JP2017035962A - フライホイールシステム、及びその制御方法 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015157555A JP2017035962A (ja) | 2015-08-07 | 2015-08-07 | フライホイールシステム、及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015157555A JP2017035962A (ja) | 2015-08-07 | 2015-08-07 | フライホイールシステム、及びその制御方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11198426B2 (en) | 2018-01-18 | 2021-12-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hybrid vehicle |
CN114523836A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-05-24 | 南通大学 | 一种发动机-飞轮动力耦合***的驱动方法 |
-
2015
- 2015-08-07 JP JP2015157555A patent/JP2017035962A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11198426B2 (en) | 2018-01-18 | 2021-12-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Hybrid vehicle |
CN114523836A (zh) * | 2022-03-21 | 2022-05-24 | 南通大学 | 一种发动机-飞轮动力耦合***的驱动方法 |
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