JP5236709B2 - 車載動力伝達装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明にかかる車載動力伝達装置の第1の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
「モード1」
図2に、本実施形態にかかるモータジェネレータ10による車両の発進処理について説明する。ここで、図2(a)に、発進時における動力伝達経路を示し、図2(b)に、このときの動力分割機構20の共線図を、エンジン12の回転速度とともに示す。なお、図2(b)において、リングギアRの回転速度の負方向を前進と定義しているが、これは、ギアG5がカウンタギアであるためである。また、共線図において、矢印は、トルクの向きを示すものである。
「モード2」
図3(a)に、モード2において、特にモータジェネレータ10のみによって車両を走行させるいわゆるEV走行時の動力伝達経路を示し、図3(b)に、その際の共線図を示す。なお、この際、クラッチC3は、解除状態とされている。
「モード1からモード2への切替」
図6(a)に、エンジン12から駆動輪14までのトータルのギア比と、CVT22のギア比との関係を示し、図6(b)に、モータジェネレータ10から駆動輪14までのトータルのギア比と、CVT22のギア比との関係を示す。ここで、aからbまでのトータルのギア比とは、「(bの回転速度)/(aの回転速度)」のことであり、変速比の逆数である。
「フェールセーフ処理」
上記構成によれば、CVT22のベルトが切れる等CVT22を介した動力の伝達ができなくなる異常が生じる場合には、モード2において走行が可能であるものの、この場合、エンジン12の動力を利用することができない。そこで本実施形態では、以下の処理によって、CVT22を介した動力伝達が不可能となった場合であっても、エンジン12による走行を可能とする。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、先の第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第4の実施形態>
以下、第4の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第5の実施形態>
以下、第5の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<第6の実施形態>
以下、第6の実施形態について、先の第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
<その他の実施形態>
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
CVT22のベルト切れ等の検出手法としては、CVT22のプライマリプーリやセカンダリプーリの回転速度が想定外となることに基づくものに限らない。例えばベルトの回転を検出するセンサを備えて、プーリの回転に対してベルトの回転が所定以上遅い場合にベルト切れと判断してもよい。
CVT22のベルトを緩める処理の実行条件としては、上記第2の実施形態において例示したものに限らない。例えば、モード2において、モータジェネレータ10単独で走行するときを条件としてもよい。すなわち、この場合、CVT22や遊星歯車機構20による動力伝達が理論的にはゼロであるものの、実際には僅かながらCVT22等によってモータジェネレータ10の動力が消費される。このため、この動力の損失を低減すべく、CVT22のベルトを緩める処理を実行してもよい。
駆動輪側経路としては、モード2において利用される経路に限らない。例えばモード2において利用される経路とは別に、クラッチC1を締結状態としつつ、動力循環が生じる経路の動力の一部を駆動輪14側に逃すべく半クラッチを使用するための専用の経路を設けてもよい。この場合、この経路には、モータジェネレータ10側の回転速度を十分に減速させることができるように専用のギアを設けることが望ましい。
エンジン12を起動すべくエンジン12と動力分割機構20の起動用回転体との間のトルクの伝達および遮断を行う起動用動力伝達規制手段としては、クラッチC3およびワンウェイベアリング26を備えて構成されるものに限らない。例えば、クラッチC3のみを備えるものであってもよい。この場合、例えばエンジン12の回転軸12aに初期回転を付与した後、エンジン12の燃焼開始に先立ちクラッチC3を遮断するなら、エンジン12における燃焼開始時に急増するトルクが動力分割機構20に伝達されることを好適に回避することができる。また例えばワンウェイベアリング26のみを備えるものであってもよい。
エンジン12のトルクを駆動輪14に付与すべく出力側(動力分割機構20の伝達用回転体側)に対する入力側(エンジン12側)の相対回転速度が負でないことを条件に動力を伝達する一方向伝達機構としては、ワンウェイベアリング28に限らず、例えばワンウェイクラッチであってもよい。また、入力側によって出力側が滑ることなくつれまわされるものに限らず、滑りつつも動力が付与されるものであってもよい。
上記各実施形態では、駆動源(モータジェネレータ10等)の回転速度の符号を固定しつつ駆動輪14の回転速度を正、ゼロ、負に切り替えるために動力循環を利用したが、これに限らない。例えば、駆動源の回転速度の符号を一定に保った状態における駆動輪14の回転速度をゼロを境とする一方向の領域に限ってもよい。この場合、モータジェネレータ10を反転させることで駆動輪14の回転速度の符号を反転させることができる。もっともこれに代えて、動力分割用回転体と駆動源や駆動輪14との機械的な連結態様を変更することでモータジェネレータ10の回転速度の符号を反転させること無く駆動輪14の回転速度の符号を反転させてもよい。これは例えば、先の図1に示した構成において、サンギアSとCVT22との間にクラッチを設けるとともに、サンギアSを固定する手段を備えることで行うことができる。
動力分割機構としては、上記各実施形態に例示したものに限らない。例えば、先の図1や、図12、図13に例示した構成において、サンギアS、キャリアCおよびリングギアRを入れ替えてもよい。この場合であっても、遊星歯車機構とモータジェネレータ10、エンジン12、駆動輪14との間に介在するギアの設定によって、上記各実施形態と同様の効果を奏することが可能となる。
上記実施形態では、動力分割用回転体を構成する遊星歯車機構として、サンギアSとリングギアRの回転速度の符号が互いに相違する場合にキャリアCの回転速度がゼロとなりうるものを採用したが、これに限らない。例えば、サンギアSとリングギアRとの回転速度の符号が同一である場合にキャリアCの回転速度がゼロとなり得るものを用いてもよい。この遊星歯車機構は、いわゆるダブルピニオンを有する遊星歯車機構(例えば特開2001−108073号公報参照)によって実現できる。
機械式の無段変速装置としては、ベルト式のものに限らず、例えばトラクションドライブ式のものであってもよい。また、機械式のものに限らず、油圧式のものであってもよい。更に、無段変速装置にも限らず、有段変速装置であっても、例えば、有段変速装置による動力伝達が不能となる異常時には、クラッチC1,C2の双方をオンとすることは有効である。
・上記第3の実施形態に示した処理時において、モータジェネレータ10単独では動力が不足すると判断される場合等においては、エンジン12の動力を加えてもよい。
<備考>
上記第1の実施形態に記載の構成について、様々な関係を導出する場合、図14に示す一般的な構成において導出すれば足りる。ここで、ギアG1は、CVT22に対応している。ちなみに、図14に示す構成と第1の実施形態に示す構成との相違は、第1の実施形態にはギアG4が無く、ギアG2a、G2bを有する点である。図の構成は、第1の実施形態の構成を一般化したものであるにもかかわらず、ギアG2a,G2bをギアG2にまとめることとしたのは、クラッチC1およびキャリアC間に介在するギアをギアG2として一般化することができるためである。すなわち、この図の構成から第1の構成にいたるには、第1の実施形態のギアG2a,G2bのトータルのギア比を図14の構成のギアG2のギア比r2として且つ、ギアG4のギア比r4を「1」とすればよい。なお、ギア比ri(i=1〜6)は、図中、aの回転速度に対するbの回転速度の比である。
Ts=−ρTc/(1+ρ) …(c2)
ρwS−(1+ρ)wC+wR=0 …(c3)
「モード1における高トルクの生成について」
モータジェネレータ10を駆動源とする場合、図中、IN2が供給動力となる。今、モータジェネレータ10のトルクをトルクTmとし、先の図2(c)に示した関係からエネルギ保存則を立てると、以下の式が成立する(ただし、ギアG1、G2の質量を無視する理想化を行っている)。
上記の式(c1)および式(c2)を用いて上記式(c4)からトルクTs,Tcを消去することで、下記の式(c5)を得る。
上記の式(c5)によれば、比「wS/wC」を「(1+ρ)/ρ」に近似させることで、リングギアRのトルクTrは、非常に大きなものとなり得ることがわかる。換言すれば、駆動輪14に伝達されるトルクが非常に大きなものとなり得ることがわかる。
1.駆動源がエンジンの場合
モード1においては、サンギアSの回転速度wSと、キャリアCの回転速度wCとの間には、以下の式(c6)にて表現される関係がある。
一方、ギアG6の出力側の回転速度wG6bは、以下の式(c7)にて表現できる。
上記の式(c6)、(c7)を上記の式(c3)に代入することで以下の式(c8)を得る。
したがって、トータルのギア比は、以下の式(c9)となる。
2.駆動源がモータジェネレータ10の場合
この場合、入力軸がギアG1の出力側となるため、上記の式(c8)の右辺のwSをギア比r1で除算したものを用いることで、以下の式が導出できる。
「モード2のトータルギア比について」
モード2においては、駆動源がエンジンの場合、ギアG1,G4,G6の経路を考えることで、トータルギア比は、以下の式(c11)となる。
「トルク抜けの生じない切替条件」
ギアG1の回転速度wG1bが、ギアG2の回転速度wG2aとギアG4の回転速度wG4aとの双方と一致することが条件となる。これは、以下の式にて表現することができる。
上記の式(c12)において、例えばサンギアSおよびリングギアRの回転速度wS,wRをキャリアCの回転速度wCで表現して且つ、上記の式(c3)に代入することで以下の式(c13)を得る。
すなわち、CVT22(ギアG1)のギア比r1が上記の式(c13)の右辺の値をとりうる設定とすれば、上記(c13)の条件成立時においてトルク抜けを回避した切替を行うことができる。
これは、トータルのギア比を従属変数としギア比r1を独立変数とする関数をギア比r1によって微分した値についてのモード1とモード2との積が負であることを条件とすればよい。
すなわち、r5・r4・r2<0 …(c14)
ちなみに、上記第1の実施形態では、ギアG5やギアG2a、G2bをカウンタギアとしたため、ギア比r2>0、ギア比r5<0であり、またギアG4を除いたため、ギア比r4=1であり、この条件を満たす。
Claims (14)
- 駆動源および駆動輪間の動力分割のための回転体であって且つ互いに連動して回転する複数の動力分割用回転体と、該動力分割用回転体に機械的に連結される無段変速装置とを備える車載動力伝達装置において、
前記動力分割用回転体は、前記駆動輪に機械的に連結される第1の回転体と、該第1の回転体とは別の第2の回転体および第3の回転体とを備え、
前記第1の回転体、前記第2の回転体および前記第3の回転体は、共線図上において回転速度が一直線上に並ぶものであり、
前記駆動源の動力を他の動力分割用回転体を介して前記第1の回転体に伝達させるに際し前記第2の回転体および前記第3の回転体のいずれか一方から他方へと前記無段変速装置を介して動力が流動する動力循環が生じる循環用経路と、
前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記駆動源からの駆動力を前記駆動輪に伝達させることで前記駆動輪を回転させるべく、前記動力分割用回転体同士の機械的な連結および前記動力分割用回転体と他の部材との機械的な連結のいずれか一方を変更することで、前記第2の回転体と前記第3の回転体との回転速度の比を前記無段変速装置を用いることなく固定する固定制御手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達装置。 - 駆動源および駆動輪間の動力分割のための回転体であって且つ互いに連動して回転する複数の動力分割用回転体と、該動力分割用回転体に機械的に連結される無段変速装置とを備える車載動力伝達装置において、
前記動力分割用回転体は、前記駆動輪に機械的に連結される第1の回転体と、該第1の回転体とは別の第2の回転体および第3の回転体とを備え、
前記第1の回転体、前記第2の回転体および前記第3の回転体は、共線図上において回転速度が一直線上に並ぶものであり、
前記駆動源の動力を他の動力分割用回転体を介して前記第1の回転体に伝達させるに際し前記第2の回転体および前記第3の回転体のいずれか一方から他方へと前記無段変速装置を介して動力が流動する動力循環が生じる循環用経路と、
前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記動力分割用回転体同士の機械的な連結および前記動力分割用回転体と他の部材との機械的な連結のいずれか一方を変更することで、前記第2の回転体と前記第3の回転体との回転速度の比を前記無段変速装置を用いることなく固定する固定制御手段と、
前記第2の回転体および前記第1の回転体を前記無段変速装置を介して機械的に連結させる駆動輪側経路と、
前記駆動輪側経路に介在して且つ、前記第1の回転体および前記第2の回転体間の動力の伝達および遮断を切り替える駆動輪側動力伝達規制手段とを備え、
前記固定制御手段は、前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記駆動輪側動力伝達規制手段を操作することで、前記循環用経路および前記駆動輪側経路の双方による動力伝達を行う双方経路利用手段を備えることを特徴とする車載動力伝達装置。 - 駆動源および駆動輪間の動力分割のための回転体であって且つ互いに連動して回転する複数の動力分割用回転体と、該動力分割用回転体に機械的に連結される無段変速装置とを備える車載動力伝達装置において、
前記動力分割用回転体は、前記駆動輪に機械的に連結される第1の回転体と、該第1の回転体とは別の第2の回転体および第3の回転体とを備え、
前記第2の回転体および前記第3の回転体を前記無段変速装置を介して機械的に連結することで前記駆動源の動力を他の動力分割用回転体を介して前記第1の回転体に伝達させるに際し前記第2の回転体および前記第3の回転体のいずれか一方から他方へと動力が流動する動力循環が生じる循環用経路と、
前記第2の回転体および前記第1の回転体を前記無段変速装置を介して機械的に連結させる駆動輪側経路と、
前記駆動輪側経路に介在して且つ、前記第1の回転体および前記第2の回転体間の動力の伝達および遮断を切り替える駆動輪側動力伝達規制手段と、
前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記駆動輪側動力伝達規制手段を操作することで、前記循環用経路および前記駆動輪側経路の双方による動力伝達を行う双方経路利用手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達装置。 - 前記循環用経路を介した前記第2の回転体と前記第3の回転体との動力の伝達および遮断を切り替える循環用動力伝達規制手段をさらに備え、
前記双方経路利用手段は、前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記循環用動力伝達規制手段および前記駆動輪側動力伝達規制手段の双方を動力伝達側に操作することを特徴とする請求項2記載の車載動力伝達装置。 - 前記駆動源は、前記無段変速装置と前記第2の回転体との間に機械的に連結されていることを特徴とする請求項2または4記載の車載動力伝達装置。
- 前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じたか否かを判断する異常判断手段を備え、
前記双方経路利用手段は、前記異常判断手段によって異常が生じたと判断される場合に、前記循環用経路および前記駆動輪側経路の双方による動力伝達を行うことを特徴とする請求項5記載の車載動力伝達装置。 - 前記駆動源は、前記無段変速装置の一対の軸のうち前記第2の回転体側に機械的に連結される内燃機関と、前記無段変速装置の一対の軸のいずれかに機械的に連結される回転電機とを備えることを特徴とする請求項6記載の車載動力伝達装置。
- 前記第3の回転体と前記内燃機関の回転軸との間の動力の伝達および遮断を切り替える起動用動力伝達規制手段をさらに備えることを特徴とする請求項7記載の車載動力伝達装置。
- 前記起動用動力伝達規制手段は、前記3の回転体と前記内燃機関の回転軸との締結および解除を行う電子制御式の締結手段を備えることを特徴とする請求項8記載の車載動力伝達装置。
- 前記起動用動力伝達規制手段は、前記内燃機関側である出力側に対する前記3の回転体側である入力側の相対回転速度が負でないことを条件に動力を伝達させる一方向伝達機構を備えることを特徴とする請求項8または9記載の車載動力伝達装置。
- 前記変速装置の一対の回転軸のうち前記第2の回転体側と前記内燃機関との間の動力の伝達および遮断を切り替える伝達用動力伝達規制手段をさらに備えることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の車載動力伝達装置。
- 前記無段変速装置は、ベルト式のものであり、
前記ベルトを緩めることで前記無段変速装置を介した動力の伝達を停止させる伝達停止制御手段をさらに備え、
前記双方経路利用手段は、前記伝達停止制御手段による停止制御がなされる場合、前記循環用経路および前記駆動輪側経路の双方による動力伝達を行うことを特徴とする請求項5記載の車載動力伝達装置。 - 駆動源および駆動輪間の動力分割のための回転体であって且つ互いに連動して回転する複数の動力分割用回転体と、該動力分割用回転体に機械的に連結される無段変速装置とを備える車載動力伝達装置において、
前記動力分割用回転体は、前記駆動輪に機械的に連結される第1の回転体と、該第1の回転体とは別の第2の回転体および第3の回転体とを備え、
前記第1の回転体、前記第2の回転体および前記第3の回転体は、共線図上において回転速度が一直線上に並ぶものであり、
前記駆動源の動力を他の動力分割用回転体を介して前記第1の回転体に伝達させるに際し前記第2の回転体および前記第3の回転体のいずれか一方から他方へと前記無段変速装置を介して動力が流動する動力循環が生じる循環用経路とを備え、
前記駆動源は、前記無段変速装置と前記第2の回転体との間に機械的に連結されており、
前記第3の回転体を固定する固定手段と、
前記無段変速装置の動力伝達に異常が生じる状況下、前記固定手段を操作することで前記第3の回転体を固定する固定制御手段とを備えることを特徴とする車載動力伝達装置。 - 前記無段変速装置にかかるトルクが大きくなることで前記動力伝達効率が低下する状況となるか否かを予測する低下状況予測手段をさらに備え、
前記双方経路利用手段は、前記低下状況予測手段によって低下する状況であると予測される場合、前記駆動輪側動力伝達規制手段を、その一対の回転体の回転速度を相違させることで動力伝達効率が中間値となるように操作することを特徴とする請求項3記載の車載動力伝達装置。
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