JP2009035020A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動力が不十分である場合でも迅速に加速制御を行うことが可能なハイブリッド自動車を提供する。
【解決手段】エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間で駆動力を授受させるギアユニットと、エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間における駆動力の授受によって、ギアユニットが備えるギアに生じた駆動力を車輪に伝達する動力伝達部と、モータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御部と、を備えるハイブリッド自動車において、モータが過負荷状態であるか否かを判定する負荷判定部と、エンジンシャフト固定手段と、を備え、エンジンシャフト固定手段は、モータが過負荷状態であると判定されたときにエンジンのシャフトを固定し、モータジェネレータ制御部は、モータが過負荷状態であると判定されたときに、モータジェネレータを始動させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンおよびモータによって走行するハイブリッド自動車に関する。

エンジンおよびモータによって走行するハイブリッド自動車が広く用いられている。ハイブリッド自動車は、発進時にはエンジンを停止させた状態でモータの駆動力によって加速する。ハイブリッド自動車が発進し、所定速度に達したときにはエンジンを始動し、エンジンおよびモータの合成駆動力によって走行する。また、走行制御によりハイブリッド自動車の速度が所定速度よりも低下したときは、エンジンを停止し、モータの駆動力によって走行する。なお、走行中のエンジンの始動は、モータとは別に備えられたモータジェネレータによって行われる。

このような制御によれば、ハイブリッド自動車は、速度が所定速度より低いときにはエンジンを停止した状態で、モータの駆動力によって走行する。エンジンは低速回転時のエネルギー効率が低い。したがって、低速走行時にエンジン駆動を行わないことで、低速走行時のエネルギー効率を向上させることができる。

このような制御を行うため、ハイブリッド自動車には、モータ駆動走行中にエンジンの始動を行うことが可能であると共に、エンジンおよびモータの合成駆動力を車輪に伝えることが可能な駆動システムが用いられる。図１にそのような駆動システムを示す。

エンジン１０、モータ１２、およびモータジェネレータ１４の各シャフトはプラネタリギアユニット１６に取り付けられる。プラネタリギアユニット１６は、エンジン１０、モータ１２、およびモータジェネレータ１４の相互間で駆動力を伝達する。

モータ１２のシャフトには動力伝達機構１８が取り付けられる。動力伝達機構１８は、エンジン１０、モータ１２、およびモータジェネレータ１４の相互間で駆動力が授受された結果モータ１２のシャフトに発生した駆動力を、車輪２０に伝達する。

エンジン１０を停止し、モータジェネレータ１４を空回り状態とすることにより、プラネタリギアユニット１６はモータ１２に対して無負荷状態となる。これによって、モータ１２の駆動力のみによる走行が可能となる。

また、モータ１２の回転速度を一定に制御することにより、プラネタリギアユニット１６はモータジェネレータ１４からエンジン１０に駆動力を伝達することができる。これによって、モータジェネレータ１４によるエンジン１０の始動が可能となる。

さらに、モータジェネレータ１４の回転速度を一定に制御することで、プラネタリギアユニット１６はエンジン１０からモータ１２に駆動力を伝達することができる。これによって、エンジン１０の駆動力がモータ１２のシャフトに加えられる。モータ１２のシャフトの駆動力は動力伝達機構１８を介して車輪２０に伝達される。これによって、エンジン１０およびモータ１２の合成駆動力による走行が可能となる。

特開２０００−３２６１１号公報

ハイブリッド自動車が急な坂道等で停止している場合、モータの駆動力の不足によってハイブリッド自動車を発進させることができないことがある。この場合、エンジンを始動し、エンジンおよびモータの駆動力によってハイブリッド自動車を発進させる制御を行うことが考えられる。しかし、このような制御では、エンジンの始動に時間を要するため、発進までに長時間を要するという問題が生ずる。また、発進直後の低速走行においてエンジン駆動が行われることとなるため、エネルギー効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、モータの駆動力が不十分である場合でも迅速に加速制御を行うことが可能なハイブリッド自動車を提供する。

本発明は、エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間で駆動力を授受させるギアユニットと、エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間における駆動力の授受によって、ギアユニットが備えるギアに生じた駆動力を車輪に伝達する動力伝達部と、モータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御部と、を備えるハイブリッド自動車において、モータが過負荷状態であるか否かを判定する負荷判定部と、エンジンのシャフトが回転しないよう固定するエンジンシャフト固定手段と、を備え、エンジンシャフト固定手段は、モータが過負荷状態であると判定されたときにエンジンのシャフトを固定し、モータジェネレータ制御部は、モータが過負荷状態であると判定されたときに、モータジェネレータを始動させることを特徴とする。

また、本発明に係るハイブリッド自動車においては、エンジンは、シリンダと、シリンダの内部を往復しシャフトに駆動力を与えるピストンと、シリンダに設けられた通気経路を開閉するバルブと、を備え、エンジンシャフト固定手段は、エンジンが備えるバルブを閉じることによってエンジンのシャフトを固定することが好適である。

本発明によれば、モータの駆動力が不十分である場合でも迅速に加速制御を行うことが可能なハイブリッド自動車を実現することができる。

図２に本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムを示す。ハイブリッド自動車は、発進時にはエンジン１０を停止させた状態でモータ１２の駆動力によって加速する。ハイブリッド自動車が発進し、所定速度に達したときにはモータジェネレータ１４の駆動力によってエンジン１０を始動し、エンジン１０単独の駆動力、またはエンジン１０およびモータ１２の合成駆動力によって走行する。また、走行制御によりハイブリッド自動車の速度が所定速度よりも低下したときは、エンジン１０を停止し、モータ１２の駆動力によって走行する。

従来のハイブリッド自動車では、発進時にモータの駆動力が不足することがあった。そこで、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムは、発進時にモータ１２の駆動力が不足したときは、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力を車輪２０に伝達する。

モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力を車輪２０に伝達するためには、モータジェネレータ１４の駆動力をプラネタリギアユニット１６に与え、プラネタリギアユニット１６からモータ１２のシャフトに駆動力を伝達する制御を行う。これによって、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力が動力伝達機構１８を介して車輪２０に伝達される。

しかし、ハイブリッド自動車の発進時に、モータジェネレータ１４の駆動力をプラネタリギアユニット１６を介してモータ１２のシャフトに伝達しようとする場合には、次のような問題がある。

プラネタリギアユニット１６は、エンジン１０、モータ１２、およびモータジェネレータ１４の相互間で駆動力を伝達する。プラネタリギアユニット１６は、エンジン１０、モータ１２、またはモータジェネレータ１４のいずれか１つの回転を固定すること、または、回転速度を一定に制御することによって、残りの２つの間の駆動力の伝達が可能となる。

したがって、ハイブリッド自動車の発進時にエンジン１０のシャフトの回転が固定されていれば、モータジェネレータ１４の駆動力をモータ１２のシャフトに伝達することができる。

ところが、エンジン１０が停止している状態では、エンジン１０のシャフトは自由に回転可能である。この状態でモータジェネレータ１４からプラネタリギアユニット１６に駆動力を与えると、モータジェネレータ１４の駆動力によってエンジン１０のシャフトが回転してしまい、モータジェネレータ１４の駆動力をモータ１２のシャフトに完全に伝達することができない。

そこで、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムでは、発進時にモータジェネレータ１４の駆動力を用いるときは、エンジン１０のシャフトの回転を固定する。これによって、モータジェネレータ１４の駆動力をモータ１２のシャフトに伝達することができ、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力を車輪２０に伝達することができる。

ここで、エンジン１０のシャフトを固定する制御について説明する。エンジン１０は、シリンダ、シリンダ内を往復するピストン、およびピストンが往復する力を回転駆動力に変換してシャフトに伝達する機構等を備える。エンジン１０のシリンダには燃料を吸引する吸気口と燃焼ガスを排気する排気口が設けられ、吸気口および排気口にはそれぞれ吸気バルブおよび排気バルブが設けられる。

エンジン１０の通常回転時において制御部２２は、エンジンが回転するときの各工程に応じた吸気バルブおよび排気バルブの開閉制御を行う。一方、エンジン１０が停止している状態において制御部２２は、これらのバルブを個別に開閉制御することができる。エンジンが停止している状態で吸気バルブおよび排気バルブを閉じると、シリンダ内は気密状態となりピストンが固定される。これによって、エンジンのシャフトの回転が固定される。そこで、本実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムでは、エンジン１０が停止している状態において吸気バルブおよび排気バルブを閉じることによって、エンジン１０のシャフトの回転を固定する。

次に、モータジェネレータの駆動力を用いた発進制御について説明する。図３は発進制御のフローチャートを示す。操作部２８において走行を開始するための操作がなされると、操作部２８は走行を開始すべき旨の指令を制御部２２に出力する。指令を受けた制御部２２は、モータジェネレータ１４を空回り状態とし（Ｓ１０１）、モータ１２を始動する（Ｓ１０２）。

速度検出部２４は、ハイブリッド自動車の走行速度を測定し、測定結果を速度測定値として制御部２２に出力する。消費電力測定部２６は、モータ１２の消費電力を測定し、測定結果を消費電力測定値として制御部２２に出力する。

制御部２２は、速度検出部２４および消費電力測定部２６から、それぞれ、速度測定値および消費電力測定値を取得する（Ｓ１０３）。制御部２２は、テーブル記憶部３０に記憶されている過負荷条件テーブルを参照し、速度測定値および消費電力測定値に基づいて、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。

ここで過負荷条件テーブルは、速度測定値および消費電力測定値の組み合わせに対し、モータ１２が過負荷状態であるか否かを示す情報を対応付けたものである。例えば、電力が消費されているにもかかわらずハイブリッド自動車が走行していないときは、モータ１２の駆動力が不足しており、モータ１２は過負荷状態であるといえる。したがって、速度測定値の値が０であり、消費電力測定値が所定の値であるという組み合わせに対しては、過負荷状態である旨の情報が対応付けられる。過負荷条件テーブルは、ハイブリッド自動車を設計する段階において、評価実験、シミュレーション等に基づいて予め作成することができる。

制御部２２は、モータ１２が過負荷状態でないときはモータ単独駆動を続行する（Ｓ１０４）。一方、モータ１２が過負荷状態であるときは、エンジン１０の吸気バルブおよび排気バルブを閉じ（Ｓ１０５）、モータジェネレータ１４を始動する（Ｓ１０６）。

ステップＳ１０５によれば、エンジン１０のシャフトの回転が固定された状態となる。この状態において、ステップＳ１０６によってモータジェネレータ１４が回転すると、モータジェネレータ１４の駆動力は、プラネタリギアユニット１６を介してモータ１２のシャフトに伝達される。

これによって、モータ１２およびモータジェネレータ１４の各駆動力は動力伝達機構１８を介して車輪２０に伝達され、ハイブリッド自動車をモータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力によって駆動することができる。

このような制御によれば、ハイブリッド自動車の走行を開始するための操作がなされたときにモータ１２の駆動力が十分であるときは、モータ単独駆動が行われる。一方、モータ１２の駆動力が不十分であるときは、モータ１２およびモータジェネレータ１４による駆動が行われる。これによって、モータ１２の駆動力の不足によってハイブリッド自動車を発進させることができないという問題を回避することができる。

モータジェネレータ１４を始動した後（Ｓ１０６）、制御部２２は、速度検出部２４および消費電力測定部２６から、それぞれ、速度測定値および消費電力測定値を取得する（Ｓ１０７）。制御部２２は、テーブル記憶部３０に記憶されている過負荷条件テーブルを参照し、速度測定値および消費電力測定値に基づいて、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。そして、過負荷状態であるときはステップＳ１０７に戻り、モータ１２およびモータジェネレータ１４による駆動を続行する。一方、過負荷状態でないときは、モータジェネレータ１４を空回り状態とし（Ｓ１０９）、モータ単独駆動を行う。ステップＳ１０７〜Ｓ１０９によれば、モータ１２の過負荷状態が解消されたときに、ハイブリッド自動車をモータ単独駆動の状態に復帰させることができる。

制御部２２は、速度測定値が所定の値以上となったときは、モータ１２の回転速度を一定に制御する。そして、モータジェネレータ１４の駆動力をエンジン１０に伝達することによってエンジン１０を始動する。これによって、エンジン１０の駆動力を用いた走行が開始する。

操作部２８は、運転者の操作に基づいて加速、減速等の指令を制御部２２に出力する。制御部２２は操作部２８の指令に基づいて、エンジン１０、モータ１２、またはモータジェネレータ１４の回転状態を制御する。これによって、運転者の操作に基づく走行制御が行われる。制御部２２は、走行制御の結果、速度測定値が所定の値未満となったときには、エンジン１０を停止し、モータ１２の駆動力による走行に復帰する。

次に、ハイブリッド自動車がモータ単独駆動で走行している際における、モータジェネレータ１４を用いた加速制御について説明する。本実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムでは、発進時のみならずモータ駆動走行中においても加速のためにモータジェネレータ１２を用いることができる。

操作部２８は、運転者によって加速操作がなされると、加速制御をすべき旨の指令を制御部２２に出力する。制御部２２は、モータ単独駆動走行中に加速制御の指令を受けると、モータ１２が過負荷状態であるか否かを判定する。この判定はステップＳ１０３およびＳ１０４と同様の処理によって行うことができる。制御部２２は、モータ１２が過負荷状態であると判定したときは、エンジン１０の吸気バルブおよび排気バルブを閉じた状態に制御すると共に、モータジェネレータ１４を始動する。

このような制御によれば、モータ単独駆動走行中にモータ１２が過負荷状態となったときに、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力による加速を行うことができる。モータ１２の過負荷状態が解消されたときは、モータジェネレータ１４を空回り状態とすることで、モータ単独駆動に復帰させることができる。

従来のハイブリッド自動車では、急加速を行うときには、エンジンの駆動力を増加させる制御を行っていた。しかし、エンジンが停止している場合にはこのような制御を行うことができない。本実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムによれば、エンジン１０が停止しているときには、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力による加速制御を行うことができる。そして、エンジン駆動走行中であるときには、従来と同様、エンジン１０の駆動力を増加させることによって加速制御を行うことができる。

なお、上記では、モータジェネレータ１４の駆動力をモータ１２のシャフトに伝達する際に、吸気バルブおよび排気バルブを閉じることによってエンジン１０のシャフトの回転を固定する構成について説明した。このような構成の他、図４に示すようにエンジンシャフトロック部３２をエンジン１０のシャフトに設ける構成としてもよい。エンジンシャフトロック部３２としては、シャフトを挟むことによってシャフトの回転を固定するブレーキ機構を用いることができる。エンジンシャフトロック部３２は、制御部２２の制御に従ってシャフトの固定または解除を行う。エンジンシャフトロック部３２がエンジン１０のシャフトの回転を固定することによって、プラネタリギアユニット１６を介して、モータジェネレータ１４の駆動力をモータ１２のシャフトに伝達することができる。これによって、モータ１２およびモータジェネレータ１４の合成駆動力を車輪２０に伝達することができる。

ハイブリッド自動車用駆動システムの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車用駆動システムの構成を示す図である。 発進制御のフローチャートである。 エンジンのシャフトの回転を固定する別の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン、１２ モータ、１４ モータジェネレータ、１６ プラネタリギアユニット、１８ 動力伝達機構、２０ 車輪、２２ 制御部、２４ 速度検出部、２６ 消費電力測定部、２８ 操作部、３０ テーブル記憶部、３２ エンジンシャフトロック部。

Claims (2)

1. エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間で駆動力を授受させるギアユニットと、
   エンジンと、モータと、モータジェネレータと、の相互間における駆動力の授受によって、ギアユニットが備えるギアに生じた駆動力を車輪に伝達する動力伝達部と、
   モータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御部と、
   を備えるハイブリッド自動車において、
   モータが過負荷状態であるか否かを判定する負荷判定部と、
   エンジンのシャフトが回転しないよう固定するエンジンシャフト固定手段と、
   を備え、
   エンジンシャフト固定手段は、
   モータが過負荷状態であると判定されたときにエンジンのシャフトを固定し、
   モータジェネレータ制御部は、
   モータが過負荷状態であると判定されたときに、モータジェネレータを始動させることを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 請求項１に記載のハイブリッド自動車において、
   エンジンは、
   シリンダと、シリンダの内部を往復しシャフトに駆動力を与えるピストンと、シリンダに設けられた通気経路を開閉するバルブと、を備え、
   エンジンシャフト固定手段は、
   エンジンが備えるバルブを閉じることによってエンジンのシャフトを固定することを特徴とするハイブリッド自動車。

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