JP3548629B2

JP3548629B2 - ハイブリッド車両

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Publication number: JP3548629B2
Application number: JP14784095A
Authority: JP
Inventors: 幸蔵山口
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JPH099415A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力軸に対する直接的な駆動源としてエンジンとモータとを備え、かつエンジンと出力軸との間に自動変速機が備えられた、ハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両において、出力軸を回転駆動する駆動源としてエンジンおよびモータを搭載した、いわゆるパラレルタイプのハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
このものは、シリーズタイプのハイブリッド車両がエンジンをもっぱら発電用に使用し、これによって得られる電力により駆動源としてのモータを回転駆動するのとは異なり、エンジンとモータの双方が駆動源として出力軸に連結されており、車両の走行状況に応じて、これらが適宜に使い分けられる。例えば、市街地ではモータで走行して排気ガスの排出をなくし、また、郊外ではエンジンで走行して航続距離を伸ばす。さらに、登坂時や高積載時等の高負荷走行時において、エンジンの駆動力が不足したときには、その不足分をモータで補完して走行する。このように、エンジンのみによる駆動力不足をモータで補うことができるため、エンジン自体を小型化することができる。そして、小型化したエンジンの高効率領域を使用して走行する機会が増えるため、エンジンの低燃費化を実現することができる。
【０００４】
上述のハイブリッド車両においては、回生制動を行うものが知られている。走行中の車両本体の制動時に、上述のモータを発電機として使用する。制動時に、発電機としてのモータは、出力軸によって回転され、これによってモータには回生電力が発生する。この回生電力は、モータの電源（例えばバッテリ）に返還される。車両本体が有していた運動エネルギの一部が回生電力として有効に電源に備蓄されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のハイブリッド車両によると、出力軸には、モータ以外にもエンジンが連結されているため、制動時の出力軸の回転は、モータ以外にこのエンジンにも伝達される。したがって、車両のもっていたエネルギーは、一部、エンジンブレーキによって失われ、その分、有効に回収される回生電力が減少してしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、自動変速機を備えたハイブリッド車両において、制動時にエンジンブレーキによって消失されるエネルギーを減少させてその分、回生電力を増加させるようにした、自動変速機を備えたハイブリッド車両を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、エンジンとモータとを備え、少なくとも一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジンと出力軸との間に配設された自動変速機を介して変速を行うハイブリッド車両において、前記自動変速機は、多段の変速段を有する多段自動変速機であり、前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モータから回生電力の返還を受ける電源を備え、前記モータの回生制動時に、前記モータの非回生制動時の場合と比較して、前記多段自動変速機の変速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明は、エンジンとモータとを備え、少なくとも一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジンと出力軸との間に配設された自動変速機を介して変速を行うハイブリッド車両において、前記自動変速機は、無段階に変速比を設定し得る無段自動変速機であり、前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モータから回生電力の返還を受ける電源を備え、前記モータの回生制動時に、前記モータの非回生制動時の場合と比較して、前記変速比をより小さく設定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２記載のハイブリッド車両において、前記自動変速機は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを有し、前記モータの回生制動時に、前記ロックアップ機構によるロックアップを解除することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載のハイブリッド車両において、前記モータの回生制動時に、フェルカットを行うことを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項４記載のハイブリッド車両において、前記モータの回生制動時に、スロットルを開くことを行うことを特徴とする。
【００１０】
【作用】
以上構成に基づき、上述のハイブリッド車両においては、エンジンとモータとはその出力軸を共通としている。したがって、例えば、制動時の出力軸の回転は、エンジンおよびモータに伝達される。このうちモータに伝達された出力軸の回転は、モータを回転させて回生電力を発生させる。この回生電力は、電源に返還されて有効に備蓄される。一方、出力軸の回転のうち、エンジンに伝達されるものは、エンジンブレーキとして失われる。すなわち、制動時に車両本体がもっていた運動エネルギーは、一部、回生電力として有効に電源に備蓄され、一部、エンジンブレーキによって消失される。なお、運動エネルギーは他に、例えばフットブレーキの摩擦熱や、運動部分の内部抵抗によって消費されるものもあるが、以下の説明においては、これらについての説明は省略し、もっぱら回生電力とエンジンブレーキとに着目して説明するものとする。すなわち、エンジンブレーキによって消費されるエネルギーが多いとその分回生電力が少なくなるものとして説明する。
【００１１】
ところで、エンジンブレーキは、一般に、エンジンの回転数が高い程、大きくなる。したがって、例えば自動変速機が複数の変速段を有する場合、制動時の出力軸の回転が同じときには、自動変速機の変速段が低い程エンジンの回転数が高くなり、大きなエンジンブレーキが作用する。大きなエンジンブレーキによっては多くのエネルギーが消費される。
【００１２】
そこで、制動時には、多段自動変速機の変速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動させる。これにより、エンジンの回転数を低めにし、エンジンブレーキによって消費されるエネルギーを低減させる。これにより、その分、回生電力を増大させて、電源に備蓄される電力が増加される。すなわち、制動時の車両のもっていた運動エネルギーについて、消費される部分を少なくして、その分備蓄に回るエネルギーを増やすことができる。
【００１３】
自動変速機が無段自動変速機の場合には、制動時の変速比を低めに設定することで、上述の多段自動変速機の場合とほぼ同様の作用を得ることができる。
【００１４】
なお、上述の多段自動変速機あるいは無段自動変速機がロックアップ機構付きのものである場合には、ロックアップ機構が作動しているときはとエンジンブレーキによる抵抗が大きくなる。そこで、ロックアップ機構を解除することにより、エンジンの抵抗を低減させることができ、その分、回生電力が増大される。
【００１５】
【実施例】
以下、図面に沿って、本発明の実施例について説明する。
〈実施例１〉
図１に、本発明に係るハイブリッド車両の駆動系の概略構成を示す。なお、以下の説明においては、本発明に係るハイブリッド車両として前進３段の自動変速機を搭載したものを例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、前進４段、５段、さらには無段自動変速機に対しても、基本的な構成を変更することなく適用することができる。また、ハイブリッド車両全体の構成については、燃焼エンジンを搭載した一般的な車両（例えば、ガソリンエンジンを搭載した自動車）とほぼ同様なので、その説明は省略するものとする。
【００１６】
図１の駆動系は、駆動源としてのエンジン１、その出力側に連結された自動変速機２、その出力側に連結された駆動源としてのモータ３、そしてさらにその出力側に連結された出力軸５を備えている。ここで、同図中、太い実線は駆動力の流れを示し、細い実線（モータ３と後述の電源６との間に）は電力の流れを示すものとする。上述の出力軸５は、ディファレンシャル装置を介し、フロントアクスルまたはリヤアクスルを介して、前輪または後輪（いずれも不図示）に連結されている。上述のモータ３には、電源としてのバッテリ６が接続されている。モータ３は、この電源６からの電力によって回転駆動され出力軸５に対してトルクを付与するいわゆる一般的なモータとしての動作の他に、エンジン１または出力軸５によって回転駆動されるときは、回生電力を発生してこの回生電力をバッテリ６に変換するいわゆる発電機として作用するように構成されている。
【００１７】
なお、同図中、自動変速機２とモータ３との間には、クラッチ（不図示）を介装するようにしてもよい。このときは、自動変速機２とモータ３との間の動力を接断することができるので、例えば、このクラッチを切ることで、モータ３の単独で出力軸５を回転させることができる。
【００１８】
また同一の出力軸５を共通にして、エンジン１とモータ３とを並列に配置することもできる。例えば、エンジン１、自動変速機２、出力軸５を直列に連結し、一方、この出力軸５に対して、ギヤ等を介してモータ３を連結する。このときは、ギヤ等を出力軸５またはモータ３から外すことで、モータ３と出力軸５との間の動力伝達を絶つことができる。
【００１９】
図２に、図１の自動変速機２とモータ３との配置を逆にした例を示す。すなわち、エンジン１の出力側にまずモータ３を配置し、モータ３の下流側に自動変速機２を配置し、そして自動変速機２の下流側に出力軸５を配置した例である。同図中の太い実線および細い実線は、図１と同様の内容を示す。この図２の構成においては、上述と同様のクラッチ（不図示）は、エンジン１とモータ３との間に介装することができる。
【００２０】
ここで、上述の図１のものと図２のものとを、エンジン１およびモータ３の双方の駆動力を出力軸５に伝達する場合について比較してみると、図１の場合は、エンジン１の回転は、まず自動変速機２で変速され、変速後の回転に対して、モータ３によって駆動力が付加されて出力軸５から出力される。これに対し、図２の場合は、まずモータ３によって駆動力が付加された後、自動変速機２によって変速されて出力軸５から出力される。なお、本発明においては、回生電流を発生させる場合も含めて、図１および図２のいずれの構成をも採用することができる。
【００２１】
以下では、図１の構成を例にしてさらに詳述することにする。
【００２２】
図３は、図１の駆動系に、制御系を加えたブロック図である。同図中、太い実線および細い実線は、図１、図２と同様、それぞれ駆動力、電力の流れを示し、点線は信号の流れを示す。
【００２３】
本発明に係るハイブリッド車両は、上述の駆動系としてのエンジン１、自動変速機２、モータ３、出力軸５、バッテリ６に加えて、車両制御装置（制御装置）９を主要構成要素として構成されている。そして、動作の特徴は、制動時に変速点を低速側に移動させてエンジン１全体としての回転を低くし、エンジンブレーキの作用を弱めて、その分、回生電力を増大させることにある。
【００２４】
以下、詳述する。
【００２５】
エンジン１には、車両制御装置９からのスロットル開度信号１１ｓに基づいてエンジン１の回転数を制御するエンジン制御装置１１が連結されている。またエンジン１の出力側には、自動変速機２が連結されている。
【００２６】
自動変速機２としては、例えば、複数段の多段自動変速機を使用することができる。なお、本実施例では、前進３段の多段自動変速機２を例に説明する。多段自動変速機２には、車両制御装置９からの変速信号１２ｓによって作動する変速アクチュエータ１２が接続されており、この変速アクチュエータ１２の作動に基づいて、多段自動変速機２の変速がなされるようになっている。多段自動変速機２に出力側には、モータ３が連結されている。
【００２７】
モータ３は、バッテリ６からの電力の供給を受けて回転駆動される一方、発電機としても作用する。すなわち、モータ３は、エンジン１によって自動変速機２を介して回転駆動されたときは、回生電力を発生し、この回生電力がバッテリ６に返還される。また、モータ３には、車両制御装置９からのトルク指令値信号１３ｓに基づいてモータ３の動作を制御する駆動モータ制御装置１３が接続されている。モータ３の出力側には、出力軸５が連結されている。
【００２８】
出力軸５は、ディファレンシャル装置等を介して左右のアクスル（いずれも不図示）が連結されている。
【００２９】
バッテリ６には、バッテリ６の残存電力容量を検出するバッテリ状態検出装置７が接続されている。この検出結果は、バッテリ残量信号７ｓとして、車両制御装置９に入力される。
【００３０】
車両制御装置９は、さらに、車速センサ１５、アクセルペダル１６、ブレーキペダル１７が接続されており、それぞれからは車速信号１５ｓ、アクセル開度信号１６ｓ、ブレーキ踏み込み量１７ｓが入力される。
【００３１】
図４にエンジン１の回転数と、エンジンブレーキによる負のエンジントルクとの関係を図示する。同図より、エンジンブレーキの作用は、エンジン１の回転数が高い程大きくなることがわかる。すなわち、本実施例においては、制動時の車両本体がもっていた運動エネルギーは、一部、エンジンブレーキで消耗され、また一部、回生電力となって電源に返還される。そして、エンジンブレーキの作用が大きい程、つまりエンジンの回転数が高い程、エンジンブレーキで消費されるエネルギーが多くなり、その分、回生電力に回されるエネルギーが少なくなってしまう。そこで、本実施例では、制動時に自動変速機の変速段のシフトアップを行ってエンジンの回転数を下げて、回生電力を増加させるようにしている。すなわち、変速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動させて、回生電力を増すようにしている。
【００３２】
そのシフトアップの様子を図５（ａ）、（ｂ）に示す。（ａ）は、車速とアクセル開度の関係における変速点を図示する。実線の１→２および２→３は、加速時の１速から２速への、また２速から３速への変速点を示す。一方、点線の３→２および２→１は、減速時の３速から２速への、また２速から３速への変速点について図示したものである。（ｂ）は、減速時の変速点を低速側に移動させる例として、３→２の変速点を実線の段差で示すように、低速側に移した例を示す。制動時に、車速が落ちて、従来では３→２の変速を行う車速（図５（ｂ）の点線参照））になっても、この変速は行わず、さらに車速が落ちたときに変速を行う（同図の実線）。こうすることで、制動時のエンジン１の回転が全体的に低めになり、制動時の車両本体の運動エネルギーのうちのエンジンブレーキによって消費される分が減少する。これに伴い、回生電力に回されるエネルギーが増加することになる。なお、図５（ｂ）においては、従来の制動時に行っていた２→１の変速を行わないようにしている。
【００３３】
次に、図６のフローチャートを参照して、動作について説明する。
【００３４】
スタート（Ｓ１）後、車両制御装置（図３参照）９によって、ブレーキがオンされたか否かを検出する（Ｓ２）。オンされていないときはリターン（Ｓ３）に進む。一方、オンされているときは、図５（ｂ）に基づいた変速を行う（Ｓ４）。このとき、エンジン１はフェルカットを行い、さらにスロットルロスを低減すべくスロットルを開く（Ｓ５。スロットル開度θを１００％とする。）。そして回生ルーチン（Ｓ６）に入る。
【００３５】
以上のようにすることで、回生制動時の回生電力を増加させて、バッテリ６に返還されるエネルギーを増やすことができる。この増加したエネルギーは、モータ３を介して出力軸５の回転に利用することができる。例えば、高負荷走行時に、エンジン１の駆動力を補完するときにモータ３をバッテリ６によって回転駆動させる。このとき、上述の回生電力が有効に利用される。したがって、エンジン１の負担分を減少させることができ、燃費の向上を実現することができる。言い換えると、制動時において、車両の運動エネルギーは、従来、エンジン１のエンジンブレーキによって多く失われていたが、本発明によって、エンジンブレーキによって失われるエネルギーを低減して回生電力を増大させることができ、さらにこの回生電力をその後の車両本体の走行に有効に利用することが可能であるため、全体として燃費の向上を図ることが可能となる。
〈実施例２〉
図７に実施例２のフローチャートを示す。実施例２では、上述の実施例１における自動変速機２がロックアップ機構付のトルクコンバータを備えている場合について説明する。
【００３６】
トルクコンバータを備えた自動変速機２において、ロックアップ機構を動作させると、エンジン１の回転はトルクコンバータの流体を介することなく、ロックアップ機構を介して機械的に直結された出力軸に伝達される。このため、制動時には、エンジンブレーキの作用が増すことになる。
【００３７】
そこで、エンジンブレーキの増大に伴う回生電力の低下を防止すべく、制動時には、ロックアップク機構を解除する（Ｓ１５、Ｓ１６）ようにする。
【００３８】
なお、図７中、Ｓ１１〜Ｓ１４、およびＳ１７、Ｓ１８は、それぞれ実施例１の図６中のＳ１〜Ｓ４、およびＳ５、Ｓ６に対応するので、これらについての説明は省略するものとする。
【００３９】
上述の前進３段の自動変速機２において、オイルポンプ、クーラー等のいわゆる補器類を良好に作動させるべくエンジン１の回転数の最低限の規制が設けられている場合には、制動時においても、エンジン１がその回転数以上の回転を保持する必要がある。しかし、これらの規制がない場合には、回生電力のみを考慮した場合には、制動時のシフトダウンは行わずに３速のまま停止するのが好ましい。このときがエンジンブレーキによって消費されるエネルギーが最低で、したがって、回生電力に回されるエネルギーが最大になるからである。
【００４０】
以上は、ブレーキオン時の回生制動について述べたが、アクセルオフ時のエンジンブレーキについても同様の効果が得られる。すなわちアクセルオフでアップシフトしてエンジンブレーキ力を弱め、その弱めた分に相当する力をモータの駆動に当てて回生を行うことにより、減速エネルギーを有効に回収することができる。この制御は、例えば、図６中の（Ｓ２）で、ブレーキオンの代わりに、アクセルオフを判定することにより達成することができる。
【００４１】
上述の実施例１、実施例２において、本発明を説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
【００４２】
例えば、実施例のはじめに述べたように、前進４段、前進５段の自動変速機や無段自動変速機に対してもそのまま流用することが可能である。
【００４３】
また、制動時に、回生電力を増大させるために行う変速点の低速側への移動には、変速点をなくす場合も含めるものとする。この例としては、図５（ｂ）で２→１の変速点を省略したものがある。
【００４４】
さらに、上述の実施例１または実施例２においては、電源としてバッテリ６を使用したが、これに代えて、▲１▼キャパシタ、▲２▼フライホイール・バッテリ、▲３▼油（空）圧アキュムレータ等を使用することができる。
【００４５】
▲１▼の場合、大容量のコンデンサを使用することができる。この場合、ＳＯＣは、キャパシタの電圧を介して検出する。
【００４６】
▲２▼の場合、フライホイール用モータと同軸にフライホイールを配置し、モータの回転は、フライホイールの回転に基づいて発生する電力によって行い、一方、例えばエンジンでモータを回転駆動することで、回生電力を発生させ、この電力によってフライホイール用モータによりフライホイールを回転させる。すなわち、モータに供給するエネルギおよびモータから返還されるエネルギを、フライホイールの運動エネルギーとして蓄えるものである。
【００４７】
▲３▼のものは、油（空）アキュムレータに連結された油（空）圧ポンプによってアキュムレータに油（空）を出し入れすることで、モータに対する電力の出し入れを行うものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、エンジンとモータとを有するハイブリッド車両において、車両本体の制動時に、多段自動変速機の変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動させたり、無段自動変速機の変速比をより小さくしたりすることで、制動時のエンジン全体としての回転を低めて、エンジンブレーキによって消費されてしまうエネルギーを低減させ、回生電力に回されるエネルギーを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のハイブリッド車両の駆動系を示すブロック図。
【図２】実施例１のハイブリッド車両の他の駆動系を示すブロック図。
【図３】実施例１のハイブリッド車両の駆動系および制御系を示すブロック図。
【図４】エンジンの回転数とエンジンのトルクとの関係を示す図。
【図５】実施例１の、変速点を低速側に移動させる例を示す図。
【図６】実施例１のフローチャート。
【図７】実施例２のフローチャート。
【符号の説明】
１エンジン
２自動変速機（多段自動変速機）
３モータ
５出力軸
６電源（バッテリ）
７残量検出手段（バッテリ状態検出手段）
９制御装置（車両制御装置）
１１エンジン制御装置
１２変速アクチュエータ
１３駆動用モータ制御装置
１５車速センサ
１６アクセルペダル
１７ブレーキペダル

Claims

エンジンとモータとを備え、少なくとも一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジンと出力軸との間に配設された自動変速機を介して変速を行うハイブリッド車両において、
前記自動変速機は、多段の変速段を有する多段自動変速機であり、
前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モータから回生電力の返還を受ける電源を備え、
前記モータの回生制動時に、前記モータの非回生制動時の場合と比較して、前記多段自動変速機の変速段を決定する変速点を、高速段領域が拡大される方向に移動させる、
ことを特徴とするハイブリッド車両。
エンジンとモータとを備え、少なくとも一方の動力を出力軸に伝達するとともに、前記エンジンと出力軸との間に配設された自動変速機を介して変速を行うハイブリッド車両において、
前記自動変速機は、無段階に変速比を設定し得る無段自動変速機であり、
前記モータに電力を供給する一方、発電機としての該モータから回生電力の返還を受ける電源を備え、
前記モータの回生制動時に、前記モータの非回生制動時の場合と比較して、前記変速比をより小さく設定する、
ことを特徴とするハイブリッド車両。
前記自動変速機は、ロックアップ機構付きのトルクコンバータを有し、
前記モータの回生制動時に、前記ロックアップ機構によるロックアップを解除する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブリッド車両。
前記モータの回生制動時に、フェルカットを行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両。
前記モータの回生制動時に、スロットルを開くことを行う、
ことを特徴とする請求項４記載のハイブリッド車両。