WO2002032711A1

WO2002032711A1 - Systeme de vehicule hybride

Info

Publication number: WO2002032711A1
Application number: PCT/JP2001/002824
Authority: WO
Inventors: Ikurou Notsu; Akihito Okazaki; Masakazu Sasaki; Shougo Nishikawa; Mitsuhiro Nishina; Hideaki Gouda
Original assignee: Nissan Diesel Co., Ltd.
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-04-25
Also published as: US6884199B2; US20040040810A1; EP1332907A1; EP1332907A4; KR20040030430A; CA2425880A1; CN1447758A

Description

車両のハイプリッドシステム技術分野

この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備える、いわゆるパラレル方式のハイプリッドシステムに関する。背景技術

パラレル方式のハイブリッドシステムとして、エンジンと、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えるものが、日本特許出願の特顧平 1 1—1 6 0 7 5 9 号に提案されている。

このような先願例においては、変速機の入力軸に動力伝達機構を介して回転電機のフリクションや慣性力が作用するため、変速時にシンクロ機構の負担が大きく、変速時間（シンクロ時間）が長くなることが考えられる。発明の開示

本発明はハイプリッドシステムの変速機において、変速動作が円滑かつ速やかに行われるようにすることを目的とする。

本発明の車両のハイブリッドシステムは、エンジンと、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素とを備える。さらに変速機の変速指令を判定する手段と、変速指令の判定時にクラッチを切断する手段と、変速機入力軸回転速度を変速動作に要求される目標回転速度となるように前記回転電機の回転を制御する手段とを備える。したがって本発明では、回転電機の回転制御により、変速機の入力軸の回転速度が目標回転速度に収束され、目標段の回転速度が速やかに同期領域に入るため、シンクロ時間の短縮おょぴシンクロ機構の負荷軽減が図れる。図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施形態を表すシステム概要図である。

図 2は同じくシステムの動作説明図である。

図 3は同じくシステムの動作説明図である。

図 4は同じくシステムの動作説明図である。

図 5は同じくシステムの動作説明図である。

図 6は同じくシステムの動作説明図である。

図 7は同じくシステムの動作説明図である。

図 8は同じく制御内容を説明するフローチャートである。

図 9は同じくエンジンとモータの出力分担を示すマップである。

図 1 0は同じく制御内容を説明するフローチャートである。

図 1 1は同じく制御内容を説明するフローチャートである。発明の実施の形態

図 1のように、車両のパワートレインは、エンジン 1と、トランスミッション 4 (変速機）と、エンジン 1の出力軸 1 2 (クランクシャフト）とトランスミツシヨン 4の入力軸 4 1との間に介装されるクラッチ 3とを備える。

エンジン 1の出力は、クラッチ 3を介してトランスミッション 4の入力軸 4 1 に伝えられ、車両の走行時にトランスミッション 4の出力軸 4 2から、図示しないプロペラシャフト、デフアレンシャルギヤ、ドライブシャフトを介して左右の , 車輪へ伝達される。

エンジン 1は、ディーゼルエンジンまたは C N Gエンジン（圧縮天然ガスを燃料とする）で構成される。エンジン 1の出力はエンジン電子制御ユニット（E C U) 1 0により、後述するようにして制御される。

前記クラッチ 3はクラッチァクチユエータ 3 1により断続制御され、また、トランスミッション 4は、後述するように、運転者の変速指令に基づいて、クラッチ 3を断続させつつ、ギヤシフトァクチユエータ 4 3によりギヤの切換が行われる。トランスミッション 4はクラッチ付きの変速機であるが、その変速動作は運転者が操作する変速用のチェンジレバーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレパーュ-ット 2 3からの変速操作信号に基づいてギヤシフトァクチユエータ 4 3により変速動作が行われるものである。

車两のパワートレインには、さらにモータジェネレータ 2と、モータジエネレータ 2の入出力軸 2 1とトランスミツション 4の入力軸 4 1とを連結する動力伝達機構 5と、モータジェネレータ 2と動力伝達機構 5との間を断続するモータクラッチ（第 2クラッチ） 6 0とが備えられる。

モータジヱネレータ 2は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（I P M同期モータ）が使用される。モータジェネレータ 2はインバータ 6を介して蓄電要素 7に接続される。

インパータ 6は、蓄電要素 7の充電電力（直流電力）を交流電力に変換してモータジェネレータ 2に供給し、電動機として駆動する。また、インバータ 6はモータェネレータ 2の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素 7を ^5 " 。

蓄電要素 7には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しゃすい、電気二重層キャパシタが使用される。

動力伝達機構 5は、モータジヱネレータ 2の入出力軸 2 1に連結されるドライブギヤ 5 1と、トランスミッション 4の入力軸 4 1に連結されるドリプンギャ 5 3と、これらに嚙み合うアイドラギヤ 5 2とから構成される。

モータジェネレータ 2の出力回転は、動力伝達機構 5を介して減速してトランスミッション 4の入力軸 4 1へ伝達される。また、車両のエネルギ回生時には、トランスミッション 4の入力軸 4 1の回転は、動力伝達機構 5を介して增速してモータジェネレータ 2の入出力軸 2 1へ伝達され、発電作用を行わせる。

前記クラッチ 3、トランスミッション 4、インパータ 6、エンジン E C U 1 0 などを制御するためにハイブリッド E C U 2 0が備えられる。

ハイプリッド E C U 2 0には、変速用のチェンジレパーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレパーユニット 2 3、アクセルペダルの踏み量（ァクセル要求量）を検出するアクセル開度センサ 2 2、ブレーキの操作量（ブレーキ要求量）を検出するブレーキセンサ 2 6、トランスミッション 4の出力回転速度を検出するセンサ 4 4、動力伝達機構 5のギヤ回転速度を検出するセンサ 5 4 (トランスミッション 4の入力回転速度センサ）、クラッチ 3の断続を検出するクラッチポジションセンサ 2 9、さらには、図示しないが、トランスミッション 4のシフト位置を検出するギヤポジションセンサ、蓄電要素 7の蓄電量（S O C) を検出する残量計などからの各信号が入力する。また、エンジン E C U 1 0 Iに入力されるエンジン回転センサ 1 3の検出信号も供給される。

そして、ハイブリッド E C U 2 0は、これら各種信号おょぴエンジン E C U 1 0からの情報信号に基づいて、クラッチァクチユエータ 3 1、ギアシフトァクチユエータ 4 3、ィンバータ 6を制御すると共に、エンジン E C U 1 0へエンジン出力の要求信号を送信する。

なお、ハイブリッド E C U 2 0とエンジン E C U 1 0との間は、通信制御手段を介して双方向に接続され、後述のように各種の協調制御を行うようになっている。

このハイプリッド E C U 2 0による制御内容を説明する。

モータジェネレータ 2の出力のみにより車両の発進および走行を行うときは、クラッチ 3を切断した状態において、ァクセル操作量に応じた出力がモータジヱネレータ 2力ら得られるようにィンパータ 6を制御する。モータジェネレータ 2 の出力は、図 2のように動力伝達機構 5を介してトランスミッション 4の入力軸 4 1に伝えられ、トランスミツション 4の出力軸 4 2からプロペラシャフトへ回転が伝えられる。

エンジン 1の出力のみによる走行を行うときは、エンジン E C U 1 0に出力要求信号を送信すると共に、クラッチ 3を接続した状態において、モータジエネレータ 2の運転を停止する。エンジン E C U 1 0は、アクセルの操作量に応じた出力が得られるようにエンジン 1の燃料供給量を制御し、このエンジン 1の出力は、図 3のようにクラッチ 3を介してトランスミツション 4の入力軸 4 1に伝えられ、トランスミツション 4の出力軸 4 2からプロペラシャフト 4 9へ伝えられる。車両の走行にモータジヱネレータ 2の出力とエンジン 1の出力を併用するときは、クラッチ 3を接続した状態において、エンジン E C U 1 0に出力要求信号を送信すると共に、モータジェネレータ 2からも出力が得られるようにインバータ 6を制御する。モータジェネレータ 2の出力は、図 4のように動力伝達機構 5を介してトランスミッション 4の入力軸 4 1に伝えられ、エンジン 1からクラッチ 3を介して伝わる出力と共に、'そのときの変速ギヤを通してトランスミッション 4の出力軸 4 2からプロペラシャフト 4 9へ伝えられる。

車両の制動時は、蓄電要素 7への充電が可能な限り、ブレーキ操作に伴う回生制動力でモータジェネレータ 2を発電させるようにインバータ 6を制御する。車輪の回転は、図 5のようにプロペラシャフトからトランスミッション 4の出力軸 4 2から入力軸 4 1、さらに動力伝達機構 5を介してモータジェネレータ 2の入出力軸 2 1へ伝えられる。これにより、モータジェネレータ 2の回生発電が行われ、その電力はインパータ 6を介して蓄電要素 7に充電される。すなわち、減速時の車両エネルギは、モータジェネレータ 2の発電により、電気工ネルギに変換して蓄電要素 7に回収される。なお、ブレーキ要求量の不足分は、電子制御ブレーキ（図示せず）による制動力などで捕うこともできる。

車両の停止時に蓄電要素 7への充電を行うときは、トランスミッション 4が- ユートラルのときにクラッチ 3を接続する。エンジン 1の回転は、図 6のようにクラッチ 3からトランスミッション 4の入力軸 4 1および動力伝達機構 5およびモータジェネレータ 2の入出力軸 2 1へ伝えられる。したがって、エンジン 1の出力により、モータジェネレータ 2の発電が行われ、その電力は蓄電要素 7に充電される。

エンジン 1の出力のみによる走行状態（図 3、参照）において、蓄電要素 7への充電を行うときは、モ^"タジェネレータ 2を発電機として作動させる。ェンジン 1の出力は、図 7のようにクラッチ 3を経由してトランスミッション 4の入力軸 4 1に伝わり、トランスミッシヨン 4の出力軸 4 2を介してプロペラシャフト 4 9へ伝えられるほか、動力伝達機構 5を介してモータジェネレータ 2の入出力軸 2 1へ伝えられる。

ところで、ハイブリッド E C U 2 0は、上記したように車両の発進時や走行時など、クラッチ 3を切断して、モータジェネレータ 2によってのみ必要な駆動力を発生するが、蓄電要素 7の蓄電量が低下したときは、エンジン 1からの出力を駆動力に加えることで、効率のよい運転を行うようになっている。

図 8は、この制御のためのフローチャートであり、ハイブリッド E C U 2 0において、所定の制御周期ごとに実行される。

ステップ 1においては蓄電要素 7の蓄電量が所定値以下かどうかを判定する。この判定が n oのとき、すなわち蓄電量が十分にある場合は、ステップ 2へ進み、クラッチ 3を切断した状態において、モータジェネレータ 2の出力のみによる走行を行う。このときは、アクセル操作量に相当する出力がモータジェネレータ 2 から得られるようにインバータ 6を制御する。

ステップ 1で蓄電量が所定値以下のときは、ステップ 3〜ステップ 6に移行する。

ステップ 3ではクラッチ 3を接続してエンジン 1から動力の伝達を可能な状態とする。次いでステップ 4では、蓄電要素 7の蓄電量に基づいて、図 9のマップからエンジン 1の出力分担比とモータジェネレータ 2の出力分担比を求める。このマップは、蓄電要素 7の蓄電量（S O C) をパラメータにエンジン 1の出力とモータジエネレータ 2の出力との分担比が設定してあり、蓄電量が大きいときほどモータジエネレータ 2の出力分担が大きくなり、蓄電量が小さいときはェンジン 1の出力分担比率が高まる。

ステップ 5ではこのようにして求めた分担比と、そのときのアクセル操作量とに基づいて、実際のエンジン 1の出力とモータジェネレータ 2の出力とを決定する。そして、ステップ 6で、エンジン E C U 1 0にエンジン 1の分担出力に相当する出力要求信号を送信すると共に、モータジェネレータ 2の分担出力が得られるようにィンバータ 6を制御する。

このようにして、蓄電要素 7の蓄電量（S O C ) が十分な場合には、クラッチ 3が切断された状態で、モータジェネレータ 2の出力のみによる発進および走行が行われる。

これに対して、モータジェネレータ 2の駆動運転により電力が消費され、蓄電量が既定値以下に低下すると、クラッチ 3を接続して、エンジン 1から出力を補うことで、車両の要求駆動特性を満たしつつ、モータジェネレータ 2による運転領域を拡大することができる。なお、蓄電量が低下するのに伴いモータジエネレータ 2の出力分担を減らすので、蓄電要素 7が完全に放電してしまうことは防げる。

ところで、エンジン 1の出力により車両を駆動している運転状態（図 3参照）では、運転者の操作する変速用のチェンジレバーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレバーュニット 2 3からの変速操作信号に基づいてギヤシフトァクチユエータ 4 3により変速動作が行われるが、このときのトランスミッシヨン 4の入力軸 4 1には、動力伝達機構 5や、モータジェネレータ 2のフリクシヨンや慣性力が作用するため、変速時にシンクロ機構の負担が大きく、変速時間 (シンクロ時間）が長くなる。

そこでこの発明では、この変速動作を短縮するため、ハイブリッド E C U 2 0 は、変速時にモータジェネレータ 2により入力軸 4 1の回転を制御し、トランスミツション 4のシンクロ動作を支援する。

この制御動作について図 1 0のフローチャートにしたがって説明する。

まず、ステップ 1において、チェンジレパーユニット 2 3のギヤ位置指令に基づいて、変速指令（ギヤ位置指令の変化）が発生したかどうかを判定する。この判定が n oのときは E N Dへ飛ぶ。

ステップ 1の判定が y e sのとき、つまり変速指令が発生したときは、ステツプ 2〜ステップ 8を順次に処理する。

ステップ 2およびステップ 3においては、クラッチ 3を切断すると共に、トランスミッション 4をニュートラルにセット (ギヤ抜き) する。

ステップ 4においては、チェンジレパーュ-ット 2 3のギヤ位置指令に相当する目標段のギヤ比と、トランスミッション 4の出力回転速度（回転センサ 4 4の検出信号）とからトランスミッション 4の入力軸 4 1の目標回転速度を求める。そして、ステップ 5ではトランスミッション 4の入力軸 4 1の回転速度（回転センサ 5 4の検出信号に基づいて求められる）を目標回転速度と一致させるよう、モータジェネレータ 2の回転を制御する。

⁷° 6においては、トランスミッション 4の入力軸 4 1の回転速度が目標回転速度に対する同期領域に入ったかどうかを判定する。この判定が y e sになると、ステップ 7およびステップ 8へ進み、目標段へのギヤ入れを行うと共にクラッチ 3を接続するのであり、クラッチ 3の接続後にモータジェネレータ 2の回転制御を停止する。

このように、トランスミッション 4の変速制御において、モータジェネレータ 2を利用して、回転制御を行うことにより、トランスミッション 4の入力軸 4 1 の回転速度が目標回転速度に対する同期領域へ速やかに収束されるため、シンク口時間の短縮およびシンクロ機構の負荷軽減が大幅に促進できるという効果が得られる。

次に、前記モータジェネレータ 2と駆動機構 5との間に介装した第 2クラッチ 6 0の断続制御について説明する。

図 1 1は第 2クラッチを制御するためのフローチャートであり、ハイブリッド E C U 2 0において、所定の制御周期ごとに実行される。

ステップ 1においては、モータジェネレータ 2の駆動要求があるかどうかの判定を行う。この判定結果が y e sのときは、ステップ 2に進み、第 2クラッチ 6 0 (モータクラッチ）を接続する。ステップ 3でモータジェネレータ 2を駆動して出力回転させる。

このモータジェネレータ 2の駆動要求は、上記したトランスミッション 4の変速動作時に限らず、前記したモータジェネレータ 2によってのみ車両を駆動するとき、あるいはエンジン 1とモータジェネレータ 2を併用して車両を駆動するとき、エンジン 1によりモータジェネレータ 2を駆動して発電動作させるとき、車両のもつ走行エネルギを減速時に回生するためにモータジェネレータ 2を発電動作させるときなどに出力される。

これに対して、駆動要求のないとき、すなわちステップ 1の判定が n oのときは、ステップ 4において第 2クラッチ 6 0を切断する。

このようにして、モータジェネレータ 2の運転停止時において、第 2クラッチ 6 0を切断しておくことで、エンジン 1の出力のみで走行するときなど、モータジェネレータ 2の慣性質量やフリクションの分、駆動系の負荷が軽減され、ェンジン 1の燃費向上を促進できる。また、運転者の操作によってトランスミツション 4の変速動作を行うときには、第 2クラッチ 6 0を接続してモータジエネレータ 2によりシンクロ動作を支锾することができる。

なお、第 2クラッチ 6 0は、トランスミッション 4の入力軸 4 1と動力伝達機構 5との間に介装するようにしてもよい。産業上の利用可能性

本発明は車両の駆動源として利用できるパラレルノヽィプリッド駆動システムである。

Claims

請求の範囲

1 .エンジンと、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、電動機と発電機を兼ねる回転電機と、回転電機の入出力軸と変速機の入力軸を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素とを備える車両のハイプリッドシステムにおいて、

変速機の変速指令を判定する手段と、

変速指令の判定時にクラッチを切断する手段と、

変速機入力軸回転速度を変速動作に要求される目標回転速度となるように前記回転電機の回転を制御する手段とを備えることを特徴とする車両のハイプリッドシステム。

2 . 前記制御手段は、変速指令に基づく目標ギヤと変速機出力軸回転速度から変速機入力軸目標回転速度を求め、変速機入力軸の回転速度をこの目標回転速度とほぼ一致させるように前記回転電機の回転速度を制御する請求の範囲第 1項の車両のハイプリッドシステム。

3 . 前記回転電機と動力伝達機構の間または動力伝達機構と変速機との間に第 2のクラツチを介装し、前記制御手段は前記回転電機の駆動要求が無いときに第 2のクラッチを切断する請求の範囲第 1項の車両のハイプリッドシステム。