JP2018192879A - 電力回生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大することが可能な電力回生装置を提供する。【解決手段】電力回生装置１は、第２モータ・ジェネレータ１２の出力軸に接続された駆動用リダクションギヤ機構４０及び回生用リダクションギヤ４５と、駆動用リダクションギヤ機構４０と駆動輪との間、又は回生用リダクションギヤ４５と駆動輪との間でトルクを伝達するフロントドライブシャフト６０と、トルクの伝達経路を、駆動用リダクションギヤ機構４０側（第１経路）又は回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に択一的に切替える切替機構７０と、切替機構７０（アクチュエータ７３）を制御して、駆動時に駆動用リダクションギヤ機構４０とフロントドライブシャフト６０とを接続し、回生時に回生用リダクションギヤ４５とフロントドライブシャフト６０とを接続するＨＥＶ−ＥＣＵ８０（切替制御部８０ａ）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用の電力回生装置に関する。

近年、エンジンと電動モータとを併用することで車両の燃料消費率（燃費）を効果的に向上させることができるハイブリッド自動車（ＨＥＶ）やプラグイン・ハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）が広く実用化されている。また、電動モータのみを動力源とし、排気ガスを排出しない電気自動車（ＥＶ）も実用化されている。

ここで、特許文献１には、走行モードとして、ハイブリッド走行モード、モータ走行モード、及び回生走行モードを有するハイブリッド車両が開示されている。より詳細には、このハイブリッド車両は、ハイブリッド走行モードでは、エンジンの機関出力を利用してモータジェネレータＭＧ１に発電させつつ、エンジンおよびモータジェネレータＭＧ２の両者を駆動力源として走行する。モータ走行モードでは、エンジンを停止させた状態でモータジェネレータＭＧ２を駆動力源として走行する。回生走行モードでは、減速要求等の所定条件が成立した場合に減速ギヤを介して入力されるエネルギを利用してモータジェネレータＭＧ２にて発電を行う。

ここで、上記減速ギヤは、モータジェネレータＭＧ２に連結されたサンギヤと、該サンギヤと同心円上に配置されたリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤに噛み合う複数のピニオンギヤと、一端が本体ケースに固定され、他端がピニオンギヤを自転自在に支持する支持軸を有するキャリアとを備えている。すなわち、上記減速ギヤは、サンギヤ、リングギヤおよびピニオンギヤを回転要素としてモータジェネレータＭＧ２から伝達された回転を減速して駆動トルクを増幅する遊星歯車機構を構成している。

減速ギヤは、モータジェネレータＭＧ２が電動機として機能するときには、モータジェネレータＭＧ２から伝達された回転を減速して駆動トルクを増幅してリングギヤから出力する。一方、減速ギヤは、リングギヤに入力された動力による回転を加速して駆動トルクを減衰させてサンギヤから出力することにより、モータジェネレータＭＧ２を発電機として機能させる。

特開２０１４−１２５０４８号公報

上述したように、特許文献１のハイブリッド車両では、駆動時（ハイブリッド走行モード、モータ走行モード）も回生時（回生走行モード）も減速ギヤを介してトルクが伝達（入出力）される。ここで、回生時のモータジェネレータＭＧ２の回転数は、減速ギヤのギヤ比に依存する。

しかしながら、減速ギヤ（モータ・リダクションギヤ）のギヤ比は、駆動時に要求されるモータアシストトルク（駆動トルク）を考慮して設定されるため、すなわち、減速ギヤのギヤ比が駆動側に合わせて設定されているため、必ずしも回生に適したギヤ比にはなっていない。そのため、回生量（回生効率）の低下を招くおそれがある。また、上述したハイブリッド車両では、プラネタリギヤからなる減速ギヤ（モータ・リダクションギヤ）を介してモータジェネレータＭＧ２にトルクを伝えて回生しているため、ギヤの噛み合い数が多く効率が低下する。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大することが可能な電力回生装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力回生装置は、駆動時にはトルクを発生するモータとして動作し、回生時にはジェネレータとして動作するモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータの出力軸に接続され、トルクを変換して伝達する第１リダクションギヤ、及び第２リダクションギヤと、第１リダクションギヤと駆動輪との間、又は第２リダクションギヤと駆動輪との間でトルクを伝達するアウトプットシャフトと、アウトプットシャフトを介してモータ・ジェネレータと駆動輪との間で伝達されるトルクの伝達経路を、第１リダクションギヤを経由する第１経路、又は第２リダクションギヤを経由する第２経路に択一的に切替える切替手段と、駆動時には、トルクの伝達経路が第１経路に切替えられるように切替手段を制御し、回生時には、トルクの伝達経路が第２経路に切替えられるように切替手段を制御する制御手段とを備え、モータ・ジェネレータ側から見て、第２経路の総ギヤ比が、第１経路の総ギヤ比よりもローギヤに設定されていることを特徴とする。

本発明に係る電力回生装置によれば、駆動時と回生時とで、アウトプットシャフトを介して伝達されるトルクの伝達経路が、第１リダクションギヤを経由する第１経路、又は第２リダクションギヤを経由する第２経路に択一的に切替えられる。そのため、第１リダクションギヤのギヤ比を駆動に適したギヤ比に設定するとともに、第２リダクションギヤのギヤ比を回生に適したギヤ比に設定することができる。特に、この場合、モータ・ジェネレータ側から見て、第２経路の総ギヤ比が、第１経路の総ギヤ比よりもローギヤに設定されているため、回生時に、モータ・ジェネレータの回転数をより高めることができ、回生量を増大することが可能となる。その結果、駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大することが可能となる。

本発明に係る電力回生装置では、上記制御手段が、トルクの伝達経路が第１経路と第２経路との間で切替えられるように制御手段を制御する際に、一方のリダクションギヤとアウトプットシャフトとが切り離されるように制御手段を制御した後、アウトプットシャフトの回転数と他方のリダクションギヤの回転数とを合わせるようにモータ・ジェネレータの回転数を制御し、その後、他方のリダクションギヤとアウトプットシャフトとが接続されるように制御手段を制御することが好ましい。

この場合、トルクの伝達経路が第１経路と第２経路との間で切替えられる際に、一方のリダクションギヤとアウトプットシャフトとが切り離され、アウトプットシャフトの回転数と他方のリダクションギヤの回転数とを合わせるようにモータ・ジェネレータの回転数が制御された後（回転数が同期された後）、他方のリダクションギヤとアウトプットシャフトとが接続される。そのため、トルクの伝達経路を切替えるときのショック（切替ショック）を低減することが可能となる。

本発明に係る電力回生装置では、上記切替手段が、第１リダクションギヤ及び第２リダクションギヤそれぞれに形成されたスプラインと、アウトプットシャフトに固定されたハブと、該ハブに噛み合うスリーブと、該スリーブを動かし、第１リダクションギヤに形成されたスプライン、又は第２リダクションギヤに形成されたスプラインに噛み合わせることにより、第１経路と第２経路との間でトルク伝達経路を切替えるアクチュエータとを有することが好ましい。

この場合、スリーブを動かし、該スリーブを第１リダクションギヤに形成されたスプライン、又は第２リダクションギヤに形成されたスプラインに噛み合わせる（嵌合させる）ことにより、第１経路と第２経路との間でトルク伝達経路が切替えられる。よって、アクチュエータでスリーブを駆動することにより、トルクの伝達経路を、第１経路と第２経路との間で確実に切替えることができる。

本発明に係る電力回生装置では、上記第２リダクションギヤが平行軸歯車対によって構成されていることが好ましい。

この場合、第２リダクションギヤが平行軸歯車対によって構成されているため、例えば、ギヤの噛み合い数が多いプラネタリギヤよりも噛み合い損失を低減でき、その結果、回生効率をより向上することが可能となる。

本発明に係る電力回生装置では、上記制御手段が、車両の走行状態がドライブ状態であるかコースティング状態であるかを判定し、コースティング状態であると判定したときに、トルクの伝達経路が第２経路に切替えられるように切替手段を制御することが好ましい。

この場合、コースティング状態であると判定されたときに、トルクの伝達経路が第２経路に切替えられる。そのため、コースティング状態のときに、トルクの伝達経路を第２経路に切替えて、すなわち回生効率を高めて、回生動作を実行することが可能となる。

また、本発明に係る電力回生装置では、トルクの伝達経路が第２経路に切替えられると回生による車両減速度が所定値以上になると予測される場合には、上記制御手段が、第２経路への切替えを禁止することが好ましい。

この場合、回生による減速度が所定値以上、すなわち大きくなり過ぎると予測される場合に、第２経路への切替えが禁止される。そのため、運転者に回生動作による違和感を与えることを防止できる。

さらに、本発明に係る電力回生装置では、トルクの伝達経路が第２経路に切替えられた直後にモータ・ジェネレータを駆動することが予測される場合には、上記制御手段が、第２経路への切替えを禁止することが好ましい。

この場合、トルクの伝達経路が第２経路に切替えた直後にモータ・ジェネレータを駆動することが予測される場合には、第２経路への切替えが禁止される。そのため、第１経路（駆動側）への切替えに起因する応答遅れ（ディレイ）を防止することが可能となる。

本発明によれば、駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大することが可能となる。

実施形態に係る電力回生装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る電力回生装置による回生時のトルク伝達経路切替処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１を用いて、実施形態に係る電力回生装置１の構成について説明する。図１は、電力回生装置１の構成を示すブロック図である。なお、ここでは、電力回生装置１を、シリーズ・パラレル・ハイブリッド車（ＨＥＶ）に適用した場合を例にして説明する。

エンジン２０は、どのような形式のものでもよいが、例えば、高膨張比サイクルによって圧縮比を高めることにより、熱効率の向上を図ったエンジンなどが好適に用いられる。エンジン２０は、エンジン・コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）８１によって制御される。

ＥＣＵ８１には、クランクシャフトの回転位置（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ等の各種センサが接続されている。ＥＣＵ８１は、取得したこれらの各種情報、及び後述するハイブリッド車・コントロールユニット（以下「ＨＥＶ−ＥＣＵ」という）８０からの制御情報に基づいて、燃料噴射量や点火時期、並びに電子制御式スロットルバルブ等の各種デバイスを制御することによりエンジン２０を制御する。また、ＥＣＵ８１は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）１００を介して、エンジン回転数などの各種情報をＨＥＶ−ＥＣＵ８０に送信する。

エンジン２０のクランクシャフトには、一対のギヤ２１を介して、動力分割機構３０が接続されている。動力分割機構３０には、複数のギヤやシャフト等から構成され、駆動輪との間でトルクを伝達するドライブトレーン１５（詳細は後述する）、及び、第１モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１１が接続されている。動力分割機構３０は、例えば、サンギヤ３０ａ、リングギヤ３０ｂ、ピニオンギヤ３０ｃ、及びプラネタリキャリア３０ｄから構成される遊星歯車機構を有しており、エンジン２０から発生した駆動トルクを、ドライブトレーン１５と第１モータ・ジェネレータ１１とに分割して伝達する。

より具体的には、キャリア３０ｄは、一対のギヤ２１を介して、エンジン２０のクランクシャフトに連結されている。サンギヤ３０ａは第１モータ・ジェネレータ１１に連結されている。一方、リングギヤ３０ｂは、一対のギヤ（カウンタギヤ）３１を介して、ドライブトレーン１５を構成するプロペラシャフト（後輪出力軸）５０に接続されるとともに、さらに駆動用リダクションギヤ４３を介してフロントドライブシャフト（前輪出力軸）６０に接続されている。

動力分配機構３０は、第１モータ・ジェネレータ１１がジェネレータ（発電機）として機能するときには、プラネタリキャリア３０ｄから入力されるエンジン２０からのトルク（駆動力）をサンギヤ３０ａとリングギヤ３０ｂとに双方のギヤ比に応じて分配する。一方、動力分配機構３０は、第１モータ・ジェネレータ１１がモータ（電動機）として機能するときには、プラネタリキャリア３０ｄから入力されるエンジン２０からのトルクと、サンギヤ３０ａから入力される第１モータ・ジェネレータ１１からのトルクとを統合してリングギヤ３０ｂに出力する。リングギヤ３０ｂに出力されたトルクは、一対のギヤ（カウンタギヤ）３１を介して、ドライブトレーン１５を構成するプロペラシャフト５０に出力されるとともに、さらに駆動用リダクションギヤ４３を介してフロントドライブシャフト６０に出力される。

一方、ドライブトレーン１５には、第２モータ・ジェネレータ（ＭＧ）１２（特許請求の範囲に記載のモータ・ジェネレータに相当）も接続されている。より具体的には、第２モータ・ジェネレータ１２は、モータ・リダクションギヤ４１を介してプロペラシャフト５０に接続されている。また、第２モータ・ジェネレータ１２は、モータ・リダクションギヤ４１及び駆動用リダクションギヤ４３から構成される駆動用リダクションギヤ機構４０（特許請求の範囲に記載の第１リダクションギヤに相当）、又は、回生用リダクションギヤ４５（特許請求の範囲に記載の第２リダクションギヤに相当）を介して、中空部６０ａを有するフロントドライブシャフト６０（特許請求の範囲に記載のアウトプットシャフトに相当）に接続されている。なお、中空部６０ａを有するフロントドライブシャフト６０は、前輪との間でトルクを伝達する。また、プロペラシャフト５０は、後輪との間でトルクを伝達する。なお、詳細は後述する。

第１モータ・ジェネレータ１１及び第２モータ・ジェネレータ１２は、供給された電力を機械的動力に変換するモータとしての機能と、入力された機械的動力を電力に変換するジェネレータとしての機能とを兼ね備えた同期発電電動機として構成されている。すなわち、第１モータ・ジェネレータ１１及び第２モータ・ジェネレータ１２それぞれは、車両駆動時には駆動トルクを発生するモータとして動作し、回生時にはジェネレータとして動作する。なお、第１モータ・ジェネレータ１１は、主にジェネレータとして動作し、第２モータ・ジェネレータ１２は、主にモータとして動作する。

上述したように、第２モータ・ジェネレータ１２の出力軸には、トルクを変換して伝達する駆動用リダクションギヤ機構４０と回生用リダクションギヤ４５とが並列に接続されている。ここで、駆動用リダクションギヤ機構４０（モータ・リダクションギヤ４１）と回生用リダクションギヤ４５とは、例えば、第２モータ・ジェネレータ１２を軸方向に沿って前後から挟み込むように配置される。

駆動用リダクションギヤ機構４０は、モータ・リダクションギヤ４１及び駆動用リダクションギヤ４３を有して構成されている。また、モータ・リダクションギヤ４１は、プラネタリギヤから構成されており、リダクションギヤ４３は、例えば、平ギヤ（又は斜歯ギヤ）から構成されている。一方、回生用リダクションギヤ４５は、例えば、平ギヤ（又は斜歯ギヤ）など（特許請求の範囲に記載の平行軸歯車対に相当）から構成されている。なお、モータ・リダクションギヤ４１、駆動用リダクションギヤ４３と回生用リダクションギヤ４５とは、必ずしも同軸上に配置されていなくてもよい。

より詳細には、モータ・リダクションギヤ４１は、例えば、サンギヤ４１ａ、リングギヤ４１ｂ、ピニオンギヤ４１ｃ、及びプラネタリキャリア４１ｄから構成される遊星歯車機構を有している。モータ・リダクションギヤ４１は、第２モータ・ジェネレータ１２がモータとして機能するときには、第２モータ・ジェネレータ１２から伝達された回転を減速して（トルクを増大して）プラネタリキャリア４１ｄから出力する。一方、モータ・リダクションギヤ４１は、プラネタリキャリア４１ｄに入力されたトルク（駆動力）による回転を加速して（トルクを低減させて）サンギヤ４１ａから出力することにより、第２モータ・ジェネレータ１２をジェネレータとして機能させる。

回生用リダクションギヤ４５のギヤ比は、第２モータ・ジェネレータ１２側から見て、駆動用リダクションギヤ機構４０の総ギヤ比よりもローギヤに設定されている。すなわち、フロントドライブシャフト６０側から見た場合には、回生用リダクションギヤ４５のギヤ比は、駆動用リダクションギヤ機構４０の総ギヤ比よりもハイギヤに設定されている。より詳細には、第２モータ・ジェネレータ１２側から見た場合に、回生用リダクションギヤ４５のギヤ比は、「（リダクションギヤ４３のギヤ比）×（モータ・リダクションギヤ４１のギヤ比）」の値より高く（ローギヤに）設定される。つまり、車輪側（図１の例では前輪側）から回される場合には、（回生用リダクションギヤ４５を経由する場合の第２モータ・ジェネレータ１２の回転数）＞（駆動用リダクションギヤ機構４０を経由する場合の第２モータ・ジェネレータ１２の回転数）となるよう双方の総ギヤ比が設定される。

上述したように、中空部６０ａを有するフロントドライブシャフト６０は、駆動用リダクションギヤ機構４０と駆動輪（図１の例では前輪）との間、又は回生用リダクションギヤ４５と駆動輪（前輪）との間でトルクを伝達する。

駆動用リダクションギヤ機構４０と回生用リダクションギヤ４５との間には、駆動時（ドライブ時）と回生時（コースティング時及びブレーキング時）とでトルクフローを切替える切替機構７０（特許請求の範囲に記載の切替手段に相当）が配置されている。切替機構７０は、フロントドライブシャフト６０を介して伝達されるトルクの伝達経路を、駆動用リダクションギヤ機構４０を経由する第１経路、又は回生用リダクションギヤ４５を経由する第２経路に択一的に切替える。すなわち、切替機構７０は、駆動時に駆動用リダクションギヤ機構４０とフロントドライブシャフト６０とを接続し、回生時に回生用リダクションギヤ４５とフロントドライブシャフト６０とを接続する。

ここで、駆動用リダクションギヤ機構４０を構成するリダクションギヤ４３（ドリブンギヤ４３ｂ）（又はリダクションギヤ４３（ドリブンギヤ４３ｂ）に接続されたフロントドライブシャフト６０の中空部６０ａ）及び回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）（又は回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）に接続されたフロントドライブシャフト６０の中空部６０ａ）それぞれにはスプラインが形成されている。

切替機構７０は、フロントドライブシャフト６０に固定されたハブ７１と、該ハブ７１に噛み合うスリーブ７２、すなわち、ハブ７１の外周に、駆動用リダクションギヤ機構４０（リダクションギヤ４３）及び回生用リダクションギヤ４５の軸方向に摺動自在に設けられたスリーブ７２と、スリーブ７２を動かすアクチュエータ７３を有している。アクチュエータ７３は、スリーブ７２を動かして、駆動用リダクションギヤ機構４０を構成するリダクションギヤ４３に形成されたスプライン、又は回生用リダクションギヤ４５に形成されたスプラインに噛み合わせる（嵌合させる）ことにより、駆動用リダクションギヤ機構４０を経由する第１経路と回生用リダクションギヤ４５を経由する第２経路との間でトルク伝達経路を切替える。

より詳細には、切替機構７０を作動させるため、スリーブ７２はシフトフォーク（図示省略）に把持されており、シフトフォークの移動に伴ってスリーブ７２は軸方向に移動する。このシフトフォークに上記アクチュエータ７３が連結されており、アクチュエータ７３によってシフトフォーク（すなわちスリーブ７２）が軸方向に動かされ、トルクの伝達経路が、駆動用リダクションギヤ機構４０を経由する第１経路と回生用リダクションギヤ４５を経由する第２経路との間で切替えられる。なお、ここで、第２モータ・ジェネレータ１２の回転数制御により、フロントドライブシャフト６０の回転数と、駆動用リダクションギヤ機構４０又は回生用リダクションギヤ４５の回転数とを一致させることが容易にできるため、切替機構７０ではシンクロ機構を用いていない。なお、アクチュエータ７３としては、例えば電動モータなどが好適に用いられる。アクチュエータ７３は、後述するＨＥＶ−ＥＣＵ８０によって駆動制御される。

ここで、図１において、回生時（コースティング時）のトルクフローを一点鎖線で示す。回生時には、回生用リダクションギヤ４５（第２経路）を介して、フロントドライブシャフト６０から第２モータ・ジェネレータ１２にトルクが伝達される。一方、車両駆動時（ドライブ時）のトルクフローを二点鎖線で示す。車両駆動時には、モータ・リダクションギヤ４１及び駆動用リダクションギヤ４３から構成される駆動用リダクションギヤ機構４０（第１経路）を介して第２モータ・ジェネレータ１２のトルクがフロントドライブシャフト６０に伝達される。

フロントドライブシャフト６０は、前輪との間でトルクを伝達する。より詳細には、フロントドライブシャフト６０に伝達された第２モータ・ジェネレータ１２などのトルクは、フロントデファレンシャル（以下「フロントデフ」ともいう）６２に伝達される。フロントデフ６２は、例えば、ベベルギヤ式の差動装置である。フロントデフ６２からのトルクは、左前輪ドライブシャフトを介して左前輪（図示省略）に伝達されるとともに、右前輪ドライブシャフトを介して右前輪（図示省略）に伝達される。

一方、プロペラシャフト５０は、後輪との間でトルクを伝達する。プロペラシャフト５０には、後輪側に伝達されるトルクを調節するトランスファクラッチ５１が介装されている。トランスファクラッチ５１は、４輪の駆動状態（例えば前輪のスリップ状態等）やエンジントルクなどに応じて締結力（すなわち後輪へのトルク分配率）を制御する。よって、プロペラシャフト５０に伝達された第２モータ・ジェネレータ１２などのトルクは、トランスファクラッチ５１の締結力に応じて分配され、後輪側にも伝達される。

より具体的には、プロペラシャフト５０に伝達され、トランスファクラッチ５１によって調節（分配）されたトルクは、リヤデファレンシャル（以下「リヤデフ」ともいう）５２に伝達される。リヤデフ５２には左後輪ドライブシャフト及び右後輪ドライブシャフト（図示省略）が接続されている。リヤデフ５２からの駆動力は、左後輪ドライブシャフトを介して左後輪（図示省略）に伝達されるとともに、右後輪ドライブシャフトを介して右後輪（図示省略）に伝達される。

このように構成されているため、本実施形態に係る車両（ＡＷＤのＨＥＶ車）では、エンジン２０と第２モータ・ジェネレータ１２の２つの動力で前輪及び後輪（車両）を駆動することができる。また、走行条件に応じて、例えば、第２モータ・ジェネレータ１２のみによる走行（ＥＶ走行）と、エンジン２０及び第２モータ・ジェネレータ１２による走行とを切替えることができる。さらに、第２モータ・ジェネレータ１２などで発電することもできる。

車両の駆動力源であるエンジン２０、及び、第２モータ・ジェネレータ１２並びに第１モータ・ジェネレータ１１は、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０によって総合的に制御される。

ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、演算を行うマイクロプロセッサ、該マイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、その記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、及び入出力Ｉ／Ｆ等を有して構成されている。

ＨＥＶ−ＥＣＵ８０には、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ９１、スロットルバルブの開度を検出するスロットル開度センサ９２、車両の前後・左右の加速度を検出するＧセンサ（加速度センサ）９３、車輪の速度を検出する車速センサ９４、及び、フロントドライブシャフト６０の回転数を検出する回転数センサ９５などを含む各種センサが接続されている。また、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、ＣＡＮ１００を介して、エンジン２０を制御するＥＣＵ８１や、車両の外部環境（例えば車両前方の走行環境）を検知して前方障害物に対する警報や自動制動（自動ブレーキ）を行う運転支援装置８３、自車位置情報や道路情報を提示するカーナビゲーションシステム８４、及び、車両の横滑りなどを抑制して走行安定性を向上させるビークルダイナミック・コントロールユニット（以下「ＶＤＣＵ」という）８５等と相互に通信可能に接続されている。ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、ＣＡＮ１００を介して、ＥＣＵ８１やＶＤＣＵ８５から、例えば、エンジン回転数やブレーキ操作量等の各種情報を受信するまた、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、ＣＡＮ１００を介して、運転支援装置８３やナビゲーションシステム８４から、例えば、車両の外部環境（例えば車両前方の走行環境）や自車両が走行している道路（走行路）の道路情報などを受信する。

ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、取得したこれらの各種情報に基づいて、エンジン２０、第２モータ・ジェネレータ１２、及び第１モータ・ジェネレータ１１の駆動を総合的に制御する。ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、例えば、アクセルペダル開度（運転者の要求駆動力）、車両の運転状態、高電圧バッテリ（以下、単に「バッテリ」ともいう）９０の充電状態（ＳＯＣ）などに基づいて、エンジン２０の要求出力、及び第２モータ・ジェネレータ１２、第１モータ・ジェネレータ１１のトルク指令値を求めて出力する。ＥＣＵ８１は、上記要求出力に基づいて、例えば、電子制御式スロットルバルブの開度を調節する。また、後述するパワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ」という）８２は、上記トルク指令値に基づいて、インバータ８２ａを介して、第２モータ・ジェネレータ１２、第１モータ・ジェネレータ１１を駆動する。

特に、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大するように上述したトルク伝達経路を切替える機能を有している。そのため、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０は、切替制御部８０ａを機能的に有している。ＨＥＶ−ＥＣＵ８０では、ＲＯＭに記憶されているプログラムがマイクロプロセッサによって実行されることにより、切替制御部８０ａの各機能が実現される。

切替制御部８０ａは、アクチュエータ７３の駆動を制御して、車両駆動時に駆動用リダクションギヤ機構４０とフロントドライブシャフト６０とを接続し、回生時に回生用リダクションギヤ４５とフロントドライブシャフト６０とを接続する。すなわち、切替制御部８０ａは、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。

切替制御部８０ａは、トルクの伝達経路を、駆動用リダクションギヤ機構４０（第１経路）と回生用リダクションギヤ４５（第２経路）との間で切替える際に、まず一方のリダクションギヤ（例えば駆動用リダクションギヤ機構４０）とフロントドライブシャフト６０とを切り離し、次にフロントドライブシャフト６０の回転数と他方のリダクションギヤ（例えば回生用リダクションギヤ４５）の回転数とを合わせるように第２モータ・ジェネレータ１２の回転数を制御する。そして、その後（回転同期後）、他方のリダクションギヤ（例えば回生用リダクションギヤ４５）とフロントドライブシャフト６０とを接続する。なお、回転数を同期させる際のフロントドライブシャフト６０の回転数は、回転数センサ９５や車速センサ９４の検出値を用いることができる。

切替制御部８０ａは、例えば、スロットル開度、アクセル開度、及び／又は車両の加速度などに基づいて、車両の走行状態が、ドライブ状態（駆動状態）であるか、コースティング状態（惰性走行状態）であるかを判定し、コースティング状態であると判定したときに、フロントドライブシャフト６０と回生用リダクションギヤ４５とを接続する。なお、切替制御部８０ａでは、コースティング時に加えて、ブレーキング時（制動時）を検知して、フロントドライブシャフト６０と回生用リダクションギヤ４５とを接続してもよい。

ただし、切替制御部８０ａは、例えば車速や第２モータ・ジェネレータ１２の回転数等に基づいて、トルクの伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えると、回生による車両減速度が所定値以上になる（運転者に違和感を与える程度に減速度が大きくなる）と予測される場合には、回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）への切替えを禁止する。

また、切替制御部８０ａは、例えば、運転者のアクセル操作やブレーキ操作（リアルタイム値及び時系列データ）、運転支援装置８３からの車両の外部環境情報（例えば車両前方の環境情報）、及びナビゲーションシステム８４からの道路情報などに基づいて、トルクの伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えた直後に第２モータ・ジェネレータ１２が駆動される可能性の有無（又はその確率）を予測する。そして、トルクの伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えた直後に第２モータ・ジェネレータ１２を駆動することが予測される場合には、切替制御部８０ａは、回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）への切替えを禁止する。

ＰＣＵ８２は、高圧バッテリ９０の直流電力を三相交流の電力に変換して第２モータ・ジェネレータ１２、第１モータ・ジェネレータ１１に供給するインバータ８２ａを有している。ＰＣＵ８２は、上述したように、ＨＥＶ−ＥＣＵ８０から受信したトルク指令値に基づいて、インバータ８２ａを介して、第２モータ・ジェネレータ１２、第１モータ・ジェネレータ１１を駆動する。一方、インバータ８２ａは、回生時に、第２モータ・ジェネレータ１２で発電した交流電圧を直流電圧に変換して高圧バッテリ９０を充電する。

次に、図２を参照しつつ、電力回生装置１の動作について説明する。ここで、図２は、電力回生装置１による回生時のトルク伝達経路切替処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、主としてＨＥＶ−ＥＣＵ８０において、所定のタイミングで繰り返して実行される。

まず、ステップＳ１００では、車両がコースティング状態（惰性走行状態）であるか否かについての判断が行われる。ここで、車両がコースティング状態でないと判断された場合には、本処理から一旦抜ける。一方、車両がコースティング状態であると判断されたときには、ステップＳ１０２に処理が移行する。

ステップＳ１０２では、トルク伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えると、回生による車両減速度が所定値以上になる（すなわち車両減速度が過大になる）と予測されるか否かについての判断が行われる。ここで、回生による車両減速度が所定値以上（過大）になると予測される場合には、トルク伝達経路が切替えられることなく、本処理から一旦抜ける。一方、回生による車両減速度が所定値以上（過大）にならないと予測されたときには、ステップＳ１０４に処理が移行する。

ステップＳ１０４では、トルク伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えた場合、その直後に第２モータ・ジェネレータ１２を駆動することが予測されるか否かについての判断が行われる。ここで、切替え直後に第２モータ・ジェネレータ１２を駆動することが予測される場合には、トルク伝達経路が切替えられることなく、本処理から一旦抜ける。一方、切替え直後に第２モータ・ジェネレータ１２を駆動することが予測されないときには、ステップＳ１０６に処理が移行する。

ステップＳ１０６では、アクチュエータ７３が駆動されて、スリーブ７２が軸方向に摺動され、駆動用リダクションギヤ機構４０がフロントドライブシャフト６０から切り離される。

次に、ステップＳ１０８では、フロントドライブシャフト６０の回転数が読み込まれる。そして、ステップＳ１１０において、フロントドライブシャフト６０の回転数と回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）の回転数とを合わせるように第２モータ・ジェネレータ１２の回転数が制御される。

続くステップＳ１１２では、フロントドライブシャフト６０の回転数と回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）の回転数とが一致（又は略一致）したか否かについての判断が行われる。ここで、フロントドライブシャフト６０の回転数と回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）の回転数とが一致（又は略一致）していない場合には、双方の回転数が一致（又は略一致）するまで、本処理が繰り返して実行される。一方、フロントドライブシャフト６０の回転数と回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）の回転数とが一致（又は略一致）したときには、ステップＳ１１４に処理が移行する。

ステップＳ１１４では、アクチュエータ７３が駆動されて、スリーブ７２が軸方向に摺動され、フロントドライブシャフト６０と回生用リダクションギヤ４５とが接続される。このようにして、トルク伝達経路が、駆動用リダクションギヤ機構４０側（第１経路）から、回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えられる。なお、トルクの伝達経路を第２経路（回生側）から第１経路（駆動側）に切替えるときは、上述した、駆動用リダクションギヤ機構４０及び回生用リダクションギヤ４５とフロントドライブシャフト６０との切断／接続が逆の動作となる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、駆動時と回生時とで、フロントドライブシャフト６０を介して伝達されるトルクの伝達経路が、駆動用リダクションギヤ機構４０を経由する第１経路、又は回生用リダクションギヤ４５を経由する第２経路に択一的に切替えられる。すなわち、駆動時に駆動用リダクションギヤ機構４０とフロントドライブシャフト６０とが接続され、回生時に回生用リダクションギヤ４５とフロントドライブシャフト６０とが接続される。そのため、駆動用リダクションギヤ機構４０の総ギヤ比を駆動に適したギヤ比に設定するとともに、回生用リダクションギヤ４５のギヤ比を回生に適したギヤ比に設定することができる。その結果、駆動時の駆動トルクを低下させることなく、回生時の回生量を増大することが可能となる。

特に、本実施形態によれば、回生用リダクションギヤ４５のギヤ比が、第２モータ・ジェネレータ１２側から見て、駆動用リダクションギヤ機構４０の総ギヤ比よりもローギヤに設定されている。そのため、回生時に、第２モータ・ジェネレータ１２の回転数をより高めることができ、回生量を増大することが可能となる。

本実施形態によれば、トルクの伝達経路が、駆動用リダクションギヤ機構４０（第１経路）と回生用リダクションギヤ４５（第２経路）との間で切替えられる際に、一方のリダクションギヤ（例えば駆動用リダクションギヤ機構４０）とフロントドライブシャフト６０とが切り離され、フロントドライブシャフト６０の回転数と他方のリダクションギヤ（例えば回生用リダクションギヤ４５）の回転数とを合わせるように第２モータ・ジェネレータ１２の回転数が制御された後、他方のリダクションギヤ（例えば回生用リダクションギヤ４５）とフロントドライブシャフト６０とが接続される。そのため、トルクの伝達経路を切替えるときのショック（切替ショック）を低減することが可能となる。

本実施形態によれば、アクチュエータ７３を駆動してスリーブ７２を動かし、駆動用リダクションギヤ機構４０を構成する駆動用リダクションギヤ４３（ドリブンギヤ４３ｂ）に形成されたスプライン、又は回生用リダクションギヤ４５（ドリブンギヤ４５ｂ）に形成されたスプラインに噛み合わせる（嵌合させる）ことにより、駆動用リダクションギヤ機構４０（第１経路）と回生用リダクションギヤ４５（第２経路）との間でトルク伝達経路が切替えられる。よって、アクチュエータ７３でスリーブ７２を駆動することにより、トルクの伝達経路を、駆動用リダクションギヤ機構４０（第１経路）と回生用リダクションギヤ４５（第２経路）との間で確実に切替えることができる。

本実施形態によれば、回生用リダクションギヤ４５が、平ギヤ（又は斜歯ギヤ）から構成されているため、例えばギヤの噛み合い数が多いプラネタリギヤよりも噛み合い損失を低減でき、その結果、回生効率をより向上することが可能となる。

本実施形態によれば、例えばコースティング状態であると判定されたときに、フロントドライブシャフト６０と回生用リダクションギヤ４５とが接続される。そのため、コースティング状態のときに、トルクの伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えて（すなわち回生効率を高めて）、回生動作を実行することが可能となる。

本実施形態によれば、回生による減速度が所定値以上、すなわち運転者に違和感を与える程度に大きくなると予測される場合には、回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）への切替えが禁止すされる。そのため、運転者に回生動作による違和感を与えることを防止できる。

本実施形態によれば、トルクの伝達経路を回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）に切替えた直後に第２モータ・ジェネレータ１２が駆動されることが予測される場合には、回生用リダクションギヤ４５側（第２経路）への切替えが禁止される。そのため、駆動用リダクションギヤ機構４０側（第１経路）への切替えに起因する応答遅れ（ディレイ）を防止することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、本発明に係る電力回生装置１を、シリーズ・パラレル・ハイブリッド車（ＨＥＶ）に適用した場合を例にして説明したが、異なる形式のハイブリッド車（例えば、パラレル・ハイブリッド車など）にも適用することができる。また、電気自動車（ＥＶ）や燃料電池自動車（ＦＣＶ）などにも適用することができる。

また、上記実施形態では、２つの電動モータ（第１モータ・ジェネレータ１１及び第２モータ・ジェネレータ１２）を有していたが、電動モータの数は２つ（２モータ）には限られず、１つ（１モータ）、又は３つ（３モータ）以上であってもよい。同様に、ハイブリッドシステムの構成や複数のギヤやシャフトから構成される駆動系の構成は、上記実施形態には限られない。例えば、トルクフローを切替える切替機構７０を、フロント側（フロントドライブシャフト６０）に代えて、リヤ側（プロペラシャフト５０）又は双方に配置してもよい。

上記実施形態では、本発明をＡＷＤ車（全輪駆動車）に適用した場合を例にして説明したが、本発明は、例えば２ＷＤ車（ＦＦ車やＦＲ車）にも適用することもできる。

１ 電力回生装置
１１ 第１モータ・ジェネレータ
１２ 第２モータ・ジェネレータ
２０ エンジン
３０ 駆動力分割機構
４０ 駆動用リダクションギヤ機構
４１ モータ・リダクションギヤ
４３ 駆動用リダクションギヤ
４５ 回生用リダクションギヤ
５０ プロペラシャフト（後輪出力軸）
５１ トランスファクラッチ
５２ リヤデファレンシャル
６０ フロントドライブシャフト（前輪出力軸）
６０ａ 中空部
６２ フロントデファレンシャル
７０ 切替機構
７１ ハブ
７２ スリーブ
７３ アクチュエータ
８０ ＨＥＶ−ＥＣＵ
８０ａ 切替制御部
８１ ＥＣＵ
８２ ＰＣＵ
８３ 運転支援装置
８４ カーナビゲーションシステム
８５ ＶＤＣＵ
９０ 高圧バッテリ
９１ アクセルペダルセンサ
９２ スロットル開度センサ
９３ Ｇセンサ（加速度センサ）
９４ 車速センサ（車輪速センサ）
９５ 回転数センサ
１００ ＣＡＮ

Claims (7)

1. 駆動時にはトルクを発生するモータとして動作し、回生時にはジェネレータとして動作するモータ・ジェネレータと、
   前記モータ・ジェネレータの出力軸に接続され、トルクを変換して伝達する第１リダクションギヤ、及び第２リダクションギヤと、
   前記第１リダクションギヤと駆動輪との間、又は前記第２リダクションギヤと前記駆動輪との間でトルクを伝達するアウトプットシャフトと、
   前記アウトプットシャフトを介して前記モータ・ジェネレータと前記駆動輪との間で伝達されるトルクの伝達経路を、前記第１リダクションギヤを経由する第１経路、又は前記第２リダクションギヤを経由する第２経路に択一的に切替える切替手段と、
   駆動時には、トルクの伝達経路が前記第１経路に切替えられるように前記切替手段を制御し、回生時には、トルクの伝達経路が前記第２経路に切替えられるように前記切替手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記モータ・ジェネレータ側から見て、前記第２経路の総ギヤ比は、前記第１経路の総ギヤ比よりもローギヤに設定されていることを特徴とする電力回生装置。
2. 前記制御手段は、トルクの伝達経路が、前記第１経路と前記第２経路との間で切替えられるように前記制御手段を制御する際に、一方のリダクションギヤと前記アウトプットシャフトとが切り離されるように前記制御手段を制御した後、前記アウトプットシャフトの回転数と他方のリダクションギヤの回転数とを合わせるように前記モータ・ジェネレータの回転数を制御し、その後、他方のリダクションギヤと前記アウトプットシャフトとが接続されるように前記制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力回生装置。
3. 前記切替手段は、
   前記第１リダクションギヤ及び前記第２リダクションギヤそれぞれに形成されたスプラインと、
   前記アウトプットシャフトに固定されたハブと、
   前記ハブに噛み合うスリーブと、
   前記スリーブを動かし、前記第１リダクションギヤに形成されたスプライン、又は前記第２リダクションギヤに形成されたスプラインに噛み合わせることにより、前記第１経路と前記第２経路との間でトルク伝達経路を切替えるアクチュエータと、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力回生装置。
4. 前記第２リダクションギヤは、平行軸歯車対によって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力回生装置。
5. 前記制御手段は、車両の走行状態が、ドライブ状態であるか、コースティング状態であるかを判定し、コースティング状態であると判定したときに、トルクの伝達経路が前記第２経路に切替えられるように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力回生装置。
6. 前記制御手段は、トルクの伝達経路が前記第２経路に切替えられると、回生による車両減速度が所定値以上になると予測される場合には、前記第２経路への切替えを禁止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力回生装置。
7. 前記制御手段は、トルクの伝達経路が前記第２経路に切替えられた直後に前記モータ・ジェネレータを駆動することが予測される場合には、前記第２経路への切替えを禁止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力回生装置。

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