JP2007030643A - 車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収し、該エネルギの再利用を可能とする。
【解決手段】インバータ回路７０に並列にコンデンサ８１が接続されるとともに、電動発電機３２を構成する電機子コイルの中性点Ｎに高電圧バッテリ４３が接続されている。また、コンデンサ８１と電機子コイルとの間にはそれら両者間の電気経路を開閉するインバータスイッチ（例えばＩＧＢＴ７４）が設けられるとともに、コンデンサ８１のハイサイドにはコンデンサ放電経路を開閉する放電スイッチ８２が設けられている。ハイブリッドＥＣＵは、車両の運転停止時にコンデンサ電圧がバッテリ電圧よりも高い場合において、インバータスイッチを閉じ、その際生じる共振現象を用いてコンデンサ８１のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後、放電スイッチ８２を閉じてコンデンサ８１の放電を行わせる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両の駆動制御装置に関するものである。

従来から、車両の動力源としてエンジンと電動発電機とを備え、それらの少なくとも何れかの動力により車両を走行させるようにした車両システムが数多く提案されている。こうした車両システムにおいて、電動発電機の駆動及び発電の状態を制御するためのインバータ回路にコンデンサ等の蓄電手段を並列接続し、車両減速時には回生エネルギを蓄電手段に回収するとともに、蓄電手段に蓄えた電気エネルギを用いて電動発電機の駆動を可能とする技術が提案されている（例えば特許文献１）。

上記システムにおいて、車両の運転停止時には蓄電手段に多くの電気エネルギが残存しており、安全面等を考慮すると、車両の運転停止後、蓄電手段の残存エネルギを放出した方が良いと考えられる。この点、上記特許文献１を含め既存の技術では、車両の運転停止後における残存エネルギについて十分な検討がなされていない。ここで、蓄電手段に放電用抵抗を接続しておき、車両の運転停止時に該抵抗を介して放電を行わせることも考えられる。ただしこれでは、蓄電手段に蓄えられた電気エネルギが全て無駄に消費されることになり、エネルギ収支の観点からすると極めて効率が悪いと考えられる。
特開平０５−２６０６１０号公報

本発明は、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収し、該エネルギの再利用を可能とする車両の駆動制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

本発明において、車両は、前後車輪の一方に設けられた内燃機関と、他方の車輪に設けられた電動発電機との少なくともいずれかを動力源として走行する。その車両走行の際、第１の動力発生手段の発電機、及び第２の動力発生手段の電動発電機により発生した電力が蓄電手段に蓄電される。

第２の動力発生手段を設けた車輪側において車輪回転を伝達する車軸（ディファレンシャルギアが設けられる車両ではディファレンシャル連結軸）には、電動発電機と補機装置（例えば、空調用のコンプレッサ）とが動力分配装置を介して機械的に連結されている。かかる構成によれば、内燃機関による車両走行時には、車軸から伝達される動力により電動発電機と補機装置が作動し、要求に応じて車室内の空調等が行われる。そして、車両の減速時等になると車軸からの動力により電動発電機で回生発電が行われる。このとき、車軸からの動力がトランスミッションを介することなく電動発電機に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機の動力により補機装置が駆動されて空調等が行われる。

また本発明では、インバータ回路に並列にコンデンサ等の蓄電手段を接続するとともに、電動発電機を構成する電機子コイルのインバータ回路とは逆側の端部に車載バッテリを接続している。さらに蓄電手段と電機子コイルとの間にはそれら両者間の電気経路を開閉する第１のスイッチ手段を設けるとともに、蓄電手段のハイサイドには該蓄電手段の放電経路を開閉する第２のスイッチ手段を設けている。そして、車両の運転停止時に蓄電手段の電圧が車載バッテリの電圧よりも高い場合において、第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて蓄電手段のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後には、第２のスイッチ手段を閉じて蓄電手段の放電を行わせるようにしている。

要するに、第１のスイッチ手段が閉成されると、蓄電手段、電機子コイル及び車載バッテリからなる直列回路が形成され、その直列回路を通じて蓄電手段の電気エネルギが車載バッテリに回収される。このとき、蓄電手段の容量成分と電機子コイルのインダクタンス成分とにより共振現象が現れ、その共振により蓄電手段の電圧が一時的にバッテリ電圧よりも低くなる。この現象を利用することで、蓄電手段の電圧をバッテリ電圧よりも低くし、その状態でのエネルギ回収を行わせることができる。エネルギ回収後には、第２のスイッチ手段が閉成されることで、その時点で蓄電手段に残っている電気エネルギが放出されるが、当該エネルギは比較的少ないため、無駄となるエネルギ消費を少なくすることができる。その結果、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギの再利用が可能となる。

本発明が適用可能な車両システムとしては、少なくとも、電動発電機、補機装置、動力分配装置及びインバータ回路を有する動力発生手段を備え、車軸に、電動発電機と補機装置とを動力分配装置を介して機械的に連結したものが適用できる。かかる場合、前記と同様に、蓄電手段、車載バッテリ、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を設ける。そして、車両の運転停止時に蓄電手段の電圧が車載バッテリの電圧よりも高い場合において、第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて蓄電手段のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後、第２のスイッチ手段を閉じて蓄電手段の放電を行わせると良い。

本構成においても、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギの再利用が可能となる。

ここで、動力分配装置として遊星ギア装置を用い、遊星ギア装置により車軸と電動発電機と補機装置とを機械的に連結することで、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔化を図ることができる。この場合、上記のとおり効率良くエネルギ回収を行うことができる。

動力分配装置として遊星ギア装置を用いる場合、リングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車軸、電動発電機軸、補機装置軸を接続すると良い。但し、接続の組み合わせは任意である。

より単純には、動力分配装置を必ずしも要件としない車両システム、すなわち、少なくとも動力源としての電動発電機とインバータ回路と電源とを備えた車両システムに適用できる。かかる場合、前記と同様に、蓄電手段、車載バッテリ、第１のスイッチ手段及び第２のスイッチ手段を設ける。そして、車両の運転停止時に蓄電手段の電圧が車載バッテリの電圧よりも高い場合において、第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて蓄電手段のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後、第２のスイッチ手段を閉じて蓄電手段の放電を行わせると良い。

本構成においても、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギの再利用が可能となる。

第１のスイッチ手段を閉成（オン）して車載バッテリへのエネルギ回収を行わせる場合、蓄電手段の電圧は所定の周期で共振し、第１のスイッチ手段のオン後、周期的にボトム値に達する。このとき、最初にボトム値に達するタイミングは、第１のスイッチ手段のオン後、共振周期の１／２の時間が経過したタイミングであり、その時の電圧値は以後の共振動作時も含めて最低値となる。

したがって、電機子コイルのインダクタンスと蓄電手段の静電容量とにより共振周期を求めておき、その共振周期の１／２となる時間を、第１のスイッチ手段のオン時間とすると良い。これにより、エネルギ回収の最適化が可能となる。

また、蓄電手段の電圧はボトム値に達する度にバッテリ電圧以下になることを考えると、最初にボトム値に達するまでの時間を前記オン時間とする以外に、共振周期をＴとした場合に「（１／２＋ｎ）×Ｔ」（ｎは０又は自然数）となる時間を、第１のスイッチ手段のオン時間としても良い。

第１のスイッチ手段は応答遅れを有することがあると考えられる。故に、第１のスイッチ手段の応答遅れを考慮し、第１のスイッチ手段のオン時間を、当該スイッチ手段の応答時間分だけ短縮すると良い。これにより、第１のスイッチ手段に応答遅れがある場合にも、蓄電手段の電圧がボトム値になったタイミングで確実にその電圧値を保持することができる。

電動発電機の電機子コイルをＹ結線し、その中性点に車載バッテリを接続する構成であると良い。これにより、車両の運転停止後において蓄電手段から車載バッテリへのエネルギ回収を好適に実施することができる。

第１のスイッチ手段として、インバータ回路のハイサイドのスイッチング素子を用いると良い。これにより、新たにスイッチ手段を設けることなく、構成の簡素化を図ることができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、エンジンと電動発電機とを動力源としそれらいずれかの動力により走行する、いわゆるハイブリッド自動車に具体化する事例を説明する。図１は、本実施の形態における車両システムの概略構成を示す図面である。なお図１では、左側が車両前方であり、右側が車両後方である。

図１において、車両１０はその前後に２つの動力発生手段を具備しており、前輪側には第１の動力発生手段としての主動力ブロックＤ１が搭載され、後輪側には第２の動力発生手段としての副動力ブロックＤ２が搭載されている。車両１０は、これら２つの動力ブロックＤ１，Ｄ２にて発生する動力により走行する。

すなわち、車両１０のフロント部分には、主駆動輪として左右２つの前輪１１，１２が設けられ、それらの前輪１１，１２に結合された車軸１３に主動力ブロックＤ１が連結されている。主動力ブロックＤ１は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する主動力源としてのエンジン１４と、ＡＴ（自動変速機）等よりなるトランスミッション１５とを備えており、エンジン１４の出力はトランスミッション１５を介して車軸１３に伝達され、その結果左右の前輪１１，１２が回転する。エンジン１４の出力軸にはベルト等の連結手段１６を介して発電機としてのオルタネータ１７が接続されている。

車両１０のリア部分には、副駆動輪として左右２つの後輪２１，２２が設けられ、それら各後輪２１，２２に連結された車軸２３，２４の間にディファレンシャルギア２５が設けられている。そして、このディファレンシャルギア２５に駆動軸３４を介して副動力ブロックＤ２が連結されている。副動力ブロックＤ２は、遊星ギア装置により構成される動力分配装置３１と、副動力源としての電動発電機３２と、補機装置としてのエアコン用コンプレッサ３３（以下、単にコンプレッサともいう）とを備えている。電動発電機３２は駆動軸３５を介して動力分配装置３１に連結され、コンプレッサ３３は駆動軸３６を介して動力分配装置３１に連結されている。電動発電機３２は、例えば交流同期型のモータジェネレータ（Motor Generator）により構成され、電力の供給により駆動される電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている（図１等では、電動発電機３２を「ＭＧ」としている）。電動発電機３２には、インバータ等よりなる電力変換ユニット３８が接続されている。電力変換ユニット３８は電力変換手段に相当し、これにより電力の直流−交流変換が行われる。

なお、動力分配装置（遊星ギア装置）３１に連結される３つの駆動軸３４〜３６について、以下の説明では便宜上、駆動軸３４を「デフ連結軸３４」、駆動軸３５を「ＭＧ連結軸３５」、駆動軸３６を「コンプレッサ連結軸３６」とも言うこととする。

電源系の構成としては、定格１２Ｖのバッテリ４１と、降圧回路や昇圧回路を構成するＤＣ−ＤＣコンバータ４２と、主動力ブロックＤ１のオルタネータ１７並びに副動力ブロックＤ２の電力変換ユニット３８に接続された蓄電手段としての高電圧バッテリ４３とを備える。高電圧バッテリ４３の定格電圧は例えば４２Ｖである。

また、本システムは、各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えており、各ＥＣＵは図示しない各種センサ等の検出値に基づいてアクチュエータ等の駆動を制御する。具体的には、エンジンＥＣＵ５１には、回転速度センサやエアフロメータなど、エンジン運転状態を検出するための各種センサから検出信号が入力される。エンジンＥＣＵ５１は、エンジン制御手段を構成するものであり、都度のエンジン運転状態等に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御といったエンジン制御を実施する。

ハイブリッドＥＣＵ５２は、車両１０の全体を統括的に制御する車両制御手段を構成するものであり、電力変換ユニット３８に対して制御信号を出力することで電動発電機３２の駆動又は発電の状態等を制御する。なおハイブリッドＥＣＵ５２には、車速センサや前輪及び後輪に設けた車輪速度センサなど、車両走行状態を検出するための各種センサから検出信号が入力される。エアコンＥＣＵ５３は、空調制御手段を構成するものであり、ドライバの要求や車両の走行状態等に基づいてコンプレッサ３３を駆動して空調制御を実施する。これら各ＥＣＵ５１〜５３は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されるものであり、各ＥＣＵ間で相互に制御データ等の送受信が可能となっている。

本システムには、車両の停止時にエンジン１４の運転を自動停止させる、いわゆるアイドルストップ機能が設けられており、エンジンＥＣＵ５１は、車速が０であること、アイドル状態であること等の所定のアイドルストップ条件の成立時において燃料噴射や点火を停止してエンジン１４の運転を停止する。

副動力ブロックＤ２の詳細な構成を図２の模式図を基に説明する。図２において、動力分配装置（遊星ギア装置）３１は、互いに同じ軸心回りに回転するサンギア６１及びリングギア６２と、これらサンギア６１及びリングギア６２にかみ合って公転しながら自転するピニオンギア６３を有するキャリア６４とを具備している。そして、サンギア６１にデフ連結軸３４が接続され、リングギア６２にコンプレッサ連結軸３６が接続され、キャリア６４にＭＧ連結軸３５が接続されている。

デフ連結軸３４とコンプレッサ連結軸３６との間には切替手段としての直結クラッチ６５が設けられている。直結クラッチ６５は、例えばＯＮ／ＯＦＦ切替式のクラッチであり、ハイブリッドＥＣＵ５２からの指令に基づいてＯＮ／ＯＦＦ（継合又は非継合）が切り替えられる。ただし、切替手段として、ワンウェイクラッチや遠心クラッチ等を用いることも可能である。

直結クラッチ６５がＯＮ（継合）される場合、デフ連結軸３４からの動力はコンプレッサ連結軸３６を介してコンプレッサ３３に伝達される。その際、動力分配装置３１の３軸（デフ連結軸３４、ＭＧ連結軸３５及びコンプレッサ連結軸３６）は共に同速回転する。これに対し、直結クラッチ６５がＯＦＦ（継合遮断）される場合、デフ連結軸３４とコンプレッサ連結軸３６とは分断された状態となり、動力分配装置３１の３軸は遊星ギアの共線特性に基づく回転速度でそれぞれ回転する。

コンプレッサ連結軸３６には、エアコンスイッチ（図示略）の状態等に応じてＯＮ／ＯＦＦされるコンプレッサクラッチ６６が設けられている。このコンプレッサクラッチ６６は現実にはコンプレッサ３３と一体に設けられ、エアコンＥＣＵ５３からコンプレッサ３３に出力される指令に基づいてコンプレッサクラッチ６６がＯＮ／ＯＦＦされる。

上記構成の車両システムでは、車両走行時においてデフ連結軸３４から入力される動力により電動発電機３２とコンプレッサ３３が作動する。これにより、エアコン等の稼働が可能となる。そして、車両の減速時等には、デフ連結軸３４からの動力により電動発電機３２で回生発電が行われ、電力変換ユニット３８を通じてバッテリ充電が行われる。また、車両の走行停止時等には、電動発電機３２の動力によりコンプレッサ３３の作動が可能となる。また更に、電動発電機３２で発生した動力が動力分配装置３１を介してディファレンシャルギア２５に伝達され、更に左右の後輪２１，２２に伝達されることで、電動発電機３２の動力のみによる車両走行、又はエンジン１４の動力と協働した車両走行が可能となる。

本車両１０では、上記構成によって、エンジン１４又は電動発電機３２のいずれかの発生動力により走行する二輪駆動走行（２ＷＤ走行）と、エンジン１４及び電動発電機３２の両方の発生動力により走行する四輪駆動走行（４ＷＤ走行）とが可能となっている。

次に、電力変換ユニット３８の電気的構成について図３を用いて説明する。

図３に示すように、電力変換ユニット３８は、インバータ回路７０と、コンデンサ８１と、放電スイッチ８２及び抵抗８３よりなる放電消費回路とを備えている。なお、電力変換ユニット３８には、ハイブリッドＥＣＵ５２からの制御信号に基づいてインバータ回路７０を制御するための制御回路部を有するが、これは従前と変わりないためここではその説明を省略している。

インバータ回路７０は、電源ラインとアースラインとの間に各々並列に設けられたＵ相アーム７１、Ｖ相アーム７２及びＷ相アーム７３を有している。Ｕ相アーム７１は、直列に接続されたＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）７４，７５からなり、Ｖ相アーム７２は、直列に接続されたＩＧＢＴ７６，７７からなり、Ｗ相アーム７３は、直列に接続されたＩＧＢＴ７８，７９からなる。各相アームの中間点は、電動発電機３２の各相コイルに接続されている。なお、各ＩＧＢＴ７４〜７９にはそれぞれフライホイールダイオードが接続されている。

インバータ回路７０では、制御回路部から出力されるＭＧ駆動用のＰＷＭ制御信号に基づいて各相アーム７１〜７３のＩＧＢＴがスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）され、それに伴いコンデンサ８１から供給される直流電圧が交流電圧に変換されて電動発電機３２が駆動される。また、同インバータ回路７０では、制御回路部から出力される電気回生用のＰＷＭ制御信号に基づいて各相アーム７１〜７３のＩＧＢＴがスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）され、それに伴い電動発電機３２で発生した交流電圧が直流電圧に変換され、その変換された直流電圧がコンデンサ８１に供給される。

また、電動発電機３２の各電機子コイルはＹ結線されており、その中性点Ｎには高電圧バッテリ４３が接続されている。この場合、いわゆる零相電力制御が実施されることにより、高電圧バッテリ４３の電圧が昇圧され、コンデンサ８１が充電されるようになっている。

放電スイッチ８２は、コンデンサ８１に蓄えられた電荷（電気エネルギ）を放出するためのスイッチであり、そのＯＮ操作（閉操作）に伴いコンデンサ８１に蓄えられた電気エネルギが抵抗８３を介して放出される。

ところで、車両の運転終了後においてコンデンサ８１に電気エネルギが残存していると、感電等のおそれがある。そのため、安全面等を考慮してコンデンサ８１の電気エネルギの放出が行われる。かかる場合において、コンデンサ８１の電気エネルギを高電圧バッテリ４３に効率良く回収させることを考える。その手法を図４及び図５を用いて説明する。図４は比較例の説明のためのタイムチャートであり、図５は本実施の形態の説明のためのタイムチャートである。なお図４、図５に示す電圧変化のうち、実線はコンデンサ電圧Ｖｃの変化を示し、一点鎖線はバッテリ電圧Ｖｂの変化を示す。各図中のタイミングｔ１，ｔ１１は、それぞれ車両の運転終了に伴いイグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという）がＯＦＦ操作されるタイミングを示している。

ただしここでは、電動発電機３２と電力変換ユニット３８とを図６に示す等価回路に置き換え、その等価回路を用いつつ図４，図５を説明する。図６において、符号９１はインバータスイッチであり、これはインバータ回路７０のハイサイドのＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ７４，７６，７８のいずれか）に相当する。符号９２はインダクタであり、これは電動発電機３２の電機子コイルに相当する。インバータスイッチ９１は、コンデンサ８１と電機子コイルとの間に設けられそれら両者間の電気経路を開閉するための「第１のスイッチ手段」に相当し、放電スイッチ８２は、コンデンサ８１のハイサイドに設けられ該コンデンサ８１の放電経路を開閉するための「第２のスイッチ手段」に相当する。

さて図４において、ＩＧスイッチのＯＦＦ操作前（ｔ１以前）は、コンデンサ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂよりも高電圧で保持されている（例えば８４Ｖ程度）。そして、タイミングｔ１でＩＧスイッチがＯＦＦ操作されると、それに伴いインバータスイッチ９１がＯＮされる。これにより、図６に示す等価回路において、コンデンサ８１、インダクタ９２及び高電圧バッテリ４３からなる直列回路が形成され、その直列回路を通じてコンデンサ８１の電気エネルギが高電圧バッテリ４３に回収される。このとき、コンデンサ電圧Ｖｃは、回路のインダクタンス成分と容量成分とに応じて決まる共振周波数で振動しつつ減衰する。そしてその後、コンデンサ電圧Ｖｃは、バッテリ電圧Ｖｂと同等の電圧値（本実施の形態では４２Ｖ）に収束する。インバータスイッチ９１は、例えば数秒程度の時間ＯＮされた後、タイミングｔ２でＯＦＦされる。

その後、タイミングｔ３では放電スイッチ８２がＯＮされ、それに伴い、コンデンサ８１に残存している電気エネルギが放電スイッチ８２と抵抗８３とを介して放出される。これにより、コンデンサ電圧Ｖｃがグランドと同電位になるまで低下する。放電スイッチ８２は、タイミングｔ３から所定時間（例えば数秒程度の時間）が経過した時にＯＦＦされる。

一方、図５において、タイミングｔ１１でＩＧスイッチがＯＦＦ操作されると、前記図４と同様、インバータスイッチ９１がＯＮされ、コンデンサ電圧Ｖｃが共振周波数による振動を伴いつつ減衰しはじめる。ただしここでは、前記図４との違いとして、比較的短いスイッチオン時間Ｔｏｎが規定されており、そのスイッチオン時間Ｔｏｎが経過したタイミングｔ１２でインバータスイッチ９１がＯＦＦされる。

つまり、コンデンサ電圧Ｖｃは、前述のとおり回路のインダクタンス成分と容量成分とに応じて決まる共振周波数で振動しつつ減衰し、その際、コンデンサ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂを中心に振幅するとともに、共振周期の１／２の時間が経過した時に一旦ボトム値に達すると考えられる。故にこの点に着目し、コンデンサ電圧Ｖｃがボトム値に達した時にインバータスイッチ９１をＯＦＦし、コンデンサ電圧Ｖｃをバッテリ電圧Ｖｂよりも低い電圧で保持させるようにする。この場合、インバータスイッチ９１のＯＮ後、コンデンサ電圧Ｖｃがボトム値に達するまでの所要時間が図５のスイッチオン時間Ｔｏｎである。

ここで、共振周期Ｔは、インダクタ９２（電機子コイル）のインダクタンスをＬ、コンデンサ８１の静電容量をＣとすると、
Ｔ＝｛２π√（Ｌ×Ｃ）｝／２
となる。上述したスイッチオン時間Ｔｏｎは共振周期Ｔの１／２の時間であり、
Ｔｏｎ＝｛２π√（Ｌ×Ｃ）｝／４
となる。

コンデンサ電圧Ｖｃの減衰後、当該コンデンサ電圧Ｖｃをバッテリ電圧Ｖｂよりも低い電圧値に保持することができるため、コンデンサ８１の電気エネルギが効率良く高電圧バッテリ４３に回収される。

その後、タイミングｔ１３では、放電スイッチ８２がＯＮされ、それに伴いコンデンサ８１の電気エネルギが放電スイッチ８２と抵抗８３とを介して放出される。これにより、コンデンサ電圧Ｖｃがグランドと同電位になるまで低下する。放電スイッチ８２は、タイミングｔ１３から所定時間（例えば数秒程度の時間）が経過した時にＯＦＦされる。

上記図４と図５とを比較すると、最終的にコンデンサ８１の電気エネルギとして無駄になるエネルギ量は、図４の場合、バッテリ電圧Ｖｂ相当のエネルギであり、図５の場合、バッテリ電圧Ｖｂよりも低い電圧値（図のＶｘ）相当のエネルギとなる。故に、図５の場合には、放電スイッチ８２をＯＮするまでにエネルギ回収量が多くなり、その後無駄になるエネルギ量を減らすことができる。

図７は、ＩＧスイッチＯＦＦ時におけるエネルギ回収制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理はハイブリッドＥＣＵ５２により所定の時間周期で繰り返し実行される。なお、本処理はＩＧスイッチのＯＦＦ後に実行される処理を含んでおり、ＩＧスイッチのＯＦＦ後にもハイブリッドＥＣＵ５２に継続して電源が供給されることにより、本処理が実行される。

図７において、ステップＳ１０１では、ＩＧスイッチがＯＦＦであるか否かを判定する。ＩＧスイッチ＝ＯＮの場合、そのまま本処理を終了し、ＩＧスイッチ＝ＯＦＦの場合、次のステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、インバータスイッチのオン継続時間を計測するためのオン時間カウンタＣｏｎのカウント値が０であるか否かを判定する。なおインバータスイッチは、インバータ回路７０のハイサイドのＩＧＢＴ（ＩＧＢＴ７４，７６，７８のいずれか）である。

ＩＧスイッチのＯＦＦ直後、すなわちエネルギ回収制御の開始当初にはオン時間カウンタＣｏｎ＝０であるため、ステップＳ１０３に進み、コンデンサ電圧Ｖｃがバッテリ電圧Ｖｂよりも大きいか否かを判定する。Ｖｃ＞Ｖｂの場合、ステップＳ１０４に進み、インバータスイッチをＯＮするとともに、オン時間カウンタＣｏｎのカウントを開始する。一方、ステップＳ１０２でＣｏｎ≠０の場合、ステップＳ１０５に進み、オン時間カウンタＣｏｎを１インクリメントする。

オン時間カウンタＣｏｎのカウント処理後、ステップＳ１０６では、オン時間カウンタＣｏｎが規定値ＫＣよりも大きくなったか否かを判定する。このとき、規定値ＫＣは、図４で説明したスイッチオン時間Ｔｏｎに相当する。そして、Ｃｏｎ≦ＫＣであればそのまま本処理を終了し、Ｃｏｎ＞ＫＣであればステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、インバータスイッチをＯＦＦするとともに、オン時間カウンタＣｏｎを０にリセットする。

ステップＳ１０７でインバータスイッチをＯＦＦした後、或いはステップＳ１０３でＶｃ≦Ｖｂであると判定された場合、ステップＳ１０８に進み、放電制御処理を実施する（ステップＳ１０８〜Ｓ１１２）。すなわち、ステップＳ１０８では、インバータスイッチがＯＦＦ状態にありかつそのＯＦＦ後、所定時間（例えば数秒程度の時間）が経過したか否かを判定する。そして、ステップＳ１０８がＹＥＳの場合にステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、コンデンサ電圧Ｖｃが０Ｖよりも大きいか否かを判定する。そして、ステップＳ１０９がＹＥＳ（Ｖｃ＞０）であればステップＳ１１１に進み、放電スイッチ８２をＯＮする。

また、ステップＳ１０９がＮＯ（Ｖｃ＝０）であればステップＳ１１０に進み、放電スイッチ８２のＯＮ後、所定時間（例えば数秒程度の時間）が経過したか否かを判定する。所定時間経過前であれば放電スイッチ８２をＯＮ状態のまま保持し（ステップＳ１１１）、所定時間経過後であれば放電スイッチ８２をＯＦＦする（ステップＳ１１２）。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

車両の運転停止時（ＩＧスイッチのＯＦＦ時）にコンデンサ電圧がバッテリ電圧よりも高い場合において、インバータスイッチ９１をＯＮしその際生じる共振現象を用いてコンデンサ８１のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後には放電スイッチ８２をＯＮしてコンデンサ８１の放電を行わせるようにしたため、コンデンサ８１に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギを有効に再利用することができる。

電機子コイルのインダクタンスとコンデンサ８１の静電容量とにより決まる共振周期の１／２となる時間を、インバータスイッチ９１をＯＮする時間（スイッチオン時間Ｔｏｎ）としたため、エネルギ回収の最適化が可能となる。

インバータスイッチ９１として、インバータ回路７０のハイサイドのスイッチング素子（ＩＧＢＴ７４，７６，７８のいずれか）を用いたため、新たにスイッチ手段を設けることなく、構成の簡素化を図ることができる。

また本実施の形態の車両システムでは、車両減速等に伴う回生時に後輪側のデフ連結軸３４からの動力が動力分配装置３１を介して電動発電機３２に伝達されるため、回生エネルギを効率良く回収できる。これは、エンジンに連結したトランスミッションを介して回生エネルギを回収する通常一般のシステムと比して望ましい構成であると言える。また、エンジン１４を搭載した車両フロント側とは異なり、車両リア側に電動発電機３２とコンプレッサ３３を設けたため、エンジン１４の周辺構成が簡素化できる。それ故、動力源や補機装置の搭載性が向上する。

デフ連結軸３４、ＭＧ連結軸３５及びコンプレッサ連結軸３６を遊星ギア装置よりなる動力分配装置３１を用いて機械的に連結したため、これら各要素間の動力分配が簡易に実現できる。故に、システム構成の簡潔化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施しても良い。

上記実施の形態では、車両の運転終了後（ＩＧスイッチのＯＦＦ後）にインバータスイッチをＯＮし（閉じ）、それに伴い最初にコンデンサ電圧Ｖｃがボトム値に達した時に同インバータスイッチをＯＦＦした（開いた）が、この構成を変更する。例えば、インバータスイッチをＯＮした後、２回目にコンデンサ電圧Ｖｃがボトム値に達した時に同インバータスイッチをＯＦＦする構成であっても良い。この場合、共振周期Ｔの３／２の時間が経過するまでの時間がスイッチオン時間Ｔｏｎであり、
Ｔｏｎ＝３／２×Ｔ
となる。なおより具体的には、
Ｔｏｎ＝３／４×｛２π√（Ｌ×Ｃ）｝
となる。

かかる場合の動作を図８のタイムチャートに示す。図８では、タイミングｔ２１でインバータスイッチがＯＮされた後、スイッチオン時間Ｔｏｎ（＝３／２×Ｔ）が経過したタイミングｔ２２でインバータスイッチがＯＦＦされる。そしてその後、タイミングｔ２３で放電スイッチがＯＮされてコンデンサの残存エネルギが放出される。

要は、インバータスイッチのＯＮ後、コンデンサ電圧がいずれかのボトム値に達するタイミングで当該インバータスイッチがＯＦＦされれば良い。この場合、インバータスイッチのスイッチオン時間Ｔｏｎは、
Ｔｏｎ＝（１／２＋ｎ）×Ｔ （ｎは０又は自然数）
であれば良い。ただし、コンデンサ電圧の振幅量は次第に減衰するため、スイッチオン時間Ｔｏｎが短い方がエネルギ回収効率が良いと考えられる。

インバータスイッチ（第１のスイッチ手段）は応答遅れを有することがあると考えられる。故に、インバータスイッチの応答遅れを考慮し、該インバータスイッチのオン時間を、当該スイッチの応答時間分だけ短縮すると良い。これにより、インバータスイッチに応答遅れがある場合にも、コンデンサ８１の電圧がボトム値になったタイミングで確実にその電圧値を保持することができる。

上記実施の形態では、第１のスイッチ手段として、インバータ回路７０のハイサイドのスイッチング素子（ＩＧＢＴ７４，７６，７８のいずれか）からなるインバータスイッチを用いたが、これを変更し、別のスイッチ手段を設けることも可能である。

上記実施の形態では、図２に示したとおり動力分配装置（遊星ギア装置）３１のサンギア６１にデフ連結軸３４（車軸）を、リングギア６２にコンプレッサ連結軸３６を、キャリア６４にＭＧ連結軸３５をそれぞれ接続したが、その接続の組み合わせを変更しても良い。つまり、サンギア６１、リングギア６２、キャリア６４に対して、任意の組み合わせで車軸、コンプレッサ連結軸、ＭＧ連結軸をそれぞれ接続することが可能である。

上記実施の形態の車両１０では、前輪を主駆動輪、後輪を副駆動輪としたが、その前後を逆にしても良い。例えば主動力源たるエンジンを後輪側に設け、副動力源たる電動発電機を前輪側に設ける構成としても良い。

上記実施の形態では、車両が主にエンジン動力により走行する構成としたため、エンジンを主動力源、電動発電機を副動力源としたが、これに限られるものではない。車両の主動力源を電動発電機、副動力源をエンジンとすることも可能である。

本発明が適用可能な車両システムには以下のものが含まれる。
（イ）エンジンを動力源として備える第１の動力発生手段と、電動発電機を動力源として備える第２の動力発生手段とを、車両の前後車輪の同一側に設けた車両システム。
（ロ）動力源としてのエンジンを具備せず、電動発電機を動力源として備える動力発生手段を車両の前後車輪のいずれか一方、又は両方に設けた車両システム（なおこれは、ハイブリッド車両以外に、電気自動車への適用が可能であることを意味する）。

上記いずれにおいても、車軸に、電動発電機と空調用のコンプレッサとを動力分配装置（遊星ギア装置）を介して機械的に連結する構成とする。また前記と同様に、蓄電手段（コンデンサ）、車載バッテリ、第１のスイッチ手段（インバータスイッチ）及び第２のスイッチ手段（放電スイッチ）を設ける。そして、車両の運転停止時に蓄電手段の電圧が車載バッテリの電圧よりも高い場合において、第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて蓄電手段のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後、第２のスイッチ手段を閉じて蓄電手段の放電を行わせる。これにより、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギの再利用が可能となる。

より単純には、動力分配装置を必ずしも要件としない車両システム、すなわち、少なくとも動力源としての電動発電機とインバータ回路とを備えた車両に適用できる。かかる場合、前記と同様に、蓄電手段（コンデンサ）、車載バッテリ、第１のスイッチ手段（インバータスイッチ）及び第２のスイッチ手段（放電スイッチ）を設ける。そして、車両の運転停止時に蓄電手段の電圧が車載バッテリの電圧よりも高い場合において、第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて蓄電手段のエネルギ回収を行わせるとともに、そのエネルギ回収後、第２のスイッチ手段を閉じて蓄電手段の放電を行わせる。これにより、車両の運転停止時において車両運転中に蓄電手段に蓄えた電気エネルギを効率良く回収することができ、該エネルギの再利用が可能となる。

補機装置としては、前述した空調用のコンプレッサに限られず、例えばパワーステアリング装置の油圧ポンプを補機装置として使用することも可能である。この場合、動力分配装置の補機装置軸（例えば遊星ギア装置のリングギア軸）にパワステ用油圧ポンプが連結される。

発明の実施の形態における車両システムの概略を示す構成図である。 副動力ブロックの構成を示す図である。 電力変換ユニットの電気的構成を示す図である。 コンデンサのエネルギ回収動作を説明するためのタイムチャートである。 コンデンサのエネルギ回収動作を説明するためのタイムチャートである。 電動発電機と電力変換ユニットに関する等価回路を示す図である。 エネルギ回収制御処理を示すフローチャートである。 別の形態においてコンデンサのエネルギ回収動作を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０…車両、１１，１２…前輪、１４…動力源としてのエンジン、１７…発電機としてのオルタネータ、２１，２２…後輪、２５…ディファレンシャルギア、３１…動力分配装置、３２…動力源としての電動発電機、３３…コンプレッサ、３４…デフ連結軸、３５…ＭＧ連結軸、３６…コンプレッサ連結軸、３８…電力変換手段としての電力変換ユニット、４３…車載バッテリとしての高電圧バッテリ、５１…エンジンＥＣＵ、５２…ハイブリッドＥＣＵ、５３…エアコンＥＣＵ、６１…サンギア、６２…リングギア、６４…キャリア、７０…インバータ回路、８１…コンデンサ、８２…放電スイッチ、９１…インバータスイッチ、Ｄ１…第１の動力発生手段としての主動力ブロック、Ｄ２…第２の動力発生手段としての副動力ブロック。

Claims (10)

1. 車両の前後車輪の一方に設けられ、動力源としての内燃機関、及び該内燃機関の出力軸の回転により発電する発電機を有する第１の動力発生手段と、
   前記前後車輪の他方に設けられ、動力源としての電動発電機、補機装置、動力分配装置、及び前記電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行うインバータ回路を有する第２の動力発生手段と、を備え、
   前記第２の動力発生手段を設けた車輪側において車輪回転を伝達する車軸に、前記した電動発電機と補機装置とを動力分配装置を介して機械的に連結した車両に適用され、
   前記インバータ回路に並列に接続された蓄電手段と、
   前記電動発電機を構成する電機子コイルの前記インバータ回路とは逆側の端部に接続された車載バッテリと、
   前記蓄電手段と前記電機子コイルとの間に設けられそれら両者間の電気経路を開閉する第１のスイッチ手段と、
   前記蓄電手段のハイサイドに設けられ該蓄電手段の放電経路を開閉する第２のスイッチ手段と、
   前記車両の運転停止時に前記蓄電手段の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高い場合において、前記第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて前記蓄電手段のエネルギ回収を行わせるエネルギ回収手段と、
   前記エネルギ回収手段によるエネルギ回収後、前記第２のスイッチ手段を閉じて前記蓄電手段の放電を行わせる放電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の駆動制御装置。
2. 動力源としての電動発電機、補機装置、動力分配装置、及び前記電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行うインバータ回路を有する動力発生手段を備え、
   車輪回転を伝達する車軸に、前記した電動発電機と補機装置とを動力分配装置を介して機械的に連結した車両に適用され、
   前記インバータ回路に並列に接続された蓄電手段と、
   前記電動発電機を構成する電機子コイルの前記インバータ回路とは逆側の端部に接続された車載バッテリと、
   前記蓄電手段と前記電機子コイルとの間に設けられそれら両者間の電気経路を開閉する第１のスイッチ手段と、
   前記蓄電手段のハイサイドに設けられ該蓄電手段の放電経路を開閉する第２のスイッチ手段と、
   前記車両の運転停止時に前記蓄電手段の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高い場合において、前記第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて前記蓄電手段のエネルギ回収を行わせるエネルギ回収手段と、
   前記エネルギ回収手段によるエネルギ回収後、前記第２のスイッチ手段を閉じて前記蓄電手段の放電を行わせる放電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の駆動制御装置。
3. 前記動力分配装置として、遊星ギア装置を用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の駆動制御装置。
4. 前記遊星ギア装置を構成するリングギア、サンギア、キャリアにそれぞれ組み合わせて車軸、電動発電機軸、補機装置軸を接続したことを特徴とする請求項３に記載の車両の駆動制御装置。
5. 動力源としての電動発電機と、
   該電動発電機に電気的に接続され直交電力変換を行うインバータ回路と、
   前記インバータ回路に並列に接続された蓄電手段と、
   前記電動発電機を構成する電機子コイルの前記インバータ回路とは逆側の端部に接続された車載バッテリと、
   前記蓄電手段と前記電機子コイルとの間に設けられそれら両者間の電気経路を開閉する第１のスイッチ手段と、
   前記蓄電手段のハイサイドに設けられ該蓄電手段の放電経路を開閉する第２のスイッチ手段と、
   前記車両の運転停止時に前記蓄電手段の電圧が前記車載バッテリの電圧よりも高い場合において、前記第１のスイッチ手段を閉じ、その際生じる共振現象を用いて前記蓄電手段のエネルギ回収を行わせるエネルギ回収手段と、
   前記エネルギ回収手段によるエネルギ回収後、前記第２のスイッチ手段を閉じて前記蓄電手段の放電を行わせる放電制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の駆動制御装置。
6. 前記エネルギ回収手段は、前記電機子コイルのインダクタンスと前記蓄電手段の静電容量とにより決まる共振周期の１／２となる時間を、前記第１のスイッチ手段のオン時間とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。
7. 前記エネルギ回収手段は、前記電機子コイルのインダクタンスと前記蓄電手段の静電容量とにより決まる共振周期をＴとした場合に「（１／２＋ｎ）×Ｔ」（ｎは０又は自然数）となる時間を、前記第１のスイッチ手段のオン時間とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。
8. 前記第１のスイッチ手段の応答遅れを考慮し、前記第１のスイッチ手段のオン時間を、当該スイッチの応答時間だけ短縮することを特徴とする請求項６又は７に記載の車両の駆動制御装置。
9. 前記電機子コイルをＹ結線し、その中性点に前記車載バッテリを接続したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。
10. 前記第１のスイッチ手段として、前記インバータ回路のハイサイドのスイッチング素子を用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両の駆動制御装置。

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