JPH08237806A - 複合電気自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低公害化とエネルギ効率との向上を図るとと
もに、小型の車両にも適用しても走行性能を満足させこ
とができる複合電気自動車を提供する。 【解決手段】 第１の車輪駆動軸１５と第２の車輪駆動
軸２４とを備え、電気エネルギと機械エネルギとを利用
して走行する複合電気自動車において、原動機１０と、
この原動機１０に接続された軸部材１３と、この軸部材
１３に接続された第１のモータジェネレータ１１と、軸
部材１３と第１の車輪駆動軸１５との間に配設されるク
ラッチ機構１７と、第２の車輪駆動軸２４に接続された
第２のモータジェネレータ１２と、これら原動機１０お
よびクラッチ機構１７および第１および第２のモータジ
ェネレータ１１，１２を制御する制御手段とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電気自動車に関
し、特に電気エネルギと機械エネルギとを併用して走行
する複合電気自動車に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】騒音の低減や排気ガスの浄化等の点での
低公害化を図る車両として電気自動車の開発が進められ
ている。電気エネルギのみを使用して駆動する型式の電
気自動車は、電気エネルギを蓄えておく蓄電装置の蓄電
容量により、航続距離が制限される。そこで、化石燃料
等を使用する原動機と電気エネルギを使用する電動機と
を組み合わせた方式、すなわち複合電気（ハイブリッ
ド）方式の電気自動車の開発も進められている。

【０００３】このハイブリッド方式の電気自動車には、
直列型と並列型とが提案されている。直列型の電気自動
車は、原動機が発電用としてのみ用いられて、発電され
た電気エネルギで電動機を駆動して走行するよう構成さ
れており、原動機を定格負荷で運転させることにより原
動機の高効率化を図り、騒音や排出物を低減するととも
に航続距離を延ばすよう構成されている。また、並列型
の電気自動車は、原動機と電動機との両方が駆動系に連
結できるように構成されているので、例えば自動車密集
地域である市街地や環境保護区域等では電動機で走行
し、郊外等では原動機で走行するようにして、局地的な
環境を改善するとともに、航続距離を延ばすことができ
る。特に、この並列型の電気自動車が原動機で走行して
いる場合には、原動機の出力すなわち機械エネルギを電
気エネルギに変換し、さらにその電気エネルギを蓄電池
に充電するとともにその蓄電池から電動機に給電するこ
とに伴う損失が生じないため、並列型の電気自動車は、
直列型の電気自動車に比べ、より一層の高効率化が図ら
れる。

【０００４】このような並列型の電気自動車の一例が実
開平２−７７０２号公報に記載されている。これを図７
に示し、簡単に説明する。この並列型の電気自動車は、
原動機１と発電機２と電動機３とを備えており、原動機
１の回転軸４に発電機２が連結されるとともに、車輪駆
動軸５に電動機３が連結され、回転軸４と車輪駆動軸５
との間にクラッチ６が配設されている。そして、自動車
の始動加速時には、クラッチ６により回転軸４と車輪駆
動軸５との連結が断たれるとともに、原動機１が最高効
率点で運転され、この原動機１から得られる機械エネル
ギを発電機２を介して電気エネルギに変換し、この電気
エネルギによって駆動される電動機３で車輪駆動軸５を
駆動し、すなわち車両を走行させるようになっている。
また、自動車の巡航速度での走行時には、クラッチ６に
より回転軸４と車輪駆動軸５とが接続され、定格負荷運
転を行う原動機１によって車輪駆動軸５を動作させるよ
うになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の公報に記載され
た複合電気自動車によれば、クラッチ６を係合・解放す
ることにより、原動機１と電動機３とを選択して走行す
ることができる。したがって、原動機１をほぼ定常的に
運転することができるため、燃費や排気ガスの性状を悪
化させることなく、状況に応じた走行を行うことができ
る。しかしながら、電動機３を取り付けてある車輪駆動
軸５に対して、クラッチ６によって発電機２および原動
機１を連結するよう構成してあるから、原動機１と発電
機２と電動機３とが１箇所に集中せざるを得ず、そのた
めスペース上の制約の多い小型車両には事実上適用が不
可能であり、また一般に市販されているエンジン車ベー
スの車両の僅かな改造で電動機や発電機を搭載すること
は困難であった。

【０００６】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたもので、低公害化とエネルギ効率との向上を図ると
ともに、必要な走行性能を付与しても、原動機および電
動機等の配置を容易にして、小型の車両にも適用するこ
とができるとともに、市販のエンジン車ベースの車両の
小改造により得ることができる複合電気自動車を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段およびその作用】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載された発明は、少
なくとも第１の車輪駆動軸と第２の車輪駆動軸とを備
え、電気エネルギと機械エネルギとを利用して走行する
複合電気自動車において、機械エネルギを発生する原動
機と、この原動機によって駆動されて発電する発電手段
と、前記原動機と前記第１の車輪駆動軸との間で選択的
に動力を伝達するクラッチ手段と、前記第２の車輪駆動
軸に接続され、この第２の車輪駆動軸から動力を受けて
発電する回生機能と第２の車輪駆動軸に動力を与えて走
行する力行機能とを備える発電・駆動手段と、前記クラ
ッチ手段の係合・解放を制御する第１の制御手段と、前
記原動機の運転を制御する第２の制御手段と、前記発電
手段の出力を制御する第３の制御手段と、前記発電・駆
動手段による回生・力行を制御する第４の制御手段とを
備えていることを特徴とするものである。

【０００８】請求項１に記載された複合電気自動車で
は、第１の車輪駆動軸にクラッチ手段を介して原動機と
発電手段とが接続されるよう配設されるとともに、第２
の車輪駆動軸に発電・駆動手段が接続されるよう配設さ
れている。すなわち、前記原動機と前記発電手段と前記
発電・駆動手段とが１箇所に集中して配設されないの
で、これらを車両に搭載することが容易になる。

【０００９】また、原動機と第１の車輪駆動軸との間に
配設されたクラッチ手段の動作により、原動機および発
電手段と第１の車輪駆動軸との接続または遮断が行われ
る。一方、第２の車輪駆動軸には発電・駆動手段が接続
されている。したがって、第１ないし第４の制御手段に
より、直列型や並列型等の複合電気自動車として多様な
動作を行う。

【００１０】例えば、直列型の複合電気自動車として動
作する場合、クラッチ手段により原動機および発電手段
と第１の車輪駆動軸とが遮断されるとともに、原動機が
その熱効率の最も良好な領域で定常運転され、出力され
た機械エネルギが発電手段により電気エネルギに変換さ
れ、この変換された電気エネルギにより発電・駆動手段
が力行するよう制御される。

【００１１】また、並列型の複合電気自動車として動作
する場合、クラッチ手段により原動機および発電手段と
第１の車輪駆動軸とが接続されるとともに、走行負荷と
は無関係に原動機が、走行に伴って回転している第１の
車輪駆動軸に接続された原動機の回転数における熱効率
の良好な領域で準定常運転される。そして、原動機から
の出力と走行抵抗とが比較され、適宜、発電手段と発電
・駆動手段とが制御される。例えば、前記出力が走行抵
抗より大きい場合、発電手段もしくは発電・駆動手段が
回生するよう制御される。また逆に、前記出力が走行抵
抗より小さい場合、発電・駆動手段が力行するよう制御
される。

【００１２】さらに、車両の制動時には、第１の車輪駆
動軸に接続される発電手段と第２の車輪駆動軸に接続さ
れた発電・駆動手段とが同時に回生するよう制御され
る。したがって、第１および第２の車輪駆動軸に回生制
動が作用するよう制御されるため、車両の制動バランス
を崩すことなく、走行している車両の運動エネルギから
変換して回収することができる回生エネルギ量が増大さ
れる。

【００１３】また請求項２に記載された発明は、前記原
動機と前記発電手段との間で選択的に動力を伝達する第
２のクラッチ手段が配設されるとともに、この第２のク
ラッチ手段の係合・解放を制御する第５の制御手段が設
けられていることを特徴とするものである。

【００１４】請求項２に記載された複合電気自動車によ
ると、原動機と発電手段との間に配設された第２のクラ
ッチ手段により、発電手段は単独で第１の車輪駆動軸に
接続されて、発電手段を原動機に対し独立して動作させ
ることができる。したがって、請求項１に記載された複
合電気自動車よりも、さらに多様な動作を行う。

【００１５】例えば、車速が低い場合、すなわち第１の
車輪駆動軸の回転数が低い場合、第２のクラッチ手段に
より原動機が第１の車輪駆動軸および発電手段から遮断
される。そのため、原動機のストールを伴うことなく、
全車速域で発電手段が回生を行うことができ、複合電気
自動車の効率がさらに向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】まず、請求項１に記載された発明
を図１に示した第１実施例に基づいて詳細に説明する。
この第１実施例は、通常の四輪を備える車両の前部に、
化石燃料等を燃焼させて機械エネルギを出力する原動機
（エンジン）１０を搭載した複合電気自動車である。

【００１７】また、この複合電気自動車の前部には、図
示しないバッテリ等の蓄電装置に接続されかつ機械エネ
ルギと電気エネルギとの変換を行う、すなわち力行機能
と回生機能とを有する第１のモータジェネレータ１１が
配設されており、後部には、第１のモータジェネレータ
１１と同様に力行機能と回生機能とを有する第２のモー
タジェネレータ１２が配設されている。これらモータジ
ェネレータ１１，１２は、それぞれ、車両に固定されて
いる固定子１１ａ，１２ａとこの固定子１１ａ，１２ａ
の内側で回転する回転子１１ｂ，１２ｂとを備えてい
る。

【００１８】そして、エンジン１０の出力軸１３が、車
両前部側の車輪すなわち前輪１４，１４に連結された左
右の車輪駆動軸（ドライブシャフト）１５，１５とほぼ
平行に配設され、この出力軸１３には、第１のモータジ
ェネレータ１１の回転子１１ｂが複数の歯車からなる変
速機構（増速機構）１６を介して接続されており、出力
軸１３の回転数が増速されて回転子１１ｂに入力される
よう構成されている。なお、この増速機構１６は、エン
ジン１０において最も良好な熱効率を示す領域の回転数
と、第１のモータジェネレータ１１において最も良好な
発電効率を示す領域の回転数とを合わせるために配設さ
れたものであり、両者の回転数がほぼ合致していれば、
増速機構１６を設ける必要はない。

【００１９】また、エンジン１０の出力軸１３には、湿
式あるいは乾式の摩擦クラッチもしくは電磁クラッチな
どからなるクラッチ機構１７と、このクラッチ機構１７
と一体に回転するカウンタドライブギヤ１８が設けられ
ている。そして、左右のドライブシャフト１５，１５の
間に、差動機構（ディファレンシャル）１９が配設され
ており、カウンタドライブギヤ１８とディファレンシャ
ル１９との間に、これら両者１８，１９に噛合しかつ出
力軸１３の回転を減速してドライブシャフト１５，１５
に伝達するカウンタドリブンギヤ列２０が配設されてい
る。

【００２０】一方、この複合電気自動車の後部に配設さ
れた第２のモータジェネレータ１２の回転子１２ｂと一
体に回転する出力軸に、例えば遊星歯車機構からなる変
速機構（減速機構）２１とディファレンシャル２２とが
連結されて、車両後部側の車輪すなわち後輪２３，２３
に連結された左右のドライブシャフト２４，２４に、第
２のモータジェネレータ１２の出力回転が減速されて伝
達されるよう構成されている。ここで、第２のモータジ
ェネレータ１２の出力軸が中空に構成され、その内部に
図上右側のドライブシャフト２４が配設されて、第２の
モータジェネレータ１２と減速機構２１およびディファ
レンシャル２２とドライブシャフト２４，２４および後
輪２３，２３とが同一軸線上に配設されて、後輪２３，
２３の駆動系が全体として小型化されている。

【００２１】なお、特に図示しないが、この複合電気自
動車には、エンジン１０と第１のモータジェネレータ１
１と第２のモータジェネレータ１２とクラッチ機構１６
との動作を制御する制御装置（第１ないし第４の制御手
段）が設けられている。

【００２２】つぎに、上記構成による第１実施例の動作
につき、図２に示す動作表を参照しながら説明する。こ
の複合電気自動車が停車および発進および低速〜中速で
走行している場合、この複合電気自動車はモード１に示
す動作内容に制御される。具体的には、クラッチ機構１
７が出力軸１３とドライブシャフト１５との連結を断つ
とともに、蓄電装置から第２のモータジェネレータ１２
に電気エネルギを供給し、この第２のモータジェネレー
タ１２が力行を行う。通常、エンジン１０はその熱効率
の最も良好な領域で定常運転され、かつ第１のモータジ
ェネレータ１１がその発電効率の最も良好な領域で運転
されて発電し、この発電された電気エネルギが蓄電装置
に蓄えられる。なお、蓄電装置にその容量にほぼ一杯の
電気エネルギが蓄電されている場合は、第２のモータジ
ェネレータ１２で消費する電気エネルギの量に応じて、
必要なエンジン１０の出力を得るようエンジン１０のス
ロットル開度が制御装置により調節される。

【００２３】そして、この複合電気自動車が中速〜高速
で走行中の場合、この複合電気自動車はモード２に示す
動作に制御される。具体的には、クラッチ機構１７が出
力軸１３とドライブシャフト１５とを接続し、エンジン
１０の出力を車両の駆動力に直接利用する。この場合、
エンジン１０とドライブシャフト１５とが直結されてい
るが、エンジン１０は走行負荷とは無関係に車速に適合
した回転数における熱効率の良好な領域で準定常運転さ
れるようエンジン１０のスロットル開度が制御される。

【００２４】ここで、エンジン１０の出力と走行負荷と
が等しい場合、第１および第２のモータジェネレータ１
１，１２が回生を行わないようにして、エンジン１０の
出力により車両の走行を行う。この場合、機械エネルギ
と電気エネルギとを変換しないので、エネルギ変換に伴
う損失が生じない。当然、エンジン１０の出力と走行負
荷とが等しくならない場合、具体的には、エンジン１０
の出力が走行負荷より大きい場合やエンジン１０の出力
が走行負荷より小さい場合が存在する。

【００２５】そこで、エンジン１０の出力が走行負荷よ
り大きい場合（モード２Ａ）、エンジン１０から出力さ
れる余剰駆動力を第１のモータジェネレータ１１を介し
て電気エネルギに変換し、この電気エネルギを蓄電装置
に蓄えるよう制御され、車両はエンジン１０の出力のみ
で走行するよう制御される。このとき、第２のモータジ
ェネレータ１２から電気的な負荷を外して、回生制動が
作用しない、すなわち駆動損失が生じないようになって
いる。また、エンジン１０の出力が走行負荷より小さい
場合（モード２Ｂ）、第１のモータジェネレータ１１か
ら電気的な負荷を外して駆動損失が生じないようにし
て、エンジン１０の出力の全てをドライブシャフト１５
に伝達するとともに、蓄電装置に蓄えられている電気エ
ネルギにより第２のモータジェネレータ１２を力行、す
なわち後輪２３，２３を駆動させて、エンジン１０の出
力による駆動力の不足分を補うよう制御される。

【００２６】さらに、この複合電気自動車が減速する場
合、この複合電気自動車はモード３およびモード４に示
す動作に制御される。具体的には、中速〜高速状態での
減速時にはモード３の動作内容に制御され、低速〜中速
状態での減速時にはモード４の動作内容に制御される。

【００２７】まず、モード３の動作内容について説明す
る。このモード３はモード２すなわち中速〜高速での走
行の継続状態であるから、出力軸１３とドライブシャフ
ト１５とがクラッチ機構１７を介して接続されている。
そこで、エンジン１０のスロットルバルブが閉じられ、
いわゆるエンジン１０のエンジンブレーキと第１のモー
タジェネレータ１１の回生制動とが前輪１４，１４に作
用するとともに、第２のモータジェネレータ１２の回生
制動が後輪２３，２３に作用するよう制御される。言い
換えると、前輪１４，１４および後輪２３，２３の回転
から第１および第２のモータジェネレータ１１，１２を
介して回生エネルギを回収する。このとき、車両の前後
に回生制動が作用するため、前後の制動バランスがとり
やすくなっている。したがって、車両の走行安定性を損
なうことなく、モータジェネレータ１１，１２による回
生制動力を大きくすることができ、より多くの回生エネ
ルギを回収できる。勿論、前輪１４，１４および後輪２
３，２３に機械式の摩擦ブレーキ（図示せず）の制動力
を併用することもできる。

【００２８】つぎに、モード４すなわち低速ないし中速
状態での減速時の動作内容について説明する。このモー
ド４は、モード１すなわち低速〜中速での走行時から減
速を行う場合（モード４Ａ）と、モード３すなわち中速
〜高速状態での減速動作から継続して減速を行う場合
（モード４Ｂ）とに分けられる。そこで、モード４Ａに
よれば、モード１における前輪１４，１４側の制御内容
が継続、すなわちエンジン１０および第１のモータジェ
ネレータ１１が定常運転して発電するとともに、後輪２
３，２３から第２のモータジェネレータ１２を介して回
生エネルギを回収するよう制御される。

【００２９】また、モード４Ｂによれば、モード３にお
いてエンジン１０のスロットルバルブが閉じられている
ので、エンジン１０がアイドリング状態に移行する。そ
こで、エンジン１０とドライブシャフト１５，１５とが
クラッチ機構１７により遮断されるとともに、出力軸１
３に回生制動が作用しないよう第１のモータジェネレー
タ１１が制御されて、エンジン１０の回転数をストール
回転数まで低下させないようになっている。当然、モー
ド４においても前輪１４，１４および後輪２３，２３に
上記摩擦ブレーキの制動力を併用することもできる。

【００３０】また、図２には示さないが、この複合電気
自動車をエミッション（排気物）規制区域で走行させる
場合、エンジン１０を停止もしくはアイドリング状態に
して、第２モータジェネレータ１２の力行により後輪２
３，２３を駆動するよう制御する。さらに、この複合式
電気自動車を全車速域で四輪駆動車にすることができ、
加速性能や車両の安定性を高めることができる。例えば
モード１において、第１のモータジェネレータ１１の回
生（制動）力を弱めるとともに、クラッチ機構１７の係
合力を調節しながら出力軸１３とドライブシャフト１
５，１５とを接続して、第１のモータジェネレータ１１
において回生させながら前輪１４，１４にエンジン１０
の出力を伝達したり、モード２Ａにおいて、第１のモー
タジェネレータ１１の回生（制動）力を強めるととも
に、第２のモータジェネレータ１２を力行させて、後輪
２３，２３に第２のモータジェネレータ１２の出力を伝
達するよう構成することができる。

【００３１】上記説明したこの発明の第１実施例では、
エンジン１０および第１のモータジェネレータ１１のユ
ニットと第２のモータジェネレータ１２とが車両の前後
に分けて別々に配設されているので、車両にこれらエン
ジン１０および第１のモータジェネレータ１１および第
２のモータジェネレータ１２ならびに補機類等を容易に
搭載することができる。また、車両の前部にエンジン１
０および第１のモータジェネレータ１１を備える駆動系
ユニットを配設し、車両の後部に第２のモータジェネレ
ータ１２を備える駆動系ユニットを配設したので、車両
の重量配分が良好になり、ひいては車両の走行安定性が
向上する。

【００３２】つぎに、請求項２に記載された発明を図３
に示した第２実施例に基づいて説明する。この第２実施
例の複合式電気自動車は、上記説明した第１実施例のエ
ンジン１０と出力軸１３との間に、摩擦クラッチ等から
なり、これらの間で動力の断続を行う第２のクラッチ機
構２５を設けたものである。なお、第２のクラッチ機構
２５は第５の制御手段（図示せず）により解放・係合が
制御される。そして、第１実施例において回生機能のみ
を使用していた第１のモータジェネレータ１１の力行機
能をも活用するようになっている。

【００３３】この第２実施例の動作につき、図４に示す
動作表を参照しながら説明する。まず、この複合電気自
動車が停車および発進および低速〜中速で走行している
場合（モード１）、第２のクラッチ機構２５がエンジン
１０と出力軸１３とを接続するとともに、クラッチ機構
１７（以下、第１のクラッチ機構１７という。）が出力
軸１３とドライブシャフト１５との連結を断つよう制御
される。すなわち、第１実施例のモード１と同じ接続状
態になり、エンジン１０および第１のモータジェネレー
タ１１および第２のモータジェネレータ１２は、第１実
施例のモード１と同様に制御される。

【００３４】つぎに、この複合電気自動車が中速〜高速
で走行している場合（モード２）、第１のクラッチ機構
１７と第２のクラッチ機構２５とが出力軸１３とドライ
ブシャフト１５，１５とを接続するよう制御される。す
なわち、第１実施例のモード２と同じ接続状態になり、
エンジン１０および第１のモータジェネレータ１１およ
び第２のモータジェネレータ１２は、第１実施例のモー
ド２と同様に制御される。

【００３５】そして、この複合電気自動車が減速する場
合（モード３）、第１のクラッチ機構１７が出力軸１３
とドライブシャフト１５，１５とを接続するとともに、
第２のクラッチ機構２５がエンジン１０と出力軸１３と
の連結を断つよう制御される。すなわち、エンジン１０
は、第１のモータジェネレータ１１とドライブシャフト
１５とから遮断される。ここで、エンジン１０はそのス
ロットルバルブを閉じられてアイドリング状態に移行す
るよう制御されるとともに、第１および第２のモータジ
ェネレータ１１，１２が回生動作を行うよう制御され
る。この場合、エンジン１０の停止（ストール）を考慮
することなく、全速度域で前輪１４，１４から第１のモ
ータジェネレータ１１を介して回生エネルギを回収する
ことができる。

【００３６】さらに、この複合電気自動車が急発進もし
くは低速〜中速域で急加速を行う場合（モード４）、第
１のクラッチ機構１７が出力軸１３とドライブシャフト
１５，１５とを接続するとともに、第２のクラッチ機構
２５がエンジン１０と出力軸１３との連結を断つよう制
御される。そして、エンジン１０をアイドリング状態に
移行させるとともに、第１および第２のモータジェネレ
ータ１１，１２を力行させるよう制御する。したがっ
て、この複合式電気自動車は、２つのモータジェネレー
タ１１，１２によって駆動される四輪駆動車となり、モ
ード１での走行時に比べ優れた加速性能や走行安定性を
示す。

【００３７】またさらに、この複合電気自動車が中速〜
高速域で急加速を行う場合（モード５）、第１のクラッ
チ機構１７が出力軸１３とドライブシャフト１５，１５
とを接続するとともに、第２のクラッチ機構２５がエン
ジン１０と出力軸１３とを接続するよう制御される。そ
して、エンジン１０を走行負荷とは無関係にその回転数
における熱効率の良好な領域で準定常運転させるととも
に、第１および第２のモータジェネレータ１１，１２を
力行させるよう制御する。したがって、この複合式電気
自動車は、エンジン１０と２つのモータジェネレータ１
１，１２によって駆動される四輪駆動車となり、加速性
能や最高速度や走行安定性等の走行性能が向上する。

【００３８】したがって、エンジン１０のみ、もしくは
モータジェネレータ１２のみで同等の走行性能を得よう
とする場合に比べ、これら駆動用出力機器であるエンジ
ン１０およびモータジェネレータ１２を小型化すること
ができる。すなわち、低〜中負荷条件で車両を駆動する
場合にモード１およびモード２の動作内容に制御し、高
負荷条件で車両を駆動する場合にモード４およびモード
５の動作内容に制御することにより、さらに小型の車両
への搭載性を向上させることができる。

【００３９】また、この複合電気自動車をエミッション
（排気物）規制区域で走行させる場合（モード６）、エ
ンジン１０が停止もしくはアイドリング状態に制御され
る。そして、第１のクラッチ機構１７が出力軸１３とド
ライブシャフト１５，１５とを接続し、第２のクラッチ
機構２５がエンジン１０と出力軸１３との連結を断つよ
う制御されるとともに、第１および第２のモータジェネ
レータ１１，１２を力行させるよう制御すれば、規制区
域内で降雨もしくは降雪等により路面状況が悪化してい
る場合においても電気エネルギのみを利用して四輪を駆
動することができる。勿論、状況に応じて、前輪１４，
１４もしくは後輪２３，２３のみを電気エネルギによっ
て駆動するよう構成することもできる。

【００４０】図５は図３に示した複合電気自動車の走行
機能をより積極的に活用した場合の制御モード例を示す
図表である。この例では第１のモータジェネレータ１１
とエンジン１０とが動力伝達機構（図示せず）により接
続されている一方、全てのモードで第２クラッチ機構２
５がエンジン１０と出力軸１３とを接続するように制御
される。

【００４１】まず、モード０はエンジン１０のスタート
時の動作内容を示し、第１クラッチ機構１７が出力軸１
３とドライブシャフト１５との連結を断つように制御さ
れるとともに、イグニッションキー（図示せず）をスタ
ート操作すると第１のモータジェネレータ１１の力行機
能により機械エネルギが動力伝達機構を介してエンジン
１０のフライホイール（図示せず）に伝達され、エンジ
ン１０がアイドリング状態となる。なお、第２のモータ
ジェネレータ１２は動作しないように制御される。この
モード０によれば第１のモータジェネレータ１１により
エンジン１０を駆動させることができるため、スタータ
が不要となる。

【００４２】モード１は発進から中速走行（４０Km/h）
の領域における制御モードである。このモード１の動作
内容は図４のモード１の動作内容と共通しており、エミ
ッション規制区域を走行する際にエンジン１０のアイド
リングを停止し、第１のモータジェネレータ１１から電
気的な負荷を外してフリー状態とする点が異なる。

【００４３】また、このモード１では４輪駆動とするこ
ともできる。この場合はエンジン１０を準定常運転し、
第１のクラッチ機構１７を半クラッチ状態とし、第１の
モータジェネレータ１１および第２のモータジェネレー
タ１２の両方を力行させるように制御する。このような
制御を行うことにより、低速域における加速性能を向上
させることができる。なお、蓄電装置にその容量にほぼ
一杯の電気エネルギが蓄電されている場合は、第２のモ
ータジェネレータ１２で消費する電気エネルギの量に応
じて、必要なエンジン１０の出力を得るようエンジン１
０のスロットル開度が制御装置により調節されて熱効率
の良好な領域で運転する一方、第１のモータジェネレー
タ１１の電気的な負荷を外してもよい。また、このよう
な制御を行えば、車両の加速性、高速走行性を向上でき
る上、低速時における第１のモータジェネレータ１１お
よび第２のモータジェネレータ１２の駆動トルク不足を
エンジン１０の出力で補うことができる。

【００４４】複合電気自動車が４０Km/h以上で中速走行
する場合は、クラッチ機構１７が出力軸１３とドライブ
シャフト１５とを接続し、エンジン１０の出力を車両の
駆動力に直接利用する。そして、走行中におけるエンジ
ン１０の出力と走行負荷との関係に基づいてモード２
Ａ，〜２Ｄの動作内容に制御される。エンジン１０の出
力が走行負荷より大きい場合のモード２Ａは、図４のモ
ード２と同様の動作内容である。また、エンジン１０の
出力が走行負荷と等しい場合のモード２Ｂは、第１のモ
ータジェネレータ１１および第２のモータジェネレータ
１２から電気的な負荷を外して駆動損失が生じないよう
にして、エンジン１０の出力の全てをドライブシャフト
１５に伝達して前輪１４，１４を駆動する。

【００４５】さらに、エンジン１０の出力が走行負荷よ
り小さい場合のモード２Ｃは、第１のモータジェネレー
タ１１または第２のモータジェネレータ１２の少なくと
も一方を力行動作させ、エンジン１０の出力による駆動
力の不足分を補うよう制御される。モード２Ｃにおいて
も、走行負荷に応じて第１のモータジェネレータ１１お
よび第２のモータジェネレータ１２から電気的な負荷を
外すことにより、駆動損失を避けることができる。

【００４６】さらにまたモード２Ｄでは、エンジン１０
を定常運転とし、第１のモータジェネレータ１１および
第２のモータジェネレータ１２の両方を回生または力行
させ、４輪駆動または４輪駆動の状態で同時に回生動作
も行うように制御される。モード２Ｄによればエンジン
１０が最高効率点で運転され、駆動力は第１のモータジ
ェネレータ１１および第２のモータジェネレータ１２に
より調整される。なお、モード２Ｃとモード２Ｄの選択
は、エンジン１０の運転効率をマップ上で比較し、効率
の良い方が選択されるようになっている。

【００４７】モード３は中速ないし高速領域で減速され
る場合の動作内容を示している。このモード３では第２
のクラッチ機構２５が接続され、かつ、エンジン１０が
スロットルバルブが閉じられるかまたは無負荷状態にあ
る点以外は、図４のモード３と同様の動作内容となり、
回生による強ブレーキ（４輪）が発生する。

【００４８】つぎに、モード４で低速〜中速状態での減
速時の動作内容について説明する。このモード４ではエ
ンジン１０がアイドリングまたは定常運転状態に制御さ
れ、さ第１のクラッチ機構１７により出力軸１３とドラ
イブシャフト１５との連結が断たれる。すなわち第１の
モータジェネレータ１１では電気的な負荷が外されるか
または出力軸１３の回転からの回生動作が行われ、第２
のモータジェネレータ１２により後輪２３，２３の回転
からの回生動作が行なわれ、後輪２３，２３のみの回生
となる。

【００４９】モード５は後退する場合の動作内容を示し
ており、エンジン１０はアイドリング状態に制御され、
第１のクラッチ機構１７により出力軸１３とドライブシ
ャフト１５との連結が断たれる。また、第１のモータジ
ェネレータ１１に対する電気的な負荷が外され、第２の
モータジェネレータ１２が逆転力行動作を行って後輪２
３，２３を逆回転させ、後退させる。

【００５０】図５のモード０、モード１における第１の
クラッチ機構１７の接続状態、モード５の各制御ではエ
ンジン１０が発電用としてのみ用いられ、発電された電
気エネルギで走行やエンジン１０の駆動を行っているか
ら、直列型の電気自動車（ＳＨＶ）と同じ状態に制御さ
れていることになる。なお、この図５においては全ての
制御モードで第２のクラッチ機構２５が接続されるよう
制御されるから、第２のクラッチ機構２５のない図１の
複合電気自動車に対しても実質的に適用可能である。

【００５１】図６は図３の複合電気自動車の第２のクラ
ッチ機構２５をより有効に活用する制御モード例を示す
図表であり、全てのモードで第１クラッチ機構が出力軸
１３とドライブシャフト１５とが接続されるように制御
される。

【００５２】発進〜中速（４０Km/h）までの走行領域の
モード１ａでは、第２のクラッチ機構２５がエンジン１
０と出力軸１３との連結を断つよう制御される。そし
て、エンジン１０をアイドリング状態に移行させるとと
もに、第１のモータジェネレータ１１および第２のモー
タジェネレータ１２を力行させ、４輪駆動とする。

【００５３】このモード１ａによれば、車両の発進時に
必要な駆動トルクを第１のモータジェネレータ１１およ
び第２のモータジェネレータ１２とで分担するので、図
５のモード１に比べて優れた加速性能や走行安定性を得
られるし、第２のモータジェネレータ１２を小型化する
ことができる。また、第２のモータジェネレータ１２が
同じ大きさならば、第１のモータジェネレータ１１から
の駆動力を得られる分、図５のモード１に比べて高出力
となる。さらに、第１のモータジェネレータ１１または
第２のモータジェネレータ１２の少なくとも一方の動作
によりフルレンジ走行が可能である。

【００５４】さらに、モード１ａではエンジン１０を準
定常運転状態（スロットリングを含む）とし、第２のク
ラッチ機構２５を半クラッチ状態とし、かつ、第１のモ
ータジェネレータ１１および第２のモータジェネレータ
１２で力行動作を行なうように制御すれば４輪駆動とな
る。したがって、エンジン１０の出力と第１のモータジ
ェネレータ１１および第２のモータジェネレータ１２の
駆動力とが融合され、高駆動力を得ることができる。ま
た、このような制御を行えば、車両の加速性、高速走行
性が向上される上、低速時における第１のモータジェネ
レータ１１および第２のモータジェネレータ１２の駆動
トルク不足をエンジン１０の出力で補うことができる。

【００５５】ところで、第１のクラッチ機構１７はエン
ジン１０の出力および第１のモータジェネレータ１１の
トルクを伝達するが、第２のクラッチ機構２５はエンジ
ン１０のトルクのみを伝達するため、その負荷は第２の
クラッチ機構２５の方が小さい。そして、第３実施例の
モード１でも半クラッチ制御を行うが、モード１ａにお
ける半クラッチ制御は負荷の小さい第２のクラッチ機構
２５であるため、制御に必要なアクチュエータもモード
１に比べて小型化でき、制御を行いやすいという有利さ
がある。

【００５６】一方、複合電気自動車が減速する場合のモ
ード３ａは図４のモード３と同様であり、後退させる場
合のモード５ａは、第２のクラッチ機構２５がエンジン
１０と出力軸１３との連結を断つよう制御される。第１
のモータジェネレータ１１および第２のモータジェネレ
ータ１２は少なくとも一方が逆転力行動作を行うように
制御され、かつ、一方に対する電気的な負荷が外される
ような制御がなされる。第１のモータジェネレータ１１
および第２のモータジェネレータ１２の両方が逆転され
た場合は４輪駆動となり、いずれか一方が逆転していず
れか一方がフリー状態となった場合は２輪駆動となる。
一方の実を逆転させる制御は、走行負荷および第１のモ
ータジェネレータ１１または第２のモータジェネレータ
１２の効率を考慮して選択される。

【００５７】さらに、エミッション規制区域での運転、
あるいはその他のあらゆる条件下で運転する場合（モー
ド６）、エンジン１０をアイドリング状態または停止す
るような制御がなされ、第１のクラッチ機構１７及び第
２のクラッチ機構２５は図４のモード６と同様に制御さ
れる。また、第１のモータジェネレータ１１または第２
のモータジェネレータ１２の少なくとも一方が力行動作
を行うように制御される。一方のモータが力行する場合
は、他方モータは電気的な負荷が外されてフリーの状態
に制御される。

【００５８】したがって第１のモータジェネレータ１１
および第２のモータジェネレータ１２が両方とも力行動
作する場合の駆動形態は４輪駆動であり、いずれか一方
のモータが力行して他方のモータがフリーの状態となっ
た場合は２輪駆動となる。なお、モード６においてもモ
ード１ａと同様な効果を得ることができる。

【００５９】なお、上記第１実施例と第２実施例、およ
び図５と図７の制御モードは、いずれも複合電気自動車
の前後にドライブシャフト（車輪駆動軸）１５，１５，
２４，２４を備え、前輪１４，１４と後輪２３，２３と
の少なくとも一方を駆動する複合電気自動車の例につい
て説明したが、複数のドライブシャフトを備える２輪以
上の車両であれば、この発明を好適に適用することがで
きる。また、ドライブシャフト（第１の車輪駆動軸）１
５，１５側に搭載された第１のモータジェネレータ１１
は発電（回生）機能のみを有するよう構成しても、車両
への搭載性やエネルギ効率等の点で何等劣ることがな
い。さらに、上記実施例はいずれも、エンジンは車両の
前部に進行方向に対して交差する向きで搭載されている
が、当然、エンジンを車両の後部に搭載することがで
き、またエンジンを進行方向とほぼ平行に搭載すること
もできる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載され
た発明によると、原動機と発電・駆動手段とが機械的に
接続されていず、１箇所に集中して配設されることがな
いので、これらを車両に搭載することが容易になる。さ
らに、車両の重量配分を良好にすることができるため、
車両の安定性を良好にすることができる。

【００６１】また、クラッチ手段および原動機および発
電手段および発電・駆動手段を組み合わせて制御するこ
とにより、多様な動作を行うことができるので、低公害
化とエネルギ効率の向上を図りながら、良好な走行性能
と安定性とを得ることができる。

【００６２】また、請求項２に記載された発明による
と、さらに多様な動作、例えば原動機のストールを伴わ
ずに、全車速域で発電手段に回生動作を行わせることが
できるため、この複合電気自動車のエネルギ効率をさら
に良好なものにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の複合電気自動車の第１実施例を概略
的に示す図である。

【図２】図１に示した第１実施例の動作内容の一例を示
した図表である。

【図３】この発明の複合電気自動車の第２実施例を概略
的に示す図である。

【図４】図３に示した第２実施例の動作内容の一例を示
した図表である。

【図５】この発明の複合電気自動車の他の制御モード例
を示した図表である。

【図６】この発明の複合電気自動車のさらに他の制御モ
ード例を示した図表である。

【図７】従来の複合電気自動車を概略的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 原動機（エンジン） １３ 出力軸 １１ 第１のモータジェネレータ １２ 第２のモータジェネレータ １５ 車輪駆動軸（第１） １７ クラッチ機構 ２４ 車輪駆動軸（第２） ２５ 第２のクラッチ機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 欣也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも第１の車輪駆動軸と第２の車
   輪駆動軸とを備え、電気エネルギと機械エネルギとを利
   用して走行する複合電気自動車において、 機械エネルギを発生する原動機と、この原動機によって
   駆動されて発電する発電手段と、前記原動機と前記第１
   の車輪駆動軸との間で選択的に動力を伝達するクラッチ
   手段と、前記第２の車輪駆動軸に接続され、この第２の
   車輪駆動軸から動力を受けて発電する回生機能と第２の
   車輪駆動軸に動力を与えて走行する力行機能とを備える
   発電・駆動手段と、前記クラッチ手段の係合・解放を制
   御する第１の制御手段と、前記原動機の運転を制御する
   第２の制御手段と、前記発電手段の出力を制御する第３
   の制御手段と、前記発電・駆動手段による回生・力行を
   制御する第４の制御手段とを備えていることを特徴とす
   る複合電気自動車。
2. 【請求項２】 前記原動機と前記発電手段との間で選択
   的に動力を伝達する第２のクラッチ手段が配設されると
   ともに、この第２のクラッチ手段の係合・解放を制御す
   る第５の制御手段が設けられていることを特徴とする請
   求項１に記載の複合電気自動車。