JP2014069603A - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリに対する充電効率を改善したトルクアシストを行なうハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１００は、エンジン１と発電機２とクラッチ３１と変速機３と駆動モータ４と制御装置（制御手段）６を備える。発電機２は、エンジン１に駆動されて発電する。クラッチ３１は、エンジン１から駆動軸９に伝達される動力を断接する。変速機３は、クラッチが開放されている際に変速する。駆動モータ４は、駆動軸９に連結され、バッテリ５から供給された電力で駆動軸を駆動する。制御装置６は、アシストモードとバッテリ保持モードとを切り換える制御をする。アシストモードでは、変速機の変速の際に駆動モータ４で駆動軸９にトルクを付加する。バッテリ保持モードでは、変速機３の変速の際に駆動モータ４によるトルク付加を停止し、発電機による発電を継続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＭＴ（Automated Manual Transmission）及び駆動モータを装備し、変速する際のトルク変動を駆動モータでアシストするハイブリッド車両に関する。

複数の歯車で構成される自動変速機の場合、クラッチで動力源を切り離して歯車を切り換える。そのため加速中にアップシフトする場合、動力が一時的に出力軸へ伝達されなくなるため運転者に失速感を与えてしまう。

特許文献１に記載された車両は、自動変速機、アシスト機構及びモータ・ジェネレータを備えている。このモータ・ジェネレータは、クラッチによって駆動系に連結され、通常走行、トルクアシスト、回生、エンジン始動、発電を行うことができる。アシスト機構は、自動変速機の変速中に生じる失速感を解消するために、自動変速機の変速中にエンジンのトルクを駆動軸へ伝達する。しかし、変速開始と変速完了の瞬間に僅かなトルク変動が生じるので、モータ・ジェネレータによってトルクアシストを行い、トルク変動を滑らかにすることが提案されている。また、変速中の駆動トルクを全てモータ・ジェネレータによって供給することも提案されている。

特開２００２−２０６６３９号公報

特許文献１に示されたように、モータ・ジェネレータを使用することによって、変速中の失速感が解消され、ドライバビリティは改善される。しかしながら、変速するたびにモータ・ジェネレータでトルクアシストをするように制御されることによって、継続的な充電が阻害される。その結果、バッテリに対する充電効率が著しく低下する。

そこで、バッテリに対する充電効率を改善したトルクアシストを行なうハイブリッド車両を提供する。

本発明に係る一実施形態のハイブリッド車両は、車両に搭載されたエンジンと、発電機と、クラッチと、変速機と、駆動モータとを備える。発電機は、エンジンに駆動されて発電する。クラッチは、エンジンから駆動軸に伝達される動力を断接する。変速機は、クラッチが開放されている際に変速する。駆動モータは、駆動軸に連結され、バッテリから供給される電力で駆動軸を駆動する。そして、このハイブリッド車両は、アシストモードとバッテリ保持モードとを切り換える制御手段を備える。アシストモードでは、変速機の変速の際に駆動モータで駆動軸にトルクを付加して車両を走行させる。バッテリ保持モードでは、変速機の変速の際に駆動モータによるトルク付加を停止すると共に発電機による発電を継続する。

このときハイブリッド車両は、アシストモード又はバッテリ保持モードを手動で選択する手動選択手段を更に備える。そして、制御手段は、手動選択手段によりアシストモードが選択された状態で、バッテリの充電状態が予め設定された第１の閾値以下になると、アシストモードを解除してバッテリ保持モードに切り換える。

また、制御手段は、手動選択手段によりバッテリ保持モードが選択された状態で、バッテリの充電状態が第１の閾値より大きい第２の閾値以上になった場合、バッテリ保持モードを解除してアシストモードに切り換える。

本発明に係るハイブリッド車両は、発電機によって発電している間に変速機が変速するためにクラッチが開放されている間に駆動軸にトルクを付加するアシスト運転を優先する第１のモード（アシストモード）と、発電機によって発電している間にアシストモードを停止して発電運転を優先する第２のモード（バッテリ保持モード）と、を切り換えて制御する。これによりバッテリの充電状態が低下している際には、発電を継続してバッテリの充電状態の低下を抑制することができる。安定した充電状態が約束されることで、エンジンの駆動力と駆動モータの駆動力を効率よく利用することができ、ハイブリッド車両としてのエネルギー効率が向上する。

アシストモード又はバッテリ保持モードを手動で選択する手動選択手段をさらに備え、この手動選択手段によりアシストモードが選択された状態で、バッテリの充電状態が予め設定された第１の閾値以下になると制御手段がアシストモードを解除してバッテリ保持モードに切換える発明のハイブリッド車両によれば、安定した充電状態を維持することができる。

また、手動選択手段によりバッテリ保持モードが選択された状態で、バッテリの充電状態が第１の閾値より大きい第２の閾値以上になった場合、バッテリ保持モードを解除してアシストモードに切換える発明のハイブリッド車両によれば、バッテリの充電が満足されている状況においてアシストモードを実行するので、ドライバビリティが向上する。

本発明に係る一実施形態のハイブリッド車両を示すブロック図。 図１のハイブリッド車両において第１のモードのときの駆動モータ及び駆動軸のトルクと、進行方向の加速度の変化の関係を示す図。 図１のハイブリッド車両において第２のモードのときの駆動モータ及び駆動軸のトルクと、進行方向の加速度の変化の関係を示す図。

本発明に係る一実施形態のハイブリッド車両について、図１から図３を参照して説明する。図１のブロック図によって模式的に示されたハイブリッド車両１００は、エンジン１と発電機２と変速機３と駆動モータ４と高電圧バッテリ（バッテリ）５と制御装置（制御手段）６とスイッチ（手動選択手段）７とを備える。エンジン１は、クランクシャフト１１を有している。発電機２はクランクシャフト１１にベルト２１を介して連結されており、エンジン１の出力の一部を電気エネルギーに変換する。発電された電力は、コンバータ５１を介して接続された高電圧バッテリ５、および、スタータ８１や点火プラグに接続された低電圧バッテリ８に充電される。

変速機３は、複数の変速ギアを有したＡＭＴ（Automated Manual Transmission）であって、エンジン１のクランクシャフト１１にクラッチ３１で結合され、駆動軸９へトルクを伝達する。変速機３は、エンジン回転数、車速、必要トルクなどに基づいて適正な変速比の変速ギアが制御装置６によって選択され切り換えられる。

駆動モータ４は、駆動軸９に連結され、トルクを直接的に駆動軸９へ伝達する。この駆動モータ４は、インバータ５２を介して高電圧バッテリ５に接続されており、高電圧バッテリ５から供給される電力で駆動される。

制御装置（ＥＣＵ）６は、発電機２、変速機３、コンバータ５１、インバータ５２、高電圧バッテリ５、およびスイッチ７に接続されている他に、アクセルペダルに設置されたＡＰＳ（アクセルペダル・ポジション・センサ）、クランクシャフト１１に設置されたタコメータ、駆動軸９に設置された速度センサ等にも接続されている。

この制御装置６は、走行運転中において変速機３が変速される間に、アシストモード（第１のモード）又はバッテリ保持モード（第２のモード）に切換える制御をする。アシストモードでは、変速機３が変速する間、すなわち、クラッチ３１が開放されてエンジン１の駆動力が駆動軸９に伝達されない状態において、エンジン１によって供給されていたトルクに相当するトルクを駆動モータ４で付加する。つまり、アシストモードでは、クラッチ３１でエンジン１を切り離して変速機３を変速させる間に、それまで駆動軸９に作用していたトルクＴＱ９を維持するために必要となるトルクを駆動モータ４で供給する。バッテリ保持モードでは、発電機２が発電中である場合、その間のアシストモードを停止（無効化）し、発電機２による発電を継続する。つまり、バッテリ保持モードでは、発電機２が発電を開始すると、高電圧バッテリ５の充電状態が改善されてその発電運転が解除されるまで、ハイブリッド車両１００が走行中に変速機３を変速させる場合でも、制御装置６は、駆動モータ４によってトルクを付加しない。

スイッチ７は、アシストモード（第１のモード）又はバッテリ保持モード（第２のモード）を手動で選択する手動選択手段であって、選択したモードに制御装置６を設定する。
スイッチ７によってアシストモード（第１のモード）が選択されている場合、変速機３が変速する間における、トルクアシストを優先する。つまり、変速機が変速される前に発電機２が発電運転を行っている場合でも、変速機３が変速される間は、図２に示すように駆動モータ４によるトルクＴＱ４で駆動軸９のトルクＴＱ９を補うアシストが優先して行われる。変速機３が変速ギアを切り換えるたびにクラッチ３１がエンジンから切り離されると、駆動軸９のトルクＴＱ９は低下する。不足するトルクは、駆動モータ４で供給されるトルクＴＱ４を一時的に大きくすることによって補っている。これによって、ハイブリッド車両１００の進行方向の加速度Ａ１は、変速機３が変速ギアを切り換えている間もほぼ一定に保たれ、運転者に失速感を与えない。すなわちドライバビリティは良好である。

スイッチ７によってバッテリ保持モード（第２のモード）が選択されている場合、変速機３が変速される間における発電機２の発電運転を優先する。つまり、変速機３が変速される前に発電機２が発電運転を行なっていない場合、そのまま駆動モータ４が供給するトルクＴＱ４を変えなくてもよいし、変速機３が変速されるときに駆動軸９のトルクＴＱ９を駆動モータ４でアシストしてもよい。そして、変速機３が変速される前に発電機２が発電運転を行っていた場合、変速機３がクラッチ３１で駆動軸９からエンジン１を切り離している間も引き続き発電機２の発電運転を継続する。すなわち、バッテリ保持モードでは、発電運転が行われていた場合はアシストモードを停止（無効化）し、発電運転を優先させる。

具体的には、変速機３が変速される間、図３に示すように駆動軸９のトルクＴＱ９を維持するためのトルクが駆動モータ４によって付加されない。したがって、駆動軸９のトルクＴＱ９もこれに伴い低下し、ハイブリッド車両１００の進行方向の加速度Ａ２は、変速機３が変速されるたびに低下する。このとき運転者によっては失速感を受ける。すなわち、第２のモードにおけるドライバビリティは、第１のモードでアシスト運転が行われる場合よりもやや劣る。ただし、発電運転が継続的に行われるので、高電圧バッテリ５に対する充電効率は良い。

制御装置６は、高電圧バッテリ５に接続されており、充電状態を監視している。高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第１の閾値以下になると、制御装置６は、発電運転を開始する。なお、制御装置６は、高電圧バッテリ５の充電状態が第１の閾値以下になっていなくても、ハイブリッド車両１００の運転条件によって発電運転を開始することがある。

発電運転を開始した後、スイッチ７がアシストモードを選択した状態であると、制御装置６は、アシストモードに設定され、変速機３が変速される間、駆動モータ４でトルクを付加するアシスト運転を行なう。発電運転を開始した後、スイッチ７がバッテリ保持モードを選択した状態であると、制御装置６は、バッテリ保持モードに設定されるので、変速機３が変速される間も発電運転が優先されて行われ、アシストモードに移行することはない。そして変速機３が変速する前後で発電機２の発電運転が継続される。したがって、高電圧バッテリ５が効率よく安定的に充電される。

また、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上になると、制御装置６は、発電機２の発電運転を終了する。充電状態として設定される第２の閾値は、第１の閾値よりも十分に大きい値に設定される。つまり、スイッチ７によってバッテリ保持モードが選択されている場合、制御装置６はバッテリ保持モードに設定されるので、制御装置６が発電運転を開始すると充電状態が第２の閾値を超えるまで、変速機３が変速される間も発電運転を優先する。なお、発電運転が終了した場合、スイッチ７がバッテリ保持モードに選択されていても、優先すべき発電運転が行われていないので、変速機３が変速される間、駆動軸９に対する駆動モータ４によるトルクのアシストが行われる。

このとき、バッテリ保持モードにスイッチ７が選択された状態で、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第２の閾値以下になった場合に制御装置６がバッテリ保持モードに設定されるようにすると、高電圧バッテリ５の充電状態を第２の閾値に近い状態に維持することができる。また、アシストモードにスイッチ７が選択された状態で、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第１の閾値以下になった場合に制御装置６がバッテリ保持モードに設定されるようにすると、スイッチ７が選択しているモードにかかわらず、高電圧バッテリ５の充電状態が、少なくとも第１の閾値には維持される。

さらに、スイッチ７は、例えば押しボタン式にし、一度押すとアシストモード（第１のモード）を選択する状態からバッテリ保持モード（第２のモード）を選択する状態に切り換わり、もう一度押すとバッテリ保持モードを選択する状態からアシストモードを選択する状態に切り換わるように構成する。制御装置６がバッテリ保持モードに設定されている状態で高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第１の閾値以上である間に操作すると、制御装置６をアシストモードに設定し、制御装置６がアシストモードに設定されている状態で高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第２の閾値以下である間に操作すると、制御装置６をバッテリ保持モードに設定する。運転中におけるスイッチ７の切り換え操作が簡便になるため、アシストモード又はバッテリ保持モードを好みに合わせて走行中に選択しやすい。

また、スイッチ７は、アシストモードを選択する状態において突出した状態であり、バッテリ保持モードを選択する状態において押し込まれた状態になるように構成されていてもよい。スイッチ７がバッテリ保持モードを選択する状態で、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第２の閾値以上になった場合、自動的にアシストモードを選択する状態に切り換わるようにする。例えば、バッテリ保持モードを選択する際にスイッチ７を押し込み、充電状態が第２の閾値を超えると自動的にアシストモードを選択する突出した状態にスイッチ７が飛び出す。このように構成することで、運転者がバッテリ保持モードを選択して充電効率を優先させた操作をした後、必要量以上に充電が完了した場合に自動的にアシストモードを選択する状態に戻るので、一時的に充電効率を高めたい運転者にとってさらに操作性が向上する。

スイッチ７は、アシストモードを選択する状態において突出し、バッテリ保持モードを選択する状態において押し込まれた形になるもの以外であってもよい。例えば、バッテリ保持モードを選択する状態においてランプが点灯し、アシストモードを選択する状態においてランプが消えるスイッチであってもよい。

運転者が一時的に高電圧バッテリ５の充電を優先させたい場合に、スイッチ７の操作がしやすく、また高電圧バッテリ５が予め設定された第２の閾値以上に充電されたことは、スイッチ７の状態を見ることで容易に分かる。

さらにスイッチ７の切り換え操作を自動化してもよい。例えば、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第２の閾値以上である場合、スイッチ７はアシストモードを選択した状態になり、制御装置６をアシストモードに設定する。また、高電圧バッテリ５の充電状態が予め設定された第１の閾値以下である場合、スイッチ７はバッテリ保持モードを選択した状態になり、制御装置６をバッテリ保持モードに設定するように構成する。高電圧バッテリ５の充電状態が第１の閾値以下である場合に発電運転が開始されると、充電状態の第２の閾値を超えるまで発電運転が継続され、高電圧バッテリ５の充電が確実に行われる。第１の閾値及び第２の閾値を最適に設定することで、常に最良のタイミングでアシストモードかバッテリ保持モードに切り換わる。充電効率が向上するとともに、高電圧バッテリ５の充電と放電の繰り返しが一定の幅で確実に行われるようになるので、高電圧バッテリの耐用年数が延びる。

この場合、さらに、スイッチ７の切り換え操作を上述のように自動化するか否かの選択スイッチを追加で設け、スイッチ７の状態を手動で選ぶか自動で切換るようにするか選択できるようにしてもよい。なお、高電圧バッテリ５の充電状態の第２の閾値（上限値）及び第１の閾値（下限値）として予め設定される値は、複数の選択肢による値、または、任意な値に運転者が設定できるようになっていてもよい。

以上のように構成されたハイブリッド車両１００は、変速機３を変速させる際に駆動軸９のトルクＴＱ９を維持するために必要なトルクを駆動モータ４で補うアシストモードを意図的に抑制し、発電機２による発電運転を優先させることで、高電圧バッテリ５の充電が継続されるので、充電効率を高めることができる。したがって、ハイブリッド車両１００の燃費も向上する。発電運転を優先させるバッテリ保持モードに制御装置６を設定することは、他の手段によってハイブリッド車両１００の燃費を向上させる、いわゆる「ＥＣＯモード」運転などと併用されてもよい。

１００…ハイブリッド車両、１…エンジン、２…発電機、３…変速機、３１…クラッチ、４…駆動モータ、５…（高電圧）バッテリ、６…制御装置（制御手段）、７…スイッチ（手動選択手段）、９…駆動軸。

Claims (3)

1. 車両に搭載されたエンジンと、
   前記エンジンに駆動されて発電する発電機と、
   前記エンジンから駆動軸に伝達される動力を断接するクラッチと、
   前記クラッチが開放されている際に変速する変速機と、
   前記駆動軸に連結され、バッテリから供給される電力で前記駆動軸を駆動する駆動モータと、
   を備えるハイブリッド車両において、
   前記変速機の変速の際に前記駆動モータで前記駆動軸にトルクを付加して前記車両を走行させるアシストモードと、前記変速機の変速の際に前記駆動モータによるトルク付加を停止すると共に前記発電機による発電を継続するバッテリ保持モードと、を切り換えて制御する制御手段を備えた
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記アシストモード又は前記バッテリ保持モードを手動で選択する手動選択手段を更に備え、
   前記制御手段は、
   前記手動選択手段により前記アシストモードが選択された状態で、前記バッテリの充電状態が予め設定された第１の閾値以下になると、前記アシストモードを解除して前記バッテリ保持モードに切り換える
   ことを特徴とする請求項１に記載されたハイブリッド車両。
3. 前記制御手段は、
   前記手動選択手段により前記バッテリ保持モードが選択された状態で、前記バッテリの充電状態が前記第１の閾値より大きい第２の閾値以上になった場合、前記バッテリ保持モードを解除して前記アシストモードに切り換える
   ことを特徴とする請求項２に記載されたハイブリッド車両。

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