(57)【要約】  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。  回転電機の出力トルクを制限するトルク制限手段と、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、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、前記トルク制限手段は、前記バッテリ電力が急変しない非急変状態における出力トルクの制限形態に対して、バッテリ電力急変推定手段により前記急変状態が推定された場合に、前記出力トルクの制限形態を変更する構成とする。
2009084359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記トルク制限手段は、前記バッテリ電力が急変しない非急変状態における出力トルクの制限形態に対して、前記バッテリ電力急変推定手段により前記急変状態が推定された場合に、前記出力トルクの制限形態を変更する回転電機制御システム。
【請求項２】
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請求項１記載の回転電機制御システム。
【請求項３】
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又は２記載の回転電機制御システム。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
【請求項５】
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２記載の回転電機制御システム。
【請求項６】
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２又は５記載の回転電機制御システム。
【請求項７】
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２記載の回転電機制御システム。
【請求項８】
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５〜７のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
【請求項９】
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５〜７のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
【請求項１０】
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の積算値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５〜７のいずれか一項記載の回転電機制御システム。
【請求項１１】
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の積算値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１０記載の回転電機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、バッテリＢと、回転電機としての交流モータＭ１と、バッテリと回転電機との間に介在され、回転電機を流れる電流を制御するインバータ１４を備えた電力負荷装置１００が示されている。
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。【０００３】
一方、今日、駆動源としてエンジンとモータとして働く回転電機とを備え、両者の何れか一方もしくは両方から駆動力を得て走行するハイブリッドシステムが実用の段階にある。この種のハイブリッドシステムの一例として、エンジンと一対の回転電機とを備え、エンジンから出力される駆動を、車輪側と一方の回転電機とに分配し、当該一方の回転電機において発電を行い、他方の回転電機で、車輪側に送られるエンジン駆動の不足分を補う、所謂、スプリット形態のハイブリッドシステムがある。このシステムでは、エンジンを最適燃費ラインに沿って動作することで、燃費の非常に高い走行を行うことができる。このシステムにあっては、他方の回転電機が主にモータとして働くこととなる。【０００４】
この形態のハイブリッドシステムでは、主に車輪を駆動させるためのトルクを発生する回転電機（先に説明した他方の回転電機でモータとして働く）と、主にエンジンの回転速度を制御する回転電機（先に説明した一方の回転電機で発電機として働く）とが、単一のバッテリにインバータを介して並列に接続される。そして、これら回転電機の制御に関して、モータとして働く回転電機と発電機として働く回転電機の消費電力の合計がバッテリの放電電力限界を超えないように制御される。
【特許文献１】ＷＯ２００３／０５６６９４号公報
【発明の開示】
【０００５】
上記のように、消費パワーの増加量にのみ基づいた制御を実行する場合は、増加量すなわち変化量が大きければ、モータとして働く回転電機のトルクを制限することとなり、トルク自体は小さく、制限をかける必要がない場合にもトルク制限を行う場合が発生し、本来、問題なく得られる駆動力が得られないという問題があった。
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。
【０００６】
さらに、例えば、モータとして働く回転電機と発電機として働く回転電機とを備えたシステムの場合、モータと発電機の出力の合計がバッテリの放電電力限界を超えないようにモータと発電機を制御するが、モータとして働く回転電機に対する制御がトルク制御とされるため、車輪スリップ時や、車輪空転時のようにモータの負荷トルクが急激に減少した場合には、モータの回転速度が急激に増加する。そのため、バッテリから電力が急激に持ち出され、バッテリとモータ間の素子に大きな電流が流れ、過電流となる虞がある。また、この状況では、バッテリにおいては、放電電力限界以上の電力を放電するため、バッテリの寿命の低下などの影響がある。
【０００７】
そして、先に説明したスプリット形態のハイブリッドシステムでは、モータとして働く回転電機の回転速度の増加により、発電機として働く回転電機の回転速度が減少するため、発電機側の回生電力が減少し、バッテリの持ち出し電力がさらに大きくなるという問題がある。
【０００８】
本願の一の目的は、バッテリからインバータを介して電力の供給を受け、モータとして働く回転電機に対する回転電気制御システムを構築するに、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システムを得ることにある。
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。
【０００９】
上記目的を達成するための、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の特徴構成は、
前記バッテリから供給することが必要と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、
前記トルク制限手段は、前記バッテリ電力が急変しない非急変状態における出力トルクの制限形態に対して、前記バッテリ電力急変推定手段により前記急変状態が推定された場合に、前記出力トルクの制限形態を変更する構成を採用することにある。
【００１０】
この構成の回転電機制御システムにあっては、バッテリ電力導出手段により、回転電機が回転速度及び出力トルクで働く場合に、バッテリから供給するバッテリ電力を導出し、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、バッテリ電力が急変する急変状態にあるかを推定する。
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。
【００１１】
このように出力トルクの制限形態を変更するに、
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ことが好ましい。
【００１２】
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。
【００１３】
本願にあっては、バッテリ電力の大きさが過大となる過大時、バッテリ電力が急変する急変時で、その時点におけるバッテリ電力の大きさが所定の値を超えている場合を問題とする。後者の急変時には、バッテリ電力の変化自体が大きい場合と、モータとして働く回転電機の回転速度が急変する場合とが含まれる（図５参照）。即ち、前述のバッテリ電力急変推定手段を構成するに、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構成を採用できる。
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。
【００１４】
以下、本願における過大時及び急変時における対応について、順に説明する。
【００１５】
１  過大時に対する対応
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。
【００１６】
２  急変時に対する対応
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。
【００１７】
２−２  モータとして働く回転電機の回転速度に基づく対応
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。
【００１８】
２−３  バッテリ電力自体もしくはモータとして働く回転電機の回転速度に基づく対応
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。
【００１９】
これまで説明してきた構成において、バッテリ電力導出手段によるバッテリ電力の導出は、回転電機の実回転速度と回転電機に要求される要求トルクに基づいて行うものとできるし、回転電機に要求される回転速度、トルクである要求回転速度、要求トルクが決まる場合は、要求回転速度、要求トルクによるものともできる。
【００２０】
さて、本願に係る回転電機制御システムは、モータとして働く回転電機を備えた車両駆動システム、あるいは、モータとして働く回転電機の他、発電機として働く回転電機を備えたハイブリッドシステムにも採用可能である。以下、それぞれシステムにおけるバッテリ電力の導出に関して説明する。
【００２１】
１  モータとして働く回転電機を備えた車両駆動システム
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。
【００２２】
２  モータとして働く回転電機の他、発電機として働く回転電機を備えたハイブリッドシステム
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。
【００２３】
これまでの説明にあっては、トルク制限において、どのようにトルク制限値を設定するかは説明しなかったが、過大時及び急変時のそれぞれにおいて、トルク制限値を以下のように導出して、設定し、モータとして働く回転電機のトルクを低下することで、過電流防止、バッテリからの過度の電力の持ち出し防止を図ることができる。
【００２４】
１  過大時
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。
【００２５】
２  急変時
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。
【００２６】
これまでの説明では、過大時制限電力と急変時制限電力との関係については、特に述べなかったが、過大時制限電力は実際に過大となっている状況でトルク制限をかける、急変時制限電力は過大となる可能性が高く、急激に過大となる可能性が高い状態に対応しているため、
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。
【００２７】
先にバッテリ電力に関しても説明したように、本願に係る回転電機制御システムは、モータとして働く回転電機を備えた車両駆動システム、あるいは、モータとして働く回転電機の他、発電機として働く回転電機を備えたハイブリッドシステムにも採用可能である。以下、それぞれシステムにおけるトルク制限値の導出に関し説明する。
【００２８】
１  モータとして働く回転電機を備えた車両駆動システム
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。
【００２９】
２  モータとして働く回転電機の他、発電機として働く回転電機を備えたハイブリッドシステム
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。
【００３０】
さて、先に説明した過大時閾値として、バッテリ電力が増大する場合に使用する過大時閾値上側と、バッテリ電力が減少する場合に使用する過大時閾値下側とを備える構成を採用することが好ましい。
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。
【００３１】
同様に、先に説明した急変時閾値として、バッテリ電力が増大する場合に使用する急変時閾値上側と、バッテリ電力が減少する場合に使用する急変時閾値下側とを備えることも好ましい。
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。
【００３２】
先に説明したトルク制限値の導出において、制御遅れを吸収する手法としては、現在値と予測値を使用することも可能である。
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の積算値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の積算値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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】は、本願に係る車両駆動システムの駆動系の概略を示す図
【図２】は、本願に係る車両駆動システムの回転電機制御系の概略を示す図
【図３】は、本願に係る車両駆動システムの全体の概略を示す図
【図４】は、昇圧コンバータ損出のマップを示す図
【図５】は、本願に係るトルク制限の概念を示す図
【図６】は、トルク制限処理のフローを示す図
【図７】は、急変時のトルク制限状態を示す図
【図８】は、急変時及び過大時のトルク制限状態を示す図
【図９】は、急変時閾値にヒステリシスを設けた場合の急変時のトルク制限状態を示す図
【図１０】は、急変時閾値及び過大時閾値にヒステリシスを設けた場合の急変時及び過大時のトルク制限状態を示す図
【図１１】は、発電機として働く回転電機を備えず、モータとして働く単一の回転電機を備えた駆動装置の構成を示す図
【図１２】は、図１１に示す駆動装置におけるトルク制限処理のフローを示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る回転電機制御システム１００の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。この回転電機制御システム１００は、図３にその全体を示す車両駆動システム２００に組み込まれて、車両駆動システム２００に備えられる回転電機ＭＧ１，ＭＧ２の運転制御の用を果す。【００３５】
図１はこの車両駆動システム２００の駆動系の概略を示す図であり、図２は、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を制御するために設けられるインバータＩｎを主とする回転電機制御系の概略を示す図である。図３は、本願独特の制御装置ＥＣＵを備えた車両駆動システム２００の全体の概要を示す図である。図３において、実線の矢印で各種情報の伝達経路、二重の実線で駆動力の伝達経路を、二重の破線で電力の伝達経路を示している。【００３６】
１−１．駆動系
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。【００３７】
この車両駆動システム２００は所謂ハイブリッドシステムであり、エンジンＥと車輪Ｗとの間に、ハイブリッド駆動装置１を備えて構成されている。エンジンＥとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種の内燃エンジンを用いることができる。【００３８】
ハイブリッド駆動装置１の入力軸Ｉは、エンジンＥのクランクシャフト等の出力回転軸に接続されている。なお、入力軸ＩがエンジンＥの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。出力は、ディファレンシャル装置Ｄ等を介して車輪Ｗに回転駆動力を伝達可能に接続されている。さらに、入力軸Ｉは動力分配機構Ｐ１のキャリアｃａに連結されており、車輪Ｗにディファレンシャル装置Ｄを介して接続される中間軸Ｍはリングギヤｒに連結されている。【００３９】
第１回転電機ＭＧ１は、ステータＳｔ１と、このステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ１と、を有している。この第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１は、動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓと一体回転するように連結されている。また、第２回転電機ＭＧ２は、ステータＳｔ２と、このステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ２とを有している。この第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、出力ギヤＯと一体回転するように連結され、ディファレンシャル装置Ｄの入力側に接続されている。第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、図１、図３に示すように、インバータＩｎを介してバッテリＢに電気的に接続されている。また、インバータＩｎは冷却水との熱交換により冷却される構造が採用されている。第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータとしての機能と、動力の供給を受けて電力を発生する発電機としての機能とを果すことが可能とされている。【００４０】
本例では、第１回転電機ＭＧ１は、主に動力分配機構Ｐ１のサンギヤｓを介して入力された駆動力により発電を行う発電機として機能し、バッテリＢを充電し、或いは第２回転電機ＭＧ２を駆動するための電力を供給する。ただし、車両の高速走行時には第１回転電機ＭＧ１はモータとして機能する場合もある。一方、第２回転電機ＭＧ２は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。また、車両の減速時等に、第２回転電機ＭＧ２は、車両の慣性力を電気エネルギとして回生する発電機として機能する。このような第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２の運転は、制御装置ＥＣＵから制御指令に従って行われる。【００４１】
図１に示すように、動力分配機構Ｐ１は、入力軸Ｉと同軸状に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分配機構Ｐ１は、複数のピニオンギヤを支持するキャリアｃａと、前記ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤｓ及びリングギヤｒとを回転要素として有している。サンギヤｓは、第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１と一体回転するように接続される。キャリアｃａは、入力軸Ｉと一体回転するように接続されている。リングギヤｒは、中間軸Ｍと一体回転するように接続されている。これにより、リングギヤｒは、中間軸Ｍを介してディファレンシャル装置Ｄに接続されている。【００４２】
１−２  回転電機制御系
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。【００４３】
上記のバッテリＢは、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２へ電力の供給が可能なものであるとともに、回転電機ＭＧ１，ＭＧ２から電力の供給を受けて蓄電可能でものである。【００４４】
インバータＩｎにおいて、電圧変換部４を成す電圧変換回路は、リアクトル４ａ、フィルタコンデンサ４ｂと、上下一対のスイッチング素子４ｃ，４ｄで構成されている。これら各スイッチング素子４ｃ，４ｄとして、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を採用できる。
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。【００４５】
周波数変換部５を成すインバータ回路は、上下両段のスイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを備えて構成されている。これら各スイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆとしても、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）を採用できる。
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。【００４６】
これらスイッチング素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆが、後述する回転電機制御手段１４から出力される要求回転速度、要求トルクに基づいてドライバー回路からＰＷＭ制御されることで、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を、要求回転速度、要求トルク（トルク制限を行う場合は制限トルク）で運転させる。回転電機ＭＧ１，ＭＧ２側から電力を受ける場合は、所定周波数の交流を直流に変換することとなる。【００４７】
インバータＩｎは、図３に模式的に示すように、通電によって発熱し高温となる各スイッチング素子４ｃ，４ｄ，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ，８ｆを降温するための熱交換器９を備えている。熱交換器９には、外側の一側面にスイッチング素子８ａ（他のスイッチング素子は図示省略）が密着固定され、内部に冷媒である冷却水が流通する冷却水通路９ａが形成されている。冷却水通路９ａの入口および出口には、冷却水循環路１０の一端および他端が接続されており、冷却水循環路１０は熱交換器９から送出される高温の冷却水を降温して、降温された冷却水を熱交換器９に戻す。【００４８】
１−３．車両駆動システム
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。【００４９】
本例では、センサとして、第１回転電機回転速度センサＳｅ１、第２回転電機回転速度センサＳｅ２、エンジン回転速度センサＳｅ３、バッテリ状態検出センサＳｅ４、車速センサＳｅ５、アクセル操作検出センサＳｅ６、第１回転電機電流センサＳｅ７及び第２回転電機電流センサＳｅ８が設けられている。【００５０】
第１回転電機回転速度センサＳｅ１は、第１回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１の回転速度を検出するためのセンサである。第２回転電機回転速度センサＳｅ２は、第２回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２の回転速度を検出するためのセンサである。エンジン回転速度センサＳｅ３は、エンジンＥの出力回転軸の回転速度を検出するためのセンサである。本例の場合、入力軸ＩはエンジンＥの出力回転軸と一体回転するので、このエンジン回転速度センサＳｅ３により検出されるエンジンＥの回転速度は入力軸Ｉの回転速度と一致する。バッテリ状態検出センサＳｅ４は、バッテリＢの充電量、バッテリを流れる電流及びバッテリの電圧等を検出するためのセンサである。車速センサＳｅ５は、車速を検出するためにディファレンシャル装置Ｄの入力軸（図示省略）の回転速度を検出するためのセンサである。アクセル操作検出センサＳｅ６は、アクセルペダル１８の操作量を検出するためのセンサである。第１回転電機電流センサＳｅ７及び第２回転電機電流センサＳｅ８は、インバータＩｎに備えられ、それぞれ第１回転電機ＭＧ１，第２回転電機ＭＧ２を流れる電流を検出する。【００５１】
制御装置ＥＣＵは、要求駆動力決定手段１１、走行条件決定手段１２、エンジン制御手段１３、回転電機制御手段１４を備えている。さらに、この制御装置ＥＣＵには、本願独特の構成の、所定の条件下でトルク制限を実行するトルク制限手段１５が設けられており、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が備えられている。【００５２】
制御装置ＥＣＵにおけるこれらの各手段は、ＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウエア又はソフトウエア（プログラム）或いはその両方により実装されて構成されている。【００５３】
要求駆動力決定手段１１は、車速センサＳｅ５及びアクセル操作検出センサＳｅ６からの出力に基づいて、運転者による要求駆動力を演算して取得決定する。
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。【００５４】
走行条件決定手段１２は、車速センサＳｅ５により得られる車速の情報、要求駆動力決定手段１１により得られる要求駆動力の情報及びバッテリ状態検出センサＳｅ４により得られるバッテリの充電量の情報等に従って、予め備えられているマップ等に従って、車両に要求される走行条件である、エンジンＥの回転速度（要求回転速度）及び出力トルク（要求トルク）、第１回転電機ＭＧ１及び第２回転電機ＭＧ２それぞれの回転速度（要求回転速度）及び出力トルク（要求トルク）を決定する。【００５５】
この走行条件決定手段１２における上記走行条件の決定例を例示的に説明すると、バッテリＢの蓄電量が充分である場合には、例えば、エンジンＥが最適燃費効率を発揮できる運転条件をエンジンＥに要求する回転速度及びトルクとし、このエンジンＥの運転条件では不足するトルクを第２回転電機ＭＧ２に要求されるトルクとし、さらに、動力分配機構Ｐ１により第１回転電機ＭＧ１側に分配されるトルクを第１回転電機ＭＧ１に要求されるトルク（この状態では第１回転電機ＭＧ１は発電機として働くため、要求トルクは負）とする。そして、前述の動力分配機構Ｐ１の構成及び駆動系に備えられるギヤのギヤ比等に従って、第１回転電機ＭＧ１、第２回転電機ＭＧ２が取るべき回転速度が要求回転速度として決定される。【００５６】
一方、バッテリＢの蓄電量が少なくなっており車両に制動がかかっている場合には、モータとして働く第２回転電機ＭＧ２の回転速度が抑えられた状態で、第１回転電機ＭＧ１で発電される電力を増加させるべく、エンジンＥ、第１回転電機ＭＧ１、第２回転電機ＭＧ２の運転条件を決定する。この場合、車両に制動がかかる状態で車輪Ｗの回転速度、ひいては第２回転電機ＭＧ２の回転速度は低下している。この状態でエンジン回転速度を上げることで、動力分配機構Ｐ１における遊星歯車の各ギヤの接続関係から、発電機として働く第１回転電機ＭＧ１の回転速度を上昇させる。その結果、第１回転電機ＭＧ１の発電量を増加させて、バッテリＢの充電を行うことができる。【００５７】
走行条件決定手段１２により決定されるエンジンＥに対する要求回転速度および要求トルクは、エンジン制御手段１３に送られ、エンジンＥが、これら要求回転速度、要求トルクを満たすように運転制御される。一方、第１回転電機ＭＧ１、第２回転電機ＭＧ２に対する要求回転速度及び要求トルクは、それぞれ回転電機制御手段１４に送られ、個々の回転電機に対する運転制御情報が生成され、要求回転速度に対応する周波数指令、要求トルクに対応する電流指令に変換されるとともに、インバータＩｎに送られ、ドライバー回路７を介して個々の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が運転制御される。【００５８】
さて、図３に示すように、回転電機制御手段１４にはインバータ電圧決定部１４ａが設けられている。先に示したように回転電機制御手段１４には走行条件決定手段１２から、各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に対する要求回転速度および要求トルクが送られてくる。一方、本例で採用するインバータＩｎは、共通の電圧変換部４を備え、その共通の電圧変換部４により電圧変換された直流電圧（この電圧をインバータ電圧と呼ぶ）が、周波数変換部５にかかる。そこで、回転電機制御手段１４では、個々の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２に要求される要求回転速度及び要求トルクから、インバータＩｎで回転電機ＭＧ１，ＭＧ２を制御するのに必要となる回転電機別の周波数及び電流値を求め、さらに各回転電機ＭＧ１，ＭＧ２別に必要となる直流電圧（この電圧をそれぞれ第１電圧、第２電圧と呼ぶ）を求める。そして、回転電機制御手段１４では、一対求められる第１電圧、第２電圧に基づいて、それらの高い方の電圧をインバータ電圧とする。
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。【００５９】
以上は、走行条件決定手段１２により決定される走行条件にそのまま従って、エンジンＥ及び一対の回転電機ＭＧ１，ＭＧ２が運転される場合の説明である。
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。【００６０】
１  バッテリ電力導出手段
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。【００６１】
このバッテリ電力は、以下にそれぞれ示す、モータ電力（式１）、発電機電力（式２）、昇圧コンバータ損失及びコンデンサチャージ電力（式３）の合算値として導出される。これらは全て推定値であり、以下に示す式に従って求められるが、一部（モータ損失、発電機損失、昇圧コンバータ損失）は、走行条件に応じて、予め求められているマップ等を利用して求める。これら値を、予め経験的に求められている推定式に基づいて求めるものとしてもよい。【００６２】
モータ電力〔Ｗ〕＝モータ要求トルク×モータ要求回転速度×２π／６０＋モータ損失：ここで、モータ損失は経験値を使用する・・・・・・・式１【００６３】
発電機電力〔Ｗ〕＝発電機要求トルク×発電機要求回転速度×２π／６０＋発電機損失：ここで、発電機損失は経験値を使用する・・・・・・・式２
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）。【００６４】
昇圧コンバータ損失は、本例のような電圧変換部４（昇圧部）を備える構成において、コンバータを挟んで電圧変化を行うことにより発生する損失である。
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。【００６５】
コンデンサチャージ電力は、平滑用コンデンサ１７（図２参照）の容量をＣ〔Ｆ〕、Δｔをタイムステップとして、以下の式に基づいて求められる。【００６６】
コンデンサチャージ電力＝
[Ｃ×（昇圧後電圧）2／２−Ｃ×（前回の昇圧後電圧）2／２]／Δｔ・・式３【００６７】
従って、バッテリ電力は、以下の式となる。
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【００６８】
２  バッテリ電力変化率導出手段
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。【００６９】
３  回転速度変化率導出手段
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。【００７０】
４  トルク制限判定手段
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。【００７１】
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、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。【００７２】
条件２（急変時）
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。【００７３】
ここで、バッテリ電力変化率の状況とは、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場合に、バッテリ電力からみて急変時に相当とするものである。
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。【００７４】
そして、条件１と条件２との関係について説明すると、先に説明した過大時閾値は急変時閾値より大きく設定されている。【００７５】
以上の判定によりトルク制限を実行する場合は、トルク制限値導出手段１５ｅが働き、その時点でのトルク制限値が求められる。
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。【００７６】
過大時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(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【００７７】
急変時トルク制限値導出手段
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。【００７８】
急変時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(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【００７９】
従って、過大時制限電力と急変時制限電力との関係は、前者が後者より大きくなる。
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。【００８０】
図６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。【００８１】
トルク制限判定手段１５ｄは、以上のようにして得られるバッテリ電力変化率及び回転速度変化率に基づいて、バッテリ電力変化率がバッテリ電力急変閾値以上か、回転速度変化率が回転速度急変閾値以上かの、いずれかの条件を満足するか否かを判定する（ステップ＃５）。このようにして、変化率の点からみた急変の発生が判定される。そして、いずれかの条件が満たされる場合（ステップ＃５：ｙｅｓ）は、バッテリ電力が急変時閾値以上かが判定される（ステップ＃６）。従って、バッテリ電力の大きさからみた急変の発生が判定される。そして、急変の発生が確認された場合（ステップ＃６：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＃７）、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＃８）。急変の発生が確認されない場合（ステップ＃６：ｎｏ）は、制限は行われることなく（ステップ＃９）、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。【００８２】
上記バッテリ電力変化率及び回転速度変化率からみて、いずれかの条件も満たされない場合（ステップ＃５：ｎｏ）は、バッテリ電力が過大時閾値以上かが判定される（ステップ＃１０）。従って、バッテリ電力の大きさからみた過大の発生が判定される。そして、過大の発生が確認された場合（ステップ＃１０：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＃１１）、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＃８）。過大の発生が確認されない場合（ステップ＃１０：ｎｏ）は、制限は行われることなく（ステップ＃９）、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。【００８３】
以上がトルク制限処理の処理フローに関する説明であるが、以下、図７、図８に基づいて、急変に基づいてトルク制限を行う場合、過大に基づくトルク制限を行う場合について説明する。
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。【００８４】
図７、８において、横軸は時間であり、縦軸は、下側から、図７にあっては、バッテリ電力急変フラグ、モータ回転速度急変フラグ、トルク制限フラグ、モータ回転速度、バッテリ電力、急変時閾値（急変時の判定に使用するバッテリ電力の閾値）、モータトルク指令値を示している。ここで、このモータトルク指令値は、これまで説明してきたモータとして働く回転電機に対する要求トルクに相当する。図８にあっては、バッテリ電力急変フラグ、モータ回転速度急変フラグ、トルク制限フラグ、モータ回転速度、バッテリ電力、急変時閾値、モータトルク指令値に加えて、過大時閾値（過大時の判定に使用するバッテリ電力の閾値）を示している。【００８５】
急変
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。【００８６】
図７の右側には、モータ回転速度、バッテリ電力が徐々に増加した状態を示している。この状態では、バッテリ電力が急変時閾値を超える状態でも、モータ回転速度及びバッテリ電力の急変が認められないため、トルク制限がかけられることはない。【００８７】
過大
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。【００８８】
図８の右側には、モータ回転速度及びバッテリ電力が急変することなく、バッテリ電力が過大となった状態を示している。図示する状態にあっては、モータ回転速度が徐々に増加し、バッテリ電力が過大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、バッテリ電力が過大時閾値を下回ることで、トルク制限が解消される。【００８９】
以上のようにして、トルク制限を急変時にかけるのみならず、過大時にもかけることにより、過電流の発生を防止することができるようになった。さらに、急変時にあっても、バッテリ電力自体の大きさに基づく判定を行うとともに、モータとして働く回転電機の回転速度の変化率に基づいて判定をも行うこととすることで、より一層の過電流防止を図ることができるようになった。【００９０】
〔別実施の形態〕
（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。【００９１】
このように、発電機として働く回転電機を備えない駆動装置にあっては、これまで説明してきた、各手段における導出式が下記のように変わることとなる。
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。【００９２】
このバッテリ電力は、以下に示すモータ電力（式１１）として導出される。【００９３】
モータ電力〔Ｗ〕＝モータ要求トルク×モータ要求回転速度×２π／６０＋モータ損失：ここで、モータ損失は経験値を使用する・・・・・・・・式１１【００９４】
従って、バッテリ電力は、以下の式となる。
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。【００９５】
２  バッテリ電力変化率導出手段
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。【００９６】
３  回転速度変化率導出手段
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。【００９７】
４  トルク制限判定手段
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。【００９８】
条件２（急変時）
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。【００９９】
ここで、バッテリ電力変化率の状況とは、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場合に、バッテリ電力からみて急変時に相当とするものである。
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。従って、先に説明したものと変わりはない。【０１００】
以上の判定によりトルク制限を実行する場合は、トルク制限値導出手段１５ｅが働き、その時点でのトルク制限値が求められる。
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。【０１０１】
過大時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(過大時制限電力−モータ損失)／[(２π／６０)×モータ回転速度]・・式１３【０１０２】
急変時トルク制限値導出手段
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。【０１０３】
急変時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(急変時制限電力−モータ損失)／[(２π／６０)×モータ回転速度]・・式１４【０１０４】
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）。【０１０５】
トルク制限判定手段１５ｄは、以上のようにして得られるバッテリ電力変化率及び回転速度変化率に基づいて、バッテリ電力変化率がバッテリ電力急変閾値以上か、回転速度変化率が回転速度急変閾値以上かの、いずれかの条件を満足するか否かを判定する（ステップ＃５５）。このようにして、変化率の点からみた急変の発生が判定される。そして、いずれかの条件が満たされる場合（ステップ＃５５：ｙｅｓ）は、バッテリ電力が急変時閾値以上かが判定される（ステップ＃５６）。従って、バッテリ電力の大きさからみた急変の発生が判定される。
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。【０１０６】
上記バッテリ電力変化率及び回転速度変化率からみて、いずれかの条件も満たされない場合（ステップ＃５５：ｎｏ）は、バッテリ電力が過大時閾値以上かが判定される（ステップ＃６０）。従って、バッテリ電力の大きさからみた過大の発生が判定される。
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。【０１０７】
以上の構成を採用することにより、単一のモータとして働く回転電機を備えた駆動装置において、バッテリに過電流が流れるのを良好に防止できる。
（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。【０１０８】
モータ回転速度予測値＝現在のモータ回転速度＋制御遅れ×モータ回転速度変化率
・・・・・・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【０１０９】
このように予測値を採用する場合は、過大時トルク制限値及び急変時トルク制限値を、前掲の式５、式６に代えて以下の式に基づいて求めることができる。【０１１０】
過大時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(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【０１１１】
急変時トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(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【０１１２】
このように予測値を使用することで、さらに確度の高い制御を行える。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
バッテリからインバータを介して電力の供給を受け、モータとして働く回転電機に対する回転電気制御システムを構築するに、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ができた。また、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ができた。
【図１】
2009084359.tif 000003
【図２】
2009084359.tif 000004
【図３】
2009084359.tif 000005
【図４】
2009084359.tif 000006
【図５】
2009084359.tif 000007
【図６】
2009084359.tif 000008
【図７】
2009084359.tif 000009
【図８】
2009084359.tif 000010
【図９】
2009084359.tif 000011
【図１０】
2009084359.tif 000012
【図１１】
2009084359.tif 000013
【図１２】
2009084359.tif 000014
【国際調査報告】
2009084359.tif 000015
2009084359.tif 000016