JP7219145B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）に関する。

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力およびバッテリの出力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４－３４３９８９号公報

低コスト化およびコンパクト化の観点から小型（小容量）のバッテリを採用したハイブリッド車では、加速時の動力性能を確保するために、バッテリ出力およびエンジン駆動による発電モータの発電電力をそれぞれ最大限使用して駆動モータを駆動することが考えられる。

ところが、加速時にバッテリ出力および発電電力をそれぞれ最大限使用して駆動モータを駆動すると、駆動モータのトルクが変動し、加速がぎくしゃくする場合があることが判った。

本発明の目的は、小型の駆動用バッテリを採用しても、動力性能（加速力）を確保しつつ、滑らかな加速を得ることができる、ハイブリッド車を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車は、エンジンの動力で発電モータが駆動され、発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、最大使用電力マップを記憶するマップ記憶手段と、少なくともエンジンのエンジン回転数を引数として、最大使用電力マップに基づいて、駆動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを含み、最大使用電力マップは、エンジン回転数と発電モータの最大発電電力に駆動用バッテリの最大出力を足し合わせて得られる最大使用電力との関係を定めたマップであって、当該マップからエンジン回転数の増加に対して最大使用電力が単調に増加するように最大使用電力が補正されたマップである。

この構成によれば、駆動モータで使用可能な最大使用電力は、エンジンの動力で駆動される発電モータの最大発電電力と駆動用バッテリの最大出力との和である。したがって、エンジン回転数と発電モータの最大発電電力との関係を定めた発電電力マップと、エンジン回転数と駆動用バッテリの最大出力との関係を定めたバッテリ出力マップとを足し合わせることにより、エンジン回転数と最大使用電力との関係を定めたマップが得られる。

ところが、発電モータの最大発電電力は、発電モータがスタータモータとして機能するクランキングの開始により急峻に低下し、クランキングの終了により急峻に上昇する。また、ハイブリッド車の発進時に、駆動用バッテリの最大出力の一時的な引き上げが行われる場合、その引き上げの終了により、駆動用バッテリの最大出力が急峻に低下する。そのため、発電電力マップとバッテリ出力マップとを単に足し合わせて得られるマップは、クランキング時および駆動用バッテリの最大出力の一時的な引き上げの終了時に最大使用電力が急峻に変化する。このマップに従って最大使用電力で駆動モータが駆動されると、最大使用電力の変化により駆動モータのトルクが変動し、ハイブリッド車の発進時に加速がぎくしゃくしてしまう。

そこで、発電電力マップとバッテリ出力マップとを足し合わせて得られるマップからエンジン回転数の増加に対して最大使用電力が単調に増加するように最大使用電力を補正することにより、最大使用電力マップが作成され、その最大使用電力マップに基づいて、最大使用電力以下の範囲の電力で駆動モータが駆動される。そのため、小型の駆動用バッテリを採用しても、動力性能を確保しつつ、滑らかな加速を得ることができる。

本発明によれば、小型の駆動用バッテリを採用しても、動力性能を確保しつつ、滑らかな加速を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の構成を示すブロック図である。 駆動モータの駆動を制御するための構成を図解的に示すブロック図である。 （ａ）エンジン回転数と発電モータの最大発電電力との関係、（ｂ）エンジン回転数と駆動用バッテリの最大出力との関係、（ｃ）エンジン回転数と最大使用電力との関係を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッド車の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車１の構成を示すブロック図である。

ハイブリッド車１は、シリーズ方式を採用しており、エンジン（Ｅｎｇ）２、発電モータ（ＭＧ１）３および駆動モータ（ＭＧ２）４を搭載している。

エンジン２は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。エンジン２のクランクシャフト１１には、エンジンギヤ１２がクランクシャフト１１と一体に回転するように設けられている。

発電モータ３は、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。発電モータ３の回転軸１３には、発電モータギヤ１４が一体に回転するように設けられている。発電モータギヤ１４は、エンジンギヤ１２と噛合している。発電モータ３は、エンジン２の停止時に、エンジン２をクランキングさせるスタータモータとして使用される。エンジン２の始動後、発電モータ３は、エンジン２の動力を電力に変換する発電機として機能する。

駆動モータ４は、たとえば、発電モータ３よりも大型のＤＣブラシレスモータからなる。駆動モータ４の回転軸１５には、モータギヤ１６が回転軸１５と一体回転するように設けられている。

ハイブリッド車１は、動力伝達機構１７を備えている。動力伝達機構１７には、カウンタ軸２１、カウンタギヤ２２、出力ギヤ２３およびデファレンシャルギヤ２４が含まれる。カウンタ軸２１は、駆動モータ４の回転軸１５と平行に設けられている。カウンタギヤ２２および出力ギヤ２３は、カウンタ軸２１に一体に回転するように設けられている。カウンタギヤ２２は、モータギヤ１６と噛合している。出力ギヤ２３は、デファレンシャルギヤ２４のリングギヤ２５と噛合している。

駆動モータ４の動力は、モータギヤ１６、カウンタギヤ２２および出力ギヤ２３を介して、デファレンシャルギヤ２４のリングギヤ２５に伝達され、デファレンシャルギヤ２４からドライブシャフト２６を介して、ハイブリッド車１の駆動輪２７に伝達される。これにより、駆動輪２７が回転し、ハイブリッド車１が前進または後進走行する。

また、ハイブリッド車１は、ＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）５、駆動用バッテリ６およびバッテリ７を搭載している。

ＰＣＵ５は、発電モータ３および駆動モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、第１インバータ（ＭＧ１ ＩＮＶ）３１、第２インバータ（ＭＧ２ ＩＮＶ）３２、昇圧コンバータ（Ｂｓｔ ＣＯＮＶ）３３およびＤＣ／ＤＣコンバータ３４を備えている。

駆動用バッテリ６は、駆動モータ４の電源として使用される組電池であり、たとえば、リチウムイオン電池（Ｌｉ－ｉｏｎ ＢＡＴ）である。

バッテリ７は、駆動モータ４以外の電気負荷の電源として使用される二次電池であり、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池である。バッテリ７は、１２Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

発電モータ３が発電する三相交流電力は、第１インバータ３１により、直流電力に変換される。そして、第１インバータ３１から出力される直流電力が第２インバータ３２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動モータ４に供給されることにより、駆動モータ４が駆動される。また、駆動用バッテリ６から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により昇圧されて、昇圧された直流電力が第２インバータ３２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動モータ４に供給されることにより、駆動モータ４が駆動される。第１インバータ３１から出力される直流電力が昇圧コンバータ３３により降圧されて、降圧後の直流電力が駆動用バッテリ６に供給されることにより、駆動用バッテリ６が充電される。昇圧コンバータ３３による降圧後の直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３４によりさらに降圧されて、その降圧後の直流電力がバッテリ７に供給されることにより、バッテリ７が充電される。また、発電モータ３がスタータモータとして使用されるときには、バッテリ７から出力される直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３４により昇圧され、昇圧コンバータ３３によりさらに昇圧された後、昇圧後の直流電力が第１インバータ３１により三相交流電力に変換され、その三相交流電力が発電モータ３に供給される。

ハイブリッド車１には、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図１には、エンジン２およびＰＣＵ５を制御するための１つのＥＣＵ８のみが示されているが、ハイブリッド車１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ８を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

＜駆動モータの駆動制御＞
図２は、駆動モータ４の駆動を制御するための構成を図解的に示すブロック図である。

ＥＣＵ８に内蔵されているメモリ４１には、最大使用電力マップが記憶されている。ＥＣＵ８は、エンジン２の回転数であるエンジン回転数、アクセルペダルの最大操作量に対する操作量の割合であるアクセル開度およびハイブリッド車１の車速を引数とし、最大使用電力マップを参照して、駆動モータ４に必要な駆動電力が供給されるようにエンジン２およびＰＣＵ５を制御する。

エンジン回転数は、エンジン２のクランクシャフト１１の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力するエンジン回転センサを設けて、そのエンジン回転センサの検出信号から求めることができる。アクセル開度は、運転者により操作されるアクセルペダル（図示せず）の操作量に応じた検出信号を出力するアクセルセンサを設けて、そのアクセルセンサの検出信号から求めることができる。車速は、ハイブリッド車１の走行に伴って回転する回転体の回転に同期したパルス信号を検出信号として出力する車速センサを設けて、その車速センサの検出信号から求めることができる。

＜最大使用電力マップ＞
図３は、（ａ）エンジン回転数と発電モータ３の最大発電電力との関係、（ｂ）エンジン回転数と駆動用バッテリ６の最大出力との関係、（ｃ）エンジン回転数と最大使用電力との関係を示すグラフである。

駆動モータ４で使用可能な最大使用電力は、エンジン２の動力で駆動される発電モータ３の最大発電電力と駆動用バッテリ６の最大出力との和である。

発電モータ３の最大発電電力は、図３（ａ）に示されるように、発電モータ３がスタータモータとして機能するクランキングの開始により急峻に低下し、クランキングの終了により急峻に上昇する。

また、ハイブリッド車１では、発進時に、駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げが行われる。たとえば、発進から１秒間が経過するまでの間、駆動用バッテリ６の最大出力が一定量だけ引き上げられ、発進から１秒間が経過すると、駆動用バッテリ６の最大出力が一定の通常出力に下げられる。そのため、図３（ｂ）に示されるように、駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げの終了により、駆動用バッテリ６の最大出力が急峻に低下する。

そのため、同一のエンジン回転数での発電モータ３の最大発電電力と駆動用バッテリ６の最大出力とを合算し、その合算値を各エンジン回転数と対応づけてマップ化した場合、図３（ｃ）に破線で示されるように、合算値は、クランキング時および駆動用バッテリ６の最大出力の一時的な引き上げの終了時に急峻に変化する。したがって、図３（ｃ）に破線で示される特性のマップに従って、駆動モータ４に供給される駆動電力が合算値に設定されて、駆動モータ４の駆動が制御されると、合算時の急変時に駆動モータ４のトルクが変動し、ハイブリッド車１の加速がぎくしゃくしてしまう。

そこで、最大使用電力マップでは、図３（ｃ）に実線で示されるように、同一のエンジン回転数での発電モータ３の最大発電電力と駆動用バッテリ６の最大出力との合算値が最大使用電力に設定されて、その最大使用電力が各エンジン回転数と対応づけられている。合算値が急変する部分（図３（ｂ）に破線で示される部分）については、発電モータ３の最大発電電力と駆動用バッテリ６の最大出力との合算値を超えず、かつ、エンジン回転数の全範囲でエンジン回転数の増加に対して最大使用電力が単調に増加するように、最大使用電力が補正（設定）されている。

＜作用効果＞
ＥＣＵ８により、最大使用電力マップからエンジン回転数に応じた最大使用電力が取得され、アクセル開度および車速に基づいて、駆動モータ４のトルクが適正になるように、駆動モータ４に供給される駆動電力が最大使用電力以下に設定されて、駆動モータ４が駆動される。これにより、駆動用バッテリ６として小型（小容量）の組電池を採用しても、動力性能を確保しつつ、滑らかな加速を得ることができる。また、駆動モータ４のトルクの抑制により、駆動輪２７のタイヤスリップの発生を抑制することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、本発明は、小型の組電池（バッテリ）を駆動用バッテリ６として搭載した構成にとくに有効であるが、むろん、大型（大容量）の組電池を駆動用バッテリ６として搭載した構成に適用されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：ハイブリッド車
２：エンジン
３：発電モータ
４：駆動モータ
５：ＰＣＵ（駆動制御手段）
６：駆動用バッテリ
８：ＥＣＵ（駆動制御手段）
４１：メモリ（マップ記憶手段）

Claims (1)

1. エンジンの動力で発電モータが駆動され、前記発電モータの発電電力および駆動用バッテリの出力で駆動モータが駆動されて、前記駆動モータの動力が駆動輪に伝達されるシリーズ方式のハイブリッド車であって、
   最大使用電力マップを記憶するマップ記憶手段と、
   少なくとも前記エンジンのエンジン回転数を引数として、前記最大使用電力マップに基づいて、前記駆動モータの駆動を制御する駆動制御手段とを含み、
   前記最大使用電力マップは、前記エンジン回転数と前記発電モータの最大発電電力に前記駆動用バッテリの最大出力を足し合わせて得られる最大使用電力との関係を定めたマップであって、当該マップから前記エンジン回転数の増加に対して前記最大使用電力が単調に増加するように前記最大使用電力が補正されたマップである、ハイブリッド車。

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