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JP4285571B2 - 車両用駆動装置 - Google Patents

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JP4285571B2
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Description

本発明は、原動機として内燃機関とモータを備えた車両に用いられる駆動装置に関し、詳細には、内燃機関及びモータからの機械的動力を、変速機構により変速して駆動輪に係合する車両推進軸に伝達可能な駆動装置に関する。
車両用の変速機には、近年、変速時における機械的動力の伝達の途切れをなくすために、奇数段の変速段で構成される第1の変速機構の入力軸(以下、第1入力軸と記す)と、内燃機関の出力軸(以下、機関出力軸と記す)とを係合可能な第1のクラッチと、偶数段の変速段で構成される第2の変速機構の入力軸(以下、第2入力軸と記す)と、機関出力軸とを係合可能な第2のクラッチとを備え、これら2つのクラッチを交互につなぎ替えることで変速を行う、いわゆるデュアルクラッチ式変速機が知られている。
デュアルクラッチ式変速機は、例えば、奇数段から偶数段に変速する際には、偶数段の歯車対を予め噛み合わせておき、奇数段に機械的動力を伝達する第1のクラッチを解放状態にすると共に、偶数段に機械的動力を伝達する第2のクラッチを係合状態にすることで、変速時における動力伝達の途切れを抑制している。
また、下記の特許文献1には、上述のように2つの変速機構を備え、一方の変速機構(第2ギヤ部)の入力軸(第2入力シャフト)に係合する電動機(第2駆動ユニット)を備えた、デュアルクラッチ式変速機(ダブルクラッチギヤ装置)が開示されている。特許文献1には、第2クラッチを係合状態にして、第2駆動ユニットから第2入力シャフトに出力された機械的動力を、第2クラッチからエンジンに伝達させることで、クランキングを行い内燃機関を始動することが記載されている。また、特許文献1には、第1クラッチ及び第2クラッチを非係合状態(非締結状態)にして、第2駆動ユニットからの機械的動力を、第2変速機構(第2ギア部)を介して出力して、自動車を走行させることが記載されている。
特開2006−312445号公報
ところで、特許文献1に記載の技術のように、第2駆動ユニット(電動機)から第2入力シャフトに出力された機械的動力を、第2クラッチから機関出力軸(エンジン)に伝達させて、クランキングを行う場合、機関出力軸と第2入力シャフトとの回転速度は、同一となるため、第2駆動ユニットは、内燃機関のクランキングに必要な比較的高いトルクを発生する必要がある。しかし、このようなクランキングに要するトルクを、原動機として用いられる電動機(例えば、永久磁石式交流同期電動機)により発生させるには、電動機には、ロータの表面積等の寸法が大きく、最大出力トルクの大きいものを採用する必要がある。
また、従来から、内燃機関に装着され機関出力軸に係合するブラシ付きDCモータ、いわゆるスタータモータにより、機関出力軸を回転駆動してクランキングを行うことが知られている。しかし、このような内燃機関用スタータモータは、ブラシを有する構上、始動回数に限度がある。原動機として内燃機関とモータとを備えたハイブリッド車両においては、モータ走行中の内燃機関の始動や、ブレーキ負圧を確保するため、頻繁にクランキングを行う必要があるため、これらのクランキングの全てを、当該スタータモータのみを用いて行うことは、スタータモータの耐久性の点で問題がある。
したがって、原動機として内燃機関とモータとを備えた車両に用いられ、内燃機関及びモータからの機械的動力を、変速機構により変速して、駆動輪に係合する車両推進軸に伝達可能な車両用駆動装置においては、変速機構の変速時においては内燃機関から車両推進軸への機械的動力の伝達が途切れることを抑制しつつ、原動機として設けられたモータが出力するトルクを抑制して、当該モータを用いて内燃機関のクランキングを良好に行うことが可能な技術が求められている。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、原動機として設けられたモータの出力トルクを抑制して、当該モータを用いて内燃機関のクランキングを良好に行うことが可能な車両用駆動装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る車両用駆動装置は、原動機として内燃機関とモータとを備えた車両に用いられ、内燃機関及びモータからの機械的動力を、変速機構により変速して、駆動輪に係合する車両推進軸に伝達可能な車両用駆動装置であって、機関出力軸からの機械的動力を第1入力軸で受け、複数の変速段のうちいずれか1つにより変速して、車両推進軸に伝達可能な第1変速機構と、機関出力軸及びモータからの機械的動力を第2入力軸で受け、複数の変速段のうちいずれか1つにより変速して、車両推進軸に伝達可能な第2変速機構と、機関出力軸と第1入力軸とを係合可能な第1クラッチと、機関出力軸と第2入力軸とを係合可能な第2クラッチと、第1変速機構及び第2変速機構における変速段の選択と、第1クラッチ及び第2クラッチの係合状態とを制御可能な制御手段と、を有し、制御手段は、原動機としてモータのみを用いた車両走行であるモータ走行中に内燃機関のクランキングを行うときに、第2入力軸が受けた機械的動力を減速して第1入力軸に伝達するよう第1変速機構及び第2変速機構の変速段を選択すると共に、第1クラッチを係合状態にする場合、当該クランキングを行うときの機関回転速度が、予め設定された必要回転速度以上となり且つ最も低くなるよう第1変速機構の変速段を選択することを特徴とする。
本発明に係る車両用駆動装置において、制御手段は、第1変速機構の各変速段を選択した場合について、第1クラッチを係合状態にした場合の機関回転速度である第1クラッチ係合時回転速度を推定可能な第1クラッチ係合時回転速度推定手段と、第1クラッチ係合時回転速度が、予め設定された必要回転速度を上回るか否かを判定する回転速度判定手段と、第1クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回った場合に、当該第1クラッチ係合時回転速度の算出の基となる変速段を、第1変速機構において選択する変速段選択手段とを備え、回転速度判定手段は、最も高速側の変速段である最高速段について、第1クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回るか否かを判定し、必要回転速度以下であると判定された場合には、最高速段より低速側の変速段について判定するものとすることができる。
本発明に係る車両用駆動装置において、制御手段は、第2クラッチを係合状態にした場合の機関回転速度である第2クラッチ係合時回転速度を推定する第2クラッチ係合時回転速度推定手段を有し、第2クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回り、且つ第1クラッチ係合時回転速度を下回る場合には、第2クラッチを係合状態にして、モータからの機械的動力を第2クラッチから内燃機関に伝達させるものとすることができる。
本発明に係る車両用駆動装置において、第2変速機構及び第1変速機構からの機械的動力を統合して、車両推進軸に伝達可能な動力統合機構と、動力統合機構と駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構とを有し、制御手段は、車両停止中に内燃機関のクランキングを行う際に、動力遮断機構を制御して、動力統合機構と駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断するものとすることができる。
本発明に係る車両用駆動装置において、制御手段は、第2変速機構の変速段のうち最も低速側の変速段と選択すると共に、第1変速機構の変速段のうち最も高速側の変速段を選択するものとすることができる。
本発明に係る車両用駆動装置において、動力統合機構は、第2出力軸と第1出力軸との双方と噛み合う動力統合ギヤであり、動力遮断機構は、動力統合ギヤに結合された駆動装置出力軸と車両推進軸とを係合可能なクラッチ機構であるものとすることができる。
本発明に係る車両用駆動装置において、動力統合機構は、第2出力軸と第1出力軸との双方と噛み合う動力統合ギヤであり、動力遮断機構は、動力統合ギヤと車両推進軸とを係合可能なカップリング機構であるものとすることができる。
本発明によれば、制御手段は、内燃機関のクランキングを行うときに、第2入力軸が受けた機械的動力を減速して第1入力軸に伝達するよう第1変速機構及び第2変速機構の変速段を選択すると共に、第1クラッチを係合状態にすることで、モータから第2入力軸に出力された機械的動力を、第2変速機構及び第1変速機構により減速しトルクを増大させて、第1入力軸から第1クラッチを介して機関出力軸に伝達させる。これにより、原動機として設けられたモータの出力トルクを、増大させて機関出力軸を回転駆動することができ、モータの出力トルクを抑制しつつ、内燃機関のクランキングを良好に行うことができる。
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
まず、本実施例に係る駆動装置が適用されるハイブリッド車両、及び駆動装置の概略構成について、図1を用いて説明する。図1は、駆動装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。
本実施例に係る車両1は、駆動輪88を回転駆動するための原動機として、内燃機関5とモータ50とを備えている、いわゆるハイブリッド車両である。モータ50は、内燃機関5からの機械的動力を変速して、車両推進軸66に伝達する駆動装置10に含まれている。内燃機関5は、モータ50を備えた駆動装置10と共に結合されて、車両1に搭載される。
内燃機関5は、図示しない燃料噴射装置、点火装置、及びスロットル弁装置を備えている。これら装置は、後述する駆動装置10を制御する制御手段として設けられた電子制御装置100(以下、ECUと記す)により制御される。内燃機関5が発生した機械的動力は、出力軸(クランク軸)8から出力される。内燃機関5の出力軸8(以下、機関出力軸と記す)には、後述する駆動装置10のクラッチ機構20の入力側、例えば、クラッチハウジング14a(図2参照)が結合される。ECU100は、内燃機関5の出力軸8(以下、機関出力軸と記す)から出力する機械的動力を調整することが可能となっている。なお、内燃機関5には、機関出力軸8の回転角位置(以下、クランク角と記す)を検出する図示しないクランク角センサが設けられており、クランク角に係る信号をECU100に送出している。
なお、内燃機関5には、機関出力軸8を回転駆動するため、スタータモータ(図示せず)が装着されている。スタータモータは、ブラシ付きDCモータで構成されており、ECU100により制御される。ECU100は、車両停止時や、冷間始動時において、スタータモータにより機関出力軸8を回転駆動してクランキングを行うことが可能となっている。
また、車両1には、原動機としての内燃機関5及びモータ50からの機械的動力を、変速して、駆動輪88に伝達する動力伝達装置として、機関出力軸8及びモータ50からの機械的動力を変速してトルクを変化させて車両推進軸66に伝達可能な駆動装置10と、原動機から車両推進軸66に伝達された機械的動力を、減速すると共に、駆動輪88に係合する左右の駆動軸80に分配する終減速装置70が設けられている。
駆動装置10は、第1クラッチ21及び第2クラッチ22のいずれかを用いて内燃機関5からの機械的動力を後述する変速機構に伝達するデュアルクラッチ機構20と、内燃機関5から第1クラッチ21を介して伝達される機械的動力を、第1入力軸27で受けて、第1群の変速段のうちいずれか1つにより変速して、第1出力軸37から車両推進軸66に伝達可能な第1変速機構30と、内燃機関5から第2クラッチ22を介して伝達される機械的動力を、第2入力軸28で受けて、第2群の変速段のうちいずれか1つにより変速して、第2出力軸48から車両推進軸66に伝達可能な第2変速機構40を有している。
第1変速機構30及び第2変速機構40は、前進に第1速ギヤ段31から第6速ギヤ段46までの6つの変速段を有しており、後進に1つの変速段39を有している。前進の変速段である第1速〜第6速ギヤ段31〜46の減速比は、第1速ギヤ段31、第2速ギヤ段42、第3速ギヤ段33、第4速ギヤ段44、第5速ギヤ段35、第6速ギヤ段46の順に小さくなるよう設定されている。
第1変速機構30は、複数の歯車対を備えた平行軸歯車装置として構成されており、第1群の変速段は、奇数段、すなわち第1速ギヤ段31と、第3速ギヤ段33と、第5速ギヤ段35に加えて、後進ギヤ段39で構成されている。第1変速機構30の前進の変速段31,33,35のうち、第5速ギヤ段35が最も高速側の変速段(最高速段)となっている。
第1速ギヤ段31は、第1入力軸27に結合されている第1速メインギヤ31aと、第1出力軸37を中心に回転可能に設けられ、第1速メインギヤ31aと噛み合う第1速カウンタギヤ31cと、第1速カウンタギヤ31cと第1出力軸37とを係合させることが可能な第1速カップリング機構31eを有している。
ECU100が第1速ギヤ段31を選択する、即ち第1速カップリング機構31eを係合状態にして、第1速カウンタギヤ31cと第1出力軸37を係合させることで、第1入力軸27からの機械的動力は、第1速メインギヤ31a及び第1速カウンタギヤ31cを介して第1出力軸37に伝達される。これにより、第1変速機構30は、第1入力軸27から受けた機械的動力を、第1速ギヤ段31により変速し、トルクを変化させて第1出力軸37に伝達することが可能となっている。
第3速ギヤ段33は、第1速ギヤ段31と同様に、第1入力軸27に結合されている第3速メインギヤ33aと、第1出力軸37を中心に回転可能に設けられ、第3速メインギヤ33aと噛み合う第3速カウンタギヤ33cと、第3速カウンタギヤ33cと第1出力軸37とを係合可能な第3速カップリング機構33eを有している。
ECU100が第3速ギヤ段31を選択する、即ち第3速カップリング機構33eを係合状態にして、第3速カウンタギヤ33cと第1出力軸37を係合させることで、第1変速機構30は、第1入力軸27から受けた機械的動力を、第3速ギヤ段33により変速し、トルクを変化させて、第1出力軸37に伝達することが可能となっている。
また、第5速ギヤ段35は、第1入力軸27に結合されている第5速メインギヤ35aと、第1出力軸37を中心に回転可能に設けられ、第5速メインギヤ35aと噛み合う第5速カウンタギヤ35cと、第5速カウンタギヤ35cと第1出力軸37とを係合可能な第5速カップリング機構35eを有している。
ECU100が第5速ギヤ段35を選択する、即ち第5速カップリング機構35eを係合状態にして、第5速カウンタギヤ35cと第1出力軸37を係合させることで、第1変速機構30は、第1入力軸27から受けた機械的動力を、第5速ギヤ段35により変速し、トルクを変化させて、第1出力軸37に伝達することが可能となっている。
また、後進ギヤ段39は、第1入力軸27に結合されている後進メインギヤ39aと、後進メインギヤ39aと噛み合う後進中間ギヤ39bと、後進中間ギヤ39bと噛み合い、第1出力軸37を中心に回転可能に設けられた後進カウンタギヤ39cと、後進カウンタギヤ39cと第1出力軸37とを係合可能な後進カップリング機構39eを有している。
ECU100が後進ギヤ段39を選択する、即ち後進カップリング機構39eを係合状態にして、後進カウンタギヤ39cと第1出力軸37を係合させることで、第1変速機構30は、第1入力軸27から受けた機械的動力を、後進ギヤ段39により、回転方向を逆方向に変えると共に変速し、トルクを変化させて第1出力軸37に伝達することが可能となっている。
第1変速機構30における各カップリング機構31e,33e,35e,39eの係合状態と非係合状態(解放状態)との切替えは、図示しないアクチュエータを介してECU100により制御される。ECU100は、第1変速機構30の各変速段31,33,35,39のうちいずれか1つの変速段を選択して、選択した変速段に対応するカップリング機構を係合状態にする。これにより、第1変速機構30は、内燃機関5の機関出力軸8から第1入力軸27が受けた機械的動力を、各変速段(奇数段)31,33,35,39のうちいずれか1つにより変速し、トルクを変化させて第1出力軸37から出力することが可能となっている。
第1変速機構30において、第1出力軸37には、第1推進軸駆動ギヤ37cが結合されており、当該ギヤ37cは、車両推進軸66に結合された動力統合ギヤ58と噛み合っている。これにより、第1変速機構30は、第1入力軸27から第1出力軸37に伝達された機械的動力を、第1推進軸駆動ギヤ37cから動力統合ギヤ58を介して車両推進軸66に伝達することが可能となっている。
一方、第2変速機構40は、第1変速機構30と同様に、複数の歯車対を備えた平行軸歯車装置として構成されており、第2群の変速段は、偶数段、すなわち第2速ギヤ段42と、第4速ギヤ段44と、第6速ギヤ段46で構成されている。第2変速機構40の変速段42,44,46のうち、第2速ギヤ段42が最も低速側の変速段となっている。
第2速ギヤ段42は、第2入力軸28に結合されている第2速メインギヤ42aと、第2出力軸48を中心に回転可能に設けられ、第2速メインギヤ42aと噛み合う第2速カウンタギヤ42cと、第2速カウンタギヤ42cと第2出力軸48とを係合可能な第2速カップリング機構42eを有している。
ECU100が第2速ギヤ段42を選択する、即ち第2速カップリング機構42eを係合状態にして、第2速カウンタギヤ42cと第2出力軸48を係合させることで、第2入力軸28からの機械的動力は、第2速メインギヤ42a及び第2速カウンタギヤ42cを介して第2出力軸48に伝達される。これにより、第2変速機構40は、第2入力軸28から受けた機械的動力を、第2速ギヤ段42により変速し、トルクを変化させて、第2出力軸48に伝達させることが可能となっている。
第4速ギヤ段44は、第2入力軸28に結合されている第4速メインギヤ44aと、第2出力軸48を中心に回転可能に設けられ、第4速メインギヤ44aと噛み合う第4速カウンタギヤ44cと、第4速カウンタギヤ44cと第2出力軸48とを係合可能な第4速カップリング機構44eを有している。
ECU100が第4速ギヤ段44を選択する、即ち第4速カップリング機構44eを係合状態にして、第4速カウンタギヤ44cと第2出力軸48とを係合させることで、第2変速機構40は、第2入力軸28から受けた機械的動力を、第4速ギヤ段44により変速し、トルクを変化させて、第2出力軸48に伝達することが可能となっている。
また、第6速ギヤ段46は、第2入力軸28に結合されている第6速メインギヤ46aと、第2出力軸48を中心に回転可能に設けられ、第6速メインギヤ46aと噛み合う第6速カウンタギヤ46cと、第6速カウンタギヤ46cと第2出力軸48とを係合可能な第6速カップリング機構46eを有している。
ECU100が第6速ギヤ段46を選択する、即ち第6速カップリング機構46eを係合状態にして、第6速カウンタギヤ46cと第2出力軸48とを係合させることで、第2変速機構40は、第2入力軸28から受けた機械的動力を、第6速ギヤ段46により変速し、トルクを変化させて、第2出力軸48に伝達することが可能となっている。
第2変速機構40における各カップリング機構42e,44e,46eの係合状態と非係合状態(解放状態)との切替えは、図示しないアクチュエータを介してECU100により制御される。ECU100は、第2変速機構40の各変速段42,44,46のうちいずれか1つの変速段を選択して、選択した変速段に対応するカップリング機構42e,44e,46eを係合状態にする。これにより、第2変速機構40は、内燃機関5の機関出力軸8及びモータ50のロータ52からの機械的動力を、第2入力軸28から受けた機械的動力を、変速段(偶数段)42,44,46のうちいずれか1つにより変速し、トルクを変化させて第2出力軸48から出力することが可能となっている。
第2出力軸48には、第2推進軸駆動ギヤ48cが結合されており、第2推進軸駆動ギヤ48cは、車両推進軸66に結合された動力統合ギヤ58と噛み合っている。第1変速機構30は、第2入力軸28から第2出力軸48に伝達された機械的動力を、第2推進軸駆動ギヤ48cから動力統合ギヤ58を介して車両推進軸66に伝達することが可能となっている。第2変速機構40が第2出力軸48から出力する機械的動力は、第1変速機構30が第1出力軸37から出力する機械的動力と、動力統合ギヤ58において統合されて、車両推進軸66に伝達される。
また、駆動装置10には、原動機としてのモータ50が設けられている。モータ50は、供給された電力を機械的動力に変換して出力する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えた回転電機、いわゆるモータジェネレータである。モータ50は、永久磁石式交流同期電動機で構成されており、後述するインバータ110から(三相)交流電力の供給を受けて回転磁界を形成するステータ54と、回転磁界に引き付けられて回転するロータ52とを有している。ロータ52は、第2入力軸28に結合されており、モータ50が発生する機械的動力は、第2変速機構40の第2入力軸28に出力される。また、モータ50は、第2出力軸48からロータ52に伝達された機械的動力を、交流電力に変換することも可能となっている。モータ50は、後述するインバータ110を介して、ECU100により制御される。
また、駆動装置10には、モータ50に交流電力を供給する電力供給装置として、インバータ110が設けられている。インバータ110は、二次電池120から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ50に供給することが可能に構成されている。また、インバータ110は、モータ50からの交流電力を直流電力に変換して二次電池120に回収することも可能に構成されている。このようなインバータ110からモータ50への電力供給、及びモータ50からの電力回収は、ECU100により制御される。
ECU100は、インバータ110を介して、モータ50の電動機/発電機としての機能の切替えと、モータ50のロータ52から第2変速機構40の第2入力軸28に出力するトルクを調整することが可能となっている。なお、以下の説明において、モータ50のロータ52から機械的動力(トルク)を出力させることを、「力行」と記す。すなわち、モータ50の力行は、ECU100により制御される。
また、駆動装置10には、内燃機関5の機関出力軸8からの機械的動力を、第1変速機構30及び第2変速機構40のうちいずれか一方に伝達させる動力伝達手段として、デュアルクラッチ機構20が設けられている。デュアルクラッチ機構20は、機関出力軸8と第1変速機構30の第1入力軸27とを係合させることが可能な第1クラッチ21と、機関出力軸8と第2変速機構40の第2入力軸28とを係合させることが可能な第2クラッチ22とを有している。
第1クラッチ21は、円板状の摩擦板を有し、摩擦板の摩擦力により機械的動力を伝達する摩擦式ディスククラッチ等で構成されている。第1クラッチ21は、内燃機関5の機関出力軸8と第1変速機構30の第1入力軸27とを係合させることが可能に構成されている。第1クラッチ21を係合状態にすることで、機関出力軸8と第1入力軸27が係合して一体に回転することが可能となる。
第2クラッチ22は、第1クラッチ21と同様に、摩擦式ディスククラッチ等で構成されており、内燃機関5の機関出力軸8と第2変速機構40の第2入力軸28とを係合させることが可能に構成されている。第2クラッチ22を係合状態にすることで、機関出力軸8と第2入力軸28が係合して一体に回転することが可能となる。なお、第1クラッチ21及び第2クラッチ22には、湿式多板クラッチや、乾式単板クラッチを用いることができる。
第1クラッチ21及び第2クラッチ22の係合状態と非係合状態(解放状態)との切替えは、図示しないアクチュエータを介してECU100により制御される。ECU100は、デュアルクラッチ機構20において、第1クラッチ21又は第2クラッチ22のうちいずれか一方を係合状態にして、他方を解放状態にすることで、内燃機関5からの機械的動力を、第1変速機構30及び第2変速機構40のうちいずれか一方を介して車両推進軸66に伝達させることが可能となっている。
ここで、第1クラッチ21と第2クラッチ22で構成されるデュアルクラッチ機構20の構造について、図2及び図3を用いて説明する。図2は、デュアルクラッチ機構の構造を説明する模式図である。図3は、他の態様のデュアルクラッチ機構の構造を説明する模式図である。
図2に示すように、デュアルクラッチ機構20において、機関出力軸8には、デュアルクラッチ機構20のクラッチハウジング14aが結合されている。すなわち、クラッチハウジング14aは、機関出力軸8と一体に回転する。クラッチハウジング14aは、後述する摩擦板27a,28aを収容可能に構成されている。これに対して、第1変速機構30の第1入力軸27と、第2変速機構40の第2入力軸28は、同軸に配置されており、2重軸構造となっている。具体的には、第1入力軸27は、中空シャフトとして構成されており、第1入力軸27内には、第2入力軸28が延びている。内側の軸である第2入力軸28は、外側の軸である第1入力軸27に比べて長く構成されている。機関出力軸8側から車両推進軸66側に向かうに従って、まず、第1変速機構30の各変速段のメインギヤ31a,33a,35a,39aが配設されており、次に、第2変速機構40の各変速段のメインギヤ42a,44a,46aが配設されている。
第1入力軸27の端には、円板状の摩擦板27aが結合されており、一方、第2入力軸28の端にも、同様に、摩擦板28aが結合されている。これら摩擦板27a,28aは、上述のクラッチハウジング14a内に収容されている。第1クラッチ21は、摩擦板27aと対向して設けられた摩擦相手板(図示せず)と、摩擦相手板を駆動するアクチュエータ(図示せず)とを有している。摩擦相手板が摩擦板27aをクラッチハウジング14aに押し付けることで、第1クラッチ21は、機関出力軸8と、第1変速機構30の第1入力軸27とを係合することが可能となっている。
これと同様に、第2クラッチ22は、摩擦板28aに対向して設けられた摩擦相手板(図示せず)が、摩擦板28aをクラッチハウジング14aに押し付けることで、機関出力軸8と、第2変速機構40の第2入力軸28とを係合することが可能となっている。デュアルクラッチ機構20における、第1及び第2クラッチ21,22にそれぞれ対応して設けられた摩擦相手板の駆動は、ECU100により制御されることとなる。
また、本実施例に係る他の態様のデュアルクラッチ機構20においては、図3に示すように、機関出力軸8の端に、駆動ギヤ14cが結合されている。駆動ギヤ14cには、第1ギヤ16と、第2ギヤ18が噛み合っており、第1ギヤ16は、第1クラッチ21に結合されており、第2ギヤ18は、第2クラッチ22に結合されている。第1クラッチ21は、第1変速機構30の第1入力軸27と、機関出力軸8に係合する第1ギヤ16とを係合可能に構成されている。一方、第2クラッチ22は、第2変速機構40の第2入力軸28と、機関出力軸8に係合する第2ギヤ18とを係合可能に構成されている。
第1及び第2クラッチ21,22は、それぞれ円板状の摩擦式クラッチ等の任意のクラッチで構成することができる。第1クラッチ21及び第2クラッチ22において交互に係合状態と解放状態を切替ることで、機関出力軸8から出力される内燃機関5の機械的動力は、駆動ギヤ14から、第1変速機構30の第1入力軸27、又は第2変速機構40の第2入力軸28のいずれかに伝達されることとなる。
以上のように構成されたデュアルクラッチ機構20においては、図1に示すように、ECU100が第1クラッチ21を係合状態にすると共に第2クラッチ22を解放状態にすると、機関出力軸8と、第1入力軸27、第1出力軸37、動力統合ギヤ58、車両推進軸66が係合する。これにより、駆動装置10は、内燃機関5からの機械的動力を、第1変速機構30の変速段31,33,35,39のうちいずれか1つの変速段により変速して、車両推進軸66に伝達することが可能となる。
一方、ECU100が第2クラッチ22を係合状態にすると共に第1クラッチ21を解放状態にすることで、機関出力軸8と、第2入力軸28、第2出力軸48、及び車両推進軸66が係合する。これにより、駆動装置10は、内燃機関5からの機械的動力を、第2変速機構40の変速段42,44,46のうちいずれか1つの変速段により変速して、車両推進軸66に伝達することが可能となる。
また、車両1には、原動機から車両推進軸66に伝達された機械的動力を、減速すると共に、駆動輪88に係合する左右の駆動軸80に分配する終減速装置70が設けられている。終減速装置70は、車両推進軸66に結合された駆動ピニオン68と、駆動ピニオン68と直交して噛み合うリングギヤ72と、リングギヤ72に固定された差動機構74をと有している。終減速装置70は、原動機すなわち内燃機関5及びモータ50のうち少なくとも一方から車両推進軸66に伝達された機械的動力を、駆動ピニオン68及びリングギヤ72により減速し、差動機構74により左右の駆動軸80に分配して、駆動輪88を回転駆動することが可能となっている。このように、車両推進軸66は、終減速装置70を介して、駆動輪88と係合しており、車両1の速度に応じて回転する。
また、車両1には、駆動装置10を制御する制御手段として、上述の電子制御装置(ECU)100が設けられている。ECU100は、内燃機関5と協調して、第1変速機構30及び第2変速機構40における変速段の選択と、第1クラッチ21及び第2クラッチ22の係合状態と、モータ50が出力する機械的動力を制御することが可能に構成されている。
ECU100は、内燃機関5のクランク角センサからのクランク角に係る信号と、エアフロメータ(図示せず)から内燃機関5の吸入空気量に係る信号と、アクセルペダルポジションセンサからの運転者によるアクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す)に係る信号とを検出可能となっている。また、ECU100は、二次電池120の蓄電状態(電気エネルギ残存容量、SOC)に係る信号と、車両1のブレーキ倍力装置のための負圧(以下、ブレーキ負圧と記す)に係る信号と、駆動輪88の回転速度に係る信号と、モータ50のロータ52の回転速度に係る信号とを検出可能となっている。さらに、ECU100は、第1変速機構30及び第2変速機構40において選択されている変速段、すなわちカップリング機構31e〜46eの係合状態に係る信号と、第1クラッチ21及び第2クラッチ22の係合状態又は解放状態に係る信号とを検出可能となっている。
ECU100は、検出されたクランク角に係る信号から、内燃機関5の機関出力軸8の回転速度(以下、機関回転速度と記す)を算出している。また、ECU100は、算出された機関回転速度と、検出された吸入空気量に係る信号から、内燃機関5が機関出力軸8から出力するトルク(以下、機関負荷と記す)を算出している。また、ECU100は、検出されたアクセル操作量に係る信号から、車両1に要求される車両駆動力を算出している。さらに、ECU100は、検出された駆動輪88の回転速度から、車両1の走行速度(以下、車速と記す)を算出している。なお、ECU100は、検出されたロータ52の回転速度に係る信号と、第2変速機構40において選択されている変速段、すなわち各カップリング機構42e,44e,46eの係合状態に係る情報から、車両1の走行速度(以下、車速と記す)を算出することも可能となっている。
以上のように構成された車両1は、第1クラッチ21及び第2クラッチ22を交互につなぎ替えることで、変速時において、機関出力軸8と車両推進軸66との間における動力伝達の途切れを抑制しており、以下、これについて説明する。
まず、ECU100が第1及び第2変速機構30,40の変速段31〜46のうちいずれか1つの変速段を選択する。例えば、選択した変速段が第1変速機構30の第1群(奇数段)の変速段31〜39のうち第1速ギヤ段31である場合、ECU100は、第1速ギヤ段31に対応する第1速カップリング機構31eを係合状態にすると共にカップリング機構33e,35eを解放状態にする。これと共に、ECU100は、第1クラッチ21を係合状態にすると共に第2クラッチ22を解放状態にする。これにより、駆動装置10は、内燃機関5からの機械的動力を、第1入力軸27で受け、第1群(奇数段)の変速段31〜39のうち選択した変速段である第1速ギヤ段31により変速し、第1出力軸37から車両推進軸66に伝達して、駆動輪88を回転駆動することができる。
このとき、ECU100は、第2変速機構40の第2群(偶数段)の変速段42,44,46のうち、第1変速機構30において選択している第1速ギヤ段31より一段高速(ハイギヤ)側の変速段である第2速ギヤ段42に対応する第2速カップリング機構42eを係合状態にすることで、第2変速機構40の第2入力軸28を空転させて、次の第2速ギヤ段42への変速(アップシフト)時における第2クラッチ22の係合動作に備えている。
そして、第2変速機構40の第2群(偶数段)の変速段である第2速ギヤ段42への変速(アップシフト)が選択されると、ECU100が、第1クラッチ21を解放状態にしながら第2クラッチ22を係合状態にすることで、駆動装置10は、第1クラッチ21と第2クラッチ22とを掴み替える動作、いわゆる「クラッチ・トゥ・クラッチ」を行う。この動作により、駆動装置10は、機関出力軸8からの動力伝達経路を、徐々に第1変速機構30の第1入力軸27から第2変速機構40の第2入力軸28に移していき、第2速ギヤ段42への変速が完了することとなる。
このようにして、駆動装置10は、奇数段である第1速ギヤ段31から、偶数段である第2速ギヤ段42への変速時において、機関出力軸8から車両推進軸66への動力伝達に途切れを生じさせることなく変速することができる。
また、以上のように構成された車両1は、原動機として内燃機関5とモータ50とを併用又は選択使用することが可能な、いわゆる「ハイブリッド車両」であり、様々な車両走行(走行モード)を実現することができる。例えば、原動機として内燃機関5のみを選択使用する「エンジン走行」、原動機として内燃機関5及びモータ50を併用する「HV走行」、原動機としてモータ50のみを選択使用する「モータ走行」等がある。これら車両走行は、運転者が要求する車両駆動力や、モータ50に供給する電力を貯蔵する二次電池120の蓄電状態に応じて、ECU100により、逐次、自動的に切替えられる。以下に、各走行モードにおけるECU100の制御と、内燃機関5、第1クラッチ21及び第2クラッチ22、第1変速機構30及び第2変速機構40、及びモータ50の動作を併せて説明する。
ECU100が、第1クラッチ21を係合状態にすると共に第2クラッチ22を解放状態にすることで、駆動装置10は、内燃機関5の機関出力軸8からの機械的動力を、第1入力軸27で受け、第1変速機構30の変速段31,33,35,39のいずれか1つにより変速し、第1出力軸37から車両推進軸66に伝達して駆動輪88を回転駆動することができる。このようにして、車両1は、原動機として内燃機関5のみを選択使用する「エンジン走行」を実現することができる。
この場合、車両推進軸66には、動力統合ギヤ58を介して第2出力軸48が係合しているため、第2変速機構40のカップリング機構42e,44e,46eのいずれか1つが係合状態にある場合、第2入力軸28と、これに係合するロータ52は、車両1の走行速度(以下、車速と記す)に応じて回転することとなる。
このとき、ECU100がモータ50を力行させて、ロータ52から第2入力軸28に出力トルクを伝達することで、駆動装置10は、内燃機関5からの機械的動力とモータ50からの機械的動力とを、それぞれ第1変速機構30及び第2変速機構40により変速し、動力統合ギヤ58で統合して車両推進軸66に伝達することができる。このようにして、車両1は、原動機として内燃機関5とモータ50とを併用する「HV走行」を実現することができる。
また、ECU100が第1クラッチ21を解放状態にすると共に第2クラッチ22を係合状態にすることで、駆動装置10は、機関出力軸8からの機械的動力を、第2入力軸28で受け、第2変速機構40の変速段42,44,46のいずれか1つにより変速し、第2出力軸48から車両推進軸66に伝達して駆動輪88を回転駆動することができ、車両1は、原動機として内燃機関5のみを選択使用する「エンジン走行」を実現することができる。
この場合、車両推進軸66には、動力統合ギヤ58を介して第1出力軸37が係合しているため、第1変速機構30のカップリング機構31e,33e,35e,39eのいずれか1つが係合状態にある場合、第1入力軸27は、車両1の走行速度(以下、車速と記す)に応じて回転することとなる。
このとき、ECU100がモータ50を力行させて、ロータ52から第2入力軸28に出力トルクを伝達することで、駆動装置10は、内燃機関5からの機械的動力とモータ50からの機械的動力とを、第2入力軸28で統合し、第2変速機構40により変速して、動力統合ギヤ58を介して車両推進軸66に伝達することができ、車両1は、原動機として内燃機関5とモータ50とを併用する「HV走行」を実現することができる。
一方、車両1にモータ走行を行わせる場合、上述のエンジン走行及びHV走行の制御とは異なり、ECU100は、第1クラッチ21及び第2クラッチ22をいずれも解放状態に制御すると共に、モータ50を力行させる。ECU100は、第2変速機構40の変速段42,44,46のうち、いずれか1つの変速段を選択して、当該変速段に対応するカップリング機構を係合状態にする。駆動装置10は、モータ50からの機械的動力を、第2入力軸28で受け、第2変速機構40の変速段42,44,46のうち選択した変速段で変速して、第2出力軸48から車両推進軸66に伝達する。
このような車両1のモータ走行中においては、ECU100が第1及び第2クラッチ21,22の双方を解放状態にしているため、モータ50の力行により、非作動状態にある内燃機関5の機関出力軸8が回転駆動されて、内燃機関5のポンピングロス等の動力損失が生じてしまうことを防止している。
以上のように本実施例に係る車両1は、原動機として内燃機関5とモータ50とを備えており、内燃機関5とモータ50と併用又は選択使用して車両1を推進することが可能となっている。車両1は、非作動状態にある内燃機関5の機関出力軸8を回転駆動することで、ファイアリングを行って内燃機関5を始動させることや、ファイアリングを行わずにブレーキ倍力装置等に用いられる負圧を内燃機関5により発生させることが可能となっている。なお、非作動状態にある内燃機関5の機関出力軸8を、外部動力により回転駆動することを、以下の説明において「クランキング」と記す。
このような車両1は、内燃機関5を非作動状態にして車両走行を行うことがあるため、原動機として内燃機関5のみを備える、いわゆる「通常の車両」に比べて、内燃機関5を始動する回数が多く、クランキングを行う頻度が高い。また、ハイブリッド式車両1は、車両1が走行している時間のうち、内燃機関5が作動状態にある時間が短いため、通常の車両と異なり、ブレーキ倍力装置等のための負圧を確保するために、内燃機関5のファイアリングを行うことなく、クランキングを行うことがある。
このように、車両1において内燃機関5のクランキングを行う頻度が高いと、内燃機関5に装着されているブラシ付きDCモータ、いわゆるスタータモータにより、車両走行中において内燃機関5のクランキングを行ったのでは、スタータモータの耐久性の点で問題が生じる虞がある。また、車両走行中における内燃機関5のクランキングは、自動的に行われ、車両乗員にとって予期しないものであるため、車両走行中にスタータモータによりクランキングを行うと、スタータモータの作動音が車両乗員にとって耳障りに感じるという問題もある。
このため、車両走行中においては、ブラシ付きDCモータであるスタータモータではなく、車両推進軸66を回転駆動するために、第2変速機構40の第2入力軸28に結合されているモータ50からの機械的動力を利用して、内燃機関5のクランキングを行うことが求められている。しかしながら、このモータ50は、車両推進軸66を回転駆動するためのモータジェネレータであり、永久磁石式交流同期モータ等で構成されている。モータ50は、ブラシ付きDCモータ(スタータモータ)のように、短時間に高いトルクを出力するものではない。
モータ50が出力した機械的動力を、第2入力軸28から第2クラッチ22を介して機関出力軸8に伝達させて、クランキングを行うには、モータ50に、高いトルクを出力させる必要がある。これを実現しようとすると、モータ50には、ロータ52の表面積が大きい、すなわち寸法が大きい回転電機を用いる必要が生じる。したがって、原動機として内燃機関5とモータ50とを備えたハイブリッド式の車両1においては、モータ50からの機械的動力を、トルクを増大させて機関出力軸8に伝達することで、車両走行中において内燃機関5のクランキングを良好に行うことが可能な技術が要望されている。
そこで、本実施例に係る駆動装置において、制御手段としてのECUは、車両走行中において内燃機関のクランキングを行うときに、モータからの機械的動力を、第2変速機構及び第1変速機構により回転速度を減速させて、第1クラッチから機関出力軸に伝達させることを特徴としている。以下に、車両がモータ走行をしている場合に、ECUが実行する内燃機関のクランキングに係る制御処理(以下、モータ走行中クランキング制御と記す)について、図1、図4及び図5を用いて説明する。図4は、ECUが実行するモータ走行中クランキング制御を示すフローチャートである。図5は、モータ走行中クランキング制御において、第1変速機構で選択すべき変速段を決定する変速段決定ルーチンを示すフローチャートである。
図1に示すように、まず、車両1のモータ走行中において、駆動装置10は、モータ50を力行させており、第2変速機構40の変速段42,44,46のうちいずれか1つの変速段を選択して、対応するカップリング機構42e,44e,46eを係合状態にしている。モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力は、第2変速機構40のいずれか1つの変速段により変速されて、第2出力軸48から車両推進軸66に伝達されている。なお、このとき、ECU100は、第1クラッチ21及び第2クラッチ22を双方とも解放状態に制御しており、機関出力軸8は、静止している。
そして、ECU100は、上述のように検出された、二次電池120の蓄電状態、ブレーキ負圧、又はアクセル操作量等に基づいて、内燃機関5の始動のためや、ブレーキ負圧を確保するためなど、内燃機関5のクランキングが必要であると判断した場合に、以下に説明する、モータ走行時クランキング制御を実行する。
図4に示すように、ステップS100において、ECU100は、各種制御変数を取得する。制御変数には、現在、第1変速機構30及び第2変速機構40において選択している変速段に係る情報や、駆動輪88の回転速度、又はモータ50のロータ52の回転速度が含まれている。これにより、ECU100は、車速、第1入力軸27及び第2入力軸28の回転速度を把握している。
そして、ステップS102において、ECU100は、第1変速機構30において選択すべき変速段を決定する制御処理(以下、単に「変速段決定ルーチン」と記す)を実行する。以下に、図5を用いて、第1変速機構30の変速段決定制御について説明する。
まず、ステップS202において、第5速ギヤ段35を選択した場合に、第1クラッチ21を選択して係合状態にしたときの、内燃機関5の機関出力軸8の回転速度(機関回転速度)を算出する。同様に、第3速ギヤ段33を選択した場合や、第1速ギヤ段31を選択した場合についても、第1クラッチ21を選択して係合状態にした場合の、機関回転速度を算出する。なお、以下の説明において、第1変速機構30の変速段31,33,35のうちいずれか1つの変速段を選択して、第1クラッチ21を係合状態にした場合の機関回転速度C1を「第1クラッチ係合時回転速度」と記す。
そして、ステップS206において、ECU100は、第5速ギヤ段35を選択した場合、第1クラッチ係合時回転速度C1が、予め設定された必要回転速度以上となるか否かを判定する。必要回転速度は、内燃機関5を始動させるのに必要な機関回転速度の下限値であり、例えば、200rpmに設定されている。すなわち、ECU100は、モータ50からの機械的動力を第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させてクランキングを行う場合、第5速ギヤ段35で変速することで、必要回転速度を確保できるか否かを判定している。
なお、必要回転速度は、内燃機関5の仕様や適合実験等により予め求められており、制御定数としてECU100のROM(図示せず)に記憶されている。なお、ブレーキ負圧を確保するためのクランキングを行う場合には、内燃機関5を始動するためのクランキングを行う場合と異なり、必要回転速度を200〜400rpmに設定するものとしても良い。
第5速ギヤ段35を選択した場合の第1クラッチ係合時回転速度C1が、必要回転速度以上となる(Yes)と判定された場合、モータ50からの機械的動力を第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させる場合、第1変速機構30においては第5速ギヤ段35で変速すると、機関出力軸8が必要回転速度以上となり且つなるべく低回転速度でクランキングできるものと判断して、ECU100は、ステップS208において、第1変速機構30においては、第5速ギヤ段35を選択するものと、仮決定する。ECU100は、第5速ギヤ段35が選択された場合の第1クラッチ係合時回転速度C1をRAM(図示せず)に記憶しておく。そして、第1変速機構30の変速段決定ルーチンを終了して、モータ走行中クランキング制御のステップS102に戻る。
一方、第5速ギヤ段35を選択した場合の第1クラッチ係合時回転速度C1が、必要回転速度を下回る(No)と判定された場合、ECU100は、ステップS210において、第3速ギヤ段33を選択した場合の第1クラッチ係合時回転速度C1が、必要回転速度以上となるか否かを判定する。
第3速ギヤ段33を選択した場合の第1クラッチ係合時回転速度C1が、必要回転速度以上となる(Yes)と判定された場合、モータ50からの機械的動力を第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させる場合、第1変速機構30においては第3速ギヤ段33で変速すると、機関出力軸8が必要回転速度以上となり且つなるべく低回転速度でクランキングできるものと判断して、ECU100は、ステップS212において、第1変速機構30においては、第3速ギヤ段33を選択するものと、仮決定する。ECU100は、第3速ギヤ段33が選択された場合の第1クラッチ係合時回転速度C1をRAM(図示せず)に記憶しておく。そして、第1変速機構30の変速段決定制御ルーチンを終了して、モータ走行中クランキング制御のステップS102に戻る。
一方、第3速ギヤ段33を選択した場合の第1クラッチ係合時回転速度C1が、必要回転速度を下回る(No)と判定された場合、モータ50からの機械的動力を第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させる場合、第1変速機構30においては第1速ギヤ段31で変速すると、機関出力軸8が必要回転速度以上となり且つなるべく低回転速度でクランキングできるものと判断して、ECU100は、ステップS214において、第1変速機構30においては、第1速ギヤ段31を選択するものと、仮決定する。ECU100は、第1速ギヤ段が選択された場合の第1クラッチ係合時回転速度C1をRAM(図示せず)に記憶しておく。そして、第1変速機構30の変速段決定ルーチンを終了して、モータ走行中クランキング制御のステップS102に戻る。
そして、図4に示すモータ走行中クランキング制御のステップS106において、ECU100は、第2変速機構40の変速段42,44,46のうち、現在選択されている変速段で、第2クラッチ22を係合状態にした場合の機関回転速度C2(以下、第2クラッチ係合時回転速度と記す)を算出する。
そして、ステップS110において、ECU100は、算出された第2クラッチ係合時回転速度C2が、必要回転速度を上回り、且つ第1変速機構30の変速段決定ルーチンにおいて、仮決定された変速段の第1クラッチ係合時回転速度C1を下回るか否かを判定する。すなわち、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30で変速して、第1クラッチ21から機関出力軸8にトルクを伝達させるよりも、そのまま第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させた方が、必要回転速度以上であり、且つ第1クラッチ係合時回転速度C1よりも低い回転速度でクランキングが行えるか否かを判定している。
ステップS110において、第2クラッチ係合時回転速度C2が、必要回転速度を上回り、且つ第1変速機構30の変速段決定ルーチンにおいて、仮決定された変速段の第1クラッチ係合時回転速度C1を下回る(Yes)と判定された場合、ECU100は、モータ50からの機械的動力を、第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させた方が、第1クラッチ係合時回転速度C1よりも低い回転速度でクランキングが行えるものと判断して、第2クラッチ22を選択する(S112)。具体的には、第2クラッチ22を係合状態にすると共に第1クラッチ21を解放状態にして、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、そのまま第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させて、クランキングを行う。
このとき、ECU100は、第2入力軸28すなわちロータ52の回転速度を維持するよう、モータ50から第2入力軸28に出力するトルク(以下、出力トルクと記す)を増大させる(S114)。これは、第2入力軸28又はロータ52の回転速度を検出し、当該回転速度が一定となるようモータ50の出力トルクを増大させるフィードバック制御を行うことにより実現することができる。
なお、モータ50の出力トルクの増大は、まず、機関出力軸8の回転速度ごとに、クランキングに必要なトルク(以下、クランキング必要トルクと記す)を予め求めておき、ECU100が、第2クラッチ22を係合状態にすると共に、モータ50の出力トルクを、クランキングに必要なトルク分だけ増大させるフィードフォワード制御を行うことにより実現することもできる。
一方、ステップS110において、第2クラッチ係合時回転速度C2が、必要回転速度以下である、又は、第1変速機構30の変速段決定ルーチンにおいて、仮決定された変速段の第1クラッチ係合時回転速度C1以上であると判定された場合、ECU100は、モータ50からの機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により減速して、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させた方が、第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達するよりも良好にクランキングが行えるものと判断して、第1クラッチ21を選択する(S116)。具体的には、第1クラッチ21を係合状態にすると共に第2クラッチ22を解放状態にして、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により減速させ、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させて、クランキングを行う。このとき、モータ50の出力トルクは、第2変速機構40及び第1変速機構30により減速されトルクが増大されて、機関出力軸8に伝達されることとなる。
このとき、ECU100は、ステップS114と同様に、第2入力軸28の回転速度を維持するよう、モータ50から第2入力軸28に出力する出力トルクを増大させる(S118)。これは、第2入力軸28又はロータ52の回転速度を検出し、当該回転速度が一定となるようモータ50の出力トルクを増大させるフィードバック制御を行うことにより実現することができる。
このようにして、駆動装置10は、第2入力軸28の回転速度、すなわち、車両推進軸66及びこれに係合する駆動輪88の回転速度を変化させることなく、モータ50からの機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により減速し、モータ50の出力トルクを増大させて第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達し、クランキングを行うことができる。モータ50の出力トルクを、第2変速機構40及び第1変速機構30で増大させて機関出力軸8に伝達するため、モータ50は、出力トルクを第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させる場合に比べて、より小さな出力トルクで内燃機関5のクランキングを良好に行うことができる。
以上に説明したように本実施例においては、機関出力軸8からの機械的動力を第1入力軸27で受け、複数の変速段31,33,35,39のうちいずれか1つにより変速して、第1出力軸37から車両推進軸66に伝達可能な第1変速機構30と、機関出力軸8及びモータ50からの機械的動力を第2入力軸28で受け、複数の変速段42,44,46のうちいずれか1つにより変速して、第2出力軸48から車両推進軸66に伝達可能な第2変速機構40と、機関出力軸8と第1入力軸27とを係合可能な第1クラッチ21と、機関出力軸8と第2入力軸28とを係合可能な第2クラッチ22と、第1変速機構30及び第2変速機構40における変速段の選択と、第1クラッチ21又は第2クラッチ22の選択とを制御可能な制御手段としてのECU100とを有している。
ECU100は、内燃機関5のクランキングを行うときに、第2入力軸28が受けた機械的動力を減速して第1入力軸27に伝達するよう第1変速機構30及び第2変速機構40の変速段を選択すると共に、第1クラッチ21を係合状態にする。モータ50から第2入力軸27に出力された機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により減速しトルクを増大させて、第1入力軸27から第1クラッチ21を介して機関出力軸8に伝達させる。これにより、原動機として設けられたモータ50の出力トルクを、増大させて機関出力軸8を回転駆動することができ、モータ50の出力トルクを抑制しつつ、内燃機関5のクランキングを良好に行うことができる。
また、本実施例において、ECU100は、クランキングを行うときの機関回転速度が、予め設定された必要回転速度以上となり且つ最も低くなるよう、第1変速機構30の変速段を選択するものとした。内燃機関5の始動やブレーキ負圧の確保のために設定された必要回転速度(例えば、200rpm)以上となり、且つ最も低くなる変速段を選択することで、モータ50の出力トルクを極力抑制しつつ、内燃機関5の始動やブレーキ負圧の確保のためのクランキングを良好に行うことができる。
また、本実施例において、ECU100は、第1変速機構30の各変速段31,33,35を選択した場合について、第1クラッチ21を係合状態にした場合の機関回転速度である第1クラッチ係合時回転速度C1を推定する第1クラッチ係合時回転速度推定手段(S202)と、第1クラッチ係合時回転速度C1が、予め設定された必要回転速度を上回るか否かを判定する回転速度判定手段(S206,S210)と、第1クラッチ係合時回転速度C1が必要回転速度を上回った場合に、当該第1クラッチ係合時回転速度C1の算出の基となる変速段を第1変速機構30において選択する変速段選択手段(S208,S212,S214)とを有している。ECU100の回転速度判定手段は、最も高速側の変速段である最高速段35について、第1クラッチ係合時回転速度C1が必要回転速度を上回るか否かを判定し、必要回転速度以下であると判定された場合には、最高速段35より低速側の変速段33,31について判定するものとした。
第1変速機構30において、クランキングを行うときの機関回転速度が、予め設定された必要回転速度以上となり且つ最も低くなるよう、第1変速機構30の変速段を選択することを効率よく実現することができる。
また、本実施例において、ECU100は、第2クラッチ22を係合状態にした場合の機関回転速度である第2クラッチ係合時回転速度C2を推定する第2クラッチ係合時回転速度推定手段(S106)を有し、第2クラッチ係合時回転速度C2が必要回転速度を上回り、且つ第1クラッチ係合時回転速度C1を下回る場合には、第2クラッチ22を係合して、モータ50からの機械的動力を第2クラッチ22から内燃機関5に伝達させるものとした。
モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により変速して、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させるよりも、第2入力軸28に出力された機械的動力を、そのまま第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させた方が、第1クラッチ係合時回転速度C1よりも低い回転速度であり、且つ必要回転速度以上でクランキングが行える場合には、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、そのまま第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達させることで、第1クラッチ21を選択するよりも、良好にクランキングを行うことができる。
本実施例に係る駆動装置の構成について、図6〜図8を用いて説明する。図6は、駆動装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。図7は、ECUが実行する車両停止中クランキング制御を示すフローチャートである。図8は、他の態様の動力遮断機構を有する駆動装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。本実施例に係る駆動装置は、第1変速機構及び第2変速機構からの機械的動力を統合して、車両推進軸に伝達可能な動力統合機構である動力統合ギヤと、動力統合ギヤと駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構を有しており、制御手段としてのECUは、車両停止中に内燃機関のクランキングを行う際に、動力遮断機構を遮断状態にして、動力統合機構と駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断する点で、第1実施例とは異なり、以下に詳細を説明する。なお、実施例1と略共通の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図6に示すように、駆動装置10Bにおいて、動力統合ギヤ58は、第1変速機構30の第1出力軸37に結合された第1推進軸駆動ギヤ37cと、第2変速機構40の第2出力軸48に結合された第2推進軸駆動ギヤ48cとの双方に噛み合っている。動力統合ギヤ58には、駆動装置出力軸58aが結合されている。駆動装置10Bは、第1出力軸37及び第2出力軸48から出力された機械的動力を、動力統合ギヤ58で統合して、駆動装置出力軸58cから車両推進軸66に向けて出力可能となっている。
駆動装置出力軸58cと車両推進軸66との間には、駆動装置10Bの動力統合ギヤ58と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構として、駆動装置出力軸58と車両推進軸66とを係合可能なクラッチ機構90(以下、出力側クラッチと記す)が設けられている。なお、出力側クラッチ90は、円板状の摩擦式クラッチ等、任意のクラッチ機構で構成することができる。出力側クラッチ90の係合状態と非係合状態(解放状態)との切替えは、図示しないアクチュエータ等を介してECU100Bにより制御される。
ECU100Bが出力側クラッチ90を解放状態にして、動力統合ギヤ58と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断することで、駆動装置10Bは、駆動輪88が静止している状態、すなわち車両1Bの停止中(以下、車両停止中と記す)においても、モータ50を力行させて、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40及び第1変速機構30により変速して、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達して、クランキングを行うことが可能となっている。なお、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、そのまま第2クラッチ22から機関出力軸8に伝達して、クランキングを行うことも可能となっている。
このように構成された車両1Bにおいて、ECU100Bは、二次電池120の蓄電状態(SOC)が所定値以下に低下した場合など、車両停止中において内燃機関5の始動が必要であると判断した場合や、ブレーキ負圧を確保するため等、車両停止中に内燃機関5のクランキングが必要であると判断した場合に、以下の車両停止中におけるクランキング制御処理(以下、車両停止中クランキング制御と記す)を実行する。
図7に示すように、ステップS300において、ECU100Bは、動力遮断機構としての出力側クラッチ90を解放状態にすることで、駆動装置10Bの動力統合ギヤ58と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断する。これにより、駆動輪88の静止、回転に関係なく、動力統合ギヤ58と、これに係合する第1出力軸37及び第2出力軸48を回転させることが可能となる。
そして、ステップS302において、ECU100Bは、第2変速機構40の変速段42,44,46のうち最も低速側の変速段である第2速ギヤ段42を選択して、対応する第2速カップリング機構42eを係合状態にする。これにより、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、極力回転速度を減速して、第2出力軸48に伝達することが可能となる。
これと共に、ステップS304において、ECU100Bは、第1変速機構30の変速段31,33,35のうち最も高速側の変速段である第5速ギヤ段35を選択して、対応する第5速カップリング機構35eを係合状態にする。これにより、モータ50から、第2出力軸48、第2推進軸駆動ギヤ48c、動力統合ギヤ58、第1推進軸駆動ギヤ37cを介して、第1出力軸37に伝達された機械的動力を、極力回転速度を減速して、第1入力軸27に伝達することが可能となる。
これと共に、ステップS306において、ECU100Bは、第1クラッチ21を選択して、第1クラッチ21を係合状態にすると共に第2クラッチ22を解放状態にする。モータ50から第1入力軸27に伝達された機械的動力を、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達することが可能となる。
そして、ステップS308において、ECU100Bは、モータ50を力行させることで、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40の第2速ギヤ段42、及び第1変速機構30の第5速ギヤ段35により、それぞれ回転速度を減速しトルクを増大させて、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させる。これにより、駆動装置10Bは、車両停止中においても、モータ50から機械的動力を、第1及び第2変速機構30,40によりトルクを増大させて機関出力軸8に伝達してクランキングを行うことができる。
この後、ECU100Bは、ファイアリングを行わせて内燃機関5を始動することができる。これにより、駆動装置10Bは、車両停止中において、始動した内燃機関5が機関出力軸8から出力した機械的動力を、ロータ52に伝達させてモータ50の発電に供することができ、二次電池120を充電することができる。また。駆動装置10Bは、ファイアリングを行わずに内燃機関5のクランキングを所定期間継続することにより、ブレーキ負圧を生成することもできる。
なお、本実施例において、動力統合機構としての動力統合ギヤ58と、駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構として、駆動装置出力軸58aと車両推進軸66とを係合可能なクラッチ機構である出力側クラッチ90を設けるものしたが、動力遮断機構の態様は、これに限定されるものではない。
動力遮断機構としては、例えば、図8に示すように、第1出力軸37と第2出力軸48からの機械的動力を統合可能な動力統合ギヤ58と車両推進軸66とを係合可能な出力側カップリング機構58eを設けて、出力側カップリング機構58eの係合状態と解放状態とを、ECU100Bにより制御可能に構成するものとしても良い。このように構成することで、上述の出力側クラッチ90を設ける場合と同様に、動力統合機構(動力統合ギヤ)と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構を実現することができる。
以上に説明したように本実施例においては、第1変速機構30及び第2変速機構40からの機械的動力を統合して、車両推進軸66に伝達可能な動力統合機構としての動力統合ギヤ58と、動力統合ギヤ(58;58c)と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構(90;58e)とを有し、ECU100Bは、車両停止中に内燃機関5のクランキングを行う際に、動力遮断機構(90;58e)を制御して、動力統合ギヤ58と駆動輪88との間における機械的動力の伝達を遮断するものとした。これにより、駆動装置10Bは、モータ50から機械的動力を、駆動輪88に伝達させて車両を走行させることなく、車両停止中において内燃機関5のクランキングを行うことができる。
また、本実施例において、ECU100Bは、第2変速機構40の変速段42,44,46のうち最も低速側の変速段である第2速ギヤ段42と選択すると共に、第1変速機構30の変速段31,33,35のうち最も高速側の変速段である第5速ギヤ段35を選択するものとしたので、モータ50から第2入力軸28に出力された機械的動力を、第2変速機構40と第1変速機構30との双方において、極力、回転速度を減速しトルクを増大させて、第1クラッチ21から機関出力軸8に伝達させることができ、モータ50の出力トルクを最小限に抑制しつつ、内燃機関5の始動やブレーキ負圧の確保のためのクランキングを良好に行うことができる。
また、本実施例において、動力統合機構は、第2出力軸48と第1出力軸37との双方と噛み合う動力統合ギヤ58であり、動力遮断機構は、動力統合ギヤ58に結合された駆動装置出力軸58aと車両推進軸とを係合可能なクラッチ機構である出力側クラッチ90であるものとしたので、第2変速機構及び第1変速機構からの機械的動力を統合する動力統合機構と、駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構を、クラッチ機構により実現することができる。
また、本実施例において、動力統合機構は、第2変速機構の出力軸と第1変速機構の出力軸との双方と噛み合う動力統合ギヤ(58;58c)であり、動力遮断機構は、動力統合ギヤ(58;58c)と車両推進軸66とを係合可能な出力側カップリング機構58eであるものとしたので、第2変速機構及び第1変速機構からの機械的動力を統合する動力統合機構と、駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構を、動力を伝達する軸(シャフト)と、軸に対して回転可能に設けられたギヤとを結合させるカップリング機構により実現することができる。
なお、上述した各実施例において、駆動装置(10;10B)は、内燃機関5及びモータ50からの機械的動力を統合して、車両推進軸66に伝達するものとしたが、本発明に係る車両推進軸の態様は、これに限定されるものではない。駆動装置は、駆動輪に係合する車両推進軸に機械的動力を伝達できれば良く、例えば、駆動装置が、内燃機関及びモータからの機械的動力を統合して、駆動輪と同一の回転速度で回転する車両推進軸である駆動軸(ドライブシャフト)に直接、伝達するものとしても良い。
また、上述した各実施例において、駆動装置(10;10B)に原動機として設けられたモータ50は、供給された電力を機械的動力に変換して出力する電動機としての機能と、入力された機械的動力を電力に変換する発電機としての機能とを兼ね備えたモータジェネレータであるものとしたが、本発明に係るモータは、これに限定されるものではない。モータは、変速機構の入力軸に機械的動力を出力できれば良く、例えば、モータを、電力を機械的動力に変換して出力する機能のみを有する電動機として構成しても良い。
以上のように、本実施例に係る駆動装置は、原動機として内燃機関とモータとを備えたハイブリッド車両に有用であり、特に、デュアルクラッチ式変速機を備えた車両に有用である。
実施例1に係る駆動装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。 実施例1に係る駆動装置のデュアルクラッチ機構の構造を説明する模式図である。 実施例1に係る駆動装置における他の態様のデュアルクラッチ機構の構造を説明する模式図である。 実施例1に係る駆動装置の制御手段(ECU)が実行するモータ走行中クランキング制御を示すフローチャートである。 実施例1に係る駆動装置の制御手段(ECU)が実行するモータ走行中クランキング制御において、第1変速機構で選択すべき変速段を決定する変速段決定ルーチンを示すフローチャートである。 実施例2に係る駆動装置を備えた車両の概略構成を示す模式図である。 実施例2に係る駆動装置の制御手段(ECU)が実行する車両停止中クランキング制御を示すフローチャートである。 実施例2に係る駆動装置において他の態様の動力遮断機構を備えた車両の概略構成を示す模式図である
符号の説明
1,1B 車両
5 内燃機関
8 機関出力軸
10,10B 駆動装置
20 デュアルクラッチ機構
21 第1クラッチ
22 第2クラッチ
27 第1入力軸
28 第2入力軸
30 第1変速機構
31,33,35,39 ギヤ段(変速段)
37 第1出力軸
48 第2出力軸
40 第2変速機構
42,44,46 ギヤ段(変速段)
50 モータ(モータジェネレータ)
52 ロータ
58,58c 動力統合ギヤ(動力統合機構)
58a 駆動装置出力軸
58e カップリング機構
66 車両推進軸
70 終減速装置
80 駆動軸
88 駆動輪
90 出力側クラッチ(動力遮断機構)
100,100B 電子制御装置(ECU、制御手段、第1クラッチ係合時回転速度推定手段、第2クラッチ係合時回転速度推定手段、回転速度判定手段、変速段選択手段)

Claims (7)

  1. 原動機として内燃機関とモータとを備えた車両に用いられ、内燃機関及びモータからの機械的動力を、変速機構により変速して、駆動輪に係合する車両推進軸に伝達可能な車両用駆動装置であって、
    機関出力軸からの機械的動力を第1入力軸で受け、複数の変速段のうちいずれか1つにより変速して、車両推進軸に伝達可能な第1変速機構と、
    機関出力軸及びモータからの機械的動力を第2入力軸で受け、複数の変速段のうちいずれか1つにより変速して、車両推進軸に伝達可能な第2変速機構と、
    機関出力軸と第1入力軸とを係合可能な第1クラッチと、
    機関出力軸と第2入力軸とを係合可能な第2クラッチと、
    第1変速機構及び第2変速機構における変速段の選択と、第1クラッチ及び第2クラッチの係合状態とを制御可能な制御手段と、
    を有し、
    制御手段は、
    原動機としてモータのみを用いた車両走行であるモータ走行中に内燃機関のクランキングを行うときに、
    第2入力軸が受けた機械的動力を減速して第1入力軸に伝達するよう第1変速機構及び第2変速機構の変速段を選択すると共に、第1クラッチを係合状態にする場合、
    当該クランキングを行うときの機関回転速度が、予め設定された必要回転速度以上となり且つ最も低くなるよう第1変速機構の変速段を選択する
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  2. 請求項に記載の車両用駆動装置において、
    制御手段は、
    第1変速機構の各変速段を選択した場合について、第1クラッチを係合状態にした場合の機関回転速度である第1クラッチ係合時回転速度を推定可能な第1クラッチ係合時回転速度推定手段と、
    第1クラッチ係合時回転速度が、予め設定された必要回転速度を上回るか否かを判定する回転速度判定手段と、
    第1クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回った場合に、当該第1クラッチ係合時回転速度の算出の基となる変速段を、第1変速機構において選択する変速段選択手段と、を備え、
    回転速度判定手段は、最も高速側の変速段である最高速段について、第1クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回るか否かを判定し、必要回転速度以下であると判定された場合には、最高速段より低速側の変速段について判定する
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  3. 請求項に記載の車両用駆動装置において、
    制御手段は、
    第2クラッチを係合状態にした場合の機関回転速度である第2クラッチ係合時回転速度を推定する第2クラッチ係合時回転速度推定手段を有し、
    第2クラッチ係合時回転速度が必要回転速度を上回り、且つ第1クラッチ係合時回転速度を下回る場合には、第2クラッチを係合状態にして、モータからの機械的動力を第2クラッチから内燃機関に伝達させる
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  4. 請求項に記載の車両用駆動装置において、
    第2変速機構及び第1変速機構からの機械的動力を統合して、車両推進軸に伝達可能な動力統合機構と、
    動力統合機構と駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断可能な動力遮断機構と、
    を有し、
    制御手段は、
    車両停止中に内燃機関のクランキングを行う際に、動力遮断機構を制御して、動力統合機構と駆動輪との間における機械的動力の伝達を遮断する
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  5. 請求項に記載の車両用駆動装置において、
    制御手段は、
    第2変速機構の変速段のうち最も低速側の変速段と選択すると共に、
    第1変速機構の変速段のうち最も高速側の変速段を選択する
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
  6. 請求項4又は5に記載の車両用駆動装置において、
    動力統合機構は、第2出力軸と第1出力軸との双方と噛み合う動力統合ギヤであり、
    動力遮断機構は、動力統合ギヤに結合された駆動装置出力軸と車両推進軸とを係合可能なクラッチ機構であることを特徴とする車両用駆動装置。
  7. 請求項4又は5に記載の車両用駆動装置において、
    動力統合機構は、第2出力軸と第1出力軸との双方と噛み合う動力統合ギヤであり、
    動力遮断機構は、動力統合ギヤと車両推進軸とを係合可能なカップリング機構である
    ことを特徴とする車両用駆動装置。
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