JP2006311645A - 車両用駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機と交流モータとの組み合わせで、安定したモータトルク制御を行うことができる車両用駆動制御装置を提供する。
【解決手段】トルク指令値Ｔｔに関係なく予め設定された所定の条件、又は所定のモータトルクを出力するのに必要な電力を出力可能なように発電機７を制御する。例えば、発電機７に常時、一定の界磁電流Ｉｆｇを流すようにしたり、常時、一定の界磁電流制御信号（ＰＷＭデューティ比Ｄ）で発電機７の界磁を制御したりする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主駆動軸を駆動する熱機関（例えば、エンジン）で発電機を駆動し、その発電機の出力で交流モータを駆動する車両用駆動制御装置に関するものである。

従来の車両用駆動制御装置としては、従駆動軸を発電機の電力で駆動される直流モータで駆動し、この直流モータの界磁電流を制御することで駆動トルクを制御するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２３９８５２号公報

しかしながら、上記従来の車両用駆動制御装置にあっては、直流モータを適用してモータトルクを制御しているので、トルクアップをするためには直流モータの電機子電流を増加させる必要があるが、直流モータのブラシの寿命に限界があるため、電機子電流の増加に限界があり、質量の重い車両への適用が困難であったり４ＷＤ性能の向上が図れなかったりという未解決の課題がある。

ところで、直流モータの代わりに交流モータ＋インバータの構成を適用してモータトルクを制御することも考えられるが、一般に発電機の制御応答性は低く、インバータによるモータ制御の応答性は高いことが知られている。このような発電機とインバータとを組み合わせた場合、モータで必要なトルクを発生するためにはまず発電機の出力を上昇させる必要があるが、発電機の応答性が低いためにモータトルクが指令値に達するまでに時間がかかり、結果として低μ路での発進性や加速性能の大幅な向上に限界があるという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、発電機と交流モータとの組み合わせで、安定したモータトルク制御を行うことができる車両用駆動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る車両用駆動制御装置は、発電機制御手段で、交流モータの要求する駆動力指令値と無関係な予め設定された所定の条件、又は所定のモータトルクを出力するのに必要な電力を出力可能なように、発電機を制御する。

本発明によれば、モータトルク指令値とは関係なく必要な電力より大きめの電力を予め出力可能なように発電機を発電させておくことで、モータトルク指令値が増加した場合に、応答性良くモータがトルクを発生することができ、応答性の低い発電機と応答性の良いインバータ・モータ制御との組み合わせであっても、低μ路での発進性能や加速性能の向上が得られるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を四輪駆動車両に適用した場合の概略構成図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、熱機関であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。

前記エンジン２の吸気管路には、例えばメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。従って、サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジンの出力トルクを減少させることができる。つまり、サブスロットルバルブの開度調整が、エンジン２による前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑制する駆動力制御となる。

上記エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。
上記発電機７は、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。この発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態における発電機７の界磁電流駆動回路の構造を示す図である。この回路は、界磁電流電源として車両の１４Vバッテリ７ａのような定電圧電源を適用しており、界磁電流電源のプラス側を界磁コイル７ｂに繋げて、トランジスタ７ｃをスイッチングするように構成されている。
発電機７が発電した電力は、ジャンクションボックス１０及びインバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。前記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本実施形態のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はデファレンスギヤを示す。

ジャンクションボックス１０内には、インバータ９と発電機７とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機７から図示しない整流器を介して供給された直流の電力は、インバータ９内で三相交流に変換されてモータ４を駆動する。
また、ジャンクションボックス１０内には、発電電圧を検出する発電機電圧センサと、インバータ９の入力電流である発電電流を検出する発電機電流センサとが設けられ、これらの検出信号は４ＷＤコントローラ８に出力される。また、モータ４の駆動軸にはレゾルバが連結されており、モータ４の磁極位置信号θを出力する。

また、前記クラッチ１２は、例えば湿式多板クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、本実施形態においては、締結手段としてのクラッチを湿式多板クラッチとしたが、例えばパウダークラッチやポンプ式クラッチであってもよい。
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。

前記４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、前記各車輪速度センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、ジャンクションボックス１０内の電圧センサ及び電流センサの出力信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号及びアクセルペダル（不図示）の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力される。
４ＷＤコントローラ８は、図３に示すように、発電機制御手段としての発電機制御部８Ａ、目標モータトルク演算部８Ｂ、モータ制御部８Ｃ、ＴＣＳ制御部８Ｄ、クラッチ制御部８Ｅを備える。

発電機制御部８Ａは、モータ４の要求する駆動力指令値、即ちモータトルク指令値によらずに発電機７の発電電力を制御する。具体的には、本実施形態では、図２に示す界磁コイル７ｂに、常時、一定の界磁電流Ｉｆｇを流すようにする。ここで、当該一定の界磁電流Ｉｆｇは、発電機７の最大回転速度ωｇ_maxに対してシステムの上限電圧Ｖ_maxを超えない程度の電流値とし、このような界磁電流Ｉｆｇを流すことで、常時、モータトルク指令値とは関係なく所定の電力を出力可能なように発電機７が発電される。
目標モータトルク演算部８Ｂは、４輪の車輪速度信号に基づいて算出される前後輪の車輪速度差とアクセルペダル開度信号とから、モータトルク指令値Ｔｔを算出する。

図４は、目標モータトルク演算部８Ａの詳細を示すブロック図である。先ず、前後回転差演算部８１で、４輪の車輪速度信号Ｖｆｒ〜Ｖｒｒに基づいて次式をもとに前後回転差ΔＶを算出する。
ΔＶ＝（Ｖｆｒ＋Ｖｆｌ）／２−（Ｖｒｒ−Ｖｒｌ）／２ ………（１）
そして、前後回転差ΔＶに基づいて、第１モータ駆動力演算部８２で予め格納されたマップを参照し、第１モータ駆動力ＴΔＶを算出して後述するセレクトハイ部に出力する。この第１モータ駆動力ＴΔＶは、前後回転差ΔＶが大きくなると共に比例的に大きく算出されるように設定されている。

車速演算部８３では、４輪の車輪速度信号と車両が発生する総駆動力Ｆとをセレクトローして車速信号Ｖを算出する。ここで、総駆動力Ｆは、トルクコンバータ滑り比から推定される前輪駆動力とモータトルク指令値Ｔｔから推定される後輪駆動力との和によって求められる。
第２モータ駆動力演算部８４では、第２モータ駆動力Ｔｖを算出する。具体的には、車速演算部８３から出力された車速Ｖとアクセル開度Ａｃｃとに基づいて、予め格納されたマップを参照して、算出する。この第２モータ駆動力Ｔｖは、アクセル開度Ａｃｃが大きくなるほど大きく、また車速Ｖが大きくなるほど小さく算出されるように設定されている。

次にセレクトハイ部８５で、前記第１モータ駆動力演算部８２から出力された第１モータ駆動力ＴΔＶと、前記第２モータ駆動力演算部８４から出力された第２モータ駆動力Ｔｖとをセレクトハイした値を、目標トルクＴｔｔとして後輪ＴＣＳ制御部８６に出力する。
そして、後輪速Ｖｒｌ，Ｖｒｒ、車速Ｖに基づいて、公知の方法により後輪トラクションコントロール制御を行って、最終的なモータ４のトルク指令値Ｔｔを出力する。

モータ制御部８Ｃは、後述する目標モータトルク決定部８Ｃから出力されるトルク指令値Ｔｍとモータ回転速度Ｖｍとから、図５に示す公知のベクトル制御を行う。そして、インバータ９に３相パワー素子のスイッチング制御信号を出力して３相交流電流を制御する。
ＴＣＳ制御部８Ｄは、エンジントルク制御コントローラ（ＥＣＭ）からのエンジン発生駆動トルクデマンド信号Ｔｅｔ、前輪回転速度Ｖｆｒ，Ｖｆｌ、車速Ｖに基づいて、公知の方法によりＥＣＭに対してエンジン発生駆動トルクデマンド信号Ｔｅを送り返すことにより前輪トラクションコントロール制御を行う。
クラッチ制御部８Ｅは、上記クラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間はクラッチ１２を接続状態に制御する。

ところで、一般に発電機の制御応答性は低く（時定数で０．数秒）、インバータによる制御応答性は高い（数ｍｓ〜１０ｍｓ）ことが知られている。駆動力の指令値が与えられた場合、モータで必要なトルクを発生するためには、先ず発電機の出力が上昇する必要があるが、前述したように発電機の制御応答性が低いため、結果としてモータトルクが指令値に達するまでに０．１〜０．５秒程度の遅れが生じ、低μ路での発進性能や加速性能が悪いという問題があった。

また、従来の発電機制御は、刻々と変化するモータトルク指令値に基づいて必要電力が出力できるように界磁電流を刻々と変化させる制御であるため、発電機出力の変動が大きくなり、音振面で不利になるという問題があった。
これに対し、本実施形態では、発電機７に常時、一定の界磁電流Ｉｆｇを流すようにするので、発電機７の制御応答性を懸念する必要がない。つまり、トルク指令値に関係なく必要な電力より大きめの電力を予め出力可能なように、常時、一定の界磁電流Ｉｆｇを流し続けるので、モータ４で必要なトルクを発生するために発電機７の出力の上昇を待つ必要がなくなり、応答良く所望のモータトルクを発生することができる。

このように、上記第１の実施形態では、予めトルク指令値に無関係な所定の電力を出力可能なように発電機を発電させておくので、モータトルク指令値が増加した場合に、応答性良く所望のモータトルクを発生することができ、低μ路での発進性能や加速性能を大幅に向上することができる。
また、刻々と変化するモータトルク指令値に基づいて必要電力が出力できるように界磁電流を刻々と動かす制御とはせず、常時、一定の界磁電流を流し続ける固定制御とするので、発電機出力の変動がなく、音振面の劣化をなくすことができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、発電機に常時、一定の界磁電流を流しているのに対し、常時、一定の界磁電流制御信号（ＰＷＭデューティ比）を印加するようにしたものである。
図６は、第２の実施形態における発電機７の界磁電流駆動回路の構造を示す図である。この回路は、界磁電流電源として車両の１４Vバッテリ７ａのような定電圧電源と発電機自身の出力電圧とを選択する構成を適用し、界磁電流電源のプラス側を界磁コイル７ｂに繋げて、トランジスタ７ｃをスイッチングするように構成されている。この場合、発電機出力がバッテリ電圧Ｖｂを下回っている状態では、他励領域となってバッテリ電圧Ｖｂが界磁コイル７ｂの電源となり、発電機出力が増加して出力電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以上となると、自励領域となって発電機の出力電圧Ｖｇが選ばれて界磁コイル７ｂの電源となる。即ち、界磁電流値を発電機の電源電圧により増大することができるので、大幅な発電機出力の増加が可能である。

第２の実施形態における図３の発電機制御部８Ａでは、発電機７をＰＷＭデューティ比Ｄで制御するものとし、常時、一定の界磁電流制御信号（ＰＷＭデューティ比Ｄ）を印加するようにする。
図７はＰＷＭデューティ比Ｄと界磁電流Ｉｆｇとの関係を示す特性図であり、横軸はＰＷＭデューティ比Ｄ、縦軸は界磁電流Ｉｆｇである。この特性図に示すように、デューティ比Ｄが０％のとき界磁電流Ｉｆｇは流れず、デューティ比Ｄが１００％に近づくにつれて界磁電流Ｉｆｇはたくさん流れるようになっている。

また、この特性は、界磁電源電圧Ｖｆが大きいほど傾きが大きく、界磁コイルの抵抗が小さいほど傾きが大きくなるようになっており、発電機出力電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以下であるときＩｆｇ＝ａ×Ｄで表され、Ｖｇ＞ＶｂであるときＩｆｇ＝ａ×Ｖｆ×Ｄで表される。ここでａは定数である。
したがって、常時、ＰＷＭデューティ比Ｄを一定とすることにより、発電機出力電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以下であるときには一定の界磁電流Ｉｆｇが流れ、発電機出力電圧Ｖｇが上昇してＶｇ＞Ｖｂとなると、それに応じて界磁電流Ｉｆｇも増加することになる。

ここで、上記一定のＰＷＭデューティ比Ｄは、界磁電源電圧Ｖｆが最大であるとき、発電機７の最大回転速度ωｇに対して、システムの上限電圧Ｖ_maxを超えない程度の界磁電流Ｉｆｇを流せる値に設定する。
このように、上記第２の実施形態では、発電機に常時、一定の界磁電流制御信号を印加するので、モータトルク指令値が増加した場合に、応答性良く所望のモータトルクを発生して、低μ路での発進性能や加速性能を大幅に向上することができると共に、発電機出力の変動を少なくして音振面の劣化を抑制することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
この第３の実施形態は、モータの最大トルクを発生できるように発電機の界磁電流を制御するようにしたものである。
第３の実施形態における発電機７の界磁電流駆動回路の構造は、前述した第１及び第２の実施形態の何れか一方における界磁電流駆動回路の構造を適用するものとする。

図８は、発電機７の発電制御を行う発電機制御部８Ａの詳細を示すブロック図である。
この発電機制御部８Ａは、モータ必要電力演算部１０１と、目標発電電力演算部１０２と、発電電力制限部１０３と、目標発電電力決定部１０４と、目標動作点設定部１０５と、現在動作点検出部１０６と、発電電力制御部１０７とで構成され、発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。

モータ必要電力演算部１０１は、先ず、モータ回転速度（従駆動軸速度）Ｖｍに基づいて、モータ最大トルクＴｔｍを算出する。具体的には、図９に示すモータ最大トルク算出マップを参照して算出する。このモータ最大トルク算出マップは、横軸にモータ回転速度Ｖｍ、縦軸にモータ最大トルクＴｔｍをとり、モータ回転速度Ｖｍが大きいほどモータ最大トルクＴｔｍは小さく算出されるように設定されている。この処理が、最大トルク演算手段に対応している。

次に、このように算出されたモータ最大トルクＴｔｍに基づいて、次式をもとにモータ４に必要な電力Ｐｍを算出する。
Ｐｍ＝Ｔｔｍ×Ｖｍ ………（２）
目標発電電力演算部１０２では、モータ必要電力演算部１０１から出力されるモータ必要電力Ｐｍに基づいて、次式をもとに発電機７が出力すべき発電機必要電力Ｐｇを算出する。
Ｐｇ＝Ｐｍ／Иｍ ………（３）
ここで、Иｍはモータ効率である。つまり、発電機必要電力Ｐｇはモータ必要電力Ｐｍよりモータ効率分多く出力しなければならないことになる。

発電電力制限部１０３では、発電機７が出力可能な電力上限値としての発電電力の制限値ＰＬ１及びＰＬ２を出力する。電力制限値ＰＬ１は、発電電力が発電機７を駆動するベルトの伝達可能トルクに応じて決まる電力を上回らないようにするための上限値であり、次式をもとに算出する。
ＰＬ１＝Ｔｂ×ωｇ×Иｇ ………（４）
ここで、Ｔｂはベルト伝達可能トルク、ωｇは発電機７の回転速度、Иｇは発電機効率であり、ＰＬ１はベルト伝達可能トルクがＴｂであるときに発電機７が発電可能な最大発電量に相当する。

つまり電力制限値ＰＬ１は、図１０（ａ）に示すように、発電機７の回転速度ωｇが大きくなるにつれて比例的に大きく算出されることになる。
また、電力制限値ＰＬ２は、発電電力が、エンジンの負荷過大によるエンストや運転性劣化を起こす可能性のある電力を上回らないようにするための上限値である。この制限値ＰＬ２は、エンジントルク制御コントローラ（ＥＣＭ）から与えられる。
この電力制限値ＰＬ２は、図１０（ｂ）に示すように、発電機７の回転速度ωｇが大きくなるほど、またアクセル開度Ａｃｃが大きくなるほど大きく算出されることになる。

そして、目標発電電力演算部１０２及び発電電力制限部１０３の演算結果が目標発電電力決定部１０４に入力されて、発電機必要電力Ｐｇと電力制限値ＰＬ１，ＰＬ２とがセレクトローされ、発電機の目標出力電力ＰＧが算出される。
図１０（ｃ）は、発電機必要電力Ｐｇと電力制限値ＰＬ１，ＰＬ２とのうち、発電機必要電力Ｐｇが最も小さい場合を示しており、この場合、現在速度での発電機必要電力Ｐｇが目標出力電力ＰＧとして選択される。

目標動作点設定部１０５では、先ず目標発電電力決定部１０４から出力される目標出力電力ＰＧ即ちモータ使用可能電力に基づいて、次式をもとにモータトルク指令値Ｔを算出する。
Ｔ＝（ＰＧ×Иｍ）／Ｖｍ ………（５）
次に、このモータトルク指令値Ｔを効率良く発生することができるインバータ９の入力電圧及び入力電流即ち発電機７の目標電圧Ｖｔ及び目標電流Ｉｔをモータ使用可能電力ＰＧの範囲内で決定する。具体的には、図１１に示すように、モータ使用可能電力ＰＧに相当する電力一定線Ｐと、破線で示す最大効率動作点線ηとの交点を発電機７の目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として選定する。

一般に発電機効率は高電圧・低電流時が高く、モータ効率は微小電流時を除けば大きい変化がないことから、発電機効率とモータ効率とをあわせた総合効率の良い高電圧・低電流で動作することが望ましい。また、システムには上限電圧Ｖ_max（例えば、６０Ｖ）や上限電流Ｉ_max（インバータ素子の定格や発電機・モータの設計上決まる。例えば、３０Ａ）が存在するので、電圧が上限電圧Ｖ_maxに近づいたら、電圧は略一定もしくは微増で電流値が増加する動作点が選ばれ、最終的には電流値増加も上限電流Ｉ_maxまでとなる。これらの動作点を連続した線が最大効率動作点線ηであり、この最大効率動作点線ηは予め格納しておく。

図１２は、発電機７の出力即ちインバータ９の入力における動作点（電圧・電流）を示す図である。図中実線は、発電機の回転速度と界磁電流とをパラメータとした発電機出力特性線（発電機の出力可能特性線）であり、ある回転速度である界磁電流が与えられているとき、発電機はこの出力可能特性線上の電圧・電流を発生する。
実際の出力可能特性線は非線形な線であるが、制御領域における出力可能特性線は単調減少であることから、本実施形態では線形近似を用いる。つまり、出力可能特性線の線形近似式は次式で表される。
Ｖ＝−ａ×Ｉ＋Ｖ₀ ………（６）

ここで、Ｖ₀は電圧軸切片（Ｖ軸切片）であり、電流が零であるときの電圧である。また、ａは発電機の特性から予め設定された定数である。なおａは、高精度を得るために、回転速度や界磁電流の大きさをパラメータとする可変常数としてもよい。
次に、目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を含む出力可能特性線Ｓｔの目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔを算出する。具体的には、目標電圧Ｖｔ及び目標電流Ｉｔをもとに、出力可能特性線Ｓｔの線形近似式Ｖｔ＝−ａ×Ｉｔ＋Ｖ₀ｔに基づいて、目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔを算出する。

現在動作点検出部１０６では、図１２に示す現在の動作点（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線ＳのＶ軸切片Ｖ₀を算出する。具体的には、現在の電圧Ｖ及び電流Ｉをもとに、出力可能特性線Ｓの線形近似式Ｖ＝−ａ×Ｉ＋Ｖ₀に基づいて、Ｖ軸切片Ｖ₀を算出する。
発電電力制御部１０７では、Ｖ軸切片Ｖ₀と目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔとの大小関係に応じて、発電機７の界磁電流Ｉｆｇの増減を制御する。

例えば、インバータ側の入力インピーダンスの変動により発電機の電圧及び電流が変化しても、その電圧及び電流は発電機の出力可能特性線上を動くので、Ｖ軸切片が変化することはない。したがって、Ｖ軸切片Ｖ₀を目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔに一致させることで、現在の出力可能特性線Ｓと目標の出力可能特性線Ｓｔとの差をなくすと共に、インバータ側の制御の変動により発電機側の負荷が変動した場合であっても、発電機制御系の変動を防止することができる。

図８において、モータ必要電力演算部１０１が必要電力演算手段に対応し、発電電力制限部１０３が電力上限値演算手段に対応し、モータ必要電力演算部１０１、目標発電電力演算部１０２、発電電力制限部１０３及び目標発電電力決定部１０４が目標出力電力演算手段に対応し、目標動作点設定部１０５、現在動作点検出部１０６及び発電電力制御部１０７が発電機出力制御手段に対応している。

以上、第３の実施形態においては、モータ回転速度Ｖｍに基づいてモータ最大トルクＴｔｍを算出したが、これに代わり、車速に基づいてモータ最大トルクＴｔｍを算出することができる。これにより、２駆走行から４駆走行へ移行する際にも、必要な電力を速やかに供給することができる。
図１３は、第３の実施形態における発電電力制御部１０７を示すブロック図である。ここでは、目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔとＶ軸切片Ｖ₀との偏差が零となるように、実際の発電機界磁電流Ｉｆｇをモニタしながら発電機界磁電流値をフィードバックする。

先ず、目標動作点設定部１０５からの目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔと現在動作点検出部１０６からのＶ軸切片Ｖ₀との偏差ΔＶ₀がＰＩＤ制御部１２１に入力され、ＰＩＤ制御部１２１は、偏差ΔＶ₀が零となるような目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
本実施形態では、界磁電流検出手段としての界磁電流センサを設けて実際の発電機界磁電流Ｉｆｇを検出する。そして、界磁電流センサにより検出された実界磁電流Ｉｆｇと目標界磁電流Ｉｆｔとの偏差ΔＩｆを求めてＰＩＤ制御部１２２に出力する。ＰＩＤ制御部１２２は、偏差ΔＩｆが零となるように実界磁電流Ｉｆｇを制御する。

これにより、Ｖ軸切片Ｖ₀は目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔに一致することになる。つまり、発電機７は、モータ４が必要とする電力Ｐｍから算出される発電機７が出力すべき目標出力電力ＰＧに応じたトルク指令値Ｔを、効率良く発生することができる動作点で作動されることになる。
ところで、発電機７の出力特性は界磁電流Ｉｆｇと回転速度ωｇとをパラメータとしており、界磁電流Ｉｆｇが一定であるとすると、発電機７の出力は回転速度ωｇが大きくなるほど比例的に大きくなる。つまり、単に界磁電流Ｉｆｇを一定として発電機制御を行った場合、回転速度が小さい領域では発電機出力も小さいため、要求されたモータトルクを発生できない領域が存在することになる。

これに対して、本実施形態では、車速（モータ４の回転速度Ｖｍ）に応じて発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御するので、例えば車速の小さい領域では界磁電流Ｉｆｇを大きく設定して発電機出力を大きくすることで、要求されたモータトルクを発生できない領域をなくすことができる。
このように、上記第３の実施形態では、モータ最大トルクから発電機が出力すべき目標出力電力を算出して界磁制御を行うので、予め当該モータ最大トルクを発生できるように発電機を作動させておくことができ、モータトルク指令値が増加した場合に、応答良くモータが所望のトルクを発生することができ、低μ路での発進性能や加速性能を大幅に向上することができる。

また、刻々と変化するモータトルク指令値に基づいて必要電力が出力できるように発電機の界磁電流を刻々と動かす制御とせず、変化の遅い発電機制御であるため、発電機出力の変動が少なく、音振面の劣化を少なくすることができる。
さらに、モータの回転速度に基づいてモータ最大トルクを算出し、この最大トルクから発電機が出力すべき目標出力電力を算出するので、現在のモータ回転状態に応じて適切に発電機の界磁制御を行うことができ、所望のモータトルクを確実に発生することができる。

なお、上記第３の実施形態においては、モータ最大トルクＴｔｍを出力するのに必要なモータ必要電力Ｐｍに基づいて、発電機７の界磁制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、モータ４が予め設定された所定のモータトルクを出力するのに必要な電力を算出し、この電力に基づいて発電機７の界磁制御を行うようにしてもよい。この場合、上記所定のモータトルクは、モータ４の所定間隔の回転数毎に予め設定された値とする。

なお、上記第３の実施形態においては、発電電力制御部１０６で発電機７の実界磁電流Ｉｆｇをモニタしながら目標界磁電流Ｉｆｔに追従させる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１４に示すように、目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔと実Ｖ軸切片Ｖ₀との偏差が零となるように、発電機界磁電流をＰＷＭ制御するようにしてもよい。この場合、先ず目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔと実Ｖ軸切片Ｖ₀との偏差ΔＶ₀をＰＩＤ制御部１２３に出力する。

ＰＩＤ制御部１２３は、偏差ΔＶ₀に応じて、発電機７の界磁電流駆動回路のＰＷＭデューティ比Ｄを制御する。具体的には、Ｖ₀ｔ＞Ｖ₀であるときＰＷＭデューティ比Ｄを増加し、Ｖ₀ｔ＜Ｖ₀であるときＰＷＭデューティ比Ｄを減少する。
例えば、以下のようなＰＩＤ制御を施す。
Ｄ＝α×（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀）＋β×∫（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀） ………（７）
このようにして出力されたＰＷＭデューティ比ＤをＰＷＭ駆動部１２４で制御することで、界磁電流Ｉｆｇを制御することができ、結果としてＶ軸切片Ｖ₀が目標Ｖ軸切片Ｖ₀ｔとなるように制御することができる。

これにより、界磁電流の電圧変動や界磁コイルの抵抗値変動等による界磁電流制御の誤差要因を全部含めて、出力電圧と目標電圧の大きいループで制御することができるので、界磁電流センサを設ける必要がなくなり、コストを削減することができる。
また、発電電力制御部１０６で界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティ比Ｄとの乗算値をフィードバック制御するようにしてもよい。この場合、図１４のＰＩＤ制御部１２３で、下記（８）式に示すＰＩＤ制御を施してＰＷＭデューティ比Ｄを出力する。
Ｖｆ×Ｄ＝α×（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀）＋β×∫（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀）
Ｄ＝｛α×（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀）＋β×∫（Ｖ₀ｔ−Ｖ₀）｝／Ｖｆ ………（８）

前述したように、Ｖｇ＞Ｖｂにおいて界磁電流Ｉｆｇ＝ａ×Ｖｆ×Ｄであり、この関係から（Ｖｆ×Ｄ）を界磁電流Ｉｆｇと見立ててフィードバック制御することが可能となる。つまり、界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティ比Ｄとの積をフィードバック制御することで、実質的に界磁電流Ｉｆｇをフィードバック制御しているような制御効果を得ることができる。また、界磁電源電圧Ｖｆが大きい領域では、ＰＷＭデューティ比の重みを低電圧時と比べて小さく設定することができるので、界磁電源電圧の大きさを考慮した適切な制御を行うことができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
この第４の実施形態は、前述した第３の実施形態において、モータの最大トルクに基づいて発電機の目標出力電力を算出しているのに対し、発電機の電力上限値のみに基づいて目標出力電力を算出するようにしたものである。
すなわち、第４の実施形態の発電機制御部８Ａのブロック図を図１５に示すように、図７に示す第３の実施形態の発電機制御部８Ａのブロック図において、モータ必要電力演算部１０１と目標発電電力演算部１０２とが削除されていることを除いては図８と同様の構成を有し、図８と同様の構成を有する部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。

このような構成により、発電電力制限部１０３で算出された電力制限値ＰＬ１とＰＬ２とが目標発電電力決定部１０４に入力され、これらの電力制限値がセレクトローされて目標発電電力ＰＧが算出される。
このように、上記第４の実施形態では、発電機が出力可能な電力上限値のみに基づいて目標出力電力を算出して発電機の界磁制御を行うので、予め出力可能な最大電力で発電機を作動させておくことができ、モータトルク指令値が増加した場合に、応答良くモータが所望のトルクを発生することができ、低μ路での発進性能や加速性能を大幅に向上することができる。

なお、上記各実施形態においては、モータ制御部８Ｃで、目標モータトルク演算部８Ａで算出されたトルク指令値Ｔｔに基づいて直接モータ制御を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉからモータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｔを決定し、このトルク指令値Ｔｔに基づいてモータ制御を行うようにしてもよい。

この場合、４ＷＤコントローラ８の詳細を図１６に示すように、発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉからモータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｔを決定する目標モータトルク決定部８Ｆを設け、この目標モータトルク決定部８Ｆで決定したトルク指令値Ｔｔをモータ制御部８Ｃに出力するようにする。具体的には、目標モータトルク決定部８Ｆでは、発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉに基づいて、現在の発電機出力の動作点（電圧・電流）に相当するモータトルクを次式をもとに算出し、これをトルク指令値Ｔｔとして出力する。
Ｔｔ＝（Ｖ×Ｉ×Иｍ）／Ｖｍ ………（９）

なお、上記（９）式のように発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉから直接トルク指令値Ｔｔを算出するのではなく、発電機７の現在の動作点（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線上で、発電機効率とモータ効率とをあわせた総合効率が最適となる目標の動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）から前記トルク指令値Ｔｔを算出するようにしてもよい。この場合、目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）は、前記出力可能特性線と予め格納された最大効率動作点線ηとの交点として設定する。

また、発電機７の現在の動作点（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線上で、発電機７の出力電力が最大となる動作点を、目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定するようにしてもよい。
さらに、発電機７の現在の動作点（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線上で、発電機効率が最適となる動作点や、モータ効率が最適となる動作点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定するようにしてもよい。
さらにまた、発電機７の現在の動作点（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線上で、発電機及びモータの総合効率と、発電機の出力電力との積が最大となる動作点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定するようにしてもよい。

本発明の実施形態を示す概略構成図である。 第１の実施形態における発電機の構造を示す図である。 図１の４ＷＤコントローラの詳細を示すブロック図である。 図３の目標モータトルク演算部の詳細を示すブロック図である。 図３のモータ制御部の詳細を示すブロック図である。 第２の実施形態における発電機の構造を示す図である。 ＰＷＭデューティ比Ｄと界磁電流Ｉｆｇとの関係を示す特性図である。 第３の実施形態における発電機制御部の詳細を示すブロック図である。 モータ最大トルク算出マップである。 電力制限値と目標出力電力との関係を示す図である。 目標動作点の選定方法を説明する図である。 発電電力制御の概念を説明する図である。 第３の実施形態における発電電力制御部の詳細を示すブロック図である。 第３の実施形態における発電電力制御部の別の例を示すブロック図である。 第４の実施形態における発電機制御部の詳細を示すブロック図である。 ４ＷＤコントローラの別の例を示すブロック図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
８Ａ 目標モータトルク演算部
８Ｂ 発電機制御部
８Ｃ モータ制御部
８Ｄ ＴＣＳ制御部
８Ｅ クラッチ制御部
８Ｆ 目標モータトルク決定部
９ インバータ
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ 車輪速センサ
１０１ モータ必要電力演算部
１０２ 目標発電電力演算部
１０３ 発電電力制限部
１０４ 目標発電電力決定部
１０５ 目標動作点設定部
１０６ 現在動作点検出部
１０７ 発電電力制御部

Claims (8)

1. 主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機により発電された電力がインバータを介して供給されて従駆動輪を駆動する交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
   予め設定された所定の条件で前記発電機を制御する発電機制御手段を備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
2. 前記発電機制御手段は、界磁電流を一定にして前記発電機を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
3. 前記発電機制御手段は、一定のＰＷＭデューティ比で前記発電機の界磁を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
4. 主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機により発電された電力がインバータを介して供給されて従駆動輪を駆動する交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
   前記交流モータが、予め設定された所定のモータトルクを出力するのに必要な電力を算出する必要電力演算手段と、該必要電力演算手段で算出された電力に基づいて、前記発電機の界磁を制御する発電機制御手段とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
5. 前記所定のモータトルクは、前記交流モータの所定の間隔の回転数毎に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用駆動制御装置。
6. 主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機により発電された電力がインバータを介して供給されて従駆動輪を駆動する交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
   前記交流モータの回転速度に基づいて、前記交流モータが出力可能な最大トルクを算出する最大トルク演算手段と、該最大トルク演算手段で算出された最大トルクを出力するのに必要な電力を算出する必要電力演算手段と、該必要電力演算手段で算出された電力に基づいて、前記発電機の界磁を制御する発電機制御手段とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
7. 車両の主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機により発電された電力がインバータを介して供給されて車両の従駆動輪を駆動する交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
   前記車両の走行速度に基づいて、前記交流モータが出力可能な最大トルクを算出する最大トルク演算手段と、該最大トルク演算手段で算出された最大トルクを出力するのに必要な電力を算出する必要電力演算手段と、該必要電力演算手段で算出された電力に基づいて、前記発電機の界磁を制御する発電機制御手段とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
8. 主駆動輪を駆動する熱機関と、その熱機関で駆動される発電機と、当該発電機により発電された電力がインバータを介して供給されて従駆動輪を駆動する交流モータとを備える車両用駆動制御装置において、
   前記発電機の回転速度に基づいて、前記発電機が出力可能な電力上限値を算出する電力上限値演算手段と、該電力上限値演算手段で算出された電力上限値に基づいて、前記発電機の界磁を制御する発電機制御手段とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。

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