WO2019097606A1 - 車両 - Google Patents

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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to vehicles.
  • a hybrid vehicle including an internal combustion engine and a battery includes, for example, a power split mechanism that distributes mechanical energy output from the internal combustion engine to a generator side and a drive train side.
  • the generator of the vehicle operates as a motor, ie there is a negative mode in which the sun gear rotates in reverse, and when the vehicle is operating in the negative mode, the output power of the generator Is transmitted to the wheel side via the power split mechanism, so the power transmission efficiency of the vehicle is degraded.
  • An embodiment of the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a vehicle with an improved power transmission efficiency.
  • a vehicle includes an internal combustion engine, a power split mechanism that divides and outputs mechanical energy output from the internal combustion engine, and a generator that converts mechanical energy transmitted from the power split mechanism into electrical energy.
  • Drive by a converter for controlling the operation of the generator, an inverter connected to the converter via a DC link, a battery connected to the DC link, a motor operated by energy supplied from the inverter, and the motor And a control unit that increases the rotational speed of the internal combustion engine when the direction of rotation of the generator is negative.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the power split mechanism.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the relationship between the sun gear of the power split mechanism, the ring gear, and the rotational speed of the planetary carrier.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the sun gear of the power split mechanism, the ring gear, and the rotational speed of the planetary carrier.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a generator frequency range that can be continuously operated in the vehicle of the embodiment.
  • FIG. 6 is a flow chart for explaining an example of the method of determining the number of revolutions of the internal combustion engine according to the first embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a vehicle according to the first embodiment.
  • the vehicle of the present embodiment includes an internal combustion engine 10, a power split mechanism 20, a generator 30, a converter 40, an inverter 50, a motor 60, a power coupling mechanism 70, a battery 80, wheels WL, a vehicle And an ECU 90.
  • the internal combustion engine 10 is a prime mover that generates mechanical energy for driving a vehicle, such as a gasoline engine or a diesel engine.
  • Power split device 20 splits mechanical energy Pe generated by internal combustion engine 10 into energy Pg supplied to generator 30 side and energy Pr supplied to wheel WL side (drive train side) for supply. Do.
  • FIG. 2 schematically shows an example of the configuration of power split device 20.
  • the power split mechanism 20 includes, for example, a sun gear S, a planetary rear gear P circumscribed to the sun gear S, a ring gear R to which the planetary rear gear P is inscribed, and a planetary carrier C rotating along a track of the planetary rear gear P.
  • the planetary carrier C is rotated by the mechanical energy Pe generated by the internal combustion engine 10.
  • the rotational power of the sun gear S is transmitted to the generator 30.
  • the rotational power of the ring gear R is transmitted to the power coupling mechanism 70.
  • the generator 30 converts mechanical energy Pg supplied via the sun gear S of the power split mechanism 20 into electrical energy.
  • the generator 30 is, for example, a motor provided with a rotor interlocking with the sun gear S and a stator, and outputs three-phase AC power.
  • the converter 40 is a control means for controlling the operation of the generator 30, and converts the three-phase AC power output from the generator 30 into DC power for regeneration operation, and DC power supplied from the DC link Are converted into three-phase alternating current power and supplied to the generator 30, and the power generator 30 is made to perform a power running operation.
  • Converter 40 is connected to inverter 50 and battery 80 via a DC link.
  • the motor 60 is driven by AC power supplied from the inverter 50, converts electrical energy into mechanical energy Pm, and outputs the mechanical energy Pm to the power coupling mechanism 70.
  • the power coupling mechanism 70 transmits energy Pout obtained by combining the mechanical energy Pg transmitted from the ring gear R of the internal combustion engine 10 and the mechanical energy Pm supplied from the inverter 50 to an axle (not shown).
  • the wheel WL is rotationally driven via an axle.
  • a vehicle ECU (electric control unit) 90 is a control unit that controls the internal combustion engine 10, the generator 30, the converter 40, the inverter 50, the motor 60, and the battery 80 to operate in cooperation with one another.
  • the vehicle ECU 90 is an arithmetic unit including, for example, at least one processor such as a CPU (central processing unit) or an MPU (micro processing unit) and a memory in which a program executed by the processor is recorded.
  • the rotation speed of the planetary carrier C (the rotation speed of the internal combustion engine 10) is constant, the rotation speed of the sun gear S may be lowered to be in the negative direction. That is, the operation of the generator 30 changes from regeneration to power running.
  • FIG. 4 is a view for explaining an example of the relationship between the rotational speed of the sun gear S, the ring gear R, and the planetary carrier C of the power split mechanism 20. As shown in FIG. This example is an example of a negative mode in which the planetary carrier C and the ring gear R rotate in the positive direction, and the sun gear S rotates in the negative direction.
  • the ratio of the number of teeth Zs of the sun gear S of the power split mechanism 20 to the number of teeth Zr of the ring gear R is 1: 2 and the energy transfer efficiency from the generator 30 to the motor 60 is 85.6%.
  • the power transmission efficiency of the entire vehicle will be described by taking, as an example, the case where the respective energy transmission efficiencies of the split mechanism 20 and the power coupling mechanism 70 are 98%.
  • the rotational speed of the sun gear S (the rotational speed of the generator 30) becomes -800 rpm to -200 rpm. It shifted in the positive direction. Further, as a result of raising the rotational speed of the internal combustion engine 10 while keeping the output of the internal combustion engine 10 constant, the torque (engine torque) of the planetary carrier C decreases and the torque of the generator 30 also decreases.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a continuously operable generator frequency range in the vehicle of the embodiment.
  • the conduction time of a specific element of the converter 40 becomes longer, and further, when the frequency of the power output from the generator 30 becomes 0 Hz (DC), the specific element Current continues to flow, and the element temperature rises. In order to avoid this state, it is desirable to define the range in which the generator 30 operates continuously.
  • the rotational speed Ns' of the generator 30 after the rotational speed shift of the internal combustion engine 10 (when the frequency -f0 of the generator 30) is expressed by the following (Equation 3), which is shown in the above (Equation 2)
  • the upper limit of the shift amount when the vehicle is operating in the negative mode is expressed by (Expression 5).
  • the operating point of the internal combustion engine 10 at which the fuel efficiency of the vehicle is optimum is searched from the trade-off relationship between the power transmission efficiency from the internal combustion engine 10 to the wheel WL and the efficiency of the internal combustion engine 10.
  • FIG. 6 is a flow chart for explaining an example of the method of determining the number of revolutions of the internal combustion engine according to the first embodiment.
  • the vehicle ECU 90 executes the following method of determining the number of revolutions of the internal combustion engine 10 at least when the vehicle is operating in the negative mode, and the vehicle ECU 90 has a negative direction of rotation of the generator 30. At one time, it is determined that the vehicle is operating in the negative mode.
  • the vehicle ECU 90 uses the fuel consumption amount c0 (g / kWh) read from the memory to calculate the fuel consumption amount C_fuel0 (g) per unit time as the following (Equation 6) (step S2).
  • the vehicle ECU 90 uses the internal combustion engine torque Tc_n and the rotational speed Nc_n of the internal combustion engine 10 to generate the internal combustion engine output Pe_n required to output the vehicle required output Pout * at the operating point of the internal combustion engine 10 ) (Step S6).
  • the vehicle ECU 90 extracts the fuel consumption amount c_n (g / kWh) per unit energy at the operating point (Pe_n, Nc_n) of the internal combustion engine 10 from the map stored in the memory (step S7)
  • the fuel consumption amount C_fuel_n per unit time is calculated by the following (Equation 9) (step S8).
  • the vehicle ECU 90 updates the rotational speed Nc_n of the internal combustion engine 10 to Nc_n- ⁇ (step S11).
  • Vehicle ECU 90 sets ⁇ as a predetermined positive integer. Further, when operating in the positive mode, the rotational speed Nc_n is set to Nc_n + ⁇ .
  • the value of ⁇ may be a fixed value, or may be a value that changes according to the value of the rotational speed Nc_n, for example.
  • step S9 when the fuel consumption C_fuel_n is not less than the fuel consumption search variable C_fuel_p (when C_fuel_n ⁇ C_fuel_p is not satisfied), the vehicle ECU 90 compares the fuel consumption search variable C_fuel_p with the fuel throughput C_fuel0 (step S12).
  • the vehicle ECU 90 sets the initial operating point (Pe0, Nc0) as the operating point of the internal combustion engine 10 (step S14).
  • the search variable C_fuel_p and the initial value of the fuel consumption Comparing the _Fuel0 when the search variable C_fuel_p is smaller than the initial value C_fuel0 fuel consumption, and the operating point the rotational speed of the internal combustion engine 10 corresponding to the search variable C_fuel_p, comprises computing means.
  • the vehicle ECU 90 selects a plurality of rotation speeds Nc_n in a range in which the internal combustion engine 10 can continuously operate at a predetermined sampling frequency, and selects the plurality of rotation speeds Nc_n selected.
  • the fuel consumption amount in the above may be calculated, and the rotation speed Nc_n at which the fuel consumption amount is minimized and the output power Pe_n corresponding thereto may be determined as the operating point (Pe, Nc). Even in that case, the same effect as the above-described embodiment can be obtained.
  • the above-described method of determining the rotational speed of the internal combustion engine 10 can be performed both when the vehicle is operating in the positive mode and when operating in the negative mode.
  • the power transmission efficiency can be more effectively achieved by determining the rotational speed in consideration of the fuel consumption of the internal combustion engine 10 and the energy transmission efficiency as described above. While improving it, fuel consumption can be suppressed.

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Abstract

実施形態による車両は、動力伝達効率を改善した車両を提供するものであって、内燃機関と、内燃機関から出力される機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、動力分割機構から伝達された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の動作を制御するコンバータと、コンバータと直流リンクを介して接続したインバータと、直流リンクに接続したバッテリと、インバータから供給されたエネルギーにより駆動されるモータと、モータから供給された機械エネルギーと動力分割機構から伝達された機械エネルギーとを結合する動力結合機構と、動力結合機構により結合された機械エネルギーにより駆動される車軸と、発電機の回転方向が負方向となったときに、内燃機関の回転数を増加する制御部と、を備える。

Description

車両
　本発明の実施形態は、車両に関する。
　内燃機関とバッテリとを備えたハイブリッド車両は、例えば、内燃機関から出力される機械エネルギーを発電機側とドライブトレイン側とに分配する動力分割機構を備えている。
　動力分割機構として例えば遊星ギアを採用することが可能であって、サンギアと、サンギアに外接したプラネタリアギアと、プラネタリアギアが内接したリングギアと、プラネタリアギアの軌道に沿って回転するプラネタリキャリアと、を備えている。サンギアは、発電機へ動力を伝達する。プラネタリアキャリアは、内燃機関の動力により回転する。リングギアは、車輪へ動力を伝達する。
特開２０１０‐８３２２０号公報
　速度や要求されたトルクの条件により、車両の発電機がモータとして動作する、すなわちサンギアが逆回転するネガティブモードが存在し、車両がネガティブモードで動作している際には、発電機の出力電力が動力分割機構を介して車輪側に伝達されるため、車両の動力伝達効率が悪くなる。
　本発明の実施形態は、上記事情を鑑みて成されたものであって、動力伝達効率を改善した車両を提供することを目的とする。
　実施形態による車両は、内燃機関と、前記内燃機関から出力される機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の動作を制御するコンバータと、前記コンバータと直流リンクを介して接続したインバータと、前記直流リンクに接続したバッテリと、前記インバータから供給されたエネルギーにより動作するモータと、前記モータにより駆動される車軸と、前記発電機の回転方向が負方向となったときに、前記内燃機関の回転数を増加する制御部と、を備える。
図１は、第１実施形態の車両の構成を概略的に示すブロック図である。 図２は、動力分割機構の構成の一例を概略的に示す図である。 図３は、動力分割機構のサンギア、リングギア、および、プラネタリキャリアの回転数の関係の一例を説明するための図である。 図４は、動力分割機構のサンギア、リングギア、および、プラネタリキャリアの回転数の関係の一例を説明するための図である。 図５は、実施形態の車両において連続運転可能な発電機周波数範囲の一例を示す図である。 図６は、第１実施形態の内燃機関の回転数決定方法の一例を説明するフローチャートである。
実施形態
　以下、実施形態の車両について、図面を参照して説明する。
　図１は、第１実施形態の車両の構成を概略的に示すブロック図である。
　本実施形態の車両は、内燃機関１０と、動力分割機構２０と、発電機３０と、コンバータ４０と、インバータ５０と、モータ６０と、動力結合機構７０と、バッテリ８０と、車輪ＷＬと、車両ＥＣＵ９０と、を備えている。
　内燃機関１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等、車両を駆動する機械エネルギーを生成する原動機である。　
　動力分割機構２０は、内燃機関１０で生成された機械エネルギーＰｅを、発電機３０側に供給されるエネルギーＰｇと、車輪ＷＬ側（ドライブトレイン側）に供給されるエネルギーＰｒとに分割して供給する。
　図２は、動力分割機構２０の構成の一例を概略的に示す図である。　
　動力分割機構２０は、例えば、サンギアＳと、サンギアＳに外接したプラネタリアギアＰと、プラネタリアギアＰが内接したリングギアＲと、プラネタリアギアＰの軌道に沿って回転するプラネタリキャリアＣと、を備えている。本実施形態では、プラネタリキャリアＣは、内燃機関１０で生成された機械エネルギーＰｅにより回転する。サンギアＳの回転動力は発電機３０へ伝達される。リングギアＲの回転動力は動力結合機構７０に伝達される。
　発電機３０は、動力分割機構２０のサンギアＳを介して供給される機械エネルギーＰｇを電気エネルギーに変換する。発電機３０は、例えば、サンギアＳと連動する回転子と固定子とを備えたモータであって、３相交流電力を出力する。
　コンバータ４０は、発電機３０の動作を制御する制御手段であって、発電機３０から出力された３相交流電力を直流電力に変換して回生動作とするとともに、直流リンクから供給される直流電力を３相交流電力に変換して発電機３０へ供給し、発電機３０を力行動作とする。コンバータ４０は直流リンクを介してインバータ５０およびバッテリ８０と接続している。
　インバータ５０は、直流リンクから供給された直流電力を交流電力に変換してモータ６０へ出力する。また、インバータ５０は、モータ６０から供給された交流電力を直流電力に変換して直流リンクへ出力する。
　モータ６０は、インバータ５０から供給される交流電力により駆動され、電気エネルギーを機械エネルギーＰｍに変換して動力結合機構７０へ出力する。
　動力結合機構７０は、内燃機関１０のリングギアＲから伝達された機械エネルギーＰｇと、インバータ５０から供給された機械エネルギーＰｍとを結合したエネルギーＰｏｕｔを車軸（図示せず）へ伝達する。車輪ＷＬは車軸を介して回転駆動される。
　バッテリ８０は、例えば、複数の２次電池セルを含む組電池を備え、直流リンクから供給される電力により充電可能であり、直流リンクを介して電力を放電可能に構成されている。
　車両ＥＣＵ（electric control unit）９０は、内燃機関１０、発電機３０、コンバータ４０、インバータ５０、モータ６０、および、バッテリ８０が互いに連係して動作するように制御する制御部である。車両ＥＣＵ９０は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）やＭＰＵ（micro processing unit）などのプロセッサを少なくとも１つと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリとを備える演算手段である。
　図３は、動力分割機構２０のサンギアＳ、リングギアＲ、および、プラネタリキャリアＣの回転数の関係の一例を説明するための図である。
　図３では、プラネタリキャリアＣの回転数をＮｃ、サンギアＳの回転数をＮｓ、リングギアＲの回転数をＮｒ、サンギアＳの歯数をＺｓ、リングギアＲの歯数をＺｒとしている。なお、回転数の正（＋）方向は、発電機３０が回生するときの回転方向である。
　この例は、プラネタリキャリアＣ、サンギアＳ、および、リングギアＲは、全て正方向に回転しているポジティブモード（内燃機関１０から車輪ＷＬ側へ向かう方向へ全てのエネルギーが供給されている車両の動作モード）の一例である。プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃは内燃機関１０の回転数により決まり、リングギアＲの回転数Ｎｒは車速により決まる。サンギアＳの回転数Ｎｓは、サンギアＳの歯数ＺｒとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比により決まる。
　このとき、プラネタリキャリアＣにより生成されるトルクをＴｃ、サンギアＳにより生成されるトルクをＴｓ、リングギアＲにより生成されるトルクをＴｒとすると、トルクＴｃはトルクＴｓとトルクＴｒとの和となり、トルクＴｓとトルクＴｒとの割合はサンギアＳの歯数ＺｒとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比により決まる。
　車両がポジティブモードで動作しているとき、発電機３０は回生する。モータ６０は、コンバータ４０を介して発電機３０から直流リンクへ出力されるエネルギーを利用して、機械エネルギーＰｍを出力する。一方、動力分割機構２０のリングギアＲへ伝わるエネルギーＰｒは車輪ＷＬへ直接伝わり、車両が出力する機械エネルギーＰｏｕｔは、エネルギーＰｍとエネルギーＰｒとの和となる。
　ここで、車速が増加するとリングギアＲの回転数が増加する。このときに、プラネタリキャリアＣの回転数（内燃機関１０の回転数）が一定であると、サンギアＳの回転数が低下し、負方向となることがある。すなわち、発電機３０の動作が回生から力行へと変化する。
　図４は、動力分割機構２０のサンギアＳ、リングギアＲ、および、プラネタリキャリアＣの回転数の関係の一例を説明するための図である。この例は、プラネタリキャリアＣとリングギアＲとが正方向に回転し、サンギアＳが負方向に回転しているネガティブモードの一例である。
　例えば、プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃが一定で、リングギアＲの回転数Ｎｒが増加すると、サンギアＳの回転数Ｎｓは負となる。すなわち、サンギアＳの回転方向がポジティブモードと逆となる。
　動力分割機構２０がネガティブモードで動作しているときには、リングギアＲへ伝わる機械エネルギーＰｒは、内燃機関１０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｅと発電機３０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｇとの和となる。機械エネルギーＰｇは、モータ６０が回生することにより生成される。このため、機械エネルギーＰｇは、動力分割機構２０と動力結合機構７０とを経由して車輪ＷＬへ伝達され、車両全体として動力伝達効率が低下する。
　そこで、本実施形態では、動力分割機構２０がネガティブモードで動作するときに、車両ＥＣＵは、プラネタリキャリアＣの回転数Ｎｃを正方向にシフトさせ（回転数Ｎｃを増加し）、サンギアＳの回転数Ｎｓの絶対値を減少させて機械エネルギーＰｇを低く抑えることにより、車両全体としての動力伝達効率を改善している。
　図４では、ネガティブモードにおいて、プラネタリアキャリアＣの回転数Ｎｃを破線で示し、正方向にシフトさせた後の回転数Ｎｃ´を実線で示している。この共線図によれば、プラネタリアキャリアＣの回転数Ｎｃを正方向にシフトさせると、サンギアＳの回転数Ｎｓも正方向にシフトし、その結果、発電機３０から動力分割機構２０へ伝達される機械エネルギーＰｇが減少することとなる。
　以下に、動力分割機構２０のサンギアＳの歯数ＺｓとリングギアＲの歯数Ｚｒとの比を１：２とし、発電機３０からモータ６０までのエネルギー伝達効率を８５．６％とし、動力分割機構２０と動力結合機構７０とのそれぞれのエネルギー伝達効率を９８％としたときを例として、車両全体の動力伝達効率について説明する。
　このとき、内燃機関１０の出力を５００ｋＷ一定とし、内燃機関１０の回転数を１２００ｒｐｍから１４００ｒｐｍへ上昇させた場合、サンギアＳの回転数（発電機３０の回転数）は、－８００ｒｐｍから－２００ｒｐｍとなり正方向にシフトした。また、内燃機関１０の出力を一定として内燃機関１０の回転数を上昇させた結果、プラネタリキャリアＣのトルク（エンジントルク）が減少し、発電機３０のトルクも減少した。
　発電機３０の回転数とトルクとが下がった結果、発電機３０から出力される機械エネルギーＰｇが減少し、ネガティブモードにおいてモータ６０で回生するエネルギーが小さくなり、車両全体での動力伝達効率は、９３．３％から９７％へ向上した。
　次に、本実施形態の車両における内燃機関の回転数決定方法の一例について説明する。
　動力分割機構２０がネガティブモードにて動作しているときに、車両の動力伝達効率を向上させるため、内燃機関１０の回転数を正方向へシフトさせる（増加させる）が、このシフト量は、発電機３０の動作を制御するコンバータ４０にて制限される。
　図５は、実施形態の車両において、連続運転可能な発電機周波数範囲の一例を示す図である。
　発電機３０から出力される電力の周波数が０Ｈｚに近づくほど、コンバータ４０の特定の素子の通電時間が長くなり、さらに発電機３０から出力される電力の周波数が０Ｈｚ（直流）になると特定の素子に電流が流れ続け、素子温度が上昇する。この状態を回避するため、発電機３０が連続的な運転を行う範囲を規定することが望ましい。
　ここで、動力分割機構２０のサンギアＳの歯数をＺｓ、リングギアＲの歯数をＺｒ、リングギアＲの回転数（ｒｐｍ）をＮｒ、内燃機関１０の回転数シフト前のプラネタリキャリアＣ（内燃機関）の回転数（ｒｐｍ）をＮｃ、内燃機関１０の回転数シフト後のプラネタリキャリアＣ（内燃機関）の回転数（ｒｐｍ）をＮｃ´、内燃機関１０の回転数シフト前のサンギアＳの回転数（ｒｐｍ）Ｎｓ、内燃機関１０の回転数シフト後のサンギアＳの回転数（ｒｐｍ）をＮｓ´、コンバータ４０の連続運転できない周波数範囲を－ｆ０（Ｈｚ）より大きくｆ０（Ｈｚ）未満、発電機３０の極対数をＰｎとする。
　内燃機関１０の回転数シフト前後でリングギアＲの回転数が変化しない場合、Ｎｃ、Ｎｃ´、Ｎｒ、Ｎｓ、Ｎｓ´の関係は、下記（式１）及び（式２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　このとき、内燃機関１０の回転数シフト後（発電機３０の周波数－ｆ０のとき）の発電機３０の回転数Ｎｓ´は、下記（式３）で表され、これを上記（式２）に代入すると、シフト後の内燃機関１０の回転数Ｎｃ´は下記（式４）のように表される。すなわち、下記（式４）で表される回転数Ｎｃ´は、発電機３０が連続運転できない周波数範囲の下限値（＝－ｆ０）に対応する内燃機関１０の回転数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　内燃機関１０の回転数シフト量は、Ｎｃ´－Ｎｃであるから、車両がネガティブモードで動作している際のシフト量の上限は（式５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　このように内燃機関１０の回転数シフト量の上限を決定することにより、車両全体の動力伝達効率を高めつつ、安定した車両駆動を実現できる。
　また、内燃機関１０の動作点（出力電力Ｐｅ，回転数Ｎｃ）は、一般的には、内燃機関１０単体の効率が最大となるよう決定される。しかしながら、前述のように、動力分割機構２０がネガティブモードで動作している際の動力伝達効率低下の影響は無視できず、内燃機関１０単体として最適であっても、車両全体の燃費が最適になるとは限らない。上述のように、内燃機関１０から車輪ＷＬへの動力伝達効率を向上するには、内燃機関１０の回転数Ｎｃをシフトするのが有効であるが、一方で、内燃機関１０単体の効率が低くなってしまう。
　そこで、本実施形態では、内燃機関１０から車輪ＷＬまでの動力伝達効率と内燃機関１０の効率とのトレードオフ関係より、車両の燃費が最適となる内燃機関１０の動作点を探索する。
　図６は、第１実施形態の内燃機関の回転数決定方法の一例を説明するフローチャートである。なお、車両ＥＣＵ９０は、少なくとも車両がネガティブモードで動作しているときに、以下の内燃機関１０の回転数決定方法を実行するものであって、車両ＥＣＵ９０は、発電機３０の回転方向が負であるときに車両がネガティブモードで動作していると判断する。　
　最初に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０単体での最適な動作点（出力電力Ｐe0,回転数Ｎc0)における燃料消費量Ｃ_fuel0（ｇ）を算出する。車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎc0（ｒａｐ／ｓ）と出力電力Ｐe0（ｋＷ）とに対応する単位エネルギーあたりの燃料消費量ｃ０（ｇ／ｋＷｈ）を、例えば、車両ＥＣＵ９０のメモリに予め記録されたマップから読みだす（ステップＳ１）。　
　車両ＥＣＵ９０は、メモリから読みだした燃料消費量ｃ０（ｇ／ｋＷｈ）を用いて、単位時間当たりの燃料消費量Ｃ_fuel0（ｇ）を下記（式６）のように算出する（ステップＳ２）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　次に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数の上限Ｎc_maxを算出する。内燃機関１０の回転数の上限Ｎc_maxは上述の（式４）にて算出される（ステップＳ３）。
　なお、上述の（式４）は、ネガティブモードで動作している際の内燃機関１０の回転数の上限値Ｎc_maxであり、ポジティブモードで動作している際には、内燃機関１０の回転数Ｎc_maxを（式４）のｆ０の符号を逆にした値（ポジティブモードにおける内燃機関１０の回転数の下限値）とする。
　続いて、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎc_nを回転数の上限Ｎc_maxとし（ステップＳ４）、車両要求出力Ｐout*を出力するために必要な内燃機関トルクＴc_nを、下記（式７）を用いて算出する（ステップＳ５）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　なお、上記（式７）において、Ｚｓ：サンギア歯数、Ｚｒ：リングギア歯数、ηel：発電機モータシステム効率（発電機３０からモータ６０までの動力伝達効率）、ηgr：ギア効率（動力分割機構２０および動力結合機構７０それぞれの動力伝達効率）である。
　続いて、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関トルクＴc_nと内燃機関１０の回転数Ｎc_nとにより、この内燃機関１０の動作点で車両要求出力Ｐout*を出すのに必要な内燃機関出力Ｐe_nは、（式８）となる（ステップＳ６）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　次に、車両ＥＣＵ９０は、この内燃機関１０の動作点（Ｐe_n，Ｎc_n）での単位エネルギーあたりの燃料消費量ｃ_n（ｇ／ｋＷｈ）を、メモリに格納されたマップより抽出し（ステップＳ７）、単位時間当たりの燃料消費量Ｃ_fuel_nを下記（式９）により算出する（ステップＳ８）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　車両ＥＣＵ９０は、ステップ８で算出した燃料消費量Ｃ_fuel_nと、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pとを比較する（ステップＳ９）。なお、探索変数Ｃ_fuel_pの初期値は燃料消費量Ｃ_fuel0である。
　燃料消費量Ｃ_fuel_nが探索変数Ｃ_fuel_pよりも小さい場合、車両ＥＣＵ９０は、ステップＳ８で算出した燃料消費量Ｃ_fuel_nの値を探索変数Ｃ_fuel_pへ格納する（ステップＳ１０）。
　次に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の回転数Ｎc_nをＮc_n-αに更新する（ステップＳ１１）。なお、車両ＥＣＵ９０は、αを所定の正の整数とする。また、ポジティブモードで動作している際には、回転数Ｎc_nをＮc_n+αとする。αの値は、一定の値であってもよく、例えば回転数Ｎc_nの値に応じた変化する値であってもよい。
　続いて、車両ＥＣＵ９０は、ステップＳ５へ戻り、ステップＳ５乃至Ｓ８までの演算を行い、更新後の回転数Ｎc_nを用いて燃料消費量Ｃ_fuel_nを算出し（ステップＳ８）、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pと燃料消費量Ｃ_fuel_nとを比較し（ステップＳ９）、Ｃ_fuel_n≧Ｃ_fuel_pとなるまで、探索変数Ｃ_fuel_pを前回値より小さい値に更新する動作を繰り返す。
　ステップＳ９において、燃料消費量Ｃ_fuel_nが燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_p以上である場合（Ｃ_fuel_n＜Ｃ_fuel_pでないとき）、車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pと燃料処理量Ｃ_fuel0とを比較する（ステップＳ１２）。
　車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pが初期値Ｃ_fuel0未満の場合は、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pでの動作点（Ｐe_n‐1，Ｎc_n‐1）を内燃機関１０の動作点とする（ステップＳ１３）。
　車両ＥＣＵ９０は、燃料消費量の探索変数Ｃ_fuel_pが初期値Ｃ_fuel0以上のときには、初期の動作点(Ｐe0,Ｎc0)を、内燃機関１０の動作点とする(ステップＳ１４)。
　すなわち、本実施形態では、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の最適動作点における単位時間当たりの燃料消費量Ｃ_fuel0を燃料消費量Ｃ_fuel_nの初期値とし、内燃機関１０の回転数上限値Ｎc_maxを演算し、回転数上限値Ｎc_maxにおける目標車両出力を実現するために必要な内燃機関１０のトルクと出力電力とを演算し、この内燃機関１０のトルクと出力電力とにおける、単位時間当たりの燃料消費量Ｃ_fuel_n演算し、燃料消費量の初期値Ｃ_fuel0を探索変数Ｃ_fuel_pの初期値とし、燃料消費量Ｃ_fuel_nが探索変数Ｃ_fuel_p以上となるまで、内燃機関１０の回転数を変化させて探索変数Ｃ_fuel_pを燃料消費量Ｃ_fuel_nの値に更新し、単位時間当たりの燃料消費量Ｃ_fuel_nが探索変数Ｃ_fuel_pよりも大きくなったときに、探索変数Ｃ_fuel_pと燃料消費量の初期値Ｃ_fuel0とを比較し、探索変数Ｃ_fuel_pが燃料消費量の初期値Ｃ_fuel0よりも小さいときに、探索変数Ｃ_fuel_pに対応する内燃機関１０の回転数を動作点とする、演算手段を備える。
　上記のように内燃機関１０の回転数を決定することにより、車両全体としての動力伝達効率を改善し、かつ、燃料消費量を最小化する内燃機関１０の動作点を決定することができる。すなわち、本実施形態によれば、動力伝達効率を改善した車両を提供することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　例えば、内燃機関１０の回転数Ｎｃを決定する際に、車両ＥＣＵ９０は、内燃機関１０の連続運転可能な範囲における複数の回転数Ｎc_nを所定のサンプリング周波数で選択し、選択した複数の回転数Ｎc_nにおける燃料消費量を演算し、最も燃料消費量が少なくなる回転数Ｎc_nとこれに対応する出力電力Ｐe_nとを動作点（Ｐｅ，Ｎｃ）として決定しても良い。その場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　なお、上述の内燃機関１０の回転数決定方法は、車両がポジティブモードで動作しているときとネガティブモードで動作しているときの両方で行うことが可能である。特に、車両がネガティブモードで動作しているときに上述のよう内燃機関１０の燃料消費量とエネルギーの伝達効率とを考慮して回転数を決定することにより、より効果的に、動力伝達効率を改善するとともに、燃費を抑制することができる。

Claims (2)

  1. 　内燃機関と、
    　前記内燃機関から出力される機械エネルギーを分割して出力する動力分割機構と、
    　前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
    　前記発電機の動作を制御するコンバータと、
    　前記コンバータと直流リンクを介して接続したインバータと、
    　前記直流リンクに接続したバッテリと、
    　前記インバータから供給されたエネルギーにより駆動されるモータと、
    　前記モータから供給された機械エネルギーと前記動力分割機構から伝達された機械エネルギーとを結合する動力結合機構と、
    　前記動力結合機構により結合された機械エネルギーにより駆動される車軸と、
    　前記発電機の回転方向が負方向となったときに、前記内燃機関の回転数を増加する制御部と、を備えたことを特徴とする車両。
  2. 　前記制御部は、
    　前記内燃機関の最適動作点における単位時間当たりの燃料消費量を燃料消費量の初期値とし、
    　前記内燃機関の回転数上限値を演算し、
    　前記回転数上限値における目標車両出力を実現するために必要な前記内燃機関のトルクと出力電力とを演算し、
    　前記内燃機関のトルクと出力電力とにおける、単位時間当たりの燃料消費量を演算し、
    　前記燃料消費量の初期値を探索変数の初期値とし、前記単位時間当たりの燃料消費量が前記探索変数よりも大きくなるまで、前記内燃機関の回転数を変化させて前記探索変数を前記単位時間当たりの燃料消費量の値に更新し、
    　前記単位時間当たりの燃料消費量が前記燃料消費量の探索変数よりも大きくなったときに、前記探索変数と前記燃料消費量の初期値とを比較し、前記探索変数が前記燃料消費量の初期値よりも小さいときに、前記探索変数に対応する前記内燃機関の回転数を動作点とする、演算手段を備えることを特徴とする、請求項１記載の車両。
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