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JP2000343965A - ハイブリッド車両 - Google Patents

ハイブリッド車両

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Publication number
JP2000343965A
JP2000343965A JP11160759A JP16075999A JP2000343965A JP 2000343965 A JP2000343965 A JP 2000343965A JP 11160759 A JP11160759 A JP 11160759A JP 16075999 A JP16075999 A JP 16075999A JP 2000343965 A JP2000343965 A JP 2000343965A
Authority
JP
Japan
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electric machine
rotating electric
power
engine
transmission
Prior art date
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Pending
Application number
JP11160759A
Other languages
English (en)
Inventor
Akihito Okazaki
昭仁 岡崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UD Trucks Corp filed Critical UD Trucks Corp
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Priority to KR10-2001-7015741A priority patent/KR100504053B1/ko
Priority to CA002375745A priority patent/CA2375745A1/en
Priority to PCT/JP2000/002026 priority patent/WO2000074966A1/ja
Priority to CNB008100578A priority patent/CN1195652C/zh
Priority to EP00912977A priority patent/EP1193101A4/en
Priority to US09/980,476 priority patent/US6712165B1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハイブリッド車両において、回転電機の作動
領域を拡大するとともに、製品のコストダウンをはか
る。 【解決手段】 パラレル式ハイブリッド車両において、
エンジン１の出力軸１２とトランスミッション４の入力
軸４１を自動的に断接する自動クラッチ３と、電動機と
発電機を兼ねるモータジェネレータ（回転電機）２と、
モータジェネレータ（回転電機）２の入出力軸２１とト
ランスミッション４の入力軸４１の間で動力を伝達する
減速ギア装置（動力伝達機構）５と、運転条件に応じて
自動クラッチ３を切ってモータジェネレータ２を駆動す
るハイブリッド制御ユニット２０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動力源としてエン
ジンと電動モータを選択的に切り換えられるパラレル式
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、パラレル式ハイブリッド車両とし
て、エンジンの出力軸に連結した回転電機を備え、車両
の加速時に回転電機に電力を供給してエンジンの出力を
補助し、減速時および制動時にエンジンへの燃料供給を
停止するとともに、回転電機を発電機として作動させて
回生制動を行い、発生した電力で蓄電装置を充電するも
のがあった（特開平１０−２９５００２号公報、特開平
１０−２５２５１７号公報、特開平８−２７５３０５号
公報、参照）。
【０００３】また、車輪を直接駆動する回転電機を備
え、エンジンにより発電機を駆動するシリーズ式ハイブ
リッド車両があった（特開平１０−３１３５０５号公
報、参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のパラレル式ハイブリッド車両にあっては、回
転電機がエンジンと常に同期して回転する構造のため、
エンジンの運転を停止し回転電機のみの駆動力で走行す
ることができず、回転電機の作動領域が限定されるとい
う問題点があった。
【０００５】また、回転電機がエンジンの出力軸や車輪
の駆動軸に直接に連結される構造にあっては、回転電機
の回転を任意の減速比で伝達することができず、回転電
機の仕様等が制限される。さらに、回転電機を設けるの
にあたってフライホイールや車輪等に専用構造を設ける
必要があり、製品のコストアップを招くという問題点が
あった。
【０００６】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、ハイブリッド車両において、回転電機の作動
領域を拡大するとともに、製品のコストダウンをはかる
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、入力軸と
出力軸の変速比を可変として出力軸の回転が車輪に伝達
される変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を
自動的に断接する自動クラッチと、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
の間で動力を伝達する動力伝達機構と、回転電機に供給
される電力を蓄える蓄電要素と、運転条件に応じて自動
クラッチを切って回転電機を駆動するモータ走行制御手
段とを備えるものとした。
【０００８】第２の発明は、第１の発明において、動力
伝達機構が回転電機の入出力軸の回転を減速して変速機
の入力軸に伝達するものとした。
【０００９】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、蓄電量が所定値以上にある車両の発進時に自動ク
ラッチを切って回転電機を駆動するモータ発進制御手段
と、蓄電量が所定値より低い車両の発進時に自動クラッ
チをつないでエンジンを駆動するエンジン発進制御手段
とを備えるものとした。
【００１０】第４の発明は、第１から第３のいずれか一
つの発明において、車速が上昇するのに伴って自動クラ
ッチを切って回転電機を駆動する走行状態から自動クラ
ッチをつないでエンジンを駆動する走行状態へと切り換
える動力源切換手段を備えるものとした。
【００１１】第５の発明は、第１から第４のいずれか一
つの発明において、車両の制動時を検出する制動時検出
手段と、車両の制動時に回転電機に回生発電をさせる制
動時回生制御手段とを備えるものとした。
【００１２】
【発明の作用および効果】第１の発明において、回転電
機が変速機の入力軸と常に同期して回転する構造のた
め、低速低負荷の運転領域でエンジンの運転を停止し回
転電機のみの動力で走行することが可能となり、回転電
機の作動領域が拡大し、燃費の低減、動力性能の向上、
排気ガスの低減がはかれる。
【００１３】また、回転電機の回転を任意の減速比で車
輪の駆動系に伝達することができ、回転電機の仕様に対
する制限を小さくすることができる。さらに、回転電機
を設けるのにあたってエンジンのフライホイールや車輪
の駆動系に専用構造を設ける必要がなく、製品のコスト
ダウンがはかれる。
【００１４】第２の発明において、動力伝達機構が回転
電機の入出力軸の回転を減速して変速機の入力軸に伝達
することにより、回転電機の仕様に対する制限を小さく
し、回転電機の小型化がはかれる。
【００１５】第３の発明において、蓄電量が十分にある
車両の発進時に自動クラッチを切った状態で回転電機を
駆動することにより、発進時にエンジンを停止すること
が可能となり、騒音および燃費の低減がはかれる。
【００１６】第４の発明において、車速が上昇するのに
伴って自動クラッチを切って回転電機を駆動する走行状
態から自動クラッチをつないでエンジンを駆動する走行
状態へと切り換えることにより、十分な出力が維持され
る。
【００１７】第５の発明において、車両の制動時に回転
電機に回生発電をさせることにより、車両の運動エネル
ギを有効に回収し、ブレーキ系の負担を軽減できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【００１９】図１に示すように、車両のパワートレイン
は、エンジン１、自動クラッチ３、手動トランスミッシ
ョン４を備え、エンジン１の出力がクラッチ３を介して
トランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、トラン
スミッション４の出力軸４２の回転が図示しないプロペ
ラシャフトからデファレンシャルギアおよびドライブシ
ャフトを介して左右の車輪に伝達される。
【００２０】エンジン１は燃料噴射ポンプ１１から供給
される燃料がシリンダで燃焼し、シリンダで往復動する
ピストンを介してその出力軸１２を回転駆動する。エン
ジン制御ユニット１０はエンジン回転センサ１３の検出
信号や後述するハイブリッド制御ユニット２０からの要
求情報信号に応じて燃料噴射ポンプ１１からの燃料供給
量を制御し、エンジン１の発生出力を調節する。
【００２１】自動クラッチ３はクラッチブースタ３１を
介してエンジン出力軸１２とトランスミッション入力軸
４１の接続と切り離しが行われる。クラッチブースタ３
１は運転者によって操作される図示しないクラッチペダ
ルに連動するバルブを介してエア圧が制御されてクラッ
チ３を断接するとともに、ハイブリッド制御ユニット２
０からの信号に応じて作動する図示しない電磁バルブを
介してエア圧が制御されてクラッチ３を自動的に断接す
る。
【００２２】トランスミッション（本発明の変速機）４
は運転者によって操作されるギアチェンジレバー４０を
介してその変速ギアの切り換えが行われる。
【００２３】さらに、車両のパワートレインは、モータ
ジェネレータ２と、モータジェネレータ２の回転をトラ
ンスミッション入力軸４１に所定の回転比で伝達する減
速ギア装置５とを備える。
【００２４】モータジェネレータ（本発明の回転電機）
２は三相同期電動機または三相誘導電動機等の交流機で
あり、インバータ６によって駆動される。インバータ６
は蓄電要素７に接続され、蓄電要素７の直流充電電力を
交流電力に変換してモータジェネレータ２へ供給すると
ともに、モータジェネレータ２の交流発電電力を直流電
力に変換して蓄電要素７に充電する。蓄電要素７は化学
反応を用いた各種蓄電池や電気二重相キャパシタ電池が
用いられる。なお、モータジェネレータ２は交流機に限
らず直流電動機を用い、ＤＣ／ＤＣコンバータによって
駆動してもよい。
【００２５】減速ギア装置（本発明の動力伝達機構）５
はモータジェネレータ２の入出力軸２１に連結されるド
ライブギア５１と、トランスミッション入力軸４１に連
結されるドリブンギア５３と、両者に噛み合うアイドラ
ギア５２とによって構成される。減速ギア装置５はモー
タジェネレータ２の駆動時にモータジェネレータ入出力
軸２１の回転を減速してトランスミッション入力軸４１
に伝達し、モータジェネレータ２の回生発電時にトラン
スミッション入力軸４１の回転を増速してモータジェネ
レータ入出力軸２１に伝達する。
【００２６】ハイブリッド制御ユニット２０は補助ブレ
ーキスイッチ２６、非常スイッチ２４、アクセル開度セ
ンサ２２、クラッチ３のポジションセンサ２９、トラン
スミッション４のギアポジションセンサ２３、トランス
ミッション出力軸４２の回転センサ４４、トランスミッ
ション入力軸４１の回転センサ５４の各検出信号を入力
するとともに、エンジン制御ユニット１０からの情報信
号に入力し、これらの信号に基づく運転条件に応じてク
ラッチブースタ３１、インバータ６の作動を制御すると
ともに、エンジン制御ユニット１０に要求情報信号を出
力してエンジン１の運転を制御する。
【００２７】アクセル開度センサ２２は運転者によって
操作されるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて要求
される負荷を検出する。
【００２８】クラッチ３のポジションセンサ２９は、ク
ラッチブースタ３１を介して作動するクラッチ３の断接
を検出する。
【００２９】補助ブレーキスイッチ２６が運転者によっ
て操作されるレバー位置に基づいてＯＮになると、図示
しない排気ブレーキ等の補助ブレーキが作動するように
なっている。
【００３０】非常スイッチ２４は運転者によって操作さ
れるレバー位置に基づいてシステムの作動、停止を切り
換えるもので、システムに何らかの異常が発生した場合
にハイブリッド制御ユニット２０によるクラッチブース
タ３１、インバータ６の作動を制御するシステムを停止
できる。
【００３１】エンジン制御ユニット１０とハイブリッド
制御ユニット２０は通信回線を介して情報を送受信し、
互いに協調制御が行われる。
【００３２】ハイブリッド制御ユニット２０は車両の発
進時および低速走行時にエンジン１の運転を停止し自動
クラッチ３を切った状態でモータジェネレータ２を駆動
するモータ走行制御を行う。
【００３３】図２のフローチャートは車両の発進加速時
におけるルーチンを示しており、ハイブリッド制御ユニ
ット２０において一定周期毎に実行される。
【００３４】これについて説明すると、まずステップ１
で図示しないキースイッチがＯＮになっていることを判
定し、ステップ２に進んで蓄電要素７の蓄電量が所定値
以上かどうかを判定する。この所定値はモータジェネレ
ータ２のみによって発進加速に必要な蓄電量として予め
設定する。
【００３５】ステップ２で蓄電量が十分にあると判定さ
れた場合、ステップ３〜８に進んでモータジェネレータ
２による発進が行われる。まず、ステップ３でギアチェ
ンジレバー４０の操作が行われることが判定されると、
ステップ４で自動クラッチ３を介してエンジン出力軸１
２とトランスミッション入力軸４１を切り離し、ステッ
プ５でトランスミッション４を発進ギア位置に切り換
え、モータジェネレータ２のみによる発進の準備をす
る。続くステップ６でアクセル開度センサ２２の検出信
号に基づいてアクセルペダルが踏み込まれたことが判定
されると、ステップ７、８に進んでモータジェネレータ
２をアクセルペダルの踏み込み量に応じた出力で駆動す
る。こうしてモータジェネレータ２のみの動力による発
進が行われる。
【００３６】一方、ステップ２でキースイッチがＯＮと
なった段階で蓄電量が十分にないと判定された場合、ス
テップ９〜１４に進んでエンジン１による発進が行われ
る。まず、ステップ９に進んで図示しないセルモータを
駆動してエンジン１を起動する。
【００３７】続くステップ１０でギアチェンジレバー４
０の操作が行われることが判定されると、ステップ１１
で自動クラッチ３を介してエンジン出力軸１２とトラン
スミッション入力軸４１を切り離し、ステップ１２でト
ランスミッション４を発進ギア位置に切り換えて、エン
ジン１による発進の準備をする。続くステップ１２でア
クセル開度センサ２２の検出信号に基づいてアクセルペ
ダルが踏み込まれたことが判定されると、ステップ１４
に進んで自動クラッチ３を接続する。こうしてエンジン
１のみの動力による発進が行われる。
【００３８】図３のフローチャートは車両の加速巡航時
におけるルーチンを示しており、ハイブリッド制御ユニ
ット２０において一定周期毎に実行される。
【００３９】これについて説明すると、まずステップ２
１でモータジェネレータ２のみによる加速中と判定され
た場合、ステップ２２に進んで予め設定されたマップに
基づき車速が所定値を超えて上昇することが判定される
と、ステップ２３以降のルーチンに進んでモータジェネ
レータ２のみによる走行からエンジン１による走行に切
り換える。
【００４０】まず、ステップ２３でエンジン１をセルモ
ータにより始動し、ステップ２４でモータジェネレータ
２の駆動を停止し、ステップ２５でエンジン１の運転を
制御し、ステップ２６で自動クラッチ３を接続する。
【００４１】こうしてエンジン１の動力が車輪に伝えら
れる走行状態では、車速が上昇するのに伴って運転者の
操作によって変速ギア位置が切り換えられる。
【００４２】また、エンジン１の運転時でも、予め設定
されたマップに基づき回転センサ５４、アクセル開度セ
ンサ２２の検出信号に応じてモータジェネレータ２を駆
動し、モータジェネレータ２の駆動力によってエンジン
１の駆動力をアシストする。これにより、車両の加速性
能、登坂性能を高められる。
【００４３】図４のフローチャートは車両の制動走行時
におけるルーチンを示しており、ハイブリッド制御ユニ
ット２０において一定周期毎に実行される。
【００４４】これについて説明すると、まずステップ３
１で補助ブレーキスイッチ２６がＯＮになる補助制動時
かどうか判定し、ステップ３２に進んで蓄電要素７の蓄
電量が所定値より少ない蓄電可能状態かどうかを判定す
る。
【００４５】ここで、補助制動時かつ蓄電可能状態と判
定された場合、ステップ３３に進んで、モータジェネレ
ータ２による回生発電を行い、排気ブレーキを作動させ
る。続くステップ３５に進んで車速が所定値より下がる
ことが判定されると本ルーチンを終了する。
【００４６】こうして補助制動時にモータジェネレータ
２に回生発電をさせることにより、排気ブレーキのブレ
ーキ効果とモータジェネレータ２のブレーキ効果の両方
によって減速が十分に行われるとともに、燃費の低減が
はかられる。
【００４７】また、エンジン１の動力をトランスミッシ
ョン４を介して車輪に伝達する車両の走行時に、蓄電要
素７の蓄電量が所定値を超えて低下すると、エンジン１
の動力を減速ギア装置５を介してモータジェネレータ２
に伝達し、モータジェネレータ２によって発電される電
力をインバータ６を介して蓄電要素７に供給して充電す
る。
【００４８】蓄電要素７の蓄電量が十分にある停車時
に、エンジン１を停止し、燃費の低減がはかられる。一
方、蓄電要素７の蓄電量が所定値を超えて低下した停車
時に、トランスミッション４がニュートラル位置にある
状態で自動クラッチ３を接続するとともに、エンジン１
を運転し、エンジン１の動力を減速ギア装置５を介して
モータジェネレータ２に伝達し、モータジェネレータ２
によって発電される電力をインバータ６を介して蓄電要
素７に供給して充電する。
【００４９】以上のように、モータジェネレータ２がト
ランスミッション４の入力軸４１と常に同期して回転す
る構造のため、低速低負荷の運転領域でエンジン１の運
転を停止しモータジェネレータ２のみの駆動力で走行す
ることができ、モータジェネレータ２の作動領域を拡大
できる。
【００５０】モータジェネレータ２が力行を行わない車
両の走行時、運転者がエンジン１の出力を調節するとと
もに、トランスミッション４の変速を行って車速を調節
する。これにより、トランスミッション４の変速を自動
化する必要がなく、製品のコストダウンがはかれる。
【００５１】モータジェネレータ２が力行、発電を行わ
ない車両の走行時、モータジェネレータ２はトランスミ
ッション４の入力軸４１とともに回転し、その慣性マス
によりフライホイールの機能を果たす。
【００５２】また、減速ギア装置５はモータジェネレー
タ２の回転を任意の減速比でトランスミッション４の入
力軸４１の駆動系に伝達することができ、モータジェネ
レータ２の仕様に対する制限を小さくすることができ
る。さらに、モータジェネレータ２をパワートレインに
設けるのにあたってエンジンのフライホイールや車輪の
駆動系に専用構造を設ける必要がなく、製品のコストダ
ウンがはかれる。
【００５３】次に図５に示す他の実施の形態を説明す
る。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を
付す。
【００５４】ブレーキペダルの踏み込み量を検出する要
求制動力検出センサ６２と、車両のサービスブレーキの
制動力を調節するブレーキアクチュエータ６１と、要求
制動力検出センサ６２の検出信号に応じて車両のサービ
スブレーキの制動力を調節するブレーキアクチュエータ
６１とを備える。
【００５５】ブレーキ制御ユニット６０とエンジン制御
ユニット１０とハイブリッド制御ユニット２０は通信回
線を介して情報を送受信し、互いに協調制御を行う。
【００５６】ブレーキ制御ユニット６０はブレーキペダ
ルが踏み込みまれるのに応じてブレーキアクチュエータ
６１を介してサービスブレーキを作動させるとともに、
ハイブリッド制御ユニット２０にモータジェネレータ２
により回生発電を行う指令を送り、要求制動力に応じて
回生発電電力を制御する。
【００５７】この場合、車両の減速走行時におけるモー
タジェネレータ２の回生発電電力を高められ、車両の運
動エネルギを有効に回収することができ、サービスブレ
ーキの負担を軽減できる。さらに、補助ブレーキスイッ
チ２６を介して車両の減速走行時にモータジェネレータ
２により回生発電を行わないモードに設定されている場
合も、ブレーキペダルが踏み込みまれるのに伴ってモー
タジェネレータ２により回生発電が行われ、車両の運動
エネルギを回収できる。
【００５８】ハイブリッド制御ユニット２０はブレーキ
制御ユニット６０の要求信号に応じて制動条件を判定
し、制動条件に応じてモータジェネレータ２による回生
発電電力を制御するとともに、急制動時に自動クラッチ
３を接続してモータジェネレータ２に回生発電をさせ、
緩制動時に自動クラッチ３を切ってモータジェネレータ
２に回生発電をさせる。
【００５９】こうして急制動時に自動クラッチ３を接続
してモータジェネレータ２に回生発電をさせることによ
り、エンジン１のブレーキ効果とモータジェネレータ２
のブレーキ効果の両方によって制動が十分に行われる。
一方、自動クラッチ３を切ってモータジェネレータ２に
回生発電をさせることにより、モータジェネレータ２の
ブレーキ効果のみによって制動が緩やかに行われる。こ
の結果、モータジェネレータ２に回生発電させる領域が
拡大し、燃費の低減がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すシステム図。
【図２】同じく発進時等における制御内容を示すフロー
チャート。
【図３】同じく加速・巡航時等における制御内容を示す
フローチャート。
【図４】同じく補助制動時における制御内容を示すフロ
ーチャート。
【図５】他の実施の形態を示すシステム図。
【符号の説明】
１ エンジン ２ モータジェネレータ（回転電機） ３ 自動クラッチ ４ トランスミッション（変速機） ５ 減速ギア装置（動力伝達機構） ６ インバータ ７ 蓄電要素 １０ エンジン制御ユニット １２ エンジン出力軸 １３ エンジン回転センサ ２０ ハイブリッド制御ユニット ２１ モータジェネレータ入出力軸 ２３ ギアポジションセンサ ２４ 非常スイッチ ２６ 補助ブレーキスイッチ ２９ クラッチポジションセンサ ４１ トランスミッション入力軸 ４２ トランスミッション出力軸 ４４ トランスミッション出力軸の回転センサ ５４ トランスミッション入力軸の回転センサ ６０ ブレーキ制御ユニット ６１ ブレーキアクチュエータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D039 AA01 AA02 AA03 AA04 AB27 AC02 AC21 AC32 AD01 AD06 AD53 3G093 AA04 AA07 AA16 BA21 BA22 CB02 CB05 DA01 DA06 DB00 EB00 EB02 EB04 EB09 FA11 5H115 PG04 PI16 PI29 PU09 PU10 PU22 PU25 PV02 PV09 QE01 QE10 QI04 QI09 QI12 QI15 QN12 RB08 RE01 RE03 RE05 SE04 SE05 SE08 SJ12 SJ13 TE02 TO21 TO23 TO30

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力軸と出力軸の変速比を可変として出力
    軸の回転が車輪に伝達される変速機と、 エンジンの出力軸と変速機の入力軸を自動的に断接する
    自動クラッチと、 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の間で動力を伝達
    する動力伝達機構と、 回転電機に供給される電力を蓄える蓄電要素と、 運転条件に応じて自動クラッチを切って回転電機を駆動
    するモータ走行制御手段と、 を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 【請求項２】動力伝達機構が回転電機の入出力軸の回転
    を減速して変速機の入力軸に伝達することを特徴とする
    請求項１に記載のハイブリッド車両。
  3. 【請求項３】蓄電量が所定値以上にある車両の発進時に
    自動クラッチを切って回転電機を駆動するモータ発進制
    御手段と、 蓄電量が所定値より低い車両の発進時に自動クラッチを
    つないでエンジンを駆動するエンジン発進制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のハ
    イブリッド車両。
  4. 【請求項４】車速が上昇するのに伴って自動クラッチを
    切って回転電機を駆動する走行状態から自動クラッチを
    つないでエンジンを駆動する走行状態へと切り換える動
    力源切換手段を備えたことを特徴とする請求項１から３
    のいずれか一つに記載のハイブリッド車両。
  5. 【請求項５】車両の制動時を検出する制動時検出手段
    と、 車両の制動時に回転電機に回生発電をさせる制動時回生
    制御手段と、 を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一
    つに記載のハイブリッド車両。
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