JPH08207601A - ハイブリッド車両 - Google Patents

ハイブリッド車両

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JPH08207601A
JPH08207601A JP3756795A JP3756795A JPH08207601A JP H08207601 A JPH08207601 A JP H08207601A JP 3756795 A JP3756795 A JP 3756795A JP 3756795 A JP3756795 A JP 3756795A JP H08207601 A JPH08207601 A JP H08207601A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 走行フィーリングを損なうことなく、エンジ
ン、発電機、モータを駆動することが可能なハイブリッ
ド車両を提供する。 【構成】 エンジン１と発電機２がプラネタリギヤ２で
出力軸に接続され、エンジン１の出力が発電機１と出力
軸に出力される。エンジン制御装置４２２は、エンジン
回転数ＮＧに応じてスロットル開度θを制御しエンジン
１の出力を制御する。発電機制御装置４２２は、目標回
転数ＮＧ＊となるように電流ＩＧを制御する。車両制御
装置４２４は、モータ制御装置４２３に対してアクセル
開度αと車速Ｖとに応じたトルクＴＭ＊を供給すると共
に、発電機接続装置４２２からの発電機回転数ＮＧと発
電機トルクＴＧとから補正トルクΔＴＭを算出する。モ
ータ制御装置４２３は、このトルクＴＭ＊と補正トルク
ΔＴＭによって、モータ４の電流ＩＭを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はハイブリッド車両に係
り、詳細には、モータと内燃エンジンを駆動力として走
行するハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料の供給が容易な従来のエンジンと、
クリーンな電気エネルギを使用するモータとを利用する
ハイブリッド車両が提案されている。このハイブリッド
車両には、エンジンを発電用に使用してバッテリを充電
するシリーズ型と、エンジンを車両の駆動系に連結する
パラレル型、および、パラレル型とシリーズ型を組み合
わせたもの（シリパラ型）がある。特に、プラネタリギ
ヤにエンジンと発電機の出力を入力させプラネタリギヤ
の１つの要素からの出力にモータの出力を組み合わせる
ことで、発電機をエンジンに連結し、エンジンからの出
力の一部を発電、残りを直接出力軸に出力するハイブリ
ッド車両が提案されている（ＵＳＰ３５６６７１７）。
このハイブリッド車両では、エンジンを高効率領域で使
用でき、また、シリーズ型のハイブリッド車両のように
エンジンで発生したエネルギを全部発電に使用するので
はないので、燃費を向上させることができる。また、エ
ンジンを定常状態で運転することもできるので、排ガス
を低減できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記公報に記
載されたハイブリッド車両では、エンジンと発電機と駆
動モータがプラネタリギヤを介して相互に連結されてい
るので、エンジン、発電機、モータの各トルク変動が出
力トルクに影響して走行フィーリングが悪化するという
問題があった。また、公報記載のハイブリッド車両で
は、エンジンと発電機と駆動モータの制御が同時に行わ
れるため、互いの制御の干渉を防止する必要があった。
【０００４】そこで、本発明は、発電機がエンジンに連
結され、エンジンからの出力の一部が発電、残りが直接
出力軸に連結されるハイブリッド車両において、走行フ
ィーリングを損なうことなく、エンジン、発電機、モー
タを駆動することが可能なハイブリッド車両を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、エンジンの出力トルクを駆動輪および発電機の入力
軸に伝達するハイブリッド車両において、前記エンジン
の出力軸に連結されたモータと、前記エンジンの出力を
制御するエンジン出力制御手段と、前記発電機の回転数
を制御する発電機制御手段と、この発電機制御手段で回
転数制御された発電機の出力トルクを演算する発電機ト
ルク演算手段と、この発電機トルク演算手段で演算され
た出力トルクに応じて、前記モータの出力トルクを補正
するモータ制御手段と、をハイブリッド車両に具備させ
て前記目的を達成する。請求項２記載の発明では、請求
項１記載のハイブリッド車両において、前記発電機制御
手段は、アクセル開度とバッテリ残量によって前記発電
機の回転数を制御する。請求項３記載の発明では、請求
項１または請求項２記載のハイブリッド車両において、
前記エンジンと前記発電機はプラネタリギヤを介して前
記出力軸に連結され、前記モータは前記出力軸に連結さ
れている。請求項４記載の発明では、請求項３記載のハ
イブリッド車両において、前記プラネタリギヤは、サン
ギヤが前記発電機に連結され、キャリヤが前記エンジン
の出力軸に連結され、リングギヤが前記出力軸に連結さ
れている。
【０００６】
【作用】請求項１記載のハイブリッド車両では、エンジ
ンの出力がエンジン出力制御手段で制御され、発電機の
回転数が発電機制御手段で制御される。この発電機制御
手段で回転数制御された発電機の出力トルクが発電機ト
ルク演算手段で演算され、演算された出力トルクに応じ
て、モータの出力トルクがモータ制御手段で補正され
る。請求項２記載のハイブリッド車両では、アクセル開
度とバッテリ残量によって前記発電機の回転数が制御さ
れる。請求項３記載ハイブリッド車両では、エンジンと
発電機がプラネタリギヤを介して出力軸に連結され、モ
ータが出力軸に連結されている。請求項４記載の発明で
は、前記プラネタリギヤは、サンギヤが前記発電機に連
結され、キャリヤが前記エンジンに連結され、リングギ
ヤが前記出力軸に連結されている。
【０００７】
【実施例】以下、本発明のハイブリッド車両における一
実施例を図１ないし図８を参照して詳細に説明する。図
１はハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルト
ン図（骨図）で、図２はこの駆動装置の軸間関係を示す
図である。図１に示すように、ハイブリッド車両の駆動
装置は、エンジン（ＥＧ）１、プラネタリギヤ２、発電
機（ジェネレータＧ）３、モータ（Ｍ）４、およびデフ
ァレンシャルギヤ５を備えており、４軸構成になってい
る。第１軸としてのエンジン１の出力軸７上には、プラ
ネタリギヤ２および発電機３が配置されている。プラネ
タリギヤ２は、キャリヤ２２がエンジン１の出力軸７と
連結され、サンギヤ２１が発電機３の入力軸９と連結さ
れ、リングギヤ２３が第１カウンタドライブキア１１に
連結されている。第２軸としてのモータ４の出力軸１３
には、第２カウンタドライブギヤ１５が連結されてい
る。第３軸としてのカウンタシャフト３１には、カウン
タドリブンギヤ３３及びデフピニオンギヤ３５が保持さ
れており、カウンタドリブンギヤ３３には第１カウンタ
ドライブギヤ１１と第２カウンタドライブギヤ１５が噛
合されている。デファレンシャルギヤ５は、第４軸を有
するデフリングギヤ３７を介して駆動され、このデフリ
ングギヤ３７とデフピニオンギヤ３５とが互いに歯合し
ている。
【０００８】プラネタリギヤ２は差動ギヤであり、キャ
リヤ２２の入力回転数に対し、リングギヤ２３の出力回
転数を決定するのは、サンギヤ２１の回転数である。即
ち、発電機３の負荷トルクを制御することによって、サ
ンギヤ２１の回転数を制御することが可能である。例え
ば、サンギヤ２１を自由回転させた場合、キャリヤ２２
の回転はサンギヤ２１により吸収され、リングギヤ２３
は停止して、出力回転は生じないようになっている。プ
ラネタリギヤ２において、キャリヤ２２の入力トルク
は、発電機３の反力トルクと出力軸トルクの合成トルク
となる。すなわち、エンジン１からの出力はキャリヤ２
２に入力され、発電機３はサンギヤ２１に入力される。
エンジン１の出力トルクはリングギヤ２３から出力さ
れ、エンジン効率に基づいて設定されたギヤ比でカウン
ターギヤを介して駆動輪に出力される。またモータ４の
出力はモータ効率のよいギヤ比に基づいてカウンターギ
ヤを介して駆動輪に出力される。
【０００９】図３は、このようなハイブリッド車両の制
御部の構成を表したものである。この図３に示すよう
に、ハイブリッド車両は、駆動系４０と、駆動系４０そ
の他各部の状態を検出するセンサ系４１と、駆動系４０
各部の制御を行う制御系４２を備えている。駆動系４０
は、エンジン１、発電機３、モータ４および、バッテリ
４３を有している。バッテリ４３は、モータ４に電力を
供給すると共に、モータ４からの回生電力および発電機
３の電力で充電される。センサ系４１は、運転者の車両
駆動力への要求度を示すアクセル開度を検出するアクセ
ルセンサ４１１、車速Ｖを検出する車速センサ４１２、
発電機３の回転数を検出する発電機回転数センサ４１
３、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数セン
サ４１４、バッテリ４３の充電残容量ＳＯＣを検出する
バッテリセンサ４１５を備えている。
【００１０】制御系４２は、エンジン４を制御するエン
ジン制御装置４２１、発電機３を制御する発電機制御装
置４２２、モータ４を制御するモータ制御装置４２３を
備えている。また制御系４２は、エンジン制御装置４２
１、発電機制御装４２２、モータ制御装置４２３に対し
て制御指示や制御値を供給することで車両全体を制御す
る車両制御装置４２４を備えている。車両制御装置４２
４は、エンジン制御装置４２１に対してエンジンのＯＮ
／ＯＦＦ信号を供給するようになっている。また、発電
機制御装置４２２に対して、アクセルセンサ４１１から
のアクセル開度αとバッテリセンサ４１５からの充電残
容量ＳＯＣとに応じた発電機３の目標回転数ＮＧ＊を供
給する。さらに、車両制御装置４２４は、モータ制御装
置４２３に対して、アクセルセンサ４１１からのアクセ
ル開度αと車速センサ４１２からの車速Ｖとに応じたト
ルクＴＭ＊を供給すると共に、発電機制御装置４２２か
ら供給される発電機回転数ＮＧと発電機トルクＴＧとか
ら補正トルクΔＴＭを算出して供給するようになってい
る。
【００１１】そして、エンジン制御装置４２２は、車両
制御装置４２２から供給されるＯＮ信号と、エンジン回
転数センサ４１４から供給されるエンジン回転数ＮＥに
応じて、スロットル開度θを制御することで、エンジン
１の出力を制御するようになっている。発電機制御装置
４２２は、目標回転数ＮＧ＊となるように、電流（トル
ク）ＩＧを制御する。モータ制御装置４２３は、車両制
御装置４２４から供給されるトルクＴＭ＊と補正トルク
ΔＴＭによって、モータ４の電流（トルク）ＩＭを制御
するようになっている。
【００１２】次に、このように構成された実施例によ
る、各制御部の動作について説明する。 エンジン制御装置４２１の制御動作 図４は、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度αとの関
係を表したものである。この図４に示す関係は、燃費が
最良となるように予め決められている。エンジン制御装
置４２１は、車両制御装置４２４に入力されたアクセル
開度αを基に、図４に示すエンジン回転数ＮＥに対応し
てスロットル開度θを制御することでエンジン出力を制
御する。
【００１３】発電機制御装置４２２の制御動作 発電機制御装置４２２は、発電機の回転数が車両制御装
置４２４から供給される目標回転数ＮＧ＊となるように
発電機３のトルク（電流ＩＧ）を制御する。車両制御装
置４２４では、アクセルセンサ４１１から供給されるア
クセル開度αとバッテリセンサ４１５から供給されるバ
ッテリの充電残容量ＳＯＣとから、目標回転数ＮＧ＊を
決定する。目標回転数ＮＧ＊とアクセル開度αと充電残
容量ＳＯＣとの関係は、例えば図５に示す関係を使用す
る。この例では、アクセル開度αが大きくなるほど、ま
た、バッテリ残量ＳＯＣが小さくなるほど、目標回転数
ＮＧ＊が大きくなるように決められている。発電機制御
装置４２２では、図５に従って車両制御装置４２４から
供給される目標回転数ＮＧ＊と、発電機回転センサ４１
３で実測される発電機３の回転数ＮＧとの差によるフィ
ードバック制御により発電機３のトルクを制御する。
【００１４】また、発電機制御装置４２２は、発電機回
転数センサ４１３から供給された回転数ＮＧと、この回
転数ＮＧから次のようにして算出した発電機トルクＴＧ
とを車両制御装置４２４に供給する。発電機３が磁石を
使用している場合、発電機３のトルクは、電流に比例す
るので、発電機電流から発電機トルクＴＧを算出する。
また、発電機３が他励式である場合、図６に示すトルク
−回転数特性図から、励磁電流Ｉｆに応じて演算する。
この場合、予め定められた発電機３に対して、発電機ト
ルクＴＧは容易に精度よく求めることができる。
【００１５】なお、発電機制御装置４２２は、発電機回
転数ＮＧと共に、発電機トルクＴＧの代用値としての励
磁電流Ｉｆ等を車両制御装置４２４に供給し、車両制御
装置４２２で発電機トルクＴＧを算出するようにしても
よい。
【００１６】モータ制御装置４２３の制御動作 モータ制御装置４２３は、エンジン１と発電機３が作動
しているとき（プラネタリギヤ２にトルクがかかって出
力軸に伝達されているとき）と作動していないときによ
り異なる。まずエンジン１と発電機３が作動しない場
合、通常の電気自動車と同様に、車速Ｖとアクセル開度
αとによって決まるトルクＴＭ＊を車両制御装置４２４
が算出してモータ制御装置４２３に供給する。モータ制
御装置４２３では、モータトルクＴＭが、ＴＭ＝ＴＭ＊
となるように、モータ４の電流値ＩＭを制御する。な
お、車両制御装置４２４は、図７に示す、モータトルク
−車速特性図からアクセル開度αに応じてモータトルク
ＴＭ＊を算出する。
【００１７】一方、エンジン１と発電機３が作動し、プ
ラネタリギヤ２にトルクを伝達している場合、そのトル
ク変動の影響による走行フィーリングの悪化をモータ出
力で吸収するため、車両制御装置４２４は、モータ３に
対する補正トルクΔＴＭを算出してモータ制御装置４２
３に供給する。補正トルクΔＴＭは、発電機制御装置４
２２から供給される発電機トルクＴＧと、発電機３の回
転変化率とから、次のようにして算出する。
【００１８】すなわち、発電機イナーシャをＩｎＧ、発
電機角加速度（回転変化率）をαＧとした場合、サンギ
ヤ２１に作用するサンギヤトルクＴＳは、次の数式１で
表されるように、発電機トルクＴＧと発電機イナーシャ
によるトルクＩｎＧ・αＧの和となる。なお、発電機３
の回転変化率αＧが非常に小さい場合のサンギヤトルク
ＴＳは、ＴＳ＝ＴＧとなる。
【００１９】
【数１】ＴＳ＝ＴＧ＋ＩｎＧ・αＧ
【００２０】一方、プラネタリギヤ２におけるリングギ
ヤ２３の歯数がサンギヤ２１の２倍であるとすると、リ
ングギヤトルクＴＲは発電機トルクＴＧの２倍となる。
従って、モータ４で吸収すべきサンギヤトルクΔＴＭ
は、カウンタギヤ比をｉとした場合、ΔＴＭ＝２・ｉ・
ＴＳとなる。なお、車両制御装置４２４における以上の
計算で必要な発電機トルクＴＧ、イナーシャＩｎＧ、回
転数ＮＧ等はすべて既知であり、測定困難なエンジント
ルク等の値は必要としていないため、容易に算出するこ
とが可能である。車両制御装置４２４は、このモータ４
部分でのサンギヤトルクΔＴＭを、補正トルクΔＴＭと
してモータ制御装置４２３に供給する。
【００２１】モータ制御装置４２３では、供給された補
正トルクΔＴＭで、モータトルクＴＭ＊を補正する。す
なわち、モータ制御装置４２３は、ＴＭ＝ＴＭ＊−ΔＴ
Ｍとなるように、モータ４の電流ＩＭを制御する。これ
によって、出力トルクは発電機３やエンジン１のトルク
の影響を受けることなく、常時定められたトルクＴＭ＊
を維持することができる。
【００２２】以上説明したように、本実施例によれば、
発電機３のトルクＴＧと回転変化率αＧによりモータト
ルクＴＭを補正（ΔＴＭ）することで、エンジン３の出
力変動にかかわらず出力トルクが変動をすることがない
ので、走行フィーリングがよくなる。また、発電機３に
より補正トルクΔＴＭを算出するので、出力に対するト
ルクセンサーが不要となる。さらに、エンジン１、発電
機３、モータ４の制御は、値を交換しあいながら調整し
合う制御ではなく、各々の制御がシーケンシャルに行わ
れるので、互いの制御が干渉することがなくなる。ま
た、モータ４によりトルク補正が行われるので、エンジ
ン１は車両の走行とは独立して最適燃費運転が可能とな
る。
【００２３】次に第２の実施例について説明する。図８
は、第２の実施例におけるハイブリッド車両の駆動装置
の配列を示すスケルトン図である。なお、図１に示す第
１の実施例と同一の構成部分には同一の符号を付してそ
の説明を適宜省略することとする。この図８に示すよう
に、第２の実施例では、エンジン１ｂの出力軸７ｂが発
電機３ｂのステータ５１（ケースには保持されていな
い）に連結され、発電機３ｂのロータ５２が出力軸５３
に連結されている。そして、モータ４ｂも出力軸５３に
連結されている。この出力軸５３には、カウンタドライ
ブギヤ５４が連結され、このカウンタドライブギヤ５４
には、カウンタシャフト３１のカウンタドリブンギヤ３
３が噛合されている。
【００２４】第１の実施例では、エンジン１と発電機３
はプラネタリギヤ２を介して出力軸に連結されるので、
出力軸に連結したリングギヤ２３のトルクＴＲは発電機
トルクＴＧの２倍となる。これに対して、第２の実施例
では、ギヤ比を考慮することなく発電機３ｂの出力軸ト
ルクは発電機トルクＴＧと等しくなるので、モータ４に
対する補正トルクΔＴＭは、ΔＴＭ＝ＴＧ＋ＩｎＧ・α
Ｇとなる。
【００２５】なお、本発明は以上説明した実施例に限定
されるものではなく、種々の変形が可能である。例え
ば、実施例では、車両制御装置４２４において補正トル
クΔＴＭを算出する構成としたが、他に、発電機制御装
置４２２から発電機トルクＴＧと回転数ＮＧを受け取っ
てモータ制御装置４２３において補正トルクΔＴＭを計
算するようにしてもよい。
【００２６】また、発電機回転数ＮＧについて、発電機
回転数センサ４１３で検出したが、エンジン回転数セン
サ４１４からエンジン回転数ＮＥを入力して次のように
算出してもよい。すなわち、発電機回転数（サンギヤ）
をＮＧ、エンジン回転数（キャリア）をＮＥ、出力軸回
転数（リングギヤ）をＮＲとし、リングギヤ２３の歯数
をサンギヤ２１の歯数の２倍にした場合、次の数式２が
成立する。
【００２７】
【数２】ＮＧ＝３・ＮＥ−２・ＮＲ
【００２８】この数式２が示すように、エンジン回転数
ＮＥと発電機回転数ＮＧは互いに算出することができ
る。従って、発電機回転センサ４１３で発電機回転数Ｎ
Ｇを検出する代わりに、エンジン回転数センサ４１４で
検出したエンジン回転数ＮＥを使用して発電機回転数Ｎ
Ｇを算出すると共に、この発電機回転数Ｎから発電機ト
ルクＴＧを算出する。このようにすることで、発電機回
転数センサ４１３が不要になる。
【００２９】また、第１の実施例では、エンジンと発電
機がプラネタリギヤを介して出力軸に接続されている構
成について説明したが、本発明では、ベベルギヤ等の他
の作動ギヤを介して出力軸に接続されるようにしてもよ
い。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、発電機がエンジンに連
結され、エンジンからの出力の一部が発電、残りが直接
出力軸に連結されるハイブリッド車両において、エンジ
ンの変動にかかわらず出力トルクの変動が抑えられるの
で、走行フィーリングを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例におけるハイブリッド車両の
駆動装置配列を示すスケルトン図である。
【図２】同上、ハイブリッド車両の駆動装置の軸間関係
を示す説明図である。
【図３】同上、ハイブリッド車両の制御部の構成図であ
る。
【図４】同上、ハイブリッド車両のエンジン回転数ＮＥ
とスロットル開度αとの関係を示す特性図である。
【図５】同上、ハイブリッド車両の目標回転数ＮＧ＊と
アクセル開度αと充電残容量ＳＯＣとの関係を示す特性
図である。
【図６】同上、ハイブリッド車両における発電機が他励
式である場合のトルク−回転数特性図である。
【図７】同上、ハイブリッド車両おけるモータトルク−
車速特性図である。
【図８】本発明の第２の実施例におけるハイブリッド車
両の駆動装置の配列を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
１ エンジン ２ プラネタリギヤ ２１ サンギヤ ２２ キャリヤ ２３ リングギヤ ３ 発電機 ４ モータ ５ デファレンシャルギヤ １１ 第１カウンタドライブギヤ １５ 第２カウンタドライブギヤ ３１ カウンタシャフト ３３ カウンタドリブンギヤ ３５ デフピニオンギヤ ４０ 駆動系 ４１ センサ系 ４１１ アクセルセンサ ４１２ 車速センサ ４１３ 発電機回転数センサ ４１４ エンジン回転数センサ ４１５ バッテリセンサ ４２ 制御系 ４２１ エンジン制御装置 ４２３ 発電機制御装置 ４２４ 車両制御装置 ４３ バッテリ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの出力トルクを駆動輪および発
    電機の入力軸に伝達するハイブリッド車両において、 前記エンジンの出力軸に連結されたモータと、 前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御手段
    と、 前記発電機の回転数を制御する発電機制御手段と、 この発電機制御手段で回転数制御された発電機の出力ト
    ルクを演算する発電機トルク演算手段と、 この発電機トルク演算手段で演算された出力トルクに応
    じて、前記モータの出力トルクを補正するモータ制御手
    段と、を具備することを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 【請求項２】 前記発電機制御手段は、アクセル開度と
    バッテリ残量によって前記発電機の回転数を制御するこ
    とを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
  3. 【請求項３】 前記エンジンと発電機はプラネタリギヤ
    を介して前記出力軸に連結され、前記モータは前記出力
    軸に連結されていることを特徴とする請求項１または請
    求項２に記載のハイブリッド車両。
  4. 【請求項４】 前記プラネタリギヤは、サンギヤが前記
    発電機に連結され、キャリヤが前記エンジンの出力軸に
    連結され、リングギヤが前記出力軸に連結されているこ
    とを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車両。
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