(57)【要約】【課題】動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド自動車を提供する。【解決手段】  エンジン１１あるいは電動機１７Ａのいずれかの回転出力、または両方からの回転出力を駆動輪１９に伝達して走行すると共に、エンジン１１と電動機１７Ａとの間の動力伝達経路に発電機１２Ａを有し、発電機１２Ａと電動機１７Ａとの間の動力伝達経路に少なくとも２つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｂ）が設けられ、発電機１２Ａにより発電を行いながらの電動機１７Ａによる電動走行の間は、クラッチを切断する制御装置１０（制御部）を有するハイブリッド自動車１とする。【選択図】図１
2015221613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンあるいは電動機のいずれかの回転出力、または両方からの回転出力を駆動輪に伝達して走行すると共に、前記エンジンと電動機との間の動力伝達経路に発電機を有するハイブリッド自動車において、
前記発電機と前記電動機との間の動力伝達経路に少なくとも２つのクラッチが設けられ、前記発電機により発電を行いながらの前記電動機による電動走行の間は、前記クラッチを切断する制御部と
を有することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド自動車であって、
前記発電機と前記電動機の間の動力伝達経路に設けられているデファレンシャルと、
前記発電機と前記デファレンシャルとの間の動力伝達経路に設けられている第１のクラッチと、
前記デファレンシャルと前記電動機との間の動力伝達経路に設けられている第２のクラッチとを有し、
前記制御部は、
前記電動機の駆動力のみを前記駆動輪に伝達して走行する場合に、前記第１のクラッチおよび前記第２のクラッチを切断する
ことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド自動車であって、
前記制御部は、
前記電動機の制動を開始させるときに前記第１のクラッチおよび第２のクラッチを接続して前記デファレンシャルを回転させることで前記デファレンシャルを動作させるための潤滑油の暖機を行うことを特徴とする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、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は、走行用のエンジンと電動機とを有し、エンジンのみによる走行、電動機のみによる走行、およびエンジンと電動機とが協働する走行が可能である。また、ハイブリッド自動車は、電動機に電力を供給すると共に電動機が発電機として動作するときに充電されるバッテリを有し、バッテリと電動機との間で電力の授受を制御するインバータを有する。
【０００３】
このようなハイブリッド自動車では、たとえば、動力伝達系にクラッチを１つ設けて、シリーズハイブリッド走行中には、エンジン・発電機系と電動機・車軸系とをこの１つのクラッチにより切り離している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２５０３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示されるシリーズハイブリッド走行が可能なハイブリッド自動車では、クラッチを切り離し、発電を行いながら走行するが、走行系を考えると車輪の駆動と共に、電動走行に関係のないプロペラシャフトのクラッチから電動機までの部分も回転してしまうため、回転抵抗により動力伝達効率が低下してしまう。一方、発電機系を考えると、発電に関係のないプロペラシャフトのクラッチから発電機までの部分も回転させてしまうため、発電効率も低下させてしまう。特に、トラックのようにエンジンと駆動軸が離れている車両の場合、プロペラシャフトが長くなる為、上記の動力伝達効率の低下が顕著となる。
【０００６】
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、エンジンあるいは電動機のいずれかの回転出力、または両方からの回転出力を駆動輪に伝達して走行すると共に、エンジンと電動機との間の動力伝達経路に発電機を有するハイブリッド自動車において、発電機と電動機との間の動力伝達経路に少なくとも２つのクラッチが設けられ、発電機により発電を行いながらの電動機による電動走行の間は、クラッチを切断する制御部を有するものである。
【０００８】
本発明の他の観点は、上述したハイブリッド自動車であって、発電機と電動機の間の動力伝達経路に設けられているデファレンシャルと、発電機とデファレンシャルとの間の動力伝達経路に設けられている第１のクラッチと、デファレンシャルと電動機との間の動力伝達経路に設けられている第２のクラッチとを有し、制御部は、電動機の駆動力のみを駆動輪に伝達して走行する場合に、第１のクラッチおよび第２のクラッチを切断するものである。
【０００９】
また、上述したハイブリッド自動車であって、制御部は、制動を開始させるときに第１のクラッチおよび第２のクラッチを接続し、デファレンシャルを回転させることでデファレンシャルを動作させるための潤滑油の暖機を行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド自動車の要部構成図である。
【図２】図１の制御装置の構成図である。
【図３】図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るハイブリッド自動車の要部構成図である。
【図５】図４に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態に係るハイブリッド自動車の要部構成図である。
【図７】図６に示す制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車について図１〜図７を参照しながら説明する。なお、制御方法についてはハイブリッド自動車が有する制御装置の動作を例として説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド自動車１の要部構成を示す図である。ハイブリッド自動車１は、図１に示すように、制御装置１０、エンジン１１、発電機１２Ａ、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５Ａ,１５Ｂ、プロペラシャフト１６、電動機１７Ａ、デファレンシャル１８および駆動輪１９を要部構成として有する。エンジン１１の出力は発電機１２Ａに入力され、発電機１２Ａの出力は、その両端にクラッチ１５Ａ，１５Ｂが設けられたプロペラシャフト１６を介してデファレンシャル１８に入力されて駆動輪１９に伝達される。制御装置１０は、走行モード判定及びクラッチ制御により、２つのクラッチ（クラッチ１５Ａ、１５Ｂ）の接続状態を制御している。
【００１４】
このハイブリッド自動車１は、エンジン１１と電動機１７Ａの両駆動源からの回転出力を駆動輪１９に伝達して走行するものであり、エンジン１１のみによる走行（以下、エンジン走行モード）、電動機１７Ａのみによる走行（以下、電動走行モード）、エンジン１１と電動機１７Ａとが協働する走行（以下、ハイブリッド走行モード）のいずれかの走行モードが選択可能である。
【００１５】
ハイブリッド自動車１は、減速中または下り勾配路を走行中には、駆動輪１９の回転力により電動機１７Ａを発電機として動作させてバッテリ１３に充電（回生）が可能である。また、ハイブリッド自動車１は、エンジン走行モードで走行中には、発電機１２Ａをエンジン１１の動力によって発電機として動作させてバッテリ１３に充電が可能である。
【００１６】
制御装置１０は、エンジン１１、発電機１２Ａ、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５Ａ，１５Ｂおよび電動機１７Ａの動作を制御する。なお、実際には、エンジン１１、発電機１２Ａ、バッテリ１３、インバータ１４、クラッチ１５Ａ，１５Ｂおよび電動機１７Ａに、それぞれ個別のＥＣＵ(Electric Control Unit)が配置され、これらが互いにＣＡＮ(Control Area Network)通信を行いながら協働して制御を実施している場合があるが、ここでは１つの制御装置１０として説明する。
【００１７】
エンジン１１は、ガソリン、軽油、またはＣＮＧ(Compressed Natural Gas)などを燃料とするエンジンである。なお、適用が可能であれば、エンジン１１をエンジンに限定するものではない。
【００１８】
発電機１２Ａは、たとえば交流発電機である。発電機１２Ａの入力軸は、エンジン１１の出力軸である。なお、発電機１２Ａの入力軸とエンジン１１の出力軸とは、共通の軸部材であってもよい。また、発電機１２Ａは、クラッチ１５Ａに入力される出力軸を有する。すなわち発電機１２Ａの出力軸は、エンジン１１の出力軸でもある。発電機１２Ａの出力は、プロペラシャフト１６，クラッチ１５Ｂおよびデファレンシャル１８を介して駆動輪１９に伝達される。ハイブリッド自動車１は、発電機１２Ａによってエンジン１１を始動させることができる。
【００１９】
バッテリ１３は、電動機１７Ａに電力を供給すると共に、発電機１２Ａが発電機として動作する際には、発電機１２Ａが発電した電力によって充電される。
【００２０】
インバータ１４は、バッテリ１３の直流電力を３相交流電力に変換して電動機１７Ａに供給すると共に、電動機１７Ａが発電機として動作する際には、電動機１７Ａが発電する３相交流電力を直流電力に変換してバッテリ１３に供給する。よって、バッテリ１３から電動機１７Ａに電力が供給されているときには、インバータ１４の出力を絞る、または停止することにより、電動機１７Ａのトルクを絞る、または停止することになる。一方、電動機１７Ａからバッテリ１３に電力が供給されているときには、インバータ１４の出力を絞る、または停止することにより、バッテリ１３の充電電力を絞る、または停止することになる。
【００２１】
クラッチ１５Ａ，１５Ｂは、発電機１２Ａの回転軸と電動機１７Ａの回転軸とを機械的に連結、あるいはこれらを切り離す。また、クラッチ１５Ａ，１５Ｂが機械的に連結されていると、ハイブリッド自動車１は、エンジン走行モード、ハイブリッド走行モードのいずれかが選択可能になる。
【００２２】
一方、クラッチ１５Ａ，１５Ｂが切り離されていると、ハイブリッド自動車１は、電動機１７Ａによる走行となるが、電動機１７Ａはエンジン１１のフリクションおよびプロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることがないので、効率良く走行することが可能である。また、発電機１２Ａによる発電中には、プロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。また、クラッチ１５Ａ，１５Ｂが切り離されていると、ハイブリッド自動車１は、電動機１７Ａが回生を実施しているときに、エンジン１１のフリクションおよびプロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることなく効率良く回生が可能である。
【００２３】
電動機１７Ａは、インバータ１４を経由してバッテリ１３から電力を供給されて駆動するモータである。電動機１７Ａは、バッテリ１３から供給される電力によって、ハイブリッド自動車１の走行用の動力を発生するものであると共に、他からの動力によって駆動されることで、バッテリ１３に充電を行う動作をする。その他にもハイブリッド自動車１の減速時や下り勾配路の走行中などに、駆動輪１９の回転がデファレンシャル１８を介して電動機１７Ａに伝達されることでも発電機として動作する。
【００２４】
このようなハイブリッド自動車１の制御装置１０は、図２に示すように、モード判定部１０Ａとクラッチ制御部１０Ｂを有する。モード判定部１０Ａは、ハイブリッド自動車１の走行モードが、エンジン走行モード、電動走行モード、およびハイブリッド走行モードのいずれかの走行モードであるかを判定する。モード判定部１０Ａは、走行モードの状態を示す情報をクラッチ制御部１０Ｂへと供給する。クラッチ制御部１０Ｂは、モード判定部１０Ｂの判定情報に基づいてクラッチ１５Ａ，１５Ｂの接続状態（連結あるいは切断）を制御する。具体的には、クラッチ制御部１０Ｂは、電動走行モードの場合にはクラッチ１５Ａ，１５Ｂを切断し、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合にはクラッチ１５Ａ，１５Ｂを機械的に連結した状態とする。
【００２５】
次に、制御装置１０の動作について説明する。図３は、制御装置１０の動作を示すフローチャートである。図３のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、ハイブリッド自動車１のキースイッチ（不図示）がＯＮ状態であり、制御装置１０が稼働中という条件である。なお、図３のフローチャートのＳＴＡＲＴからステップＳ２もしくはステップＳ３までの処理は、１周期分の処理であり、１周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップＳ１の判定が開始される。
【００２６】
ステップＳ１において、制御装置１０のモード判定部１０Ａは、電力の充電量（ＳＯＣ）、車速、及びアクセル開度等から決定された走行モードが電動走行モードであるか否かを判定する。なおモード判定部１０Ａによる判定結果は、クラッチ制御部１０Ｂへと供給される。クラッチ制御部１０Ｂは、ステップＳ１の判定において電動走行モードであると判定した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）には、クラッチ１５Ａ，１５Ｂを切断した状態（クラッチ切断、ステップＳ２）とし、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合（ステップＳ１でＮＯ）にはクラッチ１５Ａ，１５Ｂを機械的に連結した状態とする（クラッチ接続、ステップＳ３）。
【００２７】
以上のように、電動走行モードの場合、すなわち電動機１７Ａを動力源として走行する場合、クラッチ１５Ａ，１５Ｂの両方を切断してプロペラシャフト１６を回転させないようにしたので、プロペラシャフト１６が回転することによって生じる抵抗が発生しなくなり、動力伝達効率が向上して燃費がよくなる。また、発電機１２による発電中には、プロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。
【００２８】
またエンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合、すなわちエンジン１１による走行の場合、クラッチ１５Ａ，１５Ｂの両方を接続させるようにしたので、エンジン１１の動力を車軸に機械伝達させて走行させることができ、たとえば高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド自動車１Ａの要部構成図である。なお、図１に示す第１実施形態に係るハイブリッド自動車１と共通する構成については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
【００３０】
図４に示すハイブリッド自動車１Ａでは、図１に示すハイブリッド自動車１とは異なり、エンジン出力は発電機１２Ａに入力され、発電機１２Ａの出力はクラッチ１５Ａで断接可能にされたプロペラシャフト１６を介してデファレンシャル１８に入力される。デファレンシャル１８と駆動輪１９の間に電動機１７Ｂ，１７Ｃが設けられており、更にデファレンシャル１８と電動機１７Ｂ，１７Ｃとの間にクラッチ１５Ｃ，１５Ｄが設けられており、制御装置３０の走行モード判定及びクラッチ制御により、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ、１５Ｃ、１５Ｄ）の接続状態を制御している。なお、図示しないが、制御装置３０においても、制御装置１０のモード判定部１０Ａとクラッチ制御部１０Ｂに相当する機能を有している。
【００３１】
図５は、図４に示す制御装置３０の動作を示すフローチャートである。図５のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、ハイブリッド自動車１Ａのキースイッチ（不図示）がＯＮ状態であり、制御装置３０が稼働中という条件である。なお、図５のフローチャートのＳＴＡＲＴからステップＳ１２もしくはステップＳ１３までの処理は、１周期分の処理であり、１周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップＳ１１の判定が開始される。
【００３２】
ステップＳ１１において、制御装置３０は、ハイブリッド自動車１０の走行モードが電動走行モード（電動機走行）であるか否かを判定する。制御装置３０は、ステップＳ１１の判定において電動走行モード（電動機走行）である場合には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）をすべて切断した状態（ステップＳ１２）とし、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合（ステップＳ１１でＮＯ）には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）それぞれが機械的に連結した状態とする（ステップＳ１３）。
【００３３】
これにより、制御装置３０は、電動走行モードの場合には３つのクラッチをすべて切断することになるため、プロペラシャフト１６およびデファレンシャル１８を回転させない状態にすることができる。これにより、制御装置３０は、プロペラシャフト１６およびデファレンシャル１８が回転することによって生じる抵抗を排除することができ、動力伝達効率が向上すると共に、燃費もよくなる。また、発電機１２Ａによる発電中には、プロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。なお、制御装置３０は、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードの場合には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）それぞれをすべて機械的に連結させた状態にすることができ、エンジン動力を車軸に機械伝達させて走行させることになるため、高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
【００３４】
なお、第２実施形態のハイブリッド自動車１Ａは、第１実施形態のハイブリッド自動車１のクラッチ１５Ｂに相当するクラッチを有していないが、クラッチ１５Ｂに相当するクラッチを備えさせて、上記の３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）と同様の制御を実行するようにしてもよい。
【００３５】
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係るハイブリッド自動車１Ｂの要部構成図である。なお、図１に示す第１実施形態および図４に示す第２実施形態に係るハイブリッド自動車１、１Ａと共通する構成については、同一の符号を付すと共に、その説明を省略する。
【００３６】
図６に示すハイブリッド自動車１Ｂでは、図４に示すハイブリッド自動車１Ａと構成は共通しているが、クラッチ１５Ａ，１５Ｃ，１５Ｄの制御が異なる。ハイブリッド自動車１Ｂでは、電動機１７Ａの制動時にクラッチ１５Ａ，１５Ｃ，１５Ｄそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル１８を回転させるように制御している。なお、図示していないが、制御装置４０においても、制御装置１０のモード判定部１０Ａとクラッチ制御部１０Ｂに相当する機能を有している。
【００３７】
図７は、図６に示す制御装置４０の動作を示すフローチャートである。図７のフローチャートにおけるＳＴＡＲＴの条件は、ハイブリッド自動車１Ｂのキースイッチ（不図示）がＯＮ状態であり、制御装置４０が稼働中という条件である。なお、図７のフローチャートのＳＴＡＲＴからステップＳ２２もしくはステップＳ２３までの処理は、１周期分の処理であり、１周期分の処理が終了しても走行モードに変更があれば、処理は、再びステップＳ２１の判定が開始される。
【００３８】
ステップＳ２１において、制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０の走行モードが電動走行モード（電動機走行）であるか否かを判定する。制御装置４０は、ステップＳ２１の判定において電動走行モード（電動機走行）である場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）をすべて切断した状態（ステップＳ２２）とし、ステップＳ２４へと移行する。ただし、制御装置４０は、エンジン走行モードやハイブリッド走行モードと判定した場合（ステップＳ２１でＮＯ）には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）それぞれが機械的に連結した状態とする（ステップＳ２３）。
【００３９】
制御装置４０は、ステップＳ２４において、３つのクラッチをすべて切断した場合であっても、制動時にはクラッチ１５Ｃおよびクラッチ１５Ｄを接続する。
【００４０】
以上に説明したように、制御装置４０は、電動走行モードの場合は３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）をすべて切断することになるため、プロペラシャフト１６およびデファレンシャル１８を回転させない状態にすることができる。これにより、制御装置４０は、プロペラシャフト１６およびデファレンシャル１８が回転することによって生じる抵抗を排除することができ、動力伝達効率が向上すると共に、燃費もよくなる。また、発電機１２Ａによる発電中には、プロペラシャフト１６の回転抵抗を受けることがないので、効率よく発電することができる。なお、制御装置４０は、エンジン走行時には、３つのクラッチ（クラッチ１５Ａ，１５Ｃ、１５Ｄ）をすべて接続させる状態にすることができ、エンジン動力を車軸に機械伝達させて走行させることになるため、高速走行時の動力伝達効率を向上させることができる。
【００４１】
更に、制御装置４０は、電動機１７Ａの制動時にはクラッチ１５Ｃおよびクラッチ１５Ｄそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル１８を回転させてデファレンシャル１８の潤滑油の暖機を行うことができる。これにより、モータ力行時の駆動力で潤滑油の暖機を行う場合と比較して、デファレンシャル１８の潤滑油攪拌のためのバッテリ放充電損失および機電変換損失を排除できるため、効率よく暖機させることができる。これは、回生充電したバッテリからの持ち出しエネルギーによってデファレンシャル１８の潤滑油を昇温しようとすると、デファレンシャル１８の潤滑油の攪拌動力に加えて、モータ→インバータ機電変換時の損失、インバータ→バッテリ充電時の損失、バッテリ→インバータ放電時の損失、インバータ→モータ電気変換時の損失が発生するためである。なお、ハイブリッド自動車１Ｂでは、電動機１７Ａの制動時にクラッチ１５Ｃおよびクラッチ１５Ｄそれぞれを機械的に連結させるとしたが、電動機１７Ａの制動時以外にも、電動機１７Ａの制動後の所定時間経過後などにクラッチ１５Ｃおよびクラッチ１５Ｄそれぞれを機械的に連結させるようにしてもよい。また、電動機１７Ａの制動とは関係なく、定期的にクラッチ１５Ｃおよびクラッチ１５Ｄそれぞれを機械的に連結させて、デファレンシャル１８を回転させてデファレンシャル１８の潤滑油の暖機を行うようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ハイブリッド自動車、１０，３０，４０…制御装置、１１…エンジン、１２…電動機、１３…バッテリ、１４…インバータ、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ…クラッチ、１６…プロペラシャフト、１７…電動機、１８…デファレンシャル、１９…駆動輪
【図１】
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【図２】
2015221613.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015221613.tif 000008
【図７】
2015221613.tif 000009