(57)【要約】      （修正有）【課題】従来のヒステリス制動抵抗器制御によって補助される電気制動でＰＩベース電圧制御方式では提供できない、たとえば、トランスミッションのシフト動作や素早い車両方向逆転の間のエネルギ効率の観点から電気制動能力の最適な用法を提供する。【解決手段】電気駆動システム１２は、発電機１４、牽引モータ１６、制動抵抗器１８、バス２０、および制御ユニット２２を備えている。発電機１４、牽引モータ１６、および制動抵抗器１８は、バス２０に電気的に結合されている。制御ユニット２２は、制動抵抗器１８に対し当てパルス幅変調デューティ・サイクル（「制動デューティ」）を決定し、およびこの制動デューティにしたがって制動抵抗器１８の動作を制御するように構成されている。制動デューティは、常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間の値を取ることができる。この電気駆動システム１２の動作方法も開示する。【選択図】図１
2011254695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気駆動システムであって、
発電機と、
牽引モータと、
制動抵抗器と、
バスであって、前記発電機、前記牽引モータ、および前記制動抵抗器が電気的に結合された、バスと、
前記制動抵抗器に対してパルス幅変調デューティ・サイクル（「制動デューティ」）を決定し、前記制動デューティにしたがって前記制動抵抗器の動作を制御するように構成された制御ユニットであって、前記制動デューティが、常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間の値を取ることができ、前記制御ユニットが、前記制動抵抗器によって消費されることが望まれる電力量（「所望電力消費」または「DPC」）、および前記制動抵抗器の電力消費容量（「PCC」）に依存して、以下の式、
制動デューティ＝DPC／PCC
にしたがって前記制動デューティを決定するように構成された、制御ユニットと、
を含む、電気駆動システム。
【請求項２】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記バスの実電圧（「実バス電圧」）が所定の下位バス電圧よりも低い場合、前記制動デューティは常時ＯＦＦであり、前記実バス電圧が所定の上位バス電力よりも高い場合、前記制動デューティは常時ＯＮであり、前記実バス電圧が前記所定の下位バス電圧と前記所定の上位バス電圧との間である場合、前記制動デューティは常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間となる、電気駆動システム。
【請求項３】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、前記バスから得られる推定電力と、前記バスの非ゼロ基準電力との差（「電力差」または「Pdiff」）と、前記牽引モータによって前記バスに印加されると予測されるモータ電力（「予測モータ電力」または「Pmot」）とに依存して、以下の式
DPC = Pdiff - Pmot
にしたがって前記所望の電力消費を決定するように構成され、前記予測モータ電力に対して、前記バスへの電力の供給が負、電力の除去が正となるようにする、電気駆動システム。
【請求項４】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、バスから得られる推定電力と、前記バスの非ゼロ基準電力との間の差に依存して、前記所望の電力消費を決定するように構成された、電気駆動システム。
【請求項５】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、前記バスの実際の電圧、前記バスの非ゼロ基準電圧、および前記バスに電気的に結合されたＤＣリンク・キャパシタの容量に依存して、前記所望の電力消費を決定するように構成された、電気駆動システム。
【請求項６】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、前記牽引モータによって前記バスに印加されると予測されるモータ電力（「予測モータ電力」）に依存して、前記所望の電力消費を決定するように構成された、電気駆動システム。
【請求項７】
請求項６記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、前記牽引モータのモータ・トルク設定点と、前記牽引モータの回転速度とに依存して、前記予測モータ電力を決定するように構成された、電気駆動システム。
【請求項８】
請求項１記載の電気駆動システムにおいて、前記制御ユニットが、前記バスの実電圧と、前記制動抵抗器の抵抗とに依存して、前記制動センサの電力消費容量を決定するように構成された、電気駆動システム。
【請求項９】
電気駆動システムの動作方法であって、前記電気駆動システムが、発電機と、牽引モータと、制動抵抗器と、バスとを含み、前記発電機、前記牽引モータ、および前記制動抵抗器が前記バスに電気的に結合されており、
前記制動抵抗器に対してパルス幅変調デューティ・サイクル（「制動デューティ」）を決定するステップと、
前記制動デューティにしたがって前記制動抵抗器の動作を制御するステップと、
を含み、前記制動デューティが常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間の値を取ることができ、前記制動デューティを決定するステップが、前記制動抵抗器によって消費されることが望まれる電力量（「所望電力消費」または「DPC」）、および前記制動抵抗器の電力消費容量（「PCC」）に依存して、以下の式、
制動デューティ＝DPC／PCC
にしたがって前記制動デューティを決定するステップを含む、方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法において、前記所望の電力消費を決定するステップが、前記バスから得られる推定電力と、前記バスの非ゼロ基準電力との差（「電力差」または「Pdiff」）と、前記牽引モータによって前記バスに印加されると予測されるモータ電力（「予測モータ電力」または「Pmot」）とに依存して、以下の式
DPC= Pdiff - Pmot
にしたがって決定するステップを含み、前記予測モータ電力に対して、前記バスへの電力の供給が負、電力の除去が正となるようにする、方法。
【請求項１１】
請求項９記載の方法において、前記所望の電力消費を決定するステップが、前記バスから得られる推定電力と、前記バスの非ゼロ基準電力との間の差を決定するステップを含む、方法。
【請求項１２】
請求項９記載の方法において、前記所望の電力消費を決定するステップが、前記バスの実電圧、前記バスの非ゼロ基準電圧、および前記バスに電気的に結合されたＤＣリンクキャパシタの容量に依存して、前記所望の電力消費を決定するステップを含む、方法。
【請求項１３】
請求項９記載の方法において、前記所望の電力消費を決定するステップが、前記牽引モータによって前記バスに印加されると予測されるモータ電力（「予測モータ電力」）を決定するステップを含む、方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法において、前記予測モータ電力を決定するステップが、前記牽引モータのモータ・トルク設定点と、前記牽引モータの回転速度とに依存して、前記予測モータ電力を決定するステップを含む、方法。
【請求項１５】
請求項９記載の方法において、前記制動抵抗器の電力消費容量を決定するステップが、前記バスの実際の電圧と、前記制動抵抗器の抵抗とに依存して、前記電力消費容量を決定するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本開示は、ハイブリッド車両におけるような、電気駆動システムに関する。特に、本開示は制動抵抗器の制御に関する。
【従来技術】
【０００２】
[0002]  直列ハイブリッド車両の一部では、車両が内燃エンジン、発電機、牽引モータ、制動抵抗器(brake resistor)、およびＤＣバス（「ＤＣ」は直流を意味する）を有し、このＤＣバスに、発電機、牽引モータ、および制動抵抗器が電気的に結合されている。発電機は、エンジンからの機械エネルギをバスにおける電気エネルギに変換し、逆方向に動作してバスからの電気エネルギを機械エネルギに変換し、車両に内蔵されている他のエンジンの機能（例えば、油圧でバケット(bucket)を上昇させる機能）を補助することができる。牽引モータは、１つ以上の牽引エレメント（例えば、地上係合車輪）（「モータリング」(motoring)）を駆動する際に用いるために、バスからの電気エネルギを機械エネルギに変換し、そして逆方向に動作して、機械エネルギをバスにおける電気エネルギに変換することができる（「電気制動」）。
【０００３】
[0003]  ＤＣバス電圧には、トランスミッションのシフト動作や車両の方向逆転（即ち、順方向から逆方向、および逆方向から順方向）によって誘発される大きな過渡応答を受ける。トランスミッションのシフトアップに関して、モータは、最初にバスに電気エネルギを供給するように電気的に制動し、次いで電気エネルギをバスから除去するようにモータリングすることによって、その速度を低下させ、次いでその速度を上昇させる（例えば、V字パターンで）ことを命令される。トランスミッションのシフトアップによって、ＤＣバスに対して最も過酷な要求が行われる。トランスミッションのシフトダウンに関して、モータは、最初に電気エネルギをバスから除去するようにモータリングし、次いで電気エネルギをバスに供給するように電気的に制動することによって、その速度を上昇させ、次いでその速度を低下させる（例えば、逆Ｖ字パターン）ことを命令される。
【０００４】
[0004]  車両の方向逆転に関して、車両は、車両運転者によって動作可能なＦＮＲ制御を有することができる（「ＦＮＲ」は、順方向、中立、および逆方向を意味する）。ＦＮＲ制御が順方向から逆方向に、または逆方向から中立に切り替えられると、モータは、電気エネルギをバスに供給するように電気的に制動することによってその速度を０にまで低下させることを命令され、次いで電気エネルギをバスから除去するようにモータリングすることによってその速度を上昇させるように動作することを命令される。
【０００５】
[0005]  発電機コントローラが、ＤＣバスのＤＣバス電圧の電圧読み取り値を受け取り、そしてＰＩベースの電圧制御（「ＰＩ」は比例／積分を意味する）の使用により、制動抵抗器のヒステリシス制御による補助を受けて、ＤＣ電圧を名目一定電圧（「名目ＤＣバス電圧」または「名目電圧」）に維持することを試みるように発電機を制御することが知られている。このような従来技術のＰＩベース制御方式を用いると、発電機コントローラは、発電機を発電モードで動作させて、機械エネルギをＤＣバスに供給するか、またはモータリング・モードで動作させて、機械エネルギを電気エネルギに変換して、ＤＣバスから電気エネルギを除去しエンジンを補助する。エンジンの回転速度が、例えば、モータリング・モードにおける発電機の動作による余分なエネルギのために、速度しきい値に達した場合、発電機コントローラは、モータリング・モードにある発電機の動作を中止するか、または防止する。
【０００６】
[0006]  その間、ＤＣバスのＤＣバス電圧は監視されている。従来技術のヒステリシス制御方式によれば、ＤＣバス電圧がＤＣバスしきい値を超過した場合（例えば、発電機を十分にモータリングせずにモータを電気的に制動したことによる）、制動抵抗器を常時ＯＮ状態で動作させて、電気エネルギをＤＣバスから消散させる。ＤＣバス電圧がＤＣバスしきい値よりも低下した場合、制動抵抗器は常時ＯＦＦ状態になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007]  エネルギ効率の観点から、ヒステリス制動抵抗器制御によって補助される従来技術のＰＩベース電圧制御方式は、たとえば、トランスミッションのシフト動作や素早い車両方向逆転の間、電気制動能力の最適な用法を提供できない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
[0008]  本開示の一態様によれば、電気駆動システムは、発電機、牽引モータ、制動抵抗器、バス、および制御ユニットを備えている。発電機、牽引モータ、および制動抵抗器は、電気的にバスに結合されている。制御ユニットは、制動抵抗器のパルス幅変調デューティ・サイクル（「制動デューティ」）、およびこの制動デューティに応じた制動抵抗器の制御動作を決定するように構成されている。制動デューティは、常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間値を取ることができる。制御ユニットは、制動抵抗器によって消費されることが望まれる電力量（「所望電力消費」または「ＤＰＣ」）および制動抵抗器の電力消費容量（「ＰＣＣ」）に依存して、以下の式にしたがって制動デューティを決定するように構成されている。
【０００９】
【数１】
2011254695.tif 000003
【００１０】
また、この電気駆動システムの動作方法も開示する。
[0009]  このような制動抵抗器制御方式は、制動抵抗器の使用最適化によって、エネルギ効率を高める。これは、常時ＯＮおよび常時ＯＦＦだけではなく、中間制動デューティで制動抵抗器を動作させる機会を提供する。更に、これは、消費することが望まれる電力量を考慮する。そうする際に、制動抵抗器制御方式は、バスの非ゼロ基準電力に対する、バスから得られる推定電力、およびモータによってバスに印加される（供給または除去される）と予測されるモータ電力を考慮に入れることができる。このような予測能力によって、制動抵抗器制御方式の感度を向上させ、エネルギ効率を更に高める。
【００１１】
[0010]  以上の特徴およびその他の特徴は、以下の説明および添付図面から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
[0011]  図面の詳細な説明は、以下の添付図面に言及する。
【図１】図１は、制動抵抗器を備えた電気駆動システムを有する作業車両の概略図である。
【図２】図２は、電気駆動システムの一部の実施形態例を示す模式図である。
【図３】図３は、制動デューティ制御方式の一部のフロー・チャートである。
【図４】図４は、制動デューティ制御y方式の他の一部のフロー・チャートである。
【図５】図５は、制動デューティ制御方式に可能な変更である。
【図６】図６は、制動デューティ制御方式に可能な変更である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0017]  図１を参照すると、直列ハイブリッド車両１０が概略的に示されている。この直列ハイブリッド車両１０は、当該車両１０のパワー・トレイン１３の電気駆動システム１２を有する。車両１０は、作業車両（例えば、建設、林業、農業、芝生(turf)、その他数多く）、または任意の他のタイプの電気駆動システムを有する車両とすることができる。一例として、車両１０は四輪駆動ローダとすることができる。この四輪駆動ローダは、前部と、この前部に連結された後部とを有し、前部は、例えば、物質を掘削し降ろすためのバケット(bucket)を有し、後部は、例えば、運転台と、その後部にあるエンジン室とを有する。
【００１４】
[0018]  電子駆動システム１２は、発電機１４、牽引モータ１６、制動抵抗器１８、バス２０（例えば、ＤＣバス）、および制御ユニット２２を有する。発電機１４、牽引モータ１８、および制動抵抗器１８は、電気的にバス２０に結合することができる。制御ユニット２２は、制動抵抗器のパルス幅変調（ＰＷＭ）デューティ・サイクル、およびこの制動デューティに応じた制動抵抗器１８の制御動作を決定するように構成することができる。この制動デューティは、常時ＯＦＦおよび常時ＯＮの中間の値とすることができる。制動デューティは、制動抵抗器の動作を制御する制動抵抗器制御信号の周期に対して、制動抵抗器１８をＯＮにする時間期間を設定する。例えば、制動抵抗器制御信号のＯＮパルスの後端を変更するというな、種々のＰＷＭ方式を用いることができる。
【００１５】
[0019]  電気駆動システム１２の例では、１つの発電機１４のみ、および１つの牽引モータ１６のみしかなく、複数の発電機１４および複数のモータ１６を用いることができる図５および図６の論述まで、このように仮定することとする。
【００１６】
[0020]  パワー・トレイン１３の動力源２３は、車両１０に動力を供給するように構成されているエンジン２４を有することができる。エンジン２４は、例えば、ほぼ一定速度（例えば、毎秒１８００回転）で動作することができるディーゼル・エンジンまたは他の内燃エンジンとして構成することができるが、エンジンは、例えば、このエンジンにかかる負荷による、または発電機１４によってエンジンに戻される機械エネルギによる、何らかの最小限の速度変動を受ける場合もあり、あるいはこの速度変動を受けることを許容されるとよい。集合的に、動力源２３および電気駆動システム１２を直列ハイブリッド電気駆動システムと呼ぶこともできる。
【００１７】
[0021]  エンジン２４は、発電機１４に直接的または間接的に結合して、エンジン２４と発電機１４との間に機械的接続または他の接続を設けることができる。例えば、動力源２３は、ギアボックス２６を有することができる。ギアボックス２６は、エンジン２４と発電機１４との間に結合され、エンジン２４から発電機１４への速度を上昇させて、エンジン１４のサイズを縮小しパワー（即ち、連続負荷容量）を低減させ、これに伴ってコストを削減することができる。発電機１４の体積サイズの減少は、大まかにこのような速度上昇に反比例すると考えられる。一例では、ギアボックス２６は、３：１の速度上昇（ギアボックスの出力：ギアボックスの入力という形態での比率）を発電機１４に与えることができる。尚、ギアボックス２６を取り除いて、中間ギアボックス２６によってエンジン２４を発電機１４に結合するようにすることも、本開示の範囲に該当することとする。エンジン２４（またはギアボックス２６）は、車両１０の１つ以上の油圧ポンプ等を動作させるために、複数の他の出力を有することもできる。
【００１８】
[0022]  発電機１４は、機械エネルギを電気エネルギに変換するように（「発電モード」）、または電気エネルギをモータのような機械エネルギに変換する（「モータリング・モード」）ように構成することができる。発電モードでは、発電機１４は、動力源２３からの機械エネルギを電気エネルギに変換し、この電気エネルギをバス２０に供給するように動作可能である。モータリング・モードでは、発電機１４は、電気エネルギをバス２０から除去し、それを動力源２３のための機械エネルギに変換するように動作可能である。この機械エネルギは、例えば、油圧負荷（例えば、バケットを油圧で上昇させる）のようなエンジン２４の負荷を補助する際に有用となることができる。一例として、発電機１４は３つの位相コイルを有する、三相内部永久磁石ブラシレス同期発電機の形態、または他の適した形態をなすことができる。
【００１９】
[0023]  発電機１４は、発電機コントローラ４２の制御下に置くことができる。発電機コントローラ４２は、ＤＣバス電圧コマンドをトランスミッション・コントローラ３６から通信バス３７（例えば、ＣＡＮバス）を通じて受信することができる。このＤＣバス電圧コマンドは、ＤＣバス２０の電圧を名目定電圧（名目ＤＣバス電圧）（例えば、７００ＶＤＣ）に維持しようとするように、発電機１４を制御することをコントローラ４２に命令する。発電機コントローラ４２は、バス２０の実際の電圧の電圧読み取り値を、バス２０に電気的に結合されている電圧センサ（例えば、発電機コントローラ４２の電圧センサ５４）から受け取ることができる。ＰＩベース電圧制御のような閉ループ電圧制御を用いると、発電機コントローラ４２は、ＤＣバス２０の電圧を名目的に名目ＤＣバス電圧（ＰＩベース電圧制御の電圧設定点である）に維持することを試みるために、発電機１４を発電モードまたはモータリング・モードで動作させることができる。発電機コントローラ４２は、名目ＤＣバス電圧（例えば、発電機の過熱を回避するために、Tgenを調節することもできる）を得るように発電機１４を動作させる、発電機トルク設定点Tgenを決定することができる。
【００２０】
[0024]  モータ１６は、電気エネルギを機械エネルギに変換するように（「モータリング・モード」）、または機械エネルギを電気エネルギに変換するように（「制動モード」）構成することができる。モータリング・モードでは、モータ１６は電気エネルギをブッシュ２０から除去し、それを機械エネルギに変換するように動作可能である。制動モードでは、モータ１６は、電気エネルギをバス２０に供給するように機械エネルギを電気エネルギに変換することによって、モータ１６の回転速度を制動する（即ち、低下させる）、つまり車両１０の速度を制動するように動作可能である。一例として、モータ１６は、３つの位相コイルを有する三相内部永久磁石ブラシレス同期モータの形態、または速度範囲（負および正速度限度）以内で可変速度で動作可能な他の適した形態をなすことができる。
【００２１】
[0025]  モータ１６は、モータ・コントローラ５２の制御下に置くことができる。モータ・コントローラ５２は、トランスミッション・コントローラ３６からトルク要求を受けることができる。トルク要求は、モータリング・モードにおける監視のため、または制動モードにおける電気的制動のためとすることができる。モータ・コントローラ５２は、モータ・トルク設定点Tmotをトルク要求に設定することができ、あるいは必要があると判断したときに（例えば、モータの過熱を回避するために）モータのトルク設定点Tmotをトルク要求から調節することができる。モータ・コントローラ５２は、その後、モータ・トルク設定点Tmotにおけるモータ１６の動作を命令することができる。
【００２２】
[0026]  制動抵抗器１８は、バス２０における電気エネルギを熱として消散させるように構成することができる。消散されたエネルギは、熱として、制動抵抗器１８から液体冷却剤または他の適した冷却媒体に移転させることができる。制動抵抗器１８は、所望の抵抗を備えるように配列することができ（例えば、直列または並列）、更に水冷することができる（例えば、液体エンジン冷却剤を用いて）複数の離散抵抗器エレメントを有する、抵抗器バンクという形態をなすことができる。
【００２３】
[0027]  バス２０は、ＤＣバスとして構成することができる。バス２０は、正ＤＣ電力レール２８と、負ＤＣ電力レール３０（図２）とを有することができる。正および負ＤＣ電力レール間におけるバス２０の名目電圧は、例えば、７００ボルトＤＣ（「ＶＣＤ」）とすることができる。
【００２４】
[0028]  パワー・トレイン１３は、原動力を牽引モータ１６から地面に伝達する駆動メカニズム３２を有することができる。駆動メカニズム３２は、例えば、トランスミッション・コントローラ３６の制御下にある多速度トランスミッション３４（例えば、三速トランスミッション）と、２つの駆動出力とを有することができる。各駆動出力は、トランスミッション３４に結合された車軸、牽引エレメント（例えば、車輪）、およびこれらの車軸と牽引エレメントとの間で固定ギア減少を行う終減速装置(final drive)を有することができる。したがって、駆動メカニズム３２は、モータ１６と牽引エレメントとの間に機械的接続を設けることができる。一例として、四輪駆動ローダの場合、第１駆動出力は、ローダの前部の前車軸、左および右前車輪、ならびに左および右前終減速装置を備える(provide)ことができ、第２出力は、ローダの後部の後車軸、左および右後車輪、ならびに左および右後終減速装置を設けることができる。
【００２５】
[0029]  バス２０および制動抵抗器１８は、電気駆動システム１２のパワー・エレクトロニクス４０に含めることもできる。パワー・エレクトロニクス４０は、制御ユニット２２の制御下に置くことができる。制御ユニット２２は、パワー・エレクトロニクス４０に電気的に結合されており、発電機１４および牽引モータ１６を電気的に相互接続することができる。したがって、制御ユニット２２の制御下にあるパワー・エレクトロニクス４０は、発電機１４と牽引モータ１６との間における相互接続を管理し、制動抵抗器１８を制御するために用いることができる。制御ユニット２２およびパワー・エレクトロニクス４０は、共同して、取り付けられている電気機械デバイスを監視し規制するために十分なマイクロプロセッサおよびパワー半導体技術を設ける。
【００２６】
[0030]  図２を参照すると、パワー・エレクトロニクス４０は、発電機１４からの三相ＡＣ電力を、バス２０に合わせたＤＣ電力に変換するために、ＡＣ−ＤＣ変換器の形態とした、典型的な電力変換器を含むことができる。この電力変換器は、図示した電力変換器１００の形態をなすことができ、発電機１４は三相内部永久磁石同期発電機として構成することができる。
【００２７】
[0031]  電力変換器１００は、６つの絶縁ゲート・バイポーラ接合型トランジスタ（ＩＧＢＴ）パッケージ１０４を含むことができ、各ＩＧＢＴパッケージ１０４は、ダイオード１０４−１およびＩＧＢＴ１０４−２（スイッチと見なすことができる）を含む。それぞれのＩＧＢＴパッケージ１０４は、発電機の位相コイルのそれぞれに結合し、そのコイルからのＡＣ電力を、バス２０における名目電圧のＤＣ電力に変換することができる。名目電圧は、例えば、正ＤＣ電力レール２８と負ＤＣ電力レール３０との間における７００ＶＤＣである。しかるべき電圧が電力変換器１００のＩＧＢＴ１０４−２のベースに印加されると、スイッチ（即ち、ＩＧＢＴ）を作動させる(activate)ことができ、コレクタをエミッタに電気的に結合し電力を供給することができる。発電機をモータとして動作させる場合（例えば、エンジン２４の油圧負荷を補助するために）電力変換器１００を逆に動作させることもできる。
【００２８】
[0032]  電力変換器１００は、制御ユニット２２の発電機コントローラ４２の制御下に置くことができる。各ＩＧＢＴ１０４−２のベースを、発電機コントローラ４２のそれぞれのゲート・ドライバ４４に電気的に結合することができる。ゲート・ドライバ４４は、そのＩＢＧＴ１０４−２専用に設けられており、そのＩＧＢＴ１０４−２をオンおよびオフにするための低ＤＣ電圧を供給する。このように、電力変換器１００のＩＢＧＴ１０４−２毎に、ゲート・ドライバ４４を設けることができる。電力増幅器１００のＩＧＢＴ１０４−２のゲート・ドライバ４４は、発電機コントローラ４２のマイクロプロセッサ４６の制御下に置くことができる。発電機コントローラ４２は、当業者には周知の方式というような、パルス幅変調制御方式（例えば、空間ベクトル変調）を採用して、発電機１４の発電モードでは電気エネルギをバス２０に供給し、発電機１４のモータリング・モードでは電気エネルギをバス２０から除去するように、電力変換器１００のこれらのゲート・ドライバ４４およびＩＧＢＴ１０４−２を制御することができる。
【００２９】
[0033]  パワー・エレクトロニクス４０は、ＤＣ電力をモータ１６に合わせた三相ＡＣ電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換器の形態とした、典型的な電力変換器を含むことができる。この電力変換器は、図示の電力変換器２００の形態をなすことができ、モータ１６は３つの位相コイルを有する三相内部永久磁石モータとして構成することができる。例えば、７００ＶＤＣの名目電圧における電力が、バス２０の正および負ＤＣ電力レール２８、３０によって、電力変換器２００に供給される。電力変換器２００は、６つのＩＧＢＴパッケージ２０４を含むことができ、各ＩＧＢＴパッケージ２０４は、ダイオード２０４−１およびＩＧＢＴ２０４−２（スイッチと見なすことができる）を含む。それぞれのＩＧＢＴパッケージ２０４は、モータの位相コイルのそれぞれに結合し、電力を変換してそのコイルに供給することができる。しかるべき電圧が電力変換器２００のＩＧＢＴ２０４−２のベースに印加されると、スイッチ（即ち、ＩＧＢＴ）を作動させることができ、コレクタを電気的にエミッタに結合して電力を供給することができる。モータ１６を発電機として動作させる場合、電力変換器２００を逆に動作させればよい。
【００３０】
[0034]  電力変換器２００は、制御ユニット２２のモータ・コントローラ５２の制御下に置くことができる。各ＩＧＢＴ２０４−２のベースは、モータ・コントローラ５２のそれぞれのゲート・ドライバ４４に電気的に結合することができる。ゲート・ドライバ４４は、そのＩＧＢＴ２０４−２専用に設けられ、そのＩＧＢＴ２０４−２をオンおよびオフにするための低ＤＣ電圧を供給する。モータ・コントローラ５２のゲート・ドライバ４４は、モータ・コントローラ４２のマイクロプロセッサ４２の制御下に置くことができる。モータ・コントローラ４２は、当業者には周知の方式というような、パルス幅変調制御方式（例えば、空間ベクトル変調）を採用して、モータ・コントローラ５２のゲート・ドライバ４４、ＩＧＢＴ２０４−２、つまりモータ１６（）を制御して、モータ１６がそのモニタリング・モードにあるときにはそのモータ１６のトルク出力を変化させ、モータ１６がその制動モードにあるときには、モータ１６の発電容量を変化させることができる。
【００３１】
[0035]  パワー・エレクトロニクス４０は、電力をバス２０から消散させるように制動抵抗器１８の使用を制御する制動チョッパを含むことができる。この制動チョッパは、図示の制動チョッパ３００の形態をなすことができる。制動チョッパ３００は、ダイオード３０４−１およびＩＧＢＴ３０４−２を有するＩＧＢＴパッケージ３０４と、ダイオード３０６とを含むことができる。ダイオード３０６は、制動抵抗器１８と並列にすることができる。しかるべき電圧が制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２のベースに印加されると、スイッチ（即ち、ＩＧＢＴ）を作動させることができ、コレクタをエミッタに電気的に結合し、制動抵抗器１８を通じて電力を消散させることができる。制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２のゲート・ドライバは、例えば、パルス幅変調電圧信号の形態とした制動抵抗器制御信号を発行し、ＩＢＧＴ３０４−２のベースに電圧を印加する。この電圧信号は、制動デューティにしたがって変調されたパルス幅を有し、これに対応して、電気エネルギをバス２０から消散させるために制動抵抗器１８をオンにして、そして制動抵抗器１８をオフにする。
【００３２】
[0036]  制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２のゲート・ドライバは、モータ・コントローラ５２のゲート・ドライバ４４の内の１つとすることができる。ＩＧＢＴ３０４−２のこのようなゲート・ドライバ４４は、モータ・コントローラ５２のマイクロプロセッサ４６の制御下に置いて、そのゲート・ドライバ４４、ＩＧＢＴ３０４−２、および制動抵抗器１８を制御することができる。
【００３３】
[0036]  制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２のゲート・ドライバは、モータ・コントローラ５２のゲート・ドライバ４４の１つとすることができる。ＩＧＢＴ３０４−２のこのようなゲート・ドライバ４４は、モータ・コントローラ５２のマイクロプロセッサ４６の制御下に置いて、ゲート・ドライバ４４、ＩＧＢＴ３０４−２、および制動抵抗器１８を制御することができる。
【００３４】
[0037]  尚、他の実施形態では、ＩＧＢＴ３０４−２のゲート・ドライバが、発電機コントローラ４２のゲート・ドライバ４４の１つであってもよいと考えられる。このような場合、ゲート・ドライバ４４は、発電機コントローラ４２のマイクロプロセッサ４６の制御下に置いて、ゲート・ドライバ４４、ＩＧＢＴ３０４−２、および制動抵抗器１８を制御することができる。
【００３５】
[0038]  ＤＣリンク・キャパシタ４００（例えば、７００ＶＤＣ）を、電力レール２８、３０間に設けることができる。キャパシタ４００は、例えば、キャパシタ・バンクとして構成することができる。
【００３６】
[0039]  電気駆動システム１２は、１つ以上の電圧センサを有することができる。各センサは、レール２８、３０間に電気的に結合されており、実際のバス電圧(Vbus）を検知する。このような電圧センサは、単独型の電圧センサでもよいし、制御ユニット２２のコントローラ４２、４２の内任意のものに含まれていてもよい。例えば、コントローラ４２、５２の一方または双方が、レール２８、３０間に電気的に結合されている電圧センサ５４を有し、実際のバス電圧（Vbus）を検知するようにしてもよい。例示的に、各コントローラ４２、５２はこのような電圧センサ５４を有し、この電圧センサ５４はそれぞれのコントローラ４２、５２（即ち、コントローラの制御ボード上）に含まれていてもよい。あるいは、電圧センサ５４の一方または双方が、各々、単独型の電圧センサであって、図２における点線の単独型電圧センサ５４で示すように、１つの単独型電圧センサ５４または２つの別々のこのようなセンサを有するようにしてもよい。
【００３７】
[0040]  例えば、モータ１６の電気制動による過剰電圧がバス２０上にあることが電圧センサ（例えば、発電機コントローラ４２の電圧センサ５４）によって検出された場合、発電機コントローラ４２は、その閉ループ電圧制御方式（例えば、ＰＩベース電圧制御）にしたがって、優先順位の理由で、発電機１４をそのモータリング・モードで動作させてバス２０からの電気エネルギを機械エネルギに変換することによって、関連のある過剰エネルギを動力源２３に加えて、エンジン２４の油圧負荷（例えば、バケットを油圧で上昇させる）または他の負荷を補助しようとすることができる。例えば、発電機１４のモータリングによってエネルギが動力源２３に加えられたことによってエンジン２４の回転速度（「エンジン速度」）が速度しきい値に達した場合、発電機コントローラ４２は、発電機１４のモータリング・モードでの動作を中止または防止することができる。これは、モータ１６の電気的制動を続けると、バス２０におけるバス電圧および関連する電気エネルギをの上昇を招く傾向があると考えられるからであり、制動抵抗器１８は、このような過剰な電気エネルギを消散させるために、制動抵抗器制御方式にしたがって動作することができる。
【００３８】
[0041]  エンジン２４の回転速度は、発電機速度センサ６２の使用によって示すことができる。発電機速度センサ６２は、発電機コントローラ４２に電気的に結合され、発電機の軸の回転速度を検知するように位置付けられている。このような発電機の速度は、エンジン速度を示す。尚、速度センサは、エンジン２４の回転速度を示す速度を検知するために他の位置に配置してもよい（例えば、エンジン２４の出力軸）ことも考えられる。
【００３９】
[0042]  制御ユニット２２は、制動抵抗器制御方式を実行するように構成することができる。制御ユニット２２は、制動抵抗器制御方式にしたがって、過剰な電気エネルギ（実際の電気エネルギまたは予期した電気エネルギ）をバス２０から消散させるために、制動抵抗器１８の動作を制御するように構成することができる。制動抵抗器制御方式のヒステリシス部分を、図３にヒステリシス制御方式５００として示す。制動抵抗器制御方式のパルス幅変調部分を、図４にＰＷＭ制御方式６００として示す。
【００４０】
[0043]  図３を参照すると、ヒステリシス制御方式５００にしたがって、制御ユニット２２はバス２０の実際の電圧（「実バス電圧」または「Vbus」）を連続的に監視することができる。制御ユニット２２は、制動デューティが、実バス電圧が所定の下位バス電圧（「Vlow」）未満であるときに常時ＯＦＦとなり、実バス電圧が所定の上位バス電圧（「Vhigh」）よりも高いときに常時ＯＮになり、実バス電圧が所定の下位バス電圧と所定の上位バス電圧との間にある場合に常時ＯＦＦと常時ＯＮの中間となるように、ヒステリシス制御方式５００を実行することができる。実バス電圧は、モータ１６の電気制動時には、十分な発電機１４のモータリングがなくても、上昇することがある。これが発生する可能性があるのは、例えば、トランスミッションのシフト動作（例えば、特にシフトアップ）および車両の方向逆転の間である。実バス電圧は、モータ・コントローラ５２または発電機コントローラ５４の電圧センサ５４、あるいは単独型の電圧センサというような、電圧センサ５４の１つによって事実上連続的に（例えば、デジタル・サンプリング・フォーマットで）監視することができる。
【００４１】
[0044]  一例として、ステップ５０２において、制御ユニット２２は、実バス電圧が所定の下位バス電圧以下か否か判定を行う。ｙｅｓの場合、ステップ５０４において、制御ユニット２２は、制動デューティを０に、即ち、常時ＯＦＦにすると決定する。ｎｏの場合、ルーチン５００はステップ５０６に進む。ステップ５０６において、制御ユニット２２は、実バス電圧が所定の上位バス電圧以上か否か判定を行う。ｙｅｓである場合、制御ユニット２２は、制動デューティを１に、即ち、常時ＯＮにすると決定する。ｎｏの場合、ステップ５１０において、制御ユニット２２はＰＷＭ制御を実行して、ＰＷＭ制御方式６００にしたがって制動デューティを決定する。
【００４２】
[0045]  図４を参照すると、制御ユニット２２は、ＰＷＭ制御方式６００を実行することができる。制御方式６００では、制御ユニット２２は、制動抵抗器１８が消費することが望まれる電力量（「所望電力消費」または「ＤＰＣ」）および制動抵抗器１８の電力消費容量（「ＰＣＣ」）に依存して制動デューティを決定することができる。制御ユニット２２は、次の式にしたがって制動デューティを計算することができる。
【００４３】
【数２】
2011254695.tif 000004
【００４４】
制御ユニット２２は、１）バス２０から得られる推定電力とバス２０の非ゼロ基準電力（つまり、電力差は、バス２０の非ゼロ基準電力に対する、バス２０から入手可能な推定電力として考えればよい）との間の差、および２）牽引モータ１６によってバス２０に加えられると予測されるモータ電力（「予測モータ電力」または「Pmot」に依存して、所望の電力消費を決定することができる。制御ユニット２２は、次の式にしたがって、所望の電力消費ＤＰＣを計算することができる。
【００４５】
【数３】
2011254695.tif 000005
【００４６】
制御ユニット２２は、ルーチン６００のセクション６１０、６３０、および６５０において、それぞれ、電力差、予測モータ電力、および電力消費容量を判定することができる。
【００４７】
[0046]  ルーチン６００の電力差セクション６１０では、制御ユニット２２は、次の式にしたがって電力差を計算することができる。
【００４８】
【数４】
2011254695.tif 000006
【００４９】
ここで、「Vbus」はバス２０の実バス電圧（モータ・コントローラ５２または発電機コントローラ４２の電圧センサ５４からというような。または、電圧センサ５４は単独型電圧センサであってもよい）であり、「Vref」は、例えば、バス２０の名目電圧（例えば、７００ＶＤＣ）のようなバス２０の非ゼロ基準電圧であり（Vrefは一定でも可変でもよい）、「C」はＤＣリンク・キャパシタ４００の容量であり、「t」は時間値である。制御ユニット２２は、ステップ６１２において、該当する電圧センサ５４または他の電圧センサから実バス電圧Vbusを受け取り、ステップ６１４においてその値の二乗を取る。ステップ６１６において、制御ユニット２２は基準電圧Vrefの二乗を取ることができる。ステップ６１８において、制御ユニット２２は、二乗した実バス電圧Vbus2から二乗した基準電圧Vref2を減算することができる。ステップ６２０において、この差に、ＤＣリンク・キャパシタ４００の容量の半分を乗算して、Pdiffの被除数を求めることができる。ステップ６２２において、Pdiffの被除数を時間値tで序算して、電力差Pdiffを求めることができる。
【００５０】
[0047]  定性的に、Pdiffの被除数は、バス２０における電気エネルギ[(Vbus 2)(C/2)]と基準エネルギ・レベル[(Vref 2)(C/2)]との差とすることができる。つまり、これを「エネルギ差」と呼ぶこともでき、エネルギ差が正である場合バス２０における電気エネルギ過剰を表すことができ、エネルギ差が負である場合バス２０における電気エネルギ欠乏を表すことができる。エネルギ差を時間値tで除算すると、電力差Pdiffが求められる。
【００５１】
[0048]  時間値tは、設計者によって決定され、ルーチン６００にプログラミングすることができる。時間値tの上限は、バス２０の実電圧がその名目電圧から、例えば、ＤＣリンク・キャパシタ４００の電圧上限（例えば、９００ＶＤＣ）のような、ハードウェア電圧上限まで、上昇することができる速さに依存することができる。この上限は、ハードウェアが反応することができる速さ、そして制動抵抗器制御方式を実行するコントローラ（１つまたは複数）（以下で更に詳細に論ずるように、発電機コントローラ４２またはモータ・コントローラ５２あるいは双方）における制動抵抗器制御方式のタスク・レート(task rate)の関数とすることができる。時間値tの下限は、制動抵抗器１８のサイズ、特に、制動抵抗器１８の電力定格(power rating)に依存させもよい。つまり、時間値tは、上限および下限の間となるように、設計者によって選択することができる。
【００５２】
[0049]  ルーチン６００の予測モータ電力セクション６３０では、制御ユニット２２は、モータ１６が制御ユニット２２によって動作することを命令されるモータ・トルク設定点（Tmot）、モータ１６の軸の実際の速度（「実モータ速度」または「Smot」）、およびモータ１６が機械エネルギを電気エネルギに変換する効率（ηmot）（「利得」と呼ぶこともできる）に依存して、予測モータ電力Pmotを決定することができる。制御ユニット２２は、次の式にしたがって、予測モータ・トルクPmotを計算することができる。
【００５３】
【数５】
2011254695.tif 000007
【００５４】
前述のPmotについての式において用いることができる符号の約束事に関して、モータ・トルク設定点は、モータリング・モードでは正に、制動モードでは負にすることができる。
[0050]  ステップ６３２において、制御ユニット２２は、モータ・トルク設定点Tmotを決定することができる。先に論じたように、モータ・コントローラ５２は、トランスミッション・コントローラ３６からトルク要求を受けて、モータ・トルク設定点Tmotに到達するために必要であれば、このトルク要求を調節することができる。
【００５５】
[0051]  ステップ６３４において、制御ユニット２２は、モータ１６の軸の回転速度またはその指示（「Smot」）を受け取ることができる。モータ速度センサ６０は、Smotを検知するように位置付けることができ、このような情報を提供するために、モータ・コントローラ５２に電気的に結合することができる。ステップ６３６において、制御ユニット２２は、モータ・トルク設定点Tmotおよびモータ速度Smotを乗算することができる。ステップ６３８において、この積に効率ηmotを乗算し、予測モータ電力Pmotを得ることができる。
【００５６】
[0052]  ルーチン６００の電力消費容量セクション６５０において、制御ユニット２２は、実バス電圧Vbusおよび制動抵抗器の抵抗（「R」）に依存して、制動抵抗器１８の電力消費容量PCCを決定することができる。ステップ６５２において、制御ユニット２２は、実バス電圧Vbusを該当する電圧センサ５４（モータ・コントローラ５２または発電機コントローラ４２のもの）またはほかの電圧センサから受け取ることができる。ステップ６５４において、制御ユニット２２は、実バス電圧Vbusの二乗を取ることができる。この二乗した電圧および抵抗R（抵抗器１８の既知の特性である）を用いて、ステップ６５６において、制御ユニット２２は、次の式にしたがって、電力消費PCC容量を計算することができる。
【００５７】
【数６】
2011254695.tif 000008
【００５８】
[0053]  電力差（Pdiff)および予測モータ電力Pmotを計算した後、制御方式６００はステップ６７０に進むことができる。ステップ６７０において、制御ユニット２２は、電力差Pdiffおよび予測モータ電力Pmotに依存して、所望の電力消費DPCを決定することができる。制御ユニット２２は、以下の式にしたがって所望の電力消費DPCを計算することができる。
【００５９】
【数７】
2011254695.tif 000009
【００６０】
このように、所望の電力消費DPCは、バス２０から得られる推定電力と基準バス電力との差、およびモータ１６によってバス２０に印加される（即ち、バス２０に供給されるまたはバス２０から除去される）と予測されるモータ電力を考慮に入れることができる。つまり、所望の電力消費DPCは、モータ１６によってバス２０から除去されるまたはバス２０に供給される電力Pmotで電力差Pdiffを修正したものとして特徴付けることができる。したがって、所望の電力消費DPCは、予測電力差と考えてもよい。
【００６１】
[0054]  例えば、電力差Pdiffが正であり（バス２０から得られる電力が過剰であることを示す）、バス２０から電力を除去するようにモニタリング・モードで動作するよことをモータ１６が命令されている（正の予測モータ電力Pmot）場合、モータ１６によってバス２０から除去されると予測される電力量（Pmot）は、過剰な電力と釣り合い、その結果ゼロの制動デューティを得ることができる。またはこの予測電力量が過剰電力と釣り合うには不十分であり、過剰電力を管理するのに適した制動デューティを得ることができる。電力差Pdiffが正である（バス２０から得られる電力が過剰であることを示す）が、バス２０に電力を供給するように制動モードで動作することをモータ１６が命令されている（負の予測モータ電力Pmot）場合、モータ１６によってバス２０に供給されると予測される電力量（Pmot）は、過剰電力を更に一層増大させ、過剰電力を管理するのに適した制動デューティが得られることになる。
【００６２】
[0055]  電力差Pdiffが負であり（バス２０から得られる推定電力が基準バス電力よりも不足電力だけ少ないことを示す）、バス２０から電力を除去するようにモータリング・モードで動作することをモータ１６が命令されている（正の予測モータ電力Pmot）場合、モータ１６によってバスから除去されると予測される電力量（Pmot）は、不足電力を更に一層増大させ、その結果ゼロの制動デューティが得られる。電力差Pdiffが負である（不足電力を示す）が、バス２０に電力を供給するように制動モードで動作することをモータ１６が命令されている（負の予測モータ電力Pmot）場合、モータ１６によってバス２０に供給されると予測される電力量が不足電力と釣り合って、その結果ゼロの制動デューティを得ることができ、または過剰電力を生成するのに十分であり、過剰電力を管理するのに適した制動デューティを得ることができる。
【００６３】
[0056]  所望の電力消費DPCおよび電力消費容量PCCを計算した後、制御方式６００はステップ６８０に進むことができる。ステップ６８０において、制御ユニット２２は、所望の電力消費DPCおよび電力消費容量PCCに依存して、制動デューティ（「BD」）を決定することができる。制御ユニット２２は、以下の式にしたがって、制動デューティを計算することができる。
【００６４】
【数８】
2011254695.tif 000010
【００６５】
ステップ６８２（飽和ブロック）において、制御ユニット２２は、ステップ６８０において計算された制動デューティが０未満である場合、制動デューティが０であると決定することができ、そしてステップ６８０において計算された制動デューティが１よりも大きい場合、制動デューティが１であると決定することができる。
【００６６】
[0057]  このように決定された制動デューティを用いて、制御方式６００はステップ６９０に進む。ステップ６９０において、制御ユニット２２は、バス２０から過剰な電気エネルギを消散させるために、制動デューティにしたがって制動抵抗器１８の動作を命令する。制御ユニット２２は、制動デューティ＝０という条件が満たされたとき、即ち、VbusがVlow以下であるとき、制動抵抗器の動作を中止する。
【００６７】
[0058]  以上述べたように、電気駆動システム１２は、制御ユニット２２を有することができる。制御ユニット２２は、制御ユニット２２の種々の昨日を実行するために１つ以上のコントローラを含むことができる。例えば、１つの発電機１４および１つのモータの場合、制御ユニット２２は発電機１４のために発電機コントローラ４２を有し、そしてモータ１６のためにモータ・コントローラ５２を有することができる。
【００６８】
[0059]  制御ユニット２２の第１の例では、モータ・コントローラ５２およびその電圧センサ５４は、制動デューティ制御方式（即ち、ヒステリシス制御方式５００およびＰＷＭ制御方式６００）を実行することができる。このような場合、モータ・コントローラ５２と制動チョッパ３００との間における実線によって図２において示すように、制動チョッパ３００および制動抵抗器１８の制御のために、モータ・コントローラ５２を制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２に電気的に結合することができる。
【００６９】
[0060]  制御ユニット２２の第２の例では、発電機コントローラ４２およびその電圧センサ５４は、モータ・コントローラ５２によって実行することができる予測モータ電力セクション６３０を除いて、制動デューティ制御方式を実行することができる。このような場合、発電機コントローラ４２と制動チョッパ３００との間における破線によって図２において示すように、制動チョッパ３００および制動抵抗器１８の制御のために、発電機コントローラ４２を制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２に電気的に結合することができる。
【００７０】
[0061]  制御ユニット２２のいずれの例においても、コントローラ４２、５２は、トランスミッション・コントローラ３６と共に、通信バス（例えば、ＣＡＮバス）に電気的に結合することができる。加えて、第２の例におけるように、いずれの例においても、図２における破線で示すように、丁度発電機コントローラ４２とモータ・コントローラ５２との間に高速通信インターフェース（例えば、５００ｋボーＣＡＮバス）があってもよく、これらのコントローラ４２、５２間の通信が可能になる。このように、発電機コントローラ４２が制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８を直接制御することができても、モータ・コントローラ５２は、制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の制御を、発電機コントローラ４２を通じて行うことができる。一方、モータ・コントローラ５２を制動チョッパ３００に電気的に結合して、制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の直接制御を行うこともでき、発電機コントローラ４２が、モータ・コントローラ５２を通じて、制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の制御を行うこともできる。
【００７１】
[0062]  なお、他のコントローラ・レイアウトを制御ユニット２２に用いてもよいことは言うまでもない。例えば、コントローラ４２、５２（およびトランスミッション・コントローラ３６さえも）、１つのコントローラに統合することができる。更に、他の例では、他のコントローラが変換器１００、２００および制動チョッパ３００を制御する役割を果たすこともできる。
【００７２】
[0063]  図５を参照すると、電気駆動システム１２は、１つよりも多い発電機１５または１つよりも多い牽引モータ１６を有することができ、各々バス２０に電気的に結合されている（図１において複数形「ｓ」で示す）。したがって、電気駆動システム１２は、１つのみの発電機１４および複数の牽引モータ１６、複数の発電機および１つのみの牽引モータ１６、または複数の発電機１４および複数の牽引モータ１６を有することができる。複数の発電機１４の場合、発電機１４を動力源２３とバス２０との間に互いに並列に配列することができる。複数のモータ１６の場合、モータをバス２０と接地との間に並列に配列することができる。各発電機１４は、発電モードおよびモータリング・モードで動作するように構成することができ、各モータ１６は、モータリングおよび制動モードで動作するように構成することができる。
【００７３】
[0064]  制御ユニット２２は、発電機１４毎に別の発電機コントローラ４２と、モータ１６毎に別のモータ・コントローラ５２とを有することができる。このような場合、それぞれの発電機コントローラ４２の制御下にあるそれぞれの電力変換器１００と、それぞれのモータ・コントローラ５２の制御下にあるそれぞれの電力変換器２００とがあればよい。
【００７４】
[0065]  ＰＷＭ制御方式６００は、追加の発電機およびモータを考慮するように変更することができる。それぞれのコントローラ４２、５２は、それぞれの予測電力セクション６３０または７３０においてそれぞれの発電機１４またはモータ１６の予測電力を計算し、その情報を管理コントローラに提供することができる。
【００７５】
[0066]  コントローラ４２、５２の１つは、制動抵抗器制御方式の実行を管理する総合的な役割を有する管理コントローラとして構成することができる。管理コントローラは、他のコントローラ４２、５２の一方が割り当てられている予測電力セクション６３０、７３０を除いて、ヒステリシス制御方式５００およびＰＷＭ制御方式６００を実行することができる。
【００７６】
[0067]  制動抵抗器制御方式は、制御ユニット２２の１つの電圧センサ５４のみを用いればよい。この電圧センサ５４は、管理コントローラのような、発電機コントローラ４２またはモータ・コントローラ５２の一方に含ませることができ、あるいは単独型電圧センサであってもよい。制動抵抗器制御方式は１つの電圧センサ５４のみを用いればよいが、各コントローラ４２、５２が、それと関連付けられているそれぞれの電圧センサ５４を、当該コントローラ４２、５２に含まれているものとして、または単独型電圧センサとして有することもできる。
【００７７】
[0068]  複数のモータ１６がある場合、ルーチン６００は、モータ１６毎に予測モータ電力セクション６３０を有することができ、このような各セクション６３０が予測モータ電力Pmotをステップ６７０に供給する。各モータ・コントローラ５２は、そのそれぞれのモータ１６と関連のあるセクション６３０を実行することができる。モータ１６毎にモータ速度センサ６０があってもよい。このような各モータ速度センサ６０は、それぞれのモータ１６の出力軸のモータ速度Smotを検知するように位置付けることができ、そしてそれぞれのモータ・コントローラ５２に電気的に結合され、このような情報をモータ・コントローラ５２に提供することができる。
【００７８】
[0069]  図６を参照すると、複数の発電機１４がある場合、ルーチン６００は該当する発電機１４毎に、即ち、第１発電機１４を除く各発電機１４に（第１発電機１４には予測発電機電力セクション７３０がない）、対応する予測発電機電力セクション７３０を有することができ、それぞれの発電機コントローラ４２がそのセクション７３０を実行する。
【００７９】
[0070]  該当する発電機１４毎の予測発電機電力セクション７３０では、それぞれの発電機コントローラ４２が、その発電機コントローラ４２によって発電機１４が動作することを命令される発電機トルク設定点（Tgen）、発電機１４の軸の実際の速度またはエンジン２４の軸の回転速度のようなその指示（「実発電機速度」または「Sgen」）、および発電機１４が機械エネルギを電気エネルギに変換する効率（ηgen）に依存して、予測発電機電力Pgenを決定することができる。それぞれの発電機コントローラ４２は、予測発電機電力を、次の式にしたがって計算することができる。
【００８０】
【数９】
2011254695.tif 000011
【００８１】
前述のPgenについての式において用いることができる符号の約束事に関して、発電機トルク設定点Tgenは、発電モードでは正に、モータリング・モードでは負にすることができる。
【００８２】
[0071]  ステップ７３２において、該当する発電機１４毎の発電機コントローラ４２は、トランスミッション・コントローラ３６からのＤＣバス電圧コマンドに依存して、発電機１４の発電機トルク設定点Tgenを決定することができる。第１発電機１４の発電機コントローラ４２も、その発電機１４の発電機トルク設定点Tgenを、トランスミッション・コントローラ３６からのＤＣバス電圧コマンドに依存して決定することができるが、ＰＷＭ制御方式６００の一部としてではない。
【００８３】
[0072]  ＰＷＭ制御方式の目的上、車両１０は、該当する発電機１４毎に発電機速度センサ６２を有することができる。各センサ６２は、それぞれの発電機１４のSgenを検知するように位置付けることができ（例えば、発電機の軸またはモータの軸の回転速度を検知するように位置付ける）、それぞれの発電機コントローラ４２に電気的に結合してこのような情報を発電機コントローラ４２に提供することができる。
【００８４】
[0073]  ステップ７３４において、該当する発電機１４毎の発電機コントローラ４２は、Sgenをそれぞれのセンサ６２から受け取ることができる。ステップ７３６において、発電機コントローラ４２は、発電機トルク設定点Tgenおよび発電機速度Sgenを乗算することができる。ステップ７３８において、発電機コントローラ４２はこの積に効率ηgenを乗算して、その発電機１４に対する予測発電機電力Pgenを求めることができる。
【００８５】
[0074]  再度図５を参照すると、所望の電力消費DPCは、このように、電力差Pdiffおよび予測モータ電力、ならびに予測発電機電力に、以下の式にしたがって依存して求めることができる。
【００８６】
【数１０】
2011254695.tif 000012
【００８７】
ここで、「ｎ」はモータ１６の個数、そして「ｍ」は発電機１４の個数である。「−」および「＋」は、先に特定した発電機１４およびモータ１６についての符号の約束事に基づく。なお、発電機１４またはモータ１６のいずれによるかには係わらず、バス２０へのエネルギの供給およびバス２０からのエネルギの除去が一貫して考慮される限りにおいて、他の符号の約束事も採用できることは言うまでもない。
【００８８】
[0075]  複数の牽引モータ１６の場合、車両１０は、図１に示すように、各モータ１６にそれぞれ結合されている駆動メカニズム３２を有することができる。各駆動メカニズム３２は、牽引エレメント（例えば、車輪）と、それぞれのモータ１６および牽引エレメントに機械的に結合されている終減速装置とを有し、モータ１６と牽引エレメントとの間において固定のギア減少が行われるようにすることができる。四輪駆動ローダの場合、したがって、４つの車輪の１つに対してモータ１６が１つずつあればよい。
【００８９】
[0076]  制御ユニット２２の第１の例では、モータ・コントローラ５２の１つが管理コントローラとなることができ、制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２に電気的に結合され、制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の動作を制御することができる。制御ユニット２２の第２の例では、発電機コントローラ４２の１つが管理コントローラとなることができ、制動チョッパ３００のＩＧＢＴ３０４−２に電気的に結合され、制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の動作を制御することができる。尚、制御ユニット２２には他のコントローラ・レイアウトを用いてもよいことは言うまでもない。
【００９０】
[0077]  コントローラ・ユニット２２のいずれの例においても、コントローラ４２、５２は、トランスミッション・コントローラ３６と共に、通信バス（例えば、ＣＡＮバス）に電気的に結合することができる。加えて、第２の例におけるというように、いずれの例においても、図２における破線で示すように、丁度発電機コントローラ４２とモータ・コントローラ５２との間に高速通信インターフェース（例えば、ＣＡＮバスまたは他の適した高速接続）があって、これらのコントローラ４２、５２間の通信を可能にしてもよい。こうすると、発電機コントローラ４２が制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８を直接制御することができても、モータ・コントローラ５２が制動チョッパ３００およびその制動抵抗器１８の制御を、発電機コントローラ４２を通じて行うことができる。尚、制御ユニット２２には他のコントローラ・レイアウトを用いてもよいことは言うまでもなく、例えば、コントローラ４２、５２（そして、トランスミッション・コントローラ３６も）１つのコントローラに統合することが含まれる。
【００９１】
[0078]  複数の発電機１４がある場合、発電機コントローラ４２の内１つが、実バス電圧を名目的に名目ＤＣバス電圧に維持しようとするために、ＤＣバス２０の電圧を閉ループ電圧制御方式（例えば、ＰＩベース電圧制御）を実行する総合的役割を有することができる。このような場合、閉ループ電圧制御を実行するために、発電機コントローラ４２は、バス電圧を名目的に維持すべき名目ＤＣバス電圧、およびバス電圧の電圧値を表す電圧コマンドを、トランスミッション・コントローラ３６から受け取ることができる。また、発電機コントローラ４２は、それと関連のある発電機速度センサ６２から速度読み取り値を受け取ることもできる。閉ループ電圧制御方式およびこのような速度読み取り値に基づいて、その発電機コントローラ４２は、名目ＤＣバス電圧を達成することを試みるために、他の発電機コントローラ（１つまたは複数）およびそれ自体の発電機１４の動作を命令することができる。他の発電機コントローラ（１つまたは複数）４２にトルク・コマンド（またはトルクを表す電流コマンド）を発行することによって、他の発電機コントローラ（１つまたは複数）４２に命令することもできる。トルク・コマンドは、必要に応じて（例えば、発電機の過熱に取り組むために）このような他の発電機コントローラ（１つまたは複数）４２によって個別に変更することができる。この発電機コントローラ４２は、制動抵抗器制御方式の実行を管理する役割がある管理コントローラとすることができ、その場合、制動抵抗器制御方式も実行することができる。そうでない場合、発電機コントローラ４２は必要に応じて管理コントローラと通信することができる。
【００９２】
[0079]  制動抵抗器制御方式は、制動抵抗器の使用最適化によって、エネルギ効率を高める。これを行う際に、常時ＯＮおよび常時ＯＦＦだけではなく、中間制動デューティで制動抵抗器を動作させる機会を提供する。制動抵抗器制御方式は、バス２０からの非ゼロ基準電力に対する、バス２０から得られる推定電力、ならびにモータ（１つまたは複数）１６および任意の追加の発電機（１つまたは複数）（即ち、第１発電機以外の発電機）によってバス２０に印加されると予測される電力を考慮に入れることができる。このような予測能力により、制動抵抗器制御方式の感度が向上し、エネルギ効率を一層高めることになる。制動デューティ制御方式は、このような制動抵抗器１８の最適化された使用を、例えば、トランスミッション・シフト動作や車両方向逆転の間に提供することができる。尚、このような最適化は、車両１０の燃費を向上させることができ、システム１２における過電圧の危険性を防止または低下させることができると考えられる。
【００９３】
[0080]  コントローラ４２、５２の代替実施形態では、各発電機コントローラ４２およびモータ・コントローラ５２は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ」）（図示せず）を含むことができる。このような場合、各コントローラ４２、５２のＦＰＧＡは、コントローラ４２、５２のマイクロプロセッサ４６およびメモリ４８に電気的に結合することができ（マイクロプロセッサ４６およびメモリ４８は互いに電気的に結合されている）、これらのコントローラ４２、５２のゲート・ドライバ４４および電圧センサ５４をマイクロプロセッサ４６の代わりに、ＦＰＧＡに電気的に結合して、ゲート・ドライバ４４がＦＰＧＡの制御下に置かれ、ＦＰＧＡが電圧読み取り値を電圧センサ５４から受け取るようにすることができる。トランスミッション・コントローラ３６からの電圧コマンドは、制御ユニット２２の第１の例ではマイクロプロセッサ４６によって受け取ることができ、制御ユニット２２の第２の例ではＦＰＧＡによって受け取ることができる。モータおよび発電機速度センサ６０、６２からの速度読み取り値は、制御ユニット２２の第１の例ではＦＰＧＡによって受け取り、制御ユニット２２の第２の例ではマイクロプロセッサ４６によって受け取ることができる。
【００９４】
[0081]  マイクロプロセッサ４６は、複数の機能を実行することができる。例えば、マイクロプロセッサ４６は、それぞれのコントローラ４２、５２とのＣＡＮ通信を管理することができる。電力変換器１００、２００と関連のあるゲート・ドライバ４４の制御に関して、マイクロプロセッサ４６は、このようなゲート・ドライバ４４に対してパルス幅変調制御方式（例えば、空間−ベクトル変調）を実行することができる。該当する発電機コントローラ４２のマイクロプロセッサ４６は、実バス電圧のＰＩベース電圧制御を実行することができる。
【００９５】
[0082]  該当するコントローラ４２、５２のＦＰＧＡおよびマイクロプロセッサ４６は、制動抵抗器制御方式を実行することができる。ＦＰＧＡは、ヒステリシス制御方式５００を実行することができる。マイクロプロセッサ４６は、ＰＷＭ制御方式６００内において制動デューティを計算することができる。ＦＰＧＡは、このような計算された制動デューティにしたがって、該当するゲート・ドライバ４４にオン／オフ信号を発生することによって、制動抵抗器１８の動作を制御することができる。
【００９６】
[0083]  尚、本明細書において開示した発電機（１つまたは複数）、牽引モータ（１つまたは複数）、制動抵抗器、およびバスは、それぞれ、発電機(electric generator)（１つまたは複数）、電気牽引モータ（１つまたは複数）、電気制動抵抗器、および電気バスであることは、言うまでもない。
【００９７】
[0084]  以上、図面およびこれまでの説明において、本開示について図示し説明したが、このような図示および説明は、その本質上限定ではなく例示と見なすべきであり、例示的な実施形態（１つまたは複数）について示し説明したのであり、本開示の趣旨に該当する全ての変更や修正も保護されることが望まれることは言うまでもない。本開示の代替実施形態は、記載した特徴の全てを含んでいなくてもよく、それでもなおこのような特徴の利点の少なくとも一部の効果が得られる。当業者は、本開示の特徴の１つ以上を組み込み、添付した特許請求の範囲において定められている本発明の主旨および範囲に該当する、彼ら自身の実施態様を容易に考案することができよう。
【符号の説明】
【００９８】
１０  直列ハイブリッド車両
１２  電子駆動システム
１３  パワー・トレイン
１４  発電機
１６  牽引モータ
１８  制動抵抗器
２０  バス
２２  制御ユニット
２３  動力源
２４  エンジン
２６  ギアボックス
３２  駆動メカニズム
３６  トランスミッション・コントローラ
４０  パワー・エレクトロニクス
４２  発電機コントローラ
４４  ゲート・ドライバ
４８  メモリ
５２  モータ・コントローラ
６０  モータ速度センサ
６２  発電機速度センサ
１００  電力変換器
２００  電力変換器
３００  制動チョッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2011254695000001.pdf