JP4726966B2 - ハイブリッド車両用駆動装置、ハイブリッド車両及び駆動方法 - Google Patents

ハイブリッド車両用駆動装置、ハイブリッド車両及び駆動方法 Download PDF

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Description

本開示は、特性が異なる2種類の動力源が出力する動力を車輪へ伝達するハイブリッド車両用駆動装置、ハイブリッド車両及び駆動方法に関する。
近年、特性が異なる2種類の動力源を備えているハイブリッド車両が実用化されている。ハイブリッド車両は、各動力源の長所を活かし、短所を補うように、2種類の動力源が出力する動力を、状況に応じて最適に組み合わせて走行するよう構成されている。
従来のハイブリッド車両は、内燃機関と電動機とを備えている。このため、例えば低速域又は軽負荷領域では効率が低い内燃機関を停止させ、電動機で車輪を駆動することによって、燃費を改善することができる。
しかしながら、従来のハイブリッド車両には、燃料の燃焼爆発による騒音が大きいこと、燃料の種類が限定されること、大気汚染物質を含む排気を抑制し難いこと等の内燃機関の欠点を克服することができないという問題がある。
ところで、外燃機関は、内燃機関とは異なり、燃焼に伴う騒音が小さい上に、燃料の種類及び形態(気体、液体、又は固体)による選択肢が多く、最適な条件で燃焼させることができるため、大気汚染物質の排出を抑制し易いという長所を有する。
しかしながら、外燃機関は、内燃機関に比べて出力調整の反応速度が遅いという短所を有する。
そこで、外燃機関と電動機とを備える電気自動車が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献1に記載の電気自動車は、外燃機関に連動する発電機が発生させた電力が電動機に与えられ、電動機が出力する動力が車輪へ伝達されるよう構成されている。このような電気自動車では、出力調整の反応速度が速い電動機が車輪を駆動し、外燃機関は定常的に発電機を駆動する。従って、外燃機関の急激な出力調整を行なう必要がない。
特開2003−239804号公報
しかしながら、特許文献1に記載の電気自動車では、外燃機関が出力する動力が車輪へ伝達されることはない。従って、外燃機関が出力した動力を一旦電力に変換する分のロスが生じるという問題がある。
第1実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置は、電動機と、回転する出力軸を有する外燃機関と、該外燃機関が出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、前記動力伝達部は、前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記外燃機関が出力すべき出力値を演算する出力演算装置と、該出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値とを比較する出力比較装置と、該出力比較装置の比較結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択する動力選択装置と、前記電動機が出力する動力が伝達される第1の歯車、前記外燃機関が出力する動力が伝達される第2の歯車、及び、回転停止又は回転移動停止している場合、前記第2の歯車へ伝達された動力を前記第1の歯車へ伝達する第3の歯車を用いてなる遊星歯車機構と、前記第3の歯車の回転又は回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、前記第1の歯車へ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、前記切替部は、前記第3の歯車若しくは該第3の歯車に連動する連動部に対して断/続することによって前記第3の歯車の回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有し、前記外燃機関を始動させる場合、前記出力演算装置は、前記外燃機関が出力すべき出力値として、前記外燃機関が有する出力軸の回転数を用い、前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、前記動力選択装置は、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記外燃機関が有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記外燃機関が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車の回転又は回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車が回転又は回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する。
実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置は、電動機と、回転する出力軸を有するスターリングエンジンと、該スターリングエンジンが出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、前記動力伝達部は、前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値を演算する出力演算装置と、該出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが出力している出力値とを比較する出力比較装置と、該出力比較装置の比較結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択する動力選択装置と、前記電動機が出力する動力が伝達されるリングギヤ、前記スターリングエンジンが出力する動力が伝達される太陽ギヤ、回転移動停止している場合、前記太陽ギヤへ伝達された動力を前記リングギヤへ伝達する遊星ギヤ、及び、該遊星ギヤの回転移動に連動して回転する遊星キャリヤを用いてなる遊星歯車機構と、前記遊星ギヤの回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、前記リングギヤへ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、前記切替部は、前記遊星キャリヤに対して断/続することによって前記遊星ギヤの回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有し、前記スターリングエンジンを始動させる場合、前記出力演算装置は、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値として、前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を用い、前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、前記動力選択装置は、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記スターリングエンジンが出力する動力を選択し、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記スターリングエンジンが出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤの回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤが回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する。
実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置は、前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、前記動力選択装置は、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記外燃機関が出力している出力値を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択する。
実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置は、前記動力選択装置は、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択した場合、該電動機が発電機として作動するよう前記電動機を制御する。
実施形態に係るハイブリッド車両用駆動装置は、前記外燃機関に連動して、前記電動機へ供給するための電力を発生させる発電機を更に備える。
実施形態に係るハイブリッド車両は、本開示のハイブリッド車両用駆動装置と、該ハイブリッド車両用駆動装置によって駆動される車輪とを備える。
第7実施形態に係る駆動方法は、電動機と、回転する出力軸を有する外燃機関と、該外燃機関が出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備え、前記動力伝達部は、前記電動機が出力する動力が伝達される第1の歯車、前記外燃機関が出力する動力が伝達される第2の歯車、及び、回転停止又は回転移動停止している場合、前記第2の歯車へ伝達された動力を前記第1の歯車へ伝達する第3の歯車を用いてなる遊星歯車機構と、前記第3の歯車の回転又は回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、前記第1の歯車へ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、前記切替部は、前記第3の歯車若しくは該第3の歯車に連動する連動部に対して断/続することによって前記第3の歯車の回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有する駆動装置において、前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記外燃機関が出力すべき出力値を演算し、演算した結果と前記外燃機関が出力している出力値とを比較し、比較した結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択すべく、前記外燃機関を始動させる場合、前記外燃機関が出力すべき出力値として、前記外燃機関が有する出力軸の回転数を用い、前記比較した結果を求めるために、前記演算した結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、前記比較した結果が、前記演算した結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、前記比較した結果が、前記演算した結果から前記外燃機関が有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記外燃機関が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車の回転又は回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車が回転又は回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御することを含む。
実施形態に係る駆動方法は、電動機と、回転する出力軸を有するスターリングエンジンと、該スターリングエンジンが出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備え、前記動力伝達部は、前記電動機が出力する動力が伝達されるリングギヤ、前記スターリングエンジンが出力する動力が伝達される太陽ギヤ、回転移動停止している場合、前記太陽ギヤへ伝達された動力を前記リングギヤへ伝達する遊星ギヤ、及び、該遊星ギヤの回転移動に連動して回転する遊星キャリアを用いてなる遊星歯車機構と、前記遊星ギヤの回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、前記リングギヤへ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、前記切替部は、前記遊星キャリアに対して断/続することによって前記遊星ギヤの回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有する駆動装置において、前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値を演算し、演算した結果と前記スターリングエンジンが出力している出力値とを比較し、比較した結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択すべく、前記スターリングエンジンを始動させる場合、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値として、前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を用い、前記比較した結果を求めるために、前記演算した結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、前記比較した結果が、前記演算した結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記スターリングエンジンが出力する動力を選択し、前記比較した結果が、前記演算した結果から前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記スターリングエンジンが出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤの回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤが回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御することを含む。
このハイブリッド車両用駆動装置、このハイブリッド車両、及びこの駆動方法にあっては、車輪を駆動するための2種類の動力源と、出力演算装置、出力比較装置、及び動力選択装置を有する動力伝達部とを備える。
出力演算装置は、車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、外燃機関が出力すべき出力値を演算する。ここで、外燃機関が出力すべき出力値とは、外燃機関が出力する動力のみを用いて車輪を駆動する場合に必要な出力値である。
出力比較装置は、出力演算装置の演算結果(即ち外燃機関が出力すべき出力値)と、外燃機関が出力している出力値とを比較する。
例えば、外燃機関が、回転する出力軸を有する場合、出力演算装置は、外燃機関が出力すべき出力値として、出力軸の回転数及び/又はトルク値を演算し、出力比較装置は、出力演算装置の演算結果と、出力軸の回転数及び/又はトルク値とを比較する。
外燃機関は出力調整の反応速度が遅いため、要求される出力値を出力するまでに長時間を要する。一方、電動機は出力調整の反応速度が速いため、要求される出力値を短時間で出力することができる。
従って、例えば、外燃機関が必要十分な出力値を出力していない場合は、電動機が出力する動力を用いて車輪を駆動することが望ましく、外燃機関が必要十分な出力値を出力している場合は、外燃機関が出力する動力を用いて車輪を駆動することが望ましい。このためには、車輪へ伝達すべき動力を適切に選択する必要がある。
そこで、動力選択装置は、出力比較装置の比較結果に応じて、車輪へ伝達すべき動力を選択する。この場合、出力比較装置の比較結果は、外燃機関が必要十分な出力値を出力しているか否かを判定するために用いられる。
動力選択装置が、車輪へ伝達すべき動力を選択することによって、外燃機関が出力する動力のみが車輪へ伝達されるか、又は電動機が出力する動力のみが車輪へ伝達されるか、或いは外燃機関が出力する動力と電動機が出力する動力とが両方とも車輪へ伝達される。換言すれば、外燃機関のみで車輪を駆動する状態、電動機のみで車輪を駆動する状態、及び、外燃機関と電動機とが協働して車輪を駆動する状態の何れかが選択される。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、出力比較装置が、出力演算装置の演算結果と外燃機関が出力している出力値とを用いた演算の結果を所定閾値と比較する。
出力比較装置の比較結果が、出力演算装置の演算結果と外燃機関が出力している出力値との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合とは、外燃機関が出力すべき出力値と、外燃機関が出力している出力値とが略等しい場合である。この場合、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として、外燃機関が出力する動力を選択する。
つまり、外燃機関が必要十分な出力値を出力している場合は、外燃機関が出力する動力のみを用いて車輪が駆動される。従って、車輪の駆動に必要な出力全部が外燃機関の出力のみで賄われる。
一方、出力比較装置の比較結果が、出力演算装置の演算結果から外燃機関が出力している出力値を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合とは、外燃機関が出力すべき出力値に比べて、外燃機関が出力している出力値が大幅に小さい場合である。この場合、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として、電動機が出力する動力を選択するか、又は、電動機が出力する動力及び外燃機関が出力する動力の両方を選択する。
つまり、外燃機関が出力する出力値が不足している場合は、外燃機関が必要十分な出力値を出力するまで、少なくとも電動機が出力する動力を用いて車輪が駆動される。従って、外燃機関が出力値を増大させている間、車輪の駆動に必要な出力全部が電動機の出力のみで賄われるか、又は、外燃機関と電動機とが協働し、外燃機関の出力不足分が電動機の出力で補われる。
ところで、車輪へ伝達すべき動力として両方を選択した場合、外燃機関が出力している出力値が、外燃機関が出力すべき出力値よりも非常に小さいときは、動力選択装置は、電動機が出力する出力値を大きくする。この場合、主として電動機が出力する動力によって、車輪が駆動される。一方、外燃機関が出力している出力値が、外燃機関が出力すべき出力値に近いときは、動力選択装置は、電動機が出力する出力値を小さくする。この場合、主として外燃機関が出力する動力によって、車輪が駆動される。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、出力比較装置の比較結果が、出力演算装置の演算結果から外燃機関が出力している出力値を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、即ち、外燃機関が出力すべき出力値に比べて、外燃機関が出力している出力値が大幅に小さい場合、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として、電動機が出力する動力を選択する。
つまり、外燃機関が出力する出力値が不足している場合は、外燃機関が必要十分な出力値を出力するまで、電動機が出力する動力のみを用いて車輪が駆動される。従って、外燃機関が出力値を増大させている間、車輪の駆動に必要な出力全部が電動機の出力のみで賄われる。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、出力比較装置の比較結果が、外燃機関が出力している出力値から出力演算装置の演算結果を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、即ち、外燃機関が出力すべき出力値に比べて、外燃機関が出力している出力値が大幅に大きい場合、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として、電動機が出力する動力を選択する。
つまり、外燃機関が出力する出力値が過剰である場合は、外燃機関が必要十分な出力値を出力するまで、電動機が出力する動力のみを用いて車輪が駆動される。従って、外燃機関が出力値を減少させている間、車輪の駆動に必要な出力全部が電動機の出力のみで賄われる。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、出力比較装置の比較結果が、外燃機関が出力している出力値から出力演算装置の演算結果を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、即ち、外燃機関が出力すべき出力値に比べて、外燃機関が出力している出力値が大幅に大きい場合、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として、電動機が出力する動力を選択する。
その上で、動力選択装置は、電動機が発電機として作動するよう電動機を制御する。
通常は電動機が車輪を駆動するが、電動機を発電機として作動させる場合は、車輪が電動機を駆動するかたちとなる。この結果、発電時の電動機の回転抵抗は、車輪に対する制動力として作用する。換言すれば、電動機が出力する負の動力によって、車輪が駆動される。
発電機として作動する電動機が発生させた電力は、例えば抵抗器に与えて消費するか(発電ブレーキ)、又は、蓄電池に与えて回収する(回生ブレーキ)。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、動力伝達部が、遊星歯車機構と切替部とを更に有する。
遊星歯車機構の第1の歯車(例えば外輪歯車)には、電動機が出力する動力が伝達され、第1の歯車へ伝達された動力が車輪へ伝達される。
遊星歯車機構の第2の歯車(例えば太陽歯車)には、外燃機関が出力する動力が伝達される。
切替部は、第3の歯車の回転又は回転移動(例えば遊星歯車の回転移動)の可否を切り替える。
遊星歯車機構の第3の歯車が回転停止又は回転移動停止している場合、第2の歯車へ伝達された動力は第1の歯車へ伝達される。
動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として外燃機関が出力する動力を選択する場合、第3の歯車の回転又は回転移動が停止するよう切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう電動機を制御する。この結果、外燃機関が出力する動力が、遊星歯車機構の第1及び第2の歯車を介して、車輪へ伝達される。
一方、動力選択装置は、車輪へ伝達すべき動力として電動機が出力する動力を選択する場合、第3の歯車が回転又は回転移動するよう切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう電動機を制御する。
第3の歯車が回転又は回転移動する場合には、第2の歯車へ伝達された動力が第1の歯車へ伝達されることはない。このため、電動機が出力する動力のみが、遊星歯車機構の第1の歯車を介して車輪へ伝達される。つまり、電動機で車輪を駆動する場合であっても、外燃機関の出力を停止させる必要はない。
以上のような動力伝達部は、第3の歯車の回転若しくは回転移動の可/否を、第3の歯車又は第3の歯車に連動する連動部に対するクラッチ板の断/続によって切り替えるため、非常に簡単な構成である。また、第3の歯車又は連動部に対するクラッチ板の断/続を切り替えるべくアクチュエータに対して実行される制御は簡易である。
このハイブリッド車両用駆動装置にあっては、外燃機関に連動して、電動機へ供給するための電力を発生させる発電機を更に備える。
発電機が発生させた電力は、直接的に電動機に与えるか、又は、電動機に給電する蓄電池を介して電動機に与えればよい。
本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両の要部構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置の要部構成を示す模式的説明図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両が発車する場合を説明する特性図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両が加速する場合を説明する特性図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両が減速する場合を説明する特性図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両が停車する場合を説明する特性図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両が一時停止してから再発車する場合を説明する特性図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置が備える遊星歯車機構の動作(左方向に公転又は公転禁止)を説明する模式的正面図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置が備える遊星歯車機構の動作(右方向に公転)を説明する模式的正面図である。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置で実行される車両駆動処理の手順を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置で実行される車両駆動処理の手順を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置で実行される車両駆動処理の手順を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置で実行される車両駆動処理の手順を示すフローチャートである。
以下、本開示を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は、本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両4の要部構成を示すブロック図であり、図2は、本開示の実施の形態に係るハイブリッド車両用駆動装置1の要部構成を示す模式的説明図である。
本実施の形態におけるハイブリッド車両4は前輪駆動の四輪自動車であるが、これに限定されるものではない。例えば、ハイブリッド車両4は、二輪〜四輪の各種自動車、農業用車両、鉄道車両、又はゴーカートのような遊戯用車両等であってもよい。
ハイブリッド車両4は、CPU(Central Processing Unit)20を有するハイブリッド車両用駆動装置1と、始動スイッチ40、車輪41,41、車速センサ42、アクセル43、及びブレーキ44とを少なくとも備える。このハイブリッド車両用駆動装置1にて、本開示の実施の形態に係る駆動方法が用いられる。
ハイブリッド車両4の運転者は、ハイブリッド車両4の運転を開始する場合に始動スイッチ40をオンにする。また、運転者は、ハイブリッド車両4の運転を終了する場合に始動スイッチ40をオフにする。
オンにされた始動スイッチ40は、始動スイッチ40がオンであることを示すオン信号をCPU20へ出力する。オフにされた始動スイッチ40は、CPU20へのオン信号の出力を停止する。
車輪41,41は、ハイブリッド車両4の2個の前輪であり、ハイブリッド車両用駆動装置1によって駆動される。
車速センサ42は、ハイブリッド車両4の車速を時系列的に検出して、検出結果をハイブリッド車両用駆動装置1のCPU20に与える。
アクセル43は、アクセルペダルと、アクセルペダルの踏み込み量を時系列的に検出するポテンショメータとを用いてなり、ポテンショメータの検出結果がCPU20に与えられる。
ブレーキ44は、ブレーキペダルと、ブレーキペダルの踏み込み量を時系列的に検出するポテンショメータとを用いてなり、ポテンショメータの検出結果がCPU20に与えられる。ブレーキ44が操作された場合、車輪41,41の回転数を減少させるべく、ディスクブレーキ又はドラムブレーキ等のブレーキ機構が作動するが、本明細書では、このブレーキ機構についての説明は省略する。
なお、アクセル43又はブレーキ44は、運転者が手で操作する構成でもよい。
運転者は、アクセル43又はブレーキ44を操作することによって、所望の車速をCPU20に入力する。
更に詳細には、ハイブリッド車両4の車速を増加させたい場合、運転者は、車速が所望の車速に達するまで、アクセル43の踏み込み量を増加させ続けるか、アクセル43を完全に踏み込む。この状態を、以下ではアクセル43をオンにするという。
ハイブリッド車両4の車速が所望の車速に達した場合、運転者は、アクセル43を最大量未満の踏み込み量で一定にする。この状態を、以下ではアクセル43をオフにするという。
ハイブリッド車両4の車速を減少させたい場合、運転者は、アクセル43の踏み込みを終了した後で、車速が所望の車速に達するまで、ブレーキ44を踏み込む。この状態を、以下ではブレーキ44をオンにするという。
ハイブリッド車両4の車速が所望の車速に達した場合、運転者は、ブレーキ44の踏み込みを終了する。この状態を、以下ではブレーキ44をオフにするという。
ハイブリッド車両用駆動装置1は、電動機として機能するモータ11と、外燃機関として機能するスターリングエンジン12と、発電機13と、ギヤセンサ141及びエンジンセンサ142と、蓄電池15と、動力伝達部2とを備える。なお、ハイブリッド車両用駆動装置1は、スターリングエンジン12に限定されず、他の外燃機関(例えば蒸気機関)を備える構成でもよい。
スターリングエンジン12は、図示しない燃料を燃焼させて作動流体を加熱している間はオン状態であり、作動流体が加熱されていない場合はオフ状態である。本実施の形態においては、スターリングエンジン12は、出力軸121を右回転させる。ただし、燃料を燃焼させている場合でも、出力軸121を回転させようとする力が、出力軸121の回転抵抗以下である場合は、出力軸121は回転しない。
以下では、スターリングエンジン12の出力軸121の回転数及びトルク値を、スターリングエンジン12の回転数及びトルク値という。スターリングエンジン12の回転数及びトルク値は、作動流体の温度及び/又は圧力等を調整することによって、調整される。
本実施の形態におけるモータ11はDCモータを用いてなり、蓄電池15から給電されている間はオン状態であり、給電されていない場合はオフ状態である。本実施の形態においては、モータ11は、出力軸111を右回転させる。
以下では、モータ11の出力軸111の回転数及びトルク値を、モータ11の回転数及びトルク値という。モータ11の回転数及びトルク値は、モータ11に与えられる電力の電流値及び/又は電圧値を調整することによって、調整される。
モータ11がオンにされている場合に、出力軸111に対して外部から動力が与えられたとき、モータ11が発生させた逆起電力がモータ11の外部へ出力されて蓄電池15に与えられる。このとき、モータ11は発電機として作動する。
モータ11がオフにされている場合は、外部から出力軸111に対して動力が与えられたとしても、モータ11は発電機として作動せず、出力軸111は空転する。
動力伝達部2は、モータ11が出力する動力及びスターリングエンジン12が出力する動力の一方を選択的に車輪41,41へ伝達するよう構成されている。このために、動力伝達部2は、CPU20を含むECU(Electronic Control Unit)200と、遊星歯車機構3と、切替部として機能するクラッチ板23及びアクチュエータ24と、減速歯車251、トルクコンバータ252、及び差動装置253とを備える。
遊星歯車機構3は、内歯部及び外歯部が形成されているリングギヤ31と、外歯部が形成されている太陽ギヤ32と、夫々に外歯部が形成されている複数個(本実施の形態では4個)の遊星ギヤ33,33,…と、遊星キャリヤ34とを備える。リングギヤ31、太陽ギヤ32、及び遊星ギヤ33,33,…は、第1の歯車、第2の歯車、及び第3の歯車として機能する。
図2に示すように、リングギヤ31、太陽ギヤ32、及び遊星キャリヤ34は同軸上で回転する。
遊星キャリヤ34は、遊星キャリヤ34の回転方向に等間隔に配されている4本の回転軸341,341,…を有する。各回転軸341は、遊星キャリヤ34の回転軸に平行に配されている。
各遊星ギヤ33は、遊星キャリヤ34の各回転軸341に回転自在に支持されて、リングギヤ31の内歯部及び太陽ギヤ32の両方に噛合している。
遊星ギヤ33,33,…は、遊星キャリヤ34が回転自在になされているときは、リングギヤ31と太陽ギヤ32との間で自転しつつ公転するが、遊星キャリヤ34が回転不能になされているときは、自転するのみで公転はしない。遊星キャリヤ34の回転方向と、遊星ギヤ33,33,…の公転方向とは等しい。ここで、遊星ギヤ33,33,…の自転とは、各遊星ギヤ33の回転を意味し、遊星ギヤ33,33,…の公転とは、各遊星ギヤ33の回転移動を意味する。
遊星キャリヤ34の回転を不能にすべく、アクチュエータ24は、例えば弾性体の弾性復元力を利用してクラッチ板23を遊星キャリヤ34に押し付けることによって、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを連結させる。また、遊星キャリヤ34の回転を自在にすべく、アクチュエータ24は、例えば弾性体を変形させてクラッチ板23を遊星キャリヤ34から引き離すことによって、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを離隔させる。つまり、クラッチ板23及びアクチュエータ24は、遊星ギヤ33,33,…の公転の可否を切り替えるものである。
本実施の形態では、遊星キャリヤ34が全く回転しない状態(回転が不能な状態)と、遊星キャリヤ34が自由に回転する状態(回転が自在な状態)との2種類の状態のみを考慮し、遊星キャリヤ34がクラッチ板23に接触しながら回転する状態(回転が不可能ではない状態。いわゆる半クラッチ)は考慮しない。
以下では、クラッチ板23と遊星キャリヤ34との連結によって遊星ギヤ33,33,…が公転不能になることを、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されるという。また、クラッチ板23と遊星キャリヤ34との離隔によって遊星ギヤ33,33,…が公転自在になることを、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されるという。
このように、本実施の形態の動力伝達部2は、遊星ギヤ33,33,…の公転の許/否を、遊星キャリヤ34に対するクラッチ板23の断/続によって切り替えるため、非常に簡単な構成である。また、遊星キャリヤ34に対するクラッチ板23の断/続を切り替えるべくアクチュエータ24に対して実行される制御は簡易である。
リングギヤ31の内歯部の歯数は、太陽ギヤ32の歯数のN(Nは正の実数)倍である。遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されているとき、リングギヤ31の回転数は、太陽ギヤ32の回転数の1/N倍であり、リングギヤ31のトルク値は、太陽ギヤ32のトルク値のN倍である。ただし、リングギヤ31の回転方向は、太陽ギヤ32の回転方向の逆方向になる。
以下では、説明を簡単にするために、リングギヤ31の回転数及びトルク値と太陽ギヤ32の回転数及びトルク値とが等しい(即ちN=1である)ものとする。
リングギヤ31には、モータ11が動力伝達可能に連結されている。このために、モータ11の出力軸111には、ウォームギヤ112が外嵌固定されており、ウォームギヤ112に形成されている外歯部と、リングギヤ31の外歯部とが噛合している。ここで、リングギヤ31は、ウォームギヤ112のウォームホイールを兼ねている。モータ11は右回転するため、リングギヤ31は左回転する。モータ11がオフにされている場合にリングギヤ31が回転しているときは、モータ11は、リングギヤ31の回転に伴って空転する。
ところで、ウォームギヤ112の歯数が、リングギヤ31の外歯部の歯数のM(Mは正の実数)倍であるとすると、リングギヤ31の回転数は、モータ11の回転数の1/M倍であり、リングギヤ31のトルク値は、モータ11のトルク値のM倍である。以下では、説明を簡単にするために、モータ11の回転数及びトルク値とリングギヤ31の回転数及びトルク値とが等しい(即ちM=1である)ものとする。
太陽ギヤ32には、スターリングエンジン12が動力伝達可能に連結されている。このために、スターリングエンジン12の出力軸121には、太陽ギヤ32が外嵌固定されている。スターリングエンジン12は右回転するため、太陽ギヤ32も右回転する。スターリングエンジン12の回転数及びトルク値と太陽ギヤ32の回転数及びトルク値とは等しい。
リングギヤ31の左回転及び/又は太陽ギヤ32の右回転に伴い、各遊星ギヤ33は左方向に自転する。
遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されている場合、スターリングエンジン12から太陽ギヤ32へ伝達された動力は、遊星ギヤ33,33,…を介して、リングギヤ31へ伝達される。
一方、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されている場合、スターリングエンジン12から太陽ギヤ32へ伝達された動力は、リングギヤ31へは伝達されない。
また、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されている場合、遊星ギヤ33,33,…は、リングギヤ31及び/又は太陽ギヤ32の回転に伴って公転する。更に詳細には、リングギヤ31の回転数が太陽ギヤ32の回転数より大きいときは、遊星ギヤ33,33,…は、主としてリングギヤ31の回転に引きずられて、左方向に公転する。一方、リングギヤ31の回転数が太陽ギヤ32の回転数より小さいときは、遊星ギヤ33,33,…は、主として太陽ギヤ32の回転に引きずられて、右方向に公転する。
従って、遊星キャリヤ34にクラッチ板23を押し付けることによって遊星ギヤ33,33,…の公転を禁止することとは、遊星キャリヤ34に対し、遊星ギヤ33,33,…の公転を制動するトルクを印加することである、と言える。
リングギヤ31の回転数と太陽ギヤ32の回転数とが等しいときは、遊星ギヤ33,33,…は公転しない。
減速歯車251には外歯部が形成されている。
リングギヤ31の外歯部には、ウォームギヤ112の他に、減速歯車251の外歯部が噛合している。
モータ11からリングギヤ31へ伝達された動力、又は、スターリングエンジン12から太陽ギヤ32及び遊星ギヤ33,33,…を介してリングギヤ31へ伝達された動力は、減速歯車251、トルクコンバータ252、及び差動装置253へ、この順に伝達されてから、車輪41,41へ伝達される。減速歯車251は、伝達された動力の回転数を減少させることによってトルク値を増幅し、トルクコンバータ252は、伝達された動力の回転数及びトルク値を調節し、差動装置253は、伝達された動力を、トルク値が等しくなるように車輪41,41に分配する。
車速の高低は、車輪41,41の回転数の多寡に比例し、車輪41,41の回転数の多寡は、リングギヤ31の回転数の多寡に比例する。つまり、車速の高低は、リングギヤ31の回転数の多寡に比例する。
発電機13は、スターリングエンジン12に連動して、モータ11へ供給するための電力を発生させる。このために、スターリングエンジン12の出力軸121に外嵌固定された外歯歯車122と、発電機13の入力軸131に外嵌固定された外歯歯車132とが噛合し、発電機13の出力端子が蓄電池15に電気的に接続されている。この結果、発電機13が発生させた電力は、蓄電池15に与えられる。
蓄電池15は、モータ11及び発電機13夫々から与えられた電力を蓄える。また、蓄電池15は、蓄えられている電力を、モータ11に与える。
以上の結果、モータ11及び発電機13夫々が発生させた電力は、蓄電池15に一旦蓄蔵されてから、モータ11へ供給される。
なお、発電機13が発生させた電力は、蓄電池15を介さず直接的に、モータ11へ供給されてもよい。
また、モータ11が発生させた電力が、蓄電池15に与えられずに、図示しない抵抗器で消費される構成でもよく、蓄電池15の電圧値に応じて、蓄電池15の充電と抵抗器での消費とが切り替えられる構成でもよい。
更に、蓄電池15は、モータ11以外の電気機器にも給電してよい。
本実施の形態では、発電機13は、スターリングエンジン12が作動している間は常に発電するよう構成されているが、このような構成に限定されるものではない。例えばスターリングエンジン12と発電機13との間に、スターリングエンジン12から発電機13への動力の伝達を継/断するクラッチを設け、スターリングエンジン12が出力する動力を発電機13及び太陽ギヤ32の両方へ伝達する場合と太陽ギヤ32のみへ伝達する場合とを適宜に切り替える構成でもよい。
図1に示すギヤセンサ141は、リングギヤ31の回転数を時系列的に検出して、検出結果をCPU20に与える。
エンジンセンサ142は、スターリングエンジン12の回転数を時系列的に検出して、検出結果をCPU20に与える。
なお、ハイブリッド車両用駆動装置1は、ギヤセンサ141を備える構成に限定されず、例えばモータ11の回転数を検出するセンサを備える構成でもよい。また、ハイブリッド車両用駆動装置1は、エンジンセンサ142を備える構成に限定されず、例えば太陽ギヤ32の回転数を検出するセンサを備える構成でもよい。更に、ハイブリッド車両用駆動装置1は、回転数を検出してCPU20に与える構成に限定されず、例えばトルク値を検出してCPU20に与える構成でもよい。
ECU200は、CPU20の他、ROM21及びRAM22を有する。
ROM21には、ハイブリッド車両用駆動装置1を制御するための制御プログラムと、各種の演算に必要な関数及びテーブル等のデータとが記憶されている。
CPU20はハイブリッド車両用駆動装置1の制御中枢であり、RAM22を作業領域として用い、ROM21に記憶された制御プログラム及びデータに従って各種処理を実行する。
具体的には、CPU20は、図示しないインタフェースを介して始動スイッチ40からオン信号が入力されている否かに応じて、始動スイッチ40がオンであるかオフであるかを判定する。
また、CPU20は、図示しないインタフェースを介して、車速センサ42、アクセル43、ブレーキ44、ギヤセンサ141、及びエンジンセンサ142夫々から、各種の検出結果を示す信号を時系列的に取得し、取得した信号が示す検出結果に基づいて、所定の判定及び演算を実行する。
例えば、CPU20は、アクセル43(又はブレーキ44)から時系列的に入力される検出結果に基づいて、アクセル43(又はブレーキ44)がオンであるかオフであるかを判定する。
更に、CPU20は、モータ11、スターリングエンジン12、及びクラッチ板23夫々の動作を制御する。
更に詳細には、モータ11の動作を制御する場合、CPU20は、モータ11に与える電力の電圧値及び電流値夫々を調節する図示しないモータドライバとの間で、図示しないインタフェースを介して所定の制御信号を入出力することによって、モータ11の回転数及びトルク値を制御する。
スターリングエンジン12の動作を制御する場合、CPU20は、スターリングエンジン12の作動流体の温度及び圧力夫々を調節する図示しないエンジンドライバとの間で、図示しないインタフェースを介して所定の制御信号を入出力することによって、スターリングエンジン12の回転数及びトルク値を制御する。
クラッチ板23の動作を制御する場合、CPU20は、アクチュエータ24の動作を制御することによって、クラッチ板23と遊星キャリヤ34との連結/離隔を切り替える。
モータ11は出力調整の反応速度が速く、スターリングエンジン12は出力調整の反応速度が遅い。このため、モータ11は、車輪41,41へ伝達すべき必要十分な大きさの動力を短時間で出力することができるが、スターリングエンジン12は、車輪41,41へ伝達すべき必要十分な大きさの動力を出力するまでに長時間を要する。
従って、CPU20は、アクセル43(又はブレーキ44)がオンになった場合に、スターリングエンジン12の出力調整を開始する。次いで、CPU20は、車輪41,41へ伝達すべき必要十分な大きさの動力をスターリングエンジン12が出力し始めるまでの間、モータ11を作動させ、また、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可する。この結果、モータ11が出力する動力のみが車輪41,41へ伝達される。スターリングエンジン12が出力する動力は車輪41,41へ伝達されない。
モータ11が作動し、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されている場合、リングギヤ31の回転数は、モータ11の回転数に比例する(本実施の形態では等しい)。従って、車速の高低は、モータ11の回転数の多寡に比例する。
その後、車輪41,41へ伝達すべき必要十分な大きさの動力をスターリングエンジン12が出力し始めた場合に、モータ11を作動停止させ、また、遊星ギヤ33,33,…の公転を禁止する。この結果、スターリングエンジン12が出力する動力のみが車輪41,41へ伝達される。モータ11が出力する動力は車輪41,41へ伝達されない。
モータ11が作動停止し、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されている場合、リングギヤ31の回転数は、スターリングエンジン12の回転数に比例する(本実施の形態では等しい)。従って、車速の高低は、スターリングエンジン12の回転数の多寡に比例する。
本実施の形態では、スターリングエンジン12が出力すべき出力値として、スターリングエンジン12が出力すべき回転数(以下、スターリングエンジン12の目標回転数という)を用いる。モータ11が作動停止し、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されている場合に、スターリングエンジン12が目標回転数を出力しているとき、ハイブリッド車両4は運転者が所望する速度で走行する。
従って、車輪41,41へ伝達すべき必要十分な大きさの動力をスターリングエンジン12が出力し始めたか否かは、スターリングエンジン12の回転数がスターリングエンジン12の目標回転数を含む所定範囲に達したか否かで判定される。換言すれば、スターリングエンジン12の目標回転数とスターリングエンジン12が出力している回転数との差の絶対値が所定閾値以下であるか否かで判定される。ここで、所定閾値は正の実数である。何故ならば所定閾値が“0”であると、判定条件が厳し過ぎるからである。なお、ハイブリッド車両用駆動装置1は、所定閾値が一定値である構成に限定されるものではない。例えば、何らかの条件(例えば現時点の車速の高低)に応じて所定閾値が変更可能であってもよい。
ところで、ROM21には、運転者によるアクセルペダル(又はブレーキペダル)の踏み込み量と、アクセル43(又はブレーキ44)がオンに切り替えられた時点からオフに切り替えられた時点までの経過時間(以下では踏み込み時間という)とに基づいて、スターリングエンジン12の目標回転数を演算するための回転数演算関数又は回転数演算テーブル等が記憶されている。CPU20は、ROM21に記憶されている回転数演算関数又は回転数演算テーブル等を用い、アクセル43(又はブレーキ44)から時系列的に入力される検出結果に基づいて、スターリングエンジン12の目標回転数を演算する。
なお、互いに異なる複数種類の回転数演算関数、又は互いに異なる複数種類の回転数演算テーブルがROM21に記憶されていてもよい。この場合、例えば走行モードをスタンダードモード、ハイパワーモード、及びローパワーモードの何れかに切り替えるときに、切り替えたモードに応じた回転数演算関数又は回転数演算テーブルが用いられる。
以上のように、本実施の形態のハイブリッド車両用駆動装置1では、リングギヤ31にモータ11が連結され、また、リングギヤ31に、減速歯車251、トルクコンバータ252、及び差動装置253を介して車輪41,41が連結されている。更に、太陽ギヤ32にスターリングエンジン12が連結され、発電機13はスターリングエンジン12に連動する。更にまた、遊星キャリヤ34に対して、クラッチ板23が接離することによって、遊星ギヤ33,33,…の回転移動の可否が切り替えられる。
しかしながら、ハイブリッド車両用駆動装置1の構成は、本実施の形態で例示した構成に限定されるものではない。
例えば、ハイブリッド車両用駆動装置1は、リングギヤ31にモータ11及び車輪41,41が夫々連結され、太陽ギヤ32に対してクラッチ板23が接離し、遊星キャリヤ34を介して遊星ギヤ33,33,…にスターリングエンジン12が連結される構成でもよい。
又は、ハイブリッド車両用駆動装置1は、リングギヤ31にスターリングエンジン12が連結され、太陽ギヤ32にモータ11及び車輪41,41が夫々連結され、遊星キャリヤ34に対してクラッチ板23が接離することによって、遊星ギヤ33,33,…の回転移動の可否が切り替えられる構成でもよい。
或いは、ハイブリッド車両用駆動装置1は、リングギヤ31に対してクラッチ板23が接離し、太陽ギヤ32にモータ11及び車輪41,41が夫々連結され、遊星キャリヤ34を介して遊星ギヤ33,33,…にスターリングエンジン12が連結される構成でもよい。
また、ハイブリッド車両用駆動装置1は、モータ11とスターリングエンジン12との間に遊星歯車機構3が介在する構成に限定されない。例えば、ハイブリッド車両用駆動装置1は、モータ11とスターリングエンジン12との間にトルクコンバータ252とは異なるトルクコンバータが介在する構成でもよい。
更に、動力伝達部2は、モータ11が出力する動力及びスターリングエンジン12が出力する動力の一方又は両方を選択的に車輪41,41へ伝達するよう構成されていてもよい。このような構成では、両方を選択した場合、モータ11とスターリングエンジン12とが協働して車輪41,41を駆動する。
発電機13は、スターリングエンジン12に直結される構成が最も望ましいが、これに限定される必要はない。例えば、発電機13が、遊星歯車機構3が備える各種歯車31,32,33の何れかに連結される構成でもよい。この場合、スターリングエンジン12が出力する動力が、遊星歯車機構3を介して車輪41,41と発電機13とに分配される。
図3〜図7は、ハイブリッド車両4が発車する場合、加速する場合、減速する場合、停車する場合、及び一時停止してから再発車する場合を説明する特性図である。ここで、停車とは、スターリングエンジン12の回転数がゼロであり、且つハイブリッド車両4の車速がゼロであることをいい、一時停止とは、スターリングエンジン12の回転数がゼロを超過しており、且つ車速がゼロであることをいう。また、発車(又は再発車)とは、停車(又は一時停止)していたハイブリッド車両4が走行開始し、所定の速度になるまで車速を増加させることをいう。加速(又は減速)とは、一定速度で走行していたハイブリッド車両4が、所定の速度になるまで車速を増加(又は減少)させることをいう。
図3〜図7夫々の横軸は、時刻tを示している。
図3(a)〜図7(a)夫々の縦軸は、回転数を示している。ここでは、正回転を正数とし、逆回転を負数としている。モータ11の出力軸111、ウォームギヤ112、スターリングエンジン12の出力軸121、太陽ギヤ32、及び減速歯車251夫々は右回転が正回転であり、リングギヤ31、各遊星ギヤ33、及び遊星キャリヤ34は左回転が正回転である。また、遊星ギヤ33,33,…の公転については、左回転が正回転であり、右回転が逆回転である。
図中、太い破線はリングギヤ31の回転数(及びモータ11の回転数)を示し、実線は太陽ギヤ32の回転数(及びスターリングエンジン12の回転数)を示し、細い破線は遊星ギヤ33,33,…の公転の回転数(及び遊星キャリヤ34の回転数)を示している。以下では、遊星ギヤ33,33,…の公転の回転数を、遊星ギヤ33,33,…の回転数という。
図3(b)〜図7(b)夫々の縦軸は、リングギヤ31に与えられるトルクを示している。ここでは、リングギヤ31の左回転を増大又は維持させるためにモータ11又はスターリングエンジン12からリングギヤ31へ供給されるトルク(以下では供給トルクという)を正数とする。また、リングギヤ31の左回転を減少させるためにモータ11からリングギヤ31へ供給されるトルク(以下では制動トルクという)を負数とする。
図中、破線はモータ11に係るトルク値を示し、実線はスターリングエンジン12に係るトルク値を示している。
図3(c)〜図7(c)夫々の縦軸は、リングギヤ31に与えられる動力の値を示している。ここでは、リングギヤ31の左回転を増大又は維持させるためにモータ11又はスターリングエンジン12からリングギヤ31へ供給される動力(以下では供給動力という)の値を正数とする。また、リングギヤ31の左回転を減少させるためにモータ11からリングギヤ31へ供給される動力(以下では制動動力という)の値を負数とする。
図中、破線はモータ11に係る動力の値を示し、実線はスターリングエンジン12に係る動力の値を示している。
図3(d)〜図7(d)夫々の縦軸は、遊星ギヤ33,33,…の公転を禁止するために遊星キャリヤ34に印加されるトルク(以下では禁止トルクという)を示している。
図8及び図9は、遊星歯車機構3の動作を説明する模式的正面図であり、図8(a),(b)は遊星ギヤ33,33,…が左方向に公転している状態を示し、図8(c)は遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されている状態を示している。図9は遊星ギヤ33,33,…が右方向に公転している状態を示している。
図中、実線で示されている矢符は、モータ11及びスターリングエンジン12によって直接的に駆動されているウォームギヤ112及び太陽ギヤ32の回転方向を示している。また、破線で示されている矢符は、他の歯車の回転に伴って従動している歯車の回転方向又は公転方向を示している。
以下では、モータ11又はスターリングエンジン12によって直接的に駆動されている場合の回転を駆動回転といい、他の歯車の回転に伴って従動している場合の回転を従動回転という。駆動回転と従動回転とを区別しない場合は、単に回転という。
更に、図10〜図13は、ハイブリッド車両用駆動装置1で実行される車両駆動処理の手順を示すフローチャートである。
運転者は、ハイブリッド車両4の運転を開始する場合に、オフ状態の始動スイッチ40をオンにする。また、運転者は、ハイブリッド車両4から降りる前に、オン状態の始動スイッチ40をオフにする。
図10に示すように、CPU20は、始動スイッチ40がオンであるか否かを判定し(S11)、オフである場合は(S11でNO)、S11の処理を繰り返し実行する。S11の処理が繰り返し実行されている間、ハイブリッド車両4は停車している。
始動スイッチ40がオンである場合(S11でYES)、運転者がハイブリッド車両4の運転を開始するため、CPU20は、まず、スターリングエンジン12を作動開始させる(S12)。S12の処理では、スターリングエンジン12の出力軸121が回転しない程度に、燃料の燃焼を開始させることによって、スターリングエンジン12を暖機する。この結果、ハイブリッド車両4を発車させる場合に、スターリングエンジン12が車輪41,41の駆動に必要十分な出力値を出力するまでの所要時間が短縮される。
なお、暖機時のスターリングエンジン12が、アイドリング程度の回転数を出力する構成でもよい。
また、S12の処理実行前に、何らかの事情でクラッチ板23と遊星キャリヤ34とが連結していたならば、CPU20がアクチュエータ24の動作を制御して、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを離隔させればよい。
更に、CPU20はアクセル43がオンであるか否かを判定し(S13)、オフである場合は(S13でNO)、車速センサ42の検出結果に基づいて、車速がゼロであるか否かを判定し(S14)、車速がゼロを超過している場合は(S14でNO)、ブレーキ44がオンであるか否かを判定する(S15)。
ブレーキ44がオフである場合(S15でNO)、CPU20は、処理をS13へ戻す。
S13〜S15の処理が繰り返し実行されている間、ハイブリッド車両4は一定速度で走行している。
車速がゼロである場合(S14でYES)、CPU20は、始動スイッチ40がオフであるか否かを判定する(S16)。
始動スイッチ40がオフである場合(S16でYES)、運転者がハイブリッド車両4の運転を終了するため、CPU20は、スターリングエンジン12を作動停止させて(S17)、処理をS11へ戻す。S17の処理の結果、スターリングエンジン12の回転数がゼロになる。つまり、ハイブリッド車両4は停車する。
始動スイッチ40がオンである場合(S16でNO)、運転者がハイブリッド車両4の運転を継続するため、CPU20は、処理をS13へ戻す。
S13、S14、及びS16の処理が繰り返し実行されている間、ハイブリッド車両4は一時停止している。
運転者は、停車、一時停止、又は一定速度で走行しているハイブリッド車両4を発車、再発車、又は加速させたい場合(即ちハイブリッド車両4の車速を増加させたい場合)に、始動スイッチ40がオンの状態で、アクセル43をオンにする。
アクセル43がオンである場合(S13でYES)、CPU20は、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可する(S18)。このために、S18におけるCPU20は、アクチュエータ24の動作を制御して、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを離隔させる。
次いで、CPU20は、スターリングエンジン12の動作を制御して、スターリングエンジン12の出力(即ち回転数及びトルク値)を増大させ始める(S19)。ここで、スターリングエンジン12の出力の増大勾配は常に一定でもよく、例えばアクセル43の踏み込み量の大/小に応じて増大勾配の急/緩を変更してもよい。
更に、CPU20は、モータ11が出力すべき供給トルク値を演算する(S20)。S20では、CPU20は、アクセル43から入力された検出結果に基づいて、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量及び/又は踏み込み量の経時変化を演算し、演算結果に基づいて、供給トルク値を演算する。
次に、CPU20は、モータ11の動作を制御して、モータ11が出力するトルク値を、S20で演算した供給トルク値に調整する(S21)。S21の処理の結果、モータ11の出力軸111は駆動回転し、ウォームギヤ112を介してリングギヤ31を従動回転させる。
S21の処理終了後、CPU20は、アクセル43から入力された検出結果に基づいて、アクセル43がオフであるかを判定し(S22)、オンである場合は(S22でNO)、処理をS20へ戻す。
S20〜S22の処理を繰り返すことによって、ハイブリッド車両4は、車速を増加させつつ走行する。
アクセル43をオンにした運転者は、所望の速度が得られた場合に、アクセル43をオフにする。
アクセル43がオフである場合(S22でYES)、図11に示すように、CPU20は、モータ11が出力するトルク値を、最後にS20で演算した供給トルク値で維持する(S31)。
S31の処理終了後、後述するS36の処理が実行されるまでの間、ハイブリッド車両4は、モータ11が出力する動力に車輪41,41が駆動されて、運転者が所望する一定の速度で走行する。
次いで、CPU20は、スターリングエンジン12の目標回転数を演算する(S32)。S32では、CPU20は、アクセル43から入力された検出結果に基づいて、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量と踏み込み時間とを演算し、演算結果に基づいて、目標回転数を演算する。本実施の形態では、スターリングエンジン12の回転数とリングギヤ31の回転数とが等しいため、S32で算出される目標回転数は、リングギヤ31の現時点の回転数に等しい。なお、S32におけるCPU20は、リングギヤ31の現時点の回転数とリングギヤ31及び太陽ギヤ32の歯数比とに基づいてスターリングエンジン12の目標回転数を演算してもよい。
更に、CPU20は、エンジンセンサ142の検出結果に基づいてスターリングエンジン12の現時点の回転数を求め、求めた回転数とS32で演算した目標回転数との差の絶対値(以下、回転数差という)を演算する(S33)。
次いで、CPU20は、S33で演算した回転数差が、ROM21に予め記憶してある所定閾値以下であるか否かを判定する(S34)。
S33で演算した回転数差が所定閾値を超過している場合(S34でNO)、即ち、スターリングエンジン12の回転数が、目標回転数に比べてまだ小さい場合、CPU20は、処理をS33へ戻す。
S33及びS34の処理が繰り返されている間、スターリングエンジン12の出力は増大し続ける。
なお、例えば所定閾値が小さ過ぎるか、又はエンジンセンサ142のサンプリングタイムが長すぎる等の場合、スターリングエンジン12の回転数が目標回転数よりも大きくなり過ぎることによって回転数差が所定閾値を超過する虞がある。しかしながら、この場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を減少させればよい。
S33で演算した回転数差が所定閾値以下である場合(S34でYES)、即ちスターリングエンジン12の回転数が目標回転数近傍に達した場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を、現時点の出力で維持させ(S35)、モータ11を作動停止させる(S36)。S36の処理の結果、モータ11の出力軸111は、ウォームギヤ112を介してリングギヤ31の回転運動が伝達されて従動回転する。つまり、モータ11は空転する。
次いで、CPU20は、遊星ギヤ33,33,…の公転を禁止する(S37)。このために、S37におけるCPU20は、アクチュエータ24の動作を制御して、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを連結させる。
S37の処理終了後、CPU20は、処理を図10に示すS13へ戻す。
S37の処理終了後、再びS18の処理が実行されるか、又は後述するS41の処理が実行されるまでの間、ハイブリッド車両4は、スターリングエンジン12が出力する動力に車輪41,41が駆動されて、運転者が所望する一定の速度で走行する。
なお、例えばS22でYESと判定されてから、S37の処理が実行される前までの間に、再びアクセル43がオンになった場合は、CPU20は実行中の処理を中断し、次いで、S19以降の処理を実行すればよい。また、例えばS22でYESと判定されてから、S37の処理が実行される前までの間に、ブレーキ44がオンになった場合は、CPU20は実行中の処理を中断し、次いで、後述するS42以降の処理を実行すればよい。
運転者は、一定速度で走行しているハイブリッド車両4を停車、一時停止、又は減速させたい場合(即ちハイブリッド車両4の車速を減少させたい場合)に、ブレーキ44をオンにする。
ブレーキ44がオンである場合(S15でYES)、CPU20は、図12に示すように、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可する(S41)。このために、S41におけるCPU20は、アクチュエータ24の動作を制御して、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを離隔させる。
次いで、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を減少させ始める(S42)。ここで、スターリングエンジン12の出力の減少勾配は常に一定でもよく、例えばブレーキ44の踏み込み量の大/小に応じて減少勾配の急/緩を変更してもよい。
更に、CPU20は、モータ11が出力すべき制動トルク値を演算する(S43)。S43では、CPU20は、ブレーキ44から入力された検出結果に基づいて、運転者によるブレーキペダルの踏み込み量及び/又は踏み込み量の経時変化を演算する。また、CPU20は、ギヤセンサ141から入力された検出結果に基づいて、リングギヤ31の回転数を演算する。更に、CPU20は、これらの演算結果に基づいて、制動トルク値の大小がリングギヤ31の回転数の多寡に比例し、且つ、駆動回転によるモータ11の回転数が、ウォームギヤ112を介してリングギヤ31から出力軸111へ伝達される回転数より小さくなるように、制動トルク値を演算する。
なお、制動トルク値の大小がリングギヤ31の回転数の多寡に比例するよう制動トルク値を演算するために、互いに異なる複数の比例係数をROM21に予め記憶しておき、CPU20が、例えばリングギヤ31の回転数の多寡に応じて、段階的に比例係数を選択する構成でもよい。また、CPU20は、リングギヤ31の回転数ではなく、ハイブリッド車両4の車速を考慮する構成でもよい。車速が同じであっても、質量が大きいハイブリッド車両4の制動トルク値は、質量が小さいハイブリッド車両4の制動トルク値よりも大きくなる。
次に、CPU20は、モータ11の動作を制御して、モータ11が出力するトルク値を、S43で演算した制動トルク値に調整する(S44)。
S44の処理終了後、CPU20は、ブレーキ44から入力された検出結果に基づいて、ブレーキ44がオフであるかを判定し(S45)、オンである場合は(S45でNO)、処理をS43へ戻す。
S43〜S45の処理を繰り返すことによって、ハイブリッド車両4は、車速を減少させつつ走行する。
ここで、モータ11を作動させることによって車速が減少する理由を説明する。
S44の処理が実行されることによって、モータ11の出力軸111は駆動回転する。ただし、S43では、駆動回転によるモータ11の回転数が、ウォームギヤ112を介してリングギヤ31から出力軸111へ伝達される回転数より小さくなるように、制動トルク値が演算される。従って、モータ11の出力軸111は、リングギヤ31の回転に従動して、モータ11単体で出力軸111が駆動回転する回転数よりも大きい回転数で回転する。
このため、モータ11が発生させた逆起電力がモータ11の外部へ出力されて蓄電池15に与えられる。つまり、S44の処理終了後、後述するS46の処理が実行されるまでの間、モータ11は発電機として作動する。
発電時のモータ11の回転抵抗は、リングギヤ31の回転数を減少させる制動力として作用する。リングギヤ31の回転数の減少に伴い、車輪41,41の回転数も減少するため、車速が減少する。つまり、発電時のモータ11は、モータブレーキとして機能する。
ブレーキ44をオンにした運転者は、所望の速度が得られた場合に、ブレーキ44をオフにする。
ブレーキ44がオフである場合(S45でYES)、CPU20は、モータ11を作動停止させる(S46)。
次いで、CPU20は、車速センサ42の検出結果に基づいて、車速がゼロであるか否かを判定する(S47)。
車速がゼロである場合(S47でYES)、運転者は停車又は一時停止を所望しているため、スターリングエンジン12が出力する動力を用いて車輪41,41を駆動する必要がない。しかしながら、一時停止中にスターリングエンジン12を作動停止させてしまうと、再発車の際にスターリングエンジン12を改めて作動開始させなければならず、非効率的である。従って、CPU20は、始動スイッチ40がオフにされない限り(即ちS16でYESと判定されない限り)、スターリングエンジン12をアイドリング状態で作動させておく。
このために、CPU20は、予めROM21に記憶されている所定回転数を、スターリングエンジン12の目標回転数として設定する(S48)。なお、ハイブリッド車両用駆動装置1は、所定回転数が一定値である構成に限定されるものではない。例えば、何らかの条件(例えばハイブリッド車両4が走行している道が一般道であるか高速道路であるかの区別)に応じて所定回転数が変更可能であってもよい。
次いで、CPU20は、エンジンセンサ142の検出結果に基づいてスターリングエンジン12の現時点の回転数を求め、求めた回転数とS48で設定した目標回転数との差の絶対値(即ち回転数差)を演算する(S49)。
更に、CPU20は、S49で演算した回転数差が、ROM21に予め記憶してある所定閾値以下であるか否かを判定する(S50)。S50で用いられる所定閾値は、S34で用いられる所定閾値と同じであっても異なっていてもよい。
S49で演算した回転数差が所定閾値を超過している場合(S50でNO)、即ち、スターリングエンジン12の回転数が、目標回転数に比べてまだ大きい場合、CPU20は、処理をS49へ戻す。
S49及びS50の処理が繰り返されている間、スターリングエンジン12の出力は減少し続ける。なお、スターリングエンジン12の回転数が目標回転数よりも小さくなり過ぎたことによって回転数差が所定閾値を超過している場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を増大させるか、又はS51以降の処理を実行すればよい。
S49で演算した回転数差が所定閾値以下である場合(S50でYES)、即ちスターリングエンジン12の回転数が目標回転数近傍に達した場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を、現時点の出力で維持させる(S51)。
遊星ギヤ33,33,…の公転は許可されたままであるため、スターリングエンジン12が出力する動力がリングギヤ31に伝達することはない。また、モータ11は作動停止しているため、モータ11が出力する動力がリングギヤ31に伝達することはない。従って、リングギヤ31が回転することはなく、延いては車輪41,41が回転することもない。
S51の処理終了後、CPU20は、処理を図10に示すS13へ戻す。
車速がゼロを超過している場合(S47でNO)、S46の処理が実行されてから後述するS65の処理が実行されるまでの間、ハイブリッド車両4は、慣性によって、運転者が所望する一定の速度で走行する。この場合、モータ11の出力軸111は、ウォームギヤ112を介してリングギヤ31の回転運動が伝達されて従動回転する。つまり、モータ11は空転する。
なお、慣性走行時は、例えば車輪41,41と路面との摩擦抵抗によって車速が徐々に減少する。そこで、車速を一定に保つために、S45でYESと判定されてからS65の処理が実行されるまでの間、モータ11が出力する動力で車輪41,41が駆動される構成でもよい。この場合、後述するS64の処理が終了してからS65の処理が実行される前に、CPU20は、モータ11を作動停止させる必要がある。
図13に示すように、CPU20は、スターリングエンジン12の目標回転数を演算する(S61)。S61では、CPU20は、ブレーキ44から入力された検出結果に基づいて、運転者によるブレーキペダルの踏み込み量と踏み込み時間とを演算し、演算結果に基づいて、目標回転数を演算する。本実施の形態では、スターリングエンジン12の回転数とリングギヤ31の回転数とが等しいため、S61で算出される目標回転数は、リングギヤ31の現時点の回転数に等しい。なお、S61におけるCPU20は、リングギヤ31の現時点の回転数とリングギヤ31及び太陽ギヤ32の歯数比とに基づいてスターリングエンジン12の目標回転数を演算してもよい。
更に、CPU20は、エンジンセンサ142の検出結果に基づいてスターリングエンジン12の現時点の回転数を求め、求めた回転数とS61で演算した目標回転数との差の絶対値(即ち回転数差)を演算する(S62)。
次いで、CPU20は、S62で演算した回転数差が、ROM21に予め記憶してある所定閾値以下であるか否かを判定する(S63)。S63で用いられる所定閾値は、S34及びS50夫々で用いられる所定閾値と同じであっても異なっていてもよい。
S62で演算した回転数差が所定閾値を超過している場合(S63でNO)、即ち、スターリングエンジン12の回転数が、目標回転数に比べてまだ大きい場合、CPU20は、処理をS62へ戻す。
S62及びS63の処理が繰り返されている間、スターリングエンジン12の出力は減少し続ける。
なお、スターリングエンジン12の回転数が目標回転数よりも小さくなり過ぎたことによって回転数差が所定閾値を超過している場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を増大させればよい。
S62で演算した回転数差が所定閾値以下である場合(S63でYES)、即ちスターリングエンジン12の回転数が目標回転数近傍に達した場合、CPU20は、スターリングエンジン12の出力を、現時点の出力で維持させる(S64)。
次いで、CPU20は、遊星ギヤ33,33,…の公転を禁止する(S65)。このために、S65におけるCPU20は、アクチュエータ24の動作を制御して、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とを連結させる。
S65の処理終了後、CPU20は、処理を図10に示すS13へ戻す。
S65の処理終了後、再びS18又はS41の処理が実行されるまでの間、ハイブリッド車両4は、スターリングエンジン12が出力する動力に車輪41,41が駆動されて、運転者が所望する一定の速度で走行する。
なお、例えばS45でYESと判定されてから、S65の処理が実行される前までの間に、再びブレーキ44がオンになった場合は、CPU20は実行中の処理を中断し、次いで、S42以降の処理を実行すればよい。また、例えばS45でYESと判定されてから、S51又はS65の処理が実行されるまでの間に、アクセル43がオンになった場合は、CPU20は実行中の処理を中断し、次いで、S19以降の処理を実行すればよい。
以上のような車両駆動処理のS32及びS61夫々におけるCPU20は、出力演算装置として機能する。また、S33及びS62夫々におけるCPU20は、出力比較装置として機能する。更に、S34及びS63夫々におけるCPU20は、動力選択装置として機能する。
最後に、図10〜図13に示すフローチャートを参照しつつ、図3〜図7夫々の特性図と図8及び図9夫々の模式的正面図とを用いて、停車しているハイブリッド車両4が走行を開始してから再び停車するまでを詳細に説明する。
停車しているハイブリッド車両4が発車して、第1の車速で走行する場合(図3参照)、スターリングエンジン12の回転数は、ゼロから、第1の車速に対応した第1の目標回転数まで増大する。
以下では、第1の目標回転数を出力するスターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値を第1の供給トルク値及び第1の供給動力の値という。
図3に示す時刻t10から時刻t11までの間、ハイブリッド車両4は停車している。
運転者はアクセル43及びブレーキ44の何れも操作せず、また、始動スイッチ40をオンにする。
このとき、CPU20は図10に示すS11の処理を繰り返し実行し、S11でYESと判定した場合に、S12の処理終了後、S13、S14、及びS16の処理を繰り返し実行する。
図3に示す時刻t10から時刻t11までの間、ウォームギヤ112、減速歯車251、及び遊星歯車機構3の各部夫々は、回転停止及び公転停止している。
この場合、図3(a)に示すように、リングギヤ31、太陽ギヤ32、及び遊星ギヤ33,33,…夫々の回転数はゼロで一定である。また、図3(b)に示すように、モータ11及びスターリングエンジン12夫々が出力する供給トルク値はゼロで一定である。更に、図3(c)に示すように、モータ11及びスターリングエンジン12夫々が出力する供給動力の値はゼロで一定である。
ハイブリッド車両4が停車している場合、クラッチ板23と遊星キャリヤ34とは連結されない。つまり、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されている。従って、図3(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。
図3に示す時刻t11の時点で、運転者がアクセル43をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を増加させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS13でYESと判定し、S18〜S22の処理を実行する。
図3に示す時刻t11から時刻t12までの間、運転者はアクセル43をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図10に示すS20〜S22の処理を繰り返し実行する。
図3に示す時刻t11から時刻t12までの間、図8(a)に示すように、モータ11が出力する動力によって、ウォームギヤ112が回転数を増大させつつ右方向に駆動回転する。また、ウォームギヤ112の回転に伴い、遊星歯車機構3のリングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。更にまた、リングギヤ31の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転しつつ左方向に公転する。
しかしながら、太陽ギヤ32は回転していない。何故ならばスターリングエンジン12が太陽ギヤ32を駆動回転させる十分な動力をまだ出力していないからである。更に、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されているため、ウォームギヤ112の駆動回転がリングギヤ31及び遊星ギヤ33,33,…を介して太陽ギヤ32へ伝達されることがないからである。
図3に示す時刻t11から時刻t12までの間、図3(b)に示すように、モータ11が出力する供給トルク値が正数で一定であるならば、図3(a)に示すように、リングギヤ31の回転数は線形的に増大する。また、図3(c)に示すように、モータ11が出力する供給動力の値は、リングギヤ31の回転数の線形的な増大に比例して、線形的に増大する。何故ならば、モータ11が出力する供給動力の値は、モータ11の回転数(延いてはリングギヤ31の回転数)とモータ11が出力する供給トルク値とを乗算した乗算結果に等しいからである。
図3(a)に示すように、遊星ギヤ33,33,…の回転数は、リングギヤ31の回転数の線形的な増大に比例して線形的に増大する。
一方、図3(b)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値はゼロで一定である。このため、図3(a)に示すように、太陽ギヤ32の回転数はゼロで一定である。また、図3(c)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給動力の値はゼロで一定である。
遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されているため、図3(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。
図3に示す時刻t12の時点で、運転者がアクセル43をオフにし、ハイブリッド車両4は、運手者が所望する一定の速度で走行する。時刻t12の時点以降、運転者はアクセル43をオフのまま維持し、ブレーキ44は操作しない。
このとき、CPU20は、図10に示すS22でYESと判定し、図11に示すS31〜S34の処理を実行する。更に、CPU20は、図3に示す時刻t12から時刻t14までの間、図11に示すS33及びS34の処理を繰り返し実行する。
図3に示す時刻t12から時刻t13までの間、図3(a)及び図8(a)に示すように、モータ11が出力する動力によって、ウォームギヤ112が第1の目標回転数で右方向に駆動回転する。また、ウォームギヤ112の回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。更にまた、リングギヤ31の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転しつつ左方向に公転する。
しかしながら、太陽ギヤ32はまだ回転していない。従って、図3(a)に示すように、太陽ギヤ32の回転数はゼロで一定である。
図3に示す時刻t13の時点で、スターリングエンジン12が太陽ギヤ32を駆動回転させる十分な動力を出力し始める。
このため、時刻t13から時刻t14までの間、図3(a)に示すように、太陽ギヤ32の回転数は増大する。
また、時刻t13から時刻t14までの間、図3(a)及び図8(b)に示すように、モータ11が出力する動力によってウォームギヤ112が第1の目標回転数で右方向に駆動回転し、ウォームギヤ112の回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
遊星ギヤ33,33,…は、リングギヤ31の回転に伴い、左方向に自転しつつ左方向に公転するが、スターリングエンジン12が出力する動力によって太陽ギヤ32が回転数を増大させつつ右方向に駆動回転するため、遊星ギヤ33,33,…の回転数は、太陽ギヤ32の回転数の増大に比例して減少する。ただし、リングギヤ31の回転数は太陽ギヤ32の回転数よりも大きいため、遊星ギヤ33,33,…の回転数の回転数が負数になるまで減少する(即ち遊星ギヤ33,33,…が右方向に公転する)ことはない。
図3に示す時刻t12から時刻t14までの間、図3(b)に示すように、モータ11が出力する供給トルク値は第1の供給トルク値で一定である。また、図3(c)に示すように、モータ11が出力する供給動力の値は第1の供給動力の値で一定である。
遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されているため、図3(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。従って、図3(b)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値はゼロで一定である。また、図3(c)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給動力の値はゼロで一定である。
図3に示す時刻t14の時点で、CPU20は、図11に示すS34でYESと判定する。更に、CPU20は、図3に示す時刻t14の時点以降、図11に示すS35〜S37の処理を実行し、その後、S13〜S15の処理を繰り返し実行する。
ここで、時刻t14の時点とは、モータ11が出力する動力の値とスターリングエンジン12が出力する動力の値とが釣り合った時点である。従って、図3(a)に示すように、リングギヤ31の回転数と太陽ギヤ32の回転数とが等しくなり、遊星ギヤ33,33,…の回転数がゼロになる。このとき、太陽ギヤ32の回転数は、第1の目標回転数に等しい。
時刻t14の時点で、モータ11は作動停止し、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止される。従って、時刻t14の時点以降、図3(b),(c)に示すように、モータ11が出力する供給トルク値及び供給動力の値はゼロで一定になる。また、図3(d)に示すように、遊星キャリヤ34に印加される禁止トルク値は、太陽ギヤ32の回転数に応じた正数で一定になる。以下では、時刻t14の時点の禁止トルク値を第1の禁止トルク値という。
時刻t14の時点以降、図3(a)及び図8(c)に示すように、スターリングエンジン12が出力する動力によって太陽ギヤ32が第1の目標回転数で右方向に駆動回転し、太陽ギヤ32の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転する。このとき、遊星ギヤ33,33,…は公転しない(即ち、回転数はゼロで一定)。また、遊星ギヤ33,33,…の自転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、ウォームギヤ112及び減速歯車251夫々が右方向に従動回転する。ウォームギヤ112の回転数は、第1の目標回転数に等しい。
この場合、時刻t14の時点以降、図3(b)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値は第1の供給トルク値で一定であり、図3(c)に示すように、スターリングエンジン12が出力する供給動力の値は第1の供給動力の値で一定である。何故ならば、スターリングエンジン12が出力する供給動力の値は、スターリングエンジン12の回転数(延いてはリングギヤ31の回転数)とスターリングエンジン12が出力する供給トルク値とを乗算した乗算結果に等しいからである。
第1の車速で走行しているハイブリッド車両4が加速して、第1の車速よりも速い第2の車速で走行する場合(図4参照)、スターリングエンジン12の回転数は、第1の目標回転数から、第2の車速に対応した第2の目標回転数まで増大する。
以下では、第2の目標回転数を出力するスターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値を第2の供給トルク値及び第2の供給動力の値という。第2の供給トルク値及び第2の供給動力の値は、第1の供給トルク値及び第1の供給動力の値よりも大きい。
図4に示す時刻t20から時刻t21までの間、図3に示す時刻t14の時点以降と同様、ハイブリッド車両4は第1の車速で走行している。
このとき、CPU20は図10に示すS13〜S15の処理を繰り返し実行する。
図4に示す時刻t21の時点で、運転者がアクセル43をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を増加させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS13でYESと判定し、S18〜S22の処理を実行する。
図4に示す時刻t21から時刻t23までの間、運転者はアクセル43をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図10に示すS20〜S22の処理を繰り返し実行する。
図4に示す時刻t23の時点で、運転者はアクセル43をオフにし、時刻t23の時点以降、運転者はアクセル43をオフのまま維持し、ブレーキ44は操作しない。
このとき、CPU20は、図10に示すS22でYESと判定して、図11に示すS31〜S34の処理を実行する。また、時刻t24の時点で、CPU20は、S34でYESと判定して、S35以降の処理を実行する。
時刻t21から時刻t24までの間、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されるため、図4(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。また、時刻t24の時点以降、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されるため、禁止トルク値は、第1の禁止トルク値より大きい第2の禁止トルク値で一定である。
従って、図4(b),(c)に示すように、時刻t21から時刻t24までの間、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値夫々はゼロで一定であり、時刻t24の時点以降、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値は第2の供給トルク値及び第2の供給動力の値で一定である。
ところで、禁止トルク値の大小は、遊星ギヤ33,33,…を公転させようとする力の大小に比例する。第2の目標回転数で回転する太陽ギヤ32が遊星ギヤ33,33,…を公転させようとする力は、第1の目標回転数で回転する太陽ギヤ32が遊星ギヤ33,33,…を公転させようとする力より大きい。このため、第2の禁止トルク値は、第1の禁止トルク値よりも大きい。
図4(b)に示すように、時刻t21から時刻t24までの間、モータ11は第2の供給トルク値を出力し続ける。時刻t24の時点以降、モータ11は作動停止する。従って、モータ11が出力する供給トルク値はゼロで一定である。
このため、図4(a)及び図8(b)に示すように、時刻t21から時刻t23までの間、モータ11が出力する動力によってウォームギヤ112が回転数を増大させつつ右方向に駆動回転し、時刻t23から時刻t24までの間、モータ11が出力する動力によってウォームギヤ112が第2の目標回転数で右方向に駆動回転する。時刻t24の時点以降、図4(a)及び図8(c)に示すように、ウォームギヤ112は、リングギヤ31の回転に伴って右方向に従動回転する。
図4(c)に示すように、時刻t21から時刻t24までの間、モータ11が出力する供給動力の値の経時変化は、図4(a)に示すモータ11の回転数の経時変化に対応する。時刻t24の時点以降、モータ11が出力する供給動力の値はゼロで一定である。
図4(a)に示すように、時刻t21から時刻t22までの間、スターリングエンジン12が出力する動力によって、太陽ギヤ32は第1の目標回転数で回転し続けており、時刻t22から時刻t24までの間、回転数が増大し、時刻t24の時点以降、第2の目標回転数で一定になる。
以上のことから、図4(a)及び図8(b)に示すように、時刻t21から時刻t22までの間、回転数が増大するウォームギヤ112の駆動回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転しつつ左方向に公転する。このとき、太陽ギヤ32の回転数は一定であるため、遊星ギヤ33,33,…の回転数は、リングギヤ31の回転数の増大に伴って増大する。
また、時刻t22から時刻t23までの間、回転数が増大するウォームギヤ112の駆動回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転しつつ左方向に公転する。このとき、太陽ギヤ32の回転数が増大して、リングギヤ31の回転数の増大分を打ち消すため、遊星ギヤ33,33,…の回転数は一定である。
更に、時刻t23から時刻t24までの間、回転数が一定であるウォームギヤ112の駆動回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転しつつ左方向に公転する。このとき、ウォームギヤ112の回転数は一定であるため、遊星ギヤ33,33,…の回転数は、太陽ギヤ32の回転数の増大に伴って減少する。時刻t24の時点で、遊星ギヤ33,33,…の回転数はゼロになる。
更に、図4(a)及び図8(c)に示すように、時刻t24の時点以降、太陽ギヤ32の駆動回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転する。このとき、遊星ギヤ33,33,…は公転しない(即ち、回転数はゼロで一定)。また、遊星ギヤ33,33,…の自転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、ウォームギヤ112及び減速歯車251夫々が右方向に従動回転する。
第2の車速で走行しているハイブリッド車両4が減速して、第1の車速で走行する場合(図5参照)、スターリングエンジン12の回転数は、第2の目標回転数から第1の目標回転数まで減少する。
図5に示す時刻t30から時刻t31までの間、図4に示す時刻t24の時点以降と同様、ハイブリッド車両4は第2の車速で走行している。
このとき、CPU20は図10に示すS13〜S15の処理を繰り返し実行する。
図5に示す時刻t31の時点で、運転者がブレーキ44をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を減少させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS15でYESと判定し、図12に示すS41〜S45の処理を実行する。
図5に示す時刻t31から時刻t33までの間、運転者はブレーキ44をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図12に示すS43〜S45の処理を繰り返し実行する。
図5に示す時刻t33の時点で、運転者はブレーキ44をオフにし、時刻t33の時点以降、運転者はアクセル43及びブレーキ44の何れも操作しない。
この場合、ハイブリッド車両4は第1の車速で走行している。
このとき、CPU20は、図12に示すS46及びS47の処理を実行してから、図12に示すS61〜S63の処理を実行する。更に、CPU20は、時刻t34の時点で、S63でYESと判定して、S64以降の処理を実行し、次いで、図10に示すS13〜S15の処理を繰り返し実行する。
時刻t31から時刻t34までの間、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されるため、図5(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。また、時刻t34の時点以降、遊星ギヤ33,33,…の公転が禁止されるため、禁止トルク値は第1の禁止トルク値で一定である。
従って、図5(b),(c)に示すように、時刻t31から時刻t34までの間、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値夫々はゼロで一定であり、時刻t34の時点以降、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値は第1の供給トルク値及び第1の供給動力の値で一定である。
図5(b)に示すように、時刻t31から時刻t33までの間、モータ11が負の供給トルク値、即ち制動トルク値を出力し続ける。つまり、ブレーキ44がオンになっている間、モータ11はモータブレーキとして機能する。時刻t33の時点以降、モータ11は作動停止するため、制動トルク値はゼロで一定である。
このため、図5(a)及び図9(a)に示すように、時刻t31から時刻t33までの間、ウォームギヤ112が回転数を減少させつつ右方向に駆動回転し、図5(a)及び図9(b)に示すように、時刻t33の時点以降、ウォームギヤ112が第2の目標回転数で右方向に従動回転する。
図5(c)に示すように、時刻t31から時刻t33までの間、モータ11が出力する制動動力の値の経時変化は、図5(a)に示すモータ11の回転数の変化に対応する。時刻t33の時点以降、モータ11が出力する制動動力の値はゼロで一定である。
図5(a)に示すように、時刻t31から時刻t32までの間、スターリングエンジン12が出力する動力によって、太陽ギヤ32は第2の目標回転数で回転し続けており、時刻t32から時刻t34までの間、回転数が減少し、時刻t34の時点以降、第1の目標回転数で一定になる。
以上のことから、図5(a)及び図9(a)に示すように、時刻t31から時刻t32までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
リングギヤ31の回転数の減少に伴い、リングギヤ31の回転数は太陽ギヤ32の回転数よりも小さくなる。また、太陽ギヤ32の回転数は一定である。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を増大させながら右方向に公転する。
また、図5(a)及び図9(a)に示すように、時刻t32から時刻t33までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
このとき、リングギヤ31及び太陽ギヤ32夫々の回転数が減少する。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、一定の回転数で右方向に公転する。
また、図5(a)及び図9(b)に示すように、時刻t33から時刻t34までの間、モータ11は空転しており、リングギヤ31は慣性によって第1の目標回転数で左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
太陽ギヤ32の回転数は更に減少し、リングギヤ31の回転数との差が小さくなる。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を減少させながら右方向に公転する。時刻t34の時点で、遊星ギヤ33,33,…の回転数はゼロになる。
更に、図5(a)及び図8(c)に示すように、時刻t34の時点以降、太陽ギヤ32の第1の目標回転数での駆動回転に伴い、遊星ギヤ33,33,…が左方向に自転する。このとき、遊星ギヤ33,33,…は公転しない(即ち、回転数はゼロで一定)。また、遊星ギヤ33,33,…の自転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、ウォームギヤ112及び減速歯車251夫々が右方向に従動回転する。
第1の車速で走行しているハイブリッド車両4が停車する場合(図6参照)、スターリングエンジン12の回転数は、第1の目標回転数からゼロまで減少する。
図6に示す時刻t40から時刻t41までの間、図5に示す時刻t34の時点以降と同様、ハイブリッド車両4は第1の車速で走行している。
このとき、CPU20は図10に示すS13〜S15の処理を繰り返し実行する。
図6に示す時刻t41の時点で、運転者がブレーキ44をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を減少させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS15でYESと判定し、図12に示すS41〜S45の処理を実行する。
図6に示す時刻t41から時刻t43までの間、運転者はブレーキ44をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図12に示すS43〜S45の処理を繰り返し実行する。
図6に示す時刻t43の時点で、運転者はブレーキ44をオフにし、時刻t43の時点以降、運転者はアクセル43及びブレーキ44の何れも操作せず、また、始動スイッチ40をオフにする。
この場合、ハイブリッド車両4の車速はゼロである。
このとき、CPU20は、図12に示すS46〜S51の処理を実行してから、図10に示すS13、S14、及びS16の処理を実行し、S16でYESと判定した場合に、S17の処理終了後、S11の処理を繰り返し実行する。
時刻t41の時点以降、遊星ギヤ33,33,…の公転が許可されるため、図6(d)に示すように、禁止トルク値はゼロで一定である。
従って、図6(b),(c)に示すように、時刻t41の時点以降、スターリングエンジン12が出力する供給トルク値及び供給動力の値夫々はゼロで一定である。
図6(b)に示すように、時刻t41から時刻t43までの間、モータ11が負の供給トルク値、即ち制動トルク値を出力し続ける。つまり、ブレーキ44がオンになっている間、モータ11はモータブレーキとして機能する。時刻t43の時点以降、モータ11は作動停止するため、制動トルク値はゼロで一定である。
このため、図6(a)及び図9(a)に示すように、時刻t41から時刻t43までの間、ウォームギヤ112が回転数を減少させつつ右方向に駆動回転し、図6(a)及び図9(c)に示すように、時刻t43の時点以降、ウォームギヤ112の回転数はゼロで一定である。
図6(c)に示すように、時刻t41から時刻t43までの間、モータ11が出力する供給動力の値の経時変化は、図6(a)に示すモータ11の回転数の変化に対応する。時刻t43の時点以降、モータ11が出力する供給動力の値はゼロで一定である。
図6(a)に示すように、時刻t41から時刻t42までの間、スターリングエンジン12が出力する動力によって、太陽ギヤ32は第1の目標回転数で回転し続けており、時刻t42から時刻t44までの間、回転数が減少し、時刻t44の時点以降、回転数がゼロで一定になる。
以上のことから、図6(a)及び図9(a)に示すように、時刻t41から時刻t42までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
リングギヤ31の回転数の減少に伴い、リングギヤ31の回転数は太陽ギヤ32の回転数よりも小さくなる。また、太陽ギヤ32の回転数は一定である。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を増大させながら右方向に公転する。
また、図6(a)及び図9(a)に示すように、時刻t42から時刻t43までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
このとき、リングギヤ31及び太陽ギヤ32夫々の回転数が減少する。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、一定の回転数で右方向に公転する。
また、図6(a)及び図9(c)に示すように、時刻t43から時刻t44までの間、モータ11は作動停止しており、ウォームギヤ112の回転停止に伴い、リングギヤ31も回転停止する。また、リングギヤ31の回転停止に伴い、減速歯車251も回転停止する。
太陽ギヤ32の回転数は更に減少し、リングギヤ31の回転数との差が小さくなる。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を減少させながら右方向に公転する。時刻t44の時点で、遊星ギヤ33,33,…の回転数はゼロになる。
更に、図6(a)に示すように、時刻t44の時点以降、太陽ギヤ32の回転数がゼロで一定になる。太陽ギヤ32の回転停止に伴い、遊星ギヤ33,33,…が自転停止及び公転停止する。当然のことながら、リングギヤ31、ウォームギヤ112及び減速歯車251夫々も回転停止している。
第1の車速で走行しているハイブリッド車両4が一時停止してから再発車して、第1の車速で走行する場合は(図7参照)、第1の車速で走行しているハイブリッド車両4が停車し(図6参照)、次いで発車して、第1の車速で走行する(図3参照)場合に類似する。
図7(b)〜(d)については、時刻t50から時刻t51までの間が図6に示す時刻t40から時刻t41までの間に対応し、図7に示す時刻t51から時刻t53までの間が図6に示す時刻t41から時刻t43までの間に対応する。また、図7に示す時刻t53から時刻t55までの間は、図6に示す時刻t43の時点以降及び図3に示す時刻t11の時点以前に対応する。更に、図7に示す時刻t55から時刻t58までの間が図3に示す時刻t11から時刻t14までの間に対応し、図7に示す時刻t58の時点以降が図7に示す時刻t14の時点以降に対応する。
ところが、ハイブリッド車両4の一時停止中は、スターリングエンジン12はアイドリング状態で作動している。以下では、アイドリング状態のスターリングエンジン12の回転数を第3の目標回転数という。第3の目標回転数は、第1の目標回転数よりも小さい。
従って、第1の車速で走行しているハイブリッド車両4が一時停止してから再発車して、第1の車速で走行する場合、図7(a)に示すように、スターリングエンジン12の回転数は、第1の目標回転数から第3の目標回転数まで減少し、次いで、第3の目標回転数から第1の目標回転数まで増大する。
この結果、遊星ギヤ33,33,…は、回転数がゼロで一定の状態から右方向に公転し、次いで左方向に公転してから回転数がゼロで一定になる。
図7に示す時刻t50から時刻t51までの間、図6に示す時刻t40から時刻t41までの間と同様、ハイブリッド車両4は第1の車速で走行している。
このとき、CPU20は図10に示すS13〜S15の処理を繰り返し実行する。
図7に示す時刻t51の時点で、運転者がブレーキ44をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を減少させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS15でYESと判定し、図12に示すS41〜S45の処理を実行する。
図7に示す時刻t51から時刻t53までの間、運転者はブレーキ44をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図12に示すS43〜S45の処理を繰り返し実行する。
図7に示す時刻t53の時点で、運転者はブレーキ44をオフにし、時刻t55の時点まで、運転者はアクセル43及びブレーキ44の何れも操作しない。
この場合、ハイブリッド車両4の車速はゼロである。
このとき、CPU20は、図12に示すS46〜S51の処理を実行してから、図10に示すS13、S14、及びS16の処理を繰り返し実行する。
図7に示す時刻t55の時点で、運転者がアクセル43をオンにし、ハイブリッド車両4は車速を増加させ始める。
このとき、CPU20は、図10に示すS13でYESと判定し、S18〜S22の処理を実行する。
図7に示す時刻t55から時刻t57までの間、運転者はアクセル43をオンにし続ける。
このとき、CPU20は、図10に示すS20〜S22の処理を繰り返し実行する。
図7に示す時刻t57の時点で、運転者がアクセル43をオフにし、ハイブリッド車両4は、運手者が所望する一定の速度で走行する。時刻t57の時点以降、運転者はアクセル43をオフのまま維持し、ブレーキ44は操作しない。
このとき、CPU20は、図10に示すS22でYESと判定し、図11に示すS31〜S34の処理を実行する。時刻t58の時点で、CPU20は、S34でYESと判定する。更に、CPU20は、時刻t58の時点以降、図11に示すS35〜S37の処理を実行し、その後、S13〜S15の処理を繰り返し実行する。
図7(a)及び図9(a)に示すように、時刻t51から時刻t53までの間、ウォームギヤ112が回転数を減少させつつ右方向に駆動回転し、図7(a)及び図9(c)に示すように、時刻t53から時刻t55までの間、ウォームギヤ112の回転数がゼロで一定になる。また、図7(a)及び図8(b)に示すように、時刻t55から時刻t57までの間、モータ11が出力する動力によってウォームギヤ112が回転数を増大させつつ右方向に駆動回転し、時刻t57から時刻t58までの間、モータ11が出力する動力によってウォームギヤ112が第1の目標回転数で右方向に駆動回転する。時刻t58の時点以降、図7(a)及び図8(c)に示すように、ウォームギヤ112は、リングギヤ31の回転に伴って右方向に従動回転する。
図7(a)に示すように、時刻t51から時刻t52までの間、スターリングエンジン12が出力する動力によって、太陽ギヤ32は第1の目標回転数で回転し続けており、時刻t52から時刻t54までの間、回転数が減少し、時刻t54から時刻t57までの間、第3の目標回転数で回転し続ける。また、時刻t57から時刻t58までの間、スターリングエンジン12が出力する動力によって、太陽ギヤ32は回転数が増大し、時刻t58の時点以降、第1の目標回転数で一定になる。
以上のことから、図7(a)及び図9(a)に示すように、時刻t51から時刻t52までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
リングギヤ31の回転数の減少に伴い、リングギヤ31の回転数は太陽ギヤ32の回転数よりも小さくなる。また、太陽ギヤ32の回転数は一定である。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を増大させながら右方向に公転する。
また、図7(a)及び図9(a)に示すように、時刻t52から時刻t53までの間、ウォームギヤ112の駆動回転によって制動されるため、リングギヤ31は回転数を減少させながら左回転する。また、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
このとき、リングギヤ31及び太陽ギヤ32夫々の回転数が減少する。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、一定の回転数で右方向に公転する。
また、図7(a)及び図9(c)に示すように、時刻t53から時刻t54までの間、モータ11は作動停止しており、ウォームギヤ112の回転停止に伴い、リングギヤ31も回転停止する。また、リングギヤ31の回転停止に伴い、減速歯車251も回転停止する。
太陽ギヤ32の回転数は更に減少し、リングギヤ31の回転数との差が小さくなる。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、負の回転数を減少させながら右方向に公転する。
更に、図7(a)及び図9(c)に示すように、時刻t54から時刻t55までの間、太陽ギヤ32の回転数が第3の目標回転数で一定になる。
このとき、リングギヤ31及び太陽ギヤ32夫々の回転数が一定である。従って、遊星ギヤ33,33,…は、左方向に自転しつつ、一定の回転数で右方向に公転する。
更にまた、図7(a)に示すように、時刻t55から時刻t57までの間、太陽ギヤ32の回転数は第3の目標回転数で一定である。また、ウォームギヤ112が回転数を増大させながら右方向に駆動回転する。ウォームギヤ112の回転に伴い、リングギヤ31が左方向に従動回転する。更に、リングギヤ31の回転に伴い、減速歯車251が右方向に従動回転する。
時刻t55から時刻t56までは、太陽ギヤ32の回転数の方がリングギヤ31の回転数より大きいため、図7(a)及び図9(a)に示すように、遊星ギヤ33,33,…は左方向に自転しつつ、負の回転数を減少させながら右方向に公転する。
時刻t56の時点で、リングギヤ31及び太陽ギヤ32夫々の回転数が等しくなるため、遊星ギヤ33,33,…は左方向に自転しつつ、瞬間的に公転停止する。
時刻t56から時刻t57までは、リングギヤ31の回転数の方が太陽ギヤ32の回転数より大きいため、図7(a)及び図8(b)に示すように、遊星ギヤ33,33,…は左方向に自転しつつ、回転数を増大させながら左方向に公転する。
更に、図7(a)及び図8(b)に示すように、時刻t57から時刻t58までの間、リングギヤ31の回転数が第1の目標回転数で一定である。一方、太陽ギヤ32の回転数は増大する。従って、遊星ギヤ33,33,…は左方向に自転しつつ、回転数を減少させながら左方向に公転する。
時刻t58の時点で、遊星ギヤ33,33,…の回転数はゼロになる。
更にまた、図7(a)及び図8(c)に示すように、時刻t58の時点以降、リングギヤ31及び太陽ギヤ32の回転数は第1の目標回転数で一定である。また、遊星ギヤ33,33,…は左方向に自転するが、公転はしない(即ち、回転数はゼロで一定)。
ところで、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可から禁止へ切り替えるタイミングは、時刻t14、時刻t24、時刻t34、及び時刻t58の時点である。換言すれば、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可から禁止へ切り替えるタイミングは、リングギヤ31の回転数が正数で一定である場合に、公転が許可されている遊星ギヤ33,33,…の回転数がゼロになったタイミングである。
従って、ハイブリッド車両用駆動装置1は、リングギヤ31及び遊星ギヤ33,33,…夫々の回転数に基づいて、遊星ギヤ33,33,…の公転を許可から禁止へ切り替えるタイミングを計る構成でもよい。
本実施の形態では、モータ11が出力する供給トルク及び遊星キャリヤ34に対して印加される禁止トルク夫々は、急激に正数からゼロに切り替えられる。この場合、供給トルク及び禁止トルク夫々の減少勾配が非常に大きいため、衝撃が生じる虞がある。従って、供給トルク及び禁止トルク夫々の減少勾配を小さくなる(即ち、供給トルク及び禁止トルク夫々が滑らかに正数からゼロに切り替わる)よう制御することが望ましい。
以上のようなハイブリッド車両用駆動装置1及びハイブリッド車両4は、簡単な構成及び簡易な制御で、モータ11が出力する動力及びスターリングエンジン12が出力する動力を択一的に用いて、車輪41,41を駆動することができる。
更に詳細には、急激な出力調整が必要な場合に、モータ11が出力する動力で車輪41,41を駆動することができる。また、急激な出力調整が不要な場合に、スターリングエンジン12が出力する動力で車輪41,41を駆動することができる。更に、モータ11が出力する負の動力で車輪41,41を駆動するときは、モータ11を発電機として作動させることによって、モータ11が発生させた電力を蓄電池15に回収することができる。
この結果、出力調整の反応速度が速いというモータ11の長所で、出力調整の反応速度が遅いというスターリングエンジン12の短所を補うことができる。しかも、燃焼に伴う騒音が小さい上に、燃料の種類及び形態による選択肢が多く、最適な条件で燃焼させることができるため、大気汚染物質の排出を抑制し易いというスターリングエンジン12の長所を得ることができる。また、モータ11を回生ブレーキとして機能させることができる。
しかも、モータ11及びスターリングエンジン12夫々を、車輪41,41を駆動するための動力源として用いることができる。このため、従来の電気自動車のように、外燃機関が出力した動力を一旦電力に変換する分のロスが生じない。つまり、外燃機関が出力する動力を効率よく利用することができる。
なお、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び特許請求の範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
また、ハイブリッド車両用駆動装置1又はハイブリッド車両4に、実施の形態に開示されていない構成要素が含まれていてもよい。
1 ハイブリッド車両用駆動装置
11 モータ(電動機)
12 スターリングエンジン(外燃機関)
13 発電機
2 動力伝達部
23 クラッチ板(切替部)
24 アクチュエータ(切替部)
20 CPU(出力演算装置、出力比較装置、動力選択装置)
3 遊星歯車機構
31 リングギヤ(第1の歯車)
32 太陽ギヤ(第2の歯車)
33 遊星ギヤ(第3の歯車)
4 ハイブリッド車両
41 車輪

Claims (8)

  1. 電動機と、回転する出力軸を有する外燃機関と、該外燃機関が出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、
    前記動力伝達部は、
    前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記外燃機関が出力すべき出力値を演算する出力演算装置と、
    該出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値とを比較する出力比較装置と、
    該出力比較装置の比較結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択する動力選択装置と、
    前記電動機が出力する動力が伝達される第1の歯車、前記外燃機関が出力する動力が伝達される第2の歯車、及び、回転停止又は回転移動停止している場合、前記第2の歯車へ伝達された動力を前記第1の歯車へ伝達する第3の歯車を用いてなる遊星歯車機構と、前記第3の歯車の回転又は回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、
    前記第1の歯車へ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、
    前記切替部は、
    前記第3の歯車若しくは該第3の歯車に連動する連動部に対して断/続することによって前記第3の歯車の回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、
    該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有し、
    前記外燃機関を始動させる場合、
    前記出力演算装置は、前記外燃機関が出力すべき出力値として、前記外燃機関が有する出力軸の回転数を用い、
    前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、
    前記動力選択装置は、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記外燃機関が有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記外燃機関が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車の回転又は回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車が回転又は回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する、ハイブリッド車両用駆動装置。
  2. 電動機と、回転する出力軸を有するスターリングエンジンと、該スターリングエンジンが出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備えるハイブリッド車両用駆動装置であって、
    前記動力伝達部は、
    前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値を演算する出力演算装置と、
    該出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが出力している出力値とを比較する出力比較装置と、
    該出力比較装置の比較結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択する動力選択装置と、
    前記電動機が出力する動力が伝達されるリングギヤ、前記スターリングエンジンが出力する動力が伝達される太陽ギヤ、回転移動停止している場合、前記太陽ギヤへ伝達された動力を前記リングギヤへ伝達する遊星ギヤ、及び、該遊星ギヤの回転移動に連動して回転する遊星キャリヤを用いてなる遊星歯車機構と、
    前記遊星ギヤの回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、
    前記リングギヤへ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、
    前記切替部は、
    前記遊星キャリヤに対して断/続することによって前記遊星ギヤの回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、
    該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータとを有し、
    前記スターリングエンジンを始動させる場合、
    前記出力演算装置は、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値として、前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を用い、
    前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、
    前記動力選択装置は、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記スターリングエンジンが出力する動力を選択し、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記スターリングエンジンが出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤの回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤが回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する、ハイブリッド車両用駆動装置。
  3. 前記出力比較装置は、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、
    前記動力選択装置は、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果と前記外燃機関が出力している出力値との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、
    前記出力比較装置の比較結果が、前記出力演算装置の演算結果から前記外燃機関が出力している出力値を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択する、請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  4. 前記動力選択装置は
    記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択した場合、該電動機が発電機として作動するよう前記電動機を制御する、請求項に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  5. 前記外燃機関に連動して、前記電動機へ供給するための電力を発生させる発電機を更に備える、請求項1に記載のハイブリッド車両用駆動装置。
  6. 請求項1又は2に記載のハイブリッド車両用駆動装置と、
    該ハイブリッド車両用駆動装置によって駆動される車輪と
    を備える、ハイブリッド車両。
  7. 電動機と、回転する出力軸を有する外燃機関と、該外燃機関が出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部と
    を備え、
    前記動力伝達部は、
    前記電動機が出力する動力が伝達される第1の歯車、前記外燃機関が出力する動力が伝達される第2の歯車、及び、回転停止又は回転移動停止している場合、前記第2の歯車へ伝達された動力を前記第1の歯車へ伝達する第3の歯車を用いてなる遊星歯車機構と、
    前記第3の歯車の回転又は回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、
    前記第1の歯車へ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、
    前記切替部は、
    前記第3の歯車若しくは該第3の歯車に連動する連動部に対して断/続することによって前記第3の歯車の回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータと
    を有する駆動装置において、
    前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記外燃機関が出力すべき出力値を演算し、演算した結果と前記外燃機関が出力している出力値とを比較し、
    比較した結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択すべく、
    前記外燃機関を始動させる場合、前記外燃機関が出力すべき出力値として、前記外燃機関が有する出力軸の回転数を用い、
    前記比較した結果を求めるために、前記演算した結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、
    前記比較した結果が、前記演算した結果と前記外燃機関が有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記外燃機関が出力する動力を選択し、
    前記比較した結果が、前記演算した結果から前記外燃機関が有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記外燃機関が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車の回転又は回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記第3の歯車が回転又は回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する
    ことを含む、駆動方法。
  8. 電動機と、回転する出力軸を有するスターリングエンジンと、該スターリングエンジンが出力する動力及び前記電動機が出力する動力の一方を選択的に車輪へ伝達する動力伝達部とを備え、
    前記動力伝達部は、
    前記電動機が出力する動力が伝達されるリングギヤ、前記スターリングエンジンが出力する動力が伝達される太陽ギヤ、回転移動停止している場合、前記太陽ギヤへ伝達された動力を前記リングギヤへ伝達する遊星ギヤ、及び、該遊星ギヤの回転移動に連動して回転する遊星キャリアを用いてなる遊星歯車機構と、
    前記遊星ギヤの回転移動の可否を切り替える切替部とを含み、
    前記リングギヤへ伝達された動力が前記車輪へ伝達され、
    前記切替部は、
    前記遊星キャリアに対して断/続することによって前記遊星ギヤの回転又は回転移動の可/否を切り替えるクラッチ板と、該クラッチ板の断/続を切り替えるためのアクチュエータと
    を有する駆動装置において、
    前記車輪へ伝達すべき動力の多寡に応じて、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値を演算し、
    演算した結果と前記スターリングエンジンが出力している出力値とを比較し、
    比較した結果に応じて、前記車輪へ伝達すべき動力を選択すべく、
    前記スターリングエンジンを始動させる場合、前記スターリングエンジンが出力すべき出力値として、前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を用い、
    前記比較した結果を求めるために、前記演算した結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数とを用いた演算の結果を所定閾値と比較し、
    前記比較した結果が、前記演算した結果と前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数との差の絶対値が所定閾値以下であることを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記スターリングエンジンが出力する動力を選択し、
    前記比較した結果が、前記演算した結果から前記スターリングエンジンが有する出力軸の回転数を減算した減算結果が所定閾値よりも大きいことを示す場合、前記車輪へ伝達すべき動力として、前記電動機が出力する動力を選択し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記スターリングエンジンが出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤの回転移動が停止するよう前記切替部を制御し、且つ、動力の出力を停止するよう前記電動機を制御し、
    前記車輪へ伝達すべき動力として前記電動機が出力する動力を選択する場合、前記遊星ギヤが回転移動するよう前記切替部を制御し、且つ、動力を出力するよう前記電動機を制御する
    ことを含む、駆動方法。
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