(57)【要約】  ハイブリッド車両は、フレームと、当該フレームによって担持された少なくとも２つの車輪と、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動する内燃サブシステムと、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する電気サブシステムと、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する空気圧サブシステムと、当該内燃サブシステム、当該電気サブシステム、および当該空気圧サブシステムを選択的に作動させる制御サブシステムとを含む。
2014518803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（１８）と、
前記フレーム（１８）によって担持された少なくとも２つの車輪（１９）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動する内燃サブシステム（１２）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する電気サブシステム（１４）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する空気圧サブシステム（１６）と、
前記内燃サブシステム（１２）、前記電気サブシステム（１４）、および前記空気圧サブシステム（１６）を選択的に作動させる制御サブシステム（２０）とを備える、ハイブリッド車両。
【請求項２】
前記内燃サブシステム（１２）が、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）とは異なる、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの１つを駆動する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
前記少なくとも２つの車輪（１９）が、少なくとも１つの前車輪（１９）および少なくとも１つの後車輪（１９）を含み、前記内燃サブシステム（１２）が、前記少なくとも１つの前車輪（１９）を駆動し、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）が、前記少なくとも１つの後車輪（１９）を駆動する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】
前記内燃サブシステム（１２）、前記電気サブシステム（１４）、および前記空気圧サブシステム（１６）にそれぞれ選択的に係合するように、前記制御システム（２０）によって作動される少なくとも３つの電気作動クラッチをさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項５】
前記内燃サブシステム（１２）が、内燃モータおよび無段変速機を含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】
前記内燃サブシステム（１２）が、変速機（２４）と、クラッチ（２６）と、それを通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つが駆動される差動装置（３０）とを含み、前記クラッチ（２６）が、前記変速機（２４）と前記差動装置（３０）との間に位置付けられて、前記制御サブシステム（２０）によって制御される、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項７】
前記クラッチ（２６）が前記差動装置（３０）に近接する、請求項６に記載のハイブリッド車両。
【請求項８】
前記電気サブシステム（１４）が、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するための電気モータと、電力を蓄積する少なくとも１つのバッテリと、前記少なくとも１つのバッテリに選択的に充電する充電レギュレータ（４６）とを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項９】
前記電気モータが、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するときには、前記少なくとも１つのバッテリによって磁界誘導電流が供給され、減速事象中に運動エネルギーを回収するときには、誘導電流が移送されて前記少なくとも１つのバッテリに戻るように、前記誘導電流がパルス幅変調信号として供給される非同期誘導回生モータである、請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１０】
前記電気サブシステム（１４）が、第１のバッテリと、前記第１のバッテリよりも低い電圧を有する第２のバッテリとを含む少なくとも２つのバッテリを有し、前記第１のバッテリが、前記電気モータを駆動し、前記第２のバッテリが、他の車両装備類に電力供給する、請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】
前記第１のバッテリが、直流約１８０ボルトの公称電圧を有し、前記第２のバッテリが、直流約１２ボルトの公称電圧を有する、請求項１０に記載のハイブリッド車両。
【請求項１２】
前記電気サブシステム（１４）が、前記制御サブシステム（２０）によって制御されるクラッチも含み、前記電気モータが、差動装置を通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動し、前記クラッチが、前記差動装置に近接する、請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１３】
前記電気サブシステム（１４）が、前記車両上に配置されて、前記少なくとも１つのバッテリに充電するための電力を生成する光起電性セルをさらに含む、請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１４】
前記内燃サブシステム（１２）からの過剰な熱を転換し、そこから前記少なくとも１つのバッテリに充電するための電力を生成する熱電発電機をさらに備える、請求項８に記載のハイブリッド車両。
【請求項１５】
空気圧システム（１６）が、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するための空気モータ（６０）と、減速事象中に空気を圧縮する空気コンプレッサ（６２）と、圧縮空気を収容する空気タンク（６４）とを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１６】
前記空気モータ（６０）および前記空気コンプレッサ（６２）が、異なるシャフト上に装着されて、前記制御サブシステム（２０）によって制御されるそれぞれのクラッチを通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つに連結される、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項１７】
前記空気モータ（６０）および前記空気コンプレッサ（６２）が、共通の差動装置を通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つに連結され、前記それぞれのクラッチの両方が、前記共通の差動装置に近接して位置付けられる、請求項１６に記載のハイブリッド車両。
【請求項１８】
前記空気タンク（６４）が、炭素繊維強化樹脂タンクである、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項１９】
前記空気タンク（６４）が、約３００バールに加圧された約３００リットルの容量を有する、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項２０】
前記空気圧サブシステム（１６）が、前記制御サブシステム（２０）によって制御されて、前記空気タンク（６４）から前記空気モータ（６０）への空気の供給を調節するスロットル弁をさらに含む、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項２１】
前記ハイブリッド車両（１０）内に加熱された空気および冷却された空気を選択的に導入する環境制御システム（８０）をさらに備え、前記冷却された空気が、前記空気圧サブシステム（１６）内の空気の除圧から生じる温度降下によって冷却される、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項２２】
熱電発電機（５４）をさらに備え、前記環境制御システム（８０）が、前記冷却された空気を生成するために熱電発電機（５４）も使用する、請求項２１に記載のハイブリッド車両。
【請求項２３】
水素を生成するための電解セル（１０２）と、前記水素を前記内燃サブシステム（１２）に導入するための配管とを含む水素生成システム（１００）をさらに備える、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項２４】
前記電解セル用の水が、前記空気圧サブシステム（１６）内の空気の除圧から生じる温度降下によって生じる結露によって供給される、請求項２３に記載のハイブリッド車両。
【請求項２５】
前記空気圧サブシステム（１６）が、前記内燃サブシステム（１２）に対し、強制空気誘導の代替として圧縮空気を供給する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項２６】
前記制御サブシステム（２０）が、
機械可読メモリであって、
バッテリ充電量、車両速度、空気タンク圧力、およびアクセル・ペダルの位置の入力を受信し、
前記受信された入力に基づき、駆動モータ選択ルーチン（２００）および運動エネルギー回復ルーチン（２０２）を実行するように構成された機械可読メモリを備える少なくとも１つのプロセッサを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項２７】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、一度に前記内燃サブシステム（１２）、前記電気サブシステム（１４）、および前記空気圧サブシステム（１６）のうちの１つのみから駆動モータを作動させる、請求項２６に記載のハイブリッド車両。
【請求項２８】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記バッテリ充電量および前記空気タンク圧力を、それぞれの絶対最小閾値を上回るように常に維持するよう命令する、請求項２６に記載のハイブリッド車両。
【請求項２９】
バッテリ充電量が下がってバッテリ充電量に関する前記絶対最小閾値を下回った場合、前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記バッテリが完全に充電されるまで、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するために前記電気サブシステム（１４）を使用しないよう命令する、請求項２８に記載のハイブリッド車両。
【請求項３０】
前記内燃サブシステム（１２）が、始動モータを含まず、所定の最小速度を上回る車両速度を使用して前記内燃サブシステム（１２）の内燃モータを始動させる、請求項２８に記載のハイブリッド車両。
【請求項３１】
前記車両速度が、前記所定の最小速度を上回る場合、および、前記バッテリ充電量または前記空気タンク圧力のそれぞれが、それぞれの最小作動用閾値を上回る場合、前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記電気サブシステム（１４）または前記空気圧サブシステム（１６）のみを使用して、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するよう命令し、前記それぞれの最小作動用閾値は、前記それぞれの絶対最小閾値よりも高い、請求項３０に記載のハイブリッド車両。
【請求項３２】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、バッテリ充電量と空気タンク圧力との間の比較に基づき、前記電気サブシステム（１４）の使用と前記空気圧サブシステム（１６）の使用との間で選択を行って前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動する、請求項３１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３３】
前記バッテリ充電量が最大値よりも少ない場合、前記運動エネルギー回復ルーチン（２０２）が、加速ペダルの持ち上がりが検出されたときに、前記電気サブシステム（１４）を使用して運動エネルギーを回復してバッテリ充電量を増やすよう命令する、請求項２６に記載のハイブリッド車両。
【請求項３４】
空気圧充填量もまた最大値よりも少ない場合、前記運動エネルギー回復ルーチン（２０２）が、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）の両方を使用して運動エネルギーを同時に回復するよう命令することができる、請求項３３に記載のハイブリッド車両。
【請求項３５】
車両速度が、空気充填閾値を上回ると判断された場合、前記空気圧サブシステム（１６）が、運動エネルギーの回復に使用されない、請求項３４に記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年４月２５日に出願され、その内容の全体が本明細書において参照によって組み込まれる米国仮出願第６１／４７８，５７４号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、ハイブリッド車両と、その中で使用されて、車両の駆動および運動エネルギーの回復を行うためのサブシステムとに関する。
【背景技術】
【０００３】
ハイブリッド車両が隙間市場から主流に近い位置にまで至ったことに対しては、さまざまな要因が寄与している。ハイブリッド車両（または他の「環境に優しい」車両）を志向する初期の原動力は、当該車両によって生じる汚染物質が少ない点にあったが、石油価格の上昇傾向により、ある購買者にとっては、ハイブリッド車両の経済的魅力が高まった。加えて、ハイブリッド技術の改良により、従来の車両を基準にすると、もたらされる燃料効率は相変わらず若干向上した状態に過ぎないものの、より高い性能を謳って販売されるハイブリッド車両が生産されるようになった。
【０００４】
しかしながら、ハイブリッド車両、特に、従来の車両とサイズおよび心地よさがほぼ同じハイブリッド車両は、多くの潜在的車両購買者にとって法外に高価なものであることに変わりはない。加えて、現在市販されているハイブリッド車両の効率の伸びは、高効率のモータを備えた小型の従来車両に比べると、相対的に小さい。
【０００５】
完全電動車両もまた、より華々しく市場に登場しているが、（ハイブリッド車両とは異なる）従来の車両の代替として、このような車両が多くの運転者にもたらす有用性は、バッテリ容量によって相変わらず制限されている。バッテリは一般に、完全電動車両およびハイブリッド車両の争点になっているが、その理由は、バッテリのコストが従来のバッテリのコストよりもはるかに高いことが考えられるためである。多くのこのような車両の想定寿命の間にわたり、バッテリ交換を何度も行わなければならないことが、このバッテリの高コストに拍車をかけている。
【０００６】
空気圧モータおよびコンプレッサもまた、車両で使用されて一応の成功を収めてきた。しかしながら、これらのシステムは、それ自体の点では将来性があるものの、他の車両エネルギーシステムとは極めて限定的な態様でしか組み合わせることができない対象であった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述の内容に鑑みて、本発明の目的は、改良されたハイブリッド車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態によると、ハイブリッド車両は、フレームと、当該フレームによって担持された少なくとも２つの車輪と、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動する内燃サブシステムと、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する電気サブシステムと、当該２つの車輪のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する空気圧サブシステムと、当該内燃サブシステム、当該電気サブシステム、および当該空気圧サブシステムを選択的に作動させる制御サブシステムとを含む。
【０００９】
本発明の実施態様によると、制御サブシステムは、バッテリ充電量、車両速度、空気タンク圧力、およびアクセル・ペダルの位置の入力を受信し、当該受信された入力に基づき、駆動モータ選択ルーチンおよび運動エネルギー回復ルーチンを実行するように構成された機械可読メモリを備える少なくとも１つのプロセッサを含む。
【００１０】
本発明のこれらのおよび他の目的、実施態様、および利点は、好ましい実施形態の詳細な説明および図面を参照されると、より明瞭に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態によるハイブリッド車両の模式図である。
【図２】図１の車両の加熱コンポーネントおよび冷却コンポーネントの詳細な模式図である。
【図３】図１の車両の電気モータ・コントローラおよび充電コンポーネントの詳細な模式図である。
【図４】図１の車両の空気圧コンポーネント、電気コンポーネント、および内燃コンポーネント、ならびに、特に水素生成器の詳細な模式図である。
【図５】図１の車両の動作に関連して実行される制御ルーチンのフロー図である。
【図６】光起電性セルが上に装着された、図１のハイブリッド車両の外面の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明の実施形態によれば、ハイブリッド車両１０は、内燃サブシステム１２と、電気サブシステム１４と、空気圧サブシステム１６とを含む。サブシステム１２、１４、１６は、車輪１９を担持するフレーム１８（図６を参照）上に共通の態様で装着されている。本明細書で使用する「フレーム」は、車両支持構造を総称的に指し、特定の種類のフレームに必ずしも限定されない。たとえば、多部品シャーシおよび単殻車体の両方を「フレーム」とみなす。
【００１３】
電気サブシステム１４および空気圧サブシステム１６は、車両を駆動するためのモータと、制動および／または他の車両減速中に運動エネルギーを回収するための運動エネルギー回復装置とを含む。「減速事象」という用語は、本明細書において、車両速度が実際に減少しているかどうかに関係なく、その間に運動エネルギーが回収され得る事象を示すために総称的に用いられ  −  たとえば、下り坂を走行している間に制動を行って、速度を維持するか、または速度の上昇を制限することは、「減速事象」とみなされる。
【００１４】
制御サブシステム２０は、内燃サブシステム１２、電気サブシステム１４、および空気圧サブシステム１６のコンポーネントを監視および制御する。以下に詳細に説明するように、サブシステム１２、１４、１６および他のコンポーネントに関連して、さらなる効率の伸びを実現することができる。
【００１５】
内燃サブシステム１２は、内燃エンジン２２を含み、この内燃エンジン２２は、変速機２４、クラッチ２６、および差動装置３０を通じて車両を駆動する。内燃エンジン２２は、空気および燃料タンク３２からの燃料の燃焼により、動力供給を受ける。内燃エンジン２２の出力レベルは、動作要件に基づき、制御サブシステム２０によって監視および制御される。
【００１６】
内燃エンジン２２は、四行程のガソリンまたはディーゼルエンジンであることが好ましい。エンジン２２内への空気の導入は、スロットル弁３４により調節される。設計に依存して、燃料３２の導入もまた、スロットル弁３４により、燃料インジェクタにより、および／または他の機構により、調節され得る。ここでもまた設計に依存して、エンジン２２は、点火プラグ３６などを含み得る。
【００１７】
エンジン２２を、その最も効率のよい速度で稼動させるために、変速機２４は、無段変速機（ＣＶＴ）を含み得るが、他の変速機の種類を使用してもよい。エンジン２２によって動力供給を受ける車両１０の後方への動きを可能にするために、後進ギヤが組み込まれるべきである。
【００１８】
クラッチ２６は、変速機２４と差動装置３０との間に介在させてあり、低消費電力の電気クラッチであることが好ましい。電気クラッチを使用することにより、他のクラッチの種類を基準にすると、クラッチ２６が係合していないときに内部摩擦が低減され、総車両重量が減少する。しかしながら、本発明に関連して他のクラッチの種類を使用してもよい。クラッチ２６を差動装置３０に近接して位置付けることは、非使用時に回転する副次的な駆動系コンポーネントの重量を減らす一助となり、それによって効率を高める。
【００１９】
差動装置３０は、前輪用差動装置であることが好ましく、内燃サブシステム１２のみがこの前輪用差動装置に係合する一方で、電気サブシステム１４および空気圧サブシステム１６は、後輪用差動装置を通じて作動する。この配置は、少なくとも機械的簡素性の点で好まれ、サブシステム１２、１４、１６のコンポーネントの物理的レイアウトを容易にする。本発明は、任意の特定の種類の作動装置に必ずしも限定されない。
【００２０】
図２を参照すると、過剰な熱は、冷却剤によって内燃エンジン２２から除去され、放熱器４０によって放散される。内燃エンジン２２の過剰な熱が表すエネルギーの少なくとも一部は、以下により詳細に説明するように、さまざまな目的のために回収され得る。
【００２１】
図１〜図３を参照すると、電気サブシステム１４は、電気モータ４２と、バッテリ４４と、光起電性要素４５と、充電レギュレータ４６とを含む。電気モータ４２は、電気クラッチ５０および差動装置５２を通じて車両１０を駆動し、車両１０によって駆動される。
【００２２】
電気モータ４２は、磁界誘導電流がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号として供給される非同期誘導回生モータであることが好ましい。モータとして使用されるときには、電流がバッテリ４４によって供給される。制動および／または他の減速中に運動エネルギーを回収するために使用されるときには、誘導電流が、充電用に、レギュレータ４６を介して移送されてバッテリ４４に戻る。ＰＷＭ誘導電流を用いる回生モータの使用は、別個のモータおよび発電機に比べ、機械的により簡素であり、より軽量であり、より効率が高いが、本発明は必ずしもそれに限定されない。
【００２３】
バッテリ４４は、少なくとも１つの高電圧バッテリおよび少なくとも１つの低電圧バッテリを含むことが好ましい。所望の通り、各バッテリ内で複数のセルを使用することができる。高電圧バッテリ（たとえば、直流約１８０ボルトの公称電圧）は、電気モータを駆動するために主に使用され、低電圧バッテリ（たとえば、直流約１２ボルトの公称電圧）は、制御サブシステム２０、および他の車両装備類、たとえば点火プラグ３６、カー・ステレオ、低消費電力ＬＥＤ技術による車両照明などに電力供給を行うために使用される。
【００２４】
相対的に特殊で、より新しいバッテリは必要とされないが、本発明はそのようなバッテリの使用を必ずしも除外しない。たとえば、低電圧バッテリは、有利にも従来のカー・バッテリであってよく、高電圧バッテリは、複数のニッケル金属水素化物バッテリ・セル（Ｎｉ−ＭＨ）で構成されてよい。
【００２５】
充電レギュレータ４６は、制御サブシステム２０と信号通信して、バッテリ４４の充電の調節を容易にするマイクロプロセッサ制御ユニットであることが好ましい。充電レギュレータ４６は、バッテリ４４の充電状態の監視、充電電圧および／または電流の調節、ならびに、高および／または低電圧バッテリへの選択的充電を含む機能を実行するように構成され得る。
【００２６】
クラッチ５０は、差動装置５２に近接して位置付けられた別の電気クラッチであることが好ましく、差動装置５２は、後輪用差動装置であることが好ましい。この配置の利点は、クラッチ２６および差動装置３０に関連して上に論じた。
【００２７】
モータ４２は、その回生モードにおいて、バッテリ４４に充電するための一次機構である。しかしながら、光起電性要素４５と、内燃エンジン２２の放熱器４０に結合された熱電発電機５４の使用とを通じて、さらなる効率の伸びが生じ得る。したがって、エンジン２２からの過剰な熱の一部は、バッテリ充電の目的で回収され得、減速事象以外のエンジン２２の動作中における、何らかのバッテリ充電を可能にする。
【００２８】
図６を参照すると、光起電性要素４５は、フロントガラス、サンルーフ、および窓に内蔵された透明な光起電性フィルムの形をとり得る。このようなフィルムは、たとえば、日光暴露量に依存して、１０．７６ｆｔ２当たり最大１００Ｗまで供給することが可能であり、これは、バッテリを（車両が直射日光下で駐車されているときに）再充電するか、または（車両を使用しているときに）ブーストするのに十分な電力である。
【００２９】
図１を参照すると、空気圧サブシステム１６は、空気モータ６０と、空気コンプレッサ６２と、空気タンク６４とを含む。空気モータ６０は、電気クラッチ６６および差動装置５２を通じて車両１０を駆動し、空気コンプレッサ６２は、差動装置５２および電気クラッチ７０を通じて車両１０によって駆動される。加えて、空気モータ６０の使用から生じる温度降下は、空調および水素生成の用途に関連して利用することができ、タンク６４からの圧縮空気は、従来の強制空気誘導の代わりに、内燃モータ２２に送給され得る。
【００３０】
空気モータ６０およびコンプレッサ６２は、別個の機械であって、同一のシャフトに連結されていないことが好ましい。二重目的のモータ／コンプレッサが存在するが、このような機械のモータおよび／またはコンプレッサの動作における効率損失が、別個の機械に関連する重量および複雑さの増分を相殺すると考えられる。加えて、別個のクラッチ６６、７０を通じて駆動されるモータおよびコンプレッサを、別個のシャフト上に配置することにより、非使用時におけるコンポーネントの不要な回転が解消される。簡素化を行うために、空気モータ６０は、逆周りに作動しないことが好ましい。
【００３１】
空気タンク６４は、軽量の炭素繊維強化樹脂タンクであることが好ましい。このタンクのサイズおよび容量は、特定の車両の用途に基づいて決定され得るが、約３００バールに加圧された約３００リットルのタンク容量が、ほとんどの車両の用途に好適であると考えられる。
【００３２】
使用時に、タンク６４からモータ６０への空気の供給は、制御サブシステム２０が作動させるスロットル弁７２によって調節される。遮断弁７４も使用することができる。逆止弁などの制御弁７６は、コンプレッサ６２からタンク６４内への空気の導入を制御し得る。過度な加圧の防護策として、１つまたは複数のリリーフ弁を空気圧サブシステム１６内に設けることもできる。コンプレッサ６２から入来する圧縮空気に対し、空気乾燥器を設けることもできる。
【００３３】
図２を参照すると、空気モータ６０の作動中に、タンク６４からの圧縮空気を除圧することにより、温度降下を生じる。これにより、化学冷媒を使用しない環境制御システム８０の設置が容易になる。システム８０は、空気モータ６０および／または関連する配管の周りを通過する空気ダクト８２と、熱電発電機５４の冷たい側面の周りを通過する空気ダクト８４と、熱電発電機５４の温かい側面および放熱器４０の周りを通過する空気ダクト８６とを含む。空気ダクト８２、８４、８６から車両１０の内部への空気の導入は、セレクタ９０によって制御され、電気ファン９２によって促進される。セレクタ９０およびファン９２と、ある状況下における熱電発電機５４との動作は、空調コントローラ９４によって制御される。ダクト８２、８４、８６内、および車両１０内のセンサを含め、温度センサは、コントローラ９４とも通信可能である。
【００３４】
車両１０の乗員が空調を所望し、空気がそれによって効果的に冷却され得るように空気モータ６０が作動中であるか、または作動してから間もないときに、空気は、ダクト８２から車両１０内に導入される。ダクト８２の空気が冷却の目的としては不十分である場合、ダクト８４からさらなる冷たい気流が生成され得る。このような冷たい気流は、内燃エンジン２２の動作に関連して発電中における熱電発電機５４の動作によって生成され得るか、または、熱電発電機５４が、バッテリ４４によって逆周りに駆動されて熱電冷却器として作動して、冷却をもたらし得るかのいずれかである。
【００３５】
熱が所望され、空気がそれによって効果的に加熱され得るように内燃エンジン２２が作動中であるか、または作動してから間もないときに、空気は、ダクト８６から車両内に導入される。エンジン２２の熱が不十分である場合、バッテリによって熱電発電機５４が駆動されて、熱を生じることができる。
【００３６】
図４を参照すると、空気モータ６０の動作から生じる温度降下は、空気ダクト８２からの水を凝結することも可能であり、外部から水を加えなくても作動可能な水素生成システム１００を可能にする。システム１００は、電解セル１０２と、ガス配管１０４と、コントローラ１０６とを含む。
【００３７】
電解セル１０２は、バッテリ４４から電力供給を受けることが好ましく、高電圧バッテリ・セルから電力供給を受けることが一層好ましい。この極めて高い電圧は、１２ボルトのバッテリで作動する多くの車両電解セルを基準にすると、電解過程を早める。所望されるならば、電子回路を介在させることにより、電圧をより高く上昇させることができる。電解セル１０２は、ダクト８２からの凝結された水を収集するように位置決めされる。交互に、そこから水が（ガッタからの雨水またはＡＣドレンから）電解セル内に次いで導入される、別個の集水器を使用することができる。
【００３８】
コントローラ１０６は、水素の需要に基づき、電解セル１０２への電圧の印加を制御する。コントローラ１０６は、配管１０４内の水素センサと信号通信し得る。コントローラ１０６は、セル１０２内で十分な水が利用可能であるときにのみ、内燃エンジン２２の作動中に電解セル１０２を作動させる。所望される場合、ユーザが水素生成システム１００の使用を手動で選択解除できることが好ましい。
【００３９】
電解過程から生じた水素は、酸水素ガスの形で存在していることが考えられ、次いで、水素配管１０４を介して内燃エンジン２２の吸気口内に導入される。酸水素ガスは、燃料の完全燃焼を促進し、それによって所与の出力レベルに対する燃料効率を高める。
【００４０】
空気モータ６０を駆動することに加え、タンク６４内の圧縮空気は、内燃モータ２２の作動中に、ターボ過給機などの強制空気誘導装置の代替として使用することができる。パワー補充用の圧縮空気の使用は、これが、一般には効率が上昇する機構ではないため、ユーザによる手動選択に基づいてのみ、たとえば、「ブースト・モード（Ｂｏｏｓｔ  Ｍｏｄｅ）」ボタンを押し下げることによってのみ、行われることが好ましい。交互に、ブースト・モードの使用は、加速を強化する需要が表示されたことに基づき  −  たとえば、加速ペダルが押し下げられて所定の場所を越えたときに、制御サブシステムによって自動的に選択され得る。
【００４１】
再び図１を参照すると、制御サブシステム２０は、車両１０のパラメータを監視し、それに基づき、バッテリ４４の充電および空気タンク６４の充填と、内燃エンジン２２、電気モータ４２、および空気モータ６０（一括して「駆動モータ」）を使用する車両の駆動とを制御する。加えて、制御サブシステム２０は、好ましくは、環境制御システム８０および水素生成システム１００からの入力を受信し、環境制御システム８０および水素生成システム１００の動作を制御することができる。
【００４２】
制御サブシステム２０は、その中に格納された命令に従って制御機能を実行するように構成された機械可読メモリを備えた少なくとも１つのプロセッサ１１０を含む。本発明は、特定のプロセッサの種類、台数、もしくは設計に、特定のコード形式もしくは言語に、または、特定のハードウェアもしくはソフトウェアの記憶媒体に、必ずしも限定されない。
【００４３】
プロセッサ１１０は、対応するセンサから、車両速度、燃料レベル、アクセル・ペダルの位置、バッテリ充電量、および空気タンク圧力の入力を受信し、複数の電気スイッチを制御して、さまざまなシステムコンポーネントをオンラインおよびオフラインの状態にする。特に、プロセッサは、クラッチ２６、５０、６６、７０および弁７２、７４に係合し、クラッチ２６、５０、６６、７０および弁７２、７４から係合解除するように作動可能である。
【００４４】
制御サブシステム２０はさらに、アクセル・ペダルの位置を検出して、当該アクセル・ペダルの位置および車両速度に基づき、現在使用されている１台の駆動モータ（または複数の駆動モータ）に対し、比例制御信号を与える速度制御モジュール１１２をさらに含む。
【００４５】
図５を参照すると、プロセッサ１１０が実行するように構成された制御ルーチンは、駆動モータ選択ルーチン２００および運動エネルギー回復制御ルーチン２０２を含む。これらの制御ルーチン内でプロセッサ１１０によってなされる判断は、検知されたバッテリ充電量、車両速度、空気タンク圧力、およびアクセル・ペダルの位置の入力によって決まる。本明細書で使用される「アクセル・ペダル」は、ユーザの速度制御入力を総称的に指し、必ずしも実際のペダルを必要とすることを求めない。たとえば、アクセシビリティ装備車両に対する、手を用いた速度制御は、速度入力を与えるためのクルーズ制御システム機構と同様に、「アクセル・ペダル」とみなすことができる。
【００４６】
駆動モータ選択ルーチン２００において、バッテリ充電量のパーセント値が、空気タンク圧力のパーセント値よりも大きいかどうかの判断２１０がなされる。必要以上の循環を回避するために、本明細書におけるすべての比較作業に対して制御範囲を使用することが好ましい。バッテリ充電量の方が多い場合、バッテリ充電量が、所定の絶対最小バッテリ充電量閾値、好ましくは１０％よりも多いかどうかの判断２１２がなされる。バッテリ充電量が絶対最小閾値よりも多い場合、車両速度が最小速度、好ましくは５マイル／時（ＭＰＨ）よりも低いかどうかの判断２１４がなされる。車両速度が５マイル／時よりも低い場合、（ブロック２１６において）プロセッサはクラッチ５０に係合し、電気モータ４２が使用されて車両１０を駆動する。
【００４７】
車両速度が最小速度よりも高い場合、バッテリ充電量が最小作動用バッテリ充電量閾値、好ましくは２０％よりも多いかどうかの判断２２０がなされる。バッテリ充電量が最小作動用充電量閾値よりも多い場合、（ブロック２１６に戻って）電気モータ４２が使用されて車両を駆動する。バッテリ充電量が、絶対最小または作動用最小充電量閾値よりも少ないと判断された場合、（ブロック２２２において）プロセッサはクラッチ２６に係合し、内燃モータ２２が作動する。
【００４８】
バッテリ充電量が空気タンク圧力よりも少ないと（判断２１０に戻って）判断された場合、空気タンク圧力が絶対最小閾値、好ましくは２５％を上回るかどうかの判断２２４がなされる。空気タンク圧力が絶対最小閾値を上回る場合、車両速度が最小速度よりも低いかどうかの判断２２６がなされる。車両速度が最小速度よりも低い場合、（ブロック２３０において）クラッチ６６が係合されて、空気モータ６０が作動する。
【００４９】
車両速度が最小速度を上回る場合、空気タンク圧力が最小作動用閾値、好ましくは３０％を上回るかどうかの判断２３２がなされる。空気タンク圧力が最小作動用閾値を上回る場合、（ブロック２３０に戻って）空気モータ６０が作動する。空気タンク圧力が、絶対最小または作動用最小充電量閾値よりも低いと判断された場合、（ブロック２２２に戻って）プロセッサはクラッチ２６に係合し、内燃エンジン２２が作動する。
【００５０】
プロセッサ１１０は、車両１０の作動中に、駆動モータ選択ルーチン２００を絶えず繰り返すことが好ましい。本発明は、この駆動モータ選択ルーチンに必ずしも限定されず、たとえば、２つ以上の駆動モータを使用して所与の時点に車両を駆動するルーチンを含めて、他のルーチンを使用してもよい。しかしながら、上記のルーチンは、駆動モータの複雑な電気的連携または機械的連携を必要とせずに、高い燃料効率を有利にも生じる。
【００５１】
加えて、駆動モータ選択ルーチン２００は、自動的に作動して、バッテリ充電量および／または空気タンク圧力が絶対最小閾値を上回るように維持し、それによって空気および／または電気モータ６２、４２は、最小速度を下回る速度での車両の駆動用に、常に利用可能な状態となる。それに応じて、内燃エンジン２２は始動装置を必要としなくなる。なぜなら、車両速度自体を用いて、始動用にエンジンを起動させることができるためである。それにより、車両の重量を減らすことができる。また、内燃エンジン２２を、アイドリング時にほぼ常に切って、車両１０の排気を最小限に抑える。一般に、車両１０に対していつも必要とされる唯一のエネルギー入力は、燃料の補給であり、空気または電気用の外付けの充填器または充電器は必要とされない  −  しかしながら、このような入力を受け取るように本発明を構成してもよい。
【００５２】
運動エネルギー回復ルーチン２０２は、バッテリ充電量および空気タンク圧力が最大値（すなわち、１００％）よりも少なくなり、加速ペダルの持ち上がりが検出されるたびに、クラッチ５０および７０に係合するように通常は作動する。次いで、電気モータ４２が回生モードで作動し、バッテリおよび空気タンクをそれぞれ再充電および再充填するように空気コンプレッサ６２が作動する。
【００５３】
しかしながら、車両速度が、空気充填閾値、好ましくは６０ＭＰＨを上回るという判断２４０がなされた場合、空気コンプレッサ６２は、典型的な空気コンプレッサの高速動作が非効率であるため、作動されない。この閾値は、コンプレッサの種類に基づいて、および、ギヤ・ボックスを使用して空気コンプレッサの動作速度を下げる場合に、調節され得るか、またはなくすことが可能である。加えて、簡素化のために、車両が逆行して動いている状態で、運動エネルギーを回収するために空気コンプレッサを使用しないことが好ましい。
【００５４】
加えて、適切なバッテリ電力を常時確保するために、バッテリ充電量が絶対最小閾値よりも少ないという判断２４２がなされた場合、クラッチ５０が係合されて、バッテリが完全に充電されるまで、電気モータ４２が回生モードでのみ作動する。
【００５５】
本発明によって典型的に実行される、バッテリ充電および空気圧縮の両方を通じた運動エネルギーの同時回復は、相乗的な利点をもたらし得る。一般に、バッテリは、ある一定の速さで、またはある一定の速さを下回る速さでのみ、充電電流を有用に吸収することができる。このことは、より従来型の、より安価なバッテリの種類において、特に当てはまる。空気コンプレッサ６２を同時に作動させることにより、減速中に、その他の場合であれば失われてしまうであろう過剰なエネルギーが、結果的に捕捉される。
【００５６】
前述の内容から、車両１０が、従来のハイブリッド車両に比べ、特殊なバッテリまたは他の特化されたコンポーネントを必要とすることなく、効率の著しい伸びを実現する可能性を有することが認識されよう。したがって、車両１０は、従来の車両に対し、よりコスト競争力を有する態様で生産され得る。
【００５７】
一般に、前述の説明は、例示および例証の目的で提示されたが、本発明は必ずしもそれに限定されない。むしろ、さらなる変更態様および特定の状況への適合態様が、本明細書に図示および記載された発明、ならびに本明細書に添付の特許請求の範囲の範囲内に収まることを、当業者は認識するであろう。
【符号の説明】
【００５８】
１０      ハイブリッド車両
１２      内燃サブシステム
１４      電気サブシステム
１６      空気圧サブシステム
１８      フレーム
１９      車輪
２０      制御サブシステム
２４      変速機
２６、５０、６６、７０    クラッチ
３０、５２    差動装置
４２      電気モータ
４４      バッテリ
４６      充電レギュレータ
５４      熱電発電機
６０      空気モータ
６２      空気コンプレッサ
６４      空気タンク
８０      環境制御システム
１００    水素生成システム
１０２    電解セル
２００    駆動モータ選択ルーチン
２０２    運動エネルギー回復制御ルーチン
【図１】
2014518803.tif 000003
【図２】
2014518803.tif 000004
【図３】
2014518803.tif 000005
【図４】
2014518803.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月10日(2014.1.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（１８）と、
前記フレーム（１８）によって担持された少なくとも２つの車輪（１９）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動する内燃サブシステム（１２）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する電気サブシステム（１４）と、
前記２つの車輪（１９）のうちの少なくとも１つを駆動して、減速事象中に運動エネルギーを回収する空気圧サブシステム（１６）と、
前記内燃サブシステム（１２）、前記電気サブシステム（１４）、および前記空気圧サブシステム（１６）を選択的に作動させる制御サブシステム（２０）とを備える、ハイブリッド車両。
【請求項２】
前記内燃サブシステム（１２）が、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）とは異なる、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの１つを駆動する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
前記少なくとも２つの車輪（１９）が、少なくとも１つの前車輪（１９）および少なくとも１つの後車輪（１９）を含み、前記内燃サブシステム（１２）が、前記少なくとも１つの前車輪（１９）を駆動し、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）が、前記少なくとも１つの後車輪（１９）を駆動する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項４】
前記電気サブシステム（１４）が、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するための電気モータと、電力を蓄積する少なくとも１つのバッテリと、前記少なくとも１つのバッテリに選択的に充電する充電レギュレータ（４６）とを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項５】
前記電気モータが、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するときには、前記少なくとも１つのバッテリによって磁界誘導電流が供給され、減速事象中に運動エネルギーを回収するときには、誘導電流が移送されて前記少なくとも１つのバッテリに戻るように、前記誘導電流がパルス幅変調信号として供給される非同期誘導回生モータである、請求項４に記載のハイブリッド車両。
【請求項６】
前記電気サブシステム（１４）が、第１のバッテリと、前記第１のバッテリよりも低い電圧を有する第２のバッテリとを含む少なくとも２つのバッテリを有し、前記第１のバッテリが、前記電気モータを駆動し、前記第２のバッテリが、他の車両装備類に電力供給する、請求項４に記載のハイブリッド車両。
【請求項７】
前記電気サブシステム（１４）が、前記制御サブシステム（２０）によって制御されるクラッチも含み、前記電気モータが、差動装置を通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動し、前記クラッチが、前記差動装置に近接する、請求項４に記載のハイブリッド車両）。
【請求項８】
前記内燃サブシステム（１２）からの過剰な熱を転換し、そこから前記少なくとも１つのバッテリに充電するための電力を生成する熱電発電機をさらに備える、請求項４に記載のハイブリッド車両。
【請求項９】
空気圧システム（１６）が、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するための空気モータ（６０）と、減速事象中に空気を圧縮する空気コンプレッサ（６２）と、圧縮空気を収容する空気タンク（６４）とを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１０】
前記空気モータ（６０）および前記空気コンプレッサ（６２）が、異なるシャフト上に装着されて、前記制御サブシステム（２０）によって制御されるそれぞれのクラッチを通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つに連結される、請求項９に記載のハイブリッド車両。
【請求項１１】
前記空気モータ（６０）および前記空気コンプレッサ（６２）が、共通の差動装置を通じて前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つに連結され、前記それぞれのクラッチの両方が、前記共通の差動装置に近接して位置付けられる、請求項１０に記載のハイブリッド車両。
【請求項１２】
前記ハイブリッド車両（１０）内に加熱された空気および冷却された空気を選択的に導入する環境制御システム（８０）をさらに備え、前記冷却された空気が、前記空気圧サブシステム（１６）内の空気の除圧から生じる温度降下によって冷却される、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１３】
水素を生成するための電解セル（１０２）と、前記水素を前記内燃サブシステム（１２）に導入するための配管とを含む水素生成システム（１００）をさらに備え、
前記電解セル用の水が、前記空気圧サブシステム（１６）内の空気の除圧から生じる温度降下によって生じる結露によって供給される、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１４】
前記空気圧サブシステム（１６）が、前記内燃サブシステム（１２）に対し、強制空気誘導の代替として圧縮空気を供給する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１５】
前記制御サブシステム（２０）が、
機械可読メモリであって、
バッテリ充電量、車両速度、空気タンク圧力、およびアクセル・ペダルの位置の入力を受信し、
前記受信された入力に基づき、駆動モータ選択ルーチン（２００）および運動エネルギー回復ルーチン（２０２）を実行するように構成された機械可読メモリを備える少なくとも１つのプロセッサを含む、請求項１に記載のハイブリッド車両。
【請求項１６】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、一度に前記内燃サブシステム（１２）、前記電気サブシステム（１４）、および前記空気圧サブシステム（１６）のうちの１つのみから駆動モータを作動させる、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項１７】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記バッテリ充電量および前記空気タンク圧力を、それぞれの絶対最小閾値を上回るように常に維持するよう命令し、
バッテリ充電量が下がってバッテリ充電量に関する前記絶対最小閾値を下回った場合、前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記バッテリが完全に充電されるまで、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するために前記電気サブシステム（１４）を使用しないよう命令する、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項１８】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記バッテリ充電量および前記空気タンク圧力を、それぞれの絶対最小閾値を上回るように常に維持するよう命令し、
前記内燃サブシステム（１２）が、始動モータを含まず、所定の最小速度を上回る車両速度を使用して前記内燃サブシステム（１２）の内燃モータを始動させる、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【請求項１９】
前記車両速度が、前記所定の最小速度を上回る場合、および、前記バッテリ充電量または前記空気タンク圧力のそれぞれが、それぞれの最小作動用閾値を上回る場合、前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、前記電気サブシステム（１４）または前記空気圧サブシステム（１６）のみを使用して、前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動するよう命令し、前記それぞれの最小作動用閾値は、前記それぞれの絶対最小閾値よりも高い、請求項１８に記載のハイブリッド車両。
【請求項２０】
前記駆動モータ選択ルーチン（２００）が、バッテリ充電量と空気タンク圧力との間の比較に基づき、前記電気サブシステム（１４）の使用と前記空気圧サブシステム（１６）の使用との間で選択を行って前記少なくとも２つの車輪（１９）のうちの前記少なくとも１つを駆動する、請求項１９に記載のハイブリッド車両）。
【請求項２１】
前記バッテリ充電量が最大値よりも少ない場合、前記運動エネルギー回復ルーチン（２０２）が、加速ペダルの持ち上がりが検出されたときに、前記電気サブシステム（１４）を使用して運動エネルギーを回復してバッテリ充電量を増やすよう命令し、
空気圧充填量もまた最大値よりも少ない場合、前記運動エネルギー回復ルーチン（２０２）が、前記電気サブシステム（１４）および前記空気圧サブシステム（１６）の両方を使用して運動エネルギーを同時に回復するよう命令することができ、
車両速度が、空気充填閾値を上回ると判断された場合、前記空気圧サブシステム（１６）が、運動エネルギーの回復に使用されない、請求項１５に記載のハイブリッド車両。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
2014518803.tif 000015
2014518803.tif 000016