JP2007069788A - ハイブリッド車両のフェールセーフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合、他の電力源からのシステムへの電力供給を確保して走行継続することができるハイブリッド車両のフェールセーフ装置を提供すること。
【解決手段】 エンジンＥとモータジェネレータMGと自動変速機T/Mを有してハイブリッド駆動システムを構成し、前記ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータMGのみが担うハイブリッド車両において、前記自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、前記エンジンＥを動力とするメカオイルポンプOP1と、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプOP2と、を併用する手段とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンとモータジェネレータと変速機を有してハイブリッド駆動システムを構成し、システムへの電力供給の役割をモータジェネレータのみが担うハイブリッド車両のフェールセーフ装置に関する。

エンジン出力軸の後方にフライホイール及び第１クラッチを配置し、さらに、その後方であって同軸上にモータジェネレータを配置する。さらに、その後方であって同軸上にトランスミッションを配置する。エンジンとモータジェネレータとの間の第１クラッチと、トランスミッション内の第２クラッチとの「切り離しと締結の組み合わせ」により、電気自動車走行、エンジン＋モータアシスト走行、発電、回生、エンジン始動、エンジンブレーキの走行制御が可能であるハイブリッド駆動システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−８２２６０号公報

しかしながら、上記ハイブリッド駆動システムにあっては、オルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割をモータジェネレータのみが担う構成となっていたため、モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合、補機バッテリの残量分しか走行できず、いずれ走行不能になってしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合、他の電力源からのシステムへの電力供給を確保して走行継続することができるハイブリッド車両のフェールセーフ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、エンジンとモータジェネレータと変速機を有してハイブリッド駆動システムを構成し、前記ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータのみが担うハイブリッド車両において、
前記変速機に油圧を供給するポンプとして、前記エンジンを動力とするメカオイルポンプと、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプと、を併用することを特徴とする。

よって、本発明のハイブリッド車両のフェールセーフ装置にあっては、モータジェネレータが正常であるとき、ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割をモータジェネレータのみが担う。しかし、モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合には、変速機に油圧を供給するポンプとして、メカオイルポンプと電動オイルポンプとを併用しているため、電動オイルポンプのモータを油圧駆動発電機として用いることで、油圧駆動発電機がモータジェネレータ故障時の電力源となる。
この結果、モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合、他の電力源からのシステムへの電力供給を確保して走行継続することができる。

以下、本発明のハイブリッド車両のフェールセーフ装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車両の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のフェールセーフ装置が適用された後輪駆動によるハイブリッド車両を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド駆動システムは、図１に示すように、エンジンＥと、フライホイールFWと、第１クラッチCL1と、モータジェネレータMGと、ダンパDUMと、メカオイルポンプOP1と、自動変速機T/Mと、プロペラシャフトPSと、ディファレンシャルDFと、左ドライブシャフトDSLと、右ドライブシャフトDSRと、左後輪RL（駆動輪）と、右後輪RR（駆動輪）と、を有する。

前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジン制御コントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。なお、エンジンＥの出力軸には、フライホイールFWが設けられている。

前記第１クラッチCL1は、前記エンジンＥとモータジェネレータMGとの間に介装された油圧式多板クラッチ等であり、図外の第１クラッチコントローラからの制御指令に基づいて、図外の第１クラッチ油圧ユニットにより作り出された制御油圧により、滑り締結と滑り開放を含み締結・開放が制御される。

前記モータジェネレータMGは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、後述するモータジェネレータ制御コントローラ２からの制御指令に基づいて、インバータ３により作り出された三相交流を印加することにより制御される。このモータジェネレータMGは、駆動バッテリ４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能して駆動バッテリ４を充電することもできる（以下、この動作状態を「回生」と呼ぶ）。なお、このモータジェネレータMGのロータは、ダンパーDUMを介して自動変速機T/Mの入力軸に連結されている。

前記自動変速機T/Mは、例えば、前進５速後退１速や前進６速後退１速等の有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機であり、ギヤ機構や摩擦締結要素によるパワートレーン以外に、油圧回路１１とオイルパン１２を有する。
前記自動変速機T/Mの入力軸には、正常時にエンジンＥまたはモータジェネレータMGを動力源とし、モータジェネレータMGの故障時にエンジンＥを動力源とするメカオイルポンプOP1が設けられている。
前記自動変速機T/Mには、油圧式多板クラッチ等による第２クラッチCL2が内蔵されていてる。この第２クラッチCL2は、専用クラッチとして新たに追加したものではなく、自動変速機T/Mの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用している。前記第２クラッチCL2は、図外のＡＴコントローラからの制御指令に基づいて、前記油圧回路１１により作り出された制御油圧により、滑り締結と滑り開放を含み締結・開放が制御される。

前記自動変速機T/Mの出力軸は、プロペラシャフトPS、ディファレンシャルDF、左ドライブシャフトDSL、右ドライブシャフトDSRを介して左後輪RLと右後輪RRに連結されている。

次に、ハイブリッド車両の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車両の制御系は、図１に示すように、エンジン制御コントローラ１と、モータジェネレータ制御コントローラ２と、インバータ３と、駆動バッテリ４と、配電機器５と、DC/DCコンバータ６と、12Vバッテリ７と、DC/DCコンバータ８と、ナビゲーションモニタ９と、統合コントローラ１０と、電動オイルポンプOP2と、を有して構成されている。なお、エンジン制御コントローラ１と、モータジェネレータ制御コントローラ２と、統合コントローラ１０とは、互いに情報交換が可能なＣＡＮ通信線を介して接続されている。

前記エンジン制御コントローラ１は、12Vバッテリ７を電源とし、統合コントローラ１０からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。

前記モータジェネレータ制御コントローラ２は、12Vバッテリ７を電源とし、モータジェネレータMGのロータ回転位置を検出するレゾルバからの情報を入力し、統合コントローラ１０からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、モータジェネレータMGのモータ動作点（Nm,Tm）を制御する指令をインバータ３へ出力する。
なお、前記12Vバッテリ７は、インバータ３と駆動バッテリ４との間に接続された配電機器５から高電圧線を介して分配される直流高電圧を変圧するDC/DCコンバータ６により充電される。

前記統合コントローラ１０は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、各種情報を入力し、前記エンジン制御コントローラ１への制御指令によるエンジンＥの動作制御と、前記モータジェネレータ制御コントローラ２への制御指令によりモータジェネレータMGの動作制御と、第１クラッチCL1の締結・開放制御と、第２クラッチCL2の締結・開放制御と、を行う。

次に、実施例１のハイブリッド車両のフェールセーフ装置について説明する。
実施例１のハイブリッド駆動システムは、図１に示すように、エンジンＥとモータジェネレータMGとの間に油圧作動による第１クラッチCL1を介装すると共に前記モータジェネレータMGと左右後輪RL,RRとの間に油圧作動による第２クラッチCL2を有する自動変速機T/Mを介装し、前記エンジンＥはオルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータMGのみが担う構成としている。

そして、前記自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、前記エンジンＥを動力とするメカオイルポンプOP1と、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプOP2と、を併用している。
前記電動オイルポンプOP2は、モータ&発電機２１と、オイルポンプ部２２と、タービン部２３と、を有する。ポンプとしての機能時には、インバータ３と駆動バッテリ４との間に接続された配電機器５から、高電圧線およびDC/DCコンバータ８を介して供給される高電圧により、モータ&発電機２１が回転駆動される。そして、オイルポンプ部２２の作動により、オイルパン１２から吸い込んだ油を油圧回路１１のライン圧入力部１３に吐出する。

前記油圧回路１１には、モータジェネレータMGの故障時、前記メカオイルポンプOP1が出力する油の一部を前記電動オイルポンプOP2のタービン部２３（油圧駆動部）に供給する切替弁１４を設けている。なお、モータジェネレータMGの正常時には、メカオイルポンプOP1が出力する油は、切替弁１４を介して全て油圧回路１１のライン圧入力部１３に吐出される。

前記統合コントローラ１０には、例えば、モータジェネレータ制御コントローラ２等によりモータジェネレータMGの故障が検出された時、前記エンジンＥの停止を禁止すると共に、前記電動オイルポンプOP2のモータ&発電機２１を油圧駆動の発電機とするように前記切替弁１４を切り替えるフェールセーフ制御プログラム（フェールセーフ制御手段）を設定している。

前記フェールセーフ制御プラグラムは、前記モータジェネレータMGの故障検出時、エンジンＥを停止したり、イグニッションをオフとした場合に走行できなくなることを、ナビゲーションモニタ９を利用した画面表示によりドライバーへ警告する。

次に、作用を説明する。
従来、１モータ２クラッチのハイブリッド駆動システムにあっては、オルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割をモータジェネレータのみが担う構成となっていたため、モータジェネレータが故障し、電力を供給できなくなった場合、補機バッテリの残量分しか走行できず、いずれ走行不能になってしまう。

これに対し、実施例１のフェールセーフ装置では、自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、エンジンＥを動力とするメカオイルポンプOP1と、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプOP2と、を併用することで、モータジェネレータMGが故障し、電力を供給できなくなった場合、他の電力源からのシステムへの電力供給を確保して走行継続することができるようにした。

すなわち、モータジェネレータMGが正常であるとき、ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割をモータジェネレータMGのみが担う。しかし、モータジェネレータMGが故障し、電力を供給できなくなった場合には、自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、メカオイルポンプOP1と電動オイルポンプOP2とを併用しているため、電動オイルポンプOP2のモータ&発電機２１を油圧駆動発電機として用いることで、油圧駆動発電機がモータジェネレータ故障時の電力源となる。以下、図２および図３を用い、実施例１のハイブリッド車両でのフェールセーフ作用を説明する。

図２にハイブリッド駆動システムの正常時における油圧および電力の向きを示す。
このとき、エンジンＥとモータジェネレータMGの少なくとも一方により回転駆動されるメカオイルポンプOP1からの吐出油は、切替弁１４を介して油圧回路１１のライン圧入力部１４だけに供給し、電動オイルポンプOP2のタービン部２３には供給しない。
また、電動オイルポンプOP2は、例えば、メカオイルポンプOP1による油の供給量が不足するような場合、駆動バッテリ４から配電機器５とDC/DCコンバータ８を介してモータ&発電機２１に電力が供給され、モータ&発電機２１の回転駆動によりオイルポンプ部２２が作動し、吐出油を油圧回路１１のライン圧入力部１４に供給する。

図３にモータジェネレータMGの故障時で切替弁１４が作動し、油圧および電力の向きが変わった様子を示す。
このとき、エンジンＥを動力源として駆動するメカオイルポンプOP1からの吐出油は、切替弁１４によって、電動オイルポンプOP2のタービン部２３と、油圧回路１１のライン圧入力部１４と、に供給される。よって、電動オイルポンプOP2では、タービン部２３の油圧駆動によりモータ&発電機２１が発電機能を示し、モータ&発電機２１にて発生した電力は、DC/DCコンバータ８と配電機器５を介し、駆動バッテリ４とDC/DCコンバータ６とに配分され、12Vバッテリ７を介してエンジン制御コントローラ１へ供給される。これにより、エンジン制御コントローラ１の電源である12Vバッテリ７の残量が低下することなく、システム維持のための電力を確保することができる。

実施例１のフェールセーフ装置において、前記モータジェネレータMGの故障時、前記メカオイルポンプOP1が出力する油を前記電動オイルポンプOP2のタービン部２３に供給する切替弁１４を設けている。
したがって、モータジェネレータMGの故障時、切替弁１４を作動させるだけで、メカオイルポンプOP1からの油圧を供給してモータ&発電機２１を駆動し、電力を得ることができる。

実施例１のフェールセーフ装置において、前記モータジェネレータMGの故障検出時、前記エンジンＥの停止を禁止すると共に、前記電動オイルポンプOP2のモータ&発電機２１を油圧駆動の発電機とするように前記切替弁１４を切り替えるフェールセーフ制御プログラムを設定している。
例えば、電動オイルポンプOP2のモータ&発電機２１を油圧駆動の発電機とするように切替弁１４を切り替えても、エンジンＥを停止すれば、メカオイルポンプOP1からの油圧供給が絶たれ、その後、モータ&発電機２１からの電力発生が無くなることで、その時点での12Vバッテリ７の残量分しか走行できないことになる。
これに対し、切替弁１４の切り替えと共にエンジンＥの停止を禁止するようにしていることで、モータジェネレータMGの故障が発生した後、イグニッションをオフにするまでは走行を継続することができる。

実施例１のフェールセーフ装置において、前記フェールセーフ制御プラグラムは、前記モータジェネレータMGの故障検出時、エンジンＥを停止したり、イグニッションをオフとした場合に走行できなくなることを、ナビゲーションモニタ９を利用した画面表示によりドライバーへ警告する。
例えば、ドライバーによりボタン操作等によりエンジンＥを停止させる機能を持つハイブリッド車両である場合、モータジェネレータMGの故障発生後、ドライバー操作によりエンジンＥを停止してしまう可能性があるし、また、イグニッションのオフ操作によりエンジンＥを停止してしまう可能性がある。
これに対し、エンジンＥを停止しない限り、電動オイルポンプOP2の油圧駆動により電力を供給し、走行継続できるので、ドライバーに対してもエンジンＥを止めないように通知すれば、修理工場まで到達することができる。

実施例１のフェールセーフ装置において、ハイブリッド駆動システムは、エンジンＥとモータジェネレータMGとの間に油圧作動による第１クラッチCL1を介装すると共に前記モータジェネレータMGと左右後輪RL,RRとの間に油圧作動による第２クラッチCL2を有する自動変速機T/Mを介装し、前記エンジンＥはオルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータMGのみが担う構成とし、前記モータジェネレータMGの故障時、前記メカオイルポンプOP1が出力する油の一部を前記電動オイルポンプOP2のタービン部２３に供給する切替弁１４を設けている。
したがって、モータジェネレータMGの故障時、メカオイルポンプOP1からの油圧のうち、一部を電動オイルポンプOP2の油圧駆動用とし、残りを第１クラッチCL1および第２クラッチCL2の締結用とすることで、１モータ２クラッチタイプのハイブリッド駆動システムが搭載されたハイブリッド車両において、走行維持に必要な第１クラッチCL1と第２クラッチCL2の締結を確保することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のハイブリッド車両のフェールセーフ装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) エンジンＥとモータジェネレータMGと自動変速機T/Mを有してハイブリッド駆動システムを構成し、前記ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータMGのみが担うハイブリッド車両において、前記自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、前記エンジンＥを動力とするメカオイルポンプOP1と、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプOP2と、を併用するため、モータジェネレータMGが故障し、電力を供給できなくなった場合、他の電力源からのシステムへの電力供給を確保して走行継続することができる。

(2) 前記モータジェネレータMGの故障時、前記メカオイルポンプOP1が出力する油を前記電動オイルポンプOP2のタービン部２３に供給する切替弁１４を設けたため、モータジェネレータMGの故障時、切替弁１４を作動させるだけで、メカオイルポンプOP1からの油圧を供給してモータ&発電機２１を駆動し、電力を得ることができる。

(3) 前記モータジェネレータMGの故障検出時、前記エンジンＥの停止を禁止すると共に、前記電動オイルポンプOP2のモータ&発電機２１を油圧駆動の発電機とするように前記切替弁１４を切り替えるフェールセーフ制御プログラムを設定したため、モータジェネレータMGの故障が発生した後、イグニッションをオフにするまでは走行を継続することができる。

(4) 前記フェールセーフ制御プラグラムは、前記モータジェネレータMGの故障検出時、エンジンＥを停止したり、イグニッションをオフとした場合に走行できなくなることをドライバーへ警告するため、エンジンＥを停止しない限り、電動オイルポンプOP2の油圧駆動により電力を供給し、走行継続できるので、ドライバーに対してもエンジンＥを止めないように通知すれば、修理工場まで到達することができる。

(5) 前記ハイブリッド駆動システムは、エンジンＥとモータジェネレータMGとの間に油圧作動による第１クラッチCL1を介装すると共に前記モータジェネレータMGと左右後輪RL,RRとの間に油圧作動による第２クラッチCL2を有する自動変速機T/Mを介装し、前記エンジンＥはオルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータMGのみが担う構成とし、前記モータジェネレータMGの故障時、前記メカオイルポンプOP1が出力する油の一部を前記電動オイルポンプOP2のタービン部２３に供給する切替弁１４を設けたため、１モータ２クラッチタイプのハイブリッド駆動システムが搭載されたハイブリッド車両において、走行維持に必要な第１クラッチCL1と第２クラッチCL2の締結を確保することができる。

以上、本発明のハイブリッド車両のフェールセーフ装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、自動変速機T/Mに油圧を供給するポンプとして、エンジンＥを動力とするメカオイルポンプOP1と、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプOP2と、を併用し、かつ、モータジェネレータMGの故障時、メカオイルポンプOP1が出力する油の一部を電動オイルポンプOP2のタービン部２３に供給する切替弁１４を設けた例を示したが、例えば、クラッチを持たないハイブリッド駆動システムにおいては、モータジェネレータの故障時、メカオイルポンプが出力する油の全部を電動オイルポンプのタービン部に供給するようにしても良い。要するに、変速機に油圧を供給するポンプとして、エンジンを動力とするメカオイルポンプと、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプと、を併用するものであれば実施例１には限定されない。

実施例１では、後輪駆動のハイブリッド車両への適用例を示したが、前輪駆動のハイブリッド車両や四輪駆動のハイブリッド車両へも適用できる。実施例１では、１モータ２クラッチタイプのハイブリッド駆動系への適用例を示したが、クラッチを持たずエンジンとモータジェネレータと変速機（自動変速機、無段変速機、動力合成変速機、動力分割変速機等）のみを持つハイブリッド駆動システムにも適用できる。要するに、エンジンとモータジェネレータと変速機を有してハイブリッド駆動システムを構成し、システムへの電力供給の役割をモータジェネレータのみが担うハイブリッド車両であれば適用できる。

実施例１のフェールセーフ装置が適用された後輪駆動のハイブリッド車両を示す全体システム図である。 実施例１のフェールセーフ装置におけるハイブリッド駆動システムが正常時の油および電力の流れを示す作用説明図である。 実施例１のフェールセーフ装置におけるハイブリッド駆動システムのうちモータジェネレータが故障時の油および電力の流れを示す作用説明図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
FW フライホイール
CL1 第１クラッチ
MG モータジェネレータ
DUM ダンパー
OP1 メカオイルポンプ
T/M 自動変速機
CL2 第２クラッチ
PS プロペラシャフト
DF ディファレンシャル
DSL 左ドライブシャフト
DSR 右ドライブシャフト
RL 左後輪（駆動輪）
RR 右後輪（駆動輪）
OP2 電動オイルポンプ
１ エンジン制御コントローラ
２ モータジェネレータ制御コントローラ
３ インバータ
４ 駆動バッテリ
５ 配電機器
６ DC/DCコンバータ
７ 12Vバッテリ
８ DC/DCコンバータ
９ ナビゲーションモニタ
１０ 統合コントローラ
１１ 油圧回路
１２ オイルパン
１３ ライン圧入力部
１４ 切替弁
２１ モータ&発電機
２２ オイルポンプ部
２３ タービン部（油圧駆動部）

Claims (5)

1. エンジンとモータジェネレータと変速機を有してハイブリッド駆動システムを構成し、前記ハイブリッド駆動システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータのみが担うハイブリッド車両において、
   前記変速機に油圧を供給するポンプとして、前記エンジンを動力とするメカオイルポンプと、油圧駆動の発電機としての機能を併せ持つ電動オイルポンプと、を併用することを特徴とするハイブリッド車両のフェールセーフ装置。
2. 請求項１に記載されたハイブリッド車両のフェールセーフ装置において、
   前記モータジェネレータの故障時、前記メカオイルポンプが出力する油の一部を前記電動オイルポンプの油圧駆動部に供給する切替弁を設けたことを特徴とするハイブリッド車両のフェールセーフ装置。
3. 請求項２に記載されたハイブリッド車両のフェールセーフ装置において、
   前記モータジェネレータの故障検出時、前記エンジンの停止を禁止すると共に、前記電動オイルポンプのモータを油圧駆動の発電機とするように前記切替弁を切り替えるフェールセーフ制御手段を設けたことを特徴とするハイブリッド車両のフェールセーフ装置。
4. 請求項３に記載されたハイブリッド車両のフェールセーフ装置において、
   前記フェールセーフ制御手段は、前記モータジェネレータの故障検出時、エンジンを停止したり、イグニッションをオフとした場合に走行できなくなることをドライバーへ警告することを特徴とするハイブリッド車両のフェールセーフ装置。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載されたハイブリッド車両のフェールセーフ装置において、
   前記ハイブリッド駆動システムは、エンジンとモータジェネレータとの間に油圧作動による第１クラッチを介装すると共に前記モータジェネレータと駆動輪との間に油圧作動による第２クラッチを有する自動変速機を介装し、前記エンジンはオルタネータを装備せず、システムへの電力供給の役割を前記モータジェネレータのみが担う構成とし、
   前記モータジェネレータの故障時、前記メカオイルポンプが出力する油の一部を前記電動オイルポンプの油圧駆動部に供給する切替弁を設けたことを特徴とするハイブリッド車両のフェールセーフ装置。

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