JP2016022848A - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動装置から駆動輪への駆動力の伝達および非伝達の切換えが可能に構成されたハイブリッド車両において、駆動力の非伝達状態から伝達状態への移行時のドライバビリティの悪化を抑制する。【解決手段】ハイブリッド車両は、蓄電装置と、エンジンおよび蓄電装置からの電力を用いて動作するモータジェネレータを含む駆動装置と、クラッチ部と、ECU300を備え、エンジンからの駆動力およびモータジェネレータからの駆動力の少なくとも一方を用いて走行する。クラッチ部は、駆動力の伝達と非伝達とを切り換える。ECUは、エンジンが駆動状態でかつクラッチ部が非係合の状態で、エンジンによりモータジェネレータが駆動されて発電動作を行なっている場合に、蓄電装置の状態に応じて、クラッチ部の入力軸と出力軸との間の回転速度差を設定する。【選択図】図7

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、より特定的には、駆動装置から駆動輪への駆動力の伝達および非伝達の切換えが可能に構成されたハイブリッド車両の制御に関する。
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置(たとえば二次電池やキャパシタなど)を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。
このうち、ハイブリッド自動車は、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて回転電機(たとえば、モータジェネレータ)により生成される駆動力と、内燃機関(たとえば、エンジン)により生成される駆動力とを用いて走行する。そして、このようなハイブリッド車両において、特開2011−201397号公報(特許文献1)および特開2009−83594号公報(特許文献2)に開示されるように、モータジェネレータおよびエンジンを含む駆動装置と駆動輪との間に自動変速機が設けられた構成を有するものが知られている。
ここで、特開2009−83594号公報(特許文献2)には、自動変速機における、駆動力を遮断した非駆動状態(たとえば、N,Pレンジ)から駆動力を伝達する駆動状態(たとえば、D,Rレンジ)への移行中に、駆動装置の出力回転速度を一定値とする構成が開示される。特開2009−83594号公報(特許文献2)の構成によれば、非駆動状態から駆動状態への移行時において、自動変速機内のクラッチを係合する際のトルクショックを低減することができる。
特開2011−201397号公報 特開2009−83594号公報
特開2009−83594号公報(特許文献2)で開示される構成においては、たとえば非駆動状態において蓄電装置を充電するためにエンジンが運転される場合に、駆動装置の出力回転速度をゼロに固定するように設定し、クラッチの係合完了までは、駆動装置の出力回転速度を変速機の入力回転速度と同期させることによって、非駆動状態から駆動状態への移行時のトルクショックを低減するようにしている。
ここで、非駆動状態において、蓄電装置を充電等のためにエンジンが運転される場合、エンジンおよびモータジェネレータは、エネルギ効率が最適となるような動作点で駆動されることが好ましい。しかしながら、このような最適動作点においては、駆動装置の出力回転速度が、必ずしもゼロとなるとは限らない。
駆動装置の出力回転速度がゼロでない状態から、出力回転速度をゼロとするには、一般的には、モータジェネレータのトルクの調整が必要となる。このトルク調整を行なうには、蓄電装置からの電力の入出力が必要とされるが、たとえば蓄電装置のSOCや温度状態などによっては、入出力電力が制限される場合があり、短時間でのトルク調整ができない状態が生じ得る。そうすると、同期までの時間が長くなったり、完全な同期ができていない状態でクラッチの係合がなされることによって係合時のトルクショックが生じたりして、ドライバビリティの悪化につながるおそれがある。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、駆動装置から駆動輪への駆動力の伝達および非伝達の切換えが可能に構成されたハイブリッド車両において、駆動力の非伝達(非駆動状態)から伝達(駆動状態)への移行時のドライバビリティの悪化を抑制することである。
本発明によるハイブリッド車両は、蓄電装置と、内燃機関および蓄電装置からの電力を用いて動作する回転電機を含む駆動装置とを備え、内燃機関からの駆動力および回転電機からの駆動力の少なくとも一方を用いて走行することが可能である。ハイブリッド車両は、駆動装置から駆動輪への動力伝達経路に設けられ、駆動力の伝達と非伝達とを切り換えるように構成された係合装置と、駆動装置および係合装置を制御するための制御装置とを備える。回転電機は、内燃機関によって駆動されて発電することが可能に構成される。制御装置は、内燃機関が駆動状態でかつ係合装置が非係合の状態で、内燃機関により回転電機が発電を行なっている場合に、蓄電装置の状態に応じて、係合装置の入力軸と出力軸との間の回転速度差を設定する。
ハイブリッド車両において、係合装置を非係合状態として駆動装置から駆動輪への駆動力伝達がされない状態で、内燃機関(エンジン)を駆動して発電を行なっている場合には、係合装置の入力軸と出力軸との間の回転速度差が生じ得る。この状態から、係合装置を係合させて駆動力を伝達する状態へ移行させる場合、回転速度差が大きいまま係合させるとトルクショックが生じたり、回転電機を用いて回転速度差を低減させると蓄電装置による制約により移行時間が長くなりもたつき感が生じたりして、ドライバビリティを損ねる可能性がある。また、発電動作を実行する際に回転速度差のない動作点を設定すると、発電動作中のエネルギ効率が低下する可能性がある。そのため、上記のように、蓄電装置の状態に応じて発電動作中の回転速度差を適切に設定することによって、発電時のエネルギ効率の過度な低下を抑制するとともに、ドライバビリティの低下を抑制することが可能となる。
好ましくは、制御装置は、係合装置を係合する前に、回転電機のトルクを調整して、係合装置の入力軸と出力軸とを同期させる。
このような構成とすることによって、係合装置が実際に係合する際の回転速度差を低減することができる。このとき、回転電機のトルク調整によって、蓄電装置からの放電あるいは蓄電装置への充電が行なわれるため、蓄電装置の状態によっては、必要とされる放電電力が確保できなかったり、あるいは充電電力を適切に受容できなかったりして、所望の時間内に同期が完了できない状態となる可能性がある。そのため、蓄電装置の状態に応じて、係合装置の入力軸と出力軸との間の回転速度差を設定することによって、係合装置の入力軸と出力軸との同期を所望の時間内に完了させることが可能となる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の入力可能電力が小さいときは、入力可能電力が大きいときよりも回転速度差が小さくなるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
このような構成とすることによって、同期動作において蓄電装置の充電が行なわれる場合に、蓄電装置の入力可能電力が小さい状態(充電が制限されている状態)では、入力可能電力が大きい状態(充電が制限されていない状態)に比べて、回転速度差が小さく設定される。これによって、同期動作によって生じる充電電力が低減できるので、所望時間内に同期を完了させることができる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の入力可能電力が第1のしきい値を下回る場合には、回転速度差が所定値未満となるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
蓄電装置の入力可能電力が第1のしきい値を下回るような非常に小さい状態においては、同期によって生じる充電電力を受容できない状態となり得る。そのため、上記のように、蓄電装置が充電電力を受容できないような場合は、回転速度差がほとんどない状態とすることによって、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の入力可能電力が第1のしきい値よりも大きい第2のしきい値を上回る場合には、回転速度差の制限を非実行とする。
蓄電装置の入力可能電力が十分大きい場合には、回転速度差が大きくとも、所望の時間内に同期を完了することが可能である。そのため、蓄電装置の入力可能電力が第2のしきい値を上回る場合には、回転速度差の制限を行なわないことによって、発電動作におけるエネルギ効率の低下を抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の出力可能電力が小さいときは、出力可能電力が大きいときよりも回転速度差が小さくなるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
このような構成とすることによって、同期動作において蓄電装置からの放電が行なわれる場合に、蓄電装置の出力可能電力が小さい状態(放電が制限されている状態)では、出力可能電力が大きい状態(放電が制限されていない状態)に比べて、回転速度差が小さく設定される。これによって、同期動作によって生じる放電電力が低減できるので、所望時間内に同期を完了させることができる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の出力可能電力が第3のしきい値を下回る場合には、回転速度差が所定値未満となるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
蓄電装置の出力可能電力が第3のしきい値を下回るような非常に小さい状態においては、同期の際の回転電機の駆動電力を蓄電装置から出力できない状態となり得る。そのため、上記のように、蓄電装置から十分な駆動電力が出力できないような場合には、回転速度差がほとんどない状態とすることによって、ドライバビリティの低下を抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置の出力可能電力が第3のしきい値よりも大きい第4のしきい値を上回る場合には、回転速度差の制限を非実行とする。
蓄電装置の出力可能電力が十分大きい場合には、回転速度差が大きくとも、回転電機を駆動して所望の時間内に同期を完了することが可能である。そのため、蓄電装置の出力可能電力が第3のしきい値を上回る場合には、回転速度差の制限を行なわないことによって、発電動作におけるエネルギ効率の低下を抑制することができる。
好ましくは、制御装置は、内燃機関および回転電機によるエネルギ効率が最適となるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
このように発電動作時において、内燃機関および回転電機をエネルギ効率の最適動作点で動作させることによって、発電動作時のエネルギ効率の低下を防止できる。
好ましくは、制御装置は、ドライバによるアクセル操作量、ブレーキ操作量、および走行モード選択の少なくとも1つに応じて、上記のしきい値を変更する。
たとえば、燃費を優先する走行モードにおいては、同期までの時間が多少長くなり、もたつき感が生じたとしても、エネルギ効率の向上を優先することが好ましい。また、走行性能を重視する走行モードや、アクセル操作によってドライバから加速要求がされる場合には、燃費およびドライバビリティが多少悪化したとしても、応答性のよい動作が必要とされる場合がある。そのため、上記のようにユーザ操作に応じてしきい値を可変にすることによって、ユーザの要求に合致した走行状態を実現することが可能となる。
好ましくは、制御装置は、蓄電装置のSOCが大きいほど、回転速度差が小さくなるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
蓄電装置のSOCが十分に大きい場合には、そもそも駆動力を非伝達とした状態での発電動作を行なう必要性が低くなる。また、同期において充電が行なわれる場合には、充電電力を十分に受容できない可能性がある。そのため、SOCが大きい場合には、回転速度差が小さくなるようにすることによって、ドライバビリティの向上を優先させることが可能となる。
好ましくは、制御装置は、係合装置の入力軸と出力軸とを同期させるために必要とされるエネルギが、所定時間内に蓄電装置で入出力可能なエネルギよりも小さくなるように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
このような構成とすることによって、同期動作に伴って発生するもたつき感が発生しないようにすることができ、ドライバビリティの低下を抑制することが可能となる。
好ましくは、制御装置は、係合装置が非係合状態で発電動作を行なう場合に、回転電機が所定回転速度未満にならないように、内燃機関および回転電機の回転速度を設定する。
発電動作時に、回転電機にトルクが加えられたまま回転電機の回転速度がほぼゼロの状態になると、回転電機の特定の相に電流が集中して流れてしまい、回転電機が発熱して劣化や故障の原因となり得る。そのため、上記のような構成とすることによって、係合装置が非係合状態で発電動作が行なわれる場合には、回転電機が停止あるいは停止に近い状態とならないようにすることができ、機器の劣化や故障を抑制することが可能となる。
好ましくは、ハイブリッド車両は、駆動装置から駆動輪への動力伝達経路に設けられ、駆動装置の出力回転速度を変更して駆動輪に伝達するための自動変速装置をさらに備える。係合装置は、自動変速装置に含まれるクラッチである。
上記のように、本発明は、駆動装置と駆動輪との間に自動変速装置が設けられ、自動変速装置に含まれるクラッチによって、駆動力非伝達状態が形成できる構成の車両にも適用することができる。
本実施の形態に従うハイブリッド車両の全体ブロック図である。 図1における駆動装置および自動変速機の詳細構成の一例を示す図である。 図1の自動変速機において変速段を形成するための各要素の作動状態を説明する作動表である。 図1の自動変速機における変速段の詳細を説明するための共線図である。 車両停止中に、エンジンを駆動して発電を行なう場合の共線図である。 同期動作に際して蓄電装置に充電が行われる場合の例を示す共線図である。 実施の形態1において、ECUで実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 図7におけるステップS140〜S160で示した、入出力可能電力と回転速度差との関係の一例を示す 入出力可能電力が第1のしきい値以下の場合の、駆動装置の出力軸回転速度と、自動変速機の入力軸回転速度との関係を表す図である。 入出力可能電力が第2のしきい値より大きい場合の、駆動装置の出力軸回転速度と、自動変速機の入力軸回転速度との関係を表す図である。 入出力可能電力が第1のしきい値より大きく第2のしきい値以下の場合の、駆動装置の出力軸回転速度と、自動変速機の入力軸回転速度との関係を表す図である。 実施の形態1の変形例において、ECUで実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2において、ECUで実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2における、SOCと回転速度差との関係の一例を示すマップである。 車両構成の変形例に従うハイブリッド車両の全体ブロック図である。
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り返さない。
[車両の基本構成]
図1は、本実施の形態に従うハイブリッド車両100の全体ブロック図である。図1を参照して、車両100は、蓄電装置110と、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)120と、駆動装置105と、自動変速機(A/T)160(以下、単に「変速機」とも称する。)と、減速機170と、駆動輪180と、制御装置であるECU(Electronic Control Unit)300とを備える。駆動装置105は、モータジェネレータ130(MG1),135(MG2)と、内燃機関であるエンジン140と、動力分割機構150とを含む。また、PCU120は、コンバータ121と、インバータ122(INV1),123(INV2)とを含む。
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
蓄電装置110は、PCU120内のコンバータ121に接続される。そして、蓄電装置110は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU120に供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ130,135で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力はたとえば200V程度である。
コンバータ121は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて、蓄電装置110からの電圧を昇圧して、インバータ122,123へ供給する。また、コンバータ121は、モータジェネレータ130,135で発電され、さらにインバータ122,123で整流された電圧を降圧して、蓄電装置110を充電する。
インバータ122,123は、コンバータ121に対して互いに並列に接続される。インバータ122,123は、ECU300からの制御信号PWI1,PWI2にそれぞれ基づいて、コンバータ121から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ130,135をそれぞれ駆動する。
モータジェネレータ130,135は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
モータジェネレータ130,135およびエンジン140は、動力分割機構150により互いに結合される。
エンジン140は、制御信号DRVを用いてECU300により制御される。モータジェネレータ130,135およびエンジン140は、ECU300によって協調的に動作
されて必要な車両駆動力を発生する。なお、エンジン140を停止した状態で、モータジェネレータ130,135からの駆動力のみを用いて走行する、いわゆるEV走行を行なうことも可能である。
変速機160の入力軸は、モータジェネレータ135の出力軸に結合される。これにより、変速機160の入力軸には、駆動装置105で発生したトータル駆動力が伝達される。変速機160の出力軸は減速機170を介して駆動輪180に結合される。変速機160は、ECU300からの制御信号SFTによりモータジェネレータ135と駆動輪180との間の変速比を制御する。
ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、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。
ECU300は、蓄電装置110からの電圧VBおよび電流IBの検出値を受ける。ECU300は、これらの電圧および電流に基づいて、蓄電装置110の充電状態(以下、SOC(State of Charge)とも称する。)を演算する。
なお、図1においては、ECU300として1つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、駆動装置用の制御装置や蓄電装置110用の制御装置などのように、機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。
図2は、駆動装置105および自動変速機160の詳細構成の一例を示す図である。図2を参照して、動力分割機構150は、サンギヤS0と、プラネタリキャリアCA0と、リングギヤR0とを含んで構成される遊星歯車機構を含む。サンギヤS0にはモータジェネレータ130が結合され、プラネタリキャリアCA0にはエンジン140が結合される。リングギヤR0にはモータジェネレータ135が結合される。また、リングギヤR0は、自動変速機160の入力軸にも結合される。
自動変速機160は、クラッチ部CRと、変速部SPCとを含む。クラッチ部CRは、少なくとも1つのクラッチ(たとえば、図2の例においてはクラッチC1〜C3)を含み、そのクラッチの係合状態を変更することによって、駆動装置105から入力軸に伝達された駆動力の変速部SPCへの伝達と非伝達とを切り換える。
変速部SPCは、複数の変速段を用いて、入力軸の回転速度を異なる回転速度に変換して、駆動力を駆動輪180へ伝達する。図2の例においては、変速部SPCは、2つの遊星歯車機構(S1,CA1,R1;S2,CA2,R2)と、ブレーキ(B1,B2)と、ワンウェイクラッチ(F1)とを含んで構成される。
自動変速機160は、クラッチC1〜C3,ブレーキB1,B2、ワンウェイクラッチF1の係合状態によって、異なる変速段を形成することができる。図2に示される自動変速機160においては、図3のように係合状態を変更することによって、前進4段、後進1段の変速段を形成することができる。なお、図2に示される自動変速機160の構成は一例であり、変速段数や歯車機構,係合機構が異なる構成の自動変速機としてもよい。
図4は、上述の変速段をより詳細に説明するための共線図である。図4の左側の共線図には動力分割機構150の遊星歯車機構の各要素が示され、右側の共線図には自動変速機160の遊星歯車機構の各要素が示される。縦軸は、各要素の回転速度が示される。なお、便宜上、左右の共線図の間にクラッチ部CRが模式的に示されている。
図4を参照して、たとえば、モータジェネレータ130(MG1)が停止状態で、エンジン140およびモータジェネレータ135(MG2)がそれぞれ図4に示されるような回転速度で運転されている場合を考える。このとき、自動変速機160において、図3に示されるように、クラッチC1とワンウェイクラッチF1(またはブレーキB2)を係合して1速の変速段を形成した場合、モータジェネレータ135の出力軸(すなわち自動変速機160の入力軸)とサンギヤS2とが係合される。それによって、サンギヤS2の回転速度がモータジェネレータ135の出力軸の回転速度と同じになる。さらに、リングギヤR2およびプラネタリキャリアCA1が固定されて(回転速度がゼロとされて)、各要素が図4中の線LN1のような回転状態となる。これによって、自動変速機160の出力軸に結合されたリングギヤR1およびプラネタリキャリアCA2は、点SP1で示される回転速度となる。
同様に、クラッチC1およびブレーキB1を係合して2速を形成すると、図4中の線LN2の状態となり、出力軸は点SP2で示される回転速度になる。クラッチC1,C2を係合して3速を形成すると、図4中の線LN3の状態となり、出力軸は点SP3で示される回転速度になる。クラッチC2およびブレーキB1を係合して4速を形成すると、図4中の線LN4の状態となり、出力軸は点SP4で示される回転速度になる。また、クラッチC3およびブレーキB2を係合すると、後退の変速段が形成され、出力軸は点SPRで示される回転速度になる。なお、すべての要素が非係合の場合には、ニュートラル状態となり、駆動装置105からの駆動力は伝達されない。
[実施の形態1]
このような自動変速機の構成においては、変速部SPCの係合状態および駆動輪180の動作状態にかかわらず、クラッチ部CRを非係合とすると、駆動装置105と自動変速機160との結合を解除することができる。そのため、車両停止中および走行中において、クラッチ部CRを非係合状態とし、かつエンジン140を駆動することによって、モータジェネレータ130,135を用いて発電を行なうことが可能である。
たとえば、図5は、車両100が停止中に、エンジン140を駆動して発電を行なう場合の共線図である。図5を参照して、車両100は停止中であるため、自動変速機160の各要素の回転速度はゼロの状態である。
一般的に、駆動装置105におけるエンジン140、モータジェネレータ130,135および動力分割機構150は、発電動作を行なう場合、燃費や動力損失、ならびに発電効率等を考慮して、全体として最適なエネルギ効率となる動作点で駆動される(図5中の線LN11)。たとえば、図5においては、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の各々は、エンジン140の最適動作点にあわせて、ほぼ同じ回転速度で運転されており、モータジェネレータ130,135の双方に負トルクを与えることによって、モータジェネレータ130,135の双方で発電が行なわれる。
この状態から、車両100を走行させるためにクラッチ部CRを係合する場合、回転速度差がある状態のままクラッチ部CRを係合状態とすると、自動変速機160の機械的な摩擦力によって、モータジェネレータ135の出力軸の回転速度が強制的にゼロとされ(図5中の線LN12)、大きなトルクショックが生じ得る。
このトルクショックの発生を防止する手法として、クラッチ部CRの係合前に、モータジェネレータ130,135に与えるトルクを調整することによって、線LN12のように回転速度差を予め低減して、モータジェネレータ135の出力軸と自動変速機160の入力軸とを同期させることが考えられる。
この同期動作のためには、モータジェネレータ130,135のトルクを変化させることが必要であり、したがって蓄電装置110への電力の入出力が発生する。動力分割機構150が図5のような速度比である場合には、モータジェネレータ135については、負トルクを増加させて回転速度を低下させること、および/または、モータジェネレータ130については正トルクを増加させて回転速度を上昇させることが必要となる。この場合、モータジェネレータ135の回転速度を低下させることに伴う発電電力の増加よりも、モータジェネレータ130の回転速度を上昇させるために必要とされる駆動電力の増加のほうが大きいため、蓄電装置110から電力が放電されることになる。
この同期動作はできるだけ速やかに行うことが望ましい。しかしながら、モータジェネレータ130,135で必要とされる電力が蓄電装置110の出力(放電)可能電力(Wout)よりも大きい場合には、線L11の状態から同期状態の線L12の状態への移行を即座に行なえない場合が生じ得る。そうすると、ユーザが変速動作を行なってから実際に駆動力が駆動輪に伝達されるまでの時間が長くなり、もたつき感をユーザに与えてしまう可能性がある。
また、発電動作を同期状態のまま行なうと、クラッチ部CRの係合動作時のトルクショックは解消できるものの、発電動作時における効率を不必要に悪化させてしまうことになる可能性がある。
そのため、本実施の形態においては、クラッチ部CRを非係合にした駆動力非伝達状態で発電動作を行なう場合のモータジェネレータ130,135の動作点を、蓄電装置110の出力可能電力に応じて調整する同期制御を行なう。より詳細には、クラッチ部CRを非係合状態とした発電動作からクラッチ部CRを係合した駆動力伝達状態への移行の際に、同期にかかる時間が予め定められた所定時間内になるように、モータジェネレータ135の出力軸と自動変速機160の入力軸との回転速度差を調整する。
これによって、発電動作時のエネルギ効率が過度に悪化することを抑制しつつ、係合時のトルクショックおよび同期までのもたつき感を低減し、ドライバビリティを改善することが可能となる。
なお、図5においては、同期に際して蓄電装置110から放電が行われる場合の例について説明したが、次に図6では、同期に際して蓄電装置110に充電が行われる場合の例を説明する。
図6は、車両100の走行中に、クラッチ部CRを非係合として惰性走行をさせつつ、エンジン140を駆動して発電動作を行なう場合の共線図の一例である。図6においては、説明を容易にするために、自動変速機160の変速段が3速を形成する(すなわち、入力軸と出力軸が同じ回転速度となる)ものとし、発電動作時のモータジェネレータ135の出力軸の回転速度よりも、自動変速機160の入力回転速度が高いものとする。
図6において、線LN21の状態から線LN22の同期状態へ移行する場合、モータジェネレータ135の回転速度を上昇させるために必要とされる駆動電力よりも、モータジェネレータ130の回転速度を低減させることに伴って生じる発電電力のほうが大きくなる。そのため、この場合には、同期を行なうことによって、蓄電装置110が充電されることになり、蓄電装置110の入力(充電)可能電力(Win)によって制限を受けることになる。
したがって、同期に伴って蓄電装置110へ充電が行なわれる場合には、蓄電装置110の入力可能電力に応じて、モータジェネレータ135の出力軸と自動変速機160の入力軸との回転速度差を調整することによって、モータジェネレータ130,135の動作点が決定される。
図7は、本実施の形態において、ECU300で実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図7および後述する図12,図13に示されるフローチャート中の各ステップについては、ECU300に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期もしくは所定の条件が成立したことに応答して実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図1および図7を参照して、ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、シフトポジションがニュートラル(N)レンジまたは駐車(P)レンジの非駆動状態(駆動力非伝達状態)であり、かつ、蓄電装置110の充電要求があるかどうかを判定する。
駆動力伝達状態であるか、または、充電要求がない場合(S100にてNO)は、ECU300は、以降の処理をスキップして処理を終了する。
駆動力非伝達状態でかつ充電要求がある場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められ、ECU300は、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の駆動状態から、最適動作点での駆動状態から同期状態への移行に伴うエネルギ変化を演算し、同期状態への移行により蓄電装置110から放電されるか充電されるかを判定する。
具体的には、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の慣性モーメントをそれぞれIe,Im1,Im2、最適動作点での回転角速度をωe,ωm1,ωm2、同期状態での回転角速度をωe ',ωm1 ',ωm2 'とした場合、回転エネルギ変化ΔEは次式で定められる。
ΔE=(Ieωe '2+Im1ωm1 '2+Im2ωm2 '2)/2−(Ieωe 2+Im1ωm1 2+Im2ωm2 2)/2
ΔE>0の場合には、同期状態への移行において蓄電装置110からの放電が行なわれ、出力可能電力Woutにより移行時間が制限される。一方、ΔE<0の場合には、同期状態への移行において蓄電装置110への充電が行なわれ、入力可能電力Winにより移行時間が制限される。なお、本実施の形態においては、放電電力を正値で表し、充電電力を負値で表すものとする。
ECU300は、S120にて、出力可能電力Woutが所定の第1のしきい値α1(>0)より大きいか否かを判定する。
出力可能電力Woutがしきい値α1以下の場合、すなわち、Wout≦α1の場合(S120にてNO)は、たとえば、SOCが下限値に近づいた状態や極低温環境下における出力可能電力Woutに対応し、ECU300は、このような放電電力では、所定時間内に同期を完了させることができないと判定する。
そして、ECU300は、処理をS160に進めて、モータジェネレータ135の出力軸と自動変速機160の入力軸との回転速度差がゼロ(あるいは、ゼロに近い状態)となるように、すなわち、予め同期した状態で発電動作が行なわれるように、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の動作点を設定する。
出力可能電力Woutがしきい値α1より大きい場合、すなわち、Wout>α1(S120にてYES)は、処理がS130に進められ、ECU300は、出力可能電力Woutが、しきい値α1よりもさらに大きい第2のしきい値α2を上回っているか否かを判定する。
出力可能電力Woutがしきい値α2より大きい場合、すなわち、Wout>α2(S130にてYES)は、ECU300は、蓄電装置110からの放電電力を十分に確保することができ、実現可能な最大の回転速度差であっても、最適動作点から所定時間内に同期が完了できると判定する。そして、ECU300は、処理をS140に進めて、エンジン140およびモータジェネレータ130,135が最適動作点で発電動作を行なうようにそれらの動作点を設定する。
出力可能電力Woutがしきい値α2以下の場合、すなわち、α1<Wout≦α2の場合(S130にてNO)は、処理がS150に進められ、ECU300は、出力可能電力Woutに応じた回転速度差となるように、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の動作点を設定する。
より具体的には、同期に使用可能な出力電力と同期に許容される時間との積により定まる同期に使用可能なエネルギと、ステップS110で演算した最適動作点から同期状態への移行に必要なエネルギとを比較し、同期に使用可能なエネルギが移行に必要なエネルギよりも小さい場合には、同期状態からのエネルギ差が同期に使用可能なエネルギであるような回転速度差となるように、同期状態から最適動作点側に移動した動作点を設定する。このとき、同期に使用可能な電力は、エンジン140の応答性や、モータジェネレータの定格トルク等を考慮して補正することがより好ましい。
図8に、上述のステップS140〜S160で示した、出力可能電力Woutと回転速度差との関係の一例を示す。Wout≦α1の場合には、回転速度差はゼロに設定される。α1<Wout≦α2の場合は、出力可能電力Woutの増加するにつれて回転速度差も増加するように設定される。Wout>α2の場合は、回転速度差の制限はなく、実現可能な最大回転速度差まで許容される。
上記においては、蓄電装置110から放電が行なわれる場合(Wout)について説明したが、蓄電装置110へ充電が行なわれる場合(Win)についても同様である。このとき、Winは負値で表されるため、対応するしきい値β1,β2も負値となる。そして、β1≦Win(<0)の場合には、回転速度差はゼロに設定される。β2≦Win<β1(<0)の場合には、入力可能電力Winが減少する(充電量が大きくなる)につれて回転速度差も増加するように設定される。また、Win<β2(<0)の場合はには、回転速度差の制限はなく、実現可能な最大回転速度差まで許容される。なお、蓄電装置110へ充電が行なわれる場合のしきい値β1,β2の大きさ(絶対値)は、それぞれしきい値α1,α2と同じ値であってもよいし、異なっていてもよい。
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、駆動輪への駆動力を遮断した駆動力非伝達状態で発電動作を行なうことができるハイブリッド車両において、駆動力伝達状態への移行の際に、過度のエネルギ効率低下を抑制しつつ、トルクショックやもたつき感を低減してドライバビリティを向上させることが可能となる。
なお、上記において、モータジェネレータ130,135の動作点を設定する際には、それぞれの回転速度がゼロに近い回転速度とならないようにすることが望ましい。これは、モータジェネレータがほぼ停止した状態でトルク(=電流)を印加すると、三相コイルのうちの特定の相のコイルにのみ電流が流れてしまい加熱してしまうことを避けるためである。
また、図9〜図11は、それぞれ、入出力可能電力が第1のしきい値以下の場合、入出力可能電力が第2のしきい値より大きい場合、および入出力可能電力が第1のしきい値より大きく第2のしきい値以下の場合について、駆動装置105の出力軸回転速度(Nm2)と、自動変速機160の入力軸回転速度(Nin)との関係を表す図である。なお、入力可能電力となるか出力可能電力となるかは、同期前後のトータルエネルギ変化によって定まる。
入出力可能電力が第1のしきい値以下の場合の図9においては、回転速度差がゼロに設定されるため、出力軸回転速度Nm2と入力軸回転速度Ninとは一致する。入出力可能電力が第2のしきい値より大きい場合の図10においては、出力軸回転速度Nm2は、入力軸回転速度Ninにかかわらず、最適動作点から定まる回転速度Noptとなる。
入出力可能電力が第1のしきい値より大きく第2のしきい値以下の場合の図11については、上記の図9,図10の中間的な関係となり、Woutが大きいほど回転速度差が大きく設定され、図9のNm2=Ninの線から、図10のNm2=Noptの線に近づく。
(実施の形態1の変形例)
上記の実施形態の形態1においては、入出力可能電力のしきい値(α1,α2,β1,β2)や、同期に許容される所定時間などは固定値である場合を例として説明した。しかしながら、これらのしきい値は、たとえば、ユーザのアクセル操作、ブレーキ操作、および各種の走行モードの設定状態に応じて可変とすることがより好ましい。
たとえば、燃費を優先させるエコモードの場合には、同期に時間を要して多少もたつき感が生じるとしても、できるだけ最適動作点で発電動作を行なうようにすることが好ましい。
走行性能を重視するスポーツモードに設定されていたり、アクセルの踏込量が大きく加速を要求されているような場合には、同期させるために使用可能な電力が、加速に必要とされる駆動力のために実質的に減少するため、回転速度差がより小さく設定されるように上記のしきい値を変更することが好ましい。
あるいは、走行性能を重視する場合には、多少のドライバビリティの悪化は許容される場合があるため、同期判定の回転速度差を大きくし、最適動作点での発電動作を維持しつつ同期の際のトルクショックを許容するようにしてもよい。
図12は、変形例において、ECU300で実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図12においては、上述の図7のフローチャートにステップS115が追加されたものとなっている。以下の説明においては、図7と重複するステップの説明は繰り返さない。
図12を参照して、ECU300は、S110にて、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の駆動状態から、最適動作点での駆動状態から同期状態への移行に伴うエネルギ変化を演算し、同期状態への移行により蓄電装置110から放電されるか充電されるかを判定すると、S115に処理を進める。S115では、ECU300は、以降のステップS120,S130で使用されるしきい値や、S150において用いられる同期に許容される所定時間などを、ユーザ設定の走行モードの状態、および、アクセルやブレーキの操作状態に応じて可変に設定する。
そして、ECU300は、ステップS115で設定したしきい値等を用いて、以降の処理を実行する。
このような処理に従って制御することによって、ユーザ所望の走行パターンに応じて、より適切な制御を行なうことが可能となる。
[実施の形態2]
実施の形態1においては、蓄電装置の入出力可能電力Win/Woutに応じて回転速度差を設定する構成について説明した。
一方で、蓄電装置のSOCが高い場合には、そもそも駆動力非伝達状態の状態で発電動作を行なう必要性が低く、また、同期に必要な電力も蓄電装置から十分に出力することが可能である。そのため、蓄電装置が比較的高い状態においては、エネルギ効率よりもドライバビリティを優先することが好ましい場合がある。
そこで、実施の形態2においては、実施の形態1の構成に加えて、蓄電装置のSOCに応じて回転速度差を設定する機能を有する構成について説明する。
図13は、実施の形態2において、ECU300で実行される同期制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図13においては、実施の形態1の図7のフローチャートにステップS105,S170が追加されたものとなっている。以下の説明においては、図7と重複するステップの説明は繰り返さない。
図1および図13を参照して、ECU300は、S100にて、非駆動状態かつ充電要求ありの条件が成立すると、処理をS105に進めて、蓄電装置110のSOCが所定のしきい値S1よりも大きいか否かを判定する。
SOCがしきい値S1よりも大きい場合(S105にてYES)は、処理がS170に進められて、ECU300は、たとえば図14に示されるようなマップに従って、SOCに応じた回転速度差となるように、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の動作点を設定する。図14においては、SOCが高くなるにつれて、回転速度差が小さくなるように設定される。
一方、SOCがしきい値S1以下の場合(S105にてNO)は、ECU300は、S110〜S160の処理を実行し、実施の形態1で説明したように、入出力可能電力に応じた回転速度差となるように、エンジン140およびモータジェネレータ130,135の動作点を設定する。
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、蓄電装置のSOCが高い場合には、駆動力非伝達状態から駆動力伝達状態への移行の際に、ドライバビイリティを優先した移行を実行することができる。
なお、回転速度差の設定の際に、蓄電装置の状態として、上記のSOCおよび入出力可能電力に代えて、あるいは加えて、蓄電装置の温度を考慮するようにしてもよい。
[車両構成の変形例]
実施の形態1,2においては、図1のようにエンジンと2つのモータジェネレータを有する駆動装置の構成を備えたハイブリッド車両について説明した。しかしながら、駆動装置の構成はこれに限らず、たとえば、エンジンと1つのモータジェネレータとを有するハイブリッド車両にも適用可能である。
図15は、車両構成の変形例に従うハイブリッド車両100Aの全体ブロック図を示す。図15においては、図1におけるPCU120,駆動装置105が、それぞれインバータ120Aおよび駆動装置105Aに置き換えられたものとなっている。なお、図15において、図1と重複する要素の説明は繰り返さない。
図15を参照して、駆動装置105Aは、エンジン140と、クラッチ155と、モータジェネレータ130Aとを含む。
モータジェネレータ130Aの回転軸の一方端は自動変速機160の入力軸に結合されている。モータジェネレータ130Aは、インバータ120Aにより駆動される。
また、モータジェネレータ130Aの回転軸の他方端は、クラッチ155を介して、エンジン140の出力軸に結合されている。クラッチ155は、ECU300からの制御信号SE1に基づいて制御され、エンジン140とモータジェネレータ130Aとの結合と非結合とを切り換える。
このような構成のハイブリッド車両では、クラッチ155を非係合とすることによって、モータジェネレータ130Aからの駆動力のみで走行(EV走行)できる。また、クラッチ155を係合状態とすることによって、エンジン140およびモータジェネレータ130Aからの駆動力を用いて走行(HV走行)することができる。
さらに、自動変速機160のクラッチ部CRを非係合とするとともに、クラッチ155を係合することによって、駆動力非伝達状態において、エンジン140でモータジェネレータ130Aを駆動して発電することが可能である。
そして、このような駆動力非伝達状態で発電動作を行なっている状態から、自動変速機160のクラッチ部CRを係合して駆動力伝達状態へ移行する際には、モータジェネレータ130Aの回転速度を、クラッチ部CR係合後の自動変速機160の入力軸の回転速度に同期させることが必要となる。この場合、モータジェネレータ130Aの回転速度の調整はインバータ120Aにより行われるため、蓄電装置110の入出力可能電力によって制限され得る。すなわち、実施の形態1と同様に、入出力可能電力に応じて回転速度差を調整することによって、エネルギ効率とドライバビリティを考慮した同期動作が可能となる。
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説明ではなく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
100 車両、105,105A 駆動装置、110 蓄電装置、120 PCU、120A,122,123,130A インバータ、121 コンバータ、130,130A,135 モータジェネレータ、140 エンジン、150 動力分割機構、155,C1,C2,C3 クラッチ、160 自動変速機、170 減速機、180 駆動輪、300 ECU、B1,B2 ブレーキ、CA0,CA1,CA2 プラネタリキャリア、CR クラッチ部、F1 ワンウェイクラッチ、R0,R1,R2 リングギヤ、S0,S1,S2 サンギヤ、SPC 変速部。

Claims (17)

  1. 蓄電装置と、内燃機関および前記蓄電装置からの電力を用いて動作する回転電機を含む駆動装置とを備え、前記内燃機関からの駆動力および前記回転電機からの駆動力の少なくとも一方を用いて走行することが可能なハイブリッド車両であって、
    前記駆動装置から駆動輪への動力伝達経路に設けられ、前記駆動力の伝達と非伝達とを切り換えるように構成された係合装置と、
    前記駆動装置および前記係合装置を制御するための制御装置とを備え、
    前記回転電機は、前記内燃機関によって駆動されて発電することが可能であり、
    前記制御装置は、前記内燃機関が駆動状態でかつ前記係合装置が非係合の状態で、前記内燃機関により前記回転電機が発電を行なっている場合に、前記蓄電装置の状態に応じて、前記係合装置の入力軸と出力軸との間の回転速度差を設定する、ハイブリッド車両。
  2. 前記制御装置は、前記係合装置を係合する前に、前記回転電機のトルクを調整して、前記係合装置の入力軸と出力軸とを同期させる、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  3. 前記制御装置は、前記蓄電装置の入力可能電力が小さいときは、入力可能電力が大きいときよりも前記回転速度差が小さくなるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項1または2に記載のハイブリッド車両。
  4. 前記制御装置は、前記蓄電装置の入力可能電力が第1のしきい値を下回る場合には、前記回転速度差が所定値未満となるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項3に記載のハイブリッド車両。
  5. 前記制御装置は、前記蓄電装置の入力可能電力が前記第1のしきい値よりも大きい第2のしきい値を上回る場合には、前記回転速度差の制限を非実行とする、請求項4に記載のハイブリッド車両。
  6. 前記制御装置は、ドライバによるアクセル操作量、ブレーキ操作量、および走行モード選択の少なくとも1つに応じて、前記第1のしきい値を変更する、請求項4または5に記載のハイブリッド車両。
  7. 前記制御装置は、ドライバによるアクセル操作量、ブレーキ操作量、および走行モード選択の少なくとも1つに応じて、前記第2のしきい値を変更する、請求項5に記載のハイブリッド車両。
  8. 前記制御装置は、前記蓄電装置の出力可能電力が小さいときは、出力可能電力が大きいときよりも前記回転速度差が小さくなるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項1または2に記載のハイブリッド車両。
  9. 前記制御装置は、前記蓄電装置の出力可能電力が第3のしきい値を下回る場合には、前記回転速度差が所定値未満となるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項8に記載のハイブリッド車両。
  10. 前記制御装置は、前記蓄電装置の出力可能電力が前記第3のしきい値よりも大きい第4のしきい値を上回る場合には、前記回転速度差の制限を非実行とする、請求項9に記載のハイブリッド車両。
  11. 前記制御装置は、前記内燃機関および前記回転電機によるエネルギ効率が最適となるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項5または10に記載のハイブリッド車両。
  12. 前記制御装置は、ドライバによるアクセル操作量、ブレーキ操作量、および走行モード選択の少なくとも1つに応じて、前記第3のしきい値を変更する、請求項9または10に記載のハイブリッド車両。
  13. 前記制御装置は、ドライバによるアクセル操作量、ブレーキ操作量、および走行モード選択の少なくとも1つに応じて、前記第4のしきい値を変更する、請求項10に記載のハイブリッド車両。
  14. 前記制御装置は、前記蓄電装置のSOCが大きいほど、前記回転速度差が小さくなるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項1または2に記載のハイブリッド車両。
  15. 前記制御装置は、前記係合装置の入力軸と出力軸とを同期させるために必要とされるエネルギが、所定時間内に前記蓄電装置で入出力可能なエネルギよりも小さくなるように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項2に記載のハイブリッド車両。
  16. 前記制御装置は、前記係合装置が非係合状態で発電動作を行なう場合に、前記回転電機が所定回転速度未満にならないように、前記内燃機関および前記回転電機の回転速度を設定する、請求項1に記載のハイブリッド車両。
  17. 前記駆動装置から前記駆動輪への動力伝達経路に設けられ、前記駆動装置の出力回転速度を変更して前記駆動輪に伝達するための自動変速装置をさらに備え、
    前記係合装置は、前記自動変速装置に含まれるクラッチである、請求項1に記載のハイブリッド車両。
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