JP2009067225A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】加速のために内燃機関の駆動力を必要とする場合、クラッチの接続において、機関回転と駆動軸の回転との同期を取るのに時間がかかった。
【解決手段】駆動輪３に駆動力を伝達する駆動軸４と、電動機２の駆動力を駆動軸４に伝達する第一伝達系５と、自動変速機６ａ及び継手装置６ｂを備え、その継手装置６ｂを接続した場合に自動変速機６ａを介して内燃機関１の駆動力を駆動軸４に伝達する第二伝達系６と、第一伝達系５を介して電動機２の駆動力を駆動輪３に伝達して走行する際に、電動機２が走行に必要な駆動力を出力するように制御する電動機駆動力制御手段７と、電動機２による走行時に自動変速機６ａをその走行状態に応じた変速段に制御する変速機制御手段と、電動機による走行時に継手装置を切断した状態で、自動変速機の入力側回転軸の回転数にほぼ等しくするように内燃機関の機関出力を制御する機関出力制御手段８とを備えてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機と内燃機関との二種類の動力源を搭載して、それぞれによる駆動力により走行するハイブリッド車両に関するものである。

従来、電動機と内燃機関との二種類の動力源を搭載するハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両においては、電動機の駆動力（トルク）を駆動軸つまりプロペラシャフトに伝達する伝達系と、変速機を介して内燃機関の駆動力をプロペラシャフトに伝達する伝達系との二系統の伝達系を有する構成が一般的である。そして、内燃機関と変速機との間にクラッチを配置して、クラッチを断続して内燃機関の駆動力を選択的に駆動輪に伝達するようにしている。

このような構成のハイブリッド車両において、例えば特許文献１に記載のものでは、燃費とエミッションとの性能向上を図るために、減速走行中で車速が低い場合や、電動機により走行している場合には、クラッチを切断して内燃機関をアイドリング運転させるように構成している。
特開平９−２２４３０３号公報

ところで、特許文献１のもののような構成、つまり電動機により走行している場合に、内燃機関をアイドリング運転とする場合、次のような不具合が生じる。すなわち、クラッチを接続する際に、変速機と内燃機関との同期に時間がかかることがある。これは、内燃機関の応答性の問題で、内燃機関の回転がアイドリング運転からでは緩慢なために生じるものである。また、内燃機関により補機を駆動している場合、アイドリング運転ではその駆動状態を維持できない可能性がある。特に、排気量が小さい内燃機関にあっては、補機による負荷の大きさによっては、つまり例えば空調装置（以下、エアコンと称する）のコンプレッサが負荷になる場合、内燃機関が停止するおそれが生じる。さらには、アイドリング運転中にあっては、吸気圧がほぼ一定であるので、ブレーキのための負圧を確保しにくいものとなる。

また、上記のような構成において、クラッチを切断した状態で内燃機関をアイドリング運転している間の変速機の変速段によっては、クラッチを接続する場合に変速操作が必要になる場合がある。すなわち、電動機で走行しており、内燃機関がアイドリング運転をしている場合、その時の走行状態に迅速に対応し得るように、変速機は低速段と高速段との中間的な変速位置にある。このため、走行状態に応じて変速機を変速操作しなければならず、クラッチの接続時の変速機の制御が煩雑になる可能性があった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明のハイブリッド車両は、走行に応じた駆動力を発生し得るとともに発電機としても機能する電動機と、補機を駆動し得るとともに走行に応じた駆動力を発生し得る内燃機関と、駆動輪に駆動力を伝達する駆動軸と、電動機の駆動力を駆動軸に伝達する第一伝達系と、自動変速機及び自動変速機と内燃機関との間に配置される継手装置を備えその継手装置を接続した場合に自動変速機を介して内燃機関の駆動力を駆動軸に伝達する第二伝達系と、第一伝達系を介して電動機の駆動力を駆動輪に伝達して走行する際に、電動機が走行に必要な駆動力を出力するように制御する電動機駆動力制御手段と、電動機による走行時に自動変速機をその走行状態に応じた変速段に制御する変速機制御手段と、電動機による走行時に継手装置を切断した状態で、自動変速機の入力側回転軸の回転数にほぼ等しくするように内燃機関の機関出力を制御する機関出力制御手段とを備えてなることを特徴とする。

このような構成によれば、電動機の駆動力を駆動輪に伝達して走行する場合に、第二伝達系の継手装置を切断しているので、路面状況などによる内燃機関の引きずりを防止することができる。これに加えて、機関出力制御手段が内燃機関の機関回転数を変速機の入力側回転軸の回転数になるように機関出力を制御するので、継手装置の入力側と出力側とにおける回転数をほぼ一致させるものとなる。また、この間、自動変速機は変速機制御手段が走行状態に応じた変速段に制御しているので、自動変速機は内燃機関の駆動力により走行している場合とほぼ同様の作動状態に保たれる。

そしてこのような状態から、電動機による走行から電動機と内燃機関とによる走行に切り替える場合に、継手装置の入力側と出力側との回転数を合わせる同期処理を行う必要がなくなり、しかも自動変速機にあってもその時点の走行に応じた作動をしているので、迅速に内燃機関の駆動力を追加することが可能になる。

さらに、走行中にあっては、変速機の入力側回転軸の回転数は内燃機関のアイドル回転数より高いため、補機が負荷になっても内燃機関の運転が停止することを回避することが可能である。加えて、減速時等のブレーキ負圧の確保が容易になるものである。

本発明は、以上説明したような構成であり、電動機の駆動力を駆動輪に伝達して走行する場合に、第二伝達系の継手装置を切断しているので、路面状況などによる内燃機関の引きずりを防止することができ、しかも、自動変速機は変速機制御手段が走行状態に応じて変更しているので、継手装置を接続した場合に自動変速機の運転状態に応じて変速段を合わせる制御をなくすことができる。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜２を参照して説明する。

この実施形態のハイブリッド車両は、走行に要する駆動力を発生する内燃機関１及び電動機２と、駆動輪３に接続される駆動軸４と、電動機２の駆動力を駆動軸４に伝達する第一伝達系５と、内燃機関１の駆動力を駆動軸４に伝達する第二伝達系６と、電動機２の回転及び発電を制御する電動機制御装置７と、内燃機関１の運転を制御する電子制御装置８とを備えている。また、電動機２の電源としてのバッテリ９、そのバッテリ９を長時間の駐車中に充電するために例えば家庭のコンセントつまり電灯線からの電力から充電電力を発生させる充電器１０、ヘッドランプや電子制御装置８などの電源となる低圧バッテリ１１、低圧バッテリ１１を充電するためのオルタネータ１２を少なくとも備えている。そして、電動機制御装置７及び電子制御装置８が、電動機駆動力制御手段、変速機制御手段及び機関出力制御手段として機能する。なお、１３は、ディファレンシャルギアである。また、充電器１０は、必ずしも搭載する必要はなく、家庭やガソリンスタンドなどにある据置型の充電器を使用するように構成するものであってもよい。

内燃機関１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどで、オイルポンプ、オルタネータ１２や空調装置（エアコン）のコンプレッサなどの補機を駆動し得るとともに走行に応じた駆動力を発生し得るものである。内燃機関１は、第二伝達系６を構成する自動変速機６ａ及びその自動変速機６ａと内燃機関１との間に配置される継手装置であるクラッチ６ｂを介して、駆動力を駆動軸４に出力するものである。

電動機２は、走行に必要な駆動力を発生し得るとともに、内燃機関１もしくは駆動輪３により駆動されて回生運転により発電機としても機能するものである。電動機２は、第一伝達系５を介して選択的に駆動軸４に接続される。

第一伝達系５は、変速ギア装置を備えるとともにクラッチを備え、内燃機関１で駆動輪３を駆動する場合に、駆動軸４の回転数が許容限界回転数を超える場合にクラッチを切断するように制御されるものである。この場合、クラッチは、油圧のもの、電磁式のもののいずれであってもよい。なお、第一伝達系５は、電動機２の駆動力を駆動軸４に伝達できるものであれば、その構成は特に上述のものに限定されるものではなく、回転軸のみの構成であってもよい。

第二伝達系６は、上述した自動変速機６ａとクラッチ６ｂとを備えてなり、クラッチ６ｂを接続することにより内燃機関１の駆動力を、自動変速機６ａを介して駆動軸４に伝達するものである。自動変速機６ａは、車両の走行速度つまり車速と後述するアクセルペダルの操作量つまりスロットル開度に基づいて変速比が変更されるものである。クラッチ４は、自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃと内燃機関１との間を断続し得るものである。自動変速機６ａの出力側回転軸には、駆動軸４が接続されるものである。なお、クラッチ６ｂとしては、既存の前進クラッチを代用するものであってよい。このような前進クラッチは、自動変速機６ａが少なくともＤレンジに操作されている場合には接続するものであるので、その断続操作に関して、特別な制御を必要とするものではない。

電動機制御装置７は、走行に必要な駆動力を電動機２が出力するように、電動機２に供給する電力を制御する。また、電動機制御装置７は、車両が減速走行をしている場合に、回生運転される電動機２から出力される電力によりバッテリ９を充電するものである。このような電動機制御装置７は、電動機２の種類によりインバータあるいはＤＣ−ＤＣコンバータを備えるものである。

電子制御装置８は、内燃機関１に取り付けられた各種のセンサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、さらにはブレーキペダルの作動状態を検出するブレーキセンサなどから出力される信号に基づいて内燃機関１の運転状態及び車両の走行状態を検出して、車両の走行状態に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。なお、アクセルペダルは、内燃機関１のスロットルバルブに機械的に接続されるものではなく、電気的にスロットルバルブの接続されるものである。言い換えれば、スロットルバルブはアクセルセンサから出力される信号に基づいて設定される制御量により、電動アクチュエータが制御されて開閉するもので、所謂電子スロットルである。また、アクセルセンサからの出力信号に基づいて、電動機２の出力が制御されることは言うまでもない。

電子制御装置８には、走行に必要な駆動力を発生させるべく内燃機関１の運転状態を制御する制御プログラム以外に、電動機２の駆動力により走行する場合に第二伝達系６のクラッチ６ｂを切断して内燃機関１の機関出力を制御するプログラムが格納してある。この機関出力制御プログラムを、図２を交えて説明する。なお、この機関出力制御プログラムは、車両が電動機２の駆動力により走行しており、第二伝達系６のクラッチ６ｂが切断されている場合、つまり内燃機関１の駆動力が駆動輪４に伝達されない運転状態において実行されるものである。

まずステップＳ１において、この時点の車速及びアクセルペダルの操作量に基づいて自動変速機６ａの変速段を制御する。すなわち、運転者がアクセルペダルを操作することにより車両の走行状態が設定されるので、運転者が要求（所望）している走行状態を得るのに必要な変速段を、車速とアクセルペダルの操作量とにより設定されたマップを検索し、その変速段となるように自動変速機６ａを操作するものである。

ステップＳ２において、第二伝達系６の自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数を検出する。この入力側回転軸６ｃの回転数は、入力側回転軸６ｃに回転数センサを設けて直接測定する、あるいはその時の車両の走行速度と自動変速機６ａの変速比とに基づいて演算して求めるなど、いずれのものであってもよい。

そしてステップＳ３では、内燃機関１の機関回転数が、ステップＳ２において検出した自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数になるように内燃機関１の機関出力を制御する。すなわち、この場合、走行状態においてアクセルペダルの操作量は変化するが、内燃機関１の機関出力は、そのアクセルペダルの操作量の変化とは無関係にスロットルバルブの開度つまりスロットル開度を制御することにより、内燃機関１の機関回転数が自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数になるように制御される。

ステップＳ３における機関出力の制御は、機関回転数と自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数との差が所定範囲内に収まるように実施するものである。この所定範囲は、燃費を低下させるほど機関回転数が高い回転数となること、及び電動機２により内燃機関１を補助し走行速度に影響を及ぼすほど機関回転数が低い回転数となることを排除するようにして設定するものである。

このような構成において、電動機２の駆動力により走行しており、第二伝達系６のクラッチ６ｂが切断された状態において、ステップＳ１〜ステップＳ３をこの順に実行して、自動変速機６ａをこの時点の走行状態に応じた変速段に制御するとともに、内燃機関１の機関回転数が自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数にほぼ一致するよう、つまり機関回転数と自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数との差が所定範囲内に収まるようなトルクに機関出力を制御する。

そして、機関回転数が自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数とほぼ一致する運転状態においては、内燃機関１は、走行状態に応じてアイドル回転数を上回る機関回転数において運転されるものである。しかしながら、内燃機関１は、第二伝達系６のクラッチ６ｂを切断していることにより、その駆動力が走行に寄与するものではないので、実質的に無負荷運転状態である。したがって、この制御を実行している間の燃料の消費量は、走行中の全体の燃費に影響を与えるほど増加するものではない。又、内燃機関１の機関回転数は、走行中の自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数とほぼ一致させていることにより、アイドル回転数より高いため、オルタネータ１２やエアコンのコンプレッサのような補機による高い負荷が発生しても、それらの補機を容易に駆動することができる。それゆえ、低圧バッテリ１２の充電効率を高くすることができる。加えて、ブレーキブースタのための負圧を効率よく確保することができる。

また、クラッチ６ｂにより内燃機関１は駆動輪４から切り離されているので、走行時の路面の状態の影響を内燃機関１が受けることがない。したがって、路面状態などによる内燃機関１の引きずりを防止することができ、内燃機関１を効率よく運転することができる。

このように、第二伝達系６のクラッチ６ｂを切断した状態で、自動変速機６ａをその時の走行状態に応じた変速段に制御し、しかも内燃機関１の機関回転数を自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数とほぼ等しい状態にして運転することにより、クラッチ６ｂを接続するその時点において、つまり電動機２による走行から電動機２と内燃機関１とによる走行、あるいは内燃機関１のみによる走行に切り替える場合に、内燃機関１の機関回転数と変速機２の入力側回転軸６ｃの回転数とを同期させる必要を省略することができるとともに、この時点において自動変速機６ａの変速段を走行状態に合わせて変更する制御を行わなくてもよい。したがって、内燃機関１と電動機２との動力源の切り替えを、随意に、迅速かつ円滑に実施することができる。

さらに、自動変速機６ａの入力側回転軸６ｃの回転数のみに基づきスロットル開度を制御するので、制御プログラムの開発が容易になる。具体的には、例えば既存の変速機制御のためのプログラムを、この実施形態の制御プログラムに流用することもできる。

なお、上述の実施形態にあっては、図１において、電動機２がディファレンシャルギア１３を挟んで内燃機関１と反対側に配置されるものを説明したが、電動機２の配置は図１のものに限られるものではない。電動機２は、単独で駆動輪３に駆動力を伝達し得るように配置するとともに、内燃機関１の駆動力により補助され得るように配置すればよい。具体的には例えば、電動機２をクラッチ６ｂと自動変速機６ａとの間に配置するものである。

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。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図。 同実施形態の制御の手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…内燃機関
２…電動機
３…駆動輪
４…駆動軸
５…第一伝達系
６…第二伝達系
６ａ…自動変速機
６ｂ…クラッチ
６ｃ…入力側回転軸
７…電動機制御装置
８…電子制御装置

Claims (1)

1. 走行に応じた駆動力を発生し得るとともに発電機としても機能する電動機と、
   補機を駆動し得るとともに走行に応じた駆動力を発生し得る内燃機関と、
   駆動輪に駆動力を伝達する駆動軸と、
   電動機の駆動力を駆動軸に伝達する第一伝達系と、
   自動変速機及び自動変速機と内燃機関との間に配置される継手装置を備えその継手装置を接続した場合に自動変速機を介して内燃機関の駆動力を駆動軸に伝達する第二伝達系と、
   第一伝達系を介して電動機の駆動力を駆動輪に伝達して走行する際に、電動機が走行に必要な駆動力を出力するように制御する電動機駆動力制御手段と、
   電動機による走行時に自動変速機をその走行状態に応じた変速段に制御する変速機制御手段と、
   電動機による走行時に継手装置を切断した状態で、自動変速機の入力側回転軸の回転数にほぼ等しくするように内燃機関の機関出力を制御する機関出力制御手段とを備えてなるハイブリッド車両。

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