JPWO2013069068A1 - ハイブリッド駆動システム - Google Patents

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Abstract

ポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制して耐久性に優れたハイブリッド駆動システムを提供するべく、複数の駆動源と、それらの作動状態に応じ外部に回転動力を出力させる出力機構と、駆動源の作動状態を制御する制御装置と、オイルポンプと、駆動源からの動力を入力可能な複数の回転軸のうち1軸でオイルポンプを駆動させるポンプ入力選択機構とを備えるとともに、制御装置は、複数の駆動源のうちいずれかの作動状態を制御して複数の回転軸の回転速度(V1,V2)を不等に制御する。

Description

本発明は、異なる複数の駆動源を有するハイブリッド駆動システムに関し、特に複数の駆動源の作動状態に応じた入力切替えが可能なオイルポンプを有するハイブリッド駆動システムに関する。
複数の駆動源を有するハイブリッド駆動システムは、例えば車両の走行駆動系に採用され、内燃機関と電動機のうち少なくとも一方からの回転動力により車両を走行駆動するようになっている。また。そのようなハイブリッド駆動システムでは、内蔵する動力分割機構等における歯車の潤滑や発電電動機の冷却等をなすためのオイルを、オイルポンプによって加圧し循環させるようになっている。
オイルポンプを備えた従来のハイブリッド駆動システムとしては、例えばEV(電気自動車)走行時でもオイル供給が可能になるように、エンジンからの動力が入力される動力分割機構の入力軸と、エンジンおよびモータのうち少なくとも1つからの動力を走行駆動系に出力する動力分割機構の出力軸とを、それぞれワンウェイクラッチを介してオイルポンプに入力可能に連絡させ、両軸のうち回転速度の大きい方でオイルポンプを駆動するようにしたものがある(特許文献1、2参照)。
特開平08−324262号公報 特開平10−89446号公報
しかしながら、上述のような従来のハイブリッド駆動システムにあっては、オイルポンプの動作点が、動力分割機構の入力軸によって駆動される運転領域と同機構の出力軸によって駆動される運転領域との間の境界線(入力軸切替線)付近に滞留すると、その入力軸または出力軸の回転変動(エンジンの回転変動、タイヤからの路面変動成分等)に伴って両軸からのワンウェイクラッチ付のポンプ駆動経路が頻繁に切り換わるという問題があった。
すなわち、それぞれオイルポンプを駆動可能な2軸の回転速度が共にそれらの回転速度変動範囲内となる程度に略一致すると、オイルポンプの駆動回転数が略同一であるにもかかわらず2つのポンプ駆動経路におけるワンウェイクラッチのON/OFFが繰り返されるいわゆるハンチング現象が生じてしまう。そして、そのワンウェイクラッチの切替え回数の増加によりワンウェイクラッチの寿命が低下し易くなり、ハイブリッド駆動システムの耐久性に対する信頼性が損なわれてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、ポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システムを提供するものである。
本発明に係るハイブリッド駆動システムは、上記課題を解決するため、(1)互いに異なる複数の駆動源と、前記複数の駆動源の作動状態に応じて前記複数の駆動源うち少なくとも1つの駆動源から外部に回転動力を出力させる出力機構と、前記複数の駆動源の作動状態を制御する制御装置と、オイルを加圧して吐出するよう回転するポンプロータを有するオイルポンプと、前記駆動源のそれぞれからの回転動力を入力可能な複数の回転軸を有し、前記回転軸のうち回転速度が大きい1つの回転軸によって前記ポンプロータを回転させるポンプ入力選択機構と、を備えたハイブリッド駆動システムであって、前記制御装置は、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度を不等に制御することを特徴とする。
この発明では、複数の回転軸の回転速度が等しくならないように、すなわち、不等(不等速度)になるように、前記制御装置により複数の駆動源の作動状態が制御される。したがって、両回転軸の回転速度が略一致することによりポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返されるということがなくなり、ポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制できることになる。
上記構成を有する本発明のハイブリッド駆動システムにおいては、(2)前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が予め設定された等速度域内に入ったことを条件に、前記複数の回転軸の回転速度を前記等速度域外に戻すよう前記複数の駆動源のうちいずれかの作動状態を変化させることが好ましい。この構成により、複数の回転軸の回転速度が予め設定された等速度域内に入ることによってポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、複数の駆動源のうちいずれかの作動状態が変化し、ポンプロータを回転させている1つの回転軸と他の回転軸の回転が等速度域外に戻されることになって、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
上記(2)の構成を有する場合、(3)前記複数の駆動源が、内燃機関と、発電可能な電動機と、を含み、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記電動機の発電負荷を変化させることが好ましい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、発電可能な電動機の発電負荷が変化することで、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが等速度域外に戻されることになって、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
上記(3)の構成を有する場合、さらに、(4)前記電動機からの発電電力によって充電されるバッテリを備え、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記バッテリの充電量を変化させるのがより好ましい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性高まると、バッテリの充電量が変化することで、内燃機関に要求される出力が変化し、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが等速度域外に戻されることになって、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
上記(3)または(4)の構成を有する場合、さらに、(5)前記電動機からの発電電力によって作動する補機類を備え、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記補機類の作動状態を変化させるものであっても好ましい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、補機類の作動状態が変化することで車両の消費電力が変化し、内燃機関に要求される出力が変化して、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが等速度域外に戻されることになって、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
上記(2)〜(5)いずれかの構成を有する場合、本発明のハイブリッド駆動システムにおいては、(6)前記複数の駆動源が、内燃機関を含み、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記内燃機関の出力を保持しつつ前記内燃機関の回転速度またはトルクを変化させることが好ましい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、内燃機関の出力を変化させることなくその出力回転数が変化することになる。したがって、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが等速度域外に戻されることになり、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
なお、この場合、前記制御装置は、前記内燃機関の点火時期、バルブタイミングおよびスロットル開度のうちいずれかを変化させて、前記内燃機関の回転速度またはトルクを変化させるのがより好ましい。このようにすると、内燃機関の既存の制御系を用いて、内燃機関から出力される回転の速度やトルクを的確に変更することができ、しかも、内燃機関の出力を変化させずにその回転速度を変化させることもできる。
上記(2)〜(6)いずれかの構成を有する場合、本発明のハイブリッド駆動システムにおいては、(7)前記出力機構から出力される回転動力を変速する変速機構をさらに備え、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記変速機構の変速比を異なる変速比に切り換えるものであってもよい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、変速機構の変速比が異なる変速比に切り換えられる。したがって、内燃機関に要求される出力を変化させることなくその回転速度を変化させ、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが等速度域外に戻されることになり、選択切替えの頻度が適度に抑えられることになる。
また、上記(7)の構成を有するハイブリッド駆動システムにおいては、(8)前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域外に外れたとき、前記変速機構の変速比を元に戻すことが好ましい。この構成により、ポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が低下すると、変速機構の変速比が最適な変速比に切り換えられ、燃費が向上する。
上記(2)〜(4)の構成を有するハイブリッド駆動システムにおいては、(9)前記電動機が、それぞれ発電可能な第1電動機および第2電動機を含むとともに、前記出力機構が、互いに回転伝動可能に係合する3つの回転伝動要素を含み、前記3つの回転伝動要素が、前記内燃機関に連結される入力側の回転伝動要素と、前記第1電動機に連結される第1の出力側回転要素と、前記第2電動機に連結される第2の出力側回転要素と、からなり、前記内燃機関から前記入力側の回転伝動要素に入力される回転動力が、前記第2の出力側回転要素から前記外部に出力され、前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が予め設定された等速度域内に入ったことを条件に、前記第1電動機の発電負荷を変化させることが好ましい。この構成により、簡素な動力分割機構が構成され得ることになり、しかも、車速に依存しない第1電動機の発電負荷を制御することで、複数の回転軸の回転速度を不等に制御できることとなる。
本発明によれば、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度と他の回転軸の回転速度とが近付くと、これら複数の回転軸の回転速度が等しくならないように複数の駆動源のうちいずれか1つまたは複数の作動状態が制御されるので、両回転軸の回転速度が略一致することによりポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返されるのを防止することができる。その結果、ポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システムを提供することができる。
本発明の第1実施形態に係るハイブリッド駆動システムの概略構成図である。 本発明の第1実施形態に係るハイブリッド駆動システムにおけるオイルポンプを示す図1の部分拡大図である。 図2のIII-III矢視断面図である。 本発明の第1実施形態に係るハイブリッド駆動システムにおけるポンプ入力選択機構の選択動作の説明図である。 本発明の第1実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示すフローチャートである。 本発明の第3実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示すフローチャートである。 本発明の第4実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示すフローチャートである。 本発明の第5実施形態に係るハイブリッド駆動システムの要部概略構成図である。 本発明の第5実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示すフローチャートである。
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(第1実施形態)
図1〜図5は、本発明の第1実施形態に係る車両のハイブリッド駆動システムを示している。なお、本実施形態は、エンジンを横置き配置するシステム構成として例示されているが、エンジンを縦置き配置するシステム構成としてもよいことはいうまでもない。
まず、構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態のハイブリッド駆動システム1は、車両の走行駆動用の車輪である左右の駆動輪5L,5Rを回転駆動するものである。このハイブリッド駆動システム1は、互いに異なる複数の駆動源として、内燃機関であるエンジン11と、それぞれ発電可能な電動機であるモータジェネレータMG1(第1電動機)およびモータジェネレータMG2(第2電動機)と、を備えている。
ここで、エンジン11は、多気筒の内燃機関、例えば4サイクルのガソリンエンジンである。モータジェネレータMG1,MG2は、それぞれ有底筒状の変速機ケース3の内部に収納されており、変速機ケース3の開口側の端部3aは、エンジン11に締結されている。
ハイブリッド駆動システム1は、また、少なくとも1つの駆動源であるエンジン11、モータジェネレータMG1またはモータジェネレータMG2から外部の駆動輪5L,5R側の伝動歯車機構30に回転動力を出力させることができる出力機構20を備えている。
出力機構20は、サンギヤS、リングギヤR、キャリアCRおよび複数のピニオンPiを有するプラネタリギヤセットとして構成されている。ただし、出力機構20は、複数のプラネタリギヤセットによって構成されてもよい。
この出力機構20のサンギヤSは、モータジェネレータMG1の入出力軸である第1ロータ軸21に連結されており、リングギヤRは、モータジェネレータMG2の入出力軸である第2ロータ軸22に連結されている。キャリアCRは、図示しないダンパー要素を介してエンジン11からの回転動力を入力する入力軸23に連結されており、入力軸23と一体に回転するようになっている。
また、複数のピニオンPiは、サンギヤSおよびリングギヤRの間に配置されるとともに、キャリアCRによってサンギヤSの回転中心軸と平行なそれぞれの中心軸線回りに自転可能に支持されている。そして、複数のピニオンPiは、キャリアCRが入力軸23と共に回転するとき、サンギヤSの回転中心軸回りに公転できるようになっている。
これらサンギヤSと、リングギヤRと、複数のピニオンPiを支持するキャリアCRとは、互いに回転伝動可能に係合する3つの回転伝動要素となっており、キャリアCRは、エンジン11に連結される入力側の回転伝動要素となっている。また、サンギヤSは、モータジェネレータMG1に連結される第1の出力側回転要素となり、リングギヤRは、モータジェネレータMG2に連結される第2の出力側回転要素となっている。そして、エンジン11からキャリアCRに入力される回転動力は、サンギヤSおよびリングギヤRのうち一方、例えばリングギヤRから外部に出力されるようになっている。
すなわち、出力機構20は、エンジン11からの回転動力が入力軸23を介してキャリアCRに入力されるとき、その回転動力の一部をピニオンPiおよびサンギヤSを介してモータジェネレータMG1に発電動力として供給する一方、残りの回転動力をピニオンPiおよびリングギヤRを介して出力部材D1から外部に出力する動力分割機構となっている。
また、出力部材D1は、タイミングチェーンベルト等の無端伝動要素31を介して駆動輪5L,5R側への伝動歯車機構30に回転動力を出力するタイミングギヤ(スプロケットでもよい)となっており、リングギヤRに対し一体的に固定されている。
伝動歯車機構30は、無端伝動要素31に係合するにタイミングギヤ32(スプロケットでもよい)および伝動ギヤ33を有するカウンタシャフト34と、伝動ギヤ33を介してカウンタシャフト34からの回転を入力するファイナルギヤ37が装着されたデフケース38と、を有している。なお、デフケース38には、左右一対のディファレンシャルピニオンと左右一対のディファレンシャルサイドギヤとが収納されており、ファイナルギヤ37からデフケース38に入力される回転動力は、左右の車輪駆動軸39a,39bを介して左右の駆動輪5L,5Rに差動可能に伝達されるようになっている。なお、複数のギヤ32,33,34,37等による減速や、デフケース38内のディファレンシャル機構については、公知であり、ここでは詳述しない。
出力機構20は、また、モータジェネレータMG2が電動機として回転動力を出力するときには、その回転動力をリングギヤRを介して出力部材D1から出力させることができる。さらに、出力機構20は、モータジェネレータMG1が電動機として回転動力を出力するときには、その回転動力をサンギヤS、複数のピニオンPiおよびリングギヤRを介し減速して出力部材D1から出力させることができるようになっている。
このように、出力機構20は、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2の作動状態に応じて、これらのうち少なくとも1つの駆動源であるエンジン11、モータジェネレータMG1またはモータジェネレータMG2からの回転動力を外部に出力させることができるようになっている。
図2および図3に示すように、本実施形態のハイブリッド駆動システム1は、さらに、歯車ポンプとして構成されたオイルポンプ40と、このオイルポンプ40への入力を複数の回転軸から択一的に選択する機能を有するポンプ入力選択機構50を備えている。
オイルポンプ40は、変速機ケース3に一体的に固定されたポンプハウジング41を有している。このポンプハウジング41には、いずれも詳細形状を図示しないが、図外のリザーバからオイルを吸入する吸入通路41aと、オイルポンプ40により加圧されて吐出されるオイルを入力回転軸51内のオイル通路51a内に供給する吐出通路41bとが形成されている。
ポンプハウジング41内には、ポンプロータである環状の外歯車形のドライブギヤ42と環状の内歯車形のドリブンギヤ43とが設けられている。ドライブギヤ42の外周側の噛合歯42aは、ドリブンギヤ43の内周側の噛合歯43aに内接噛合している。また、ドリブンギヤ43は、ポンプハウジング41に回転可能に収納されている。したがって、ドライブギヤ42が回転するとき、ドライブギヤ42と噛合するドリブンギヤ43は、ドライブギヤ42と同一の回転方向に回転駆動されるようになっている。
ドリブンギヤ43およびドライブギヤ42の間であってそれらの噛合歯42a,43aが互いに離間する所定回転区間内には、三日月形シール部材44が配置されている。この三日月形シール部材44は、ポンプハウジング41に固定されている。
また、ドリブンギヤ43およびドライブギヤ42の噛合歯42a,43aは、それぞれの所定の回転区間内において三日月形シール部材44に摺動可能に接触している。これにより、ドリブンギヤ43およびドライブギヤ42の間には、三日月形シール部材44によって互いに仕切られた吸入室45aおよび吐出室45bが画成されている。なお、吸入室45aは吸入通路41aに連通し、吐出室45bは吐出通路41bに連通するようになっている。
さらに、ドライブギヤ42およびドリブンギヤ43の噛合歯42a,43aの間には、三日月形シール部材44によって実質的に閉止された複数のオイル移送室46a,46bが形成されている。これら複数のオイル移送室46a,46bは、ドリブンギヤ43およびドライブギヤ43の回転に伴って吸入室45a側から吐出室45b側にオイルを移送することになる。
一方、ポンプハウジング41には、それぞれ図2中に示す一端側で中空状となった入力回転軸51,52が、ドライブギヤ42の回転中心軸線上に位置するよう互いに同軸に配置されている。これら入力回転軸51,52は互いに直径が異なっており、入力回転軸51は入力回転軸52の内方に回転可能に挿入されている。また、入力回転軸52は、軸受53によりポンプハウジング41に回転自在に支持されるとともに、軸受54を介して入力回転軸51を相対回転可能に保持している。
図2に示すように、ドライブギヤ42の内方には、さらに、内側の入力回転軸51からドライブギヤ42に回転方向一方側に向かう回転動力を伝達可能なワンウェイクラッチ56と、外側の入力回転軸52からドライブギヤ42に回転方向一方側に向かう回転動力を伝達可能なワンウェイクラッチ57と、が設けられている。
ワンウェイクラッチ56,57は、例えば内輪56a,57aと外輪56b,57bとの間に複数のスプラグ56c,57c(だるま型の転動駒、輪止め)を有する公知のスプラグクラッチで構成されている。そして、各ワンウェイクラッチ56,57は、ドライブギヤ42と入力回転軸51の間、あるいは、ドライブギヤ42と入力回転軸52の間における相対回転によって、スプラグ56c,57cのいずれかが特定の傾斜方向に傾斜したとき、入力回転軸51,52のいずれかからドライブギヤ42側にトルク伝達できるようになっている。すなわち、各ワンウェイクラッチ56,57は、そのスプラグ56c,57cを介して内輪56a,57aのいずれか一方と外輪56b,57bのいずれか一方とが一体的に係合した状態(以下、係合状態という)となるとき、ドライブギヤ42と入力回転軸51の間、あるいは、ドライブギヤ42と入力回転軸52の間における回転動力の伝達ができるようになっている。
また、図1に示すように、入力回転軸51は入力軸23に一体的に連結されており、入力回転軸52は第2ロータ軸22に連結されている。ただし、図1中に仮想線で示すように、入力軸23から入力回転軸51への動力伝達経路、および、第2ロータ軸22から入力回転軸52への動力伝達経路には、入力軸23および第2ロータ軸22から入力回転軸51,52への伝達動力を例えば減速比α,βでそれぞれに減速可能な歯車減速機55が介装されていてもよい。
そして、複数の入力回転軸51,52とワンウェイクラッチ56,57とは、互いに協働して、オイルポンプ40への入力を入力軸23および第2ロータ軸22のうちから択一的に選択する機能を有しており、これら全体として、ポンプ入力選択機構50を構成している。
このように、ポンプ入力選択機構50は、オイルポンプ40のドライブギヤ42への回転動力の入力を、エンジン11からの回転動力を入力する入力軸23からとするか、出力部材D1に連結された第2ロータ軸22からとするかを切り替えることができる。ここで、入力軸23および第2ロータ軸22は、複数の駆動源であるエンジン11および電動機作動時のモータジェネレータMG1,MG2からの回転動力を入力可能な複数の回転軸となっている。
ポンプ入力選択機構50によるオイルポンプ入力切替えの特性は、図4に示すように、入力回転軸51側の回転速度V1(以下、入力軸回転速度V1ともいう)と、入力回転軸52側の回転速度V2(以下、出力軸回転速度V2ともいう)とが一致する運転状態を切替線Lsとして、第1の切替え領域A1と第2の切替え領域A2とに分かれる。ここで、第1の切替え領域A1は、入力軸回転速度V1が出力軸回転速度V2より大きくなり、入力回転軸51からワンウェイクラッチ56を介してドライブギヤ42への回転入力がなされる速度領域である。また、第2の切替え領域A2は、入力軸回転速度V1が出力軸回転速度V2より小さくなり、入力回転軸52からワンウェイクラッチ57を介してドライブギヤ42への回転入力がなされる速度領域である。なお、歯車減速機55が設けられる場合、入力回転軸51側の回転速度V1は、入力軸23の回転速度N1×減速比αに相当し、入力回転軸52側の回転速度V2は、第2ロータ軸22の回転速度N2×減速比βに相当することになる。
なお、モータジェネレータMG1は、例えば複数の永久磁石をそれぞれ略V字型に配置してリラクタンストルクを利用可能にした内部磁石型のロータ61と、3相コイルが巻回されたステータ62とを有する永久磁石同期発電電動機として構成されている。そして、そのロータ61は図示しないニードル軸受を介して入力軸23に回転自在に支持されるとともに、変速機ケース3に対し図示しないベアリングを介して回転自在に支持されている。また、ロータ61に連結された第1ロータ軸21は、変速機ケース3の内方側の端部で出力機構20のサンギヤSにスプライン結合している。
また、モータジェネレータMG2は、例えば複数の永久磁石をそれぞれ略V字型に配置してリラクタンストルクを利用可能にした内部磁石型のロータ71と、3相コイルが巻回されたステータ72とを有する永久磁石同期電動機として構成されている。そして、ロータ71に連結された第2ロータ軸22は、変速機ケース3の図示しない軸穴部に軸受を介して回転自在に支持されるとともに、図1中の右端側で出力機構20のリングギヤRおよび出力部材D1と一体の回転ドラム24にスプライン結合している。なお、モータジェネレータMG1,MG2の発生トルクは、ステータ62,72に供給される電流で制御され、モータジェネレータMG1,MG2の電動機作動時の回転数(モータ回転速度)は、電源周波数によって制御される。
ポンプハウジング41の一部は、吸入通路41aの一部および吐出通路41bが形成されるとともに図示しないリリーフ弁が収納されたオイルポンプカバーとなっている。ここにいうリリーフ弁は、オイルポンプ40により変速機ケース3内のリザーバから汲み上げられ、加圧および吐出されたオイルを、所定の供給圧に調圧するようになっている。また、オイルポンプ40から吐出されたオイルは、入力回転軸51内のオイル通路51aとロータ71および入力軸23内に形成された複数のオイル通路(符号なし)等を通して、出力機構20内の歯車噛合部分に供給されるようになっている。
ところで、モータジェネレータMG1,MG2は、電動機として作動するときには、それぞれ駆動源となり、発電機として作動するときには駆動負荷となり得る。これらモータジェネレータMG1,MG2の作動状態と、別の駆動源であるエンジン11の作動とは、それぞれ制御装置100によって制御されるようになっている。
制御装置100は、例えばHV−ECU110、エンジンECU120、MG−ECU130、インバータ140、HVバッテリ150、バッテリ監視ユニット160、システムメインリレー170、および、スキッド制御ECU180を含んで構成されている。
HV−ECU110は、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2を統合制御する統合制御プログラムを内蔵したハイブリッド駆動システム制御用のECU(電子制御ユニット)である。
このHV−ECU110は、例えばアクセルポジションセンサ81およびシフト位置センサ82からの運転者の要求操作量と、車速センサ83からの車速Svやエンジン11内の図示しないクランク角センサからのエンジン回転数Ne[rpm]等の運転状態検出情報とを入力する。また、HV−ECU110は、バッテリ監視ユニット160からのHVバッテリ150の充電電圧、電流およびバッテリ温度等の監視情報と、スキッド制御ECU180からの駆動力分割比(エンジン11から出力部材D1への配分動力と発電機作動時のモータジェネレータMG1またはMG2への配分動力との比率)の要求値とを入力する。
そして、これらの入力情報を基に、HV−ECU110は、ハイブリッド駆動システム1としてのトータル出力値と、エンジン11に要求されるパワー(エンジン出力)の指令値Pwおよびエンジン回転数Neと、モータジェネレータMG1,MG2への要求トルク(要求駆動トルクまたは要求発電負荷トルク)の指令値Tr1,Tr2とを算出して、それらの指令値Pw,NeをエンジンECU120に、それらトルク指令値Tr1,Tr2をMG−ECU130に、それぞれ出力するようになっている。
また、HV−ECU110は、バッテリ監視ユニット160からの電源監視情報に基づき、HVバッテリ150の放電量および回生量を常時把握してHVバッテリ150の全電池容量に対する充電量比率に相当するSOC(State Of Charge)[%]を算出し、そのSOCの変動範囲をHVバッテリ150の信頼性および寿命の面等から設定された所定の利用変動範囲内に制限するようになっている。
加えて、HV−ECU110は、スキッド制御ECU180と協働して、駆動輪5L,5Rの回転速度を検出する車輪速センサ等の検出情報を基に、低μ路でのタイヤスリップ等により駆動力が急変し始めるときには、即座にモータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値Tr1,Tr2を変化させ、アクセル操作に応じた駆動力を路面に伝えるトラクション制御を実行するようになっている。
エンジンECU120は、HV−ECU110からのパワー指令値Pwおよび各種センサ情報を基にエンジン11の出力を制御するための制御プログラムやマップを有している。このエンジンECU120は、パワー指令値Pwを入力すると、そのパワー指令値Pwに対応するエンジン出力が得られるスロットル開度と、燃料噴射時間(燃料噴射量および噴射期間)および点火時期とを、マップおよび各種センサ情報を基に算出するようになっている。そして、エンジンECU120は、入力されたパワー指令値Pwに応じて、図示しない電子制御スロットル弁、インジェクタ(燃料噴射弁)およびイグニッションコイルに対して、スロットル開度制御信号θthや燃料噴射制御信号tfの点火駆動信号tgを出力するようになっている。なお、HV−ECU110およびエンジンECU120は、ハイブリッドコントロールコンピュータとして一体に構成されてもよい。
MG−ECU130は、インバータ140を介してモータジェネレータMG1,MG2を制御するための制御プログラムを有しており、HV−ECU110からのトルクの指令値Tr1,Tr2に応じて作動する。このMG−ECU130は、モータジェネレータMG1,MG2の電動機としての出力トルクや回転速度、発電機としての負荷トルクを指令値Tr1,Tr2に応じて制御するようになっている。また、MG−ECU130は、例えばモータジェネレータMG1,MG2の内部磁石型のロータ61,71内の永久磁石の回転位置と両ロータ61,71の回転速度とを、第1ロータ軸21および第2ロータ軸22の近傍に配置されたレゾルバ85,86の検出信号を基に把握して、モータジェネレータMG1,MG2を高効率に制御できるようになっている。
インバータ140は、HVバッテリ150の電圧を高電圧に昇圧させる昇圧コンバータを有するとともに、高電圧の電流とモータジェネレータMG1,MG2の3相交流の間の変換を行なう複数のインバータ部141、142を有している。これら複数のインバータ部141、142では、MG−ECU130からの指令値に応じて所定範囲内の任意の電圧と周波数でモータジェネレータMG1,MG2の駆動電流を供給できる。また、各インバータ部141、142では、対応するモータジェネレータMG1またはMG2で発電された交流電流をHVバッテリ150に充電するための直流電流に変換することができるようになっている。このインバータ140は、また、12Vバッテリの充電が可能なDC−DCコンバータを有している。
HVバッテリ150は、車両の発進時や加速時、登坂時等に電動機作動するモータジェネレータMG1,MG2のいずれかに電力を供給する一方、発電機作動するモータジェネレータMG1,MG2のいずれかからの発電電力(例えば、減速時の回生発電電流)によって充電され、蓄電することができるようになっている。
バッテリ監視ユニット160は、HVバッテリ150の電圧Vb、電流Ibおよび温度Tbを表す電源監視情報をHV−ECU110に出力するようになっている。
システムメインリレー170は、インバータ140とHVバッテリ150に間に介在し、HV−ECU110からのリレー制御信号に応じて高電圧電流回路の接続と遮断を切り替えるようになっている。
スキッド制御ECU180は、ブレーキ操作量センサ84により検出されるブレーキ操作量を基に発電機作動のモータジェネレータMG1,MG2による回生ブレーキ制動力の要求値を算出して、HV−ECU110に出力するとともに、その回生ブレーキ制動力と油圧ブレーキ制動力を協調制御する機能を有している。また、スキッド制御ECU180は、車両が4輪駆動されるときに、各種センサ情報を基に車両の走行状態に応じた最適な前後駆動輪への駆動力配分比を算出してHV−ECU110に出力したり、HV−ECU110からトラクション制御等のためのトルク指令値Tr1,Tr2を受けたときに、モータジェネレータMG1,MG2のトルクを制御するとともに油圧ブレーキ制動力を電子制御したり、できるようになっている。
前述のHV−ECU110、エンジンECU120、MG−ECU130、および、スキッド制御ECU180は、それぞれの詳細なハードウェア構成を図示しないが、例えばCPU、ROM、RAM、および、書換え可能な不揮発性メモリ(あるいはバックアップRAM)を備えるとともに、A/D変換器を有する入力インターフェース回路、ドライバやリレースイッチを有する出力インターフェース回路、他の車載ECUとの間でデータ通信を行う通信ポート等を含んで構成されている。ここにいうROMには、例えばリアルタイムOSやデバイスドライバ、ミドルウェア等のシステムプログラムが格納されている。また、ROMおよび書換え可能な不揮発性メモリ(以下、単にROM等という)には、例えば各種制御を実行するためのアプリケーションプログラムが格納されるとともに、各種のマップや設定値データ等が格納されている。
HV−ECU110のROMおよび書換え可能な不揮発性メモリには、また、ポンプ入力切替抑制制御プログラムとその制御プログラムで用いられるマップや設定値データ等が格納されている。
このポンプ入力切替抑制制御プログラムは、入力回転軸51,52のうち任意の1つ、例えば回転速度が相対的に大きい入力回転軸51がオイルポンプ40のドライブギヤ42を駆動している状態で、他の入力回転軸52の回転速度V2が入力回転軸51の回転速度V1に対し図4に示す予め設定された等速度域Rv(速度変動範囲相当の速度差範囲)内に入ったことを条件に、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2を等速度域Rvから外れるように変化させる制御を実行する。すなわち、HV−ECU110は、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が予め設定された等速度域Rv内に入る状態になると、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を制御して、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2を不等に制御するようになっている。
具体的には、等速度域Rvは、図4中に部分拡大図で示すように、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が一致する切替線Lsから第1の切替え領域A1側の点線Lv1までの一方側の速度差範囲(Rv1,Rv2で例示)と、切替線Lsから第2の切替え領域A2側の点線Lv2までの他方側の速度差範囲(Rv3,Rv4で例示)とを含んでいる。この等速度域Rvは、エンジン11の回転変動や駆動輪5L,5Rからの路面変動成分の回転変動程度の速度変動範囲に相当するものである。したがって、回転速度V1,V2がこの等速度域Rv内に入る程度に略一致すると、回転速度V1,V2の変動範囲が大きく重なることになり、入力回転軸51,52およびワンウェイクラッチ56,57を含む2つのポンプ駆動経路において、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが耐久面からの許容頻度を超えて高頻度で発生する可能性が通常より高まる。
ここで、回転速度V1,V2を不等に制御するとは、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2を一時的にも等速状態にすることなく不等速状態を維持するということだけでなく、回転速度V1,V2を一時的に等速状態にした後に安定した不等速状態を維持するということを含む。すなわち、回転速度V1,V2を不等に制御するとは、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等速になる頻度が前記許容頻度以下になる程度に入力回転軸51,52の回転を不等速にする制御するものであればよい。
より具体的には、図4に示すように、HV−ECU110は、入力回転軸51が回転速度Vaでオイルポンプ40を駆動する状態で、入力回転軸52の回転速度V2が一方側の速度差範囲Rv1内に入る程度に大きくなると、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を変化させて入力回転軸51,52の速度差を増大させる。また、HV−ECU110は、入力回転軸51が回転速度Vaより大きい回転速度でオイルポンプ40を駆動するとともに、入力回転軸52が回転速度Vaで回転している状態で、入力回転軸51の回転速度V1が一方側の速度差範囲Rv2内に入る程度に小さくなると、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を変化させて入力回転軸51,52の速度差を増大させるようになっている。
あるいは、HV−ECU110は、入力回転軸52が回転速度Vaでオイルポンプ40を駆動する状態で、入力回転軸51の回転速度V1が他方側の速度差範囲Rv3内に入る程度に大きくなると、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を変化させて入力回転軸51,52の速度差を増大させる。また、HV−ECU110は、入力回転軸52が回転速度Vaより大きい回転速度でオイルポンプ40を駆動するとともに、入力回転軸51が回転速度Vaで回転している状態で、入力回転軸52の回転速度V2が他方側の速度差範囲Rv4内に入る程度に小さくなると、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を変化させて入力回転軸51,52の速度差を増大させるようになっている。
これら速度差範囲Rv1〜Rv4は、ワンウェイクラッチ56,57の耐用寿命やハイブリッド駆動システム1の耐久性に対する信頼性について予め定めた目標値と、予めの試験結果に基づいて、固定値(固定された速度範囲)に設定されるか、回転速度Vaに対して一定比率(例えば、任意の回転速度Vaに対しその数%以下)に設定される。
ここで、動力分割可能な出力機構20のエンジン回転入力側の入力回転軸51の回転速度V1は、クランク角センサの検出情報から得られるエンジン回転数Neに基づいて、あるいはさらに、レゾルバ85,86の検出信号や出力機構20の減速比、歯車減速機55が介在する場合のその減速比等に基づいて、算出される。また、出力機構20の出力軸側の回転速度に対応する入力回転軸52の回転速度V2は、第2ロータ軸22の近傍に配置されたレゾルバ85の検出信号に基づいて、あるいは、駆動輪5L,5Rの回転速度を検出する車輪速センサの検出速度および伝動歯車機構30における減速比等に基づいて、算出されるようになっている。
エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうち少なくとも1つの作動状態を変化させて、入力回転軸51,52の相対回転速度を増加させる制御とは、次のようなものである。
制御装置100のHV−ECU110は、そのROM等に格納されたポンプ入力の切替抑制制御プログラムに従って、例えば入力回転軸51,52のうちいずれか一方が切替え線Ls上で運転される他方に対し等速度域Rv内に入ると、そのときのHVバッテリ150の充電状態や車両の走行状態に応じて、次のような制御を実行するようになっている。
例えば、HV−ECU110は、HVバッテリ150の残存容量に応じて、モータジェネレータMG1の発電負荷相当のトルク指令値Tr1を直前の指令値とは異なる値に変化させ、モータジェネレータMG1の発電負荷(負荷トルク)を変化させることで、入力回転軸51,52の速度差を増加させる。この場合、その変化前にHVバッテリ150の充電量(SOC)が増え、モータジェネレータMG1の発電負荷が徐々に軽減されて来ていたとすれば、その発電負荷の軽減速度を加速する方向に発電負荷を変化させて、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入る時間を短時間で終了させることができる。勿論、HVバッテリ150の充電量が少なく、モータジェネレータMG1の発電負荷が徐々に増加されて来ていたとすれば、その発電負荷の増加速度を加速する方向に発電負荷を変化させることもできる。
あるいは、HV−ECU110は、スキッド制御ECU180から要求される動力分割比に対して、要求パワーPwとトルク指令値Tr1,Tr2のいずれか一方又は双方との比を、通常とは異なる比に変化させることで、入力回転軸51,52の相対回転速度を増加させることができる。この場合、HVバッテリ150の充電量が少なければ、エンジン11の要求パワーの指令値Pwの比率を高めることができるし、HVバッテリ150の充電量が多ければ、モータジェネレータMG1の発電負荷相当のトルク(絶対値)を増大させることもできる。
さらに、HV−ECU110は、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ると、HVバッテリ150の単位時間当たりの充電量を変化させるように、例えばSOCの変動を許容する範囲(充電利用範囲)を、現在のSOCが所定値以上か否かによって放電側か回生側の一方にシフトさせるようになっている。
次に、作用について説明する。
上述のように構成された本実施形態のハイブリッド駆動システム1においては、エンジン11、モータジェネレータMG1およびモータジェネレータMG2のうち少なくとも1つが回転するとき、入力回転軸51,52のうちいずれか1つについて、オイルポンプ40のドライブギヤ42を駆動可能な条件が成立する。
そして、その1つの入力回転軸51または52の回転速度V1またはV2に対し、他の入力回転軸52または51の回転速度V2またはV1が等速度域Rv内に入る程度に近付くと、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等しくならないように、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうちいずれか1つまたは複数の作動状態が制御される。
したがって、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2がそれらの変動範囲内で略一致することによってポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、即座に、両入力回転軸51,52の回転速度差が大きくなるよう、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうちいずれか1つまたは複数の作動状態が制御され、ポンプ入力選択機構50での無駄な選択切替えの頻度が低下することになる。
また、本実施形態では、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100が、モータジェネレータMG1の発電負荷を変化させる。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、モータジェネレータMG1の発電負荷が変化することで、オイルポンプ40を駆動している1つの入力回転軸51または52の回転速度V1またはV2に対して、他の入力回転軸52または51の回転速度V2またはV1が速度差の拡大方向に変化することになって、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等しくならずに済み、無駄な選択切替えの頻度が低下することになる。
本実施形態では、さらに、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域囲Rv内に入ったとき、制御装置100が、HVバッテリ150の単位時間当たりの充電量(それに対応する充電電流)を変化させる。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、HVバッテリ150の充電量が変化することで、エンジン11に要求されるパワー指令値Pwが変化する。そして、それにより、オイルポンプ40を回転させる相対回転速度の大きい1つの入力回転軸51または52の回転速度V1またはV2に対して、他の入力回転軸52または51の回転速度V2またはV1が速度差の拡大方向に変化することになって、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等しくならずに済み、無駄な選択切替えの頻度が低下することになる。
本実施形態では、また、出力機構20の入力側のキャリアCRがエンジン11に連結され、出力側のサンギヤSおよびリングギヤRがモータジェネレータMG1,MG2に連結されている。したがって、出力機構20が簡素な動力分割機構となり得る。しかも、制御装置100が車速に依存しない回転速度制御が可能なモータジェネレータMG1の発電負荷を制御するので、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2を必要に応じて的確に等速度域Rvから外すよう、不等に制御できることとなる。
図5は、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド駆動システム1における制御装置100において、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に繰り返し実行されるポンプ入力切替抑制制御プログラムの概略処理手順を示すフローチャートである。
この図5に示すように、本実施形態では、まず、制御装置100のHV−ECU110では、エンジンECU120と協働して、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に、エンジン回転数Neに対応する入力軸23およびキャリアCRへの目標入力回転数N1が算出されるとともに(ステップS11)、レゾルバ85の検出情報によりリングギヤRおよび出力部材D1の回転速度である出力軸回転数N2が検出される(ステップS12)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が略一致するか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が切替線Ls上で運転される状態にある他方に対して等速度域Rv内に入るか否かが判別される(ステップS13)。なお、ここでの判定は、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が図4中におけるいずれか一方の回転速度方向(図4中の上下方向または左右方向)で共に等速度域Rv内に入る状態か否かを判定するものでもよい。また、歯車減速機55が設けられる場合には、この判別ステップでは、目標入力回転数N1に入力軸23から入力回転軸51への動力伝達経路における歯車減速機55の減速比αをかけた回転速度値N1・αが、出力軸回転数N2に第2ロータ軸22から入力回転軸52への動力伝達経路における歯車減速機55の減速比βをかけた回転速度値N2・βに対して所定の速度差範囲内に入るか否かの判別がなされることになる。
このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内になく、判別結果がNoとなれば(ステップS13でNoの場合)、今回の処理を終了する。
一方、このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内にあり、判別結果がYesとなれば(ステップS13でYesの場合)、次いで、充電量を変更するようモータジェネレータMG1の発電負荷を変化させるトルク指令値Tr1が出力されるとともに、エンジン11のパワー指令値Pwが変更される。これにより、入力回転軸51,52の回転速度差が増加するように、エンジン回転数Neが変化することになる。
なお、この発電負荷変更前に、HVバッテリ150の充電量(SOC)が増え、モータジェネレータMG1の発電負荷が徐々に軽減されて来ていたとすれば、その発電負荷の軽減速度を加速する方向に発電負荷を変化させて、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入る時間を短時間で終了させることができる。勿論、HVバッテリ150の充電量が少なく、モータジェネレータMG1の発電負荷が徐々に増加されて来ていたとすれば、その発電負荷の増加速度を加速する方向に発電負荷を変化させることもできる。
次いで、今回の処理を終了する。
このように、本実施形態においては、オイルポンプ40のドライブギヤ42を回転させる入力回転軸51,52回転速度V1,V2が等速度域Rv内に入ると、両回転速度V1,V2が等しくならないように、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうちいずれか1つ、例えばモータジェネレータMG1の作動状態が制御され、HVバッテリ150の充電量が変更される。したがって、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が略一致することによりポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、即座に、両入力回転軸51,52を不等速度にするよう、両入力回転軸51,52の回転速度差を拡大させて選択切替え頻度を低下させることができる。その結果、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが短時間内に繰り返されるポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システム1を提供することができる。
なお、上述の第1実施形態においては、制御装置100は、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったことを条件に、モータジェネレータMG1の発電負荷を変化させるものとしたが、以下に述べる各実施形態における制御装置100のような異なる機能を併有するものとしてもよいことは勿論である。
また、以下に説明する各実施形態は、制御装置100により実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの内容が上述の第1実施形態と相違するものの、走行駆動系や制御系の主要構成は上述の第1実施形態と略同様に構成されるものである。したがって、以下の説明においては、上述の第1実施形態と同一または類似する構成要素には図1〜図4に示した第1実施形態中の対応する構成要素の符号を用い、各実施形態で特に相違する点について述べる。
(第2実施形態)
図6は、本発明の第2実施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示している。
本実施形態においては、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100のHV−ECU110は、エンジン11に要求されるパワーの指令値Pwを変化させることなく、エンジン回転数またはそれに対応するエンジン出力トルクを変化させるようになっている。
この場合、HV−ECU110は、要求パワーの指令値Pwに対し異なる複数の指定値Neを選択できるマップを有し、エンジンECU120は、要求パワーの指令値Pwに対し異なる指定値Neが選択されると、その指令値Neに対応する点火時期やバルブタイミング、スロットル開度等の制御値を決定できるように、複数種類のマップを内蔵していてもよい。
本実施形態のハイブリッド駆動システム1における制御装置100では、HV−ECU110の制御周期毎に、図6に示すようなポンプ入力切替抑制制御プログラムが実行される。
図6に示すように、まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、制御装置100のHV−ECU110は、エンジンECU120と協働して、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に、エンジン回転数Neに対応する入力軸23およびキャリアCRへの目標入力回転数N1を算出するとともに(ステップS11)、レゾルバ85の検出情報によりリングギヤRおよび出力部材D1の回転速度である出力軸回転数N2を検出する(ステップS12)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度が略一致するか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方の他方に対する相対回転速度が等速度域Rv以内か否かが判別される(ステップS13)。
このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内になく、判別結果がNoとなれば(ステップS13でNoの場合)、今回の処理を終了する。
一方、このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内にあり、判別結果がYesとなれば(ステップS13でYesの場合)、次いで、エンジン11の運転領域においてエンジン11に要求されるパワーの指令値Pwが変化しない等Pe線上で、エンジン回転数の指令値Neまたはそれに対応するエンジン出力トルクを変化させるように、エンジンECU120における制御値の変更がなされる(ステップS24)。そして、これにより、エンジン11の点火時期、バルブタイミング、スロットル開度等のうち少なくともいずれか1つが変化し、等Pe線上でエンジン11の回転速度Neまたはトルクが変化することで、入力回転軸51,52の回転速度が不等に制御される。
このように、本実施形態では、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100が、エンジン11のパワーの指令値Pwを保持しつつ、エンジン11の回転速度またはトルクを変化させ、入力回転軸51,52の回転速度を不等に制御する。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、エンジン11の回転速度が変化することで、ポンプ入力選択機構50での選択切替えの頻度が低下することになる。その結果、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが短時間内に繰り返されるポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システム1を提供することができる。
しかも、本実施形態では、エンジン11の点火時期、バルブタイミングおよびスロットル開度のうちいずれかを変化させてエンジン11の出力の回転速度またはトルクを変化させるので、エンジン11の出力を実質的に変化させずに済み、ドライバに出力変化を感じさせることなく、既存のエンジン制御系を用いて等Pe線上でエンジン出力の回転速度やトルクを的確に変更することができる。
(第3実施形態)
図7は、本発明の第3施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示している。
本実施形態においては、HV−ECU110は、HVバッテリ150の単位時間当たりの放電量を変化させるように、補機類、例えばエアコン(空調装置)の冷媒圧縮用の電動コンプレッサや車両に搭載された他の電動アクチュエータ類等の作動状態を変化させ、その消費電力をわずかに変化させることで、入力回転軸51,52の相対回転速度を増加させることができるようになっている。
例えば、エアコンの設定温度をドライバや他の搭乗者に変化を実感させない程度のわずかな変更温度範囲(例えば、0.5°Cの範囲)内で変更させ、HVバッテリ150の単位時間当たりの放電量を増加または減少させることができる。なお、ここにいう補機類は、電気負荷となる他の車両登載機器であれば特に限定されるものではなく、室内灯やメータ表示機器類等であってもよい。この場合、補機類の電気負荷が、ドライバや他の搭乗者に変化を実感させない範囲内で変更されることになる。
本実施形態のハイブリッド駆動システム1における制御装置100では、HV−ECU110の制御周期毎に、図7に示すようなポンプ入力切替抑制制御プログラムが実行される。
図7に示すように、まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、制御装置100のHV−ECU110は、エンジンECU120と協働して、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に、エンジン回転数Neに対応する入力軸23およびキャリアCRへの目標入力回転数N1が算出されるとともに(ステップS11)、レゾルバ85の検出情報によりリングギヤRおよび出力部材D1の回転速度である出力軸回転数N2が検出される(ステップS12)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度が略一致するか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方の他方に対する相対回転速度が等速度域Rv以内か否かが判別される(ステップS13)。
このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内になく、判別結果がNoとなれば(ステップS13でNoの場合)、今回の処理を終了する。
一方、このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内にあり、判別結果がYesとなれば(ステップS13でYesの場合)、次いで、電機負荷となる補機類の作動状態を変化させるよう、車両消費電力変更指令が出力される(ステップS34)。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、エアコン冷媒圧縮用の電動コンプレッサや他の電動アクチュエータ類等の作動状態が変化することで、車両消費電力が変更され、エンジン11に要求されるパワー指令値Pwが変化して、上述と同様に、ポンプ入力選択機構50での選択切替えの頻度が低下することになる。
このように、本実施形態においては、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100が、モータジェネレータMG1,MG2のうちいずれかからの発電電力(HVバッテリ150に充電された電力を含む)によって作動する補機類の作動状態が変更される。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、即座に車両消費電力が変更され、エンジン11に要求されるパワー指令値Pwが変化して、上述と同様に、選択切替えの頻度が低下することになる。その結果、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが短時間内に繰り返されるポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システム1を提供することができる。
(第4実施形態)
図8は、本発明の第4施形態に係るハイブリッド駆動システムで実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示している。
本実施形態においては、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100のHV−ECU110は、エンジン11の運転条件を変更する指令を出力するようになっている。具体的には、HV−ECU110は、エンジンECU120と協働して、エンジン11の点火時期、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング、スロットル開度等を変化させて、エンジン11の回転速度を変化させることができる。
本実施形態のハイブリッド駆動システム1における制御装置100では、HV−ECU110の制御周期毎に、図8に示すようなポンプ入力切替抑制制御プログラムが実行される。
図8に示すように、まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、制御装置100のHV−ECU110では、エンジンECU120と協働して、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に、エンジン回転数Neに対応する入力軸23およびキャリアCRへの目標入力回転数N1が算出されるとともに(ステップS11)、レゾルバ85の検出情報によりリングギヤRおよび出力部材D1の回転速度である出力軸回転数N2が検出される(ステップS12)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度が略一致するか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方の他方に対する相対回転速度が等速度域Rv以内か否かが判別される(ステップS13)。
このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内になく、判別結果がNoとなれば(ステップS13でNoの場合)、今回の処理を終了する。
一方、このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内にあり、判別結果がYesとなれば(ステップS13でYesの場合)、次いで、エンジン11の運転条件の変更指令が出力されて、エンジン11の点火時期、バルブタイミング、スロットル開度を制御する制御値が変更され、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等しくならないようエンジン回転数Neが変更される(ステップS44)。
このように、本実施形態では、入力回転軸51,52のうちいずれか一方が他方に対し等速度域Rv内に入ったとき、制御装置100が、エンジン11の運転条件の変更指令を出力することで、エンジン11の点火時期、バルブタイミング、スロットル開度等を変化させて、エンジン回転数Neを変化させる。したがって、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、既存のエンジン制御系を用いてエンジン11の回転速度が変更されることで、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が不等に制御され、無駄なポンプ入力選択機構50での選択切替えの頻度が低下することになる。その結果、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが短時間内に繰り返されるポンプ駆動経路の無駄な切替えを、既存のエンジン制御系を用いて的確に抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システム1を提供することができる。
(第5実施形態)
図9および図10は、本発明の第5実施形態に係るハイブリッド駆動システムの要部構成とその制御装置で実行されるオイルポンプ入力の切替抑制制御プログラムの流れを示している。
本実施形態においては、図9に示すように、ハイブリッド駆動システム1は、駆動輪5L,5R側の伝動歯車機構30内に、上述の第1実施形態の構成に加えて、出力機構20から出力される回転動力を変速する公知の変速比可変の変速機構91(詳細図示せず)をさらに備えている。
この変速機構91は、例えば図外の車載ECUからの指令信号に応じて作動する図示しない電動アクチュエータを内蔵しており、入力回転動力に対する出力回転動力の回転速度をその変速比に応じて変速できるとともに、その変速比を少なくとも高低2段階、例えば3段階の異なる変速比に変化させることができるようになっている。
また、制御装置100のHV−ECU110は、変速機構91の変速制御を実行する前記他の車載ECUと協働して、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内に入ったとき、変速機構91の変速比を、例えばHVバッテリ150のSOCや車速Sv等に応じて通常の変速比(例えば、中間の変速比)とは異なる他の変速比(低速側または高速側の変速比)に切り換え、両入力回転軸51,52の回転速度差を大きくするようになっている。
さらに、制御装置100のHV−ECU110は、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rvから外れる程度に両入力回転軸51,52の回転速度差が大きくなったとき、変速機構91の変速比を元の通常の変速比に戻すようになっている。
本実施形態のハイブリッド駆動システム1における制御装置100では、HV−ECU110の制御周期毎に、図10に示すようなポンプ入力切替抑制制御プログラムが実行される。
図10に示すように、まず、上述の第1実施形態の場合と同様に、制御装置100のHV−ECU110は、エンジンECU120と協働して、予め設定されたHV−ECU110の制御周期毎に、エンジン回転数Neに対応する入力軸23およびキャリアCRへの目標入力回転数N1が算出されるとともに(ステップS11)、レゾルバ85の検出情報によりリングギヤRおよび出力部材D1の回転速度である出力軸回転数N2が検出される(ステップS12)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度が略一致するか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方の他方に対する相対回転速度が等速度域Rv以内か否かが判別される(ステップS13)。
このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内になく、判別結果がNoとなれば(ステップS13でNoの場合)、今回の処理を終了する。
一方、このとき、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内にあり、判別結果がYesとなれば(ステップS13でYesの場合)、次いで、変速機構91の変速比を指定する出力軸回転の変速比の指令値が変更され、この指令値が前記他の車載ECUに送信され、変速機構91の変速比が通常の変速比から他の変速比に変更される(ステップS54)。
次いで、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内から外れたか否か、すなわち、入力回転軸51,52のうちいずれか一方の他方に対する相対回転速度が等速度域Rvから外れる程度に大きくなったか否かが判別される(ステップS55)。
このとき、その判別結果がNoであれば(ステップS55でNoの場合)、判別結果がYesとなるまでその判別ステップS55が繰り返される。
そして、判別結果がYesとなると(ステップS55でYesの場合)、変速機構91の変速比を再指定する出力軸回転の変速比の指令値が前記他の車載ECUに送信され、変速機構91の変速比が前記他の変速比から元の通常の変速比に戻される(ステップS56)。
このように、本実施形態では、入力回転軸51,52の回転速度が略一致する等速度域Rv内に入り、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、変速機構91の変速比が入力回転軸51,52の回転速度差を拡大させ得る異なる変速比に切り換えられる。したがって、エンジン11に要求される回転数が変化するとともに車速に依存する入力回転軸52の回転速度V2が変更され、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が速度差の拡大方向に変化することになり、両入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等しくならずに済み、無駄な選択切替えの頻度が低下することになる。その結果、ワンウェイクラッチ56,57のON/OFFが短時間内に繰り返されるポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システム1を提供することができる。
しかも、本実施形態では、入力回転軸51,52の回転速度が等速度域Rvから外れると、変速機構91の変速比が元に戻されるので、ポンプ入力選択機構50での入力回転軸51,52の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が低下すると、変速機構91の変速比が低燃費走行に最適な通常の変速比に切り換えられ、エンジン11の燃費が向上する。
なお、上述の各実施形態に係るハイブリッド駆動システム1においては、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が共に等速度域Rv内に入ると、ポンプ入力の切替抑制制御プログラムによって入力回転軸51、52の相対回転速度に影響する充電量等の特定の制御パラメータを変化させるものとしていた。しかし、多数の制御パラメータのうち好適な制御パラメータを選択して変化させたり、複数の制御パラメータを同時に変化させたりすることができることはいうまでもない。
また、上述の各実施形態では、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等速度域Rv内に入ると、即座にポンプ入力切替抑制制御を開始するようにしていたが、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等速度域Rv内に入る状態が予め設定された待機時間(例えば、数秒間)を超えて続くことを更なる条件として、ポンプ入力切替抑制制御を開始するようにしてもよい。同様に、第5実施形態において変速比を通常に復帰させるときに、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等速度域Rvから外れる状態が予め設定された待機時間を超えて続くことを更なる条件としてもよい。
前記待機時間を設定する場合、複数の回転軸のうちポンプ駆動条件が成立する1つの回転軸とは、入力回転軸51,52の相対回転速度を拡大させる直前に高速回転している回転軸ということになり、異なる回転軸とは、相対回転速度を拡大させる直前に等速度域Rv内で前記1つの回転軸より低速で回転している回転軸ということになる。換言すれば、エンジン11およびモータジェネレータMG1,MG2のうちいずれかの作動状態を制御して、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2を相対的に変化させる際のその変化の方向を、入力回転軸51,52の回転速度V1,V2が等速度域Rv内に入ることが検出されたときの両入力回転軸51,52の相対速度の縮小方向であって、切替線Lsを一度越えた後に両入力回転軸51,52の相対速度を等速度域Rv外に拡大させる方向とすることも考えられる。
オイルポンプ40は、歯車ポンプとしたが、必ずしも歯車ポンプである必要は無く、ポンプロータを回転させてオイルを加圧し吐出するものであればその形式は任意である。入力回転軸51,52を駆動する複数の駆動源が複数の電動機を有する必要が無いことは、勿論である。
以上説明したように、本発明に係るハイブリッド駆動システムは、ポンプロータを回転させている1つの回転軸の回転速度に対し、他の回転軸の回転速度が近付くと、両回転軸の回転速度が等しくならないように複数の駆動源の作動状態を制御するようにしている。したがって、両回転軸の回転速度が略一致することによりポンプ入力選択機構での入力回転軸の選択切替えが頻繁に繰り返される可能性が高まると、即座に、両回転軸の回転速度を変化させて選択切替えの頻度を適度に抑えることができる。その結果、ポンプ駆動経路の無駄な切替えを抑制し、耐久性に優れたハイブリッド駆動システムを提供することができる。このような本発明は、複数の駆動源の作動状態に応じた入力切替えが可能なオイルポンプを有するハイブリッド駆動システム全般に有用である。
1 ハイブリッド駆動システム
3 変速機ケース
5L,5R 駆動輪
11 エンジン(内燃機関)
20 出力機構(動力分割機構)
23 入力軸(エンジン回転入力軸)
30 伝動歯車機構
40 オイルポンプ
41a 吸入通路
41b 吐出通路
42 ドライブギヤ(ポンプロータ)
46a,46b オイル移送室
50 ポンプ入力選択機構
51,52 入力回転軸
56,57 ワンウェイクラッチ
91 変速機構
100 制御装置
110 HV−ECU
120 エンジンECU
130 MG−ECU
140 インバータ
150 HVバッテリ(主電池)
160 バッテリ監視ユニット
CR キャリア(入力側の回転伝動要素)
D1 出力部材
N1 目標入力回転数(入力軸側の要求回転速度)
N2 出力軸回転数(出力軸側の回転速度)
MG1 モータジェネレータ(発電可能な電動機、第1電動機)
MG2 モータジェネレータ(発電可能な電動機、第2電動機)
R リングギヤ(第2の出力側回転要素)
Rv 等速度域
Rv1,Rv2 一方側の速度差範囲(等速度域)
Rv3,Rv4 他方側の速度差範囲(等速度域)
S サンギヤ(第1の出力側回転要素)
Tr1,Tr2 トルク指令値
V1,V2 回転速度

Claims (9)

  1. 互いに異なる複数の駆動源と、前記複数の駆動源の作動状態に応じて前記複数の駆動源うち少なくとも1つの駆動源から外部に回転動力を出力させる出力機構と、前記複数の駆動源の作動状態を制御する制御装置と、オイルを加圧して吐出するよう回転するポンプロータを有するオイルポンプと、前記駆動源のそれぞれからの回転動力を入力可能な複数の回転軸を有し、前記回転軸のうち回転速度が大きい1つの回転軸によって前記ポンプロータを回転させるポンプ入力選択機構と、を備えたハイブリッド駆動システムであって、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度を不等に制御することを特徴とするハイブリッド駆動システム。
  2. 前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が予め設定された等速度域内に入ったことを条件に、前記複数の回転軸の回転速度を前記等速度域外に戻すよう前記複数の駆動源のうちいずれかの作動状態を変化させることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド駆動システム。
  3. 前記複数の駆動源が、内燃機関と、発電可能な電動機と、を含み、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記電動機の発電負荷を変化させることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド駆動システム。
  4. 前記電動機からの発電電力によって充電されるバッテリを備え、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記バッテリの充電量を変化させることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド駆動システム。
  5. 前記電動機からの発電電力によって作動する補機類を備え、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記補機類の作動状態を変化させることを特徴とする請求項3または請求項4に記載のハイブリッド駆動システム。
  6. 前記複数の駆動源が、内燃機関を含み、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記内燃機関の出力を保持しつつ前記内燃機関の回転速度またはトルクを変化させることを特徴とする請求項2ないし請求項5のうちいずれか1の請求項に記載のハイブリッド駆動システム。
  7. 前記出力機構から出力される回転動力を変速する変速機構をさらに備え、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域内に入ったことを条件に、前記変速機構の変速比を異なる変速比に切り換えることを特徴とする請求項2ないし請求項6のうちいずれか1の請求項に記載のハイブリッド駆動システム。
  8. 前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が前記等速度域外に外れたとき、前記変速機構の変速比を元に戻すことを特徴とする請求項7に記載のハイブリッド駆動システム。
  9. 前記電動機が、それぞれ発電可能な第1電動機および第2電動機を含むとともに、
    前記出力機構が、互いに回転伝動可能に係合する3つの回転伝動要素を含み、
    前記3つの回転伝動要素が、前記内燃機関に連結される入力側の回転伝動要素と、前記第1電動機に連結される第1の出力側回転要素と、前記第2電動機に連結される第2の出力側回転要素と、からなり、
    前記内燃機関から前記入力側の回転伝動要素に入力される回転動力が、前記第2の出力側回転要素から前記外部に出力され、
    前記制御装置は、前記複数の回転軸の回転速度が予め設定された等速度域内に入ったことを条件に、前記第1電動機の発電負荷を変化させることを特徴とする請求項2ないし請求項5のうちいずれか1の請求項に記載のハイブリッド駆動システム。
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