JP7337446B2 - ハイブリッドシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両のハイブリッドシステムに関する。

従来、ハイブリッドシステムを駆動系に採用した車両、いわゆるハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）が知られている。

ハイブリッドシステムの一例では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、発電モータで発生する電力がバッテリに蓄えられて、駆動モータの駆動に使用される。駆動モータの動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の駆動輪に伝達される。

駆動モータの動力（出力）は、運転者によるアクセル操作およびブレーキ操作に応じて調整される。一方、燃費およびノイズバイブレーション（ＮＶ）が最適になるように、エンジンの出力が調整される。そのため、ハイブリッド車では、運転者によるアクセル操作にエンジン回転数が同期せず、コンベンショナルなエンジン車のエンジン音に慣れた運転者は、車両の加速時のエンジン音に違和感ないしは不満感を抱いてしまう。

特開２０１６－５３７号公報

本発明は、かかる背景の下になされたものであり、アクセル操作（車両の加速）に応じたエンジン音を得ることができ、また、ＭＴ（Manual Transmission）車と同様の操作性を実現できる、ハイブリッドシステムを提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッドシステムは、エンジンの動力で第１モータが発電し、第２モータの動力を車両の駆動輪に伝達する構成のハイブリッドシステムであって、車両の加減速のために操作されるアクセル操作部材と、車両の制動のために操作されるブレーキ操作部材と、アクセル操作部材およびブレーキ操作部材とは別に設けられ、駆動輪に伝達されるトルクの調節のために操作されるトルク調節操作部材と、アクセル操作部材の操作量に応じてエンジンのエンジントルクを制御するエンジントルク制御手段と、トルク調節操作部材の操作量に応じた擬似クラッチ伝達トルク容量を、トルク調節操作部材の操作量が大きいほど擬似クラッチ伝達トルク容量が小さくなるように設定する伝達トルク容量設定手段と、エンジンが伝達トルク容量設定手段により設定される擬似クラッチ伝達トルク容量に応じた駆動状態となるように、第１モータを制御する第１モータ制御手段と、第１モータの駆動状態に応じて第２モータを制御する第２モータ制御手段とを含む。

この構成によれば、アクセル操作部材の操作量に応じて、エンジントルクが制御される。この制御により、アクセル操作部材の操作量に応じて、エンジントルクが変化し、エンジン回転数が変化する。したがって、アクセル操作に応じたエンジン音を得ることができる。

アクセル操作部材およびブレーキ操作部材とは別に、トルク調節操作部材が設けられている。これにより、ハイブリッドシステムは、ＭＴと同様の３ペダル構成となっている。トルク調節操作部材の操作量が大きいほど擬似クラッチ伝達トルク容量が小さくなるように、トルク調節操作部材の操作量に応じた擬似クラッチ伝達トルク容量が設定される。そして、エンジンが擬似クラッチ伝達トルク容量に応じた駆動状態となるように、第１モータが制御される。

たとえば、トルク調節操作部材の操作量が０に近く、擬似クラッチ伝達トルク容量が最大に設定されている状況で、エンジンの回転数が車速に応じた回転数よりも高い場合、第１モータが擬似クラッチ伝達トルク容量に相当する回生トルクを出力するよう制御されることにより、第１モータの回転数が小さく低下し、これに伴って、エンジンの回転数が小さく低下する。また、トルク調節操作部材の操作量が大きく、擬似クラッチ伝達トルク容量が小さい値に設定されている状況で、エンジンの回転数が車速に応じた回転数よりも低い場合、第１モータが擬似クラッチ伝達トルク容量に相当する力行トルクを出力するよう制御されることにより、第１モータの回転数が大きく上昇し、これに伴って、エンジンの回転数が大きく上昇する。

また、第１モータの駆動状態に応じて、第２モータが制御される。たとえば、第１モータが回生運転しているときには、車両を加速させるトルクを発生するように第２モータが制御され、第１モータが力行運転しているときには、車両を減速させるトルクを発生するように第２モータが制御される。

これにより、トルク調節操作部材が大きく操作された場合には、エンジンおよび車両がＭＴ車でクラッチペダルが大きく踏み込まれた場合と同様の挙動を示す。また、トルク調節操作部材が操作されていないか、または、小さく操作された場合には、エンジンおよび車両がＭＴ車でクラッチペダルが踏まれていないか、または、軽く踏まれた場合と同様の挙動を示す。よって、このハイブリッドシステムが採用された車両では、ＭＴ車と同様の操作性を実現することができる。

アクセル操作部材の操作量に応じて設定されるスロットル開度を燃料消費率が低い側にずらすことにより、燃費の向上が可能である。この場合、第１モータの発電量が変化するが、その変化分を電池から出し入れして、第２モータに供給される電力をアクセル操作部材の操作量に応じた電力に保持すれば、アクセル操作部材の操作量に応じて第２モータから出力される駆動力が変化しない。よって、アクセル操作部材の操作量に対する駆動力を変更することなく、車両の燃費の向上が可能である。

また、アクセル操作部材の操作量が最大に近い領域では、電池から電力を持ち出して第２モータに供給することにより、車両の加速度の向上が可能である。

ハイブリッド車に限られることではないが、家族などで共用する車両を購入する場合に、ＭＴ車を購入したい人がいても、他の人の反対によりＭＴ車を購入できず、ＡＴ（Automatic Transmission）車の購入を余儀なくされることがある。また、自動車教習所では、ＭＴ車とＡＴ車との両方を用意する必要があり、車両の購入経費が嵩むという問題もある。

トルク調節操作部材を取り外し可能な構成、トルク調節操作部材の操作を無効化する構成、または、トルク調節操作部材の操作量に応じた制御を禁止可能な構成を採用して、アクセル操作部材およびブレーキ操作部材の操作に応じたエンジン、第１モータおよび第２モータの制御を実施するＡＴモードと、ＭＴ車と同様の操作性を実現可能な前述の制御を実施するＭＴモードとを設けることにより、このハイブリッドシステムが採用された車両をＡＴ車として使用することもでき、ＭＴ車として使用することもできる。

よって、このハイブリッドシステムが採用された車両は、家族などで共用する車両として好適であり、また、自動車教習所で使用される車両として好適である。

本発明によれば、アクセル操作に応じたエンジン音を得ることができる。また、ＭＴ車（３ペダル車）と同様の操作性を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムが採用された車両の構成を示すブロック図である。 車速と仮想入力軸回転数との関係を定めたマップを示す図である。 トルク調節ペダルストロークと擬似クラッチ伝達トルク容量との関係を定めたマップである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッドシステムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドシステムが採用された車両１の構成を示すブロック図である。

車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）１１、発電モータ（ＭＧ１）１２および駆動モータ（ＭＧ２）１３を搭載している。

エンジン１１は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン１１の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電モータ１２は、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。発電モータ１２の回転軸は、エンジン１１のクランクシャフトと機械的に連結されている。発電モータ１２は、エンジン１１の停止時に、エンジン１１をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン１１の始動後、発電モータ１２は、エンジン１１の動力を電力に変換する発電機として機能することができる。

駆動モータ１３は、たとえば、発電モータ１２よりも大型のＤＣブラシレスモータからなる。駆動モータ１３の回転軸は、動力伝達機構１４に連結されている。動力伝達機構１４には、デファレンシャルギヤ１５が含まれており、駆動モータ１３の動力は、デファレンシャルギヤ１５に伝達され、デファレンシャルギヤ１５から左右の前輪または後輪からなる駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに分配されて伝達される。

車両１には、発電モータ１２および駆動モータ１３をそれぞれ駆動するためのインバータやマイコン（マイクロコントローラユニット）などを内蔵するＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）１７と、複数の二次電池を組み合わせた組電池からなる駆動用電池（ＢＡＴ）１８とが搭載されている。

ＰＣＵ１７は、駆動用電池１８に接続されている。発電モータ１２で発生する交流電力は、ＰＣＵ１７で直流電力に変換されて、駆動モータ１３に駆動電力として供給される。また、余剰な電力は、駆動用電池１８に蓄えられる。駆動用電池１８に蓄えられた電力は、ＰＣＵ１７で直流電力から交流電力に変換されて、発電モータ１２および駆動モータ１３に駆動電力として供給可能である。

車両１にはさらに、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン１１およびＰＣＵ１７を制御するための１つのＥＣＵ１９のみが示されているが、車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ１９を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

また、車両１には、車室内の運転席の足下に、車両１の加減速のために操作されるアクセルペダル２１と、車両１の制動のために操作されるブレーキペダル２２と、駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに伝達されるトルクの調節のために操作されるトルク調節ペダル２３とが設けられている。アクセルペダル２１およびブレーキペダル２２は、運転席に着座した運転者の右足での足踏み操作が便利な位置に配置されている。トルク調節ペダル２３は、運転席に着座した運転者の左脚での足踏み操作が便利な位置に配置されている。

アクセルペダル２１、ブレーキペダル２２およびトルク調節ペダル２３には、それぞれ操作量に応じた検出信号を出力するセンサが接続されている。ＥＣＵ１９は、それらのセンサから入力される検出信号に基づいて、アクセルペダル２１、ブレーキペダル２２およびトルク調節ペダル２３の各操作量（ストローク）を求めることができる。

＜制御モード＞
ＥＣＵ１９は、エンジン１１、発電モータ１２および駆動モータ１３の制御モードとして、ＡＴモードと、ＭＴモードとを有している。

ＡＴモードは、アクセルペダル２１およびブレーキペダル２２の操作に応じて、エンジン１１、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するモードである。その制御の内容は、従来のハイブリッド車で実施されている制御の内容と同様である。たとえば、アクセルペダル２１が操作されると、その操作量に応じたトルク指令値が設定され、そのトルク指令値に基づいて、駆動モータ１３の駆動（力行）が制御される。また、ブレーキペダル２２が操作されると、その操作量に応じた目標回生制動力が設定され、その目標回生制動力に基づいて、駆動モータ１３の駆動（回生）が制御される。

ＭＴモードは、ＭＴ車と同様の操作性を実現可能な制御であり、アクセルペダル２１、ブレーキペダル２２およびトルク調節ペダル２３の操作に応じて、エンジン１１、発電モータ１２および駆動モータ１３の駆動を制御するモードである。

ＡＴモードとＭＴモードとは、たとえば、運転席に着座した運転者により操作可能な位置に配置されたスイッチにより選択的に設定することができる。

＜ＭＴモード＞
図２は、車速と仮想入力軸回転数との関係を定めたマップを示す図である。図３は、トルク調節ペダル２３の操作量（トルク調節ペダルストローク）と擬似クラッチ伝達トルク容量との関係を定めたマップである。

ＭＴモードでは、アクセルペダル２１の操作量に応じて、エンジン１１のエンジントルクが制御される。たとえば、アクセルペダル２１の操作量が大きいほど、エンジントルクの目標が大きい値に設定されて、その目標のエンジントルクが得られるように、エンジン１１の電子スロットルバルブの開度などが制御される。

また、図３に示されるマップが参照されて、トルク調節ペダル２３の操作量に応じた擬似クラッチ伝達トルク容量が設定される。図３に示されるマップ、つまりトルク調節ペダル２３の操作量と擬似クラッチ伝達トルク容量との関係を定めたマップは、ＥＣＵ１９に含まれるマイコンに内蔵された不揮発性メモリに記憶されている。トルク調節ペダル２３には、遊びが設けられており、この遊びの範囲を除いて、トルク調節ペダル２３の操作量が大きいほど、擬似クラッチ伝達トルク容量が小さい値に設定される。

ＭＴモードでは、たとえば、前進７段／後進１段の変速段が設定されており、運転者がシフト部材の操作により変速段の１つを選択する。シフト部材は、車室内のフロアなどに設けられるシフトレバーであって、そのポジションにより変速段の１つの選択を指示するものであってもよいし、パドルスイッチなどのモーメンタリ動作型のスイッチであって、１回の操作で１段高い変速段または１段低い変速段への変更を指示するものであってもよい。

各変速段には、変速比が仮想的に設定されている。ＭＴモードでは、選択中の変速段に設定された変速比と駆動モータ１３の回転数との乗算により仮想入力軸回転数が設定される。図２には、各変速段における駆動モータ１３の回転数（ＭＧ２回転数）と仮想入力軸回転数との関係が示されている。なお、１つの変速段に設定する変速比は単一の値である必要はなく、図２において原点を通らない動作線に相当するような、車速に応じ変化するような値であってもよいし、アクセル開度に応じて変化する値であってもよい。

その後、仮想入力軸回転数とエンジン１１の回転数であるエンジン回転数とが比較される。そして、エンジン１１が擬似クラッチ伝達トルク容量に応じた駆動状態となるように、次の１～５のうちのいずれかの１つの態様で、発電モータ１２が制御される。

１．エンジン回転数が仮想入力軸回転数よりも高い場合は、発電モータ１２が擬似クラッチ伝達トルク容量に一致する回生トルクを出力するように制御される。

２．エンジン回転数が仮想入力軸回転数よりも低い場合は、発電モータ１２が擬似クラッチ伝達トルク容量に一致する力行トルクを出力するように制御される。

３．エンジン回転数と仮想入力軸回転数とがほぼ等しく、エンジントルクの絶対値が擬似クラッチ伝達トルク容量よりも小さい場合には、発電モータ１２の回転数が仮想入力軸回転数に一致するように、発電モータ１２が制御される。エンジントルクは、たとえば、エンジン回転数およびスロットル開度とエンジントルクとの関係を示すエンジントルク特性線から求めることができる。

４．エンジン回転数と仮想入力軸回転数とがほぼ等しく、エンジントルクが擬似クラッチ伝達トルク容量よりも大きい場合には、発電モータ１２が擬似クラッチ伝達トルク容量に一致する回生トルクを出力するように制御される。

５．エンジン回転数と仮想入力軸回転数とがほぼ等しく、エンジントルクが擬似クラッチ伝達トルク容量に「－１」を乗じた値よりも小さい場合には、発電モータ１２が擬似クラッチ伝達トルク容量に一致する力行トルクを出力するように制御される。

また、発電モータ１２の駆動状態に応じて、駆動モータ１３が制御される。すなわち、変速段の前進７段のいずれかが選択され、発電モータ１２が回生運転しているときには、車両１を加速させるトルクを発生するように、駆動モータ１３が制御される。一方、発電モータ１２が力行運転しているときには、車両１を減速させるトルクを発生するように、駆動モータ１３が制御される。

＜作用効果＞
以上のように、ＭＴモードでは、アクセルペダル２１の操作量に応じて、エンジン１１のエンジントルクが制御される。この制御により、目標エンジントルクに応じて、スロットル開度が制御され、エンジン１１のエンジン回転数が変化する。したがって、アクセル操作に応じたエンジン音を得ることができる。

また、トルク調節ペダル２３の操作量が大きいほど擬似クラッチ伝達トルク容量が小さくなるように、トルク調節ペダル２３の操作量に応じた擬似クラッチ伝達トルク容量が設定される。そして、エンジン１１が擬似クラッチ伝達トルク容量に応じた駆動状態となるように、前述した１～５のうちのいずれかの１つの態様で、発電モータ１２が制御される。

さらに、発電モータ１２の駆動状態に応じて、駆動モータ１３が制御される。たとえば、発電モータ１２が回生運転しているときには、車両１を加速させるトルクを発生するように駆動モータ１３が制御され、発電モータ１２が力行運転しているときには、車両１を減速させるトルクを発生するように駆動モータ１３が制御される。具体的には、第２モータのトルクは第１モータの回生発電量／駆動電力と収支がつり合う駆動電力／回生発電量となるように設定するか、あるいは（－１×第１モータトルク×変速段に応じた変速比）で算出したトルクの近傍に設定することができる。

これにより、トルク調節ペダル２３が大きく操作された場合には、車両１およびエンジン１１は、ＭＴ車でクラッチペダルが大きく踏み込まれた場合と同様の挙動を示す。また、トルク調節ペダル２３が操作されていないか、または、小さく操作された場合には、車両１およびエンジン１１は、ＭＴ車でクラッチペダルが踏まれていないか、または、軽く踏まれた場合と同様の挙動を示す。よって、車両１では、ＭＴ車と同様の操作性を実現することができる。

なお、仮想入力軸回転数には、上限が設定されてもよい。この上限の設定により、エンジン１１の回転数がレブリミットを超過するオーバレブ（過回転）の発生を抑制することができる。また、仮想入力軸回転数に下限を設定することにより、エンジンストールの発生を抑制することも可能である。

また、ＭＴモードでは、アクセルペダル２１の操作量に応じて設定されるスロットル開度を燃料消費率が低い側にずらすことにより、燃費の向上が可能である。この場合、発電モータ１２の発電量が変化するが、その変化分を駆動用電池１８から出し入れして、駆動モータ１３に供給される電力をアクセルペダル２１の操作量に応じた電力に保持すれば、アクセルペダル２１の操作量に応じて駆動モータ１３から出力される駆動力が変化しない。よって、アクセルペダル２１の操作量に対する駆動力を変更することなく、車両１の燃費の向上が可能である。

アクセルペダル２１の操作量が最大に近い領域では、駆動用電池１８から電力を持ち出して駆動モータ１３に供給することにより、車両１の加速度の向上が可能である。

ＭＴモードにおける車両１の減速時には、ＡＴモードにおける車両１の減速時と同様に、ブレーキペダル２２が操作されると、その操作量に応じた目標回生制動力が設定され、その目標回生制動力に基づいて、駆動モータ１３の駆動（回生）が制御されるとよい。また、油圧ブレーキによる制動力と回生による制動力との協調により必要な制動力を発生させる回生協調ブレーキ制御が実施されてもよいのはもちろんである。

ＡＴモードとＭＴモードとの切り替えは、スイッチに限らない。たとえば、トルク調節ペダル２３が取り外し可能に構成されて、トルク調節ペダル２３が取り付けられた状態では、ＭＴモードが自動的に設定され、トルク調節ペダル２３が取り外された状態では、ＡＴモードが自動的に設定されてもよい。

また、運転免許証の画像を読み取る読取装置が車両１に備えられて、その読取装置で読み取られた運転免許証の画像の解析により、ＭＴ免許の保有が確認された場合にのみ、ＭＴモードを設定可能とされ、ＭＴ免許の保有が確認されない場合には、ＡＴモードが自動的に設定されてもよい。

運転免許証の画像が読み取られたときに、運転免許証の有効期限や顔写真、ＭＴ免許の保有などの情報がＥＣＵ１９に備えられているメモリに記憶されてもよい。この場合、運転免許証の有効期限内または所定期間内は、運転免許証の読み取りが不要とされて、運転者の顔認証によりＭＴ免許の保有が確認された場合に、ＭＴモードの設定が許可されてもよい。

トルク調節ペダル２３は、ＡＴモードが設定されたことに応じて、運転者が操作不能な位置に自動的に格納されてもよい。

また、ＡＴモードが設定されたことに応じて、トルク調節ペダル２３がフットレストとして利用可能なように固定されてもよい。

さらにまた、車両１では、ＭＴ車と同様の操作性を実現することができながら、ＭＴ車のクラッチに相当する摩擦要素がないので、摩擦要素の焼き付きや摩耗による機能喪失のおそれがない。また、摩擦要素での発熱によるエネルギ損失もなく、ＭＴ車で失われていたエネルギの利用も可能である。

さらには、車両１は、ＡＴ車として使用することもでき、ＭＴ車として使用することもできるので、家族などで共用する車両１として好適であり、また、自動車教習所で使用される教習車としても好適である。車両１が教習車として使用される場合、ＭＴ車と同様に、トルク調節ペダル２３の操作によってはエンジンストールさせることも可能である。車両１が家族で使用される場合などには、エンジンストールの発生の抑制により、トルク調節ペダル２３の操作に慣れていない人が車両１を発進できない事態に陥ることを抑制できる。

変速段を選択するためのシフト部材の操作は、トルク調節ペダル２３が踏み込まれている状態でのみ可能とされてもよいし、トルク調節ペダル２３の操作なしで可能とされてもよい。

また、エンジン１１の動力をクラッチを介して駆動輪１６Ｌ，１６Ｒに伝達可能な構成が追加されて、たとえば、高速クルージング走行時の変速段、たとえば、７速段では、クラッチが係合されて、エンジン１１の動力が駆動１６Ｌ，１６Ｒに伝達され、それよりも低速段では、トルク調節ペダル２３の操作に応じた制御（前述の実施形態に係る制御）が実施されてもよい。

＜変形例＞
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：車両
１１：エンジン
１２：発電モータ（第１モータ）
１３：駆動モータ（第２モータ）
１６Ｌ，１６Ｒ：駆動輪
１９：ＥＣＵ（スロットル開度制御手段、伝達トルク容量設定手段、第１モータ制御手段、第２モータ制御手段）
２１：アクセルペダル（アクセル操作部材）
２２：ブレーキペダル（ブレーキ操作部材）
２３：トルク調節ペダル（トルク調節操作部材）

Claims (1)

1. エンジンの動力で第１モータが発電し、第２モータの動力を車両の駆動輪に伝達する構成のハイブリッドシステムであって、
   前記車両の加減速のために操作されるアクセル操作部材と、
   前記車両の制動のために操作されるブレーキ操作部材と、
   前記アクセル操作部材および前記ブレーキ操作部材とは別に設けられ、前記駆動輪に伝達されるトルクの調節のために操作されるトルク調節操作部材と、
   前記アクセル操作部材の操作量に応じて前記エンジンのエンジントルクを制御するエンジントルク制御手段と、
   前記トルク調節操作部材の操作量に応じた擬似クラッチ伝達トルク容量を、前記トルク調節操作部材の操作量が大きいほど前記擬似クラッチ伝達トルク容量が小さくなるように設定する伝達トルク容量設定手段と、
   前記エンジンが前記伝達トルク容量設定手段により設定される前記擬似クラッチ伝達トルク容量に応じた駆動状態となるように、前記第１モータを制御する第１モータ制御手段と、
   前記第１モータの駆動状態に応じて、前記第１モータが回生運転しているときには、前記車両を加速させるトルクを発生するように前記第２モータを制御し、前記第１モータが力行運転しているときには、前記車両を減速させるトルクを発生するように前記第２モータを制御する第２モータ制御手段とを含む、ハイブリッドシステム。

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