JP2011168085A - Driving device for vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に加えて他の駆動源が設けられた車両の駆動装置に関する。 The present invention relates to a vehicle drive device provided with another drive source in addition to an internal combustion engine.
遊星歯車機構の各回転要素に内燃機関、モータ・ジェネレータ及び出力部が連結された動力分割機構を備え、モータ・ジェネレータが連結された回転要素をブレーキにて固定又は解放することにより、動力分割機構が有する一定の変速比で内燃機関の回転を変速する固定変速比モードと、モータ・ジェネレータの回転を変化させることにより内燃機関の回転を無段階に変速し得る無段変速比モードと選択的に実行でき、モータ・ジェネレータの回転数が許容値よりも小さくなったときにモータ・ジェネレータが連結された回転要素をブレーキにて固定して無段変速比モードから固定変速比モードへ切り替える車両の駆動装置が知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2及び3が存在する。
A power split mechanism including a power split mechanism in which an internal combustion engine, a motor / generator, and an output unit are connected to each rotary element of the planetary gear mechanism, and fixing or releasing the rotary element connected to the motor / generator with a brake. A fixed speed ratio mode for shifting the rotation of the internal combustion engine at a constant speed ratio, and a continuously variable speed ratio mode for changing the rotation of the internal combustion engine steplessly by changing the rotation of the motor / generator. A vehicle drive that can be executed and switches from the continuously variable gear ratio mode to the fixed gear ratio mode by fixing the rotating element to which the motor / generator is coupled with a brake when the motor / generator speed is lower than the allowable value. An apparatus is known (Patent Document 1). In addition,
特許文献1の駆動装置が固定変速比モードを実行する場合、モータ・ジェネレータが連結された回転要素を固定するブレーキに対してトルクが負荷される。そのトルクは車両の走行状態によって大きさ及びその方向が変化する。このブレーキの具体的機構として、例えば回転方向にガタを有する機構を採用できる。しかしながら、こうした機構を用いると、ブレーキに負荷されるトルクが反転する場合に、ガタが詰まった状態からガタの範囲内で回転要素が反転してブレーキに衝突するためショックが発生するおそれがある。
When the driving device of
そこで、本発明は、回転要素の固定に用いる係合手段に負荷されるトルクが反転した場合にその反転に伴うショックを抑制できる車両の駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vehicle drive device that can suppress a shock caused by the reversal when the torque applied to the engaging means used for fixing the rotating element is reversed.
本発明の車両の駆動装置は、内燃機関と、モータ・ジェネレータと、車両の駆動輪に動力を出力するための出力部と、前記モータ・ジェネレータが電気的に接続されたバッテリと、相互に差動回転可能な第1回転要素、第2回転要素及び第3回転要素が含まれる複数の回転要素を有し、前記第1回転要素に前記内燃機関が、前記第2回転要素に前記モータ・ジェネレータが、前記第3回転要素に前記出力部がぞれぞれ連結された動力分割機構と、前記複数の回転要素のうち前記第1回転要素及び前記第3回転要素を除くいずれか一つの回転要素である操作対象要素を回転方向のガタを許容しつつ固定でき、かつその固定を解除できる係合手段と、前記操作対象要素が固定されるように前記係合手段を操作することにより、前記動力分割機構が有する変速比で前記内燃機関の回転を変速して前記出力部に伝達させる固定変速比モードを実行可能な駆動制御手段と、を備え、前記駆動制御手段は、前記固定変速比モードの実行時に前記係合手段に負荷されるトルクが反転する場合、前記バッテリの蓄電率が高いときは前記ガタの範囲内での前記操作対象要素の回転を阻止するように前記モータ・ジェネレータからトルクを出力させる回転阻止制御を、前記バッテリの蓄電率が低いときは前記ガタの範囲内で前記操作対象要素の回転を許容するが前記ガタが詰まる時の前記操作対象要素の回転速度が前記ガタが詰まる前よりも小さくなるように前記モータ・ジェネレータからトルクを出力させる衝突緩和制御をそれぞれ実行するものである(請求項1)。 A vehicle drive device according to the present invention includes an internal combustion engine, a motor / generator, an output unit for outputting power to a drive wheel of the vehicle, and a battery to which the motor / generator is electrically connected. A plurality of rotation elements including a first rotation element, a second rotation element, and a third rotation element that are capable of dynamic rotation, wherein the internal combustion engine is the first rotation element, and the motor generator is the second rotation element A power split mechanism in which the output unit is connected to the third rotating element, and any one rotating element excluding the first rotating element and the third rotating element among the plurality of rotating elements. The operation target element can be fixed while allowing play in the rotational direction, and the fixing means can be released, and by operating the engagement means so that the operation target element is fixed, the power Split mechanism Drive control means capable of executing a fixed speed ratio mode for shifting the rotation of the internal combustion engine at a speed ratio to be transmitted and transmitting the rotation to the output unit, wherein the drive control means is configured to execute the fixed speed ratio mode when the fixed speed ratio mode is executed. Rotation that outputs torque from the motor / generator so as to prevent rotation of the operation target element within the range when the battery has a high storage rate when torque applied to the engaging means is reversed. In the prevention control, when the battery storage rate is low, the operation target element is allowed to rotate within the range of the play, but the rotation speed of the operation target element when the play is clogged is higher than that before the play is clogged. Collision alleviation control for outputting torque from the motor / generator so as to be reduced is executed (claim 1).
この駆動装置によれば、固定変速比モードの実行時に係合手段に負荷されるトルクが反転する際、ガタの範囲内での操作対象要素の回転を阻止するようにモータ・ジェネレータからトルクを出力させる回転阻止制御と、ガタの範囲内での操作対象要素の回転を許容するがガタが詰まる時の操作対象要素の速度がガタが詰まる前よりも小さくなるようにモータ・ジェネレータからトルクを出力させる衝突緩和制御とが使い分けられる。従って、回転阻止制御又は衝突緩和制御のいずれか一方の実行によって、係合手段に負荷されるトルクが反転しても操作対象要素が係合手段に衝突することを回避又はその衝突を緩和することができる。このため、トルクの反転に伴うショックを抑制できる。回転阻止制御はトルクの反転時にその反転したトルクを打ち消す方向に操作対象要素に対してトルクを加え続ける必要があるので、モータ・ジェネレータからトルクを出力させる期間がトルクの反転時にガタが詰まるまでに限られる衝突緩和制御よりも消費電力が大きい。つまり、回転阻止制御と衝突緩和制御との間には実行に必要な電力に差違がある。この駆動装置は、バッテリの蓄電率が高い場合は電力の余裕を考慮して回転阻止制御を実行し、バッテリの蓄電率が低い場合は回転阻止制御よりも消費電力が低い衝突緩和制御を実行しているので、トルクの反転時に回転阻止制御のみを実行する場合に比べてショック抑制のために必要な消費電力を低減できる。 According to this drive device, when the torque applied to the engaging means is reversed during execution of the fixed gear ratio mode, the torque is output from the motor / generator so as to prevent the operation target element from rotating within the range of backlash. Rotation prevention control that allows rotation of the operation target element within the range of backlash, but outputs the torque from the motor / generator so that the speed of the operation target element when the backlash is clogged becomes smaller than before the clogging It can be used properly for collision mitigation control. Therefore, by performing either one of the rotation prevention control or the collision mitigation control, the operation target element is prevented from colliding with the engagement means even when the torque applied to the engagement means is reversed, or the collision is mitigated. Can do. For this reason, the shock accompanying reversal of torque can be controlled. In the rotation prevention control, it is necessary to continue to apply torque to the operation target element in the direction to cancel the reversed torque when the torque is reversed. Power consumption is larger than limited collision mitigation control. That is, there is a difference in power required for execution between the rotation prevention control and the collision mitigation control. This drive device executes rotation prevention control in consideration of power margin when the battery storage rate is high, and executes collision mitigation control that consumes less power than rotation prevention control when the battery storage rate is low. Therefore, the power consumption required for shock suppression can be reduced as compared with the case where only the rotation prevention control is executed when the torque is reversed.
本発明の駆動装置の一態様において、前記駆動制御手段は、前記衝突緩和制御の実行時に前記ガタが詰まる時の前記操作対象要素の回転速度が0に近づくように前記モータ・ジェネレータからトルクを出力させてもよい(請求項2)。この態様によれば、ガタが詰まる時の操作対象要素の回転速度が0に近づけられるため、トルク反転時のショックを限界まで低減できる。 In one aspect of the drive device of the present invention, the drive control means outputs torque from the motor / generator so that the rotation speed of the operation target element approaches 0 when the play is clogged when the collision mitigation control is executed. (Claim 2). According to this aspect, since the rotation speed of the operation target element when the backlash is clogged is brought close to 0, the shock at the time of torque reversal can be reduced to the limit.
本発明の駆動装置の一態様において、前記バッテリに電気的に接続されかつ前記出力部に連結された他のモータ・ジェネレータと、前記車両の減速時に前記駆動輪から入力されるエネルギーを利用して前記他のモータ・ジェネレータにて発電させる回生制御を実行させる回生制御手段と、を更に備え、前記駆動制御手段は、前記固定変速比モードの実行時に前記車両の減速要求がなされかつ前記回生制御が行われる場合、前記バッテリの蓄電率に基づいて定められる前記バッテリに対する充電要求量が前記回生制御とともに前記回転阻止制御又は前記衝突緩和制御を実行した場合に得られると予測される電力量である回生可能量よりも大きい場合を条件として、前記操作対象要素の固定が解除されるように前記係合手段を操作することにより前記固定変速比モードから前記動力分割機構の変速比を無段階に変更し得る無段変速比モードへ切り替えてもよい(請求項3)。 In one aspect of the drive device of the present invention, another motor / generator electrically connected to the battery and coupled to the output unit, and energy input from the drive wheels during deceleration of the vehicle are utilized. Regenerative control means for executing regenerative control for generating power by the other motor / generator, wherein the drive control means is configured to request deceleration of the vehicle when the fixed gear ratio mode is executed, and to perform the regenerative control. If performed, the regenerative power that is predicted to be obtained when the charge request amount for the battery determined based on the battery storage rate of the battery is executed together with the regenerative control and the rotation prevention control or the collision mitigation control. By operating the engagement means so that the operation target element is unlocked on condition that it is larger than the possible amount Serial transmission ratio from the fixed gear ratio mode the power split mechanism may be switched to the continuously variable speed ratio mode which can change steplessly (claim 3).
回生制御の実行によって回生可能な電力量は、他のモータ・ジェネレータの発電量から消費電力及び損失が差し引かれたものに相当するが、上述したように回転阻止制御と衝突緩和制御との間には実行時の消費電力に差違があるため、回生制御を回転阻止制御とともに行う場合と衝突緩和制御とともに行う場合とで回生可能な電力量に差違が生まれる。この態様によれば、充電要求量が回生可能量よりも大きい場合、即ち回生制御を回転阻止制御又は衝突緩和制御とともに行うと充電要求量を賄うことができない場合に、操作対象要素の固定が解除される無段変速比モードに切り替えられる。言い換えれば、充電要求量を賄うことができる限りにおいては回生制御とともに回転阻止制御又は衝突緩和制御が優先的に実行されて固定変速比モードが維持されることになる。そのため、固定変速比モードと無段変速比モードとの切り替え頻度を低減できるからモードの切り替えに伴うショックの発生頻度を低減できる。 The amount of power that can be regenerated by executing regenerative control is equivalent to the amount of power generated by other motors / generators minus power consumption and loss, but as described above, between rotation prevention control and collision mitigation control. Since there is a difference in power consumption during execution, there is a difference in the amount of power that can be regenerated between when regenerative control is performed together with rotation prevention control and when performed together with collision mitigation control. According to this aspect, when the required charging amount is larger than the regenerative amount, that is, when the regenerative control is performed together with the rotation prevention control or the collision mitigation control, the charging target amount cannot be covered, and the operation target element is fixed. To the continuously variable transmission ratio mode. In other words, as long as the required charging amount can be covered, the rotation prevention control or the collision mitigation control is preferentially executed together with the regeneration control, and the fixed gear ratio mode is maintained. Therefore, since the frequency of switching between the fixed gear ratio mode and the continuously variable gear ratio mode can be reduced, the frequency of occurrence of shock accompanying the mode switching can be reduced.
回生制御を実行した場合に得られる電力量は車両の走行状態によって変化するため、回生制御とともに回転阻止制御又は衝突緩和制御を行う場合及び無段変速比モードの下で回生制御を行う場合のいずれの場合でも充電要求量を賄うことができない場合もある。そこで、上記の態様において、前記駆動制御手段は、前記充電要求量が前記回生可能量よりも大きく、かつ前記無段変速比モードの下で前記回生制御を実行した場合に得られると予測される電力量が前記回生可能量よりも大きいことを条件として、前記固定変速比モードから前記無段変速比モードへ切り替えてもよい(請求項4)。この場合には、最大の電力量を得られるときに限って無段変速比モードの下で回生制御が行われ、無駄なモード切替を回避できるため、結果として最大の電力量を得ることができる。 Since the amount of electric power obtained when regenerative control is executed varies depending on the running state of the vehicle, either when performing rotation prevention control or collision mitigation control together with regenerative control or when performing regenerative control under the continuously variable transmission ratio mode Even in this case, it may not be possible to cover the required charging amount. Therefore, in the above aspect, the drive control means is predicted to be obtained when the required charging amount is larger than the regenerative possible amount and the regenerative control is executed under the continuously variable transmission ratio mode. The fixed gear ratio mode may be switched to the continuously variable gear ratio mode on condition that the amount of electric power is larger than the regenerative amount. In this case, regenerative control is performed under the continuously variable transmission ratio mode only when the maximum amount of power can be obtained, and useless mode switching can be avoided, so that the maximum amount of power can be obtained as a result. .
以上説明したように、本発明の駆動装置によれば、固定変速比モードの実行時に係合手段に負荷されるトルクが反転する際、ガタの範囲内での操作対象要素の回転を阻止するようにモータ・ジェネレータからトルクを出力させる回転阻止制御と、ガタの範囲内での操作対象要素の回転を許容するがガタが詰まる時の操作対象要素の速度がガタが詰まる前よりも小さくなるようにモータ・ジェネレータからトルクを出力させる衝突緩和制御とがバッテリの蓄電率に基づいて使い分けられるから、トルクの反転に伴うショックを抑制しつつ、その抑制のために必要な消費電力を低減できる。 As described above, according to the drive device of the present invention, when the torque applied to the engaging means is reversed during execution of the fixed gear ratio mode, the rotation of the operation target element within the range of play is prevented. The rotation prevention control that outputs torque from the motor / generator and the rotation of the operation target element within the backlash range are allowed, but the speed of the operation target element when the backlash is clogged is smaller than before the backlash is clogged. Since the collision mitigation control for outputting torque from the motor / generator is selectively used based on the battery storage rate, it is possible to reduce the power consumption required for the suppression while suppressing the shock associated with the torque reversal.
図1は本発明の一形態に係る駆動装置が組み込まれた車両の全体構成を概略的に示している。車両1Aはいわゆるハイブリッド車両として構成されている。周知のようにハイブリッド車両は、内燃機関を走行用の駆動力源として備えるとともに、電動機を他の走行用の駆動力源として備えた車両である。車両1Aは、駆動輪と内燃機関とが車両前部に位置するFFレイアウトの車両として構成されている。
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a vehicle in which a driving apparatus according to an embodiment of the present invention is incorporated. The
これらの図に示すように、駆動装置2Aは、内燃機関3と、電動機としての第1モータ・ジェネレータ4と、内燃機関3及び第1モータ・ジェネレータ4がそれぞれ連結された動力分割機構5と、車両1の駆動輪10に動力を出力するための出力部としての出力ギア6とを備えている。また、駆動装置2Aには変速機構7を介して出力ギア6に連結された第2モータ・ジェネレータ8が設けられている。出力ギア6の動力は差動装置11を介して左右の駆動輪10に伝達される。
As shown in these drawings, the
内燃機関3は、火花点火型の多気筒内燃機関として構成されており、その動力は入力軸15を介して動力分割機構5に伝達される。入力軸15と内燃機関3との間にはダンパ16が介在しており、内燃機関3のトルク変動はダンパ16にて吸収される。第1モータ・ジェネレータ4と第2モータ・ジェネレータ8とは同様の構成を持っていて、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。第1モータ・ジェネレータ4は、固定部材であるケース17に固定されたステータ4aと、そのステータ4aの内周側に同軸に配置されたロータ4bとを備えている。第2モータ・ジェネレータ8も同様に、ケース17に固定されたステータ8aと、そのステータ8aの内周側に同軸に配置されたロータ8bとを備えている。第1モータ・ジェネレータ4が本発明に係るモータ・ジェネレータに、第2モータ・ジェネレータ8が本発明に係る他のモータ・ジェネレータ8にそれぞれ相当する。各モータ・ジェネレータ4、8はバッテリ18と電気的に接続されている。なお、各モータ・ジェネレータ4、8とバッテリ18との間にはインバータ回路やバッテリ18に対する充放電を制御する制御回路等の各種の電気回路が介在するが図示を省略した。
The
動力分割機構5は、相互に差動回転可能な3つの回転要素を持つシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、外歯歯車であるサンギアSu1と、そのサンギアSu1に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアRi1と、これらのギアSu1、Ri1に噛み合うピニオン20を自転かつ公転自在に保持するキャリアCr1とを備えている。この形態では、入力軸15がキャリアCr1に、第1モータ・ジェネレータ4が回転部材としての連結部材21を介してサンギアSu1に、出力ギア6がリングギアRi1にそれぞれ連結されている。従って、本形態においては、キャリアCr1が本発明に係る第1回転要素に、サンギアSu1が本発明に係る第2回転要素に、リングギアRi1が本発明に係る第3回転要素に、それぞれ相当する。
The power split
減速機構7は、第2モータ・ジェネレータ8の回転を減速して出力ギア6に伝達するための機構であり、相互に差動回転可能な3つの要素を持つシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。減速機構7は外歯歯車であるサンギアSu2と、そのサンギアSu2に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアRi2と、これらのギアSu2、Ri2に噛み合うピニオン25を自転かつ公転自在に保持するキャリアCr2とを備えている。本形態では、サンギアSu2が第2モータ・ジェネレータ8に、リングギアRi2が出力ギア6にそれぞれ連結されており、キャリアCr2はケース17に固定されている。これにより、第2モータ・ジェネレータ8の回転が減速されて出力ギア6に伝達されるとともに、第2モータ・ジェネレータ8の動力が増幅されて出力ギア6に伝達される。つまり、第2モータ・ジェネレータ8は減速機構7を介して出力ギア6に連結されている。
The
駆動装置2Aには、駆動モードを変更する係合手段としてのロック機構30が設けられている。このロック機構30を操作することにより、第1モータ・ジェネレータ4を使用した電気的な無段変速を実現する無段変速比モードと、第1モータ・ジェネレータ4を使用せずに動力分割機構5の持つ変速比にて変速する固定変速比モードとを選択的に実行できる。ロック機構30は、第1モータ・ジェネレータ4が連結されたサンギアSu1と一体回転する連結部材21に接続された機構部31と、その機構部31とケース17との間に介在するようにしてケース17に固定された駆動部32とを備えている。ロック機構30は連結部材21を介してサンギアSu1を固定する係合状態と、その固定を解除する解放状態との間で動作することができる。つまり、本形態では、サンギアSu1がロック機構30の操作対象になるので、サンギアSu1は本発明に係る操作対象要素に相当する。
The
図2及び図3はロック機構30の詳細を示した図であり、図2は解放状態を、図3は係合状態をそれぞれ示している。係合部31には、連結部材21に固定された第1クラッチ板35と、この第1クラッチ板35と同軸に配置された第2クラッチ板36と、これらのクラッチ板35、36の間に介在する球状の介在部材37とが設けられている。各クラッチ板35、36は円板状に構成されていて、各クラッチ板35、36の対向面には介在部材37を保持するV字溝38、39が形成されている。
2 and 3 are views showing the details of the
図4は第1クラッチ板35を軸線方向から見た状態を示しており、図5及び図6は各クラッチ板35、36を半径方向から見た状態を示している。図5は各クラッチ板35、36の位相が一致している状態を、図6は各クラッチ板35、36の位相がずれている状態をそれぞれ示している。図4から明らかなように、第1クラッチ板35に設けられたV字溝38は、周方向に等間隔に6個並べられている。第2クラッチ板36に形成された他方のV字溝39も同様に周方向に等間隔に6個並べられている。各V字溝38、39は、第1クラッチ板35の中心線を含む断面で切断した場合には断面半円形をなしている(図2及び図3参照)。また、図4に示すように、第1クラッチ板35の軸線方向から見ると、各V字溝38、39は、第1クラッチ板35の中心寄りの内側縁部と中心から離れた外側縁部とが同心の円弧をなすように湾曲している。更に、図5及び図6に示すように、第1クラッチ板35の半径方向から見ると、各V字溝38、39はV字状に形成されていて、回転方向(図の上又は下方向)に関して深さが徐々に浅くなっている。
FIG. 4 shows a state in which the first
図2に示すように、ロック機構30が解放状態の場合、機構部31の第2クラッチ板36と駆動部32との間には所定の隙間Gが形成されている。第2クラッチ板36と駆動部32との間には、駆動部32から離れる方向に第2クラッチ板36を付勢するリターンスプリング40が設けられている。そのため、解放状態においては、第2クラッチ板36が第1クラッチ板35に接近する方向に押し付けられた状態で、第1クラッチ板35と第2クラッチ板36とが供回りする。
As shown in FIG. 2, when the
駆動部32には第2クラッチ板36と接触し得る摩擦部41と、摩擦部41に組み込まれた電磁石42とが設けられている。摩擦部41はケース17に対して静止している。第2クラッチ板36は磁性金属で構成されているため、図2の状態で駆動部32が電磁石42を励磁すると、第2クラッチ板36はリターンスプリング40の弾性力に抗して駆動部32側に引き寄せられる。そして、電磁石42の磁力により第2クラッチ板36が摩擦部41に接触した場合には、第2クラッチ板36と摩擦部41との間に摩擦力が生じるとともに、図6に示すように、第1クラッチ板35に負荷されたトルクTによって、各クラッチ板35、36の位相がずれて、介在部材37がV字溝38、39内の浅い位置に移動して、第2クラッチ板36を摩擦部41に押し付ける力Fが発生する。これにより、第2クラッチ板36が摩擦部41に対して固定された状態となるので、第1クラッチ板35はトルクTの方向に回転できなくなり固定される。このようにして、ロック機構30は解放状態から係合状態へ移行する。
The
電磁石42への通電を維持した状態で、連結部材21に負荷されるトルクTの向きが図6の破線矢印で示すように反転すると、介在部材37がV字溝38、39の内の深い位置に移動するため第1クラッチ板35が一旦フリーになる。その後、図6の想像線で示したように、介在部材37がV字溝38、39の反対側の斜面に乗り上がり、第2クラッチ板36を摩擦部41に押し付ける力Fが再び発生する。これにより、第1クラッチ板35はそれ以上回転できなくなる。このように、第1クラッチ板35は、電磁石42への通電が維持されている場合、一方向の回転が阻止されている状態から反対方向の回転が阻止されるまでの範囲内で回転が許容される。即ち、ロック機構30には係合状態においてガタBが存在し、そのガタBの範囲内で第1クラッチ板35及びこれと一体回転するサンギアSu1は回転し得る。そして、その回転はガタBが詰まった時(図6参照)に阻止される。
When the direction of the torque T applied to the connecting
ロック機構30に負荷されるトルクの反転は種々の理由により生じ得るが、ロック機構30に固定されるサンギアSu1は内燃機関3の反力を負担する回転要素であるので、例えば内燃機関3の出力が正トルクから負トルクに変化する際にその反転が生じる。図7及び図8は内燃機関3のトルクが反転する際の共線図を示し、図7はトルク反転前を、図8はトルク反転後をそれぞれ示している。これらの図から明らかなように、内燃機関3のトルクte及び要求駆動トルクtdの向きが図7の状態から図8の状態へ変化すると、第1モータ・ジェネレータ4を停止状態に維持するために必要な反力tgの向きも図7の状態から図8の状態へ変化する。換言すれば、ロック機構30に負荷されるトルクtも内燃機関3のトルクの反転に伴って反転する。従って、ロック機構30に負荷されるトルクの反転時に何も対策しなければ、図7の状態から図8の状態へ移る時に、即ちロック機構30のガタBが詰まる時に係合部31の部材間で衝突が起きてその衝突の程度に応じたショックが発生する。本形態の駆動装置2Aは、その衝突を回避又は緩和してショックを抑制するため、以下に説明する回転阻止制御及び衝突緩和制御を状況に応じて使い分けている。
The reversal of the torque applied to the
これら回転阻止制御及び衝突緩和制御は、図1の制御装置45がトルク反転時に第1モータ・ジェネレータ4に対して所定の操作を行うことにより実施される。制御装置45は駆動装置2Aの各部を制御するコンピュータとして構成されており、回転阻止制御及び衝突緩和制御の他に、内燃機関3の出力制御、ロック機構30の操作による駆動モード切り替え制御、車両走行時の各モータ・ジェネレータ4、8の出力制御等の種々の制御を実行できる。制御装置45にはこれらの制御を行うため車両1Aの運転状態を取得する各種のセンサが接続されている。本発明に関連するセンサとしては、図1に示したように、車両1Aの車速に応じた信号を出力する車速センサ46、要求駆動力に相関するアクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ47及びバッテリ18の蓄電率に応じた信号を出力するSOCセンサ48が制御装置45に対して電気的に接続されている。なお、以下においては、本発明に関連する制御を主に説明し、その他の制御については説明を省略ないし簡略化する。
The rotation prevention control and the collision mitigation control are performed by the
(回転阻止制御)
まず、図9及び図10を参照しながら制御装置45が実行する回転阻止制御について説明する。図9及び図10は回転阻止制御の内容を説明する説明図であり、図9はトルク反転前のロック機構30に作用するトルクの状態を模式的に示し、図10はトルク反転後のロック機構30に作用するトルクの状態を模式的に示している。図9に示したように、トルク反転前においては、第1クラッチ板35は介在部材37を介して第2クラッチ板36に噛み合って固定されているため、第1モータ・ジェネレータ4と一体回転する第1クラッチ板35は内燃機関3によってトルクtgaが負荷され、かつそのトルクtgaと反対向きで同一の大きさの反力taを介在部材37から受けている。
(Rotation prevention control)
First, the rotation prevention control executed by the
制御装置45はアクセル開度センサ47の出力信号等の情報に基づいて要求駆動トルクを演算し、その要求駆動トルクの変化からトルクtgaの向きが図9の状態から反転することを検出する。そして、トルクの反転を検出した場合、図10に示すように、反転したトルクtgaを打ち消す方向の付加トルクtdaが第1クラッチ板35に与えられるように第1モータ・ジェネレータ4から所定量のトルクを出力させる。第1クラッチ板35に与える付加トルクtdaの大きさはトルクtgaの大きさと同一又はそれよりも大きい値である。そのため、第1クラッチ板35はトルクtgaが反転しても図9の状態に維持される。つまり、第1モータ・ジェネレータ4が連結されるサンギアSu1(図1)はガタBの範囲内での回転が阻止される。制御装置45は図10の状態から図9の状態に再びトルクが反転した場合に第1モータ・ジェネレータ4からの出力を停止させる。こうした回転阻止制御により、トルク反転時にロック機構30の部材間の衝突を確実に回避できるので、その衝突を原因としたショックは発生しない。
The
(衝突緩和制御)
次に、図11〜図14を参照しながら制御装置45が実行する衝突緩和制御について説明する。図11〜図13は衝突緩和制御の内容を説明する説明図であり、図11はトルク反転前のロック機構30に作用するトルクの状態を模式的に示し、図12は衝突緩和制御の実行中におけるロック機構30に作用するトルクの状態を模式的に示し、図13は衝突緩和制御の完了後におけるロック機構30に作用するトルクの状態を模式的に示している。図14は衝突緩和制御の実行時における第1モータ・ジェネレータ4の出力トルク、回転角及び回転速度をそれぞれ同一時間軸に示したタイミングチャートである。
(Collision mitigation control)
Next, collision mitigation control executed by the
図11に示すように、トルク反転前は図9の場合と同様に、第1クラッチ板35は内燃機関3によってトルクtgbが負荷され、かつそのトルクtgbと反対向きで同一の大きさの反力tbを介在部材37から受けている。制御装置45は、上記と同様にしてトルクの反転を検出した場合、図12に示すように反転したトルクtgbを打ち消す方向の付加トルクtdbが第1クラッチ板35に与えられるように第1モータ・ジェネレータ4からトルクを出力させる。図12から明らかなように、衝突緩和制御はガタBの範囲内での第1クラッチ板35(サンギアSu1)の回転を許容するものである。但し、制御装置45は、第1クラッチ板35の回転速度がガタBが詰まる時にガタBが詰まる前よりも小さくなるように、つまりその回転速度がガタBが詰まる前後で減速するように、第1モータ・ジェネレータ4の出力トルクを制御して付加トルクtdbの大きさを時間的に変化させる。
As shown in FIG. 11, before the torque reversal, as in the case of FIG. 9, the first
例えば、図14に示すように、制御装置45はトルクの反転時t0からガタBが詰まる時t1までの間に図示のように第1モータ・ジェネレータ4の出力トルクを変化させる。図示の例ではガタBが詰まる時t1に第1モータ・ジェネレータ4の回転速度が0に近づくように出力トルクを制御している。そのため、ガタBが詰まる時の運動エネルギーを可能な限り小さくできるので、ガタBが詰まる時のショックを限界まで低減できる。その後、制御装置45はガタBが詰まった後の所定時t2に第1モータ・ジェネレータ4の出力トルクを0に制御する。これにより、図13に示すように、第1クラッチ板35は反転したトルクtgbが負荷され、かつそのトルクtgbと反対向きで同一の大きさの反力tbを介在部材37から受ける状態となる。なお、ガタBが詰まる時の第1クラッチ板35等の回転速度を0に近づけたり、又は0に完全に一致させたりしなくても、その回転速度が減速されればガタBが詰まる時の衝突が緩和される。従って、回転速度が減速される限りにおいてガタBが詰まる時の回転速度を適宜設定できる。
For example, as shown in FIG. 14, the
(各制御の使い分け)
制御装置45は、ロック機構30に負荷されるトルクが反転する場合、上述した回転阻止制御及び衝突緩和制御をバッテリ18の充電状態(蓄電率)に応じて使い分けている。上述したように、回転阻止制御はトルクの反転時にその反転したトルクを打ち消す方向にトルクを加え続ける必要があるので、トルクの反転時に第1モータ・ジェネレータ4からトルクを出力させる期間がガタBが詰まるまでに限られる衝突緩和制御よりも消費電力が大きい。つまり、回転阻止制御と衝突緩和制御との間には実行に必要な電力に差違がある。そこで、制御装置45は、バッテリ18の蓄電率が高い場合に電力の余裕を考慮して回転阻止制御を実行し、バッテリ18の蓄電率が低い場合に衝突緩和制御を行っている。このような制御の使い分けの一例として、回生制御による回生電力量を考慮した制御の使い分けについて説明する。
(Use of each control properly)
When the torque applied to the
バッテリ18への充電は、車両1Aの減速時に駆動輪10から入力されるエネルギーを利用して第2モータ・ジェネレータ8にて発電させる回生制御によって行われる場合がある。車両1Aが減速する場合、特にコースト走行の場合には内燃機関3の出力トルクが反転する。そのため、固定変速比モードの実行中に車両1Aが減速する場合には、ロック機構30に負荷されるトルクが反転するので、制御装置45は回生制御によって得られる電力量を考慮して、固定変速比モードの下で回転阻止制御若しくは衝突緩和制御のいずれか一方を実行するか、又は固定変速比モードから無段変速比モードへ切り替えるかを状況に応じて使い分ける。
Charging the
図15は、制御装置45が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは制御装置45が持っているROM等の記憶装置に保持されている。図15の制御ルーチンは、(1)固定変速比モードの実行中であること、(2)車両1Aの減速によってロック機構30に負荷されるトルクが反転すること、(3)回生制御を実行すること、の3つの条件が成立していることを前提条件として所定間隔で繰り返し実行される。
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a control routine executed by the
ステップS1では、SOCセンサ48から取得した蓄電率に基づいて要求充電量Cdemを算出する。蓄電率が低い場合は高い場合に比べて充電を行う必要性が高いので充電要求量Cdemが大きくなる。この充電要求量Cdemと蓄電率とは必ずしも一対一に対応する必要はなく、蓄電率とは異なるパラメータを加味して充電要求量Cdemを算出することもできる。
In step S <b> 1, the required charge amount Cdem is calculated based on the power storage rate acquired from the
ステップS2では、回生可能量R1を算出する。回生可能量R1は、回生制御とともに回転阻止制御を実行した場合に得られると予測される電力量である。ステップS3では、回生可能量R2を算出する。回生可能量R2は、回生制御とともに衝突緩和制御を実行した場合に得られると予測される電力量である。ステップS4では、回生可能量R3を算出する。回生可能量R3は、ロック機構30を係合状態から解放状態に切り替えた場合、即ち固定変速比モードから無段変速比モードへ切り替えた場合に得られると予測される電力量である。これらの回生可能量R1〜R3は車両1Aの車速や内燃機関3の回転速度等の運転パラメータに基づいて算出される。なお、上述したように、回転阻止制御の実行に要する電力量は衝突緩和制御の実行に要する電力量よりも大きいので、回生可能量R1は回生可能量R2よりも常に小さい。
In step S2, a regenerative amount R1 is calculated. The regenerative amount R1 is an electric power amount that is predicted to be obtained when the rotation prevention control is executed together with the regeneration control. In step S3, a regenerative amount R2 is calculated. The regenerative amount R2 is an electric power amount that is predicted to be obtained when the collision mitigation control is executed together with the regenerative control. In step S4, a regenerative amount R3 is calculated. The regenerative amount R3 is an amount of electric power that is predicted to be obtained when the
ステップS5では、充電要求量Cdemが回生可能量R1よりも大きいか否かを判定し、充電要求量Cdemが回生可能量R1よりも大きい場合はステップS6に進み、そうでない場合はステップS10に進む。ステップS6では、充電要求量Cdemが回生可能量R2よりも小さいか否かを判定し、充電要求量Cdemが回生可能量R2よりも小さい場合はステップS7に進んで衝突緩和制御を実行する。充電要求量Cdemが回生可能量R2よりも小さい場合は回生制御とともに衝突緩和制御を行うことで充電要求量Cdemを賄うことができるためである。 In step S5, it is determined whether or not the required charge amount Cdem is larger than the regenerative amount R1, and if the required charge amount Cdem is larger than the regenerative amount R1, the process proceeds to step S6. Otherwise, the process proceeds to step S10. . In step S6, it is determined whether or not the required charge amount Cdem is smaller than the regenerative amount R2, and if the required charge amount Cdem is smaller than the regenerative amount R2, the process proceeds to step S7 and collision mitigation control is executed. This is because when the requested charging amount Cdem is smaller than the regenerative amount R2, the requested charging amount Cdem can be covered by performing the collision mitigation control together with the regeneration control.
一方、ステップS6で否定的判定がされたときはステップS8に進み、回生可能量R2が回生可能量R3よりも大きいか否かを判定する。ステップS8では、できるだけ多くの電力量が得られる制御を選ぶため、回生可能量R2が回生可能量R3よりも大きい場合はステップS7に進んで衝突緩和制御を実行し、そうでない場合はステップS9に進みロック機構30を解放状態に操作して固定変速比モードから無段変速比モードへ切り替える。
On the other hand, when a negative determination is made in step S6, the process proceeds to step S8 to determine whether or not the regenerative amount R2 is larger than the regenerative amount R3. In step S8, in order to select a control that can obtain as much power as possible, when the regenerative amount R2 is larger than the regenerative amount R3, the process proceeds to step S7 to execute the collision mitigation control, and otherwise, the process proceeds to step S9. The
ステップS10では、充電要求量Cdemと回生可能量R1との差Δが限界値Lを超えているか否かを判定する。この限界値Lは回生される電力量が過剰になるか否かの基準としての意義を持つ。従って、差Δが限界値Lを超えていない場合は電力量が過剰にならずに充電要求量Cdemを賄えるため、ステップS11に進んで回転阻止制御を実行する。一方、差Δが限界値を超えている場合は回生される電力量が過剰になるので、ステップS12に進みロック機構30を解放状態に操作しつつ第1モータ・ジェネレータ4を力行することにより内燃機関3の回転速度を上昇させて回生電力を消費させる電力消費制御を行う。これによりバッテリ18への過充電等が防止される。
In step S10, it is determined whether or not the difference Δ between the required charging amount Cdem and the regenerative amount R1 exceeds a limit value L. This limit value L has significance as a criterion for determining whether or not the amount of regenerated electric power is excessive. Therefore, when the difference Δ does not exceed the limit value L, the amount of electric power does not become excessive and the required charging amount Cdem can be covered, so that the routine proceeds to step S11 and rotation prevention control is executed. On the other hand, when the difference Δ exceeds the limit value, the amount of electric power regenerated is excessive, so that the process proceeds to step S12 to operate the internal combustion engine by powering the first motor /
以上の制御によれば、ステップS5、ステップS6及びステップS8の判定により、回生制御を回転阻止制御又は衝突緩和制御とともに行うと充電要求量Cdemを賄うことができない場合に、ステップS9によって無段変速比モードに切り替えられる。つまり、充電要求量Cdemを賄うことができる限りにおいては回生制御とともに回転阻止制御又は衝突緩和制御が優先的に実行されて固定変速比モードが維持されることになる。図16は制御装置45が実行する制御の実行優先度と充電可能量との対応関係を示した説明図である。この図から明らかなように、各制御を実行した場合の充電可能量は互いに相違するが、回転阻止制御、衝突緩和制御及び無段変速比モードへの切替制御の順番で実行優先度が設定されている。例えば、どの制御を実行しても充電要求を賄うことができるケースでは回転阻止制御が実行されて固定変速比モードが維持されるが、回転阻止制御及び衝突緩和制御のいずれの制御を実行しても充電要求を賄うことができないケースでは無段変速比モードへの切替制御が実行されることとなる。従って、固定変速比モードと無段変速比モードとの切り替え頻度を低減できるからモードの切り替えに伴うショックの発生頻度を低減できる。
According to the above control, if the regenerative control is performed together with the rotation prevention control or the collision mitigation control based on the determination in step S5, step S6, and step S8, the continuously variable speed change is performed in step S9 when the required charging amount Cdem cannot be covered. Switch to ratio mode. In other words, as long as the charge request amount Cdem can be covered, the rotation prevention control or the collision mitigation control is preferentially executed together with the regeneration control, and the fixed gear ratio mode is maintained. FIG. 16 is an explanatory diagram showing a correspondence relationship between the execution priority of the control executed by the
また、図15の制御ルーチンでは、ステップS8で否定判定された場合、即ち無段変速比モードでの回生可能量R3が回生可能量R2よりも大きい場合を条件として、固定変速比モードから無段変速比モードへの切替制御が実行される。例えば、いずれの制御を実行しても要求充電量Cdemを賄うことができない場合には、回生可能量R3が回生可能量R1及び回生可能量R2に比べて最も大きいときに限って無段変速比モードへの切替制御が行われて無駄なモード切替を回避できるため、結果として最大の電力量を得ることができる。 Further, in the control routine of FIG. 15, if the negative determination is made in step S8, that is, if the regenerative possible amount R3 in the continuously variable transmission ratio mode is larger than the regenerative possible amount R2, the stepless operation from the fixed gear ratio mode is performed. Switching control to the gear ratio mode is executed. For example, when the required charge amount Cdem cannot be covered by any control, the continuously variable transmission ratio is limited only when the regenerative amount R3 is the largest compared to the regenerative amount R1 and the regenerative amount R2. Since switching control to the mode is performed and unnecessary mode switching can be avoided, the maximum amount of power can be obtained as a result.
以上説明した制御を制御装置45が実行することにより、制御装置45は本発明に係る駆動制御手段及び回生制御手段としてそれぞれ機能する。但し、本発明は、上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態では、第1モータ・ジェネレータ4に直結されたサンギアSu1をロック機構30で固定又は解放することにより、固定変速比モードと無段変速比モードとを切り替えているが、モータ・ジェネレータと操作対象要素との間に伝達要素が介在し、その操作対象要素を固定又は解放することにより、固定変速比モードと無段変速比モードとを切り替えることができる形態で本発明を実施することも可能である。
When the
図17は、本発明の他の形態に係る駆動装置2Bを搭載した車両1Bの全体構成を概略的に示している。なお、以下の説明では上記形態と共通の構成については図17に同一の参照符号を付して説明を省略する。この駆動装置2Bは、車両前部に内燃機関が車両後部に駆動輪がそれぞれ配置されたFRレイアウトの駆動装置として構成されている。駆動装置2Bは動力分割機構50を備えており、その動力分割機構50は2組の遊星歯車機構51、52が組み合わされることによって構成されている。
FIG. 17 schematically shows the overall configuration of a vehicle 1B equipped with a
一方の遊星歯車機構51はシングルピニオン型であり、他方の遊星歯車機構52はダブルピニオン型である。一方の遊星歯車機構51は、外歯歯車であるサンギアSu3と、そのサンギアSu3に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアRi3と、これらのギアSu3、Ri3に噛み合うピニオン53を自転かつ公転自在に保持するキャリアCr3とを備えている。他方の遊星歯車機構52は、外歯歯車であるサンギアSu4と、そのサンギアSu4に対して同軸的に配置された内歯歯車であるリングギアRi4と、サンギアSu4に噛み合う第1ピニオン54とリングギアRi4に噛み合う第2ピニオン55とを相互に噛み合わせた状態で自転かつ公転自在に保持するキャリアCr4とを備えている。そして、一方のキャリアCr3と他方のリングギアRi4とが結合されるとともに、一方のリングギアRi3と他方のキャリアCr4とが結合されることによって、2組の遊星歯車機構51、52が組み合わされている。これにより、動力分割機構50は相互に差動回転可能な4つの回転要素を有する機構として構成される。
One
内燃機関3はキャリアCr3(リングギアRi4)に、第1モータ・ジェネレータ4はサンギアSu3に、出力部としての出力軸58はキャリアCr4(リングギアRi3)にそれぞれ連結されている。ロック機構30は、サンギアSu4を固定及びその解除ができるようにサンギアSu4とケース17との間に介在している。従って、図17に示した駆動装置2Bにおいては、4つの回転要素が本発明に係る複数の回転要素に相当するとともに、キャリアCr3とリングギアRi4とが結合した回転要素が本発明に係る第1回転要素に、サンギアSu3が本発明に係る第2回転要素に、キャリアCr4とリングギアRi3とが結合した回転要素が本発明に係る第3回転要素にそれぞれ相当する。そして、ロック機構30にて操作されるサンギアSu4は本発明に係る操作対象要素に相当する。なお、第2モータ・ジェネレータ8は変速機構59を介して出力軸5に連結されている。
The
図17から明らかなように、ロック機構30を係合状態に操作してサンギアSu4を固定することにより、第1モータ・ジェネレータ4が機械的にロックされることはないが、動力分割機構50が持つ変速比にて内燃機関3の回転を変速できる固定変速比モードを実行できる。そして、ロック機構30を解放状態に操作してサンギアSu4の固定を解除することにより無段変速比モードを実行できる。駆動装置2Bにおいても、ロック機構30のガタの存在により、固定変速比モードの実行中に内燃機関3の出力トルクが反転するとロック機構30に負荷されるトルクも反転するので、上記形態の各制御を適用できる。もっとも、衝突緩和制御の実行時における第1モータ・ジェネレータ4の回転量は、ロック機構30のガタBと一致しない。第1モータ・ジェネレータ4とサンギアSu4との間には動力分割機構50の複数要素が介在しており、これらの要素間にはガタが存在し、かつ第1モータ・ジェネレータ4からサンギアSu4までのギア比(変速比)が1でないためである。従って、衝突緩和制御の実行時において、第1モータ・ジェネレータ4から出力させるトルク及びその回転量は上記要素間のガタの存在と上記ギア比とを考慮して定める必要がある。
As is apparent from FIG. 17, the first motor /
本発明に係る係合手段としては、いわゆるカムクラッチと称されるロック機構30の他にも、ガタが存在するものであればどのような機構で実施してもよい。例えば、互いに噛み合う噛み合い歯間にガタが存在する周知のドグクラッチを利用して係合手段を実現してもよい。また、係合手段の駆動源は電磁力を利用したものでなくてもよく、例えば駆動源として油圧を利用するものでもよい。
The engaging means according to the present invention may be implemented by any mechanism other than a
1A、1B 車両
2A、2B 駆動装置
3 内燃機関
4 第1モータ・ジェネレータ(モータ・ジェネレータ)
5 動力分割機構
6 出力ギア(出力部)
8 第2モータ・ジェネレータ(他のモータ・ジェネレータ)
10 駆動輪
18 バッテリ
30 ロック機構(係合手段)
45 制御装置(駆動制御手段、回生制御手段)
1A,
5
8 Second motor / generator (other motor / generator)
10
45 Control device (drive control means, regeneration control means)
Claims (4)
前記駆動制御手段は、前記固定変速比モードの実行時に前記係合手段に負荷されるトルクが反転する場合、前記バッテリの蓄電率が高いときは前記ガタの範囲内での前記操作対象要素の回転を阻止するように前記モータ・ジェネレータからトルクを出力させる回転阻止制御を、前記バッテリの蓄電率が低いときは前記ガタの範囲内で前記操作対象要素の回転を許容するが前記ガタが詰まる時の前記操作対象要素の回転速度が前記ガタが詰まる前よりも小さくなるように前記モータ・ジェネレータからトルクを出力させる衝突緩和制御をそれぞれ実行する車両の駆動装置。 An internal combustion engine, a motor / generator, an output unit for outputting power to driving wheels of a vehicle, a battery to which the motor / generator is electrically connected, and a first rotating element capable of differentially rotating with each other, A plurality of rotating elements including a second rotating element and a third rotating element; the internal combustion engine as the first rotating element; the motor / generator as the second rotating element; and the motor generator as the third rotating element. A power split mechanism in which the output units are connected to each other, and an operation target element that is any one of the plurality of rotating elements excluding the first rotating element and the third rotating element in a rotational direction. The internal combustion engine can be fixed at a gear ratio of the power split mechanism by operating the engaging means so as to fix the looseness and release the fixing, and operating the engaging means so that the operation target element is fixed. organ The rotate speed and a drive control means capable of performing the fixed gear ratio mode for transmitting to the output unit,
When the torque applied to the engaging means is reversed when the fixed gear ratio mode is executed, the drive control means rotates the operation target element within the backlash when the battery has a high storage rate. Rotation prevention control for outputting torque from the motor / generator so as to prevent the rotation of the operation target element is permitted within the range of the backlash when the battery has a low storage rate, but when the backlash is clogged. A vehicle drive device that executes collision mitigation control for outputting torque from the motor / generator so that the rotation speed of the operation target element is smaller than that before the backlash is clogged.
前記駆動制御手段は、前記固定変速比モードの実行時に前記車両の減速要求がなされかつ前記回生制御が行われる場合、前記バッテリの蓄電率に基づいて定められる前記バッテリに対する充電要求量が前記回生制御とともに前記回転阻止制御又は前記衝突緩和制御を実行した場合に得られると予測される電力量である回生可能量よりも大きい場合を条件として、前記操作対象要素の固定が解除されるように前記係合手段を操作することにより前記固定変速比モードから前記動力分割機構の変速比を無段階に変更し得る無段変速比モードへ切り替える請求項1又は2に記載の駆動装置。 Another motor / generator electrically connected to the battery and connected to the output unit, and the other motor / generator using the energy input from the driving wheel during deceleration of the vehicle. Regenerative control means for executing regenerative control, and
When the vehicle speed reduction request is made at the time of execution of the fixed gear ratio mode and the regeneration control is performed, the drive control means determines the amount of charge required for the battery that is determined based on the battery storage rate of the battery. In addition, if the rotation prevention control or the collision mitigation control is executed, the engagement element is released so that the operation target element is unlocked on the condition that it is larger than a regenerative amount that is an electric energy predicted to be obtained. The drive device according to claim 1 or 2, wherein the driving device is switched from the fixed gear ratio mode to a continuously variable gear ratio mode in which a gear ratio of the power split mechanism can be changed steplessly by operating a combination means.
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