JP2022150180A - 車両用制御装置 - Google Patents

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JP2022150180A
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JP
Japan
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vehicle
motor generator
wheel
motor
control system
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諭 井上
Satoshi Inoue
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Subaru Corp
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Subaru Corp
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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。
特開２０００－４３６９６号公報 特開２００７－２４４１１１号公報 特開２０２０－１６８９７１号公報
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。
本発明の一実施の形態である車両用制御装置を備えた車両の構成例を示す図である。 パワーユニットおよびリア駆動ユニットの構成例を示す図である。 パワーユニット、リア駆動ユニットおよび制御システムの一例を示す図である。 各制御ユニットの基本構造を簡単に示した図である。 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る。 前輪回生モードの実行状況を示す図である。 モータ停止モードの実行状況を示す図である。 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。 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る。 図７Ａに示したセンターデファレンシャルの作動状態を示す共線図である。 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。 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。 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。 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る。 図１１Ａに示したセンターデファレンシャルの作動状態を示す共線図である。 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。 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。 モータ停止モードの実行状況を示す図である。 全輪駆動モードの実行状況を示す図である。 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の作動状態の推移を示す共線図である。 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る。 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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

Claims (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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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