JP2002138876A - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents
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Abstract
向上および排出ガスの低減を促進する上から、エンジン
のみで車両を駆動(走行)する運転領域を縮小するた
め、車両の走行に蓄電要素の蓄電量を最大限に活用でき
るようにする。また、動力源の切り替えにクラッチを接
続するときのショックを防止する。 【解決手段】クラッチ3の接続状態への切り替え要求が
発生すると変速機4の入力軸の回転速度を目標回転速度
としてエンジン1を制御する手段と、この目標回転速度
とエンジンの回転速度との回転速度差が既定値以下にな
るまでの間はクラッチ3の接続を禁止する手段と、蓄電
要素7の蓄電量に応じ、エンジンから分担出力が得られ
るよう、また回転電機から分担出力が得られるよう、回
転電機4およびエンジン1を制御する手段と、を備え
る。
Description
エンジンと回転電機(モータジェネレータ)を備える、
いわゆるパラレル方式のハイブリッドシステムに関す
る。
して、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達す
る変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続
するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、
回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝
達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要
素と、を備えるものが、特願平11−160759号に
提案されている。
いては、蓄電要素の蓄電量が十分にある場合、クラッチ
は切断され、回転電機の駆動力で発進および走行が行わ
れるのである。回転電機の駆動運転に電力が消費され、
蓄電要素の蓄電量が低下すると、回転電機から車両の要
求駆動力(アクセル操作量)に相当する出力が得られな
くなる。このため、蓄電要素の蓄電量が既定値以下に低
下すると、クラッチが接続され、エンジンの駆動力で走
行状態が継続されるようになる。これだと、回転電機の
駆動運転は、発進時から低速走行時に制限され、エンジ
ンの運転領域が大きくなり、燃費の向上や排出ガスの低
減が十分に得られない。クラッチは、蓄電要素の蓄電量
が既定値以下に低下すると、エンジンの出力軸の回転速
度および変速機の入力軸の回転速度に関係なく、回転電
機の運転停止後に接続されるが、前後(エンジン側と変
速機側)の回転速度が合致しないため、クラッチ接続時
にショックが発生しやすい。
テムにおける、動力源の切り替えに伴う、解決すべき課
題に対する、有効な対応手段の提供を目的とする。
の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、
エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチ
と、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入
出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回
転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備え
る車両のハイブリッドシステムにおいて、蓄電要素の蓄
電量に応じた回転電機の出力分担比とエンジンの出力分
担比を設定する手段と、これら分担比とアクセル要求量
とから回転電機の分担出力とエンジンの分担出力を決め
る手段と、エンジンから分担出力が得られるようにエン
ジンを制御する手段と、回転電機から分担出力が得られ
るように回転電機を制御する手段と、を備えたことを特
徴とする。
出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸
と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電
機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の
入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給さ
れる電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリ
ッドシステムにおいて、クラッチの接続状態への切り替
え要求が発生すると変速機の入力軸の回転速度を目標回
転速度としてエンジンを制御する手段と、この目標回転
速度とエンジンの回転速度との回転速度差が既定値以下
になるまでの間はクラッチの接続を禁止する手段と、を
備えたことを特徴する。
出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸
と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電
機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の
入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給さ
れる電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリ
ッドシステムにおいて、クラッチの接続状態への切り替
え要求が発生すると変速機の入力軸の回転速度を目標回
転速度としてエンジンを制御する手段と、この目標回転
速度とエンジンの回転速度との回転速度差が既定値以下
になるまでの間はクラッチの接続を禁止する手段と、蓄
電要素の蓄電量に応じた回転電機の出力分担比とエンジ
ンの出力分担比を設定する手段と、これら分担比とアク
セル要求量とから回転電機の分担出力とエンジンの分担
出力を決める手段と、エンジンから分担出力が得られる
ようにエンジンを制御する手段と、回転電機から分担出
力が得られるように回転電機を制御する手段と、を備え
たことを特徴とする。
発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、回転
電機の出力分担比とエンジンの出力分担比は、蓄電量が
既定値を超えるときは回転電機の出力分担比が1とな
り、既定値以下のときは蓄電量の低下に伴って回転電機
の出力分担比が1から次第に小さくなり、その分エンジ
ンの出力分担比は0から大きくなる、ように設定したこ
とを特徴する。
発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、蓄電
要素の蓄電量に基づいて、蓄電量が既定値以下に低下す
るとクラッチの接続状態への切り替え要求を発生する手
段と、を備えたことを特徴とする。
動力)に回転電機の分担出力とエンジンの分担出力を併
用する運転領域が設定可能となる。このため、車両の要
求駆動力(アクセル操作量)を確保しつつ、車両の駆動
力に蓄電要素の蓄電量を最大限に活用できる。つまり、
エンジンのみで車両を駆動(走行)する運転領域が縮小
され、燃費の向上および排出ガスの低減を大いに促進で
きる。
態への切り替え要求(クラッチの手動制御または自動制
御による)が発生すると、エンジンが変速機の入力軸の
回転速度(目標回転速度)と一致するように制御され、
目標回転速度とエンジンの出力軸の回転速度との回転速
度差が既定値以下になるまでの間、クラッチの接続は禁
止される。したがって、クラッチは、エンジンの出力軸
の回転速度と変速機の入力軸の回転速度が同期範囲に入
ってから接続されるので、クラッチ接続時のショックを
防止できる。その結果、動力源の切り替え(たとえば、
特開平11−160759の場合、回転電機の出力のみ
による走行状態からエンジンの出力のみによる走行状態
への切り替え)および変速などが円滑に行えるようにな
る。
作用効果と第2の発明による作用効果が得られ、トラッ
クなど大型車のハイブリッドシステムとして最適なもの
となる。
が十分な場合(既定値を超えるとき)は、回転電機の出
力分担比が1となり、回転電機の出力のみで車両の発進
および走行が行われる。蓄電要素の蓄電量が既定値以下
に低下すると、その低下に伴って回転電機の出力分担比
が1から徐々に小さくなり、その分エンジンの出力分担
比は0から大きくなり、車両の走行に回転電機の出力と
エンジンの出力が併用され、アクセル操作量に応じた駆
動力を維持しながら、車両の駆動力に蓄電要素の蓄電量
を最大限(許容下限値になるまで)に活用できる。
が既定値以下に低下すると、クラッチの接続状態への切
り替え要求が発生するので、動力源の切り替え(たとえ
ば、第3の発明では、回転電機の出力のみによる走行状
態から、エンジンの出力と回転電機の出力を併用する走
行状態への切り替え)を、クラッチ接続時のショックを
防止しつつ、円滑かつ自動的に処理できるようになる。
インは、エンジン1とトランスミッション4(変速機)
と、エンジン1の出力軸12(クランクシャフト)とト
ランスミッション4の入力軸41との間に介装されるク
ラッチ3と、を備える。エンジン1の出力は、クラッチ
3を介してトランスミッション4の入力軸41に伝えら
れ、車両の走行時にトランスミッション4の出力軸42
から、図示しないプロペラシャフト,デファレンシャル
ギヤ,ドライブシャフトを介して左右の車輪へ伝達され
る。
CNGエンジン(圧縮天然ガスを燃料とする)であり、
供給される燃料がシリンダで燃焼し、シリンダを往復動
するピストンによってクランクシャフトを回転駆動す
る。エンジンECU10(エンジン電子制御ユニット)
は、エンジン回転センサ13の検出信号(エンジン回転
速度)やハイブリッドECU20(ハイブリッド電子制
御ユニット)からの要求信号に応じてエンジン1の燃料
供給量を制御する。なお、エンジンECU10とハイブ
リッドECU20との間は、通信制御手段を介して双方
向に接続され、後述のように各種の協調制御を行うよう
になっている。
アクチュエータ31(運転者のペダル操作またはハイブ
リッドECU20の制御信号に応じて作動する)、トラ
ンスミッション4には、その変速ギヤ(変速比)を切り
替えるギヤシフトアクチュエータ43、が設けられる。
車両のパワートレインは、さらにモータジェネレータ2
と、その入出力軸21とトランスミッション4の入力軸
41を連結する動力伝達機構5と、が備えられる。
形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機(IPM同期
モータ)が使用され、インバータ6を介して蓄電要素7
に接続される。インバータ6は、蓄電要素7の充電電力
(直流電力)を交流電力に変換してモータジェネレータ
2を電動機として駆動すると共に、モータジェネレータ
2の発電電力(交流電力)を直流電力に変換して蓄電要
素7を充電する。蓄電要素7には、ブレーキエネルギを
短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許
容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二
重層キャパシタが使用される。
の入出力軸21に連結されるドライブギヤ51と、トラ
ンスミッション4の入力軸41に連結されるドリブンギ
ヤ53と、これらに噛み合うアイドラギヤ52と、から
構成される。モータジェネレータ2の回転は、動力伝達
機構5を介して減速してトランスミッション4の入力軸
41へ伝達され、同じく入力軸41の回転は、動力伝達
機構5を介して増速してモータジェネレータ2の入出力
軸21へ伝達される。
ーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレ
バーユニット23、アクセルペダルの踏み量(アクセル
要求量)を検出するアクセル開度センサ22、ブレーキ
の操作量(ブレーキ要求量)を検出するブレーキセンサ
26、トランスミッション4の出力回転センサ44、動
力伝達機構5のギヤ回転センサ54(トランスミッショ
ン4の入力回転センサ)、第1クラッチ3の断続を検出
するクラッチポジションセンサ29、トランスミッショ
ン4のシフト位置を検出するギヤポジションセンサ、蓄
電要素7の蓄電量(SOC)を測定(検出)する残量計
(図示せず)、などが備えられる。そして、これら各種
信号およびエンジンECU10からの情報信号に基づい
て、クラッチアクチュエータ31、ギアシフトアクチュ
エータ43、インバータ6、を制御すると共に、エンジ
ンECU10へ要求信号を送信する。
進および走行を行うときは、クラッチ3を切断した状態
において、アクセル要求量に応じた出力がモータジェネ
レータ2から得られるようにインバータ6を制御する。
モータジェネレータ2の出力は、図2のように動力伝達
機構5を介してトランスミッション4の入力軸41に伝
えられ、そのときの変速ギヤを通してトランスミッショ
ン4の出力軸42からプロペラシャフトへ伝えられる。
要素7への充電が可能な限り、ブレーキ操作量に応じた
回生制動力がモータジェネレータ2から得られるように
インバータ6を制御する。車輪の回転は、図5のように
プロペラシャフトからトランスミッション4の出力軸4
2およびそのときの変速ギヤを通してトランスミッショ
ン4の入力軸41、さらに動力伝達機構5を介してモー
タジェネレータ2の入出力軸21へ伝えられる。これに
より、モータジェネレータ2の回生発電が行われ、その
電力はインバータ6を介して蓄電要素7に充電される。
すなわち、車両のブレーキエネルギは、モータジェネレ
ータ2の発電により、電気エネルギに変換して蓄電要素
7に回収される。ブレーキ要求量の不足分は、電子制御
ブレーキ(図示せず)による制動力などで補われる。
きは、エンジンECU10に要求信号を送信する(エン
ジンECU10は、アクセルの要求量に応じた出力が得
られるようにエンジン1の燃料供給量を制御する)と共
に、クラッチ3を接続してクラッチ60を切断した状態
において、モータジェネレータ2の運転を停止する。エ
ンジン1の出力は、図3のようにクラッチ3を介してト
ランスミッション4の入力軸41に伝えられ、そのとき
の変速ギヤを通してトランスミッション4の出力軸42
からプロペラシャフト49へ伝えられる。
ときは、トランスミッション4がニュートラルのときに
クラッチ3を接続する。エンジン1の回転は、図6のよ
うにクラッチ3からトランスミッション4の入力軸41
および動力伝達機構5およびモータジェネレータ2の入
出力軸21へ伝えられる。したがって、エンジン1の出
力により、モータジェネレータ2の発電が行われ、その
電力は蓄電要素7に充電される。
とエンジン1の出力を併用するときは、クラッチ3を接
続した状態において、エンジンECU10に要求信号
(エンジン1の分担する出力要求)を送信すると共に、
モータジェネレータ2の分担する出力が得られるように
インバータ6を制御する。モータジェネレータ2の出力
は、図4のように動力伝達機構5を介してトランスミッ
ション4の入力軸41に伝えられ、エンジン1からクラ
ッチ3を介して伝わる出力と共に、そのときの変速ギヤ
を通してトランスミッション4の出力軸42からプロペ
ラシャフト49へ伝えられる。
3、参照)において、蓄電要素7への充電を行うとき
は、モータジェネレータ2を発電機として作動させる。
エンジン1の出力は、図7のようにトランスミッション
4の入力軸41からそのときの変速ギヤを通してトラン
スミッション4の出力軸42を介してプロペラシャフト
49へ伝えられるほか、動力伝達機構5を介してモータ
ジェネレータ2の入出力軸21へ伝えられる。
の出力をモータジェネレータ2の出力でアシストすると
きは、エンジンECU10に要求信号を送信すると共
に、アシスト量(エンジン回転速度およびアクセル要求
量から制御マップに基づいて求められる)に相当する出
力がモータジェネレータ2から得られるようにインバー
タ6を制御する。モータジェネレータ2の出力は、図4
のようにエンジン1からクラッチ3を介して伝わる出力
と共に、そのときの変速ギヤを通してトランスミッショ
ン4の出力軸42からプロペラシャフト49へ伝えられ
る。
御フローであり、ハイブリッドECU20において、所
定の制御周期ごとに実行される。ステップ1において
は、蓄電量が所定値以下かどうかを判定する。この判定
がnoのとき(蓄電量が十分にある場合)は、ステップ
2へ進み、クラッチ3を切断した状態において、モータ
ジェネレータ2の出力のみによる走行(アクセル要求量
に相当する出力がモータジェネレータ2から得られるよ
うにインバータ6を制御する)を行う。
ップ3〜ステップ6、ステップ7〜ステップ9、を順次
に処理する。ステップ3においては、トランスミッショ
ン4の入力軸の回転速度(回転センサ54の検出信号)
を読み取る。ステップ4においては、トランスミッショ
ン4の入力軸41の回転速度を目標回転速度としてエン
ジン1を制御する指令(要求信号)をエンジンECU1
0へ送信する。これにより、エンジン1の回転速度は、
図9のように待機状態のアイドル回転からトランスミッ
ション4の入力軸41の回転速度へ上昇する。
12の回転速度(回転センサ13の検出信号)を読み取
り、トランスミッション4の入力軸41の回転速度との
回転速度差が既定値以下かどうかを判定する。この判定
がnoのときは、ステップ3へリターンする一方、同じ
く判定がyesのときは、ステップ6へ進み、クラッチ
3を接続するのである。
の蓄電量(SOC)をパラメータにエンジン1の出力と
モータジェネレータ2の出力との分担比を設定する制御
マップ(図10、参照)が格納される。ステップ7およ
びステップ8においては、蓄電要素7の蓄電量に基づい
て、図10の制御マップからエンジン1の出力分担比と
モータジェネレータ2の出力分担比を求め、これら分担
比とアクセル要求量(要求駆動力)とからエンジン1の
分担出力とモータジェネレータ2の分担出力を決定す
る。ステップ9においては、エンジンECU10にエン
ジン1の分担出力に相当する要求信号を送信すると共
に、モータジェネレータ2の分担出力が得られるように
インバータ6を制御する。
合、既述のようにクラッチ3が切断され、モータジェネ
レータ2の出力のみによる発進および走行が行われる。
モータジェネレータ2の駆動運転に電力が消費され、蓄
電量が既定値以下に低下すると、クラッチ3の接続状態
への切り替え要求(ステップ1の判定における、ステッ
プ3〜ステップ6への処理要求)が発生するのであり、
エンジン1がトランスミッション4の入力軸41の回転
速度と一致するように制御され、エンジン1の出力軸1
2の回転速度とトランスミッション4の入力軸41の回
転速度との回転速度差が既定値以下になると、クラッチ
3が接続される(ステップ3〜ステップ6)。つまり、
クラッチ3は、エンジン1の制御により、エンジン1の
出力軸12の回転速度とトランスミッション4の入力軸
41の回転速度が同期範囲に入るのを待って接続される
ため、クラッチ接続時のショックを防止できるのであ
る。そして、車両の走行は、エンジン1の分担出力とモ
ータジェネレータ2の分担出力との併用によって継続さ
れる。
7の蓄電量が十分な場合(既定値を超えるとき)は、モ
ータジェネレータ2の出力分担比が1となり、蓄電要素
7の蓄電量が既定値以下に低下すると、その低下に伴っ
てモータジェネレータ2の出力分担比が1から0へ徐々
に小さくなり、その分エンジン1の出力分担比は0から
1へ大きくなり、蓄電量が許容下限値以下のときは、エ
ンジン1の出力分担比が1となる、ように設定される。
このため、車両の走行にモータジェネレータ2の出力と
エンジン1の出力との併用(ステップ7〜ステップ9)
により、アクセル操作量に応じた駆動力を維持しなが
ら、車両の走行に蓄電要素7の蓄電量を最大限に活用で
きる。つまり、エンジン1のみで車両を駆動(走行)す
る運転領域が縮小され、燃費の向上および排出ガスの低
減を大いに促進できるのである。
両の変速が行われる。たとえば、エンジン1の出力によ
る走行中の変速制御については、チェンジレバー23の
ギヤ位置指令が変化すると、クラッチ3を切断すると共
に、トランスミッション4をニュートラルにセット(ギ
ヤ抜き)する。その後、ギヤ位置指令段のメインギヤ回
転(メインシャフト回転)がシンクロ領域に入ったとき
にギヤ入れを行うと共に、ギヤ入れの完了時にクラッチ
3を接続する。
テップ3〜ステップ5を応用すると、クラッチをショッ
クなく接続することが可能となる。すなわち、トランス
ミッション4のニュートラルセット後に目標変速段(ギ
ヤ位置指令段)のギヤ比とトランスミッション4の出力
軸42の回転速度とから目標回転速度を求め、エンジン
1をこの目標回転速度に制御する(図9、参照)。そし
て、トランスミッション4のギヤ入れが完了すると、エ
ンジン1の出力軸12の回転速度(回転センサ13の検
出信号)とトランスミッション4の入力軸41の回転速
度との回転速度差が既定値以下の同期範囲に入ったら、
それまで切断状態に維持されるクラッチ3を接続する、
ように制御フローを設定することになる。
る。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ
伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸
を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電
機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する
動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える
蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにお
いて、蓄電要素の蓄電量に応じた回転電機の出力分担比
とエンジンの出力分担比を設定する手段と、これら分担
比とアクセル要求量とから回転電機の分担出力とエンジ
ンの分担出力を決める手段と、エンジンから分担出力が
得られるようにエンジンを制御する手段と、回転電機か
ら分担出力が得られるように回転電機を制御する手段
と、を備えたことを特徴とする車両のハイブリッドシス
テム。 - 【請求項2】入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ
伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸
を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電
機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する
動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える
蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにお
いて、クラッチの接続状態への切り替え要求が発生する
と変速機の入力軸の回転速度を目標回転速度としてエン
ジンを制御する手段と、この目標回転速度とエンジンの
回転速度との回転速度差が既定値以下になるまでの間は
クラッチの接続を禁止する手段と、を備えたことを特徴
する車両のハイブリッドシステム。 - 【請求項3】入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ
伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸
を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電
機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する
動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える
蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにお
いて、クラッチの接続状態への切り替え要求が発生する
と変速機の入力軸の回転速度を目標回転速度としてエン
ジンを制御する手段と、この目標回転速度とエンジンの
回転速度との回転速度差が既定値以下になるまでの間は
クラッチの接続を禁止する手段と、蓄電要素の蓄電量に
応じた回転電機の出力分担比とエンジンの出力分担比を
設定する手段と、これら分担比とアクセル要求量とから
回転電機の分担出力とエンジンの分担出力を決める手段
と、エンジンから分担出力が得られるようにエンジンを
制御する手段と、回転電機から分担出力が得られるよう
に回転電機を制御する手段と、を備えたことを特徴とす
る車両のハイブリッドシステム。 - 【請求項4】回転電機の出力分担比とエンジンの出力分
担比は、蓄電量が既定値を超えると回転電機の出力分担
比が1となり、既定値以下のときは蓄電量の低下に伴っ
て回転電機の出力分担比が1から次第に小さくなり、そ
の分エンジンの出力分担比は0から大きくなる、ように
設定したことを特徴する請求項1または請求項3の記載
に係る車両のハイブリッドシステム。 - 【請求項5】蓄電要素の蓄電量に基づいて、蓄電量が既
定値以下に低下するとクラッチの接続状態への切り替え
要求を発生する手段と、を備えたことを特徴とする請求
項2または請求項3の記載に係る車両のハイブリッドシ
ステム。
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