(57)【要約】【課題】エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、発電電力の時間応答性能を向上させることを目的とする。【解決手段】車両搭載用発電装置は、エンジン１０、モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ１の交流発電電力を直流電力に変換する整流回路１４、整流回路１４と車両駆動回路２６との間の電力経路に、二次電池１８の出力電圧を昇圧した昇圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０、および、コントロールユニット３０を備える。コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性に基づいて、モータジェネレータＭＧ１がエンジン１０に与えるトルクが、エンジン１０がモータジェネレータＭＧ１に与えるトルクよりも小さくならない範囲で昇圧電圧を変化させ、交流発電電力を制御する。【選択図】図１
2012224097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、
前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、
前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した制御用電圧を出力するコンバータ回路と、
前記コンバータ回路を制御し、前記制御用電圧を変化させる電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、前記ジェネレータの回転数対トルク特性に基づいて、前記ジェネレータが前記エンジンに与えるジェネレータトルクが、前記エンジンが前記ジェネレータに与えるエンジントルクよりも小さくならない範囲で前記制御用電圧を変化させ、前記交流発電電力を制御する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両搭載用発電装置において、
前記エンジンに対する燃料供給量を変化させる燃料制御部を備え、
前記燃料制御部は、前記ジェネレータの回転数対トルク特性に基づいて、前記ジェネレータトルクが前記エンジントルクよりも小さくならない範囲で前記燃料供給量を変化させ、前記電圧制御部と共に前記交流発電電力を制御する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記電圧制御部および前記燃料制御部は、それぞれ、
前記エンジントルクおよび前記エンジンの回転数について最適燃費条件が成立するよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を変化させる定電圧制御を実行し、
前記電圧制御部は、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで変化した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を増加させて、前記ジェネレータトルクをその制限値に達するまで変化させる、トルク制限制御を実行し、
前記電圧制御部および前記燃料制御部は、それぞれ、
前記トルク制限制御に基づいて前記ジェネレータトルクが前記制限値に達した後に、前記ジェネレータトルクが一定となるよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる定トルク制御を実行し、
前記電圧制御部は、定トルク制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで増加した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項６】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に、前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を実行し、
前記電圧制御部は、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項７】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を減少させる定電圧制御を前記燃料制御部が実行し、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第１の制御、または、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を前記燃料制御部が実行し、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第２の制御、のいずれかを、車両の動作条件、またはユーザによる設定に応じて選択して実行する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項８】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を減少させる定電圧制御を前記燃料制御部が実行し、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第１の制御、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を前記燃料制御部が実行し、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第２の制御、または、前記電圧制御部および前記燃料制御部が、それぞれ、前記エンジントルクおよび前記エンジンの回転数について最適燃費条件が成立するよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる第３の制御のいずれかを、車両の動作条件、またはユーザによる設定に応じて選択して実行する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項９】
請求項７に記載の車両搭載用発電装置において、
前記車両の動作条件は、前記エンジンまたは前記ジェネレータから発せられる振動または騒音に基づいて定まる条件であることを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項１０】
請求項７または請求項８に記載の車両搭載用発電装置において、
前記車両の動作条件は、前記二次電池に入力される電力の許容値に基づいて定まる条件であることを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項１１】
請求項７または請求項８に記載の車両搭載用発電装置において、
前記車両の動作条件は、前記交流発電電力に対して要求される時間応答性能に基づいて定まる条件であることを特徴とする車両搭載用発電装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の車両搭載用発電装置において、
前記燃料制御部は、前記交流発電電力に対して要求される時間応答性能が所定の条件を満たし、前記電圧制御部が前記制御用電圧を所定の範囲内に維持しているときに、前記燃料供給量を変化させ、前記交流発電電力を制御する、
ことを特徴とする車両搭載用発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両搭載用発電装置に関し、特に、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリーズハイブリッド自動車につき広く研究開発が行われている。シリーズハイブリッド自動車は、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行い、発電電力によって走行用モータを駆動して車両を走行させる。ジェネレータによる発電電力のうち車両の走行に用いられない電力、および走行用モータによる回生電力は、繰り返して充放電が可能な二次電池に供給される。二次電池に充電された電力は、走行制御に応じて走行用モータに供給され、走行電力として用いられる。シリーズハイブリッド自動車によれば、エンジンによる発電電力および回生電力を走行電力として用いることができる。
【０００３】
シリーズハイブリッド自動車は、ジェネレータから走行用モータおよび二次電池に供給される電力を制御する電力変換回路、および、電力変換回路を制御するコントロールユニットを備える。ジェネレータの制御に際し、コントロールユニットは、車両の走行制御に応じてジェネレータの発電電力に対する目標値を決定する。そして、電力変換回路およびエンジンを制御してジェネレータの回転状態を制御し、ジェネレータの発電電力を発電電力目標値に一致させる。
【０００４】
特許文献１には、シリーズハイブリッド自動車について記載されている。このシリーズハイブリッド自動車においては、ジェネレータが出力する交流発電電圧を整流する整流器が設けられている。整流器が出力する直流電圧は、昇圧チョッパ回路によって電圧値が調整された後、二次電池（バッテリ）に印加される。特許文献１には、さらに、昇圧チョッパ回路の制御によりバッテリの電圧制御を行う旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２４５３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ジェネレータの発電電力に対する目標値は、車両の運転操作や走行状態に応じて変化する。コントロールユニットは、電力変換回路およびエンジンを制御し、随時変化する発電電力目標値に発電電力を追従させる。このとき、電力変換回路およびエンジンの制御処理によっては、エンジンからジェネレータに与えられる駆動トルクが、ジェネレータからエンジンに与えられる反作用トルクを上回ることがある。この場合、発電電力が発電電力目標値に収束するまでの時間が長くなる等、発電電力の時間応答性能が影響を受けることがある。
【０００７】
本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、発電電力の時間応答性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エンジンと、前記エンジンとの間でトルクを作用し合うジェネレータと、前記ジェネレータの交流発電電力を直流電力に変換し、車両を電力駆動する車両駆動部に至る電力経路にその直流電力を出力する整流回路と、前記整流回路と前記車両駆動部との間の電力経路に、二次電池の出力電圧を調整した制御用電圧を出力するコンバータ回路と、前記コンバータ回路を制御し、前記制御用電圧を変化させる電圧制御部と、を備え、前記電圧制御部は、前記ジェネレータの回転数対トルク特性に基づいて、前記ジェネレータが前記エンジンに与えるジェネレータトルクが、前記エンジンが前記ジェネレータに与えるエンジントルクよりも小さくならない範囲で前記制御用電圧を変化させ、前記交流発電電力を制御する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記エンジンに対する燃料供給量を変化させる燃料制御部を備え、前記燃料制御部は、前記ジェネレータの回転数対トルク特性に基づいて、前記ジェネレータトルクが前記エンジントルクよりも小さくならない範囲で前記燃料供給量を変化させ、前記電圧制御部と共に前記交流発電電力を制御する。
【００１０】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記電圧制御部および前記燃料制御部は、それぞれ、前記エンジントルクおよび前記エンジンの回転数について最適燃費条件が成立するよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる。
【００１１】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を変化させる定電圧制御を実行し、前記電圧制御部は、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで変化した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる。
【００１２】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を増加させて、前記ジェネレータトルクをその制限値に達するまで変化させる、トルク制限制御を実行し、前記電圧制御部および前記燃料制御部は、それぞれ、前記トルク制限制御に基づいて前記ジェネレータトルクが前記制限値に達した後に、前記ジェネレータトルクが一定となるよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる定トルク制御を実行し、前記電圧制御部は、定トルク制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで増加した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる。
【００１３】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記燃料制御部は、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に、前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を実行し、前記電圧制御部は、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる。
【００１４】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を減少させる定電圧制御を前記燃料制御部が実行し、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第１の制御、または、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を前記燃料制御部が実行し、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第２の制御、のいずれかを、車両の動作条件、またはユーザによる設定に応じて選択して実行する。
【００１５】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記電圧制御部が前記制御用電圧を一定に維持しているときに前記燃料供給量を減少させる定電圧制御を前記燃料制御部が実行し、前記定電圧制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値に達するまで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第１の制御、前記電圧制御部が前記制御用電圧を増加させた後に前記燃料供給量を減少させる電圧増加制御を前記燃料制御部が実行し、前記電圧増加制御に基づき前記交流発電電力が電力目標値まで減少した後に、前記電圧制御部が前記制御用電圧を電圧目標値に達するまで変化させる第２の制御、または、前記電圧制御部および前記燃料制御部が、それぞれ、前記エンジントルクおよび前記エンジンの回転数について最適燃費条件が成立するよう、前記制御用電圧および前記燃料供給量を変化させる第３の制御のいずれかを、車両の動作条件、またはユーザによる設定に応じて選択して実行する。
【００１６】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記車両の動作条件は、前記エンジンまたは前記ジェネレータから発せられる振動または騒音に基づいて定まる条件である。
【００１７】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記車両の動作条件は、前記二次電池に入力される電力の許容値に基づいて定まる条件である。
【００１８】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、望ましくは、前記車両の動作条件は、前記交流発電電力に対して要求される時間応答性能に基づいて定まる条件である。
【００１９】
また、本発明に係る車両搭載用発電装置においては、前記燃料制御部は、前記交流発電電力に対して要求される時間応答性能が所定の条件を満たし、前記電圧制御部が前記制御用電圧を所定の範囲内に維持しているときに、前記燃料供給量を変化させ、前記交流発電電力を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、エンジンによってジェネレータを駆動して発電を行う車両搭載用発電装置において、発電電力の時間応答性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。
【図２】シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例を示す図である。
【図３】最適燃費制御について説明するためのモータジェネレータの回転数対トルク特性を示す図である。
【図４】定電圧・発電電力制御について説明するためのモータジェネレータの回転数対トルク特性を示す図である。
【図５】定電圧・発電電力制御について説明するためのモータジェネレータの回転数対トルク特性を示す図である。
【図６】ジェネレータトルクを制限する制御について説明するためのモータジェネレータの回転数対トルク特性を示す図である。
【図７】電圧増加・発電電力減少制御について説明するためのモータジェネレータの回転数対トルク特性を示す図である。
【図８】発電電力を減少させる場合における昇圧電圧の時間変化を示す図である。
【図９】発電電力を減少させた場合における発電電力および回転数の時間変化の実験データを示す図である。
【図１０】発電電力を増加させた場合における発電電力および回転数の時間変化を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
１．シリーズハイブリッド車両駆動システムについての概要
図１には本発明の実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムの構成が示されている。このシステムは、モータジェネレータＭＧ２を走行用のモータジェネレータとし、モータジェネレータＭＧ１を発電用のモータジェネレータとするものである。シリーズハイブリッド車両駆動システムが備える構成要素のうち、整流回路１４、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０、および車両駆動回路２６は、上述の電力変換回路に相当する。また、エンジン１０、モータジェネレータＭＧ１、整流回路１４およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、車両搭載用の発電装置としての機能を有する。
【００２３】
モータジェネレータＭＧ１による発電電力は、二次電池１８またはモータジェネレータＭＧ２に供給される。モータジェネレータＭＧ２は、二次電池１８に充電された電力またはモータジェネレータＭＧ１の発電電力によって車両を駆動する。
【００２４】
エンジン１０は、モータジェネレータＭＧ１にトルクを与える。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン１０からトルクを与えられることで発電を行う。整流回路１４は、モータジェネレータＭＧ１が発電した交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０または車両駆動回路２６に出力する。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、二次電池１８の出力電圧を昇圧し、昇圧して得られた昇圧電圧を整流回路１４および車両駆動回路２６に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０が昇圧電圧を変化させることで、整流回路１４から二次電池１８に供給される電力、整流回路１４から車両駆動回路２６に供給される電力、および二次電池１８と車両駆動回路２６との間で授受される電力が調整され得る。すなわち、昇圧電圧は、これらの電力を調整するための制御用電圧として用いることができる。
【００２６】
車両駆動回路２６は、車両を加速するときは、整流回路１４から出力される直流電力、またはＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０から出力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータＭＧ２に供給する。そして、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２の交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、車両駆動回路２６から出力された電力によって二次電池１８を充電する。
【００２７】
コントロールユニット３０は、アクセルペダル、ブレーキペダル、運転席の操作パネル等を含む運転操作部４４における操作に基づいて、エンジン１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０、および車両駆動回路２６を制御する。
【００２８】
２．シリーズハイブリッド車両駆動システムの構成および動作
シリーズハイブリッド車両駆動システムの具体的な構成および動作について説明する。エンジン１０は、燃料の供給量を調整するスロットル１２を備える。スロットル１２はエンジン１０に燃料を供給する管に弁が設けられたものである。スロットル１２は、弁の開き具合、すなわち、スロットル開度を調整することで燃料の供給量を調整する。スロットル開度が大きい程、エンジン１０の出力パワー（トルクと回転数との積に比例する量）は増加し、スロットル開度が小さい程、エンジン１０の出力パワーは減少する。コントロールユニット３０は、スロットル１２を制御する燃料制御部３４を備え、スロットル１２を制御する。
【００２９】
モータジェネレータＭＧ１のシャフトは、エンジン１０のシャフトに取り付けられている。エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１は互いにトルクを作用し合う。すなわち、エンジン１０は出力パワーに応じた駆動トルクをモータジェネレータＭＧ１に与え、モータジェネレータＭＧ１は、発電電力に応じた反作用トルクをエンジン１０に与える。以下の説明においては、エンジンの駆動トルクおよびモータジェネレータＭＧ１の反作用トルクを、それぞれ、エンジントルクおよびジェネレータトルクと称する。
【００３０】
モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１は、整流回路１４に接続されている。整流回路１４は、整流素子として６個のダイオード１６を備える。整流回路１４には、上下のダイオード１６の組が、電力伝送線Ｕ１，Ｖ１およびＷ１に対応して設けられている。上下のダイオード１６の組においては、上側のダイオード１６のアノード端子が下側のダイオード１６のカソード端子に接続されている。また、各組の上側のダイオード１６のカソード端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０と車両駆動回路２６とを接続する正極伝送線２２に接続され、各組の下側のダイオード１６のアノード端子はＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０と車両駆動回路２６とを接続する負極伝送線２４に接続されている。
【００３１】
各ダイオード１６は、アノード端子の電位がカソード端子の電位よりも高いときに導通する。これによって、整流回路１４は、３相交流電力を直流電力に変換する。すなわち、整流回路１４は、各ダイオード１６の整流作用により、電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の相互間の交流電圧を直流電圧に変換し、正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０には二次電池１８の正極および負極が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、二次電池１８の出力電圧を昇圧し、昇圧電圧を正極伝送線２２および負極伝送線２４との間に出力する。コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御して昇圧電圧を変化させる電圧制御部３２を備え、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御する。
【００３３】
正極伝送線２２および負極伝送線２４には車両駆動回路２６が接続されている。また、車両駆動回路２６には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２、Ｖ２およびＷ２が接続されている。車両駆動回路２６は、正極伝送線２２および負極伝送線２４から与えられる直流電力を３相交流電力に変換し、その３相交流電力をモータジェネレータＭＧ２に出力する。また、車両駆動回路２６は、モータジェネレータＭＧ２から与えられる３相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を正極伝送線２２および負極伝送線２４に出力する。車両駆動回路２６が正極伝送線２２および負極伝送線２４側からモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するか、モータジェネレータＭＧ２から正極伝送線２２および負極伝送線２４側に電力を供給するかは、正極伝送線２２および負極伝送線２４の線間電圧、モータジェネレータＭＧ２の回転状態、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０の動作状態、車両駆動回路２６の動作状態等によって決定される。
【００３４】
モータジェネレータＭＧ２のシャフトには、車輪にトルクを伝達するトルク伝達機構２８が取り付けられている。車両を加速するときは、車両駆動回路２６からモータジェネレータＭＧ２に電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は加速トルクを発生し、車両を加速する。また、車両を回生制動するときは、モータジェネレータＭＧ２から車両駆動回路２６に発電電力が供給される。これによって、モータジェネレータＭＧ２は制動トルクを発生し、車両を制動する。
【００３５】
コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１に設けられたレゾルバ３８から、モータジェネレータＭＧ１の回転数の検出値を読み込む。また、コントロールユニット３０は、モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流を検出する電流センサ４０から、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の各電流検出値を読み込み、さらに、昇圧電圧を検出する電圧計４２から昇圧電圧の検出値を読み込む。そして、回転数の検出値、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値、ならびに昇圧電圧の検出値に基づいてモータジェネレータＭＧ１のトルクを求める。また、コントロールユニット３０は、電力伝送線Ｖ１およびＷ１の電流検出値と、昇圧電圧の検出値とに基づいてモータジェネレータＭＧ１の発電電力を求める。コントロールユニット３０は、回転数の検出値、求められたモータジェネレータＭＧ１のトルクおよび発電電力を、モータジェネレータＭＧ１の発電制御に用いる。
【００３６】
図２には、シリーズハイブリッド車両駆動システムの回路構成例が示されている。図１に示される構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０は、インダクタ４８、第１ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）５０、第２ＩＧＢＴ５２、ダイオード５４、および出力コンデンサ５６を備える。ここで、ＩＧＢＴの代わりに、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００３７】
インダクタ４８の一端は二次電池１８の正極に接続されている。インダクタ４８の他端は、第１ＩＧＢＴ５０のエミッタ端子、および第２ＩＧＢＴ５２のコレクタ端子に接続されている。第１ＩＧＢＴ５０のコレクタ端子は正極伝送線２２に接続され、第２ＩＧＢＴ５２のエミッタ端子は負極伝送線２４に接続されている。第１ＩＧＢＴ５０および第２ＩＧＢＴ５２のそれぞれのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード５４が接続されている。正極伝送線２２と負極伝送線２４との間には出力コンデンサ５６が接続されている。
【００３８】
第１ＩＧＢＴ５０および第２ＩＧＢＴ５２に対しては、コントロールユニット３０によって、電圧目標値に応じたデューティ比を以て交互にスイッチングが行われる。これによって、インダクタ４８にはデューティ比に応じた誘導起電力が発生する。そして、二次電池１８の出力電圧に誘導起電力を加えた電圧が昇圧電圧として出力コンデンサ５６に充電され、正極伝送線２２および負極伝送線２４に昇圧電圧が出力される。
【００３９】
車両駆動回路２６は、インバータ回路５８によって構成されている。インバータ回路５８は、それぞれが上側ＩＧＢＴ６０および下側ＩＧＢＴ６２を含む３組のＩＧＢＴ組５８ｕ、５８ｖおよび５８ｗを備える。各ＩＧＢＴ組における上側ＩＧＢＴ６０のエミッタ端子は同じ組の下側ＩＧＢＴ６２のコレクタ端子に接続されている。また、各ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間には、エミッタ端子側がアノード端子となるようダイオード６４が接続されている。
【００４０】
各ＩＧＢＴ組の上側ＩＧＢＴ６０のコレクタ端子は共通に接続され正極伝送線２２に接続されている。また、各ＩＧＢＴ組の下側ＩＧＢＴ６２のエミッタ端子は共通に接続され負極伝送線２４に接続されている。
【００４１】
ＩＧＢＴ組５８ｕの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｕ２が接続されている。また、ＩＧＢＴ組５８ｖの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、モータジェネレータＭＧ２の電力伝送線Ｖ２が接続され、ＩＧＢＴ組５８ｗの上側ＩＧＢＴ６０と下側ＩＧＢＴ６２の接続節点には、ＭＧ２の電力伝送線Ｗ２が接続されている。
【００４２】
ここでは、インバータ回路５８のスイッチング素子としてＩＧＢＴを用いた例を示しているが、スイッチング素子としては、サイリスタ、トライアック、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のその他の半導体素子を用いてもよい。
【００４３】
コントロールユニット３０は、各ＩＧＢＴ組が備える上側ＩＧＢＴ６０および下側ＩＧＢＴ６２に対しスイッチング制御を行う。インバータ回路５８は、このスイッチング制御によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０および整流回路１４と、モータジェネレータＭＧ２との間で直流交流変換を行うと共に、モータジェネレータＭＧ２との間で授受される電力を調整する。
【００４４】
３．シリーズハイブリッド車両駆動システムにおける発電制御
（１）発電制御の概要
次に、モータジェネレータＭＧ１の発電制御について説明する。車両の走行制御においてコントロールユニット３０は、運転操作部４４における操作および走行状態に基づいてモータジェネレータＭＧ１の発電電力目標値を設定する。そして、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が発電電力目標値に一致するよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０の昇圧電圧およびエンジン１０のスロットル開度を制御する。なお、本願明細書において、「一致」とは、２つの値の差異が所定の誤差範囲内であることをいうものとする。
【００４５】
例えば、昇圧電圧を増加させると、正極伝送線２２と負極伝送線２４との間の電圧と、モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の線間電圧との差異が小さくなり、モータジェネレータＭＧ１のステータ巻線に流れる負荷電流が減少する。これによって、エンジン１０に対する反作用トルクが減少する。このとき、エンジン１０のスロットル開度が一定である場合には、エンジン１０の出力パワーが増加し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が増加する。
【００４６】
他方、昇圧電圧を減少させると、正極伝送線２２と負極伝送線２４との間の電圧と、モータジェネレータＭＧ１の電力伝送線Ｕ１、Ｖ１およびＷ１の線間電圧との差異が大きくなり、モータジェネレータＭＧ１のステータ巻線に流れる負荷電流が増加する。これによって、エンジン１０に対する反作用トルクが増加する。このとき、エンジン１０のスロットル開度が一定である場合、エンジン１０の出力パワーが減少し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力が減少する。このように、昇圧電圧は、発電電力を制御するための制御用電圧となり得る。
【００４７】
さらに、昇圧電圧が一定であるという条件の下、スロットル開度を大きくすると、エンジン１０の出力パワーが増加し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力は増加する。他方、昇圧電圧が一定であるという条件の下、スロットル開度を小さくすると、エンジン１０の出力パワーが減少し、モータジェネレータＭＧ１の発電電力は減少する。
【００４８】
このように、昇圧電圧およびスロットル開度を制御することで発電電力を制御する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０およびエンジン１０の状態によっては、エンジントルクがジェネレータトルクより大きくなることがある。この場合、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が増加し、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の振動や騒音が増加することがある。また、発電電力が発電電力目標値に収束するまでの時間が長くなる等、発電電力の時間応答性能が影響を受けることがある。そこで、コントロールユニット３０は、次に説明する複数種の制御のうちのいずれか、または適応的な組み合わせを実行することでこれらの問題点を解消する。
【００４９】
（２）最適燃費制御
コントロールユニット３０は、第１の制御として最適燃費制御を実行する。この制御は、エンジン１０についての最適燃費条件を成立させながら、ジェネレータトルクがエンジントルクよりも小さくならない範囲で、昇圧電圧およびスロットル開度を変化させるものである。この制御は、発電電力を減少させる場合に実行される。
【００５０】
コントロールユニット３０は、エンジン１０について最適燃費条件が成立し、ジェネレータトルクがエンジントルクよりも小さくならない範囲で、昇圧電圧に対する目標値、および発電電力に対する目標値を決定する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０およびスロットル１２を制御し、昇圧電圧および発電電力を、それぞれの目標値に近づけ一致させる。
【００５１】
昇圧電圧および発電電力の各目標値は、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性に基づいて、次のように決定される。図３には、モータジェネレータＭＧ１の回転数対トルク特性が示されている。横軸は回転数を示し、縦軸はモータジェネレータＭＧ１からエンジン１０に与えられるジェネレータトルクを示す。
【００５２】
図３には、昇圧電圧をＶｈ１〜Ｖｈ５で一定にした場合のそれぞれにつき、回転数ＮとトルクＴとの関係がＮＴ特性曲線Ｖｈ１〜Ｖｈ５として示されている。ここで、昇圧電圧Ｖｈ１〜Ｖｈ５には、Ｖｈ１＜Ｖｈ２・・・＜Ｖｈ５の関係がある。また、図３には、最適燃費条件が成立するトルクおよび回転数を示す曲線が、最適燃費線ＯＰＴとして示されている。回転数対トルク特性の情報は記憶部３６に記憶されており、コントロールユニット３０によって参照される。
【００５３】
コントロールユニット３０は、記憶部３６に記憶されている回転数対トルク特性を参照し、現時点におけるモータジェネレータＭＧ１の回転数およびトルクに対応する、ＮＴ平面上の動作点を初期動作点として設定する。ここでは、初期動作点は、ＮＴ特性曲線Ｖｈ５、発電電力がＰ０であることを示す等電力線Ｐ０、および最適燃費線ＯＰＴの交点である、点Ａであるものとする。
【００５４】
コントロールユニット３０は、最適燃費線ＯＰＴ上の点のうち、その点を通るＮＴ特性曲線の下側の領域に点Ａが位置することとなるものを目標点として設定する。そして、目標点に対応する昇圧電圧および発電電力を、それぞれ、昇圧電圧目標値および制御過程・発電電力目標値として決定する。ここで、制御過程・発電電力目標値は、運転操作部４４における操作および走行状態に基づいて設定される最終的な発電電力目標値とは異なり、発電電力を最終的な発電電力目標値に近づける制御の過程で設定される暫定的な目標値である。
【００５５】
例えば、ＮＴ特性曲線Ｖｈ４は、最適燃費線ＯＰＴ上の点Ｍ１を通る。点Ａは、このＮＴ特性曲線Ｖｈ４の下側に位置するため、点Ｍ１は目標点となり得る。一方、ＮＴ特性曲線Ｖｈ１は、最適燃費線ＯＰＴ上の点Ｍ２を通る。点Ａは、このＮＴ特性曲線Ｖｈ１の上側に位置するため、点Ｍ２は目標点となり得ない。
【００５６】
コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０およびスロットル１２を制御し、昇圧電圧および発電電力を、それぞれ、昇圧電圧および制御過程・発電電力目標値に近づける。
【００５７】
コントロールユニット３０は、昇圧電圧と昇圧電圧目標値との差異が所定の誤差範囲内の値となり、発電電力と制御過程・発電電力目標値との差異が所定の誤差範囲内の値となったときは、そのときのＮＴ平面上の動作点を新たな初期動作点として設定する。そして、新たな昇圧電圧目標値および制御過程・発電電力目標値を決定し、昇圧電圧および発電電力を、それぞれ、新たな昇圧電圧目標値および制御過程・発電電力目標値に近づける。
【００５８】
コントロールユニット３０は、昇圧電圧目標値および制御過程・発電電力目標値を決定する処理と、昇圧電圧および発電電力を、それぞれ、昇圧電圧目標値および制御過程・発電電力目標値に一致させる処理とを反復して実行する。これによって、運転操作部４４における操作および走行状態に基づいて設定された最終的な発電電力目標値に発電電力を一致させる。
【００５９】
図３には、最適燃費制御により、発電電力がＰ０であることを示す等電力線Ｐ０上の点Ａから、発電電力がＰ１であることを示す等電力線Ｐ１上の点Ｂに至るまでの動作点の軌跡が示されている。この例では、点ａ１、ａ２、・・・・、ａ６のように目標点が順次設定され、昇圧電圧およびスロットル開度の制御により動作点が、点ａ１、ａ２、・・・・、ａ６の順に移動し、点Ｂに至っている。
【００６０】
このような制御によれば、エンジン１０についての最適燃費条件を成立させ、ジェネレータトルクが、エンジントルクよりも小さくならないという条件を成立させつつ、発電電力を発電電力目標値に一致させることができる。これによって、エンジン１０の燃料消費率を良好に維持しながらエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の著しい増加を回避することができる。
【００６１】
（３）定電圧・発電電力制御
コントロールユニット３０は、第２の制御として定電圧・発電電力制御を実行する。この制御は、昇圧電圧を一定に維持しながらスロットル開度を変化させることで発電電力を発電電力目標値に一致させた後、エンジン１０の最適燃費条件が成立するよう昇圧電圧を変化させるものである。
【００６２】
図４に示される回転数対トルク特性を参照し、発電電力を減少させる場合における定電圧・発電電力制御について説明する。この例では、等電力線Ｐ０と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ａから、等電力線Ｐ１と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ｂまで動作点を移動させる。点Ａは、エンジン１０が最適燃費条件を満足しながらモータジェネレータＭＧ１を駆動し、モータジェネレータＭＧ１が電力Ｐ０を発電する状態を示す。点Ｂは、エンジン１０が最適燃費条件を満足しながらモータジェネレータＭＧ１を駆動し、モータジェネレータＭＧ１が電力Ｐ１を発電する状態を示す。なお、点Ａおよび点Ｂは、それぞれ、ＮＴ特性曲線Ｖｈ５およびＶｈ２上にある。
【００６３】
コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御して昇圧電圧をＶｈ５に維持する。そして、昇圧電圧をＶｈ５に維持しながらスロットル開度を小さくし、エンジン１０の出力パワーを減少させることで、発電電力をＰ１に一致させる。これによって、動作点は、点ＡからＮＴ特性曲線Ｖｈ５に沿って移動し、ＮＴ特性曲線Ｖｈ５と等電力線Ｐ１との交点である点Ｍ３に至る。
【００６４】
コントロールユニット３０は、発電電力がＰ１に維持されるようスロットル１２を制御しながらＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御し、昇圧電圧をＶｈ５からＶｈ２まで減少させる。これによって、動作点は点Ｍ３から等電力線Ｐ１に沿って移動し、点Ｂに至る。
【００６５】
この制御では、初めに昇圧電圧を一定に維持した上で発電電力を減少させる。この過程において動作点はＮＴ特性曲線上を移動するため、エンジントルクとジェネレータトルクとを釣り合わせることができる。そして、発電電力が発電電力目標値まで減少した後に昇圧電圧を減少させる過程においては、モータジェネレータＭＧ１のステータ巻線に流れる負荷電流が増加し、ジェネレータトルクが大きくなる傾向にある。したがって、この制御によれば、ジェネレータトルクがエンジントルクよりも小さくなることが回避される。これによって、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の著しい増加を回避することができ、さらに、発電電力の時間応答性能を向上させることができる。
【００６６】
次に、図５に示される回転数対トルク特性を参照し、発電電力を増加させる場合における定電圧・発電電力制御について説明する。この例では、等電力線Ｐ２と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ａから、等電力線Ｐ３と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ｂまで動作点を移動させる。点Ａは、エンジン１０が最適燃費条件を満足しながらモータジェネレータＭＧ１を駆動し、モータジェネレータＭＧ１が電力Ｐ２を発電する状態を示す。点Ｂは、エンジン１０が最適燃費条件を満足しながらモータジェネレータＭＧ１を駆動し、モータジェネレータＭＧ１が電力Ｐ３を発電する状態を示す。なお、点Ａおよび点Ｂは、それぞれ、ＮＴ特性曲線ＶｈａおよびＶｈｂ上にある。
【００６７】
コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御して昇圧電圧をＶｈａに維持する。そして、昇圧電圧をＶｈａに維持しながらスロットル開度を大きくし、エンジン１０の出力パワーを増加させることで、発電電力をＰ３に一致させる。これによって、動作点は、点ＡからＮＴ特性曲線Ｖｈａに沿って移動し、ＮＴ特性曲線Ｖｈａと等電力線Ｐ３との交点である点Ｍ４に至る。
【００６８】
コントロールユニット３０は、発電電力がＰ３に維持されるようスロットル１２を制御しながらＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御し、昇圧電圧をＶｈａからＶｈｂまで増加させる。これによって、動作点は点Ｍ４から等電力線Ｐ３に沿って移動し、点Ｂに至る。
【００６９】
この制御では、初めに昇圧電圧を一定に維持した上で発電電力を増加させる。この過程においては、主にエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１との間で作用するトルクを大きくすることで発電電力が増加するため、回転数の増加は顕著でない。そのため、エンジン１０の出力パワーに基づくエネルギーがエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーに変換されることが回避される。これによって、発電電力を迅速に増加させることができ、発電電力の時間応答性能を向上させることができる。
【００７０】
次に、ジェネレータトルクを制限値以下に制限する制御について説明する。図５のＮＴ特性曲線によって示されるように、昇圧電圧が一定であるという条件の下では、ジェネレータトルクには上限がある。すなわち、モータジェネレータＭＧ１の回転数が増加した場合、回転数の増加と共にジェネレータトルクは増加し、ジェネレータトルクが上限に達した後は、回転数の増加と共にジェネレータトルクは減少する。
【００７１】
したがって、昇圧電圧を一定に維持しながらスロットル開度を大きくし、エンジン１０の出力パワーを増加させることにより、エンジントルクがジェネレータトルクの上限を上回った場合、回転数が著しく増加してしまうことがある。そこで、コントロールユニット３０は、発電電力を増加させる場合における定電圧・発電電力制御において、ジェネレータトルクを制限値以下に制限する制御を行ってもよい。
【００７２】
図６に示される回転数対トルク特性を参照し、ジェネレータトルクを制限する制御について説明する。図５に示される図形と同一の意義を有する図形については同一の符号を付してその説明を省略する。コントロールユニット３０は、昇圧電圧をＶｈａに維持しながらスロットル開度を大きくし、エンジン１０の出力パワーを増加させる過程で、ジェネレータトルクが制限値ＴＬに至ったか否かを判定する。そして、ジェネレータトルクが制限値ＴＬに至ったときは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０およびスロットル１２を制御して昇圧電圧およびスロットル開度を変化させ、ジェネレータトルクを制限値ＴＬに維持しながら発電電力をＰ３に一致させる。
【００７３】
これによって、動作点は、点ＡからＴＮ特性曲線Ｖｈａ上を移動し、ジェネレータトルクが制限値ＴＬとなるＴＮ特性曲線Ｖｈａ上の点Ｍ５に至る。その後、動作点は、制限値ＴＬを示す横軸に平行な直線上を移動し、この直線と等電力線Ｐ３との交点である点Ｍ６に至る。
【００７４】
コントロールユニット３０は、発電電力がＰ３に維持されるようスロットル１２を制御しながらＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御し、昇圧電圧をＶｈｂまで増加させる。これによって、動作点は点Ｍ６から等電力線Ｐ３に沿って移動し、点Ｂに至る。
【００７５】
このような制御によれば、エンジントルクがジェネレータトルクの上限より大きくなることが回避され、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が著しく増加することが回避される。
【００７６】
なお、ジェネレータトルクを制限する制御を実行する代わりに、発電電力を制限する制御を実行してもよい。この場合、コントロールユニット３０は、昇圧電圧をに維持しながらスロットル開度を大きくし、エンジン１０の出力パワーを増加させる過程で、発電電力が制限値ＰＬに至ったか否かを判定する。そして、発電電力が発電電力の制限値ＰＬに至ったときは、昇圧電圧を増加させて、発電電力を発電電力目標値に一致させる。
【００７７】
（４）電圧増加・発電電力減少制御
コントロールユニット３０は、第３の制御として電圧増加・発電電力減少制御を実行する。この制御は、昇圧電圧を増加させた後にスロットル開度を変化させることで発電電力を発電電力目標値に一致させた後、エンジン１０の最適燃費条件が成立するよう昇圧電圧を変化させるものである。この制御は、発電電力を減少させる場合に実行される。
【００７８】
図７に示される回転数対トルク特性を参照し、電圧増加・発電電力減少制御について説明する。この例では、等電力線Ｐ０と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ａから、等電力線Ｐ１と最適燃費線ＯＰＴとの交点である点Ｂまで動作点を移動させる。なお、点Ａおよび点Ｂは、それぞれ、ＮＴ特性曲線Ｖｈ５およびＶｈ２上にある。
【００７９】
コントロールユニット３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御して昇圧電圧をＶｈ５より大きい電圧とする。そして、昇圧電圧をＶｈ５より大きい電圧としながらスロットル開度を小さくし、エンジン１０の出力パワーを減少させることで、発電電力をＰ１に一致させる。これによって、動作点は、点Ａから軌跡Ｒに沿って移動し、軌跡Ｒと等電力線Ｐ１との交点である点Ｍ７に至る。
【００８０】
コントロールユニット３０は、発電電力がＰ１に維持されるようスロットル１２を制御しながらＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０を制御し、昇圧電圧をＶｈ２まで減少させる。これによって、動作点は点Ｍ７から等電力線Ｐ１に沿って移動し、点Ｂに至る。
【００８１】
この制御では、昇圧電圧を初期の値から増加させた上で発電電力を減少させる。この過程においては、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が増加し、エンジン１０の出力パワーに基づくエネルギーがエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーに変換される。これによって、発電電力を迅速に減少させることができ、発電電力の時間応答性能を向上させることができる。
【００８２】
なお、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御および電圧増加・発電電力減少制御についての上記の説明では、エンジン１０の回転数とモータジェネレータＭＧ１の回転数とが同一であるものとしてＮＴ平面上に最適燃費線ＯＰＴを重ねた例を示した。エンジン１０とモータジェネレータＭＧ１との間に、所定の回転比率を以てトルクを伝達するトルク伝達機構が備えられている場合には、いずれか一方の動作範囲における回転数を、その回転比率によって他方の回転数に換算した上で、ＮＴ平面上に最適燃費線ＯＰＴを重ねることとすればよい。
【００８３】
（５）各制御の特性
図８には、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、および、電圧増加・発電電力減少制御のそれぞれについて、発電電力を減少させる場合における昇圧電圧の時間変化が示されている。
【００８４】
特性６６は、従来行われていた制御における昇圧電圧の時間変化を示す。この制御では、制御の開始時刻ｔ０と同時に、昇圧電圧を初期値Ｖ０から電圧目標値ＶＴに一致させる。特性６８は、最適燃費制御における昇圧電圧の時間変化を示す。この制御では、制御の開始時刻ｔ０から時刻ｔ３までの間、すなわち、ＮＴ平面上の動作点が最適燃費線上を移動する間、昇圧電圧を初期値Ｖ０から電圧目標値ＶＴまで変化させる。特性７０は、定電圧・発電電力制御における昇圧電圧の時間変化を示す。この制御では、制御の開始時刻ｔ０から、スロットル１２の制御によって発電電力を発電電力目標値に一致させる時刻ｔ２までの間、昇圧電圧を初期値Ｖ０とする。そして、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、すなわち、ＮＴ平面上の動作点が等電力線上を移動する間、昇圧電圧を初期値Ｖ０から電圧目標値ＶＴまで変化させる。特性７２は、電圧増加・発電電力減少制御における昇圧電圧の時間変化を示す。この制御では、制御の開始時刻ｔ０に、昇圧電圧を初期値Ｖ０から増加電圧値ＶＡまで増加させる。その後、スロットル１２の制御によって発電電力を発電電力目標値に一致させる時刻ｔ１までの間、昇圧電圧を増加電圧値ＶＡとする。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ５までの間、すなわち、ＮＴ平面上の動作点が等電力線上を移動する間、昇圧電圧を増加電圧値ＶＡから電圧目標値ＶＴまで変化させる。
【００８５】
図９には、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、および、電圧増加・発電電力減少制御のそれぞれについて、発電電力を減少させた場合における発電電力の時間変化の実験データ、ならびに、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の実験データが示されている。
【００８６】
特性７４、７６および７８は、それぞれ、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、および、電圧増加・発電電力減少制御による発電電力を示す。また、特性８０、８２および８４は、それぞれ、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、および、電圧増加・発電電力減少制御による回転数を示す。
【００８７】
発電電力が初期値から発電電力目標値に達するまでの収束時間は、電圧増加・発電電力減少制御が最も短く、定電圧・発電電力制御、最適燃費制御の順に短い。これに対し、回転数が初期値から最終的な収束値に達するまでの収束時間は、最適燃費制御が最も短く、定電圧・発電電力制御、電圧増加・発電電力減少制御の順に短い。この理由は次の通りである。
【００８８】
電圧増加・発電電力減少制御では、制御が開始された後において回転数が増加する。これによって、エンジン１０の出力パワーに基づくエネルギーのうちエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーに変換される量は、他の制御に比べて多くなり、発電電力の収束時間が他の制御に比べて短くなる。他方、最適燃費制御では、制御が開始された後において、エンジン１０の出力パワーに基づくエネルギーのうちエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーに変換される量が他の制御に比べて少ない。そのため、発電電力の収束時間が他の制御に比べて長くなる。
【００８９】
このように、定電圧・発電電力制御および電圧増加・発電電力減少制御を実行した場合には、発電電力の収束時間が、最適燃費制御を実行した場合に比べて短くなる。しかし、定電圧・発電電力制御および電圧増加・発電電力減少制御は、最適燃費線上で動作点を移動させるものではないため、エンジン１０の燃料消費率は最適燃費制御よりも低下する。
【００９０】
したがって、発電電力の時間応答性能の観点からは、定電圧・発電電力制御および電圧増加・発電電力減少制御の方が、最適燃費制御よりも有利であるが、エンジン１０の燃料消費率の観点からは、最適燃費制御の方が、定電圧・発電電力制御および電圧増加・発電電力減少制御よりも有利であるといえる。
【００９１】
図１０には、定電圧・発電電力制御および従来の制御について、発電電力を増加させた場合における発電電力の時間変化、およびエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数の時間変化が概念的に示されている。特性８６および８８は、それぞれ、定電圧・発電電力制御および従来の制御による発電電力を示す。また、特性９０および９２は、それぞれ、定電圧・発電電力制御および従来の制御による回転数を示す。ここで、従来の制御は、制御の開始時刻ｔ０と同時に、昇圧電圧を初期値Ｖ０から電圧目標値ＶＴに一致させるものである。発電電力が初期値から発電電力目標値に達するまでの収束時間は、定電圧・発電電力制御の方が従来の制御よりも短い。この理由は、定電圧・発電電力制御では、制御が開始された後における回転数の増加が従来の制御に比べて少ないためである。すなわち、制御が開始された後において、エンジン１０の出力パワーに基づくエネルギーのうちエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーに変換される量が従来の制御に比べて少ないため、発電電力の収束時間が従来の制御に比べて短くなる。
【００９２】
また、発電電力を増加させる場合に定電圧・発電電力制御を実行した場合には、発電電力の収束時間が従来の制御に比べて短くなる。これによって、モータジェネレータＭＧ２に供給する電力を増加させて車両を加速するとき等において、二次電池１８から消費される電力を低減することができる。
【００９３】
（６）制御を選択する処理
本実施形態に係るシリーズハイブリッド車両駆動システムは、発電電力を減少させる場合において、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、または、電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを車両の動作状態に応じて選択して実行する。
【００９４】
（６−１）二次電池の許容入力電力に基づく選択処理
最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、または、電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを選択する第１の処理として、コントロールユニット３０は、二次電池１８の許容入力電力に基づく選択処理を実行する。ここで、許容入力電力とは、充電のために二次電池１８に入力される電力の許容値として決定される電力値をいう。許容入力電力は、二次電池１８のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）等の充電状態に基づいて決定される。すなわち、コントロールユニット３０は、走行制御を実行している間は二次電池１８の充電状態を検出し、検出された充電状態に応じて許容入力電力を決定する。そして、二次電池１８に入力される電力が許容入力電力以下となるよう、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２０および車両駆動回路２６を制御する。
【００９５】
モータジェネレータＭＧ１の発電電力によって二次電池１８を充電する場合、発電電力が許容入力電力よりも小さい程、二次電池１８に対する電気的負担は小さい。また、発電電力を発電電力目標値まで減少させる場合においては、発電電力の収束時間が短い程、二次電池１８に対する電気的負担が小さくなる傾向がある。これは、発電電力の収束時間が短い程、二次電池１８に入力される電力が許容入力電力に近づく期間が短くなるためである。
【００９６】
そこで、コントロールユニット３０は、次のような処理を実行し、二次電池１８に対する電気的負担が小さくなるよう最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、または、電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを実行する。
【００９７】
すなわち、コントロールユニット３０は、二次電池１８の許容入力電力が所定の閾値Ｔｈ１以下であるときは、電圧増加・発電電力減少制御を実行する。そして、二次電池１８の許容入力電力が所定の閾値Ｔｈ１を超え、かつ、所定の閾値Ｔｈ２以下であるときは、定電圧・発電電力制御を実行する。さらに、コントロールユニット３０は、二次電池１８の許容入力電力が閾値Ｔｈ２を超えるときは、最適燃費制御を実行する。
【００９８】
上述のように、発電電力の収束時間は、電圧増加・発電電力減少制御が最も短く、定電圧・発電電力制御、最適燃費制御の順に短い。したがって、このような処理によれば、二次電池１８の許容入力電力が小さい程、発電電力の収束時間が短い制御が実行される。これによって、二次電池１８に対する電気的負担を小さくすることができる。
【００９９】
なお、定電圧・発電電力制御および最適燃費制御について、二次電池１８に対する電気的負担の相違が小さい場合には、コントロールユニット３０は、二次電池１８の許容入力電力が閾値Ｔｈ２以下であるときに定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを実行することとしてもよい。定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御については、予め定められた一方を実行してもよい。また、後述するように、エンジン１０またはモータジェネレータＭＧ１が発する騒音または振動のレベル等に基づいて選択した一方を実行してもよい。
【０１００】
（６−２）応答性重視選択処理
発電電力を減少させる場合において、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、または、電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを選択する第２の処理として、コントロールユニット３０は、次に説明する応答性重視選択処理を実行してもよい。この処理は、発電電力目標値が変化するときにおいて、発電電力の時間応答性能を向上させるという観点から、制御の選択を行うものである。
【０１０１】
シリーズハイブリッド車両駆動システムにおいては、車両が走行する道路の状況によっては、発電電力目標値が頻繁に変化することがある。例えば、山道を走行する場合には、上り下りの変化が頻繁となる。そのため、モータジェネレータＭＧ２に供給すべき電力を頻繁に変化させる必要が生じ、発電電力目標値が頻繁に変化する。また、渋滞した道路を走行する場合には、車両の発進および停止が繰り返される。そのため、モータジェネレータＭＧ２に供給すべき電力を頻繁に変化させる必要が生じ、発電電力目標値が頻繁に変化する。
【０１０２】
このような場合、発電電力を減少させる過程において、定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御を実行することで発電電力の時間応答特性を向上させることができる。例えば、図４に示される回転数対トルク特性によれば、動作点が点Ａから点Ｍ３に至るまでの過程で、発電電力をＰ０からＰ１の間で変化させることができる。この過程における回転数の変化は、定電圧・発電電力制御の全過程における回転数の変化に比べて小さい。したがって、動作点が点Ａから点Ｍ３に至るまでの過程で発電電力目標値が変化し、発電電力を増加させる別の制御に移行した場合においては、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーをその別の制御に利用することができる。これによって、発電電力を新たな発電電力目標値に一致させるための収束時間を短くすることができる。
【０１０３】
また、図７に示される電圧増加・発電電力減少制御においては、動作点が点Ａから点Ｍ７に至るまでの過程で、発電電力をＰ０からＰ１の間で制御させることができる。この過程における回転数の変化は、電圧増加・発電電力減少制御の全過程における回転数の変化に比べて小さい。したがって、定電圧・発電電力制御と同様の原理により、発電電力を新たな発電電力目標値に一致させるための時間を短くすることができる。そこで、コントロールユニット３０は、応答性重視選択処理においては、定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のいずれかを実行する。
【０１０４】
コントロールユニット３０が応答性重視選択処理を実行する際の具体的な処理例について説明する。この処理例は、カーナビゲーションシステム４６から取得される地図情報を用いるものである。
【０１０５】
コントロールユニット３０は、カーナビゲーションシステム４６から、車両の位置における地図情報を取得する。そして、地図情報に基づいて応答性重視選択処理を行うか否かを判定する。この判定処理は、次のようにして行われる。
【０１０６】
第１の処理例として、コントロールユニット３０は、車両が走行している道路について、車両の前方および後方の所定距離範囲内における高低差を求める。そして、求められた高低差が所定値以上であれば、応答性重視選択処理を実行する旨の判定をする。
【０１０７】
また、カーナビゲーションシステム４６が渋滞情報を取得する機能を有している場合には、コントロールユニット３０は、第２の処理例として、渋滞情報に基づいて応答性重視選択処理を実行するか否かを判定してもよい。この場合、コントロールユニット３０は、渋滞情報をカーナビゲーションシステム４６から取得する。そして、車両が走行している道路が渋滞している旨をその渋滞情報が示す場合には、コントロールユニット３０は、応答性重視選択処理を実行する旨の判定をする。
【０１０８】
また、運転履歴情報が記憶部３６に記憶されている場合には、コントロールユニット３０は、第３の処理例として、地図情報と運転履歴情報とに基づいて応答性重視選択処理を実行するか否かを判定してもよい。ここで、運転履歴情報は、車両の位置情報、速度情報、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、日付、時刻等を対応付けた情報である。
【０１０９】
コントロールユニット３０は、地図情報および運転履歴情報に基づいて、車両が走行している道路について、単位距離当たりの車両速度の変化範囲を推定する。この推定は、例えば、車両の前方および後方の所定距離範囲内において行われる。コントロールユニット３０は、推定された車両速度の変化範囲が所定値以上であれば、応答性重視選択処理を実行する旨の判定をする。
【０１１０】
このように、単位距離当たりの車両速度の変化範囲に基づく判定を行う代わりに、運転履歴情報によって示されるアクセルペダルの操作回数、またはブレーキペダルの操作回数に基づく判定をしてもよい。ここで、操作回数は、例えば、ペダルを踏み込む操作とペダルを戻す操作との組を１回の操作として定義する。そして、車両が走行している道路について、車両の前方および後方の所定距離範囲内におけるアクセルペダルの操作回数が所定回数以上であった場合、またはブレーキペダルの操作回数が所定回数以上であった場合に、コントロールユニット３０は、応答性重視選択処理を実行する旨の判定をする。
【０１１１】
コントロールユニット３０は、応答性重視選択処理を実行する旨の判定をしたときは、発電電力を減少させる過程において、定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかの制御を実行する。定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御については、予め定められた一方を実行してもよい。また、後述するように、エンジン１０またはモータジェネレータＭＧ１が発する騒音または振動のレベル等に基づいて選択した一方を実行してもよい。
【０１１２】
なお、応答性重視選択処理においては、定電圧・発電電力制御について、昇圧電圧を電圧目標値に一致させる処理を行わないものとした制御を実行してもよい。この場合、図４の回転数対トルク特性において、動作点が点Ａから点Ｍ３に至ったところで制御が終了する。すなわち、動作点を等電力線Ｐ１に沿って点Ｍ３から点Ｂに移動させる制御は行わないものとする。同様に、電圧増加・発電電力減少制御について、昇圧電圧を電圧目標値に一致させる処理を行わないものとした制御を実行してもよい。この場合、図７の回転数対トルク特性において、動作点が点Ａから点Ｍ７に至ったところで制御が終了する。すなわち、動作点を等電力線Ｐ１に沿って点Ｍ７から点Ｂに移動させる制御は行わないものとする。
【０１１３】
このような制御によれば、回転数を大きく減少させることなく発電電力を減少させることができる。そのため、発電電力を増加させる別の制御に移行した場合においては、エンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転モーメントのエネルギーを利用して、発電電力を新たな発電電力目標値に一致させるための収束時間を短くすることができる。
【０１１４】
（６−３）定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のいずれかを選択する処理
最適燃費制御によらず発電電力を減少させる場合において、定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のいずれかを選択する処理について説明する。電圧増加・発電電力減少制御においては、初めに昇圧電圧を増加させる制御が実行され、これに伴いエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が増加する。したがって、電圧増加・発電電力減少制御の方が、定電圧・発電電力制御に比べてエンジン１０およびモータジェネレータＭＧ１の回転数が大きくなり、エンジン１０またはモータジェネレータＭＧ１が発生する振動または騒音のレベルが大きくなる傾向が強い。
【０１１５】
そこで、コントロールユニット３０は、エンジン１０またはモータジェネレータＭＧ１に対し許容される振動レベルまたは騒音レベルに基づいて、定電圧・発電電力制御または電圧増加・発電電力減少制御のいずれかを選択することとしてもよい。
【０１１６】
また、シリーズハイブリッド自動車においては、車両速度に応じて振動レベルまたは騒音レベルの許容値が定められている。一般に、車両速度が大きい程、振動レベルまたは騒音レベルの許容値が大きく設定され、車両速度が小さい程、振動レベルまたは騒音レベルの許容値が小さく設定されている。
【０１１７】
そこで、コントロールユニット３０は、車両速度が所定の閾値を超えるときは、電圧増加・発電電力減少制御を選択して実行し、車両速度が所定の閾値以下であるときは、定電圧・発電電力制御を選択して実行することとしてもよい。このような制御によれば、車両速度が大きく振動レベルまたは騒音レベルの許容値が大きいときには、電圧増加・発電電力減少制御が実行され、車両速度が小さく振動レベルまたは騒音レベルの許容値が小さいときには、定電圧・発電電力制御が実行される。これによって、振動レベルまたは騒音レベルの許容値に応じた制御が実行される。
【０１１８】
（６−４）運転操作部の操作による選択
上記では、車両の動作状態に基づいて、最適燃費制御、定電圧・発電電力制御、または、電圧増加・発電電力減少制御のうちいずれかを選択して実行する制御について説明した。このような制御の他、これらの制御のうち運転操作部４４における操作によって予め選択された制御を実行することとしてもよい。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  エンジン、１２  スロットル、１４  整流回路、１６，５４，６４  ダイオード、１８  二次電池、２０  ＤＣ／ＤＣコンバータ回路、２２  正極伝送線、２４  負極伝送線、２６  車両駆動回路、２８  トルク伝達機構、３０  コントロールユニット、３２  電圧制御部、３４  燃料制御部、３６  記憶部、３８  レゾルバ、４０  電流センサ、４２  電圧計、４４  運転操作部、４６  カーナビゲーションシステム、４８  インダクタ、５０  第１ＩＧＢＴ、５２  第２ＩＧＢＴ、５６  出力コンデンサ、５８  インバータ回路、５８ｕ，５８ｖ，５８ｗ  ＩＧＢＴ組、６０  上側ＩＧＢＴ、６２  下側ＩＧＢＴ、６６，６８，７０，７２  昇圧電圧対時間特性、７４，７６，７８，８６，８８  発電電力対時間特性、８０，８２，８４，９０，９２  回転数対時間特性。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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