JP4232751B2 - ハイブリッド型車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド型車両に関し、より特定的にはエンジンに併用してモータを用いるハイブリッド型車両に関する。

近年、環境問題に配慮した電気自動車やエンジンとモータを併用するハイブリッド自動車などが注目を浴びている。

特開平９−９８５１４号公報（特許文献１）には、ハイブリッド自動車に搭載される車両用電源装置が開示されている。

この車両用電源装置は、補助的にあるいは主体的にモータにより駆動される車両の制動エネルギを電気エネルギとして回生することができる。車両用電源装置は、モータに対して並列に接続された大容量キャパシタおよびバッテリと、大容量キャパシタおよびバッテリを互いに独立してモータに接続／遮断可能にしたブレーカとにより給電／充電兼用回路を構成する。

これにより加速、減速が頻繁に繰返される走行状態においても、常に大容量キャパシタを次の加速に備えて十分に充電するとともに、エネルギの回生効率が向上される。
特開平９−９８５１４号公報 特開平１０−１０８３０４号公報 特開平１１−９３７２２号公報

しかしながら、特開平９−９８５１４号公報（特許文献１）に開示された車両用電源装置では、キャパシタの充電量が不足している場合には、トルク不足により加速感が悪くなるという問題点がある。すなわち、大容量キャパシタが満充電の場合は最適な加速が生み出されるが、キャパシタが充電不足の場合は途中で出力の増加ができなくなり、息切れした加速状態となる。特にスポーツ用の車両においては、キャパシタの充電量が不足している場合においても、スムーズな加速感が得られることが望ましい。

この発明の目的は、蓄電装置の蓄電状態が充電不足である場合においても、スムーズな加速感が得られるハイブリッド型車両を提供することである。

この発明は、要約すると、ハイブリッド型車両であって、蓄電装置と、エンジンと、駆動輪と、主として発電機として動作する第１の回転電機と、駆動輪の回転と同期して回転する第２の回転電機と、エンジンの回転軸、第１、第２の回転電機の回転軸が結合され、いずれか２つの回転軸の回転数が定められると他の１つの回転軸の回転数が強制的に定まる動力分割機構と、第１、第２の回転電機を駆動するインバータと、運転者からの加速要求指示を受ける入力部と、加速要求指示があった場合に蓄電装置の蓄電状態を観測し、蓄電状態が十分である第１の状態における加速動作に対する第１の回転電機の寄与率に比べて、蓄電状態が不足する第２の状態における加速動作に対する第１の回転電機の寄与率を大きくするようにインバータに指示する制御部とを備える。

好ましくは、蓄電装置は、キャパシタを含み、制御部は、キャパシタの充電状態に基づいて蓄電装置の蓄電状態を観測する。

好ましくは、蓄電装置は、二次電池を含み、制御部は、二次電池の充電状態に基づいて蓄電装置の蓄電状態を観測する。

好ましくは、制御部は、蓄電状態が第１の状態であるときは、加速要求指示があった場合に所定時間第１の回転電機に発生するトルクをゼロに制御し、蓄電状態が第２の状態であるときは、加速要求指示があった場合に所定時間より短い時間第１の回転電機に発生するトルクをゼロに制御する。

本発明によれば、蓄電装置が充電不足の場合でも途中で伸び感が喪失することはなく、スムーズな加速感が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付してそれらについての説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車１の構成を示す概略図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車１は、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、エンジン２００と、プラネタリギヤＰＧと、デファレンシャルギヤＤＧと、ギヤ４
，６とを含む。

ハイブリッド自動車１は、さらに、車両後方に配置されるバッテリＢと、バッテリＢの出力する直流電力を昇圧する昇圧ユニット２０と、昇圧ユニット２０との間で直流電力を授受するインバータ１４，１４Ａと、昇圧ユニット２０とインバータとの間を接続する正負電源線間に接続される大容量のキャパシタＣ０とを含む。

ハイブリッド自動車１は、さらに、プラネタリギヤＰＧを介してエンジン２００の動力を受けて発電を行なうモータジェネレータＭＧ１と、回転軸がプラネタリギヤＰＧに接続されるモータジェネレータＭＧ２とを含む。インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に接続され交流電力と昇圧回路からの直流電力との変換を行なう。

プラネタリギヤＰＧは、サンギヤと、リングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの両方に噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤをサンギヤの周りに回転可能に支持するプラネタリキャリヤとを含む。プラネタリギヤＰＧは第１〜第３の回転軸を有する。第１の回転軸はエンジン２００に接続されるプラネタリキャリヤの回転軸である。第２の回転軸はモータジェネレータＭＧ１に接続されるサンギヤの回転軸である。第３の回転軸はモータジェネレータＭＧ２に接続されるリングギヤの回転軸である。

この第３の回転軸にはギヤ４が取付けられ、このギヤ４はギヤ６を駆動することによりデファレンシャルギヤＤＧに動力を伝達する。デファレンシャルギヤＤＧはギヤ６から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力をギヤ６，４を介してプラネタリギヤＰＧの第３の回転軸に伝達する。

プラネタリギヤＰＧはエンジン２００，モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の間で動力を分割する役割を果たす。すなわちプラネタリギヤＰＧの３つの回転軸のうちの２つの回転軸の回転が定まれば残る１つの回転軸の回転は自ずと定められる。したがって、エンジン２００を最も効率のよい領域で動作させつつ、モータジェネレータＭＧ１の発電量を制御してモータジェネレータＭＧ２を駆動させることにより車速の制御を行ない、全体としてエネルギ効率のよい自動車を実現している。

直流電源であるバッテリＢは、たとえば、ニッケル水素またはリチウムイオンなどの二次電池からなり、直流電力を昇圧ユニット２０に供給するとともに、昇圧ユニット２０からの直流電力によって充電される。

昇圧ユニット２０はバッテリＢから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧をインバータ１４，１４Ａに供給する。インバータ１４，１４Ａは供給された直流電圧を交流電圧に変換してエンジン始動時にはモータジェネレータＭＧ１を駆動制御する。また、エンジン始動後にはモータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力はインバータ１４，１４Ａによって直流に変換されて昇圧ユニット２０によってバッテリＢの充電に適切な電圧に変換されバッテリＢが充電される。

また、インバータ１４，１４ＡはモータジェネレータＭＧ２を駆動する。モータジェネレータＭＧ２はエンジン２００を補助して前輪２０Ｒ，２０Ｌを駆動する。制動時には、モータジェネレータＭＧ２は回生運転を行ない、車輪の回転エネルギを電気エネルギに変換する。得られた電気エネルギは、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を経由してバッテリＢに戻される。

バッテリＢは、組電池であり、直列に接続された複数の電池ユニットＢ０〜Ｂｎを含む。昇圧ユニット２０とバッテリＢとの間にはシステムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２が設けられ車両非運転時には高電圧が遮断される。

ハイブリッド自動車１は、さらに、運転者からの加速要求指示を受ける入力部であるアクセルペダルの位置を検知するアクセルセンサ９と、バッテリＢに取付けられる電圧センサ１０と、アクセルセンサ９からのアクセル開度Ａｃｃおよび電圧センサ１０の電圧値ＶＢに応じてエンジン２００、インバータ１４，１４Ａおよび昇圧ユニット２０を制御する制御装置３０とを含む。電圧センサ１０は、バッテリＢの電圧ＶＢを検知して制御装置３０に送信する。

バッテリＢおよび大容量キャパシタＣ０は、モータジェネレータＭＧ２の使用する電力を蓄電するための蓄電装置に相当する。制御装置３０は、バッテリＢの充電状態と、キャパシタＣ０の充電状態とを検知する。制御装置３０は、運転者から加速要求指示があった場合に蓄電装置の充電状態を観測し、充電状態が十分であるときにおける加速動作に対するモータジェネレータＭＧ１の寄与率に比べて、充電状態が不足するときにおける加速動作に対するモータジェネレータＭＧ１の寄与率を大きくするようにインバータ１４に対して指示を行なう。

図２は、図１に示したハイブリッド自動車１についてインバータおよび昇圧ユニット周辺を詳細に示した回路図である。

図２を参照して、ハイブリッド自動車１は、バッテリＢと、電圧センサ１０と、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２と、キャパシタＣ１と、昇圧ユニット２０と、インバータ１４と、電流センサ２４と、制御装置３０とを備える。

バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを制御装置３０へ出力する。システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御装置３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。キャパシタＣ１は、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。

昇圧ユニット２０は、電圧センサ２１と、リアクトルＬ１と、コンバータ１２と、キャパシタＣ２とを含む。リアクトルＬ１は、一方端がシステムメインリレーＳＲ１を介してバッテリＢの正極と接続される。

電流センサ１１は、バッテリＢと昇圧ユニット２０との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御装置３０へ出力する。

コンバータ１２は、電圧ＶＨを出力するコンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１はコンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。キャパシタＣ２はコンバータ１２の出力側に接続されコンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。

インバータ１４は、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ１において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、モータジェネレータＭＧ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数Ｎｇ、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢ，ＩＣおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１を受ける。

次に、昇圧ユニット２０の動作について簡単に説明する。昇圧ユニット２０中のコンバータ１２は、力行運転時にはバッテリＢからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、コンバータ１２は、バッテリＢにモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりキャパシタＣ２の電極
間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられるコンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、バッテリＢへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、バッテリＢが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されてバッテリＢに回生される。昇圧ユニット２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車等を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

ハイブリッド自動車１は、電流センサ２８およびインバータ１４Ａをさらに備える。

インバータ１４Ａは、ノードＮ１とノードＮ２との間にインバータ１４と並列的に接続され、また共に昇圧ユニット２０に接続される。

インバータ１４Ａは、コンバータ１２から昇圧電位を受けてモータジェネレータＭＧ２を駆動する。また、インバータ１４Ａは、回生制動に伴いモータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１２に戻す。このときコンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍは車速センサ７によって検知されている。

また、ハイブリッド車においては、エンジン２００とモータジェネレータＭＧ１とが動力をやり取りし、あるときはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの始動を行ない、またあるときにはモータジェネレータＭＧ１はエンジンの動力を受けて発電を行なうジェネレータとして働く。

インバータ１４Ａは、Ｕ相アーム１５Ａと、Ｖ相アーム１６Ａと、Ｗ相アーム１７Ａとを含む。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａは、コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。Ｕ相アーム１５Ａ、Ｖ相アーム１６Ａ、およびＷ相アーム１７Ａの構成は、Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７とそれぞれ同様であるので説明は繰返さない。

インバータ１４ＡのＵ，Ｖ，Ｗ相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ２のＵ，Ｖ，Ｗ相コイルの各一方端にそれぞれ接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ２は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの他方端が中点に共に接続されている。

電流センサ２８は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流値ＭＣＲＴ２を検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。

制御装置３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬおよびＶＨ、電流値ＩＢ，ＩＣおよびモータ電流値ＭＣＲＴ１に加えて、さらにモータジェネレータＭＧ２に対応するトルク指令値ＴＲ２、モータ回転数Ｎｍ、およびモータ電流値ＭＣＲＴ２を受ける。

制御装置３０は、これらの受けた入力に応じて、昇圧ユニット２０に対して昇圧指示ＰＷＵ，降圧指示ＰＷＤおよび停止指示ＳＴＰを出力する。

また、制御装置３０は、インバータ１４に対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４Ａに対しては、コンバータ１２の出力である直流電圧をモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ２と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ２とを出力する。

ハイブリッド自動車１は、さらに、ノードＮ１，Ｎ２間に接続される大容量のキャパシタＣ０と、電圧センサ１３と、電流センサ２９と、回転センサ２７とを含む
電流センサ２９は、キャパシタＣ０に対し入出力する電流値ＩＣを検知する。回転センサ２７は、モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇを検知する。

大容量のキャパシタＣ０は、昇圧ユニット２０とインバータとの間を接続する正負電源線間に接続される。電圧センサ１３は、コンバータ１２の出力側の電圧すなわちキャパシタＣ０の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

制御装置３０は、電流値ＩＣおよび電圧値ＶＨを観測することにより、キャパシタＣ０の充電状態を把握する。

モータジェネレータＭＧ１は走行時においては主として発電機として動作し、停止時においてはエンジン２００をクランキングするためのモータとして動作する。モータジェネレータＭＧ２は駆動輪の回転と同期して回転する。エンジン２００、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、図１に示したプラネタリギヤＰＧに接続されている。したがってエンジンの回転軸およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転軸のうちのいずれか２つの回転軸の回転数が定められると、他の１つの回転軸の回転数は強制的に定まる。

バッテリＢおよび大容量キャパシタＣ０は、モータジェネレータＭＧ２の使用する電力を蓄電するための蓄電装置に相当する。制御装置３０は電流センサ１１の出力および電圧センサ１０の出力によってバッテリＢの充電状態を検知する。また制御装置３０は電圧センサ１３の出力および電流センサ２９の出力に基づいて、キャパシタＣ０の充電状態を検知する。

制御装置３０は、運転者から加速要求指示があった場合に蓄電装置の充電状態を観測し、充電状態が十分であるときにおける加速動作に対するモータジェネレータＭＧ１の寄与率に比べて、充電状態が不足するときにおける加速動作に対するモータジェネレータＭＧ１の寄与率を大きくするようにインバータ１４に対して指示を行なう。

図３は、図１のプラネタリギヤＰＧの共線図の加速時における変化を説明するための図である。

ハイブリッド自動車１は、動力分割機構としてプラネタリギヤを使用しているため、モータジェネレータＭＧ１の回転数、エンジン回転数およびモータジェネレータＭＧ２の回転数は図３に示すように直線上に並ぶように連動して動く。

エンジン回転数Ｎｅはプラネタリキャリヤの回転数である。モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇは、サンギヤの回転数である。モータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍは、リングギヤの回転数である。

すなわち、プラネタリギヤＰＧで結合されているので、モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇ，エンジン回転数ＮｅおよびモータジェネレータＭＧ２の回転数Ｎｍの間には次の式（１）で示す関係が成立する。
Ｎｅ＝Ｎｍ×１／（１＋ρ）＋Ｎｇ×ρ／（１＋ρ）…（１）
スポーツタイプのハイブリッド車両では、プラネタリギヤＰＧの機構を利用して加速を重視した制御を行なうことができる。

この制御を概略的に説明すると、アクセルを踏込んだ直後にはエンジン回転数を早く上昇させ、出力可能なトルクが大きい回転域にエンジン回転数が到達すると、その後モータジェネレータＭＧ１をもちいて大きく加速する。

まず図３に示すように、直線Ｗ１に示す状態においてアクセルペダルが踏込まれ急加速が指示されたとする。するとスロットルバルブの変化に応じてエンジン回転数がＮｅ１からＮｅ２に上昇する。

このときモータジェネレータＭＧ１のトルクを０とする制御を行なうとエンジン回転数が一気に立上がる。このときモータジェネレータＭＧ２の回転数はＮｍ１からＮｍ２に少し増加し、モータジェネレータＭＧ１の回転数はＮｇ１からＮｇ２に増加する。そして、直線Ｗ２に示した状態となる。

直線Ｗ１から直線Ｗ２に示す状態においては、モータジェネレータＭＧ１のトルクは０に制御されているので、モータジェネレータＭＧ１は発電動作を行なわずモータジェネレータＭＧ２に電力を供給しない。このため直線Ｗ１から直線Ｗ２の状態に遷移する間においては、モータジェネレータＭＧ２はバッテリＢから与えられる電力と、キャパシタＣ０に蓄積されていた電力とを使用することによって加速を行なっている。

そしてエンジン回転数がＮｅ２まで大きくなると、エンジン回転数が増加したことにより、エンジンは大きなトルクを出力可能となる。すると今度はモータジェネレータＭＧ１に負のトルクが発生するように制御が行なわれ、回転数はＮｇ２からＮｇ３に減少される。

エンジン回転数がＮｅ２とほぼ等しいＮｅ３に維持されている場合には、プラネタリギヤの働きによりモータジェネレータＭＧ２の回転数はＮｍ２からＮｍ３に増加する。モータジェネレータＭＧ２は駆動輪と同期して回転しているので、その回転数は車速と連動している。したがって、直線Ｗ２から直線Ｗ３に示す状態に移行することにより急速な加速を得ることができる。

このようにキャパシタＣ０に蓄積された電力を使用することによるモータジェネレータＭＧ２の瞬発力と、モータジェネレータＭＧ１への負のトルクの加えるタイミングにより、スポーツタイプの車両に対して最適な加速を生み出している。

しかし、キャパシタの満充電の場合に比べてキャパシタが充電不足の場合には、直線Ｗ２からＷ３へ移行させる制御のタイミングを同じタイミングとするのでは加速がスムーズに行なわれない場合がある。したがって制御装置３０は、以下に説明する制御によって蓄電装置の蓄電状態に応じて、モータジェネレータＭＧ１が加速動作に寄与する寄与率を変化させる。

図４は、図２の制御装置３０の制御を説明するためのフローチャートである。

図４に示すフローチャートは、モータ制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼出されて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令値を算出してインバータの制御を行なう。

図４を参照して、まずステップＳ１において制御装置３０は、アクセルセンサ９から送信されるアクセル開度Ａｃｃ、およびモータジェネレータＭＧ２の回転数を検知する回転センサ７の出力に基づき車速を測定する。

続いてステップＳ２において、アクセル開度と車速から駆動装置に求められる駆動要求トルクおよびそのときに要求される車両要求パワーを計算する。一般に、パワー＝回転数×トルクであるので、計算にはこの関係が用いられる。

続いてステップＳ３において、制御装置３０は、キャパシタＣ０の充電状態とバッテリＢの充電状態およびモータジェネレータＭＧ１の回転数を測定する。

このとき、キャパシタＣ０の充電状態は電流センサ２９の出力から得られる電流値ＩＣと、電圧センサ１３の出力から得られる電圧値ＶＨとに基づいて測定される。バッテリＢの充電状態は電流センサ１１の出力から得られる電流値ＩＢと、電圧センサ１３の出力から得られる電圧値ＶＢとに基づいて測定される。モータジェネレータＭＧ１の回転数Ｎｇは回転センサ２７に基づいて求められる。

続いてステップＳ４において、キャパシタＣ０とバッテリＢから放電可能な電力ＷＯＵＴを計算する。続いてステップＳ５において制御装置３０は予め作成されたマップからモータジェネレータＭＧ１の負荷率を求める。

図５は、図４のステップＳ５で用いられるマップを示した図である。

図５を参照して、グラフの縦軸にはモータジェネレータＭＧ１のトルク負荷率が０〜１００％の間で示されており、横軸にはモータジェネレータＭＧ１の回転数がモータジェネレータＭＧ１の最大回転数であるＮｇｍａｘまで示されている。

まず放電可能電力ＷＯＵＴが２０％以下である場合には、モータジェネレータＭＧ１の回転数のすべての領域にわたってモータジェネレータＭＧ１のトルク負荷率は１００％に設定される。

放電可能電力ＷＯＵＴが４０％では、ＭＧ１回転数がＮｇ１０より小さい場合にはキャパシタＣ０およびバッテリからの電力によりモータジェネレータＭＧ２が駆動されるため、モータジェネレータＭＧ１のトルクは０に設定される。そして、ＭＧ１の回転数がＮｇ１０を超えると、次第にトルク負荷率は０から１００％まで上昇する。

また、放電可能電力ＷＯＵＴが６０％では、ＭＧ１回転数がＮｇ１１より小さい場合にはキャパシタＣ０およびバッテリからの電力によりモータジェネレータＭＧ２が駆動されるため、モータジェネレータＭＧ１のトルクは０に設定される。そして、ＭＧ１の回転数がＮｇ１１を超えると、次第にトルク負荷率は０から１００％まで上昇する。

また、放電可能電力ＷＯＵＴが８０％では、ＭＧ１回転数がＮｇ１２より小さい場合にはキャパシタＣ０およびバッテリからの電力によりモータジェネレータＭＧ２が駆動されるため、モータジェネレータＭＧ１のトルクは０に設定される。そして、ＭＧ１の回転数がＮｇ１２を超えると、次第にトルク負荷率は０から１００％まで上昇する。

キャパシタＣ０およびバッテリＢが満充電状態のとき、すなわち放電可能電力ＷＯＵＴが最大のときは、ＭＧ１回転数がＮｇ１３より小さい場合にはキャパシタＣ０およびバッテリからの電力によりモータジェネレータＭＧ２が駆動されるため、モータジェネレータＭＧ１のトルクは０に設定される。そして、ＭＧ１の回転数がＮｇ１３を超えると徐々にトルク負荷率は０から１００％まで増加される。

すなわち蓄電装置の充電状態に基づいて加速動作に対してモータジェネレータＭＧ１の寄与率を変化させている。

再び図４を参照して、ステップＳ５においてモータジェネレータＭＧ１の負荷率が定まると、ステップＳ６においてモータジェネレータＭＧ１の負荷率に所定の数値を掛けることによりモータジェネレータＭＧ１のトルク指令値が算出される。

続いてステップＳ７において制御装置３０は、キャパシタＣ０からの出力とバッテリＢからの出力を算出する。そしてステップＳ８において制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ２で使用可能な電気パワーを計算する。この電気パワーＰは、Ｐ＝ＭＧ１トルク×回転数＋バッテリ出力＋キャパシタ出力で求められる。

続いてステップＳ９において制御装置３０は回転センサ７からモータジェネレータＭＧ２の回転数を測定する。そしてステップＳ１０においてステップＳ８で求めた電気パワーとステップＳ９で測定した回転数に基づいて、モータジェネレータＭＧ２に対するトルク指令値を算出する。

そしてステップＳ１１に進み、制御装置３０は求めたＭＧ１，ＭＧ２トルク指令値に基づいてインバータ１４および１４Ａを制御する。そしてステップＳ１２に進み制御はメインルーチンに戻る。

図６は、キャパシタ満充電時における出力パワーを示した図である。

図７は、キャパシタ充電不足時に本発明が適用されなかった場合の出力パワーを示した図である。

図８は、キャパシタ充電不足時に本発明が適用された場合の出力パワーを示した図である。

図６〜図８を参照して、まず時刻ｔ１においてアクセルペダルが踏込まれこれに応じて出力パワーＰＯが増大を開始する。図において出力パワーＰＯの成分は、いくつかの領域で示されるパワーの合計である。

パワーＰＢは、バッテリＢから得られるパワーである。パワーＰＣは、キャパシタＣ０から得られるパワーである。パワーＰＭＧ１Ｅは、モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力によって得られるパワーである。パワーＰＭＧ１Ｍは、モータジェネレータＭＧ１に負のトルクが与えられることにより、その反力でモータジェネレータＭＧ２の回転軸に与えられるパワーである。

図６においては時刻ｔ１から時刻ｔ３の間はモータジェネレータＭＧ１のトルクは０に制御され、この間にエンジンの回転数が上昇する。そして時刻ｔ３以降モータジェネレータＭＧ１には負のトルクが発生するように制御され、これによりモータジェネレータＭＧ１で発電される電力はモータジェネレータＭＧ２に供給される。これにより、モータジェネレータＭＧ２で発生されるトルクをさらに大きくすることができる。さらに、プラネタリギヤの機械的結合によりモータジェネレータＭＧ１で発生する負のトルクに応じて、モータジェネレータＭＧ２の回転軸には正のトルクが発生する。

これに対し図７の場合は、キャパシタＣ０が充電不足のときに図６と同様に時刻ｔ１〜ｔ３の間モータジェネレータＭＧ１のトルクを０に制御した場合を示す。この場合には時刻ｔ２においてキャパシタＣ０から出力可能な電力は上限値ＰＣ２に達し、以降時刻ｔ２からｔ３までの間は加速感が得られない。このため加速がスムーズに得られないという問題が生ずる。

一方、図８に示した本発明が適用された場合は、キャパシタが充電不足のときには図５のマップに従ってモータジェネレータＭＧ１の寄与率を変化させる。その結果時刻ｔ３より前の時刻ｔ２において、モータジェネレータＭＧ１のトルクが０にされる状態は終了する。

時刻ｔ２以降はモータジェネレータＭＧ１も加速に対して寄与する。出力パワーの立上がりは、図６に示した場合よりもややなだらかになるが、図７に示すように途中で伸び感が喪失することはなく、スムーズな加速感がキャパシタ充電不足の場合でも得られる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係るハイブリッド自動車１の構成を示す概略図である。 図１に示したハイブリッド自動車１についてインバータおよび昇圧ユニット周辺を詳細に示した回路図である。 図１のプラネタリギヤＰＧの共線図の加速時における変化を説明するための図である。 図２の制御装置３０の制御を説明するためのフローチャートである。 図４のステップＳ５で用いられるマップを示した図である。 キャパシタ満充電時における出力パワーを示した図である。 キャパシタ充電不足時に本発明が適用されなかった場合の出力パワーを示した図である。 キャパシタ充電不足時に本発明が適用された場合の出力パワーを示した図である。

符号の説明

１ ハイブリッド自動車、６，４ ギヤ、７，２７ 回転センサ、７ 車速センサ、９ アクセルセンサ、１０，１３，２１ 電圧センサ、１１，２４，２８，２９ 電流センサ、１２ コンバータ、１４，１４Ａ インバータ、１５，１５Ａ Ｕ相アーム、１６，１６Ａ Ｖ相アーム、１７，１７Ａ Ｗ相アーム、２０ 昇圧ユニット、２０Ｒ，２０Ｌ 前輪、２２Ｒ，２２Ｌ 後輪、３０ 制御装置、２００ エンジン、Ｂ バッテリ、Ｂ０〜Ｂｎ 電池ユニット、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＤＧ デファレンシャルギヤ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＧ プラネタリギヤ、ＳＲ１，ＳＲ２ システムメインリレー、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子。

Claims (3)

1. 蓄電装置と、
   エンジンと、
   駆動輪と、
   主として発電機として動作する第１の回転電機と、
   前記駆動輪の回転と同期して回転する第２の回転電機と、
   前記エンジンの回転軸、前記第１、第２の回転電機の回転軸が結合され、いずれか２つの回転軸の回転数が定められると他の１つの回転軸の回転数が強制的に定まる動力分割機構と、
   前記第１、第２の回転電機を駆動するインバータと、
   運転者からの加速要求指示を受ける入力部と、
   前記加速要求指示があった場合に前記蓄電装置の蓄電状態を観測し、前記蓄電状態が十分である第１の状態であるときは、前記加速要求指示があった場合に所定時間前記第１の回転電機に発生するトルクをゼロに制御し、前記蓄電状態が不足する第２の状態であるときは、前記加速要求指示があった場合に前記所定時間より短い時間前記第１の回転電機に発生するトルクをゼロに制御するように、前記インバータに指示する制御部とを備える、ハイブリッド型車両。
2. 前記蓄電装置は、
   キャパシタを含み、
   前記制御部は、前記キャパシタの充電状態に基づいて前記蓄電装置の蓄電状態を観測する、請求項１に記載のハイブリッド型車両。
3. 前記蓄電装置は、
   二次電池を含み、
   前記制御部は、前記二次電池の充電状態に基づいて前記蓄電装置の蓄電状態を観測する、請求項１または２に記載のハイブリッド型車両。

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