JP2016088379A - 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】運動エネルギーの蓄積効率の高いフライホイール回生システムを提供する。
【解決手段】遊星歯車機構ＰＧは、サンギヤＳ、ピニオンギヤＰ、リングギヤＲ、キャリアＣを備える。変速機ＴＭの入力軸２３１に第１ドグクラッチＤＯＧ１を介してキャリアＣが接続される。リングギヤＲに第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してモータジェネレータＭＧが接続される。サンギヤＳにワンウェイクラッチＯＷＣ及び第３ドグクラッチＤＯＧ３を介してフライホイールＦＷが接続される。ワンウェイクラッチＯＷＣは、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷよりサンギヤＳの回転速度ＮＳが高い場合のみ締結するクラッチである。
【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技術に関する。

特許文献１は、遊星歯車のサンギヤにワンウェイクラッチを介してオルタネータとフライホイールを接続し、キャリアに変速機の出力軸を接続し、リングギヤに湿式クラッチ機構を有する電子制御ブレーキを接続したフライホイール回生システムを開示している。

この構成によれば、湿式クラッチのスリップ状態を調整することで変速機の出力軸から遊星歯車、ワンウェイクラッチを介してフライホイールに伝達される回転の回転速度、すなわち、フライホイールへの運動エネルギーの蓄積量を調整することができる。

特開２０１３−２１６１３８号公報

しかしながら、上記構成は、フライホイールへの運動エネルギーの蓄積量を調整する際に湿式クラッチが常にスリップ状態となるので、発熱ロスが生じ、フライホイールに蓄積される運動エネルギーがその分少なくなる。

電子制御ブレーキに代えて別のオルタネータを設け、別のオルタネータに発電させることでフライホイールに伝達される回転の回転速度を調整することも可能であるが、別のオルタネータを設けることはレイアウト面、コスト面で不利である。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、運動エネルギーの蓄積効率の高い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、変速機を備えた車両に適用されるフライホイール回生システムであって、サンギヤ、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンギヤ、前記複数のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ、及び前記複数のピニオンギヤの回転軸を支持し前記変速機の入力軸に第１クラッチを介して接続されるキャリア、を含む遊星歯車機構と、前記リングギヤに第２クラッチを介して接続されるモータジェネレータと、前記サンギヤにワンウェイクラッチ及び第３クラッチを介して接続されるフライホイールと、を備え、前記ワンウェイクラッチは、前記フライホイールの回転速度より前記サンギヤの回転速度が高い場合のみ締結する、フライホイール回生システムが提供される。

本発明の別の態様によれば、前記フライホイール回生システムを制御する方法であって、前記車両の運動エネルギーを前記フライホイールに蓄積する場合に、前記第２クラッチを締結し前記モータジェネレータで前記リングギヤの回転速度を上昇させることによって前記キャリアの回転速度を前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度まで上昇させることと、前記キャリアの回転速度を前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度まで上昇した後に、前記第１クラッチを締結して前記モータジェネレータに発電させることによって前記サンギヤの回転速度を上昇させ、前記フライホイールの回転速度を上昇させることと、を含む制御方法が提供される。

本発明のさらに別の態様によれば、変速機を備えた車両に適用されるフライホイール回生システムであって、サンギヤ、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンギヤ、前記複数のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ、及び前記複数のピニオンギヤの回転軸を支持し前記変速機の入力軸に第１クラッチを介して接続されるキャリア、を含む遊星歯車機構と、前記リングギヤにワンウェイクラッチ及び第２クラッチを介して接続されるフライホイールと、前記サンギヤに第３クラッチを介して接続されるモータジェネレータと、を備え、前記ワンウェイクラッチは、前記フライホイールの回転速度より前記リングギヤから入力される回転速度が高い場合のみ締結する、フライホイール回生システムが提供される。

これらの態様によれば、モータジェネレータを制御することによって、フライホイールへの運動エネルギーの蓄積量を調整することができるので、フライホイールによる運動エネルギーの蓄積効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るフライホイール回生システムを備えた車両の概略構成図である。 コントローラが実行する回生制御の内容を示したフローチャートである。 回生制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 回生制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 回生制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 回生制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 回生制御が行われる様子を示したタイムチャートである。 回生制御中の変速機の動きを説明するための図である。 コントローラが実行する力行制御の内容を示したフローチャートである。 力行制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 力行制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 力行制御中のフライホイール回生システムの構成要素の動きを説明するための共線図である。 力行制御が行われる様子を示したタイムチャートである。 別実施形態に係るフライホイール回生システムを備えた車両の概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の実施形態に係るフライホイール回生システム１００を備えた車両２００の概略構成を示している。

車両２００は、駆動源としてのエンジンＥＮＧを備え、エンジンＥＮＧの出力回転がエンジンクラッチＣＬＥ、トルクコンバータ２２０、変速機ＴＭ、差動機構２４０を介して駆動輪２５０に伝達される構成である。

エンジンクラッチＣＬＥは、油圧によって締結状態を切り換えることができる油圧クラッチである。エンジンクラッチＣＬＥを解放することで、エンジンＥＮＧのみをパワートレインから切り離すことができる。

トルクコンバータ２２０は、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータである。

変速機ＴＭは、一対の溝幅可変のプーリと、一対のプーリの間に巻き掛けられるベルトとを備え、一対のプーリの溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができるベルト無段変速機である。変速機ＴＭは、この他、前進後進を切り換える前後進切換機構を備える。変速機ＴＭの入力軸２３１には、チェーン２３２を介してオイルポンプＯＰが接続されている。

差動機構２４０は変速機ＴＭの出力回転を左右の駆動輪２５０に振り分ける機構である。

駆動輪２５０及び図示しない従動輪に設けられるタイヤブレーキ２７０は、ブレーキペダル２７１とマスターシリンダ２７２とが機構的に独立しているブレーキである。運転者がブレーキペダル２７１を踏み込むと、ブレーキアクチュエータ２７３によってマスターシリンダ２７２のピストンが変位し、これによって、タイヤブレーキ２７０に油圧が供給されて制動力が発生する。

エンジンクラッチＣＬＥ及び変速機ＴＭには油圧回路２８０が接続されている。油圧回路２８０は、後述するコントローラ２９０からの指示に従い、オイルポンプＯＰが発生する油圧を元圧としてエンジンクラッチＣＬＥ及び変速機ＴＭで必要とされる油圧を生成し、エンジンクラッチＣＬＥ及び変速機ＴＭに供給する。

フライホイール回生システム１００は、フライホイールＦＷと、モータジェネレータＭＧと、遊星歯車機構ＰＧと、第１〜第３ドグクラッチＤＯＧ１〜ＤＯＧ３とを備える。第１〜第３ドグクラッチＤＯＧ１〜ＤＯＧ３は、通電状態を切り換えることで締結状態を切り換えることができる電磁クラッチである。

遊星歯車機構ＰＧは、サンギヤＳと、サンギヤＳに噛み合う複数のピニオンギヤＰと、複数のピニオンギヤＰに噛み合うリングギヤＲと、複数のピニオンギヤＰの回転軸を支持するキャリアＣとを備える。

サンギヤＳには、ワンウェイクラッチＯＷＣ及び第３ドグクラッチＤＯＧ３を介してフライホイールＦＷが接続されている。ワンウェイクラッチＯＷＣは、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷよりもサンギヤＳの回転速度ＮＳが高い場合にのみ締結するクラッチである。

キャリアＣには、第１ドグクラッチＤＯＧ１及びギヤ列Ｇ１を介して変速機ＴＭの入力軸２３１が接続される。

リングギヤＲには、ギヤＧ２及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してモータジェネレータＭＧが接続される。また、リングギヤＲには、リングギヤＲの回転を制動するリングギヤブレーキＲＢが設けられる。リングギヤブレーキＲＢは、例えば、バンドブレーキである。

モータジェネレータＭＧは、図示しないインバータによって駆動される三相交流電動機であり、力行又は発電が可能である。

フライホイールＦＷは、金属製の円筒体又は円盤であり、回転時の風損を低減するために真空又は減圧された容器内に収容されている。

コントローラ２９０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２９０には、変速機ＴＭの入力回転速度を検出する回転速度センサ２９１、アクセルペダル２７４の開度を検出するアクセル開度センサ２９２、ブレーキペダル２７４の踏み込み量を検出するブレーキセンサ２９３等からの信号が入力される。

コントローラ２９０は、入力される信号に基づき各種演算を行い、エンジンクラッチＣＬＥ及び第１〜第３ドグクラッチＤＯＧ１〜ＤＯＧ３の締結状態、変速機ＴＭの変速を制御する。

特に、運転者がブレーキペダル２７１を踏み込んだことを受けて車両２００を減速させる場合は、コントローラ２９０は、フライホイールＦＷを用いて車両２００の持つ運動エネルギーをフライホイールＦＷに蓄積する（回生制御）。

また、運転者がアクセルペダル２７４を踏み込んだことを受けて車両２００を発進加速させる場合は、コントローラ２９０は、フライホイールＦＷに蓄積されている運動エネルギーを解放し、これを車両２００の発進加速に利用することで、発進加速時にエンジンＥＮＧが消費する燃料量を抑え、車両２００の燃費を向上させる（力行制御）。

以下、コントローラ２９０が実行する回生制御及び力行制御について説明する。

［回生制御］
図２は、コントローラ２９０が実行する回生制御の内容を示したフローチャートである。また、図３Ａ〜図３Ｄは、回生制御中のフライホイール回生システム１００の構成要素の動きを説明するための共線図、図４は回生制御が行われる様子を示したタイムチャート、図５は、回生制御中の変速機ＴＭの動きを説明するための図である。

図３Ａ〜図３Ｄに示す共線図は、縦軸に回転速度、横軸に遊星歯車機構ＰＧの要素である、サンギヤＳ、キャリアＣ、リングギヤＲを配置した図である。横軸上に示されるサンギヤＳ（フライホイールＦＷ）とキャリアＣとの距離を１とした場合、キャリアＣとリングギヤＲ（モータジェネレータＭＧ）との距離はサンギヤＳの歯数をリングギヤＲの歯数で割った大きさである（図７Ａ〜図７Ｃに示す共線図も同様）。

以下の説明では、図２のフローチャートに沿って回生制御の具体的内容について説明し、その理解を容易にするために適宜図３Ａ〜図５を参照する。

ステップＳ１１では、コントローラ２９０は、減速要求があったか判断する。減速要求は、運転者がブレーキペダルを踏み込んだことがブレーキセンサ２９３によって検出された場合に減速要求ありと判断される。減速要求ありと判断された場合は処理がステップＳ１２に進み、そうでない場合は処理が終了する。

ステップＳ１２〜Ｓ１５は、第１ドグクラッチＤＯＧ１の変速機ＴＭ側要素の回転速度（以下、「ＦＷ回生システム入力回転速度」という）ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとを一致させるための同期処理である。この同期処理により、後述するステップＳ１６で第１ドグクラッチＤＯＧ１を締結する時の締結ショックを抑制する。

ステップＳ１２では、コントローラ２９０は、ＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎが、キャリアＣの回転速度ＮＣよりも高いか判断する。ＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎは変速機ＴＭの入力軸２３１の回転速度とギヤ列Ｇ１のギヤ比とに基づき求めることができる。ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎがキャリアＣの回転速度ＮＣよりも高い場合はステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理が行われる。

ステップＳ１３では、コントローラ２９０は、変速機ＴＭをアップシフトさせてＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎを下げる。また、ステップＳ１４では、コントローラ２９０は、第２ドグクラッチＤＯＧ２及び第３ドグクラッチＤＯＧ３を締結し、モータジェネレータＭＧに力行させてリングギヤＲの回転速度ＮＲを上昇させ、キャリアＣの回転速度ＮＣをＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎに近づける。また、ステップＳ１５では、コントローラ２９０は、タイヤブレーキ２７０を作動させて、運転者の要求する減速度を実現する。

ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとが等しくなったら処理がステップＳ１２からステップＳ１６に進み、コントローラ２９０は、第１ドグクラッチＤＯＧ１を締結し、第３ドグクラッチＤＯＧ３を解放する。第２ドグクラッチＤＯＧ２については締結状態を維持する。

図３ＡはステップＳ１２〜Ｓ１６の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の構成要素の動き（動作Ｉ）を示している。動作Ｉでは、変速機ＴＭがアップシフトすることで図中白丸で示すＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎが低下する。また、モータジェネレータＭＧに力行させることでリングギヤＲの回転速度ＮＲが上昇し、これを受けてキャリアＣの回転速度ＮＣが上昇する。

そして、ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとが等しくなったら、第１ドグクラッチＤＯＧ１が締結される。

図４では、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の動作が、また、図５では、図中Ｉで示す動作がステップＳ１２〜ステップＳ１５の処理が行われるときの動作にそれぞれ対応する。

動作Ｉが終了すると、処理がステップＳ１７に進む。

ステップＳ１７では、コントローラ２９０は、フラグＦＬＧが１か判断する。フラグＦＬＧは後述する動作ＩＩが終了したか否かを示すフラグであり、初期値は０であり、動作ＩＩが終了すると１がセットされる。動作Ｉが終了した時点ではフラグＦＬＧは０であるので、処理がステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放するとともに変速機ＴＭをダウンシフトさせ、ＦＷシステム入力回転速度Ｎｉｎを所定回転速度Ｎｃｏｓｔに維持する。所定回転速度Ｎｃｏｓｔは、オイルポンプＯＰによってエンジンクラッチＣＬＥの締結及び変速機ＴＭの変速動作、変速比維持に必要な油圧を確保することができる回転速度の下限値である。

ステップＳ１９では、コントローラ２９０は、モータジェネレータＭＧに発電させてリングギヤＲの回転速度ＮＲを低下させるとともにフライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷを上昇させ、フライホイールＦＷに運動エネルギーを蓄積するとともに運転者が要求する減速度を実現する。モータジェネレータＭＧの発電のみでは運転者が要求する減速度を実現できない場合は、リングギヤブレーキＲＢ、さらにはタイヤブレーキ２７０を併用する（協調ブレーキ）。

ステップＳ２０では、コントローラ２９０は、リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロになったか判断する。リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロでない場合は処理がステップＳ１８に戻り、リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロになるまでステップＳ１８〜ステップＳ２０の処理が繰り返される。

図３ＢはステップＳ１８〜ステップＳ２０の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の構成要素の動き（動作ＩＩ）を示している。動作ＩＩでは、モータジェネレータＭＧの発電（＋リングギヤブレーキＲＢの作動）によりリングギヤＲの回転速度ＮＲが低下し、これによってサンギヤＳの回転速度ＮＳ、すなわち、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷが上昇し、フライホイールＦＷに運動エネルギーが蓄積される。

この間、変速機ＴＭをダウンシフトさせることでＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎが所定回転速度Ｎｃｏｓｔに維持されるので、油圧が不足して変速機ＴＭの変速動作、変速比維持に支障をきたすことはない。

図４では、時刻ｔ２〜時刻ｔ３の動作が、また、図５では、図中ＩＩで示す動作がステップＳ１８〜ステップＳ２０の処理が行われるときの動作にそれぞれ対応する。

ステップＳ２０で、リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロになったと判断されると、処理がステップＳ２１、Ｓ２２に進み、コントローラ２９０はリングギヤブレーキＲＢを完全締結することでリングギヤＲの回転速度ＮＲをゼロに固定して動作ＩＩを終了し、フラグＦＬＧに動作ＩＩが終了したことを示す１をセットする。

動作ＩＩが終了すると、フラグＦＬＧが１になるので、次回フローチャートを実行する際には処理がステップＳ１７からステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放状態、リングギヤブレーキＲＢを締結状態に維持したまま、変速機ＴＭをダウンシフトさせてＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎを上昇させる。これにより、サンギヤＳの回転速度ＮＳ、すなわち、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷを上昇させ、フライホイールＦＷに運動エネルギーを蓄積する。また、これによって運転者が要求する減速度を実現する。フライホイール回生のみでは運転者が要求する減速度を実現できない場合は、タイヤブレーキ２７０を併用する（協調ブレーキ）。

ステップＳ２４では、コントローラ２９０は、変速機ＴＭの変速比が最Ｌｏｗ変速比に到達したか判断する。変速機ＴＭの変速比が最Ｌｏｗ変速比に到達していない場合は処理がステップＳ２３の処理が繰り返され、変速機ＴＭの変速比が最Ｌｏｗ変速比に到達したら処理がステップＳ２５に進む。

図３ＣはステップＳ２３、Ｓ２４の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の動き（動作ＩＩＩ）を示している。動作ＩＩＩでは、変速機ＴＭがダウンシフトすることでＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎが上昇し、キャリアＣの回転速度ＮＣが上昇する。これにより、サンギヤＳの回転速度ＮＳ、すなわち、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷが上昇し、フライホイールＦＷに運動エネルギーが蓄積される。

図４では、時刻ｔ３〜時刻ｔ４の動作が、また、図５では、図中ＩＩＩで示す動作がステップＳ２３、Ｓ２４の処理が行われるときの動作にそれぞれ対応する。

動作ＩＩＩが終了すると、処理がステップＳ２５に進み、以後、コントローラ２９０は、運転者が要求する減速度が実現されるようタイヤブレーキ２７０を作動させる。また、ステップＳ２６に進み、フラグＦＬＧにゼロをセットする。

図３ＤはステップＳ２５の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の動き（動作ＩＶ）を示している。動作ＩＶでは、タイヤブレーキ２７０が作動することで、運転者が要求する減速度が実現される。ＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎの低下を受けて、キャリアＣ及びサンギヤＳの回転速度ＮＣ、ＮＳも低下するが、サンギヤＳの回転速度ＮＳがフライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷよりも低くなるのでワンウェイクラッチＯＷＣが解放状態となり、フライホイールＦＷは動作ＩＩＩによって高められた回転速度を維持することができる。

図４では、時刻ｔ４以降の動作が、また、図５では、図中ＩＶで示す動作がステップＳ２５の処理が行われるときの動作にそれぞれ対応する。

［力行制御］
図６は、コントローラ２９０が実行する力行制御の内容を示したフローチャートである。また、図７Ａ〜図７Ｃは、力行制御中のフライホイール回生システム１００の構成要素の動きを説明するための共線図、図８は力行制御（発進時）が行われる様子を示したタイムチャートである。

以下の説明では、図６のフローチャートに沿って力行制御の具体的内容について説明し、その理解を容易にするために適宜図７Ａ〜図８を参照する。

ステップＳ３１では、コントローラ２９０は、発進加速要求があったか判断する。発進加速要求は、運転者がアクセルペダルを踏み込んだことがアクセル開度センサ２９２によって検出された場合に発進加速要求ありと判断される。発進加速要求ありと判断された場合は処理がステップＳ３２に進み、そうでない場合は処理が終了する。

ステップＳ３２〜ステップＳ３４は、ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとを一致させるための同期処理である。この同期処理により、後述するステップＳ３５で第１ドグクラッチＤＯＧ１を締結する時の締結ショックを抑制する。

ステップＳ３２では、コントローラ２９０は、ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとが等しいか判断する。両者が等しい場合は処理がステップＳ３５に進み、そうでない場合は処理がステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放するとともに、第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結し、第１ドグクラッチＤＯＧ１をスリップ状態に制御する。また、コントローラ２９０はモータジェネレータＭＧの回転速度を制御することでキャリアＣの回転速度ＮＣをＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎに近づける。

ステップＳ３３では、コントローラ２９０は、ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとが等しくなったか再び判断する。両者が等しくない場合は処理がステップＳ３３に戻され、ステップＳ３３、Ｓ３４の処理が繰り返される。両者が等しい場合は処理がステップＳ３５に進む。

なお、図８に示す例は発進時に力行制御が行われる場合であるので、初期状態でＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎとキャリアＣの回転速度ＮＣとが共にゼロ、すなわち、両者は等しいので、上記同期処理は行われていない。

また、ステップＳ３５、Ｓ３６は、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷとサンギヤＳの回転速度ＮＳとを一致させるための同期処理である。この同期処理により、後述するステップＳ３８で第３ドグクラッチＤＯＧ３を締結する時の締結ショックを抑制する。

ステップＳ３５では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放状態に維持しつつ、第１ドグクラッチＤＯＧ１及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結し、モータジェネレータＭＧを逆回転側に力行させる。これにより、リングギヤＲが逆回転側に回転し、サンギヤＳの回転速度ＮＳが上昇する。

ステップＳ３６では、コントローラ２９０は、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷがサンギヤＳの回転速度ＮＳよりも高いか判断する。フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷがサンギヤＳの回転速度ＮＳよりも高い場合は処理がステップＳ３５に戻され、サンギヤＳの回転速度ＮＳがフライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷまで上昇するまでステップＳ３５、Ｓ３６の処理が繰り返される。

図７Ａは、ステップＳ３５、Ｓ３６の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の動き（動作Ｖ）を示している。また、図８では、時刻ｔ５〜時刻ｔ６の動作がステップＳ３５、Ｓ３６の処理が行われるときの動作に対応する。

ステップＳ３７以降は、リングギヤＲの回転方向に応じて二種類の動作を行う。

ステップＳ３７では、コントローラ２９０は、リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロよりも低いか判断する。リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロよりも低い場合は処理がステップＳ３８に進み、ゼロよりも高い場合は処理がステップＳ３９に進む。

ステップＳ３８では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放状態、第１〜第３ドグクラッチＤＯＧ１〜ＤＯＧ３を締結状態にそれぞれ維持しつつ、モータジェネレータＭＧに発電させる。これにより、逆回転するリングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロに向けて下げられてサンギヤＳの回転速度ＮＳが下げられ、これによってフライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷが下げられる。すなわち、フライホイールＦＷに蓄積されている運動エネルギーが放出される。放出された運動エネルギーは、サンギヤＳ、第１ドグクラッチＤＯＧ１、ギヤ列Ｇ１を介して変速機ＴＭの入力軸に伝達され、車両２００の発進加速に利用される。

フライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量は、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷの低下量に依存するので、モータジェネレータＭＧの回生量を調整することでフライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量を調整することができる。

また、モータジェネレータＭＧの発電だけではフライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量が不足する場合は、リングギヤブレーキＲＢを併せて作動させるようにする。これにより、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷの低下が速められ、フライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量を増やすことができる。

図７Ｂは、ステップＳ３８の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の動き（動作ＶＩ）を示している。また、図８では、時刻ｔ６〜時刻ｔ７の動作がステップＳ３８の処理が行われるときの動作に対応する。この例では、リングギヤブレーキＲＢも併用してフライホイールＦＷに蓄積されている運動エネルギーの放出が行われている。

リングギヤＲの回転速度ＮＲがゼロになると処理がステップＳ３７からステップＳ３８に進む。

ステップＳ３９では、コントローラ２９０は、エンジンクラッチＣＬＥを解放状態、第１〜第３ドグクラッチＤＯＧ１〜ＤＯＧ３を締結状態に維持し、モータジェネレータＭＧに力行させるとともに、変速機ＴＭをアップシフトさせる。これにより、リングギヤＲの回転速度ＮＲが上昇するとともにＦＷ回生システム入力回転速度Ｎｉｎが低下し、サンギヤＳの回転速度ＮＳが低下する。すなわち、フライホイールＦＷに蓄積されているエネルギーがさらに放出され、車両２００の発進加速に利用される。

図７Ｃは、ステップＳ３９の処理が行われるときのフライホイール回生システム１００の動き（動作ＶＩＩ）を示している。また、図８では、時刻ｔ７〜時刻ｔ８の動作がステップＳ３９の処理が行われるときの動作に対応する。

なお、ここでは、モータジェネレータＭＧに力行させるとともに変速機ＴＭをアップシフトさせることでフライホイールＦＷから運動エネルギーを放出させているが、リングギヤブレーキＲＢを締結し、この状態で変速機ＴＭをアップシフトさせることでフライホイールＦＷから運動エネルギーを放出させるようにしてもよい。

続いて、本実施形態による効果について説明する。

上記実施形態によれば、フライホイール回生システム１００が、サンギヤＳ、ピニオンギヤＰ、リングギヤＲ、及び変速機ＴＭの入力軸に第１ドグクラッチＤＯＧ１を介して接続されるキャリアＣ、を含む遊星歯車機構ＰＧと、リングギヤＲに第２ドグクラッチＤＯＧ２を介して接続されるモータジェネレータＭＧと、サンギヤＳにワンウェイクラッチＯＷＣ及び第３ドグクラッチＤＯＧ３を介して接続されるフライホイールＦＷとで構成される。ワンウェイクラッチＯＷＣは、フライホイールＦＷの回転速度ＮＦＷよりサンギヤＳの回転速度ＮＳが高い場合のみ締結するクラッチである。

この構成によれば、モータジェネレータＭＧを制御することによって、フライホイールＦＷへの運動エネルギーの蓄積量、フライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量を調整することができる。湿式クラッチを利用した従来技術のような発熱ロスがないので、フライホイールＦＷによる運動エネルギーの蓄積効率、放出効率を向上させることができる（請求項１、２、４〜６に対応する効果）。

また、車両２００の運動エネルギーをフライホイールＦＷに蓄積している間、エンジンクラッチＣＬＥを解放し、ＦＷ回生システム入力回転速度ＮｉｎがオイルポンプＯＰによって必要油圧を確保できる所定回転速度Ｎｃｏｓｔに維持されるように変速機ＴＭを変速させるようにしたので、車両２００の運動エネルギーをフライホイールＦＷに蓄積している間にオイルポンプＯＰの回転速度が過度に低下してしまい、油圧不足により変速機ＴＭの変速動作、変速比維持に支障をきたすのを防止することができる（請求項３に対応する効果）。

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。

例えば、上記実施形態では、サンギヤＳにワンウェイクラッチＯＷＣ及び第３ドグクラッチＤＯＧ３を介してフライホイールＦＷを接続し、リングギヤＲに第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してモータジェネレータＭＧを接続し、リングギヤＲを制動するリングギヤブレーキＲＢを設けているが、この部分を図９に示すように、サンギヤＳに第３ドグクラッチＤＯＧ３を介してモータジェネレータＭＧを接続し、リングギヤＲにワンウェイクラッチＯＷＣ及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してフライホイールＦＷを接続し、サンギヤＳを制動するサンギヤブレーキＳＢを設けるようにしてもよい。ワンウェイクラッチＯＷＣは、リングギヤＲから入力される回転がフライホイールＦＷの回転よりも高いときのみ締結するクラッチである。

このような構成であっても、上記実施形態と同様に、モータジェネレータＭＧを制御することによってフライホイールＦＷへの運動エネルギーの蓄積量、フライホイールＦＷからの運動エネルギーの放出量を調整することが可能であり、運動エネルギーの蓄積効率、放出効率の高いフライホイール回生システム１００を実現することができる。

１００ フライホイール回生システム
ＰＧ 遊星歯車機構
Ｓ サンギヤ
Ｐ ピニオンギヤ
Ｒ リングギヤ
Ｃ キャリア
ＦＷ フライホイール
ＭＧ モータジェネレータ
ＲＢ リングギヤブレーキ
ＳＢ サンギヤブレーキ
ＣＬＥ エンジンクラッチ
ＯＷＣ ワンウェイクラッチ
ＤＯＧ１ 第１ドグクラッチ（第１クラッチ）
ＤＯＧ２ 第２ドグクラッチ（第２クラッチ）
ＤＯＧ３ 第３ドグクラッチ（第３クラッチ）
２００ 車両
ＥＮＧ エンジン
ＴＭ 変速機
ＯＰ オイルポンプ

Claims (7)

1. 変速機を備えた車両に適用されるフライホイール回生システムであって、
   サンギヤ、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンギヤ、前記複数のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ、及び前記複数のピニオンギヤの回転軸を支持し前記変速機の入力軸に第１クラッチを介して接続されるキャリア、を含む遊星歯車機構と、
   前記リングギヤに第２クラッチを介して接続されるモータジェネレータと、
   前記サンギヤにワンウェイクラッチ及び第３クラッチを介して接続されるフライホイールと、
   を備え、
   前記ワンウェイクラッチは、前記フライホイールの回転速度より前記サンギヤの回転速度が高い場合のみ締結する、
   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、
   前記車両の運動エネルギーを前記フライホイールに蓄積する場合は、
   前記第２クラッチを締結し前記モータジェネレータで前記リングギヤの回転速度を上昇させることによって前記キャリアの回転速度を前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度まで上昇させ、その後、前記第１クラッチを締結して前記モータジェネレータに発電させることによって前記サンギヤの回転速度を上昇させ、前記フライホイールの回転速度を上昇させる、
   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２に記載のフライホイール回生システムであって、
   前記車両の駆動源と前記変速機との間には駆動源クラッチが設けられており、
   前記変速機の前記入力軸にはオイルポンプが接続されており、
   前記車両の運動エネルギーを前記フライホイールに蓄積している間、前記駆動源クラッチを解放し、前記変速機を変速させて前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度を前記オイルポンプによって必要油圧を確保できる回転速度に維持する、
   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、
   前記リングギヤを制動するリングギヤブレーキを備え、
   前記車両の減速エネルギーを回生することで前記リングギヤの回転速度がゼロになったら、前記リングギヤブレーキを作動させて前記リングギヤの回転速度をゼロに維持し、前記変速機をダウンシフトさせて前記サンギヤの回転速度を上昇させ、前記フライホイールの回転速度を上昇させる、
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のフライホイール回生システムであって、
   前記フライホイールに蓄積された運動エネルギーを放出する場合は、前記第１クラッチ及び前記第２クラッチを締結し、前記サンギヤの回転速度が前記フライホイールの回転速度と等しくなるよう前記モータジェネレータによって前記リングギヤの回転速度を調整し、その後、前記第３クラッチを締結し、前記モータジェネレータに力行させることによって前記フライホイールに蓄積された運動エネルギーを放出する、
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。
6. 請求項１に記載のフライホイール回生システムを制御するフライホイール回生システムの制御方法であって、
   前記車両の運動エネルギーを前記フライホイールに蓄積する場合は、
   前記第２クラッチを締結し前記モータジェネレータで前記リングギヤの回転速度を上昇させることによって前記キャリアの回転速度を前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度まで上昇させることと、
   前記キャリアの回転速度を前記第１クラッチの前記変速機側の回転要素の回転速度まで上昇した後に、前記第１クラッチを締結して前記モータジェネレータに発電させることによって前記サンギヤの回転速度を上昇させ、前記フライホイールの回転速度を上昇させることと、
   を含む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。
7. 変速機を備えた車両に適用されるフライホイール回生システムであって、
   サンギヤ、前記サンギヤに噛み合う複数のピニオンギヤ、前記複数のピニオンギヤに噛み合うリングギヤ、及び前記複数のピニオンギヤの回転軸を支持し前記変速機の入力軸に第１クラッチを介して接続されるキャリア、を含む遊星歯車機構と、
   前記リングギヤにワンウェイクラッチ及び第２クラッチを介して接続されるフライホイールと、
   前記サンギヤに第３クラッチを介して接続されるモータジェネレータと、
   を備え、
   前記ワンウェイクラッチは、前記フライホイールの回転速度より前記リングギヤから入力される回転速度が高い場合のみ締結する、
   ことを特徴とするフライホイール回生システム。

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