JP2018065512A - ハイブリッド車両の駆動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ドグクラッチなどの係合機構を係合させずにエンジンの動力による走行をしている際に、駆動輪がスリップした場合であっても、エンジンや電動機の駆動状態などに関わらず、スリップ状態から復帰することができるハイブリッド車両の駆動制御システムを提供すること。【解決手段】駆動輪がスリップし、かつ第４回転要素が第１回転要素と逆方向に回転している場合、ブレーキ機構により制動トルクを出力するように構成されている。【選択図】図２

Description

この発明は、ハイブリッド車両の駆動制御システムであって、動力分割機構の回転要素の回転を抑制することができる係合機構を備えるハイブリッド車両の駆動制御システムに関するものである。

特許文献１に記載のハイブリッド車両は、エンジンと第１電動機と第２電動機のそれぞれで発生した動力を車両の走行状態に応じて適切に駆動輪に伝達するように構成され、第１遊星歯車機構と第２遊星歯車機構とを有する動力分割機構を備えている。第１遊星歯車機構における第１サンギヤは第１電動機と一体回転するように連結され、第１キャリヤはエンジンのクランク軸と一体回転するように連結され、第１リングギヤは第２遊星歯車機構における第２キャリヤと一体回転するように連結されている。また、第２遊星歯車機構における第２サンギヤはドグクラッチのハブと一体回転するように連結され、第２リングギヤは第１キャリヤと一体回転するように連結されている。第２電動機は、第２電動機変速部を介して駆動輪に連結されている。ドグクラッチはハブと車体に固定される固定部とを備え、ハブと固定部とを係合させることで第２サンギヤの回転を固定することができる。第２サンギヤの回転を固定することによりエンジンの回転数が駆動輪に連結される出力軸の回転数より小さくなるオーバードライブ状態となるに切替えることができる。

特開２０１２−１９３８５１号公報

上記の特許文献１に記載されるハイブリッド車両は、ドグクラッチを係合させずに少なくともエンジンの動力により走行するＨＶモードで走行することができる。ＨＶモードで走行する際に低μ路などを走行した場合は、駆動輪に設けられるタイヤがグリップ力を失って滑るスリップ状態となることがある。この場合、駆動輪の回転数の絶対値が上昇してしまう。このとき再びタイヤのグリップ力を回復させるために駆動輪の回転数の絶対値を減少させる必要がある。駆動輪の回転数の絶対値を減少させるためには、エンジンの出力を下げてエンジンの回転数の絶対値を減少させるか駆動輪の回転数の絶対値を減少させるように第２電動機のトルクを出力することが考えられる。しかしながら、エンジンの回転数を減少させる場合はエンジンのイナーシャなどによりエンジンの回転数が減少するまでに時間がかかってしまう。そのため、スリップ状態からの復帰に時間がかかる虞がある。

また、第２電動機を連続して駆動しているなどを要因として第２電動機が高温となり出力トルクが低下する場合がある。この場合に上述のスリップ状態からの復帰のため第２電動機のトルクを用いる場合、指令トルクに対し実際に出力されるトルクが小さくなってしまうためスリップ状態からの復帰に時間がかかる虞がある。従って、エンジンや第２電動機などの動力源を用いてスリップ状態から復帰する場合、動力源の状態によってはスリップ状態からの復帰に時間がかかってしまう虞がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、ドグクラッチなどの係合機構を係合させずにエンジンの動力による走行をしている際に駆動輪がスリップした場合であっても、エンジンや電動機の駆動状態などに関わらずスリップ状態から復帰することができるハイブリッド車両の駆動制御システムを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、エンジンと、電動機と、駆動輪と、ブレーキ機構と、前記エンジンに連結される第１回転要素と、前記電動機に連結される第２回転要素と、前記駆動輪に連結される第３回転要素と、からなる第１差動機構と、前記ブレーキ機構が連結される第４回転要素を少なくとも有する第２差動機構と、を有する動力分割機構と、前記エンジンと、前記電動機と、前記ブレーキ機構と、を制御するコントローラと、前記ブレーキ機構は、前記第４回転要素の回転を抑制する制動トルクを出力可能であって、前記第１回転要素の回転数を所定とした場合に、前記第２回転要素を０回転に固定した際の前記第３回転要素の回転数よりも前記ブレーキ機構により前記第４回転要素の回転を０回転に抑制した際の前記第３回転要素の回転数が増速となるように構成された、ハイブリッド車両の駆動制御システムにおいて、前記コントローラは、前記駆動輪がスリップしかつ前記第４回転要素が前記第１回転要素と逆方向に回転している場合、前記ブレーキ機構により制動トルクを出力するように構成されていることを特徴とする。

また、この発明は、前記コントローラは、前記駆動輪のスリップ量を検出可能であって、前記スリップ量が多いほど、前記ブレーキ機構が出力する制動トルクを大きくするように構成されていることを特徴としている。

この発明によれば、第４回転要素が第１回転要素とは逆方向に回転している際に駆動輪がスリップした場合、第１回転要素の回転数が変化しない状態でブレーキ機構により第４回転要素の回転を抑制させる。これにより第４回転要素に加わるブレーキ機構の制動トルクの反力により第３回転要素の回転を抑制させられるので、スリップから復帰することができる。エンジンや電動機などの動力源の状態に関係なく制御が行えるので、動力源の状態によってスリップからの復帰が遅れてしまうことを抑制できる。

また、この発明によれば、スリップ量が多いほどブレーキ機構が出力する制動トルクを大きくしているので、スリップ量が多い場合であっても第３回転要素の回転を抑制できる。そのためスリップから復帰ができる。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車両のスケルトン図である。 本発明の実施形態を説明するための制御概念図である。 本発明の実施形態に係るＨＶ走行モードを説明するための共線図である。 本発明の実施形態に係るスリップ状態を説明するための共線図である。 本発明の実施形態に係るブレーキ機構が作動させる場合を説明するための共線図である。 本発明の実施形態に係るブレーキ機構を解放させた場合を説明するための共線図である。

この発明の実施形態に係るハイブリッド車両を、図１を参照して具体的に説明する。図１に記載されるハイブリッド車両は、動力源としてエンジン１と第１電動機５と第２電動機６と、を備え、エンジン１の出力軸２と第１電動機５とが動力分割機構４に連結されている。動力分割機構４に連結された駆動軸３には、第２電動機６のロータ６ａが変速部８を介して連結されている。

動力分割機構４は、エンジン１のトルクを第１電動機５と駆動軸３とに分配する機構であり、差動作用を生じるように構成されている。具体的には複数組の差動機構を備え、互いに差動作用を生じる４つの回転要素のうち、第１の回転要素にエンジン１が連結され、第２の回転要素に第１電動機５が連結され、第３の回転要素に駆動軸３が連結され、第４の回転要素にブレーキ機構７が連結されている。

動力分割機構４は、２つの遊星歯車機構を組み合わせて構成される。第１の遊星歯車機構はシングルピニオン式の遊星歯車機構であってサンギヤＳ１とキャリヤＣ１とリングギヤＲ１とを備える。第２の遊星歯車機構はダブルピニオン式の遊星歯車機構であってサンギヤＳ２とキャリヤＣ２とリングギヤＲ２とを備える。第１の遊星歯車機構は本発明の実施形態における第１差動機構に相当し、第２の遊星歯車機構は本発明の実施形態における第２差動機構に相当する。

エンジン１の出力軸２は第１の遊星歯車機構のキャリヤＣ１に連結され、そのキャリヤＣ１と第２の遊星歯車機構のリングギヤＲ２とが連結されており、第１の回転要素として構成される。また、第１電動機５のロータ５ａは第１の遊星歯車機構のサンギヤＳ１に連結されており、第２の回転要素として構成される。駆動軸３は第１の遊星歯車機構のリングギヤＲ１に連結され、そのリングギヤＲ１と第２の遊星歯車機構のキャリヤＣ２とが連結されており、第３の回転要素として構成される。

回転軸７ａを介してブレーキ機構７が第２の遊星歯車機構のサンギヤＳ２に連結されており、第４の回転要素として構成される。ブレーキ機構７により回転軸７ａの回転を抑制可能である。即ち、第４の回転要素の回転を抑制可能である。

第１電動機５は、エンジン１からのトルクを受けて回転することにより主として発電を行うものであり、発電に伴うトルクの反力が駆動輪に作用する。第１電動機５の回転数を制御することによりエンジン１の回転数が連続的に変化する。また、第１電動機５は図示しないインバータにより電力の授受を行うことが可能である。

第２電動機６は、駆動力またはブレーキ力を補助する装置である。駆動力を補助する場合、第２電動機６は電力の供給を受けて電動機として機能する。一方、ブレーキ力をアシストする場合には、第２電動機６は、図示しない駆動輪から伝達されるトルクにより回転させられて電力を発生する発電機として機能する。また、第２電動機６は図示しないインバータにより電力の授受を行うことが可能である。

ブレーキ機構７は、回転軸７ａと図示しないケースなどの固定部材とを摩擦係合させることが可能な摩擦クラッチなどで構成されている。また、ブレーキ機構７は、油圧アクチュエータにより係合圧を調整できるように構成されている。回転軸７ａと図示しないケースなどの固定部材とを摩擦係合させることにより第２の回転要素の回転を抑制する制動トルクを出力可能である。

ブレーキ機構７を非係合状態とすることにより第４の回転要素の回転を抑制しない状態では、少なくともエンジン１の動力により走行するＨＶ走行モードが実現される。なお、ＨＶ走行モードの定義については後述する。一方、ブレーキ機構７を係合状態とすることにより第４の回転要素の回転を０回転まで抑制している状態では、動力分割機構４により決定される変速比がオーバードライブ（以下、ＯＤと略す）状態となり、ＯＤモードが実現される。

ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）９は、エンジン１、第１電動機５、第２電動機６、ブレーキ機構７に制御信号を送受信することにより、夫々を制御できる。たとえば、ＥＣＵ９は図示しないアクセルペダルからの制御信号に基づいて、アクセル開度を検出して要求駆動力を求め、エンジン１や第１電動機５や第２電動機６の出力トルクを制御する。また、要求駆動力と車速に基づいて、ブレーキ機構７に制御信号を送信することで上述のＨＶ走行モードとＯＤモードとを切替えることができる。

ＥＣＵ９は更に、図示しない駆動輪速センサからの信号により現在の駆動輪速度、即ち駆動軸３の回転数を算出可能である。さらに、図示しない前後加速度センサからの信号によりハイブリッド車両の前後加速度Ｇを算出可能である。これらの駆動輪速度と前後加速度Ｇとに基づいて、ハイブリッド車両がスリップ状態であるか否かを判断することができる。

次に本発明の実施形態にかかる制御の概念および共線図について、図２や図３ないし図６を参照して説明する。図２は、本発明の実施形態にかかるハイブリッド車両が走行している状態あるいは制御システムをアクティブにしているレディー・オン（Ｒｅａｄｙ ｏｎ）の状態で実行される。

先ず、ＥＣＵ９はハイブリッド車両がブレーキ機構７を非係合状態にして走行するＨＶ走行モードで走行しているか否かを判断する（Ｓｔｅｐ１）。ＨＶ走行モードで走行している場合、即ちＳｔｅｐ１で肯定的に判断がされた場合は、Ｓｔｅｐ２へ進む。一方で、Ｓｔｅｐ１で否定的に判断がされた場合はリターンへと進み、その後に再びスタートへ戻る。

図３は、上下方向に回転数を示すとともに左から順に第１の遊星歯車機構のサンギヤＳ１、第２の遊星歯車機構のサンギヤＳ２、第１の遊星歯車機構のキャリヤＣ１および第２の遊星歯車機構のリングギヤＲ２、第１の遊星歯車機構のリングギヤＲ１および第２の遊星歯車機構のキャリヤＣ２の４つの回転要素を表す共線図である。詳しくは、回転数が０であることを示す直線Ｏより上側がエンジン１の回転方向、即ち、正回転に対応し、下側が負回転に対応する。なお、上述したような共線図の定義は、ほかの共線図（図４ないし図６）についても同様のため、以下では説明を省略する。

図３における直線１０１はＨＶ走行モードで走行している場合の共線図の一例を示している。ＨＶ走行モードとは、具体的には、上述したとおりブレーキ機構７を非係合にしている場合であり、第２の遊星歯車機構のサンギヤＳ２が負回転している状態のことを表す。

次に、Ｓｔｅｐ２ではハイブリッド車両が低μ路を走行するなどして駆動輪がスリップしているかどうかを判定するため、ＥＣＵ９により現在の駆動輪速度と前後加速度Ｇとに基づいてスリップ速度を算出する。スリップ速度を算出後、Ｓｔｅｐ３へと進む。スリップ速度とは、駆動輪速度から算出される推定車両速度Ａから前後加速度Ｇを積分することで求まる推定車両速度Ｂを差し引くことで算出できる。駆動輪がスリップしていない状態であれば、夫々の推定車両速度はほぼ一致するようになっている。一方で、駆動輪がスリップしている状態であれば、駆動輪の回転数が高くなるので、夫々の推定車両速度にギャップが生じる。即ち、スリップ速度がほぼ０である場合はスリップしていない状態であり一方で、スリップ速度が正の値である場合はスリップしている状態である、というように判断ができる。

次に、Ｓｔｅｐ３ではＳｔｅｐ２で求めたスリップ速度に基づいてハイブリッド車両がスリップ状態であるか否かを判定する。上述の通り、スリップ速度が正の値である場合はスリップ状態であるとＳｔｅｐ３で肯定的に判断され、Ｓｔｅｐ４へと進む。一方で、スリップ速度がほぼ０の値である場合は、スリップ状態でないとＳｔｅｐ３で否定的に判断され、Ｓｔｅｐ５へと進む。

ここで、図４を参照してハイブリッド車両がスリップしている状態の一例を説明する。図４における直線２０２は、図３の直線１０１の状態を示している。この直線２０２でハイブリッド車両が走行している状態から、スリップした場合は駆動輪の回転数が急上昇するため、それに伴い第３の回転要素である、リングギヤＲ１およびキャリヤＣ２の回転数が急上昇する。このときの状態を示しているのが、直線２０１である。第３の回転要素の回転数が上昇し、エンジン１が連結されるキャリヤＣ１およびリングギヤＲ２の回転数はエンジン１の出力トルクが一定であるため変化しない。このため、サンギヤＳ１やサンギヤＳ２の回転数が、負回転の方向に上昇する。

次に、Ｓｔｅｐ４ではＳｔｅｐ３でハイブリッド車両がスリップ状態であると判断がされたため、スリップ状態から復帰するためにブレーキ機構７に係合指示を行い、ブレーキ機構７の係合圧を徐々に上昇させて第４の回転要素の回転を抑制するようにする。

ここで、図５を参照してＳｔｅｐ４でブレーキ機構７を係合させた場合の一例を説明する。図５における直線３０１は図４の直線２０１の状態を示している。この直線３０１の状態からブレーキ機構７を係合させることで、第４の回転要素であるサンギヤＳ２に制動トルクが加わるので回転が抑制される。さらにエンジン１が連結されるキャリヤＣ１およびリングギヤＲ２の回転数はエンジン１の出力トルクが一定であるため変化しない。このため、サンギヤＳ２の回転が抑制されて０回転に近づいたことで、リングギヤＲ１およびキャリヤＣ２の回転数の絶対値が減少する。このようになることで、直線３０２の状態となる。ブレーキ機構７の係合圧を上昇させた後、Ｓｔｅｐ２に戻る。

上述のようにエンジン１の回転数が変化していない状態でブレーキ機構７を係合させることによりリングギヤＲ１およびキャリヤＣ２の回転数の絶対値が減少する。これに伴い、リングギヤＲ１およびキャリヤＣ２に連結されていた駆動輪に設けられるタイヤのブリップ力を確保できる。そのため、スリップ状態から復帰することができる。また、このように制御することで、エンジンや電動機などの動力源の状態に関係なく制御が実行できる。従って、動力源の状態により適切にスリップから復帰する制御ができないことに起因して、スリップからの復帰が遅れてしまうことを抑制できる。

次に、Ｓｔｅｐ５ではブレーキ機構７が係合状態であるか否かを判断する。ここで、ブレーキ機構７が係合状態である場合は、Ｓｔｅｐ４を経由してＳｔｅｐ２に戻った後にＳｔｅｐ３で否定的に判断された場合である。Ｓｔｅｐ５で肯定的に判断がされた場合は、Ｓｔｅｐ３でスリップ状態でないと判断がされてブレーキ機構７が係合状態である必要がない場合なのでブレーキ機構７に非係合状態となるよう解放指示を行う。その後、リターンとなる。一方で、Ｓｔｅｐ５で否定的に判断された場合は、リターンとなる。

ここで、図６を参照してスリップ状態から復帰した後に、ブレーキ機構７を非係合状態とする場合の一例を説明する。図６における直線４０１は、図５の直線３０２の状態を示している。この直線４０１の状態からブレーキ機構７を非係合状態とすることで、第１電動機５のトルクや第２電動機６のトルクなどにより再び加速してＨＶ走行モードへと戻り、直線４０２のような状態となる。

上述した実施形態ではスリップ速度の値の大きさに関係なく、ブレーキ機構７の係合圧を上昇させるようにしたが、スリップ速度の値が大きい場合は第３回転要素の回転を抑制するトルクを大きくしなければ復帰に時間がかかるなどの問題が生じてしまう。そのためスリップ速度の値の大きさが大きいほどブレーキ機構７の係合圧を大きくして制動トルクを大きくするようにしてよい。このようにすることで、スリップ状態から復帰することができる。

上述した実施形態ではスリップ状態か否かを判定するために前後加速度センサを利用したがこれに限らない。例えば、スリップ前後の車輪速度を測定するなどしてその値の急激な変化により判定してもよい。

上述した実施形態では、第１の遊星歯車機構のキャリヤＣ１にエンジン１の出力軸２、サンギヤＳ１に第１電動機５のロータ５ａ、リングギヤＲ１に駆動軸３、第２の遊星歯車機構のサンギヤＳ２に回転軸７ａを介してブレーキ機構７が連結されているが、これに限らない。例えば、第１の遊星歯車機構のキャリヤＣ１および第２の遊星歯車機構のキャリヤＣ２にエンジン１の出力軸２、サンギヤＳ１およびサンギヤＳ２に第１電動機５、リングギヤＲ１に駆動軸３、リングギヤＲ２に回転軸７ａを介してブレーキ機構７が連結されるように構成してもよい。

上述した実施形態では、ブレーキ機構７を係合させるために油圧アクチュエータを用いていたが、電動アクチュエータであってもよい。

１…エンジン、 ２…出力軸、 ３…駆動軸、 ４…動力分割機構、 ５…第１電動機、 ５ａ…ロータ、 ６…第２電動機、 ６ａ…ロータ、 ７…ブレーキ機構、 ７ａ…回転軸、 ８…変速部、 ９…ＥＣＵ。

Claims (2)

1. エンジンと、電動機と、駆動輪と、ブレーキ機構と、
   前記エンジンに連結される第１回転要素と、前記電動機に連結される第２回転要素と、前記駆動輪に連結される第３回転要素と、からなる第１差動機構と、
   前記ブレーキ機構が連結される第４回転要素を少なくとも有する第２差動機構と、を有する動力分割機構と、
   前記エンジンと、前記電動機と、前記ブレーキ機構と、を制御するコントローラと、
   前記ブレーキ機構は、前記第４回転要素の回転を抑制する制動トルクを出力可能であって、前記第１回転要素の回転数を所定とした場合に、前記第２回転要素を０回転に固定した際の前記第３回転要素の回転数よりも前記ブレーキ機構により前記第４回転要素の回転を０回転に抑制した際の前記第３回転要素の回転数が増速となるように構成された、ハイブリッド車両の駆動制御システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記駆動輪がスリップしかつ前記第４回転要素が前記第１回転要素と逆方向に回転している場合、前記ブレーキ機構により制動トルクを出力するように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御システム。
   
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御システムにおいて、
   前記コントローラは、
   前記駆動輪のスリップ量を検出可能であって、
   前記スリップ量が多いほど、前記ブレーキ機構が出力する制動トルクを大きくするように構成されている
   ことを特徴とするハイブリッド車両の駆動制御システム。

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