JP2008044432A - ハイブリッド式自動二輪車 - Google Patents

Abstract

【課題】自動遠心クラッチを備えているにもかかわらず、発進・加速性能が優れたハイブリッド式自動二輪車を提供する。
【解決手段】エンジン１２と駆動輪との間の動力伝達系に自動遠心クラッチ１６が介装される。エンジン１２のクランク軸３６に、発電機能を有しかつバッテリ２３から給電されて補助動力を発生させるモータ１３を接続する。アクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段を備える。前記クラッチ１６の入力側回転体またはこの入力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を入力側回転速度として検出する入力側回転速度検出手段を備える。クラッチ１６の出力側回転体またはこの出力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を出力側回転速度として検出する出力側回転速度検出手段を備える。アクセルグリップによる発進操作が行われている状態で、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致した後にアクセル操作量に対応した大きさの電力をモータ１３に供給するモータ制御手段を備えた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジンの動力とモータの補助動力とによって走行するハイブリッド式自動二輪車に関するものである。

従来、エンジンの動力とモータの補助動力とによって走行するハイブリッド式車両としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に示された車両のモータは、エンジンのクランク軸に接続されており、制御装置によって動作が制御される。このモータの補助動力とエンジンの動力とは、クランク軸によって合わせられ、合力となって駆動輪に伝達される。このエンジンと駆動輪との間の動力伝達系には、人為的に操作されるクラッチが介装されている。

特許文献１に記載されている車両は、主にエンジンの動力によって走行し、発進時にモータの動力を加えて駆動力を増大させる構成が採られている。モータの動作を制御する前記制御装置は、予め定めた発進条件が満たされたときにモータを所定のトルクが発生するように回転させる。この車両においては、上述したクラッチが接続状態であることが前記発進条件の１つになっている。

この車両において、クラッチが接続状態であることを検出するに当たってはクラッチスイッチを使用している。一般に、自動車などの車両のクラッチは、運転者がクラッチペダルを踏み込むことによって切断される構造が採られており、クラッチスイッチは、前記クラッチペダルまたはクラッチペダルと一体の検出子の変位を検出する構造のものが用いられている。
特開２０００−２８７３０６号公報

本願発明者は、上述した従来のハイブリッド式車両の技術を利用してスクータ型のハイブリッド式自動二輪車を提供することを考えた。
しかしながら、スクータ型の自動二輪車は、エンジンと後輪との間の動力伝達系に自動遠心クラッチが設けられており、人為的に操作するクラッチを備えていないために、スクータ型のハイブリッド式の自動二輪車を実現することは容易ではなかった。

モータは、エンジンとは異なり、回転速度が相対的に低くても大きなトルクが発生する。このため、発進時にモータの補助動力を加える場合、クラッチが完全に接続されていないと、大きなトルクが伝達されることによってクラッチ内の摩擦部材が滑り、発進することができない。すなわち、スクータ型のハイブリッド式自動二輪車を実現するに当たっては、自動遠心クラッチの接続が完了する時期を正確に検出することができないことが問題であった。

上述した特許文献１に示されているクラッチスイッチは、人為的な操作による部材の変位を検出するだけであるから、このクラッチスイッチでは、自動遠心クラッチの接続が完了する時期を検出することはできない。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、自動遠心クラッチを備えているにもかかわらず、発進・加速性能が優れたハイブリッド式自動二輪車を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、エンジンと駆動輪との間の動力伝達系に摩擦式クラッチが介装され、エンジンのクランク軸に、発電機能を有しかつバッテリから給電されることにより回転する補助動力用のモータが接続されたハイブリッド式自動二輪車であって、アクセル操作子のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、前記クラッチの入力側回転体またはこの入力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を入力側回転速度として検出する入力側回転速度検出手段と、前記クラッチの出力側回転体またはこの出力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を出力側回転速度として検出する出力側回転速度検出手段と、前記アクセル操作子による発進操作が行われている状態で、前記入力側回転速度検出手段が検出した入力側回転速度と、前記出力側回転速度検出手段が検出した出力側回転速度とが一致した後に、前記アクセル操作量検出手段によって検出されたアクセル操作量に対応した大きさの電力を前記モータに供給するモータ制御手段とを備えたものである。

請求項２に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項１に記載したハイブリッド式自動二輪車において、モータへの電力供給を予め定めた給電時間だけ継続し、この給電時間が経過した後にモータへの電力供給を絶つ給電制限手段を備えたものである。

請求項３に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項２に記載したハイブリッド式自動二輪車において、バッテリの充電量を検出する充電量検出手段を備え、給電制限手段は、前記充電量検出手段によって検出された充電量が少なくなるにしたがって給電時間を短くする構成が採られているものである。

請求項４に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項２または請求項３に記載したハイブリッド式自動二輪車において、給電時間が経過した後にモータに発電させ、この発電による電力でバッテリを充電する充電手段を備えているものである。

請求項５に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項１ないし請求項４のうち何れか１つに記載したハイブリッド式自動二輪車において、クラッチを自動遠心クラッチとし、モータ制御手段は、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときから回転速度に対応した遅延時間だけモータへの給電を遅らせる遅延手段を備え、前記遅延時間は、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときの回転速度である接続回転速度が低くなるにしたがって長く設定されているものである。

請求項６に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項１ないし請求項５のうち何れか１つに記載したハイブリッド式自動二輪車において、モータ制御手段は、エンジン始動後であってモータの動力がクランク軸に加えられていない運転状態でモータをエンジンの回転に合わせて回転させる予備回転手段を備えているものである。

請求項７に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項６に記載したハイブリッド式自動二輪車において、予備回転手段がモータをエンジンの回転に合わせて回転させるときの回転開始時期を、エンジン始動後であって、エンジン回転速度がアイドル回転速度より低いときに設定したものである。

請求項８に記載した発明に係るハイブリッド式自動二輪車は、請求項６または請求項７に記載したハイブリッド式自動二輪車において、バッテリの充電量が予め定めた最低充電量より少ないか否かを判定する充電量判定手段と、この充電量判定手段による判定の結果、バッテリの充電量が前記最低充電量より少ないと判定された場合、エンジン始動後であってモータの動力がクランク軸に加えられていない運転状態においてモータに発電させ、この発電による電力でバッテリを充電する予備充電手段とを備えているものである。

クラッチの入力側回転体の回転速度と出力側回転体の回転速度とが一致したということは、クラッチの接続が完了したことを意味する。本発明に係るハイブリッド式自動二輪車においては、このようにクラッチの接続が完了した後にモータの補助動力がクラッチに加えられるから、エンジンの動力とモータの補助動力とを効率よくクラッチを介して駆動輪に伝達することができる。この結果、本発明によれば、発進・加速性能が優れたハイブリッド式自動二輪車を提供することができる。

請求項２記載の発明によれば、発進・加速後にモータへの電力供給が絶たれるから、発進・加速後もモータに給電する場合に較べてバッテリの電力消費量を低減することができる。
請求項３記載の発明によれば、バッテリの充電量が過度に減少することはないから、次回モータの補助動力を発生させるときの電力を確保することができる。
請求項４記載の発明によれば、バッテリの電力を消費した後にバッテリを充電することができるから、次回モータに給電するときの電力を充分に確保することができる。

請求項５記載の発明によれば、自動遠心クラッチの接続が完了したときの回転速度が相対的に低い場合、遅延時間分だけクラッチシューの回転が上昇して前記遠心力が増大した後に、モータの駆動による補助動力が自動遠心クラッチに加えられる。このため、例えば下り坂で発進した場合のように、自動遠心クラッチの接続が相対的に低い回転速度で完了した場合、クラッチシューの摩擦力が充分に大きくなってから自動遠心クラッチに前記補助動力が加えられる。したがって、この発明によれば、エンジンの動力とモータの補助動力とをより一層確実に駆動輪に伝達することができる。

請求項６記載の発明によれば、モータの駆動によって補助動力が発生していない状態でモータがエンジンの負荷になるのを防ぐことができるから、アイドリング状態においてエンジンの回転を安定させることができる。

請求項７記載の発明によれば、エンジンが始動してから回転速度がアイドル回転速度に達する以前にモータが回転し、エンジンの負荷が低減される。このため、エンジンは、クランク軸にモータが接続されているにもかかわらず、始動後に回転が安定した状態を保ちながらアイドリング状態に移行する。したがって、この発明によれば、エンジンの始動から発進、加速に至る一連の動作が円滑に行われるハイブリッド式自動二輪車を提供することができる。

請求項８記載の発明によれば、バッテリの充電量が少ない場合、例えば停車時などモータの補助動力が不要なときにバッテリを充電することができる。このため、この発明によれば、バッテリの過放電が防止されるとともに、次回モータの補助動力を発生させるときの電力を確保することができる。

以下、本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の一実施の形態を図１ないし図１４によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の側面図、図２は動力ユニットの横断面図、図３は本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の制御系の構成を示すブロック図、図４はモータジェネレータ制御部の構成を示すブロック図である。

図５はエンジンの回転速度と自動遠心クラッチの入力側回転速度との関係を示すグラフ、図６はエンジンの回転速度と自動遠心クラッチの出力側回転速度との関係を示すグラフ、図７はＡＰＳ角度とモータの駆動電流の関係を示すグラフ、図８はバッテリの充電量とモータへの給電時間との関係を示すグラフ、図９はバッテリの開放電圧に基づいてバッテリの充電量を求めるためのマップとなるグラフ、図１０はバッテリ電流とバッテリ電圧とからバッテリの充電量を求めるためのマップとなるグラフである。図１１はバッテリの充電量に対する充電電流と放電電流とを設定するためのマップとなるグラフである。

図１２は本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の動作を説明するためのフローチャート、図１３はエンジン始動後にモータが補助動力を発生するまでの制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１４は本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の動作を説明するためのタイムチャートで、同図は、アクセル操作量が操作開始から操作終了まで時間に略比例して増大するようにアクセルを操作した場合を示す。

これらの図において、符号１で示すものはこの実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車である。２はこの自動二輪車の前輪を示し、３はフロントフォーク、４は操向ハンドル、５は駆動輪としての後輪、６は後輪５を駆動するための動力ユニット、７はシート、８は車体カバーを示す。

前輪２は、操向ハンドル４を回動させることにより左右方向に操舵される。この操向ハンドル４の車体右側の端部には、動力ユニット６の駆動力を増減するためのアクセルグリップ９と、前輪用ブレーキレバー（図示せず）とが設けられている。前記アクセルグリップ９によって、本発明でいうアクセル操作子が構成されている。

前記アクセルグリップ９は、図示してはいないが、操向ハンドル４のハンドルバーに回動自在に支持されている。このアクセルグリップ９には、その操作量（ハンドルバーに対する回動角度）を検出するためのアクセル操作量検出器１１｛以下、単にＡＰＳ（アクセル・ポジジョン・センサ）という｝が設けられている。
前記後輪５は、図２に示すように、後述する動力ユニット６の後端部に回転自在に支持されており、この動力ユニット６に設けられたエンジン１２の動力とモータ１３の補助動力とによって回転させられる。

動力ユニット６は、ユニットスイング式のもので、図示してはいないが、前端部に連結されたリンク機構によって車体フレームに上下方向に揺動自在に支持されている。動力ユニット６の後端部と車体フレーム（図示せず）との間には、図１に示すように、クッションユニット１４が介装されている。

動力ユニット６は、図２に示すように、車体前側（図２においては右側）の端部に設けられたエンジン１２およびモータ１３と、車体左側で前後方向に延びるベルト式無段変速機１５（以下、単にＣＶＴという）と、ＣＶＴ１５の後端部に設けられた自動遠心クラッチ１６と、この自動遠心クラッチ１６と後輪５の車軸１７との間に設けられた歯車式減速機１８と、エンジン１２およびモータ１３の動作を制御するための制御装置１９（図３参照）などによって構成されている。

前記制御装置１９には、メインスイッチ２１と、始動スイッチ２２と、バッテリ２３などが接続されている。始動スイッチ２２は、エンジン１２を始動させるためのもので、この実施の形態ではモータ１３を使用してエンジン１２を始動させる。この始動時にはモータ１３は実質的にセルモータとして機能することになる。なお、エンジン１２を始動させるに当たっては、従来の一般的な自動二輪車と同様に始動専用のセルモータを使用して行うことができる。

前記エンジン１２は、図２において符号３１で示すクランクケースと、このクランクケース３１から車体の前方であって上側に延びるシリンダ（図示せず）とを備えた４サイクルエンジンである。前記シリンダには、スロットル弁３２（図３参照）を有する吸気装置と、マフラー３３（図１参照）を有する排気装置とが接続されている。

前記スロットル弁３２は、前記アクセルグリップ９にワイヤ（図示せず）を介して接続されており、アクセルグリップ９を操作することによって開閉する。このスロットル弁３２には、開度を検出するためのスロットル弁開度センサ（図示せず）が設けられている。このスロットル弁開度センサは、図３に示すように、後述する制御装置１９のエンジン制御部３４に接続されており、スロットル弁３２の開度を検出データとしてエンジン制御部３４に送出する。

また、このエンジン１２は、燃料噴射インジェクタ３５（図３参照）によって吸気通路内に燃料が噴射される構成が採られている。この燃料噴射インジェクタ３５の燃料噴射量は、スロットル弁３２の開度とエンジン１２の回転速度などに対応させてエンジン制御部３４によって設定される。エンジン１２の回転速度は、点火プラグ（図示せず）を有する点火装置で生じる点火パルスの数を利用して算出する。エンジン１２の点火時期は、クランク軸３６の回転角度に基づいてエンジン制御部３４が設定する。

クランク軸３６の回転角度は、クランクケース３１に取付けられた電磁ピックアップ３７（図２参照）によって検出する。この電磁ピックアップ３７は、後述するモータ１３のロータ３８（図２参照）に設けられた歯３８ａと対向するように位置付けられており、前記歯３８ａを磁気的に検出したときに検出信号をエンジン制御部３４に送出する。

エンジン１２のクランク軸３６は、図２に示すように、クランクケース３１に軸受３９，４０によって回転自在に支持されている。クランクケース３１は、車体左側の半部４１と車体右側の半部４２とから構成されている。車体左側の半部４１は、後輪５の左側方で前後方向に延びる前後方向延在部４１ａが一体に形成されており、伝動ケースカバー４３が取付けられている。

クランクケース３１の車体左側の半部４１と伝動ケースカバー４３とは、ＣＶＴ１５、自動遠心クラッチ１６、歯車式減速機１８などを収容しかつ支持する伝動ケース４４を構成している。
クランクケース３１の車体右側の半部４２には、後述するモータ１３のモータハウジング４５が取付けられている。

クランク軸３６の車体左側の端部には、図２に示すように、ＣＶＴ１５の駆動プーリ４６が装着されている。この駆動プーリ４６は、クランク軸３６に固定された固定シーブ４６ａと、クランク軸３６に相対回転が規制された状態で軸線方向に移動自在に支持された可動シーブ４６ｂと、この可動シーブ４６ｂをクランク軸３６の軸線方向に移動させる駆動機構（図示せず）とから構成されている。

ＣＶＴ１５は、前記駆動プーリ４６と、車体の後方に位置する従動プーリ４７と、これら両プーリ４６，４７に巻き掛けられたＶベルト４８とから構成されており、従来からよく知られているように、クランク軸３６の回転を無段階に変速して従動プーリ４７の回転軸４９に伝達する。従動プーリ４７は、前記回転軸４９に固定された固定シーブ４７ａと、回転軸４９に軸線方向に移動可能に支持されかつ圧縮コイルばね（図示せず）によって固定シーブ４７ａ側に付勢された可動シーブ４７ｂとから構成されている。

前記回転軸４９は、円筒状に形成され、その中空部内を貫通する中間軸５０に図示していない軸受によって回転自在に支持されている。中間軸５０は、前記伝動ケース４４に軸受５１，５２によって回転自在に支持されている。前記回転軸４９の車体左側の端部には、自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａが接続されている。

自動遠心クラッチ１６は、クラッチシュー１６ｂを有する前記入力部１６ａと、この入力部１６ａを収容するクラッチアウター１６ｃとから構成されている。クラッチアウター１６ｃは、前記中間軸５０の車体左側の端部に固定されている。
中間軸５０の車体右側の端部は、２段減速式の歯車式減速機１８を介して後輪５の車軸１７に接続されている。後輪５の車軸１７は、伝動ケース４４に軸受５３，５４によって回転自在に支持されている。

このように構成された動力ユニット６によれば、クランク軸３６の回転は、ＣＶＴ１５の駆動プーリ４６からＶベルト４８を介して従動プーリ４７に伝達され、さらに回転軸４９から自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａに伝達される。クランク軸３６の回転上昇に伴って前記入力部１６ａの回転が上昇することにより、クラッチシュー１６ｂが遠心力によって拡径してクラッチアウター１６ｃに接続し、クラッチアウター１６ｃが回転する。この回転は、中間軸５０から歯車式減速機１８を介して車軸１７（後輪５）に伝達される。

前記クランク軸３６の車体右側の端部には、図２に示すように、後述するモータ１３のロータ３８が取付けられている。
モータ１３は、クランク軸３６に補助動力を加えるためのもので、エンジン１２により回転させられることによって発電する機能を有している。このモータ１３は、前記ロータ３８と、前記モータハウジング４５に固定されたステータ６１とを備えており、図３に示すように、制御装置１９のモータジェネレータ制御部６２に接続されている。

前記ロータ３８は、クランク軸３６に固定されたボス３８ｂと、このボス３８ｂの車体左側の端部から径方向に延びる円板３８ｃと、この円板３８ｃを収容する円筒３８ｄと、前記円板３８ｃの車体右側の端面に固着された永久磁石６３とから構成されている。前記電磁ピックアップ３７によって検出される歯３８ａは、前記円筒３８ｄの外周部に形成されている。このモータ１３は、クランク軸３６を直接駆動する構造が採られている。

前記ステータ６１は、コイル６４を内蔵し、一部が前記円筒３８ｄの内部に入り込み、前記永久磁石６３と対向する状態でモータハウジング４５に固定されている。このステータ６１は、クランク軸３６の軸心を中心とする円周上に設けられている。
また、このモータ１３のステータ６１には、ロータ３８の回転速度（クランク軸３６の回転速度）を検出するためのエンコーダ６５（図３参照）が内蔵されている。

モータジェネレータ制御部６２は、モータ１３に電力を供給する時期および前記電力の大きさを制御するとともに、モータ１３を発電機として機能するように切り換えるもので、図４に示すように、アクセル操作量検出手段７１、入力側回転速度検出手段７２、出力側回転速度検出手段７３、モータ制御手段７４、充電量検出手段７５、充電手段７６、充電量判定手段７７、予備充電手段７８およびタイマー７９を備えている。

前記アクセル操作量検出手段７１は、前記ＡＰＳ１１の出力データを使用してアクセル操作量（アクセルグリップ９の操作角度）を検出する。

前記入力側回転速度検出手段７２は、前記自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａの回転速度を求めるためのものである。この入力部１６ａによって、本発明でいうクラッチの入力側回転体が構成されている。前記自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａの回転速度（入力側回転速度）とエンジン回転速度との関係は、実験により測定した結果を図５に示すように、エンジン回転速度の中間領域においては、ＡＰＳ１１によって検出されたアクセル操作量に応じて入力側回転速度の特性が異なっている。

この実施の形態による入力側回転速度検出手段７２は、図５に示すグラフをマップとして自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａの回転速度を求める構成が採られている。詳述すると、入力側回転速度検出手段７２は、ＡＰＳ１１によって検出されたアクセル操作量とエンジン１２の回転速度とを図５に示すグラフに当てはめることによって自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａの回転速度を求める。なお、エンジン１２の回転速度としては、クランク軸３６の回転速度を前記エンコーダ６５や電磁ピックアップ３７を使用して検出する。

入力部１６ａの回転速度は、図５に示すグラフからなるマップを用いて求める方法に代えて、図３に示すように、センサ８１を使用して検出して求めることもできる。このセンサ８１は、例えば自動遠心クラッチ１６の入力部１６ａや、この入力部１６ａと同期して回転する回転体の回転速度を検出する電磁ピックアップによって構成することができる。入力部１６ａと同期して回転する回転体としては、ＣＶＴ１５の従動プーリ４７および回転軸４９などである。

前記出力側回転速度検出手段７３は、自動遠心クラッチ１６の出力側回転体としてのクラッチアウター１６ｃの回転速度を求めるためのものである。前記自動遠心クラッチ１６のクラッチアウター１６ｃの回転速度（出力側回転速度）とエンジン回転速度との関係は、実験により測定した結果を図６に示すように、エンジン回転速度の中間領域まではＡＰＳ１１によって検出されたアクセル操作量に応じて出力側回転速度の特性が異なっており、自動遠心クラッチ１６は、回転速度Ａ１ないしＡ２で接触し始め、回転速度Ｂ１ないしＢ２で接続を完了する。

この実施の形態による出力側回転速度検出手段７３は、図６に示すグラフをマップとしてクラッチアウター１６ｃの回転速度を求める構成が採られている。詳述すると、出力側回転速度検出手段７３は、ＡＰＳ１１によって検出されたアクセル操作量と、エンジン１２の回転速度とを図６に示すグラフに当てはめることによってクラッチアウター１６ｃの回転速度を求める。なお、エンジン１２の回転速度としては、クランク軸３６の回転速度を前記エンコーダ６５や電磁ピックアップ３７を使用して検出する。

出力側回転速度検出手段７３は、図６に示すグラフからなるマップを用いて求める方法に代えて、図３に示すように、前記クラッチアウター１６ｃと同期して回転する回転体の回転速度をセンサ８２によって検出して求めることもできる。クラッチアウター１６ｃと同期して回転する回転体としては、中間軸５０、歯車式減速機１８の各歯車・各軸および車軸１７などがある。この実施の形態によるセンサ８２は、車軸１７の回転速度を検出する電磁ピックアップによって構成されており、回転速度を検出データとして後述するモータ制御手段に送る。

前記モータ制御手段７４は、後述する遅延手段８３、給電制限手段８４および予備回転手段８５を備え、アクセルグリップ９による発進操作が行われている状態において、前記入力側回転速度と前記出力側回転速度とが一致した時点から後述する遅延時間が経過した後に、前記アクセル操作量検出手段７１によって検出されたアクセル操作量に対応した大きさの電力を前記モータ１３に供給する。
アクセルグリップ９による発進操作が行われているか否かは、アクセル操作量検出手段７１が検出したアクセル操作量に基づいて判定する。すなわち、モータ制御手段７１は、アクセル操作量が０から増大したときに発進操作が行われたと判定する。

入力側回転速度と出力側回転速度とが一致する状態は、自動遠心クラッチ１６において所謂滑りが生じていない状態であり、接続が完了した状態である。すなわち、モータ制御手段７４は、自動遠心クラッチ１６の接続が完了した時点から後述する遅延時間が経過した後にモータ１３に給電する。

前記遅延時間は、自動遠心クラッチ１６のクラッチシュー１６ｂに加えられる遠心力が充分ではない状態で自動遠心クラッチ１６にモータ１３の補助動力が加えられるのを防ぐための時間であり、後述する遅延手段８３によって回転速度に基づいて設定される。
遅延手段８３は、前記入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときの回転速度（以下、単に「接続回転速度」という。）と、予め定めた基準となる回転速度（以下、単に「基準回転速度」という。）とを比較し、接続回転速度が基準回転速度より低い場合、遅延時間を相対的に長く設定する。また、遅延手段８３は、前記比較の結果、接続回転速度が基準回転速度以上である場合、遅延時間を相対的に短く設定する。なお、遅延時間を設定するためには、上述したように基準回転速度との比較によって行う他に、回転速度毎に遅延時間を定めたマップを使用することができる。

自動遠心クラッチ１６のクラッチシュー１６ｂに作用する摩擦力は、接続回転速度が相対的に低いと相対的に小さくなる。これは、クラッチシュー１６ｂに加えられる遠心力が相対的に小さくなるからである。このため、自動遠心クラッチ１６は、接続回転速度が相対的に低い場合、たとえ接続が完了していたとしてもモータ１３の補助動力が加えられたときにクラッチシュー１６ｂがクラッチアウター１６ｃに対して滑ってしまうおそれがある。しかし、上述したように遅延時間だけモータ１３による駆動を遅らせることにより、遅延時間の分だけ回転速度が上昇し、これに伴ってクラッチシュー１６ｂに加えられる遠心力およびクラッチシュー１６ｂに作用する摩擦力が増大するから、接続回転速度が低い場合であってもモータ１３の補助動力を自動遠心クラッチ１６から後輪５に確実に伝達することができる。

モータ制御手段７４は、アクセル操作量に対応した大きさの電力をモータ１３に供給するに当たって、アクセル操作量に対応する大きさの駆動電流を図７に示すマップから読み出し、この駆動電流がモータ１３に流れるように電圧を制御する。なお、このモータ制御手段７４がモータ１３に給電するのは、バッテリ２３の充電量が後述する最低充電量を上回っているときに限られる。

前記給電制限手段８４は、前記モータ制御手段７４がモータ１３に給電するときの時間の長さを予め定めた給電時間に制限する。この給電時間は、後述する給電時間設定手段８６によって設定される。すなわち、給電制限手段８４は、モータ１３への電力供給を前記給電時間だけ継続し、この給電時間が経過した後にモータ１３への電力供給を絶つ。給電時間はタイマー７９によって計測する。

前記給電時間設定手段８６は、後述する充電量検出手段７５によって検出されたバッテリ２３の充電量に対応させて前記給電時間を変える。この給電時間設定手段８６が給電時間を変えるに当たっては、図８に示すマップを使用して行う。図８はバッテリ２３の充電量（バッテリＳＯＣ）に対する駆動時間を示すグラフである。このグラフに示すように、給電時間は、バッテリ２３の充電量が少なくなるにしたがって短くなるように設定される。給電時間設定手段８６は、現在のバッテリ２３の充電量に対応する給電時間を図８に示すマップから読み出し、この給電時間を給電制限手段８４に送る。すなわち、給電制限手段８４は、給電時間設定手段８６によって検出された充電量が少なくなるにしたがって給電時間を短くする。

前記予備回転手段８５は、補助動力を発生していないモータ１３がエンジン１２の負荷になるのを防ぐためのもので、エンジン１２の回転速度が予め定めた予備回転速度に至ったときに通電を開始してモータ１３を回転させる構成が採られている。この実施の形態においては、前記予備回転速度は、アイドリング状態にあるエンジン１２の回転速度（アイドル回転速度）より低い回転速度に設定されている。

すなわち、この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、エンジン始動後であって、エンジンの回転速度がアイドル回転速度より低い予備回転速度に達したときに、予備回転手段８５がモータ１３をエンジン１２の回転に合わせて回転させる。エンジン１２の回転速度は、前記入力側回転速度検出手段７２によって検出する。

前記充電量検出手段７５は、図９に示すグラフからなるマップを使用してバッテリ２３の解放電圧に対応するバッテリ２３の充電量（ＳＯＣ）を求め、さらに、この充電量に、バッテリ２３を充電しているときの電流量とバッテリ２３が放電しているときの電流量とを積算することによって現在の充電量を求める。バッテリ解放電圧は、例えばエンジン停止時などのバッテリ２３が電力を消費していないとき、またはバッテリ２３を充電していないときに充電量検出手段７５が検出する。なお、バッテリ２３は、後述する充電手段７６によって充電される。この充電時の電流と、バッテリ２３の放電時の電流とは、バッテリ２３とモータジェネレータ制御部６２とを接続する回路に設けた電流検出器８７（図３参照）によって計測する。

エンジン運転中にバッテリ２３の充電量を検出するためには、上述したように充電電流と放電電流とをその都度計測して積算する他に、図１０に示すように、マップを用いて行うことができる。図１０に示すマップは、バッテリ２３の充電量（ＳＯＣ）をバッテリ電流とバッテリ電圧とに割り付けたものである。このマップには、０％〜１００％の各充電量における、バッテリ２３の端子間の電圧と、バッテリ２３を流れる電流との関係が示されている。このマップを使用してバッテリ２３の充電量を求める場合、充電量検出手段７５は現在のバッテリ２３を流れる電流とバッテリ２３の端子間電圧とを検出し、これらの電流と電圧とに対応する充電量（ＳＯＣ）をマップから読み出す。

前記充電手段７６は、上述した給電時間が経過した後にモータ１３を発電機として機能させてモータ１３に発電させ、この発電による電力でバッテリ２３を充電する。また、この充電手段７６は、前記充電量検出手段７５が検出した充電量に応じて発電による電力量を変える。すなわち、充電手段７６は、バッテリ２３の充電量が相対的に多い場合は充電電流を低下させ、充電量が相対的に少ない場合には、充電電流を増大させる。

前記充電量判定手段７７は、モータ１３の駆動によって補助動力が発生していない状態において、前記充電量検出手段７５が検出したバッテリ２３の充電量と、予め定めた最低充電量とを比較する。また、この充電量判定手段７７は、バッテリ２３の充電量が前記最低充電量より少ない場合、前記予備回転手段８５にモータ１３への給電を絶たせるための制御信号を送るとともに、後述する予備充電手段７８に充電を開始させるための制御信号を送出する。前記予備回転手段８５は、前記制御信号を受けることによってモータ１３への給電を停止する。

前記予備充電手段７８は、充電量判定手段７７から前記制御信号が送られたときにモータ１３の駆動によって補助動力が発生していない状態であればモータ１３を発電機として機能させ、モータ１３に発電させる。この発電時の充電電流は、図１１に示すマップから読み出して設定される。このマップは、バッテリ２３の充電量（ＳＯＣ）に対するバッテリ２３の充電電流と放電電流とを示すものである。

このマップからも分かるように、この実施の形態による予備充電手段７８は、バッテリ２３の充電量が最低充電量Ｃ１と、それより充電量が少なくなる限界値Ｃ２との間にある場合は充電量が少なくなればなるほど充電電流を増大させる。また、予備充電手段７８は、充電量が限界値Ｃ２より少ない場合は、充電電流を一定の最大電流として充電を行う。なお、このようにエンジン１２が低速運転状態にあるときにモータ１３を発電機として機能させる場合、このハイブリッド式自動二輪車１のエンジン制御部３４は、エンジン１２の回転が安定するようにインジェクタ３５による燃料噴射量を増量させる。

このとき、例えばアクセルグリップ９がアイドリング位置にある場合、エンジンの回転速度が通常運転時のアイドリング回転速度に達するように燃料噴射量を制御する。また、このエンジン制御部３４は、このアイドリング状態からアクセル操作量が増大した場合、アクセル操作量の増加分に対応させて燃料噴射量を増量させる。このため、モータ１３が発電することにより負荷が増加した分だけ燃料噴射量が増量されるから、発電による負荷の増大が原因でエンジン１２がストールするのを防ぐことができる。

次に、上述したように構成されたモータジェネレータ制御部６２の動作を図１２および図１３に示すフローチャートと図１４に示すタイムチャートとを用いて説明する。
エンジン１２は、図１２に示すフローチャートのステップＰ１〜Ｐ３において、メインスイッチ２１がＯＮ操作され、さらに、始動スイッチ２２がＯＮ操作されることによって始動する。

メインスイッチ２１がＯＮ操作されたタイミングを図１４において時間Ｔ１で示し、始動スイッチ２２がＯＮ操作されたタイミングを図１４において時間Ｔ２で示す。
エンジン始動後、ステップＰ４において、アクセル操作量検出手段７１によってアクセル操作量を取得し、ステップＰ５において、バッテリ２３の充電量が前記最低充電量より少ないか否かを充電量判定手段７７が判定する。

バッテリ２３の充電量が最低充電量以下である場合、ステップＰ６において、予備充電手段７８が図１１に示すマップからモータ１３の充電電流を読み出し、ステップＰ７において、モータ１３を発電機として機能させて前記充電電流が得られるようにモータ１３に発電させる。そして、ステップＰ４に戻って上述した制御を繰り返す。ステップＰ７において発電が開始されるタイミングを図１４中に時間Ｔ３で示す。

一方、ステップＰ５においてバッテリ２３の充電量が最低充電量より多いと判定された場合は、ステップＰ８に進み、モータ１３の駆動電流を設定する。ここで、このステップＰ８で行う動作を図１３に示すフローチャートによって説明する。

先ず、図１３に示すフローチャートのステップＳ１において、エンジン１２の回転速度を検出し、ステップＳ２〜Ｓ３に示すように、エンジン回転速度が予備回転速度に達したとき通電を開始してモータ１３を回転させる。この予備回転速度を図１４において符号Ｒで示す。また、このようにモータ１３がエンジン１２の回転に合わせて回転するときのタイミングを図１４において時間Ｔ４で示す。

その後、ステップＳ４において、アクセル操作量を再び取得し、ステップＳ５において、アクセル操作が行われたか否かを判定する。アクセル操作が行われていない場合はステップＳ１に戻り、アクセル操作が行われた場合は、ステップＳ６において入力側回転速度を検出し、次いでステップＳ７において出力側回転速度を検出する。アクセル操作が行われたタイミングを図１４において時間Ｔ５で示す。
そして、ステップＳ８において、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したか否かを判定する。

この判定の結果、入力側回転速度と出力側回転速度とが相違していると判定された場合はステップＳ４に戻る。これら両回転速度が一致していると判定された場合、ステップＳ９において、接続回転速度が基準回転速度より低いか否かを判定する。また、このときにタイマー７９が計時を開始する。

前記判定の結果、接続回転速度が基準回転速度より低いと判定された場合は、ステップＳ１０において、遅延時間として相対的に長い時間を設定する。また、接続回転速度が基準回転速度以上であると判定された場合は、ステップＳ１１において、遅延時間として相対的に短い時間を設定する。

このように遅延時間を設定した後、ステップＳ１２において、タイマー７９が計測している経過時間を読み込み、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致した時点から前記遅延時間が経過するまで待機する。遅延時間が経過した後、ステップＳ１３において、図７に示すマップからモータ１３の駆動電流を読み出し、ステップＳ１４において、図８に示すマップから給電時間を読み出す。この給電時間は、バッテリ２３の充電量が少なくなるにしたがって短くなる。タイマー７９は、前記遅延時間が経過した後にリセットされる。

このようにモータ１３で補助動力を発生させる準備が整った後、図１２に示すフローチャートのステップＰ９において、モータ１３に前記駆動電流を流し、モータ１３の駆動による補助動力を発生させる。この補助動力が発生するタイミングを図１４において時間Ｔ６で示す。また、このときにタイマー７９が新たに計時を開始する。

このとき、自動遠心クラッチ１６の回転速度は、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときの回転速度に較べて、遅延時間が経過する間の速度上昇分だけ上昇している。このため、自動遠心クラッチ１６のクラッチシュー１６ｂには、最大か最大に近い大きさの摩擦力が作用する。したがって、エンジン１２の動力にモータ１３の補助動力を合わせた合力からなる駆動力は、自動遠心クラッチ１６で減損されることなく自動遠心クラッチ１６から歯車式減速機１８と車軸１７とを介して後輪５に伝達される。

この結果、車体が発進から加速するときの加速度は、エンジン１２の動力のみによって走行する一般的な自動二輪車に較べて大きくなる。一方、バッテリ２３の充電量が前記最低充電量より少ない場合は、図１４に示すように、前記入力側回転速度と出力側回転速度とが一致した後、発電量をアイドリング時の発電量Ｌから走行時の発電量Ｈに増大させる。

モータ１３の駆動により上述したように補助動力が発生した後、ステップＰ１０において、モータ１３の駆動開始から経過した時間が給電時間に達したか否かを判定する。給電時間が経過していない場合はステップＰ９に戻り、給電時間が経過した場合は、ステップＰ１１において、モータ１３への給電を絶つ。この給電停止のタイミングを図１４において時間Ｔ７で示す。

モータ１３への給電を絶った後は、ステップＰ６，Ｐ７において、モータ１３を発電機として機能させて発電を行う。発電開始のタイミングを図１４において時間Ｔ８で示す。このときの発電量もバッテリ２３の充電量に対応させて増減させる。

モータ１３による補助動力は、上述した発進時の他に、例えば走行中にアクセルグリップ９をアイドリング位置まで戻し、惰行している状態からアクセルグリップ９を走行速度が上昇するように操作したときにも発生する。このため、このときにも自動遠心クラッチ１６が滑ることはなく、モータ１３の駆動による補助動力によって高い加速性能を得ることができる。

上述したように構成されたハイブリッド式自動二輪車１においては、自動遠心クラッチ１６の接続が完了した状態でモータ１３の補助動力が自動遠心クラッチ１６に加えられるから、自動遠心クラッチ１６において動力が損失されることがなく、エンジン１２の動力とモータ１３の補助動力との合力が自動遠心クラッチ１６から後輪５側へ効率よく伝達される。
したがって、この実施の形態によれば、発進・加速性能に優れたハイブリッド式自動二輪車１を製造することができる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、発進・加速の後、予め定めた給電時間が経過したときモータ１３への電力供給が絶たれるから、発進・加速後もモータ１３に電力を供給する場合に較べてバッテリ２３の電力消費量を低く抑えることができる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、バッテリ２３の充電量が少なくなるにしたがって給電時間が短くなるから、バッテリ２３の充電量が過度に減少することはない。このため、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、次回モータ１３の補助動力を発生させるときの電力を確保することができる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、給電時間が経過した後にモータ１３が発電し、この発電による電力でバッテリ２３が充電される。このため、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、バッテリ２３の電力を消費した後にバッテリ２３を充電することができるから、次回モータ１３に給電するときの電力を充分に確保することができる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１は、遅延時間だけモータ１３への給電を遅らせる構成が採られている。このため、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、自動遠心クラッチ１６の接続が完了したときの回転速度が相対的に低い場合、遅延時間分だけクラッチシュー１６ｂの回転が上昇して遠心力が増大した後に、モータ１３の駆動による補助動力が自動遠心クラッチ１６に加えられる。この結果、例えば下り坂で発進した場合のように、自動遠心クラッチ１６の接続が相対的に低い回転速度で完了した場合、クラッチシュー１６ｂの摩擦力が充分に大きくなってから自動遠心クラッチ１６に前記補助動力が加えられる。したがって、この実施の形態によれば、エンジン１２の動力とモータ１３の補助動力とをより一層確実に後輪５に伝達することができる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１は、エンジン始動後であってモータ１３の動力がクランク軸３６に加えられていない運転状態でモータ１３をエンジン１２の回転に合わせて回転させる構成が採られている。このため、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、モータ１３が補助動力を発生させていないときにエンジン１２の負荷になるのを防ぐことができるから、アイドリング状態においてエンジン１２の回転が安定する。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、エンジン１２が始動してから回転速度がアイドル回転速度に達する以前にモータ１３が回転し、エンジン１２の負荷が低減される。このため、エンジン１２は、クランク軸３６にモータ１３が接続されているにもかかわらず、始動後に回転が安定した状態を保ちながらアイドリング状態に移行する。この結果、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、エンジン１２の始動から発進、加速に至る一連の動作が円滑に行われる。

この実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、バッテリ２３の充電量が少ない場合、例えば停車時などモータ１３の補助動力が不要なときにバッテリ２３を充電することができる。このため、このハイブリッド式自動二輪車１によれば、バッテリ２３の過放電を防止できるとともに、次回モータ１３の補助動力を発生させるときの電力を確保することができる。

上述した実施の形態ではクランク軸３６にモータ１３のロータ３８を取付ける例を示したが、モータ１３は、エンジン１２とは別体に形成することができる。この場合、モータ１３の回転軸とクランク軸３６とを直接接続する他に、これら両軸の回転速度比が一定となるような伝動手段を介して接続することができる。

上述した実施の形態によるハイブリッド式自動二輪車１においては、補助動力を発生させるためにモータ１３に給電するときの駆動電流をアクセル操作量に比例するように増減させているが、この駆動電流は、アクセル操作速度も加味して増減させてもよい。
上述した実施の形態ではスクータに本発明を適用する例を示したが、本発明を適用する自動二輪車は、スクータに限定されることはなく、他の形式の自動二輪車でもよい。

また、上述した実施の形態では自動遠心クラッチ１６を装備したスクータ型自動二輪車１について説明したが、本発明は、人為的に操作されるクラッチを装備したハイブリッド式自動二輪車にも適用することができる。この場合、手動式クラッチの接続が完了したことを入力側回転速度と出力側回転速度との比較により検出し、クラッチの接続完了後にモータ１３による補助動力を発生させる。

本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の側面図である。 動力ユニットの横断面図である。 本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の制御系の構成を示すブロック図である。 モータジェネレータ制御部の構成を示すブロック図である。 エンジンの回転速度と自動遠心クラッチの入力側回転速度との関係を示すグラフである。 エンジンの回転速度と自動遠心クラッチの出力側回転速度との関係を示すグラフである。 ＡＰＳ角度とモータの駆動電流の関係を示すグラフである。 バッテリの充電量とモータへの給電時間との関係を示すグラフである。 バッテリの開放電圧に基づいてバッテリの充電量を求めるためのマップとなるグラフである。 バッテリ電流とバッテリ電圧とからバッテリの充電量を求めるためのマップとなるグラフである。 バッテリの充電量に対する充電電流と放電電流とを設定するためのマップとなるグラフである。 本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の動作を説明するためのフローチャートである。 エンジン始動後にモータの駆動によって補助動力が発生するまでの制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明に係るハイブリッド式自動二輪車の動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

２…エンジン、５…後輪、１９…アクセルグリップ、１１…アクセル操作量検出器、１３…モータ、１６…自動遠心クラッチ、７１…アクセル操作量検出手段、７２…入力側回転速度検出手段、７３…出力側回転速度検出手段、７４…モータ制御手段、７５…充電量検出手段、７６…充電手段、７７…充電量判定手段、７８…予備充電手段、８４…給電制限手段、８５…予備回転手段、８６…給電時間設定手段。

Claims (8)

1. エンジンと駆動輪との間の動力伝達系に摩擦式クラッチが介装され、エンジンのクランク軸に、発電機能を有しかつバッテリから給電されることにより回転する補助動力用のモータが接続されたハイブリッド式自動二輪車であって、
   アクセル操作子のアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出手段と、
   前記クラッチの入力側回転体またはこの入力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を入力側回転速度として検出する入力側回転速度検出手段と、
   前記クラッチの出力側回転体またはこの出力側回転体と同期して回転する回転体の回転速度を出力側回転速度として検出する出力側回転速度検出手段と、
   前記アクセル操作子による発進操作が行われている状態で、前記入力側回転速度検出手段が検出した入力側回転速度と、前記出力側回転速度検出手段が検出した出力側回転速度とが一致した後に、前記アクセル操作量検出手段によって検出されたアクセル操作量に対応した大きさの電力を前記モータに供給するモータ制御手段とを備えたハイブリッド式自動二輪車。
2. 請求項１記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   モータへの電力供給を予め定めた給電時間だけ継続し、この給電時間が経過した後にモータへの電力供給を絶つ給電制限手段を備えたことを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
3. 請求項２記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   バッテリの充電量を検出する充電量検出手段を備え、
   給電制限手段は、前記充電量検出手段によって検出された充電量が少なくなるにしたがって給電時間を短くする構成が採られていることを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
4. 請求項２または請求項３記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   給電時間が経過した後にモータに発電させ、この発電による電力でバッテリを充電する充電手段を備えていることを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
5. 請求項１ないし請求項４のうち何れか１つに記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   クラッチを自動遠心クラッチとし、
   モータ制御手段は、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときから回転速度に対応した遅延時間だけモータへの給電を遅らせる遅延手段を備え、
   前記遅延時間は、入力側回転速度と出力側回転速度とが一致したときの回転速度である接続回転速度が低くなるにしたがって長く設定されていることを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
6. 請求項１ないし請求項５のうち何れか１つに記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   モータ制御手段は、エンジン始動後であってモータの動力がクランク軸に加えられていない運転状態でモータをエンジンの回転に合わせて回転させる予備回転手段を備えていることを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
7. 請求項６記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   予備回転手段がモータをエンジンの回転に合わせて回転させるときの回転開始時期を、エンジン始動後であって、エンジン回転速度がアイドル回転速度より低いときに設定したことを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。
8. 請求項６または請求項７記載のハイブリッド式自動二輪車において、
   バッテリの充電量が予め定めた最低充電量より少ないか否かを判定する充電量判定手段と、
   この充電量判定手段による判定の結果、バッテリの充電量が前記最低充電量より少ないと判定された場合、エンジン始動後であってモータの動力がクランク軸に加えられていない運転状態においてモータに発電させ、この発電による電力でバッテリを充電する予備充電手段とを備えていることを特徴とするハイブリッド式自動二輪車。

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