JP7219144B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）に関する。

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力およびバッテリの出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４－３４３９８９号公報

低コスト化およびコンパクト化の観点から小型（小容量）のバッテリを採用したハイブリッド車では、加速時の動力性能を確保するために、バッテリ出力およびエンジン駆動による発電モータの発電電力をそれぞれ最大限使用して駆動モータを駆動することが考えられる。

ところが、加速時にバッテリ出力および発電電力をそれぞれ最大限使用して駆動モータを駆動すると、駆動モータのトルクが変動し、加速がぎくしゃくする場合があることが判った。

本発明の目的は、小型の駆動用バッテリを採用しても、駆動モータが使用可能な最大使用電力の変化による駆動モータのトルクの急な変動を抑制でき、滑らかな加速を得ることができる、ハイブリッド車を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るハイブリッド車は、エンジンの動力で発電モータが駆動され、発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、上限値を記憶する上限値記憶手段と、駆動モータで使用される電力が上限値記憶手段に記憶されている上限値を超えないように、駆動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを含み、上限値は、ハイブリッド車の発進から駆動モータが使用可能な最大使用電力が安定するまでの期間において、上限値の時間変化を示す特性線が最大使用電力の予測値の極小値を通り、予測値における極小値以外の各値よりも小さく、かつ、時間経過に伴って単調に増加するように設定されている。

この構成によれば、駆動モータで使用可能な最大使用電力は、エンジンの動力で駆動される発電モータの最大発電電力と駆動用バッテリの最大出力との和である。発電モータの最大発電電力は、発電モータがスタータモータとして機能するクランキングの開始により急峻に低下し、クランキングの終了により急峻に上昇する。また、ハイブリッド車の発進時に、駆動用バッテリの最大出力の一時的な引き上げが行われる場合、その引き上げの終了により、駆動用バッテリの最大出力が急峻に低下する。そのため、ハイブリッド車の発進後の所定期間は、駆動モータで使用可能な最大使用電力が変化して安定しない。この所定期間に、駆動モータが最大使用電力で駆動されると、最大使用電力の変化により駆動モータのトルクが変動し、ハイブリッド車の発進時に加速がぎくしゃくしてしまう。

そこで、ハイブリッド車の発進から駆動モータが使用可能な最大使用電力が安定するまでの期間、上限値の時間変化を示す特性線が最大使用電力の予測値の極小値を通り、予測値における極小値以外の各値よりも小さく、かつ、時間経過に伴って単調に増加するように、上限値が設定されており、駆動モータで使用される電力が上限値を超えないように駆動モータの駆動が制御される。これにより、小型の駆動用バッテリを採用しても、最大使用電力の変化による駆動モータのトルクの急な変動を抑制でき、ハイブリッド車の滑らかな加速を得ることができる。

本発明の他の局面に係るハイブリッド車は、エンジンの動力で発電モータが駆動され、発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、駆動モータの駆動に必要な駆動電力が駆動モータに供給されるように、駆動モータへの電力の供給を制御する駆動制御手段と、ハイブリッド車の発進から駆動モータが使用可能な最大使用電力が安定するまでの期間において、駆動電力が最大使用電力まで上昇したことに応じて駆動モータのトルクを制限し、以降、駆動電力が最大使用電力まで上昇する度に駆動モータのトルクの制限を強めるトルク制限手段とを含む。

この構成によれば、駆動モータで使用可能な最大使用電力は、エンジンの動力で駆動される発電モータの最大発電電力と駆動用バッテリの最大出力との和である。発電モータの最大発電電力は、発電モータがスタータモータとして機能するクランキングの開始により急峻に低下し、クランキングの終了により急峻に上昇する。また、ハイブリッド車の発進時に、駆動用バッテリの最大出力の一時的な引き上げが行われる場合、その引き上げの終了により、駆動用バッテリの最大出力が急峻に低下する。そのため、ハイブリッド車の発進後の所定期間は、駆動モータで使用可能な最大使用電力が変化して安定しない。この所定期間において、常に駆動モータが最大使用電力で駆動されると、最大使用電力の変化により駆動モータのトルクが変動し、ハイブリッド車の発進時に加速がぎくしゃくしてしまう。

そこで、最大使用電力が安定するまでの期間、駆動モータの駆動に必要な駆動電力が最大使用電力まで上昇した場合、駆動モータのトルクが制限される。このトルクの制限により、駆動モータの駆動に必要な駆動電力の上昇が抑制され、駆動電力の上昇度合いが最大使用電力の上昇度合いを下回る。しかし、車速の上昇に伴って、駆動モータの回転数が上昇し、駆動モータの駆動に必要な駆動電力も上昇するので、駆動モータの駆動に必要な駆動電力が最大使用電力に再び到達する場合がある。その場合には、駆動モータのトルクの制限が強められて、駆動モータの駆動に必要な駆動電力の上昇がさらに抑制される。これにより、最大使用電力が安定するまでの期間におけるその時々で、駆動モータに最大使用電力以下の駆動電力を供給でき、駆動モータから最大限の動力を出力できる。その結果、小型の駆動用バッテリを採用しても、最大使用電力の変化による駆動モータのトルクの急な変動を抑制しつつ駆動モータから出力可能な最大限の動力でハイブリッド車を加速させることができ、ハイブリッド車のドライバにドライバの要求に応えた加速感を与えることができる。

本発明によれば、小型の駆動用バッテリを採用しても、駆動モータが使用可能な最大使用電力の変化による駆動モータのトルクの変動を抑制でき、ハイブリッド車の滑らかな加速を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。 バッテリ最大出力、最大発電電力、クランキング電力および最大使用電力の時間変化の一例を示す図である。 駆動モータの最大使用電力、駆動電力およびトルク（ＭＧ２トルク）の時間変化の一例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車１は、シリーズ方式を採用しており、エンジン（Ｅｎｇ）２、発電モータ（ＭＧ１）３および駆動モータ（ＭＧ２）４を搭載している。

エンジン２は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン２のクランクシャフト１１には、エンジンギヤ１２がクランクシャフト１１と一体に回転するように設けられている。

発電モータ３は、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。発電モータ３の回転軸１３には、発電モータギヤ１４が一体に回転するように設けられている。発電モータギヤ１４は、エンジンギヤ１２と噛合している。発電モータ３は、エンジン２の停止時に、エンジン２をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン２の始動後、発電モータ３は、エンジン２の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動モータ４は、たとえば、発電モータ３よりも大型のＤＣブラシレスモータからなる。駆動モータ４の回転軸１５には、モータギヤ１６が回転軸１５と一体回転するように設けられている。

ハイブリッド車１は、動力伝達機構１７を備えている。動力伝達機構１７には、カウンタ軸２１、カウンタギヤ２２、出力ギヤ２３およびデファレンシャルギヤ２４が含まれる。カウンタ軸２１は、駆動モータ４の回転軸１５と平行に設けられている。カウンタギヤ２２および出力ギヤ２３は、カウンタ軸２１に一体に回転するように設けられている。カウンタギヤ２２は、モータギヤ１６と噛合している。出力ギヤ２３は、デファレンシャルギヤ２４のリングギヤ２５と噛合している。

駆動モータ４の動力は、モータギヤ１６、カウンタギヤ２２および出力ギヤ２３を介して、デファレンシャルギヤ２４のリングギヤ２５に伝達され、デファレンシャルギヤ２４からドライブシャフト２６を介して、ハイブリッド車１の駆動輪２７に伝達される。これにより、駆動輪２７が回転し、ハイブリッド車１が前進または後進走行する。

また、ハイブリッド車１は、ＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）５、駆動用バッテリ６およびバッテリ７を搭載している。

ＰＣＵ５は、発電モータ３および駆動モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ（ＭＧ１ ＩＮＶ）３１、第２インバータ（ＭＧ２ ＩＮＶ）３２、昇圧コンバータ（Ｂｓｔ ＣＯＮＶ）３３およびＤＣ／ＤＣコンバータ３４を備えている。

駆動用バッテリ６は、駆動モータ４の電源として使用される組電池であり、たとえば、リチウムイオン電池（Ｌｉ－ｉｏｎ ＢＡＴ）である。

バッテリ７は、駆動モータ４以外の電気負荷の電源として使用される二次電池であり、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池である。バッテリ７は、１２Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

発電モータ３が発電する三相交流電力は、第１インバータ３１により、直流電力に変換される。そして、第１インバータ３１から出力される直流電力が第２インバータ３２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動モータ４に供給されることにより、駆動モータ４が駆動される。また、駆動用バッテリ６から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第２インバータ３２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動モータ４に供給されることにより、駆動モータ４が駆動される。第１インバータ３１から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ６に供給されることにより、駆動用バッテリ６が充電される。昇圧コンバータ３３による降圧後の直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３４によりさらに降圧されて、その降圧後の直流電力がバッテリ７に供給されることにより、バッテリ７が充電される。また、発電モータ３がスタータモータとして使用されるときには、バッテリ７から出力される直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３４により昇圧され、昇圧コンバータ３３によりさらに昇圧された後、昇圧後の直流電力が第１インバータ３１により三相交流電力に変換され、その三相交流電力が発電モータ３に供給される。

ハイブリッド車１には、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン２およびＰＣＵ５を制御するための１つのＥＣＵ８のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ８を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

＜駆動モータの駆動制御＞
図２は、（ａ）駆動用バッテリ６の最大出力（バッテリ最大出力）の時間変化、（ｂ）発電モータ３の最大発電電力の時間変化、（ｃ）クランキング時に発電モータ３で消費されるクランキング電力の時間変化、（ｄ）駆動モータ４が使用可能な最大使用電力の時間変化をそれぞれ示す図である。

駆動モータ４で使用可能な最大使用電力は、エンジン２の動力で駆動される発電モータ３の最大発電電力と駆動用バッテリ６の最大出力との和である。

ハイブリッド車１では、図２（ａ）に示されるように、発進時、つまりエンジン２のクランキング開始時（時刻Ｔ１）に、駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げが行われる（時間Ｔ１－Ｔ３）。たとえば、発進から１秒間が経過するまでの間、駆動用バッテリ６の最大出力が一定量だけ引き上げられ、発進から１秒間が経過すると、駆動用バッテリ６の最大出力が一定の通常出力に下げられる（時刻Ｔ３）。駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げの終了により、駆動用バッテリ６の最大出力が急峻に低下する。

発電モータ３の最大発電電力は、発電モータ３が安定して動作し始めると（時刻Ｔ２）、図２（ｂ）に示されるように、時間の経過に比例して増大する。しかしながら、エンジン２のクランキング時には、発電モータ３がスタータモータとして機能するので、図２（ｃ）に示されるように、発電モータ３で電力が消費される。

そのため、図２（ｄ）に破線で示されるように、ハイブリッド車１の発進後の所定期間、つまり駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げが終了するまでの期間（Ｔ１－Ｔ３）は、駆動モータ４で使用可能な最大使用電力が変化して安定しない。この所定期間に、駆動モータ４が最大使用電力で駆動されると、最大使用電力の変化により駆動モータ４のトルクが変動し、ハイブリッド車１の発進時に加速がぎくしゃくしてしまう。

そこで、ＥＣＵ８では、図２（ｄ）に実線で示される上限値が設定されている。すなわち、ハイブリッド車１の発進からの所定期間（Ｔ１－Ｔ３）、上限値の時間変化を示す特性線が最大使用電力の予測値の極小値を通り、予測値における極小値以外の各値よりも小さく、かつ、時間経過に伴って単調に増加するように、上限値が設定されている。そして、ＥＣＵ８は、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合であるアクセル開度およびハイブリッド車１の車速に応じた駆動電力が駆動モータ４に供給され、かつ、その駆動電力が上限値を超えないように、ＰＣＵ５を制御する。

アクセル開度は、運転者により操作されるアクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサを設けて、そのアクセルセンサの検出信号から求めることができる。車速は、ハイブリッド車１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する車速センサを設けて、その車速センサの検出信号から求めることができる。

＜作用効果＞
これにより、駆動用バッテリ６として小型（小容量）の組電池を採用しても、最大使用電力の変化による駆動モータ４のトルクの急な変動を抑制でき、ハイブリッド車１の滑らかな加速を得ることができる。

＜駆動モータの他の駆動制御＞
図３は、駆動モータ４の最大使用電力、駆動電力およびトルク（ＭＧ２トルク）の時間変化の一例を示す図である。

図３（ａ）では、駆動モータ４で使用可能な最大使用電力が破線で示され、駆動モータ４の駆動に必要な駆動電力、つまりアクセル開度および車速に応じた駆動電力が実線で示されている。

この駆動制御では、時間経過（車速の上昇）に伴って上昇する駆動電力が最大使用電力に達した場合、駆動モータ４のトルクが制限される（時刻Ｔ１１）。駆動モータ４のトルクの制限は、最大使用電力が安定するまで解除されない。

駆動モータ４のトルクの制限により、駆動電力の上昇が抑制され、駆動電力の上昇度合いが最大使用電力の上昇度合いを下回る。しかし、車速の上昇に伴って、駆動モータ４の回転数が上昇し、駆動モータ４の駆動に必要な駆動電力も上昇するので、駆動モータの駆動に必要な駆動電力が最大使用電力に再び到達する場合がある。駆動電力が最大使用電力に再び達した場合、駆動モータ４のトルクの制限が強められて（時刻Ｔ１２，Ｔ１３）、駆動電力の上昇がさらに抑制される。これにより、最大使用電力が安定するまでの期間におけるその時々で、駆動モータ４に最大使用電力以下の駆動電力を供給でき、駆動モータ４から最大限の動力を出力できる。

駆動モータ４のトルクの制限は、最大使用電力が安定した後に解除される。たとえば、最大使用電力が安定して、駆動電力が最大使用電力まで上昇せずに、駆動モータ４のトルクが最後に制限されてから所定時間が経過すると（時刻Ｔ１４）、駆動モータ４のトルクの制限が解除される。

＜作用効果＞
この駆動制御により、駆動用バッテリ６として小型（小容量）の組電池を採用しても、最大使用電力の変化による駆動モータ４のトルクの急な変動を抑制しつつ駆動モータ４から出力可能な最大限の動力でハイブリッド車１を加速させることができ、ハイブリッド車１のドライバにドライバの要求に応えた加速感を与えることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、本発明は、小型の組電池（バッテリ）を駆動用バッテリ６として搭載した構成にとくに有効であるが、むろん、大型（大容量）の組電池を駆動用バッテリ６として搭載した構成に適用されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ハイブリッド車
２：エンジン
３：発電モータ
４：駆動モータ
５：ＰＣＵ
６：駆動用バッテリ
８：ＥＣＵ（上限値記憶手段、駆動制御手段、トルク制限手段）
２７：駆動輪

Claims (2)

1. エンジンの動力で発電モータが駆動され、前記発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、前記駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、
   上限値を記憶する上限値記憶手段と、
   前記駆動モータで使用される電力が前記上限値記憶手段に記憶されている前記上限値を超えないように、前記駆動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを含み、
   前記上限値は、前記ハイブリッド車の発進から前記駆動モータが使用可能な最大使用電力が安定するまでの期間において、前記上限値の時間変化を示す特性線が前記最大使用電力の予測値の極小値を通り、前記予測値における前記極小値以外の各値よりも小さく、かつ、時間経過に伴って単調に増加するように設定されている、ハイブリッド車。
2. エンジンの動力で発電モータが駆動され、前記発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、前記駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、
   前記駆動モータの駆動に必要な駆動電力が前記駆動モータに供給されるように、前記駆動モータへの電力の供給を制御する駆動制御手段と、
   前記ハイブリッド車の発進から前記駆動モータが使用可能な最大使用電力が安定するまでの期間において、前記駆動電力が前記最大使用電力まで上昇したことに応じて前記駆動モータのトルクを制限し、以降、前記駆動電力が前記最大使用電力まで上昇する度に前記駆動モータのトルクの制限を強めるトルク制限手段とを含む、ハイブリッド車。

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