JP6459993B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと第１モータと第２モータと遊星歯車機構とを備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジン，第１モータ，第２モータが遊星歯車機構のキャリア，サンギヤ，リングギヤに接続されたハイブリッド自動車において、エンジンが正方向に回転するとフリーとなりエンジンが逆方向に回転しようとするとロックするワンウェイクラッチを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、エンジンを停止した状態でモータ走行する際に第２モータからのトルクが不足する場合には、第１モータからのトルクで補うものとしている。

特開平８−２９５１４０号公報

しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、第２モータの高負荷の駆動が多くなることから、第２モータの温度が高くなり、第２モータの保護のために駆動制限が課せられる場合が生じる。この場合、駆動力不足となり、運転者が要求するトルクにより走行することができなくなる。

本発明のハイブリッド自動車は、第２モータの過熱を抑制すると共に運転者の要求するトルクを出力して走行することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、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自動車は、
エンジンと、
第１モータと、
第２モータと、
３つの回転要素に前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータおよび車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
前記エンジンの回転を規制可能な回転規制機構と、
前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンの回転を規制した状態として前記第１モータおよび前記第２モータからのトルクによって走行する両駆動モードのときに、前記駆動軸に要求される要求トルクが閾値未満のときには前記第２モータから前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記第１モータと前記第２モータとを制御し、前記要求トルクが閾値以上のときには前記第１モータおよび前記第２モータから前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記第１モータと前記第２モータとを制御する駆動制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記第２モータの温度が高いときには低いときに比して小さい値を前記閾値として設定する閾値設定手段、
を備えることを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンの回転を規制する規制状態として第１モータおよび第２モータからのトルクによって走行する両駆動モードで走行しているときには、第２モータの温度が高いときには低いときに比して小さい値を、第２モータから要求トルクを駆動軸に出力するか第１モータおよび第２モータから要求トルクを駆動軸に出力するかの判定の閾値に設定する。即ち、第２モータの温度が低いときには、要求トルクが比較的大きな値の閾値以上のときに第１モータを駆動し、第２モータの温度が高いときには、要求トルクが比較的小さな値の閾値以上のときに第１モータを駆動するのである。これにより、第２モータの温度が高いときには、第２モータの負荷を小さくすることができると共に要求トルクを出力して走行することができる。この結果、第２モータの過熱を抑制することができると共に運転者の要求するトルクを出力して走行することができる。ここで、閾値は、第２モータの温度が高いほど小さくなるように設定するものとしてもよいし、第２モータの温度が所定温度未満のときには第１の値を設定とすると共に第２モータの温度が所定温度以上のときには第１の値より小さい第２の値を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。 モータ両駆動モードのときに実行される両駆動開始用閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。 駆動軸３６の回転数Ｎｐとトルクとの関係の一例を示す説明図である。 モータ両駆動モードで走行しているときの共線図の一例を示す説明図である。

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１に示すように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、ワンウェイクラッチＣ１と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０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によって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の一部として、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２３からのクランク角θｃｒや、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を挙げることができる。

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。種々の制御信号の一部として、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制御信号や、燃料噴射弁への駆動制御信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの駆動制御信号を挙げることができる。

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ってエンジン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２３からのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１およびリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４と、を有するシングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。サンギヤ３１には、モータＭＧ１の回転子が接続されている。リングギヤ３２には、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８およびギヤ機構３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。キャリア３４には、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

ワンウェイクラッチＣ１は、キャリア３４と車体に固定されたケース２１とに取り付けられている。ワンウェイクラッチＣ１は、ケース２１に対してキャリア３４のエンジン２２の正回転方向への回転だけを許容している。

モータＭＧ１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ＭＧ１は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２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ＭＧ２は、回転子が減速ギヤ３５を介して駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、バッテリ５０と共に電力ライン５４に接続されている。電力ライン５４には、平滑用のコンデンサ５７が取り付けられている。モータＭＧ１，ＭＧ２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４１，４２の図示しない複数の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ＭＧ１，ＭＧ２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の一部として、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２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を挙げることができる。また、モータＭＧ２の温度を検出する温度センサ４５からのモータ温度ＴＨｍ２も挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２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ＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。また、モータＥＣＵ４０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２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４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

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。このバッテリ５０は、上述したように、インバータ４１，４２と共に電力ライン５４に接続されている。このバッテリ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によって管理されている。

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，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の一部として、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ（バッテリ５０から放電するときが正の値），バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂなどを挙げることができる。

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、電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂと電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂとの積として充放電電力Ｐｂを演算している。また、バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

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，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の一部として、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、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を挙げることができる。また、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や、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なども挙げることができる。

ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，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，モータＥＣＵ４０，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では、ハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード），電動走行モード（ＥＶ走行モード）により走行する。ＨＶ走行モードは、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とからの動力を用いて走行する走行モードである。ＥＶ走行モードは、エンジン２２を運転停止すると共に少なくともモータＭＧ１とモータＭＧ２とからの動力を用いて走行する走行モードである。なお、ＥＶ走行モードでは、モータＭＧ１からトルクを出力せずにモータＭＧ２からのトルクだけにより走行するモータ単駆動モードと、モータＭＧ１からのトルクとモータＭＧ２からのトルクとにより走行するモータ両駆動モードとがある。

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、モータ両駆動モードにより走行している最中において、モータＭＧ１の駆動を開始する際の動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行される両駆動開始用閾値設定処理の一例を示すフローチャートである。両駆動開始用閾値は、モータ両駆動モードの際にモータＭＧ１の駆動を開始する閾値である。

両駆動開始用閾値設定処理が実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、モータＭＧ２のモータ温度ＴＨｍ２を入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。モータ温度ＴＨｍ２は、温度センサ４５により検出されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力することができる。

モータ温度ＴＨｍ２を入力すると、モータ温度ＴＨｍ２が高いほど小さくなるように、言い換えれば、モータ温度ＴＨｍ２が低いほど大きくなるように、両駆動開始用閾値を設定し（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。図２のステップＳ１１０のマップにおいて、右上のラインはモータＭＧ２の定格トルクであり、その下方の２つのラインがモータ温度ＴＨｍ２によって定められる両駆動開始用閾値の一例である。両駆動開始用閾値は、要求トルクが閾値を超えたときにモータＭＧ１からのトルク出力を開始する閾値である。したがって、両駆動開始用閾値は、モータＭＧ２の定格トルクより小さく設定される。

こうして設定された両駆動開始用閾値は駆動制御の際に用いられる。駆動制御は、モータ両駆動モードでは、まず、運転者のアクセルペダル８３の踏み込み量に応じたアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖ（駆動軸３６の回転数Ｎｐ）とに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定する。設定した要求トルクＴｒ＊が回転数Ｎｐに応じた両駆動開始用閾値未満のときには、モータＭＧ２から駆動軸３６に要求トルクＴｒ＊が出力されるようにインバータ４２をスイッチング制御する。一方、要求トルクＴｒ＊が回転数Ｎｐに応じた両駆動開始用閾値以上のときには、モータＭＧ２から駆動軸３６に両駆動開始用閾値に応じたトルクが出力されるようにインバータ４２をスイッチング制御すると共にモータＭＧ１から駆動軸３６に要求トルクＴｒ＊から両駆動開始用閾値に応じたトルクを減じたトルクが出力されるようにインバータ４１をスイッチング制御する。

図３に駆動軸３６の回転数Ｎｐとトルクとの関係の一例を示す。図中、一点鎖線の閾値ＡはモータＭＧ２のモータ温度ＴＨｍ２が低いときの両駆動開始用閾値を示し、二点鎖線の閾値ＢはモータＭＧ２のモータ温度ＴＨｍ２が高いときの両駆動開始用閾値を示す。モータ温度ＴＨｍ２が低いときには、要求トルクＴｒ＊が閾値Ａ以上になるとモータＭＧ１からトルクの出力が行なわれる。このとき、モータＭＧ２からは閾値Ａに応じたトルクが駆動軸３６に出力され、モータＭＧ１からは要求トルクＴｒ＊から閾値Ａに応じたトルクを減じたトルクが駆動軸３６に出力される。モータ温度ＴＨｍ２が高いときには、要求トルクＴｒ＊が閾値Ａより小さい閾値Ｂ以上になるとモータＭＧ１からトルクの出力が行なわれる。このとき、モータＭＧ２からは閾値Ｂに応じたトルクが駆動軸３６に出力され、モータＭＧ１からは要求トルクＴｒ＊から閾値Ｂに応じたトルクを減じたトルクが駆動軸３６に出力される。

図４にモータ両駆動モードで走行しているときの共線図の一例を示す。図中、左端のＳ軸はサンギヤ３１の回転数であると共にモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数であると共にエンジン２２の回転数Ｎｅを示し、Ｒ軸はリングギヤ３２の回転数であると共に駆動軸３６の回転数Ｎｐを示し、右端のＭ軸は減速ギヤ３５の減速前のギヤの回転数であると共にモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を示す。また、Ｓ軸の実線矢印と破線矢印はモータＭＧ１から出力しているトルクを示し、Ｍ軸の実線矢印と破線矢印はモータＭＧ２から出力しているトルクを示し、Ｒ軸の２つの実線矢印と破線矢印はモータＭＧ１，ＭＧ２から出力されて駆動軸３６に作用するトルクを示す。実線矢印はモータ温度ＴＨｍ２が低いときを示し、破線矢印がモータ温度ＴＨｍ２が高いときを示す。「ρ」はプラネタリギヤ３０のギヤ比（サンギヤ３１の歯数／リングギヤ３２の歯数）であり、「Ｇｒ」は減速ギヤ３５のギヤ比である。モータ温度ＴＨｍ２が低いときには、実線矢印で示すように、モータＭＧ２から出力するトルクの駆動軸３６に出力される全トルク（要求トルクＴｒ＊）の割合が大きくなる。一方、モータ温度ＴＨｍ２が高いときには、破線矢印で示すように、モータＭＧ２から出力するトルクの駆動軸３６に出力される全トルク（要求トルクＴｒ＊）の割合が小さくなる。このため、モータＭＧ２の過熱を抑制することができる。また、図示するように、モータ温度ＴＨｍ２の温度に拘わらずに、駆動軸３６には要求トルクＴｒ＊が出力される。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、モータ両駆動モードで走行しているときには、モータＭＧ２のモータ温度ＴＨｍ２が高いときには低いときに比して小さくなるように、モータＭＧ１からのトルク出力を開始する両駆動開始用閾値を設定する。そして、運転者が要求する要求トルクＴｒ＊が両駆動開始用閾値未満のときには、モータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のインバータ４２をスイッチング制御する。一方、要求トルクＴｒ＊が両駆動開始用閾値以上のときには、モータＭＧ２から両駆動開始用閾値に応じたトルクが駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のインバータ４２をスイッチング制御すると共にモータＭＧ１から要求トルクＴｒ＊から両駆動開始用閾値に応じたトルクを減じたトルクが駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１のインバータ４１をスイッチング制御する。これにより、モータＭＧ２の過熱を抑制することができると共に駆動軸３６に要求トルクＴｒ＊を出力して走行することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、減速ギヤ３５を備えるものとしたが、減速ギヤ３５を備えず、モータＭＧ２が駆動軸３６に直接取り付けられてい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が「エンジン」に相当し、モータＭＧ１が「第１モータ」に相当し、モータＭＧ２が「第２モータ」に相当し、プラネタリギヤ３０が「遊星歯車機構」に相当し、ワンウェイクラッチＣ１が「回転規制機構」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とモータＥＣＵ４０とが「駆動制御手段」に相当し、図２の両駆動開始用閾値設定処理を実行するＨＶＥＣＵ７０が「閾値設定手段」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、ハイブリッド自動車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、２１ ケース、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、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、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリヤ、３５ 減速ギア、３６ 駆動軸、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、４５ 温度センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５７ コンデンサ、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、Ｃ１ ワンウェイクラッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   第１モータと、
   第２モータと、
   ３つの回転要素に前記エンジンと前記第１モータと前記第２モータおよび車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
   前記エンジンの回転を規制可能な回転規制機構と、
   前記第１モータおよび前記第２モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
   前記エンジンの回転を規制した状態として前記第１モータおよび前記第２モータからのトルクによって走行する両駆動モードのときに、前記駆動軸に要求される要求トルクが閾値未満のときには前記第２モータから前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記第１モータと前記第２モータとを制御し、前記要求トルクが閾値以上のときには前記第２モータから前記閾値に相当するトルクが出力されると共に前記第１モータから前記要求トルクから前記閾値を減じたトルクが出力されることにより前記第１モータおよび前記第２モータから前記要求トルクが前記駆動軸に出力されるように前記第１モータと前記第２モータとを制御する駆動制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記第２モータの温度が高いときには低いときに比して小さい値を前記閾値として設定する閾値設定手段、
   を備えることを特徴とするハイブリッド自動車。
   

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