JPH04207907A - リターダ装置の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、自動車等の車両で、制動時に電気制動すると
共に機械的エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ
に回生じ、発進や加速時にそのバッテリ電源で補助加速
するように制御するリターダ装置において、特に、バッ
テリを各走行状態に応じて自動的に充電する充電制御装
置に関する。

［従来の技術］ 近年、本件出願人より既に自動車等の車両の駆動系に、
発電と電動か可能なかご形多相誂導機を設け、電気的に
制動及び加速するリターダ装置が提案されている。この
リターダ装置は、特に大型車両のエンジンの小型化によ
るエンジンブレーキの効果の低下を補い、且つ発進、加
速時に燃料、排気ガスを低減することを四指している。

即ち、車両の駆動系に装着されている誘導機を、制動時
には発電機として作動して電気制動し、このとき誘導機
に発生する電気エネルギをバッテリに回生ずる。また、
発進や加速時には誘導機をバッテリ電源により電動機と
して作動して補助加速するのである。

こうして機械的エネルギを電気エネルギに変換して回生
し、この電気エネルギを燃費、排気ガスの点で有効利用
するものである。そして、このようなエネルギの変換に
よる回生と有効利用を効果的に達成するように、制御系
が新たに開発され、これに適した制御系が提案されてい
る。車両におけるこのようなエネルギの回生サイクルの
制御は、未だ開発の途上にあり、更に一層発展すること
が望まれている。

ここで、このようなエネルギ回生サイクルでは、バッテ
リの充電制御が非常に重要である。即ち、バッテリの寿
命、回生された電気エネルギの有効利用等の点て、発電
を促進して常にバッテリの充電容量を増大する方向に制
御することか望まれる。

そこで従来、このバッテリの充電制御としては、運転席
に電気制動操作用のスイッチ手段が装着され、このスイ
ッチ手段か電気制動量と共に発電量を可変して操作する
ことが可能になっている。これにより、運転者が走行状
態、バッテリの充電状態を判断しながら、主として減速
時にスイッチ手段を任意の電気制動状態に設定し、この
電気制動に伴い発電してバッテリに充電するように構成
されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしなから、上記従来のバッテリ充電制御は、全て運
転者のマニアル操作に依存して行われる。そして、充電
は電気制動の際の誘導機の発電に基ついて行われるため
、主として制動か必要な減速の走行時にのみ発電される
傾向になる。

このことから、このリターダ装置を装着した車両では、
運転者に多大な熟練が要求される。また、マニアル操作
のため、発電モードを常に適切に操作することが難しく
、バッテリを常時良好な充電状態に保つことが鮪しい。

特に、バッテリの充電状態は補助加速の際の放電量との
関係で決定されるので、上記バッテリ充電を適正制御す
ることは更に困難になる等の問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであ
ってその目的は、バッテリの充電制御を各走行状態に応
じて適正且つ自動的に行い、バッテリを常に良好な充電
状態に保ち、更に運転者の負担を軽減することができる
リターダ装置の充電制御装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明は、エンジン駆動系に
発電と電動が可能なかご形多相の誘導機を装着し、この
誘導機の固定子部側をインバータ回路を介して発電電力
を回生ずるバッテリ、過剰な電力を消費する抵抗器に接
続し、各種のスイッチ信号が人力するインバータ制御回
路から誘導機の回転磁界を所定量遅らせ、または進むよ
うに制御する制御信号をインバータ回路に出力して、エ
ンジン駆動系を電気制動または補助加速制御するリター
ダ装置において、制動、惰行、加速の各走行条件を判断
して、大、中、小の各発電モードを設定する動作モード
設定手段と、この発電モードに応じた周波数の制御信号
をインバータ回路に出力する回転磁界遅れ制御手段と、
バッテリ側に接続され発電モードに応じてバッテリ端子
電圧を調整する充電制御手段と、を備えるリターダ装置
の充電制御装置を提案するものである。

［作　　用コ 上述した本発明の構成によると、車両走行中の制動、惰
行、加速の各走行条件でそれぞれ大、中、小の発電モー
ドか設定され、これらの各発電モードにより誘導機が、
電気制動と共に発電能力を変化して発電機作動する。

またこのとき、バッテリ端子電圧が各モードに応じて調
整されることで、全てのモードで誘導機の電気エネルギ
を充電することが可能になり、これにより走行条件全域
でその走行性能等を損うこと無く、常時自動的にバッテ
リに充電されることになる。そして、加速時等にはこの
バッテリ電源により８導機を電動機として作動して補助
加速され、このとき使用される電気量は上言己走行条件
の発電により直ちに補充され、バッテリを常に良好な充
電状態に保つことが可能になる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明のリターダ装置とその充電制御装置の実
施例を示すブロック図であり、リターダ装置１０はエン
ジン駆動系に装着されるかご形多相の誘導機２０と、そ
の電気制御装置３０から構成されている。

即ち、エンジン１のクランク軸２のフライホイール３に
かご形多相誘導機２０が装着され、フライホイール３は
クラッチ４、人力軸５を介して変速機６に伝動構成され
ている。

このかご形多相誘導機２０は３相であり、第２図に示す
ようにエンジン１と変速機６との間に設けられるフライ
ホイール装置７の内部に装着される。即ち、フライホイ
ール装置７のフライホイールハウジング７ａ、７ｂの間
に国定されるステータリング２１にステータ鉄心２２が
取付けられ、ステータ鉄心２２にステータ巻線２３が装
着され、このステータ巻線２３から出口線２４が取出さ
れて固定子部２０ａを成す。また、フライホイール３の
外周部にはステータ鉄心２２と近接対向してロータ鉄心
２５が取付けられ、ロータ鉄心２５にかご形巻線２６が
保持環２７、エンドリング２８と共に装着されて回転子
部２０ｂを成す。そこで、エンジン１の停止または走行
中に回転子部２０１１か停止または回転駆動しており、
この回転子部２０ｂに対して固定子部２０ａに所定の周
波数電圧を印加して回転磁界を与え、電気制動または補
助加速するようになっている。

第１図において電気制御装置３０について説明すると、
かご形訪導機２０の固定子部２０ａ側がインバータ回路
３１、コンデンサ３２を介しバッテリ３３に接続され、
インバータ回路３１は周波数電圧の制御信号を生成する
インバータ制御回路４０を有する。インバータ回路３１
の出力側には半導体スイッチ回路３４を介して抵抗器３
５が接続され、半導体スイッチ回路３４にスイッチ制御
回路３６が接続される。また、誘導機２０の回転子部２
０ｂの軸回転速度Ｎを検出する回転センサ５５、インバ
ー°夕回路３１の出力電圧Ｅνを検出する電圧検出回路
５０、抵抗器３５の電流により温度ｔを検出する温度セ
ンサ５１を有し、これらの信号がインバータ制御回路４
０、スイッチ制御回路３６に入力する。

インバータ回路３１は、誘導機２０の各相端子とバッテ
リ３３の正及び負の端子との間に接続される複数のスイ
ッチ素子を有する。スイッチ素子はトランジスタ、この
トランジスタの逆方向に並列接続されるダイオードから
成り、トランジスタに所定の周波数の開閉信号を与える
ことで、誘導機２０を発電機または電動機として作動す
る。

インバータ制御回路４０は発電制御系と電動制御系を有
しており、各制御系で所定の周波数電圧を生成し、この
周波数制御信号をインバータ回路３１に与え、誘導機２
０の回転磁界を制御して発電機または電動機として作動
するものである。

そこで、発電制御系として、アクセルペダル１１に連動
するアクセルスイッチ５２、ブレーキペダル１２に連動
するブレーキスイッチ５３の各信号が人力する動作モー
ド設定回路４４を有する。この動作モード設定回路４４
はアクセルとブレーキの踏込み状態から各走行状態を判
断し、この走行状態に応じて適正な発電モードを設定す
る。即ち、アクセル信号のみ入力する定常、加速の条件
では、エンジン出力を重視し且つ燃費を低減するため小
発電モードに設定する。逆に、ブレーキ信号のみ人力す
る制動条件では、本来の電気制動効果を充分発揮するこ
とが望まれるので大発電モードに設定する。また、両信
号がいずれも入力しない惰行条件では、惰行性能を損な
わないように中発電モードに設定する。

この発電モード信号ＳＩＩと、軸回転速度Ｎは回転磁界
遅れ制御回路４１に入力し、モード信号Ｓａに応じた負
のすべり量−ｅＲを設定し、軸回転速度Ｎに対しこのす
べり量−ｅ、ｌだけ遅延した周波数の制御信号ＳＲをイ
ンバータ回路３１３１に出力する。そして、誘導機２０
を発電機として作動し、且つ誘導機２０で発生した交流
電圧を直流電圧に変換してバッテリ３３に回生ずる。こ
の場合に７、大、中、小の各モード信号ＳＢに対して負
のすべり量−ｅＲが比例的に設定されて、ブレーキトル
クＴＢと共に発電量を可変制御することが可能になって
いる。

一方、上記回転磁界遅れ制御回路４１には更に後述する
トルク制御回路４２の電動信号が入力しており、加速等
の条件の／Ｊ１些電モードにおいて運転者に、より補助
加速スイッチ５４が操作されると、この制御回路４１の
制御信号ＳＲの出力を停止して、電動制御を優先する。

また、電動制御系として、アクセルスイッチ５２と、運
転者により操作される補助加速スイッチ５４の信号θ、
Ｓ１が入力するトルク制御回路４２を有し、アクセル踏
込み量θに応じた発生エンジントルクに対して電動機が
分担するトルクＴｓを設定し、この分担トルクＴｓに応
じた正のすべり量◆ｅｒを求める。そして、この正のす
べり量◆ｅｒと軸回転速度Ｎの信号が回転磁界進み制御
回路４３に入力して、軸回転速度Ｎに対しすべり量＋ｅ
ｒだけ進んだ周波数の制御信号ＳＦを生成し、インバー
タ回路３１に出力する。そして、誘導機２０を電動機と
して作動し、エンジン１の駆動系に駆動力を補助的に与
えるのであり、この場合にアクセル踏込み量θが大きい
程電動機の分担トルクＴ６が大きく制御される。

バッテリ３３は、電気制動時に発電された電気エネルギ
を回生じて貯えるものであり、容量りは短時間で定格充
電容量に充電することができ、繰り返し放電する場合も
失陥するおそれが無いものに設定される。

吹に、バッテリ３３の充電、放電制＃系について説明す
ると、バッテリ３３に対して充電制御口−路３７と放電
制御回路３８が接続される。充電制御回路３７は、上記
動作モード設定回路４４から大、中、小のモード信号Ｓ
Ｒが入力するのに応じてバッテリの端子電圧ε０を順次
低下するように調整する。そして、このバッテリ端子電
圧Ｅ０より大きいインバータ出力電圧ＥＶが発生する際
に、バッテリ３３に電流を供給して充電するのであり、
こうしていずれのモードでも充電可能にしている。放電
制御回路３８は、トルク制御回路４２からの電動信号が
入力すると、誘導機２０を電動１機動作するに必要な直
流電源電圧りを発生し、始動及び加速時にこの電圧ＥＭ
を誘導機２０に印加する。

抵抗器３５は発電による電気エネルギが回生ずることが
できない程過剰な場合に、これを消費するもので、所定
の抵抗値ｒに設定されている。

ここで、抵抗器３５の抵抗値「が一定であると、所定の
回転速度以上においては抵抗器３５の消費電力Ｐが発電
機出力Ｗを越えてしまい、インバータ出力電圧Ｅｖが低
下してブレーキトル？ＴＢを低下することが、試験によ
り確認された。上述の半導体スイッチ回路３４、スイッ
チ制御回路３６、電圧検出回路５０は、上記ブレーキト
ルクＴ８の低下を防止する抵抗値制御系の回路である。

そこで、電圧検出回路５０で検出されるインバータ出力
電圧Ｅｖが設定値以上になると、スイッチ制御回路３６
で軸回転速度Ｎに応じたデ子回路３４に出力する。そし
て、半導体スイッチ回路３４により抵抗器３５の回路を
開閉制御し、軸回転速度Ｎの上昇に対し抵抗器３５の実
効抵抗値ｒｓを増大してインバータ出力電圧Ｅｖを略一
定に保ち、ブレーキトルクＴ１１の大きい制動可能領域
を拡大するようになっている。こうして、抵抗器３５を
含む回路の実効抵抗値ｒ。

が半導体スイッチ回路３４の開閉により制御されること
で、抵抗器３５自体の値ｒは小さいものに設定されてい
る。

更に試験の結果、電気制動を長時間継続すると、抵抗器
３５の温度ｔが上昇して抵抗値ｒが増大し、これに伴い
ブレーキトルクＴ、の低下を生しることが確認された。

そこでこれを防止するため、抵抗器３５に設けられてい
る温度センサ５１の信号がスイッチ制御回路３６に入力
し、温度ｔの上昇により半導体スイッチ回路３４への信
号のデユーティ比りを変化して、抵抗器３５の実効抵抗
値ｒ５を減少制御するようになっている。

次に、この実施例の動作について説明する。先ず、エン
ジン１の動力がフライホイール３、クラッチ４、入力軸
５を介し変速機６に人力し、変速動力が車輪側に伝達す
ることで車両走行する。この走行時にインバータ制御回
路４０の動作モード設定回路４４では、アクセルとブレ
ーキのスイッチ５２．５３の信号で走行状態が判断され
ている。そこで、降板等の場合に運転者がブレーキ操作
すると、動作モード設定回路４４で大発電モードが選択
される。

このため、インバータ制御回路４０の回転磁界遅れ制御
回路４１から上記モード信号Ｓ１１に応じた負の太きい
すヘリ量−ｅＲの周波数制御信号ＳＲがインバータ回路
３１に人力して、誘導機２０を発電能力の大きいの発電
機として作動する。これにより、誘導機２０では固定子
部２０ａの回転磁界か、駆動系の回転子部２０ｂの回転
を強力且つ強制的に減速するようにブレーキトルクＴＢ
を発生する。こうして、この電気制動によるブレーキト
ルクＴＢが制動初期に応答良く生し、且つ全体の制動力
も増大して制動が安全且つ確実に行われる。

このとき、誘導機２０の固定子部２０ａには上記発電機
の作動に伴い多量の電気エネルギが発生し、これがイン
バータ回路３１で直流電圧に変換される。このとき、上
記動作モード設定回路４４からの信号で充電制御回路３
７がバッテリ３３の端子電圧Ｅ０を高電圧に調整するた
め、充分多くバッテリ３３に充電されることになる。

一方、惰行走行、またはアクセル踏込みの加速、定常走
行の各条件では、動作モード設定回路４４でそれぞれ中
発電、または小発電の各モードが選択される。そして、
補助加速スイッチ操作されない限り、これらのモード信
号ＳＢにより上述と同様に誘導機２０で電気制動及び発
電作用され、それぞれ所定の電気エネルギを生じる。ま
た、これらのモードに応じて充電制御回路３７によりバ
ッテリ端子電圧ＥＯが調整されることで、この何れのモ
ードでもバッテリ充電され、この場合に発電量に応じ、
惰行走行では少量、加速走行では極少量つつ充電される
ことになる。

こうして、補助加速スイッチ５４を操作して誘導機２０
を電動作用する場合を除くと、走行中の全ての条件でそ
の走行性能を損わないように、常時自動的に発電と共に
バッテリ充電される。このため、エンジン駆動系の機械
エネルギが電気エネルギに変換して、最も効果的に回生
される。

この電気制動時において、電気エネルギが過剰な場合は
、スイッチ制御回路３６の開閉制御信号で半導体スイッ
チ回路３４が抵抗器３５に所定の電流を流して消費する
ことになり、こうしてブレーキトルクＴ、を確保しつつ
過剰分を速やかに消散するように整合制御される。

また、この抵抗器３５による過剰エネルギの消費の場合
に、温度上昇により抵抗値ｒが増大すると、スイッチ制
御回路３６により実効抵抗値ｒ、が減少され、上記整合
制御を最適な状態に保持するように補正される。

一方、アクセル路込みによる加速時に運転者が補助加速
スイッチ５４を操作すると、インバータ制御回路４０の
トルク制御回路４２で電動機分担トルクＴｓが・設定さ
れ、これに基づき回転磁界進み制御回路４３から正のす
べり量φｅｒの周波数制御信号ＳＦがインバータ回路３
１に人力する。また、放電制御回路３８で所定の直流電
圧電源Ｅｗが生成される。こうして、誘導機２０にはそ
れを電動するに足る電圧が印加され、且つ固定子部２０
ａには軸回転速度Ｎより進んだ回転磁界が生じて、誘導
機２０は電動機として作動し、所定の駆動力を発揮する
。このため、エンジン１の駆動系の動力は誘導機２０の
駆動力で増大補正されるのであり、こうして上述のよう
にバッテリ３３に回生きれる電気エネルギが車両駆動に
有効に利用され、この誘導機２０の駆動力分に応じ燃費
、排気ガスが効果的に低減されるのである。

尚、上述以外にエンジン始動時にも誘導機２０が電動機
として作動される。

以上説明した電気制動と３種類の発電、補助加速の作用
が、エンジン駆動系のエネルギの回生により、バッテリ
３３の寿命の続く限り、走行中の制動、加速、定常、惰
行の各条件で繰り返して反永久的に継続されるのであり
、これをまとめて示すと第３図のようになる。また、上
記補助加速は運転者により一時的に操作されるため、こ
のとき放電する電気量は、補助加速操作解除後の走行時
の発電モードで自動的に補充されるのであり、こうして
バッテリ３３は常に良好な充電状態に保持される。従っ
て、途中に通常走行を挟むことで、補助加速を断続的に
繰り返し行うことも可能になり、エネルギ回生サイクル
が最も効率よく運転されることになる。

以上、本発明の実施例について説明したが、これのみに
限定されない。

［発明の効果コ 以上に説明したように、本発明によるリターダ装置は、
各走行状態に応じて発電モードを設定して、走行中自動
的にバッテリ充電するように構成されているので、充電
制御を常に適正且つ円滑に行うことができる。電気制動
の操作用スイッチが不要になるので、運転者の負担も軽
減される。制動、惰行、加速の各条件でそれぞれ発電モ
ードが設定されるので、全ての走行条件で最も効率よく
充電制御でき、走行性能、燃費の悪化を生じない。バッ
テリ充電が優先的に自動制御されるので、バッテリの寿
命が長くなり、補助加速も効果的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例のブロック図、第２図はか
ご形多相誘導機の機械的構成の断面図、第３図は走行パ
ターンでの発電、補助加速の状態の特性図である。 １０・・・リターダ装置、２０・・・かご形多相誘導機
、３０・・・電気制御装置、３１・・・インバータ回路
、３３・・・バッテリ３３．３５・・・抵抗器、４ｏ・
・・インバータ制御回路、４１・・・回転磁界遅れ制御
回路、４４・・・動作モード設定回路、３７・・・充電
制御回路。 特許出願人　　日野自動車工業株式会社％　２　図 ２１　　　、．７ｂ 貴　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジン駆動系に発電と電動が可能なかご 形多相の誘導機を装着し、この誘導機の固定子部側をイ
   ンバータ回路を介して発電電力を回生するバッテリ、過
   剰な電力を消費する抵抗器に接続し、各種のスイッチ信
   号が入力するインバータ制御回路から誘導機の回転磁界
   を所定量遅らせ、または進むように制御する制御信号を
   インバータ回路に出力して、エンジン駆動系を電気制動
   または補助加速制御するリターダ装置において、 制動、惰行、加速の各走行条件を判断して 、大、中、小の各発電モードを設定する動作モード設定
   手段と、この発電モードに応じた周波数の制御信号をイ
   ンバータ回路に出力する回転磁界遅れ制御手段と、バッ
   テリ側に接続され発電モードに応じてバッテリ端子電圧
   を調整する充電制御手段と、を備えることを特徴とする
   リターダ装置の充電制御装置。