JPWO2012005094A1 - 自動車用駆動システム及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

トランスミッションTM1、TM2の出力側にワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2が設けられており、トランスミッションTM1、TM2はワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121が後進側に逆回転するとき、機械的にロックする機能を有している。ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121と駆動車輪2に繋がる被回転駆動部材11の間には、クラッチ機構CL2、CL2が介装されており、制御手段5は、登坂発進の条件により車両の後退防止制御が必要と判断した場合に、クラッチ機構CL1、CL2のいずれかをONとし、車両の後退防止制御が必要でないと判断した場合に、クラッチ機構CL1、CL2をOFFとする。これにより、簡単な制御を行うだけでヒルホールドアシスト機能を実施することのできる自動車用駆動システムを提供する。

Description

本発明は、坂道発進(登坂発進)での車両の後退を防止するヒルホールドアシスト機能を備えた自動車用駆動システム及びその制御方法に関するものである。
登坂路で車両を発進させる場合、ブレーキペダルを解放した時点での車両の後退を防止する必要がある。従来、運転者がブレーキペダルを踏み込んだ状態からブレーキペダルを解放した際に、駆動力が小さい状態から大きな状態に切り替わるまでの間、運転者のブレーキペダル操作に拘わらず、ブレーキ力が保持されるように制御することが行われている(例えば、特許文献1参照)。このような坂道発進(登坂発進)での車両の後退を防止する機能は「ヒルホールドアシスト機能」と呼ばれている。
日本国特開平9−202159号公報
ところで、従来のヒルホールドアシスト機能を備えた自動車用駆動システムでは、ヒルホールドを実施する際に、ブレーキ力を残すための面倒なブレーキ油圧制御が必要であると共に、発進し始めた後のブレーキのリリースタイミング等の面倒な制御が必要であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な制御を行うだけでヒルホールドアシスト機能を実施することのできる自動車用駆動システム及びその制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、自動車用駆動システム(例えば、後述の実施形態における駆動システム1)において、
回転動力を発生する内燃機関部(例えば、後述の実施形態における第1のエンジンENG1、第2のエンジンENG2)と、
該内燃機関部の発生する回転動力を変速して出力する変速機構(例えば、後述の実施形態における第1のトランスミッションTM1、第2のトランスミッションTM2)と、
該変速機構の出力部に設けられ、入力部材(例えば、後述の実施形態における入力部材122)と出力部材(例えば、後述の実施形態における出力部材121)とこれら入力部材および出力部材をロック状態または非ロック状態にする係合部材(例えば、後述の実施形態におけるローラ123)とを有し、前記変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチ(例えば、後述の実施形態における第1のワンウェイ・クラッチOWC1、第2のワンウェイ・クラッチOWC2)と、
前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪(例えば、後述の実施形態における駆動車輪2)に伝えると共に、該駆動車輪と一体に回転する被回転駆動部材(例えば、後述の実施形態における被回転駆動部材11)と、
前記ワンウェイ・クラッチの出力部材と前記被回転駆動部材との間に介在され、ON/OFF制御されることにより、これら両部材間における動力の伝達/遮断が可能なクラッチ機構(例えば、後述の実施形態におけるクラッチ機構CL1、第2のクラッチ機構CL2)と、
該クラッチ機構のON/OFFを制御するクラッチ機構制御手段(例えば、後述の実施形態における制御手段5)と、
車両の登坂状態を検出する登坂状態検出手段(例えば、後述の実施形態における登坂状態検出手段7)と、
該登坂状態検出手段の検出した車両の登坂状態に応じて車両の後退防止制御が必要か否かを判定する判定手段(例えば、後述の実施形態における制御手段5)と、
を備え、
前記変速機構が、
回転動力を受けることで入力中心軸線(例えば、後述の実施形態における入力中心軸線O1)の周りを回転する入力軸(例えば、後述の実施形態における入力軸101)と、
該入力軸の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対して可変の偏心量(例えば、後述の実施形態における偏心量r1)を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の第1支点(例えば、後述の実施形態における第1支点O3)と、
該各第1支点をそれぞれの中心に持つと共に前記入力中心軸線の周りを回転する複数の偏心ディスク(例えば、後述の実施形態における偏心ディスク104)と、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線(例えば、後述の実施形態における出力中心軸線O2)の周りを回転する出力部材(例えば、後述の実施形態における出力部材121)と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材(例えば、後述の実施形態における入力部材122)と、これら入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材(例えば、後述の実施形態におけるローラ123)とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチ(例えば、後述の実施形態におけるワンウェイ・クラッチ120)と、
前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第2支点(例えば、後述の実施形態における第2支点O4)と、
それぞれ一端(例えば、後述の実施形態におけるリング部131)が前記各偏心ディスクの外周に前記第1支点を中心に回転自在に連結され、他端(例えば、後述の実施形態における先端部132)が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上に設けられた前記第2支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材(例えば、後述の実施形態における連結部材130)と、
前記入力中心軸線に対する前記第1支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構(例えば、後述の実施形態における変速比可変機構112)と、
を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる四節リンク機構式の無段変速機構として構成され、
前記内燃機関部の出力軸(例えば、後述の実施形態における出力軸S1)が前記無段変速機構の入力軸に連結され、
前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチを兼ねており、
前記クラッチ機構制御手段が、前記判定手段により車両の後退防止制御が必要と判断された場合には、前記クラッチ機構をONとし、車両の後退防止制御が必要でないと判断された場合には、前記クラッチ機構をOFFとすることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1の構成において、
前記クラッチ機構制御手段は、前記クラッチ機構をONにして車両を登坂発進させた後、車両の走行のために前記内燃機関部の駆動力を前記変速機構を介して前記被回転駆動部材に伝達させる場合には、前記クラッチ機構をONにしたまま維持し、前記内燃機関部の駆動力を前記変速機構を介して前記被回転駆動部材に伝達させない場合には、前記クラッチ機構をONからOFFに切り替えることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1の構成において、
前記内燃機関部として、それぞれ独立して回転動力を発生する第1の内燃機関部および第2の内燃機関部が設けられ、
前記変速機構として、前記第1の内燃機関部および第2の内燃機関部の発生する回転動力をそれぞれ変速して出力する第1の変速機構および第2の変速機構が設けられ、
前記ワンウェイ・クラッチとして、前記第1の変速機構および第2の変速機構の各出力部にそれぞれ第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチが設けられ、
前記被回転駆動部材が、前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチの両出力部材に共通に連結され、
前記クラッチ機構として、前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチの各出力部材と前記被回転駆動部材との間にそれぞれ、第1のクラッチ機構および第2のクラッチ機構が設けられ、
前記第1の変速機構および第2の変速機構が、それぞれ前記四節リンク機構式の無段変速機構により構成され、該各無段変速機構の入力軸に前記第1の内燃機関部および第2の内燃機関部の出力軸が連結され、前記各無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記各変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチを兼ねており、
前記クラッチ機構制御手段が、前記判定手段により車両の後退防止制御が必要と判断された場合に、前記第1のクラッチ機構および第2のクラッチ機構のうちの一方のクラッチ機構のみをONとし、他方のクラッチ機構はOFFとすることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3の構成において、
前記第1の内燃機関部の出力軸にモータジェネレータ(例えば、後述の実施形態におけるサブモータジェネレータMG2)が接続されており、
前記クラッチ機構制御手段は、車両が停止中または発進直後に前記第1の内燃機関部の駆動力を利用して前記モータジェネレータで発電する場合には、前記第2のクラッチ機構をONとすると共に、前記第1のクラッチ機構をOFFとすることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項3の構成において、
前記第1の内燃機関部の出力軸にモータジェネレータが接続されており、
前記クラッチ機構制御手段は、車両が停止中または発進直後に前記第1の内燃機関部の駆動力を利用して前記モータジェネレータで発電する場合には、前記第1の変速機構の変速比を無限大に設定し、前記第1のクラッチ機構をONとすると共に、第2のクラッチ機構をOFFとすることを特徴とする。
請求項6の発明は、
回転動力を発生する内燃機関部と、
該内燃機関部の発生する回転動力を変速して出力する変速機構と、
該変速機構の出力部に設けられ、入力部材と出力部材とこれら入力部材および出力部材をロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチと、
前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪に伝えると共に、該駆動車輪と一体に回転する被回転駆動部材と、
前記ワンウェイ・クラッチの出力部材と前記被回転駆動部材との間に介在され、ON/OFF制御されることにより、これら両部材間における動力の伝達/遮断が可能なクラッチ機構と、
を備え、
前記変速機構が、
回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
該入力軸の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対して可変の偏心量を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の第1支点と、
該各第1支点をそれぞれの中心に持つと共に前記入力中心軸線の周りを回転する複数の偏心ディスクと、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、これら入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチと、
前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第2支点と、
それぞれ一端が前記各偏心ディスクの外周に前記第1支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上に設けられた前記第2支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材と、
前記入力中心軸線に対する前記第1支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構と、
を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる四節リンク機構式の無段変速機構として構成され、
前記内燃機関部の出力軸が前記無段変速機構の入力軸に連結され、
前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチを兼ねている自動車用駆動システムの制御方法であって、
登坂発進のために車両の後退防止制御が必要な場合は、前記クラッチ機構をONとし、車両の後退防止制御が必要でない場合は、前記クラッチ機構をOFFとすることを特徴とする。
請求項1の発明及び請求項6の発明によれば、被回転駆動部材の上流側の変速機構として、内燃機関部の回転を揺動運動に変換しその揺動運動をワンウェイ・クラッチにより再び回転運動として取り出すようにした四節リンク機構式の無段変速機構を使用しているので、変速機構の構造上の機能として、逆方向の運動の伝達をロックすることができる。従って、被回転駆動部材とワンウェイ・クラッチの出力部材の間に設けたクラッチ機構をONにして、被回転駆動部材とワンウェイ・クラッチの出力部材を動力伝達可能に連結すれば、前記逆方向の運動の伝達をロックする機能を働かせることができて、被回転駆動部材を回転規制(ロック)することができるし、クラッチ機構をOFFにして、被回転駆動部材とワンウェイ・クラッチの出力部材との間を切り離せば、変速機構による被回転駆動部材の回転規制を解くことができる。
そのため、登坂発進のために車両の後退防止制御(ヒルホールドアシスト)が必要な場合(例えば、高勾配の登坂路で発進する場合)は、クラッチ機構がONされることにより、被回転駆動部材の回転規制が働き、発進時の後退が防止される。また、後退防止制御(ヒルホールドアシスト)が必要でない場合(例えば、低勾配の登坂路で発進する場合)は、クラッチ機構がOFFされることにより、クラッチ機構の上流側が下流側から切り離されるため、発進時のクラッチ機構の上流側の摩擦ロスが低減されることになる。
このように、変速機構の構造上の特性により車両の後退を機械的に制限できるため、ブレーキ等によるヒルホールドアシストのための複雑な制御が必要なくなり、制御の容易化を図ることができる。
請求項2の発明によれば、クラッチ機構をONにして登坂発進した後、内燃機関部の動力で走行する場合には、クラッチ機構をONのまま維持するので、クラッチ機構をいったんOFFにしてから再びONに切り替えるための時間を削減することができる。つまり、通常、内燃機関部の動力を走行に直接使用する場合には、クラッチ機構をONにする必要があるが、ヒルホールドアシスト機能を働かせるためにクラッチ機構をONにした場合は、そのままONの状態を継続しておくことにより、クラッチ機構をOFFからONに切り替える動作が不要となる。それにより、クラッチ機構を再度ONにするための時間を削減でき、スムーズな運転が可能となる。また、内燃機関部の動力を走行動力として使用しない場合には、発進時にONとしていたクラッチ機構をOFFにする。そうすることで、クラッチ機構の上流側のフリクションを早急に低減することができ、エネルギーロスを減らすことができる。
請求項3の発明によれば、内燃機関部を主体とした動力系が2系統ある場合に、一方の動力系のクラッチ機構のみをONとすることで、ヒルホールドアシスト機能を発揮しつつ、他方の動力系のクラッチ機構をOFFとすることで、必要以上の摩擦ロスの発生を抑制することができる。
請求項4の発明によれば、第1の内燃機関部の下流側にある第1のクラッチ機構をOFFにすることにより、第1の内燃機関部の駆動力が被回転駆動部材(足軸側)に伝わらないようにすることができる。また、第2のクラッチ機構をONにすることにより、ヒルホールドアシスト機能を働かせることができる。従って、第1の内燃機関部で発電を行いながら、ヒルホールドアシスト機能を利用することができる。
請求項5の発明によれば、第1の内燃機関部の下流側にある第1のクラッチ機構をONにすることにより、ヒルホールドアシスト機能を働かせることができる。しかもこの際、第1の内燃機関部に繋がる第1の変速機構の変速比を無限大に設定することにより、第1の内燃機関部の動力が被回転駆動部材に伝達されないようにすることができる。従って、この段階から変速比を変更しつつ第1の内燃機関部の回転数を上げて行くことにより、すぐに被回転駆動部材に第1の内燃機関部の回転動力を伝達することができる。つまり、シリーズ運転から第1の内燃機関部の駆動力を利用したエンジン走行に切り替える際に、スムーズな切り替えが可能になる。
本発明の実施形態の自動車用駆動システムのスケルトン図である。 同システムの要部である無限・無段変速機構の具体的構成を示す断面図である。 同変速機構の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。 同変速機構における変速比可変機構による変速原理の前半部分の説明図であり、(a)は偏心ディスク104の中心点である第1支点O3の回転中心である入力中心軸線O1に対する偏心量r1を「大」にして変速比iを「小」に設定した状態を示す図、(b)は偏心量r1を「中」にして変速比iを「中」に設定した状態を示す図、(c)は偏心量r1を「小」にして変速比iを「大」に設定した状態を示す図、(d)は偏心量r1を「ゼロ」にして変速比iを「無限大(∞)」に設定した状態を示す図である。 同変速機構における変速比可変機構による変速原理の後半部分の説明図であって、偏心ディスクの偏心量r1を変更して変速比iを変えた場合のワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2の変化を示す図であり、(a)は偏心量r1を「大」にし変速比iを「小」にすることで、入力部材122の揺動角度θ2が「大」になった状態を示す図、(b)は偏心量r1を「中」にし変速比iを「中」にすることで、入力部材122の揺動角度θ2が「中」になった状態を示す図、(c)は偏心量r1を「小」にし変速比iを「大」にすることで、入力部材122の揺動角度θ2が「小」になった状態を示す図である。 四節リンク機構として構成された前記無限・無段変速機構の駆動力伝達原理の説明図である。 同変速機構において、入力軸と共に等速回転する偏心ディスクの偏心量r1(変速比i)を「大」、「中」、「小」と変化させた場合の、入力軸の回転角度θとワンウェイ・クラッチの入力部材の角速度ω2の関係を示す図である。 同変速機構において、複数の連結部材によって入力側(入力軸や偏心ディスク)から出力側(ワンウェイ・クラッチの出力部材)へ動力が伝達される際の出力の取り出し原理を説明するための図である。 (a)及び(b)はトランスミッションのロックによる後進不可状態の説明図である。 同駆動システムにおいて実行する車両の発進時のクラッチ制御のフローチャートである。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンAの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンBの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンCの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンDの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンEの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンFの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンGの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンHの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンIの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンJの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンKの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンLの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンMの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンNの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおける動作パターンOの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、発進時に運転状態に応じて実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、低速走行時に運転状態に応じて実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、EV走行モードからエンジン走行モードへの切り替え(スイッチ動作)時の制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、中速走行時に運転状態に応じて実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、第1のエンジンによるエンジン走行モードから第2のエンジンによるエンジン走行モードへの切り替え(スイッチ動作)時の制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、中高速走行時に運転状態に応じて実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、第2のエンジンによるエンジン走行モードから、第2のエンジンと第1のエンジンによるパラレルのエンジン走行モードへの切り替え(スイッチ動作)時の制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、高速走行時に運転状態に応じて実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、車両後退時に実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、車両停止時に実行する制御動作の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、EV走行スタートするときのオペレーションの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、EV+エンジン走行スタートするときのオペレーションの説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、シリーズ運転によるEV走行スタートするときのオペレーションの第1例の説明図である。 本実施形態の駆動システムにおいて、シリーズ運転によるEV走行スタートするときのオペレーションの第2例の説明図である。 本発明の別の実施形態の自動車用駆動システムのスケルトン図である。 本発明の自動車用駆動システムの変形例を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の実施形態の自動車用駆動システムのスケルトン図であり、図2は同駆動システムの要部である無限・無段変速機構の具体的構成を示す断面図、図3は同無限・無段変速機構の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。
《全体構成》
この自動車用駆動システム1は、それぞれ独立して回転動力を発生する第1、第2の内燃機関部としての第1、第2の2つのエンジンENG1、ENG2と、第1、第2のエンジンENG1、ENG2の各下流側に設けられた第1、第2のトランスミッション(変速機構)TM1、TM2と、各トランスミッションTM1、TM2の出力部に設けられた第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2と、これらワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2を介して伝達された出力回転を受ける被回転駆動部材11と、この被回転駆動部材11に接続されたメインモータジェネレータMG1と、第1のエンジンENG1の出力軸S1に接続されたサブモータジェネレータMG2と、メインおよび/またはサブのモータジェネレータMG1、MG2との間で電力のやりとりが可能なバッテリ8と、各種要素を制御することで車両の発進や走行パターンなどの制御を行う制御手段5と、を備えている。
各ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2は、入力部材(クラッチアウタ)122と、出力部材(クラッチインナ)121と、これら入力部材122および出力部材121の間に配されて両部材122、121を互いにロック状態または非ロック状態にする複数のローラ(係合部材)123と、ロック状態を与える方向にローラ123を付勢する付勢部材126とを有する。そして、第1のトランスミッションTM1および第2のトランスミッションTM2からの各回転動力を受ける入力部材122の正方向(矢印RD1方向)の回転速度が、出力部材121の正方向の回転速度を上回ったとき、入力部材122と出力部材121が互いにロック状態になることにより、入力部材122に入力された回転動力が出力部材121に伝達される。
第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2は、ディファレンシャル装置10を挟んで右と左に配置されており、第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の各出力部材121は、それぞれ別の第1、第2のクラッチ機構CL1、CL2を介して、被回転駆動部材11に共に連結されている。第1、第2のクラッチ機構CL1、CL2は、第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の各出力部材121と被回転駆動部材11との間の動力の伝達/遮断を制御するために設けられており、ONのときに伝達可能な状態になり、OFFのとき伝達が遮断された状態になる。これらのクラッチ機構CL1、CL2としては、他の種類のクラッチ(摩擦クラッチ等)を使用してもよいが、伝達ロスの低さからドグクラッチが使用されている。
被回転駆動部材11は、ディファレンシャル装置10のデフケースにより構成されており、各ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121に伝達された回転動力は、ディファレンシャル装置10および左右のアクスルシャフト13L、13Rを介して、左右の駆動車輪2に伝達される。ディファレンシャル装置10のデフケース(被回転駆動部材11)には、図示しないデフピニオンやサイドギヤが取り付けられており、左右のサイドギヤに左右のアクスルシャフト13L、13Rが連結され、左右のアクスルシャフト13L、13Rは差動回転する。
第1、第2の2つのエンジンENG1、ENG2には、高効率運転ポイントの互いに異なるエンジンが用いられており、第1のエンジンENG1は排気量の小さいエンジンとされ、第2のエンジンENG2は、第1のエンジンENG1よりも排気量の大きいエンジンとされている。例えば、第1のエンジンENG1の排気量は500ccとされ、第2のエンジンENG2の排気量は1000ccとされており、合計排気量が1500ccとされている。もちろん、排気量の組み合わせは任意である。
メインモータジェネレータMG1と被回転駆動部材11は、メインモータジェネレータMG1の出力軸に取り付けたドライブギヤ15と被回転駆動部材11に設けたドリブンギヤ12とが噛合することにより、動力伝達可能に接続されている。例えば、メインモータジェネレータMG1がモータとして機能するときは、メインモータジェネレータMG1から被回転駆動部材11に駆動力が伝達される。また、メインモータジェネレータMG1を発電機として機能させるときは、被回転駆動部材11からメインモータジェネレータMG1に動力が入力され、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される。同時に、メインモータジェネレータMG1から被回転駆動部材11に回生制動力が作用する。
また、サブモータジェネレータMG2は、第1のエンジンENG1の出力軸S1に直に接続されており、該出力軸S1との間で動力の相互伝達を行う。この場合も、サブモータジェネレータMG2がモータとして機能するときは、サブモータジェネレータMG1から第1のエンジンENG1の出力軸S1に駆動力が伝達される。また、サブモータジェネレータMG2が発電機として機能するときは、第1のエンジンENG1の出力軸S1からサブモータジェネレータMG2に動力が伝達される。
以上の要素を備えたこの駆動システム1では、第1のエンジンENG1および第2のエンジンENG2の発生する回転動力が、第1のトランスミッションTM1および第2のトランスミッションTM2を介して、第1のワンウェイ・クラッチOWC1および第2のワンウェイ・クラッチOWC2に入力され、第1のワンウェイ・クラッチOWC1および第2のワンウェイ・クラッチOWC2を介して、回転動力が被回転駆動部材11に入力される。
また、この駆動システム1では、第2のエンジンENG2の出力軸S2と被回転駆動部材11との間に、第2のトランスミッションTM2を介した動力伝達と異なる当該出力軸S2と被回転駆動部材11の間での動力伝達を断接可能なシンクロ機構(スタータ・クラッチとも言われるクラッチ手段)20が設けられている。このシンクロ機構20は、被回転駆動部材11に設けたドリブンギヤ12に常時噛み合うと共に第2のエンジンENG2の出力軸S2の周りに回転自在に設けられた第1ギヤ21と、第2のエンジンENG2の出力軸S2の周りに該出力軸S2と一体に回転するように設けられた第2ギヤ22と、軸方向にスライド操作されることで第1ギヤ21と第2ギヤ22を結合または解除するスリーブ24と、を備えている。即ち、シンクロ機構20は、第2のトランスミッションTM2、クラッチ機構CL2を介した動力伝達経路と異なる動力伝達経路を構成し、この動力伝達経路での動力伝達を断接する。
《トランスミッションの構成》
次に、この駆動システム1に用いられている第1、第2の2つのトランスミッションTM1、TM2について説明する。
第1、第2のトランスミッションTM1、TM2は、ほぼ同じ構成の無段変速機構により構成されている。この場合の無段変速機構は、IVT(Infinity Variable Transmission=クラッチを使用せずに変速比を無限大にして出力回転をゼロにできる方式の変速機構)と呼ばれるものの一種であり、変速比(レシオ=i)を無段階に変更できると共に、変速比の最大値を無限大(∞)に設定することのできる、無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)により構成されている。
この無限・無段変速機構BDは、図2および図3に構成を示すように、エンジンENG1、ENG2からの回転動力を受けることで入力中心軸線O1の周りを回転する入力軸101と、入力軸101と一体回転する複数の偏心ディスク104と、入力側と出力側を結ぶための偏心ディスク104と同数の連結部材130と、出力側に設けられたワンウェイ・クラッチ120とを備えている。
複数の偏心ディスク104は、それぞれ第1支点O3を中心とした円形形状に形成されている。第1支点O3は、入力軸101の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが、入力中心軸線O1に対する偏心量r1を変更可能で、且つ、該偏心量r1を保ちつつ、入力中心軸線O1の周りに入力軸101と共に回転するように設定されている。従って、複数の偏心ディスク104は、それぞれに偏心量r1を保った状態で、入力中心軸線O1の周りに入力軸101の回転に伴って偏心回転するように設けられている。
偏心ディスク104は、図3に示すように、外周側円板105と、入力軸101に一体形成された内周側円板108とで構成されている。内周側円板108は、入力軸101の中心軸線である入力中心軸線O1に対して一定の偏心距離だけ中心を偏倚させた肉厚円板として形成されている。外周側円板105は、第1支点O3を中心にした肉厚円板として形成されており、その中心(第1支点O3)を外れた位置に中心を持つ第1円形孔106を有している。そして、この第1円形孔106の内周に回転可能に内周側円板108の外周が嵌っている。
また、内周側円板108には、入力中心軸線O1を中心とすると共に周方向の一部が内周側円板108の外周に開口した第2円形孔109が設けられており、その第2円形孔109の内部にピニオン110が回転自在に収容されている。ピニオン110の歯は、第2円形孔109の外周の開口を通して、外周側円板105の第1円形孔106の内周に形成した内歯歯車107に噛み合っている。
このピニオン110は、入力軸101の中心軸線である入力中心軸線O1と同軸に回転するように設けられている。即ち、ピニオン110の回転中心と入力軸101の中心軸線である入力中心軸線O1とが一致している。ピニオン110は、図2に示すように、直流モータ及び減速機構によって構成されるアクチュエータ180により、第2円形孔109の内部で回転させられる。通常時は、入力軸101の回転と同期させてピニオン110を回転させ、同期する回転数を基準として、ピニオン110に入力軸101の回転数を上回るか下回るかする回転数を与えることにより、ピニオン110を入力軸101に対して相対回転させる。例えば、ピニオン110およびアクチュエータ180の出力軸が互いに連結されるように配置し、アクチュエータ180の回転が入力軸101の回転に対して回転差が生じる場合には、その回転差に減速比をかけた分だけ入力軸101とピニオン110の相対角度が変化する減速機構(例えば遊星歯車)を用いることで実現できる。この際、アクチュエータ180と入力軸101の回転差がなく同期している場合には偏心量r1は変化しない。
従って、ピニオン110を回すことにより、ピニオン110の歯が噛合している内歯歯車107つまり外周側円板105が内周側円板108に対して相対回転し、それにより、ピニオン110の中心(入力中心軸線O1)と外周側円板105の中心(第1支点O3)との間の距離(つまり偏心ディスク104の偏心量r1)が変化する。
この場合、ピニオン110の回転によって、ピニオン110の中心(入力中心軸線O1)に外周側円板105の中心(第1支点O3)を一致させることができるように設定されており、両中心を一致させることにより、偏心ディスク104の偏心量r1を「ゼロ」に設定できる。
また、ワンウェイ・クラッチ120は、入力中心軸線O1から離れた出力中心軸線O2の周りを回転する出力部材(クラッチインナ)121と、外部から回転方向の動力を受けることで出力中心軸線O2の周りを揺動するリング状の入力部材(クラッチアウタ)122と、これら入力部材122および出力部材121を互いにロック状態または非ロック状態にするために入力部材122と出力部材121の間に挿入された複数のローラ(係合部材)123と、ロック状態を与える方向にローラ123を付勢する付勢部材126とを有し、入力部材122の正方向(例えば、図3中の矢印RD1で示す方向)の回転速度が出力部材121の正方向の回転速度を上回ったとき、入力部材122に入力された回転動力を出力部材121に伝達し、それにより、入力部材122の揺動運動を出力部材121の回転運動に変換することができるようになっている。
図2に示すように、ワンウェイ・クラッチ120の出力部材121は、軸方向に一体に連続した部材として構成されたものであるが、入力部材122は、軸方向に複数に分割されており、偏心ディスク104および連結部材130の数だけ、軸方向に各々独立して揺動できるように配列されている。そして、ローラ123は、入力部材122毎に、入力部材122と出力部材121との間に挿入されている。
リング状の各入力部材122上の周方向の1箇所には張り出し部124が設けられており、その張り出し部124に、出力中心軸線O2から離間した第2支点O4が設けられている。そして、各入力部材122の第2支点O4上にピン125が配置され、このピン125によって、連結部材130の先端(他端部)132が入力部材122に回転自在に連結されている。
連結部材130は、一端側にリング部131を有し、そのリング部131の円形開口133の内周が、ベアリング140を介して、偏心ディスク104の外周に回転自在に嵌合されている。従って、このように連結部材130の一端が偏心ディスク104の外周に回転自在に連結されると共に、連結部材130の他端が、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122上に設けられた第2支点O4に回動自在に連結されることにより、入力中心軸線O1、第1支点O3、出力中心軸線O2、第2支点O4の4つの節を回動点とする四節リンク機構が構成されており、入力軸101から偏心ディスク104に与えられる回転運動が、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122に対して該入力部材122の揺動運動として伝えられ、その入力部材122の揺動運動が出力部材121の回転運動に変換される。
その際、ピニオン110、ピニオン110を収容する第2円形孔109を備えた内周側円板108、内周側円板108を回転可能に収容する第1円形孔106を備えた外周側円板105、アクチュエータ180などにより構成された変速比可変機構112の前記ピニオン110をアクチュエータ180で動かすことにより、偏心ディスク104の偏心量r1を変化させることができる。そして、偏心量r1を変更することで、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2を変更することができ、それにより、入力軸101の回転数に対する出力部材121の回転数の比(変速比:レシオi)を変えることができる。即ち、入力中心軸線O1に対する第1支点O3の偏心量r1を調節することで、偏心ディスク104からワンウェイ・クラッチ120の入力部材122に伝えられる揺動運動の揺動角度θ2を変更し、それにより、入力軸101に入力される回転動力が、偏心ディスク104および連結部材130を介してワンウェイ・クラッチ120の出力部材121に回転動力として伝達される際の変速比を変更することができる。
この場合、第1、第2のエンジンENG1、ENG2の出力軸S1、S2が、この無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)の入力軸101に一体に連結されている。また、無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)の構成要素であるワンウェイ・クラッチ120が、第1のトランスミッションTM1および第2のトランスミッションTM2と被回転駆動部材11との間に設けられた前記第1のワンウェイ・クラッチOWC1および第2のワンウェイ・クラッチOWC2をそれぞれに兼ねている。
図4及び図5は、無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)における変速比可変機構112による変速原理の説明図である。これら図4および図5に示すように、変速比可変機構112のピニオン110を回転させて、内周側円板108に対して外周側円板105を回転させることにより、偏心ディスク104の入力中心軸線O1(ピニオン110の回転中心)に対する偏心量r1を調節することができる。
例えば、図4(a)、図5(a)に示すように、偏心ディスク104の偏心量r1を「大」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2を大きくすることができるので、小さな変速比iを実現することができる。また、図4(b)、図5(b)に示すように、偏心ディスク104の偏心量r1を「中」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2を「中」にすることができるので、中くらいの変速比iを実現することができる。また、図4(c)、図5(c)に示すように、偏心ディスク104の偏心量r1を「小」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2を小さくすることができるので、大きな変速比iを実現することができる。また、図4(d)に示すように、偏心ディスク104の偏心量r1を「ゼロ」にした場合は、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動角度θ2を「ゼロ」にすることができるので、変速比iを「無限大(∞)」にすることができる。
図6は四節リンク機構として構成された前記無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)の駆動力伝達原理の説明図、図7は同変速機構BD(BD1、BD2)において、入力軸101と共に等速回転する偏心ディスク104の偏心量r1(変速比i)を「大」、「中」、「小」と変化させた場合の、入力軸101の回転角度(θ)とワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の角速度ω2の関係を示す図、図8は同変速機構BD(BD1、BD2)において、複数の連結部材130によって入力側(入力軸101や偏心ディスク104)から出力側(ワンウェイ・クラッチ120の出力部材121)へ動力が伝達される際の出力の取り出し原理を説明するための図である。
図6に示すように、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122は、連結部材130を介して偏心ディスク104から与えられる動力を受けて揺動運動する。偏心ディスク104を回転させる入力軸101が1回転すると、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122は、1往復揺動する。図7に示すように、偏心ディスク104の偏心量r1の値に関係なく、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122の揺動周期は常に一定である。入力部材122の揺動角速度ω2は、偏心ディスク104(入力軸101)の回転角速度ω1と偏心量r1によって決まる。
入力軸101とワンウェイ・クラッチ120を繋ぐ複数の連結部材130の一端(リング部131)は、入力中心軸線O1の周りに周方向等間隔で設けられた偏心ディスク104に回転自在に連結されているので、各偏心ディスク104の回転運動によりワンウェイ・クラッチ120の入力部材122にもたらされる揺動運動は、図8に示すように、一定の位相で順番に起こることになる。
その際、ワンウェイ・クラッチ120の入力部材122から出力部材121への動力(トルク)の伝達は、入力部材122の正方向(図3中矢印RD1方向)の回転速度が出力部材121の正方向の回転速度を超えた条件でのみ行われる。つまり、ワンウェイ・クラッチ120では、入力部材122の回転速度が出力部材121の回転速度より高くなったときに初めてローラ123を介しての噛み合い(ロック)が発生し、連結部材130により、入力部材122の動力が出力部材121に伝達され、駆動力が発生する。
1つの連結部材130による駆動が終了した後は、入力部材122の回転速度が出力部材121の回転速度より低下すると共に、他の連結部材130の駆動力によってローラ123によるロックが解除されて、フリーな状態(空転状態)に戻る。これが、連結部材130の数だけ順番に行われることで、揺動運動が一方向の回転運動に変換される。そのため、出力部材121の回転速度を超えたタイミングの入力部材122の動力のみが出力部材121に順番に伝えられ、ほぼ平滑に均された回転動力が出力部材121に与えられることになる。
また、この四節リンク機構式の無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)では、偏心ディスク104の偏心量r1を変更することで、変速比(レシオ=エンジンのクランク軸の1回転でどれだけ被回転駆動部材を回転させるか)を決めることができる。この場合、偏心量r1をゼロに設定することで、変速比iを無限大(∞)に設定することができ、エンジンの回転中にも拘わらず、入力部材122に伝達される揺動角度θ2をゼロにすることができる。つまり、エンジンが回転していても、ワンウェイ・クラッチ120の出力部材121の回転数をゼロにすることができる。
また、この四節リンク機構式の無限・無段変速機構BD(BD1、BD2)は、その構造から、次のように後進不可状態を作り出すことができる。例えば、車両が後進しようとした場合、つまり、被回転駆動部材11が前進時と逆方向に回転しようとした場合、第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2においては、被回転駆動部材11に繋がる出力部材121が正方向に対して逆方向(図3中の矢印RD2方向)に回転することになるので、入力部材122と出力部材121が互いにローラ123を介して噛み合う。
入力部材122と出力部材121が噛み合うと、出力部材121の逆方向の回転力が入力部材122に作用することになるが、図9(a)に示す連結部材130の延長線上に入力中心軸線O1が位置する、入力中心軸線O1と第2支点O4とが最も離れた位置(または、正方向に対して逆方向の回転方向が図3中の矢印RD1方向の場合には、図9(b)に示す連結部材130が入力中心軸線O1を通り入力中心軸線O1と第2支点O4とが最も近接した位置)に至ると、入力部材122が連結部材130に連結されていることにより、入力部材122の揺動運動が規制されるので、それ以上の逆方向運動の伝達がロックされる。
従って、出力部材121が逆回転しようとしても、無限・無段変速機構BD1、BD2よりなる第1、第2のトランスミッションTM1、TM2が機械的にロックすることにより、後進できない状態(後進不可状態)が作り出される。この後進不可となる機能は、ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2と被回転駆動部材11の間に介装されたクラッチ機構CL1、CL2がONしているときに有効となるので、車両を後進させるときには、クラッチ機構CL1、CL2を共にOFFにする必要がある。また、登坂発進時にヒルホールドアシスト機能(後退防止機能)を働かせたいときには、少なくともいずれかのクラッチ機構CL1、CL2をONにすることで、後進不可状態を発生させる。この登坂発進時の制御については後述する。
また、この駆動システム1では、図1に示すように、車両の登坂状態を検出する登坂状態検出手段7が設けられており、この登坂状態検出手段7の信号が制御手段5に入力されている。登坂状態検出手段7としては、例えば、車両の前後方向の傾斜を検出する傾斜センサが利用されており、傾斜センサの信号により登坂路の勾配を検出するようにしている。その他に、GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)の測位データなどを利用して登坂路の勾配を検出することも可能である。
また、制御手段5には、第1、第2の2つのクラッチ機構CL1、CL2のON/OFFを制御するクラッチ機構制御手段と、登坂状態検出手段7の検出した車両の登坂状態に応じて車両の後退防止制御が必要か否かを判定する判定手段とが含まれている。
《制御手段の主な働き》
次に、この駆動システム1において実行する制御内容について説明する。
図1に示すように、制御手段5は、第1、第2のエンジンENG1、ENG2、メインモータジェネレータMG1、サブモータジェネレータMG2、第1、第2のトランスミッションTM1、TM2を構成する無限・無段変速機構BD1、BD2のアクチュエータ180、クラッチ機構CL1、CL2、シンクロ機構20などに制御信号を送って、これらの要素を制御することにより、様々な走行パターン(動作パターンとも言う)制御を行う。
例えば、制御手段5は、メインモータジェネレータMG1の駆動力のみによるEV走行を制御するEV走行制御モードと、第1のエンジンENG1および/または第2のエンジンENG2の駆動力のみによるエンジン走行を制御するエンジン走行制御モードと、第1のエンジンENG1によりサブモータジェネレータMG2を発電機として駆動させ、それにより生成した電力をメインモータジェネレータMG1および/またはバッテリ8に供給しながら、メインモータジェネレータMG1の駆動力によるモータ走行を行うシリーズ走行(シリーズ運転とも言う)を制御するシリーズ走行制御モードと、を選択して実行する機能を有する。また、メインモータジェネレータMG1の駆動力と第1のエンジンENG1の駆動力の両方を利用して走行するパラレル走行モードを実行する機能も有する。また、EV走行、シリーズ走行、エンジン走行、パラレル走行を、要求駆動力およびバッテリ8の残容量(SOC)に応じて、選択して実行する機能も有する。
ここでは、車両の発進時に行われるクラッチ制御の内容について説明する。
発進時のクラッチ制御は、図10のフローチャートに従って実行される。この制御がスタートすると、最初のステップS101で車両が停止中かどうかを判断する。車両が停止中かどうかは、車速センサ、加速度センサ、ブレーキ等の信号から判定する。車両が停止中でない場合は、以降の処理をスルーして処理を終える。
車両が停止中の場合は、ステップS102に進んで、車両の傾斜検出を行う。そして、ステップS103において、車両の傾斜具合に応じてヒルホールドアシストが必要か否かを判断する。具体的には、登坂路の勾配が小さいかあるいは平地路であると判断した場合は、ヒルホールドアシストは必要無しと判定して、そのまま処理を終える。一方、登坂路の勾配が大きいと判断した場合は、ヒルホールドアシストが必要と判定して、次のステップS104に進み、第1のクラッチ機構CL1または第2のクラッチ機構CL2がON状態かどうか判断し、いずれもON状態でない場合は、ステップS105で第1のクラッチ機構CL1または第2のクラッチ機構CL2をONにする。クラッチ機構CL1またはCL2をONにしたら、ステップS106に進む。ステップS104の時点でクラッチ機構CL1またはCL2がON状態の場合は、ステップS104から直接ステップS106に進む。
ステップS106では、車両が発進完了したかどうかを判断する。発進に関しては別の走行制御で行われるようになっており、発進が完了するのを待ってステップS107に進む。発進の完了は、車両の速度や加速度に基づいて判断する。ステップS107では、エンジン走行するか否かを判断し、エンジン走行する場合は、走行に利用するエンジンENG1、ENG2の下流にあるクラッチ機構CL1、CL2がヒルホールド発進のためにONとなっているときは、そのままONの状態を維持して処理を終える。また、エンジン走行しない場合は、ステップS108において、発進時にONになっているクラッチ機構CL1、CL2をONからOFFに切り替えて処理を終える。
この発進時の走行パターンの違いによる第1のクラッチ機構CL1および第2のクラッチ機構CL2のON/OFF制御については、更に後述する。
発進後の走行において、EV走行中は、クラッチ機構CL1、CL2を遮断状態(OFF)に保持する。それにより、ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の引き摺りトルクロスを無くすことができ、エネルギー効率の向上が図れる。
また、この駆動システムでは、EV走行からエンジン走行へと走行モードを切り替える間に、シリーズ走行を行う。これにより、第1のエンジンENG1の始動からエンジン走行に移行するまでの間のエンジンエネルギーの有効活用を図ることができる。つまり、エンジンが始動してから駆動力が被回転駆動部材11に伝わるまでの間のエンジンエネルギーを、シリーズ走行させることにより、メインモータジェネレータMG1やバッテリ8に電力として供給して有効活用するので、発生したエネルギーを無駄なく使い切ることができ、燃費向上に貢献することができる。
そして、走行モードをシリーズ走行からエンジン走行へと切り替えた後に、サブモータジェネレータMG2による発電を停止する。但し、走行モードをシリーズ走行からエンジン走行へ切り替えた後に、バッテリ8の残容量(SOC)が第1所定値(基準値:例えば基準SOCt=35%)以下である場合には、サブモータジェネレータMG2によるチャージ(発電によるバッテリ8の充電動作)を継続する。
次に、第2のエンジンENG2の始動を行う際には、例えば、1つの方法として、第2のトランスミッションTM2の変速比を、第2のエンジンENG2からの動力を第2のワンウェイ・クラッチOWC2に伝達可能であり(i≠∞)且つ第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力部材122の回転速度が出力部材121の回転速度を下回るような有限値(目標値にできるだけ近い値)に制御する。あるいは、別の方法として、第2のエンジンENG2の始動を行う際に、第2のトランスミッションTM2の変速比を無限大(∞)に設定し、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力部材122の回転速度が出力部材121の回転速度を下回るように制御する。そして、第2のエンジンENG2の始動後に、第2のトランスミッションTM2の変速比を有限値(目標値)に変更することで、第2のワンウェイ・クラッチOWC2に入力される回転速度を制御する。
ここで、第1のエンジンENG1やメインモータジェネレータMG1の駆動力を利用して走行している状態で、被回転駆動部材11の動力を用いて第2のエンジンENG2を始動する場合には、第2のエンジンENG2の出力軸S2と被回転駆動部材11との間に設けられたシンクロ機構20を動力伝達可能な接続状態とすることにより、被回転駆動部材11の動力を用いて、第2のエンジンENG2のクランキング(スタート回転)を行い、第2のエンジンENG2を始動する。
第2のエンジンENG2を始動させて、駆動源を第1のエンジンENG1から第2のエンジンENG2に切り替える場合は、第1のワンウェイ・クラッチOWC1を介して第1のエンジンENG1の発生する動力が被回転駆動部材11に入力されている状態で、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力部材122に入力される回転数が出力部材121の回転数を上回るように、第2のエンジンENG2の回転数および/または第2のトランスミッションTM2の変速比の変更を行う。こうすることにより、駆動源として用いるエンジンを、第1のエンジンENG1から第2のエンジンENG2にスムーズに切り替えることができる。
また、第1のエンジンENG1と第2のエンジンENG2の両方の駆動力を合成して被回転駆動部材11に伝達させる場合は、第1のワンウェイ・クラッチOWC1および第2のワンウェイ・クラッチOWC2の両入力部材122に入力される回転速度が共に同期して出力部材121の回転速度を上回るように、第1、第2のエンジンENG1、ENG2の回転数および/または第1、第2のトランスミッションTM1、TM2の変速比を制御する同期制御を行う。
この場合、加速のときに、両方のエンジンENG1、ENG2を無条件に動かすのではなく、一方(第1のエンジンENG1)を高効率運転ポイントに固定した状態で、他方のエンジン(第2のエンジンENG2)の出力を上げることで、出力要求に応えるようにする。
具体的には、第1のワンウェイ・クラッチOWC1および第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力部材122に入力される回転速度が出力部材121の回転速度を上回るように第1、第2のエンジンENG1、ENG2の回転数および/または第1、第2のトランスミッションTM1、TM2の変速比を制御しているとき、第1のエンジンENG1の回転数および/またはトルクが高効率運転領域に入るように、運転条件を一定範囲に固定した状態で、第1のエンジンENG1および/または第1のトランスミッションTM1を制御し、且つ、その固定した運転条件によって得られる出力を超える出力要求に対しては、第2のエンジンENG2および第2のトランスミッションTM2を制御することで対応する。
あるいは、上記とは別の制御方法として、要求出力に応じて、排気量大の第2のエンジンENG2を運転条件の固定側に設定するようにしてもよく、例えば、要求出力が所定以上の場合は、第1のエンジンENG1を運転条件の固定側に設定し、要求出力が所定以下の場合は、第2のエンジンENG2を運転条件の固定側に設定するようにしてもよい。
また、車両の後進時には、クラッチ機構CL1、CL2を遮断状態にして、第1、第2のトランスミッションTM1、TM2のロックによる後進不可状態を解除する。
《動作パターンについて》
次に、本実施形態の駆動システムにおいて実行する動作パターンについて説明する。
図11〜図25は動作パターンA〜Oを取り出して示す拡大説明図、図26〜図35は各運転状態に応じて実行する制御動作、または走行モード切り替え時の制御動作の説明図である。なお、図26〜図35の各動作パターンを示す枠の中の右上のA〜Oの符号は、図11〜図25に取り出して示す動作パターンA〜Oの符号と対応している。また、動作パターンを示す図の中で、動作中の駆動源を網掛けにより区別して示し、動力の伝達経路や電力の流れを実線や点線などの矢印で示す。
図11に示す動作パターンAでは、メインモータジェネレータMG1の駆動力でEV走行を行っている。即ち、バッテリ8からメインモータジェネレータMG1に通電することでメインモータジェネレータMG1を駆動し、メインモータジェネレータMG1の駆動力を、ドライブギヤ15、ドリブンギヤ12を介して被回転駆動部材11に伝達し、ディファレンシャル装置10および左右アクスルシャフト13L、13Rを介して駆動車輪2に伝えることで走行する。このとき、クラッチ機構CL1、CL2は遮断状態(OFF状態)にしておく。
図12に示す動作パターンBでは、第1のエンジンENG1の駆動力を利用してサブモータジェネレータMG2で発電し、その発電した電力をメインモータジェネレータMG1およびバッテリ8に供給して、シリーズ走行を行っている。第1のエンジンENG1の始動は、サブモータジェネレータMG2により行う。このとき、第1のトランスミッションTM1の変速比は無限大に設定しておく。
図13に示す動作パターンCでは、メインモータジェネレータMG1と第1のエンジンENG1の両方の駆動力を利用してパラレル走行を行っている。第1のエンジンENG1の駆動力を被回転駆動部材11に伝達させるには、第1のワンウェイ・クラッチOWC1の入力回転数が出力回転数を上回るように、第1のエンジンENG1の回転数および/または第1のトランスミッションTM1の変速比を制御する。そうすることにより、メインモータジェネレータMG1の駆動力と第1のエンジンENG1の駆動力の合成力を被回転駆動部材11に伝達させることができる。この動作パターンCは、低速走行や中速走行において、加速時などの要求駆動力が大きくなった場合に実行される。この際、クラッチ機構CL1は接続状態に維持され、クラッチ機構CL2は遮断状態に維持される。これにより、第1のエンジンENG1の駆動力が被回転駆動部材11に伝達されるとともに、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の引きずりが防止される。
図14に示す動作パターンDでは、第1のエンジンENG1の駆動力を利用したエンジン走行を行っている。この動作パターンDは、例えば、発進時にSOCが低い場合に、バッテリ8の電力消費を少なくするために用いられる。
図15に示す動作パターンEでは、減速時に駆動車輪2から被回転駆動部材11を介して伝達される動力を用いたメインモータジェネレータMG1の回生動作によって、メインモータジェネレータMG1が発電機として作用し、駆動車輪2から被回転駆動部材11を介して入力される機械エネルギーが電気エネルギーに変化される。そして、駆動車輪2に回生制動力が伝達されると共に、回生電力がバッテリ8に充電される。このとき、クラッチ機構CL1、CL2は切っておく。
図16に示す動作パターンFでは、第1のエンジンENG1の駆動力のみを利用してエンジン走行を行っており、同時に、第1のエンジンENG1の駆動力を利用してサブモータジェネレータMG2で発電し、生成した電力をバッテリ8に充電している。なお、SOCに応じて、サブモータジェネレータMG2の発電を停止させてもよい。
図17に示す動作パターンGでは、第1のエンジンENG1の駆動力で走行しながら、シンクロ機構(スタータ・クラッチ手段)20を介して、被回転駆動部材11(デフケース)に導入された動力により第2のエンジンENG2の始動を行っており、その始動時の負荷の増大による駆動車輪2への出力の不足分を第1のモータジェネレータMG1の駆動力で補っている。また、サブモータジェネレータMG2は、第1のエンジンENG1の駆動力を利用して発電し、生成した電力を第1のモータジェネレータMG1に供給またはバッテリ8に充電している。
図18に示す動作パターンHでは、第1のエンジンENG1の駆動力を利用してエンジン走行を行っており、動作パターンGにおいて接続されたシンクロ機構20を遮断(噛み合い状態を解除)することで、被回転駆動部材11(デフケース)と第2のエンジンENG2の出力軸S2を切り離した状態にし、その状態で、始動後の第2のエンジンENG2の動力を第2のトランスミッションTM2に入力させている。ただし、この段階ではまだ、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力回転数が出力回転数を上回っていないので、第2のトランスミッションTM2の出力は、被回転駆動部材11に入力されていない。また、サブモータジェネレータMG2は、第1のエンジンENG1の駆動力を利用して発電し、生成した電力をバッテリ8に充電している。
図19に示す動作パターンIでは、第2のエンジンENG2の駆動力によるエンジン走行を行っている。この動作パターンIは、動作パターンHの状態から第2のトランスミッションTM2の変速比をOD(オーバードライブ)側に変更して、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力部材122の回転数が出力部材121の回転数を上回るように制御し、それにより、第2のエンジンENG2の動力を第2のトランスミッションTM2を介して被回転駆動部材11(デフケース)に伝達させ、第2のエンジンENG2の駆動力によるエンジン走行を実現している。この動作パターンIでは、第2のエンジンENG2によるエンゲージが成立(被回転駆動部材11への動力伝達が成立)した段階で、第1のエンジンENG1を停止させている。この際、クラッチ機構CL2は接続状態に維持され、クラッチ機構CL1は遮断状態に維持される。これにより、第2のエンジンENG2の駆動力が被回転駆動部材11に伝達されるとともに、ワンウェイ・クラッチOWC1の引きずりが防止される。
図20に示す動作パターンJは、第2のエンジンENG2の駆動力を利用したエンジン走行を行っている状態で、更に要求出力が上昇した場合の動作パターンである。この動作パターンJでは、第2のエンジンENG2による走行状態において、更に第1のエンジンENG1を始動させて、第2のエンジンENG2と第1のエンジンENG1の両方の駆動力を合成して、被回転駆動部材11(デフケース)に伝達させている。即ち、第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の入力部材122の回転数が共に同期して出力部材121の回転数(被回転駆動部材11の回転数)を上回るように、第1、第2のエンジンENG1、ENG2の回転数および/または第1、第2のトランスミッションTM1、TM2の変速比を制御している。
図21に示す動作パターンKは、例えば、中高速走行時に減速要求が発生した場合の動作パターンである。この動作パターンKでは、第1のエンジンENG1および第2のエンジンENG2を停止させ、減速に伴って駆動車輪2から被回転駆動部材11を介して伝達される動力によりメインモータジェネレータMG1で発電し、それにより生成される回生電力をバッテリ8に充電すると共に、回生制動力を駆動車輪2に作用させている。また同時に、シンクロ機構20を接続状態にして、第2のエンジンENG2のエンジンブレーキを制動力として駆動車輪2に作用させている。
図22に示す動作パターンLは、第2のエンジンENG2の駆動力により走行している状態で、更なる要求出力の上昇が生じた場合の切り替え時の動作パターンである。この動作パターンLでは、第1のエンジンENG1を始動するために、サブモータジェネレータMG2を駆動している。このときは、第1のトランスミッションTM1の変速比を無限大に設定する。また、この動作パターンによって、第1のエンジンENG1が始動した後は、第1、第2の両方のエンジンENG1、ENG2の両方の駆動力が、被回転駆動部材11に伝達される動作パターンJとなる。
図23に示す動作パターンMでは、シンクロ機構20を接続状態にして第2のエンジンENG2によるエンジンブレーキが利用できる状態にすると共に、第1のエンジンENG1の駆動力を用いてサブモータジェネレータMG2で発電し、生成した電力をバッテリ8に充電している。
図24に示す動作パターンNでは、シンクロ機構20を接続状態にして第2のエンジンENG2によるエンジンブレーキが利用できる状態にすると共に、メインモータジェネレータMG1で回生電力を生成してバッテリ8に充電し、同時に、第1のエンジンENG1の駆動力を用いてサブモータジェネレータMG2で発電し、生成した電力をバッテリ8に充電している。また、シンクロ機構20を接続状態に保つことで、第2のエンジンENG2はクランキング待機の状態にある。
図25に示す動作パターンOは、停車中の動作パターンであり、この動作パターンOでは、第1のエンジンENG1の駆動力を用いてサブモータジェネレータMG2で発電し、生成した電力をバッテリ8に充電している。この際、第1、第2のトランスミッションTM1、TM2の変速比を無限大(∞)にするか、クラッチCL1、CL2を切ることで、引き摺りトルクロスを抑制している。
《運転状況に応じた制御動作について》
次に図26〜図39を用いて、様々な運転状況における制御動作について説明する。各運転状況は表形式で示してあり、表中の各枠の左下には説明の便宜上、以下の括弧内の数字対応する通し番号を付してある。また、各枠の右上の符号A〜Oは、図11〜図25の拡大図に対応しており、必要に応じて参照されたい。
《発進時》
まず、発進時の制御動作について図26を参照して説明する。
発進時の走行パターンは、次の(1)〜(4)の4通りある。
(1) 緩加速による発進時には、基本的に動作パターンAによるEV走行を行う。EV走行では、バッテリ8から供給される電力によりメインモータジェネレータMG1を駆動し、その駆動力のみによって走行する。
それ以上の加速による発進時には、(2)シリーズ走行、(3)パラレル走行、(4)エンジン走行のいずれかを実施する。
(2) 動作パターンBによるシリーズ走行では、まず、サブモータジェネレータMG2により第1のエンジンENG1を始動する。第2のエンジンENG1が始動したら、サブモータジェネレータMG2を発電機として機能させて発電し、生成した電力をバッテリ8とメインモータジェネレータMG1に供給することで、EV走行を継続しながら、第1のエンジンENG1の動力によりサブモータジェネレータMG2で発電した電力を有効利用する。この際、第1のワンウェイ・クラッチOWC1の入力回転数が出力回転数を下回るように、第1のエンジンENG1の回転数および/または第1のトランスミッションTM1の変速比を制御する。
(3) 動作パターンCによるパラレル走行では、第1のエンジンENG1の駆動力を被回転駆動部材11に伝達させる。その場合、まず、サブモータジェネレータMG2により第1のエンジンENG1を始動し、加速要求に応じた制御により第1のエンジンENG1の回転数を上昇させる。第1のエンジンENG1の回転数が上昇したら、第1のワンウェイ・クラッチOWC1の入力回転数が出力回転数を上回るように第1のトランスミッションTM1の変速比を変更し、メインモータジェネレータMG1と第1のエンジンENG1の両方の駆動力を合成したパラレル走行を行う。なお、SOCが低い場合には、サブモータジェネレータMG2を発電機として利用し、バッテリ8の充電を行ってもよい。
(4) さらに、SOCが低い場合には、動作パターンDに示す第1のエンジンENG1よるエンジン走行によって発進する。この場合にも、サブモータジェネレータMG2を発電機として利用し、バッテリ8の充電を行ってもよい。
このように、車両発進時には、メインモータジェネレータMG1の駆動力を利用したEV走行モードと、第1のエンジンENG1とサブモータジェネレータMG2とメインモータジェネレータMG1を利用したシリーズ走行モードと、メインモータジェネレータMG1と第1のエンジンENG1の両方の駆動力を利用したパラレル走行モードと、第1のエンジンENG1によるエンジン走行モードとを、運転状況に応じて選択して実行する。
ところで、登坂路の発進の場合は、図10に示したフローチャートに従ってクラッチ機構CL1、CL2の制御を行う。そして、発進時の走行パターンの違いによって、クラッチ機構CL1、CL2を図36〜図39に示すようなタイミングでON/OFFする。ここでは、(1)のEV走行スタートの場合、(2)のシリーズ走行スタートの場合、(3)のパラレル走行スタートの場合について述べる。
図36はEV走行スタートの場合、図37はパラレル(EV+ENG1)走行スタートの場合、図38はEV走行スタートの中のシリーズ走行スタートの場合、図39はEV走行スタートの中のシリーズ走行スタートの場合で、シリーズ走行の後にENG1走行に移行する場合をそれぞれ示している。
まず、走行パターン発進に共通して言えることは、図36〜図39の符号Z1で示す部分から分かるように、登坂発進のために車両の後退防止制御(ヒルホールドアシスト)が必要な場合に、第1のクラッチ機構CL1および第2のクラッチ機構CL2のうちの一方のクラッチ機構のみをONとし、他方のクラッチ機構はOFFとする。
図36に示すEV走行スタートの場合は、車両の傾斜検出に応じてヒルホールドアシストが必要と判断すると、第1のクラッチ機構CL1をONし、メインモータジェネレータMG1にて発進する。これにより、後退を防止しながらスムーズな発進が可能になる。登坂発進した後EV走行時には、第1のエンジンENG1の駆動力が第1のトランスミッションTM1を介して被回転駆動部材11に伝達させないので、ONにした第1のクラッチ機構CL1をOFFに切り替える(図36中の符号Z3で示す部分を参照)。
次に、図37に示すパラレル走行スタートの場合は、車両の傾斜検出に応じてヒルホールドアシストが必要と判断すると、第1のクラッチ機構CL1をONし、メインモータジェネレータMG1の動力に第1のエンジンENG1の動力を加えるようにして発進する。この際、第1のエンジンENG1の回転数を上昇させると共に第1のトランスミッションTM1(BD1)の変速比を無限大から有限値に変更して、被回転駆動部材11に駆動力を伝達させる。この場合、第1のクラッチ機構CL1をONにして車両を登坂発進させた後、引き続き、車両の走行のために第1のエンジンENG1の駆動力を第1のトランスミッションTM1を介して被回転駆動部材11に伝達させるので、図37中の符号Z2で示す部分から分かるように、ヒルホールドアシストのためにONにした第1のクラッチ機構CL1をONのまま維持する。こうすることにより、後退を防止しながらスムーズな発進が可能になる。
次に、図38に示すシリーズ走行スタートの場合、つまり、車両が停止中または発進直後に第1のエンジンENG1の駆動力を利用してサブモータジェネレータMG2で発電するシリーズ走行スタートの場合は、車両の傾斜検出に応じてヒルホールドアシストが必要と判断すると、第2のクラッチ機構CL2をONとすると共に、第1のクラッチ機構CL1をOFFとし(図38中の符号Z1で示す部分を参照)、メインモータジェネレータMG1の動力で発進する。その際、第1のトランスミッションTM1の変速比は無限大に設定しておく。こうすることにより、後退を防止しながらスムーズな発進が可能になる。登坂発進した後シリーズ走行時には、エンジンENG1、ENG2の駆動力がトランスミッションTM1、TM2を介して被回転駆動部材11に伝達させないので、ONにした第2のクラッチ機構CL2をOFFに切り替える(図36中の符号Z4で示す部分を参照)。
また、図39に示すシリーズ走行スタートの場合は、シリーズ走行後に第1のエンジンENG1によるエンジン走行に移行する前提があることから、車両の傾斜検出に応じてヒルホールドアシストが必要と判断すると、第1のクラッチ機構CL1をONとすると共に、第2のクラッチ機構CL2をOFFとし、メインモータジェネレータMG1の動力で発進する。その際、第1のトランスミッションTM1の変速比は無限大に設定しておく。また、発進後に、ヒルホールドアシストのためにONにした第1のクラッチ機構CL1をONのまま維持する(図39中の符号Z5で示す部分を参照)。こうすることにより、後退を防止しながらスムーズな発進が可能になると共に、エンジン走行への移行もスムーズにできるようになる。
前述したように、本実施形態の駆動システム1では、被回転駆動部材11の上流側のトランスミッションTM1、TM2として、エンジンENG1、ENG2の回転を揺動運動に変換しその揺動運動をワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2により再び回転運動として取り出すようにした四節リンク機構式の無段変速機構BD1、BD2を使用しているので、トランスミッションTM1、TM2の構造上の機能として、逆方向の運動の伝達をロックすることができる。従って、被回転駆動部材11とワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121の間に設けたクラッチ機構CL1、CL2をONにして、被回転駆動部材11とワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121を動力伝達可能に連結すれば、正方向と逆方向の運動の伝達をロックする機能を働かせることができて、被回転駆動部材11を回転規制(ロック)することができるし、クラッチ機構CL1、CL2をOFFにして、被回転駆動部材11とワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121との間を切り離せば、トランスミッションTM1、TM2による被回転駆動部材11の回転規制を解くことができる。
そのため、登坂状態検出手段7が登坂発進しようとしていることを検出し、制御手段5の中の判定手段が、後退防止制御(ヒルホールドアシスト)が必要な程度の登坂発進(例えば、高勾配登坂路の発進)であると判断した場合には、クラッチ機構CL1、CL2がONされることにより、被回転駆動部材11の回転規制が働き、発進時の後退が防止される。また、判定手段が、後退防止制御(ヒルホールドアシスト)が必要でない程度の登坂発進(例えば、低勾配登坂路の発進)であると判断した場合には、クラッチ機構CL1、Cl2がOFFされることにより、クラッチ機構CL1、CL2の上流側が下流側から切り離されるため、発進時のクラッチ機構CL1、CL2の上流側の摩擦ロスが低減されることになる。
このように、トランスミッションTM1、TM2の構造上の特性により車両の後退を機械的に制限できるため、従来例のようなブレーキ等によるヒルホールドアシストのための複雑な制御が必要なくなり、制御の容易化を図ることができる。
また、図37に示すように、クラッチ機構CL1をONにして登坂発進した後、エンジンENG1の動力で走行する場合(パラレル走行スタートの場合)には、クラッチ機構CL1をONのまま維持する(図37のZ2部分を参照)ので、クラッチ機構CL1をいったんOFFにしてから再びONに切り替えるための時間を削減することができる。つまり、通常、エンジンENG1の動力を走行に直接使用する場合(エンジンENG1の動力で発電しその電力を利用してEV走行するシリーズ運転ではない場合)には、クラッチ機構CL1をONにする必要があるが、ヒルホールドアシスト機能を働かせるためにクラッチ機構CL1をONにした場合は、そのままONの状態を継続しておくことにより、クラッチ機構CL1をOFFからONに切り替える動作が不要となる。それにより、クラッチ機構CL1を再度ONにするための時間を削減でき、スムーズな運転が可能となる。
また、図36に示すEV走行スタート時のように、エンジンENG1の動力を走行動力として使用しない場合には、発進時にONとしていたクラッチ機構CL1をOFFにする(図36のZ3部分を参照)。そうすることで、クラッチ機構CL1の上流側のフリクションを早急に低減することができ、エネルギーロスを減らすことができる。
また、本実施形態の駆動システム1のように、エンジンENG1、ENG2を主体とした動力系が2系統ある場合に、図36〜図39に示すように、一方の動力系のクラッチ機構CL1、CL2のみをONとすることで、ヒルホールドアシスト機能を発揮しつつ、他方の動力系のクラッチ機構CL1、CL2をOFFとする(図36〜39のZ1部分を参照)ことで、必要以上の摩擦ロスの発生を抑制することができる。
また、図38に示すように、シリーズ走行スタートの際に、第1のエンジンENG1の下流側にある第1のクラッチ機構CL1をOFFにすることにより、第1のエンジンENG1の駆動力が被回転駆動部材11(足軸側)に伝わらないようにすることができる。また、第2のクラッチ機構CL2をONにすることにより、ヒルホールドアシスト機能を働かせることができる。従って、第1のエンジンENG1で発電を行いながら、ヒルホールドアシスト機能を利用することができる。
また、図39に示すように、シリーズ走行スタートの際に、第1のエンジンENG1の下流側にある第1のクラッチ機構CL1をONにすることにより、ヒルホールドアシスト機能を働かせることができる。しかもこの際、第1のエンジンENG1に繋がる第1のトランスミッションTM1の変速比を無限大に設定することにより、第1のエンジンENG1の動力が被回転駆動部材11に伝達されないようにすることができる。従って、この段階から変速比を変更しつつ第1のエンジンENG1の回転数を上げて行くことにより、すぐに被回転駆動部材11に第1のエンジンENG1の回転動力を伝達することができる。つまり、シリーズ運転から第1のエンジンENG1の駆動力を利用したエンジン走行に切り替える際に、スムーズな切り替えが可能になる。
次に、発進後の走行時の制御動作について説明する。
《低速走行(例えば、0〜30km/h)時》
次に低速走行時の制御動作について図27を参照して説明する。
(5)、(6) 緩加速クルーズ時や、例えばアクセルを離した緩減速クルーズ時は、動作パターンAによるEV走行を行う。
(7) また、ブレーキを踏むなどした減速時には、動作パターンEによる回生運転を行う。
(8)、(9) 緩加速クルーズ時および緩減速クルーズ時でも、バッテリ8の残容量(SOC)が35%以下の場合は、動作パターンBによるシリーズ運転を行う。
(10) また、加速の場合にも、動作パターンBによるシリーズ運転を行う。
(11) 更に加速要求が高い場合は、動作パターンCに切り替えることで、メインモータジェネレータMG1と第1のエンジンENG1の駆動力を用いたパラレル走行を行う。
《メインモータジェネレータMG1から第1のエンジンENG1への駆動源の切り替え》
メインモータジェネレータMG1から第1のエンジンENG1への駆動源の切り替え時には、前述した走行切替制御Aを用いて、図28に示すように動作制御する。
(12)、(13) まず、動作パターンAによるEV走行を行っている状況から、サブモータジェネレータMG2により第1のエンジンENG1を始動する。その際、第1のトランスミッションTM1の変速比を無限大にして、第1のエンジンENG1の出力が被回転駆動部材11に入らない状態にする。始動後には、動作パターンBに切り替えて、サブモータジェネレータMG2により発電によるシリーズ走行を行う。
(14) 次いで、動作パターンFに移行して、第1のワンウェイ・クラッチOWC1の入力回転数が出力回転数を上回るように、第1のエンジンENG1の回転数および/または第1のトランスミッションTM1の変速比を制御し、第1のエンジンENG1の動力を被回転駆動部材11に伝達する。例えば、変速比を無限大にして一端充電モードに入れた後に、変速比をOD(オーバードライブ)側に動かし、メインモータジェネレータMG1によるEV走行からシリーズ走行を介して第1のエンジンENG1によるエンジン走行へとスムーズに移行させる。この際、クラッチ機構CL1は、遅れが生じないように適当なタイミングで接続制御する。
第1のエンジンENG1による被回転駆動部材11への動力伝達(駆動源の切り替え)が成立したら、メインモータジェネレータMG1を停止する。但し、バッテリ残容量(SOC)が少ない場合は、サブモータジェネレータMG2による発電および充電を継続し、バッテリ残容量(SOC)が十分にある場合は、サブモータジェネレータMG2を停止させる。
《中速走行(例えば20〜70km/h)時》
次に中速走行時の制御動作について図29を参照して説明する。
(15) 緩加速クルーズ時は、動作パターンFにより、第1のエンジンENG1の駆動力のみを利用した単独エンジン走行を行う。その際、サブモータジェネレータMG2で発電した電力でバッテリ8を充電する。第1エンジンENG1は高効率運転ポイントで運転し、第1のトランスミッションTM1の変速比を制御することで、運転状況に対応する。
(16)、(17) 緩減速クルーズ時および減速時には、動作パターンEにより、第1エンジンENG1を停止し、クラッチ機構CL1,CL2を切って、メインモータジェネレータMG1による回生運転を行う。
(18) 一方、加速時には、動作パターンCに切り替えて、第1のエンジンENG1とメインモータジェネレータMG1の両方の駆動力を利用したパラレル運転を行う。この際、基本は第1エンジンENG1によるエンジン走行であり、加速要求に対してメインモータジェネレータMG1でアシストする。この制御動作は、中速走行時の加速要求に対して第1のトランスミッションTM1の変速比の変化で対応できないときに選択される。
《第1のエンジンENG1から第2のエンジンENG2への駆動源の切り替え》
第1のエンジンENG1の駆動力を利用したエンジン走行から第2のエンジンENG2を利用したエンジン走行への切り替え時には、図30に示すように動作制御する。
(19)、(20) まず、動作パターンFにより、第1のエンジンENG1でエンジン走行している状態で、動作パターンGに切り替え、第2のエンジンENG2を始動する。この場合、シンクロ機構20を接続状態にして、被回転駆動部材11の動力で第2のエンジンENG2の出力軸S2をクランキングすることにより、第2のエンジンENG2を始動する。その際、始動ショックによる被回転駆動部材11の回転低下をメインモータジェネレータMG1で補う。即ち、第2のエンジンENG2の始動は、被回転駆動部材11に導入されている第1のエンジンENG1からの動力のみでも可能であるが、メインモータジェネレータMG1の駆動力を利用して行うことも可能である。なお、このときは、第2のトランスミッションTM2の変速比は、ワンウェイ・クラッチの入力回転数が出力回転数を下回るように設定されればよく、無限大に設定されてもよいし、目標とする変速比より僅かに小さい値に設定されてもよい。また、第1のエンジンENG1の駆動力に余裕がある場合には、サブモータジェネレータMG2で発電しバッテリ8の充電を行ってもよい。
(21) その後、第2のエンジンENG2が始動したら、動作パターンHに切り替え、シンクロ機構20を接続遮断状態にして、メインモータジェネレータMG1を停止する。この段階では、まだ第2のエンジンENG2の動力は被回転駆動部材11まで入らない状態にある。そこで、徐々に第2のトランスミッションTM2の変速比をOD側に変更していく。このとき、第1のエンジンENG1を利用してサブモータジェネレータMG2で発電しバッテリ8の充電を行う。
(22) 第2のトランスミッションTM2の変速比をOD側に変更していき、第2のワンウェイ・クラッチOWC2の入力回転数が出力回転数を上回ることで、動作パターンIに切り替わり、第2のワンウェイ・クラッチOWC2を介して、第2のエンジンENG2の駆動力が被回転駆動部材11に伝達される。
《中高速走行(50〜110km/h)時》
次に中高速走行時の制御動作について図31を参照して説明する。
(23) 緩加速クルーズ時は、動作パターンIにより、第2のエンジンENG2の駆動力を利用した単体エンジン走行を実施する。
(24) 加速時には、後述する動作パターンJへの切り替えにより、第2のエンジンENG2と第1のエンジンENG1の両方の駆動力を利用して走行する。なお、SOCが低い場合には、サブモータジェネレータMG2を発電機として利用し、バッテリ8の充電を行ってもよい。
(25) 緩減速クルーズ時には、動作パターンEにより、メインモータジェネレータMG1による回生運転を行い、両エンジンENG1、ENG2は停止する。また、(25)から(23)に戻るときには、シンクロ機構20を接続状態にして、第2のエンジンENG2をクランキングする。
(26) 減速時には、動作パターンKにより、メインモータジェネレータMG1を回生運転させ、同時に、シンクロ機構20を接続状態にすることで、第2のエンジンENG2によるエンジンブレーキを利かせる。
《第2のエンジンENG2によるエンジン走行から第2のエンジンENG2と第1のエンジンENG1によるエンジン走行への切り替え》
第2のエンジンENG2の駆動力を利用したエンジン走行から、第2のエンジンENG2に加えて第1のエンジンENG1の両方の駆動力を利用したエンジン走行への切り替え時には、図32に示すように動作制御する。
(27)、(28) まず、動作パターンIにより、第2のエンジンENG2で単独エンジン走行している状態で、動作パターンLに示すように、サブモータジェネレータMG2を利用して第1のエンジンENG1を始動する。
(29) その後、動作パターンJに示すように、第1、第2のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の入力部材122の回転数が共に同期して出力部材121の回転数(被回転駆動部材11の回転数)を上回るように、第1、第2のエンジンENG1、ENG2の回転数および/または第1、第2のトランスミッションTM1、TM2の変速比を制御し、第2のエンジンENG2と第1のENG1の両駆動力を合成したエンジン走行へ移行する。
《高速走行(100〜Vmaxkm/h)時》
次に、高速走行時の制御動作について図33を参照して説明する。
(30)、(31) 緩加速クルーズ時および加速時は、動作パターンJにより、第2のエンジンENG2の駆動力と第1のエンジンENG1の駆動力の合成力を利用したエンジン走行を実施する。この際、小排気量の第1のエンジンENG1は、回転数やトルクが高効率運転領域に入るように第1のエンジンENG1および/または第1のトランスミッションTM1を制御する固定した運転条件で運転し、それ以上の要求出力に対しては、大排気量の第2のエンジンENG2および/または第2のトランスミッションTM2を制御する。なお、SOCが低い場合には、サブモータジェネレータMG2を発電機として利用し、バッテリ8の充電を行ってもよい。
(32) また、緩減速クルーズ時は、動作パターンMにより、シンクロ機構20を接続状態にして第2のエンジンENG2のエンジンブレーキを利かせる。このとき、減速に寄与しない第1のエンジンENG1は、サブモータジェネレータMG2の発電運転に使い、バッテリ8を充電する。
(33) また、ブレーキを踏むなどした減速時には、動作パターンNに切り替え、シンクロ機構20を接続状態にすることにより、第2のエンジンENG2のエンジンブレーキを利かせる。同時に、メインモータジェネレータMG1の回生運転により、強い制動力が働くようにする。そして、メインモータジェネレータMG1で生成した回生電力をバッテリ8に充電する。また、減速に寄与しない第1のエンジンENG1は、サブモータジェネレータMG2の発電運転に使い、バッテリ8を充電する。
《後進時》
次に後進(後退)時の制御動作について図34を参照して説明する。
(34) 後進時は緩加速クルーズとして、動作パターンAによりEV走行を行う。後進しようとする時には、前述したように、第1、第2のトランスミッションTM1、TM2がロックすることにより、後進できない状態(後進不可状態)が発生する。そこで、予めクラッチ機構CL1、CL2を解放状態にしてロックを回避しておき、その状態でメインモータジェネレータMG1を逆回転させて、車両を後進させる。
(35) EV走行で後退している場合も、バッテリ8の残容量SOCが35%以下の場合は、動作パターンBのシリーズ走行に切り替えて、バッテリ8を充電しながら、メインモータジェネレータMG1を逆回転させる。
《停止時》
次に停止時の制御動作について図35を参照して説明する。
(36) 車両停止の際のアイドリング時には、動作パターンOに切り替え、第1のエンジンENG1のみ駆動し、駆動力が被回転駆動部材11に伝わらないように、例えば、第1のトランスミッションTM1の変速比を無限大にして、サブモータジェネレータMG2により発電し、生成した電力をバッテリ8に充電する。
(37) また、アイドリングストップの場合は、全ての動力源を停止する。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
例えば、上記実施形態では、ディファレンシャル装置10の左右両側に第1のワンウェイ・クラッチOWC1と第2のワンウェイ・クラッチOWC2をそれぞれ配置し、各ワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材121をそれぞれクラッチ機構CL1、CL2を介して被回転駆動部材11に接続した場合を示したが、図40に示す別の実施形態のように、ディファレンシャル装置10の片側に第1と第2の両方のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2を配置し、これら両方のワンウェイ・クラッチOWC1、OWC2の出力部材を連結した上で、1つのクラッチ機構CLを介して被回転駆動部材11に接続してもよい。
また、上記実施形態では、2つのエンジンENG1,ENG2、2つのトランスミッションTM1,TM2、2つのワンウェイ・クラッチOWC1,OWC2、2つのモータジェネレータMG1,MG2、及び2つのクラッチ機構CL1,CL2を有する場合について説明したが、エンジン、トランスミッション、ワンウェイ・クラッチ、クラッチ機構を1つずつ備える構成、あるいは、3つ以上備える構成にも適用可能である。また、エンジンとしては、主にガソリンエンジンやディーゼルエンジンを用いることができるが、それ以外に水素エンジンなどを用いることもできるし、種類の異なるエンジンを組み合わせて用いることもできる。
加えて、上記実施形態の第1のエンジンENG1と第2のエンジンENG2は、別体に構成されていてもよいし、あるいは、一体に構成されていてもよい。例えば、図41に示すように、第1のエンジンENG1と第2のエンジンENG2が、それぞれ本発明の第1の内燃機関部及び第2の内燃機関部として、共通のブロックBL内に配置されるようにしてもよい。
なお、本発明は、2010年7月9日出願の日本特許出願(特願2010−156803)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 駆動システム
2 駆動車輪
5 制御手段
7 登坂状態検出手段
11 被回転駆動部材
101 入力軸
104 偏心ディスク
112 変速比可変機構
120 ワンウェイ・クラッチ
121 出力部材
122 入力部材
123 ローラ(係合部材)
130 連結部材
131 一端部(リング部)
132 他端部
133 円形開口
140 ベアリング
180 アクチュエータ
BD1 第1の無限・無段変速機構
BD2 第2の無限・無段変速機構
CL1 第1のクラッチ機構
CL2 第2のクラッチ機構
ENG1 第1のエンジン(第1の内燃機関部)
ENG2 第2のエンジン(第2の内燃機関部)
MG1 メインモータジェネレータ
MG2 サブモータジェネレータ
OWC1 第1のワンウェイ・クラッチ
OWC2 第2のワンウェイ・クラッチ
S1 出力軸
S2 出力軸
TM1 第1のトランスミッション(第1の変速機構)
TM2 第2のトランスミッション(第2の変速機構)
O1 入力中心軸線
O2 出力中心軸線
O3 第1支点
O4 第2支点
RD1 正回転方向
RD2 逆回転方向
r1 偏心量

Claims (6)

  1. 回転動力を発生する内燃機関部と、
    該内燃機関部の発生する回転動力を変速して出力する変速機構と、
    該変速機構の出力部に設けられ、入力部材と出力部材とこれら入力部材および出力部材をロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチと、
    前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪に伝えると共に、該駆動車輪と一体に回転する被回転駆動部材と、
    前記ワンウェイ・クラッチの出力部材と前記被回転駆動部材との間に介在され、ON/OFF制御されることにより、これら両部材間における動力の伝達/遮断が可能なクラッチ機構と、
    該クラッチ機構のON/OFFを制御するクラッチ機構制御手段と、
    車両の登坂状態を検出する登坂状態検出手段と、
    該登坂状態検出手段の検出した車両の登坂状態に応じて車両の後退防止制御が必要か否かを判定する判定手段と、
    を備え、
    前記変速機構が、
    回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
    該入力軸の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対して可変の偏心量を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の第1支点と、
    該各第1支点をそれぞれの中心に持つと共に前記入力中心軸線の周りを回転する複数の偏心ディスクと、
    前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、これら入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチと、
    前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第2支点と、
    それぞれ一端が前記各偏心ディスクの外周に前記第1支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上に設けられた前記第2支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材と、
    前記入力中心軸線に対する前記第1支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構と、
    を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる四節リンク機構式の無段変速機構として構成され、
    前記内燃機関部の出力軸が前記無段変速機構の入力軸に連結され、
    前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチを兼ねており、
    前記クラッチ機構制御手段が、前記判定手段により車両の後退防止制御が必要と判断された場合には、前記クラッチ機構をONとし、車両の後退防止制御が必要でないと判断された場合には、前記クラッチ機構をOFFとすることを特徴とする自動車用駆動システム。
  2. 前記クラッチ機構制御手段は、前記クラッチ機構をONにして車両を登坂発進させた後、車両の走行のために前記内燃機関部の駆動力を前記変速機構を介して前記被回転駆動部材に伝達させる場合には、前記クラッチ機構をONにしたまま維持し、前記内燃機関部の駆動力を前記変速機構を介して前記被回転駆動部材に伝達させない場合には、前記クラッチ機構をONからOFFに切り替えることを特徴とする請求項1に記載の自動車用駆動システム。
  3. 前記内燃機関部として、それぞれ独立して回転動力を発生する第1の内燃機関部および第2の内燃機関部が設けられ、
    前記変速機構として、前記第1の内燃機関部および第2の内燃機関部の発生する回転動力をそれぞれ変速して出力する第1の変速機構および第2の変速機構が設けられ、
    前記ワンウェイ・クラッチとして、前記第1の変速機構および第2の変速機構の各出力部にそれぞれ第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチが設けられ、
    前記被回転駆動部材が、前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチの両出力部材に共通に連結され、
    前記クラッチ機構として、前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチの各出力部材と前記被回転駆動部材との間にそれぞれ、第1のクラッチ機構および第2のクラッチ機構が設けられ、
    前記第1の変速機構および第2の変速機構が、それぞれ前記四節リンク機構式の無段変速機構により構成され、該各無段変速機構の入力軸に前記第1の内燃機関部および第2の内燃機関部の出力軸が連結され、前記各無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記各変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記第1のワンウェイ・クラッチおよび第2のワンウェイ・クラッチを兼ねており、
    前記クラッチ機構制御手段が、前記判定手段により車両の後退防止制御が必要と判断された場合に、前記第1のクラッチ機構および第2のクラッチ機構のうちの一方のクラッチ機構のみをONとし、他方のクラッチ機構はOFFとすることを特徴とする請求項1に記載の自動車用駆動システム。
  4. 前記第1の内燃機関部の出力軸にモータジェネレータが接続されており、
    前記クラッチ機構制御手段は、車両が停止中または発進直後に前記第1の内燃機関部の駆動力を利用して前記モータジェネレータで発電する場合には、前記第2のクラッチ機構をONとすると共に、前記第1のクラッチ機構をOFFとすることを特徴とする請求項3に記載の自動車用駆動システム。
  5. 前記第1の内燃機関部の出力軸にモータジェネレータが接続されており、
    前記クラッチ機構制御手段は、車両が停止中または発進直後に前記第1の内燃機関部の駆動力を利用して前記モータジェネレータで発電する場合には、前記第1の変速機構の変速比を無限大に設定し、前記第1のクラッチ機構をONとすると共に、第2のクラッチ機構をOFFとすることを特徴とする請求項3に記載の自動車用駆動システム。
  6. 回転動力を発生する内燃機関部と、
    該内燃機関部の発生する回転動力を変速して出力する変速機構と、
    該変速機構の出力部に設けられ、入力部材と出力部材とこれら入力部材および出力部材をロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記変速機構からの回転動力を受ける前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材と出力部材がロック状態になることで、入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達するワンウェイ・クラッチと、
    前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に連結され、該出力部材に伝達された回転動力を駆動車輪に伝えると共に、該駆動車輪と一体に回転する被回転駆動部材と、
    前記ワンウェイ・クラッチの出力部材と前記被回転駆動部材との間に介在され、ON/OFF制御されることにより、これら両部材間における動力の伝達/遮断が可能なクラッチ機構と、
    を備え、
    前記変速機構が、
    回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
    該入力軸の周方向に等間隔に設けられると共に、それぞれが前記入力中心軸線に対して可変の偏心量を保ちつつ該入力中心軸線の周りに前記入力軸と共に回転する複数の第1支点と、
    該各第1支点をそれぞれの中心に持つと共に前記入力中心軸線の周りを回転する複数の偏心ディスクと、
    前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、これら入力部材および出力部材を互いにロック状態または非ロック状態にする係合部材とを有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイ・クラッチと、
    前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第2支点と、
    それぞれ一端が前記各偏心ディスクの外周に前記第1支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイ・クラッチの入力部材上に設けられた前記第2支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に対し該入力部材の揺動運動として伝える複数の連結部材と、
    前記入力中心軸線に対する前記第1支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイ・クラッチの入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスクおよび前記連結部材を介して前記ワンウェイ・クラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更する変速比可変機構と、
    を具備し、且つ、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで変速比を無限大に設定することのできる四節リンク機構式の無段変速機構として構成され、
    前記内燃機関部の出力軸が前記無段変速機構の入力軸に連結され、
    前記無段変速機構の構成要素であるワンウェイ・クラッチが、前記変速機構と前記被回転駆動部材との間に設けられた前記ワンウェイ・クラッチを兼ねている自動車用駆動システムの制御方法であって、
    登坂発進のために車両の後退防止制御が必要な場合は、前記クラッチ機構をONとし、車両の後退防止制御が必要でない場合は、前記クラッチ機構をOFFとすることを特徴とする自動車用駆動システムの制御方法。
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