(57)【要約】【課題】各種の走行モードを実現する。【解決手段】シリーズハイブリッド自動車１０は、エンジン２２と、第１モータジェネレータ１８と、第２モータジェネレータ３４と搭載する。エンジン２２と第１モータジェネレータ１８とを係合する第１動力伝達機構である減速機２０と、第１モータジェネレータ１８と車両駆動軸２８とを係合する第２動力伝達機構である減速機２６と、第１モータジェネレータ１８と、減速機２０，２６のいずれか一方とを切り換えて係合可能なクラッチ２４と、第２モータジェネレータ３４と車両駆動軸２８とを変速比を切り換えて係合する変速機３６と、を有する。【選択図】図１
2019099021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、第１モータジェネレータと、第２モータジェネレータとを搭載する、シリーズハイブリッド自動車であって、
エンジンと第１モータジェネレータとを係合する第１動力伝達機構と、
第１モータジェネレータと車両駆動軸とを係合する第２動力伝達機構と、
第１モータジェネレータと、第１動力伝達機構および第２動力伝達機構のいずれか一方とを切り換えて係合可能なクラッチと、
第２モータジェネレータと車両駆動軸とを変速比を切り換えて係合する変速機と、
を有する、
シリーズハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１に記載のシリーズハイブリッド自動車であって、
さらに、クラッチと変速機の係合状態を切り換えることで走行モードを変更する制御装置を有し、
走行モードとして、
第１モータジェネレータまたは第２モータジェネレータのいずれか一方を用いて走行するＥＶ走行モード１と、
第１モータジェネレータおよび第２モータジェネレータの両方を用いて走行するＥＶ走行モード２と、
エンジンおよび第１モータジェネレータで発電しながら、第２モータジェネレータにより走行するエンジン発電モードと、
第１モータジェネレータおよび第２モータジェネレータの一方または両方で回生する回生モードと、
を含む、
シリーズハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種走行モードで走行が可能なシリーズハイブリッド自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車として、シリーズハイブリッド自動車と、パラレルハイブリッド自動車が知られている。シリーズハイブリッド自動車は、エンジンを発電用にのみ使用し、パラレルハイブリッド自動車は、エンジンの駆動力を走行にも利用する。
【０００３】
シリーズハイブリッド自動車では、エンジンの駆動力を直接走行には利用しないため、パラレルハイブリッド自動車に比べ走行モードが限定される。
【０００４】
特許文献１では、シリーズハイブリッド自動車の２次電池の目標ＳＯＣ値を低速走行時よりも高速走行時の方が高い値になるように発電制御することが示されている。これによって、連続した高負荷でも走行可能なエネルギーの確保という観点で、高速走行時も十分な駆動力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４３３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、高車速高負荷時はハイパワーが必要となるため、駆動用モータはその分大きくする必要がある。また大出力な駆動用モータを制御するインバータも大出力化され、コストアップ要因となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジンと、第１モータジェネレータと、第２モータジェネレータとを搭載する、シリーズハイブリッド自動車であって、エンジンと第１モータジェネレータとを係合する第１動力伝達機構と、第１モータジェネレータと車両駆動軸とを係合する第２動力伝達機構と、第１モータジェネレータと、第１動力伝達機構および第２動力伝達機構のいずれか一方とを切り換えて係合可能なクラッチと、第２モータジェネレータと車両駆動軸とを変速比を切り換えて係合する変速機と、を有する。
【０００８】
さらに、クラッチと変速機の係合状態を切り換えることで走行モードを変更する制御装置を有し、走行モードとして、第１モータジェネレータまたは第２モータジェネレータのいずれか一方を用いて走行するＥＶ走行モード１と、第１モータジェネレータおよび第２モータジェネレータの両方を用いて走行するＥＶ走行モード２と、エンジンおよび第１モータジェネレータで発電しながら、第２モータジェネレータにより走行するエンジン発電モードと、第１モータジェネレータまたは第２モータジェネレータの一方または両方で回生する回生モードと、を含むとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シリーズハイブリッド自動車において、複数のモータジェネレータを用いて各種の走行モードを実現することで、モータジェネレータを比較的低出力のものにできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るハイブリッド自動車の全体構成を示す図である。
【図２】通常時（第２モータジェネレータ３４を駆動）の状態を示す図である。
【図３】高速時（第２モータジェネレータ３４を駆動：減速比Ｂ）の状態を示す図である。
【図４】通常時（第１モータジェネレータ１８を駆動）の状態を示す図である。
【図５】通常時（第１および第２モータジェネレータ１８，３４を駆動）の状態を示す図である。
【図６】第１モータジェネレータ１８で発電、第２モータジェネレータ３４で駆動の状態を示す図である。
【図７】第２モータジェネレータ３４で回生の状態を示す図である。
【図８】第１および第２モータジェネレータ１８，３４で回生の状態を示す図である。
【図９】第１モータジェネレータ１８で回生の状態を示す図である。
【図１０】第２モータジェネレータ３４で回生、第１モータジェネレータ１８で発電の状態を示す図である。
【図１１】変速機３６による車両駆動軸２８のトルクと車速の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
「構成」
図１に、本実施形態にかかるシリーズハイブリッド自動車１０の構成を示す。バッテリ１２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池であり、高出力高容量のバッテリである。
【００１３】
バッテリ１２には、第１インバータ（ＩＮＶ１）１４と、第２インバータ（ＩＮＶ２）１６が電気的に接続されている。第１および第２インバータ１４，１６は、バッテリ１２からの直流電力を所望の交流電力に変換する。例えば、バッテリ１２の正極および負極に接続された正負母線の間に２つのスイッチング素子を配置したアームを３本有し、６つのスイッチング素子のスイッチングを制御して３つのアームの中点から３相の出力を得る。また、スイッチング素子のスイッチングの制御によって、３つのアームの中点から入力されてくる交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することができる。
【００１４】
第１インバータ１４には、第１モータジェネレータ（ＭＧ１）１８が電気的に接続されている。従って、第１インバータ１４の制御によって、第１モータジェネレータ１８を駆動して、動力を出力するとともに、第１モータジェネレータ１８の発電電力をバッテリ１２に供給することができる。
【００１５】
第１モータジェネレータ１８の駆動軸には、第１動力伝達機構である第１減速機２０が接続され、この第１減速機２０にエンジン（ＥＧ）２２の駆動軸が接続されている。従って、エンジン２２を駆動することによって、第１減速機２０を介し第１モータジェネレータ１８を駆動して発電することができ、発電電力を、第１インバータ１４を介しバッテリ１２に供給してバッテリ１２を充電することができる。なお、第１モータジェネレータ１８とエンジン２２の機械的接続を切り離せるようにしてもよい。
【００１６】
第１モータジェネレータ１８の駆動軸には、クラッチ２４を介し第２動力伝達機構である第２減速機２６が接続されている。そして、第２減速機２６が車両駆動軸２８に接続されている。従って、クラッチ２４を接続することによって、第１モータジェネレータ１８の駆動力を、第２減速機２６を介し車両駆動軸２８に伝達することができる。また、車両駆動軸２８からの動力を第１モータジェネレータ１８に伝達することで、第１モータジェネレータ１８において発電することができる。なお、車両駆動軸２８には、デファレンシャルギア３０を介し車輪３２が接続されており、車両駆動軸２８の駆動力によって車輪３２が回転されシリーズハイブリッド自動車（車両）１０が走行する。また、車輪３２の回転による車両駆動軸２８の動力により発電を行うことでシリーズハイブリッド自動車１０が回生制動される。
【００１７】
第２インバータ１６には、第２モータジェネレータ（ＭＧ２）３４が電気的に接続されている。従って、第２インバータ１６の制御によって、第２モータジェネレータ３４を駆動して、動力を出力するとともに、第２モータジェネレータ３４の発電電力をバッテリ１２に供給することができる。
【００１８】
第２モータジェネレータ３４の駆動軸には、変速機３６が接続されている。この変速機３６は、クラッチ３６ａを内蔵しており変速比を減速比Ａ、減速比Ｂの２段階に切り換えることができる。そして、変速機３６が車両駆動軸２８に接続されている。従って、クラッチ３６ａを減速比Ａ側または減速比Ｂ側に接続することによって、第２モータジェネレータ３４の駆動力を減速比Ａまたは減速比Ｂで車両駆動軸２８に伝達することができる。また、車両駆動軸２８からの動力を第２モータジェネレータ３４に伝達することで、第２モータジェネレータ３４において発電することができ、車両を回生制動できる。なお、クラッチ３６ａは、接続を断つニュートラル状態にも設定できる。
【００１９】
そして、本実施形態にかかるシリーズハイブリッド自動車１０は、制御装置３８を有し、この制御装置３８が車両の状況に応じて、各種の走行モードを実現すべく、クラッチ２４、変速機３６を制御するとともに、第１モータジェネレータ１８、第２モータジェネレータ３４、エンジン２２の駆動を制御する。
【００２０】
このように、本実施形態では、動力源として、（ｉ）内燃機関やガスタービンなどから構成され、発電に使用されるエンジン２２、（ｉｉ）主にエンジン出力で発電する第１モータジェネレータ１８、（ｉｉｉ）主に車両の走行に利用する第２モータジェネレータ３４を有している。また、減速装置・変速装置として、（ｉ）エンジン２２と、第１モータジェネレータ１８とを固定減速比で係合する第１減速機２０、（ｉｉ）第１モータジェネレータ１８と車両駆動軸２８とを固定減速比で係合する第２減速機２６、（ｉｉｉ）第１モータジェネレータ１８の駆動軸を、第１減速機２０または第２減速機２６のどちらかに係合させるか、どちらにも係合しない（ニュートラル）の３状態から１つの係合状態を成立させるクラッチ２４、（ｉｖ）第２モータジェネレータ３４の駆動軸を、異なる２種以上の変速比で車両駆動軸と係合する変速機３６を有する。
【００２１】
ここで、第１モータジェネレータ１８は、車両駆動軸２８とエンジン２２の両者に同時に係合することはできない。また、変速機３６は、少なくとも、通常走行用の減速機（減速比Ａ）と、高速走行用の減速機（減速比Ｂ）の２種を有する。
【００２２】
「走行モード」
そして、制御装置３８が、動力装置、クラッチ、変速機の動作を制御することで、各種の走行モードを実現する。表１に各モードと各種機器の状態を示す。
【００２３】
【表１】
2019099021.tif 000003
【００２４】
ここで、表１におけるクラッチ２４の「Ｎ」はニュートラルを示す。また、変速機の「減速比Ａ」は通常走行用減速機、「減速比Ｂ」は高速走行用減速機を示している。
【００２５】
＜ＥＶ走行モード１＞
このＥＶ走行モード１は、通常走行モードであり、第１モータジェネレータ１８または第２モータジェネレータ３４のいずれか１つを用いて走行する。
【００２６】
（ｉ）図４：通常時（第１モータジェネレータ１８を駆動）
クラッチ２４は、第１モータジェネレータ１８の出力軸を、減速機２６を介し車両駆動軸２８に接続する。変速機３６は、動力を伝達しないのでニュートラル状態とする。エンジン２２、第２モータジェネレータ３４は停止、バッテリ１２からの電力で第１モータジェネレータ１８を駆動する。バッテリ１２は放電状態となる。
【００２７】
図４に示すように、バッテリ１２からの電力が第１インバータ１４を介し第１モータジェネレータ１８に供給され、第１モータジェネレータ１８の駆動力が車輪３２に伝達される。
【００２８】
（ｉｉ）図２：通常時（第２モータジェネレータ３４を駆動：減速比Ａ）
クラッチ２４は、第１モータジェネレータ１８の出力軸を、減速機２０を介しエンジン２２に接続するかニュートラル状態とする。変速機３６は、減速比が大きな減速比Ａとし、エンジン２２、第１モータジェネレータ１８は停止、バッテリ１２からの電力で第２モータジェネレータ３４を駆動する。バッテリ１２は放電状態となる。
【００２９】
図２に示すように、バッテリ１２からの電力が第２インバータ１６を介し第２モータジェネレータ３４に供給され、第２モータジェネレータ３４の駆動力が変速機３６において減速比Ａで変速されて車輪３２に伝達される。
【００３０】
（ｉｉｉ）図３：高速時（第２モータジェネレータ３４を駆動：減速比Ｂ）
この場合、基本的に（ｉｉ）図２と同様であるが、変速機３６が、減速比の小さな減速比Ｂとされる。従って、図３に示すように、第２モータジェネレータ３４の駆動力によって、より高速な走行が可能になる。
【００３１】
ここで、変速機３６による車両駆動軸２８のトルクと車速の関係を図１１に示す。減速比Ａと減速比Ｂにおける車両駆動軸トルクが一致する車速をＶ１とし、
・車速がＶ１未満の場合は減速比Ａを用い、
・車速がＶ１以上の場合は減速比Ｂを用いる。
【００３２】
これにより、減速比が１つ（減速比Ａまたは減速比Ｂ）の場合より、全ての車速で駆動軸トルクを大きくすることが可能となり、車両の加速性能が向上できる。
【００３３】
また、この例では、第１モータジェネレータ１８より、第２モータジェネレータ３４の方が、出力が大きい。従って、通常の走行の場合、第２モータジェネレータ３４を駆動用に用いる場合が多い。しかし、比較的低出力の状態が継続する場合などは、第１モータジェネレータ１８で駆動する方が、第２モータジェネレータ３４で駆動する場合と比較して高効率で走行できる。このように、いずれが高効率での走行ができるかで、第１モータジェネレータ１８を用いるか、第２モータジェネレータ３４を用いるかを切り換えるとよい。
【００３４】
＜ＥＶ走行モード２＞
図５：高速時（第１および第２モータジェネレータ１８，３４を駆動：減速比Ｂ）
このＥＶ走行モード２では、第１モータジェネレータ１８と、第２モータジェネレータ３４の両者を用いて走行する。加速要求が高く要求出力トルクが大きい場合や、１つのモータジェネレータで走行する場合より高効率で走行できる場合にこのモードを用いる。
【００３５】
クラッチ２４は、第１モータジェネレータ１８の駆動軸を、減速機２６を介し車両駆動軸２８に接続する。そしてエンジン２２を停止する。また、第２モータジェネレータ３４の駆動軸を、変速機３６を介し車両駆動軸２８に接続する。そして、図５に示すように、バッテリ１２からの電力によって、第１モータジェネレータ１８、第２モータジェネレータ３４を駆動し、両モータジェネレータの動力によって車両が走行する。バッテリ１２は、必要な駆動力を得るために放電状態となる。
【００３６】
なお、図５においては、変速機３６において、減速比Ａを選択した状態を示しているが、通常時に減速比Ａを用い、高速時に減速比Ｂを用いる。
【００３７】
＜エンジン発電モード＞
図６：（第１モータジェネレータ１８で発電、第２モータジェネレータ３４で駆動）
このエンジン発電モードでは、エンジンを駆動し、第１モータジェネレータ１８において発電し、第２モータジェネレータ３４にて走行する。
【００３８】
クラッチ２４は、第１モータジェネレータ１８の駆動軸を、減速機２０を介しエンジン２２に接続する。エンジン２２を駆動し、第１モータジェネレータ１８により発電を行う。第２モータジェネレータ３４を駆動し、変速機３６を介し車両駆動軸２８を駆動する。
【００３９】
第１モータジェネレータ１８の発電量が、第２モータジェネレータ３４で必要な電力より多い場合は、余剰分をバッテリ１２に充電し、第１モータジェネレータ１８の発電量が第２モータジェネレータ３４で必要な電力より少ない場合は、バッテリ１２から放電する。
【００４０】
なお、図６においては、変速機３６において、減速比Ａを選択した状態を示しているが、通常時に減速比Ａを用い、高速時に減速比Ｂを用いる。
【００４１】
＜回生モード＞
この回生モードでは、車両減速時に回生制動を行い、発電電力をバッテリ１２に充電する。発電機としては、第１モータジェネレータ１８、第２モータジェネレータ３４のいずれも利用できる。そこで、第１モータジェネレータ１８、第２モータジェネレータ３４のいずれか一方を用いる場合、両者を用いる場合の中から、高効率で回生できる構成を採用する。回生モードでは、エンジン２２は停止する。
【００４２】
図７：（第２モータジェネレータ３４で回生）
図７の構成では、第２モータジェネレータ３４を回生に利用する。第１モータジェネレータ１８は停止し、クラッチ２４は減速機２０を介しエンジン２２に接続またはニュートラル状態とする。変速機３６は、減速比ＡまたはＢのうち効率のよい方を選択する。従って、車輪３２からの動力が車両駆動軸２８、変速機３６を介し、第２モータジェネレータ３４に入力され、第２モータジェネレータ３４の発電電力が第２インバータ１６を介し、バッテリ１２に充電される。
【００４３】
図８：（第１および第２モータジェネレータ１８，３４で回生）
図８の構成では、第１モータジェネレータ１８および第２モータジェネレータ３４の両方を回生に利用する。クラッチ２４は第１モータジェネレータ１８の駆動軸を、減速機２６を介し車両駆動軸２８に接続する。変速機３６は、減速比ＡまたはＢのうち効率のよい方を選択する。従って、車輪３２からの動力が車両駆動軸２８を介し、変速機３６、第２モータジェネレータ３４に入力されるとともに、減速機２６、第１モータジェネレータ１８に入力される。従って、第１モータジェネレータ１８および第２モータジェネレータ３４の両方からの発電電力が、バッテリ１２に充電される。
【００４４】
図９：（第１モータジェネレータ１８で回生）
図９の構成では、第１モータジェネレータ１８を回生に利用する。第２モータジェネレータ３４は停止する。クラッチ２４は第１モータジェネレータ１８の駆動軸を、減速機２６を介し車両駆動軸２８に接続する。変速機３６は、動力伝達を行わないのでニュートラル状態とする。車輪３２からの動力が車両駆動軸２８、減速機２６を介し、第１モータジェネレータ１８に入力され、第１モータジェネレータ１８の発電電力が第１インバータ１４を介し、バッテリ１２に充電される。
【００４５】
図１０：（第２モータジェネレータ３４で回生、エンジン２２駆動で第１モータジェネレータ１８で発電）
図１０の構成では、第２モータジェネレータ３４を回生に利用するとともに、エンジン２２を駆動し、クラッチ２４によりエンジン２２と第１モータジェネレータ１８の駆動軸を接続することにより、第１モータジェネレータ１８において発電し、得られた発電電力でバッテリ１２を充電する。なお、エンジン２２を駆動し第１モータジェネレータ１８で発電することについては図６の構成と同様である。また、図１０においては、変速機３６は、変速比Ａを採用しているが、変速比Ｂを採用しても構わない。
＜その他＞
表１に示したものがすべての走行モードではなく、その他の走行モードもある。例えば、ＥＶ走行モード１の通常時と同様の接続状態において、駆動している第１モータジェネレータ１８または第２モータジェネレータ３４を逆回転することで、後進モードとできる。また、変速機３６は、２段ではなく、３段以上でもよい。
【００４６】
＜実施形態の効果＞
本実施形態では、制御装置３８が第１および第２減速機２０，２６、クラッチ２４、変速機３６を適宜切り換えることで多くの走行モードが実現できる。特に、第１モータジェネレータ１８の駆動力を、クラッチ２４を切り換えることで、車両の駆動力にも利用するため、高速高負荷時には第１モータジェネレータ１８と第２モータジェネレータ３４の両方の駆動力を利用することができる。このため、第２モータジェネレータ３４の出力を比較的小さく設定でき、その体格も小さくすることができる。また、第２モータジェネレータ３４を駆動するのに必要な第２インバータ１６の低出力化も可能になり、低コスト化につながる。さらには、低負荷時にはより効率の良いモータジェネレータ（例えば、第１モータジェネレータ１８）の駆動力を利用することができるため、システム効率を向上し、電費の向上、バッテリ容量を削減することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  シリーズハイブリッド自動車、１２  バッテリ、１４，１６  インバータ、１８  第１モータジェネレータ、２０  第１減速機、２２  エンジン、２４，３６ａ  クラッチ、２６  第２減速機、２８  車両駆動軸、３０  デファレンシャルギア、３２  車輪、３４  第２モータジェネレータ、３６  変速機、３８  制御装置。
【図１】
2019099021.tif 000004
【図２】
2019099021.tif 000005
【図３】
2019099021.tif 000006
【図４】
2019099021.tif 000007
【図５】
2019099021.tif 000008
【図６】
2019099021.tif 000009
【図７】
2019099021.tif 000010
【図８】
2019099021.tif 000011
【図９】
2019099021.tif 000012
【図１０】
2019099021.tif 000013
【図１１】
2019099021.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月9日(2018.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【表１】
2019099021.tif 000015