JP5057180B2 - 回転電機制御システム - Google Patents
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Description
この電力負荷装置100において、制御装置30は、交流モータM1における消費パワー(本願におけるバッテリ電力に相当する)の増加量(本願における変化率に相当する)がコンデンサ13からインバータ14へ供給可能な許容パワーを超えたとき、交流モータM1における消費パワーの増加量を、電気負荷装置100の駆動を継続可能な範囲に制限する。
この特許文献1に開示の技術は、交流モータM1から発生される駆動力により走行する走行車等に関する技術であり、消費パワーの増加量を所定の範囲に制限することで、インバータの保護を図ることができる。
また、消費パワーの絶対量が大きいが、消費パワーの変化量が小さい場合には、トルク制限が行われず、過電流によりバッテリ自体或いはバッテリからインバータに到るまでの回路にダメージを与えてしまうという問題があった。
他の目的は、共通のバッテリから電力の供給を受ける一対の回転電機を備え、一の回転電機が発電機として他の回転電機がモータとして働く形態のハイブリッドシステムにおいて、過電流が流れることがなく、バッテリからインバータまでの保護を確実に行える回転電機制御システムを得ることにある。
本願では、バッテリ電力が急変する状態を急変状態と呼び、バッテリ電力が急変しない状態を非急変状態と呼び、この急変状態と非急変状態との間で、トルク制限手段による出力トルクの制限形態を変更する。
即ち、本願にあっては、通常の非急変時のトルク制限に加えて、バッテリ電力急変推定手段を設けることで、急変状態と、非急変状態とを別個に判別するとともに、それぞれの状態に応じた出力トルクの制限形態を採用することで、それぞれの運転状態に適合したトルク制限を実行することができる。ここでは、出力トルクの制限をどの段階で実行するかが、重要な問題であるが、この問題に対して、車両状態で的確な対応が可能となる。
また、この構成を採用する場合、通常の非急変状態では過大時閾値を基準に、トルク制限の要否を判別し、急変時には当該過大時閾値より小さい急変時閾値を基準にトルク制限の要否を判別することで、バッテリから供給される電力が限界に達するのを、トルクまたは回転数が徐々に上昇し、バッテリ電力が徐々に上昇している状態では比較的大きい閾値を基準に判定する、トルクまたは回転数が急変し、バッテリ電力が急増している状態では比較的小さい閾値を基準に判定することとなり、バッテリ及びインバータ回路に過電流が流れることを、確実に防止できる。
このように構成できる理由は、バッテリ電力の変化率が大きい場合、あるいは、回転電機の回転速度の変化率が大きい場合は、共に、バッテリから供給する必要があるバッテリ電力が急激に変化するためである。
この場合は、バッテリ電力導出手段で導出されるバッテリ電力が、バッテリ電力が過大か否かを判定する過大時閾値より大きい過大時に、トルク制限手段がトルク制限を実行する構成とする。
このように構成することで、過大時閾値を適切に設定することで、例えば、過電流防止を直接的に図ることができるとともに、バッテリが、バッテリの放電電力限界以上の電力を放電して、バッテリの寿命が低下する等の問題を回避することができる。
2−1 バッテリ電力自体に基づく対応
この場合は、バッテリ電力の変化率を導出するバッテリ電力変化率導出手段を備え、バッテリ電力変化率導出手段により導出されるバッテリ電力変化率が、バッテリ電力変化率が大きいか否かを判定するバッテリ電力急変閾値より大きく、且つ、バッテリ電力導出手段で導出されるバッテリ電力が、前記過大時閾値より小さい値とされる急変時閾値より大きい急変時に、トルク制限手段がトルク制限を実行する構成とする。
この構成の場合、このまま放置しておくと問題となる可能性がある状態を、バッテリ電力変化率とバッテリ電力急変閾値との関係から判定し、さらに、その可能性が発生している時点でのバッテリ電力自体を急変時閾値と比較することで、問題となる可能性のある急変状態を確実に把握してトルク制限をかけることができる。結果、急変時閾値を適切に設定することで、例えば、過電流が発生する可能性が高い場合に、過電流の発生防止を直接的に図ることができるとともに、バッテリが、バッテリの放電電力限界以上の電力を放電して、バッテリの寿命が低下する等の問題を回避することもできる。
この場合は、回転電機の回転速度の変化率を導出する回転速度変化率導出手段を備え、回転速度変化率導出手段により導出される回転速度変化率が、回転速度変化率が大きいか否かを判定する回転速度急変閾値より大きく、且つ、バッテリ電力導出手段で導出されるバッテリ電力が、前記過大時閾値より小さい値とされる急変時閾値より大きい急変時に、トルク制限手段がトルク制限を実行する構成とする。
この構成の場合、モータとして働く回転電機の回転速度が急変しており、このまま放置しておくと問題となる可能性がある状態を、回転速度変化率と回転速度急変閾値との関係から判定し、さらに、その可能性が発生している時点でのバッテリ電力を急変時閾値と比較することで、問題となる可能性のある急変状態を確実に把握してトルク制限をかけることができる。結果、急変時閾値を適切に設定することで、例えば、過電流が発生する可能性が高い場合に、過電流の発生防止を直接的に図ることができるとともに、バッテリが、バッテリの放電電力限界以上の電力を放電して、バッテリの寿命が低下する等の問題を回避することもできる。
この場合は、上記の2−1、2−2の場合の何れかを条件として対応するのであるが、その場合、システムは以下のように構成することとなる。
バッテリ電力の変化率を導出するバッテリ電力変化率導出手段を備え、
回転電機の回転速度の変化率を導出する回転速度変化率導出手段を備え、
バッテリ電力変化率導出手段により導出されるバッテリ電力変化率が、
バッテリ電力変化率が大きいか否かを判定するバッテリ電力急変閾値より大きい、若しくは前記回転速度変化率導出手段により導出される回転速度変化率が、回転速度変化率が大きいか否かを判定する回転速度急変閾値より大きい場合で、かつ、
前記バッテリ電力導出手段で導出される前記バッテリ電力が、前記過大時閾値より小さい値とされる急変時閾値より大きい急変時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行する構成となる。
バッテリ電力自体、もしくは回転電機の回転電機の回転速度に基づくトルク制限が実行される場合、それぞれ先に2−1、2−2で説明した作用・効果を得ることができる。
この車両駆動システムの場合、モータとして働く回転電機のみを制御対象とすることとなるが、バッテリ電力導出手段で導出されるバッテリ電力が、回転電機が要求回転速度及び要求トルクで働く場合に、回転電機がモータとして働くために必要となる電力として導出される構成を採用する。
この導出構成を採用することで、モータとして働く回転電機のみを備えた走行駆動システムにおけるバッテリ電力を適切に求めることができる。
このハイブリッドシステムでは、少なくとも発電機として働く第1回転電機とモータとして働く第2回転電機とを制御対象とすることとなるが、バッテリ電力導出手段で導出されるバッテリ電力が、第2回転電機が要求回転速度及び要求トルクで働く場合に、第2回転電機がモータとして働くために必要となる電力と、第1回転電機が要求回転速度及び要求トルクで働く場合に、第1回転電機が発電機として働くために必要となる電力との和として導出される構成を採用する。この導出構成を採用することで、発電機として働く回転電機及びモータとして働く回転電機を備えたハイブリッドシステムにおけるバッテリ電力を適切に求めることができる。
過大時には、トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める過大時トルク制限値導出手段を備えておく。
過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を導出して設定することで、バッテリからの過度の電力の持ち出しを防止、過電流の防止も図ることができる。
急変時には、トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める急変時トルク制限値導出手段を備えておく。
急変時に、その急変が起こったとしても許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を導出して設定することで、バッテリからの過度の電力の持ち出しを防止、過電流の防止も図ることができる。
過大時に、トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める過大時トルク制限値導出手段と、
急変時に、トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める急変時トルク制限値導出手段とを備え、
過大時制限電力が、急変時制限電力より大きく設定されていることで、適切なトルク制限を実現できる。
この車両駆動システムでは、モータとして働く回転電機のみを制御対象とすることとなるが、トルク制限値が、許容できるバッテリ電力の最大値である制限電力と、回転電機がモータとして働くために必要となるモータ損失とに基づいて導出される構成とすることができる。この導出構成を採用することで、モータとして働く回転電機のみを備えた走行駆動システムにおけるトルク制限値を適切に求めることができる。
このハイブリッドシステムでは、発電機として働く第1回転電機とモータとして働く第2回転電機とを制御対象とし、トルク制限値が、許容できるバッテリ電力の最大値である制限電力と、第2回転電機がモータとして働くために必要となる電力と、第1回転電機が発電機として働くために必要となる電力とに基づいて導出される構成とすることができる。この導出構成を採用することで、発電機として働く回転電機及びモータとして働く回転電機を備えたハイブリッドシステムにおけるバッテリ電力を適切に求めることができる。
この構成は過大時閾値にヒステリシスを持たせることとなるが、このようにヒステリシスを持たせることで制御遅れを吸収でき、また、バッテリ電力が過大時閾値をまたいで振動的に変化する場合に、ハンチング等の問題が発生するのを防止できる。
この構成は急変時閾値にヒステリシスを持たせることとなるが、このようにヒステリシスを持たせることで制御遅れを吸収でき、また、バッテリ電力が急変時閾値をまたいで振動的に変化する場合に、ハンチング等の問題が発生するのを防止できる。
すなわち、モータ回転速度(モータとして働く回転電機の回転速度)に関しては、トルク制限値を求めるに、モータ回転速度の変化率と制御遅れに基づく係数との積と、現在のモータ回転速度との和として得られるモータ回転速度予測値に基づいてトルク制限値を求めることで、制御遅れを吸収できる。
同様に、発電機電力(発電機として働く回転電機の電力)に関しては、トルク制限値を求めるに、発電機電力の変化率と制御遅れに基づく係数との積と、現在の発電機電力との和として得られる発電機推定電力予測値に基づいてトルク制限値を求めることで、制御遅れを吸収できる。
図1、図3に示すように、車両にはエンジンEと一対の回転電機MG1,MG2とが備えられており、エンジンE若しくはモータとして働く回転電機から駆動力を得て走行可能に構成されるとともに、エンジンEにより発生される駆動力の少なくとも一部は、発電機として働く回転電機において電力に変換され、バッテリBの充電、あるいはモータとして働く回転電機の駆動の用に供される。さらに、制動時には、制動力を回転電機により回生して、バッテリBに電力として蓄電することも可能となっている。
図2は、インバータInを主体とする各回転電機の動作制御系を示したものである。この回転電機制御系は、バッテリBと各回転電機MG1,MG2と、両者の間に介装されるインバータInとを備えて構成されている。そして、インバータInは、バッテリB側から、電圧変換部4、周波数変換部5を備えている。図2からも判明するように、一対の回転電機MG1,MG2に対して、それぞれ周波数変換部5は個別に設けられている。周波数変換部5と各回転電機MG1,MG2との間には、回転電機を流れる電流量を測定するための電流センサ(第1回転電機電流センサSe7,第2回転電機電流センサSe8)が備えられている。
上段のスイッチング素子4cのソースは下段のスイッチング素子4dのドレインに接続されるとともに、リアクトル4aを介してバッテリBのプラス側に接続されている。上段のスイッチング素子4cのドレインが周波数変換部5の入力プラス側とされる。上段のスイッチング素子4c及び下段のスイッチチイグ素子4dのゲートはドライバー回路7に接続され、下段のスイッチング素子4dのソースはバッテリBのマイナス側(グランド)に接続される。
これらスイッチング素子4c,4dが、後述する回転電機制御手段14から出力される電圧指令である要求電圧に基づいてドライバー回路7からPWM制御されることで、バッテリBからの電圧を昇圧して周波数変換部5に供給する。一方、回転電機MG2側から電力を受ける場合は、降圧してバッテリBに供給することとなる。
上段のスイッチング素子8a,8b,8cのドレインは電圧変換部4の出力プラス側に接続され、ゲートはドライバー回路7に接続され、ソースは下段のスイッチング素子8d,8e,8fのドレインに接続され、下段のスイッチング素子8d,8e,8fのゲートはドライバー回路7に接続され、ソースは、電圧変換部4の出力マイナス側、即、バッテリBのマイナス側(グランド)に接続されている。
対となる上下両段のスイッチング素子(8a,8d),(8b,8e),(8c,8f)の各中間点9u,9v,9wは、回転電機MG1,MG2のU相、V相、W相の巻線にそれぞれ接続されている。各巻線への通電電流は、電流検出センサSe7,Se8によって検出されており、この検出値はドライバー回路7に送出され、さらに制御装置ECUにも送られる。
以下、図3に基づいて、本願に係る車両駆動システム200の全体について、システムの中核を成す制御装置ECUを中心に説明する。
図3に示すように、制御装置ECUは、車両の各部に設けられたセンサSe1〜Se8で取得される情報を用いて、エンジンE、第1回転電機MG1、第2回転電機MG2等の運転制御を行う。ここで、第1回転電機MG1、第2回転電機MG2の運転制御は、先に説明したインバータInを介するものとなる。
エンジン制御手段13は、エンジンEの運転開始、停止を行う他、走行条件決定手段12により決定されるエンジンに要求される回転速度及び出力トルクに従って、エンジンの回転速度制御、出力トルク制御等の運転制御を行う。回転電機制御手段14は、走行条件決定手段12により決定される各回転電機MG1,MG2に要求される回転速度及び出力トルクに従って、インバータInを介して、第1回転電機MG1及び第2回転電機MG2の回転速度制御、トルク制御等の運転制御を行う。
従って、回転電機制御手段14では、インバータInに対する指令値として、前記インバータ電圧Vcが求められるとともに、回転電機MG1,MG2別に周波数及び電流値が求められ、インバータInに送られる。
このような通常状態における走行状態に対して、本願にあっては、トルク制限手段15により、バッテリに過電流が流れる可能性がある場合に、所定の条件下でモータとして働く回転電機のトルクを制限するように構成されている。トルク制限が実行される状態にあっては、モータとして働く回転電機のトルクが、トルク制限値に制限される。
このトルク制限手段15は、バッテリ電力導出手段15a、バッテリ電力変化率導出手段15b、回転速度変化率導出手段15c、トルク制限判定手段15d、トルク制限値導出手段15eから構成されている。
このバッテリ電力導出手段15aは、現状でバッテリ電力を導出する手段であり、本実施形態の場合、バッテリ電力は、一対の回転電機に関して、前記走行条件決定手段12により決定される走行条件(要求トルク及び要求回転速度)に従って、一方がモータとして他方が発電機として働く場合に、バッテリから取り出される電力(バッテリが供給することが必要となる電力)である。
これらの式でトルクの単位は〔Nm〕で、回転速度の単位は〔rpm〕である(以下同じ)。
具体的には、図2のp1、p2間で発生する損失である。この値も経験的に得られている値であり、図4に、バッテリ電流〔A〕と昇圧コンバータ損失〔W〕の関係を示した。従って、この損失は、バッテリ電流を得て、図4から、もしくは同図上掲の近似式に従って、その時点の昇圧コンバータ損失を求めることができる。近似式において、a1,a2,a3は予め定められている定数である。ここで、バッテリ電流は、先に示したバッテリ状態検出センサSe4により検出される電流を使用することができる。さらに、本願にあっては、バッテリ電力が経時的に逐次求められるため、その逐次求められたバッテリ電力で直前のバッテリ電力をバッテリ状態検出センサSe4により計測される現在のバッテリ電圧で除算して求めてもよい。
[C×(昇圧後電圧)2/2−C×(前回の昇圧後電圧)2/2]/Δt・・式3
バッテリ電力=
モータ電力+発電機電力+昇圧コンバータ損失+コンデンサチャージ電力
・・・・式4
このバッテリ電力変化率導出手段15bは、現在のバッテリ電力と、単位タイムステップ前のバッテリ電力との差の絶対値をバッテリ電力変化率として求める。
この回転速度変化率導出手段15cは、モータとして働いている回転電機に関し、現在の回転速度と、単位タイムステップ前の回転速度との差の絶対値を回転速度変化率として求める。
このトルク制限判定手段15dは、トルク制限を行うか否かの判定を実行する手段である。本願にあっては、以下のいずれかの条件においてトルク制限をかける。トルク制限を行わない場合は、各回転電機は、要求トルク、要求回転速度で制御される。図5に、本願におけるトルク制限の条件の概略を示した。
本願にあっては、バッテリ電力が過大である場合(条件1)とバッテリ電力が急変している場合(条件2)とのいずれかの状態で、トルク制限をかける。
図5の最も下側に示されている状況である、現在のバッテリ電力が、バッテリ電力が過大か否かを判定する過大時閾値より大きい過大時に、無条件に、トルク制限手段がトルク制限を実行する。
バッテリ電力が、過大時閾値より小さい非過大時には、下記条件2の場合を除いて、トルク制限を実行せず、モータとして働く回転電機が、要求回転速度及び要求トルクに基づいて制御される。
図5の上側3段に示されている状況である、バッテリ電力が急変しているか否かを判定する急変時閾値より大きい急変時に、バッテリ電力変化率の状況、或いはモータ回転速度変化率の状況を見て、いずれかの変化率がそれぞれ設定される所定の値よりも大きい場合にトルク制限手段がトルク制限を実行する。本願においては、このバッテリ電力が急変しているか否かを判定する急変時閾値より大きい急変時に、バッテリ電力変化率の状況、或いはモータ回転速度変化率の状況を判断している機能部位が「バッテリ電力急変推定手段」を構成する。即ち、この「バッテリ電力急変推定手段」は、バッテリ電力の変化率及び回転電機の回転速度の変化率の少なくとも一方に基づいて、バッテリ電力が急変する急変状態を推定する。
バッテリ電力が、急変時閾値より小さい非急変時には、上記条件1の場合を除いて、トルク制限を実行せず、モータとして働く回転電機が、要求回転速度及び要求トルクに基づいて制御される。
一方、回転速度変化率の状況とは、回転速度変化率が、回転速度変化率が大きいか否かを判定する回転速度急変閾値より大きい場合に、回転速度からみて急変時に相当するとするものである。
5 トルク制限値導出手段
このトルク制限値に関しても、本願にあっては、過大時のトルク制限値と、急変時のトルク制限値との別異のトルク制限値を求めるようにシステムが構築されている。すなわち、図3に示すように、トルク制限値導出手段15eとして、過大時トルク制限値導出手段15f、及び急変時トルク制限値導出手段15fが備えられている。
過大時トルク制限値導出手段
過大時トルク制限値導出手段15fは、過大時に、当該過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める。この過大時制限電力は、実質的に、これまで説明してきたバッテリ電力について予め設定されている過大時閾値と同じ値とされている。
具体的には、下記の式5で過大時のトルク制限値が求められる。
(過大時制限電力−発電機電力−モータ損失−昇圧コンバータ損失−コンデンサチャージ電力)/[(2π/60)×モータ回転速度]・・・・・・・・・式5
急変時トルク制限値導出手段15gは、急変時に、当該急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める。この急変時制限電力は、実質的に、これまで説明してきたバッテリ電力について予め設定されている急変時閾値と同じ値とされている。
具体的には、下記の式6で急変時のトルク制限値が求められる。
(急変時制限電力−発電機電力−モータ損失−昇圧コンバータ損失−コンデンサチャージ電力)/[(2π/60)×モータ回転速度]・・・・・・・・・式6
以上が、本願に係る回転電機制御システムの構成の説明である。
以下、図6、図7、図8に基づいて、当該回転電機制御システムにおけるトルク制限に関して説明する。
トルク制限処理は、イグニッションキーのON操作からOFF操作に到るまで常時、所定のタイムステップで繰り返される。
処理にあたっては、図6のフローチャートで最上段に示されるように、発電機及びモータに対する要求トルクが取り込まれるとともに、発電機及びモータの回転速度が検出される(ステップ#1)。図6にあっては、要求トルクをトルク指令値として記載している。また、検出される回転速度(実回転速度)は要求回転速度に相応している。
これらの情報を得た後、バッテリ電力導出手段15aは、その時点でのバッテリ電力を導出する(ステップ#2)とともに、バッテリ電力変化率導出手段15bが、バッテリ電力の変化率を導出する(ステップ#3)。一方、逐次取り込まれるモータ回転速度から、回転速度変化率導出手段15cは、モータとして働く回転電機の回数数変化率を導出する(ステップ#4)。
以上の処理を経て、その時点におけるバッテリ電力、バッテリ電力変化率、回転速度変化率が得られる。
図7、図8は、それぞれ、トルク制限を実行した場合の状態を示している。ここで、図7は、急変が起こってトルク制限を実行している状態(これまで説明してきた急変時)を同図左側に、急変あるいは過大が起こらずトルク制限を行うことなく通常の運転状態が保たれている状態(これまで説明してきた非急変時であるとともに、非過大時)を同図右側に示している。
一方、図8は、急変が起こってトルク制限を実行している状態を同図左側に、急変とは認められないままにバッテリ電力が過大となった状態(これまで説明してきた過大時)に、トルク制限を行っている状態を示している。
図7の左側には、モータ回転速度及びバッテリ電力が急変し、モータ回転速度、バッテリ電力が増加した状態を示している。図示する状態にあっては、モータ回転速度が急変し、バッテリ電力が急変時閾値を超えた状態で、トルク制限がかけられる。従って、トルク制限フラグが立つこととなる。トルク制限がかけられるとモータトルク指令値が順次低減されるが、モータ回転速度が減少に向かうに従って、モータトルク指定値も上昇傾向に変化する。そして、バッテリ電力の変化率からすると、なお急変と判断される可能性があるが、バッテリ電力が急変時閾値を下回ることで、トルク制限が解消される。
図8の左側には、図7と同様な状態を示し、急変に伴ってトルク制限がかかる状態を示している。モータ回転速度及びバッテリ電力が急変し、モータ回転速度、バッテリ電力が増加した状態を示している。
(1) 上記の実施形態にあっては、バッテリ電力の閾値として、それぞれ単一の急変時閾値、過大時閾値を使用する例を示した。しかしながら、各閾値にバッテリ電力が増加する状態で使用する上側の閾値と、バッテリ電力が減少する状態で使用する下側の閾値とを設けてもよい。このように閾値を一対の値とする目的は、閾値にヒステリシスを持たせて制御遅れ等を吸収することである。この構成を採用してトルク制限を実行した場合の状況を、図7に対応して図9に、図8に対応して図10に示した。
図9には、急変時閾値として、急変時閾値上側および急変時閾値下側が設けられている。この構成では、バッテリ電力の増加時には急変時閾値上側を使用し、減少時には急変時閾値下側を使用することで、制御遅れ等を吸収でき、ハンチング等を起こし難い安定したトルク制限を実現できる。
図10には、急変時閾値に加えて、過大時閾値として、過大時閾値上側および過大時閾値下側が設けられている状態を示している。この構成では、バッテリ電力の増加時には過大時閾値上側を使用し、減少時には過大時閾値下側を使用することで、制御遅れ等を吸収でき、ハンチング等を起こし難い安定したトルク制限を実現できる。
(2) これまで説明してきた実施形態にあっては、エンジンと一対の回転電機とを備え
たスプリットタイプのハイブリッド駆動装置に関して説明したが、本願は、回転電機を単一備えたハイブリッド駆動装置に採用可能である。さらに、モータとして働く回転電機を備えた駆動装置(電動モータのみにより走行する走行装置)にも適用可能である。
(3) 回転電機を単一備えたハイブリッド駆動装置の構成としては、図11に示す様々
な構成の駆動装置に採用できる。同図はそれぞれ、以下の構造を示している。
(a)は、伝動下流側で車輪(図外)に連結される無段変速機CVTに、回転電機MGを連結しておき、エンジンからの出力をクラッチCを介して変速機CVTに伝動可能とした構成を示している。
(b)は、(a)の構成において無断変速機を介することなく、直接車輪(図上タイヤと記載)に連結する構造を採用したものである。
(c)は、伝動下流側で車輪(図外)に連結される無段変速機CVTに、トルクコンバータTCを介して回転電機MGを連結しておき、さらに、その回転電機MGのロータ軸RXの伝動上手側にエンジンからの出力をクラッチCを介して連結可能とした構成を示している。
(d)は、(c)の構成において無断変速機を介することなく、直接車輪(図上タイヤと記載)に連結する構造を採用したものである。
(e)は、伝動下流側で車輪(図外)に連結される変速機TMの入力軸IXに遊星歯車機構PGを設け、遊星歯車機構PGの一要素に、ダンパDAを介してエンジンからの動力が伝達されるとともに、遊星歯車機構PGの他の要素に回転電機MGを連結しておき、回転電機MG単独での走行、エンジンと回転電機MGとの両方から駆動力を得ての走行を可能とした構成を示している。
(f)は、(e)の構成において変速機を介することなく、直接車輪(図上タイヤと記載)に連結する構造を採用したものである。
1 バッテリ電力導出手段
バッテリ電力導出手段15aは、この場合もバッテリ電力を導出する。
バッテリ電力は、モータとして働く回転電機に関して、当該回転電機が、要求トルク、要求回転速度に従って働く状態で、バッテリが供給することが必要となる電力であり、当該モータとして働く回転電機の要素のみが関与する。
バッテリ電力=モータ電力・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式12
但し、このようにモータとして働く回転電機のみしかない場合は、下記の図12で示すように、バッテリ電流とバッテリ電圧の積として、その検出値から直接バッテリ電力を求めることもできる。この場合、発電機側は考慮する必要がないためである。
このバッテリ電力変化率導出手段15bは、現在のバッテリ電力と、単位タイムステップ前のバッテリ電力との差の絶対値をバッテリ電力変化率として求める。従って、先に説明したものと変わりはない。
この回転速度変化率導出手段15cは、モータとして働いている回転電機に関し、現在の回転速度と、単位タイムステップ前の回転速度との差の絶対値を回転速度変化率として求める。従って、先に説明したものと変わりはない。
このトルク制限判定手段15dは、本願独特の所定の条件を満たした場合にトルクを制限をかけるか否かを判定する手段である。
条件1(過大時)
図5の最も下側に示されている状況である、バッテリ電力が、バッテリ電力が過大か否かを判定する過大時閾値より大きい過大時に、無条件に、トルク制限手段がトルク制限を実行する。
バッテリ電力が、過大時閾値より小さい非過大時には、下記条件2の場合を除いて、トルク制限を実行することはない。
図5の上側3段に示されている状況である、バッテリ電力が急変しているか否かを判定する急変時閾値より大きい急変時に、バッテリ電力変化率の状況、或いはモータ回転速度変化率の状況を見て、いずれかの変化率がそれぞれ設定される所定の値よりも大きい場合にトルク制限手段がトルク制限を実行する。
バッテリ電力が、急変時閾値より小さい非急変時には、上記条件1の場合を除いて、トルク制限を実行することはない。
一方、回転速度変化率の状況とは、回転速度変化率が、回転速度変化率が大きいか否かを判定する回転速度急変閾値より大きい場合に、回転速度からみて急変時に相当するとするものである。従って、先に説明したものと変わりはない。
5 トルク制限値導出手段
過大時トルク制限値導出手段
過大時トルク制限値導出手段15fは、過大時に、当該過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める。この過大時制限電力は、実質的に、これまで説明してきたバッテリ電力について予め設定されている過大時閾値と同じ値とされている。
具体的には、下記の式13で過大時のトルク制限値が求められる。
(過大時制限電力−モータ損失)/[(2π/60)×モータ回転速度]・・式13
急変時トルク制限値導出手段15gは、急変時に、当該急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める。この急変時制限電力は、実質的に、これまで説明してきたバッテリ電力について予め設定されている急変時閾値と同じ値とされている。
具体的には、下記の式14で急変時のトルク制限値が求められる。
(急変時制限電力−モータ損失)/[(2π/60)×モータ回転速度]・・式14
以下、図6に対応して、図12に基づいて、当該回転電機制御システムにおけるトルク制限に関して説明する。
図12は、本実施形態におけるトルク制限処理のフローチャートである。
トルク制限処理は、イグニッションキーのON操作からOFF操作に到るまで常時、所定のタイムステップで繰り返される。
処理にあたっては、図12のフローチャートで最上段に示さえるように、バッテリ電圧とバッテリ電流及びモータ回転速度が検出される(ステップ#51)。
これらの情報を得た後、バッテリ電力導出手段15aは、その時点でのバッテリ電力を導出する(ステップ#52)とともに、バッテリ電力変化率導出手段15bが、バッテリ電力の変化率を導出する(ステップ#53)。一方、逐次取り込まれるモータ回転速度から、回転速度変化率導出手段15cは、モータとして働く回転電機の回数数変化率を導出する(ステップ#54)。
そして、急変の発生が確認された場合(ステップ#56:yes)は、急変時トルク制限値導出手段15gにより急変時トルク制限値が導出され(ステップ#57)、その値に基づいたモータトルク制限が実行される(ステップ#58)。急変の発生が確認されない場合(ステップ#56:no)は、制限は行われることなく(ステップ#59)、要求トルク、要求回転速度でモータとして働く回転電機は運転される。
そして、過大の発生が確認された場合(ステップ#60:yes)は、過大時トルク制限値導出手段15fにより過大時トルク制限値が導出され(ステップ#61)、その値に基づいたモータトルク制限が実行される(ステップ#58)。過大の発生が確認されない場合(ステップ#60:no)は、制限は行われることなく(ステップ#59)、要求トルク、要求回転速度でモータとして働く回転電機は運転される。
(4) これまで説明してきた実施形態にあっては、トルク制限値の導出に際しては、現時点の検出値を使用することとした。しかしながら、サンプルタイムあるいは制御遅れを考慮した場合、モータ回転速度の予測値や発電機電力の予測値を、トルク制限値導出手段によるトルク制限値の導出に採用することも好ましい形態である。この場合、モータ回転速度予測値、及び発電機電力予測値として以下の式に基づいて導出される値を採用できる。
・・・・・・式21
発電機電力予測値=現在の発電機電力+制御遅れ×発電機電力変化率
・・・・・・式22
(過大時制限電力−発電機電力予測値−モータ損失−昇圧コンバータ損失−コンデンサチャージ電力)/[(2π/60)×モータ回転速度予測値]・・式23
(急変時制限電力−発電機電力予測値−モータ損失−昇圧コンバータ損失−コンデンサチャージ電力)/[(2π/60)×モータ回転速度予測値]・・式24
Claims (10)
- 回転電機と、バッテリと前記回転電機との間に介在され、前記回転電機を流れる電流を制御するインバータを備えた回転電機制御システムであって、
前記バッテリから供給されるバッテリ電力を導出するバッテリ電力導出手段と、
前記回転電機の出力トルクを制限するトルク制限手段と、
前記バッテリ電力の変化率及び前記回転電機の回転速度の変化率の少なくとも一方に基づいて前記バッテリ電力が急変する急変状態を推定するバッテリ電力急変推定手段とを備え、
前記バッテリ電力が急変しない非急変状態のとき、前記バッテリ電力導出手段で導出される前記バッテリ電力が、バッテリ電力が過大か否かを判定する過大時閾値より大きい過大時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行し、
前記バッテリ電力が急変する急変状態のとき、前記過大時閾値より小さい値とされる急変時閾値より前記バッテリ電力が大きい急変時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行する回転電機制御システム。 - 前記バッテリ電力急変推定手段は、前記バッテリ電力の変化率が大きいか否かを判定する判定閾値であるバッテリ電力急変閾値より前記バッテリ電力の変化率が大きい場合、若しくは、前記回転電機の回転速度の変化率が大きいか否かを判定する判定閾値である回転速度急変閾値より回転速度の変化率が大きい場合に、バッテリ電力が急変していると推定する請求項1記載の回転電機制御システム。
- 前記バッテリ電力導出手段は、前記回転電機の実回転速度と、前記回転電機に要求される要求トルクに基づいて前記バッテリ電力を導出する請求項1又は2記載の回転電機制御システム。
- 前記過大時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行するに、過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める過大時トルク制限値導出手段を備える請求項1〜3のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
- 前記急変時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める急変時トルク制限値導出手段を備える請求項1〜4のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
- 前記過大時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、過大時に許容できるバッテリ電力の最大値である過大時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める過大時トルク制限値導出手段と、
前記急変時に、前記トルク制限手段がトルク制限を実行する場合に、急変時に許容できるバッテリ電力の最大値である急変時制限電力に基づいて、トルク制限値を求める急変時トルク制限値導出手段とを備え、
前記過大時制限電力が、前記急変時制限電力より大きい請求項1〜3のいずれか一項記載の回転電機制御システム。 - モータとして働く前記回転電機のみを制御対象とし、
前記トルク制限値が、許容できるバッテリ電力の最大値である制限電力と、前記回転電機がモータとして働くために必要となるモータ損失とに基づいて導出される請求項4〜6のいずれか一項記載の回転電機制御システム。 - 発電機として働く第1回転電機とモータとして働く第2回転電機とを制御対象とし、
前記トルク制限値が、許容できるバッテリ電力の最大値である制限電力と、
前記第2回転電機がモータとして働くために必要となる電力と、
前記第1回転電機が発電機として働くために必要となる電力とに基づいて導出される請求項4〜6のいずれか一項記載の回転電機制御システム。 - 前記トルク制限値を求めるに、モータ回転速度の変化率と制御遅れに基づく係数との積と、現在のモータ回転速度との和として得られるモータ回転速度予測値に基づいて前記トルク制限値を求める請求項4〜6のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
- 前記トルク制限値を求めるに、発電機電力の変化率と制御遅れに基づく係数との積と、現在の発電機電力との和として得られる発電機推定電力予測値に基づいて前記トルク制限値を求める請求項9記載の回転電機制御システム。
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