(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続する第１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を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、動力伝達機構と回転電機の入出力軸との間に介装される第２クラッチと、蓄電要素の蓄電量をパラメータとする制御マップとしてエンジンの出力と回転電機の出力との分担比を設定する手段と、この制御マップの分担比から第１クラッチの断続および第２クラッチの断続を制御すると共に同じく分担比と運転者のアクセル操作量とから回転電機の出力およびエンジンの出力を制御する手段と、を備えてなり、前記の制御マップは、蓄電要素の蓄電量が所定値以下に低下すると、回転電機の分担比が蓄電量の低下に伴って１から０へ徐々に小さくなり、その分エンジンの分担比が０から１へ大きくなるように設定したことを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
【請求項２】
第２のクラッチは、回転電機の運転停止時は切断状態に維持されることを特徴とする請求項１の記載に係る車両のハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の動力源にエンジンと回転電機（モータジェネレータ）を備える、いわゆるパラレル方式のハイブリッドシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パラレル方式のハイブリッドシステムとして、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続するクラッチと、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を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備えるものが、特願平１１−１６０７５９号に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような先願例においては、エンジンの出力のみで走行する場合、回転電機は運転が停止（空回状態に維持）されるが、その慣性質量およびフリクションは変速機の入力軸へ及ぶため、エンジンの燃費向上を阻害することが考えられる。
【０００４】
この発明は、このような課題を解決するための対応手段の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、入力軸の回転を変速して出力軸から車輪へ伝達する変速機と、エンジンの出力軸と変速機の入力軸を断続する第１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を連結する動力伝達機構と、回転電機から供給される電力を蓄える蓄電要素と、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、動力伝達機構と回転電機の入出力軸との間に介装される第２クラッチと、蓄電要素の蓄電量をパラメータとする制御マップとしてエンジンの出力と回転電機の出力との分担比を設定する手段と、この制御マップの分担比から第１クラッチの断続および第２クラッチの断続を制御すると共に同じく分担比と運転者のアクセル操作量とから回転電機の出力およびエンジンの出力を制御する手段と、を備えてなり、前記の制御マップは、蓄電要素の蓄電量が所定値以下に低下すると、回転電機の分担比が蓄電量の低下に伴って１から０へ徐々に小さくなり、その分エンジンの分担比が０から１へ大きくなるように設定したことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、第２のクラッチは、回転電機の運転停止時は切断状態に維持されることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
第１の発明または第２の発明においては、蓄電要素の蓄電量が十分な場合、第１クラッチが切断かつ第２クラッチが接続され、回転電機の出力のみで発進加速が行われる。回転電機の駆動運転に電力が消費され、蓄電要素の蓄電量が所定値以下に低下すると、第１クラッチが接続され、エンジン１の分担出力と回転電機の分担出力との併用によって車両の走行が継続される。回転電機の分担比は蓄電量の低下に伴って１から０へ徐々に小さくなり、その分エンジンの分担比が０から１へ大きくなる。エンジンの分担比が１（回転電機の分担比が０）になると、エンジンの出力のみによる走行となり、第２クラッチが切断されることになる。
第１の発明または第２の発明においては、第２クラッチにより、回転電機を駆動系から切り離すことが可能となる。このため、回転電機の運転停止時において、第２クラッチを切断状態に維持することにより、駆動系の負荷が軽減され、エンジンの燃費向上を促進できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１のように、車両のパワートレインは、エンジン１とトランスミッション４（変速機）と、エンジン１の出力軸１２（クランクシャフト）とトランスミッション４の入力軸４１との間に介装されるクラッチ３（第１クラッチ）と、を備える。エンジン１の出力は、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、車両の走行時にトランスミッション４の出力軸４２から、図示しないプロペラシャフト，デファレンシャルギヤ，ドライブシャフトを介して左右の車輪へ伝達される。
【０００９】
エンジン１は、ディーゼルエンジンまたはＣＮＧエンジン（圧縮天然ガスを燃料とする）であり、供給される燃料がシリンダで燃焼し、シリンダを往復動するピストンによってクランクシャフトを回転駆動する。エンジンＥＣＵ１０（エンジン電子制御ユニット）は、エンジン回転センサ１３の検出信号（エンジン回転速度）やハイブリッドＥＣＵ２０（ハイブリッド電子制御ユニット）からの要求信号に応じてエンジン１の燃料供給量を制御する。なお、エンジンＥＣＵ１０とハイブリッドＥＣＵ２０との間は、通信制御手段を介して双方向に接続され、後述のように各種の協調制御を行うようになっている。
【００１０】
第１クラッチ３には、これを断続するクラッチアクチュエータ３１（運転者のペダル操作またはハイブリッドＥＣＵの制御信号に応じて作動する）、トランスミッション４には、その変速ギヤ（変速比）を切り替えるギヤシフトアクチュエータ４３、が設けられる。車両のパワートレインは、さらにモータジェネレータ２と、その入出力軸２１とトランスミッション４の入力軸４１を連結する動力伝達機構５と、動力伝達機構５とモータジェネレータ２の入出力軸２１を断続するクラッチ６０（第２クラッチ）と、が備えられる。
【００１１】
モータジェネレータ２は、高効率および小形軽量化の面から、永久磁石型同期電動機（ＩＰＭ同期モータ）が使用され、インバータ６を介して蓄電要素７に接続される。インバータ６は、蓄電要素７の充電電力（直流電力）を交流電力に変換してモータジェネレータ２を電動機として駆動すると共に、モータジェネレータ２の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素７を充電する。蓄電要素７には、ブレーキエネルギを短時間で無駄なく高効率に回生するため、車両の電池許容質量に対して必要な出力密度を確保しやすい、電気二重層キャパシタが使用される。
【００１２】
第２クラッチ６０には、これを断続するクラッチアクチュエータ６１（ハイブリッドＥＣＵ２０の制御信号により作動する）が設けられる。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ヤ５１と、トランスミッション４の入力軸４１に連結されるドリブンギヤ５３と、これらに噛み合うアイドラギヤ５２と、から構成される。モータジェネレータ２の回転は、動力伝達機構５を介して減速してトランスミッション４の入力軸４１へ伝達され、同じく入力軸４１の回転は、動力伝達機構５を介して増速してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝達される。
【００１３】
ハイブリッドＥＣＵ２０は、チェンジレバーの位置に対応するギア位置指令を発生するチェンジレバーユニット２３、アクセルペダルの踏み量（アクセル要求量）を検出するアクセル開度センサ２２、ブレーキの操作量（ブレーキ要求量）を検出するブレーキセンサ２６、トランスミッション４の出力回転センサ４４、動力伝達機構５のギヤ回転センサ５４（トランスミッション４の入力回転センサ）、第１クラッチ３の断続を検出するクラッチポジションセンサ２９、トランスミッション４のシフト位置を検出するギヤポジションセンサ、第２クラッチ６０の断続状態を検出するクラッチポジションセンサ（図示せず）、などが備えられる。そして、これら各種信号およびエンジンＥＣＵ１０からの情報信号に基づいて、クラッチアクチュエータ３１、ギアシフトアクチュエータ４３、クラッチアクチュエータ６１、インバータ６、を制御すると共に、エンジンＥＣＵ１０へ要求信号を送信する。
【００１４】
モータジェネレータ２の出力のみによる発進および走行を行うときは、第１クラッチ３を切断して第２クラッチ６０を接続した状態において、アクセル要求量に応じた出力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。モータジェネレータ２の出力は、図２のように第２クラッチ６０および動力伝達機構５を介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、そのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフトへ伝えられる。
【００１５】
車両の走行状態において、制動時は、蓄電要素７への充電が可能な限り、ブレーキ操作量に応じた回生制動力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。車輪の回転は、図５のようにプロペラシャフトからトランスミッション４の出力軸４２およびそのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の入力軸４１、さらに動力伝達機構５および第２クラッチ６０を介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。これにより、モータジェネレータ２の回生発電が行われ、その電力はインバータ６を介して蓄電要素７に充電される。すなわち、車両のブレーキエネルギは、モータジェネレータ２の発電により、電気エネルギに変換して蓄電要素７に回収される。ブレーキ要求量の不足分は、車両のサービスブレーキなどによる制動力で補われる。
【００１６】
エンジン１の出力のみによる走行を行うときは、エンジンＥＣＵ１０に要求信号を送信する（エンジンＥＣＵ１０は、アクセルの要求量に応じた出力が得られるようにエンジン１の燃料供給量を制御する）と共に、第１クラッチ３を接続して第２クラッチ６０を切断した状態において、モータジェネレータ２の運転を停止する。エンジン１の出力は、図３のように第１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、そのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００１７】
車両の停止時に蓄電要素７への充電を行うときは、トランスミッション４がニュートラルのときに第１クラッチ３および第２クラッチ６０を接続する。エンジン１の回転は、図６のように第１クラッチ３からトランスミッション４の入力軸４１および動力伝達機構５および第２クラッチ６０を介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。したがって、エンジン１の出力により、モータジェネレータ２の発電が行われ、その電力は蓄電要素７に充電される。
【００１８】
車両の走行にモータジェネレータ２の出力とエンジン１の出力を併用するときは、第１クラッチ３および第２クラッチ６０を接続した状態において、エンジンＥＣＵ１０に要求信号（エンジン１の分担する出力要求）を送信すると共に、モータジェネレータ２の分担する出力が得られるようにインバータ６を制御する。モータジェネレータ２の出力は、図４のように第２クラッチ６０および動力伝達機構５を介してトランスミッション４の入力軸４１に伝えられ、エンジン１から第１クラッチ３を介して伝わる出力と共に、そのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００１９】
エンジン１の出力のみによる走行状態（図３、参照）において、蓄電要素７への充電を行うときは、モータジェネレータ２を発電機として作動させる。エンジン１の出力は、図７のようにトランスミッション４の入力軸４１からそのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の出力軸４２を介してプロペラシャフト４９へ伝えられるほか、動力伝達機構５および第２クラッチを介してモータジェネレータ２の入出力軸２１へ伝えられる。
【００２０】
車両の登坂走行などにおいては、エンジン１の出力をモータジェネレータ２の出力でアシストするときは、第２クラッチ６０を接続した状態において、アシスト量（エンジン回転速度およびアクセル要求量から制御マップに基づいて求められる）に相当する出力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。モータジェネレータ２の出力は、図４のようにエンジン１から第１クラッチ３を介して伝わる出力と共に、そのときの変速ギヤを通してトランスミッション４の出力軸４２からプロペラシャフト４９へ伝えられる。
【００２１】
このように、ハイブリッドＥＣＵ２０は、エンジンＥＣＵ１０と互いに協調して動力制御や回生発電を含む充電制御および制動制御を行うほか、車両の変速を制御する機能などを備える。エンジン１の出力による走行中の変速制御については、チェンジレバーユニット２３のギヤ位置指令が変化すると、第１クラッチ３を切断すると共に、トランスミッション４をニュートラルにセット（ギヤ抜き）する。その後、ギヤ位置指令段のメインギヤ回転が同期領域に入ったときにギヤ入れを行うと共に、ギヤ入れの完了時に第１クラッチ３を接続するようになる。
【００２２】
図８は、車両の発進時における制御フローであり、ハイブリッドＥＣＵ２０において、所定の制御周期ごとに実行される。ステップ１においては、キースイッチのＯＮにより、蓄電要素７の蓄電量（ＳＯＣ）が十分かどうかを判定する。この判定がｙｅｓのときは、ステップ２およびステップ３へ進み、モータジェネレータ２の出力のみによる発進が行われる。ステップ２においては、第２クラッチ６０（モータクラッチ）を接続する。ステップ３においては、チェンジレバーユニット２３のギヤ位置指令に応じた変速段（発進段）へのギヤ入れを行うと共に、第１クラッチ３を切断する。この状態において、アクセル開度センサ２２の検出信号（アクセル要求量）に応じた出力がモータジェネレータ２から得られるようにインバータ６を制御する。
【００２３】
ステップ１の判定がｎｏのときは、ステップ４およびステップ５へ進み、エンジン１の出力のみによる発進が行われる。ステップ４においては、第２クラッチ６０を切断する。ステップ５においては、エンジン１を始動すると共に、第１クラッチ３を切断し、チェンジレバーユニット２３のギヤ位置指令に応じた変速段へのギヤ入れを行う。その後、アクセル開度センサ２２の検出信号に応じた出力が得られるようにエンジン１の燃料供給量を制御すると共に第１クラッチ３を接続する。
【００２４】
ハイブリッドＥＣＵ２０には、蓄電要素７の蓄電量をパラメータにエンジン１の出力とモータジェネレータ２の出力との分担比を設定する制御マップ（図９、参照）が格納される。したがって、蓄電要素７の蓄電量（ＳＯＣ）が十分な場合、既述のようにモータジェネレータ２の出力のみで発進加速が行われる。モータジェネレータ２の駆動運転に電力が消費され、蓄電要素７の蓄電量が所定値以下に低下すると、アイドル運転で待機するエンジン１に対して第１クラッチが接続され、図９の分担比とアクセル開度センサ２２の検出信号（アクセル要求量）とから、エンジン１の分担出力およびモータジェネレータ２の分担出力が決定され、車両の走行にエンジン１の分担出力とモータジェネレータ２の分担出力が併用されることになる。図の出力分担比は、蓄電要素７の蓄電量が低下するに伴ってモータジェネレータ２の分担比が徐々に小さくなり、その分エンジン１の分担比が大きくなるように設定される。エンジン１の分担比が１（モータジェネレータ２の分担比が０）となると、第２クラッチ６０が切断されることになる。
【００２５】
このような構成により、トランスミッション４の入力軸４１は、第１クラッチ３を介してエンジン１の出力軸１２に連結され、動力伝達機構５および第２クラッチ６０を介してモータジェネレータ２の入出力軸２１に連結される。このため、第１クラッチ３を断続することにより（第２クラッチを接続状態に維持しても）、モータジェネレータ２の出力、あるいはエンジン１の出力、または両方の出力、によってトランスミッション４以降のパワートレインを駆動すること（車両の走行）が可能になる。また、車両の制動時においては、モータジェネレータ２を発電機として作動させることにより、車両のブレーキエネルギを電気エネルギとして有効に回収することが可能になり、エンジンブレーキも第１クラッチ３を介して断続することができる。エンジン１の出力による走行状態において、モータジェネレータ２を発電機として作動させることにより、走行中においても、エンジン１の出力によって蓄電要素７への充電することが可能になる。
【００２６】
この場合、動力伝達機構５とモータジェネレータ２の入出力軸２１を断続する第２クラッチ６０を備えるので、必要に応じてモータジェネレータ２を車両の駆動系から切り離すことが可能となる。エンジン１の出力のみで走行する場合、モータジェネレータ２の運転停止時において、第２クラッチ６０を切断することにより、モータジェネレータ２の慣性質量やフリクションの分、駆動系の負荷が軽減されることになり、エンジン１の燃費向上を促進できる。また、エンジン１の出力による走行状態においては、運転者の操作によって車速の上昇に応じて車両の変速が行われるが、第２クラッチ６０の切断により、モータジェネレータ２の慣性質量やフリクションがトランスミッション４の入力軸４１に及ばないため、シンクロ機構の負荷軽減および変速時間（シンクロ時間）の短縮化も得られる。なお、第２クラッチ６０は、トランスミッション４の入力軸４１と動力伝達機構５との間に介装するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステム概要図である。
【図２】同じくシステムの動作説明図である。
【図３】同じくシステムの動作説明図である。
【図４】同じくシステムの動作説明図である。
【図５】同じくシステムの動作説明図である。
【図６】同じくシステムの動作説明図である。
【図７】同じくシステムの動作説明図である。
【図８】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図９】同じく制御内容を説明する特性図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  モータジェネレータ
３  第１クラッチ
４  トランスミッション
５  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  エンジンの出力軸
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の入出力軸
２３  チェンジレバーユニット
２６  ブレーキセンサ
４１  トランスミッションの入力軸
４２  トランスミッションの出力軸
４４  トランスミッションの出力回転センサ
５４  動力伝達機構のギヤ回転センサ
６０  第２クラッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003940260.tif 000008
【図８】
0003940260.tif 000009
【図９】
0003940260.tif 000010