JP5867593B2 - 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、回転電機と複数の変速機構を有する車両が公知である。例えば、特許文献1には、第1の入力軸に設けられた第1の変速ギア列と、第2の入力軸に設けられた第2の変速ギア列と、第1の入力軸と第2の入力軸の間に相対的にトルクを印可するモータとを有する変速機の制御装置の技術が開示されている。上記特許文献1の変速機の制御装置は、アクティブ変速方式において、エンジン出力が低減されている間にモータのトルクと回転数を制御してエンジン出力を次段ギアに移行させ、当該移行が終了したらエンジン出力を元の値に復帰させるものである。
ここで、変速中に回転電機に対して大きな出力が要求される場合、回転電機の大型化等につながるという問題がある。変速中の回転電機の出力を低減できることが望ましい。
本発明の目的は、変速中の回転電機の出力を低減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、エンジンと駆動軸とを接続し、かつ前記エンジンと断接可能な第1軸と、前記エンジンと前記駆動軸とを接続し、かつ前記エンジンと断接可能な第2軸と、前記第1軸と、前記第2軸と、回転電機とを接続する差動機構とを備え、前記第1軸と前記エンジンとが接続され、前記第1軸の変速段を介して前記エンジンと前記駆動軸とが接続された状態から、前記第2軸の変速段にシフトアップする場合、前記第2軸を介した前記駆動軸に対する動力伝達を遮断し、前記第2軸と前記エンジンとを接続し、前記回転電機の出力制御により前記エンジンの動力を前記第2軸に伝達し、前記第1軸と前記エンジンとを遮断し、前記第2軸の変速段を介して前記エンジンと前記駆動軸とを接続することを特徴とする。
上記車両用駆動装置において、更に、前記第1軸あるいは前記第2軸のいずれか一方の軸に配置された連続する2つの変速段と、他方の軸に配置された中間変速段とを備え、前記中間変速段の変速比は、前記連続する2つの変速段の変速比の間の変速比であり、前記連続する2つの変速段の間でシフトアップする場合、前記中間変速段を介することが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記中間変速段は、前記連続する2つの変速段のギヤステップ比が所定値以上である変速段の組に対して設けられることが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記第1軸の変速段から前記第2軸の変速段へのシフトアップが予測される場合、前記第2軸を介した前記駆動軸に対する動力伝達を予め遮断しておくことが好ましい。
上記車両用駆動装置において、前記第1軸の変速段から前記第2軸の変速段にシフトアップするときに、前記回転電機が力行することが好ましい。
本発明に係る車両用駆動装置は、エンジンと駆動軸とを接続し、かつエンジンと断接可能な第1軸と、エンジンと駆動軸とを接続し、かつエンジンと断接可能な第2軸と、第1軸と、第2軸と、回転電機とを接続する差動機構とを備える。第1軸とエンジンとが接続され、第1軸の変速段を介してエンジンと駆動軸とが接続された状態から、第2軸の変速段にシフトアップする場合、第2軸を介した駆動軸に対する動力伝達を遮断し、第2軸とエンジンとを接続し、回転電機の出力制御によりエンジンの動力を第2軸に伝達し、第1軸とエンジンとを遮断し、第2軸の変速段を介してエンジンと駆動軸とを接続する。本発明に係る車両用駆動装置によれば、変速中の回転電機の出力を低減することができるという効果を奏する。
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50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100の概略構成図、図2は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図、図3は、本実施形態に係る車両100のスケルトン図である。
図1から図50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100の概略構成図、図2は、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を備える場合の構成例を示す図、図3は、本実施形態に係る車両100のスケルトン図である。
本実施形態に係る車両100は、DCT(Dual Clutch Transmission)に差動機構および回転電機を追加することで変速ショックを低減させるハイブリッド構造を有している。このハイブリッド構造は、変速時にエンジンの反力を回転電機で取りながら変速することなどにより、変速ショックを低減することができる。一方で、エンジン反力を取ることで変速時の回転電機の出力が大きくなる虞がある。本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、後述する第二変速制御によって変速時の回転電機の出力を低減させることができる。
図1に示すように、車両100は、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、差動機構10、第一変速部20、第二変速部30、第一クラッチC1、第二クラッチC2および駆動輪47を含んで構成されている。また、本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、第一変速部20、第二変速部30および差動機構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、エンジン1、回転電機3、第一クラッチC1、第二クラッチC2、後述するECU50等を含んで構成されてもよい。
回転電機3、第一変速部20の入力軸6、第二変速部30の入力軸17と差動機構10との接続構成としては、例えば、図2に示すダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いた接続構成が適用可能である。本実施形態に係る車両用駆動装置1−1の差動機構10は、図3に示すように、ダブルピニオン式の遊星歯車機構である。
エンジン1は、燃料の燃焼エネルギーを回転軸1aの回転運動に変換して出力する。なお、車両100の機関として、エンジン1に代えて他の公知の機関が搭載されてもよい。エンジン1の回転軸1aは、クラッチ2を介して回転軸4と接続されている。回転軸4は、エンジン1の回転軸1aと同軸上でかつ回転軸1aの延長線上に配置されている。
クラッチ2は、自動式のクラッチ装置である。クラッチ2は、回転軸1aに連結された入力側係合部材と、回転軸4に連結された出力側係合部材とを有する。クラッチ2は、油圧等により作動するアクチュエータによって、係合あるいは開放する。クラッチ2は、供給される油圧に応じて、完全係合状態、半係合状態あるいは開放状態に制御可能である。
回転電機3は、回転軸4と同軸上でかつ回転軸4の径方向外側に配置されている。回転電機3の回転軸3aは、回転軸4に対して相対回転可能に支持されている。回転軸4には、ドライブギヤ5およびドライブギヤ7が設けられている。ドライブギヤ5,7は、回転軸4におけるエンジン1側と反対側の端部に配置されている。ドライブギヤ5は、ドリブンギヤ43と噛み合っている。ドリブンギヤ43は、第一変速部20の入力軸6に配置されている。また、ドライブギヤ7は、ドリブンギヤ46と噛み合っている。ドリブンギヤ46は、第二変速部30の入力軸17に配置されている。回転軸4と、第一変速部20の入力軸6と、第二変速部30の入力軸17と、出力軸19とは互いに平行に配置されている。ドライブギヤ5とドリブンギヤ43のギヤ比と、ドライブギヤ7とドリブンギヤ46のギヤ比とは等しい。
入力軸6には、エンジン1側から順に、差動機構10、ドライブギヤ16、第一クラッチC1、ドライブギヤ21、スリーブ24、ドライブギヤ22,23、スリーブ25が配置されている。
差動機構10は、第一変速部20と、第二変速部30と、回転電機3とを接続している。差動機構10は、サンギヤ11、第一ピニオンギヤ12a、第二ピニオンギヤ12b、リングギヤ13およびキャリア14を有する。リングギヤ13は、サンギヤ11と同軸上でかつサンギヤ11の径方向外側に配置されている。第一ピニオンギヤ12aおよび第二ピニオンギヤ12bは、サンギヤ11とリングギヤ13との間に配置されている。第一ピニオンギヤ12aは、サンギヤ11および第二ピニオンギヤ12bとそれぞれ噛み合っている。第二ピニオンギヤ12bは、第一ピニオンギヤ12aおよびリングギヤ13とそれぞれ噛み合っている。第一ピニオンギヤ12aおよび第二ピニオンギヤ12bは、キャリア14によって回転自在に支持されている。
サンギヤ11は、入力軸6と同軸上に入力軸6に対して相対回転自在に支持されている。サンギヤ11の回転軸には、ドライブギヤ16が設けられている。ドライブギヤ16は、第二変速部30の入力軸17に配置されたドリブンギヤ18と噛み合っている。ドライブギヤ16とドリブンギヤ18のギヤ比は1である。入力軸17は、サンギヤ11と同じ回転速度でサンギヤ11の回転方向と反対方向に回転する。
キャリア14は、入力軸6と連結されており、入力軸6と一体回転する。従って、第一ピニオンギヤ12aは、キャリア14と共に入力軸6の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつキャリア14によって支持されて、第一ピニオンギヤ12aの中心軸線周りに回転(自転)可能である。また、第二ピニオンギヤ12bは、キャリア14と共に入力軸6の中心軸線周りに回転(公転)可能であり、かつキャリア14によって支持されて、第二ピニオンギヤ12bの中心軸線周りに回転(自転)可能である。
リングギヤ13の外周面には、入力ギヤ15が設けられている。入力ギヤ15は、回転電機3の回転軸3aに設けられた出力ギヤ3bと噛み合っている。回転電機3は、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。回転電機3は、インバータを介してバッテリと接続されている。回転電機3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3によって発電された電力は、バッテリに蓄電可能である。回転電機3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。
回転電機3は、力行時には電力を消費してトルクを出力し、出力トルクによって入力ギヤ15を回転駆動することができる。また、回転電機3は、回生時には入力ギヤ15から出力ギヤ3bに伝達されるトルクによって回転駆動されて発電を行い、発電負荷に応じた負荷トルクを入力ギヤ15に作用させることができる。
第一クラッチC1は、回転軸4と第一変速部20の入力軸6とを断接するクラッチ装置である。第一変速部20は、奇数段の変速段を形成する変速部である。第二クラッチC2は、回転軸4と第二変速部30の入力軸17とを断接するクラッチ装置である。第二変速部30は、偶数段の変速段を形成する変速部である。回転電機3と、第一変速部20の入力軸6と、第二変速部30の入力軸17とは差動機構10を介して互いに接続されている。また、第一変速部20と第二変速部30とは、共通の出力軸19を介して駆動輪47に接続されている。なお、出力軸19は、デファレンシャル装置や左右の駆動軸を介して駆動輪47に接続されている。
第一クラッチC1は、スリーブ41、固定係合要素42およびドリブンギヤ43を有する。固定係合要素42は、入力軸6と連結されており、入力軸6と一体回転する係合要素である。ドリブンギヤ43は、入力軸6と同軸上に配置されており、入力軸6に対して相対回転自在に支持されている。ドリブンギヤ43は、係合要素43aを有する。スリーブ41は、アクチュエータに駆動されて軸方向に移動することにより、固定係合要素42とドリブンギヤ43の係合要素43aとを係合あるいは開放する。
固定係合要素42とドリブンギヤ43の係合要素43aとが係合された場合、ドリブンギヤ43と入力軸6とが連結され、ドリブンギヤ43と入力軸6とが一体回転する。従って、この場合、回転軸4と入力軸6との間で動力が伝達される。一方、固定係合要素42と係合要素43aとの係合が開放された場合、ドリブンギヤ43と入力軸6との連結が解除される。この場合、第一クラッチC1を介した回転軸4と入力軸6との間の動力伝達が遮断される。
第一変速部20は、入力軸6と、各速変速段のドライブギヤ21,22,23と、スリーブ24,25と、ドリブンギヤ51,53,55と、出力軸19とを含んで構成されている。第一変速部20は、更に第一クラッチC1を含んで構成されてもよい。第一変速部20は、エンジン1と駆動軸とを接続し、かつエンジン1と断接可能な軸である。本実施形態では、第一クラッチC1がエンジン1と第一変速部20とを接続または遮断する。
ドライブギヤ21,22,23は、それぞれ入力軸6に対して相対回転自在に支持されている。ドリブンギヤ51,53,55は、それぞれ出力軸19と連結されており、出力軸19と一体回転する。
ドライブギヤ21とドリブンギヤ51は、互いに噛み合う第1速変速段のギヤ対であり、ドライブギヤ22とドリブンギヤ53は、互いに噛み合う第3速変速段のギヤ対であり、ドライブギヤ23とドリブンギヤ55は、互いに噛み合う第5速変速段のギヤ対である。
第一変速部20は、アクチュエータによりスリーブ24,25を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギヤ21,22,23のいずれかと入力軸6とを連結することができる。これにより、第1速変速段、第3速変速段、第5速変速段のいずれかの奇数変速段のギヤ対を介して入力軸6と出力軸19とを接続し、当該ギヤ対の変速比で回転を伝達することができる。また、第一変速部20は、スリーブ24,25を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギヤ21,22,23を開放して中立状態とすることができる。中立状態の第一変速部20は、入力軸6と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
第二クラッチC2は、スリーブ44、固定係合要素45およびドリブンギヤ46を有する。固定係合要素45は、入力軸17と連結されており、入力軸17と一体回転する係合要素である。ドリブンギヤ46は、入力軸17と同軸上に配置されており、入力軸17に対して相対回転自在に支持されている。ドリブンギヤ46は、係合要素46aを有する。スリーブ44は、アクチュエータに駆動されて軸方向に移動することにより、固定係合要素45とドリブンギヤ46の係合要素46aとを係合あるいは開放する。
固定係合要素45とドリブンギヤ46の係合要素46aとが係合された場合、ドリブンギヤ46と入力軸17とが連結され、ドリブンギヤ46と入力軸17とが一体回転する。従って、この場合、回転軸4と入力軸17との間で動力が伝達される。一方、固定係合要素45と係合要素46aとの係合が開放された場合、ドリブンギヤ46と入力軸17との連結が解除される。この場合、第二クラッチC2を介した回転軸4と入力軸17との間の動力伝達が遮断される。
第二変速部30は、入力軸17と、各速変速段のドライブギヤ31,32,33と、スリーブ34,35と、ドリブンギヤ52,54,56と、出力軸19とを含んで構成されている。第二変速部30は、更に第二クラッチC2を含んで構成されてもよい。第二変速部30の入力軸17には、エンジン1側から順に、ドリブンギヤ18、第二クラッチC2、ドライブギヤ31、スリーブ34、ドライブギヤ32,33、スリーブ35が配置されている。第二変速部30は、エンジン1と駆動軸とを接続し、かつエンジン1と断接可能な軸である。本実施形態では、第二クラッチC2がエンジン1と第二変速部30とを接続または遮断する。
ドライブギヤ31,32,33は、それぞれ入力軸17に対して相対回転自在に支持されている。ドリブンギヤ52,54,56は、それぞれ出力軸19と連結されており、出力軸19と一体回転する。
ドライブギヤ31とドリブンギヤ52は、互いに噛み合う第2速変速段のギヤ対であり、ドライブギヤ32とドリブンギヤ54は、互いに噛み合う第4速変速段のギヤ対であり、ドライブギヤ33とドリブンギヤ56は、互いに噛み合う第6速変速段のギヤ対である。
第二変速部30は、アクチュエータによりスリーブ34,35を駆動して軸方向に移動させることにより、ドライブギヤ31,32,33のいずれかと入力軸17とを連結することができる。これにより、第2速変速段、第4速変速段、第6速変速段のいずれかの偶数変速段のギヤ対を介して入力軸17と出力軸19とを接続し、当該ギヤ対の変速比で回転を伝達することができる。また、第二変速部30は、スリーブ34,35を軸方向に移動させることにより、全てのドライブギヤ31,32,33を開放して中立状態とすることができる。中立状態の第二変速部30は、入力軸17と出力軸19との動力の伝達を遮断する。
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する。ECU50は、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、第一クラッチC1、第二クラッチC2、第一変速部20および第二変速部30と電気的に接続されており、エンジン1、クラッチ2、回転電機3、第一クラッチC1、第二クラッチC2、第一変速部20および第二変速部30を制御することができる。
本実施形態に係る車両100では、エンジン走行およびEV走行を実行することができる。エンジン走行は、クラッチ2を係合し、エンジン1を動力源として車両100を走行させる走行モードである。エンジン走行では、第一変速部20あるいは第二変速部30のいずれか一方を介してエンジントルクを駆動輪47に伝達して車両100を走行させることができる。
EV走行は、回転電機3を動力源として車両100を走行させる走行モードである。EV走行では、クラッチ2を開放し、エンジン1を停止して車両100を走行させることができる。EV走行では、回転電機3が力行してトルクを出力し、駆動輪47を回転駆動して車両100を走行させること、および回転電機3が駆動輪47から伝達されるトルクによって回転駆動されて発電する回生を行うことができる。
ECU50は、要求駆動力や車速、バッテリの充電状態等に基づいて適宜エンジン走行とEV走行とを切り替えることができる。また、ユーザの要求に基づいてエンジン走行とEV走行との切り替えがなされてもよい。また、ECU50は、車両100の減速時に回転電機3による回生を行わせることができる。例えば、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に回生を実行し、回生制動力を発生させることができる。
また、ECU50は、第一変速部20および第二変速部30の変速制御を行うことができる。ECU50は、目標変速段を検知すると、第一変速部20および第二変速部30を制御して当該目標変速段への変速を実行する。目標変速段は、ユーザのシフト操作に基づくものであっても、走行状態に基づいて自動的に選択されるものであってもよい。本実施形態に係る車両100は、奇数段を形成する第一変速部20と偶数段を形成する第二変速部30とを有することで、応答よくシフトアップあるいはシフトダウンを実行することができる。例えば、第1速変速段で走行中に第2速変速段にシフトアップする場合、ECU50は、予め第二変速部30に第2速変速段を形成しておき、動力源から駆動輪47への動力伝達経路を第一変速部20から第二変速部30に切り替える。これにより、同一変速部で変速段の切り替えを実行する場合よりも短時間で変速を完了することができる。
ここで、変速時にはエンジン1の反力を回転電機3で取りながら変速をすることができる。図4は、変速時の差動機構10の共線図の一例を示す図である。図4において、S軸はサンギヤ11の回転数を示し、R軸はリングギヤ13の回転数を示し、C軸はキャリア14および第一変速部20の入力軸6の回転数NAを示す。また、最も左側の軸は、第二変速部30の入力軸17の回転数NBを示す。図4には、第一クラッチC1が係合されてエンジン1が第一変速部20の入力軸6と連結されているときの共線図が示されている。回転電機3がエンジン1の反力を取ることで、エンジントルクがサンギヤ11から第二変速部30に伝達される。回転電機3が反力を取って動力の伝達経路を変更することにより、変速時のショックが抑制される。
このように変速時に回転電機3がエンジン1の反力を取ることで、以下に説明する第一変速制御では、回転電機3の出力(インバータ、バッテリの出力)が大きくなるという問題がある。図11は、第1速変速段での走行を示す図、図12は、第一変速制御の手順を示す一つ目の図、図13は、第一変速制御の手順を示す二つ目の図、図14は、第一変速制御の回転数制御を示す図、図15は、第一変速制御の手順を示す三つ目の図、図16は、第2速変速段での走行を示す図である。
奇数変速段のエンジン走行は、第一変速部20とエンジン1とが接続され、第一変速部20の変速段を介してエンジン1と駆動軸とが接続された状態である。具体的には、例えば、図11に示すように、第1速変速段では、クラッチ2および第一クラッチC1が係合し、第一変速部20では第1速変速段が形成されている。第二クラッチC2は開放し、回転電機3はフリーの状態とされている。これにより、エンジントルクは、回転軸4から第一クラッチC1を介して入力軸6に伝達され、第一変速部20を介して駆動輪47に伝達される。第二変速部30では、シフトアップに備えて第2速変速段が形成されている。
第2速変速段へのシフトアップ判断がなされると、エンジントルクは変速後の目標エンジントルクに変更される。また、図12に示すように、回転電機3がエンジン1の反力を取ることで、動力伝達経路が変更される。差動機構10を介して第一変速部20の入力軸6から第二変速部30の入力軸17に動力が伝達される。よって、エンジントルクは第一変速部20および第二変速部30を介して駆動輪47に伝達されることとなる。
次に、図13に示すように、第一変速部20が中立状態とされる。これにより、エンジントルクは、入力軸6、差動機構10、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。また、図14に矢印Y1で示すように、エンジン回転数(入力軸6の回転数NA)は、変速後の目標回転数、ここでは、第二変速部30の入力軸17の回転数NBと同じ回転数に調節される。エンジン回転数が調節されると、図15に示すように、第二クラッチC2が係合される。
次に、回転電機3による反力受けが停止され、動力伝達経路が変更される。回転電機3がフリーとされることで、差動機構10を介した入力軸6と入力軸17との動力伝達が遮断され、図16に示すように、第2速変速段による走行に移行する。エンジントルクは、図16に示すように、回転軸4から第二クラッチC2を介して入力軸17に伝達され、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。
このような手順で変速を行う第一変速制御では、図14に示すように、変速中に回転電機3は、負トルクを出力して正回転する状態、すなわち回生状態となる。ここで、正回転とは、車両100の前進時に第一クラッチC1が係合している場合のキャリア14の回転方向の回転である。回転電機3が回生を行うため、エンジン1から出力されたエネルギーよりも、駆動輪47で出力されるエネルギーが少なくなる。このため、変速中のエンジントルクを大きくする必要があり、これに対応して、回転電機3の出力も大きくなってしまう。
本実施形態に係る車両用駆動装置1−1は、以下に説明するように、変速制御において、変速中に回転電機3を力行させることができる。これにより、エンジン1から出力されたエネルギーよりも駆動輪47で出力されるエネルギーの方が多くなる。よって、エンジントルクを小さくすることができ、これに対応して回転電機3の出力を低減することが可能となる。本明細書では、以下に説明する本実施形態に係る変速制御を「第二変速制御」とも記載する。
本実施形態では、奇数変速段から偶数変速段へのシフトアップでは、第一変速部20が第1軸に対応し、第二変速部30が第2軸に対応する。一方、偶数変速段から奇数変速段へのシフトアップでは、第二変速部30が第1軸に対応し、第一変速部20が第2軸に対応する。
図5は、第1速変速段での走行を示す図、図6は、第二変速制御の手順を示す一つ目の図、図7は、第二変速制御の手順を示す二つ目の図、図8は、第二変速制御の回転数制御を示す図、図9は、第二変速制御の手順を示す三つ目の図、図10は、第2速変速段での走行を示す図である。
第1速変速段で走行中(図5)に第2速変速段へのシフトアップ判断がなされると、ECU50は、図6に示すように、第二変速部30を中立状態とし、第二変速部30の入力軸17の回転数NBを第一変速部20の入力軸6の回転数NAに合わせ、第二クラッチC2を係合させる。回転数の調節は、回転電機3によってなされる。第二変速部30が中立状態とされることで、第二変速部30を介した駆動軸に対する動力伝達が遮断される。また、第二クラッチC2が係合されることで、第二変速部30とエンジン1とが接続される。
更に、ECU50は、エンジントルクを低減させ、回転電機3にエンジン1の反力を取らせる。これにより、動力伝達経路が変更される。つまり、ECU50は、回転電機3の出力制御により、エンジン1の動力を第二変速部30の入力軸17に伝達する。具体的には、図6に示すように、エンジントルクは回転軸4から第一クラッチC1を介して入力軸6に伝達されるだけでなく、回転軸4から第二クラッチC2を介して入力軸17に伝達される。入力軸17に入力された動力は、差動機構10を介して入力軸6に伝達される。入力軸17に伝達される動力の大きさは、回転電機3の出力に応じて変化する。回転電機3が電動機として出力するトルクが大きいほど、回転軸4から入力軸17に伝達される動力が大きくなる。なお、ECU50は、エンジン1および回転電機3の出力制御により、エンジン1の動力を第二変速部30の入力軸17に伝達するともいえる。
次に、ECU50は、第一クラッチC1を中立状態とし、エンジン回転数を変化させる。図7に示すように、第一クラッチC1が中立状態となることで、第一変速部20とエンジン1とが遮断され、第一クラッチC1を介した動力伝達が遮断される。これにより、エンジントルクは、回転軸4から第二クラッチC2、入力軸17、差動機構10、入力軸6へと伝達され、第一変速部20を介して駆動輪47に出力される。ECU50は、図8に矢印Y2で示すように、第二変速部30の入力軸17の回転数NBを第2速変速段に応じた回転数に変化させる。
次に、ECU50は、第二変速部30の変速段を第2速変速段に切り替える。これにより、図9に示すように、第二クラッチC2を介して入力軸17に伝達されたエンジントルクは、差動機構10および第一変速部20を介して駆動輪47に伝達されるだけでなく、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。つまり、第二変速部30の変速段を介してエンジン1と駆動軸とが接続される。ECU50は、更に、回転電機3による反力受けを停止させ、動力伝達経路を変更する。回転電機3がフリーにされたことにより、差動機構10を介した入力軸6と入力軸17との動力伝達が遮断され、図10に示すように、第2速変速段による走行に移行する。エンジントルクは、図10に示すように、回転軸4から入力軸17に伝達され、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。
本実施形態に係る変速制御(第二変速制御)では、図8に示すように、変速中に回転電機3は、正トルクを出力して正回転する状態、すなわち力行状態となる。従って、第一変速制御がなされて回転電機3が回生状態となる場合よりも変速時のエンジントルクを低減させることができ、その結果として回転電機3の出力も低減させることができる。
ここで、第二変速制御は、回転電機3の出力が小さくてよいというメリットがあるものの、第一変速制御よりも変速手順が多い。第二変速制御では、変速の開始時に第二変速部30を中立状態とし、第二変速部30の入力軸17の回転数NBを入力軸6の回転数NAに合わせ、第二クラッチC2を係合するという手順(以下、「所定手順」とも記載する。)を行う。所定手順を実行することで、第二変速制御では、第一変速制御よりも変速時間が長くなり、ドライバビリティの低下につながる虞がある。
そこで、例えば、第一変速制御では変速時の回転電機3の出力が所定の出力W0を超える場合に第二変速制御を実行し、所定の出力W0以下であれば第一変速制御を実行するようにしてもよい。所定の出力W0は、燃費の費用対効果の面から決定されることが望ましい。例えば、第一変速制御による変速時の大出力のために回転電機3を大型化すると、コストの増加を招いてしまうため好ましくない。従って、費用対効果の面から回転電機3の許容最大出力を定めることが好ましい。所定の出力W0は、この許容最大出力以下の値として定められることができる。
ここで、変速時の回転電機3の出力は、変速段やアクセル開度ACCによって変化する。図17は、トータルギヤ比とギヤステップ比を示す図、図18は、車速とエンジン回転数との関係を示す図、図19は、本実施形態に係る変速マップを示す図である。
図17に示すように、低速ギヤ段の方が高速ギヤ段よりもギヤステップ比が大きく、変速時のエンジン回転数変化量が大きくなる。ギヤステップ比は、2つの変速段のギヤ比の比率である。例えば、第1速変速段(ギヤ比G1st)と第2速変速段(ギヤ比G2nd)のギヤステップ比は、G1st/G2ndで算出される。図18には、第1速変速段における車速とエンジン回転数との関係201、第2速変速段における車速とエンジン回転数との関係202、第3速変速段における車速とエンジン回転数との関係203、第4速変速段における車速とエンジン回転数との関係204、第5速変速段における車速とエンジン回転数との関係205が示されている。図18からわかるように、アクセル開度ACCが大である場合の変速に係るエンジン回転数変化量は、アクセル開度ACCが小である場合の変速に係るエンジン回転数変化量よりも大きい。また、アクセル開度ACCが大である場合、エンジン1から駆動輪47に伝達しているトルクも大きくなり、これに対応してエンジントルクも大きくなる。
つまり、低ギヤ段でアクセル開度ACCが大であるときの変速は回転電機3の出力が大きくなり、高ギヤ段でアクセル開度ACCが小であるときの変速は回転電機3の出力が小さくなる。従って、変速前後のギヤ段やアクセル開度ACCに基づいて変速時の回転電機3の出力Wが予測可能である。第一変速制御を実行するか、第二変速制御を実行するかは、予め変速マップとして作成しておくことができる。
図19に示す変速マップには、各変速線211,212,213,214が定められている。第1速変速段と第2速変速段との変速線211、第2速変速段と第3速変速段との変速線212、第3速変速段と第4速変速段との変速線213には、それぞれ、第二変速制御を行う範囲(以下、「所定変速範囲」と称する。)211a,212a,213aが定められている。所定変速範囲211a,212a,213aは、変速線211,212,213における高アクセル開度の領域である。車両100の動作点の軌跡が所定変速範囲211a,212a,213aと交差した場合、第二変速制御がなされる。一方、車両100の動作点の軌跡が、変速線211,212,213における所定変速範囲211a,212a,213a以外の範囲と交差した場合、第一変速制御がなされる。
所定変速範囲211a,212a,213aのアクセル開度軸方向の幅は、低ギヤ段となるに従い大きくなる。各所定変速範囲211a,212a,213aには、それぞれ変速準備領域221,222,223が定められている。変速準備領域221,222,223は、所定変速範囲211a,212a,213aに対して低車速側に隣接して設けられている。変速準備領域221,222,223の車速軸方向の幅は、例えば、一定とすることができる。変速準備領域221,222,223は、第二変速制御が実行されると予測される領域、第二変速制御が実行される可能性が高い領域である。
ECU50は、車両100の動作点が変速準備領域221,222,223内の動作点となると、上記の所定手順を実行する。例えば、第1速変速段で走行中に、動作点が変速準備領域221内に入ると、所定手順がなされる。これにより、シフトアップの変速判断がなされる前に予め第二変速部30を中立状態とし、第二変速部30の入力軸17の回転数NBを入力軸6の回転数NAに合わせ、第二クラッチC2を係合しておくことが可能となる。よって、変速判断がなされてから変速が完了するまでの所要時間が短縮される。例えば、第一変速制御と同等の時間でシフトアップが可能となる。
なお、車両100の動作点が変速準備領域221,222,223内の動作点となった場合に、所定手順の一部を実行しない場合、あるいは変速判断がなされる前に所定手順の一部が実行できない場合があってもよい。例えば、所定手順のうち、第二変速部30を中立状態として第2軸を介した駆動軸に対する動力伝達を遮断する手順のみが実行されてもよく、第二クラッチC2の係合が省略されてもよい。
また、シフトアップの予測は、変速準備領域221,222,223を用いるものには限定されない。他の方法によって、シフトアップが予測されてもよい。また、第二変速制御によるシフトアップが予測される場合だけでなく、中間変速段を挟んだ2つの連続する変速段の間でシフトアップが予測される場合に所定手順が実行されてもよい。
なお、バッテリの充放電能力等は、充電状態SOCや温度環境等のパラメータによって時々刻々と変化するため、本実施形態の変速制御を実施する条件は、これらのパラメータに基づいて変化させるようにしてもよい。
次に、第二変速制御による効果について、具体的な数字の一例を参照して説明する。図20は、ギヤ比の一例を示す図、図21は、各速変速段のトータルギヤ比を示す図、図22は、車速とエンジン回転数との関係を示す図、図23は、第一変速制御に係る計算結果を示す図、図24は、第一変速制御に係るタイムチャート、図25は、第一変速制御に係るタイヤトルクの変化を示す図、図26は、第一変速制御に係るエンジン動作点の遷移を示す図である。
図23に示す計算結果は、回転電機3がリングギヤ13に付いており、回転電機3とリングギヤ13とが一体回転することを前提に算出されている。実際は、回転電機3とリングギヤ13との間にはギヤ比があるため、このギヤ比に応じて計算結果は変化する。
図20に示すように、各速変速段のギヤ比およびデファレンシャル装置の減速比(デフ比)が定められている場合、トータルギヤ比(各速変速段のギヤ比×デフ比)は、図21で示すようになる。第一変速制御におけるアクセル開度ACC=100%時(以下、「WOT時」と称する。)のシフトアップ時の回転電機3の出力は、以下のように算出することができる。WOT時には、5,000rpmでシフトアップするものとしている。変速前の変速段を第X速変速段、変速後の変速段を第Y速変速段とすると、第一変速制御における計算結果は、図23に示すようになる。なお、各変数において添字1stは第1速変速段、2ndは第2速変速段、3rdは第3速変速段、4thは第4速変速段、5thは第5速変速段、6thは第6速変速段を示す。
変速後のエンジン回転数Ne_Yは、下記式(1)で算出される。ここで、GXは第X速変速段のギヤ比、GYは第Y速変速段のギヤ比である。
Ne_Y=5000×GY/GX…(1)
Ne_Y=5000×GY/GX…(1)
変速前の回転電機3の回転数Ng_Xは、下記式(2)で算出される。これは、第2軸の回転数が変速後の変速段に対応した回転数であることによる。例えば、第1速変速段から第2速変速段への変速では、第二変速部30で第2速変速段が形成されており、入力軸17の回転数NBは第2速変速段に対応した回転数Ne_Yである。なお、差動機構10のギヤ比(サンギヤ11の歯数/リングギヤ13の歯数)は、1/2とする。以下の説明では、回転電機3の回転数を単に「MG回転数」とも記載し、回転電機3の出力トルクを単に「MGトルク」とも記載する。
Ng_X=(5000−Ne_Y)/2…(2)
Ng_X=(5000−Ne_Y)/2…(2)
変速後のMG回転数は、図14に示すように、0rpmである。エンジン回転数変更前のエンジントルクTe_Xは、図26におけるWOTガード線と5,000rpmとの交点である。WOTガード線は、エンジントルクの上限ガード値を定めたものである。図25には、WOT時の各車速に対する各変速段1st、2nd、3rd、4th、5thでのタイヤトルクToが示されている。各変速段でのタイヤトルクToを示す曲線は、図26のWOTガード線に各変速段のギヤ比を乗じて算出することができる。
例えば、変速前の第1速変速段でのエンジントルクTe_1stは、図26に示すようにエンジン回転数Ne=5,000rpmとWOTガード線との交点のトルク値であり、変速後の第2速変速段でのエンジントルクTe_2ndは、エンジン回転数Ne=2,714rpmとWOTガード線との交点のトルク値となる。また、第1速変速段でのタイヤトルクTo_1stは、(エンジントルクTe_1st)×(ギヤ比G1st)で算出され、第2速変速段でのタイヤトルクTo_2ndは、(エンジントルクTe_2nd)×(ギヤ比G2nd)で算出される。WOT時の第1速変速段から第2速変速段へのシフトアップでは、図25に矢印で示すようにタイヤトルクToの変化が発生する。
エンジン回転数変更時エンジントルクTe_hは、変速後のエンジントルクTe_Yと同じ値である。変速後のエンジントルクTe_Yは、図26に示す変速後のエンジン回転数Ne_YとWOTガード線との交点である。
エンジン回転数変更時MGトルクTg_hは、下記式(3)で算出される。
Tg_h=Te_h×2…(3)
Tg_h=Te_h×2…(3)
また、最大MG出力Wg_maxは、下記式(4)で算出される。
Wg_max=Ng_X×Tg_h×2π÷60÷1000…(4)
Wg_max=Ng_X×Tg_h×2π÷60÷1000…(4)
第1速変速段から第2速変速段にシフトアップする場合を例に、図24のタイムチャートを参照して、第一変速制御における回転電機3の出力について説明する。図24において、Toはタイヤトルク、Noはタイヤ回転数、Teはエンジントルク、Neはエンジン回転数、TgはMGトルク、NgはMG回転数、WgはMG出力である。図27は、第1速変速段でのエンジン走行状態を示す図、図28は、第1速変速段でのエンジン走行に係る共線図である。図24では、第1速変速段でのエンジン走行中に時刻t1で第2速変速段への変速判断がなされる。
第1速変速段でのエンジン走行では、図23に示すように、変速前のエンジントルクTe_Xが230Nm、エンジン回転数は5,000rpmである。図28に示すように、第二変速部30の入力軸17の回転数NAは、第2速変速段に対応した2,714rpmである。
この状態から時刻t1に第2速変速段へのシフトアップ判断がなされると、エンジントルクは、変速前のエンジントルクTe_Xである230Nmから変速後のエンジントルクTe_Yである219Nmに変更される。図29は、第一変速制御の第一段階の手順を示す図、図30は、第一変速制御の第一段階の手順に係る共線図である。
図29に示すように、エンジントルクが変更されると共に、回転電機3がエンジン反力を受ける。図24に示すように、エンジン反力を受ける回転電機3のMGトルクTgの大きさは、変速開始前の0Nmからエンジン回転数変更時MGトルクTg_hである439Nmに変化する。図30に示すように、回転電機3は正回転して負トルクを発生する回生状態でエンジン反力を受ける。
図31は、第一変速制御の第二段階の手順を示す図、図32は、第一変速制御の第二段階の手順に係る共線図である。ECU50は、第一段階の手順に続き、第一変速部20を中立状態とし、エンジン回転数を変更し、第二クラッチC2を係合させる。第一変速部20を中立状態とすることで、図31に示すように、第一変速部20を介した動力伝達が遮断される。エンジン回転数Neは、変速前のエンジン回転数Ne_Xである5,000rpmから変速後のエンジン回転数Ne_Yである2,714rpmに変更される。図24では、時刻t2にエンジン回転数が変化し始め、時刻t3にエンジン回転数の変更が完了して第二クラッチC2が係合される。
図33は、第一変速制御の第三段階の手順を示す図、図34は、第一変速制御の第三段階の手順に係る共線図である。第二段階の手順で第二クラッチC2が係合されることで、動力伝達経路が変化している。エンジントルクの一部は、第二クラッチC2を介して第二変速部30に伝達されている。ECU50は、第二段階の手順に続き、回転電機3による反力受けを停止して動力伝達経路を更に変更する。これにより、第2速変速段での走行への移行が完了する。図24では、時刻t3から時刻t4にかけてMGトルクTgの大きさが低減して動力伝達経路の切り替えがなされる。
図35は、第2速変速段でのエンジン走行状態を示す図、図36は、第2速変速段でのエンジン走行状態に係る共線図である。回転電機3の出力が0とされ、反力受けが停止されたことで、差動機構10を介した動力伝達が遮断される。これにより、エンジントルクは、回転軸4から第二クラッチC2、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。
以上説明した第一変速制御では、変速中にエンジン反力を受けるときのMGトルクは439Nmと大きなものとなる。なお、図24のタイムチャートには、変速前(第1速変速段)のエンジントルクTe_1stが変速後(第2速変速段)のエンジントルクTe_2ndよりも大である場合が示されている。これとは反対に変速前のエンジントルクTe_1stが変速後のエンジントルクTe_2ndよりも小である場合、時刻t1からt2の伝達経路変更時にはエンジントルクTeを変更せず、時刻t3からt4の伝達経路変更時にエンジントルクTeを変更するようにすればよい。
また、図24に示すタイムチャートではイナーシャを考慮していないが、実際は時刻t2からt3のエンジン回転数変更時にタイヤトルクToが増加してしまう。このため、エンジントルクTeを減少させることでタイヤトルクToを一定とする制御を行うようにしてもよい。
次に、図37のタイムチャートを参照して、第二変速制御で第1速変速段から第2速変速段にシフトアップする場合の回転電機3の出力について説明する。図37は、第二変速制御に係るタイムチャートである。図38は、第二変速制御に係る計算結果を示す図、図39は、第二変速制御に係るタイヤトルクの変化を示す図、図40は、第二変速制御に係るエンジン動作点の遷移を示す図である。
図41は、第二変速制御の第一段階の手順を示す図、図42は、第二変速制御の第一段階の手順に係る共線図である。第1速変速段で走行中(図27、図28)に、時刻t11において変速判断がなされると、ECU50は、第二変速部30を中立状態とし、入力軸17の回転数NBを入力軸6の回転数NAに合わせ、第二クラッチC2を係合させる。ECU50は、第二変速部30を中立状態として駆動輪47と入力軸17との動力伝達を遮断し、回転電機3の回転数制御によって入力軸17の回転数NBを入力軸6の回転数NAと同じ5,000rpmまで上昇させる。ECU50は、回転数制御が完了すると、第二クラッチC2を係合させる。
図43は、第二変速制御の第二段階の手順を示す図、図44は、第二変速制御の第二段階の手順に係る共線図である。ECU50は、第二段階において、エンジントルクTeを低減し、動力伝達経路を変更する。エンジントルクTeは、図38に示す変速前のエンジントルクTe_Xである230Nmからエンジン回転数変更時のエンジントルクTe_hである119Nmに低減する。一方、エンジン反力を受ける回転電機3のMGトルクTgの大きさは、変速開始前の0Nmからエンジン回転数変更時MGトルクTg_hの238Nmに増加する。図37のタイムチャートでは、時刻t12から時刻t13にかけてエンジントルクTeが低減し、MGトルクTgが増加している。
第一段階の手順で第二クラッチC2が係合されており、第二段階で回転電機3がエンジン反力を取ることで、図43に示すように、エンジントルクの一部は、回転軸4から第二クラッチC2および差動機構10を介して入力軸6に伝達される。
図45は、第二変速制御の第三段階の手順を示す図、図46は、第二変速制御の第三段階の手順に係る共線図である。ECU50は、第三段階において、第一クラッチC1を開放し、エンジン回転数Neを変更して、第二変速部30を第2速変速段に切り替える。第一クラッチC1が開放されることで、第一クラッチC1を介した回転軸4と入力軸6との動力伝達が遮断される。ECU50は、エンジン回転数Neを変速前のエンジン回転数Ne_Xである5,000rpmから変速後のエンジン回転数Ne_Yである2,714rpmに低下させる。図37のタイムチャートでは、時刻t13から時刻t14にかけてエンジン回転数Neが低下し、時刻t14において第2速変速段のギヤ対が係合される。
図47は、第二変速制御の第四段階の手順を示す図、図48は、第二変速制御の第四段階の手順に係る共線図である。ECU50は、第四段階において、回転電機3によるエンジン反力受けを停止し、動力伝達経路を変更する。ECU50は、エンジントルクTeをエンジン回転数変更時のエンジントルクTe_hである119Nmから変速後のエンジントルクTe_Yである219Nmに増加さる一方、MGトルクTgをエンジン回転数変更時MGトルクTg_hである238Nmから0まで減少させる。時刻t15に動力伝達経路の変更が完了すると、第2速変速段でのエンジン走行状態が実現される。
図49は、第2速変速段でのエンジン走行状態を示す図、図50は第2速変速段でのエンジン走行状態に係る共線図である。回転電機3の出力が0とされ、反力受けが停止されたことで、差動機構10を介した動力伝達が遮断される。これにより、エンジントルクは、回転軸4から第二クラッチC2、第二変速部30を介して駆動輪47に伝達される。
以上説明したように、第1速変速段から第2速変速段にシフトアップする場合、第一変速制御では変速中のエンジントルクTeが219Nm、MGトルクTgが439Nmであるのに対し、第二変速制御では、変速中のエンジントルクTeが119Nm、MGトルクTgが238Nmとそれぞれ大きく低減する。
第二変速制御と、第一変速制御との違いは、エンジン回転数変更時エンジントルクTe_hにある。第2速変速段のタイヤトルクTo_2ndに対して、第一変速制御では、エンジン回転数変更時エンジントルクTe_hをTe_2ndとすることに対して、第二変速制御では、エンジン回転数変更時エンジントルクTe_hをTe_2nd×G2nd/G1stとする点が異なる。つまり、エンジン回転数変更時に、差動機構10よりも駆動輪47側が、第一変速制御では第2速変速段であることに対し、第二変速制御では第1速変速段となっている点が異なる。
駆動輪47で同じトルクを出すために必要なエンジントルクTeは、第1速変速段のギヤ比G1stと第2速変速段のギヤ比G2ndとの分異なる。第二変速制御では、第1速変速段を介して駆動軸と接続されている分、第一変速制御よりも必要なエンジントルクTeおよびMGトルクTgが小さくなる。これをエネルギー的な観点で見ると、第一変速制御では回転電機3が回生であり、第二変速制御では回転電機3が力行であるためにこの差が生まれると説明できる。
第一変速制御のエンジン回転数変更時エンジントルクTe_hに対し、第二変速制御のエンジン回転数変更時エンジントルクTe_hは、G2nd/G1st=1/1.84倍に低減する。MGトルクTgは、エンジントルクTe_h×2で算出されるので、MGトルクTgも1/1.84倍となる。第1速変速段から第2速変速段へシフトアップするときの最大MG出力Wg_maxは、第一変速制御の52.5kWに対して第二変速制御では28.5kWと1/1.84倍となり、大幅にMG出力Wgが削減される。
なお、上記では第1速変速段から第2速変速段へのシフトアップについて説明したが、奇数変速段から偶数変速段へのシフトアップは、これと同様の手順で実行することができる。
また、偶数変速段から奇数変速段へのシフトアップは、奇数変速段から偶数変速段へのシフトアップ手順に対して、第一変速部20と第二変速部30とを入れ替え、第一クラッチC1と第二クラッチC2とを入れ替えたものとなる。
[実施形態の変形例]
実施形態の変形例について説明する。上記実施形態で説明したように、ギヤステップ比に応じて変速時の回転電機3の出力が変化する。通常、ギヤステップ比は低ギヤ段側から高ギヤ段側へ向かうに従い小さな値となる。これは、例えば、ドライバビリティ上の制約等によって定められる。図38からもわかるように、低ギヤ段での変速時の回転電機3の出力Wgは、高ギヤ段での変速時の回転電機3の出力Wgに対し大きな値となる。
実施形態の変形例について説明する。上記実施形態で説明したように、ギヤステップ比に応じて変速時の回転電機3の出力が変化する。通常、ギヤステップ比は低ギヤ段側から高ギヤ段側へ向かうに従い小さな値となる。これは、例えば、ドライバビリティ上の制約等によって定められる。図38からもわかるように、低ギヤ段での変速時の回転電機3の出力Wgは、高ギヤ段での変速時の回転電機3の出力Wgに対し大きな値となる。
低ギヤ段での回転電機3の出力Wgを低減する手法として、ギヤ段数を増やして各段のギヤステップ比を小さくすることが考えられる。図51は、前進6速の有段変速機のギヤ比の一例を示す図、図52は、前進8速の有段変速機のギヤ比の一例を示す図である。図51に示す有段変速機と、図52に示す有段変速機とは、最低ギヤ段のトータルギヤ比および最高ギヤ段のトータルギヤ比がそれぞれ共通である。
それぞれの有段変速機において、各変速段のギヤ比は、ギヤステップ比が低ギヤ段から高ギヤ段へ向かうに従い小さな値となる制約を満たすように定められている。図51、図52に示す例では、第1速変速段と第2速変速段とのギヤステップ比は、それぞれ1.8と1.55である。従って、6速から8速にギヤ段数を増やした場合、変速時のMG出力Wgを1.55/1.8倍に低減する効果がある。この手法の問題点は、ギヤ段数を増やしても低ギヤ段のギヤステップ比があまり変化せず、ギヤ段数を増加させた割にMG出力Wgの低減効果が少ない点である。
ギヤ段の追加に対するMG出力Wgの低減効果を最大にするためには、例えば、ギヤステップ比の大きな第1速変速段と第2速変速段との間や第2速変速段と第3速変速段との間にその中間値のギヤ比のギヤ段を追加する手法がある。図53は、6速の有段変速機に中間ギヤ比の変速段を追加した8速の有段変速機のトータルギヤ比の一例を示す図である。図53に示すように、6速の有段変速機の第1速変速段と第2速変速段との間、および第2速変速段と第3速変速段との間にそれぞれ中間値のギヤ比のギヤ段が追加されて8速の有段変速機とされている。このようにギヤ段を追加すれば、低ギヤ段でのギヤステップ比を低減可能であるものの、低ギヤ段側のギヤステップ比が高ギヤ段側のギヤステップ比よりも小さくなるという逆転が生じてしまい、ドライバビリティ上好ましくない場合がある。
変速時のMG出力Wgを低減できる別の手法として、変速時に変速専用のギヤを使用することが検討されている。例えば、第一変速部と第二変速部とを有する車両において、第一変速部に走行用の第1速変速段から第5速変速段までの5つのギヤ段が配置され、第二変速部に変速専用の中間ギヤ段として第1.5速変速段、第2.5速変速段、第3.5速変速段、第4.5速変速段の4つのギヤ段が配置される。中間変速段のギヤ比は、前後の走行用の変速段のギヤ比の中間値である。例えば、第1.5速変速段のギヤ比は、第1速変速段のギヤ比G1stと第2速変速段のギヤ比G2ndとの中間値である。
第一変速部の変速段の切り替えは、第二変速部の中間変速段を介して行われる。例えば、第一変速部で第1速変速段から第2速変速段にシフトアップする際には、第1速変速段から第1.5速変速段を介して第2速変速段に変速する。このように中間ギヤ段を介した変速とすることで、MG出力Wgを低減することができる。ここで、全ての変速について中間ギヤ段を介した変速をしようとすると、高コストとなってしまう虞がある。これは、走行用の各ギヤ段に対してそれぞれ中間ギヤ段を設定する必要があるためである。例えば、第4速変速段と第5速変速段との間の変速を第1.5速変速段を介して行うと、エンジン回転数Neの変化が大きくなり、MG出力Wgを増加させてしまうこととなる。従って、第1変速部が5段変速であれば、4つの中間ギヤ段を設ける必要がある。
本変形例に係る車両用駆動装置1−2では、ギヤステップ比の大きなギヤ段に対しては変速用の中間ギヤ段が設けられ、ギヤステップ比の小さなギヤ段に対しては変速用の中間ギヤ段が設けられていない。これにより、変速中のMG出力Wgの低減と、ギヤ段数の低減とが両立される。図54は、実施形態の変形例に係る車両200の概略構成図、図55は、本変形例に係る車両用駆動装置1−2のトータルギヤ比を示す図である。変形例に係る車両200について、実施形態の車両100と異なる点について説明する。
本変形例に係る車両200の第一変速部70は、第1速変速段、第2速変速段、第3速変速段および第5速変速段を有する。このように、第一変速部70には、連続する2つの変速段として第1速変速段と第2速変速段、および第2速変速段と第3速変速段が配置されている。ここで、連続する変速段とは、例えば、運転者がシフト操作によって選択可能な2つの変速段であって、かつ変速比の順序において互いに隣接するものとすることができる。あるいは、連続する変速段とは、走行用の変速段であって、かつ変速比の順序において互いに隣接するものであってもよい。
車両200の第二変速部80は、第1.5速変速段、第2.5速変速段、第4速変速段および第6速変速段を有する。第一変速部70の変速段および第二変速部80の変速段のうち、走行用の変速段は、第1速変速段、第2速変速段、第3速変速段、第4速変速段、第5速変速段および第6速変速段である。また、変速用の変速段、言い換えると中間変速段は、第1.5速変速段および第2.5速変速段である。第1.5速変速段は、第1速変速段および第2速変速段に対応する中間変速段である。第1.5速変速段のギヤ比は、第1速変速段のギヤ比と第2速変速段のギヤ比との間のギヤ比、例えば中間のギヤ比である。
第2.5速変速段は、第2速変速段および第3速変速段に対応する中間変速段である。第2.5速変速段のギヤ比は、第2速変速段のギヤ比と第3速変速段のギヤ比との間のギヤ比、例えば中間のギヤ比である。連続する2つの変速段と、これに対応する中間変速段とは、互いに異なる変速部に配置される。例えば、第1速変速段および第2速変速段と、第1.5速変速段とは、互いに異なる変速部に配置される。連続する2つの変速段の間に中間変速段が設けられている場合、当該2つの変速段の間でシフトアップする場合、対応する中間変速段を介する。ECU150は、例えば、第1速変速段から第2速変速段にシフトアップする場合、第1速変速段から第1.5速変速段にシフトアップし、更に第1.5速変速段から第2速変速段にシフトアップする。
連続する2つの変速段のギヤステップ比が大きい、第1速変速段と第2速変速段との間および第2速変速段と第3速変速段との間にそれぞれ中間変速段が設けられている。第3速変速段から第6速変速段までのギヤ段は、第一変速部70と第二変速部80に交互に配置されている。変速用の中間変速段を設けるか否かは、変速中の最大MG出力Wg_maxが燃費に基づいて決定される出力の閾値を超えるか否かで決定することができる。
例えば、図38の計算結果に対して、燃費に基づいて決定されるMG出力の閾値が25kWであったとする。この場合、第1速変速段から第2速変速段への変速(Wg_max=28.5kW)、および第2速変速段から第3速変速段への変速(Wg_max=27.8kW)では、それぞれ最大MG出力Wg_maxが閾値25kWを超えるため、中間変速段が必要と判断される。最大MG出力Wg_maxは、変速前後の変速段のギヤステップ比に応じて変化する。従って、本実施形態では、連続する2つの変速段のギヤステップ比が所定値以上である変速段の組に対して中間変速段が設けられている。
図56は、中間変速段を使用した変速に係る計算結果を示す図である。走行用の変速段から中間変速段への変速(例えば、1速→1.5速)、および中間変速段から走行用の変速段への変速(例えば、1.5速→2速)は、それぞれ上記第二変速制御の手順によることができる。
図56に示すように、変速前後でMG回転数の正負が入れ替わる。本変形例の中間変速段を介したシフトアップでは、中間変速段を備えない車両100で第一変速制御を実行した場合(図23)に比べて、エンジン回転数変更時のエンジントルクTe_hが低減する。具体的には、本変形例で中間変速段を介してシフトアップする場合のエンジン回転数変更時のエンジントルクTe_hは、上記実施形態で第一変速制御を実行した場合のエンジン回転数変更時のエンジントルクTe_hに対して、GY/{(GX+GY)/2}倍となる。
また、最大MG出力Wg_maxが低減する。本変形例で中間変速段を介してシフトアップする場合の最大MG出力Wg_maxは、中間変速段を介さずに第二変速制御がなされた場合(図38)の最大MG出力Wg_maxに対して大幅に低下する。従って、本変形例に係る車両用駆動装置1−2によれば、ギヤの追加に対するMG出力Wgの低減効果が大きく、かつ追加ギヤ数を最低限に抑えることが可能である。また、変速比の回転数変化量が小さくなることで、変速にかかる時間を短縮することができる。
なお、中間変速段は、変速用の変速段であって、走行用の変速段とは異なるものであるが、ドライバビリティ上の問題がないなどの条件を満たす場合に、中間変速段での車両200の走行が許容されてもよい。例えば、中間変速段で走行することにより燃費向上が図れる場合で、かつドライバビリティ上の問題がなければ中間変速段での走行が許容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。
1−1,1−2 車両用駆動装置
1 エンジン
3 回転電機
10 差動機構
20 第一変速部
30 第二変速部
47 駆動輪
50 ECU
100 車両
C1 第一クラッチ
C2 第二クラッチ
1 エンジン
3 回転電機
10 差動機構
20 第一変速部
30 第二変速部
47 駆動輪
50 ECU
100 車両
C1 第一クラッチ
C2 第二クラッチ
Claims (5)
- エンジンと駆動軸とを接続し、かつ前記エンジンと断接可能な第1軸と、
前記エンジンと前記駆動軸とを接続し、かつ前記エンジンと断接可能な第2軸と、
前記第1軸と、前記第2軸と、回転電機とを接続する差動機構と
を備え、
前記差動機構は、サンギヤ、第一ピニオンギヤ、第二ピニオンギヤ、リングギヤおよびキャリアを備え、
前記サンギヤは、前記第1軸と同軸上に、かつ前記第1軸に対して相対回転自在に支持されるとともに、前記第2軸と接続され、
前記リングギヤは、前記回転電機の回転軸と接続され、
前記キャリアは、前記第1軸と連結され、
前記第1軸と前記エンジンとが接続され、前記第1軸の変速段を介して前記エンジンと前記駆動軸とが接続された状態から、前記第2軸の変速段にシフトアップする場合、
前記第2軸を介した前記駆動軸に対する動力伝達を遮断し、
前記第2軸と前記エンジンとを接続し、
前記回転電機の出力制御により前記エンジンの動力を前記第2軸に伝達し、
前記第1軸と前記エンジンとを遮断し、
前記第2軸の変速段を介して前記エンジンと前記駆動軸とを接続する
ことを特徴とする車両用駆動装置。 - 更に、前記第1軸あるいは前記第2軸のいずれか一方の軸に配置された連続する2つの変速段と、他方の軸に配置された中間変速段とを備え、
前記中間変速段の変速比は、前記連続する2つの変速段の変速比の間の変速比であり、
前記連続する2つの変速段の間でシフトアップする場合、前記中間変速段を介する
請求項1に記載の車両用駆動装置。 - 前記中間変速段は、前記連続する2つの変速段のギヤステップ比が所定値以上である変速段の組に対して設けられる
請求項2に記載の車両用駆動装置。 - 前記第1軸の変速段から前記第2軸の変速段へのシフトアップが予測される場合、前記第2軸を介した前記駆動軸に対する動力伝達を予め遮断しておく
請求項1に記載の車両用駆動装置。 - 前記第1軸の変速段から前記第2軸の変速段にシフトアップするときに、前記回転電機が力行する
請求項1に記載の車両用駆動装置。
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