特開 2023-168889 自動車の駆動システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023168889

(43)【公開日】2023-11-29

(54)【発明の名称】自動車の駆動システム

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/30 20160101AFI20231121BHJP

   B60W 10/02 20060101ALI20231121BHJP

   B60W 10/26 20060101ALI20231121BHJP

   B60W 10/10 20120101ALI20231121BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20231121BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20231121BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20231121BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20231121BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20231121BHJP

   B60L 58/13 20190101ALI20231121BHJP

【ＦＩ】

B60W20/30

B60W10/02 900

B60W10/26 900

B60W10/10 900

B60K6/48 ZHV

B60W20/13

B60L15/20 K

B60L50/16

B60L50/60

B60L58/13

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022080263

(22)【出願日】2022-05-16

(71)【出願人】

【識別番号】302071667

【氏名又は名称】松尾 典孝

(72)【発明者】

【氏名】松尾 典孝

【テーマコード（参考）】

3D202

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA08

3D202BB19

3D202BB30

3D202BB31

3D202BB32

3D202BB37

3D202BB64

3D202BB65

3D202CC58

3D202CC59

3D202DD01

3D202DD05

3D202DD18

3D202DD20

3D202DD32

3D202DD44

3D202DD45

3D202FF05

3D202FF14

5H125AA01

5H125AC08

5H125AC12

5H125BA00

5H125BC05

5H125BC12

5H125BE05

5H125CA02

5H125CA08

5H125DD01

5H125DD05

5H125EE27

(57)【要約】      （修正有）

【課題】貨物車用に低いシステムコストで優れた燃費性能と走行性能を両立できるハイブリッドシステムを提供する。
【解決手段】遊星歯車機構をもつ動力合成装置でエンジンとモータ１基の動力経路の形態を切換えて得られる複数の動力制御モードを持ち、エンジンを常時燃費最良ポイントで運転する動力制御モードとエンジンとモータの動力を合わせて車両駆動に供する動力制御モードを走行局面に応じて使い分けることによりシリーズ・パラレルハイブリッドシステムと同等の優れた燃費性能と貨物車に要求される走行性能を両立できるパラレルハイブリッドシステムを実現する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンとモータと、エンジンとモータの動力を制御する動力合成装置と、前記動力合成装置の出力を入力する変速機を備えた自動車の駆動システムであり
前記動力合成装置はサンギアと遊星ギアと遊星ギアを保持する遊星キャリアとリングギアから成る遊星歯車装置とモータの動力経路を切換える動力経路切換装置とサンギア軸を制動するサンギア制動装置を備え、
エンジン動力を遊星キャリア軸に入力し、モータ動力を前記動力経路切換装置によりサンギア軸またはリングギア軸に入力し、エンジンとモータの動力を合わせて前記リングギアから出力する構造をなし、
前記動力経路切換装置と前記サンギア制動装置の動作を制御することで異なる動力制御モードで動作することができ、
前記動力制御モードが前記エンジンが停止した状態で前記モータが前記動力経路切換装置により前記リングギア軸を駆動する１軸電動モードと
前記エンジンが前記遊星キャリア軸を駆動し、前記モータが前記動力経路切換装置により前記サンギア軸を駆動する状態で前記エンジンと前記モータの速度比と動力比を連続可変に制御する２軸速度比可変モードと
前記サンギア制動装置により前記サンギア軸の回転を停止させ、前記エンジンと前記モータの速度比を固定とした上で前記エンジンが前記遊星キャリア軸を駆動し、前記モータが前記動力経路切換装置により前記リングギア軸を駆動する状態で前記エンジンと前記モータの動力比を制御する２軸速度比固定モードと
前記１軸電動モードで走行中に、前記サンギア制動装置により前記エンジンの逆転方向に空転している前記サンギア軸を制動し、制動トルクによって発生する遊星キャリア軸を前記エンジンの正転方向に回転させようとする反トルクにより、停止している前記エンジンを始動する走行中エンジン始動モードと
車両停車中に前記変速機の入力軸回転ロック機能または車両制動装置を動作させた上で、前記モータが前記動力経路切換装置により前記サンギア軸を駆動する状態で前記モータを前記エンジンの正転方向に回転させて停止している前記エンジンを始動する停車時エンジン始動モード
を含むことを特徴とする自動車の駆動システム

【請求項2】

請求項１において前記変速機が自動変速多段変速機もしくは無段変速機であり、
前記変速機が自動変速多段変速機の場合は前記２軸速度比可変モードにおいて前記モータに電力を供給するバッテリの残量に基づき前記自動変速多段変速機のシフトスケジュールを変更することができ
前記バッテリ残量が減少した場合は各変速段の変速点車速を低速側に、前記バッテリ残量が増加した場合は高速側に移行させることで前記バッテリの充放電電力量を制御し、
前記変速機が無段変速機の場合は前記２軸速度比可変モードにおいてバッテリ残量目標値を設定し、検知された前記バッテリの残量と前記バッテリ残量目標値との誤差に基づきバッテリ充放電電力目標値を決め
検知された前記バッテリの充放電電力と前記バッテリ充放電電力目標値の誤差に基づき前記無段変速機の変速比を修正することにより前記バッテリ充放電電力とバッテリ残量を制御するフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の前記自動車の駆動システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は主に貨物車用の走行燃費と加速性能の両方を向上されるためにエンジンとモータを用いるハイブリッド駆動システムであり、燃費重視の走行ではエンジンを常時最良燃費点で運転するようエンジンとモータの動力を制御し、貨物満載時など大きな駆動力を必要とする場合はエンジンとモータの最大動力を合わせて車両駆動に供することを可能とするものである。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド乗用車は既に世界中に普及しており自動車全体のCO2排出低減に貢献している. 一方貨物車においてはハイブリッド車の普及率は乗用車に比べると少ない. ハイブリッド車のイニシャルコスト増と定期的に発生するバッテリ交換によるコスト増の方が燃料コスト低減を上回るのが大きな理由であり、普及を図るためにはハイブリッド化による更に大幅な燃費向上が必要である。

【0003】

乗用車用ハイブリッドシステムとして実用化されているトヨタTHSやホンダｉ－ＭＭＤシステムはエンジンと２基のモータを用いるシリーズ・パラレル方式のハイブリッドシステムでありエンジンを燃費最良点Ｓｗｅｅｔ－Ｓｐｏｔで運転することにより優れた燃費性能が得られ、また１基のモータでエンジンをアシストしながら残りの１基のモータをエンジンで駆動される発電機として使用することでバッテリ残量を適正に保持することができるので使用バッテリの容量を小さくできる。 しかし動力源としてエンジンとモータ２基の合計３つの動力源を用いることからシステムコストが高いこと、また駆動系の機構上、３つの動力源のフルパワーを同時に車両駆動用動力として取り出すことが出来ず大きな駆動力を発生することができないなどの理由により走行時の車両総重量が大きい貨物車には適用例がない.

【0004】

貨物車にハイブリッドシステムを適用する場合、乗用車に比べシステムコストが安く、しかも良好な走行燃費と大きな駆動力を両立できるシステムが必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開2019-73158: ハイブリッド車のトランスアクスル

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】佐々木正一: ハイブリッド車における制御, 計測と制御 第45巻 第3号 2006年3月

【非特許文献2】奥井他: 小型配送用ハイブリッドトラックの燃費調査および燃費改善の検討,自動車技術会論文集,Vol.45,No.2

【非特許文献3】工業所有権情報・研修会館： 平成17年度特許流通支援チャート ハイブリッド電気自動車の制御技術, 2006年3月

【非特許文献4】全日本トラック協会: カーボンニュートラルに向けた自動車政策検討会トラック運送業界における認識と課題, 2021

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

優れた燃費性能を実現できるとして乗用車で実用化されているシリーズ・パラレルハイブリッドシステムは動力源としてエンジンとモータ２基を備えるためシステムコストが高く、しかも３つの動力源の動力を同時に車両駆動のために供することができないため大きな駆動力を得ることができず、貨物車には適用できないという問題がある。 本発明はエンジンとモータ１基のみを備えながらエンジンとモータの２つの動力の最適制御によりシリーズ・パラレルシステムと同等の優れた燃費を得ることができ、さらに２つの動力を同時に車両駆動に供することで大きな駆動力を得ることができる低コストな貨物車用のパラレルハイブリッドシステムに関する発明である。

【課題を解決するための手段】

【0008】

図７に本発明の自動車の駆動システムの動力経路図を示す。図７で１はエンジン、２はモータ、５はバッテリ、３は動力合成装置、４は変速機であり、動力合成装置３の出力が変速機４に入力されるようになっている。動力合成装置３は遊星キャリア３２、サンギア３３、リングギア３１から成る遊星歯車機構３０と、リングギア３１にモータ２の動力を伝達する駆動ギア３４、動力経路切換装置３５、サンギア制動装置３６を有している。 遊星歯車機構３０においてはエンジン１の動力が遊星キャリア３２に、モータ２の動力がサンギア３３に各々入力され、リングギア３１から動力が出力されるようになっている。動力経路切換装置３５はモータ２の動力をサンギア３３に伝達するか駆動ギア３４に伝達するかを切り換えることができる。 サンギア制動装置３６はサンギア３３の回転速度を減速もしくは回転を止めることができる。 なお各動力経路内で動力は双方向に伝達可能である。

【0009】

動力合成装置３は動力経路切換装置３５とサンギア制動装置３６の動作を制御することによりいくつかの異なる動力制御モードを成すことができる。 図８から図１２に動力合成装置３の主要な５つの動力制御モード毎の動力経路図と遊星歯車機構の共線図を示す。 共線図の縦軸Sはサンギア３３の軸、Cは遊星キャリア３２の軸、Rはリングギア３１の軸を示しており、角速度は車両前進時にリングギア３１が回転する方向を正としている。 また共線図の右には駆動ギア３４対リングギア３１の歯数比がサンギア３３対リングギア３１の内歯の歯数比αと同じ場合の駆動ギア３４の軸Gが追加されている。 また白抜きまたは黒塗りの矢印は各軸に作用するトルクを表しており、白抜きはリングギア３１に逆転トルクが作用している状態を、黒塗りはリングギア３１に正転トルクが作用している状態を表しており、上向き矢印は正転方向のトルクを、下向き矢印は逆転方向のトルクを表している。 リングギア３１に逆転トルクが作用するのは動力源から供給された動力が駆動輪を駆動する駆動運転時、正転トルクが作用するのは逆に駆動輪に入力された動力を動力源が吸収する制動運転時である。

【0010】

共線図上に表記されている変数名について説明する。 ω_R、ω_Ｓ、ω_Ｃ、ω_G、およびω_Ｍは各々、R軸、S軸、C軸、G軸、およびモータ２の角速度、またT_R、Ｔ_Ｓ、Ｔ_Ｃ、Ｔ_G、Ｔ_Ｍは各軸に作用するトルクを表している。

【0011】

動力経路図に示された太い直線は動力が伝達されている動力ＯＮ状態を、細い直線は動力が伝達がされていない動力ＯＦＦ状態を示しており、時計回りを示す矢印をもつ楕円は軸が正転していること、反時計回りを示す矢印をもつ楕円は軸が逆転していること、黒丸は軸が回転を停止していることを表している。

【0012】

図８はエンジン１が停止し、モータ２の動力のみを使用する１軸電動モードでの動力経路図と共線図を示す。 モータ２の動力伝達経路は動力経路切換装置３５により駆動ギア３４に繋がっている。 共線図においてはエンジンは停止しているのでω_Ｃ＝０、Ｔ_Ｃ＝０、サンギアは空転しているのでＴ_Ｓ＝０であり。またω_G＝ω_Ｍ、Ｔ_G＝Ｔ_Ｍである。 またω_Ｍ＝－α・ω_RでありモータMとリングギア３１の速度比は一定である。

【0013】

駆動運転時はT_R＜０、ω_R＞０、Ｔ_Ｍ＜０、ω_Ｍ＜０でありモータ２の回転方向とトルクの方向が同じ（T_Mとω_Mの符号が同じ）なのでモータ２は電力を供給されて動力を発生する力行運転状態にあり、制動運転時はT_R＞０、ω_R＞０、Ｔ_Ｍ＞０、ω_Ｍ＜０でありモータ２の回転方向とトルクの方向が逆なのでモータ２は動力を吸収して発電する発電運転状態にあり、エネルギ回生を行うことができる。

【0014】

１軸電動モードは発進・低速走行など低騒音走行が必要な場合や車両減速時や下り勾配走行時等で走行エネルギの回生制動を行う場合に選択される。

【0015】

図９はエンジン１が遊星キャリア３２を、モータ２がサンギア３３を駆動する２軸速度比可変モードでの動力経路図と共線図を示す。 モータ２の動力伝達経路は動力経路切換装置３５によりサンギア３３に繋がり駆動ギア３４との動力経路は断たれ駆動ギア３４は空転している。 当該モードは基本的に駆動運転時に使用するのでT_R＜０、ω_R＞０、またエンジン１は動力を発生しているのでT_C＞０であり遊星歯車のトルクバランスを保つためにモータ２のトルクＴ_Ｍ（＝Ｔ_Ｓ）＜０である。 一方エンジン１とモータ２の速度比は可変となる。

【0016】

図１３に２軸速度比可変モードでのエンジン１とモータ２の速度関係を示す。図中ω_Cｍａｘ、ω_Cｍｉｎは各々エンジン１の最大回転速度と最低回転速度であり、ω_Sｍａｘ、ω_Sｍｉｎは各々エンジン回転速度ω_Cｍａｘ、ω_Cｍｉｎに対するモータ２の回転速度である。 モータ２の回転速度をω_Sｍａｘとω_Sｍｉｎの間に制御すればエンジン１の回転速度をω_Cｍａｘとω_Cｍｉｎの間で運転することができる。 またモータ２の回転速度がゼロになる時のエンジン回転速度をω_C０とするとω_C＞ω_C０の範囲ではω_S＞0となりトルクと回転速度の向きが逆なので発電運転状態となり、ω_C＜ω_C０の範囲ではω_S＜0となりトルクと回転速度の向きが同じなので力行運転状態となる。 以上説明したとおり２軸速度比可変モードではエンジン１とモータ２の速度比を可変とし、またモータ２を発電運転または力行運転することができる。ただ当該モードでは遊星歯車のトルクバランスにより、リングギア３１のトルクT_RはT_R＝α／（１＋α）・T_Cとなり、リングギア３１から出力できるトルクは小さい。 したがって大きな駆動力を必要とする走行には適していない。

【0017】

２軸速度比可変モードは主に走行燃費向上のため、エンジン１の燃費率の良好な運転ポイントであるＳｗｅｅｔ－Ｓｐｏｔで運転したり、走行しながらバッテリの充放電を制御する時に使用する。

【0018】

図１０はエンジン１が遊星キャリア３２を、モータ２が駆動ギア３４を駆動する２軸速度比固定モードでの動力経路図と共線図を示す。 モータ２の動力伝達経路は動力経路切換装置３５により駆動ギア３４に繋がりサンギア３３との動力経路は断たれており、またサンギア３３はサンギア制動装置３６により回転が止められている。 共線図に示すとおり当該モードではリングギア３１、遊星キャリア３２（エンジン１）、および駆動ギア３４（モータ２）の回転速度比ω_R：ω_Ｃ：ω_Ｍは１：α／（１＋α）：－αでありエンジン１とモータ２の速度比は１：－（１＋α）と固定である。 基本的に駆動運転時に使用するのでT_R＜０、ω_R＞０、またエンジン１は動力を発生しているのでT_C＞０であり遊星歯車のトルクバランスを保つためにモータ２のトルクＴ_Ｍ（＝Ｔ_Ｓ）＜０である。 リングギア３１から出力されるトルクT_R はT_R＝α／（１＋α）・T_C－α・Ｔ_Ｍ（Ｔ_Ｍ＜０）であり動力合成装置３からエンジンとモータを合わせた大きなトルクを取り出すことができる。

【0019】

２軸速度比固定モードは主に急加速や急勾配を上る場合など大きな駆動力を必要とする時に使用する。

【0020】

図１１は１軸電動モードで走行中に２軸速度比可変モードに切り換える途中にエンジン１を始動するための走行時エンジン始動モードでの動力経路図と共線図を示す。 モータ２は１軸電動モードと同じくリングギア３１を駆動しているが１軸電動モードでは空転していたサンギア３３にはサンギア制動装置３６により制動トルクＴ_Ｓが正転方向に作用し減速を始め、停止していた遊星キャリア３２とエンジン１は正転しようとするがエンジン１には気筒の圧縮圧力やバルブ駆動系抗力その他の内部摩擦等により抵抗トルクT_Cが逆転方向に作用する。そこでＴ_ＳをT_Cより大きく制御するとエンジン１は正転を始め、始動することができる。

【0021】

図１２は停車時にエンジン１を始動するための停車時エンジン始動モードでの動力経路図と共線図を示す。 モータ２は２軸速度比可変モードと同じくサンギア３３を正転方向にトルクＴ_Ｍ（Ｔ_Ｍ＞０）で駆動し、エンジン１の抗力トルクT_C （T_C＞０）に打ち勝ってエンジン１を正転方向に回転させ始動する。 リングギア３１には車両を後退方向に発進させようとするトルクが発生するので予めトランスミッション４をパーキングブレーキ状態にするか車両の制動装置を作動させるなどしてリングギア３１が回転できないようにしておく。

【0022】

以上段落００１２から００２１で５つの主要な動力制御モードについて説明したがその他にも１軸電動モードの亜モードとして回生運転時にエンジンを停止せずにアイドル状態を保ちエンジン再始動回数を減らしたり、エンジン１に逆転防止機構を設けた上で２軸速度比可変モードの亜モードとしてエンジンを停止した状態でモータ２の動力のみで走行したり、停車時エンジン始動モードで始動後続けてモータを発電運転する停車時バッテリ充電モードなども可能である。

【0023】

次にモータ２に電力を供給するバッテリ５の充放電制御について説明する。 走行中、バッテリ５が過放電や過充電にならないようバッテリ残量は適正範囲に保たれなければならない。 １軸電動モードでは回生運転時以外はモータ２は力行運転となりバッテリ５は放電傾向となり、２軸速度比固定モードでは段落0019に記載のとおり大きな駆動力を要する場合に使用するので基本的にモータ２は力行運転となりバッテリ５は放電傾向となる。 一方２軸速度比可変モードでは段落００１５から００１６に記載のとおりエンジン１とモータ２の速度比制御によりバッテリ５の充放電を制御することができる。

【0024】

図１４に２軸速度比可変モードでエンジン１のトルクT_E一定の下、リングギア３１の回転速度N_Rを変化させた時のエンジン回転速度N_E、リングギア３１のトルクT_Rと、モータ２のトルクT_Mと回転速度N_M、および動力P_Mの変化を示す。 なお回転速度N_Eはエンジン制御ラインC_・L_・上のトルクT_Eに対応する回転速度である。 リングギア３１の回転速度N_Rに対しモータ２の動力P_Mは直線的に変化し、モータ速度が０になるN_RをN_０とした時N_R＜N_０ではP_M＜０で発電運転、N_R＞N_０ではP_M＞０で力行運転となることからリングギア回転速度N_Rを制御することでモータ動力P_Mを制御し、バッテリ充放電電力を制御できることがわかる。

【0025】

リングギア回転速度は車速と変速機４の変速比によって決まるので変速機４の変速比を制御すればバッテリ充放電電力を制御できる。 変速機４が無段変速機の場合変速比は連続量となるのでバッテリ残量Sやバッテリ充放電電力を制御量、変速比を操作量とするフィードバック制御が可能である。

【0026】

一方変速機４が多段変速機の場合、操作量である変速比は離散量となるのでフィードバック制御は不可であり、代わりに変速機のシフトスケジュールにおける変速点車速をバッテリ残量Sに基づき移行させ同一変速位置でのリングギアの回転速度範囲を変えることによりバッテリ充放電電力量を制御する。 つまり変速機の変速段数がｎの時、変速位置Ｍ速における基準の変速点車速V_Ｓ（Ｍ）（Ｍ＝１～ｎ）を決めておき、Sが小さい時は変速点車速V_ｓ（Ｍ）を低速側にシフトし、Sが大きい時はV_Ｓ（Ｍ）を高速側に移行させる。

【0027】

図１５に基準の変速点車速を決める方法を説明する。 遊星歯車機構には遊星キャリア３２にエンジン１の最大動力P_Eが入力され、サンギア３３でモータ２の最大吸収動力P_Mが吸収されることによりリングギア３１から動力（P_E-P_M）が出力される全力バランス動作点が存在する。 当該動作点ではエンジンは最大出力回転速度N_Eｍａｘ,モータ２は基底速度N_bで運転される。 また当該動作点におけるリングギア３１の回転速度Ｎ_ＫをＫ点と呼ぶとリングギア３１の回転速度Ｎ_ＲがＫ点より小さいと遊星歯車にエンジン１の最大動力を入力することが出来ず、Ｋ点より大きいとモータ２の吸収可能動力が減少し、発電可能量も減少する。 つまりＫ点は動力合成装置３における動力合成の基準点といえるものであり、リング回転数がＫ点に一致する時の車速を基準の変速点車速とする。 Ｋ点におけるリングギア回転速度Ｎ_Ｋは（数１）で求め、Ｍ速からＭ＋１速への変速点車速V_Ｓ（Ｍ）は（数２）で求めることができる。 ただし（数２）でｒｗはタイヤ半径、Ｒｆは最終減速比、Ｒｔ（Ｍ）は変速機のＭ速での変速比である。

【数1】

【数2】

【発明の効果】

【0028】

遊星歯車機構をもつ動力合成装置でエンジンとモータ１基の動力を複数の動力制御モードで制御し、エンジンを常時燃費最良ポイントで運転できる２軸速度比可変モードとエンジンとモータの全動力を合わせて車両駆動に供することができる２軸速度比固定モードを走行局面に応じて使い分けることで優れた燃費性能と走行性能を両立できるハイブリッドシステムになる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】図1は本発明による自動車の駆動システムの構造を示す図である。（実施例１）

【図2】図2動力合成装置の作動を示す説明図である。

【図3】図3は動力制御法に関する説明図である。（多段変速機使用時）

【図4】図4は多段変速機のシフトスケジュール補正演算に関する説明図である。

【図5】図5は本発明による自動車の駆動システムの構造を示す図である。（実施例２）

【図6】図6は動力制御法に関する説明図である。（無段変速機使用時）

【図7】図7は動力合成装置の構造に関する説明図である。

【図8】図8は動力合成装置の第１の動力制御モードに関する説明図である。（１軸電動モード）

【図9】図9は動力合成装置の第２の動力制御モードに関する説明図である。（２軸速度比可変モード）

【図10】図10は動力合成装置の第３の動力制御モードに関する説明図である。（２軸速度比固定モード）

【図11】図11は動力合成装置の第４の動力制御モードに関する説明図である。（走行中エンジン始動モード）

【図12】図12は動力合成装置の第５の動力制御モードに関する説明図である。（停車時エンジン始動モード）

【図13】図13は動力合成装置の２軸速度比可変モードでのモータ運転に関する説明図である。

【図14】図14はエンジンとモータの動力相間関係に関する説明図である。

【図15】図15は多段変速機の基準変速点を決める方法に関する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

遊星歯車機構をもつ動力合成装置内でエンジンとモータの動力経路の形態を切換えることで得られる複数の動力制御モードを走行局面に応じて使い分けることを可能とし、エンジンとモータの速度比を可変とする動力制御モードではエンジンを常時燃費最良ポイントで運転することで優れた燃費性能を得、さらに変速機の制御とも合わせてバッテリ残量を適正範囲に保つよう制御を行い、エンジンとモータの速度比を固定とする動力制御モードではエンジンとモータの全動力を同時に出力することで大きな駆動力を得ることを可能とするパラレルハイブリッドシステムとする。

【実施例0031】

図１に本発明の第１の実施例の自動車駆動系構成を示す。 実施例１は主にエンジンが縦置き配置で、変速機が自動変速多段変速機である貨物車等の自動車に適用される。 図１で１はエンジン、２はモータ、３は動力合成装置、４は変速機、５はバッテリ、６はデファレンシャル、７は駆動輪、８はパワーコントロールユニット、９はインバータ、１０はアクセルであり、動力合成装置３の出力が変速機４に入力されるようになっている。変速機４からの出力はディファレンシャル６により車両の左右の駆動輪７に分割・伝達され車両を駆動する。モータ２は永久磁石同期モータでありバッテリ５からの直流電圧をインバータ９で３相交流に変換した電力が供給される。 パワーコントロールユニット８はドライバによるアクセル１０の操作量を始め駆動系に設けたセンサで検知された情報に応じてエンジン１やモータ２の動力を制御する。

【0032】

動力合成装置３は遊星キャリア３２、サンギア３３、リングギア３１から成る遊星歯車機構３０と、リングギア３１と噛み合う駆動ギア３４、モータ２からサンギア３３への動力伝達経路を形成するためのリードギア３７、カウンタギア３８、副ギア３９、動力経路切換装置としてドッグクラッチ３５、サンギア制動装置としてブレーキディスク３６から構成されている。 遊星歯車機構３０においてはエンジン１の動力が遊星キャリア３２に、モータ２の動力がサンギア３３に各々入力され、リングギア３１から動力が出力されるようになっている。 駆動ギア３４とリードギア３７はモータ２の軸に回転自由に取り付けられており、また駆動ギア３４はリングギア３１の外歯と常時噛み合っており、リードギア３７はカウンタギア３８、およびサンギア３３と一体で回転する副ギア３９を介してサンギア３３と常時噛み合い状態にある。 ドッグクラッチ３５はスプライン加工されたモータ軸と嵌め合っておりモータ軸に対し回転方向には固定されているものの軸方向にはフォークまたはロッドにより図１の左右方向にスライドしクラッチの突起部が駆動ギア３４またはリードギア３７に設けた孔に突入することによりギアと噛み合い、モータ２の動力を駆動ギア３４に伝達するかリードギア３７、カウンタギア３８、副ギア３９を介してサンギア３３に伝達するかを切り換えることができる。 なお本実施例では動力経路切換装置として噛み合いクラッチの１方式であるドッグクラッチを用いているが、当該方式のクラッチに限定するものではなく他方式の噛み合いクラッチや摩擦クラッチを使用することもできる。 ブレーキディスク３６は摩擦ディスクを副ギア３９の側面にプレスすることにより発生する摩擦力により回転速度を減速もしくは回転を止めることができプレス力の調整により減速度の制御が可能である。

【0033】

ドッグクラッチ３５が駆動ギア３４やリードギア３７と噛み合う際、相対回転速度差が大きいと噛み合いが失敗することがあるので回転速度差を小さくする必要がある。 そのためリングギア３１の外歯と駆動ギア３４の歯数比はリングギア３１の内歯とサンギア３３の歯数比に等しいか近い値になるように、またサンギア３３とリードギア３７の回転速度が等しいか近い値になるようリードギア３７と副ギア３９の歯数を決める。

【0034】

動力合成装置３は本明細書の段落0012から0021に記載のとおり、１軸電動モード、２軸速度比可変モード、２軸速度比固定モード、走行中エンジン始動モード、停車時エンジン始動モードの各動力制御モードを選択できる。図２に各モードでのドッグクラッチ３５の動作位置とブレーキディスク３６の動作位置を、（表１）に各モードでの動作を示す。 また（表２）に各モードの使用条件を示す。

【表1】

【表2】

【0035】

実施例１におけるパワーコントロールユニット８による動力制御と変速制御について説明する。 １軸電動モードではモータ２の動力のみで走行するのでエンジンとモータの動力比率に関する指令は不要で、また変速機４のシフトスケジュールはブレーキ回生時以外はモータ２の効率の良い運転ポイントで運転できるよう決め、ブレーキ回生時は回生開始直前の動力制御モードのシフトスケジュールに従う。

【0036】

２軸速度比固定モードでは変速機４の変速位置によりエンジン１とモータ２の回転速度は決まるエンジン１とモータ２の各々の回転数対トルクの特性に合わせて車速対変速位置のシフトスケジュールとエンジン１とモータ２の動力比を決める。

【0037】

図３で２軸速度比可変モードにおけるパワーコントロールユニット８での動力制御について説明する。 ドライバはセンサ８３で検知された車速Vと自らが意図する目標車速８８のV_tgtの差に基づきアクセル１０を操作する。 アクセル開度は演算部８４でエンジントルクT_Eに変換される。 演算部８５ではT_Eに対し予め数学関数またはテーブルデータで定義された図１４に示すエンジン制御ラインC.L.(T,N)を参照しT_Eに対応するエンジン回転速度N_Eを求める。 一方変速位置演算部８６ではバッテリ残量センサ８２で検知されたバッテリ５の残量Sと車速センサ８３による車速Vのデータに基づき変速機の変速位置を決める。 したがって２軸速度比可変モードのシフトスケジュールは１軸電動モードや２軸速度比固定モードのシフトスケジュールとは異なるものとなる。

【0038】

変速位置演算部８６での演算処理を図４に示す。 演算部８６１でバッテリ残量Sと目標残量S_tgtの差に基づき変速点におけるリングギア回転速度の基準速度N_Kからの偏差ΔNを求める。 Cは正符号の比例定数であり、したがって例えばSがS_tgtより大きい場合はΔNは正となりN_Kより高いリングギア回転速度で変速することになる。 演算部８６２では各変速段における変速点（シフトアップ）の車速を求め補正されたシフトスケジュールを作成する。 演算部８６３では補正されたシフトスケジュールと検知された車速Vとを照合し変速位置TPを決定する。 決定された変速位置TPが現変速位置と異なる場合は変速機４の変速操作部８７に変速操作を指令する。

【0039】

T_E,N_EおよびTPの指令値に基づきエンジン１と変速機４を制御すると動力合成装置３の遊星歯車機構のバランスによりモータ２のトルクと回転速度は各々T_MとN_Mに達する。

【0040】

以上２軸速度比可変モードでは段落００３７から００３８に記載した操作や制御によりバッテリ残量を適正範囲内に保持しつつエンジンを予め作成したエンジン制御ラインC.L.(T,N)、例えば燃費率最良点を結ぶＳweet－Spotで運転し走行燃費を向上させることができる。

【実施例0041】

図５に本発明の第２の実施例を示す。 実施例２は主にエンジンが横置き配置で無段変速機を用いる乗用車等の自動車に適用される。実施例２が実施例１と異なる特徴は、実施例１ではエンジン１とモータ２が動力合成装置３に対し同じ側に配置されているのに対し実施例２では動力合成装置を挟んで反対側に配置されていること、実施例１では動力合成装置３のリングギア３１の軸から動力を取り出すのに対し実施例２ではリングギア３１の外歯に噛み合う出力ギア３１０から動力を取り出すこと、また実施例１では変速機４が自動変速多段変速機であるのに対し実施例２では無段変速機であることである。 図５に示す動力合成装置３と変速機４の構成以外は実施例１と同じである。

【0042】

動力合成装置３は遊星歯車機構を成す遊星キャリア３２、サンギア３３、リングギア３１、およびリングギア３１と噛み合う駆動ギア３４、モータ２から駆動ギア３４への動力伝達経路を形成するためのリードギア３７、カウンタギア３８、モータ２からサンギア３３に動力を伝達するためサンギア３３と一体で回転する副ギア３９、動力経路切換装置としてドッグクラッチ３５、サンギア制動装置としてブレーキディスク３６から構成されている。 遊星歯車機構においてはエンジン１の動力が遊星キャリア３２に、モータ２の動力がサンギア３３に各々入力され、リングギア３１の外歯に噛み合う出力ギア３１０から動力を取り出すようになっている。 リードギア３７と副ギア３９はモータ２の軸に回転自由に取り付けられており、また駆動ギア３４はリングギア３１の内歯と常時噛み合っており、リングギア３１と同じ方向に回転する。 リードギア３７はカウンタギア３８を介して駆動ギア３４と常時噛み合い状態にある。 ドッグクラッチ３５がリードギア３７と噛み合っている時はモータ２の動力は駆動ギア３４に伝達され、副ギア３９と噛み合っている時はサンギア３３に伝達される。 ブレーキディスク３６は摩擦ディスクを副ギア３９の側面にプレスすることにより発生する摩擦力により回転速度を減速もしくは回転を止めることができプレス力の調整により減速度の制御が可能である。

【0043】

ドッグクラッチ３５がリードギア３７や副ギア３９と噛み合う際、回転速度差を小さくするためサンギア３３の歯数と（駆動ギア３４の歯数）×（リードギア３７の歯数）／（カウンタギア３８の歯数）が等しいか近い値になるように駆動ギア３４、リードギア３７、およびカウンタギア３８の歯数を決める。

【0044】

動力合成装置３の動力制御モードと各動力モードにおけるドッグクラッチ３５やブレーキディスク３６の動作および各モードの使用条件や使用局面は実施例１と同じである。

【0045】

実施例２におけるパワーコントロールユニット８による動力制御と変速制御について説明する。 １軸電動モードでは、無段変速機４の変速比はモータ２の効率の良い運転ポイントで運転できるよう決める。

【0046】

２軸速度比固定モードではエンジン１とモータ２の回転速度比は決まっているのでエンジン１とモータ２の各々の回転数対トルクの特性に合わせて車速に対する変速比とエンジン１とモータ２の動力比を決める。

【0047】

図６で実施例２の２軸速度比可変モードにおけるパワーコントロールユニット８での動力制御について説明する。 ドライバはセンサ８３で検知された車速Vと自らが意図する目標車速８８のV_tgtの差に基づきアクセル１０を操作する。 アクセル開度は演算部８４でエンジントルクT_Eに変換される。 演算部８５ではT_Eに対し予め数学関数またはテーブルデータで定義された図４に示すエンジン制御ラインC.L.(T,N)を参照しT_Eに対応するエンジン回転速度N_Eを求める。 一方センサ８２で検知されたバッテリ５の残量Sと予め設定したSの目標値８２１のデータSｔｇｔに基づき演算部８２２で目標バッテリ充放電電力E_Tを求める。（S＞Stgtの場合E_T＜０、S＜Stgtの場合E_T＞０） また演算部８９では電力センサ８２３で検知された電力EをE_Tと比較し変速機４の変速比の修正量ΔR_Tを（数３）および（数４）により求め変速機４の変速操作部８７ではΔR_T指令に基づき変速比を修正操作する。 但し、（数３）でCは比例定数、（数４）でVは車速（ｋｍ／ｈ）である。

【数3】

【数4】