JP6008051B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両を駆動する駆動ユニットと、この駆動ユニットを駆動するための電力を生成する発電ユニットとを備えたシリーズ方式のハイブリッド車両に関する。

日本国特許公開公報特開２０１１−２０１３９５号（特許文献１）には、駆動ユニットと発電ユニットとをモータールームに搭載したシリーズ方式のハイブリッド車両が開示されている。

駆動ユニットと発電ユニットとをモータールームに搭載したシリーズ方式のハイブリッド車両においては、それぞれ固有の振動特性を持つ駆動ユニットと発電ユニットとを搭載しながらも、車両としての良好な音振性能を確保する必要があり、かつ、衝突時のエネルギー吸収性能も良好である必要がある。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、本発明によれば音振性能および衝突時のエネルギー吸収性能の何れもが良好なシリーズ方式のハイブリッド車両を提供することができる。

本発明の技術的側面によれば、ハイブリッド車両は、電力をエネルギー源とし、車両のモータールームに搭載されて車両を駆動するための駆動力を出力する出力軸が車幅方向に配置された駆動ユニットと、この駆動ユニットに対して車両前後方向の一側に間隔をあけて隣接配置され、該駆動ユニットを駆動するための電力を生成する発電ユニットと、これら駆動ユニットと発電ユニットとを、モータールームで互いに独立して揺動可能に防振支持する車体側部材とを備える。

前記駆動ユニットには、前記発電ユニットを跨いで車両前後方向に延在するマウントブラケットの一端が結合され、このマウントブラケットの他端を前記車体側部材の前側または後側に揺動可能に防振支持している。

そして、このマウントブラケットは、車両前後方向に作用する外部入力に対して座屈変形を誘起する脆弱部を備えていることを主要な特徴としている。

本発明に係るハイブリッド車両の全体システムを概略的に示す説明図。 モータールームの駆動ユニットおよび発電ユニットの搭載状態を模式的に示す側面説明図。 図２の平面説明図。 図３における駆動ユニットの搭載状態を模式的に示す平面説明図。 図３における発電ユニットの搭載状態を模式的に示す平面説明図。 マウントブラケットの一実施形態を示す斜視図。 図６に示したマウントブラケットの平面図。 図６に示したマウントブラケットの側面図。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。

図１は、本発明の対象とするシリーズ方式のプラグイン・ハイブリッド車両（ハイブリッド車両の一例）の全体システムを概略的に示す説明図である。

図１に示すプラグイン・ハイブリッド車両の駆動系は、エンジン２および発電モーター３からなる発電ユニット１と、駆動モーター５および減速差動機構６からなる駆動ユニット４と、駆動ユニット４の出力軸７により回転される駆動輪８と、強電バッテリ１０と、発電モーター用インバーター１１と、駆動モーター用インバーター１２と、充電変換器１３と、切替器１４と、充電ポート１５とを備えている。

この駆動系は、発電ユニット１のエンジン２で発電モーター３を駆動し、発生した電力を強電バッテリ１０に蓄え、その電力で駆動モーター５を駆動し、駆動モーター５のみを駆動源として走行するシリーズ方式（直列方式）である。換言すると、「発電システムを搭載した電気自動車（ＥＶ）」であり、走行モードは、ＥＶ走行モードのみとなる。

発電ユニット１のエンジン２は、発電要求時、直結された発電モーター３によりエンジン始動を行い、完爆後、エンジン２からのパワーにより発電モーター３を駆動して発電する。そして、発電要求有りから発電要求無しに移行すると、エンジン２と発電モーター３を停止する。

前記発電モーター３は、エンジン２に直結され、モーター機能と発電機能を発揮するモータージェネレーターである。モーター機能は、エンジン停止状態で発電要求があったとき、強電バッテリ１０の電力を消費し、エンジン２のクランキングに続いて点火させるエンジン始動を行うときに発揮される。発電機能は、エンジン駆動状態のとき、エンジン２から回転駆動パワーを受け、これを三相交流の電力に変換し、発電電力を強電バッテリ１０に充電するときに発揮される。

駆動ユニット４の駆動モーター５は、減速差動機構６の出力軸７を介して車両の駆動輪８に繋がれ、モーター機能と発電機能を発揮するモータージェネレーターである。モーター機能は、発進加速時や定速走行時や中間加速時、強電バッテリ１０の電力を消費し、車両を駆動するときに発揮される。発電機能は、減速時や制動時等において、駆動輪８から回転駆動パワーを受け、これを三相交流の電力に変換し、発電電力を強電バッテリ１０に充電する回生発電を行うときに発揮される。

前記強電バッテリ１０は、リチウムイオン二次電池や高容量キャパシタ等が用いられ、発電モーター３で発電された電力や駆動モーター５で回生発電された電力を蓄えると共に、駆動モーター５や発電モーター３に蓄えた電力を供給する。

前記発電モーター用インバーター１１は、発電モーター３と強電バッテリ１０との間に配置され、三相交流と直流を相互に変換する。三相交流は、発電モーター３の駆動・発電に用いられ、直流は、強電バッテリ１０の充放電に用いられる。

前記駆動モーター用インバーター１２は、駆動モーター５と強電バッテリ１０との間に配置され、三相交流と直流を相互に変換する。三相交流は、駆動モーター５の駆動・発電に用いられ、直流は、強電バッテリ１０の充放電に用いられる。

前記充電変換器１３は、強電バッテリ１０と充電ポート１５との間に配置され、プラグイン充電中、充電ポート１５から供給される交流の外部電力を、強電バッテリ１０に充電可能な直流の電力に変換する。

前記切替器１４は、発電モーター３と発電モーター用インバーター１１と充電ポート１５の間に配置され、発電経路・給電経路を切り替える。発電経路は、充電ポート１５を切り離し、発電モーター３と発電モーター用インバーター１１を接続するパターンとする。給電経路は、以下の３パターンの何れかを切り替え選択する。
（ｉ）充電ポート１５を切り離し、発電モーター３と発電モーター用インバーター１１を接続することで、強電バッテリ１０の電力を使用するパターン。
（ｉｉ）発電モーター３と発電モーター用インバーター１１と充電ポート１５を接続することで、充電ポート１５と強電バッテリ１０の双方の電力を使用するパターン。
（ｉｉｉ）発電モーター用インバーター１１を切り離し、発電モーター３と充電ポート１５を接続することで、充電ポート１５の電力を使用するパターン。

前記充電ポート１５は、車体の外周位置に設定され、外部充電器１６の設定位置に車両を停止し、この停車状態でリッド等を開けて外部充電器１６の給電プラグ１７を差し込んで接続すると、充電変換器１３を介して強電バッテリ１０に充電（プラグイン充電）する。ここで、外部充電器１６とは、自宅で深夜電力を用いて低速充電するための家庭用充電システムや、自宅から離れた出先での急速充電が可能な急速充電スタンド、等をいう。

図１に示すプラグイン・ハイブリッド車両の制御系は、エンジンコントローラ２０と、ジェネレータコントローラ２１と、モーターコントローラ２２と、バッテリコントローラ２３と、車両統合コントローラ２４と、を備えている。これらのコントローラ２０，２１，２２，２３，２４は、各種データを共有化できるように、情報交換が可能なＣＡＮ通信線２５により接続されている。

前記エンジンコントローラ２０は、キーオン状態による「ＥＶ走行モード」のとき、車両統合コントローラ２４からの制御指令にしたがって、エンジン２の吸入空気量・点火時期・燃料噴射量を制御することで出力トルクを制御する。

前記ジェネレータコントローラ２１は、キーオン状態による「ＥＶ走行モード」のとき、車両統合コントローラ２４からの制御指令にしたがって、発電モーター３の入出力トルクを制御するために発電モーター用インバーター１１を操作する。

このジェネレータコントローラ２１は、イグニッションキーがオフ状態（＝システムオフ状態）であっても作動を継続するコントローラであり、キーオン状態とキーオフ状態を含めてエンジン停止状態の継続時間を計測する。このエンジン停止継続時間の計測情報や他の入力情報に基づき、エンジン潤滑制御の開始条件が成立するか否かの判断を行う。そして、開始条件が成立すると、他の必要コントローラを起動する発電システム起動処理を行った後、エンジン潤滑制御を実行する。

前記モーターコントローラ―２２は、キーオン状態による「ＥＶ走行モード」のとき、車両統合コントローラ２４からの制御指令にしたがって、起動モーター５の入出力トルクを制御するために駆動モーター用インバーター１２を操作する。

前記バッテリコントローラ２３は、キーオン状態による「ＥＶ走行モード」のとき、強電バッテリ１０の充電率（充電容量）や入出力可能パワー等の内部状態量を推定すると共に、強電バッテリ１０の保護制御を行う。

前記車両統合コントローラ２４は、キーオン状態による「ＥＶ走行モード」のとき、共有化した各種データに基づき、複数のコントローラ２０，２１，２２，２３を協調させながら、ドライバーの要求に沿ってモーター駆動出力を制御する。また、運転性と燃費（経済性）の両方を考慮しながら発電出力を制御する。

図２〜図５は、前述の発電ユニット１と駆動ユニット４の搭載構造の一例を示すもので、本実施形態ではモータールームＭ・Ｒを車両前部に設定してものとして、ここに発電ユニット１と駆動ユニット４とを車両前後方向に隣接して搭載している。

モータールームＭ・Ｒの下側には、車体前部の強度骨格部材としてのサブフレーム３０を配設してある。

サブフレーム３０は、車両前後方向に延在する左右一対のサイドメンバ３１と、これらサイドメンバ３１，３１の前，後端部間に跨って結合したフロントクロスメンバ３２およびリアクロスメンバ３３とで、略方形のフレーム形状としている。

そして、このサブフレーム３０にエンジン２と発電モーター３とを連結した発電ユニット１と、駆動モーター５と減速差動機構６とを連結した駆動ユニット４とを、それぞれ横向きに搭載し、駆動ユニット４の減速差動機構６に繋がる出力軸７を車幅方向に配置している。

図示する例では、発電ユニット１をサブフレーム３０の前側部、即ち、フロントクロスメンバ３２寄りに搭載する一方、駆動ユニット４は、この発電ユニット１の後側に所要の間隔をあけて隣接した状態でサブフレーム３０の後側部、即ち、リアクロスメンバ３３寄りに搭載している（図２、図３参照）。

（独立防振機構）
これら発電ユニット１と駆動ユニット４は、何れもサブフレーム３０に互いに独立して揺動可能に防振支持される。

発電ユニット１は、図５にも示すようにサブフレーム３０のフロントクロスメンバ３２と、左右一対のサイドメンバ３１とに、インシュレータを備えたマウント部材３４を介して３点で防振支持している。

図３，図５に示す例では、エンジン２の前部と後部右側とを、フロントクロスメンバ３２と右側のサイドメンバ３１とにマウント部材３４で防振支持し、発電モーター３の左側を左側のサイドメンバ３１にマウント部材３４で防振支持している。

一方、駆動ユニット４は、図４にも示すように発電ユニット１の下側を跨いで車両前後方向に延在する後述のマウントブラケット４０と、上述と同様のインシュレータを備えたマウント部材３５を介して、フロントクロスメンバ３２とリアクロスメンバ３３および一方のサイドメンバ３１とに３点で防振支持している。

図３，図４に示す例では、駆動モーター５の前側をマウントブラケット４０を介してフロントクロスメンバ３２にマウント部材３５で防振支持すると共に、該駆動モーター５の後側と左側とを、リアクロスメンバ３３と左側のサイドメンバ３１とにマウント部材３５で防振支持している。

したがって、駆動ユニット４と駆動モータ５とが剛性の高いサイドメンバ３１に対してそれぞれ独立に揺動可能に防振支持されているため、それぞれの固有の振動特性が干渉して複雑な振動状態を生じることがなく、防振設計が容易となり、良好な音信特性を得ることができる。

（選択的変形構造）
マウントブラケット４０は、図６〜図８に示すように車両前後方向に作用する力学的な外部入力に対して座屈変形を誘起する脆弱部４１を備えている。

この脆弱部４１は、上下方向に作用する外部入力に対しては後述するように高強度に構成される。

このような機械的強度特性を持つ脆弱部４１は、マウントブラケット４０に板面が車幅方向に向く板状部分Ａを設け、この板状部分Ａに車両前後方向に作用する所定値以上の外部入力で車幅方向に屈曲する屈曲部Ｂを設けることによって構成することができる。

本実施形態ではこのマウントブラケット４０を、剛体部分Ｃと、この剛体部分Ｃに結合した上述の板状部分Ａとで構成している。そして、この剛体部分Ｃの端部に前記駆動ユニット４に対する取付け部Ｄを設定する一方、板状部分Ａに前記サブフレーム３０に対するマウント部Ｅを設定している（図７、図８参照）。

板状部分Ａは、マウント部Ｅ側の板幅Ｗ１よりも剛体部分Ｃとの結合側の板幅Ｗ２を大きく設定している。本実施形態では前記板状部分Ａを、車幅方向に離間して配置した左右一対の金属プレート４２で構成している。剛体部分Ｃは、例えばアルミ，アルミ合金等の軽量金属をもって鋳造成形した金属ブロック４３として構成することができる。

左右一対の金属プレート４２，４２は、剛体部分Ｃを構成するこの金属ブロック４３の両側面に各一端を重合して、ボルト締結あるいは溶接することにより結合固定してある。

そして、これら金属プレート４２，４２の他端部間に跨って前述のマウント部材３５を配設して、前記マウント部Ｅを構成している。

この金属プレート４２の端部に設けられるマウント部材３５として、汎用の円筒ブッシュタイプのインシュレータを用いている。各金属プレート４２の端部にはシャフト挿通孔４２ａを形成し、このシャフト挿通孔４２ａに図外のシャフトを挿通して上述のマウント部材３５を装着して、該マウント部材３５を対応するサブフレーム３０のフロントクロスメンバ３２に結合するようにしている。

一方、金属ブロック４３の取付け部Ｄは、例えば、図６に示すように複数のボルト挿通孔４４ａを形成した締結部４４として構成し、その座面を対応する駆動モーター５のハウジング前側面に重合してボルト締結するようにしている。

以上の構成からなる本実施形態によれば、それぞれ固有の振動特性を持つ駆動ユニット４と発電ユニット１とを、サブフレーム３０に互いに独立して揺動可能に防振支持し、かつ、両者を車両前後方向に間隔をあけて搭載することができる。このため、これら駆動ユニット４および発電ユニット１のサブフレーム３０に対する防振設計が容易で、しかもユニット相互の振動の干渉を回避できるので車両の音振性能を良好にすることができる。

特に、駆動ユニット４は駆動力変動や路面からの反力の影響によりトルク変動が大きく、車幅方向に延在した出力軸７周りの転びモーメントが大きい。しかし、この駆動ユニット４はマウントブラケット４０により発電ユニット１を跨いでサブフレーム３０のフロントクロスメンバ３２とリアクロスメンバ３３に亘る車両前後方向に長いスパンで揺動可能に防振支持しているため、駆動ユニット４の防振支持性能を高めることができる。

一方、マウントブラケット４０を付設して駆動ユニット４の車両前後方向の支持スパンを長く設定する場合、該マウントブラケット４０の支持強度を大きくしなければならないが、支持強度が大きいと車両の前面衝突時等に車両前後方向に外部入力が作用した場合に、該マウントブラケット４０が突っ張り材となる可能性がある。

ところが、本実施形態ではマウントブラケット４０には脆弱部４１を設けてあって、車両の前面衝突時等にマウントブラケット４０に車両前後方向に外部入力が作用すると、脆弱部４１を起点に該マウントブラケット４０に座屈変形が誘起される。

すなわち、脆弱部４１は車両前後方向の力学的な外部入力に対して選択的に応力が集中しやすい構造を有するため、駆動ユニット４と発電ユニット１との間に車両前後方向に設定された間隔を潰れ代としてこのマウントブラケット４０の座屈変形を促し、衝突エネルギーを良好に吸収することができる。

上述の脆弱部４１は、上下方向に作用する外部入力に対しては高強度に構成しているので、上述の駆動ユニット４のトルク変動に起因する出力軸７周りの大きな転びモーメントに対して十分な強度・剛性を確保することができる。

本実施形態のマウントブラケット４０は、板面が車幅方向に向く板状部分Ａを備えていて、ここに車両前後方向に作用する所定値以上の外部入力で車幅方向に屈曲する屈曲部Ｂを設けて、上述の脆弱部４１を構成している。

従って、上下方向入力に対してはこれを板状部分Ａでは強度・剛性が高い縦長断面方向で受け、車両前後方向入力に対しては屈曲部Ｂで座屈変形を誘起させることができ、上述の強度・剛性の確保と脆弱性の保持との両立を容易に実現することができる。

また、マウントブラケット４０は、剛体部分Ｃとこれに結合した上述の板状部分Ａとで構成していて、この剛体部分Ｃの端部に駆動ユニット４に対する取付け部Ｄを設定する一方、板状部分Ａの端部にサブフレーム３０に対するマウント部Ｅを設定している。

これにより、マウントブラケット４０を駆動ユニット４に対して十分な剛性が得られる結合部構造としたうえで、屈曲部Ｂを設定する板状部分Ａのみをプレス加工等により構成することができるので、構造を簡単にしてコスト的に有利に得ることができる。

そして、この板状部分Ａはマウント部Ｅ側の板幅Ｗ１よりも剛体部分Ｃとの結合側の板幅Ｗ２を大きく設定しているので、剛体部分Ｃとの結合側を付け根としてマウント部Ｅ側から整然と座屈変形させることができて、座屈変形モードが安定して良好なエネルギー吸収を行わせることができる。 更に、板状部分Ａは、車幅方向に離間した左右一対の金属プレート４２で構成し、それらの端部間に跨ってマウント部材３５を装着してマウント部Ｅを構成しているため、屈曲部Ｂとマウント部Ｅの構造設計を容易に行うことができて、より一層コスト的に有利に得ることができる。 なお、前記実施形態では駆動ユニット４を発電ユニット１の後側に搭載しているが、この逆の搭載レイアウトとすることも勿論可能である。

また、モータールームＭ・Ｒを車両後部に設定した仕様の車両に適用できることは云うまでもない。

本発明によれば、それぞれ固有の振動特性を持つ駆動ユニットと発電ユニットとを、車体側部材に互いに独立して揺動可能に防振支持し、かつ、両者を車両前後方向に間隔をあけて搭載している。このため、防振設計が容易で、しかもユニット相互の振動の干渉を回避できるので車両の音振性能を良好にすることができる。

特に、駆動ユニットは駆動力変動や路面からの反力の影響によりトルク変動が大きく、車幅方向に延在した出力軸周りの転びモーメントが大きいが、該駆動ユニットはマウントブラケットにより発電ユニットを跨いで車両前後方向に長いスパンで揺動可能に防振支持しているため、駆動ユニットの防振支持性能を高めることができる。

そして、車両の衝突時等に前記マウントブラケットに車両前後方向に外部入力が作用すると、脆弱部を起点に該マウントブラケットに座屈変形が誘起され、駆動ユニットと発電ユニットとの間に車両前後方向に設定された間隔を潰れ代としてこの座屈変形を促し、衝突エネルギーを良好に吸収することができる。

（米国指定）
本国際特許出願は米国指定に関し、２０１３年７月１８日に出願された日本国特許出願第２０１３−１４９４２８号について米国特許法第１１９条（ａ）に基づく優先権の利益を援用し、当該開示内容を引用する。

Claims (6)

1. 電力をエネルギー源とし、車両のモータールームに搭載されて車両を駆動するための駆動力を出力する出力軸が車幅方向に配置された駆動ユニットと、
   前記駆動ユニットに対して車両前後方向の一側に間隔をあけて隣接配置され、該駆動ユニットを駆動するための電力を生成する発電ユニットと、
   前記駆動ユニットと発電ユニットとを、前記モータールームで互いに独立して揺動可能に防振支持する車体側部材と、
   前記発電ユニットを跨いで車両前後方向に延在し、一端が前記駆動ユニットに結合され、他端が前記車体側部材の前側または後側に揺動可能に防振支持されるマウントブラケットとを備え、
   前記マウントブラケットは、車両前後方向に作用する外部入力に対して座屈変形を誘起する脆弱部を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記脆弱部は、上下方向に作用する外部入力に対しては高強度に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記マウントブラケットは、板面が車幅方向に向く板状部分（Ａ）を備え、該板状部分に車両前後方向に作用する所定値以上の外力で車幅方向に屈曲する屈曲部（Ｂ）を設けて前記脆弱部を構成したことを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記マウントブラケットは、剛体部分（Ｃ）と、該剛体部分の一端に結合した前記板状部分（Ａ）とで構成され、
   前記剛体部分の端部に前記駆動ユニットに対する取付け部（Ｄ）を設定する一方、前記板状部分の端部に前記車体側部材に対するマウント部（Ｅ）を設定したことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両。
5. 前記板状部分は、前記マウント部側の板幅よりも前記剛体部分との結合側の板幅を大きく設定したことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両。
6. 前記板状部分は、車幅方向に離間して配置された一対の金属プレートで構成され、これら金属プレートの端部間に跨って前記車体側部材に連結するマウント部材を配設して前記マウント部が構成されることを特徴とする請求項４または５に記載のハイブリッド車両。

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