JP2018001869A - Hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
【課題】シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択する。【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジンと、第1回転電機(第1MG)と、駆動輪に接続される出力軸と、出力軸に接続される第2回転電機(第2MG)と、エンジンと第1MGと出力軸とを機械的に連結する遊星歯車機構と、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのどちらかの走行モードを選択可能に構成された制御装置とを備える。制御装置は、シリーズパラレルモードで第1MGの回転速度が0となる場合のエンジントルク(エンジン熱効率と相関関係のあるパラメータ)がしきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、そうでない場合にシリーズパラレルモードを選択する。【選択図】図15In a hybrid vehicle configured to be able to select one of a series mode and a series parallel mode, an efficient mode is selected by simple arithmetic processing. A hybrid vehicle includes an engine, a first rotating electrical machine (first MG), an output shaft connected to a drive wheel, a second rotating electrical machine (second MG) connected to the output shaft, an engine, and a first vehicle. A planetary gear mechanism that mechanically connects the 1MG and the output shaft, and a control device configured to be able to select one of the travel modes of the series mode and the series parallel mode. The control device selects the series mode when the engine torque (a parameter correlated with the engine thermal efficiency) when the rotational speed of the first MG is 0 in the series parallel mode is less than the threshold value, and otherwise. Select series parallel mode. [Selection] Figure 15
Description
本発明は、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle configured to be able to select one of a traveling mode of a series mode and a series parallel mode.
ハイブリッド車両には、駆動力源として、エンジンおよびモータが備えられる。従来、エンジンおよびモータの双方の動力を用いて走行する方式として、シリーズ走行およびシリーズパラレル走行が知られている。 The hybrid vehicle includes an engine and a motor as driving force sources. Conventionally, series running and series parallel running are known as methods of running using the power of both the engine and the motor.
シリーズ走行は、エンジンをジェネレータに接続し、エンジンの動力をジェネレータに伝達して一旦電力に変換し、その電力でモータを駆動する方式である。すなわち、シリーズ走行では、エンジンの動力はジェネレータに伝達されて電力に変換される。 The series running is a system in which an engine is connected to a generator, the engine power is transmitted to the generator, temporarily converted into electric power, and the motor is driven by the electric power. That is, in series running, engine power is transmitted to the generator and converted into electric power.
シリーズパラレル走行は、エンジンを動力分割機構(遊星歯車機構など)を介してジェネレータおよび駆動輪に接続し、エンジンの動力を分割してジェネレータと駆動輪とに伝達する方式である。すなわち、シリーズパラレル走行では、エンジンの動力の一部はジェネレータに伝達されて電力に変換され、残りが駆動輪に機械的に伝達される。 The series parallel running is a system in which an engine is connected to a generator and driving wheels via a power split mechanism (such as a planetary gear mechanism), and the power of the engine is split and transmitted to the generator and driving wheels. That is, in series parallel travel, part of the engine power is transmitted to the generator and converted into electric power, and the rest is mechanically transmitted to the drive wheels.
上記の2つの走行方式(シリーズ走行、シリーズパラレル走行)を切替可能に構成されたハイブリッド車両が、たとえば特開2012−86725号公報(特許文献1)に開示されている。 A hybrid vehicle configured to be able to switch between the two traveling methods (series traveling and series parallel traveling) is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-86725 (Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1には、上記2つの走行方式の切替条件について記載されていない。また、各走行方式での効率を演算し、効率の良い方を選択することが理想であるが、考慮すべき効率としてはエンジン熱効率、動力伝達効率(エンジンおよびモータの動力が駆動輪に伝達される効率であって、モータおよびジェネレータの電力変換効率を含む)など複数存在するため、これらの複数の効率のすべてを刻々変化する車速および要求駆動力などに応じて逐一演算することは、演算負荷が過大となり現実的には困難であることが懸念される。
However,
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択することである。 The present disclosure has been made in order to solve the above-described problem, and an object of the present disclosure is to perform simple arithmetic processing in a hybrid vehicle configured to be able to select either the series mode or the series parallel mode. Is to select an efficient mode.
本開示によるハイブリッド車両は、エンジンと、第1回転電機と、駆動輪に接続される出力軸と、出力軸に接続される第2回転電機と、第1回転電機に接続される第1要素と、第2要素と、出力軸に接続される第3要素とを有する遊星歯車機構と、エンジンと遊星歯車機構との接続状態を第1状態または第2状態に切替可能に構成された切替装置とを備える。第1状態は、エンジンを第1要素に接続する状態、またはエンジンを第2要素に接続しつつ出力軸を第3要素から切り離す状態である。第2状態は、エンジンを第2要素に接続する状態である。ハイブリッド車両は、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのどちらかの走行モードを選択可能に構成された制御装置をさらに備える。シリーズモードは、切替装置を第1状態にし、エンジンの動力を第1回転電機に伝達して電力に変換するモードである。シリーズパラレルモードは、切替装置を第2状態にし、第1回転電機のトルクを用いてエンジンの動力の一部を出力軸に機械的に伝達しつつ、エンジンの動力の残部を第1回転電機または第2回転電機に伝達して電力に変換するモードである。制御装置は、第1制御、第2制御および第3制御のいずれかを実行することによって、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのどちらの走行モードを選択するのかを決定する。第1制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となると仮定した場合のエンジンの熱効率がしきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、熱効率がしきい値よりも大きい場合にシリーズパラレルモードを選択する制御である。第2制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの燃料消費率が第2しきい値よりも大きい場合にシリーズモードを選択し、燃料消費率が第2しきい値未満である場合にシリーズパラレルモードを選択する制御である。第3制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンのトルクが第3しきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、トルクが第3しきい値よりも大きい場合にシリーズパラレルモードを選択する制御である。 The hybrid vehicle according to the present disclosure includes an engine, a first rotating electrical machine, an output shaft connected to the drive wheels, a second rotating electrical machine connected to the output shaft, and a first element connected to the first rotating electrical machine. A planetary gear mechanism having a second element and a third element connected to the output shaft, and a switching device configured to be able to switch the connection state between the engine and the planetary gear mechanism to the first state or the second state. Is provided. The first state is a state where the engine is connected to the first element, or a state where the output shaft is disconnected from the third element while the engine is connected to the second element. The second state is a state where the engine is connected to the second element. The hybrid vehicle further includes a control device configured to be able to select either the series mode or the series parallel mode. The series mode is a mode in which the switching device is set to the first state, and engine power is transmitted to the first rotating electrical machine to be converted into electric power. In the series parallel mode, the switching device is set to the second state, and a part of the engine power is mechanically transmitted to the output shaft using the torque of the first rotating electrical machine, while the rest of the engine power is transferred to the first rotating electrical machine or In this mode, the electric power is transmitted to the second rotating electrical machine and converted into electric power. The control device determines which travel mode to select between the series mode and the series parallel mode by executing one of the first control, the second control, and the third control. In the first control, the series mode is selected when the thermal efficiency of the engine is less than the threshold value when the rotation speed of the first rotating electrical machine is assumed to be 0 in the series parallel mode, and the thermal efficiency is greater than the threshold value. In this case, the series parallel mode is selected. The second control selects the series mode when the fuel consumption rate of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is greater than the second threshold value, and the fuel consumption rate is the second. In this control, the series parallel mode is selected when it is less than the threshold value. The third control selects the series mode when the torque of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is less than the third threshold value, and the torque exceeds the third threshold value. This is control for selecting the series parallel mode when the value is larger.
上記のハイブリッド車両においては、切替装置の状態を切り替えることによって、走行モードをシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかに切替可能に構成される。上記2つの走行モードは、エンジンを動作させて走行するという点で共通する一方、下記のような効率の違いがある。 The hybrid vehicle is configured to be able to switch the traveling mode to either the series mode or the series parallel mode by switching the state of the switching device. The two travel modes are common in that the engine is operated to travel, but there is a difference in efficiency as described below.
シリーズモードでは、切替装置が第1状態にされることによってエンジンと出力軸との間の機械的な動力伝達が遮断されるため、エンジンの回転速度を車速に拘束されることなく最適値に調整できる。一方、シリーズモードでは、第1回転電機が発電した電力で第2回転電機を駆動することを前提としているため、各回転電機において電力変換ロスが一定割合発生する。したがって、シリーズモードでは、エンジン熱効率を最適にできる一方、シリーズパラレルモードに比べて動力伝達効率が電力変換ロス分だけ低下し得る。 In the series mode, the mechanical power transmission between the engine and the output shaft is interrupted by setting the switching device to the first state, so the engine speed is adjusted to the optimum value without being restricted by the vehicle speed. it can. On the other hand, in the series mode, since it is assumed that the second rotating electrical machine is driven by the electric power generated by the first rotating electrical machine, a power conversion loss occurs at a certain rate in each rotating electrical machine. Therefore, in the series mode, the engine thermal efficiency can be optimized, while the power transmission efficiency can be reduced by the amount of power conversion loss compared to the series parallel mode.
シリーズパラレルモードでは、第1回転電機の回転速度が0となる場合に、第1回転電機の電力変換ロスが最小となり、電力変換効率を含む動力伝達効率が最大となる。一方、シリーズパラレルモードでは、切替装置が第2状態にされることによってエンジンが遊星歯車機構の第2要素に接続されるため、第1回転電機の回転速度を0にする(動力伝達効率を最大にする)と、共線図の関係によりエンジンの回転速度(第2要素の回転速度)が車速(出力軸の回転速度)に拘束されてしまい、エンジン熱効率を最適にできない可能性がある。 In the series parallel mode, when the rotation speed of the first rotating electrical machine becomes 0, the power conversion loss of the first rotating electrical machine is minimized, and the power transmission efficiency including the power conversion efficiency is maximized. On the other hand, in the series parallel mode, the engine is connected to the second element of the planetary gear mechanism by setting the switching device to the second state, so that the rotational speed of the first rotating electrical machine is set to 0 (maximum power transmission efficiency). And the rotation speed of the engine (rotation speed of the second element) is constrained by the vehicle speed (rotation speed of the output shaft) due to the relationship in the nomograph, and the engine thermal efficiency may not be optimized.
上記のような効率の違いに鑑み、本開示による制御装置は、第1制御、第2制御および第3制御のいずれかを実行することによって、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのどちらかの走行モードを選択する。 In view of the difference in efficiency as described above, the control device according to the present disclosure executes any one of the first control, the second control, and the third control, so that one of the travel modes of the series mode and the series parallel mode is performed. Select.
第1制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの熱効率をパラメータとして、走行モードを選択する制御である。この第1制御では、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの熱効率が第1しきい値未満である場合には、仮にシリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる(すなわち動力伝達効率が最大となる)ようにエンジンを運転するとエンジンの熱効率が最適熱効率よりもかなり低いレベルになることに鑑み、シリーズモードが選択される。一方、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの熱効率が第1しきい値よりも大きい場合には、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる(すなわち動力伝達効率が最大となる)ようにエンジンを運転することでエンジンの熱効率も最適熱効率に近い高いレベルになることに鑑み、シリーズパラレルモードが選択される。 The first control is a control for selecting the travel mode using the thermal efficiency of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode as a parameter. In the first control, if the thermal efficiency of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is less than the first threshold value, the rotation of the first rotating electrical machine is temporarily performed in the series parallel mode. The series mode is selected in view of the fact that when the engine is operated so that the speed becomes zero (that is, the power transmission efficiency is maximized), the thermal efficiency of the engine is considerably lower than the optimum thermal efficiency. On the other hand, if the thermal efficiency of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine is 0 in the series parallel mode is greater than the first threshold value, the rotational speed of the first rotating electrical machine is 0 in the series parallel mode. The series-parallel mode is selected in view of operating the engine so that the power transmission efficiency is maximized (ie, the engine thermal efficiency is at a high level close to the optimum thermal efficiency).
第2制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの燃料消費率をパラメータとして、走行モードを選択する制御である。エンジンの燃料消費率は、単位仕事あたりの燃料消費量であり、エンジンの熱効率とは逆数の関係にある。そのため、第2制御では、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの燃料消費率が第2しきい値よりも大きい場合にシリーズモードが選択され、そうでない場合にシリーズパラレルモードが選択される。 The second control is a control for selecting the travel mode using the fuel consumption rate of the engine when the rotation speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode as a parameter. The fuel consumption rate of the engine is a fuel consumption amount per unit work, and is inversely related to the thermal efficiency of the engine. Therefore, in the second control, the series mode is selected when the fuel consumption rate of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is larger than the second threshold value, and otherwise. Series parallel mode is selected.
第3制御は、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンのトルクをパラメータとして、走行モードを選択する制御である。エンジンのトルクは、すべての運転領域で熱効率と完全に一対一の関係にあるわけではないが、実際の制御を行なう通常使用域では、ほぼ、エンジンのトルクが大きい方が熱効率が良いという関係にある。そのため、第3制御では、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンのトルクが第3しきい値未満である場合にシリーズモードが選択され、そうでない場合にシリーズパラレルモードが選択される。 The third control is a control for selecting the travel mode using the engine torque when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode as a parameter. The engine torque does not have a perfect one-to-one relationship with the thermal efficiency in all operating areas, but in the normal operating area where actual control is performed, the higher the engine torque, the better the thermal efficiency. is there. Therefore, in the third control, the series mode is selected when the engine torque when the rotational speed of the first rotating electrical machine is 0 in the series parallel mode is less than the third threshold value, and otherwise the series parallel is selected. A mode is selected.
以上のように、本開示による制御装置は、エンジン熱効率および電力変換効率といった複数の効率をすべて逐次演算するのではなく、シリーズパラレルモードで第1回転電機の回転速度が0となる場合のエンジンの熱効率あるいは熱効率と相関関係のあるパラメータ(燃料消費率またはエンジントルク)を演算し、演算結果を用いて走行モードを選択する。そのため、複数の効率のすべてを逐次演算する場合に比べて、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択することができる。 As described above, the control device according to the present disclosure does not sequentially calculate all of the plurality of efficiencies such as the engine thermal efficiency and the power conversion efficiency, but instead of the engine when the rotation speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode. The thermal efficiency or a parameter correlated with the thermal efficiency (fuel consumption rate or engine torque) is calculated, and the traveling mode is selected using the calculation result. For this reason, it is possible to select an efficient mode with a simple calculation process, compared to the case of sequentially calculating all of the plurality of efficiencies.
本発明によれば、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかの走行モードを選択可能に構成されたハイブリッド車両において、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択することができる。 According to the present invention, in a hybrid vehicle configured to be able to select either the series mode or the series parallel mode, an efficient mode can be selected with a simple arithmetic process.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<車両の全体構成>
図1は、本実施の形態による車両1の全体構成の一例を模式的に示す図である。車両1は、駆動装置2と、駆動輪90と、制御装置100と、油圧回路500とを含む。駆動装置2は、エンジン10と、第1モータジェネレータ(第1MG)20と、第2モータジェネレータ(第2MG)30と、第1遊星歯車装置(動力分割装置)40と、第2遊星歯車装置50と、クラッチC1と、クラッチC2と、ブレーキB1とを含む。第2遊星歯車装置50、クラッチC1,C2、ブレーキB1、および油圧回路500は、後述するように、エンジン10と第1遊星歯車装置40との接続状態を切り替える切替装置として機能する。
<Overall configuration of vehicle>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the overall configuration of a
車両1は、エンジン10と、第1MG20と、第2MG30との少なくともいずれかの動力を用いて走行するハイブリッド車両である。エンジン10は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関である。第1MG20および第2MG30は、モータとしてもジェネレータとしても機能する回転電機(たとえば永久磁石型の三相交流回転電機)である。第1MG20および第2MG30は、図示しない駆動用バッテリに電気的に接続される。第1MG20は、第2MG30が発電した電力および駆動用バッテリから供給される電力の少なくとも一方で駆動される。第2MG30は、第1MG20が発電した電力および駆動用バッテリから供給される電力の少なくとも一方で駆動される。
The
第1MG20のロータには回転軸22が固定されており、第2MG30のロータには回転軸31が固定されている。なお、回転軸22は、第1軸12上に配置されており、回転軸31は、第1軸12に平行な第2軸14上に配置されている。
The
第1軸12上には、第1MG20と、第2遊星歯車装置50と、第1遊星歯車装置40と、クラッチC2と、クラッチC1と、エンジン10とが順次配置されている。
On the
第2遊星歯車装置50は、サンギヤS2と、複数のピニオンギヤP2と、各ピニオンギヤP2を接続するキャリアCA2と、リングギヤR2とを含む。第2遊星歯車装置50は、シングルプラネタリギヤである。
Second
サンギヤS2は、回転軸22に固定されている。リングギヤR2は、サンギヤS2の外周側に設けられており、回転中心が第1軸12と同軸になるように配置されている。キャリアCA2は、第1軸12を中心に回転可能に設けられており、各ピニオンギヤP2を回転可能に支持している。各ピニオンギヤP2は、サンギヤS2とリングギヤR2との間に配置されており、ピニオンギヤP2は、サンギヤS2の周囲を公転可能で、かつ、ピニオンギヤP2の中心軸周りに自転可能に設けられている。
The sun gear S2 is fixed to the
サンギヤS2の回転速度、キャリアCA2の回転速度およびリングギヤR2の回転速度の間には、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係(いずれか2つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係)がある。 The rotational speed of the sun gear S2, the rotational speed of the carrier CA2, and the rotational speed of the ring gear R2, as described later, are connected by a straight line on the nomograph (if any two rotational speeds are determined, the remaining rotation There is also a relationship that determines the speed).
第1遊星歯車装置40は、サンギヤS1と、複数のピニオンギヤP1と、各ピニオンギヤP1を接続するキャリアCA1と、リングギヤR1とを含む。第1遊星歯車装置40は、シングルプラネタリギヤである。
The first
サンギヤS1は、回転軸22に固定されており、第1軸12を中心として回転可能に設けられている。このため、回転軸22と、サンギヤS1と、サンギヤS2とは、一体的に回転する。
The sun gear S <b> 1 is fixed to the
リングギヤR1は、サンギヤS1の外周側に配置されており、第1軸12を中心として回転可能に設けられている。リングギヤR1には、キャリアCA2が接続されており、リングギヤR1とキャリアCA2とは、一体的に回転する。
The ring gear R1 is disposed on the outer peripheral side of the sun gear S1, and is provided so as to be rotatable about the
各ピニオンギヤP1は、サンギヤS1およびリングギヤR1の間に配置され、サンギヤS1およびリングギヤR1と噛み合っている。ピニオンギヤP1は、サンギヤS1の周囲を公転可能に設けられると共に、ピニオンギヤP1の回転中心を中心として自転可能に設けられている。キャリアCA1は、各ピニオンギヤP1を回転可能に支持すると共に、第1軸12を中心として回転可能に設けられている。
Each pinion gear P1 is disposed between the sun gear S1 and the ring gear R1, and meshes with the sun gear S1 and the ring gear R1. The pinion gear P1 is provided so as to be able to revolve around the sun gear S1 and is capable of rotating about the rotation center of the pinion gear P1. The carrier CA1 rotatably supports each pinion gear P1 and is rotatable about the
サンギヤS1の回転速度、キャリアCA1の回転速度およびリングギヤR1の回転速度との間には、後述するように、共線図上で直線で結ばれる関係(いずれか2つの回転速度が決まれば残りの回転速度も決まる関係)がある。 The rotational speed of the sun gear S1, the rotational speed of the carrier CA1, and the rotational speed of the ring gear R1, as will be described later, are related by a straight line on the nomograph (if any two rotational speeds are determined, the remaining The rotational speed is also determined).
ブレーキB1は、リングギヤR2の外周側であって、駆動装置2のケース25に設けられている。ブレーキB1は、リングギヤR2の回転を規制可能な油圧式の摩擦係合要素である。ブレーキB1が係合状態とされると、リングギヤR2はケース25に固定され、リングギヤR2の回転が規制される。ブレーキB1が開放状態になると、リングギヤR2の回転が許容される。
The brake B1 is provided on the
クラッチC2は、エンジン10のクランク軸21とキャリアCA1とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチC2が係合状態とされると、クランク軸21およびキャリアCA1が連結されると共に互いに一体的に回転する。クラッチC2が解放状態とされると、キャリアCA1は、クランク軸21との連結状態が解除される。
The clutch C2 is a hydraulic friction engagement element capable of connecting the
クラッチC1は、回転軸22(サンギヤS1およびサンギヤS2)と、クランク軸21とを連結可能な油圧式の摩擦係合要素である。クラッチC1が係合状態になると、回転軸22とクランク軸21とが連結され、エンジン10の動力を第1MG20に直接伝達することができる。その一方で、クラッチC1が解放されると、エンジン10のクランク軸21は、回転軸22との連結状態が解除される。
The clutch C1 is a hydraulic friction engagement element that can connect the rotating shaft 22 (sun gear S1 and sun gear S2) and the
リングギヤR1の外周面には、ドリブンギヤ71と噛み合う外周歯が形成されている。ドリブンギヤ71は、カウンタ軸(以下「出力軸」ともいう)70の一端側に固定されている。エンジン10および第1MG20からの動力は、リングギヤR1およびドリブンギヤ71を通じて、出力軸70に伝達される。
Outer peripheral teeth that mesh with the driven
第2MG30の回転軸31には、リダクションギヤ32が固定されている。リダクションギヤ32は、ドリブンギヤ71と噛み合っている。このため、第2MG30からの動力は、リダクションギヤ32およびドリブンギヤ71を通じて、出力軸70に伝達される。
A
出力軸70は、第1軸12および第2軸14に平行となるように配置されている。出力軸70の他方端側には、ドライブギヤ72が設けられている。ドライブギヤ72は、デファレンシャルギヤ80のデフリングギヤ81と噛み合っている。デファレンシャルギヤ80には、駆動軸82を介して駆動輪90が接続されている。このため、出力軸70の回転は、デファレンシャルギヤ80を通じて駆動輪90に伝達される。
The
制御装置100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行する。
The
<制御装置の入出力情報>
図2は、図1に示す制御装置100の入出力情報の一例を示す図である。制御装置100には、車速センサ、アクセル開度センサ、エンジン回転速度センサ、MG1回転速度センサ、MG2回転速度センサ、出力軸回転速度センサ、勾配センサ、バッテリ監視ユニットなど、車両1の制御に必要な複数のセンサが接続されている。これらのセンサにより、制御装置100は、車両1の速度(以下「車速V」ともいう)、アクセル開度、エンジン10の回転速度(以下「エンジン回転速度Ne」ともいう)、第1MG20の回転速度(以下「第1MG回転速度Nm1」ともいう)、第2MG30の回転速度、出力軸70の回転速度(以下「出力軸回転速度Nout」ともいう)、路面勾配、図示しない駆動用バッテリの状態等の情報を取得する。
<Control device input / output information>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of input / output information of the
制御装置100は、各センサから取得した情報に基づいて、車両1に対する要求駆動力を算出する。制御装置100は、要求駆動力から、第1MG20、第2MG30およびエンジン10に対する出力指令値をそれぞれ算出し、各出力指令値を満たすように、第1MG20の出力(第1MG20に供給される電流)、第2MG30の出力(第2MG30に供給される電流)、エンジン10の出力(電子スロットル弁の開度、点火時期、燃料噴射量など)をそれぞれ制御する。
The
また、制御装置100は、各センサから取得した情報に基づいてクラッチC1,C2およびブレーキB1に対する油圧指令値PbC1,PbC2,PbB1をそれぞれ算出し、図1の油圧回路500に出力する。油圧回路500は、各指令値PbC1,PbC2,PbB1に応じた油圧を、クラッチC1,C2およびブレーキB1にそれぞれ供給する。これにより、クラッチC1,C2およびブレーキB1の状態(係合/解放)が切り替えられる。
Further, the
<車両1の走行モード>
車両1の走行モードには、モータ走行モード(以下「EV走行モード」という)と、ハイブリッド走行(以下「HV走行」という)モードとが含まれる。
<Driving mode of
The travel modes of the
EV走行モードは、エンジン10を停止させて、第1MG20および第2MG30の少なくとも一方の動力で車両1を走行させるモードである。本実施の形態において、EV走行モードには、第2MG30単独の動力を用いる「MG2単独駆動モード」と、第1MG20および第2MG30の両方の動力を用いる「両駆動モード」とが含まれる。
The EV travel mode is a mode in which the
HV走行モードは、エンジン10を作動させて、エンジン10の動力と、第1MG20および第2MG30の少なくとも一方の動力とで車両1を走行させるモードである。本実施の形態において、HV走行モードには、シリーズ走行モード(以下、単に「シリーズモード」ともいう)、シリーズパラレル走行モード(以下、単に「シリーズパラレルモード」ともいう)、およびパラレル走行モード(以下、単に「パラレルモード」ともいう)が含まれる。
The HV travel mode is a mode in which the
シリーズモードでは、エンジン10の動力が全て第1MG20に伝達されて電力に変換され、その電力で第2MG30が駆動される。
In the series mode, all the power of the
シリーズパラレルモードでは、エンジン10の動力の一部は出力軸70に機械的に伝達され、残りの動力は第1MG20に伝達されて電力に変換され、その電力で第2MG30が駆動される。
In the series parallel mode, a part of the power of the
パラレルモードでは、エンジン10の動力が出力軸70に機械的に伝達されるとともに、必要に応じて第1MG20および第2MG30の少なくとも一方の動力が出力軸70に伝達される。
In the parallel mode, the power of the
なお、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードのいずれにおいても、必要に応じて第1MG20および第2MG30の少なくとも一方で発電して駆動用バッテリを充電することも可能である。
Note that, in any of the series mode, the series parallel mode, and the parallel mode, it is possible to generate power and / or charge the driving battery by at least one of the
<<各走行モード中の制御状態(係合表)>>
制御装置100は、クラッチC1,C2およびブレーキB1の各摩擦係合要素の制御状態(係合/解放)と、エンジン10、第1MG20および第2MG30の駆動を制御することによって、上記の複数の走行モードのうちからいずれか1つを選択する。
<< Control state during each driving mode (engagement table) >>
The
図3は、各走行モードにおける各摩擦係合要素の制御状態を示す係合表である。図3において「C1」、「C2」、「B1」、「MG1」、「MG2」はそれぞれクラッチC1、クラッチC2、ブレーキB1、第1MG20、第2MG30を示す。C1、C2、B1の各欄の丸印(○)は「係合」を示し、無印は「解放」を示す。 FIG. 3 is an engagement table showing a control state of each friction engagement element in each travel mode. In FIG. 3, “C1”, “C2”, “B1”, “MG1”, and “MG2” indicate the clutch C1, the clutch C2, the brake B1, the first MG20, and the second MG30, respectively. A circle (◯) in each column of C1, C2, and B1 indicates “engagement”, and no mark indicates “release”.
MG2単独駆動モード中においては、クラッチC1が係合され、その他の摩擦係合要素は解放される。両駆動モード中においては、ブレーキB1が係合され、その他の摩擦係合要素は解放される。シリーズモード中においては、クラッチC1が係合され、その他の摩擦係合要素は解放される。シリーズパラレルモード中においては、クラッチC2が係合され、その他の摩擦係合要素は解放される。 In the MG2 single drive mode, the clutch C1 is engaged and the other friction engagement elements are released. During both drive modes, the brake B1 is engaged and the other frictional engagement elements are released. During the series mode, the clutch C1 is engaged and the other friction engagement elements are released. During the series parallel mode, the clutch C2 is engaged and the other friction engagement elements are released.
パラレルモード中においては、各摩擦係合要素の制御状態の組合せに応じて、減速比γ(出力軸回転速度Noutに対するエンジン回転速度Neの比)が異なる1速〜4速のいずれかの変速段が形成される。1速形成時においては、クラッチC1およびブレーキB1が係合され、クラッチC2が解放される。2速形成時においては、クラッチC2およびブレーキB1が係合され、クラッチC1が解放される。3速形成時には、クラッチC1およびクラッチC2が係合され、ブレーキB1が解放される。 During the parallel mode, one of the first to fourth gears with different reduction ratios γ (ratio of engine rotation speed Ne to output shaft rotation speed Nout) depending on the combination of control states of the friction engagement elements. Is formed. At the time of first speed formation, the clutch C1 and the brake B1 are engaged, and the clutch C2 is released. At the time of second speed formation, the clutch C2 and the brake B1 are engaged, and the clutch C1 is released. When the third speed is established, the clutch C1 and the clutch C2 are engaged, and the brake B1 is released.
4速形成時においては、クラッチC2が係合され、その他の摩擦係合要素は解放される。さらに、4速形成時においては、第1MG回転速度Nm1がゼロに固定されるように第1MG20の電流がフィードバック制御される(以下、この制御を「電気ロック」ともいう)。
At the time of the fourth speed formation, the clutch C2 is engaged and the other friction engagement elements are released. Further, at the time of forming the fourth speed, the current of the
<<各走行モード中の制御状態(共線図)>>
図4〜11は、各走行モード中の制御状態の一例を共線図上に示す図である。図4〜11において、「Sun1」はサンギヤS1を示し、「Sun2」はサンギヤS2を示し、「Car1」はキャリアCA1を示し、「Car2」はキャリアCA2を示し、「Ring1」はリングギヤR1を示し、「Ring2」はリングギヤR2を示す。また、「B1」はブレーキB1を示し、「C1」はクラッチC1を示し、「C2」はクラッチC2を示す。黒塗りの丸印(●)は各摩擦係合要素(C1,C2,B1)の「係合」を示す。「ENG」はエンジン10を示し、「MG1」は第1MG20を示し、「MG2」は第2MG30を示し、「OUT」は出力軸70を示す。「Te」はエンジン10のトルク(以下「エンジントルク」という)を示し、「Tm1」は第1MG20のトルク(以下「第1MGトルク」という)を示し、「Tm2」は第2MG30のトルク(以下「第2MGトルク」という)を示す。
<< Control state during each driving mode (collinear diagram) >>
FIGS. 4-11 is a figure which shows an example of the control state in each driving mode on a nomograph. 4 to 11, “Sun1” indicates the sun gear S1, “Sun2” indicates the sun gear S2, “Car1” indicates the carrier CA1, “Car2” indicates the carrier CA2, and “Ring1” indicates the ring gear R1. "Ring2" indicates the ring gear R2. “B1” indicates the brake B1, “C1” indicates the clutch C1, and “C2” indicates the clutch C2. A black circle (●) indicates “engagement” of each friction engagement element (C1, C2, B1). “ENG” indicates the
図4〜11に示す共線図は、第1遊星歯車装置40および第2遊星歯車装置50の各回転要素(サンギヤS1,S2、キャリアCA1,CA2、リングギヤR1,R2)の回転速度を縦線で示し、それらの間隔を第1遊星歯車装置40および第2遊星歯車装置50の各ギヤ比に対応する間隔とし、さらにそれぞれの縦線の上下方向を回転方向(上方向を正方向、下方向を負方向)とし、その上下方向での位置を回転速度としたものである。
The collinear charts shown in FIGS. 4 to 11 show the rotational speeds of the rotating elements (sun gears S1, S2, carriers CA1, CA2, ring gears R1, R2) of the first
図4は、MG2単独駆動モード中の共線図である。上述したように、第1MG20はサンギヤS1,S2に連結され、第2MG30および出力軸70は、リングギヤR1およびキャリアCA2に連結される。
FIG. 4 is an alignment chart during the MG2 single drive mode. As described above,
MG2単独駆動モード中においては、クラッチC1が係合されるので、エンジン10が第1MG20に連結される。さらに、MG2単独駆動モード中においては、クラッチC2およびブレーキB1が解放されるので、リングギヤR2の回転は規制されず、出力軸70はエンジン回転速度Neに拘束されることなく自由に回転可能となる。この状態で、制御装置100は、エンジン10を停止させて、第2MG30をモータとして動作させる。これにより、エンジン10に連結されたサンギヤS1,S2は回転しない一方、出力軸70は第2MGトルクTm2に応じて回転する。
Since the clutch C1 is engaged during the MG2 single drive mode, the
図5は、両駆動モード中の共線図である。両駆動モード中においては、ブレーキB1が係合され、クラッチC1,C2が解放される。この状態で、制御装置100は、エンジン10を停止させて、第1MG20および第2MG30をモータとして動作させる。ブレーキB1が係合されリングギヤR2の回転が規制されているため、第1MGトルクTm1はリングギヤR2を支点として出力軸70に伝達される。さらに、第2MGトルクTm2も出力軸70に伝達される。なお、クラッチC1,C2は解放されているため、エンジン10は、第1遊星歯車装置40から切り離された状態である。
FIG. 5 is a collinear diagram in both drive modes. During both drive modes, the brake B1 is engaged and the clutches C1, C2 are released. In this state,
図6は、シリーズモード中の共線図である。シリーズモード中においては、クラッチC1が係合されるので、エンジン10が第1MG20に連結される。さらに、シリーズモード中においては、クラッチC2およびブレーキB1が解放されるので、リングギヤR2の回転は規制されず、エンジン10が車速V(出力軸回転速度Nout)に拘束されることなく自由に回転可能となる。この状態で、制御装置100は、エンジン10を動作させ、第1MG20をジェネレータとして動作させ、第2MG30をモータとして動作させる。これにより、エンジン10の動力が第1MG20に伝達されて電力に一旦変換され、その電力で第2MG30が駆動される。
FIG. 6 is a collinear diagram in the series mode. Since the clutch C1 is engaged during the series mode, the
図7は、シリーズパラレルモード中の共線図である。シリーズパラレルモード中においては、クラッチC1およびブレーキB1が解放されるとともに、クラッチC2が係合されてエンジン10がキャリアCA1に連結される。したがって、エンジン10が第1遊星歯車装置40を介して第1MG20(サンギヤS1)および出力軸70(リングギヤR1)に接続される。そのため、第1MG回転速度Nm1を車速V(出力軸回転速度Nout)に応じて適宜調整することによって、エンジン回転速度Neを車速Vに拘束されることなく最適値に調整できる。この状態で、制御装置100は、エンジン10を動作させるとともに、第2MG30をモータとして動作させる。この際、制御装置100は、第1MGトルクTm1が負方向に作用するように、第1MG20を動作させる。図7に示すように第1MG20の正回転時には、制御装置100は、第1MG20をジェネレータとして動作させることで、第1MGトルクTm1を負方向に作用させる。これにより、第1MGトルクTm1を反力として、エンジントルクTeがリングギヤR1(出力軸70)に伝達される。したがって、シリーズパラレルモードにおいては、エンジン10の動力の一部は第1MG20に伝達されて電力に変換され、残りが第1MGトルクTm1を用いて出力軸70に機械的に伝達される。
FIG. 7 is a collinear diagram in the series parallel mode. During the series parallel mode, the clutch C1 and the brake B1 are released, and the clutch C2 is engaged to connect the
図8は、パラレルモード中の1速形成時における共線図である。1速形成時には、クラッチC1およびブレーキB1が係合され、クラッチC2が解放される。そのため、エンジン10がサンギヤS1に連結されるとともに、リングギヤR2の回転が規制される。
FIG. 8 is a collinear diagram at the time of the first speed formation in the parallel mode. When the first speed is established, the clutch C1 and the brake B1 are engaged, and the clutch C2 is released. Therefore,
図9は、パラレルモード中の2速形成時における共線図である。2速形成時には、クラッチC1が解放されクラッチC2が係合されるため、1速形成時に比べて、エンジン10の連結先がサンギヤS1からキャリアCA2に切り替えられる。ブレーキB1は、1速形成時と同様に係合されるため、リングギヤR2の回転が規制される。
FIG. 9 is a collinear diagram when the second speed is formed in the parallel mode. When the second speed is established, the clutch C1 is released and the clutch C2 is engaged, so that the connection destination of the
図10は、パラレルモード中の3速形成時における共線図である。3速形成時には、クラッチC1およびクラッチC2が係合状態とされてエンジン10がサンギヤS1,S2およびキャリアCA1に連結されるとともに、ブレーキB1が解放されてリングギヤR2が自由に回転可能になる。これにより、サンギヤS1、キャリアCA1、リングギヤR1、サンギヤS2、キャリアCA2およびリングギヤR2が同じ回転速度で一体的に回転する状態となる。
FIG. 10 is a collinear diagram when the third speed is formed in the parallel mode. When the third speed is established, the clutch C1 and the clutch C2 are engaged and the
図11は、パラレルモード中の4速形成時における共線図である。4速形成時には、クラッチC2が係合され、クラッチC1およびブレーキB1が解放される。また、第1MG20が電気ロックされる。そのため、エンジン10がキャリアCA1に連結されるとともに、電気ロックによってサンギヤS1の回転速度がゼロに制御される。
FIG. 11 is a collinear diagram when the fourth speed is formed in the parallel mode. When the fourth speed is established, the clutch C2 is engaged, and the clutch C1 and the brake B1 are released. Also, the
このように、パラレルモードにおいては、1速〜4速のいずれかの変速段が形成される。これにより、減速比γは各変速段に応じた所定値に機械的に固定される。この状態で、制御装置100は、エンジン10を作動させる。そのため、エンジン10の動力が機械的に効率よく出力軸70に伝達される。また、制御装置100は、必要に応じて、駆動用バッテリの電力で第1MG20および第2MG30の少なくとも一方をモータとして動作させる。これにより、エンジン10の動力に加えて、第1MG20および第2MG30の動力が、機械的に出力軸70に伝達される。なお、パラレルモード中において、第1MG20および第2MG30の少なくとも一方をジェネレータとして動作させることも可能である。
Thus, in the parallel mode, one of the first to fourth gears is formed. As a result, the reduction ratio γ is mechanically fixed to a predetermined value corresponding to each gear position. In this state, the
<走行モードの選択>
上述のように、車両1は、エンジン10を停止させて走行するEV走行モードと、エンジン10を動作させて走行するHV走行モードとの切替が可能である。たとえば、制御装置100は、車両1に対する要求駆動力が第1レベルL1未満である低負荷領域では、エンジン10の熱効率(以下「エンジン熱効率」あるいは単に「熱効率」ともいう)が低い領域であるため、エンジン10を停止させて走行するEV走行モードを選択する。一方、要求駆動力が第1レベルL1よりも大きい領域では、エンジン10を動作させて走行するHV走行モードを選択する。
<Select driving mode>
As described above, the
また、車両1は、HV走行モードにおいて、シリーズモード、シリーズパラレルモード、パラレルモードの切替が可能である。本実施の形態による制御装置100は、車両1に対する要求駆動力が第1レベルL1よりも大きい第2レベルL2を超える高負荷領域では、動力性能に優れるパラレルモードを選択する。
In addition, the
一方、車両1に対する要求駆動力が第1レベルL1と第2レベルL2との間に含まれる中負荷領域では、制御装置100は、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する。
On the other hand, in the medium load region where the required driving force for
<シリーズモードとシリーズパラレルモードとの選択>
上述のように、本実施の形態による制御装置100は、中負荷領域において、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する。この際、各モードでの効率をすべて演算し、効率の良い方を選択することが理想である。しかしながら、考慮すべき効率としては、熱効率、動力伝達効率(エンジン10および各MG20,30の動力が出力軸70に伝達される効率であって、各MG20,30の電力変換効率を含む)など複数存在するため、これらの複数の効率のすべてを刻々変化する車速Vおよび要求駆動力などに応じて逐一演算することは、制御装置100の演算負荷が過大となり現実的には困難であることが懸念される。
<Selection between series mode and series parallel mode>
As described above,
そこで、本実施の形態による制御装置100は、熱効率および電力変換効率などといった複数の効率をすべて逐次演算するのではなく、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合の熱効率あるいは熱効率と相関関係のあるパラメータを演算し、その演算結果を用いてシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する。そのため、複数の効率のすべてを逐次演算する場合に比べて、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択することができる。以下、この点について詳しく説明する。
Therefore, the
シリーズモードおよびシリーズパラレルモードは、エンジン10を動作させて走行するという点で共通する一方、下記のような効率の違いがある。
The series mode and the series parallel mode are common in that the
シリーズモードでは、クラッチC1が係合されてエンジン10が第1MG20に連結されるとともに、クラッチC2およびブレーキB1が解放されるためエンジン10の回転速度を車速Vに拘束されることなく最適値に調整できる。したがって、シリーズモードにおいては、エンジン熱効率を最適値にすることができる。ところが、シリーズモードでは、第1MG20が発電した電力で第2MG30を駆動することを前提としているため、各MG20,30において電力変換ロスが一定割合発生する。したがって、シリーズモードでは、エンジン熱効率を最適にできる一方、シリーズパラレルモードに比べて動力伝達効率が電力変換ロス分だけ低下し得る。
In the series mode, the clutch C1 is engaged and the
一方、シリーズパラレルモードでは、第1MG回転速度Nm1が0となる場合に、第1MG20の電力変換ロスが最小となり、電力変換効率を含む動力伝達効率が最大となる。
On the other hand, in the series parallel mode, when the first MG rotation speed Nm1 is 0, the power conversion loss of the
図12は、シリーズパラレルモードでの走行中に第1MG回転速度Nm1が0となる場合の共線図を示す。このような状態になる場合に、第1MG20の電力変換ロスが最小となるため、動力伝達効率は最大となる。
FIG. 12 shows an alignment chart when the first MG rotation speed Nm1 becomes 0 during traveling in the series parallel mode. In such a state, since the power conversion loss of the
ところが、シリーズパラレルモードにおいては、エンジン10が第1遊星歯車装置40のキャリアCA1に接続されているため、動力伝達効率を最大としつつ熱効率を最適にすることは難しい。
However, in the series-parallel mode, since the
具体的には、動力伝達効率を最大にするために第1MG回転速度Nm1(サンギヤS1の回転速度)を0にすると、共線図の関係によりエンジン回転速度Ne(キャリアCA1の回転速度)が車速V(リングギヤR1の回転速度)に拘束されてしまうため、熱効率を最適にすることができない可能性がある。 Specifically, when the first MG rotation speed Nm1 (rotation speed of the sun gear S1) is set to 0 in order to maximize the power transmission efficiency, the engine rotation speed Ne (rotation speed of the carrier CA1) is set to the vehicle speed according to the nomogram. Since it is constrained by V (the rotational speed of the ring gear R1), there is a possibility that the thermal efficiency cannot be optimized.
逆に、熱効率を最適にするためにエンジン10を熱効率最適動作線(後述の図14参照)上で運転すると、共線図の関係により第1MG20が負回転状態(Nm1<0)となり、動力伝達効率が低下してしまうことが懸念される。
On the contrary, when the
図13は、シリーズパラレルモードでの走行中に第1MG20が負回転状態となる場合の共線図を示す。シリーズパラレルモードでエンジン10の動力を出力軸70に伝達するためには第1MGトルクTm1を負方向に作用させる必要があるところ、第1MG20が負回転(Nm1<0)の状態で第1MGトルクTm1を負方向に作用させるためには、第1MG20に電力を供給して第1MG20を駆動する必要がある。また、エンジン10から出力軸70に伝達される動力が過剰である場合には、第2MGトルクTm2を負方向に作用させるために、第2MG30に発電させる必要がある。したがって、第1MG20の駆動によって得られた第1MGトルクTm1を反力として出力軸70に伝達されたエンジン10の動力が、第2MG30で電力に変換され、その電力が第1MG20に戻されて第1MG20の駆動に用いられるという現象(以下「動力循環」という)が発生し得る。この動力循環によって大きな損失が生じるため、動力伝達効率は低下してしまう。
FIG. 13 is a collinear diagram when the
上記のような効率の違いに鑑み、本実施の形態による制御装置100は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる(動力伝達効率が最大となる)場合のエンジン熱効率あるいはエンジン熱効率と相関関係のあるパラメータを演算し、その演算結果を用いてシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する。
In view of the difference in efficiency as described above, the
制御装置100は、エンジン回転速度、エンジントルク推定値、燃料消費量から、エンジン熱効率を演算することができる。また、より簡便に演算するために、制御装置100は、エンジントルクおよびエンジン回転速度をパラメータとしてエンジン熱効率を規定するマップを予め記憶しておき、そのマップを参照してエンジン熱効率を演算することもできる。
The
エンジン熱効率と相関関係のあるパラメータの一例として、エンジン10の燃料消費率が挙げられる。燃料消費率は、単位仕事あたりの燃料消費量であり、エンジン熱効率とは逆数の関係にある。
An example of a parameter having a correlation with the engine thermal efficiency is the fuel consumption rate of the
エンジン熱効率と相関関係のあるパラメータの他の例として、エンジントルクが挙げられる。エンジントルクは、すべての運転領域でエンジン熱効率と完全に一対一の関係にあるわけではないが、実際の制御を行なう通常使用域では、ほぼ、エンジントルクが大きい方が熱効率が良いという関係にある。 Another example of a parameter correlated with engine thermal efficiency is engine torque. The engine torque is not completely in a one-to-one relationship with the engine thermal efficiency in all operating regions, but in the normal use region where actual control is performed, the higher the engine torque, the better the thermal efficiency. .
そのため、制御装置100は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合のエンジン熱効率、エンジン燃料消費量、エンジントルクのいずれかを演算し、その演算結果を用いてシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択することができる。
Therefore,
以下では、エンジン熱効率と相関関係のあるパラメータとしてエンジントルクを演算し、演算されたエンジントルクを用いてシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する場合について例示的に説明する。 Hereinafter, a case will be described as an example where the engine torque is calculated as a parameter having a correlation with the engine thermal efficiency, and either the series mode or the series parallel mode is selected using the calculated engine torque.
図14は、シリーズパラレルモードで動力伝達効率が最大となる(すなわち第1MG回転速度Nm1が0となる)場合のエンジン動作線(以下「伝達効率最大動作線」ともいう)K1の一例を示す図である。なお、伝達効率最大動作線K1は、アクセル開度(ユーザ要求トルク)および路面勾配などによって上下するが、図14には、一例として、アクセル開度を所定開度で一定とした場合の、平坦路における伝達効率最大動作線K1Aと、登板路における伝達効率最大動作線K1Bとが示されている。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an engine operating line (hereinafter also referred to as “maximum transmission efficiency operating line”) K1 when the power transmission efficiency is maximum in the series parallel mode (that is, the first MG rotation speed Nm1 is 0). It is. Note that the maximum transmission efficiency operating line K1 rises and falls depending on the accelerator opening (user requested torque), the road surface gradient, etc., but FIG. 14 shows a flatness when the accelerator opening is constant at a predetermined opening as an example. A transmission efficiency maximum operation line K1A on the road and a transmission efficiency maximum operation line K1B on the climbing road are shown.
図14において、横軸に車速Vおよびエンジン回転速度Neが平行に並べて示され、縦軸にエンジントルクTeが示される。縦軸のエンジントルクTeがエンジン熱効率と相関関係のあるパラメータである。 In FIG. 14, the horizontal axis indicates the vehicle speed V and the engine rotation speed Ne in parallel, and the vertical axis indicates the engine torque Te. The engine torque Te on the vertical axis is a parameter having a correlation with the engine thermal efficiency.
伝達効率最大動作線K1は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となるエンジン動作線である(図12参照)。伝達効率最大動作線K1よりも低回転高トルク側(左上側)の領域は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が負の値となり動力循環が発生し得るエンジン運転領域である(図13参照)。 The maximum transmission efficiency operation line K1 is an engine operation line in which the first MG rotation speed Nm1 is 0 in the series parallel mode (see FIG. 12). The region on the low rotation high torque side (upper left) from the transmission efficiency maximum operating line K1 is an engine operation region in which the first MG rotational speed Nm1 becomes a negative value in the series parallel mode and power circulation can occur (see FIG. 13). ).
図14には、伝達効率最大動作線K1に加えて、熱効率最適動作線K2が模式的に示されている。熱効率最適動作線K2は、エンジン回転速度Neに対してエンジン熱効率が最大となる動作点を繋いだ線を基準として、設計者によって予め決められるエンジン動作線である。したがって、エンジン10が熱効率最適動作線K2上で運転される場合に、エンジン熱効率が良好となる。なお、熱効率最適動作線K2は、アクセル開度および路面勾配などによっては変化しない。
FIG. 14 schematically shows a thermal efficiency optimum operation line K2 in addition to the maximum transmission efficiency operation line K1. The thermal efficiency optimum operating line K2 is an engine operating line that is determined in advance by the designer with reference to a line connecting operating points at which the engine thermal efficiency is maximum with respect to the engine rotational speed Ne. Therefore, when the
たとえば、平坦路における伝達効率最大動作線K1Aと熱効率最適動作線K2とを比較すると、車速Vが所定車速V3未満の領域において、熱効率最適動作線K2が、伝達効率最大動作線K1よりも低回転高トルク側(左上側)の領域に存在しており、両者間には乖離がある。両者間の乖離は車速Vが高いほど減少し、車速Vが所定車速V3である場合に両者が交わる。なお、平坦路において両者が交わる所定車速V3は、比較的高い値(たとえば時刻100kmを超える車速)である。 For example, when the transmission efficiency maximum operation line K1A and the thermal efficiency optimal operation line K2 on a flat road are compared, in the region where the vehicle speed V is less than the predetermined vehicle speed V3, the thermal efficiency optimal operation line K2 rotates at a lower speed than the transmission efficiency maximum operation line K1. It exists in the region on the high torque side (upper left side), and there is a gap between them. The difference between the two decreases as the vehicle speed V increases, and the two intersect when the vehicle speed V is the predetermined vehicle speed V3. Note that the predetermined vehicle speed V3 at which both intersect on a flat road is a relatively high value (for example, a vehicle speed exceeding the time of 100 km).
図14に示される伝達効率最大動作線K1と熱効率最適動作線K2との関係からわかるように、シリーズパラレルモード中にエンジン10を伝達効率最大動作線K1上で運転すると、第1MG回転速度Nm1が0となり動力伝達効率が最大となる一方、熱効率最適動作線K2よりも低い領域でエンジン10を運転することになる場合があり、熱効率が最適熱効率よりも低下し得る。一方、シリーズパラレルモード中にエンジン10を熱効率最適動作線K2上で運転すると、熱効率が最適となる一方、伝達効率最大動作線K1よりも低回転高トルク側(左上側)の領域でエンジン10を運転することになる場合があり、動力循環による動力伝達効率の低下が生じ得る。
As understood from the relationship between the maximum transmission efficiency operation line K1 and the optimum thermal efficiency operation line K2 shown in FIG. 14, when the
そこで、本実施の形態による制御装置100は、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択すべき中負荷領域(以下「選択領域」ともいう)において、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる(動力伝達効率が最大となる)場合のエンジントルクTecを算出する。
Therefore,
制御装置100は、エンジントルクTecを以下のように算出する。制御装置100は、まず、現在の車速Vから、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合のエンジン回転速度Necを算出する。シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合、共線図の関係より、エンジン回転速度Neは、下記の式(1)で示されるように、車速Vに応じて決まる。そのため、制御装置100は、下記の式(1)を用いて、現在の車速Vに対応するエンジン回転速度Necを算出する。なお、式(1)中の「ρ」は、第1遊星歯車装置40のギヤ比ρ(=サンギヤS1の歯数/リングギヤR1の歯数)である。式(1)中の「Γ」は、車速VをリングギヤR1の回転速度に換算するための係数であり、タイヤ径、デフ比などから決まる値である。
The
Ne={1/(1+ρ)}・V・Γ …(1)
次に、制御装置100は、図14に示す伝達効率最大動作線K1を参照して、エンジン回転速度Necに対応するエンジントルクTecを算出する。なお、伝達効率最大動作線K1は、上述したように、アクセル開度および路面勾配などをパラメータとして特定される。
Ne = {1 / (1 + ρ)} · V · Γ (1)
Next, the
そして、制御装置100は、算出されたエンジントルクTecがしきい値Tthよりも大きいか否かを判定する。制御装置100は、エンジントルクTecがしきい値Tth未満である場合はシリーズモードを選択し、エンジントルクTecがしきい値Tthよりも大きい場合はシリーズパラレルモードを選択する。
Then,
ここで、しきい値Tthは、図14に示すように、熱効率最適動作線K2よりも所定値ΔTだけ低トルク側の値に設定される。これは、シリーズモードでの電力変換ロスは比較的大きく、シリーズパラレルモードでの動力循環による損失の割合が小さければ、シリーズモードでの電力変換ロスよりも有利であることを考慮したものである。すなわち、エンジントルクTecが熱効率最適動作線K2未満であってもしきい値Tthよりも大きければ、シリーズパラレルモードでエンジン10を熱効率最適動作線K2上で運転しても動力循環による損失はかなり小さく、シリーズモードでの電力変換ロス未満であるため、シリーズパラレルモードを選択するほうがトータル効率が高くなる。この点を考慮して、しきい値Tthは、熱効率最適動作線K2よりも所定値ΔTだけ低トルク側の値に設定される。
Here, as shown in FIG. 14, the threshold value Tth is set to a value on the low torque side by a predetermined value ΔT from the thermal efficiency optimum operation line K2. This is because the power conversion loss in the series mode is relatively large, and if the loss ratio due to the power circulation in the series parallel mode is small, it is advantageous over the power conversion loss in the series mode. That is, even if the engine torque Tec is less than the thermal efficiency optimum operating line K2 and is larger than the threshold value Tth, even if the
なお、図14にはしきい値Tthが一定値である場合が例示的に示されているが、しきい値Tthは一定値であることに限定されない。すなわち、熱効率最適動作線K2がエンジン回転速度Neに応じて変化する場合には、しきい値Tthもエンジン回転速度Necに応じて変化させることが望ましい。この場合には、制御装置100は、エンジン回転速度Neとしきい値Tthとの対応関係を規定するマップを予め記憶しておき、このマップを参照してエンジン回転速度Necに対応するしきい値Tthを算出することができる。
FIG. 14 exemplarily shows a case where the threshold value Tth is a constant value, but the threshold value Tth is not limited to a constant value. That is, when the optimum thermal efficiency operating line K2 changes according to the engine speed Ne, it is desirable to change the threshold value Tth according to the engine speed Nec. In this case,
たとえば図14に示す平坦路における伝達効率最大動作線K1Aが伝達効率最大動作線K1として採用される場合を想定すると、制御装置100は、伝達効率最大動作線K1Aを参照して、現在の車速Vに対応するエンジントルクTecを算出する。図14に示すように、現在の車速Vが所定車速V1である場合には、所定車速V1に対応するエンジントルクTec1はしきい値Tth未満であるため、制御装置100は、より効率の良いシリーズモードを選択する。一方、図14に示すように、現在の車速Vが所定車速V2である場合には、所定車速V2に対応するエンジントルクTec2がしきい値Tthよりも大きいため、制御装置100は、より効率の良いシリーズパラレルモードを選択する。
For example, assuming that the transmission efficiency maximum operation line K1A on the flat road shown in FIG. 14 is adopted as the transmission efficiency maximum operation line K1, the
図15は、制御装置100がシリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する際の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、所定周期で繰り返し実行される。
FIG. 15 is a flowchart illustrating a processing procedure when the
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、制御装置100は、上述の選択領域(シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択すべき中負荷領域)であるか否かを判定する。選択領域でない場合(S10にてNO)、制御装置100は処理を終了する。
In step (hereinafter, step is abbreviated as “S”) 10,
選択領域である場合(S10にてYES)、制御装置100は、S11にて、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる(動力伝達効率が最大となる)場合のエンジントルクTecを算出する。エンジントルクTecの算出手法については既に説明しため詳細な説明はここでは繰り返さない。
If the selected region is selected (YES in S10),
S12にて、制御装置100は、エンジントルクTecが上述のしきい値Tthよりも大きいか否かを判定する。なお、しきい値Tthは、図14に示したように、熱効率最適動作線K2よりも所定値ΔTだけ低トルク側の値である。
In S12,
エンジントルクTecがしきい値Tthよりも大きい場合(S12にてYES)、制御装置100は、S13にて、シリーズパラレルモードを選択する。
If engine torque Tec is greater than threshold value Tth (YES in S12),
一方、エンジントルクTecがしきい値Tth未満である場合(S12にてNO)、制御装置100は、S14にて、シリーズモードを選択する。
On the other hand, when engine torque Tec is less than threshold value Tth (NO in S12),
以上のように、本実施の形態による制御装置100は、熱効率および電力変換効率などといった複数の効率をすべて逐次演算するのではなく、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合のエンジントルクTec(熱効率と相関関係のあるパラメータ)を演算し、そのエンジントルクTecをパラメータとして、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードのどちらかを選択する。そのため、複数の効率のすべてを逐次演算する場合に比べて、簡易な演算処理で効率の良いモードを選択することができる。
As described above,
なお、上述したように、熱効率と相関関係のあるパラメータとして、エンジントルクではなく、エンジン10の燃料消費率を演算するようにしてもよい。燃料消費率はエンジン熱効率とは逆数の関係にある。そのため、制御装置100は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合のエンジン10の燃料消費率を演算し、得られた燃料消費率がしきい値よりも大きい場合にシリーズモードを選択し、そうでない場合にシリーズパラレルモードを選択することができる。
As described above, the fuel consumption rate of the
また、上述したように、エンジン熱効率と相関関係のあるパラメータを演算するのではなく、エンジントルクおよびエンジン回転速度をパラメータとするマップを参照して、エンジン熱効率そのものを演算するようにしてもよい。すなわち、制御装置100は、シリーズパラレルモードで第1MG回転速度Nm1が0となる場合のエンジン熱効率を演算し、得られたエンジン熱効率がしきい値未満である場合にシリーズモードを選択し、そうでない場合にシリーズパラレルモードを選択することができる。
Further, as described above, the engine thermal efficiency itself may be calculated by referring to a map using the engine torque and the engine rotation speed as parameters, instead of calculating a parameter having a correlation with the engine thermal efficiency. That is, the
さらに、上述の実施の形態は、たとえば以下のように変更することができる。
[変形例1]
上述の実施の形態による駆動装置2の構成を変形するようにしてもよい。たとえば、上述の実施の形態による駆動装置2に対して、さらに、出力軸70と第1遊星歯車装置40との接続状態を切替可能なクラッチC3を追加するようにしてもよい。
Furthermore, the above-mentioned embodiment can be changed as follows, for example.
[Modification 1]
You may make it deform | transform the structure of the
図16は、本変形例1による駆動装置2Aの構成を模式的に示す図である。駆動装置2Aは、図1に示す駆動装置2に対して、出力軸70においてドリブンギヤ71に代えてドリブンギヤ71A,71Bを設けるとともに、クラッチC3を追加したものである。その他の構造、機能、処理は、図1に示す駆動装置2と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of the
ドリブンギヤ71Aは、リングギヤR1の外周面には形成される外周歯と噛み合っている。ドリブンギヤ71Aには、クラッチC3が設けられている。クラッチC3は、ドリブンギヤ71Aとカウンタ軸70とを接続した状態と、ドリブンギヤ71Aとカウンタ軸70とを接続していない状態とを切替可能に構成されている。クラッチC3としては、たとえば、ドグクラッチなどを採用することができる。クラッチC3が係合されると、リングギヤR1と出力軸70とが接続される。一方、クラッチC3が解放されると、出力軸70がリングギヤR1から切り離される。
The driven
ドリブンギヤ71Bは、出力軸70に固定され、リダクションギヤ32と噛み合っている。このため、第2MG30からの動力は、リダクションギヤ32およびドリブンギヤ71Bを通じて出力軸70に伝達される。
The driven gear 71B is fixed to the
図17は、本変形例1によるシリーズモード中の共線図である。本変形例1によるシリーズモード中においては、制御装置100は、クラッチC2およびブレーキB1を係合すると共に、クラッチC1を解放する。そのため、エンジン10がキャリアCA1に連結され、かつリングギヤR2の回転が規制される。さらに、制御装置100は、クラッチC3を解放することによって、出力軸70および第2MG30をリングギヤR1から切り離す。
FIG. 17 is a collinear diagram in the series mode according to the first modification. During the series mode according to the first modification, the
この状態で、制御装置100は、エンジン10を動作させ、第1MG20をジェネレータとして動作させ、第2MG30をモータとして動作させる。これにより、図17からも明らかなように、第1MG回転速度Nm1をエンジン10の回転速度よりも大きくする(増速する)ことができる。これにより、第1MG回転速度Nm1とエンジン10の回転速度とが一致する場合(図6参照)に比べて、第1MG20の発電電力を高めることができる。また、出力軸70および第2MG30がリングギヤR1から切り離されるため、エンジン10の回転速度を車速Vに拘束されることなく最適値にすることができる。
In this state,
[変形例2]
上述の実施の形態および変形例1による車両1においては、HV走行モードにおいて、シリーズモード、シリーズパラレルモードおよびパラレルモードの3つの走行モードの選択が可能であった。
[Modification 2]
In the
しかしながら、本開示は、HV走行モードにおいて、シリーズモードおよびシリーズパラレルモードの2つの走行モードの選択が可能なハイブリッド車両に適用可能である。したがって、上述の実施の形態による駆動装置2または変形例1による駆動装置2Aに対して、パラレルモードへの切替を行なうための構成を取り除いて簡素化するようにしてもよい。
However, the present disclosure is applicable to a hybrid vehicle capable of selecting two travel modes, a series mode and a series parallel mode, in the HV travel mode. Therefore, the driving
図18は、本変形例2による駆動装置2Bの構成を模式的に示す図である。駆動装置2Bは、図16に示す駆動装置2Aに対して、第2遊星歯車装置50を取り除いてブレーキB1を第1遊星歯車装置40のリングギヤR1の回転を規制可能に配置するとともに、クラッチC1,C2を取り除いてエンジン10のクランク軸21を第1遊星歯車装置40のキャリアCA1に接続したものである。駆動装置2Bにおいては、ブレーキB1とクラッチC3との制御状態(係合/解放)を切り替えることによって、シリーズモードとシリーズパラレルモードとの切替が可能である。
FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a configuration of a
図19は、本変形例2によるシリーズモード中の共線図である。本変形例2によるシリーズモード中においては、図18に示す駆動装置2BのブレーキB1が係合され、クラッチC3が解放される。ブレーキB1の係合によってリングギヤR1の回転が規制されるため、エンジン10の動力はリングギヤR2を支点として第1MG20に伝達されて電力に変換される。なお、クラッチC3の解放によって出力軸70および第2MG30がリングギヤR1から切り離されているため、エンジン回転速度Neを車速Vに拘束されることなく最適値にすることができる。
FIG. 19 is a collinear diagram in the series mode according to the second modification. In the series mode according to the second modification, the brake B1 of the
図20は、本変形例2によるシリーズパラレルモード中の共線図である。本変形例2によるシリーズパラレルモード中においては、図18に示す駆動装置2BのクラッチC3が係合され、ブレーキB1が解放される。クラッチC3の係合によって出力軸70および第2MG30がリングギヤR1に連結されるとともに、ブレーキB1の解放によってリングギヤR1の回転が許容される。そのため、上述の図7と同等の接続関係となり、エンジン10の動力の一部が第1MG20に伝達されて電力に変換され、残りが第1MGトルクTm1を用いて出力軸70に機械的に伝達される。
FIG. 20 is an alignment chart in the series parallel mode according to the second modification. During the series-parallel mode according to the second modification, the clutch C3 of the
[変形例3]
上述の実施の形態において、エンジントルクTecと比較されるしきい値Tthにヒステリシスを設けるようにしてもよい。これにより、エンジントルクTecのわずかな変動でシリーズモードとシリーズパラレルモードとの間で走行モードが頻繁に切り替わることを防止することができる。
[Modification 3]
In the above-described embodiment, hysteresis may be provided for the threshold value Tth compared with the engine torque Tec. Thereby, it is possible to prevent the traveling mode from frequently switching between the series mode and the series parallel mode with a slight change in the engine torque Tec.
また、上述した実施の形態およびその変形例については、技術的に矛盾が生じない範囲で適宜組合せることも可能である。 In addition, the above-described embodiments and modifications thereof may be combined as appropriate within a range where no technical contradiction occurs.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 車両、2,2A,2B 駆動装置、10 エンジン、12 第1軸、14 第2軸、20 第1MG、21 クランク軸、22,31 回転軸、25 ケース、30 第2MG、32 リダクションギヤ、40 第1遊星歯車装置、50 第2遊星歯車装置、70 出力軸、71,71A,71B ドリブンギヤ、72 ドライブギヤ、80 デファレンシャルギヤ、81 デフリングギヤ、82 駆動軸、90 駆動輪、100 制御装置、500 油圧回路、B1 ブレーキ、C1,C2,C3 クラッチ、CA1,CA2 キャリア、P1,P2 ピニオンギヤ、R1,R2 リングギヤ、S1,S2 サンギヤ。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
エンジンと、
第1回転電機と、
駆動輪に接続される出力軸と、
前記出力軸に接続される第2回転電機と、
前記第1回転電機に接続される第1要素と、第2要素と、前記出力軸に接続される第3要素とを有する遊星歯車機構と、
前記エンジンと前記遊星歯車機構との接続状態を第1状態または第2状態に切替可能に構成された切替装置とを備え、
前記第1状態は、前記エンジンを前記第1要素に接続する状態、または前記エンジンを前記第2要素に接続しつつ前記出力軸を前記第3要素から切り離す状態であり、
前記第2状態は、前記エンジンを前記第2要素に接続する状態であり、
前記ハイブリッド車両は、シリーズモードとシリーズパラレルモードとのどちらかの走行モードを選択可能に構成された制御装置をさらに備え、
前記シリーズモードは、前記切替装置を前記第1状態にし、前記エンジンの動力を前記第1回転電機に伝達して電力に変換するモードであり、
前記シリーズパラレルモードは、前記切替装置を前記第2状態にし、前記第1回転電機のトルクを用いて前記エンジンの動力の一部を前記出力軸に機械的に伝達しつつ、前記エンジンの動力の残部を前記第1回転電機または前記第2回転電機に伝達して電力に変換するモードであり、
前記制御装置は、第1制御、第2制御および第3制御のいずれかを実行することによって、前記シリーズモードと前記シリーズパラレルモードとのどちらの走行モードを選択するのかを決定し、
前記第1制御は、前記シリーズパラレルモードで前記第1回転電機の回転速度が0となる場合の前記エンジンの熱効率が第1しきい値未満である場合に前記シリーズモードを選択し、前記エンジンの熱効率が前記第1しきい値よりも大きい場合に前記シリーズパラレルモードを選択する制御であり、
前記第2制御は、前記シリーズパラレルモードで前記第1回転電機の回転速度が0となる場合の前記エンジンの燃料消費率が第2しきい値よりも大きい場合に前記シリーズモードを選択し、前記エンジンの燃料消費率が前記第2しきい値未満である場合に前記シリーズパラレルモードを選択する制御であり、
前記第3制御は、前記シリーズパラレルモードで前記第1回転電機の回転速度が0となる場合の前記エンジンのトルクが第3しきい値未満である場合に前記シリーズモードを選択し、前記エンジンのトルクが前記第3しきい値よりも大きい場合に前記シリーズパラレルモードを選択する制御である、ハイブリッド車両。 A hybrid vehicle,
Engine,
A first rotating electrical machine;
An output shaft connected to the drive wheel;
A second rotating electrical machine connected to the output shaft;
A planetary gear mechanism having a first element connected to the first rotating electrical machine, a second element, and a third element connected to the output shaft;
A switching device configured to be able to switch the connection state between the engine and the planetary gear mechanism to the first state or the second state;
The first state is a state in which the engine is connected to the first element, or a state in which the output shaft is disconnected from the third element while the engine is connected to the second element.
The second state is a state in which the engine is connected to the second element,
The hybrid vehicle further includes a control device configured to be able to select a travel mode of either the series mode or the series parallel mode,
The series mode is a mode in which the switching device is set to the first state, the power of the engine is transmitted to the first rotating electrical machine and converted into electric power,
In the series parallel mode, the switching device is set to the second state, and a part of the engine power is mechanically transmitted to the output shaft using the torque of the first rotating electrical machine, and the power of the engine is The remaining portion is transmitted to the first rotating electric machine or the second rotating electric machine and converted into electric power.
The control device determines which travel mode to select between the series mode and the series parallel mode by executing one of the first control, the second control, and the third control,
The first control selects the series mode when the thermal efficiency of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is less than a first threshold value, Control for selecting the series parallel mode when thermal efficiency is greater than the first threshold;
The second control selects the series mode when the fuel consumption rate of the engine when the rotational speed of the first rotating electrical machine is 0 in the series parallel mode is greater than a second threshold value, Control for selecting the series parallel mode when the fuel consumption rate of the engine is less than the second threshold;
The third control selects the series mode when the engine torque when the rotational speed of the first rotating electrical machine becomes 0 in the series parallel mode is less than a third threshold value, A hybrid vehicle, which is control for selecting the series parallel mode when a torque is larger than the third threshold value.
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