JPH05252607A - 自動車等のハイブリッド駆動装置 - Google Patents

自動車等のハイブリッド駆動装置

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JPH05252607A
JPH05252607A JP7581891A JP7581891A JPH05252607A JP H05252607 A JPH05252607 A JP H05252607A JP 7581891 A JP7581891 A JP 7581891A JP 7581891 A JP7581891 A JP 7581891A JP H05252607 A JPH05252607 A JP H05252607A
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JP
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hybrid drive
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automobile
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JP7581891A
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John W B Hadley
ダブリュ・ビー・ハドリー ジョン
Qianyi Jiang
ジアン キアニュイ
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ROOZAN CORP
Lauzun Corp
Original Assignee
ROOZAN CORP
Lauzun Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 バッテリおよびまたは発電機からの電流が自
動車の性能を最大限に活用するために有効に切換えられ
るようにする。 【構成】 自動車１０は、マイクロプロセッサ３２の制
御の下、モータ１４に動力を供給するバッテリ１８を有
している。内燃機関２２を備えた発電機２０は、バッテ
リ１８を充電するために用いられる。モータ１４は、バ
ッテリ１８から電流が供給される作用モード、あるい
は、モータ１４からバッテリ１８へ回生電流が流れるブ
レーキングモードのどちらかで作動する。電気回路の構
成は、モータ１４の起電力がバッテリ１８の電圧よりも
低い場合でも回生電流が生成されることを確実にするた
めに用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ダイナミックブレーキ
ングを供給するように配置された原動機としてのモー
タ、モータに電力を誘導するためのバッテリおよび発電
機を備えた自動車等のハイブリッド駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、道路を走行している自動車の大多
数は、原動機として内燃機関を使用している。ところ
が、多くの環境的および経済的理由から、これらのタイ
プの自動車は、ますます歓迎されなくなってきている。
一方、唯一の動力源としてバッテリを用いるすべての電
動自動車は、環境的および経済的にさらに歓迎されてい
る。それにもかかわらず、この領域における大規模な実
験にもかかわらず、内燃機関を用いた自動車によって供
給される加速あるいは運転範囲を供給するような自動車
は開発されていない。
【０００３】そこで、中間的な解決手段として、原動機
として用いられるモータ、バッテリ、バッテリを充電す
るためおよびバッテリを増加させるための発電機からな
る駆動装置を備えたハイブリッド自動車が提案されてい
る。この種の装置は、米国特許第４，２９２，５３１
号、第４，４３８，３４２号、第４，５４７，６７８
号、第３，８８８，３２５号、第４，０４２，０５６号
および第４，０９９，５８９号に表されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、提案されて
いるこれらの装置は、どれもこれらが複雑な回路構成を
使用していることおよび充分な方法で様々なモード間の
要求されたパワーのスイッチングを達成することができ
ないという理由により歓迎されていない。本発明は、上
述した従来の技術の欠点を考慮してなされたもので、バ
ッテリおよびまたは交流発電機からの電流が自動車の性
能を最大限に活用するために有効にスイッチされる自動
車等のハイブリッド駆動装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】また、本発明は、自動車の運動エネルギー
の一部が電気エネルギーに変換され、バッテリに蓄えら
れるダイナミックブレーキングを備えた駆動装置を有す
る自動車を提供することを目的とする。さらに、本発明
は、モータを駆動する電流がバッテリから充分に供給さ
れ、自動車が惰性で進んでいる間にバッテリが再充電さ
れる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
自動車に動力を供給するモータと、該モータに電流を供
給する蓄電手段を備えた動力源と、前記モータに前記電
流を選択的に供給する切換手段と、前記切換手段に接続
され、前記自動車を駆動する作用モードと前記自動車に
ダイナミックブレーキングを供給するブレーキイングモ
ードとにより前記モータを作動する制御手段とを具備す
ることを特徴としている。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記切換手段は、充電電流を生成して前記
蓄電手段に供給する前記ブレーキイングモードの間、回
生制御により前記モータを作動するように構成されてい
ることを特徴としている。請求項３記載の発明は、請求
項２記載の発明において、前記蓄電手段は、前記作用モ
ードにおいては前記モータに供給されるバッテリ電圧を
有し、前記モータは、前記充電電流による前記バッテリ
電圧よりも低いモータ起電力を生成することを特徴とし
ている。
【０００８】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記制御手段は、要求された速度にセット
するための速度要求手段を備えた第１の制御手段と、前
記自動車の実際の速度と前記要求された速度とを比較す
る比較手段とを備え、前記第１の制御手段は、前記要求
された速度と前記自動車の実際の速度との間の差に応じ
た第１の制御信号を生成することを特徴としている。
【０００９】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記制御手段は、前記ブレーキイングモー
ドの間、第２の制御信号を生成する第２の制御手段を備
え、前記第２の制御信号は、前記回生制御で前記モータ
を周期的に作動させることを特徴としている。
【００１０】請求項６記載の発明は、フィールドコイル
を備え、自動車に動力を供給するモータと、該モータに
電流を供給する蓄電手段を備えた動力源と、前記フィー
ルドコイルに１方向へだけ電流を供給する電流制御手段
を備え、前記モータに前記電流を選択的に供給する半導
体切換手段と、前記切換手段に接続され、前記自動車を
駆動する作用モードと前記自動車にダイナミックブレー
キングを供給するブレーキイングモードとにより前記モ
ータを作動する制御手段とを具備することを特徴として
いる。
【００１１】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記制御手段は、前記モータを作動するた
めの命令に応じた第１の制御信号と、前記自動車をブレ
ーキングするための要求に応じた第２の制御信号とを生
成することを特徴としている。請求項８記載の発明は、
請求項７記載の発明において、前記半導体切換手段は、
前記第１の制御信号によって作用させられる第１の電気
的切換手段と、前記第２の制御信号によって作用させら
れる第２の電気的切換手段とを備えたことを特徴として
いる。
【００１２】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、前記モータは、直流フィールドコイルと直
流アーマチュアコイルとを備えた直流モータであり、前
記電気的切換手段は、１方向ダイオードを備えたことを
特徴としている。請求項１０記載の発明は、請求項９記
載の発明において、前記第１の制御信号は、自動車の実
際の速度と要求された速度との差に比例したパルス幅を
有した第１のパルス信号であることを特徴としている。
【００１３】請求項１１記載の発明は、請求項９記載の
発明において、前記第２の制御信号は、ある一定のパル
ス幅を有した第２のパルス信号であることを特徴として
いる。請求項１２記載の発明は、請求項９記載の発明に
おいて、前記電気的切換手段は、前記動力源から前記モ
ータへ電流が流れている第１の作用モードと、前記直流
フィールドコイルと前記直流アーマチュアコイルを電流
が再巡回する第２の作用モードとにおいて動作するため
に前記第１の電気的切換手段と協同して動作する複数の
ダイオードを備えたことを特徴としている。
【００１４】請求項１３記載の発明は、請求項９記載の
発明において、前記電気的切換手段は、前記モータが前
記モータ起電力を生成する第１の回生モードと、前記モ
ータから出力された電流が前記動力源へ流れる第２の回
生モードとにおいて前記モータを動作させるために前記
第２の電気的切換手段と協同して動作する複数のダイオ
ードを備えたことを特徴としている。請求項１４記載の
発明は、請求項７記載の発明において、前記動力源は、
前記蓄電手段に並列に接続された発電手段を備えたこと
を特徴としている。
【００１５】請求項１５記載の発明は、請求項１４記載
の発明において、前記発電手段は、ある一定の直流電流
を生成するために構成され、配置されたことを特徴とし
ている。請求項１６記載の発明は、請求項１５記載の発
明において、前記発電手段は、内燃機関を備えたことを
特徴としている。
【００１６】請求項１７記載の発明は、請求項７記載の
発明において、前記第１の作用モードにおいて前記モー
タを流れる電流をモニタし、前記モニタ電流がある制限
を越えた場合には前記第１の制御信号をインヒビットす
るモニタ手段を設けたことを特徴としている。請求項１
８記載の発明は、請求項７記載の発明において、ある要
求速度信号を生成する加速手段と、あるブレーキ要求信
号を生成するブレーキ手段とを設け、該ブレーキ手段
は、前記ブレーキ手段が作動させられたときに前記要求
速度信号をインヒビットするように配置されたことを特
徴としている。
【００１７】請求項１９記載の発明は、請求項７記載の
発明において、前記制御手段は、前記加速手段と前記ブ
レーキ手段とを結合したマイクロプロセッサからなるこ
とを特徴としている。請求項２０記載の発明は、請求項
１９記載の発明において、前記要求速度信号および前記
ブレーキ要求信号はアナログ信号であり、前記制御手段
は、前記マイクロプロセッサにアナログ信号を供給する
アナログ・ディジタル変換手段を備えたことを特徴とし
ている。
【００１８】
【作用】請求項１記載の発明によれば、制御手段は、自
動車を駆動する作用モードと自動車にダイナミックブレ
ーキングを供給するブレーキイングモードとによりモー
タを作動する。請求項２記載の発明によれば、請求項１
記載の発明において、切換手段は、ブレーキイングモー
ドの間は、回生制御によりモータを作動する。
【００１９】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明において、蓄電手段は、作用モードにおいては
モータに供給されるバッテリ電圧を有し、モータは、充
電電流によるバッテリ電圧よりも低いモータ起電力を生
成する。請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の
発明において、第１の制御手段の速度要求手段は、要求
された速度にセットする。また、比較手段は、自動車の
実際の速度と要求された速度とを比較する。これによ
り、第１の制御手段は、要求された速度と自動車の実際
の速度との間の差に応じた第１の制御信号を生成する。
【００２０】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の発明において、第２の制御手段は、ブレーキイング
モードの間、第２の制御信号を生成する。そして、この
第２の制御信号によってモータが回生制御で周期的に作
動する。請求項６記載の発明によれば、制御手段は、自
動車を駆動する作用モードと自動車にダイナミックブレ
ーキングを供給するブレーキイングモードとによりモー
タを作動する。
【００２１】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の発明において、制御手段は、モータを作動するため
の命令に応じた第１の制御信号と、自動車をブレーキン
グするための要求に応じた第２の制御信号とを生成す
る。請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の発明
において、第１の電気的切換手段は、第１の制御信号に
よって作用させられる。また、第２の電気的切換手段
は、前記第２の制御信号によって作用させられる。
【００２２】請求項９記載の発明によれば、請求項８記
載の発明において、モータは、直流で作動する。また、
電気的切換手段は、１方向ダイオードと逆の方向へは電
流を流さない。請求項１０記載の発明によれば、請求項
９記載の発明において、第１の制御信号は、自動車の実
際の速度と要求された速度との差に比例したパルス幅を
有した第１のパルス信号である。
【００２３】請求項１１記載の発明によれば、請求項９
記載の発明において、第２の制御信号は、ある一定のパ
ルス幅を有した第２のパルス信号である。請求項１２記
載の発明によれば、請求項９記載の発明において、複数
のダイオードは、動力源からモータへ電流が流れている
第１の作用モードと、直流フィールドコイルと直流アー
マチュアコイルを電流が再巡回する第２の作用モードと
において動作させるために第１の電気的切換手段と協同
して動作する。
【００２４】請求項１３記載の発明によれば、請求項９
記載の発明において、複数のダイオードは、モータがモ
ータ起電力を生成する第１の回生モードと、モータから
出力された電流が動力源へ流れる第２の回生モードとに
おいてモータを動作させるために第２の電気的切換手段
と協同して動作する。請求項１４記載の発明によれば、
請求項７記載の発明において、動力源は、蓄電手段に並
列に接続された発電手段を備えている。
【００２５】請求項１５記載の発明によれば、請求項１
４記載の発明において、発電手段は、ある一定の直流電
流を生成する。請求項１６記載の発明によれば、請求項
１５記載の発明において、発電手段は、内燃機関を備え
ている。請求項１７記載の発明によれば、請求項７記載
の発明において、モニタ手段は、第１の作用モードにお
いてモータを流れる電流をモニタし、モニタ電流がある
制限を越えた場合には第１の制御信号をインヒビットす
る。
【００２６】請求項１８記載の発明によれば、請求項７
記載の発明において、加速手段は、ある要求速度信号を
生成する。また、ブレーキ手段は、あるブレーキ要求信
号を生成すると共に、作動させられたときに前記要求速
度信号をインヒビットする。請求項１９記載の発明によ
れば、請求項７記載の発明において、制御手段は、加速
手段とブレーキ手段からなるマイクロプロセッサであ
る。請求項２０記載の発明によれば、請求項１９記載の
発明において、アナログ・ディジタル変換手段は、マイ
クロプロセッサにアナログ信号を供給する。
【００２７】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。図１はエンジンコンパートメント１２
を備えた自動車１０を示す図である。このコンパートメ
ント１２の中には、自動車１０のホイール１６に連結さ
れたモータ１４が設けられている。モータ１４のパワー
は、バッテリ１８と以下に詳述する発電機２０から供給
される。
【００２８】図２および図３にさらに詳細に示すよう
に、自動車１０の駆動装置２３は、要求される速度を示
す信号あるいはブレーキ信号を生成してマイクロコンピ
ュータ２８にライン２６を介して供給するブレーキスイ
ッチペダルマニュアル制御ユニット２４を有している。
マイクロコンピュータ２８は、Ａ／Ｄ変換器３０、メモ
リバンク３４が接続されたＣＰＵ（中央処理装置）ある
いはマイクロプロセッサ３２およびペリフェラルインタ
ーフェース３６を有している。
【００２９】また、駆動装置２３は、タイミング・作用
信号インターフェース３８、パワー・回生制御回路４０
およびパワー・回生回路４２を有している。マイクロコ
ンピュータ２８は、以下に説明するタイミング・作用信
号インターフェース３８およびパワー・回生制御回路４
０によって処理される２つの信号（ＡＣＬ／ＤＣＬ信号
および作用信号）を生成する。
【００３０】パワー・回生制御回路４０およびパワー・
回生回路４２は、モータ１４にパワーを供給することお
よびバッテリ１８を再充電することを協同して行なう。
モータ１４は、好ましくは、自動車１０のサイズに適合
するように選択されたパワー定格を有するＤＣモータと
する。例えば、典型的な旅客自動車に対して、モータ１
４は、１０ＨＰ，１１０ＶＤＣシリーズのモータが好ま
しい。
【００３１】上述したように、モータ１４は、駆動シャ
フト４４を介してよく知られた方法で自動車１０のホイ
ール１６に連結されている。加えて、エンコーダ４６
は、駆動シャフト４４の回転速度を検出するために用い
られる。このエンコーダ４６は、フィードバック信号を
生成してライン４８を介して出力する。ＲＰＭディスプ
レイ５０は、この回転速度を表示するために用いられ
る。実際速度インターフェース５２は、ディジタル信号
を生成して（８ラインの）バス５４を介してマイクロコ
ンピュータ２８へ供給する。ＡＣＬ／ＤＣＬ信号および
作用信号は、ライン２６上の要求速度信号およびバス５
４上の実際速度信号に応じて生成され、これらに従属し
ている。
【００３２】図４に示すように、ブレーキスイッチペダ
ルマニュアル制御ユニット２４は、スプリング６２によ
ってバイアスされた標準的なブレーキペダル６０と、ス
プリング６６によってバイアスされた標準的なアクセル
ペダル６４とを有している。また、ブレーキペダル６０
は、スイッチ６８に連結されている。さらに、ブレーキ
ペダル６０は、わかりやすくするために省略されている
標準的な水圧装置に連結されている。アクセルペダル６
４は、ポテンショメータ７０に接続されている。
【００３３】加えて、ブレーキスイッチペダルマニュア
ル制御ユニット２４は、手動の２接点の選択スイッチ７
２を有している。選択スイッチ７２は、（ＰＥＤＡＬと
書かれた）１番目のポジションの場合、ポテンショメー
タ７０にライン２６を接続する。選択スイッチ７２は、
（手動であることを示すＭＡＮＵと書かれた）２番目の
ポジションの場合、２番目のポテンショメータ７４にラ
イン２６を接続する。この選択スイッチ７２は、ポテン
ショメータ７４によって手動で、あるいは、標準的に足
によって操作されるアクセルペダル６４によって自動車
を制御するために用いられる。
【００３４】ブレーキスイッチペダルマニュアル制御ユ
ニット２４は、以下に示す方法で作用する。図４に示す
ように、ブレーキペダル６０が非動作状態である場合、
ライン２６は、スイッチ６８によって選択スイッチ７２
に接続される。選択スイッチ７２の１番目のポジション
の場合（図４参照）、アナログ電圧は、ポテンショメー
タ７０によってライン２６に印加される。アクセルペダ
ル６４が非動作状態である場合（図４参照）、ポテンシ
ョメータ７０は、グランドレベルからある電圧を印加す
るためにセットされる。アクセルペダル６４が踏まれた
時、ポテンショメータ７０のアームはライン２６上の電
圧を増加するために上方へ移動する。従って、ライン２
６上の信号は、操作者によって要求された速度を示す。
【００３５】同様に、選択スイッチ７２が他のポジショ
ンにある場合には、要求する速度を示す電圧は、手動で
作動するポテンショメータ７４によってライン２６に印
加される。言換えれば、このブレーキスイッチペダルマ
ニュアル制御ユニット２４は、アクセルペダル６４を介
して従来の方法で、あるいは、手動で操作されるポテン
ショメータ７４を介して、自動車１０が操作されるよう
にするものである。
【００３６】ブレーキペダル６０が踏まれた時、電気ブ
レーキが自動車１０を完全に停止させるには充分ではな
い場合に備えて水圧ブレーキ装置（図示略）が自動車１
０を減速させるために作動させられる。ブレーキペダル
６０が踏まれると同時に、スイッチ６８は、ライン２６
をスイッチ７２から離して、接地板７６を介して接地す
る。従って、ライン２６上の接地電圧は、モータ１４に
電流が何も供給されていないことを示している。
【００３７】ライン２６上の信号は、Ａ／Ｄ変換器３０
に供給される。図５に詳細に示すように、このＡ／Ｄ変
換器３０は、８チャンネルで１０ビット、約１００μｓ
ｅｃの変換時間を有するＣＭＯＳの素子、例えば、７０
０４であることが好ましい。ライン２６上の信号は、タ
ーミナルストリップ７８に供給される。ターミナルスト
リップ７８は、順次、チャンネル０を介してＡ／Ｄ変換
器３０に信号を供給する。そして、Ａ／Ｄ変換器３０
は、ライン２６からのアナログ信号を８ビットディジタ
ルワードに変換し、マイクロプロセッサ３２にパラレル
のデータバス８２を介して供給する。さらに、Ａ／Ｄ変
換器３０は、タイミング・制御信号を供給するために用
いられる一連の制御ライン８４Ａを介してマイクロコン
ピュータ２８に接続されている。
【００３８】装置の動作は、図６および図７に詳細に示
すマイクロプロセッサ３２によって制御される。マイク
ロプロセッサ３２は、日立社製の６４１８０などのシン
グルチップデバイスが好ましい。マイクロプロセッサ３
２は、１２．２８８ＭＨｚの発振周波数を有する外部の
水晶発振子８６を用いて約６，１４４ＭＨｚで動作す
る。マイクロプロセッサ３２は、今の場合、マイクロプ
ロセッサ３２にプログラムを供給するために用いられる
ライン８８に接続された１つのシリアルポートを有して
いる。回路９０は、６ＶのパワーをＲＳ２３２バスに供
給するために設けられている。
【００３９】この装置に電源が投入されると、リセット
信号は、ペリフェラルインターフェース３６と同様、マ
イクロプロセッサ３２をリセットするために供給され
る。また、リセット信号は、スイッチＳＷ−１により手
動で発生される。ライン９２は、リセット信号をペリフ
ェラルインターフェース３６へ転送するために用いられ
る。回路素子９４および９６は、アドレスをデコードす
るために設けられている。回路９８は、アドレスおよび
データがアドレスバス１０２およびデータバス８２上に
保持されている間にライン１００を転送される待機信号
を生成するために設けられている。
【００４０】加えて、マイクロプロセッサ３２は、アド
レスバス１０２と同様データバス８２にも接続されてい
る。図８に示すように、データバス８２およびアドレス
バス１０２は、制御ライン８４Ｂおよび８４Ｃと同様、
マイクロプロセッサ３２と、メモリバンク３４を備えた
Ａ／Ｄ変換器３０に接続されている。このメモリバンク
３４は、８ＫのＲＯＭ１０４、３２ＫのＲＡＭ１０６並
びに２つの８ＫのＥＰＲＯＭ１０８および１１０を備え
ている。ＲＯＭ１０４は、予め選択されたプログラム言
語、例えば、ＢＡＳＩＣが記憶されている。マイクロプ
ロセッサ３２の実際のプログラムは、上述したシリアル
ポートを介してＥＰＲＯＭ１０８に予めロードされる。
ＲＡＭ１０６は、実際の動作中にマイクロプロセッサ３
２によって用いられる。マイクロプロセッサ３２を動作
させるために用いられるＢＡＳＩＣプログラムのリスト
は、この文書に添付されている。
【００４１】また、マイクロプロセッサ３２は、データ
バス８２および制御ライン８４Ｄによってペリフェラル
インターフェース３６に接続されている。このペリフェ
ラルインターフェース３６、例えば、８２５５ＡのＩＣ
チップには、１つのパラレル入力ポートＡ並びに２つの
パラレル出力ポートＢおよびＣが設けられている。この
ペリフェラルインターフェース３６は、以下に示す他の
外部回路に接続されたターミナルストリップ１１２に多
くのパラレルのラインによって接続されている。ライン
１１４は入力ポートＡに対するパラレルのラインを意味
し、ライン１１６は出力ポートＢに対するパラレルのラ
インを意味し、ライン１１８は出力ポートＣに対するパ
ラレルのラインを意味する。
【００４２】マイクロプロセッサ３２は、図１０の慨略
図に示すように、ＰＩ（比例積分）制御装置として用い
られている。この図において、モータ１４の要求される
速度と実際の速度とは、加算器１２０において比較さ
れ、その差（あるいはエラー信号）は、乗算器１２１と
積分器１２４に同時に供給される。乗算器１２１は、入
力信号と比例定数Ｋｐとを乗算し、加算器１２６にその
乗算結果を供給する。乗算器１２２、加算器１２８およ
び遅延時間Ｚ-1の遅延回路１３０からなる積分器１２４
は、入力信号を積分し、積分定数Ｋｉと乗算する。積分
器１２４の出力信号は、加算器１２６に供給される。加
算器１２６において得られた加算結果は、モータ１４を
制御するために用いられる作用信号である。積分するた
めに、エラー信号の定常状態の最終値がゼロにされる。
モータ１４の実際の速度は、モニタされ、上述した加算
器１２０に負帰還される。比例定数Ｋｐおよび積分定数
Ｋｉは、モータ１４および自動車１０の物理特性に依存
し、経験に基づいて決定される。例えば、比例定数Ｋｐ
は０．５〜０．７の範囲であり、積分定数Ｋｉは０．０
５〜０．０７の範囲である。
【００４３】上述し、図１０に示した制御の概略は、以
下に示すように、実行される。マイクロプロセッサ３２
によって生成された作用信号は、ペリフェラルインター
フェース３６のパラレルの出力ポートＢからマルチビッ
ト信号としてターミナルストリップ１１２およびバス５
５を介してタイミング・作用信号インターフェース３８
に供給される。このタイミング・作用信号インターフェ
ース３８の詳細を図１１に示す。タイミング・作用信号
インターフェース３８は、タイマ１３２と周波数分周器
１３４および１３６を備えている。タイマ１３２は、予
め選択された周波数５．１２ｋＨｚのパルスを生成す
る。周波数分周器１３４および１３６は、この周波数を
１／２５６に分周し、その分周パルスは、ワンショット
マルチバイブレータ１３８をトリガするために用いられ
る。
【００４４】ワンショットマルチバイブレータ１３８
は、パルス幅約１μｓｅｃ，周期約５０ｍｓｅｃのパル
スである信号Ｅ1を生成し、ライン１３９に出力する。
信号Ｅ1は、以下に示すタイミング信号として用いられ
る。また、周期１００ｍｓｅｃのデューティ比５０％の
信号Ｅ2を生成するカウンタ１４０は、ワンショットマ
ルチバイブレータ１３８の出力端に接続されている。
【００４５】また、タイミング・作用信号インターフェ
ース３８は、タイマ１３２の出力信号をクロック信号と
して用いる７４Ｃ１９３のＩＣチップ１４２および１４
３からなるカウンタ１３７を有している。カウンタ１３
７は、ペリフェラルインターフェース３６の出力ポート
Ｂからその入力信号が供給されるために、ターミナルス
トリップ１１２に接続された８つのパラレル入力ライン
からなるバス５５を有している。
【００４６】信号Ｅ1*（信号Ｅ1の反転されたもの）
は、カウンタ１３７にペリフェラルインターフェース３
６の出力ポートＢから供給される作用信号をロードする
ために用いられる。こうして、カウンタ１３７は、その
カウント値がゼロになるまでカウントダウンする。そし
て、そのカウント値がゼロになった時点でカウンタ１３
７は、マルチバイブレータ１４８をトリガする信号を出
力する。マルチバイブレータ１４８の出力信号は、フリ
ップフロップ１５０のリセット端子に接続されている。
フリップフロップ１５０のセット端子には、信号Ｅ1*が
入力される。これにより、フリップフロップ１５０は、
そのデューティサイクルがマイクロプロセッサ３２から
出力される作用信号に比例した信号Ｅ1と同じ周期でか
つ同期した信号ＴONを生成する。
【００４７】また、信号Ｅ1*は、割込信号ＩＮＴとして
用いられるためにターミナルストリップ１１２（図６お
よび図９参照）を経てマイクロプロセッサ３２に供給さ
れる。この信号Ｅ1*が”Ｌ”レベルになる毎に、マイク
ロプロセッサ３２は、その入力信号をサンプルし、上述
した出力信号を生成するために計算を開始する。また、
マイクロプロセッサ３２は、図９にＡＣＬ／ＤＣＬと示
されたバイナリ信号を生成し、ライン１５４に出力す
る。要するに、信号ＡＣＬ／ＤＣＬは、装置の２つのモ
ード、即ち、自動車１０が加速中あるいは惰性で進んで
いる（即ち、ＡＣＬ／ＤＣＬが”Ｈ”レベル）のいわゆ
る作用モードと、自動車１０が減速中あるいは惰性で進
んでいる（即ち、ＡＣＬ／ＤＣＬが”Ｌ”レベル）のブ
レーキングモードとを示している。
【００４８】図１２に示すように、信号ＴONおよび信号
ＡＣＬ／ＤＣＬは、ナンドゲート１５６に供給されてい
る。また、このナントゲート１５６の入力端は、ＳＣＲ
１５８を備えた保護回路に接続されている。通常、ＳＣ
Ｒ１５８はオフであり、その出力端は”Ｈ”レベルであ
る。ナンドゲート１５６の出力信号は、信号ＴCNTを生
成してライン１６２を介して出力するために、インバー
タ１６０に供給される。信号ＴCNTは、以下に示すよう
に、モータ１４のパワーをオンする。もし、モータ電流
が２７５Ａを超えると、ＳＣＲ１５８はターンオンして
信号ＴCNTをインヒビットする。
【００４９】また、図１２に示す回路は、好ましくは周
期約５ｍｓｅｃで１周期当り約４．２５ｍｓｅｃオンす
るタイミング信号を生成してライン１６６に出力するタ
イマ１６４を有している。ライン１６６上のタイミング
信号は、ナンドゲート１６８に供給される。ナンドゲー
ト１６８の他の入力端は、図１２に示すように、信号Ａ
ＣＬ／ＤＣＬが入力されるインバータ１７０に接続され
ている。ナンドゲート１６８の出力信号は、光アイソレ
ータ１７２の入力端を駆動するために用いられる。光ア
イソレータ１７２の出力信号は、インバータ１７６を介
してライン１７４へ出力される信号ＴREGを生成するた
めに用いられる。光アイソレータ１７２の入出力ステー
ジ間のアイソレーションを確実にするために、出力ステ
ージは、直列に接続された４つのＡＡバッテリからなる
直流６Ｖの分離電源から電源が供給されている。
【００５０】主要な駆動装置が作用モードであり、実際
のモータ速度がアクセルペダル６４によって要求された
速度よりも低い場合には、信号ＴCNTは、５０ｍｓｅｃ
の周期を有し、作用信号に比例したデューティサイクル
を有している連続したパルスからなることは、図１２の
回路の上記記載から明らかである。要求された速度に到
達したとき、即ち、作用信号がゼロであるとき、あるい
は、ブレーキングモードの場合には、ライン１６２
は、”Ｌ”レベルである。一方、ライン１７４上の信号
ＴREGは、駆動装置がブレーキモードであるとき、タイ
マ１６４によって生成された連続したパルスと一致した
連続したパルスから構成されている。他の場合には、こ
の信号ＴREGは、”Ｌ”レベルである。各タイミング信
号は、図１３に概略的に示されている。
【００５１】パワー・回生回路４２は、アーマチュアコ
イルＬＡおよびフィールドコイルＬＦを有しているとし
て示されているモータ１４と共に図１４に示されてい
る。モータ１４へのパワーは、再充電可能なバッテリ１
８およびまたは発電機２０によって供給される。バッテ
リ１８は、１０８Ｖで６０ＡＨの定格の経済的に使用可
能なリードアシドタイプのバッテリが好ましい。発電機
２０は、内燃機関２２を含んだ２２００Ｗ／１２０の定
格である。
【００５２】モータ１４の動作は、２つのパワーＦＥＴ
Ｔ1およびＴ2によって制御される。これらのＦＥＴＴ1
およびＴ2は、以下に詳しく説明する信号ＴREGおよびＴ
CNTによってオン／オフされる。ＦＥＴＴ1およびＴ2
は、パワーレックス社製のＪＳ２２５０１０などのＭＯ
ＳＦＥＴが好ましい。上述したように、モータ１４は、
ＤＣモータが好ましい。このタイプのモータは、モータ
内の残留磁束がなければ動作できない。
【００５３】まず、回路に電源が投入されると、アーマ
チュアコイルＬＡおよびフィールドコイルＬＦを貫く初
期の磁束が作用電流によって発生し始める。また、ダイ
オードは、モータ１４のフィールドコイルＬＦを流れる
電流Ｉfを図１４の矢印で示す方向へ常時流すために設
けられている。自動車１０は、２極スイッチ１８６を閉
じることによってスタートする。スイッチ１８６の１つ
めの極はバッテリ１８を用いるために設けられ、２つめ
の極は発電機２０（内燃機関２２を含む）を用いるため
に設けられている。発電機２０はオンされたままであ
り、図１４の回路の動作とは独立して一定の出力の定常
モードで動作する。そして、内燃機関２２は、その定格
出力で効果的に動作するように調整されている。これに
より、内燃機関２２は、最小の燃料で用いられて最小の
汚染物質を産み出す。
【００５４】まず、回路に負荷がかけられていない時に
は、ＦＥＴＴ1およびＴ2はオフである。そのため、発電
機２０は整流器１８８およびダイオードＤ６を介してバ
ッテリ１８を充電している。発電機２０から供給される
電流が電流計１８０によってモニタされ、バッテリ１８
に印加される電圧が電圧計１９０によってモニタされて
いる。アクセルペダル６４が加速のために踏まれると、
信号ＴCNTは”Ｈ”レベルとなり、ＦＥＴＴ1がオンす
る。また、ＦＥＴＴ2はオフのままである。この状態の
等価回路を図１５に示す。ＦＥＴＴ1がオンした時、電
流はダイオードＤ1，Ｄ5，ＦＥＴＴ1および抵抗Ｒを介
してアーマチュアコイルＬＡおよびフィールドコイルＬ
Ｆに供給される。
【００５５】通常、バッテリ１８は連続的に充電されて
いるので、その内部インピーダンスは低く、電流Ｉa、
即ち、電流Ｉfは、電流Ｉb＋Ｉgに実質上等しい。自動
車１０を作動する要求があれば（即ち、マイクロプロセ
ッサ３２から出力される信号ＡＣＬ／ＤＣＬが”Ｈ”レ
ベルであれば）、信号ＴCNTは、上述したように、作用
信号に比例したデューティサイクルで周期的に出力され
る。作用モードの間、バッテリ１８および発電機２０か
ら出力される平均電流は、正であり、パワーが自動車１
０に動力を供給するためにモータ１４に供給される。
【００５６】信号ＴCNTが”Ｌ”レベルになると、ＦＥ
ＴＴ1はオフし、残留電流がアーマチュアコイルＬＡ、
ダイオードＤ１、フィールドコイルＬＦ、ダイオードＤ
３およびＤ２を巡回して流れる。一方、発電機２０は、
図１６の等価回路に示すように、バッテリ１８を充電す
る。従って、この間にバッテリ１８に流れる電流Ｉb
は、図１３に示すように、負である。発電機２０の出力
は、その電圧ＶＡが作用信号の振幅に追従するように、
例えば、発電コイル１９４上のアーム１９２の位置を変
えることにより変化させることができる。
【００５７】従って、作用信号が増加した結果、電流Ｉ
bの放電の周期が長くなると、発電機２０の出力は増加
し、その結果、充電電流Ｉbが増加する。さらに、電圧
ＶＡは、図１３の電流Ｉbに示すように、横軸より上の
領域Ａが横軸より下の領域Ｂに等しくなるように、変化
させることができる。この条件の下、低スピードで走行
中は、バッテリ１８の総合的な充電レベルは、一定に保
たれる。このため、以下に述べる回生サイクルがなくて
も再充電は必要ない。
【００５８】この装置がブレーキングモードに切換わる
と、信号ＡＣＬ／ＤＣＬは、図１３に示すように、”
Ｌ”レベルとなる。 これにより、ＦＥＴＴ1をオフにす
る信号ＴCNTが”Ｌ”レベルになる。 一方、ＦＥＴＴ2
をオンにする信号ＴREGは”Ｈ”レベルとなる。この場
合の等価回路を図１７に示す。バッテリ１８および発電
機２０は、上述したように、発電機２０がバッテリ１８
を再充電するためにＦＥＴＴ1によりオフになる。一
方、モータ１８が回転していることおよびフィールド内
の残留磁束が存在することにより、反対方向へ指数関数
的に上昇する起電力によって巡回する電流Ｉaが生成さ
れる。
【００５９】このブレーキモードにおいて、モータ１４
は、自動車１０の運動エネルギーのいくらかを電気エネ
ルギーに変換するダイナミックブレーキとして作動す
る。モータ１４が少なくとも４００ＲＰＭで回転するま
では回生が生じないことは知られている。この電流Ｉa
の最終値は、ＦＥＴＴ2がオンのままである時間の長さ
によって決定される。
【００６０】上述し、図１３に示したように、信号Ｔ
REGは、周期的である。信号ＴREGが”Ｌ”レベルになる
と、ＦＥＴＴ2はオフになる。その場合の等価回路を図
１８に示す。この構成において、アーマチュアコイルＬ
ＡおよびフィールドコイルＬＦを流れる電流Ｉaは、直
ちに変化することはできない。さらに、この電流Ｉa
は、ダイオードＤ６によって発電機２０に流れないよう
になっている。これにより、電流Ｉaは、バッテリ１８
の中へ放電される。これは非常に低抵抗のパスであるの
で、電流Ｉaは非常に早く放電され、スパイクとして表
れる。
【００６１】アーマチュアコイルＬＡを流れる電流Ｉa
は、発電機２０からバッテリ１８へ流れる充電電流Ｉb
に重畳され、その結果、電流Ｉbの波形は、図１３に示
すようになる。こうして、モータ１４によって発生した
電気エネルギーは、バッテリ１８に蓄えられる。ＦＥＴ
Ｔ2がオンすると、上述したサイクル全体が繰返され
る。上述したように、ブレーキングモードにおいては、
ＦＥＴＴ2は周期の１５％オフされている。モータ１４
によって産み出された起電力は、典型的には、バッテリ
１８の電圧の約半分であり、回生パワーの約３０％は、
バッテリ１８に負帰還される。
【００６２】図１３に示すように、作用モードにおいて
は、電流Ｉaは位相および振幅において電流Ｉfに等し
い。ブレーキングモードにおいては、電流Ｉfはまだ電
流Ｉaと同じ振幅であるが、電流Ｉaは作用モードとは反
対の方向へ流れる。図１３に示すように、回生は、モー
タ１４の起電力がバッテリ１８の電圧より低い場合でさ
え、生じる。
【００６３】図１４および１５を参照すると、作用モー
ドにおいては、ＦＥＴＴ1がオンすると、ＦＥＴＴ1を流
れる電流Ｉaは、約０．００４Ωの値を有する電流モニ
タ抵抗Ｒ1にも流れる。従って、端子Ｓの電圧は、ＦＥ
ＴＴ1およびアーマチュアコイルＬＡに流れる電流Ｉaに
比例する。抵抗Ｒ1の値を選ぶことにより、この電流Ｉa
が約２７５Ａに等しい時、端子Ｓの電圧は約１．１Ｖで
ある。図１２に示すように、端子Ｓは、ＳＣＲ１５８の
ゲートを制御するために用いられる。
【００６４】この電圧が１．１Ｖに到達すると、ＳＣＲ
１５８は、ナンドゲート１５６および１６０を通過する
信号ＴCNTを”Ｌ”レベルに変化させるためにターンオ
ンする。これにより、信号ＴCNTはＦＥＴＴ1をオフす
る。そして、抵抗Ｒ1およびＳＣＲ１５８は、装置の電
流保護を協同して行なう。また、端子Ｓの電圧は、図１
４に示すように、抵抗Ｒ2およびコンデンサＣからなる
ローパスフィルタによってフィルタされる。作用モード
中のモータ１４の平均電流は、コンデンサＣに並列に接
続された電流計１９２によってモニタされる。ブレーキ
モードの間、モータ１４電流は、ＦＥＴＴ2に直列に接
続された電流計１９４によってモニタされる。
【００６５】図１４に示すＦＥＴＴ1およびＦＥＴＴ2に
内蔵されたダイオードＤ７およびＤ８は、これらのＦＥ
Ｔを保護するために設けられている。図３に示すよう
に、モータ１４の回転は、エンコーダ４６によってモニ
タされる。エンコーダ４６は、モータ１４の各回転に応
じて予め選択された数のパルスを生成する。図１９に示
すように、エンコーダ４６の出力信号は、ライン４８を
介して３ステージのカウンタ２１６に供給される。この
カウンタ２１６は、エンコーダ４６から出力されるパル
スの数をカウントし評価すると共に、そのカウント値を
パラレルイン／パラレルアウトのレジスタ２１８に供給
する。
【００６６】図１９に示すように、レジスタ２１８の出
力は、パラレルラインのバス５４を介し、ターミナルス
トリップ１１２を経てペリフェラルインターフェース３
６の入力ポートＡに供給される。２つのインバータ２０
２，２０４によってバッファされた信号Ｅ1と遅延素子
２０６とは、カウンタ２１６をリセットするために用い
られる。
【００６７】ナンドゲート２０８および２１２は、それ
ぞれ信号ＲおよびＬを生成するために用いられる。これ
らの信号ＲおよびＬは、図２０に示すように、ディジタ
ルのディスプレイ２１４を作動させるために用いられ
る。また、ディスプレイ２１４は、モータ１４の回転速
度を表示するためにエンコーダ４６の出力端と接続され
ている。尚、追加された請求項に規定された範囲を逸脱
しないで、この発明の多数の変形がなされることはいう
までもない。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
バッテリおよびまたは交流発電機からの電流が自動車の
性能を最大限に活用するために有効に切換えられるとい
う効果がある。また、自動車の運動エネルギーの一部が
電気エネルギーに変換され、バッテリに蓄えられるダイ
ナミックブレーキングを備えているので、経済性に優れ
ている。さらに、モータを駆動する電流がバッテリから
充分に供給され、自動車が惰性で進んでいる間にバッテ
リが再充電されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による自動車等のハイブリッ
ド駆動装置を備えた自動車を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による自動車等のハイブリッ
ド駆動装置の一部のブロック図である。
【図３】本発明の一実施例による自動車等のハイブリッ
ド駆動装置の一部のブロック図である。
【図４】図２のブレーキスイッチペダルマニュアル制御
ユニット２４を示す慨略図である。
【図５】図２のＡ／Ｄ変換器３０を示す回路図である。
【図６】主要な駆動装置に用いられるマイクロプロセッ
サ３２を示す回路図である。
【図７】主要な駆動装置に用いられるアドレスデコーダ
および回路９８を示す回路図である。
【図８】図６のマイクロプロセッサ３２に接続されるメ
モリバンク３４を示す回路図である。
【図９】図５のマイクロプロセッサ３２に接続されるペ
リフェラルインターフェース３６を示す回路図である。
【図１０】主要な駆動装置を制御するために用いられる
制御ループを示す図である。
【図１１】図３のタイミング・作用信号インターフェー
ス３８の詳細を示す回路図である。
【図１２】図３のパワー・回生制御回路４０の詳細を示
す回路図である。
【図１３】装置から出力される各種の信号の一例を示す
図である。
【図１４】図３のパワー・回生回路４２を示す回路図で
ある。
【図１５】作用モードであってモータ１４にパワーが印
加された場合の図１４の等価回路図である。
【図１６】作用モードであってバッテリ１８が再充電さ
れた場合の図１４の等価回路図である。
【図１７】ブレーキングモードの場合の図１４の第１の
等価回路図である。
【図１８】ブレーキングモードの場合の図１４の第２の
等価回路図である。
【図１９】図３の実際速度インターフェース３８の詳細
を示す回路図である。
【図２０】モータの回転数を示すために用いられるディ
ジタルディスプレイ２１４の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
１０ 自動車 １４ モータ １８ バッテリ ２０ 発電機 ２２ 内燃機関 ２３ 駆動装置 ２４ ブレーキスイッチペダルマニュアル制御ユニッ
ト ２８ マイクロコンピュータ ３２ マイクロプロセッサ ３４ メモリバンク ３８ タイミング・作用信号インターフェース ４０ パワー・回生制御回路 ４２ パワー・回生回路 ４６ エンコーダ ５２ 実際速度インターフェース

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 自動車に動力を供給するモータと、 該モータに電流を供給する蓄電手段を備えた動力源と、 前記モータに前記電流を選択的に供給する切換手段と、 前記切換手段に接続され、前記自動車を駆動する作用モ
    ードと前記自動車にダイナミックブレーキングを供給す
    るブレーキイングモードとにより前記モータを作動する
    制御手段とを具備することを特徴とする自動車等のハイ
    ブリッド駆動装置。
  2. 【請求項２】 前記切換手段は、 充電電流を生成して前記蓄電手段に供給する前記ブレー
    キイングモードの間、回生制御により前記モータを作動
    するように構成されていることを特徴とする請求項１記
    載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  3. 【請求項３】 前記蓄電手段は、前記作用モードにおい
    ては前記モータに供給されるバッテリ電圧を有し、 前記モータは、前記充電電流による前記バッテリ電圧よ
    りも低いモータ起電力を生成することを特徴とする請求
    項２記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は、 要求された速度にセットするための速度要求手段を備え
    た第１の制御手段と、 前記自動車の実際の速度と前記要求された速度とを比較
    する比較手段とを備え、前記第１の制御手段は、前記要
    求された速度と前記自動車の実際の速度との間の差に応
    じた第１の制御信号を生成することを特徴とする請求項
    １記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  5. 【請求項５】 前記制御手段は、 前記ブレーキイングモードの間、第２の制御信号を生成
    する第２の制御手段を備え、前記第２の制御信号は、前
    記回生制御で前記モータを周期的に作動させることを特
    徴とする請求項４記載の自動車等のハイブリッド駆動装
    置。
  6. 【請求項６】 フィールドコイルを備え、自動車に動力
    を供給するモータと、 該モータに電流を供給する蓄電手段を備えた動力源と、 前記フィールドコイルに１方向へだけ電流を供給する電
    流制御手段を備え、前記モータに前記電流を選択的に供
    給する半導体切換手段と、 前記切換手段に接続され、前記自動車を駆動する作用モ
    ードと前記自動車にダイナミックブレーキングを供給す
    るブレーキイングモードとにより前記モータを作動する
    制御手段とを具備することを特徴とする自動車等のハイ
    ブリッド駆動装置。
  7. 【請求項７】 前記制御手段は、 前記モータを作動するための命令に応じた第１の制御信
    号と、前記自動車をブレーキングするための要求に応じ
    た第２の制御信号とを生成することを特徴とする請求項
    ６記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  8. 【請求項８】 前記半導体切換手段は、 前記第１の制御信号によって作用させられる第１の電気
    的切換手段と、前記第２の制御信号によって作用させら
    れる第２の電気的切換手段とを備えたことを特徴とする
    請求項７記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  9. 【請求項９】 前記モータは、直流フィールドコイルと
    直流アーマチュアコイルとを備えた直流モータであり、 前記電気的切換手段は、１方向ダイオードを備えたこと
    を特徴とする請求項８記載の自動車等のハイブリッド駆
    動装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１の制御信号は、 自動車の実際の速度と要求された速度との差に比例した
    パルス幅を有した第１のパルス信号であることを特徴と
    する請求項９記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  11. 【請求項１１】 前記第２の制御信号は、 ある一定のパルス幅を有した第２のパルス信号であるこ
    とを特徴とする請求項９記載の自動車等のハイブリッド
    駆動装置。
  12. 【請求項１２】 前記電気的切換手段は、 前記動力源から前記モータへ電流が流れている第１の作
    用モードと、前記直流フィールドコイルと前記直流アー
    マチュアコイルを電流が再巡回する第２の作用モードと
    において動作するために前記第１の電気的切換手段と協
    同して動作する複数のダイオードを備えたことを特徴と
    する請求項９記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  13. 【請求項１３】 前記電気的切換手段は、 前記モータが前記モータ起電力を生成する第１の回生モ
    ードと、前記モータから出力された電流が前記動力源へ
    流れる第２の回生モードとにおいて前記モータを動作さ
    せるために前記第２の電気的切換手段と協同して動作す
    る複数のダイオードを備えたことを特徴とする請求項９
    記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  14. 【請求項１４】 前記動力源は、 前記蓄電手段に並列に接続された発電手段を備えたこと
    を特徴とする請求項７記載の自動車等のハイブリッド駆
    動装置。
  15. 【請求項１５】 前記発電手段は、ある一定の直流電流
    を生成するために構成され、配置されたことを特徴とす
    る請求項１４記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  16. 【請求項１６】 前記発電手段は、内燃機関を備えたこ
    とを特徴とする請求項１５記載の自動車等のハイブリッ
    ド駆動装置。
  17. 【請求項１７】 前記第１の作用モードにおいて前記モ
    ータを流れる電流をモニタし、前記モニタ電流がある制
    限を越えた場合には前記第１の制御信号をインヒビット
    するモニタ手段を設けたことを特徴とする請求項７記載
    の自動車等のハイブリッド駆動装置。
  18. 【請求項１８】 ある要求速度信号を生成する加速手段
    と、 あるブレーキ要求信号を生成するブレーキ手段とを設
    け、 該ブレーキ手段は、前記ブレーキ手段が作動させられた
    ときに前記要求速度信号をインヒビットするように配置
    されたことを特徴とする請求項７記載の自動車等のハイ
    ブリッド駆動装置。
  19. 【請求項１９】 前記制御手段は、前記加速手段と前記
    ブレーキ手段とを結合したマイクロプロセッサからなる
    ことを特徴とする請求項７記載の自動車等のハイブリッ
    ド駆動装置。
  20. 【請求項２０】 前記要求速度信号および前記ブレーキ
    要求信号はアナログ信号であり、前記制御手段は、前記
    マイクロプロセッサにアナログ信号を供給するアナログ
    ・ディジタル変換手段を備えたことを特徴とする請求項
    １９記載の自動車等のハイブリッド駆動装置。
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