ハイブリッド式電動車両

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【発明の名称】	ハイブリッド式電動車両
【発明者】	【氏名】住友達哉【住所又は居所】静岡県磐田市新貝２５００番地ヤマハ発動機株式会社内
【要約】	【課題】運動エネルギーの回収量を増大させてバッテリー充電用エンジンによって消費される燃料を低減させる。【解決手段】エンジン４１でモータ発電機４４を駆動して生じる電力で駆動用モータ用バッテリー２５を充電する構成を採る。前記エンジン４１が停止するときに前記モータ発電機４４によって回生制動を行うエンジン停止手段６３を設けた。

【特許請求の範囲】
【請求項１】車輪を駆動するモータに給電するバッテリをエンジン駆動式の発電機によって充電するハイブリッド式電動車両において、前記エンジンが停止するときに前記発電機によって回生制動を行う制御装置を備えてなるハイブリッド式電動車両。
【請求項２】請求項１記載のハイブリッド式電動車両において、エンジンをモータ駆動系にクラッチを介して接続し、前記クラッチを接続することにより発電機によって回生制動を行う制動手段を備えてなるハイブリッド式電動車両。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輪を駆動するモータに給電するバッテリをエンジン駆動式の発電機によって充電するハイブリッド式電動車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種のハイブリッド式電動車両としては、例えば特開２００１－１５７３１０号公報に開示されたものがある。この公報に示されたハイブリッド式電動車両は、モータのみを動力源として走行するいわゆるシリーズハイブリッド型のもので、モータに給電するバッテリーを充電するための発電機と、この発電機を駆動するエンジンとをそれぞれ車体に搭載している。
【０００３】この従来の電動車両は、バッテリーの充電量が低減してきたときにエンジンを始動させ、発電機が発電した電力でバッテリーを充電する。エンジンは、バッテリーの充電が終了した後に停止される。また、この電動車両は、減速時に前記モータを発電機として機能させて回生制動を行い、車体およびモータ駆動系が慣性で動くときの運動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーに回収する構成を採っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来の電動車両においては、回生制動によって運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収しているが、近年はバッテリー充電用のエンジンによって消費される燃料を低減させるために、さらに多くの運動エネルギーを回収してエンジン運転時間を短縮させることが要請されている。
【０００５】本発明はこのような要請に応えるためになされたもので、運動エネルギーの回収量を増大させてバッテリー充電用エンジンによって消費される燃料を低減させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド式電動車両は、バッテリー充電用のエンジンが停止するときに発電機によって回生制動を行う制御装置を備えたものである。エンジンは、停止操作を行った後に例えばピストンとシリンダとの摩擦によって運動エネルギーが消費されて停止する。本発明によれば、前記停止操作後の慣性による運動エネルギーを回生制動によって電気エネルギーに変換し、バッテリーに回収することができる。
【０００７】請求項２に記載した発明に係るハイブリッド式電動車両は、請求項１に記載した発明に係るハイブリッド式電動車両において、エンジンをモータ駆動系にクラッチを介して接続し、前記クラッチを接続することにより発電機によって回生制動を行う制動手段を備えたものである。この発明によれば、前記クラッチを接続した状態で発電機による回生制動を行うことにより、モータ駆動系の運動エネルギーを回収することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るハイブリッド式電動車両の一実施の形態を図１ないし図５によって詳細に説明する。ここでは、本発明をゴルフカートに適用した場合の例について説明する。図１は本発明に係るハイブリッド式電動車両としてのゴルフカートの側面図、図２はゴルフカートの構成を示すブロック図、図３は後輪駆動系の構成を示すブロック図、図４は充電量の変化を示すグラフ、図５は負荷の変化を示すグラフである。
【０００９】これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態によるゴルフカートである。このゴルフカート１は、２個ずつの前輪２と後輪３を備え、後輪３を後述する走行装置４（図２参照）によって駆動して走行するものである。前輪２は、乗員が操向ハンドル５によって操舵する他に、走行装置４によって車体が誘導線（図示せず）に沿って走行するように操舵される。図１において、符号６はシャーシを示し、７は前部シート、８は後部シート、９はバックキャリア、１０は屋根を示す。
【００１０】このゴルフカート１の走行装置４は、図２に示すように、前輪２を自動で操舵するための自動操舵装置１１と、車体を走行させたり停止させる駆動装置１２と、これら両装置を制御するＣＰＵ１３を有するメインコントローラ１４などによって構成されている。
【００１１】前記自動操舵装置１１は、誘導線を検出するセンサ１５と、ステアリング軸１６を回動させる操舵用モータ１７と、手動で操舵する形態と自動で操舵される形態とを切換えるためのステアリング用クラッチ１８とを備え、メインコントローラ１４によって制御される。メインコントローラ１４による自動操舵装置１１の制御は、図示していないモード切替スイッチによって手動走行モードから自動走行モードに切り換えられた状態で実施される。
【００１２】この自動走行モードでは、先ず、メインコントローラ１４のＣＰＵ１３からクラッチモータリレー１９に制御信号が送出されて前記クラッチ１８によって操向ハンドル５がステアリング軸１６から切り離される。また、この切り離し制御の後に、ＣＰＵ１３は、誘導線用センサ１５が誘導線を追従するように、誘導センサ用アンプ２０を介して入力されたセンサ１５の検出信号に基づいてステアリングドライバ２１に制御信号を送出し操舵用モータ１７を制御する。
【００１３】前記駆動装置１２は、図２および図３に示すように、後輪３の車軸２２にトランスミッション２３を介して接続した駆動用モータ２４と、この駆動用モータ２４に給電するバッテリー２５と、後輪駆動用の動力を補うとともに前記バッテリー２５を充電するために発電するエンジン式補助動力装置２６と、各車輪をそれぞれ制動するドラムブレーキ２７などを備えている。
【００１４】前記駆動用モータ２４は、前記メインコントローラ１４から給電されてトランスミッション２３の入力用部材を駆動する他に、前記入力用部材によって回転されて発電機として機能し、回生電流をメインコントローラ１４に供給することができるものを使用している。この実施の形態では、この駆動用モータ２４にパーキングブレーキ用の電磁ブレーキ２８を設けている。
【００１５】駆動用モータ２４の出力は、手動走行モードでは、アクセルペダル２９の踏み込み量に対応するようにＣＰＵ１３によって制御される。すなわち、前記アクセルペダル２９を踏み込むことにより、アクセルペダル２９と連動するアクセルポテンショメータ３０とアクセルスイッチ３１とから制御信号がＣＰＵ１３に送出され、この制御信号に基づいてＣＰＵ１３がモータ出力を設定する。一方、自動走行モードでは、現在の車速が目標車速と一致するように、ＣＰＵ１３がモータ出力を制御する。現在の車速は、トランスミッション２３に設けた車速センサ３２によって検出し、目標車速は、車体に設けられる入力装置や遠隔入力のためのリモコン装置により設定される。さらに路面には、一次停止の必要、路面の上り下りや細かな凹凸等コースにおける走行状態の要求に対応するため、設定される目標車速に現在の車速を一致させるようにするフィードバック制御を一時的に中断し、あるいは一時的にフィードバック制御の応答性を高める等が判別できるように設けた永久磁石製のマーク（図示せず）をシャーシ６側のトリガーセンサ３３および定点センサ３４によって検出し、ＣＰＵ１３は設定される目標車速を取込むとともに、前記マークの意味するコースの走行要求を解析設定する。
【００１６】前記手動走行モードと自動走行モードの何れの場合においても、制動時には、駆動用モータ２４は発電機として機能し、回生制動を行う。回生制動により発生する電力は、メインコントローラ１４から回生電流としてバッテリー２５にこれを充電するように供給される。
【００１７】手動走行モードでの制動は、乗員がブレーキペダル３５を踏み込むことによって行われる。乗員がブレーキペダル３５を踏み込むことにより、踏力が切替機構３６からブレーキワイヤを介して各車輪のドラムブレーキ２７に伝達され、ドラムブレーキ２７が作動して制動力が発生する。ブレーキペダル３５には、ブレーキスイッチ３７が連動するように設けてあり、手動走行モードでの制動をＣＰＵ１３が検出して前記回生制動を行えるように構成している。自動走行モードでの制動は、人力装置やリモコン装置における設定車速の減速再設定や緊急停止スイッチの入力、コース上のマークに基づく減速指示がある場合に、前記回生制動の他に、前記切替機構３６にギヤ３８を介して連結したブレーキ用モータ３９にＣＰＵ１３がブレーキモータ用ドライバ４０から制御信号を送出することによって行われる。
【００１８】前記エンジン式補助動力装置２６は、エンジン４１と、このエンジン４１のクランク軸４２にＶベルト式伝動装置４３を介して接続したモータ発電機４４と、前記エンジン４１と前記トランスミッション２３の入力部材との間に介装したＶベルト式無段変速機４５および第１・第２のクラッチ４６，４７などによって構成されている。
【００１９】前記エンジン４１は、運転・停止が前記メインコントローラ１４のＣＰＵ１３によって切り換えられ、運転時には、気化器５１のスロットル弁を開閉するスロットルモータ５２がＣＰＵ１３によって駆動され、回転数が制御される。エンジン４１の回転数は、モータ発電機４に設けた回転数センサ５３によって検出される。
【００２０】前記モータ発電機４４は、エンジン始動時にセルモータとして機能し、それ以外の時には発電機として機能するものを用いている。このモータ発電機４４は、前記ＣＰＵ１３がスタートスイッチ５４をＯＮ側へ切換えることによって、バッテリー２５から給電されてスタータモータとして機能してエンジン４１のクランク軸４２を回転させる。
【００２１】一方、このモータ発電機４４は、ＣＰＵ１３がスタートスイッチ５４をＯＦＦ側へ切換えることによって、エンジン４１の動力で回転して発電する。このモータ発電機４４によって発電された電力は、インバータ・コンバータ５５を介してバッテリー２５に供給される。すなわち、モータ発電機４４がエンジン４１により駆動されることによってバッテリー２５が充電される。また、このモータ発電機４４は、発電時には電流値と電圧値とをＣＰＵ１３に出力する。
【００２２】前記Ｖベルト式無段変速機４５は、スクータ用などとして従来からよく知られているものと同等のもので、図３に示すように、Ｖベルト５６を巻掛ける二つのプーリ５７，５８のうち、トランスミッション２３側の従動プーリ５７をトランスミッション２３の前記入力部材に第１のクラッチ４６を介して接続するとともに、エンジン４１側の駆動プーリ５８をエンジン４１のクランク軸４２に第２のクラッチ４７を介して接続している。
【００２３】前記第１のクラッチ４６と第２のクラッチ４７は、この実施の形態では両者とも電磁クラッチからなり、ＣＰＵ１３によって接続・切断が切り換えられるように構成されている。なお、第１のクラッチ４６としては、前記従動プーリ５７からトランスミッション２３へのみ動力が伝達される一方向クラッチを用いることができる。
【００２４】第１のクラッチ４６と第２のクラッチ４７が接続されるのは、エンジン４１の動力をトランスミッション２３に伝達して駆動用モータ２４を助勢するときと、エンジン４１によって駆動用モータ２４を助勢していないときであってもモータ発電機４４にトランスミッション２３側から動力を伝達してモータ発電機４４で回生制動を行うときである。これら両クラッチ４６，４７が切断されるのは、駆動用モータ２４の動力のみによって走行するときと、エンジン４１でモータ発電機４４を駆動して発電させてバッテリー２５を充電するときである。
【００２５】この実施の形態では、Ｖベルト式無段変速機４５に第１のクラッチ４６と第２のクラッチ４７とを介してトランスミッション２３とエンジン４１を接続しており、これら両クラッチ４６，４７を切断することによって、いかなる場合でもＶベルト式無段変速機４５に動力が伝達されることがなくなるから、駆動用モータ２４のみの動力で走行するときや、エンジン４１の動力を専ら発電用に用いるときに動力の損失を低減することができる。
【００２６】このエンジン式補助動力装置２６は、エンジン４１から後輪３に至る動力伝達系の途中に、図２および図３において符号５９で示すトルクセンサが介装されており、エンジン４１の動力を後輪３に伝達して駆動用モータ２４を助勢する形態を採るときに、エンジン４１のクランク軸４２のトルク変動を前記トルクセンサ５９によって検出してＣＰＵ１３に出力する。このとき、ＣＰＵ１３は、前記トルク変動が相殺されるように駆動用モータ２４の出力を増減させる。この結果、エンジン４１で助勢しているにもかかわらず、後輪３を駆動するトルクは略一定になるから、車体が円滑に走行するようになる。
【００２７】トルクセンサ５９を設ける位置は、図２に示すように第２のクラッチ４７とＶベルト式無段変速機４５との間や、図３に示すように後輪３の車軸の途中など、エンジン４１の動力が伝達される部位であれば適宜変更することができる。エンジン４１が駆動用モータ２４を助勢するのは、自動走行モードにおける設定車速の増加再設定や、コース上のマークに基づく急加速時や登坂時、さらには手動走行モードにおけるアクセルペダル２９の踏み込みなどで負荷が予め定めた値を上回ったときである。
【００２８】前記バッテリー２５は、バッテリー電圧と、バッテリー温度と、バッテリー２５の充放電電流量とに基づいてバッテリー２５の残量を検出するバッテリー残量検出手段６１を接続している。このバッテリー残量検出手段６１は、検出したバッテリー残量を前記ＣＰＵ１３に出力する。バッテリー残量が予め定めた値より少なくなったときに、ＣＰＵ１３がエンジン４１を始動させてモータ発電機４４によって発電させ、バッテリー２５を充電する。
【００２９】ＣＰＵ１３は、上述したように、ドラムブレーキ２７による制動力と、駆動用モータ２４およびモータ発電機４４の回生制動による制動力とを制御する制動手段６２（図２参照）を備えるとともに、エンジン４１でバッテリー２５を充電するときやエンジン４１で補助動力を発生させるときにエンジン４１を始動させ、充電が終了したり駆動用モータ２４の負荷が低減されたりしてエンジン４１の動力が不要になったときに、第１および第２のクラッチ４６，４７を切断状態としてエンジン４１を停止させるエンジン停止手段６３を備えている。
【００３０】前記制動手段６２は、通常制動時に駆動用モータ２４による回生制動を行うとともに、急制動時にモータ発電機４４による回生制動も併用する回路を採っている。前記急制動時に制動手段６２は、第１および第２のクラッチ４７を接続状態としてトランスミッション２３側からＶベルト式無段変速機４５を介して動力をモータ発電機４４に伝達させ、このモータ発電機４４によって発電させる。このようにモータ発電機４４による回生制動も併用することにより、モータ駆動系の運動エネルギーを急制動時にモータ発電機４４によって回収することができるから、より一層多く運動エネルギーを回収することができる。
【００３１】前記エンジン停止手段６３は、例えば、図４に示すように、バッテリー２５の充電量が予め定めた基準量Ｘ％を下回ったときにエンジン４１を始動させ、充電によって充電量が前記基準量Ｘ％に達したときにエンジン４１を停止させる。また、このエンジン停止手段６３は、バッテリー２５の充電量の他に、駆動用モータ２４の負荷を検出し、図５に示すように、駆動用モータ２４の負荷が基準負荷Ｘを越えたときにエンジン４１を始動させ、負荷が低減されて前記基準負荷Ｘを下回ったときにエンジン４１を停止させる。前記負荷を検出する方法は、以下に説明するように４通りの方法が考えられる。
【００３２】（１）現在の車速と、入力装置あるいはリモコン装置により設定される目標車速とを比較し、目標車速が大きい場合に負荷が大きく、これとは逆の場合に負荷が小さいと判定する。
（２）車体の減速度と予め定めた減速度とを比較し、車体の減速度が設定減速度より大きい場合に負荷が大きく、これとは逆の場合に負荷が小さいと判定する。
（３）アクセル値（アクセルペダル２９の踏込量）の増加度が予め定めた増加度より大きい場合に負荷が大きく、ブレーキ値（リモコン操作によるブレーキの操作量またはブレーキペダル３５の踏込量）が予め定めた増加度より大きい場合に負荷が小さいと判定する。
（４）Ｖベルト式無段変速機４５の変速比が予め定めた変速比より大きい場合に負荷が大きく、これとは逆の場合に負荷が小さいと判定する。コースに埋設されるマークに基づき、負荷大あるいは負荷小と判定する。
【００３３】エンジン４１を停止させるためには、前記エンジン停止手段６３が点火プラグ（図示せず）に供給する点火電流を遮断したり、気化器５１のスロットル弁を全閉として気化器５１に供給する燃料を遮断することによって行う。エンジン停止時には、エンジン停止手段６３は、前記点火停止制御や燃料停止制御を行った後にモータ発電機４４によって発電させる。すなわち、バッテリー２５の充電量が図４においてＸ％に達した後もモータ発電機４４によって発電を継続させる。また、駆動用モータ２４の負荷が低減されてエンジン４１を停止させた後にもモータ発電機４４によって発電を行う。
【００３４】このため、エンジン４１の運動エネルギーは、エンジン４１が前記停止制御後も継続してモータ発電機４４を回転させることによって消費され、この運動エネルギーが無くなった時点でエンジン４１が完全に停止する。この結果、エンジン停止操作後の慣性による運動エネルギーを回生制動によって電気エネルギーに変換し、バッテリー２５に回収することができるから、図４に示すように、バッテリー２５の充電量が１００％に達していない状態（Ｘ％）でエンジン４１を停止させ、この停止操作後に発電される電力によってバッテリー２５を充電量が１００％に達するまで充電することができる。したがって、このゴルフカート１によれば、バッテリー２５を充電するためにエンジン４１を運転する時間を短縮することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エンジンを停止させる操作を行った後にエンジンの運動エネルギーを回生制動によって電気エネルギーに変換し、バッテリーに回収することができる。このため、バッテリーを充電するためにエンジンを運転する時間を短縮することができ、エンジンの燃料を節約することができる。
【００３６】請求項２記載の発明によれば、クラッチを接続した状態で発電機による回生制動を行うことにより、モータ駆動系の運動エネルギーを回収することができるから、モータを発電機として機能させる回生制動と、上記エンジン側発電機の回生制動とを併用することにより、急制動を行うことができるとともに、より一層多く運動エネルギーを回収することができる。

【出願人】	【識別番号】００００１００７６【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社【住所又は居所】静岡県磐田市新貝２５００番地
【出願日】	平成１４年１月２８日（２００２．１．２８）
【代理人】	【識別番号】１０００６４６２１【弁理士】【氏名又は名称】山川政樹
【公開番号】	特開２００３－２２４９０４（Ｐ２００３－２２４９０４Ａ）
【公開日】	平成１５年８月８日（２００３．８．８）
【出願番号】	特願２００２－１８１５５（Ｐ２００２－１８１５５）