JP2004028279A - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン2とモータ・ジェネレータ3を動力源として備え、エンジン2とモータ・ジェネレータ3の少なくとも一方の動力を変速機4を介してアクスルシャフト5aに伝達し車両の推進力とするハイブリッド車両1において、モータ・ジェネレータ3の温度を検出するモータ温度センサ14を備え、モータ温度センサ14で検出したモータ・ジェネレータ3の温度に応じて、変速機4の変速比を変更してモータ・ジェネレータ3の回転数を変更し、モータ・ジェネレータ3の運転点を高回転低トルクに制御する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンと発電可能な電動機を動力源とし少なくとも一方の動力から車両の推進力を得る、いわゆるハイブリッド車両に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンを駆動させる燃料の節約や、燃料の燃焼により発生する排気ガスの低減等を目的として、車両の駆動輪に連結される動力伝達機構にエンジンと発電可能な電動機(以下、モータ・ジェネレータという)とを連結し、走行時に必要に応じてモータ・ジェネレータによる駆動アシストを行うとともに、減速時に駆動輪から入力される動力を前記モータ・ジェネレータに伝達し、該モータ・ジェネレータにより回生動作を行って減速エネルギーを回生エネルギーに変換し電気エネルギーとして蓄電装置に充電するハイブリッド車両が開発されている(特開平11−350995号公報等)。
【0003】
ところで、前記モータ・ジェネレータに対しては過熱防止をする必要がある。
従来のモータ・ジェネレータに対する過熱防止方法は、モータ・ジェネレータの温度が上昇した場合、あるいは、上昇したと推定された場合に、モータ・ジェネレータの出力を絞る(制限する)ことでモータ・ジェネレータの温度上昇を回避していた(特開平7−170800号公報、特開2000−184502号公報等)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のようにモータ・ジェネレータの出力制限により過熱防止をすると、モータ・ジェネレータの温度によってモータ・ジェネレータが出せる出力が異なるため、同じ運転条件(同車速、同スロットル開度)でも車体駆動力が異なってくるので、同じ車体駆動力を得るためには運転者がアクセルペダルの踏み込み量を調整しなければならなくなり、ドライバビリティが悪化するという問題があった。
【0005】
なお、電子制御スロットル(以下、DBWと略す)を備えている場合には、モータ・ジェネレータの出力減少分をエンジン出力の増加で補うことができるため車体駆動力を同じにすることができるが、DBWは制御が複雑で高価になるという問題がある。
そこで、この発明は、電動機の出力制限をすることなく該電動機の過熱を防止することができるハイブリッド車両を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、エンジン(例えば、後述する第1の実施の形態におけるエンジン2)と発電可能な電動機(例えば、後述する第1の実施の形態におけるモータ・ジェネレータ3)を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を変速機(例えば、後述する第1の実施の形態における変速機4)を介して出力軸(例えば、後述する第1の実施の形態におけるアクスルシャフト5a)に伝達し車両の推進力とするハイブリッド車両(例えば、後述する第1の実施の形態におけるハイブリッド車両1)において、前記電動機の温度を検出する温度検出手段(例えば、後述する第1の実施の形態におけるモータ温度センサ14)を備え、前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度に応じて、前記変速機の変速比を変更して前記電動機の回転数を変更し、該電動機の運転点を高回転低トルクに制御することを特徴とする。
電動機の特性として、低回転領域(直交領域)では、電動機のトルクは電流値によって決定され、また、電動機の発熱は電流値と巻線抵抗により決定される銅損が支配的であり、同じ出力でも、低回転高トルクの運転点よりも高回転低トルク側の運転点の方が発熱量が少ない。したがって、前記のように構成することにより、電動機の出力を制限することなく発熱量を減らすことができる。
【0007】
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度が高いほど、前記電動機の回転数を高く変更することを特徴とする。
このように構成することにより、電動機の温度が高い時ほど電動機の回転数を高くして発熱量を減らすことができる。
【0008】
請求項3に記載した発明は、エンジン(例えば、後述する第2の実施の形態におけるエンジン2)と発電可能な電動機(例えば、後述する第2の実施の形態におけるモータ・ジェネレータ3)を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を変速機(例えば、後述する第2の実施の形態における変速機4)を介して出力軸(例えば、後述する第2の実施の形態におけるアクスルシャフト5a)に伝達し車両の推進力とするハイブリッド車両(例えば、後述する第2の実施の形態におけるハイブリッド車両1)において、前記電動機の温度を検出する温度検出手段(例えば、後述する第2の実施の形態におけるモータ温度センサ14)と、前記エンジンおよび前記電動機から前記変速機への動力伝達を制御するロックアップクラッチ(例えば、後述する第2の実施の形態におけるロックアップクラッチ31)とを備え、前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度に応じて、前記ロックアップクラッチの締結度合いを変更して前記電動機の回転数を変更し、該電動機の運転点を高回転低トルクに制御することを特徴とする。
このように構成することにより、電動機の出力を制限することなく発熱量を減らすことができる。
【0009】
請求項4に記載した発明は、請求項3に記載の発明において、前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度が高いほど、前記ロックアップクラッチの締結度合いを弱めることを特徴とする。
このように構成することにより、電動機の温度が高い時ほど電動機の回転数を高くして発熱量を減らすことができる。
【0010】
請求項5に記載した発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の発明において、前記電動機の温度に応じて該電動機の回転数を変更する際に、変更可能な回転領域は直交領域内であることを特徴とする。
このように構成することにより、電動機の出力を変更することなく電動機の過熱を防止することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るハイブリッド車両の実施の形態を図1から図8の図面を参照して説明する。
【0012】
〔第1の実施の形態〕
初めに、この発明に係るハイブリッド車両の第1の実施の形態を図1から図5の図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施の形態におけるハイブリッド車両1の動力伝達系の概略構成図である。
このハイブリッド車両1では、エンジン2と発電可能な電動機(以下、モータ・ジェネレータという)3が直結されており、エンジン2とモータ・ジェネレータ3の少なくとも一方の動力が変速機4を介して車両の駆動輪5に伝達されるように構成されている。変速機4はベルト式無段変速機(CVT)であり、モータ・ジェネレータ3の出力軸3aに連結されたトライブプーリ41と、駆動輪5のアクスルシャフト(出力軸)5aに図示しないディファレンシャルギヤ等を介して連結されたドリブンプーリ42と、ドライブプーリ41とドリブンプーリ42に巻き掛けられた無端ベルト43とから構成されている。この変速機4は、両プーリ41,42の有効半径を増減させることにより変速比を無段階に変化させることができるようになっており、各プーリ41,42は有効半径を増減させるための駆動部41a,42aを備えている。そして、コントロールバルブ6によって所定に制御された油圧を駆動部41a,42aに供給することによって、ドライブプーリ41とドリブンプーリ42の有効半径を所望に増減することができ、これによって所望の変速比を得ることができる。
【0013】
このハイブリッド車両1の減速時に駆動輪5側からモータ・ジェネレータ3側に駆動力が伝達されると、モータ・ジェネレータ3は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収し、パワードライブユニット(PDU)7を介してバッテリー8に充電する。この時の回生出力はECU9によってPDU7を介して制御される。
そして、モータ・ジェネレータ3は、バッテリー8に充電された電気エネルギーを消費して駆動されるとともに、ECU9によってPDU7を介して制御される。なお、バッテリー8に代えてキャパシタを用いることも可能である。
【0014】
エンジン2は多気筒レシプロタイプエンジンであり、各気筒に対する吸排気を行わせるための吸気バルブおよび排気バルブの作動制御を行う吸排気制御装置(気筒休止手段)10と、各気筒に対する燃料噴射制御および噴射燃料の点火制御を行う燃料噴射・点火制御装置11とを有し、これら制御装置10,11はECU9によって制御される。
このハイブリッド車両は、必要に応じて、燃料噴射・点火制御装置11によりエンジン2の全気筒の燃料供給を停止する燃料供給停止制御(以下、F/C制御と略す)が可能であり、さらに、必要に応じて、吸排気制御装置10によりエンジン2の全気筒の吸排気バルブを全閉にする気筒休止制御(休筒制御という場合もある)が可能になっている。
また、ECU9には、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ12からの信号と、車速を検出する車速センサ13からの信号と、モータ・ジェネレータ3の巻線温度を検出するモータ温度センサ14からの信号が入力される。
【0015】
次に、モータ・ジェネレータ3の過熱防止の原理について説明する。
図2はモータ・ジェネレータ3のトルクと回転数の関係を示すT−N特性図である。周知のように、低回転領域(弱め界磁を必要としない直交領域)では、モータ・ジェネレータ3のトルクは電流値によって決定される。また、前記低回転領域ではモータ・ジェネレータ3の発熱は、電流値と巻線抵抗により決定される銅損が支配的である。したがって、モータ・ジェネレータ3の運転点を低回転高トルク側(例えば、図2においてA点)から高回転低トルク側(例えば、図2においてB点)に変更すると、出力を制限することなく発熱量を減らすことができる。
そこで、この第1の実施の形態では、モータ・ジェネレータ3の温度をモータ温度センサ14で監視し、モータ・ジェネレータ3の温度が所定温度T1を越えた時には、その温度に応じて変速機4の変速比を変更することによりモータ・ジェネレータ3の回転数を増大させて、モータ・ジェネレータ3の運転点を定常温度時(T1以下の時)よりも高回転低トルク側に変更するようにした。
【0016】
このハイブリッド車両1では、変速機4のドライブプーリ41の要求回転数(以下、NDRCMDと略す)を決定することにより変速機4の変速比を決定することができる。というのは、ドリブンプーリ42の回転数は車速センサ13で検出される車速から算出可能であり、このドリブンプーリ42の回転数とNDRCMDから変速機4の変速比を算出することができるからである。
なお、この実施の形態では、ドライブプーリ41はモータ・ジェネレータ3の出力軸3aに連結されており、エンジン2とモータ・ジェネレータ3は直結されているので、ドライブプーリ41とエンジン2とモータ・ジェネレータ3の回転数は常に同じになる。
【0017】
次に、ドライブプーリ41のNDRCMD算出処理を図3に示すフローチャートに従って説明する。前述したように、この実施の形態においては、ドライブプーリ41の回転数はモータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数と同じであり、したがって、NDRCMDの算出処理とはモータ・ジェネレータ3の要求回転数算出処理ということもできる。
図3のフローチャートに示すNDRCMD算出処理ルーチンはECU9によって実行される。
【0018】
まず、ステップS101において、モータ・ジェネレータ3の温度が定常温度(T1以下)の場合におけるNDRCMD(以下、基本NDRCMDといい、BNDRCMDと略す)を算出する。ここで、BNDRCMDは、この実施の形態においては、エンジン2のみの駆動力で走行する場合にエンジン効率と変速機4の伝達効率を考慮して最も効率の良い変速比から決定されるドライブプーリ41の要求回転数とする。BNDRCMDは、車速センサ13で検出された車速Vとスロットル開度センサ12で検出されたスロットル開度THに基づいて、予め用意された図示しないマップを参照して算出する。
【0019】
次に、ステップS102に進み、予め用意されたTNDRCMDマップを参照して、モータ温度センサ14で検出されたモータ・ジェネレータ3の温度に基づき、モータ温度補正項TNDRCMDを算出する。図4はTNDRCMDマップの一例を示しており、この例では、モータ・ジェネレータ3の温度がT1以下ではTNDRCMD=0であり、T1からT2の間は温度の上昇にしたがって一次関数的にTNDRCMDが増加していき、T2以上では例えば500rpmで一定となる。
【0020】
次に、ステップS103に進み、次式からNDRCMDを算出する。
NDRCMD=BNDRCMD+TNDRCMD
次に、ステップS104に進み、予め用意された図示しないNDRLimマップを参照して、車速センサ13で検出された車速Vとスロットル開度センサ12で検出されたスロットル開度THに基づき、上限NDRCMD(以下、NDRLimと略す)を算出する。
【0021】
次に、ステップS105に進み、NDRCMDリミット処理を実行して本ルーチンの実行を一旦終了する。NDRCMDリミット処理はNDRCMDをNDRLim以下に制限をする処理であり、ステップS103において算出したNDRCMDがNDRLimよりも大きい場合にはNDRLimをNDRCMDとし、ステップS103において算出したNDRCMDがNDRLim以下である場合にはステップS103で算出したNDRCMDをNDRCMDとする。
NDRCMDリミット処理を実行することにより、アイドル時のように低車速低出力の運転時にモータ・ジェネレータ3の温度が上がっても、運転者が違和感を感じるほどモータ・ジェネレータ3の回転数を上げないようにすることができる。
【0022】
そして、このようにして算出されたドライブプーリ41のNDRCMDと、車速に基づいて算出したドリブンプーリ42の回転数から変速機4の変速比を算出し、この変速比となるように、ECU9によりコントロールバルブ6を制御し、駆動部41a,42aに所定油圧値の油圧を供給してドライブプーリ41とドリブンプーリ42の有効半径を所定に変更する。これにより、モータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数を定常温度時よりも高くすることができ、その結果、モータ・ジェネレータ3に流れる電流が下がって、モータ・ジェネレータ3の運転点を出力を変更することなく定常温度時よりも高回転低トルク側に変更することができ、モータ・ジェネレータ3の発熱を抑制することができ、過熱を防止することができる。
【0023】
なお、減速回生時にも前述と同様の変速比変更制御によりモータ・ジェネレータ3の過熱を防止することができる。
前述した実施の形態では、モータ・ジェネレータ3の温度上昇にしたがってモータ温度補正項TNDRCMDを一次関数的に増加させるようにしたが、図5に示すように、モータ・ジェネレータ3の温度上昇にしたがってTNDRCMDを階段状に増加させるようにしてもよい。
また、前述した実施の形態では、ステップS101のBNDRCMD算出処理において、エンジン走行時におけるエンジン2の効率と変速機4の伝達効率に基づいてBNDRCMDを決定したが、これに限るものではなく、モータ・ジェネレータ3による走行時におけるモータ・ジェネレータ3の効率、エンジン2のフリクション、変速機4の伝達効率に基づいてBNDRCMDを決定してもよい。
【0024】
この第1の実施の形態の変速比変更制御によるモータ・ジェネレータ3の過熱防止は、図1に示す構成のハイブリッド車両1への適用に限られるものではなく、図6あるいは図7に示すような種々の構成のいわゆるパラレル型のハイブリッド車両1にも適用可能である。
図6に示すハイブリッド車両1は、エンジン2の動力が第1の変速機15および出力軸16を介して駆動輪5に伝達されるとともに、モータ・ジェネレータ3の動力が第2の変速機17およびギヤ18を介して出力軸16に伝達されさらに前記駆動輪5に伝達されるようになっている。このハイブリッド車両1においても、エンジン2とモータ・ジェネレータ3のいずれか一方の動力あるいは両方の動力を車両の推進力とすることができ、モータ・ジェネレータ3の温度に応じて第2の変速機17の変速比を変更することによりモータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数を変更し、モータ・ジェネレータ3の運転点を高回転低トルク側に変更してモータ・ジェネレータ3の過熱を防止することができる。
【0025】
図7に示すハイブリッド車両1は、エンジン2の動力は第1の変速機21および出力軸22を介して前輪(車輪)23に伝達され、モータ・ジェネレータ3の動力は第2の変速機24および出力軸25を介して後輪(車輪)26に伝達される。つまり、このハイブリッド車両1では、前後輪の全てが駆動輪とされており、前輪23はエンジン2で駆動され、後輪26はモータ・ジェネレータ3で駆動されるように構成されている。このハイブリッド車両1においても、エンジン2とモータ・ジェネレータ3のいずれか一方の動力あるいは両方の動力を車両の推進力とすることができ、モータ・ジェネレータ3の温度に応じて第2の変速機24の変速比を変更することによりモータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数を変更し、モータ・ジェネレータ3の運転点を高回転低トルク側に変更してモータ・ジェネレータ3の過熱を防止することができる。なお、このハイブリッド車両1の場合、前記二つの動力源と前後輪の連結を逆にし、エンジン2の動力を後輪26に伝達し、モータ・ジェネレータ3の動力を前輪23に伝達するようにしてもよい。
また、図6あるいは図7に示すように構成されたハイブリッド車両1の場合には、エンジン2の回転数を変更することなく、モータ・ジェネレータ3の回転数だけを変更することができる。
なお、図6および図7においては、PDUやECU等の制御系の構成を省略している。
【0026】
〔第2の実施の形態〕
次に、この発明に係るハイブリッド車両の第2の実施の形態を図8の図面を参照して説明する。
図8は、第2の実施の形態におけるハイブリッド車両1の動力伝達系の概略構成図である。
第2の実施の形態のハイブリッド車両1が第1の実施の形態のものと相違する点は以下の通りである。
このハイブリッド車両1では、モータ・ジェネレータ3と変速機4の間に、ロックアップクラッチ31を備えたトルクコンバータ32が設けられている。周知のように、トルクコンバータ5は、ロックアップクラッチ31を解放した状態において、モータ・ジェネレータ3の出力軸3aと変速機4の入力軸4aとの間のトルク伝達を流体を介して行うものであり、ロックアップクラッチ31を係合させると、モータ・ジェネレータ3の出力軸3aと変速機4の入力軸4aは実質的に直結された状態となり、前記流体によらず出力軸3aと入力軸4aの間で直接的にトルク伝達が行われる。
【0027】
また、ロックアップクラッチ31の締結度合いはロックアップクラッチ31の作動油圧を制御することにより可変にされており、前記作動油圧はECU9の指令に基づいて油圧回路33によって制御される。
その他の構成については第1の実施の形態のものと同じであるので、同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【0028】
次に、第2の実施の形態におけるハイブリッド車両の作用を説明する。
前述した第1の実施の形態では、モータ・ジェネレータ3の温度が上昇した時に変速機4の変速比を変更することによりモータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数を変更し、モータ・ジェネレータ3の運転点を高回転低トルク側に変更してモータ・ジェネレータ3の過熱を防止したが、この第2の実施の形態では、モータ・ジェネレータ3の温度が上昇した時に変速機4の変速比は変更しないで、ロックアップクラッチ31の締結度合いを弱めることにより、モータ・ジェネレータ3の出力軸3aの回転数を増大させ、これにより、モータ・ジェネレータ3に流れる電流を下げ、モータ・ジェネレータ3の運転点を出力を変更することなく定常温度時よりも高回転低トルク側に変更して、モータ・ジェネレータ3の発熱を抑制し、過熱を防止する。
【0029】
また、この第2の実施の形態の場合には、モータ・ジェネレータ3の温度が高くなるにしたがって、ロックアップクラッチ31の締結度合いを弱めるように制御することも可能である。このようにすると、ロックアップクラッチ31の締結度合いを弱めれば弱めるほどモータ・ジェネレータ3の回転数を高くすることができ、すなわち、ロックアップクラッチ31の締結度合いを制御することでモータ・ジェネレータ3の回転数の増大量を制御することができる。
また、この第2の実施の形態も、第1の実施の形態の場合と同様に、図6あるいは図7に示すような種々の構成のいわゆるパラレル型のハイブリッド車両1に適用可能である。
【0030】
〔他の実施の形態〕
尚、この発明は前述した実施の形態に限られるものではない。
例えば、前述した実施の形態では、モータ・ジェネレータ3の温度を検出する温度検出手段としてモータ温度センサを用い、巻線の温度を直接検出するようにしたが、温度検出手段は、過去のモータ・ジェネレータ3の使われ方からモータ・ジェネレータ3の温度を推定するように構成することも可能である。つまり、温度検出手段は、モータ・ジェネレータ3の温度を直接的に検出するものであってもよいし、間接的に検出するものであってもよい。
また、変速機は、無段変速機に限るものではなく、有段変速機を採用することも可能である。
【0031】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項1または請求項3または請求項5に記載した発明によれば、電動機の出力を制限することなく電動機の発熱量を減らすことができるので、電動機の過熱を防止することができるという優れた効果が奏される。
また、請求項2または請求項4に記載した発明によれば、電動機の温度が高い時ほど電動機の回転数を高くして発熱量を減らすことができるので、電動機の過熱を確実に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るハイブリッド車両の第1の実施の形態における動力伝達系の概略構成図である。
【図2】モータ・ジェネレータのトルクと回転数の関係を示すT−N特性図である。
【図3】前記第1の実施の形態におけるNDRCMD算出処理を示すフローチャートである。
【図4】NDRCMD算出処理において使用されるTNDRCMDマップの一例を示す図である。
【図5】TNDRCMDマップの他の例を示す図である。
【図6】前記第1の実施の形態におけるハイブリッド車両の動力伝達系の他の構成例を示す図である。
【図7】前記第1の実施の形態におけるハイブリッド車両の動力伝達系のさらに別の構成例を示す図である。
【図8】この発明に係るハイブリッド車両の第2の実施の形態における動力伝達系の概略構成図である。
【符号の説明】
1 ハイブリッド車両
2 エンジン
3 モータ・ジェネレータ(電動機)
4 変速機
5a アクスルシャフト(出力軸)
14 モータ温度センサ(温度検出手段)
31 ロックアップクラッチ
Claims (5)
- エンジンと発電可能な電動機を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を変速機を介して出力軸に伝達し車両の推進力とするハイブリッド車両において、
前記電動機の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度に応じて、前記変速機の変速比を変更して前記電動機の回転数を変更し、該電動機の運転点を高回転低トルクに制御することを特徴とするハイブリッド車両。 - 前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度が高いほど、前記電動機の回転数を高く変更することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド車両。
- エンジンと発電可能な電動機を動力源として備え、前記エンジンと前記電動機の少なくとも一方の動力を変速機を介して出力軸に伝達し車両の推進力とするハイブリッド車両において、
前記電動機の温度を検出する温度検出手段と、
前記エンジンおよび前記電動機から前記変速機への動力伝達を制御するロックアップクラッチとを備え、
前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度に応じて、前記ロックアップクラッチの締結度合いを変更して前記電動機の回転数を変更し、該電動機の運転点を高回転低トルクに制御することを特徴とするハイブリッド車両。 - 前記温度検出手段で検出した前記電動機の温度が高いほど、前記ロックアップクラッチの締結度合いを弱めることを特徴とする請求項3に記載のハイブリッド車両。
- 前記電動機の温度に応じて該電動機の回転数を変更する際に、変更可能な回転領域は直交領域内であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のハイブリッド車両。
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