JPH09224302A

JPH09224302A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JPH09224302A
Application number: JP5553396A
Authority: JP
Inventors: Kozo Yamaguchi; 幸蔵山口; Hideki Hisada; 秀樹久田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両における蓄電器の高効率利用
を図る。【解決手段】エンジン１１と発電機１６と駆動出力軸３
１とをプラネタリギヤユニット１３の各歯車要素に連結
し、駆動出力軸３１に連結された電気モータ２５の出力
とエンジン出力によって走行するハイブリッド車両にお
いて、キャパシタ１９の目標電圧Ｖｔを、低速時には大
きく、高速時には小さくなるように制御するなど、走行
状態やキャパシタの特性に応じて変化させる。また、発
電機１６の回転数を制御して、キャパシタ電圧Ｖｃが前
記目標電圧Ｖｔとなるように精密に制御し、キャパシタ
１９の容量を最大限利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと電気モ
ータとを搭載するハイブリッド車両にかかり、詳しく
は、電気モータに電力を供給する蓄電器の蓄電量の制御
に特徴を有するハイブリッド車両に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両は、駆動源としてガソリンエ
ンジン、ディーゼルエンジン等の内燃エンジンを搭載
し、ガソリンや軽油を燃焼させてエネルギーを得て走行
している。これらの駆動源は、高出力を得ることがで
き、かつ長距離走行が可能であるといった利点を有する
が、上記燃料の燃焼によって排出される、ＣＯ₂ 、ＮＯ
_x などのガスが環境に悪影響を及ぼすといった問題があ
る。

【０００３】そこで、近年の化石エネルギーの枯渇や環
境問題の高まりとともに、低騒音、低公害の車両の開発
が望まれており、その中で最も注目されているものに電
気自動車が挙げられている。この電気自動車は、電気モ
ータを駆動源とし、バッテリに蓄電された電力によって
電気モータを駆動させ、走行するものであり、排ガスが
なく、低騒音であるといった利点がある。

【０００４】しかし、この電気自動車は、重量の大きい
バッテリを搭載するため、車両重量が重くなり、走行効
率が低下するとともに、バッテリに蓄電されている電力
のみでは、十分な出力が得られず、急加速や長距離走行
などをすることはできないといった欠点がある。さらに
一度使い切ったバッテリを再度使用するためには、長い
蓄電時間が必要となり、その使用範囲は限られたものと
ならざるをえない。

【０００５】そこで、内燃エンジンと電気モータを搭載
したハイブリッド車両が提案されている。このハイブリ
ッド車両は各種提供されており、例えば、エンジンを駆
動することによって発生させられた回転を発電機に伝達
して発電機を駆動し、該発電機によって得られた電力を
バッテリに送って蓄電し、さらに該バッテリの電力によ
って電気モータを駆動するように構成されたシリーズ
（直列）式のハイブリッド車両や、エンジンと電気モー
タの駆動力をそれぞれ出力軸に伝達して車両を走行させ
るパラレル（並列）式のハイブリッド車両などがある。

【０００６】これらのハイブリッド車両においては、電
気モータを駆動源として有するため、減速時には電気モ
ータで回生電力を生じさせてバッテリへ蓄電するこがで
き、エネルギ消費効率を向上させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記ハイブリッド車両
では、始動時や低速走行時からの加速においては消費電
力が大きくなるため、蓄電容量を大きくする必要があ
る。しかしながら、高速走行時において減速すると減速
分の運動エネルギが回生されて大量の電力がバッテリへ
供給されるため、バッテリには回生量分の蓄電容量が必
要とされる。

【０００８】従って、低速時と高速時の必要条件にバッ
テリを適応させるためには、蓄電容量を十分な大きさと
する必要があるが、蓄電容量を大きくするためには多く
のバッテリを搭載しなければならない。しかし、バッテ
リを搭載する車両には搭載量に限界があるため、バッテ
リの搭載量を増やすことなく、低速時と高速時における
必要条件を満たす必要がある。

【０００９】従来、このような課題を解決するために、
特公平６−１２９３２号に掲載されているような、二次
電池の蓄電制御方法が提案されている。この方法は、二
次電池の蓄電量が常時一定の範囲内に納まるように目標
蓄電率を制御するものである。しかし、バッテリに蓄電
された電力を消費する量や、電気モータの回生によって
供給される電力は、その時の走行状態などによって大き
く変化する。例えば、図１６に示されているタイムチャ
ートのように、登坂走行で急発進する（時刻ｔ₀ ）場合
などのように、大量の電力を必要とする場合には、バッ
テリの残量が下限値を下回って（時刻ｔ₁ ）電力が不足
傾向となったり、高速走行から急減速することによっ
て、残存容量を越えて過充電が生じたり（時刻ｔ₂ ）す
ることがある。つまり、上記従来の制御方法のように、
走行状態にかかわりなく目標蓄電率を一定に設定してい
たのでは、なお過蓄電が生じたり、電力不足が生ずる恐
れが残る。

【００１０】さらに、蓄電手段から供給される電力は、
供給時の蓄電率によって変化する場合もあり、この変化
率は電力を蓄える手段によっても異なってくる。このよ
うに、蓄電率によって出力される電力が異なる場合に
は、上記従来例のように、一義的に目標蓄電率を設定し
ていると、目標蓄電量となっていても、電気モータへ供
給するための電力が不足する事態が発生する可能性もあ
る。

【００１１】本発明は、自動車の運転状態や蓄電手段の
出力特性に応じて、目標蓄電率を変更することによっ
て、電気エネルギの効率の良い利用と蓄電手段の長寿命
化を図ることのできるハイブリッド車両を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このような目的は、以下
の本発明によって達成される。

【００１３】（１）エンジンと、駆動輪へ駆動力を出
力する電気モータと、前記電気モータへ駆動電力を供給
する蓄電手段と、車速を検出する車速検出手段と、検出
された車速に応じて蓄電手段の目標蓄電率を変更する変
更手段と、前記蓄電手段に供給される電力が目標蓄電率
になる様に制御する蓄電量制御手段とを有することを特
徴とするハイブリッド車両。

【００１４】（２）前記変更手段は、車速の上昇に対
応して前記蓄電手段の目標蓄電率を減少させることを特
徴とする上記（１）に記載のハイブリッド車両。

【００１５】（３）更に、回転数制御可能な発電機
と、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に、第２の
歯車要素が前記発電機のロータに、第３の歯車要素が前
記駆動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸に連結された差
動歯車装置とを有し、前記蓄電量制御手段は、前記目標
蓄電率に応じて前記発電機の回転数を制御する発電機制
御手段である上記（１）または（２）に記載のハイブリ
ッド車両。

【００１６】（４）さらに発電機制御手段による回転
数制御によって生ずるトルク変動に応じて、前記電気モ
ータのモータ出力トルクを補正するトルク補正手段を有
する上記（３）に記載のハイブリッド車両。

【００１７】（５）前記蓄電手段は、キャパシタを有
し、車速に対する前記キャパシタの必要出力電圧が、前
記目標蓄電率における出力電圧より大きい領域では、車
速の上昇に応じて目標蓄電率を高く設定する上記（１）
ないし（４）のいずれかに記載のハイブリッド車両。

【００１８】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明のハイブリッド車両の第
１実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明す
る。図１は、本発明の第１実施形態のハイブリッド車両
の駆動装置を示す概念図である。図において、第１軸線
上には、エンジン１１と、エンジン１１を駆動させるこ
とによって発生する回転を出力するエンジン出力軸１２
と、該エンジン出力軸１２を介して入力された回転に対
して変速を行う差動歯車装置であるプラネタリギヤユニ
ット１３と、該プラネタリギヤユニット１３における変
速後の回転が出力されるユニット出力軸１４と、該ユニ
ット出力軸１４に固定された第１カウンタドライブギヤ
１５と、通常走行状態では主として発電機として作用す
る発電機１６と、該発電機１６とプラネタリギヤユニッ
ト１３とを連結する伝達軸１７とが配置されている。ユ
ニット出力軸１４は、スリーブ形状を有し、エンジン出
力軸１２を包囲して配設されている。また、第１カウン
タドライブギヤ１５は、プラネタリギヤユニット１３よ
りエンジン１１側に配設されている。

【００１９】プラネタリギヤユニット１３は、第２の歯
車要素であるサンギヤＳと、サンギヤＳと噛合するピニ
オンＰと、該ピニオンＰと噛合する第３の歯車要素であ
るリングギヤＲと、ピニオンＰを回転自在に支持する第
１の歯車要素であるキャリヤＣＲとを備えている。

【００２０】サンギヤＳは、伝達軸１７を介して発電機
１６と連結され、リングギヤＲは、ユニット出力軸１４
を介して第１カウンタドライブギヤ１５と連結され、キ
ャリヤＣＲは、エンジン出力軸１２を介してエンジン１
１と連結されている。

【００２１】さらに、発電機１６は伝達軸１７に固定さ
れ、回転自在に配設されたロータ２１と、該ロータ２１
の周囲に配設されたステータ２２と、該ステータ２２に
巻装されたコイル２３とを備えている。発電機１６は、
伝達軸１７を介して伝達される回転によって電力を発生
させる。前記コイル２３は図示しないキャパシタに接続
され、該キャパシタに電力を供給して充電する。

【００２２】発電機１６には、伝達軸１７の他端側に、
係合手段であるブレーキＢが接続されており、このブレ
ーキＢを係合状態とすることで、ロータ２１が固定さ
れ、発電機１６の回転およびサンギヤＳの回転が停止さ
れるようになっている。

【００２３】第１軸線と平行な第２軸線上には、電気モ
ータ２５と、電気モータ２５の回転が出力されるモータ
出力軸２６と、モータ出力軸２６に固定された第２カウ
ンタドライブギヤ２７とが配置されている。

【００２４】電気モータ２５は、モータ出力軸２６に固
定され、回転自在に配設されたロータ３７と、該ロータ
３７の周囲に配設されたステータ３８と、該ステータ３
８に巻装されたコイル３９とを備えている。電気モータ
２５は、コイル３９に供給される電流によってトルクを
発生させる。そのために、コイル３９は図示しないキャ
パシタに接続され、該キャパシタから電流が供給される
ように構成されている。

【００２５】本発明のハイブリッド車両が減速状態にお
いて、電気モータ２５は、図示しない駆動輪から回転を
受けて回生電力を発生させ、該回生電力をキャパシタに
供給して充電する。そして、前記エンジン１１の回転と
同じ方向に図示しない駆動輪を回転させるために、第１
軸線及び第２軸線と平行な第３軸線上には、駆動出力軸
としてカウンタシャフト３１が配設されている。該カウ
ンタシャフト３１にはカウンタドリブンギヤ３２が固定
されている。

【００２６】また、該カウンタドリブンギヤ３２と第１
カウンタドライブギヤ１５とが、及びカウンタドリブン
ギヤ３２と第２カウンタドライブギヤ２７とが噛合させ
られ、第１カウンタドライブギヤ１５の回転及び第２カ
ウンタドライブギヤ２７の回転が反転されてカウンタド
リブンギヤ３２に伝達されるようになっている。

【００２７】さらに、カウンタシャフト３１には、カウ
ンタドリブンギヤ３２より歯数が小さなデフピニオンギ
ヤ３３が固定される。そして、第１軸線、第２軸線及び
第３軸線に平行な第４軸線上にデフリングギヤ３５が配
設され、該デフリングギヤ３５と前記デフピニオンギヤ
３３とが噛合させられる。また、前記デフリングギヤ３
５にディファレンシャル装置３６が固定され、デフリン
グギヤ３５に伝達された回転が前記ディファレンシャル
装置３６によって差動させられ、駆動輪に伝達される。
上記構成において、駆動出力系は、プラネタリギヤユニ
ット１３と、発電機１６と、第１カウンタドライブギヤ
１５と、カウンタドリブンギヤ３２と、第２カウンタド
ライブギヤ２７と、カウンタシャフト３１と、デフピニ
オンギヤ３３と、デフリングギヤ３５と、ディファレン
シャル装置３６とによって構成されている。

【００２８】このように、エンジン１１によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるだけでなく、電気モータ２５によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるので、エンジン１１だけを駆動するエンジン
駆動モード、電気モータ２５だけを駆動するモータ駆動
モード、並びにエンジン１１及び電気モータ２５を駆動
するエンジン・モータ駆動モードでハイブリッド車両を
走行させることができる。また、発電機１６において発
生させられる電力を制御することによって、前記伝達軸
１７の回転数を制御することができる。また、発電機の
回転を停止させる場合には、ブレーキＢを係合せさて発
電機１６のロータ２１を固定することができる。この場
合、ブレーキＢを係合解除することによって、ブレーキ
解除状態では発電機１６で発電しながら走行するモード
とし、ブレーキ係合状態では発電機１６で発電せずに走
行するモードとすることができる。

【００２９】上記構成のハイブリッド車両のプラネタリ
ギヤユニット１３の動作について説明する。図２（Ａ）
は、本発明の第１実施形態のプラネタリギヤユニット１
３（図１）の概念図、図２（Ｂ）は、本発明の第１実施
形態におけるプラネタリギヤユニット１３の通常走行時
の速度線図、図３は、本発明の第１実施形態におけるプ
ラネタリギヤユニット１３の通常走行時のトルク線図で
ある。

【００３０】本実施形態においては、図２（Ａ）に示さ
れているように、プラネタリギヤユニット１３のリング
ギヤＲの歯数がサンギヤＳの歯数の２倍となっている。
従って、リングギヤＲに接続されるユニット出力軸１４
の回転数（以下「リングギヤ回転数」という。）をＮＲ
とし、キャリヤＣＲに接続されるエンジン出力軸１２の
回転数（以下「エンジン回転数」という。）をＮＥと
し、サンギヤＳに接続される伝達軸１７の回転数（以下
「発電機回転数」という。）をＮＧとした時、ＮＲ、Ｎ
Ｅ、ＮＧの関係は、図２（Ｂ）に示されているように、

【００３１】ＮＧ＝３・ＮＥ−２・ＮＲ

【００３２】となる。また、リングギヤＲからユニット
出力軸１４に出力されるトルク（以下「リングギヤトル
ク」という。）をＴＲとし、エンジン１１のトルク（以
下「エンジントルク」という。）をＴＥとし、発電機ト
ルクをＴＧとしたとき、ＴＲ、ＴＥ、ＴＧの関係は、図
３に示されているように、

【００３３】ＴＥ：ＴＲ：ＴＧ＝３：２：１

【００３４】となる。そして、ハイブリッド車両の通常
走行時においては、リングギヤＲ、キャリヤＣＲおよび
サンギヤＳは、いずれも正方向に回転させられ、図２
（Ｂ）に示されるように、リングギヤ回転数ＮＲ（＝出
力回転数ＮＯＵＴ）、エンジンの回転数ＮＥ、発電機回
転数ＮＧは、いずれも正の値を採る。

【００３５】そして、エンジントルクＴＥが、キャリヤ
ＣＲに入力され、このエンジントルクＴＥが、図１に示
されている第１カウンタドライブギヤ１５および発電機
１６の反力によって受けられる。その結果、図３に示さ
れているように、リングギヤＲからユニット出力軸１４
にリングギヤトルクＴＲが、サンギヤＳから伝達軸１７
に発電機トルクＴＧが出力される。

【００３６】上記リングギヤトルクＴＲおよび発電機ト
ルクＴＧは、プラネタリギヤユニット１３の歯数によっ
て決定されるトルク比でエンジントルクＴＥを按分する
ことによって得られ、トルク線図上において、リングギ
ヤトルクＴＲと発電機トルクＴＧとを加えたものがエン
ジントルクＴＥとなる。

【００３７】次に、本発明のハイブリッド車両の制御系
について、図４のブロック図に基づいて詳細に説明す
る。本実施形態の制御系を構成する制御手段は、車両制
御装置４１と、エンジン制御装置４２と、モータ制御装
置４３と、発電機制御装置４４とを有している。これら
の制御装置４１、４２、４３、４４は、例えばＣＰＵ
（中央処理装置）、各種プログラムやデータが格納され
たＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、ワーキングエ
リアとして使用されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メ
モリ）等を備えたマイクロコンピュータによって構成す
ることができる。

【００３８】さらに、この制御系は、運転者の車両駆動
力への要求度を示すアクセル開度αを検出するアクセル
センサ４５と、車速ｖを検出する車速検出手段である車
速センサ４６と、ブレーキ踏み量βを検出するブレーキ
センサ４７と、蓄電手段であるキャパシタ１９の充電容
量を検出する充電容量検出手段であるバッテリセンサ４
８とを備えている。それぞれのセンサ４５、４６、４
７、４８で検出された検出値は車両制御装置４１へ供給
される。

【００３９】車両制御装置４１は、ハイブリッド車両の
全体を制御するもので、次のような制御を行う。モータトルク指令値ＴＭ＊の決定アクセルセンサ４５から供給されたアクセル開度αと、
車速センサ４６から供給された車速ｖに応じたトルクを
決定し、これをモータトルク指令値ＴＭ＊としてモータ
制御装置４３へ供給する。また、後述する発電機１６の
回転数制御によって生ずるトルク変動は、電気モータ２
５の出力トルクＴＭを補正することによって吸収される
が、この補正のための補正トルクΔＴＭは、車両制御装
置４１において計算され、補正トルクΔＴＭ分が補正さ
れたモータトルク指令値ＴＭ＊がモータ制御装置４３へ
供給される。車両制御装置４１とモータ制御装置４３と
によって、トルク補正手段が構成される。

【００４０】キャパシタの目標蓄電率（目標電圧）の
決定とキャパシタの充電量の制御車両制御装置４１は蓄電手段の目標蓄電率を変更する変
更手段として作用する。キャパシタ１９の目標蓄電率
は、図５に示されているマップに基づき、車速ｖから求
められる。つまり、ある車速ｖ₀ で走行中の車両は、そ
の車速ｖ₀ の２乗に比例した運動エルネギを有するた
め、その車速ｖ₀ から回生制動を伴って減速した場合、
最大限減速された分の運動エネルギが回生電力として回
収できることとなり、キャパシタ１９は、回生された電
力を回収できる程度の余裕を、残存蓄電容量として有し
ている必要がある。つまり、発進時や低速走行時には十
分な駆動電力を電気モータ２５へ供給できる程度の蓄電
率を有し、減速時には回生電力を回収できる程度の残存
蓄電容量を有するような蓄電率を制御目標値とし、この
目標値を車速ｖやアクセル開度αなどに基づき適宜変更
する。具体的には次の様に定められる。キャパシタ１９
の最大蓄電エネルギをＥｍａｘとすると、目標蓄電エネ
ルギＥｔは、次式で表される。

【００４１】Ｅｔ＝Ｅｍａｘ−（１／２・Ｍ・ｖ₀ ²）・η・ｋ・・・式（１）

【００４２】ここで、Ｍは車両の質量、ηは電気エネル
ギへ変換する際の損失率、ｋは運動エネルギから電気エ
ネルギへ変換する際の変換定数である。一方、電気モー
タ２５の駆動を確保するためには、常時一定量の蓄電量
Ｅｍｉｎは確保されている必要があり、これらの関係を
図に表すと、上記図６に示されているマップとなる。こ
のように蓄電量に下限値を設けることによって、常時安
定した電力の供給が確保され、車両の安定した走行が担
保される。また、キャパシタ１９は、エネルギの残量が
出力電圧Ｖｃの２乗に比例する。このため、キャパシタ
１９に蓄積されたエネルギＥｃは、次式で表される。

【００４３】Ｅｃ＝１／２・Ｃ・Ｖｃ² ・・・式（２）

【００４４】ここで、Ｃは、蓄電容量である。上記関係
を図に表すと、図７に示されているマップのようにな
る。式（２）から、Ｅｍａｘ＝１／２・Ｃ・Ｖｍａｘ
² 、Ｅｔ＝１／２・Ｃ・Ｖｔ² となり、該２の式と式
（１）とにより、次式が得られる。

【００４５】１／２・Ｃ・Ｖｍａｘ² ＝（１／２・Ｍ・ｖ₀ ²）・η・ｋ＋１／２・Ｃ・Ｖｔ² ・・・式（３）

【００４６】つまり、この関係は、図６に図７を加えた
図となり、上記図５に示されているマップとなる。この
図５のマップに基づき、車両制御装置４１は、車速ｖか
らその時の目標電圧Ｖｔを算出する。本実施形態で
は、蓄電手段としてキャパシタを用いており、蓄電量に
応じて出力電圧Ｖｃが定まるので、キャパシタ１９の出
力電圧（以下「キャパシタ電圧」という）Ｖｃを蓄積エ
ネルギとして制御対象量とすることができる。従って、
バッテリセンサは、キャパシタの出力電圧を検出し、車
両制御装置４１へ検出値を供給する。そして、車両制御
装置４１は、目標蓄電率の代わりに目標電圧Ｖｔを求
め、キャパシタ電圧Ｖｃが目標電圧Ｖｔとなるように、
発電機回転数ＮＧを制御して、キャパシタ１９へ充電さ
れる電力を調整する。車両制御装置４１と発電機制御装
置４４によって、または、さらにモータ制御装置４３と
によって蓄電量制御手段が構成され、特に車両制御装置
４１と発電機制御装置４４とによって発電機制御手段が
構成される。

【００４７】エンジンの制御上記制御によって、求められた目標電圧Ｖｔと、キャパ
シタ電圧Ｖｃとの誤差Ｖｄと、その時のアクセル開度α
から、図８に示されているマップに基づきエンジン増速
回転数ΔＮＥを決定し、該決定値に基づきエンジン回転
数ＮＥを求め、該回転数となるようにエンジン１１を制
御する。なお、ΔＮＥから求められる後述の発電機増速
回転数ΔＮＧが小さくなり、制御効率がかえって悪化す
るため、−５００＜ΔＮＥ＜５００の範囲では、ΔＮＥ
＝０とされる。また、車両制御装置４１は、エンジン制
御装置４２に対してエンジンＯＮ／ＯＦＦ信号を供給す
る。具体的には、例えば、イグニッションキーのＯＮ／
ＯＦＦに応じて、エンジンのスロットルＯＮ／ＯＦＦ信
号を供給する。また、イグニッションのＯＮ／ＯＦＦに
応じることなく、走行中にエンジンをＯＮ／ＯＦＦした
り、スロットルを開閉することも可能である。

【００４８】発電機の制御発電機制御装置４４に対して、発電機１６の制御目標回
転数ＮＧ＊を供給する。発電機回転数ＮＧは、エンジン
増速回転数ΔＮＥ、誤差電圧Ｖｄおよびアクセル開度α
から得られた発電機増速回転数ΔＮＧに応じて、上記制
御目標回転数ＮＧ＊を決定する。

【００４９】ブレーキＢの制御車両制御装置４１は、ブレーキＢを動作させる電磁バル
ブ５４へＯＮ／ＯＦＦ信号を供給する。電磁バルブ５４
は、供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて電磁バルブ
５４に内蔵されているソレノイドが作動し、例えばＯＮ
信号の場合には、ソレノイドが作動してバルブが開放さ
れ、オイルポンプからの圧油をブレーキアクチュエータ
へ供給して、ブレーキＢを係合状態とし、ＯＦＦ信号の
場合には、バルブが閉鎖されてブレーキＢの係合を解除
する。発電機１６の回転数を零に制御する場合には、ブ
レーキＢを係合させることにより、制御のための電力を
節約することができる。本実施形態において用いられる
ブレーキＢはいかなる種類のブレーキでもよい。この場
合、湿式ブレーキ、乾式ブレーキのいずれでもよいが、
回転数を制御しやすい点で湿式ブレーキを用いることが
好ましい。係合制御手段は、電磁バルブ５４とブレーキ
アクチュエータとを備えた油圧回路と、車両制御装置４
１とから構成される。

【００５０】次に、他の制御装置について説明する。エ
ンジン制御装置４２は、車両制御装置４１から入力され
る選択指令信号に基づいて、エンジン１１を、エンジン
トルクを出力している駆動状態（ＯＮ状態）と、エンジ
ントルクを発生させていない非駆動状態（ＯＦＦ状態）
とに切換える。また、エンジン１１に設けられた回転数
センサから入力される実際のエンジン回転数ＮＥに応じ
てスロットル開度θを制御することで、エンジン１１の
出力を制御する。このエンジン回転数ＮＥは、車両制御
装置４１へ供給される。

【００５１】モータ制御装置４３は、ＴＭ＝ＴＭ＊とな
るように、電気モータ２５の電流（トルク）ＩＭを制御
する。これによって、常時定められたトルクＴＭ＊が維
持される。車両制御装置４１とモータ制御装置４３とに
よって、トルク補正手段が構成される。さらにモータ制
御装置４３は、電気モータ２５の実回転数ＮＭと出力ト
ルクＴＭをモニターし、その値をそれぞれ車両制御装置
４１へ供給する。

【００５２】発電機制御装置４４は、発電機１６の回転
数ＮＧを制御し、車両制御装置４１から入力される制御
目標回転数ＮＧ＊となるように、電流（トルク）ＩＧを
制御する。また、発電機制御装置４４は、発電機１６の
出力トルクＴＧと、発電機１６の実回転数ＮＧをモニタ
ーし、その値をそれぞれ車両制御装置４１へ供給する。
車両制御装置４１と発電機制御装置４４とによって、発
電機制御手段が構成される。

【００５３】次に、以上のように構成された本実施形態
のハイブリッド車両の車両制御装置４１の動作について
説明する。図９は、車両制御装置４１の制御動作を示す
フローチャートである。アクセルセンサ４５からアクセ
ル開度αを、ブレーキセンサ４７からブレーキ踏み量β
を検出し（ステップＳ１０１）、車速センサ４６から車
速ｖを検出し（ステップＳ１０２）、バッテリセンサ４
８からキャパシタ電圧Ｖｃを検出する（ステップＳ１０
３）。

【００５４】図５に示されているマップに基づき、検出
された車速ｖに応じたキャパシタ１９の目標電圧Ｖｔを
求め（ステップＳ１０４）、求めた目標電圧Ｖｔと検出
されたキャパシタ電圧Ｖｃの誤差電圧Ｖｄ（＝Ｖｔ−Ｖ
ｃ）を求める（ステップＳ１０５）。

【００５５】次に、検出されたアクセル開度αとブレー
キ踏み量βから、走行のために要求されるトルクＴｃを
演算する（ステップＳ１０６）。さらに、ブレーキ踏み
量βが予め設定されている閾値βｅｏｆより大きいか否
かを判断する（ステップＳ１０７）。

【００５６】ブレーキ踏み量βが閾値βｅｏｆより小さ
い場合には、図８のマップに基づき、誤差電圧Ｖｄとア
クセル開度αとよりエンジン増速回転数ΔＮＥを演算し
（ステップＳ１０８）、エンジン増速回転数ΔＮＥから
発電機増速回転数ΔＮＧ＊（＝３・ΔＮＥ）を演算し
て、目標回転数ＮＧ＊とし（ステップＳ１０９）、この
目標回転数ＮＧ＊を発電機制御装置４４へ供給する（ス
テップＳ１１０）。

【００５７】回転数制御の結果、発生する発電機１６の
トルクＴＧを発電機から検出し（ステップＳ１１１）、
ステップＳ１０６で求めた要求トルクＴｃから発電機１
６のトルクＴＧ分を補正した値を電気モータ２５の出力
トルクＴＭ＊（＝Ｔｃ−３ＴＧ）として（ステップＳ１
１２）、電気モータ２５へ供給する（ステップＳ１１
３）。

【００５８】一方、ステップＳ１０７において、ブレー
キ踏み量βが閾値βｅｏｆより大きいと判断された場合
には、発電機１６にエンジン停止をさせる回転数を指令
する（ステップＳ１１４）。また、この時電気モータ２
５は回生駆動するため、Ｔｃは負の値となっている。

【００５９】次に、誤差電圧Ｖｄが負の値であるか否
か、即ち目標電圧Ｖｔがキャパシタ電圧Ｖｃよりも小さ
いか否かを判断する（ステップＳ１１５）。誤差電圧Ｖ
ｄが正の値である場合、つまり目標電圧Ｖｔよりもキャ
パシタ電圧Ｖｃが小さい場合には、ステップＳ１０６で
求められたトルク値Ｔｃを、モータトルク指令値ＴＭ＊
（＝Ｔｃ）として（ステップＳ１１６）、電気モータ２
５へ供給する（ステップＳ１１３）。

【００６０】誤差電圧Ｖｄが負の値である場合、つまり
目標電圧Ｖｔよりもキャパシタ電圧Ｖｃが大きい場合に
は、ステップＳ１０６で求められたトルク値Ｔｃに係数
ｒ乗した値をモータトルク指令値ＴＭ＊（＝Ｔｃ・ｒ）
（ｒ≦１．０）として（ステップＳ１１７）、これを電
気モータ２５へ供給する（ステップＳ１１３）。これに
より、電気モータ２５における回生電力量が減少させら
れ、過充電が抑制される。

【００６１】上記制御動作において、ブレーキ踏み量β
が小さい場合には（閾値βｅｏｆより小さい場合）、発
電機回転数が制御され、発電機回転数の変化による出力
トルクの変動分はモータトルクを調整することにより補
正される。

【００６２】以上の説明を、図１０に示されているタイ
ムチャートに基づいて説明する。停止状態から発進する
場合（時刻ｔ₀ ）、低速走行時には電気モータ２５の駆
動力が駆動輪出力となって走行するので、キャパシタ１
９の電力消費量が大きい。このため、目標電圧Ｖｔは大
きく設定され車速ｖの上昇とともに値は低く変化する。
加速が終わっても（時刻ｔ₂ ）、キャパシタ電圧Ｖｃが
目標電圧Ｖｔより小さい間は、発電機１６の回転数を上
げてキャパシタ１９へ供給する電力量を増加させる（時
刻ｔ₀ 〜ｔ₃ ）。そして、車速ｖに応じた目標電圧Ｖｔ
が設定される。制動時においては、電気モータ２５の回
生電力によってキャパシタ電圧は上昇するが（時刻ｔ₄
〜ｔ₅ ）、目標電圧Ｖｔが予め車速ｖに応じた回生電力
を見込んで設定されているため、電気モータ２５の回生
電力によってキャパシタ１９が過充電されることはな
い。

【００６３】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態について説明する。第２実施形態では、車両制御装
置４１の制御動作が第１実施形態と異なる。以下、第１
実施形態と異なる部分のみを説明し、他の構成について
は、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【００６４】電気モータ２５の最高回転数は、電源電圧
にほぼ比例するため、高速走行時には蓄電量を高く維持
し電圧を高くすることが好ましい。つまり、本実施形態
の場合にはキャパシタ電圧Ｖｃとモータの最高回転数Ｒ
ｍａｘとの関係が、Ｒｍａｘ＝ｋ・Ｖｃ（ｋはモータの
設計パラメータによる比例定数）となり、図１１のマッ
プで示される。一方、車速ｖはモータの回転数に比例す
るため、目標電圧Ｖｔと車速ｖの関係を表すと、Ｖｔ＝
ｈ・ｖ（ｈは比例定数）となり、これを図５のマップに
重ねて表すと、図１２に示されているマップのようにな
る。

【００６５】つまり、目標電圧Ｖｔは、予め設定された
速度、即ち、車速に対するキャパシタの必要出力電圧Ｖ
ｃが、図５に示されている目標電圧Ｖｔの値と等しくな
る速度以上の速度領域（高速域）では、高車速からの加
速を保証するために、車速の上昇に応じて高く設定さ
れ、他の領域では減速時に発生する回生電力を考慮し
て、車速ｖの上昇に応じて低くなるように設定され、ま
た、低速域では、低速からの加速に備えるために、車速
ｖの減速に応じて高く設定される。従って、図１３に示
されているように、高速走行時（ａ点）に加速して、エ
ンジン発電出力を走行抵抗が越えてしまっても、キャパ
シタ電圧Ｖｃが十分であるためエネルギ不足が生じにく
くなる。

【００６６】上記のように本第２実施形態では、目標電
圧Ｖｔを設定するための制御動作が異なるだけで、他の
制御動作は図９に示されているフローチャートと同様に
行われる。

【００６７】＜第３実施形態＞図１４は、いわゆるシリ
ーズ式ハイブリッド車両の概念図である。このハイブリ
ッド車両は、エンジン７１とエンジン７１の出力する駆
動力によってロータを回転させて発電する発電機７２
と、発電機７２の発電した電力を蓄電する蓄電手段７３
と、蓄電手段７３から駆動電力を得て駆動する電気モー
タ７４と、電気モータ７４の駆動力によって回転する駆
動輪７５とを有している。この実施形態では、走行状態
によらず発電量は任意に調整することができるので、蓄
電手段の蓄電量を容易に目標蓄電量に合わせることがで
きる。つまり、エンジン７１のスロットル開度を調整し
てエンジン７１の回転数を調整したり、エンジン７１を
止めることにより蓄電手段の蓄電量を調整することがで
きる。

【００６８】＜第４実施形態＞図１５は、いわゆるパラ
レル式ハイブリッド車両の概念図である。このハイブリ
ッド車両は、エンジン８１と、電気モータ８２とエンジ
ン８１の出力と電気モータ８２の出力を接続するクラッ
チ８３と、電気モータ８２へ駆動電力を供給する蓄電手
段８４と、エンジン８１および電気モータ８２から伝達
される駆動力によって回転する駆動輪８５とを有してい
る。

【００６９】クラッチＯＮ状態では、エンジン８１と電
気モータ８２の駆動力が、駆動輪８５へ伝達され、クラ
ッチＯＦＦ状態では電気モータ８２の駆動力のみ駆動輪
８５へ伝達される。また、減速時には、電気モータ８２
で回生された電力が蓄電手段８４へ供給される。この実
施形態においては、蓄電量の調整は、エンジン８１のス
ロットル開度の調整、クラッチのＯＮ／ＯＦＦ、エンジ
ン８１の燃料カット、エンジン８１に接続された変速装
置の変速段の変更などによって可能となる。また、走行
中の例えば引き摺り抵抗と空気抵抗などを合わせた走行
抵抗を上回る程のエンジントルクを発生させた場合に
は、余分なエンジントルクで、電気モータ８２を回生駆
動させ、蓄電することもできる。

【００７０】以上説明した各実施形態においては、蓄電
手段としてキャパシタの他に他の蓄電手段を用いること
ができる。例えば、二次電池、フライホイール・バッテ
リ、油（空）圧アキュムレータなどが挙げられる。二次
電池としては、鉛蓄電池、アルカリ蓄電池などが挙げら
れ、具体的には、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池、
ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、リチウム電池
などが挙げられる。残存蓄電容量は、出力の積算値（ｋ
ｗｈ、Ａｈ）、開放電圧、Ｉ−Ｖ特性などから検出する
ことができる。

【００７１】フライホイール・バッテリは、フライホイ
ールに同軸に配置されたモータで、フライホイールを駆
動・回生することにより、電力の授受を行う蓄電手段で
ある。残存蓄電容量は、フライホイールの回転数により
検出することができる。

【００７２】油（空）圧アキュムレータは、アキュムレ
ータに連結された油（空）圧ポンプによりアキュムレー
タに油（空）圧を出し入れすることにより、電力の授受
を行う蓄電手段である。残存蓄電容量は、油（空）圧値
により検出することができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明した請求項１に記載の発明は、
走行状態に応じて目標蓄電率を変更することによって、
過蓄電、過放電によるエネルギロスが抑制されるので、
ハイブリッド車両全体の高効率化を図ることができ、蓄
電手段自体の劣化も少なくすることができる。さらに、
蓄電手段を効率良く利用することが可能となるので、従
来よりも蓄電容量の小さな蓄電手段を用いることが可能
となり、車両全体の軽量化、小型化を図ることができ
る。

【００７４】請求項２に記載の発明は、車速の上昇に応
じて目標蓄電率を減少させているので、減速によって生
ずる回生電力による蓄電手段の過充電が抑制される。

【００７５】請求項３に記載の発明は、発電機の回転数
を制御することによって、蓄電手段の蓄電率を細かく制
御することができ、さらに高いエネルギ効率を得ること
ができるとともに、蓄電手段の寿命もより延ばすことが
できる。

【００７６】請求項４に記載の発明は、発電機回転数制
御によるトルク変動を補正するトルク補正手段を設ける
ことによって、駆動輪へ伝達されるトルクの変動を抑制
することができ、ショックの少ない良好な走行感覚を確
保することができる。

【００７７】請求項５に記載の発明は、蓄電手段として
キャパシタを用いた場合には、高速走行時において、車
速の上昇に応じて目標充電率を高く設定することによ
り、高速走行時の加速に対して十分な駆動電力を供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるハイブリッド車
両の駆動装置を示す概念図である。

【図２】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットの概念図および速度線図である。

【図３】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットのトルク線図である。

【図４】本発明の第１実施形態における制御系の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の第１実施形態におけるハイブリッド車
両の車速と目標電圧の関係を示す説明図である。

【図６】本発明の第１実施形態において、車両の運動エ
ネルギのみを考慮して決められる目標蓄電エネルギＥｔ
と車速の関係を示すマップである。

【図７】本発明の第１実施形態において、キャパシタ電
圧とキャパシタの蓄積エネルギの関係を示すマップであ
る。

【図８】本発明の第１実施形態において、エンジン増速
回転数を求める関係図である。

【図９】本発明の第１実施形態における車両制御装置の
制御動作を示すフローチャートである。

【図１０】本発明の第１実施形態における車両制御装置
の制御動作を示すタイムチャートである。

【図１１】本発明の第２実施形態において、キャパシタ
電圧とモータ最高回転数の関係を示す関係図である。

【図１２】本発明の第２実施形態におけるハイブリッド
車両の車速と目標電圧の関係を示す説明図である。

【図１３】本発明の第２実施形態におけるハイブリッド
車両の車速とエンジン発電出力の関係を示す関係図であ
る。

【図１４】本発明の第３実施形態の構成を示す概念図で
ある。

【図１５】本発明の第４実施形態の構成を示す概念図で
ある。

【図１６】従来の充電量制御方法における充電量の変化
を示す、タイムチャートである。

【符号の説明】

１１エンジン１３プラネタリギヤユニット（差動歯車装
置）１６発電機１９キャパシタ（蓄電手段）２１ロータ２５電気モータ３１カウンタシャフト（駆動出力軸）４１車両制御装置４２エンジン制御装置４３モータ制御装置４４発電機制御装置４５アクセルセンサ４６車速センサ４７ブレーキセンサ４８バッテリセンサ５４電磁バルブＢブレーキＣＲキャリヤ（第１歯車要素）Ｓサンギヤ（第２歯車要素）Ｒリングギヤ（第３歯車要素）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６０Ｌ 11/14 Ｂ６０Ｋ 9/00 ＺＨ０２Ｊ 7/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンと、駆動輪へ駆動力を出力する電気モータと、前記電気モータへ駆動電力を供給する蓄電手段と、車速を検出する車速検出手段と、検出された車速に応じて蓄電手段の目標蓄電率を変更す
る変更手段と、前記蓄電手段に供給される電力が目標蓄電率になる様に
制御する蓄電量制御手段とを有することを特徴とするハ
イブリッド車両。
【請求項２】前記変更手段は、車速の上昇に対応して
前記蓄電手段の目標蓄電率を減少させることを特徴とす
る請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】更に、回転数制御可能な発電機と、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に、第２の歯車
要素が前記発電機のロータに、第３の歯車要素が前記駆
動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸に連結された差動歯
車装置とを有し、前記蓄電量制御手段は、前記目標蓄電率に応じて前記発
電機の回転数を制御する発電機制御手段である請求項１
または２に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】さらに発電機制御手段による回転数制御
によって生ずるトルク変動に応じて、前記電気モータの
モータ出力トルクを補正するトルク補正手段を有する請
求項３に記載のハイブリッド車両。
【請求項５】前記蓄電手段は、キャパシタを有し、車速に対する前記キャパシタの必要出力電圧が、前記目
標蓄電率における出力電圧より大きい領域では、車速の
上昇に応じて目標蓄電率を高く設定する請求項１ないし
４のいずれかに記載のハイブリッド車両。