JP3718962B2

JP3718962B2 - ハイブリッド車両

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Publication number: JP3718962B2
Application number: JP16956797A
Authority: JP
Inventors: 幸蔵山口; 典生冨谷; 秀樹久田
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JPH114507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はハイブリッド車両に係り、詳細には、モータとエンジンと発電機とを備えたハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料の供給が容易な従来のエンジンと、クリーンな電気エネルギを使用するモータとを利用するハイブリッド車両が提案されている。このハイブリッド車両には、エンジンを発電用に使用してバッテリを充電するシリーズ型と、エンジンを車両の駆動系に連結するパラレル型、および、パラレル型とシリーズ型を組み合わせたもの（シリパラ型）がある。
特に、プラネタリギヤにエンジンと発電機の出力を入力させプラネタリギヤの１つの要素からの出力にモータの出力を組み合わせることで、発電機をエンジンに連結し、エンジンからの出力の一部を発電、残りを直接出力軸に出力するハイブリッド車両が提案されている（ＵＳＰ３５６６７１７）。このハイブリッド車両では、エンジンを高効率領域で使用でき、また、シリーズ型のハイブリッド車両のようにエンジンで発生したエネルギを全部発電に使用するのではないので、燃費を向上させることができる。また、エンジンを定常状態で運転することもできるので、排ガスを低減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のハイブリッド車両において、電源（バッテリ・キャパシタ等）が故障により使用できない場合であっても、少なくとも修理場等に移動するまでの間走行することが必要になる。
しかし、電源を無理に使用しようとすると、電源が破損するおそれがあるという問題がある。
一方、電源を使用せず、エンジンと発電機で発電し、その電力を使用してモータにより走行することも考えられるが、発電機の出力電力と駆動モータの消費電力を厳密に合わせるのは困難である。そして、発電機の出力電力と駆動モータの消費電力に差が生じた場合、その差分が発電機制御装置のインバータのコンデンサに吸収され、コンデンサを破損するおそれがあり、好ましくない。
【０００４】
そこで本発明は、モータとエンジンと発電機とを備えたハイブリッド車両において、モータに供給する電源が使用できない状態であっても、走行可能なハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明では、発電機と、この発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により発電された電力を蓄電する電源と、この電源からの電力により駆動輪に連結された出力軸に出力トルクを伝達するモータとを備えたハイブリッド車両であって、前記電源の状態を検出する電源状態検出手段と、この電源状態検出手段により検出された電源状態から前記電源を使用するか否かを判断する電源状態判断手段と、この電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、前記電源としての使用を中止する電源遮断手段と、車両に必要とされている走行必要負荷を検出する走行必要負荷検出手段と、前記電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断された場合、前記モータを前記走行必要負荷検出手段で検出された走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、前記エンジンを前記モータの出力に応じた出力になるように制御し、前記発電機を、前記発電機と前記モータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御する制御手段とをハイブリッド車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項２に記載した発明では、発電機と、この発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により発電された電力を蓄電する電源と、この電源からの電力により駆動輪に連結された出力軸に出力トルクを伝達するモータとを備えたハイブリッド車両であって、前記電源の状態を検出する電源状態検出手段と、この電源状態検出手段により検出された電源状態から前記電源を使用するか否かを判断する電源状態判断手段と、この電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、前記電源としての使用を中止する電源遮断手段と、車両に必要とされている走行必要負荷を検出する走行必要負荷検出手段と、前記電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断された場合、前記エンジンを前記走行必要負荷検出手段で検出された走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、前記発電機は前記エンジンが目標エンジン回転数となるようにフィードバック制御し、前記モータを、前記発電機と前記モータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御する制御手段とをハイブリッド車両に具備させて前記目的を達成する。
請求項３に記載した発明では、請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両において、前記エンジンの出力を、前記発電機及び出力軸に分配する分配手段を備える。
請求項４に記載した発明では、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のハイブリッド車両において、前記走行必要負荷は車速及びアクセル開度を使用する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハイブリッド車両における好適な実施の形態について、図１から図１４を参照して詳細に説明する。
（１）第１実施形態の構成
図１はハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図（骨図）である。
図１に示すように、ハイブリッド車両の駆動装置は、エンジン（ＥＧ）１、プラネタリギヤ２、発電機（ジェネレータＧ）３、モータ（Ｍ）４、およびデファレンシャルギヤ５を備えており、４軸構成になっている。
第１軸としてのエンジン１の出力軸７上には、プラネタリギヤ２および発電機３が配置されている。プラネタリギヤ２は、キャリヤ２２がエンジン１の出力軸７と連結され、サンギヤ２１が発電機３の入力軸９と連結され、リングギヤ２３が第１カウンタドライブキア１１に連結されている。
第２軸としてのモータ４の出力軸１３には、第２カウンタドライブギヤ１５が連結されている。
第３軸としてのカウンタシャフト３１には、カウンタドリブンギヤ３３及びデフピニオンギヤ３５が保持されており、カウンタドリブンギヤ３３には第１カウンタドライブギヤ１１と第２カウンタドライブギヤ１５が噛合されている。
デファレンシャルギヤ５は、第４軸を有するデフリングギヤ３７を介して駆動され、このデフリングギヤ３７とデフピニオンギヤ３５とが互いに歯合している。
また、第３軸は第１軸、第２軸、第４軸によって包囲されている。
【０００７】
プラネタリギヤ２はエンジン１の出力を発電機３及びカウンタシャフト３１に分配する差動ギヤ（分配手段）である。また、プラネタリギヤ２のキャリヤ２２の入力回転数に対し、リングギヤ２３の出力回転数を決定するのは、サンギヤ２１の回転数である。即ち、発電機３の負荷トルクを制御することによって、サンギヤ２１の回転数を制御することが可能である。例えば、サンギヤ２１を自由回転させた場合、キャリヤ２２の回転はサンギヤ２１により吸収され、リングギヤ２３は停止して、出力回転は生じないようになっている。
プラネタリギヤ２において、キャリヤ２２の入力トルクは、発電機３の反力トルクと出力軸トルクの合成トルクとなる。
すなわち、エンジン１からの出力はキャリヤ２２に入力され、発電機３はサンギヤ２１に入力される。エンジン１の出力トルクはリングギヤ２３から出力され、エンジン効率に基づいて設定されたギヤ比でカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。またモータ４の出力はモータ効率のよいギヤ比に基づいてカウンターギヤを介して駆動輪に出力される。
【０００８】
図２は、このようなハイブリッド車両の制御部の構成を表したものである。
この図２に示すように、ハイブリッド車両は、駆動系４０と、駆動系４０その他各部の状態を検出するセンサ系４１と、このセンサ系４１による各検出値に応じて駆動系４０各部の制御を行う制御系４２を備えている。
駆動系４０は、エンジン１、発電機３、モータ４および、駆動輪４０１を有している。
センサ系４１は、エンジン回転数センサ４１１、発電機回転数センサ４１３、バッテリセンサ４１５、電圧センサ４１６、アクセルセンサ４１７、車速センサ４１８を備えている。
制御系４２は、車両制御装置（ＥＣＵ）４２０、エンジン制御装置４２１、発電機制御装置４２３、モータ制御装置４２４、バッテリ４２５、継電器４２６からなるバッテリ遮断装置を備えている。
【０００９】
センサ系４１のエンジン回転数センサ４１１は、エンジン１の実際の回転数ＮＧを検出してエンジン制御装置４２１に供給するようになっている。
発電機回転数センサ４１３は、発電機３の実際の回転数ＮＧを検出して発電機制御装置４２３に供給する。
バッテリセンサ４１５は、バッテリ４２５の状態を検出して車両制御装置４２０に供給する。バッテリセンサ４１５は、バッテリ４２５の状態として、電源充電量ＳＯＣ、バッテリ温度（バッテリ表面温度又はバッテリ周辺気温等）ｔ、バッテリ４２５を複数ブロックに分けた各ブロック毎の電圧ｅＢと、バッテリ４２５全体の電圧ＥＢを検出し、バッテリ状態として車両制御装置４２０に供給するようになっている。
【００１０】
また、電圧センサ４１６は、発電機３による発電電圧ｅを検出して発電機制御装置４２３に供給する。
アクセルセンサ４１７は、運転者の車両駆動力への要求度を示すアクセル開度αを検出して車両制御装置４２０に供給する。
車速センサ４１８は、車速Ｖを検出して車両制御装置４２０に供給する。
そして、アクセルセンサ４１７、車速センサ４１８が、車両に必要とされている走行必要負荷を検出する走行必要負荷検出手段として用いられる。
【００１１】
一方制御系４２の、車両制御装置４２０は、エンジン制御装置４２１に対して、エンジンのＯＮ／ＯＦＦ信号を供給すると共に、電源フェールモードにおいてモータ出力ＰＭ（ｋｗ）を供給するようになっている。
また車両制御装置４２０は、発電機制御装置４２３に対して、通常走行モードでは発電機３の目標回転数ＮＧ＊を供給し、電源フェールモードでは目標電圧ｅ＊を供給する。
また車両制御装置４２０は、モータ制御装置４２４に対して、目標トルクＴＭ＊を供給するようになっている。
さらに車両制御装置４２０は、バッテリ４２５を使用しても支障がないか否かをバッテリセンサ４１５から供給されるバッテリ状態から判断し、通常走行モードと電源フェールモード間とのモード変更をする。モード変更時において車両制御装置４２０は、変更後のモードに応じてＯＮ／ＯＦＦ信号を継電器（リレー）４２６に供給するようになっている。
【００１２】
そして、エンジン制御装置４２１は、スロットル開度θを制御することで、エンジン１の出力を制御する。すなわち、通常走行モードでは、車両制御装置４２０から供給されるＯＮ信号と、エンジン回転数センサ４１１から供給されるエンジン回転数ＮＥに応じて、スロットル開度θを制御する。また電源フェールモードでは、車両制御装置４２０から供給されるＯＮ信号とモータ出力ＰＭに応じて、スロットル開度をθを制御するようになっている。
【００１３】
発電機制御装置４２３は、発電機３の電流（トルク）ＩＧを制御することで、発電機３を制御する。すなわち、通常走行モードでは目標回転数ＮＧ＊となるように、電源フェールモードでは目標電圧Ｅ＊となるように、電流（トルク）ＩＧを制御するようになっている。
モータ制御装置４２４は、車両制御装置４２０から供給されるトルクＴＭ＊によって、モータ４の電流（トルク）ＩＭを制御するようになっている。
【００１４】
バッテリ４２５は、モータ制御装置４２４及び発電機制御装置４２３を介して、モータ４に電力を供給すると共に、モータ４からの回生電力および発電機３の電力で充電されるようになっている。このバッテリ４２５としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル−水素電池、リチウムイオン電池、水素２次電池、レドックス型電池、等の各種２次電池が使用され、複数台の同一２次電池を直列及び／又は並列に接続することによって、全体で例えば、２４０ボルトの電圧となるように構成されている。
継電器４２６は、車両制御装置４２０から供給されるＯＮ／ＯＦＦ信号にしたがって、発電機制御装置４２３、モータ制御装置４２４とバッテリ４２５との間の電気的な接続及び遮断を行う。
【００１５】
（２）第１実施形態の動作
以上のように構成された第１実施形態における車両制御動作について次に説明する。
（ａ）通常走行モードにおける動作
この通常走行モードでは、アクセル開度αと車速Ｖに応じた駆動力をモータ４で制御する。そして、スロットル開度θと発電機３の制御により、エンジン１を燃費最適運転させる。
【００１６】
エンジン１に対する制御動作（通常走行モード）
図３はエンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとエンジン出力ＰＥ（ｋｗ）との関係を表したエンジン効率マップである。
この図３に細い実線で表された複数本の曲線は、エンジン１の等出力曲線で、太い実線で表された曲線Ａはエンジン１の最大効率曲線である。エンジン１は、最適燃費ラインとしてこの曲線Ａをトレースするように燃費最適運転される。
そのため、スロットル開度θに対するエンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとの関係を表した図４から、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度θとの関係を予め作成しておく。すなわち、図４において、各エンジン回転数ＮＥにおける、最高効率曲線Ａ上でのスロットル開度θを求めることで、図５のマップを作成する。
エンジン制御装置４２１は、この図５に示したマップに従って、エンジン回転数センサ４１１から供給されるエンジン回転数ＮＥに応じてスロットル開度θを制御する。これにより、エンジン１は、図３の最高効率曲線Ａをトレースするように制御される。
【００１７】
発電機３に対する制御動作（通常走行モード）
発電機制御装置４２３は、発電機３に対して、アクセル開度αと電源充電量（ＳＯＣ）に応じた回転数制御を行う。
すなわち、通常走行モードにおいて車両制御装置４２０は、バッテリセンサ４１５から供給されるバッテリ状態のうちの電源充電量（ＳＯＣ）と、アクセルセンサ４１７から供給されるアクセル開度αとから、発電機３の目標回転数ＮＧ＊を決定する。電源充電量ＳＯＣに対する目標回転数ＮＧ＊とアクセル開度αとの関係は、例えば図６に示す関係を使用する。この例では、アクセル開度αが大きくなるほど、また、電源充電量ＳＯＣが小さくなるほど、目標回転数ＮＧ＊が大きくなるように決められている。
発電機制御装置４２３では、車両制御装置４２０から供給される目標回転数ＮＧ＊と、発電機回転センサ４１３で実測される発電機３の回転数ＮＧとの差によるフィードバック制御により発電機３のトルクを制御する。
【００１８】
図７は発電機制御装置４２３における発電機回転数フィードバック制御系のブロック図である。
この図に示すように、発電機制御装置４２３は、発電機目標回転数ＮＧ＊と実回転数ＮＧの差（ＮＧ−ＮＧ＊）に比例ゲインを乗じて発電機トルク指令値とし、発電機３のトルク（電流ＩＧ）を制御する。
これにより、回転数の差が大きくなるほど、発電機トルクを上げて誤差（ＮＧ−ＮＧ＊）が小さくなるように補正される。
例えば、発電機３の実回転数ＮＧが目標回転数ＮＧ＊より大きいほど、発電機トルク（ＩＧ）を上げて発電機回転数ＮＧを押さえることになる。
【００１９】
図８は、第１実施形態における発電機制御装置４２３による発電機回転数フィードバック制御の変形例を表したものである。
この変形例は、更に積分ゲインを追加することで、誤差が定常的に残るのを防止するようにしたものである。
すなわち、図８に示されるように、発電機目標回転数ＮＧ＊と実回転数ＮＧの差（ＮＧ‐ＮＧ＊）の積分値に積分ゲインを乗じて発電機トルク指令値とすることで、差（ＮＧ‐ＮＧ＊）の積分値が大きくなるほどトルクを上げて補正する。
これにより、誤差が定常的に残るのことが防止される。
【００２０】
モータ４及びモータ制御装置４２４の動作（通常走行モード）
モータ制御装置４２４は、走行必要出力（アクセル開度αと車速Ｖ）に応じて、モータ４のトルク制御を行う。
すなわち、車両制御装置４２０は、車速センサ４１８で検出される車速Ｖとアクセルセンサ４１７で検出されるアクセル開度αとから、目標トルクＴＭ＊を決定してモータ制御装置４２４に供給する。モータ制御装置４２４では、モータトルクＴＭが、ＴＭ＝ＴＭ＊となるように、モータ４の電流値ＩＭを制御する。
なお、車両制御装置４２０は、図９に示す、モータトルク−車速特性図からアクセル開度αに応じてモータトルクＴＭ＊を決定する。
【００２１】
（ｂ）車両制御装置４２０による電源監視動作
以上説明した通常走行モードの動作中において、車両制御装置４２０は、バッテリセンサ４１５から供給されるバッテリ状態に従って、電源フェールモードに移行するか否かを監視している。
すなわち、バッテリ４２５の特性として、温度が低すぎると作動しなくなり、温度が高すぎるときに作動させると破損する可能性が高くなる。そこで、車両制御装置４２０は、供給されるバッテリ温度ｔがｔ≦−１０°Ｃになった場合、又は７０°Ｃ≦ｔになった場合に、電源フェールモードに移行する。
また、温度条件以外に、バッテリ４２５のいずれかのブロックの電圧ｅＢが他のブロックの電圧よりも所定値以上小さくなった場合、及び、所定値以上大きくなった場合にも電源フェールモードに移行する。
さらに、車両制御装置４２０は、バッテリ４２５の電圧ＥＢが所定値以下になった場合にもフェールモードに移行する。
【００２２】
車両制御装置４２０は、通常走行モードから電源フェールモードに移行する場合、継電器４２６に対してＯＦＦ信号を供給する。これにより、バッテリ４２５と、発電機制御装置４２３及びモータ制御装置４２４と間の電気的接続が継電器４２６によって遮断される。
その後、車両制御装置４２０は、電源フェールモードに移行する。
【００２３】
なお、後述する電源フェールモードにおいても車両制御装置４２０は、バッテリ状態を監視しており、上記したバッテリ温度ｔや、バッテリ電圧ｅＢ、ＥＢが正常値に回復した場合には、継電器４２６に対してＯＮ信号を供給する。これにより、バッテリ４２５と、発電機制御装置４２３及びモータ制御装置４２４との間が継電器４２６によって電気的に接続される。
その後、車両制御装置４２０は、再度通常走行モードに戻って前記した各部の制御を行う。
【００２４】
（ｃ）電源フェールモードにおける動作
この電源フェールモードでは、アクセル開度αと車速Ｖに応じた駆動力をモータ４で制御する。そして、発電機３を電源として使用し、発電機制御装置４２３により発電機３による電源側電圧ｅを定電圧に制御する。
【００２５】
モータ４に対する制御動作（電源フェールモード）
モータ制御装置４２４は、通常走行モードと同様に、走行必要出力（アクセル開度αと車速Ｖ）に応じて、モータ４のトルク制御を行う。
すなわち、通常走行モードと同様に、車両制御装置４２０が図９に従って目標トルクＴＭ＊を決定し、モータ制御装置４２４は、モータトルクＴＭがＴＭ＝ＴＭ＊となるようにモータ４の電流値ＩＭを制御する。
ただし、この電源フェールモードではバッテリ４２５からの電力供給が無いので、エンジン１と発電機３とによる発電量がモータ４の必要出力よりも小さい場合、モータ制御装置４２４は、発電機３の最大発電量に応じてモータ４の最大出力を制限する。
【００２６】
なお、発電機制御装置４２３による発電機３の電源電圧フィードバック制御（後述する）の応答を助けるために、モータ制御装置４２４は図１０に示されるように、モータ４に対する応答性を落とすようにしてもよい。
すなわち、モータ制御装置４２４は、図１０の点線で示される車両制御装置４２０からの目標トルクＴＭ＊に対して、同図の実践で示されるように、モータ４に対する実際の指令値（ＴＭ＊に対応する電流ＩＭ）の出力を遅らせる。
また、モータ制御装置４２４に目標トルクＴＭ＊を供給するタイミングを車両制御装置４２０で遅らせることで、発電機制御装置４２３による応答を助けるようにしてもよい。
【００２７】
エンジン１に対する制御動作（電源フェールモード）
電源フェールモードにおいて、エンジン制御装置４２１は、モータ４の出力に応じたエンジン１の出力制御を行う。
車両制御装置４２０は、モータ４のトルクＴＭと回転数ＮＭとから、モータ出力ＰＭ（ｋｗ）を算出し、エンジン制御装置４２１に供給する。ここで、モータトルクＴＭとしては、モータ制御装置４２４に供給している目標トルクＴＭ＊の値を使用する。ただし、モータ制御装置４２４が、図１０に示すように、応答性を落としている場合には、同様に応答遅れに対応したトルクＴＭを使用する。また、モータ４の回転数ＮＭは、車速センサ４１８から供給される車速Ｖから算出する。
【００２８】
図１１は、モータ４の出力ＰＭとスロットル開度θとの関係を表した図である。
この図１１は、図３の点線で示した出力（ｋｗ）と、図４の実線で示したスロットル開度θとから、予め作成しておく。
エンジン制御装置４２１は、この図１１に従って、車両制御装置４２０から供給されるモータ出力ＰＭに応じたスロットル開度θの制御を行う。
また、モータ４の効率が１００％を大きく下まわる場合には、駆動モータ出力ＰＭを効率で割った値を図１１の横軸に用いる。
【００２９】
発電機３に対する制御動作（電源フェールモード）
電源フェールモードにおいて発電機制御装置４２０は、通常走行モードにおける発電機回転数フィードバック制御から、電源側（発電機３及び発電機制御装置４２３）電圧が定電圧となるように電源電圧フィードバック制御に切り替えて発電機３を制御する。
【００３０】
図１２は、発電機制御装置４２３による電源電圧フィードバック制御系のブロック図である。
この図に示されるように、発電機制御装置４２３は、車両制御装置４２０から供給される目標電圧ｅ＊と、電圧センサ４１６から供給される電源側電圧ｅとの差（ｅ‐ｅ＊）の積分値に積分ゲインを乗じて発電機トルク指令値とすることで、差（ｅ‐ｅ＊）の積分値が大きくなるほど発電機トルクＴＧ（トルク指令値ＩＧ）を上げて発電量を抑える。
この電源電圧フィードバック制御では、上記したようにエンジン制御装置４２１がモータ出力ＰＭに対して釣り合うようにエンジン１のスロットル開度θを図１１に従って制御しているので、発電機３の定電圧制御をしていても、発電機回転数ＮＧは結果的には予め定められる値の近傍になる。
【００３１】
ここで、車両制御装置４２０は、電源電圧目標値ｅ＊として、例えば発電機制御装置４２３に配置された図示しないインバータに含まれるコンデンサの耐圧より低い所定の値を使用し、発電機制御装置４２３に供給する。
なお、車両制御装置４２０は、例えば駆動モータの効率が最適となるように、ｅ＊の設定値を変えるようにしてもよい。
【００３２】
（３）第２の実施形態
次に第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態における駆動装置の配列は、図１に示したスケルトン図と同一なのでその説明を省略する。
図１３は、第２実施形態におけるハイブリッド車両の制御部の構成を表したものである。なお、説明を簡略するために、図２に示した第１実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明することとする。
【００３３】
第２の実施形態では、図１３に示されるように、エンジン回転数センサ４１１で検出されたエンジン１の回転数ＮＥがエンジン制御装置４２１と共に発電機制御装置４２３にも供給される。また、エンジン１のスロットル開度θがエンジン制御装置４２１から車両制御装置４２０に供給されるようになっている。
また、電圧センサ４１６で検出された発電機３による発電電圧ｅは、発電機制御装置４２３ではなく、モータ制御装置４２４に供給される。
さらに車両制御装置４２０は、図１３に示すように、電源フェールモードにおいて、発電機制御装置４２３に対して目標エンジン回転数ＮＥ＊を供給し、モータ制御装置４２４に対して目標電圧ｅ＊を供給するようになっている。
【００３４】
次に、第２の実施形態における動作を説明するが、（ａ）通常走行モードにおける動作、及び（ｂ）車両制御装置４２０による電源監視動作の両動作については、第１の実施形態と同一なので説明を省略することとし、（ｃ）電源フェールモードの動作について説明する。
この第２実施形態の電源フェールモードでは、エンジン１でアクセル開度αと車速Ｖに応じた出力を出し、モータ４で電源側電圧ｅを定電圧に制御する。
【００３５】
エンジン１に対する制御動作（電源フェールモード）
エンジン制御装置４２１は、アクセル開度αと車速Ｖとから、エンジン１の出力をスロットル開度θにより決める。
すなわち、車両制御装置４２０がアクセル開度αと車速Ｖとから、図９により仮想のモータトルクＴＭ＊を算出すると共に、車速Ｖからモータ回転数ＮＭを算出する。そして、算出した仮想のモータトルクＴＭ＊とモータ回転数ＮＭとからモータ４の必要出力ＰＭ（ｋｗ）を算出し、エンジン制御装置４２１に供給する。ここで必要出力ＰＭが発電機最大出力より大きい場合には、必要出力ＰＭを発電機最大出力に制限してエンジン制御装置４２１の入力とする。
エンジン制御装置４２１では、供給される必要出力ＰＭに応じて、図１１に従いスロットル開度θを制御する。
【００３６】
発電機３及び発電機制御装置４２３の動作（電源フェールモード）
発電機制御装置４２３は、図５に従い、スロットル開度θに対してエンジン回転数ＮＥを制御する。すなわち、この第２実施形態の発電機制御装置４２３では、電源フェールモードにおいてもエンジン１を効率的に駆動させるために、通常走行モードで使用する図５を使用する。
通常走行モードではエンジン回転数ＮＥが先に決定され、その値ＮＥに応じて図５に従ってスロットル開度θがエンジン制御装置４２１で決定される。これに対して第２実施形態では、エンジン制御装置４２１においてスロットル開度θが先に決定され、決定されたスロットル開度θに応じて車両制御装置４２０が図５から目標エンジン回転数ＮＥ＊を決定して発電機制御装置４２３に供給する。
発電機制御装置４２３は、エンジン回転数センサ４１１から供給される実エンジン回転数ＮＥと目標回転数ＮＥ＊とを比較して、エンジン１がこの目標回転数ＮＥ＊となるようにフィードバック制御する。すなわち、発電機制御装置４２３は、ＮＥがＮＥ＊よりも大きいほど発電機トルク（ＩＭ）を上げて発電機回転数を抑え、その結果エンジン回転数が目標回転数ＮＥ＊となるようにフィードバック制御を行う。
【００３７】
なお、第２実施形態における発電機３および発電機制御装置４２３の動作の変形例として、以下のように動作させてもよい。
いま、デファレンシャルギヤ比とタイヤ半径による定数をγとし、車速をＶとし、プラネタリギヤ比をβとし、目標発電機回転数をＮＧ＊とした場合、次の数式１の関係があり、この数式１を変形すると、数式２で表される目標発電機回転数ＮＧ＊が求まる。
【００３８】
【数１】
ＮＥ＊＝ＮＥ０＋ΔＮＥ＊
ＮＥ０＝γＶ
ΔＮＥ＊＝βＮＧ＊
【００３９】
【数２】
ＮＧ＊＝（ＮＥ＊−γＶ）／β
【００４０】
車両制御装置４２０は、エンジン制御装置４２１から供給されるスロットル開度θに応じて図５から求まるエンジン回転数を目標エンジン回転数ＮＧ＊として、数式２により目標発電機回転数ＮＧ＊を算出し、この目標発電機回転数ＮＧ＊を目標エンジン回転数ＮＥ＊に代えて発電機制御装置４２３に供給する。
発電機制御装置４２０は、発電機回転数センサ４１３から供給される発電機回転数ＮＧと目標発電機回転数ＮＧ＊とを比較し、目標発電機回転数ＮＧ＊となるように発電機３をフィードバック制御する。すなわち、目標発電機回転数ＮＧ＊となるように、発電機トルク（ＩＭ）を制御する。
なお、以上説明した変形例による場合、エンジン回転数センサ４１１は、検出したエンジン回転数ＮＥを発電機制御装置４２３に供給せず、エンジン制御装置４２１にのみ供給する。
【００４１】
モータ４に対する制御動作（電源フェールモード）
モータ制御装置４２４は、電源側電圧ｅが定電圧となるようフィードバック制御を行う。
図１４は、モータ制御装置４２４による電源電圧フィードバック制御系のブロック図である。
この図に示されるように、モータ制御装置４２４は、電圧センサ４１６から供給される電源側電圧ｅと車両制御装置４２０から供給される目標電圧ｅ＊とを比較し、電源側電圧ｅが目標電圧ｅ＊よりも低いほど、モータ４のトルク（ＩＭ）を上げて消費電力を上げる。
このようにモータ制御装置４２４において定電圧制御することにより、モータ４は結果的にエンジン１の出力に見合った出力を出すことになる。
また、エンジン出力はアクセル開度αと車速Ｖに応じた出力に定められているので、モータ４の出力は結果的にアクセル開度αと車速Ｖ（すなわち、ドライバの出力要求）に応じた出力を出すことになる。
【００４２】
以上第１及び第２の実施形態によりハイブリッド車両の説明を説明したが、本発明は、この構成及び動作に限定されるものではなく、各請求項に記載した発明の範囲において種々の変形をすることができる。
例えば、第１及び第２の実施形態では電源として２次電池を使用したバッテリについて説明したが、本発明は、電源として大容量のコンデンサを使用した場合、及び電源としてバッテリとコンデンサを併用した場合のハイブリッド車両であってもよい。
この場合の電源故障判断、すなわち、車両制御装置４２０がバッテリセンサ４１５から供給されるバッテリ状態に従って電源フェールモードに移行するか否かの判断は、コンデンサの全体または分割した数カ所単位の電圧を検出して故障を判断する。例えば、コンデンサの接続が断線した場合には測定電圧が不安定（または不可能）になり、電流を測定している場合にはゼロとなる。また、コンデンサがショート（短絡）した場合には測定電圧がゼロとなる。この電圧または電流を検出して電源故障か否かを車両制御装置４２０が判断する。
また、コンデンサの場合も、表面温度等の温度を測定し、例えば７０度以上になったら場合に異常と判断し、電源フェールモードに移行する。
【００４３】
また、第１及び第２の実施形態ではスプリット型のハイブリッド車両の場合について説明したが、本発明では他に、図１５に示したシリーズ型のハイブリッド車両でもよい。
また、第１及び第２の実施形態では、分配手段としてプラネタリギヤを用いた例を示したが、発電機自体が分配手段として機能する構成であってもよい。つまり、エンジンの出力が回転自在に配置された発電機のステータに入力され、発電機のロータがモータの出力軸及び駆動輪に連結されたカウンタシャフトに連結される構成でもよい。
また、説明した各実施形態では、車両制御装置４２０がエンジン制御装置４２１に供給するモータ出力ＰＭを算出する場合に、車速センサ４１８で検出された車速Ｖからモータ４の回転数ＮＭを算出して使用した、モータ回転数センサが配置されたハイブリッド車両であるバッテリには、その実測値をＮＭを車両制御装置４２０に供給するようにしてもよい。
更に、説明した各実施形態では、ガソリンにより駆動するエンジンを前提にスロットル開度θによりエンジン１を制御する場合について説明したが、ディーゼルエンジンを使用する場合にはスロットル開度θに代えて燃料噴射量によりディーゼルエンジンを制御するようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１、請求項３、請求項４記載の本発明によれば、電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、電源遮断手段により電源としての使用を中止し、モータを走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、エンジンをモータの出力に応じた出力になるように制御し、発電機を、発電機とモータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御するようにしたので、特に専用のハードウエアを追加することなく、バッテリ故障時にも走行することができる。
請求項２、請求項３、請求項４記載の本願発明によれば、電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、電源遮断手段により電源としての使用を中止し、エンジンを走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、発電機はエンジンが目標エンジン回転数となるようにフィードバック制御し、モータを、発電機とモータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御するようにしたので、特に専用のハードウエアを追加することなく、バッテリ故障時にも走行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図である。
【図２】同上、このようなハイブリッド車両の制御部の構成をブロックで表したブロック構成図である。
【図３】同上、ハイブリッド車両におけるエンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとエンジン出力ＰＥ（ｋｗ）との関係を表したエンジン効率マップである。
【図４】同上、ハイブリッド車両における、スロットル開度θに対するエンジン回転数ＮＥとエンジントルクＴＥとの関係を表した図である。
【図５】同上、ハイブリッド車両における、エンジン回転数ＮＥとスロットル開度θとの関係を表した図である。
【図６】同上、ハイブリッド車両における、電源充電量ＳＯＣに対する目標回転数ＮＧ＊とアクセル開度αとの関係を示す図である。
【図７】同上、発電機制御装置における発電機回転数フィードバック制御系を表したブロック図である。
【図８】同上、発電機制御装置による発電機回転数フィードバック制御の変形例を表したブロック図である。
【図９】同上、モータトルク−車速特性図である。
【図１０】同上、モータ制御装置による、モータに対する応答性を落とことについての説明図である。
【図１１】同上、モータの出力ＰＭとスロットル開度θとの関係を表した図である。
【図１２】同上、発電機制御装置による電源電圧フィードバック制御系のブロック図である。
【図１３】本発明の第２実施形態におけるハイブリッド車両の制御部の構成をブロックで表したブロック構成図である。
【図１４】同上、第２の実施形態における、モータ制御装置による電源電圧フィードバック制御系のブロック図である。
【図１５】本発明の変形例におけるシリーズ型のハイブリッド車両の駆動装置の配列を示すスケルトン図である。
【符号の説明】
１エンジン
２プラネタリギヤ
２１サンギヤ
２２キャリヤ
２３リングギヤ
３発電機
４モータ
５デファレンシャルギヤ
４０駆動系
４０１駆動輪
４１センサ系
４１１エンジン回転数センサ
４１３発電機回転数センサ
４１５バッテリセンサ
４１６電圧センサ
４１７アクセルセンサ
４１８車速センサ
４２制御系
４２０車両制御装置
４２１エンジン制御装置
４２３発電機制御装置
４２４モータ制御装置
４２５バッテリ
４２６継電器

Claims

発電機と、この発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により発電された電力を蓄電する電源と、この電源からの電力により駆動輪に連結された出力軸に出力トルクを伝達するモータとを備えたハイブリッド車両であって、
前記電源の状態を検出する電源状態検出手段と、
この電源状態検出手段により検出された電源状態から前記電源を使用するか否かを判断する電源状態判断手段と、
この電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、前記電源としての使用を中止する電源遮断手段と、
車両に必要とされている走行必要負荷を検出する走行必要負荷検出手段と、
前記電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断された場合、前記モータを前記走行必要負荷検出手段で検出された走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、前記エンジンを前記モータの出力に応じた出力になるように制御し、前記発電機を、前記発電機と前記モータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御する制御手段とを具備することを特徴とするハイブリッド車両。
発電機と、この発電機を駆動するエンジンと、前記発電機により発電された電力を蓄電する電源と、この電源からの電力により駆動輪に連結された出力軸に出力トルクを伝達するモータとを備えたハイブリッド車両であって、
前記電源の状態を検出する電源状態検出手段と、
この電源状態検出手段により検出された電源状態から前記電源を使用するか否かを判断する電源状態判断手段と、
この電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断した場合、前記電源としての使用を中止する電源遮断手段と、
車両に必要とされている走行必要負荷を検出する走行必要負荷検出手段と、
前記電源状態判断手段により前記電源を使用しないと判断された場合、前記エンジンを前記走行必要負荷検出手段で検出された走行必要負荷に応じた出力となるように制御し、前記発電機は前記エンジンが目標エンジン回転数となるようにフィードバック制御し、前記モータを、前記発電機と前記モータとを電気的に接続する接続線の電圧が定電圧となるようにフィードバック制御する制御手段とを具備することを特徴とするハイブリッド車両。
前記エンジンの出力を、前記発電機及び出力軸に分配する分配手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両。
前記走行必要負荷は車速及びアクセル開度であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のハイブリッド車両。