JP2015221613A - Hybrid electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド自動車に関する。 The present invention relates to a hybrid vehicle.
ハイブリッド自動車は、走行用のエンジンと電動機とを有し、エンジンのみによる走行、電動機のみによる走行、およびエンジンと電動機とが協働する走行が可能である。また、ハイブリッド自動車は、電動機に電力を供給すると共に電動機が発電機として動作するときに充電されるバッテリを有し、バッテリと電動機との間で電力の授受を制御するインバータを有する。 The hybrid vehicle includes a traveling engine and an electric motor, and is capable of traveling using only the engine, traveling using only the electric motor, and traveling in which the engine and the electric motor cooperate. Further, the hybrid vehicle has a battery that supplies electric power to the electric motor and is charged when the electric motor operates as a generator, and has an inverter that controls transmission and reception of electric power between the battery and the electric motor.
このようなハイブリッド自動車では、たとえば、動力伝達系にクラッチを1つ設けて、シリーズハイブリッド走行中には、エンジン・発電機系と電動機・車軸系とをこの1つのクラッチにより切り離している(特許文献1参照)。 In such a hybrid vehicle, for example, one clutch is provided in the power transmission system, and the engine / generator system and the motor / axle system are separated by this one clutch during the series hybrid travel (Patent Document). 1).
ところで、特許文献1に開示されるシリーズハイブリッド走行が可能なハイブリッド自動車では、クラッチを切り離し、発電を行いながら走行するが、走行系を考えると車輪の駆動と共に、電動走行に関係のないプロペラシャフトのクラッチから電動機までの部分も回転してしまうため、回転抵抗により動力伝達効率が低下してしまう。一方、発電機系を考えると、発電に関係のないプロペラシャフトのクラッチから発電機までの部分も回転させてしまうため、発電効率も低下させてしまう。特に、トラックのようにエンジンと駆動軸が離れている車両の場合、プロペラシャフトが長くなる為、上記の動力伝達効率の低下が顕著となる。
By the way, in the hybrid vehicle capable of series hybrid travel disclosed in
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。 The present invention has been made under such a background, and an object thereof is to provide a hybrid vehicle capable of improving power transmission efficiency.
本発明は、エンジンあるいは電動機のいずれかの回転出力、または両方からの回転出力を駆動輪に伝達して走行すると共に、エンジンと電動機との間の動力伝達経路に発電機を有するハイブリッド自動車において、発電機と電動機との間の動力伝達経路に少なくとも2つのクラッチが設けられ、発電機により発電を行いながらの電動機による電動走行の間は、クラッチを切断する制御部を有するものである。 The present invention is a hybrid vehicle that travels by transmitting the rotational output of either the engine or the electric motor, or the rotational output from both to the drive wheels, and having a generator in the power transmission path between the engine and the electric motor. At least two clutches are provided in the power transmission path between the generator and the electric motor, and a controller for disconnecting the clutch is provided during the electric running by the electric motor while generating electric power by the generator.
本発明の他の観点は、上述したハイブリッド自動車であって、発電機と電動機の間の動力伝達経路に設けられているデファレンシャルと、発電機とデファレンシャルとの間の動力伝達経路に設けられている第1のクラッチと、デファレンシャルと電動機との間の動力伝達経路に設けられている第2のクラッチとを有し、制御部は、電動機の駆動力のみを駆動輪に伝達して走行する場合に、第1のクラッチおよび第2のクラッチを切断するものである。 Another aspect of the present invention is the above-described hybrid vehicle, which is provided in a power transmission path between the generator and the differential, and a power transmission path between the power generator and the differential. The first clutch and the second clutch provided in the power transmission path between the differential and the electric motor, and the control unit travels by transmitting only the driving force of the electric motor to the driving wheels. The first clutch and the second clutch are disconnected.
また、上述したハイブリッド自動車であって、制御部は、制動を開始させるときに第1のクラッチおよび第2のクラッチを接続し、デファレンシャルを回転させることでデファレンシャルを動作させるための潤滑油の暖機を行うことができる。 Further, in the hybrid vehicle described above, the control unit connects the first clutch and the second clutch when starting braking, and warms up the lubricating oil for operating the differential by rotating the differential. It can be performed.
本発明によれば、動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド自動車を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hybrid vehicle which can improve power transmission efficiency can be provided.
本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車について図1〜図7を参照しながら説明する。なお、制御方法についてはハイブリッド自動車が有する制御装置の動作を例として説明する。 A hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, about a control method, operation | movement of the control apparatus which a hybrid vehicle has is demonstrated as an example.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド自動車1の要部構成を示す図である。ハイブリッド自動車1は、図1に示すように、制御装置10、エンジン11、発電機12A、バッテリ13、インバータ14、クラッチ15A,15B、プロペラシャフト16、電動機17A、デファレンシャル18および駆動輪19を要部構成として有する。エンジン11の出力は発電機12Aに入力され、発電機12Aの出力は、その両端にクラッチ15A,15Bが設けられたプロペラシャフト16を介してデファレンシャル18に入力されて駆動輪19に伝達される。制御装置10は、走行モード判定及びクラッチ制御により、2つのクラッチ(クラッチ15A、15B)の接続状態を制御している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a
このハイブリッド自動車1は、エンジン11と電動機17Aの両駆動源からの回転出力を駆動輪19に伝達して走行するものであり、エンジン11のみによる走行(以下、エンジン走行モード)、電動機17Aのみによる走行(以下、電動走行モード)、エンジン11と電動機17Aとが協働する走行(以下、ハイブリッド走行モード)のいずれかの走行モードが選択可能である。
The
ハイブリッド自動車1は、減速中または下り勾配路を走行中には、駆動輪19の回転力により電動機17Aを発電機として動作させてバッテリ13に充電(回生)が可能である。また、ハイブリッド自動車1は、エンジン走行モードで走行中には、発電機12Aをエンジン11の動力によって発電機として動作させてバッテリ13に充電が可能である。
The
制御装置10は、エンジン11、発電機12A、バッテリ13、インバータ14、クラッチ15A,15Bおよび電動機17Aの動作を制御する。なお、実際には、エンジン11、発電機12A、バッテリ13、インバータ14、クラッチ15A,15Bおよび電動機17Aに、それぞれ個別のECU(Electric Control Unit)が配置され、これらが互いにCAN(Control Area Network)通信を行いながら協働して制御を実施している場合があるが、ここでは1つの制御装置10として説明する。
The
エンジン11は、ガソリン、軽油、またはCNG(Compressed Natural Gas)などを燃料とするエンジンである。なお、適用が可能であれば、エンジン11をエンジンに限定するものではない。
The
発電機12Aは、たとえば交流発電機である。発電機12Aの入力軸は、エンジン11の出力軸である。なお、発電機12Aの入力軸とエンジン11の出力軸とは、共通の軸部材であってもよい。また、発電機12Aは、クラッチ15Aに入力される出力軸を有する。すなわち発電機12Aの出力軸は、エンジン11の出力軸でもある。発電機12Aの出力は、プロペラシャフト16,クラッチ15Bおよびデファレンシャル18を介して駆動輪19に伝達される。ハイブリッド自動車1は、発電機12Aによってエンジン11を始動させることができる。
The
バッテリ13は、電動機17Aに電力を供給すると共に、発電機12Aが発電機として動作する際には、発電機12Aが発電した電力によって充電される。
The
インバータ14は、バッテリ13の直流電力を3相交流電力に変換して電動機17Aに供給すると共に、電動機17Aが発電機として動作する際には、電動機17Aが発電する3相交流電力を直流電力に変換してバッテリ13に供給する。よって、バッテリ13から電動機17Aに電力が供給されているときには、インバータ14の出力を絞る、または停止することにより、電動機17Aのトルクを絞る、または停止することになる。一方、電動機17Aからバッテリ13に電力が供給されているときには、インバータ14の出力を絞る、または停止することにより、バッテリ13の充電電力を絞る、または停止することになる。
The
クラッチ15A,15Bは、発電機12Aの回転軸と電動機17Aの回転軸とを機械的に連結、あるいはこれらを切り離す。また、クラッチ15A,15Bが機械的に連結されていると、ハイブリッド自動車1は、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モードのいずれかが選択可能になる。
The
一方、クラッチ15A,15Bが切り離されていると、ハイブリッド自動車1は、電動機17Aによる走行となるが、電動機17Aはエンジン11のフリクションおよびプロペラシャフト16の回転抵抗を受けることがないので、効率良く走行することが可能である。また、発電機12Aによる発電中には、プロペラシャフト16の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。また、クラッチ15A,15Bが切り離されていると、ハイブリッド自動車1は、電動機17Aが回生を実施しているときに、エンジン11のフリクションおよびプロペラシャフト16の回転抵抗を受けることなく効率良く回生が可能である。
On the other hand, when the
電動機17Aは、インバータ14を経由してバッテリ13から電力を供給されて駆動するモータである。電動機17Aは、バッテリ13から供給される電力によって、ハイブリッド自動車1の走行用の動力を発生するものであると共に、他からの動力によって駆動されることで、バッテリ13に充電を行う動作をする。その他にもハイブリッド自動車1の減速時や下り勾配路の走行中などに、駆動輪19の回転がデファレンシャル18を介して電動機17Aに伝達されることでも発電機として動作する。
The electric motor 17 </ b> A is a motor that is driven by being supplied with electric power from the
このようなハイブリッド自動車1の制御装置10は、図2に示すように、モード判定部10Aとクラッチ制御部10Bを有する。モード判定部10Aは、ハイブリッド自動車1の走行モードが、エンジン走行モード、電動走行モード、およびハイブリッド走行モードのいずれかの走行モードであるかを判定する。モード判定部10Aは、走行モードの状態を示す情報をクラッチ制御部10Bへと供給する。クラッチ制御部10Bは、モード判定部10Bの判定情報に基づいてクラッチ15A,15Bの接続状態(連結あるいは切断)を制御する。具体的には、クラッチ制御部10Bは、電動走行モードの場合にはクラッチ15A,15Bを切断し、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合にはクラッチ15A,15Bを機械的に連結した状態とする。
As shown in FIG. 2, the
次に、制御装置10の動作について説明する。図3は、制御装置10の動作を示すフローチャートである。図3のフローチャートにおけるSTARTの条件は、ハイブリッド自動車1のキースイッチ(不図示)がON状態であり、制御装置10が稼働中という条件である。なお、図3のフローチャートのSTARTからステップS2もしくはステップS3までの処理は、1周期分の処理であり、1周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップS1の判定が開始される。
Next, the operation of the
ステップS1において、制御装置10のモード判定部10Aは、電力の充電量(SOC)、車速、及びアクセル開度等から決定された走行モードが電動走行モードであるか否かを判定する。なおモード判定部10Aによる判定結果は、クラッチ制御部10Bへと供給される。クラッチ制御部10Bは、ステップS1の判定において電動走行モードであると判定した場合(ステップS1でYES)には、クラッチ15A,15Bを切断した状態(クラッチ切断、ステップS2)とし、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合(ステップS1でNO)にはクラッチ15A,15Bを機械的に連結した状態とする(クラッチ接続、ステップS3)。
In step S <b> 1, the
以上のように、電動走行モードの場合、すなわち電動機17Aを動力源として走行する場合、クラッチ15A,15Bの両方を切断してプロペラシャフト16を回転させないようにしたので、プロペラシャフト16が回転することによって生じる抵抗が発生しなくなり、動力伝達効率が向上して燃費がよくなる。また、発電機12による発電中には、プロペラシャフト16の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。
As described above, in the case of the electric travel mode, that is, when traveling using the
またエンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合、すなわちエンジン11による走行の場合、クラッチ15A,15Bの両方を接続させるようにしたので、エンジン11の動力を車軸に機械伝達させて走行させることができ、たとえば高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
Further, in the case of the engine travel mode or the hybrid travel mode, that is, in the case of travel by the
(第2実施形態)
図4は、本発明の第2実施形態に係るハイブリッド自動車1Aの要部構成図である。なお、図1に示す第1実施形態に係るハイブリッド自動車1と共通する構成については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a main part configuration diagram of a
図4に示すハイブリッド自動車1Aでは、図1に示すハイブリッド自動車1とは異なり、エンジン出力は発電機12Aに入力され、発電機12Aの出力はクラッチ15Aで断接可能にされたプロペラシャフト16を介してデファレンシャル18に入力される。デファレンシャル18と駆動輪19の間に電動機17B,17Cが設けられており、更にデファレンシャル18と電動機17B,17Cとの間にクラッチ15C,15Dが設けられており、制御装置30の走行モード判定及びクラッチ制御により、3つのクラッチ(クラッチ15A、15C、15D)の接続状態を制御している。なお、図示しないが、制御装置30においても、制御装置10のモード判定部10Aとクラッチ制御部10Bに相当する機能を有している。
In the
図5は、図4に示す制御装置30の動作を示すフローチャートである。図5のフローチャートにおけるSTARTの条件は、ハイブリッド自動車1Aのキースイッチ(不図示)がON状態であり、制御装置30が稼働中という条件である。なお、図5のフローチャートのSTARTからステップS12もしくはステップS13までの処理は、1周期分の処理であり、1周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップS11の判定が開始される。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
ステップS11において、制御装置30は、ハイブリッド自動車10の走行モードが電動走行モード(電動機走行)であるか否かを判定する。制御装置30は、ステップS11の判定において電動走行モード(電動機走行)である場合には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)をすべて切断した状態(ステップS12)とし、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合(ステップS11でNO)には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)それぞれが機械的に連結した状態とする(ステップS13)。
In step S11, the
これにより、制御装置30は、電動走行モードの場合には3つのクラッチをすべて切断することになるため、プロペラシャフト16およびデファレンシャル18を回転させない状態にすることができる。これにより、制御装置30は、プロペラシャフト16およびデファレンシャル18が回転することによって生じる抵抗を排除することができ、動力伝達効率が向上すると共に、燃費もよくなる。また、発電機12Aによる発電中には、プロペラシャフト16の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。なお、制御装置30は、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)それぞれをすべて機械的に連結させた状態にすることができ、エンジン動力を車軸に機械伝達させて走行させることになるため、高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
As a result, the
なお、第2実施形態のハイブリッド自動車1Aは、第1実施形態のハイブリッド自動車1のクラッチ15Bに相当するクラッチを有していないが、クラッチ15Bに相当するクラッチを備えさせて、上記の3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)と同様の制御を実行するようにしてもよい。
The
(第3実施形態)
図6は、本発明の第3実施形態に係るハイブリッド自動車1Bの要部構成図である。なお、図1に示す第1実施形態および図4に示す第2実施形態に係るハイブリッド自動車1、1Aと共通する構成については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a main part configuration diagram of a
図6に示すハイブリッド自動車1Bでは、図4に示すハイブリッド自動車1Aと構成は共通しているが、クラッチ15A,15C,15Dの制御が異なる。ハイブリッド自動車1Bでは、電動機17Aの制動時にクラッチ15A,15C,15Dそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル18を回転させるように制御している。なお、図示していないが、制御装置40においても、制御装置10のモード判定部10Aとクラッチ制御部10Bに相当する機能を有している。
The
図7は、図6に示す制御装置40の動作を示すフローチャートである。図7のフローチャートにおけるSTARTの条件は、ハイブリッド自動車1Bのキースイッチ(不図示)がON状態であり、制御装置40が稼働中という条件である。なお、図7のフローチャートのSTARTからステップS22もしくはステップS23までの処理は、1周期分の処理であり、1周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップS21の判定が開始される。
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the control device 40 shown in FIG. The START condition in the flowchart of FIG. 7 is a condition that the key switch (not shown) of the
ステップS21において、制御装置40は、ハイブリッド自動車10の走行モードが電動走行モード(電動機走行)であるか否かを判定する。制御装置40は、ステップS21の判定において電動走行モード(電動機走行)である場合(ステップS21でYES)には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)をすべて切断した状態(ステップS22)とし、ステップS24へと移行する。ただし、制御装置40は、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合(ステップS21でNO)には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)それぞれが機械的に連結した状態とする(ステップS23)。
In step S21, the control device 40 determines whether or not the travel mode of the
制御装置40は、ステップS24において、3つのクラッチをすべて切断した場合であっても、制動時にはクラッチ15Cおよびクラッチ15Dを接続する。 Even when all three clutches are disconnected in step S24, control device 40 connects clutch 15C and clutch 15D during braking.
以上に説明したように、制御装置40は、電動走行モードの場合は3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)をすべて切断することになるため、プロペラシャフト16およびデファレンシャル18を回転させない状態にすることができる。これにより、制御装置40は、プロペラシャフト16およびデファレンシャル18が回転することによって生じる抵抗を排除することができ、動力伝達効率が向上すると共に、燃費もよくなる。また、発電機12Aによる発電中には、プロペラシャフト16の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。なお、制御装置40は、エンジン走行時には、3つのクラッチ(クラッチ15A,15C、15D)をすべて接続させる状態にすることができ、エンジン動力を車軸に機械伝達させて走行させることになるため、高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
As described above, the control device 40 disconnects all the three clutches (
更に、制御装置40は、電動機17Aの制動時にはクラッチ15Cおよびクラッチ15Dそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル18を回転させてデファレンシャル18の潤滑油の暖機を行うことができる。これにより、モータ力行時の駆動力で潤滑油の暖機を行う場合と比較して、デファレンシャル18の潤滑油攪拌のためのバッテリ放充電損失および機電変換損失を排除できるため、効率よく暖機させることができる。これは、回生充電したバッテリからの持ち出しエネルギーによってデファレンシャル18の潤滑油を昇温しようとすると、デファレンシャル18の潤滑油の攪拌動力に加えて、モータ→インバータ機電変換時の損失、インバータ→バッテリ充電時の損失、バッテリ→インバータ放電時の損失、インバータ→モータ電気変換時の損失が発生するためである。なお、ハイブリッド自動車1Bでは、電動機17Aの制動時にクラッチ15Cおよびクラッチ15Dそれぞれを機械的に連結させるとしたが、電動機17Aの制動時以外にも、電動機17Aの制動後の所定時間経過後などにクラッチ15Cおよびクラッチ15Dそれぞれを機械的に連結させるようにしてもよい。また、電動機17Aの制動とは関係なく、定期的にクラッチ15Cおよびクラッチ15Dそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル18を回転させてデファレンシャル18の潤滑油の暖機を行うようにしてもよい。
Further, the control device 40 can warm up the lubricating oil of the differential 18 by mechanically connecting the clutch 15C and the clutch 15D and rotating the differential 18 when the
1…ハイブリッド自動車、10,30,40…制御装置、11…エンジン、12…電動機、13…バッテリ、14…インバータ、15A,15B,15C,15D…クラッチ、16…プロペラシャフト、17…電動機、18…デファレンシャル、19…駆動輪
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記発電機と前記電動機との間の動力伝達経路に少なくとも2つのクラッチが設けられ、前記発電機により発電を行いながらの前記電動機による電動走行の間は、前記クラッチを切断する制御部と
を有することを特徴とするハイブリッド自動車。
In a hybrid vehicle that travels by transmitting the rotational output of either the engine or the electric motor, or the rotational output from both to the drive wheels, and having a generator in the power transmission path between the engine and the electric motor,
At least two clutches are provided in a power transmission path between the generator and the electric motor, and a control unit that disconnects the clutch during electric running by the electric motor while generating electric power by the generator A hybrid vehicle characterized by that.
前記発電機と前記電動機の間の動力伝達経路に設けられているデファレンシャルと、
前記発電機と前記デファレンシャルとの間の動力伝達経路に設けられている第1のクラッチと、
前記デファレンシャルと前記電動機との間の動力伝達経路に設けられている第2のクラッチとを有し、
前記制御部は、
前記電動機の駆動力のみを前記駆動輪に伝達して走行する場合に、前記第1のクラッチおよび前記第2のクラッチを切断する
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
The hybrid vehicle according to claim 1,
A differential provided in a power transmission path between the generator and the motor;
A first clutch provided in a power transmission path between the generator and the differential;
A second clutch provided in a power transmission path between the differential and the electric motor;
The controller is
A hybrid vehicle characterized in that the first clutch and the second clutch are disengaged when traveling by transmitting only the driving force of the electric motor to the driving wheels.
前記制御部は、
前記電動機の制動を開始させるときに前記第1のクラッチおよび第2のクラッチを接続して前記デファレンシャルを回転させることで前記デファレンシャルを動作させるための潤滑油の暖機を行うことを特徴とするハイブリッド自動車。 The hybrid vehicle according to claim 2,
The controller is
A hybrid that warms up lubricating oil for operating the differential by rotating the differential by connecting the first clutch and the second clutch when starting braking of the electric motor. Automobile.
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