(57)【要約】【課題】ハイブリッド動力装置において、内燃機関の始動に用いる回転電機のロータ軸の耐久性を考慮した制御を行う。【解決手段】ハイブリッド動力装置１０は、内燃機関１８の動力を、回転電機２０を駆動する動力と車両を駆動する動力に分配する動力分配機構（遊星歯車・ローラ機構２４）を備える。内燃機関１８は第１回転電機２０により始動される。動力分配機構（遊星歯車・ローラ機構２４）は、その３要素の相対速度比を変更する機能を有する。内燃機関１８の第１回転電機２０による始動の積算回数が、第１回転電機２０のロータ軸３４の耐久性に基づき定められた許容始動回数を超えると、相対速度比を変更して、第１回転電機２０の回転速度を低くする。これにより、第１回転電機２０のロータ軸３４の保護を行う。【選択図】図１
2014034263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備え、この回転電機によって内燃機関を始動するハイブリッド動力装置の制御装置であって、
ハイブリッド動力装置は、内燃機関の動力を、回転電機を駆動する動力と車両を駆動する動力に分配する動力分配機構を更に備え、
動力分配機構は、内燃機関と、回転電機と、車両を駆動する動力の出力部材のそれぞれに接続される各要素の相対速度比が変更可能であり、
内燃機関の始動回数が、前記回転電機のロータ軸の耐久性に基づき定められた耐用始動回数に対して所定回数まで近づくと、前記回転電機の回転速度が低下するように動力分配機構の相対速度比を変更する、
ハイブリッド動力装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備え、この回転電機によって内燃機関を始動するハイブリッド動力装置に関し、特にその制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド動力装置が知られている。本明細書において、「回転電機」は、電動機、発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器の総称として用いる。ハイブリッド動力装置において、内燃機関の始動を、始動専用のスタータモータでなく、車両駆動用の原動機である回転電機によって行う場合がある。この場合、内燃機関の始動時に回転電機のロータ軸に負担が掛かる。また、ハイブリッド車両においては、走行状況に応じて内燃機関を一時的に自動停止する場合があり、停止後内燃機関の出力が必要となると内燃機関が再始動される。例えば、信号待ちなどで停車中には内燃機関が停止され、発進後、所定速度に達すると再始動される。このため、アイドリングストップ機能等の内燃機関を自動停止する機能のない動力装置に比べ、内燃機関の始動回数が増える。下記特許文献１には、車両駆動用の原動機として内燃機関と２機の回転電機を備えたハイブリッド動力装置が記載されている。
【０００３】
下記特許文献１において、内燃機関の動力は、動力分配機構によって、回転電機と、車両駆動動力の出力部材とに分配される。また、この動力分配機構は、動力の分配比率を変更可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４０１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハイブリッド車両は、その普及と共に様々な状況下で使用されるようになっており、当初想定されている以上の負担が装置またはその部品に掛かる可能性がある。例えば、積算の走行距離が長くなったり、内燃機関の停止、再始動が頻繁に繰り返されるなどの使用態様によって内燃機関の始動回数が多くなると、一般的な使用では交換する必要のない回転電機のロータ軸を交換しなければならなくなることが考えられる。
【０００６】
本発明は、内燃機関の再始動の回数が多くなった場合に、ロータ軸の回転速度を低下させ、その負担を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のハイブリッド動力装置の制御装置は、車両駆動用の原動機として内燃機関と回転電機を備えたハイブリッド動力装置の制御を行う装置である。このハイブリッド動力装置において、車両駆動用の回転電機によって内燃機関が始動される。また、このハイブリッド動力装置は、内燃機関の動力を、回転電機を駆動する動力と車両を駆動する動力に分配する動力分配機構を備えている。動力分配機構は、内燃機関と、回転電機と、車両駆動動力の出力部材のそれぞれに接続される各要素間の相対速度比を変更することができる。この制御装置は、内燃機関の始動回数が、前記回転電機のロータ軸の耐久性に基づき定められた耐用始動回数に対して所定回数まで近づくと、前記回転電機の回転速度が低下するように動力分配機構の相対速度比を変更する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、積算された内燃機関の始動回数が耐用始動回数に近づくと、回転電機の回転速度が低くなるようにしたことで、ロータ軸の使用環境が改善され、ロータ軸の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のハイブリット動力装置とその制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】ロータ軸の耐久性を考慮した動力装置の制御に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態のハイブリッド動力装置１０とこの動力装置１０を制御する制御装置１２の概略構成を示す図である。さらに、図１には、動力装置１０の出力を駆動輪１４に伝達する伝達装置１６も示されている。
【００１１】
ハイブリッド動力装置１０は、車両駆動用の原動機として内燃機関１８と２機の回転電機２０，２２を備える。３機の原動機１８，２０，２２の出力軸は、動力分配機構としての遊星歯車・ローラ機構２４の３要素（キャリア要素、サン要素、リング要素）に各々接続されている。この実施形態では、内燃機関１８の出力軸（クランク軸）２６が、プラネタリピニオン・ローラ２８を回転可能に支持するキャリア３０に、キャリア軸３２を介して接続されている。また、第１回転電機２０の出力軸（ロータ軸）３４がサンギア３６に、そして第２回転電機２２の出力軸（ロータ軸）３８がリング４０に接続されている。キャリア３０、サンギア３６およびリング４０は、共通の軸線の回りに回転可能である。この共通の軸線を以降「共通軸線」と記す。３機の原動機と遊星歯車機構の３要素の接続の組み合わせは、上記に限定されず、入れ替えることができる。リング４０と一体に回転するよう動力取出しギア４２が設けられ、このギアが伝達装置１６の減速ギア列４４を構成する１個のギアに噛み合っている。伝達装置１６は、更に終減速機４６を含み、終減速機４６によって減速ギア列４４により伝えられた動力が左右の駆動輪１４に分配される。このように、動力取出しギア４２は、動力装置１０の発生する動力を、駆動輪１４に向けて出力する出力部材として機能する。
【００１２】
遊星歯車・ローラ機構２４は、歯車による動力伝達と、ローラによる動力伝達を組み合わせた機構である。プラネタリピニオン・ローラ２８は、ギア部４８とローラ部５０とを有する。ギア部４８は、サンギア３６と噛み合うギアであり、これらのギアは、傘歯車とすることができる。このサンギア３６とギア部４８のギア比を以降「ギア部速度比」と記す。このギア部速度比は固定値である。ローラ部５０は、リング４０の内周面に周方向に延びて設けられた当接面５２に転がり接触する。当接面５２は共通軸線を中心軸線とする円環の内周面であり、ローラ部５０は円錐ローラである。円錐ローラであるローラ部５０の転動面は円錐側面の一部である。また、この円錐の、リング４０の当接面５２との接点を通る母線は、共通軸線に平行となっている。リング４０とプラネタリピニオン・ローラ２８の回転速度の比は、当接面５２の半径（内径）と、ローラ部５０の当接面５２との接点における半径（有効半径）により決定される。この回転速度比を以降「ローラ部速度比」と記す。３機の原動機の回転速度は、遊星歯車・ローラ機構２４の各要素間の速度比、つまりギア部速度比およびローラ部速度比により定まる所定の関係を有する。そして、車両の運行状態、運転者の要求に応じて３機の原動機の回転速度、発生トルクが制御され、３機の原動機により協働して車両が駆動される。
【００１３】
リング４０は、共通軸線に沿って移動可能となっており、この移動によってプラネタリピニオン・ローラ２８のローラ部５０との接触位置が変化する。接触位置は、ローラ部５０の円錐の母線方向に沿って移動し、この移動により、プラネタリピニオン・ローラ２８の有効半径が変化し、これによりローラ部速度比が変更される。例えば、リング４０が図１中、左方向に移動すると、ローラ部５０とリングの当接面５２の接触位置も左に移動し、ローラ部５０の有効半径が大きくなる。これにより、リング４０に対するプラネタリピニオン・ローラ２８の自転速度が遅くなる。ギア部速度比は固定であるので、サンギア３６の回転速度も遅くなり、第１回転電機２０の回転速度も遅くなる。
【００１４】
遊星歯車・ローラ機構２４において、ローラ部速度比が固定であると、第１要素に対する第２，第３要素の相対速度の比は一定となる。キャリア３０、サンギア３６、リング４０の回転速度をそれぞれωc，ωs，ωrとすると、キャリア３０に対するサンギア３６およびリング４０の相対速度は、それぞれ（ωs−ωc）、（ωr−ωc）である。これら相対速度の比λ（＝(ωs−ωc)/(ωr−ωc)）は、ローラ部速度比が変化しなければ一定である。これは、速度比の可変機構を有さない、通常の遊星歯車機構と同様である。この場合、２機の原動機の回転速度が定まると、残りの１機の回転速度が自ずと決定する。言い換えれば、２機の原動機の回転速度が固定されている場合、残りの１機の回転速度を変更することができない。この遊星歯車・ローラ機構２４は、ローラ部変速比を変更することにより、相対速度の比λを変更することができる。したがって、２機の原動機の回転速度が定まっている場合であっても、残りの１機の回転速度を変更することができる。例えば、内燃機関１８と第２回転電機２２（または動力取出しギア４２）の回転速度を固定した状態において、リング４０を移動させてローラ部速度比を変更することにより、第１回転電機２０の回転速度の変更が可能である。これを利用すれば、車両速度、内燃機関回転速度が同じ状態であっても、第１回転電機２０の回転速度を低くすることが可能である。
【００１５】
動力装置１０は、二次電池を含む蓄電装置５４と、第１および第２回転電機２０，２２にそれぞれ対応したインバータ装置５６，５８を更に含む。第１および第２回転電機２０，２２が電動機として機能する際には、蓄電装置５４からの直流電力がインバータ装置５６，５８により交流電力に変換されて各回転電機２０，２２に供給される。また、第１および第２回転電機２０，２２が発電機として機能する際には、発電された交流電力がインバータ装置５６，５８により直流電力に変換されて蓄電装置５４に送出される。また、一方の回転電機が発電した電力を二つのインバータ装置５６，５８を介して他方の回転電機に供給するようにもできる。
【００１６】
動力装置１０の各原動機１８，２０，２２は、制御装置１２により制御される。制御装置１２は、内燃機関１８の制御を行う内燃機関ＥＣＵ（中央処理装置）６０、インバータ装置５６，５８の動作を制御することにより第１および第２回転電機２０，２２の制御を行う回転電機ＥＣＵ６２および蓄電装置５４の蓄電量等の管理を行う電池ＥＣＵ６４を有する。また、動力分配機構である遊星歯車・ローラ機構２４の速度比を制御する動力分配機構ＥＣＵ６６を備える。具体的には、動力分配機構ＥＣＵ６６は、リング４０を共通軸線に沿って駆動する駆動機構、例えば流体圧アクチュエータを制御することにより、速度比の制御を実行する。さらに、制御装置１２は、これらのＥＣＵ６０，６２，６４，６６を統合的に制御するハイブリッドＥＣＵ（ＨＶ−ＥＣＵ）６８を有する。ハイブリッドＥＣＵ６８は、運転者の要求、例えばアクセルペダル７０およびブレーキペダル７２の操作量からの加速要求、制動要求を取得し、また各原動機の運転状況、蓄電装置の蓄電量などの情報を統合して、各原動機１８，２０，２２の動作を決定する。この決定に基づき内燃機関ＥＣＵ６０および回転電機ＥＣＵ６２が各原動機１８，２０，２２を制御する。さらに、ハイブリッドＥＣＵ６８は動力分配機構の相対速度比を決定し、この決定に基づき動力分配機構ＥＣＵ６６が動力分配機構を制御する。各ＥＣＵ６０−６８は、別個に構成されてもよく、一部または全てが一体に構成されてもよい。
【００１７】
動力装置１０においては、内燃機関１８の効率が悪い走行状況においては内燃機関１８が自動停止される。例えば、車両が停止しているときや低速走行時には内燃機関１８は停止される。一旦停止した内燃機関１８は、走行状況に応じて再始動される。例えば、車速が高くなると再始動される。また、二次電池の蓄電量が低下し、充電が必要となった場合にも内燃機関１８が再始動される。内燃機関１８の始動は、第１回転電機２０により実行される。つまり、第１回転電機２０が、ロータ軸３４、サンギア３６、プラネタリピニオン・ローラ２８、キャリア３０、およびキャリア軸３２を介してクランク軸２６を駆動し、内燃機関１８を始動する。
【００１８】
内燃機関のみを原動機として有する従来の車両は、通常、運行中に内燃機関が停止することはなく、これに比べて内燃機関の自動停止機能を有する動力装置１０は、内燃機関の始動頻度が高くなる。つまり、第１回転電機２０から内燃機関１８への動力の伝達経路を構成する各部材に負荷が掛かる頻度が増加する。また、内燃機関始動の際の各部に掛かる負荷は、定常運転時に比べて大きく、各部材の耐久性について考慮を要する場合がある。動力装置１０においては、第１回転電機のロータ軸３４が中空軸として形成され、その中空部分をキャリア軸３２が貫通する二重構造を有する。この構造のために、始動回数が多くなる場合には、第１回転電機のロータ軸３４について十分な耐久性の検討を要する。ハイブリッド車両の普及と共に、より様々な状況下で使用されることが考えられ、過酷な条件での使用でも十分な耐久性を有することが望まれる。しかしながら、十分な耐久性を有するようにするためには、大幅な設計変更が必要になる、また装置の外形が大きくなるなどの問題が生じる場合がある。
【００１９】
この実施形態においては、内燃機関１８の始動回数が、第１回転電機２０のロータ軸３４の耐久性に基づき定められた所定の回数に近づくと、動力分配機構（遊星歯車・ローラ機構２４）の要素間の速度比を変更し、第１回転電機２０の回転速度を低下させる。これにより、ロータ軸３４の使用環境が改善される。
【００２０】
図２は、第１回転電機のロータ軸３４の耐久性を考慮した内燃機関の制御に係るフローチャートである。内燃機関１８の始動回数の設計上の上限回数（耐用回数）に対し、余裕を持った少ない回転回数、例えば９割の回数に許容回数を予め設定する。始動回数がこの許容回数に達したら、耐用回数に近づいたと判断し、ロータ軸３４の使用環境を改善し、これを保護するよう制御を行う。具体的には、遊星歯車・ローラ機構２４のローラ部速度比を変更することにより、ロータ軸３４の回転速度が変更前より低くなるようにする。
【００２１】
まず、初期のローラ部速度比およびその時点でのアクセルペダルの操作量を取得する（Ｓ１００，Ｓ１０２）。内燃機関の始動指令を受けると（Ｓ１０４）、現時点までの内燃機関始動回数（積算始動回数）と許容始動回数を比較する（Ｓ１０６）。積算始動回数が許容始動回数以下であれば、それまでの積算始動回数に１を加えて、これを更新する（Ｓ１０８）。更新後、取得している初期のローラ部速度比を用いて、内燃機関の制御（回転速度、トルクの算出）を行い（Ｓ１１０）、さらに第１および第２の回転電機の制御（回転速度、トルクの算出）を行う（Ｓ１１２）。これらの算出値に基づき、動力装置１０の制御が実行される。
【００２２】
一方、ステップＳ１０６において、積算始動回数が許容始動回数を超えていると、ローラ部速度比の変更を行う（Ｓ１１４）。ローラ部速度比の変更は、第１回転電機２０のロータ軸３４が接続されているサンギア３６の回転速度が低下するように変更される。リング４０を図中において左へ移動させてローラ部速度比を変更することにより、プラネタリピニオン・ローラ２８の自転速度が低下し、サンギア３６の回転速度が低下する。この変更されたローラ部速度比に基づき、内燃機関、第１および第２回転電機の回転速度、トルクの算出を行う。
【００２３】
この実施形態の遊星歯車・ローラ機構２４は、リング４０とプラネタリピニオン・ローラ２８の回転速度比を変更することで、リング４０とサンギア３６の速度比を変更している。このために、プラネタリピニオン・ローラは、ローラ部がリング要素に、ギア部がサン要素にそれぞれ係合している。これに対し、ローラ部とギア部を入れ替え、サン要素をローラとし、リング要素をギアとすることもできる。また、上述の実施形態では、円錐ローラを使用することで連続的に速度比を変更可能な構成、つまり無段変速が可能な構成としたが、多段の、すなわち速度比が離散的に変更される変速機構とすることもできる。
【符号の説明】
【００２４】
１０  動力装置、１２  制御装置、１８  内燃機関、２０  第１回転電機、２２  第２回転電機、２４  遊星歯車・ローラ機構（動力分配機構）、２６  クランク軸、２８  プラネタリピニオン・ローラ、３０  キャリア、３２  キャリア軸、３４  （第１回転電機の）ロータ軸、３６  サンギア、３８（第２回転電機の）ロータ軸、４０  リング、４２  動力取出しギア（出力部材）、４８  ギア部、５０  ローラ部、５２  当接面。
【図１】
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【図２】
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