JP6356419B2 - 車両 - Google Patents

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Description

この発明は、前輪(左前輪と右前輪)及び後輪(左後輪と右後輪)の少なくとも一方の車輪に機械的に接続される電動機と、内燃機関に機械的に接続される発電機と、前記電動機及び前記発電機に電気的に接続される蓄電器と、前記電動機を制御する電動機制御装置と、を備える車両に関する。
特許文献1には、バッテリの電力がインバータを通じて電動機に供給され、前記電動機の動力により車輪を駆動する車両が開示されている(図1、図20)。また、特許文献1には、前記インバータへの供給電力がゼロ値であっても、前記電動機にトルクが発生することが開示されている([0092]、[0093])。このように、電動機への電力の入力が0[kW]であっても、前記電動機には、例えばロータに組み込まれた永久磁石とコイルが巻回されたステータのコアとの間の吸引力(鉄損)等による負のトルク(ロータを回り難くする抵抗力)が発生する。この負のトルクは、予め試験的にあるいは計算により求めることができる([0093])。
以下、この明細書において、電動機への電力入力を0(ゼロ、零)値とする制御を0[kW]制御(0kW制御ともいう。)という。なお、0[kW]制御時においては、バッテリから電動機側に流出される電力値が、ゼロ値であることに留意する。
特許文献2には、上述した負のトルクを原因とする抵抗力を相殺する制御が記載されている。例えば、永久磁石同期電動機では、電動機に0(ゼロ、零)トルク指令を与えた状態で、電気角度と、角速度と、3相中2相の相電流を検出して電動機損失(モータ損失)を取得し、取得される電動機損失がゼロ値となるようにインバータを通じて電動機をゼロトルク状態に制御すればよいことが開示されている([0095]、[0096])。
以下、この明細書において、電動機が発生するトルクをゼロ値にする制御を0[Nm]制御(0Nm制御ともいう。)という。なお、0[Nm]制御時においては、電動機が電力を消費する点に留意する。
特許文献3には、前輪(左前輪と右前輪)及び後輪(左後輪と右後輪)の一方が駆動される車両が開示されている(図1、[0127])。
特許文献3には、後輪(左後輪と右後輪)駆動走行中に、一方の後輪に超過スリップが発生したとき、超過スリップが発生した後輪の駆動トルクを低減すると共に、ヨーモーメントが発生しないように、他方の後輪の駆動トルクもその分低減し、且つ車両の駆動力が低下しないように、前輪(左前輪と右前輪)に低減した駆動トルクを配分するように構成する車両用駆動装置が開示されている{[0082]−[0085]、図20(a)、図20(b)、図20(c)}。
特許文献4には、内燃機関と発電機としても動作する電動機との間にダブルクラッチにより切り替えられる変速機を備え、且つ前記内燃機関が前記電動機に直列に接続されたハイブリッド車両用の駆動装置(ハイブリッド駆動装置)が開示されている(図1)。
特開2012−239264号公報 特開2012−218562号公報 特開2013−215017号公報 特開2011−79379号公報
ところで、特許文献3に開示されている前輪(左前輪と右前輪)及び後輪(左後輪と右後輪)の一方の車輪が左右の電動機からなる駆動装置(電動機駆動装置)により駆動される車両に対して、他方の車輪を特許文献4に開示されたダブルクラッチにより切り替えられる変速機を備える駆動装置(ハイブリッド駆動装置)により駆動する全輪駆動が可能な車両を想到することができる。
しかしながら、[発明を実施するための形態]の項で後述するように、このように想到される全輪駆動が可能な車両において、電動機駆動装置により一方の車輪を駆動しながら、ハイブリッド駆動装置側では内燃機関により車輪を駆動すると共に電動機を発電機として機能させて発電し、この発電電力を電動機駆動装置に供給して走行している状態において、前記変速機の変速段を切り替えようとする際に、発電機として動作させている電動機を停止させなければならない事態(発電減少状態又は発電抜け状態という。)が発生し、その発電減少状態(発電抜け状態)時に、バッテリから前記電動機駆動装置に電力を供給すると、前記バッテリが過放電状態に陥る可能性が発生するという課題がある。
この発明は、上記した技術及び課題に関連してなされたものであり、内燃機関の回転駆動力により発電する発電機及び/又は蓄電器からの電力が供給されて、前輪及び後輪の少なくとも一方を駆動する電動機により走行する車両において、前記発電機を発電させることができない事態が発生したときに、前記蓄電器の放電過多を防止し、蓄電器を保護することを可能とする車両を提供することを目的とする。
この発明に係る車両は、前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪に機械的に接続される電動機と、内燃機関に機械的に接続される発電機と、前記電動機及び前記発電機に電気的に接続される蓄電器と、前記電動機を制御する電動機制御装置と、を備え、前記電動機制御装置は、前記発電機が発生する電力が制限される発電制限状態を取得又は予測したときに、前記電動機が発生する動力を略ゼロ値にするゼロ動力制御を実行し、該ゼロ動力制御の実行中に前記蓄電器の流出電力が閾値電力を上回ることを取得又は予測したときに、前記電動機が消費する電力値を略ゼロ値にするゼロ電力制御を実行する。
この発明によれば、発電機の発電電力が制限されるときに電動機のゼロ動力制御を実行することで、蓄電器からの流出電力を抑えつつ電動機からの不要な減速トルクの発生を防止し、蓄電器の流出電力も制限しなければならないときにゼロ電力制御を実行することで、電動機に対する蓄電器からの流出電力の発生を防止できる。
この場合、該車両は、前記内燃機関と前記発電機との間に機械的に接続される変速機を備え、前記変速機は、前記内燃機関の動力が第1断接手段を介して入力される第1入力軸と、前記内燃機関の動力が第2断接手段を介して入力される第2入力軸と、前記第1入力軸及び前記第2入力軸が接続される出力軸と、を有し、前記発電機は前記第1入力軸と前記第2入力軸とのうち、いずれか一方のみに機械的に接続される。
この発明によれば、発電機が、ダブルクラッチの変速機の第1入力軸の動力又は第2入力軸の動力により発電している場合、変速時に前記発電機を電動機として動作させて次変速段のギヤの回転数合わせを行うとき、発電機は、必要な電力を発生できない発電制限状態になってしまうので、前記のように電動機の入力電力を絞るあるいはゼロ値とすることで、発電機の発電が制限されるときの車両挙動の悪化を最小限にすることができる。
なお、前記電動機制御装置は、前記蓄電器の温度の低下時には、前記蓄電器の流出電力値の前記閾値電力を低下させることが好ましい。蓄電器の温度の低下時に、蓄電器から放電可能な電力値である蓄電器流出電力最大値が低下するのに合わせてゼロ電力制御に入る閾値電力を低下させることで、低温時においても確実に蓄電器を過放電から保護することができる。
この発明によれば、発電機の発電電力が制限されるときに電動機のゼロ動力制御を実行することで、蓄電器からの流出電力を抑えつつ電動機からの不要な減速トルクの発生を防止し、蓄電器の流出電力も制限しなければならないときにゼロ電力制御を実行することで、電動機に対する蓄電器からの流出電力の発生を防止できる。
この発明の実施形態に係る車両の概略構成を示すブロック図である。 図1の車両中の前輪駆動装置の概略構成図である。 車両の電力分配例を説明する模式的ブロック図である。 バッテリ保護の説明に供される特性図である。 実施形態の動作説明に供されるタイムチャートである。 実施形態の動作説明に供されるフローチャート(1/2)である。 実施形態の動作説明に供されるフローチャート(2/2)である。 内燃機関により第4速変速段で車輪を駆動し、第5速用駆動ギヤで発電している状態を示す前輪駆動装置の概略構成図である。 図8に示した第4速変速段から第5変速段に変速して車輪を駆動し、第5速用駆動ギヤで発電している状態を示す前輪駆動装置の概略構成図である。 図8の第4速変速段で車輪を駆動している状態において、第5速用駆動ギヤを第3速用駆動ギヤに架け替えた後の状態を示す前輪駆動装置の概略構成図である。 図10に示した第4速変速段から第3速変速段に変速して車輪を駆動し、第3速用駆動ギヤで発電している状態を示す前輪駆動装置の概略構成図である。 この発明の変形例に係る車両の概略構成を示すブロック図である。 バッテリ温度低下時におけるバッテリ保護の説明に供される特性図である。 この発明の他の変形例に係る車両の概略構成を示すブロック図である。
図1は、この発明の一実施形態に係る車両10の概略構成を示すブロック図である。
車両10は、内燃機関12に変速機(T/M)18を介して電動機(M)14が直列に接続された駆動装置16(第2駆動装置、以下、前輪駆動装置という。)を車両前部に有するハイブリッド車両であり、内燃機関12と電動機14の動力が変速機18を介して前輪Wfに伝達される一方で、この前輪駆動装置16とは別に車両後部に設けられた駆動装置20(第1駆動装置、以下、後輪駆動装置という。)の動力が後輪Wr(RWr、LWr)に伝達されるようになっている。
前輪駆動装置16の電動機14と後輪駆動装置20の第1及び第2電動機(M)22A、22B(左右電動機)とは、スイッチング素子を3相フルブリッジ型に接続した直流交流変換器としてのインバータ(INV)15、23A、23Bを介してそれぞれバッテリ(BAT)24に電気的に接続され、バッテリ24からの電力供給と、バッテリ24へのエネルギ回生が可能となっている。バッテリ24は、蓄電器(エネルギストレージ)であり、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の2次電池の他、キャパシタに代替することもできる。この実施形態では、リチウムイオン2次電池を採用している。
車両10の各構成要素は、制御装置であるECU(電子制御ユニット)26によって制御される。ECU26は、周知のように、マイクロコンピュータを含み、各種センサ(各種検出器)からの情報を元にCPUがプログラムを実行して種々の動作を実行する各種機能手段(各種機能部)として動作する。ECU26は、1個でも複数個使用してもよく、煩雑さの回避と理解の便宜のために、この実施形態では、1個のECU26で説明する。
車両10は、ECU26の制御下に、後輪駆動装置20による後輪Wrの駆動のみの後輪駆動走行、前輪駆動装置16による前輪Wfの駆動のみの前輪駆動走行、及び後輪駆動装置20による後輪Wrの駆動と前輪駆動装置16による前輪Wfの駆動とを併用した全輪駆動{AWD、4輪駆動(4WD)}走行が可能である。
後輪駆動走行では第1及び/又は第2電動機22A、22Bによって後輪Wrを駆動し、前輪駆動走行では内燃機関12及び/又は電動機14によって前輪Wfを駆動する。
[後輪駆動装置20の説明]
後輪駆動装置20は、車軸28A、28Bを有し、車軸28A、28Bは、車両10の後輪Wr側の左右の車軸であり、車幅方向に同軸上に配置されている。なお、第1及び第2電動機22A、22Bを有する後輪駆動装置20の詳細な構成は、例えば、特許文献3に開示されているので、ここでは、煩雑さの回避と理解の便宜のために、この発明を理解できる程度に説明する。
後輪駆動装置20は、車軸駆動用の第1及び第2電動機22A、22Bと、この第1及び第2電動機22A、22Bの駆動回転を減速する減速機30A、30Bと、が車軸28A、28Bと同軸上に配置されている。減速機30A、30Bには、電動オイルポンプ40により駆動される油圧ブレーキと、第1及び第2電動機22A、22Bの順方向の動力(前進駆動力)を車軸28A、28Bに伝達する一方向クラッチが組み込まれている。
第1電動機22Aは左後輪LWrを駆動する左電動機として機能し、第2電動機22Bは右後輪RWrを駆動する右電動機として機能する。
後輪Wrには、左後輪LWr、右後輪RWrの回転数を検出する車輪速センサ32A、32Bが設けられていると共に、左後輪LWr、右後輪RWrに所定以上の加速スリップ又は減速スリップ(以後、単に「スリップ」ということもある。)が発生したことを取得可能なスリップ取得装置34が設けられている。
第1及び第2電動機22A、22Bには、第1及び第2電動機22A、22Bの回転数等を検出する回転数検出器であるレゾルバ36A、36Bが設けられている。
前記したECU26には、車輪速センサ32A、32Bから取得される左右後輪LWr、RWrの回転数、レゾルバ36A、36Bから取得される第1及び第2電動機22A、22Bの回転数の他、操舵角、アクセルペダル開度AP、シフトポジション、バッテリ24の充電状態であるSOC(蓄電量又は残容量ともいい、通常、満充電容量を100%とした%表示で表される。)、各種油温等が入力される一方、ECU26からは、内燃機関12及び電動機14を含む前輪駆動装置16を制御する信号、第1及び第2電動機22A、22Bを含む後輪駆動装置20を制御する信号等が出力される。
[前輪駆動装置16の説明]
図2は、前輪駆動装置16の概略構成を示している。前輪駆動装置16の詳細な構成は、例えば、特許文献4の図1、図14等に開示されているので、ここでは、煩雑さの回避と理解の便宜のために、この発明を理解できる程度に説明する。
前輪駆動装置16は、駆動源である内燃機関12と、駆動源、駆動補助源又は発電機として機能する電動機14と、駆動源、駆動補助源の動力を前輪Wfに伝達するための変速機18と、変速機18の一部を構成する差動式減速機としての遊星歯車機構52と、を備えている。
電動機14は、3相ブラシレス同期モータでありステータコアにコイルが巻回されたステータ56と、このステータ56に対向するように配置された永久磁石が組み込まれたロータ58とを有している。
遊星歯車機構52は、リングギヤ52aと、プラネタリギヤ52cと、プラネタリキャリヤ52dと、ロータ58に連結されたサンギヤ52bと、を有している。
変速機18は、内燃機関12のクランク軸54に設けられた第1クラッチ61(第1断接手段)及び第2クラッチ62(第2断接手段)と、遊星歯車機構52を含む複数の変速ギヤ群と、これら変速ギヤ群を切り替える(変速段を切り替える)第1変速アクチュエータ(第1変速手段、第1変速シフタ・シンクロナイザ)41及び第2変速アクチュエータ(第2変速手段、第2変速シフタ・シンクロナイザ)42を備えた、いわゆるダブルクラッチ式の変速機である。
変速機18は、内燃機関12のクランク軸54と同軸上に配置され内燃機関12からの動力が第1クラッチ61を介して直接的に伝達される第1主軸(第1の第1主軸ともいう。)101、及び内燃機関12からの動力が前記第1主軸101、サンギヤ52b、プラネタリギヤ52c、及びプラネタリキャリヤ52dを介して伝達される中空状の連結軸103(第2の第1主軸103ともいう。)を備えると共に、内燃機関12からの動力が第2クラッチ62を介して伝達される中空状の第2主軸(第1の第2主軸ともいう。)102と、この第2主軸102に連結されるアイドルギヤ列84(アイドル駆動ギヤ81、第1アイドル従動ギヤ82、及び第2アイドル従動ギヤ83からなる。)と、第2アイドル従動ギヤ83の回転軸としての第2主軸(第2の第2主軸、中間軸ともいう。)105と、を備え、さらに、第1主軸101、103及び第2主軸102、105に対して平行に配置され、差動ギヤ機構95を通じ車軸50A(50B)を介して前輪Wfを駆動するカウンタ軸(出力軸ともいう。)104と、を備えている。
さらに、変速機18には、2つの変速軸の一方の変速軸(奇数段変速軸)である第1及び第2の第1主軸101、103(第1入力軸)上に第5速用駆動ギヤ75と第7速用駆動ギヤ77と第3速用駆動ギヤ73とからなる奇数段ギヤ群(第1ギヤ群)が設けられ、他方の変速軸(偶数段変速軸)である第1及び第2の第2主軸102、105(第2入力軸)上に第2速用駆動ギヤ72と第4速用駆動ギヤ74と第6速用駆動ギヤ76からなる偶数段ギヤ群(第2ギヤ群)が設けられる。
ここで、第1変速アクチュエータ41は、第1主軸101、103に固定されていない(図2では便宜的に固定されているように図示している。)第5速用駆動ギヤ75と第7速用駆動ギヤ77と第3速用駆動ギヤ73とを選択的に第1主軸101、103に連結乃至解放する。
第2変速アクチュエータ42は、第2主軸105に固定されていない(図2では便宜的に固定されているように図示している。)第4速用駆動ギヤ74と第6速用駆動ギヤ76と第2速用駆動ギヤ72を選択的に第2主軸105に連結乃至解放する。
カウンタ軸104に設けられた第1共用従動ギヤ91は、第3速用駆動ギヤ73と噛合し第3速用駆動ギヤ73と共に第3速用ギヤ対73pを構成する一方、第2速用駆動ギヤ72と噛合し第2速用駆動ギヤ72と共に第2速用ギヤ対72pを構成する。
カウンタ軸104に設けられた第2共用従動ギヤ92は、第5速用駆動ギヤ75と噛合し第5速用駆動ギヤ75と共に第5速用ギヤ対75pを構成する一方、第4速用駆動ギヤ74と噛合し第4速用駆動ギヤ74と共に第4速用ギヤ対74pを構成する。
カウンタ軸104に設けられた第3共用従動ギヤ93は、第7速用駆動ギヤ77と噛合し第7速用駆動ギヤ77と共に第7速用ギヤ対77pを構成する一方、第6速用駆動ギヤ76と噛合して第6速用駆動ギヤ76と共に第6速用ギヤ対76pを構成する。
内燃機関12は、ECU26が第1クラッチ61を締結したときに変速機18の奇数段変速軸である第1主軸101に接続されると共に、第1主軸101を通じて電動機14のロータ58に接続され、電動機14を発電機として駆動することができるようになっている。
内燃機関12は、また、電動機14を発電機として駆動しているときに、3、5、7速ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77)のいずれかを用いて、カウンタ軸104を通じて前輪Wfに対するトルク伝達を行う。
内燃機関12は、さらに、ECU26が第2クラッチ62を締結したときに変速機18の偶数段変速軸である第1及び第2の第2主軸102、105に接続され、2、4、6速ギヤ(第2速用駆動ギヤ72、第4速用駆動ギヤ74、第6速用駆動ギヤ76)のいずれかを用いて、カウンタ軸104を通じて前輪Wfに対するトルク伝達を行う。
一方、ECU26が第1及び第2クラッチ61、62を解放したときに電動機14を電動機として動作させると、ロータ58の回転駆動力が、遊星歯車機構52を通じて、変速機18の奇数段変速軸である第1の第1主軸101に接続され、3、5、7速ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77)のいずれかを用いて、カウンタ軸104を通じて前輪Wfに対するトルク伝達を行うことが可能になっている。なお、電動機14が、前輪Wfにトルク伝達を行うときと、前輪Wfから電力回生を行うときには、第1及び第2クラッチ61、62を両方とも解放して内燃機関12との機械的な接続を遮断すると効率がよい。
カウンタ軸104に設けられたファイナルギヤ94は、奇数段の第3速用、第5速用、第7速用駆動ギヤ73、75、77と偶数段の第2速用、第4速用、第6速用駆動ギヤ72、74、76とで共用している。
この実施形態では、煩雑さの回避のために、遊星歯車機構52を操作する第1速段の変速制御を含めて第1変速アクチュエータ41により奇数段の変速が制御されるものとしている。
電動機14のロータ58は、1速のサンギヤ52bに直結されており、内燃機関12の動力に対するアシストは、奇数段側から行われる。つまり、偶数段使用時(第2クラッチ62の締結時)は、奇数段側の第1クラッチ61は解放されているから第1速用駆動ギヤ(遊星歯車機構52と第3速用駆動ギヤ73)、第5速用駆動ギヤ75、及び第7速用駆動ギヤ77を使用したアシスト(動力伝達)が可能になる。
回生発電や電動機走行(EV走行)の際には、第1及び第2クラッチ61、62は切断され、内燃機関12は完全に切り離されるが、電動機14の動力伝達は、奇数段ギヤからしか行えないので、回生発電と電動機走行は、奇数段速でのみ行われる。なお、発進は、原則として奇数段速(通常、発進は第1速用駆動ギヤ)でのみ可能になっている。
このように構成されるダブルクラッチの変速機18では、第1及び第2変速アクチュエータ41、42により次の低速段側の又は高速段側の変速ギヤを予め待機(セット)しておいて、いわゆるプレシフト状態にしておいて、第1及び第2クラッチ61、62を交互につなぐ(断接する、締結乃至解放する)ことで高速な変速を実現している。
[モータトラクション制御]
ECU26は、各車両状態に合わせて前輪駆動装置16及び後輪駆動装置20を制御している。特に後輪駆動装置20に対しては、後輪Wrの車輪回転数又は第1及び第2電動機22A、22Bのモータ回転数に基づいて後輪Wrのスリップを抑制するモータトラクション制御を行うモータトラクション制御システム(M−TCS)を有する電動機制御装置としても機能し、モータトラクション制御を実行する際に、第1及び第2電動機22A、22Bが発生するトルクを制御し、左右後輪LWr、RWrの回転状態等を制御する。
[電動機の不要な減速トルクの発生防止動作及びバッテリ保護動作]
次に、モータトラクション制御システムが動作状態となっている車両10の後輪Wrが第1及び第2電動機22A、22Bを含む後輪駆動装置20により駆動され、且つ内燃機関12の動力により電動機14を発電機として動作させると共に前輪Wfが前輪駆動装置16により駆動されている全輪駆動状態を例として、この発明の要部に係る第1及び第2電動機22A、22Bでの不要な減速トルクの発生の防止動作及びバッテリ24に対するECU26による保護動作について、図3の車両10の電力分配図の模式的ブロック図、図4のバッテリ保護の説明図及び図5のタイムチャート並びに図6、図7のフローチャート等を参照して説明する。
図3において、車両10の内燃機関12(ENGと説明)に対して電動機14{前輪Wf側の電動機であるので、図3中、Fr−MOT(前輪駆動電動機)と説明}が上述したダブルクラッチ式の変速機18を通じて接続され、発電機として動作している電動機14のある時点(図5中、時点t1まで)での発電電力PgenがPgen=X[kW]であるものとする。
図3、図4において、バッテリ24のバッテリ電力Pbat[kW](流出電力−Pd、流入電力Pc)は、バッテリ24からの流出電力−Pd[kW]が、流出電力−Pd=0[kW]の動作点214(定常状態の動作点ともいう。)で動作しているものとする。バッテリ電力Pbat[kW]は、放電側を負、充電側を正に採っている。従って、バッテリ24の流出電力−Pdは放電電力を表し、流入電力Pcは充電電力を表している。
図3において、左後輪LWrを駆動する第1電動機22A{後輪Wr側の電動機であるので、図3中、Rr−MOT(後輪駆動電動機)と説明)}の消費電力Pmot1[kW]と右後輪RWrを駆動する第2電動機22B(Rr−MOT)の消費電力Pmot2との左右合計電力Pmotが、ある時点(図5中、時点t1まで)Pmot=Y[kW](Rr−MOT出力電力ともいう。)であるものとする。
バッテリ24に接続されている空気調和装置等の高圧補機202及びステップダウンコンバータ204を通じて接続されている12Vバッテリ206と低圧補機208からなる補機210の補機負荷電力Pl[kW]の値は、補機負荷電力Pl=L[kW]で、一定であるものとする。
図4に示すように、バッテリ24は、SOC[%]に応じた流入出力電力の限界を有しており、特に低温時には、縦軸のバッテリ流出電力最大値−Pdmax[kW]及びバッテリ流入電力最大値Pcmax[kW]といった、横軸のSOC[%]に応じた定格制限値を持っている。
蓄電量SOCがSOC=SOC1であるときの定格制限値であるバッテリ流入電力最大値Pcmaxが、Pcmax=Pcth1[kW](許容入力電力という。)であり、バッテリ流出電力最大値−Pdmaxが、−Pdmax=−Pdth1[kW]であるものとする。
図4に示すように、放電可能電力値であるバッテリ流出電力最大値−Pdmaxは、SOC[%]の0[%]から100[%]への増加に応じて0[kW]から絶対値が線形に増加し、充電可能電力値であるバッテリ流入電力最大値Pcmax[kW]は、SOC[%]の100[%]から0[%]への減少に応じて0[kW]から絶対値が線形に増加する特性になっている。
なお、実際上、数秒程度の短時間であれば、この定格制限値(連続定格制限値)を上回る(−Pdmaxより放電電力を大きく、Pcmaxよりも充電電力を大きく)使用も可能な場合がある(短時間定格制限値)。
図4に示すように、蓄電量SOC[%]がSOC=SOC1[%]で、バッテリ24の動作点214の定常状態でのバッテリ電力Pbat[kW]をPbat=0[kW]としているので、その定常状態においては、第1及び第2電動機22A、22Bが消費する左右合計電力Pmot=Yと補機負荷電力Pl=L[kW]との合成電力である負荷消費電力Ps(Ps=Pmot+Pl)が、次の(1)〜(3)式に示すように、発電機として動作している電動機14の発電電力Pgen=X[kW]に等しい値となっている。
定常状態:Pgen=Ps=Pmot+Pl …(1)
定常状態:X=Y+L …(2)
定常状態:SOC=SOC1、Pbat=0 …(3)
この定常状態制御中において、バッテリ24の過放電保護のために、流出電力−Pdが上回ってはいけない放電閾値電力(バッテリ流出電力最大値)−Pdmax[kW]は、図4に示すように、閾値電力−Pdth1[kW]になる。なお、バッテリ24の過充電保護のために、バッテリ24への流入電力Pcが上回ってはいけない充電閾値電力(バッテリ流入電力最大値)Pcmax[kW]は、閾値電力Pcth1[kW]になる。
そこで、図6中、ステップS1の時点t1(図5参照)以前のECU26よる定常状態の制御中においては、例えば、変速機18の変速段が第4速変速段で平坦路を定速走行中であるものとする。
この定常状態制御中の定速走行中では、上述したように、駆動力(トルク)を発生している第1及び第2電動機22A、22Bのトラクション用の左右合計電力Pmot=Y及び補機210の補機負荷電力Pl=Lは、発電機として駆動されている電動機14の発電電力Pgen=Xによって賄われているので、バッテリ24のバッテリ電力Pbatが0[kW]になっている。
図8に示すように、時点t1以前の第4速変速段での定常状態(以下、第4速走行状態ともいう。)の制御中においては、第2クラッチ62が締結され、内燃機関12から第1の第2主軸102を介し第4速用駆動ギヤ74を通じて前輪Wfが駆動される一方、第5速用駆動ギヤ75を介して第1の第1主軸101と一体に形成されたロータ58が回転され、電動機14が発電電力Pgen=Xを発電している。図8において、ハッチングを施した矢印は、エンジン駆動経路(内燃機関12による前輪Wfの駆動経路)を示し、白抜きの矢印は、モータ発電経路(内燃機関12によりロータ58を回転して電動機14を発電させる経路)を示している。
ちなみに、図8の状態(第4速走行状態、第5速用駆動ギヤ75による電動機14の発電状態)において、例えば、車速を上げるためにアクセルペダルが踏み込まれたことがECU26により検出されると、ECU26は、次に変速予定の第5速用駆動ギヤ75を、第1の第1主軸101と一体回転状態、換言すれば5速シンクロ(不図示)が締結されている状態、いわゆるプレシフトの完了状態にしているので、ECU26は、第2クラッチ62を解放(切断)し、第1クラッチ61を締結する操作(第1及び第2クラッチ61、62の繋ぎ替え操作)を行うと共に、第2変速アクチュエータ42を通じて第4速用駆動ギヤ74を第2の第2主軸105から解放する。
これにより、図9に示すように、変速機18を第4速走行状態から第5速走行状態に瞬時に切り替えることができ、内燃機関12から第1の第1主軸101を介し第5速用駆動ギヤ75を通じての前輪Wfの駆動(ハッチングを施した矢印参照)、並びに第1の第1主軸101の回転(第5速用駆動ギヤ75も回転)駆動による電動機14の発電状態(白抜きの矢印)に遷移させることができる。
図8に示した第4速走行状態(第5速用駆動ギヤ75で発電)の制御中に戻り、ステップS2にて奇数段ギヤの架け替えが発生するか否かの可能性が判定される。
上述したように、図8に示した第4変速段時で第5速用駆動ギヤ75での発電中に、図9に示した第5変速段への変速操作を必要と判定した場合には、奇数段ギヤの架け替えは発生しない(奇数段ギヤは、第5速用駆動ギヤ75と変わりはない)ので、ステップS2の判定は否定的(ステップS2:NO)とされ、ステップS1の定常状態の制御に戻る。
しかし、時点t1にて、例えば、上り坂にさしかかり運転者によるアクセルペダルの踏み込みが開始され、あるいはクルーズコントロール(定速走行制御)中に上り坂にさしかかりECU26によるスロットル開度の増加が開始され、第4変速段での走行から第5変速段での走行ではなく第3変速段での走行への変更がECU26により予測されたとき、ECU26により、現時点では、発電に寄与している第5速用駆動ギヤ75を第3速用駆動ギヤ73に架け替える奇数段ギヤ架け替え発生可能性の判定が肯定的とされる(ステップS2:YES)。
このとき、時点t1のステップS3にて、ECU26は、図5に示すように、奇数段ギヤ架け替えフラグFodcをセットする(フラグを立てる)。
次いで、ECU26は、第4変速段から第3変速段にギヤを円滑に切り替えるために、5速シンクロ(不図示)が第5速用駆動ギヤ75に締結されている状態から3速シンクロ(不図示)が第3速用駆動ギヤ73に締結されている状態にプレシフトする操作を時点t1〜t5の間で行う。
この場合、まず、時点t1〜t2の間、ステップS4にて、内燃機関12の動力により発電機として動作している電動機14の発電量を減少させる発電量減少制御及び第1及び第2電動機22A、22Bの駆動力を減少させる電動機駆動力減少制御を行う。
発電量減少制御は、ECU26が、電動機14に電気的に接続されているインバータ15{ここでは、ロータ58の回転により発生する交流電力を直流電力に変換している。}のオンデューティを徐々に小さくすることで、電動機14の発電電力Pgenを、発電電力Xから徐々に小さくしていく。この発電電力Xからの発電電力Pgenの減少と共に、この発電電力Pgenの減少に対応させて第1及び第2電動機22A、22Bの駆動力(駆動トルク)を徐々に低下させる電動機駆動力減少制御を行う。
このようにして、時点t1〜t2間では、発電電力Pgenの減少に応じて第1及び第2電動機22A、22Bの左右合計電力Pmotが徐々に低下する。このため、時点t1〜t2間では、負荷消費電力Ps=Pmot+Plが徐々に低下する。
なお、公知のように、電動機の駆動力をP[W]としたとき、前記電動機の駆動力P[W]とトルクT[Nm]との関係は、前記電動機の回転数をn[rpm]として、“P=2・π・T・n”の式で与えられる線形な関係にある。
ECU26は、時点t1以降、ステップS5にて、負荷消費電力Psが発電電力Pgenにより賄いきれない発電電力Pgenの不足状態(|Ps|≧|Pgen|)に達するか否かを判定する。
賄えているとき(ステップS5:NO)には、ステップS4の制御を継続する。
時点t1から発電電力Pgenと左右合計電力Pmotが減少中に、時点t2にて、左右合計電力Pmotの電力[kW]が、0[Nm]相当の電力になる。
そして、時点t2以降、減少中の発電電力Pgenでは、負荷消費電力Psを賄いきれない状態になると(ステップS5:YES)、その不足分に応じた分のバッテリ電力Pbatの流出電力−Pd(図5参照)が、時点t2以降徐々に増加する。
この時点t2以降、左右合計電力Pmotの電力が0[Nm]よりも小さくなると、第1及び第2電動機22A、22Bで発生する減速トルク(負のトルク)が、後輪Wrに対して制動力として反映されてしまい、乗員が、“引き摺り感”を感じる場合がある。
この“引き摺り感”の発生を回避するために、ステップS6にて、第1及び第2電動機22A、22Bが減速トルクを発生しない、それぞれゼロトルク状態とする0[Nm]制御を、次のステップS7の判定処理が否定的(ステップS7:NO、|−Pd|<|−Pdth1|)になっている期間実行する{0[Nm]制御を開始することで、ステップS4で開始した電動機駆動力減少制御(時点t1〜t2)が停止される。}。
ステップS7の判定処理では、図4に示したバッテリ電力Pbatの流出電力−Pdが、現在の動作点SOC1(実際には、時点t2以降徐々に低下する。)での“バッテリ流出電力最大値(−Pdmax)=閾値電力(−Pdth1)[kW](制限値)”になる(−Pd=−Pdth1)か、否かを判定する。
ステップS7:NO及びステップS6の処理を繰り返す0[Nm]制御を行っているときに、時点t3に示すように、バッテリ24からの流出電力−Pdが、閾値電力−Pdth1[kW]を上回ること(|Pbat|>|−Pdth1|)を予側あるいは取得(検出)したとき(ステップS7:YES、−Pd=−Pdth1)には、バッテリ24が過放電して劣化する可能性を防止してバッテリ24を保護するために、時点t3のステップS8にて、0[kW]制御実施中フラグF0をセットし(立て)、第1及び第2電動機22A、22Bの左右合計電力Pmotを0[kW](Pmot=0[kW])にする0[kW]制御に切り替える(時点t2で開始した0[Nm]制御を時点t3で停止し、時点t3で0[kW]制御を開始する。)。すなわち、インバータ23A、23Bのオンデューティをゼロ値にし、コンバータとして動作していたインバータ23A、23Bのスイッチング動作を停止する。
このため、時点t3において、時点t3での0[Nm]制御のために費やしていた流出電力−Pdがその分だけ急減し、時点t3以降、時点t4までの間、定電力消費している補機負荷電力Plを確保する分であって、発電電力Pgenの減少分を補う分、バッテリ電力Pbatを徐々に増加させながら、ステップS9にて、発電電力Pgenが略ゼロ値(Pgen≒0)になったか否かを判定する。
時点t4において、発電電力Pgenが略ゼロ値(Pgen≒0[kW])になったとき(ステップS9:YES)、換言すれば、ステップS4(時点t1)で開始した発電量減少制御が終了したとき、図7のステップS10にて、ECU26による第1変速アクチュエータ41の操作により変速用駆動ギヤ(ここでは、第5速用駆動ギヤ75)の第1の第1主軸101との連結を5速シンクロ(不図示)を解放することで解放する。この操作により、カウンタ軸104に設けられた第2共用従動ギヤ92からの駆動力が第5速用駆動ギヤ75を介して第1の第1主軸101に伝達しないようになる。
次いで、時点t4以降、時点t5までのステップS11にて、ECU26は、回生方向からオフ状態に切り替えられていたインバータ15を駆動方向に切り替え、バッテリ24のバッテリ電力Pbatにより電動機14を電動機として回転動作させ、第1の第1主軸101の回転数を増加させる。
このようにして、ステップS11にて、第1の第1主軸101の回転数が、架け替え予定の奇数段ギヤである第3速用駆動ギヤ73の所定回転数近傍になるまで増加させる回転数合わせ制御を行う。
第1の第1主軸101の回転数が第3速用駆動ギヤ73の回転数に増加した時点t5のステップS12にて、ECU26による第1変速アクチュエータ41の操作により、第3速用駆動ギヤ73を第1の第1主軸101と一体回転状態とすべく、両者を3速シンクロ(不図示)にて締結し、インバータ15を回生方向に切り替える。
このとき、ステップS13にて奇数段ギヤ架け替えフラグFodcをリセットする(下げる)。
ステップS12の操作により図10に示すように、時点t5のステップS14にて、第3速用駆動ギヤ73及び第1の第1主軸101は、第1共用従動ギヤ91を通じてカウンタ軸104の回転駆動力により回転されてプレシフトの完了状態となる一方で、電動機14が発電機として発電を再開する。
そして、時点t5のステップS14にて、インバータ15のオンデューティの増加制御を行うことで発電電力Pgenが増加中となり、発電電力Pgenが第1及び第2電動機22A、22Bを駆動する左右合計電力Pmotとして利用可能になるので、その分バッテリ24のバッテリ電力Pbatは低下する。
発電機として機能している電動機14の発電量が、ステップS15にて、第1及び第2電動機22A、22Bを0[Nm]制御可能な発電量に到達するか否かを判定し、0[Nm]に到達した(ステップS15:YES)時点t6のステップS16にて、0[kW]制御実施中フラグF0をリセットし、ステップS8(時点t3)にて開始した0[kW]制御を終了する。
次いで、時点t6以降のステップS17にて、発電量増加制御を継続し、発電電力Pgenの増加に対応して第1及び第2電動機22A、22Bの左右合計電力Pmotを増加させ、ステップS18にて、発電量が目標駆動力となる目標発電量に達したか否かが判定され、目標発電量に達したときの時点t7にて、図10に示した、第4速走行状態(第3速用駆動ギヤ73で発電)の定常状態制御に入る。
図10に示した第4速走行状態(第3速用駆動ギヤ73による電動機14の発電状態)にて、例えば、上り坂走行中でアクセルペダルが踏み込まれたことがECU26により検出されると、ECU26は、第2クラッチ62を解放(切断)し、第1クラッチ61を締結する操作(第1及び第2クラッチ61、62の繋ぎ替え操作)を行うと共に、第2変速アクチュエータ42を通じて第4速用駆動ギヤ74を第2の第2主軸105から解放する。
これにより、図11に示すように、変速機18を第4速走行状態から第3速走行状態に瞬時に切り替えることができ、内燃機関12から第1の第1主軸101を介し第3速用駆動ギヤ73を通じての前輪Wfの駆動(ハッチングを施した矢印参照)、並びに第1の第1主軸101の回転(第3速用駆動ギヤ73も回転)駆動による電動機14の発電状態(白抜きの矢印)に遷移させることができる。
[変形例]
図12は、この発明の変形例に係る車両10Aの概略構成を示すブロック図である。図12に示す車両10Aでは、上記実施形態に係る車両10の前輪駆動装置16及び後輪駆動装置20の構成が前後逆になっている。すなわち、車両10Aの前輪駆動装置16aは、車両10Aの前側に配置された左右の前輪Wf(LWf、RWf)を駆動する第1及び第2電動機22A、22Bを備える。また、車両10Aの後輪駆動装置20aは、車両10Aの後ろ側に配置され後輪Wrを駆動する内燃機関12に変速機18を介して直列に接続される電動機14を備える。この車両10Aに対しても、上述した奇数段変速ギヤの架け替え時における、第1及び第2電動機22A、23Aの不要な減速トルクの発生防止動作及びバッテリ24の過放電を防止するバッテリ保護動作を適用することができる。
[実施形態のまとめ、及び他の変形例]
以上説明したように、上述した実施形態に係る車両10、10Aは、前輪Wf及び後輪Wrの少なくとも一方が駆動される車両10、10Aであって、前輪Wf及び後輪Wrの少なくとも一方の車輪に機械的に接続される第1及び第2電動機22A、22Bと、内燃機関12に機械的に接続される発電機(図1例、図12例では、発電機としても機能する電動機14)と、第1及び第2電動機22A、22B及び前記発電機としての電動機14にそれぞれインバータ(直流交流変換器)23A、23B、15を介して電気的に接続される蓄電器としてのバッテリ24と、前記第1及び第2電動機22A、22B及び前記発電機として機能する電動機14を制御する電動機制御装置としてのECU26と、を備える。
ここで、車両10、10Aは、内燃機関12と前記発電機としても機能する電動機14との間に機械的なダブルクラッチの変速機18を備える。
変速機18は、内燃機関12の動力が第1断接手段としての第1クラッチ61を介して入力される第1入力軸としての第1及び第2の第1主軸101、103と、内燃機関12の動力が第2断接手段としての第2クラッチ62を介して入力される第2入力軸としての第1及び第2の第2主軸102、105と、第1及び第2の第1主軸101、103に選択的に連結される奇数段ギヤ群(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77)及び第2の第2主軸105に選択的に連結される偶数段ギヤ群(第2速用駆動ギヤ72、第4速用駆動ギヤ74、第6速用駆動ギヤ76)が従動ギヤである第1〜第3共用従動ギヤ91、92、93のいずれかを介して接続される出力軸としてのカウンタ軸104と、を備える。
より詳しくは、変速機18は、内燃機関12の動力が第1クラッチ61を介して入力され出力側が前記発電機として機能している電動機14のロータ58に機械的に接続され且つ前記奇数段ギヤ群のうち1つの奇数段変速用駆動ギヤが選択的に連結される第1入力軸としての第1及び第2の第1主軸101、103と、内燃機関12の動力が第2クラッチ62を介して入力され且つ前記偶数段ギヤ群のうち1つの偶数段駆動用ギヤが選択的に連結される第2入力軸としての第1及び第2の第2主軸102、105と、前記第1入力軸としての第1及び第2の第1主軸101、103に連結されている前記奇数段変速用駆動ギヤ及び前記第2入力軸としての第1及び第2の第2主軸102、105に連結されている偶数段変速用駆動ギヤに噛合する共用従動ギヤ群(第1〜第3共用従動ギヤ91、92、93)が連結されている出力軸としてカウンタ軸104と、を有する機械的な変速機である。
ここで、電動機14が発電機として機能する場合には、例えば、内燃機関12の回転動力が第1クラッチ61、第1の第1主軸101を通じて電動機14のロータ58に伝達されることで、発電機として動作する。
この場合において、ECU26は、或る奇数段ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77のいずれか)を他のいずれかの奇数段ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77中、残りのいずれか)に架け替える際に、発電機として機能している電動機14が発生する電力である発電電力Pgenが制限される発電制限状態を取得又は予測したとき(時点t2)に、第1及び第2電動機22A、22Bが発生する動力を略ゼロ値にする0[Nm]制御(ゼロ動力制御)を実行し、該0[Nm]制御の実行中にバッテリ24の流出電力−Pdが閾値電力であるバッテリ流出電力最大値−Pdmaxを上回ることを取得又は予測したとき(時点t3)に、第1及び第2電動機22A、22Bが消費する電力値を略ゼロ値にする0[kW]制御(ゼロ電力制御)を実行するようにしている。
このように、この実施形態では、発電機として機能している電動機14の発電電力Pgenが制限されるときにトラクション用(駆動用)の第1及び第2電動機22A、22Bの0[Nm]制御(「ゼロ動力制御」)を実行することで、バッテリ24からの流出電力−Pdを抑えつつ第1及び第2電動機22A22Bからの不要な減速トルクの発生を防止し、バッテリ24の流出電力−Pdも制限しなければならないときに0[kW]制御(ゼロ電力制御)を実行することで、第1及び第2電動機22A、22Bに対するバッテリ24からの過剰な流出電力−Pdの発生を防止することができる。
より詳しくは、発電機として機能する電動機14が、ダブルクラッチの変速機18の第1入力軸としての第1及び第2の第1主軸101、103の動力又は第2入力軸としての第1及び第2の第2主軸102、105の動力により発電している場合、変速時に発電機として機能している電動機14を電動機として動作させて次変速段のギヤの回転数合わせを行うとき、発電機として機能していた電動機14は、必要な電力を発生できない発電制限状態になってしまうので、第1及び第2電動機22A22Bの入力電力を絞る、例えば0[Nm]制御あるいはゼロ値とする0[kW]制御を行うことで、発電機としている電動機14の発電が制限されるときの車両挙動の悪化を最小限にすることができる。
なお、図13に示すように、バッテリ24の温度低下時には、バッテリ24の蓄電量SOC[%]に対するバッテリ流出電力最大値−Pdmax[kW]及びバッテリ流入電力最大値Pcmax[kW]は、それぞれ破線で示す絶対値がより小さなバッテリ流出電力最大値−Pdmax´[kW]及びバッテリ流入電力最大値Pcmax´[kW]になるので、バッテリ温度検出器25により検出したバッテリ温度Tbatに応じて予め記憶している特性(一例としては、図13に示したバッテリ流出電力最大値−Pdmax´[kW]及びバッテリ流入電力最大値Pcmax´[kW])を参照して、バッテリ24の流出電力−Pdの閾値電力を閾値電力−Pdth1から閾値電力−Pdth2に低下させることが好ましい。
このように制御すれば、バッテリ24の温度の低下時に、バッテリ24から放電可能な電力値であるバッテリ流出電力最大値|−Pdmax´|が低下するのに合わせてゼロ電力制御に入る閾値電力|−Pdth2|を低下させることで、低温時においても確実にバッテリ24を過放電から保護することができる。
図14は、ECU26により定速走行制御(クルーズコントロール)である他の変形例の車両10Bの概略構成を示すブロック図である。
車両10Bは、ナビゲーション装置27を搭載している。ナビゲーション装置27は、現在地検出装置(現在位置検出装置)としてのGPS(Global Positioning System)センサや地図データを備え、図示しない入力装置により目的地が入力されたときに、GPSセンサにより検出された車両10Bの現在地に基づいて、坂道検出手段としても機能するナビゲーション装置27内の地図データ記憶部に記録されている地図データ(地図情報)を参照して、前記目的地までの推奨経路を演算し、前記推奨経路に従って車両10Bを前記目的地まで案内するための経路誘導データを作成する。
車両10Bは、クルーズコントロール機能(定速巡航機能)により、設定車速と現在車速(カウンタ軸104の回転数の車速換算値、又は車輪速センサ32A、32Bの車輪速の平均値の車速換算値を用いる。)と、を比較しながら経路誘導データに従う経路を定速走行制御する。そして、平坦路を定速走行制御中に、前記経路誘導データによる経路上に坂道があることを地図データから検出乃至予測して、坂道走行、例えば登坂走行のためにシフトダウンが必要と判定され、且つ奇数段ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77のいずれか)を他の奇数段ギヤ(第3速用駆動ギヤ73、第5速用駆動ギヤ75、第7速用駆動ギヤ77中、残りのいずれか)に架け替える奇数段架け替え処理が必要となったときが、上述した、ECU26が、前記発電機として機能している電動機14が発生する電力が制限される発電制限状態を取得又は予測したときに対応する。
なお、この発明は、上述した実施形態のように、後輪Wr(又は前輪Wf)を第1及び第2電動機22A、22Bで駆動しながら、内燃機関12により変速機18を通じて電動機14を発電機として動作させ、同時に内燃機関12により変速機18を通じて前輪Wf(又は後輪Wr)を駆動可能な車両10、10A、10B(全輪駆動車両)に限ることがない。
例えば、この明細書の記載内容に基づき、後輪Wr(又は前輪Wf)を第1及び第2電動機22A、22Bで駆動しながら、内燃機関12により発電機を発電させる{内燃機関12により変速機18を通じて前輪Wf及び後輪Wrを駆動しない。}後輪駆動走行(もしくは前輪駆動走行)又は全輪駆動走行のいわゆる(純粋な)シリーズハイブリッド車両あるいはレンジエクステンダ車両に適用する等、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
また、上述した実施形態では、図5の時点t2〜t3の間にて、第1及び第2電動機22A、22Bの0[Nm]制御を所定時間継続しているが、ギヤの架け替えの開始を急ぐ場合、ここでは、第5速用駆動ギヤ75の解放を急ぐ場合等には、0[Nm]制御の所定時間継続を省略して直接0[kW]制御に移行するようにしてもよい。
10、10A、10B…車両 12…内燃機関(エンジン)
14…電動機(電動・発電機) 16、16a…前輪駆動装置
20、20a…後輪駆動装置 15、23A、23B…インバータ
22A、22B…第1及び第2電動機 24…バッテリ(蓄電器)
26…ECU(制御装置)

Claims (2)

  1. 前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪に機械的に接続される電動機と、
    内燃機関に機械的に接続される発電機と、
    前記内燃機関と前記発電機との間に機械的に接続され、前記内燃機関の動力が第1断接手段を介して入力される複数の変速用駆動ギアを備える第1入力軸と、前記内燃機関の動力が第2断接手段を介して入力される複数の変速用駆動ギを備える第2入力軸と、前記第1入力軸及び前記第2入力軸が接続される出力軸と、を有し、前記発電機が前記第1入力軸と前記第2入力軸とのうち、いずれか一方のみに機械的に接続される変速機と、
    前記電動機及び前記発電機に電気的に接続される蓄電器と、
    前記電動機を制御する電動機制御装置と、を備え、
    前記電動機制御装置は、
    走行中に、前記発電機に機械的に接続されている一方の入力軸の複数の前記変速用駆動ギの架け替え発生可能性を検出して、前記発電機が発生する電力が制限される発電制限状態を取得又は予測したときに、前記電動機が発生する動力を略ゼロ値にするゼロ動力制御を実行し、該ゼロ動力制御の実行中に前記蓄電器の流出電力が閾値電力を上回ることを取得又は予測したときに、前記電動機が消費する電力値を略ゼロ値にするゼロ電力制御を実行する
    ことを特徴とする車両。
  2. 請求項1に記載の車両において、
    前記電動機制御装置は、
    前記蓄電器の温度の低下時には、前記蓄電器の流出電力値の前記閾値電力を低下させる
    ことを特徴とする車両。
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