JP2023023805A - ハイブリッド車 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行モードの移行において変速機に与えるダメージを回避する。【解決手段】 ハイブリッド車の制御装置は、第１走行モードの実行中にエンジンと第１モータジェネレータとの一方に異常が生じたときは、エンジンと第１モータジェネレータとの他方を用いて、変速機のドグクラッチにおける相対位相及び相対差回転を調節し、変速機をニュートラルまで変速した後に、即ち、全てのドグクラッチを係合解除した後に、第２走行モードへ移行するように構成されている。【選択図】図６

Description

本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車に関する。

特許文献１に、ハイブリッド車が開示されている。このハイブリッド車は、主にエンジンを用いて走行するエンジン走行モードと、主にモータジェネレータを用いて走行するＥＶ走行モードとを、選択的に実行する。例えば、エンジン走行モードの実行中にエンジンに異常が生じたときは、ＥＶ走行モードへ移行することによって、退避走行を実行するように構成されている。

特開２０１０－１１１２９１号公報

一般に、エンジンと車輪との間には変速機が設けられており、この変速機には、複数のドグクラッチを有し、複数のドグクラッチを所定の順序で係合及び係合解除するように構成されたシーケンシャル方式の変速機を採用することができる。しかしながら、このようなドグクラッチを有する変速機では、変速するときに、ドグクラッチの相対位相及び相対差回転を調節しながら、ドグクラッチを係合又は係合解除する必要がある。そのことから、エンジンの異常に応じて直ちにＥＶ走行モードへ移行してしまうと、ドグクラッチの相対位相及び相対差回転が調節不能となることから、ドグクラッチの係合及び係合解除もできなくなる。そして、係合したままのドグクラッチでは、例えば路面から受ける外力によって意図しない相対差回転が生じ、それによってドグ歯がダメージを受けるおそれがある。

従って、本明細書では、異常の発生に伴う走行モードの移行において、変速機に与えるダメージを回避し得る技術を提供する。

本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車に具現化される。このハイブリッド車は、少なくとも一つの第１駆動輪と、少なくとも一つの第２駆動輪と、前記第１駆動輪に第１動力伝達経路を介して接続されたエンジンと、前記第１動力伝達経路に設けられた第１モータジェネレータと、前記第１動力伝達経路に設けられているとともに、前記エンジン及び前記第１モータジェネレータと前記第１駆動輪との間に位置するクラッチと、前記第１動力伝達経路に設けられているとともに、前記クラッチと前記第１駆動輪との間に位置する変速機と、前記第２駆動輪に第２動力伝達経路を介して接続された第２モータジェネレータとを備える。

ハイブリッド車はさらに、前記エンジン、前記第１モータジェネレータ、前記クラッチ、前記変速機、及び、前記第２モータジェネレータを制御して、第１走行モードと第２走行モードとを含む、複数の走行モードを選択的に実行可能な制御装置とを備える。ここで、前記第１走行モードは、前記クラッチにおける動力伝達が接続された状態で、前記エンジンと前記第１モータジェネレータとの少なくとも一方によって前記第１駆動輪が駆動される走行モードである。一方、前記第２走行モードは、前記クラッチにおける動力伝達が遮断された状態で、前記第２モータジェネレータによって前記第２駆動輪が駆動される走行モードである。

前記変速機は、複数のドグクラッチを有しており、前記複数のドグクラッチを所定の順序で係合及び係合解除するように構成されたシーケンシャル方式の変速機である。そして、前記制御装置は、前記第１走行モードの実行中に前記エンジンと前記第１モータジェネレータとの一方に異常が生じたときは、その他方を用いて前記ドグクラッチの相対位相及び相対差回転を調節しながら前記変速機をニュートラルまで変速した後に、即ち、全てのドグクラッチを係合解除した後に、前記第２走行モードへ移行するように構成されている。

上記の構成によると、第１走行モードの実行中に、例えばエンジン（又は第１モータジェネレータ）に異常が生じたときでも、直ちに第２走行モードへ移行することなく、クラッチにおける動力伝達が維持される。これにより、健全である第１モータジェネレータ（又はエンジン）を利用して、変速機のドグクラッチにおける相対位相及び相対差回転を調節しながら、ドグクラッチの係合及び係合解除を行うことができる。この状態で、制御装置は、シーケンシャル方式の変速機を、全てのドグクラッチが係合解除されるニュートラルまで、順に変速していく。そして、制御装置は、全てのドグクラッチが係合解除された状態で、第１走行モードから第２走行モードへ移行する。これにより、第２走行モードによる退避走行中に、ドグクラッチがダメージを受けることを回避することができる。

実施例のハイブリッド車１０の構成を模式的に示す。 第１走行モードにおける動力伝達経路を模式的に示す。 第２走行モードにおける動力伝達経路を模式的に示す。 変速機２４の要部の構成を模式的に示す。 ドグクラッチ７２（７４）が係合する様子を模式的に示す。 制御装置５０が実行する処理を示すフローチャート。

図面を参照して、実施例のハイブリッド車１０について説明する。本実施例のハイブリッド車１０は、電動車に属するものであり、典型的には路面を走行する電動車（いわゆる自動車）である。但し、本実施例で説明する技術の一部又は全部は、例えば軌道を走行する電動車にも同様に採用することができる。ハイブリッド車１０は、車体１２と、車体１２の前部に設けられた一対の前輪１４と、車体１２の後部に設けられた一対の後輪１６とを備える。なお、車体１２の具体的な構成や、ハイブリッド車１０が備える車輪の数は特に限定されない。また、ハイブリッド車１０は、ユーザによって運転操作されるものに限られず、外部装置によって遠隔操作されるものや、自律走行するものであってもよい。

ハイブリッド車１０はさらに、エンジン１８と、第１モータジェネレータ（以下、「第１モータ」と称する）２０と、クラッチ２２と、変速機２４と、第１動力伝達経路２６とを備える。エンジン１８は、第１動力伝達経路２６を介して、一対の後輪１６接続されている。エンジン１８は、燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関であり、特に限定されないが、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、水素エンジン等が挙げられる。ここで、本実施例における一対の後輪１６は、本技術における「少なくとも一つの第１駆動輪」の一例である。

第１モータ２０は、第１動力伝達経路２６に設けられている。第１モータ２０は、エンジン１８と後輪１６との間に位置しており、エンジン１８と共に後輪１６を駆動する原動機として機能する。また、第１モータ２０は、原動機としてだけでなく、発電機としても機能することができる。即ち、ハイブリッド車１０は、エンジン１８によって第１モータ２０を駆動することで、第１モータ２０による発電を行うことができる。あるいは、ハイブリッド車１０は、減速する必要があるときに、第１モータ２０を発電機として機能させることで、一対の後輪１６の回生制動を行うことができる。

クラッチ２２は、第１動力伝達経路２６に設けられている。クラッチ２２は、エンジン１８及び第１モータ２０と、一対の後輪１６との間に位置している。クラッチ２２は、第１動力伝達経路２６を機械的に接続及び切断することによって、エンジン１８及び第１モータ２０と後輪１６との間の動力伝達を接続及び遮断することができる。このような構成によると、ハイブリッド車１０は、エンジン１８を一対の後輪１６から機械的に切り離した状態で、エンジン１８によって第１モータ２０を駆動することにより、第１モータ２０による発電を行うことができる。即ち、ハイブリッド車１０は、その速度にかかわらず、第１モータ２０による発電を行うことができる。

変速機２４は、第１動力伝達経路２６に設けられている。変速機２４は、クラッチ２２と一対の後輪１６との間に位置している。変速機２４は、クラッチ２２から入力される回転運動を、選択された変速段に応じた変速比で変速して、一対の後輪１６へ出力する。変速機２４の出力する回転運動（即ち、トルク）は、図示しないデファレンシャルギヤを介して、一対の後輪１６へ分配される。特に限定されないが、本実施例における変速機２４は、「１速」から「８速」までの変速段を有するシーケンシャル方式の変速機であり、「１速」と「２速」との間と「４速」と「５速」との間に、動力伝達が遮断されるニュートラル（中立）が設けられている。変速機２４の構成については、後段において詳細に説明する。

ハイブリッド車１０はさらに、第２モータジェネレータ（以下、「第２モータ」と称する）３０を備える。第２モータ３０は、第２動力伝達経路３２を介して、一対の前輪１４に接続されており、一対の前輪１４を駆動する原動機として機能する。第２動力伝達経路３２には、デファレンシャルギヤ３４が設けられており、第２モータ３０が出力する回転運動（即ち、トルク）は、デファレンシャルギヤ３４を介して、一対の前輪１４に分配される。また、第２モータ３０は、原動機だけでなく、前輪１４を回生制動するための発電機としても機能することができる。即ち、ハイブリッド車１０は、減速する必要があるときに、第２モータ３０を発電機として機能させることで、前輪１４の回生制動を行うことができる。図示省略するが、第２動力伝達経路３２には、必要に応じて減速機やクラッチが設けられてもよい。ここで、本実施例における一対の前輪１４は、本技術における「少なくとも一つの第２駆動輪」の一例である。

ハイブリッド車１０は、さらに、バッテリ４０と、第１パワーコントロールユニット（以下、「第１ＰＣＵ」と称する）３６と、第２パワーコントロールユニット（以下、「第２ＰＣＵ」と称する）３８とを備える。バッテリ４０は、第１モータ２０及び第２モータ３０のための電源装置である。バッテリ４０は、複数の二次電池セルを有しており、繰り返し充放電可能に構成されている。ここでいう二次電池セルは、特に限定されないが、例えばリチウムイオン電池セル又はニッケル水素電池セルであってよい。

第１ＰＣＵ３６は、電力変換装置であって、バッテリ４０と第１モータ２０との間に介在する。即ち、バッテリ４０は、第１ＰＣＵ３６を介して、第１モータ２０に接続されている。第１モータ２０が原動機として機能する場合、第１ＰＣＵ３６は、バッテリ４０から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、第１モータ２０へ供給する。一方、第１モータ２０が発電機として機能する場合、第１ＰＣＵ３６は、第１モータ２０から出力される三相交流電力を直流電力に変換して、バッテリ４０へ供給する。これにより、バッテリ４０は、第１モータ２０で発電された電力によって充電される。

第１ＰＣＵ３６の具体的な構成は特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における第１ＰＣＵ３６は、バッテリ４０に接続された電圧コンバータと、その電圧コンバータと第１モータ２０との間に位置するインバータと、それらの動作を制御するパワーコントローラとを備える。電圧コンバータは、直流電力を昇圧及び降圧可能に構成されており、インバータは、直流電力と交流電力との間で電力変換可能に構成されている。

第２ＰＣＵ３８は、同じく電力変換装置であって、バッテリ４０と第２モータ３０との間に介在する。即ち、バッテリ４０は、第２ＰＣＵ３８を介して、第２モータ３０に接続されている。第２モータ３０が原動機として機能する場合、第２ＰＣＵ３８は、バッテリ４０から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、第２モータ３０へ供給する。一方、第２モータ３０が発電機として機能する場合、第２ＰＣＵ３８は、第２モータ３０から出力される三相交流電力を直流電力に変換して、バッテリ４０へ供給する。これにより、バッテリ４０は、第２モータ３０で発電された電力によって充電される。第２ＰＣＵ３８の具体的な構成についても特に限定されない。一例ではあるが、本実施例における第２ＰＣＵ３８は、第１ＰＣＵ３６と同様に、電圧コンバータとインバータとパワーコントローラとを備える。

ハイブリッド車１０はさらに、制御装置５０を備える。制御装置５０は、コンピュータ装置を用いて構成されており、各種の制御プログラムを記憶するメモリと、それらの制御プログラムを実行するプロセッサ等を有する。制御装置５０は、エンジン１８、第１ＰＣＵ３６、第２ＰＣＵ３８、クラッチ２２、及び、変速機２４と電気的に接続されており、これらの動作を制御可能に構成されている。制御装置５０には、例えば、ユーザによる操作情報や、ハイブリッド車１０の状態を示す車両情報が入力される。操作情報とは、例えば、ユーザによるアクセルペダルの操作量を示すアクセル開度情報や、ユーザによるブレーキペダルの操作量を示すブレーキ踏力情報である。車両情報とは、例えば、ハイブリッド車１０の速度を示す車速情報や、バッテリ４０の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を示すバッテリ情報である。制御装置５０は、入力された操作情報や車両情報に応じて、上述したハイブリッド車１０の各部の動作を制御する。

制御装置５０は、第１走行モードと第２走行モードとを含む、複数の走行モードを選択的に実行可能である。図２に示すように、第１走行モードでは、クラッチ２２における動力伝達が接続された状態で、エンジン１８と第１モータ２０との少なくとも一方によって一対の後輪１６が駆動される。第１走行モードは、パラレルハイブリッド走行モードとも称される。なお、第１走行モードでは、第２モータ３０によって一対の前輪１４がさらに駆動されてもよい。あるいは、第１走行モードでは、エンジン１８の出力する動力を第１モータ２０と一対の後輪１６とのそれぞれに供給し、第１モータ２０による発電を行いつつ、一対の後輪１６を駆動することもできる。一方、第２走行モードでは、クラッチ２２における動力伝達が遮断された状態で、第２モータ３０によって一対の前輪１４が駆動される。第２走行モードは、ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モードとも称される。なお、第２走行モードでは、エンジン１８によって第１モータ２０を駆動して、第１モータ２０による発電がおこなわれてもよい。このような走行モードは、ＥＶ走行モード特別して、シリーズハイブリッド走行モードとも称される。

次に、図４、図５を参照して、変速機２４の構成について説明する。図４に示すように、変速機２４は、複数のギア対６２、６４と、複数のドグクラッチ７２、７４と、シフトバレル７０と、アクチュエータ８０を有する。図４では、変速機２４の一部のみが示されており、二つのギア対６２、６４と、二つのドグクラッチ７２、７４のみが、代表して図示されている。複数のドグクラッチ７２、７４は、変速機２４による変速比を切り替えるために、複数のギア対６２、６４に対してそれぞれ設けられている。シフトバレル７０は、複数のドグクラッチ７２、７４に接続されており、自己の回転角に応じて複数のドグクラッチ７２、７４を選択的に係合及び係合解除する。アクチュエータ８０は、例えばサーボモータである。アクチュエータ８０は、シフトバレル７０に接続されており、シフトバレル７０の回転角や回転速度を自由に調節することができる。

複数のドグクラッチ７２、７４は、軸方向に隣接する二つの回転体の間に設けられている。例えば、第１のドグクラッチ７２は、第１のギア対６２を構成するギア６２ａと、当該ギア６２ａと同軸に配置された摺動スリーブ６８との間に設けられている。第１のドグクラッチ７２は、ギア６２ａに設けられた複数の第１ドグ歯７６と、摺動スリーブ６８に設けられた複数の第２ドグ歯７８とを有する。複数の第１ドグ歯７６は、それぞれ略直方体の形状を有しており、複数の第２ドグ歯７８に向けて突出している。複数の第２ドグ歯７８もまた、それぞれ略直方体の形状を有しており、複数の第１ドグ歯７６に向けて突出している。複数の第１ドグ歯７６及び複数の第２ドグ歯７８は、それぞれ周方向に沿って等間隔に配列されており、互いに係合可能に構成されている。

同様に、第２のドグクラッチ７４は、第２のギア対６４を構成するギア６４ａと、当該ギア６４ａと同軸に配置された前述の摺動スリーブ６８との間に設けられている。第２のドグクラッチ７４についても、第１のドグクラッチ７２と同様に、ギア６４ａに設けられた複数の第１ドグ歯７６と、摺動スリーブ６８に設けられた複数の第２ドグ歯７８とを有する。

摺動スリーブ６８は、回転シャフト６６（例えば、出力シャフトやカウンターシャフト）と一体回転する一方で、軸方向には相対変位可能に支持されている。摺動スリーブ６８は、シフトバレル７０に接続されており、シフトバレル７０の回転角に応じて、回転シャフト６６の軸方向に沿って変位する。例えば、シフトバレル７０が第１の回転角まで回転すると、摺動スリーブ６８が第１のギア対６２に向けて変位して、第１のドグクラッチ７２が係合する。このとき、第２のドグクラッチ７４（及びその他のドグクラッチ）では、係合が解除されている。これにより、複数のギア対６２、６４のうち、第１のギア対６２が有効化されることによって、それに対応する変速比が実現される。

一方、シフトバレル７０が第２の回転角まで回転すると、摺動スリーブ６８が第２のギア対６４に向けて変位する。これにより、第２のドグクラッチ７４が係合するとともに、第１のドグクラッチ７２（及びその他のドグクラッチ）の係合が解除される。複数のギア対６２、６４のうち、第２のギア対６４が有効化されることによって、それに対応する変速比が実現される。以上のように、本実施例における変速機２４では、シフトバレル７０の回転角に応じて、複数のドグクラッチ７２、７４が選択的に係合及び係合解除され、これによって変速比が変更される。

前述したように、変速機２４の動作は、制御装置５０によって制御される。制御装置５０は、制御装置５０は、アクチュエータ８０を制御することによって、シフトバレル７０の回転角や回転速度を調節する。これにより、シフトバレル７０の回転角に応じて、複数のドグクラッチ７２、７４が選択的に係合及び係合解除される。ここで、図５に示すように、ドグクラッチ７２、７４を係合及び係合解除するときは、ドグ歯７６、７８の意図しない接触（例えば頂面接触）を避けるために、ドグクラッチ７２、７４における相対位相及び相対差回転（相対速度）を調節する必要があり、且つ、ストローク速度（ドグ歯７６、７８が接近する速度）も調節されることが好ましい。これにより、ドグクラッチ７２、７４を係合させるときに、ドグウィンドウと称される角度範囲内で、ドグ歯７６、７８を係合させることができる。なお、相対位相及び相対差回転については、エンジン１８又は第１モータ２０によって調節され、ストローク速度については、アクチュエータ８０によって調節される。

工業製品であるハイブリッド車１０では、それぞれの構成要素において、劣化、故障、動作不良といった異常が生じことも想定される。例えば、第１走行モードの実行中に、エンジン１８又は第１モータ２０に異常が生じることも想定される。この場合、本実施例のハイブリッド車１０では、エンジン１８又は第１モータ２０を必要としない第２走行モードへ移行することによって、いわゆる退避走行を実施するように構成されている。但し、第２走行モードへ移行した後は、クラッチ２２における動力伝達が遮断されて、エンジン１８及び第１モータ２０が変速機２４から機械的に切り離される。このため、ドグクラッチ７２、７４における相対位相及び相対差回転の調節が不能となり、ドグクラッチ７２、７４の係合及び係合解除もできなくなる。そして、係合したままのドグクラッチ７２、７４では、例えば路面から受ける外力によって意図しない相対差回転が生じ、それによってドグ歯７６、７８がダメージを受けるおそれがある。

上記の懸念に対して、本実施例のハイブリッド車１０では、第１走行モードを実行中の制御装置５０が、図６に示す一連の処理を実行するように構成されている。先ず、制御装置５０は、第１モータ２０に異常が生じたときは（Ｓ１２でＹＥＳ）、第１モータ２０の動作を停止させる（Ｓ１４）。但し、エンジン１８の動作については、直ちに禁止しない。あるいは、制御装置５０は、エンジン１８に異常が生じたときは（Ｓ１６でＹＥＳ）、エンジン１８の動作を停止させる（Ｓ１８）。但し、第１モータ２０の動作については、直ちに禁止しない。

このように、第１走行モードの実行中に、エンジン１８と第１モータ２０との一方に異常が生じた場合、制御装置５０は、直ちに第２走行モードへ移行することなく、異常が生じたエンジン１８又は第１モータ２０のみの動作を停止する。これにより、クラッチ２２における動力伝達が継続され、健全であるエンジン１８又は第１モータ２０を利用して、変速機２４のドグクラッチ７２、７４における相対位相及び相対差回転を調節することができる。即ち、変速機２４の変速が可能な状態を維持することができる。

次いで、制御装置５０は、変速機２４の目標とする変速段を「ニュートラル」に設定する（Ｓ２０）。制御装置５０は、健全であるエンジン１８又は第１モータ２０を利用して、ドグクラッチ７２、７４の相対位相及び相対差回転を調節しながら、変速機２４を「ニュートラル」まで変速していく。そして、変速機２４が実際に「ニュートラル」まで変速された後に（Ｓ２６でＹＥＳ）、制御装置５０は、第２走行モードへ移行して退避走行を開始する。このように、全てのドグクラッチ７２、７４が係合解除された状態で、第２走行モードによる退避走行が開始されるので、ドグクラッチ７２、７４がダメージを受けることを回避することができる。

なお、目標とする変速段を「ニュートラル」に設定した後（Ｓ２０）、所定時間内に変速機２４を「ニュートラル」まで変速できない場合（Ｓ２４でＹＥＳ）、制御装置５０は、第２走行モードによる退避走行（Ｓ２６）へ移行することなく、ハイブリッド車１０の走行を禁止してもよい（Ｓ２８）。このような構成によると、二次的な異常の発生を未然に回避することができる。

以上、本技術の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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の目的を同時に達成するものであり、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。

１０：ハイブリッド車
１２：車体
１４：前輪
１６：後輪
１８：エンジン
２０：第１モータ
２２：クラッチ
２４：変速機
２６：第１動力伝達経路
３０：第２モータ
３２：第２動力伝達経路
３６：第１パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
３８：第２パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
４０：バッテリ
５０：制御装置
７２、７４：変速機のドグクラッチ
７６、７８：ドグクラッチのドグ歯

Claims (1)

1. ハイブリッド車であって、
   少なくとも一つの第１駆動輪と、
   少なくとも一つの第２駆動輪と、
   前記第１駆動輪に第１動力伝達経路を介して接続されたエンジンと、
   前記第１動力伝達経路に設けられた第１モータジェネレータと、
   前記第１動力伝達経路に設けられているとともに、前記エンジン及び前記第１モータジェネレータと、前記第１駆動輪との間に位置するクラッチと、
   前記第１動力伝達経路に設けられているとともに、前記クラッチと前記第１駆動輪との間に位置する変速機と、
   前記第２駆動輪に第２動力伝達経路を介して接続された第２モータジェネレータと、
   前記エンジン、前記第１モータジェネレータ、前記クラッチ、前記変速機、及び、前記第２モータジェネレータを制御して、第１走行モードと第２走行モードとを含む、複数の走行モードを選択的に実行可能な制御装置と、
   を備え、
   前記第１走行モードは、前記クラッチにおける動力伝達が接続された状態で、前記エンジンと前記第１モータジェネレータとの少なくとも一方によって前記第１駆動輪が駆動される走行モードであり、
   前記第２走行モードは、前記クラッチにおける動力伝達が遮断された状態で、前記第２モータジェネレータによって前記第２駆動輪が駆動される走行モードであり、
   前記変速機は、複数のドグクラッチを有し、前記複数のドグクラッチを所定の順序で係合及び係合解除するように構成されたシーケンシャル方式の変速機であり、
   前記制御装置は、前記第１走行モードの実行中に前記エンジンと前記第１モータジェネレータとの一方に異常が生じたときは、その他方を用いて前記ドグクラッチの相対位相及び相対差回転を調節しながら前記変速機をニュートラルまで変速した後に、前記第２走行モードへ移行する、
   ハイブリッド車。

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