JP4462224B2 - 車両のハイブリッドシステム - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの動力で発電機を駆動させ、該発電機により発生された電力で電動機を駆動させる車両のハイブリッドシステムに関する。
従来、電動機を駆動させる動力源として、エンジン，発電機，バッテリ等の複数の動力源を組み合わせ、状況に応じてそれら動力源を同時に又は個々に作動させて走行するハイブリッドシステムを搭載した車両が知られている。例えば、特許文献１には、シリーズタイプのハイブリッドシステムが開示されている。
特開２００５−３３８８６号公報
ところで、シリーズタイプのハイブリッドシステムの場合、発電機及び電動機とバッテリとの間には、交流−直流変換用のインバータや変圧や周波数変換用のコンバータ等の構成が設定されるのが一般的であるが、それらにおける変換時、大きな電力損失が発生することが知られている。
そこで、上記インバータやコンバータを廃止したいという要求がある。ところが、シリーズタイプのハイブリッドシステムにおいて、単に、インバータやコンバータを廃止しただけでは、発電機と電動機との間で直接送電が行われる場合に、ドライバのアクセルペダル又はブレーキペダルの踏込み量，車速等に基づき決まる車両の要求出力に対して、動力源であるエンジンの出力を完全に連動させることが難しく、所望の連動精度が確保されない場合には、オーバシュート（発電過剰）やアンダシュート（発電不足）が発生し、トルクを正常に確保し得なくなる。
このため、前述したようなシリーズタイプのハイブリッドシステムにおいて、インバータやコンバータを廃止して電力損失を抑制する場合、バッテリによる電力の補完を要することないように、動力源であるエンジンの出力を要求出力に精度良く連動させることが求められる。
この発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、電力損失を抑制しつつ、エンジンの出力を車両の要求出力に精度良く連動させること車両のハイブリッドシステムを提供することを目的とする。
そこで、本願の請求項１に係る発明は、エンジンにより発電機が駆動され、該発電機により発電された電力が直接供給されて車輪駆動用の電動機が駆動される車両のハイブリッドシステムにおいて、車両の要求出力に応じて電動機の要求出力を設定する電動機要求出力設定手段と、上記電動機要求出力設定手段により設定された電動機の要求出力に応じて発電機の要求出力を設定する発電機要求出力設定手段と、上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機の要求出力に応じてエンジン出力を設定するエンジン出力設定手段と、上記発電機とインバータ及びコンバータを順に介して接続されるバッテリと、上記発電機とバッテリとの間における電気的な接続状態を切り換える第１の切換手段と、上記発電機と電動機との間における電気的な接続状態を切り換える第２の切換手段と、上記バッテリから電動機への電力供給，上記発電機からバッテリへの充電を行えるように、上記第１及び第２の切換手段を制御する切換制御手段と、を有していることを特徴としたものである。
また、本願の請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機の要求出力に基づいて、上記発電機の目標トルクと目標回転数とを設定する発電機目標設定手段が更に設けられており、上記発電機目標設定手段は、上記電動機の負荷をパラメータとした電動機の要求出力の変化をあらわす複数の電動機要求出力線と、エンジン熱効率と発電機効率との積が所定値以上となるエンジン高効率領域との交点のうち、上記電動機の要求出力の上昇に応じて、エンジントルクと発電機トルクとが等しく釣合う釣合いトルクと回転数とが増加するラインとなるように各交点が繋がれてなる制御ラインを設定した上で、上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機要求出力と上記制御ラインとに基づき上記発電機の目標トルクと目標回転数とを設定することを特徴としたものである。
更に、本願の請求項３に係る発明は、上記請求項２に係る発明において、上記発電機目標設定手段は、上記電動機の負荷をパラメータとした電動機の要求出力の変化をあらわす複数の電動機要求出力線と、エンジン熱効率と発電機効率との積が所定値以上となるエンジン高効率領域との交点のうち、上記電動機の要求出力の等出力線上で、最大効率点との交点を結ぶ包絡線を制御ラインとして設定することを特徴としたものである。
また、更に、本願の請求項４に係る発明は、上記請求項２又は３に係る発明において、上記発電機目標設定手段は、上記エンジン高効率領域よりも低回転領域において、エンジン回転数の低下に対して目標トルクが急激に０になるように、上記制御ラインを設定することを特徴としたものである。
また、更に、本願の請求項５に係る発明は、上記請求項２〜４に係る発明のいずれかにおいて、上記発電機目標設定手段は、エンジン高効率領域の最大トルクよりも高トルク領域において、エンジン回転数の増加に対して目標トルクが急激に増加するように、上記制御ラインを設定することを特徴としたものである。
また、更に、本願の請求項６に係る発明は、上記請求項１に係る発明において、上記切換制御手段は、上記発電機からバッテリに充電する際に、交流１周期における正負のピーク部分を除く交流電流０クロス前後の所定期間内に発電機とバッテリとが接続されるように、上記第１及び第２の切換手段を制御することを特徴としたものである。
また、更に、本願の請求項７に係る発明は、上記請求項１又は６に係る発明において、上記切換制御手段は、上記発電機から電動機への供給電力が大きいとき、上記両切換手段による切換えを停止させることを特徴としたものである。
本願の請求項１に係る発明によれば、発電機と電動機との間にインバータやコンバータが介在することがなく、発電機により発電された電力が直接電動機に供給されるため、インバータやコンバータ電力損失を抑制することができる。また、エンジン出力と車両の要求出力とを精度良く連動させることができ、その結果、要求駆動力に応じて安定した走行が実現可能である。更に、発電機の出力がエンジンの出力で制御されるため、エンジン出力変化の応答遅れにより過渡的に生じる発電機のオーバシュート，アンダシュートをバッテリで適切に補完することができる。
また、本願の請求項２に係る発明によれば、電動機の負荷に応じて釣合いトルクと回転数とが増加する制御ラインに基づいて、発電機及びエンジンのトルク及び回転数が設定されるため、発電機とエンジン出力とを電動機要求出力に連動させることができる。
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、最高燃費率運転が可能となり、燃費が向上する。
また、更に、本願の請求項４に係る発明によれば、エンジンの燃焼が不安定な低回転領域では、目標トルクが急激に０になるように設定されることによりエンジンの作動が停止され、燃費悪化を抑制することができる。また、エンジン始動時、エンジンの発生トルクが全て発電機の回転上昇に費やされるため迅速な起動が可能になる。
また、更に、本願の請求項５に係る発明によれば、エンジン及び発電機の高回転使用を抑制することができ、信頼性を確保することができる。
また、更に、本願の請求項６に係る発明によれば、第１及び第２の切換手段が、低電流付近でのみ発電機３とバッテリ６とが接続されるように切り換えられるため、各切換手段の接点寿命の低下が抑制されつつ、バッテリへの充電が可能である。
また、更に、本願の請求項７に係る発明によれば、高速走行時等の大電力時に上記第１及び第２の切換手段切換が停止させられ、上記各切換手段の接点寿命の低下を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両のハイブリッドシステムの基本構成を示す図である。このハイブリッドシステム１は、所謂ダイレクトシリーズタイプのシステムであって、基本構成として、それぞれ相互に電気的に接続されたエンジン２と、エンジン２により駆動される発電機３と、該発電機３により発電された電力で駆動される電動機（モータ）８を有している。本実施形態では、発電機３とモータ８とがスイッチング素子７（特許請求の範囲中の「第２の切換手段」に該当）を介して直接的に接続されており、モータ８の駆動は、基本的に、スイッチング素子７がオンされることにより、発電機３から電力が直接に供給されつつ行われる。なお、スイッチング素子７としては、機械的なリレースイッチ若しくは半導体スイッチのいずれでも適用可能である。
発電機３は、エンジン２の出力に基づき三相交流電力を発生するもので、モータ８にスイッチング素子７を介して接続されるのに加え、インバータ４，コンバータ５を順に介してバッテリ６と接続されている。バッテリ６における蓄電状態では、インバータ４により発電機３からの交流電力が直流電力に変換され、また、コンバータ５により直流電力の電圧及び周波数が変更される。また、一方、バッテリ６における放電状態では、蓄電状態とは逆に、コンバータ５によりバッテリ６からの直流電力の電圧及び周波数が変更され、また、インバータ４により直流電力が交流電力に変換される。インバータ４は、半導体スイッチング素子からなる内部スイッチ４ａ（特許請求の範囲中の「第１の切換手段」に該当）を備えており、発電機３とバッテリ６との間では、この内部スイッチ４ａの切換えによって、送電が制御されるようになっている。
また、モータ８は、発電機３及びバッテリ６から供給される三相交流電力により駆動されるもので、通常知られるように、デファレンシャルギヤからなる減速機９に接続され、車軸を介してタイヤ１０に取り付けられている。なお、例えば車両が下り坂で減速する場合には、モータ８により三相交流電力が発電され（すなわち発電が行われ）、その電力が発電機８，インバータ４，コンバータ５を順に介してバッテリ６へ供給され、蓄電される。
ハイブリッドシステム１では、前述したように、通常の走行状態において、発電機３により発電された電力がモータ８へ直接供給されるが、本実施形態においては、このハイブリッドシステム１が、エンジン出力と車両の要求出力とを精度良く連動させるように制御されるようになっている。以下、かかるダイレクトシリーズ制御について説明する。
基本的には、このハイブリッドシステム１では、車速，ドライバのアクセルペダル又はブレーキペダルの踏込み量に基づき決まる車両の要求出力に応じて、まず、モータ８の要求出力が設定され、その後、モータ８の要求出力に応じて、発電機３の要求出力が設定され、最後に、発電機３の要求出力に応じてエンジン出力が設定されるようになっている。図２は、エンジン出力と車両の要求出力とを精度良く連動させることを目的としたハイブリッドシステム１のダイレクトシリーズ制御処理についてのフローチャートであり、なお、参考までに、かかるダイレクトシリーズ制御処理についての様々なパラメータが具体的に示されたブロック図を、図３としてあらわす。
図２から分かるように、このハイブリッドシステム１では、ドライバによるアクセルペダルの踏込み量に対応したアクセルペダル開度（＃１１），現在車速（＃１２）がそれぞれ検出され、検出されたそれらの情報を入力値として、車速とモータトルクとの関係をあらわすべく予め設定された「速度⇔トルク」マップ（＃１３）に基づき、モータ６で発生されるべきトルク（モータ発生トルク）が決定される（＃１４）。
その後、＃１４で決定されたモータ発生トルク及び別に検出されたバッテリ電圧（＃１５）を入力値として、モータトルクとモータ電流との関係をあらわすべく予め設定された「トルク⇔電流」マップ（＃１６）に基づき、モータ要求電流が決定される（＃１７）。
一方、＃１４でモータ発生トルクが決定された後、モータ回転数が計測され（＃１８）、現在車速が判定される。この現在車速は、＃１２での現在車速に該当するもので、モータ発生トルクを導出する上で常に判定される。この現在車速を入力値として、「速度⇔電圧」マップ（＃１９）に基づき、モータ要求電圧が決定される（＃２０）。
その後、＃１７で決定されたモータ要求電流と＃２０で決定されたモータ要求電圧とに基づき決定されるモータ要求出力、及び、＃４０で計測されるエンジン回転数を入力値として、エンジン動作点マップ（＃２１）に基づき、発電機３の吸収トルクが決定される（＃２２）。なお、この吸収トルクとは、図４を参照しながら後述するエンジントルクと発電機トルクとが等しく釣り合うトルクに該当する。続いて、発電機回転数が決定される（＃２３）。そして、発電機３の吸収トルク及び回転数に基づき、必要に応じて、発電機３の発電が実行される（＃２４）
また、＃１７で決定されたモータ要求電流及び＃２０で決定されたモータ要求電圧に基づき決まるモータ要求出力（＃２５）が高い場合には、発電機３の効率マップ（＃２６）及びエンジン２の効率マップ（＃２７）並びにエンジン２の出力マップ（＃２８）に基づき、スロットルバルブ（不図示）の開度が調整され（＃２９）、エンジン２の出力が調整される（＃３０）。他方、モータ８の要求出力が低い場合には、結果的に、エンジン２が停止させられ（＃３７）、バッテリ６の供給電力のみでモータ８が駆動されるＥＶ走行（＃３８）とされる。
更に、＃１７で決定されたモータ要求電流及び＃２０で決定されたモータ要求電圧に基づき決まるモータ要求出力（＃２５）に基づき、必要に応じて、モータ充放電が実行される（＃３３）。
また、一方、発電機３の充放電（＃２４）及びモータ８の充放電（＃３３）に基づき、バッテリ６の蓄電量（ＳＯＣ）の変動が検出される（＃３２）とともに、現在車速（＃１２）及び加減速（＃３３）に基づき、ＳＯＣ変動の将来予測が行われ（＃３４）、その後、＃３２及び＃３４の結果に基づき、エンジン２のオンオフが判断される（＃３５）。具体的には、ＳＯＣが所定の閾値より小さくなると判断されれば、ＳＯＣが不足として、エンジン２がオンされ、発電機３が力行させられる（＃３９）。＃３９の後には、エンジン回転数が計測され（＃４０）、続いて、計測されたエンジン回転数がＯＫ又はＮＧであるかが判定される（＃４１）。その結果、ＮＧであれば、＃３９へ戻り、ＯＫであれば、続いて、エンジン２での燃料噴射が行われ、着火が開始される（＃４２）。その後、発電機３の力行が停止させられる（＃４３）。
他方、＃３５において、ＳＯＣが所定の閾値より大きければ、ＳＯＣが過剰であるとして、エンジン２がオフされる必要がありと判断され、燃料供給がカットされ（＃３６）、エンジン２が停止させられる（＃３７）。その結果として、車両のＥＶ走行（＃３８）が実現される。
以上のように、このハイブリッドシステム１では、バッテリ６による電力の補完を要することないように、動力源であるエンジン２の出力が車両の要求出力に精度良く連動させられ、その結果、要求駆動力に応じて安定した走行が実現可能である。
次に、図４には、エンジン２又は発電機３の回転数を横軸、エンジントルクと発電機トルクとが等しく釣り合うトルク（以下、釣合いトルクという）を縦軸としたグラフを示す。このグラフにおいて、符号Ｐは、モータ８の負荷をパラメータとして互いに異なる複数のモータ要求出力線（以下、等出力ラインという）をあらわし、また、符号Ｑは、最大トルクラインをあらわし、更に、略楕円形の領域及びそれを取り囲む複数の帯状領域からなる領域を指示する符号Ｓは、エンジン２と発電機３との組合せ効率が良い領域、より厳密には、エンジン２の熱効率と発電機３の効率との積が所定以上となるエンジン高効率領域をあらわしている。なお、これらの領域については、内側の領域であるほど、効率の良い領域である。制御ラインＬは、等出力ラインＰと高効率領域Ｓとの交点の一部が、モータ要求出力の上昇に応じて釣合いトルク及びエンジン回転数が増加するように繋がれてなるライン、本実施形態では、特に、等出力線Ｐ上における最大効率点（すなわち燃費効率が最も良いとされる点）が繋がれてなる包絡線として設定されるラインである。そして、発電機３の目標トルク及び目標回転数は、発電機３の要求出力と制御ラインＬとに基づいて設定される。
また、本実施形態では、制御ラインＬが、エンジン高効率領域Ｓよりも低回転領域において、エンジン回転数の低下に伴い発電機３の目標トルクが急激に０になるよう設定されている（図中の符号Ｌ１を付した箇所）。更に、本実施形態では、制御ラインＬが、エンジン高効率領域Ｓの最大トルクよりも高トルク領域（すなわち、最大トルクラインＱよりも上方の領域）において、エンジン回転数の増加に伴い発電機３の目標トルクが急激に増加するよう設定されている（図中の符号Ｌ２を付した箇所）。
このように、モータの負荷に応じて釣合いトルク及びエンジン回転数が増加するような制御ラインＬに基づいて、発電機３やエンジン２のトルク及び回転数が設定されるため、発電機３及びエンジン２の出力をモータ要求出力に対して精度良く連動させることができる。また、制御ラインＬは、等出力線Ｐ上における最大効率点が繋がれてなる包絡線として設定されるため、最高燃費効率での走行が可能となり、燃費向上が実現され得る。更に、エンジン２の燃焼が不安定な低回転領域では、発電機３の目標トルクが０に設定されることでエンジン２の作動が停止され、燃費悪化を抑制することができる。また、この場合には、エンジン２の始動時に、エンジン２の発生トルクが全て発電機３の回転上昇に費やされるため迅速な起動が可能となる。また、更に、エンジン高効率領域Ｓの最大トルクよりも高トルク領域（すなわち、最大トルクラインＱよりも上方の領域）において、エンジン回転数の増加に伴い発電機３の目標トルクが急激に増加するため、エンジン２及び発電機３の高回転で使用されることが抑制され、信頼性が確保され得る。
以上、モータ要求出力とエンジン出力との連動精度を確保する工夫について説明したが、発電機３とモータ８とが直結されたハイブリッドシステム１においては、通常の走行状態にて車両の要求出力とエンジン２の出力との間の良好な連動精度を確保し得るものの、例えば停車状態からの発進時，急な速度変動，坂道でのトルクをかけた状態での停止等の走行状態に対応して良好な連動精度を確保することができず、かかる場合に、エンジン出力変化の応答遅れにより発電機３においてオーバシュートやアンダシュートが発生するが、その影響を回避すべく、バッテリ６での充放電を利用した補完が行われるようになっている。バッテリ６での充放電は、基本的には、発電機３とバッテリ６との間に設けられたインバータ４の内部スイッチ４ａと、発電機３とモータ８との間に設けられたスイッチング素子７とが切り換えられることで行われる。以下、各種条件に基づき、車両状況が判断されつつ、内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７の切換制御が実施される手順を、図５を参照しながら説明する。
まず、モータ８による要求出力の電流波形（＃７１）と発電機３により発生された電流波形（＃７２）とが比較されて（＃７３）、発電機３におけるオーバシュート又はアンダシュートが生じているかが判断される（＃７４）。その後、かかる判断結果とバッテリ６における蓄電量の状態「ＳＯＣ：state of charge」（＃７５）とに基づき、充放電方向及び補完されるべき電力量が判断される（＃７６）。充放電方向とは、バッテリ６における充放電に伴う電流の向きであり、具体的には、バッテリ６の蓄電量が不足している場合には、バッテリ６への充電が行われる方向に電流が流され、他方、バッテリ６の蓄電量が十分にある場合には、バッテリ６からの充電が行われる方向に電流が流される。
充放電方向及び補完されるべき電力量が判断された結果、第１に、発電機３の発電量が不足し、かつ、バッテリ６の蓄電量が不足している場合には、エンジン出力が増加されるのみで、内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７の切換制御が現状のままで行われない（＃７７）。
第２に、発電機３の発電量が過剰であり、かつ、バッテリ６の蓄電量が不足している場合には、バッテリ６への充電が行われる（＃７８）。この充電に際しては、まず、発電過剰量の閾値判定が行われ、すなわち、発電過剰量が所定の閾値より過大又は過小であるかを判定し（＃８１）、過小である場合には、インバータ４の内部スイッチ４ａがオンされるとともに、発電機３とモータ９との間におけるスイッチング素子７がオンされ（＃８２）、他方、過大である場合には、スイッチング素子７がオフされる（＃８３）。
第３に、発電機３の発電量が過剰であり、かつ、バッテリ６の蓄電量が過剰である場合には、バッテリ６からの放電が行われ、発電機３により発生された電流を打ち消すように電流が流される（＃７９）。その後、エンジン２のオンオフが判断される（＃８４）。
第４に、発電機３の発電量が不足しており、かつ、バッテリ６の蓄電量が過剰である場合には、バッテリ６からの放電が行われ、発電機３により発生された電流を補助するように電流が流される（＃８０）。
＃７８，＃８０及び＃８４の後、バッテリ６における充放電電力量の閾値が判定され、すなわち、充放電電力量が所定の閾値より過大又は過小であるかが判定される（＃８５）。その結果、過大である場合には、インバータ４の内部スイッチ４ａがオフされ（＃８６）、他方、過小である場合には、インバータ４の内部スイッチ４ａがオンされる（＃８７）。
以上のように、本実施形態では、発電機３の発電量やバッテリ６の蓄電量についての各種状況に応じて、内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７が適宜切り換えられることで、エンジン出力変化の応答遅れにより過渡的に生じる発電機３のオーバシュート，アンダシュートをバッテリ６で補完することができる。
なお、特にステップとして含めないが、高速走行時など、大電力が必要とされる場合には、インバータ４の内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７の切換えが停止させられ、それらの接点寿命の低下を抑制することができる。
更に、例えば車両停止時など、バッテリ６の蓄電量が不足した状態では、前述したように、発電機３からモータ８への通電が行われつつ、発電機３からインバータ４及びコンバータ５を介したバッテリ６へ蓄電が行われる。本実施形態では、かかる場合におけるバッテリ６側での電力損失を抑制するために、発電機３により発生された三相交流電力（正弦波）の波形が、同じ面積（つまり同じ総電力）であっても振幅の小さい部分（すなわち低電流の部分）が供給された場合にバッテリ６での損失が少ないという従来公知の特性に基づき、正弦波の振幅の小さい部分がバッテリ６に供給され、正弦波のピーク部分がモータ８へ供給されるように分割される。
図６の（ａ）には、互いにπ／３の位相差をもつ３つの正弦波（Ｕ波，Ｖ波，Ｗ波）からなる三相交流電流の波形が示される。ここでは、Ｕ波，Ｖ波，Ｗ波が、それぞれ、実線，破線，一点鎖線で描かれている。また、図６の（ｂ）には、Ｕ波の正弦波形のみ示され、更に、図６の（ｃ），（ｄ），（ｅ）には、Ｕ波の分割例がそれぞれ示されている。なお、ここでは、Ｕ波を取り上げて説明するが、Ｖ波及びＷ波にも同様の処理が施されるため、それらの説明を省略する。
図６の（ｃ），（ｄ）に示す３つの分割例に共通して、Ｕ波は、振幅の小さい部分、すなわち、０を挟んだ正負の部分（以下、０クロス部分という）と、正負ピーク部分とに分割され、前者がバッテリ６へ供給され、後者がモータ８へ供給される。かかる供給状態は、インバータ４の内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７が交互に接続状態にされる（オンされる）ことにより実現される。具体的には、内部スイッチ４ａがオンされ、スイッチング素子７がオフされることで、バッテリ６への送電状態となり、他方、内部スイッチ４ａがオフされ、スイッチング素子７がオンされることで、モータ８への送電状態となる。図６の（ｃ），（ｄ）では、内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７の切換えタイミングが互いに異なり、図６の（ｃ）に示される場合には、図の（ｄ）に示される場合に比べて、モータ８側により大きな正負の電力が供給されることとなる。
このように、インバータ４の内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７の一方をオンし、他方のスイッチをオフするように切換え制御するのに対し、スイッチング素子７を常時オン状態に設定する一方、インバータ４の内部スイッチ４ａのオンオフ状態を切り換えることで、Ｕ波を分割することも可能である。図６の（ｅ）に示す波形がこれに該当する。
この場合には、インバータ４の内部スイッチ４ａがオフされた状態では、モータ８へ電力が供給される。他方、インバータ４の内部スイッチ４ａがオンされた状態では、バッテリ６側とモータ８側と間におけるインダクタンスの比で、バッテリ６へ電流が供給されることとなる。このとき、モータ８へも微電流が流れる。なお、バッテリ６への電流供給時の目減り量は、モータ８へ流れる電流量に該当し、その大きさは、モータコイル及びその時点でのモータ回転数で決定されるインダクタンスに依存する。
このように、交流１周期における正負のピーク部分を除く交流電流０クロス前後の所定期間内でのみ、つまり、低電流付近でのみ発電機３とバッテリ６とが接続されるように、内部スイッチ４ａ及びスイッチング素子７が切り換えられるため、各切換手段の接点寿命の低下が抑制されつつ、バッテリへの充電が可能である。
なお、本発明は、例示された実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
本発明の実施形態に係る車両に搭載されたハイブリッドシステムの基本構成を示す図である。 上記ハイブリッドシステムのダイレクトシリーズ制御処理についてのフローチャートである。 ダイレクトシリーズ制御処理についての様々なパラメータが具体的に示されたブロック図である。 エンジン又は発電機の回転数を横軸、エンジントルクと発電機トルクとが等しく釣り合うトルク（以下、釣合いトルクという）を縦軸としたグラフである。 上記ハイブリッドシステムにおける発電機〜モータ間に設けられたスイッチング素子、及び、該発電機〜バッテリ間に設けられた内部スイッチの切換制御処理についてのフローチャートである。 （ａ） 上記発電機により発電される、互いにπ／３の位相差をもつ３つの正弦波（Ｕ波，Ｖ波，Ｗ波）からなる三相交流電流の波形を示す図である。 （ｂ） Ｕ波の正弦波形を示す図である。 （ｃ） 上記モータ側及びバッテリ側への分流のためのＵ波の第１の分割例を示す図である。 （ｄ） 上記モータ側及びバッテリ側への分流のためのＵ波の第２の分割例を示す図である。 （ｅ） 上記スイッチング素子を常時オン状態に設定する一方、上記内部スイッチのオンオフ状態を切り換えることで、Ｕ波を分割する例を示す図である。
符号の説明
１…ハイブリッドシステム，２…エンジン，３…発電機，４…インバータ，４ａ…内部スイッチ，５…コンバータ，６…バッテリ，７…スイッチング素子，８…モータ，９…減速機，１０…タイヤ。

Claims (7)

  1. エンジンにより発電機が駆動され、該発電機により発電された電力が直接供給されて車輪駆動用の電動機が駆動される車両のハイブリッドシステムにおいて、
    車両の要求出力に応じて電動機の要求出力を設定する電動機要求出力設定手段と、
    上記電動機要求出力設定手段により設定された電動機の要求出力に応じて発電機の要求出力を設定する発電機要求出力設定手段と、
    上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機の要求出力に応じてエンジン出力を設定するエンジン出力設定手段と、
    上記発電機とインバータ及びコンバータを順に介して接続されるバッテリと、
    上記発電機とバッテリとの間における電気的な接続状態を切り換える第１の切換手段と、
    上記発電機と電動機との間における電気的な接続状態を切り換える第２の切換手段と、
    上記バッテリから電動機への電力供給，上記発電機からバッテリへの充電を行えるように、上記第１及び第２の切換手段を制御する切換制御手段と、を有していることを特徴とする車両のハイブリッドシステム。
  2. 更に、上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機の要求出力に基づいて、上記発電機の目標トルクと目標回転数とを設定する発電機目標設定手段が設けられており、
    上記発電機目標設定手段は、
    上記電動機の負荷をパラメータとした電動機の要求出力の変化をあらわす複数の電動機要求出力線と、エンジン熱効率と発電機効率との積が所定値以上となるエンジン高効率領域との交点のうち、上記電動機の要求出力の上昇に応じて、エンジントルクと発電機トルクとが等しく釣合う釣合いトルクと回転数とが増加するラインとなるように各交点が繋がれてなる制御ラインを設定した上で、上記発電機要求出力設定手段により設定された発電機要求出力と上記制御ラインとに基づき上記発電機の目標トルクと目標回転数とを設定することを特徴とする請求項１記載の車両のハイブリッドシステム。
  3. 上記発電機目標設定手段は、上記電動機の負荷をパラメータとした電動機の要求出力の変化をあらわす複数の電動機要求出力線と、エンジン熱効率と発電機効率との積が所定値以上となるエンジン高効率領域との交点のうち、上記電動機の要求出力の等出力線上で、最大効率点との交点を結ぶ包絡線を制御ラインとして設定することを特徴とする請求項２記載の車両のハイブリッドシステム。
  4. 上記発電機目標設定手段は、上記エンジン高効率領域よりも低回転領域において、エンジン回転数の低下に対して目標トルクが急激に０になるように、上記制御ラインを設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両のハイブリッドシステム。
  5. 上記発電機目標設定手段は、エンジン高効率領域の最大トルクよりも高トルク領域において、エンジン回転数の増加に対して目標トルクが急激に増加するように、上記制御ラインを設定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一に記載の車両のハイブリッドシステム。
  6. 上記切換制御手段は、上記発電機からバッテリに充電する際に、交流１周期における正負のピーク部分を除く交流電流０クロス前後の所定期間内に発電機とバッテリとが接続されるように、上記第１及び第２の切換手段を制御することを特徴とする請求項１記載の車両のハイブリッドシステム。
  7. 上記切換制御手段は、上記発電機から電動機への供給電力が大きいとき、上記両切換手段による切換えを停止させることを特徴とする請求項１又は６に記載の車両のハイブリッドシステム。
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