JP4207909B2 - 車両システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の前後それぞれの車輪に動力源を設け、それらの動力により車両走行を可能とする車両システムに関するものである。

従来から、車両の動力源としてエンジンと電動発電機とを備え、それらの少なくとも何れかの動力により車両を走行させるようにした車両システムが数多く提案されている。例えば特許文献１では、エンジンのクランク軸に電動発電機を連結し、且つ電動発電機の回転軸にエアコン用コンプレッサ等の補機装置を機械的に連結した構成において、エンジン停止状態で電動発電機により補機装置を駆動する場合にクラッチによりクランク軸と電動発電機との連結を切り離すようにしている。そしてこれにより、補機装置を小電力で駆動できるようにしている。しかしながら上記構成では、エンジン周辺に補機装置や動力切り離し機構が設けられるため、エンジン周辺構成が煩雑となる。また、エンジン周辺の限られた設置スペースに各構成部材を搭載することを考えると、その搭載が困難となるという不都合が生じる。

また、電動発電機により、車両の減速エネルギを回生して電気エネルギに変換する方法が提案されている（例えば特許文献２）。しかしながら、既存のシステムでは、エンジン出力軸に連結されたトランスミッションを介してエネルギが回収される構成となっているため、エネルギ回生の効率が悪化するという問題があった。
特開平１１−１４７４２４号公報 特開平０５−２６０６１０号公報

本発明は、動力源や補機装置の車両搭載性に優れ、しかも車両減速時等にエネルギの回生を効率良く実施することができる車両システムを提供することを主たる目的とするものである。

本発明では、車両の副駆動輪に機械的に連結された車輪連結軸に、電動発電機と補機装置とが動力分配装置を介して機械的に連結されている。四輪車の場合には、左右の各車輪の間に設けられたデファレンシャルギアの連結軸（車輪連結軸に相当）に、電動発電機と補機装置とが動力分配装置を介して機械的に連結されると良い。補機装置としては、例えばエアコン用コンプレッサがある。電動発電機と補機装置とは車両補機ユニットとして一体化されていても良い。

かかる構成において、主駆動輪側に設けた動力源による車両走行時には、副駆動輪側の車輪連結軸から伝達される動力により電動発電機と補機装置が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等になると車輪連結軸からの動力により電動発電機で回生発電が行われる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機の動力により補機装置の作動（エアコン等の稼働）が可能となる。また更に、電動発電機で発生した動力が動力分配装置と車輪連結軸とを介して副駆動輪に伝達されることで、該電動発電機の動力のみによる車両走行、又は主駆動輪側に設けた動力源と協働した車両走行（四輪車で言えば、四輪駆動走行）が可能となる。

以上によれば以下の優れた効果が得られる。車両の減速等に伴う回生時には、車輪連結軸からの動力がトランスミッションを介することなく電動発電機に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、補機装置を電動発電機と共に副駆動輪側に設けたため、主駆動輪側に設けた動力源（エンジン等）の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

またここで、車両の前輪及び後輪にそれぞれ動力発生手段を設ける構成とする。すなわち、第１の動力発生手段は、前輪側及び後輪側のいずれか一方の車輪側に設けられ、動力源としての内燃機関、及び該内燃機関の出力軸の回転により発電する発電機を有する。第２の動力発生手段は、前記第１の動力発生手段とは異なる車輪側に設けられ、動力源としての電動発電機、補機装置、動力分配装置、及び前記電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行う電力変換手段を有する。その他、蓄電手段は、前記発電機及び前記電動発電機により発生した電力を蓄電する。そして特に、第２の動力発生手段を設けた車輪側において車輪回転を伝達する車輪連結軸には、電動発電機と補機装置とが動力分配装置を介して機械的に連結されている。

上記構成において、内燃機関（第１の動力発生手段）の動力による車両走行時には、該内燃機関とは逆の車輪側の車輪連結軸から伝達される動力により電動発電機と補機装置が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等になると車輪連結軸からの動力により電動発電機で回生発電が行われる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機の動力により補機装置の作動（エアコン等の稼働）が可能となる。また更に、電動発電機で発生した動力が動力分配装置と車輪連結軸とを介して車輪に伝達されることで、該電動発電機の動力のみによる車両走行、又は内燃機関の動力と協働した車両走行（四輪車で言えば、四輪駆動走行）が可能となる。

以上によれば、車両の減速等に伴う回生時には、車輪連結軸からの動力がトランスミッションを介することなく電動発電機に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、補機装置を電動発電機と共に内燃機関とは逆の車輪側に設けたため、内燃機関の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

遊星ギア装置を用いて車輪連結軸と電動発電機と補機装置とを機械的に連結することで、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔性が実現できる。

因みに、先行技術として例えば特開２００４−１６８１７６号公報では、モータから駆動輪への動力の伝達・切り離しを行うべく動力伝達経路の途中に車軸用クラッチや減速ギアが設けられ、更にモータと車軸用クラッチとの間にエアコン用コンプレッサが設けられる構成となっている。こうした先行技術では、一定のギア比により動力（回転）の伝達が行われ、例えばエアコン用コンプレッサの回転速度は車輪連結軸の回転速度に依存して上昇又は下降する。それ故に、コンプレッサ回転速度の制御などにおいて制限が生じるものとなっていた。これに対して、上記の如く動力分配装置として遊星ギア装置を用いた構成では、車輪連結軸の回転速度に依存することなくコンプレッサ回転速度が制御できるため、当該回転速度の制御などを最適に実施することが可能となる。

動力分配装置として遊星ギア装置を用いる場合、リングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車輪連結軸、電動発電機軸、補機装置軸を接続すると良い。但し、接続の組み合わせは任意である。

車輪連結軸、電動発電機軸及び補機装置軸のうち少なくとも何れか２つを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設けると良い。この場合、切替手段により各連結状態が適宜断続されることで、動力伝達経路を適正に管理できる。

特に車輪連結軸と補機装置軸との間にそれらを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設けた構成では、該切替手段を、車両の走行停止中に遮断状態とし、他では要求に応じて連結状態とすると良い。これにより、停車時は電動発電機から補機装置への動力伝達が確実に実現できる。また、車両発進時は、電動発電機から車輪連結軸と補機装置への動力伝達を確実に実施すべく切替手段を連結状態とする。車両走行時は、車軸の回転に応じて、切替手段を遮断状態として電動発電機にて補機装置を作動させるか、同切替手段を連結状態として車輪連結軸から補機装置へ動力伝達するかを選択的に実施すればよい。

前記補機装置をエアコン用コンプレッサとし、該コンプレッサを用いて冷凍サイクルを構成することが考えられる。かかる場合において、冷媒を流通する冷媒通路の途中に、冷媒を減圧膨張すると共に膨張エネルギを機械エネルギに変換回収する膨張機を設け、該膨張機にて回収した機械エネルギによりコンプレッサと電動発電機とを作動可能とすると良い。これにより、膨張機にて回収した機械エネルギによりコンプレッサや電動発電機の作動がアシストされ、これらの作動効率が向上する。

冷媒通路において前記膨張機よりも上流側に、動力源による廃熱等を回収する熱回収装置を設けると良い。これにより、膨張機によるエネルギ回収効率が向上する。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、エンジンと電動発電機とを動力源としそれら何れかの動力により走行する、いわゆるハイブリッド車に具体化する事例を説明する。図１は、本実施の形態における車両システムの概略構成を示す図面である。なお図１では、左側が車両前方であり、右側が車両後方である。

図１において、車両１０のフロント部分には、動力源としてのエンジン１１と、ＣＶＴ（無断変速機）やＡＴ（自動変速機）等よりなるトランスミッション１２とが直列に搭載されており、エンジン１１の出力はトランスミッション１２を介して車軸１３に伝達され、その結果左右の前輪１４，１５が回転する。エンジン１１には始動装置としてのスタータモータ１６が設けられている。エンジン１１の出力軸にはベルト等の連結手段１７を介してオルタネータ１８が接続されている。

また、車両１０のリア部分には、左右の後輪２１，２２に連結される車軸２３，２４の間にデファレンシャルギア２５が設けられており、該デファレンシャルギア２５には駆動軸２６を介して車両補機ユニット３０が連結されている。車両補機ユニット３０は、動力分配装置としての遊星ギア装置３１と、動力源としての電動発電機３２と、補機装置としてのエアコン用コンプレッサ３３とを備えている。電動発電機３２は、例えば交流同期型のモータジェネレータにより構成され、電力の供給により駆動する電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている。電動発電機３２は、インバータ３５を介してバッテリ３６に接続されている。

本車両１０は、主にエンジン動力により走行し、前輪が主駆動輪に相当する。その一方、電動発電機動力による走行も可能であり、後輪が副駆動輪に相当する。この場合、エンジン１１を主動力源、電動発電機３２を副動力源と言うこともできる。

車両補機ユニット３０の詳細な構成を図２の模式図を基に説明する。図２において、遊星ギア装置３１は、互いに同じ軸心回りに回転するサンギア４１及びリングギア４２と、これらサンギア４１及びリングギア４２にかみ合って公転しながら自転するピニオンギアを有するキャリア４３とを具備している。そして、リングギア４２にデファレンシャルギア連結軸４５（前記駆動軸２６に同じ）が接続され、サンギア４１に電動発電機連結軸４６が接続され、キャリア４３にコンプレッサ連結軸４７が接続されている。

また、デファレンシャルギア連結軸４５とコンプレッサ連結軸４７との間にはクラッチ４８が設けられており、クラッチＯＮの状態（連結状態）では、デファレンシャルギア連結軸４５からの動力がコンプレッサ３３に直接伝達されるが、クラッチＯＦＦの状態（遮断状態）では、デファレンシャルギア連結軸４５からの動力がコンプレッサ３３に直接伝達されないようになっている。コンプレッサ３３には、エアコンスイッチ（図示略）の状態等に応じてＯＮ／ＯＦＦされるコンプレッサクラッチ３３ａが設けられている。

図示及び詳細説明は省略するが、本車両１０には各種の車両構成要素を制御するための制御装置（ＥＣＵ）が多数搭載されており、例えば、エンジン１１はエンジンＥＣＵにより制御され、トランスミッション１２はトランスミッションＥＣＵにより制御され、電動発電機用のインバータ３５はモータＥＣＵにより制御されるようになっている。

上記構成の車両システムでは、デファレンシャルギア連結軸４５から入力される動力により電動発電機３２とコンプレッサ３３が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等には、デファレンシャルギア連結軸４５からの動力により電動発電機３２で回生発電が行われ、インバータ３５を通じてバッテリ３６が充電される。また、車両の走行停止時等には、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３の作動が可能となる。また更に、電動発電機３２で発生した動力が遊星ギア装置３１を介してデファレンシャルギア２５に伝達され、更に左右の後輪２１，２２に伝達されることで、電動発電機３２の動力のみによる車両走行、又はエンジン１１の動力と協働した車両走行（四輪駆動走行）が可能となる。

以下、車両１０における各種状況下における作動状態を説明する。先ず車両１０の通常走行中は、基本的にエンジン１１の動力により車両１０が走行する。このとき、デファレンシャルギア連結軸４５とコンプレッサ連結軸４７とを連結するクラッチ４８がＯＦＦされ、デファレンシャルギア２５を通じて遊星ギア装置３１に入力される動力が電動発電機３２とエアコン用コンプレッサ３３に所定比率で分配供給される。これにより、これら電動発電機３２とエアコン用コンプレッサ３３が作動する。この状態で、エアコンスイッチ＝ＯＮであればコンプレッサ３３内のクラッチ３３ａがＯＮ（接続）され、コンプレッサ内部の駆動軸が回転する。これによりエアコンが稼働状態とされる。また、エアコンスイッチ＝ＯＦＦであればコンプレッサ３３内のクラッチ３３ａがＯＦＦ（遮断）され、エアコンが非稼働状態とされる。

また、車両走行時には、デファレンシャルギア連結軸４５の回転に応じて、クラッチ４８をＯＦＦ状態として電動発電機３２にてコンプレッサ３３を作動させるか、クラッチ４８をＯＮ状態としてデファレンシャルギア連結軸４５からコンプレッサ３３へ動力伝達するかが選択的に実施される。

車両走行時において、減速時や制動時であれば、電動発電機３２において制動エネルギが回生され、バッテリ３６が充電される。このとき、デファレンシャルギア２５からの動力はトランスミッションを介することなく電動発電機３２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。

車両走行中において雪道や氷結路などの低μ路で車輪のスリップ等を検知した場合には、エンジン動力に加え、電動発電機３２の動力を走行動力とする四輪駆動状態へ移行される。この場合、電動発電機３２の動力がデファレンシャルギア２５を介して左右の後輪２１，２２に伝達される。

停車中は、いわゆるアイドルストップ機能（自動停止・再始動機能）によりエンジン１１が停止される。このとき、クラッチ４８がＯＦＦされ、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３が作動する。この状態で、エアコンスイッチ＝ＯＮであればクラッチ３３ａがＯＮ（接続）され、エアコンが稼働状態とされる。アイドルストップを行わない場合であっても、停車中（アイドル時）にはクラッチ４８がＯＦＦされ、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３が作動する。

停車状態からの車両発進時には、電動発電機３２からデファレンシャルギア２５とコンプレッサ３３への動力伝達を確実に実施すべくクラッチ４８をＯＮとする。これにより、車両１０の速やかな発進が可能となる。但し、車両発進時に電動発電機３２のアシストを要しない場合にはクラッチ４８をＯＦＦとする。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

主動力源たるエンジン１１の駆動輪とは異なる駆動輪側（後輪側）のデファレンシャルギア連結軸４５に、遊星ギア装置３１を介して電動発電機３２とエアコン用コンプレッサ３３とを機械的に連結する構成とした。かかる構成では、車両減速等に伴う回生時において、エンジンに連結したトランスミッションを介して回生エネルギを回収する既存のシステムと異なり、デファレンシャルギア連結軸４５からの動力が電動発電機３２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、エンジン１１を搭載した車両フロント側とは異なり、車両リア側に電動発電機３２と共にコンプレッサ３３を設けたため、エンジン１１の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

デファレンシャルギア連結軸４５、電動発電機連結軸４６及びコンプレッサ連結軸４７を遊星ギア装置３１を用いて機械的に連結したため、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔性が実現できる。また、遊星ギア装置を用いた構成では、車輪連結軸（デファレンシャルギア連結軸４５）の回転速度に依存することなくコンプレッサ回転速度が制御できるため、当該回転速度の制御などを最適に実施することが可能となる。

電動発電機連結軸４６とコンプレッサ連結軸４７との間にクラッチ４８を設け、該クラッチ４８を、車両走行中はＯＦＦ（遮断）し、停車中にＯＮ（連結）する構成としたため、車両走行時におけるデファレンシャルギア連結軸４５からコンプレッサ連結軸４７への動力伝達と、停車時における電動発電機連結軸４６からコンプレッサ連結軸４７への動力伝達とが共に確実に実現できる。これにより、アイドルストップ中などにおいてコンプレッサ３３を適正に作動させることができる。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では、冷媒（例えば二酸化炭素）を流通する冷媒通路の途中に、冷媒を減圧膨張すると共に膨張エネルギを機械エネルギに変換回収する膨張機を設け、該膨張機にて回収した機械エネルギによりコンプレッサと電動発電機とを作動可能とする構成としている。

図３は第２の実施の形態における車両システムを示しており、前記図１との相違点として、車両用エアコン装置の冷媒循環回路（冷凍サイクル）を追加している。なお、冷媒を圧縮するコンプレッサ３３は冷媒配管５４の途中に設けられるものであるが、便宜上前記図１と同様に、車両補機ユニット３０として電動発電機３２と共に示している。

図３の構成では、膨張機５１、エバポレータ（蒸発器）５２、コンデンサ（凝縮器）５３が冷媒配管５４を介して接続されている。その基本動作として、冷媒配管５４内を流れる冷媒は、膨張機５１にて液化状態から膨張させられ低温・低圧の霧状となった後、エバポレータ５２に送られる。エバポレータ５２では、冷媒の気化に伴い周囲の空気から蒸発に必要な潜熱が奪われ、周囲空気の冷却（すなわち車室内の冷却）が行われる。また、エバポレータ５２で気化した冷媒はコンデンサ５３にて凝縮された後、膨張機５１に送られる。

また、冷媒は、冷媒配管５５を介して冷媒ポンプ５６→水冷媒熱交換器５７→排気熱回収器５８→膨張機５１の経路でも循環する。このとき、水冷却熱交換器５７では、冷媒配管５５内の冷媒とエンジン１１を循環する冷却水との間で熱交換が行われる。また、排気熱回収器５８では、エンジン１１の廃熱などが回収される。膨張機５１は、コンプレッサ３３に連結軸５９を介して機械的に連結されており、冷媒を減圧膨張すると共に膨張エネルギを機械エネルギに変換回収し、その機械エネルギによりコンプレッサ３３と電動発電機３２とを作動する。

以下、車両１０における各種状況下における作動状態を説明する。この場合、アイドルストップ時（停車中）の作動が前記第１の実施の形態と相違する。すなわち、アイドルストップ時には、クラッチ４８がＯＮされ、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３が作動する。また併せて、連結軸５９を介して膨張機５１より供給される動力により、コンプレッサ３３の作動がアシストされる。この状態で、エアコンスイッチ＝ＯＮであればクラッチ３３ａがＯＮ（接続）され、エアコンが稼働状態とされる。エンジン１１のアイドル運転時にも同様である。

以上第２の実施の形態によれば、膨張機５１にて回収した機械エネルギによりコンプレッサ３３や電動発電機３２を作動可能とする構成としたため、これらの作動効率が向上する。また、冷媒配管５５において膨張機５１よりも上流側に、水冷媒熱交換器５７や排気熱回収器５８といった熱回収装置を設けたため、膨張機５１によるエネルギ回収効率が向上する。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態における車両システムについて説明する。図４は、本実施の形態における車両システムの概略構成を示す図面である。なお図４では、左側が車両前方であり、右側が車両後方である。

図４において、車両６０はその前後に２つの動力発生手段を具備しており、前輪側には第１の動力発生手段としての主動力ブロックＤ１が搭載され、後輪側には第２の動力発生手段としての副動力ブロックＤ２が搭載されている。車両６０は、これら２つの動力ブロックＤ１，Ｄ２にて発生する動力により走行する。

すなわち、車両６０のフロント部分には、主駆動輪として左右２つの前輪６１，６２が設けられ、それらの前輪６１，６２に結合された車軸６３に主動力ブロックＤ１が連結されている。主動力ブロックＤ１は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する主動力源としてのエンジン６４と、ＡＴ（自動変速機）等よりなるトランスミッション６５とを備えており、エンジン６４の出力はトランスミッション６５を介して車軸６３に伝達され、その結果左右の前輪６１，６２が回転する。エンジン６４の出力軸にはベルト等の連結手段６６を介して発電機としてのオルタネータ６７が接続されている。

車両６０のリア部分には、副駆動輪として左右２つの後輪７１，７２が設けられ、それら各後輪７１，７２に連結された車軸７３，７４の間にデファレンシャルギア７５が設けられている。そして、このデファレンシャルギア７５に駆動軸８４を介して副動力ブロックＤ２が連結されている。副動力ブロックＤ２は、遊星ギア装置により構成される動力分配装置８１と、副動力源としての電動発電機８２と、補機装置としてのエアコン用コンプレッサ８３（以下、単にコンプレッサともいう）とを備えている。電動発電機８２は駆動軸８５を介して動力分配装置８１に連結され、コンプレッサ８３は駆動軸８６を介して電動発電機８２に連結されている。電動発電機８２は、例えば交流同期型のモータジェネレータにより構成され、電力の供給により駆動される電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている。電動発電機８２には、インバータ等よりなる電力変換ユニット８８が接続されている。

なお、動力分配装置（遊星ギア装置）８１に連結される３つの駆動軸８４〜８６について、以下の説明では便宜上、駆動軸８４を「デフ連結軸８４」、駆動軸８５を「ＭＧ連結軸８５」、駆動軸８６を「コンプレッサ連結軸８６」とも言うこととする。

電源系の構成としては、定格１２Ｖのバッテリ９１と、降圧回路や昇圧回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ９２と、主動力ブロックＤ１のオルタネータ６７並びに副動力ブロックＤ２の電力変換ユニット８８に接続された蓄電手段としての高電圧バッテリ９３とを備える。

また、本システムは、各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えており、各ＥＣＵは図示しない各種センサ等の検出値に基づいてアクチュエータ等の駆動を制御する。具体的には、エンジンＥＣＵ１０１は、エンジン制御手段を構成するものであり、都度のエンジン運転状態等に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御といったエンジン制御を実施する。ハイブリッドＥＣＵ１０２は、車両６０の全体を統括的に制御する車両制御手段を構成するものであり、電力変換ユニット８８に対して制御信号を出力することで電動発電機８２の駆動又は発電の状態等を制御する。エアコンＥＣＵ１０３は、空調制御手段を構成するものであり、ドライバの要求や車両の走行状態等に基づいてコンプレッサ８３を駆動して空調制御を実施する。これら各ＥＣＵ１０１〜１０３は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されるものであり、相互に制御データ等の送受信が可能となっている。

副動力ブロックＤ２の詳細な構成を図５の模式図を基に説明する。図５において、動力分配装置（遊星ギア装置）８１は、互いに同じ軸心回りに回転するサンギア１１１及びリングギア１１２と、これらサンギア１１１及びリングギア１１２にかみ合って公転しながら自転するピニオンギア１１３を有するキャリア１１４とを具備している。そして、サンギア１１１にデフ連結軸８４が接続され、リングギア１１２にコンプレッサ連結軸８６が接続され、キャリア１１４にＭＧ連結軸８５が接続されている。

デフ連結軸８４とコンプレッサ連結軸８６との間には切替手段としての直結クラッチ１１５が設けられている。直結クラッチ１１５は、例えばＯＮ／ＯＦＦ切替式のクラッチであり、ハイブリッドＥＣＵ１０２からの指令に基づいてＯＮ／ＯＦＦ（継合又は非継合）が切り替えられる。ただし、切替手段として、ワンウェイクラッチや遠心クラッチ等を用いることも可能である。

直結クラッチ１１５がＯＮ（継合）される場合、デフ連結軸８４からの動力はコンプレッサ連結軸８６を介してコンプレッサ８３に伝達される。その際、動力分配装置８１の３軸（デフ連結軸８４、ＭＧ連結軸８５及びコンプレッサ連結軸８６）は共に同速回転する。これに対し、直結クラッチ１１５がＯＦＦ（継合遮断）される場合、デフ連結軸８４とコンプレッサ連結軸８６とは分断された状態となり、動力分配装置８１の３軸は遊星ギアの共線特性に基づく回転速度でそれぞれ回転する。

コンプレッサ連結軸８６には、エアコンスイッチ（図示略）の状態等に応じてＯＮ／ＯＦＦされるコンプレッサクラッチ１１６が設けられている。このコンプレッサクラッチ１１６は現実にはコンプレッサ８３と一体に設けられ、エアコンＥＣＵ１０３からコンプレッサ８３に出力される指令に基づいてコンプレッサクラッチ１１６がＯＮ／ＯＦＦされる。

上記構成の車両システムでは、デフ連結軸８４から入力される動力により電動発電機８２とコンプレッサ８３が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等には、デフ連結軸８４からの動力により電動発電機８２で回生発電が行われ、電力変換ユニット８８を通じてバッテリ充電が行われる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機８２の動力によりコンプレッサ８３の作動が可能となる。また更に、電動発電機８２で発生した動力が動力分配装置８１を介してデファレンシャルギア７５に伝達され、更に左右の後輪７１，７２に伝達されることで、電動発電機８２の動力のみによる車両走行、又はエンジン６４の動力と協働した車両走行が可能となる。

本車両６０では、上記構成によって、エンジン６４又は電動発電機８２のいずれかの発生動力により走行する二輪駆動走行（２ＷＤ走行）と、エンジン６４及び電動発電機８２の両方の発生動力により走行する四輪駆動走行（４ＷＤ走行）とが可能となっている。

車両１０における各種状況下における作動状態を説明する。図６は、車両６０の駆動モードの一覧を示す図である。なお、図６中、２ＷＤ（ＥＧ）の表記はエンジン動力による２ＷＤ走行を意味し、２ＷＤ（ＥＶ）の表記は電動発電機動力による２ＷＤ走行を意味する。

図６に示すように、車両６０の駆動モードは、（１）停止モード、（２）発進モード、（３）加速・定常・減速モード、（４）後退モードに大別される。この場合、空調要求や２ＷＤ／４ＷＤ要求等に応じて直結クラッチ１１５（切替手段）がＯＮ又はＯＦＦされるとともに、電動発電機８２が駆動又は回生の状態で制御される。なお、ドライバの加速要求、電源条件、空調条件等によっては、空調要求や２ＷＤ／４ＷＤ要求が同一であっても直結クラッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦ状態や電動発電機８２の駆動／回生の状態が適宜変更されるようになっている（図の※１）。

上記駆動モードの処理の一例を説明する。例えば、発進モードで空調要求有り、かつ２ＷＤ（ＥＧ）の要求有りとされる場合を考える。かかる場合、空調要求がなされた初期は、直結クラッチ１１５がＯＦＦされるとともに電動発電機８２が駆動状態とされる。これにより、電動発電機８２の動力によりコンプレッサ８３の回転速度が上昇し、その際冷房能力が最大限に発揮される。またその後、コンプレッサ回転速度が要求回転速度に達すると、直結クラッチ１１５がＯＮされるとともに電動発電機８２の駆動が停止される。これにより、動力分配装置８１の３軸が共に同速回転する状態となり、エンジン駆動に伴うデフ連結軸８４の回転によってコンプレッサ８３の回転が継続される。

車両の減速時や制動時には、電動発電機８２において制動エネルギが回生され、電力変換ユニット８８を介して高電圧バッテリ９３が充電される。このとき、デファレンシャルギア７５からの動力はトランスミッションを介することなく電動発電機８２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。

次に、ハイブリッドＥＣＵ１０２により実行される駆動制御処理を説明する。図７は、車両６０の駆動制御ルーチンを示すフローチャートであり、本ルーチンはイグニッションスイッチ（ｉｇスイッチ）のＯＮ操作に伴い実行される。

図７において、まずステップＳ１０１では、初期化処理として入出力ポートの初期化やＲＡＭの変数領域の設定などを実施する。次に各種センサ等から取り込まれる入力値の読み込みを実施する。すなわち、ステップＳ１０２ではトランスミッションのシフト位置信号を入力し、ステップＳ１０３ではアクセル開度信号を入力し、ステップＳ１０４ではブレーキ信号を入力し、ステップＳ１０５では車速信号を入力する。

その後、ステップＳ１０６では車両駆動トルクＦｖを算出し、続くステップＳ１０７では、駆動モード毎の処理を実行する。このとき、都度の空調要求や２ＷＤ／４ＷＤ要求等に応じて直結クラッチ１１５や電動発電機８２の状態が制御される。

ステップＳ１０８では、ｉｇスイッチがＯＦＦされたか否かを判定する。そして、ｉｇスイッチがＯＮのままであればステップＳ１０２に戻って前述の各処理を繰り返し実施し、ＯＦＦされれば本ルーチンを終了する。

前記ステップＳ１０６にて実行される車両駆動トルクＦｖの演算サブルーチンを図８に基づいて説明する。

図８において、ステップＳ２０１では、アクセル開度（又はスロットル開度でも可）等を基に、ドライバが要求する駆動トルク（駆動トルク要求値）を算出する。ステップＳ２０２では、都度の車両状態を判定する。このとき、車両状態には、トランスミッションのシフト位置、停止・加速・減速・定常走行などの走行状態、アクセルペダルやブレーキペダルの操作状態、電源系の状態などが含まれる。

また、ステップＳ２０３では、前記した車両状態等に基づいて、今現在２ＷＤ走行か４ＷＤ走行の何れが要求されているかを判定する。ステップＳ２０４では、ユーザによるエアコンスイッチ等の操作状況や車室内温度等に基づいて空調要求を判定する。

その後、ステップＳ２０５では、駆動トルク要求値や各種要求等に基づいて車両駆動トルクＦｖを算出し、続くステップＳ２０６では、電源系の状況（バッテリ残容量）等に基づいてエンジン６４と電動発電機８２の各々の駆動パワーを算出する。

以上詳述した第３の実施の形態によれば、車両減速等に伴う回生時において、エンジンに連結したトランスミッションを介して回生エネルギを回収する既存のシステムと異なり、デフ連結軸８４からの動力が電動発電機８２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、エンジン６４を搭載した車両フロント側とは異なり、車両リア側に電動発電機８２と共にコンプレッサ８３を設けたため、エンジン６４の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

デフ連結軸８４、ＭＧ連結軸８５及びコンプレッサ連結軸８６を遊星ギア装置よりなる動力分配装置８１を用いて機械的に連結したため、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔性が実現できる。また、遊星ギア装置を用いた構成では、車輪連結軸（デフ連結軸８４）の回転速度に依存することなくコンプレッサ回転速度が制御できるため、当該回転速度の制御などを最適に実施することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記第１及び第２の実施の形態では、デファレンシャルギア連結軸４５とコンプレッサ連結軸４７との間にクラッチ４８を設け、車両走行状況に応じてクラッチ４８をＯＮしたりＯＦＦしたりしたが、この構成に代えて、電動発電機連結軸４６とコンプレッサ連結軸４７との間にクラッチを設ける構成、或いは、デファレンシャルギア連結軸４５と電動発電機連結軸４６との間にクラッチを設ける構成としても良い。何れの構成であっても、動力伝達が良好に行われる。

上記第１及び第２の実施の形態では、遊星ギア装置３１のリングギア４２にデファレンシャルギア連結軸４５（車輪連結軸）を、サンギア４１に電動発電機連結軸４６（電動発電機軸）を、キャリア４３にコンプレッサ連結軸４７（補機装置軸）をそれぞれ接続したが、その接続の組み合わせを変更しても良い。つまり、リングギア、サンギア、キャリアに対して、任意の組み合わせで車輪連結軸、電動発電機軸、補機装置軸をそれぞれ接続することが可能である。

上記第３の実施の形態では、動力分配装置（遊星ギア装置）８１のサンギア１１１にデフ連結軸８４（車輪連結軸）を、リングギア１１２にコンプレッサ連結軸８６（補機装置軸）を、キャリア１１４にＭＧ連結軸８５（電動発電機軸）をそれぞれ接続したが、その接続の組み合わせを変更しても良い。つまり、サンギア１１１、リングギア１１２、キャリア１１４に対して、任意の組み合わせで車輪連結軸、電動発電機軸、補機装置軸をそれぞれ接続することが可能である。

上記各実施の形態の車両１０，６０では、前輪を主駆動輪、後輪を副駆動輪としたが、その前後を逆にしても良い。例えば主動力源たるエンジンを後輪側に設け、副動力源たる電動発電機を前輪側に設ける構成としても良い。

また、主駆動輪側に設ける主動力源をエンジン以外の動力源で構成しても良い。例えば、主動力源を電動機で構成しても良い。

上記各実施の形態では、車両が主にエンジン動力により走行する構成としたため、エンジンを主動力源、電動発電機を副動力源としたが、これに限られるものではない。車両の主動力源を電動発電機、副動力源をエンジンとすることも可能である。

補機装置としては、前述したエアコン用コンプレッサに限られず、例えばパワーステアリング装置の油圧ポンプを補機装置として使用することも可能である。この場合、動力分配装置（遊星ギア装置）の補機装置軸にパワステ用油圧ポンプが連結される。

発明の実施の形態における車両システムの概略構成を示す図である。 車両補機ユニットの構成を示す図である。 第２の実施の形態における車両システムの概略構成を示す図である。 第３の実施の形態における車両システムの概略構成を示す図である。 副動力ブロックの構成を示す図である。 車両の駆動モードの一覧を示す図である。 車両の駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。 車両駆動トルクＦｖの演算サブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…車両、１１…エンジン、１４，１５…主駆動輪としての前輪、２１，２２…副駆動輪としての後輪、２５…デファレンシャルギア、３０…車両補機ユニット、３１…動力分配装置としての遊星ギア装置、３２…電動発電機、３３…補機装置としてのコンプレッサ、４１…サンギア、４２…リングギア、４３…キャリア、４５…車輪連結軸としてのデファレンシャルギア連結軸、４６…電動発電機連結軸、４７…コンプレッサ連結軸、４８…クラッチ、５１…膨張機、５７…水冷媒熱交換器、５８…排気熱回収器、６０…車両、６１，６２…主駆動輪としての前輪、６４…エンジン、６７…オルタネータ、７１，７２…副駆動輪としての後輪、７５…デファレンシャルギア、８１…動力分配装置、８２…電動発電機、８３…コンプレッサ、８４…デフ連結軸、８５…ＭＧ連結軸、８６…コンプレッサ連結軸、８８…電力変換ユニット、９３…高電圧バッテリ、１０１…エンジンＥＣＵ、１０２…ハイブリッドＥＣＵ、１０３…エアコンＥＣＵ、１１１…サンギア、１１２…リングギア、１１４…キャリア、１１５…直結クラッチ、Ｄ１…主動力ブロック、Ｄ２…副動力ブロック。

Claims (6)

1. 前後車輪のうち一方を主駆動輪、他方を副駆動輪とし、それら各車輪に設けた動力源により走行を可能とする車両システムにおいて、
   前記副駆動輪に機械的に連結された車輪連結軸に、前記動力源としての電動発電機とエアコン用コンプレッサとを、遊星ギア装置を用いてなる動力分配装置を介して機械的に連結し、前記遊星ギア装置を構成するリングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車輪連結軸、電動発電機軸、コンプレッサ連結軸を接続する一方、
   車輪連結軸、電動発電機軸及びコンプレッサ連結軸のうち少なくとも何れか２つを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設けたことを特徴とする車両システム。
2. 前後車輪のうち一方を主駆動輪、他方を副駆動輪とし、それら各車輪に設けた動力源により走行を可能とする車両システムにおいて、
   前記副駆動輪に機械的に連結された車輪連結軸に、前記動力源としての電動発電機とエアコン用コンプレッサとを、遊星ギア装置を用いてなる動力分配装置を介して機械的に連結し、前記遊星ギア装置を構成するリングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車輪連結軸、電動発電機軸、コンプレッサ連結軸を接続する一方、
   車輪連結軸とコンプレッサ連結軸との間にそれらを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設け、該切替手段を、車両の走行停止中に遮断状態とし、他では要求に応じて連結状態とすることを特徴とする車両システム。
3. 車両の前輪及び後輪にそれぞれ各動力源を連結し、それら各動力源の駆動により走行を可能とする車両システムにおいて、
   前輪側及び後輪側のいずれか一方の車輪側に設けられ、前記動力源としての内燃機関、及び該内燃機関の出力軸の回転により発電する発電機を有する第１の動力発生手段と、
   前記第１の動力発生手段とは異なる車輪側に設けられ、前記動力源としての電動発電機、エアコン用コンプレッサ、動力分配装置、及び前記電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行う電力変換手段を有する第２の動力発生手段と、
   前記発電機及び前記電動発電機により発生した電力を蓄電する蓄電手段と、を備え、
   前記第２の動力発生手段を設けた車輪側において車輪回転を伝達する車輪連結軸に、前記した電動発電機とエアコン用コンプレッサとを、遊星ギア装置を用いてなる動力分配装置を介して機械的に連結し、前記遊星ギア装置を構成するリングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車輪連結軸、電動発電機軸、コンプレッサ連結軸を接続する一方、
   車輪連結軸、電動発電機軸及びコンプレッサ連結軸のうち少なくとも何れか２つを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設けたことを特徴とする車両システム。
4. 車両の前輪及び後輪にそれぞれ各動力源を連結し、それら各動力源の駆動により走行を可能とする車両システムにおいて、
   前輪側及び後輪側のいずれか一方の車輪側に設けられ、前記動力源としての内燃機関、及び該内燃機関の出力軸の回転により発電する発電機を有する第１の動力発生手段と、
   前記第１の動力発生手段とは異なる車輪側に設けられ、前記動力源としての電動発電機、エアコン用コンプレッサ、動力分配装置、及び前記電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行う電力変換手段を有する第２の動力発生手段と、
   前記発電機及び前記電動発電機により発生した電力を蓄電する蓄電手段と、を備え、
   前記第２の動力発生手段を設けた車輪側において車輪回転を伝達する車輪連結軸に、前記した電動発電機とエアコン用コンプレッサとを、遊星ギア装置を用いてなる動力分配装置を介して機械的に連結し、前記遊星ギア装置を構成するリングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車輪連結軸、電動発電機軸、コンプレッサ連結軸を接続する一方、
   車輪連結軸とコンプレッサ連結軸との間にそれらを連結又は遮断の状態に切り替える切替手段を設け、該切替手段を、車両の走行停止中に遮断状態とし、他では要求に応じて連結状態とすることを特徴とする車両システム。
5. 前記エアコン用コンプレッサを備えた冷凍サイクルを適用し、冷媒を流通する冷媒通路の途中に、冷媒を減圧膨張すると共に膨張エネルギを機械エネルギに変換回収する膨張機を設け、該膨張機にて回収した機械エネルギにより前記コンプレッサと前記電動発電機とを作動可能とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載の車両システム。
6. 前記冷媒通路において前記膨張機よりも上流側に、前記動力源による廃熱等を回収する熱回収装置を設けたことを特徴とする請求項５に記載の車両システム。

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