JP6323378B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、詳しくは、エンジンとモータとバッテリとを有する駆動源と、駆動源からの動力を前輪および/または後輪に分配する分配機構と、を備えるハイブリッド車両に関する。
従来、この種のハイブリッド車両としては、前輪駆動ユニットと、後輪駆動ユニットと、バッテリと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。前輪駆動ユニットは、内燃機関と第1,第2回転電機とを動力源として備えている。後輪駆動ユニットは、第3回転電機を動力源として備えている。バッテリは、各回転電機を駆動するインバータと電力の授受を行なう。この車両では、EVスイッチがオン状態の場合には、オフ状態の場合と比べて、車両が二輪駆動よりエネルギ効率が低い四輪駆動で動作する領域が縮小するよう四輪駆動への切替条件を変更する。これにより、EVスイッチがオン状態のときにおいて、燃費の向上を図ることができる。
特開2007−168690号公報
上述のハイブリッド車両では、駆動要求より燃費を優先させるエコモードであるとき、且つ、減速時には、エネルギ効率の向上を図ることが重要な課題として認識されている。エコモードであり且つ減速時にエネルギ効率の向上を図る手法として、車両が四輪駆動で動作する領域を一律に縮小するよう四輪駆動への切替条件を変更する手法が考えられる。しかしながら、この手法では、摩擦係数が低い路面では、車輪のロックによるスリップが発生しやくなる。また、二輪駆動より四輪駆動のほうがモータによる回生効率が高くなる(回生電力量が大きくなる)ことから、バッテリの入力制限(バッテリへの充電が許容される最大電力)が大きいときに車両が四輪駆動で動作する領域を一律に縮小すると、回生効率が低下してしまい、エネルギ効率が低下してしまう。
本発明のハイブリッド車両は、減速時に車輪のロックによるスリップの発生を抑制すると共にエネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。
本発明のハイブリッド車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車両は、
走行用の動力を出力するエンジンと、走行用の動力を出力するモータと、前記モータと電力をやりとりするバッテリと、を有する駆動源と、
前記駆動源からの動力を前輪および/または後輪に分配する分配機構と、
車速が切替閾値以上であるときには前記駆動源からの動力を前記前輪または前記後輪に出力して二輪駆動で走行するよう前記分配機構を制御し、前記車速が前記切替閾値未満であるときには前記駆動源からの動力を前記前輪および前記後輪に出力して四輪駆動で走行するよう前記分配機構を制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド車両であって、
前記制御手段は、
駆動要求より燃費を優先させるエコモードであり、且つ、減速時には、路面の状態が前記前輪または前記後輪のロックによるスリップが発生しやすい状態であるほど大きくなる傾向に、且つ、前記バッテリの入力制限が大きいほど大きくなる傾向に前記切替閾値を設定する、
ことを要旨とする。
この本発明のハイブリッド車両では、車速が切替閾値以上であるときには駆動源からの動力を前輪または後輪に出力して二輪駆動で走行するよう分配機構を制御し、車速が切替閾値未満であるときには駆動源からの動力を前輪および後輪に出力して四輪駆動で走行するよう分配機構を制御する。そして、駆動要求より燃費を優先させるエコモードであり、且つ、減速時には、路面の状態が車輪のロックによるスリップがしやすい状態であるほど大きくなる傾向に、且つ、バッテリの入力制限が大きいほど大きくなる傾向に切替閾値を設定する。路面の状態が前輪または後輪のロックによるスリップが発生しやすい状態であるほど大きくなる傾向に切替閾値を設定するから、路面の状態が車輪のロックによるスリップが発生しやすい状態であるほど四輪駆動で走行する機会が多くなる。これにより、前輪または後輪のロックによるスリップの発生を抑制することができる。また、四輪駆動で走行するときのほうが、二輪駆動で走行するときより回生効率が良い。そのため、バッテリの入力制限が大きいほど大きくなる傾向に切替閾値を設定することにより、バッテリの入力制限が大きいほど四輪駆動で走行する機会が多くなり、回生効率の向上を図ることができる。これにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。この結果、車輪のロックによるスリップの発生を抑制すると共にエネルギ効率の向上を図ることができる。ここで、「バッテリの入力制限」とは、バッテリへ充電が許容される最大電力をいう。
こうした本発明のハイブリッド車両において、前記路面の摩擦係数と前記後輪の荷重とに基づいて算出される前記二輪駆動での走行中にスリップすることなく前記前輪または後輪を駆動して走行できる駆動力の上限値が小さくなるほど、前記路面の状態が前記前輪または前記後輪のロックによるスリップが発生しやすい状態であるものとして、前記切替閾値を大きくなる傾向に設定するものとしてもよい。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 HVECU70により実行される切替閾値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 切替閾値設定用マップの一例を示す。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、モータMGと、インバータ41と、変速機46と、バッテリ50と、分配機構60と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジン22は、エアクリーナによって清浄された空気をスロットルバルブを介して吸入すると共に燃料噴射弁から燃料を噴射して、空気とガソリンとを混合する。そして、この混合気を吸気バルブを介して燃焼室に吸入する。そして、エンジン22は、吸入した混合気を点火プラグによる電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギによって押し下げられるピストンの往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換する。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランク角θcr。スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度TH。エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。燃料噴射弁への駆動信号。スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号。イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このエンジンECU24は、HVECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御する。また、エンジンECU24は、必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランクポジションセンサにより検出されたクランク角θcrに基づいて、クランクシャフト26の回転数、即ち、エンジン22の回転数Neを演算している。
モータMGは、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータMGは、回転子がクラッチCL0を介してエンジン22のクランクシャフト26に接続されている。モータMGは、モータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40によって、インバータ41の図示しないスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMGを駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。モータMGの回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43からの回転位置θm1。モータMGの各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流。モータECU40からは、インバータ41の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このモータECU40は、HVECU70からの制御信号によってモータMGを駆動制御する。また、モータECU40は、必要に応じてモータMGの駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。モータECU40は、回転位置検出センサ43により検出されたモータMGの回転子の回転位置θmに基づいてモータMGの回転数Nmを演算している。
変速機46は、トルクコンバータと多段変速機構とを有する自動変速機として構成されている。変速機46は、モータMGの回転子に接続されると共に駆動軸36とデファレンシャルギヤ37とを介して前輪38a,38bに接続されている。変速機46は、オートマチックトランスミッション用電子制御ユニット(以下、ATECUという)48により制御されている。
分配機構60は、クラッチCL1,CL2と接続軸Caとを備えている。クラッチCL1は、駆動軸36と接続軸Caとの間に接続されている。クラッチCL2は、後輪68a,68bにデファレンシャルギヤ67を介して接続された駆動軸66と接続軸Caとの間に接続されている。クラッチCL1,CL2は、ATECU48によりオンオフが制御されている。
ATECU48は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。ATECU48には、変速機46を制御するのに必要な信号が入力されている。ATECU48からは、変速機46への各種制御信号などが出力ポートを介して出力されている。各種制御信号としては、以下のものを挙げることができる。トルクコンバータのロックアップクラッチへの制御信号。多段変速機への変速制御信号。クラッチCL0〜CL2への制御信号。ATECU48は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このATECU48は、HVECU70からの変速制御信号によって変速機46を変速制御する。また、ATECU48は、必要に応じて変速機46の状態に関するデータはHVECU70に出力する。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。バッテリ50は、モータMGとインバータ41を介して電力をやりとりする。バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52により管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52にはバッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。バッテリ50の端子間に設置された電圧センサからの端子間電圧Vb。バッテリ50に流れる電流を検出する電流センサからのバッテリ電流Ib。バッテリ50の温度を検出する温度センサからのバッテリ温度Tb。バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このバッテリECU52は、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータをHVECU70に出力する。バッテリECU52は、バッテリ50の端子間電圧Vbとバッテリ電流Ibとを用いてバッテリ50の残容量(バッテリ50の全容量に対する充電されている容量の割合)SOCを演算している。また、バッテリECU52は、バッテリ50の残容量SOCとバッテリ温度Tbとを用いてバッテリ50の入力制限(バッテリ50に対して充電が許容される最大電力)Winを演算している。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号。シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP。アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc。ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP。車速センサ88からの車速V。駆動要求より燃費を優先させることを指示するエコスイッチ90の状態を示すのエコスイッチ信号ECO。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40,ATECU48,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。このHVECU70は、エンジンECU24やモータECU40,ATECU48,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、クラッチCL0をオフ(非接続)としてエンジン22の運転を停止した状態でモータMGからの動力を変速機46により変速して走行したり、クラッチCL0をオン(接続)としてエンジン22からの動力とモータMGからの動力とを変速機46により変速して走行したりする。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、車速Vが切替閾値Vthを超えているときには、クラッチCL1,CL2をオフとして、エンジン22やモータMGからの動力を変速機46を介して駆動軸36に出力して前輪38a,38bを駆動する二輪駆動で走行する。車速Vが切替閾値Vth以下であるときには、クラッチCL1,CL2をオンとして、エンジン22やモータMGからの動力を変速機46を介して駆動軸36に出力して前輪38a,38bを駆動すると共に、エンジン22やモータMGからの動力を変速機46,駆動軸36,接続軸Caを介して駆動軸66に出力して後輪68a,68bを駆動する四輪駆動で走行する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、切替閾値Vthを設定する際の動作について説明する。図2は、HVECU70により実行される切替閾値設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、アクセルペダル83がオフされて減速するときに、所定時間毎(例えば、数msec毎)に実行される。
本ルーチンが実行されると、HVECU70は、車速Vやバッテリ50の入力制限Win,エコスイッチ90からのエコスイッチ信号ECO,ブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBPを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、入力制限Winは、バッテリECU52により演算されたものを通信により入力するものとした。
続いて、エコスイッチ信号ECOに基づいてエコスイッチ90がオンしているか否かを調べる(ステップS110)。エコスイッチ90がオフのときには、切替閾値Vthに所定車速Vrefを設定して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。ここで、所定車速Vrefは、エコスイッチ90がオフのときに四輪駆動を行なう車速の上限値として予め定めた値を用いるものとし、例えば、25km/h,30km/h,35km/時などとした。こうした処理により、車速Vが所定車速Vrefを超えているときには二輪駆動で走行し、車速Vが所定車速Vref以下のときに四輪駆動で走行する。
エコスイッチ90がオンのときには(ステップS110)、続いて、アクセル開度AccやステップS100の処理で入力されたブレーキペダルポジションBPを用いて路面の摩擦係数μ0を設定する(ステップS130)。摩擦係数μ0の算出は、ハイブリッド自動車20の車両重量Mに重力加速度gを乗じたものを前輪38a,38b,後輪68a,68bに作用する駆動力(または制動力)の和Fdで除算して算出する。車両重量Wは、車両諸元として予め定められたものを用いるものとした。駆動力の和Fdは、予め実験や解析などで求めておいたアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBPと和Fdとの関係に基づいて設定するものとした。
次に、後輪荷重Mrを算出する(ステップS140)。後輪荷重Mrは、駆動(または制動)に伴って前後荷重移動が発生したときの荷重である。後輪荷重Mrは、車両重量Mと重量配分Xrと重心高HとホイールベースLと駆動力の和Fdに基づいて次式(1),(2)を用いて算出する。式(1)中、重量配分Xr,重心高H,ホイールベースLは、車両諸元として予め定められたものを用いるものとした。
Mr=M・Xr-(M/2)・α・H/L ・・・(1)
α=Fd/M ・・・(2)
そして、上限駆動力Frを算出する(ステップS150)。上限駆動力Frは、前輪38a,38bを駆動して走行する二輪駆動において、スリップせずに後輪68a,68bを駆動して走行できる駆動力の上限値である。上限駆動力Frは、摩擦係数μ0に後輪荷重Mrと重力加速度gとを乗じて算出する。ここで、上限駆動力Frをスリップせずに後輪68a,68bを駆動して走行できる駆動力の上限値としたのは、前輪38a,38bのスリップより後輪68a,68bのスリップのほうが車両挙動に与える影響が大きいことに基づく。
続いて、上限駆動力Frとバッテリ50の入力制限Winとを用いて切替閾値Vthを設定する(ステップS160)。切替閾値Vthは、実施例では、上限駆動力Frと入力制限Winと切替閾値Vthとの関係を予め定めて切替閾値設定用マップとしてHVECU70の図示しないROMに記憶しておき、上限駆動力Frと入力制限Winとが与えられると記憶したマップから対応する切替閾値Vthを導出して設定するものとした。図3に切替閾値設定用マップの一例を示す。切替閾値Vthは、上限駆動力Frが小さいほど大きく、入力制限Winが大きいほど大きく設定されるものとした。切替閾値Vthが設定されると、車速Vが切替閾値Vth以上であるときには二輪駆動で走行するようクラッチCL1,CL2を制御し、車速Vが切替閾値Vth未満であるときには四輪駆動で走行するようクラッチCL1,CL2を制御する。次にこのように切替閾値Vthを設定する理由について説明する。
上限駆動力Frが小さいほど前輪38a,38bや後輪68a,68bにロックによるスリップが発生しやすい状態であると考えられる。そのため、上限駆動力Frが小さいほど切替閾値Vthを大きく設定することにより、四輪駆動で走行する機会を多くすることができ、前輪38a,38b,後輪68a,68bのロックによるスリップの発生を抑制することができる。また、回生時には、四輪駆動で走行するときのほうが、二輪駆動で走行するときより回生効率が高い(回生電力が大きい)。そのため、入力制限Winが大きいほど切替閾値Vthを大きく設定することにより、四輪駆動で走行する機会を多くすることができ、回生効率の向上を図ることができる。これにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。よって、前輪38a,38b,後輪68a,68bのロックによるスリップの発生を抑制することができると共にエネルギ効率の向上を図ることができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、エコスイッチ90がオンであり、且つ、減速時には、上限駆動力Frが小さいほど大きくなるよう、かつ、入力制限Winが大きいほど大きくなるよう切替閾値Vthを設定し、車速Vが切替閾値Vth以上であるときには二輪駆動で走行するようクラッチCL1,CL2を制御し、車速Vが切替閾値Vth未満であるときには四輪駆動で走行するようクラッチCL1,CL2を制御する。これにより、前輪38a,38b,後輪68a,68bのロックによるスリップの発生を抑制することができると共にエネルギ効率の向上を図ることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、ステップS140,S150の処理で、後輪荷重Mrを算出し、算出したMrを用いて上限駆動力Frを算出するものとしたが、前輪荷重Mfを算出し、算出したMfを用いて上限駆動力Ffを算出するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、ステップS160の処理で、上限駆動力Frと入力制限Winとを用いて切替閾値Vthを設定するものとしたが、上限駆動力Frに代えて、路面の摩擦係数μ0や、前輪38aと後輪39aとの差分から算出されるスリップ率Rslip,路面勾配θを用いて切替閾値Vthを設定するものとしてもよい。この場合、摩擦係数μ0が小さいほど切替閾値Vthを大きくしたり、スリップ率Rslipが高いほど切替閾値Vthを大きくしたり、路面勾配θが大きいほど切替閾値Vthを大きくすればよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、変速機46として多段変速機構を有する自動変速機を用いるものとしたが、手動変速機を用いるものとしてもよい、CVTなどの無段変速機を用いるものとしてもよい。
実施例では、本発明をモータMGと駆動軸36との間に変速機46を備えるハイブリッド自動車に適用するものとしたが、クラッチCL0とモータMGとの間に変速機46を備えるハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMGと駆動軸36との間に変速機46を備えるものとしたが、変速機46と駆動軸36との間にモータMGを備えるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22とモータMGとバッテリ50とが「駆動源」に相当し、分配機構60が「分配機構」に相当し、ATECU48とバッテリECU52とHVECU70とが「制御手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車両の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、36 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b 前輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41 インバータ、43 回転位置検出センサ、46 変速機、48 オートマチックトランスミッション用電子制御ユニット(ATECU)、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、60 分配機構、66 駆動軸、67 デファレンシャルギヤ、68a,68b 後輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、90 エコスイッチ、CL0〜CL2 クラッチ、MG モータ。

Claims (1)

  1. 走行用の動力を出力するエンジンと、走行用の動力を出力するモータと、前記モータと電力をやりとりするバッテリと、を有する駆動源と、
    前記駆動源からの動力を前輪および/または後輪に分配する分配機構と、
    車速が切替閾値以上であるときには前記駆動源からの動力を前記前輪または前記後輪に出力して二輪駆動で走行するよう前記分配機構を制御し、前記車速が前記切替閾値未満であるときには前記駆動源からの動力を前記前輪および前記後輪に出力して四輪駆動で走行するよう前記分配機構を制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド車両であって、
    前記制御手段は、
    駆動要求より燃費を優先させるエコモードであり、且つ、減速時には、路面の状態が前記前輪または前記後輪のロックによるスリップが発生しやすい状態であるほど大きくなる傾向に、且つ、前記バッテリの入力制限が大きいほど大きくなる傾向に前記切替閾値を設定する、
    ハイブリッド車両。
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