(57)【要約】【課題】発電機とモータの最大出力をエンジンの最大出力より低く設定したうえで、最高速度を実現可能にする。【解決手段】エンジン（１）と、エンジンの出力軸に連結され、前記エンジンよりも最大出力の小さい発電機（４）と、車両の駆動軸に連結されるとともに発電機と電気的に接続され、エンジンよりも最大出力の小さいモータ（５）と、エンジン出力軸と車両の駆動軸とを機械的に連結可能なクラッチ（６）と、車速センサ（２２）とを備える。クラッチ（６）が締結されているときに達成可能な車両出力とクラッチ（６）が締結されていないときに達成可能な車両出力とが等しくなる車速をしきい値とし、検出された車速がこのしきい値よりも高い場合にクラッチ（６）を締結する。【選択図】　　　図１
2004019672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの出力軸に連結され、前記エンジンよりも最大出力の小さい発電機と、
車両の駆動軸に連結されるとともに前記発電機と電気的に接続され、前記エンジンよりも最大出力の小さいモータと、
前記エンジンの出力軸と車両の駆動軸とを機械的に連結可能なクラッチと、
車速を検出する手段と、
前記クラッチが締結されているときに達成可能な車両出力と前記クラッチが締結されていないときに達成可能な車両出力とが等しくなる車速をモード切り換えしきい値とし、検出された車速が前記モード切り換えしきい値よりも高い場合に前記クラッチを締結する駆動モード制御手段と、
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
前記駆動モード制御手段は、
前記クラッチが締結されておらず、現在の車両出力が前記クラッチが締結されていないときに連続運転することが可能な車両出力より大きく、かつ、その状態が所定時間継続したときにも前記クラッチを締結する、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
前記クラッチが締結されているときに達成可能な車両出力が前記クラッチを締結した場合に得られるエンジン回転速度において達成可能なエンジン出力によって決定され、
前記クラッチが締結されていないときに達成可能な車両出力が現在のモータ回転速度において達成可能なモータ出力と発電機の最大出力の何れか小さい方によって決定される、
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。
【請求項４】
前記クラッチが締結されていないときに連続運転することが可能な車両出力が現在のモータ回転速度において連続運転することが可能なモータ出力と発電機の最高連続出力の何れか小さい方によって決定されることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ハイブリッド車両の駆動力制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２３６６０２は、エンジン出力で発電機を駆動し、発電された電力でモータを力行させ駆動輪を駆動するハイブリッド車両が開示されている。この従来技術では発電機及びモータを組み合せが、エンジンの回転速度を無段階に減速して駆動輪に伝達する無段変速機として機能する。
【０００３】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、上記従来技術では、発電機とモータの組み合せを変速機として用いていることから、発電機及びモータの最大出力をエンジンの最大出力よりも大きく設定する必要があった。これは、仮に発電機及びモータの最大出力がエンジンの最大出力よりも小さければ、エンジン出力を全て駆動輪に伝達することができなくなり、変速機として十分に機能しなくなるからである。
【０００４】
したがって、上記従来技術では、車両の最高速度はエンジンよりも最大出力の大きい発電機及びモータの最大出力に応じて決定されることとなり、発電機及びモータを小型化しつつ最高速度をも確保することはでは不可能であった。
【０００５】
なお、上記従来技術では、発電機とモータの間にクラッチが設けられており、このクラッチを締結すればエンジン出力で駆動輪を直接駆動できるが、上述の通り、エンジンの最大出力は発電機及びモータの最大出力よりも小さいため、たとえクラッチを締結してエンジン出力で駆動輪を直接駆動したとしても最高速度は得られなかった。このクラッチは、あくまでも発電機及びモータの回転速度が略一致しているときに締結され、発電機及びモータからなる変速機の伝達効率を高めるために利用されるものである。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に着目してなされたもので、発電機とモータの最大出力をエンジンの最大出力より低く設定したうえで、最高速度を実現可能にすることを目的としている。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
上記従来技術の構成に対し、本発明では、発電機及びモータの最大出力をエンジンの最大出力よりも小さく設定する。そして、クラッチが締結されているときに達成可能な車両出力とクラッチが締結されていないときに達成可能な車両出力とが等しくなる車速をモード切り換えしきい値とし、検出された車速がこの駆動モードしきい値よりも高い場合にクラッチを締結してエンジン出力で直接駆動軸を駆動するように構成する。
【０００８】
【作用及び効果】
本発明によれば、車両の最高速度が発電機及びモータの最大出力ではなく、エンジンの最大出力によって決定されるので、発電機とモータを小型化する一方で最高速度をも実現できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は本発明に係るハイブリッド車両の概略構成を示す。エンジン１の駆動力は無段変速機（以下、ＣＶＴ）３を介して図示しない駆動輪に伝達される。ＣＶＴ３は発電機４とモータ５を組み合わせたものであり、発電機４がエンジン１の出力軸２に、モータ５が図示しない駆動輪に連結される駆動軸７にそれぞれ連結されている。
【００１１】
エンジン１は吸気系に運転者のアクセル操作から独立して開度制御可能な電子制御スロットル１４を備えたトルク制御可能なガソリンエンジンである。エンジン１の最大出力は図２に示すようにＰｅＭＡＸであり、エンジン１の回転速度がＮｅ３のとき最大出力ＰｅＭＡＸが得られる。回転速度Ｎｅ１からＮｅ２の範囲で最高トルクＴｅＭＡＸが得られ、この範囲でエンジン１が達成可能な出力はＴｅＭＡＸ×Ｎｅとなる。
【００１２】
発電機４、モータ５は永久磁石式交流同期モータ等の交流機であり、それぞれインバータ８と接続されている。発電機４、モータ５の回転速度はインバータ８の駆動周波数に応じて制御され、インバータ８の駆動周波数の比がＣＶＴ３の変速比（＝入力回転速度／出力回転速度）となる。また、インバータ８にはバッテリ２７が接続されている。
【００１３】
図３はモータ５の出力特性を示した特性図である。モータ５の最大出力はＰｍＭＡＸであり、回転速度Ｎｍ２からＮｍ３の範囲で達成可能なモータ出力はＰｍＭＡＸとなる。回転速度ゼロからＮｍ２の範囲で最大モータトルクＴｍＭＡＸが得られ、この範囲でモータ５が達成可能なモータ出力はＴｍＭＡＸ×Ｎｍとなる。
【００１４】
また、図示は省略するが、発電機４の最大出力はモータ５の最大出力ＰｍＭＡＸよりも大きく、エンジン１の最大出力ＰｅＭＡＸよりも小さく設定される。したがって、発電機４、モータ５の最大出力はそれぞれエンジン１の最大出力よりも小さくなる。また、発電機４の最高連続出力はモータ５の最高連続出力ＰｍＭＡＸＣよりも大きく設定される。
【００１５】
これら発電機４、モータ５の間には摩擦式あるいは電磁式のクラッチ６が設けられている。このクラッチ６を解放しているときは、エンジン出力は発電機４でいったん電力に変換され、この電力でモータ５を力行することでエンジン出力が駆動軸７に伝達されるが、クラッチ６を締結しているときは、発電機４の入力軸とモータ５の出力軸とが連結されるので、エンジン出力は駆動軸７に直接伝達される。
【００１６】
以下の説明では、このクラッチ６を解放し、エンジン出力を発電機４及びモータ５（ＣＶＴ３）を介して駆動軸７に伝達し、駆動軸７を駆動する場合を「第１の駆動モード」、クラッチ６を締結し、エンジン出力で駆動軸７を直接駆動する場合を「第２の駆動モード」という。なお、第２の駆動モードにおいてもエンジン出力の一部を発電機４及びモータ５（ＣＶＴ３）を介して駆動軸７に伝達することも可能であるが、このような場合も第２の駆動モードに含まれるものとする。
【００１７】
エンジンコントローラ１２は、エアフローメータ２３で計測される吸入空気量とクランク角センサ２４で計測されるエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン回転の位相に基づいて吸入空気量に見合った燃料量とエンジン負荷およびエンジン回転速度に見合った点火時期を演算する。そして、エンジンコントローラ１２は、インジェクタ１５を駆動して上記の燃料量の燃料を供給するとともに上記点火時期に合わせて点火プラグ１６により点火する。さらに、統合コントローラ１３から入力される目標エンジントルクｔＴｅに応じて電子制御スロットル１４の開度を調節し、エンジン１の吸気量を制御する。
【００１８】
なお、ガソリンエンジン１のかわりにディーゼルエンジンを用いることも可能である。ディーゼルエンジンではトルクが燃料噴射量に比例するので、ディーゼルエンジンを用いる場合はスロットル開度に代えて燃料噴射量を制御することによりトルクを制御すればよい。
【００１９】
トランスミッションコントローラ１１は、発電機回転速度センサ２１で計測される発電機回転速度Ｎｇを統合コントローラ１３から入力される目標発電機回転速度ｔＮｇとなるようにフィードバック制御する。さらに、駆動輪を駆動するモータ５のトルクＴｍが統合コントローラ１３から入力される目標駆動トルクｔＴｏとなるようにフィードフォワード制御する。
【００２０】
また、トランスミッションコントローラ１１は、車速検出手段としてのモータ回転速度センサ２２で計測されるモータ回転速度Ｎｍ（＝駆動軸７の回転速度Ｎｏ）から車速ＶＳＰを演算し、第２の駆動モードで達成可能な車両出力が第１の駆動モードで達成可能な車両出力を上回る車速となるとクラッチ６を締結し、駆動モードをエンジン出力を直接駆動輪に伝達する第２の駆動モードに切り換える。
【００２１】
図４は、第１の駆動モードで統合コントローラ１３が行う駆動力制御の制御ブロック図を示す。統合コントローラ１３には上記トランスミッションコントローラ１１、エンジンコントローラ１２を介して各種信号が入力される他、アクセル操作量センサ３１で検出されたアクセル操作量ＡＰＳが入力される。
【００２２】
各ブロックにおける処理を説明すると、目標駆動トルク演算ブロックＢ１では、アクセル操作量ＡＰＳと駆動軸７の回転速度Ｎｏ（＝Ｎｍ＝ＶＳＰ／ｋ、ｋ：定数）からマップＭ１を参照して目標駆動トルクｔＴｏ（＝モータ５の目標駆動トルク）を演算し、トランスミッションコントローラ１１に出力する。目標駆動トルクｔＴｏは、駆動軸回転速度Ｎｏごとにアクセル操作量ＡＰＳに応じた最適な駆動力が得られるように設定される。
【００２３】
ブロックＢ２では、目標モータ出力ｔＰｍ（＝ｔＴｏ×Ｎｏ）を演算し、ブロックＢ３ないしＢ５では、目標発電機出力ｔＰｇ（＝ｔＰｍ＋Ｌｇ＋Ｌｍ＋ｔＰｃ）を演算する。Ｌｇは発電機損失であり、Ｌｍはモータ損失である。発電機損失ＬｇはブロックＢ６において目標エンジントルクｔＴｅの前回値と現在の発電機回転速度ＮｇからマップＭ２を参照して演算される。モータ損失ＬｍはブロックＢ７において目標駆動力ｔＴｏの前回値と現在の車速ＶＳＰからマップＭ３を参照して演算される。また、ｔＰｂはバッテリ状態に応じた補正値であり、バッテリ２７の残量が多ければ小さくなり、少なければ大きくなる。
【００２４】
ブロックＢ８では目標発電機出力ｔＰｇを駆動軸回転速度Ｎｏで除して補正後の目標駆動トルクｔＴｏ２（＝ｔＰｇ／Ｎｏ）を演算し、目標発電機回転速度演算ブロックＢ９に出力する。
【００２５】
目標発電機回転速度演算ブロックＢ９では、補正後の目標駆動トルクｔＴｏ２と出力軸回転速度ＮｏからマップＭ４を参照して目標発電機回転速度ｔＮｇを演算し、トランスミッションコントローラ１１に出力する。目標回転速度ｔＮｇは、目標発電機出力ｔＰｇを最も少ない燃料消費量で実現できる回転速度に設定される。
【００２６】
ブロックＢ１０では、駆動軸回転速度Ｎｏを発電機回転速度Ｎｇで除してＣＶＴ３の変速比の逆数１／ｒを演算する。ブロックＢ１１では、補正後の目標駆動トルクｔＴｏ２に変速比の逆数１／ｒを掛けて目標エンジントルクｔＴｅを演算し、エンジンコントローラ１２に出力する。
【００２７】
以上の処理を経て、エンジン１の目標トルクｔＴｅ、発電機４の目標回転速度ｔＮｇ、モータ５の駆動目標トルクｔＴｏがそれぞれ演算され、エンジンコントローラ１２、トランスミッションコントローラ１１はこれらの目標値が実現されるようエンジン１、発電機４、モータ５を制御する。
【００２８】
なお、第２の駆動モードでは、クラッチ６を介してエンジン１の出力が駆動輪に直接伝達されるので、アクセル操作量ＡＰＳ、駆動軸回転速度Ｎｏに基づき演算される目標駆動トルクｔＴｏが得られるようにエンジン１の電子制御スロットル１４の開度を調節する。目標駆動トルクｔＴｏの演算処理は上記ブロックＢ１における処理と同じである。なお、エンジン出力の一部を発電機４、モータ５を介して駆動輪に伝達する場合は、目標駆動トルクｔＴｏからその分を除いたトルクが得られるよう電子制御スロットル１４の開度を減少補正すればよい。
【００２９】
図５は、第１の駆動モードで達成可能な車両出力および最高連続出力と、第２の駆動モードで達成可能な車両出力（＝最高連続出力）と、車両の走行抵抗の関係を示した図である。第１の駆動モードで達成可能な車両出力は、クラッチ６を締結した場合に得られるエンジン回転速度において達成可能なエンジン出力に応じて決まり、第２の駆動モードで達成可能な車両出力は、現在のモータ回転速度において達成可能なモータ４の出力と発電機４の最大出力の何れか小さい方に応じて決まる。
【００３０】
ここで、発電機４及びモータ５は最大出力を連続して発生することはできない。したがって、仮に、第１の駆動モードのみで車両の最高速度を実現するとした場合、最高速度における走行抵抗と等しい最高連続出力（現在のモータ回転速度において連続運転することが可能なモータ出力と発電機４の最高連続出力の何れか小さい方に応じて決まる）が必要となり、発電機４とモータ５の大型化を招いてしまう。また、第２の駆動モードのみでは低速車速域での車両出力が不足してしまう。
【００３１】
そこで、この発明では、第２の駆動モードで達成可能な車両出力が第１の駆動モードで達成可能な車両出力とが等しくなる車速ＶＳＰＬＵ（モード切り換えしきい値）まで加速し、車速ＶＳＰが車速ＶＳＰＬＵに達したらクラッチ６を締結して第２の駆動モードに切り換える。すなわち、走行中、車速をモニタしておき、第２の駆動モードの最大出力が第１の駆動モードの最大出力よりも大きくなったと車速から判断されるときは、クラッチ６を締結して駆動モードを第１の駆動モードから第２の駆動モードに切り換える。
【００３２】
これにより、最高車速はエンジン１の最大出力によって決定されることとなり、最高車速は発電機４及びモータ５の最大出力とは無関係になるので、充分な加速性能と最高速度を実現しつつ発電機４とモータ６の小型化が可能となる。
【００３３】
ただし、第１の駆動モードで走行しているときにモータ出力が最高連続出力ＰｍＭＡＸＣを上回る状態が所定時間ＴＭＲＭＡＸＣ継続した場合は、車速ＶＳＰが車速ＶＳＰＬＵに達していなくてもクラッチ６を締結して第２の駆動モードに切り換える。これは、最高連続出力ＰｍＭＡＸＣを上回る状態はモータ５を劣化させない程度の短い時間であれば問題ないが、この状態が長時間継続するとモータ５を劣化させる原因となるからである。所定時間ＴＭＲＭＡＸＣは、例えば、モータ５を最大出力ＰｍＭＡＸで運転させた場合にモータ５が劣化し始める時間Ｔｍｄに余裕Δｔを持たせた値（＝Ｔｍｄ−Δｔ）に設定される。
【００３４】
図６は、駆動モード切り換え制御の内容を示したフローチャートを示し、トランスミッションコントローラ１１において所定時間毎（例えば１０ｍｓ）に繰り返し実行される。図６（あるいは後述する図７）に示した処理が駆動モード切換手段に相当する。
【００３５】
これによると、まず、ステップＳ１では、車速ＶＳＰが第２の駆動モードで達成可能な車両出力が第１の駆動モードで達成可能な車両出力を上回る車速ＶＳＰＬＵ（モード切り換えしきい値）未満であるかが判断される。車速ＶＳＰが車速ＶＳＰＬＵ未満である場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ５に進む。
【００３６】
ステップＳ２では、目標モータ出力ｔＰｍがモータ５の連続最大出力ＰｍＭＡＸＣ未満であるかを判断し、連続最大出力ＰｍＭＡＸＣ未満である場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ３に進む。なお、この実施形態では、発電機４の最高連続出力がモータ５の最高連続出力ＰｍＭＡＸＣよりも大きく設定されているが、発電機４の最高連続出力がモータ５の連続最大出力ＰｍＭＡＸＣよりも小さい場合は、目標モータ出力ｔＰｍが発電機４の最大出力未満であるかを判断するようにすればよい。
【００３７】
ステップＳ３では、目標モータ出力ｔＰｍが連続最大出力ＰｍＭＡＸＣ以上となってからの経過時間ＴＭＲが所定時間ＴＭＲＭＡＸＣ未満であるかが判断される。経過時間ＴＭＲが所定時間ＴＭＲＭＡＸＣ未満である場合はステップＳ４に進むが、そうでない場合はモータ５が劣化する可能性があるのでステップＳ５に進む。
【００３８】
ステップＳ４では、クラッチ６が開放されて第１の駆動モードが選択され、ステップＳ５では、クラッチ６が締結され第２の駆動モードが選択される。
【００３９】
なお、図６に示した制御フローはさらに簡略化することができ、図７に示すように図６に対してステップＳ２、Ｓ３を省略し、車速ＶＳＰとしきい値ＶＳＰＬＵの関係のみから駆動モードを切り換えるようにしてもよい。
【００４０】
以上、説明したように、本発明によれば、低車速域ではクラッチ６が解放され、エンジン１の出力が発電機４、モータ５を介して駆動軸７に伝達される（第１の駆動モード）。これにより、低車速域でのエンジン１のトルク不足を補い、良好な発進加速性能を確保することができる。
【００４１】
その後、車速が上昇し、エンジン１の出力で駆動軸７を直接駆動する第２の駆動モードで達成可能な車両出力が第１の駆動モードで達成可能な車両出力よりも大きくなる車速に達すると、クラッチ６が締結されて駆動モードが第２の駆動モードに切り換えられる（ステップＳ１、Ｓ５）。駆動モードを切り換えることにより、車両の最高速度は発電機４及びモータ５の最大出力ではなくエンジン１の最大出力によって決定され、発電機４及びモータ５の最大出力は関係がなくなるので、発電機４及びモータ５を小型化しつつ最高車速を実現することができる。
【００４２】
さらに、第２の駆動モードで達成可能な車両出力が第１の駆動モードで達成可能な車両出力を超える車速に達する前であっても、発電機４あるいはモータ５の出力（第１の駆動モードでの車両出力）がその最大連続出力を超えている状態が所定時間継続したときは、駆動モードが第２の駆動モードに切り換えられる（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ５）。これにより、発電機４あるいはモータ５が最大連続出力を超えて継続運転され、モータ５が劣化してしまうのを未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】エンジンの出力特性図である。
【図３】モータの出力特性図である。
【図４】第１の駆動モードでの制御ブロック図である。
【図５】第１の駆動モードで達成可能な車両出力および最高連続出力と、第２の駆動モードで達成可能な車両出力（＝最高連続出力）と、走行抵抗の関係を示した特性図である。
【図６】駆動モード切り換え制御の内容を示したフローチャートである。
【図７】駆動モード切り換え制御の別の例を示した図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２　エンジン出力軸
３　無段変速機（ＣＶＴ）
４　発電機
５　モータ
６　クラッチ
７　駆動軸
１１　トランスミッションコントローラ（駆動モード制御手段）
２２　モータ回転速度センサ（車速検出手段）
【図１】
2004019672.tif 000003
【図２】
2004019672.tif 000004
【図３】
2004019672.tif 000005
【図４】
2004019672.tif 000006
【図５】
2004019672.tif 000007
【図６】
2004019672.tif 000008
【図７】
2004019672.tif 000009