| 【発明の名称】 |
車両のハイブリッドシステム |
| 【発明者】 |
【氏名】仁科 充広
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
【氏名】鈴木 祐次
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
【氏名】合田 英明
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディーゼル工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】車両のハイブリッドシステムにおいて、変速機のギヤ入れ時の回転合わせ（シンクロ）時間の短縮が図れ、シンクロ機構への負荷も大幅に軽減できるようにする。
【解決手段】車両の走行中に変速要求が発生するとクラッチを切断するか、または切断状態に保ちながら、変速機をニュートラルにセットする手段（S11〜S13）と、変速機がニュートラルにセットされると変速機の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段（S14〜S19）と、変速機がニュートラルにセットされると蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ変速機の入力側の回転速度が収束するまで回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段（S14〜S18→S20〜S24）と、を備える。 |
【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、車両の停止時に発進段へのギヤセット要求が発生するとクラッチを切断する手段と、変速機の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段と、クラッチの切断後に蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の入力側の回転速度が同期領域の０付近へ収束するまで回転電機を発電モードに制御する手段と、を備え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】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、を備える車両のハイブリッドシステムにおいて、車両の走行中に変速要求が発生するとクラッチを切断するか、または切断状態に保ちながら、変速機をニュートラルにセットする手段と、変速機がニュートラルにセットされると変速機の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段と、変速機がニュートラルにセットされると蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ変速機の入力側の回転速度が収束するまで回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段と、を備え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３】変速機がニュートラルにセットされると回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段は、変速機の出力側の回転速度の検出値と要求段のギヤ比とから変速機の入力側の目標回転速度αを求める手段と、変速機の入力側の回転速度の検出値と動力伝達機構の変速比とから回転電機の回転速度βを求める手段と、回転電機の回転速度βと変速機の入力側の目標回転速度αとの回転差（α−β）に基づいて、目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域の上限値を回転差（α−β）が上回るときは、回転電機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回転差（α−β）に応じた力行トルクを発生するように回転電機を電動モードに制御する手段と、同じく目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域の下限値を回転差（α−β）が下回るときは、回転電機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回転差（α−β）に応じた回生トルクを発生するように回転電機を発電モードに制御する手段と、を備えたことを特徴とする請求項２の記載に係る車両のハイブリッドシステム。
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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、を備えるものがある。なお、特開平１０−３０４５１３号および特開２００１−１０３６０３号において、車両のハイブリッドシステムに関連する技術内容が開示される。
【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システム（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を備える）においては、変速機の入力軸に回転電機の慣性が作用するため、変速時や発進時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機のシンクロ機構への負担が大きくなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も長くな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の発明では、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、車両の停止時に発進段へのギヤセット要求が発生するとクラッチを切断する手段と、変速機の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段と、クラッチの切断後に蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の入力側の回転速度が同期領域の０付近へ収束するまで回転電機を発電モードに制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】第２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、車両の走行中に変速要求が発生するとクラッチを切断するか、または切断状態に保ちながら、変速機をニュートラルにセットする手段と、変速機がニュートラルにセットされると変速機の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ収束するを待って変速機をニュートラルから要求段へギヤセットする手段と、変速機がニュートラルにセットされると蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲で変速機の出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域へ変速機の入力側の回転速度が収束するまで回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】第３の発明は、第２の発明に係る車両のハイブリッドシステムにおいて、変速機がニュートラルにセットされると回転電機を電動モードまたは発電モードに制御する手段は、変速機の出力側の回転速度の検出値と要求段のギヤ比とから変速機の入力側の目標回転速度αを求める手段と、変速機の入力側の回転速度の検出値と動力伝達機構の変速比とから回転電機の回転速度βを求める手段と、回転電機の回転速度βと変速機の入力側の目標回転速度αとの回転差（α−β）に基づいて、目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域の上限値を回転差（α−β）が上回るときは、回転電機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回転差（α−β）に応じた力行トルクを発生するように回転電機を電動モードに制御する手段と、同じく目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域の下限値を回転差（α−β）が下回るときは、回転電機の回転速度βが同期領域へ収束するまで回転差（α−β）に応じた回生トルクを発生するように回転電機を発電モードに制御する手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】第１の発明においては、車両の発進時は、変速機がニュートラルでクラッチが接続の停車状態でエンジンが駆動される。このような場合においても、ギヤセット要求が発生すると、クラッチの切断後に回転電機が発電モードに制御され、その回生トルクが車両の駆動系（パワートレイン）に働くため、変速機の入力側の回転速度は、同期領域の０付近へ速やかに収束する。そして、変速機は、入力側の回転速度が０付近に低下すると、ニュートラルから要求段へギヤセットされるのである。その結果、発進時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。
【０００９】第２の発明においては、車両の走行中に変速要求が発生すると、クラッチが切断され、変速機がニュートラルにセットされる。その後、回転電機が電動モードまたは発電モードに制御され、その力行トルクまたは回生トルクが車両の駆動系（パワートレイン）に働くため、変速機の入力側の回転速度は、要求段の同期領域へ速やかに収束する。そして、変速機は、入力側の回転速度が同期領域に入ると、ニュートラルから要求段へギヤセットされるのである。その結果、変速時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。
【００１０】第３の発明においては、回転電機の運転モードは変速機の入力側の目標回転速度αと回転電機の回転速度βとの回転差（α−β）に基づいて制御される。（α−β）＞＋γのときは、回転電機が電動モードに制御され、回転差（α−β）に応じた力行トルクにより、目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域へ変速機の入力側の回転速度を上昇させる一方、（α−β）＜−γのときは、回転電機が発電モードに制御され、回生トルクにより目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域へ変速機の入力側の回転速度を低下させるのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン、２は歯車式の変速機であり、これらの間に摩擦クラッチ３が介装される。エンジン１としては、ディーゼルエンジンまたはCGNエンジン（圧縮天然ガスを燃料とする）が用いられる。４は回転電機（モータジェネレータ）であり、その入出力軸４ａは動力伝達機構５（ギヤボックス）を介して変速機２の入力軸２ａに連結される。
【００１２】変速機２には、そのギヤシフト機構を制御するコントロールユニット６が備えられる。コントロールユニット６は、運転室のチェンジレバー装置７およびハイブリッド電子制御ユニット１０（ハイブリッドECU）に接続され、チェンジレバー装置７がギヤシフト指令を発生すると、その指令に応じたギヤシフトをハイブリッドECU１０の命令に従って制御する。
【００１３】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８が備えられる。クラッチアクチュエータ８は、ハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１から変速機２およびギヤボックス５への動力の伝達を断続する。エンジン１の燃料供給量を制御するのがエンジン電子制御ユニット１５（エンジンECU）であり、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ１６が備えられる。エンジンECU１５は、エンジン回転センサ１６の検出信号およびハイブリッドECU１０の要求に応じてエンジン１の燃料供給量を制御する。
【００１４】車輪に制動力を発生させるブレーキアクチュエータ２１は、ブレーキ電子制御ユニット２０（ブレーキECU）により、ハイブリッドECU１０からの情報（回転電機４の回生制動力）およびブレーキペダル２２の踏み量（要求制動力）に基づいて、回生制動力で賄い切れない要求制動力の不足分を補うように制御される。２３はブレーキペダル２２の踏み量を検出するブレーキセンサである。
【００１５】回転電機４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、蓄電要素９にインバータ１１を介して接続される。蓄電要素９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。
【００１６】インバータ１１は、ハイブリッドECU１０の要求に応じて回転電機４を電動モードまたは発電モードに制御する。電動モードにおいては、蓄電要素９の充電電力（直流電力）を交流電力に変換して回転電機４を駆動する一方、発電モードにおいては、回転電機４の発電電力（交流電力）を直流電力に変換して蓄電要素９を充電する。
【００１７】ギヤボックス５は、回転電機４の入出力軸４ａに連結されるドライブギヤ５ａと、変速機２の入力軸２ａに連結されるドリブンギヤ５ｂと、これらに噛み合うアイドラギヤ５ｃと、から構成される。回転電機４の入出力軸４ａの回転は、ギヤボックス５により減速され、変速機２の入力軸２ａへ伝達される一方、変速機２の入力軸２ａの回転は、ギヤボックス５により増速され、回転電機４の入出力軸４ａへ伝達される。
【００１８】ハイブリッドECU１０は、アクセルペダル１２の踏み量（アクセル要求量）を検出するアクセルセンサ１３と、クラッチ３の断続状態を検出するクラッチ位置センサ１４と、変速機２のギヤポジションを検出するシフト位置センサ１７と、変速機２の出力側の回転速度を検出する車速センサ１８（変速機２の出力回転センサ）と、変速機２の入力側の回転速度として回転電機４の入出力軸４ａに連結するドライブギヤ５ａの回転速度を検出するギヤ回転センサ１９（変速機２の入力回転センサ）と、が備えられる。
【００１９】これらの検出信号および蓄電要素９のSOC（State Of Chage）を含む各種情報（エンジンECU１５，ブレーキECU２０，変速機２のコントロールユニット６，インバータ１１、から得られる）に基づいて、ハイブリッドECU１０は、クラッチアクチュエータ８，回転電機４のインバータ１１、を制御する一方、エンジンECU１５およびブレーキECU２０への要求、変速機２のコントロールユニット６への命令、を送信する。
【００２０】図２は、蓄電要素９のSOCをパラメータに回転電機４の出力とエンジン１の出力との分担比を設定する制御マップであり、ハイブリッドECU１０に格納される。ハイブリッドECU１０は、制御マップから蓄電要素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比とアクセルセンサ１３の検出信号（アクセル操作量）に基づいて、回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御する。つまり、回転電機４が分担出力を発生するようにインバータ１１を制御する一方、エンジンECU１５への要求（エンジン１の分担出力に応じた燃料供給量）を送信するのである。
【００２１】回転電機４の出力分担比＝１（エンジン１の出力分担比＝０）の場合、クラッチ３を切断した状態において、アクセル操作量に相当する出力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する。回転電機４の出力分担比＜１（エンジン１の出力分担比＞０）の場合、クラッチ３を接続した状態において、蓄電要素９のSOCの低下に連れて回転電機４の分担出力が小さくなり、それに応じてエンジン１の分担出力が大きくなるようにエンジンECUへの要求およびインバータ１１を制御する。エンジン１の出力分担比が＝１（回転電機の出力分担比＝０）の場合、アクセル操作量に相当する出力がエンジン１から得られるようにエンジンECU１５へ要求を制御する。
【００２２】ハイブリッドECU１０は、ブレーキECU２０との協調制御により、蓄電要素９への充電が可能な（SOCとの関係から発電が許容される）限り、クラッチ３を切断した状態において、ブレーキ操作量に相当する回生制動力が回転電機４から得られるようにインバータ１１を制御する一方、ブレーキ操作量に相当する要求制動力を回転電機４の回生制動力で賄い切れない場合、その分の制動力をブレーキアクチュエータ２１の発生する制動力で補うようにブレーキECU２０へ要求を送信する。また、蓄電要素９のSOC情報から、発電要求を判定すると、クラッチ３の接続状態において、エンジン１の出力に余裕がある場合、回転電機４の発電により、蓄電要素９を充電するようにインバータ１１を制御するのである。
【００２３】このような各種制御を司る機能のほか、ハイブリッドECU１０は、車両の発進制御および変速制御を司る機能も備えられる。図３は、車両の発進制御を説明するフローチャートチャートであり、エンジン１がアイドル運転かつ変速機２がニュートラルの停車状態において、チェンジレバー操作に基づいて発進段へのギヤセット要求が発生するとクラッチ３を切断する（S1）。
【００２４】クラッチ３の切断後に蓄電要素９への充電が可能な範囲において、回転電機４の発電モードにインバータ１１を制御する（S2）。そして、変速機２の入力側の回転速度が出力側の回転速度との要求段に応じた同期領域（車両は停止状態のため、０付近となる）へ収束したら、変速機２をニュートラルから要求段へギヤセットする要求をコントロールユニット６へ送信する（S3，S4）。
【００２５】その後は、アクセルペダル１２が踏まれると、既述のように制御マップ（図２、参照）から蓄電要素９のSOC情報に応じた出力分担比を求め、この分担比とアクセル操作量に基づいて、クラッチ３の断続と共に回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御するのである。
【００２６】このような構成により、車両の発進時は、発進段へのギヤセット要求が発生すると、クラッチ３の切断後に回転電機４が発電モードに制御され、その回生トルクが車両の駆動系（パワートレイン）に働くため、変速機２の入力側の回転速度は、同期領域の０付近へ速やかに収束する。変速機２は、入力側の回転速度が０付近に低下すると、ニュートラルから要求段へギヤセットされるのである。その結果、発進時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機２のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。
【００２７】図４は、車両の変速制御を説明するフローチャートであり、走行状態（蓄電要素のSOC情報に応じた出力分担比およびアクセル操作量に基づいてクラッチ３の断続と共に回転電機４の出力およびエンジン１の出力を制御する）において、チェンジレバー操作に基づいて変速要求が発生すると、クラッチ３を切断するか、または切断状態に保持し、変速機２をニュートラルにセットする要求をコントロールユニット６へ送信する（S11〜S13）。
【００２８】変速機２がニュートラルにセットされると、蓄電要素のSOCとの関係から許容される範囲において、変速機２の入力側の回転速度βをギヤ入れの目標回転速度αに合わせるように回転電機４をトルク制御する（S14〜S18→S20〜S24）。そして、変速機２の入力側の回転速度βが目標回転速度α±所定値γに設定される同期領域に入ると、ニュートラルから要求段へギヤセットする要求をコントロールユニットへ送信する（S18→S19）。その後、蓄電要素のSOC情報に応じた出力分担比およびアクセル操作量に基づくもとの制御に復帰するのである。
【００２９】図４において、S15においては、車速センサ１８の検出信号と要求段のギヤ比とから、変速機２の入力側の目標回転速度αを計算する。S16においては、ギヤ回転センサ１９の検出信号（回転電機４の回転速度に相当する）とギヤボックス５の変速比とから変速機２の入力側の回転速度βを計算する。S17においては、目標回転速度αと回転速度βとの回転差（α−β）を計算する。
【００３０】S18においては、回転速度βが目標回転速度αに所定値±γを加える同期領域にあるかどうか、回転差（α−β）が±γに納まるかどうかを判定する。S18の判定がyesのときは、S19へ進む一方、S18の判定がnoのときは、S20へ行く。
【００３１】S20においては、回転差（α−β）＞０（回転差が正側）かどうかを判定する。S20の判定がyesのときは、S21へ進み、回転差（α−β）に応じた力行トルク値を求め、S22において、その力行トルク値をインバータ１１へ指令し、S18へ戻る。S20の判定がnoのときは、S23へ飛び、回転差（α−β）に応じた回生トルク値を求め、S24において、その回生トルク値をインバータ１１へ指令し、S18へ戻るのである。
【００３２】このような構成により、車両の変速時は、変速機２がニュートラルにセットされると、回転差（α−β）＞＋γのときは、回転電機４が回転差（α−β）に応じた力行トルク値を発生するため、変速機２の入力側の回転速度βが要求段に対応する目標回転速度αへ上昇する一方、回転差（α−β）＜−γのときは、回転電機４が回転差（α−β）に応じた回生トルク値を発生するため、変速機２の入力側の回転速度βが要求段に対応する目標回転速度αへ低下するようになる。このため、変速機２の入力側の回転速度βは、要求段の同期領域へ速やかに収束するのである。
【００３３】変速機２は、回転速度βが要求段の同期領域に入ると、ニュートラルから要求段へギヤセットされる。その結果、変速時のギヤ入れ（ギヤセット）に伴う、変速機２のシンクロ機構への負担が無くなり、ギヤ入れ時間（シンクロ時間）も大幅に短縮できる。
【００３４】図３の発進制御および図４の変速制御において、変速機２のギヤ入れ時の回転合わせに回転電機４の発電モードが利用され、エネルギの回生率が向上するという効果も得られる。
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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
【住所又は居所】埼玉県上尾市大字壱丁目１番地
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| 【出願日】 |
平成１４年３月１２日（２００２．３．１２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５１３
【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２００３−２７４５１０（Ｐ２００３−２７４５１０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年９月２６日（２００３．９．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−６６８５５（Ｐ２００２−６６８５５） |
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