JP7277535B2 - 無段変速機を備えたモータ駆動車両およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は電動モータを駆動源とする車両に係り、特に無段変速機を備えたモータ駆動車両の制御技術に関する。
電動モータを駆動して走行する車両では、航続距離を延ばすために動力伝達および電力消費の効率化が常に重要な課題であり、そのために種々の技術が提案されている。
たとえば、特許文献１に開示された電気自動車では、電動モータの回転をＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）を経由せずに駆動輪に伝達する直結ギヤ機構が設けられ、高速道路等で高速走行している際に直結ギヤ機構を使用することで動力伝達効率の向上が図られている。
特許文献２には、電動モータとＣＶＴの入力軸との間およびＣＶＴの出力軸と駆動輪との間に減速ギヤ機構を設けたパワートレインが開示されている。この減速ギヤ機構により、ピークトルク出力の低い電動モータを用いてもピークトルクを実質的に低下させることがなく、電動モータの小型軽量化、それによる電力消費効率および運転効率の向上を達成可能となる。
特許第５９７７４５８号明細書 国際公開第２０２０／０５７７７９号公報
上述した特許文献１は高速運転時の動力伝達効率を向上させる技術であるが、電動モータが低速回転状態で高い回生トルクを発生する状況では種々の課題があることが知られている。
まず、電動モータのトルク特性には、定常運転ができないピーク（ＰＥＡＫ）トルク特性と、定常運転が可能な定格（ＣＯＮＴ）トルク特性の二つがある。ＰＥＡＫトルクは瞬時（短時間）に使用できる最大トルクであり、加速時あるいは減速時に使用可能な最大トルクである。ＣＯＮＴトルクは電動モータの定格出力、定格回転速度で運転するときに出力するトルク、すなわち連続使用可能なトルクである。
一例として、図１に示すようにＰＥＡＫトルク時の速度に対する駆動力の変化が曲線Ａで、ＣＯＮＴトルク時の速度に対する駆動力の変化が曲線Ｂで、速度に対する車両が必要とするトルクの変化が曲線Ｃで、それぞれ示されるものとする。図１の例において、低速時、特に登坂時のように車両の必要とするトルク時の駆動力（曲線Ｃ）がＣＯＮＴトルク時の駆動力を上回る場合（領域Ｄ）、ＣＯＮＴトルクでは不足するのでＰＥＡＫトルクが必要となる。ところが無段変速機の有無に関わらず定常運転ができないＰＥＡＫトルクを多用すると運転状態に制限を設ける必要が生じ望ましくない。
特許文献２に開示された電気自動車では減速ギヤ機構を設けることで、低速回転状態でもＣＯＮＴトルクを上昇させることができ、登坂時でも車両が必要とするトルク（曲線Ｃ）より高いＣＯＮＴトルク時の駆動力を発生させることが可能である。しかしながら、特許文献２に開示された電動モータのダウンサイジングと減速ギヤ機構だけでは余裕を持ったＣＯＮＴトルク時の駆動力を得ることができない。このために、運転状況によっては電動モータを低速回転状態で高い回生トルクの発生させる状況で使用する可能性が生じ、運転条件に制限を設ける必要があった。
そこで、本発明の目的は、運転条件の制限を解除でき、加速、回生および登坂能力に優れたモータ駆動車両およびその制御方法を提供することにある。
本発明の一態様によるモータ駆動車両は、電動モータ（１）と、前記電動モータ（１）と駆動輪（２）との間に設けられた無段変速機（４０）と、前記電動モータ（１）のトルク制御および前記無段変速機（４０）の変速制御を実行する制御部（５１）と、を有し、前記制御部（５１）が、前記電動モータ（１）のピーク（ＰＥＡＫ）トルク時の前記無段変速機（４０）の出力トルクと前記電動モータ（１）の定格（ＣＯＮＴ）トルク時の前記無段変速機（４０）の出力トルクとが実質的に同一となる前記変速制御の制御領域（Ｓ２）を有すると共に、前記無段変速機（４０）に所定レシオ範囲（Ｌｏｗ－ＯＤ）の最下位レシオ（Ｌｏｗ）より下位に特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）を設定し、前記電動モータ（１）に前記ピークトルクが要求された時、前記制御領域（Ｓ２）において前記電動モータ（１）の出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させつつ前記無段変速機（４０）のレシオを前記最下位レシオ（Ｌｏｗ）から前記特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）へダウンシフトさせることを特徴とする。
これにより、無段変速機が電動モータのピークトルク時と定格トルク時で同一の出力トルクとなるように変速制御されるので、電動モータをピークトルクで多用する事態を回避でき、運転条件の制限を解除することができる。
また、ピークトルクが要求されたときにピークトルクから定格トルクに低下させると共に特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）にダウンシフトすることで、電動モータ（１）をピークトルクで多用する事態を回避でき、回生能力、登坂能力および加速能力を向上させることができる。
本発明の一態様によれば、前記制御部（５１）が、前記電動モータ（１）に前記ピークトルクが要求された時、前記電動モータ（１）の出力トルクを前記ピークトルクに設定し、前記電動モータ（１）の出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させ、かつ前記無段変速機（４０）のレシオを前記最下位レシオ（Ｌｏｗ）から前記特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）へダウンシフトさせ、前記電動モータ（１）に前記ピークトルクの要求が解除されると、前記無段変速機（４０）のレシオを前記特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）から前記所定レシオ範囲の最下位レシオ（Ｌｏｗ）へ上昇させる。
これにより、ピークトルクが要求されたときに電動モータを即座にピークトルクに設定して無段変速機から高いトルクを出力することができ、その後、高いトルクを維持したまま電動モータを定格トルクに戻すことができ、ピークトルクの要求が解除されるまで電動モータを定格トルクで駆動できる。
本発明の一態様によれば、前記モータ駆動車両の登坂、回生あるいは加速時に前記電動モータに前記ピークトルクが要求される。これにより優れた回生能力、登坂能力および加速能力を達成することができる。
本発明の一態様によれば、前記電動モータ（１）の出力軸と前記無段変速機（４０）の入力軸との間に減速機構（３１）を設けてもよい。これにより電動モータのピークトルクを下げることができ、電動モータを小型軽量化できる。
本発明の一態様によれば、前記電動モータ（１）がハイブリッド車両の電気自動車モードで使用され得る。モータ駆動車両が電気自動車であってもハイブリッド車両であっても本発明を適用可能である。
本発明の一態様によれば、電動モータと、前記電動モータと駆動輪との間に設けられた無段変速機と、前記電動モータのトルク制御および前記無段変速機の変速制御を実行する制御部と、を備えたモータ駆動車両の制御方法であって、前記制御部が、前記電動モータのピークトルク時の前記無段変速機の出力トルクと前記電動モータの定格トルク時の前記無段変速機の出力トルクとが実質的に同一となる前記変速制御の制御領域を有すると共に、前記制御部が、前記無段変速機に所定レシオ範囲の最下位レシオより下位に特別下位レシオを設定し、前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、前記制御領域において前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させつつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせることを特徴とする。これにより、無段変速機（４０）が電動モータ（１）のピークトルク時と定格トルク時で同一の出力トルクとなるように変速制御されるので、電動モータ（１）をピークトルクで多用する事態を回避でき、運転条件の制限を解除することができる。
また、ピークトルクが要求されたときにピークトルクから定格トルクに低下させると共に特別下位レシオ（Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗ）にダウンシフトすることで、電動モータ（１）をピークトルクで多用する事態を回避でき、回生能力、登坂能力および加速能力を向上させることができる。
本発明の一態様によれば、前記制御部が、前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクに設定し、前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させ、かつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせ、前記電動モータに前記ピークトルクの要求が解除されると、前記無段変速機のレシオを前記特別下位レシオから前記所定レシオ範囲の最下位レシオへ上昇させる。これにより、ピークトルクが要求されたときに電動モータ（１）を即座にピークトルクに設定して無段変速機（４）から高いトルクを出力することができ、その後、高いトルクを維持したまま電動モータ（１）を定格トルクに戻すことができ、ピークトルクの要求が解除されるまで電動モータ（１）を定格トルクで駆動できる。
本発明の一態様によれば、前記モータ駆動車両の登坂、回生あるいは加速時に前記電動モータに前記ピークトルクが要求される。これにより優れた回生能力、登坂能力および加速能力を達成することができる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態における対応する構成要素の図面参照番号を参考のために示すものである。
本発明によれば、電動モータをピークトルクで多用することを回避でき、運転条件の制限が解除され、回生能力、登坂能力および加速能力を向上させることができる。
図１は背景技術における無段変速機における車両の速度と駆動力との関係を電動モータのトルクをパラメータとしたグラフである。 図２は本発明の第１実施形態による電気自動車用の無段変速機の構成を示す図である。 図３は第１実施形態による無段変速機のＣＶＴレシオの一例を示す図である。 図４は第１実施形態による無段変速機の変速制御方法を示すフローチャートである。 図５は第１実施形態による無段変速機における電動モータ出力およびＣＶＴ出力の回転速度とトルクとの関係を示すグラフである。 図６は第１実施形態による無段変速機における車両の速度と駆動力との関係を電動モータのトルクをパラメータとしたグラフである。 図７は本発明の第２実施形態による電気自動車用の無段変速機の構成を示す図である。 図８は本発明の第３実施形態による電気自動車用の無段変速機の構成を示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。
１．第１実施形態
１．１）構成
図２に例示するように、本発明の第１実施形態による無段変速機を備えたモータ駆動車両は、電動機／発電機として知られる電動モータ１、駆動輪２、および電動モータ１を駆動輪２に接続するギヤ機構３を有する。ギヤ機構３は、第１減速機構３１、第２減速機構３２、差動ギヤ３７およびＣＶＴ（無段変速機）４０からなる。第１減速機構３１は電動モータ１とＣＶＴ４０の入力軸との間に設けられている。第１減速機構３１はギヤ３３および３４が直列に噛み合って構成され、ギヤ３３が電動モータ１の回転軸に直接接続され、ギヤ３４の回転軸がＣＶＴ４０の入力プーリ４２の入力軸に直接接続されている。従って、本実施形態で使用する電動モータ１は、第１減速機構３１の減速比分の最大トルクを低減したＰＥＡＫトルク特性を有する。
第２減速機構３２はＣＶＴ４０の出力軸と差動ギヤ３７との間に設けられている。第２減速機構３２はギヤ３５および３６が直列に噛み合って構成され、ギヤ３５がＣＶＴ４０の出力プーリ４３の出力軸に直接接続され、ギヤ３６が差動ギヤ３７に直接接続されている。ギヤ３６の回転は差動ギヤ３７および駆動軸３８を通して駆動輪２に伝達される。
ＣＶＴ４０は周知の構成を有し、ベルト４１が入力プーリ４２と出力プーリ４３とに巻き付き、ベルト４１とプーリ４２および４３とのそれぞれの有効半径をプーリ４２および４３との間で互いに逆方向に変化させることで所望のレシオ（回転速度比）を連続的に得ることができる。本実施形態によれば、ＣＶＴ４０のレシオを所定のレシオ範囲内で連続的に変化させることで通常の運転を行うことができるが、電動モータ１にＰＥＡＫトルク出力が要求された場合には通常の所定レシオ範囲の最下位レシオより更にダウンシフトした特別の下位レシオを設定し変速制御を行う。詳しくは後述する。
ＣＶＴ制御部５０は、車両の動作を管理する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１の制御に従って、油圧制御等によりプーリ４２および４３の有効半径を変化させることでＣＶＴ４０の変速制御を実行する。またモータ制御部５２はＥＣＵ５１からのモータトルク指令に従って電動モータ１のトルクおよび回転速度等を制御する。ＥＣＵ５はブレーキ操作、アクセス開度、モータやプーリの回転数等をモニタしながらＣＶＴ制御部５０およびモータ制御部５２を制御する。
なお、図２では電動モータ１に電力を供給したり回生動作時に充電したりするためのバッテリおよびインバータ等の図示は省略されている。
１．２）変速制御
図３は上述した第１減速機構３１および第２減速機構３２とＣＶＴ４０のレシオの一例を示す。第１減速機構３１および第１減速機構３２のレシオは固定されているが、ＣＶＴ４０のレシオはＬｏｗ（最下位）とＯＤ（最上位）との間で連続的に変化し、この連続レシオ範囲内で通常の運転を行うことができる。図３に示す例では、Ｌｏｗのレシオが１．５２、ＯＤのレシオが０．５０４４であり、タイヤ有効転がり半径は、０．４０８８（ｍ）である。本実施形態によれば、ＣＶＴ４０をＬｏｗより更にダウンシフトしたＥｘｔｒａ－Ｌｏｗ（特別下位）のレシオが設定される。図３では、Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗのレシオが２．２０である。ＥＣＵ５１は、登坂や回生あるいは加速等が要求されてＰＥＡＫトルクが必要になると、次に述べるようにＣＶＴ制御部５０を制御してＣＶＴ４０をＬｏｗとＥｘｔｒａ－Ｌｏｗの間で変化させ、モータ制御部５２を制御して電動モータ１の出力トルクをＣＯＮＴとＰＥＡＫとの間で変化させる。
図４において、ＥＣＵ５１は、初期モードとして電動モータ１をＣＯＮＴトルク出力とし、ＣＶＴ４０のレシオをＬｏｗに設定する（動作１０１）。ＥＣＵ５１は、登坂や回生あるいは加速等の要求に応じてＰＥＡＫトルクが必要になると（動作１０２のＹＥＳ）、ＣＶＴレシオがＬｏｗの状態で電動モータ１のトルク出力をＣＯＮＴトルクからＰＥＡＫトルクへ増大させる（動作１０３）。電動モータ１のトルク出力を増大させることで、ＰＥＡＫトルクの要求に対して迅速に応答することができる。
続いて、ＥＣＵ５１は、電動モータ１のトルク出力をＰＥＡＫからＣＯＮＴへ減少させながら、ＣＶＴレシオをＬｏｗからＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンし（動作１０４）、この状態がＰＥＡＫトルク要求が解除されるまで保持される（動作１０５のＮＯ）。ＣＶＴレシオをＬｏｗからＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータ１のトルク出力をＰＥＡＫからＣＯＮＴへ減少させてもＣＶＴ４０の出力トルクを低下させることなく維持することが可能となる。また電動モータ１のトルク出力を瞬時あるいは短時間でＰＥＡＫからＣＯＮＴへ減少させることができるので、電動モータ１がＰＥＡＫトルク状態を望ましい時間内に限定することができる。言い換えれば、電動モータ１のトルク出力は、ＰＥＡＫトルク要求が解除されるまでＣＯＮＴトルクに維持されるので、電動モータ１をＰＥＡＫトルクの状態で多用する問題を回避できる。
続いて、ＰＥＡＫトルク要求が解除されると（動作１０５のＹＥＳ）、ＥＣＵ５１は電動モータ１のトルク出力をＣＯＮＴに維持したままＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－ＬｏｗからＬｏｗへシフトアップする（動作１０６）。
なお、ＥＣＵ５１は、ＰＥＡＫトルクが必要でない場合には（動作１０２のＮＯ）、本実施形態による変速制御を行わず、図３に示すＣＶＴレシオＬｏｗ～ＯＤの所定のレシオ範囲内で連続的な変速制御を実行する。
以上述べたように、ＰＥＡＫトルクが必要になる登坂や回生時にＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータＰＥＡＫトルク時のＣＶＴ出力トルクと電動モータＣＯＮＴトルク時のＣＶＴ出力トルクとを一致させる領域を設定することが可能となる。
以下図５を参照しながら、上述した変速制御（図４の動作１０３～１０６）の一例を説明する。図５は電動モータ１の回転速度に対する、電動モータ１のＰＥＡＫ／ＣＯＮＴトルク出力の変化と、電動モータＰＥＡＫ／ＣＯＮＴトルク出力にそれぞれ対応するＣＶＴ４０のトルク出力の変化とを示す。ここでは回転速度をＸ軸、トルクをＹ軸とし、任意の動作点を（Ｘ／Ｙ）で表記する。
具体的には、電動モータ１のＣＯＮＴトルク曲線上における動作点Ｆ１は回転速度１０１５０［ｒｐｍ］での電動モータ１のＣＯＮＴトルク出力１５５［Ｎｍ］を示し、ＰＥＡＫトルク曲線上における動作点Ｆ２は回転速度９２００［ｒｐｍ］での電動モータ１のＰＥＡＫトルク出力２４４［Ｎｍ］を示す。ＣＶＴレシオが一定値（ここでは１．５２＝Ｌｏｗ）である場合、電動モータ１がＣＯＮＴトルク動作点Ｆ１で動作するときのＣＶＴ４０の動作点がＥ１（３３５／４６９９）、電動モータ１がＰＥＡＫトルク動作点Ｆ２で動作するときのＣＶＴ４０の動作点がＥ２（４８４／４２６０）で示されている。
本実施形態によれば、ＣＶＴ４０が動作点Ｅ２にある場合、電動モータ１のトルク出力をＰＥＡＫ（Ｆ２）からＣＯＮＴ（Ｆ１）へ低下させても、ＣＶＴレシオをＬｏｗからＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへ変化させることでＣＶＴ４０の動作点Ｅ２のトルク出力（４８４［Ｎｍ］）をほぼ維持したまま動作点Ｅ３へ移行することが可能となる。以下、図５の動作Ｓ１～Ｓ３を図４の動作１０３～１０６に対応づけて説明する。
図５において、登坂や回生あるいは加速等が要求されてＰＥＡＫトルクが必要になると、ＥＣＵ５１は、ＣＶＴレシオ＝Ｌｏｗ（１．５２）の状態で電動モータ１のトルク出力をＣＯＮＴトルク（Ｆ１）からＰＥＡＫトルク（Ｆ２）へ増大させ、ＣＶＴトルク出力の動作点をＥ１からＥ２へ遷移させる（動作Ｓ１；図４の動作１０３）。
続いて、ＥＣＵ５１は、電動モータ１のトルク出力をＰＥＡＫ（Ｆ２）からＣＯＮＴ（Ｆ１）へ減少させつつＣＶＴレシオをＬｏｗ（１．５２）からＥｘｔｒａ－Ｌｏｗ（２．２）へシフトダウンすることで、ＣＶＴトルク出力の動作点Ｅ２を動作点Ｅ３へ遷移させる（動作Ｓ２；図４の動作１０４）。これにより電動モータ１のトルク出力をＰＥＡＫからＣＯＮＴへ減少させてもＣＶＴ４０のトルク出力を動作点Ｅ２のトルク出力と一致させることが可能となる。
続いて、ＥＣＵ５１は、ＰＥＡＫトルク要求が解除されると、電動モータ１のトルク出力をＣＯＮＴに維持したままＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗ（２．２）からＬｏｗ（１．５２）へシフトアップする（動作Ｓ３；図４の動作１０６）。このように、ＰＥＡＫトルクが必要になる登坂や回生時あるいは加速時にＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータＰＥＡＫトルク時のＣＶＴ出力トルクと電動モータＣＯＮＴトルク時のＣＶＴ出力トルクとを一致させる領域を設定することが可能となる。
１．３）効果
上述した第１実施形態によるＥｘｔｒａ－Ｌｏｗを用いた変速制御の効果について図６を参照しながら説明する。
図６において、ＰＥＡＫトルク時の速度に対する駆動力の変化を曲線２０１、本実施形態によるＣＯＮＴトルク時の速度に対する駆動力の変化を曲線２０２、速度に対する車両が必要とする駆動力の変化を曲線２０３とする。また、低速回転状態で減速ギヤ機構（特許文献２）によりＣＯＮＴトルクを上昇させた場合のＣＯＮＴトルク時の駆動力変化を曲線３０１とする。
本実施形態の変速制御によれば、Ｅｘｔｒａ－Ｌｏｗを用いることで、減速ギヤ機構を用いたＣＯＮＴトルク時の駆動力曲線３０１より十分高いＣＯＮＴトルク時の駆動力領域２０５を設定することができる。この駆動力領域２０５により、車両が必要とする駆動力曲線２０３より十分大きなＣＯＮＴトルク時の駆動力曲線２０２を得ることができる。特に曲線２０４で示すように３０％勾配を０．５ｍ／ｓｅｃ２で加速する際など、低速登坂時に更なる駆動力が必要となる場合であっても、本実施形態による変速制御により十分高いＣＯＮＴトルク時の駆動力を得ることができる。
より詳しくは、図６において速度に対する走行抵抗の変化が路面勾配別に曲線２０６で示されている。走行抵抗の単位はニュートン（Ｎ）であり、路面勾配の単位は百分率（％）である。なお、路面勾配は垂直距離を水平距離で除した値の％表示であり、たとえば路面勾配３０％は１００ｍ進んだ時に３０ｍ上昇する上り坂を示す。図６において走行抵抗の曲線２０６は、その曲線以上の駆動力を発生しないと駆動できないことを示す。したがって、減速ギヤ機構を用いたＣＯＮＴトルク時の駆動力曲線３０１の場合、勾配３０％の登坂走行では４０ｋｍ／ｈの速度を出すことができない。これに対して本実施形態によれば、十分大きなＣＯＮＴトルク時の駆動力曲線２０２を得ることができるので、勾配３０％でも余裕で４０ｋｍ／ｈを達成することができる。
以上述べたように、本実施形態によれば、ＰＥＡＫトルクが必要になる登坂や回生時あるいは加速時にＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータＣＯＮＴトルク時のＣＶＴ出力トルクを電動モータＰＥＡＫトルク時のＣＶＴ出力トルクと同様に設定することができる。これによって、定常運転ができないＰＥＡＫトルクを多用する必要がなくなり、運転条件に制限を設けることなく加速、回生および登坂能力に優れたモータ駆動の車両を提供することができる。
２．他の実施形態
本発明によるモータ駆動車両は電動モータだけで走行する電気自動車に限定されるものではなく、電動モータ走行が可能なハイブリッド車両にも適用可能である。図７は本発明の第２実施形態によるハイブリッド車両の概略的構成を例示し、図８は第３実施形態によるハイブリッド車両の概略的構成を例示する。以下、図７および図８において同様の構成および機能を有する部材には同一参照番号を付して説明する。
図７において、本発明の第２実施形態を適用するハイブリッド駆動装置３０１は、燃料の燃焼で動力を発生するエンジン３１０と、電動機および発電機として機能する電動モータ３２０と、サンギヤＳとリングギヤＲとキャリアＣの三要素を有するシングルピニオン型の遊星歯車機構（プラネタリギヤ）３３０と、駆動プーリ３４１と従動プーリ３４３との間に架け渡されたベルト３４８を有するベルト式のＣＶＴ３４０とを備えて構成されている。
遊星歯車機構３３０のサンギヤＳには、電動モータ３２０の出力軸（回転軸）３２１が連結されており、キャリアＣには、無段変速機構３４０の駆動プーリ３４１に繋がる入力軸（第１回転軸）３４２が連結されている。また、リングギヤＲは、第１クラッチＣ１を介してエンジン３１０の出力軸３１１に連結されるようになっており、かつ、第２クラッチＣ２を介してＣＶＴ３４０の入力軸３４２にも連結されるようになっている。また、リングギヤＲは、ブレーキＢ１を介してハイブリッド駆動装置３０１を収容しているケース（固定側の部材）３０２に固定可能となっている。
さらに、ＣＶＴ３４０の従動プーリ３４３に繋がる出力軸（第２回転軸）３４４上には、カウンタ歯車３４７と噛合する出力歯車３４５が設けられている。カウンタ歯車３４７は、ディファレンシャル装置（差動装置）３５０のリングギヤ３５１に噛合している。ディファレンシャル装置３５０は、カウンタ歯車３４７からの駆動力を左右の駆動輪３６０，３６０に配分するようになっている。そして、ＣＶＴ３４０の出力軸３４４上（従動プーリ３４３と出力歯車３４５との間）には、第３クラッチＣ３が設けられている。
すなわち、図７に示すハイブリッド駆動装置１の遊星歯車機構３３０では、電動モータ３２０の出力軸３２１が連結されたサンギヤＳと、エンジン３１０の出力軸３１１が連結されたリングギヤＲとが入力部材になっており、ＣＶＴ３４０の入力軸３４２に連結されたキャリアＣが出力部材になっている。そして、第１クラッチＣ１でエンジン３１０の出力軸３１１とリングギヤＲとの係合・非係合を切り替え可能となっており、第２クラッチＣ２でキャリアＣとリングギヤＲとの係合・非係合を切り替え可能となっている。また、第３クラッチＣ３でＣＶＴ３４０から駆動輪３６０，３６０側への駆動力の伝達有無を切り替え可能となっている。なお、上記の第１乃至第３クラッチＣ１～Ｃ３及びブレーキＢ１には、詳細な図示は省略するが、油圧アクチュエータによって摩擦係合する構成の単板式あるいは多板式の油圧摩擦クラッチを用いることができる。その他にも電磁クラッチなどを用いてもよい。
ハイブリッド駆動装置３０１では、第１乃至第３クラッチＣ１～Ｃ３及びブレーキＢ１の作動状態（係合・非係合状態）に応じて、各走行モードが成立する。本実施形態による変速制御は下記の「モータ走行モード（前進減速）」において実行される。このようなハイブリッド駆動装置３０１の制御および変速制御は、図示しないＥＣＵ５１により実行される。
「モータ走行モード（前進減速）」では、ブレーキＢ１を係合すると共に、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を解放した状態で、電動モータ３２０を正転駆動する。これにより、電動モータ３２０の駆動力が遊星歯車機構３３０及びＣＶＴ３４０を介して駆動輪３６０，３６０側に伝達され、電動モータ３２０の駆動力のみで車両を前進走行させる。そして、この「モータ走行モード（前進減速）」では、ブレーキＢ１の係合でリングギヤＲが固定されているので、サンギヤＳに入力された電動モータ３２０の出力軸３２１の回転が減速されてキャリアＣからＣＶＴ３４０へ出力される。このように、本実施形態のハイブリッド駆動装置３０１では、遊星歯車機構３３０で電動モータ３２０の出力軸３２１の回転が減速されて出力されるように構成したことで、電動モータ３２０を大型化することなく、この「モータ走行モード（前進減速）」において、特に車両の発進時に大きなトルクを得ることができる。
上述したように、ＥＣＵ５１は、ＰＥＡＫトルクが必要になる登坂や回生時あるいは加速時にＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータＣＯＮＴトルク時のＣＶＴ出力トルクを電動モータＰＥＡＫトルク時のＣＶＴ出力トルクと同様に設定することができる。これによって、定常運転ができないＰＥＡＫトルクを多用する必要がなくなり、運転条件に制限を設けることなく加速、回生および登坂能力に優れたモータ駆動の車両を提供することができる。また、ＰＥＡＫトルクが必要でない場合には、本実施形態による変速制御を行わず、ＣＶＴ３４０に対してＣＶＴレシオＬｏｗ～ＯＤの所定レシオ範囲内で連続的に変速制御を実行する。
図８に例示する本発明の第３実施形態を適用するハイブリッド駆動装置３０１について上記図７と同様の部材には同一参照番号を付して説明は省略する。ハイブリッド駆動装置３０１は、エンジン３１０と、第１電動モータ３２０－１及び第２電動モータ３２０－２と、遊星歯車機構（プラネタリギヤ）３３０と、ベルト式のＣＶＴ３４０とを備えて構成されている。遊星歯車機構３３０のサンギヤＳには、第１電動モータ３２０－１の出力軸（回転軸）３２１－１が連結されており、キャリアＣには、ＣＶＴ３４０の駆動プーリ３４１に繋がる入力軸（第１回転軸）３４２が連結されている。また、リングギヤＲは、第１クラッチＣ１を介してエンジン３１０の出力軸３１１に連結されるようになっており、かつ、第２クラッチＣ２を介してＣＶＴ３４０の入力軸３４２にも連結されるようになっている。また、リングギヤＲは、第２電動モータ３２０－２の出力軸（回転軸）３２１－２に連結されている。
さらに、ＣＶＴ３４０の従動プーリ３４３に繋がる出力軸（第２回転軸）３４４上には、カウンタ歯車３４７と噛合する出力歯車３４５が設けられている。カウンタ歯車３４７は、ディファレンシャル装置（差動装置）３５０のリングギヤ３５１に噛合している。ディファレンシャル装置３５０は、カウンタ歯車３４７からの駆動力を左右の駆動輪３６０，６０に配分するようになっている。そして、ＣＶＴ３４０の出力軸３４４上（従動プーリ３４３と出力歯車３４５との間）には、第３クラッチＣ３が設けられている。
すなわち、図８に示すハイブリッド駆動装置３０１の遊星歯車機構３３０では、第１電動モータ３２０－１の出力軸３２１－１が連結されたサンギヤＳと、エンジン３１０の出力軸３１１及び第２電動モータ３２０－２の出力軸３２１－２が連結されたリングギヤＲとが入力部材になっており、ＣＶＴ３４０の入力軸３４２に連結されたキャリアＣが出力部材になっている。そして、第１クラッチＣ１でエンジン３１０の出力軸３１１とリングギヤＲとの係合・非係合を切り替え可能となっており、第２クラッチＣ２でキャリアＣとリングギヤＲとの係合・非係合を切り替え可能となっている。また、第３クラッチＣ３でＣＶＴ３４０から駆動輪３６０，３６０側への駆動力の伝達有無を切り替え可能となっている。
ハイブリッド駆動装置３０１では、第１乃至第３クラッチＣ１～Ｃ３の作動状態（係合・非係合状態）と第１電動モータ３２０－１及び第２電動モータ３２０－２の作動状態とに応じて、各走行モードが成立する。本実施形態による変速制御は下記の「モータ走行モード（前進減速）」において実行される。このようなハイブリッド駆動装置３０１の制御および変速制御は、図示しないＥＣＵ５１により実行される。
「モータ走行モード（前進減速）」では、第２電動モータ３２０－２をオン（回転）すると共に、第１クラッチＣ１及び第２クラッチＣ２を解放した状態で、第１電動モータ３２０－１を正転駆動する。これにより、第１電動モータ３２０－１の駆動力と第２電動モータ３２０－２の駆動力とを合わせた駆動力が遊星歯車機構３３０及びＣＶＴ３４０を介して駆動輪３６０，３６０側に伝達され、第１電動モータ３２０－１及び第２電動モータ３２０－２の駆動力で車両を前進走行させる。そして、この「モータ走行モード（前進減速）」では、サンギヤＳに入力された第１電動モータ３２０－１の出力軸３２１－１の回転が減速されてキャリアＣからＣＶＴ３４０へ出力される。このように、ハイブリッド駆動装置３０１では、遊星歯車機構３３０で第１電動モータ３２０－１の出力軸３２１－１の回転が減速されて出力されるように構成したことで、第１電動モータ３２０－１を大型化することなく、この「モータ走行モード（前進減速）」において、特に車両の発進時に大きなトルクを得ることができる。
また、この「モータ走行モード（前進減速）」では、第１電動モータ３２０－１が所定回転数Ｎ１（Ｎ１＞０）のときにキャリアＣの回転数が０になり、そこから第１電動モータ３２０－１の回転数を上げると、キャリアＣの回転数が次第に高くなる。したがって、第１電動モータ３２０－１の回転数を上記の所定回転数Ｎ１から上昇させることで車両を発進させることができる。これにより、第１電動モータ３２０－１及び第２電動モータ３２０－２の駆動力による車両の発進において、第１電動モータ３２０－１又は第２電動モータ３２０－２の回転数が０から上昇する領域を用いずに車両を発進させることができる。したがって、第１電動モータ３２０－１と第２電動モータ３２０－２との効率の高い回転域を用いての車両の発進が可能となる。
上述したように、ＥＣＵ５１は、ＰＥＡＫトルクが必要になる登坂や回生時あるいは加速時にＣＶＴレシオをＥｘｔｒａ－Ｌｏｗへシフトダウンすることで、電動モータＣＯＮＴトルク時のＣＶＴ出力トルクを電動モータＰＥＡＫトルク時のＣＶＴ出力トルクと同様に設定することができる。これによって、定常運転ができないＰＥＡＫトルクを多用する必要がなくなり、運転条件に制限を設けることなく加速、回生および登坂能力に優れたモータ駆動の車両を提供することができる。また、ＰＥＡＫトルクが必要でない場合には、本実施形態による変速制御を行わず、ＣＶＴ３４０に対してＣＶＴレシオＬｏｗ～ＯＤの所定レシオ範囲内で連続的に変速制御を実行する。
本発明は、電動モータと無段変速機を備えた電気自動車およびハイブリッド車両の制御に適用可能である。
１ 電動モータ
２ 駆動輪
３ ギヤ機構
３１ 第１減速機構
３２ 第２減速機構
４０ 無段変速機（ＣＶＴ）
５０ ＣＶＴ制御部
５１ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
５２ モータ制御部

Claims (8)

  1. 電動モータと、
    前記電動モータと駆動輪との間に設けられた無段変速機と、
    前記電動モータのトルク制御および前記無段変速機の変速制御を実行する制御部と、
    を有し、
    前記制御部が、前記電動モータのピークトルク時の前記無段変速機の出力トルクと前記電動モータの定格トルク時の前記無段変速機の出力トルクとが実質的に同一となる前記変速制御の制御領域を有すると共に、
    前記無段変速機に所定レシオ範囲の最下位レシオより下位に特別下位レシオを設定し、
    前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、前記制御領域において前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させつつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせる、
    ことを特徴とするモータ駆動車両。
  2. 前記制御部が、前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、
    前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクに設定し、
    前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させ、かつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせ、
    前記電動モータに前記ピークトルクの要求が解除されると、前記無段変速機のレシオを前記特別下位レシオから前記所定レシオ範囲の最下位レシオへ上昇させる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動車両。
  3. 前記モータ駆動車両の登坂、回生あるいは加速時に前記電動モータに前記ピークトルクが要求されることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動車両。
  4. 前記電動モータの出力軸と前記無段変速機の入力軸との間に減速機構が設けられたことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載のモータ駆動車両。
  5. 前記電動モータがハイブリッド車両の電気自動車モードで使用されることを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載のモータ駆動車両。
  6. 電動モータと、前記電動モータと駆動輪との間に設けられた無段変速機と、前記電動モータのトルク制御および前記無段変速機の変速制御を実行する制御部と、を備えたモータ駆動車両の制御方法であって、
    前記制御部が、前記電動モータのピークトルク時の前記無段変速機の出力トルクと前記電動モータの定格トルク時の前記無段変速機の出力トルクとが実質的に同一となる前記変速制御の制御領域を有すると共に、
    前記無段変速機に所定レシオ範囲の最下位レシオより下位に特別下位レシオを設定し、
    前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、前記制御領域において前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させつつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせる、
    ことを特徴とするモータ駆動車両の制御方法。
  7. 前記制御部が、前記電動モータに前記ピークトルクが要求された時、
    前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクに設定し、
    前記電動モータの出力トルクを前記ピークトルクから前記定格トルクに低下させ、かつ前記無段変速機のレシオを前記最下位レシオから前記特別下位レシオへダウンシフトさせ、
    前記電動モータに前記ピークトルクの要求が解除されると、前記無段変速機のレシオを前記特別下位レシオから前記所定レシオ範囲の最下位レシオへ上昇させる、
    ことを特徴とする請求項６に記載のモータ駆動車両の制御方法。
  8. 前記モータ駆動車両の登坂、回生あるいは加速時に前記電動モータに前記ピークトルクが要求されることを特徴とする請求項６または７に記載のモータ駆動車両の制御方法。
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