JP2015074334A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】退避走行モードで走行可能距離を延ばすことが可能なハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジン１２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置２４と、自動変速部３０と、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および自動変速部３０を制御する制御装置６０とを備える。自動変速部３０は、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と車輪４４との間で動力伝達可能な接続状態と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と車輪４４とが切離された分離状態とに設定可能に構成される。制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ１に故障が生じた場合には、車両停止中かつ車両の駆動要求が無いときに自動変速部３０を分離状態に設定し、エンジン１２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ２で発電した電力を用いて蓄電装置の充電を行なう。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両に関し、特に、内燃機関の動力を用いて発電可能に構成されたハイブリッド車両に関する。

特開２０１０−２６４８５２号公報（特許文献１）には、エンジンと第１及び第２のＭＧ（モータジェネレータ）を搭載したハイブリッド車において、第１のＭＧ用のインバータの異常が発生したときに退避走行モード（第２のＭＧの動力で走行するモード）に移行する旨が開示されている。

特開２０１０−２６４８５２号公報

上記文献に開示されたハイブリッド車では、主として第１のＭＧで発電を行なってバッテリのＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の低下を回復させる。しかし、退避走行モードで長時間走行すると、第２のＭＧの消費電力によってバッテリのＳＯＣが低下しても、第１のＭＧに異常が発生しているので発電を行なうことができないのでバッテリのＳＯＣを回復させることができない。

したがって、ガソリン等の燃料がまだ残っている状態でも走行ができなくなってしまうので、退避走行モードでは走行可能距離が限定されるという問題があった。

本発明の目的は、退避走行モードで走行可能距離を延ばすことが可能なハイブリッド車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両であって、内燃機関と、蓄電装置と、第１および第２のモータジェネレータと、内燃機関の動力を分割して第１のモータジェネレータと第２のモータジェネレータの回転軸に伝達する動力分割機構と、第２のモータジェネレータの回転軸の動力を車輪に伝達する動力伝達機構と、内燃機関、第１および第２のモータジェネレータ並びに動力伝達機構を制御する制御装置とを備える。動力伝達機構は、第２のモータジェネレータの回転軸と車輪との間で動力伝達可能な接続状態と、第２のモータジェネレータの回転軸と車輪とが切離された分離状態とに設定可能に構成される。制御装置は、第１のモータジェネレータに故障が生じた場合には、車両停止中かつ車両の駆動要求が無いときに動力伝達機構を分離状態に設定し、内燃機関の動力を用いて第２のモータジェネレータで発電した電力を用いて蓄電装置の充電を行なう。

制御装置は、第１のモータジェネレータが故障などによって使用できない場合に、車両が停車しているときには、第２のモータジェネレータが回転しても車両が動かないようにするために、動力伝達機構を分離状態に設定する。このような状態では、内燃機関の動力を用いて第２のモータジェネレータを回転させて発電を行なうことが可能となる。したがって、蓄電装置のＳＯＣが低下しても、ＳＯＣを回復させることが可能であるので、停車している間にＳＯＣを回復させれば退避走行を継続させることが可能となる。

本発明によれば、燃料が残っていれば、退避走行モードでの走行可能距離を延ばすことができる。

本実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両１０の全体構成図である。 図１に示した差動部２０および自動変速部３０の構成を示した図である。 自動変速部３０の係合差動の状態を説明するための図である。 制御装置６０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 通常の停車時のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度とエンジン１２の回転速度の関係を示した共線図である。 退避走行中の発電時のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度とエンジン１２の回転速度の関係を示した共線図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（電動車両の構成）
図１は、本実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド車両１０の全体構成図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と、差動部２０と、自動変速部３０と、差動歯車装置４２と、駆動輪４４とを備える。また、ハイブリッド車両１０は、インバータ５２と、蓄電装置５４と、制御装置６０とをさらに備える。なお、ハイブリッド車両１０は、たとえばＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）方式によって構成されるが、他の駆動方式で構成されてもよい。

エンジン１２は、内燃機関であり、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等によって構成される。エンジン１２のクランクシャフトの回転運動は、差動部２０に伝達される。

差動部２０は、エンジン１２に連結される。自動変速部３０は、差動部２０に連結され、差動部２０に接続される上記伝達部材（自動変速部３０の入力軸）の回転速度と差動歯車装置４２に接続される駆動軸（自動変速部３０の出力軸）の回転速度との比（変速比）を変更可能に構成される。

差動歯車装置４２は、自動変速部３０の出力軸に連結され、自動変速部３０から出力される動力を駆動輪４４へ伝達する。

インバータ５２は、蓄電装置５４に電気的に接続され、制御装置６０からの制御信号に基づいて、差動部２０に含まれるモータジェネレータを駆動する。インバータ５２は、たとえば、三相分の電力用半導体スイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。なお、特に図示しないが、インバータ５２と蓄電装置５４との間に電圧コンバータを設けてもよい。

蓄電装置５４は、再充電可能な直流電源であり、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置５４は、走行用の電力を蓄
え、その蓄えられた電力をインバータ５２へ供給する。

蓄電装置５４は、差動部２０のモータジェネレータによって発電される電力をインバータ５２から受けることによっても充電される。なお、二次電池に代えて電気二重層キャパシタなどの蓄電要素によって蓄電装置５４を構成してもよい。

制御装置６０は、エンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６２と、ＭＧ−ＥＣＵ６４と、電池ＥＣＵ６６と、ＨＶ−ＥＣＵ７０とを含む。これらの各ＥＣＵは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、後述の各種制御を実行する。

エンジンＥＣＵ６２は、ＨＶ−ＥＣＵ７０から受けるエンジントルク指令等に基づいて、エンジン１２を駆動するためのスロットル信号や点火信号、燃料噴射信号等を生成し、その生成した各信号をエンジン１２へ出力する。ＭＧ−ＥＣＵ６４は、ＨＶ−ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、インバータ５２を制御するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をインバータ５２へ出力する。

電池ＥＣＵ６６は、図示されない電圧センサおよび電流センサによって検出される蓄電装置５４の電圧および電流に基づいて、蓄電装置５４の充電状態ＳＯＣ（「残存容量」とも称され、たとえば満充電状態を１００％として０〜１００％で表わされる。）を推定し、その推定結果をＨＶ−ＥＣＵ７０へ出力する。

ＨＶ−ＥＣＵ７０は、各種センサの検出信号を受け、ハイブリッド車両１０の各機器を制御するための各種指令を生成する。ＨＶ−ＥＣＵ７０により実行される主要な制御として、ＨＶ−ＥＣＵ７０は、アクセルペダルの操作量や車両速度等に基づいて、エンジン１２、差動部２０および自動変速部３０を所望の状態に制御して走行する走行制御を実行する。

（差動部および自動変速部の構成）
図２は、図１に示した差動部２０および自動変速部３０の構成を示した図である。図２を参照して、差動部２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置２４とを含む。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ５２（図１）によって駆動される。

動力分割装置２４は、シングルピニオン型のプラネタリギヤによって構成され、サンギヤＳ０（第１の回転要素ＲＥ１）と、ピニオンギヤＰ０と、リングギヤＲ０（第２の回転要素ＲＥ２）と、キャリアＣＡ０（第３の回転要素ＲＥ３）とを含む。

動力分割装置２４は、サンギヤＳ０、キャリアＣＡ０およびリングギヤＲ０が相対的に回転することによって差動装置として機能する。サンギヤＳ０、キャリアＣＡ０およびリングギヤＲ０の各回転数は、後述（図５、図６）するように共線図において直線で結ばれる関係になる。動力分割装置２４の差動機能により、エンジン１２から出力される動力がサンギヤＳ０とリングギヤＲ０とに分割される。そして、サンギヤＳ０に分割された動力によってモータジェネレータＭＧ１が発電機として作動し、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力は、モータジェネレータＭＧ２に供給されたり、蓄電装置５４（図１）に蓄えられたりする。

動力分割装置２４により分割された動力を用いてモータジェネレータＭＧ１が発電したり、モータジェネレータＭＧ１により発電された電力を用いてモータジェネレータＭＧ２を駆動したりすることによって、差動部２０は無段変速機として機能する。

キャリアＣＡ０に接続される入力軸２２とエンジン１２の出力軸との間には、トルクコンバータ１４が設けられ、入力軸２２には、ブレーキＢｃｒが設けられる。

自動変速部３０は、シングルピニオン型のプラネタリギヤ３２，３４と、クラッチＣ１，Ｃ２と、ブレーキＢ１，Ｂ２と、ワンウェイクラッチＦ１とを含む。プラネタリギヤ３２は、サンギヤＳ１と、ピニオンギヤＰ１と、キャリアＣＡ１と、リングギヤＲ１とを含む。プラネタリギヤ３４は、サンギヤＳ２と、ピニオンギヤＰ２と、キャリアＣＡ２と、リングギヤＲ２とを含む。

クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１，Ｂ２の各々は、油圧により作動する摩擦係合装置であり、湿式多板型やバンドブレーキ等によって構成される。ワンウェイクラッチＦ１は、互いに連結されるキャリアＣＡ１およびリングギヤＲ２を一方向に回転可能とし、かつ、他方向に回転不能に支持する。

差動部２０と自動変速部３０とは、伝達部材２６〜２８によって連結される。そして、プラネタリギヤ３４のキャリアＣＡ２に連結される出力軸３６が差動歯車装置４２に連結される。

図３は、自動変速部３０の係合差動の状態を説明するための図である。自動変速部３０においては、クラッチＣ１，Ｃ２、ブレーキＢ１，Ｂ２、およびワンウェイクラッチＦ１の各係合装置が、図３に示される係合作動表に従って係合されることにより、１速ギヤ段〜４速ギヤ段および後進ギヤ段が択一的に形成される。なお、図４において、「○」は係合状態であることを示し、「（○）」はエンジンブレーキ時に係合されることを示し、空欄は解放状態であることを示す。なお、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１，Ｂ２の各係合装置をすべて解放状態にすることにより、ニュートラル状態（動力伝達が遮断された状態）が形成される。

図４は、制御装置６０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。図１、図４を参照して、制御装置６０は、ステップＳ１において、モータジェネレータＭＧ１に異常が有るか否かを判断する。たとえば、モータジェネレータＭＧ１において、過電流が検出されたり、温度が所定温度以上となったことが検出された場合などに、モータジェネレータＭＧ１に異常が有ると判断される。ステップＳ１において、モータジェネレータＭＧ１に異常が検出されない場合には、処理はメインルーチンに戻される。

ステップＳ１において、モータジェネレータＭＧ１に異常が検出された場合には、ステップＳ２において、エンジン１２が運転中であるか否かが判断される。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１２を始動させるためにも使用されている。モータジェネレータＭＧ１が故障している状態では、エンジン１２を始動させてその動力で発電して蓄電装置５４のＳＯＣを回復させることはできない。したがって、ステップＳ２でエンジン１２が運転中でない場合には、処理はメインルーチンに戻される。

ステップＳ２でエンジン１２が運転中である場合には、ステップＳ３に処理が進められる。ステップＳ３では、エンジン１２の運転を維持しながらモータジェネレータＭＧ２で走行する退避走行（モータ駆動（ＭＤ）走行）が実行される。このＭＤ走行では、エンジン１２の運転が維持されるのは、エンジン１２が停止してしまうと、これを始動させるためのモータジェネレータＭＧ１が故障中であるために、エンジン１２を再始動させることができないためである。エンジン１２の運転が維持されていれば、燃料が残っている限り後述のステップＳ８の処理を実行すれば、停車中に蓄電装置５４のＳＯＣを回復させることができる。したがって、ＭＤ走行を続けることが可能である。

このＭＤ走行中は、アクセルペダルなどにより要求駆動力が発生した場合には、モータジェネレータＭＧ２が蓄電装置５４から電力供給を受けて車輪を駆動する。また信号などにより一時的に停車する場合には、モータジェネレータＭＧ２から車輪に駆動トルクが与えられることは無い。

続いて、ステップＳ４においては、車両が停止中であるか否かが判断される。ステップＳ４において、車両が停止中でなければ、処理はメインルーチンに戻される。ステップＳ４において、車両が停止中であれば、ステップＳ５に処理が進められる。車両が停止中であるか否かの判断は、たとえば、図示しない車輪速センサなどの出力に基づいて行なうことができる。

ステップＳ５では、要求駆動力の有無が判断される。要求駆動力の有無は、たとえば、アクセルペダルのストロークセンサの出力に基づいて判断することができる。要求駆動力が有る場合には、モータジェネレータＭＧ２を用いて対応するトルクを車輪に出力する必要がある。したがって、モータジェネレータＭＧ２を用いた発電を行なうことができないので、ステップＳ５において、要求駆動力が有る場合には、処理はメインルーチンに戻される。

ステップＳ５において、要求駆動力が無い場合には、ステップＳ６に処理が進められる。ステップＳ６では、蓄電装置５４のＳＯＣがしきい値よりも低下しているか否かが判断される。ステップＳ６において、蓄電装置５４のＳＯＣがしきい値よりも低下していなければ、ＳＯＣを回復させる必要が無いので、処理はメインルーチンに戻される。

ステップＳ６において、蓄電装置５４のＳＯＣがしきい値よりも低下している場合には、ステップＳ７に処理が進められる。ステップＳ７では、制御装置６０は、自動変速部３０を図３のニュートラル（Ｎ）の状態に設定する。この状態では、クラッチＣ１，Ｃ２が解放されているので、モータジェネレータＭＧ２の回転軸（回転要素ＲＥ２）の回転が駆動輪４４に伝達されることは無い。したがって、モータジェネレータＭＧ２を回転させてもハイブリッド車両１０が動き出すことは無い。

ステップＳ７に続いてステップＳ８の処理が実行される。ステップＳ８では、制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ２で発電を実行し、蓄電装置５４のＳＯＣを回復させる。なお、蓄電装置５４のＳＯＣが回復した後にはモータジェネレータＭＧ２の発電を停止させるが、ステップＳ６のしきい値よりも有る程度大きい値までＳＯＣが回復した場合に発電を停止させることが好ましい。

図５は、通常の停車時のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度とエンジン１２の回転速度の関係を示した共線図である。

図６は、退避走行中の発電時のモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転速度とエンジン１２の回転速度の関係を示した共線図である。

図５に示すように、通常の停車時では、モータジェネレータＭＧ２の回転速度Ｎｍがゼロである。そしてエンジンが運転中であればエンジンの回転速度Ｎｅはアイドリング回転数程度となっている。この状態は図４のステップＳ４における車両の状態に相当する。

図４のステップＳ７で自動変速部３０をニュートラルに設定した後には、図６に示すように停車中であっても、モータジェネレータの回転速度をＮｍ＞０にすることが可能となる。この場合にエンジン１２にトルクＴｅを発生させれば、モータジェネレータＭＧ２に回転方向と逆向きのトルクＴｍを発生させてモータジェネレータＭＧ２で発電を行なうことができる。

なお、モータジェネレータＭＧ１は異常が発生しているので、トルクを自在に調整することはできないが、若干のフリクショントルクＴｇが発生する。したがって、モータジェネレータＭＧ２は、トルクＴｍをフリクショントルクＴｇと共線図上で釣り合う程度の大きさに保った状態で発電を継続することができる。

最後に、再び図１、図３等を用いて本実施の形態について総括する。ハイブリッド車両１０は、エンジン１２と、蓄電装置５４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン１２の動力を分割してモータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２の回転軸に伝達する動力分割装置２４と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸の動力を車輪に伝達する自動変速部３０と、エンジン１２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２および自動変速部３０を制御する制御装置６０とを備える。自動変速部３０は、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と駆動輪４４との間で動力伝達可能な接続状態と、モータジェネレータＭＧ２の回転軸と駆動輪４４とが切離された分離状態とに設定可能に構成される。制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ１に故障が生じた場合には、車両停止中かつ車両の駆動要求が無いときに自動変速部３０を分離状態に設定し、エンジン１２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ２で発電した電力を用いて蓄電装置５４の充電を行なう。

制御装置６０は、モータジェネレータＭＧ１が故障などによって使用できない場合に、ハイブリッド車両１０が停車しているときには、モータジェネレータＭＧ２が回転しても車両が動かないようにするために、自動変速部３０をニュートラル（図３のＮ）状態にすることによって分離状態に設定する。このような状態では、図６に示したように、エンジン１２の動力を用いてモータジェネレータＭＧ２を回転させて発電を行なうことが可能となる。したがって、蓄電装置５４のＳＯＣが低下しても、ＳＯＣを回復させることが可能であるので、停車している間にＳＯＣを回復させれば退避走行を継続させることが可能となる。

なお、この実施の形態では、自動変速部３０は、変速比を段階的に変更可能な有段式の変速機によって構成されるものとするが、無段式の変速機によって構成してもよい。また、差動部２０と駆動輪４４との切離しについては、自動変速部３０をニュートラル状態に設定することで実現したが、差動部２０から駆動輪４４までの動力伝達経路中にクラッチを設けておいて、そのクラッチを切離しても良い。

また、各ＥＣＵにより実行される制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。なお、この実施の形態では、制御装置６０は、上記の各ＥＣＵによって構成されるものとするが、制御装置６０を１つのＥＣＵによって構成してもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、１４ トルクコンバータ、２０ 差動部、２２ 入力軸、２４ 動力分割装置、２６〜２８ 伝達部材、３０ 自動変速部、３２，３４ プラネタリギヤ、３６ 出力軸、４２ 差動歯車装置、４４ 駆動輪、５２ インバータ、５４ 蓄電装置、６０ 制御装置、６２ エンジンＥＣＵ、６４ ＭＧ−ＥＣＵ、６６ 電池ＥＣＵ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂｃｒ ブレーキ、Ｃ１，Ｃ２ クラッチ、ＣＡ０，ＣＡ１，ＣＡ２ キャリア、Ｆ１ ワンウェイクラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２ ピニオンギヤ、Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２ リングギヤ、ＲＥ１，ＲＥ２，ＲＥ３ 第３の回転要素、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２ サンギヤ。

Claims (1)

1. 内燃機関と、
   蓄電装置と、
   第１および第２のモータジェネレータと、
   前記内燃機関の動力を分割して前記第１のモータジェネレータと前記第２のモータジェネレータの回転軸に伝達する動力分割機構と、
   前記第２のモータジェネレータの回転軸の動力を車輪に伝達する動力伝達機構と、
   前記内燃機関、前記第１および第２のモータジェネレータ並びに前記動力伝達機構を制御する制御装置とを備え、
   前記動力伝達機構は、前記第２のモータジェネレータの回転軸と前記車輪との間で動力伝達可能な接続状態と、前記第２のモータジェネレータの回転軸と前記車輪とが切離された分離状態とに設定可能に構成され、
   前記制御装置は、前記第１のモータジェネレータに故障が生じた場合には、車両停止中かつ車両の駆動要求が無いときに前記動力伝達機構を前記分離状態に設定し、前記内燃機関の動力を用いて前記第２のモータジェネレータで発電した電力を用いて前記蓄電装置の充電を行なう、車両。

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