JP2019137266A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関と回転電機とを備える車両において、消費電力を抑制しつつ、より高い車速を実現する。【解決手段】内燃機関と第１回転電機と第２回転電機とを備え、且つ、内燃機関と車輪との間、内燃機関と第１回転電機との間、第２回転電機と車輪との間でそれぞれ回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第１、第２、及び第３切替装置を備える。走行制御部は、車速が第１所定値を超え第２所定値以下であって且つ要求駆動力が所定駆動力を超える第３状態であるときには第２回転電機に弱め界磁制御を行って車両を走行させ、車速が第１所定値を超え第２所定値以下であって且つ要求駆動力が所定駆動力以下である第２状態、又は車速が第２所定値を超える第４状態であるときは、エンジンにより車両を走行させる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関と回転電機とを備える車両に関する。

従来、エンジンと回転電機であるモータ及び発電機を備えるハイブリッド車両（ＨＥＶ、（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）において、燃費及び又は走行性能を向上することを目的として、エンジンと発電機との間の回転力の伝達を断続するクラッチを備えることが知られている（特許文献１）。この車両では、発電が不要な場合には上記クラッチを非接続にしてエンジン及び発電機の負荷を軽減することで、燃費の向上や走行性能の向上が図られる。

ところで、ハイブリッド車両のように回転電機により車輪を駆動する車両では、回転電機への印加電圧Ｖｄを増加させて車速を増加させると、回転電機の回転速度が上昇するにつれて、回転電機の出し得るトルクは低下していく傾向がある。これは、回転電機の回転速度上昇に伴い、印加電圧Ｖｄに対し逆方向の誘起電圧Ｖｒが生じるためである。その結果、回転電機の通電電流は印加電圧Ｖｄに対しＶｄ−Ｖｒにより定まる電流に制限される状態となり、車速が増すにつれて回転電機から発生する駆動力は低下していく。

この速度増加に伴う駆動力低下を軽減する策として、ＨＥＶにおいては、一般に、速度増加に伴って回転電機で発生する駆動力が低下し始めたときに、当該回転電機に対しいわゆる弱め界磁制御を行い、誘起電圧Ｖｒをキャンセルして駆動力低下を軽減することが行われている。

例えば、回転電機としてＨＥＶにおいて一般に用いられているＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）モータでは、この弱め界磁制御は、ステータコイルに付加的な電流Ｉｄを流すことで行われる。すなわち、ステータコイルにロータマグネットの磁界と直交する回転磁界を発生させる駆動電流Ｉｑに加えてロータマグネットの磁力線と平行な方向に磁界を発生させる付加電流Ｉｄを流すことで、ロータの回転位相に対し上記回転磁界の位相をずらして、上記誘起電圧Ｖｒを低減する。なお、付加電流Ｉｄを用いる弱め界磁制御に対し、Ｉｄを用いず上記直交する回転磁界を発生させる駆動電流Ｉｑのみで回転電機を駆動する制御を、直交制御という。

換言すれば、弱め界磁制御は、付加電流Ｉｄに伴う電力消費を許容することで、車速増加に伴うモータの発生駆動力の低下を抑制するものである。しかしながら、弱め界磁制御を行っても、車速の増加と共に誘起電圧Ｖｒは上昇を続け、電力消費が増加する割には発生駆動力は増加せず、モータとしての回転電機の効率は低下していく。

その結果、ＨＥＶにおいては、回転電機についての弱め界磁制御が必要となる中高速域では、車速の増加と共に消費電力の増加が顕著になると共に、回転電機からの発生駆動力が低下を続けて車速の維持に最低限必要な駆動力にまで低下したときに、限界車速（すなわち、到達し得る最大車速）となる。

図４は、エンジンを発電動力として用いる従来のＨＥＶにおける、車輪への駆動力伝達機構の構成の一例を示す図である。図４に示す従来の車両４００は、エンジン４０２と、第１回転電機４０４と、第２回転電機４０６と、を有する。図４における図示太線は、エンジン４０２、第１回転電機４０４、第２回転電機４０６、及び車輪４０８の相互間で回転力（回転トルク）を伝達する回転力伝達経路を、模式的に示したものである。この回転力伝達経路は、例えば回転シャフトやギア等（いずれも不図示）で構成される。

第１分岐装置４１０は、エンジン４０２及び又は車輪４０８と第１回転電機４０４との間で相互に回転力を伝達する。また、第２分岐装置４１４は、第１分岐装置４１０及び又は車輪４０８と第２回転電機４０６との間で相互に回転力を伝達する。

車輪４０８は、クラッチである切替装置４１２を非接続にした状態で、バッテリ４３０により動作する第２回転電機４０６により駆動される。エンジン４０２は、第１回転電機４０４に発電動作を行わせるために用いられ、第１回転電機４０４は、常にエンジン４０２と共に回転して、バッテリ４３０を充電する。バッテリ４３０は、また、減速時等において、切替装置４１２を非接続にすると同時にエンジン４０２を停止して、車輪４０８からの外力トルクにより駆動される第２回転電機４０６により充電される。

上記構成において、車輪４０８を駆動する第２回転電機４０６が発生し得る最大駆動力は、例えば図５に示すように、車速Ｖと共に変化する。ここで、横軸は車速Ｖを示し、縦軸は駆動力Ｐを示している。また、図示実線のライン５００は、第２回転電機４０６が各車速において実現することのできる最大駆動力を模式的に示している。

図示において、車速Ｖｔｈ０は、第２回転電機４０６内に無視し得ない誘起電圧Ｖｒが発生し始める車速である。車速Ｖが所定値Ｖｔｈ０以下である速度領域では、誘起電圧Ｖｒは無視し得る程度に小さく、第２回転電機４０６は直交制御により駆動され、Ｐｏｍａｘまでの駆動力を発生し得る。

一方、車速Ｖが所定値Ｖｔｈ０を超える領域では、第２回転電機４０６に対する直交制御を継続した場合には、発生駆動力の最大値は、図示一点鎖線で示すライン５０２に沿って急減する。このためＶｔｈ０を超える速度では、第２回転電機４０６に対し弱め界磁制御が行われる。その結果、第２回転電機４０６が出力可能な最大駆動力は、ライン５００に沿って変化し、車速に対する駆動力の低下の程度が軽減される。

そして、車速Ｖが更に増加し、ライン５００に沿って変化する第２回転電機４０６の最大駆動力が車速を維持するのに必要な最低限の駆動力Ｐｏｔｈに達したときに、車速が限界値（すなわち、到達可能な最大速度）Ｖｏｍａｘに達する。

上述した従来の車両では、車速Ｖの増加と共に第２回転電機４０６において発生する誘起電圧Ｖｒは増加し、弱め界磁制御に用いる電流Ｉｄの増加に起因して消費電力は増加する。すなわち、車速Ｖが大きくなるほど、駆動力の発生に直接的に貢献しない消費電力が増加し、燃費が悪化していく。

また、場合によっては、第２回転電機４０６のみで車輪４０８を駆動することにより到達可能な最大速度Ｖｏｍａｘは、エンジン４０２と同排気量のエンジンのみを動力源としたいわゆるＨＥＶではない車に比べて小さな値となり得る。

一方、上述した特許文献１を含め、ＨＥＶについての、上述のような弱め界磁制御に起因する車速の増加に伴う消費電力の増加を軽減し及び又は到達可能な最大速度を向上するための対策を教示する文献は、見当たらない。

特開２０１７−１００５９０号公報

上記背景より、内燃機関と回転電機とを備える車両において、消費電力を抑制しつつ、より高い車速を実現することが求められている。

本発明の一の態様は、内燃機関と車輪との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第１切替装置と、前記内燃機関と第１回転電機との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第２切替装置と、第２回転電機と前記車輪との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第３切替装置と、前記第１切替装置、前記第２切替装置、及び前記第３切替装置の動作を制御すると共に、前記内燃機関、前記第１回転電機、及び前記第２回転電機の動作を制御する制御装置と、前記第１回転電機及び又は前記第２回転電機により充電されるバッテリと、を備える車両である。そして、前記制御装置は、前記車両の状態が、前記車両の車速が第１所定値以下である第１状態であるときは、前記第１切替装置を非接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を接続状態として、前記第２回転電機に対し直交制御を行って前記第２回転電機により前記車輪を駆動し、前記車両の状態が、前記車速が前記第１所定値を超え、第２所定値以下であり、且つ、運転者の駆動操作から要求される要求駆動力が前記内燃機関で発生し得る所定駆動力以下である第２状態であるときは、前記第１切替装置及び前記第２切替装置を接続状態とし、前記第３切替装置を非接続状態として、前記内燃機関により前記車輪を駆動し、前記車両の状態が、前記車速が前記第１所定値を超え、第２所定値以下であって、且つ前記要求駆動力が前記所定駆動力を超える第３状態であるときは、前記第１切替装置を非接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を接続状態として、前記第２回転電機に対し弱め界磁制御を行って前記第２回転電機により前記車輪を駆動し、前記車両の状態が、前記車速が、前記第２所定値を超える第４状態であるときは、前記第１切替装置を接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を非接続状態として、前記内燃機関により前記車輪を駆動する。
本発明の他の態様によると、前記制御装置は、前記車両の状態が前記第２状態であるときに、前記第１回転電機を発電モードに設定し、前記内燃機関により前記第１回転電機を回転させて前記バッテリを充電するよう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記制御装置は、前記車両の状態が前記第１状態へ移行したときは、前記第３切替装置、前記第２切替装置、前記第１切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、前記車両の状態が前記第２状態へ移行したときは、前記第１切替装置、前記第２切替装置、前記第３切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、前記車両の状態が前記第３状態へ移行したときは、前記第３切替装置、前記第２切替装置、前記第１切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、前記車両の状態が前記第４状態へ移行したときは、前記第１切替装置、前記第２切替装置、前記第３切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行する、よう構成されている。
本発明の他の態様によると、前記制御装置は、前記車両において減速操作が行われたときは、所定の時間間隔で、前記第３切替装置を接続状態に設定した後、前記第２切替装置を接続状態に設定し、その後に第１切替装置を非接続状態に設定して、且つ、前記内燃機関を停止すると共に前記第２回転電機を発電モードに設定して、前記第２回転電機により前記バッテリを充電する、よう構成されている。

本発明の一実施形態に係る車両の構成を示す図である。 図１に示す車両における、車速に対する駆動力の変化の一例を示す図である。 図１に示す車両における、走行制御の動作の手順を示すフロー図である。 従来の車両の構成の一例を示す図である。 図４に示す従来の車両における、車速に対する駆動力の変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両１００の構成を示す図である。車両１００は、例えばハイブリッド車両（ＨＥＶ）であり、内燃機関であるエンジン１０２と、第１回転電機１０４と、第２回転電機１０６と、を有する。第１回転電機１０４及び第２回転電機１０６は、モータとして動作する駆動モードと、発電機として発電動作を行う発電モードの、２つのモードで動作する。第１回転電機１０４は、主としてエンジン１０２の駆動力により発電モードで駆動される発電機であり、第２回転電機１０６は、主として駆動モードで車輪１０８を駆動するモータである。第１回転電機１０４及び第２回転電機１０６は、例えばＩＰＭモータである。

ここで、図１における図示太線は、エンジン１０２、第１回転電機１０４、第２回転電機１０６、及び車輪１０８の相互間で回転力（回転トルク）を伝達する回転力伝達経路を、模式的に示したものである。この回転力伝達経路は、例えば回転シャフトやギア等（いずれも不図示）で構成される。また、この回転力伝達経路についてのより詳しい構成については、例えば特許文献１に記載されている。

図１において、エンジン１０２が出力する回転トルクは、第１分岐装置１１０、第１切替装置１１２、及び第２分岐装置１１４を介して車輪１０８に伝達される。第１切替装置１１２は、後述する電子制御装置１５０により制御される例えばクラッチであり、第１分岐装置１１０と第２分岐装置１１４との間の回転力伝達経路を接続状態と非接続状態とに切り替える。すなわち、第１切替装置１１２は、内燃機関であるエンジン１０２と車輪１０８との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える。

第１分岐装置１１０には、また、トルクリミッタ１１６と第２切替装置１１８とを介して、第１回転電機１０４が接続されている。第１分岐装置１１０は、エンジン１０２及び又は車輪１０８と第１回転電機１０４との間で相互に回転力を伝達する。

トルクリミッタ１１６は、エンジン１０２と第１回転電機１０４との間での過剰な回転トルクの伝達を防止する。第２切替装置１１８は、後述する電子制御装置１５０により制御される例えばクラッチであり、第１分岐装置１１０と第１回転電機１０４との間の回転力伝達経路を接続状態と非接続状態とに切り替える。すなわち、第２切替装置１１８は、内燃機関であるエンジン１０２と第１回転電機１０４との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える。

第２分岐装置１１４には、また、第３切替装置１２０を介して第２回転電機１０６が接続されている。第２分岐装置１１４は、第１分岐装置１１０及び又は車輪１０８と第２回転電機１０６との間で相互に回転力を伝達する。

第３切替装置１２０は、後述する電子制御装置１５０により制御される例えばクラッチであり、第２分岐装置１１４と第２回転電機１０６との間の回転力伝達経路を接続状態と非接続状態とに切り替える。すなわち、第３切替装置１２０は、第２回転電機１０６と車輪１０８との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える。

図１に示すように、第１回転電機１０４は、第３切替装置１２０を介することなく、第１切替装置１１２と第２切替装置１１８とを介して車輪１０８と接続されている。また、第２回転電機１０６は、第１切替装置１１２及び第２切替装置１１８を介することなく、第３切替装置１２０を介して車輪１０８に接続されている。

車輪１０８には、当該車輪１０８の回転に制動力を与える制動装置である油圧ブレーキ１２２が設けられている。油圧ブレーキ１２２は、例えばディスクブレーキであり、ユーザのブレーキペダル（不図示）の操作により車輪１０８の回転に抵抗を与えて車両１００を減速させる。

車両１００は、また、バッテリ１３０を備える。バッテリ１３０は、第１回転電機１０４及び又は第２回転電機１０６が駆動モードで動作する場合には、第１回転電機１０４及び又は第２回転電機１０６に向けて放電し、電力を供給する。また、バッテリ１３０は、第１回転電機１０４及び又は第２回転電機１０６が発電モードで動作する場合には、第１回転電機１０４及び又は第２回転電機１０６が発電した電気により充電される。

車両１００は、また、エンジン１０２の動作を含む車両１００の走行動作を開始させるためのイグニションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）１４０、車両１００の車速を検知する車速センサ１４２、ユーザのアクセルペダル操作量を検知するアクセルセンサ１４４、及びユーザのブレーキペダル操作量を検知するブレーキセンサ１４６が接続されている。

図１に示すように、車両１００は、電子制御装置１５０を備える。電子制御装置１５０は、ＩＧ−ＳＷ１４０、車速センサ１４２、アクセルセンサ１４４、及びブレーキセンサ１４６からの入力に基づいて、車両１００の走行を制御する。

すなわち、電子制御装置１５０は、これらの入力に基づいて、エンジン１０２、第１回転電機１０４、第２回転電機１０６、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０、及び油圧ブレーキ１２２の動作を制御して、車両１００の走行を制御する。

電子制御装置１５０は、入出力部１５２と、処理装置１５４と、を備える。入出力部１５２は、電子制御装置１５０の外部にあるデバイス、センサ、あるいは装置と処理装置１５４との間の信号の授受を行う入出力インタフェースである。

処理装置１５４は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサ、プログラムが書き込まれたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、データの一時記憶のためのＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を有するコンピューターである。そして、処理装置１５４は、機能要素（又は機能ユニット）として、走行制御部１６０と、エンジン制御部１６２と、第１回転電機制御部１６４と、第２回転電機制御部１６６と、切替装置制御部１６８と、油圧ブレーキ制御部１７０と、を有する。

処理装置１５４が備えるこれらの機能要素は、例えば、コンピューターである処理装置１５４がプログラムを実行することにより実現される。なお、上記コンピューター・プログラムは、コンピューターが読み取り可能な任意の記憶媒体に記憶させておくことができる。

上記に代えて、処理装置１５４が備える上記機能要素の全部又は一部を、それぞれ一つ以上の電子回路部品を含むハードウェアにより構成することもできる。

エンジン制御部１６２は、後述する走行制御部１６０からの指示により、エンジン１０２の動作を制御し、エンジン１０２の回転数、出力トルク等を制御する。

第１回転電機制御部１６４は、走行制御部１６０からの指示により、第１回転電機１０４の動作を制御する。より具体的には、第１回転電機制御部１６４は、第１回転電機１０４の動作モードを、バッテリ１３０からの給電により回転力を発生する駆動モードとエンジン１０２や車輪１０８等から与えられる回転力により発電を行う発電モードとに切り替える動作モード切替制御を行う。また、第１回転電機制御部１６４は、第１回転電機１０４を駆動モードで動作させるときは、当該第１回転電機１０４に発生させる駆動力や回転数を、例えば走行制御部１６０から与えられる目標値に制御する。その際、第１回転電機制御部１６４は、走行制御部１６０からの指示により、第１回転電機１０４を、直交制御又は弱め界磁制御により動作させる。なお、本実施形態では、第１回転電機１０４は、専ら発電モードにより動作され、エンジン１０２又は車輪１０８からの回転トルクにより発電してバッテリ１３０を充電する。

第２回転電機制御部１６６は、走行制御部１６０からの指示により、第２回転電機１０６の動作を制御する。より具体的には、第２回転電機制御部１６６は、第２回転電機１０６の動作モードを、バッテリ１３０からの給電により回転力を発生する駆動モードとエンジン１０２や車輪１０８等から与えられる回転力により発電を行う発電モードとに切り替える動作モード切替制御を行う。また、第２回転電機制御部１６６は、第２回転電機１０６を駆動モードで動作させるときは、当該第２回転電機１０６に発生させる回転力（回転トルク）や回転数を、例えば走行制御部１６０から与えられる目標値に制御する。その際、第２回転電機制御部１６６は、走行制御部１６０からの指示により、第２回転電機１０６を、直交制御又は弱め界磁制御により動作させる。

切替装置制御部１６８は、走行制御部１６０からの指示により、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０を接続状態と非接続状態とに切り替える接続状態切替制御を行う。

油圧ブレーキ制御部１７０は、走行制御部１６０からの指示により、油圧ブレーキ１２２の動作を制御する。

走行制御部１６０は、ブレーキセンサ１４６からの信号に基づき、油圧ブレーキ制御部１７０に指示して油圧ブレーキ１２２を動作させる。また、走行制御部１６０は、車速センサ１４２及びアクセルセンサ１４４からの信号に基づき、アクセルセンサ１４４からの信号に応じた（すなわち、アクセルペダルの操作量（押下量）に応じた）駆動力及び車速となるように、車両１００の走行を制御する。ここで、アクセルセンサ１４４からの信号に応じた駆動力は、要求駆動力Ｐｒｅｑに対応する。

より具体的には、制御装置である電子制御装置１５０の走行制御部１６０は、車速センサ１４２から得られる現在の車速Ｖと、アクセルセンサ１４４から得られる要求駆動力Ｐｒｅｑ及び目標車速と、に基づき、エンジン制御部１６２、第１回転電機制御部１６４、第２回転電機制御部１６６、及び切替装置制御部１６８を用いて、車両１００の走行を次のように制御する。

まず、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車両１００の車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下である第１状態であるか否かを判断する。そして、第１状態であるときは、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２を非接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を接続状態とする。同時に、走行制御部１６０は、第２回転電機制御部１６６に指示して、第２回転電機１０６に対し直交制御を行って第２回転電機１０６により車輪１０８を駆動する。

ここで、上記第１所定値Ｖｔｈ１は、第２回転電機１０６に対する弱め界磁制御を開始する車速Ｖとして、予め定めておくことができる。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１を超え、第２所定値Ｖｔｈ２以下であって、且つ、運転者の駆動操作から要求される（すなわち、アクセル操作量に応じた）要求駆動力Ｐｒｅｑが内燃機関であるエンジン１０２において発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍ以下である第２状態であるか否かを判断する。そして、第２状態であるときは、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２及び第２切替装置１１８を接続状態とし、第３切替装置１２０を非接続状態とする。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示して、内燃機関であるエンジン１０２により車輪１０８を駆動する。

ここで、上記第２所定値Ｖｔｈ２は、弱め界磁制御された第２回転電機１０６が発生し得る最大駆動力が、エンジン１０２において発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍを下回る速度として、予め定めておくことができる。

また、走行制御部１６０は、車両１００が第２状態であるときは、第１回転電機制御部１６４に指示して、第１回転電機１０４を発電モードに設定し、エンジン１０２により第１回転電機１０４を回転させてバッテリ１３０を充電する。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第１所定値を超え、第２所定値以下であって、且つ要求駆動力Ｐｒｅｑが所定の駆動力Ｐｅｍを超える第３状態であるか否かを判断する。そして、第３状態であるときは、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２を非接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を接続状態とする。同時に、走行制御部１６０は、第２回転電機制御部１６６に指示して、第２回転電機１０６に対し弱め界磁制御を行って第２回転電機１０６により車輪１０８を駆動する。

さらに、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第２所定値超える第４状態であるか否かを判断する。そして、第４状態であるときは、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２を接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を非接続状態とする。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示して、内燃機関であるエンジン１０２により車輪１０８を駆動する。

図２は、上記の走行制御により車両１００において得られる駆動力の一例を模式的に示した図である。図２において、横軸は車速Ｖを示し、縦軸は駆動力Ｐを示している。また、図示実線のライン２００は、車両１００が各車速において実現することのできる最大駆動力を示している。

図示横軸とライン２００で挟まれた領域のうち、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下である図示の領域Ａ−１は、第１状態に対応し、直交制御により駆動される第２回転電機１０６により、Ｐｅｍａｘまでの範囲の駆動力において車輪１０８が駆動される。

車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１より大きく第２所定値Ｖｔｈ２以下であって駆動力Ｐがエンジン１０２が発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍ以下である領域Ａ−２は、第２状態に対応し、エンジン１０２により車輪１０８が駆動されると共に、エンジン１０２により駆動される第１回転電機１０４によりバッテリ１３０が充電される。

車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１より大きく第２所定値Ｖｔｈ２以下であって駆動力Ｐがエンジン１０２が発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍを超える領域Ａ−３は、第３状態に対応し、弱め界磁制御された第２回転電機１０６により車輪１０８が駆動される。

車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２を超える領域Ａ−４は、第４状態に対応し、エンジン１０２により車輪１０８が駆動される。なお、図示一点鎖線で示すライン２０２は、エンジン４０２を用いず第２回転電機４０６の弱め界磁制御のみで車輪４０８を駆動する従来の車両４００において得ることのできる最大駆動力を示している。

上記の走行制御を行うことにより、車両１００では、領域Ａ−２およびＡ−４において、第２回転電機１０６を用いずエンジン１０２を用いて車輪１０８を駆動する。これにより、車両１００では、第２回転電機１０６の弱め界磁制御を行う機会が少なくなり、駆動力に直接的に寄与しない付加電流Ｉｄによる電力消費を削減することができる。また、車両１００では、領域Ａ−４において第２回転電機１０６を用いずエンジン１０２を用いて車輪１０８を駆動する。これにより、車両１００では、第２回転電機１０６のみで車輪１０８を駆動する従来手法に比べて、車両１００が到達可能な最大速度を向上することができる。

すなわち、図示一点鎖線のライン２０２で示すように、車速Ｖに関わらず第２回転電機４０６により車輪４０８を駆動する従来の車両４００では、得られる最大駆動力は車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２を超えても低下していく。そして、その最大駆動力が速度維持に必要な最低駆動力Ｐｏｔｈに達した時点で速度限界、すなわち到達可能な最大速度Ｖｏｍａｘを迎える。

これに対し、本実施形態の車両１００では、車速Ｖが増加し、第２回転電機１０６の最大駆動力が低下してエンジン１０２の所定の駆動力Ｐｅｍに達する第２所定値Ｖｔｈ２になったときに、車輪１０８の駆動源をエンジン１０２に切り替える。このため、車両１００では、第２所定値Ｖｔｈ２を超える車速Ｖの範囲でもＰｏｔｈより大きなＰｅｍまでの駆動力が得られる状態が維持されるので、Ｖｏｍａｘを超えて車速Ｖを増加させることが可能となる。具体的には、車速Ｖが更に増加して、当該車速を維持するのに必要な最低駆動力がＰｅｍに達した時点で、到達可能な最大速度Ｖｅｍａｘを迎える。ここで、速度維持に必要な最低駆動力は、車速Ｖの増加と共に増加することに注意されたい。

また、上記走行制御では、車速ＶがＶｔｈ２に到達する前の第２状態であるときにエンジン１０２により第１回転電機１０４を用いてバッテリ１３０を充電する。これにより、車両１００では、バッテリ１３０の充電を行わない第４状態への移行の前に、第４状態におけるヘッドランプやエアコン等の使用に必要な電力需要に備えて、バッテリ１３０を充電しておくことができる。

図１に戻り、電子制御装置１５０の走行制御部１６０は、更に、車両１００の状態が、第１状態、第２状態、第３状態、及び第４状態のいずれかに遷移するときは、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０への接続状態と非接続状態との間での切替の設定を、所定の順に、所定の時間間隔で行う。

具体的には、上記所定の順は、車輪１０８に対して駆動力源として働く第２回転電機１０６及びエンジン１０２がいずれも車輪１０８に接続されてない期間が発生しないように設定される。

より具体的には、走行制御部１６０は、車両１００の状態が第１状態へ移行したときは、第３切替装置１２０、第２切替装置１１８、第１切替装置１１２の順に、所定の時間間隔（例えば、１００ｍｓ）で、接続又は非接続への切り替えの設定を行う。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が第２状態へ移行したときは、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えの設定を行う。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が第３状態へ移行したときは、第３切替装置１２０、第２切替装置１１８、第１切替装置１１２の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えの設定を行う。

さらに、走行制御部１６０は、車両１００の状態が第４状態へ移行したときは、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えの設定を行う。

これにより、車両１００では、車輪１０８がいわゆるトルク抜けの状態になるのを防止することができ、車両挙動の不安定化や乗り心地の悪化を防止することができる。

図１に示す電子制御装置１５０の走行制御部１６０は、また、ブレーキセンサ１４６により減速操作が行われたことを検知したときは、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２を非接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を接続状態とする。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示してエンジン１０２を停止すると共に、第２回転電機制御部１６６に指示して第２回転電機１０６を発電モードに設定して、第２回転電機１０６によりバッテリ１３０を充電する。これにより、車両１００では、減速操作が行われたときは、第２回転電機１０６により回生動作を行って、燃費を向上することができる。

また、走行制御部１６０は、減速操作が行われたことを検知して上記のように各切替装置を設定するときは、第３切替装置１２０、第２切替装置１１８、第１切替装置１１２、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えの設定を行う。これにより、車両１００では、車輪１０８がいわゆるトルク抜けの状態になるのを防止することができ、車輪１０８からの外力トルクが発電に用いられず無駄に浪費する期間が発生するのを防止することができる。

次に、図３に示すフロー図に従って、車両１００における走行制御の動作手順について説明する。本動作は、電子制御装置１５０の電源がオンされたときに開始し、オフされたときに終了する。

動作を開始すると、走行制御部１６０は、ＩＧ−ＳＷ１４０がオンされたか否かを判断し（Ｓ１００）、オンされていないときは（Ｓ１００、ＮＯ）、ステップＳ１００に戻ってオンされるのを待機する。一方、ＩＧ−ＳＷ１４０がオンされたときは（Ｓ１００、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０を、この順に、所定の時間間隔で、接続状態に設定し、さらに引き続き所定の時間間隔で、第１切替装置１１２を非接続状態に設定する（Ｓ１０２）。これにより、走行制御部１６０は、各切替装置の動作が正常であることを確認できると共に、各切替装置の状態を、車両１００が発進動作可能な状態にすることができる。上記接続状態の設定に対し各切替装置が正常に動作したか否かは、例えば各切替装置に設けられたセンサ（不図示）からの信号により検知することができる。なお、図３においては、各切替装置について接続状態に設定することを“ＯＮ”で表し、非接続状態に設定することを“ＯＦＦ”で表す。例えば、図３においてステップＳ１０２に示す“第１切替装置：ＯＮ”とは、第１切替装置１１２を接続状態に設定することを意味する。

次に、走行制御部１６０は、ブレーキセンサ１４６からの信号に基づき、減速操作が行われたか否かを判断する（Ｓ１０４）。そして、減速操作が行われたときは（Ｓ１０４、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、所定の時間間隔で、第３切替装置１２０に対する接続状態への設定、第２切替装置１１８に対する接続状態への設定、及び第１切替装置１１２に対する非接続状態への設定を、この順に行う（Ｓ１０６）。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示してエンジン１０２を停止すると共に、第２回転電機制御部１６６に指示して第２回転電機１０６を発電モードに設定して、第２回転電機１０６によりバッテリ１３０の充電を開始する（Ｓ１０８）。

続いて、走行制御部１６０は、ＩＧ−ＳＷ１４０がオフされたか否かを判断する（Ｓ１１０）。そして、オフされたときは（Ｓ１１０、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０を、非接続状態に設定する（Ｓ１１２）。これにより、車両１００では、長期にわたる駐車状態になっても、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、第３切替装置１２０が、いわゆるクラッチ固着の状態になるのを防止することができる。その後、走行制御部１６０は、ステップＳ１００に戻ってＩＧ−ＳＷ１４０がオンされるのを待機する。

一方、ＩＧ−ＳＷ１４０がオフされていないときは（Ｓ１１０、ＮＯ）、走行制御部１６０は、ステップＳ１０４に戻って処理を繰り返す。

また、一方、ステップＳ１０４において減速操作が行われていないときは（Ｓ１０４、ＮＯ）、走行制御部１６０は、車速センサ１４２からの信号に基づき、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下であるか否かを判断する（Ｓ１１４）。そして、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下である（すなわち、車両１００が第１状態である）ときは（Ｓ１１４、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、所定の時間間隔で、第３切替装置１２０に対する接続状態への設定、第２切替装置１１８に対する接続状態への設定、及び第１切替装置１１２に対する非接続状態への設定を、この順に行う（Ｓ１１６）。同時に、走行制御部１６０は、第２回転電機制御部１６６に指示して、第２回転電機１０６を直交制御により制御して、車輪１０８を駆動する（Ｓ１１８）。その後、走行制御部１６０は、ステップＳ１１０に処理を移す。

一方、ステップＳ１１４において、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下でないときは（Ｓ１１４、ＮＯ）、走行制御部１６０は、車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２以下であるか否かを判断する（Ｓ１２０）。そして、車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２以下であるときは（Ｓ１２０、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、アクセルセンサ１４４からの信号に基づき、要求駆動力Ｐｒｅｑがエンジン１０２が発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍを超えているか否かを判断する（Ｓ１２２）。

そして、ＰｒｅｑがＰｅｍを超えている（すなわち、車両１００が第３状態である）ときは（Ｓ１２２、ＹＥＳ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、所定の時間間隔で、第３切替装置１２０に対する接続状態への設定、第２切替装置１１８に対する接続状態への設定、及び第１切替装置１１２に対する非接続状態への設定を、この順に行う（Ｓ１２４）。同時に、走行制御部１６０は、第２回転電機制御部１６６に指示して、第２回転電機１０６を弱め界磁制御により制御して、車輪１０８を駆動する（Ｓ１２６）。その後、走行制御部１６０は、ステップＳ１１０に処理を移す。

一方、ステップＳ１２２においてＰｒｅｑがＰｅｍを超えていない（すなわち、車両１００が第２状態である）ときは（Ｓ１２２、ＮＯ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、所定の時間間隔で、第１切替装置１１２に対する接続状態への設定、第２切替装置１１８に対する接続状態への設定、及び第３切替装置１２０に対する非接続状態への設定を、この順に行う（Ｓ１２８）。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示してエンジン１０２により車輪１０８を駆動すると共に、第１回転電機制御部１６４に指示して、第１回転電機１０４によりバッテリ１３０を充電する（Ｓ１３０）。その後、走行制御部１６０は、ステップＳ１１０に処理を移す。

また、一方、ステップＳ１２０において車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２を超えている（すなわち、車両１００が第４状態である）ときは（Ｓ１２０、ＮＯ）、走行制御部１６０は、切替装置制御部１６８に指示して、所定の時間間隔で、第１切替装置１１２に対する接続状態への設定、第２切替装置１１８に対する非接続状態への設定、及び第３切替装置１２０に対する非接続状態への設定を、この順に行う（Ｓ１３２）。同時に、走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２に指示してエンジン１０２により車輪１０８を駆動することで、車両１００を走行させる（Ｓ１３４）。その後、走行制御部１６０は、ステップＳ１１０に処理を移す。

以上、説明したように、本実施形態に係る車両１００は、エンジン１０２と車輪１０８との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第１切替装置１１２と、エンジン１０２と第１回転電機１０４との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第２切替装置１１８と、を有する。また、車両１００は、第２回転電機１０６と車輪１０８との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第３切替装置１２０と、第１切替装置１１２、第２切替装置１１８、及び第３切替装置１２０の動作を制御すると共に、エンジン１０２、第１回転電機１０４、及び第２回転電機１０６の動作を制御する電子制御装置１５０と、を有する。更に、車両１００は、第１回転電機１０４及び又は第２回転電機１０６により充電されるバッテリ１３０を備える。

そして、電子制御装置１５０の走行制御部１６０は、エンジン制御部１６２、第１回転電機制御部１６４、第２回転電機制御部１６６、及び切替装置制御部１６８に指示することにより、車両１００の状態が、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１以下である第１状態であるときは、第１切替装置１１２を非接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を接続状態として、第２回転電機１０６に対し直交制御を行って第２回転電機１０６により車輪１０８を駆動する。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１を超えて第２所定値Ｖｔｈ２以下であり、且つ、運転者の駆動操作から要求される要求駆動力Ｐｒｅｑがエンジン１０２で発生し得る所定の駆動力Ｐｅｍ以下である第２状態であるときは、第１切替装置１１２及び第２切替装置１１８を接続状態とし、第３切替装置１２０を非接続状態として、エンジン１０２により車輪１０８を駆動する。

また、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第１所定値Ｖｔｈ１を超え第２所定値Ｖｔｈ２以下であって、且つ要求駆動力Ｐｒｅｑが所定の駆動力Ｐｅｍを超える第３状態であるときは、第１切替装置１１２を非接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を接続状態として、第２回転電機１０６に対し弱め界磁制御を行って第２回転電機１０６により車輪１０８を駆動する。

さらに、走行制御部１６０は、車両１００の状態が、車速Ｖが第２所定値Ｖｔｈ２を超える第４状態であるときは、第１切替装置１１２を接続状態とし、第２切替装置１１８及び第３切替装置１２０を非接続状態として、エンジン１０２により車輪１０８を駆動する。

これにより、車両１００では、第２状態及び第４状態において第２回転電機１０６を用いずエンジン１０２を用いて車輪１０８を駆動することにより、第２回転電機１０６の弱め界磁制御を行う機会を少なくして、駆動力に直接的に寄与しない電力消費を低減することができる。また、第４状態においてエンジン１０２により車輪１０８を駆動することにより、第２回転電機４０６のみで車輪４０８を駆動する従来の車両４００に比べて、車両１００が到達することのできる最大速度を向上することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、第１回転電機１０４は車輪１０８の駆動に寄与しないものとしたが、これには限られない。例えば、第１状態又は第３状態において、バッテリ１３０の充電量が所定値を超えて十分であるときは、第２回転電機１０６を駆動モードで使用する際に、第１回転電機１０４も駆動モードに設定して第２回転電機１０６と同様の態様で動作させて、第１回転電機１０４と第２回転電機１０６により車輪１０８を駆動してもよい。

１００、４００…車両、１０２、４０２…エンジン、１０４、４０４…第１回転電機、１０６，４０６…第２回転電機、１０８、４０８…車輪、１１０、４１０…第１分岐装置、１１２…第１切替装置、１１４、４１４…第２分岐装置、１１６、４１６…トルクリミッタ、１１８…第２切替装置、１２０…第３切替装置、１３０、４３０…バッテリ、１４０…イグニションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）、１４２…車速センサ、１４４…アクセルセンサ、１４６…ブレーキセンサ、１５０…電子制御装置、１５２…入出力部、１５４…処理装置、１６０…走行制御部、１６２…エンジン制御部、１６４…第１回転電機制御部、１６６…第２回転電機制御部、１６８…切替装置制御部、１７０…油圧ブレーキ制御部、４１２…切替装置。

Claims (4)

1. 内燃機関と車輪との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第１切替装置と、
   前記内燃機関と第１回転電機との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第２切替装置と、
   第２回転電機と前記車輪との間の回転力の伝達を接続状態と非接続状態とに切り替える第３切替装置と、
   前記第１切替装置、前記第２切替装置、及び前記第３切替装置の動作を制御すると共に、前記内燃機関、前記第１回転電機、及び前記第２回転電機の動作を制御する制御装置と、
   前記第１回転電機及び又は前記第２回転電機により充電されるバッテリと、
   を備える車両であって、
   前記制御装置は、
   前記車両の状態が、前記車両の車速が第１所定値以下である第１状態であるときは、前記第１切替装置を非接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を接続状態として、前記第２回転電機に対し直交制御を行って前記第２回転電機により前記車輪を駆動し、
   前記車両の状態が、前記車速が前記第１所定値を超え、第２所定値以下であり、且つ、運転者の駆動操作から要求される要求駆動力が前記内燃機関で発生し得る所定駆動力以下である第２状態であるときは、前記第１切替装置及び前記第２切替装置を接続状態とし、前記第３切替装置を非接続状態として、前記内燃機関により前記車輪を駆動し、
   前記車両の状態が、前記車速が前記第１所定値を超え、前記第２所定値以下であって、且つ前記要求駆動力が前記所定駆動力を超える第３状態であるときは、前記第１切替装置を非接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を接続状態として、前記第２回転電機に対し弱め界磁制御を行って前記第２回転電機により前記車輪を駆動し、
   前記車両の状態が、前記車速が、前記第２所定値を超える第４状態であるときは、前記第１切替装置を接続状態とし、前記第２切替装置及び前記第３切替装置を非接続状態として、前記内燃機関により前記車輪を駆動する、
   よう構成されている、車両。
2. 前記制御装置は、前記車両の状態が前記第２状態であるときに、前記第１回転電機を発電モードに設定し、前記内燃機関により前記第１回転電機を回転させて前記バッテリを充電するよう構成されている、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、
   前記車両の状態が前記第１状態へ移行したときは、前記第３切替装置、前記第２切替装置、前記第１切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、
   前記車両の状態が前記第２状態へ移行したときは、前記第１切替装置、前記第２切替装置、前記第３切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、
   前記車両の状態が前記第３状態へ移行したときは、前記第３切替装置、前記第２切替装置、前記第１切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行し、
   前記車両の状態が前記第４状態へ移行したときは、前記第１切替装置、前記第２切替装置、前記第３切替装置、の順に、所定の時間間隔で、接続又は非接続への切り替えを実行する、
   よう構成されている、請求項１又は２に記載の車両。
4. 前記制御装置は、前記車両において減速操作が行われたときは、所定の時間間隔で、前記第３切替装置を接続状態に設定した後、前記第２切替装置を接続状態に設定し、その後に第１切替装置を非接続状態に設定して、且つ、前記内燃機関を停止すると共に前記第２回転電機を発電モードに設定して、前記第２回転電機により前記バッテリを充電する、よう構成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の車両。
   

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