JP3088003B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はハイブリッド車両に係
り、詳細には、モータと内燃エンジンを駆動力として走
行するハイブリッド車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料の供給が容易な従来のエンジンと、
クリーンな電気エネルギを使用するモータとを利用する
ハイブリッド車両が提案されている。このハイブリッド
車両には、エンジンを発電用に使用してバッテリを充電
するシリーズ型と、エンジンを車両の駆動系に連結する
パラレル型、および、パラレル型とシリーズ型を組み合
わせたもの（シリパラ型）がある。特に、シリパラ型ハ
イブリッド車両として、図１３に示すように、発電機を
エンジンに連結し、エンジンからの出力の一部を発電、
残りを直接出力軸に出力するハイブリッド車両が提案さ
れている（ＵＳＰ３５６６７１７）。このハイブリッド
車両は、バッテリからの電力（Ｂ）によってモータで駆
動力を発生すると共に、エンジン駆動力の一部による発
電機からの電力（Ａ）でバッテリを充電している。この
ハイブリッド車両によれば、エンジンを高効率領域で使
用でき、また、シリーズ型のハイブリッド車両のように
エンジンで発生したエネルギを全部発電に使用するので
はないので、燃費を向上させることができる。また、エ
ンジンを定常状態で運転することもできるので、排ガス
を低減できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報記載
のハイブリッド車両では、発電機で発電した電力を一度
バッテリに充電した後にモータで使用しているため、バ
ッテリの充放電に伴うエネルギを損失していた。また、
車両の走行と無関係に、バッテリの残容量ＳＯＣが低下
した場合に発電機の回転数を上げて発電量を増加させて
いる。このため、突然エンジン回転数が増加すると共に
エンジン音が変化し、運転者による走行感覚と異なって
いた。

【０００４】本発明は、発電機がエンジンに連結され、
エンジンからの出力の一部が発電機、残りが直接出力軸
に伝達されるハイブリッド車両において、車両を駆動す
るための必要要求負荷に応じて電力を発電することが可
能なハイブリッド車両を提供することを第１の目的とす
る。また、エンジン音が走行感覚により一致しているハ
イブリッド車両を提供することを第２の目的とする。ま
た本発明は、アクセル開度と車速に基づいて電力を発電
することが可能なハイブリッド車両を提供することを第
３の目的とする。また本願発明は、発電機による電力を
効率的に使用することが可能なハイブリッド車両を提供
することを第４の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、エンジンのエンジン回転数ＮＥ、発電機の発電機回
転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関係が、ａ、
ｂを定数とした場合に、ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴ
となるように前記エンジンと前記発電機と前記出力軸が
連結された差動ギヤと、前記出力軸に連結されるモータ
と、前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ
及び前記発電機からの電力により充電される電源装置
と、車両を駆動するための必要要求負荷を判断する必要
要求負荷判断手段と、この必要要求負荷判断手段で判断
された必要要求負荷に応じて前記発電機回転数を制御す
る発電機制御手段と、をハイブリッド車両に具備させて
前記第１及び第２の目的を達成する。請求項２記載の発
明では、エンジンのエンジン回転数ＮＥ、発電機の発電
機回転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関係が、
ａを定数とした場合に、ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ＮＯＵＴとな
るように、前記エンジンからのトルクが入力される回転
自在に配設されたステータと前記出力軸に連結されるロ
ータからなる発電機と、前記出力軸に連結されるモータ
と、前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ
及び前記発電機からの電力により充電される電源装置
と、車両を駆動するための必要要求負荷を判断する必要
要求負荷判断手段と、この必要要求負荷判断手段で判断
された必要要求負荷に応じて前記発電機回転数を制御す
る発電機制御手段と、をハイブリッド車両に具備させて
前記第１及び第２の目的を達成する。請求項３記載の発
明では、エンジンの出力トルクが発電機の反力トルクと
出力軸の出力軸トルクの合成トルクとなるように、前記
エンジンと前記発電機と前記出力軸が連結された差動ギ
ヤと、前記出力軸に連結されるモータと、前記モータに
電力を供給するとともに、前記モータ及び前記発電機か
らの電力により充電される電源装置と、車両を駆動する
ための必要要求負荷を判断する必要要求負荷判断手段
と、この必要要求負荷判断手段で判断された必要要求負
荷に応じて前記発電機回転数を制御する発電機制御手段
と、をハイブリッド車両に具備させて前記第１及び第２
の目的を達成する。 請求項４記載の発明では、請求項
１、請求項２又は請求項３に記載したハイブリッド車両
において、前記発電機制御手段により前記発電機で発電
された電力を前記モータに供給する供給手段を具備させ
る。請求項５記載の発明では、請求項１、請求項２又は
請求項３に記載したハイブリッド車両において、前記発
電機制御手段は、前記必要要求負荷判断手段で判断され
た必要要求負荷に基づいて前記発電機の目標回転数を設
定し、該目標回転数になるように前記発電機の回転数を
制御する。請求項６記載の発明では、請求項１、請求項
２又は請求項３に記載したハイブリッド車両において、
前記必要要求負荷判断手段は、前記車両の駆動力要求度
を示すアクセル開度、前記モータの出力、前記電源装置
の残容量、前記電源装置の出力のうちの少なくとも１つ
の要素から判断する。請求項７記載の発明では、請求項
５に記載したハイブリッド車両において、前記発電機制
御手段は、前記アクセル開度の増加、前記モータの出力
の増加、前記電源装置の残容量の減少、前記電源装置の
出力の降下に応じて前記発電機の回転数を増加させるよ
うに発電機の目標回転数を設定する。請求項８記載の発
明では、請求項６に記載したハイブリッド車両におい
て、前記必要要求負荷判断手段は、前記モータの回転
数、アクセル開度、車速から算出される前記モータの必
要電力から、前記モータ出力を判断する。

【０００６】請求項９に記載した発明では、エンジンの
エンジン回転数ＮＥ、発電機の発電機回転数ＮＧ、およ
び出力軸回転数ＮＯＵＴの関係が、ａ、ｂを定数とした
場合に、ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴとなるように前
記エンジンと前記発電機と前記出力軸が連結された差動
ギヤと、前記出力軸に連結されるモータと、前記モータ
に電力を供給するとともに、前記モータ及び前記発電機
からの電力により充電される電源装置と、アクセル開度
を検出するアクセルセンサと、車速を検出する車速セン
サと、前記エンジンを制御するエンジン制御装置と、前
記発電機を制御する発電機制御装置と、前記モータを制
御するモータ制御装置と、前記エンジン制御装置、前記
発電機制御装置、及び前記モータ制御装置を制御すると
ともに、前記アクセルセンサが検出したアクセル開度と
前記車速センサが検出した車速に基づく制御信号を前記
発電機制御装置に供給する車両制御装置と、をハイブリ
ッド車両に具備させて前記第３の目的を達成する。請求
項１０記載の発明では、請求項９に記載したハイブリッ
ド車両において、前記車両制御装置は、前記制御信号と
して前記発電機の目標回転数を前記発電機制御装置に供
給し、前記発電機制御装置は該目標回転数になるように
前記発電機の回転数を制御する。請求項１１記載の発明
では、請求項１、請求項２、請求項３、又は請求項９に
記載したハイブリッド車両において、前記発電機の回転
数の変化率に上限を設ける。請求項１２記載の発明で
は、請求項１１に記載したハイブリッド車両において、
前記発電機の回転数の変化率の上限は、アクセル開度の
増加に応じて大きく設定される。請求項１３に記載した
発明では、請求項１，請求項３、及び請求項９のうちの
いずれか１の請求項に記載されたハイブリッド車両にお
いて、前記差動ギヤは、キャリヤが前記エンジンの出力
軸と連結され、サンギヤが前記発電機の入力軸と連結さ
れ、リングギヤが前記出力軸に連結されている。請求項
１４に記載した発明では、請求項１，請求項３、及び請
求項９のうちのいずれか１の請求項に記載されたハイブ
リッド車両において、前記エンジンは、エンジン回転数
に対応してスロットル開度が制御され、エンジン出力が
制御される。

【０００７】

【実施例】以下、本発明のハイブリッド車両における一
実施例を図１ないし図１２を参照して詳細に説明する。
図１はハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケル
トン図（骨図）である。この図１に示すように、ハイブ
リッド車両の駆動装置は、エンジン（ＥＧ）１、プラネ
タリギヤ２、発電機（ジェネレータＧ）３、モータ
（Ｍ）４、およびデファレンシャルギヤ５を備えてお
り、４軸構成になっている。第１軸としてのエンジン１
の出力軸７上には、プラネタリギヤ２および発電機３が
配置されている。プラネタリギヤ２は、キャリヤ２２が
エンジン１の出力軸７と連結され、サンギヤ２１が発電
機３の入力軸９と連結され、リングギヤ２３が出力軸２
４に連結され、出力軸２４が第１カウンタドライブキア
１１に連結されている。発電機３は、入力軸９の他端側
に、固定手段としてのブレーキＢが接続されており、こ
のブレーキＢをＯＮ状態にすることで発電機３の回転お
よびサンギヤ２１の回転が固定されるようになってい
る。第２軸としてのモータ４の出力軸１３には、第２カ
ウンタドライブギヤ１５が連結されている。第３軸とし
てのカウンタシャフト３１には、カウンタドリブンギヤ
３３及びデフピニオンギヤ３５が保持されており、カウ
ンタドリブンギヤ３３には第１カウンタドライブギヤ１
１と第２カウンタドライブギヤ１５が噛合されている。
デファレンシャルギヤ５は、第４軸を有するデフリング
ギヤ３７を介して駆動され、このデフリングギヤ３７と
デフピニオンギヤ３５とが互いに噛合している。

【０００８】プラネタリギヤ２は差動ギヤであり、キャ
リヤ２２の入力回転数に対し、リングギヤ２３の出力回
転数を決定するのは、サンギヤ２１の回転数である。即
ち、発電機３の負荷トルクを制御することによって、サ
ンギヤ２１の回転数を制御することが可能である。例え
ば、サンギヤ２１を自由回転させた場合、キャリヤ２２
の回転はサンギヤ２１により吸収され、リングギヤ２３
は停止して、出力回転は生じないようになっている。プ
ラネタリギヤ２において、キャリヤ２２の入力トルク
は、発電機３の反力トルクと出力軸トルクの合成トルク
となる。すなわち、エンジン１からの出力はキャリヤ２
２に入力され、発電機３はサンギヤ２１に入力される。
エンジン１の出力トルクはリングギヤ２３から出力さ
れ、エンジン効率に基づいて設定されたギヤ比でカウン
タギヤを介して駆動輪に出力される。またモータ４の出
力はモータ効率のよいギヤ比に基づいてカウンタギヤを
介して駆動輪に出力される。

【０００９】図２は、このようなハイブリッド車両の制
御部の構成を表したものである。この図２に示すよう
に、ハイブリッド車両は、駆動系４０と、駆動系４０そ
の他各部の状態を検出するセンサ系４１と、駆動系４０
各部の制御を行う制御系４２を備えている。駆動系４０
は、エンジン１、発電機３、ブレーキＢ、モータ４、お
よびバッテリ４３を有している。バッテリ４３は、モー
タ制御装置４２３における制御により、モータ４に電力
を供給すると共に、モータ４からの回生電力および発電
機３の電力で充電されるようになっている。また、発電
機３で発電された電力は、バッテリに充電され、また、
モータ制御装置４２３の制御によりモータ４の駆動に直
接使用される。この場合のモータ制御装置４２３は、供
給手段として機能する。ブレーキＢは、発電機３と連結
されており、発電機３の回転を固定するようになってい
る。センサ系４１は、運転者の車両駆動力への要求度を
示すアクセル開度αを検出するアクセルセンサ４１１、
車速Ｖを検出する車速センサ４１２、発電機３の回転数
ＮＧを検出する発電機回転数センサ４１３、エンジン１
の回転数メモリＥを検出するエンジン回転数センサ４１
４、を備えている。また、センサ４１は、後述する第３
の実施例において、バッテリ４３の状態を検出するバッ
テリ状態センサ４１５を備えている。バッテリ状態セン
サ４１５は、バッテリ４３の状態として残容量ＳＯＣを
検出するようになっている。

【００１０】制御系４２は、エンジン１を制御するエン
ジン制御装置４２１、発電機３を制御する発電機制御装
置４２２、モータ４を制御するモータ制御装置４２３、
およびブレーキＢを制御するブレーキアクチュエータ４
２５を備えている。また制御系４２は、エンジン制御装
置４２１、発電機制御装置４２２、モータ制御装置４２
３、およびブレーキアクチュエータ４２５に対して制御
指示や制御値を供給することで車両全体を制御する車両
制御装置４２４を備えている。この車両制御装置４２４
は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）、各種のプログラム
やデータが格納されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）、ワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（ラン
ダム・アクセス・メモリ）等を備えたマイクロコンピュ
ータによって実現される。

【００１１】車両制御装置４２４は、エンジン制御装置
４２１に対して、図示しないイグニッションキーのＯＮ
／ＯＦＦに応じたエンジンのＯＮ／ＯＦＦ信号を供給す
るようになっている。また、車両制御装置４２４は、モ
ータ制御装置４２３に対して、アクセルセンサ４１１か
らのアクセル開度αと車速センサ４１２からの車速Ｖと
に応じたトルクＴＭ＊を供給する。また、エンジン１や
発電機３の駆動に伴うトルク変動をモータ４で吸収する
ために必要な補正トルクΔＴＭをモータ制御装置４２３
に供給する。

【００１２】補正トルクΔＴＭは、次のように算出され
る。発電機イナーシャをＩｎＧ、発電機角加速度（回転
変化率）をαＧとした場合、サンギヤ２１に作用するサ
ンギヤトルクＴＳは、ＴＳ＝ＴＧ＋ＩｎＧ・αＧとな
る。なお、回転変化率αＧが非常に小さい場合はＴＳ＝
ＴＧとなる。そして、リングギヤ２３の歯数がサンギヤ
２１の２倍とすると、リングギヤトルクＴＲは発電機ト
ルクＴＧの２倍となり、モータ４で吸収すべきサンギヤ
トルクΔＴＭは、カウンタギヤ比をｉとした場合、ΔＴ
Ｍ＝２・ｉ・ＴＳ＝２・ｉ・（ＴＧ＋ＩｎＧ・αＧ）と
なる。

【００１３】また、車両制御装置４２４は、発電機制御
装置４２２に対して、発電機３の目標回転数ＮＧ＊を供
給する。目標回転数ＮＧ＊は、アクセルセンサ４１１か
らのアクセル開度αの関数ＮＧ＊＝ｆ（α）として、図
３に示すように決められている。すなわち、目標回転数
ＮＧ＊は、アクセル開度α＞２０％の場合アクセル開度
αに比例して大きく決められ、α≦２０％の場合ＮＧ＊
＝０に決められる。さらに、車両制御装置４２４は、ブ
レーキアクチュエータ４２５に対して、発電機３の回転
を固定する場合にＯＮ信号、発電機３を回転する場合に
ＯＦＦ信号を出力するようになっている。

【００１４】そして、エンジン制御装置４２１は、車両
制御装置４２４から供給されるＯＮ信号と、エンジン回
転数センサ４１４から供給されるエンジン回転数ＮＥに
応じてスロットル開度θを制御することで、エンジン１
の出力を制御するようになっている。発電機制御装置４
２２は、目標回転数ＮＧ＊となるように、電流（トル
ク）ＩＧを制御する。モータ制御装置４２３は、車両制
御装置４２４から補正トルクΔＴＭが供給される場合に
はＴＭ＝ＴＭ＊−ΔＴＭとなるように、また、供給され
ない場合にはＴＭ＝ＴＭ＊となるように、モータ４の電
流（トルク）ＩＭを制御する。これによって、出力トル
クは発電機３やエンジン１のトルクの影響を受けること
なく、常時定められたトルクＴＭ＊が維持される。ブレ
ーキアクチュエータ４２５は、車両制御装置４２４から
供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号に従ってブレーキＢの係合
と開放を行う。

【００１５】次に、このように構成された実施例によ
る、各制御部の動作について説明する。 （Ａ）動作の概要 本実施例では、必要要求負荷としてアクセル開度αを使
用する。そして、このアクセル開度αが所定値以下の場
合、ブレーキＢを係合して発電機回転数を固定する。こ
れによって発電機３に電流を流す必要がないので、発電
機３でのロスを防止することができる。一方、必要要求
負荷が高い（アクセル開度αが大きい）ほどモータ４の
消費電力も大きくなる。そこで、アクセル開度αが所定
値以上である場合にはブレーキＢを開放し、アクセル開
度αに比例して発電機３の回転数を上げて発電量を増加
させる。そして、図４に示すように、必要要求負荷に応
じて発電機３で発電された電力（Ｃ）を、モータ４で直
接消費するようにする。これによって、バッテリ４３へ
の充放電による効率低下が防止される。

【００１６】（Ｂ）動作の詳細 図５は、各制御部による動作の詳細を表したものであ
る。車両制御装置３２４は、まずアクセルセンサ４１１
から必要要求負荷としてアクセル開度αを入力し（ステ
ップ１１）、２０％以下か否かを判断する（ステップ１
２）。アクセル開度αが２０％以下である場合、車両制
御装置４２４は、ブレーキＢが既にＯＮ状態か否かを判
断し、ＯＮ状態であれば（ステップ１３；Ｙ）、そのま
まの状態を維持し、メインルーチンにリターンする。

【００１７】ブレーキＢがＯＮ状態でない場合、すなわ
ちアクセル開度が２０％以下で、ブレーキがＯＦＦ状態
である場合（ステップ１３；Ｎ）、発電機３の回転を停
止しても大丈夫が否かを判断する。すなわち、発電機３
の回転数ＮＧの絶対値｜ＮＧ｜が、発電機回転数ＮＧの
誤差の許容値ΔＮＧ＊以上であるか否かを判断する（ス
テップ１４）。｜ＮＧ｜が許容値ΔＮＧ＊より大きい場
合（ステップ１４；Ｙ）、車両制御装置４２４は、発電
機３の目標回転数ＮＧ＊を、図３に従ってＮＧ＊＝０と
し（ステップ１５）、これを発電機制御装置３に供給し
た後（ステップ１６）、メインルーチンにリターンす
る。一方、｜ＮＧ｜が許容値ΔＮＧ＊以下である場合
（ステップ１４；Ｎ）、車両制御装置４２４は、ブレー
キアクチュエータ４２５にＯＮ信号を供給することで、
ブレーキアクチュエータ４２５がブレーキＢを係合し
（ステップ１７）、メインルーチンにリターンする。ブ
レーキＢが係合することで、発電機３の回転は固定され
る。

【００１８】このように、｜ＮＧ｜≧ΔＮＧ＊の場合、
アクセル開度αが２０％以下であっても直ちにブレーキ
ＢをＯＮせずに、目標回転数ＮＧ＊＝０まで発電機３の
回転数ＮＧを許容値ΔＮＧ＊以下まで下げることで、ブ
レーキＢに生じる衝撃を低下させることができる。

【００１９】車両制御装置４２４は、ステップ１１で入
力したアクセル開度αが２０％より大きい場合（ステッ
プ１２；Ｎ）、ブレーキＢがＯＮ状態か否かを判断する
（ステップ１８）。ブレーキＢがＯＦＦ状態である場合
（ステップ１８；Ｎ）、車両制御装置４２４は、図３に
従って、アクセル開度αから発電機３の目標回転数ＮＧ
＊を決定し（ステップ１９）、これを発電機制御装置３
に供給した後に（ステップ１６）、メインルーチンにリ
ターンする。

【００２０】一方、ブレーキＢがＯＮ状態である場合
（ステップ１８；Ｙ）、車両制御装置４２４は、発電機
３の回転数を保持するため、発電機３のトルクＴＧをエ
ンジントルクＴＥによって定まる設定値ＴＧ＊に保持す
る（ステップ２０）。その後車両制御装置４２４は、ブ
レーキアクチュエータ４２４にＯＦＦ信号を供給するこ
とで、ブレーキＢの係合を開放する（ステップ２１）。
なお、ステップ２０において、ＴＧ＝ＴＧ＊とするのは
エンジン１の回転が急に上昇して排ガスが増加すること
を防止するためである。すなわち、アクセル開度αが２
０％よりれ大きくて、かつその時のブレーキＢがＯＮ状
態の時は（ステップ１８；Ｙ）、ブレーキＢをＯＦＦ
（ハイブリッド走行）にし、発電機３の回転数ＮＧをア
クセル開度αに応じた発電機回転数ＮＧ＊としたい状態
にある。しかし、発電機３の回転数ＮＧにかかわらず急
にブレーキＢをＯＦＦにすると、エンジン１の回転が急
に上昇して排ガスを排出するおそれがある。このため、
発電機３の回転数を保持するため、その時のエンジント
ルクによって定まる発電機トルクＴＧ＊に予め上昇させ
る。その後にブレーキＢをＯＦＦにすることで、エンジ
ン１の反力に要素である発電機３がエンジン１の急な上
昇を抑えるように機能し、排ガスの排出が防止される。
また、発電機制御装置がトルク指令値ではなく回転数指
令により構成されている場合には、ステップ２０で発電
機回転数目標値ＮＧ＊をＮＧ＊＝０とすることにより、
同様の効果が得られる。

【００２１】次に、制御系４０の制御動作による駆動系
４０の各部の動作について、図６に示すタイムチャート
に従って説明する。この図６に示すように、アクセルが
踏み込まれてゼロであったアクセル開度αが時刻ｔ１で
α１になり（ａ）、時刻ｔ２でα２に変化し（ｂ）、そ
の後時刻ｔ３で再びゼロになった場合（ｃ）に分けて説
明する。なお、アクセル開度α１およびα２は共に２０
％よりも大きいものとする。

【００２２】（ａ）アクセル踏み込み時（α＝α１） 時刻ｔ１にアクセルが踏み込まれると、発電機トルクＴ
Ｇを設定値ＴＧ＊に保持する（図において点線Ａで示
す。以下同じ。）。このとき、ブレーキＢはＯＮの状態
が維持される（点線Ｂ）。そして、ＴＧ＝ＴＧ＊になっ
た後、時刻ｔ１２において、ブレーキをＯＦＦにすると
同時に発電機回転数ＮＧが上昇する（点線Ｃ）。そして
発電機トルクＴＧの上昇と共に発電機回転数ＮＧも上昇
し（点線Ｄ）、アクセル開度α１から図３に従って求ま
る目標回転数ＮＧ＊１に対して、｜ＮＧ−ＮＧ＊１｜＜
ΔＮＧ＊（誤差の許容値）となったら、発電機１の回転
上昇を停止する。以後、アクセル開度α１が変化するま
で、発電機回転数ＮＧを目標値ＮＧ＊１に保持する（点
線Ｅ）。

【００２３】（ｂ）アクセル開度αが変化した場合（α
１→α２） アクセル開度αが時刻ｔ２でα２に変化した場合、図３
に従って求まるα２に対応した目標回転数ＮＧ＊２まで
発電機回転数ＮＧを除々に変化させる（点線Ｆ）。発電
機回転数ＮＧが、目標回転数ＮＧ＊に対して誤差許容値
ΔＮＧ＊の範囲になったら、その目標回転数ＮＧ＊を保
持する（点線Ｇ）。

【００２４】（ｃ）アクセル開度αが設定値（２０％）
を下回った場合 アクセル開度が時刻ｔ３でゼロになると、アクセル開度
α＝０に対応する目標回転数ＮＧ＊＝０まで、発電機回
転数ＮＧを除々に下げる（点線Ｈ）。発電機３が停止ま
たは誤差許容値ΔＮＧ＊の範囲内になった後に、ブレー
キＢをＯＮさせ（点線Ｉ）、その後発電機３の制御を終
了する（点線Ｊ）。

【００２５】以上の駆動系４０における動作において、
エンジンと発電機と出力軸はプラネタリギヤにより連結
されているので、エンジン回転数ＮＥ、発電機回転数Ｎ
Ｇ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関係は、ａ、ｂを定
数とした場合次の式（１）のようになる。 ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴ … （１） ここで、ブレーキＢがＯＮになり、発電機３の回転が固
定された場合ＮＧ＝０となるので、ＮＥはＮＯＵＴに比
例し、ＮＥ＝ｂ・ＮＯＵＴとなる。そして、ブレーキＢ
がＯＦＦになり、発電機３の回転数が解放された場合、
エンジン回転数ＮＥの増分は、発電機回転数ＮＧに比例
することになる。

【００２６】次に第２の実施例について説明する。第１
の実施例ではアクセル開度αに応じて目標回転数ＮＧ＊
になるように発電機回転数ＮＧを変化させているが、第
２の実施例では、この発電機回転数ＮＧの変化率ΔＮＧ
に上限を設けるようにしたものである。すなわち、発電
機制御装置４２２は、発電機回転数ＮＧの値を逐次入力
しながらその変化率ΔＮＧを計算し、上限変化率ΔＮＧ
ＭＡＸを越えないように除々に回転数を目標回転数ＮＧ
＊まで上昇させる。図６に示すタイムチャートでは、点
線Ｄ、Ｆ、Ｈにおいて変化率ΔＮＧが上限変化率ΔＮＧ
ＭＡＸを越えないように目標回転数ＮＧα１、ＮＧα
２、０まで変化させる。

【００２７】図７は、発電機３の上限変化率ΔＮＧＭＡ
Ｘを表したものである。この図７に示すように、上限変
化率ΔＮＧＭＡＸは、アクセル開度αの値が大きいほど
大きくなるように決定される。なお、この上限変化率Δ
ＮＧＭＡＸは、アクセル開度αの関数として求めずに、
一定値としてもよい。この第２の実施例によれば、発電
機３の回転数の変化率ΔＮＧが上限値以下に抑えらるれ
るので、エンジン１の排ガス量の増加を防止することが
きる。

【００２８】次に第３の実施例について説明する。第１
の実施例では発電機３の目標回転数ＮＧ＊を決定する場
合、アクセル開度αのみの関数としてＮＧ＊＝ｆ（α）
として図３から求めたが、この第３の実施例では、アク
セル開度αとバッテリ４３の残容量ＳＯＣの関数として
目標回転数ＮＧ＊を求めるものである。図８は、目標回
転数ＮＧ＊とアクセル開度αおよび残容量ＳＯＣの関係
を表したものである。この図に示すように、目標回転数
ＮＧ＊は、アクセル開度αが小さくなるほど小さくな
り、残容量ＳＯＣが小さいほど大きくなるように決めら
れている。そして、ブレーキＢをＯＮ／ＯＦＦするため
のアクセル開度αも、バッテリ４３の残容量ＳＯＣに応
じて変化させる。すなわち、図５のステップ１２におい
て、ＳＯＣ＝８０％の場合、アクセル開度α≦６０％で
あればステップ１３に移行する。また、ＳＯＣ＝６０％
の場合アクセル開度α≦２０％であれば、ＳＯＣ＝４０
％、２０％の場合アクセル開度α＝０％であれば、それ
ぞれステップ１３に移行する。

【００２９】次に第４の実施例について説明する。第１
の実施例では必要要求負荷としてアクセル開度αの値を
用いたが、第４の実施例では、必要要求負荷としてモー
タ出力を用いるものである。図９は、目標回転数ＮＧ＊
とモータトルク指令値ＩＭ（電流値）および車速Ｖとの
関係を表したものである。モータ出力は、モータトルク
と回転数（車速）に比例する。そこで、図９に示すよう
に、モータトルク指令値ＩＭと車速Ｖが高いほど、発電
機の目標回転数ＮＧ＊が高く設定されている。車両制御
装置４２４は、モータ制御装置４２３からモータ４に供
給するモータトルク指令値ＩＭと、車速センサ４１２か
らの車速Ｖとから、図９のマップに従って、目標回転数
ＮＧ＊を求め、発電機制御装置４２２に供給する。この
第４の実施例では、ブレーキＢをＯＮ／ＯＦＦするか否
かについてモータトルクＩＭの値によって判断するが、
その値ＩＭは、第３の実施例と同様に、車速Ｖによって
変化させる。すなわち、図５のステップ１２において、
車速がＶ＝０ｋｍ／ｈの場合モータトルク指令値ＩＭ≦
８０Ａであればステップ１３に移行する。同様に、車速
Ｖ＝４０ｋｍ／ｈの場合ＩＭ≦４０Ａで、車速７０ｋｍ
／ｈの場合ＩＭ≦２０Ａで、車速Ｖ＝１００ｋｍ／ｈの
場合ＩＭ≦８Ａで、それぞれステップ１３に移行する。

【００３０】次に第５の実施例につてい説明する。この
第５の実施例も第４の実施例と同様に必要要求負荷とし
てモータ出力を使用するが、本実施例では、モータ４の
必要電力ＰＭを演算し、この電力ＰＭの関数として目標
回転数ＮＧ＊を求めるものである。車両制御装置４２４
はアクセル開度αおよび車速Ｖを、アクセルセンサ４１
１および車速センサ４１２から入力する。そして、モー
タ出力トルクＴＭを、アクセル開度αと車速Ｖの関数Ｔ
Ｍ＝ｆ（α，Ｖ）として、図１０から求める。そして、
モータ回転数ＮＭを、図示しないモータ回転数センサか
ら読み込み、モータ４の必要電力ＰＭを、式ＰＭ＝ＴＭ
×ＮＭから演算する。車両制御装置４２４は、演算した
必要電力ＰＭから、図１１に従って、目標回転数ＮＧ＊
を算出する。この実施例の場合、ブレーキＢをＯＮ／Ｏ
ＦＦするか否かについて、モータ必要電力ＰＭの値によ
って判断する。

【００３１】なお、以上説明した第４および第５の実施
例では、必要要求負荷としてアクセル開度α以外にモー
タ出力を使用したが、他に、バッテリ４３の出力を用い
るようにしてもよい。バッテリ出力４３としては、例え
ばバッテリ電流ＩＢまたはバッテリ電圧降下量ＶＢを使
用してもよい。この場合、図２におけるバッテリ状態セ
ンサ４１５は、それぞれ、バッテリ電力ＩＢ、バッテリ
電圧降下量ＶＢを検出する。

【００３２】次に第６の実施例について説明する。図１
２は、第２の実施例におけるハイブリッド車両の駆動装
置の配列を示すスケルトン図である。なお、図１に示す
第１の実施例と同一の構成部分には同一の符号を付して
その説明を適宜省略することとする。この図１２に示す
ように、第２の実施例では、エンジン１の出力軸７ｂが
発電機３ｂのステータ５１（ケースには保持されていな
い）に連結され、発電機３ｂのロータ５２が出力軸５３
に連結されている。また、モータ４ｂも出力軸５３に連
結されている。この出力軸５３には、カウンタドライブ
ギヤ１１が連結され、このカウンタドライブギヤ５４に
は、カウンタシャフト３１のカウンタドリブンギヤ３３
が噛合されている。発電機３ｂには、図１に示した第１
の実施例におけるブレーキＢに相当するものとして、固
定手段として機能するクラッチＣが配置されている。ク
ラッチＣは、ステータ５１とロータ５２に接続されてい
る。このクラッチをＯＮ状態にすることで発電機３の回
転およびサンギヤ２１の回転が固定されるようになって
いる。この第６の実施例の構成においても、第１から第
５の実施例において説明した制御を適用することができ
る。なお、この第６の実施例の場合、エンジン回転数Ｎ
Ｅ、発電機回転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの
関係を示す式（１）において、定数ｂはｂ＝１となる。

【００３３】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではなく、種々の変形が可能である。例え
ば、第１の実施例では、エンジンと発電機がプラネタリ
ギヤを介して出力軸に接続されている構成について説明
したが、本発明では、ベベルギヤ等の他の差動ギヤを介
して出力軸に接続されるようにしてもよい。

【００３４】以上説明した各実施例によれば、発電機３
で発電した電力をモータ４で直接使用するので、バッテ
リ４３を経由しない分、効率が向上する。また、バッテ
リ４３を経由する電力量を減らすことができるので、バ
ッテリ４３の寿命が向上する。また、高負荷時に発電機
３の回転数を上げ、発電機回転数に比例してエンジン１
の回転数が上昇するので、エンジン音が走行感覚により
一致しており、走行フィーリングが自然になる。一方、
必要要求負荷が高い（アクセル開度αが大きい）ほどモ
ータ４の消費電力も大きくなる。そこで、アクセル開度
αが所定値以上である場合にはブレーキＢを開放し、ア
クセル開度αに比例して発電機３の回転数を上げて発電
量を増加させる。そして、図４に示すように、必要要求
負荷に応じて発電機３で発電された電力（Ｃ）を、モー
タ４で直接消費するようにする。これによって、バッテ
リ４３への充放電による効率低下が防止される。さら
に、エンジンでオイルポンプ（Ｏ／Ｐ）を回す場合、高
負荷になるほどＯ／Ｐ回転数も上昇するので、潤滑や冷
却の油を増加させることができる。

【００３５】また、実施例では、モータ４との間で電力
の授受を行う電源装置としてバッテリ４３を用いる場合
について説明したが、本発明では、他の電源装置とし
て、キャパシタ、フライホイール・バッテリ、油（空）
圧アキュムレータ等の他の電源装置を使用するようにし
てもよい。キャパシタとしては、例えば、単位体積当た
りの容量が大きく、かつ、低抵抗で出力密度が大きい電
気２重層コンデンサ、その他のキャパシタが使用され
る。電源装置としてキャパシタを使用する場合、残容量
ＳＯＣとしては、キャパシタの電圧値を使用する。フラ
イホイール・バッテリは、フライホイールに同軸に配置
されたモータでフライホイールを駆動・回生することに
より、電力の授受を行うバッテリである。このフライホ
イールバッテリを電源装置として使用する場合の残容量
ＳＯＣとしては、フライホイールの回転数を使用する。
油（空）圧アキュムレータは、アキュムレータに連結さ
れた油（空）圧ポンプによりアキュムレータに油（空）
圧を出し入れすることにより、電力の授受を行うバッテ
リである。この油（空）圧アキュムレータ電源装置とし
て使用する場合の残容量ＳＯＣとしては、油（空）圧を
使用する。

【００３６】なお、エンジンとモータの少なくとも一方
からの出力が出力軸に伝達され、前記エンジンの出力は
発電機と前記出力軸に伝達されるハイブリッド車両であ
って、前記モータに電力を供給すると共に、前記発電機
および前記モータによって充電される電源装置と、車両
を駆動するための必要要求負荷を判断する必要要求負荷
判断手段と、この必要要求負荷判断手段で判断された必
要要求負荷の増加に応じて、前記発電機の回転数を増加
させる発電機制御手段と、この発電機制御手段の制御に
より前記発電機で発電された電力を前記モータに直接供
給する供給手段と、を具備することを特徴とするハイブ
リッド車両としてもよい。また、前記必要要求負荷判断
手段は、前記車両の駆動力要求度を示すアクセル開度、
前記モータの出力、前記電源装置の残量のうちの少なく
とも１つの要素から判断することを特徴とするハイブリ
ッド車両としてもよい。また、前記発電機制御手段は、
発電機回転数の変化率に上限を設けたことを特徴とする
ハイブリッド車両としてもよい。また、前記発電機制御
手段は前記発電機の回転を固定する固定手段を備え、こ
の固定手段は、前記必要要求負荷判断手段で判断された
必要要求負荷が所定値以下である場合に前記発電機の回
転を固定することを特徴とするハイブリッド車両として
もよい。以上のようにすることで、発電機がエンジンに
連結され、エンジンからの出力の一部が発電機、残りが
直接出力軸に伝達されるハイブリッド車両において、発
電機による電力を効率的に使用することが可能になる。
また、走行感覚に近いエンジン音とすることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンのエンジン回
転数ＮＥ、発電機の発電機回転数ＮＧ、および出力軸回
転数ＮＯＵＴの関係が、ａ、ｂを定数とした場合に、Ｎ
Ｅ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴとなるように前記エンジン
と前記発電機と前記出力軸が差動ギヤによって連結され
ているので、発電機回転数を制御することにより、発電
機による電力を効率的に使用することができる。また、
エンジン音を走行感覚により一致させることができる。
また、アクセル開度と車速に基づいて電力を発電するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるハイブリッド車両の
駆動装置配列を示すスケルトン図である。

【図２】同上、ハイブリッド車両の制御部の構成図であ
る。

【図３】同上、ハイブリッド車両の目標回転数ＮＧ＊と
スロットル開度αとの関係を示す説明図である。

【図４】同上、ハイブリッド車両における電力の状態を
示す説明図である。

【図５】同上、ハイブリッド車両における各制御部によ
る動作の詳細を示すフローチャートである。

【図６】同上、ハイブリッド車両の駆動系各部の動作を
示すタイムチャートである。

【図７】本発明の第２の実施例において、発電機の上限
変化率ΔＮＧＭＡＸとアクセル開度αとの関係を示す説
明図である。

【図８】本発明の第３の実施例において、発電機の目標
回転数ＮＧ＊とアクセル開度αおよび残容量ＳＯＣの関
係を示す説明図である。

【図９】本発明の第４の実施例において、発電機の目標
回転数ＮＧ＊とモータトルク指令値ＩＭおよび車速Ｖと
の関係を示す説明図である。

【図１０】本発明の第５の実施例において、モータトル
クＴＭとアクセル開度αとの関係を示す説明図である。

【図１１】本発明の第５の実施例において、発電機の目
標回転数ＮＧ＊とモータの必要電力ＰＭとの関係を示す
説明図である。

【図１２】本発明の第５の実施例におけるハイブリッド
車両の駆動装置配列を示すスケルトン図である。

【図１３】従来のハイブリッド車両における電力の状態
を示す説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ プラネタリギヤ ２１ サンギヤ ２２ キャリヤ ２３ リングギヤ ２４ 出力軸 ３ 発電機 ４ モータ ５ デファレンシャルギヤ １１ 第１カウンタドライブギヤ １５ 第２カウンタドライブギヤ ３１ カウンタシャフト ３３ カウンタドリブンギヤ ３５ デフピニオンギヤ ４０ 駆動系 ４１ センサ系 ４１１ アクセルセンサ ４１２ 車速センサ ４１３ 発電機回転数センサ ４１４ エンジン回転数センサ ４１５ バッテリ状態センサ ４２ 制御系 ４２１ エンジン制御装置 ４２２ 発電機制御装置 ４２３ モータ制御装置 ４２４ 車両制御装置 ４２５ ブレーキアクチュエータ ４３ バッテリ Ｂ ブレーキ Ｃ クラッチ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 11/14 F02D 29/02 B60K 6/02

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのエンジン回転数ＮＥ、発電機
   の発電機回転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関
   係が、ａ、ｂを定数とした場合に、 ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴ となるように前記エンジンと前記発電機と前記出力軸が
   連結された差動ギヤと、 前記出力軸に連結されるモータと、 前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ及び
   前記発電機からの電力により充電される電源装置と、 車両を駆動するための必要要求負荷を判断する必要要求
   負荷判断手段と、 この必要要求負荷判断手段で判断された必要要求負荷に
   応じて前記発電機回転数を制御する発電機制御手段と、 を具備することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 【請求項２】 エンジンのエンジン回転数ＮＥ、発電機
   の発電機回転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関
   係が、ａを定数とした場合に、 ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ＮＯＵＴ となるように、前記エンジンからのトルクが入力される
   回転自在に配設されたステータと前記出力軸に連結され
   るロータからなる発電機と、 前記出力軸に連結されるモータと、 前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ及び
   前記発電機からの電力により充電される電源装置と、 車両を駆動するための必要要求負荷を判断する必要要求
   負荷判断手段と、 この必要要求負荷判断手段で判断された必要要求負荷に
   応じて前記発電機回転数を制御する発電機制御手段と、 を具備することを特徴とするハイブリッド車両。
3. 【請求項３】 エンジンの出力トルクが発電機の反力ト
   ルクと出力軸の出力軸トルクの合成トルクとなるよう
   に、前記エンジンと前記発電機と前記出力軸が連結され
   た差動ギヤと、 前記出力軸に連結されるモータと、 前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ及び
   前記発電機からの電力により充電される電源装置と、 車両を駆動するための必要要求負荷を判断する必要要求
   負荷判断手段と、 この必要要求負荷判断手段で判断された必要要求負荷に
   応じて前記発電機回転数を制御する発電機制御手段と、 を具備することを特徴とするハイブリッド車両。
4. 【請求項４】 前記発電機制御手段により前記発電機で
   発電された電力を前記モータに供給する供給手段、 を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求
   項３に記載したハイブリッド車両。
5. 【請求項５】 前記発電機制御手段は、前記必要要求負
   荷判断手段で判断された必要要求負荷に基づいて前記発
   電機の目標回転数を設定し、該目標回転数になるように
   前記発電機の回転数を制御することを特徴とする請求項
   １、請求項２又は請求項３に記載したハイブリッド車
   両。
6. 【請求項６】 前記必要要求負荷判断手段は、前記車両
   の駆動力要求度を示すアクセル開度、前記モータの出
   力、前記電源装置の残容量、前記電源装置の出力のうち
   の少なくとも１つの要素から判断することを特徴とする
   請求項１、請求項２又は請求項３に記載したハイブリッ
   ド車両。
7. 【請求項７】 前記発電機制御手段は、前記アクセル開
   度の増加、前記モータの出力の増加、前記電源装置の残
   容量の減少、前記電源装置の出力の降下に応じて前記発
   電機の回転数を増加させるように発電機の目標回転数を
   設定することを特徴とする請求項５に記載したハイブリ
   ッド車両。
8. 【請求項８】 前記必要要求負荷判断手段は、前記モー
   タの回転数、アクセル開度、車速から算出される前記モ
   ータの必要電力から、前記モータ出力を判断することを
   特徴とする請求項６に記載したハイブリッド車両。
9. 【請求項９】 エンジンのエンジン回転数ＮＥ、発電機
   の発電機回転数ＮＧ、および出力軸回転数ＮＯＵＴの関
   係が、ａ、ｂを定数とした場合に、 ＮＥ＝ａ・ＮＧ＋ｂ・ＮＯＵＴ となるように前記エンジンと前記発電機と前記出力軸が
   連結された差動ギヤと、 前記出力軸に連結されるモータと、 前記モータに電力を供給するとともに、前記モータ及び
   前記発電機からの電力により充電される電源装置と、 アクセル開度を検出するアクセルセンサと、 車速を検出する車速センサと、 前記エンジンを制御するエンジン制御装置と、 前記発電機を制御する発電機制御装置と、 前記モータを制御するモータ制御装置と、 前記エンジン制御装置、前記発電機制御装置、及び前記
   モータ制御装置を制御するとともに、前記アクセルセン
   サが検出したアクセル開度と前記車速センサが検出した
   車速に基づく制御信号を前記発電機制御装置に供給する
   車両制御装置と、 を具備したことを特徴とするハイブリッド車両。
10. 【請求項１０】 前記車両制御装置は、前記制御信号と
    して前記発電機の目標回転数を前記発電機制御装置に供
    給し、 前記発電機制御装置は該目標回転数になるように前記発
    電機の回転数を制御することを特徴とする請求項９に記
    載したハイブリッド車両。
11. 【請求項１１】 前記発電機の回転数の変化率に上限を
    設けることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
    ３、又は請求項９に記載したハイブリッド車両。
12. 【請求項１２】 前記発電機の回転数の変化率の上限
    は、アクセル開度の増加に応じて大きく設定されること
    を特徴とする請求項１１に記載したハイブリッド車両。
13. 【請求項１３】 前記差動ギヤは、キャリヤが前記エン
    ジンの出力軸と連結され、サンギヤが前記発電機の入力
    軸と連結され、リングギヤが前記出力軸に連結されてい
    ることを特徴とする請求項１、請求項３、及び請求項９
    のうちのいずれか１の請求項に記載されたハイブリッド
    車両。
14. 【請求項１４】 前記エンジンは、エンジン回転数に対
    応してスロットル開度が制御され、エンジン出力が制御
    されることを特徴とする請求項１、請求項３、及び請求
    項９のうちのいずれか１の請求項に記載されたハイブリ
    ッド車両。