WO2012043296A1 - 変速装置及び変速制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本願において「駆動連結」とは、2つの回転要素が駆動力を伝達可能に連結された状態を指し、当該2つの回転要素が一体的に回転するように連結された状態、或いは当該2つの回転要素が一又は二以上の伝動部材を介して駆動力を伝達可能に連結された状態を含む概念として用いている。このような伝動部材としては、回転を同速で又は変速して伝達する各種の部材が含まれ、例えば、軸、歯車機構、ベルト、チェーン等が含まれる。また、このような伝動部材として、回転及び駆動力を選択的に伝達する係合要素、例えば摩擦クラッチや噛み合い式クラッチ等が含まれていてもよい。但し、差動歯車装置の各回転要素について「駆動連結」という場合には、当該差動歯車装置が備える3つ以上の回転要素に関して互いに他の回転要素を介することなく駆動連結されている状態を指すものとする。
また、本願において「変速比」とは、変速機構に各変速段が形成された場合の、各変速段を形成する各歯車の歯数等により規定される、入力部材の回転速度と出力部材の回転速度との比であり、本願では入力部材の回転速度を出力部材の回転速度で除算した値である。
上記の特徴構成によれば、スリップ係合要素が前進発進変速段と後進発進変速段とで共通化されるので、スリップ走行モードによる摩擦熱に対する冷却性能や耐熱性能を高くする摩擦係合要素を、1つに集約することができる。よって、複数の摩擦係合要素の冷却性能や耐熱性能を高くする場合に比べ、製造コストを低減することができるとともに、変速装置を小型化することができる。
また、スリップ係合要素の冷却機構を非回転部材側に配置することができるので、冷却機構の配置が容易になり、冷却性能を向上させ易くできる。
また、変速機構を収容するケースにブレーキを固定する場合は、ブレーキを変速機構内の外側に配置することができ、ブレーキの外形を大きくすることができる。よって、摩擦面の面積を大きくさせ易いため、摩擦熱を拡散させて冷却性能や耐熱性能を向上させ易くできるとともに、伝達トルクの制御精度を向上させ易くできる。
本発明に係る変速装置の第一の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る変速装置のスケルトン図である。この図に示すように、変速装置を搭載した車両は、車輪の駆動力源として、内燃機関であるエンジンEと回転電機MGとを備えたハイブリッド車両とされている。変速装置は、エンジンE及び回転電機MGに駆動連結される入力部材としての入力軸Iと、車輪に駆動連結される出力部材としての出力軸Oと、複数の摩擦係合要素C1、B1・・・の係合状態に応じて複数の変速段が形成され、入力軸Iの回転速度を各変速段の変速比で変速して出力軸Oに伝達する変速機構TMと、を備える。本実施形態では、変速装置は、入力軸IをエンジンEに選択的に駆動連結するエンジン分離クラッチLを備えている。また、変速装置は、図4に示すように、当該変速装置を制御するための変速制御装置31を備えている。
まず、本実施形態に係るハイブリッド車両の駆動伝達系の構成について説明する。図1に示すように、ハイブリッド車両は、車両の駆動力源としてエンジンE及び回転電機MGを備え、これらのエンジンEと回転電機MGとが直列に駆動連結されるパラレル方式のハイブリッド車両となっている。ハイブリッド車両は、変速機構TMを備えており、当該変速機構TMにより、入力軸Iに伝達されたエンジンE及び回転電機MGの回転速度を変速すると共にトルクを変換して出力軸Oに伝達する。
図1に示すように、変速機構TMは、2組の差動歯車装置PG1、PG2を組み合わせて構成される。また、変速機構TMは、複数の摩擦係合要素として、第一クラッチC1、第二クラッチC2、第三クラッチC3、第四クラッチC4、第一ブレーキB1、及び第二ブレーキB2を備えている。また、変速装置は、変速機構の各部材を内部に収容する非回転部材としてのケースCSを備えている。本実施形態では、ケースCSは、変速機構の各部材の少なくとも径方向外側を覆う筒状の部材であり、車両に固定されている。第一ブレーキB1及び第二ブレーキB2の一方の摩擦板はケースCSに固定されている。
第三回転要素E3であるリングギヤR1は、出力軸Oに駆動連結されている。
第四回転要素E4である第二サンギヤS2には、第一クラッチC1の係合によって、入力軸Iから第二差動歯車装置PG2のキャリアCA2を介してリングギヤR2に伝達された駆動力源のトルクが入力される。
変速装置は、変速装置の制御を行う変速制御装置31を備えている。また、ハイブリッド車両は、エンジンE、回転電機MG、及びエンジン分離クラッチLの制御を行う動力制御装置32を備えている。変速制御装置31及び動力制御装置32は、互いに情報の受け渡しを行い、協調して制御を行うことができるように構成されている。以下、各制御装置について説明する。
動力制御装置32は、エンジン制御部33、回転電機制御部34、及びエンジン分離クラッチ制御部35、並びにこれらの制御部を統合して制御を行う統合制御部36を備えている。エンジン制御部33、回転電機制御部34、エンジン分離クラッチ制御部35、及び統合制御部36は、互いに情報の受け渡しを行うことができるように構成されている。
統合制御部36は、アクセル開度及び車速、並びにバッテリの充電量等に応じて、入力軸Iに伝達される目標駆動力である目標出力トルクを算出するとともに、エンジンE及び回転電機MGの運転モードを決定し、エンジン目標出力トルク、回転電機目標出力トルク、及びエンジン分離クラッチの目標伝達トルク容量を算出し、それらを他の制御部33~35に指令して統合制御を行う機能部である。
エンジン制御部33は、エンジンEの動作制御を行う機能部である。本実施形態では、エンジン制御部33は、統合制御部36から指令されたエンジン目標出力トルクをトルク指令値に設定し、エンジンEがトルク指令値のトルクを出力するようにエンジンEを制御して燃焼を行わせる。また、運転モードがパラレルモードであり、エンジン目標出力トルクがゼロである場合は、エンジン制御部33は、エンジンEの出力トルクを増減させて、エンジンEの回転速度を所定の目標回転速度に維持するアイドリング回転速度フィードバック制御を行う。
回転電機制御部34は、回転電機MGの動作制御を行う機能部である。回転電機制御部34は、統合制御部36から指令された回転電機目標出力トルクをトルク指令値に設定し、回転電機MGがトルク指令値のトルクを出力するように回転電機MGを制御する。なお、エンジン発電モード、及び回生発電モードにおける回生発電中には、回転電機目標出力トルクは負に設定される。これにより、回転電機MGは正方向に回転しつつ負方向の回生トルクを出力して発電する。
エンジン分離クラッチ制御部35は、エンジン分離クラッチLを制御する機能部である。ここで、エンジン分離クラッチ制御部35は、統合制御部36から指令された目標伝達トルク容量に基づき、エンジン分離クラッチLの係合圧を制御することにより、エンジン分離クラッチLの係合又は解放を制御する。本実施形態においては、エンジン分離クラッチLは、基本的に滑りのない係合状態である直結係合状態に制御されている。
次に、本実施形態に係る変速制御装置31の構成について説明する。変速制御装置31は、図4に示すように、変速装置の動作制御を行う中核部材としての機能を果たしている。この変速制御装置31は、CPU等の演算処理装置を中核部材として備えると共に、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(ランダム・アクセス・メモリ)や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたROM(リード・オンリ・メモリ)等の記憶装置等を有して構成されている(不図示)。そして、ROM等に記憶されたソフトウェア(プログラム)又は別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、変速制御装置31の各機能部40~42が構成される。
入力軸回転速度センサSe1は、入力軸Iの回転速度を検出するためのセンサである。変速制御装置31は、入力軸回転速度センサSe1の入力信号に基づいて入力軸Iの回転速度を検出する。出力軸回転速度センサSe2は、出力軸Oの回転速度を検出するためのセンサである。変速制御装置31は、出力軸回転速度センサSe2の入力信号に基づいて出力軸Oの回転速度を検出する。また、出力軸Oの回転速度は車速に比例するため、変速制御装置31は、出力軸回転速度センサSe2の入力信号に基づいて車速を算出する。
変速制御部40は、変速機構TMの変速段を形成する変速制御を行う機能部である。変速制御部40は、車速、アクセル開度、及びシフト位置などのセンサ検出情報に基づいて変速機構TMにおける目標変速段を決定する。そして、変速制御部40は、図2に示す作動表などに基づき、目標変速段を構成する摩擦係合要素を決定する。そして、変速制御部40は、目標変速段を構成する摩擦係合要素を係合状態に制御するとともに、目標変速段を構成しない摩擦係合要素を解放状態に制御して、変速機構TMに目標変速段の変速段を形成する。なお、変速制御部40は、いずれの変速段も形成しないと決定した場合には、全ての摩擦係合要素B1、C1、・・・を解放状態に制御する。
一方、変速制御部40は、走行モードとしてスリップ走行モードを選択している場合は、変速段を構成する摩擦係合要素の一つであるスリップ係合要素を、その入出力部材間に滑りがある滑り係合状態に制御するスリップ制御を行う。以下では、スリップ制御が行われる場合について説明する。
走行モード選択部41は、各種運転条件に応じて走行モードを選択する機能部である。本実施形態では、走行モード選択部41は、エンジンEの運転状態、出力軸Oの回転速度(車速)、及び目標変速段に基づき、スリップ走行モード、及び直結走行モードのいずれかの走行モードを選択する。すなわち、走行モード選択部41は、エンジンEに燃焼を行わせて駆動力を発生させる各運転モードにおいて、目標変速段を構成する全ての摩擦係合要素を直結係合状態にした場合に、エンジンEの回転速度が、エンジンEの安定的な燃焼、又は発電のために必要な所定の判定回転速度未満になると判断される場合は、スリップ走行モードを選択し、エンジンEの回転速度が、所定の判定回転速度以上になると判断される場合は、直結走行モードを選択する。なお、エンジンEに燃焼を行わせて駆動力を発生させない各運転モードでは、走行モード選択部41は、直結走行モードを選択する。ここで、スリップ走行モードは、変速段を構成する摩擦係合要素の一つを滑らせた係合状態(滑り係合状態)で、入力軸Iから出力軸Oにトルクを伝達しつつ車両を走行させる走行モードであり、直結走行モードは、変速段を構成する全ての摩擦係合要素を滑りのない係合状態(直結係合状態)で、入力軸Iから出力軸Oにトルクを伝達しつつ車両を走行させる通常の走行モードである。
スリップ制御部42は、スリップ走行モードが選択されている場合に、変速段を構成する摩擦係合要素の一つであるスリップ係合要素を、その入出力部材間に滑りがある滑り係合状態に制御するスリップ制御を行う。
また、スリップ制御部42は、スリップ係合要素を、少なくとも、前進発進に用いられる変速段の一つである前進発進変速段と、後進発進に用いられる変速段の一つである後進発進変速段と、で共通して係合される摩擦係合要素に決定する。本実施形態では、スリップ係合要素を、前進発進に用いられる変速段である第一速段と、後進発進に用いられる変速段である後進第一速段又は後進第二速段と、で共通して係合される第二ブレーキB2に決定する。なお、変速段を構成する摩擦係合要素の内、スリップ係合要素でない摩擦係合要素である直結係合要素は、その入出力部材間に滑りがない直結係合状態に制御される。本実施形態では、目標変速段が第一速段である場合は、第一クラッチC1が直結係合要素に決定され、目標変速段が後進第一速段である場合は、第三クラッチC3が直結係合要素に決定される。また、目標変速段が後進第二速段である場合は、第四クラッチC4が直結係合要素に決定される。
次に、図5に基づき、パラレルモード及びスリップ走行モードにおいて、前進発進変速段(第一速段)のスリップ係合要素をスリップ制御しつつ、車両を発進させる場合の例を説明する。図5には、第一速段の速度線図を示しており、速度線図上に各差動歯車装置の各回転要素に作用しているトルクを重ねて示している。
図5の(a)は、スリップ係合要素がスリップ係合状態にされる前の状態を示している。図5の(a)の例では、エンジンEに燃焼をさせている状態で駆動力源から入力軸Iにトルクが出力されておらず、車両が停車している状態である。また、非走行レンジから前進の走行レンジに変更され、目標変速段は第一速段に決定されている。走行モード選択部41は、第一速段の直結入力回転速度が下限回転速度未満になる場合であるので、スリップ走行モードを選択している。なお、図5の(a)では、直結係合要素となる第一クラッチC1が既に直結係合状態に制御されており、スリップ係合要素となる第二ブレーキB2はスリップ係合状態に制御されていない。また、図5において、「●」は、摩擦係合要素が、直結係合状態にあることを示しており、「○」は、摩擦係合要素の入力部材と出力部材との間に回転速度差があり、摩擦係合要素が滑り係合状態又は解放状態にあることを示している。
図7の(a)は、図5の(a)と同様に、スリップ係合要素がスリップ係合状態にされる前の状態を示している。図7の(a)では、非走行レンジから後進の走行レンジに変更され、目標変速段は後進第一速段に決定されている。走行モード選択部41は、後進第一速段の直結入力回転速度が下限回転速度未満になる場合であるので、スリップ走行モードを選択している。
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。上記の第一の実施形態では、変速機構TMが8つの前進変速段と2つの後進変速段とを備えていたが、本実施形態では、変速機構TMが6つの前進変速段と1つの後進変速段とを備えており、変速機構TMの構成が相違する。その他の構成は、第一の実施形態と同様とすることができる。従って、上記の第一の実施形態との相違点について以下に説明する。
第三回転要素E3であるリングギヤR1は、出力軸Oに駆動連結されている。
第四回転要素E4である第二サンギヤS2には、第一クラッチC1の係合によって、入力軸Iから第二差動歯車装置PG2のキャリアCA2を介してリングギヤR2に伝達された駆動力源のトルクが入力される。
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。上記の第一の実施形態では、変速機構TMが8つの前進変速段と2つの後進変速段とを備えていたが、本実施形態では、変速機構TMが4つの前進変速段と1つの後進変速段とを備えており、変速機構TMの構成が相違する。その他の構成は、第一の実施形態と同様とすることができる。従って、上記の第一の実施形態との相違点について以下に説明する。
第三回転要素E3であるリングギヤR1は、出力軸Oに駆動連結されている。
第四回転要素E4である第二サンギヤS2には、第一クラッチC1の係合によって、入力軸Iから伝達された駆動力源のトルクが入力される。
次に、本発明の第四の実施形態について説明する。上記の第一の実施形態では、変速機構TMが8つの前進変速段と2つの後進変速段とを備えていたが、本実施形態では、変速機構TMが6つの前進変速段と2つの後進変速段とを備えており、変速機構TMの構成が相違する。その他の構成は、第一の実施形態と同様とすることができる。従って、上記の第一の実施形態との相違点について以下に説明する。
第三回転要素E3であるリングギヤR1は、出力軸Oに駆動連結されている。
第四回転要素E4である第二サンギヤS2には、第一クラッチC1の係合によって、入力軸Iから駆動力源のトルクが入力される。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。なお、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
この場合、回転電機MGの駆動効率が良くなる回転速度、又は出力トルク変動が減少する回転速度が、スリップ走行モードを選択する条件となる所定の判定回転速度と設定されるようにしてもよい。そして、スリップ制御部42は、入力軸Iの回転速度が、回転電機MGについて設定された判定回転速度を下回らないように、駆動力源から入力軸Iに伝達されるトルクである駆動力源出力トルクの大きさに対して、入力軸Iから車輪側に伝達されるトルクである変速機構伝達トルクの大きさが制限されるように、スリップ係合要素を滑り係合状態に制御するようにしてもよい。
MG:回転電機
I:入力軸(入力部材)
O:出力軸(出力部材)
TM:変速機構
L:エンジン分離クラッチ
DP:ダンパー
CS:ケース
PC:油圧制御装置
E1:第一回転要素(第一サンギヤS1)
E2:第二回転要素(キャリアCA1)
E3:第三回転要素(リングギヤR1)
E4:第四回転要素(サンギヤS2)
PG1:第一差動歯車装置(差動歯車装置)
PG2:第二差動歯車装置
C1:第一クラッチ
C2:第二クラッチ
C3:第三クラッチ
C4:第四クラッチ
B1:第一ブレーキ
B2:第二ブレーキ(スリップ係合要素)
CA1:キャリア
CA2:キャリア
S1:第一サンギヤ
S2:第二サンギヤ
S3:サンギヤ
R1:リングギヤ
R2:リングギヤ
31:変速制御装置
32:動力制御装置
33:エンジン制御部
34:回転電機制御部
35:エンジン分離クラッチ制御部
36:統合制御部
40:変速制御部
41:走行モード選択部
42:スリップ制御部
Se1:入力軸回転速度センサ
Se2:出力軸回転速度センサ
Se3:アクセル開度センサ
Se4:シフト位置センサ
Claims (5)
- 車両の駆動力源としての内燃機関及び回転電機に駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、複数の摩擦係合要素の係合状態に応じて複数の変速段が形成され、前記入力部材の回転速度を各変速段の変速比で変速して前記出力部材に伝達する変速機構と、を備えた変速装置であって、
前記変速段を構成する前記摩擦係合要素の一つを滑らせた状態で、前記入力部材から前記出力部材にトルクを伝達しつつ車両を走行させるスリップ走行モードを備え、
前記スリップ走行モードで滑らせる前記摩擦係合要素であるスリップ係合要素が、少なくとも、前進発進に用いられる前記変速段の一つである前進発進変速段と、後進発進に用いられる前記変速段の一つである後進発進変速段と、で共通して係合される前記摩擦係合要素である変速装置。 - 前記スリップ係合要素は、前記前進発進変速段の次に変速比の低い前進変速段において解放される前記摩擦係合要素である請求項1に記載の変速装置。
- 前記複数の摩擦係合要素は、クラッチとブレーキとを少なくとも含み、
前記スリップ係合要素は、前記ブレーキである請求項1又は2に記載の変速装置。 - 前記複数の摩擦係合要素は、ブレーキ又はクラッチであり、
前記変速機構は、回転速度の順に、第一回転要素、第二回転要素、第三回転要素、第四回転要素となる少なくとも4つの回転要素を有する差動歯車装置を備え、
前記第一回転要素は、第三クラッチの係合によって前記入力部材からのトルクが伝達され、第一ブレーキの係合によって非回転部材に固定され、
前記第二回転要素は、第二クラッチの係合によって前記入力部材からのトルクが伝達され、第二ブレーキの係合によって非回転部材に固定され、
前記第三回転要素は、前記出力部材に駆動連結され、
前記第四回転要素は、第一クラッチの係合によって前記入力部材からのトルクが伝達され、
前記スリップ係合要素は、前記第二ブレーキである請求項1から3のいずれか一項に記載の変速装置。 - 車両の駆動力源としての内燃機関及び回転電機に駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、複数の摩擦係合要素の係合状態に応じて複数の変速段が形成され、前記入力部材の回転速度を各変速段の変速比で変速して前記出力部材に伝達する変速機構と、を備えた変速装置を制御するための変速制御装置であって、
前記変速段を構成する前記摩擦係合要素の一つを滑らせた状態で、前記入力部材から前記出力部材にトルクを伝達しつつ車両を走行させるスリップ走行モードを実行可能であり、
前記スリップ走行モードで滑らせる前記摩擦係合要素であるスリップ係合要素を、少なくとも、前進発進に用いられる前記変速段の一つである前進発進変速段と、後進発進に用いられる前記変速段の一つである後進発進変速段と、で共通して係合される前記摩擦係合要素とする変速制御装置。
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