JP5753582B2 - 駆動システム及び駆動システムの制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、駆動システム及び駆動システムの制御方法に関する。
近年、ハイブリッド車に搭載される駆動システム(ハイブリッドシステム)について種々の開発が進められている。例えば、エンジン(内燃機関)から足軸(第3軸)に向かって、第1クラッチ、モータ、第2クラッチ、変速機を順に備えるシステムが提案されている(特許文献1参照)。なお、足軸とは駆動輪に動力を伝達する軸であり、例えば、デフ装置(デファレンシャル装置)に動力を伝達する軸である。
そして、このようなシステムでは、モータを動力源とするEV走行中において、エンジンを始動させるとき、モータのトルクを利用して、エンジンのクランキングを行っている。
特開2010−265827号公報
ところが、EV走行中、モータのトルクを利用してエンジンのクランキングを開始すると、エンジンの始動に伴って足軸へのトルクが変動し、ショック(振動)の発生する虞がある。そこで、特許文献1では、このトルクの変動を防止するため、モータと変速機との間に配置された第2クラッチのON(接続状態)/OFF(切断状態)を細かく、つまり、短周期で制御したり、モータのトルクを変化させたりすることによって、足軸へのトルクの変動の低減を図っている。したがって、EV走行中におけるエンジンの始動時の制御が複雑となっている。
そこで、本発明は、EV走行中における内燃機関の始動時において、足軸等の第3軸へのショックを低減する駆動システム及び駆動システムの制御方法を提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、ハイブリッド車に搭載される駆動システムであって、内燃機関と、前記内燃機関の出力軸に連結された第1軸と、第2軸と、前記第1軸と前記第2軸との間における動力の伝達を断接する第1断接手段と、前記第2軸を駆動するモータジェネレータと、駆動輪と一体に回転する第3軸と、前記第2軸の動力を変速する第1変速機と、前記第1変速機による変速後の動力を前記第3軸に伝達するワンウェイクラッチと、前記第1断接手段及び前記第1変速機の変速比を制御する制御手段と、を備え、前記第1変速機は、前記第2軸の回転運動によって回転運動する回転部と、前記回転部の回転運動によって揺動運動する揺動部と、前記回転部の回転半径を可変することで前記揺動部の角速度を可変し変速比を可変する回転半径可変機構と、を備え、前記ワンウェイクラッチは、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度以上である場合、前記揺動部の一方向のみの動力を前記第3軸に伝達し、前記制御手段は、EV走行中、前記第1断接手段を切断状態とし、EV走行中において前記内燃機関を始動させる場合、前記第1断接手段を接続状態とすることを特徴とする駆動システム及びその制御方法である。
このような構成によれば、ハイブリッド車のEV走行中、つまり、モータジェネレータがモータとして作動し、モータジェネレータの動力を、第2軸、第1変速機を介して、第3軸に伝達させ、駆動輪を回転させる場合、制御手段が第1断接手段を切断状態とすることにより、第1軸と第2軸との間において動力は伝達しない。これにより、モータジェネレータが、内燃機関を引き摺る、つまり、停止中の内燃機関の抵抗を受けずに、第2軸等を駆動できる。
また、EV走行中において内燃機関を始動させる場合、制御手段が第1断接手段を接続状態とすることにより、モータジェネレータの動力は、第2軸、第1断接手段、第1軸を介して、内燃機関の出力軸に伝達し、出力軸が回転する。このように出力軸が回転するので(後記する実施形態ではクランキングが開始するので)、出力軸の回転に対応して、燃料を適宜なタイミングで噴射させ、内燃機関を始動、つまり、内燃機関における燃焼サイクルを開始できる。
この場合において、内燃機関の始動に伴って、つまり、内燃機関における燃焼サイクルの開始に伴って、第1変速機に入力される第2軸の動力(トルク)が多少変動することになるが、第1変速機が第2軸の回転運動を揺動運動に変換し、ワンウェイクラッチが、揺動運動する揺動部の角速度が第3軸の回転速度以上である場合、その揺動部の一方向のみの動力を第3軸に伝達する構成であるので、つまり、ワンウェイクラッチのエンゲージトルク(ワンウェイクラッチがロックするトルク)に満たない領域における変動は、第2軸から第3軸に伝達しないので、第3軸へのショックを低減できる。
また、前記駆動システムにおいて、EV走行中において前記内燃機関を始動させる場合、前記制御手段は、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度未満となるように、前記第1変速機の変速比を制御することが好ましい。
このような構成によれば、EV走行中において内燃機関を始動させる場合、制御手段が、揺動部の角速度が第3軸の回転速度未満となるように、第1変速機の変速比を制御する。これにより、ワンウェイクラッチが非ロック状態となり、揺動部の動力は第3軸に伝達しない。よって、エンジンの始動に伴って、第3軸にショックが伝達することはない。
また、前記駆動システムにおいて、前記第3軸の動力を、前記第1変速機及び前記ワンウェイクラッチを迂回して、前記第2軸に伝達する迂回経路と、前記迂回経路を介しての動力の伝達を断接する第2断接手段と、を備え、前記制御手段は、通常走行時、前記第2断接手段を切断状態とし、減速走行時、前記第2断接手段を接続状態とすることが好ましい。
このような構成によれば、ハイブリッド車の通常走行時(加速走行時、定速走行時)、制御手段が、第2断接手段を切断状態とするので、第3軸の動力が、迂回経路を介して、第2軸に伝達することはない。
一方、ハイブリッド車の減速走行時、制御手段が、第2断接手段を接続状態とするので、第3軸の動力が、迂回経路を介して、第2軸に伝達する。このようにして、第3軸の動力が第2軸に伝達し、第2軸が回転するので、モータジェネレータをジェネレータとして機能させ、回生電力を発生させ、これを高圧バッテリ等の蓄電装置に充電できる。これにより、ハイブリッド車の燃費を高めることができる。
また、ハイブリッド車の減速走行時、制御手段が第1断接手段を接続状態とする構成とした場合、第3軸の動力は、迂回経路、第2軸、第1軸を介して、内燃機関の出力軸に伝達する。そうすると、内燃機関の機関ブレーキ(エンジンブレーキ)によっても減速可能となる。
また、前記駆動システムにおいて、前記迂回経路を伝達する動力を変速する第2変速機を備えることが好ましい。
このような構成によれば、第2変速機によって、迂回経路を伝達する動力を変速できる。
すなわち、ハイブリッド車の減速走行時、第2断接手段が接続状態である場合において、第2変速機が迂回経路を伝達する動力を変速することにより、モータジェネレータに入力される動力を、モータジェネレータにおける回生効率(回生電力の発生効率)の高い動力に変速できる。
また、ハイブリッド車の減速走行時、制御手段が第1断接手段を接続状態とする構成とした場合、第2変速機が迂回経路を伝達する動力を変速することにより、内燃機関に入力される動力が可変され、機関ブレーキ(エンジンブレーキ)の強さを可変できる。
本発明によれば、EV走行中における内燃機関の始動時において、足軸等の第3軸へのショックを低減する駆動システム及び駆動システムの制御方法を提供することができる。そして、本発明の諸側面および効果、並びに、他の効果およびさらなる特徴は、添付の図面を参照して後述する本発明の例示的かつ非制限的な実施の形態の詳細な説明により、一層明らかとなるであろう。
本実施形態に係る駆動システムの構成図である。 本実施形態に係る第1変速機及びワンウェイクラッチの断面図である。 本実施形態に係る第1変速機及びワンウェイクラッチの側面図である。 本実施形態に係る第1変速機及びワンウェイクラッチの側面図であり、(a)は回転半径r1(偏心量)が最大で第1変速比i1が小、(b)は回転半径r1が中間で第1変速比i1が中、(c)は回転半径r1が0で第1変速比i1が∞(無限大)、の状態を示している。 (a)〜(d)は第1変速機及びワンウェイクラッチの側面図であり、回転半径r1が最大で第1変速比i1が小の状態における回転運動及び揺動運動を示している。 (a)〜(d)は第1変速機及びワンウェイクラッチの側面図であり、回転半径r1が中間で第1変速比i1が中の状態における回転運動及び揺動運動を示している。 (a)〜(d)は第1変速機及びワンウェイクラッチの側面図であり、回転半径r1が0で第1変速比i1が∞(無限大)の状態における回転運動及び揺動運動を示している。 入力軸(第2軸)の回転角度θ1と外リング(揺動部)の角速度ω2との関係を示すグラフである。 入力軸(第2軸)の回転角度θ1と外リング(揺動部)の摺動速度との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る駆動システムの動作を示すフローチャートである。 本実施形態に係る駆動システムの動作を示すフローチャートである。 変形例に係る駆動システムの一効果を示すタイムチャートである。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図11を参照して説明する。
≪駆動システムの構成≫
図1に示す本実施形態に係る駆動システム1は、図示しないハイブリッド車に搭載されており、ハイブリッド車の駆動力を発生するシステムである。なお、ハイブリッド車は、四輪車の他、二輪車、三輪車でもよい。
駆動システム1は、エンジン10(内燃機関)と、モータジェネレータ20と、第1変速機30と、複数(ここでは6つ)のワンウェイクラッチ60と、第2変速機70と、第1軸81、第2軸82、第3軸83(足軸)及び第4軸84と、第1クラッチ91(第1断接手段)及び第2クラッチ92(第2断接手段)と、デフ装置110と、バッテリ121(蓄電装置)と、システムを電子制御するECU200(Electronic Control Unit、電子制御装置)と、を備えている。
なお、以下の説明において、「正方向」はハイブリッド車の前進方向に対応する方向であり、「逆方向」は後退方向に対応する方向である。
<エンジン>
エンジン10は、本実施形態では、シリンダブロック(図示しない)に2つのシリンダ11、11を有する直列2気筒型で構成されたレシプロエンジンである。ただし、シリンダの数・配列はこれに限定されず、適宜に変更自由である。
エンジン10は、ECU200からの指令に従って、燃料(ガソリン)を燃焼させ、4サイクル(吸気、圧縮、燃焼、排気)で運転するようになっている。すなわち、エンジン10には、燃料を噴射する燃料インジェクタ、吸気空気の流量を制御するスロットル弁、燃料に点火する点火プラグ(いずれも図示しない)等が取り付けられており、ECU200がこれらを電子制御することで、エンジン10の作動(燃焼サイクル)を制御するようになっている。
<第1軸>
第1軸81は、エンジン10の図示しないクランク軸(出力軸)と連結されている。そして、第1軸81は、前記クランク軸と一体に回転するようになっている。
<第2軸、第1クラッチ>
第2軸82は、第1クラッチ91を介して、第1軸81と連結されている。また、第2軸82には、ギヤ82aと、ギヤ82bとが固定されている。
第1クラッチ91は、ECU200の指令に従って、第1軸81と第2軸82との間における動力の伝達を断接、つまり、ON(接続状態)/OFF(切断状態)するものである。第1クラッチ91としては、例えば、電磁クラッチを使用できる。第2クラッチ92についても同様である。
また、第2軸82には、回転速度センサ82dが取り付けられている。回転速度センサ82dは、第2軸82の回転速度R82(rpm)を検出し、ECU200に出力するようになっている。
<モータジェネレータ>
モータジェネレータ20は、ECU200の指令に従って、モータ(電動機)又はジェネレータ(発電機)として機能するようになっている。そして、モータジェネレータ20の出力軸にはギヤ21が固定されており、ギヤ21は前記したギヤ82aと噛合している。また、モータジェネレータ20は、バッテリ121と接続されており、バッテリ121との間で電力を授受するようになっている。
すなわち、モータとして機能する場合、モータジェネレータ20は、バッテリ121を電源として回転(駆動)し、第2軸82を回転(駆動)するようになっている。
一方、ジェネレータとして機能する場合、モータジェネレータ20は、第2軸82の回転力によって発電し、その発電電力がバッテリ121に充電されるようになっている。
<第1変速機>
第1変速機30は、図1〜図3に示すように、ECU200の指令に従って、第2軸82の回転力(動力)を、変速する4節クランク機構式の変速機である。すなわち、第1変速機30は、第2軸82の回転運動を揺動運動に変換し、その揺動運動をワンウェイクラッチ60に伝達すると共に、第1変速比i1(レシオ)を無限無段階で変速することで、後記する揺動部42の角速度ω2(揺動速度)・揺動角度θ2(揺動振幅)を可変する機構である(図3参照)。
なお、「第1変速比i1=第2軸82の回転速度/第3軸83の回転速度」であり、この場合の「第3軸83の回転速度」は、「外リング62の正方向の揺動(動力)のみで回転した場合における第3軸83の回転速度」である。
第1変速機30は、図2、図3に示すように、第2軸82の回転運動を揺動運動に変換する複数(ここでは6本)の揺動変換ロッド40(揺動変換手段)と、各揺動変換ロッド40の回転リング41(回転部)の回転半径r1を無段階で可変することで、各揺動変換ロッド40の揺動部42の角速度ω2(揺動速度)及び揺動角度θ2(揺動振幅)を可変する回転半径可変機構50と、を備えている。
ここで、回転半径r1は、入力軸51(第2軸82)の中心軸線O1とディスク52の中心である第1支点O3との距離である。因みに、揺動部42の揺動中心は、第3軸83の中心軸線O2で固定であり、揺動半径r2(第2支点O4と中心軸線O2の距離)も固定である。
なお、揺動変換ロッド40、偏心部51b、ディスク52等の数は変更自由である。
<第1変速機−回転半径可変機構>
回転半径可変機構50は、第2軸82と連結され第2軸82の動力が入力される入力軸51と、6枚のディスク52と、入力軸51とディスク52とを相対回転させることで、回転半径r1(偏心半径、偏心量)を可変するピニオン53と、ピニオン53を回動させるDCモータ54と、減速機構55と、を備えている。
入力軸51は、変速機ケース58を構成する壁部58a、壁部58bに、軸受59a、軸受59bを介して、回転自在に支持されている。なお、入力軸51の中心軸線O1と、第2軸82の回転軸線とは一致している(図2参照)。
図2において、入力軸51の右端側(一端側)は、第2軸82と連結されている。そして、入力軸51は第2軸82と一体に角速度ω1で回転するようになっている。
また、入力軸51は、その中心軸線O1上に、ピニオン53が回転自在に挿入される中空部51aを有している。なお、中空部51aは部分的に径方向外に開口しており、ピニオン53が内歯車52bと噛合するようになっている(図3参照)。
さらに、入力軸51は、中心軸線O1に対して一定の偏心距離で偏倚した軸方向視で略円形(略三日月形)の偏心部51bを6つ有している(図2参照)。6つの偏心部51bは、本実施形態では、入力軸51の軸方向において等間隔で配置されると共に(図2参照)、周方向において等間隔(60°間隔)で配置されている。
これにより、後記する6つのワンウェイクラッチ60の6つの外リング62の揺動運動の位相が等間隔(60°間隔)でずれることになり(図9参照)、その結果、位相がずれて揺動運動する6つの外リング62から内リング61に、6つの外リング62の揺動運動の正方向における動力が連続的に伝達されることになる。
6枚のディスク52は、6つの偏心部51bにそれぞれ設けられている(図2参照)。
さらに説明すると、図3に示すように、各ディスク52は円形を呈している。そして、ディスク52の中心である第1支点O3から外れた位置には、円形の偏心孔52aが形成されており、偏心孔52aには偏心部51bが回転可能に内嵌している。また、偏心孔52aの内周面には内歯車52bが形成されており、内歯車52bはピニオン53と噛合している。
ピニオン53は、(1)偏心部51bとディスク52とをロック(相対位置を保持)し、回転半径r1を保持する機能と、(2)偏心部51bとディスク52とを相対回転させ、回転半径r1を可変する機能と、を備えている。
すなわち、ピニオン53が、偏心部51b(入力軸51、第2軸82)と同期して回転すると、つまり、ピニオン53が、偏心部51b(入力軸51、第2軸82)と同一の回転速度で回転すると、偏心部51bとディスク52との相対位置が保持され、つまり、偏心部51bとディスク52とが一体化して回転し、回転半径r1が保持されるようになっている。
一方、ピニオン53が、偏心部51bと異なる回転速度(上回る回転速度/下回る回転速度)で回転すると、ピニオン53に内歯車52bで噛合するディスク52が偏心部51bの周りに相対回転し、その結果、回転半径r1が可変するようになっている。
DCモータ54は、ECU200の指令に従って回転し、ピニオン53を適宜な回転速度にて回動させるものである。DCモータ54の出力軸は、減速機構55(遊星歯車機構)を介して、ピニオン53に接続されており、DCモータ54の出力は、120:1程度に減速されて、ピニオン53に入力されるようになっている。
<第1変速機−揺動変換ロッド>
揺動変換ロッド40は、図3に示すように、入力軸51の回転運動が入力される回転リング41と、回転リング41と一体であり、その揺動運動をワンウェイクラッチ60に出力する揺動部42と、軸受43と、を備えている。
回転リング41は、軸受43を介して、ディスク52に外嵌するように設けられている。揺動部42は、ピン44を介して、ワンウェイクラッチ60の外リング62に回動自在に連結されている。
これにより、回転リング41とディスク52とは、相対的に回動自在となっている。したがって、回転リング41は、中心軸線O1を中心として回転半径r1で回転するディスク52に同期して回転するものの、回転リング41はディスク52に対して相対的に回動するので、揺動変換ロッド40全体は回転せず、揺動変換ロッド40はその姿勢を略維持したままとなる。
そして、回転リング41が一回転すると、回転半径r1の大小に関わらず、揺動部42が円弧状で一往復揺動運動し、外リング62も円弧状で一往復揺動運動するようになっている。
<ワンウェイクラッチ、第3軸>
各ワンウェイクラッチ60は、各揺動変換ロッド40の揺動部42の正方向のみの動力を、第3軸83に伝達させるものである。
図2に示すように、第3軸83は、変速機ケース58を構成する壁部58a、壁部58bに、軸受59c、軸受59dを介して、中心軸線O2を中心として、回転自在に支持されている。
そして、図3に示すように、各ワンウェイクラッチ60は、第3軸83の外周面に一体に固定され第3軸83と一体で回転する内リング61(クラッチインナ)と、内リング61に外嵌するように設けられた外リング62(クラッチアウタ)と、内リング61と外リング62との間で周方向に複数設けられたローラ63と、各ローラ63を付勢するコイルばね64(付勢部材)と、を備えている。
外リング62は、ピン44を介して、揺動変換ロッド40の揺動部42と回動自在に連結されており、外リング62は揺動部42の揺動運動に連動して、正方向(矢印A1参照)/逆方向(矢印A2参照)に揺動運動する。
ローラ63は、内リング61と外リング62とを互いにロック状態/非ロック状態とするものであり、各コイルばね64は、ローラ63を前記ロック状態となる方向に付勢している。
そして、図9に示すように、外リング62の正方向の揺動速度が、内リング61(第3軸83)の正方向の回転速度を超えた場合、ローラ63によって外リング62と内リング61とがロック状態(動力伝達状態)となる。そうすると、揺動変換ロッド40の揺動運動する揺動部42の正方向の動力が、ワンウェイクラッチ60を介して、第3軸83に伝達し、第3軸83が正方向で回転するようになっている。
なお、図9では、外リング62から内リング61に動力が伝達する状態を太線で示している。
<回転半径r1の可変状況>
ここで、図4を参照して回転半径r1が可変する状況を説明し、次いで、図5〜図7を参照して、異なる回転半径r1におけるディスク52(回転リング41)の回転運動と、揺動部42の揺動運動を説明する。
図4(a)に示すように、第1支点O3(ディスク52の中心)と中心軸線O1とが最も遠ざかると、回転半径r1が「最大」となるように構成されている。
そして、ピニオン53が偏心部51bと異なる回転速度で回転し、偏心部51bとディスク52とが相対回転すると、図4(b)に示すように、第1支点O3と中心軸線O1とが近づき、回転半径r1が「中」となるように構成されている。
さらに、偏心部51bとディスク52とが相対回転すると、図4(c)に示すように、第1支点O3と中心軸線O1とが重なり、回転半径r1が「0」なるように構成されている。
このように、回転半径r1は、「最大」と「0」との間で、無段階で制御可能となっている。
次に、図4(a)に示す回転半径r1が「最大」の状態において、偏心部51bとピニオン53とを同期して回転させると、図5に示すように、偏心部51b、ディスク52及びピニオン53は一体化して、回転半径r1を「最大」で保持したまま回転するようになっている。
この場合、揺動部42(外リング62)の角速度ω2及び揺動角度θ2の振幅が「最大」となる(図8参照)。
また、「第1変速比i1=入力軸51(第2軸82)の回転速度/第3軸83の回転速度」であり、「外リング62の揺動速度=外リング62の半径(固定値)×角速度ω2」であるから、第1変速比i1は「小」となる。
次に、図4(b)に示す回転半径r1が「中」の状態において、偏心部51bとピニオン53とを同期して回転させると、図6に示すように、偏心部51b、ディスク52及びピニオン53は一体化して、回転半径r1を「中」で保持したまま回転するようになっている。
この場合、揺動部42(外リング62)の角速度ω2及び揺動角度θ2の振幅が「中」となる(図8参照)。そして、第1変速比i1は「中」となる。
次に、図4(c)に示す回転半径r1が「0」の状態において、偏心部51bとピニオン53とを同期して回転させると、図7に示すように、偏心部51b、ディスク52及びピニオン53は一体化して、回転半径r1を「0」で保持したまま回転するようになっている。つまり、偏心部51b、ディスク52及びピニオン53が、回転リング41内で空転し、揺動変換ロッド40が動作しないことになる。
この場合、揺動部42(外リング62)の角速度ω2及び揺動角度θ2が「0」となる(図8参照)。そして、第1変速比i1は「∞(無限大)」となる。
このようにして、回転半径r1が保持された状態(偏心部51bとピニオン53とが同期回転する状態)では、回転半径r1の大小に関わらず、入力軸51の回転周期と、揺動部42及び外リング62の揺動周期とは、同期(回転半径r1=0の場合を除く)することになる。
すなわち、本実施形態では、揺動変換ロッド40、回転半径可変機構50及びワンウェイクラッチ60によって、中心軸線O1、第1支点O3、第2支点O4、中心軸線O2の4つの節を回動点とする4節リンク機構が構成されている。
そして、中心軸線O1を中心とする第1支点O3の回転運動によって、第2支点O4が中心軸線O2を揺動中心として揺動運動するようになっている。
また、回転半径可変機構50により、回転半径r1を可変することで、第2支点O4の角速度ω2及び揺動角度θ2が可変されるようになっている。
<第3軸−その他>
図1に戻って説明を続ける。
第3軸83には、ギヤ83aが固定されており、ギヤ83aは後記するリングギヤ112と噛合している。よって、第3軸83は、駆動輪115L、115Rと一体に回転するようになっている。
また、第3軸83には、回転速度センサ83dが取り付けられている。回転速度センサ83dは、第3軸83の回転速度R83(rpm)を検出し、ECU200に出力するようになっている。
<第4軸、第2クラッチ>
第4軸84は、第2クラッチ92を介して、第3軸83と接続されている。また、第4軸84には、ギヤ84aが固定されている。
第2クラッチ92は、第1クラッチ91と同様に、ECU200の指令に従って、第3軸83と第4軸84との間における動力の伝達を断接、つまり、接続(ON)/切断(OFF)するものである。
<第2変速機>
第2変速機70は、第4軸84に固定されたギヤ84aと、第2軸82に固定されたギヤ82bとの間に設けられており、第4軸84及び第2軸82の一方の動力を、ECU200からの指令に従って、変速して他方に伝達する装置である。このような第2変速機70としては、変速比を段階的に変化させる有段変速機、変速比を連続的に変化させる無段変速機(Continuously Variable Transmission:CVT)、を使用できる。
第2変速機70の第2変速比i2は、「第2軸82の回転速度R82/第4軸84の回転速度R84」、で与えられる。なお、第2クラッチ92がON(接続)された状態において、第4軸84の回転速度R84は、第3軸83の回転速度R83と等しくなる。
ここで、本実施形態において、第3軸83の動力を、第1変速機30及びワンウェイクラッチ60を迂回して第2軸82に伝達する迂回経路は、第4軸84と、ギヤ84aと、ギヤ82bとを備えて構成されている。
そして、第2クラッチ92は、前記迂回経路に設けられ、この迂回経路を介しての動力の伝達を断接(接続(ON)/切断(OFF))する機能を備えている。また、第2変速機70は、前記迂回経路に設けられ、この迂回経路を介しての動力を変速する機能を備えている。
ここで、ハイブリッド車を後退させる場合、逆方向に回転する第2軸82の動力を、ワンウェイクラッチ60を介して第3軸83に伝達することはできないが、第2変速機70、第4軸84等からなる迂回経路を介して、第3軸83に伝達させ、第3軸83を逆方向で回転させることが可能となっている。
<デフ装置>
デフ装置110のデフケース111には、リングギヤ112が固定されており、リングギヤ112は、第3軸83に固定されたギヤ83aと噛合している。そして、ピニオンギヤ及びサイドギヤから構成されたデフギヤ113は、左右の駆動軸114L、駆動軸114Rを介して、左右の駆動輪115L、駆動輪115Rにそれぞれ連結されている。これにより、駆動輪115L及び駆動輪115Rは、第3軸83(足軸)と略一体で回転するようになっている。
<バッテリ>
バッテリ121は、例えば、リチウムイオン型で充放電可能に構成された蓄電装置である。バッテリ121は、モータジェネレータ20との間で電力を授受し、DCモータ54に電力を供給するようになっている。
バッテリ121には、SOCセンサ122が取り付けられている。そして、SOCセンサ122は、バッテリ121のSOC(State Of Charge(%)、残量)を検出し、ECU200に出力するようになっている。
<その他センサ>
アクセル開度センサ131は、アクセルペダル(図示しない)のアクセル開度を検出し、ECU200に出力するようになっている。
車速センサ132は、車速を検出し、ECU200に出力するようになっている。
<ECU>
ECU200は、駆動システム1を電子制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種機器を制御するようになっている。
<ECU−走行モード制御機能>
ECU200は、EV走行モード、エンジン走行モード、パラレル走行モードのいずれかを選択し、選択したモードに従って、駆動システム1を制御する機能を備えている。
なお、EV走行モードはモータジェネレータ20を動力源とするモードであり、エンジン走行モードはエンジン10を動力源とするモードであり、パラレル走行モードはエンジン10及びモータジェネレータ20を動力源とするモードである。
具体的には、ECU200は、アクセル開度と現在の第3軸83の回転速度R83とに基づいて、マップ検索により、第3軸83に要求される要求トルクを算出するように設定されている。
そして、例えば、「要求トルク≦第1閾値」である場合、EV走行モードを選択し、「第1閾値<要求トルク≦第2閾値」である場合、エンジン走行モードを選択し、「第2閾値<要求トルク」である場合、パラレル走行モードを選択するように設定されている。
<ECU−変速比制御機能>
ECU200は、第1変速機30の第1変速比i1と、第2変速機70の第2変速比i2とを適宜に制御する機能を備えている。
<ECU−クラッチ制御機能>
ECU200は、第1クラッチ91、第2クラッチ92のON(接続状態)/OFF(切断状態)を適宜に制御する機能を備えている。
<ECU−減速走行判定機能、回生判定機能>
ECU200は、ハイブリッド車が減速走行中であるか否か判定する機能を備えている。ここでは、所定時間当たりにおける要求トルクの低下量が所定値以上である場合、減速走行中であると判定するように設定されている。この他、車速センサ132を介して検出される車速が低下した場合、減速走行中であると判定するようにしてもよい。
ECU200は、ハイブリッド車が減速走行中であると判定した場合において、モータジェネレータ20をジェネレータとして機能させ、回生電力を生成可能であるか否か判定する機能を備えている。ここでは、SOCセンサ122を介して検出されるバッテリ121の現在のSOCが、充電可能であると判断される所定SOC以下である場合、回生電力を生成可能であると判定される。
≪駆動システムの動作・効果≫
次に、駆動システム1の動作(駆動システム1の制御方法)、効果について説明する。
<通常走行時−EV走行中のエンジン始動制御>
図10を参照して、EV走行中におけるエンジン10の始動制御について説明する。なお、前提として、ハイブリッド車は走行している。
ステップS101において、ECU200は、現在、EV走行中であるか否か判定する。ここでは、アクセル開度等に基づいて算出される要求トルクが前記した第1閾値以下である場合(要求トルク≦第1閾値)、EV走行中であると判定する。この他、エンジン10が停止状態で、モータジェネレータ20がモータとして作動し、車速が0よりも大きい場合、EV走行中であると判定してもよい。
現在、EV走行中であると判定した場合(S101・Yes)、ECU200の処理はステップS102に進む。なお、EV走行中である場合、第1クラッチ91及び第2クラッチ92はOFF(切断状態)されており、モータジェネレータ20の動力は、第2軸82、第1変速機30を介して、第3軸83に伝達している。そして、ECU200は、第1変速機30の第1変速比i1を、例えば、モータジェネレータ20の回転効率が高くなるように適宜に可変している。
一方、現在、EV走行中でないと判定した場合(S101・No)、ECU200の処理はリターンを通ってスタートに戻る。
ステップS102において、ECU200は、エンジン10を始動させる必要があるか否か判定する。ここでは、アクセル開度等に基づいて算出される要求トルクが、前記した第1閾値よりも大きい場合(第1閾値<要求トルク)、エンジン10を始動させる必要があると判定する。
エンジン10を始動させる必要があると判定した場合(S102・Yes)、ECU200の処理は、ステップS103に進む。一方、エンジン10を始動させる必要はないと判定した場合(S102・No)、ECU200の処理は、リターンに進む。
ステップS103において、ECU200は、回転速度センサ82dを介して、第2軸82の回転速度R82を検出する。また、ECU200は、回転速度センサ83dを介して、第3軸83の回転速度R83を検出する。
この他、モータジェネレータ20への指令電圧等と、ギヤ21及びギヤ82aのギヤ比とに基づいて、第2軸82の回転速度R82を算出してもよい。
ステップS104において、ECU200は、回転速度R82及び回転速度R83に基づいて、ワンウェイクラッチ60が非ロック状態(フリー状態)となる第1変速比i1を算出する。すなわち、外リング62の正方向の揺動速度が、第3軸83(内リング61)の回転速度R83未満となるように、第1変速比i1を算出する。
ステップS105において、ECU200は、第1ステップS104で算出した第1変速比i1に変更する。
具体的には、ECU200は、第1変速比i1となるように、DCモータ54を制御し、偏心部51bとディスク52とを相対回転させ、回転リング41の回転半径r1を変更する。
ステップS106において、ECU200は、第1クラッチ91をON(接続状態)とする。そうすると、モータジェネレータ20によって回転する第2軸82の動力は、第1軸81を介して、エンジン10の図示しないクランク軸(出力軸)に伝達し、クランク軸が回転し始め、クランキングが開始する。
ステップS107において、ECU200は、エンジン10の始動制御を開始、つまり、エンジン10における燃焼サイクルを開始させる。
具体的には、ECU200は、クランク角センサ(図示しない)を介してクランク角を検出し、このクランク角に基づいて、燃料インジェクタ(図示しない)を制御して燃料を噴射すると共に、点火プラグ(図示しない)を所定のタイミングで作動させる。
この場合において、エンジン10における燃焼サイクルの開始に伴って、第1変速機30に入力される第2軸82のトルクが多少変動することになるが、ワンウェイクラッチ60が非ロック状態となる第1変速比i1に変更しているので、第2軸82のトルク変動が、第3軸83に伝達することはなく、第3軸83(足軸)へのショックが低減される。よって、第1変速比i1は、エンジン10の始動に伴う第2軸82のトルク変動を考慮したうえで設定することが好ましい。
ステップS108において、ECU200は、エンジン10の始動が完了したか否か判定する。
例えば、燃料噴射制御及び点火制御に連動してクランク軸が良好に回転している場合や、ステップS107でエンジン10の始動制御の開始から、始動が完了したと判断される所定時間経過した場合、エンジン10の始動が完了したと判定される。
エンジン10の始動は完了したと判定した場合(S108・Yes)、ECU200の処理はステップS109に進む。一方、エンジン10の始動は完了していないと判定した場合(S108・No)、ECU200は、ステップS108の判定を繰り返す。
ステップS109において、ECU200は、第1変速機30の第1変速比i1を通常に制御する。第1変速比i1を通常に制御するとは、アクセル開度、第3軸83の回転速度R83(及び/又は車速)に基づいて要求トルクを算出し、この要求トルクと正味燃料消費率(BSFC:Brake Specific Fuel Consumption)のマップとに基づいて、正味燃料消費率の小さい領域でエンジン10が作動する第1変速比i1を算出し、この第1変速比i1に従って第1変速機30を制御することである。
なお、このようにステップS109に進んだ場合、エンジン10及びモータジェネレータ20(モータとして機能)の両方が作動し、ハイブリッド車がパラレル走行することになるが、モータジェネレータ20を適宜に停止してもよい。
その後、ECU200の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
<減速走行時−回生電力制御/エンンジンブレーキ制御>
図11を参照して、減速走行時における回生電力制御/エンンジンブレーキ制御について説明する。前提として、ハイブリッド車はエンジン10及び/又はモータジェネレータ20(モータとして機能)を動力源として走行している。
ステップS201において、ECU200は、ハイブリッド車が減速走行中であるか否か判定する。具体的には、ECU200は、要求トルクの低下量が所定値以上である場合、減速走行中であると判定する。
減速走行中であると判定した場合(S201・Yes)、ECU200の処理はステップS202に進む。一方、減速走行中でないと判定した場合(S201・No)、つまり、通常走行中であると判定した場合、ECU200の処理はステップS208に進む。
<通常走行中>
ステップS208において、ECU200は、第1クラッチ91については現状を維持し(ON又はOFF)、第2クラッチ92をOFFする。
すなわち、モータジェネレータ20(モータとして機能)のみを動力源としEV走行している場合、第1クラッチ91はOFF(切断状態)される。これにより、停止中のエンジン10の引き摺りが防止される。
また、エンジン10のみを動力源としてエンジン走行している場合、または、エンジン10及びモータジェネレータ20(モータとして機能)を動力源とてパラレル走行している場合、第1クラッチ91はON(接続状態)される。
その後、ECU200の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。
<減速走行中>
ステップS202において、ECU200は、第2クラッチ92をON(接続状態)する。なお、第1クラッチ91については現状を維持する(ON又はOFF)。
ステップS203において、ECU200は、モータジェネレータ20をジェネレータとして機能させ、回生可能、つまり、回生電力を生成可能であるか否か判定する。
回生可能であると判定した場合(S203・Yes)、ECU200の処理は、ステップS204に進む。一方、回生可能でないと判定した場合(S203・No)、ECU200の処理は、ステップS206に進む。
<減速走行中−回生電力生成>
ステップS204において、ECU200は、第1クラッチ91をOFF(切断状態)とする。ただし、第1クラッチ91が現在ONである場合、そのままONとする構成でもよく、この場合、回生電力を生成しつつ、エンジンブレーキを併用することになる。
ステップS205において、ECU200は、第2変速機70の第2変速比i2を回生発電用に変更する。回生発電用の第2変速比i2とは、ジェネレータとして機能させるモータジェネレータ20のロータが、発電効率の高い回生発電用の回転速度で回転するように、第4軸84(第3軸83)の回転速度R83や、ギヤ82a及びギヤ21のギヤ比等に基づいて算出される。発電効率の高い回生発電用の回転速度は、モータジェネレータ20の仕様によって定められる固定値である。
そうすると、第4軸84(第3軸83)の動力は、第2変速機70において、回生発電用の第2変速比i2で変速され、第2軸82に入力され、第2軸82及びモータジェネレータ20が回転する。そして、モータジェネレータ20で生成した回生電力は、バッテリ121に充電される。このようにして、回生電力がバッテリ121に充電され、バッテリ121を満充電状態に近づけることができる。これにより、EV走行による航続距離がバッテリ121のSOC不足のため短くならず、ハイブリッド車の燃費を高めることができる。
ここで、このように回転する第2軸82によって、ワンウェイクラッチ60がロック状態(力行状態)とならないように、つまり、ワンウェイクラッチ60が非ロック状態となるように、ECU200は、第2軸82の回転速度R82及び第3軸83の回転速度R83に基づいて、第1変速機30の第1変速比i1を大きくする。
なお、この点については、ステップS207の処理の実行中も同様である。
その後、ECU200の処理は、リターンを通って、スタートに戻る。
<減速走行中−エンジンブレーキ>
ステップS206において、ECU200は、第1クラッチ91をON(接続状態)とする。
ステップS207において、ECU200は、第2変速機70の第2変速比i2をエンジンブレーキ用に変更する。具体的には、アクセル開度の変化量や車速の変化量に基づいて、減速の程度を算出し、この減速の程度が大きくなるにつれて、エンジン10によるエンジンブレーキが大きくなるように、第2変速比i2を変更する。
なお、このようにステップS207に進んでいる場合、回生電力を充電不能であるから(S203・No)、ECU200は、モータジェネレータ20で回生電力が生成しないようにゼロトルク制御を実行する。すなわち、第2軸82に連動して回転するモータジェネレータ20のロータの回転速度と、モータジェネレータ20を構成するU相用コイル、V相用コイル、W相用コイルへの通電を制御することで生成する回転磁界の回転速度とを一致させる。
その後、ECU200の処理は、リターンを通って、スタートに戻る。
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。
前記した実施形態では、EV走行中におけるエンジン10の始動時に、図10のステップS103、S104、S105の処理を実行したが、これらを省略する構成としてもよい。
このような構成とした場合、エンジン10の始動時も、第1変速比i1は要求トルク等に基づいて通常に可変することになるが、図12に示すように、外リング62の正方向の揺動速度が、内リング61(第3軸83)の正方向の回転速度未満の領域では、ワンウェイクラッチ60が非ロック状態となる。すなわち、ワンウェイクラッチ60のエンゲージトルク(ロック状態となるトルク)に満たない領域では、エンジン10の始動に伴う第2軸82のトルクの変動が、第3軸83に伝達しないので、第3軸83へのショックを低減できる。
なお、ステップS103〜S105を省略する構成は、例えば、駆動システム1がモード選択スイッチ(図示しない)を備え、スポーツモードが選択された場合に採用される。
前記した実施形態では、回転半径可変機構50は、偏心部51bと、ディスク52と、ピニオン53とを備えて構成したが、これに限定されない。
例えば、入力軸51と同軸で同期回転する円板を設け、この円板の径方向に延びるスライド溝等によって、第1支点O3(図3参照)を径方向にスライド可能に構成し、アクチュエータによって第1支点O3を径方向にスライドさせ、回転半径r1を可変する構成としてもよい。
前記した実施形態では、第1支点O3の回転半径r1を可変する構成としたが(図3参照)、これに代えて又は加えて、アクチュエータによって第2支点O4を径方向にスライドすることで、揺動半径r2を可変し、角速度ω2及び揺動角度θ2を可変する構成としてもよい。
また、揺動変換ロッド40を伸縮可能に構成し、アクチュエータによって、第1支点O3と第2支点O4との距離を可変することで、角速度ω2及び揺動角度θ2を可変する構成としてもよい。
前記した実施形態では、エンジン10(内燃機関)がレシプロエンジンである構成を例示したが、その他に例えば、ロータリエンジン、ガスタービンエンジン等でもよく、また、これらを組み合わせてもよい。
前記した実施形態では、エンジン10がガソリンを燃焼させるガソリンエンジンである構成を例示したが、その他に例えば、軽油を燃焼させるディーゼルエンジン、水素を燃焼させる水素エンジン等でもよく、また、これらを組み合わせてもよい。
1 駆動システム
10 エンジン(内燃機関)
20 モータジェネレータ
30 第1変速機
40 揺動変換ロッド
41 回転リング(回転部)
42 揺動部
50 回転半径可変機構
60 ワンウェイクラッチ
70 第2変速機
81 第1軸
82 第2軸
83 第3軸
84 第4軸(迂回経路)
91 第1クラッチ(第1断接手段)
92 第2クラッチ(第2断接手段)
115L、115R 駆動輪
200 ECU(制御手段)
R82 第2軸の回転速度
R83 第3軸の回転速度
i1 第1変速機の第1変速比
i2 第2変速機の第2変速比

Claims (2)

  1. ハイブリッド車に搭載される駆動システムであって、
    内燃機関と、
    前記内燃機関の出力軸に連結された第1軸と、
    第2軸と、
    前記第1軸と前記第2軸との間における動力の伝達を断接する第1断接手段と、
    前記第2軸を駆動するモータジェネレータと、
    駆動輪と一体に回転する第3軸と、
    前記第2軸の動力を変速する第1変速機と、
    前記第1変速機による変速後の動力を前記第3軸に伝達するワンウェイクラッチと、
    前記第3軸の動力を、前記第1変速機及び前記ワンウェイクラッチを迂回して、前記第2軸に伝達する迂回経路と、
    前記迂回経路を介しての動力の伝達を断接する第2断接手段と、
    前記迂回経路を伝達する動力を変速する第2変速機と、
    前記第1断接手段及び前記第1変速機の変速比を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記第1変速機は、前記第2軸の回転運動によって回転運動する回転部と、前記回転部の回転運動によって揺動運動する揺動部と、前記回転部の回転半径を可変することで前記揺動部の角速度を可変し変速比を可変する回転半径可変機構と、を備え、
    前記ワンウェイクラッチは、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度以上である場合、前記揺動部の一方向のみの動力を前記第3軸に伝達し、
    前記制御手段は、
    EV走行中、前記第1断接手段を切断状態とし、
    EV走行中において前記内燃機関を始動させる場合、前記第1断接手段を接続状態とし、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度未満となり前記ワンウェイクラッチが非ロック状態となるように前記第1変速機の変速比を制御し、
    通常走行時、前記第2断接手段を切断状態とし、
    減速走行時、前記第2断接手段を接続状態とする
    ことを特徴とする駆動システム。
  2. 内燃機関と、
    前記内燃機関の出力軸に連結された第1軸と、
    第2軸と、
    前記第1軸と前記第2軸との間における動力の伝達を断接する第1断接手段と、
    前記第2軸を駆動するモータジェネレータと、
    駆動輪と一体に回転する第3軸と、
    前記第2軸の動力を変速する第1変速機と、
    前記第1変速機による変速後の動力を前記第3軸に伝達するワンウェイクラッチと、
    前記第3軸の動力を、前記第1変速機及び前記ワンウェイクラッチを迂回して、前記第2軸に伝達する迂回経路と、
    前記迂回経路を介しての動力の伝達を断接する第2断接手段と、
    前記迂回経路を伝達する動力を変速する第2変速機と、
    前記第1断接手段及び前記第1変速機の変速比を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記第1変速機は、前記第2軸の回転運動によって回転運動する回転部と、前記回転部の回転運動によって揺動運動する揺動部と、前記回転部の回転半径を可変することで前記揺動部の角速度を可変し変速比を可変する回転半径可変機構と、を備え、
    前記ワンウェイクラッチは、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度以上である場合、前記揺動部の一方向のみの動力を前記第3軸に伝達させる駆動システムの制御方法であって、
    前記制御手段は、
    EV走行中、前記第1断接手段を切断状態とし、
    EV走行中において前記内燃機関を始動させる場合、前記第1断接手段を接続状態とし、前記揺動部の角速度が前記第3軸の回転速度未満となり前記ワンウェイクラッチが非ロック状態となるように前記第1変速機の変速比を制御し、
    通常走行時、前記第2断接手段を切断状態とし、
    減速走行時、前記第2断接手段を接続状態とし、
    前記第2変速機を制御して前記迂回経路を伝達する動力を変速する
    ことを特徴とする駆動システムの制御方法。
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