JP5891774B2 - ハイブリッド車 - Google Patents

Description

本発明は、走行用駆動源として、電動機と、内燃機関とを備えるハイブリッド車に関する。

従来、走行用駆動源として内燃機関を備える車両では、内燃機関で用いられる燃料の残量が少なくなると、燃費を優先させる走行モードを選択し、この走行モードで走行するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１２７５４８号公報

特許文献１に開示される技術は、走行用駆動源として内燃機関を備える車両において、燃料の残量が少なくなると、燃費を優先させる走行モードに切り替える技術である。この技術では、燃料が少なくなることによって内燃機関の駆動が停止すると、減速および運転のフィーリングの悪化が生じることがありえる。

一方、従来、走行用駆動源として、電動機と内燃機関とを備えるハイブリッド電動車が提案されている。この種のハイブリッド電動車では、電動機のみによって走行するシリーズ走行モードと、電動機と内燃機関とが発生するエネルギを走行に用いるとともに、内燃機関が発生するエネルギを発電に用いるパラレル走行モードとがある。

この種のハイブリッド電動車に特許文献１に開示される技術を適用しても、内燃機関で走行している状態において燃料が少なくなることによる減速および運転のフィーリングの悪化が生じることがありえる。

このため、本発明は、走行用駆動源として電動機と内燃機関を備えるハイブリッド電動車において、燃料が少なくなったことに起因する減速および運転フィーリングの悪化を抑制できるハイブリッド車を提供することを目的とする。

請求項１に記載のハイブリッド車は、車両に搭載された内燃機関及び電動機を備え、前記内燃機関で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する内燃機関走行モードと、前記電動機で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する電動機走行モードとの少なくもいずれかの走行モードで走行するハイブリッド車であって、前記内燃機関に燃料を供給する燃料タンクと、前記燃料タンク内の燃料残量を検出する残量検出手段と、前記走行モードを決定する走行モード決定手段と、前記内燃機関と連結され、前記電動機に電力を供給する電池を充電する発電機と、を具備し、前記走行モード決定手段は、前記燃料タンクの燃料残量が第１所定量以下となった際に前記内燃機関走行モードを禁止して前記電動機走行モードで前記車両を走行させると共に前記内燃機関の運転を継続して、前記発電機を発電する。

請求項２に記載のハイブリッド車は、請求項１の記載において、前記内燃機関走行モードの際に前記内燃機関で発生する動力をクラッチを介して前記車輪に伝達する伝達機構と、前記クラッチの断接を制御するクラッチ制御手段と、を具備し、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチを断状態とすることで前記内燃機関走行モードを禁止する。

請求項３に記載のハイブリッド車は、請求項１又は２の記載において、前記残量検出手段は、前記燃料タンクの燃料残量が前記第１所定量よりも多い第２所定量になったことを検出すると、燃料の消費量の算出を開始するとともに、前記第２所定量から前記消費量を引いた値を前記燃料タンクの燃料残量とする。

本発明によれば、燃料が少なくなったことに起因する減速および運転フィーリングの悪化を抑制できる。

本発明の第１の実施形態に係るプラグインハイブリッド電気自動車を示す概略図。 同プラグインハイブリッド電気自動車のパラレル走行モードでのＨＶ−ＥＣＵの動作を示すフローチャート。 同プラグインハイブリッド電気自動車の内燃機関が運転することによって発生するトルクの消費の内訳を示すグラフ。 同プラグインハイブリッド電気自動車の燃料タンク内の燃料の残量を示すグラフ。 同プラグインハイブリッド電気自動車の、時間の経過に伴うクラッチ板が接続状態であるか否かを示すグラフ。 本発明の第２の実施形態に係るプラグインハイブリッド電気自動車のパラレル走行モードでのＨＶ−ＥＣＵの動作を示すフローチャート。

本発明の第１の実施形態に係るハイブリッド電動車を、図１〜３を用いて説明する。図１は、本実施形態のプラグインハイブリッド電気自動車１０を示す概略図である。図１に示すように、プラグインハイブリッド電気自動車１０は、走行システムと、充電システムと、ＨＶ−ＥＣＵ（Hybrid Vehicle-Electric Control Unit）６０とを備えている。

走行システムは、一対の前輪２１と、一対の後輪２２と、電池２３と、ＢＭＵ（Battery Management Unit）２４と、走行用駆動源としての電動機２５と、インバータ２６と、走行用駆動源としての内燃機関２７と、内燃機関２７が発生した動力と電動機２５が発生した駆動力とを、前輪２１に伝達する伝達機構３０と、燃料タンク３５とを備えている。

電池２３は、複数の電池セル２３ａを備えている。各電池セル２３ａは、例えば直列に接続されている。各電池セル２３ａには、ＣＭＵ（Cell Monitor Unit）２３ｂが設けられている。ＣＭＵ２３ｂは、電池セル２３ａの状態を検出する。電池セル２３ａの状態とは、電池セル２３ａの温度、電圧などである。各ＣＭＵ２３ｂは、検出結果をＢＭＵ２４に送信する。

ＢＭＵ２４は、各ＣＭＵ２３ｂから送信された電池セル２３ａの情報に基づいて、電池２３の状態を検出する。電池２３の状態とは、電池２３の電圧値、ＳＯＣ（State Of Charge:充電率）などである。

電動機２５は、電池２３から供給される電力によって駆動する。電動機２５が駆動することによって、電動機２５の出力軸２５ａが回転する。インバータ２６は、電池２３と電動機２５とに接続されており、要求されるトルクに対応する電力を電動機２５に供給するべく機能する。

内燃機関２７は、内燃機関制御部２８によって駆動が制御される。具体的には、内燃機関制御部２８は、内燃機関２７の燃焼室内に供給される燃料の量を、要求されるトルクに応じて制御する。燃料は、燃料タンク３５内に蓄えられている。車体に形成される給油口３６を介して、燃料が燃料タンク３５に供給される。

燃料タンク３５内には、燃料の残量を検出する計測器が設けられている。計測器３７は、一例として、フロート３７ａを有するフロート型である。フロート３７ａは、燃料タンク３５内の燃料液面上に浮いている。燃料の残量に応じて液面位置が変化することに伴い、フロート３７ａの位置も変化する。計測器３７は、フロート３７ａの位置に応じた信号をトルクする。運転席の近傍には、燃料メータ３８が設けられている。燃料メータ３８は、計測器３７に接続されており、計測器３７の出力に応じた燃料の残量を表示する。

伝達機構３０は、電動機２５の出力軸２５ａの回転、または、内燃機関２７の出力軸２７ａの回転を、前輪２１に伝達する。伝達機構３０は、両前輪２１を連結する車軸と、車軸に設けられたディファレンシャルギヤ、クラッチ装置４１などを備えている。

クラッチ装置４１は、電動機２５の出力軸２５ａと一体に回転するクラッチ板４２と、内燃機関２７の出力軸２７ａと一体に回転するクラッチ板４３と、クラッチ板４２とクラッチ板４３とを押し付けてクラッチ板４２,４３と一体に回転可能な接続状態にするとともに、クラッチ板４２，４３を互いに離して非接続状態にするクラッチ板駆動部４４とを備えている。クラッチ板駆動部４４は、ＨＶ−ＥＣＵ６０に含まれるクラッチ制御手段からの指令により作動する。

クラッチ板４２，４３は、内燃機関２７の出力軸２７ａの回転を前輪２１に伝達する伝達経路中に設けられている。内燃機関２７の出力軸２７ａの回転は、クラッチ板４２，４３が接続状態のときに、前輪側に伝達される。クラッチ板４２，４３が非接続状態のときには、内燃機関２７の出力軸２７ａの回転は、前輪２１には伝達されない。なお、電動機２５の出力軸２５ａは、クラッチ板４２，４３の接続状態、非接続状態に関係なく、前輪２１に伝達される。

充電システムは、発電機５１と、インバータ２６と、内燃機関２７とを備えている。内燃機関２７の出力軸２７ａは、発電用伝達機構５４を介して発電機５１の入力軸５１ａに連結されている。内燃機関２７が駆動して出力軸２７ａが回転すると、出力軸２７ａの回転は、発電用伝達機構５４を介して発電機５１の入力軸５１ａに伝達されて、入力軸５１ａが回転する。入力軸５１ａが回転すると、発電機５１内のロータが回転することによって、発電機５１が発電する。

発電機５１は、インバータ２６に接続されている。発電機５１が発電した電力は、インバータ２６によって電池２３の充電に適したものに調整された後、電池２３に供給される。このことによって、電池２３が充電される。

ＨＶ−ＥＣＵ６０は、燃料メータに接続されている。ＨＶ−ＥＣＵ６０は、燃料の残量の情報を、燃料メータ３８から得る。アクセルペダルの近傍には、アクセルペダル開度検出部６１が設けられている。アクセルペダル開度検出部６１は、アクセルペダルの開度を検出する。ＨＶ−ＥＣＵ６０に含まれる走行モード決定手段は、ＢＭＵ２４から送信される電池２３のＳＯＣの情報や、アクセルペダル開度検出部６１の検出値に応じて、電動機２５の発生する動力のみで走行するＥＶ走行モードと、電動機２５の発生する動力のみで走行するとともに、発電機５１を駆動して電池を充電するシリーズ走行モードと、電動機２５の発生する動力と内燃機関２７の発生する動力とによって走行するパラレル走行モードと、電動機２５を駆動せず、内燃機関２７の発生する動力のみで走行するエンジン走行モードとを切り替えるべく、各種装置を制御する。本実施例では、内燃機関走行モードがパラレル走行モードと、エンジン走行モードとを含み、電動機走行モードがＥＶ走行モードとシリーズ走行モードとを含む。

具体的には、電池２３のＳＯＣが十分ある場合は、ＥＶ走行モードを選択するべくクラッチ板駆動部４４を制御してクラッチ板４２，４３を非接続状態にする。そして、電池２３、インバータ２６、電動機２５などを制御して、電池２３から供給される電力によって電動機２５を駆動させる。このことによって、電動機２５が発生した動力が前輪２１に伝達されることによって、プラグインハイブリッド電気自動車１０が走行する。

電池２３のＳＯＣが少なくなると、シリーズ走行モードを選択するべくクラッチ板駆動部４４を制御してクラッチ板４２，４３を非接続状態にする。そして、そして、電池２３、インバータ２６、電動機２５、発電機５１などを制御して、発電機５１をスタータとして用いて内燃機関２７を駆動させる。そして、内燃機関制御部２８の制御によって内燃機関２７の発電効率がよい状態で運転させて発電機５１によって発電する。なお、シリーズ走行モードでの電動機２５による走行は、上記したＥＶ走行モードでの電動機２５を用いる走行と同じである。

アクセルペダル開度部６１の検出結果に基づく要求トルクに対して、電動機２５のトルクだけでは足りない場合は、パラレル走行モードを選択するべく、クラッチ板駆動部４４を制御し、クラッチ板４２，４３を接続状態にする。そして、発電機５１、内燃機関制御部２８を制御して、発電機５１をスタートして内燃機関の起動し、内燃機関制御部２８の制御によって、電動機２５をアシストするように運転する。パラレル走行モードでは、内燃機関２７の出力軸２７ａは、発電用伝達機構５４によって発電機５１の入力軸４５ａに伝達されるので、発電機５１によって発電もされる。

また、パラレル走行モード中に、燃料の残量が所定量以下になると、電動機２５の発生する動力によって走行するように、クラッチ板駆動部４４を制御する。この点について、具体的に説明する。

プラグインハイブリッド電気自動車１０は、パラレル走行モードでは、電動機２５の発生する動力と内燃機関２７の発生する動力とが伝達機構３０によって前輪２１に伝達される。このため、内燃機関２７の出力軸と電動機２５の出力軸２５ａとは、伝達機構３０を介して互いに連結されている。

燃料の残量が少なくなると、パラレル走行モードでは、内燃機関２７が発生するトルクが小さくなる。このため、減速、および、運転フィーリングの悪化が生じる。上記所定量とは、燃料が当該所定量以下になると、内燃機関２７のトルクが上記のように低下する量である。所定量は、実験などによって、事前に把握することができる。

図２〜５を用いて、パラレル走行モードでのＨＶ−ＥＣＵ６０の動作を説明する。図２は、パラレル走行モードでのＨＶ−ＥＣＵ６０の動作を示すフローチャートである。図３は、内燃機関２７が運転することによって発生するトルクの消費の内訳を示すグラフである。横軸は、時間の経過を示し、矢印に沿って進むにつれて時間が経過したことを示す。図３の縦軸は、トルクの消費の内訳を示す。図４は、時間の経過に伴う燃料の残量の変化を示すグラフである。図４の横軸は、時間の経過を示し、矢印に沿って進むにつれて時間が経過したことを示す。図４の縦軸は、燃料の残量を示し、矢印に沿って進むにつれて量が多くなることを示す。図５は、時間の経過に伴う、クラッチ板４２，４３が接続状態であるか否かを示すグラフである。図５の横軸は、時間の経過を示し、矢印に沿って進むにつれて、時間が経過したことを示す。図３〜５のグラフにおいて原点は、パラレル走行モードが開始した時点を示す。

図２に示すように、ステップＳＴ１では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、パラレル走行モードが開始すると、燃料メータ３８から得られる燃料の残量情報に基づいて、燃料タンク３５内の燃料の残量が、所定量Ｍ(第１所定量)以下であるか否かを判定する。

燃料の残量が所定値より多い場合は、そのまま、パラレル走行モードを継続する。パラレル走行モード開始後時間ｔ１経過したときに、燃料の残量が所定量Ｍ（第１所定量）になると、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、クラッチ板駆動部４４を制御して、クラッチ板４２，４３を非接続状態にするとともに、以降、接続状態になることを禁止する。ついで、ステップＳＴ３に進む。

なお、ステップＳＴ２では、内燃機関２７の運転は停止されない。パラレル走行モード開始後時間ｔ１が経過するまでクラッチ板４２，４３が接続状態であるので、内燃機関２７の発生するトルクは、伝達機構３０を介して前輪２１に伝達されるとともに、発電機用伝達機構４６を介して発電機５１に伝達される。このため、図３に示すように、燃料の残量が所定量Ｍになるまでは、内燃機関２７の発生するトルクの内訳は、発電トルクと車両駆動トルクとになる。

ステップＳＴ３では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、内燃機関制御部２８と発電機５１とを制御して、内燃機関２７を燃費消費率が最も良い回転数で駆動するとともに発電機５１を駆動して発電する。ついで、ステップＳＴ１に戻る。その後、図４に示すように、燃料タンク３５内に燃料がなくなるまで内燃機関２７は燃費消費効率がもっとよい回転数で運転して発電機５１を駆動する。

なお、燃料タンク３５に燃料が補給されると、クラッチ板４２，４３の接続状態になることの禁止が解除される。そして、パラレル走行モードになると、改めてステップＳＴ１から処理がなされる。

このように構成されるプラグインハイブリッド電気自動車１０では、燃料の残量が、減速または運転フィーリング悪化が生じる量である所定量Ｍ以下になると、クラッチ板４２，４３が非接続状態になることによって、突然減速すること、または、突然運転フィーリングが悪化するこが抑制される。

また、燃料の残量が所定量Ｍ以下になると、内燃機関２７が、燃料消費率が最も良い回転数で運転されて発電機５１が駆動される。このことによって、残り少ない燃料を、有効に電力に変換することができるので、プラグインハイブリッド電気自動車１０の走行距離を、延ばすことができる。

つぎに、本発明の第２の実施形態に係るハイブリッド電動車を、図６を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、ＨＶ−ＥＣＵ６０の機能が、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同じである。上記異なる点を説明する。

図６は、本実施形態のＨＶ−ＥＣＵ６０の動作を示すフローチャートである。図６に示すように、本実施形態では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、ステップＳＴ１にかえてステップＳＴ２１の処理を行うとともに、ステップＳＴ２１とステップＳＴ２との間に、ステップＳＴ２２，ＳＴ２３の処理を行う。

具体的には、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、パラレル走行モードを開始すると、ステップＳＴ２１に進む。ステップＳＴ２１では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、燃料メータ３８から得た残量情報に基づいて、燃料の残量が積算開始量Ｓ(第２所定量)以下になったか否かを判定する。積算開始量Ｓになったと判定すると、ステップＳＴ２２に進む。

ステップＳＴ２２では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、燃料の消費量の積算を開始する。所定量Ｍ(第１所定量)と、積算開始量Ｓ(第２所定量)との関係について、具体的に説明する。積算開始量Ｓは、所定量Ｍよりも多い量である。計測器３７によっては、燃料の量が少なくなると、残量を正確に検出することができない場合がある。本実施形態では、所定量Ｍは、計測器３７では正確に検出できない量である。なお、所定量Ｍは、第１の実施形態と同じ量である。そして、積算開始量Ｓは、計測器３７によって正確に量を検出できる量である。燃料の残量が積算開始量Ｓになったときから燃料の消費量を積算するとともに、積算開始量Ｓから積算量をひくことによって、燃料の残量を正確に求めることができる。

内燃機関制御部２８は、内燃機関２７内の燃焼室に供給する燃料の量を制御しており、それゆえ、燃料の消費量の情報を有している。ＨＶ−ＥＣＵ６０は、内燃機関制御部２８から燃料消費量の情報を得る。燃料消費量の積算を開始すると、ついで、ステップＳＴ２３に進む。

ステップＳＴ２３では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、積算量が、Ａ以上になったか否かを判定する。積算量Ａは、（積算開始量Ｓ）−（積算量Ａ）＝（所定量Ｍ）となる値である。積算量がＡ以上になるまでは、ステップＳＴ２１，ＳＴ２２，ＳＴ２３の処理が繰り返される。積算量がＡになると、燃料の残量が所定量Ｍになったと判定する。積算量がＡになると、ついで、ステップＳＴ２に進む。

また、パラレル走行モード中にステップＳＴ２２の処理進み、燃料の積算を開始している状態において、燃料タンク３５に燃料を補給して燃料の残量が積算開始量Ｓより多くなると、ステップＳＴ２１からステップＳＴ２４に進む。ステップＳＴ２４では、ＨＶ―ＥＣＵ６０は、積算量をリセットする。

本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、燃料タンク３５内の燃料の残量を検出する計測器３７が、所定量Ｍを正確に検出できないような場合であっても、計測器３７が正確に検出できる量を積算開始量Ｓとして設定して消費燃料の積算を開始し、積算開始量Ｓから積算量を引くことによって燃料の残量を正確に検出することができる。このため、クラッチ板４２，４３を接続状態から非接続状態に切り替えを正確に行うことができる。

なお、第１，２の実施形態では、伝達機構３０は、内燃機関走行モードの際に内燃機関で発生する動力をクラッチを介して車輪に伝達する伝達機構の一例である。そして、クラッチ板４２，４３は、クラッチの一例である。

また、第１，２の実施形態では、ＨＶ−ＥＣＵ６０は、走行モードを決定する走行モード決定手段の一例である。

また、第１，２の実施形態では、計測器３７と燃料メータ３８とＨＥＶ−ＥＣＵ６０とは、燃料の残量を検出する残量検出手段の一例を構成している。

また、第１，２の実施形態では、ＨＥＶ−ＥＣＵ６０は、クラッチの断接を制御するクラッチ制御手段の一例を構成している。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態の構成を組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）車両に搭載された内燃機関及び電動機を備え、前記内燃機関で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する内燃機関走行モードと、前記電動機で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する電動機走行モードとの少なくもいずれかの走行モードで走行するハイブリッド車であって、前記内燃機関に燃料を供給する燃料タンクと、前記燃料タンク内の燃料残量を検出する残量検出手段と、前記走行モードを決定する走行モード決定手段と、を具備し、前記走行モード決定手段は、前記燃料タンクの燃料残量が第１所定量以下となった際に前記内燃機関走行モードを禁止して前記電動機走行モードで前記車両を走行させることを特徴とするハイブリッド車。
（２）前記ハイブリッド車は、前記内燃機関走行モードの際に前記内燃機関で発生する動力をクラッチを介して前記車輪に伝達する伝達機構と、前記クラッチの断接を制御するクラッチ制御手段と、を具備し、前記クラッチ制御手段は、前記クラッチを断状態とすることで前記内燃機関走行モードを禁止することを特徴とする（１）に記載のハイブリッド車。
（３）前記残量検出手段は、前記燃料タンクの燃料残量が前記第１所定量よりも多い第２所定量になったことを検出すると、燃料の消費量の算出を開始するとともに、前記第２所定量から前記消費量を引いた値を前記燃料タンクの燃料残量とすることを特徴とする（１）又は（２）に記載のハイブリッド車。

１０…プラグインハイブリッド電気自動車（ハイブリッド車）、２３…電池、２５…電動機、２７…内燃機関、３０…伝達機構、３５…燃料タンク、３７…計測器（残量検出手段）、３８…燃料メータ（残量検出手段）、４２…クラッチ板（クラッチ）、４３…クラッチ板（クラッチ）、６０…ＨＶ−ＥＣＵ（クラッチ制御手段、走行モード決定手段）。

Claims (3)

1. 車両に搭載された内燃機関及び電動機を備え、
   前記内燃機関で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する内燃機関走行モードと、前記電動機で発生する動力を前記車両の車輪に伝達して走行する電動機走行モードとの少なくもいずれかの走行モードで走行するハイブリッド車であって、
   前記内燃機関に燃料を供給する燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の燃料残量を検出する残量検出手段と、
   前記走行モードを決定する走行モード決定手段と、
   前記内燃機関と連結され、前記電動機に電力を供給する電池を充電する発電機と、を具備し、
   前記走行モード決定手段は、
   前記燃料タンクの燃料残量が第１所定量以下となった際に前記内燃機関走行モードを禁止して前記電動機走行モードで前記車両を走行させると共に前記内燃機関の運転を継続して、前記発電機を発電する
   ことを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記ハイブリッド車は、
   前記内燃機関走行モードの際に前記内燃機関で発生する動力をクラッチを介して前記車輪に伝達する伝達機構と、
   前記クラッチの断接を制御するクラッチ制御手段と、を具備し、
   前記クラッチ制御手段は、
   前記クラッチを断状態とすることで前記内燃機関走行モードを禁止する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車。
3. 前記残量検出手段は、
   前記燃料タンクの燃料残量が前記第１所定量よりも多い第２所定量になったことを検出すると、燃料の消費量の算出を開始するとともに、前記第２所定量から前記消費量を引いた値を前記燃料タンクの燃料残量とする
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車。

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