JP2016187976A - ワンウェイクラッチを備える駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータによりエンジンを所定のクランク軸位置で停止させる際、エンジンが逆回転することでワンウェイクラッチがロックされ発生する打音、異音を抑制しつつ、効率的にエンジンを停止することができる駆動制御装置を提供する。【解決手段】エンジンと、エンジンの負回転を規制するワンウェイクラッチと、エンジンをクランキングさせる第１モータと、第１モータを制御する制御部とを備える駆動制御装置において、制御部は、正方向の第１モータトルクを付加させることにより、エンジンを所定位置で停止させるエンジン停止制御を有する。該エンジン停止制御の第１モータトルクは、エンジン停止直前の第１正トルクと、第１正トルクより小さい直前の第２正トルクとを有し、エンジン水温またはトランスミッション油温が高いほど、第１正トルクを大きくすることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、相対回転する２つの構成部材のいずれか一方を固定し、一方の回転方向への回転を許容しつつ、他方の回転方向への回転を規制するブレーキ機構として用いられるワンウェイクラッチを備える駆動制御装置に関するものである。

この種のワンウェイクラッチとしては、例えば特許文献１に記載されるエンジンの駆動力が駆動力伝達手段を介して電動モータに逆伝達（通常と逆回転）されるのをスリップにより阻止し、電動モータの引きずりによる駆動力の損失を防止するワンウェイクラッチがある。ワンウェイクラッチの一方の構成部材を所定の固定部材に締結するとともに、その固定部材をエンジンブロックやトランスミッションケースなどの固定体に固定することにより、ワンウェイクラッチの一方の構成部材の回転を規制することができる。ワンウェイクラッチのいずれか一方の構成部材と固定部材との締結には、例えば、スプラインが広く用いられている。

また従来、動力源としてエンジン（内燃機関）と、モータ（電動機）とを併用するハイブリッド車両においては、エンジンを停止することで燃費を向上しているが、エンジン停止中のエンジンを再始動（クランキング）させる機会が多く、再始動の際にはクランキングトルクが必要となる。通常、特定のシリンダで圧縮が進行するとクランキングトルクは増大し、上死点を過ぎると減少する傾向にある。したがって、エンジンの停止したクランク角位置の違いによって、クランキングトルクは大きく変動する。

そこで、特許文献２には効率的なクランキングを実現するため、上記のようなワンウェイクラッチと、エンジンと、モータと、エンジンやモータを制御する制御装置とを備える駆動制御装置において、モータのトルクによって停止中のエンジンが所定クランク軸位置に調整されるように、モータを制御するプリポジショニング制御が開示されている。プリポジショニング制御は、エンジン回転数がほぼ０となったところで、所定のクランク軸位置とするトルクをモータから出力させる。

特開２００７−２６１３４８ ＷＯ２００２／００４８０６

モータトルクによりエンジンが所定のクランク軸位置で停止させられる制御において、エンジンの逆回転防止のため、モータトルクを正方向に出力し、エンジン回転数を支えることで、圧縮工程にあるピストンからのコンプレッション反力によってワンウェイクラッチがロックされる際の衝突速度を低減する。しかしながら、正方向トルクが十分に大きくない場合、上記コンプレッション反力によってワンウェイクラッチがロックされる際の衝突速度が低減できず、エンジンの逆回転によるロック時に打音、異音が発生してしまう虞がある。また、正方向トルクを大きくしすぎると、エンジン停止時間が長くなり、ドラビリ悪化および燃費悪化に繋がる。更に上記ワンウェイクラッチの衝突速度は、エンジン水温やトランスミッション油温などのエンジンやトランスミッション内の液体粘性の影響を受ける。そのため、上記液体粘性の状態に応じて適切な制御を実行しないと、異音の発生やドラビリ悪化等を引き起こす虞がある。

そこで本発明は上記課題に鑑みて創出されたものであり、モータによりエンジンを所定のクランク軸位置で停止させるエンジン停止制御を備えた駆動制御装置において、エンジン停止時にワンウェイクラッチがロックされて発生する打音、異音を抑制しつつ、エンジンの速やかな停止を実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるワンウェイクラッチを備える駆動制御装置は、エンジンと、エンジンの負回転を規制するワンウェイクラッチと、エンジンをクランキングさせる第１モータと、第１モータを制御する制御部とを備え、制御部は、第１モータトルクを付加させることにより、エンジンを所定位置で停止させるエンジン停止制御を有する。該エンジン停止制御の第１モータトルクは、エンジン停止直前の第１正トルクと、第１トルクより小さい直前の第２正トルクとを有し、エンジン水温またはトランスミッション油温が高いほど、第１正トルクを大きくすることを特徴とする。
上記構成によれば、モータトルクを正方向に出力し、エンジン回転数を支える際、エンジンおよびトランスミッション内の流体抵抗を加味して、正方向の第１モータトルクを出力するため、ワンウェイクラッチがロックされる衝突速度を適切に低減することができる。更に、コンプレッション反力による打音、異音が発生しにくい状況、つまりエンジンおよびトランスミッション内の流体抵抗が高い場合には、速やかにエンジンを停止することができる。そのため、エンジン停止時にワンウェイクラッチがロックされ発生する打音、異音を抑制しつつ、効率的にエンジンを停止することができ、第１モータによる消費電力を低減することができる。

本発明のワンウェイクラッチを搭載した車両の構成の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチの構成の一例を示す図である。 本発明の駆動制御装置の一例を示すフローチャートである。 本発明のエンジン停止制御の一例を示すフローチャートである。 本発明のプリポジショニング制御の一例を示すフローチャートである。 本発明のエンジン運転領域を示すマップの一例を示す図である。 本発明のエンジン停止制御のタイムチャートの一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１は本発明のワンウェイクラッチを搭載した車両の駆動力伝達経路のスケルトン図を示したものである。車両は、動力源としてエンジン（ＥＮＧ）１ならびに第１モータ（ＭＧ１）２および第２モータ（ＭＧ２）３を搭載したハイブリッド車両である。車両はエンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２と駆動軸５とに分割して伝達できるように構成されている。また、第１モータ２で回生した電力で第２モータ３を駆動し、その第２モータ３が出力する動力を駆動軸５に伝達するように構成されている。

動力分割機構４は、例えばサンギア６、リングギア７、およびキャリア８を有する遊星歯車機構によって構成されている。この動力分割機構４を構成する遊星歯車機構は、エンジン１の出力軸１ａと同一の回転軸線上に配置されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側に配置されていて、第１モータ２のロータ２ａがサンギア６に連結されている。このサンギア６に対して同心円状に、内歯歯車のリングギア７が配置されている。これらサンギア６とリングギア７とに噛合っているピニオンギアが、キャリア８によって自転および公転が可能なように連結されている。キャリア８には、この動力分割機構４の入力軸４ａが連結されている。その入力軸４ａが、トルクリミッタ９およびワンウェイクラッチ１０を介して、エンジン１の出力軸１ａに連結されている。

トルクリミッタ９は、出力軸１ａのトルク変動やトルク変動に起因する振動を抑制するためのものであり、フライホイール１３と一体に回転するように組み付けられている（図２参照）。

ハウジング１１は、このワンウェイクラッチ１０、第１モータ２、第２モータ３などを含む、駆動系を構成する機構を収容している。ハウジングとエンジンブロック１ｂとは、後述するワンウェイクラッチ１０のプレート部材１２を挟んで、ボルト締結等で一体に固定されている。

図２に、本発明を適用したワンウェイクラッチ１０の具体的な構成、および、エンジンブロック１ｂなどの固定体にワンウェイクラッチ１０を組付けた状態が示してあるエンジン１の出力軸１ａに、ワンウェイクラッチ１０の構成部材１０ｂおよびフライホイール１３が取り付けられている。具体的には、構成部材１０ｂおよびフライホイール１３が、ボルト１４によって出力軸１ａの先端に形成されたフランジ１ｃに固定されている。

ワンウェイクラッチ１０の構成部材１０ａには、プレート部材１２が取り付けられている。具体的には、構成部材１０ａとプレート部材１２とが、ワンウェイクラッチ１０の回転軸方向（図２で左右方向）に移動するように設けられたスプラインによって締結されている。図２に示す例では、プレート部材１２の内周部分にスプライン歯車が形成され、構成部材１０ａにスプライン穴が形成されている。そして、プレート部材１２の外周部がエンジンブロック１ｂとハウジング１１との間に挟み込まれた状態でボルト１５によって締結されている。

ワンウェイクラッチ１０は、前述したように構成部材１０ａと構成部材１０ｂとの間に、例えばラチェット式やスプラグ式等の係合機構（図示せず）が設けられている。係合機構は、構成部材１０ｂに正回転方向のトルクが作用する場合、構成部材１０ａと構成部材１０ｂとの間の相対回転を許容する。一方で構成部材１０ｂに負回転方向のトルクが作用する場合、係合して構成部材１０ａと構成部材１０ｂとを一体化するように構成されている。したがって、このワンウェイクラッチ１０は、出力軸１ａが正回転する場合、その出力軸１ａと入力軸４ａとの間でトルク伝達し、出力軸１ａに負回転方向のトルクが作用する場合、構成部材１０ａと共に出力軸１ａの回転を止めて固定するブレーキ機構として作用するように構成されている。ここでの正回転は、エンジン１が燃焼運動する際のクランク軸の回転方向であり、負回転はその正回転に対して逆方向の回転である。

次に本発明の駆動制御装置について、図３のフローチャートを参照して説明する。本制御は、少なくともエンジンを駆動させて走行するモードにて実行される（例えば、ＨＶモード）。本制御では、Ｓ１にてエンジン１が停止可能か否かの判定を行う。この判断は、車両要求トルクおよび車速から判断する。図６にエンジン運転領域を示すマップの一例を示す。図６の運転領域マップを参照して、エンジンが停止可能か否かを判断する。図６において、描かれている線の左側（エンジン停止可能領域）の状態にある場合は、エンジン停止可能であると判断する。なお、図６に描かれている線は一例であり、バッテリ残量（ＳＯＣ）などの車両状態によって変動する。

Ｓ１の判断が成立（Ｙｅｓ）する場合は、Ｓ２へ進みエンジン運転中かの判断を行う。Ｓ１の判断が不成立（Ｎｏ）となる場合は、制御ルーチンを終了する。

Ｓ２の判断が不成立（Ｎｏ）となる場合は、既にエンジン１停止していることになるので、制御ルーチンを終了する。一方、Ｓ２の判断が成立（Ｙｅｓ）する場合は、Ｓ３へと進む。Ｓ３では第１モータ２が、回生制御中か否かを判断する。Ｓ３の判断が成立（Ｙｅｓ）する場合は、第１モータ２が回生制御中であり、エンジン１を所定のクランク軸位置で停止させることを目的に第１モータ２を駆動させることができないため、第１モータ２の回生制御を終了させ（Ｓ４）、Ｓ５に進む。Ｓ５では、エンジンへの燃料噴射および添加停止処理を行う。Ｓ３の判断が不成立（Ｎｏ）となる場合は、Ｓ５に進む。そして、Ｓ５の制御を実行した後は後述するエンジン停止制御（Ｓ６）を行い、制御ルーチンを終了する。

次に、本発明のエンジン停止制御について、図４のフローチャートを参照して説明する。Ｓ６のエンジン停止制御が開始されると、エンジン回転数の引き下げが実行される（Ｓ７）。Ｓ７は、第１モータ２より回生トルクが出力されることでエンジン回転数の引き下げを行う。その後、Ｓ８にてエンジン１の回転数が所定値（Ｎｅ）以下か否かの判定を行う。上記所定値（Ｎｅ）は、ほぼゼロに限りなく近く、エンジン１が概ね停止した状態を示す。Ｓ８の判断が成立（Ｙｅｓ）する場合は、Ｓ９へ進みプリポジショニング制御を実行する。Ｓ８の判断が不成立（Ｎｏ）となる場合は、制御ルーチンを終了する。

次に、本発明の主題に係るプリポジショニング制御について、図５のフローチャートを参照して説明する。プリポジショニング制御は、まず第１モータ２により正方向トルク（第２トルク）を出力する（Ｓ１０）。その後Ｓ１１―Ｓ１３へ進み、エンジン水温または、トランスミッション油温に応じて第２トルクより大きい正方向の第１トルクを出力する。エンジン水温が所定値Ｔ以上またはトランスミッション油温が所定値Ｔ’以上の場合はＳ１２へ進み、第１トルクをＡに設定して出力する。所定値ＴまたはＴ’より小さい場合はＳ１３に進み、第１トルクをＡよりも小さいＢに設定して出力する。その後、Ｓ１４へ進み、エンジン回転数を減少させ、エンジン１は所定位置で完全に停止する。プリポジショニング制御の第１モータ２のトルクを減少させるタイミングは、エンジン１が完全に停止する際に目標クランク軸位置となるよう、第１モータトルクの大きさ、現在のクランク角位置、第１モータトルクの減少速度より決定される。

更に、図７に本発明のエンジン停止制御のタイムチャートを示す。Ｓ６のエンジン停止制御が開始されると、第１モータ２よりエンジン１の回転数を低下させる負トルクが出力される（ｔ１）。その後、エンジン１の回転数が所定値以下となったところで、プリポジショニング制御が開始される（ｔ２）。プリポジショニング制御は、第１モータ２が正方向の所定トルクを出力した後、第１モータ２のトルクを減少させる（ｔ４）。その後、エンジン１が完全に停止する（ｔ６、ｔ６’）。プリポジショニング制御により出力される正方向のトルクの内、エンジン停止直前の第１トルクを、第１トルク直前の第２トルクよりも大きくなるように出力する（ｔ３）。図７における実線は、本発明の制御を適用した場合である。それに対して破線は、エンジン停止直前の第１トルクを大きくしない従来技術の場合である。図７からわかるように、実線はｔ６でエンジン１が完全に停止するのに対して、破線はｔ６より早いタイミングであるｔ６’でエンジン１が完全に停止する。このとき、コンプレッション反力によって、エンジンが逆回転することでワンウェイクラッチ１０がロックされる際の衝突速度は、ｔ６’よりもｔ６の方が小さくなる。したがって、エンジン停止時にワンウェイクラッチ１０がロックされ発生する打音、異音を抑制することができる。第１モータのトルクが零になったタイミングであるｔ５から、エンジンが停止するまでは慣性によりエンジンは回転していることを表す。

更に本発明は、エンジン水温またはトランスミッション油温に応じて、第１正トルクの大きさを決定する。具体的には、エンジン水温が高いほど、第１正トルクを大きくする。エンジン水温またはトランスミッション油温が高い場合、エンジン１およびトランスミッション内の液体の粘性が低く、液体の流体抵抗が低いため、エンジン１およびトランスミッションの引き摺りが小さい。そのため、エンジン水温（または、トランスミッション油温）が低い場合と比較して、コンプレッション反力によるエンジン逆回転が発生しやすく、ワンウェイクラッチ１０がロックされることで伴う打音、異音が発生しやすい。。
上記構成を取ることで、エンジン１およびトランスミッション内の流体抵抗を加味して、正方向の第１モータトルクを出力するため、コンプレッション反力による衝突速度が大きくなりやすい状況において、ワンウェイクラッチ１０がロックされる衝突速度を適切に低減することができる。更に、コンプレッション反力による衝突速度が大きくなりにくい状況において、速やかにエンジン１を停止することができる。そのため、エンジン停止時にワンウェイクラッチ１０がロックされ発生する打音、異音を抑制しつつ、効率的にエンジン１を停止することができ、第１モータ２による消費電力を低減することができる。

以上説明した実施形態のワンウェイクラッチを備える駆動制御装置によれば、ワンウェイクラッチおよびモータによるエンジン停止制御を備えた駆動制御装置において、エンジン停止時にワンウェイクラッチがロックされて発生する打音、異音を抑制しつつ、効率的にエンジンを停止することができ。

以上、本発明をその制御形態を図１に示す特定のシステム構成の駆動装置に適用して例示したが、動力分割機構を備えないシステムやモータが１つであるシステムにも適用することができる。また、ここで開示されるワンウェイクラッチは各種用途に利用可能であるが、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載されるワンウェイクラッチとして好適に利用し得る。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ エンジン
２ 第１モータ
３ 第２モータ
４ 動力分割機構
５ 駆動軸
６ サンギア
７ リングギア
８ キャリア
９ トルクリミッタ
１０ ワンウェイクラッチ
１１ ハウジング
１２ プレート部材
１３ フライホイール
１４ ボルト
１５ ボルト

Claims (1)

1. エンジンと、
   前記エンジンの負回転を規制するワンウェイクラッチと、
   前記エンジンをクランキングさせる第１モータと、
   前記第１モータを制御する制御部とを備える、駆動制御装置において、
   前記制御部は、第１モータトルクを付加させることにより、前記エンジンを所定位置で停止させるエンジン停止制御を有し、
   前記エンジン停止制御の前記第１モータトルクは、前記エンジン停止直前の第１正トルクと、前記第１正トルクより小さい直前の第２正トルクとを有し、
   エンジン水温またはトランスミッション油温が高いほど、前記第１正トルクを大きくすることを特徴とする、ワンウェイクラッチを備える駆動制御装置。