JP3799646B2 - Hybrid vehicle - Google Patents
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Description
【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、車両は、駆動源としてガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃エンジンを搭載し、ガソリンや軽油を燃焼させてエネルギーを得て走行している。これらの駆動源は、高出力を得ることができ、かつ長距離走行が可能であるといった利点を有するが、上記燃料の燃焼によって排出される、CO2 、NOx などのガスが環境に悪影響を及ぼすといった問題がある。
【0003】
そこで、近年の化石エネルギーの枯渇や環境問題の高まりとともに、低騒音、低公害の車両の開発が望まれており、その中で最も注目されているものに電気自動車が挙げられている。
この電気自動車は、電気モータを駆動源とし、バッテリに充電された電力によって電気モータを駆動させ、走行するものであり、排ガスがなく、低騒音であるといった利点がある。
【0004】
しかし、この電気自動車は、重量の大きいバッテリを搭載するため、車両重量が重くなり、走行効率が低下するととも、バッテリに充電されている電力のみでは、十分な出力が得られず、急加速や長距離走行などをすることはできないといった欠点がある。さらに一度使い切ったバッテリを再度使用するためには、長い充電時間が必要となり、その使用範囲は限られたものとならざるをえない。
【0005】
そこで、内燃エンジンと電気モータを搭載した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は各種提供されており、例えば、エンジンを駆動することによって発生させられた回転を発電機に伝達して発電機を駆動し、該発電機によって得られた電力をバッテリに送って充電し、さらに該バッテリの電力によって電気モータを駆動するようにしたシリーズ(直列)式のハイブリッド車両や、エンジンと電気モータの駆動力をそれぞれ出力軸に伝達して車両を走行させるパラレル(並列)式のハイブリッド車両などがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
図23は、エンジンの最大効率領域と最良燃費曲線を示す図である。パラレル式ハイブリッド車両であっても、低速走行が多い市街地での走行では、平均して10kwのエネルギが必要で、同一の車両で高速走行時には、例えば平均で30kwのエネルギが必要となる。図23に示されているように、パラレル式ハイブリッド車両において、エンジンを最適燃費ラインで運転したとしても、高速走行時には(図中B点)、高効率領域でエンジンを駆動させることができるが、市街地などにおいて低速走行させる場合には(図中A点)、エンジンの効率を挙げることはできないといった問題がある。
【0007】
また、車両の加速時や、高速走行時には大きな出力が必要とされるが、その出力をモータで賄うと、バッテリが過放電されてしまい、バッテリ寿命を縮めてしまうといった問題がある。
【0008】
本発明は、走行条件に応じて、モータ走行状態、エンジン・モータ走行状態などに適宜切り換えることによって、常時高効率、低燃費でエンジンを駆動させることができるハイブリッド車両を提供することを目的としている。
【0009】
【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。
【0010】
(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、
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、
前記駆動出力軸に連結された電気モータと、
前記発電機の回転を停止する発電機停止手段と、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、
前記発電機の回転を制御する発電機制御手段と、
走行負荷を検出する走行負荷検出手段と、
前記走行負荷検出手段で検出された走行負荷及び蓄電手段の容量に応じて、前記駆動出力軸に前記エンジンの出力が伝達されることなく前記電気モータの出力が伝達される第1の走行モードと、エンジンの出力の一部が前記発電機に伝達され残りが前記駆動出力軸に伝達される第2の走行モードと、前記発電機停止により発電機が停止され前記エンジンと前記電気モータの出力が前記駆動出力軸に出力される第3の走行モードとを選択する走行モード選択手段を有することを特徴とするハイブリッド車両。
【0011】
(2) 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、
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、
前記駆動出力軸に連結された電気モータと、
前記発電機の回転を停止する発電機停止手段と、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、
前記発電機の回転を制御する発電機制御手段と、
前記電気モータの出力及び蓄電手段の許容出力に応じて、前記駆動出力軸に前記エンジンの出力が伝達されることなく前記電気モータの出力が伝達される第1の走行モードと、エンジンの出力の一部が前記発電機に伝達され残りが前記駆動出力軸に伝達される第2の走行モードと、前記発電機停止により発電機が停止され前記エンジンと前記電気モータの出力が前記駆動出力軸に出力される第3の走行モードとを選択する走行モード選択手段を有することを特徴とするハイブリッド車両。
【0012】
(3) 前記エンジン制御手段は、前記エンジンが最適燃費線上で駆動するようにエンジンのスロットルを制御することを特徴とする上記(1)または(2)に記載のハイブリッド車両。
【0014】
(4) 前記エンジン制御手段は、前記蓄電手段の容量に応じて決定される負荷以上で前記エンジンを駆動するように制御することを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれか1に記載のハイブリッド車両。
【0017】
【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。
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。
【0018】
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。
【0019】
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11と連結されている。
【0020】
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は蓄電手段であるバッテリ19(図4)に接続され、該バッテリ19に電力を供給して充電する。
【0021】
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。
【0022】
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38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はバッテリ19に接続され、該バッテリ19から電流が供給されるように構成されている。
【0023】
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19に供給して充電する。
【0024】
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。
【0025】
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。
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。
【0026】
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35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。
【0027】
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、電気モータ25だけを駆動する状態であるモータ駆動モード、エンジン11及び電気モータ25を駆動する状態であるエンジン・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、発電機16の回転を止めれば、エンジン11の出力はすべて駆動出力軸へ伝達される。
【0028】
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13(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。
【0029】
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、NE、NGの関係は、図2(B)に示されているように、
【0030】
NG=3・NE−2・NR
【0031】
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、
【0032】
TE:TR:TG=3:2:1
【0033】
となる。
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NOUT)、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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
上記車両制御装置41とエンジン制御装置42によってエンジン制御手段が構成され、車両制御装置41と発電機制御装置44によって発電機制御手段と発電機停止手段が構成され、車両制御装置41によって走行モード選択手段が構成される。
【0038】
さらに、この制御系は、走行負荷検出手段として、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、バッテリ19のバッテリ残量SOCを検出するバッテリセンサ48を備えている。それぞれのセンサ45、46、48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、電気モータ25の出力のみで走行する第1走行モードと、電気モータ25とエンジン11と発電機16とを回転させながら走行する第2走行モードとを選択し、供給されたアクセル開度α、車速V、バッテリ残量SOCとに基づいて、前記モードの変更を行う。この変更の判断は、図5および図6に示されたマップに基づいて行われる。
【0040】
例えば、図5に基づいて説明すると、バッテリ残量SOCが30%未満の場合には、停車時も含めてすべて第2走行モードとし、エンジン11は常に駆動している状態となる。このエンジン11の駆動によって発電機16において発電された電力はバッテリ19に蓄積され、バッテリ残量SOCが上昇するように制御される。
【0041】
バッテリ残量SOCが30%以上、50%未満の場合には、モード切替車速V*1を0km/hとし、停車時のみエンジン11を停止させ、また、補機を駆動する必要がある場合には、アイドリングさせ、走行開始後は、直ちにエンジン11を始動して第2走行モードで走行する。
【0042】
バッテリ残量SOCが50%以上、80%未満の場合には、モード切替車速V*1を20km/hとし、車速が20km/h未満の場合には、第1モードで走行し、20km/h以上の場合には第2走行モードで走行する。
【0043】
バッテリ残量SOCが80%以上の場合には、原則としてモード切替車速V*1を80km/hとし、モードの切替は、図6に基づいて行われる。つまり、アクセル開度αが、70%以上の場合には、モード切替車速V*1を20km/hとし、車速が20km/h未満の場合には、第1走行モードで走行し、20km/h以上の場合には、第2走行モードで走行する。第2走行モードで走行することによって、エンジン11駆動による発電機16のからの電力が供給され、バッテリ19からの過度の放電が抑制される。また、車速が20km/h以下では、速度が低いため高い電力を必要としないので、電気モータで走行する。
【0044】
なお、モード切替車速V*1は、ハンチングを防止するために、第1走行モードから第2走行モードへ切り替わる時の値よりも、第2走行モードから第1走行モードへ切り替わる時の値を小さくしてヒステリシスを設けてもよい。このヒステリシスは、モード切替車速V*1を変更するバッテリ残量SOCの切替値(30%、50%、80%)、およびアクセル開度αの切替値(70%)についても同様に設けることができる。
【0045】
以上説明した制御の他に、電気モータ25の出力がバッテリ許容出力を越える場合に、第2走行モードとし、バッテリ19からの過度の放電を抑制するように制御するものとしてもよい。バッテリ許容出力は、バッテリ残量SOCとバッテリ19の温度によって決定され、例えば図7に示されるマップによって決められる。上記バッテリ許容出力に基づく判断は、電気モータ25の出力を検出して行う場合の他、電気モータ25の出力の変化に応じて変化する、バッテリ出力やバッテリ電圧降下量を検出して行ってもよい。
【0046】
また、車両制御装置41は、エンジン制御装置42に対して、スロットル開度信号θと、エンジンON/OFF信号を供給し、第2走行モードへ切り替える場合には、エンジンON信号を、第1走行モードへ切り替える場合にエンジンOFF信号を供給する。
【0047】
さらに、車両制御装置41は、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に応じた目標モータトルクTM*を、図8に示されているマップに基づいて決定し、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。
【0048】
さらに、モータトルク指令値TM*は、第1走行モードから第2走行モードへ切り替わる際には、エンジン11の始動に伴うトルク変動を吸収し駆動輪伝達されるトルクが変動しないように、予め補正された値とされる。つまり、既述のように、プラネタリギヤユニット13におけるリングギヤRとサンギヤSのギヤ比から、TE:TG:TR(TOUT;エンジンによる出力トルク)=3:1:2となり、エンジンの始動や停止によって駆動輪に伝わるトルク変動ΔTMは、カウンタギヤ比をiとすると、ΔTM=TOUT×i=TG×2×iとして求めることができる。
【0049】
車両制御装置41は、走行モードを切り替える際に、モータトルク指令値TM*を、エンジンの始動や停止によって生ずるトルク変動分ΔTMを補正して、モータ制御装置43へ供給する。さらに、発電機回転数NGの変動によって生じたトルク変動も、モータトルク指令値TM*を補正することによって吸収する。
【0050】
車両制御装置41のもう一つの作用としては、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*の決定は、図9に示されているマップに基づいて行われる。つまり、負荷が大きい程、発電機16の回転数を上げて、発電する電力を大きくするように制御される。本実施形態では、アクセル開度αが大きい程回転数を高くし、また、バッテリ残量SOCが少ないほど回転数が高くなるようにマップが設定されている。
【0051】
また、車両制御装置41は、第1走行モードから第2走行モードへ切り替える場合において、エンジン11を始動させるために、発電機トルクTGを加えて発電機回転数NGを下げる制御を行う。つまり、図10に示されているように、電気モータのみで走行する第1走行モード(図中破線)において、発電機16に発電機回転数NGを小さくする方向に発電機トルクを加えると、エンジン11を回転させる方向にトルクが加わり、エンジン11が回転させられる(図中実線)。これにより、エンジン11を始動させることができる。
【0052】
エンジン制御装置42は、車両制御装置41から入力される選択指令信号に基づいて、エンジン11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が高効率で駆動するよう制御する。
【0053】
モータ制御装置43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。
【0054】
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*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。
【0055】
以下、車両制御装置41の制御動作について、図11ないし図13に示されているフローチャートに基づいて説明する。アクセル開度αを読み込み(ステップS101)、さらに、バッテリ残量SOCと車速Vを読み込む(ステップS102)。そして、アクセル開度αが70%より大きいか否かを判断する(ステップS103)。
【0056】
アクセル開度αが70%以下である場合には、読み込んだバッテリ残量SOCから、図5に示されているマップに基づき、モード切替車速V*1を決定すし(ステップS104)、決定されたモード切替車速V*1と読み取った車速Vとを比較する(ステップS106)。
【0057】
一方、アクセル開度αが70%より大きい場合には、車速Vが20km/hより大きいか否かを判断する(ステップS105)。車速Vが20km/h以下である場合には、ステップS104を実行する。
【0058】
ステップS106において、車速Vがモード切替車速V*1以下である場合には、現在の走行モードを判断する(ステップS107)。モータのみで走行する第1走行モードである場合には、第1走行モードルーチンへ移行する。第1走行モードでない場合には、スロットル開度θを0%とする信号をエンジン制御装置42に供給し(ステップS108)、さらに燃料カット信号(OFF信号)をエンジン制御装置42に供給する(ステップS109)。次に、発電機16の制御をOFFして空転させた後(ステップS120)、第1走行モードルーチンへ移行する。
【0059】
一方、ステップS106において、車速Vがモード切替車速V*1より大きい場合、およびステップS105において、車速Vが20km/hより大きい場合には、まず現在の走行モードを判断し(ステップS121)、第2走行モードである場合には、第2走行モードルーチンを実行する。第1走行モードである場合には、発電機16をONして発電機トルクTGを発生させ、図10に示されている方法で発電機16によりエンジン11を始動し(ステップS122)、さらに燃料供給信号(ON信号)をエンジン制御装置42に供給してエンジン11を始動させた(ステップS123)後、第2走行モードルーチンを実行する。
【0060】
図12は、第1走行モードルーチンを示すフローチャートである。第1走行モードでは、まずアクセル開度αと車速Vを読み込み(ステップS124)、目標モータトルクTM*を、図8に示されているマップから計算する(ステップS125)。算出されたTM*は、モータ制御装置43へ供給される(ステップS126)。
【0061】
図13は、第2走行モードルーチンを示すフローチャートである。第2走行モードでは、エンジン11と発電機16が駆動する。まず、アクセル開度αと車速Vを読み込み(ステップS131)、該アクセル開度αと車速Vに応じた目標モータトルクTM*を、図8に示されているマップから計算する(ステップS132)。さらに、発電機制御装置44から発電機トルクTGを読み込み(ステップS133)、該発電機トルクTGからトルク補正値ΔTMを算出する(ステップS134)。ステップS132で算出された目標モータトルクTM*から、補正値ΔTMを補正して最終的に目標モータトルクTM*を決定する(ステップS135)。
【0062】
ステップS135で決定された目標モータトルクTM*をモータ制御装置43へ供給する(ステップS136)。次に、バッテリ残量SOCを読み込み(ステップS137)、読み込んだバッテリ残量SOCと図9に示されているマップに基づいて発電機の目標回転数NG*を算出する(ステップS138)。そして、算出された目標回転数NG*を発電機制御装置44へ供給する(ステップS139)。発電機トルクから計算することにより、トルクセンサを用いることなくエンジントルクが推定される。
【0063】
図14は、本実施形態において、車両制御装置41の他の制御動作例を示すもので、電気モータ25の出力とバッテリ許容出力を比較して、第2走行モードへの切替を判断する制御を行う場合のフローチャートである。
【0064】
アクセル開度αと車速Vを読み込み(ステップS151)、読み込んだアクセル開度αと車速Vの値から、図8に示されているマップに基づいて、目標モータトルクを算出する(ステップS152)。
【0065】
次にモータ出力WKWを求める(ステップS153)。モータ出力WKWは、ステップS152で求めた目標モータトルクTM*と電気モータ25の回転数NMとの積によって求められる(WKW=TM*×NM)。ここで、モータ回転数NMは、車速Vから求められる。
【0066】
バッテリ残量SOCとバッテリ温度を読み込み(ステップS154)、これらの値から、図7に示されているマップに基づいて、バッテリ許容出力BKWを算出する(ステップS155)。
【0067】
ステップS153で求められたモータ出力WKWと、ステップS155で算出されたバッテリ許容出力BKWとを比較し、モータ出力WKWよりもバッテリ許容出力BKWが大きい場合には、ステップS154で読み込んだバッテリ残量S0Cと、図5に示されているマップとによって、モード切替車速V*1を決定し、該モード切替車速V*1と、ステップS151で読み込んだアクセル開度αと車速Vとによって、走行状態を第1走行モードとするか、第2走行モードとするかを判断する(ステップS157)。
【0068】
ステップS156において、バッテリ許容出力BKWがモータ出力WKW以下である場合には、発電機16の出力WGを求める(ステップS158)。発電機出力WGは、モータ出力WKWからバッテリ許容出力BKWを差し引いて求められる(WG=WKW−BKW)。そして、この発電機出力WGが得られるように、発電機16の回転が制御され、図13に示されている第2走行モードルーチンが実行される。また、ステップS158における発電機制御に伴って変動するトルクは、第2走行モードルーチンにおけるステップS134とステップS135において補正される。発電機の駆動に応じて、モータトルクを補正する構成とすることにより、良好な走行感覚を維持することができる。
【0069】
また、ステップS157において、第2走行モードとされた場合にも同様に第2走行モードルーチンが実行される。ステップS157において、第1走行モードとされた場合には、図12に示されている第1走行モードルーチンが実行される。
以上説明した制御動作によって、バッテリ19の過放電が防止され、バッテリ寿命を延ばすことができるとともに、走行距離を延ばし、効率の高い走行が可能となる。
【0070】
<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15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、発電機16のロータ21とケースの間に発電機停止手段としての摩擦係合手段であるブレーキBが介設されている。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とサンギヤSの回転が停止される構成となっている。
【0071】
図16は、本第2実施形態の制御系を示すブロック図である。ブレーキB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58によって係合と解除が制御される。アクチュエータ58は、車両制御装置41からON信号が供給されると、ブレーキBを係合させ、OFF信号が供給されるとブレーキBを解除させる。この実施形態におけるブレーキBは、湿式ブレーキであり、圧油源から供給される油圧によって作動する。圧油源としては、例えば電動の油圧ポンプ、エンジン出力軸12の回転によって駆動する油圧ポンプなどを用いることができる。他の構成については、第1実施形態と同様であるので、図1と同一構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【0072】
本実施形態における車両制御装置41の作用について説明する。本実施形態は、走行負荷に応じて、電気モータ25のみを駆動源とするモータ走行と、電気モータ25とエンジン11とを駆動源とするハイブリッド走行とに切り替わる構成であって、さらにハイブリッド走行時では、発電機16を回転させて発電しながら走行する場合と、発電機16は発電しない状態で走行する場合とに切り替わる構成となっている。
【0073】
即ち、走行モードは、電気モータ25のみの出力によって走行する第1走行モードと、発電機16において発電しながら、電気モータ25とエンジン11との出力によって走行する第2走行モードと、発電機16のロータ21を固定した状態で、電気モータ25とエンジン11との出力によって走行する第3走行モードの3つのモードに切り替わる。
【0074】
具体的には、低速走行などのように低負荷走行時には第1走行モード、高速走行などのように高負荷走行時には第3走行モード、高速で加速する場合のように、さらに高負荷で走行する時には第2走行モードに切り替えて走行する。
【0075】
本実施形態における車両制御装置41は、第1実施形態における動作と同様に、第1走行モードから切り替えるためのモード切替車速V*1が、図5に示されるマップから定められ、低負荷時には第1走行モードで走行するように制御される。そして、高負荷時には、図17に示されているマップに基づき、モード切替アクセル開度α1*が決定され、アクセル開度αに応じて第2走行モードと第3走行モードとの間でモードが切り替えられる。図17に示されているマップは、バッテリ残量S0Cが少なくなるに従って第2走行モードの領域が広がるように、またアクセル開度αが大きくなるに従って第2走行モードの領域が広がるように設定されている。
【0076】
図18は、バッテリ残量S0Cが60%である時のモード切替車速V*1と、モード切替アクセル開度α1*が示されたマップで、各モードで走行する領域を示すものである。バッテリ残量S0Cが60%である時は、図5に示されたマップからモード切替車速V*1は20km/hに設定され、図17に示されているマップからモード切替アクセル開度α1*は40%に設定される。また、30km/h以下では発電機16を回転させていないと、エンジン11の回転数が小さくなり過ぎ、効率と振動が悪化するので、バッテリ残量S0Cやアクセル開度αによらず、30km/h以下では第2走行モードで走行するように制御される。
【0077】
第2走行モードから第3走行モードに切り替わる時には、アクチュエータ58にON信号を供給し、発電機16の回転を停止させ、逆に切り替わる時にはOFF信号を供給して発電機16を回転可能な状態とする。ここで、アクチュエータ58は、ON/OFF信号が供給されて開閉する電磁バルブと、電磁バルブの開閉によって圧油源からの圧油が供給される油圧シリンダとを備えており、油圧シリンダの駆動によってブレーキBの摩擦板が係合され、また解除される。
【0078】
さらに、車両制御装置41は、バッテリ残量S0Cとアクセル開度αから、図19に示されているマップに基づき、発電機16の目標回転数NG*を決定する。このマップは、バッテリ残量S0Cが少なくなるに従って、またアクセル開度αが大きくなるに従って目標回転数NG*が大きくなるように設定されている。つまり、バッテリ残量S0Cが少なくなれば、発電量を上げて充電量の回復を図り、アクセル開度αが大きくなればバッテリの消耗が激しくなるので、発電量を増やして充電量の減少を抑制している。
【0079】
また、発電機16が低速の場合には発電機16の効率が低下するため、目標回転数NG*が1500rpm以下となる場合には、ブレーキBを係合して、第3走行モードで走行する。
【0080】
本実施形態の車両制御装置41は、上記制御動作の他、第1実施形態の場合と同様に、電気モータ25の出力がバッテリ許容出力を越える場合に、第1または第3走行モードから第2走行モードへ切り替え、バッテリ19からの過度の放電を抑制するように制御するものとしてもよい。バッテリ許容出力の算出は、第1実施形態で説明した内容と同様であるので説明を省略する。電気モータ25の出力がバッテリ許容出力を越えない場合には、上記制御動作が行われ、図5および図17に示されるマップに基づき、各モードが選択される。
【0081】
以上説明した第2実施形態では、モータ走行とハイブリッド走行との間の切り替えは、モード切替車速によって判断されているが、モード切替アクセル開度によって判断することもできる。例えば、アクセル開度αが小さい場合には、第1走行モードとし、アクセル開度αが大きい場合には、第2走行モードとする。また、バッテリ残量S0Cに応じて各モードが選択される領域を変更し、バッテリ残量S0Cが多い場合には、第1走行モードが選択される領域が大きくなるように、少ない場合には第2走行モードが選択される領域が大きくなるように設定することができる。
【0082】
図20は、バッテリ残量S0Cからモード切替アクセル開度α2*を算出するマップである。このマップでは、バッテリ残量SOCが30%以上、55%未満の場合には、モード切替アクセル開度α2*1を0とし、アクセル開放時のみエンジン11を停止させ、またはアイドリングさせ、少しでもアクセルを踏み込んだ場合には、直ちにエンジン11を始動して第2走行モードで走行する。また、バッテリ残量SOCが55%以上、80%未満の場合には、モード切替アクセル開度α2*は、バッテリ残量S0Cに応じて上昇し、バッテリ残量S0Cが80%以上では常時第1走行モードとなるように設定されている。
【0083】
図21は、バッテリ残量S0Cが60%である時のモード切替アクセル開度α1*と、モード切替アクセル開度α2*が示されたマップで、各モードで走行する領域が示されたものである。モード切替アクセル開度α2*は、図20から20%となり、モード切替アクセル開度α1*は、図17から40%に設定される。バッテリ残量S0Cの値が小さくなると、図17および図20のマップから明らかなように、モード切替アクセル開度α1*,α2*の値が小さくなり、図21のマップにおける第2走行モードの領域が広がる。なお、図22のプラネタリギヤユニットの速度線図に示されているように、エンジン11を停止したまま(NE=0)高速走行すると(NOUT大)、発電機16が高速で回転してしまい(NG大)、発電機16に過大な負担が生じてしまうので、車速が80km/h以上ではエンジン11を停止せず、ハイブリッド走行が行われる。
【0084】
また、走行モードを第1走行モードから第3走行モードへ切り替える際には、発電機16を駆動させることによりエンジン11を始動させた後、ブレーキBを係合させて第3走行モードとし、あるいは、ブレーキBを係合することによりエンジン11を始動させて第3走行モードとしてもよい。
【0085】
以上説明した各実施形態では、走行負荷として、車速Vとアクセル開度αを用いているが、車速の代わりに、例えば電気モータ25の回転数、エンジン11の回転数などを用いることもできる。また、アクセル開度の代わりに、モータトルク指令値TM*を用いてもよい。
【0086】
また、エンジン制御装置42は、スロットル開度θを制御し、エンジンを駆動することを述べたが、図23に示されている最適燃焼ラインでエンジンを駆動させることが望ましい。また、バッテリ残量S0Cに応じて図23中のラインCを変化させてもよい。例えば、バッテリ残量SOCが小さくなると、ラインCを上げてエンジン出力を大きくすることができる。このため、発電機で発電するエネルギを多くすることができる。
【0087】
上記説明におけるバッテリ残量S0Cとしては、バッテリ電圧、バッテリ電力の積算値、バッテリ電流の積算値などが挙げられる。また、バッテリ残量S0Cは、走行による消費が大きいほど低下するため、バッテリ残量S0Cの代わりに、走行消費エネルギの積算値を用いることもできる。このような走行消費エネルギは、例えば出力回転数と出力トルクの積により求めることができる。具体的には、出力回転数は車速に比例するので、車速センサから算出することができ、出力トルクは、駆動モータトルクと発電機トルクから計算することができる。
【0088】
例えば、山岳走行などの厳しい走行条件においては、走行消費エネルギの積算値が大きくなるので、第2走行モードの領域が広がり、走行時の発電量が大きくなる。
【0089】
蓄電手段としては、上記各実施形態で用いられているバッテリーの他、キャパシタ、フライホイール・バッテリー、油圧(空圧)アキュムレータなどが挙げられる。キャパシタは、大容量コンデンサであり、残存電力容量は、キャパシタの電圧を検出することで知ることができる。フライホイール・バッテリーは、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・回生させることにより、電力を出し入れするバッテリーであり、残存電力容量は、フライホイールの回転数を検出することにより知ることができる。油圧(空圧)アキュムレータは、アキュムレータに連結された油圧(空圧)ポンプによりアキュムレータに油圧(空圧)を出し入れすることにより、電力を出し入れするバッテリーであり、残存電力容量は、油圧(空圧)を検出することにより知ることができる。
【0090】
また、バッテリーの種類としては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、リチウム電池などが挙げられる。
本発明において、第2走行モードにおいて発電機16で発電された電力は、バッテリ19に蓄積せず、電気モータ25に直接供給する構成とし、発電機から供給される電力の不足分をバッテリ19から補い、また供給過剰な分をバッテリ19に蓄積することとすることもできる。この場合には、バッテリの蓄電、放電の際のエネルギロスを抑制することができる。
【0091】
以上説明した本発明のハイブリッド車両は、走行負荷及び蓄電手段の容量、又は、電気モータの出力及び蓄電手段の許容出力に応じて走行モードを選択することによって、エンジンの駆動効率が向上し、低燃費、低公害、長距離走行が実現できる。
【0092】
例えば、低負荷の市街地走行時には、第1走行モードが多く選択され、エンジンを低効率領域で駆動させる必要がなくなる。また、第2走行モードを選択することで、充電量を適切な値に維持することが可能となるため、蓄電手段の寿命を延ばすことができる。また、第3の走行モードを選択することで、発電機効率が低下する発電機回転の低速時において、発電機停止手段によって発電機の回転を停止することができる。
【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実施形態におけるモード切替車速を決定するマップである。
【図6】本発明の第1実施形態における各モードの駆動領域を示すマップである。
【図7】本発明の第1実施形態におけるバッテリ許容出力を求めるマップである。
【図8】本発明の第1実施形態における目標モータトルクを求めるマップである。
【図9】本発明の第1実施形態における発電機の目標回転数を求めるマップである。
【図10】本発明の第1実施形態においてエンジンを始動する際のプラネタリギヤユニットの各要素の回転状態をしめす速度線図である。
【図11】本発明の第1実施形態において、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12】本発明の第1実施形態において、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13】本発明の第1実施形態において、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14】本発明の第1実施形態において、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15】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16】本発明の第2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17】本発明の第2実施形態におけるモード切替アクセル開度を決定するマップである。
【図18】本発明の第2実施形態における各モードの駆動領域を示すマップである。
【図19】本発明の第2実施形態における発電機の目標回転数を求めるマップである。
【図20】本発明の第2実施形態におけるモード切替アクセル開度を決定するマップである。
【図21】本発明の第2実施形態における各モードの駆動領域を示すマップである。
【図22】本発明の第2実施形態においてエンジンが停止している際のプラネタリギヤユニットの各要素の回転状態をしめす速度線図である。
【図23】エンジンの特性曲線図である。
【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
58 アクチュエータ
B ブレーキ(摩擦係合手段)
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)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid vehicle that travels using an engine and a motor as drive sources.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a vehicle is mounted with an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine as a drive source, and travels by obtaining energy by burning gasoline or light oil. These drive sources have the advantage that high output can be obtained and long-distance traveling is possible.2 , NOx There is a problem that gases such as these adversely affect the environment.
[0003]
Therefore, with the recent depletion of fossil energy and the increase of environmental problems, development of low noise and low pollution vehicles is desired, and among them, electric vehicles are cited as the most attention.
This electric vehicle uses an electric motor as a drive source, drives the electric motor with electric power charged in a battery, and has an advantage that there is no exhaust gas and low noise.
[0004]
However, since this electric vehicle is equipped with a heavy battery, the weight of the vehicle becomes heavy and the running efficiency is lowered. In addition, sufficient output cannot be obtained only with the electric power charged in the battery, and sudden acceleration or There is a drawback that it is not possible to run long distances. Further, in order to use a once used battery again, a long charging time is required, and the range of use must be limited.
[0005]
Therefore, a hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and an electric motor has been proposed. Various types of hybrid vehicles are provided. For example, rotation generated by driving an engine is transmitted to a generator to drive the generator, and electric power obtained by the generator is sent to a battery for charging. Further, a series (series) hybrid vehicle in which the electric motor is driven by the electric power of the battery, or a parallel (parallel) type in which the driving force of the engine and the electric motor is transmitted to the output shaft to drive the vehicle. There are hybrid vehicles.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 23 is a diagram showing an engine maximum efficiency region and a best fuel consumption curve. Even in the case of a parallel type hybrid vehicle, an average of 10 kW of energy is required when traveling in an urban area where there are many low-speed travels, and an average of 30 kW of energy is required when traveling at the same speed on the same vehicle. As shown in FIG. 23, in the parallel hybrid vehicle, even when the engine is operated in the optimum fuel consumption line, the engine can be driven in a high efficiency region during high speed traveling (point B in the figure) When running at low speed in an urban area (point A in the figure), there is a problem that the engine efficiency cannot be increased.
[0007]
In addition, a large output is required when the vehicle is accelerated or when the vehicle is traveling at a high speed. However, if the output is covered by a motor, the battery is overdischarged and the battery life is shortened.
[0008]
An object of the present invention is to provide a hybrid vehicle capable of constantly driving an engine with high efficiency and low fuel consumption by appropriately switching between a motor running state, an engine / motor running state, and the like according to a running condition. .
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Such an object is achieved by the present invention described below.
[0010]
(1) the engine,
A generator capable of controlling the rotational speed;
A drive output shaft that outputs the driving force of the drive wheels;
A differential gear device in which a first gear element is connected to an output shaft of the engine, a second gear element is connected to a rotor of the generator, and a third gear element is connected to the drive output shaft;
An electric motor coupled to the drive output shaft;
Generator stopping means for stopping rotation of the generator;
Engine control means for controlling the output of the engine;
Generator control means for controlling the rotation of the generator;
Traveling load detection means for detecting the traveling load;
Travel load detected by the travel load detection meansAnd capacity of power storage meansDepending on the drive output shaftWithout the output of the engine being transmittedThe electric motorPowerCommunicatedBeIn the first traveling mode, part of the engine output is transmitted to the generator and the rest is transmitted to the drive output shaft.BeThe second driving mode andA third traveling mode in which the generator is stopped by stopping the generator and the outputs of the engine and the electric motor are output to the drive output shaft;A hybrid vehicle, characterized by comprising travel mode selection means for selecting the vehicle.
[0011]
(2)Engine,
A generator capable of controlling the rotational speed;
A drive output shaft that outputs the driving force of the drive wheels;
A differential gear device in which a first gear element is connected to an output shaft of the engine, a second gear element is connected to a rotor of the generator, and a third gear element is connected to the drive output shaft;
An electric motor coupled to the drive output shaft;
Generator stopping means for stopping rotation of the generator;
Engine control means for controlling the output of the engine;
Generator control means for controlling the rotation of the generator;
A first travel mode in which the output of the electric motor is transmitted to the drive output shaft without being transmitted to the drive output shaft in accordance with the output of the electric motor and the allowable output of the power storage means; A second travel mode in which a part is transmitted to the generator and the rest is transmitted to the drive output shaft, and the generator is stopped by stopping the generator, and the outputs of the engine and the electric motor are transmitted to the drive output shaft It has a driving mode selection means for selecting the output third driving mode.Hybrid vehicle.
[0012]
(3)The engine control means controls the throttle of the engine so that the engine is driven on an optimum fuel consumption line.The hybrid vehicle according to (1) or (2) above.
[0014]
(4) In any one of the above (1) to (3), the engine control means controls the engine to be driven at a load or more determined according to the capacity of the power storage means. The described hybrid vehicle.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a hybrid vehicle of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a hybrid vehicle drive apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, on the first axis, an
[0018]
The
[0019]
The sun gear S is connected to the
[0020]
Further, the
[0021]
An
[0022]
The
[0023]
When the hybrid vehicle of the present invention is in a decelerating state, the
[0024]
In order to rotate a driving wheel (not shown) in the same direction as the rotation of the
[0025]
Further, the counter driven
Further, a
[0026]
A
[0027]
Thus, not only the rotation generated by the
[0028]
The operation of the
[0029]
In the present embodiment, the number of teeth of the ring gear R of the
[0030]
NG = 3 ・ NE-2 ・ NR
[0031]
It becomes. Further, the torque output from the ring gear R to the unit output shaft 14 (hereinafter referred to as “ring gear torque”) is TR, the torque of the engine 11 (hereinafter referred to as “engine torque”) is TE, and the generator torque is TG. Then, the relationship between TR, TE, and TG is as shown in FIG.
[0032]
TE: TR: TG = 3: 2: 1
[0033]
It becomes.
During normal driving of the hybrid vehicle, the ring gear R, the carrier CR, and the sun gear S are all rotated in the forward direction, and as shown in FIG. 2B, the ring gear rotational speed NR (= output rotational speed). NOUT), engine speed NE, and generator speed NG all take positive values.
[0034]
The engine torque TE is input to the carrier CR, and the engine torque TE is received by the reaction force of the first
[0035]
The ring gear torque TR and the generator torque TG are obtained by apportioning the engine torque TE by a torque ratio determined by the number of teeth of the
[0036]
Next, the control system of the hybrid vehicle of the present invention will be described in detail based on the block diagram of FIG. The control means constituting the control system of the present embodiment includes a
[0037]
The
[0038]
Further, this control system serves as a travel load detecting means, an
[0039]
The
[0040]
For example, referring to FIG. 5, when the remaining battery SOC is less than 30%, the
[0041]
When the remaining battery SOC is 30% or more and less than 50%, the mode switching vehicle speed V * 1 is set to 0 km / h, the
[0042]
When the remaining battery SOC is 50% or more and less than 80%, the mode switching vehicle speed V * 1 is set to 20 km / h, and when the vehicle speed is less than 20 km / h, the vehicle travels in the first mode and 20 km / h. In the above case, the vehicle travels in the second travel mode.
[0043]
When the remaining battery SOC is 80% or more, the mode switching vehicle speed V * 1 is set to 80 km / h in principle, and the mode switching is performed based on FIG. That is, when the accelerator opening degree α is 70% or more, the mode switching vehicle speed V * 1 is set to 20 km / h, and when the vehicle speed is less than 20 km / h, the vehicle travels in the first travel mode and 20 km / h. In the above case, the vehicle travels in the second travel mode. By running in the second running mode, power from the
[0044]
In order to prevent hunting, the mode switching vehicle speed V * 1 is smaller than the value when switching from the first traveling mode to the second traveling mode than the value when switching from the second traveling mode to the first traveling mode. Thus, hysteresis may be provided. This hysteresis is similarly provided for the switching value (30%, 50%, 80%) of the remaining battery charge SOC for changing the mode switching vehicle speed V * 1 and the switching value (70%) of the accelerator opening α. it can.
[0045]
In addition to the control described above, when the output of the
[0046]
Further, when the
[0047]
Further, the
[0048]
Furthermore, when the motor torque command value TM * is switched from the first travel mode to the second travel mode, it is corrected in advance so that the torque variation accompanying the start of the
[0049]
When the
[0050]
As another function of the
[0051]
In addition, when switching from the first travel mode to the second travel mode, the
[0052]
Based on the selection command signal input from the
[0053]
The motor control device 43 controls the current (torque) IM of the
[0054]
The
[0055]
Hereinafter, the control operation of the
[0056]
When the accelerator opening α is 70% or less, the mode switching vehicle speed V * 1 is determined from the read battery remaining amount SOC based on the map shown in FIG. 5 (step S104). The mode switching vehicle speed V * 1 is compared with the read vehicle speed V (step S106).
[0057]
On the other hand, when the accelerator opening α is larger than 70%, it is determined whether or not the vehicle speed V is larger than 20 km / h (step S105). If the vehicle speed V is 20 km / h or less, step S104 is executed.
[0058]
In step S106, when the vehicle speed V is equal to or less than the mode switching vehicle speed V * 1, the current travel mode is determined (step S107). When it is the first travel mode in which the motor travels only, the process proceeds to the first travel mode routine. If it is not in the first travel mode, a signal for setting the throttle opening θ to 0% is supplied to the engine control device 42 (step S108), and further a fuel cut signal (OFF signal) is supplied to the engine control device 42 (step S108). S109). Next, after the control of the
[0059]
On the other hand, if the vehicle speed V is greater than the mode switching vehicle speed V * 1 in step S106 and if the vehicle speed V is greater than 20 km / h in step S105, the current travel mode is first determined (step S121). In the case of the two travel mode, the second travel mode routine is executed. In the first traveling mode, the
[0060]
FIG. 12 is a flowchart showing a first travel mode routine. In the first travel mode, first, the accelerator opening α and the vehicle speed V are read (step S124), and the target motor torque TM * is calculated from the map shown in FIG. 8 (step S125). The calculated TM * is supplied to the motor control device 43 (step S126).
[0061]
FIG. 13 is a flowchart showing the second travel mode routine. In the second traveling mode, the
[0062]
The target motor torque TM * determined in step S135 is supplied to the motor control device 43 (step S136). Next, the remaining battery charge SOC is read (step S137), and the target rotational speed NG * of the generator is calculated based on the read remaining battery charge SOC and the map shown in FIG. 9 (step S138). Then, the calculated target rotational speed NG * is supplied to the generator control device 44 (step S139). By calculating from the generator torque, the engine torque is estimated without using a torque sensor.
[0063]
FIG. 14 shows another example of the control operation of the
[0064]
The accelerator opening α and the vehicle speed V are read (step S151), and the target motor torque is calculated from the read values of the accelerator opening α and the vehicle speed V based on the map shown in FIG. 8 (step S152).
[0065]
Next, a motor output WKW is obtained (step S153). The motor output WKW is obtained by the product of the target motor torque TM * obtained in step S152 and the rotation speed NM of the electric motor 25 (WKW = TM ** × NM). Here, the motor speed NM is obtained from the vehicle speed V.
[0066]
The remaining battery charge SOC and the battery temperature are read (step S154), and the battery allowable output BKW is calculated from these values based on the map shown in FIG. 7 (step S155).
[0067]
The motor output WKW obtained in step S153 is compared with the battery allowable output BKW calculated in step S155. If the battery allowable output BKW is larger than the motor output WKW, the remaining battery level S0C read in
[0068]
In step S156, if the battery allowable output BKW is equal to or less than the motor output WKW, the output WG of the
[0069]
In addition, when the second travel mode is set in step S157, the second travel mode routine is similarly executed. If the first travel mode is set in step S157, the first travel mode routine shown in FIG. 12 is executed.
By the control operation described above, overdischarge of the
[0070]
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 15 is a conceptual diagram showing the configuration of the driving apparatus of the second embodiment. In the hybrid vehicle of this embodiment, a brake B, which is a friction engagement means as a generator stop means, is interposed between the
[0071]
FIG. 16 is a block diagram showing a control system of the second embodiment. Engagement and release of the brake B are controlled by an
[0072]
The operation of the
[0073]
That is, the traveling mode includes a first traveling mode that travels by the output of only the
[0074]
Specifically, the vehicle travels at a higher load, such as the first travel mode when traveling at a low load such as low speed travel, the third travel mode when traveling at a high load such as high speed travel, and the like when accelerating at a high speed. Occasionally, the vehicle travels by switching to the second travel mode.
[0075]
As in the operation in the first embodiment, the
[0076]
FIG. 18 is a map showing the mode switching vehicle speed V * 1 and the mode switching accelerator opening α1 * when the battery remaining amount S0C is 60%, and shows the areas where the vehicle travels in each mode. When the remaining battery capacity S0C is 60%, the mode switching vehicle speed V * 1 is set to 20 km / h from the map shown in FIG. 5, and the mode switching accelerator opening α1 * from the map shown in FIG. Is set to 40%. Further, if the
[0077]
When switching from the second traveling mode to the third traveling mode, an ON signal is supplied to the
[0078]
Furthermore, the
[0079]
Further, since the efficiency of the
[0080]
In addition to the above control operation, the
[0081]
In the second embodiment described above, switching between motor traveling and hybrid traveling is determined by the mode switching vehicle speed, but can also be determined by the mode switching accelerator opening. For example, when the accelerator opening degree α is small, the first traveling mode is set, and when the accelerator opening degree α is large, the second traveling mode is set. In addition, the area in which each mode is selected is changed according to the remaining battery level S0C. When the remaining battery level S0C is large, the area in which the first traveling mode is selected is increased, and when the remaining mode is small, the first mode is selected. It can set so that the area | region where 2 driving modes are selected may become large.
[0082]
FIG. 20 is a map for calculating the mode switching accelerator opening α2 * from the battery remaining amount S0C. In this map, when the remaining battery SOC is 30% or more and less than 55%, the mode switching accelerator opening α2 * 1 is set to 0, and the
[0083]
FIG. 21 is a map showing the mode switching accelerator opening α1 * and the mode switching accelerator opening α2 * when the battery remaining amount S0C is 60%, and shows the areas where the vehicle travels in each mode. is there. The mode switching accelerator opening α2 * is 20% from FIG. 20, and the mode switching accelerator opening α1 * is set to 40% from FIG. When the value of the battery remaining amount S0C is small, as is apparent from the maps of FIGS. 17 and 20, the values of the mode switching accelerator openings α1 * and α2 * are small, and the second travel mode region in the map of FIG. Spread. As shown in the speed diagram of the planetary gear unit in FIG. 22, when the
[0084]
When the travel mode is switched from the first travel mode to the third travel mode, the
[0085]
In each of the embodiments described above, the vehicle speed V and the accelerator opening degree α are used as the travel loads. However, for example, the rotation speed of the
[0086]
In addition, it has been described that the
[0087]
Examples of the remaining battery capacity S0C in the above description include battery voltage, integrated value of battery power, integrated value of battery current, and the like. Further, since the battery remaining amount S0C decreases as the consumption due to traveling increases, an integrated value of traveling energy consumption can be used instead of the battery remaining amount S0C. Such travel consumption energy can be obtained by, for example, the product of the output rotation speed and the output torque. Specifically, since the output rotation speed is proportional to the vehicle speed, it can be calculated from a vehicle speed sensor, and the output torque can be calculated from the drive motor torque and the generator torque.
[0088]
For example, under severe traveling conditions such as mountain traveling, the integrated value of the travel energy consumption is increased, so that the region of the second travel mode is expanded and the amount of power generation during traveling is increased.
[0089]
Examples of the power storage means include a capacitor, a flywheel battery, a hydraulic (pneumatic) accumulator, and the like in addition to the battery used in each of the above embodiments. The capacitor is a large-capacity capacitor, and the remaining power capacity can be known by detecting the voltage of the capacitor. A flywheel battery is a battery that puts power in and out by driving and regenerating the flywheel with a motor coaxially arranged on the flywheel, and knows the remaining power capacity by detecting the number of rotations of the flywheel. be able to. A hydraulic (pneumatic) accumulator is a battery that draws power into and out of the accumulator by a hydraulic (pneumatic) pump connected to the accumulator, and the remaining power capacity is hydraulic (pneumatic) ) Can be detected.
[0090]
Examples of the battery include lead batteries, nickel / cadmium batteries, nickel / iron batteries, nickel / zinc batteries, and lithium batteries.
In the present invention, the electric power generated by the
[0091]
In the hybrid vehicle of the present invention described above, the driving efficiency of the engine is improved by selecting the driving mode according to the driving load and the capacity of the power storage means, or the output of the electric motor and the allowable output of the power storage means. Fuel consumption, low pollution, and long distance driving can be realized.
[0092]
For example, when driving in an urban area with a low load, the first driving mode is often selected, and it is not necessary to drive the engine in a low efficiency region. Moreover, since the charge amount can be maintained at an appropriate value by selecting the second travel mode, the life of the power storage means can be extended. Further, by selecting the third traveling mode, the generator rotation can be stopped by the generator stopping means at the low speed of the generator rotation at which the generator efficiency is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a drive device for a hybrid vehicle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram and a velocity diagram of a planetary gear unit in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a torque diagram of the planetary gear unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a control system in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a map for determining a mode switching vehicle speed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a map showing a drive region in each mode in the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a map for obtaining a battery allowable output in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a map for obtaining a target motor torque in the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a map for obtaining a target rotational speed of the generator in the first embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a velocity diagram showing the rotation state of each element of the planetary gear unit when the engine is started in the first embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a control operation of the vehicle control device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart showing a control operation of the vehicle control device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a flowchart showing a control operation of the vehicle control device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a flowchart showing a control operation of the vehicle control device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a drive device for a hybrid vehicle in a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a control system in a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a map for determining a mode switching accelerator opening in the second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a map showing a drive region in each mode in the second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a map for obtaining a target rotational speed of the generator in the second embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a map for determining a mode switching accelerator opening in the second embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a map showing a drive region in each mode in the second embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a velocity diagram showing a rotation state of each element of the planetary gear unit when the engine is stopped in the second embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a characteristic curve diagram of the engine.
[Explanation of symbols]
11 Engine
13 Planetary gear unit (differential gear unit)
16 Generator
21 Rotor
25 Electric motor
31 Countershaft (drive output shaft)
41 Vehicle control device
42 Engine control device
43 Motor controller
44 Generator control device
45 Accelerator sensor
46 Vehicle speed sensor
58 Actuator
B brake (friction engagement means)
CR carrier (first gear element)
S Sun gear (second gear element)
R ring gear (third gear element)
Claims (4)
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、
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、
前記駆動出力軸に連結された電気モータと、
前記発電機の回転を停止する発電機停止手段と、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、
前記発電機の回転を制御する発電機制御手段と、
走行負荷を検出する走行負荷検出手段と、
前記走行負荷検出手段で検出された走行負荷及び蓄電手段の容量に応じて、前記駆動出力軸に前記エンジンの出力が伝達されることなく前記電気モータの出力が伝達される第1の走行モードと、エンジンの出力の一部が前記発電機に伝達され残りが前記駆動出力軸に伝達される第2の走行モードと、前記発電機停止により発電機が停止され前記エンジンと前記電気モータの出力が前記駆動出力軸に出力される第3の走行モードとを選択する走行モード選択手段を有することを特徴とするハイブリッド車両。Engine,
A generator capable of controlling the rotational speed;
A drive output shaft that outputs the driving force of the drive wheels;
A differential gear device in which a first gear element is connected to an output shaft of the engine, a second gear element is connected to a rotor of the generator, and a third gear element is connected to the drive output shaft;
An electric motor coupled to the drive output shaft;
Generator stopping means for stopping rotation of the generator;
Engine control means for controlling the output of the engine;
Generator control means for controlling the rotation of the generator;
Traveling load detection means for detecting the traveling load;
According to the capacity of the detected running load and the power storage unit in the running load detecting means, a first traveling mode in which the output of the electric motor without output of the engine to the drive output shaft is transmitted is transmitted When a second driving mode in which part of the output of the engine remains is transmitted to the generator is transmitted to the drive output shaft, the generator output of the electric motor and the engine generator is stopped by the stop Characterized in that it has a travel mode selection means for selecting a third travel mode that is output to the drive output shaft .
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、
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、
前記駆動出力軸に連結された電気モータと、
前記発電機の回転を停止する発電機停止手段と、
前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、
前記発電機の回転を制御する発電機制御手段と、
前記電気モータの出力及び蓄電手段の許容出力に応じて、前記駆動出力軸に前記エンジンの出力が伝達されることなく前記電気モータの出力が伝達される第1の走行モードと、エンジンの出力の一部が前記発電機に伝達され残りが前記駆動出力軸に伝達される第2の走行モードと、前記発電機停止により発電機が停止され前記エンジンと前記電気モータの出力が前記駆動出力軸に出力される第3の走行モードとを選択する走行モード選択手段を有することを特徴とするハイブリッド車両。 Engine,
A generator capable of controlling the rotational speed;
A drive output shaft that outputs the driving force of the drive wheels;
A differential gear device in which a first gear element is connected to an output shaft of the engine, a second gear element is connected to a rotor of the generator, and a third gear element is connected to the drive output shaft;
An electric motor coupled to the drive output shaft;
Generator stopping means for stopping rotation of the generator;
Engine control means for controlling the output of the engine;
Generator control means for controlling the rotation of the generator;
A first travel mode in which the output of the electric motor is transmitted to the drive output shaft without being transmitted to the drive output shaft in accordance with the output of the electric motor and the allowable output of the power storage means; A second traveling mode in which a part is transmitted to the generator and the rest is transmitted to the drive output shaft, and the generator is stopped by stopping the generator, and the outputs of the engine and the electric motor are transmitted to the drive output shaft. A hybrid vehicle , characterized by comprising travel mode selection means for selecting an output third travel mode .
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