JP2017035962A - フライホイールシステム、及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化したフライホイールシステムを提供する。
【解決手段】遊星歯車機構５のリングギヤ５１、またはサンギヤ５２の第１回転要素に第１モータジェネレータＭＧ１を接続し、フライホイール３の回転軸３ａに第２モータジェネレータＭＧ２を接続し、フライホイール回生を開始する場合、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２によって、第１回転要素、及びフライホイール３の回転速度を増加させる。
【選択図】 図２

Description

本発明はフライホイールシステム、及びその制御方法に関するものである。

遊星歯車機構のキャリアをトランスミッションの出力軸に接続し、サンギヤをワンウェイクラッチを介してオルタネータとフライホイールとに接続し、リングギヤをトルク調整装置に接続するフライホイール回生システムが、特許文献１に開示されている。

特開２０１３−２１６１３８号公報

上記の技術では、フライホイールによって回生を行う場合には、トルク調整装置によってリングギヤの回転速度を低下させて、フライホイールの回転速度を増加させている。しかし、フライホイールの回転速度が低い、例えばゼロとなっている状態から回生を開始する場合には、トルク調整装置で大きな力を発生させる必要があり、トルク調整装置が大型化する、といった問題点がある。また、トルク調整装置が湿式クラッチ機構を有する電子制御式ブレーキであるため、リングギヤの回転速度を調整する際、常に湿式クラッチ機構がスリップ状態になるので、トルク調整装置における発熱ロスが大きくなり、運動エネルギーの回生効率が低下する、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、フライホイールシステムが大型化することを抑制し、回生効率を向上させることを目的とする。

本発明のある態様に係るフライホイールシステムは、減速時の運動エネルギーで回転するフライホイールと、フライホイールと、駆動源と無段変速機との間に設けられた軸との間に設けた遊星歯車機構とを備え、減速時にフライホイールで制動力を発生させるフライホイール回生を行うフライホイールシステムであって、遊星歯車機構のリングギヤ、及び遊星歯車機構のサンギヤのうち一方の回転要素である第１回転要素に接続する第１モータジェネレータと、フライホイールの回転軸に接続する第２モータジェネレータと、フライホイール回生を開始する場合、第１モータジェネレータ、及び第２モータジェネレータによって、第１回転要素、及びフライホイールの回転速度を増加させる制御部と、を備える。

本発明の別の態様に係るフライホイールシステムの制御方法は、減速時の運動エネルギーで回転するフライホイールと、フライホイールと、駆動源と無段変速機との間に設けられた軸との間に設けた遊星歯車機構と、遊星歯車機構のリングギヤ、及び遊星歯車機構のサンギヤのうち一方の回転要素である第１回転要素に連係する第１モータジェネレータと、フライホイールの回転軸に連係する第２モータジェネレータとを備え、減速時にフライホイールで制動力を発生させるフライホイール回生を行うフライホイールシステムを制御する制御方法であって、フライホイール回生を開始する場合、記第１モータジェネレータ、及び第２モータジェネレータによって、第１回転要素、及びフライホイールの回転速度を増加させる。

これら態様によると、第１モータジェネレータ、及び第２モータジェネレータによって、第１回転要素、及びフライホイールの回転速度を増加させることができるので、第１モータジェネレータを小型にすることができる。また、回生時に発生する発熱ロスを低減し、回生時に第１モータジェネレータで生じた電力を蓄えることができるので、回生効率を向上させることができる。

本実施形態の車両を示す概略構成図である。 フライホイール回生、及びフライホイール走行を行った場合のタイムチャートである。 フライホイール回生における遊星歯車機構の各回転要素の回転速度を示す図である。 フライホイール回生における制御を説明するフローチャートである。 フライホイール走行における遊星歯車機構の各回転要素の回転速度を示す図である。 フライホイール走行における制御を説明するフローチャートである。 本実施形態の変形例の車両を示す概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜車両構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るフライホイール回生システムを備えた車両１００の全体構成を示している。

車両１００は、エンジン１と、トルクコンバータ２と、フライホイール３と、無段変速機４と、遊星歯車機構５と、第１モータジェネレータＭＧ１と、第２モータジェネレータＭＧ２と、終減速装置７と、差動装置８と、左右の駆動輪９と、油圧回路１０と、コントローラ１１とを備える。

エンジン１とトルクコンバータ２との間には、電動アクチュエータを作動することにより締結解放状態が切り換えられる発進クラッチＣＬｓが設けられている。

無段変速機４は、トルクコンバータ２と駆動輪９との間に設けられる。無段変速機４は、エンジン１側に設けたプライマリプーリと、駆動輪９側に設けたセカンダリプーリとの間にベルトを掛け回して構成される。無段変速機４では、プライマリプーリ、及びセカンダリプーリに供給される油圧が制御されることで、各プーリとベルトとの接触半径が変更され、変速比ｉが変更される。無段変速機４の変速比ｉは、プライマリプーリの回転速度をセカンダリプーリの回転速度で除算することで算出される。変速比ｉが大きくなることをダウンシフトといい、変速比ｉが小さくなることをアップシフトと言う。

遊星歯車機構５は、シングルピニオン遊星歯車であり、無段変速機４とトルクコンバータ２との間に設けた無段変速機４の入力軸４ａに、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及びギヤ列１３を介して断接可能となるように設けられる。遊星歯車機構５のキャリア５０は、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及びギヤ列１３を介して、無段変速機４の入力軸４ａに断接可能である。遊星歯車機構５のリングギヤ５１（第１回転要素）は、ギヤ１４を介して第１モータジェネレータＭＧ１に接続する。遊星歯車機構５のサンギヤ５２（第１回転要素）は、第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してフライホイール３の回転軸３ａに断接可能であり、さらにワンウェイクラッチＯＷＣを介してフライホイール３の回転軸３ａに断接可能である。

ワンウェイクラッチＯＷＣは、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転速度Ｎｆｗよりも高い場合にロックされ、サンギヤ５２からフライホイール３へ回転を伝達し、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転速度Ｎｆｗよりも低い場合にはロックされず、サンギヤ５２、及びフライホイール３は自由に回転する。つまり、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗがサンギヤ５２の回転速度Ｎｓよりも高い場合には、ワンウェイクラッチＯＷＣが空転するので、フライホイール３は、サンギヤ５２を連れ回すことなく、自由に回転可能となる。

第１ドグクラッチＤＯＧ１は、キャリア５０と無段変速機４の入力軸４ａとを断接する。第２ドグクラッチＤＯＧ２は、サンギヤ５２とフライホイール３の回転軸３ａとを断接する。

第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２は、電動アクチュエータを作動することにより締結解放状態が切り換えられるクラッチであり、各部材間の駆動力伝達状態を切り換える。なお、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２の締結解放状態を切り換える駆動装置として、油圧式の駆動装置を用いてもよい。

フライホイール３は第２ドグクラッチＤＯＧ２、またはワンウェイクラッチＯＷＣを介してサンギヤ５２に断接可能となるように配置される。フライホイール３は、金属製の円筒体又は円盤であり、回転時の風損を低減するために真空又は減圧された容器内に収容されている。フライホイール３は、第２ドグクラッチＤＯＧ２が締結されている場合、またはサンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転速度Ｎｆｗよりも高い場合にサンギヤ５２と共に回転する。

第１モータジェネレータＭＧ１は、バッテリー１６からの電力供給を受けて回転駆動するモータとして機能する。また、第１モータジェネレータＭＧ１は、駆動輪９、またはフライホイール３から回転エネルギー（運動エネルギー）を受ける場合には、ジェネレータとして機能することができ、発電した電力によってバッテリー１６を充電する。

第２モータジェネレータＭＧ２は、フライホイール３と同軸上に配置され、第２モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、フライホイール３の回転軸３ａと一体回転する。第２モータジェネレータＭＧ２は、バッテリー１６からの電力供給を受けて回転駆動するモータとして機能する。また、第２モータジェネレータＭＧ２は、フライホイール３から回転エネルギーを受ける場合には、ジェネレータとして機能することができ、発電した電力によってバッテリー１６を充電する。

油圧回路１０は、コントローラ１１からの信号を受けて動作するソレノイド弁等で構成され、トルクコンバータ２、無段変速機４、及びオイルポンプ１７と油路を介して接続される。油圧回路１０は、オイルポンプ１７から吐出された油により発生した油圧を元圧として、トルクコンバータ２、及び無段変速機４で必要とされる油圧を生成し、生成した油圧を各部位に供給する。

コントローラ１１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等で構成され、コントローラ１１には、エンジン１の回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ２０、無段変速機４の入力軸４ａの回転速度Ｎｉｎを検出する入力回転速度センサ２１、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗを検出するフライホイール回転速度センサ２２、車速ＶＳＰを検出する車速ＶＳＰセンサ２３、アクセルペダル１８の開度であるアクセルペダル開度ＡＰＯを検出するアクセルペダル開度ＡＰＯセンサ２４、ブレーキペダル１９が踏み込まれた際のブレーキ液圧ＢＲＰを検出するブレーキ液圧センサ２５、キャリア５０の回転速度Ｎｃを検出するキャリア回転速度センサ２６、第１モータジェネレータＭＧ１の回転軸の回転速度Ｎｍを検出するモータジェネレータ回転速度検出センサ２７等からの信号が入力される。

コントローラ１１は、入力される信号に基づき各種演算を行い、トルクコンバータ２のトルク容量、無段変速機４の変速比ｉ、発進クラッチＣＬｓ、第１ドグクラッチＤＯＧ１、第２ドグクラッチＤＯＧ２の締結解放状態、第１モータジェネレータＭＧ１、第２モータジェネレータＭＧ２の作動状態を制御する。特に、運転者がブレーキペダル１９を踏み込み、車両１００が減速する時は、コントローラ１１は、発進クラッチＣＬｓ、第１ドグクラッチＤＯＧ１、第２ドグクラッチＤＯＧ２の締結解放状態を制御し、駆動輪９から入力される回転でフライホイール３を回転させ、車両１００が持つ運動エネルギーをフライホイール３の運動エネルギーに変換することで、車両１００の運動エネルギーを回生する。以下において、フライホイール３に運動エネルギーを保存し、車両１００を減速させることをフライホイール回生という。

回生された運動エネルギーは、フライホイール３に保存することができる。また、フライホイール３に保存されている運動エネルギーを車両１００の発進や加速の力行時に利用することができる。以下において、フライホイール３に保存されている運動エネルギーを放出することで車両１００を発進、加速させることをフライホイール走行という。

次に、本実施形態の作用について説明する。

＜フライホイール回生＞
フライホイール回生について、図２、及び図３を用いて説明する。図２は、フライホイール回生後、フライホイール走行を行う場合のタイムチャートである。図２において、時間を英字で示しており、英字で示す時間の間のフェーズを数字で示している。図３は、遊星歯車機構５の各回転要素（サンギヤ５２、キャリア５０、リングギヤ５１）の回転速度を示す図である。図３（ａ）は、フライホイール回生時における、車速ＶＳＰと、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度との関係を示す図である。図３（ｂ）は、フライホイール回生時における遊星歯車機構５の速度線図である。図３（ａ）の英字は、図２において同じ英字を付した時間における車速ＶＳＰを示し、図３（ｂ）の英字は、その時間における遊星歯車機構５の状態を示す。図３（ａ）の数字は、図２において同じ数字を付した期間の車速ＶＳＰ、及び回転速度の変化を示し、図３（ｂ）の数字は、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度の変化を示す。図２においては、エンジン１の回転速度Ｎｅを一点鎖線で示し、無段変速機４の入力軸４ａの回転速度Ｎｉｎを破線で示し、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗを二点鎖線で示し、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度を実線で示す。

アクセルペダル１８が踏み込まれているフェーズ０では、エンジン１からの駆動力伝達のみによって車両１００が走行している。フェーズ０では、発進クラッチＣＬｓは締結され、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２は解放されている。また、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２は停止している。第１ドグクラッチＤＯＧ１が開放されており、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２が停止しているので、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度はゼロである。

時間Ａにおいて、アクセルペダル１８の踏み込みがなくなり、アクセルペダル開度ＡＰＯがゼロになり、ブレーキペダル１９が踏み込まれると、フライホイール回生を行うための準備を開始する。ここでは、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能（力行）させて、遊星歯車機構５のリングギヤ５１を回転させる。また、第２モータジェネレータＭＧ２をモータとして機能（力行）させて、フライホイール３を回転させる。また、エンジン１への燃料噴射が中止され、無段変速機４の変速比ｉが現在の変速比に固定される。

フェーズ１では、第１ドグクラッチＤＯＧ１前後の回転速度差、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなるように、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２によってリングギヤ５１の回転速度Ｎｒ、及びフライホイール３の回転速度Ｎｆｗを増加させる。なお、このときの遊星歯車機構５の各回転要素、及びフライホイール３の回転方向を正方向とする。サンギヤ５２とフライホイール３の回転軸３ａとの間には、ワンウェイクラッチＯＷＣが設けられており、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転速度Ｎｆｗよりも高い場合には、フライホイール３は、ワンウェイクラッチＯＷＣによって連れ回され、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓとフライホイール３の回転速度Ｎｆｗとは一致する。フェーズ１では、第２モータジェネレータＭＧ２によってフライホイール３の回転がアシストされ、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２によって、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒ、及びサンギヤ５２の回転速度Ｎｓが増加する。

時間Ｂにおいて、第１ドグクラッチＤＯＧ１前後の回転速度差、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロになると、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結する。第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結すると、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能（回生）させる。また、第２モータジェネレータＭＧ２を停止させる。ここでは、時間Ｂにおいて、第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結したが、フェーズ１の段階で第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結しても良い。

フェーズ２では、第１モータジェネレータＭＧ１がジェネレータとして機能するので、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが低下し、キャリア５０の回転速度Ｎｃが低下する。また、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓが増加し、第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してサンギヤ５２に接続するフライホイール３の回転速度Ｎｆｗが増加する。フェーズ２では、第１モータジェネレータＭＧ１、及びフライホイール３で回生が行われることで、制動力が発生し、車速ＶＳＰが低下する。第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させることで生じた電力は、バッテリー１６に充電される。時間Ｂにおいて、第１ドグクラッチＤＯＧ１が締結することで、無段変速機４の入力軸４ａの回転速度Ｎｉｎとキャリア５０の回転速度Ｎｃとが一致する。

時間Ｃにおいて、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロになると、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１の回転方向が逆方向となるように回転させる。以下、この回転方向を負方向とする。

フェーズ３では、第１モータジェネレータＭＧ１によってリングギヤ５１が負方向に回転することで、サンギヤ５２（フライホイール３）の回転速度Ｎｓが増加するとともに、キャリア５０の回転速度Ｎｃが低下する。フェーズ３では、フライホイール３で回生が行われることで、制動力が発生し、車速ＶＳＰが低下する。

時間Ｄにおいて、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが所定回転速度Ｎｐｒｅ以下になると、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが所定回転速度Ｎｐｒｅに維持されるように、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐを維持し、無段変速機４でダウンシフトを開始する。所定回転速度Ｎｐｒｅは、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐを最大出力としたときに維持可能な値である。

フェーズ４では、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが第１モータジェネレータＭＧ１によって所定回転速度Ｎｐｒｅに維持され、無段変速機４をダウンシフトすることで、キャリア５０の回転速度Ｎｃが増加する。これにより、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓが増加し、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗも増加する。フェーズ４では、フライホイール３で回生が行われることで、制動力が発生し、車速ＶＳＰが低下する。また、フェーズ４では、図３には表していないが、要求減速度に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２を制御し、制動力を調整している。

無段変速機４の変速は、各プーリに供給される油圧を制御することで行われる。一方、第２モータジェネレータＭＧ２は、コントローラ１１から送られる制御信号に基づいて制御される。そのため、第２モータジェネレータＭＧ２における応答時間は、無段変速機４における応答時間よりも短い。フェーズ４では、要求減速度に対する応答時間を短くするために、第２モータジェネレータＭＧ２によってフライホイール３の回転速度Ｎｆｗの増加速度を調整し、要求減速度に応じた制動力を発生させている。

時間Ｅにおいて、無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなると、第１モータジェネレータＭＧ１を停止し、第２ドグクラッチＤＯＧ２を解放する。

フェーズ５では、第１モータジェネレータＭＧ１が停止し、第２ドグクラッチＤＯＧ２が解放されるので、第１モータジェネレータＭＧ１、及びフライホイール３による回生は行われず、第１モータジェネレータＭＧ１、及びフライホイール３によって制動力は発生しない。フェーズ５では、駆動輪９に設けた制動ブレーキ（図示せず）によって要求減速度に応じた制動力が発生している。なお、無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなり、第１モータジェネレータＭＧ１が停止し、第２ドグクラッチＤＯＧ２が解放されると、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転軸３ａの回転速度Ｎｉｎよりも低くなるので、ワンウェイクラッチＯＷＣは空転する。これにより、遊星歯車機構５とフライホイール３との間で回転の伝達が行われなくなり、第２ドグクラッチＤＯＧ２が解放された時の運動エネルギーがフライホイール３に保存される。

時間Ｆにおいて、車両１００が停止し、車速ＶＳＰがゼロとなり、キャリア５０、リングギヤ５１、及びサンギヤ５２の回転速度はゼロとなる。

フェーズ６では、時間Ｆの状態が保持される。なお、第２ドグクラッチＤＯＧ２が解放されているので、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗはほぼ一定に維持される。

次に、フライホイール回生について、図４のフローチャートを用いて説明する。ここでは、アクセルペダル１８の踏み込みがなく、ブレーキペダル１９が踏み込まれることで、フライホイール回生を開始するものとする。

ステップＳ１００では、コントローラ１１は、無段変速機４の変速比ｉを、現在の変速比に固定する。

ステップＳ１０１では、コントローラ１１は、第１ドグクラッチＤＯＧ１前後の回転速度差、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなるように、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２をモータとして機能させる（時間Ａ）。

ステップＳ１０２では、コントローラ１１は、第１ドグクラッチＤＯＧ１前後の回転速度差、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロになったかどうか判定する。各ドグクラッチ前後の回転速度差がゼロになると処理はステップＳ１０３に進む（フェーズ１）。

ステップＳ１０３では、コントローラ１１は、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結する（時間Ｂ）。これにより、駆動輪９の回転がフライホイール３に伝達され、フライホイール回生が開始される。

ステップＳ１０４では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させ、第２モータジェネレータＭＧ２を停止する（時間Ｂ）。

ステップＳ１０５では、コントローラ１１は、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロ以下となったかどうか判定する。リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロとなるまで処理はステップＳ１０４に戻り、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロ以下となると処理はステップＳ１０６に進む（フェーズ２）。

ステップＳ１０６では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１の回転方向を負方向にする（時間Ｃ）。

ステップＳ１０７では、コントローラ１１は、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが所定回転速度Ｎｐｒｅ以下となったかどうか判定する。リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが所定回転速度Ｎｐｒｅ以下となるまでは処理はステップＳ１０６に戻り、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが所定回転速度Ｎｐｒｅ以下となると処理はステップＳ１０８に進む（フェーズ３）。

ステップＳ１０８では、コントローラ１１は、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒを所定回転速度Ｎｐｒｅに維持するように第１モータジェネレータＭＧ１を制御する（時間Ｄ）。

ステップＳ１０９では、コントローラ１１は、無段変速機４をダウンシフトする（時間Ｄ）。なお、コントローラ１１は、要求駆動力に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２を制御する。

ステップＳ１１０では、コントローラ１１は、無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなったかどうか判定する。無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなるまで処理はステップＳ１０９に戻り、無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなると処理はステップＳ１１１に進む（フェーズ４）。

ステップＳ１１１では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２を停止し、第２ドグクラッチＤＯＧ２を解放する（時間Ｅ）。

＜フライホイール走行＞
フライホイール走行について、図２、及び図５を用いて説明する。図５は、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度を示す図である。図５（ａ）は、フライホイール走行時における、車速ＶＳＰと、遊星歯車機構５の各回転要素（サンギヤ５２、キャリア５０、リングギヤ５１）の回転速度との関係を示す図である。図５（ｂ）は、フライホイール走行時における遊星歯車機構５の速度線図である。図５（ａ）の英字は、図２において同じ英字を付した時間における車速ＶＳＰを示し、図５（ｂ）の英字は、その時間における遊星歯車機構５の状態を示す。図５（ａ）の数字は、図２において同じ数字を付した期間の車速ＶＳＰ、及び回転速度の変化を示し、図５（ｂ）の数字は、遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度の変化を示す。

時間Ｇにおいて、ブレーキペダル１９の踏み込みがなくなると、フライホイール走行を行うための準備を開始する。ここでは、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１を回転させる。なお、第１モータジェネレータＭＧ１によって回転させるリングギヤ５１の回転方向は負方向である。

フェーズ７では、車両１００が発進しておらず、第１ドグクラッチＤＯＧ１が締結しているのでキャリア５０の回転速度Ｎｃはゼロであり、第１モータジェネレータＭＧ１によってリングギヤ５１が負方向に回転することで、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓが増加する。フェーズ７では、第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなるように、第１モータジェネレータＭＧ１によってサンギヤ５２の回転速度Ｎｓを増加させる。なお、第２モータジェネレータＭＧ２も駆動させて、第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなるようにしてもよい。

時間Ｈにおいて、第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなると、第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結する。第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結すると、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させる。第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結することで、フライホイール３の回転が、遊星歯車機構５、無段変速機４などを介して駆動輪９に伝達され、フライホイール走行が開始される。

フェーズ８では、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させ、フライホイール走行を開始することで、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒが低下し、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓが低下し、キャリア５０の回転速度Ｎｃが増加し、車速ＶＳＰが増加する。無段変速機４の変速比ｉは変更されず、最Ｌｏｗとなっている。

時間Ｉにおいて、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロになると、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１を回転させる。第１モータジェネレータＭＧ１によって回転させるリングギヤ５１の回転方向は正方向である。

フェーズ９では、第１モータジェネレータＭＧ１によってリングギヤ５１の回転速度Ｎｒを増加させることで、フライホイール走行をアシストする。これにより、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓが低下すると共に、キャリア５０の回転速度Ｎｃが増加し、車速ＶＳＰが増加する。

時間Ｊにおいて、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１となると、無段変速機４のアップシフトを開始する。所定出力Ｐ１は、予め設定された値であり、例えば第１モータジェネレータＭＧ１の最大出力である。第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１となると、要求加速度を実現するために、無段変速機４のアップシフトを開始する。

フェーズ１０では、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１に維持されて、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗが低下することで、キャリア５０の回転速度Ｎｃが低下するが、無段変速機４をアップシフトすることで、車速ＶＳＰは増加する。また、フェーズ１０では、図５には図示しないが、要求加速度に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２を制御し、フライホイール走行における駆動力を調整している。第２モータジェネレータＭＧ２を用いて駆動力を調整することで、要求加速度に対する応答性を良くすることができる。

時間Ｋにおいて、無段変速機４の変速比ｉが、エンジン走行時におけるエンジン変速線上の変速比となると、エンジン１を始動し、発進クラッチＣＬｓを締結し、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を解放し、第１モータジェネレータＭＧ１を停止する。エンジン変速線は、エンジン１により走行させる場合に用いられる変速線であり、この変速線に沿って無段変速機４の変速比が変更されることで、エンジン１の燃費が良くなる。また、第２モータジェネレータＭＧ２をジェネレータとして機能させる。

フェーズ１１では、エンジン１で発生した回転が駆動輪９に伝達され、車速ＶＳＰが増加する。フェーズ１１では、第１ドグクラッチＤＯＧ１が解放され、第１モータジェネレータＭＧ１が停止するので、リングギヤ５１、キャリア５０、及びサンギヤ５２の回転速度Ｎｓが低下する。また、第２ドグクラッチＤＯＧ２が解放されることで、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗがサンギヤ５２の回転速度Ｎｓよりも高い場合には、ワンウェイクラッチＯＷＣが空転する。フェーズ１１では、第２モータジェネレータＭＧ２をジェネレータとして機能させることで、フライホイール３に蓄積された運動エネルギーを用いて第２モータジェネレータＭＧ２で発電を行うので、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗが低下する。第２モータジェネレータＭＧ２で生じた電力は、バッテリー１６に充電される。なお、時間Ｋにおいて、第２ドグクラッチＤＯＧ２を解放せずに、第１モータジェネレータＭＧ１、及び第２モータジェネレータＭＧ２をジェネレータとして機能させてもよい。

時間Ｌにおいて、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗがゼロになると、第２モータジェネレータＭＧ２を停止する。

次に、フライホイール走行について、図６のフローチャートを用いて説明する。ここでは、発進クラッチＣＬｓが解放されており、第１ドグクラッチＤＯＧ１が締結し、無段変速機４の変速比ｉが最Ｌｏｗとなっており、ブレーキペダル１９の踏み込みがなくなることで、フライホイール走行を開始するものとする。

ステップＳ２００では、コントローラ１１は、無段変速機４の変速比ｉを現在の変速比に固定する。図２、図５を用いて説明した状況では、無段変速比の変速比ｉは最Ｌｏｗとなっているので、最Ｌｏｗに固定される。なお、固定する変速比は、本制御を開始し、フライホイール走行を開始する際の変速比よりもＬｏｗ側の変速比としてもよい。

ステップＳ２０１では、コントローラ１１は、第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差をゼロとするように、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１を負方向に回転させる（時間Ｇ）。

ステップＳ２０２では、コントローラ１１は、第２ドグクラッチＤＯＧ２の回転速度差がゼロになったかどうか判定する（フェーズ７）。第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロになると処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３では、コントローラ１１は、第２ドグクラッチＤＯＧ２を締結する（時間Ｈ）。これにより、フライホイール３の回転が駆動輪９に伝達され、フライホイール走行が開始される。

ステップＳ２０４では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させる（時間Ｈ）。

ステップＳ２０５では、コントローラ１１は、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロとなったかどうか判定する（フェーズ８）。リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロとなるまで処理はステップＳ２０４に戻り、リングギヤ５１の回転速度Ｎｒがゼロになると処理はステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させて、リングギヤ５１を正方向に回転させる（時間Ｉ）。

ステップＳ２０７では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１以上となったかどうか判定する（フェーズ９）。第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１よりも小さい場合には処理はステップＳ２０３に戻り、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１以上となった場合には処理はステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０８では、コントローラ１１は、無段変速機４をアップシフトする（時間Ｊ）。なお、コントローラ１１は、要求加速度に応じて、第２モータジェネレータＭＧ２を制御する。

ステップＳ２０９では、コントローラ１１は、無段変速機４の変速比ｉが、エンジン変速線上の変速比よりもＬｏｗ側であるかどうか、つまり無段変速機４の変速比ｉがエンジン変速線上の変速比よりも大きいかどうか判定する（フェーズ１０）。無段変速機４の変速比ｉが所定変速比よりもＬｏｗ側である場合には処理はステップＳ２０８に戻り、無段変速機４の変速比ｉがエンジン変速線上の変速比となった場合には処理はステップＳ２１０に進む（時間Ｋ）。

ステップＳ２１０では、コントローラ１１は、第１モータジェネレータＭＧ１を停止し、第２モータジェネレータＭＧ２をジェネレータとして機能させ、発進クラッチＣＬｓを締結し、第１ドグクラッチＤＯＧ１、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を解放する（時間Ｋ）。

ステップＳ２１１では、コントローラ１１は、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗがゼロとなったかどうか判定する（フェーズ１１）。フライホイール３の回転速度Ｎｆｗがゼロとなると処理はステップＳ２１２に進む。

ステップＳ２１２では、コントローラ１１は、第２モータジェネレータＭＧ２を停止する（時間Ｌ）。

本発明の実施形態の効果について説明する。

フライホイール回生を開始する場合に、第１モータジェネレータＭＧ１によってリングギヤ５１の回転速度Ｎｒを増加させ、及び第２モータジェネレータＭＧ２によってフライホイール３の回転速度Ｎｆｗを増加させる。このように、フライホイール回生を開始する場合に、第２モータジェネレータＭＧ２によってフライホイール３の回転速度Ｎｆｗの増加をアシストしつつ、第１モータジェネレータＭＧ１によって遊星歯車機構５の各回転要素の回転速度を増加させる。これにより、第１モータジェネレータＭＧ１で発生させる力を小さくし、小型の第１モータジェネレータＭＧ１を用いることができる（請求項１、及び１４に対応する効果）。

第１モータジェネレータＭＧ１の代わりに、摩擦ブレーキ機構を用いることも可能であるが、この場合、回生時のエネルギーが摩擦ブレーキ機構による発熱によって消費され、回生効率が低下する。本実施形態では、第１モータジェネレータＭＧ１を用いることで、回生時のエネルギーが発熱によって消費されることを抑制し、回生効率を向上させることができる（請求項１、及び１４に対応する効果）。

フライホイール回生時に、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させてリングギヤ５１の回転速度Ｎｒを低下させて、フライホイール回生を行う。これにより、フライホイール回生を行いつつ、第１モータジェネレータＭＧ１で生じた電力によってバッテリー１６を充電することができる（請求項２に対応する効果）。

フライホイール回生時に、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させた後、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させ、リングギヤ５１の回転方向を負方向とすることで、フライホイール３の回転速度Ｎｆｗを増加させ、フライホイール回生を行う。これにより、無段変速機４をダウンシフトせずに、フライホイール回生を行うことができる（請求項３に対応する効果）。

フライホイール回生時に、リングギヤ５１の回転方向が負方向となった後に、無段変速機４でダウンシフトを行う。これにより、フライホイール回生を行う際の無段変速機４のダウンシフトの開始タイミングを遅くすることができ、フライホイール回生を長く実施することができる。そのため、制動ブレーキの使用頻度を少なくし、制動ブレーキの劣化を抑制することができる（請求項４に対応する効果）。

フライホイール回生時に、無段変速機４でダウンシフトを行っている間、要求減速度に応じて第２モータジェネレータＭＧ２を制御する。これにより、運転者の要求減速度に対する応答性を向上させることができ、減速度を精度良く演出することができ、運転者に違和感を与えることを抑制することができる（請求項５に対応する効果）。

フライホイール走行時に、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させる。これにより、フライホイール走行時を行いつつ、第１モータジェネレータＭＧ１で生じた電力によってバッテリー１６を充電することができる（請求項６に対応する効果）。

フライホイール走行時に、第１モータジェネレータＭＧ１をジェネレータとして機能させた後、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させ、リングギヤ５１の回転方向を正方向とすることで、キャリア５０の回転速度Ｎｃを増加させ、フライホイール走行を行う。これにより、無段変速機４をアップシフトせずに、フライホイール走行を行うことができる（請求項７に対応する効果）。

フライホイール走行時に、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させた後、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１となるまでの間、無段変速機４の変速比ｉを最Ｌｏｗに保持する。これにより、無段変速機４をアップシフトさせる際に、無段変速機４の変速比ｉがエンジン走行時におけるエンジン変速線上の変速比となるまでの間の余裕を持たせることができる（請求項８に対応する効果）。

フライホイール走行時に、第１モータジェネレータＭＧ１をモータとして機能させた後、第１モータジェネレータＭＧ１の出力Ｐが所定出力Ｐ１となると、無段変速機４でアップシフトを行う。これにより、無段変速機４でアップシフトを開始するタイミングを遅くすることで、フライホイール走行を長く実施することができる。そのため、エンジン１による走行開始タイミングを遅くし、エンジン１で消費される燃料を低減し、燃費を向上することができる（請求項９に対応する効果）。

フライホイール走行時に、無段変速機４でアップシフトを行っている間、要求加速度に応じて第２モータジェネレータＭＧ２を制御する。これにより、運転者の要求加速度に対する応答性を向上させることができ、加速度を精度良く演出することができ、運転者に違和感を与えることを抑制することができる（請求項１０に対応する効果）。

フライホイール走行時に、無段変速機４でアップシフトを行っている場合、無段変速機４の変速比ｉが、エンジン走行時におけるエンジン変速線上の変速比となると、発進クラッチＣＬｓを締結し、エンジン１による走行に切り換える。これにより、エンジン１による走行時に、エンジン１を燃費良く動作させることができる（請求項１１に対応する効果）。

キャリア５０と無段変速機４の入力軸４ａとの間に第１ドグクラッチＤＯＧ１を設け、キャリア５０と入力軸４ａとを断接可能とする。これにより、第１モータジェネレータＭＧ１などを入力軸４ａから完全に切り離すことができる。例えば第１モータジェネレータＭＧ１やフライホイール３に不具合が生じた場合にも、第１モータジェネレータＭＧ１などを入力軸４ａから完全に切り離すことができる（請求項１２に対応する効果）。

サンギヤ５２とフライホイール３の回転軸３ａとの間に第２ドグクラッチＤＯＧ２を設け、サンギヤ５２と回転軸３ａとを断接可能とする。これにより、サンギヤ５２と回転軸３ａとの間のワンウェイクラッチＯＷＣを設け、フライホイール回生時に車速ＶＳＰが低くなり、サンギヤ５２の回転速度Ｎｓがフライホイール３の回転速度Ｎｆｗよりも低くなった場合に、サンギヤ５２とフライホイール３とを自動的に切り離すことができる。そのため、コントローラ１１で行う制御を容易にすることができる（請求項１３に対応する効果）。

本実施形態の変形例として、図７に示すように、第１モータジェネレータＭＧ１と、フライホイール３、第２モータジェネレータＭＧ２、及びワンウェイクラッチＯＷＣとの配置を逆にしてもよい。変形例では、遊星歯車機構５のサンギヤ５２に第１モータジェネレータＭＧ１が接続される。また、遊星歯車機構５のリングギヤ５１に、ギヤ１４、及びワンウェイクラッチＯＷＣを介してフライホイール３の回転軸３ａが断接可能であり、さらにギヤ１４、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２を介してフライホイール３の回転軸３ａが断接可能である。

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。

上記実施形態では、第１ドグクラッチＤＯＧ１前後の回転速度差、及び第２ドグクラッチＤＯＧ２前後の回転速度差がゼロとなると、各ドグクラッチを締結したが、締結ショックが小さく、各ドグクラッチＤＯＧ１、ＤＯＧ２を劣化させない回転速度差となった場合に締結してもよい。

上記実施形態では、ドグクラッチを用いて説明したが、これに限られず、他のクラッチ、例えば摩擦クラッチを用いてもよい。

また、非通電時の第１モータジェネレータＭＧ１や遊星歯車機構５などにおけるフリクションが十分に小さく、また各構成におけるイナーシャが十分に小さい場合には、第１モータジェネレータＭＧ１への通電の有無のみで第１ドグクラッチＤＯＧ１の機能を実現することができる。このような場合には、第１ドグクラッチＤＯＧ１を省略してもよい。

１ エンジン（駆動源）
３ フライホイール
４ 無段変速機
５ 遊星歯車機構
１１ コントローラ（制御手段）
５０ キャリア
５１ リングギヤ
５２ サンギヤ
ＣＬｓ 発進クラッチ（第１クラッチ）
ＤＯＧ１ 第１ドグクラッチ（第２クラッチ）
ＤＯＧ２ 第２ドグクラッチ（第３クラッチ）
ＭＧ１ 第１モータジェネレータ
ＭＧ２ 第２モータジェネレータ

Claims (14)

1. 減速時の運動エネルギーで回転するフライホイールと、
   前記フライホイールと、駆動源と無段変速機との間に設けられた軸との間に設けた遊星歯車機構とを備え、前記減速時に前記フライホイールで制動力を発生させるフライホイール回生を行うフライホイールシステムであって、
   前記遊星歯車機構のリングギヤ、及び前記遊星歯車機構のサンギヤのうち一方の回転要素である第１回転要素に接続する第１モータジェネレータと、
   前記フライホイールの回転軸に接続する第２モータジェネレータと、
   前記フライホイール回生を開始する場合、前記第１モータジェネレータ、及び前記第２モータジェネレータによって、前記第１回転要素、及び前記フライホイールの回転速度を増加させる制御手段と、
   を備えることを特徴とするフライホイールシステム。
2. 請求項１に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール回生時に、前記第１モータジェネレータをジェネレータとして機能させて前記第１回転要素の回転速度を減少させる、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
3. 請求項２に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール回生時に、前記第１モータジェネレータによって前記第１回転要素の回転速度を減少させた後、前記第１モータジェネレータをモータとして機能させて前記第１回転要素の回転方向を逆転させる、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
4. 請求項３に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール回生時に、前記第１モータジェネレータをモータとして機能させて前記第１回転要素の回転方向を逆転させた後、前記第１モータジェネレータの回転軸の回転速度を所定回転速度に維持するとともに、前記無段変速機でダウンシフトを行う、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
5. 請求項４に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記無段変速機で前記ダウンシフトを行っている間、要求減速度に応じて前記第２モータジェネレータを制御する、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のフライホイールシステムであって、
   前記フライホイールに蓄積された前記運動エネルギーを駆動輪に伝達するフライホイール走行を行う場合には、前記制御手段は、前記第１モータジェネレータをジェネレータとして機能させて、前記第１回転要素の回転速度を減少させる、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
7. 請求項６に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール走行時に、前記第１モータジェネレータによって前記第１回転要素の回転速度を減少させた後、前記第１モータジェネレータをモータとして機能させて前記第１回転要素の回転方向を逆転させる、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
8. 請求項７に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール走行時に、前記第１モータジェネレータをモータとして機能させて前記第１回転要素の回転方向を逆転させ、前記第１モータジェネレータの出力が所定出力となるまで、前記無段変速機の変速比を、前記フライホイール走行開始時の変速比、または前記フライホイール走行開始時の変速比よりもＬｏｗ側の変速比に保持する、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
9. 請求項８に記載のフライホイールシステムであって、
   前記制御手段は、前記フライホイール走行時に、前記第１モータジェネレータの出力が前記所定出力となると、前記無段変速機でアップシフトを行う、
   ことを特徴とするフライホイールシステム。
10. 請求項９に記載のフライホイールシステムであって、
    前記制御手段は、前記フライホイール走行時に、前記無段変速機で前記アップシフトを行っている間、要求加速度に応じて前記第２モータジェネレータを制御する、
    ことを特徴とするフライホイールシステム。
11. 請求項１０に記載のフライホイールシステムであって、
    前記駆動源と前記軸とを断接可能な第１クラッチを備え、
    前記制御手段は、前記フライホイール走行を開始する場合に前記第１クラッチを解放し、前記無段変速機の変速比が前記駆動源によって走行する場合に設定される変速比になると、前記第１クラッチを締結する、
    ことを特徴とするフライホイールシステム。
12. 請求項１から１１のいずれか１つに記載のフライホイールシステムであって、
    前記遊星歯車機構のキャリアと前記軸とを断接可能な第２クラッチを備える、
    ことを特徴とするフライホイールシステム。
13. 請求項１から１２のいずれか１つに記載のフライホイールシステムであって、
    前記遊星歯車機構のリングギヤ、及び前記遊星歯車機構のサンギヤのうち他方の回転要素である第２回転要素と、前記フライホイールの回転軸とを断接可能な第３クラッチを備える、
    ことを特徴とするフライホイールシステム。
14. 減速時の運動エネルギーで回転するフライホイールと、
    前記フライホイールと、駆動源と無段変速機との間に設けられた軸との間に設けた遊星歯車機構と、
    前記遊星歯車機構のリングギヤ、及び前記遊星歯車機構のサンギヤのうち一方の回転要素である第１回転要素に連係する第１モータジェネレータと、
    前記フライホイールの回転軸に連係する第２モータジェネレータとを備え、前記減速時に前記フライホイールで制動力を発生させるフライホイール回生を行うフライホイールシステムを制御する制御方法であって、
    前記フライホイール回生を開始する場合、前記第１モータジェネレータ、及び前記第２モータジェネレータによって、前記第１回転要素、及び前記フライホイールの回転速度を増加させる、
    ことを特徴とするフライホイールシステムの制御方法。

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