JP5609910B2 - 車載動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、遊星歯車機構を備える車載動力伝達装置に関する。
従来、例えば下記特許文献1に見られるように、駆動輪と内燃機関とを連結する回転軸、回転エネルギを蓄えるフライホイール、及び車載発電機の間の動力伝達を可能とする遊星歯車機構を備える車載動力伝達装置が知られている。詳しくは、この動力伝達装置に備えられる上記遊星歯車機構は、フライホイール、回転軸及び車載発電機のそれぞれに連結されるサンギア、キャリア及びリングギアを有している。上記動力伝達装置を用いれば、駆動輪から遊星歯車機構を介してフライホイールに至る動力伝達経路によって、車両の運動エネルギをフライホイールに蓄える回生制御を行うことが可能となる。
国際公開第2009/010819号
ところで、上記特許文献1記載の技術では、フライホイールに回転エネルギが一旦蓄えられる場合であっても、車載発電機の操作状態によっては、フライホイールに蓄えられた回転エネルギが遊星歯車機構のサンギアを介して放出される不都合が生じることも考えられる。
なお、回転エネルギを蓄えるフライホイールに限らず、エネルギを蓄えるエネルギ蓄積手段が備えられる動力伝達装置であれば、エネルギ蓄積手段から遊星歯車機構の備える回転体へとトルク伝達されることに起因する不都合が生じると考えられる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、エネルギ蓄積手段から遊星歯車機構の備える回転体へとトルク伝達されることに起因する不都合の発生を回避することのできる新たな車載動力伝達装置を提供することにある。
上記課題を解決するための手段として、発明は、入力軸(34a)を介して入力されるエネルギを蓄積可能なエネルギ蓄積手段(34,50,28,46)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(36)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(32)と、前記入力軸から前記第1の回転体へのトルク伝達を遮断する遮断部材(42,88)とを備えることを特徴とする。
上記発明では、遮断部材を備えることで、入力軸から第1の回転体へのトルク伝達が望まれない状況においてこのトルク伝達を遮断することができる。このため、上記トルク伝達に起因する不都合の発生を回避することができる。
第1の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる遊星歯車機構及びエネルギ蓄積装置の断面図。 同実施形態にかかる支持部材の断面図。 同実施形態にかかる速度差調節処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる遊星歯車機構の概要を示す図。 同実施形態にかかる速度差調節処理の一例を示す図。 第2の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる速度差調節処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる速度差調節処理の一例を示す図。 同実施形態にかかる速度差調節処理の一例を示す図。
(第1の実施形態)
以下、本発明にかかる動力伝達装置を車載主機として内燃機関のみを備える車両に適用した第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。
図示されるように、エンジン10は、車載主機としての内燃機関である。エンジン10の出力軸(クランク軸10a)は、変速装置12、シャフト14及びディファレンシャル16を介して駆動輪18に連結されている。なお、クランク軸10aには、減速歯車機構20を介して、クランク軸10aに初期回転を付与するスタータ22が連結されている。減速歯車機構20は、スタータ22の回転速度よりもクランク軸10aの回転速度を低くするための部材である。
クランク軸10aには、ベルト24を介して第1オルタネータ26が連結されている。第1オルタネータ26は、図示しないレギュレータ及びロータコイル等を備えて構成され、自身が回転駆動されて発電する機能を有する。詳しくは、第1オルタネータ26は、スタータ22等の車載補機の電源としての機能や、車載バッテリ28(例えば鉛バッテリ)を充電する機能等を有する。第1オルタネータ26の発電電力は、上記レギュレータによってロータコイルに流れる励磁電流を調節することで調節される。具体的には、この発電電力は、励磁電流の調節によって第1オルタネータ26の負荷トルクが大きくなったり、第1オルタネータ26の回転速度が高くなったりするほど大きくなる傾向にある。
上記シャフト14には、増速歯車機構30を介して遊星歯車機構32が連結されている。遊星歯車機構32は、互いに連動して回転する回転体であって且つ、駆動輪18(シャフト14)、エネルギ蓄積装置34の入力軸34a及びトルク調節装置36の間の動力を伝達可能とするキャリアC、サンギアS及びリングギアRを備えている。詳しくは、キャリアCには、キャリア軸38及び増速歯車機構30を介してシャフト14が連結され、サンギアSには、サンギア軸40及びワンウェイクラッチ42を介して入力軸34aが連結され、リングギアRには、リングギア軸44を介してトルク調節装置36が連結されている。なお、増速歯車機構30は、シャフト14の回転速度よりもキャリア軸38の回転速度を高くするための部材である。
エネルギ蓄積装置34は、第2オルタネータ46、増速歯車機構48及びフライホイール50を備えている。詳しくは、第2オルタネータ46は、第1オルタネータ26と同様に、車載補機の電源としての機能や、バッテリ28を充電する機能等を有する。第2オルタネータ46の発電電力は、第1オルタネータ26と同様に、励磁電流の調節によって第2オルタネータ46の負荷トルクが大きくなったり、第2オルタネータ46の回転速度が高くなったりするほど大きくなる傾向にある。なお、入力軸34aを介して入力される回転エネルギを電気エネルギに変換する第2オルタネータ46と、第2オルタネータ46によって変換された電気エネルギの少なくとも一部を蓄えるバッテリ28とは、電気エネルギ蓄積手段を構成する。また、増速歯車機構48は、入力軸34aの回転速度よりもフライホイール50の回転速度を高くするための部材である。
フライホイール50は、入力される回転エネルギを回転エネルギのまま蓄える回転エネルギ蓄積手段である。
続いて、図2を用いて、遊星歯車機構32及びエネルギ蓄積装置34等の内部構造について詳しく説明する。ここで、図2は、遊星歯車機構32等の断面図である。
図示されるように、遊星歯車機構32、トルク調節装置36及びエネルギ蓄積装置34は、ハウジング52a,52b,52cに収容されて一体的に構成されている。本実施形態では、これらハウジング52a〜52cとして、アルミニウムを素材してダイカスト鋳造されたものを用いている。
上記増速歯車機構30が連結されたキャリア軸38は、鉄素材からなり、ハウジング52aに固定された一対のベアリング54によって回転可能に支持されている。キャリア軸38は、円柱状又は円筒状の軸体である。なお、本実施形態では、ベアリング54として、内輪、外輪及び転動体(ボール又はころ等)を備える転がり軸受を用いている。
遊星歯車機構32は、サンギアSと、サンギアSを取り囲む内歯歯車であるリングギアRと、サンギアSの回りに配置されてかつサンギアS及びリングギアRに噛み合わされる複数のピニオンPと、複数のピニオンPを回転可能に支持するキャリアCとを備えている。遊星歯車機構32は、サンギアS、リングギアR及びキャリアCのそれぞれの中心軸線が互いに一致するように設計されている。
キャリアCは、その中心軸線と直交する方向に放射状に広がる円板上の部材であってかつ複数のピニオンPを支持するための一対の環状プレート56a、56bと、これらを連結するピニオンシャフト58とを備えている。環状プレート56aには、その中心軸線と同軸上にキャリア軸38が連結されている。すなわち、キャリア軸38の中心軸線とキャリアCの中心軸線とは一致している。こうした構成により、キャリア軸38とキャリアCとは、一体回転可能とされている。
サンギアSは、サンギア軸40に連結されている。サンギア軸40は、鉄素材からなる円筒状の軸体であり、サンギアSの中心軸線と同軸上に配置されている。すなわち、サンギアSの中心軸線とサンギア軸40の中心軸線とは一致している。サンギア軸40の中心軸線方向における両端のうち、サンギアSと連結される側と逆側には、入力軸34aの一端が挿入される穴部40aが形成されている。
ピニオンPは、一対の環状プレート56a,56bの中心軸線(キャリアCの中心軸線)と直交する平面において、この中心軸線を中心とする所定半径の円周上に等間隔に配置されている。なお、本実施形態では、ピニオンPは、上記円周上に120度間隔で3つ配置されている。
リングギアRは、リングギア軸44に連結されている。リングギア軸44は、鉄素材からなる円環状の軸体であり、リングギアRの中心軸線と同軸上に配置されている。すなわち、リングギアRの中心軸線とリングギア軸44の中心軸線とは一致している。こうした構成により、リングギアRとリングギア軸44とは一体回転可能とされている。
支持部材60は、その中心軸線方向に沿って貫通孔が形成された円筒形状の部材であり、鉄素材からなる。支持部材60は、ハウジング52aに固定されており、より詳しくは、支持部材60の一端がハウジング52aに形成された孔に焼きばめされることで固定されている。
支持部材60には、図3に示すように、支持部材60の中心軸線Ls方向に沿って、一対の第1の内周側ベアリング62を固定(圧入固定)するための大径内周部60aと、第2の内周側ベアリング64を固定(圧入固定)するための小径内周部60bとが形成されている。また、支持部材60の外周には、外周側ベアリング66を固定(圧入固定)するための外周部60cが形成されている。小径内周部60bの内径は、大径内周部60aの内径よりも小さく設定されている。
図2の説明に戻り、一対の第1の内周側ベアリング62、第2の内周側ベアリング64及び外周側ベアリング66は、内輪、外輪及び転動体(ボール又はころ等)を備える転がり軸受である。第1の内周側ベアリング62は、その外輪が大径内周部60aに圧入固定されており、第2の内周側ベアリング64は、その外輪が小径内周部60bに圧入固定されている。また、外周側ベアリング66は、その内輪が外周部60cに圧入固定されている。なお、ハウジング52bには、さらに、ベアリング68が固定されている。
サンギア軸40の穴部40aには、ワンウェイクラッチ42の外輪(アウタレース)が固定され、ワンウェイクラッチ42の内輪(インナレース)には、入力軸34aが固定されている。ここで、ワンウェイクラッチ42は、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負でない場合にのみサンギア軸40から入力軸34aへとトルクを伝達させ、上記相対回転速度が負となる場合にサンギア軸40から入力軸34aへとトルクを伝達させない機能を有する一方向伝達機構である。ワンウェイクラッチ42によれば、フライホイール50に一旦蓄えられた回転エネルギがサンギア軸40に伝達されることを回避できる。これにより、フライホイール50に蓄えられた回転エネルギが第2オルタネータ46の発電以外によって消費されることを極力抑制できる。なお、上記相対回転速度とは、より詳しくは、サンギアSの回転速度Nsから入力軸34aの回転速度Ninを減算した値「Ns−Nin」のことである。
上述した構成によれば、サンギア軸40は、第1の内周側ベアリング62に回転可能に支持され、リングギア軸44は、外周側ベアリング66に回転可能に支持され、入力軸34aは、第2の内周側ベアリング64及びベアリング68に回転可能に支持されることとなる。
トルク調節装置36は、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段である。本実施形態では、トルク調節装置36として、対となる摩擦板を有する湿式クラッチ機構35と、電磁コイル37とを備える湿式電磁ブレーキを用いている。トルク調節装置36は、電磁コイル37への通電操作による一対の摩擦板同士の摩擦により、リングギアRの回転を妨げる方向のトルクをリングギアRに付与する。
なお、本実施形態において、トルク調節装置36として湿式クラッチ機構35を備えるものを採用しているのは、ハウジング52a内の構造が複雑になることを回避するためである。つまり、ハウジング52a内の遊星歯車機構32は、図示しないが、信頼性を維持するために潤滑油が供給される構成とされている。ここで、クラッチ機構として、例えば乾式クラッチ機構を採用する場合、ハウジング52a内において遊星歯車機構32側から乾式クラッチ機構側への潤滑油の流入を防止する必要が生じ、ハウジング52a内の構造が複雑となる。
上記入力軸34aは、増速歯車機構48を介してフライホイール50に連結されている。ちなみに、本実施形態では、増速歯車機構48のうち入力軸34aに固定された歯車に図示しない第2オルタネータ46を連結している。
ハウジング52cには、一対のベアリング70が固定されている。フライホイール50は、その軸が上記ベアリング70によって回転可能に支持されている。なお、本実施形態では、ベアリング70として、内輪、外輪及び転動体(ボール又はころ等)を備える転がり軸受を用いている。また、フライホイール50の軸とフライホイール50との間には、これらの間をシールするシール部材72が備えられている。
ここで、サンギア軸40、リングギア軸44及び入力軸34aをベアリングを介して1つの支持部材60にて支持する構成を採用することで、これら3軸のうちいずれかの中心軸線を基準とした場合における残余の同軸度を極力小さくすることができる。すなわち、サンギア軸40、リングギア軸44及び入力軸34a同士の中心軸線のずれを極力小さくすることができる。以下にこの理由を説明する。
本実施形態では、部品重量を小さくする観点から、ハウジング52をアルミニウム素材としている。また、ベアリングの熱膨張係数がベアリングが圧入固定されるハウジングの熱膨張係数よりも小さいことによるベアリングのずれを回避する観点から、支持部材60を鉄素材としている。
こうした素材の違いから、支持部材60とハウジング52とを別部品としている。支持部材60が別部品とされること、及び支持部材60がハウジング52と比較して小型であることから、支持部材60の内周加工及び外周加工を旋盤加工によって行うことができる。旋盤加工によれば、切り込み量と送りの2方向の管理でよいので、3軸の位置精度管理が必要なフライス加工と比べて高い加工精度が期待できる。このため、支持部材60において、大径内周部60a、小径内周部60b及び外周部60cのうちいずれかの中心軸線を基準として残余を加工することができ、大径内周部60a、小径内周部60b及び外周部60cの中心軸線同士のずれを極力小さくできる。これにより、サンギア軸40、リングギア軸44及び入力軸34aのうちいずれかの中心軸線を基準とした場合の残余の同軸度を極力小さくすることができる。したがって、サンギアS及びピニオンP同士の接触面の荷重が大きくなることによる遊星歯車機構32の信頼性の低下等を回避することができる。
先の図1の説明に戻り、制御装置74は、車両を制御対象とし、周知のCPU、ROM、RAM等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。制御装置74には、ユーザのアクセルペダル76の操作量(以下、アクセル操作量)を検出するアクセルセンサ78や、ユーザのブレーキペダル80の操作量(以下、ブレーキ操作量)を検出するブレーキセンサ82、クランク軸10aの回転速度を検出するクランク角度センサ84、更にはフライホイール50の回転速度を検出する回転速度センサ86等の出力信号が入力される。制御装置74は、上記入力に応じて、ROMに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、スタータ22による始動制御処理や、エンジン10の燃焼制御処理、更には第1オルタネータ26,第2オルタネータ46による発電制御処理等を行う。
上記エンジン10の燃焼制御処理は、アクセルセンサ78の出力値等に基づきエンジン10の要求動力を算出する処理、及びこの要求動力に基づきエンジン10に燃料を供給する処理等からなる処理である。ちなみに、エンジン10の要求動力が大きくなるほど、エンジン10への燃料供給量が多くなる傾向にある。
特に、制御装置74は、回生制御処理を行う。この処理は、ユーザによってブレーキ操作(車両の制動指示)がなされる状況下、車両の運動エネルギを遊星歯車機構32及び入力軸34aを介してフライホイール50に蓄えるための処理である。また、この処理は、フライホイール50に蓄えられた回転エネルギや、入力軸34aを介して入力される回転エネルギを用いて強制的に第2オルタネータ46に発電させてかつ、第1オルタネータ26の発電を停止させる処理である。回生制御処理によれば、例えばその後電気機器の作動のために第1オルタネータ26を駆動させる頻度を低下させることができ、エンジン10の燃費低減効果を高めることが可能となる。
なお、回生制御処理が行われる場合においては、遊星歯車機構32を介して駆動輪18及びフライホイール50の間のトルク伝達を可能とすべくトルク調節装置36によってリングギアRにトルクが付与される。また、ブレーキ操作がなされているか否かは、ブレーキセンサ82の出力値に基づき判断すればよい。
ちなみに、回生制御処理が行われる状況としては、ブレーキ操作によって車両が減速する状況のみならず、例えばブレーキ操作によって所定の走行速度を維持しつつ車両が下り坂を走行する状況も考えられる。これは、車両が下り坂を走行する状況下においても、燃料カット制御が実行されることがあるためである。
ところで、車両にワンウェイクラッチ42が備えられることから、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負となる状況下においては、ピニオンPの回転速度が略0となり、サンギアS、キャリアC及びリングギアRの回転速度が互いに略同一となる。ここで、本発明者らは、これらギアの回転速度が互いに略同一となる状況下において、以下に説明する2つの不都合が発生するとの知見を得るに至った。
まず、第1に、ワンウェイクラッチ42のドラグによる機械損失が大きくなることである。詳しくは、ワンウェイクラッチ42の入力軸34a側の回転速度(ワンウェイクラッチ42のインナレースの回転速度)と、ワンウェイクラッチ42のサンギア軸40側の回転速度(ワンウェイクラッチ42のアウタレースの回転速度)との差が大きいほど、ワンウェイクラッチ42における機械損失が大きくなる傾向にある。すなわち、上記差が大きいほど、フライホイール50に蓄えられた回転エネルギが奪われる量が大きくなる。
続いて、第2に、回生制御処理の開始タイミングから車両の運動エネルギがフライホイール50に蓄えられ始めるまでの時間が長くなることである。詳しくは、回生制御処理の開始によってトルク調節装置36によってリングギアRにトルクが付与され、サンギア軸40の回転速度が上昇し始める。そしてその後、入力軸34aに対するサンギア軸40の相対回転速度が負でなくなることで車両の運動エネルギがフライホイール50に蓄えられ始める。ここで、回生制御処理の開始タイミングにおけるワンウェイクラッチ42のインナレース及びアウタレースの回転速度差が大きいほど、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負となるまでの時間が長くなる。これにより、回生制御処理の開始タイミングから上記相対回転速度が負となるまでの期間における車両の運動エネルギを回収することができなくなる。すなわち、車両の運動エネルギの回収効率が低下する。
特に、車両が一旦停止した後、車両の走行が再び開始される状況下においては、サンギア軸40の回転速度が0となっていたり、過度に低下していたりすることから、ワンウェイクラッチ42のインナレース及びアウタレースの回転速度差が大きくなる傾向にある。このため、車両の停止後、車両の走行が開始される状況下においては、ワンウェイクラッチ42における機械損失が大きくなったり、車両の運動エネルギの回収効率が低下したりしやすい。
こうした問題を解決すべく、本実施形態では、回生制御処理が行われない状況下において、入力軸34a及びサンギア軸40の回転速度差を小さくする速度差調節処理を行う。
図4に、本実施形態にかかる速度差調節処理の手順を示す。この処理は、制御装置74によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
この一連の処理では、まずステップS10において、回生制御処理を行う状況である回生モードであるか否かを判断する。ここで、回生モードであるか否かは、例えばブレーキセンサ82の出力値に基づき判断すればよい。
ステップS10において回生モードでないと判断された場合には、ステップS12に進み、入力軸34a及びキャリアCが回転しているか否かを判断する。ここで、入力軸34aに関する条件は、フライホイール50に回転エネルギが蓄えられているか否かを判断するための条件である。また、キャリアCに関する条件は、車両が走行中であるか否かを判断するための条件である。なお、入力軸34aが回転しているか否かは、回転速度センサ86の検出値に基づき判断すればよい。また、キャリアCが回転しているか否かは、例えば、変速装置12によってクランク軸10a及びシャフト14の間の動力が伝達される状況下におけるクランク軸10aの検出値に基づき判断すればよい。
ステップS12において肯定判断された場合には、ステップS14に進み、フライホイール50の回転速度Nfwを検出してかつ、サンギア軸40の回転速度Ns(サンギアSの回転速度)を算出する。ここで、サンギア軸40の回転速度Nsは、例えば、リングギア軸44(リングギアR)の回転速度を検出するセンサと、車両の走行速度を検出するセンサとを備え、リングギア軸44の回転速度、車両の走行速度及び増速歯車機構30の増速比に基づき算出すればよい。
続くステップS16では、今回の処理周期から次回の処理周期までの期間におけるフライホイール50の回転速度Nfwの減少量ΔNfw(≧0)を算出する。詳しくは、第2オルタネータ46の発電電力と、摩擦抵抗等によって単位時間あたりに失われるフライホイール50の回転エネルギとから上記減少量ΔNfwを算出する。具体的には、上記発電電力や回転エネルギが大きいほど、上記減少量ΔNfwを大きく算出する。なお、単位時間あたりに失われる上記回転エネルギは、フライホイール50の回転速度Nfwが高いほど大きくなる傾向にある。
続くステップS18では、フライホイール50の回転速度Nfwから上記減少量ΔNfwを減算することで次回の処理周期におけるフライホイール50の回転速度の予測値を算出する。そして、上記予測値を増速歯車機構48の増速比ratioで除算することで、次回の処理周期における入力軸34aの回転速度の予測値である予測回転速度Nestを算出する。
続くステップS20では、予測回転速度Nestがサンギア軸40の回転速度Ns以上であるか否かを判断する。すなわち、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負となるか否かを予測する。
ステップS20において否定判断された場合には、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負でないと予測し、ステップS22に進む。ステップS22では、トルク調節装置36の付与トルクTtを「0」とする。これにより、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が実際に負でなくなるに先立ってフライホイール50及びサンギアSの間のトルク伝達を遮断することができる。
一方、上記ステップS20において肯定判断された場合には、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が負であると予測し、ステップS24に進む。ステップS24では、サンギア軸40の回転速度Ns、キャリアCの回転速度Nc及び入力軸34aの回転速度Ninを入力として、キャリアC、サンギアS、リングギアR及びピニオンPが回転することに伴い遊星歯車機構32に生じる機械損失Wloss1と、アウタレース及びインナレースの回転速度差に起因してワンウェイクラッチ42に生じる機械損失Wloss2との合計値Wtotalが最小となるサンギア軸40の回転速度Nsの目標値Ntgtを設定する。本実施形態では、サンギア軸40の回転速度Ns、キャリアCの回転速度Nc及び入力軸34aの回転速度Ninと関係付けられた上記合計値Wtotalが規定されるマップを用いて目標値Ntgtを設定する。ここで、上記合計値Wtotalの最小値が存在するのは、以下の理由による。
ワンウェイクラッチ42に生じる機械損失Wloss2は、入力軸34aの回転速度Nin及びサンギア軸40の回転速度Nsの差の絶対値が大きくなるほど大きくなる傾向にある。また、遊星歯車機構32に生じる機械損失Wloss1は、サンギア軸40の回転速度Ns及びキャリアCの回転速度Ncの差の絶対値が大きくなるほど大きくなる傾向にある。すなわち、図5に示す共線図の直線の傾きが大きくなるほど、上記機械損失Wloss1が大きくなる傾向にある。こうした機械損失Wloss1,Wloss2を加算すると、サンギア軸40の回転速度Ns、キャリアCの回転速度Nc及び入力軸34aの回転速度Ninを変数として機械損失Wloss1,Wloss2の合計値Wtotalを定義した場合に上記合計値Wtotalの最小値が存在することとなる。
なお、図5において、サンギアSのトルクをTsで示し、キャリアCのトルクをTcで示し、リングギアRのトルクをTrで示した。また、リングギアRの歯数Zrに対するサンギアSの歯数Zsの比をρ(Zs/Zr)で示した。さらに、図5において、矢印は、トルクの向きを示すものである。トルクの向きは、回転速度と同様、図中上側を正としている。これにより、遊星歯車機構32に動力が入力される場合の動力の符号を正と定義している。
先の図4の説明に戻り、続くステップS26では、サンギア軸40の回転速度Nsを上記目標値Ntgtに制御すべくトルク調節装置36の付与トルクTtを調節する。これにより、サンギア軸40及び入力軸34aの回転速度差が小さくなる。なお、図6には、トルク調節装置36の付与トルクTtの増大によってサンギア軸40の回転速度Nsを上昇させることで、サンギア軸40の回転速度Nsを目標値Ntgtに制御する様子を示した。
なお、上記ステップS10において肯定判断された場合や、上記ステップS12において否定判断された場合、更にはステップS22、S26の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)サンギア軸40と入力軸34aとをワンウェイクラッチ42によって連結した。これにより、フライホイール50に一旦蓄えられた回転エネルギが遊星歯車機構32を介して放出されることを回避できる。
(2)遊星歯車機構32に生じる機械損失Wloss1及びワンウェイクラッチ42に生じる機械損失Wloss2の合計値Wtotalが最小となるサンギア軸40の回転速度Nsを目標値Ntgtとして設定し、サンギア軸40の回転速度Nsを目標値Ntgtに制御する速度差調節処理を行った。これにより、ワンウェイクラッチ42に生じる機械損失を小さくし、また、車両の運動エネルギの回生効率を高めることができる。
(3)予測回転速度Nestがサンギア軸40の回転速度Ns未満であると判断された場合、トルク調節装置36の付与トルクTtを「0」とした。このため、入力軸34aの回転速度に対するサンギア軸40の相対回転速度が実際に負でなくなるに先立ってフライホイール50及びサンギアSの間のトルク伝達を遮断することができる。これにより、フライホイール50の回転エネルギが遊星歯車機構32に伝達されることによる上記回転エネルギの低下を回避することができる。
(4)湿式クラッチ機構35を有するトルク調節装置36を備える構成とした。これにより、ハウジング52a内の構造が複雑となるのを回避することができる。
(5)1つの円筒形状の支持部材60にサンギア軸40、リングギア軸44及び入力軸34aを支持するためのベアリングを固定した。これにより、サンギア軸40、リングギア軸44及び入力軸34aの中心軸線同士のずれを極力小さくすることができる。すなわち、これら軸のうちいずれかの中心軸線を基準した場合の残余の同軸度を極力小さくすることができる。これにより、遊星歯車機構32の信頼性の低下等を回避することができる。
さらに、支持部材60に穴部40aを形成し、穴部40aにおいてワンウェイクラッチ42を介したサンギア軸40及び入力軸34aの連結手法を採用した。このため、軸の連結部の構造の小型化を図ることができ、ひいては遊星歯車機構32を備える動力伝達装置の小型化を図ることができる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図7に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。なお、図7において、先の図1に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を示している。
本実施形態では、サンギア軸40及び入力軸34aの間のトルク伝達を遮断する遮断部材を、ワンウェイクラッチ42に代えて、クラッチ88としている。詳しくは、クラッチ88は、サンギア軸40と入力軸34aとの間のトルクを伝達状態及び遮断状態のうちいずれかに切り替える電子制御式の遮断部材である。なお、クラッチ88は、制御装置74によって通電操作される。
ちなみに、本実施形態にかかる回生制御処理は、ユーザによってブレーキ操作(車両の制動指示)がなされる状況下、クラッチ88を伝達状態に切り替える処理となる。
続いて、図8を用いて、本実施形態にかかる速度差調節処理について説明する。図8は、上記処理の手順を示す図である。この処理は、制御装置74によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図8において、先の図4に示した処理と同一の処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
この一連の処理では、ステップS12において肯定判断された場合には、ステップS28に進み、アクセル操作がなされなくなったか否かを判断する。この処理は、ユーザによってブレーキ操作がなされるか否かを予測するための処理である。この予測手法は、ユーザが車両を制動させる場合には通常、アクセルペダル76の踏み込み操作を解除した後、ブレーキペダル80の踏み込み操作に移行することに基づくものである。
ステップS28において肯定判断された場合には、ステップS30に進み、入力軸34aの回転速度Ninとサンギア軸40の回転速度Nsとの差ΔNの絶対値が規定値α(≧0)以下となるようにトルク調節装置36の付与トルクTtを調節する。なお、図9には、サンギア軸40の回転速度Nsが入力軸34aの回転速度Nin未満となる状況下、トルク調節装置36の付与トルクTtの増大によってサンギア軸40の回転速度Nsを上昇させることで、上記差ΔNの絶対値を規定値α以下とする様子を示した。一方、図10には、サンギア軸40の回転速度Nsが入力軸34aの回転速度Ninを上回る状況下、トルク調節装置36の付与トルクTtの減少によってサンギア軸40の回転速度Nsを下降させることで、上記差ΔNの絶対値を規定値α以下とする様子を示した。
ちなみに、本ステップの処理において、遊星歯車機構32における上記機械損失Wloss1については考慮しない。これは、サンギアS及びキャリアCの回転速度差を小さくすることによって上記機械損失Wloss1を小さくするよりも、回生制御処理によってクラッチ88が伝達状態に切り替えられた場合のクラッチ88における損失を上記差ΔNの絶対値を小さくすることによって小さくすることのメリットの方が大きいためである。
なお、上記ステップS10において肯定判断された場合や、上記ステップS12、S28において否定判断された場合、更にはステップS30の処理が完了した場合には、この一連の処理を一旦終了する。
以上詳述した本実施形態によれば、上記第1の実施形態の(1)〜(3)の効果に代えて、以下の効果が得られるようになる。
(6)アクセル操作がなされなくなったと判断された場合、入力軸34a及びサンギア軸40の回転速度差ΔNの絶対値を規定値α以下にすべく、トルク調節装置36の付与トルクTtを調節する速度差調節処理を行った。このため、回生制御処理が開始されるに先立ち、上記回転速度差ΔNを小さくするための時間を適切に確保することができる。これにより、回生制御処理の開始タイミングにおける上記回転速度差ΔNを小さくすることができ、回生制御処理の開始タイミングから車両の運動エネルギがフライホイール50に蓄えられ始めるまでの時間が長くなるのを回避できる。また、クラッチ88が伝達状態とされるタイミングにおける上記回転速度差ΔNを小さくできることから、クラッチ88が伝達状態に切り替えられる場合におけるクラッチ88における損失を低減したり、クラッチ88が伝達状態に切り替えられることに起因する衝撃を緩和したりすることもできる。
(その他の実施形態)
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第2の実施形態において、ワンウェイクラッチ42が備えられないことから、サンギア軸40と入力軸34aとを一体の軸としてもよい。この場合であっても、上記一体の軸とリングギア軸44とを支持部材60によって支持することで、これら軸のうち一方の中心軸線を基準とした場合の残余の同軸度を極力小さくすることができる。
・上記第1の実施形態において、回転速度センサ86によって検出されるフライホイール50の回転速度を規定速度よりも高い状態に極力維持する回転速度維持処理を行ってもよい。この処理は、回生制御処理が行われる場合に、フライホイール50及びトルク調節装置36のうちフライホイール50側への車両の運動エネルギの配分を増大させるための処理である。以下、先の図5を用いて、この処理について説明する。
遊星歯車機構32を介してトルクが伝達される状況下におけるサンギアS、キャリアC及びリングギアRへの印加トルクの間には、下式(eq1)、(eq2)にて示される比例関係がある。
Tr=−Tc/(1+ρ) …(eq1)
Ts=−ρTc/(1+ρ) …(eq2)
この関係によれば、回生制御処理が行われる状況下において、車両の走行状態に応じてキャリアCへの入力トルクが定まることで、サンギアS及びリングギアRの出力トルクが定まることとなる。なお、キャリアCの回転速度Nc、サンギアSの回転速度Ns及びリングギアRの回転速度Nrのそれぞれについては、下式(eq3)で表される関係を満たすことが要求される。
Nr=(1+ρ)×Nc−ρ×Ns …(eq3)
また、駆動輪18から遊星歯車機構32及び入力軸34aを介してフライホイール50に供給される車両の運動エネルギは、フライホイール50の回転速度とフライホイール50への入力トルク(サンギアSの出力トルクを増速歯車機構48の増速比で除算したトルク)との積に比例する。この比例関係と、車両の走行状態に応じてサンギアS、キャリアC及びリングギアRの印加トルクが定まることとによれば、フライホイール50の回転速度が高くなるほど、トルク調節装置36及びフライホイール50のうちフライホイール50側に供給される車両の運動エネルギが増大することとなる。このため、フライホイール50の回転速度を規定速度よりも高い状態に極力維持することで、回生制御処理が行われる場合にフライホイール50に回収可能な車両の運動エネルギが増大する。
ここで、回転速度維持処理は、具体的には、エンジン10が低負荷領域で運転されていると判断された場合(エンジン10の要求動力が規定動力以下であると判断された場合)、エンジン10の要求動力を増大させてかつトルク調節装置36によってリングギアRにトルクを付与することで、エンジン10の生成動力を遊星歯車機構32及び入力軸34aを介してフライホイール50に供給する処理となる。なお、エンジン10が低負荷領域で運転されている場合に上記処理を行うのは、以下の理由による。
エンジン10の要求動力が低い領域においては通常、エンジン10の熱効率が低下する傾向にある。このため、エンジン10の同一図示出力を生成するために要求される燃料の燃焼エネルギが増大する傾向にある。こうした点に鑑み、エンジン10が低負荷領域で運転されている場合、エンジン10の要求動力を増大させて且つエンジン10の生成動力をフライホイール50に供給することで、エンジン10の機械損失や冷却損失等に対応する燃料をフライホイール50の回転エネルギの蓄積に活用する。
・上記回転速度維持処理や第2オルタネータ46の発電制御処理等によって、入力軸34aの回転速度Ninがある一定の狭い範囲で変化するなら、上記第1の実施形態の図4のステップS24において、サンギア軸40の回転速度Ns及びキャリアCの回転速度Ncのみと関係付けられた上記合計値Wtotalが規定されるマップを用いて目標値Ntgtを設定してもよい。これは、例えば、入力軸34aの回転速度Ninを固定値としてマップを作成する場合には、マップの入力変数を2つとすることができることによる。
・トルク調節手段として、湿式電磁ブレーキに代えて、オルタネータを採用してもよい。この場合、オルタネータの発電電力を大きくすることで、オルタネータに作用するトルクを大きくし、リングギアRに対する付与トルクTtを大きくすることができる。
・速度差調節手段としては、上記第1の実施形態に例示したものに限らず、例えば、サンギア軸40及び入力軸34aの回転速度差が規定値以下となるようにトルク調節装置36の付与トルクTtを調節する手段であってもよい。
・予測手段によって予測される近い将来の入力軸34aの回転速度としては、次回の処理周期における回転速度に限らず、N回(Nは2以上の整数)先の処理周期における回転速度であってもよい。
・上記第1の実施形態において、予測手段を備えなくてもよい。詳しくは、先の図4のステップS20において、回転速度センサ86によって検出されるフライホイール50の回転速度Nfwを増速歯車機構48の増速比ratioで除算した値がサンギア軸40の回転速度Ns以上であるか否かを判断してもよい。
・目標値設定手段としては、遊星歯車機構32に生じる機械損失Wloss1及びワンウェイクラッチ42に生じる機械損失Wloss2の合計値Wtotalが最小となるサンギア軸40の回転速度Nsを目標値Ntgtとして設定するものに限らない。例えば、入力軸34aの回転速度Ninとサンギア軸40の回転速度Nsとの差が小さくなる方向であれば、上記合計値Wtotalが最小値付近の規定量となるサンギア軸40の回転速度Nsを目標値Ntgtとして設定してもよい。
・上記第1の実施形態において、遊星歯車機構32のサンギアSにトルク調節装置36を連結してかつ、リングギアRにワンウェイクラッチ42を介して入力軸34aを連結してもよい。
・エネルギ蓄積手段としては、上記回転エネルギ蓄積手段(フライホイール50)及び上記電気エネルギ蓄積手段(第2オルタネータ46及びバッテリ28)の双方に限らない。例えば、これらのうち一方であってもよい。ここで、上記第2の実施形態において、電気エネルギ蓄積手段のみ備えられる場合、回生制御処理が行われなくてかつ第2オルタネータ46の発電が行われないときにクラッチ88を遮断状態に切り替えることで、第2オルタネータ46の空転に伴う機械損失を低減できると考えられる。
また、エネルギ蓄積手段としては、入力された回転エネルギを熱エネルギに変換して蓄える熱エネルギ蓄積手段であってもよい。具体的には例えば、熱エネルギ蓄積手段は、入力軸34aに連結されたブレードと、ブレードの回転によって攪拌される流体(作動油)が収容された箱とを備える。この場合、熱エネルギ蓄積手段に蓄えられた熱エネルギは、例えば、暖房などに使用される。ここで、上記第2の実施形態において、回生制御処理が行われない場合にクラッチ88によって入力軸34aとサンギア軸40との間のトルクを遮断状態に切り替えることで、エンジン10の生成動力がブレードの回転させるための動力として奪われることを回避できると考えられる。
・車載主機の動力生成指示がなされていないか(回生モードであるか)否かを判断する手法としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、燃料カット制御が行われていると判断された場合、動力生成指示がなされていない(回生モードである)と判断してもよい。
・一方向伝達機構としては、ワンウェイクラッチ42に限らず、これと同じ機能を有するものであれば他の部材であってもよい。
・本願発明が適用される車両としては、車載主機として内燃機関及び回転機を備える車両であってもよい。また、車載主機として回転機のみを備える車両であってもよい。
18…駆動輪、28…バッテリ、32…遊星歯車機構、34…エネルギ蓄積装置、34a…入力軸、36…トルク調節装置、46…第2オルタネータ、S…サンギア、C…キャリア、R…リングギア。

Claims (12)

  1. 車載主機(10)が備えられる車両に適用される動力伝達装置であって、
    入力軸(34a)を介して入力されるエネルギを蓄積可能なエネルギ蓄積手段(34,50,28,46)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(36)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(32)と、
    前記入力軸から前記第1の回転体へのトルク伝達を遮断する遮断部材(42,88)と
    前記車載主機の動力生成指示がなされない状況下において、前記遊星歯車機構及び前記入力軸を介して前記車両の運動エネルギを前記エネルギ蓄積手段に蓄える回生制御処理を行う回生処理手段と、
    前記回生制御処理が行われていない状況下において、前記第1の回転体及び前記入力軸の回転速度差を小さくすべく、前記トルク調節手段のトルクを調節する速度差調節手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達装置。
  2. 前記遮断部材は、前記入力軸と前記第1の回転体とを連結してかつ、前記入力軸の回転速度に対する前記第1の回転体の相対回転速度が負でない場合にのみ該第1の回転体から前記入力軸へとトルクを伝達させる一方向伝達機構(42)であり、
    前記速度差調節手段は、前記相対回転速度が負となる状況下において前記トルク調節手段のトルクを調節することを特徴とする請求項記載の車載動力伝達装置。
  3. 前記速度差調節手段は、前記遊星歯車機構に生じる機械損失及び前記遮断部材の入出力間の回転速度差に起因して該遮断部材に生じる機械損失の合計値に基づき前記第1の回転体の回転速度の目標値を設定する目標値設定手段を備え、前記第1の回転体の回転速度を前記目標値に制御すべく前記トルク調節手段のトルクを調節することを特徴とする請求項記載の車載動力伝達装置。
  4. 前記遮断部材は、前記第1の回転体及び前記入力軸の間のトルクを伝達状態又は遮断状態とすべく通電操作されるクラッチ(88)であり、
    前記車両の制動指示がなされると予測する又は該制動指示がなされていると判断する制動判断手段を更に備え、
    前記速度差調節手段は、前記制動判断手段によって前記制動指示がなされると予測された場合又は該制動指示がなされていると判断された場合に前記トルク調節手段のトルクを調節することを特徴とする請求項記載の車載動力伝達装置。
  5. 前記エネルギ蓄積手段は、前記入力軸を介して入力されるエネルギを回転エネルギのまま蓄えるフライホイール(50)であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
  6. 前記エネルギ蓄積手段は、前記入力軸を介して入力されるエネルギを電気エネルギに変換する発電機(46)と、該発電機によって変換された電気エネルギを蓄える蓄電池(28)とを備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
  7. 入力軸(34a)を介して入力されるエネルギを蓄積可能なエネルギ蓄積手段(34,50,28,46)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(36)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(32)と、
    前記入力軸から前記第1の回転体へのトルク伝達を遮断する遮断部材(42,88)とを備え、
    前記エネルギ蓄積手段は、前記入力軸を介して入力されるエネルギを電気エネルギに変換する発電機(46)と、該発電機によって変換された電気エネルギを蓄える蓄電池(28)とを備えることを特徴とする車載動力伝達装置。
  8. 前記トルク調節手段は、湿式クラッチ機構(35)を有する電子制御式のブレーキであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
  9. 入力軸(34a)を介して入力されるエネルギを蓄積可能なエネルギ蓄積手段(34,50,28,46)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(36)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結される第1の回転体(S)、第2の回転体(C)及び第3の回転体(R)を有する遊星歯車機構(32)と、
    前記入力軸から前記第1の回転体へのトルク伝達を遮断する遮断部材(42,88)とを備え、
    前記トルク調節手段は、湿式クラッチ機構(35)を有する電子制御式のブレーキであることを特徴とする車載動力伝達装置。
  10. 前記第1の回転体は、サンギアであり、
    前記第2の回転体は、キャリアであり、
    前記第3の回転体は、リングギアであり、
    自身の中心軸線方向に沿って貫通孔が形成された円筒状の支持部材(60)と、
    前記サンギアの中心軸線と同軸上に配置されてかつ該サンギアに連結されたサンギア軸(40)と、
    前記リングギアの中心軸線と同軸上に配置されてかつ該リングギアに連結されたリングギア軸(44)と、
    前記支持部材の内周に固定された内周側軸受(62)と、
    前記支持部材の外周に固定された外周側軸受(66)とを更に備え、
    前記サンギア軸は、前記内周側軸受に支持され、
    前記リングギア軸は、前記外周側軸受に支持されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
  11. 入力軸(34a)を介して入力されるエネルギを蓄積可能なエネルギ蓄積手段(34,50,28,46)、自身に作用するトルクを調節可能なトルク調節手段(36)及び駆動輪(18)の間の動力伝達を可能とすべく、前記入力軸、前記駆動輪及び前記トルク調節手段のそれぞれに連結されるサンギア(S)、キャリア(C)及びリングギア(R)を有する遊星歯車機構(32)と、
    前記入力軸から前記サンギアへのトルク伝達を遮断する遮断部材(42,88)と、
    自身の中心軸線方向に沿って貫通孔が形成された円筒状の支持部材(60)と、
    前記サンギアの中心軸線と同軸上に配置されてかつ該サンギアに連結されたサンギア軸(40)と、
    前記リングギアの中心軸線と同軸上に配置されてかつ該リングギアに連結されたリングギア軸(44)と、
    前記支持部材の内周に固定された内周側軸受(62)と、
    前記支持部材の外周に固定された外周側軸受(66)とを備え、
    前記サンギア軸は、前記内周側軸受に支持され、
    前記リングギア軸は、前記外周側軸受に支持されていることを特徴とする車載動力伝達装置。
  12. 前記遮断部材は、前記入力軸と前記サンギア軸とを連結してかつ、前記入力軸の回転速度に対する前記サンギア軸の相対回転速度が負でない場合にのみ該サンギア軸から前記入力軸へとトルクを伝達させる一方向伝達機構(42)であり、
    前記内周側軸受を第1の内周側軸受とし、
    前記支持部材の内周面には、該支持部材の中心軸線方向に沿って第1の内周部(60a)と、第2の内周部(60b)とが形成され、
    前記第1の内周部には、前記第1の内周側軸受が固定され、
    前記第2の内周部には、第2の内周側軸受(64)が固定され、
    前記入力軸は、前記第2の内周側軸受に支持されていることを特徴とする請求項10又は11記載の車載動力伝達装置。
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