JP2003274510A - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】車両のハイブリッドシステムにおいて、変速機
のギヤ入れ時の回転合わせ（シンクロ）時間の短縮が図
れ、シンクロ機構への負荷も大幅に軽減できるようにす
る。 【解決手段】車両の走行中に変速要求が発生するとクラ
ッチを切断するか、または切断状態に保ちながら、変速
機をニュートラルにセットする手段（S11〜S13）と、変
速機がニュートラルにセットされると変速機の入力側の
回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領
域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段
へギヤセットする手段（S14〜S19）と、変速機がニュー
トラルにセットされると蓄電要素のSOCとの関係から許
容される範囲で変速機の出力側の回転速度との要求段に
応じた同期領域へ変速機の入力側の回転速度が収束する
まで回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する
手段（S14〜S18→S20〜S24）と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両の動力源に
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。

【０００２】

【従来の技術】パラレル方式のハイブリッドシステムと
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、を備えるものがある。なお、特開平１０−３０４
５１３号および特開２００１−１０３６０３号におい
て、車両のハイブリッドシステムに関連する技術内容が
開示される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッ
ドシステム（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を備える）においては、変速機の入
力軸に回転電機の慣性が作用するため、変速時や発進時
のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機のシンクロ機
構への負担が大きくなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時
間）も長くなることが考えられる。

【０００４】この発明は、このような課題を解決するた
めの対応手段の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、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、車両の停止時
に発進段へのギヤセット要求が発生するとクラッチを切
断する手段と、変速機の入力側の回転速度が出力側の回
転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って
変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段
と、クラッチの切断後に蓄電要素のSOCとの関係から許
容される範囲で変速機の入力側の回転速度が同期領域の
０付近へ収束するまで回転電機を発電モードに制御する
手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００６】第２の発明は、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、車両の走行中に変速要求が発生す
るとクラッチを切断するか、または切断状態に保ちなが
ら、変速機をニュートラルにセットする手段と、変速機
がニュートラルにセットされると変速機の入力側の回転
速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ
収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギ
ヤセットする手段と、変速機がニュートラルにセットさ
れると蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変
速機の出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ
変速機の入力側の回転速度が収束するまで回転電機を電
動モードまたは発電モードに制御する手段と、を備えた
ことを特徴とする。

【０００７】第３の発明は、第２の発明に係る車両のハ
イブリッドシステムにおいて、変速機がニュートラルに
セットされると回転電機を電動モードまたは発電モード
に制御する手段は、変速機の出力側の回転速度の検出値
と要求段のギヤ比とから変速機の入力側の目標回転速度
αを求める手段と、変速機の入力側の回転速度の検出値
と動力伝達機構の変速比とから回転電機の回転速度βを
求める手段と、回転電機の回転速度βと変速機の入力側
の目標回転速度αとの回転差（α−β）に基づいて、目
標回転速度αに所定値±γを加える同期領域の上限値を
回転差（α−β）が上回るときは、回転電機の回転速度
βが同期領域へ収束するまで回転差（α−β）に応じた
力行トルクを発生するように回転電機を電動モードに制
御する手段と、同じく目標回転速度αに所定値±γを加
える同期領域の下限値を回転差（α−β）が下回るとき
は、回転電機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回
転差（α−β）に応じた回生トルクを発生するように回
転電機を発電モードに制御する手段と、を備えたことを
特徴とする。

【０００８】

【発明の効果】第１の発明においては、車両の発進時
は、変速機がニュートラルでクラッチが接続の停車状態
でエンジンが駆動される。このような場合においても、
ギヤセット要求が発生すると、クラッチの切断後に回転
電機が発電モードに制御され、その回生トルクが車両の
駆動系（パワートレイン）に働くため、変速機の入力側
の回転速度は、同期領域の０付近へ速やかに収束する。
そして、変速機は、入力側の回転速度が０付近に低下す
ると、ニュートラルから要求段へギヤセットされるので
ある。その結果、発進時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴
う、変速機のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ入
れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。

【０００９】第２の発明においては、車両の走行中に変
速要求が発生すると、クラッチが切断され、変速機がニ
ュートラルにセットされる。その後、回転電機が電動モ
ードまたは発電モードに制御され、その力行トルクまた
は回生トルクが車両の駆動系（パワートレイン）に働く
ため、変速機の入力側の回転速度は、要求段の同期領域
へ速やかに収束する。そして、変速機は、入力側の回転
速度が同期領域に入ると、ニュートラルから要求段へギ
ヤセットされるのである。その結果、変速時のギヤ入れ
（ギヤセット）に伴う、変速機のシンクロ機構への負担
が無くなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短
縮できる。

【００１０】第３の発明においては、回転電機の運転モ
ードは変速機の入力側の目標回転速度αと回転電機の回
転速度βとの回転差（α−β）に基づいて制御される。
（α−β）＞＋γのときは、回転電機が電動モードに制
御され、回転差（α−β）に応じた力行トルクにより、
目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域へ変速機
の入力側の回転速度を上昇させる一方、（α−β）＜−
γのときは、回転電機が発電モードに制御され、回生ト
ルクにより目標回転速度αに所定値±γを加える同期領
域へ変速機の入力側の回転速度を低下させるのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン、２
は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３
が介装される。エンジン１としては、ディーゼルエンジ
ンまたはCGNエンジン（圧縮天然ガスを燃料とする）が
用いられる。４は回転電機（モータジェネレータ）であ
り、その入出力軸４ａは動力伝達機構５（ギヤボック
ス）を介して変速機２の入力軸２ａに連結される。

【００１２】変速機２には、そのギヤシフト機構を制御
するコントロールユニット６が備えられる。コントロー
ルユニット６は、運転室のチェンジレバー装置７および
ハイブリッド電子制御ユニット１０（ハイブリッドEC
U）に接続され、チェンジレバー装置７がギヤシフト指
令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトをハイブ
リッドECU１０の命令に従って制御する。

【００１３】クラッチ３には、これを断続するクラッチ
アクチュエータ８が備えられる。クラッチアクチュエー
タ８は、ハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン
１から変速機２およびギヤボックス５への動力の伝達を
断続する。エンジン１の燃料供給量を制御するのがエン
ジン電子制御ユニット１５（エンジンECU）であり、エ
ンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ１６
が備えられる。エンジンECU１５は、エンジン回転セン
サ１６の検出信号およびハイブリッドECU１０の要求に
応じてエンジン１の燃料供給量を制御する。

【００１４】車輪に制動力を発生させるブレーキアクチ
ュエータ２１は、ブレーキ電子制御ユニット２０（ブレ
ーキECU）により、ハイブリッドECU１０からの情報（回
転電機４の回生制動力）およびブレーキペダル２２の踏
み量（要求制動力）に基づいて、回生制動力で賄い切れ
ない要求制動力の不足分を補うように制御される。２３
はブレーキペダル２２の踏み量を検出するブレーキセン
サである。

【００１５】回転電機４は、高効率および小形軽量化の
面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が
使用され、蓄電要素９にインバータ１１を介して接続さ
れる。蓄電要素９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。

【００１６】インバータ１１は、ハイブリッドECU１０
の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モー
ドに制御する。電動モードにおいては、蓄電要素９の充
電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を
駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発
電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素９を
充電する。

【００１７】ギヤボックス５は、回転電機４の入出力軸
４ａに連結されるドライブギヤ５ａと、変速機２の入力
軸２ａに連結されるドリブンギヤ５ｂと、これらに噛み
合うアイドラギヤ５ｃと、から構成される。回転電機４
の入出力軸４ａの回転は、ギヤボックス５により減速さ
れ、変速機２の入力軸２ａへ伝達される一方、変速機２
の入力軸２ａの回転は、ギヤボックス５により増速さ
れ、回転電機４の入出力軸４ａへ伝達される。

【００１８】ハイブリッドECU１０は、アクセルペダル
１２の踏み量（アクセル要求量）を検出するアクセルセ
ンサ１３と、クラッチ３の断続状態を検出するクラッチ
位置センサ１４と、変速機２のギヤポジションを検出す
るシフト位置センサ１７と、変速機２の出力側の回転速
度を検出する車速センサ１８（変速機２の出力回転セン
サ）と、変速機２の入力側の回転速度として回転電機４
の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度
を検出するギヤ回転センサ１９（変速機２の入力回転セ
ンサ）と、が備えられる。

【００１９】これらの検出信号および蓄電要素９のSOC
（State Of Chage）を含む各種情報（エンジンECU１
５，ブレーキECU２０，変速機２のコントロールユニッ
ト６，インバータ１１、から得られる）に基づいて、ハ
イブリッドECU１０は、クラッチアクチュエータ８，回
転電機４のインバータ１１、を制御する一方、エンジン
ECU１５およびブレーキECU２０への要求、変速機２のコ
ントロールユニット６への命令、を送信する。

【００２０】図２は、蓄電要素９のSOCをパラメータに
回転電機４の出力とエンジン１の出力との分担比を設定
する制御マップであり、ハイブリッドECU１０に格納さ
れる。ハイブリッドECU１０は、制御マップから蓄電要
素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比
とアクセルセンサ１３の検出信号（アクセル操作量）に
基づいて、回転電機４の出力およびエンジン１の出力を
制御する。つまり、回転電機４が分担出力を発生するよ
うにインバータ１１を制御する一方、エンジンECU１５
への要求（エンジン１の分担出力に応じた燃料供給量）
を送信するのである。

【００２１】回転電機４の出力分担比＝１（エンジン１
の出力分担比＝０）の場合、クラッチ３を切断した状態
において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機４
から得られるようにインバータ１１を制御する。回転電
機４の出力分担比＜１（エンジン１の出力分担比＞０）
の場合、クラッチ３を接続した状態において、蓄電要素
９のSOCの低下に連れて回転電機４の分担出力が小さく
なり、それに応じてエンジン１の分担出力が大きくなる
ようにエンジンECUへの要求およびインバータ１１を制
御する。エンジン１の出力分担比が＝１（回転電機の出
力分担比＝０）の場合、アクセル操作量に相当する出力
がエンジン１から得られるようにエンジンECU１５へ要
求を制御する。

【００２２】ハイブリッドECU１０は、ブレーキECU２０
との協調制御により、蓄電要素９への充電が可能な（SO
Cとの関係から発電が許容される）限り、クラッチ３を
切断した状態において、ブレーキ操作量に相当する回生
制動力が回転電機４から得られるようにインバータ１１
を制御する一方、ブレーキ操作量に相当する要求制動力
を回転電機４の回生制動力で賄い切れない場合、その分
の制動力をブレーキアクチュエータ２１の発生する制動
力で補うようにブレーキECU２０へ要求を送信する。ま
た、蓄電要素９のSOC情報から、発電要求を判定する
と、クラッチ３の接続状態において、エンジン１の出力
に余裕がある場合、回転電機４の発電により、蓄電要素
９を充電するようにインバータ１１を制御するのであ
る。

【００２３】このような各種制御を司る機能のほか、ハ
イブリッドECU１０は、車両の発進制御および変速制御
を司る機能も備えられる。図３は、車両の発進制御を説
明するフローチャートチャートであり、エンジン１がア
イドル運転かつ変速機２がニュートラルの停車状態にお
いて、チェンジレバー操作に基づいて発進段へのギヤセ
ット要求が発生するとクラッチ３を切断する（S1）。

【００２４】クラッチ３の切断後に蓄電要素９への充電
が可能な範囲において、回転電機４の発電モードにイン
バータ１１を制御する（S2）。そして、変速機２の入力
側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同
期領域（車両は停止状態のため、０付近となる）へ収束
したら、変速機２をニュートラルから要求段へギヤセッ
トする要求をコントロールユニット６へ送信する（S3，
S4）。

【００２５】その後は、アクセルペダル１２が踏まれる
と、既述のように制御マップ（図２、参照）から蓄電要
素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比
とアクセル操作量に基づいて、クラッチ３の断続と共に
回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御するの
である。

【００２６】このような構成により、車両の発進時は、
発進段へのギヤセット要求が発生すると、クラッチ３の
切断後に回転電機４が発電モードに制御され、その回生
トルクが車両の駆動系（パワートレイン）に働くため、
変速機２の入力側の回転速度は、同期領域の０付近へ速
やかに収束する。変速機２は、入力側の回転速度が０付
近に低下すると、ニュートラルから要求段へギヤセット
されるのである。その結果、発進時のギヤ入れ（ギヤセ
ット）に伴う、変速機２のシンクロ機構への負担が無く
なり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮でき
る。

【００２７】図４は、車両の変速制御を説明するフロー
チャートであり、走行状態（蓄電要素のSOC情報に応じ
た出力分担比およびアクセル操作量に基づいてクラッチ
３の断続と共に回転電機４の出力およびエンジン１の出
力を制御する）において、チェンジレバー操作に基づい
て変速要求が発生すると、クラッチ３を切断するか、ま
たは切断状態に保持し、変速機２をニュートラルにセッ
トする要求をコントロールユニット６へ送信する（S11
〜S13）。

【００２８】変速機２がニュートラルにセットされる
と、蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲におい
て、変速機２の入力側の回転速度βをギヤ入れの目標回
転速度αに合わせるように回転電機４をトルク制御する
（S14〜S18→S20〜S24）。そして、変速機２の入力側の
回転速度βが目標回転速度α±所定値γに設定される同
期領域に入ると、ニュートラルから要求段へギヤセット
する要求をコントロールユニットへ送信する（S18→S1
9）。その後、蓄電要素のSOC情報に応じた出力分担比お
よびアクセル操作量に基づくもとの制御に復帰するので
ある。

【００２９】図４において、S15においては、車速セン
サ１８の検出信号と要求段のギヤ比とから、変速機２の
入力側の目標回転速度αを計算する。S16においては、
ギヤ回転センサ１９の検出信号（回転電機４の回転速度
に相当する）とギヤボックス５の変速比とから変速機２
の入力側の回転速度βを計算する。S17においては、目
標回転速度αと回転速度βとの回転差（α−β）を計算
する。

【００３０】S18においては、回転速度βが目標回転速
度αに所定値±γを加える同期領域にあるかどうか、回
転差（α−β）が±γに納まるかどうかを判定する。S1
8の判定がyesのときは、S19へ進む一方、S18の判定がno
のときは、S20へ行く。

【００３１】S20においては、回転差（α−β）＞０
（回転差が正側）かどうかを判定する。S20の判定がyes
のときは、S21へ進み、回転差（α−β）に応じた力行
トルク値を求め、S22において、その力行トルク値をイ
ンバータ１１へ指令し、S18へ戻る。S20の判定がnoのと
きは、S23へ飛び、回転差（α−β）に応じた回生トル
ク値を求め、S24において、その回生トルク値をインバ
ータ１１へ指令し、S18へ戻るのである。

【００３２】このような構成により、車両の変速時は、
変速機２がニュートラルにセットされると、回転差（α
−β）＞＋γのときは、回転電機４が回転差（α−β）
に応じた力行トルク値を発生するため、変速機２の入力
側の回転速度βが要求段に対応する目標回転速度αへ上
昇する一方、回転差（α−β）＜−γのときは、回転電
機４が回転差（α−β）に応じた回生トルク値を発生す
るため、変速機２の入力側の回転速度βが要求段に対応
する目標回転速度αへ低下するようになる。このため、
変速機２の入力側の回転速度βは、要求段の同期領域へ
速やかに収束するのである。

【００３３】変速機２は、回転速度βが要求段の同期領
域に入ると、ニュートラルから要求段へギヤセットされ
る。その結果、変速時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴
う、変速機２のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ
入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。

【００３４】図３の発進制御および図４の変速制御にお
いて、変速機２のギヤ入れ時の回転合わせに回転電機４
の発電モードが利用され、エネルギの回生率が向上する
という効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図であ
る。

【図２】同じく制御内容を説明する特性図である。

【図３】同じく制御内容を説明するフローチャートであ
る。

【図４】同じく制御内容を説明するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 変速機 ２ａ 変速機の入力軸 ３ クラッチ ４ 回転電機 ４ａ 回転電機の入出力軸 ５ ギヤボックス ６ 変速機のコントロールユニット ７ チェンジレバー装置 ８ クラッチアクチュエータ ９ 蓄電要素（電気二重層キャパシタ） １０ ハイブリッドECU １１ インバータ １４ クラッチセンサ １５ エンジンECU １６ エンジン回転センサ １７ シフト位置センサ １８ 車速センサ（変速機の出力回転センサ） １９ ギヤ回転センサ（変速機の入力回転センサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ６０Ｋ 6/04 ５３０ Ｂ６０Ｋ 6/04 ５３０ ７３３ ７３３ Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｄ 29/06 29/06 Ｄ Ｆ１６Ｈ 61/02 Ｆ１６Ｈ 61/02 // Ｆ１６Ｈ 59:40 59:40 59:42 59:42 63:46 63:46 (72)発明者 合田 英明 埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G093 AA04 AA07 BA15 CB05 CB08 DA01 DB05 DB10 EA02 EB03 EB08 EC02 3J552 MA04 MA13 NA01 NB09 PA01 PA62 RA02 SA22 SB35 UA03 UA07 VA32W VA37W 5H115 PA12 PC06 PG04 PI16 PO06 PU10 PU25 PV09 QE17 QI04 RE03 RE05 SE09 SJ11 TE05 UI13 UI23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【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、車両の停止時に発進段へのギヤセット要求が発生
   するとクラッチを切断する手段と、変速機の入力側の回
   転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域
   へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へ
   ギヤセットする手段と、クラッチの切断後に蓄電要素の
   SOCとの関係から許容される範囲で変速機の入力側の回
   転速度が同期領域の０付近へ収束するまで回転電機を発
   電モードに制御する手段と、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。
2. 【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、車両の走行中に変速要求が発生するとクラッチを
   切断するか、または切断状態に保ちながら、変速機をニ
   ュートラルにセットする手段と、変速機がニュートラル
   にセットされると変速機の入力側の回転速度が出力側の
   回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待っ
   て変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手
   段と、変速機がニュートラルにセットされると蓄電要素
   のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の出力側の
   回転速度との要求段に応じた同期領域へ変速機の入力側
   の回転速度が収束するまで回転電機を電動モードまたは
   発電モードに制御する手段と、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。
3. 【請求項３】変速機がニュートラルにセットされると回
   転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段
   は、変速機の出力側の回転速度の検出値と要求段のギヤ
   比とから変速機の入力側の目標回転速度αを求める手段
   と、変速機の入力側の回転速度の検出値と動力伝達機構
   の変速比とから回転電機の回転速度βを求める手段と、
   回転電機の回転速度βと変速機の入力側の目標回転速度
   αとの回転差（α−β）に基づいて、目標回転速度αに
   所定値±γを加える同期領域の上限値を回転差（α−
   β）が上回るときは、回転電機の回転速度βが同期領域
   へ収束するまで回転差（α−β）に応じた力行トルクを
   発生するように回転電機を電動モードに制御する手段
   と、同じく目標回転速度αに所定値±γを加える同期領
   域の下限値を回転差（α−β）が下回るときは、回転電
   機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回転差（α−
   β）に応じた回生トルクを発生するように回転電機を発
   電モードに制御する手段と、を備えたことを特徴とする
   請求項２の記載に係る車両のハイブリッドシステム。