JP3340672B2

JP3340672B2 - ハイブリッド車

Info

Publication number: JP3340672B2
Application number: JP11819998A
Authority: JP
Inventors: 敏之印南; 裕三門向; 良三正木; 利通箕輪; 宜茂大山
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2002-11-05
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11313407A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンと電動発
電機とを動力源として備えて走行するハイブリッド車に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの低燃費化を図る駆動システム
として、モータの駆動力を利用するハイブリッド車が知
られている。ハイブリッド車としては、エンジンの駆動
力により発電機を駆動し、発電機の発生する電力を用い
て別に設けられたモータで車両を駆動するシリーズハイ
ブリッド方式（以下、S-HEV方式と呼ぶ。）、エンジン
の駆動力とモータの駆動力を機械的に合成して車両を駆
動するパラレルハイブリッド方式（以下、P-HEV方式と
呼ぶ。）、或いはこれらの方式を複合したシリーズ・パ
ラレルハイブリッド方式（以下、SP-HEV方式と呼ぶ。）
がある。例えば、特開平8-98322号公報には、エンジン
と、このエンジンの機械出力により駆動される発電機
と、発電機の発電出力により充電される電池と、電池の
放電出力により駆動されるモータと、発電機とモータの
間の機械的連結を開閉する連結開閉手段とを有するシリ
ーズパラレル複合電気自動車が開示されている。さらに
この公報では、発電機のトルクを制御することにより、
連結開閉手段を閉じる際に発電機の回転数とモータの回
転数を実質的に一致させる手段を備えることが開示され
ている。また、特開平9-170533号公報には、エンジン
と、このエンジンの出力を第１モータジェネレータ及び
出力部材に分配する分配機構と、出力部材から駆動輪ま
での間で回転力を加える第２モータジェネレータとを有
するハイブリッド駆動装置が開示されている。さらにこ
の公報では、第１モータジェネレータにより分配機構を
介してエンジンを回転駆動することによりエンジンを始
動することが開示されており、このとき出力部材に作用
する反力などで車両の駆動力が変動することを抑制する
駆動力変動抑制手段を備えることが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち特
開平9-170533号公報に記載されたハイブリッド駆動装置
では、エンジンの出力が第１モータジェネレータと第２
モータジェネレータとに分配機構によって分配されてお
り、この分配機構として遊星歯車装置が用いられてい
る。このとき、遊星歯車装置はエンジンと車輪の駆動軸
間の変速比を可変にする無段変速装置として機能させる
ことができる。このため、特開平8-98322号公報に記載
されたシリーズパラレル複合電気自動車の構成に対し
て、特開平9-170533号公報に記載されたハイブリッド駆
動装置の構成の方が、すなわち無段変速機能を有する分
配機構を有する構成の方が、エンジンを車輪の駆動軸の
回転速度（車両の走行速度）に関係なく最高効率領域或
いは高い効率が得られる運転領域で運転し易いため、好
ましい。しかし、特開平9-170533号公報に記載されたハ
イブリッド駆動装置では、エンジンと各電動発電機が常
に機械的に連結されており、P-HEV方式のみでしか運転
できない。すなわち、S-HEV方式での運転については配
慮されていない。ハイブリッド車では、一般に、低負荷
走行時にはS-HEV方式の方が効率が良く、高負荷走行時
にはP-HEV方式の方が効率が良くなる。また、P-HEV方式
ではエンジンとモータ（回転電機）の駆動力を合成して
車輪の駆動軸を駆動できるため、走行負荷が高負荷の場
合でも車両を走行させることが可能である。そこで本発
明の目的は、遊星歯車装置のように、エンジンの駆動力
を第１の電動発電機と第２の電動発電機或いは車輪の駆
動軸側とにそれぞれ速比を変えて分配伝達する動力分配
機構を備えたハイブリッド車において、S-HEV方式とP-H
EV方式とを両立し、低燃費な走行を実現することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のハイブリッド車は、車両の駆動力を発生す
るエンジンと、第１の電動発電機と、第２の電動発電機
と、前記エンジンの発生する駆動力を前記第１の電動発
電機側と前記第２の電動発電機側とに分配する遊星歯車
装置と、前記第１の電動発電機及び／又は前記第２の電
動発電機と電気エネルギのやり取りを行う蓄電手段と、
前記エンジンの発生する駆動力と前記第２の電動発電機
の発生する動力とによって駆動される車輪とを備えたハ
イブリッド車において、前記遊星歯車装置の分配した駆
動力を前記第２の電動発電機側に出力する出力部と前記
第２の電動発電機の間に、前記エンジンの駆動力の伝達
を開閉する動力伝達開閉手段と、前記出力部の回転に制
動力を加えるブレーキ手段とを備え、前記動力伝達開閉
手段は、前記動力分配手段の前記第２の電動発電機側へ
の出力と前記第２の電動発電機の発生する動力とを受け
て、前記車輪側に伝達する第２の遊星歯車装置によって
構成したものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて説明する。図
１は、本発明の第１の参照例であるハイブリッド車の駆
動機構をあらわす骨子図である。まず構成を説明する。
本参照例は、燃料を燃焼させて駆動力を発生するエンジ
ン１と、蓄電装置であるバッテリ１７と電気のやり取り
を行い、駆動、発電を行う第1の電動発電機６と、同じ
くバッテリ１７と電気のやり取りを行う第２の電動発電
機１１と、動力分配機構である遊星歯車装置１８と、タ
イヤ１５に連結される車輪軸１４と、デファレンシャル
ギヤ１３を介して車輪軸１４と連結される駆動軸１２
と、本参照例のシステムを制御するＣＰＵ１９で構成さ
れる。

【０００６】機械的な連結を説明すると、エンジン1の
軸（駆動力を出力する出力軸：一般的にはクランク軸）
は、遊星歯車装置１８のキャリア軸２と連結されてお
り、プラネットギヤ３を公転させることができる。サン
ギヤ５には第1の電動発電機６の回転子の回転軸が連結
されており、動力分配機構の出力部材２０は、インター
ナルギヤ４および出力ギヤ７と連結されている。出力ギ
ヤ７と噛み合う駆動ギヤ８の出力軸９は、連結開閉手段
であるクラッチ１０を介して第２の電動発電機１１の回
転子の回転軸と連結されており、さらに第２の電動発電
機１１の回転子の回転軸は駆動軸１２と連結されてお
り、駆動軸１２はデファレンシャルギヤ１３を介して車
輪軸１４、タイヤ１５と連結されている。また出力部材
２０には、ブレーキ１６が設けられておりＣＰＵ１９か
らの信号により出力部材に制動をかけて固定したり、制
動を解除してフリーとすることができる。さらにＣＰＵ
１９からの信号により、クラッチ１０のon（機械的連結
を接続した状態）、off（機械的連結を切り離した状
態）は制御されている。

【０００７】上記の構成において、インターナルギヤ４
は分配されたエンジンの駆動力を第２の電動発電機或い
は車輪の駆動軸側に出力する出力部を構成する。出力部
は出力部材２０を含んでいてもよい。

【０００８】また、発電機と電動機は多くの場合、可逆
的に用いることが可能であり、以下の説明では電動発電
機と呼んでいる。

【０００９】次に電気的な連結としては、第１の電動発
電機６とバッテリ１７と第２の電動発電機１１は相互に
電気のやり取りを行うことができ、電気エネルギの流れ
はＣＰＵ１９によって制御される。ＣＰＵ１９の信号に
より接点２１および接点２２を切り替え、電動発電機６
と電動発電機１１はバッテリ１７を介さずに電気のやり
取りを行うことも可能である。

【００１０】次に動作について説明する。本参照例にお
ける動作の切り替えを整理したものを表1に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】本参照例のハイブリッド車は、表１で表さ
れた各動作の切り替えを行っている。各動作の切り替え
は以下の手順で行われる。ＣＰＵ１９には、図示しない
各種センサ（スロットル開度、バッテリ残量、駆動トル
ク、ブレーキ踏力、エンジン回転数、車速、勾配、加速
度、各電動発電機の回転数、トルク、その他）の信号を
受け、車両の走行状況を把握し、その後車両走行状況か
ら適正な運転モードを判断して、エンジン１、第１の電
動発電機６、第２の電動発電機１１、クラッチ１０、ブ
レーキ１６、接点２１、接点２２を制御し、走行モード
の切り替えを行う。ここで上げたセンサは一例であっ
て、各センサ単独でも良いし、複数のセンサ量でも良
い。

【００１３】次に各運転モードについて説明する。ま
ず、第１のモードは、エンジン１は停止していて、第１
の電動発電機６及び第２の電動発電機１１の片方もしく
は両方をモータとして駆動し、電気自動車として走行す
るモータ走行モードである。表１中では番号１から４お
よびリバース（車両がバックする状態）においては９か
ら１２となる。

【００１４】まず番号１は第１の電動発電機６の駆動力
によって走行する場合である。クラッチ１０はon（機械
的連結がつながった状態）としブレーキ１６をｏｆｆ
（ブレーキを解除した状態）して、第１の電動発電機６
で発生したトルクによって出力部材２０を駆動し、その
駆動力を駆動軸１２に出力して走行する。またリバース
の時は上記の状態で第１の電動発電機６を逆に回転させ
る（番号９）。

【００１５】次に番号２では、第２の電動発電機１１の
駆動力によって走行する。クラッチ１０はoff（機械的
連結が切り離された状態）とし、ブレーキ１６はon、of
fどちらでも良い。このとき、第２の電動発電機１１で
発生したトルクによって駆動軸１２が駆動されて走行す
る。またリバースのときは、上記の状態で第２の電動発
電機１１を逆に回転させる（番号１０）。番号２ではク
ラッチ１０をon、ブレーキ１６をoffとしても第２の電
動発電機１１の駆動力によって走行できるが、駆動力の
発生しないエンジン１および第１の電動発電機６をつれ
まわして走行するため、この動作は除外している。

【００１６】次に番号３では、第１の電動発電機６と第
２の電動発電機１１の両方の駆動力によって走行する。
クラッチ１０はonとし、ブレーキ１６をｏｆｆとして、
第１の電動発電機６と第２の電動発電機１１の両方で発
生したトルクを合成し、駆動軸１２に出力して走行す
る。またリバースのときは、上記の状態で第１の電動発
電機６および第２の電動発電機１１を逆に回転させる
（番号１１）。

【００１７】次に番号４では、第２の電動発電機１１で
駆動力を発生し、この駆動力を第１の電動発電機６と駆
動軸１２を駆動するトルクに分配し、第１の電動発電機
６で発電を行い、接点２１、接点２２をＣＰＵで切り替
えることにより、バッテリ１７の放電量を少なくしたも
のである。クラッチ１０はonとし、ブレーキ１６をｏｆ
ｆとして、第２の電動発電機１１で発生した駆動力のう
ち、第１の電動発電機６を駆動する分を減じた駆動力が
駆動軸１２に出力され、車両は走行する。またリバース
のときは、上記の状態で第２の電動発電機１１を逆に回
転させてバック走行を行う。このとき、第１の電動発電
機６は第２の電動発電機１１によって逆に回転され発電
を行う（番号１２）。

【００１８】モータ走行モードでは、バッテリ１７から
電気エネルギを持ち出すことになるので、長時間は走行
できない。

【００１９】次にエンジン１を始動するモード（表１中
５、６）について説明する。まず番号５は車両が停止し
ているときに、エンジンを始動する場合である。これは
車両が走行していなくても、オーディオ等車内装備を搭
乗者が使用していてバッテリ１７の残量が減少したと
き、もしくはエアコンポンプ等の大きな駆動力が必要と
なったときに行う。クラッチ１０はon、offどちらでも
良く、ブレーキ１６はonとする。このとき、第１の電動
発電機６で発生した駆動力はエンジン１を駆動し、エン
ジン１はクランキングされ、始動する。クラッチ１０を
onとすれば、駆動軸１２は出力部材２０と機械的に連結
され、ブレーキ１６がonされているため駆動軸はロック
され、パーキングブレーキ時（番号１４）となる。

【００２０】次に番号６は車両がモータ走行をしている
場合に、エンジン１を始動する場合である。このときは
第２の電動発電機１１の駆動力によって駆動軸１２を駆
動し、クラッチ１０はoffとなっている。このときブレ
ーキ１６をonとし、第１の電動発電機６を駆動すると、
エンジン１はクランキングされ、始動する。モータ走行
のリバース時にエンジン１の始動を行う場合は、クラッ
チ１０をoff、ブレーキ１６をonとし、第２の電動発電
機１１は逆回転で駆動力を発生している。このときに第
１の電動発電機６を駆動すると、エンジン１はクランキ
ングされ、始動する。

【００２１】特開平9-170533号公報のハイブリッド車で
は、本参照例のクラッチ１０が存在せず、エンジンおよ
び２つの回転電機が駆動軸に機械的に連結されているた
め、モータ走行時にエンジンを始動すると、エンジン始
動時のエンジンおよび回転電機のトルク脈動が駆動軸に
伝わってしまい、運転者に不快感を感じさせる。本参照
例ではクラッチ１０を設け、エンジン１と駆動軸１２の
機械的連結を切り離しているため、上記のような不快感
は起こらない。また、本参照例では、始動するエンジン
１の回転数を第１の電動発電機６によってアイドリング
回転数まで回転数をあげてから、点火を行っているた
め、エンジン１の確実な始動および、エンジン１を懸架
している部材の共振点を早く通過させることができる。
このため、エンジン１の共振による振動を防ぐことがで
き、快適なエンジン１の始動を行うことができる。また
エンジン始動後、クラッチ１０をonする状況になった時
は、エンジン１、第１の電動発電機６、第２の電動発電
機１１のいずれか、もしくは複数の回転数を制御して、
駆動ギヤ８の出力軸９と駆動軸１２の回転数を合わせる
ことにより、クラッチ１０をonしたときの接続ショック
を緩和し、運転快適性を向上している。

【００２２】次に第２のモードを説明する。このモード
は、エンジン１で第１の電動発電機６を駆動して発電を
行い、第１の電動発電機６で発電した電気エネルギによ
って第２の電動発電機１１をモータとして駆動し、第２
の電動発電機１１の駆動力で駆動軸１２を駆動して走行
するS-HEV方式のモード（表１中ではS-HEVと表記してい
る。）である（番号７）。S-HEVモードは、バッテリ１
７の残量が不足しているときや、エンジン１を最高効率
領域で運転し、バッテリの充放電効率を掛け合わせたS-
HEVの効率の方がP-HEVの効率よりも良いとＣＰＵ１９が
判断した場合に用いる。

【００２３】番号７での動作は、クラッチ１０はoffと
し、エンジン１と第１の電動発電機６が連結されている
出力部材２０と、第２の電動発電機１１と連結されてい
る駆動軸１２との機械的連結を解く。また、ブレーキ１
６はonとする。エンジン１が停止しているときは、この
状態で第１の電動発電機６を駆動してエンジン１を始動
する。エンジン１の始動後、エンジン１は第１の電動発
電機６を駆動し、第１の電動発電機６は発電機として作
用する。第１の電動発電機６で発生した電気エネルギ
は、バッテリ１７の残量を監視しているＣＰＵ１９から
の信号によって接点２１、接点２２を制御することで、
第１の電動発電機６から第２の電動発電機１１へ直接も
しくはバッテリ１７を介して間接的に流れる。この電気
エネルギによって第２の電動発電機１１はモータとして
働き、駆動力を駆動軸１２に出力して車両を走行させ
る。

【００２４】S-HEVモードを行うことにより、エンジン
１を最高効率領域或いは高い運転効率が得られる領域で
運転させ、効率の良い発電を行い、本参照例のハイブリ
ッド車の低燃費を図ることができる。また、リバース時
には番号１３となり、クラッチ１０はoff、ブレーキ１
６はonとし、第２の電動発電機１１は逆回転して駆動力
を発生し車両を走行させる。このとき、第１の電動発電
機６はエンジン１によって駆動され、発電機として発電
を行い、第２の電動発電機１１に直接もしくはバッテリ
１７を介して間接的に電気エネルギを供給している。こ
れにより特開平9-170533号公報に記載のハイブリッド車
では、不可能であったS-HEVモードのリバースが可能と
なり、長時間のバック走行が可能となっている。

【００２５】次に第３のモードを説明する。このモード
は、エンジン１で第１の電動発電機６を駆動して発電を
行うとともに、駆動軸１２にもエンジン１の駆動力を出
力する。さらに第１の電動発電機６で発電した電気エネ
ルギによって、第２の電動発電機１１をモータとして駆
動した駆動力と上記のエンジン１の駆動力を合成して、
駆動軸１２を駆動して走行するP-HEV方式のモード（表
１中ではP-HEVと表記している。）である（番号８）。P
-HEVモードは走行負荷が高負荷の場合において用いると
効率が良く、低燃費化を図ることができる。

【００２６】番号８での動作は、クラッチ１０はonと
し、エンジン１と第１の電動発電機６が連結されている
出力部材２０と、第２の電動発電機１１と連結されてい
る駆動軸１２とを機械的に連結する。また、ブレーキ１
６はoffとする。エンジン１が停止しているときは、第
１の電動発電機６を駆動してエンジン１を始動する。

【００２７】第１の電動発電機６で発生した電気エネル
ギは、バッテリ１７の残量を監視しているＣＰＵ１９か
らの信号によって、接点２１、接点２２を制御すること
で、第１の電動発電機６から第２の電動発電機１１へ直
接もしくはバッテリ１７を介して間接的に流れる。この
電気エネルギによって第２の電動発電機１１はモータと
して働き、駆動力を駆動軸１２に出力し、さらにエンジ
ン１で発生した駆動力と合成されて車両を走行させる。
P-HEVモードを行うことにより、走行負荷が高負荷の場
合、エンジン１の大きな駆動力を出力軸に伝えることが
できるため、快適な運転性を確保することができる。

【００２８】また、動力分配装置として遊星歯車装置を
用いているため、第１の電動発電機６及び第２の電動発
電機１１の回転数を調整することによって、エンジン１
と駆動軸１２間の速比を無段階に変化させることができ
る。故にエンジン１と駆動軸間に無段変速機が存在する
ことと同義となり、車両の走行速度に関わらずエンジン
１の回転数を最高効率領域或いは高い効率が得られる運
転領域に保つことができ、走行負荷が高負荷の場合にお
いても効率が良く、低燃費化を図ることができる。

【００２９】その他各モードにおいて、制動時には、第
１の電動発電機６および第２の電動発電機１１の片方、
もしくは両方を発電機として働かせ、制動エネルギを電
気エネルギに変換し、バッテリ１７に充電できる。また
制動力が発電だけでは不足した場合は、エンジン１を連
結してエンジンブレーキを効かせる、またはフットブレ
ーキ（図示せず）を併用して用いる。また、バッテリ１
７が満充電のとき（十分に充電されているとき）は、第
１の電動発電機６および第２の電動発電機１１の片方、
もしくは両方をモータとして逆に回転させ、エンジン１
のエンジンブレーキ、フットブレーキを併用して大きな
制動力を得ることもできる。

【００３０】本参照例において、連結開閉手段であるク
ラッチ１０は、摩擦によって連結のon-offを行っても良
いし、流体、粉体を介して行っても良く、電磁力によっ
て行っても良い。また連結のon-offだけでなく、中間の
領域（半クラッチ）を制御できる上記したクラッチでも
良い。また噛み合い式のクラッチを用いても良い。

【００３１】また、クラッチ１０の位置は、遊星歯車装
置の出力部材と第２の電動発電機１１の間の機械的連結
部のなかであればどこに配置しても良い。

【００３２】また、蓄電装置はバッテリを用いている
が、コンデンサを用いても良く、バッテリとコンデンサ
の併用でも良い。またバッテリに燃料電池を用いても良
い。

【００３３】また本参照例では、エンジン１、第１の電
動発電機６、出力部材２１は、それぞれ、動力分配機構
である遊星歯車装置１８のキャリア軸、サンギヤ軸、イ
ンターナルギヤ軸と連結しているが、エンジン、第１の
電動発電機の容量の設計によって、エンジン、第１の電
動発電機が遊星歯車装置の別の軸に連結されていても問
題はない。

【００３４】また本参照例では、第１の電動発電機が駆
動、発電を行うが、第１の電動発電機は発電のみを行
い、エンジンの始動は、別途スタータモータを設け、前
記スタータモータの駆動力によって行っても良い。

【００３５】また、本参照例で用いたブレーキ１６はブ
レーキ力を調整できるものであれば、よりスムースな動
作の切り替えをすることが可能であり、動作切り替え時
のショックを搭乗者に与えない。

【００３６】また、図２は、図１のハイブリッド車を改
良したものであり、動力分配機構である遊星歯車装置１
８のキャリア軸２とサンギヤ５軸との間に機械的な連結
を開閉するクラッチ２３を設けたものである。

【００３７】このクラッチ２３を設けることにより、第
１の参照例で得られる効果とは別の効果が得られる。そ
の効果について説明すると、図１のハイブリッド車にお
いて、段差の乗り越えなどの状況で、第１の電動発電機
６および第２の電動発電機１１が発生する駆動力よりも
大きな走行負荷がかかった場合は、モータ走行モードお
よびS-HEVモードでは段差を乗り越えられない場合も起
こりうる。またP-HEVモードではエンジン１の駆動力が
駆動軸１２に出力されるが、動力分配機構である遊星歯
車装置１８により、エンジン１の駆動力は第１の電動発
電機６の負荷容量によって駆動軸１２に出力される。こ
のとき、遊星歯車装置１８の差動機構の特性上、大きな
走行負荷が駆動軸１２にかかった場合、第１の電動発電
機６の負荷容量が小さければ、エンジン１の駆動力が駆
動軸１２に出力されずに第１の電動発電機６をから回し
てしまうこととなる。そのためP-HEVモードにおいても
段差を乗り越えることは難しい。そこで、第１の電動発
電機６の負荷容量を増大することが考えられるが、第１
の電動発電機６の容積が大きくなるという別の課題が生
じることになる。

【００３８】図２はこの問題を解決するもので、段差の
乗り越えのような大きな負荷が車両に必要な場合には、
クラッチ２３をon、ブレーキ１６をoffとして、エンジ
ン１の駆動力を動力分配機構である遊星歯車装置１８を
介さずに、直接駆動軸１２に出力し、エンジン１の大出
力で段差を乗り越えるようにしたものである。このよう
な構成をとることで、第１の電動発電機６および第２の
電動発電機１１の容量を過分に大きくすることなく、エ
ンジン１の大きな出力を駆動軸１２に出力することがで
きる。

【００３９】連結開閉手段であるクラッチ２３は、摩擦
によって連結のon-offを行っても良いし、流体、粉体を
介して行っても良く、電磁力によって行っても良い。ま
た連結のon-offだけでなく、中間の領域（半クラッチ）
を制御できる上記したクラッチでも良い。また噛み合い
式のクラッチを用いても良い。

【００４０】また、クラッチ２３は、遊星歯車装置の３
つの軸のどれか２つを連結できるものであれば良い。

【００４１】次に本発明の第２の参照例について説明す
る。第２の参照例は第１の参照例と同様の効果を得なが
ら別の構成にしたものである。また第１の参照例で用い
たクラッチ１０はエンジン１の大きな駆動力を伝達する
ために大容量なクラッチとなっているが、大容量クラッ
チは容積的に大きく、コスト的にも高価であるという問
題点がある。本参照例は前記の問題点を改良したもので
ある。

【００４２】図３は、本発明の実施例であるハイブリッ
ド車の駆動機構をあらわす骨子図である。まず構成につ
いて説明する。なお、本実施例の骨子図をあらわす図３
の中で、第１の参照例の骨子図である図１と同様の働き
をするものは同じ番号をつけている。

【００４３】本実施例は、燃料を燃焼させて駆動力を発
生するエンジン１と、蓄電装置であるバッテリ１７と電
気のやり取りを行い、駆動、発電を行う第1の電動発電
機６と、同じくバッテリ１７と電気のやり取りを行う第
２の電動発電機１１と、動力分配機構である第1の遊星
歯車装置１８と、第1の遊星歯車装置１８の出力部材２
０が入力となる第２の遊星歯車装置３８と、前記第２の
遊星歯車装置３８の出力部である軸と連結している駆動
軸１２と、駆動軸１２とデファレンシャルギヤ１３を介
して連結される車輪軸１４と、車輪軸１４と連結される
タイヤ１５と、本実施例のシステムを制御するＣＰＵ１
９で構成される。

【００４４】機械的な連結を説明すると、エンジン1の
軸は、第１の遊星歯車装置１８のキャリア軸２と連結さ
れており、プラネットギヤ３を公転させることができ
る。サンギヤ５には第1の電動発電機６が連結されてお
り、動力分配機構の出力部材２０は、インターナルギヤ
４および第２の遊星歯車装置３８のインターナルギヤ３
４と連結されている。第２の遊星歯車装置３８のサンギ
ヤ３５軸には第２の電動発電機１１が連結されており、
第２の遊星歯車装置３８の出力軸はキャリア軸３２であ
り、キャリア軸３２は駆動軸１２と連結されている。駆
動軸１２はデファレンシャルギヤ１３を介して車輪軸１
４、タイヤ１５と連結されている。また出力部材２０に
は、ブレーキ１６が設けられておりＣＰＵ１９からの信
号により出力部材を固定、フリーとすることができる。

【００４５】次に電気的な連結としては、第１の電動発
電機６とバッテリ１７と第２の電動発電機１１は相互に
電気のやり取りを行うことができ、電気エネルギの流れ
はＣＰＵ１９によって制御される。ＣＰＵ１９の信号に
より接点２１および接点２２を切り替え、電動発電機６
と電動発電機１１はバッテリ１７を介さずに電気のやり
取りを行うことも可能である。

【００４６】次に動作について説明する。本実施例にお
ける動作の切り替えを整理したものを表２に示す。

【００４７】

【表２】

【００４８】本実施例のハイブリッド車は、表２で表さ
れた各動作の切り替えを行っている。各動作の切り替え
は以下の手順で行われる。ＣＰＵ１９には、図示しない
各種センサ（スロットル開度、バッテリ残量、駆動トル
ク、ブレーキ踏力、エンジン回転数、車速、勾配、加速
度、各電動発電機の回転数、トルク、その他）の信号を
受け、車両の走行状況を把握し、その後車両走行状況か
ら適正な運転モードを判断して、エンジン１、第１の電
動発電機６、第２の電動発電機１１、ブレーキ１６、接
点２１、接点２２を制御し、走行モードの切り替えを行
う。ここで上げたセンサは一例であって、各センサ単独
でも良いし、複数のセンサ量でも良い。

【００４９】次に各運転モードについて説明する。ま
ず、第１のモードは、エンジン１は停止していて、第１
の電動発電機６及び第２の電動発電機１１の片方もしく
は両方をモータとして駆動し、電気自動車として走行す
るモータ走行モードである。表２中では番号１から４お
よびリバース（車両がバックする状態）においては９か
ら１２となる。

【００５０】まず番号１は、第１の電動発電機６の駆動
力によって走行する場合である。ブレーキ１６をｏｆｆ
とする。第１の電動発電機６で発生したトルクによって
出力部材２０は駆動され、その駆動力が第２の遊星歯車
装置３８のインターナルギヤ３４に伝達される。この時
第２の電動発電機１１は発電機として働き第２の遊星歯
車装置３８のサンギヤ３５には負荷トルクがかかる。そ
のため第２の遊星歯車装置３８のキャリア軸３２が駆動
されて駆動軸１２に駆動力を出力し、車両は走行する。
このとき、第２の電動発電機１１の負荷を調整すること
によって、第２の遊星歯車装置３８は無段変速機とな
り、第１の電動発電機６は無段変速で駆動軸１２を駆動
することができる。またリバース時は、上記の状態で第
１の電動発電機６を逆に回転させると第２の電動発電機
１１も逆に駆動され、このとき発電を行うと負荷とな
り、駆動力１２は駆動軸に出力される。（番号９）。

【００５１】次に番号２では、第２の電動発電機１１の
駆動力によって走行する。ブレーキ１６はon、とする
と、第２の遊星歯車装置３８のインターナルギヤ３４が
固定され第２の電動発電機１１で発生したトルクは減速
されてキャリア軸３２から駆動軸１２へ出力される。こ
のとき、第１の電動発電機６は停止している。またリバ
ースのときは、上記の状態で第２の電動発電機１１を逆
に回転させる（番号１０）。

【００５２】次に番号３では、第１の電動発電機６と第
２の電動発電機１１の両方の駆動力によって走行する。
ブレーキ１６をｏｆｆして、第１の電動発電機６と第２
の電動発電機１１の両方で発生したトルクを第２の遊星
歯車装置３８で合成して、駆動軸１２に出力して走行す
る。またリバースのときは、上記の状態で第１の電動発
電機６および第２の電動発電機１１を逆に回転させる
（番号１１）。

【００５３】次に番号４では、第２の電動発電機１１は
駆動力を発生し、この駆動力を第１の電動発電機６と駆
動軸１２を駆動するトルクに分配し、第１の電動発電機
６で発電を行い、接点２１、接点２２をＣＰＵで切り替
えることにより、バッテリ１７の放電量を少なくしたも
のである。ブレーキ１６をoffとして、第２の電動発電
機１１発生した駆動力のうち、第１の電動発電機６を駆
動する分を減じた駆動力が駆動軸１２に出力され、車両
は走行する。またリバースのときは、上記の状態で第２
の電動発電機１１は逆に回転してバック走行を行い、第
１の電動発電機６は第２の電動発電機１１によって逆に
回転され発電を行う。（番号１２）。

【００５４】モータ走行モードでは、バッテリ１７から
電気エネルギを持ち出すことになるので、長時間は走行
できない。

【００５５】次にエンジン１を始動するモード（表２中
５、６）について説明する。まず番号５は、車両が停止
しているときにエンジンを始動する場合である。これは
車両が走行していなくても、オーディオ等車内装備を搭
乗者が使用していてバッテリ１７残量が減少したとき、
もしくはエアコンポンプ等の大きな駆動力が必要となっ
たときに行う。ブレーキ１６をonとする。このとき、第
１の電動発電機６で発生した駆動力は、第１の遊星歯車
装置１８のインターナルギヤ４がブレーキ１６によって
固定されているため、減速されてエンジン１を駆動す
る。このとき、エンジン１はクランキングされ、始動す
る。本実施例では、ブレーキ１６で駆動系をすべてロッ
クすることができないため、パーキングブレーキは別途
必要となる。

【００５６】次に番号６は、車両がモータ走行をしてい
るときに、エンジン１を始動する場合である。このとき
ブレーキ１６はonであり、第２の電動発電機１１の駆動
力によって駆動軸１２は駆動されている。この状態で、
第１の電動発電機６を駆動すると、第１の電動発電機６
の駆動力は減速されてエンジン１に伝わり、エンジン１
はクランキングされ、始動する。モータ走行のリバース
時にエンジン１の始動を行う場合は、ブレーキ１６をon
とする。このとき、第２の電動発電機１１は逆回転で駆
動力を発生している。このときに第１の電動発電機６を
駆動すると、エンジン１はクランキングされ、始動す
る。

【００５７】特開平9-170533号公報のハイブリッド車で
は、エンジンおよび２つの回転電機が駆動軸に機械的に
連結されているため、モータ走行時にエンジンを始動す
ると、エンジン始動時のエンジンおよび回転電機のトル
ク脈動が駆動軸に伝わってしまい、運転者に不快感を感
じさせる。本実施例では遊星歯車装置を２段としている
ことにより、クラッチを用いなくてもエンジン１と駆動
軸１２の機械的連結を切り離すことができる。そのため
上記のような不快感は起こらない。

【００５８】また、本実施例では、始動するエンジン１
の回転数を第１の電動発電機６によってアイドリング回
転数まで回転数をあげてから点火を行っているため、エ
ンジン１の確実な始動が可能である。

【００５９】また、エンジン１を懸架している部材の共
振点を早く通過させることによりエンジン１の共振によ
る振動を防ぐことができ、快適なエンジン１の始動を行
うことができる。また第１の実施例のようにクラッチを
持たないのでエンジン始動時のショックは軽微であり、
運転快適性を向上している。

【００６０】次に第２のモードについて説明する。この
モードは、エンジン１で第１の電動発電機６を駆動して
発電を行い、第１の電動発電機６で発電した電気エネル
ギによって第２の電動発電機１１をモータとして駆動
し、第２の電動発電機１１の駆動力で駆動軸１２を駆動
して走行するS-HEV方式のモード（表２中ではS-HEVと表
記している。）である（番号７）。S-HEVモードはバッ
テリ１７残量が不足しているときや、エンジン１を最高
効率領域或いは高い効率が得られる運転領域で運転し、
バッテリの充放電効率を掛け合わせたS-HEVの効率の方
がP-HEVの効率よりも良いとＣＰＵ１９が判断した場合
に用いる。

【００６１】番号７での動作は、ブレーキ１６はonとし
て、エンジン１が停止しているときは、この状態で第１
の電動発電機６を駆動してエンジン１を始動する。エン
ジン１の始動後、エンジン１は第１の電動発電機６を駆
動し、第１の電動発電機６は発電機として作用する。第
１の電動発電機６で発生した電気エネルギは、バッテリ
１７の残量を監視しているＣＰＵ１９からの信号によっ
て接点２１、接点２２を制御することで、第１の電動発
電機６から第２の電動発電機１１へ直接もしくはバッテ
リ１７を介して間接的に流れる。この電気エネルギによ
って第２の電動発電機１１はモータとして働き、駆動力
を駆動軸１２に出力し、車両を走行させる。S-HEVモー
ドを行うことにより、エンジン１を最高効率領域或いは
高い効率が得られる運転領域で運転させ効率の良い発電
を行い、本実施例のハイブリッド車の低燃費を図ること
ができる。

【００６２】また、リバース時には番号１３となり、ク
ラッチ１０はoff、ブレーキ１６はonとし、第２の電動
発電機１１は逆回転して駆動力を発生し、車両を走行さ
せる。このとき、第１の電動発電機６はエンジン１によ
って駆動され発電機として発電を行い、第２の電動発電
機１１に直接もしくはバッテリ１７を介して間接的に電
気エネルギを供給している。これにより特開平9-170533
号公報に記載のハイブリッド車では、不可能であったS-
HEVモードのリバースが可能となり、長時間のバック走
行が可能となっている。

【００６３】次に第３のモードについて説明する。この
モードは、エンジン１で第１の電動発電機６を駆動して
発電を行うとともに、駆動軸１２にもエンジン１の駆動
力を出力する。さらに第１の電動発電機６で発電した電
気エネルギによって第２の電動発電機１１をモータとし
て駆動した駆動力と上記のエンジン１の駆動力を合成し
て、駆動軸１２を駆動して走行するP-HEV方式のモード
（表２中ではP-HEVと表記している。）である（番号
８）。P-HEVモードは走行負荷が高負荷の場合において
用いると効率が良く、低燃費化を図ることができる。

【００６４】番号８での動作は、ブレーキ１６はoffと
してエンジン１が停止しているときは、第１の電動発電
機６を駆動してエンジン１を始動する。

【００６５】第１の電動発電機６で発生した電気エネル
ギは、バッテリ１７の残量を監視しているＣＰＵ１９か
らの信号によって接点２１、接点２２を制御すること
で、第１の電動発電機６から第２の電動発電機１１へ直
接もしくはバッテリ１７を介して間接的に流れる。この
電気エネルギによって第２の電動発電機１１はモータと
して働き、駆動力を駆動軸１２に出力し、さらにエンジ
ン１で発生した駆動力は第１の電動発電機６が負荷とな
っているので出力部材２０を伝わり、第２の遊星歯車装
置３８で合成され車両を走行させる。P-HEVモードを行
うことにより、走行負荷が高負荷の場合、エンジン１の
大きな駆動力を出力軸に伝えることができるため、快適
な運転性を確保することができる。

【００６６】また、動力分配装置として第１の遊星歯車
装置１８および第２の遊星歯車装置３８を用いているた
め、第１の電動発電機６及び第２の電動発電機１１の回
転数を調整することによって、エンジン１と駆動軸１２
間の速比を無段階に変化させることができ、さらに第１
の参照例よりも速比を大きくとることができる。故にエ
ンジン１と駆動軸間に第１の参照例よりも変則幅の広い
無段変速機が存在することと同義となり、車両の走行速
度に関わらずエンジン１の回転数を最高効率領域に保つ
ことができ、走行負荷が高負荷の場合においても効率が
良く、低燃費化を図ることができる。

【００６７】その他各モードにおいて、制動時には、制
動エネルギを第１の電動発電機６および第２の電動発電
機１１を片方、もしくは両方を発電機として働かせ制動
力を電気エネルギに変換し、バッテリ１７に充電でき
る。また制動力が発電だけでは不足した場合はエンジン
１を連結してエンジンブレーキを効かせる、またはフッ
トブレーキ（図示せず）を併用して用いる。また、バッ
テリ１７が満充電のとき（十分に充電されているとき）
は、第１の電動発電機６および第２の電動発電機１１の
片方、もしくは両方をモータとして逆に回転させ、エン
ジン１のエンジンブレーキ、フットブレーキを併用して
大きな制動力を得ることもできる。

【００６８】本実施例において、モータ走行時に第２の
電動発電機１１は固定減速比もしくは無段変速を介して
駆動軸を駆動するため、第２の電動発電機１１を高速、
定トルク型に設計することができるため、第２の電動発
電機１１を小型軽量にできるメリットがある。

【００６９】また、蓄電装置はバッテリを用いている
が、コンデンサを用いても良く、バッテリとコンデンサ
の併用でも良い。またバッテリに燃料電池を用いても良
い。

【００７０】また本実施例では、エンジン１、第１の電
動発電機６、出力部材２１は、それぞれ、動力分配機構
である遊星歯車装置１８のキャリア軸、サンギヤ軸、イ
ンターナルギヤ軸と連結しているが、エンジン、第１の
電動発電機の容量の設計によって、エンジン、第１の電
動発電機が遊星歯車装置の別の軸に連結されていても問
題はない。

【００７１】また本実施例では、第１の電動発電機が駆
動、発電を行うが、第１の電動発電機は発電のみを行
い、エンジンの始動は、別途スタータモータを設け、前
記スタータモータの駆動力によって行っても良い。

【００７２】また、本実施例では、第１の電動発電機６
と第２の電動発電機１１が同軸に配置されるため、第１
の電動発電機６と第２の電動発電機１１のステータ部分
を同一の固定部材で共有し、そのステータ部分の内と外
に第１の電動発電機６の回転子と第２の電動発電機１１
の回転子を配置した二重回転子モータを用いても良い。

【００７３】また、本実施例で用いたブレーキ１６はブ
レーキ力を調整できるものであれば、よりスムースな動
作の切り替えをすることが可能であり、動作切り替え時
のショックを搭乗者に与えない。

【００７４】次に、図４は、図３のハイブリッド車を改
良したものである。図４は、図３と同様の構成のハイブ
リッド車において、動力分配機構である第２の遊星歯車
装置３８のキャリア軸２とインターナルギヤ３４軸との
間に機械的な連結を開閉するクラッチ４３を設けたもの
であり、本発明の図３の実施例で得られる効果とは別の
効果が得られる。その効果について説明する。

【００７５】本改良案では、第２の電動発電機１１での
モータ走行およびS-HEVモードにおいて、第２の電動発
電機１１の駆動力を２段に変速できることである。つま
り、クラッチ４３がoffの時には減速、クラッチ４３がo
nの時には速比１:１と２段に切り替えができる。そのた
め第２の電動発電機１１でのモータ走行およびS-HEVモ
ードの時に速比を切り替えることで、高い車両速度まで
カバーできることである。

【００７６】図３のハイブリッド車において、段差の乗
り越えなどの状況で、第１の電動発電機６および第２の
電動発電機１１が発生する駆動力よりも大きな走行負荷
がかかった場合は、モータ走行モードおよびS-HEVモー
ドでは段差を乗り越えられない場合が生じ得る。またP-
HEVモードではエンジン１の駆動力が駆動軸１２に出力
されが、動力分配機構である遊星歯車装置１８により、
エンジン１から駆動軸１２への出力は第１の電動発電機
６の負荷容量によって決定される。そのため遊星歯車装
置１８の差動機構の特性上、大きな走行負荷が駆動軸１
２にかかった場合、第１の電動発電機６の負荷容量が小
さければ、エンジン１の駆動力が駆動軸１２に出力され
ず、第１の電動発電機６をから回してしまうこととな
る。そのためP-HEVモードにおいても段差は乗り越えら
れない場合が生じ得る。そこで、第１の電動発電機６の
負荷容量を増大することが考えられるが、第１の電動発
電機６の容積が大きくなるという別の課題が生じること
になる。

【００７７】この問題を解決するためには図示してはい
ないが、第１の遊星歯車装置１８の３つの軸のどれか２
つを連結できるクラッチ（図２中のクラッチ１８と同じ
もの）を更に設ける手法がある。段差の乗り越えのよう
な大きな負荷が車両に必要な場合には、クラッチ２３お
よびクラッチ４３をon、ブレーキ１６をoffとして、エ
ンジン１の駆動力を動力分配機構である第１の遊星歯車
装置１８及び第２の遊星歯車装置３８を介さずに、直接
駆動軸１２に出力し、エンジンの大出力で段差を乗り越
えるようにしたものである。このような構成をとること
で、第１の電動発電機６および第２の電動発電機１１の
容量を過分に大きくせずに、エンジンの大出力を駆動軸
１２に出力することができる。

【００７８】連結開閉手段であるクラッチ２３およびク
ラッチ４３は、摩擦によって連結のon-offを行っても良
いし、流体、粉体を介して行っても良く、電磁力によっ
て行っても良い。また連結のon-offだけでなく、中間の
領域（半クラッチ）を制御できる上記したクラッチでも
良い。また噛み合い式のクラッチを用いても良い。

【００７９】また、クラッチ４３は、第２の遊星歯車装
置３８の３つの軸のどれか２つを連結できるものであれ
ば良い。また図には記載していないが、本発明の第１お
よび第２の参照例の構成では、バック走行（リバース
時）にP-HEVモードで走行することができない。これは
上記の参照例ではエンジン１の駆動力は順方向の回転で
しか伝わらないためである。そこで、第２の遊星歯車装
置３８のキャリア軸３２に第２の電動発電機１１を連結
し、サンギヤ３５と駆動軸１２を連結させて、さらにク
ラッチ４３を第２の電動発電機１１の２つの軸を連結す
る手段として設けることにより、クラッチ４３のonとof
fで駆動軸１２の回転方向が逆転する。そのためリバー
ス時でもP-HEVモードが可能となり、バックでも急な坂
道を登坂したりすることも可能となる。

【００８０】また、図４の実施例において、図２のクラ
ッチ２３を１段目の遊星歯車装置（エンジンの駆動力を
受ける側の遊星歯車装置）に用いれば、エンジンの駆動
力をダイレクトに車輪の駆動軸に伝達することができ、
大きな駆動力を車輪に伝えることができる。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンの動力を分配
する動力分配手段の第２の電動発電機側への出力部と第
２の電動発電機の間に動力の伝達を開閉する動力伝達開
閉手段と、動力分配手段の第２の電動発電機側への出力
部の回転に制動力を加えるブレーキ手段とを備えたこと
により、エンジンと車輪の駆動軸との間の無段変速を可
能とし、かつS-HEV方式とP-HEV方式とを両立することに
より、低燃費な走行を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の参照例であるハイブリッド車の駆動機
構をあらわす骨子図。

【図２】図１のハイブリッド車の改良した駆動機構をあ
らわす骨子図。

【図３】本発明の実施例であるハイブリッド車の駆動機
構をあらわす骨子図。

【図４】図３に示したハイブリッド車の改良した駆動機
構をあらわす骨子図。

【符号の説明】

1…エンジン、6…第１の電動発電機、10…クラッチ、11
…第２の電動発電機、12…駆動軸、15…タイヤ、16…ブ
レーキ、17…バッテリ、18…第１の遊星歯車装置、19…
CPU、20…出力部材、23…クラッチ、38…第２の遊星歯
車装置、43…クラッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 29/02 Ｆ０２Ｄ 29/02 Ｄ (72)発明者正木良三茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者箕輪利通茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者大山宜茂茨城県ひたちなか市高場2477番地株式会社日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献特開平７−135701（ＪＰ，Ａ) 特開平５−305822（ＪＰ，Ａ) 特開平８−98322（ＪＰ，Ａ) 特開平９−170533（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−95238（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 6/02 B60L 11/00 - 11/18 F02D 29/00 - 29/06 F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の駆動力を発生するエンジンと、第１
の電動発電機と、第２の電動発電機と、前記エンジンの
発生する駆動力を前記第１の電動発電機側と前記第２の
電動発電機側とに分配する遊星歯車装置と、前記第１の
電動発電機及び／又は前記第２の電動発電機と電気エネ
ルギのやり取りを行う蓄電手段と、前記エンジンの発生
する駆動力と前記第２の電動発電機の発生する動力とに
よって駆動される車輪とを備えたハイブリッド車におい
て、前記遊星歯車装置の分配した駆動力を前記第２の電動発
電機側に出力する出力部と前記第２の電動発電機の間
に、前記エンジンの駆動力の伝達を開閉する動力伝達開
閉手段と、前記出力部の回転に制動力を加えるブレーキ
手段とを備え、前記動力伝達開閉手段は、前記動力分配手段の前記第２
の電動発電機側への出力と前記第２の電動発電機の発生
する動力とを受けて、前記車輪側に伝達する第２の遊星
歯車装置によって構成されることを特徴とするハイブリ
ッド車。