JP2014046870A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータとエンジンを備えるハイブリッド車において、エンジンを活用することにより、車両が衝突した場合に、モータの回転数を速やかに減少させ、モータの発電を速やかに停止する技術を提供する。
【解決手段】本明細書が開示するハイブリッド車１００は、エンジン２１と、第１モータ８と、第２モータ１８と、エンジン２１の動作を制御するコントローラ９を有する。コントローラ９は、車両の衝突を検知する際に、第２モータ１８の回転数が所定数以上である場合に、エンジン２１の回転抵抗を増加させる特定の処理を実行する。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示する技術は、車輪駆動用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車に関する。

エンジンとモータを動力源とするハイブリッド車が知られている。多くのハイブリッド車では、走行時には、モータで電力を消費して駆動力を発生させ（「力行」と呼ぶ場合がある）、減速時には、車両の減速エネルギを利用してモータで発電する（「回生」と呼ぶ場合がある）。このようなハイブリッド車において、車両が衝突した際、車輪が浮いて空転を続ける場合がある。さらに、衝突後にもモータと車軸が連結したままであると、衝突後にモータが回転し続け、モータが発電を続ける状態が起こり得る。なお、多くのハイブリッド車では車軸とモータが直結しており、車輪が空転すればモータが回転し続ける。衝突後にいつまでもモータが発電を続ける状態は好ましくない。そのため、特許文献１の技術のように、衝突時に、モータによる回生ブレーキの割合を減らすとともに、車輪を直接制動する摩擦ブレーキの割合を増やす技術が開発されている。

特開２００７−２９５７８４号公報

しかしながら、摩擦ブレーキは油圧を用いており、衝突の際に油圧系統に損傷を受けると摩擦ブレーキが利用できない場合がある。本明細書は、モータとエンジンを備えるハイブリッド車において、エンジンを活用することにより、車両が衝突した場合に、モータの回転数を速やかに減少させ、モータの発電を速やかに停止する技術を提供する。

本明細書が開示するハイブリッド車は、車輪駆動用にエンジン及びモータを有するとともに、エンジンの動作を制御する制御装置を有する。制御装置は、車両の衝突を検知する際に、モータの回転数が所定数以上である場合に、エンジンの回転抵抗を増加させる特定の処理を実行する。

上記のハイブリッド車では、モータの回転に連動しているエンジンの回転抵抗を使ってモータを減速する。エンジンと制御装置は、車両の衝突を検知した際に、モータの回転数が所定数以上である場合に、エンジンの回転抵抗を増加させる。例えば、車両の衝突後に車輪が空転する場合のように、衝突後にモータの回転数が所定数以上である場合において、エンジンの回転抵抗を増加させることにより、エンジンと連動するモータの回転数を速やかに減少させることができる。

特定の処理（即ち、エンジンの回転抵抗を増加する処理）の一つの例は、給排気バルブを閉じる処理である。給排気バルブを閉じることにより、シリンダが密閉されるため、エンジンのピストンの上下動に対してピストン内圧の抵抗が加わる。その結果、エンジンの回転抵抗が増加する。なお、この際、制御装置は、当然にスロットルバルブも閉じる。

特定の処理では、制御装置は、さらに、ピストンが上死点及び下死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じるとよい。ピストンが上死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じると、その後ピストンが降下する際にシリンダ内が負圧となり、ピストンが降下する際の抵抗が増す。一方、ピストンが下死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じると、その後ピストンが上昇する際にシリンダ内が正圧となり、ピストンが上昇する際の抵抗が増す。このようにピストンの上下動に合わせて給排気バルブを開閉することにより、ピストン内圧を効果的に使ってエンジンの回転抵抗を高めることができる。エンジンと連動するモータの回転をより速やかに停止することができる。ここで、「ピストンが上死点及び下死点に到達した際」とは、ピストンが上死点及び下死点に到達した厳密なタイミングを要求するものではなく、ピストンが上死点（下死点）に到達した直前、あるいは直後であってもよい。なお、上記と同様に、この際、制御装置は、当然にスロットルバルブも閉じる。

第１実施例のハイブリッド車を模式的に示すブロック図。 動力分配機構のスケルトン図。 第１実施例のコントローラが実行する衝突処理のフローチャート。 第２実施例のコントローラが実行する衝突処理のフローチャート。

（第１実施例）
図１に、第１実施例のハイブリッド車１００の模式的ブロック図を示す。ハイブリッド車１００は、車輪駆動用のエンジン２１と２個のモータ（第１モータ８、及び、第２モータ１８）を有する。ハイブリッド車１００は、第１モータ８と第２モータ１８のそれぞれに対して第１インバータ７、第２インバータ１７を備える。いずれのインバータも、バッテリ２から電力の供給を受ける。いずれのインバータも、ＰＷＭ駆動型であり、そのＰＷＭ信号は、コントローラ９が供給する。コントローラ９は、車速、アクセル開度、バッテリ２の残量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）などから、車輪２５が出力すべき駆動力を算出し、その駆動力を得るためのモータ８、１８とエンジン２１の出力分担を算出する。さらにコントローラ９は、モータ８、１８へは出力分担に応じたＰＷＭ信号を与え、エンジン２１には出力分担に応じた燃料噴射量を指令する。なお、コントローラ９は、場合によっては、エンジン２１の駆動力の一部を第１モータ８に加えて発電し、その電力でバッテリ２を充電するように各デバイスを制御することもある。

第１モータ８は主にセルモータ及び発電機として機能する。第２モータ１８は主として力行時の駆動力を発生する。ただし、高い駆動力が必要とされる場合は第１モータ８も駆動力を供給し、また、回生時は第２モータ１８も発電機として機能する。第２モータ１８には、第２モータ１８の回転数を検出する回転数センサ３１が備えられている。回転数センサ３１が検出する回転数の値はコントローラ９に送られる。

第１モータ８の出力（駆動トルク）と第２モータ１８の出力（駆動トルク）とエンジン２１の出力（駆動トルク）は、動力分配機構２２で合成／分配され、車軸２３（車軸）に伝えられる。車軸２３は、デファレンシャルギア２４を介して車輪２５に繋がっている。第１モータ８と第２モータ１８は、車軸２３及びエンジン２１と連動して回転する。

動力分配機構２２について説明する。動力分配機構２２は、主としてプラネタリギアで構成されている。図２に、動力分配機構２２を構成するプラネタリギア５０のスケルトン図を示す。プラネタリギア５０は、サンギア５１、プラネタリキャリア５２、及び、リングギア５３が組み合わさったギアセットである。プラネタリキャリア５２は、エンジン２１の出力軸に連結している。サンギア５１は、第１モータ８（Ｍ１）の出力軸に連結している。リングギア５３は、第２モータ１８（Ｍ２）に連結している。なお、リングギア５３の一部が第２モータ１８のロータを構成している。また、リングギア５３は、リングギア５３に同軸に固定されているアウトプットギア５４と、アイドルギア５５を介して車軸２３と係合している。なお、図２の符号５６は、車軸２３に固定された伝達ギアである。上記構成の動力分配機構２２により、エンジン２１と第１モータ８、及び、第２モータ１８の出力の合計によって車軸２３の出力トルクが定まる。場合によっては、エンジン２１と第２モータ１８の出力で車軸２３を駆動するとともに、エンジン２１の駆動力で第１モータ８を回転させて電力を得る。あるいは、エンジン２１と第１モータ８及び第２モータ１８の全てが出力を出し、大きな駆動力を得る場合もある。以上の場合がエンジンとモータを使うＨＶモードである。また、エンジン２１を停止しておくと、第１モータ８、第２モータ１８のいずれの出力も車軸２３へ伝達できる。エンジン２１を停止し、第１モータ８と第２モータ１８の少なくとも一方の駆動力で走行する状態がＥＶモードである。

プラネタリギア５０の構造と機能は良く知られているので詳しい説明は省略する。図２から明らかなとおり、第１モータ８と第２モータ１８は共に、エンジン２１と車軸２３に連動して回転する。即ち、走行中にアクセルがＯＦＦされてもモータは回転し続ける。このとき、モータ８、１８が発生する逆起電力は、夫々のインバータ７、１７を介して直流電力に変換され、バッテリ２に蓄えられる。あるいは、発電した電力の一部は直接に他の電気デバイスへ供給される。即ち、ハイブリッド車１００は、車両の運動エネルギを電気エネルギに回生してバッテリ２に蓄えることもできる。また、第１モータ８と第２モータ１８は共に、エンジン２１と車軸２３に連動しているので、衝突時に駆動輪が浮き上がると駆動輪が回転し続け、同時にモータとエンジンも回転し続けることになる。

図１に戻り、ハイブリッド車１００の電気系統を説明する。ハイブリッド車１００は、バッテリ２を備える。バッテリ２は、ハイブリッド車１００のメインバッテリであり、モータ８、１８に供給する電力を蓄える高出力高容量のバッテリである。ハイブリッド車１００は、モータ以外の電気デバイス（例えば、カーナビゲーション装置、ルームランプ等）に電力を供給するためのサブバッテリ（図示しない）も備えている。

バッテリ２は、システムメインリレー３を介して昇降圧コンバータ５に接続している。システムメインリレー３は、バッテリ２と車両の電気系を接続したり切断したりする、いわゆるメインスイッチに相当する。システムメインリレー３はコントローラ９によって制御される。

昇降圧コンバータ５の先には第１インバータ７と第２インバータ１７が並列に接続されている。第１インバータ７の先には第１モータ８が接続されており、第２インバータ１７の先には第２モータ１８が接続されている。昇降圧コンバータ５は、ＤＣＤＣコンバータであり、バッテリ２の出力電圧を、第１及び第２モータ８、１８の駆動に適した電圧まで昇圧する機能と、第１モータ８の回生電力（交流）を入力として第１インバータ７が出力する直流電力をバッテリ２の充電に適した電圧まで降圧する機能を備える。同様に昇降圧コンバータ５は、第２モータ１８の回生電力（交流）を入力として第２インバータ１７が出力する直流電力をバッテリ２の充電に適した電圧まで降圧する機能を備える。

昇降圧コンバータ５の低圧側（バッテリ側）には、平滑化コンデンサ１５が接続されており、高圧側（インバータ側）には、平滑化コンデンサ１６が接続されている。平滑化コンデンサ１５、１６は、昇降圧コンバータ５の入力電流と出力電流を平滑化するために挿入されている。昇降圧コンバータ５にはモータを駆動するための大電流が流れるため、平滑化コンデンサ１５、１６も大容量である。

ハイブリッド車１００は、エアバッグシステム（不図示）を備える。エアバッグシステムは、加速度センサ３２の検出加速度が所定の大きさを超えると作動する。ハイブリッド車１００のコントローラ９は、加速度センサ３２の検出加速度が所定の大きさを超えることをもって、車両が衝突したと判断する。あるいは、衝突に類する衝撃を受けたと判断する。コントローラ９は、加速度センサ３２の検出値が所定の大きさを超えた場合に、車両が衝突したと判断して後述の衝突処理（図３参照）を実行する。

図３に、コントローラ９が実行する衝突処理のフローチャートを示す。Ｓ１０では、コントローラ９は、車両が衝突することを監視する。上記の通り、加速度センサ３２の計測値が所定の閾値を超えたときに、コントローラ９はＳ１０でＹＥＳと判断し、Ｓ１２に進む。

Ｓ１２では、コントローラ９は、回転数センサ３１が検出する第２モータ１８の回転数が、所定の閾値Ｒ１以上であるか否か判断する。ここで、閾値Ｒ１は、車両の衝突後に車輪２５が空転する場合のように、車両の衝突後に車輪２５が比較的高速で回転する場合の第２モータ１８の回転数を示す値に定められている。即ち、Ｓ１２の時点で、回転数が閾値Ｒ１以上である場合、車両の衝突後に車輪２５が空転している可能性が高い。車輪２５が空転すると、第１モータ８及び第２モータ１８が回転し続け、発電を続ける状態が起こり得る。衝突後にいつまでも第１モータ８及び第２モータ１８が発電を続ける状態は好ましくない。回転数センサ３１が検出する第２モータ１８の回転数が閾値Ｒ１以上である場合、コントローラ９は、Ｓ１２でＹＥＳと判断し、Ｓ１４に進む。一方、回転数センサ３１が検出する第２モータ１８の回転数が閾値Ｒ１より少ない場合、コントローラ９は、Ｓ１２でＮＯと判断し、Ｓ１４の処理を実行することなく、図３の衝突処理を終了する。

Ｓ１４では、コントローラ９は、エンジン２１のスロットルバルブ及び給排気バルブを全閉する。これにより、エンジン２１のシリンダが密閉される。これにより、エンジン２１のフリクション（回転抵抗）が増加する。その結果、エンジン２１の回転数を速やかに減少させることができる。エンジン２１の回転数が減少することにより、車軸２３を介して連動する第１モータ８及び第２モータ１８の回転数も減少する。従って、本実施例のハイブリッド車１００は、エンジン２１を活用することによって、車両が衝突した場合に第１モータ８及び第２モータ１８の回転数を速やかに減少させ、第１モータ８及び第２モータ１８の発電を速やかに停止することができる。

以上、本実施例のハイブリッド車１００の構成及びコントローラ９が実施する衝突処理について説明した。図３のＳ１４の処理が、特許請求の範囲の「特定の処理」の一例に対応する。

（第２実施例）
第２実施例について、第１実施例とは異なる点を中心に説明する。本実施例のハイブリッド車１００も、そのハードウエア構成は第１実施例のハイブリッド車１００（図１参照）と共通する。本実施例では、コントローラ９が実行する衝突処理の内容が第１実施例とは異なる。図４に、本実施例のコントローラ９が実行する衝突処理のフローチャートを示す。

Ｓ２０、Ｓ２２の各処理は、図３のＳ１０、Ｓ１２の処理と同様である。本実施例では、Ｓ２２でＹＥＳの場合、コントローラ９は、Ｓ２４に進む。一方、Ｓ２２でＮＯの場合、コントローラ９は、Ｓ２４〜Ｓ２８の各処理をスキップして、衝突処理を終了する。

Ｓ２４では、コントローラ９は、エンジン２１のスロットルバルブを全閉する。次いで、Ｓ２６では、コントローラ９は、エンジン２１のピストンの上下動に合わせて給排気バルブを開閉する。具体的には、Ｓ２６では、コントローラ９は、ピストンが上死点及び下死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じる処理を実行する。即ち、コントローラ９は、ピストンが上死点に到達した際に、給排気バルブを一旦開いてから閉じる。これにより、その後ピストンが降下する際にシリンダ内が負圧となり、ピストンが降下する際の抵抗が増す。また、コントローラ９は、ピストンが下死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じる。これにより、その後ピストンが上昇する際にシリンダ内が正圧となり、ピストンが上昇する際の抵抗が増す。これにより、エンジンのフリクションを増加させ、エンジンの回転数を速やかに減少させることができる。従って、本実施例のハイブリッド車１００でも、エンジン２１を活用することによって、車両が衝突した場合に第１モータ８及び第２モータ１８の回転数を速やかに減少させ、第１モータ８及び第２モータ１８の発電を速やかに抑制することができる。なお、「ピストンが上死点及び下死点に到達した際」とは、ピストンが上死点及び下死点に到達した厳密なタイミングを要求するものではなく、ピストンが上死点（下死点）に到達した直前、あるいは直後であってもよい。本実施例では、図４のＳ２６の処理が、特許請求の範囲の「特定の処理」の一例に対応する。Ｓ２６の処理を開始すると、コントローラ９は、Ｓ２８に進む。

Ｓ２８では、コントローラ９は、ピストンが停止することを監視する。Ｓ２６の処理を実行した結果、ピストンが停止すると、コントローラ９は、Ｓ２８でＹＥＳと判断し、図４の衝突処理を終了する。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。図２に示すように、実施例のハイブリッド車１００では車軸２３とモータ８、１８及びエンジン２１の間にクラッチが存在せず、直結されている。車軸２３とモータ８、１８あるいはエンジン２１の間にクラッチが介在する場合、図３のステップＳ１４の処理（あるいは図４のステップＳ２４の処理）において、クラッチを係合し、車軸２３とエンジン２１とモータ８、１８を連結状態とする。

図３及び図４の処理では、衝突検知後、モータ回転数が閾値Ｒ１以上の場合に、スロットルバルブを全閉するとともに給排気バルブを閉じる。これに代えて、衝突検知後、モータ回転数に関わらずスロットルバルブと給排気バルブを全閉としてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：バッテリ
３：システムメインリレー
５：昇降圧コンバータ
７：インバータ
８：第１モータ
９：コントローラ
１５：平滑化コンデンサ
１６：平滑化コンデンサ
１７：インバータ
１８：モータ
２１：エンジン
２２：動力分配機構
２３：車軸
２４：デファレンシャルギア
２５：車輪
３１：回転数センサ
３２：加速度センサ
５０：プラネタリギア
５１：サンギア
５２：プラネタリキャリア
５３：リングギア
５４：アウトプットギア
５５：アイドルギア
５６：伝達ギア
１００：ハイブリッド車

Claims (3)

1. エンジンと、モータと、エンジンの動作を制御する制御装置と、を有するハイブリッド車であって、
   制御装置は、車両の衝突を検知した際に、モータの回転数が所定数以上である場合に、エンジンの回転抵抗を増加させる特定の処理を実行することを特徴とするハイブリッド車。
2. 特定の処理は、給排気バルブを閉じる処理であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 特定の処理は、ピストンが上死点及び下死点に到達した際に給排気バルブを一旦開いてから閉じる処理であることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車。

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