WO2000074966A1 - Vehicule hybride - Google Patents

Description

明 細 書

ハイブリッド車両 技術分野

この発明は、動力源として燃焼エンジンと電動モータとを備えるハイプリッド車 両に関する。 背景技術

エンジンの出力軸とモータジェネレータとが連結されたパラレル方式のハイブリ ッド車両には、加速時に必要に応じてモータジエネレータに電力を供給してェンジ ンの出力を補助する一方、減速時および制動時にはエンジンへの燃料供給を停止す るとともに、モータジェネレータを発電機として作動させ、その発生電力をバッテ リ充電に利用するものがある （特開平 1 0— 2 9 5 0 0 2号公報、特開平 1 0— 2 5 2 5 1 7号公報、特開平 8— 2 7 5 3 0 5号公報、参照）。 また、 シリーズ方式の ハイプリッド車両では、モータジェネレータのみが車輪を駆動し、エンジンは発電 機のみを駆動する （特開平 1 0— 3 1 3 5 0 5号公報、 参照)。

前記従来のパラレル式ハイブリッド車両では、モータジェネレータが常にェンジ ンとともに運転され、すなわちエンジンの運転を停止してモータジェネレータのみ の駆動力で走行することはできない。 このことは、モータジェネレータを効率よく 利用できる運転領域を限定する。モータジュネレータをエンジンの出力軸や車輪の 駆動軸に直接に連結した構造のハイプリッド車両では、モータジェネレータとェン ジンまたは駆動軸とのあいだの回転速度比が一定であるので、適用可能なモータジ エネレ一タが限定される。 さらに、 前記ハイプリッド車両では、 モータジエネレー タを設けるためにはフライホイールや車輪等を特別な構造にしなければならないの でコス トアツブになる： 発明の開示

この発明は、入力軸と出力軸との回転速度比を変化させ、 出力軸の回転が車輪に 伝達されるトランスミツションと、エンジンの出力軸と トランスミツションの入力 軸との接続/切り離し行うクラッチと、電動機と発電機を兼ねるモータジエネレー タと、モータジェネレータの入出力軸と トランスミツションの入力軸の間で回転を 伝達する動力伝達機構と、モータジェネレータに供給される電力を蓄える蓄電要素 と、運転条件に応じてクラッチを切ってモータジェネレータを駆動するモータ走行 制御手段とを備えたハイプリッド車両である。

この発明では、エンジン出力軸とモータジエネレ一タの入出力軸とは、 クラツチ と トランスミツションを経て連結されている。 したがって、 クラッチを切ることに より、たとえば低速低負荷の運転領域でエンジンの運転を停止してモータジエネレ ータのみの動力で車両走行することが可能であり、このことがモータジエネレータ の作動領域を拡大し、 燃費の低減、 動力性能の向上、 排気ガスの低減を実現する。 また、この発明ではモータジェネレータの回転を任意の速度比で車輪の駆動軸に伝 達できるので、 幅広い仕様のモータジェネレータを適用できる。 さらに、 モータジ ヱネレータを設けるためにエンジンのフライホイールゃ車輪の駆動系に特別の構造 を適用する必要がなくなるのでコストダウンする。

前記動力伝達機構は、モータジェネレータの入出力軸の回転を減速してトランス ミッシヨンの入力軸に伝達する構成とすることができる。 これにより、適用可能な モータジェネレータの仕様に対する制限を小さくできることに加えて、より小さな モータジェネレータの適用が可能となる。

この発明のハイブリッド車両では、蓄電量が所定値以上にある車両発進時にクラ ツチを切ってモータジェネレータを駆動するモータ発進制御手段と、蓄電量が所定 値より低い車両発進時にクラツチをつないでエンジンを駆動するエンジン発進制御 手段とを備えることができる。蓄電量が十分にある車両発進時にクラツチを切った 状態でモータジエネレータを駆動することにより、発進時にエンジンを停止するこ とが可能となり、 これにより騒音および燃費をより低減できる：

この発明のハイブリッド車両では、車速が上昇するのに伴ってクラッチを切って モータジェネレータを駆動する走行状態からクラッチをつないでエンジンを駆動す る走行状態へと切り換える動力源切換手段を備えることができる。車速が上昇する のに伴ってクラツチを切ってモータジェネレータを駆動する走行状態からクラッチ をつないでエンジンを駆動する走行状態へと切り換えることにより、十分な出力が 確保される。

この発明のハイブリッド車両では、車両の制動時を検出する制動時検出手段と、 車両の制動時にモータジェネレータに回生発電をさせる制動時回生制御手段とを備 えることができる。車両の制動時にモータジェネレータに回生発電をさせることに より、 車両の運動エネルギを有効に回収し、 かつ制動装置の負担を軽減できる。 図面の簡単な説明

第 1図はこの発明によるハイプリッド車両の実施形態の概念図である： 第 2図は前記ハイプリッド車両の発進時等における制御内容を示すフローチヤ一 トである。

第 3図は同じく加速 ·巡航時等における制御内容を示すフローチヤ一トである 第 4図は同じく補助制動時における制御内容を示すフローチヤ一トである 第 5図はこの発明によるハイプリッド車両の他の実施形態の概念図である： 発明を実施するための最良の形態

第 1図に示すように、 車両のパワートレインは、 エンジン 1、 クラッチ 3、 手動 トランスミ ツション 4を備える。エンジン 1の出力はクラッチ 3により トランスミ ッション 4の入力軸 4 1に伝えられ、トランスミツション 4の出力軸 4 2の回転は 図示しないプロペラシャフ卜からデファレンシャルギアおよびドライブシャフトを 介して左右の車輪に伝達される。

エンジン 1は燃料噴射ポンプ 1 1から供給される燃料がシリンダで燃焼し、シリ ンダで往復動するビストンを介してその出力軸 1 2を回転駆動する。エンジン制御 ュニット 1 0はエンジン回転センサ 1 3の検出信号や後述するハイブリッド制御ュ ニッ ト 2 0からの要求情報信号に応じて燃料噴射ポンプ 1 1からの燃料供給量を制 御し、 エンジン 1の発生出力を調節する。

クラツチ 3はクラツチブースタ 3 1によりエンジン出力軸 1 2と トランスミ ツシ ヨン入力軸 4 1の接続と切り離しが行われる。クラッチブースタ 3 1は運転者によ つて操作される図示しないクラッチペダルに連動するバルブを介してエア圧が制御 されてクラツチ 3を断接するとともに、ハイプリッド制御ュニッ ト 2 0からの信号 に応じて作動する図示しない電磁バルブを介してエア圧が制御されてクラツチ 3を 自動的に断接する。

トランスミツション 4は運転者がギアチェンジレバー 4 0を操作することにより 変速ギアの切り換えが行われる。

車両のパワートレインは、 モータジエネレータ 2と、 モータジエネレータ 2の回 転をトランスミッシヨン入力軸 4 1に所定の回転速度比で伝達する減速ギア装置 5 とを備える。 前記減速ギア装置 5はこの発明の動力伝達機構に相当する。

モータジェネレータ 2は三相同期電動機または三相誘導電動機等の交流機であ り、 インバータ 6によって駆動される： インバータ 6は蓄電要素 7に接続され、 蓄 電要素 7の直流充電電力を交流電力に変換してモータジュネレータ 2へ供給すると ともに、モータジェネレータ 2の交流発電電力を直流電力に変換して蓄電要素 7に 充電する。蓄電要素 7は化学反応を用いた各種蓄電池や電気二重相キャパシタ電池 が用いられる。 なお、 モータジェネレータ 2は交流機に限らず直流電動機を用い、 D C / D Cコンバータによって駆動する構成とすることもできる。

減速ギア装置 5はモータジェネレータ 2の入出力軸 2 1に連結されるドライブギ ァ 5 1 と、 トランスミッシヨン入力軸 4 1に連結されるドリブンギア 5 3と、両者 に嚙み合うアイ ドラギア 5 2とによって構成される。減速ギア装置 5はモータジェ ネレータ 2の駆動時にモータジェネレータ入出力軸 2 1の回転を減速してトランス ミツション入力軸 4 1に伝達し、モータジェネレータ 2の回生発電時にトランスミ ッシヨン入力軸 4 1の回転を増速してモータジェネレータ入出力軸 2 1に伝達す る。

ハイブリッ ド制御ュニッ ト 2 0は、 この発明のモータ走行制御手段、モータ発進 制御手段、 エンジン発進制御手段、 動力源切換手段、 制動時検出手段、 制動時回生 制御手段としての機能を有する。 このハイプリッ ド制御ュニット 2 0には、補助ブ レーキスィツチ 2 6、 非常スィツチ 2 4、 アクセル開度センサ 2 2、 クラッチ 3の ポジションセンサ 2 9、 トランスミ ッション 4のギアポジションセンサ 2 3、 トラ ンスミ ツション出力軸 4 2の回転センサ 4 4、 トランスミツション入力軸 4 1の回 転センサ 5 4の各検出信号、 エンジン制御ュニッ ト 1 0からの情報信号が入力す る。アクセル開度センサ 2 2は運転者によつて操作されるァクセルペダルの踏み込 み量に基づいて要求される負荷を検出する。 クラッチ 3のポジションセンサ 2 9 は、 クラッチブースタ 3 1を介して作動するクラッチ 3の断接を検出する： 補助ブ レーキスィツチ 2 6が運転者によって操作されるレバー位置に基づいて O Nになる と、図示しない排気ブレーキ等の補助ブレーキが作動するようになっている:非常 スィツチ 2 4は運転者によって操作されるレバー位置に基づいてシステムの作動、 停止を切り換えるもので、システムに何らかの異常が発生した場合にハイプリッ ド 制御ュニット 2 0によるクラツチブースタ 3 1、 ィンバータ 6の制御を停止でき る。

ハイプリッド制御ュニット 2 0は、これらの信号に基づく運転条件に応じてクラ ツチブースタ 3 1、ィンバ一タ 6の作動を制御するとともに、エンジン制御ュニッ ト 1 0に要求情報信号を出力してエンジン 1の運転を制御する。エンジン制御ュニ ット 1 0とハイプリッド制御ュニット 2 0は通信回線を介して情報を送受信し、互 いに協調制御が行われるノ、イブリッド制御ュニット 2 0は車両の発進時および低 速走行時にエンジン 1の運転を停止しクラツチ 3を切った状態でモータジヱネレー タ 2を駆動するモータ走行制御を行う。

図 2のフローチヤ一トは車両の発進加速時に実行されるルーチンを示しており、 このルーチンはハイブリッド制御ュニッ ト 2 0において一定周期毎に実行される。 まずステップ 1で図示しないキースィツチが O Nになっていることを判定し、ステ ッブ 2で蓄電要素 7の蓄電量が所定値以上かどうかを判定する。この所定値はモー タジェネレータ 2のみによって発進加速に必要な蓄電量として予め設定されてい る。

ステツブ 2で蓄電量が十分にあると判定された場合、ステップ 3〜 8に進んでモ ータジエネレータ 2による発進が行われる。すなわち、 ステッブ 3でギアチェンジ レバー 4 0の操作を検出し、ステツブ 4でクラッチ 3を介してエンジン出力軸 1 2 と トランスミツション入力軸 4 1を切り離し、ステップ 5でトランスミ ッション 4 を発進ギア位置に切り換え、モータジェネレータ 2のみによる発進の準備をする。 続くステッブ 6でアクセル開度センサ 2 2の検出信号に基づいてアクセルペダルが 踏み込まれたことが判定されると、 ステップ 7、 8に進んでモータジェネレータ 2 をアクセルペダルの踏み込み量に応じた出力で駆動する。こうしてモータジエネレ ータ 2のみの動力による発進が行われる。

一方、ステップ 2でキースィッチが O Nとなつた段階で蓄電量が十分にないと判 定された場合、ステップ 9〜1 4に進んでエンジン 1による発進が行われる。すな わち、ステップ 9では図示しないセルモータを駆動してエンジン 1を起動する。続 くステップ 1 0でギアチェンジレバー 4 0の操作を検出し、ステップ 1 1でクラッ チ 3を介してエンジン出力軸 1 2と トランスミッシヨン入力軸 4 1を切り離し、ス テツプ 1 2でトランスミツション 4を発進ギア位置に切り換えて、エンジン 1によ る発進の準備をする。続くステップ 1 3でアクセル開度センサ 2 2の検出信号に基 づいてアクセルペダルが踏み込まれたことが判定されると、ステップ 1 4に進んで クラッチ 3を接続する。 こうしてエンジン 1のみの動力による発進が行われる。 第 3図のフローチヤ一トは車両の加速巡航時に実行されるルーチンを示してお り、ハイプリッド制御ュニッ ト 2 0において一定周期毎に実行される。 まずステツ プ 2 1でモータジェネレータ 2のみによる加速中と判定された場合、ステツブ 2 2 に進む。 ステップ 2 2では、予め設定されたマップに基づき車速が所定値を超えて 上昇することを判断し、ステップ 2 3以降のルーチンに進んでモータジエネレータ 2のみによる走行からエンジン 1による走行に切り換える。すなわちステツブ 2 3 でエンジン 1を始動し、 ステツブ 2 4でモータジェネレータ 2の駆動を停止し、 ス テツブ 2 5でエンジン 1の運転を制御し、ステツブ 2 6でクラッチ 3を接続する このエンジン 1の動力が車輪に伝えられる走行状態では、車速が上昇するのに伴つ て運転者の操作によって変速ギア位置が切り換えられることになる。

また、 エンジン 1の運転時でも、 予め設定されたマップに基づき、 回転センサ 5 4、 アクセル開度センサ 2 2の検出信号に応じてモータジェネレータ 2を駆動し、 モータジェネレータ 2の駆動力によってエンジン 1の駆動力をアシストする。これ により、 車両の加速性能、 登坂性能を高める。

第 4図のフローチヤ一トは車両の制動走行時に実行されるルーチンを示してお り、ハイプリッド制御ュニット 2 0において一定周期毎に実行される。 まずステツ プ 3 1で補助ブレーキスィッチ 2 6が O Nになる補助制動時かどうか判定し、ステ ップ 3 2に進んで蓄電要素 7の蓄電量が所定値より少ない蓄電可能状態かどうかを 判定する。 ここで、 補助制動時かつ蓄電可能状態と判定された場合、 ステップ 3 3 に進んで、モータジェネレータ 2による回生発電を行い、排気ブレーキを作動させ る。続くステップ 3 5に進んで車速が所定値より下がることが判定されると本ルー チンを終了する。こうして補助制動時にモータジェネレータ 2に回生発電をさせる ことにより、排気ブレーキのブレーキ効果とモータジェネレータ 2の回生発電時の ブレーキ効果の両方によって減速が十分に行われるとともに、燃費が低減される。 また、エンジン 1の動力をトランスミッション 4を介して車輪に伝達する車両の 走行時に、蓄電要素 7の蓄電量が所定値を超えて低下すると、エンジン 1の動力を 減速ギア装置 5を介してモータジェネレータ 2に伝達し、モータジェネレータ 2に よって発電される電力をィンバータ 6を介して蓄電要素 7に供給して充電する。蓄 電要素 7の蓄電量が十分にある停車時には、エンジン 1を停止し、燃費を節約する _c 一方、蓄電要素 7の蓄電量が所定値を超えて低下した停車時には、 トランスミ ツシ ヨン 4がニュートラル位置にある状態でクラッチ 3を接続するとともに、エンジン 1を運転し、エンジン 1の動力を減速ギア装置 5を介してモータジエネレ一タ 2に 伝達し、モータジエネレータ 2によって発電される電力をィンバータ 6を介して蓄 電要素 7に供給して充電する。

以上のように、モータジェネレータ 2はトランスミ ツション 4の入力軸 4 1 と共 に回転する一方でクラッチ 3によりエンジン 1 との回転伝達は切り離すことができ る。 このため、低速低負荷の運転領域でエンジン 1の運転を停止しモータジエネレ —タ 2のみの駆動力で走行することができ、したがってモータジェネレータ 2が効 率よく作動する領域が拡大する。

モータジェネレータ 2の駆動力を使用しない走行時には、運転者がエンジン 1の 出力を調節するとともに、 トランスミッシヨン 4の変速を行って車速を調節する。 この場合、 トランスミ ッシヨン 4の変速を自動化する必要がなく、製品のコストダ ゥンを達成できる。モータジェネレータ 2が駆動力を発生せず、発電も行わない走 行時には、モータジヱネレータ 2はトランスミツション 4の入力軸 4 1 とともに回 転し、 その慣性マスによりフライホイールの機能を果たす。

減速ギア装置 5はモータジェネレータ 2の回転を任意の減速比でトランスミッシ ョン 4の入力軸 4 1の駆動系に伝達することができるので、モータジェネレータ 2 の仕様に対する制限を少なくすることができる。 さらに、モータジェネレータ 2を パワートレインに設けるための特別な構造をエンジンのフライホイールや車輪の駆 動系に適用する必要がなく、 したがってこれら製品のコストダウンができる。

図 5はこの発明によるハイプリッド車両の他の実施形態を示す。 前記図 1の実施形 態と同一構成部には同一符号を付して示してある。 このハイプリッ ド車両では、ブレーキペダルの踏み込み量を検出する要求制動力 検出センサ 6 2と、車両のサービスブレーキの制動力を調節するブレーキアクチュ エータ 6 1 と、要求制動力検出センサ 6 2の検出信号に応じて車両のサービスブレ ーキの制動力を調節するブレーキアクチユエータ 6 1 とを備える _eブレーキ制御ュ ニッ ト 6 0とエンジン制御ュニッ ト 1 0とハイブリ ッド制御ュニット 2 0は通信回 線を介して情報を送受信し、互いに協調制御を行う： ブレーキ制御ュニッ ト 6 0は ブレーキペダルが踏み込みまれるのに応じてブレーキアクチユエータ 6 1を介して サービスブレーキを作動させるとともにノ、イブリ ッ ド制御ュニッ ト 2 0にモータ ジェネレータ 2により回生発電を行う指令を送り、要求制動力に応じて回生発電電 力を制御する。

この場合、車両の減速走行時におけるモータジェネレータ 2の回生発電電力を高 められ、車両の運動エネルギを有効に回収することができ、サービスブレーキの負 担を軽減できる。 さらに、補助ブレーキスィツチ 2 6を介して車両の減速走行時に モータジェネレータ 2により回生発電を行わないモードに設定されている場合も、 ブレーキペダルが踏み込みまれるのに伴ってモータジェネレータ 2により回生発電 が行われ、 車両の運動エネルギを回収できる。

ハイブリッド制御ュニッ ト 2 0はブレーキ制御ュニッ ト 6 0の要求信号に応じて 制動条件を判定し、制動条件に応じてモータジェネレータ 2による回生発電電力を 制御するとともに、急制動時にはクラツチ 3を接続してモータジェネレータ 2に回 生発電をさせる一方、緩制動時にはクラツチ 3を切ってモータジェネレータ 2に回 生発電をさせる。急制動時にクラッチ 3を接続してモータジェネレータ 2に回生発 電をさせることにより、エンジン 1のブレーキ効果とモータジエネレータ 2のブレ ーキ効果の両方によって制動が十分に行われる:. 一方、 クラッチ 3を切ってモータ ジェネレータ 2に回生発電をさせることにより、モータジェネレータ 2のブレーキ 効果のみによって制動が緩やかに行われる。 この結果、モータジェネレータ 2に回 生発電させる領域が拡大し、 燃費の節約ができる。

Claims

請求の範囲

1 . 入力軸と出力軸との回転速度比を変化させ、 出力軸の回転が駆動輪に伝達され る トランスミ ッションと、

エンジンの出力軸と トランスミッシヨンの入力軸との接続 7切り離しを行うクラ ツチと、

電動機と発電機を兼ねるモータジエネレータと、

モータジェネレータの入出力軸と トランスミツションの入力軸の間で回転を伝達 する動力伝達機構と、

モータジェネレータに供給される電力を蓄える蓄電要素と、

運転条件に応じてクラッチを切ってモータジェネレータを駆動するモータ走行制 御手段と、

を備えたハイブリッド車両。

2 .動力伝達機構がモータジェネレータの入出力軸の回転を減速してトランスミツ シヨンの入力軸に伝達する請求項 1に記載のハイプリッド車両。

3 .蓄電量が所定値以上にある車両の発進時にクラツチを切ってモータジヱネレー タを駆動するモータ発進制御手段と、蓄電量が所定値より低レ、車両の発進時にクラ ツチをつないでエンジンを駆動するエンジン発進制御手段とを備えた請求項 1に記 載のハイブリッド車両。

4 .車速が上昇するのに伴ってクラッチを切ってモータジェネレータを駆動する走 行状態からクラッチをつないでエンジンを駆動する走行状態へと切り換える動力源 切換手段を備えた請求項 1に記載のハイプリッド車両。

5 . 車両の制動時を検出する制動時検出手段と、車両の制動時にモ一タジエネレー タに回生発電をさせる制動時回生制御手段と、を備えた請求項 1に記載のハイブリ 996 OAV一