JP6381723B1 - 回転電機の制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ・ジェネレータ装置と車両制御装置との間で通信異常となっても発電機能を維持するとともに車両の挙動への影響を軽減することができる回転電機の制御装置を得る。
【解決手段】エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置９から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行い、車両制御装置９から受信した発電目標値に従って発電動作を行うモータ・ジェネレータ装置２と、車両制御装置からのトルク目標値および発電目標値を受信する通信状態を観測する監視手段６と、モータ・ジェネレータ装置のモータ部２１のモータ回転数を検出する回転数センサ２３を備え、監視手段が通信異常を検出した時に、モータ・ジェネレータ装置は回転数センサが検出したモータ回転数の変化に応じて発電動作における発電量を制御するようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、ハイブリッド自動車等に搭載されるモータ・ジェネレータ装置を有した回転電機の制御装置および制御方法に関するものである。

モータ・ジェネレータ装置を搭載したハイブリッド車両では、例えば特許文献１に示されるように、統合コントローラから各コントローラへの情報伝達が不能となる通信異常検出時に、統合コントローラからの指令に代えて各コントローラからの独立した指令によりモータ・ジェネレータ装置によりシステム動作を維持できる発電トルクを発生させる技術が知られている。

また、特許文献２には、エンジンに接続されるモータ・ジェネレータと、モータ・ジェネレータの発電目標値を設定する充放電コントローラと、充放電コントローラに通信自在に接続され、発電目標値に基づいてモータ・ジェネレータを制御するＩＳＧコントローラとを有し、ＩＳＧコントローラは、充放電コントローラとの通信異常が検出された場合に、メモリ部に記憶された電流上限値以下にモータ・ジェネレータの発電電流を制御することで、自律発電制御を実行させる車両電源装置が示されている。

特開２００７−１６８５６４号公報 特開２０１６−１９３６３１号公報

特許文献１で提示されたハイブリッド車両では、モータ・ジェネレータ装置とエンジン駆動系との間にクラッチ装置を備え、モータ・ジェネレータ装置が発生するトルクの伝達を制御するため、トルク伝達機構が高価になるという問題がある。
また、特許文献２で提示された車両用電源装置では、バッテリ充電のための発電電流、発電電圧のみを制御し、発電時に発生する制動トルクを考慮していないため、車両の駆動系に対して意図しない制動トルクが伝達するという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、通信異常検出時に、モータ・ジェネレータ装置が車両の動作を継続するために必要な所定の発電動作を継続するとともに、発電動作による発生するトルク変動が車両の挙動へ及ぼす影響を小さくする回転電機の制御装置および制御方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係わる回転電機の制御装置は、エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行ってエンジンの駆動軸に生成トルクを伝えるアシスト動作と、車両制御装置から受信した発電目標値に従って発電動作を行うモータ・ジェネレータ装置、車両制御装置からのトルク目標値および発電目標値を受信する通信状態を観測する監視手段、モータ・ジェネレータ装置のモータ部のモータ回転数を検出する回転数センサを備え、監視手段が通信異常を検出した時に、モータ・ジェネレータ装置は回転数センサが検出したモータ回転数が増加中は発電を停止し、モータ回転数が減少中あるいは定速走行中は予め設定した所定の発電量に制御するようにしたものである。

この発明に係わる回転電機の制御方法は、エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行ってエンジンの駆動軸に生成トルクを伝えるアシスト動作と、車両制御装置から受信した発電目標値に従って発電動作を行うモータ・ジェネレータ装置を備えた回転電機において、車両制御装置からのトルク目標値あるいは発電目標値を受信する通信状態を観測し、通信状態の異常を検出時にモータ・ジェネレータ装置はモータ回転数が増加中は発電を停止し、モータ回転数が減少中あるいは定速走行中は予め設定した所定の発電量に制御するようにしたものである。

この発明によれば、車両制御装置からモータ・ジェネレータ装置を制御するための指令を受ける通信状態に異常を検出したら、モータ・ジェネレータ装置は車両の動作を継続するために必要な発電動作を継続するよう、モータ回転数の変化に応じて発電量を制御するようにしているから、モータ・ジェネレータ装置が発電時に発生する発電トルク（制動力）が車両の加速動作へ影響しないという効果がある。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機の制御装置として、モータ・ジェネレータ装置を搭載したハイブリッド車両の好ましい形態の１つを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１に係わる回転電機の制御装置を示す概略構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る回転電機の制御装置および制御方法について図１および図２に基づいて説明する。各図において同一または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

図１は、実施の形態で説明する回転電機の制御装置において、モータ・ジェネレータ装置をハイブリッド車両に搭載する形態の１つを示す概略構成図である。
図１において、駆動系はバッテリ１、モータ・ジェネレータ装置２、ハイブリッド車両のエンジン３およびブレーキ装置４で構成され、制御系はバッテリ制御ＥＣＵ５、モータ制御部６、エンジン制御ＥＣＵ７、ブレーキ制御ＥＣＵ８、および上記したＥＣＵ等を統合制御する車両制御装置としての車両制御ＥＣＵ９で構成されている。

また、モータ・ジェネレータ装置２は、モータ部２１とインバータ部２２で構成され、モータ部２１はエンジン３の駆動軸との間で双方向のトルク伝達が行えるようになっている。
具体的には、モータ部２１は界磁型の三相モータで構成され、図示していないベルトによりモータ部２１の駆動軸とエンジン３の駆動系の間で双方向にトルク伝達が可能となるよう結合されており、モータ部２１が生成する駆動トルクおよび制動トルクはエンジン３の駆動系に伝達され、またエンジン３からの回転トルクはモータ部２１に伝えられる。

バッテリ制御ＥＣＵ５と、モータ制御部６と、エンジン制御ＥＣＵ７と、ブレーキ制御ＥＣＵ８と、車両制御ＥＣＵ（車両制御装置）９とは、互いに情報交換が可能な車載ネッワークであるＣＡＮ通信線１０を介して接続されている。
また、ブレーキ制御ＥＣＵ８にはブレーキペダル１１からの信号が入力されるようになっており、車両制御ＥＣＵ（車両制御装置）９にはアクセルペダル１２からの信号が入力されるようになっている。

図２はモータ・ジェネレータ装置２とモータ制御部６の構成を示すブロック図である。
図２において、モータ部２１には、モータ部２１のモータ回転数を測定するための角度センサ２３が設けられている。したがって角度センサ２３は回転数センサと称してもよい。
インバータ部２２は三相交流電流および界磁電流用のブリッジ回路により構成され、モータ制御部６からの制御信号に応じて三相交流電流および界磁電流を生成する。したがってインバータ部２２には、三相交流電流値および界磁電流値を計測する電流センサ２４が設けられ、更にバッテリ１からの入力電圧を計測する電圧センサ２５が設けられている。

モータ制御部６は、車載ネッワークであるＣＡＮ通信線１０に接続されたＣＡＮコントローラ６１と、角度センサ２３や電流センサ２４および電圧センサ２５からの信号を入力する信号入力部６２と、タイマ６３と、メモリ６４と、マイコン６５と、ＰＷＭ信号によりインバータ部２２を制御するＰＷＭコントローラ６６で構成されている。
マイコン６５は、電流値と電圧値およびモータ回転数を信号入力部６２経由で取得する。

次に、モータ・ジェネレータ装置２およびその制御装置であるモータ制御部６の動作について説明する。
車両制御ＥＣＵ９は、車載ネットワークのＣＡＮ通信線１０を介してモータ制御部６に対して、モータ・ジェネレータ装置２における目標トルク（トルク目標値）、および目標発電電圧（発電目標値）を指令し、モータ・ジェネレータ装置２の動作を制御する。

目標トルクは、車両制御ＥＣＵ９がブレーキペダル１１およびアクセルペダル１２の操作量から車両全体の目標加速力、あるいは制動力を設定し、車両の駆動時には駆動トルク目標値を、車両の制動時には制動トルク目標値を、それぞれトルク目標値として割り当てる。また、目標発電電圧は車両制御ＥＣＵ９がバッテリ制御ＥＣＵ５との通信によりバッテリ１の充電要否の判定を行い、バッテリ１の充電時には発電目標値を決定する（目標値の決定と通知）。

モータ制御部６は、ＣＡＮコントローラ６１経由で車両制御ＥＣＵ９から送信されるトルク目標値および発電目標値を受信する。マイコン６５は受信した目標値（トルク、電圧）から制御目標値（トルク、電圧）に変換し、制御目標値（トルク、電圧）を生成するために必要な三相交流電流、界磁電流を求め、三相電流、界磁電流のフィードバック制御を行う（駆動発電制御）。

モータ部２１の角度センサ２３はモータの回転角度を計測し、電流センサ２４が計測した三相電流値および界磁電流値と同様に、モータ制御部６の信号入力部６２へ入力される。マイコン６５はモータ回転角、三相電流値、界磁電流値を信号入力部６２より取得し、生成する三相交流電流、および界磁電流を制御するＰＷＭ信号のデューティを求め、ＰＷＭコントローラ６６に設定する。ＰＷＭコントローラ６６はＰＷＭ信号によりインバータ部２２を制御し、インバータ部２２からモータ部２１に三相交流電流および界磁電流を出力する（電流値の制御）。

バッテリ１はモータ・ジェネレータ装置２および車両に搭載された電気機器への電源供給を行う。バッテリ１の充電はモータ・ジェネレータ装置２が発電した電力により行う。この実施の形態ではバッテリ１は鉛バッテリで構成しているが、その他の二次電池や複数の二次電池の組み合わせにより構成しても良い（バッテリ充電）。

マイコン６５およびＣＡＮコントローラ６１は、通信信号の状態や車載ネットワークであるＣＡＮ通信線１０経由で送受信されるデータの状態により通信異常を検出する。本実
施の形態ではＣＡＮバス信号の天絡、地絡、ショート異常検出時と車両制御ＥＣＵ９からの正常データの受信間隔が規定時間を超えて途絶えた場合を通信異常と判定する（通信異常の検出）。
したがって、マイコン６５およびＣＡＮコントローラ６１は、車両制御ＥＣＵ（車両制御装置）９からのトルク目標値および発電目標値を受信する通信状態を観測する監視手段として機能している。

通信異常が検出された場合、モータ・ジェネレータ装置２は以下に示す動作を行う動作モードに遷移するように構成する。
（１）メモリ６４にはバッテリ１から車両に搭載した電気機器への電力供給を維持するために必要な電圧値を通信異常時の目標電圧値として事前に記録しておく。
（２）モータ・ジェネレータ装置２が駆動トルクを生成する動作中の場合は、駆動動作を停止し、発電動作が可能な状態に移行して待機する。
（３）マイコン６５は角度センサ２３からモータ回転角を取得し、取得したモータ回転角の変化量（モータ回転数）を求め、モータ回転数の変化量から車両の「加速中」、「減速中」、「定速走行中」を判定する。
（４）車両が減速中（モータ回転数が減少中）、あるいは定速走行中の場合のみ、マイコン６５はメモリ６４から通信異常時の目標電圧値を制御目標電圧値として設定した発電動作を行い、車両が加速中（モータ回転数が増加中）の場合には発電動作を停止する（通信異常時の動作）。

駆動動作の停止時、発電動作の停止時、および目標電圧値の変更時にはモータ・ジェネレータ装置２が発生するトルクの変化が車両の挙動に与える影響を考慮し、事前に規定したトルクの変化率以下となるように制御する（制御目標値の設定）。

以上のように実施の形態１の発明は、モータ・ジェネレータ装置２と車両制御装置９との通信状態が異常となっても、モータ・ジェネレータ装置２が角度センサ２３の出力からモータ回転数を検出し、モータ回転数から車両が減速中あるいは定速走行中と判定した場合に発電を行って、バッテリ電力の枯渇を防止するとともに、車両が加速中と判定した場合には発電を停止するため、モータ・ジェネレータ装置２が発電時に発生する発電トルク（制動力）が車両の加速動作へ影響しないという効果がある。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における回転電機の制御装置について説明する。
実施の形態１では、モータ制御部６が車両制御ＥＣＵ９との通信異常を検出した際に、モータ回転数から車両の加速中、減速中、定速走行中を判定し、車両が加速中と判定した場合には発電を停止するように構成したが、実施の形態２の発明は車両が加速中にも発電動作を行うようにしたものである。

実施の形態２では、モータ制御部６が車両制御ＥＣＵ９との通信異常を検出した際に、モータ回転数から車両の動作を加速中、減速中、定速走行中の３種類から判定し、メモリ６４に記録された通信異常時の目標発電電圧を元に加速中、減速中、定速走行中のそれぞれに目標発電電圧を設定し、発電動作を行うように構成する。この場合、車両が加速中（モータ回転数が増加中）には、目標発電電圧は減速中（モータ回転数が減少中）あるいは定速走行中に設定する発電電圧よりも低い発電電圧に設定するように構成する。
車両の動作を更に車両の加速度、減速度の大きさに応じて分類し、目標発電電圧を設定するように構成しても同様の効果を得ることができる。

以上のように実施の形態２の発明は、通信異常を検出した際に、車両が加速中にも発電動作を行うが、目標発電電圧は減速中あるいは定速走行中に設定する発電電圧よりも低い
発電電圧に設定するように構成することで、車両の加減速動作が変更された場合にモータ・ジェネレータ装置２が発生する発電トルク（制動力）の変動が車両への影響を軽減するという効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３における回転電機の制御装置について説明する。
実施の形態３におけるモータ制御部６のメモリ６４には、三相電流値および界磁電流値からモータ部２１が発生するトルク、あるいはトルクを求めるために必要なモータパラメータを事前に計測して記録している。マイコン６５は電流センサ２４により計測された相電流値および界磁電流値によりモータ部２１が発生するトルク（推定トルク）を求めるように構成されている。したがってマイコン６５は発電時の制動トルクを推定するトルク推定部としても機能する。
メモリ６４には通信異常時の目標発電電圧が加速中、減速中、定速走行中のそれぞれに目標発電電圧、発電時の制動トルクの許容最大値を記録している。

他の実施の形態と同様にモータ制御部６が車両制御ＥＣＵ９との通信異常を検出した際に、モータ回転数から車両の動作を加速中、減速中、定速走行中の３種類から判定し、加速中、減速中、定速走行中のそれぞれに目標発電電圧をメモリ６４から読出し、制御目標値として発電動作を行う。
マイコン６５は発電動作中にモータ部２１が発生するトルクの推定を行い、推定トルクがメモリ６４に記録された発電時の制動トルクの許容最大値を超えないように制御目標値を更新する。

以上のように実施の形態３の発明は、発電動作において流される電流値を元に発電トルクを推定し、推定した発電トルクが事前に定められた許容最大値を超えないように制御目標値を更新する構成であるため、発電動作によりモータが発生するトルクが生じても、車両の駆動軸に伝えられるトルクが車両の挙動に影響を与えない範囲となり、発電動作時の制動トルクが車両に与える影響を軽減できるという効果がある。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４における回転電機の制御装置について説明する。
実施の形態４におけるモータ制御部６のメモリ６４に記録する発電時の制動トルクの許容最大値（上限値）を、車両の全体イナーシャを元に発電動作時の制動トルクが車両に与える影響を事前に計測して設定されている。その他の構成は実施の形態３と同様である。

以上のように実施の形態４の発明は、発電動作において流される電流値を元に発電トルクを推定し、推定した発電トルクが車両のイナーシャに対して影響が少ないと評価できる範囲内となるように制御目標値を更新する構成であるため、発電動作時の制動トルクが車両に与える影響の軽減効果を車両毎に最適化できるという効果がある。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：バッテリ、２：モータ・ジェネレータ装置、３：エンジン、４：ブレーキ装置、
５：バッテリ制御ＥＣＵ、６：モータ制御部、７：エンジン制御ＥＣＵ、
８：ブレーキ制御ＥＣＵ、９：車両制御ＥＣＵ、１０：ＣＡＮ通信線、
１１：ブレーキペダル、１２：アクセルペダル、２１：モータ部、２２：インバータ部、２３：角度センサ（回転数センサ）、２４：電流センサ、２５：電圧センサ、
６１：ＣＡＮコントローラ、６２：信号入力部、６３：タイマ、６４：メモリ、
６５：マイコン（監視手段、トルク推定部）、６６：ＰＷＭコントローラ

Claims (6)

1. エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行って前記エンジンの駆動軸に生成トルクを伝えるアシスト動作と、前記車両制御装置から受信した発電目標値に従って発電動作とを行うモータ・ジェネレータ装置、
   前記車両制御装置からのトルク目標値および発電目標値を受信する通信状態を観測する監視手段、
   前記モータ・ジェネレータ装置のモータ部のモータ回転数を検出する回転数センサを備え、
   前記監視手段が通信異常を検出した時に、前記モータ・ジェネレータ装置は前記回転数センサが検出したモータ回転数が増加中は発電を停止し、前記モータ回転数が減少中あるいは定速走行中は予め設定した所定の発電量に制御することを特徴とする回転電機の制御装置。
2. エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行って前記エンジンの駆動軸に生成トルクを伝えるアシスト動作と、前記車両制御装置から受信した発電目標値に従って発電動作とを行うモータ・ジェネレータ装置、
   前記車両制御装置からのトルク目標値および発電目標値を受信する通信状態を観測する監視手段、
   前記モータ・ジェネレータ装置のモータ部のモータ回転数を検出する回転数センサを備え、
   前記監視手段が通信異常を検出した時に、前記モータ・ジェネレータ装置は前記モータ回転数が減少中あるいは定速走行中は予め設定した所定の発電量に制御し、前記モータ回転数が増加中は前記モータ回転数が減少中の発電量よりも低い発電量に制御することを特徴とする回転電機の制御装置。
3. 前記発電量は発電電圧であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の制御装置。
4. 前記発電量から発電時の制動トルクを推定するトルク推定部を備え、前記モータ回転数の変化量に応じて前記制動トルクを制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の制御装置。
5. 車両のイナーシャに応じて前記制動トルクの上限値を決定することを特徴とする請求項４に記載の回転電機の制御装置。
6. エンジンの駆動軸との間で双方向のトルク伝達を行うと共に、車両制御装置から受信したトルク目標値に従ってトルク生成を行って前記エンジンの駆動軸に生成トルクを伝えるアシスト動作と、前記車両制御装置から受信した発電目標値に従って発電動作とを行うモータ・ジェネレータ装置を備えた回転電機において、前記車両制御装置からのトルク目標値あるいは発電目標値を受信する通信状態を観測し、前記通信状態の異常を検出時に前記モータ・ジェネレータ装置はモータ回転数が増加中は発電を停止し、前記モータ回転数が減少中あるいは定速走行中は予め設定した所定の発電量に制御することを特徴とする回転電機の制御方法。

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