JP2014237374A - ハイブリッド車 - Google Patents

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JP2014237374A
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fuel consumption
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慎二 高原
Shinji Takahara
慎二 高原
充宏 武藤
Mitsuhiro Muto
充宏 武藤
齊藤　智明
Tomoaki Saito
智明 齊藤
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D29/00—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto
    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4808—Electric machine connected or connectable to gearbox output shaft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2300/00—Purposes or special features of road vehicle drive control systems
    • B60Y2300/43—Control of engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2300/00—Purposes or special features of road vehicle drive control systems
    • B60Y2300/60—Control of electric machines, e.g. problems related to electric motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
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Abstract

【課題】より効率良く運動エネルギーを回生電力として回収する。
【解決手段】ハイブリッド車１は、エンジン１４と、回生可能な走行用のモータであって、モータ負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率が最高となる回転数の１．５倍の回転数におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性を示すモータ１８と、エンジン１４の動力を車軸１２に伝達するトランスミッション１６と、を含む。前記モータ１８は、トランスミッション１６を介することなく車軸１２に連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車に関するものである。
従来、エンジンと回生可能なモータとを備え、主にエンジンを用いて車輪を駆動しながら、要求出力に応じてモータを駆動するパラレル式のハイブリッド車が知られている（例えば、特許文献１）。このハイブリッド車は、車両の要求出力がエンジンの燃費率（燃料消費率）が極めて高い低出力側の運転域ではエンジンを停止させてモータのみで車輪を駆動し、それ以外の運転域では、燃費率が低い運転領域でエンジンを駆動するようにモータを併用して燃費の改善を図り、他方、車両の減速時には、モータの回生制動により運動エネルギーを電力（回生電力）に変換して蓄電（回収）することで、モータ駆動用の電力を確保する。
このハイブリッド車では、モータがトランスミッションを介してプロペラシャフト等の駆動軸に連結されており、三相誘導電動機等のＩＰＭモータ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｒｏｎｏｕｓ モータ）が用いられるこの種のハイブリッド車にとっては都合の良い構成となっている。すなわち、ＩＰＭモータでは、その構造上、逆起電力が発生するため、高い回転数領域でトルクを発生させることが難しいが、上記のように、モータがトランスミッションに連結されて、モータの回転数域が制限されることで、広い速度域に亘ってトルクを支障なく発生させてモータによる動力の出力および回生を行い得るようになっている。
特開２０００−３４３９６５号公報
しかし、モータがトランスミッションを介して駆動軸に連結される上記従来のハイブリッド車では、高速走行の制動時など、車輪が高速で回転しているにも拘わらず、モータは、トランスミッションにより制限された回転数の範囲内でしか回生電力を回収することができない。つまり、高速回転する車輪の運動エネルギーを必ずしも効率良く回生電力として回収できているとは言えなかった。また、上記従来のハイブリッド車では、トランスミッションを経由してモータに運動エネルギーが入力されるため、ここでエネルギーロスが生じる。従って、この点でも、運動エネルギーを効率良く回生電力として回収することが難しかった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ハイブリッド車において、走行中の運動エネルギーをより効率良く回生電力として回収することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、パラレル式のハイブリッド車であって、エンジンと、回生可能な走行用のモータであって、負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率が最高となる回転数の１．５倍の回転数におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性を示すモータと、前記エンジンの動力を車輪駆動軸に伝達するトランスミッションと、を含み、前記モータが、前記トランスミッションを介することなく前記車輪駆動軸に連結されているものである。
このハイブリッド車によれば、モータがトランスミッションを介すことなく車輪駆動軸に連結されているため、制動時の運動エネルギーをトランスミッションでロスすることなくモータに入力することができる。しかも、モータは、負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率が最高となる回転数の１．５倍の回転数におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性を有するため、ＩＰＭモータでは困難な高い回転数領域でも効率良く回生トルクを発生させることが可能であり、従って、高速回転する車輪の運動エネルギーを効果的に回生電力として回収することが可能となる。
この場合、スイッチトリラクタンスモータによれば、負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、最高回転数の７５％となる回転数におけるモータ効率が９０％以上という上記のモータ特性を備えるため、上記ハイブリッド車のモータとして好適である。
なお、このハイブリッド車において、前記エンジンは、最低燃費率よりも１５〜２０％高い燃費率を示すエンジン出力が最高出力の１０％以下の運転域のみとなる燃費率特性を有するものであるのが好適である。
この構成によれば、エンジン出力が最高出力の１０％を超える運転域では、常にエンジンが低い燃費率（出力当たりの燃料消費量少）を維持するため、広い運転域でエンジンにより車両走行し、モータに求められる運転域を、車両の要求出力が極低い運転域に制限することが可能となる。
この場合、例えば前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する制御手段を備え、この制御手段は、当該ハイブリッド車の運転状態に応じて前記エンジンの目標出力を算出し、この目標出力が前記最高出力の１０％以下となる運転領域では、前記エンジンを停止させて当該ハイブリッド車を前記モータで走行させる一方、前記最高出力の１０％を超える運転領域では、前記エンジンで当該ハイブリッド車を走行させ、前記モータには回生動作のみ行わせる、ように構成することができる。
この構成によれば、車両の発進及びその直後の低速走行時などにのみモータが駆動され、それ以外の運転域では、モータは回生（発電）にのみ用いられる。そのため、モータとして低出力の小型モータを適用することが可能となり、これにより、車重の軽量化ひいては燃費率の向上や車両コストの低廉化を図ることが可能となる。
なお、上記のハイブリッド車において、前記モータは、中空構造を有し、その内側を前記車輪駆動軸が貫通する状態で当該車輪駆動軸に対して同軸上に配置されているのが好適である。
この構成によれば、モータを車輪駆動軸と同軸上にコンパクトに配置することが可能となるため、レイアウト面で有利となる。
また、上記のハイブリッド車において、前記モータは、ロータ回転軸が前記車輪駆動軸に対して直交する状態で当該車輪駆動軸に連結されているものであってもよい。
この構成によれば、運転席と助手席の間のスペース等を利用してモータを配置するなど、車両の空きスペースを有効に使ってモータを配置することが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、制動時の運動エネルギーをより効率良く回生電力として回収することが可能となる。
本発明の実施形態に係るハイブリッド車の概略構成図である。 図１に示すエンジンの特性（燃費率特性）を示すグラフである。 図１に示すモータとインバータ（パワー回路）の構成を示す図である。 図１に示すモータの特性を示すグラフである。 モータのレイアウトの変形例である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
図１は、本発明に係るハイブリッド車１の概略構成図である。同図に示すように、ハイブリッド車１は、車輪１０と、車軸１２（本発明の車輪駆動軸に相当する）と、エンジン１４と、トランスミッション１６と、デフ１７と、モータ１８と、インバータ２０と、バッテリ２２と、コントローラ２４（本発明の制御手段に相当する）と、を備えている。
ハイブリッド車１は、いわゆるパラレル式のハイブリッド車である。エンジン１４およびインバータ２０は、ハイブリッド車１の駆動力を出力する駆動源として機能し、このハイブリッド車１では、運転条件に応じて、エンジン１４のみによる走行、又はモータ１８のみによる走行が実現される。つまり、エンジンとモータの双方による走行は行われない。なお、後述する通り、モータ１８は、車両の要求出力が低い運転域、例えば車両の発進時及びその直後の低速走行時にのみ駆動され、それ以外は、回生にのみ用いられる。
エンジン１４は、直列四気筒のガソリンエンジンであり、トランスミッション１６を介して車軸１２に連結されている。
詳細図を省略するが、エンジン１４は、幾何学的圧縮比εが１３以上１８以下の高圧縮比に設定されている。また、エンジン１４は、少なくとも部分負荷の運転領域（換言すれば、中負荷乃至低負荷の運転領域）においては、リーン運転を行う運転領域を有する。この運転領域では、空気過剰率λを２以上（好ましくは、２．５以上）８以下に、又は、Ｇ／Ｆ（ＥＧＲガス及び新気量に対する燃料量の比を示す空燃比）を３０以上１２０以下に設定して、混合気をリーン化している。
また、エンジン１４は、低負荷乃至中負荷領域の運転領域では、吸気弁閉時期を下死点より所定量遅く設定することによって、エンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。尚、吸気弁閉時期を下死点より所定量早く設定することによって、エンジン１４の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。一方、エンジン１４は、高負荷の運転領域においては、そのような吸気弁制御を行っておらず、有効圧縮比と有効膨張比が概ね一致している。つまり、このエンジン１４は、有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が、高負荷の運転領域に比べて、低負荷乃至中負荷の運転領域の方が高くなっている。
また、このエンジン１４では、温間時に、全負荷を含む高負荷の運転領域において空気過剰率をλ＝１にする場合は、点火モードが、点火プラグの駆動によって燃焼室内の混合気に点火する火花点火モードとされ、空気過剰率λを２〜８（又はＧ／Ｆを３０〜１２０）に設定するような、それ以外の運転領域（換言すると中負荷乃至低負荷の運転領域）では、点火モードが、燃焼室内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火モードとされる。
こうような構成により、エンジン１４は、その図示熱効率が高められて、燃費性能が大幅に向上したものとなっている。図２は、このエンジン１４の出力（ｋｗ）と燃費率（燃料消費率；ｇ／ｋｗｈ）との関係（燃費率特性）を示すグラフである。同図に示すように、このエンジン１４では、出力の上昇に伴い燃費率が低下し（向上し）、特定の出力で燃費率が最低燃費率Ｆ_ＭＩＮに達する。そして、当該出力を超える運転域では燃費率がほぼ横這いとなり、最低燃費率Ｆ_ＭＩＮ又はそれに近い燃費率が維持される。例えば、このエンジン１４では、最低燃費率Ｆ_ＭＩＮよりも１５％〜２０％（図示の例では１５％）高い燃費率を示す当該エンジン１４の出力は最高出力の１０％である。従って、この出力（Ｏ_１０）を超える運転域では、最低燃費率Ｆ_ＭＩＮ又はそれ近い燃費率が維持される。
ここで、最高出力の１０％以下の出力とは、例えばこのハイブリッド車１では、車両の発進時およびその後の低速走向時などの低負荷時に要求される出力であり、従って、このハイブリッド車１では、中負荷から高負荷に亘る運転域では、最低燃費率Ｆ_ＭＩＮから１５％未満の低い低燃費率が実現されている。
前記モータ１８は、車軸１２に連結されているとともに、インバータ２０を介してバッテリ２２に接続されている。モータ１８には、バッテリ１４からの電力がインバータ２０により交流電力に変換されて供給される。モータ１８は、この電力供給を受けて電動機として作動する。つまり、モータ１８の駆動力が、車軸１２を介して左右の車輪１０に伝達されることにより車両が走行する。なお、モータ１８は、車両の減速時には、発電機として作動する。モータ１８で発生した交流電力は、インバータ２０で直流電力に変換され後にバッテリ２２に充電される。なお、このモータ１８については後に詳述する。
前記コントローラ２４は、各種センサからの入力信号に基づいて、ドライバの要求する走行状態が得られるようにエンジン１４やモータ１８の駆動制御を行うとともに、必要な電力が確保されるようにモータ１８の回生制御などを行うものである。このコントローラ２４は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。コントローラ２４は、本発明に関する機能構成として、メイン制御器２４ａと、エンジン１４を制御するエンジン制御器２４ｂと、モータ１８を制御するモータ制御器２４ｃ（本発明のモータ制御手段に相当する）とを含んでいる。なお、各制御器２４ａ〜２４ｃは、互いに個別のコントローラとして構成されていてもよく、１つのコントローラとして構成されていてもよい。
このコントローラ２４には、車両に設けられた複数のセンサから種々の情報が入力されている。本発明の説明に必要な範囲で説明すると、車両１には、アクセルペダルの踏込み量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３０と、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ３２と、車両の走行速度を検出する車速センサ３４とが設けられており、これらセンサ３０〜３４からの信号がコントローラ２４に入力されている。
コントローラ２４、特に、メイン制御器２４ａは、前記アクセル開度センサ３０および車速センサ３４からの入力信号に基づいて運転条件、すなわち車両の要求出力（駆動トルク）を算出し、算出した要求出力に基づいて、エンジン１４およびモータ１８の駆動／停止を決定する。ここで、メイン制御器２４ａは、算出した車両の要求出力が所定の下限値以下か否かを判定し、下限値以下であれば、エンジン１４を停止してモータ１８のみで車輪１０を駆動し、この下限値を超えている場合には、エンジン１４のみで車輪１０を駆動する。当例では、上記下限値は、エンジン１４の最高出力の１０％の値に設定されている。従って、このハイブリッド車１では、エンジン１４は、その最高出力の１０％を超える運転域（図２のハッチング領域以外の領域）でのみ駆動される。他方、モータ１８は、車両の要求出力が上記下限値以下の運転域でのみ駆動され、当該下限値を超える運転域では回生にのみ用いられる。
メイン制御器２４ａは、エンジンを駆動させる際には、エンジンの駆動指令信号をエンジン制御器２４ｂに出力し、モータを駆動させる際には、モータの駆動指令信号をモータ制御器２４ｃに出力する。
エンジン制御器２４ｂは、車両の要求出力が前記下限値を超える場合には、要求出力を目標出力（目標駆動トルク）に設定するとともに、当該目標駆動トルク基づいてスロットル開度、燃料噴射パルス等を算出し、スロットル、インジェクタ等に制御信号を出力する。
また、モータ制御器２４ｃは、車両の要求出力が前記下限値以下の場合には、当該要求出力を目標出力（目標駆動トルク）に設定するとともに、当該目標駆動トルクに基づいてインバータ２０（後記パワー回路５０）に制御信号を出力する。これによりモータ１８を駆動制御する。また、ブレーキセンサ３２からの信号入力があった場合には、モータ制御器２４ｃは、その信号に基づき目標回生トルクを算出するとともに、当該目標回生トルクに基づいてインバータ２０（後記パワー回路５０）に制御信号を出力する。これによりモータ１８を回生制御する。
図３は、前記モータ１８とこれに電力を供給するパワー回路５０の構成を示している。
当例では、モータ１８として、スイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）が用いられる。このモータ１８は、径方向外側に向かって突出する磁性体からなる複数のロータ突極部４２ａを備えるロータ４２と、このロータ４２を囲むように設けられ、内側に向かって突出する複数のステータ突極部４４ａを有するステータ４４とを備える。当例では、ロータ４２は鉄芯からなり、４つのロータ突極部４２ａを有する。また、ステータ４４は、６つのステータ突極部４４ａを有しており、各ステータ突極部４４ａは、それぞれ、巻線されてＵ、Ｖ、Ｗ相の三相の励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗを形成している。つまり、このモータ１８では、ステータ４４の各励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗに順番に通電され、ステータ突極部４４ａにロータ突極部４２ａが磁気吸引されることで、ロータ４２に駆動トルクおよび回生トルクが発生する。
前記パワー回路５０は、前記モータ制御器２４ｃによるＰＷＭ制御によりバッテリ２２の電力をモータ１８に供給するもの、つまり、各励磁コイルＬｕ、Ｌｖ、Ｌｗへの通電を行うものである。このパワー回路５０は、前記インバータ２０に含まれている。
パワー回路５０は、コンデンサ５１と、互い直列に接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）５２及びダイオード５８と、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ５３及びダイオード５９と、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ５４及びダイオード６０と、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ５５及びダイオード６１と、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ５６及びダイオード６２と、互いに直列に接続されたＩＧＢＴ５７及びダイオード６３とを有し、これらコンデンサ５１等がバッテリ４に対して各々並列に接続された回路構成を有する。そして、ＩＧＢＴ５２とダイオード５８との接続点に、モータ１８のコイルＬｕの一端が接続され、ＩＧＢＴ５３とダイオード５９との接続点に、コイルＬｕの他端が接続されている。また、ＩＧＢＴ５４とダイオード６０との接続点に、モータ１８のコイルＬｖの一端が接続され、ＩＧＢＴとダイオード６１との接続点に、コイルＬｖの他端が接続されている。さらに、ＩＧＢＴ５６とダイオード６２との接続点には、モータ１８のコイルＬｗの一端が接続され、ＩＧＢＴ５７とダイオード６３との接続点に、コイルＬｗの他端が接続される。
つまり、モータ１８を駆動／回生制御する場合には、モータ制御器２４ｃから目標駆動トルク／目標回生トルクに応じたデューティ比を有する制御信号（ＰＷＭ信号）がパワー回路５０のＩＧＢＴ５２、５４、５６に出力されることにより、当該ＩＧＢＴ５２、５４、５６がオン、オフされるとともに、モータ１８の図外の回転角センサから出力されるロータ４２の回転角に基づき、ＩＧＢＴ５３、５５、５７のオンオフを切り替える制御信号がモータ制御器２４ｃからＩＧＢＴ５３、５５、５７に出力される。
なお、このモータ１８（ＳＲモータ）には、ロータ４２やステータ４４に永久磁石が用いられておらず、よって、ＩＰＭモータのような逆起電力が発生しない。そのため、このモータ１８では、ＩＰＭモータよりも高回転数域まで高いモータ効率が維持される。図４に、モータ負荷が最大負荷の１０％以上であるときのモータ１８（ＳＲモータ）のモータ回転数とトルク（駆動トルク／回生トルク）との関係、および、ＩＰＭモータのモータ回転数とトルクの関係を示す。図４において、実線はモータ１８（ＳＲモータ）を、鎖線はＩＰＭモータを、破線は等出力線を示している。
図４に示されるように、ＩＰＭモータでは、回転数がＳ_ＩＰＭになるとトルクが急激に低下して等出力線を外れる。これに対して、モータ１８（ＳＲモータ）は、回転数Ｓ＿ＩＰＭを越えてもなお等出力線に沿っているとともに、等出力線から外れた領域においてもそのトルクの低下は緩やかであり、より高い回転数域まで高いトルクを得ることができる。具体的には、当例のモータ１８では、モータ負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率、すなわち理論上の最大出力トルクＴ_０に対するモータ１８の発生トルクＴ_ＳＲの割合が最高となる回転数Ｓ_ＭＳＥの１．５倍の回転数Ｓ_Ｘ１．５におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性が確保される。
なお、このハイブリッド車１では、前記モータ１８は、図１に示すように、トランスミッション１６を介すことなく車軸１２に直接連結されている。詳しくは、モータ１８は、いわゆる中空構造のモータ（中空モータ）であり、例えば円筒状のハウジングの内周面に前記ステータ４４が固定され、このステータ４４の内側に前記ロータ４２が配置された状態で、当該ロータ４２が前記ハウジングに回転可能に支持された構造を有している。そして、車軸１２がロータ４２及びステータ４４を貫通するように当該車軸１２に対してモータ１８が配置された上で、前記ロータ４２が車軸１２に連結されている。これにより、車軸１２の同軸上にモータ１８が配置された上で、当該モータ１８が車軸１２に直接連結されている。
以上のようなハイブリッド車１によれば、上記の通り、モータ１８がトランスミッション１６を介すことなく、デフ１７と車輪１０との間の位置で直接車軸１２に連結されているため、モータ１８による車輪１０の駆動や回生電力の回収をより効率良く行うことができる。すなわち、モータ１８の駆動時には、その駆動力をトランスミッション１６等でロスすることなく車軸１２に直接伝達することができ、他方、モータ１８の回生時には、制動時の運動エネルギーをトランスミッション１６等でロスすることなく車軸１２からモータ１８に入力することができる。しかも、このハイブリッド車１では、モータ１８の負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率が最高となる回転数Ｓ_ＭＳＥの１．５倍の回転数Ｓ_Ｘ１．５におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性を有するＳＲモータが上記モータ１８として適用されているので、高速走行中、高速回転する車軸１２の運動エネルギーを効果的に回生電力として回収することができる。従って、このハイブリッド車１によれば、ＩＰＭモータがトランスミッションを介して車軸に連結されている従来のこの種のハイブリッド車と比べると、モータ１８が発生する運動エネルギーを効率良くハイブリッド車１の走行に使用することができるとともに、制動時の運動エネルギーをより効率良く回生電力として回収することができる。
また、このハイブリッド車１は、最低燃費率よりも１５％高い燃費率を示すエンジン出力が最高出力の１０％以下の運転域のみとなる燃費率特性を有するエンジン１４を備え、車両の要求出力がエンジン１４の最高出力の１０％以下の運転域（エンジン１４の燃費率が最低燃費率Ｆ_ＭＩＮから１５％以上高い運転域）では、エンジン１４を停止させてモータ１８のみで走行し、要求出力が前記最高出力の１０％を超える運転域（エンジン１４の燃費率が最低燃費率Ｆ_ＭＩＮから１５％未満の運転域）では、エンジン１４のみで走行する。つまり、このハイブリッド車１によれば、エンジン１４を、最低燃費率Ｆ_ＭＩＮから１５％未満の低い燃費率を示す運転域でのみ駆動する一方で、モータ１８については、車両の発進時およびその後の低速走向時などの低負荷時にのみ駆動する。従って、全運転域において低い燃費率を維持しながらも、比較的低出力の小型モータを適用することが可能であり、これにより車両重量の軽減ひいては燃費率の向上や車両コストの低廉化を図ることができるという利点もある。
また、上記ハイブリッド車１によれば、モータ１８がトランスミッション１６を介さずに直接車軸１２に連結されているため、コントローラ２４（モータ制御器２４ｃ）による制御負担を軽減することもできる。すなわち、モータがトランスミッションを介して車軸に連結されている従来のハイブリッド車では、トランスミッションの切り替えに追従してモータが適正トルク（駆動トルク／回生トルク）を発生するように複雑なトルク制御が必要となるが、このハイブリッド車１によれば、このような複雑なトルク制御が不要となる分、コントローラ２４（モータ制御器２４ｃ）による制御負担を軽減することができる。
さらに、このハイブリッド車１によれば、モータ１８がトランスミッション１６を介さずに直接車軸１２に連結されるため、エンジンルーム内のうち、エンジン後方の比較的余裕のある場所にモータ１８を配置することができる。特に、このハイブリッド車１では、車軸１２がモータ１８の内側を貫通するように当該モータ１８が車軸１２に対してその同軸上に配置されることで、モータ１８と車軸１２の占有スペースが一部重複する。従って、狭いスペースにモータ１８を効率良く配置することができるという利点もある。
なお、この実施形態のハイブリッド車１では、図１に示すように、モータ１８は、車軸１２のうち、デフ１７と右側の車輪１０との間の位置で車軸１２に連結されているが、例えば、デフ１７と右側の車輪１０との間の位置で車軸１２に連結されていてもよい。
また、図５（ａ）に示すように、車軸１２よりも車両後方の位置に、ロータ回転軸と車軸１２とが平行になる状態でモータ１８を配置した上で、当該モータ１８をＰＴＯ（Ｐｏｗｅｒ Ｔａｋｅ Ｏｆｆ）１９を介して車軸１２に連結するようにしてもよい。この場合、図５（ｂ）に示すように、ロータ回転軸と車軸１２とが直交する状態でモータ１８を配置してもよい。この場合さらに、同図中の二点鎖線に示すように、運転席と助手席の間の比較的余裕のあるスペースを利用してモータ１８を配置することも考えられる。
以上、本発明のハイブリッド車１について説明したが、このハイブリッド車１は、本発明に係るハイブリッド車の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
１ ハイブリッド車
１０ 車輪
１２ 車軸（車輪駆動軸）
１４ エンジン
１６ トランスミッション
１８ モータ
２０ インバータ
２２ バッテリ
２４ コントローラ

Claims (6)

  1. パラレル式のハイブリッド車であって、
    エンジンと、
    回生可能な走行用のモータであって、負荷が最大負荷の１０％以上であるとき、モータ効率が最高となる回転数の１．５倍の回転数におけるモータ効率が９０％以上となるモータ特性を示すモータと、
    前記エンジンの動力を車輪駆動軸に伝達するトランスミッションと、を含み、
    前記モータは、前記トランスミッションを介することなく前記車輪駆動軸に連結されている、ことを特徴とするハイブリッド車。
  2. 請求項１に記載のハイブリッド車において、
    前記モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とするハイブリッド車。
  3. 請求項１又は２に記載のハイブリッド車において、
    前記エンジンは、最低燃費率よりも１５〜２０％高い燃費率を示すエンジン出力が最高出力の１０％以下の運転域のみとなる燃費率特性を有する、ことを特徴とするハイブリッド車。
  4. 請求項３に記載のハイブリッド車において、
    前記エンジンおよび前記モータの駆動を制御する制御手段を備え、この制御手段は、当該ハイブリッド車の運転状態に応じて前記エンジンの目標出力を算出し、この目標出力が前記最高出力の１０％以下となる運転領域では、前記エンジンを停止させて当該ハイブリッド車を前記モータで走行させる一方、前記１０％以下の運転領域を除く運転領域では、前記エンジンで当該ハイブリッド車を走行させ、前記モータには回生動作のみ行わせることを特徴とするハイブリッド車。
  5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のハイブリッド車において、
    前記モータは、中空構造を有し、その内側を前記車輪駆動軸が貫通する状態で当該車輪駆動軸に対して同軸上に配置されていることを特徴とするハイブリッド車。
  6. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のハイブリッド車において、
    前記モータは、ロータ回転軸が前記車輪駆動軸に対して直交する状態で当該車輪駆動軸に連結されていることを特徴とするハイブリッド車。
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