JP3167607B2

JP3167607B2 - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP3167607B2
Application number: JP34454295A
Authority: JP
Inventors: 幸蔵山口; 博幸小島
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Equos Research Co Ltd
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2001-05-21
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JPH09156387A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンとモータ
とを駆動源として走行するハイブリッド車両に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、低公害、低燃費を実現するため
に、エンジンとモータとを併用した駆動装置を有するハ
イブリッド車両が提案されており、例えば、米国特許第
３５６６７１７号は、差動歯車装置を用いて発電機とエ
ンジンが連結され、エンジンからの出力の一部を発電に
用い、残りを直接駆動出力軸に出力する。このようなハ
イブリッド車両では、発電機の回転を制御することによ
って、走行モードをエンジン・モータ駆動モードや、モ
ータ駆動モードなどに切り替えることができ、さらに
は、回生電力のバッテリーへの充電や、エンジンの始動
を行うことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、上記ハイブリッ
ド車両においては、差動歯車装置を介して、エンジン、
発電機、駆動モータが接続されており、それぞれの回転
数やトルクが相互に関連するため、例えばエンジンブレ
ーキを効かせることなどを目的として、発電機に設けら
れたブレーキを作用させ、発電機の回転を固定する場合
がある。

【０００４】ここで、ブレーキによって発電機の回転数
を突然止めてしまうと、衝撃が大きくなり、走行感覚が
損なわれる恐れがあり、また、ブレーキの摩擦材が発熱
によって著しく消耗する。

【０００５】このような衝撃を吸収するために、例えば
アキュムレータのようなショック吸収装置を設けると、
オリフィスやアキュムレータ・スプリングなどの調整
を、車毎に行う必要があり、製造やメンテナンスに手間
がかかるといった問題が生ずる。また、摩擦材の摩擦係
数の経時変化や、運転状態、温度などに影響されて、ア
キュムレータのショック吸収効果を安定して維持するこ
とが難しく、期待した効果が得られない場合が多い。

【０００６】さらに、上記ショック吸収装置を取り付け
ると機構が複雑となり、搭載スペースの少ない電気自動
車には好ましくない構成となる。

【０００７】本発明の目的は、発電機回転数を予め制御
することによって、係合手段の係合時の衝撃を抑制した
ハイブリッド車両を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、以下
の本発明によって達成される。

【０００９】（１）エンジンと、回転数制御可能な発
電機と、駆動輪の駆動力を出力する駆動出力軸と、前記
駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯
車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第２の歯車
要素が前記発電機のロータに連結され、第３の歯車要素
が第１ギヤに連結された差動歯車装置と、前記発電機の
ロータと係止部材との間に配設された係合手段と、前記
発電機の回転数を制御する発電機制御手段と、前記電気
モータの出力軸に固定された第２ギヤと、前記駆動出力
軸に固定され、前記第１ギヤ及び第２ギヤと噛合する第
３ギヤと、前記駆動出力軸に固定される第４ギヤと、該
第４ギヤと噛合する第５ギヤと、該第５ギヤが固定され
たディファレンシャル装置とを有し、前記エンジン、差
動歯車装置、及び発電機は第１軸線上に、前記電気モー
タは、前記第１軸線に平行な第２軸線上に、前記駆動出
力軸は、前記第１軸線及び前記第２軸線に平行な第３軸
線上に、前記ディファレンシャル装置は前記第１軸線、
前記第２軸線及び前記第３軸線に平行な第４軸線上に配
置され、前記発電機制御手段によって制御されたロータ
と前記係止部材との相対回転数が、予め定められた許容
値よりも小さくなった時に、前記係合手段を係合状態と
する係合制御手段とを備えることを特徴とするハイブリ
ッド車両。

【００１０】（２）エンジンと、回転数制御可能な発
電機と、駆動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸と、前記
駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯
車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第２の歯車
要素が前記発電機のロータに連結され、第３の歯車要素
が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置と、前記発
電機のロータと係止部材との間に配設された係合手段
と、前記発電機の回転数の変化率を予め定められた範囲
内になるように前記発電機の回転数を制御する発電機制
御手段と、前記発電機制御手段によって制御されたロー
タと前記係止部材との相対回転数が、予め定められた範
囲内になった時に、前記係合手段を係合状態とする係合
制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車
両。

【００１１】（３）エンジンと、回転数制御可能な発
電機と、駆動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸と、前記
駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯
車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第２の歯車
要素が前記発電機のロータに連結され、第３の歯車要素
が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置と、前記発
電機のロータと係止部材との間に配設された係合手段
と、前記発電機の回転数を制御する発電機制御手段と、
アクセル開度を検出するアクセルセンサと、該アクセル
センサによって検出されたアクセル開度が小さく、ロー
タと前記係止部材との相対回転数が、予め定められた許
容値よりも小さくなった時に、前記係合手段を係合状態
とする係合制御手段とを備えることを特徴とするハイブ
リッド車両。

【００１２】

【００１３】（４）前記係止部材は、前記発電機のロ
ータを固定するケースである上記（１）から（３）のい
ずれか１に記載のハイブリッド車両。（５）前記係止部材は、前記第１の歯車要素と前記第
３の歯車要素の内いずれか一方である上記（１）から
（３）のいずれか１に記載のハイブリッド車両。（６）前記発電機制御手段は、前記発電機の回転数の
変化率を予め定められた範囲内に制御する上記（１）ま
たは（３）に記載のハイブリッド車両。

【００１４】発電機の回転数を発電機制御手段によって
制御し、係合手段によって係合状態となった時の回転数
まで回転数を落とした後、係合制御手段によって係合手
段を係合状態とする。これにより、係合手段を係合させ
る前と、係合させた後との間で、発電機の回転数の差が
少ないので、係合手段による係合時のショックが抑制さ
れる。発電機制御手段によって発電機の回転数を、係合
手段の係合時の回転数へ変化させる時には、回転数の変
化率が大き過ぎると、エンジンの吹き上がりや、係合時
のショックと同様の衝撃が生ずる可能性があるため、回
転数の変化率が予め定められた範囲内を越えないように
制御される。

【００１５】また、アクセル開度が小さい場合に、ブレ
ーキを係合状態として、発電機の回転を固定する構成と
した場合には、発電機１６に電流を流す必要がなくな
り、発電機１６での電力消費を軽減でき、電力を節約す
ることができる。係止部材がケースである場合には、発
電機制御手段は、発電機の回転数がゼロとなるように発
電機の回転数を制御し、係合手段が係合される。係止部
材が第１の歯車要素または第３の歯車要素である場合に
は、発電機のロータに接続された第２の歯車要素の回転
数が、他の第１の歯車要素または第３の歯車要素の回転
数と同じになった時に、係合手段を係合させる。これに
より、第１の歯車要素、第２の歯車要素および第３の歯
車要素は一体として回転する。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明のハイブリッド車両の第
１実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１９】図１は、本発明の第１実施形態のハイブリ
ッド車両の駆動装置を示す概念図である。図において、
第１軸線上には、エンジン１１と、エンジン１１を駆動
させることによって発生する回転を出力するエンジン出
力軸１２と、該エンジン出力軸１２を介して入力された
回転に対して変速を行う差動歯車装置であるプラネタリ
ギヤユニット１３と、該プラネタリギヤユニット１３に
おける変速後の回転が出力されるユニット出力軸１４
と、該ユニット出力軸１４に固定された第１カウンタド
ライブギヤ１５と、通常走行状態では主として発電機と
して作用する発電機１６と、該発電機１６とプラネタリ
ギヤユニット１３とを連結する伝達軸１７とが配置され
ている。ユニット出力軸１４は、スリーブ形状を有し、
エンジン出力軸１２を包囲して配設されている。また、
第１カウンタドライブギヤ１５は、プラネタリギヤユニ
ット１３よりエンジン１１側に配設されている。

【００２０】プラネタリギヤユニット１３は、第２の歯
車要素であるサンギヤＳと、サンギヤＳと噛合するピニ
オンＰと、該ピニオンＰと噛合する第３の歯車要素であ
るリングギヤＲと、ピニオンＰを回転自在に支持する第
１の歯車要素であるキャリヤＣＲとを備えている。

【００２１】サンギヤＳは、伝達軸１７を介して発電機
１６と連結され、リングギヤＲは、ユニット出力軸１４
を介して第１カウンタドライブギヤ１５と連結され、キ
ャリヤＣＲは、エンジン出力軸１２を介してエンジン１
１と連結されている。

【００２２】さらに、発電機１６は伝達軸１７に固定さ
れ、回転自在に配設されたロータ２１と、該ロータ２１
の周囲に配設されたステータ２２と、該ステータ２２に
巻装されたコイル２３とを備えている。発電機１６は、
伝達軸１７を介して伝達される回転によって電力を発生
させる。前記コイル２３は図示しないバッテリに接続さ
れ、該バッテリに電力を供給して充電する。

【００２３】発電機１６には、伝達軸１７の他端側に、
係合手段であるブレーキＢが接続されており、このブレ
ーキＢを係合状態とすることで、ロータ２１が固定さ
れ、発電機１６の回転およびサンギヤＳの回転が停止さ
れるようになっている。第１軸線と平行な第２軸線上に
は、電気モータ２５と、電気モータ２５の回転が出力さ
れるモータ出力軸２６と、モータ出力軸２６に固定され
た第２カウンタドライブギヤ２７とが配置されている。

【００２４】電気モータ２５は、モータ出力軸２６に固
定され、回転自在に配設されたロータ３７と、該ロータ
３７の周囲に配設されたステータ３８と、該ステータ３
８に巻装されたコイル３９とを備えている。電気モータ
２５は、コイル３９に供給される電流によってトルクを
発生させる。そのために、コイル３９は図示しないバッ
テリに接続され、該バッテリから電流が供給されるよう
に構成されている。

【００２５】本発明のハイブリッド車両が減速状態にお
いて、電気モータ２５は、図示しない駆動輪から回転を
受けて回生電力を発生させ、該回生電力をバッテリに供
給して充電する。そして、前記エンジン１１の回転と同
じ方向に図示しない駆動輪を回転させるために、第１軸
線及び第２軸線と平行な第３軸線上には、駆動出力軸と
してカウンタシャフト３１が配設されている。該カウン
タシャフト３１にはカウンタドリブンギヤ３２が固定さ
れている。

【００２６】また、該カウンタドリブンギヤ３２と第１
カウンタドライブギヤ１５とが、及びカウンタドリブン
ギヤ３２と第２カウンタドライブギヤ２７とが噛合させ
られ、第１カウンタドライブギヤ１５の回転及び第２カ
ウンタドライブギヤ２７の回転が反転されてカウンタド
リブンギヤ３２に伝達されるようになっている。

【００２７】さらに、カウンタシャフト３１には、カウ
ンタドリブンギヤ３２より歯数が小さなデフピニオンギ
ヤ３３が固定される。そして、第１軸線、第２軸線及び
第３軸線に平行な第４軸線上にデフリングギヤ３５が配
設され、該デフリングギヤ３５と前記デフピニオンギヤ
３３とが噛合させられる。また、前記デフリングギヤ３
５にディファレンシャル装置３６が固定され、デフリン
グギヤ３５に伝達された回転が前記ディファレンシャル
装置３６によって差動させられ、駆動輪に伝達される。
上記構成において、駆動出力系は、プラネタリギヤユニ
ット１３と、発電機１６と、第１カウンタドライブギヤ
１５と、カウンタドリブンギヤ３２と、第２カウンタド
ライブギヤ２７と、カウンタシャフト３１と、デフピニ
オンギヤ３３と、デフリングギヤ３５と、ディファレン
シャル装置３６とによって構成されている。

【００２８】このように、エンジン１１によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるだけでなく、電気モータ２５によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるので、エンジン１１だけを駆動するエンジン
駆動モード、電気モータ２５だけを駆動するモータ駆動
モード、並びにエンジン１１及び電気モータ２５を駆動
するエンジン・モータ駆動モードでハイブリッド車両を
走行させることができる。また、発電機１６において発
生させられる電力を制御することによって、前記伝達軸
１７の回転数を制御することができる。また、発電機の
回転を停止させる場合には、ブレーキＢを係合せさて発
電機１６のロータ２１を固定することができる。この場
合、ブレーキＢを係合解除することによって、ブレーキ
解除状態では発電機１６で発電しながら走行するモード
とし、ブレーキ係合状態では発電機１６で発電せずに走
行するモードとすることができる。

【００２９】上記構成のハイブリッド車両のプラネタリ
ギヤユニット１３の動作について説明する。図２（Ａ）
は、本発明の第１実施形態のプラネタリギヤユニット１
３（図１）の概念図、図２（Ｂ）は、本発明の第１実施
形態におけるプラネタリギヤユニット１３の通常走行時
の速度線図、図３は、本発明の第１実施形態におけるプ
ラネタリギヤユニット１３の通常走行時のトルク線図で
ある。

【００３０】本実施形態においては、図２（Ａ）に示さ
れているように、プラネタリギヤユニット１３のリング
ギヤＲの歯数がサンギヤＳの歯数の２倍となっている。
従って、リングギヤＲに接続されるユニット出力軸１４
の回転数（以下「リングギヤ回転数」という。）をＮＲ
とし、キャリヤＣＲに接続されるエンジン出力軸１２の
回転数（以下「エンジン回転数」という。）をＮＥと
し、サンギヤＳに接続される伝達軸１７の回転数（以下
「発電機回転数」という。）をＮＧとした時、ＮＲ、Ｎ
Ｅ、ＮＧの関係は、図２（Ｂ）に示されているように、

【００３１】ＮＧ＝３・ＮＥ−２・ＮＲ

【００３２】となる。また、リングギヤＲからユニット
出力軸１４に出力されるトルク（以下「リングギヤトル
ク」という）をＴＲ（＝ＴＯＵＴ）とし、エンジン１１
のトルク（以下「エンジントルク」という）をＴＥと
し、発電機トルクをＴＧとしたとき、ＴＲ、ＴＥ、ＴＧ
の関係は、図３に示されているように、

【００３３】ＴＥ：ＴＲ：ＴＧ＝３：２：１となる。

【００３４】そして、ハイブリッド車両の通常走行時に
おいては、リングギヤＲ、キャリヤＣＲおよびサンギヤ
Ｓは、いずれも正方向に回転させられ、図２（Ｂ）に示
されるように、リングギヤ回転数ＮＲ（＝出力回転数Ｎ
ＯＵＴ）、エンジンの回転数ＮＥ、発電機回転数ＮＧ
は、いずれも正の値を採る。

【００３５】そして、エンジントルクＴＥが、キャリヤ
ＣＲに入力され、このエンジントルクＴＥが、図１に示
されている第１カウンタドライブギヤ１５および発電機
１６の反力によって受けられる。その結果、図３に示さ
れているように、リングギヤＲからユニット出力軸１４
にリングギヤトルクＴＲが、サンギヤＳから伝達軸１７
に発電機トルクＴＧが出力される。

【００３６】上記リングギヤトルクＴＲおよび発電機ト
ルクＴＧは、プラネタリギヤユニット１３の歯数によっ
て決定されるトルク比でエンジントルクＴＥを按分する
ことによって得られ、トルク線図上において、リングギ
ヤトルクＴＲと発電機トルクＴＧとを加えたものがエン
ジントルクＴＥとなる。

【００３７】次に、本発明のハイブリッド車両の制御系
について、図４のブロック図に基づいて詳細に説明す
る。本実施形態の制御系を構成する制御手段は、車両制
御装置４１と、エンジン制御装置４２と、モータ制御装
置４３と、発電機制御装置４４とを有している。これら
の制御装置４１、４２、４３、４４は、例えばＣＰＵ
（中央処理装置）、各種プログラムやデータが格納され
たＲＯＭ（リード・オンリー・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構成す
ることができる。

【００３８】さらに、この制御系は、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４５と、車速Ｖを検出する車速センサ４６とを備
えている。それぞれのセンサ４５、４６で検出された検
出値は車両制御装置４１へ供給される。

【００３９】車両制御装置４１は、ハイブリッド車両の
全体を制御するもので、アクセルセンサ４５からのアク
セル開度αと、車速センサ４６からの車速Ｖに応じたト
ルクＴＭ＊を決定し、これをモータトルク指令値ＴＭ＊
としてモータ制御装置４３へ供給する。また、発電機１
６の回転数制御によるトルク変動を電気モータ２５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
４３に供給する。

【００４０】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とし、発電機１６の回転
変化率（角加速度）をβＧとすると、サンギヤＳに作用
するサンギヤトルクＴＳは、ＴＳ＝ＴＧ＋ＩｎＧ・βＧ
となる。なお、回転変化率βＧが非常に小さい場合に
は、ＴＳ＝ＴＧとなる。そして、後述するように、リン
グギヤＲの歯数がサンギヤＳの２倍である場合には、リ
ングギヤトルクＴＲは、発電機トルクＴＧの２倍とな
り、電気モータ２５で吸収すべき変動トルク（補正トル
ク）ΔＴＭは、カウンタギヤ比をｉとすると、ΔＴＭ＝
２・ｉ・ＴＳ＝２・ｉ・（ＴＧ＋ＩｎＧ・βＧ）とな
る。

【００４１】また、車両制御装置４１は、エンジン制御
装置４２に対してエンジンＯＮ／ＯＦＦ信号を供給す
る。具体的には、例えば、イグニッションキーのＯＮ／
ＯＦＦに応じて、エンジンＯＮ／ＯＦＦ信号を供給す
る。

【００４２】車両制御装置４１は、発電機制御装置４４
に対して、発電機１６の制御目標回転数ＮＧ＊を供給す
る。目標回転数ＮＧ＊は、アクセルセンサ４５から供給
されるアクセル開度αの関数ＮＧ＊＝ｆ（α）として、
図５に示されているように決められている。即ち、目標
回転数ＮＧ＊は、アクセル開度α＞２０％の場合には、
アクセル開度αに比例して大きく決められ、α≦２０％
の場合には、ＮＧ＊＝０に決められる。

【００４３】さらに、車両制御装置４１は、ブレーキＢ
を動作させる電磁バルブ５４へＯＮ／ＯＦＦ信号を供給
する。電磁バルブ５４は、供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号
に基づいて電磁バルブ５４に内蔵されているソレノイド
が作動し、例えばＯＮ信号の場合には、ソレノイドが作
動してバルブが開放され、オイルポンプからの圧油をブ
レーキアクチュエータへ供給して、ブレーキＢを係合状
態とし、ＯＦＦ信号の場合には、バルブが閉鎖されてブ
レーキＢの係合を解除する。係合制御手段は、電磁バル
ブ５４とブレーキアクチュエータとを備えた油圧回路
と、車両制御装置４１とから構成される。

【００４４】車両制御装置４１は、ブレーキＢの係合に
よる衝撃を抑制するために、次のような動作を行う。ブ
レーキＢの係合によって生ずるショックを抑制するため
には、ブレーキＢの係合によるトルクの変動を少なくす
る必要があり、ブレーキ係合時の発電機１６の変動トル
クは、既述のようにΔＴＧ＝ＩｎＧ・βＧで得られる。
つまり、回転変化率をβＧを少なくすることにより、ブ
レーキ係合によるショックを小さくし、また摩擦材の消
耗も軽減することができる。車両制御装置４１は、電磁
バルブ５４へＯＮ信号を供給する前に、発電機回転数Ｎ
ＧをブレーキＢ係合時の回転数（ゼロ）となるように制
御し、その後ブレーキＢを係合する。この時、ブレーキ
Ｂの摩擦材の消耗を大きくせず、運転者にショックを伝
えない範囲で、ブレーキＢを係合させることがてきる回
転数許容値ΔＮＧ＊が予め定められた範囲として設定さ
れており、実回転数の絶対値｜ＮＧ｜が、回転数許容値
ΔＮＧ＊より小さくなった時、ブレーキＢが係合され
る。これにより、ブレーキＢ係合前から係合後へ回転数
が変化した時の回転変化率βＧが小さくなるので、ブレ
ーキ係合時のショックが軽減される。

【００４５】エンジン制御装置４２は、車両制御装置４
１から入力される選択指令信号に基づいて、エンジン１
１を、エンジントルクを出力している駆動状態（ＯＮ状
態）と、エンジントルクを発生させていない非駆動状態
（ＯＦＦ状態）とに切換える。また、エンジン１１に設
けられた回転数センサから入力される実際のエンジン回
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１１の出力を制御する。このエンジン回転数Ｎ
Ｅとスロットル開度θは、車両制御装置４１へも入力さ
れる。

【００４６】モータ制御装置４３は、車両制御装置４１
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、補正トルクΔＴＭが供
給されない場合には、ＴＭ＝ＴＭ＊となるように、電気
モータ２５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１６の回転数制御の影響を受
けることなく、常時定められたトルクＴＭ＊が維持され
る。車両制御装置４１とモータ制御装置４３とによっ
て、トルク補正手段が構成される。

【００４７】発電機制御装置４４は、発電機１６の回転
数ＮＧを制御し、車両制御装置４１から入力される制御
目標回転数ＮＧ＊または、制御目標トルクＴＧ＊となる
ように、電流（トルク）ＩＧを制御する。また、発電機
制御装置４４は、発電機１６の出力トルクＴＧと、発電
機１６の実回転数ＮＧをモニターし、その値をそれぞれ
車両制御装置４１へ入力する。車両制御装置４１と発電
機制御装置４４とによって、発電機制御手段が構成され
る。

【００４８】次に、以上のように構成された本実施形態
のハイブリッド車両の動作について説明する。本実施形
態のハイブリッド車両では、アクセル開度αが小さい場
合には、ブレーキＢを係合状態として、発電機の回転を
固定する。これによって、発電機１６に電流を流す必要
がなくなり、発電機１６での電力消費を軽減でき、電力
を節約することができる。

【００４９】また、アクセル開度αが大きい場合には、
電気モータ２５の消費電力も大きくなるため、ブレーキ
Ｂを開放状態として、アクセル開度αに比例して発電機
１６の回転数を上げ、発電量を増加させる。本実施形態
では、アクセル開度αが２０％以下である時に、ブレー
キＢを係合させて発電機１６を固定し、２０％以上であ
る時に、ブレーキＢを開放して発電を行う。

【００５０】以下、ハイブリッド車両の制御動作につい
て詳細に説明する。図６は、ハイブリッド車両の制御動
作を示す、フローチャートである。アクセルセンサ４５
からアクセル開度αを読み取り（ステップＳ１１）、ア
クセル開度αが２０％以下か否かを判断する（ステップ
Ｓ１２）。アクセル開度αが２０％以下である場合に
は、車両制御装置４１は、ブレーキＢが係合状態（ＯＮ
状態）か否かを判断する（ステップＳ１３）。係合状態
である場合には（ステップＳ１３：Ｙ）、そのままの状
態を維持し、メインルーチンへリターンする。

【００５１】ブレーキＢが解除状態（ＯＦＦ状態）であ
る場合には、つまり、アクセル開度αが２０％以下であ
り、かつブレーキＢが解除状態である場合（ステップＳ
１３：Ｎ）には、発電機１６の回転を固定しても良いか
否かを判断する。即ち、発電機回転数ＮＧの絶対値｜Ｎ
Ｇ｜が、許容値ΔＮＧ＊以下であるか否かを判断する
（ステップＳ１４）。

【００５２】｜ＮＧ｜＜ΔＮＧ＊である場合には（ステ
ップＳ１４：Ｙ）、車両制御装置４１は、電磁バルブ５
４にＯＮ信号を供給してブレーキＢを係合し（ステップ
Ｓ１８）、メインルーチンにリターンする。ブレーキＢ
の係合によって、発電機１６が固定され、発電機１６に
おける電力ロスが抑制される。

【００５３】｜ＮＧ｜≧ΔＮＧ＊である場合には（ステ
ップＳ１４：Ｎ）、図５に従ってＮＧ＊＝０とし（ステ
ップＳ１５）、これを発電機制御装置４４へ供給する
（ステップＳ１６）。ここで、車両制御装置４１は、発
電機制御装置４４を介して、発電機実回転数ＮＧをモニ
ターし、ステップ１４と同様に、発電機回転数ＮＧの絶
対値｜ＮＧ｜が、許容値ΔＮＧ＊以下となったか否かを
判断する（ステップＳ１７）。｜ＮＧ｜＜ΔＮＧ＊とな
るまでステップＳ１７を繰り返し（ステップＳ１７：
Ｎ）、発電機制御装置４４による制御によって、｜ＮＧ
｜＜ΔＮＧ＊となった時（ステップＳ１７：Ｙ）、車両
制御装置４１は、電磁バルブ５４にＯＮ信号を供給して
ブレーキＢを係合し（ステップＳ１８）、メインルーチ
ンにリターンする。

【００５４】ここで、ステップＳ１６において、目標回
転数ＮＧ＊が供給された後、発電機制御装置４４が、実
回転数ＮＧを目標回転数ＮＧ＊へ向けて制御する制御動
作では、実回転数ＮＧの変化率が、予め定められた範囲
である上限変化率ΔＮＧＭＡＸ（ｒｐｍ／ｓｅｃ）を越
えない範囲で実回転数ＮＧが制御される。発電機１６と
エンジン１１は、プラネタリギヤユニット１３を介して
連結されているため、発電機１６の回転数ＮＧを急激に
制御すると、エンジン１１か吹き上がるなど、排気ガス
の量や燃費に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、上記
上限変化率ΔＮＧＭＡＸは、上記悪影響を及ぼさない限
界の変化率として設定されている。

【００５５】図７は、上限変化率ΔＮＧＭＡＸを示すも
のである。図示されているように、上限変化率ΔＮＧＭ
ＡＸはアクセル開度αの値が大きい程大きくなるように
設定されている。なお、この上限変化率ΔＮＧＭＡＸ
は、アクセル開度αの関数として設定せずに、一定値と
してもよい。

【００５６】ステップＳ１２において、ステップＳ１１
で入力したアクセル開度αが２０％より大きい場合に
は、ブレーキＢが係合状態（ＯＮ状態）か否かを判断す
る（ステップＳ１９）。ブレーキＢが解除状態（ＯＦＦ
状態）である場合には（ステップＳ１９：Ｎ）、車両制
御装置４１は、図５に基づいて、アクセル開度αから発
電機１６の目標回転数ＮＧ＊を決定し（ステップＳ２
０）、これを発電機制御装置４４へ供給した後（ステッ
プＳ２１）、メインルーチンにリターンする。一方、
ブレーキＢが係合状態である場合には（ステップＳ１
９：Ｙ）、車両制御装置４１は、発電機１６の回転数を
保持するため、発電機１６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Ｓ２２）。その後、車両制御装置４１は、電磁バルブ
５４にＯＦＦ信号を供給し、ブレーキＢの係合を開放し
解除状態（ＯＦＦ状態）とする（ステップＳ２３）。

【００５７】次に、本発明のハイブリッド車両の駆動装
置の動作について、図８に示されているタイムチャート
に基づいて説明する。図８に示されているように、時刻
ｔ₁で、アクセルが踏み込まれて、アクセル開度がα１
からα２へ変化し、時刻ｔ₂で、アクセル開度がα２か
らα１へ変化した場合の動作について説明する。ここ
で、α１＜２０％、α２＞２０％とする。

【００５８】アクセル開度がα１の状態では、ブレーキ
Ｂは係合（ＯＮ状態）され、発電機１６は固定されて、
回転数がゼロの状態となっており、発電機トルクＴＧも
ゼロとなっている。また、モータトルクＴＭは、アクセ
ル開度α１に応じたモータトルクＴＭ₁ となっている。

【００５９】時刻ｔ₁ において、アクセル開度がα１か
らα２へ変化すると、アクセル開度α２に応じた出力ト
ルクを出力すべくモータトルクＴＭは、ＴＭ₁ からＴＭ
₂ へ上昇する。この時、ブレーキＢはＯＮ状態となって
いる（図８において点線Ａで示す。以下同じ）。

【００６０】ブレーキＢの解除によるエンジン１１の吹
き上がりを防止するために、その時のエンジントルクＴ
Ｅによって定まる発電機トルクＴＧ＊に、発電機トルク
を予め上昇させる。ＴＧ＝ＴＧ＊となった後、時刻ｔ₁₂
において、ブレーキＢを解除（ＯＦＦ）し、同時に発電
機は、予め定められた回転数変化率以下で発電機回転数
ＮＧを上昇させる（点線Ｂ）。本実施形態においては、
発電機１６の目標回転数ＮＧ＊を指令している時に、常
に発電機トルクＴＧを算出して補正トルクΔＴＭをくわ
えることにしている（点線Ｃ）。このため、図８に示さ
れているように、モータトルクＴＭには、発電機トルク
ＴＧの変動に応じた補正トルクΔＴＭが加えられる（点
線Ｄ）。

【００６１】発電機回転数ＮＧは、急激に上昇すること
なく（点線Ｅ）、目標回転数ＮＧ＊に到達する。この
間、発電機回転数ＮＧの激変がないため、エンジン１１
には、吹き上がりなどによる燃費の悪化や排出ガスの増
加といった悪影響は生じない。

【００６２】目標回転数ＮＧ＊への到達と同時に、発電
機１６は目標回転数ＮＧ＊を保持するように制御され
る。発電機回転数ＮＧの上昇が止まるので、発電機トル
クＴＧの絶対値は回転数が上昇している時よりも大きく
なる（点線Ｆ）。この間にもモータトルクＴＭには、補
正トルクΔＴＭが加えられており（点線Ｇ）、発電機回
転数ＮＧが目標回転数ＮＧ＊に到達すると、発電機トル
クＴＧの絶対値が大きくなるので、それを補正するため
にモータトルクＴＭは小さくなる（点線Ｈ）。

【００６３】アクセル開度がα２からα１へ変化する
と、アクセル開度α１に応じた出力トルクを出力すべく
モータトルクＴＭは、ＴＭ₂ からＴＭ₁ へ下降する。こ
の時、ブレーキＢはＯＦＦ状態となっている（点線
Ｉ）。次に、発電機回転数ＮＧをブレーキ係合状態（Ｏ
Ｎ）での回転数であるゼロにするべく、発電機トルクＴ
Ｇを増加させ、同時にモータトルクＴＭに対しては、発
電機トルクＴＧの変動に応じた補正トルクΔＴＭが補正
される（点線Ｊ）。発電機回転数ＮＧは、急激に変化す
ることなく下降し（点線Ｋ）、ΔＮＧ＊よりも小さくな
った時に、時刻ｔ₂₂で、ブレーキＢが係合（ＯＮ）され
る（点線Ｌ）。この間、発電機回転数ＮＧの激変がない
ため、エンジン１１には、吹き上がりなどによる燃費の
悪化や排出ガスの増加といった悪影響は生じない。

【００６４】発電機回転数ＮＧが下降している間、モー
タトルクＴＭはトルク補正が行われており（点線Ｍ）、
走行感覚の維持が図られており、ブレーキＢの係合とと
もに、発電機トルクＴＧが小さくなるのでモータトルク
ＴＭはその分大きくなるなる（点線Ｎ）。そして、ブレ
ーキＢによって発電機１６が完全に固定された時に、発
電機トルクＴＧがゼロとなる（点線Ｏ）。

【００６５】以上の説明は、アクセル開度αが２０％で
ある状態を境として、ブレーキＢを係合解除する制御動
作について説明したが、本発明においては、上記動作に
限定されるものではなく、マニュアル操作によって、走
行モードを発電機１６で発電しながら走行するモード
と、発電機１６で発電せずに走行するモードとに切り換
える場合にも適用でき、その他、エンジンブレーキを作
用させるために発電機１６のロータ２１を固定する場合
など、走行中に発電機１６のロータ２１を固定する場合
に用いることができる。

【００６６】なお、上記説明した実施形態において用い
られるブレーキＢはいかなる種類のブレーキでもよい。
この場合、湿式ブレーキ、乾式ブレーキのいずれでもよ
いが、回転数を制御しやすい点で湿式ブレーキを用いる
ことが好ましい。

【００６７】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態について説明する。図９は、第２実施形態の駆動装
置の構成を示す概念図である。本実施形態のハイブリッ
ド車両では、プラネタリギヤユニット１３において、キ
ャリヤＣＲとサンギヤＳとの間に係合手段であるクラッ
チＣが設けられており、第１実施形態において発電機１
６に配設されていたブレーキＢは設けられていない。ま
た、クラッチＣは、車両制御装置４１からＯＮ／ＯＦＦ
信号が供給されるアクチュエータによって係合と解除が
制御される。その他の構造については、第１実施形態と
同様であるので、図１と同一構成に同一符号を付し、説
明を省略する。

【００６８】第２実施形態の駆動装置の動作について説
明する。クラッチＣは、通常走行時においては、解除状
態（ＯＦＦ状態）となっており、加速時において、係合
状態（ＯＮ状態）とされる。

【００６９】クラッチＣが解除されている通常走行時で
は、プラネタリギヤユニット１３はオープンとなってお
り、図２（Ｂ）に示されているように、サンギヤＳ、キ
ャリヤＣＲ、リングギヤＲがそれぞれ独立して異なる回
転数で回転している。本第２実施形態では、リングギヤ
Ｒの歯数がサンギヤＳの２倍となっているから、ユニッ
ト出力軸１４に対するエンジン１１のギヤ比は、２／３
となっている。

【００７０】そして、クラッチＣが係合されている加速
走行時では、プラネタリギヤユニット１３の各歯車要素
は、一体回転となり各歯車要素の回転数は同一となる。
この時のユニット出力軸１４に対するエンジン１１のギ
ヤ比は１となり、クラッチＣが解除状態である時に比較
して、エンジン１１からユニット出力軸１４に伝達され
る出力が１．５倍に増大する。これにより、駆動出力軸
であるカウンタシャフト３１に伝達される出力が増大
し、加速が行われる。

【００７１】次に、第２実施形態の制御動作について説
明する。図１０は、制御動作を示すタイムチャートであ
る。以下、アクセル開度をα１の状態から、α２へ増加
させて加速し、加速終了後アクセル開度をα３へ変化さ
せた場合の制御動作を例にして説明する。

【００７２】通常走行状態では、アクセル開度がα１
で、クラッチＣは解除状態（ＯＦＦ状態）となってお
り、発電機１６の回転数ＮＧ、トルクＴＧおよびモータ
トルクＴＭは、それぞれアクセル開度α１および車速Ｖ
に応じた値に設定されている。

【００７３】時刻ｔ₁ において、加速するためにアクセ
ル開度をα１からα２へ増加させると、アクセル開度α
２に応じた出力トルクを出力すべくモータトルクＴＭ
は、ＴＭ₁ からＴＭ₂ へ上昇する。この時、クラッチＣ
はＯＦＦ状態となっている（図８において点線ａで示
す。以下同じ）。

【００７４】発電機１６には、発電機回転数ＮＧをリン
グギヤＲに入力されている出力回転数ＮＯＵＴとするた
めに、目標回転数ＮＧ＊₂ をＮＯＵＴに設定し、発電機
トルクＴＧを減少させる。これにより、発電機回転数Ｎ
Ｇが目標回転数ＮＧ＊₂ へ向けて増加し始める（点線
ｂ）。同時にモータトルクＴＭに対しては、発電機トル
クＴＧの変動に応じた補正トルクΔＴＭが補正される
（点線ｃ）。発電機回転数ＮＧは、急激に変化すること
なく上昇し（点線ｄ）、実回転数ＮＧと目標回転数ＮＧ
＊₂ との差がΔＮＧ＊よりも小さくなった時に、時刻ｔ
₁₂で、クラッチＣが係合（ＯＮ）される（点線ｇ）。こ
こで、ΔＮＧ＊は、クラッチＣの摩擦材の消耗を大きく
せず、運転者にショックを伝えない範囲で設定される値
で、クラッチＣを係合させる時の、実回転数ＮＧと目標
回転数ＮＧ＊₂ との差の許容値である。

【００７５】時刻ｔ₂ において、加速走行が終了してア
クセル開度をα２からα３へ減少させ、通常走行とする
と、アクセル開度αに応じてモータトルクＴＭを減少さ
せる（点線ｊ）。また、発電機１６にトルクを加えない
状態でクラッチＣを解除することによるエンジン１１の
吹き上がりを抑制するために、その時のエンジントルク
ＴＥによって定まる発電機トルクＴＧ＊を求め、ＴＧ＊
まで発電機トルクを予め上昇させる（点線ｉ）。

【００７６】ＴＧ＝ＴＧ＊となった後、時刻ｔ_２２にお
いて、クラッチＣが解除（ＯＦＦ）され、同時に発電機
回転数ＮＧは、回転数変化率の上限を越えないように目
標回転数ＮＧ＊_３へ向けて下降し始める（点線ｋ）。ま
た、モータトルクＴＭには、発電機トルクＴＧの変動に
応じた補正トルクΔＴＭが加えられる（点線ｍ）。発電
機回転数ＮＧは、急激に下降することなく（点線ｎ）、
目標回転数ＮＧ＊_３に到着する。以上のように、発電機
制御手段によって発電機の回転数を制御すると、差動歯
車装置を介して駆動出力軸に出力される出力トルクが変
動する。ここで、駆動出力軸に連結されている電気モー
タのモータ出力トルクを、トルク補正手段により、出力
トルクの変動に応じて補正することにより、走行感覚を
損なうことなく、係合手段の係合ができる。発電機回転
数制御時に生ずるトルク変動を、モータトルクを補正し
て吸収するため、走行感覚を良好な状態に維持すること
ができる。

【００７７】なお、上記説明した実施形態において用い
られるクラッチＣは、湿式クラッチ、乾式クラッチのい
ずれでもよいが、係合時のショックを軽減できる点で湿
式クラッチを用いることが好ましい。湿式クラッチを用
いることで、クラッチＣ係合時のショックをより一層抑
制することができる。

【００７８】また、上記係合手段であるクラッチＣは、
第２の歯車要素であるサンギヤＳと第３の歯車要素であ
るリングギヤＲとの間に設けられていてもよく、また、
キャリヤＣＲとリングギヤＲとの間に設けられていても
よい。この場合の、発電機回転数ＮＧの制御方法は、上
記第２実施形態の場合と同様である。

【００７９】

【発明の効果】以上説明した請求項１に記載の発明は、
係合手段を係合させる前と、係合させた後との間で、発
電機の回転数の差が少なくなるのて、係合手段による係
合時のショックが抑制される。これにより、係合手段の
耐久性が向上し、特に、摩擦材が受ける熱負荷が軽減さ
れるため、摩擦材の耐久性が著しく向上する。また、係
合時の衝撃を緩衝するアキュムレータ等の装置が不要と
なるので、駆動機構の簡略化と軽量化が実現できるとと
もに、緩衝装置のチューニング等が不要となる。さら
に、摩擦材の経時変化や運転状態、温度の変化などから
悪影響を受けることが少ないので、安定した衝撃抑制効
果が継続して得られる。

【００８０】請求項２に記載の発明は、発電機回転数の
変化率を予め定められた範囲内に制御することで、発電
機回転数の急激な変化が抑制され、エンジンの燃費や排
ガス量等に対する悪影響を少なくすることができる。

【００８１】請求項３に記載の発明は、アクセル開度が
小さい場合には、ブレーキを係合状態として、発電機の
回転を固定する構成とすることによって、発電機に電流
を流す必要がなくなり、発電機での電力消費を軽減で
き、電力を節約することができる。請求項４に記載の発
明は、発電走行から非発電走行へ切り換える際の、発電
機ロータ固定による衝撃を抑制することができる。

【００８２】

【００８３】請求項５に記載の発明は、例えば、通常走
行から加速走行へ移る時のクラッチ係合による衝撃を抑
制することができる。請求項６に記載の発明は、発電機
回転数の変化率を予め定められた範囲内に制御すること
で、発電機回転数の急激な変化が抑制され、エンジンの
燃費や排ガス量等に対する悪影響を少なくすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるハイブリッド車
両の駆動装置を示す概念図である。

【図２】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットの概念図および速度線図である。

【図３】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットのトルク線図である。

【図４】本発明の第１実施形態における制御系の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の第１実施形態におけるハイブリッド車
両の目標回転数とスロットル開度との関係を示す説明図
である。

【図６】本発明の第１実施形態における車両制御装置の
制御動作を示すフローチャートである。

【図７】本発明の第１実施形態における発電機回転数の
上限変化率とアクセル開度との関係を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の第１実施形態における車両制御装置の
制御動作を示すタイムチャートである。

【図９】本発明の第２実施形態におけるハイブリッド車
両の駆動装置を示す概念図である。

【図１０】本発明の第２実施形態における車両制御装置
の制御動作を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１１エンジン１３プラネタリギヤユニット（差動歯車装
置）１６発電機２１ロータ２５電気モータ３１カウンタシャフト（駆動出力軸）４１車両制御装置４２エンジン制御装置４３モータ制御装置４４発電機制御装置４５アクセルセンサ４６車速センサ５４電磁バルブＢブレーキ（係合手段）Ｃクラッチ（係合手段）ＣＲキャリヤ（第１歯車要素）Ｓサンギヤ（第２歯車要素）Ｒリングギヤ（第３歯車要素）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭50−30223（ＪＰ，Ａ) 特開平７−336810（ＪＰ，Ａ) 特開平８−322108（ＪＰ，Ａ) 特開平８−98322（ＪＰ，Ａ) 特開平５−319110（ＪＰ，Ａ) 特開平６−24248（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−31773（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 6/02 B60K 17/04 B60L 11/14 H02P 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンと、回転数制御可能な発電機と、駆動輪の駆動力を出力する駆動出力軸と、前記駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第
２の歯車要素が前記発電機のロータに連結され、第３の
歯車要素が第１ギヤに連結された差動歯車装置と、前記発電機のロータと係止部材との間に配設された係合
手段と、前記発電機の回転数を制御する発電機制御手段と、前記電気モータの出力軸に固定された第２ギヤと、前記駆動出力軸に固定され、前記第１ギヤ及び第２ギヤ
と噛合する第３ギヤと、前記駆動出力軸に固定される第４ギヤと、該第４ギヤと噛合する第５ギヤと、該第５ギヤが固定されたディファレンシャル装置とを有
し、前記エンジン、差動歯車装置、及び発電機は第１軸線上
に、前記電気モータは、前記第１軸線に平行な第２軸線上
に、前記駆動出力軸は、前記第１軸線及び前記第２軸線に平
行な第３軸線上に、前記ディファレンシャル装置は前記第１軸線、前記第２
軸線及び前記第３軸線に平行な第４軸線上に配置され、前記発電機制御手段によって制御されたロータと前記係
止部材との相対回転数が、予め定められた許容値よりも
小さくなった時に、前記係合手段を係合状態とする係合
制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド車
両。
【請求項２】エンジンと、回転数制御可能な発電機と、駆動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸と、前記駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第
２の歯車要素が前記発電機のロータに連結され、第３の
歯車要素が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置
と、前記発電機のロータと係止部材との間に配設された係合
手段と、前記発電機の回転数の変化率を予め定められた範囲内に
なるように前記発電機の回転数を制御する発電機制御手
段と、前記発電機制御手段によって制御されたロータと前記係
止部材との相対回転数が、予め定められた範囲内になっ
た時に、前記係合手段を係合状態とする係合制御手段と
を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】エンジンと、回転数制御可能な発電機と、駆動輪へ駆動力を伝達する駆動出力軸と、前記駆動出力軸に駆動力を伝達する電気モータと、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第
２の歯車要素が前記発電機のロータに連結され、第３の
歯車要素が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置
と、前記発電機のロータと係止部材との間に配設された係合
手段と、前記発電機の回転数を制御する発電機制御手段と、アクセル開度を検出するアクセルセンサと、該アクセルセンサによって検出されたアクセル開度が小
さく、ロータと前記係止部材との相対回転数が、予め定
められた許容値よりも小さくなった時に、前記係合手段
を係合状態とする係合制御手段とを備えることを特徴と
するハイブリッド車両。
【請求項４】前記係止部材は、前記発電機のロータを固
定するケースである請求項１から３のいずれか１に記載
のハイブリッド車両。
【請求項５】前記係止部材は、前記第１の歯車要素と前
記第３の歯車要素の内いずれか一方である請求項１から
３のいずれか１に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】前記発電機制御手段は、前記発電機の回転
数の変化率を予め定められた範囲内に制御する請求項１
または３に記載のハイブリッド車両。