特許 7707994 制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/02 20060101AFI20250708BHJP

   B60K 6/387 20071001ALI20250708BHJP

   B60K 6/442 20071001ALI20250708BHJP

   B60K 6/52 20071001ALI20250708BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20250708BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20250708BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20250708BHJP

   B60W 10/26 20060101ALI20250708BHJP

   B60K 17/04 20060101ALI20250708BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20250708BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20250708BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250708BHJP

   B60L 58/12 20190101ALI20250708BHJP

【ＦＩ】

B60W10/02 900

B60K6/387 ZHV

B60K6/442

B60K6/52

B60W10/06 900

B60W10/08 900

B60W20/13

B60W10/26 900

B60K17/04 G

B60L15/20 K

B60L50/16

B60L50/60

B60L58/12

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022070527

(22)【出願日】2022-04-22

(65)【公開番号】P2023160284

(43)【公開日】2023-11-02

【審査請求日】2024-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】北畠 弘達

【審査官】高瀬 智史

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１４４５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－００７０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１６６０５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０８６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３０５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－００１３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ６／２０ － ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００ － ２０／５０

Ｂ６０Ｋ １７／０４

Ｂ６０Ｌ １５／２０

Ｂ６０Ｌ ５０／１６

Ｂ６０Ｌ ５０／６０

Ｂ６０Ｌ ５８／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンとモータを断接可能とする第一のクラッチと、
変速機と前記モータを断接可能とする第二のクラッチと、
前記モータに接続されるバッテリと、を備えた車両の制御装置であって、
走行中に前記バッテリの充電率が所定値以下となった場合に、前記第二のクラッチをスリップ状態とし、前記エンジンの回転数およびトルクを上昇させ、
前記第二のクラッチの温度が所定温度以上である場合には、
前記第二のクラッチをスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ状態前の前記エンジンの回転数およびトルクを維持する、
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車における制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、二酸化炭素の排出量を削減するために、環境に優しい自動車が製造されている。
例えば、特許文献１では、前後輪をモータにより駆動可能とする4輪駆動車が開示されている。また、エンジンも備え、エンジンとモータでの駆動が可能なことも開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－０３０４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者は、エンジンとモータを用いた自動車に関し、以下の問題点を見出した。
必要な駆動力をエンジンのみでは確保できないような走行においてバッテリパワーを使用してモータを駆動する。しかし、このような状況が続くと、バッテリパワーが不足し、必要なモータの駆動力を実現できない状態に陥ることになる。かかる状態に対する対応策として、従来、ＮＶ（Noise & Vibration）などで規制している領域のエンジントルクを使用したり、減速シフトを行っていた。しかし、このような方法では、運転者の乗り心地を害することになる。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、乗り心地を担保したうえで、必要な駆動力を確保することが可能な制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明にかかる制御装置は、
エンジンとモータを断接可能とする第一のクラッチと、
変速機と前記モータを断続可能とする第二のクラッチと、
前記モータに接続されるバッテリと、を備えた車両の制御装置であって、
走行中に前記バッテリの充電率が所定値以下となった場合に、前記第二のクラッチをスリップ状態とし、前記エンジンの回転数およびトルクを上昇させる、
ことを特徴とするものである。

【0007】

この診断装置により、乗り心地を担保したうえで、必要な駆動力を確保することが可能となる。

【0008】

前記第２のクラッチの温度が所定温度以上である場合には、
前記第２のクラッチをスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ状態前の前記エンジンの回転数およびトルクを維持する。これにより、破損して走行不能な状況になることを回避できる。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、乗り心地を担保したうえで、必要な駆動力を確保することが可能な制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態にかかる車両のシステム構成図である。

【図2】第１の実施形態にかかる車両のシステム構成図である。

【図3】第１の実施形態にかかる車両のシステム構成図である。

【図4】第１の実施形態にかかる車両のシステム構成図である。

【図5】第１の実施形態にかかる車両のシステム構成図である。

【図6】第１の実施形態にかかる制御方法を示した模式図である。

【図7】第１の実施形態にかかる制御方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

【0012】

（第１の実施形態）
＜システム構成＞
まず、第１の実施形態にかかる車両のシステム構成に関して説明をする。図１は、第１の実施形態にかかるシステム構成図である。車両１０は、エンジン１１、バッテリ１２、モータ１２１および１２２、自動変速機１３、第一のクラッチ２１および第二のクラッチ２２、第二のクラッチの制御装置２２０、車輪４１、４２、４３、４４を備えている。また自動変速機１３は、変速機の一例であり、手動変速機でも構わない。

【0013】

エンジン１１とモータ１２１は、第一のクラッチ２１を介して断接可能である。第一のクラッチ２１は、外歯歯車と内歯歯車で構成される。第一のクラッチ２１が係合しているとは、第一のクラッチ２１における外歯歯車と内歯歯車がかみ合っていることを示唆する。ただし、第一のクラッチ２１は歯車同士のかみ合いクラッチに限定されず、フランジ同士の摩擦クラッチなどでも構わない。第一のクラッチ２１が係合していると、エンジン１１とモータ１２１は接続されているため、エンジン１１の駆動力がモータ１２１へと伝達される。一方で、第一のクラッチ２１が係合していないと、エンジン１１とモータ１２１は切り離されているため、エンジン１１の駆動力がモータ１２１へと伝達しない。
自動変速機１３とモータ１２１は、第二のクラッチ２２を介して断接可能となっている。第二のクラッチ２２は、例えば摩擦クラッチである。第二のクラッチ２２が係合していると、自動変速機１３とモータ１２１は接続されているため、モータ１２１の駆動力が自動変速機１３へと伝達される。一方で、第二のクラッチ２２が係合していないと、自動変速機１３とモータ１２１は切り離されているため、モータ１２１の駆動力が自動変速機１３へと伝達しない。

【0014】

第二のクラッチの制御装置２２０は、走行中にバッテリ１２の充電率が所定値以下となった場合に、第二のクラッチ２２をスリップ状態とし、エンジン１１の回転数およびトルクを上昇させる。また、第二のクラッチ２２の温度が所定温度以上である場合には、第二のクラッチ２２をスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ状態前のエンジン１１の回転数およびトルクを維持させる。

【0015】

バッテリ１２は、モータ１２１とインバーター１２３を介して接続されている。インバーター１２３は、バッテリ１２からモータ１２１へ伝わる電力の出力制御をおこなっている。バッテリ１２は、インバーター１２４を介して、モータ１２２と接続されている。インバーター１２４は、バッテリ１２からモータ１２２へ伝わる電力の出力制御をおこなっている。
ここで、図１における車両１０は、モータ１２１とモータ１２２の２つを備えているが、いずれか1つのモータだけでも構わない。

【0016】

車輪４１と車輪４４は、車軸５１により一体接続されている。一方で、車輪４２と車輪４３は、車軸６１により一体接続されている。図１では、車軸５１側が前進方向、車軸６１側が後進方向であることを想定している。すなわち、車輪４１と車輪４４が前輪、車輪４２と車輪４３が後輪である。

【0017】

自動変速機１３は、前輪側である車軸５１と接続されている。モータ１２１の駆動力は、自動変速機１３を介して、車軸５１に伝達される。一方で、モータ１２２の駆動力は、後輪側である車軸６１へと伝達される。

【0018】

次に、図２乃至図５を参照して、車両１０の走行時におけるエンジン１１とモータ１２１の駆動力を説明する。図２乃至図５では、エンジン１１、モータ１２１、第一のクラッチ２１、第二のクラッチ２２、インバーター１２３のどれが機能しているかを明確にするために、適宜、該当部分を塗りつぶしている。

【0019】

図２は、モータ１２１により車両１０が走行している際の、車両１０のシステム構成図である。モータ１２１だけで走るＥＶ走行時には、第一のクラッチ２１を切り離すことでエンジン１１とモータ１２１は切り離され、エンジン１１は完全に停止する。一方で、一方で、第二のクラッチ２２を係合状態にするため、モータ１２１の駆動力は自動変速機１３へ伝達される。このときバッテリ１２の電気は、インバーター１２３で出力制御されて、モータ１２１に伝えられる。すなわち、この状態において、バッテリ１２は放電されている。

【0020】

図３は、エンジン１１により車両１０が走行している際の、車両１０のシステム構成図である。第一のクラッチ２１と第二のクラッチ２２をつなぐことで、エンジン１１からの駆動力は、自動変速機１３に伝えられる。このとき、モータ１２１の発電作用により生じた電気は、バッテリ１２へ流れる。これにより、バッテリ１２が充電される。すなわち、バッテリ１２は、エネルギーを回生している。

【0021】

図４は、エンジン１１とモータ１２１により車両１０が走行している際の、車両１０のシステム構成図である。第一のクラッチ２１と第二のクラッチ２２をつなぐことで、エンジン１１およびモータ１２１における両方の駆動力は、自動変速機１３に伝えられる。
このとき、バッテリ１２の電気エネルギーは、インバーター１２３で出力制御されて、モータ１２１に伝えられる。すなわち、バッテリ１２は放電されている。

【0022】

図５は、車両１０が減速している際の、車両１０のシステム構成図である。車両１０の走行中に、減速する際は、第一のクラッチ２１を切り離すことでエンジン１１とモータ１２１は切り離され、エンジン１１は完全に停止する。この時、エンジン１１が完全に切り離されているので、エンジン１１の回転数はゼロとなり、エンジン１１は回転抵抗もない状態である。このとき、モータ１２１の発電作用により生じた電気は、バッテリ１２へ流れる。これにより、バッテリ１２が充電される。すなわち、バッテリ１２は、エネルギーを回生している。

【0023】

＜システム動作＞
次に、車両１０が低回転高負荷領域などを走行している際の、システム動作に関して説明する。ここで、低回転高負荷領域は、例えば坂道などを想定している。
バッテリ１２を使用する走行領域に滞留した際は、電気エネルギーの収支が取れず充電率（State Of Charge）が低下してしまう。そのため、必要なアシスト量が確保できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態における車両１０では、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせる。クラッチを滑らせるとは、摩擦クラッチ同士が滑って差回転を持ちながらトルクを伝達している、スリップ状態である。これにより、エンジンを通常の均衡状態よりも高い出力で作動させることで、エンジンのＮＶ（Noise & Vibration）を犠牲にすることなく、バッテリ１２の電気エネルギー収支を改善することができる。ＮＶを犠牲にするとは、乗り心地が不快な方向に騒音・振動が発生していることを示唆している。

【0024】

図６は、低回転高負荷領域である登坂を車両１０が走行している際の、バッテリ１２のパワー、バッテリ１２の充電率（ＳＯＣ）およびエンジン１１の回転数（Ｎｅ）、自動変速機１３に入力される回転数（Ｎａｔｉｎ）、トルク（Ｔｅ）、第二のクラッチ２２における温度（Ｔ２２）の変化を示した図である。以下では、図６の説明を行うにあたって、括弧に記載している略称を用いる。なお、Ｎａｔｉｎとは、第二のクラッチ２２の自動変速機１３側の回転数のことであり、初速とギア段数により決定している。図６では、Ａ－Ｂ区間が勾配のついた坂道となっており、車両１０が坂道を上る走行をしている。地点Ｃは、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせ始めた地点である。また、地点Ｄは、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせることを取りやめた地点である。

【0025】

図６における、バッテリ１２のパワーの変化について説明する。坂道におけるＡ－Ｃ区間では、車両１０は、モータ１２１を利用して走行しているため、バッテリ１２のパワーは、一定値Ｐ０となっている。すなわち、坂道におけるＡ－Ｃ区間ではバッテリ１２は放電状態である。ここで、地点Ｃにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせると、エンジン側のトルクをあげ、駆動力を出しているため、バッテリ１２のパワーは減少して、Ｐ０よりも小さい一定値Ｐ１を有するパワーとなる。このとき、Ｃ－Ｄ区間においても、バッテリ１２は放電状態である。

【0026】

図６における、バッテリ１２のＳＯＣの変化について説明する。坂道におけるＡ－Ｃ区間では、車両１０は、モータ１２１を利用して走行しているため、バッテリ１２のＳＯＣは、減少する。ここで、地点Ｃにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせると、エンジン側のトルクが上がり、バッテリ１２は使用されながらも、回生をおこなう。そのため、Ｃ－Ｄ区間においては、バッテリ１２の収支が改善して、バッテリ１２のＳＯＣは、一定値ＳＯＣ０となる。

【0027】

図６における、ＮｅとＮａｔｉｎの変化について説明する。坂道におけるＡ－Ｃ区間では、車両１０における第一のクラッチ２１および第二のクラッチ２２はつながっている状態である。そのため、ＮｅとＮａｔｉｎは、同じ一定の回転数Ｒ０である。ここで、地点Ｃにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせると、Ｎｅは回転数Ｒ１まで上昇する。Ｃ－Ｄ区間では、Ｎｅは、回転数Ｒ１の一定値を有する。地点Ｄにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせることをとりやめると、Ｎｅは再び回転数Ｒ０まで減少して、一定となる。一方で、Ｎａｔｉｎは、初速とギア段数に支配されるため、区間Ａ－Ｄでは、一定の回転数Ｒ０のままである。

【0028】

図６における、Ｔｅの変化について説明する。図６におけるＴｅはエンジントルクとモータによるトルクを合わせたシステムトルクに相当する。坂道におけるＡ－Ｃ区間では、Ｔｅは、一定値Ｔｅ０を示す。ここで、地点Ｃにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせると、Ｎｅ回転数が上昇して、エンジントルクが上がる。一方で、モータによるトルクは、バッテリ１２によるパワーが減少するため、下がる。このとき、エンジントルクの上昇分は、モータによるトルクの減少分よりも大きいため、システムトルクはＴｅ１まで上昇する。Ｃ－Ｄ区間では、Ｔｅは、Ｔｅ１の一定値を有する。地点Ｄにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせることをとりやめると、Ｎｅは再び回転数Ｒ０まで減少するため、エンジントルクが減少する。すなわち、連動してＴｅもＴ０まで減少して、一定となる。

【0029】

図６における、Ｔ２２の変化について説明する。坂道におけるＡ－Ｃ区間では、Ｔ２２は、一定値Ｔ０である。ここで、地点Ｃにおいて、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせた状態に移行すると、クラッチが滑る際の摩擦によりＴ２２が上昇する。このとき、Ｔ２２の温度が上昇して、区間Ｄにて、温度ＴＬに達すると、第二のクラッチの制御装置２２０により、第二のクラッチ２２を滑らせることを取りやめる。すなわち、第二のクラッチ２２をスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ前のエンジン１１の回転数およびトルクを維持させる。これにより、Ｔ２２は、温度ＴＬよりも温度上昇せずに、破壊に至ることを防ぐことができる。すなわち、Ｔ２２が所定値以上に達したときに、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２を滑らせた状態を停止する。

【0030】

続いて、第二のクラッチ２２の制御方法に関して、説明する。図７は、第１の実施形態に係る第二のクラッチ２２の制御方法を示すフローチャートである。なお、充電率、エンジン１１の回転数、自動変速機１３に入力される回転数は、図６と同様の略称を用いる。

【0031】

まず、第二のクラッチの制御装置２２０は、車両１０走行時におけるバッテリ１２の電気エネルギー収支が０未満であるかを確認する（ステップＳＴ１）。すなわち、バッテリ１２へ回生している電気エネルギーとモータ１２１へ放電している電気エネルギーの差を確認する。電気エネルギー収支が０以上である場合（ステップＳＴ１ＮＯ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、ステップＳＴ１を繰り返す。電気エネルギー収支が０未満である場合（ステップＳＴ１ＹＥＳ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、バッテリ１２のＳＯＣは減少しているため、ＳＯＣが基準値ＳＯＣ０以下であるかを確認する。バッテリ１２のＳＯＣが、ＳＯＣ０よりも大きい場合（ステップＳＴ２ＮＯ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、再びステップＳＴ１から繰り返す。一方で、バッテリ１２のＳＯＣが、ＳＯＣ０以下である場合（ステップＳＴ２ＹＥＳ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、ステップＳＴ３を実行する。

【0032】

ステップＳＴ３では、エンジン１１におけるパワーを、現在のエンジン１１におけるパワーに電気エネルギー収支改善分と他の部分で消費するエネルギー損失分（α）を加えた設定値とする。ここで、電気エネルギー収支改善分とは、車両１０が走行中に、モータで補えなくなった分のエネルギーを示唆している。

【0033】

ステップＳＴ３に続けて、第二のクラッチの制御装置２２０は、エンジン動作点であるＮｅを設定する。（ステップＳＴ４）このとき、クラッチを滑らせたときの損失も加味して、エンジン動作点Ｎｅを設定する。

【0034】

ここで、ステップＳＴ４において、設定したエンジン動作点ＮｅとＮａｔｉｎの差分だけ、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２を滑らせる。（ステップＳＴ５）

【0035】

ステップＳＴ５に続き、第二のクラッチの制御装置２２０は、車両１０の走行領域におけるエネルギー収支が０以上であるかを確認する（ステップＳＴ６）。電気エネルギー収支が０以上の場合、バッテリ１２の電気エネルギーが回生しているため、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２をスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ前の前記エンジンの回転数およびトルクを維持する（ステップＳＴ６ＹＥＳ）。一方で、依然と、電気エネルギー収支が０未満である場合（ステップＳＴ６ＮＯ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２をスリップ状態のままにする。このとき、第二のクラッチ２２の温度は、第二のクラッチ２２が滑る際の摩擦により上昇する。
そのため、ステップＳＴ６に続いて、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２の温度Ｔ２２が設定温度ＴＬ以下であるかを判定する（ステップＳＴ７）。第二のクラッチ２２の温度Ｔ２２が設定温度ＴＬ未満である場合（ステップＳＴ７ＹＥＳ）、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２をスリップ状態のままにして、ステップＳＴ６から繰り返す。一方で、第二のクラッチ２２の温度Ｔ２２が設定温度ＴＬ以上である場合、第二のクラッチの制御装置２２０は、第二のクラッチ２２をスリップ状態から係合状態へと変化させ、スリップ前の前記エンジンの回転数およびトルクを維持する（ステップＳＴ７ＮＯ）。これにより、Ｔ２２は、温度ＴＬ以上の温度とならず、破壊に至ることを防ぐことができる。

【0036】

第１の実施形態にかかる制御装置は、電気エネルギー収支が０未満となった場合、第二のクラッチ２２を滑らせる制御をしている。そのため、エンジンを通常の均衡状態よりも高い出力で作動させることで、エンジンのＮＶを犠牲にすることなく、バッテリ１２の電気エネルギー収支を改善することができる。

【0037】

第１の実施形態にかかる制御装置は、第二のクラッチ２２温度が、所定温度以上となるときに、第二のクラッチ２２を滑らせるのを取りやめる制御をしているため、第二のクラッチ２２温度上昇による破壊を防ぐことができる。

【符号の説明】

【0038】

１０ 車両
１１ エンジン
１２ バッテリ
１３ 自動変速機
２１ 第一のクラッチ
２２ 第二のクラッチ
４１、４２、４３、４４ 車輪
５１、６１ 車軸
１２１、１２２ モータ
１２３、１２４ インバーター
２２０ 第二のクラッチの制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】