JPH04207909A - リターダ装置の充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、自動車等の車両で、制動時に電気制動すると
共に機械的エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ
に回生じ、発進や加速時にそのバッテリ電源で補助加速
するように制御するリターダ装置において、バッテリの
充電状態を常に正常に保つように充電補正する充電制御
装置に関する。

［従来の技術］ 近年、本件出願人より既に自動車等の車両の駆動系に、
発電と電動か可能なかご形多相誂導機を設け、電気的に
制動及び加速す′るリターダ装置が提案されている。こ
のリターダ装置は、特に大型車両のエンジンの小型化に
よるエンジンブレーキの効果の低下を補い、且つ発進、
加速時に燃料、排気ガスを低減することを目積してし）
る。” 即ち、車両の駆動系に装着されている誘導機を、制動時
には発電機として作動して電気制動し、このとき誘導機
に発生する電気エネルギをバッテリに回生ずる。また、
発進や加速時には誘導機をバッテリ電源により電動機と
して作動して補助加速するのである。

こうして機械メエネルギを電気エネルギに変換して回生
じ、この電気エネルギを燃費、排気ガスの点で有効利用
するものである。そして、このようなエネルギの変換に
よる回生と有効利用を効果的に達成するように、制御系
が新たに開発され、これに適した制御系が提案されてい
る。車両におけるこのようなエネルギの回生サイクルの
制御は、未だ開発の途上にあり、更に一層発展すること
が望まれている。

ここで、このようなエネルギ回生サイクルでは、電気制
動によるバッテリの充電制御と、補助加速の際のバッテ
リの放電制御とが重要な要素になっている。

そこで従来、上記バッテリの充電制御系は、基本的に電
気制動の際の運転者による操作量に応じ誘導機で発電し
て、このとき生じる電気エネルギをバッテリに充電する
。また、定常走行時のように動力性能にあまり影響しな
い条件において、少量制動トルクにより発電して緩やか
に充電することで、充電を促進するように構成すること
が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の充電制御系にあっては、車両
走行時の動力性能、燃費等を損なうことが無い最小限の
条件、即ち制動、定常の走行条件でのみ発電してバッテ
リ充電するように制御しているので、バッテリを常に充
分な充電状態に保つことはできない。このため、補助加
速の使用頻度が多い場合は、バッテリの電圧低下を生じ
て失陥を招く等の問題がある。従って、この充電制御系
においては、バッテリの充電状態を常に監視し、燃費等
を多少犠牲にしてもバッテリを正常な充電状態に保持す
るように補正する手段を付加することが望まれる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであ
ってその目的は、バッテリの充電を常に正常に保つよう
に積極的に発電補正して、バッテリの失陥を防止し、且
つエネルギ回生サイクルを正常に運転すること・ができ
るリターダ装置の充電制御装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するた゛め、本発明は、エンジン駆動系
に発電と電動が可能なかご形多相の誘導機を装着し、こ
の誘導機の固定子部側をインバータ回路を介して発電電
力を回生ずるバッテリ、過剰な電力を消費する抵抗器に
接続し、運転者の操作による信号が入力するインバータ
制御回路から誘導機の回転磁界を所定量遅らせ、または
進むように制御する制御信号をインバータ回路に出力し
て、エンジン駆動系を電気制動または補助加速制御する
リターダ装置において、電気制動の際にスイッチ操作量
に応じた制動トルクを定める制動トルク算出手段と、こ
の電気制動の際にバッテリ側を充電可能に電圧調整する
充電手段と、バッテリの端子電圧を検出する手段と、バ
ッテリの端子電圧が定格電圧以下に低下すると、上記制
動トルク算出手段で所定の充電用制動トルクを発生し、
且つ燃料を増量制御する充電補正手段と、を備えるリタ
ーダ装置の充電制御装置を提案するものである。

［作　　用］ 上述した本発明の構成によると、車両走行中にエンジン
駆動系に装着されたリターダ装置の誘導機が、降板時等
において運転者の操作で発電機として作動して電気制動
し、加速時等には電動機として作動して補助加速する。

このとき、バッテリの端子電圧が常に監視されており、
この電圧が定ｒ７！ｒ電圧以下に低下すると、充電用制
動トルクが格別に設定され、誘導機を発電してバッテリ
に積極的に充電するように補正され、且つ燃料の増量制
御によりこの場合の動力性能を確保するように補正され
るのである。これにより、制動等の走行条件と無関係な
場合にもバッテリは、充電され、常に充分な充電状態に
保持することが可能になる。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明のリターダ装置とその充電状態表示装置
の実施例を示すブロック図てあり、リターダ装置１０は
エンジン駆動系に装着されるかご形多相の誘導機２０と
、その電気制御装置３０から構成されている。

即ち、エンジン１のクランク軸２のフライホイール３に
かご形多相誂導機２０か装着され、フライホイール３は
クラッチ４、人力軸５を介して変速機６に伝動構成され
ている。

このかご形多相話導機２０は３相であり、第２図に示す
ようにエンジン１と変速機６との間に設けられるフライ
ホイール装置７の内部に装着される。即ち、フライホイ
ール装置７のフライホイールハウジング７ａ、７ｂの間
に固定されるステータリング２１にステータ鉄心２２が
取付けられ、ステータ鉄心２２にステータ巻線２３が装
着され、このステータ巻線２３から出口線２４が取出さ
れて固定子部２０ａを成す。また、フライホイール３の
外周部にはステータ鉄心２２と近接対向してロータ鉄心
２５が取付けられ、ロータ鉄心２５にかご形巻線２６が
保持環２７、エンドリング２８と共に装着されて回転子
部２０ｂを成す。そこで、エンジン１の停止または走行
中に回転子部２０ｂが停止または回転駆動しており、こ
の回転子部２０ｂに対して固定子部２０ａに所定の周波
数電圧を印加して回転磁界を与え、電気制動または補助
加速するようにな）ている。

第１図において電気制御装置３０について説明すると、
かご形誘導機２０の固定子部２０ａ側がインバータ回路
３１、コンデンサ３２を介しバッテリ３３に接続され、
インバータ回路３１は周波数電圧の制御信号を生成する
インバータ制御回路４０を有する。インバータ回路３１
の出力側には半導体スイッチ回路３４を介して抵抗器３
５が接続され、半導体スイッチ回路３４にスイッチ制御
回路３６が接続される。

また各種入力情報として、誘導機２０の回転子部２０ｂ
の軸回転速度Ｎを検出する回転センサ５０、インバータ
回路３１の出力電圧Ｅｖを検出する電圧検出回路５１、
抵抗器３５の電流により温度ｔを検出する温度センサ５
２、アクセルペダル１１に連動してアクセル踏込み量θ
を検出するアクセルセンサ５３を有する。更に、運転席
には減速、制動時に運転者により操作される電気制動ス
イッチ５４、加速時に同様に操作される補助加速スイッ
チ５５が設けられているインバータ回路３１は、誘導機
２０の各相端子とバッテリ３３の正及び負の端子との間
に接続される複数のスイッチ素子を有する。スイッチ素
子はトランジスタ、このトランジスタの逆方向に並列接
続されるダイオードから成り、インバータ制御回路４０
からトランジスタに所定の周波数の開閉制御信号ＳＲ，
Ｓ、を与えることで、誘導機２０の回転磁界のすべり方
向、すべり量を変化し、所定の能力の発電機または電動
機として作動する。

インバータ制御回路４０は、電気制動スイッチ５４と補
助加速スイッチ５５、軸回転速度Ｎの信号か入力する動
作モード設定回路４１を有し、スイッチ信号の人力状態
と軸回転速度Ｎの関係により発電モート、電動モート、
停止モートを設定する。そこで、発電制御系として、こ
の動作モート設定回路４１の発電モード信号と電気制動
スイッチ５４の操作量αに応じた信号が人力する制動ト
ルク算出回路４２を有し、発電モートの各モートとスイ
ッチ操作量αに応じて制動トルクＴｂを定める。この制
動トルクｒａと軸回転速度Ｎの信号は回転磁界遅れ制御
回路４３に人力し、制動トルクｉｓに応じた負のすべり
量−ｅＲを求め、軸回転速度Ｎに対しこのすべり量−輸
だけ遅延した周波数の制御信号ＳＲに変換する。そして
、この制御信号ＳＲをインバータ回路３１に出力し、誘
導機２０を所定の発電能力の発電機として作動し、且つ
誘導機２０で発生した交流電圧を直流電圧に変換してバ
ッテリ３３に回生ずるのである。この場合に、制動トル
クＴＢに対して負のすべり量−ｅＨが比例的に設定され
て、制動トルクＴＢをその設定値に追従制御するように
なっているまた、電動制御系として、上記動作モード設
定回路４１の電動モード、アクセル踏込み量θ、軸回転
速度Ｎの信号が入力する駆動トルク算出回路４４を有し
、アクセル踏込み量θと軸回転速度Ｎによるトルク特性
を用いて発生エンジントルクＴＰを求め、これに対して
電動機が分担する駆動トルクＴＤを定める。この駆動ト
ルクＴＤ、軸回転速度Ｎの信号は回転磁界進み制御回路
４５に人力し、駆動トルクＴＤに応じた正のすべり量◆
８１を求め、軸回転速度Ｎに対しこのすべり量◆ｅ「だ
け進んだ周波数の制御信号ＳＦに変換する。そして、こ
の制御信号Ｓ「を同様にインバータ回路３１に出力し、
誘導機２０を所定の電動能力の電動機として作動し、エ
ンジン１の駆動系に駆動力を補助的に与、するのである
。この場合に、アクセル踏込み量θと共に発生エンジン
トルクＴＰが大きい程、電動機で分担する駆動トルクＴ
。が大きく制御される。

バッテリ３３は、電気制動時に発電された電気エネルギ
を回生じて貯えるものであり、容量Ｖは短時間で定格充
電容量に充電することができ、繰り返し放電する場合も
過放電に陥るおそれが無いものに設定される。

次に、バッテリ３３の充電、放電制御系にっいて説明す
ると、バッテリ３３に対して充電制御回路３７と放電制
御回路３８が接続される。充電制御回路３７は上記動作
モード設定回路４１の、　発電モード信号が入力すると
、バッテリ３３の端子電圧ＥＯを充電可能な電圧に調整
するものであり、このバッテリ３３端子電圧Ｅ０より大
きいインバータ出力電ＩＥ　Ｅ　ｖが発生する際に、バ
ッテリ３３に電流を供給して充電する。放電制御回路３
８は電動モード信号が入力すると、誘導機２０を電動機
動作するのに必要な直流電源電圧ＥＭを発生し、始動及
び加速時にこの電圧ＥＭを誘導機２０に印加する。

抵抗器３５は発電による電気エネルギが回生ずることが
できない程過剰な場合に、これを消費するもので、所定
の抵抗値ｒに設定されている。

ここで、抵抗器３５の抵抗値ｒが一定であると、所定の
回転速度以上においては抵抗器３５の消費電力Ｐが発電
機出力Ｗを越えてしまい、インバータ出力電圧ＥＶが低
下して制動トルクＴＢを低下することが、試験により確
認された。上述の半導体スイッチ回路３４、スイッチ制
御回路３６、電圧検出回路５１は、上記制動トルクＴ！
ｌの低下を防止する抵抗値制御系の回路である。

そこで、電圧検出回路５１で検出されるインバータ出力
電圧Ｅνが設定値以上になると、スイッチ制御回路３６
で軸回転速度Ｎに応じたデユーティ比りの開閉制御信号
を半導体スイッチ回路３４に出力する。そして、半導体
スイッチ回路３４により抵抗器３５の回路を開閉制御し
、軸回転速度Ｎの上昇に対し抵抗器３５の実効抵抗値「
Ｓを増大してインバータ出力電圧Ｅｖを略一定に保ち、
制動トルクＴＢの大きい制動可能領域を拡大するように
なっている。こうして、抵抗器３５を含む回路の実効抵
抗値ｒ’ｓが半導体スイッチ回路３４の開閉により制御
されることで、抵抗器３５自体の値ｒは小さいものに設
定されている。

更に試験の結果、電気制動を長時間継続すると、抵抗器
３５の温度ｔが上昇して抵抗値ｒが増大し、これに伴い
制動トルクＴＢの低下を生しることが確認された。そこ
でこれを防止するため、抵抗器３５に設けられている温
度センサ５２の信号がスイッチ制御回路３６に人力し、
温度ｔの上昇により半導体スイッチ回路３４への信号の
デユーティ比りを変化して、抵抗器３５の実効抵抗値ｒ
ｓを減少制御するようになっている。

次に、上記充電制御系において更に、バッテリの充電状
態を正常に保持する充電補正制御について説明する。　
この補正制御ではバッテリ端子電圧Ｅ０を常時監視する
必要があるため、バッテリ３３に対して電圧センサ５６
が接続される。このバッテリ端子電圧Ｅ０の信号は運転
席の表示器５７に人力して、バッテリ３３の充電状態を
表示するのに用いられ、更に充電補正回路４６に人力す
る。この充電補正回路４６は、バッテリ端子電圧Ｅ。と
定格電圧ＥＬを比較して定ｔＩ！ｒ電圧Ｅ、以下に低下
すると、充電補正信号を動作モード設定回路４１に入力
し、仮に電動モートが選択されている場合も発電モート
に設定する。また、充電補正信号は制動トルク算出回路
４２に入力し、所定の充電用制動トルクＴＢアを定めて
圧力する。

一方、このような充電用制動トルクＴＢＴを用いて電気
制動されると、加速等の走行条件では必然的に動力性能
の低下を招く。そこでこの不具合を解消するため、上記
充電補正信号は更に燃料制御回路４７にも人力する。こ
の燃料制御回路４７には、アクセル踏込み量θ、軸回転
速度Ｎの信号が人力してエンジン出力が判断されており
、定常、加速の走行条件でこの充電補正信号が人力する
と、充電用制動トルクＴＢ丁に応じた燃料増量δを定め
る。そして、この燃料の増量信号を、燃料供給系に出力
するようになっている。

次に、この実施例の動作について説明する。先ず、エン
ジンｌの動力がフライホイール３、クラッチ４、人力軸
５を介し変速機６に人力し、変速動力が車輪側に伝達す
ることで車両走行する。この走行時の降板等の場合に運
転者が電気制動スイッチ５４を操作すると、インバータ
制御回路４０の動作モード設定回路４１で発電モードが
選択され、制動トルク算出回路４２てスイッチ操作量α
に応じた制動トルクＴＢが設定される。そして、回転磁
界遅れ制御回路４３から制動トルクＴＢに応じた負のす
べり量−ｅＲの周波数制御信号ＳＲがインバータ回路３
１に入力して、誘導機２０を発電機として作動する。こ
れにより、誘導機２０では固定子部２０ａの回転磁界が
駆動系の回転子部２０ｂの回転を強制的に減速するよう
に制動トルクＴＢを発生することになり、この制動トル
クＴＢでエンジンブレーキ効果が所定量増大補正され、
減速走行を安全に行うことが可能になる。

このとぎ、誘導機２０の固定子部２０ａには上記発電機
の作動に伴い電気エネルギが発生し、これかインバータ
回路３１で直流電圧に変換され、充電制御回路３７で電
圧調整されてバッテリ３３に充電されるのであり、こう
して電気制動により発生する電気エネルギが有効に回生
される。

この電気制動時において、電気エネルギが過剰な場合は
、スイッチ制御回路３６の開閉制御信号で半導体スイッ
チ回路３４が抵抗器３５に所定の電流を流して消費する
ことになり、こうして制動トルクＴＢを確保しつつ過剰
分を速やかに消散するように整合制御される。また、こ
の抵抗器３５による過剰エネルギの消費の場合に、温度
上昇により抵抗値ｒが増大すると、スイッチ制御回路３
６により実効抵抗値ｒｓか減少され、上記整合制御を最
適な状態に保持するように補正される。

一方、アクセル踏込みによる加速時に運転者が、表示器
５７のバッテリ充電状態を確認して補助加速スイッチ５
５を操作すると、動作モート設定回路４１て電動モード
が選択される。

そして、駆動トルク算出回路４４でこの場合の走行状態
に応じて電動機が分担する駆動トルりＴＤが算出され、
これに基づき回転磁界進み・制御回路４５から正のすべ
り量＋ｅ「の周波数制御信号ｓｒがインバータ回路３１
に入力する。また、この電動モードにより放電制御回路
３８で、バッテリ電源を用いて所定の直流電圧電源ＥＭ
が生成される。こうして、誘導機２０にはそれを電動す
るに足る電圧が印加され、且つ固定子部２０ａには軸回
転速度Ｎより進んだ回転磁界が生じて、誘導機２０は電
動機として作動し、所定の駆動トルクＴ、を発生する。

このため、エンジンｌの駆動系の動力は誘導機２０の駆
動トルクＴＤで増大補充されるのであり、こうして上述
のようにバッテリ３３に回生される電気エネルギが車両
駆動に有効に利用され、この誘導機２０の駆動トルクＴ
ｏ分に応じ燃費、排気ガスが効果的に低減されるのであ
る。

尚、上述以外にエンジン始動時には誘導機２０が電動機
として作動される。また、定常走行時には誘導機２０が
例えば発電能力の小さい発電機として作動されて緩やか
にバッテリ充電され、エネルギ回生重視で制御される。

以上説明した電気制動と補助加速の作用が、エンジン駆
動系のエネルギの回生により、バッテリ３３の寿命の続
く限り、走行中の減速、加速、定常の際に繰り返して反
永久的に継続されるのである。

一方、上述の車両走行中には、電圧センサ５６でバッテ
リ３３の端子電圧Ｅ０が常時電気的に検出され、充電補
正回路４６で定格電圧ＥＬと比較されている。そこで、
加速等の走行条件で第３図（ａ）のように、補助加速が
繰り返し行われると、バッテリ電源の電気量が使用され
て（ｂ）のように比較的大幅に低下する。そして、バッ
テリ端子電圧ＥＯが（Ｃ）のように、ついに定格電圧Ｅ
Ｌ以下に低下すると、充電補正回路４６から充電補正信
号が動作モード設定回路４１、制動トルク算出回路４２
に出力し、格別に発電モートに設定され且つ（ｄ）のよ
うに所定の充電用制動トルクＴ、アが所定時間出力する
。

このため、上述と同様に回転磁界遅れ制御回路４３から
このトルクＴ、アに応じた制御信号が出力し、誘導機２
０が発電機として作動され、発電モード信号により充電
制御回路３７で電圧調整されるのであり、こうして制動
等の走行条件とは無関係に誘導機２０で発電され、その
電気エネルギがバッテリ３３に積極的に充電される。そ
こで、バッテリ３３の電気量は（ｂ）のように増大し、
その端子電圧は再び（Ｃ）のように回復することになる
。このようなバッテリ電圧のフィードバック補正制御は
、仮に補助加速中であってもその補助加速を中止して優
先的に行われ、これによりバッテリ３３は常に充分な充
電状態に制御され、端子電圧Ｅ。

が略定格電圧ＥＬに保持される。こうして、バッテリ３
３が充電重視で制御されることで、その電圧低下による
失陥が防止され、同時に補助加速も不足無く行ってエネ
ルギ回生サイクルを充分機能することが可能になる。

また、上記補正制御の際には燃料制姉回路４７で燃料の
増量の有無が判断されており、加速時には上記充電用制
動トルクＴＢアに応じた燃料増量δが設定されて燃料供
給系に出力する。このため、エンジン出力は上記トルク
ＴＢアに対応する分増大し、これにより所定の動力性能
が継続して確保されることになる。

以上、本発明の実施例について説明したが、これのみに
限定されない。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明によるリターダ装置は、
充電制御系にバッテリ端子電圧を常に監視して、電圧低
下すると優先的に発電モードに設定すると共に、所定の
充電用制動トルクを所定時間発生する手段が付加される
ので、電気制動とは各別に全ての走行条件で積極的にバ
ッテリ充電することが可能になり、このためバッテリを
常時充分な充電状態に保つことができる。こうして、適
確にエネルギ回生されることで、補助加速を含むサイク
ルの機能を最大限発揮でき、バッテリの電圧低下による
失陥も防止することか可能になる。充電の基本的な制御
系を利用して補正制御するように構成されるので、構造
、制御か簡単になる。充電の補正別間の場合に、これに
応じて燃料制御も行うので、所定の動力性能を継続して
確保てきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例のブロック区、第２図はか
ご形多相話導機の機械的構成の断面図、第３図（ａ）　
、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は充電補正制御の
動作状態の特性図である。 １０・・・リターダ装置、２０・・・かご形多相８導機
、３０・・・電気制御装置、３１・・・インバータ回路
、３３・・・バッテリ、３５・・・抵抗器、４０・・・
インバータ制御回路、５４・・・電気制動スイッチ、５
５・・・補助加速スイッチ、４１・・・動作モート設定
回路、４２・・・制動トルク算出回路、４３・・・回転
磁界遅れ制御回路、４６・・・充電補正回路、４７・・
・燃料制御回路、５６・・・電圧センサ。 Ｗ！２　図 第３図 誌 ネ 下 手続ネ甫正書（方式） ％式％ リターダ装置の充電制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 〒１９１ 住　　　所　　　　東京都日野市日野台３丁目１番地１
４、補正命令の日付 平成０３年０３月１２日付発送 ５、補正により増加する請求項の数　　　　　な　し７
、補正の内容 願書に添付した図面中、第３図を別紙のように訂正する
。 ８、添付書類の目録

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジン駆動系に発電と電動が可能なかご形多相の誘導
   機を装着し、この誘導機の固定子部側をインバータ回路
   を介して発電電力を回生するバッテリ、過剰な電力を消
   費する抵抗器に接続し、運転者の操作によるスイッチ信
   号が入力するインバータ制御回路から誘導機の回転磁界
   を所定量遅らせ、または進むように制御する制御信号を
   インバータ回路に出力して、エンジン駆動系を電気制動
   または補助加速制御するリターダ装置において、電気制
   動の際に操作量に応じた制動トルクを定める制動トルク
   算出手段と、この電気制動の際にバッテリ側を充電可能
   に電圧調整する充電手段と、バッテリの端子電圧を検出
   する手段と、バッテリの端子電圧が定格電圧以下に低下
   すると、上記制動トルク算出手段で所定の充電用制動ト
   ルクを発生し、且つ燃料を増量制御する充電補正手段と
   、を備えることを特徴とするリターダ装置の充電制御装
   置