JP2009196545A - ハイブリッド駆動方式の車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動を選択できるようにして、運転操作性を向上することが可能なハイブリッド駆動方式の車両を提供する。
【解決手段】燃料で駆動されるエンジン３および蓄電池９に充電された電力で駆動されるモータ１０を搭載したハイブリッド駆動方式の２輪バイク１において、エンジンで駆動されるエンジン駆動輪（後輪８）と、モータで駆動されるモータ駆動輪（前輪１１）と、エンジン制御用のエンジンアクセル２３と、モータ制御用のモータアクセル２４と、これらエンジンアクセルおよびモータアクセルと接続され、エンジン駆動輪およびモータ駆動輪の駆動を、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動に切り替える主コントローラ２１、エンジンコントローラ４およびモータコントローラ２２とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動を選択できるようにして、運転操作性を向上することが可能なハイブリッド駆動方式の車両に関する。

燃料で駆動されるエンジンおよび蓄電池に充電された電力で駆動されるモータを搭載したハイブリッド駆動方式の車両として、特許文献１が知られている。

特許文献１の「ハイブリッド車両の駆動制御装置」は、燃料の燃焼によって動力を発生するエンジンと、前記エンジンの動力によって発電する発電機と、前記発電機が発電する電力を充電するバッテリと、前記発電機及びバッテリのうち少なくとも前記発電機からの電力によって動力を発生するモータと、前記エンジン及びモータのうち少なくとも一方の動力によって回転駆動する駆動輪とを有するハイブリッド車両の駆動制御装置であって、前記エンジン及び発電機を制御して、前記エンジンにより前記発電機を駆動するとともに前記発電機の発電電力を前記バッテリに充電する制御部と、前記発電機から前記バッテリに供給される電流を検出して前記制御部に出力するバッテリ電流検出部と、を有し、前記制御部は、前記発電機から前記バッテリに供給される電流が、前記バッテリに設定される許容充電電流値よりも大きくならない様に、前記発電機を制御して前記発電機の回転数を上限乃至前記上限の８０％以上に維持させつつ、前記エンジンのスロットル開度を減少させる構成を採っている。

また、前記エンジンからの動力を前記発電機側と、前記駆動輪及び前記モータ側とに差動的に分配する動力分配機構を有し、前記制御部は、前記発電機及び前記モータの駆動を制御することによって、前記動力分配機構を介して、前記エンジンの回転数を制御する構成を採っている。
特開２００６−２６４５３２号公報

背景技術にあっては、エンジンおよびモータを備えているものの、車両は、主にモータ駆動であって、場合により差動的にエンジン駆動されるだけであり、運転操作性に制約があるものであった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動を選択できるようにして、運転操作性を向上することが可能なハイブリッド駆動方式の車両を提供することを目的とする。

本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両は、燃料で駆動されるエンジンおよび蓄電池に充電された電力で駆動されるモータを搭載したハイブリッド駆動方式の車両において、上記エンジンで駆動されるエンジン駆動輪と、上記モータで駆動されるモータ駆動輪と、エンジン制御用のエンジンアクセルと、モータ制御用のモータアクセルと、これらエンジンアクセルおよびモータアクセルと接続され、上記エンジン駆動輪および上記モータ駆動輪の駆動を、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動に切り替えるコントローラとを備えたことを特徴とする。

前記モータは、前記モータ駆動輪に交換可能に取り付けられるホイールインモータであることを特徴とする。

前記蓄電池には、充電器を介して、家庭用電源から商用電力が充電されることを特徴とする。

前記蓄電池は、回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータを介して前記モータに接続されて、該モータからの回生電力が充電されることを特徴とする。

前記回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＤＣ／ＡＣ変換装置と、該ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記モータとの間に設けられる三相整流器および２重層コンデンサと、上記ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記蓄電池との間に設けられる昇圧トランス、整流器および当該蓄電池の充電状態を検出して該ＤＣ／ＡＣ変換装置による変換を制御する充電監視器とから構成されることを特徴とする。

前記蓄電池は、二重層コンデンサを介して前記モータに接続されて、該モータからの回生電力が充電されることを特徴とする。

本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両にあっては、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動を選択でき、運転操作性を向上することができる。

以下に、本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図７には、第１実施形態にかかるハイブリッド駆動方式の車両が示されている。図１は車両の側面図、図２は車両の平面図、図３は回路構成図、図４はモータの説明図、図５はモータを取り付けたモータ駆動輪の説明図、図６は回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータの回路構成図、図７は運転操作のフローチャートである。

本実施形態にあっては、２輪バイク１が例示されている。２輪バイク１には、燃料タンク２から供給される燃料を燃焼して駆動力を発生する周知のエンジン３が搭載される。エンジン運転は、エンジン３近傍等に配設されるエンジンコントローラ４で制御される。エンジン３の駆動力は従来周知のように、クラッチ変速機５およびチェーン・スプロケット機構６を介して、ブレーキ７を備える後輪８に伝達される。これにより、２輪バイク１は後輪８をエンジン駆動輪として、走行可能に構成される。

２輪バイク１には、エンジン３に加えて、蓄電池９に充電された電力で駆動力を発生するモータ１０が搭載される。モータ１０は図４および図５に示すように、ホイールインモータ形式で、前輪１１のホイール１２に設けられる。２輪バイク１の前輪構造は通常、前輪のホイールのホイールハブに前車軸が装着され、この前車軸の両端がフロントフォークに回転自在に支持されて構成される。本実施形態にかかるモータ１０は、前輪１１のホイール１２のホイールハブを貫通してフロントフォーク１３に両端が支持されるステータロッド１４と、ステータロッド１４の回りを取り囲んで回転自在に設けられるアウターロータ１５とから、電磁力でアウターロータ１５が回転するアウターロータモータ形式で構成される。

アウターロータ１５にはフランジ１６が接合され、フランジ１６はホイール１２に取り付けられる。また、ホイール１２にはアウターロータ１５の反対側に、ステータロッド１４に通して、ドラムブレーキ１７が取り付けられる。これにより、前輪１１は、ホイール１２内のモータ１０によって回転駆動される一方で、ドラムブレーキ１７により制動される。通常のホイールをホイールインモータに交換することにより、既存の２輪バイクであっても、適宜にモータ１０を装着することができる。

本実施形態にあっては、モータ１０として、３相ブラシレスモータが採用されている。２輪バイク１の荷台１８には、機器収納ボックス１９が搭載され、機器収納ボックス１９内には、モータ１０に接続される蓄電池９の他、後述する充電器２０、主コントローラ２１、並びにモータコントローラ２２が収納される。以上により、本実施形態にかかる２輪バイク１は、前輪１１がモータ駆動輪としてモータ駆動可能に、後輪８がエンジン駆動輪としてエンジン駆動可能に構成される。また、２輪バイク１には、右ハンドルグリップがエンジンアクセル２３として、左ハンドルグリップがモータアクセル２４として構成される。

図３の回路図に示すように、本実施形態にかかる２輪バイク１には、エンジンコントローラ４に加えて、主コントローラ２１およびモータコントローラ２２が設けられる。主コントローラ２１には、エンジンコントローラ４、モータコントローラ２２、蓄電池９、並びにモータアクセル２４が接続される。主コントローラ２１とエンジンコントローラ４には、これらを起動するために、イグニッションキー２５が接続される。エンジンコントローラ４は、エンジンアクセル２３と接続され、エンジンアクセル２３の操作に応じて、エンジン３を駆動制御するようになっている。主コントローラ２１には、エンジンコントローラ４からエンジン３の制御情報が入力される。

主コントローラ２１には、モータアクセル２４から、モータアクセル２４の操作信号が入力されるとともに、蓄電池９から充電状態の検出信号が入力される。蓄電池９には、これを充電するための充電器２０が接続される。充電器２０は、ＡＣ／ＤＣ変換機能を備えていて、マニュアル式の切替スイッチ２６を介して、家庭用コンセントに接続されるプラグ２７または回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８が接続され、プラグ２７と接続されたときには、商用電力で蓄電池９を充電し、コンバータ２８に接続されたときには、回生電力で蓄電池９を充電する。

モータコントローラ２２には、モータ１０およびコンバータ２８が接続される。モータコントローラ２２は、主コントローラ２１から出力されるモータアクセル２４の操作信号に応じて、モータ１０を駆動制御する。モータコントローラ２２は、モータアクセル２４の操作信号が入力されるとモータ１０を駆動し、モータアクセル２４の操作信号がない場合にはモータ１０を発電機として機能させて、前輪１１で回生電力を発生させるようになっている。モータコントローラ２２は、モータ１０で生成された回生電力のコンバータ２８への出力を制御する。コンバータ２８は、回生電力を、充電器２０を介して蓄電池９に充電する。

主コントローラ２１には、モータアクセル２４の操作信号と、エンジンコントローラ４からのエンジンアクセル２３の操作信号および後輪回転速度信号と、モータコントローラ２２からの前輪回転速度信号が入力され、エンジンアクセル２３の操作信号のみが入力されるときにはエンジン駆動単独、モータアクセル２４の操作信号のみが入力されるときにはモータ駆動単独、エンジンアクセル２３およびモータアクセル２４双方から操作信号が入力されるときにはエンジン・モータ併用駆動に切り替える制御を実行する。エンジン・モータ併用駆動時には、エンジン駆動輪である後輪８と、モータ駆動輪である前輪１１の回転速度を等速に設定する制御を実行するようになっている。

回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８は図６に示すように構成してもよい。図示するように、モータ１０は通常、モータアクセル２４の操作信号が入力されるモータコントローラ２２で制御されて、蓄電池９からの給電により駆動される。モータ１０が発電機として作用して回生電力が生成されるときには、当該回生電力は、３相整流器２９、ＯＮ／ＯＦＦ切り替えにより充放電する２重層コンデンサ３０により整流されてＤＣ／ＡＣ変換装置３１に送られる。ＤＣ／ＡＣ変換装置３１で交流化された回生電力は、当該回生電力の電圧値が低い場合であっても充電可能なように昇圧トランス３２で蓄電池９の電圧に昇圧され、さらに整流器３３で整流されて蓄電池９に充電される。整流器３３と蓄電池９との間には、蓄電池９の充電状態を検出し、過充電の場合にＤＣ／ＡＣ変換装置３１による変換を停止させる充電監視器３４が設けられる。充電監視器３４の変換停止信号は、モータコントローラ２２を介して、ＤＣ／ＡＣ変換装置３１に入力される。

次に、本実施形態にかかるハイブリッド駆動方式の車両の作用について、図７を参照して説明する。図７（ａ）に示すエンジン走行では、キー２５の操作でイグニッションがＯＮになると、主コントローラ２１は、パーキングブレーキセンサでパーキングブレーキ（Ｐブレーキ）がロック状態であることが検知されたことを条件として、セルモータをスタートさせる。主コントローラ２１およびエンジンコントローラ４には、セルモータによるエンジン回転がエンジン回転数検知手段で検知されて入力される。これにより、パーキングブレーキを解除することで、エンジンアクセル２３の操作によるエンジン走行を行うことができる。走行停止時には、ブレーキ７，１７の操作で車両は停止し、パーキングブレーキをロックして、キー２５の操作によりイグニッションをＯＦＦとする。

図７（ｂ）に示すモータ走行では、キー２５の操作でイグニッションがＯＮになると、主コントローラ２１は、パーキングブレーキがロック状態であることを条件として、モータ１０のスタート信号を発生する。この際、主コントローラ２１は、蓄電池９の充電状態を検知し、所定の充電量以上であるときにモータ１０を起動させる。これにより、パーキングブレーキを解除することで、モータアクセル２４の操作によるモータ走行を行うことができる。走行中、減速・制動状態では、回生電力が生成され、蓄電池９に充電される。走行停止時には、ブレーキ７，１７の併用により車両は停止し、パーキングブレーキをロックして、キー２５の操作によりイグニッションをＯＦＦとする。

図７（ｃ）に示すエンジン・モータ併用走行では、キー２５の操作でイグニッションがＯＮになると、主コントローラ２１は、パーキングブレーキがロック状態であることを条件として、セルモータをスタートさせるとともに、モータ１０のスタート信号を発生する。この際、主コントローラ２１は、蓄電池９の充電状態を検知し、所定の充電量以上であるときにモータ１０を起動させる。また、主コントローラ２１およびエンジンコントローラ４には、セルモータによるエンジン回転数が入力される。これにより、パーキングブレーキを解除することで、エンジンアクセル２３の操作およびモータアクセル２４の操作によるエンジン・モータ併用走行を行うことができる。

この併用走行時は、モータアクセル２４のみを操作すれば、モータ走行のみとなり、エンジンアクセル２３のみを操作すれば、エンジン走行のみとなり、２つのアクセル２３，２４を同時に操作すれば、エンジン・モータ併用走行となる。この併用走行では、エンジン駆動分についてはブレーキ７，１７の操作により、モータ駆動分については回生電力の生成により、制動作用を得ることができる。走行停止時には、パーキングブレーキをロックして、キー２５の操作によりイグニッションをＯＦＦとする。

以上説明した本実施形態にかかるハイブリッド駆動方式の車両にあっては、エンジンアクセル２３とモータアクセル２４とを備え、主コントローラ２１、モータコントローラ２２、並びにエンジンコントローラ４によって、エンジンアクセル２３の操作によるエンジン駆動、モータアクセル２４の操作によるモータ駆動、これら２つのアクセル２３，２４の操作によるエンジン・モータ併用駆動を選択的に切り替えることができるので、高負荷運転時や低負荷運転時、蓄電池９の充電状態、燃料の消費状態など各種状況に応じてエンジン駆動、モータ駆動、エンジン・モータ併用駆動を選択することができ、運転操作性を向上することができる。モータ１０に、交換可能なホイールインモータを採用したので、既存の車両をハイブリッド駆動方式の車両に容易に改良することができる。

蓄電池９に、家庭用電源から商用電力を給電できる充電器２０を接続したので、家庭で簡単に充電を行うことができる。また、回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８を介してモータ１０と蓄電池９を接続するようにしたので、回生電力で蓄電池９を充電することもできる。回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８を、ＤＣ／ＡＣ変換装置３１と、ＤＣ／ＡＣ変換装置３１とモータ１０との間に設けられる三相整流器２９および２重層コンデンサ３０と、ＤＣ／ＡＣ変換装置３１と蓄電池９との間に設けられる昇圧トランス３２、整流器３３および当該蓄電池９の充電状態を検出してＤＣ／ＡＣ変換装置３１による変換を制御する充電監視器３４とから構成したので、回生電力を良好な状態で蓄電池９に充電できるとともに、過充電を防止することができる。

図８には、上記第１実施形態の変形例が示されている。この変形例では、後輪８にホイールインモータ形式のモータ１０を設けて、エンジン駆動輪およびモータ駆動輪をともに、後輪８とした場合である。前輪１１は、通常の構成とされる。このような変形例にあっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図９には、上記第１実施形態の他の変形例が示されている。この変形例では、エンジン駆動輪およびモータ駆動輪双方を、後輪８とするとともに、さらに、回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８に代えて、二重層コンデンサ３５が採用されている。二重層コンデンサ３５は、モータコントローラ１０と蓄電池９との間に設けられる。二重層コンデンサ３５により回生電力を蓄電し直流化して、蓄電池９に充電するようになっている。上述した回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８に比して、きわめて簡単な構成で蓄電池９に充電でき、特に既存車両のハイブリッド化を格段に容易化することができる。このような変形例にあっても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図１０から図１３には、本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第２実施形態が示されている。本実施形態にあっては、３輪バイク３６が例示されている。２つの後輪８の後車軸３７は、従来周知のデファレンシャル３８を介して連結されている。またモータ１０は、ホイール１２と一体的に取り付けられるホイールインモータ形式であって、各２つの後車軸３７に着脱自在に取り付けられ、通常のホイールと交換可能となっている。３９はショックアブソーバ、４０はユニバーサルジョイントである。本実施形態にあっても、エンジン駆動輪およびモータ駆動輪双方が、後輪８とされ、また、回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ２８に代えて、二重層コンデンサ３５が採用されている。このような第２実施形態にあっても、上記第１実施形態等と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図１４には、本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第３実施形態が示されている。本実施形態にあっては、後輪駆動式の４輪自動車４１が例示されている。後輪８がエンジン駆動輪とされる。２つの前輪１１の前車軸４２は、従来周知のステアリングボックス４３を介して連結されている。またモータ１０は、ホイール１２と一体的に取り付けられるホイールインモータ形式であって、各２つの前車軸４２に着脱自在に取り付けられ、通常のホイールと交換可能となっている。従って、前輪１１がモータ駆動輪となっている。ステアリング操作される前輪１１をモータ駆動輪としたことから、旋回時などの左右の速度差を調整するために、２つの前輪１１の各モータ１０それぞれにモータコントローラ２２が接続されて、各モータ１０の回転速度制御を行うようになっている。このような第３実施形態にあっても、上記第１実施形態等と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第１実施形態を示す車両の側面図である。 図１に示した車両の平面図である。 図１に示した車両に組み込まれる回路の構成図である。 図１に示した車両に設けられるモータの説明図である。 図１に示した車両に取り付けられるモータ駆動輪の説明図である。 図１に示した車両に組み込まれる回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータの回路構成図である。 図１に示した車両の運転操作例を示すフローチャートである。 本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第１実施形態の変形例を示す回路構成図である。 本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第１実施形態の他の変形例を示す回路構成図である。 本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第２実施形態を示す車両の側面図である。 図１０に示した車両の平面図である。 図１０に示した車両に取り付けられるモータ駆動輪の説明図である。 図１０に示した車両に組み込まれる回路の構成図である。 本発明にかかるハイブリッド駆動方式の車両の第３実施形態を示す回路の構成図である。

符号の説明

１ ２輪バイク
３ エンジン
４ エンジンコントローラ
８ 後輪
９ 蓄電池
１０ モータ
１１ 前輪
２０ 充電器
２１ 主コントローラ
２２ モータコントローラ
２３ エンジンアクセル
２４ モータアクセル
２８ 回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータ
２９ 三相整流器
３０ ２重層コンデンサ
３１ ＤＣ／ＡＣ変換装置
３２ 昇圧トランス
３３ 整流器
３４ 充電監視器
３５ 二重層コンデンサ
３６ ３輪バイク
４１ ４輪自動車

Claims (6)

1. 燃料で駆動されるエンジンおよび蓄電池に充電された電力で駆動されるモータを搭載したハイブリッド駆動方式の車両において、
   上記エンジンで駆動されるエンジン駆動輪と、上記モータで駆動されるモータ駆動輪と、エンジン制御用のエンジンアクセルと、モータ制御用のモータアクセルと、これらエンジンアクセルおよびモータアクセルと接続され、上記エンジン駆動輪および上記モータ駆動輪の駆動を、エンジン駆動、モータ駆動およびエンジン・モータ併用駆動に切り替えるコントローラとを備えたことを特徴とするハイブリッド駆動方式の車両。
2. 前記モータは、前記モータ駆動輪に交換可能に取り付けられるホイールインモータであることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド駆動方式の車両。
3. 前記蓄電池には、充電器を介して、家庭用電源から商用電力が充電されることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド駆動方式の車両。
4. 前記蓄電池は、回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータを介して前記モータに接続されて、該モータからの回生電力が充電されることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のハイブリッド駆動方式の車両。
5. 前記回生電力充電ＤＣ／ＡＣコンバータは、ＤＣ／ＡＣ変換装置と、該ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記モータとの間に設けられる三相整流器および２重層コンデンサと、上記ＤＣ／ＡＣ変換装置と前記蓄電池との間に設けられる昇圧トランス、整流器および当該蓄電池の充電状態を検出して該ＤＣ／ＡＣ変換装置による変換を制御する充電監視器とから構成されることを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド駆動方式の車両。
6. 前記蓄電池は、二重層コンデンサを介して前記モータに接続されて、該モータからの回生電力が充電されることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載のハイブリッド駆動方式の車両。

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