JPH10285708A - シリーズハイブリッド電気自動車の発電機駆動用機関制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所要の動力性能を維持しながら音振性能を向
上する。 【解決手段】 車速に応じた発電機駆動用機関およびモ
ーターの音振性能特性を予め有しており、この音振性能
特性に基づいて設定された音振要求限界により車速に基
づいて演算された所要発電電力を補正し、所要発電電力
補正値に基づいて発電機駆動用機関の回転数を制御す
る。これにより、音振性能の悪化を最小限に抑制しなが
ら走行条件に応じた動力性能を満たすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリーズハイブリ
ッド電気自動車に搭載される発電機駆動用機関の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンにより発電機を駆動して発電
し、発電電力を走行用モーターとバッテリーに供給する
シリーズハイブリッド電気自動車（Ｓ−ＨＥＶ）の発電
機駆動用機関制御装置が知られている（例えば、特開平
６−２４５３２１号公報参照）。この種の装置では、車
速が頻繁に変化する状況において、車速変化により発電
機駆動用機関の振動、騒音レベルが変化して走行フィー
リングが悪化するのを防止するために、車速が所定時間
以上連続して所定範囲内に入るまで発電電力の目標値を
変更しないようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発電機駆動用機関制御装置では、音振性能を優先して発
電機駆動用機関を制御しているので、例えば急勾配の坂
道を長時間走行する場合など、走行条件によっては車両
としての動力性能を満たせない場合が起きる。

【０００４】本発明の目的は、所要の動力性能を維持し
ながら音振性能を向上したシリーズハイブリッド電気自
動車の発電機駆動用機関制御装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１） 請求項１の発明は、発電機駆動用機関により発
電機を駆動して発電し、発電電力を走行用モーターとバ
ッテリーに供給するシリーズハイブリッド電気自動車の
発電機駆動用機関制御装置に適用される。そして、車速
を検出する車速検出手段と、バッテリーの残容量を検出
する残容量検出手段と、車速に基づいて所要発電電力を
演算する電力演算手段と、車速に応じた発電機駆動用機
関およびモーターの音振性能特性を予め有しており、こ
の音振性能特性に基づいて設定された音振要求限界に応
じて所要発電電力を補正する電力補正手段と、所要発電
電力補正値に基づいて発電機駆動用機関の回転数を制御
する機関制御手段とを備える。車速に応じた発電機駆動
用機関およびモーターの音振性能特性を予め有してお
り、この音振性能特性に基づいて設定された音振要求限
界により車速に基づいて演算された所要発電電力を補正
し、所要発電電力補正値に基づいて発電機駆動用機関の
回転数を制御する。 （２） 請求項２のシリーズハイブリッド電気自動車の
発電機駆動用機関制御装置は、モーターの冷却水温を検
出する冷却水温検出手段を備え、電力補正手段によっ
て、モーター冷却水温に基づいて設定された耐熱要求限
界を予め有し、この耐熱要求限界に応じて所要発電電力
を補正するようにしたものである。モーター冷却水温に
基づいて設定された耐熱要求限界を有し、その耐熱要求
限界に応じて所要発電電力を補正し、所要発電電力補正
値に基づいて発電機駆動用機関の回転数を制御する。 （３） 請求項３のシリーズハイブリッド電気自動車の
発電機駆動用機関制御装置は、バッテリーの充電状態の
変化量を検出する充電状態変化量検出手段と、充電状態
変化量に応じて耐熱要求限界を補正する耐熱要求限界補
正手段とを備える。充電状態変化量に応じて耐熱要求限
界を補正し、その耐熱要求限界に応じて所要発電電力を
補正し、所要発電電力補正値に基づいて発電機駆動用機
関の回転数を制御する。

【０００６】

【発明の効果】

（１） 請求項１の発明によれば、車速に応じた発電機
駆動用機関およびモーターの音振性能特性を予め有して
おり、この音振性能特性に基づいて設定された音振要求
限界により車速に基づいて演算された所要発電電力を補
正し、所要発電電力補正値に基づいて発電機駆動用機関
の回転数を制御するようにしたので、音振性能の悪化を
最小限に抑制しながら走行条件に応じた動力性能を満た
すことができる。 （２） 請求項２の発明によれば、モーター冷却水温に
基づいて設定された耐熱要求限界を予め有し、その耐熱
要求限界に応じて所要発電電力を補正し、所要発電電力
補正値に基づいて発電機駆動用機関の回転数を制御する
ようにしたので、請求項１の効果に加え、車両の耐熱要
求を満たすことができる。 （３） 請求項３の発明によれば、充電状態変化量に応
じて耐熱要求限界を補正し、その耐熱要求限界に応じて
所要発電電力を補正し、所要発電電力補正値に基づいて
発電機駆動用機関の回転数を制御するようにしたので、
耐熱要求に対する制御性能を向上させることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は一実施の形態の発電機駆動
用機関制御装置を搭載するシリーズハイブリッド電気自
動車の構成を示す。発電機駆動用機関１０はガソリンエ
ンジンなどの機関であり、発電機２０を駆動して発電さ
せる。発電機２０の発電電力は必要に応じてモーター３
０とバッテリー４０に供給され、モーター３０を駆動し
たりバッテリー４０を充電するために用いられる。制御
装置５０は、発電機駆動用機関１０、発電機２０、モー
ター３０、バッテリー４０を制御する。モーター３０の
駆動力は駆動系６０を介して車輪７０に伝達される。

【０００８】図２は一実施の形態の構成を示す図であ
る。なお、図１に示す機器と同様な機器に対しては同一
の符号を付して相違点を中心に説明する。発電機駆動用
機関１０の冷却系（以下、第１冷却系と呼ぶ）には水温
センサー１０２が設置され、制御装置５０の機関冷却水
温度変換部５０７に接続される。機関冷却水温度変換部
５０７は水温センサー１０２の出力信号を機関冷却水温
度に変換し、運転状況検出部５０２へ送る。

【０００９】発電機駆動用機関１０にはまた、回転セン
サー１０３とスロットルセンサー１０４が設置され、そ
れぞれ制御装置５０の機関回転数変換部５０１とスロッ
トル開度変換部５０５へ接続される。回転センサー１０
３は、発電機駆動用機関１０の回転速度に応じた周期の
パルス列信号を出力する。機関回転数変換部５０１は、
回転センサー１０３の出力パルス列信号の周期を計測し
て発電機駆動用機関１０の回転速度に変換し、運転状況
検出部５０２へ送る。また、スロットルセンサー１０４
は発電機駆動用機関１０のスロットル開度に応じた信号
を出力する。スロットル開度変換部５０５は、スロット
ルセンサー１０４の出力信号をスロットル開度に変換し
て運転状況検出部５０２へ送る。

【００１０】インバーター８０は、バッテリー４０の直
流電力を交流電力に変換してモーター３０に印加する電
力変換器である。モーター３０およびインバーター８０
の冷却系（以下、第２冷却系）には、水温センサー３０
１が設置される。水温センサー３０１はモーター冷却水
温度変換部５０８へ接続され、モーター冷却水温度変換
部５０８は水温センサー３０１の出力信号をモーター冷
却水温度に変換して運転状況検出部５０２へ送る。

【００１１】モーター３０には回転センサー３０２が設
置され、制御装置５０のモーター回転数検出部５０９へ
接続される。回転センサー３０２は、モーター３０の回
転速度に応じた周期のパルス列信号を出力する。モータ
ー回転数検出部５０９は、回転センサー３０２の出力パ
ルス列信号の周期を計測してモーター３０の回転速度を
検出し、さらにモーター回転速度を車速Ｖｓに変換して
運転状況検出部５０２へ送る。ＰＷＭ制御周波数検出部
５１０は、インバーター８０のＰＷＭ周波数を検出して
運転状況検出部５０２へ送る。

【００１２】運転状況検出部５０２は、発電機駆動用機
関１０の回転速度、スロットル開度および冷却水温度
と、モーター３０の回転速度、車速Ｖｓ、ＰＷＭ周波数
および冷却水温度と、バッテリー４０の残容量とに基づ
いて、発電機２０、モーター３０およびバッテリー４０
の運転状況を検出し、目標性能値判定部５０３へ送る。
バッテリー４０の運転状況には、バッテリー４０の端子
電圧、充放電電流に基づいて検出されたバッテリー４０
の残容量が含まれる。

【００１３】目標性能値判定部５０３は、発電機２０、
モーター３０およびバッテリー４０の運転状況と予め設
定された制御マップとに基づいて、発電機駆動用機関１
０をどのように制御するかを決定する。目標発電量制御
部５０４は、目標性能値に基づいて燃料噴射量制御部１
０により燃料噴射装置１０１を駆動制御するとともに、
目標性能値（目標発電電力）と電力算出装置２０１によ
り算出された実際の発電電力とが一致するように発電機
２０の発電電力を制御する。

【００１４】図３は一実施の形態の動作を示すフローチ
ャートである。ステップＦ００１において、上述した各
種センサーおよび変換部から車速Ｖｓ、モーター回転速
度、バッテリー残容量、ＰＷＭ制御周波数などの運転状
況を読み込む。続くステップＦ００２で、上述した水温
センサーと変換部から機関冷却水（第１冷却系）温度と
モーター冷却水（第２冷却系）温度を読み込む。ステッ
プＦ００３で機関冷却水温度とモーター冷却水温度がそ
れぞれ上限温度ＴｍとＴｅを超えていないかどうかを判
定し、いずれか一方が上限温度を超えていたら制御を終
了する。

【００１５】機関冷却水温度とモーター冷却水温度がそ
れぞれ上限値以下の場合は、ステップＦ００４で現在の
バッテリー残容量に基づいて図４に示すマップにより運
転領域を決定する車速Ｖｓ１〜Ｖｓ４の演算を行なう。

【００１６】図４は、バッテリー残容量からの運転領域
判断車速Ｖｓ１〜Ｖｓ４の決定方法を示す図である。図
に示すように、音振性能要求車速上限Ｖｓ２はバッテリ
ー残容量の増加に比例して増加するが、熱性能要求車速
上限Ｖｓ４はバッテリー残容量に関わらず一定である。
両者が一致するバッテリー残容量ＶＢＷは車両システム
により決る。また、Ｖｓ３は動作可能最低機関回転数よ
り定まる車速であり、発電機駆動用機関１０の性能によ
り決る。Ｖｓ１は音振性能要求車速下限であるが、バッ
テリー残容量が増加すると要求機関回転数が下がるた
め、車両のロードノイズとの交点であるＶｓ１が低下す
る。

【００１７】ステップＦ００５において、音振性能要求
車速上限Ｖｓ２と熱性能要求車速上限Ｖｓ４とを比較
し、音振性能要求車速上限Ｖｓ２が小さい場合は音振性
能要求領域であるとし、そうでなければ熱性能要求領域
であるとする。音振性能要求領域の場合は、ステップＦ
００６で、現在の車速Ｖｓと音振性能要求車速上限Ｖｓ
２と下限Ｖｓ１とを比較し、現在の車速Ｖｓが下限Ｖｓ
１以上で上限Ｖｓ２以下の場合にはステップＦ００７へ
進み、そうでなければステップＦ００９へ進む。

【００１８】Ｖｓ１≦Ｖｓ≦Ｖｓ２の場合は要求出力を
１００％出力可能な領域にあり、ステップＦ００７で、
車速Ｖｓに応じた目標発電電力を演算し、目標発電電力
により燃料噴射量制御部５０６と発電機２０を駆動制御
する。すなわち、車速Ｖｓからの要求回転速度で発電機
駆動用機関１０を制御する。

【００１９】一方、現在の車速が下限Ｖｓ１より低い場
合、または上限Ｖｓ２より高い場合には、ステップＦ０
０９で、車速Ｖｓに応じた目標発電電力を演算し、その
目標発電電力に図５に示す音振限界線による補正を加
え、補正後の目標発電電力により燃料噴射量制御部５０
６と発電機２０を駆動制御する。すなわち、音振限界線
により規制された回転速度で発電機駆動用機関１０を制
御する。

【００２０】図５は、バッテリー残容量が０、すなわち
発電電力１００％の要求出力線と、音振要求からの限界
線とを示す図である。図から明らかなように、音振性能
要求車速下限Ｖｓ１から上限Ｖｓ２までの領域では、発
電電力１００％までの要求を満たす回転速度で発電機駆
動用機関１０を運転することができる。

【００２１】図６は音振性能要求線の決定方法を示す図
である。機関側の音振性能は機関１０の回転速度により
決り、モーター側の音振性能はモーター３０に印加され
たＰＷＭ駆動電力の周波数により決る。図に示されるよ
うに、車速に対する発生ノイズは、機関側が指数関係と
なるのに対し、モーター側は対数関係になって相対的に
小さい。このため、一定車速以上では駆動時の機関側ノ
イズがモーター側ノイズより大きくなり、これにより音
振性能要求車速上限Ｖｓ２が決定される。さらに、車両
においては一定車速以上では機関駆動音よりもロードノ
イズの方が大きくなるので、機関側の音振要求に対して
はロードノイズが機関側発生音よりも小さい領域で制御
を行なわなければならない。これにより、音振性能要求
車速下限Ｖｓ１が決定される。図５に示すように、音振
要求からの限界線はほぼ機関側の発生音により決るの
で、車速Ｖｓに応じた出力要求を満たす領域は狭い。

【００２２】ステップＦ００５で耐熱要求領域であると
判定された場合は、ステップＦ０１１で、現在の車速Ｖ
ｓを耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４と動作可能最低機関回
転数により決る下限車速Ｖｓ３と比較し、現在の車速Ｖ
ｓが下限Ｖｓ３以上で上限Ｖｓ４以下の範囲にあればス
テップＦ０１２へ進み、そうでなければステップＦ０１
３へ進む。

【００２３】Ｖｓ３≦Ｖｓ≦Ｖｓ４の場合は要求出力を
１００％出力可能な領域にあり、ステップＦ０１２で、
車速Ｖｓに応じた目標発電電力を演算し、目標発電電力
により燃料噴射量制御部５０６と発電機２０を駆動制御
する。すなわち、車速Ｖｓからの要求回転速度で発電機
駆動用機関１０を制御する。

【００２４】一方、現在の車速が下限Ｖｓ３より低い場
合、または上限Ｖｓ４より高い場合には、ステップＦ０
１３で、車速Ｖｓに応じた目標発電電力を演算し、その
目標発電電力に図７に示す耐熱限界線による補正を加
え、補正後の目標発電電力により燃料噴射量制御部５０
６と発電機２０を駆動制御する。すなわち、耐熱限界線
により規制された回転速度で発電機駆動用機関１０を制
御する。

【００２５】図７は、バッテリー残容量が０、すなわち
発電電力１００％の要求出力線と、音振要求からの限界
線と、耐熱要求からの限界線とを示す図である。図から
明らかなように、動作可能最低機関回転数により決る下
限車速Ｖｓ３から耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４までの領
域では、発電電力１００％までの要求を満たす回転速度
で発電機駆動用機関１０を運転することができる。この
領域は図５に示す音振要求からの限界線による決る領域
よりも広い。

【００２６】図８は耐熱性能要求線の決定方法を示す図
である。第１冷却系と第２冷却系の温度性能はそれぞれ
の冷却水温と比例しており、車速の増加に比例して冷却
水温度が上昇する。このため、同一車速における機関側
冷却水温はモーター側冷却水温より高温で推移するが、
機関側冷却水温の上限Ｔｅがモーター側冷却水温の上限
Ｔｍより高いため、機関側における耐熱性能上の問題は
起きにくい。したがって、モーター側の冷却水温の上限
値Ｔｍに基づいて耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４が決定さ
れる。

【００２７】以上説明したように、バッテリーの残容量
によりＶｓ２＜Ｖｓ４となる領域では、耐熱性能要求線
は音振性能要求線よりも広い範囲で車速Ｖｓに応じた要
求出力を満たす。この場合、音振性能は悪化するが車両
全体で考えた場合に、図６の車速Ｖｓ４ではロードノイ
ズが機関発生音よりも支配的であるため、その悪化には
ほとんど影響しない。また、Ｖｓ２≧Ｖｓ４となるバッ
テリー残容量で下限車速をＶｓ３まで使用しても、図６
のＶｓ１以下の車速ではロードノイズと機関発生音との
差が小さいので、音振性能の悪化を最小限に抑えながら
車速Ｖｓに応じた要求出力を満たす領域を拡大すること
ができる。

【００２８】−発明の一実施の形態の変形例− 図９は一実施の形態の変形例の構成を示す図である。な
お、図２に示す機器と同様な機器に対しては同一の符号
を付して相違点を中心に説明する。ΔＳＯＣ算出装置４
０１は、バッテリー４０の充電状態ＳＯＣの時間変化量
を算出する装置である。

【００２９】上述した実施の形態では、図４に示すよう
にバッテリーの残容量に基づいて運転領域判断車速Ｖｓ
１〜Ｖｓ４を決定する際に、耐熱性能要求車速上限Ｖｓ
４をバッテリー残容量に関わらず一定とした。しかし、
バッテリーの充電状態変化量ΔＳＯＣが大きいときは、
バッテリーが空に近いために発熱量が増加する。そこ
で、この変形例では、図１１に示すように耐熱係数を用
いて耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４を補正してＶｓ４’と
し、この修正耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４’に基づいて
発電機駆動用機関１０を制御する。

【００３０】図１０は変形例の動作を示すフローチャー
トである。なお、図３に示すフローチャートと同様な動
作のステップに対しては同一のステップ番号を付して相
違点を中心に説明する。ステップＦ０１４において、バ
ッテリー４０の充電状態変化量ΔＳＯＣを算出する。続
くステップＦ０１５で、充電状態変化量ΔＳＯＣに基づ
いて修正耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４’を求める。以
下、この修正耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４’を用いて発
電機駆動用機関１０の回転速度制御を行なう。これによ
り、耐熱要求領域における制御精度を向上させることが
できる。

【００３１】なお、上述した一実施の形態とその変形例
では、音振性能要求線と耐熱性能要求線との関係に車速
やモーター回転速度を用いているが、これらのパラメー
ターは車両状態を示すものであれば上記実施の形態とそ
の変形例に限定されず、例えばモーター駆動電流の平均
値などを用いてもよい。

【００３２】以上の一実施の形態とその変形例の構成に
おいて、発電機２０が発電機を、発電機駆動用機関１０
が発電機駆動用機関を、モーター３０がモーターを、バ
ッテリー４０がバッテリーを、回転センサー３０２と制
御装置５０が車速検出手段を、制御装置５０が残容量検
出手段、電力演算手段、機関制御手段および耐熱要求限
界補正手段を、水温センサー３０１とモーター冷却水温
度変換部５０８が冷却水温検出手段を、ΔＳＯＣ算出装
置４０１が充電状態変化量検出手段をそれぞれ構成す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施の形態の発電機駆動用制御装置を搭載
したシリーズハイブリッド電気自動車の構成を示す図で
ある。

【図２】 一実施の形態の構成を示す図である。

【図３】 一実施の形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図４】 バッテリー残容量からの運転領域判断車速Ｖ
ｓ１〜Ｖｓ４の決定方法を示す図である。

【図５】 発電電力１００％の要求出力線と、音振要求
からの限界線とを示す図である。

【図６】 音振要求線の決定方法を示す図である。

【図７】 発電電力１００％の要求出力線と、音振要求
からの限界線と、耐熱要求からの限界線とを示す図であ
る。

【図８】 耐熱要求線の決定方法を示す図である。

【図９】 一実施の形態の変形例の構成を示す図であ
る。

【図１０】 一実施の形態の変形例の動作を示すフロー
チャートである。

【図１１】 耐熱性能要求車速上限Ｖｓ４の補正方法を
示す図である。

【符号の説明】

１０ 発電機駆動用機関 ２０ 発電機 ３０ モーター ４０ バッテリー ５０ 制御装置 ６０ 駆動系 ７０ 車輪 ８０ インバーター １０１ 燃料噴射装置 １０２ 水温センサー １０３ 回転センサー １０４ スロットルセンサー ２０１ 電力算出装置 ３０１ 水温センサー ３０２ 回転センサー ４０１ ΔＳＯＣ算出装置 ５０１ 機関回転数変換部 ５０２ 運転状況検出部 ５０３ 目標性能値判定部 ５０４ 目標発電量制御部 ５０５ スロットル開度変換部 ５０６ 燃料噴射量制御部 ５０７ 機関冷却水温度変換部 ５０８ モーター冷却水温度変換部 ５０９ モーター回転数検出部 ５１０ ＰＷＭ制御周波数検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｐ Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｌ (72)発明者 平野 弘之 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 稲田 英二 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 麻生 剛 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 金子 雄太郎 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機駆動用機関により発電機を駆動し
   て発電し、発電電力を走行用モーターとバッテリーに供
   給するシリーズハイブリッド電気自動車の発電機駆動用
   機関制御装置において、 車速を検出する車速検出手段と、 前記バッテリーの残容量を検出する残容量検出手段と、 車速に基づいて所要発電電力を演算する電力演算手段
   と、 車速に応じた前記発電機駆動用機関および前記モーター
   の音振性能特性を予め有しており、この音振性能特性に
   基づいて設定された音振要求限界に応じて所要発電電力
   を補正する電力補正手段と、 所要発電電力補正値に基づいて前記発電機駆動用機関の
   回転数を制御する機関制御手段とを備えることを特徴と
   するシリーズハイブリッド電気自動車の発電機駆動用機
   関制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のシリーズハイブリッド
   電気自動車の発電機駆動用機関制御装置において、 前記モーターの冷却水温を検出する冷却水温検出手段を
   備え、 前記電力補正手段は、モーター冷却水温に基づいて設定
   された耐熱要求限界を予め有し、この耐熱要求限界に応
   じて所要発電電力を補正することを特徴とするシリーズ
   ハイブリッド電気自動車の発電機駆動用機関制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のシリーズハイブリッド
   電気自動車の発電機駆動用機関制御装置において、 前記バッテリーの充電状態の変化量を検出する充電状態
   変化量検出手段と、 充電状態変化量に応じて耐熱要求限界を補正する耐熱要
   求限界補正手段とを備えることを特徴とするシリーズハ
   イブリッド電気自動車の発電機駆動用機関制御装置。