WO2020053939A1 - 車両用の動力伝達装置 - Google Patents
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Abstract
本発明の動力伝達装置は、内燃機関の動力により駆動される発電機と、発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、内燃機関の動力または走行用モータの動力により駆動される駆動輪と、を備える車両用の動力伝達装置である。動力伝達装置は、走行用モータと駆動輪との間で動力を伝達する第1動力伝達経路と、第1動力伝達経路の動力伝達を断続する第1クラッチ機構と、を備える。
Description
本発明は、車両用の動力伝達装置に関する。
内燃機関により駆動される発電機で発電した電力を、直接またはバッテリを介して走行用モータに供給し、走行用モータにより駆動輪を駆動して走行する、シリーズハイブリッド車両が知られている。また、JP2012-197077Aには、内燃機関の動力を駆動輪に直接伝達する動力伝達経路と、当該動力伝達経路の動力伝達を断続するクラッチと、を備えるシリーズハイブリッド車両が開示されている。上記文献には、例えば高速走行時のように内燃機関の方が走行用モータより効率が高くなる領域では、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動することが開示されている。
しかしながら、上記文献のシリーズハイブリッド車両は、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおいて、駆動輪の回転に伴って走行用モータが連れ回される構成になっている。走行用モータが連れ回されると誘起起電力が発生し、走行用モータの発電抵抗が駆動輪の回転を妨げるフリクションとして作用する。すなわち、上記文献のシリーズハイブリッド車両には、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおいて、走行用モータが連れ回ることによるエネルギ損失が発生するという問題がある。
そこで本発明は、内燃機関の動力で駆動輪を直接駆動する走行モードにおけるエネルギ損失を抑制し得る動力伝達装置を提供することを目的とする。
本発明のある態様による動力伝達装置は、内燃機関の動力により駆動される発電機と、発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、内燃機関の動力または走行用モータの動力により駆動される駆動輪と、を備える車両用である。動力伝達装置は、走行用モータと駆動輪との間で動力を伝達する第1動力伝達経路と、第1動力伝達経路の動力伝達を断続する第1クラッチ機構と、を備える。
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
第1実施形態について、図1から図6を参照して説明する。
第1実施形態について、図1から図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る車両用の動力伝達装置の概略構成図である。車両1は、内燃機関3と、発電用モータ4と、バッテリ5と、走行用モータ2と、コントローラ7と、を備える。
内燃機関3は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
発電用モータ4は、内燃機関3の動力によって駆動されることで発電する。また、発電用モータ4は、後述するバッテリ5の電力により力行することで内燃機関3をモータリングする機能も有する。
バッテリ5には、発電用モータ4で発電された電力と、後述する走行用モータ2で回生された電力と、が充電される。
走行用モータ2は、バッテリ5の電力により駆動されて、駆動輪6を駆動する。また、走行用モータ2は、減速時等に駆動輪6の回転に伴って連れ回されることにより減速エネルギを電力として回生する、いわゆる回生機能も有する。
コントローラ7は、走行用モータ2、内燃機関3及び発電用モータ4の制御を行なう。
なお、コントローラ7は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ7を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
また、車両1は、走行用モータと駆動輪6との間で動力を伝達する第1動力伝達経路24と、内燃機関3と駆動輪6との間で動力を伝達する第2動力伝達経路25と、内燃機関3と発電用モータ4との間で動力を伝達する第3動力伝達経路26と、を有する。
第1動力伝達経路24は、走行用モータ2の回転軸2Aに設けられた第1減速ギヤ8と、第1減速ギヤ8と噛み合う第2減速ギヤ9と、デファレンシャルケース11に設けられたデファレンシャルギヤ12と、第2減速ギヤ9と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ12と噛み合う第3減速ギヤ10と、で構成される。また、第1動力伝達経路24には、第1減速ギヤ8が回転軸2Aに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第1クラッチ機構19が設けられている。第1クラッチ機構19は、回転軸2Aに軸方向に摺動可能に支持された第1スリーブ20と、第1減速ギヤ8に設けられた係合部8Aとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第1スリーブ20が第1減速ギヤ8の方向に移動し、第1スリーブ20に係合部8Aの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部8Aに第1スリーブ20の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第1スリーブ20が第1減速ギヤ8とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第1スリーブ20の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。
第1クラッチ機構19が締結状態であれば、走行用モータ2の動力は駆動輪6に伝達される。一方、第1クラッチ機構19が解放状態であれば、走行用モータ2の回転軸2Aの回転は第1減速ギヤ8に伝達されないので、走行用モータ2から駆動輪6への動力伝達は遮断される。
第2動力伝達経路25は、内燃機関3の出力軸3Aに設けられた第4減速ギヤ16と、第4減速ギヤ16と噛み合う第5減速ギヤ17と、デファレンシャルケース11に設けられたデファレンシャルギヤ12と、第5減速ギヤ17と同軸上に設けられてデファレンシャルギヤ12と噛み合う第6減速ギヤ18と、で構成される。また、第2動力伝達経路には、第4減速ギヤ16が出力軸3Aに対して相対回転可能な状態と相対回転不可能な状態とを切り替える第2クラッチ機構21が設けられている。第2クラッチ機構21は、出力軸3Aに軸方向に摺動可能に支持された第2スリーブ22と、第4減速ギヤ16に設けられた係合部16Aとで構成された、いわゆるドグクラッチである。すなわち、第2スリーブ22が第4減速ギヤ16の方向に移動し、第2スリーブ22に係合部16Aの方向に突出するよう設けられた複数の凸部と、係合部16Aに第2スリーブ22の方向に突出するよう設けられた複数の凸部とが、回転方向において互い違いに配置される噛み合うことで締結状態となる。この状態から、第2スリーブ22が第4減速ギヤ16とは反対方向に移動して、両者の凸部の噛み合いが解消されることで解放状態となる。なお、第2スリーブ22の移動は、電動アクチュエータにより行なわれる。
第2クラッチ機構21が締結状態であれば、内燃機関3の動力は駆動輪6に伝達される。以下の説明において、この状態を内燃機関直結状態ともいう。一方、第2クラッチ機構21が解放状態であれば、内燃機関3の出力軸3Aの回転は第4減速ギヤ16に伝達されないので、内燃機関3から駆動輪6への動力伝達は遮断される。
第3動力伝達経路26は、内燃機関3の出力軸3Aに設けられた第7減速ギヤ13と、第7減速ギヤ13と噛み合う第8減速ギヤ14と、発電用モータ4の回転軸4Aに設けられた第9減速ギヤ15と、で構成される。第3動力伝達経路26は、動力伝達を遮断する要素を備えていない。すなわち、第3動力伝達経路26は常に動力が伝達される状態になっている。
第1クラッチ機構19及び第2クラッチ機構21の締結、解放動作は、コントローラ7により制御される。
上述した構成の車両1は、第1動力伝達経路24により駆動輪6に動力を伝達して走行するシリーズハイブリッドモードと、内燃機関直結状態にして第2動力伝達経路25により駆動輪6に動力を伝達して走行する内燃機関直結モードと、を切り替え可能である。コントローラ7は、シリーズハイブリッドモードと内燃機関直結モードとを運転状態、具体的には車速と駆動力とに応じて切り替える。
図2は、シリーズハイブリッドモードにおける動力伝達状態を示す図である。シリーズハイブリッドモードでは、第1動力伝達経路24により駆動輪6に動力が伝達される。すなわち、シリーズハイブリッドモードでは、第1クラッチ機構19が締結状態になることで、走行用モータ2が発生した動力が駆動輪6に伝達される。このとき、第2クラッチ機構21は解放状態となる。
また、シリーズハイブリッドモードにおいても内燃機関3の動力は第3動力伝達経路26を介して発電用モータ4に伝達され、発電用モータ4は発電を行ない、発電された電力はバッテリ5に充電される。ただし、発電用モータ4で発電するか否かはバッテリ5の充電量に応じて定まり、バッテリ5に充電する必要がない場合には内燃機関3は停止する。
図3は、内燃機関直結モードにおける動力伝達状態を示す図である。内燃機関直結モードでは、第2動力伝達経路25により駆動輪6に動力が伝達される。すなわち、内燃機関直結モードでは、第2クラッチ機構21が締結状態になることで、内燃機関3が発生した動力が駆動輪6に伝達される。
内燃機関直結モードでは、第1クラッチ機構19は解放状態となる。仮に、内燃機関直結モードにおいて第1クラッチ機構19を締結状態にすると、駆動輪6の回転に伴って走行用モータ2が連れ回り、誘起起電力が発生する。バッテリ5の充電容量に余裕がある場合には、発生した電力をバッテリ5に充電することでエネルギを回生することになる。しかし、バッテリ5の充電容量に余裕がない場合には、発電抵抗が駆動輪6の回転を妨げるフリクションとなり、燃費性能低下の要因となる。これに対し本実施形態では、内燃機関直結モードにおいて第1クラッチ機構19は解放状態になるので、上述した走行用モータ2の連れ回りによる燃費性能の低下を抑制できる。
ところで、本実施形態の第1クラッチ機構19と第2クラッチ機構21として用いるドグクラッチは、解放状態から締結状態に切り替える際に係合要素と被係合要素とを回転同期させる必要がある。例えば、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへ切り替える際には、係合要素としてのスリーブ20と被係合要素としての第1減速ギヤ8とを回転同期させる必要がある。そして、回転同期に要する時間が長くなるほど、走行モードの切り換えに要する時間が長くなり、運転性が低下する。
そこで本実施形態では、内燃機関直結モード実行中に走行用モータ2を回転させておくことにより、回転同期に要する時間の短縮化を図る。以下に、内燃機関直結モード実行中における走行用モータ2の回転速度の制御について説明する。
図4は、内燃機関直結モード実行中における走行用モータ2の回転速度を制御するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはコントローラ7にプログラムされている。
ステップS100で、コントローラ7は現在の走行モードが内燃機関直結モードであるか否かを判定し、内燃機関直結モードである場合にはステップS110の処理を実行し、シリーズハイブリッドモードの場合には今回のルーチンを終了する。コントローラ7は、内燃機関直結モードであるか否かを、現在の車速及び駆動力を用いて図5のマップを検索することにより判断する。
図5は、横軸が車速で縦軸が駆動力の運転領域マップである。図中に実線で示したアクセル全開駆動力は、アクセルペダル開度が全開の状態を意味する。図5に示す通り、車速がV1以上かつ駆動力がF1以下の領域が内燃機関直結モード領域、それ以外がシリーズハイブリッドモード領域である。
車速V1は、内燃機関3の動力で走行する場合と走行用モータ2の動力で走行する場合を比較したときに、内燃機関3の動力で走行する方が走行用モータ2の動力で走行するよりエネルギ効率が高くなる下限の車速である。車速V1は、具体的には、使用する内燃機関3及び走行用モータ2の仕様に応じて定まる。なお、車速は図示しない車速センサにより検出可能である。
駆動力F1は、内燃機関3の最大出力である。なお、駆動力はアクセル開度と相関関係があるので、マップ検索に用いる現在の駆動力は現在のアクセル開度に基づいて算出する。アクセル開度は図示しないアクセル開度センサにより検出可能である。
ステップS110で、コントローラ7は目標クラッチ差回転を算出する。具体的には、コントローラ7は現在の車速及びバッテリ5の充電量(SOC:State Of Charge)を用いて図6のマップを検索することにより算出する。目標クラッチ差回転とは、第1クラッチ機構19におけるスリーブ20と第1減速ギヤ8との回転速度差の目標値である。
図6は、横軸が車速で縦軸が目標クラッチ差回転のマップである。目標クラッチ差回転は、車速が高いほど小さい。その理由は次の通りである。車速が高いほど、駆動輪6に連れ回される第1減速ギヤ8の回転速度が高くなる。そして、回転速度差が同じ場合には、第1減速ギヤ8の回転速度が高い方が低い方よりも、回転同期させるのに必要な電力、つまり走行用モータ2の回転速度を第1減速ギヤ8の回転速度に追いつかせるために必要な電力が大きくなる。そこで、回転同期させるのに必要な電力を車速によらず一定にするために、車速が高いほど目標クラッチ差回転を小さくする。
また、目標クラッチ差回転は、バッテリ5のSOCが多いほど大きい。これは、バッテリSOCが多いほど、回転同期させるのに使用できる電力に余裕があるからである。
コントローラ7は、ステップS110で目標クラッチ差回転を算出したら、ステップS120で走行用モータ2の目標回転速度を算出する。具体的には、コントローラ7は第1減速ギヤ8の回転速度から目標クラッチ差回転を減算したものを走行用モータ2の目標回転速度とする。第1減速ギヤ8の回転速度は、第1動力伝達経路24において第1クラッチ機構19より駆動輪6側のいずれかの回転部材の回転速度に基づいて算出可能である。本実施形態では、コントローラ7は駆動輪6の回転速度を検出する車速センサ(図示せず)の検出値と、デファレンシャルギヤ12、第3減速ギヤ10、第2減速ギヤ9及び第1減速ギヤ8の各ギヤの歯数とに基づいて、第1減速ギヤ8の回転速度を算出する。
ステップS130で、コントローラ7はステップS120で算出した目標回転速度に基づいて走行用モータ2の回転速度を制御する。
次に、本実施形態による効果についてまとめる。
本実施形態の動力伝達装置は、内燃機関3の動力により駆動される発電用モータ4(発電機)と、発電用モータ4で発電した電力により駆動され、駆動輪6を駆動する走行用モータ2と、内燃機関3の動力または走行用モータ2の動力により駆動される駆動輪6と、を備える。動力伝達装置は、走行用モータ2と駆動輪6との間で動力を伝達する第1動力伝達経路24と、第1動力伝達経路24の動力伝達を断続する第1クラッチ機構19と、をさらに備える。これにより、内燃機関直結モードで走行する場合には第1クラッチ機構19を解放することで、駆動輪6の回転に伴い走行用モータ2が連れ回ることによるエネルギロスを軽減できる。
本実施形態の動力伝達装置は、内燃機関3の動力を機械的に駆動輪6に伝達する第2動力伝達経路25と、第2動力伝達経路25の動力伝達を断続する第2クラッチ機構21と、をさらに備える。これにより、車両の高速走行時等に、第1クラッチ機構19を解放し、かつ第2クラッチ機構21を締結すれば、内燃機関3の動力を電気に変換することなく直接駆動輪6に伝達することが可能となり、燃費性能の向上を図ることができる。
本実施形態の動力伝達装置では、内燃機関3と発電用モータ4との間の第3動力伝達経路26は、常に動力が伝達される状態である。これにより、内燃機関直結モードで走行中に駆動力の増大要求が発生した場合に、発電用モータ4を力行させれば直ちに駆動力のアシストが開始されるので、速やかに増大要求に応じることができる。
本実施形態の動力伝達装置は、走行用モータ2、第1クラッチ機構19、及び第2クラッチ機構21を制御するコントローラ7(制御部)をさらに備え、コントローラ7は、第1クラッチ機構19が解放状態かつ第2クラッチ機構21が締結状態で内燃機関3の動力により駆動輪6を駆動する内燃機関直結モードの実行中に、走行用モータ2を回転駆動させる。第1クラッチ機構19を締結する際には、締結要素(ここでは第1スリーブ20と係合部8A)の回転速度を同期させる必要があるが、内燃機関直結モード中に走行用モータ2を回転させておけば、同期に要する時間を短縮できる。その結果、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替えに要する時間が短縮される。
本実施形態では、コントローラ7は、第1クラッチ機構19の走行用モータ側の回転速度が第1クラッチ機構19の駆動輪側の回転速度より低くなる範囲で、内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ2の回転速度を制御する。これにより、走行用モータ2の回転維持に要する電力を抑制できる。より詳細には、コントローラ7は走行用モータ側の回転速度と駆動輪側の回転速度との差、つまり目標クラッチ差回転を、走行用モータ側の回転速度を駆動輪側の回転速度まで引き上げるのに要する時間が許容し得る範囲で設定すればよい。
本実施形態では、コントローラ7は内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ2の回転速度を、車速に応じて制御する。これにより、第1クラッチ機構19の回転同期に要する時間を車速によらず一定にすることができる。
本実施形態では、コントローラ7は、内燃機関直結モードの実行中における走行用モータ2の回転速度を、バッテリの充電状態に応じて制御する。これにより、第1クラッチ機構19の回転同期に使えるバッテリ5の電力量によらず、回転同期を許容時間内に終了させることができる。
本実施形態の動力伝達装置では、第1クラッチ機構19及び第2クラッチ機構21はドグクラッチである。ドグクラッチは、摩擦式クラッチに比べると解放状態での引き摺り抵抗がない分、効率が高い。また、ドグクラッチは摩擦式クラッチに比べると、締結状態を維持するための油圧等が不要な分、コストを低減できる。
(第2実施形態)
第2実施形態について図7から図13を参照して説明する。
第2実施形態について図7から図13を参照して説明する。
本実施形態に係る車両用の動力伝達装置の構成は、第1実施形態で説明した図1の構成と同様である。
また、車両1がシリーズハイブリッドモードと内燃機関直結モードとを運転状態に応じて切り替えて走行する点についても第1実施形態と同様である。ただし、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り換え時における第1クラッチ機構19の回転同期に要する時間を短縮するために、第1実施形態では内燃機関直結モードの実行中に走行用モータ2を常に回転させるが、本実施形態では他の方法を用いる。以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図7から図9は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えるための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンはコントローラ7にプログラムされている。
本制御ルーチンでは、シリーズハイブリッドモードへ戻る際の第1クラッチ機構19の回転同期に要する時間が運転性を損なう程度に長くなる場合、または短時間でシリーズハイブリッドモードへ戻る可能性が高い場合には、内燃機関直結モード実行中も第1クラッチ機構19を締結したままにする。内燃機関直結モード実行中に第1クラッチ機構19を解放する場合は図7の制御ルーチンに続いて図8の制御ルーチンを実行し、第1クラッチ機構19を締結したままにする場合には図7の制御ルーチンに続いて図9の制御ルーチンを実行する。以下、各ステップに従って説明する。
ステップS200で、コントローラ7は内燃機関直結モードへ切り替えるか否かを判定する。具体的には、コントローラ7は、アクセル開度と車速とを用いて図5に示したマップを検索することにより判定を行なう。シリーズハイブリッドモードで走行中にアクセル開度が変化し、変化後のアクセル開度に相当する駆動力及び車速で定まる運転状態が内燃機関直結モード領域に入る場合には、内燃機関直結モードへ切り替えると判定する。
コントローラ7は、ステップS200の判定結果がyesの場合はステップS210の処理を実行し、noの場合はステップS200の処理を繰り返し実行する。
ステップS210で、コントローラ7は、車速が予め設定した閾値より高いか否かを判定する。本ステップで用いる閾値は、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替え時における第1クラッチ機構19の回転同期を、許容し得る時間内で完了し得る車速の下限値である。上述した通り、車速が高くなるほど回転同期に要する時間は長くなる。そこで、モード切り替えに要する時間が長くなることによる運転性の低下を抑制する観点から、回転同期に要する時間の許容値を設定し、これに基づいて車速の閾値を設定する。具体的には、閾値は本実施形態を適用する車両1の仕様に応じて適合により設定される。
ステップS210の判定結果がyesの場合、つまり、シリーズハイブリッドモードへ戻る際の第1クラッチ機構19の回転同期に要する時間が運転性を損なう程度に長くなる場合は、後述する図9のステップS320の処理を実行する。一方、ステップS210の判定結果がnoの場合は、ステップS220の処理を実行する。
ステップS220で、コントローラ7は、アクセル操作頻度が予め設定した閾値より高いか否かを判定する。アクセル操作頻度は、例えば、直近の数分間における単位時間当たりのアクセル操作回数である。本ステップは、直近のアクセル操作頻度に基づいて、これからアクセル開度が変化する可能性、つまり、内燃機関直結モードに切り替えた後、すぐにシリーズハイブリッドモードに戻すことになる可能性を判定するものである。本ステップで用いる閾値は、実験等により得られるアクセル操作頻度の統計的データに基づいて設定される。
ステップS220の判定結果がyesの場合、つまり、すぐにシリーズハイブリッドモードに戻る可能性が高い場合は、後述する図9のステップS320の処理を実行する。一方、ステップS220の判定結果がnoの場合は、ステップS230の処理を実行する。
ステップS230で、コントローラ7は、スポーツモードスイッチがONになっているか否かを判定する。判定結果がyesの場合、つまりスポーツモードスイッチがONの場合は、アクセル開度が変化する可能性が高いので、後述する図9のステップS320の処理を実行する。一方、判定結果がnoの場合は図8のステップS240の処理を実行する。なお、車両1がスポーツモードスイッチを備えない場合には、本ステップは省略可能である。
まず、図8の制御ルーチンについて説明する。
ステップS240で、コントローラ7は、内燃機関直結モード中に第1クラッチ機構19を解放することを決定する。
ステップS250で、コントローラ7は、発電用モータ4に回転同期指令を出す。これは、発電用モータ4を力行させることにより第2クラッチ機構21の第2スリーブ22の回転速度を第4減速ギヤ16の回転速度に同期させるためである。具体的には、コントローラ7は、発電用モータ4の目標回転速度として、第4減速ギヤ16の回転速度よりも判定用差回転だけ低い回転速度を設定し、その目標回転速度に基づいて発電用モータ4を制御する。目標回転速度を判定用差回転だけ低く設定するのは、オーバーシュートを抑制するためである。判定用差回転は、ドグクラッチの締結に支障がない範囲で任意に設定し得る。第4減速ギヤ16の回転速度は、図示しない車速センサにより検出する駆動輪6の回転速度と、デファレンシャルギヤ12、第6減速ギヤ18、第5減速ギヤ17及び第4減速ギヤ16の歯数と、に基づいて算出する。発電用モータ4の目標回転速度は、第4減速ギヤ16の回転速度と、第7減速ギヤ13、第8減速ギヤ14及び第9減速ギヤ15の歯数と、に基づいて算出する。
ステップS260で、コントローラ7は回転同期が完了したか否かを判定する。具体的には、発電用モータ4が目標回転速度に到達し、その状態が予め設定した判定時間だけ継続したら回転同期完了と判定する。コントローラ7は、回転同期が完了するまで本ステップを繰り返し実行し、回転同期が完了したらステップS270の処理を実行する。なお、判定時間は任意に設定し得る時間であるが、誤判定の防止とモード切り替え完了の遅延の防止とを考慮し、本実施形態では0.1秒程度とする。
ステップS270で、コントローラ7は第2クラッチ機構21の締結を開始する。
ステップS280で、コントローラ7は第2クラッチ機構21の締結が完了したか否かを判定する。具体的には、第2スリーブ22の位置を検出するストロークセンサ(図示せず)により第2スリーブ22が第4減速ギヤ16と係合する位置まで移動したことが検知されたら、締結が完了したと判定する。コントローラ7は、本ステップを締結が完了するまで繰り返し、締結が完了したらステップS290の処理を実行する。
コントローラ7は、ステップS290で走行用モータ2及び内燃機関3にトルク架け替え指令をだし、ステップS300で第1クラッチ機構19に解放指令を出す。なお、コントローラ7はステップS300をステップS290より先に実行してもよいし、ステップS290とステップS300とを同時に実行してもよい。
ここでいうトルク架け替えとは、駆動輪6に伝達されるトルクを一定に維持しつつ、走行用モータ2の発生トルクを減少させ、内燃機関3の発生トルクを増大させて、最終的に内燃機関3の発生トルクのみにする操作である。走行用モータ2の発生トルクの減少速度及び内燃機関3の発生トルクの増大速度は、本実施形態では例えば0.2秒程度の短い時間でトルク架け替えが終了するように設定する。なお、トルク架け替えの際の走行用モータ2の発生トルクの減少速度及び内燃機関3の発生トルクの増大速度を予め設定しておいてもよい。
コントローラ7は、ステップS310で第1クラッチ機構19が解放状態になったか否かを判定し、解放状態になったら本ルーチンを終了する。
次に、図9の制御ルーチンについて説明する。
ステップS320で、コントローラ7は、内燃機関直結モード中に第1クラッチ機構19を解放しないことを決定する。
ステップS330からステップS370の処理は、図8のステップS250からS290の処理と同様なので説明を省略する。コントローラ7は、ステップS370の処理が終了したら本ルーチンを終了する。
上記の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートを図10及び図11に示す。
図10は、シリーズハイブリッドモード(図中のHEV)から内燃機関直結モード(図中のENG)へ切り替える際に、第1クラッチ機構19を解放する場合、つまり図8の制御ルーチンを実行する場合のタイミングチャートである。なお、実回転速度のチャートにおける走行用モータ2及び発電用モータ4の回転速度は、各減速ギヤによる減速比に基づいて駆動輪6の車軸(出力軸)の回転速度に換算した値である。また、第1クラッチ機構19及び第2クラッチ機構21のチャートの縦軸は、それぞれ第1スリーブ20及び第2スリーブ22のストロークである。さらに、シリーズハイブリッドモードで走行中に、内燃機関3は停止していたものとする。
コントローラ7は、内燃機関直結モードへの切り替えに伴い第1クラッチ機構19を解放することを決定したら(S240)、タイミングT1で発電用モータ4に回転同期指令をだす(S250)。これにより発電用モータ4の回転速度が上昇する。
そして、発電用モータ4の回転速度と出力軸の回転速度との差が判定差回転となり、その状態が判定時間継続したら(S260でyes)、コントローラ7はタイミングT2で第2クラッチ機構21に締結指令をだす(S270)。上記のタイミングT1からタイミングT2までを、回転同期フェーズという。なお、コントローラ7は、回転同期フェーズ中に内燃機関3を始動させる。始動した内燃機関3は、回転同期フェーズの間はアイドリング運転状態を維持する。
タイミングT2で締結指令を受けた第2クラッチ機構21は、締結動作を開始する。つまり、第2スリーブ22が移動を開始する。そして、第2クラッチ機構21はタイミングT3で締結状態となる(S280でyes)。上記のタイミングT2からタイミングT3までを、クラッチ締結フェーズという。
なお、クラッチ締結フェーズにおいて、第2クラッチ機構21が段階的に締結状態に近づいている。これは、第2スリーブ22が第4減速ギヤ16に接触するまでの段階と、接触してから第2スリーブ22の凸部と係合部16Aの凸部とが噛み合い可能な状態になるまでの段階と、噛み合い可能になって第2スリーブ22がさらに第4減速ギヤ16の方向に進む段階と、があるからである。
クラッチ締結フェーズが終了したら、コントローラ7はトルク架け替えと第1クラッチ機構19の解放動作を開始する(S290、S300)。これにより、走行用モータ2のトルクと内燃機関3のトルクとを合算したトルク(図中の車両走行トルク)は一定のまま、走行用モータ2のトルクは減少し、内燃機関3のトルクは増大する。タイミングT3から走行用モータ2のトルクがゼロになるタイミングT4までをトルク架け替えフェーズという。
なお、タイミングT3でコントローラ7は第1クラッチ機構19に解放指令をだしているが、トルク架け替えフェーズの終盤まで第1クラッチ機構19は締結されたままである。これは、走行用モータ2のトルクが掛かっているために第1スリーブ20が第1減速ギヤ8の係合部8Aから抜けないからである。
第1スリーブ20が係合部16Aと接触しない位置まで移動したタイミングT5で、コントローラ7は第1クラッチ機構19の解放が完了したと判定する(S310)。上記のタイミングT3からタイミングT5までをクラッチ解放フェーズという。クラッチ解放フェーズが終了したら、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えは終了である。
図11は、シリーズハイブリッドモード(図中のHEV)から内燃機関直結モード(図中のENG)へ切り替える際に、第1クラッチ機構19を解放しない場合、つまり図9の制御ルーチンを実行する場合のタイミングチャートである。なお、実回転速度のチャートにおける走行用モータ2及び発電用モータ4の回転速度は、各減速ギヤによる減速比に基づいて駆動輪6の車軸(出力軸)の回転速度に換算した値である。また、第1クラッチ機構19及び第2クラッチ機構21のチャートの縦軸は、それぞれ第1スリーブ20及び第2スリーブ22のストロークである。さらに、シリーズハイブリッドモードで走行中に、内燃機関3は停止していたものとする。
図11のタイミングチャートと図10のタイミングチャートとの違いは、クラッチ解放フェーズの有無である。つまり、図11では第1クラッチ機構19を解放しないので、クラッチ解放フェーズがない。したがって、図11は、タイミングT4までは図10と同様であり、タイミングT4でトルク架け替えフェーズが終了したら、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えが終了する。
ここで、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替える場合について図12及び図13のタイミングチャートを参照して説明する。
図12は、第1クラッチ機構19が解放状態の内燃機関直結モードで走行中に、アクセルペダルが踏み込まれてシリーズハイブリッドモードへ切り替える場合のタイミングチャートである。
切り替え期間が、回転同期フェーズ、クラッチ締結フェーズ、トルク架け替えフェーズ及びクラッチ解放フェーズからなる点は図10と同様である。ただし、回転同期フェーズでは走行用モータ2の回転速度を同期させ、クラッチ締結フェーズでは第1クラッチ機構19を締結させ、クラッチ解放フェーズでは第2クラッチ機構21を解放する。以下、各フェーズについて説明する。
タイミングT1で回転同期フェーズが開始したら、コントローラ7は走行用モータ2の回転速度を上昇させる。そして、走行用モータ2の回転速度が出力軸の回転速度よりも判定差回転だけ低い回転速度となり、その状態が判定時間継続したタイミングT2で回転同期フェーズは終了する。判定差回転及び判定時間は、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様である。
クラッチ締結フェーズでは、コントローラ7は第1クラッチ機構19を解放状態から締結状態に切り替える。このとき、締結状態はシリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様に段階的に進行する。
トルク架け替えフェーズでは、コントロオーラ7は、走行用モータ2のトルクを増大させる一方、発電用モータ4のトルクを減少させて発電抵抗を生じさせる。このとき、コントローラ7は内燃機関3のトルクを一定に維持する。発電用モータ4の発電抵抗が大きくなることで、内燃機関3のトルクは一定のままでも、内燃機関3から駆動輪6へ伝達されるトルクは減少する。そして、走行用モータ2のトルクが車両走行トルクに到達したタイミングT4でトルク架け替えフェーズは終了する。
クラッチ解放フェーズでは、シリーズハイブリッドモードから内燃機関直結モードへの切り替えと同様に、第2スリーブ22はトルクが掛かっている間は係合部16Aから抜けず、トルクの架け替えが終わってから移動を開始する。そして、タイミングT5で第2スリーブ22が係合部16Aから離れたらクラッチ解放フェーズは終了する。
図13は、第1クラッチ機構19が締結状態の内燃機関直結モード(図中のENG)で走行中に、アクセルペダルが踏み込まれてシリーズハイブリッドモード(図中のHEV)へ切り替える場合のタイミングチャートである。
この場合、内燃機関直結モード中に第1クラッチ機構19は締結されているので、回転同期フェーズ及びクラッチ締結フェーズは不要である。すなわち、切り替え期間はトルク架け替えフェーズと第2クラッチ機構21を解放するクラッチ解放フェーズからなる。そして、トルク架け替えフェーズ及びクラッチ解放フェーズの内容は、図12におけるそれらのフェーズの内容と同様である。
次に、本実施形態による効果についてまとめる。
本実施形態では、第1実施形態で説明した第1クラッチ機構19を備えることによる効果の他に、以下の効果が得られる。
本実施形態の動力伝達装置は、第1クラッチ機構19、及び第2クラッチ機構21を制御するコントローラ7(制御部)をさらに備え、コントローラ7は、第2クラッチ機構21を締結して内燃機関3の動力で駆動輪6を駆動する内燃機関直結モードの実行中は原則的に第1クラッチ機構19を解放し、所定条件が成立した場合には第1クラッチ機構を締結する。ここでいう所定条件が成立した場合とは、すぐにシリーズハイブリッドモードへの切り替えが必要となる可能性が高い場合である。本実施形態によれば、内燃機関直結モードがしばらく継続する可能性が高い場合には第1クラッチ機構19が解放するので走行用モータ2の連れ回りがなくなる。一方、所定条件が成立した場合には第1クラッチ機構19は締結したままなので、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替えに要する時間が、第1クラッチ機構19が解放した状態から切り替える場合にくらべて短くなる。
本実施形態では、コントローラ7は、所定条件が成立したか否かを車速に基づいて判断する。例えば、高車速状態で第1クラッチ機構19を解放すると、再びシリーズハイブリッドモードに切り替える際に、第1クラッチ機構19の回転同期に時間がかかり、速やかな切り替えができない。したがって、高車速状態では所定条件が成立したと判断し、第1クラッチ機構19を解放しない。一方、低車速状態であれば第1クラッチ機構19の回転同期は短時間で終了する。そこで、低車速状態では所定条件は成立しないと判断し、原則通り第1クラッチ機構19を解放する。上記の通り、車速に基づいて所定条件が成立したか否かを判断することで、内燃機関直結モードからシリーズハイブリッドモードへの切り替え時間が延びることを抑制できる。
本実施形態では、コントローラ7は、所定条件が成立したか否かを、加減速要求の状態に基づいて判断する。例えば、加速要求が頻繁に発生する場合に所定条件が成立したと判断する。このような場合には、内燃機関直結モードにおいても第1クラッチ機構19を締結したままにすることで、シリーズハイブリッドノードへ速やかに切り替えることができる。
本実施形態では、コントローラ7は、加減速要求の状態を、アクセル操作状態に基づいて判断する。アクセル操作状態とは、例えばアクセル操作頻度、つまり単位時間当たりのアクセル操作回数である。これにより、シリーズハイブリッドモードへ戻る可能性を適切に判断できる。
本実施形態では、コントローラ7は、加減速要求の状態を、走行モード切り替えスイッチの状態に基づいて判断する。例えば、走行モードスイッチでスポーツモードが選択されている場合には、運転者が積極的な加減速を意図している可能性が高い。そこで、スポーツモードが選択されている場合には、コントローラ7は所定条件が成立したと判断する。これにより、シリーズハイブリッドモードへ戻る可能性を適切に判断できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
Claims (13)
- 内燃機関の動力により駆動される発電機と、
前記発電機で発電した電力により駆動され、駆動輪を駆動する走行用モータと、
前記内燃機関の動力または前記走行用モータの動力により駆動される前記駆動輪と、
を備える車両用の動力伝達装置において、
前記走行用モータと前記駆動輪との間で動力を伝達する第1動力伝達経路と、
前記第1動力伝達経路の動力伝達を断続する第1クラッチ機構と、を備える、車両用の動力伝達装置。 - 請求項1に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記内燃機関の動力を機械的に前記駆動輪に伝達する第2動力伝達経路と、
前記第2動力伝達経路の動力伝達を断続する第2クラッチ機構と、
をさらに備える車両用の動力伝達装置。 - 請求項2に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記内燃機関と前記発電機との間の第3動力伝達経路は、常に動力が伝達される状態である、車両用の動力伝達装置。 - 請求項2または3に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記走行用モータ、前記第1クラッチ機構、及び前記第2クラッチ機構を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第1クラッチ機構が解放状態かつ前記第2クラッチ機構が締結状態で前記内燃機関の動力により前記駆動輪を駆動する内燃機関直結モードの実行中に、前記走行用モータを回転駆動させる、車両用の動力伝達装置。 - 請求項4に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記第1クラッチ機構の走行用モータ側回転速度が前記第1クラッチ機構の駆動輪側回転速度より低くなる範囲で、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を制御する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項5に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を、車速に応じて制御する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項5または6に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記内燃機関直結モードの実行中における前記走行用モータの回転速度を、バッテリの充電状態に応じて制御する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項2に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記第1クラッチ機構、及び前記第2クラッチ機構を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第2クラッチ機構を締結して前記内燃機関の動力で前記駆動輪を駆動する内燃機関直結モードの実行中は原則的に前記第1クラッチ機構を解放し、所定条件が成立した場合には前記第1クラッチ機構を締結する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項8に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記所定条件が成立したか否かを車速に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項8または9に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記所定条件が成立したか否かを、加減速要求の状態に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項10に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記加減速要求の状態を、アクセル操作量に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項10に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記制御部は、前記加減速要求の状態を、走行モード切り替えスイッチの状態に基づいて判断する、車両用の動力伝達装置。 - 請求項2から12のいずれか一項に記載の車両用の動力伝達装置において、
前記第1クラッチ機構及び前記第2クラッチ機構はドグクラッチである、車両用の動力伝達装置。
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