JP6447154B2 - 車両の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の駆動装置に関し、特に、エンジンとモータージェネレーターと変速機とを備える車両の駆動装置に関する。

特開２００４−１５０５０７号公報（特許文献１）には、エンジンとモータージェネレーターと変速機とを備えたハイブリッド自動車が開示されている。このハイブリッド自動車では、駆動輪の空転によるスリップが発生したときには、変速機により回転軸とリングギヤとの接続を解除してモータージェネレーターを駆動輪から切り離す。この結果、スリップに伴ってモータージェネレーターが過大な回転数で運転されるのを防止することができる。また、スリップが収束したときには、変速機を小さい変速比として回転軸とリングギヤ軸とを接続する。この結果、スリップ直後に再スリップしやすい状態のときの再スリップを抑制することができる。

特開２００４−１５０５０７号公報

上記のようなハイブリッド自動車では、スリップ発生時にモータージェネレーターを駆動輪から切り離すが、その時には、急に駆動力が低下するので、そのまま走行し続けるとドライバーに駆動力の不足を感じさせる恐れがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、スリップ発生時に駆動力の低下を補いつつ、モータージェネレーターの過回転を防止することができる車両の駆動装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の駆動装置であって、エンジンと、モータジェネレータと、第１回転軸および第２回転軸と、第１回転軸と第２回転軸との間に設けられた変速機と、エンジンと第１回転軸との間の動力伝達を遮断可能な第１クラッチと、モータジェネレータと第１回転軸との間の動力伝達を遮断可能な第２クラッチと、第２回転軸に連結された駆動輪と、エンジン、モータジェネレータ、変速機、第１クラッチおよび第２クラッチの制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、第１クラッチおよび第２クラッチをともに係合状態に制御している場合において、駆動輪がスリップしたことに応じて、変速機の変速比を高速側に変化させるとともに、変速比の変化に伴なう第２回転軸におけるトルク不足を補うようにモータジェネレータのトルクを増加する。

この発明によれば、スリップ発生時に、変速機の変速比を高速側に変化させるので、モータジェネレータおよびエンジンにクラッチによって接続された第１回転軸の回転速度が低下する。したがってスリップ発生時にモータジェネレータの過回転を防止することができる。同時にモータジェネレータのトルクをエンジンのトルク不足を補うように増加させるので、その後の走行時にドライバーにトルク不足を感じさせずに済む。

本実施の形態による車両１の駆動装置の全体構成図である。 エンジン回転速度とトルクとの関係を示す図である。 ＥＣＵ１００が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２においてＥＣＵ１００が実行するエンジントルク制限について説明するためのフローチャートである。 実施の形態３においてＥＣＵ１００が実行するエンジンの燃料カット制御について説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態による車両１の駆動装置の全体構成図である。車両１の駆動装置は、エンジン１０と、モータジェネレータ（以下「ＭＧ」ともいう）２０と、電力制御回路（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」という）２１と、高電圧バッテリ２２と、自動変速部３０と、クラッチＫ２と、クラッチＫ０と、油圧回路５０と、回転センサ１１，３６と、電子制御装置（Electronic Control Unit、以下「ＥＣＵ」という）１００とを含む。

車両１は、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力が自動変速部３０を経由して駆動輪に伝達されることによって走行するハイブリッド車両である。エンジン１０は、ガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関である。自動変速部３０の入力軸である回転軸３１は、クラッチＫ０を介してエンジン１０の出力軸１２に連結される。自動変速部３０の出力軸である回転軸３２は、駆動輪３５に連結される。本実施の形態による自動変速部３０は、トルクコンバータ３３と、自動変速機３４とを含む。

自動変速機３４のシフトレンジは、ドライバーのシフトレバー１０４によって設定される。自動変速機３４のシフトレンジは、前進走行レンジ（Ｄレンジ）、後進走行レンジ（Ｒレンジ）、パーキングレンジ（Ｐレンジ）、ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）などを含む複数のシフトレンジから選択される。たとえば、図示しないＩＧスイッチがユーザによってオフされた状態（ＩＧオフ状態）である場合、自動変速機３４のシフトレンジは「Ｐレンジ」に設定される。Ｐレンジでは、回転軸３２が固定（Ｐロック）されるとともに、自動変速部３０の内部において、回転軸３２が回転軸３１から切離された状態となる。

ＭＧ２０は、代表的には三相永久磁石型の同期電動機で構成される。すなわち、ＭＧ２０のロータには、永久磁石が装着される。ＭＧ２０のステータには、三相コイル（Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル）が巻回されており、各相コイルの他端同士は中性点において互いに接続される。

ＭＧ２０のロータは中空になっており、回転軸３１が貫通している。ＭＧ２０のロータの内側と、回転軸３１との間にはクラッチＫ２が設けられている。ＭＧ２０のロータは、クラッチＫ２を介して回転軸３１に連結される。

ＭＧ２０は、高電圧バッテリ２２からＰＣＵ２１を経由して供給される高電圧の電力によって駆動される。また、ＭＧ２０は、回転軸３１から伝達される動力（エンジン１０あるいは駆動輪から伝達される動力）によって回転されることによって発電する。高電圧バッテリ２２は、高電圧で作動するＭＧ２０に供給するための電力を蓄える。

ＰＣＵ２１は、コンバータおよびインバータを含む。コンバータは、高電圧バッテリ２２から入力される電圧を昇圧してインバータに出力したり、インバータから入力される電圧を降圧して高電圧バッテリ２２に出力したりする。インバータは、コンバータから入力される直流を三相交流に変換してＭＧ２０に出力したり、ＭＧ２０から入力される三相交流を直流に変換してコンバータに出力したりする。

油圧回路５０は、図示しない電動オイルポンプまたは機械式オイルポンプから供給される油圧を調圧して自動変速部３０、クラッチＫ２およびクラッチＫ０に供給する。

本実施の形態によるクラッチＫ２は、油圧が供給されていない通常状態（ノーマル状態）で係合され、所定の解放油圧以上の油圧が供給されている状態で解放される、いわゆるノーマリクローズ（Normally Close、以下「Ｎ／Ｃ」ともいう）タイプのクラッチである。同様に、本実施の形態によるクラッチＫ０は、ノーマル状態で係合され、所定の解放油圧以上の油圧が供給されている状態で解放される、Ｎ／Ｃタイプのクラッチである。

車両１には、エンジン１０の回転速度（エンジン回転速度Ｎｅ）を検出する回転センサ１１および車輪速Ｎｗを検出する回転センサ３６に加えて、図示しないが、ユーザによるアクセルペダル１０６の操作量、ＭＧ２０の回転速度（ＭＧ回転速度Ｎｍ）、回転軸３１の回転速度（入力軸回転速度Ｎａｔ）など、車両１を制御するために必要な物理量を検出するための複数のセンサが設けられる。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ１００に送信する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）および内部メモリを含んで構成される。ＥＣＵ１００は、ユーザが車両１を始動させる操作（図示しないＩＧスイッチをオフ状態からオン状態に切り替える操作、以下「ＩＧオン操作」ともいう）を行なった場合に起動する。ＥＣＵ１００は、ＩＧオン操作によって起動すると、各センサからの情報およびメモリに記憶された情報に基づいて所定の演算処理を実行し、演算結果に基づいて車両１の各機器を制御する。

ＥＣＵ１００は、モータ走行、ハイブリッド走行、エンジン走行のいずれかによって車両１を走行させる。バッテリのＳＯＣが十分高い場合には、前進時には、低車速（たとえば、３０ｋｍ／ｈ以下）ではモータ走行が行なわれ、高車速（たとえば、３０ｋｍ／ｈ以上）ではハイブリッド走行またはエンジン走行が行なわれる。

モータ走行では、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３１に連結し）かつクラッチＫ０を解放して（エンジン１０を回転軸３１から切離して）、ＭＧ２０の動力で回転軸３１を回転させる。

ハイブリッド走行では、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を係合し（ＭＧ２０を回転軸３１に連結し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３１に連結して）、エンジン１０およびＭＧ２０の少なくとも一方の動力で回転軸３１を回転させる。

エンジン走行では、ＥＣＵ１００は、クラッチＫ２を解放し（ＭＧ２０を回転軸３１から切離し）かつクラッチＫ０を係合して（エンジン１０を回転軸３１に連結して）、エンジン１０の動力で回転軸３１を回転する。この状態では、ＭＧ２０がパワートレーンから切離されるので、エンジンと駆動輪との間に自動変速機を備えた通常のエンジン車両と同様の構成となる。

［車輪スリップ時の制御］
図１のような構成を有するハイブリッド自動車では、エンジン１０をＭＧ２０でアシストして走行する場合には、クラッチＫ０およびＫ２が係合されているので、エンジン１０の回転速度とＭＧ２０の回転速度とは等しくなる。

しかし、エンジン１０の上限回転速度（Ｎｅｍａｘ）とＭＧ２０の上限回転速度（Ｎｇｍａｘ）とは等しいとは限らない。むしろ、上限回転速度が等しくなるように設計することは難しく、燃費性能、コスト低減に代表される設計都合や、走行環境によるエンジン、ＭＧ２０の状態次第で、Ｎｅｍａｘ＞Ｎｇｍａｘとなる車両が多い。

このような車両では、エンジン１０の回転速度が増加する場合においては、エンジンの回転速度が上限回転速度Ｎｅｍａｘに到達する前に、ＭＧ２０を切り離す必要がある。

しかしながら、車輪のスリップ時など、車輪の回転速度が急激に増加する場合においては、クラッチＫ２の切り離しよりも、回転軸３１の回転速度の上昇の方が早く、結果としてＭＧ２０の過回転が発生し、急激な回転速度上昇に伴なう出力パワーの超過が生じる。

モータージェネレータを有さない車両などでは、エンジンの燃料カットをすることにより、加速そのものが抑制され、エンジンの過回転は抑制される。しかし、図１のようなハイブリッド自動車では、クラッチＫ２が接続された状態では、ＭＧ２０の過回転をＭＧ２０から負トルクを出力させることにより抑制する。しかしながら、高回転領域では、エンジントルクと比較するとモータートルクが小さくなることから、トータルのトルクが減速に働く負トルクにできない場合がある。

そこで、本実施の形態では、低μ路や、悪路などで頻発する駆動輪のスリップ判定時には、変速機を高速側に変速することによって過回転を抑制するとともに、その後の走行においてこれに伴なうトルクの不足分をＭＧ２０で補うこととした。以下に、図２においてどのようにトルク配分を変更するかについて説明する。

図２は、エンジン回転速度とトルクとの関係を示す図である。図２において、横軸はエンジン回転速度Ｎｅ（回転軸３１の回転速度でもある）を示し、縦軸はトルクを示す。

図１、図２を参照して、エンジンの回転速度は、最適燃費線Ｔｅｏｐｔと、アクセルペダルの操作に基づいて決定される駆動力を表わす等駆動力線Ｐ１，Ｐ２との交点で決定される。

最適燃費線Ｔｅｏｐｔは、各エンジン回転速度において、燃費が最高となる等燃費線の部分をつなぎ合わせた線である。アクセルペダル１０６の操作等に基づいて、等駆動力線Ｐ１，Ｐ２のいずれを選択するかが決定される。

通常の走行時には、等駆動力線Ｐ１が選択された場合、最適燃費線Ｔｅｏｐｔとの交点がエンジンの動作点とされるので、エンジン回転速度Ｎｅ２に決定される。そして、エンジントルクはＴｅ２となり、走行に必要な駆動力は基本的にエンジン１０によって賄われる。

しかし、悪路などでスリップが検出された場合には、過回転を抑制するために、自動変速機３４をアップシフトすることによって、エンジン回転速度をＮｅ２からＮｅ１に下げる。すると、エンジン回転速度Ｎｅ１では等駆動力線Ｐ１に対して不足が生じるので、ＭＧ２０にアシストするトルクＴｇ１を出力させる。

これにより、スリップ後の走行時のエンジントルク不足分がモータトルクＴｇ１によって補われるので、悪路等の走行時において、ドライバーがトルク不足を感じることを避けることができる。

図３は、ＥＣＵ１００が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図１、図３を参照して、まずステップＳ１においてＥＣＵ１００は駆動輪３５のスリップの発生の有無を判定する。ＥＣＵ１００は、たとえば、駆動輪３５に設けられた車輪速センサにしきい値を超える回転速度の増加が発生したときにスリップが発生したと判定する。自動変速機３４の回転軸３２に回転速度センサを設けておき、出力軸回転数の単位時間あたりの変化量から逆算することにより、車速変化量を算出および判定しても良い。またたとえば、駆動輪と転動輪の回転速度の差が所定値以上であるときにスリップが発生したと判定しても良い。

また、ステップＳ１において、ＮＯと判定される場合は、悪路等から脱出しスリップしなくなった状態である。具体的には、所定時間以上スリップの発生が見られない場合に、スリップ判定がＮＯと判定される。

ステップＳ１において、スリップが発生しないと判定された場合には（Ｓ１でＮＯ）ステップＳ４に処理が進められ、ＥＣＵ１００は、変速機の目標ギヤ段を通常ギヤ段に設定する。通常ギヤ段は、たとえば、車速とアクセル開度とに基づいて変速線図によって決定することができる。そして、ステップＳ５において、ＭＧ２０によるアシストトルクの発生を解除（停止）する。

一方、ステップＳ１において、スリップが発生したと判定された場合（スリップが発生した後に所定時間経過していない場合も含む）には（Ｓ１でＹＥＳ）ステップＳ２に処理が進められ、ＥＣＵ１００は、変速機の目標ギヤ段を通常ギヤ段よりも高速段（＋Ｎ段）に設定する。そして、ステップＳ３において、ＭＧ２０にエンジントルク不足分のアシストトルクを発生させる。

ＭＧ２０のトルクＴｇの決定は、必要とされるトランスミッショントルク（Ｔｉｎ）に対して、最適燃費となるエンジン動作点でのエンジントルク量（Ｔｅｏｐｔ）と、モータ性能および電池の出力から決まる最大モータトルクＴｇｍａｘとを用いて、次式で決めることができる。

Ｔｇ＝ＭＩＮ（Ｔｉｎ−Ｔｅｏｐｔ，Ｔｇｍａｘ）
ステップＳ３またはＳ５の処理が終了するとステップＳ６に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。以降もこのスリップ判定の処理は繰り返し実行される。

なお、アシストトルクを発生し続けると、バッテリからの電力の放電が継続するので、ステップＳ１においてスリップが発生しなくなったと判定されると、ステップＳ５においてＭＧ２０によるアシスト処理は解除される。

以上説明したように、本実施の形態では、エンジン動作点とモータトルクＴｇとをスリップの発生状態に応じて決定する。これにより、スリップが発生しやすい悪路等を走行中は、エンジン回転速度が通常よりも低く設定され、スリップが発生してもＭＧ２０が過回転となりにくくなるので、ＭＧ２０が保護される。また、スリップが発生していない時には、エンジンのトルク不足分がＭＧ２０によって補われているので、ユーザがトルク不足を感じにくい。そしてスリップが発生しない状況になると、燃費が良くトルクも不足しないエンジン回転速度でエンジンが運転される。

したがって、燃費および走行性能をなるべく損なわずに、スリップ発生時のＭＧ２０の過回転の回避をすることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、スリップ発生頻度が高い悪路等において、エンジン動作点を低回転側に変更し、エンジントルク低下分をモータアシストトルクで補うように走行する。これにより、スリップが発生して回転速度が上昇しても、過回転となる可能性を低くすることができた。

実施の形態２では、スリップ発生時にＭＧ２０で過回転を抑制する負トルクを発生することを前提として、エンジントルクを制限する。これにより、スリップ発生時にＭＧ２０が過回転となる前に回転速度を抑制することができる。この制御は、実施の形態１で説明した制御と組み合わせて行なうことができる。

図４は、実施の形態２においてＥＣＵ１００が実行するエンジントルク制限について説明するためのフローチャートである。図１、図４を参照して、まずステップＳ１１においてＥＣＵ１００は駆動輪３５のスリップの発生の有無を判定する。スリップ発生の有無の判定については、図３のステップＳ１において説明しているので、ここでは説明は繰返さない。

ステップＳ１１においてスリップが発生していると判定された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）にはステップＳ１２に処理が進められる一方、スリップが発生していなければ（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１５に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

ステップＳ１２では、エンジン回転速度Ｎｅが所定数より大きいか否かが判断される。ここで、所定数は、上限モータ回転速度（Ｎｇｍａｘ）に対して、エンジン１０の応答性を考慮したマージンを確保した値とする。

ステップＳ１２においてエンジン回転速度Ｎｅが所定数より大きいと判定された場合（Ｓ１２でＹＥＳ）にはステップＳ１３に処理が進められる。一方、ステップＳ１２において、エンジン回転速度Ｎｅが所定数以下であれば（Ｓ１２でＮＯ）、ステップＳ１５に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

ステップＳ１３では、エンジントルクの上限値の制限を行なう。上限値は、モータの最大トルクを下回る値に設定する。結果として、過回転が生じそうになったときにステップＳ１４においてＭＧ２０によって過回転防止の負トルクが出力されることにより、車両の加速、スリップを抑制でき、ＭＧ２０の過回転を抑制することができる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、スリップ発生時にＭＧ２０で過回転を抑制する負トルクを発生することを前提として、エンジントルクを制限した。実施の形態３では、エンジン１０の燃料カットすることによるエンジンのフリクショントルクも利用することによって、過回転を抑制する。これにより、スリップ発生時にＭＧ２０が過回転となる前に回転速度を抑制することができる。この制御は、実施の形態１で説明した制御と組み合わせて行なうことができる。

図５は、実施の形態３においてＥＣＵ１００が実行するエンジンの燃料カット制御について説明するためのフローチャートである。図１、図５を参照して、まずステップＳ２１においてＥＣＵ１００は駆動輪３５のスリップの発生の有無を判定する。スリップ発生の有無の判定については、図３のステップＳ１において説明しているので、ここでは説明は繰返さない。

ステップＳ２１においてスリップが発生していると判定された場合（Ｓ２１でＹＥＳ）にはステップＳ２２に処理が進められる一方、スリップが発生していなければ（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ２５に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

ステップＳ２２では、エンジン回転速度Ｎｅが所定数より大きいか否かが判断される。ここで、所定数は、上限モータ回転速度（Ｎｇｍａｘ）に対して、エンジン１０の応答性を考慮したマージンを確保した値とする。

ステップＳ２２においてエンジン回転速度Ｎｅが所定数より大きいと判定された場合（Ｓ２２でＹＥＳ）にはステップＳ２３に処理が進められる一方、エンジン回転速度Ｎｅが所定数以下であれば（Ｓ２２でＮＯ）、ステップＳ２５に処理が進められ、制御はメインルーチンに戻される。

ステップＳ２３では、エンジン１０に対して燃料噴射を中止する燃料カット（フューエルカット：Ｆ／Ｃ）が実行される。これにより、エンジンは正のトルクを発生する状態からフリクションによる負のトルクを発生する状態となる。さらにステップＳ２４によって、ＥＣＵ１００は、ＭＧ２０のトルクを低下させて入力軸１３の過回転を抑制する。エンジン１０のフリクショントルクよりも多くの負トルクが必要であれば、図４のステップＳ１４に示したようにＭＧ２０にも負トルクを出力させるように制御しても良い。

実施の形態３では、過回転が生じそうになったときにステップＳ１３においてエンジン１０から、過回転防止のためにフリクショントルクが出力されることにより、スリップを抑制でき、ＭＧ２０の過回転を抑制することができる。

以上の実施の形態について、再び図１を参照して総括する。実施の形態１〜３に係る車両の駆動装置は、エンジン１０と、モータジェネレータ２０と、回転軸３１および回転軸３２と、回転軸３１と回転軸３２との間に設けられた自動変速機３４と、エンジン１０と回転軸３１との間の動力伝達を遮断可能なクラッチＫ０と、モータジェネレータ２０と回転軸３１との間の動力伝達を遮断可能なクラッチＫ２と、回転軸３２に連結された駆動輪３５と、エンジン１０、モータジェネレータ２０、自動変速機３４、クラッチＫ０およびクラッチＫ２の制御を行なうＥＣＵ１００とを備える。ＥＣＵ１００は、クラッチＫ０およびクラッチＫ２をともに係合状態に制御している場合において、駆動輪３５がスリップしたことに応じて、自動変速機３４の変速比を高速側に変化させるとともに、変速比の変化に伴なう回転軸３２におけるトルク不足を補うようにモータジェネレータ２０のトルクを増加する。

これにより、その後の走行においてトルク不足を感じることなく、ＭＧ２０の過回転が防止できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、１１，３６ 回転センサ、１２ 出力軸、１３ 入力軸、２０ モータジェネレータ、２２ 高電圧バッテリ、３０ 自動変速部、３１，３２ 回転軸、３３ トルクコンバータ、３４ 自動変速機、３５ 駆動輪、５０ 油圧回路、１０４ シフトレバー、１０６ アクセルペダル、Ｋ０，Ｋ２ クラッチ。

Claims (3)

1. 車両の駆動装置であって、
   エンジンと、
   モータジェネレータと、
   第１回転軸および第２回転軸と、
   前記第１回転軸と前記第２回転軸との間に設けられた変速機と、
   前記第２回転軸に連結された駆動輪と、
   前記エンジンと前記第１回転軸との間の動力伝達を遮断可能な第１クラッチと、
   前記モータジェネレータと前記第１回転軸との間の動力伝達を遮断可能な第２クラッチと、
   前記エンジン、前記モータジェネレータ、前記変速機、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチの制御を行なう制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをともに係合状態に制御している場合において、前記駆動輪がスリップしたことに応じて、前記変速機の変速比を高速側に変化させるとともに、前記変速機の変速比の変化に伴う前記第２回転軸におけるトルク低下分を補うように前記モータジェネレータのトルクを増加する、車両の駆動装置。
2. 前記制御装置は、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをともに係合状態に制御しており、前記モータジェネレータに負トルクを発生可能で、前記駆動輪にスリップが発生し、かつエンジン回転速度が前記モータジェネレータの上限回転速度に基づいて定められた回転速度よりも大きい場合には、エンジントルクの上限値を前記モータジェネレータの最大トルクを下回る値に制限するとともに、前記モータジェネレータに負トルクを発生させる、請求項１に記載の車両の駆動装置。
3. 前記制御装置は、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチをともに係合状態に制御しており、前記駆動輪にスリップが発生し、かつエンジン回転速度が前記モータジェネレータの上限回転速度に基づいて定められた回転速度よりも大きい場合には、エンジンの燃料をカットする、請求項１に記載の車両の駆動装置。

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