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公開番号2023168889
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-11-29
出願番号2022080263
出願日2022-05-16
発明の名称自動車の駆動システム
出願人個人
代理人
主分類B60W 20/30 20160101AFI20231121BHJP(車両一般)
要約【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
続きを表示(約 450 文字)【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。
続きを表示(約 2,500 文字)【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】
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
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
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
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

、ω

、ω
G
、およびω

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

、T

、T
G
、T

は各軸に作用するトルクを表している。
(【0011】以降は省略されています)

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