JP2002204503A - 車両用動力装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関と回転電機を備えた車両において、
内燃機関の燃料が尽きたときに、車両の不自然な挙動、
動力伝達系に加わる過大な負荷の発生を防止する。 【解決手段】 燃料タンク３６に蓄えられる燃料の残量
を燃料センサ３８により検出する。燃料の残量が所定値
以下となったときに、制御部３４は、前輪用回転電機１
４による充電を制限する。これにより、充電により生じ
るトルクが、車両を急激に減速させることを防止する。
また、制御部３４は、後輪用回転電機１６の力行制御を
禁止する。これにより燃料が欠乏したときに、前輪には
制動力、後輪には駆動力というように、トルクの向きが
相反して、車両が不自然な挙動をしたり、動力伝達系に
急激なトルク変動が生じたりすることを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の原動機を有
する車両用動力装置を制御する装置に関し、特に、原動
機に供給するエネルギの残量に対応した制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の総合的な効率を高め、また環境に
対する負荷を軽減するために様々な車両用の動力装置の
検討がなされている。例えば、内燃機関と電動機という
ように複数の原動機を組み合わせたハイブリッド車両が
実用化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記ハイブリッド車両
などのように複数の原動機を有する車両においては、個
々の原動機が互いに協調するように適切に制御される必
要がある。しかしながら、内燃機関の燃料が欠乏したと
きなどのように、突然の出力低下に他の原動機の出力制
御を追従させることは困難である。このような突然の出
力低下が生じると各原動機の発生するトルクが互いに逆
方向となり、動力伝達系に過大な負荷がかかる場合があ
るという問題があった。また、個々の原動機が別個の駆
動輪を駆動している場合、前記のような突然の出力低下
により、個々の駆動輪の駆動力が互いに逆方向となるな
どにより、車両の挙動が不自然なものとなるとなるとい
う問題があった。

【０００４】一方、特開２０００−６０１９３号公報に
は、内燃機関の燃料残量が所定値以下となったときに
は、内燃機関の補機であるオルタネータ、すなわち内燃
機関の運転に必要な電力等を発生するための発電機の発
電量を抑制する技術が記載されている。発電量の抑制に
よって、オルタネータを駆動するトルクを低下させ、燃
料が完全に欠乏するまでの時間を延ばす、すなわち燃料
消費量を抑制する技術が開示されている。しかし、前述
した本発明の課題である、燃料等がなくなったときに、
動力伝達系に加わる過大な負荷、個々の駆動輪に生じる
駆動力の相違による不自然な車両挙動などについては何
ら考慮されていない。

【０００５】本発明は前述の課題を解決するためになさ
れたものであり、一つの原動機のエネルギの貯蔵量がな
くなり、当該原動機の出力低下することに、あらかじめ
備えた制御を行うことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる車両用動力装置の制御装置は、複
数の原動機ごとに対応したエネルギを貯蔵する手段の少
なくとも一つを監視し、当該貯蔵手段のエネルギの残量
が所定値以下となったことを判定する手段と、エネルギ
残量が所定値以下と判定された場合、この判定がなされ
たエネルギ貯蔵手段からエネルギ供給を受ける原動機で
はない他方の原動機に対して、その運転に所定の制限を
加える制限制御手段を有している。具体的には、エネル
ギ残量を監視し、所定値以下となった場合、この後エネ
ルギが欠乏して対応する原動機の出力が急激に失われる
可能性があると判断する。そして、これに備えて他の原
動機の出力等の調整を行う。

【０００７】例えば、共通の駆動輪に動力を供給する二
つの原動機を有する場合、第１原動機のエネルギが尽き
ようとしているときに、第２原動機が前記第１原動機に
与えている負荷を低減しておく。これにより、エネルギ
が尽きたとき、急激に、第２原動機の負荷が駆動輪に制
動力となって働くことを防止することができる。

【０００８】また、複数の駆動輪を別個の原動機で駆動
する場合、一方の原動機のエネルギが尽きようとしてい
るときに、他の原動機が駆動する駆動輪に伝達されるト
ルクの大きさが所定値以下となるように前記他の原動機
の制御を行う。例えば、一方の原動機が内燃機関であ
り、他方の原動機が回転電機であれば、内燃機関の燃料
の残量が所定値以下となった場合、回転電機の発生する
トルクまたは発電量を制限し、駆動輪にかかるトルクを
制限しておく。回転電機が電動機として機能している場
合、その出力トルクを制限しておけば、燃料の欠乏によ
り内燃機関の制動力、いわゆるエンジンブレーキと、回
転電機の駆動力とが逆向きになる、すなわち駆動輪ごと
に駆動の向きが異なるという事態を避ける、または軽減
することができる。また、回転電機が発電機として機能
している場合は、エンジンブレーキと回生ブレーキの双
方が作用し、急に強い制動がかかるという事態を避け
る、または軽減することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、
複数の種類の原動機を動力源として有するハイブリッド
車両の一構成例を示す図である。ハイブリッド車両１０
は、動力源として、一つの内燃機関１２と、二つの回転
電機１４，１６を有し、これらの原動機により前輪１８
および後輪２０を駆動する車両である。内燃機関１２と
回転電機１４の出力は、入力切替機構２２および連続可
変比変速機構（以下、ＣＶＴと記す）２４を介して前輪
１８に伝達される。一方、回転電機１６の出力は後輪２
０に伝達される。このように、二つの回転電機１４，１
６は、それぞれ駆動する車輪が定まっているので、以下
の説明において、回転電機１４を前輪用回転電機１４、
回転電機１６を後輪用回転電機１６と記す。内燃機関１
２、前輪用回転電機１４および入力切替機構２２、ＣＶ
Ｔ２４を含むハイブリッド動力システム２６の詳細につ
いては後述する。

【００１０】回転電機１４，１６は、それぞれ前輪用、
後輪用インバータ２８，３０を介してバッテリ３２と電
気的に接続されている。回転電機１４，１６は、バッテ
リ３２に蓄えられた電気エネルギ（電力）の供給を受け
て、それぞれ前輪１８、後輪２０を駆動する。このと
き、回転電機１４，１６は電動機として機能する。回転
電機１４，１６は、また発電機としても機能し、発電さ
れた電力がバッテリ３２に充電される。前輪用回転電機
１４で発電を行う場合は、車両の慣性により発電を行
う、いわゆる回生制動と、内燃機関１２の出力を用いて
発電を行う場合とがある。後輪用回転電機１６の場合
は、回生制動の場合のみ発電を行う。このような回転電
機１４，１６の動作は、インバータ２８，３０を介して
制御部３４にて制御される。

【００１１】内燃機関１２は、ガソリンなどの液体燃料
を燃焼させて動力を発生しており、この燃料は燃料タン
ク３６に蓄えられ、必要に応じて内燃機関１２に供給さ
れる。内燃機関１２、さらには入力切替機構２２，ＣＶ
Ｔ２４の制御は、制御部３４が行う。また、制御部３４
には、燃料タンク３６内に備えられ、燃料の残量を検出
する燃料センサ３８からの出力が入力される。

【００１２】図２は、ハイブリッド動力システム２６の
概略構成を示す図である。入力切替機構２２は、サンギ
ア４０とリングギア４２の間の動力伝達を、２個直列に
配置されたプラネタリピニオン４４で行う、いわゆるダ
ブルピニオンタイプの遊星歯車機構である。プラネタリ
ピニオン４４は、これらの相対関係を維持する一方、自
転を許容するように、キャリア４５に支持されている。
サンギア４０には内燃機関１２の出力軸４６が結合さ
れ、キャリア４５には回転電機１４の出力軸４８が結合
されている。キャリア４５は、また第１クラッチ５０を
介してＣＶＴ２４の入力軸５４に結合可能となってい
る。また、リングギア４２は、第２クラッチ５２を介し
てＣＶＴ入力軸５４に結合可能となっている。また、リ
ングギア４２の回転を止めるためにブレーキ５６が設け
られている。

【００１３】ＣＶＴ２４は、略円錐面を有するシーブ
を、その略円錐面を向かい合わせて配置した１対のプー
リ５８，６０にベルト６２を掛け渡して構成される。シ
ーブの間隔を変更することで、ベルト６２のプーリ５
８，６０の巻き掛かり半径が変更され、それに伴って変
速比が連続的に変化するようになっている。ＣＶＴ２４
の出力は、減速機６４およびドライブシャフト６６を介
して前輪１８に伝達される。

【００１４】第１および第２クラッチ５０，５２を結合
しブレーキ５６を解放した状態で、内燃機関出力軸４６
とＣＶＴ入力軸５４が直結状態となる。また、回転電機
１４の出力軸４８もＣＶＴ入力軸５４と直結状態とな
る。このとき、内燃機関１２は車両を駆動する出力を発
生し、回転電機１４は、車両の走行状況等に応じて補助
車両の駆動を補助するトルクを発生したり、内燃機関１
２の出力による発電または車両慣性力の回生を行う。回
転電機１４のみで走行する場合には、第１クラッチ５０
のみ結合状態とし、これにより回転電機出力軸４８とＣ
ＶＴ入力軸５４が直結状態となる。また、第２クラッチ
のみを係合し、内燃機関１２の反力トルクと回転電機１
４で発生させることで、内燃機関１２の出力トルクを増
幅し、リングギア４２からＣＶＴ入力軸５４に出力させ
ることも可能である。回転電機１４が正回転していれば
電動機として機能し、逆回転していれば発電機として機
能することになる。これは登坂などの発進時に大きな発
進トルクが必要な場合に適用される。

【００１５】次に、図３〜図５を用いて、内燃機関１２
の燃料の残量が少なくなったときの当該動力装置の制御
について説明する。

【００１６】図３は、燃料残量の判定にかかるルーチン
を示す図である。まず、燃料タンク残量が所定の値Ａ未
満であるかが判断される（Ｓ１００）。所定値Ａ未満で
あれば、燃料残量が十分であるフラグexfuelをＯＦＦと
し（Ｓ１０２）、このルーチンを抜ける。このフラグex
fuelがＯＮのときは、燃料が十分にあり、当面燃料が欠
乏することはないと考えられる。一方、ステップＳ１０
０で、所定値Ａ未満でないと判断されれば、さらに燃料
残量が前記の所定値Ａより大きな値の所定値Ｂ以上であ
るかが判断される（Ｓ１０４）。残量が、所定値Ｂ以上
であればフラグexfuelをＯＮとし（Ｓ１０６）、所定値
Ｂ以上でなければフラグexfuelを現状で維持し、ルーチ
ンを抜ける。所定値ＡおよびＢを設けて判定を行うの
は、車両の傾きや加減速などで、実際の燃料残量より少
ない値が検出される可能性があることを考慮したもので
ある。すなわち、一旦所定値Ａより少ない値が検出され
た後、所定値Ｂより大きな値が検出されれば、残量少の
判定を取り下げて、十分な残量があると判断する。以上
のルーチンは、燃料センサ３８の出力に基づき制御部３
４が所定のプログラムに従い動作することにより達成さ
れる。したがって、燃料センサ３８および制御部３４
が、エネルギ貯蔵手段である燃料タンクに残存するエネ
ルギ残量を監視し、これが所定値以下となったことを判
定するエネルギ残量判定手段として機能する。なお、所
定値ＡおよびＢは、例えば５リットル、１０リットルな
どと定めることができる。

【００１７】図４は、前輪用回転電機１４の制御にかか
るルーチンである。まず、バッテリ３２の蓄電量（ＳＯ
Ｃ）などに基づき、バッテリ３２に対し充電を行う必要
（充電要求）があるかを判断する（Ｓ１１０）。バッテ
リ３２のＳＯＣは、常に監視されており、ＳＯＣに関す
る情報は、制御部３４が把握している。充電要求がなけ
れば、このルーチンを抜ける。充電要求がある場合、前
述のフラグexfuelがＯＦＦであるかが判断される（Ｓ１
１２）。フラグexfuelがＯＦＦであれば、さらに第１お
よび第２クラッチ５０，５２が係合している状態、すな
わち内燃機関１２および回転電機１４の出力軸４６，４
８とＣＶＴ入力軸５４が直結状態であるかが判断される
（Ｓ１１３）。これらのクラッチが直結状態であれば、
前輪用回転電機１４で発電される電力を制限する（Ｓ１
１４）。また、ステップＳ１１２においてフラグexfuel
がＯＮと判断された場合、およびステップＳ１１３にて
第１および第２クラッチ５０，５２が係合していない状
態であると判断された場合は、通常の電力を発電しバッ
テリ３２の充電を行う（Ｓ１１６）。燃料残量が少ない
ときに発電電力を制限することにより、内燃機関１２が
燃料欠乏により停止したときに、ハイブリッド動力シス
テム２６の出力に突然大きな変動が生じることを防止す
ることができる。具体的には、例えば内燃機関１２によ
って車両を加速させ、また回転電機１４を駆動して発電
を行う走行モードにおいて、発電量の制限を行う。この
モードにおいて、発電量の制限を行わなければ、燃料が
欠乏したときに内燃機関の駆動力は急激に失われ、さら
に回転電機１４が発電していれば、このトルクが更に車
両を減速させるように働く。したがって、突然大きな制
動力が発生することになり、運転者に違和感を与えるこ
ととなる。本実施形態では、このことを考慮し、燃料の
残量が乏しくなったときに、あらかじめ発電量を制限
し、トルクの発生量を抑えておく。これによって、燃料
がなくなったときに急激な減速が生じることを防止して
いる。以上のルーチンは、制御部３４が所定のプログラ
ムに従い動作することにより達成される。よって、この
制御部３４は、第２原動機（前輪用回転電機１４）によ
って第１原動機（内燃機関１２）に加えられる負荷を制
限する制限制御手段として機能する。なお、発電量の制
限は、燃料欠乏時に発生する減速が運転者に大きな違和
感を与えない程度にトルクを減少させる程度に制限す
る。もちろん、発電量を０にすることも可能である。

【００１８】図５は、後輪用回転電機１６の制御にかか
るルーチンである。まず、運転者が要求する車両の加速
度を達成するために、後輪用回転電機１６により車両を
駆動する必要（力行要求）があるかを判断する（Ｓ１２
０）。運転者の要求する加速度は、アクセルペダルなど
の操作子の操作量を示す信号が制御部３４に送られ、こ
の信号に基づき判断される。力行要求がなければ、この
ルーチンを抜ける。充電要求がある場合、前述のフラグ
exfuelがＯＦＦであるかが判断される（Ｓ１２２）。フ
ラグexfuelがＯＦＦであれば、力行を禁止し（Ｓ１２
４）、ＯＦＦでなければ通常の力行制御を実行する（Ｓ
１２６）。燃料残量が少ないときに力行を禁止すること
により、内燃機関１２が燃料欠乏により停止したとき
に、前後輪で相反する駆動力が発生することを防止する
ことができる。後輪用回転電機１６も用いて車両を加速
しようとしている場合に、内燃機関１２が燃料欠乏によ
り停止すると、前輪１８にはエンジンブレーキが作用
し、後輪には後輪用回転電機１６の駆動力が作用する。
これらは、相反する方向に作用するため、車両の挙動が
不自然となり、運転者に違和感を与える。また、前後輪
の動力伝達系に大きなトルクを生じさせることになり、
これを構成する部品に対し、このトルクに耐えられるこ
とが要求される。特に、本実施形態のように、動力伝達
系にトルクコンバータのような流体を介した伝達要素が
ない場合、急激なトルク変動を吸収する要素がないた
め、各構成要素に大きな負荷がかかる。この点を考慮し
て、本実施形態においては、内燃機関１２が燃料欠乏に
より停止する可能性があるような状況においては、力行
を禁止することによって、運転者に違和感を与えること
を、また動力伝達系等に大きな負荷を生じさせることを
防止している。以上のルーチンは、制御部３４が所定の
プログラムに従い動作することにより実行される。よっ
て、この制御部３４は、第２の原動機が駆動する駆動輪
に加えられるトルクの大きさが所定位置以下となる制限
を行う制限制御手段として機能する。なお、力行を完全
に禁止するのではなく、燃料欠乏時に発生する違和感お
よびトルクが許容できる程度であれば、通常制御より小
さなトルクを発生させるようにすることもできる。

【００１９】また、本実施形態においては、後輪用回転
電機１６の力行時にのみこれを禁止するようにした。さ
らに、これに加えて、通常であれば、後輪用回転電機１
６により発電する制御を、燃料残量が少ないときには、
この発電量を制限または発電を禁止することもできる。
これにより、燃料が欠乏して内燃機関が停止した場合、
いわゆるエンジンブレーキに加えて後輪回転電機１６に
よる回生ブレーキが作用し、急に強い制動がかかるとい
う事態を避ける、または軽減することができる。

【００２０】さらに、本実施形態においては、内燃機関
と、バッテリを共用する２個の回転電機を組み合わせた
ハイブリッド車両としたが、これ以外の組み合わせも可
能である。例えば、本実施形態の内燃機関に代えて、燃
料電池より電力供給を受ける回転電機を採用した車両に
ついても同様の制御を行うことができる。燃料電池の燃
料（ガソリン、メタノール、水素）などの残量が少なく
なった場合、他の回転電機の制御を本実施形態の回転電
機と同様に行うことができる。また、複数のバッテリと
複数の回転電機を組み合わせた車両についても同様に考
えることが可能である。例えば、第１のバッテリから電
力の供給を受ける一つまたは複数の回転電機と、第２の
バッテリから電力供給を受ける一つまたは複数の回転電
機を有する車両において、第１のバッテリのＳＯＣが低
下したときには、第２のバッテリから電力供給を受ける
回転電機の組の発電および駆動制御を本実施形態の場合
のように、制限または禁止することができる。

【００２１】以上のように、異なるエネルギ供給源を有
する複数の原動機を備えた車両において、一つのエネル
ギ供給源の残量がなくなったときに、車両や車両の動力
伝達系に生じる不自然な、また過大な負荷を与えるよう
なトルク変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施形態にかかる車両の動力装置の概略構
成を示す図である。

【図２】 共通の駆動輪を二つの原動機で駆動するハイ
ブリッド動力システムの概略構成を示す図である。

【図３】 エネルギの残量を判定するための制御ルーチ
ンを示す図である。

【図４】 エネルギ残量の低下に対応した原動機の制御
ルーチンを示す図である。

【図５】 エネルギ残量の低下に対応した原動機の制御
ルーチンを示す図である。

【符号の説明】

１０ ハイブリッド車両、１２ 内燃機関、１４ 前輪
用回転電機、１６ 後輪用回転電機、１８ 前輪（駆動
輪）、２０ 後輪（駆動輪）、２２ 入力切替機構、２
４ 連続可変比変速機構、２６ ハイブリッド動力シス
テム、３４ 制御部、３６ 燃料タンク、３８ 燃料セ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 幸男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 修 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 山口 勝彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 西垣 隆弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 川端 剛士 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山本 健児 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G093 AA06 AA07 AA16 BA04 CB07 DB00 EB00 EB09 FA11 FB05 5H115 PA01 PC06 PG04 PI16 PI24 PI29 PO02 PO06 PO09 PU22 PU24 PU25 PV09 QI04 QN03 QN27 RB11 RB15 RB21 RE01 SE04 SE09 TI01 TO30 TR20 TU20 TZ01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共通の駆動輪に動力を供給する第１およ
   び第２原動機と、 前記第１原動機に供給されるエネルギを蓄える第１エネ
   ルギ貯蔵手段と、 前記第２原動機に供給されるエネルギを蓄え、前記第１
   エネルギ貯蔵手段とは別個の第２エネルギ貯蔵手段と、 を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、 前記第１エネルギ貯蔵手段に蓄えられたエネルギ量を監
   視し、エネルギ残量が所定値以下となったことを判定す
   るエネルギ残量判定手段と、 エネルギ残量が所定値以下となったことが判定された場
   合、前記第２原動機に対し、この第２原動機によって前
   記第１原動機に加わえられる負荷が、所定値以下となる
   制限を行う制限制御手段と、を有する車両用動力装置の
   制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車両用動力装置の制御
   装置において、 前記第１原動機は内燃機関であり、 前記第２原動機は回転電機であり、 前記エネルギ残量判定手段は、前記第１エネルギ貯蔵手
   段である燃料タンクの燃料残量を監視する手段であり、 前記制限制御手段は、前記回転電機の発電量を制限する
   ものである、車両用動力装置の制御装置。
3. 【請求項３】 第１駆動輪に動力を供給する第１原動機
   と、 前記第１駆動輪とは別個の第２駆動輪に動力を供給し、
   前記第１原動機とは別個の第２原動機と、 前記第１原動機に供給されるエネルギを蓄える第１エネ
   ルギ貯蔵手段と、 前記第２原動機に供給されるエネルギを蓄え、前記第１
   エネルギ貯蔵手段とは別個の第２エネルギ貯蔵手段と、 を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、 前記第１エネルギ貯蔵手段に蓄えられたエネルギ量を監
   視し、エネルギ残量が所定値以下となったことを判定す
   るエネルギ残量判定手段と、 エネルギ残量が所定値以下となったことが判定された場
   合、前記第２原動機に対し、この第２原動機が駆動する
   駆動輪に加えられるトルクの大きさが所定値以下となる
   制限を行う制限制御手段と、を有する車両用動力装置の
   制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の車両用動力装置の制御
   装置において、 前記第１原動機は内燃機関であり、 前記第２原動機は回転電機であり、 前記エネルギ残量判定手段は、前記第１エネルギ貯蔵手
   段である燃料タンクの燃料残量を監視する手段であり、 前記制限制御手段は、前記回転電機の発電量および出力
   を制限するものである、車両用動力装置の制御装置。
5. 【請求項５】 第１駆動輪に動力を供給し、内燃機関と
   回転電機の二つの原動機を有するハイブリッド動力シス
   テムと、 前記第１駆動輪とは別個の第２駆動輪に動力を供給し、
   前記ハイブリッド動力システムの原動機とは別個の第３
   原動機と、 前記第１原動機の内燃機関に供給される燃料を蓄える燃
   料貯蔵手段と、 を有する車両用動力装置の制御を行う装置であって、 前記燃料の貯蔵量を監視し、その残量が所定値以下にな
   ったことを判定する燃料残量判定手段と、 前記回転電機が発電状態であることを判定する発電状態
   判定手段と、 前記燃料残量が所定値以下となり、かつ前記回転電機が
   発電状態と判定された場合、前記第３原動機の駆動力を
   所定値以下に制限する制限制御手段と、を有する車両用
   動力装置の制御装置。