JP4816265B2

JP4816265B2 - 車両用動力装置およびその制御装置

Info

Publication number: JP4816265B2
Application number: JP2006158157A
Authority: JP
Inventors: 秀人渡邉; 泰生清水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: JP2007327537A

Description

本発明は、エンジンの出力軸に対して接続・切断可能なフライホールを有する車両用動力装置に関し、特に、フライホイールを接続・切断する制御に関する。

一般的に、エンジンの出力軸であるクランク軸には、エンジンの回転変動を低減するためのフライホイールが結合されている。フライホイールの慣性モーメントを大きくすれば、回転変動が低減され、特にエンジンアイドリングや、低回転運転において、その効果は大きい。一方、フライホイールの慣性モーメントが大きいと、車両加速時において、フライホイールを加速させるために、エネルギを消費し、車両の加速性能が低下する。また、車両減速時において、フライホールに蓄えられたエネルギのために、エンジンブレーキの効きが悪くなる。

低速時の回転変動の低減、加減速時の応答性の向上という相反する要求を満足すべく、慣性モーメントを変更することができるフライホイールの提案がなされている。下記特許文献１においては、エンジンのクランク軸に結合された第１のフライホイールと、この第１のフライホイールに対して接続・切断可能な第２のフライホイールを設ける技術が開示されている。この技術においては、アイドリング時においては、第２のフライホイールを第１のフライホイールと係合し、クランク軸に結合される慣性モーメントを増加させ、加速時においては、切り離して慣性モーメントを低下させている。

特開２００３−７４６４１号公報

車両が加速して、必要な速度に達した後、エンジンの回転速度を速やかに低下させたいという要求がある。上記特許文献１に記載の技術においては、エンジンの回転系の慣性モーメントが小さいため、回転速度の低下は比較的速いが、より速やかに低下することが望まれている。

本発明は、エンジンの回転速度を速やかに低下させることを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の車両用動力装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に接続されてこれと所定の比で回転する入力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、エンジンの制御を行うエンジン制御部と、フライホイールの接続・切断の制御を行うフライホイール制御部と、フライホイールの回転速度を検出する回転速度センサと、を有し、前記エンジン制御部によりエンジンの回転速度を低下させる制御がなされる際、前記フライヒール制御部は、フライホイールの回転速度がその時点の入力軸の回転速度より低い場合に、フライホイールを接続する制御を行う。

さらに、前記フライホイール制御部は、エンジン回転速度の低下の目標値に対応する入力軸回転速度より、フライホイールの回転速度が低い場合、フライホイールを接続する制御を行うものとできる。

また、前記フライホイール制御部は、フライホイール接続動作中または接続後、エンジンの回転速度が、低下の目標値または目標値から所定値高い値となったときに、フライホイールを切断する制御を行うものとすることができる。

また、前記フライホイール制御部は、フライホイール接続動作中に、フライホイールの回転速度が入力軸の回転速度に一致した場合に、フライホイールを切断する制御を行うものとすることができる。

さらに、前記エンジン制御部は、車両の加速が終了したとき、エンジンの回転速度を目標値まで低下させる制御を行い、このときに前記フライホイール制御部は、前記のフライホイールの各制御のいずれかを行うものとすることができる。

さらに、当該車両用動力装置の出力の回転速度を連続的に変更することができる変速機構を有するものとすることができる。

また、本発明の他の態様である、車両用動力装置の制御装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に接続されてこれと所定の比で回転する入力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、エンジンの回転速度を目標値まで低下させる制御を行う回転速度低下制御部と、回転速度の低下制御がなされるときに、フライホイールの回転速度を取得し、この回転速度がその時点の入力軸の回転速度より低いである場合に、フライホイールを接続する制御を行うフライホイール接続制御部と、を有している。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構１８を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構１８のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を付加フライホイール４２と記す。なお、付加フライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続・切断するように構成して、エンジン出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。エンジン出力軸４０は、付加フライホイール４２からみると、エンジンの出力が入力される入力軸となる。本実施形態においては、エンジンの回転速度とこの入力軸の回転速度は、等速、すなわち速度比１である。

付加フライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、付加フライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、付加フライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この付加フライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、付加フライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８にて交流に変換され、第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８により直流または脈流に変換されてバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、付加フライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵ６６には、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、付加フライホイールに関する制御も行う。

付加フライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、付加フライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および付加フライホイール４２の接続・切断を行うクラッチを制御する制御部として機能する。

エンジン１２、またはこれと第２モータ１６での走行中において、運転者がアクセルペダルを踏み込むなどの加速要求がなされると、エンジン１２の回転系の慣性モーメントを低減するために、ハイブリッドＥＣＵ６６はクラッチ４４を切断する。これにより、エンジン１２の回転速度が速やかに上昇し、加速に必要な出力を応答性よく得ることができる。

アクセルペダルが戻され、これ以上加速は不要であるとされた場合、ハイブリッドＥＣＵ６６は、エンジン１２の回転速度を、出力を優先する速度から、燃料消費率を低減するのに有利な速度に変更する。一般的に、燃料消費低減に有利な速度は、高出力を得るのに有利な速度より低い速度である。エンジン１２の回転速度を低下させるために、燃料の供給を絶つ方法があるが、これであると、燃焼による酸素消費がないためにエンジンの排気には酸素が残っており、排気浄化触媒にこれが供給される。加速中に加熱された触媒に酸素が供給されると、触媒が酸化され、その寿命を短くする場合がある。そこで、本実施形態においては、燃料の供給を止めずに、付加フライホイールを用いてエンジン１２の速度を低下させる。

図２には、エンジン１２の速度を低下させる際の付加フライホイール４２の回転速度１００、エンジン１２の目標回転速度１０２、実際のエンジン回転速度１０４およびクラッチ４４の伝達率１０６の関係の一例を示すタイムチャートが示されている。クラッチ４４の伝達率は、入出力の回転速度の比として表されており、０パーセントはクラッチ４４が切断された状態を示し、１００パーセントはクラッチ４４が完全に接続された状態である。

時刻ｔ１において、エンジン１２の回転速度を高くする要求がなされ、目標回転速度が高く設定される。この目標回転速度の変化に遅れて、実際の回転速度１０４が上昇する。時刻ｔ２で、エンジンの速度を低くする要求がなされると、目標回転速度１０２が低く設定される。この目標回転速度１０２に実際の回転速度１０４が一致するように、エンジンＥＣＵ６０は、スロットルバルブ開度、燃料噴射量等を制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、時刻ｔ２において、付加フライホイール４２の回転速度を、回転速度センサ５８より取得して、これが、目標回転速度より低ければ、クラッチ４４を接続する制御を実行する。これにより、エンジン１２の回転エネルギが付加フライホイール４２に吸収されることにより、エンジン１２の回転速度が速やかに低下する。

図３には、エンジン１２の速度を低下させる際の付加フライホイール４２の回転速度１００、エンジン１２の目標回転速度１０２、実際のエンジン回転速度１０４およびクラッチ４４の伝達率１０６の関係の他の例を示すタイムチャートが示されている。時刻ｔ３において、エンジンの回転速度を高くする要求がなされ、目標回転速度が高く設定される。この目標回転速度の変化に遅れて、実際の回転速度１０４が上昇する。時刻ｔ４で、エンジンの速度を低くする要求がなされると、目標回転速度１０２が低く設定される。この目標速度１０２に実際の回転速度１０４が一致するように、エンジンＥＣＵ６０は、スロットルバルブ開度、燃料噴射量等を制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、時刻ｔ４において、付加フライホイール４２の回転速度を、回転速度センサ５８により取得して、これが、その時点のエンジンの回転速度より低ければ、クラッチ４４を接続する制御を実行する。

エンジンの回転速度が低下して、目標速度または目標速度から所定の値Ｎ１だけ高い回転速度となった時刻ｔ５で、クラッチ４４を切断制御する。時刻ｔ６でクラッチ４４の切断が完了する。目標の速度まで低下した後、付加フライホイール４２を加速するためにエネルギが使用されるのでは、無駄になるので、エンジンが速度が十分に低下した時点で、クラッチ４４を切断し、付加フライホイール４２をこれ以上に増速しないようにする。

図４には、エンジン１２の速度を低下させる際の付加フライホイール４２の回転速度１００、エンジン１２の目標回転速度１０２、実際のエンジン回転速度１０４およびクラッチ４４の伝達率１０６の関係のさらに他の例を示すタイムチャートが示されている。時刻ｔ７において、エンジンの回転速度を高くする要求がなされ、目標回転速度が高く設定される。この目標回転速度の変化に遅れて、実際の回転速度１０４が上昇する。時刻ｔ８で、エンジンの速度を低くする要求がなされると、目標回転速度１０２が低く設定される。この目標速度１０２に実際の回転速度１０４が一致するように、エンジンＥＣＵ６０は、スロットルバルブ開度、燃料噴射量等を制御する。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、時刻ｔ８において、付加フライホイール４２の回転速度を、回転速度センサ５８により取得して、これが、その時点のエンジンの回転速度より低ければ、クラッチ４４を接続する制御を実行する。

エンジンの回転速度１０４が低下する一方、付加フライホイールの回転速度１００が上昇すると、両者の速度が時刻ｔ９で一致する。これ以上のクラッチ４４を接続していても、付加フライホイール４２によるエンジン回転速度の低減は行われないし、却って慣性モーメントが大きくなるために、回転速度の低下速度が遅くなる可能性もある。そこで、時刻ｔ９でクラッチ４４を切断する制御を行ない、付加フライホイール４２をエンジンの回転部分から切り離す。

本実施形態の動力装置１０においては、クラッチ４４が接続したときに、エンジン出力軸４０と付加フライホイール４２は同じ速度で回転する。よって、前述のように、時刻ｔ２，ｔ４，ｔ８において、付加フライホイール４２の回転速度と、エンジンの目標回転速度を直接比較し、フライホイールの回転速度が低いときに、クラッチ４４の接続を行っている。しかし、付加フライホイール４２とエンジン出力軸４０が、減速機構または増速機構を介して接続されている場合は、すなわち、エンジン出力軸４０と不可フライホイールの入力軸が等速以外の所定の速度比で回転する場合、これらの機構の変速比を考慮して、フライホイール４２と出力軸４０の速度の比較を行う。

本実施形態の動力装置１０は、動力分配統合機構１８が無段変速機として機能するため、駆動輪３４の回転速度と、エンジン１２の回転速度の関係を自由に選べる。これを利用して、加速が終了した後は、燃料消費を少なくするようにエンジンの回転速度を低下させる制御を行っている。また、ベルト式無段変速機など、他の無段変速機を有する動力装置の出力軸に、接続・切断可能なフライホイールを設けた装置においても、本実施形態と同様に、フライホイールの接続によってエンジン１２の回転速度を低下させるようにできる。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。エンジン回転速度を低下させるときの付加フライホイールの回転速度、エンジンの回転速度およびクラッチの伝達率の変化の一例を示すタイムチャートである。エンジン回転速度を低下させるときの付加フライホイールの回転速度、エンジンの回転速度およびクラッチの伝達率の変化の他の例を示すタイムチャートである。エンジン回転速度を低下させるときの付加フライホイールの回転速度、エンジンの回転速度およびクラッチの伝達率の変化のさらに他の例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１動力装置、１２エンジン、１４第１モータ、１６第２モータ、１８動力分配統合機構、４０エンジン出力軸、４２付加フライホイール、４４クラッチ、５８付加フライホイールの回転速度センサ。

Claims

車両を駆動するエンジンと、
エンジンの出力軸に接続されてこれと所定の比で回転する入力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、
エンジンの制御を行うエンジン制御部と、
フライホイールの接続・切断の制御を行うフライホイール制御部と、
フライホイールの回転速度を検出する回転速度センサと、
を有し、
前記エンジン制御部によりエンジンの回転速度を低下させる制御がなされる際、前記フライホイール制御部は、フライホイールの回転速度がその時点の入力軸の回転速度より低い場合に、フライホイールを接続する制御を行う、
車両用動力装置。
請求項１に記載の車両用動力装置であって、
前記フライホイール制御部は、エンジン回転速度の低下の目標値に対応する入力軸回転速度より、フライホイールの回転速度が低い場合、フライホイールを接続する制御を行う、
車両用動力装置。
請求項１に記載の車両用動力装置であって、
前記フライホイール制御部は、フライホイール接続動作中または接続後、エンジンの回転速度が、低下の目標値または目標値から所定値高い値となったときに、フライホイールを切断する制御を行う、
車両用動力装置。
請求項１に記載の車両用動力装置であって、
前記フライホイール制御部は、フライホイール接続動作中に、フライホイールの回転速度が入力軸の回転速度に一致した場合に、フライホイールを切断する制御を行う、
車両用動力装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用動力装置であって、
前記エンジン制御部は、車両の加速が終了したとき、エンジンの回転速度を目標値まで低下させる制御を行い、このときに前記フライホイール制御部は、前記のフライホイールの制御を行う、
車両用動力装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用動力装置であって、当該動力装置の出力の回転速度を連続的に変更することができる変速機構を有する、車両用動力装置。
車両を駆動するエンジンと、エンジンの出力軸に接続されてこれと所定の比で回転する入力軸に対し接続・切断可能なフライホイールと、を有する車両用動力装置を制御する制御装置であって、
エンジンの回転速度を目標値まで低下させる制御を行う回転速度低下制御部と、
回転速度の低下制御がなされるときに、フライホイールの回転速度を取得し、この回転速度がその時点の入力軸の回転速度より低い場合に、フライホイールを接続する制御を行うフライホイール接続制御部と、
を有する、車両用動力装置の制御装置。