JP5761382B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用駆動装置に関する。
従来、複数の原動機を有する車両が公知である。例えば、特許文献1には、2つの電気機械を有し、電気自動車運転状態で作動するハイブリッド車の範囲の最大化の技術が開示されている。特許文献1には、2つの電気機械に牽引トルクを発生させて走行する技術が開示されている。
米国特許出願公開第2008/0125928号明細書
差動機構に接続された2つの原動機を動力源として走行するときに、それぞれの原動機の動作の自由度が高い場合の制御方法について、従来十分な検討がなされていない。例えば、2つの原動機の出力分担や動作点の選択の自由度が高い場合の効率を向上できることが望ましい。
本発明の目的は、差動機構に接続された2つの原動機を動力源として走行するときの効率を向上することができる車両用駆動装置を提供することである。
本発明の車両用駆動装置は、第一原動機と、第二原動機と、前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構とを備え、前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、車両に対して加速要求がなされた場合、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが小さい方の原動機の制御量を優先して変化させることを特徴とする。
また、本発明の車両用駆動装置は、第一原動機と、第二原動機と、前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構とを備え、前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、前記第一原動機および前記第二原動機は、それぞれ回転電機であり、車両に対して減速要求がなされた場合、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが大きい方の原動機の制御量を優先して変化させることを特徴とする。
また、本発明の車両用駆動装置は、第一原動機と、第二原動機と、前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構とを備え、前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、前記第一原動機および前記第二原動機は、それぞれ回転電機であり、車両に対して減速要求がなされた場合、高車速であれば、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが大きい方の原動機の制御量を優先して変化させ、低車速であれば、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが小さい方の原動機の制御量を優先して変化させることを特徴とする。
上記車両用駆動装置において、前記目標制御量として選択できない領域は複数定められており、かつ互いに不連続であることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記一方の原動機の目標制御量として選択可能な制御量は、前記一方の原動機が出力可能な制御量の範囲に離散的に複数点定められていることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、車両に対する要求出力を実現するように前記他方の原動機の目標制御量を決定することが好ましい。
上記車両用駆動装置において、車両に対する要求出力に基づいて、前記他方の原動機の制御量よりも前記一方の原動機の制御量を先に目標制御量に変化させることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記一方の原動機の複数の制御量のうち、目標制御量として選択できない領域が定められている制御量は、トルクあるいは回転数の少なくともいずれか一方であることが好ましい。
本発明に係る車両用駆動装置は、第一原動機と、第二原動機と、第一原動機が接続された第一回転要素と、第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構とを備える。差動機構の共線図において、第一回転要素と第二回転要素とは第三回転要素を挟んで互いに異なる側にある。第一原動機および第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められている。車両用駆動装置は、第一原動機と第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、車両に対して加速要求がなされた場合、第一原動機および第二原動機のうちイナーシャが小さい方の原動機の制御量を優先して変化させる。本発明に係る車両用駆動装置によれば、差動機構に接続された2つの原動機を動力源として走行するときの効率を向上することができるという効果を奏する。
図1は、本発明の実施形態に係る車両用駆動装置の動作を示すフローチャートである。 図2は、実施形態に係る車両の概略構成図である。 図3は、遊星歯車機構の構成および各回転電機との接続の一例を示す図である。 図4は、遊星歯車機構の共線図である。 図5は、実施形態の車両用駆動装置における各回転要素の動作イメージを示す図である。 図6は、第二回転電機の動作点の選択方法を説明する図である。 図7は、第一回転電機の動作点の選択方法を説明する図である。 図8は、回転数差のしきい値を説明する図である。
以下に、本発明の実施形態に係る車両用駆動装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
図1から図7を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用駆動装置に関する。図1は、本発明の実施形態に係る車両用駆動装置1−1の動作を示すフローチャート、図2は、実施形態に係る車両100の概略構成図である。
図2に示す車両100は、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2、遊星歯車機構10、出力ギア20、差動装置30、駆動軸31、駆動輪32およびECU50を含んで構成されている。車両100は、例えば、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を動力源として走行することができる電気自動車(EV)である。なお、車両100は、動力源としてさらにエンジンを備えたハイブリッド車両であってもよい。
本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、第一回転電機MG1、第二回転電機MG2および遊星歯車機構10を含んで構成されている。なお、車両用駆動装置1−1は、更にECU50を含んで構成されてもよい。
第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、それぞれモータ(電動機)としての機能と、発電機としての機能とを備えている。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、インバータを介してバッテリと接続されている。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2は、バッテリから供給される電力を機械的な動力に変換して出力することができると共に、入力される動力によって駆動されて機械的な動力を電力に変換することができる。回転電機MG1,MG2によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2としては、例えば、交流同期型のモータジェネレータを用いることができる。
本実施形態では、第一回転電機MG1が第一原動機に対応しており、第二回転電機MG2が第二原動機に対応している。なお、これに限らず、第一回転電機MG1に代えて他の公知の原動機、例えばエンジンが配置されていてもよい。また、第二回転電機MG2に代えて他の公知の原動機、例えばエンジンが配置されていてもよい。第一原動機および第二原動機は、エネルギーを回転運動に変換して出力可能な任意の原動機とすることができる。なお、エンジンは、スタータ等の始動装置を備えるか、もしくは自立起動できるものであることが望ましい。
遊星歯車機構10は、差動機構に対応している。図3は、遊星歯車機構10の構成および各回転電機MG1,MG2との接続の一例を示す図である。遊星歯車機構10は、シングルピニオン式であり、サンギア11、ピニオンギア12、リングギア13、およびキャリア14を有する。リングギア13は、サンギア11と同軸上であってかつサンギア11の径方向外側に配置されている。ピニオンギア12は、サンギア11とリングギア13との間に配置されており、サンギア11およびリングギア13とそれぞれ噛み合っている。ピニオンギア12は、キャリア14によって回転自在に支持されている。キャリア14は、サンギア11と同軸上に回転自在に支持されている。
本実施形態において、遊星歯車機構10は、サンギア11、キャリア14、リングギア13の3つの回転要素を有する。サンギア11は第一回転電機MG1と接続されており、第一回転電機MG1のロータと一体回転する。リングギア13は、第二回転電機MG2と接続されており、第二回転電機MG2のロータと一体回転する。キャリア14は、出力ギア20と接続されており、出力ギア20と一体回転する。本実施形態では、サンギア11が第一回転要素に対応し、リングギア13が第二回転要素に対応し、キャリア14が第三回転要素に対応している。
図2に戻り、出力ギア20は、差動装置30のデフリングギア30aと噛み合っている。差動装置30は、左右の駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。つまり、キャリア14は、出力ギア20、差動装置30および駆動軸31を介して駆動輪32と接続されている。
車両100には、ECU50が搭載されている。ECU50は、コンピュータを有する電子制御ユニットである。ECU50は、車両100の各部を制御する制御装置としての機能を有している。ECU50は、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2と接続されており、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を制御することができる。なお、車両100にエンジンが搭載されている場合、ECU50は、エンジンを制御することもできる。
図4は、遊星歯車機構10の共線図である。共線図において、左側の軸はサンギア11および第一回転電機MG1の回転数を示し、中央の軸はキャリア14および出力ギア20の回転数を示し、右側の軸はリングギア13および第二回転電機MG2の回転数を示す。図4に示すように、共線図において、サンギア11とリングギア13との間に、キャリア14、すなわち第三回転要素が位置する。言い換えると、共線図において、出力軸としてのキャリア14を挟んで、第一回転電機MG1およびサンギア11と第二回転電機MG2およびリングギア13とは互いに異なる側に位置している。
このような共線図上の配置により、車両用駆動装置1−1は、同じ車速に対して第一回転電機MG1の回転数および第二回転電機MG2の回転数を変化させることができる回転数選択式となっている。車両要求のキャリア14の回転数に対して、第一回転電機MG1の回転数(以下、単に「MG1回転数」とも記載する。)と第二回転電機MG2の回転数(以下、単に「MG2回転数」とも記載する。)は、互いに関連を持ちながら、選択可能である。
一方、第一回転電機MG1のトルク(以下、単に「MG1トルク」とも記載する。)と第二回転電機MG2のトルク(以下、単に「MG2トルク」とも記載する。)との比は、一意に決まる。MG1トルクとMG2トルクとのトルク比は、遊星歯車機構10のギア比によって決まる。具体的には、サンギア11とキャリア14とのギア比を1とし、キャリア14とリングギア13とのギア比をρとした場合に、サンギア11のトルク分担率は下記式(1)で示され、リングギア13のトルク分担率は下記式(2)で示される。
ρ/(1+ρ)…(1)
1/(1+ρ)…(2)
つまり、車両100に対する要求トルク等の要求値に基づいて、上記分担率によって第一回転電機MG1が出力すべきMG1トルクおよび第二回転電機MG2が出力すべきMG2トルクがそれぞれ決定する。例えば、キャリア14から出力するトルクの要求値をToutとしたときに、MG1トルクTmg1は下記式(3)で決定され、MG2トルクTmg2は下記式(4)で決定される。
Tmg1=Tout×ρ/(1+ρ)…(3)
Tmg2=Tout×1/(1+ρ)…(4)
ここで、MG1回転数およびMG2回転数を選択可能なギアトレーンにおいて、どのように2つの回転電機MG1,MG2の動作を制御するかについて、従来十分な検討がなされていない。例えば、MG1回転数およびMG2回転数を同時に動かした場合、制御が複雑化する虞がある。また、損失を低減できるように各回転電機MG1,MG2を制御できることが望ましい。
本実施形態の車両用駆動装置1−1は、2つの回転電機MG1,MG2のうちの一方は予め設定された幾つかの候補点から選択した動作点で動作させ、詳細な車速、駆動力は他方の回転電機によって設定する。すなわち、一方の回転電機は、ステップ動作させ、他方の回転電機はリニアに動作させる。
図5は、本実施形態の車両用駆動装置1−1における各回転要素の動作イメージを示す図である。本実施形態では、第二回転電機MG2がステップ動作する回転電機であり、第一回転電機MG1が詳細な車速、駆動力を実現する回転電機とされている。本実施形態では、第二回転電機MG2のイナーシャは、第一回転電機MG1のイナーシャよりも大きい。つまり、本実施形態では、相対的にイナーシャの重い第二回転電機MG2がステップ動作する回転電機とされ、相対的にイナーシャの軽い第一回転電機MG1がリニア動作する回転電機とされる。第一回転電機MG1の目標制御量、すなわち第一回転電機MG1の回転数およびトルクの目標値は、車両100に対する要求出力を実現することが可能な値に決定される。第一回転電機MG1の目標制御量は、第一回転電機MG1が出力可能な制御量の範囲で任意に決定することが許容される。
図5に示すように、第二回転電機MG2の回転数には、選択可能な制御量の点として複数の候補点(三角印、四角印、星印)が予め定められている。これらの候補点は、第二回転電機MG2が出力可能な回転数の範囲に定められたものであり、互いに不連続であり、離散的である。
例えば、隣接する候補点同士の間隔は、第二回転電機MG2において回転数を連続的に変化させる場合の最小ステップ幅よりも大きい。第二回転電機MG2の目標回転数は、候補点の回転数から選択される。候補点以外の領域、例えば、各候補点の間の回転数は、第二回転電機MG2の目標回転数として選択できない。つまり、第二回転電機MG2の出力可能な回転数の範囲には、目標回転数として選択できない領域が定められている。また、目標回転数として選択できない領域は、候補点を挟んで不連続に定められており、かつ複数の選択できない領域が定められている。
第二回転電機MG2のトルクについても同様である。本実施形態では、第二回転電機MG2の目標動作点は、後述する候補動作点X1,X2,X3(図6参照)から選択される。従って、第二回転電機MG2の出力可能なトルクの範囲には、目標トルクとして選択できない領域が定められている。
なお、第二回転電機MG2の回転数あるいはトルクのいずれかについては目標制御量として選択できない領域を定めないようにしてもよい。また、第二回転電機MG2に代えて、第一回転電機MG1の制御量について、出力可能な制御量の範囲に目標制御量として選択できない領域が定められてもよい。
第二回転電機MG2の目標回転数が離散的に配置された候補点から選択されることで、第二回転電機MG2は、出力回転数を有段に変化させる有段変速機として機能することができる。
一方、第一回転電機MG1の目標回転数は、任意の回転数とすることが可能である。すなわち、第一回転電機MG1は、出力回転数を無段に変化させる無段変速機(CVT)として機能することができる。本実施形態では、第一回転電機MG1の目標回転数を変化させるときの目標回転数の最小変化量は、第二回転電機MG2の目標回転数を変化させるときの目標回転数の最小変化量よりも小さい。
車両用駆動装置1−1は、車両100に対する要求出力に基づいて動作点を変化させる際に、第一回転電機MG1の動作点よりも第二回転電機MG2の動作点を先に目標動作点に移動させる。つまり、第一回転電機MG1の制御量よりも第二回転電機MG2の制御量を先に目標制御量に変化させる。
図6は、第二回転電機MG2の動作点の選択方法を説明する図、図7は、第一回転電機MG1の動作点の選択方法を説明する図である。図6および図7において、横軸は回転数、縦軸はトルクを示す。なお、正回転の方向は、車両100の前進時におけるキャリア14および出力ギア20の回転方向である。
図6において、破線P11,P12,P13,P14,P15,P16は、等パワー線を示す。また、図7において、破線P21,P22,P23,P24,P25,P26,P27,P28は、等パワー線を示す。各等パワー線は、パワーが等しい動作点同士を接続するものである。また、図6の実線101および図7の実線102は、それぞれ最適動作線を示す。第二回転電機MG2の最適動作線(以下、単に「MG2最適動作線」と記載する。)101は、高効率で第二回転電機MG2を動作させることができる動作点同士を接続するものである。MG2最適動作線101は、例えば、各等パワー線P11,P12,P13,P14,P15,P16上で最も第二回転電機MG2の効率が高い動作点を接続するものである。
MG2最適動作線101上の点X1,X2,X3は、予め定められた候補動作点である。第二回転電機MG2の目標動作点は、候補動作点X1,X2,X3の中から選択される。言い換えると、候補動作点X1,X2,X3以外の動作点を目標動作点とすることは禁止されている。なお、過渡状態等において候補動作点X1,X2,X3以外の動作点で動作することは許容されてもよい。
第一回転電機MG1の最適動作線(以下、単に「MG1最適動作線」と記載する。)102は、高効率で第一回転電機MG1を動作させることができる動作点同士を接続するものである。MG1最適動作線102は、例えば、各等パワー線P21,P22,P23,P24,P25,P26,P27,P28上で最も第一回転電機MG1の効率が高い動作点を接続するものである。
ECU50は、例えば、以下に説明するように第二回転電機MG2の目標動作点を決定する。ECU50は、例えば、アクセル開度と車速とに基づいて車両100に対する要求パワーを算出する。キャリア14から出力するトルクの要求値Toutは、要求パワー、車輪回転速度およびキャリア14から駆動輪32までの減速比に基づいて算出可能である。ECU50は、トルクの要求値Toutから上記式(4)に基づいてMG2トルクTmg2を決定する。
ECU50は、決定したMG2トルクTmg2に基づいて候補動作点X1,X2,X3の中から目標動作点を選択する。ECU50は、例えば、決定したMG2トルクTmg2とのトルク差が最小で、かつ現在のMG2回転数との回転数差が小さい候補動作点を目標動作点として選択することができる。あるいは、ECU50は、候補動作点X1,X2,X3のうち、現在のMG2回転数との回転数差が最小のものを目標動作点として選択することができる。あるいは、ECU50は、決定したMG2トルクTmg2と所定回転数とに対応する等パワー線とのパワー差が最小の候補動作点を目標動作点として選択することができる。所定回転数は、例えば、現在のMG2回転数、キャリア14の回転数、キャリア14の回転数に対して予め定められたMG2回転数等とすることができる。
また、ECU50は、候補動作点X1,X2,X3のうち、決定したMG2トルクTmg2とのトルク差が小さいものの中から現在のMG2回転数との回転数差が最小のものを目標動作点として選択することができる。
現在のMG2回転数との回転数差が小さい候補動作点を目標動作点として選択した場合、第二回転電機MG2の動作点を動かすときのイナーシャ損失を低減することができる。また、現在のMG2回転数との回転数差が小さい候補動作点を目標動作点として選択することで、車両100に対する要求が多少変動したとしても、現在の動作点が目標動作点として再度選択されることが多くなる。その結果として、第二回転電機MG2の動作点の変動の度合いが低減され、イナーシャ損失が低減される。
ECU50は、決定した第二回転電機MG2の目標動作点に基づいて、第二回転電機MG2を制御する。ECU50は、第二回転電機MG2の動作点が目標動作点まで移動すると、第二回転電機MG2をその目標動作点で定常的に動作させる。
一方、ECU50は、第二回転電機MG2の目標動作点あるいは実動作点と、車両100に対する要求とに基づいて第一回転電機MG1の動作点を決定する。例えば、ECU50は、トルクの要求値Toutに基づいて、上記式(3)によって第一回転電機MG1の目標のMG1トルクTmg1を算出する。また、車速とMG2回転数とに基づいてMG1回転数が決定される。ECU50は、決定されたMG1回転数と第一回転電機MG1の目標とするMG1トルクTmg1とで決まる動作点を仮目標動作点とする。
ECU50は、例えば、仮目標動作点をそのまま第一回転電機MG1の目標動作点とすることが可能である。あるいは、MG1最適動作線102上で仮目標動作点の近傍の点が第一回転電機MG1の目標動作点とされてもよい。
また、ECU50は、トルクの要求値Toutを実現できるMG1最適動作線102上の動作点を第一回転電機MG1の目標動作点としてもよい。その他、車両要求出力を実現できるように他の方法で第一回転電機MG1の目標動作点を決定することが可能である。
図7には、図6の候補動作点X1,X2,X3に対応する第一回転電機MG1の目標動作点Y1,Y2,Y3の一例が示されている。例えば、候補動作点X1を第二回転電機MG2の目標動作点とした場合、第一回転電機MG1の目標動作点は、Y1で示す動作点とされる。
ここで、図7に示すように、第一回転電機MG1の推奨動作領域R1が設定されている。推奨動作領域R1は、MG1最適動作線102の近傍の領域として定められている。なお、図7では推奨動作領域R1が矩形の領域となっているが、この形状には限定されない。推奨動作領域R1は、例えば、第一回転電機MG1の効率が所定値以上である動作点の集合として定められてもよい。
ECU50は、例えば、決定された第一回転電機MG1の目標動作点が推奨動作領域R1内の動作点でない場合、第二回転電機MG2の目標動作点を選択し直すようにしてもよい。例えば、決定された第一回転電機MG1の目標動作点が推奨動作領域R1に対して低回転側に外れている場合、第一回転電機MG1の目標回転数をより高回転とすることができるように、第二回転電機MG2の目標動作点が再選択される。例えば、候補動作点X1,X2,X3のうち、それまでの第二回転電機MG2の目標動作点よりも低回転側の候補動作点が新たな目標動作点として選択される。
こうしたフィードバック制御により、2つの回転電機MG1,MG2の総合的な効率を向上させることが可能である。
次に、図1を参照して、本実施形態の制御について説明する。図1に示す制御フローは、車両100の停車中や走行中に実行されるものであり、例えば所定の間隔で繰り返し実行される。
まず、ステップS1では、ECU50により、車両要求出力に変化があるか否かが判定される。ステップS1では、回転電機MG1,MG2の動作点を変化させるような車両要求出力の変化が生じたか否かが判定される。ECU50は、例えば、車両100に対する要求パワーや要求駆動力、要求トルク等の変化に基づいてステップS1の判定を行う。例えば、車両100に対する要求出力の変動量が所定値以上である場合にステップS1で肯定判定を行うようにしてもよい。ステップS1の判定の結果、車両要求出力に変化があると判定された場合(ステップS1−Y)にはステップS2に進み、そうでない場合(ステップS1−N)には本制御フローは終了する。
ステップS2では、ECU50により、ステップS1の車両要求出力の変化が出力UP要求であるか否かが判定される。ステップS2では、加速要求がなされたか否かが判定される。ECU50は、車両要求出力の変化が車両100を加速させる側への変化である場合に、ステップS2で肯定判定を行うことができる。ステップS2の判定の結果、出力UP要求がなされたと判定された場合(ステップS2−Y)にはステップS3に進み、そうでない場合(ステップS2−N)にはステップS7に進む。
ステップS3では、ECU50により、イナーシャが小の回転電機によって対応可能な出力であるか否かが判定される。ECU50は、イナーシャが小の回転電機、本実施形態では第一回転電機MG1の制御によって車両要求出力を実現可能か否かを判定する。より具体的には、ECU50は、第二回転電機MG2の動作点を現在の動作点に維持したままで第一回転電機MG1の動作点を変化させることにより車両要求出力、例えば要求パワーを実現できるか否かを判定する。
ECU50は、例えば、車両要求出力を実現できる第一回転電機MG1の動作点が、許容動作領域内に存在するか否かを判定する。許容動作領域は、例えば、出力可能な最大トルクや最大回転数の範囲内の動作点の領域であってもよく、効率等の観点から予め定められた最大トルクや最大回転数の範囲内の動作点の領域であってもよい。許容動作領域によってステップS3の判定を行う場合、車両要求出力を実現できる第一回転電機MG1の動作点が許容動作領域内にある場合に肯定判定がなされ、許容動作領域外にある場合に否定判定がなされる。
ステップS3の判定の結果、イナーシャが小の回転電機によって対応可能な出力であると判定された場合(ステップS3−Y)にはステップS4に進み、そうでない場合(ステップS3−N)にはステップS8に進む。
ステップS4では、ECU50により、イナーシャ小の回転電機、すなわち第一回転電機MG1の動作点が移動される。ECU50は、車両要求出力を実現するように第一回転電機MG1の動作点を目標動作点へ移動させる。ステップS4が実行されると、ステップS5に進む。
ステップS5では、ECU50により、目標動作点に到達したか否かが判定される。ECU50は、第一回転電機MG1の動作点が、車両要求出力を実現できる目標動作点に到達したか否かを判定する。その判定の結果、目標動作点に到達したと判定された場合(ステップS5−Y)にはステップS6へ進み、そうでない場合(ステップS5−N)にはステップS4に移行する。
ステップS7では、ECU50により、車速がしきい値以上であるか否かが判定される。本実施形態では、減速要求がなされた(ステップS2−N)場合、車速に基づいて第一回転電機MG1あるいは第二回転電機MG2のいずれの動作点を優先して動かすかが決定される。ECU50は、回生(減速)要求に対し、車速域が高い状態ではイナーシャの重い回転電機、本実施形態では第二回転電機MG2による回生発電を優先する。これにより、第二回転電機MG2の回転数を低下させることができる。MG2回転数を低下させることで、高回転で第二回転電機MG2を動作させ続けることによる損失が抑制される。
一方、ECU50は、回生要求に対し、車速域が低い状態では、イナーシャの軽い回転電機、本実施形態では、第一回転電機MG1による回生発電を優先する。これにより、第一回転電機MG1の回転数を低下させることができる。MG1回転数を低下させることで、再加速要求があった場合にはイナーシャの軽い第一回転電機MG1によって高応答で加速を実現することができる。また、第一回転電機MG1による回生発電が優先され、第二回転電機MG2の回転数の変動が抑制されることで、回転維持のパワーにより全体として損失低減を狙うことができる。本実施形態の車両用駆動装置1−1によれば、回生量向上と再加速時の応答性向上とを両立させることができる。
ステップS7の判定の結果、車速がしきい値以上であると判定された場合(ステップS7−Y)にはステップS8に進み、そうでない場合(ステップS7−N)にはステップS10に進む。
ステップS8では、ECU50により、イナーシャ大の回転電機、すなわち第二回転電機MG2の動作点が移動される。ECU50は、車両要求出力に基づいて第二回転電機MG2の目標動作点を決定する。例えば、ステップS3で否定判定がなされてステップS8に進んだ場合、図6を参照して説明した方法により第二回転電機MG2の動作点を決定することができる。
一方、ステップS7からステップS8に進んだ場合、車両要求出力は、減速要求であり、第二回転電機MG2には負トルクが要求される。図6には、MG2トルクが正トルクである場合のMG2最適動作線101および候補動作点X1,X2,X3が示されているが、MG2トルクが負トルクである場合についても同様に最適動作線および候補動作点が定められている。従って、ECU50は、負トルクについての最適動作線および候補動作点に基づいて回生時の第二回転電機MG2の目標動作点を決定することができる。ECU50は、決定した目標動作点に第二回転電機MG2の動作点を移動させる。ステップS8が実行されると、ステップS9に進む。
ステップS9では、ECU50により、目標動作点に到達したか否かが判定される。ECU50は、第二回転電機MG2の動作点が、目標動作点に到達したか否かを判定する。その判定の結果、目標動作点に到達したと判定された場合(ステップS9−Y)にはステップS6に進み、そうでない場合(ステップS9−N)にはステップS8に移行する。
ステップS10では、ECU50により、イナーシャ小の回転電機、すなわち第一回転電機MG1の動作点が移動される。ECU50は、車両要求出力に基づいて第一回転電機MG1の目標動作点を決定する。なお、図7には、MG1トルクが正トルクである場合のMG1最適動作線102および推奨動作領域R1が示されているが、MG1トルクが負トルクである場合についても同様に最適動作線および推奨動作領域が定められている。従って、ECU50は、負トルクについての最適動作線および推奨動作領域に基づいて回生時の第一回転電機MG1の目標動作点を決定することができる。ECU50は、その目標動作点に第一回転電機MG1の動作点を移動させる。ステップS10が実行されると、ステップS11に進む。
ステップS11では、ECU50により、目標動作点に到達したか否かが判定される。ECU50は、第一回転電機MG1の動作点が、車両要求出力に基づく目標動作点に到達したか否かを判定する。その判定の結果、目標動作点に到達したと判定された場合(ステップS11−Y)にはステップS6に進み、そうでない場合(ステップS11−N)にはステップS10に移行する。
ステップS6では、ECU50は、2MGでの複合最高効率点へそれぞれの回転電機で移動させる。ECU50は、第一回転電機MG1の損失および第二回転電機MG2の損失の合計が最小となり、2MGによる最高効率となる動作点で第一回転電機MG1および第二回転電機MG2を動作させる。
例えば、ステップS5からステップS6に進んだ場合、以下に説明するフィードバック制御により、2MGによる最高効率となる動作点への実動作点の移動が可能である。
ECU50は、ステップS5で到達した第一回転電機MG1の目標動作点が、推奨動作領域R1外の動作点であった場合、第二回転電機MG2の動作点を移動させる。具体的には、候補動作点X1,X2,X3の中から、第二回転電機MG2の現在の動作点とは異なる動作点を第二回転電機MG2の目標動作点として選択し直す。この目標動作点の再選択は、再選択後の第二回転電機MG2の目標動作点に基づいて決定される第一回転電機MG1の目標動作点を推奨動作領域R1内の動作点とできるようになされることが望ましい。第二回転電機MG2の動作点が、再選択された動作点に移動すると、第一回転電機MG1の目標動作点が再決定される。第一回転電機MG1および第二回転電機MG2の総合効率が最適となるまで、第二回転電機MG2の目標動作点の再選択および第一回転電機MG1の目標動作点の再決定が繰り返し行われることができる。
ステップS9やステップS11からステップS6に進んだ場合も、同様にして第一回転電機MG1および第二回転電機MG2の動作点を複合最高効率点に移動させることが可能である。例えば、第一回転電機MG1の現在の動作点での効率と、第二回転電機MG2の現在の動作点での効率から、2つの回転電機の複合効率を求めることができる。この効率を車両要求出力に対して最高効率とできるように、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2の目標動作点を決定し直すことが可能である。ステップS6が実行されると、本制御フローは終了する。
以上説明したように、本実施形態の車両用駆動装置1−1によれば、一方の回転電機の出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められている。これにより、当該一方の回転電機の目標制御量をステップ的に変化させることで、当該回転電機の制御量を変動させる度合いを他方の回転電機の制御量を変動させる度合いよりも低減することができる。ここで、制御量を変動させる度合いとは、例えば、制御量を変動させる頻度や制御量を変動させている時間の割合、制御量の変動の大きさの積分値等とすることができる。一方の回転電機の制御量を変動させる度合いが低減されることで、当該回転電機の効率が向上し、電費の向上が実現可能である。
例えば、イナーシャの大きな回転電機をステップ動作させることで、イナーシャの大きな回転電機の制御量を変動させる度合いをイナーシャの小さな回転電機の制御量を変動させる度合いよりも低減することができる。イナーシャの大きな回転電機の制御量の変動が抑制されることで、回転変動に伴うイナーシャ損失の抑制効果を高めることが期待できる。
また、ステップ動作させる回転電機の動作点は、車両100に対する要求変化が一定以上の場合に変化させるようにすることで、応答性、例えば初期応答性を向上させることができる。すなわち、車両100に対する要求変化が一定未満の場合にイナーシャの小さな回転電機を動作させるようにすれば、要求変化に対する応答性を向上させることが可能である。
また、一方の回転電機をステップ動作とし、他方の回転電機によって詳細な車速を制御することで、回転数の制御精度が向上する。例えば、2つの回転電機MG1,MG2の回転数をそれぞれ連続的に変化させる場合よりも回転数の制御精度が向上する。
また、本実施形態の車両用駆動装置1−1は、第一回転電機MG1と第二回転電機MG2のいずれかの動作点を移動させる間、もう一方の回転電機の動作点は移動させない。つまり、一方の回転電機の制御量を変化させる間、もう一方の回転電機の制御量の変化が禁止される。
一度に一つの回転電機しか動かさないことで、損失を低減することができる。また、回転数センサが真の値を示さなくなった場合等のフェール対策とすることができる。例えば、第一回転電機MG1の回転数センサが真の値を示さなくなった場合に、第一回転電機MG1の回転数と第二回転電機MG2の回転数を同時に変化させてしまうと、第一回転電機MG1の実際の回転数を知ることができない。これに対して、2つの回転電機MG1,MG2の一方の回転数のみを動かすようにすれば、遊星歯車機構10の他の回転要素の回転数から第一回転電機MG1の回転数を算出することが可能である。
また、本実施形態の車両用駆動装置1−1は、加速要求に対し、イナーシャの軽い方の回転電機の動作点を優先的に動かすことで対応する。言い換えると、車両用駆動装置1−1は、加速要求がなされた場合、イナーシャが小さい方の回転電機の制御量を優先して変化させる。イナーシャの軽い第一回転電機MG1によって車両要求出力の増加分を出力可能な場合、第一回転電機MG1の制御によって車両要求出力を実現する。車両要求出力を実現して定常走行に移行した後に、効率等を考慮して第一回転電機MG1と第二回転電機MG2とで出力を分担させる。つまり、車両出力が変化する過渡状態ではイナーシャの軽い回転電機によって車両要求出力を応答よく実現し、定常状態となると、2つの回転電機MG1,MG2の動作点を高効率の動作点に移動させる。これにより、加速応答性の向上や、イナーシャ損失の低減がなされる。
本実施形態では、減速要求がなされた場合に車速に基づいて2つの回転電機MG1,MG2のいずれの動作点を優先して移動させるかが決定されたが、車速にかかわらず、減速要求に対してイナーシャが大きい第二回転電機MG2の動作点を優先的に移動させるようにしてもよい。
なお、遊星歯車機構10は、ダブルピニオン式であってもよい。この場合、サンギアおよびキャリアに回転電機MG1,MG2がそれぞれ接続され、リングギアが出力となる。共線図では、サンギアとキャリアが両端に位置し、その間にリングギアが位置する。
本実施形態では、2つの回転電機MG1,MG2が一つの遊星歯車機構10に接続されているが、回転電機MG1,MG2が接続される差動機構は、これには限定されない。例えば、差動機構は、複数の遊星歯車機構を組み合わせた複合プラネタリやラビニヨ式プラネタリ(例えば、4つあるいは5つの回転要素を有する)であってもよい。
つまり、車両用駆動装置1−1は、2つの原動機と、3つ以上の回転要素を有する差動機構を含んで構成され、複数の回転要素のうち異なる任意の2つの回転要素に1つずつ原動機が結合され、その他の回転要素の1つにタイヤへの出力が結合された駆動装置である。かつ、車両用駆動装置1−1は、差動機構の回転要素の回転を規制するブレーキ要素を持たず、全ての回転要素がフリーに動くことができる。差動機構は、任意の2つの回転要素の回転が決定すると、残りの回転要素の回転数がそれぞれ決定される。また、2つの原動機が接続された回転要素は、共線図上において、出力に対して互いに異なる側に位置している。
なお、2つの原動機が結合された回転要素と、タイヤへの出力が結合された回転要素とを除いた他の回転要素、すなわち第四回転要素には、更に他の原動機が接続されてもよい。この場合、車両用駆動装置1−1は、第四回転要素に結合された原動機を引き摺りながら走行してもよい。共線図上において、第四回転要素は、例えば、サンギア11(第一回転要素)とキャリア14(第三回転要素)との間や、キャリア14とリングギア13(第二回転要素)との間に位置するものであってもよい。
本実施形態では、第二回転電機MG2のイナーシャが第一回転電機MG1のイナーシャよりも大きいが、これには限定されない。
[実施形態の第1変形例]
実施形態の第1変形例について説明する。第一回転電機MG1の動作点あるいは第二回転電機MG2の動作点の移動により、MG1回転数とMG2回転数との回転数差が拡大することがある。MG1回転数とMG2回転数との回転数差が拡大すると、遊星歯車機構10の差回転による損失が大きくなる。本変形例では、車両用駆動装置1−1は、MG1回転数とMG2回転数との回転数差が一定以上となることを禁止する。
図8は、MG1回転数とMG2回転数との回転数差のしきい値を説明する図である。図8には、MG2回転数がMG1回転数よりも高回転である場合が示されている。回転数差ΔNは、MG1回転数とMG2回転数との回転数差の絶対値である。ECU50は、回転数差ΔNが予め定められたしきい値以上となることを禁止する。例えば、上記実施形態のステップS3で車両要求出力を実現できる第一回転電機MG1の目標動作点を決定した場合に、その目標動作点のMG1回転数と、現在のMG2回転数との回転数差ΔNがしきい値以上となる場合、その目標動作点での第一回転電機MG1の動作を禁止することができる。この場合、ECU50は、第一回転電機MG1の制御では出力UP要求に対応できないとしてステップS3で否定判定を行う。これにより、遊星歯車機構10の差回転による損失拡大が抑制される。
また、第一回転電機MG1の動作点あるいは第二回転電機MG2の動作点の移動により、MG1トルクとMG2トルクとのトルク差が拡大することがある。また、第一回転電機MG1の動作点あるいは第二回転電機MG2の動作点の移動により、第一回転電機MG1に対する供給電流と第二回転電機MG2に対する供給電流との差が拡大することや、第一回転電機MG1の消費エネルギー(例えば、電力量)と第二回転電機MG2の消費エネルギーとの差が拡大することがある。こうした回転電機MG1,MG2間の負荷率の差が拡大すると、高負荷の回転電機の発熱量が大きくなる。
ECU50は、回転電機MG1,MG2間の負荷率の差がしきい値以上となることを禁止する。例えば、上記実施形態のステップS3で車両要求出力を実現できる第一回転電機MG1の目標動作点を決定した場合に、その目標動作点の第一回転電機MG1の負荷率と現在の第二回転電機MG2の負荷率との差がしきい値以上となる場合、その目標動作点での第一回転電機MG1の動作を禁止することができる。この場合、ECU50は、第一回転電機MG1の制御では出力UP要求に対応できないとしてステップS3で否定判定を行う。これにより、回転電機MG1,MG2間の負荷率が平均化され、発熱が抑制される。
[実施形態の第2変形例]
実施形態の第2変形例について説明する。上記実施形態では、第二回転電機MG2の目標動作点として選択可能な動作点は、候補動作点X1,X2,X3として離散的に定められた複数の点であった。つまり、第二回転電機MG2の目標制御量として選択可能な制御量(回転数、トルク)は、複数の点として定められていた。ここで、第二回転電機MG2の目標制御量は、一定の制御量の範囲から選択可能とされてもよい。
例えば、第二回転電機MG2の目標回転数は、現在のMG2回転数を含む所定の範囲、例えば現在のMG2回転数±200rpmの範囲から選択可能とされてもよい。あるいは、第二回転電機MG2の目標回転数は、予め定められたMG2回転数の領域、例えば、500rpm乃至600rpmの範囲から選択可能とされてもよい。MG2トルクについても同様である。
[実施形態の第3変形例]
第二回転電機MG2の候補動作点X1,X2,X3は、学習等に基づいて適宜更新されてもよい。例えば、過去の要求出力の変化パターンに基づいて、第一回転電機MG1および第二回転電機MG2の動作点の移動によるイナーシャ損失を低減できるように、候補動作点X1,X2,X3が適宜更新されるようにしてもよい。
上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行されることができる。
1−1 車両用駆動装置
10 遊星歯車機構
11 サンギア
13 リングギア
14 キャリア
20 出力ギア
32 駆動輪
50 ECU
100 車両
101 MG2最適動作線
102 MG1最適動作線
MG1 第一回転電機
MG2 第二回転電機
R1 推奨動作領域
X1,X2,X3 候補動作点

Claims (8)

  1. 第一原動機と、
    第二原動機と、
    前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構と
    を備え、
    前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、
    前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、
    前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、
    車両に対して加速要求がなされた場合、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが小さい方の原動機の制御量を優先して変化させる
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  2. 第一原動機と、
    第二原動機と、
    前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構と
    を備え、
    前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、
    前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、
    前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、
    前記第一原動機および前記第二原動機は、それぞれ回転電機であり、
    車両に対して減速要求がなされた場合、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが大きい方の原動機の制御量を優先して変化させる
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  3. 第一原動機と、
    第二原動機と、
    前記第一原動機が接続された第一回転要素と、前記第二原動機が接続された第二回転要素と、駆動輪が接続された第三回転要素とを有する差動機構と
    を備え、
    前記差動機構の共線図において、前記第一回転要素と前記第二回転要素とは前記第三回転要素を挟んで互いに異なる側にあり、
    前記第一原動機および前記第二原動機のうち一方の原動機が出力可能な制御量の範囲には、目標制御量として選択できない領域が定められており、
    前記第一原動機と前記第二原動機のいずれかの原動機の制御量を変化させる間、もう一方の原動機の制御量の変化を禁止し、
    前記第一原動機および前記第二原動機は、それぞれ回転電機であり、
    車両に対して減速要求がなされた場合、高車速であれば、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが大きい方の原動機の制御量を優先して変化させ、低車速であれば、前記第一原動機および前記第二原動機のうちイナーシャが小さい方の原動機の制御量を優先して変化させる
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  4. 前記目標制御量として選択できない領域は複数定められており、かつ互いに不連続である
    請求項1から3の何れか1項に記載の車両用駆動装置。
  5. 前記一方の原動機の目標制御量として選択可能な制御量は、前記一方の原動機が出力可能な制御量の範囲に離散的に複数点定められている
    請求項1から3の何れか1項に記載の車両用駆動装置。
  6. 車両に対する要求出力を実現するように前記他方の原動機の目標制御量を決定する
    請求項1から3の何れか1項に記載の車両用駆動装置。
  7. 車両に対する要求出力に基づいて、前記他方の原動機の制御量よりも前記一方の原動機の制御量を先に目標制御量に変化させる
    請求項1から3の何れか1項に記載の車両用駆動装置。
  8. 前記一方の原動機の複数の制御量のうち、目標制御量として選択できない領域が定められている制御量は、トルクあるいは回転数の少なくともいずれか一方である
    請求項1から3の何れか1項に記載の車両用駆動装置。
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