させる。

このとき、入力軸回転速度（ｒｐｍ）と車速ＶＳＰとの関係が、図４の（２）で示す矢印のように推移した場合、ＣＶＴ３は、細実線で示すコースト線よりもＨｉｇｈ側に推移することができない。この場合は、エンジン１を始動して、エンジン１の駆動力により車両を加速させる。

運転者の加速要求に対応してエンジン１を駆動させる場合は、車速に対応するエンジン１の回転速度、すなわち入力軸回転速度Ｎｉｎは、コースト線よりも離れた位置となる（図４の点Ａ）。従って、エンジン１を始動する前に、フライホイール２により放出される回転を、この点Ａに同期するように制御する必要がある（図４の点線矢印）。

しかしながら、このようにフライホイール２の回転を放出した場合は、フライホイール２のフライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きく、フライホイールの回転エネルギーが未だ残っている場合であっても、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放してエンジン１の駆動に切り替えられる。これにより、フライホイール２のエネルギーを十分に利用することができない。

そこで、このような場合には、次に説明するように、コントローラ８は、ＣＶＴ３のバリエータ２０の変速により、さらに回転エネルギーを放出するように制御する。

図５は、本発明の第２の実施形態のフライホイール回生システムにおいて、運転者から加速要求があったときにコントローラ８が実行する制御のフローチャートである。

コントローラ８は、ステップＳ５１において、運転者から加速が要求されたか否かを判定する。コントローラ８は、前述の図２のステップＳ１１と同様に、運転者がアクセルペダル２５を踏み込むことによりアクセル開度ＡＰＯがゼロから正の値へと変化した場合に、運転者から加速が要求されたと判定する。加速が要求されていない場合は、本フローチャートの処理を一旦終了し、他の処理に戻る。

運転者から加速が要求されたと判定した場合は、コントローラ８は、ステップＳ５２において、フライホイール２の放出によって車両１００を加速させた場合にステップＳ５１で要求された加速度を満たせるか否かを判定する。この処理は、前述の図２にステップＳ１２と同様に、フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが入力回転速度Ｎｉｎｔ０よりも大きいかを判定してもよい。

フライホイール２の放出によってステップＳ５１で要求された加速度を満たせないと判定した場合は、本フローチャートの処理を一旦終了し、他の処理に戻る。この場合は、エンジン１を始動させると共にエンジンクラッチＣＬ１を締結して、エンジン１による加速を行う。

フライホイール２の放出によってステップＳ５１で要求された加速度を満たせる場合は、コントローラ８は、ステップＳ５３において、ＣＶＴ３のバリエータ２０を、要求加速度に基づいてアップシフトさせる。この場合、要求加速度が大きいほど、バリエータ２０の変速速度を大きく設定する。

ステップＳ５３の処理の後、コントローラ８は、ステップＳ５４においてフライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが、最低回転速度Ｎｉｎｔ１（ｔ）よりも大きいか否かを判定する。

最低回転速度Ｎｉｎｔ１（ｔ）は、図４において太線で示されており、車速に対してコースト線及び１速最Ｈｉｇｈ線のいずれか大きい方の入力軸回転速度に基づいて決定される。最低回転速度Ｎｉｎｔ１（ｔ）は、入力軸３ｉｎの回転により駆動されるオイルポンプ１０が発生する油圧が、エンジンクラッチＣＬ１やＣＶＴ３におけるトルク伝達を十分に行える油圧を達成するための最低限の回転速度でもある。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが、最低回転速度Ｎｉｎｔ１（ｔ）以下である場合は、フライホイール２のエネルギー放出によって車両１００の要求加速度を満たすように加速させたとしても、オイルポンプ１０が発生させる油圧により得られるトルク伝達力が十分得られず、要求加速度を得られないことになる。

そこで、このような場合には、エンジン１を始動させてエンジン１の駆動力により走行させるため、ステップＳ５６以降の処理に移行する。

フライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが最低回転速度Ｎｉｎｔ１（ｔ）よりも大きい場合は、ステップＳ５５に移行し、コントローラ８は、バリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈであるか否かを判定する。ステップＳ５５の判定により、ＣＶＴ３のバリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈとなるまで、バリエータ２０のアップシフト（ステップＳ５３）が実行される。

バリエータ２０が最Ｈｉｇｈとなった場合はステップＳ５６に移行する。

ステップＳ５６では、コントローラ８は、エンジン１を始動すると共にエンジンクラッチＣＬ１の締結を開始する。そして、ステップＳ５７において、コントローラ８は、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放する。

次に、ステップＳ５８において、コントローラ８は、ＣＶＴ３の変速比をＬｏｗ側へと変速する。具体的には、図４の（３）で示す矢印のように、現在の変速比に対応する変速点（Ｎｉｎｔ１（ｔ）付近）から、点Ａまでダウンシフトさせる。点Ａは、現時点での運転者の加速要求を満足するためのエンジン１の回転速度に対応する変速点である。点Ａに変速比を設定することにより、エンジン１の動作点と変速マップ上の動作点とが同期し、以降はエンジン１の駆動力によって車両１００を加速させる。

このような制御により、加速要求に基づいてフライホイール２のエネルギーを十分に放出させることで、エネルギー効率を高めることができる。

図６は、本発明の第２実施形態の車両１００が走行するときの動作を示すタイムチャートである。

図６に示すタイムチャートは、図３と同様に、車速ＶＳＰ、ブレーキペダル１５の踏み込み状態、アクセル開度ＡＰＯ、バリエータ２０の変速比、副変速機構３０の変速段、エンジン回転速度Ｎｅｎｇ、入力軸回転速度Ｎｉｎ、入力軸換算フライホイール回転速度Ｎｆｉｎの関係、エンジンクラッチＣＬ１の状態及びフライホイールクラッチＣＬｆｗの状態を示す。

タイミングｔ２１においては、車両１００が減速しており、エンジン１が停止され、フライホイールクラッチＣＬｆｗが締結され、減速エネルギーがフライホイール２に回生される。このとき、減速要求に基づいて、バリエータ２０の変速速度が制御される。

タイミングｔ２２において、運転者から加速要求があったときは、コントローラ８は、バリエータ２０の変速比をアップシフトさせて、フライホイール２の回転エネルギーを放出する。回転エネルギーの放出に伴ってフライホイール換算回転速度Ｎｆｗｉｎが低下する。

フライホイール換算回転速度ＮｆｗｉｎがＮｉｎｔ１（ｔ）以下となる場合には、コントローラ８はエンジン１を始動させてエンジン１による加速を開始する（タイミングｔ２３〜ｔ２４）。このとき、フライホイールクラッチＣＬｆｗを解放するとともにエンジンクラッチＣＬ１を完全締結させる（タイミングｔ２４）。

次に、コントローラ８は、ＣＶＴ３の変速比をＬｏｗ側へと変速し、図４に示す点Ａまでダウンシフトさせる（タイミングｔ２４〜ｔ２５）。点Ａは、現時点での運転者の加速要求を満足するためのエンジン１の回転速度に対応する変速点である。これによりエンジン１の動作点と変速マップ上の動作点とが同期し（タイミングｔ２５）、以降はエンジン１の駆動力によって車両１００を加速させる。

このように、第２実施形態では、フライホイール２の回転により加速させた後、エンジン１の加速に切り替える場合に、エンジン１の回転速度に対応するＣＶＴ３の変速点よりも変速比をＨｉｇｈ側まで変速させてフライホイール２の回転エネルギーを放出した後に、エンジン１を始動し、エンジン１の回転速度対応する変速点Ａまで変速比をダウンシフトさせる。このような制御により、フライホイール２の回転を効率よく放出させることができる。

以上のように、本発明の実施形態では、変速比を無段階に変更可能な無段変速機構であるバリエータ２０と、バリエータ２０に直列に接続され、複数の摩擦締結要素の締結及び解放により複数の変速段を切換え可能な有段変速機構である副変速機構３０と、からなり、車両１００の動力源としてのエンジン１から入力される回転を変速して駆動輪に出力する変速機としてのＣＶＴ３と、フライホイール２と、フライホイール２とＣＶＴ３の入力軸３ｉｎとの間に設けられるフライホイールクラッチＣＬｆｗと、ＣＶＴ３の変速比及びフライホイールクラッチＣＬｆｗの断続を制御する制御部としてのコントローラ８と、を備え、車両１００の減速中に、フライホイールクラッチＣＬｆｗを動力伝達状態としてフライホイール２に運動エネルギーを回生し、駆動力要求に基づいてフライホイールクラッチＣＬｆｗを動力伝達状態とし、フライホイール２のエネルギーを車両１００の発進又は加速に用いるフライホイール回生システムである。

このような構成において、コントローラ８は、運転者からの駆動力要求があったとき、フライホイールクラッチＣＬｆｗを動力伝達状態とすると共にＣＶＴ３の変速比をアップシフトさせることにより駆動力を発生させ、副変速機構３０の変速段をアップシフトさせる前に、バリエータ２０をアップシフトさせることで、ＣＶＴ３の変速比をアップシフトさせる。

本発明の実施形態では、フライホイール２の回転エネルギーを放出して走行する際にＣＶＴ３の変速比をアップシフトさせるときに、副変速機構３０をアップシフトさせる前にバリエータ２０をアップシフトさせる。このように制御することによって、副変速機構３０をアップシフトさせる場合と比較して摩擦締結要素のスリップ量がなくなり、発熱によるエネルギーの損失が低減される。

有段の副変速機構３０の変速を行う場合は摩擦締結要素の締結及び解放が必要となり、その過程で摩擦締結要素のスリップが発生する。摩擦締結要素がスリップ状態では、駆動力が熱に変換されて損失するため、フライホイール２の回転エネルギーのロスが発生する。そのため、フラホイール２の回転エネルギーを効率よく利用できないので、フライホイール２の回転による加速及び走行領域が減少し、駆動力源であるエンジン１の走行領域が拡大するため、エンジン１の燃費が悪化する。

これに対して、本発明の実施形態では、フライホイール２の回転エネルギーの損失を抑制できて、フライホイール２の回転エネルギーを効率良く利用することができ、フライホイール２の回転エネルギーにより得られる走行領域を拡大することができるので、燃費を向上することができる。この効果は請求項１に対応する。

また、本発明の実施形態では、フライホイール２の回生時にＣＶＴ３をダウンシフトする場合に、バリエータ２０が最もＨｉｇｈ側の変速比のときに、副変速機構３０を第２の変速段から第１の変速段へと変速させる。このように構成することによって、フライホイール２の回転エネルギーを効率よく利用することができる。

車両１００が減速中にフライホイール２に回転エネルギーを回生するときは、ＣＶＴ３の変速比が最Ｌｏｗ、すなわち、バリエータ２０の変速比が最Ｌｏｗかつ副変速機構３０の変速比が１速段にとしたときが最も効率がよい。ＣＶＴ３の変速比が最もダウンシフト側である場合は、駆動輪からの回転が最も増大されてフライホイール２に伝達されるためである。ここで、フライホイール２への回生は、例えばブレーキペダル１５が踏み込まれる等の車両１００の減速時に限られる。この減速中にＣＶＴ３の変速比を速やかに最Ｌｏｗへと変速させないと、フライホイール２のへの回生効率が低下する。

このような変速を行う場合、例えば、副変速機構３０が２速である場合は、バリエータ２０の変速比が最Ｌｏｗとなるまで変速した後に副変速機構を２速から１速にダウンシフトさせようとした場合は、副変速機構３０を構成する摩擦締結要素の油圧の応答により、速やかに変速が行われない場合がある。この間は、最Ｌｏｗであるバリエータ２０の変速比も変化できないことから、Ｌｏｗ側へ変速中のＣＶＴ３の変速比が一時的に停滞することになる。ＣＶＴ３の変速比が停滞した場合は、減速エネルギーをフライホイール２に回生させることができず、回生効率が低下する。特に、急減速では減速時間が短いため、効率よく回生ができない。

そこで、本実施形態では、副変速機構３０が１速におけるバリエータ２０の変速比が最Ｈｉｇｈの状態で副変速機構３０を２速から１速にダウンシフトさせる。これにより、以降のダウンシフトはバリエータ２０の変速比の制御のみで副変速機構３０が１速、かつバリエータ２０の変速比が最Ｌｏｗとすることができ、Ｌｏｗ側へ変速中のＣＶＴ３の変速比が一時的に停滞することなく、以降の減速エネルギーを効率よくフライホイール２に回生することができる。この効果は請求項２に対応する。

また、本実施形態では、コントローラ８は、フライホイール２の回転エネルギーを車両１００の発進又は加速に用いるときに、エンジン１を再始動する場合は、副変速機構３０において締結中の摩擦締結要素をスリップ状態とする。このような構成により、エンジン１の始動時の回転速度の吹け上がりによる駆動力の急変を緩衝することができる。この効果は請求項３に対応する。

また、本発明の実施形態では、運転者の加速要求に基づいてフライホイール２のエネルギーを車両１００の発進又は加速に用いるときに、副変速機構３０が１速において、バリエータ２０を最もＨｉｇｈ側の変速比まで変速させた後に、エンジン１を再始動し、エンジン１の回転速度とＣＶＴ３の変速比との関係が、運転者の加速要求に対応するように、ＣＶＴ３をダウンシフトさせる。このように構成することによって、変速マップから定まるエンジン１の回転速度に対応する変速比よりもＬｏｗ側に変速させてフライホイール２の回転エネルギーを十分に放出させることができる。この効果は請求項４に対応する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、車両１００は動力源としてエンジン１のみを備えているが、動力源としてエンジン１とモータとを備えていてもよいし、エンジン１に代えてモータのみを備えていてもよい。動力源をモータとした場合は、エンジン１の燃料消費率の代わりにモータの消費電力に基づいて、フライホイールクラッチＣＬｆｗの締結及び解放を制御してもよい。

また、上記実施形態では、副変速機構３０は、Ｌｏｗ側の第１速とＨｉｇｈ側の第２速の二つの変速段を備えるとしたが、これに限られず、更に多くの変速段を有して、Ｌｏｗ側からＨｉｇｈ側へと多段の変速を行うように構成してもよい。

１ エンジン（動力源）
２ フライホイール
３ ＣＶＴ（変速機）
３ｉｎ 入力軸
４ 終減速装置
５ 差動装置
６ 駆動輪
７ 油圧回路
８ コントローラ（制御装置）
１０ オイルポンプ
１５ ブレーキペダル
２０ バリエータ（無段変速機構）
２４ 車速センサ
２５ アクセルペダル
２６ アクセル開度センサ
２７ ブレーキセンサ
２８ トルクセンサ
３０ 副変速機構（有段変速機構）
１００ 車両
ＣＬ１ エンジンクラッチ
ＣＬ２ 発進クラッチ
ＣＬｆｗ フライホイールクラッチ

Claims (5)

1. 変速比を無段階に変更可能な無段変速機構と、前記無段変速機構に直列に接続され、複数の摩擦締結要素の締結及び解放により複数の変速段を切換え可能な有段変速機構と、からなり、車両の動力源から入力される回転を変速して駆動輪に出力する変速機と、
   フライホイールと、
   前記変速機の変速比を制御する制御部と、を備え、
   前記車両の減速中に前記フライホイールに運動エネルギーを回生し、駆動力要求に基づいて前記フライホイールのエネルギーを前記車両の発進又は加速に用いるフライホイール回生システムであって、
   前記制御部は、
   運転者からの駆動力要求があった場合に、
   前記変速機の変速比をアップシフトさせることにより駆動力を発生させ、
   前記有段変速機構をアップシフトさせる前に、前記無段変速機構をアップシフトさせることで、前記変速機の変速比をアップシフトさせる
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
2. 請求項１に記載のフライホイール回生システムであって、
   前記有段変速機構は、第１の変速段と、第１の変速段よりもＨｉｇｈ側の第２の変速段とを備え、
   前記制御部は、
   前記車両の減速中に、前記変速機の変速比をダウンシフトさせることで前記フライホイールに運動エネルギーを回生し、
   前記有段変速機構が前記第２の変速段において、前記変速機をダウンシフトさせる場合に、前記無段変速機構が前記第１の変速段における最もＨｉｇｈ側の変速比のときに、前記有段変速機構を前記第２の変速段から前記第１の変速段へと変速させる
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
3. 請求項１又は２に記載のフライホイール回生システムであって、
   前記駆動力源はエンジンであり、
   前記制御部は、前記フライホイールのエネルギーを前記車両の発進又は加速に用いるときに、前記エンジンを再始動する場合は、前記有段変速機構において締結中の前記摩擦締結要素をスリップ状態とする
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
4. 請求項３に記載のフライホイール回生システムであって、
   前記制御部は、
   運転者の加速要求に基づいて、前記フライホイールのエネルギーを前記車両の発進又は加速に用いるときに、
   前記有段変速機構が前記第１の変速段において、前記無段変速機を最もＨｉｇｈ側の変速比まで変速させた後に、前記エンジンを再始動し、
   前記エンジンの回転速度と前記変速機の変速比との関係が、前記運転者の加速要求に対応するように、前記無段変速機構をダウンシフトさせる
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
5. 変速比を無段階に変更可能な無段変速機構と、無段変速機構に直列に接続され、複数の摩擦締結要素の締結及び解放により複数の変速段を切換え可能な有段変速機構と、からなり、車両の動力源から入力される回転を変速して駆動輪に出力する変速機と、
   フライホイールと、
   前記変速機の変速比を制御する制御部と、を備え、
   前記車両の減速中に前記フライホイールに運動エネルギーを回生し、駆動力要求に基づいて前記フライホイールのエネルギーを前記車両の発進又は加速に用いるフライホイール回生システムの制御方法であって、
   運転者からの駆動力要求があった場合に、前記変速機の変速比をアップシフトさせることにより駆動力を発生させ、
   前記有段変速機構をアップシフトさせる前に、前記無段変速機構をアップシフトさせることで、前記変速機の変速比をアップシフトさせる
   ことを特徴とするフライホイール回生システムの制御方法。

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