JPH09193675A

JPH09193675A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JPH09193675A
Application number: JP2989596A
Authority: JP
Inventors: Kozo Yamaguchi; 幸蔵山口
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1996-01-23
Filing date: 1996-01-23
Publication date: 1997-07-29
Anticipated expiration: 2016-01-23
Also published as: JP3799646B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ハイブリッド車両システム全体の高効率化、低
公害を図る。【解決手段】エンジン１１と発電機１６と駆動出力軸３
１とをプラネタリギヤユニット１３の各歯車要素に連結
し、駆動出力軸３１に連結された電気モータ２５の出力
とエンジン出力によって走行するハイブリッド車両にお
いて、電気モータ２５のみの走行モード、電気モータ２
５とエンジン１１を駆動させ、エンジン１１の出力の一
部を発電機１６へ伝達し、残りを駆動出力軸３１に伝達
した走行モードとを、走行負荷に応じて走行モード選択
手段が選択する構成とし、エンジン１１を常時最高効率
域で駆動可能とし、また高負荷走行時にはバッテリの消
耗を軽減する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンとモータ
とを駆動源として走行するハイブリッド車両に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両は、駆動源としてガソリンエ
ンジン、ディーゼルエンジン等の内燃エンジンを搭載
し、ガソリンや軽油を燃焼させてエネルギーを得て走行
している。これらの駆動源は、高出力を得ることがで
き、かつ長距離走行が可能であるといった利点を有する
が、上記燃料の燃焼によって排出される、ＣＯ₂ 、ＮＯ
_x などのガスが環境に悪影響を及ぼすといった問題があ
る。

【０００３】そこで、近年の化石エネルギーの枯渇や環
境問題の高まりとともに、低騒音、低公害の車両の開発
が望まれており、その中で最も注目されているものに電
気自動車が挙げられている。この電気自動車は、電気モ
ータを駆動源とし、バッテリに充電された電力によって
電気モータを駆動させ、走行するものであり、排ガスが
なく、低騒音であるといった利点がある。

【０００４】しかし、この電気自動車は、重量の大きい
バッテリを搭載するため、車両重量が重くなり、走行効
率が低下するととも、バッテリに充電されている電力の
みでは、十分な出力が得られず、急加速や長距離走行な
どをすることはできないといった欠点がある。さらに一
度使い切ったバッテリを再度使用するためには、長い充
電時間が必要となり、その使用範囲は限られたものとな
らざるをえない。

【０００５】そこで、内燃エンジンと電気モータを搭載
したハイブリッド車両が提案されている。このハイブリ
ッド車両は各種提供されており、例えば、エンジンを駆
動することによって発生させられた回転を発電機に伝達
して発電機を駆動し、該発電機によって得られた電力を
バッテリに送って充電し、さらに該バッテリの電力によ
って電気モータを駆動するようにしたシリーズ（直列）
式のハイブリッド車両や、エンジンと電気モータの駆動
力をそれぞれ出力軸に伝達して車両を走行させるパラレ
ル（並列）式のハイブリッド車両などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図２３は、エンジンの
最大効率領域と最良燃費曲線を示す図である。パラレル
式ハイブリッド車両であっても、低速走行が多い市街地
での走行では、平均して１０ｋｗのエネルギが必要で、
同一の車両で高速走行時には、例えば平均で３０ｋｗの
エネルギが必要となる。図２３に示されているように、
パラレル式ハイブリッド車両において、エンジンを最適
燃費ラインで運転したとしても、高速走行時には（図中
Ｂ点）、高効率領域でエンジンを駆動させることができ
るが、市街地などにおいて低速走行させる場合には（図
中Ａ点）、エンジンの効率を挙げることはできないとい
った問題がある。

【０００７】また、車両の加速時や、高速走行時には大
きな出力が必要とされるが、その出力をモータで賄う
と、バッテリが過放電されてしまい、バッテリ寿命を縮
めてしまうといった問題がある。

【０００８】本発明は、走行条件に応じて、モータ走行
状態、エンジン・モータ走行状態などに適宜切り換える
ことによって、常時高効率、低燃費でエンジンを駆動さ
せることができるハイブリッド車両を提供することを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的は、以下
の本発明によって達成される。

【００１０】（１）エンジンと、回転数制御可能な発
電機と、駆動輪の駆動力を出力する駆動出力軸と、第１
の歯車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第２の
歯車要素が前記発電機のロータに連結され、第３の歯車
要素が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置と、前
記駆動出力軸に連結された電気モータと、前記エンジン
の出力を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の回
転を制御する発電機制御手段と、走行負荷を検出する走
行負荷検出手段と、前記走行負荷検出手段で検出された
走行負荷に応じて、前記駆動出力軸に前記電気モータの
出力のみが伝達されている第１の走行モードと、エンジ
ンの出力の一部が前記発電機に伝達され残りが前記駆動
出力軸に伝達されいている第２の走行モードとを選択す
る走行モード選択手段を有することを特徴とするハイブ
リッド車両。

【００１１】（２）さらに、前記発電機で発電された
電力及び前記駆動出力軸からの回生電力を蓄積し、前記
電気モータに電力を供給する蓄電手段を有する上記
（１）に記載のハイブリッド車両。

【００１２】（３）さらに、前記発電機の回転を停止
する発電機停止手段を有し、前記走行モード選択手段
は、発電機停止状態で前記エンジンと前記電気モータの
出力が前記駆動出力軸に出力されている第３の走行モー
ドを選択し得る上記（１）または（２）に記載のハイブ
リッド車両。

【００１３】（４）さらに、前記蓄電手段の容量と、
前記走行負荷検出手段で検出された走行負荷に応じて走
行モードを選択する上記（１）ないし（３）のいずれか
に記載のハイブリッド車両。

【００１４】（５）前記エンジン制御手段は、予め決
定された負荷以上でエンジンを駆動するよう制御し、前
記蓄電手段の容量に応じて前記負荷を変動させることを
特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の
ハイブリッド車両。

【００１５】（６）前記発電機停止手段は、前記発電
機のロータをケースに固定する摩擦係合手段である上記
（３）ないし（５）のいずれかに記載のハイブリッド車
両。

【００１６】（７）前記発電機のトルク変動を検出
し、前記電気モータのモータトルクを補正するモータト
ルク補正手段を有する上記（１）ないし（６）のいずれ
かに記載のハイブリッド車両。

【００１７】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明のハイブリッド車両の第
１実施形態について、添付図面に基づいて詳細に説明す
る。図１は、本発明の第１実施形態のハイブリッド車両
の駆動装置を示す概念図である。図において、第１軸線
上には、エンジン１１と、エンジン１１を駆動させるこ
とによって発生する回転を出力するエンジン出力軸１２
と、該エンジン出力軸１２を介して入力された回転に対
して変速を行う差動歯車装置であるプラネタリギヤユニ
ット１３と、該プラネタリギヤユニット１３における変
速後の回転が出力されるユニット出力軸１４と、該ユニ
ット出力軸１４に固定された第１カウンタドライブギヤ
１５と、通常走行状態では主として発電機として作用す
る発電機１６と、該発電機１６とプラネタリギヤユニッ
ト１３とを連結する伝達軸１７とが配置されている。ユ
ニット出力軸１４は、スリーブ形状を有し、エンジン出
力軸１２を包囲して配設されている。また、第１カウン
タドライブギヤ１５は、プラネタリギヤユニット１３よ
りエンジン１１側に配設されている。

【００１８】プラネタリギヤユニット１３は、第２の歯
車要素であるサンギヤＳと、サンギヤＳと噛合するピニ
オンＰと、該ピニオンＰと噛合する第３の歯車要素であ
るリングギヤＲと、ピニオンＰを回転自在に支持する第
１の歯車要素であるキャリヤＣＲとを備えている。

【００１９】サンギヤＳは、伝達軸１７を介して発電機
１６と連結され、リングギヤＲは、ユニット出力軸１４
を介して第１カウンタドライブギヤ１５と連結され、キ
ャリヤＣＲは、エンジン出力軸１２を介してエンジン１
１と連結されている。

【００２０】さらに、発電機１６は伝達軸１７に固定さ
れ、回転自在に配設されたロータ２１と、該ロータ２１
の周囲に配設されたステータ２２と、該ステータ２２に
巻装されたコイル２３とを備えている。発電機１６は、
伝達軸１７を介して伝達される回転によって電力を発生
させる。前記コイル２３は蓄電手段であるバッテリ１９
（図４）に接続され、該バッテリ１９に電力を供給して
充電する。

【００２１】第１軸線と平行な第２軸線上には、電気モ
ータ２５と、電気モータ２５の回転が出力されるモータ
出力軸２６と、モータ出力軸２６に固定された第２カウ
ンタドライブギヤ２７とが配置されている。

【００２２】電気モータ２５は、モータ出力軸２６に固
定され、回転自在に配設されたロータ３７と、該ロータ
３７の周囲に配設されたステータ３８と、該ステータ３
８に巻装されたコイル３９とを備えている。電気モータ
２５は、コイル３９に供給される電流によってトルクを
発生させる。そのために、コイル３９はバッテリ１９に
接続され、該バッテリ１９から電流が供給されるように
構成されている。

【００２３】本発明のハイブリッド車両が減速状態にお
いて、電気モータ２５は、図示しない駆動輪から回転を
受けて回生電力を発生させ、該回生電力をバッテリ１９
に供給して充電する。

【００２４】そして、前記エンジン１１の回転と同じ方
向に図示しない駆動輪を回転させるために、第１軸線及
び第２軸線と平行な第３軸線上には、駆動出力軸として
カウンタシャフト３１が配設されている。該カウンタシ
ャフト３１にはカウンタドリブンギヤ３２が固定されて
いる。

【００２５】また、該カウンタドリブンギヤ３２と第１
カウンタドライブギヤ１５とが、及びカウンタドリブン
ギヤ３２と第２カウンタドライブギヤ２７とが噛合させ
られ、第１カウンタドライブギヤ１５の回転及び第２カ
ウンタドライブギヤ２７の回転が反転されてカウンタド
リブンギヤ３２に伝達されるようになっている。さら
に、カウンタシャフト３１には、カウンタドリブンギヤ
３２より歯数が小さなデフピニオンギヤ３３が固定され
る。

【００２６】そして、第１軸線、第２軸線及び第３軸線
に平行な第４軸線上にデフリングギヤ３５が配設され、
該デフリングギヤ３５と前記デフピニオンギヤ３３とが
噛合させられる。また、前記デフリングギヤ３５にディ
ファレンシャル装置３６が固定され、デフリングギヤ３
５に伝達された回転が前記ディファレンシャル装置３６
によって差動させられ、駆動輪に伝達される。

【００２７】このように、エンジン１１によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるだけでなく、電気モータ２５によって発生さ
せられた回転をカウンタドリブンギヤ３２に伝達するこ
とができるので、電気モータ２５だけを駆動する状態で
あるモータ駆動モード、エンジン１１及び電気モータ２
５を駆動する状態であるエンジン・モータ駆動モードで
ハイブリッド車両を走行させることができる。また、発
電機１６において発生させられる電力を制御することに
よって、前記伝達軸１７の回転数を制御することがで
き、発電機１６の回転を止めれば、エンジン１１の出力
はすべて駆動出力軸へ伝達される。

【００２８】上記構成のハイブリッド車両のプラネタリ
ギヤユニット１３の動作について説明する。図２（Ａ）
は、本発明の第１実施形態のプラネタリギヤユニット１
３（図１）の概念図、図２（Ｂ）は、本発明の第１実施
形態におけるプラネタリギヤユニット１３の通常走行時
の速度線図、図３は、本発明の第１実施形態におけるプ
ラネタリギヤユニット１３の通常走行時のトルク線図で
ある。

【００２９】本実施形態においては、図２（Ａ）に示さ
れているように、プラネタリギヤユニット１３のリング
ギヤＲの歯数がサンギヤＳの歯数の２倍となっている。
従って、リングギヤＲに接続されるユニット出力軸１４
の回転数（以下「リングギヤ回転数」という。）をＮＲ
とし、キャリヤＣＲに接続されるエンジン出力軸１２の
回転数（以下「エンジン回転数」という。）をＮＥと
し、サンギヤＳに接続される伝達軸１７の回転数（以下
「発電機回転数」という。）をＮＧとした時、ＮＲ、Ｎ
Ｅ、ＮＧの関係は、図２（Ｂ）に示されているように、

【００３０】ＮＧ＝３・ＮＥ−２・ＮＲ

【００３１】となる。また、リングギヤＲからユニット
出力軸１４に出力されるトルク（以下「リングギヤトル
ク」という。）をＴＲとし、エンジン１１のトルク（以
下「エンジントルク」という。）をＴＥとし、発電機ト
ルクをＴＧとしたとき、ＴＲ、ＴＥ、ＴＧの関係は、図
３に示されているように、

【００３２】ＴＥ：ＴＲ：ＴＧ＝３：２：１

【００３３】となる。そして、ハイブリッド車両の通常
走行時においては、リングギヤＲ、キャリヤＣＲおよび
サンギヤＳは、いずれも正方向に回転させられ、図２
（Ｂ）に示されるように、リングギヤ回転数ＮＲ（＝出
力回転数ＮＯＵＴ）、エンジンの回転数ＮＥ、発電機回
転数ＮＧは、いずれも正の値を採る。

【００３４】そして、エンジントルクＴＥが、キャリヤ
ＣＲに入力され、このエンジントルクＴＥが、図１に示
されている第１カウンタドライブギヤ１５および発電機
１６の反力によって受けられる。その結果、図３に示さ
れているように、リングギヤＲからユニット出力軸１４
にリングギヤトルクＴＲが、サンギヤＳから伝達軸１７
に発電機トルクＴＧが出力される。

【００３５】上記リングギヤトルクＴＲおよび発電機ト
ルクＴＧは、プラネタリギヤユニット１３の歯数によっ
て決定されるトルク比でエンジントルクＴＥを按分する
ことによって得られ、トルク線図上において、リングギ
ヤトルクＴＲと発電機トルクＴＧとを加えたものがエン
ジントルクＴＥとなる。

【００３６】次に、本発明のハイブリッド車両の制御系
について、図４のブロック図に基づいて詳細に説明す
る。本実施形態の制御系を構成する制御手段は、車両制
御装置４１と、エンジン制御装置４２と、モータ制御装
置４３と、発電機制御装置４４とを有している。これら
の制御装置４１、４２、４３、４４は、例えばＣＰＵ
（中央処理装置）、各種プログラムやデータが格納され
たＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、ワーキングエ
リアとして使用されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メ
モリ）等を備えたマイクロコンピュータによって構成す
ることができる。

【００３７】上記車両制御装置４１とエンジン制御装置
４２によってエンジン制御手段が構成され、車両制御装
置４１と発電機制御装置４４によって発電機制御手段と
発電機停止手段が構成され、車両制御装置４１によって
走行モード選択手段が構成される。

【００３８】さらに、この制御系は、走行負荷検出手段
として、運転者の車両駆動力への要求度を示すアクセル
開度αを検出するアクセルセンサ４５と、車速Ｖを検出
する車速センサ４６と、バッテリ１９のバッテリ残量Ｓ
ＯＣを検出するバッテリセンサ４８を備えている。それ
ぞれのセンサ４５、４６、４８で検出された検出値は車
両制御装置４１へ供給される。

【００３９】車両制御装置４１は、ハイブリッド車両の
全体を制御するもので、電気モータ２５の出力のみで走
行する第１走行モードと、電気モータ２５とエンジン１
１と発電機１６とを回転させながら走行する第２走行モ
ードとを選択し、供給されたアクセル開度α、車速Ｖ、
バッテリ残量ＳＯＣとに基づいて、前記モードの変更を
行う。この変更の判断は、図５および図６に示されたマ
ップに基づいて行われる。

【００４０】例えば、図５に基づいて説明すると、バッ
テリ残量ＳＯＣが３０％未満の場合には、停車時も含め
てすべて第２走行モードとし、エンジン１１は常に駆動
している状態となる。このエンジン１１の駆動によって
発電機１６において発電された電力はバッテリ１９に蓄
積され、バッテリ残量ＳＯＣが上昇するように制御され
る。

【００４１】バッテリ残量ＳＯＣが３０％以上、５０％
未満の場合には、モード切替車速Ｖ＊１を０ｋｍ／ｈと
し、停車時のみエンジン１１を停止させ、また、補機を
駆動する必要がある場合には、アイドリングさせ、走行
開始後は、直ちにエンジン１１を始動して第２走行モー
ドで走行する。

【００４２】バッテリ残量ＳＯＣが５０％以上、８０％
未満の場合には、モード切替車速Ｖ＊１を２０ｋｍ／ｈ
とし、車速が２０ｋｍ／ｈ未満の場合には、第１モード
で走行し、２０ｋｍ／ｈ以上の場合には第２走行モード
で走行する。

【００４３】バッテリ残量ＳＯＣが８０％以上の場合に
は、原則としてモード切替車速Ｖ＊１を８０ｋｍ／ｈと
し、モードの切替は、図６に基づいて行われる。つま
り、アクセル開度αが、７０％以上の場合には、モード
切替車速Ｖ＊１を２０ｋｍ／ｈとし、車速が２０ｋｍ／
ｈ未満の場合には、第１走行モードで走行し、２０ｋｍ
／ｈ以上の場合には、第２走行モードで走行する。第２
走行モードで走行することによって、エンジン１１駆動
による発電機１６のからの電力が供給され、バッテリ１
９からの過度の放電が抑制される。また、車速が２０ｋ
ｍ／ｈ以下では、速度が低いため高い電力を必要としな
いので、電気モータで走行する。

【００４４】なお、モード切替車速Ｖ＊１は、ハンチン
グを防止するために、第１走行モードから第２走行モー
ドへ切り替わる時の値よりも、第２走行モードから第１
走行モードへ切り替わる時の値を小さくしてヒステリシ
スを設けてもよい。このヒステリシスは、モード切替車
速Ｖ＊１を変更するバッテリ残量ＳＯＣの切替値（３０
％、５０％、８０％）、およびアクセル開度αの切替値
（７０％）についても同様に設けることができる。

【００４５】以上説明した制御の他に、電気モータ２５
の出力がバッテリ許容出力を越える場合に、第２走行モ
ードとし、バッテリ１９からの過度の放電を抑制するよ
うに制御するものとしてもよい。バッテリ許容出力は、
バッテリ残量ＳＯＣとバッテリ１９の温度によって決定
され、例えば図７に示されるマップによって決められ
る。上記バッテリ許容出力に基づく判断は、電気モータ
２５の出力を検出して行う場合の他、電気モータ２５の
出力の変化に応じて変化する、バッテリ出力やバッテリ
電圧降下量を検出して行ってもよい。

【００４６】また、車両制御装置４１は、エンジン制御
装置４２に対して、スロットル開度信号θと、エンジン
ＯＮ／ＯＦＦ信号を供給し、第２走行モードへ切り替え
る場合には、エンジンＯＮ信号を、第１走行モードへ切
り替える場合にエンジンＯＦＦ信号を供給する。

【００４７】さらに、車両制御装置４１は、アクセルセ
ンサ４５からのアクセル開度αと、車速センサ４６から
の車速Ｖに応じた目標モータトルクＴＭ＊を、図８に示
されているマップに基づいて決定し、これをモータトル
ク指令値ＴＭ＊としてモータ制御装置４３へ供給する。

【００４８】さらに、モータトルク指令値ＴＭ＊は、第
１走行モードから第２走行モードへ切り替わる際には、
エンジン１１の始動に伴うトルク変動を吸収し駆動輪伝
達されるトルクが変動しないように、予め補正された値
とされる。つまり、既述のように、プラネタリギヤユニ
ット１３におけるリングギヤＲとサンギヤＳのギヤ比か
ら、ＴＥ：ＴＧ：ＴＲ（ＴＯＵＴ；エンジンによる出力
トルク）＝３：１：２となり、エンジンの始動や停止に
よって駆動輪に伝わるトルク変動ΔＴＭは、カウンタギ
ヤ比をｉとすると、ΔＴＭ＝ＴＯＵＴ×ｉ＝ＴＧ×２×
ｉとして求めることができる。

【００４９】車両制御装置４１は、走行モードを切り替
える際に、モータトルク指令値ＴＭ＊を、エンジンの始
動や停止によって生ずるトルク変動分ΔＴＭを補正し
て、モータ制御装置４３へ供給する。さらに、発電機回
転数ＮＧの変動によって生じたトルク変動も、モータト
ルク指令値ＴＭ＊を補正することによって吸収する。

【００５０】車両制御装置４１のもう一つの作用として
は、発電機制御装置４４に対して、発電機１６の制御目
標回転数ＮＧ＊を供給する。目標回転数ＮＧ＊の決定
は、図９に示されているマップに基づいて行われる。つ
まり、負荷が大きい程、発電機１６の回転数を上げて、
発電する電力を大きくするように制御される。本実施形
態では、アクセル開度αが大きい程回転数を高くし、ま
た、バッテリ残量ＳＯＣが少ないほど回転数が高くなる
ようにマップが設定されている。

【００５１】また、車両制御装置４１は、第１走行モー
ドから第２走行モードへ切り替える場合において、エン
ジン１１を始動させるために、発電機トルクＴＧを加え
て発電機回転数ＮＧを下げる制御を行う。つまり、図１
０に示されているように、電気モータのみで走行する第
１走行モード（図中破線）において、発電機１６に発電
機回転数ＮＧを小さくする方向に発電機トルクを加える
と、エンジン１１を回転させる方向にトルクが加わり、
エンジン１１が回転させられる（図中実線）。これによ
り、エンジン１１を始動させることができる。

【００５２】エンジン制御装置４２は、車両制御装置４
１から入力される選択指令信号に基づいて、エンジン１
１を、エンジントルクを出力している駆動状態（ＯＮ状
態）と、エンジントルクを発生させていない非駆動状態
（ＯＦＦ状態）とに切換える。また、エンジン１１に設
けられた回転数センサから入力される実際のエンジン回
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１１が高効率で駆動するよう制御する。

【００５３】モータ制御装置４３は、ＴＭ＝ＴＭ＊とな
るように、電気モータ２５の電流（トルク）ＩＭを制御
する。

【００５４】発電機制御装置４４は、発電機１６の回転
数ＮＧを制御し、車両制御装置４１から入力される制御
目標回転数ＮＧ＊となるように、電流（トルク）ＩＧを
制御する。また、発電機制御装置４４は、発電機１６の
出力トルクＴＧと、発電機１６の実回転数ＮＧをモニタ
ーし、その値をそれぞれ車両制御装置４１へ入力する。

【００５５】以下、車両制御装置４１の制御動作につい
て、図１１ないし図１３に示されているフローチャート
に基づいて説明する。アクセル開度αを読み込み（ステ
ップＳ１０１）、さらに、バッテリ残量ＳＯＣと車速Ｖ
を読み込む（ステップＳ１０２）。そして、アクセル開
度αが７０％より大きいか否かを判断する（ステップＳ
１０３）。

【００５６】アクセル開度αが７０％以下である場合に
は、読み込んだバッテリ残量ＳＯＣから、図５に示され
ているマップに基づき、モード切替車速Ｖ＊１を決定す
し（ステップＳ１０４）、決定されたモード切替車速Ｖ
＊１と読み取った車速Ｖとを比較する（ステップＳ１０
６）。

【００５７】一方、アクセル開度αが７０％より大きい
場合には、車速Ｖが２０ｋｍ／ｈより大きいか否かを判
断する（ステップＳ１０５）。車速Ｖが２０ｋｍ／ｈ以
下である場合には、ステップＳ１０４を実行する。

【００５８】ステップＳ１０６において、車速Ｖがモー
ド切替車速Ｖ＊１以下である場合には、現在の走行モー
ドを判断する（ステップＳ１０７）。モータのみで走行
する第１走行モードである場合には、第１走行モードル
ーチンへ移行する。第１走行モードでない場合には、ス
ロットル開度θを０％とする信号をエンジン制御装置４
２に供給し（ステップＳ１０８）、さらに燃料カット信
号（ＯＦＦ信号）をエンジン制御装置４２に供給する
（ステップＳ１０９）。次に、発電機１６の制御をＯＦ
Ｆして空転させた後（ステップＳ１２０）、第１走行モ
ードルーチンへ移行する。

【００５９】一方、ステップＳ１０６において、車速Ｖ
がモード切替車速Ｖ＊１より大きい場合、およびステッ
プＳ１０５において、車速Ｖが２０ｋｍ／ｈより大きい
場合には、まず現在の走行モードを判断し（ステップＳ
１２１）、第２走行モードである場合には、第２走行モ
ードルーチンを実行する。第１走行モードである場合に
は、発電機１６をＯＮして発電機トルクＴＧを発生さ
せ、図１０に示されている方法で発電機１６によりエン
ジン１１を始動し（ステップＳ１２２）、さらに燃料供
給信号（ＯＮ信号）をエンジン制御装置４２に供給して
エンジン１１を始動させた（ステップＳ１２３）後、第
２走行モードルーチンを実行する。

【００６０】図１２は、第１走行モードルーチンを示す
フローチャートである。第１走行モードでは、まずアク
セル開度αと車速Ｖを読み込み（ステップＳ１２４）、
目標モータトルクＴＭ＊を、図８に示されているマップ
から計算する（ステップＳ１２５）。算出されたＴＭ＊
は、モータ制御装置４３へ供給される（ステップＳ１２
６）。

【００６１】図１３は、第２走行モードルーチンを示す
フローチャートである。第２走行モードでは、エンジン
１１と発電機１６が駆動する。まず、アクセル開度αと
車速Ｖを読み込み（ステップＳ１３１）、該アクセル開
度αと車速Ｖに応じた目標モータトルクＴＭ＊を、図８
に示されているマップから計算する（ステップＳ１３
２）。さらに、発電機制御装置４４から発電機トルクＴ
Ｇを読み込み（ステップＳ１３３）、該発電機トルクＴ
Ｇからトルク補正値ΔＴＭを算出する（ステップＳ１３
４）。ステップＳ１３２で算出された目標モータトルク
ＴＭ＊から、補正値ΔＴＭを補正して最終的に目標モー
タトルクＴＭ＊を決定する（ステップＳ１３５）。

【００６２】ステップＳ１３５で決定された目標モータ
トルクＴＭ＊をモータ制御装置４３へ供給する（ステッ
プＳ１３６）。次に、バッテリ残量ＳＯＣを読み込み
（ステップＳ１３７）、読み込んだバッテリ残量ＳＯＣ
と図９に示されているマップに基づいて発電機の目標回
転数ＮＧ＊を算出する（ステップＳ１３８）。そして、
算出された目標回転数ＮＧ＊を発電機制御装置４４へ供
給する（ステップＳ１３９）。発電機トルクから計算す
ることにより、トルクセンサを用いることなくエンジン
トルクが推定される。

【００６３】図１４は、本実施形態において、車両制御
装置４１の他の制御動作例を示すもので、電気モータ２
５の出力とバッテリ許容出力を比較して、第２走行モー
ドへの切替を判断する制御を行う場合のフローチャート
である。

【００６４】アクセル開度αと車速Ｖを読み込み（ステ
ップＳ１５１）、読み込んだアクセル開度αと車速Ｖの
値から、図８に示されているマップに基づいて、目標モ
ータトルクを算出する（ステップＳ１５２）。

【００６５】次にモータ出力ＷＫＷを求める（ステップ
Ｓ１５３）。モータ出力ＷＫＷは、ステップＳ１５２で
求めた目標モータトルクＴＭ＊と電気モータ２５の回転
数ＮＭとの積によって求められる（ＷＫＷ＝ＴＭ＊×Ｎ
Ｍ）。ここで、モータ回転数ＮＭは、車速Ｖから求めら
れる。

【００６６】バッテリ残量ＳＯＣとバッテリ温度を読み
込み（ステップＳ１５４）、これらの値から、図７に示
されているマップに基づいて、バッテリ許容出力ＢＫＷ
を算出する（ステップＳ１５５）。

【００６７】ステップＳ１５３で求められたモータ出力
ＷＫＷと、ステップＳ１５５で算出されたバッテリ許容
出力ＢＫＷとを比較し、モータ出力ＷＫＷよりもバッテ
リ許容出力ＢＫＷが大きい場合には、ステップＳ１５４
で読み込んだバッテリ残量Ｓ０Ｃと、図５に示されてい
るマップとによって、モード切替車速Ｖ＊１を決定し、
該モード切替車速Ｖ＊１と、ステップＳ１５１で読み込
んだアクセル開度αと車速Ｖとによって、走行状態を第
１走行モードとするか、第２走行モードとするかを判断
する（ステップＳ１５７）。

【００６８】ステップＳ１５６において、バッテリ許容
出力ＢＫＷがモータ出力ＷＫＷ以下である場合には、発
電機１６の出力ＷＧを求める（ステップＳ１５８）。発
電機出力ＷＧは、モータ出力ＷＫＷからバッテリ許容出
力ＢＫＷを差し引いて求められる（ＷＧ＝ＷＫＷ−ＢＫ
Ｗ）。そして、この発電機出力ＷＧが得られるように、
発電機１６の回転が制御され、図１３に示されている第
２走行モードルーチンが実行される。また、ステップＳ
１５８における発電機制御に伴って変動するトルクは、
第２走行モードルーチンにおけるステップＳ１３４とス
テップＳ１３５において補正される。

【００６９】また、ステップＳ１５７において、第２走
行モードとされた場合にも同様に第２走行モードルーチ
ンが実行される。ステップＳ１５７において、第１走行
モードとされた場合には、図１２に示されている第１走
行モードルーチンが実行される。以上説明した制御動作
によって、バッテリ１９の過放電が防止され、バッテリ
寿命を延ばすことができるとともに、走行距離を延ば
し、効率の高い走行が可能となる。

【００７０】＜第２実施形態＞次に、本発明の第２実施
形態について説明する。図１５は、第２実施形態の駆動
装置の構成を示す概念図である。本実施形態のハイブリ
ッド車両では、発電機１６のロータ２１とケースの間に
発電機停止手段としての摩擦係合手段であるブレーキＢ
が介設されている。このブレーキＢを係合状態とするこ
とで、ロータ２１が固定され、発電機１６とサンギヤＳ
の回転が停止される構成となっている。

【００７１】図１６は、本第２実施形態の制御系を示す
ブロック図である。ブレーキＢは、車両制御装置４１か
らＯＮ／ＯＦＦ信号が供給されるアクチュエータ５８に
よって係合と解除が制御される。アクチュエータ５８
は、車両制御装置４１からＯＮ信号が供給されると、ブ
レーキＢを係合させ、ＯＦＦ信号が供給されるとブレー
キＢを解除させる。この実施形態におけるブレーキＢ
は、湿式ブレーキであり、圧油源から供給される油圧に
よって作動する。圧油源としては、例えば電動の油圧ポ
ンプ、エンジン出力軸１２の回転によって駆動する油圧
ポンプなどを用いることができる。他の構成について
は、第１実施形態と同様であるので、図１と同一構成要
素には同一符号を付し、説明を省略する。

【００７２】本実施形態における車両制御装置４１の作
用について説明する。本実施形態は、走行負荷に応じ
て、電気モータ２５のみを駆動源とするモータ走行と、
電気モータ２５とエンジン１１とを駆動源とするハイブ
リッド走行とに切り替わる構成であって、さらにハイブ
リッド走行時では、発電機１６を回転させて発電しなが
ら走行する場合と、発電機１６は発電しない状態で走行
する場合とに切り替わる構成となっている。

【００７３】即ち、走行モードは、電気モータ２５のみ
の出力によって走行する第１走行モードと、発電機１６
において発電しながら、電気モータ２５とエンジン１１
との出力によって走行する第２走行モードと、発電機１
６のロータ２１を固定した状態で、電気モータ２５とエ
ンジン１１との出力によって走行する第３走行モードの
３つのモードに切り替わる。

【００７４】具体的には、低速走行などのように低負荷
走行時には第１走行モード、高速走行などのように高負
荷走行時には第３走行モード、高速で加速する場合のよ
うに、さらに高負荷で走行する時には第２走行モードに
切り替えて走行する。

【００７５】本実施形態における車両制御装置４１は、
第１実施形態における動作と同様に、第１走行モードか
ら切り替えるためのモード切替車速Ｖ＊１が、図５に示
されるマップから定められ、低負荷時には第１走行モー
ドで走行するように制御される。そして、高負荷時に
は、図１７に示されているマップに基づき、モード切替
アクセル開度α１＊が決定され、アクセル開度αに応じ
て第２走行モードと第３走行モードとの間でモードが切
り替えられる。図１７に示されているマップは、バッテ
リ残量Ｓ０Ｃが少なくなるに従って第２走行モードの領
域が広がるように、またアクセル開度αが大きくなるに
従って第２走行モードの領域が広がるように設定されて
いる。

【００７６】図１８は、バッテリ残量Ｓ０Ｃが６０％で
ある時のモード切替車速Ｖ＊１と、モード切替アクセル
開度α１＊が示されたマップで、各モードで走行する領
域を示すものである。バッテリ残量Ｓ０Ｃが６０％であ
る時は、図５に示されたマップからモード切替車速Ｖ＊
１は２０ｋｍ／ｈに設定され、図１７に示されているマ
ップからモード切替アクセル開度α１＊は４０％に設定
される。また、３０ｋｍ／ｈ以下では発電機１６を回転
させていないと、エンジン１１の回転数が小さくなり過
ぎ、効率と振動が悪化するので、バッテリ残量Ｓ０Ｃや
アクセル開度αによらず、３０ｋｍ／ｈ以下では第２走
行モードで走行するように制御される。

【００７７】第２走行モードから第３走行モードに切り
替わる時には、アクチュエータ５８にＯＮ信号を供給
し、発電機１６の回転を停止させ、逆に切り替わる時に
はＯＦＦ信号を供給して発電機１６を回転可能な状態と
する。ここで、アクチュエータ５８は、ＯＮ／ＯＦＦ信
号が供給されて開閉する電磁バルブと、電磁バルブの開
閉によって圧油源からの圧油が供給される油圧シリンダ
とを備えており、油圧シリンダの駆動によってブレーキ
Ｂの摩擦板が係合され、また解除される。

【００７８】さらに、車両制御装置４１は、バッテリ残
量Ｓ０Ｃとアクセル開度αから、図１９に示されている
マップに基づき、発電機１６の目標回転数ＮＧ＊を決定
する。このマップは、バッテリ残量Ｓ０Ｃが少なくなる
に従って、またアクセル開度αが大きくなるに従って目
標回転数ＮＧ＊が大きくなるように設定されている。つ
まり、バッテリ残量Ｓ０Ｃが少なくなれば、発電量を上
げて充電量の回復を図り、アクセル開度αが大きくなれ
ばバッテリの消耗が激しくなるので、発電量を増やして
充電量の減少を抑制している。

【００７９】また、発電機１６が低速の場合には発電機
１６の効率が低下するため、目標回転数ＮＧ＊が１５０
０ｒｐｍ以下となる場合には、ブレーキＢを係合して、
第３走行モードで走行する。

【００８０】本実施形態の車両制御装置４１は、上記制
御動作の他、第１実施形態の場合と同様に、電気モータ
２５の出力がバッテリ許容出力を越える場合に、第１ま
たは第３走行モードから第２走行モードへ切り替え、バ
ッテリ１９からの過度の放電を抑制するように制御する
ものとしてもよい。バッテリ許容出力の算出は、第１実
施形態で説明した内容と同様であるので説明を省略す
る。電気モータ２５の出力がバッテリ許容出力を越えな
い場合には、上記制御動作が行われ、図５および図１７
に示されるマップに基づき、各モードが選択される。

【００８１】以上説明した第２実施形態では、モータ走
行とハイブリッド走行との間の切り替えは、モード切替
車速によって判断されているが、モード切替アクセル開
度によって判断することもできる。例えば、アクセル開
度αが小さい場合には、第１走行モードとし、アクセル
開度αが大きい場合には、第２走行モードとする。ま
た、バッテリ残量Ｓ０Ｃに応じて各モードが選択される
領域を変更し、バッテリ残量Ｓ０Ｃが多い場合には、第
１走行モードが選択される領域が大きくなるように、少
ない場合には第２走行モードが選択される領域が大きく
なるように設定することができる。

【００８２】図２０は、バッテリ残量Ｓ０Ｃからモード
切替アクセル開度α２＊を算出するマップである。この
マップでは、バッテリ残量ＳＯＣが３０％以上、５５％
未満の場合には、モード切替アクセル開度α２＊１を０
とし、アクセル開放時のみエンジン１１を停止させ、ま
たはアイドリングさせ、少しでもアクセルを踏み込んだ
場合には、直ちにエンジン１１を始動して第２走行モー
ドで走行する。また、バッテリ残量ＳＯＣが５５％以
上、８０％未満の場合には、モード切替アクセル開度α
２＊は、バッテリ残量Ｓ０Ｃに応じて上昇し、バッテリ
残量Ｓ０Ｃが８０％以上では常時第１走行モードとなる
ように設定されている。

【００８３】図２１は、バッテリ残量Ｓ０Ｃが６０％で
ある時のモード切替アクセル開度α１＊と、モード切替
アクセル開度α２＊が示されたマップで、各モードで走
行する領域が示されたものである。モード切替アクセル
開度α２＊は、図２０から２０％となり、モード切替ア
クセル開度α１＊は、図１７から４０％に設定される。
バッテリ残量Ｓ０Ｃの値が小さくなると、図１７および
図２０のマップから明らかなように、モード切替アクセ
ル開度α１＊，α２＊の値が小さくなり、図２１のマッ
プにおける第２走行モードの領域が広がる。なお、図２
２のプラネタリギヤユニットの速度線図に示されている
ように、エンジン１１を停止したまま（ＮＥ＝０）高速
走行すると（ＮＯＵＴ大）、発電機１６が高速で回転し
てしまい（ＮＧ大）、発電機１６に過大な負担が生じて
しまうので、車速が８０ｋｍ／ｈ以上ではエンジン１１
を停止せず、ハイブリッド走行が行われる。

【００８４】また、走行モードを第１走行モードから第
３走行モードへ切り替える際には、発電機１６を駆動さ
せることによりエンジン１１を始動させた後、ブレーキ
Ｂを係合させて第３走行モードとし、あるいは、ブレー
キＢを係合することによりエンジン１１を始動させて第
３走行モードとしてもよい。

【００８５】以上説明した各実施形態では、走行負荷と
して、車速Ｖとアクセル開度αを用いているが、車速の
代わりに、例えば電気モータ２５の回転数、エンジン１
１の回転数などを用いることもできる。また、アクセル
開度の代わりに、モータトルク指令値ＴＭ＊を用いても
よい。

【００８６】また、エンジン制御装置４２は、スロット
ル開度θを制御し、エンジンを駆動することを述べた
が、図２３に示されている最適燃焼ラインでエンジンを
駆動させることが望ましい。また、バッテリ残量Ｓ０Ｃ
に応じて図２３中のラインＣを変化させてもよい。例え
ば、バッテリ残量ＳＯＣが小さくなると、ラインＣを上
げてエンジン出力を大きくすることができる。このた
め、発電機で発電するエネルギを多くすることができ
る。

【００８７】上記説明におけるバッテリ残量Ｓ０Ｃとし
ては、バッテリ電圧、バッテリ電力の積算値、バッテリ
電流の積算値などが挙げられる。また、バッテリ残量Ｓ
０Ｃは、走行による消費が大きいほど低下するため、バ
ッテリ残量Ｓ０Ｃの代わりに、走行消費エネルギの積算
値を用いることもできる。このような走行消費エネルギ
は、例えば出力回転数と出力トルクの積により求めるこ
とができる。具体的には、出力回転数は車速に比例する
ので、車速センサから算出することができ、出力トルク
は、駆動モータトルクと発電機トルクから計算すること
ができる。

【００８８】例えば、山岳走行などの厳しい走行条件に
おいては、走行消費エネルギの積算値が大きくなるの
で、第２走行モードの領域が広がり、走行時の発電量が
大きくなる。

【００８９】蓄電手段としては、上記各実施形態で用い
られているバッテリーの他、キャパシタ、フライホイー
ル・バッテリー、油圧（空圧）アキュムレータなどが挙
げられる。キャパシタは、大容量コンデンサであり、残
存電力容量は、キャパシタの電圧を検出することで知る
ことができる。フライホイール・バッテリーは、フライ
ホイールに同軸に配置されたモータでフライホイールを
駆動・回生させることにより、電力を出し入れするバッ
テリーであり、残存電力容量は、フライホイールの回転
数を検出することにより知ることができる。油圧（空
圧）アキュムレータは、アキュムレータに連結された油
圧（空圧）ポンプによりアキュムレータに油圧（空圧）
を出し入れすることにより、電力を出し入れするバッテ
リーであり、残存電力容量は、油圧（空圧）を検出する
ことにより知ることができる。

【００９０】また、バッテリーの種類としては、鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニ
ッケル・亜鉛電池、リチウム電池などが挙げられる。本
発明において、第２走行モードにおいて発電機１６で発
電された電力は、バッテリ１９に蓄積せず、電気モータ
２５に直接供給する構成とし、発電機から供給される電
力の不足分をバッテリ１９から補い、また供給過剰な分
をバッテリ１９に蓄積することとすることもできる。こ
の場合には、バッテリの蓄電、放電の際のエネルギロス
を抑制することができる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明した本発明のハイブリッド車両
は、エンジンの駆動効率が向上し、低燃費、低公害、長
距離走行が実現できる。つまり、走行負荷に応じて走行
モードを選択することによって、エンジンを間欠的に運
転することができ、エンジンを高効率で駆動させること
ができる。例えば、低負荷の市街地走行時には、第１走
行モードが多く選択され、エンジンが停止していること
が多くなるが、走行に必要とされるエネルギの総量は変
わらないので、エンジン駆動時には高い出力が要求さ
れ、図２３中のＡ点のようにエンジンを低効率領域で駆
動させる必要がなくなり、同図のＢ点のように高効率領
域での常時駆動が可能となる。

【００９２】また、第２走行モードを選択することで、
蓄電手段の過剰放電が抑制され、また充電量を常時適正
な値に維持することが可能となるため、蓄電手段の寿命
を延ばすことができる。第３の走行モードの選択を可能
とすれば、さらにエネルギ消費効率を向上させることが
でき、発電機停止手段として摩擦係合手段を用いること
によって不要な電力消費を抑制することができる。ま
た、発電機の駆動に応じて、モータトルクを補正する構
成とすれば、良好な走行感覚を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態におけるハイブリッド車
両の駆動装置を示す概念図である。

【図２】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットの概念図および速度線図である。

【図３】本発明の第１実施形態におけるプラネタリギヤ
ユニットのトルク線図である。

【図４】本発明の第１実施形態における制御系の構成を
示すブロック図である。

【図５】本発明の第１実施形態におけるモード切替車速
を決定するマップである。

【図６】本発明の第１実施形態における各モードの駆動
領域を示すマップである。

【図７】本発明の第１実施形態におけるバッテリ許容出
力を求めるマップである。

【図８】本発明の第１実施形態における目標モータトル
クを求めるマップである。

【図９】本発明の第１実施形態における発電機の目標回
転数を求めるマップである。

【図１０】本発明の第１実施形態においてエンジンを始
動する際のプラネタリギヤユニットの各要素の回転状態
をしめす速度線図である。

【図１１】本発明の第１実施形態において、車両制御装
置の制御動作を示すフローチャートである。

【図１２】本発明の第１実施形態において、車両制御装
置の制御動作を示すフローチャートである。

【図１３】本発明の第１実施形態において、車両制御装
置の制御動作を示すフローチャートである。

【図１４】本発明の第１実施形態において、車両制御装
置の制御動作を示すフローチャートである。

【図１５】本発明の第２実施形態におけるハイブリッド
車両の駆動装置を示す概念図である。

【図１６】本発明の第２実施形態における制御系の構成
を示すブロック図である。

【図１７】本発明の第２実施形態におけるモード切替ア
クセル開度を決定するマップである。

【図１８】本発明の第２実施形態における各モードの駆
動領域を示すマップである。

【図１９】本発明の第２実施形態における発電機の目標
回転数を求めるマップである。

【図２０】本発明の第２実施形態におけるモード切替ア
クセル開度を決定するマップである。

【図２１】本発明の第２実施形態における各モードの駆
動領域を示すマップである。

【図２２】本発明の第２実施形態においてエンジンが停
止している際のプラネタリギヤユニットの各要素の回転
状態をしめす速度線図である。

【図２３】エンジンの特性曲線図である。

【符号の説明】

１１エンジン１３プラネタリギヤユニット（差動歯車装
置）１６発電機２１ロータ２５電気モータ３１カウンタシャフト（駆動出力軸）４１車両制御装置４２エンジン制御装置４３モータ制御装置４４発電機制御装置４５アクセルセンサ４６車速センサ５８アクチュエータＢブレーキ（摩擦係合手段）ＣＲキャリヤ（第１歯車要素）Ｓサンギヤ（第２歯車要素）Ｒリングギヤ（第３歯車要素）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンと、回転数制御可能な発電機と、駆動輪の駆動力を出力する駆動出力軸と、第１の歯車要素が前記エンジンの出力軸に連結され、第
２の歯車要素が前記発電機のロータに連結され、第３の
歯車要素が前記駆動出力軸に連結された差動歯車装置
と、前記駆動出力軸に連結された電気モータと、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段と、前記発電機の回転を制御する発電機制御手段と、走行負荷を検出する走行負荷検出手段と、前記走行負荷検出手段で検出された走行負荷に応じて、
前記駆動出力軸に前記電気モータの出力のみが伝達され
ている第１の走行モードと、エンジンの出力の一部が前
記発電機に伝達され残りが前記駆動出力軸に伝達されい
ている第２の走行モードとを選択する走行モード選択手
段を有することを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】さらに、前記発電機で発電された電力及
び前記駆動出力軸からの回生電力を蓄積し、前記電気モ
ータに電力を供給する蓄電手段を有する請求項１に記載
のハイブリッド車両。
【請求項３】さらに、前記発電機の回転を停止する発
電機停止手段を有し、前記走行モード選択手段は、発電
機停止状態で前記エンジンと前記電気モータの出力が前
記駆動出力軸に出力されている第３の走行モードを選択
し得る請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】さらに、前記蓄電手段の容量と、前記走
行負荷検出手段で検出された走行負荷に応じて走行モー
ドを選択する請求項１ないし３のいずれかに記載のハイ
ブリッド車両。
【請求項５】前記エンジン制御手段は、予め決定され
た負荷以上でエンジンを駆動するよう制御し、前記蓄電
手段の容量に応じて前記負荷を変動させることを特徴と
する請求項１ないし４のいずれかに記載のハイブリッド
車両。
【請求項６】前記発電機停止手段は、前記発電機のロ
ータをケースに固定する摩擦係合手段である請求項３な
いし５のいずれかに記載のハイブリッド車両。
【請求項７】前記発電機のトルク変動を検出し、前記
電気モータのモータトルクを補正するモータトルク補正
手段を有する請求項１ないし６のいずれかに記載のハイ
ブリッド車両。