JP2010221907A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】フライホイール１３を備えたハイブリッド自動車において、簡単な構成で高圧バッテリを廃止することが可能で、走行時にフライホイール１３に蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することを可能にする。
【解決手段】エンジン２と駆動輪３とを連結する駆動軸４に連結される第１回転要素（サンギヤ１５）と、第１のモータ１１に連結される第２回転要素（キャリア１８）と、フライホイール１３に連結される第３回転要素（リングギヤ１６）とを有する遊星歯車装置１４を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、フライホイールを備えたハイブリッド自動車に関する技術分野に属する。

一般に、ハイブリッド自動車は、バッテリや発電機から電力の供給を受けて駆動輪を駆動するモータが設けられており、自動車の減速時には、このモータを発電作動（回生制動）させて、その発電電力をバッテリに充電させるようにしている。

また、例えば特許文献１に示されているように、エンジンと、発電機及び電動機の両機能を備えた電動発電機と、変速装置とを遊星歯車機構の３つの回転要素にそれぞれ連結し、上記電動発電機にフライホールを付加することで、電動発電機のみで車両を発進させながら、フライホールに慣性トルクを与え、クラッチによりエンジンと電動発電機とを直結したときに、その慣性トルクでエンジンを回転させて始動するようにしたものがある。
特開２００１−２８６００３号公報

上記ハイブリッド自動車においては、モータを駆動したりモータの発電電力を充電したりする高圧バッテリが必要であるが、この高圧バッテリは非常に高価であるため廃止することが望ましい。そこで、高圧バッテリに代わるものとして、上記特許文献１のようなフライホールを用いてエネルギーを蓄積しておくことが考えられる。

しかし、特許文献１の構成では、自動車の停車中にはフライホールが回転しておらず、このため、フライホイールに蓄積した回転エネルギーを、次の自動車の発進時に使用することはできず、また、電動発電機のみで車両を発進させるために高圧バッテリが必要となり、高圧バッテリを廃止することは困難である。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で高圧バッテリを廃止することが可能で、走行時にフライホイールに蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することが可能なハイブリッド自動車を提供しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明では、エンジンと、該エンジンと駆動輪とを連結する駆動軸と、発電機として作動可能な第１のモータと、回転エネルギーを蓄積しかつ該蓄積した回転エネルギーを放出可能なフライホイールとを備えたハイブリッド自動車を対象として、上記駆動軸に連結される第１回転要素と上記第１のモータに連結される第２回転要素と上記フライホイールに連結される第３回転要素とを有する遊星歯車装置を更に備えている構成とする。

上記の構成により、自動車の減速時や、定常走行時、加速時に、第１のモータを制御することにより、エンジンにより駆動される駆動軸や第１のモータから遊星歯車装置を介してフライホイールに回転エネルギーを蓄積することができるようになる。この回転エネルギーは、自動車の停止中もフライホイールに蓄積しておくことができる。そして、自動車の発進時には、第１のモータを制御することにより、フライホイールに蓄積された回転エネルギーを遊星歯車装置を介して駆動軸に放出することができるようになり、この結果、走行時にフライホイールに蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することが可能になる。したがって、高圧バッテリがなくても、自動車を発進させることができる。尚、自動車を長時間停止しておいた場合のように自動車の発進前にフライホイールの回転が停止している場合や、フライホイールの回転エネルギーだけでは、自動車の車速を乗員の要求する速度にすることができない場合には、エンジンを使用すればよい。

第２の発明では、第１の発明において、上記駆動軸に設けられ、該駆動軸を駆動可能でかつ上記自動車の減速時に発電可能な第２のモータを更に備えているものとする。

このことにより、第１及び第２のモータを制御することにより、第１のモータを発電機として作動させて該発電電力で第２のモータを駆動したり、第２のモータを発電機として作動させて該発電電力で第１のモータを駆動したりすることができるようになり、これにより、フライホイールに対する回転エネルギーの蓄積及び放出がし易くなる。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記遊星歯車装置の第１回転要素はサンギヤであり、上記遊星歯車装置の第２回転要素はキャリアであり、上記遊星歯車装置の第３回転要素はリングギヤであるとする。

こうすることで、リングギヤにフライホイールを連結するので、フライホイールを、リングギヤの外周部を囲むようにリング状に形成することができて配置効率がよい。また、第１のモータの制御の仕方によっては、リングギヤを比較的高速で回転させることができ、フライホイールを小型化しても、蓄積可能なエネルギー量を大きくすることができる。さらに、フライホイールに蓄積した回転エネルギーに対して、放出可能なエネルギー量の割合を比較的大きくすることができる。

第４の発明では、第１又は第２の発明において、上記遊星歯車装置の第１回転要素はサンギヤであり、上記遊星歯車装置の第２回転要素はリングギヤであり、上記遊星歯車装置の第３回転要素はキャリアであるとする。

このことで、リングギヤに連結する第１のモータの出力トルクを小さくすることができ、その分だけ第１のモータを小型化することができる。また、第３の発明と同様に、フライホイールに蓄積した回転エネルギーに対して、放出可能なエネルギー量の割合を比較的大きくすることができる。

第５の発明では、第１〜第４の発明のいずれか１つにおいて、上記第１のモータが発電機として作動したときに、該第１のモータの発電電力で作動する電気負荷を更に備えているものとする。

このことにより、第１のモータの発電電力を有効に利用して、電気負荷としての電動補機等を作動させることができる。

第６の発明では、第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、上記駆動軸は、エンジンと連結された主軸と、該主軸とディファレンシャルギヤを介してそれぞれ連結された、左右２つの駆動輪の車輪軸とからなり、上記遊星歯車装置、第１のモータ及びフライホイールは２つずつ設けられており、上記各遊星歯車装置の第１回転要素は、上記各車輪軸にそれぞれ連結され、上記各遊星歯車装置の第２回転要素は、上記各第１のモータにそれぞれ連結され、上記各遊星歯車装置の第３回転要素は、上記各フライホイールにそれぞれ連結されているものとする。

このことで、２つの第１のモータを互いに独立に制御して、左右の駆動輪に対して独立にトラクション制御を行うことができるようになる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド自動車によると、駆動軸に連結される第１回転要素と第１のモータに連結される第２回転要素とフライホイールに連結される第３回転要素とを有する遊星歯車装置を備えるようにしたことにより、遊星歯車装置を介してフライホイールに回転エネルギーを蓄積させたり放出させたりすることが容易にでき、簡単な構成で、高圧バッテリを廃止することが可能になるとともに、走行時にフライホイールに蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車１（以下、単に自動車１という）の駆動系及びその制御系の概略構成を示す。この自動車１は、エンジン２と、該エンジン２と左右２つの駆動輪３，３とを連結する駆動軸４とを備えている。この駆動軸４は、上記エンジン２と変速機５を介して連結されかつ自動車１の前後方向に延びる主軸４ａと、該主軸４ａとディファレンシャルギヤ６を介してそれぞれ連結されかつ車幅方向に延びる、上記２つの駆動輪３，３の車輪軸４ｂ，４ｂとからなっている。

また、上記自動車１は、３相交流モータからなる第１及び第２のモータ１１，１２と、回転エネルギーを蓄積しかつ該蓄積した回転エネルギーを放出可能なフライホイール１３と、上記駆動軸４の主軸４ａ、上記フライホイール１３及び上記第１のモータ１１を互いに連結し、これらの間で動力を合成又は分配する遊星歯車装置１４とを更に備えている。尚、図１では、遊星歯車装置１４と主軸４ａとが第２のモータ１２を介して連結されているように描かれているが、これは、便宜上そのようにしたのであって、後述するように、主軸４ａが遊星歯車装置１４のサンギヤ１５と連結されている（図２参照）。

上記遊星歯車装置１４は、図２に示すように、サンギヤ１５（太陽歯車）と、リングギヤ１６（内歯車）と、サンギヤ１５の外歯及びリングギヤ１６の内歯に噛み合う複数のピニオン１７（遊星歯車）と、該ピニオン１７を支持するキャリア１８とを有する。上記サンギヤ１５は上記駆動軸４の主軸４ａと一体的に回転するように連結され、上記キャリア１８は第１のモータ１１（ロータ）と一体的に回転するように連結され、上記リングギヤ１６は上記フライホイール１３と一体的に回転するように連結されている。フライホイール１３は、その慣性が大きくなるように、リングギヤ１６の外周部を囲むようにリング状に形成されている。サンギヤ１５、リングギヤ１６（フライホイール１３）及びキャリア１８（第１のモータ１１のロータ）は、全て駆動軸４の主軸４ａの軸線上に同軸に配設されて、該主軸４ａの軸線周りに回転するようになされている。

上記第１のモータ１１は、キャリア１８を駆動するとともに、発電機として作動することも可能である。第１のモータ１１がキャリア１８を駆動ための電力は、後述の如く、発電機として作動する第２のモータ１２から供給される。

上記第２のモータ１２は、上記駆動軸４の主軸４ａに設けられていて、該駆動軸４（主軸４ａ）を駆動するようになっている。すなわち、第２のモータ１２は、そのロータが主軸４ａと一体的に回転するように構成されていて、エンジン２と共に、又は単独で駆動軸４を駆動可能に構成されている。但し、本実施形態では、第２のモータ１２がエンジン２と共に駆動軸４を駆動する場合はなく、単独で駆動軸４を駆動する。第２のモータ１２が駆動軸４を駆動するための電力は、発電機として作動する第１のモータ１１から供給される。また、第２のモータ１２は、自動車１の減速時に発電機として作動するようになっている。

図１に示すように、上記第１及び第２のモータ１１，１２の作動は、コントロールユニット２１によって制御されるようになっている。このコントロールユニット２１は、一般的なＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するものであって、エンジン２の制御を行うＥＣＵ２２を介してエンジン２の作動（燃料噴射弁や点火プラグの作動）も制御する。

上記コントロールユニット２１による第１のモータ１１の作動制御は、第１インバータ２５及び第１スイッチ２７を介して行われ、第２のモータ１２の作動制御は、第２インバータ２６及び第２スイッチ２８を介して行われる。

上記第１スイッチ２７は、第１のモータ１１における各相の巻線と第１インバータ２５とを接続する接続位置と、該接続を解除する接続解除位置（全巻線は互いに短絡されていない状態にある）と、該接続を解除しかつ全巻線を互いに短絡する短絡位置との間で切替え可能に構成されている。また、第２スイッチ２８は、第２のモータ１２における各相の巻線と第２インバータ２６とを接続する接続位置と、該接続を解除する接続解除位置（全巻線は互いに短絡されていない状態にある）との間で切替え可能に構成されている。

上記第１スイッチ２７が接続位置にある場合には、第１インバータ２５の制御によって、第１のモータ１１を駆動したり発電機として作動させたりすることが可能になる。また、同様に、第２スイッチ１２が接続位置にある場合には、第２インバータ２６の制御によって、第２のモータ１２を駆動したり発電機として作動させたりすることが可能になる。

一方、第１スイッチ２７が接続解除位置にある場合には、上記遊星歯車装置１４のキャリア１８の回転に伴って第１のモータ１１（ロータ）が空転する。また、同様に、第２スイッチ２８が接続解除位置にある場合には、駆動軸４の回転（つまり自動車１の走行）に伴って第２のモータ１２（ロータ）が空転する。

また、第１スイッチ２７が短絡位置にある場合には、第１のモータ１１にブレーキをかけた状態となり、第１のモータ１１の回転がロックされた状態となる。このことで、第１スイッチ２７は、第１のモータ１１の回転をロックするロック手段を構成することになる。尚、このような電気的なロック手段に代えて、第１のモータ１１（ロータ）やキャリア１８を機械的に係止することで第１のモータ１１の回転をロックするようにしてもよい。

上記第１インバータ２５と第２インバータ２６とは互いに接続されており、これら両インバータ２５，２６間には、オイルポンプやウォータポンプ、コンプレッサー等の電動補機やヘッドライト等の電気負荷２９が接続されている。そして、第１及び第２インバータ２５，２６の作動制御により、第１のモータ１１又は第２のモータ１２が発電機として作動している場合に、その発電電力を電気負荷２９に供給することが可能になっている（本実施形態では、第１のモータ１１の発電電力を電気負荷２９に供給する場合はあるが、第２のモータ１２の発電電力を電気負荷２９に供給する場合はない）。また、第１及び第２インバータ２５，２６の作動制御により、第１のモータ１１が発電機として作動している場合に、その発電電力を第２のモータ１２に供給することが可能であり、逆に、第２のモータ１２が発電機として作動している場合に、その発電電力を第１のモータ１１に供給することも可能である。

このように第１及び第２のモータ１１，１２は、互いに発電電力を供給し合って駆動され、これら両モータ１１，１２を駆動するための高圧バッテリは自動車１には搭載されていない。但し、通常の低圧バッテリ（１２Ｖバッテリ）は搭載されており、エンジン２を始動するスタータを駆動したり上記電気負荷２９に電力を供給したりするために用いられる。尚、上記電気負荷２９の作動もコントロールユニット２１により制御される。

上記のように自動車１には高圧バッテリが搭載されていないため、自動車１の走行時に、後述の如く上記フライホイール１３に回転エネルギーを蓄積しておき、この蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用する。尚、自動車１を長時間停止しておいた場合のようにフライホイール１３の回転が停止している場合や、フライホイール１３の回転エネルギーだけでは、自動車１の車速を乗員の要求する速度にすることができない場合には、エンジン２を使用する。

図１に示すように、上記左右の駆動輪３，３には、該駆動輪３，３にブレーキを付与するブレーキ装置７，７がそれぞれ設けられており、これらブレーキ装置７，７の作動もコントロールユニット２１により制御される。各ブレーキ装置７は、乗員のブレーキペダル操作時に作動するとともに、後述の蓄積制御時に作動する場合がある。

上記コントロールユニット２１は、上記第１のモータ１１や第２のモータ１２等の作動を制御して、上記遊星歯車装置１４を介して上記フライホイール１３に回転エネルギーを蓄積させる蓄積制御と、上記第１のモータ１１や第２のモータ１２等の作動を制御して、上記フライホイール１３に蓄積された回転エネルギーを上記遊星歯車装置１４を介して放出させる放出制御とを行うようになっている。

上記蓄積制御及び放出制御の具体的な制御例１〜３を、図３〜図５において遊星歯車装置１４の各回転要素の速度線図（共線図）を用いて説明する。

ここで、図３〜図５に示す速度線図について説明しておくと、「Ｓ」と記載された縦軸は、サンギヤ１５（駆動軸４及び第２のモータ１２）の回転速度（つまり車速）の大きさを示し、「Ｃ」と記載された縦軸は、キャリア１８（第１のモータ１１）の回転速度の大きさを示し、「Ｒ」と記載された縦軸は、リングギヤ１６（フライホイール１３）の回転速度の大きさを示す。各縦軸と横軸との交点が、回転速度が０である零点であり、この零点から離れるほど、回転速度が大きいことを示す。また、零点よりも上側と下側とでは、回転方向が互いに異なり、本実施形態では、下側を正転といい、上側を逆転という。サンギヤ１５が正転すると、自動車１が前進することになる。以下の説明では、自動車１が前進する場合のものであり、この場合、第１のモータ１１を駆動すると、キャリア１８が逆転する方向に回転駆動され、第２のモータ１２を駆動すると、駆動軸４の主軸４ａが正転する方向に回転駆動される（駆動軸４の主軸４ａはエンジン２によっても正転する方向に回転駆動される）。

尚、縦軸「Ｓ」及び縦軸「Ｃ」の間隔と、縦軸「Ｃ」及び縦軸「Ｒ」の間隔との比は、リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比と同じになっている。

（制御例１）
制御例１では、自動車１の減速時（乗員がブレーキペダル操作を行ったときの制動時や、ブレーキペダル操作を行わないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることによる減速時を含む）に上記蓄積制御を行う。この制御例１を図３により説明する。

自動車１の発進前にフライホイール１３の回転が停止している場合には、自動車１をエンジン２により発進させて加速する（駆動軸４をエンジン２により駆動する）。このとき、図３（ａ）に示すように、エンジン２により駆動される駆動軸４（主軸４ａ）を介してサンギヤ１５が正転する。このサンギヤ１５の正転により、慣性が大きいフライホイール１３と連結されたリングギヤ１６が停止したまま、キャリア１８が正転する。このキャリア１８の回転に伴って第１のモータ１１が空転するように、第１スイッチ２７が接続解除位置にある。また、第２スイッチ２８も接続解除位置にあり、駆動軸４の回転に伴って第２のモータ１２が空転する。そして、自動車１の定常走行時においても、エンジン２により駆動軸４を駆動して、自動車１の車速を一定に維持させる。このときも、第１及び第２のモータ１１，１２が空転している。

自動車１の減速時には、エンジン２による駆動軸４の駆動を停止し、そして、キャリア１８の回転に伴って回転している（つまり自動車１の走行に伴って回転している）第１のモータ１１を発電機として作動させかつ該第１のモータ１１の発電電力を第２のモータ１２に供給して該第２のモータ１２を駆動させるとともにブレーキ装置７，７により駆動輪３，３にブレーキを付与させる（乗員のブレーキペダル操作に関係なく駆動輪３，３にブレーキを付与させる）。ここで、第１のモータ１１を発電機として作動させてその発電電力により第２のモータ１２を駆動させるだけでは、第１及び第２のモータ１１，１２間でエネルギー循環が生じるだけであり、フライホイール１３に回転エネルギーを蓄積することはできない。また、第２のモータ１２の駆動により駆動軸４を駆動することになり、自動車１が減速しなくなる。そこで、ブレーキ装置７，７により駆動輪３，３にブレーキを付与する。これにより、図３（ｂ）に示すように、駆動軸４の回転速度及び発電機として作動している第１のモータ１１（キャリア１８）の回転速度が低下していく。これにより、フライホイール１３（リングギヤ１６）が、遊星歯車装置１４を介して駆動軸４及び第１のモータ１１の動作に連動して逆転し、その回転速度が上昇していく。この結果、フライホイール１３に回転エネルギーが蓄積される。

自動車１の減速時において、発電機として作動している第１のモータ１１（キャリア１８）の回転はやがて停止する（図３（ｂ）の実線の状態）。このように第１のモータ１１が停止したときには、第２のモータ１２を発電機として作動させかつ該第２のモータ１２の発電電力を第１のモータ１１に供給して該第１のモータ１１を駆動させる。このとき、ブレーキ装置７，７は作動していても、作動していなくてもよい。このようにすることで、図３（ｃ）に示すように、第２のモータ１２（駆動軸４）の回転速度が低下するとともに、キャリア１８が逆転してその回転速度が上昇する。これにより、フライホイール１３の逆転の回転速度が更に上昇し、より多くの回転エネルギーがフライホイール１３に蓄積される。

発電機として作動している第２のモータ１２（駆動軸４）の回転が停止する、つまり自動車１が停止すると、それ以上回転エネルギーは蓄積されなくなるが、その回転エネルギーは、自動車１の停止中も維持される。この停止中、第１のモータ１１は、空転するようになされ、キャリア１８及びフライホイール１３（リングギヤ１６）が回転している。

上記自動車１の減速後の停止状態から発進する際には、空転している上記第１のモータ１１を発電機として作動させることによって、上記放出制御を行う。このとき、第１のモータ１１の発電電力を第２のモータ１２に供給して該第２のモータ１２を駆動させる。これにより、図３（ｄ）に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転速度が低下していくとともに、フライホイール１３の回転速度が低下しながら駆動軸４の回転速度が０から上昇していく。この結果、フライホイール１３に蓄積された回転エネルギーが駆動軸４に放出されることになる。

発電機として作動している第１のモータ１１が停止すると、フライホイール（リングギヤ１６）はその回転速度が０にならずに回転している（図３（ｄ）の実線の状態）が、それ以上の回転エネルギーの放出はできなくなる。この第１のモータ１１の停止時において、自動車１の車速が乗員の要求する速度に達していない場合には、第１のモータ１１が停止した以降、エンジン２により駆動軸４を駆動する。これにより、図３（ｄ）の二点鎖線に示すように、フライホイール１３の回転速度が変化しない状態でキャリア１８が正転する（第１のモータ１１は空転する）とともに、駆動軸４の回転速度が上昇する。この結果、図３（ａ）と同様の状態となる。但し、フライホイール１３（リングギヤ１６）が回転している点が図３（ａ）の状態と異なる。

そして、自動車１の減速時には、上記と同様の動作を行って蓄積制御を行い、自動車１の走行状態に応じて、蓄積制御及び放出制御を繰り返す。尚、フライホイール１３の回転エネルギーの放出途中で減速したときには、キャリア１８が正転していないので、上記減速時の前半の工程（第１のモータ１１を発電機として作動させてその発電電力で第２のモータ１２を駆動させるとともにブレーキ装置７，７により駆動輪３，３にブレーキを付与させる工程）は省略して、上記減速時の後半の工程（第２のモータ１２を発電機として作動させてその発電電力で第１のモータ１１を駆動させる工程）を実行することで蓄積制御を行うことになる。

（制御例２）
制御例２では、自動車１の定常走行時に上記蓄積制御を行う。この制御例２を図４により説明する。

制御例１と同様に、自動車１の発進前にフライホイール１３の回転が停止している場合、自動車１をエンジン２により発進させて加速する（駆動軸４をエンジン２により駆動する）。これにより、図４（ａ）に示すように、サンギヤ１５（駆動軸４）及びキャリア１８が正転し、第１及び第２のモータ１１，１２が空転する（図３（ａ）と同じ状態）。

自動車１が定常走行になると、エンジン２の作動制御により自動車１の車速を一定に維持させつつ、キャリア１８の回転に伴って回転している（自動車１の回転に伴って回転している）第１のモータ１１を発電機として作動させる。ここでは、第１のモータ１１の発電電力は電気負荷２９に供給し、第２のモータ１２には供給しない（第２のモータ１２は、駆動軸４の回転に伴って空転している）。これにより、図４（ｂ）に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転速度が低下していくとともに、フライホイール１３（リングギヤ１６）の回転速度が上昇していく。この結果、フライホイール１３に回転エネルギーが蓄積される。尚、第１のモータ１１が停止すると、それ以上回転エネルギーは蓄積されなくなる（図４（ｂ）の実線の状態）。

自動車１の減速時には、エンジン２による駆動軸４の駆動を停止し、そして、空転している第２のモータ１２を発電機として作動させかつ該第２のモータ１２の発電電力を第１のモータ１１に供給して該第１のモータ１１を駆動させる。これにより、図４（ｃ）に示すように、制御例１の減速時の後半の工程と同様に、第２のモータ１２（駆動軸４）の回転速度が低下するとともに、キャリア１８が逆転してその回転速度が上昇する。この結果、フライホイール１３の回転速度が更に上昇し、より多くの回転エネルギーがフライホイール１３に蓄積される。尚、特に、減速前の定常走行時の速度が高速である場合には、減速時に、乗員のブレーキペダル操作に関係なくブレーキ装置７，７により駆動輪３，３にブレーキを付与させるようにしてもよい。

発電機として作動している第２のモータ１２（駆動軸４）の回転が停止する、つまり自動車１が停止すると（図４（ｃ）の実線の状態）、発電機として作動している第２のモータ１２（駆動軸４）の回転が停止すると、それ以上回転エネルギーは蓄積されなくなるが、その回転エネルギーは、自動車１の停止中も維持される。この停止中、第１のモータ１１は、制御例１と同様に、空転するようになされ、キャリア１８及びフライホイール１３（リングギヤ１６）が回転している。

上記自動車１の減速後の停止状態から発進する際には、制御例１と同様に、空転している上記第１のモータ１１を発電機として作動させることによって、上記放出制御を行う。このとき、制御例１と同様に、第１のモータ１１の発電電力を第２のモータ１２に供給して該第２のモータ１２を駆動させる。これにより、図４（ｄ）に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転速度が低下していくとともに、フライホイール１３の回転速度が低下しながら駆動軸４の回転速度が０から上昇していく。この結果、フライホイール１３に蓄積された回転エネルギーが駆動軸４に放出されることになる。

発電機として作動している第１のモータ１１が停止したとき（図４（ｄ）の実線の状態）、自動車１の車速が乗員の要求する速度に達していない場合には、制御例１と同様に、第１のモータ１１が停止した以降、エンジン２により駆動軸４を駆動する。これにより、図４（ｄ）の二点鎖線に示すように、フライホイール１３の回転速度は変化せず、キャリア１８が正転する（第１のモータ１１は空転する）とともに、駆動軸４の回転速度が上昇する。

そして、自動車１の定常走行時及び減速時には、上記と同様の動作を行って蓄積制御を行い、自動車１の走行状態に応じて、蓄積制御及び放出制御を繰り返す。

（制御例３）
制御例３では、自動車１の加速時に上記蓄積制御を行う。この制御例３を図５により説明する。

自動車１の発進前にフライホイール１３の回転が停止している場合、自動車１をエンジン２により発進させて加速する（駆動軸４をエンジン２により駆動する）。このとき、制御例１及び２とは異なり、第１スイッチ２７を短絡位置にして、第１のモータ１１の回転、つまりキャリア１８の回転をロックする。これにより、図５（ａ）に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）が停止した状態で、駆動軸４の回転速度が上昇していくとともに、フライホイール１３（リングギヤ１６）の回転速度が上昇していく。この結果、フライホイール１３に回転エネルギーが蓄積される。

そして、定常走行時においても、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転をロックしたまま、エンジン２により駆動軸４を駆動して、自動車１の車速を一定に維持させる。尚、自動車１の発進時及び定常走行時には、第２のモータ１２は空転する。

自動車１の減速時には、エンジン２による駆動軸４の駆動を停止し、そして、制御例１の減速時の後半の工程及び制御例２の減速時の工程と同様に、空転している第２のモータ１２を発電機として作動させかつ該第２のモータ１２の発電電力を第１のモータ１１に供給して該第１のモータ１１を駆動させる。これにより、図５（ｂ）に示すように、第２のモータ１２（駆動軸４）の回転速度が低下するとともに、キャリア１８が逆転してその回転速度が上昇する。この結果、フライホイール１３の回転速度が更に上昇し、より多くの回転エネルギーがフライホイール１３に蓄積される。

発電機として作動している第２のモータ１２（駆動軸４）の回転が停止する、つまり自動車１が停止すると（図５（ｂ）の実線の状態）、それ以上回転エネルギーは蓄積されなくなるが、その回転エネルギーは、自動車１の停止中も維持される。この停止中、第１のモータ１１は、制御例１及び２と同様に、空転するようになされ、キャリア１８及びフライホイール１３（リングギヤ１６）が回転している。

上記自動車１の減速後の停止状態から発進する際には、制御例１及び２と同様に、空転している上記第１のモータ１１を発電機として作動させることによって、上記放出制御を行う。このとき、制御例１及び２と同様に、第１のモータ１１の発電電力を第２のモータ１２に供給して該第２のモータ１２を駆動させる。これにより、図５（ｃ）に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転速度が低下していくとともに、フライホイール１３の回転速度が低下しながら駆動軸４の回転速度が０から上昇していく。この結果、フライホイール１３に蓄積された回転エネルギーが駆動軸４に放出されることになる。

発電機として作動している第１のモータ１１が停止したとき（図５（ｃ）の実線の状態）、自動車１の車速が乗員の要求する速度に達していない場合には、制御例１及び２と同様に、第１のモータ１１が停止した以降、エンジン２により駆動軸４を駆動する。このとき、第１のモータ１１（キャリア１８）の回転をロックする。これにより、図５（ｃ）の二点鎖線に示すように、第１のモータ１１（キャリア１８）が停止した状態で、駆動軸４の回転速度が上昇していくとともに、フライホイール１３（リングギヤ１６）の回転速度が上昇していく。この結果、フライホイール１３に再び回転エネルギーが蓄積される。

そして、自動車１の減速時には、上記と同様の動作を行って蓄積制御を行い、自動車１の走行状態に応じて、蓄積制御及び放出制御を繰り返す。

したがって、上記実施形態では、コントロールユニット２１による蓄積制御により、自動車１の減速時や、定常走行時、加速時に、駆動軸４や第１のモータ１１から遊星歯車装置１４を介してフライホイール１３に回転エネルギーを蓄積することができるようになる。この回転エネルギーは、自動車１の停止中も維持され、自動車１が発進する際には、コントロールユニット２１による放出制御により、フライホイール１３に蓄積された回転エネルギーを遊星歯車装置１４を介して駆動軸４に放出することができるようになり、この結果、走行時にフライホイール１３に蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することが可能になる。よって、遊星歯車装置１４を介してフライホイール１３に回転エネルギーを蓄積させたり放出させたりすることが容易にでき、簡単な構成で、高圧バッテリを廃止することが可能になるとともに、走行時にフライホイール１３に蓄積した回転エネルギーを次の発進時に使用することが可能になる。

尚、上記実施形態では、１つの遊星歯車装置１４しか設けなかったが、遊星歯車装置１４、第１のモータ１１及びフライホイール１３を２つずつ設けるようにしてもよい。すなわち、図６に示すように、各遊星歯車装置１４のサンギヤ１５を駆動軸１４の各車輪軸４ｂにそれぞれ連結し、各遊星歯車装置１４のキャリア１８を各第１のモータ１１にそれぞれ連結（配置上の観点からアイドルギヤ１９を介して連結）し、各遊星歯車装置１４のリングギヤ１６を各フライホイール１３にそれぞれ連結する。このようにすれば、２つの第１のモータ１１を互いに独立に制御して、左右の駆動輪３，３に対して独立にトラクション制御を行うことができるようになる。ここで、図６では、第２のモータ１２は、上記実施形態と同様に、主軸４ａに１つしか設けていないが、第２のモータ１２の配置スペースがあれば、各車輪軸４ｂにそれぞれ設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、遊星歯車装置１４のサンギヤ１５を駆動軸４（主軸４ａに限らず、上記の如く車輪軸４ｂであってもよい）に連結し、キャリア１８を第１のモータ１１に連結し、リングギヤ１６をフライホイール１３に連結したが、駆動軸４、第１のモータ１１及びフライホイール１３の遊星歯車装置１４への連結の組み合わせは、全部で６通りあり、どの組み合わせを採用してもよい。どの組み合わせでも、遊星歯車装置１４の各回転要素の回転方向や回転速度等が上記実施形態と異なるだけであって、蓄積制御及び放出制御は上記実施形態と同様である（制御例１〜３のいずれも適用できる）。また、どの組み合わせでも、上記の如く遊星歯車装置１４、第１のモータ１１及びフライホイール１３を２つずつ設ける場合にも適用可能である。

上記６通りの組み合わせの中で特に好ましいのは、上記実施形態、及び、遊星歯車装置１４のサンギヤ１５を駆動軸４（第２のモータ１２）に連結し、キャリア１８をフライホイール１３に連結し、リングギヤ１６を第１のモータ１１に連結する形態（以下、第２実施形態という）である。これら２つの形態では、フライホイール１３に蓄積した回転エネルギーに対して、放出可能なエネルギー量の割合が比較的大きく、しかも、その放出可能なエネルギー量を、リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比を変えることで調整することができる（サンギヤ１５の歯数に対するリングギヤ１６の歯数の比が大きいほど、放出可能なエネルギー量が大きくなる）。また、上記実施形態では、リングギヤ１６にフライホイール１３を連結するので、フライホイール１３を、リングギヤ１６の外周部を囲むようにリング状に形成することができて配置効率がよい。さらに、制御例２や制御例３では、リングギヤ１６を比較的高速で回転させることができ、フライホイール１３を小型化しても、蓄積可能なエネルギー量を大きくすることができる。一方、第２実施形態では、リングギヤ１６に連結する第１のモータ１１の出力トルクを小さくすることができ、その分だけ第１のモータ１１を小型化することができる。

第２実施形態で、上記実施形態の制御例２と同様の制御を行った場合の速度線図を図７に示す。図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｄ）に対応している。

また、遊星歯車装置１４のサンギヤ１５を第１のモータ１１に連結し、キャリア１８を駆動軸４（第２のモータ１２）に連結し、リングギヤ１６をフライホイール１３に連結する形態（以下、第３実施形態という）では、フライホイール１３に蓄積した回転エネルギーに対して、放出可能なエネルギー量の割合が比較的小さくなるが、この割合は、リングギヤ１６の歯数とサンギヤ１５の歯数との比に関係なく、約１／２と一定であり、十分に実用可能である。この第３実施形態で、上記実施形態の制御例２と同様の制御を行った場合の速度線図を図８に示す。図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｄ）に対応している。

本発明は、フライホイールを備えたハイブリッド自動車に有用であり、特に高圧バッテリを廃止する場合に有用である。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の駆動系及びその制御系の構成を示す概略図である。 ハイブリッド自動車の、遊星歯車装置を含めた駆動系の構成を示す概略図である。 コントロールユニットによる制御例１に対応した変化を示す、遊星歯車装置の各回転要素の速度線図である。 コントロールユニットによる制御例２に対応した変化を示す、遊星歯車装置の各回転要素の速度線図である。 コントロールユニットによる制御例３に対応した変化を示す、遊星歯車装置の各回転要素の速度線図である。 ２つの遊星歯車装置を設ける場合の図２相当図である。 第２実施形態における図４相当図である。 第３実施形態における図４相当図である。

１ ハイブリッド自動車
２ エンジン
３ 駆動輪
４ 駆動軸
４ａ 主軸
４ｂ 車輪軸
１１ 第１のモータ
１２ 第２のモータ
１３ フライホイール
１４ 遊星歯車装置（動力分配機構）
１５ サンギヤ
１６ リングギヤ
１８ キャリア
２１ コントロールユニット
２９ 電気負荷

Claims (6)

1. エンジンと、該エンジンと駆動輪とを連結する駆動軸と、発電機として作動可能な第１のモータと、回転エネルギーを蓄積しかつ該蓄積した回転エネルギーを放出可能なフライホイールとを備えたハイブリッド自動車であって、
   上記駆動軸に連結される第１回転要素と上記第１のモータに連結される第２回転要素と上記フライホイールに連結される第３回転要素とを有する遊星歯車装置を更に備えていることを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 請求項１記載のハイブリッド自動車において、
   上記駆動軸に設けられ、該駆動軸を駆動可能でかつ上記自動車の減速時に発電可能な第２のモータを更に備えていることを特徴とするハイブリッド自動車。
3. 請求項１又は２記載のハイブリッド自動車において、
   上記遊星歯車装置の第１回転要素はサンギヤであり、
   上記遊星歯車装置の第２回転要素はキャリアであり、
   上記遊星歯車装置の第３回転要素はリングギヤであることを特徴とするハイブリッド自動車。
4. 請求項１又は２記載のハイブリッド自動車において、
   上記遊星歯車装置の第１回転要素はサンギヤであり、
   上記遊星歯車装置の第２回転要素はリングギヤであり、
   上記遊星歯車装置の第３回転要素はキャリアであることを特徴とするハイブリッド自動車。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のハイブリッド自動車において、
   上記第１のモータが発電機として作動したときに、該第１のモータの発電電力で作動する電気負荷を更に備えていることを特徴とするハイブリッド自動車。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載のハイブリッド自動車において、
   上記駆動軸は、エンジンと連結された主軸と、該主軸とディファレンシャルギヤを介してそれぞれ連結された、左右２つの駆動輪の車輪軸とからなり、
   上記遊星歯車装置、第１のモータ及びフライホイールは２つずつ設けられており、
   上記各遊星歯車装置の第１回転要素は、上記各車輪軸にそれぞれ連結され、
   上記各遊星歯車装置の第２回転要素は、上記各第１のモータにそれぞれ連結され、
   上記各遊星歯車装置の第３回転要素は、上記各フライホイールにそれぞれ連結されていることを特徴とするハイブリッド自動車。

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