JP2016088385A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータを大型化することなく、ＥＶ走行時の走行性能をより向上させる。
【解決手段】ハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、入力軸３１に回転子が接続されたモータＭＧ１と、出力軸３２に回転子が接続されたモータＭＧ２と、入力軸３１と出力軸３２とを継断するクラッチＣＬ１と、エンジン２２のクランクシャフト２６と入力軸３１とを継断するクラッチＣＬ２とを備える。これにより、ＥＶ走行モードとして、モータＭＧ２からの駆動力を出力軸３２に出力可能な１モータＥＶモードに加えて、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の双方からの駆動力を出力軸３２に出力可能な２モータＥＶモードも選択することが可能となる。この結果、モータＭＧ２を大型化することなく、ＥＶ走行モード時の走行性能をより向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車に関し、詳しくは、エンジンと、第１モータと、第２モータと、バッテリと、クラッチとを備えるハイブリッド車に関する。

従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンと、エンジン軸（入力軸）にモータ軸が機械的に接続された第１モータと、車軸に連結されたカウンタ軸（出力軸）にモータ軸が機械的に接続された第２モータと、エンジン軸（入力軸）とカウンタ軸（出力軸）とを継断してエンジン軸の動力をカウンタ軸に伝達可能なクラッチと、第１モータおよび第２モータと電力をやり取りするバッテリと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８４９９１号公報

上述したハイブリッド車では、クラッチの係合と解放とを切り替えることにより複数の走行モードの中から１つを選択して走行する。ここで、ハイブリッド車が選択可能な走行モードとしては、パラレルＨＶモードと、シリーズＨＶモードと、ＥＶモードとがある。パラレルＨＶモードは、クラッチを係合することにより選択することができ、エンジンと第１モータと第２モータとを出力軸に接続してエンジンと第１モータと第２モータからの駆動力を出力軸に出力可能なモードである。シリーズＨＶモードは、クラッチを解放することにより選択することができ、出力軸からエンジンと第１モータとを切り離してエンジンの動力を用いて第１モータで発電すると共に発電した電力を用いて第２モータからの駆動力を出力軸に出力可能なモードである。また、ＥＶモードは、クラッチを解放することにより選択することができ、エンジンの運転を停止し、バッテリからの電力を用いて第２モータからの駆動力を出力軸に出力可能なモードである。

しかしながら、上述したハイブリッド車は、ＥＶモード時には、２つのモータを有していながら、第２モータからしか出力軸に駆動力を出力することができない。このため、ＥＶモード時の走行性能を確保するためには、第２モータを大型化する必要が生じる。第２モータを大型化すると、特に、軽負荷時に第２モータの動作点が効率の高い領域から外れやすくなり、第２モータの効率が悪化し、ひいては車両全体の効率が悪化してしまう。

本発明のハイブリッド車は、モータを大型化することなく、ＥＶモード時の走行性能をより向上させることを主目的とする。

本発明のハイブリッド車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車は、
入力軸に動力を出力可能なエンジンと、前記入力軸にモータ軸が機械的に接続された第１モータと、車軸に連結された出力軸にモータ軸が機械的に接続された第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取りするバッテリと、前記入力軸と前記出力軸とを継断して該入力軸の動力を該出力軸に伝達可能な第１クラッチと、を備えるハイブリッド車であって、
前記エンジンのエンジン軸と前記入力軸とを継断する第２クラッチ
を備えることを要旨とする。

この本発明のハイブリッド車では、エンジンと、入力軸に機械的に接続された第１モータと、車軸に連結された出力軸に機械的に接続された第２モータと、を備えるものにおいて、入力軸と出力軸とを継断する第１クラッチと、エンジン軸と入力軸とを継断する第２クラッチとを設ける。これにより、第１クラッチを係合し第２クラッチを解放することで、エンジン軸を入力軸から切り離して、第１モータと第２モータの双方からの駆動力を出力軸に出力可能な２モータＥＶモードを実現することができる。これにより、第２クラッチを備えない構成、即ちエンジン軸と入力軸とが直結されたハイブリッド車のようにＥＶモード時に第２モータからしか出力軸に駆動力を出力できないものに比して、出力軸に出力可能な最大駆動力を高めることができる。この結果、第２モータを大型化することなく、ＥＶモード時の走行性能をより向上させることができる。ここで、「クラッチ」には、摩擦クラッチや噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）、電磁クラッチなどが含まれる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 クラッチＣＬ１，ＣＬ２の係合状態と走行モードとの対応関係を示す説明図である。 シリーズＨＶモードと２モータＥＶモードと１モータＥＶモードの各駆動力線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、動力伝達機構３０と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されており、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御される。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサ、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。

動力伝達機構３０は、入力軸３１と出力軸３２とがクラッチＣＬ１を内蔵するベルト機構３３を介して接続され、入力軸３１に入力された動力が出力軸３２に伝達するよう構成されている。入力軸３１には、エンジン２２のクランクシャフト２６がクラッチＣＬ２を介して接続されると共にモータＭＧ１の回転子４３ａがギヤ機構３４を介して接続されている。これにより、クラッチＣＬ２を係合した場合、エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転子４３ａとが機械的に接続され、モータＭＧ１の回転子４３ａは、エンジン２２の回転数に比例した回転数で回転することなる。また、入力軸３１には、ギヤ機構３５を介してオイルポンプ３８も接続されている。尚、オイルポンプ３８により圧送されるオイルは、動力伝達機構３０の各部（ギヤ機構やクラッチ）の潤滑や冷却に用いられる。また、出力軸３２には、ギヤ機構３６を介してモータＭＧ２の回転子４４ａが接続されると共にデファレンシャルギヤ６２を介して駆動輪６４ａ，６４ｂに連結された車軸６３ａ，６３ｂが接続されている。

クラッチＣＬ１は、本実施例では、湿式摩擦クラッチとして構成されており、入力軸３１と出力軸３２との継断を行なう。また、クラッチＣＬ２は、本実施例では、湿式摩擦クラッチとして構成されており、エンジン２２のクランクシャフト２６と入力軸３１との継断を行なう。

モータＭＧ１は、例えば永久磁石が貼り付けられた回転子（ロータおよびロータシャフト）４３ａと三相コイルが巻回された固定子（ステータ）４３ｂとを備える同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子４３ａ（ロータシャフト）が動力伝達機構３０の入力軸３１に機械的に接続されている。モータＭＧ２は、例えば永久磁石が貼り付けられた回転子（ロータおよびロータシャフト）４４ａと三相コイルが巻回された固定子（ステータ）４４ｂとを備える同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子４４ａ（ロータシャフト）が出力軸３２に機械的に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０でインバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子がスイッチング制御されることによって、バッテリ５０からの直流電力が三相交流電力に変換されて三相コイルへ供給されることにより駆動する。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子４３ａ，４４ａの回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力ポートを介して入力されている。また、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されてインバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりをする。バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算している。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信可能に接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、アクセルペダル８３の踏み込み量と車速Ｖとに基づいて走行に要求される要求トルクを設定し、設定した要求トルクに見合う駆動力が出力軸３２に出力されるように、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の係合状態を切り替えて走行モードを選択し、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とを運転制御する。図２に、クラッチＣＬ１，ＣＬ２の係合状態と走行モードとの対応関係の一例を示す。実施例のハイブリッド自動車２０が選択可能な走行モードとしては、１モータＥＶモード（ＥＶ１）と、２モータＥＶモード（ＥＶ２）と、シリーズＨＶモード（ＨＶ１）と、パラレルＨＶモード（ＨＶ２）と、シリーズパラレルＨＶモード（ＨＶ３）とがある。

１モータＥＶモード（ＥＶ１）は、クラッチＣＬ１を解放すると共にクラッチＣＬ２を係合することにより選択することができ、エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転子４３ａとが出力軸３２から切り離された状態となる。１モータＥＶモードの運転制御は、エンジン２２とモータＭＧ１の運転を停止し、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ２から要求トルクに見合う駆動力を出力軸３２に出力するよう運転制御することにより行われる。

２モータＥＶモード（ＥＶ２）は、クラッチＣＬ１を係合すると共にクラッチＣＬ２を解放することにより選択することができ、エンジン２２のクランクシャフト２６が入力軸３１から切り離されると共にモータＭＧ１の回転子４３ａが出力軸３２に接続された状態となる。２モータＥＶモードの運転制御は、エンジン２２の運転を停止し、バッテリ５０からの電力を用いてモータＭＧ１からの駆動力とモータＭＧ２からの駆動力とにより要求トルクに見合う駆動力を出力軸３２に出力するよう運転制御することにより行われる。

シリーズＨＶモード（ＨＶ１）は、クラッチＣＬ１を解放すると共にクラッチＣＬ２を係合することにより選択することができ、エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転子４３ａとが出力軸３２から切り離されると共にエンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転子４３ａとが接続された状態となる。シリーズＨＶモードの運転制御は、エンジン２２が効率よく動力を出力可能な動作点で運転されると共にエンジン２２からの動力によりモータＭＧ１が発電するよう運転制御し、モータＭＧ１が発電した電力とバッテリ５０からの電力とを用いてモータＭＧ２から要求トルクに見合う駆動力を出力軸３２に出力するよう運転制御することにより行われる。

パラレルＨＶモード（ＨＶ２）は、クラッチＣＬ１およびクラッチＣＬ２を共に係合することにより選択することができ、エンジン２２のクランクシャフト２６とモータＭＧ１の回転子４３ａとが出力軸３２に接続された状態となる。パラレルＨＶモードの運転制御は、モータＭＧ１の運転を停止し、エンジン２２からの動力に必要に応じてモータＭＧ２からの駆動力を付加して要求トルクに見合う駆動力を出力軸３２に出力するよう運転制御することにより行われる。また、蓄電割合ＳＯＣの低下によってバッテリ５０の充電が要求されている場合には、要求トルクにより走行するために必要な動力とバッテリ５０を充電するために必要な動力との和の動力がエンジン２２から出力されると共に、エンジン２２から出力された動力の一部を用いてモータＭＧ１もしくはモータＭＧ２が発電してバッテリ５０を充電するよう運転制御する。

シリーズパラレルＨＶモード（ＨＶ３）は、パラレルＨＶモードと同様に、クラッチＣＬ１およびクラッチＣＬ２を共に係合することにより選択することができる。シリーズパラレルＨＶモードの運転制御は、エンジン２２からの動力の一部を用いてモータＭＧ１が発電すると共に残余の動力に基づく駆動力を出力軸３２に出力し、モータＭＧ１が発電した電力を用いてモータＭＧ２から出力される駆動力とエンジン２２からの残余の駆動力とにより要求トルクに見合う駆動力を出力軸３２に出力するよう運転制御するモードである。

図３は、シリーズＨＶモードと２モータＥＶモードと１モータＥＶモードの各駆動力線図の一例を示す説明図である。尚、図３は、前進方向の駆動力の一例を示す。後進方向の駆動力線図については駆動力の符号が異なる点を除いて図３と同様であり、パラレルＨＶモードやシリーズパラレルＨＶモードの各駆動力線図については本発明の要旨をなさないため省略した。シリーズＨＶモードは、上述したように、エンジン２２からの動力によりモータＭＧ１で発電した電力とバッテリ５０の電力とを用いてモータＭＧ２から駆動力を出力するモードであるから、最大出力はエンジン出力とバッテリ出力の和の出力となり、最大トルクはモータＭＧ２の最大トルクとなる。１モータＥＶモードは、上述したように、エンジン２２とモータＭＧ１の運転を停止し、バッテリ５０の電力を用いてモータＭＧ２から駆動力を出力するモードであるから、最大出力はバッテリ出力となり、最大トルクはモータＭＧ２の最大トルクとなる。また、２モータＥＶモードは、上述したように、エンジン２２の運転を停止し、バッテリ５０の電力を用いてモータＭＧ１からの駆動力とモータＭＧ２からの駆動力とを出力するモードであるから、最大出力はバッテリ出力となり、最大トルクはモータＭＧ１の最大トルクとモータＭＧ２の最大トルクとの和のトルクとなる。

このように、２モータＥＶモードは、最大出力が１モータＥＶモードと同じであり、最大トルクが１モータＥＶモードよりも高いモードとなる。即ち、２モータＥＶモードは、１モータＥＶモードに比して、ＥＶ走行でカバーできる走行領域（図３中のハッチング領域で示す低回転数高トルク域）が拡大される。ここで、１モータＥＶモードも、２モータＥＶモードと同様に、モータＭＧ１の回転子４３ａが出力軸３２に接続されているから、モータＭＧ１からの駆動力も出力軸３２に出力可能であるが、モータＭＧ１の回転子４３ａがエンジン２２のクランクシャフト２６に機械的に接続されているため、引き摺りによる損失が大きく、効率が極端に悪くなる。また、パラレルＨＶモードは、上述したように、エンジンからの駆動力とモータＭＧ２からの駆動力とを出力軸３２に出力可能であるが、エンジン２２のクランクシャフト２６と出力軸３２（車軸６３ａ，６３ｂ）が機械的に接続されるから、発進時などの低車速域で選択することはできない。したがって、２モータＥＶモードを選択可能とすることにより、低車速域での最大駆動力を高くすることができ、車両の走行性能、例えば、発進性能や登坂性能、段差乗り越え性能をより向上させることができる。また、２モータＥＶモードを追加することにより走行モードの選択の幅が広がるため、各走行モードのうち走行状態に基づいて最も効率の良い走行モードを選択することにより、燃費（電費）をより向上させることが可能となる。さらに、２モータＥＶモードは、上述したように、エンジン２２のクランクシャフト２６と入力軸３１との間にクラッチＣＬ２を設ければよいから、比較的簡易な構成により実現することができる。

以上説明した本実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、入力軸３１に回転子４３ａが接続されたモータＭＧ１と、車軸６３ａ，６３ｂに連結された出力軸３２に回転子４４ａが接続されたモータＭＧ２と、入力軸３１と出力軸３２とを継断して入力軸３１の動力を出力軸３２に伝達可能なクラッチＣＬ１と、エンジン２２のクランクシャフト２６と入力軸３１とを継断するクラッチＣＬ２とを備える。これにより、クラッチＣＬ２を追加するだけで、ＥＶ走行モードとして、モータＭＧ２から出力軸３２に駆動力を出力可能な１モータＥＶモードに加えて、モータＭＧ１およびモータＭＧ２の双方から出力軸３２に駆動力を出力可能な２モータＥＶモードも選択することが可能となる。この結果、モータＭＧ２を大型化することなく、ＥＶ走行モード時の走行性能をより向上させることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、クラッチＣＬ１，ＣＬ２を湿式摩擦クラッチにより構成するものとしたが、これに限定されるものではなく、乾式摩擦クラッチや噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）、電磁クラッチなど、如何なるタイプのクラッチを採用するものとしてもよい。図４に、クラッチＣＬ１，ＣＬ２を噛み合いクラッチ（ドグクラッチ）により構成した変形例のハイブリッド自動車２０Ｂの概略構成図を示す。この変形例のハイブリッド自動車２０Ｂでは、図４に示すように、クラッチＣＬ１は、入力軸３１のベルト機構３３とギヤ機構３４との間に設けられ、クラッチＣＬ２は、入力軸３１のギヤ機構３４とギヤ機構３５との間に設けられている。

また、実施例のハイブリッド自動車２０では、オイルポンプ３８を入力軸３１に機械的に接続するものとしたが、これに限定されるものではなく、モータＭＧ１の回転子４３ａに機械的に接続するものとしてもよいし、出力軸３２に機械的に接続するものとしてもよい。また、オイルポンプ３８を、電動式ポンプとして構成することにより、動力伝達機構３０から切り離すものとしてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何など限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、３０ 動力伝達機構、３１ 入力軸、３２ 出力軸、３３ ベルト機構、３４，３５，３６ ギヤ機構、３８、オイルポンプ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３ａ，４４ａ 回転子、４３ｂ，４４ｂ 固定子、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 車軸、６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ、ＣＬ１，ＣＬ２ クラッチ。

Claims (1)

1. 入力軸に動力を出力可能なエンジンと、前記入力軸にモータ軸が機械的に接続された第１モータと、車軸に連結された出力軸にモータ軸が機械的に接続された第２モータと、前記第１モータおよび前記第２モータと電力をやり取りするバッテリと、前記入力軸と前記出力軸とを継断して該入力軸の動力を該出力軸に伝達可能な第１クラッチと、を備えるハイブリッド車であって、
   前記エンジンのエンジン軸と前記入力軸とを継断する第２クラッチ
   を備えることを特徴とするハイブリッド車。

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