ハイブリッド車両

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【発明の名称】	ハイブリッド車両
【発明者】	【氏名】北田真一郎【氏名】内田正明【氏名】服部昇【氏名】菊池俊雄【氏名】金子雄太郎
【要約】	【課題】シリーズハイブリッド車両のコストを低減し、シリーズハイブリッド車両の普及を容易にする。【解決手段】エンジン１と、エンジン１の出力軸１ａに連結される第１回転電機５と、第１回転電機５と電気的に接続されると共に車両の駆動輪３に連結される第２回転電機６とを備えるハイブリッド車両において、第１回転電機５の最大発電電力と第２回転電機６の最大出力とを略等しく設定する。

【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る第１回転電機と、前記第１回転電機と電気的に接続されると共に車両の駆動輪に連結される第２回転電機と、を備えるハイブリッド車両において、前記第１回転電機の最大発電電力と前記第２回転電機の最大出力とを略等しく設定することを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】前記第１回転電機と前記第２回転電機との間で電力の授受を行なう異なる仕様の蓄電装置を搭載可能とした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】前記第１回転電機と第２回転電機とが単一のケース内に収納されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用駆動力伝達装置。
【請求項４】同一仕様のエンジンと、前記エンジンの出力軸に連結される同一仕様の第１回転電機と、前記第１回転電機と電気的に接続されると共に車両の駆動輪に連結される同一仕様の第２回転電機と、を備え、前記第１回転電機と前記第２回転電機との間で電力の授受を行なう異なる仕様の蓄電装置を搭載した複数の車種からなるハイブリッド車両群。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の動力源を搭載したハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動モータによって車両を駆動する電気自動車の航続距離を延ばす方策として、車両にエンジンと発電機を搭載し、車載されたバッテリを充電しながら走行するいわゆるシリーズハイブリッド車両が公知である。このようなシリーズハイブリッド車両では、バッテリの充電状態が十分であるときはエンジンを停止状態とし、バッテリの充電状態が不足し始めるとエンジンを運転して発電機を駆動するのが一般的である。この場合、エンジンは基本的に定格で運転されるので、比較的小さい出力のエンジンが使用され、それと同時に、発電機もエンジン出力に見合うだけの比較的小さい発電能力のものが使用される。すなわち、従来のシリーズハイブリッド車両では、エンジンと発電機を小型化することで車両コストの増加を抑えるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のようなシリーズハイブリッド車両は、他の一般的な車両、すなわち、機械式トランスミッションを搭載する車両とは全く異なる仕様のエンジンを必要とし、特別仕様のエンジンを少量生産することのデメリットが大きくなる。また、異なる特性を有するシリーズハイブリッド車両を複数種用意しようとする場合、それぞれの特性に合ったエンジンと発電機とを用意することになり、シリーズハイブリッド車両のコスト低減はさらに困難となる。
【０００４】本発明は、かかる従来の課題に鑑みなされたものであり、量産効果によってシリーズハイブリッド車両のコストを低減し、シリーズハイブリッド車両の普及を容易にすることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１の発明では、エンジンと、前記エンジンの出力軸に連結される第１回転電機と、前記第１回転電機と電気的に接続されると共に車両の駆動輪に連結される第２回転電機と、を備えるハイブリッド車両において、前記第１回転電機の最大発電電力と前記第２回転電機の最大出力とを略等しく設定することを特徴としている。
【０００６】また、請求項２の発明では、前記第１回転電機と前記第２回転電機との間で電力の授受を行なう異なる仕様の蓄電装置を搭載可能としたことを特徴としている。
【０００７】かかる構成によれば、主に車両駆動力を発生する第２回転電機の最大出力と主に発電を行う第１回転電機の最大発電電力とが略等しいので、２つの回転電機の間に介装する蓄電装置の蓄電状態に関わらず、車両を最大出力で駆動する（第２回転電機に最大出力を発揮させる）ことが常に可能となり、蓄電装置の容量や最大出力をいかようにも設定することができる。例えば、蓄電装置を車両に搭載しないようにしたり、容量や最大出力が極めて小さい蓄電装置を搭載することもできる。これは、第１回転電機と第２回転電機のセットを単なる変速機として使用することを意味しており、機械式トランスミッションを搭載していた車両をこのようなシリーズハイブリッド車両で代替することが可能である。一方、この車両に比較的大容量で最大出力も大きい蓄電装置を搭載すれば、従来のシリーズハイブリッド車両と同様の燃費改善効果を得ることができる。さらに、搭載する蓄電装置の容量と最大出力とを異ならせることにより、シリーズハイブリッド車両の特性を容易に変更することが可能となる。結局、従来の機械式トランスミッション搭載車両に相当する車両と燃費改善効果を狙ったいわゆるシリーズハイブリッド車両とを同一仕様のエンジンと回転電機を使用して用意することが可能となり、燃費改善のために必要となるコスト増加を蓄電装置搭載のためのコスト増加だけに抑制することができる。
【０００８】また、請求項３の発明では、前記第１回転電機と第２回転電機とが単一のケース内に収納されていることを特徴としている。
【０００９】かかる構成によれば、第１回転電機と第２回転電機とが収納されたケースを従来の機械式トランスミッションユニットと同様に扱うことが可能となり、車両製造工程の大幅な変更を避けることができる。また、蓄電装置の有無や容量に応じてケース形状を変更する必要はないので、全ての車種でケースを共用化することも可能であり、さらにはケースが取付けられる車両側の構造も全ての車種で共通となることから、さらなるコスト低減を図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１から図３を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】図１は従来の機械式トランスミッション搭載車両に相当する特性を有するハイブリッド車両（車種Ａ）の駆動系を示す図である。
【００１２】図１において、エンジン１の出力軸１ａは電気式トランスミッション２の入力軸２ａに連結されており、電気式トランスミッション２の出力軸２ｂはファイナルギヤ等を介して車両の駆動輪３に連結されている。
【００１３】電気式トランスミッション２は、ケース４内に第１回転電機５と第２回転電機６を収納し、第１回転電機５のロータ回転軸を入力軸２ａに、第２回転電機６のロータ回転軸を出力軸２ｂにしたものである。これらの回転電機は、ロータ回転軸の回転位相に応じた３相交流電流がステータコイルを流れるようにして発電や力行を行なわせる同期電動機であり、第１回転電機５の最大発電電力と第２回転電機６の最大出力とが略等しくなるよう設計されている。第１回転電機５の配線７ａと第２回転電機６の配線７ｂは、ケース４の外部へ引き出されて電流制御用のインバータ８（第１回転電機５用のインバータと第２回転電機６用のインバータとをまとめて図示している）に接続されている。すなわち、第１回転電機５と第２回転電機６とはインバータ８を介して電気的に接続されている。
【００１４】このような電気式トランスミッション２では、エンジン１の出力Ｐｅ（＝回転速度Ｎｅ×トルクＴｅ）が第１回転電機５によって電力Ｐｇに変換され、この発電電力Ｐｇがそのまま第２回転電機６に供給されて第２回転電機６の出力Ｐｍ（＝回転速度Ｎｍ×トルクＴｍ）に変換される。このとき、エンジン１の出力Ｐｅと第２回転電機６の出力Ｐｍとが等しくなり、エンジン１のトルクＴｅと第２回転電機のトルクＴｍとの間には以下の関係が成立する。
【００１５】Ｔｍ＝（Ｎｅ／Ｎｍ）×Ｔｅすなわち、電気式トランスミッション２は従来の機械式トランスミッションと同等の機能を有している。なお、実際には、第１回転電機５と第２回転電機６のエネルギ変換効率が１００％ではないので、エネルギ変換時の損失分だけＴｍがＴｅより小さくなるが、このような動力伝達時の損失は、機械式トランスミッションを使用する場合でも発生する（ギヤの噛み合い部分における摩擦損失等）ものである。
【００１６】この車両の制御は、例えば次のようにして行われる。まず、車両運転者のアクセル踏込み量と車速とに基づいて第２回転電機６の目標出力を決定し、この目標出力に応じて第１回転電機５の目標発電電力を決定し、この目標発電電力に応じてエンジン１の目標出力を決定し、この目標出力が得られるようにエンジン１の吸入空気量と燃料噴射量を制御する。第１回転電機５の最大発電電力と第２回転電機６の最大出力とを略等しく設定しておくことにより、第１回転電機５は常に第２回転電機の目標出力に見合う発電を行うことが可能となる。また、エンジン１の出力が車両運転者のアクセル踏込み量と車速とに応じたものとなるので、特殊な車両を運転している感覚を車両運転者に与えることがない。
【００１７】なお、上記の制御を行なうにはエンジン１の吸入空気量を任意に調整可能とする必要があり、電子制御スロットル装置を備えることが必須となる。ただし、アクセルペダルとエンジン１のスロットルとを機械的に連結するようにしてもよく、その場合はエンジン１の実出力に合わせて第１回転電機５の発電電力と第２回転電機６の出力とを制御する。
【００１８】図２は従来の機械式トランスミッション搭載車両と燃費改善効果を狙ったいわゆるシリーズハイブリッド車両との中間的な特性を有するハイブリッド車両（車種Ｂ）の駆動系を示す図である。
【００１９】図２において車種Ａと異なるのは、インバータ８に比較的小容量で最大出力も小さいバッテリ９が接続されている点だけであり、その他の部分は車種Ａと全く同一である。
【００２０】この車両の制御は、基本的には車種Ａの制御と同様に実施され、この状態では、バッテリ９における電力の出入りはほとんど発生しない。
【００２１】また、車両を制動する際に第２回転電機６で発電を行い、得られた電力をバッテリ９に充電しておくことが可能である。搭載するバッテリ９の容量が小さいため、制動時に回生する電力をあまり大きくすることは出来ないが、ここで回生した電力を有効に活用することで燃費を多少向上させることができる。例えば、一般的なエンジンは負荷が低いときほど熱効率が悪化するので、必要な駆動力が小さい低車速運転時にエンジン１の運転を停止してバッテリ９の電力だけで車両を駆動するようにすれば、バッテリ９の容量が小さくてもある程度の燃費改善効果を期待することができる。車速が一定以上に上昇したら第１回転電機５を力行させて容易にエンジン１を始動することができる。
【００２２】このような運転を機械式トランスミッション搭載車両で実施しようとした場合、専用の小出力回転電機を新たに開発する必要があるうえ、この回転電機を車両駆動系の適当な位置に連結する構造が必要となり、場合によっては専用のトランスミッションケースを用意することとなる。これに対し、本実施形態の車種Ｂは第１実施形態の車種Ａに小容量のバッテリ９を搭載するだけで実現可能であり、車種Ａに加えて車種Ｂを用意するための新たな開発・設備投資を最小限に抑えることができる。
【００２３】図３は燃費改善効果を狙ったいわゆるシリーズハイブリッド車両（車種Ｃ）の駆動系を示す図である。
【００２４】図３において車種Ａと異なるのは、インバータ８に比較的大容量で最大出力も大きいバッテリ９ｂが接続されている点だけであり、その他の部分は車種Ａと全く同一である。
【００２５】この車両の制御は、通常のシリーズハイブリッド車両と同じであり、例えば、車両制動時に十分な回生発電を行ってバッテリ９ｂの充電を行うと共に、バッテリ９ｂに十分な電力が蓄えられているときはエンジン１の運転を停止してバッテリ９ｂの電力だけで車両を駆動し、バッテリ９ｂの充電が必要なときは熱効率が最も良くなる運転条件でエンジン１を運転して第１回転電機５に発電を行わせる。このような運転を行うことで、最大の燃費改善効果を得ることができる。さらこの車両では、上記の制御から車種Ａと同様の制御へ制御方法を切り替えることで、バッテリ９ｂの充電状態が低くなっているときでも第２回転電機６を最大出力で運転することができる。
【００２６】この車種Ｃについても、専用の駆動系部品は大容量のバッテリ９ｂのみであり、さらにこのバッテリ９ｂを搭載するスペースさえ確保できれば、車種Ａや車種Ｂと同じ車体を使用することもできる。
【００２７】以上説明した通り、主に車両駆動力を発生する第２回転電機６の最大出力と主に発電を行う第１回転電機５の最大発電電力とを略等しくした電気式トランスミッション２を１種類だけ用意しておけば、機械式トランスミッションを搭載する従来の車両と同じ特性を有する車両から大幅な燃費改善効果を期待できる車両まで、様々な特性を有する複数の車種からなる車種群を最小限の開発コストと設備投資で提供することが可能となる。

【出願人】	【識別番号】０００００３９９７【氏名又は名称】日産自動車株式会社
【出願日】	平成１３年５月１６日（２００１．５．１６）
【代理人】
【公開番号】	特開２００２－３４５１０９（Ｐ２００２－３４５１０９Ａ）
【公開日】	平成１４年１１月２９日（２００２．１１．２９）
【出願番号】	特願２００１－１４５７１９（Ｐ２００１－１４５７１９）