| 【発明の名称】 |
ハイブリッド駆動システム |
| 【発明者】 |
【氏名】山田 淳
【氏名】山田 良昭
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| 【要約】 |
【課題】発電機３を駆動するエンジン１と、発電機３によりコンバータ４を介して充電される電池２１と、電池２１および発電機３を電源にインバータ１２を介して駆動される車両走行用の電動機５，６と、電動機５，６の出力を車輪８へ伝達する駆動系装置１３と、を備える車両において、電動機５，６の出力特性を変えず、かつ変速機を用いることなく、車両に必要な最高速度と最大駆動力を容易に確保できるようにする。
【解決手段】エンジン１と車両の駆動系装置１３とに発電機３を選択的に連結する補助動力の伝達機構２３と、車速を検出する手段１９と、車両の要求駆動力を検出する手段２０と、これらの検出信号に基づいて車速が電動機５，６の定出力領域へ移行する所定値以下の低速領域で車両の要求駆動力が電動機５，６の最大トルク以上のときに発電機３を電動機として作動させるように発電機３のコンバータ４および補助動力の伝達機構２３を制御する手段１８と、を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】発電機を駆動するエンジンと、発電機によりコンバータを介して充電される電池と、電池および発電機を電源にインバータを介して駆動される車両走行用の電動機と、電動機の出力を車輪へ伝達する駆動系装置と、を備える車両において、エンジンと車両の駆動系装置とに発電機を選択的に連結する補助動力の伝達機構と、車速を検出する手段と、車両の要求駆動力を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速が電動機の定出力領域へ移行する所定値以下の低速領域で車両の要求駆動力が電動機の最大トルク以上のときに発電機を電動機として作動させるように発電機のコンバータおよび補助動力の伝達機構を制御する手段と、を設けたことを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項２】発電機を駆動するエンジンと、発電機によりコンバータを介して充電される電池と、電池および発電機を電源にインバータを介して駆動される車両走行用の電動機と、電動機の出力を車輪に伝達する駆動系装置と、を備える車両において、発電機と車両の駆動系装置とにエンジンを選択的に連結する補助動力の伝達機構と、車速を検出する手段と、車両の要求駆動力を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速が電動機の定出力領域へ移行する所定値以下の低速領域で車両の要求駆動力が電動機の最大トルク以上のときにエンジンの出力を車両の駆動系装置に伝えるように補助動力の伝達機構を制御する手段と、を設けたことを特徴とするハイブリッド駆動システム。
【請求項３】補助動力の伝達機構は、逆転機構を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド駆動システム。
【請求項４】補助動力の伝達機構は、無段変速機を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド駆動システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両のハイブリッド駆動システムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両の排気エミッションを改善するため、エンジンと電動モータを組み合わせるハイブリッド駆動システムとして、エンジンで発電機のみを駆動し、発電された電力をバッテリの充電と電動機の駆動に用い、車両の駆動力については電動機の出力にのみ依存するタイプのものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなハイブリッド駆動システムでは、電動機の定出力で運転できる回転速度範囲が限られるため、変速機を用いないと、車両に必要な最大駆動力と最高速度を両立させにくいという問題があった。なお、特開平９ー１５４２０４号公報には、バッテリの充電率が十分に高い状態においても、車両の要求駆動力に対し電動機の出力が不足する場合、発電機を駆動するようにしたものが開示されているが、バッテリから電動機への電力に発電機からの電力がプラスされても、電動機の出力性能（最大トルク）を越える駆動力は得られない。
【０００４】この発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、電動機の出力特性を変えず、かつ変速機を用いることなく、車両に必要な最高速度と最大駆動力を確保できるハイブリッド駆動システムの提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】第１の発明では、発電機を駆動するエンジンと、発電機によりコンバータを介して充電される電池と、電池および発電機を電源にインバータを介して駆動される車両走行用の電動機と、電動機の出力を車輪へ伝達する駆動系装置と、を備える車両において、エンジンと車両の駆動系装置とに発電機を選択的に連結する補助動力の伝達機構と、車速を検出する手段と、車両の要求駆動力を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速が電動機の定出力領域へ移行する所定値以下の低速領域で車両の要求駆動力が電動機の最大トルク以上のときに発電機を電動機として作動するように発電機のコンバータおよび補助動力の伝達機構を制御する手段と、を設ける。
【０００６】第２の発明では、発電機を駆動するエンジンと、発電機によりコンバータを介して充電される電池と、電池および発電機を電源にインバータを介して駆動される車両走行用の電動機と、電動機の出力を車輪に伝達する駆動系装置と、を備える車両において、発電機と車両の駆動系装置とにエンジンを選択的に連結する補助動力の伝達機構と、車速を検出する手段と、車両の要求駆動力を検出する手段と、これらの検出信号に基づいて車速が電動機の定出力領域へ移行する所定値以下の低速領域で車両の要求駆動力が電動機の最大トルク以上のときにエンジンの出力を車両の駆動系装置に伝えるように補助動力の伝達機構を制御する手段と、を設ける。
【０００７】第３の発明では、第１の発明または第２の発明における補助動力の伝達機構は、逆転機構を備える。
【０００８】第４の発明では、第１の発明または第２の発明における補助動力の伝達機構は、無段変速機を備える。
【０００９】
【発明の効果】第１の発明では、電動機の出力は駆動系装置（動力伝達経路を構成する）を介して車輪（駆動輪）に伝達される。車速が所定値以下の低速領域においては、車両の要求駆動力が電動機の最大トルクを越えると、発電機が電動機として作動するようにコンバータおよび補助動力の伝達機構が制御される。これにより、発電機の出力は駆動系装置に伝達され、車両の駆動力として電動機の出力にプラスされるため、電動機の最大トルクを越える駆動力が得られる。この結果、駆動系装置の総減速比は、従前と同じく車両に必要な最高速度が出せるように設定する一方、既述のように発電機を電動機として作動させることにより、電動機の出力特性を変えず、かつ変速機を用いることなく、必要な最大駆動力の確保も可能になる。
【００１０】第２の発明においては、電動機の出力は駆動系装置（動力伝達経路を構成する）を介して車輪（駆動輪）に伝達される。車速が所定値以下の低速領域においては、車両の要求駆動力が電動機の最大トルクを越えると、エンジンの出力を駆動系装置に伝えるように補助動力の伝達機構が制御される。これにより、車両の駆動力として電動機の出力にエンジンの出力もプラスされるため、電動機の最大トルクを越える駆動力が得られる。この結果、駆動系装置の総減速比は、従前と同じく車両に必要な最高速度が出せるように設定する一方、既述のように発電機を電動機として作動させることにより、電動機の出力特性を変えず、かつ変速機を用いることなく、必要な最大駆動力の確保も可能になる。
【００１１】第３の発明においては、車両の前進時だけでなく、後退時にも電動機の最大トルクを越える駆動力が得られる。
【００１２】第４の発明においては、補助動力の伝達時に無段変速機を介してエネルギ効率の最良点付近で発電機またはエンジンを運転させることが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１において、１は発電用のエンジンであり、その出力軸に増速機２を介して発電機３の駆動軸が連結される。発電機３で発電される交流電力はコンバータ４を介して直流電力に変換され、バッテリ２１（電池）の充電や電動機５，６の駆動に供給される。
【００１４】７は駆動輪８の車軸（アクスル）であり、その中間部にデファレンシャル９が介装される。デファレンシャル９のドライブピニオンにプロペラシャフト１０を介して減速機１１の出力軸が連結される。
【００１５】減速機１１には１つの出力軸を挟む２つの入力軸が設けられ、これらのそれぞれに電動機５，６が連結される。そして、各入力軸と出力軸との間に同じ歯数比でかみ合う歯車１１ａ，１１ｂが介装される。
【００１６】電動機５，６はインバータ１２から交流電力を受けると駆動される。その出力は減速機１１、プロペラシャフト１０、デファレンシャル９、アクスル７を介して車輪８へ伝達される。つまり、減速機１１，プロペラシャフト１０，デファレンシャル９，アクスル７が電動機５，６の出力を車輪８へ伝える駆動系装置１３（動力伝達機構）を構成する。
【００１７】増速機２はエンジン１側の入力軸と発電機３側の出力軸との間に所定の歯数比でかみ合う歯車２ａ，２ｂを介装したものであり、その入力軸に補助動力の伝達機構２３を構成するものとして補助プロペラシャフト１４の一端が連結される。また、入力軸の歯車２ａを挟む前後にクラッチ１５，１６が介装され、補助プロペラシャフト１４の他端は傘歯車１７ａ，１７ｂを介して減速機１１の一方の入力軸に連結される。
【００１８】クラッチ１５，１６および発電機３のコンバータ４を電動機５，６のインバータ１２とともに制御するコントローラ１８が設けられ、車両の走行速度（車速）を検出する車速センサ１９と、アクセルペダルの踏み量を検出するアクセル開度センサ２０と、バッテリ２１の充電状態を検出する手段（図示せず）と、を備える。
【００１９】コンバータ４はコントローラ１８からの信号により、発電機３で発電される交流電力をバッテリ２１やインバータ１２への直流電力に変換する発電モードと、バッテリ２１の直流電力を発電機３への交流電力に変換する電動モードと、に切り替えられる。
【００２０】クラッチ１５，１６はコントローラ１８からの信号により、コンバータ４の発電モード時にエンジン１の出力を補助プロペラシャフト１４へ伝達せず、増速機２を介して発電機３に入力する一方、コンバータ４の電動モード時はエンジン１から発電機３を切り離し、電動機として運転される発電機３の出力を補助プロペラシャフト１４へ伝達するように制御される。
【００２１】図２において、Ａはバッテリ２１の与え得る最高出力ライン、Ｂは電動機５，６の最高出力ラインであり、電動機５，６はその容量（最大トルク）との関係から、車速が所定値Ｐ以下の低速領域では定トルク運転に制御される。また、電動機５，６の定出力領域（車速が所定値を越える中高速域）では、バッテリ２１のみを電源に駆動される場合、バッテリ２１の最高出力ラインＡに沿う駆動力を発生させる一方、バッテリ２１および発電機３を電源に駆動されると、発電機３の電力増加分（右上がり斜線領域Ｃ）だけ駆動力を高められるように設定される。
【００２２】図３はコントローラ１８の制御内容を説明するフローチャートであり、キースイッチのオンで起動される。ステップ１で車速センサ１９の検出信号に基づいて電動機５，６の運転領域を判定する。定出力領域のときは、ステップ６へ飛び、クラッチ１５をオン（接続）するとともにクラッチ１６をオフ（切断）する一方、コンバータ４を発電モードに切り替える。
【００２３】エンジン１の出力はクラッチ１５および増速機２を介して発電機３に入力され、補助プロペラシャフト１４へは伝達されない。発電機３で発電される交流電力はコンバータ４を介して直流電力に変換される。
【００２４】ステップ７では、車速センサ１９の検出信号とアクセル開度センサ２０の検出信号とに基づいて、電動機５，６の所要電力（車速とアクセル開度との積で求められる）を計算し、その計算値がバッテリ２１の最高出力ラインＡ（図２参照）以下のときは、ステップ８でバッテリ２１の充電状態に応じてエンジン１で発電機３を駆動する一方、ステップ９でバッテリ２１のみで電動機５，６を運転するようにインバータ１２を制御する。発電された電力量は、バッテリ２１に充電される。
【００２５】電動機５，６の所要電力がバッテリ２１の最高出力ラインＡを越えるときは、ステップ７からステップ１０へ飛び、不足電力をエンジン１で発電機３を駆動するとともに、ステップ１１で電動機５，６をその最高出力ラインＢ（図２参照）を越えない範囲で運転するようにインバータ１２を制御する。
【００２６】電動機５，６の定トルク領域のときは、ステップ１からステップ２へ進み、バッテリ２１のみを電源にする。そして、ステップ３において、アクセル開度センサ２０の検出信号から要求駆動力（アクセル開度）の大きさを判定する。
【００２７】要求駆動力が電動機５，６の最大トルク以下のときは、ステップ３からステップ８へ飛び、バッテリ２１の充電状態に応じてエンジン１で発電機３を駆動する一方、ステップ９でバッテリ２１のみで電動機５，６を運転するようにインバータ１２を制御する。
【００２８】要求駆動力が電動機５，６の最大トルクを越えるときは、ステップ４でクラッチ１５をオフするとともにクラッチ１６をオンする一方、ステップ５で発電機３を電動機として運転するよう、コンバータ４を電動モードに切り替える。バッテリ２１を電源に発電機３は駆動され、その出力は歯車２ａ，２ｂ、クラッチ１６、補助プロペラシャフト１４、傘歯車１７ａ，１７ｂを介して駆動系装置１３の減速機１１に伝達される。
【００２９】このような構成により、車速が所定値以下の低速領域においては、車両の要求駆動力が電動機５，６の最大トルクを越えると、発電機３が電動機として運転され、その出力が電動機５，６の出力にプラスされるため、電動機５，６の最大トルクを越える駆動力が得られる。
【００３０】図２の右下がり斜線領域Ｄが発電機３の補助動力による駆動力の増加分を表す。なお、発電機３はバッテリ２１の電力量で駆動されるため、最大駆動力がバッテリ２１の最高出力ラインＡを越えるようなことはない。
【００３１】駆動系装置１３の総減速比は、従前と同じく車両に必要な最高速度が出せるように設定する一方、既述のように発電機３から駆動系装置１３への補助動力が得られるようにすると、電動機５，６の出力特性を変えず、かつ変速機を用いることなく、必要な最大駆動力を容易に確保できる。
【００３２】図４の実施形態では、車両の前進時だけでなく、後退時にも発電機３の補助動力で電動機５，６の最大トルクを越える駆動力が得られるよう、補助動力の伝達機構２３（この場合、補助プロペラシャフト１４と増速機１１との中間）に逆転機構２５が設けられる。
【００３３】逆転機構２５としては、公知の変速機のリバースへの切り替え機構と同じものが採用される。詳しい説明は省略するが、アクチュエータでドグクラッチ付きのスライディグ・ギヤを選択的に変位させることにより、入力回転をそのまま伝達することだけでなく、逆転して伝達することも可能になっている。
【００３４】図示しないが、逆転機構と直列に無段変速機（たとえば、ＣＶＴまたはトルクコンバータ）を介装すると、エネルギ効率の最良点付近で発電機３を電動機として運転できる。なお、図１と同じ部品に同じ符号を付ける。
【００３５】図１において、発電機３を電動機として作動させるときにエンジン１を運転して両方のクラッチ１５，１６をオンすると、エンジン１の出力も補助動力として駆動系装置１３に伝達できる。また、発電機３と増速機２との間を断続するクラッチを追加すると、発電機３の出力のみを伝達する場合と、エンジン１の出力のみを伝達する場合と、発電機３の出力とエンジン１の出力との両方を伝達する場合と、の３段階に補助動力を制御することも可能になる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９０８
【氏名又は名称】日産ディーゼル工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）３月１９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２７５７１０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１０月８日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−６９６４５ |
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