JP5942921B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用駆動装置に関し、特に、内燃機関から駆動力を受ける駆動輪と電動機から駆動力を受ける駆動輪とを備える車両の車両用駆動装置に関する。

車両の前輪を内燃機関からの駆動力で駆動し、後輪を電動機からの駆動力で駆動する四輪駆動の車両用駆動装置が従来技術として知られている。たとえば、蓄電装置からの電力を用いてモータジェネレータで後輪を駆動し、車両減速時の回生エネルギーをモータジェネレータによって電力として蓄電装置に回収する駆動装置が用いられている（特許文献１）。

特開２０１１−２４６０６６号公報

特許文献１の装置は、車両減速時の回生エネルギーのみで蓄電するため、モータジェネレータで後輪を駆動するための電力が不足する可能性がある。また、モータジェネレータへの電力不足を解消するため、蓄電装置やモータジェネレータの体格が大きくなる傾向がある。

本発明は、内燃機関から駆動力を受ける駆動輪と電動機から駆動力を受ける駆動輪とを備える車両の車両用駆動装置において、電動機への電力不足の解消と駆動装置の設置スペースの抑制とを図ることを目的とする。

本発明の車両用駆動装置は、内燃機関と、内燃機関からの駆動力を第１駆動輪に伝達する差動装置と、差動装置のデフケースに接続され、デフケースの回転を増速して出力する増速機と、増速機からの動力が伝達されることによって電力を発生する発電機と、増速機と発電機との間の動力伝達を断接可能なクラッチと、クラッチを断接する指令を出す制御部と、発電機が発生する電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置から供給される電力によって第２駆動輪を駆動する電動機と、を備える車両用駆動装置であって、デフケースの回転軸と増速機の回転軸と発電機の回転子の回転軸とは同軸に配置され、制御部は、蓄電装置に蓄えられた電力量に応じてクラッチを接続する指令を出すことを特徴とする。

本発明は、内燃機関から駆動力を受ける駆動輪と電動機から駆動力を受ける駆動輪とを備える車両用駆動装置において、電動機への電力不足を解消でき、駆動装置の設置スペースの抑制ができるという効果を奏する。

本発明の実施形態の車両用駆動装置を示す図である。 本発明の実施形態の車両用駆動装置の制御を示すフローチャートである。 クラッチ接続前後における回転子回転数とエンジン回転数とを示す図である。 本発明の実施形態の車両用駆動装置と比較例におけるクラッチ接続前後のエンジン駆動力とエンジン回転数とを示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態の車両用駆動装置１０の構成を示している。車両用駆動装置１０は、内燃機関であるエンジン１１と、エンジン１１からの駆動力を第１駆動輪である前輪１２に伝達する差動装置１３と、差動装置１３のデフケース１４に接続され、デフケース１４の回転を増速して出力する増速機１５と、増速機１５からの動力が伝達されることによって電力を発生する発電機１６と、増速機１５と発電機１６との間の動力伝達を断接可能なクラッチ１７とを備えている。増速機１５は、遊星歯車機構で構成され、デフケース１４に接続されるキャリア１８と、リングギア１９と、発電機１６と接続するサンギア２０とを備える。増速機１５は、クラッチ１７がリングギア１９と結合（接続）することにより、キャリア１８の回転を増速してサンギア２０から出力することができる。発電機１６は、増速機１５のサンギア２０と接続し、増速機１５からの動力が伝達される回転子２１が設けられている。図１に示すように、デフケース１４の回転軸と、増速機１５の回転軸と、回転子２１の回転軸とは同軸に配置されている。

車両用駆動装置１０は、電動機と発電機の機能を有するモータジェネレータ３１と、第２駆動輪である後輪３２とを備える。モータジェネレータ３１は、蓄電装置であるキャパシタ３３に蓄えられた直流電力がインバータ３４で交流電力に変換されて供給され、後輪３２を駆動する。キャパシタ３３は、モータジェネレータ３１に電力を供給することによって充電量が減少する。キャパシタ３３は、発電機１６とモータジェネレータ３１とで発生された交流電流を直流電流に変換してキャパシタ３３に直流電力を供給する整流器３５が電気的に接続され、減少した充電量を補充する。

車両用駆動装置１０は、車両用駆動装置１０の各機器を制御するための制御部４０を備える。制御部４０は、信号の処理、演算を行うＣＰＵ４１と、記憶装置であるメモリ４２と、各機器、各センサに接続するインターフェース４３とを内部に含む構成のコンピュータである。メモリ４２は、慣性トルク算出プログラム４４と、発電負荷算出プログラム４５と、補正駆動力算出プログラム４６と、記憶部４７とを備える。慣性トルク算出プログラム４４は、クラッチ１７の接続時に、発電機１６の回転子２１を回転させるために必要な慣性トルクを算出するためのプログラムである。発電負荷算出プログラム４５は、キャパシタ３３の充電量がモータジェネレータ３１による発電要求を満たせないと判断した場合に、発電機１６に要求される発電量に応じた回転子２１にかかる発電負荷を算出するためのプログラムである。補正駆動力算出プログラム４６は、クラッチ１７の接続と、発電機１６による発電の前後とでエンジン１１から前輪１２へ伝達される駆動力が変動しないようにするため、エンジン１１の駆動力を増大させるための補正駆動量を算出するプログラムである。記憶部４７は、車両用駆動装置１０における各種の制御用データを格納する。

図２を参照して、本実施形態の車両用駆動装置１０の制御について説明する。図２は車両用駆動装置１０の制御を示すフローチャートである。図２に示す制御フローはメモリ４２に保持されており、適時に読みだされて実行される。図２のステップＳ１０１に示すように、ＣＰＵ４１は、車両用駆動装置１０を搭載した車両が正駆動時であるか判断する。ここで、正駆動とは、たとえば車両が加速している場合など、エンジン１１の駆動力が差動装置１３を介して前輪１２に伝達され、前輪１２を回転駆動している場合をいう。正駆動時か否かは、ＣＰＵ４１が、アクセルペダル開度、ブレーキペダルの踏み込み量などを各センサからインターフェース４３を介して取得することによって判断することができる。

図２のステップＳ１０１でＹＥＳと判断された場合、つまり車両が正駆動時である場合は、図２のステップＳ１０２に示すように、キャパシタ３３に設けられた図示しない充電量センサによってキャパシタ３３の充電量を検出し、インターフェース４３を介して記憶部４７に出力する。次に、図２のステップＳ１０３に示すように、ＣＰＵ４１は、記憶部４７に入力されたキャパシタ３３の充電量が所定値未満であるか判断する。

図２のステップＳ１０３でＹＥＳと判断された場合、つまりキャパシタ３３の充電量が所定値未満である場合は、キャパシタ３３から後輪３２を駆動するモータジェネレータ３１に供給する電力が不足する可能性があるため、発電機１６で発電してキャパシタ３３の充電量を増やして電力不足の解消を図る必要がある。

ところで、発電機１６で発電する場合、回転子２１からエンジン１１へエンジン回転数を減速させる２つの力が伝達される。一つは、クラッチ１７を接続状態にしたとき、回転子２１を停止状態から所定の回転数に加速するための慣性トルクにより、増速機１５およびデフケース１４を介し、一時的にエンジン１１へエンジン回転数を減速させる力が伝達される。もう一つは、回転子２１にキャパシタ３３の充電量に応じた発電負荷がかかることにより、増速機１５およびデフケース１４を介し、エンジン１１へエンジン回転数を減速させる力が伝達される。これらの力によりエンジン１１のエンジン回転数が減速されると、車両の乗員に意図しない減速感を感じさせることになる。

上述した、回転子の慣性トルクに起因するエンジン回転数の減速について、図３、図４を用いて説明する。図３は、クラッチ接続前後でエンジンの駆動力（回転数）を変化させない場合における回転子とエンジンの回転数を示す図であり、図３（ａ）は回転子の回転数を示し、図３（ｂ）はエンジンの回転数を示している。図３の線ａは、本実施形態の車両用駆動装置１０と同じ差動装置と増速機と回転子との組み合わせを備える装置における各回転数を示し、図３の線ｂは、差動装置と回転子との間に増速機が設けられていない装置における各回転数を示している。図３の時間ｔ１からｔ３はそれぞれ、ｔ１はクラッチを接続したとき、ｔ２は線ｂで示される装置において回転子の回転数がクラッチ接続前のデフケースの回転数に等しくなったとき、ｔ３は線ａで示される装置において回転子の回転数がクラッチの接続前のデフケースの回転数に基づくクラッチの接続後におけるサンギアの回転数に等しくなったときを示している。図３（ａ）に示すように、線ａで示される装置は増速機が設けられている分、線ｂで示される装置と比較して、回転子の回転数の加速度合いと最終的な回転数とが大きくなり、その結果、図３（ｂ）に示すように、線ａで示される装置は、線ｂで示される装置と比較して、エンジン回転数の減速の度合いが大きくなる。このように、線ａで示される装置の方が、線ｂで示される装置よりもエンジンの減速、すなわち車両の乗員が感じる意図しない車両の減速感がより大きくなり、その度合いは増速機における増速比の増大に応じて大きくなっていく。つまり、線ａの装置と同様の差動装置１３、増速機１５、回転子２１の組み合わせを備える本実施形態の車両用駆動装置１０では、クラッチ１７の接続前後における車両の減速感が増速機を用いない装置と比較して大きくなり、乗員に減速に伴う不快感を与える可能性がより大きくなるため、この減速感を解消することがより強く求められる。

図４は、エンジンの駆動力と回転数とを示す図である。図４の時間ｔ１とｔ３とは、図３と同様の時間を示している。また、図４の実線ｃは、本実施形態の車両用駆動装置１０を用い、エンジン１１の駆動力をクラッチ１７の接続前後で一時的に増大させた場合を示し、図４の破線ｄは、本実施形態の車両用駆動装置１０と同様の構成の装置を用いた比較例であって、エンジンの駆動力をクラッチの接続前後で変化させない場合を示している。比較例では、図４（ａ）の破線ｄに示すように、クラッチの接続前後でエンジンの駆動力に変化がなく、その結果、図４（ｂ）の破線ｄに示すように、クラッチ接続の前後でエンジン回転数が減速している。一方、本実施形態の車両用駆動装置１０では、図４（ａ）の実線ｃで示すように、クラッチ１７が接続されるとき（時間ｔ１）の直前から時間ｔ３までエンジン１１の駆動力を上昇させることにより、図４（ｂ）の実線ｃに示すように、クラッチ１１の接続前後でエンジン１１の回転数の減速が生じないようになっている。なお、図４（ａ）の実線ｃで示すように、クラッチ１７の接続時ｔ１ではなく、ｔ１の直前からエンジン１１の駆動力を上昇させるのは、エンジン１１の駆動力上昇からクラッチ１７を介して回転子２１に伝達されるまでの間に時間差（時間遅れ）があることを考慮したものである。図４（ｂ）の実線ｃに示すように、エンジン１１の回転数は時間ｔ１前後で上昇（加速）しているが、この上昇度合いは少なく、また、減速と比較して加速は車両の乗員への違和感として伝わりにくいため、ｔ１前後における加速は車両乗員に意図しない加速として捉えられる可能性は少ない。

上述した、回転子２１にキャパシタ３３の充電量に応じた発電負荷がかかることに起因するエンジン１１の回転数が減速することについて説明する。発電機１６で発電する際は、キャパシタ３３の充電量を増加させるために回転子２１にかかる発電負荷が増加するため、外部から駆動力が供給されない場合は回転子２１の回転数が減速する。回転子２１の回転数が減速すると増速機１５、差動装置１３を介してエンジン１１の回転数も減速し、車両の乗員に意図しない車両の減速感を感じさせることになる。そこで、発電負荷による回転子２１の回転数の減速に応じてエンジン１１の駆動力を上昇させることによって、発電機１６の発電前後でエンジン１１の回転数が減速することを抑制する。

本実施形態の車両用駆動装置１０は、回転子２１の慣性トルクおよび電力需要に応じた回転子２１の発電負荷に起因する意図しない車両の減速感が生じることを抑制するため、後述する図２に示すステップＳ１０４からステップＳ１０８を実行する。

図２のステップＳ１０４に示すように、ＣＰＵ４１は、慣性トルク算出プログラム４４を実行し、回転子２１を停止状態から所定の回転数に加速するための慣性トルクを算出する。慣性トルクは、回転子２１の質量、形状、所定の回転数から求めることができる。ここで、回転子２１の所定の回転数は、クラッチ接続後のサンギア２０の回転数と同じであることから、クラッチ１７の接続前のデフケース１４の回転数と増速機１５の増速比とから求めることができる。

図２のステップＳ１０５に示すように、ＣＰＵ４１は、発電負荷算出プログラム４５を実行し、発電機１６に要求される発電量に応じた回転子２１の発電負荷を算出する。発電機１６に要求される発電量は、モータジェネレータ３１の電力消費量と、キャパシタ３３の充電量とから求めることができる。回転子２１の発電負荷は、発電機１６に要求される発電量、回転子２１の回転数から求めることができる。

図２のステップＳ１０６に示すように、ＣＰＵ４１は、補正駆動力算出プログラム４６を実行し、図２のステップＳ１０４で算出された回転子２１の慣性トルクと、図２のステップＳ１０５で算出された回転子２１の発電負荷とに基づいて、エンジン１１の補正駆動力を算出する。まず、回転子２１の慣性トルクから、クラッチ１７の接続時に差動装置１３を介して車輪１２に伝達される駆動力、すなわち差動装置１３を介して回転子２１を回転させるために消費されるエンジン１１の駆動力を求めることができる。次に、回転子２１の発電負荷から、差動装置１３を介して前輪１２に伝達される駆動力、すなわち差動装置１３を介して回転子２１の発電負荷によって消費されるエンジン１１の駆動力を求めることができる。ＣＰＵ４１は、クラッチ１７の接続から回転子２１が所定回転数に加速するまでのエンジン１１の補正駆動力として、クラッチ１７の接続前のエンジン１１の駆動力に回転子２１の慣性トルクに基づく駆動力を加算したものを算出する。また、ＣＰＵ４１は、クラッチ１７の接続後であって回転子２１が所定回転数に加速した後のエンジン１１の補正駆動力として、クラッチ１７の接続前のエンジン１１の駆動力に回転子２１の発電負荷に基づく駆動力を加算したものを算出する。

図２のステップＳ１０７に示すように、算出されたエンジン１１の補正駆動力に基づき、ＣＰＵ４１は、エンジン１１へ駆動力補正指令を出力する。図２のステップＳ１０８に示すように、ＣＰＵ４１は、クラッチ１７へ接続指令を出力する。

次に、図２のステップＳ１０１でＮＯ、つまり車両が正駆動時ではない場合は、車両が減速状態であると判断することができ、車両減速時のエネルギーを電力として回収するため、図２のステップＳ１０８に示すように、ＣＰＵ４１は、クラッチ１７に接続指令を出力する。

次に、図２のステップＳ１０３でＮＯ、つまり車両が正駆動時であって、キャパシタ３３の充電量が所定値以上である場合は、キャパシタ３３には後輪３２を駆動するモータジェネレータ３１への供給する電力が十分に蓄えられていると判断することができるため、クラッチ１７を接続して発電機１６による発電を行うための処理は行われない。

以上のように、本実施形態に係る車両用駆動装置１０によれば、増速機１５によりデフケース１４の回転を増速して発電機１６の回転子２１に入力するため、デフケース１４の回転を直接に回転子２１へ入力する場合と比較して発電機１６の体格を小さくすることができる。

また、増速機１５を遊星歯車機構で構成したことにより、増速機１５の入力軸と出力軸とを同軸にすることができ、デフケース１４の回転軸と増速機１５の回転軸と発電機１６の回転子２１の回転軸とを同軸に配置、具体的には前輪１２の駆動軸上にまとめて配置することができ、設置スペースを抑制することができる。たとえば、本実施形態のように車両前方にエンジン１１と前輪１２とを配置する車両の場合、発電機１６をエンジンルーム内に設置することが可能となる。また、従来、発電機は車輪の駆動軸と異なる位置に配置したり、ベルトを用いてエンジンからの駆動力を得たりしていたが、本実施形態の車両用駆動装置１０によれば、従来の発電機の設置スペースや駆動ベルトの取り回しに必要なスペースを不要とすることができ、その結果空いたスペースに他の機器を設置することができる。

また、正駆動時に発電機１６で発電する場合、発電機１６で消費される駆動力、たとえば、回転子２１を加速するための慣性トルクと回転子２１の発電負荷とによって消費される駆動力をエンジン１１の駆動力に加算した上でクラッチ１７を接続することにより、発電開始後にエンジン１１から前輪１２に伝達される駆動力の低下を抑制することができるため、発電に伴って車両が意図せずに減速するようなことを抑制することができる。

また、車両の減速時以外にも発電可能なため、後輪３２を駆動するモータジェネレータ３１へ供給する電力が不足することを防ぐことができ、また、蓄電装置の容量が従来よりも少なくても後輪３２を十分に駆動できるため、蓄電装置の体格を小さくすることができる。

１０ 車両用駆動装置、１１ エンジン、１２ 前輪、１３ 差動装置、１４ デフケース、１５ 増速機、１６ 発電機、１７ クラッチ、１８ キャリア、１９ リングギア、２０ サンギア、２１ 回転子、３１ モータジェネレータ、３２ 後輪、３３ キャパシタ、３４ インバータ、３５ 整流器、４０ 制御部、４１ ＣＰＵ、４２ メモリ、４３ インターフェース、４４ 慣性トルク算出プログラム、４５ 発電負荷算出プログラム、４６ 補正駆動力算出プログラム、４７ 記憶部。

Claims (1)

1. 内燃機関と、
   内燃機関からの駆動力を第１駆動輪に伝達する差動装置と、
   差動装置のデフケースに接続され、デフケースの回転を増速して出力する増速機と、
   増速機からの動力が伝達されることによって電力を発生する発電機と、
   増速機と発電機との間の動力伝達を断接可能なクラッチと、
   クラッチを断接する指令を出す制御部と、
   発電機が発生する電力を蓄える蓄電装置と、
   蓄電装置から供給される電力によって第２駆動輪を駆動する電動機と、
   を備える車両用駆動装置であって、
   デフケースの回転軸と増速機の回転軸と発電機の回転子の回転軸とは同軸に配置され、
   制御部は、蓄電装置に蓄えられた電力量に応じてクラッチを接続する指令を出すことを特徴とする車両用駆動装置。
   

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