JP2016155440A

JP2016155440A - ハイブリッド車

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Publication number: JP2016155440A
Application number: JP2015033963A
Authority: JP
Inventors: 高橋　一彰; Kazuaki Takahashi; 一彰高橋
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP6374803B2

Abstract

【課題】駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減する。【解決手段】ハイブリッド車１００は、エンジン１１０およびモータ１２０の一方または双方の駆動力を前輪１３２および後輪１４０のいずれか一方に伝達するトランスミッション１１６と、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリング１３４と、運転者が要求している駆動力を導出する駆動力導出部１５２と、モータ走行モードにおいて、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値以上であれば、エンジンを始動する走行モード切換部１５０と、モータ走行モードにおいて、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値未満であれば２ＷＤ走行を行い、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値以上であれば４ＷＤ走行を行う駆動切換部１５４と、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部１５６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンとモータの２つの動力源を有するハイブリッド車に関する。

現在、エンジンとモータの２つの動力源を有するハイブリッド車が普及している。かかるハイブリッド車では、バッテリの残量が十分な場合にエンジンに優先してモータで走行するモータ走行モード、および、バッテリの残量が少ない場合にモータとエンジンとを併用して走行するエンジン併用モードといった走行モードが準備されている。例えば、ハイブリッド車では、バッテリの残量に応じて走行モードが選択され、エンジン併用モードが選択された場合には、走行状態に応じてエンジンとモータとの駆動状態が切り換わり、エネルギー効率を高めるとともに、ＣＯ_２等の排気ガスを削減することが可能となる。

また、このようなハイブリッド車に用いられる電気エネルギーを、商用のコンセントから直接充電可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）も提案されている。かかるプラグインハイブリッド車は、非プラグインハイブリッド車に比べ、一般的にバッテリの容量が大きく、モータ走行モードで長距離を走行することが可能となる。

また、プラグインハイブリッド車等の自動車では、前後輪駆動する４ＷＤ（４輪駆動）走行と、前輪と後輪のいずれか一方を駆動する２ＷＤ（２輪駆動）走行とのいずれの駆動状態も可能とするものがあり、その走行状態に応じ、４ＷＤ走行と２ＷＤ走行とを切り換えることができる（パートタイム４ＷＤ等）。このとき、例えば、自動車が常時４ＷＤ走行し、車両の急旋回走行時には、４ＷＤ走行から２ＷＤ走行に切り換わる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。また、２ＷＤ走行している間にスリップが発生すると４ＷＤ走行に切り換わり、加速または定常走行域を脱すると２ＷＤ走行に戻される技術も開示されている（例えば、特許文献２）。また、４ＷＤ走行している間に、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が小さいと２ＷＤ走行に切り換わり、速度変化が小さく、かつ、左右輪の速度差が大きくなると４ＷＤ走行に戻される技術も開示されている（特許文献３）。

また、４ＷＤ走行と２ＷＤ走行との切り換えを、電子制御カップリングを用いて実現している場合、４ＷＤ走行している間、常に電子制御カップリングで駆動電力が消費されることとなる。そこで、４ＷＤ走行している間、電子制御カップリングに時分割（デューティー）で駆動電力を供給することで消費電力を軽減する技術が開示されている（例えば、特許文献４）。また、ＥＶスイッチがオン状態のとき、ＥＶスイッチがオフ状態の場合と比べて４ＷＤ駆動で動作する領域が縮小するように設定される技術も開示されている（例えば、特許文献５）。

特公平５−３７８５４号公報特公昭６２−８３３４号公報特許第３５８２３７５号公報特開２００２−２２５５８３号公報特許第４２２５３１４号公報

上述したような２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行するハイブリッド車において、２ＷＤ走行している間に大きな駆動力をかけると、２ＷＤ走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品（例えば、デファレンシャルギアやドライブシャフト）の破損が生じるおそれがある。そこで、常時４ＷＤ走行を行うことで、駆動力を分散し、駆動系の部品の破損を防止することが考えられる。

しかし、上述したように、４ＷＤ走行している間は常に電子制御カップリングで駆動電力が消費されることとなり、特に、ハイブリッド車やプラグインハイブリッド車においては、バッテリの消費により、走行に利用可能な電力が減少し、走行距離に影響を及ぼすこととなる。

本発明は、このような課題に鑑み、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能なハイブリッド車を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド車は、エンジンおよびモータの一方または双方の駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、トランスミッションから出力された駆動力を前輪および後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、運転者が要求している駆動力を導出する駆動力導出部と、エンジンに優先してモータで走行するモータ走行モードにおいて、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値以上であれば、エンジンを始動する走行モード切換部と、モータ走行モードにおいて、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値未満であれば２ＷＤ走行を行い、駆動力導出部が導出した駆動力が閾値以上であれば４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、を備えることを特徴とする。

走行モード切換部は、モータ走行モードにおいて、駆動力が閾値未満であり、かつ、所定の停止条件を満たすとエンジンを停止してもよい。

本発明によれば、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減することが可能となる。

ハイブリッド車の構成を示す図である。制御部による走行処理を説明するためのフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、ハイブリッド車１００の構成を示す図である。ハイブリッド車１００は、前後輪駆動する４ＷＤ（４輪駆動）走行と、前輪のみを駆動する２ＷＤ（２輪駆動）走行とのいずれの駆動状態も可能とし、エンジン１１０、燃料タンク１１２、クラッチ１１４、トランスミッション１１６、エレクトロニックコントロールユニット（以下、単にＥＣＵと言う）１１８、モータ１２０、インバータ１２２、バッテリ１２４、プロペラシャフト１２６、フロントデファレンシャルギア１２８、フロントドライブシャフト１３０、前輪１３２、電子制御カップリング１３４、リアデファレンシャルギア１３６、リアドライブシャフト１３８、後輪１４０、制御部１４２、アクセルペダルセンサ１４４を含んで構成される。

本実施形態では、ハイブリッド車１００として、特に、電気エネルギーを商用のコンセントから直接充電可能なプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）について説明する。ここでは、本実施形態の特徴に関係する構成について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係の構成については説明を省略する。

エンジン１１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで構成され、燃料タンク１１２から供給される燃料（ガソリン、ディーゼル等）を燃焼させることで駆動力を得て、得られた駆動力を、クラッチ１１４を介してトランスミッション１１６に伝達する。また、エンジン１１０は、ＥＣＵ１１８と接続され、ＥＣＵ１１８の制御指令に基づいて駆動力が調整される。

モータ１２０は、エンジン１１０と同軸に配され、インバータ１２２を介してバッテリ１２４から供給される電力により駆動力を得て、得られた駆動力をトランスミッション１１６に伝達する。また、モータ１２０は、電力の供給を受けていないタイミングで、発電機としても機能し、発電された電力は、インバータ１２２を介してバッテリ１２４に蓄積される。また、インバータ１２２は、ＥＣＵ１１８と接続され、ＥＣＵ１１８の制御指令に基づいて供給電力（モータ１２０の駆動力）が調整される。

エンジン１１０やモータ１２０で得られた駆動力は、トランスミッション１１６により、トルク、回転数、回転方向が調整されてプロペラシャフト１２６に伝達され、さらにフロントデファレンシャルギア１２８、フロントドライブシャフト１３０を介して前輪１３２に伝達される。また、４ＷＤ走行時には、トランスミッション１１６から出力された駆動力が、電子制御カップリング１３４、リアデファレンシャルギア１３６、および、リアドライブシャフト１３８を介して後輪１４０にも伝達される。ここでは、前輪１３２は、トランスミッション１１６から直接駆動力を得て、後輪１４０は、電子制御カップリング１３４を介して駆動力を得ているが、後輪１４０に、トランスミッション１１６から直接駆動力を伝達し、前輪１３２に、電子制御カップリング１３４を介して駆動力を伝達するとしてもよい。

制御部１４２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、ハイブリッド車１００全体を統括制御する。また、本実施形態において、制御部１４２は、走行モード切換部１５０、駆動力導出部１５２、駆動切換部１５４、カップリング制御部１５６としても機能する。制御部１４２には、不図示のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ１４４等の各センサが接続され、制御部１４２は、各センサの検出信号を取り込む。また、制御部１４２は、ＥＣＵ１１８を介して、エンジン１１０やモータ１２０の駆動力を制御する。

（走行モードの切換）
ハイブリッド車１００では、走行モードとして、バッテリ１２４の残量が十分な場合にエンジン１１０に優先してモータ１２０で走行するモータ走行モード、および、バッテリ１２４の残量が少ない場合（例えば、モータ走行モードによってバッテリ１２４の残量が少なくなった後）にモータ１２０とエンジン１１０とを併用して走行するエンジン併用モードが準備される。そして、走行モード切換部１５０は、その時点の走行状態に応じて、走行モードを切り換える。ただし、本実施形態においては、後述するように、モータ走行モードにおいて一時的にエンジン１１０を始動する場合がある。

本実施形態のようなプラグインハイブリッド車の場合、夜間電力等を利用して商用のコンセントから予めバッテリ１２４に電力を充電し、その走行時には充電された電力から消費される。したがって、走行モード切換部１５０は、走行開始時に、モータ走行モードを選択する。プラグインハイブリッド車は、非プラグインハイブリッド車に比べ、一般的にバッテリ１２４の容量が大きいので、モータ走行モードで長距離を走行することが可能となる。このとき、走行モード切換部１５０は、クラッチ１１４を切ることでエンジン１１０が回転負荷となるのを回避する。また、いずれの走行モードであっても、ブレーキが踏まれたり、アクセルが緩められたりすると、モータ１２０が発電機として利用され、回生エネルギーが回収されることとなる。

そして、バッテリ１２４の残量が少なくなると、走行モード切換部１５０は、走行モードを、モータ走行モードからエンジン併用モードに切り換えて走行を維持する。このようなエンジン併用モードでは、エンジン１１０およびモータ１２０のいずれの駆動力も利用できるので、エンジン１１０単体で動作する場合に比べ、滑らかかつ力強い走行が可能となる。また、エンジン１１０は低回転域で大きなトルクを得難いが、そのような低回転域では、モータ１２０を優先して駆動する。こうして、レスポンスを向上させ、滑らかかつ高効率な発進が可能となる。さらに、バッテリ１２４の残量が所定値を下回ると、走行モード切換部１５０は、モータ１２０を発電機として機能させ、エンジン１１０の駆動力によってバッテリ１２４に電力を蓄積する。

（制御部１４２の動作）
また、ハイブリッド車１００において、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えて走行できるように設定することができる。ただし、２ＷＤ走行している間に、大きな駆動力をかけると（要求すると）、２ＷＤ走行に関わる駆動輪にのみ負荷がかかり、駆動系の部品の破損が生じるおそれがある。これに対し、駆動力を分散するために常時４ＷＤ走行を行うとすると、その走行の間は常に電子制御カップリング１３４で駆動電力が消費され、バッテリ１２４の消費により、走行に利用可能な電力が減少して、走行距離に影響を及ぼす。そこで、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを効率的に切り換えることで、駆動系の部品の破損を回避しつつ、消費電力を削減する。

駆動力導出部１５２は、アクセルペダルセンサ１４４が検出したアクセルペダルの踏み込み量を取得し、運転者が要求している駆動力を導出する。

走行モード切換部１５０は、その時点の走行モードがモータ走行モードであった場合、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値以上であれば、モータ走行モードを維持したまま強制的にエンジン１１０を始動する。このように、エンジン１１０を始動することで、モータ１２０に加え、エンジン１１０の駆動力を得ることができ、運転者の駆動力の要求に応えることが可能となる。かかる閾値は、実験や実走行に応じて任意の値を設定することができる。

ここでは、モータ走行モード中に、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値以上となった場合に、エンジン１１０を始動しているが、駆動力が所定の閾値未満となっても直ちにエンジン１１０を停止しない。これは、短時間のうちにエンジン１１０の始動と停止を繰り返すより、ある程度の時間、エンジン１１０の駆動状態を維持した方が、エンジン１１０の燃費が向上するからである。したがって、走行モード切換部１５０は、駆動力が閾値未満となり、かつ、所定の停止条件を満たした場合にのみエンジン１１０を停止する（ヒステリシス特性）。ここで、所定の停止条件としては、例えば、エンジン１１０が始動してからの時間が所定時間以上経過している、エンジン１１０の温度が所定の温度条件を満たす、バッテリ１２４の残量が所定値以上である等が考えられる。

駆動切換部１５４は、２ＷＤ走行と４ＷＤ走行とを切り換えることができ、その時点の走行モードがモータ走行モードであった場合、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値未満であれば、２ＷＤ走行を行い、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値以上であれば、４ＷＤ走行を行う。したがって、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値以上であれば、少なくとも、４ＷＤ走行に移行した状態でエンジン１１０を始動することができる。ただし、４ＷＤ走行への切り換え処理と、エンジン１１０の始動処理との実行順は、部品保護の観点から４ＷＤ走行への切り換え処理を先行して行うのが望ましい。また、走行モードがエンジン併用モードであった場合、駆動切換部１５４は、エンジン１１０の駆動状態の維持に伴い、４ＷＤ走行を維持する。

カップリング制御部１５６は、４ＷＤ走行が行われている間、電子制御カップリング１３４の駆動ソレノイドを駆動し、走行状態に応じ、前輪１３２と後輪１４０のデューティーを調整して後輪１４０への最適な駆動力伝達を行う。

図２は、制御部１４２による走行処理を説明するためのフローチャートである。まず、現在の走行モードがモータ走行モードであるか否か判定され（Ｓ２００）、モータ走行モードであれば（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、駆動力導出部１５２は、運転者が要求している駆動力を導出し（Ｓ２０２）、モータ走行モードでなければ（Ｓ２００におけるＮＯ）、当該走行処理を終了する。

そして、運転者が要求している駆動力が導出されると、導出された駆動力が所定の閾値以上であるか否か判定され（Ｓ２０４）、所定の閾値以上であると判定されると（Ｓ２０４におけるＹＥＳ）、以下の処理が実行される。

すなわち、駆動切換部１５４は、現在の駆動状態が４ＷＤ走行であるか否か判定し（Ｓ２０６）、４ＷＤ走行でなければ（Ｓ２０６におけるＮＯ）、４ＷＤ走行に切り換える（Ｓ２０８）。このときカップリング制御部１５６は、電子制御カップリング１３４を駆動し、走行状態に応じて後輪１４０への最適な駆動力伝達を行う。また、現在の駆動状態が４ＷＤ走行であれば（Ｓ２０６におけるＹＥＳ）、その４ＷＤ走行を維持する。続いて、走行モード切換部１５０は、現在エンジン１１０が駆動状態であるか否か判定し（Ｓ２１０）、エンジン１１０が駆動状態でなければ（Ｓ２１０におけるＮＯ）、エンジン１１０を始動し（Ｓ２１２）、既にエンジン１１０が駆動状態であれば（Ｓ２１０におけるＹＥＳ）、エンジン１１０の駆動状態を維持する。

また、駆動力導出部１５２が導出した駆動力が所定の閾値未満であれば（Ｓ２０４におけるＮＯ）、以下の処理が実行される。

すなわち、駆動切換部１５４は、現在の駆動状態が２ＷＤ走行であるか否か判定し（Ｓ２２０）、２ＷＤ走行でなければ（Ｓ２２０におけるＮＯ）、２ＷＤ走行に切り換える（Ｓ２２２）。このときカップリング制御部１５６は、電子制御カップリング１３４の駆動を停止する。また、現在の駆動状態が２ＷＤ走行であれば（Ｓ２２０におけるＹＥＳ）、その２ＷＤ走行を維持する。続いて、走行モード切換部１５０は、現在エンジン１１０が駆動状態であり、かつ、所定の停止条件を満たすか否か判定し（Ｓ２２４）、エンジン１１０が駆動状態であり、かつ、所定の停止条件を満たしていれば（Ｓ２２４におけるＹＥＳ）、エンジン１１０を停止し（Ｓ２２６）、既にエンジン１１０が停止している、または、駆動状態ではあるが所定の停止条件を満たさなければ（Ｓ２２４におけるＮＯ）、エンジン１１０の状態（駆動または停止）を維持する。

以上、説明したように、本実施形態のハイブリッド車１００では、運転者が要求する駆動力が高い場合、エンジン１１０を始動し、その要求に応えるとともに、モータ１２０の消費電力を不要に高めないことで走行に利用する消費電力を抑制することができる。また、運転者が要求する駆動力が高い場合、４ＷＤ走行に切り換えることで、要求された高い駆動力を分散することができるため、駆動系の部品の破損を回避する（部品保護）ことができる。また、運転者が要求する駆動力が低い間、２ＷＤ走行を維持することで、電子制御カップリング１３４を駆動しないで済むので、その分、消費電力を削減することが可能となる。要するに、エンジン１１０の併用で高い駆動力を賄い、４ＷＤ走行により駆動系の部品の破損を回避しつつ、２ＷＤ走行で消費電力を削減することができる。

また、消費電力の許す範囲で、全体走行における４ＷＤ走行の時間占有比率を高めることができれば、すなわち、所定の閾値を下げることができれば、運転者が要求する駆動力が低いうちから４ＷＤ走行に切り換えることが可能となるので、ハイブリッド車１００自体の駆動力に対する耐久性を上げなくて済み、製造コストの削減を図ることが可能となる。

また、コンピュータを、制御部１４２として機能させるプログラム、および、当該プログラムを記録した、コンピュータで読み取り可能なフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ等の記憶媒体も提供される。ここで、プログラムは、任意の言語や記述方法にて記述されたデータ処理手段をいう。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の走行処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。

本発明は、エンジンとモータの２つの動力源を有するハイブリッド車に利用できる。

１００ハイブリッド車
１１０エンジン
１１６トランスミッション
１２０モータ
１３４電子制御カップリング
１５０走行モード切換部
１５２駆動力導出部
１５４駆動切換部

Claims

エンジンおよびモータの一方または双方の駆動力を前輪および後輪のいずれか一方に伝達するトランスミッションと、
前記トランスミッションから出力された駆動力を前記前輪および前記後輪のいずれか他方に伝達する電子制御カップリングと、
運転者が要求している駆動力を導出する駆動力導出部と、
前記エンジンに優先して前記モータで走行するモータ走行モードにおいて、前記駆動力導出部が導出した駆動力が閾値以上であれば、前記エンジンを始動する走行モード切換部と、
前記モータ走行モードにおいて、前記駆動力導出部が導出した駆動力が前記閾値未満であれば２ＷＤ走行を行い、該駆動力導出部が導出した駆動力が該閾値以上であれば４ＷＤ走行を行う駆動切換部と、
前記４ＷＤ走行が行われている間、前記電子制御カップリングを駆動するカップリング制御部と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車。
前記走行モード切換部は、前記モータ走行モードにおいて、前記駆動力が前記閾値未満であり、かつ、所定の停止条件を満たすと前記エンジンを停止することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。