| 【発明の名称】 |
ハイブリッド車両の駆動方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】木下 繁則
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| 【要約】 |
【課題】下り傾斜の多い走行路を持つ車両、主にハイブリッド車両の運転システムにおいて、回生電力による蓄電量を低減させ、蓄電装置の大型化を不要とする。
【解決手段】第１の内燃機関エンジンと連結した第１の電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電力を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と第２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半導体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車両を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び前記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する |
【特許請求の範囲】
【請求項１】第１の内燃機関エンジンと連結した第１の電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電力を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と第２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半導体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車両を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び前記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項２】請求項１において、前記車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに応じて、前記第１のエンジンの出力、第１の発電動機の出力、第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項３】請求項２において、前記車両が惰行走行時、前記第１の発電動機は電動機運転し、前記第１のエンジンを前記第１の蓄電装置の電力により駆動し、エンジンブレーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項４】請求項２において、下り勾配の走行路を制動走行する場合、第２の発電動機を発電機運転して前記第１の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第１の電動発電機は前記第１の蓄電装置の電力により電動機運転して前記第１のエンジンを駆動してエンジンブレーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項５】第２の内燃機関エンジンの出力軸と第２の蓄電装置の電力で第３の半導体電力変換器を介して駆動される第３の電動発電機の出力軸とを動力結合し、変速機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムの車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記第２のエンジンの作動状態とその出力及び前記第３の電動発電機の出力を制御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項６】請求項５において、前記車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに応じて、前記第２のエンジンの出力、前記変速機の変速比及び前記第３の発電動機の出力を制御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節することを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項７】請求項６において、車両が惰行走行時、前記第３の発電動機は電動機運転し、前記第２のエンジンを前記第２の蓄電装置の電力により駆動してエンジンブレーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項８】請求項６において、下り勾配の走行路を制動走行する場合、前記第３の発電動機を発電機運転して前記第２の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第２のエンジンは前記第２の蓄電装置の電力により前記変速機を介してエンジンブレーキ動作をさせることを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項９】請求項１乃至４において、第１の蓄電装置は電気二重層キャパシタとしたことを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
【請求項１０】請求項５乃至８において、第２の蓄電装置は電気二重層キャパシタとしたことを特徴とするハイブリッド車両の駆動方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関エンジンと蓄電装置を動力源として走行するハイブリッド車両の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来のディーゼルエンジンによる鉄道車両用の車両駆動システム構成図である。図６において、１はディーゼルエンジン、２はディーゼルエンジン２の出力軸、３はトルクコンバータ、４はトルクコンバータ３の出力軸、５は減速機、６Ｒ、６Ｌは機械ブレーキ装置、７Ｒ、７Ｌは車輪、８はリターダである。
【０００３】力行時は、エンジン出力軸２の回転をトルクコンバータ３で出力軸４を連続的に可変速制御して、減速機５を介して車輪を駆動する。停止制動は、機械ブレーキ装置６Ｒ、６Ｌを作用させる。機械制動の動作説明は本発明の主旨ではないので省略する。長い下り勾配路を抑速走行するには、６Ｒ，６Ｌの機械ブレーキを連続運転は出来ないのでリターダ８を作用させる。
【０００４】図７は従来のエンジン自動車の駆動システム構成図である。同図において、図６と類似構成要素には図６に示した構成要素番号にａを付して示してある（例、１ａはエンジン）。図７において、９はクラッチ、１０は変速機、１１はデフギアーである。図７に示す、エンジン自動車の駆動システムは公知であり、その説明も省略する。
【０００５】図８はシリーズハイブリッド自動車の駆動システム構成図である。図８において、図７と類似構成要素には、図６に示した構成要素番号にｂを付して示してある（例、１ｂはエンジン）。図８において、１２は発電機、１３は整流器、１４はインバータ、１５は電動機、１６は蓄電装置である。図８でシリーズハイブリッド駆動システムの動作を概説する。エンジン１ｂ、発電機１２、整流器１３で直流電力を発生させ、蓄電装置１６を充電する。蓄電装置１６の直流電力からインバータ１４と電動機１５で車輪７ｂＲ、７ｂＬを駆動する。車両の制動時は、電動機１５とインバータ１４とで、車輪に発生した制動動力を蓄電装置１６に回生する。
【０００６】図９はパラレルハイブリッド自動車の駆動システム構成図である。図９において、図６〜図８までと類似構成要素は図６〜図８に示した構成要素番号にｃを付してある（例、エンジンは１ｃ）。図９において、１７はエンジン出力軸２ｃと電動機１５ｃの出力軸（番号図示せず）とを結合する装置で、一般に減速機で構成されている。図９に示したパラレルハイブリッドシステムはエンジン出力に対するトルクアシスト方式のもので、車両の加速時には、蓄電装置１６ｃの電力からインバータ１４ｃ、電動機１５ｃでエンジン出力軸２ｃをトルクアシストする。減速時は制動力を蓄電装置１６ｃに回生する。
【０００７】図８及び図９のハイブリッド駆動システムはいずれも、エンジンの燃料消費量の低減、即ち燃費向上を図って地球環境改善を狙って実用化されている駆動システムである。
【０００８】
【従来の技術】図１０はシリーズハイブリッド車両の運転の一例を示したものである。同図で（１）は縦軸が走行路の標高、横軸は距離を示したものでＡ〜Ｅは各区間を示している。図１０の（２）は（１）の走行路を走行した場合の車両の駆動動力で（＋）は駆動、（−）は制動の場合を示している。又（３）は同じく蓄電装置の蓄電エネルギー量を示したものである。
【０００９】図１０について更に説明する。区間Ａは急勾配であるので、走行動力はＰAとなる。区間Ｂは区間Ａより緩勾配であるので、所要動力はＰAより少ないＰBとなる。区間Ｄは緩勾配の下り走行で、制動動力はＰC、区間Ｅは急勾配走行で制動動力はＰDとなる。図１０の例では、区間Ｂの走行動力に相当する出力をエンジン、発電機の最大出力とし、この動力を越える走行動力は蓄電装置から供給するシステムとしている。この場合、同図に示した■で示した部分が蓄電装置によって供給され、 ■の部分はエンジンのみから供給される。走行区間Ａを走行すると蓄電装置の蓄電エネルギー量はＱ１からＱ２に減少する。
【００１０】さて、図１０で示した走行路を走行する鉄道車両等でも、下り勾配運転では機械ブレーキは作用させる事が出来ない。例えば下り勾配において８０ｋ／ｈ程度の速度順行で機械ブレーキを作用させた場合、ほとんどの機械ブレーキは摩擦により「焼きつき」等の消耗を発生してしまう。このため、下り勾配の走行路の制動電力を蓄電池に回生する運転で走行するのが普通である。この場合、同図■の電力を蓄電装置が吸収することになるので、区間Ｄ、Ｅを走行すると蓄電量はＱ３に達する。Ｑ３の蓄電量は区間Ｂ走行の電力■に相当するエネルギーで、■に比べ非常に大きなエネルギーとになり、蓄電装置が大型してしまい、結果費用増大等の問題が生じていた。
【００１１】一方、蓄電装置の蓄電量を制限すると、下り勾配走行時は機械制動装置（機械ブレーキ）を作用させることになる。この場合、上記のように「焼きつき」等を発生しないようにするには走行速度を大幅に下げなければならず（例えば１０ｋ／ｈ等の低速）、結果として走行時間が増大してしまうという別の問題も生じる。このような事から、下り勾配区間を走行可能で、しかも燃費に良いハイブリッド駆動システムの実現が求められていた。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、次の点に着眼してなされたものである。
１）シリーズ、パラレルハイブリッド駆動システムはエンジン動力と電動機動力は別個に且つ自由に制御できる。
２）エンジンはエンジンブレーキがかかる。
【００１３】３）蓄電電力をエンジンブレーキの駆動電力とすれば、回生による蓄電電力を放出することにより、蓄電量の容量を必要以上に大きくしなくてすむ。第１の発明は、第１の内燃機関エンジンと連結した第１の電動発電機と第１の半導体電力変換器を介して直流電力を発生しこの直流電力から第２の半導体電力変換器と第２の発電動機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムで、前記第１の半導体電力変換器と第２の半導体電力変換器の直流側に第１の蓄電装置を接続して車両を駆動する車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記第１のエンジンの作動状態とその出力及び前記第１の電動発電機と第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する。
【００１４】第２の発明は、第１の発明において、前記車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに応じて、前記第１のエンジンの出力、第１の発電動機の出力、第２の発電動機の出力を制御し、前記第１の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する第３の発明は、第２の発明において、前記車両が惰行走行時、前記第１の発電動機は電動機運転し、前記第１のエンジンを前記第１の蓄電装置の電力により駆動し、エンジンブレーキ動作をさせる。
【００１５】第４の発明は、第２の発明において、下り勾配の走行路を制動走行する場合、第２の発電動機を発電機運転して前記第１の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第１の電動発電機は前記第１の蓄電装置の電力により電動機運転して前記第１のエンジンを駆動してエンジンブレーキ動作をさせる。第５の発明は、第２の内燃機関エンジンの出力軸と第２の蓄電装置の電力で第３の半導体電力変換器を介して駆動される第３の電動発電機の出力軸とを動力結合し、変速機を介して車輪を駆動するハイブリッド駆動システムの車両駆動方法において、車両の走行状態に応じて、前記第２のエンジンの作動状態とその出力及び前記第３の電動発電機の出力を制御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する。
【００１６】第６の発明は、第５の発明において、前記車両は予め記憶された走行路の距離及び標高の情報を含む走行パターンに応じて、前記第２のエンジンの出力、前記変速機の変速比及び前記第３の発電動機の出力を制御し、前記第２の蓄電装置の蓄電量を所定量に調節する。第７の発明は、第６の発明において、車両が惰行走行時、前記第３の発電動機は電動機運転し、前記第２のエンジンを前記第２の蓄電装置の電力により駆動してエンジンブレーキ動作をさせる。
【００１７】第８の発明は、第６の発明において、下り勾配の走行路を制動走行する場合、前記第３の発電動機を発電機運転して前記第２の蓄電装置に電力回生すると共に、前記第２のエンジンは前記第２の蓄電装置の電力により前記変速機を介してエンジンブレーキ動作をさせる。第９の発明は、第１の発明から第４の発明で、第1の蓄電装置は電気二重層キャパシタとする。第１０の発明は、第６の発明から第９の発明で、第２の蓄電装置は電気二重層キャパシタとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態でシリーズハイブリッド駆動システムに適用した駆動システム構成図である。図１において、図８と同一構成要素は同一番号を付してある。図１において、１００は蓄電制御装置で、１０１は走行パターン指令装置である。車両が走行するパターンは走行するルートの距離と標高の推移等といった、回生動作による蓄電量に関わる情報が記憶されたものであり、予め走行パターン指令装置に組み込まれている。車両走行位置に対応した、蓄電装置１６の蓄電量は予め設定されているので、この量になるよう、エンジン１ｂ、整流器１２、インバータ１４を個別に制御する。
【００１９】図２は本発明の第２の実施形態でパラレルハイブリッド駆動システムに適用した駆動システム構成図である。図２において、図９と同一構成要素は同一番号を付してある。図２において、２００は蓄電制御装置で、２０１は走行パターン指令装置である。車両が走行するパターンは予め、走行パターン指令装置に組み込まれている。車両走行位置に対応した、蓄電装置１６ｃの蓄電量は予め設定されているので、この量になるよう、エンジン１ｃ、インバータ１４ｃ、変速機１０ｃを個別に制御する。
【００２０】図３は図１の駆動システム動作を説明する図で、請求項１から４に相当する動作説明図である。同図で本発明の動作を説明する。（ａ）は惰行走行時に蓄電装置１６の電力でエンジンブレーキを作用させて、蓄電装置１６のエネルギーを放出する運転モードである。（ｂ）は制動運転時に制動電力を全て、蓄電装置１６に回収する運転モードである。この運転モードでは、発電機１２の出力をゼロ又はエンジン１ｂを停止する。この運転方法は、制動電力は小さいか又は蓄電装置１６に電力回収余力が十分ある場合に適用する運転モードである。
【００２１】（ｃ）は（ｂ）の運転方法にエンジンブレーキを併用させた駆動方式で、制動電力が大きい場合、蓄電装置１６の蓄電余力が少ない場合に適用する運転モードである。（ｄ）はエンジンブレーキのみによる車両の制動運転モードで、（ｃ）の運転方法で蓄電装置１６への電力回生量をゼロにしたものである。
【００２２】（ｅ）は蓄電装置に蓄電された電力を出きるだけ短時間に放出させる運転方法で、長い下り坂を抑速制動運転に入る前の運転に適用する運転モードである。次に本発明の駆動方法による車両走行例を図４を例に説明する。図４において、（１）は図１０の（１）と同じで走行路の標高を示したもので、ａ，ｂ・・ｇは走行区間を示す。又同図（２）は蓄電装置１６の蓄電量を示す。
【００２３】図４の（１）に示した走行路では、区間ｂは緩勾配の長い下り坂で、ｃは急勾配の下り坂を示している。この走行路を走行する場合、■点では、蓄電装置は充分な充電余力が無くてはならない。下り坂開始点■から下り坂終了地点■までの回生電力量ΔＥBは予め推定でき、この地点での蓄積エネルギー量の蓄積可能最大値をＥmax以下にするために、地点■点での蓄電装置の蓄電量Ｅ0を推定する。地点■では、蓄電量がＥ1であるので、地点■に向かって減らすべき蓄電量ΔＥ1を推定する。この結果、区間ａ（ここでは、平坦路で惰行運転）では、エンジンブレーキを作用させて蓄電量をＥ0まで放出する。
【００２４】このように、予め記憶された（標高情報を含む）走行パターンと各走行地点に対応した蓄電量を所定値に対応させるために、前述の（ａ）〜（ｅ）の各モードを選択実行して蓄電量を蓄積可能最大値以下の値に調節する。図５は図２の駆動システム動作を説明する図で、請求項５から８に相当する動作説明図である。同図で本発明の動作を説明する。
【００２５】（ａ）は惰行走行時に蓄電装置１６ｃの電力でエンジンブレーキを作用させて、蓄電装置１６ｃのエネルギーを放出する運転モードである。（ｂ）は制動運転時に制動電力を全て、蓄電装置１６ｃに回収する運転モードである。この運転モードでは、発電動機１５ｃの出力をゼロ又はエンジン１ｃを停止する。この運転方法は、制動電力は小さいか又は蓄電装置１６ｃに電力回収余力が十分ある場合に適用する運転モードである。
【００２６】（ｃ）は（ｂ）の運転方法にエンジンブレーキを併用させた駆動方式で、制動電力が大きい場合、蓄電装置１６ｃの蓄電余力が少ない場合に適用される運転モードである。（ｄ）はエンジンブレーキのみによる車両の制動運転モードで、（ｃ）の運転方法で、蓄電装置１６ｃへの電力回生量をゼロにしたものである。（ｅ）は蓄電装置１６ｃに蓄電された電力を出きるだけ短時間に放出させる運転方法で、長い下り坂を抑速制動運転する場合に適用される運転モードである。
【００２７】
【発明の効果】本発明は、内燃機関エンジンと蓄電装置を動力源とするハイブリッド駆動システムで、車両駆動を走行路パターンに応じて蓄電装置の蓄電量を調節するようにした駆動方法であるので、以下種々の効果が得られる。
１）下り勾配走行時でも、回生制動運転が可能となり、機械ブレーキ作用が不要になる。これにより機械ブレーキの寿命が延びると共に、機械ブレーキの保守が大幅に軽減する。
【００２８】２）エンジン、電機品を始め、蓄電装置の小型・軽量化が図れ、実用的なハイブリッド車両が実現できる。特に勾配区間の多い鉄道車両へ適用した場合の効果が大きくなる。
３）１）から２）により、燃費向上が図れる。
４）本発明で、蓄電装置を電気二重層キャパシタ電池にすると電池寿命が大幅に伸び、更の実用的はソブリッド車両が実現できる。
【００２９】５）本発明における内燃機関エンジンとしてディーゼルエンジンで説明したが、ガソリンエンジンは勿論のこと、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）エンジン、ＬＰＧ（液体プロパンガス）エンジン等のガスエンジンを始め、メタノールエンジン等といった他の内燃機関エンジンに適用できることはいうまでもない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２３４
【氏名又は名称】富士電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月２５日（２０００．１２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８８３３９
【弁理士】
【氏名又は名称】篠部 正治
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１９９５０９（Ｐ２００２−１９９５０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年７月１２日（２００２．７．１２） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３９２９１０（Ｐ２０００−３９２９１０） |
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