JP2022150180A - 車両用制御装置 - Google Patents
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- B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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Abstract
【課題】車両のエネルギー効率を高める。【解決手段】第1回転要素、第2回転要素および第3回転要素を備える遊星歯車機構と、前記第1回転要素に第1経路を介して連結される第1車輪と、前記第2回転要素に第2経路を介して連結される第2車輪と、前記第3回転要素に第3経路を介して連結されるエンジンと、前記第1経路に設けられるモータジェネレータと、前記モータジェネレータと前記第1車輪との間に位置する車輪駆動クラッチと、前記モータジェネレータおよび前記車輪駆動クラッチを制御する制御システムと、を有する。前記制御システムは、前記車輪駆動クラッチを解放状態に制御し、かつ前記モータジェネレータを回転停止状態に制御する、モータ停止モードを有する。【選択図】図7A
Description
本発明は、車両を制御する車両用制御装置に関する。
動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを備えたハイブリッド車両が開発されている(特許文献1~3参照)。また、ハイブリッド車両として、前輪と後輪との双方を駆動する全輪駆動車両も開発されている。
ところで、前後輪を駆動する全輪駆動車両においては、回転軸や歯車等によって構成される駆動経路が複雑になるため、駆動経路におけるエネルギー損失が増え易いという問題がある。このため、駆動経路のエネルギー損失を低減することにより、車両のエネルギー効率を高めることが求められている。
本発明の目的は、車両のエネルギー効率を高めることにある。
一実施形態の車両用制御装置は、車両を制御する車両用制御装置であって、第1回転要素、第2回転要素および第3回転要素を備える遊星歯車機構と、前記第1回転要素に第1経路を介して連結される第1車輪と、前記第2回転要素に第2経路を介して連結される第2車輪と、前記第3回転要素に第3経路を介して連結されるエンジンと、前記第1経路に設けられるモータジェネレータと、前記第1経路に設けられ、前記モータジェネレータと前記第1車輪との間に位置する車輪駆動クラッチと、互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記モータジェネレータおよび前記車輪駆動クラッチを制御する制御システムと、を有し、前記制御システムは、前記車輪駆動クラッチを解放状態に制御し、かつ前記モータジェネレータを回転停止状態に制御する、モータ停止モードを有する。
一実施形態の車両用制御装置は、モータジェネレータおよび車輪駆動クラッチを制御する制御システムを有する。制御システムは、車輪駆動クラッチを解放状態に制御し、かつモータジェネレータを回転停止状態に制御する、モータ停止モードを有する。これにより、車両のエネルギー効率を高めることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一または実質的に同一の構成や要素については、同一の符号を付して繰り返しの説明を省略する。
[車両用制御装置の全体構成]
図1は本発明の一実施の形態である車両用制御装置10を備えた車両11の構成例を示す図である。図1に示すように、車両11には、エンジン12およびトランスミッション13を備えたパワーユニット14が搭載されている。また、パワーユニット14の出力軸15には、プロペラ軸16およびリア駆動ユニット17を介して後輪18が連結されている。さらに、トランスミッション13にはフロントデファレンシャル19が組み込まれており、フロントデファレンシャル19には前輪20が連結されている。
図1は本発明の一実施の形態である車両用制御装置10を備えた車両11の構成例を示す図である。図1に示すように、車両11には、エンジン12およびトランスミッション13を備えたパワーユニット14が搭載されている。また、パワーユニット14の出力軸15には、プロペラ軸16およびリア駆動ユニット17を介して後輪18が連結されている。さらに、トランスミッション13にはフロントデファレンシャル19が組み込まれており、フロントデファレンシャル19には前輪20が連結されている。
図2はパワーユニット14およびリア駆動ユニット17の構成例を示す図である。図2に示すように、パワーユニット14には、遊星歯車機構21を備えたセンターデファレンシャル22が設けられている。センターデファレンシャル22には、後輪駆動経路23を介して後輪18が連結されており、前輪駆動経路24を介して前輪20が連結されている。また、センターデファレンシャル22には、動力伝達経路25を介してエンジン12が連結されている。このように、エンジン12、前輪20および後輪18は、センターデファレンシャル22を介して互いに連結されている。
[パワーユニット]
パワーユニット14の構成について説明する。前述したように、パワーユニット14には、遊星歯車機構21を備えたセンターデファレンシャル22が設けられている。遊星歯車機構21は、インターナルギアとも呼ばれるリングギアRと、リングギアRに噛み合うピニオンPを回転自在に支持するキャリアCと、ピニオンPに噛み合うサンギアSと、を有している。また、センターデファレンシャル22には、リングギアRとキャリアCとを互いに締結する差動制限クラッチ26が設けられている。
パワーユニット14の構成について説明する。前述したように、パワーユニット14には、遊星歯車機構21を備えたセンターデファレンシャル22が設けられている。遊星歯車機構21は、インターナルギアとも呼ばれるリングギアRと、リングギアRに噛み合うピニオンPを回転自在に支持するキャリアCと、ピニオンPに噛み合うサンギアSと、を有している。また、センターデファレンシャル22には、リングギアRとキャリアCとを互いに締結する差動制限クラッチ26が設けられている。
センターデファレンシャル22のリングギア(第1回転要素)Rには、後輪駆動経路(第1経路)23を介して後輪(第1車輪)18が連結されている。また、センターデファレンシャル22のサンギア(第2回転要素)Sには、前輪駆動経路(第2経路)24を介して前輪(第2車輪)20が連結されている。さらに、センターデファレンシャル22のキャリア(第3回転要素)Cには、動力伝達経路(第3経路)25を介してエンジン12が連結されている。
エンジン12とセンターデファレンシャル22との間には、トルクコンバータ30、前後進切替機構31および変速機構32が設けられている。つまり、エンジン12とセンターデファレンシャル22とは、トルクコンバータ30、前後進切替機構31および変速機構32等からなる動力伝達経路25を介して連結されている。エンジン12のクランク軸33に連結されるトルクコンバータ30には、キャリア34cの回転方向を切り替える前後進切替機構31が連結されている。前後進切替機構31は、ダブルピニオン型の遊星ギア列34と、遊星ギア列34のサンギア34sとキャリア34cとを互いに締結する前進クラッチ35と、遊星ギア列34のリングギア34rをミッションケース36に固定する後退ブレーキ37と、を有している。
前進走行時には、前進クラッチ35が締結されて後退ブレーキ37が解放される。これにより、入力側のサンギア34sと出力側のキャリア34cとの回転方向を互いに一致させることができ、前進走行時の回転方向に変速機構32を回転させることができる。一方、後退走行時には、後退ブレーキ37が締結されて前進クラッチ35が解放される。これにより、入力側のサンギア34sと出力側のキャリア34cとの回転方向を互いに逆転させることができ、後退走行時の回転方向に変速機構32を回転させることができる。
変速機構32は、プライマリ軸40に支持されるプライマリプーリ41と、セカンダリ軸42に支持されるセカンダリプーリ43と、を有している。また、プライマリプーリ41にはプライマリ油室41aが設けられており、セカンダリプーリ43にはセカンダリ油室43aが設けられている。さらに、プライマリプーリ41およびセカンダリプーリ43には、駆動チェーン44が巻き掛けられている。この変速機構32においては、プライマリ油室41aとセカンダリ油室43aとの油圧を調整することにより、駆動チェーン44の巻き付け径を変化させることができ、プライマリ軸40からセカンダリ軸42に対する無段変速が可能となる。なお、変速機構32のセカンダリ軸42には、センターデファレンシャル22の入力要素であるキャリアCが連結されている。
また、センターデファレンシャル22と前輪20との間には、ギア列50およびフロントデファレンシャル19が設けられている。換言すれば、センターデファレンシャル22と前輪20とは、ギア列50およびフロントデファレンシャル19等からなる前輪駆動経路24を介して連結されている。つまり、センターデファレンシャル22の出力要素であるサンギアSには駆動ギア50aが連結されており、この駆動ギア50aに噛み合う従動ギア50bには前輪駆動軸51が連結されている。前輪駆動軸51の先端部にはピニオン52が設けられており、このピニオン52にはフロントデファレンシャル19のデフケース53に固定されるベベルギア54が噛み合っている。そして、フロントデファレンシャル19から延びるフロント軸55には前輪20が連結されている。なお、互いに噛み合うピニオン52とベベルギア54とは、曲がり歯を備えるスパイラルベベルギアやハイポイド(登録商標)ギアとして構成されている。
[リア駆動ユニット]
リア駆動ユニット17の構成について説明する。センターデファレンシャル22の出力要素であるリングギアRに連結される出力軸15、つまりパワーユニット14の出力軸15には、プロペラ軸16を介してリア駆動ユニット17が連結されている。このリア駆動ユニット17には、モータジェネレータ60およびリアデファレンシャル61が組み込まれている。モータジェネレータ60のロータ軸62にはベベルギア63が設けられており、このベベルギア63にはプロペラ軸16に連結されるピニオン64が噛み合っている。なお、互いに噛み合うピニオン64とベベルギア63とは、曲がり歯を備えるスパイラルベベルギアやハイポイド(登録商標)ギアとして構成されている。また、モータジェネレータ60のロータ軸62には、リアクラッチ(車輪駆動クラッチ)65を介して駆動ギア66が連結されている。さらに、駆動ギア66には、リアデファレンシャル61のデフケース67に固定される従動ギア68が噛み合っている。そして、リアデファレンシャル61から延びるリア軸69には後輪18が連結されている。
リア駆動ユニット17の構成について説明する。センターデファレンシャル22の出力要素であるリングギアRに連結される出力軸15、つまりパワーユニット14の出力軸15には、プロペラ軸16を介してリア駆動ユニット17が連結されている。このリア駆動ユニット17には、モータジェネレータ60およびリアデファレンシャル61が組み込まれている。モータジェネレータ60のロータ軸62にはベベルギア63が設けられており、このベベルギア63にはプロペラ軸16に連結されるピニオン64が噛み合っている。なお、互いに噛み合うピニオン64とベベルギア63とは、曲がり歯を備えるスパイラルベベルギアやハイポイド(登録商標)ギアとして構成されている。また、モータジェネレータ60のロータ軸62には、リアクラッチ(車輪駆動クラッチ)65を介して駆動ギア66が連結されている。さらに、駆動ギア66には、リアデファレンシャル61のデフケース67に固定される従動ギア68が噛み合っている。そして、リアデファレンシャル61から延びるリア軸69には後輪18が連結されている。
このように、センターデファレンシャル22と後輪18とは、プロペラ軸16およびリア駆動ユニット17等からなる後輪駆動経路23を介して連結されている。そして、センターデファレンシャル22と後輪18とを連結する後輪駆動経路23には、モータジェネレータ60およびリアクラッチ65が設けられている。また、リアクラッチ65は、モータジェネレータ60と後輪18との間に位置している。このリアクラッチ65を解放状態に制御することにより、ピニオン軸およびロータ軸62から後輪18を切り離すことができ、エンジン12およびモータジェネレータ60を後輪18から切り離すことができる。一方、リアクラッチ65を締結状態に制御することにより、ピニオン軸およびロータ軸62に後輪18を接続することができ、エンジン12およびモータジェネレータ60に後輪18を接続することができる。
[制御システム]
図3は、パワーユニット14、リア駆動ユニット17および制御システム70の一例を示す図である。図3に示すように、車両用制御装置10には、パワーユニット14およびリア駆動ユニット17等を制御するため、複数の電子制御ユニットからなる制御システム70が設けられている。制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、エンジン制御ユニット(ECU:Engine Control Unit)71、および変速機制御ユニット(TCU:Transmission Control Unit)72が設けられている。また、制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、モータ制御ユニット(MCU:Motor Control Unit)73、およびバッテリ制御ユニット(BCU:Battery Control Unit)74が設けられている。さらに、制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、各制御ユニット71~74に制御信号を出力する車両制御ユニット(VCU:Vehicle Control Unit)75が設けられている。
図3は、パワーユニット14、リア駆動ユニット17および制御システム70の一例を示す図である。図3に示すように、車両用制御装置10には、パワーユニット14およびリア駆動ユニット17等を制御するため、複数の電子制御ユニットからなる制御システム70が設けられている。制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、エンジン制御ユニット(ECU:Engine Control Unit)71、および変速機制御ユニット(TCU:Transmission Control Unit)72が設けられている。また、制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、モータ制御ユニット(MCU:Motor Control Unit)73、およびバッテリ制御ユニット(BCU:Battery Control Unit)74が設けられている。さらに、制御システム70を構成する電子制御ユニットとして、各制御ユニット71~74に制御信号を出力する車両制御ユニット(VCU:Vehicle Control Unit)75が設けられている。
これらの制御ユニット71~75は、CANやLIN等の車載ネットワーク76を介して互いに通信可能に接続されている。車両制御ユニット75は、各種制御ユニット71~74や後述する各種センサからの入力情報に基づき、エンジン12、モータジェネレータ60、変速機構32、差動制限クラッチ26およびリアクラッチ65等の作動目標を設定する。そして、エンジン12やモータジェネレータ60等の作動目標に応じた制御信号を生成し、これらの制御信号を各種制御ユニット71~74に対して出力する。
車両制御ユニット75に接続されるセンサとして、車両11の走行速度である車速を検出する車速センサ77があり、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル開度と記載する。)を検出するアクセルセンサ78があり、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ79がある。また、車両制御ユニット75に接続されるセンサとして、前輪20および後輪18の回転速度を検出する車輪速センサ80があり、運転者に操作されるステアリングの操舵角を検出する操舵角センサ81がある。なお、車両制御ユニット75には、制御システム70を起動する際に運転者によって操作されるスタートスイッチ82が接続されている。
また、変速機制御ユニット72には、プライマリプーリ41の回転速度を検出するプライマリ回転センサ83、セカンダリプーリ43の回転速度を検出するセカンダリ回転センサ84が接続されている。さらに、モータ制御ユニット73には、モータジェネレータ60のロータ60rの回転速度(以下、モータ回転速度と記載する。)を検出するモータ回転センサ85が接続されている。さらに、バッテリ制御ユニット74には、後述するバッテリ93の充放電電流、端子電圧および温度等を検出するバッテリセンサ86が接続されている。
また、前後進切替機構31、変速機構32、差動制限クラッチ26およびリアクラッチ65等の油圧デバイスを制御するため、車両11には複数の電磁バルブや油路等からなるバルブユニット90が設けられている。さらに、バルブユニット90には、エンジン12等によって駆動されるオイルポンプ91が接続されている。オイルポンプ91から吐出される作動油は、バルブユニット90によって供給先や圧力等が制御され、差動制限クラッチ26やリアクラッチ65等の油圧デバイスに供給される。このバルブユニット90を介して差動制限クラッチ26やリアクラッチ65等の油圧デバイスを制御するため、変速機制御ユニット72はバルブユニット90に対して制御信号を出力する。
また、モータジェネレータ60のステータ60sには、インバータ92を介してリチウムイオンバッテリ等のバッテリ(蓄電デバイス)93が接続されている。モータジェネレータ60を制御するモータ制御ユニット73は、電力変換機器であるインバータ92に制御信号を出力する。また、バッテリ93の充放電状況を監視するバッテリ制御ユニット74は、バッテリセンサ86によって検出される充放電電流等に基づいて、バッテリ93の充電状態であるSOC(State of Charge)を算出する機能を有している。なお、バッテリ93のSOCとは、バッテリ93の電気残量を示す比率であり、バッテリ93の満充電容量に対する蓄電量の比率である。例えば、バッテリ93が上限容量まで充電された場合には、SOCが100%として算出され、バッテリ93が下限容量まで放電した場合には、SOCが0%として算出される。また、エンジン12を制御するエンジン制御ユニット71は、スロットルバルブやインジェクタ等の補機94に対して制御信号を出力する。
図4は各制御ユニット71~75の基本構造を簡単に示した図である。図4に示すように、各制御ユニット71~75は、プロセッサ100およびメモリ101等が組み込まれたマイクロコントローラ102を有している。メモリ101には所定のプログラムが格納されており、プロセッサ100によってプログラムの命令セットが実行される。プロセッサ100とメモリ101とは、互いに通信可能に接続されている。なお、図示する例では、マイクロコントローラ102に1つのプロセッサ100と1つのメモリ101が組み込まれているが、これに限られることはなく、マイクロコントローラ102に複数のプロセッサ100を組み込んでも良く、マイクロコントローラ102に複数のメモリ101を組み込んでも良い。
また、各制御ユニット71~75には、入力変換回路103、駆動回路104、通信回路105、外部メモリ106および電源回路107等が設けられている。入力変換回路103は、各種センサから入力される信号を、マイクロコントローラ102に入力可能な信号に変換する。駆動回路104は、マイクロコントローラ102から出力される信号に基づき、前述したバルブユニット90等のアクチュエータに対する駆動信号を生成する。通信回路105は、マイクロコントローラ102から出力される信号を、他の制御ユニットに向けた通信信号に変換する。また、通信回路105は、他の制御ユニットから受信した通信信号を、マイクロコントローラ102に入力可能な信号に変換する。さらに、電源回路107は、マイクロコントローラ102、入力変換回路103、駆動回路104、通信回路105および外部メモリ106等に対し、安定した電源電圧を供給する。また、不揮発性メモリ等の外部メモリ106には、非通電時にも保持すべきデータ等が記憶される。
[走行モード]
続いて、車両11の走行モードについて説明する。図5Aは全輪駆動モードおよび全輪回生モードの実行状況を示す図であり、図5Bは前輪回生モードの実行状況を示す図であり、図5Cはモータ停止モードの実行状況を示す図である。後述するように、車両11を走行させる際の走行モードとして、制御システム70は、全輪駆動モード、全輪回生モード、前輪回生モードおよびモータ停止モードを有している。
続いて、車両11の走行モードについて説明する。図5Aは全輪駆動モードおよび全輪回生モードの実行状況を示す図であり、図5Bは前輪回生モードの実行状況を示す図であり、図5Cはモータ停止モードの実行状況を示す図である。後述するように、車両11を走行させる際の走行モードとして、制御システム70は、全輪駆動モード、全輪回生モード、前輪回生モードおよびモータ停止モードを有している。
図5Aに示すように、全輪駆動モードや全輪回生モードを実行する際には、差動制限クラッチ26が解放状態に制御され、リアクラッチ65が締結状態に制御される。これにより、エンジン12、モータジェネレータ60、前輪20および後輪18は、センターデファレンシャル22を介して互いに連結される。つまり、加速走行時や定常走行時に実行される全輪駆動モードにおいては、差動制限クラッチ26が解放状態に制御され、リアクラッチ65が締結状態に制御され、モータジェネレータ60が力行状態に制御される。これにより、エンジン12やモータジェネレータ60から出力される駆動力を、前輪20と後輪18との双方に分配することができる。さらに、全輪駆動モードにおいては、モータジェネレータ60の力行トルクを制御することにより、前後輪18,20の駆動力分配比を自在に調整することができる。なお、図示する例では、差動制限クラッチ26を解放状態に制御しているが、これに限られることはなく、差動制限クラッチ26を締結状態に制御しても良い。
また、減速走行時に実行される全輪回生モードにおいては、差動制限クラッチ26が解放状態に制御され、リアクラッチ65が締結状態に制御され、モータジェネレータ60が回生状態に制御される。これにより、エンジン12やモータジェネレータ60に発生する制動力を、前輪20と後輪18との双方に分配することができる。さらに、全輪回生モードにおいては、モータジェネレータ60の回生トルクを制御することにより、前後輪18,20の制動力分配比を自在に調整することができる。なお、図示する例では、差動制限クラッチ26を解放状態に制御しているが、これに限られることはなく、差動制限クラッチ26を締結状態に制御しても良い。
図5Bに示すように、前輪回生モード(モータ回生モード)を実行する際には、差動制限クラッチ26が締結状態に制御され、リアクラッチ65が解放状態に制御され、モータジェネレータ60が回生状態に制御される。これにより、モータジェネレータ60を後輪18から切り離し、モータジェネレータ60を前輪20に接続することができる。つまり、制動力を高め易い前輪20に対してモータジェネレータ60を直結することができるため、モータジェネレータ60の回生トルクを大幅に高めることができ、車両11のエネルギー効率を高めることができる。
また、図5Cに示すように、モータ停止モードを実行する際には、差動制限クラッチ26が解放状態に制御され、リアクラッチ65が解放状態に制御され、モータジェネレータ60が回転停止状態に制御される。つまり、リアクラッチ65が解放されることから、モータジェネレータ60から後輪18を切り離すことができる。また、差動制限クラッチ26が解放されることから、前輪20を回転させたままモータジェネレータ60を停止させることができる。これにより、車両走行中に、プロペラ軸16、ピニオン64、ベベルギア63およびロータ60rの回転を停止させることができる。つまり、後輪駆動経路23の回転抵抗を低減することができ、車両11のエネルギー効率を高めることができる。なお、モータジェネレータ60の回転停止状態とは、モータ回転速度をゼロに維持するようにモータトルクが制御された状態である。
[走行モード設定制御1]
減速走行時の走行モードを設定する走行モード設定制御1について説明する。図6は走行モード設定制御1の実行手順の一例を示すフローチャートである。図6のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図6に示される走行モード設定制御1は、運転者によってスタートスイッチ82が操作され、車両制御ユニット75等からなる制御システム70が起動された後に、制御システム70によって所定周期毎に実行される制御である。また、図7Aはコースト走行時におけるモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図7Bは図7Aに示したセンターデファレンシャル22の作動状態を示す共線図である。さらに、図8はコースト走行時における前輪回生モードの実行状況を示す図である。なお、図7Aおよび図8には矢印を用いてトルクフローが示されている。
減速走行時の走行モードを設定する走行モード設定制御1について説明する。図6は走行モード設定制御1の実行手順の一例を示すフローチャートである。図6のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図6に示される走行モード設定制御1は、運転者によってスタートスイッチ82が操作され、車両制御ユニット75等からなる制御システム70が起動された後に、制御システム70によって所定周期毎に実行される制御である。また、図7Aはコースト走行時におけるモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図7Bは図7Aに示したセンターデファレンシャル22の作動状態を示す共線図である。さらに、図8はコースト走行時における前輪回生モードの実行状況を示す図である。なお、図7Aおよび図8には矢印を用いてトルクフローが示されている。
図6に示すように、ステップS10においては、走行モード設定制御1の前提条件が成立しているか否かが判定される。ここで、走行モード設定制御1の前提条件として、制御システム70が正常に機能していることや、モータジェネレータ60の回生動作が許可されていることが挙げられる。つまり、ステップS10において、制御システム70が正常に機能しており、かつモータジェネレータ60の回生動作が許可されている場合には、前提条件が成立していると判定され、続くステップS11に進む。
ステップS11では、車両11の走行状態がコースト走行であるか否かが判定される。つまり、ステップS11において、運転者によるアクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込みが解除されていると判定された場合には、車両11を緩やかに減速させるコースト走行が実行されていると判定される。ステップS11において、コースト走行であると判定された場合には、ステップS12に進み、バッテリ93のSOCが所定の閾値S1(例えば95%)を上回るか否かが判定される。
ステップS12において、バッテリ93のSOCが閾値S1を上回ると判定された場合には、モータジェネレータ60によるエネルギー回生が困難であることから、ステップS13に進み、モータジェネレータ60の回転を停止させるモータ停止モードが実行される。すなわち、図7Aに示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を解放状態に制御し、リアクラッチ65を解放状態に制御し、モータジェネレータ60を回転停止状態に制御する。これにより、車両11が緩やかに減速するコースト走行中に、プロペラ軸16、ピニオン64、ベベルギア63およびロータ60rの回転を停止させることができる。つまり、後輪駆動経路23の回転抵抗やオイル撹拌抵抗を下げることができるため、コースト走行による走行距離を延ばして車両11のエネルギー効率を高めることができる。
また、図7Bに示すように、コースト走行時にモータ停止モードを実行することにより、モータジェネレータ60の回転を止めることができ(符号A1)、車速を維持したままキャリアCの回転速度を下げることができる(矢印A2)。これにより、変速機構32等からなる動力伝達経路25の回転速度を下げることができ、動力伝達経路25の回転抵抗やオイル撹拌抵抗を下げることができるため、コースト走行による走行距離を延ばして車両11のエネルギー効率を高めることができる。さらに、モータジェネレータ60が回転停止状態に制御されることから、モータジェネレータ60の弱め界磁制御等を回避することができるため、この点からも車両11のエネルギー効率を高めることができる。
また、図6のステップS12において、バッテリ93のSOCが閾値S1以下であると判定された場合には、モータジェネレータ60によるエネルギー回生が求められることから、ステップS14に進み、モータジェネレータ60に前輪20を直結する前輪回生モードが実行される。すなわち、図8に示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を締結状態に制御し、リアクラッチ65を解放状態に制御し、モータジェネレータ60を回生状態に制御する。これにより、車両11が緩やかに減速するコースト走行中に、モータジェネレータ60を積極的に回生させることができ、車両11のエネルギー効率を高めることができる。なお、図8に示した例では、前輪20から入力される動力の一部が、センターデファレンシャル22からエンジン12に向けて伝達されている。
前述の説明では、コースト走行時においてバッテリ93のSOCが閾値S1以下であると判定された場合に、走行モードとして前輪回生モードを実行しているが、これに限られることはない。例えば、コースト走行時においてバッテリ93のSOCが閾値S1以下であると判定された場合に、走行モードとして全輪回生モードを実行して良い。ここで、図9はコースト走行時における全輪回生モードの実行状況を示す図である。なお、図9には矢印を用いてトルクフローが示されている。
図9に示すように、コースト走行時においてバッテリ93のSOCが閾値S1以下であると判定された場合に、走行モードとして全輪回生モードを実行しても良い。すなわち、図9に示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を解放状態に制御し、リアクラッチ65を締結状態に制御し、モータジェネレータ60を回生状態に制御する。これにより、コースト走行中にモータジェネレータ60を回生させる場合であっても、前輪20と後輪18とに制動力を分配することができるため、雪道等の滑り易い路面であってもコースト走行を安定させることができる。なお、図9に示した例では、差動制限クラッチ26を解放状態に制御しているが、これに限られることはなく、差動制限クラッチ26を締結状態に制御しても良い。
[走行モード設定制御2]
続いて、加速走行時や定常走行時の走行モードを設定する走行モード設定制御2について説明する。図10は走行モード設定制御2の実行手順の一例を示すフローチャートである。図10のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図10に示される走行モード設定制御2は、運転者によってスタートスイッチ82が操作され、車両制御ユニット75等からなる制御システム70が起動された後に、制御システム70によって所定周期毎に実行される制御である。また、図11Aは高速走行時におけるモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図11Bは図11Aに示したセンターデファレンシャル22の作動状態を示す共線図である。さらに、図12は高速走行時における全輪駆動モードの実行状況を示す図である。なお、図11Aおよび図12には矢印を用いてトルクフローが示されている。
続いて、加速走行時や定常走行時の走行モードを設定する走行モード設定制御2について説明する。図10は走行モード設定制御2の実行手順の一例を示すフローチャートである。図10のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図10に示される走行モード設定制御2は、運転者によってスタートスイッチ82が操作され、車両制御ユニット75等からなる制御システム70が起動された後に、制御システム70によって所定周期毎に実行される制御である。また、図11Aは高速走行時におけるモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図11Bは図11Aに示したセンターデファレンシャル22の作動状態を示す共線図である。さらに、図12は高速走行時における全輪駆動モードの実行状況を示す図である。なお、図11Aおよび図12には矢印を用いてトルクフローが示されている。
図10に示すように、ステップS20においては、走行モード設定制御2の前提条件が成立しているか否かが判定される。ここで、走行モード設定制御2の前提条件として、制御システム70が正常に機能していることや、モータジェネレータ60の力行動作が許可されていることが挙げられる。つまり、ステップS20において、制御システム70が正常に機能しており、かつモータジェネレータ60の力行動作が許可されている場合には、前提条件が成立していると判定され、続くステップS21に進む。
ステップS21では、運転者によってアクセルペダルが操作されている状況であるか否かが判定される。ステップS21において、アクセルペダルが操作されていると判定された場合、つまり車両11が加速走行や定常走行を行っていると判定された場合には、ステップS22に進み、車速が所定の閾値V1を上回るか否かが判定される。ステップS22において、車速が閾値V1を上回る高速走行であると判定された場合には、モータジェネレータ60のエネルギー効率が低下し易い状況であることから、ステップS23に進み、モータジェネレータ60の回転を停止させるモータ停止モードが実行される。
すなわち、図11Aに示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を解放状態に制御し、リアクラッチ65を解放状態に制御し、モータジェネレータ60を回転停止状態に制御する。これにより、車速が閾値V1を上回る高速走行において、モータジェネレータ60の回転を停止させることができ、モータジェネレータ60の高速回転を維持するための弱め界磁制御を回避することができる。これにより、モータジェネレータ60のエネルギー損失を削減することができ、車両11のエネルギー効率を高めることができる。また、車速が閾値V1を上回る高速走行において、プロペラ軸16、ピニオン64、ベベルギア63およびロータ60rの回転を停止させることができる。つまり、後輪駆動経路23の回転抵抗やオイル撹拌抵抗を下げることができるため、高速走行時における車両11のエネルギー効率を高めることができる。
また、図11Bに示すように、高速走行時にモータ停止モードを実行することにより、モータジェネレータ60の回転を止めることができ(符号B1)、車速を維持したままキャリアCの回転速度を下げることができる(矢印B2)。これにより、変速機構32等からなる動力伝達経路25の回転速度を下げることができ、動力伝達経路25の回転抵抗やオイル撹拌抵抗を下げることができるため、高速走行時における車両11のエネルギー効率を高めることができる。
また、図10のステップS22において、車速が閾値V1以下であると判定された場合には、モータジェネレータ60のエネルギー効率が大きく低下しない状況であるため、ステップS24に進み、前輪20と後輪18との双方を駆動する全輪駆動モードが実行される。すなわち、図12に示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を解放状態に制御し、リアクラッチ65を締結状態に制御し、モータジェネレータ60を力行状態に制御する。これにより、、前輪20と後輪18とに駆動力を分配することができるため、雪道等の滑り易い路面であっても車両11姿勢を安定させることができる。
なお、図12に示した例では、差動制限クラッチ26を解放状態に制御しているが、これに限られることはなく、差動制限クラッチ26を締結状態に制御しても良い。また、図12に示した例では、モータジェネレータ60を力行状態に制御しているが、これに限られることはない。つまり、エンジン12トルクが大きい場合、アクセル開度が小さい場合、SOCが低い場合等には、加速走行や定常走行を行う全輪駆動モードであっても、モータジェネレータ60を回生状態に制御することがある。
[走行モード切替制御]
以下、走行モードをモータ停止モードから全輪駆動モードに切り替える走行モード切替制御について説明する。図13は走行モード切替制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図13のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図13に示される走行モード切替制御は、モータ停止モード中に制御システム70によって実行される制御である。また、図14Aはモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図14Bは全輪駆動モードの実行状況を示す図である。さらに、図15は走行モード切替制御におけるセンターデファレンシャル22の作動状態の推移を示す共線図である。なお、図14Aおよび図14Bには矢印を用いてトルクフローが示されている。
以下、走行モードをモータ停止モードから全輪駆動モードに切り替える走行モード切替制御について説明する。図13は走行モード切替制御の実行手順の一例を示すフローチャートである。図13のフローチャートに示される各ステップには、制御システム70を構成する1つまたは複数のプロセッサ100によって実行される処理が示されている。また、図13に示される走行モード切替制御は、モータ停止モード中に制御システム70によって実行される制御である。また、図14Aはモータ停止モードの実行状況を示す図であり、図14Bは全輪駆動モードの実行状況を示す図である。さらに、図15は走行モード切替制御におけるセンターデファレンシャル22の作動状態の推移を示す共線図である。なお、図14Aおよび図14Bには矢印を用いてトルクフローが示されている。
図13に示すように、ステップS30においては、走行モードとしてモータ停止モードが実行される。つまり、図14Aに示すように、制御システム70は、差動制限クラッチ26を解放状態に制御し、リアクラッチ65を解放状態に制御し、モータジェネレータ60を回転停止状態に制御する。次いで、図13に示すように、ステップS31では、運転状況や走行状況等に基づいて、全輪駆動要求フラグが設定されるか否かが判定される。
ここで、全輪駆動要求フラグとは、走行モードをモータ停止モードから全輪駆動モードに切り替える際に設定されるフラグである。例えば、アクセル開度が所定の閾値を上回る場合、ステアリングの操舵角が所定の閾値を上回る場合、或いは各車輪のスリップ率が所定の閾値を上回る場合に、車両走行を安定させる観点から全輪駆動要求フラグが設定される。一方、アクセル開度が所定の閾値を下回り、ステアリングの操舵角が所定の閾値を下回り、かつ各車輪のスリップ率が所定の閾値を下回る場合には、車両走行が安定していることから全輪駆動要求フラグが解除される。
ステップS31において、全輪駆動要求フラグが設定されていると判定された場合には、ステップS32に進み、モータ停止モードから全輪駆動モードへの切り替えが開始される。ここで、図14Aおよび図14Bに示すように、モータ停止モードから全輪駆動モードに切り替えるためには、リアクラッチ65を解放状態から締結状態に切り替える必要がある。このため、モータジェネレータ60を力行状態に制御することにより、停止中のプロペラ軸16やロータ軸62を回転させ、リアクラッチ65前後の回転速度差を解消することが求められている。すなわち、図15に示すように、走行中におけるサンギアSの回転速度が「N1」である場合には、矢印C1で示すように、リングギアRの回転速度が「N1」に達するまで、モータ回転速度を引き上げる必要がある。なお、図15に示した例では、前輪駆動経路24のギア比と後輪駆動経路23のギア比とは互いに一致している。つまり、リングギアRとサンギアSとの回転速度が互いに一致する状況とは、前輪20と後輪18との回転速度が互いに一致する状況である。
このように、モータ回転速度を引き上げると、図15に矢印C2で示すように、モータジェネレータ60によってキャリアCの回転速度が引き上げられ、動力伝達経路25を介してクランク軸33の回転速度(以下、エンジン回転速度と記載する。)も引き上げられる。しかしながら、走行モード切替時にエンジン回転速度が過度に変化することは、運転者に違和感を与えてしまう要因であった。そこで、図13のステップS32において、制御システム70は、モータ回転速度を引き上げるとともに、変速機構32のアップシフトを実行する。そして、ステップS33では、リアクラッチ65前後の回転速度差ΔNが所定の閾値Nx(例えば100rpm)を下回るか否かが判定される。ステップS33において、回転速度差ΔNが閾値Nxを下回ると判定された場合には、リアクラッチ65前後の回転速度差が解消していることから、ステップS34に進み、リアクラッチ65が締結状態に制御され、モータ停止モードから全輪駆動モードへの移行が完了する。なお、リアクラッチ65前後の回転速度差ΔNとは、ロータ軸62と駆動ギア66との回転速度差である。
ここで、図16Aは実施例として走行モード切替制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートであり、図16Bは比較例として走行モード切替制御の実行状況の一例を示すタイミングチャートである。なお、図16Aおよび図16Bにおいて、「Ne」はエンジン回転速度であり、「Nc」はモータ回転速度に連動するキャリアCの回転速度であり、「Rg」は変速機構32の変速比である。
図16Aに示すように、時刻t1においてモータ停止モードから全輪駆動モードへの切り替えが開始されると、モータ回転速度の上昇によってキャリアCの回転速度NcがN2からN1に向けて上昇する(符号a1)。このとき、変速機構32のアップシフトが行われるため、変速機構32の変速比Rgがハイ側に変化する(符号b1)。このように、変速機構32のアップシフトを実行することにより、キャリアCの上昇に伴うエンジン回転速度Neの上昇を抑えることができる(符号c1)。そして、時刻t2で示すように、キャリアCの回転速度NcがN1に到達すると(符号a2)、リアクラッチ65の前後の回転速度差が解消されることから、リアクラッチ65が締結されて全輪駆動モードへの切り替えが完了する。このように、変速機構32のアップシフトを実行することにより、エンジン回転速度Neの過度な上昇を抑制することができ、運転者に違和感を与えることなく走行モードを切り替えることができる。なお、図16Aに示した例では、エンジン回転速度Neを一定に保持しているが、これに限られることはなく、運転者に違和感を与えない範囲で上下させても良い。
一方、図16Bに示すように、時刻t1においてモータ停止モードから全輪駆動モードへの切り替えが開始されると、モータ回転速度の上昇によってキャリアCの回転速度NcがN2からN1に向けて上昇する(符号d1)。このとき、変速機構32の変速比Rgが維持されていると(符号e1)、キャリアCの上昇に伴ってエンジン回転速度Neが上昇することになる(符号f1)。そして、エンジン回転速度Neの上昇は、キャリアCの回転速度NcがN1に到達するまで継続される。このように、変速機構32の変速比Rgが維持されていた場合には、エンジン回転速度Neの過度な上昇を招いて、運転者に違和感を与えてしまう虞がある。これに対し、図16Aに示すように、変速機構32のアップシフトを実行することにより、エンジン回転速度Neの過度な上昇を抑制することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、複数の制御ユニット71~75によって制御システム70を構成しているが、これに限られることはない。例えば、1つの制御ユニットによって制御システム70を構成しても良い。また、前述の説明では、変速機構32として無段変速機を用いているが、これに限られることはなく、変速機構32として遊星歯車式の自動変速機を用いても良い。また、前述の説明では、リングギアRを後輪18に連結し、サンギアSを前輪20に連結しているが、これに限られることはなく、リングギアRを前輪20に連結し、サンギアSを後輪18に連結しても良い。つまり、第1回転要素としてリングギアRを用い、第2回転要素としてサンギアSを用いているが、これに限られることはなく、第1回転要素としてサンギアSを用い、第2回転要素としてリングギアRを用いても良い。また、図示する例では、遊星歯車機構21として、シングルピニオン型の遊星歯車機構を用いているが、これに限られることはなく、他の形式の遊星歯車機構を用いても良い。このように、他の形式の遊星歯車機構を用いる場合であっても、共線図上で両端に位置する回転要素を、第1回転要素および第2回転要素として用いることが可能である。
前述の説明では、差動制限クラッチ26やリアクラッチ65として油圧クラッチを用いているが、これに限られることはない。例えば、差動制限クラッチ26やリアクラッチ65を電動アクチュエータ等によって制御しても良い。また、差動制限クラッチ26やリアクラッチ65は摩擦クラッチであるが、これに限られることはなく、差動制限クラッチ26やリアクラッチ65として噛合クラッチを用いても良い。また、差動制限クラッチ26は、リングギアRとキャリアCとを互いに締結しているが、これに限られることはなく、リングギアR、キャリアCおよびサンギアSの少なくとも何れか2つを締結すれば良い。
前述の説明では、第1車輪として後輪18を用い、第2車輪として前輪20を用いているが、これに限られることはなく、第1車輪として前輪20を用い、第2車輪として後輪18を用いても良い。この場合には、モータ停止モードおいて、前輪20がモータジェネレータ60やエンジン12から切り離される。また、図6に示したフローチャートでは、コースト走行時においてバッテリ93のSOCが閾値S1を上回る場合に、モータ停止モードを実行しているが、これに限られることはない。例えば、ブレーキペダルが踏み込まれる車両11減速時において、バッテリ93のSOCが閾値S1を下回る場合に、差動制限クラッチ26およびリアクラッチ65を解放し、モータジェネレータ60を回転停止状態に制御するモータ停止モードを実行しても良い。
10 車両用制御装置
11 車両
12 エンジン
18 後輪(第1車輪)
20 前輪(第2車輪)
21 遊星歯車機構
23 後輪駆動経路(第1経路)
24 前輪駆動経路(第2経路)
25 動力伝達経路(第3経路)
26 差動制限クラッチ
32 変速機構
60 モータジェネレータ
65 リアクラッチ(車輪駆動クラッチ)
70 制御システム
93 バッテリ(蓄電デバイス)
100 プロセッサ
101 メモリ
R リングギア(第1回転要素)
S サンギア(第2回転要素)
C キャリア(第3回転要素)
S1 閾値
V1 閾値
11 車両
12 エンジン
18 後輪(第1車輪)
20 前輪(第2車輪)
21 遊星歯車機構
23 後輪駆動経路(第1経路)
24 前輪駆動経路(第2経路)
25 動力伝達経路(第3経路)
26 差動制限クラッチ
32 変速機構
60 モータジェネレータ
65 リアクラッチ(車輪駆動クラッチ)
70 制御システム
93 バッテリ(蓄電デバイス)
100 プロセッサ
101 メモリ
R リングギア(第1回転要素)
S サンギア(第2回転要素)
C キャリア(第3回転要素)
S1 閾値
V1 閾値
Claims (5)
- 車両を制御する車両用制御装置であって、
第1回転要素、第2回転要素および第3回転要素を備える遊星歯車機構と、
前記第1回転要素に第1経路を介して連結される第1車輪と、
前記第2回転要素に第2経路を介して連結される第2車輪と、
前記第3回転要素に第3経路を介して連結されるエンジンと、
前記第1経路に設けられるモータジェネレータと、
前記第1経路に設けられ、前記モータジェネレータと前記第1車輪との間に位置する車輪駆動クラッチと、
互いに通信可能に接続されるプロセッサおよびメモリを備え、前記モータジェネレータおよび前記車輪駆動クラッチを制御する制御システムと、
を有し、
前記制御システムは、前記車輪駆動クラッチを解放状態に制御し、かつ前記モータジェネレータを回転停止状態に制御する、モータ停止モードを有する、
車両用制御装置。 - 請求項1に記載の車両用制御装置において、
前記モータジェネレータに接続される蓄電デバイスを有し、
前記制御システムは、減速走行時であって前記蓄電デバイスのSOCが閾値を上回る場合に、前記モータ停止モードを実行する、
車両用制御装置。 - 請求項2に記載の車両用制御装置において、
前記第1回転要素、前記第2回転要素および前記第3回転要素のうち、少なくとも何れか2つの回転要素を締結する差動制限クラッチを有し、
前記制御システムは、前記差動制限クラッチを締結状態に制御し、前記車輪駆動クラッチを解放状態に制御し、かつ前記モータジェネレータを回生状態に制御する、モータ回生モードを有し、
前記制御システムは、減速走行時であって前記蓄電デバイスのSOCが前記閾値を下回る場合に、前記モータ回生モードを実行する、
車両用制御装置。 - 請求項1~3の何れか1項に記載の車両用制御装置において、
前記制御システムは、車速が閾値を上回る場合に、前記モータ停止モードを実行する、
車両用制御装置。 - 請求項1~4の何れか1項に記載の車両用制御装置において、
前記第3経路に設けられる変速機構を有し、
前記制御システムは、前記車輪駆動クラッチを締結状態に制御し、かつ前記モータジェネレータを力行状態に制御する、全輪駆動モードを有し、
前記制御システムは、前記モータ停止モードから前記全輪駆動モードに切り替える際に、前記変速機構のアップシフトを実行する、
車両用制御装置。
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