JP2013189192A - ハイブリッド車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第一の駆動力源と第二の駆動力源を有し、第一の駆動力源は車両の加速走行および定速走行駆動を主体とする車両駆動全般を行い、第二の駆動力源は、高回生効率・小容量の蓄エネルギー装置をその構成要素とする回生制動装置であって、一定速度からの減速走行時、車両の有する運動エネルギーを回生制動によって回収・蓄積し、前記減速走行に継続する発進・加速走行に際し、前記回収蓄積したエネルギーを発進・加速走行駆動エネルギーの一部とする。
但し前記減速走行開始時、回生制動走行によるエネルギー回収・蓄積に余る運動エネルギーは前記回生制動走行に先立っての惰性走行によってこれを消費する。
【選択図】 図2
Description
しかし、運動エネルギーを最大限に生かした惰性走行では、通常の制動走行に比して減速走行距離が長大化してしまうという大きな問題がある。
この問題は、減速時車両の有している運動エネルギーを回収・蓄積して後の走行に生かす回生制動走行によって解決可能であるが、現状のEVあるいはHEVに採用されている「発電機と大容量二次電池の組み合わせ」による回生制動方法では前記惰性走行に比べて運動エネルギー利用効率は大幅に低くなるという問題がある。
実際のHEVにおいては、急速充電における回生効率(二次電池の充電効率)の悪さへの対応策として、二次電池を通常充電時における必要容量に比べて大容量化して、発電機から個々の二次電池への充電電流を分散させ、見かけ上の急速充電効率を改善している。
また運動エネルギーの回収蓄積に、特許文献1あるいは非特許文献1に示されるごとく、「双方向CVTとフライホイールの組み合わせ」による機械エネルギーとしての蓄積・活用方法も考えられているが、蓄積したエネルギーの保持期間が短いこと、あるいは車両事故時の安全性等が問題であるといわれている。
前記ハイブリッド車両において、車両の駆動全般は基本的には第一の駆動力源により行い、第二の駆動力源は、減速時の運動エネルギーの回収・蓄積およびその後の発進・加速時における第一の駆動力源の補助駆動力源とする。
即ち第二の駆動力源は車両減速時の運動エネルギーを、効率的に回収・蓄積して、前記減速・停止に継続する加速走行の駆動エネルギーの一部とする回生制動装置で構成する。
高効率蓄エネルギー装置使用においては、上記の如く新たに発生する問題はあるが、例えば電気二重層キャパシターにおいての急速充電効率が向上した分、所定の運動エネルギー蓄積のための蓄エネルギー容量は小容量化することができる。
例えば、現状のHEVにおいては、回生すべき運動エネルギー量として、車両の通常走行時の速度v0(例えばv0 =60km/h)から停止までの間に変化する運動エネルギー量E0(E0 =m・v02 /2 m:車両質量)を想定しているが、これに代えて、一定の制動開始速度vr (例えばvr =40km/h)を設定し、車両の通常走行速度v0状態(運動エネルギーE0 )から前記制動開始速度vr(運動エネルギーEr =m・vr2 /2)までの間は惰性走行を行い、惰性走行速度が前記制動開始速度vr に達した時点から停止までの間の運動エネルギー変化量Er を回生制動装置によって回収・蓄積する。
(数1)
Es =η・E0
(数2)
Es’=η’・E0
(数3)
Es’’=η’・Er
(数4)
Es >Es’ >Es’’
から惰性走行して目標停止点に達した場合は(数5)で、速度v0から回生制動走行して目標停止点に達した場合は(数6)で、速度vb
から回生制動走行して目標停止点に達した場合は(数7)で、また、速度v0
〜速度vb 間を惰性走行した場合は(数8)で各々表されることから、(数5)であらわされる惰性走行距離Li に対して、(数6)であらわされる回生制動距離Lr 、惰性走行と回生制動の組み合わせによる減速走行距離(Li’ +Lr’)の関係は(数9)であらわされることになる。
(数5)
Li =v02 /(2・αi0 )
(数6)
Lr =v02 /{2・(αr +αi0 )}
≒v02 /(2・αr)
(数7)
Lr’ =vr2 /{2・(αr’ +αir )}
≒vr2 /(2・αr’)
(数8)
Li’ =(v02 −vr2)/(2・αi0r )
(数9)
Li >(Li’ +Lr’)>Lr
また第二の駆動力源を、双方向CVTとフライホイールの組み合わせによる構成とする場合においては、フライホイールのエネルギー蓄積容量を最小化することができるとともに、エネルギー蓄積保持能力は(エネルギー回収・蓄積後の加速走行への利用までの時間は通常ごく短時間と想定できることから)長時間である必要はなくなり、前記フライホイール利用の問題点を低減できることになる。
即ち、本願発明によるハイブリッド車両は、第二の駆動力源としての「高回生効率の蓄エネルギー装置の採用」+「回生制動開始速度の設定による蓄エネルギー装置容量の最小化」、および、
前記回生制動に余る運動エネルギーの惰性走行への利用、即ち減速開始時から回生制動走行開始までの間の惰性走行、によって、従来のハイブリッド車両に比べて小型・軽量かつ低価格化が可能になり、将来の省エネルギー車両の本命としての発展が期待できる。
また、本願発明は、電気自動車あるいは燃料電池車の如く、第一の駆動力源により車両を駆動する駆動体(モータ)と同一の駆動体を第二の駆動力源によって駆動する場合にも適用が可能であることは言うまでもない。
ただし上記に不足の加速駆動エネルギーは第一の駆動力源から供給される。
また、減速走行開始時車両の有する運動エネルギーが上記第二の駆動力源による回収・蓄積に余る場合は、回生制動に先立っての惰性走行によってこれを消費する。
図1において、
11は、エンジン、
12は、無段変速機、
13は、前記エンジン11と無段変速機12によって構成される第一の駆動力源、
14は、フライホイール、
15は、双方向型無段変速機、
16は、前記フライホイール14と、双方向型無段変速機15によって構成される第二の駆動力源、
17は、駆動軸
18は、駆動輪、である。
(A)は、車両が発進後、加速走行、定速走行、減速走行(惰性走行および回生制動走行)、停止、停止後の発進、加速、定速走行、・・・した場合の車両の有する運動エネルギーレベルの変移を概念的に示す運動エネルギーレベル変移概念図である。本図より運動エネルギーは加速時増加し、定速走行に移行後は一定値E0 を保ち、減速時には減速度に対応して、即ち惰性走行時には惰性走行減速度αiに、回生制動時には回生制動減速度αrに、各々対応して減少することがわかる。
また、減速走行(惰性走行および回生制動走行)時には第一の駆動力源駆動力は0となる。この間は車両の運動エネルギーによる駆動輪駆動によって車両駆動が行われる。
回生制動走行時車両の有する運動エネルギーの一部(惰性走行減速度に対応するエネルギー)が前記車両駆動エネルギーとなり、その残り(車両の有する運動エネルギーの大部分)が本図に示すフライホイールへの蓄積エネルギーとなる。
(D)は、車両が発進後、加速走行、定速走行、減速走行(惰性走行および回生制動走行)、停止、再度の発進、加速、定速走行、・・・した場合、前記(C)において減速時フライホイールに蓄積されたエネルギーが加速時加速駆動力(の一部)として駆動輪に供給される。
11:エンジン、
12:無段変速機、
13:前記エンジン11と無段変速機12によって構成される第一の駆動力源、
14:フライホイール、
15:双方向型無段変速機、
16:前記フライホイール14と、双方向型無段変速機15によって構成される第二の駆動力源、
17:駆動軸
18:駆動輪、
v0 :定速走行速度
vr :回生制動開始速度
E0 :速度v0 での走行車両の有する運動エネルギー
=m・v02 /2
Er :速度vr での走行車両の有する運動エネルギー
=m・vr2 /2
η:大容量二次電池使用時の運動エネルギー回生効率
η‘:高効率蓄エネルギー装置使用時の運動エネルギー回生効率
Lr :運動エネルギーE0を有する車両の回生制動距離、
Lr’ :運動エネルギーEr を有する車両の回生制動距離、
Li :運動エネルギーE0 が0 まで減少する間の惰性走行距離(惰性走行可能距離)、
Li’ :運動エネルギーE0 がEr まで減少する間の惰性走行距離
αr :回生制動減速度、
αr’ :回生制動減速度、
αi0 :速度v0〜速度0間の惰性走行減速度実効値
αir :速度vr〜速度0間の惰性走行減速度実効値
αi0r :速度v0〜速度vr間の惰性走行減速度実効値
である。
また第二の駆動力源を、双方向CVTとフライホイールの組み合わせによる構成とする場合においては、フライホイールのエネルギー蓄積容量を最小化することができるとともに、エネルギー蓄積保持能力は(エネルギー回収・蓄積後の加速走行への利用までの時間は通常ごく短時間と想定できることから)長時間である必要はなくなり、前記フライホイール利用の問題点を低減できることになる。
即ち、本願発明によるハイブリッド車両は、第二の駆動力源としての「高回生効率の蓄エネルギー装置の採用」+「回生制動開始速度の設定による蓄エネルギー装置容量の最小化」、および、
「前記回生制動に余る運動エネルギーの惰性走行への利用、即ち減速開始時から回生制動走行開始までの間の惰性走行」によって、従来のハイブリッド車両に比べて小型・軽量かつ低価格化が可能になり、将来の省エネルギー車両の本命としての発展が期待できる。
また、本願発明は、電気自動車あるいは燃料電池車の如く、第一の駆動力源により車両を駆動する駆動体(モータ)と同一の駆動体を第二の駆動力源によって駆動する場合にも適用が可能であることは言うまでもない。
Claims (2)
- 第一の駆動力源と第二の駆動力源を有し、第一の駆動力源は車両の走行駆動全般を行い、第二の駆動力源は、回生制動開始から停止までの間の運動エネルギーを回収・蓄積し、前記回生制動走行に継続する発進・加速の駆動エネルギー(の一部)とする、
ただし、減速に際し、車両の有する運動エネルギーの第二の駆動力源によるエネルギー回収・蓄積(のための回生制動走行)に余るエネルギー分は、回生制動走行に先立っての惰性走行エネルギーとしてこれを活用する、
ことを特徴とするハイブリッド車両。 - 第二の駆動力源を構成する運動エネルギー回生制動装置は、運動エネルギーを機械エネルギーとして蓄積するフライホイール、あるいは運動エネルギーを電気エネルギーとして蓄積する電気二重層キャパシター等、所定の回生制動開始速度から停止までの間の運動エネルギーを回収・蓄積するに必要十分な高効率かつ小容量のエネルギー蓄積装置を有すること、を特徴とする請求項1記載のハイブリッド車両。
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