JP5449240B2 - 変速比制御装置及び変速比制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、変速比制御装置及び変速比制御方法に関する。
従来の自動車用駆動システムとして、特許文献１に示されるように、エンジンとトランスミッションとモータジェネレータを組み合わせ、トランスミッションの駆動軸と被駆動軸とを、駆動軸に設けられた偏心体駆動装置と被駆動軸に設けられたワンウェイ・クラッチとにより接続し、トランスミッションの駆動軸にエンジンの出力を導入すると共に、モータジェネレータをクラッチを介して、トランスミッションの入力側、または、ワンウェイ・クラッチの出力側に選択的に接続可能とし、あるいは、トランスミッションの入力側とワンウェイ・クラッチの出力側の両方に同時に接続可能に構成したハイブリッド型の駆動システムが知られている。
この駆動システムでは、エンジンの駆動力だけを利用したエンジン走行、モータジェネレータの駆動力だけを利用したＥＶ走行、エンジンの駆動力とモータジェネレータの駆動力の両方を利用したパラレル走行を行うことができる。なお、モータジェネレータでエンジンを始動させることができる。
この駆動システムで用いられるトランスミッションは、駆動軸の回転運動を揺動運動に変換し、更に揺動運動を回転運動に変換して被駆動軸から出力する方式のＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる無段変速機である。当該方式の変速機では、クラッチを使用せずに変速比を無段階に変更できると共に、変速比の最大値を無限大に設定することができる。なお、当該変速機において、変速比が無限大に設定されたときの出力回転数はゼロである。
図６は、ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。図６に示す無段変速機は、内燃機関等の動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線Ｏ１の周りを回転する入力軸１０１と、入力軸１０１と一体回転する偏心ディスク１０４と、入力側と出力側を結ぶ連結部材１３０と、出力側に設けられたワンウェイクラッチ１２０とを備える。
偏心ディスク１０４は、第１支点Ｏ３を中心とした円形形状に形成されている。第１支点Ｏ３は、入力中心軸線Ｏ１に対して変更可能な偏心量ｒ１を保ちつつ、入力中心軸線Ｏ１の周りに入力軸１０１と共に回転するように設定されている。したがって、偏心ディスク１０４は、偏心量ｒ１を保った状態で、入力中心軸線Ｏ１の周りを入力軸１０１が回転するに伴って偏心回転するように設けられている。
偏心ディスク１０４は、図６に示すように、外周側円板１０５と、入力軸１０１に一体形成された内周側円板１０８とで構成されている。内周側円板１０８は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１に対して一定の偏心距離だけ中心を偏倚させた肉厚円板として形成されている。外周側円板１０５は、第１支点Ｏ３を中心にした肉厚円板として形成されており、その中心（第１支点Ｏ３）を外れた位置に中心を持つ第１円形孔１０６を有している。そして、この第１円形孔１０６の内周に回転可能に内周側円板１０８の外周が嵌っている。
また、内周側円板１０８には、入力中心軸線Ｏ１を中心とすると共に周方向の一部が内周側円板１０８の外周に開口した第２円形孔１０９が設けられており、その第２円形孔１０９の内部にピニオン１１０が回転自在に収容されている。ピニオン１１０の歯は、第２円形孔１０９の外周の開口を通して、外周側円板１０５の第１円形孔１０６の内周に形成した内歯歯車１０７に噛み合っている。
このピニオン１１０は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１と同軸に回転するように設けられている。即ち、ピニオン１１０の回転中心と入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１とが一致している。ピニオン１１０は、直流モータ及び減速機構によって構成される図示しないアクチュエータにより、第２円形孔１０９の内部で回転させられる。通常時は、入力軸１０１の回転と同期させてピニオン１１０を回転させ、同期する回転数を基準として、ピニオン１１０に入力軸１０１の回転数を上回るか下回るかする回転数を与えることにより、ピニオン１１０を入力軸１０１に対して相対回転させる。例えば、ピニオン１１０およびアクチュエータの出力軸が互いに連結されるように配置し、アクチュエータの回転が入力軸１０１の回転に対して回転差が生じる場合には、その回転差に減速比をかけた分だけ入力軸１０１とピニオン１１０の相対角度が変化する減速機構（例えば遊星歯車）を用いることで実現できる。この際、アクチュエータと入力軸１０１の回転差がなく同期している場合には偏心量ｒ１は変化しない。
従って、ピニオン１１０を回すことにより、ピニオン１１０の歯が噛合している内歯歯車１０７つまり外周側円板１０５が内周側円板１０８に対して相対回転し、それにより、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）と外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）との間の距離（つまり偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１）が変化する。
この場合、ピニオン１１０の回転によって、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）に外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）を一致させることができるように設定されており、両中心を一致させることにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」に設定できる。
また、ワンウェイクラッチ１２０は、入力中心軸線Ｏ１から離れた出力中心軸線Ｏ２の周りを回転する出力部材（クラッチインナー）１２１と、外部から回転方向の動力を受けることで出力中心軸線Ｏ２の周りを揺動するリング状の入力部材（クラッチアウター）１２２と、入力部材１２２および出力部材１２１を互いにロック状態または非ロック状態にするために入力部材１２２と出力部材１２１の間に挿入された複数のローラ（係合部材）１２３とを有する。なお、ワンウェイクラッチ１２０には、出力部材１２１の断面における辺数と同数のローラ１２３が設けられている。
ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２から出力部材１２１への動力（トルク）の伝達は、入力部材１２２の正方向（図６中矢印ＲＤ１方向）の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えた条件でのみ行われる。つまり、ワンウェイクラッチ１２０では、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より高くなったときに初めてローラ１２３を介しての噛み合い（ロック）が発生し、入力部材１２２の揺動動力が出力部材１２１の回転運動に変換される。
入力部材１２２の周方向の１箇所には張り出し部１２４が設けられており、その張り出し部１２４に、出力中心軸線Ｏ２から離間した第２支点Ｏ４が設けられている。そして、入力部材１２２の第２支点Ｏ４上にピン１２５が配置され、このピン１２５によって、連結部材１３０の先端（他端部）１３２が入力部材１２２に回転自在に連結されている。
連結部材１３０は、一端側にリング部１３１を有し、そのリング部１３１の円形開口１３３の内周が、ベアリング１４０を介して、偏心ディスク１０４の外周に回転自在に嵌合されている。従って、このように連結部材１３０の一端が偏心ディスク１０４の外周に回転自在に連結されると共に、連結部材１３０の他端が、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２上に設けられた第２支点Ｏ４に回動自在に連結されることにより、図７に示すように、入力中心軸線Ｏ１、第１支点Ｏ３、出力中心軸線Ｏ２、第２支点Ｏ４の４つの節を回動点とする四節リンク機構が構成される。
図７は、四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図である。この四節リンク機構では、入力軸１０１から偏心ディスク１０４に与えられる回転運動が、連結部材１３０を介して、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に対して該入力部材１２２の揺動運動として伝えられ、その入力部材１２２の揺動運動が出力部材１２１の回転運動に変換される。偏心ディスク１０４を回転させる入力軸１０１が１回転すると、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２は１往復揺動する。図７に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１の値に関係なく、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動周期は常に一定である。入力部材１２２の揺動角速度ω２は、偏心ディスク１０４（入力軸１０１）の回転角速度ω１と偏心量ｒ１によって決まる。
その際、ピニオン１１０、ピニオン１１０を収容する第２円形孔１０９を備えた内周側円板１０８、内周側円板１０８を回転可能に収容する第１円形孔１０６を備えた外周側円板１０５、アクチュエータなどにより構成された変速比可変機構１１２の前記ピニオン１１０をアクチュエータで動かすことにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を変化させることができる。そして、偏心量ｒ１を変更することで、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を変更することができ、それにより、入力軸１０１の回転数に対する出力部材１２１の回転数の比（変速比：レシオｉ）を変えることができる。即ち、入力中心軸線Ｏ１に対する第１支点Ｏ３の偏心量ｒ１を調節することで、偏心ディスク１０４からワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に伝えられる揺動運動の揺動角度θ２を変更し、それにより、入力軸１０１に入力される回転動力が、偏心ディスク１０４および連結部材１３０を介してワンウェイクラッチ１２０の出力部材１２１に回転動力として伝達される際の変速比を変更することができる。
図８（ａ）〜（ｄ）及び図９（ａ）〜（ｃ）は、図６に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図である。図８及び図９に示すように、変速比可変機構１１２のピニオン１１０を回転させて、内周側円板１０８に対して外周側円板１０５を回転させることにより、偏心ディスク１０４の入力中心軸線Ｏ１（ピニオン１１０の回転中心）に対する偏心量ｒ１を調節することができる。
例えば、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「大」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を大きくすることができるので、小さな変速比ｉを実現することができる。また、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「中」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「中」にすることができるので、中くらいの変速比ｉを実現することができる。また、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「小」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を小さくすることができるので、大きな変速比ｉを実現することができる。また、図８（ｄ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「ゼロ」にすることができるので、変速比ｉを「無限大（∞）」にすることができる。
図１０に示すように、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動周期は、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１の値に関係なく常に一定である。図６は側断面図であるため、同図には入力軸１０１、偏心ディスク１０４、連結部材１３０及びワンウェイクラッチ１２０が一組のみ示されているが、ＩＶＴには、入力中心軸線Ｏ１に沿って複数組が配列されている。但し、各組における偏心ディスク１０４は、それぞれ第１支点Ｏ３を中心とした円形形状に形成されており、各第１支点Ｏ３が入力中心軸線Ｏ１の周りに周方向に等間隔で位置するように配置されている。このため、各偏心ディスク１０４が偏心量ｒ１を保った状態で入力中心軸線Ｏ１の周りを偏心回転することにより、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２にもたらされる揺動運動は、図１１に示すように、一定の位相で順番に起こる。
１つの連結部材１３０による駆動が終了した後は、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より低下すると共に、他の連結部材１３０の駆動力によってローラ１２３によるロックが解除されて、フリーな状態（空転状態）に戻る。これが、連結部材１３０の数だけ順番に行われることで、揺動運動が一方向の回転運動に変換される。そのため、出力部材１２１の回転速度を超えたタイミングの入力部材１２２の動力のみが出力部材１２１に順番に伝えられ、ほぼ平滑に均された回転動力が出力部材１２１に与えられる。
特表２００５−５０２５４３号公報
上記駆動システムでは、車両の走行形態がＥＶ走行からエンジン走行又はパラレル走行に切り替わる際、停止していたエンジンを始動する必要がある。エンジンを始動する際、四節リンク機構として構成された無段変速機の変速比可変機構１１２における偏心量ｒ１は「ゼロ」に設定される。すなわち、エンジンを始動するときの変速比ｉは「無限大（∞）」に設定される。エンジン始動後、偏心量ｒ１を変更することによって変速比ｉが調整され、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の正方向の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えると、エンジンからの駆動力が出力部材１２１に伝達される。このように、上記駆動システムでは、ＥＶ走行からエンジン走行又はパラレル走行に切り替わる際、エンジンの駆動力が出力部材１２１に伝達するまでには、ある程度の時間を要する。
本発明の目的は、四節リンク機構として構成された無段変速機の入力側の動力源を始動して、当該動力源からの駆動力が無段変速機から出力される状態になるまでの時間を短縮可能な変速比制御装置及び変速比制御方法を提供することである。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の変速比制御装置は、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関２０３）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を有する四節リンク機構式の無段変速機（例えば、実施の形態での無段変速機（ＢＤ）２０５）を備えた車両において前記変速比を制御する変速比制御装置（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ２１７）であって、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動するとき、前記動力源の始動制御と同時に、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量の調整を開始し、前記動力源の回転数が前記動力源への要求出力に応じた目標回転数に到達する前に前記変速比が前記目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項２に記載の発明の変速比制御装置では、前記車両の走行モードには、前記車両の動力性能が異なる２つのモードが設けられ、動力性能が高い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項３に記載の発明の変速比制御装置では、動力性能が低い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項４に記載の発明の変速比制御装置では、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項５に記載の発明の変速比制御方法では、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関２０３）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を有する四節リンク機構式の無段変速機（例えば、実施の形態での無段変速機（ＢＤ）２０５）を備えた車両において前記変速比を制御する変速比制御方法であって、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動するとき、前記動力源の始動制御と同時に、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量の調整を開始し、前記動力源の回転数が前記動力源への要求出力に応じた目標回転数に到達する前に前記変速比が前記目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項６に記載の発明の変速比制御方法では、前記車両の走行モードには、前記車両の動力性能が異なる２つのモードが設けられ、動力性能が高い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項７に記載の発明の変速比制御方法では、動力性能が低い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
さらに、請求項８に記載の発明の変速比制御方法では、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴としている。
請求項１〜４に記載の発明の変速比制御装置及び請求項５〜８に記載の変速比制御方法によれば、動力源からの駆動力が無段変速機から出力される状態になるまでの時間を短縮できる。
請求項２に記載の発明の変速比制御装置及び請求項６に記載の変速比制御方法によれば、車両の走行モードに応じて、動力源の始動時における無段変速機の変速比の制御を変えることができる。
請求項３〜４に記載の発明の変速比制御装置及び請求項７〜８に記載の変速比制御方法によれば、動力源への要求出力に応じて、動力源の始動時における無段変速機の変速比の制御を変えることができる。
パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図 図１に示したＨＥＶが備えるマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャート 内燃機関２０３の高応答始動制御時と通常始動制御時の、ＢＤ２０５における変速比ｉ、内燃機関２０３の回転数Ｎｅ、及びＢＤ２０５を構成するワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動運動の変化をそれぞれ示すグラフ 内燃機関２０３を高応答始動制御する際のマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャート 内燃機関２０３を通常始動制御する際のマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャート ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図 四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図 （ａ）〜（ｄ）は、図６に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図 （ａ）〜（ｃ）は、図６に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図 図６に示した無段変速機構において、入力軸と共に等速回転する偏心ディスクの偏心量ｒ（変速比ｉ）を「大」、「中」、「小」と変化させた場合の、入力軸の回転角度θとワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角速度ω２の関係を示す図 図６に示した無段変速機構において、複数の連結部材１３０によって入力側（入力軸１０１や偏心ディスク１０４）から出力側（ワンウェイクラッチ１２０の出力部材１２１）へ動力が伝達される際の出力の取り出し原理を説明するための図
以下、本発明に係る変速比制御装置及び変速比制御方法の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下説明する変速比制御装置では、上記説明したＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる無段変速機（以下「ＢＤ」とも表記する）を用いられ、当該無段変速機における偏心量ｒ１を調整することで変速比ｉを制御する。また、以下の説明では、無段変速機の入力側の動力源を、車両の駆動源である内燃機関として説明する。本実施形態では、内燃機関の出力がそのまま無段変速機に入力される。また、無段変速機の出力側には、クラッチを介して車両の駆動源としての電動機が設けられている。
本実施形態の変速比制御装置は、ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）に搭載される。ＨＥＶは、電動機及び内燃機関を備え、車両の走行状態に応じて電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。ＨＥＶには、大きく分けてシリーズ方式とパラレル方式の２種類がある。シリーズ方式のＨＥＶは、電動機の動力によって走行する。内燃機関は発電のためだけに用いられ、内燃機関の動力によって発電機で発電された電力は蓄電器に充電されるか、電動機に供給される。
パラレル方式のＨＥＶは、電動機及び内燃機関のいずれか一方又は双方の動力によって走行する。以下、電動機の駆動力だけを利用した走行を「ＥＶ走行」といい、内燃機関の駆動力だけを利用した走行を「エンジン走行」といい、電動機の駆動力と内燃機関の駆動力の両方を利用した走行を「パラレル走行」という。
なお、上記両方式を複合したシリーズ／パラレル方式のＨＥＶも知られている。当該方式では、車両の走行状態に応じてクラッチを切断又は締結する（断接する）ことによって、駆動力の伝達系統をシリーズ方式及びパラレル方式のいずれかの構成に切り替える。特に低速走行時にはクラッチを切断してシリーズ方式の構成とし、特に中高速走行時にはクラッチを締結してパラレル方式の構成とする。
図１は、パラレル方式のＨＥＶの内部構成を示すブロック図である。図１に示すように、パラレル方式のＨＥＶ（以下、単に「車両」という）は、電動機（Mot）２０１と、内燃機関（ENG）２０３と、上記説明した四節リンク機構の無段変速機（ＢＤ）２０５と、ディファレンシャルギア２０７と、クラッチ２０９と、車速センサ２１１と、回転数センサ２１３と、モード選択部２１５と、マネジメントＥＣＵ（MG ECU）２１７とを備え、本実施形態の変速比制御装置を構成する。なお、図１中の点線の矢印は値データを示し、実線は指示内容を含む制御信号を示す。
電動機２０１は、車両が走行するための動力を発生する。電動機２０１の出力は、クラッチ２０９及びディファレンシャルギア２０７を介して車軸２２１Ｌ,２２１Ｒに伝達される。内燃機関２０３は、車両が走行するための動力を発生する。内燃機関２０３出力はＢＤ２０５に入力される。
ディファレンシャルギア２０７は、電動機２０１及び／又は内燃機関２０３から伝達された駆動力を車両左右の車軸２２１Ｌ、２２１Ｒに分配する。クラッチ２０９は、電動機２０１からディファレンシャルギア２０７までの駆動力伝達経路を開閉する。クラッチ２０９はマネジメントＥＣＵ２１７によって制御される。
車速センサ２１１は、車両の走行速度（車速）を検出する。車速センサ２１１によって検出された車速を示す信号は、マネジメントＥＣＵ２１７に送られる。回転数センサ２１３は、内燃機関２０３の回転数（ＢＤ２０５の入力回転数）Ｎｅを検出する。
モード選択部２１５は、車両の走行に関する複数のモードの内、ドライバによって選択されたモードをマネジメントＥＣＵ２１７に通知する。本実施形態の車両には、通常ドライブモード及び動力重視モードの２つのモードが用意されている。通常ドライブモードは、一般走行用のモードである。また、動力重視モードは、内燃機関２０３の高回転域をフルに用いてドライバがスポーツ走行等を楽しむことができるモードである。
マネジメントＥＣＵ２１７は、電動機２０１、内燃機関２０３及びＢＤ２０５等の統括制御を行う。また、マネジメントＥＣＵ２１７には、車速センサ２１１からの信号（車速を示す信号）、回転数センサ２１３からの信号（内燃機関２０３の回転数Ｎｅを示す信号）、ドライバによって操作されるアクセルペダルの開度（ＡＰ開度）を示す信号、及びモード選択部２１５によって選択されたモードを示す信号が入力される。マネジメントＥＣＵ２１７は、車両がＥＶ走行中、ＡＰ開度及び車速に基づいて内燃機関２０３を始動する必要があると判断すると、モード選択部２１５で選択されたモードに応じた処理を行う。
図２は、図１に示したＨＥＶが備えるマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャートである。図２に示すように、車両がＥＶ走行中、マネジメントＥＣＵ２１７は、ＡＰ開度及び車速に基づいて内燃機関２０３を始動する必要があるかを判断する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１で内燃機関２０３を始動する必要があるとマネジメントＥＣＵ２１７が判断した場合は、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、マネジメントＥＣＵ２１７は、モード選択部２１５によって選択されたモードが動力重視モードか否かを判断し、動力重視モードでない場合、すなわち、通常ドライブモードの場合にはステップＳ１０５に進み、動力重視モードの場合にはステップＳ１０７に進む。
ステップＳ１０５では、マネジメントＥＣＵ２１７は、ＡＰ開度及び車速に基づいて導出される要求出力が所定値より大きい（要求出力＞所定値）か否かを判断し、要求出力＞所定値の場合はステップＳ１０７に進み、要求出力≦所定値の場合はステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０７では、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３を高応答に始動するための制御を行う。この高応答始動制御の詳細については、図４を参照して後述する。一方、ステップＳ１０９では、マネジメントＥＣＵ２１７は、従来から行われている通常の方法で内燃機関２０３を始動するための制御を行う。この通常始動制御の詳細については、図５を参照して後述する。
上記説明したフローチャートにおいて、ステップＳ１０１で始動する必要がないとマネジメントＥＣＵ２１７が判断した場合、又は、ステップＳ１０７若しくはＳ１０９の処理を終了すると、マネジメントＥＣＵ２１７は、図２に示したメインルーチンの処理を終了する。
図３は、内燃機関２０３の高応答始動制御時と通常始動制御時の、ＢＤ２０５における変速比ｉ、内燃機関２０３の回転数Ｎｅ、及びＢＤ２０５を構成するワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動運動の変化をそれぞれ示すグラフである。なお、図３中の実線で示す各変化は高応答始動制御時を示し、点線は通常始動制御時を示す。また、車両は一定の速度で走行している。
以下、高応答始動制御時のマネジメントＥＣＵ２１７の動作について、図３及び図４を参照して説明する。図４は、内燃機関２０３を高応答始動制御する際のマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャートである。図４に示すように、マネジメントＥＣＵ２１７は、変速比ｉが目標値に近づくようＢＤ２０５における偏心量ｒ１の調整と、内燃機関２０３の始動制御とを同時に行う（ステップＳ２０１）。なお、変速比ｉの目標値に応じた偏心量は、マネジメントＥＣＵ２１７が、ＡＰ開度、車速、及び内燃機関２０３の目標回転数Ｎｅｔに基づいて導出する値である。
次に、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３の回転数Ｎｅがアイドリング可能な回転数（以下「アイドリング回転数」という）Ｎｅｉに到達したか否かに応じて、内燃機関２０３の始動が完了したか否かを判断する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３において、内燃機関２０３の回転数Ｎｅがアイドリング回転数Ｎｅｉに到達すると内燃機関２０３の始動が完了したと判断し、ステップＳ２０５に進む。
ステップＳ２０５では、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３の回転数Ｎｅが要求出力に応じた目標回転数Ｎｅｔになるよう内燃機関２０３を制御する。なお、目標回転数Ｎｅｔは、内燃機関２０３の燃料消費率が最も良い運転点を結んだ線（ＢＳＦＣボトムライン）上の運転点の回転数であることが望ましい。また、ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１における偏心量ｒ１の調整によって変速比ｉが目標値に到達していなければ、マネジメントＥＣＵ２１７は、ステップＳ２０１から継続して偏心量ｒ１を調整し続けても良い。
以下、通常始動制御時のマネジメントＥＣＵ２１７の動作について、従来技術ではあるが本実施形態との比較のため、図３及び図５を参照して説明する。図５は、内燃機関２０３を通常始動制御する際のマネジメントＥＣＵ２１７の動作を示すフローチャートである。図５に示すように、マネジメントＥＣＵ２１７は、ＢＤ２０５における変速比ｉが無限大（∞）であるかを判断し（ステップＳ３０１）、無限大でなければステップＳ３０３に進み、無限大であればステップＳ３０５に進む。ステップＳ３０３では、マネジメントＥＣＵ２１７は、変速比ｉが無限大になるよう偏心量ｒ１を調整する。
ステップＳ３０５では、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３の始動制御を行う。次に、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３の回転数Ｎｅがアイドリング回転数Ｎｅｉに到達したか否かに応じて、内燃機関２０３の始動が完了したか否かを判断する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７において、内燃機関２０３の回転数Ｎｅがアイドリング回転数Ｎｅｉに到達すると内燃機関２０３の始動が完了したと判断し、ステップＳ３０９に進む。ステップＳ３０９では、マネジメントＥＣＵ２１７は、内燃機関２０３の回転数Ｎｅが要求出力に応じた目標回転数Ｎｅｔになるよう内燃機関２０３を制御すると共に、変速比ｉが目標値に近づくようＢＤ２０５における偏心量ｒ１を調整する。
このように、本実施形態によれば、車両がＥＶ走行中に内燃機関２０３を始動する際、高応答始動制御では、ＢＤ２０５における変速比ｉの制御と、内燃機関２０３の回転数Ｎｅを目標回転数までＮｅｔまで上げていく制御とが並行して行われる。なお、変速比ｉが目標値となるまでの偏心量ｒ１の調整は、内燃機関２０３の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔに到達するまでに行われる。すなわち、内燃機関２０３の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅｔに到達するまでに変速比ｉが目標値となるようＢＤ２０５が制御される。
このため、図３に示すように、内燃機関２０３からの駆動力が車軸２２１Ｌ，２２１Ｒに伝達されるタイミング（動力伝達タイミング）が、通常始動制御時には時間ｔ２であるのに対し、高応答始動制御時には時間ｔ１と早い。なお、ＢＤ２０５を用いた本実施形態の変速比制御装置において、内燃機関２０３からの駆動力が車軸２２１Ｌ，２２１Ｒに伝達されるタイミングは、ＢＤ２０５のワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の正方向の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えたときである。図３には、出力部材１２１の正方向の回転速度が「アプトプット回転速度」と示されている。
なお、本実施形態では、変速比制御装置が搭載される車両をパラレル方式のＨＥＶと説明したが、この形態の車両に限られない。例えば、当該変速比制御装置は、内燃機関のみを駆動源として備えた車両であっても、駆動源として電動機の他に内燃機関を複数備えた車両であっても良い。但し、車両であっても、内燃機関から駆動軸の間に設けられるトランスミッションとしてＢＤ２０５が用いられる。なお、内燃機関のみを駆動源として備えた車両の場合、上記説明した「ＥＶ走行中」は「コースティング走行（惰性走行）中」と読み替える。
また、本実施形態では、図２のステップＳ１０３に示したように、動力重視モードが選択されていれば高応答始動制御が行われる。しかし、車両に動力重視モードが用意されていなければ、マネジメントＥＣＵ２１７は、ステップＳ１０１を終了すると、ステップＳ１０３を行わずにステップＳ１０５に進む。また、マネジメントＥＣＵ２１７は、ステップＳ１０３でモード選択部２１５によって選択されたモードが動力重視モードでない、すなわち、通常ドライブモードと判断した場合、ステップＳ１０５を行わずにステップＳ１０９に進んでも良い。
１０１ 入力軸
１０４ 偏心ディスク
１１０ ピニオン
１１２ 変速比可変機構
１２０ ワンウェイクラッチ
１２１ 出力部材
１２２ 入力部材
１２３ ローラ（係合部材）
１３０ 連結部材
１３１ 一端部（リング部）
１３２ 他端部
１３３ 円形開口
１４０ ベアリング
２０１ 電動機（Mot）
２０３ 内燃機関（ENG）
２０５ 無段変速機（ＢＤ）
２０７ ディファレンシャルギア
２０９ クラッチ
２１１ 車速センサ
２１３ 回転数センサ
２１５ モード選択部
２１７ マネジメントＥＣＵ（MG ECU）
２２１Ｌ，２２１Ｒ 車軸

Claims (8)

  1. 動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
    前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
    前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
    一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
    前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
    を有する四節リンク機構式の無段変速機を備えた車両において前記変速比を制御する変速比制御装置であって、
    前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動するとき、前記動力源の始動制御と同時に、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量の調整を開始し、
    前記動力源の回転数が前記動力源への要求出力に応じた目標回転数に到達する前に前記変速比が前記目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御装置。
  2. 請求項１に記載の変速比制御装置であって、
    前記車両の走行モードには、前記車両の動力性能が異なる２つのモードが設けられ、
    動力性能が高い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御装置。
  3. 請求項２に記載の変速比制御装置であって、
    動力性能が低い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御装置。
  4. 請求項１に記載の変速比制御装置であって、
    前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御装置。
  5. 動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
    前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
    前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
    一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
    前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
    を有する四節リンク機構式の無段変速機を備えた車両において前記変速比を制御する変速比制御方法であって、
    前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動するとき、前記動力源の始動制御と同時に、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量の調整を開始し、
    前記動力源の回転数が前記動力源への要求出力に応じた目標回転数に到達する前に前記変速比が前記目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御方法。
  6. 請求項５に記載の変速比制御方法であって、
    前記車両の走行モードには、前記車両の動力性能が異なる２つのモードが設けられ、
    動力性能が高い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御方法。
  7. 請求項６に記載の変速比制御方法であって、
    動力性能が低い方のモードが選択されているときに、前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御方法。
  8. 請求項５に記載の変速比制御方法であって、
    前記動力源が停止した状態で前記車両が走行中に前記動力源を始動する際、前記動力源への要求出力が所定値以上であれば、前記動力源の始動制御と並行して、前記無段変速機における前記変速比が目標値となるよう前記偏心量を調整することを特徴とする変速比制御方法。
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