JP2022182876A - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両のエネルギ効率を良好にする。【解決手段】クラッチがオンで且つエンジンの運転を伴って走行するハイブリッド走行モードと、クラッチがオフで且つエンジンの運転停止を伴って走行する電動走行モードとを切り替えながら、走行に要求される走行要求パワーに基づいて走行するように、エンジンとモータとクラッチとを制御する。この場合に、ハイブリッド走行モードであるときにおいて、エンジンの回転数がエンジンを効率よく運転可能であるとして予め設定された所定回転数範囲内であるときには、ハイブリッド走行モードを継続し、エンジンの回転数が所定回転数範囲外であるときには、電動走行モードに切り替える。【選択図】図2
Description
本発明は、ハイブリッド車両に関する。
従来、この種のハイブリッド車両としては、エンジンと、モータジェネレータと、エンジンとモータとの接続および接続の解除を行なうクラッチと、モータと駆動輪との間で動力の伝達を行なう自動変速機とを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車両では、エンジンおよびモータの駆動を伴って走行するハイブリッド走行モードと、エンジンの駆動を伴わずにモータの駆動を伴って走行するモータ走行モードとを、車両の要求駆動力に応じて切り替えている。
近年、よりシンプルなハード構成として、モータと駆動輪とを自動変速機に代えてギヤ機構を介して接続することが考えられている。こうしたハード構成において、クラッチがオンのときには、車速(駆動輪の回転数)に応じてエンジンの回転数が定まる。エンジンをそれほど効率のよくない回転数で運転し続けると、車両のエネルギ効率の低下を招いてしまう。
本発明のハイブリッド車両は、車両のエネルギ効率を良好にすることを主目的とする。
本発明のハイブリッド車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車両は、
エンジンと、
駆動輪にギヤ機構を介して接続されたモータと、
オンオフにより前記エンジンと前記モータとの接続および接続の解除を行なうクラッチと、
前記モータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記クラッチがオンで且つ前記エンジンの運転を伴って走行するハイブリッド走行モードと、前記クラッチがオフで且つ前記エンジンの運転停止を伴って走行する電動走行モードとを切り替えながら、走行に要求される走行要求パワーに基づいて走行するように、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、
前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、
前記エンジンの回転数が前記エンジンを効率よく運転可能であるとして予め設定された所定回転数範囲内であるときには、前記ハイブリッド走行モードを継続し、
前記エンジンの回転数が前記所定回転数範囲外であるときには、前記電動走行モードに切り替える、
ことを要旨とする。
エンジンと、
駆動輪にギヤ機構を介して接続されたモータと、
オンオフにより前記エンジンと前記モータとの接続および接続の解除を行なうクラッチと、
前記モータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記クラッチがオンで且つ前記エンジンの運転を伴って走行するハイブリッド走行モードと、前記クラッチがオフで且つ前記エンジンの運転停止を伴って走行する電動走行モードとを切り替えながら、走行に要求される走行要求パワーに基づいて走行するように、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、
前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、
前記エンジンの回転数が前記エンジンを効率よく運転可能であるとして予め設定された所定回転数範囲内であるときには、前記ハイブリッド走行モードを継続し、
前記エンジンの回転数が前記所定回転数範囲外であるときには、前記電動走行モードに切り替える、
ことを要旨とする。
本発明のハイブリッド車両では、クラッチがオンで且つエンジンの運転を伴って走行するハイブリッド走行モードと、クラッチがオフで且つエンジンの運転停止を伴って走行する電動走行モードとを切り替えながら、走行に要求される走行要求パワーに基づいて走行するように、エンジンとモータとクラッチとを制御する。この場合に、ハイブリッド走行モードであるときにおいて、エンジンの回転数がエンジンを効率よく運転可能であるとして予め設定された所定回転数範囲内であるときには、ハイブリッド走行モードを継続し、エンジンの回転数が所定回転数範囲外であるときには、電動走行モードに切り替える。これにより、エンジンの回転数が所定回転数範囲内であるときには、エンジンを効率のよい回転数で運転しつつエンジンからのパワーを用いて走行要求パワーに対応することができる。また、エンジンの回転数が所定回転数範囲外であるときには、エンジンをそれほど効率のよくない回転数で運転するのを抑制することができる。これらの結果、車両のエネルギ効率を良好にすることができる。
本発明のハイブリッド車両において、前記制御装置は、前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、車速が第1車速未満であるときには、前記エンジンの回転数に拘わらずに、前記電動走行モードに切り替えるものとしてもよい。ここで、「第1車速」としては、例えば、エンジン22を安定して(エンジンストールを発生させずに)運転可能であるとして予め設定されたエンジンの回転数範囲の下限値に対応する車速が用いられる。これにより、エンジンストールの発生を抑制することができる。
本発明のハイブリッド車両において、前記制御装置は、前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、前記エンジンの回転数が前記所定回転数範囲内であるときでも、前記蓄電装置の蓄電割合が第1割合よりも高いときまたは前記走行要求パワーが第1パワー未満であるときには、前記電動走行モードに切り替えるものとしてもよい。こうすれば、蓄電装置の蓄電割合が第1割合よりも高いときに電動走行モードに切り替えることにより、蓄電装置の過充電を抑制して蓄電割合を低下させることができる。また、走行要求パワーが第1パワー未満であるときに電動走行モードに切り替えることにより、エンジンを低出力(あま効率のよくない出力)で運転するのを抑制することができる。これらの結果、車両のエネルギ効率をより良好にすることができる。
本発明のハイブリッド車両において、前記制御装置は、前記電動走行モードであり且つ前記車速が第2車速以上であるときにおいて、前記蓄電装置の蓄電割合が第2割合以下であるまたは前記走行要求パワーが第2パワー以上であるときには、前記ハイブリッド走行モードに切り替え、前記蓄電装置の蓄電割合が前記第2割合よりも高く且つ前記走行要求パワーが前記第2パワー未満であるときには、前記電動走行モードを継続するものとしてもよい。こうすれば、車速が第2所定車速以上であるときに、蓄電装置の蓄電割合や走行要求パワーに拘わらずにハイブリッド走行モードに切り替える場合に比して、エンジンの運転を制限し、電動走行モードを選択する機会を多くする(期間を長くする)ことができる。ここで、「第2所定車速」としては、例えば、上述の所定回転数範囲の下限値に対応する車速が用いられるものとしてもよい。「第2割合」としては、上述の第1所定割合よりも低い値が用いられるものとしてもよい。「第2パワー」としては、上述の第1パワーよりも高いパワーが用いられるものとしてもよい。
本発明のハイブリッド車両において、前記エンジンが前記クラッチを介して接続された第1回転軸と、前記第1回転軸に固定された第1ギヤと、前記モータが接続された第2回転軸とを更に備え、前記ギヤ機構は、前記第2回転軸に固定されると共に前記第1ギヤと噛合する第2ギヤを有し、前記第1ギヤの歯数は、前記第2ギヤの歯数よりも多いものとしてもよい。この場合、第1ギヤの回転数が第2ギヤの回転数よりも低くなるため、第1回転軸と第2回転軸とが一体に回転する場合に比して、同一の車速に対応するエンジンの回転数が低くなる。したがって、高車速でエンジンの回転数が高くなるのを抑制し、エンジン音が大きくなるのを抑制することができる。
本発明のハイブリッド車両において、前記エンジンが前記クラッチを介して接続された第1回転軸と、前記第1回転軸に固定された第1ギヤと、前記モータが接続された第2回転軸とを更に備え、前記ギヤ機構は、前記第2回転軸に固定されると共に前記第1ギヤと噛合する第2ギヤを有し、前記第1ギヤの歯数は、前記第2ギヤの歯数よりも少ないものとしてもよい。この場合、第1ギヤの回転数が第2ギヤの回転数よりも高くなるため、第1回転軸と第2回転軸とが一体に回転する場合に比して、同一エンジンの回転数に対応する車速が低くなる。したがって、上述の第1車速や第2車速を低くすることができる。これにより、より低い車速で、エンジンからのパワーを用いてモータにより発電して蓄電装置を充電することが可能となる。
本発明のハイブリッド車両において、前記エンジンをクランキング可能なスタータを備え、前記制御装置は、前記電動走行モードから前記ハイブリッド走行モードに切り替えるときには、前記スタータによる前記エンジンのクランキングを伴って前記エンジンの運転を開始すると共に前記クラッチをオンとするものとしてもよい。こうすれば、電動走行モードからハイブリッド走行モードに切り替えるときに、クラッチの係合力を徐々に増加させてエンジンの回転数を増加させる場合に比して、モータからのパワーの一部がエンジンの回転数の増加に用いられるのを抑制することができる。この結果、電動走行モードからハイブリッド走行モードに切り替えるときに、走行用パワーが低下するのを抑制することができる。
本発明のハイブリッド車両において、外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電可能に構成されているものとしてもよい。本発明のハイブリッド車両では、車速が低いときにはエンジンを運転することができない、即ち、エンジンからのパワーを用いたモータによる発電を行なうことができないから、蓄電装置の蓄電割合が低くなりやすい。このため、外部電源からの電力を用いて蓄電装置が充電されることにより蓄電装置の蓄電割合が過度に低くなるのを抑制することの意義が大きい。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24と、クラッチ26と、モータ30と、インバータ32と、ギヤ機構40と、高電圧バッテリ50と、低電圧バッテリ52と、DC/DCコンバータ54と、充電器56と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)60とを備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などの燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジンECU24は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御する(吸入空気量制御や燃料噴射制御、点火制御などを行なう)のに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン22のクランクシャフト23の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23aからのクランク角θcrなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンECU24は、HVECU60と通信ポートを介して接続されている。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23aからのクランクシャフト23のクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
クラッチ26は、例えば油圧駆動の摩擦クラッチとして構成されている。このクラッチ26は、HVECU60によってオンオフ制御されることにより、エンジン22のクランクシャフト23と回転軸(第1回転軸)27との機械的な接続および接続の解除を行なう。回転軸27には、ギヤ(第1ギヤ)28が取り付けられている。
モータ30は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータ30の回転子は、回転軸27に平行に配置された回転軸(第2回転軸)31に接続されている。インバータ32は、モータ30の駆動に用いられると共に高電圧側電力ライン51に接続されている。モータ30は、HVECU60によってインバータ32の複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
ギヤ機構40は、上述の回転軸31に加えて、回転軸31に固定されると共にギヤ28に噛合するギヤ(第2ギヤ)41と、カウンタシャフト42に固定されると共にギヤ41と噛合するカウンタドリブンギヤ43と、カウンタシャフト42に固定されたドライブピニオンギヤ44と、ドライブピニオンギヤ44に噛合すると共に駆動輪DWに連結された車軸DSに図示しないデファレンシャルギヤを介して連結されたデフリングギヤ45とを有する。
高電圧バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ32と共に高電圧側電力ライン51に接続されている。低電圧バッテリ52は、定格電圧が高電圧バッテリ50よりも低い例えば鉛蓄電池として構成されており、エンジンECU24やHVECU60と共に低電圧側電力ライン53に接続されている。DC/DCコンバータ54は、高電圧側電力ライン51と低電圧側電力ライン53とに接続されている。このDC/DCコンバータ54は、HVECU60によって制御されることにより、高電圧側電力ライン51の電力を降圧して低電圧側電力ライン53に供給する。
充電器56は、高電圧側電力ライン51に接続されており、システムオフ中(後述のスタートスイッチ70がオフであるとき)に電源プラグ57が家庭用電源や商用電源などの図示しない外部電源に接続されているときに、外部電源からの電力を用いて高電圧バッテリ50を充電可能に構成されている。この充電器56は、図示しないが、AC/DCコンバータと、DC/DCコンバータとを備える。AC/DCコンバータは、HVECU60によって制御されることにより、電源プラグ57を介して外部電源から供給される交流電力を直流電力に変換する。DC/DCコンバータは、HVECU60によって制御されることにより、AC/DCコンバータからの直流電力の電圧を変換して高電圧側電力ライン51(高電圧バッテリ50)に供給する。
HVECU60は、図示しないが、CPUやROM、RAM、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。HVECU60には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。HVECU60に入力される信号としては、例えば、モータ30の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ(例えばレゾルバ)30aからのモータ30の回転子の回転位置θmを挙げることができる。高電圧バッテリ50の端子間に取り付けられた電圧センサ50aからの高電圧バッテリ50の電圧Vbhや、高電圧バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ50bからの高電圧バッテリ50の電流Ibh、高電圧バッテリ50に取り付けられた温度センサ50cからの高電圧バッテリ50の温度Tbhも挙げることができる。低電圧バッテリ52の端子間に取り付けられた電圧センサ52aからの低電圧バッテリ52の電圧Vblも挙げることができる。スタートスイッチ70からのスタート信号や、シフトレバー71の操作位置を検出するシフトポジションセンサ72からのシフトポジションSPも挙げることができる。アクセルペダル73の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ74からのアクセル開度Acc、ブレーキペダル75の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ76からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ77からの車速Vも挙げることができる。
HVECU60からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。HVECU60から出力される信号としては、例えば、クラッチ26への制御信号や、インバータ32への制御信号、DC/DCコンバータ54への制御信号、充電器56への制御信号を挙げることができる。HVECU60は、エンジンECU24と通信ポートを介して接続されている。HVECU60は、回転位置センサ30aからのモータ30の回転子の回転位置θmに基づいてモータ30の回転数Nmを演算したり、電流センサ50bからの高電圧バッテリ50の電流Ibhに基づいて高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChを演算したり、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChと温度センサ50cからの高電圧バッテリ50の温度Tbhとに基づいて高電圧バッテリ50の許容入出力電力としての入出力制限Win,Woutを設定したりしている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、HVECU60とエンジンECU24との協調制御により、クラッチ26がオンでエンジン22の運転を伴って走行するハイブリッド走行(HV走行)モードや、クラッチ26がオフでエンジン22の運転停止を伴って走行する電動走行(EV走行)モードで走行するように、エンジン22とクラッチ26とモータ30とを制御する。
HV走行モードでは、アクセル開度Accおよび車速Vに基づいて走行に要求される走行要求パワーPd*を設定し、クラッチ26がオンで且つエンジン22の運転を伴って走行要求パワーPd*により走行し且つ高電圧バッテリ50の入出力電力が入力制限Win,Woutの範囲内となるようにエンジン22とクラッチ26とモータ30(インバータ32)とを制御する。
EV走行モードでは、HV走行モードと同様に走行要求パワーPd*を設定し、クラッチ26がオフで且つエンジン22の運転を伴わずに走行要求パワーPd*により走行し且つ高電圧バッテリ50の入出力電力が入力制限Win,Woutの範囲内となるようにクラッチ26とモータ30(インバータ32)とを制御する。
次に、実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、走行モードをHV走行モードとEV走行モードとで切り替えるときの動作について説明する。図2は、HVECU60により実行されるモード設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。
図2のモード設定ルーチンが実行されると、HVECU60は、最初に、エンジン22の回転数Neや高電圧バッテリ50の蓄電割合SOCh、車速V、走行要求パワーPd*などのデータを入力する(ステップS100)。ここで、エンジン22の回転数Neは、エンジンECU24により、クランクポジションセンサ23aからのクランクシャフト23のクランク角θcrに基づいて演算されたものが通信により入力される。高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChは、電流センサ50bからの高電圧バッテリ50の電流Ibhに基づいて演算されたものが入力される。走行要求パワーPd*は、アクセルペダルポジションセンサ74からのアクセル開度Accと車速センサ77からの車速Vとに基づいて設定されたものが入力される。
こうしてデータを入力すると、現在の走行モードを調べる(ステップS110)。現在の走行モードがHV走行モードであるとき(クラッチ26がオンで且つエンジン22を運転しているとき)には、車速Vを閾値Vref1と比較する(ステップS120)。実施例では、クラッチ26がオンであるときには、エンジン22のクランクシャフト23と駆動輪DWとが回転軸27やギヤ28、ギヤ機構40、車軸DSを介して連結されるため、車速V(駆動輪DWの回転数)に応じてエンジン22の回転数Neが定まる。これを考慮して、閾値Vref1としては、エンジン22を安定して(エンジンストールを発生させずに)運転可能であるか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Vref1としては、エンジン22を安定して運転可能であるとして実験や解析により予め設定されたエンジン22の回転数範囲の下限値(以下、「回転数Nemin」という)に対応する車速Vが用いられる。回転数Neminとしては、例えば、600~1000rpm程度が用いられる。閾値Vref1としては、例えば、25km/h~35km/h程度が用いられる。
ステップS120で車速Vが閾値Vref1未満であるときには、エンジン22を安定して運転可能でないと判断し、クラッチ26をオフにすると共にエンジン22の運転を終了することにより、走行モードをHV走行モードからEV走行モードに切り替えて(ステップS160)、本ルーチンを終了する。これにより、エンジンストールの発生を抑制することができる。
ステップS120で車速Vが閾値Vref1以上であるときには、エンジン22を安定して運転可能であると判断し、エンジン22の回転数Neを閾値Neref1および閾値Neref2と比較する(ステップS130)。ここで、閾値Neref1および閾値Neref2は、エンジン22を効率のよい回転数で運転可能であるか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Neref1および閾値Neref2としては、エンジン22を効率よく運転可能であるとして実験や解析により予め設定されたエンジン22の回転数範囲の下限値および上限値が用いられる。閾値Neref1としては、例えば、1700rpm~2300rpm程度が用いられ、閾値Neref2としては、例えば、2700rpm~3300rpm程度が用いられる。
ステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満であるか閾値Neref2よりも高いときには、エンジン22を効率のよい回転数で運転可能でないと判断し、クラッチ26をオフにすると共にエンジン22の運転を終了することにより、走行モードをHV走行モードからEV走行モードに切り替えて(ステップS160)、本ルーチンを終了する。これにより、エンジン22をそれほど効率のよくない回転数で運転するのを抑制することができる。
ステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるときには、エンジン22を効率のよい回転数で運転可能であると判断し、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChを閾値Sref1と比較すると共に(ステップS140)、走行要求パワーPd*を閾値Pdref1と比較する(ステップS150)。ここで、閾値Sref1は、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが十分に高い(満充電付近である)か否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Sref1としては、例えば、70%~90%程度が用いられる。閾値Pdref1は、走行要求パワーPd*が比較的低いか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Pdref1としては、例えば、80kW~100kW程度が用いられる。
ステップS140で高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref1よりも高いときや、ステップS150で走行要求パワーPd*が閾値Pdref1未満であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが十分に高かったり走行要求パワーPd*が比較的低かったりすると判断し、クラッチ26をオフにすると共にエンジン22の運転を終了することにより、走行モードをHV走行モードからEV走行モードに切り替えて(ステップS160)、本ルーチンを終了する。高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref1よりも高いときに走行モードをEV走行モードに切り替えることにより、高電圧バッテリ50の過充電を抑制して蓄電割合SOChを低下させることができる。また、走行要求パワーPd*が閾値Pdref1未満であるときに走行モードをEV走行モードに切り替えることにより、エンジン22を低出力(それほど効率のよくない出力)で運転するのを抑制することができる。
ステップS140で高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref1以下であり且つステップS150で走行要求パワーPd*が閾値Pdref1以上であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChがそれほど高くなく且つ走行要求パワーPd*がそれほど低くないと判断し、クラッチ26のオンおよびエンジン22の運転を継続して、即ち、走行モードをHV走行モードで継続して、本ルーチンを終了する。この場合、エンジン22を効率のよい回転数で運転しつつエンジン22からのパワーを用いて走行要求パワーPd*に対応することができる。
ステップS110で現在の走行モードがEV走行モードであるとき(クラッチ26がオフで且つエンジン22を運転停止しているとき)には、車速Vを上述の閾値Vref1よりも高い閾値Vref2と比較する(ステップS170)。ここで、閾値Vref2としては、クラッチ26をオンとしたとき(エンジン22と回転軸27とを接続したとき)にエンジン22の回転数Neが上述の閾値Neref1となる車速Vが用いられる。これは、後述のステップS200で走行モードをEV走行モードからHV走行モードに切り替えてから次回に本ルーチンを実行したときにステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満であると判定して走行モードをEV走行モードに再度切り替えるという事象が生じるのを抑制する、即ち、走行モードがEV走行モードとHV走行モードとでハンチングする(エンジン22の運転と停止とがハンチングする)のを抑制するためである。
ステップS170で車速Vが閾値Vref2未満であるときには、クラッチ26をオンとするとエンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満となると判断し、クラッチ26のオフおよびエンジン22の運転停止を継続して、即ち、走行モードをEV走行モードで継続して、本ルーチンを終了する。
ステップS170で車速Vが閾値Vref2以上であるときには、クラッチ26をオンとするとエンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上となると判断し、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOCを上述の閾値Sref1よりも低い閾値Sref2と比較すると共に(ステップS180)、走行要求パワーPd*を上述の閾値Pdref1よりも高い閾値Pdref2と比較する(ステップS190)。ここで、閾値Sref2は、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが十分に低いか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Sref2としては、例えば、10%~30%程度が用いられる。閾値Pdref2は、走行要求パワーPd*が比較的高いか否かを判定するのに用いられる閾値である。閾値Pdref2としては、例えば、閾値Pdref1よりも数十kW程度高い値が用いられる。
ステップS180で高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref2以下であるときや、ステップS190で走行要求パワーPd*が閾値Pdref2以上であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが低かったり走行要求パワーPd*が比較的高かったりすると判断し、クラッチ26をオンにすると共にエンジン22の運転を開始することにより、走行モードをEV走行モードからHV走行モードに切り替えて(ステップS200)、本ルーチンを終了する。この場合、クラッチ26の係合力を徐々に増加させることによりクラッチ26を介して回転軸27(モータ30)のパワーを用いてエンジン22の回転数Neを増加させ、エンジン22の回転数Neが所定回転数Nest以上に至ったときに、エンジン22の運転を開始する。所定回転数Nestとしては、上述の回転数Neminやそれよりも若干低い回転数が用いられる。高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref2以下であるときに走行モードをHV走行モードに切り替えることにより、高電圧バッテリ50の過放電を抑制して蓄電割合SOChを増加させることができる。また、走行要求パワーPd*が閾値Pdref2以上であるときに走行モードをHV走行モードに切り替えることにより、エンジン22からのパワーを用いて走行要求パワーPd*により十分に対応することができる。
ステップS180で高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref2よりも高く且つステップS190で走行要求パワーPd*が閾値Pdref2未満であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChがそれほど低くなく且つ走行要求パワーPd*がそれほど高くないと判断し、クラッチ26のオフおよびエンジン22の運転停止を継続して、即ち、走行モードをEV走行モードで継続して、本ルーチンを終了する。これにより、走行モードがEV走行モードで車速Vが閾値Vref2以上に至ったときに、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChや走行要求パワーPd*に拘わらずに走行モードをHVモードに切り替える場合に比して、エンジン22の運転を制限し、EV走行モードを選択する機会を多くする(期間を長くする)ことができる。
図3は、HV走行モードでの、路面勾配θd(登坂側が正の値)に応じた巡航走行用の走行要求パワーPd*(以下、「Pdc」と表記する)やエンジン22を効率のよいトルクで運転するときのエンジン22のパワーPe(以下、「Peη」と表記する)と、車速Vと、の関係の一例を示す説明図である。図中、閾値Vref1および閾値Vref2は、上述したように、それぞれエンジン22についての回転数Neminおよび閾値Neref1に対応する車速Vである。閾値Vref3は、エンジン22についての閾値Neref2に対応する車速Vである。図3から、HV走行モードで巡航走行する際には、例えば、エンジン22を効率のよいトルクで運転しつつ、走行要求パワーPdcとエンジン22のパワーPeηとの差分のパワー(図中、実線と破線との差分のパワー)をモータ30により出力または発電することにより、走行要求パワーPdcにより走行できることが解る。なお、エンジン22のトルクは、これに限定されるものではなく、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOCや出力制限Woutなどに基づく値としてもよいのは勿論である。また、HV走行モードであるときにおいて、巡航走行する際以外についても、同様に考えることができる。
また、実施例では、エンジン22がクラッチ26を介して接続された回転軸27とモータ30が接続された回転軸31とが互いに平行に配置され、且つ、回転軸27に取り付けられたギヤ28と回転軸31に取り付けられたギヤ41とが噛合することにより、比較例のハイブリッド自動車20Bに対して以下の効果を奏する。図4は、比較例のハイブリッド自動車20Bの構成の概略を示す構成図である。比較例のハイブリッド自動車20Bのハード構成は、回転軸27と回転軸48とが互いに平行に配置され且つ回転軸27に取り付けられたギヤ28と回転軸31に取り付けられたギヤ41とが噛合するのに代えて、回転軸27と回転軸31とが同軸に配置され且つ互いに一体に回転する点で、実施例のハイブリッド自動車20のハード構成とは異なる。比較例の場合、クラッチ26がオンのときには、エンジン22の回転数Neとモータ30の回転数Nmとが同一になる。これに対して、実施例の場合、ギヤ28の歯数がギヤ41の歯数よりも多くなるようにギヤ28,44が設計されているときには、クラッチ26がオンのときにエンジン22の回転数Neがモータ30の回転数Nmよりも低くなる。このため、比較例に比して、車速Vに対応するエンジン22の回転数Neが低くなるから、高車速でエンジン22の回転数Neが高くなるのを抑制し、エンジン音が大きくなるのを抑制することができる。また、ギヤ28の歯数がギヤ41の歯数よりも少なくなるようにギヤ28,44が設計されているときには、エンジン22の回転数Neがモータ30の回転数Nmよりも高くなる。このため、比較例に比して、エンジン22の回転数Neに対応する車速Vが低くなるから、上述の閾値Vref1を低くすることができ、より低い車速Vで、エンジン22からのパワーを用いてモータ30により発電して高電圧バッテリ50を充電することが可能となる。
さらに、実施例では、充電器56および電源プラグ57を備えるから、システムオフ中に電源プラグ57が外部電源に接続されているときに、外部電源からの電力を用いて高電圧バッテリ50を充電することができる。EV走行モードのときには、エンジン22からのパワーを用いたモータ30による発電を行なうことができないから、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが低くなりやすい。このため、外部電源からの電力を用いて高電圧バッテリ50が充電されることにより、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが過度に低下するのを抑制することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、HV走行モードのとき(クラッチ26がオンで且つエンジン22を運転しているとき)において、基本的に、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上で且つ閾値Neref2以下であるときには、HV走行モードを継続し、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満であるか閾値Neref2よりも高いときには、EV走行モードに移行する(クラッチ26をオフで且つエンジン22の運転を停止する)。これにより、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上で且つ閾値Neref2以下であるときには、エンジン22を効率のよい回転数で運転しつつ、エンジン22からのパワーを用いて走行要求パワーPd*に対応することができる。また、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満であるか閾値Neref2よりも高いときには、エンジン22をそれほど効率のよくない回転数で運転するのを抑制することができる。これらの結果、車両のエネルギ効率を良好にすることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、閾値Vref2として、クラッチ26をオンとしたとき(エンジン22と回転軸27とを接続したとき)にエンジン22の回転数Neが閾値Neref1となる車速Vを用いるものとした。しかし、閾値Vref2として、これとは異なる値、例えば、閾値Vref1と同一の値を用いるものとしてもよい。この場合、ステップS200で走行モードをEV走行モードからHV走行モードに切り替えてから次回に本ルーチンを実行したときにステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Neref1未満であると判定して走行モードをEV走行モードに再度切り替えるという事象が生じるのを抑制するために、走行モードをHV走行モードに切り替えてから所定時間が経過するまでは、HV走行モードを継続する、例えば、ステップS130の処理を実行しないのが好ましい。
実施例のハイブリッド自動車20では、走行モードがHV走行モードであり且つ車速Vが閾値Vref1未満であるときには、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるか否かに拘わらずに、走行モードをEV走行モードに切り替えるものとした。しかし、走行モードがHV走行モードであるときには、車速Vに拘わらずに、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるか否かの判定結果に基づいて、走行モードをHV走行モードで継続するまたはEV走行モードに切り替えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、閾値Sref1,Sref2として、それぞれ一定値を用いるものとした。しかし、閾値Sref1,Sref2として、それぞれ、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOCや温度Tb、出力制限Woutのうちの少なくとも1つに基づく値を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、閾値Pdref1,Pdref2として、それぞれ一定値を用いるものとした。しかし、閾値Pdref1,Pdref2として、それぞれ、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOCや温度Tb、出力制限Woutのうちの少なくとも1つに基づく値を用いるものとしてもよい。例えば、閾値Pdref2として、高電圧バッテリ50の出力制限Woutを用いると共に、閾値Pdref1として、閾値Pdref2よりも数十kW程度低い値を用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、走行モードがHV走行モードであり、且つ、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChを閾値Sref1と比較すると共に走行要求パワーPd*を閾値Pdref1と比較し、その比較結果に基づいて走行モードをHV走行モードで継続するまたはEV走行モードに切り替えるものとした。しかし、走行モードがHV走行モードであり、且つ、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるときには、走行要求パワーPd*に拘わらずに、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChと閾値Sref1との比較結果に基づいて走行モードをHV走行モードで継続するまたはEV走行モードに切り替えるものとしてもよい。また、走行モードがHV走行モードであり、且つ、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChに拘わらずに、走行要求パワーPd*と閾値Pdref1との比較結果に基づいて走行モードをHV走行モードで継続するまたはEV走行モードに切り替えるものとしてもよい。さらに、走行モードがHV走行モードであるときにおいて、エンジン22の回転数Neが閾値Neref1以上であり且つ閾値Neref2以下であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChや走行要求パワーPd*に拘わらずに、走行モードをHV走行モードで継続するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、走行モードがEV走行モードであるときにおいて、車速Vが閾値Vref2以上であり、且つ、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChが閾値Sref2以下であるまたは走行要求パワーPd*が閾値Pdref2以上であるときには、走行モードをHV走行モードに切り替えるものとした。しかし、走行モードがEV走行モードであるときにおいて、車速Vが閾値Vref2以上であるときには、高電圧バッテリ50の蓄電割合SOChや走行要求パワーPd*に拘わらずに、走行モードをHV走行モードに切り替えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車あ20では、図1に示したように、エンジン22がクラッチ26を介して接続された回転軸27とモータ30が接続された回転軸31とが互いに平行に配置され、且つ、回転軸27に取り付けられたギヤ28と回転軸31に取り付けられたギヤ41とが噛合するものとした。しかし、図3に示したように、回転軸27と回転軸31とが同軸に配置され且つ互いに一体に回転するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、図1に示したようなハード構成とした。しかし、図5の変形例のハイブリッド自動車120に示すように、ハイブリッド自動車20のハード構成に加えて、スタータ25を更に備えるものとしてもよい。スタータ25は、エンジン22をクランキング可能となるように、例えば図示しないワンウェイクラッチを介してエンジン22のクランクシャフト23に接続される。このスタータ25は、低電圧側電力ライン53に接続されると共に、HVECU60により制御される。こうした構成とすることにより、走行モードをEVモードからHVモードに切り替えるときに、スタータ25によるエンジン22のクランキングを伴ってエンジン22の運転を開始すると共に、クラッチ26をオンとすることができる。これにより、実施例のようにクラッチ26の係合力を徐々に増加させてエンジン22の回転数Neを増加させる場合に比して、モータ30からのパワーの一部がエンジン22の回転数Neの増加に用いられるのを抑制することができる。この結果、走行モードをEVモードからHVモードに切り替えるときに、走行用パワーが低下するのを抑制することができる。なお、図5のハイブリッド自動車120のハード構成に加えて、スタータ25を更に備えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、図1に示したように、充電器56により、外部電源からの交流電力を直流電力に変換して更に電圧を変換して高電圧バッテリ50に供給できるようにするものとした。しかし、外部電源からの直流電力を高電圧バッテリ50に供給できるようにするものとしてもよい。また、外部電源からの電力を用いて高電圧バッテリ50を充電可能に構成しないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、蓄電装置として、高電圧バッテリ50を用いるものとしたが、これに代えて、キャパシタを用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジンECU24およびHVECU60を備えるものとしたが、これらを一体に構成するものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、ギヤ機構40が「ギヤ機構」に相当し、モータ30が「モータ」に相当し、クラッチ26が「クラッチ」に相当し、HVECU60およびエンジンECU24が「制御装置」に相当する。回転軸27が「第1回転軸」に相当し、ギヤ28が「第1ギヤ」に相当し、回転軸31が「第2回転軸」に相当し、ギヤ41が「第2ギヤ」に相当する。スタータ25が「スタータ」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車両の製造産業などに利用可能である。
20,20B ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 クランクシャフト、23a クランクポジションセンサ、24 エンジンECU、25 スタータ、26 クラッチ、27 回転軸、28 ギヤ、30 モータ、30a 回転位置センサ、31 回転軸、32 インバータ、40 ギヤ機構、41 ギヤ、42 カウンタシャフト、43 カウンタドリブンギヤ、44 ドライブピニオンギヤ、45 デフリングギヤ、48 回転軸、50 高電圧バッテリ、50a 電圧センサ、50b 電流センサ、50c 温度センサ、51 高電圧側電力ライン、52 低電圧バッテリ、52a 電圧センサ、53 低電圧側電力ライン、54 DC/DCコンバータ、56 充電器、57 電源プラグ、60 HVECU、70 スタートスイッチ、71 シフトレバー、72 シフトポジションセンサ、73 アクセルペダル、74 アクセルペダルポジションセンサ、75 ブレーキペダル、76 ブレーキペダルポジションセンサ、77 車速センサ。
Claims (8)
- エンジンと、
駆動輪にギヤ機構を介して接続されたモータと、
オンオフにより前記エンジンと前記モータとの接続および接続の解除を行なうクラッチと、
前記モータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記クラッチがオンで且つ前記エンジンの運転を伴って走行するハイブリッド走行モードと、前記クラッチがオフで且つ前記エンジンの運転停止を伴って走行する電動走行モードとを切り替えながら、走行に要求される走行要求パワーに基づいて走行するように、前記エンジンと前記モータと前記クラッチとを制御する制御装置と、
を備えるハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、
前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、
前記エンジンの回転数が前記エンジンを効率よく運転可能であるとして予め設定された所定回転数範囲内であるときには、前記ハイブリッド走行モードを継続し、
前記エンジンの回転数が前記所定回転数範囲外であるときには、前記電動走行モードに切り替える、
ハイブリッド車両。 - 請求項1記載のハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、車速が第1車速未満であるときには、前記エンジンの回転数に拘わらずに、前記電動走行モードに切り替える、
ハイブリッド車両。 - 請求項1または2記載のハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、前記ハイブリッド走行モードであるときにおいて、前記エンジンの回転数が前記所定回転数範囲内であるときでも、前記蓄電装置の蓄電割合が第1割合よりも高いときまたは前記走行要求パワーが第1パワー未満であるときには、前記電動走行モードに切り替える、
ハイブリッド車両。 - 請求項1ないし3のうちの何れか1つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
前記制御装置は、
前記電動走行モードであり且つ前記車速が第2車速以上であるときにおいて、
前記蓄電装置の蓄電割合が第2割合以下であるまたは前記走行要求パワーが第2パワー以上であるときには、前記ハイブリッド走行モードに切り替え、
前記蓄電装置の蓄電割合が前記第2割合よりも高く且つ前記走行要求パワーが前記第2パワー未満であるときには、前記電動走行モードを継続する、
ハイブリッド車両。 - 請求項1ないし4のうちの何れか1つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
前記エンジンが前記クラッチを介して接続された第1回転軸と、前記第1回転軸に固定された第1ギヤと、前記モータが接続された第2回転軸とを更に備え、
前記ギヤ機構は、前記第2回転軸に固定されると共に前記第1ギヤと噛合する第2ギヤを有し、
前記第1ギヤの歯数は、前記第2ギヤの歯数よりも多い、
ハイブリッド車両。 - 請求項1ないし4のうちの何れか1つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
前記エンジンが前記クラッチを介して接続された第1回転軸と、前記第1回転軸に固定された第1ギヤと、前記モータが接続された第2回転軸とを更に備え、
前記ギヤ機構は、前記第2回転軸に固定されると共に前記第1ギヤと噛合する第2ギヤを有し、
前記第1ギヤの歯数は、前記第2ギヤの歯数よりも少ない、
ハイブリッド車両。 - 請求項1ないし6のうちの何れか1つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
前記エンジンをクランキング可能なスタータを備え、
前記制御装置は、前記電動走行モードから前記ハイブリッド走行モードに切り替えるときには、前記スタータによる前記エンジンのクランキングを伴って前記エンジンの運転を開始すると共に前記クラッチをオンとする、
ハイブリッド車両。 - 請求項1ないし7のうちの何れか1つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電可能に構成されている、
ハイブリッド車両。
Priority Applications (1)
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JP2022182876A true JP2022182876A (ja) | 2022-12-08 |
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Family Applications (1)
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JP2021090649A Pending JP2022182876A (ja) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | ハイブリッド車両 |
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Country | Link |
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2021
- 2021-05-28 JP JP2021090649A patent/JP2022182876A/ja active Pending
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