JP2008239041A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ワンウェイクラッチ及び油圧クラッチからなるクラッチ機構を具備するハイブリッド車において、モータの好適な制御を実現し、ドライバビリティを向上させた好適なハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】エンジン１及びモータ２の少なくとも一方により走行可能なハイブリッド車両Ｈにおいて、クラッチ機構６にワンウェイクラッチ５と油圧クラッチ４とを具備するとともに、モータ２の回転数が許容回転数以上になる場合は油圧クラッチ４を切断し、モータ２の回転を許容できる運転条件になる場合は油圧クラッチ４を再接続する接続制御機構４１と、再接続する際には駆動軸３の回転数より所定数低い回転数まで前記モータ２の回転数を急上昇させた後、前記駆動軸３の回転数まではモータ２の回転数を徐々に上昇させる制御を行う回転数制御機構２２とを具備することとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド車両に関する。

近年、燃料の節約、エンジン騒音の低減、排ガス低減等を目的として駆動源にエンジン及びモータを備えたハイブリッド車両が提案されている。

ハイブリッド車両は、エンジンのみを駆動源とする一般車両とは異なり、モータが車両の駆動を行うほか、車両減速時に車輪から伝えられる制動エネルギーを回収して電力として備える回生制動作用などを行うことができる。

ところで、従来、ハイブリッド車両において、モータを駆動軸に対して断続可能とするために、モータと駆動軸との間にドッグクラッチ及びワンウェイクラッチを含むクラッチ装置を介在させたものが公知となっている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−９９８３８号公報

モータのトルクを断続可能とするためのクラッチ装置を備えたハイブリッド車両では、車両速度が上がり、モータの回転数が所定の許容回転数を超えた場合に、クラッチ装置によってモータを駆動軸から切り離し、車両走行はエンジントルクのみに移行するとともに、モータの回転を停止する制御が行われるものがある。

そして、その後車両速度が下がり、駆動軸の回転数が所定の許容回転数以下になった場合には、クラッチ装置によりモータと駆動軸とを再接続させることで、再びモータを駆動源とした車両走行が可能な状態にすることができる。

ここで、モータと駆動軸とを再接続する際には、モータを駆動軸の回転数に合わせるための同期制御が必要となる。このため、従来は図５に示すような所定のモータ回転数の制御が行われていた。このモータ回転数の制御は、モータの回転数を所定の目標回転数Ｒに設定するが、目標回転数Ｒに対しモータの回転数が高くなるとモータの回転数を低く設定するという制御を行い、一方、目標回転数Ｒに対しモータの回転数が低くなると今度はモータの回転数を高く設定するという制御を繰り返すことで、所定の目標回転数Ｒと同期させるものである。

しかし、クラッチ装置にワンウェイクラッチを具備したものであると、再接続時において目標回転数に対してモータの回転数がオーバーシュートした際に、モータの出力軸とワンウェイクラッチとが急激に係合してしまうため、機械的ショックが発生し、車両のドライバビリティの低下を招いていた。

とりわけ、かかる問題点は、車体重量が比較的軽量である軽車両等においては顕著である。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであって、主たる目的はワンウェイクラッチ及び油圧クラッチを具備するハイブリッド車両において、モータの好適な制御を実現したハイブリッド車両を提供することにある。

すなわち、本発明は、車両走行のためのトルクを発生するとともにオイルポンプを駆動するエンジンと、車両走行のためのトルクの発生及び余剰トルクの回生を行うモータと、前記エンジン及びモータのトルクを駆動輪に伝達する駆動軸とを具備してなる、前記エンジン及びモータの少なくとも一方により走行可能なハイブリッド車両において、前記モータの出力軸を前記駆動軸に油圧によって接続する油圧クラッチと、車両走行において少なくとも前記エンジン及び前記モータが停止する車両停車状態から走行を開始する場合に前記モータのトルクを駆動側に伝えるためのワンウェイクラッチと、前記油圧クラッチ及び前記ワンウェイクラッチを前記駆動軸に並列に配置したクラッチ機構とを具備するとともに、前記モータの回転数が許容回転数以上になる場合は油圧クラッチを切断し、前記モータの回転を許容できる運転条件になる場合は油圧クラッチを再接続する接続制御機構と、前記再接続する際には前記駆動軸の回転数より所定数低い回転数まで前記モータの回転数を急上昇させた後、前記駆動軸の回転数まではモータの回転数を徐々に上昇させる制御を行う回転数制御機構とを備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、車両走行中においてモータの回転数が所定の許容回転数以上になると、接続制御機構が油圧クラッチによりモータと駆動軸との接続を切断する制御を行い、一方で、モータの回転を許容できる運転条件になる場合は接続制御機構が油圧クラッチによりモータと駆動軸とを再接続する制御を行うため、モータの過回転を回避することができる。

なお、モータの回転を許容できる運転条件とは、運転者の要求トルクが低くなった場合や、駆動軸の回転数がモータの許容回転数以下にまで低下した場合等が挙げられる。

また、モータを駆動軸に再接続する場合、回転数制御機構が駆動軸の回転数より所定数低い回転数までモータの回転数を急上昇させた後、駆動軸の回転数まではモータの回転数を徐々に上昇させる制御を行うため、モータの回転数が目標回転数に対してオーバーシュートする現象を回避することができる。しかも、このような制御を行えばモータの出力軸がワンウェイクラッチと緩やかに係合することができるため、モータの出力軸がワンウェイクラッチに急激に係合した場合に発生する機械的ショックを回避することができる。

なお、本発明にかかるモータは、車両走行のためのトルクを発生するとともに、余剰トルクの回生を行う発電機としてももちろん機能することができる。

以上説明したように本発明によれば、モータのトルクを駆動軸に伝達するためのワンウェイクラッチ及び油圧クラッチを備えたハイブリッド車両において接続制御機構及び回転数制御機構を具備することにより、モータの過回転を回避することができるとともに、モータと駆動軸とを再接続する際にモータの出力軸とワンウェイクラッチとが急激に係合して発生する機械的ショックを最小限に抑えることができるため、ドライバビリティに優れたものとなる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係るハイブリッド車両Ｈは、図１に示すように、車両走行のためのトルクを発生するとともに図示しないオイルポンプを駆動するエンジン１と、車両走行のためのトルクの発生及び余剰トルクの回生を行うモータ２と、エンジン１及び前記モータ２のトルクを制御するためのアクセルペダルＡと、前記エンジン１及びモータ２のトルクを駆動輪Ｔに伝達する駆動軸３とを具備する。

また、電力制御装置Iは、モータ２と電池Ｂとの間に電気的に接続され、モータ２に電力を供給するとともに、モータ２が発電した電力により電池Ｂを充電するように構成されている。この電力制御装置Iは、モータ２の種類によりインバータあるいはＤＣ−ＤＣコンバータを備えている。なお、電力制御装置Ｉは、家庭などの電力線（電灯線、配電線など）から供給される交流を直流に変えて電池Ｂに供給する充電回路を含んでいてもよい。

エンジン１は、始動用モータ８を備えており、始動用モータ８により運転を開始したエンジン１のトルクは、ＣＶＴのようなトランスミッション７を介して駆動軸３に伝達される。エンジン１は車両制御コンピュータＶＣ及びトランスミッションコンピュータＴＣに関連づけて設けられたエンジンコンピュータＥＣにより、トルクコントロール等の所定の制御を受ける。

さらに、エンジン１は、図示しないオイルポンプを駆動するものである。この図示しないオイルポンプはエンジン１の起動に関連して作動し、作動油圧を発生させるものである。油圧クラッチ４等の種々の油圧駆動装置は、図示しないオイルポンプにより所定の作動油圧が確保された後に動作することができる。

トランスミッション７は、車両制御コンピュータＶＣ、エンジンコンピュータＥＣと関連付けて設けられたトランスミッションコンピュータＴＣの制御を受け、車速等に対応した所定の変速処理等を行うものである。

クラッチ機構６は、図２に示すように、モータの出力軸２１と接続する伝達ギア６０と、モータ２と駆動軸３とを油圧によって接続及び接続解除する油圧クラッチ４と、車両走行において少なくともエンジン１及びモータ２が停止する車両停車状態から走行を開始する場合にモータ２のトルクを駆動側に伝えるためのワンウェイクラッチ５と、トルク伝達軸６１を具備し、かつ、油圧クラッチ４及びワンウェイクラッチ５を駆動軸３に並列に配置したものである。

また、モータ２のトルク伝達について詳述すると、モータ出力軸２１からクラッチ機構６を介してシャフトＰに伝達され、更に、ディファレンシャルギアＤを介して駆動軸３に伝達される。

油圧クラッチ４は、接続制御機構４１の制御を受け、モータ２と駆動軸３とを断続する機能を行うものである。

ワンウェイクラッチ５は、例えば、アイドリングストップ機構を有するような車両において、ドライバの発進要求に対する車両の動作の遅れを回避するために設けられている。

具体的には、エンジン１及びモータ２が停止する車両Ｈの停車状態から走行を開始する場合において、モータ１のトルクがワンウェイクラッチ５を介して駆動軸３に伝達される。このような構成であれば、油圧クラッチ４の作動油圧が発生するまでの所定ステップであるエンジン１の起動、図示しないオイルポンプによる作動油圧の確保、そして、油圧クラッチ４の接続という諸動作を待つことなく、モータ１のトルクをワンウェイクラッチ５を介して駆動軸３に伝達することができるため、ドライバの意思に沿ったレスポンス性の高い車両の走行が可能となる。

しかして、本実施形態に係るハイブリッド車両Ｈは、モータ２の回転数が許容回転数以上になる場合は、油圧クラッチ４を切断し、モータ２の回転を許容できる運転条件になる場合は、油圧クラッチ４を再接続する接続制御機構４１と、油圧クラッチ４を再接続する際には駆動軸３の回転数より所定数低い回転数までモータ２の回転数を急上昇させた後、前記駆動軸３の回転数まではモータ２の回転数を徐々に上昇させる制御を行う回転数制御機構２２とを備えたものである。

接続制御機構４１は、モータ２の回転数を検出する図示しないモータ回転数検出手段と、駆動軸３の回転数を検出する図示しない駆動軸回転数検出手段と、図示しないモータ回転数検出手段ないし駆動軸回転数検出手段から入力される検出値に基づいて油圧クラッチ４によりモータ２と駆動軸３とを断続制御する接続制御コントローラＣ１から構成される。

制御の概要は、図示しないモータ回転数検出手段がモータ２の回転数が上昇し許容回転数に到達したことを検出した場合、かかる検出に基づいて接続制御コントローラＣ１が油圧クラッチ４により駆動軸３とモータ２とを切断する制御を行う。一方で、図示しない駆動軸回転数検出手段がモータ２の回転を許容できる運転状況を検出した場合、かかる検出に基づいて接続制御コントローラＣ１が油圧クラッチ４により駆動軸３とモータ２とを再接続する制御を行う。なお、接続制御コントローラＣ１は、車両制御コンピュータＶＣ等に組み込まれたものでも、別個独立の制御装置として設けられたものでも良い。

ここで、前記許容回転数は、モータの大きさ、耐用性、ギア比及びトルク出力性能等の種々の条件に対応して決定される。

また、油圧クラッチ４により再接続する制御を行う前記モータ２の回転を許容できる運転状況とは、ドライバの要求トルクが低くなった場合や、車速あるいは駆動軸３の回転数がモータ２の許容回転数以下にまで低下した場合等が挙げられる。

回転数制御機構２２は、モータ２の回転数を検出する図示しないモータ回転数検出手段と、駆動軸３の回転数を検出する図示しない駆動軸回転数検出手段と、図示しないモータ回転数検出手段ないし駆動軸回転数検出手段から入力される検出値に基づいてモータ２の回転数を制御する回転数制御コントローラＣ２から構成される。なお、回転数制御コントローラＣ２は、車両制御コンピュータＶＣ等に組み込まれたものでも、別個独立の制御装置として設けられたものでも良い。

回転数制御機構２２の制御の概要について、図３を参照して詳述する。

ここで、図３に示される目標回転数Ｒとは、駆動軸３の所定回転数と同じ回転数に設定されるものであるが、必ずしもかかる回転数に限定されるものではない。すなわち、目標回転数Ｒはモータ２の出力軸とワンウェイクラッチ５とが係合した場合に機械的ショックが発生しない範囲であれば、駆動軸３の所定回転数より高い回転数であってもよく、駆動軸３の回転変動を生じさせない範囲であれば、駆動軸３の所定回転数より高い回転数であっても、低い回転数であってもよい。

また、切替回転数ｒとは、再接続時の駆動軸３の回転数である目標回転数Ｒの所定回転数低い回転数である。具体的には目標回転数Ｒより５０〜１００回転程度低い回転数に設定することが望ましいが、必ずしもかかる回転数に限定されるものではない。すなわち、切替回転数ｒは、油圧クラッチの耐久性等の種々の条件を考慮して適宜設定される。

制御の概要は、まず、図示しない駆動軸回転数検出手段がモータ２の回転を許容できる運転状況を検出した場合、回転数制御コントローラＣ２は、同期制御開始時点Ｓ（０点）から切替回転数ｒに到達するまでは、目標回転数Ｒに短時間に到達するためにモータ２の回転数を急上昇させる制御を行う。

次に、図示しないモータ回転数検出手段が、モータ２の回転数が切替回転数ｒに到達したことを検出した場合、回転数制御コントローラＣ２は、モータ２の回転数の上昇する速度を切り替える制御を行う。

この回転数制御コントローラＣ２が切り替えるモータ２の回転数の上昇する速度とは、切替回転数ｒに到達するまでのモータ２の回転数の上昇する速度よりも低い回転数に設定された所定の速度である。

そして、回転数制御コントローラＣ２は、図示しないモータ回転数検出手段が目標回転数Ｒに到達することを検出するまで、切り替え後のモータ２の回転数の上昇する速度を維持する制御を行う。

なお、回転数制御機構２２による制御は、モータ２による車両走行を優先し、エンジン１による燃料消費を抑制する運転状態の時に実施することが望ましいが、必ずしもかかる運転状態に限定されるものではない。

次に、このような構成をなすハイブリッド車両Ｈにおける、モータ２のトルク伝達に関するワンウェイクラッチ５及び油圧クラッチ４の動作等について説明する。

エンジン１及びモータ２が停止する車両停車状態から車両走行を開始する場合は、図４に示すように、モータ２のトルクがワンウェイクラッチ５を介して駆動軸３に伝達される。エンジン１が起動し、図示しないオイルポンプによって油圧クラッチ４を作動させる作動油圧が確保されるまでは、油圧クラッチ４が作動しないため、モータ２のトルク伝達はワンウェイクラッチ５に依存することになる。

エンジン１の起動後の所定時間経過後はオイルポンプにより作動油圧が確保されるため、油圧クラッチ４を作動させることができる。ワンウェイクラッチ５とともに、油圧クラッチ４を介してモータ２と駆動軸３とを接続することにより、車両速度の減速時における回生作用を行うことや、再加速時においてモータ２のトルクを油圧クラッチ４を介して駆動軸３に伝達することができる。

その後、車両の走行速度がモータ２の許容回転数を超えない範囲において所定の速度以上となった場合は、駆動手段であるエンジン１のトルクを駆動軸３に伝達する。このため、モータ２とともに、エンジン１のトルクが駆動軸３に伝達されることになり、エンジン１のトルクがモータ２のトルクを補助する機能を行う。

次に、車両の走行速度が上がり、モータ２の許容回転数を超える場合には、車両走行のための動力源をエンジン１のみに移行する。このため、接続制御機構４１が油圧クラッチ４によりモータ２と駆動軸３とを切り離す制御を行う。また、駆動手段がエンジン１のみに移行した場合、ワンウェイクラッチ５はモータ２が停止するために空転する。

車両減速時等は、接続制御機構４１が油圧クラッチ４によりモータ２と接続する制御を行い、制動エネルギーをモータ２が回収して発電し、電池Ｂに電力として備える回生制動が行われる。

なお、本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明に係るハイブリッド車両の全体図である。 図１のハイブリッド車両に用いられるトルク伝達機構図である。 回転数制御機構が行うモータの回転数制御を示すタイムチャート図である。 駆動手段とワンウェイクラッチ及び油圧クラッチとの関係を示した関係表である。 従来例のモータの回転数制御を示したタイムチャート図である。

符号の説明

１…エンジン
２…モータ
３…駆動軸
４…油圧クラッチ
５…ワンウェイクラッチ
６…クラッチ機構
２２…回転数制御機構
４１…接続制御機構
Ｔ…駆動輪
Ｈ…ハイブリッド車両

Claims (1)

1. 車両走行のためのトルクを発生するとともにオイルポンプを駆動するエンジンと、車両走行のためのトルクの発生及び余剰トルクの回生を行うモータと、前記エンジン及びモータのトルクを駆動輪に伝達する駆動軸とを具備してなる、前記エンジン及びモータの少なくとも一方により走行可能なハイブリッド車両において、
   前記モータの出力軸を前記駆動軸に油圧によって接続する油圧クラッチと、車両走行において少なくとも前記エンジン及び前記モータが停止する車両停車状態から走行を開始する場合に前記モータのトルクを駆動側に伝えるためのワンウェイクラッチと、前記油圧クラッチ及び前記ワンウェイクラッチを前記駆動軸に並列に配置したクラッチ機構とを具備するとともに、
   前記モータの回転数が許容回転数以上になる場合は油圧クラッチを切断し、前記モータの回転を許容できる運転条件になる場合は油圧クラッチを再接続する接続制御機構と、再接続する際には前記駆動軸の回転数より所定数低い回転数まで前記モータの回転数を急上昇させた後、前記駆動軸の回転数まではモータの回転数を徐々に上昇させる制御を行う回転数制御機構とを備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
   

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