JP2020062965A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の動力源としてのモータジェネレータと、モータジェネレータによる発電の動力源としての内燃機関を備えた車両において、内燃機関の負荷を軽減すること。【解決手段】車両は、前輪に駆動力を供給する第１モータジェネレータと、後輪に駆動力を供給する第２モータジェネレータと、内燃機関と、第１、第２モータジェネレータに電力を供給するバッテリと、内燃機関による発電が必要ではないと判定した場合は、第１、第２モータジェネレータに車輪に対して駆動力を供給させる制御を行い、内燃機関による発電が必要であると判定した場合は、モータジェネレータと前輪、又は第２モータジェネレータと後輪を、動力伝達を遮断するように分離し、分離したモータジェネレータに対して、内燃機関を動力源として発電させる制御を行う制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に関する。

２つの前輪の動力源として内燃機関であるエンジンを備え、２つの後輪の動力源として電動モータを備える車両が開示されている（特許文献１）。特許文献１では、車両が四輪駆動で走行する場合は、前輪を内燃機関で駆動するとともに、内燃機関と発電機とを電磁クラッチで接続して内燃機関を動力源として発電機で発電を行い、当該発電した電力を電動モータに供給し、後輪を駆動している。

特開２００３−３３５１４２号公報

しかしながら、特許文献１の車両では、四輪駆動の場合には、実質的には内燃機関が四輪に対して駆動のためのエネルギーを供給している状態となるため、内燃機関の負荷が大きいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車輪の動力源としてのモータジェネレータと、モータジェネレータによる発電の動力源としての内燃機関を備えた車両において、内燃機関の負荷を軽減することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両は、前輪に駆動力を供給する第１モータジェネレータと、後輪に駆動力を供給する第２モータジェネレータと、内燃機関と、前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータに電力を供給するバッテリと、前記内燃機関による発電が必要ではないと判定した場合は、前記第１モータジェネレータに前記前輪に対して駆動力を供給させ、かつ前記第２モータジェネレータに前記後輪に対して駆動力を供給させる制御を行い、前記内燃機関による発電が必要であると判定した場合は、前記第１モータジェネレータと前記前輪、又は前記第２モータジェネレータと前記後輪を、動力伝達を遮断するように分離し、分離した前記第１モータジェネレータ又は前記第２モータジェネレータに対して、前記内燃機関を動力源として発電させる制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関による発電が必要ではないと判定した場合には各モータジェネレータをモータとして使用して四輪を駆動し、内燃機関による発電が必要であると判定した場合には、前輪又は後輪に対するモータジェネレータを車輪から切り離し、内燃機関を動力源とした発電機としてモータジェネレータを利用するので、内燃機関の負荷を軽減できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成図である。 図２は、制御部が実行する制の一例の御フロー図である。 図３は、分離機構の一例の説明図である。 図４は、内燃機関−発電機連結機構の一例の説明図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る車両について具体的に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る車両の概略構成図である。車両Ｖｅに対して、矢印で示すように前後左右の方向を規定する。車両Ｖｅは、２つの前輪１ａ、各前輪１ａに連結された駆動軸１ｂ、２つの後輪２ａ、各後輪２ａに連結された駆動軸２ｂ、前輪用モータジェネレータ（ＭＧ）装置３、後輪用ＭＧ装置４、前輪用電動機制御装置５、後輪用電動機制御装置６、電源装置７、充電装置８、放熱器９、及び冷房用圧縮機（コンプレッサー）１０を備えている。

さらに、車両Ｖｅは、内燃機関１１、オルタネータ１２、スタータ１３、補機バッテリ１４、エアクリーナ１５、ラジエター１６、空調装置（エアコン）１７、２つの浄化触媒１８、２つのマフラー１９、及び燃料タンク２０を備えている。

さらに、車両Ｖｅは、前輪用分離機構２１、後輪用分離機構２２、前輪用発電機駆動機構２３、後輪用発電機駆動機構２４、内燃機関−発電機連結機構２５、及び制御部であるＥＣＵ（Electric Control Unit）を備えている。

車両Ｖｅは、内燃機関１１を走行の動力源とせず、発電機の動力源としている。車両Ｖｅは、いわゆるシリーズハイブリッドの構成を有しており、モータジェネレータを走行の動力源としたＥＶ（Electric Vehicle）走行を行う。

前輪用ＭＧ装置３は、車両Ｖｅの前側に配置されており、２つの駆動軸１ｂに接続している。前輪用ＭＧ装置３は、第１ＭＧと変速機とを備えている。第１ＭＧはその出力軸から駆動力を出力する。駆動力は変速機と各駆動軸１ｂとを介して伝達し、各前輪１ａに供給される。このように第１ＭＧは各前輪１ａに駆動力を供給するモータとして機能する。

後輪用ＭＧ装置４は、車両Ｖｅの後側に配置されており、２つの駆動軸１ｂに接続している。後輪用ＭＧ装置４は、第２ＭＧと変速機とを備えている。第２ＭＧはその出力軸から駆動力を出力する。駆動力は変速機と各駆動軸２ｂとを介して伝達し、各後輪２ａに供給される。このように第２ＭＧは各後輪２ａに駆動力を供給するモータとして機能する。

前輪用電動機制御装置５、後輪用電動機制御装置６は、それぞれ、インバータを備えており、第１ＭＧ又は第２ＭＧのモータとしての動作を制御する。電源装置７は、バッテリとバッテリセンサとを備えている。バッテリは、第１ＭＧと第２ＭＧに電力を供給する。バッテリセンサは、例えばバッテリの充電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）を検出するセンサであり、ＳＯＣの情報を含む検出信号を出力する。充電装置８は、インバータを備えており、車両Ｖｅの減速時に第１ＭＧ又は第２ＭＧが回生発電した電力を電源装置７のバッテリに充電する。放熱器９は車両Ｖｅの最も前方に配置されている。放熱器９は、前輪用ＭＧ装置３、後輪用ＭＧ装置４、前輪用電動機制御装置５、後輪用電動機制御装置６、電源装置７又は充電装置８が発する熱が冷却用媒質によって輸送され、そこで放熱を行う機器であり、例えばヒートシンクを備えている。冷房用圧縮機１０は空調装置１７による冷房用の冷媒を圧縮するための機械である。

内燃機関１１は車両Ｖｅの前方に配置された内燃機関である。内燃機関１１は燃料タンク２０から燃料を供給され、燃料を燃焼して運転し、この車両Ｖｅでは発電機の動力源となる。オルタネータ１２は内燃機関１１の近くに配置され、内燃機関１１の駆動力によって発電する比較的小容量の発電機である。発生した電力は車両Ｖｅに装備された電装品の動作のために使用される。スタータ１３は内燃機関１１の近くに配置され、内燃機関１１を始動するためのモータである。補機バッテリ１４は車両Ｖｅの前方に配置され、車両Ｖｅに装備された電装品の動作のための電力を供給する。補機バッテリ１４にはオルタネータ１２が発電した電力が充電される。エアクリーナ１５は内燃機関１１の近傍に配置され、内燃機関１１に吸気される空気に対するフィルタとして機能する。ラジエター１６は、車両Ｖｅの最も前方に配置されている。ラジエター１６は主に内燃機関１１を冷却する冷却水を冷却する。空調装置１７は、主に車両Ｖｅの乗員室の空気調和を行う。空調装置１７を動作させるための電力は、電源装置７、内燃機関１１、又は電源装置７と内燃機関１１との両方から供給される。空調装置１７の電力の供給元は車両に応じて設定される。

２つの浄化触媒１８及び２つのマフラー１９は、内燃機関１１から排気される排気ガスの通る管路の途中に設けられており、それぞれ、排気ガスの浄化、排気音の抑制や排気圧の調整などの役割を担っている。各浄化触媒１８及び各マフラー１９は、内燃機関１１から車両Ｖｅの後方に向かって順次配置されている。燃料タンク２０は、内燃機関１１が使用する燃料を貯蔵するものであり、この車両Ｖｅでは燃料タンク２０は座席の下に配置されている。

前輪用分離機構２１は、前輪用ＭＧ装置３の第１ＭＧと各前輪１ａとを、動力伝達を遮断するように分離し、かつ再度動力伝達させることができるように構成されている。前輪用分離機構２１は例えば電磁クラッチを備えている。後輪用分離機構２２は、後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧと各後輪２ａとを、動力伝達を遮断するように分離し、かつ再度動力伝達させることができるように構成されている。後輪用分離機構２２は例えば電磁クラッチを備えている。

前輪用発電機駆動機構２３、後輪用発電機駆動機構２４は、それぞれ、内燃機関１１から出力された駆動力を第１ＭＧ、第２ＭＧに伝達するものである。前輪用発電機駆動機構２３、後輪用発電機駆動機構２４は、たとえば、ギヤ、ベルト、チェーン、ジョイント等を適宜組み合わせて構成される。これにより、第１ＭＧ又は第２ＭＧは、内燃機関１１を動力源とした発電機（ジェネレータ）として発電を行う。発電された電力は電源装置７のバッテリに充電される。

内燃機関−発電機連結機構２５は、内燃機関１１から出力された駆動力を第２ＭＧに伝達するために、内燃機関１１と後輪用発電機駆動機構２４とを連結するものである。内燃機関−発電機連結機構２５は、後述するＥＣＵ２６からの制御信号によって、内燃機関１１と後輪用発電機駆動機構２４とを連結する状態と、当該連結が解放された状態とで切り換え可能である。

ＥＣＵ２６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びインターフェース等を含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路によって構成されている。ＥＣＵ２６は、前輪用電動機制御装置５、後輪用電動機制御装置６、電源装置７、充電装置８、内燃機関１１、スタータ１３、前輪用分離機構２１、後輪用分離機構２２、及び内燃機関−発電機連結機構２５との間で、制御信号や検出信号などの送受信を行う。

ＥＣＵ２６は、例えば電源装置７のバッテリセンサからの検出信号に基づいて、内燃機関１１による発電が必要か否かを判定する。

ＥＣＵ２６は、例えばＳＯＣが所定値以上であって電源装置７における充電量が十分な場合、内燃機関１１による発電が必要ではないと判定する。ＥＣＵ２６が内燃機関１１による発電が必要ではないと判定した場合には以下の制御を行う。すなわち、ＥＣＵ２６は、前輪用電動機制御装置５に制御信号を出力し、電源装置７から電力を供給された前輪用ＭＧ装置３を駆動し、第１ＭＧに、各前輪１ａに対して駆動力を供給させる。これとともに、ＥＣＵ２６は、後輪用電動機制御装置６に制御信号を出力し、電源装置７から電力を供給された後輪用ＭＧ装置４を駆動し、第２ＭＧに、各後輪２ａに対して駆動力を供給させる。これにより、車両Ｖｅは四輪駆動のＢＥＶ（Battery Electric Vehicle）として走行できる。

電源装置７における充電量が所定値以下の場合など、ＥＣＵ２６が、内燃機関１１による発電が必要であると判定した場合には、以下の第１制御又は第２制御のいずれかを行う。第１制御においては、ＥＣＵ２６は、前輪用分離機構２１に制御信号を送信し、前輪用ＭＧ装置３の第１ＭＧと各前輪１ａとを、動力伝達を遮断するように分離する。その後、ＥＣＵ２６は、内燃機関１１及びスタータ１３に制御信号を送信し、内燃機関１１を始動し運転する。そして、前輪用ＭＧ装置３の第１ＭＧに対して、内燃機関１１を動力源として発電させる。第２制御においては、ＥＣＵ２６は、後輪用分離機構２２に制御信号を送信し、後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧと各後輪２ａとを、動力伝達を遮断するように分離する。その後、ＥＣＵ２６は、内燃機関１１及びスタータ１３に制御信号を送信し、内燃機関１１を始動し運転する。そして、後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧに対して、内燃機関１１を動力源として発電させる。

このように、車両Ｖｅでは、内燃機関１１にて発電を行わないときには第１ＭＧ及び第２ＭＧをモータとして使用して四輪を駆動する。一方、内燃機関１１にて発電を行うときには、第１ＭＧ及び第２ＭＧの一方を車輪から切り離して、内燃機関１１を動力源とした発電機として利用する。これにより、車両Ｖｅを四輪駆動のＢＥＶとして機能させることができるとともに、ＢＥＶとして機能させるときには内燃機関１１に負荷を掛けないようにできるので、内燃機関１１の負荷を軽減できる。

図２は、ＥＣＵ２６が実行する制御の一例のフロー図である。以下では、第２制御を行う場合を例として説明するが、図２のフローは第１制御を行う場合にも適用できる。

はじめに、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２６は、発電が必要であるか否かを判定する。発電が必要であると判定した場合（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、制御はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２６は、駆動系の切り離しを行う。すなわち、後輪用分離機構２２に制御信号を送信し、後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧと各後輪２ａとを、動力伝達を遮断するように分離する。その後、ＥＣＵ２６は、内燃機関１１を始動し運転を実行し、内燃機関−発電機連結機構２５による内燃機関１１と後輪用発電機駆動機構２４との連結を実行する。そして、後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧに対して、内燃機関１１を動力源として発電を実行する。その後制御はリターンされる。

発電が必要ではないと判定した場合（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、制御はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２６は、駆動系の係合を維持する。すなわち、動力伝達の遮断は行わない。また、ＥＣＵ２６は、内燃機関１１の始動、運転も実行せず、内燃機関１１と後輪用発電機駆動機構２４との連結も実行せず、内燃機関１１による発電も実行しない。その後制御はリターンされる。

図３は、分離機構の一例の説明図である。図３では、前輪１ａにはオートフリーホイールハブ２１ａが取り付けられている。また、第１ＭＧ３ａの出力軸と駆動軸１ｂとの間に、電磁クラッチ２１ｂが設けられている。オートフリーホイールハブ２１ａ、電磁クラッチ２１ｂは、いずれもＥＣＵ２６からの制御信号によって連結及び分離を制御できるものであり、前輪用分離機構２１を構成している。なお、後輪用分離機構２２も前輪用分離機構２１と同様に構成できる。また、分離機構としては、電磁クラッチとオートフリーホイールハブとの一方のみを備えている構成でもよい。また、分離機構は、電磁クラッチやオートフリーホイールハブに限られず、例えばシンクロリングとスリーブとを組み合わせて構成することもできる。

図４は、内燃機関−発電機連結機構の一例の説明図である。上述したように、内燃機関１１は、車両Ｖｅの前側に配置されており、後輪用発電機駆動機構２４及び後輪用ＭＧ装置４は車両Ｖｅの後側に配置されており内燃機関１１から離れている。そこで、これらを連結する内燃機関−発電機連結機構２５としては、フレキシブルシャフトや、油の油圧など、流体の特性を利用して駆動する機構を利用できる。後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧ４ａは、発電が実行されない場合は、後輪用分離機構２２を構成する電磁クラッチ２２ａ、駆動軸２ｂを介して後輪２ａに駆動力を供給する。また、発電が実行される場合は、第２ＭＧ４ａは、電磁クラッチ２２ａによって後輪２ａへの動力伝達経路が遮断されるとともに、内燃機関１１から内燃機関−発電機連結機構２５を介して駆動力が供給されて、発電機として発電を行う。

なお、車両Ｖｅが前輪駆動を主として行う車両であれば、発電を実行する際には後輪用ＭＧ装置４の第２ＭＧ４ａを発電機として使用することが好ましい。また、車両Ｖｅが後輪駆動を主として行う車両であれば、発電を実行する際には前輪用ＭＧ装置３の第１ＭＧ３ａを発電機として使用することが好ましい。いずれの場合も、車両Ｖｅは必要に応じて適宜四輪駆動とできるので走破性が良くなる。

車両Ｖｅは、内燃機関１１で発電する大容量発電機を、第１ＭＧ、第２ＭＧの他に搭載しないので、航続距離がより長く、操縦安定性がより高い、四輪駆動でＥＶ走行を行うハイブリッド車両となる。また、このような大容量発電機を内燃機関１１の近くに搭載しないので、装置を搭載する位置の自由度を高くでき、たとえば以下のようなことが実現できる。まず、重量の大きい装置を、車両Ｖｅのもっとも都合の良い位置に配置できるので、搭載性が良くなる。例えば、重い電源装置７は車両Ｖｅの中央の座席下に配置できる。また、前輪用ＭＧ装置３、後輪用ＭＧ装置４はそれぞれ前輪１ａの間、後輪２ａの間に配置できる。内燃機関１１は比較的搭載空間に余裕のある前輪１ａの駆動軸１ｂの前側上方に配置できる。エアクリーナ１５は内燃機関１１の近傍に配置できる。ラジエター１６は車両Ｖｅの最も前方に配置できる。浄化触媒１８は内燃機関１１の近傍に配置できる。マフラー１９は車両Ｖｅの後方側に配置できる。燃料タンク２０は座席の下に配置できる。

また、内燃機関１１を前輪１ａの駆動軸１ｂの前側上方に配置することで、車両Ｖｅの中央に配置した電源装置７の大容量化ができ、後部荷室を大容量化できる。さらには、車両Ｖｅの前輪側に内燃機関１１と前輪用ＭＧ装置３とを配置し、後輪側に後輪用ＭＧ装置４を配置することで、前輪側をやや重くでき、車両の重量配分が良くなり、走行安定性が良好になる。

なお、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ａ 前輪
２ａ 後輪
３ａ 第１ＭＧ
４ａ 第２ＭＧ
７ 電源装置
１１ 内燃機関
２６ ＥＣＵ
Ｖｅ 車両

Claims (1)

1. 前輪に駆動力を供給する第１モータジェネレータと、
   後輪に駆動力を供給する第２モータジェネレータと、
   内燃機関と、
   前記第１モータジェネレータ及び前記第２モータジェネレータに電力を供給するバッテリと、
   前記内燃機関による発電が必要ではないと判定した場合は、前記第１モータジェネレータに前記前輪に対して駆動力を供給させ、かつ前記第２モータジェネレータに前記後輪に対して駆動力を供給させる制御を行い、
   前記内燃機関による発電が必要であると判定した場合は、前記第１モータジェネレータと前記前輪、又は前記第２モータジェネレータと前記後輪を、動力伝達を遮断するように分離し、分離した前記第１モータジェネレータ又は前記第２モータジェネレータに対して、前記内燃機関を動力源として発電させる制御を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする車両。

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