JPH099415A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ハイブリッド車両において、制動時のエンジン
ブレーキを小さくして回生電力を増大させ、高負荷時の
モータによるエンジンの補完を有効に行ってエンジンの
小型化および燃費の向上を図る。 【構成】制動時において、エンジンの回転数が高いとエ
ンジンブレーキが大きく作用し、その分、回生制動によ
って得られる回生電力が少なくなる。そこで、制動時に
は、変速点を低速側に移動させ、エンジン全体の回転数
を低めにする。これによって回生電力が増大し、電源の
電力の備蓄が多くなる。図５（ａ）の従来の変速点に対
して、（ｂ）では、減速時の３→２の変速点を低速側に
移動させ、かつ２→１の変速点をなくしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、出力軸に対する直接的な駆動源
としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両において、出力軸を回転
駆動する駆動源としてエンジンおよびモータを搭載し
た、いわゆるパラレルタイプのハイブリッド車両が知ら
れている。

【０００３】このものは、シリーズタイプのハイブリッ
ド車両がエンジンをもっぱら発電用に使用し、これによ
って得られる電力により駆動源としてのモータを回転駆
動するのとは異なり、エンジンとモータの双方が駆動源
として出力軸に連結されており、車両の走行状況に応じ
て、これらが適宜に使い分けられる。例えば、市街地で
はモータで走行して排気ガスの排出をなくし、また、郊
外ではエンジンで走行して航続距離を伸ばす。さらに、
登坂時や高積載時等の高負荷走行時において、エンジン
の駆動力が不足したときには、その不足分をモータで補
完して走行する。このように、エンジンのみによる駆動
力不足をモータで補うことができるため、エンジン自体
を小型化することができる。そして、小型化したエンジ
ンの高効率領域を使用して走行する機会が増えるため、
エンジンの低燃費化を実現することができる。

【０００４】上述のハイブリッド車両においては、回生
制動を行うものが知られている。走行中の車両本体の制
動時に、上述のモータを発電機として使用する。制動時
に、発電機としてのモータは、出力軸によって回転さ
れ、これによってモータには回生電力が発生する。この
回生電力は、モータの電源（例えばバッテリ）に返還さ
れる。車両本体が有していた運動エネルギの一部が回生
電力として有効に電源に備蓄されるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ハイブリッド車両によると、出力軸には、モータ以外に
もエンジンが連結されているため、制動時の出力軸の回
転は、モータ以外にこのエンジンにも伝達される。した
がって、車両のもっていたエネルギーは、一部、エンジ
ンブレーキによって失われ、その分、有効に回収される
回生電力が減少してしまうという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は、制動時にエンジンブレ
ーキによって消失されるエネルギーを減少させてその
分、回生電力を増加させるようにしたハイブリッド車両
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みてなされたものであって、エンジンとモータとを備
え、少なくとも一方の動力を出力軸に伝達するととも
に、前記エンジンと出力軸との間に配設された多段自動
変速機を介して変速を行うハイブリッド車両において、
前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モ
ータから回生電力の返還を受ける電源を備え、前記車両
本体の回生制動時に、前記多段自動変速機の変速段を決
定する変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動さ
せることを特徴とする。

【０００８】次に、エンジンとモータとを備え、少なく
とも一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エン
ジンと出力軸との間に配設された無段自動変速機を介し
て変速を行うハイブリッド車両において、前記モータに
電力を供給する一方、発電機としての該モータから回生
電力の返還を受ける電源を備え、前記車両本体の回生制
動時（駆動軸の従動回転時）に前記変速比をより小さく
設定することを特徴とする。

【０００９】なお、上述の多段自動変速機または無段自
動変速機がロックアップ機構付きのトルクコンバータを
有する場合において、前記車両本体の回生制動時に、前
記ロックアップ機構を解除するようにするとよい。

【００１０】

【作用】以上構成に基づき、上述のハイブリッド車両に
おいては、エンジンとモータとはその出力軸を共通とし
ている。したがって、例えば、制動時の出力軸の回転
は、エンジンおよびモータに伝達される。このうちモー
タに伝達された出力軸の回転は、モータを回転させて回
生電力を発生させる。この回生電力は、電源に返還され
て有効に備蓄される。一方、出力軸の回転のうち、エン
ジンに伝達されるものは、エンジンブレーキとして失わ
れる。すなわち、制動時に車両本体がもっていた運動エ
ネルギーは、一部、回生電力として有効に電源に備蓄さ
れ、一部、エンジンブレーキによって消失される。な
お、運動エネルギーは他に、例えばフットブレーキの摩
擦熱や、運動部分の内部抵抗によって消費されるものも
あるが、以下の説明においては、これらについての説明
は省略し、もっぱら回生電力とエンジンブレーキとに着
目して説明するものとする。すなわち、エンジンブレー
キによって消費されるエネルギーが多いとその分回生電
力が少なくなるものとして説明する。

【００１１】ところで、エンジンブレーキは、一般に、
エンジンの回転数が高い程、大きくなる。したがって、
例えば自動変速機が複数の変速段を有する場合、制動時
の出力軸の回転が同じときには、自動変速機の変速段が
低い程エンジンの回転数が高くなり、大きなエンジンブ
レーキが作用する。大きなエンジンブレーキによっては
多くのエネルギーが消費される。

【００１２】そこで、制動時には、多段自動変速機の変
速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向
に移動させる。これにより、エンジンの回転数を低めに
し、エンジンブレーキによって消費されるエネルギーを
低減させる。これにより、その分、回生電力を増大させ
て、電源に備蓄される電力が増加される。すなわち、制
動時の車両のもっていた運動エネルギーについて、消費
される部分を少なくして、その分備蓄に回るエネルギー
を増やすことができる。

【００１３】自動変速機が無段自動変速機の場合には、
制動時の変速比を低めに設定することで、上述の多段自
動変速機の場合とほぼ同様の作用を得ることができる。

【００１４】なお、上述の多段自動変速機あるいは無段
自動変速機がロックアップ機構付きのものである場合に
は、ロックアップ機構が作動しているときはとエンジン
ブレーキによる抵抗が大きくなる。そこで、ロックアッ
プ機構を解除することにより、エンジンの抵抗を低減さ
せることができ、その分、回生電力が増大される。

【００１５】

【実施例】以下、図面に沿って、本発明の実施例につい
て説明する。 〈実施例１〉図１に、本発明に係るハイブリッド車両の
駆動系の概略構成を示す。なお、以下の説明において
は、本発明に係るハイブリッド車両として前進３段の自
動変速機を搭載したものを例として説明を行うが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば、前進４
段、５段、さらには無段自動変速機に対しても、基本的
な構成を変更することなく適用することができる。ま
た、ハイブリッド車両全体の構成については、燃焼エン
ジンを搭載した一般的な車両（例えば、ガソリンエンジ
ンを搭載した自動車）とほぼ同様なので、その説明は省
略するものとする。

【００１６】図１の駆動系は、駆動源としてのエンジン
１、その出力側に連結された自動変速機２、その出力側
に連結された駆動源としてのモータ３、そしてさらにそ
の出力側に連結された出力軸５を備えている。ここで、
同図中、太い実線は駆動力の流れを示し、細い実線（モ
ータ３と後述の電源６との間に）は電力の流れを示すも
のとする。上述の出力軸５は、ディファレンシャル装置
を介し、フロントアクスルまたはリヤアクスルを介し
て、前輪または後輪（いずれも不図示）に連結されてい
る。上述のモータ３には、電源としてのバッテリ６が接
続されている。モータ３は、この電源６からの電力によ
って回転駆動され出力軸５に対してトルクを付与するい
わゆる一般的なモータとしての動作の他に、エンジン１
または出力軸５によって回転駆動されるときは、回生電
力を発生してこの回生電力をバッテリ６に変換するいわ
ゆる発電機として作用するように構成されている。

【００１７】なお、同図中、自動変速機２とモータ３と
の間には、クラッチ（不図示）を介装するようにしても
よい。このときは、自動変速機２とモータ３との間の動
力を接断することができるので、例えば、このクラッチ
を切ることで、モータ３の単独で出力軸５を回転させる
ことができる。

【００１８】また同一の出力軸５を共通にして、エンジ
ン１とモータ３とを並列に配置することもできる。例え
ば、エンジン１、自動変速機２、出力軸５を直列に連結
し、一方、この出力軸５に対して、ギヤ等を介してモー
タ３を連結する。このときは、ギヤ等を出力軸５または
モータ３から外すことで、モータ３と出力軸５との間の
動力伝達を絶つことができる。

【００１９】図２に、図１の自動変速機２とモータ３と
の配置を逆にした例を示す。すなわち、エンジン１の出
力側にまずモータ３を配置し、モータ３の下流側に自動
変速機２を配置し、そして自動変速機２の下流側に出力
軸５を配置した例である。同図中の太い実線および細い
実線は、図１と同様の内容を示す。この図２の構成にお
いては、上述と同様のクラッチ（不図示）は、エンジン
１とモータ３との間に介装することができる。

【００２０】ここで、上述の図１のものと図２のものと
を、エンジン１およびモータ３の双方の駆動力を出力軸
５に伝達する場合について比較してみると、図１の場合
は、エンジン１の回転は、まず自動変速機２で変速さ
れ、変速後の回転に対して、モータ３によって駆動力が
付加されて出力軸５から出力される。これに対し、図２
の場合は、まずモータ３によって駆動力が付加された
後、自動変速機２によって変速されて出力軸５から出力
される。なお、本発明においては、回生電流を発生させ
る場合も含めて、図１および図２のいずれの構成をも採
用することができる。

【００２１】以下では、図１の構成を例にしてさらに詳
述することにする。

【００２２】図３は、図１の駆動系に、制御系を加えた
ブロック図である。同図中、太い実線および細い実線
は、図１、図２と同様、それぞれ駆動力、電力の流れを
示し、点線は信号の流れを示す。

【００２３】本発明に係るハイブリッド車両は、上述の
駆動系としてのエンジン１、自動変速機２、モータ３、
出力軸５、バッテリ６に加えて、車両制御装置（制御装
置）９を主要構成要素として構成されている。そして、
動作の特徴は、制動時に変速点を低速側に移動させてエ
ンジン１全体としての回転を低くし、エンジンブレーキ
の作用を弱めて、その分、回生電力を増大させることに
ある。

【００２４】以下、詳述する。

【００２５】エンジン１には、車両制御装置９からのス
ロットル開度信号１１ｓに基づいてエンジン１の回転数
を制御するエンジン制御装置１１が連結されている。ま
たエンジン１の出力側には、自動変速機２が連結されて
いる。

【００２６】自動変速機２としては、例えば、複数段の
多段自動変速機を使用することができる。なお、本実施
例では、前進３段の多段自動変速機２を例に説明する。
多段自動変速機２には、車両制御装置９からの変速信号
１２ｓによって作動する変速アクチュエータ１２が接続
されており、この変速アクチュエータ１２の作動に基づ
いて、多段自動変速機２の変速がなされるようになって
いる。多段自動変速機２に出力側には、モータ３が連結
されている。

【００２７】モータ３は、バッテリ６からの電力の供給
を受けて回転駆動される一方、発電機としても作用す
る。すなわち、モータ３は、エンジン１によって自動変
速機２を介して回転駆動されたときは、回生電力を発生
し、この回生電力がバッテリ６に返還される。また、モ
ータ３には、車両制御装置９からのトルク指令値信号１
３ｓに基づいてモータ３の動作を制御する駆動モータ制
御装置１３が接続されている。モータ３の出力側には、
出力軸５が連結されている。

【００２８】出力軸５は、ディファレンシャル装置等を
介して左右のアクスル（いずれも不図示）が連結されて
いる。

【００２９】バッテリ６には、バッテリ６の残存電力容
量を検出するバッテリ状態検出装置７が接続されてい
る。この検出結果は、バッテリ残量信号７ｓとして、車
両制御装置９に入力される。

【００３０】車両制御装置９は、さらに、車速センサ１
５、アクセルペダル１６、ブレーキペダル１７が接続さ
れており、それぞれからは車速信号１５ｓ、アクセル開
度信号１６ｓ、ブレーキ踏み込み量１７ｓが入力され
る。

【００３１】図４にエンジン１の回転数と、エンジンブ
レーキによる負のエンジントルクとの関係を図示する。
同図より、エンジンブレーキの作用は、エンジン１の回
転数が高い程大きくなることがわかる。すなわち、本実
施例においては、制動時の車両本体がもっていた運動エ
ネルギーは、一部、エンジンブレーキで消耗され、また
一部、回生電力となって電源に返還される。そして、エ
ンジンブレーキの作用が大きい程、つまりエンジンの回
転数が高い程、エンジンブレーキで消費されるエネルギ
ーが多くなり、その分、回生電力に回されるエネルギー
が少なくなってしまう。そこで、本実施例では、制動時
に自動変速機の変速段のシフトアップを行ってエンジン
の回転数を下げて、回生電力を増加させるようにしてい
る。すなわち、変速段を決定する変速点を、高速段領域
が拡大される方向に移動させて、回生電力を増すように
している。

【００３２】そのシフトアップの様子を図５（ａ）、
（ｂ）に示す。（ａ）は、車速とアクセル開度の関係に
おける変速点を図示する。実線の１→２および２→３
は、加速時の１速から２速への、また２速から３速への
変速点を示す。一方、点線の３→２および２→１は、減
速時の３速から２速への、また２速から３速への変速点
について図示したものである。（ｂ）は、減速時の変速
点を低速側に移動させる例として、３→２の変速点を実
線の段差で示すように、低速側に移した例を示す。制動
時に、車速が落ちて、従来では３→２の変速を行う車速
（図５（ｂ）の点線参照））になっても、この変速は行
わず、さらに車速が落ちたときに変速を行う（同図の実
線）。こうすることで、制動時のエンジン１の回転が全
体的に低めになり、制動時の車両本体の運動エネルギー
のうちのエンジンブレーキによって消費される分が減少
する。これに伴い、回生電力に回されるエネルギーが増
加することになる。なお、図５（ｂ）においては、従来
の制動時に行っていた２→１の変速を行わないようにし
ている。

【００３３】次に、図６のフローチャートを参照して、
動作について説明する。

【００３４】スタート（Ｓ１）後、車両制御装置（図３
参照）９によって、ブレーキがオンされたか否かを検出
する（Ｓ２）。オンされていないときはリターン（Ｓ
３）に進む。一方、オンされているときは、図５（ｂ）
に基づいた変速を行う（Ｓ４）。このとき、エンジン１
はフェルカットを行い、さらにスロットルロスを低減す
べくスロットルを開く（Ｓ５。スロットル開度θを１０
０％とする。）。そして回生ルーチン（Ｓ６）に入る。

【００３５】以上のようにすることで、回生制動時の回
生電力を増加させて、バッテリ６に返還されるエネルギ
ーを増やすことができる。この増加したエネルギーは、
モータ３を介して出力軸５の回転に利用することができ
る。例えば、高負荷走行時に、エンジン１の駆動力を補
完するときにモータ３をバッテリ６によって回転駆動さ
せる。このとき、上述の回生電力が有効に利用される。
したがって、エンジン１の負担分を減少させることがで
き、燃費の向上を実現することができる。言い換える
と、制動時において、車両の運動エネルギーは、従来、
エンジン１のエンジンブレーキによって多く失われてい
たが、本発明によって、エンジンブレーキによって失わ
れるエネルギーを低減して回生電力を増大させることが
でき、さらにこの回生電力をその後の車両本体の走行に
有効に利用することが可能であるため、全体として燃費
の向上を図ることが可能となる。 〈実施例２〉図７に実施例２のフローチャートを示す。
実施例２では、上述の実施例１における自動変速機２が
ロックアップ機構付のトルクコンバータを備えている場
合について説明する。

【００３６】トルクコンバータを備えた自動変速機２に
おいて、ロックアップ機構を動作させると、エンジン１
の回転はトルクコンバータの流体を介することなく、ロ
ックアップ機構を介して機械的に直結された出力軸に伝
達される。このため、制動時には、エンジンブレーキの
作用が増すことになる。

【００３７】そこで、エンジンブレーキの増大に伴う回
生電力の低下を防止すべく、制動時には、ロックアップ
ク機構を解除する（Ｓ１５、Ｓ１６）ようにする。

【００３８】なお、図７中、Ｓ１１〜Ｓ１４、およびＳ
１７、Ｓ１８は、それぞれ実施例１の図６中のＳ１〜Ｓ
４、およびＳ５、Ｓ６に対応するので、これらについて
の説明は省略するものとする。

【００３９】上述の前進３段の自動変速機２において、
オイルポンプ、クーラー等のいわゆる補器類を良好に作
動させるべくエンジン１の回転数の最低限の規制が設け
られている場合には、制動時においても、エンジン１が
その回転数以上の回転を保持する必要がある。しかし、
これらの規制がない場合には、回生電力のみを考慮した
場合には、制動時のシフトダウンは行わずに３速のまま
停止するのが好ましい。このときがエンジンブレーキに
よって消費されるエネルギーが最低で、したがって、回
生電力に回されるエネルギーが最大になるからである。

【００４０】以上は、ブレーキオン時の回生制動につい
て述べたが、アクセルオフ時のエンジンブレーキについ
ても同様の効果が得られる。すなわちアクセルオフでア
ップシフトしてエンジンブレーキ力を弱め、その弱めた
分に相当する力をモータの駆動に当てて回生を行うこと
により、減速エネルギーを有効に回収することができ
る。この制御は、例えば、図６中の（Ｓ２）で、ブレー
キオンの代わりに、アクセルオフを判定することにより
達成することができる。

【００４１】上述の実施例１、実施例２において、本発
明を説明したが、本発明は、これらに限定されるもので
はない。

【００４２】例えば、実施例のはじめに述べたように、
前進４段、前進５段の自動変速機や無段自動変速機に対
してもそのまま流用することが可能である。

【００４３】また、制動時に、回生電力を増大させるた
めに行う変速点の低速側への移動には、変速点をなくす
場合も含めるものとする。この例としては、図５（ｂ）
で２→１の変速点を省略したものがある。

【００４４】さらに、上述の実施例１または実施例２に
おいては、電源としてバッテリ６を使用したが、これに
代えて、キャパシタ、フライホイール・バッテリ、
油（空）圧アキュムレータ等を使用することができ
る。

【００４５】の場合、大容量のコンデンサを使用する
ことができる。この場合、ＳＯＣは、キャパシタの電圧
を介して検出する。

【００４６】の場合、フライホイール用モータと同軸
にフライホイールを配置し、モータの回転は、フライホ
イールの回転に基づいて発生する電力によって行い、一
方、例えばエンジンでモータを回転駆動することで、回
生電力を発生させ、この電力によってフライホイール用
モータによりフライホイールを回転させる。すなわち、
モータに供給するエネルギおよびモータから返還される
エネルギを、フライホイールの運動エネルギーとして蓄
えるものである。

【００４７】のものは、油（空）アキュムレータに連
結された油（空）圧ポンプによってアキュムレータに油
（空）を出し入れすることで、モータに対する電力の出
し入れを行うものである。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
エンジンとモータとを有するハイブリッド車両におい
て、車両本体の制動時に、多段自動変速機の変速点を、
高速段領域が拡大される方向に移動させたり、無断自動
変速機の変速比をより小さくしたりすることで、制動時
のエンジン全体としての回転を低めて、エンジンブレー
キによって消費されてしまうエネルギーを低減させ、回
生電力に回されるエネルギーを増加させることができ
る。このため、例えば、高負荷時等において、エンジン
の駆動力が不足した場合でも、モータによる駆動力の補
完を良好に行うことができる。したがって、エンジンを
小型化することができる。さらには、小型化したエンジ
ンの、高効率領域を有効に使用することができるので、
燃費の向上を図ることができる。なお、燃費の向上につ
いては、電源に返還される回生電力が増大することによ
って、エンジンの駆動力を補完すべく電源によってモー
タを有効に回転駆動させることができることに基づいて
も、直接的に実現することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のハイブリッド車両の駆動系を示すブ
ロック図。

【図２】実施例１のハイブリッド車両の他の駆動系を示
すブロック図。

【図３】実施例１のハイブリッド車両の駆動系および制
御系を示すブロック図。

【図４】エンジンの回転数とエンジンのトルクとの関係
を示す図。

【図５】実施例１の、変速点を低速側に移動させる例を
示す図。

【図６】実施例１のフローチャート。

【図７】実施例２のフローチャート。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 自動変速機（多段自動変速機） ３ モータ ５ 出力軸 ６ 電源（バッテリ） ７ 残量検出手段（バッテリ状態検出手段） ９ 制御装置（車両制御装置） １１ エンジン制御装置 １２ 変速アクチュエータ １３ 駆動用モータ制御装置 １５ 車速センサ １６ アクセルペダル １７ ブレーキペダル

───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｆ１６Ｈ 59:50

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンとモータとを備え、少なくとも
   一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジン
   と出力軸との間に配設された多段自動変速機を介して変
   速を行うハイブリッド車両において、 前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モ
   ータから回生電力の返還を受ける電源を備え、 前記車両本体の回生制動時に、前記多段自動変速機の変
   速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向
   に移動させる、 ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 【請求項２】 エンジンとモータとを備え、少なくとも
   一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジン
   と出力軸との間に配設された無段自動変速機を介して変
   速を行うハイブリッド車両において、 前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モ
   ータから回生電力の返還を受ける電源を備え、 前記車両本体の回生制動時に前記変速比をより小さく設
   定する、 ことを特徴とするハイブリッド車両。
3. 【請求項３】 請求項１記載の多段自動変速機または請
   求項２記載の無段自動変速機がロックアップ機構付きの
   トルクコンバータを有する場合において、 前記車両本体の回生制動時に、前記ロックアップ機構を
   解除する、 ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブ
   リッド車両。