KR20140103170A - 차량의 제어 장치 - Google Patents

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다츠야 이마무라
다케시 기타하타
겐타 구마자키
?야 가토
야스히로 히아사
유지 이와세
히로유키 시바타
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Abstract

제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행 시에, 물리적인 대책을 실시하는 일 없이, 차동 기구의 내구성 저하를 억제한다. 브레이크(B)가 결합된 병용 모드에서의 모터 주행 시에는, 피니언 기어(P)의 회전 속도가 높을수록, 요구 구동 토크 내에서 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크가 작게 된다. 이와 같이 하면, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 높아질 때에는 제1 전동기 토크 Tmg1이 감소시켜지므로, 즉, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 높아도 피니언 기어(P)를 통해 전달되는 제1 전동기 토크 Tmg1이 감소시켜지므로, 유성 기어 장치(30)의 내구성[예를 들어 피니언 기어(P)의 베어링의 내시징성]이 향상시켜진다. 그로 인해, 특별한 윤활 경로를 설치하거나 윤활유량을 증가시키는 등의 필요가 없어진다.

Description

차량의 제어 장치 {CONTROL DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 제1 전동기와 구동륜에 각각 연결된 회전 요소와는 별도의 회전 요소가 로크 가능하게 구성된 차동 기구를 구비하는 차량의 제어 장치에 관한 것으로, 특히 로크를 작동시켜 주행하는 모터 주행 시에 차동 기구의 내구성 저하를 억제하는 기술에 관한 것이다.
제1 전동기와, 그 제1 전동기에 연결된 회전 요소, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 출력 회전 부재인 회전 요소, 및 로크 기구의 작동에 의해 비회전 부재에 연결되는 회전 요소를 갖는 차동 기구와, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제2 전동기를 구비하는 차량이 잘 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 차량이 그것이다. 이 특허문헌 1에는, 엔진과, 제1 전동기와, 엔진의 크랭크축, 제1 전동기의 회전축, 및 차축에 연결된 구동축의 3축에 각각 연결된 3개의 회전 요소를 구비한 차동 기구와, 구동축에 연결된 제2 전동기와, 엔진의 크랭크축을 회전 불가능하게 고정하는 로크 기구를 구비하는 차량에 있어서, 엔진을 운전 정지 상태로 하여 로크 기구에 의해 엔진의 크랭크축을 회전 불가능하게 고정함과 함께, 요구된 구동 토크가 만족되도록 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동원으로서 효율적으로 병용함으로써 모터 주행하는 것이 제안되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-265600호 공보
그런데, 모터 주행 시에, 제1 전동기 및 제2 전동기를 병용하는 경우, 제2 전동기의 동력은 차동 기구를 통하는 일 없이 구동륜에 전달된다. 한편, 제1 전동기의 동력은 차동 기구[특히, 차동 기구를 구성하는 피니언(예를 들어 유성 기어)]를 통해 출력 회전 부재(즉, 구동륜측)에 전달된다. 그로 인해, 예를 들어 차속에 의해 피니언의 회전 속도[피니언의 자전 회전 속도 혹은 피니언의 상대 회전 속도(차회전 속도)]가 증대되면, 큰 제1 전동기 토크가 전달될수록, 차동 기구의 내구성이 저하될 가능성이 있다. 또한, 큰 제1 전동기 토크를 전달하기 위해, 차동 기구의 윤활유량을 증가시키는 등의 물리적인 대책을 실시하면, 연비가 악화될 가능성이 있다. 또한, 상술한 바와 같은 과제는 미공지이며, 모터 주행 시에, 차동 기구의 내구 성능 향상의 관점에서, 제1 전동기 및 제2 전동기를 적절하게 병용하는 것에 대해 아직 제안되어 있지 않다.
본 발명은 이상의 사정을 배경으로 하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행 시에, 물리적인 대책을 실시하는 일 없이, 차동 기구의 내구성 저하를 억제할 수 있는 차량의 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1 발명의 요지로 하는 바는, (a)제1 전동기와, 그 제1 전동기에 연결된 회전 요소, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 출력 회전 부재인 회전 요소, 및 로크 기구의 작동에 의해 비회전 부재에 연결되는 회전 요소를 갖는 차동 기구와, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제2 전동기를 구비하는 차량의 제어 장치이며, (b)상기 로크 기구가 작동한 상태에서 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기로부터의 출력 토크를 병용하여 주행하는 모터 주행 시에는, 상기 차동 기구를 구성하는 피니언의 회전 속도가 높을수록, 요구된 구동 토크 내에서 그 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 작게 하는 데 있다.
이와 같이 하면, 피니언의 회전 속도(피니언의 자전 회전 속도 혹은 피니언의 차회전 속도)가 높아질 때에는 제1 전동기의 출력 토크가 감소시켜지므로, 즉, 피니언의 회전 속도가 높아도 그 피니언을 통해 전달되는 제1 전동기의 출력 토크가 감소시켜지므로, 차동 기구의 내구성(예를 들어 피니언의 베어링의 내시징성)이 향상시켜진다. 그로 인해, 특별한 윤활 경로를 설치하거나 윤활유량을 증가시키는 등의 필요가 없어진다. 따라서, 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행 시에, 물리적인 대책을 실시하는 일 없이, 차동 기구의 내구성 저하를 억제할 수 있다.
여기서, 제2 발명은, 상기 제1 발명에 기재된 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 피니언의 회전 속도가 미리 정해진 저회전 영역에 있을 때에는, 상기 요구된 구동 토크를, 운전 효율에 기초하여 상기 제1 전동기 및 제2 전동기에서 분담하는 데 있다. 이와 같이 하면, 피니언의 회전 속도가 비교적 낮아질 때에는, 제1 전동기의 출력 토크가 비교적 높아도 차동 기구의 내구성이 저하되기 어려우므로, 내구성 향상보다도 연비를 우선한 전동기의 토크 분담에서 제1 전동기 및 제2 전동기를 작동시켜진다.
또한, 제3 발명은, 상기 제1 발명 또는 제2 발명에 기재된 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 차동 기구는, 상기 3개의 회전 요소로 구성된 차동 기구이며, 상기 로크 기구의 작동에 의해 상기 비회전 부재에 연결되는 회전 요소에 엔진의 크랭크축이 연결되어 있고, 상기 모터 주행 시에는, 상기 크랭크축이 상기 비회전 부재에 고정되는 데 있다. 이와 같이 하면, 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행이 적절하게 실행된다.
또한, 제4 발명은, 상기 제1 발명 또는 제2 발명에 기재된 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 차동 기구는, 상기 3개의 회전 요소 및 그 3개의 회전 요소와는 별도의 회전 요소를 갖는 4개의 회전 요소로 구성된 차동 기구이며, 상기 로크 기구의 작동에 의해 상기 비회전 부재에 연결되는 회전 요소 및 상기 별도의 회전 요소 중 어느 한쪽에 엔진의 크랭크축이 연결되어 있고, 상기 모터 주행 시에는, 상기 엔진이 운전 정지 상태로 됨과 함께, 상기 별도의 회전 요소의 회전 속도가 높을수록, 상기 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 하는 데 있다. 이와 같이 하면, 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행이 적절하게 실행된다. 또한, 상기 별도의 회전 요소의 회전 속도가 높아질 때, 즉, 피니언의 공전 회전 속도가 높아질 때에는, 공전분의 원심력이 작용하여 차동 기구의 내구성이 저하되기 쉬운 것에 대해, 제1 전동기의 출력 토크가 한층 더 감소시켜지므로, 즉, 피니언의 공전 회전 속도가 높아도 그 피니언을 통해 전달되는 제1 전동기의 출력 토크가 한층 더 감소시켜지므로, 차동 기구의 내구성이 한층 더 향상시켜진다.
또한, 제5 발명은, 상기 제1 발명 내지 제4 발명 중 어느 하나에 기재된 차량의 제어 장치에 있어서, 상기 차동 기구의 윤활유의 온도가 높을수록, 상기 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 하는 데 있다. 이와 같이 하면, 윤활유의 온도가 높을 때에는, 윤활유가 흐르기 쉬우므로, 즉, 유막이 끊어지기 쉬우므로 차동 기구의 내구성이 저하되기 쉬운 것에 대해, 제1 전동기의 출력 토크가 한층 더 감소시켜지므로, 즉, 피니언의 회전 속도가 높아도 그 피니언을 통해 전달되는 제1 전동기의 출력 토크가 한층 더 감소시켜지므로, 차동 기구의 내구성이 한층 더 향상시켜진다.
도 1은 본 발명이 적용되는 차량의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량에 설치된 제어 계통의 주요부를 설명하는 블록선도이다.
도 2는 전자 제어 장치의 제어 기능의 주요부를 설명하는 기능 블록선도이다.
도 3은 유성 기어 장치에 있어서의 각 회전 요소의 회전 속도를 상대적으로 나타낼 수 있는 공선도이며, 브레이크 해방 시의 주행 상태를 나타내고 있다.
도 4는 도 3과 마찬가지의 공선도이며, 브레이크 결합 시의 주행 상태를 나타내고 있다.
도 5는 MG1 토크 상한 맵의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 전자 제어 장치의 제어 작동의 주요부, 즉, 병용 모드에서의 모터 주행 시에 물리적인 대책을 실시하는 일 없이 유성 기어 장치의 내구성 저하를 억제하기 위한 제어 작동을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 도 6의 흐름도에 나타내는 제어 작동을 실행한 경우의 타임차트이다.
도 8은 4개의 회전 요소로 구성된 차동 기구를 구비한 제1 구동부의 일례를 나타내는 도면이며, 도 1의 제1 구동부와는 별도의 실시예이다.
도 9는 도 8의 차동 기구에 있어서의 공선도이며, 브레이크 결합 시의 주행 상태를 나타내고 있다.
도 10은 MG1 토크 상한 맵의 일례를 나타내는 도면이며, 도 5의 MG1 토크 상한 맵과는 별도의 실시예이다.
도 11은 로크 기구로서의 맞물림 클러치의 개략 구성을 설명하는 도면이다.
본 발명에 있어서, 적합하게는, 상기 차량은, 주행용 구동력원으로서 제1 전동기 및 제2 전동기를 구비하는 전기 자동차, 엔진, 제1 전동기 및 제2 전동기를 구비하고, 전동기에 의해 주행할 수 있는 하이브리드 차량, 그 하이브리드 차량이기는 하지만 충전 스탠드나 가정용 전원 등으로부터 축전 장치로의 충전이 가능한 소위 플러그인 하이브리드 차량 등이다. 특히, 이 플러그인 하이브리드 차량은, 하이브리드 차량보다도 축전 장치의 최대 입출력 허용값이 크게 된다고 생각되므로, 예를 들어 모터 주행이 가능한 영역을 보다 높은 요구 구동 토크까지 대응시킬 수 있다. 이때, 예를 들어 제2 전동기를 크게 하는 것이 아니라, 상기 로크 기구를 채용하여 제1 전동기 및 제2 전동기를 주행용 구동력원으로서 사용할 수 있도록 함으로써, 전동기의 대형화를 억제할 수 있다. 이와 같이, 상기 로크 기구는 플러그인 하이브리드 차량에 있어서 보다 유용하다. 본 발명은 이 로크 기구를 채용한 차량에 적용되는 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1은 본 발명이 적용되는 차량인 하이브리드 차량(10)[이하, 차량(10)이라 함]의 개략 구성을 설명하는 도면임과 함께, 차량(10)의 각 부를 제어하기 위해 설치된 제어 계통의 주요부를 설명하는 블록선도이다. 도 1에 있어서, 차량(10)은, 주행용의 구동력원인, 엔진(12), 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기와, 좌우 1쌍의 구동륜(14)과의 사이의 동력 전달 경로에 설치된, 제1 구동부(16), 제2 구동부(18), 차동 기어 장치(20), 및 좌우 1쌍의 차축(22) 등을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 차량(10)에는, 엔진(12)에 의해 회전 구동됨으로써, 유압 제어 회로(54)의 원압으로 되는 유압을 발생시킴과 함께, 제1 구동부(16)나 제2 구동부(18) 등에 윤활유를 공급하는 오일 펌프(24)가 구비되어 있다. 또한, 차량(10)은 엔진(12)의 크랭크축(26)을 비회전 부재인 하우징(28)에 대해 고정하는 로크 기구로서의 브레이크(B)를 구비하고 있다.
제1 구동부(16)는 유성 기어 장치(30) 및 출력 기어(32)를 구비하여 구성되어 있다. 유성 기어 장치(30)는 제1 전동기(MG1)에 연결된 회전 요소인 선 기어(S), 구동륜(14)에 동력 전달 가능하게 연결된 회전 요소이며 피니언 기어(P)를 통해 선 기어(S)와 맞물리는 링 기어(R), 및 브레이크(B)의 결합 작동에 의해 하우징(28)에 연결되는 회전 요소이며 피니언 기어(P)를 자전 및 공전 가능하게 지지하는 캐리어(CA)를 3개의 회전 요소(회전 부재)로서 갖는 공지의 싱글 피니언형의 유성 기어 장치이며, 차동 작용을 발생시키는 차동 기구로서 기능한다. 캐리어(CA)는 제1 구동부(16)의 입력축으로서의 크랭크축(26)에 연결되고, 링 기어(R)는 출력 기어(32)에 연결되어 있다. 즉, 유성 기어 장치(30)는, 입력 회전 부재이며 엔진(12)에 연결된 제1 회전 요소(RE1)로서의 캐리어(CA), 제2 회전 요소(RE2)로서의 선 기어(S), 및 출력 회전 부재인 제3 회전 요소(RE3)로서의 링 기어(R)를 구비하고, 엔진(12)으로부터 출력되는 동력을 제1 전동기(MG1) 및 출력 기어(32)에 분배하는 동력 분배 기구이며, 전기적 무단 변속기로서 기능한다. 출력 기어(32)는, 크랭크축(26)과 평행을 이루는 중간 출력축(34)과 일체적으로 설치된 대직경 기어(36)와 맞물려 있다. 또한, 중간 출력축(34)과 일체적으로 설치된 소직경 기어(38)가 차동 기어 장치(20)의 디퍼렌셜 입력 기어(40)와 맞물려 있다.
제2 구동부(18)는 제2 전동기(MG2)의 출력축인 MG2 출력축(42)에 연결된 제2 출력 기어(44)를 구비하여 구성되어 있다. 제2 출력 기어(44)는 대직경 기어(36)와 맞물려 있다. 이에 의해, 제2 전동기(MG2)는 구동륜(14)에 동력 전달 가능하게 연결된다.
제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)는, 모두 구동력을 발생시키는 모터(발동기) 및 반력을 발생시키는 제네레이터(발전기)로서의 기능을 갖는 모터 제너레이터이지만, 제1 전동기(MG1)는 적어도 제네레이터로서의 기능을 구비하고, 제2 전동기(MG2)는 적어도 모터로서의 기능을 구비한다.
이상과 같이 구성된 차량(10)에 있어서, 제1 구동부(16)에 있어서의 엔진(12)이나 제1 전동기(MG1)로부터의 동력은, 유성 기어 장치(30)를 통해 출력 기어(32)에 전달되고, 중간 출력축(34)에 설치된 대직경 기어(36) 및 소직경 기어(38)를 통해 차동 기어 장치(20)의 디퍼렌셜 입력 기어(40)에 전달된다. 또한, 제2 구동부(18)에 있어서의 제2 전동기(MG2)로부터의 동력은, MG2 출력축(42) 및 제2 출력 기어(44)를 통해 대직경 기어(36)에 전달되고, 소직경 기어(38)를 통해 디퍼렌셜 입력 기어(40)에 전달된다. 즉, 차량(10)에 있어서는, 엔진(12), 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2) 모두가 주행용 구동원으로서 사용될 수 있다.
브레이크(B)는, 예를 들어 유압 액추에이터에 의해 결합 제어되는 다판식의 유압식 마찰 결합 장치이다. 이 브레이크(B)는, 유압 제어 회로(54)로부터 공급되는 유압 Pb에 따라 그 결합 상태가 결합 내지 해방의 사이에서 제어된다. 또한, 필요에 따라 슬립 결합시켜져도 된다. 브레이크(B)의 해방 시에는, 엔진(12)의 크랭크축(26)은 하우징(28)에 대해 상대 회전 가능한 상태로 된다. 한편, 브레이크(B)의 결합 시에는, 크랭크축(26)은 하우징(28)에 대해 상대 회전 불가능한 상태로 된다. 즉, 브레이크(B)의 결합에 의해, 크랭크축(26)은 하우징(28)에 고정(로크)된다.
또한, 차량(10)에는, 차량(10)의 각 부를 제어하는 제어 장치로서의 전자 제어 장치(80)가 구비되어 있다. 이 전자 제어 장치(80)는, 예를 들어 CPU, RAM, ROM, 입출력 인터페이스 등을 구비한 소위 마이크로 컴퓨터를 포함하고 있고, CPU는 RAM의 일시 기억 기능을 이용하면서 미리 ROM에 기억된 프로그램에 따라 신호 처리를 행함으로써 차량(10)의 각종 제어를 실행한다. 예를 들어, 전자 제어 장치(80)는 엔진(12), 제1 전동기(MG1), 제2 전동기(MG2) 등에 관한 하이브리드 구동 제어 등의 차량 제어를 실행하도록 되어 있고, 필요에 따라 엔진(12)의 출력 제어용이나 전동기(MG1, MG2)의 출력 제어용 등으로 나누어 구성된다. 또한, 전자 제어 장치(80)에는, 차량(10)에 설치된 각 센서[예를 들어 크랭크 포지션 센서(60), 출력 회전 속도 센서(62), 리졸버 등의 제1 전동기 회전 속도 센서(64), 리졸버 등의 제2 전동기 회전 속도 센서(66), 유온 센서(68), 액셀러레이터 개방도 센서(70), 배터리 센서(72) 등]에 의한 검출값에 기초하는 각종 신호[예를 들어 엔진 회전 속도 Ne 및 크랭크 각도 Acr, 차속 V에 대응하는 출력 기어(32)의 회전 속도인 출력 회전 속도 Nout, 제1 전동기 회전 속도 Nmg1, 제2 전동기 회전 속도 Nmg2, 제1 구동부(16) 등의 윤활유의 온도인 윤활유 온도 THoil, 액셀러레이터 개방도 Acc, 축전 장치(52)의 충전 상태(충전 용량) SOC 등]가 공급된다. 또한, 전자 제어 장치(80)로부터는, 차량(10)에 설치된 각 장치[예를 들어 엔진(12), 인버터(50), 유압 제어 회로(54) 등]에 각종 지령 신호(예를 들어 엔진 제어 지령 신호 Se, 전동기 제어 지령 신호 Sm, 유압 제어 지령 신호 Sp 등)가 공급된다.
도 2는 전자 제어 장치(80)에 의한 제어 기능의 주요부를 설명하는 기능 블록선도이다. 도 2에 있어서, 하이브리드 제어 수단, 즉, 하이브리드 제어부(82)는, 예를 들어 전자 스로틀 밸브의 개폐, 연료 분사량, 점화 시기 등을 제어하는 엔진 제어 지령 신호 Se를 출력하고, 목표 엔진 파워 Pe*를 발생시키기 위한 엔진 토크 Te의 목표값이 얻어지도록 엔진(12)의 출력 제어를 실행한다. 또한, 하이브리드 제어부(82)는 제1 전동기(MG1)나 제2 전동기(MG2)의 작동을 제어하는 전동기 제어 지령 신호 Sm을 인버터(50)에 출력하여, 제1 전동기 토크 Tmg1이나 제2 전동기 토크 Tmg2의 목표값이 얻어지도록 제1 전동기(MG1)나 제2 전동기(MG2)의 출력 제어를 실행한다.
구체적으로는, 하이브리드 제어부(82)는 액셀러레이터 개방도 Acc로부터 그때의 차속 V에서 요구되는 구동 토크(요구 구동 토크)를 산출하고, 충전 요구값(충전 요구 파워) 등을 고려하여 저연비이며 배기 가스량이 적은 운전으로 되도록, 엔진(12), 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2) 중 적어도 하나로부터 요구 구동 토크를 발생시킨다. 예를 들어, 하이브리드 제어부(82)는 엔진(12)의 운전을 정지시킴과 함께 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2) 중 적어도 한쪽의 전동기만을 주행용 구동원으로서 모터 주행(EV 주행)하기 위한 모터 주행 모드, 엔진(12)의 동력에 대한 반력을 제1 전동기(MG1)의 발전에 의해 담당함으로써 출력 기어(32)에 엔진 직달 토크를 전달함과 함께 제1 전동기(MG1)의 발전 전력에 의해 제2 전동기(MG2)를 구동함으로써 구동륜(14)에 토크를 전달하여 적어도 엔진(12)을 주행용 구동원으로서 엔진 주행하기 위한 엔진 주행 모드(정상 주행 모드), 이 엔진 주행 모드에 있어서 축전 장치(52)로부터의 전력을 사용한 제2 전동기(MG2)의 구동 토크를 더욱 부가하여 주행하기 위한 어시스트 주행 모드(가속 주행 모드) 등을, 주행 상태에 따라 선택적으로 성립시킨다. 하이브리드 제어부(82)는 요구 구동 토크가 미리 실험적 혹은 설계적으로 구해져 기억된(즉, 미리 정해진) 임계값보다도 작은 모터 주행 영역에 있는 경우에는, 모터 주행 모드를 성립시키는 한편, 요구 구동 토크가 미리 정해진 임계값 이상으로 되는 엔진 주행 영역에 있는 경우에는, 엔진 주행 모드 내지 어시스트 주행 모드를 성립시킨다.
하이브리드 제어부(82)는 모터 주행 모드를 성립시킨 경우에는, 또한, 제1 전동기 토크 Tmg1 및 제2 전동기 토크 Tmg2를 병용하여 주행할 수 있는 병용 모드로 할지, 혹은 제2 전동기 토크 Tmg2만을 사용하여 주행할 수 있는 단독 모드로 할지를 판단한다. 예를 들어, 하이브리드 제어부(82)는 모터 주행 모드에 있어서, 제2 전동기(MG2)만으로 요구 구동 토크를 조달할 수 있는 경우에는 단독 모드를 성립시키는 한편, 제2 전동기(MG2)만으로는 요구 구동 토크를 조달할 수 없는 경우에는 병용 모드를 성립시킨다. 단, 하이브리드 제어부(82)는 제2 전동기(MG2)만으로 요구 구동 토크를 조달할 수 있을 때라도, 제2 전동기(MG2)의 동작점(예를 들어 제2 전동기 회전 속도 Nmg2 및 제2 전동기 토크 Tmg2로 나타내어지는 제2 전동기의 운전점)이 제2 전동기(MG2)의 효율을 악화시키는 동작점으로서 미리 정해진 영역 내에 있는 경우에는, 바꾸어 말하면 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 병용한 쪽이 효율이 좋은 경우에는, 병용 모드를 성립시킨다.
하이브리드 제어부(82)는 모터 주행 모드에 있어서 병용 모드를 성립시킨 경우에는, 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)의 운전 효율에 기초하여, 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)에서 요구 구동 토크를 분담시킨다. 예를 들어, 하이브리드 제어부(82)는 병용 모드의 모터 주행 시에는, 요구 구동 토크에 기초하여 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율을 구하고, 그 분담율에 기초하여 요구 구동 토크에 대한 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)의 각 분담 토크를 구한다. 그리고, 하이브리드 제어부(82)는 그 각 분담 토크를 출력하도록 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 제어하여 모터 주행시킨다.
로크 기구 작동 제어 수단, 즉, 로크 기구 작동 제어부(84)는 브레이크(B)의 작동을 제어한다. 구체적으로는, 로크 기구 작동 제어부(84)는 유압 제어 회로(48)로부터 브레이크(B)의 유압 액추에이터에 공급되는 유압 Pb를 제어함으로써, 브레이크(B)의 결합 내지 해방, 즉, 크랭크축(26)의 하우징(28)에 대한 고정 내지 그 고정의 해제를 제어한다. 예를 들어, 로크 기구 작동 제어부(84)는 하이브리드 제어부(82)에 의해 모터 주행 모드에 있어서 병용 모드가 성립시켜지는 경우에는, 유압 Pb를 증가시킴으로써 브레이크(B)를 결합시켜, 크랭크축(26)을 하우징(28)에 대해 고정한다. 또한, 로크 기구 작동 제어부(84)는 하이브리드 제어부(82)에 의해 엔진 주행 모드 내지 어시스트 주행 모드가 성립시켜지거나 혹은 모터 주행 모드에 있어서 단독 모드가 성립시켜지는 경우에는, 유압 Pb를 감소시킴으로써 브레이크(B)를 해방시켜, 크랭크축(26)의 하우징(28)에 대한 고정을 해제한다.
도 3 및 도 4는 유성 기어 장치(30)에 있어서의 3개의 회전 요소의 회전 속도를 상대적으로 나타낼 수 있는 공선도이며, 세로선 Y1-Y3은 지면(紙面)을 향해 좌측으로부터 순서대로 세로선 Y1이 제1 전동기(MG1)에 연결된 제2 회전 요소(RE2)인 선 기어(S)의 회전 속도를, 세로선 Y2가 엔진(12)에 연결된 제1 회전 요소(RE1)인 캐리어(CA)의 회전 속도를, 세로선 Y3이 대직경 기어(36) 및 제2 출력 기어(44) 등을 통해 제2 전동기(MG2)에 연결된 제3 회전 요소(RE3)인 링 기어(R)의 회전 속도를 각각 나타내고 있다. 도 3은 브레이크(B)가 해방되었을 때의 주행 상태에 있어서의 각 회전 요소의 상대 속도를, 도 4는 브레이크(B)가 결합되었을 때의 주행 상태에 있어서의 각 회전 요소의 상대 속도를 각각 나타내고 있다.
도 3의 실선을 사용하여 엔진 주행 모드 내지 어시스트 주행 모드에 있어서의 차량(10)의 작동에 대해 설명하면, 캐리어(CA)에 입력되는 엔진 토크 Te에 대해, 제1 전동기 토크 Tmg1이 선 기어(S)에 입력된다. 이때, 예를 들어 엔진 회전 속도 Ne 및 엔진 토크 Te로 나타내어지는 엔진(12)의 운전점을 연비가 가장 좋은 동작점으로 설정하는 제어를, 제1 전동기(MG1)의 역행 제어 내지 반력 제어에 의해 실행할 수 있다. 이러한 종류의 하이브리드 형식은, 기계 분배식 혹은 스플릿 타입이라고 일컬어진다. 또한, 도 3의 파선을 사용하여 모터 주행 모드에서의 단독 모드에 있어서의 차량(10)의 작동에 대해 설명하면, 엔진(12)의 구동은 행해지지 않고[즉, 엔진(12)이 운전 정지 상태로 되고], 그 회전 속도는 0으로 된다. 이 상태에 있어서는, 제2 전동기(MG2)의 역행 토크가 차량 전진 방향의 구동력으로서 구동륜(14)에 전달된다. 또한, 제1 전동기(MG1)는 무부하 상태(프리)로 되어 있다.
또한, 도 4를 사용하여 모터 주행 모드에서의 병용 모드에 있어서의 차량(10)의 작동에 대해 설명하면, 엔진(12)의 구동은 행해지지 않고, 그 회전 속도는 0으로 된다. 또한, 로크 기구 작동 제어부(84)에 의해 브레이크(B)가 크랭크축(26)을 하우징(28)에 대해 고정하도록 결합 작동시켜지고, 엔진(12)이 회전 불가능하게 고정(로크)된다. 브레이크(B)가 결합된 상태에 있어서는, 제2 전동기(MG2)의 역행 토크가 차량 전진 방향의 구동력으로서 구동륜(14)에 전달된다. 또한, 제1 전동기(MG1)의 반력 토크가 차량 전진 방향의 구동력으로서 구동륜(14)에 전달된다. 즉, 차량(10)에 있어서는, 크랭크축(26)이 브레이크(B)에 의해 로크됨으로써, 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 주행용 구동원으로서 병용할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 소위 플러그인 하이브리드 차량 등에 있어서, 축전 장치(52)가 대용량화(고출력화)되는 경우, 제2 전동기(MG2)의 대형화를 억제하면서 모터 주행의 고출력화를 실현할 수 있다.
그런데, 본 실시예의 차량(10)에서는, 모터 주행 모드에서의 병용 모드에서 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 주행용 구동력원으로서 병용하는 경우, 제2 전동기(MG2)의 동력은 유성 기어 장치(30)를 통하는 일 없이 구동륜(14)에 전달된다. 한편, 제1 전동기(MG1)의 동력은 유성 기어 장치(30)[특히, 유성 기어 장치(30)를 구성하는 피니언 기어(P)]를 통해 링 기어(R)로부터 구동륜(14)에 전달된다. 여기서, 도 4에 있어서, 세로선 P는 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np를 공선도 상에 나타낸 것이다. 도 4로부터 명백해진 바와 같이, 브레이크(B)가 결합되어 있는 경우, 링 기어(R)의 회전 속도가 증대되면, 피니언 기어(P)를 포함하는 유성 기어 장치(30)의 각 회전 요소의 상대 속도의 관계로부터 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np가 증대된다. 이에 수반하여, 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np와 캐리어(CA)의 회전 속도(즉, 엔진 회전 속도 Ne)의 회전 속도차로 나타내어지는 피니언 기어(P)의 상대 회전 속도(차회전 속도) ΔNp(＝Np－Ne)가 증대된다. 그로 인해, 차속 V에 대응하는 링 기어(R)의 회전 속도(출력 회전 속도 Nout)의 증대에 의해 피니언 기어(P)의 차회전 속도(피니언 차회전 속도) ΔNp가 증대되면, 큰 제1 전동기 토크 Tmg1이 전달될수록, 유성 기어 장치(30)[특히, 피니언 기어(P)의 베어링 등]의 내구성이 저하될 가능성이 있다. 이러한 내구성의 저하에 대해, 큰 제1 전동기 토크 Tmg1을 전달하기 위해, 유성 기어 장치(30)에의 윤활유량을 증가시키는 등의 물리적인 대책을 실시하는 것이 생각되지만, 그렇게 하면 연비가 악화될 가능성이 있다.
따라서, 본 실시예의 전자 제어 장치(80)는 모터 주행 모드에 있어서 브레이크(B)가 결합 작동된 상태에서 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 주행용 구동력원으로서 병용하는 모터 주행 시에는, 물리적인 대책을 실시하는 일 없이 유성 기어 장치(30)의 내구성 저하를 억제하기 위해, 피니언 기어(P)의 회전 속도가 높을수록, 요구 구동 토크 내에서 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크를 작게 한다. 피니언 기어(P)의 회전 속도는, 예를 들어 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np나 피니언 차회전 속도 ΔNp이다. 또한, 브레이크(B)가 결합 작동된 상태에서는, 캐리어(CA)의 회전 속도는 0으로 되므로, 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np와 피니언 차회전 속도 ΔNp는 실질적으로 동일하다.
도 5는 피니언 차회전 속도 ΔNp와 제1 전동기(MG1)의 분담 토크로서 가능한 제1 전동기 토크 Tmg1의 상한 토크(MG1 토크 상한) Tmg1lim의 미리 정해진 관계(MG1 토크 상한 맵)이다. 또한, 도 5의 실선에 있어서, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA 이하인 저회전 영역에서는, MG1 토크 상한 Tmg1lim은 제1 전동기(MG1)가 출력 가능한 최댓값(MG1 토크 최댓값) Tmg1max로 된다. 따라서, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA 이하인 저회전 영역에서는, 연비 우선의 토크 분담율에서 구해진 요구 구동 토크에 대한 제1 전동기(MG1)의 분담 토크를 출력하는 것이 가능하다. 또한, 도 5의 실선에 있어서, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA를 초과하는 고회전 영역에서는, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 클수록, MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작게 된다. 따라서, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA를 초과하는 고회전 영역에서는, 연비 우선의 토크 분담율에서 구해진 요구 구동 토크에 대한 제1 전동기(MG1)의 분담 토크를 MG1 토크 상한 Tmg1lim까지밖에 출력할 수 없다. 즉, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 클수록, 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 작게 된다. 이와 같이, MG1 토크 상한 Tmg1lim이 MG1 토크 최댓값 Tmg1max로 되지 않는 영역이 MG1 토크 제한 영역이며, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA를 초과하는 고회전 영역이 MG1 토크 제한 영역에 상당한다. 상기 소정값 ΔNpA는, 모터 주행 모드의 병용 모드 시에 제1 전동기 토크 Tmg1을 제한하지 않더라도(제1 전동기 토크 Tmg1이 MG1 토크 최댓값 Tmg1max로 되었다고 해도), 피니언 기어(P)의 베어링 등의 내구성이 저하된다고 하는 문제가 발생하기 어려운 피니언 차회전 속도 ΔNp로서 미리 정해진 상한값이다.
그런데, 윤활유 온도 THoil이 높을 때에는, 윤활유가 흐르기 쉬우므로, 즉, 유막이 끊어지기 쉬우므로 유성 기어 장치(30)의 내구성이 저하되기 쉽다고 생각된다. 따라서, 윤활유 온도 THoil이 높을수록, 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 한다. 도 5의 2점 쇄선은, 윤활유 온도 THoil이 비교적 높은 고유온 시의 MG1 토크 상한 맵이며, 실선으로 나타내는 윤활유 온도 THoil이 통상인 통상 유온 시의 MG1 토크 상한 맵과 비교하여, 동일한 값의 피니언 차회전 속도 ΔNp에 있어서의 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작게 되어 있다. 따라서, 통상 유온 시보다 윤활유 온도 THoil이 높은 고유온 시에는, 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 더욱 작게 되고, 피니언 차회전 속도 ΔNp의 전역에 걸쳐 MG1 토크 제한 영역으로 된다. 또한, 상기 통상 유온 시라 함은, 예를 들어 유성 기어 장치(30)의 내구성이 저하되기 쉽다고 하는 문제가 발생하기 어려운 윤활유 온도 THoil로서 미리 정해진 소정의 저유온 영역에 윤활유 온도 THoil이 있을 때를 말한다. 또한, 상기 고유온 시라 함은, 윤활유 온도 THoil이 상기 소정의 저유온 영역보다도 높은 고유온 영역에 있을 때를 말한다.
보다 구체적으로는, 도 2로 되돌아가, MG1 토크 제한 영역 판정 수단, 즉, MG1 토크 제한 영역 판정부(86)는 하이브리드 제어부(82)에 의해 모터 주행 모드에 있어서 병용 모드가 성립시켜지는 경우에는, MG1 토크 제한 영역에 있는지 여부를 판정한다. 예를 들어, MG1 토크 제한 영역 판정부(86)는 고유온 시인지 여부에 기초하여 MG1 토크 제한 영역에 있는지 여부를 판정한다. 또한, MG1 토크 제한 영역 판정부(86)는 통상 유온 시라고 판단한 경우에는, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA를 초과하고 있는지 여부에 기초하여 MG1 토크 제한 영역에 있는지 여부를 판정한다. 또한, 피니언 차회전 속도 ΔNp는, 전자 제어 장치(80)에 의해, 예를 들어 유성 기어 장치(30)의 각 회전 요소의 상대 속도의 관계로부터 적어도 2개의 회전 요소에 기초하여 구해진 피니언 기어(P)의 자전 회전 속도 Np와, 캐리어(CA)의 회전 속도에 기초하여 구해진다.
하이브리드 제어부(82)는 모터 주행 모드의 병용 모드 시에 있어서, MG1 토크 제한 영역 판정부(86)에 의해 MG1 토크 제한 영역에 없다고 판정되는 경우에는(예를 들어 통상 유온 시에 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA 이하인 저회전 영역에 있는 경우에는), 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율에 기초하여 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)에서 요구 구동 토크를 분담시킨다. 한편, 하이브리드 제어부(82)는 모터 주행 모드의 병용 모드 시에 있어서, MG1 토크 제한 영역 판정부(86)에 의해 MG1 토크 제한 영역에 있다고 판정되는 경우에는, 예를 들어 도 5에 나타내어지는 바와 같은 MG1 토크 상한 맵으로부터 피니언 차회전 속도 ΔNp 및 윤활유 온도 THoil에 기초하여 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 구한다. 그리고, 하이브리드 제어부(82)는 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율에 기초하는 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 초과하고 있는 경우에는, 제1 전동기(MG1)의 분담 토크를 그 MG1 토크 상한 Tmg1lim까지 제한한다. 이때, 하이브리드 제어부(82)는 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 초과하고 있는 분에 대해서는, 제2 전동기(MG2)에서 가능한 한 담당시킨다. 따라서, 이 경우, 연비의 우선도는 저하된다. 또한, 제2 전동기(MG2)에서 담당시켜지지 않는 분에 대해서는, 요구 구동 토크에 대해 실제의 구동 토크가 부족하게 된다. 또한, 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율에 기초하는 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 초과하고 있지 않은 경우에는, MG1 토크 제한 영역에 있었다고 해도, 실질적으로 제1 전동기 토크 Tmg1이 제한되지 않는 것은 물론인 것이다.
도 6은 전자 제어 장치(80)의 제어 작동의 주요부, 즉, 병용 모드에서의 모터 주행 시에 물리적인 대책을 실시하는 일 없이 유성 기어 장치(30)의 내구성 저하를 억제하기 위한 제어 작동을 설명하는 흐름도이며, 예를 들어 수 msec 내지 수십 msec 정도의 극히 짧은 사이클 타임으로 반복해서 실행된다. 도 7은 도 6의 흐름도에 나타내는 제어 작동을 실행한 경우의 타임차트이며, 병용 모드에서의 모터 주행 중에 차속 V의 상승에 수반하여 피니언 차회전 속도 ΔNp도 상승해 가는 경우의 일례이다.
도 6에 있어서, 우선, 하이브리드 제어부(82)에 대응하는 스텝(이하, 스텝을 생략함) S10에 있어서, 예를 들어 모터 주행 모드의 성립 시에, 제1 전동기 토크 Tmg1 및 제2 전동기 토크 Tmg2를 병용하여 주행하는 영역인지 여부가 판정된다. 이 S10의 판단이 긍정되는 경우에는 MG1 토크 제한 영역 판정부(86)에 대응하는 S20에 있어서, 예를 들어 고유온 시인지 여부에 기초하여 MG1 토크 제한 영역에 있는지 여부가 판정된다. 또한, 통상 유온 시에는 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA를 초과하고 있는지 여부에 기초하여 MG1 토크 제한 영역에 있는지 여부가 판정된다(도 7의 실시예 참조). 이 S20의 판단이 부정되는 경우에는 하이브리드 제어부(82)에 대응하는 S30에 있어서, 요구 구동 토크에 기초하여 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율이 구해지고, 그 분담율에 기초하여 요구 구동 토크에 대한 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)의 각 분담 토크가 구해진다(도 7의 t1 시점 이전). 한편, 상기 S20의 판단이 긍정되는 경우에는 하이브리드 제어부(82)에 대응하는 S40에 있어서, 예를 들어 도 5에 나타내어지는 바와 같은 MG1 토크 상한 맵으로부터 피니언 차회전 속도 ΔNp 및 윤활유 온도 THoil에 기초하여 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 구해진다. 또한, 상기 S30과 마찬가지로, 미리 정해진 연비 우선의 토크 분담율에 기초하여 요구 구동 토크에 대한 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)의 각 분담 토크가 구해진다. 그리고, 그 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 상기 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 초과하고 있는 경우에는, 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 그 MG1 토크 상한 Tmg1lim까지 제한된다(도 7의 t1 시점 이후). 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 제한되어 제1 전동기 토크 Tmg1이 부족한 경우, 가능한 한 제2 전동기(MG2)의 분담 토크에 제1 전동기 토크 Tmg1의 부족분이 더해진다(도 7의 t1 시점 이후). 상기 S30 혹은 상기 S40에 이어, 로크 기구 작동 제어부(84)에 대응하는 S50에 있어서, 브레이크(B)가 결합시켜지거나, 혹은 브레이크(B)의 결합이 유지된다(도 7의 실시예 참조). 이어서, 하이브리드 제어부(82)에 대응하는 S60에 있어서, 상기 S30 혹은 상기 S40에서 구해진 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)의 각 분담 토크에서 병용 모드에서의 모터 주행이 실행된다(도 7의 실시예 참조). 한편, 상기 S10의 판단이 부정되는 경우에는 로크 기구 작동 제어부(84)에 대응하는 S70에 있어서, 브레이크(B)가 해방시켜지거나, 혹은 브레이크(B)의 해방이 유지된다. 이어서, 하이브리드 제어부(82)에 대응하는 S80에 있어서, 제2 전동기(MG2)만에서 요구 구동 토크가 출력되어 단독 모드에서의 모터 주행이 실행된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 브레이크(B)가 결합된 병용 모드에서의 모터 주행 시에는, 피니언 기어(P)의 회전 속도가 높을수록, 요구 구동 토크 내에서 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크가 작게 된다. 이와 같이 하면, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 높아질 때에는 제1 전동기 토크 Tmg1이 감소시켜지므로, 즉, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 높아도 피니언 기어(P)를 통해 전달되는 제1 전동기 토크 Tmg1이 감소시켜지므로, 유성 기어 장치(30)의 내구성[예를 들어 피니언 기어(P)의 베어링의 내시징성]이 향상시켜진다. 그로 인해, 특별한 윤활 경로를 설치하거나 윤활유량을 증가시키는 등의 필요가 없어진다. 따라서, 병용 모드에서의 모터 주행 시에, 물리적인 대책을 실시하는 일 없이, 유성 기어 장치(30)의 내구성 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 소정값 ΔNpA 이하인 저회전 영역에 있을 때에는, 운전 효율에 기초하여 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)에서 요구 구동 토크가 분담시켜진다. 이와 같이 하면, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 비교적 낮아질 때에는, 제1 전동기 토크 Tmg1이 비교적 높아도 유성 기어 장치(30)의 내구성이 저하되기 어려우므로, 내구성 향상보다도 연비를 우선한 토크 분담에서 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)가 작동시켜진다.
또한, 본 실시예에 의하면, 유성 기어 장치(30)는 3개의 회전 요소로 구성된 유성 기어 장치이며, 병용 모드에서의 모터 주행 시에는 브레이크(B)의 결합 작동에 의해 크랭크축(12)이 하우징(28)에 고정되므로, 병용 모드에서의 모터 주행이 적절하게 실행된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 윤활유 온도 THoil이 높을수록, 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 요구 구동 토크가 더욱 작게 된다. 이와 같이 하면, 윤활유 온도 THoil이 높을 때에는, 윤활유가 흐르기 쉬우므로, 즉, 유막이 끊어지기 쉬우므로 유성 기어 장치(30)의 내구성이 저하되기 쉬운 것에 대해, 제1 전동기 토크 Tmg1이 한층 더 감소시켜지므로, 즉, 피니언 차회전 속도 ΔNp가 높아도 피니언 기어(P)를 통해 전달되는 제1 전동기 토크 Tmg1이 한층 더 감소시켜지므로, 유성 기어 장치(30)의 내구성이 한층 더 향상시켜진다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 실시예 서로 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.
실시예 2
도 8은 본 발명이 적용되는 다른 차량인 하이브리드 차량(100)[이하, 차량(100)이라 함]의 개략 구성을 설명하는 도면이다. 이 도 8에 도시하는 차량(100)의 제1 구동부(102)는, 4개의 회전 요소로 구성된 차동 기구(104)를 구비하고 있다.
차동 기구(104)는 제1 선 기어(S1), 제1 캐리어(CA1), 제1 피니언 기어(P1)를 통해 제1 선 기어(S1)와 맞물리는 제1 링 기어(R1)를 갖는 싱글 피니언형의 제1 유성 기어 장치(106), 및 제2 선 기어(S2), 제2 캐리어(CA2), 제2 피니언 기어(P2)를 통해 제2 선 기어(S2)와 맞물리는 제2 링 기어(R2)를 갖는 싱글 피니언형의 제2 유성 기어 장치(108)를 구비하여 구성되어 있다. 차동 기구(104)는 제1 캐리어(CA1)와 제2 링 기어(R2)가 연결되어 구성된 제1 회전 요소(RE1), 제1 선 기어(S1)로 구성된 제2 회전 요소(RE2), 제2 선 기어(S2)로 구성된 제3 회전 요소(RE3), 및 제1 링 기어(R1)와 제2 캐리어(CA2)가 연결되어 구성된 제4 회전 요소(RE4)의 4개의 회전 요소를 갖고, 전체적으로 차동 작용을 발생시키는 차동 기구로서 기능한다. 즉, 차동 기구(104)는 제1 전동기(MG1)에 연결된 제2 회전 요소(RE2), 구동륜(14)에 동력 전달 가능하게 연결된 제3 회전 요소(RE3), 및 브레이크(B)의 결합 작동에 의해 하우징(28)에 연결되는 제1 회전 요소(RE1)와, 그들 3개의 회전 요소와는 별도의 제4 회전 요소(RE4)를 갖는 4개의 회전 요소로 구성되어 있다. 또한, 차동 기구(104)는 입력 회전 부재인 제1 회전 요소(RE1)에 엔진(12)의 크랭크축(26)이 연결되고, 출력 회전 부재인 제3 회전 요소(RE3)는 출력 기어(32)에 연결되어 있다. 이와 같이 구성된 차동 기구(104)는 엔진(12)으로부터 출력되는 동력을 제1 전동기(MG1) 및 출력 기어(32)에 분배하는 동력 분배 기구이며, 전기적 무단 변속기로서 기능한다.
도 9는 차동 기구(104)에 있어서의 4개의 회전 요소의 회전 속도를 상대적으로 나타낼 수 있는 공선도이며, 세로선 Y1-Y4는 지면을 향해 좌측으로부터 순서대로 세로선 Y1이 제2 회전 요소(RE2)의 회전 속도를, 세로선 Y2가 제1 회전 요소(RE1)의 회전 속도를, 세로선 Y3이 제4 회전 요소(RE4)의 회전 속도를, 세로선 Y4가 제3 회전 요소(RE3)의 회전 속도를 각각 나타내고 있다. 이 도 9는 브레이크(B)가 결합되었을 때의 주행 상태에 있어서의 각 회전 요소의 상대 속도를 각각 나타내고 있다.
도 9를 사용하여 모터 주행 모드에서의 병용 모드에 있어서의 차량(100)의 작동에 대해 설명하면, 엔진(12)이 운전 정지 상태로 되고, 그 회전 속도는 0으로 된다. 또한, 로크 기구 작동 제어부(84)에 의해 유압 제어 회로(54)를 통해 브레이크(B)가 크랭크축(26)을 하우징(28)에 대해 고정하도록 결합 작동시켜지고, 엔진(12)의 회전이 로크된다. 브레이크(B)가 결합된 상태에 있어서는, 제2 전동기(MG2)의 역행 토크가 차량 전진 방향의 구동력으로서 구동륜(14)에 전달된다. 또한, 제1 전동기(MG1)의 반력 토크가 차량 전진 방향의 구동력으로서 구동륜(14)에 전달된다. 즉, 차량(100)에 있어서는, 엔진(12)의 크랭크축(26)이 브레이크(B)에 의해 로크됨으로써, 제1 전동기(MG1) 및 제2 전동기(MG2)를 주행용 구동원으로서 병용할 수 있다.
여기서, 도 9에 있어서, 세로선 P1, P2는, 피니언 기어(P1, P2)의 각 자전 회전 속도 Np1, Np2를 공선도 상에 나타낸 것이다. 도 9로부터 명백해진 바와 같이, 브레이크(B)가 결합되어 있는 경우, 제3 회전 요소(RE3)의 회전 속도가 증대되면, 피니언 기어(P1, P2)의 각 차회전 속도 ΔNp1, ΔNp2가 증대된다. 또한, 제3 회전 요소(RE3)의 회전 속도가 증대되면, 제4 회전 요소(RE4)의 회전 속도도 증대된다. 이 제4 회전 요소(RE4)의 회전 속도, 즉, 제2 캐리어(CA2)의 회전 속도는, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도이다. 그로 인해, 이 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 증대되면, 피니언 기어(P2)의 차회전 속도 ΔNp2가 증대되는 것은 물론이지만, 공전분의 원심력이 작용하여 차동 기구(104)[특히 피니언 기어(P2)의 베어링 등]의 내구성이 한층 더 저하되기 쉽다고 생각된다. 즉, 피니언 기어의 차회전 속도가 동일해도, 피니언 기어의 공전 회전 속도가 포함되는 경우에는, 피니언 기어의 자전 회전 속도만의 경우와 비교하여, 피니언 기어의 베어링 등의 내구성이 저하되기 쉽다고 생각된다.
따라서, 본 실시예의 전자 제어 장치(80)는 병용 모드에서의 모터 주행 시에는, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 높을수록, 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 한다. 도 10은 피니언 차회전 속도 ΔNp와 MG1 토크 상한 Tmg1lim의 미리 정해진 관계(MG1 토크 상한 맵)이다. 도 10의 실선은, 도 5의 실선과 동일한 통상 유온 시의 MG1 토크 상한 맵이며, 도 1의 제1 구동부(16)와 같이 피니언 기어가 공전하지 않고 자전할 뿐인 경우 혹은 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 비교적 낮은 피니언 저공전 시에 사용되는 MG1 토크 상한 맵이다. 이에 반해, 도 10의 파선은, 본 실시예의 제1 구동부(102)와 같이 피니언 기어(P2)가 공전을 수반하는 경우 혹은 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 비교적 높은 피니언 고공전 시에 사용되는 MG1 토크 상한 맵이며, 실선으로 나타내는 MG1 토크 상한 맵과 비교하여, 동일한 값의 피니언 차회전 속도 ΔNp에 있어서의 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작게 되어 있다. 따라서, 피니언 기어가 자전할 뿐인 경우 혹은 피니언 저공전 시로 되는 경우보다도 피니언 기어의 공전을 수반하는 경우 혹은 피니언 고공전 시로 되는 경우에는, 제1 전동기(MG1)의 분담 토크가 더욱 작게 되고, 피니언 차회전 속도 ΔNp의 전역에 걸쳐 MG1 토크 제한 영역으로 된다. 또한, 상기 피니언 저공전 시라 함은, 예를 들어 차동 기구(104)의 내구성이 저하되기 쉽다고 하는 문제가 발생하기 어려운 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도로서 미리 정해진 소정의 저공전 회전 속도 영역에 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 있을 때를 말한다. 또한, 상기 피니언 고공전 시라 함은, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 상기 소정의 저공전 회전 속도 영역보다도 높은 고공전 회전 속도 영역에 있을 때를 말한다. 또한, 피니언 기어(P1)의 차회전 속도 ΔNp1 및 피니언 기어(P2)의 차회전 속도 ΔNp2에 기초하여 각각 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 구해지고, 보다 작은 쪽이 선택되도록 해도 된다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 3개의 회전 요소로 구성된 유성 기어 장치(30)에 있어서의 특유의 효과를 제외하고, 전술한 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 덧붙여 말하면, 본 실시예에 의하면, 차동 기구(104)는 4개의 회전 요소로 구성된 차동 기구이며, 브레이크(B)의 결합 작동에 의해 하우징(28)에 연결되는 제1 회전 요소(RE1)에 엔진(12)의 크랭크축(26)이 연결되어 있고, 병용 모드에서의 모터 주행 시에는 엔진(12)이 운전 정지 상태로 되므로, 병용 모드에서의 모터 주행이 적절하게 실행된다. 또한, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 높을수록, 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 요구 구동 토크가 더욱 작게 된다. 이와 같이 하면, 피니언 기어의 공전 회전 속도가 높아질 때에는, 공전분의 원심력이 작용하여 차동 기구(104)의 내구성이 저하되기 쉬운 것에 대해, 제1 전동기 토크 Tmg1이 한층 더 감소시켜지므로, 즉, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 높아도 피니언 기어(P2)를 통해 전달되는 제1 전동기 토크 Tmg1이 한층 더 감소시켜지므로, 차동 기구(104)의 내구성이 한층 더 향상시켜진다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 그 밖의 형태에 있어서도 적용된다.
예를 들어, 전술한 실시예에서는, 도 5에 나타내어지는 바와 같이 통상 유온 시와 고유온 시의 2종류의 MG1 토크 상한 맵을 예시하였지만, 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 윤활유 온도 THoil이 높아질수록 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작아지는 MG1 토크 상한 맵을 복수 종류 가지고 있어도 된다. 또한, 반드시 맵으로 가질 필요는 없고, 윤활유 온도 THoil이 높아질수록 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작아지는 연속적으로 변화하는 관계가 미리 정해져 있으면 된다. 또한, 도 10에 나타내어지는 바와 같이 피니언 저공전 시와 피니언 고공전 시의 2종류의 MG1 토크 상한 맵을 예시하였지만, 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 높아질수록 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작게 되는 MG1 토크 상한 맵을 복수 종류 가지고 있어도 된다. 또한, 반드시 맵으로 가질 필요는 없고, 피니언 기어(P2)의 공전 회전 속도가 높아질수록 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 작게 되는 연속적으로 변화하는 관계가 미리 정해져 있으면 된다. 또한, 고유온 시 또한 피니언 고공전 시에는, 고유온 시의 MG1 토크 상한 맵에 대해 MG1 토크 상한 Tmg1lim이 더욱 작게 되는 MG1 토크 상한 맵이 사용되어도 된다.
또한, 상술한 실시예에서는, 피니언 기어의 차회전 속도에 기초하여 MG1 토크 상한 Tmg1lim을 구하였지만, 이것에 한정하지 않는다. 예를 들어, 공전하고 있지 않은 피니언 기어에 대해서는, 피니언 기어의 자전 회전 속도를 사용해도 된다. 또한, 브레이크(B)가 결합 작동시켜지는 경우, 피니언 기어의 회전 속도와 차속은 비례하므로, 피니언 기어의 회전 속도 대신에 차속을 사용해도 상관없다. 구체적으로는, 병용 모드에서의 모터 주행 시에는, 차속 V가 높을수록, 요구 구동 토크 내에서 제1 전동기(MG1)에서 분담하는 구동 토크를 작게 해도 된다.
또한, 상술한 실시예 2에서는, 차동 기구(104)에 있어서, 제1 회전 요소(RE1)에 엔진(12)의 크랭크축(26)이 연결되었지만, 제4 회전 요소(RE4)에 엔진(12)의 크랭크축(26)이 연결되도록 구성되어도 본 발명은 적용될 수 있다. 이 경우에는, 병용 모드에서의 모터 주행 시에 브레이크(B)가 결합 작동시켜져도 엔진(12)의 회전은 로크되지 않지만, 엔진(12)은 운전 정지 상태로 된다. 또한, 차동 기구(104)에 있어서, 제1 회전 요소(RE1) 대신에 제4 회전 요소(RE4)가 브레이크(B)의 결합 작동에 의해 하우징(28)에 연결되도록 구성되어도 본 발명은 적용될 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 로크 기구로서 브레이크(B)를 예시하였지만, 이것에 한정하지 않는다. 로크 기구는, 예를 들어 크랭크축(26)의 정(正)회전 방향의 회전을 허용하고 또한 부(負)회전 방향의 회전을 저지하는 원웨이 클러치, 도 11에 도시하는 바와 같은 맞물림 클러치(도그 클러치)(120), 건식의 결합 장치, 전자 액추에이터에 의해 그 결합 상태가 제어되는 전자식 마찰 결합 장치(전자 클러치), 자분식 클러치 등이어도 된다. 요컨대, 로크 기구는, 차동 기구에 있어서 제1 전동기(MG1)와 구동륜(14)에 각각 연결된 회전 요소와는 별도의 회전 요소를, 작동에 의해 비회전 부재에 연결하는 기구(즉, 그 별도의 회전 요소를 회전 불가능하게 고정하는 기구)이면 된다.
도 11에 있어서, 맞물림 클러치(120)는 외주에 복수의 맞물림 이(齒)를 구비하고, 크랭크축(26)과 동일한 축심 주위로 일체 회전시켜지도록 설치된 엔진측 부재(120a)와, 그 엔진측 부재(120a)의 맞물림 이에 대응하는 복수의 맞물림 이를 구비하고, 하우징(28)에 고정된 하우징측 부재(120b)와, 엔진측 부재(120a) 및 하우징측 부재(120b)의 맞물림 이에 맞물리는 스플라인을 내주측에 구비하고, 이러한 스플라인이 엔진측 부재(120a) 및 하우징측 부재(120b)의 맞물림 이에 맞물린 상태에서 그들 엔진측 부재(120a) 및 하우징측 부재(120b)에 대해 축심 방향의 이동(미끄럼 이동) 가능하게 설치된 슬리브(120c)와, 그 슬리브(120c)를 축심 방향으로 구동하는 액추에이터(120d)를 구비하여 구성되어 있다. 이 액추에이터(120d)는, 유압 혹은 전자력 등에 따라 슬리브(120c)를, 그 내주측에 설치된 스플라인이 엔진측 부재(120a) 및 하우징측 부재(120b) 양쪽의 맞물림 이에 맞물린 상태와, 하우징측 부재(120b)의 맞물림 이에만 맞물리고 또한 엔진측 부재(120a)의 맞물림 이에는 맞물리지 않는 상태 사이에서 이동시키는 유압식 혹은 전자식 등의 액추에이터이다. 이와 같이, 로크 기구로서 맞물림 클러치(120)(도그 클러치)를 구비한 구성에 있어서는, 크랭크축(26)의 하우징(28)에 대한 드래그의 발생을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 상술한 실시예에 있어서, 제2 전동기(MG2)는, 직접적으로 혹은 기어 기구 등을 통해 간접적으로 출력 기어(32)나 중간 출력축(34)이나 구동륜(14) 등에 연결되거나, 구동륜(14)과는 별도의 한 쌍의 차륜에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어도 된다. 그와 같이 제2 전동기(MG2)가 별도의 한 쌍의 차륜에 연결되어 있으면 그 별도의 한 쌍의 차륜도 구동륜에 포함된다. 요컨대, 엔진(12)으로부터의 동력으로 구동되는 구동륜과 제2 전동기(MG2)로부터의 동력으로 구동되는 구동륜은, 별개의 차륜이어도 지장없다고 하는 것이다.
또한, 상술한 실시예에 있어서, 유성 기어 장치(30), 제1 유성 기어 장치(106) 및 제2 유성 기어 장치(108)는 더블 유성의 유성 기어 장치여도 된다. 또한, 유성 기어 장치(30)는, 예를 들어 엔진(12)에 의해 회전 구동되는 피니언과, 그 피니언에 맞물리는 한 쌍의 베벨 기어가 제1 전동기(MG1) 및 출력 기어(32)에 작동적으로 연결된 차동 기어 장치여도 된다.
또한, 상술한 것은 어디까지나 일 실시 형태이며, 본 발명은 당업자의 지식에 기초하여 다양한 변경, 개량을 더한 형태로 실시할 수 있다.
10, 100 : 하이브리드 차량(차량)
12 : 엔진
14 : 구동륜
26 : 크랭크축
28 : 하우징(비회전 부재)
30 : 유성 기어 장치(차동 기구)
80 : 전자 제어 장치(제어 장치)
104 : 차동 기구
120 : 맞물림 클러치(로크 기구)
B : 브레이크(로크 기구)
MG1, MG2 : 제1 전동기, 제2 전동기
RE1-RE4 : 제1 회전 요소-제4 회전 요소(회전 요소)

Claims (5)

  1. 제1 전동기와, 그 제1 전동기에 연결된 회전 요소, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 출력 회전 부재인 회전 요소, 및 로크 기구의 작동에 의해 비회전 부재에 연결되는 회전 요소를 갖는 차동 기구와, 구동륜에 동력 전달 가능하게 연결된 제2 전동기를 구비하는 차량의 제어 장치이며,
    상기 로크 기구가 작동한 상태에서 상기 제1 전동기 및 상기 제2 전동기로부터의 출력 토크를 병용하여 주행하는 모터 주행 시에는, 상기 차동 기구를 구성하는 피니언의 회전 속도가 높을수록, 요구된 구동 토크 내에서 그 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 작게 하는 것을 특징으로 하는, 차량의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 피니언의 회전 속도가 미리 정해진 저회전 영역에 있을 때에는, 상기 요구된 구동 토크를, 운전 효율에 기초하여 상기 제1 전동기 및 제2 전동기에서 분담하는 것을 특징으로 하는, 차량의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차동 기구는, 상기 3개의 회전 요소로 구성된 차동 기구이며, 상기 로크 기구의 작동에 의해 상기 비회전 부재에 연결되는 회전 요소에 엔진의 크랭크축이 연결되어 있고,
    상기 모터 주행 시에는, 상기 크랭크축이 상기 비회전 부재에 고정되는 것을 특징으로 하는, 차량의 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차동 기구는, 상기 3개의 회전 요소 및 그 3개의 회전 요소와는 별도의 회전 요소를 갖는 4개의 회전 요소로 구성된 차동 기구이며, 상기 로크 기구의 작동에 의해 상기 비회전 부재에 연결되는 회전 요소 및 상기 별도의 회전 요소 중 어느 한쪽에 엔진의 크랭크축이 연결되어 있고,
    상기 모터 주행 시에는, 상기 엔진이 운전 정지 상태로 됨과 함께, 상기 별도의 회전 요소의 회전 속도가 높을수록, 상기 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 하는 것을 특징으로 하는, 차량의 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 차동 기구의 윤활유의 온도가 높을수록, 상기 제1 전동기에서 분담하는 구동 토크를 더욱 작게 하는 것을 특징으로 하는, 차량의 제어 장치.
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