JPH11217025A - ハイブリッド車 - Google Patents
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- B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
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- B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
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Abstract
モータで駆動力の確保と動力エネルギの回収効率向上を
達成し、駆動輪からの要求駆動力に対してエンジン及び
モータ制御の最適化を図り、また、エンジンと2つのモ
ータの制御の互いの影響が少なく、制御も簡素で制御自
由度も向上させる。 【解決手段】 エンジン1をサンギヤ2aと連結し、リ
ングギヤ2bにモータ3を連結し、キャリア2cにモー
タ4を連結し、サンギヤ2aとキャリア2cをクラッチ
6で結合自在にし、キャリア2cにCVT5を連結す
る。モータ3,4は、走行条件に応じ、共に駆動源か発
電機とし、又は、一方を駆動源、他方を発電機とし、又
は、一方を駆動源か発電機、他方を制御無しとし、ま
た、クラッチ6でプラネタリギヤユニット2の差動を固
定してエンジン1とCVT5の間に2つのモータ3,4
を配置するエンジン1からの直結駆動軸を形成可能にす
る。
Description
とを併用するハイブリッド車に関し、より詳しくは比較
的低出力の2つのモータを用いて駆動力の確保と動力エ
ネルギの回収効率を向上するハイブリッド車に関する。
害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用するハ
イブリッド車が開発されており、このハイブリッド車で
は、発電用と動力源用との2つのモータを搭載すること
で動力エネルギの回収効率向上と走行性能の確保とを図
る技術が多く採用されている。
は、ディファレンシャルギヤ等の差動分配機構による動
力分配機構を用いてエンジンの動力を発電機とモータ
(駆動用モータ)とに分配し、エンジンの動力の一部で
発電しながらモータを駆動して走行するハイブリッド車
が開示されており、また、特開平9−100853号公
報には、プラネタリギヤによってエンジンの動力を発電
機とモータ(駆動用モータ)とに分配するハイブリッド
車が開示されている。
た各先行技術においては、低速時の駆動力の大半を駆動
用モータに依存するため、駆動用に大容量の大型のモー
タが必要となるばかりでなく、駆動輪で必要とするトル
クに対する増幅機能を電力に依存するため、バッテリー
容量が十分でない場合にも一定の走行性能を維持するこ
とのできる発電容量をもった発電機が要求されることに
なり、コスト増の要因となる。
回転制御範囲を超えるような出力軸回転数の変化がある
ため、エンジン出力を発電機と駆動用モータとに分配す
るだけでは、駆動輪からの要求駆動力に対し、必ずしも
エンジン及びモータの制御を十分に最適化できるとは限
らない。
るハイブリッド車では、車両の利用形態や車両の走行条
件により、エンジンと2つのモータの最適な制御方法が
変化するが、エンジンと2つのモータの制御が互いに影
響し合うことなく、それぞれの効率の良い運転範囲で適
切、かつ、簡素に制御できることが望ましい。
間でのエネルギの変換も必要最小限にすることも効率向
上のためには重要課題である。
で、エネルギ効率に優れ、比較的低出力の2つのモータ
を用いて駆動力の確保と動力エネルギの回収効率向上を
達成するとともに、駆動輪からの要求駆動力に対してエ
ンジン及びモータ制御の最適化を実現することができ、
また、エンジンと2つのモータの制御の互いの影響が少
なく、制御も簡素で、制御自由度の高いハイブリッド車
を提供することを目的としている。
エンジンの出力とモータの出力とを併用して走行駆動源
とするハイブリッド車において、上記エンジンの出力軸
と連結したサンギヤと、このサンギヤに噛合するピニオ
ンを回転自在に支持するキャリアと、上記ピニオンに噛
合するリングギヤとを有するプラネタリギヤと、上記プ
ラネタリギヤのリングギヤに連結し、駆動源あるいは発
電機として切換え使用可能な第1のモータと、上記プラ
ネタリギヤのキャリアに連結し、駆動源あるいは発電機
として切換え使用可能な第2のモータと、上記プラネタ
リギヤのサンギヤとキャリアとリングギヤのいずれか2
つを結合自在な連結機構と、上記第2のモータとともに
上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、複数段あるい
は無段階に切り換え可能な変速比に応じて上記プラネタ
リギヤと駆動輪との間で変速及びトルク増幅を行なう動
力変換機構とを備えたことを特徴とする。
明において、上記動力変換機構を、入力軸に軸支される
プライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプー
リとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変速
機とすることを特徴とする。
ジンの出力軸をプラネタリギヤのサンギヤと連結し、プ
ラネタリギヤのリングギヤに第1のモータを連結し、プ
ラネタリギヤのキャリアに第2のモータを連結し、プラ
ネタリギヤのサンギヤとキャリアとリングギヤのいずれ
か2つをクラッチ等の連結機構で結合自在にして、さら
に、プラネタリギヤのキャリアに複数段あるいは無段階
に変速比を切り換え可能な動力変換機構を連結して、こ
の動力変換機構はプラネタリギヤと駆動輪との間で変速
及びトルク増幅を行なう。
同時に駆動源あるいは発電機とし、又は、一方を駆動
源、他方を発電機とし、又は、一方を駆動源あるいは発
電機、他方を制御無しの状態として使用することができ
る。また、クラッチでプラネタリギヤの差動を固定し
て、エンジンと動力変換機構の間に2つのモータを配置
するエンジンからの駆動軸を形成できる。
選択することが可能となり、例えば、クラッチ解放の状
態では、第1,第2のモータを共に駆動源として走行す
る、第1,第2のモータどちらか一方を駆動源、他方を
発電機として走行する、エンジンからの駆動力を用いず
に第2のモータのみを駆動源あるいは発電機として走行
する等が可能で、クラッチ固定の状態では、プラネタリ
ギヤの特性を考慮せずに単純に制御することが可能にな
り、トルク−電力間でのエネルギの変換も最小限で効率
を大幅に向上することができる。
換機構としては、入力軸に軸支されるプライマリプーリ
と出力軸に軸支されるセカンダリプーリとの間に駆動ベ
ルトを巻装してなるベルト式無段変速機を用い、変速比
を無段階に切り換えて変速及びトルク増幅を行なうこと
が望ましい。
施の形態を説明する。図1〜図9は本発明の実施の一形
態に係わり、図1は駆動系の基本構成を示す説明図、図
2はクラッチ解放状態でエンジンの駆動力を考慮して第
1,第2のモータによって走行する場合のトルク及び電
気の流れを示す説明図、図3はクラッチ解放状態でエン
ジンの駆動力を考慮して第1のモータでは駆動を第2の
モータでは発電をして走行する場合のトルク及び電気の
流れを示す説明図、図4はクラッチ解放状態で第1のモ
ータを発電機として使用し、第2のモータで駆動力を発
生させる制動の場合のトルク及び電気の流れを示す説明
図、図5はクラッチ解放状態で車両後退時のトルク及び
電気の流れを示す説明図、図6はクラッチ固定状態でエ
ンジン及び第1,第2のモータによって走行する場合の
トルク及び電気の流れを示す説明図、図7はクラッチ固
定状態で第1,第2のモータを発電機として使用する場
合のトルク及び電気の流れを示す説明図、図8は第2の
モータのみを利用して駆動力を得る場合のトルク及び電
気の流れを示す説明図、図9は第2のモータのみを利用
して制動力を得る場合のトルク及び電気の流れを示す説
明図である。
とモータとを併用するパラレルハイブリッド式の車両で
あり、図1に示すように、エンジン1の出力軸1aが、
プラネタリギヤユニット2(シングルピニオン)のサン
ギヤ2aに連結され、プラネタリギヤユニット2のリン
グギヤ2bにはプラネタリギヤユニット2の機能を制御
するとともに駆動源あるいは発電機として切換え可能な
第1のモータ3(以下、単にモータ3と呼称)が連結さ
れ、プラネタリギヤユニット2のサンギヤ2aとリング
ギヤ2bとに噛合するピニオンを回転自在に支持するキ
ャリア2cには、駆動源あるいは発電機として切換え可
能な第2のモータ4(以下、単にモータ4と呼称)と変
速及びトルク増幅を行なって走行時の動力変換機能を担
う動力変換機構5とが連結されて駆動系が主要に構成さ
れている。
上記サンギヤ2aとリングギヤ2bとキャリア2cのう
ち、本発明の実施の形態では上記サンギヤ2aと上記キ
ャリア2cとが連結機構としてのクラッチ6で結合自在
に形成されている。
み合わせた変速機や流体トルクコンバータを用いた変速
機等を用いることが可能であるが、入力軸5aに軸支さ
れるプライマリプーリ5bと出力軸5cに軸支されるセ
カンダリプーリ5dとの間に駆動ベルト5eを巻装して
なるベルト式無段変速機(CVT)を採用することが望
ましく、本形態においては、以下、上記動力変換機構5
をCVT5として説明する。
の駆動系では、エンジン1の出力軸1aとCVT5の入
力軸5aとの間にプラネタリギヤユニット2が配置され
ており、このプラネタリギヤユニット2のサンギヤ2a
がエンジン1の出力軸1aに連結されるとともに、キャ
リア2cが一方のモータ4を介してCVT5の入力軸5
aに結合され、リングギヤ2bに他方のモータ3が連結
され、さらに、プラネタリギヤユニット2のサンギヤ2
aとキャリア2cとがクラッチ6で結合自在になってい
る。そして、CVT5の出力軸5cに減速歯車列7を介
してデファレンシャル機構8が連設され、このデファレ
ンシャル機構8に駆動軸9を介して前輪或いは後輪の駆
動輪10が連設される。
4,CVT5,クラッチ6は、監視・制御システム11
によって集中制御される。この監視・制御システム11
には、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み操
作、ステアリングの操舵角等を検出してドライバの運転
操作状況を判定するドライバ意志判定システム12、ブ
レーキ操作状態、エンジン1やABS(アンチスキッド
ブレーキシステム)等に対する各種制御量、灯火類やエ
アコン等の補機類の作動状態等から車両の制御状況を判
定する車両制御状況判定システム13、車速、登坂や降
坂、路面状態等の現在の車両の走行状態の変化を判定す
る走行状況判定システム14等が接続され、エンジン
1、2つのモータ3,4、CVT5,クラッチ6の作動
状態やバッテリ15の状態を監視し、各システムからの
情報に基づいて、エンジン1の制御、インバータ16,
17を介してのモータ3,4の駆動及びバッテリ15の
充電制御、CVT5の変速比や供給油圧の制御等を行
う。
うに、エンジン1をプラネタリギヤユニット2のサンギ
ヤ2aへ結合するとともに、リングギヤ2bにモータ3
を連結して、キャリア2cからプラネタリギヤで合成し
た出力を得るようにし、また、上記キャリア2cにモー
タ4を連結してモータ4による出力も合成できるように
し、さらにこれら出力をCVT5によって変速及びトル
ク増幅して駆動輪10に伝達するようにしているため、
2つのモータ3,4は発電と駆動力供給との両方に使用
することができ、比較的小出力のモータを使用すること
ができる。
エンジン1の駆動力を考慮し(エンジン1による駆動力
がプラネタリギヤユニット2のサンギヤ2aに入力さ
れ)、また、モータ3により駆動される場合は、図2に
示すように、エンジン1からの駆動力はサンギヤ2aへ
の入力トルクTsに、また、バッテリ15からインバー
タ16を介して電気エネルギがモータ3に供給され、モ
ータ3で駆動力に変換されてリングギヤ2bへの入力ト
ルクTrとなるわけであるが、プラネタリギヤの入出力
特性から、サンギヤ2aへの入力トルクTs、リングギ
ヤ2bへの入力トルクTr、キャリア2cの出力トルク
Tcは、以下の(1)式で示すような関係となる。 Tc=Ts+Tr …(1)
ンジン1によるサンギヤ2aへの入力トルクTsと、モ
ータ3によるリングギヤ2bへの入力トルクTrとが合
成されてキャリア2cから出力され、エンジン1とモー
タ3のそれぞれの出力トルクが小さい場合であってもキ
ャリア2cから大きな出力トルクを得ることができる。
リア2cには、モータ4が連結されており、このモータ
4による駆動力も合成することで、より大きな出力トル
クを得ることができる。すなわち、この場合は、バッテ
リ15からインバータ17を介して電気エネルギがモー
タ4に供給され、モータ4で駆動力に変換されて、上述
のプラネタリギヤユニット2で合成された出力トルクT
cにさらに加えて出力される。モータ4による出力トル
クをTmとすると、CVT5に入力される最大出力可能
なトルクTout は、以下の(2)式で示す値となる。 Tout =Tc+Tm=Ts+Tr+Tm …(2)
それぞれの出力トルクが小さい場合であっても大きな出
力トルクを得ることができ、CVT5を介して駆動輪1
0に伝達されて大きな車両駆動力を得ることができる。
尚、図2及び以下に説明する図3〜図9において、二点
鎖線は電気の流れを模式的に示し、一点鎖線はトルク伝
達の流れを模式的に示す。
ギヤ2aの入力トルクTsとリングギヤ2bの入力トル
クTrとは、それぞれが合成されてキャリア2cの出力
トルクTcとなるためには互いに反力を受けなくてはな
らず、各入力トルクTs,Trの関係は、サンギヤ2a
の歯数Zs、リングギヤ2bの歯数Zrによって表され
るギヤ比i(i=Zs/Zr)を用いて表わされる以下
の(3),(4)式に示す関係から、以下の(5)式を
満足しなけらばならない。 Tc・i/(1+i)=Ts …(3) Tc・1/(1+i)=Tr …(4) Ts=i・Tr …(5)
ヤ2aの回転数をNs、リングギヤ2bの回転数をN
r、キャリア2cの回転数をNcとすると、各回転数は
以下の(6)式で示される関係となり、サンギヤ2aの
回転数Ns及びリングギヤ2bの回転数Nrを制御する
ことでキャリア2cの回転数Ncを自由に設定すること
ができる。尚、Ns=Nrのときには、Nc=Nr=N
sとなり、全ての入出力回転数が一致する。 (1+i)・Nc=Nr+i・Ns …(6)
力トルクの関係はプラネタリギヤのギヤ比iで決まるた
め、各ギヤのトルクの関係を維持した上で、モータ3の
回転数を制御すると、プラネタリギヤの出力回転数に関
係なく、エンジン1の回転数を自由に設定できることに
なり、例えば、所定の条件では走行中にエンジン1を停
止する、燃料消費率のよいエンジン回転数領域を使う等
の制御が可能になる。
<Zrであるためギヤ比iはi<1であり、上記(5)
式から明らかなように、リングギヤ2bへの入力トルク
Trはサンギヤ2aへの入力トルクTsに対して1/i
(>1)倍となる。しかし、この時のリングギヤ2bの
入力トルクTrはモータ3のみにより得られているか
ら、バッテリ15からの電力の供給が必要になり、例え
ば長時間の走行を行うとバッテリ15の充電量が不足す
るような事態が予想される。従って、このような場合に
は、図3に示すように、モータ4を発電機として使用
し、走行する。
ータ4を発電機として使うことで、エンジン出力に対し
て、プラネタリギヤへの入力トルクのうち、リングギヤ
2bからの入力トルク分をモータ4で吸収し、これによ
り得られた電力でモータ3を駆動することで、バッテリ
15に充電された電気を使わないでエンジン1だけの走
行が可能になる。
力は、モータ3,4やインバータ16,17の効率特性
より、モータ3の駆動力によるモータ4の発電量だけで
は十分でないため、モータ3とエンジン1の出力トルク
の一部を加えた駆動力による発電となる。
充電が必要になったときには、モータ3の必要電力に対
し、モータ4の発電量が多くなるように制御する。ま
た、主としてエンジン1の駆動力で走行中に、登坂や急
加速等によってエンジン1の出力に対して負荷が大きく
なり、モータ3のアシスト力を大きくする必要が生じた
場合には、モータ4の発電量を抑えてプラネタリギヤユ
ニット2の出力トルクの動力吸収量を抑えるとともに、
不足するモータ3への電力の供給をバッテリ15から行
うように制御する。
チ6が解放状態では、CVT5からの入力トルクに対
し、バッテリ15に十分な充電が行われており、バッテ
リ15への充電が必要ない場合で、エンジンブレーキの
み又はエンジンブレーキと一部モータによる動力吸収を
併用する際は、前述のようにプラネタリギヤの特性か
ら、モータ3でもトルクの吸収を行わなければならな
い。このとき、エンジンブレーキとモータ3でトルクの
吸収が行われることから大きな制動力と同時にモータ3
による発電が行われることになる。
吸収トルク分の駆動力を、モータ3で発電した電力でモ
ータ4に発生させることで、バッテリ15に充電するこ
と無しにエンジンブレーキのみを発生させることが可能
となる。
力は、モータ3,4やインバータ16,17の効率特性
より、モータ4の駆動力によるモータ3の発電量だけで
は十分でないため、モータ4とエンジン1への一部を加
えた駆動力による発電となる。なお、バッテリ15への
充電が必要になった場合には、モータ3の発電量をその
ままにしてモータ4への供給電力を低くするように制御
することで、エンジンブレーキ性能を低下させることな
くバッテリ15への充電が可能となる。
はエンジン回転は前進時と同一方向の回転であることか
ら、モータ4で走行することになるが、バッテリ15の
充電量が不足する場合は、図5に示すように、エンジン
1の出力トルクをモータ3でプラネタリギヤユニット2
のキャリア2cに出力しないようにトルク調整をしなが
ら発電することで、後退時の走行性を確保することが可
能である。この時、バッテリの充電量に合わせて、バッ
テリ15のみの走行から、モータ3からの充電をしなが
らの走行までを状況に応じて制御することが可能であ
る。
を解放状態として、プラネタリギヤユニット2を介して
のエンジン1及びモータ3,4の駆動と発電によりトル
クを制御することでバッテリ15への充電とCVT5に
対しての出力を適切に行うことが可能になっている。
態とし、エンジン1へのトルクの入出力を伴って走行す
る各場合では、プラネタリギヤの特性から必ずモータ3
を制御しなくてはならず、本来ならエンジン1の出力を
直接CVT5に伝達すれば良い場合でも、モータ3や場
合によってはモータ4を制御することが必要になる。特
に、2つのモータ3,4のうち一方を発電機とし、他方
を駆動源として用いると、一方のモータではトルクから
電力への変換を行い、他方のモータでは電力からトルク
への変換を行って必要なトルクあるいは電力を得ること
になるため、これら変換効率等の影響を大きく受け、全
体のエネルギ効率の大きな低下を招く。また、2つのモ
ータ3,4を、それぞれ別々に制御するために複雑な制
御仕様が必要になってくる。
ば、エンジン1を最大出力で走行する場合等)によっ
て、クラッチ6を解放状態から固定状態に制御して、ク
ラッチ6によりプラネタリギヤユニット2のサンギヤ2
aとキャリア2cとを結合し、間に2つのモータ3,4
が配置された、エンジン1からCVT5に至るエンジン
直結の駆動軸が形成できるようになっている。
ラネタリギヤユニット2の差動をクラッチ6で固定し、
エンジン1及びモータ3,4により駆動力を得ようとし
た場合は、前述の図2や図3で説明したように、エンジ
ン1,モータ3又はモータ4のそれぞれの出力トルクの
関係を制御すること無しに、図6に示すように、エンジ
ン1,モータ3又はモータ4の駆動輪10側に必要な駆
動トルクを任意に発生させる制御が可能になる。
ータ3又はモータ4のどちらか一方のみで駆動力を発生
するように2つのモータ3,4を制御しなければならな
い場合に比べ、モータ3,4,インバータ16,17及
び電力線を通過する電力を最小限にすることができ、充
電された電気エネルギの有効利用が可能になる。尚、プ
ラネタリギヤユニット2が固定されているため、モータ
3,4に駆動力を発生させなければ、通常のエンジンの
みの車両と同様の駆動システムとなる。これは、図3の
モータ3を駆動源とし、モータ4を発電機としてエンジ
ン1のみの駆動とする場合に比較してエネルギロスがな
いため、エンジン1の必要駆動力も必要以上に増加する
ことがない。
タリギヤユニット2のキャリア2cからの入力トルクに
対してモータ3,4の発電及びエンジンブレーキで制動
をかける場合も同様に、前述の図4で説明したような、
エンジン1、モータ3及びモータ4のそれぞれの制動ト
ルクの関係を制御すること無しに、図7に示すように、
エンジン1におけるエンジンブレーキの制御、モータ3
及びモータ4のそれぞれの発電によるブレーキ制御を必
要に応じて任意に制御することが可能になり、制御仕様
の簡素化と、例えばモータ3又はモータ4のどちらか一
方のみで発電して、2つのモータ3,4を制御し発電し
なければならない場合に比べ、モータ3,4,インバー
タ16,17及び電力線を通過する電力を最小限にし
て、発電時の電気エネルギの利用が可能になる。尚、モ
ータ3,4に制動力を発生させなければ、通常のエンジ
ンのみの車両と同様の駆動システムになる。
によりプラネタリギヤユニット2のサンギヤ2aとキャ
リア2cとを結合する制御を行うことで、エンジン1,
2つのモータ3,4のそれぞれの出力トルク又は制動ト
ルクの関係を制御すること無しに必要な駆動トルク又は
制動トルクを任意に発生させる制御が可能になり、制御
仕様の簡素化、電気エネルギの有効利用が可能になる。
る駆動力は、CVT5の使用によってさらに適切に制御
され、エンジン1及びモータ3,4の出力効率を最適化
するとともに、駆動軸で必要とされる駆動力を確保する
ことができる。
状態とした際、プラネタリギヤの入出力トルクの関係は
ギヤ比iで決まるため、各ギヤのトルクの関係を維持し
た上で、モータ3の回転数を制御するとエンジン1とキ
ャリア2cの回転数を制御することが可能である。この
ため、車速が低い場合は、サンギヤ2a又はリングギヤ
2bのどちらかの回転数を高くすることで、もう片方の
回転を止めたり、また、エンジン1を回転させたまま出
力軸回転を逆にすることが可能であるが、車速が高い場
合では、どちらか一方の回転数を一定とし、出力軸回転
数を高くしようとすると、もう片方の回転数を必要とす
る出力回転よりも高くしなければならない。
ンギヤ2aの回転数を一定とし、サンギヤ2aを基準と
するリングギヤ2b及びキャリア2cの回転数について
考えると、この場合は、サンギヤ2aを固定した場合と
同様であり、上記(6)式においてNs=0とおくこと
ができることから、モータ3によって駆動されるリング
ギヤ2bの回転数(サンギヤ2aに対する回転数差)は
キャリア2cの回転数(同じく、サンギヤ2aに対する
回転数差)の(1+i)倍となる。
ギヤ2bの回転数を一定とし、リングギヤ2bを基準と
するサンギヤ2a及びキャリア2cの回転数について考
えると、リングギヤ2bを固定した場合と同様であるこ
とから、上記(6)式においてNr=0とおくことがで
き、エンジン1によって駆動されるサンギヤ2aの回転
数(リングギヤ2bに対する回転数差)はキャリア2c
の回転数(同じく、リングギヤ2bに対する回転数差)
の(1+i)/i倍となる。
ン1の回転数を一定として出力回転数(キャリア回転
数)を高くしようとするとモータ3の回転数が出力回転
数(キャリア回転数)よりも高くなり、リングギヤ2b
を駆動するモータ3の回転数を一定として出力回転数
(キャリア回転数)を高くしようとするとエンジン1の
回転数が出力回転数(キャリア回転数)よりも高くなっ
てしまう。このように、モータ回転数が高くなることは
効率及び信頼性の低下を招くことになり、また、エンジ
ン回転数が高くなることにより高回転対応のための内部
フリクションの増加等を招く。
ガスの清浄化を期待できる回転数域で使用されることが
望ましく、一方、車両においては、モータの回転制御範
囲を超えるような出力軸回転数の変化がある。従って、
駆動輪10からの要求駆動力に対し、プラネタリギヤユ
ニット2の出力軸に配置したCVT5の変速比を適切に
制御することで、プラネタリギヤユニット2への入力ト
ルクを低く抑えることが可能となり、プラネタリギヤユ
ニット2の出力回転数を適切に制御することができる。
れ、クラッチ6が解放状態でモータ3に駆動力が作用し
なければ、プラネタリギヤユニット2から駆動力は出力
されないため、図8に示すように、駆動輪10における
必要な駆動力をモータ4及びCVT5の変速比のそれぞ
れを制御して発生させること、あるいは、図9に示すよ
うに、駆動輪10における必要な制動力をモータ4及び
CVT5の変速比のそれぞれを制御して発生させること
が可能である。
一定ギヤ比で連結しているとすると、このギヤ比を車両
の高速走行時を想定し、モータ4の回転数を抑えるよう
に設定すると、駆動輪10において必要な最大駆動力に
対応するための駆動力と発電による制動力が求められる
ため、モータ4の大容量化が避けられない。一方、出力
の小さい小型のモータで駆動力を得るためのギヤ比を設
定すると、車両を高速走行しようとしてもモータ回転数
が追従できないことになる。そこで、モータ4と駆動軸
9の間にCVT5を配置することで、駆動輪に必要な駆
動力をモータ4及びCVT5の変速比のそれぞれで制御
し、最も出力効率の高いモータの使用と同時に、十分な
駆動力を確保することが可能となる。同様に、モータ4
及びCVT5の変速比のそれぞれを制御することで、駆
動輪に必要な制動力を得ることが可能になる。尚、モー
タ3に駆動力や制動力を発生させないことは、エンジン
1の運転条件に関係なく、モータ4とCVT5の制御の
みで車両の走行条件を設定できるので、制御仕様も簡素
にすることができる。
ン1からCVT5に至るエンジン直結の駆動軸を構成す
る場合も、エンジン1では特に作動条件により燃料の消
費率や排気ガス特性も大幅に異なることから、最も作動
効率の良い状態での使用が望ましい。そこで、上述のモ
ータ4とCVT5の制御で説明した場合と同様に、車両
の走行状態に関係なく、モータ4の入出力トルクとCV
T5のギヤ比を制御することで、特に車両が停止あるい
は極低速の場合を除いて、エンジン1の燃料消費率の良
い、排気ガスの低減が可能な回転領域での使用頻度をモ
ータ3を制御すること無しに、大幅に増やすことが可能
となる。
動力の変化に対し、CVT5によってエンジン1とモー
タ3,4の使用条件を最適範囲に抑えることでエンジン
性能を特化し、さらに、燃焼効率の高い、排気ガスエミ
ッションの低い領域でエンジン1を使用する頻度を大幅
に増やすことができ、走行性能を確保しつつ、燃費改
善、低公害化を実現することができるのである。
明によれば、エンジンの出力軸をプラネタリギヤのサン
ギヤと連結し、プラネタリギヤのリングギヤに第1のモ
ータを連結し、プラネタリギヤのキャリアに第2のモー
タを連結し、プラネタリギヤのサンギヤとキャリアとリ
ングギヤのいずれか2つをクラッチ等の連結機構で結合
自在にして、さらに、プラネタリギヤのキャリアに複数
段あるいは無段階に変速比を切り換え可能な動力変換機
構を連結して、この動力変換機構はプラネタリギヤと駆
動輪との間で変速及びトルク増幅を行なうため、第1,
第2のモータは、走行条件により、同時に駆動源あるい
は発電機とし、又は、一方を駆動源、他方を発電機と
し、又は、一方を駆動源あるいは発電機、他方を制御無
しの状態として使用することができ、また、クラッチで
プラネタリギヤの差動を固定して、エンジンと動力変換
機構の間に2つのモータを配置するエンジンからの直結
駆動軸を形成でき、走行条件に応じて最適な制御を選択
することができる。例えば、クラッチ解放状態で、第
1,第2のモータを共に駆動源として走行する、第1,
第2のモータどちらか一方を駆動源、他方を発電機とし
て走行する、エンジンからの駆動力を用いずに第2のモ
ータのみを駆動源あるいは発電機として走行する、ある
いは、クラッチ固定状態として、プラネタリギヤの特性
を考慮せずに単純に効率よく走行する等の様々な制御が
可能となり、エネルギ効率に優れ、比較的低出力の2つ
のモータを用いて駆動力の確保と動力エネルギの回収効
率向上を達成するとともに、駆動輪からの要求駆動力に
対してエンジン及びモータ制御の最適化を実現し、ま
た、エンジンと2つのモータの制御の互いの影響が少な
く、制御も簡素で、制御自由度も向上することができ
る。
記載の動力変換機構をベルト式無段変速機として変速比
を無段階で変化させて変速及びトルク増幅を行なうた
め、上記請求項1記載の発明の効果に加え、駆動輪から
の要求駆動力に対してプラネタリギヤへの入出力トルク
及び回転数を自由に制御することが可能となり、エンジ
ン及び第1,第2のモータの制御をより最適化すること
ができる効果を有する。
て第1,第2のモータによって走行する場合のトルク及
び電気の流れを示す説明図
て第1のモータでは駆動を第2のモータでは発電をして
走行する場合のトルク及び電気の流れを示す説明図
て使用し、第2のモータで駆動力を発生させる制動の場
合のトルク及び電気の流れを示す説明図
気の流れを示す説明図
モータによって走行する場合のトルク及び電気の流れを
示す説明図
機として使用する場合のトルク及び電気の流れを示す説
明図
のトルク及び電気の流れを示す説明図
のトルク及び電気の流れを示す説明図
Claims (2)
- 【請求項1】 エンジンの出力とモータの出力とを併用
して走行駆動源とするハイブリッド車において、 上記エンジンの出力軸と連結したサンギヤと、このサン
ギヤに噛合するピニオンを回転自在に支持するキャリア
と、上記ピニオンに噛合するリングギヤとを有するプラ
ネタリギヤと、 上記プラネタリギヤのリングギヤに連結し、駆動源ある
いは発電機として切換え使用可能な第1のモータと、 上記プラネタリギヤのキャリアに連結し、駆動源あるい
は発電機として切換え使用可能な第2のモータと、 上記プラネタリギヤのサンギヤとキャリアとリングギヤ
のいずれか2つを結合自在な連結機構と、 上記第2のモータとともに上記プラネタリギヤのキャリ
アに連結し、複数段あるいは無段階に切り換え可能な変
速比に応じて上記プラネタリギヤと駆動輪との間で変速
及びトルク増幅を行なう動力変換機構とを備えたことを
特徴とするハイブリッド車。 - 【請求項2】 上記動力変換機構を、入力軸に軸支され
るプライマリプーリと出力軸に軸支されるセカンダリプ
ーリとの間に駆動ベルトを巻装してなるベルト式無段変
速機とすることを特徴とする請求項1記載のハイブリッ
ド車。
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