(57)【要約】【課題】直流電圧及び直流電流を発生する発電機と交流モータとの組み合わせで、モータトルクを制御する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とモータ回転速度Ｖｍとに基づいてモータ４が必要とするモータ必要電力Ｐｍを算出し、このモータ必要電力Ｐｍに基づいて発電機７の界磁を制御する。このとき、モータ必要電力Ｐｍから発電機７が出力すべき目標出力電力ＰＧを算出し、発電機７の実出力電力Ｐが目標出力電力ＰＧに一致するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。【選択図】      図１
2006206040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主駆動輪を駆動する内燃機関と、その内燃機関で駆動される発電機と、当該発電機の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、
前記交流モータが必要とするモータ必要電力を演算するモータ必要電力演算手段と、該モータ必要電力演算手段で算出されたモータ必要電力に基づいて、前記発電機が出力すべき目標出力電力を演算する目標出力電力演算手段と、該目標出力電力演算手段で算出された目標出力電力に基づいて、前記発電機の界磁を制御する界磁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。
【請求項２】
前記界磁制御手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から当該発電機の実出力電力を演算する出力電力演算手段と、該出力電力演算手段で算出された実出力電力が前記目標出力電力となるように、前記発電機の界磁を制御する発電機出力制御手段とを備え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。
【請求項３】
前記発電機の界磁電流を検出する界磁電流検出手段を有し、前記発電機出力制御手段は、前記実出力電力が前記目標出力電力となるように、前記界磁電流検出手段で検出された界磁電流をフィードバック制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項４】
前記発電機出力制御手段は、前記実出力電力が前記目標出力電力となるように、前記発電機の界磁電流駆動回路のＰＷＭデューティ比を制御するデューティ比制御手段を備えることを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項５】
前記デューティ比制御手段は、前記界磁電流駆動回路の電源電圧の大きさに応じて、前記ＰＷＭデューティ比を設定す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。
【請求項６】
前記界磁制御手段は、前記発電機の回転速度をパラメータとする発電電力特性に基づいて、前記発電機が前記目標出力電力を上回る電力を出力するように、前記発電機の目標界磁電流を演算する目標界磁電流演算手段を有し、前記発電機の界磁電流が前記目標界磁電流演算手段で算出された目標界磁電流となるように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。
【請求項７】
前記界磁制御手段は、前記交流モータが必要とする目標電圧を演算する電圧演算手段と、前記目標出力電力と前記目標電圧とに基づいて前記交流モータが必要とする目標電流を演算する電流演算手段とを有し、前記発電機の出力電圧及び出力電流が前記目標電圧及び前記目標電流となるように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。
【請求項８】
前記電圧演算手段は、トルク指令値とモータ回転数とに基づいて前記目標電圧を演算し、前記電流演算手段は、前記目標出力電力を前記目標電圧で除算することで前記目標電流を演算することを特徴とする請求項７に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項９】
前記界磁制御手段は、前記目標出力電力演算手段で演算された目標出力電力に基づいて、前記発電機の目標動作点を設定する目標動作点設定手段と、該目標動作点設定手段で設定された目標動作点に基づいて前記発電機の界磁を制御する発電機出力制御手段とを備え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。
【請求項１０】
前記目標動作点設定手段は、前記目標出力電力を出力可能な動作点のうち、前記発電機と前記交流モータとの総合効率が最大となる動作点を前記目標動作点として設定することを特徴とする請求項９に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１１】
前記目標動作点設定手段は、前記目標出力電力を出力可能な動作点のうち、前記発電機の出力電力効率が最大となる動作点を前記目標動作点として設定することを特徴とする請求項９に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１２】
前記目標動作点設定手段は、トルク指令値とモータ回転数とに基づいて、前記目標出力電力を出力するために前記発電機が最低必要とする最低必要電圧を演算する最低必要電圧演算手段と、発電機回転数に基づいて、前記目標出力電力を前記発電機が安定して出力可能な安定限界電圧を演算する安定限界電圧演算手段とを有し、前記最低必要電圧と前記安定限界電圧とのうち大きい方の電圧値に基づいて前記目標動作点を設定することを設定することを特徴とする請求項９に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１３】
前記発電機出力制御手段は、前記発電機の出力電圧が前記目標動作点の電圧となるように前記発電機の界磁を制御することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１４】
前記発電機出力制御手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定される動作点を含む現在の発電機出力特性線が、前記目標動作点を含む目標の発電機出力特性線となるように前記発電機の界磁を制御することを特徴とする請求項９〜１２の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１５】
前記発電機出力特性線は線形な線であり、前記発電機出力制御手段は、前記現在の発電機出力特性線の切片が前記目標の発電機出力特性線の切片となるように前記発電機の界磁を制御することを特徴とする請求項１４に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１６】
前記目標出力電力演算手段は、前記発電機を駆動するベルトの伝達可能トルクの上限に相当する電力制限値により、前記目標出力電力に上限を設けることを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１７】
前記目標出力電力演算手段は、内燃機関の負荷過大による運転性劣化を防止する電力制限値により、前記目標出力電力に上限を設けることを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主駆動軸を駆動する内燃機関（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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開２００１−２３９８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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、この場合バッテリのような安定化電源が必要となる。電動式４ＷＤでこのような安定化電源を採用する場合、例えば５０Ｖ以上の出力電圧を発生できる専用バッテリが必要となり、コストや搭載性面で不利とな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、モータトルクを制御する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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、モータ必要電力演算手段で交流モータが必要とするモータ必要電力を演算し、該モータ必要電力演算手段で算出されたモータ必要電力に基づいて、目標出力電力演算手段で発電機が出力すべき目標出力電力を演算し、該目標出力電力演算手段で算出された目標出力電力に基づいて、界磁制御手段で前記発電機の界磁を制御する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、交流モータが必要とする電力から発電機が出力すべき目標出力電力を算出し、発電機の出力電力が目標出力電力となるように制御するので、発電機と交流モータとの組み合わせで、モータトルクを制御することができ、搭載性の向上と４ＷＤ性能の向上を図ることができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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、内燃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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
図２は発電機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、図２（ａ）に示すように、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。
【００１１】
なお、界磁電流駆動回路は、図２（ｂ）に示すように界磁電流電源として車両の１４Ｖバッテリ７ａのみ（他励領域のみ）を適用するようにしてもよい。
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
４ＷＤコントローラ８は、図３に示すように、目標モータトルク演算部８Ａ、モータ必要電力演算手段としてのモータ必要電力演算部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を備える。
目標モータトルク演算部８Ａ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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３のモータ必要電力演算部８Ｂは、前記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とモータ回転速度Ｖｍとに基づいて、次式をもとにモータ４に必要な電力Ｐｍを算出する。
Ｐｍ＝Ｔｔ×Ｖｍ  ………（２）
モータ制御部８Ｄは、トルク指令値Ｔｔ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。
【００２０】
ＴＣＳ制御部８Ｅ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８Ｆ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。
【００２１】
図６は、発電機７の発電制御を行う発電機制御部８Ｃの詳細を示すブロック図である。
この発電機制御部８Ｃは、目標発電電力演算部１０１と、発電電力制限部１０２と、目標発電電力決定部１０３と、発電電力制御部１０４とで構成され、発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。
目標発電電力演算部１０１では、前述したモータ必要電力演算部８Ｂ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。
【００２２】
発電電力制限部１０２では、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。
【００２３】
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。
そして、目標発電電力演算部１０１及び発電電力制限部１０２の演算結果が目標発電電力決定部１０３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。
この目標出力電力ＰＧが発電電力制御部１０４に入力され、発電電力制御部１０４で発電機７が目標出力電力ＰＧを出力するように実出力電力Ｐを制御する。
【００２４】
この図６において、目標発電電力演算部１０１、発電電力制限部１０２及び目標発電電力決定部１０３の処理が目標出力電力演算手段に対応し、発電電力制御部１０４の処理が界磁制御手段に対応している。
図７は、第１の実施形態における発電電力制御部１０４を示すブロック図である。この第１の実施形態における発電電力制御部１０４では、目標出力電力ＰＧと実出力電力Ｐとの偏差が零になるように、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ものである。
【００２５】
先ず、実電力演算部２０１に発電機電圧センサからの出力電圧Ｖｄｃと発電機電流センサからの出力電流Ｉｄｃとが入力され、これらの値を乗算することにより実出力電力Ｐ（＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃ）を算出する。
そして、この実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差ΔＰがＰＩＤ制御部２０２に入力され、ＰＩＤ制御部２０２は、偏差ΔＰが零となるような目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
【００２６】
また、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２０３に出力する。ＰＩＤ制御部２０３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、発電機７の実出力電力Ｐは目標出力電力ＰＧに一致することになる。この図７において、実電力演算部２０１の処理が出力電力演算手段に対応し、ＰＩＤ制御部２０２及び２０３の処理が発電機出力制御手段に対応している。
【００２７】
このように、上記第１の実施形態では、モータが必要とする電力から発電機が出力すべき目標出力電力を算出し、発電機の出力電圧と出力電流とから算出される実出力電力が当該目標出力電力となるように発電機の界磁電流を制御するので、発電機はモータが必要とする電力を適切に供給することができ、モータは適切にトルクを出力することができる。
さらに、発電機の界磁電流をモニタしておき、この実界磁電流が目標界磁電流に追従するようにフィードバック制御するので、確実に発電電力を目標電力に追従させることができる。
【００２８】
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、発電機の界磁電流をＰＷＭ制御することで、目標出力電力と実出力電力との偏差を零にするようにしたものである。
図８は、第２の実施形態における発電電力制御部１０４を示すブロック図である。
先ず、前述した第１の実施形態と同様に、実電力演算部２０１で実出力電力Ｐを算出し、この実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差ΔＰをＰＩＤ制御部２０４に出力する。ＰＩＤ制御部２０４は、偏差ΔＰ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、ＰＧ＞ＰであるときＰＷＭデューティ比Ｄを増加し、ＰＧ＜ＰであるときＰＷＭデューティ比Ｄを減少する。
【００２９】
例えば、以下のようなＰＩＤ制御を施す。
Ｄ＝α×（ＰＧ−Ｐ）＋β×∫（ＰＧ−Ｐ）  ………（５）
図９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。
【００３０】
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。
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２０５で制御することで、界磁電流Ｉｆｇを制御することができ、結果として発電機７の実出力電力Ｐを目標出力電力ＰＧに制御することができる。
【００３１】
この図８の処理において、ＰＩＤ制御部２０４及びＰＷＭ駆動部２０５の処理がデューティ比制御手段に対応している。
このように、第２の実施形態では、発電機の界磁電流をＰＷＭ制御するので、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、実出力電力と目標出力電力の大きいループで制御することができるので、前述した第１の実施形態のように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。
【００３２】
ところで、上述した第２の実施形態は、低コストを実現できる最適構成であるが、発電機の制御性では一部の問題がある。すなわち、発電機電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以下の場合、ＰＷＭデューティ比Ｄは界磁電流Ｉｆｇとほぼ比例関係にあるが、発電機電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂより大きい場合、界磁電源電圧Ｖｆが増大するため、同じデューティ比Ｄでも界磁電流Ｉｆｇは大きくなる。言い換えれば、発電機電圧Ｖｇが高い領域で低電圧時と同じ界磁電流Ｉｆｇを発生させるためには、ＰＷＭデューティ比Ｄを小さくする必要がある。
【００３３】
ところが、上述した第２の実施形態では、実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの大小関係のみに基づいてＰＷＭデューティ比Ｄの増減を決定しており、界磁電源電圧Ｖｆの大きさを考慮していない。そのため、例えば図１０に示すように、Ｖｇ≦Ｖｂでのある制御点ａからＶｇ＞Ｖｂでの制御点ｂに遷移するとき、曲線Ａに示すような状態遷移となり、発電出力のオーバーシュートと出力変動が発生するという問題がある。
【００３４】
そこで、本発明の第３の実施形態では、上記課題に対して改良を加え、制御点ａから制御点ｂに遷移するとき、曲線Ｂに示すような状態遷移となるようにする。
この第３の実施形態は、前述した第２の実施形態において、界磁電源電圧の大きさに応じてＰＷＭデューティ比の重み設定を変更するようにしたものである。
【００３５】
すなわち、第３の実施形態における発電電力制御部１０４のブロック図を図１１に示すように、前述した第２の実施形態におけるＰＩＤ制御部２０４を界磁電源電圧Ｖｆの大きさに応じてＰＷＭデューティ比の重み設定を変更してＰＷＭデューティ比Ｄを出力するＰＩＤ制御部２０６に置換したことを除いては、図８と同様の構成を有し、同様の構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
ＰＩＤ制御部２０６では、前述した第２の実施形態と同様に、実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差ΔＰが入力され、前記（５）式に示すＰＩＤ制御を施してＰＷＭデューティ比Ｄを出力する。
このとき、界磁電源電圧Ｖｆの大きさに応じてα特性を変更する。即ち、本実施形態におけるα特性を図１２に示すように、界磁電源電圧Ｖｆが所定値より小さいときにはαをα１に設定し、界磁電源電圧Ｖｆが所定値以上であるときにはα１より小さいα２に設定する。
【００３７】
これにより、発電機電圧Ｖｇが大きい領域では、フィードバック制御におけるＰＷＭデューティ比Ｄの重みを低電圧時と比較して小さく設定することができ、目標の界磁電流を発生させるためのＰＷＭデューティ比Ｄを適切に制御することができる。したがって、例えば、図１０において制御点ａから制御点ｂに遷移するとき、曲線Ｂに示すような状態遷移とすることができる。
【００３８】
このように、上記第３の実施形態では、発電機電圧の大きさに応じてＰＷＭデューティ比の重み設定を変更するようにしたので、発電機電圧が高い領域では発電機電圧が低い領域と比較してＰＷＭデューティ比を小さく設定することができ、前述した第２の実施形態のように発電出力のオーバーシュートと出力変動が発生するという問題が生じることなく、適切な制御を行うことができる。
【００３９】
なお、上記第３の実施形態においては、界磁電源電圧Ｖｆに応じてα特性を変更す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、発電機電圧Ｖｇに応じてα特性を変更するようにしてもよい。
また、上記第３の実施形態においては、α特性を図１２に示すように設定す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い。すなわち、Ｖｇ＞Ｖｂでの界磁電流Ｉｆｇ＝ａ×Ｖｆ×Ｄの関係より、図１３（ａ）に示すように、発電機電圧Ｖｇが大きいほどＰＷＭデューティ比Ｄの寄与度が比例的に小さくなるように設定してもよい。
【００４０】
また、図１３（ｂ）に示すように、発電機電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂ以下のとき、αを所定値に固定し、発電機電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂを超えて大きくなるにしたがってαが比例的に小さくなるように設定してもよい。
さらに、上記第３の実施形態においては、界磁電源電圧の大きさに応じてα特性のみを変更す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、β特性も変更するようにしてもよい。
【００４１】
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、界磁電源電圧とＰＷＭデューティ比との乗算値をフィードバック制御するようにしたものである。
すなわち、第４の実施形態における発電電力制御部１０４のブロック図を図１４に示すように、前述した第２の実施形態におけるＰＩＤ制御部２０４を界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティ比Ｄとの積（Ｖｆ×Ｄ）をフィードバック制御してＰＷＭデューティ比Ｄを出力するＰＩＤ制御部２０７に置換したことを除いては、図８と同様の構成を有し、同様の構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
ＰＩＤ制御部２０７では、実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差ΔＰが入力され、下記（６）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×（ＰＧ−Ｐ）＋β×∫（ＰＧ−Ｐ）
Ｄ＝｛α×（ＰＧ−Ｐ）＋β×∫（ＰＧ−Ｐ）｝／Ｖｆ  ………（６）
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。
【００４３】
このように、上記第４の実施形態では、界磁電源電圧とＰＷＭデューティ比との積をフィードバック制御するので、実質的に界磁電流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、前述した第３の実施形態のようにα特性の変更マップを設けることなく、界磁電源電圧が大きい領域では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、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。
【００４４】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
この第５の実施形態は、発電機の回転速度をパラメータとする発電電力特性から、発電電力を制御するようにしたものである。
すなわち、第５の実施形態における発電電力制御部１０４のブロック図を図１５に示すように、前述した図７に示す第１の実施形態における実電力演算部２０１を削除し、ＰＩＤ制御部２０２を発電機７の回転速度ωｇと目標出力電力ＰＧとに基づいて目標界磁電流Ｉｆｔを出力する目標界磁電流演算部２０８に置換したことを除いては、図７と同様の構成を有し、同様の構成を有する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
４ＷＤコントローラ８は、予め図１６に示すような発電機７の回転速度毎の出力特性マップを格納しており、目標界磁電流演算部２０８では、先ず発電機７の回転速度ωｇに対応する出力特性マップを検索する。
この出力特性マップは、横軸に出力電流、縦軸に出力電圧をとり、所定の回転速度ωｇで界磁電流Ｉｆｇが一定のときに発電機７が出力する電流と電圧とを示す図であり、きめ細かく微小回転速度毎（例えば、１００ｒｐｍ毎）に設定する。
【００４６】
現在の回転速度ωｇでの出力特性マップが検索されると、図１７に示すように、目標出力電力ＰＧをもとに決定される電力一定線Ｐ１に応じて、余裕を持って目標出力電力ＰＧを供給できる界磁電流値ＩｆＦを算出する。
具体的には、電力一定線Ｐ１において目標出力電力ＰＧを供給するのに効率の良い範囲Ｐ２を決定し、これを制御に使用する電圧・電流範囲とする。そして、この範囲をある程度の余裕を持ってカバーできる特性（３）を選択する。つまり、目標出力電力ＰＧを効率良く出力するための電圧及び電流を、余裕を持って出力することができる界磁電流値が選択される。
【００４７】
次に、この特性（３）に相当する界磁電流値ＩｆＦを目標界磁電流Ｉｆｔとして出力する。なお、余裕が大きすぎる特性（４）〜（６）は、界磁電流増大による電力消費を生じる可能性があるため適切でない。
このようにして選択された目標界磁電流Ｉｆｔと界磁電流センサにより検出された実界磁電流Ｉｆｇとの偏差が零となるように制御することにより、実出力電力Ｐが目標出力電力Ｐｇに制御される。
【００４８】
この図１５の処理において、目標界磁電流演算部２０８の処理が目標界磁電流演算手段に対応している。
このように、上記第５の実施形態では、発電機の回転速度をパラメータとする発電電力特性から発電機の界磁電流を制御するので、適切な発電制御を行ってモータに必要な電力を供給することができる。
また、発電電力特性から発電機の電力が効率良く出力できるような界磁電流を選択するので、界磁電流が低すぎてトルクが出せなかったり、界磁電流が高すぎて電力消費が生じたりすることを確実に防止することができる。
【００４９】
なお、上記第５の実施形態においては、目標界磁電流演算部２０８で算出された界磁電流値ＩｆＦをそのまま目標界磁電流Ｉｆｔとして出力す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、発電機特性のばらつきや温度変化等による特性変化を考慮し、図１８に示すように、目標界磁電流演算部２０８で算出された界磁電流値ＩｆＦをＦＦ項とし、且つ実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差による修正を加えるようにしてもよい。
【００５０】
この場合、目標界磁電流演算部２０８の後にＰＩ制御部２０９を設け、このＰＩＤ制御部２０９で次式に示すフィードバック制御を施して、目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
Ｉｆｔ＝ＩｆＦ＋Ａ×（ＰＧ−Ｐ）＋Ｂ×∫（ＰＧ−Ｐ）  ………（７）
ここで、実出力電力Ｐは、前述した第１〜第４の実施形態と同様に、発電機電圧センサ値と発電機電流センサ値とを乗算して求める。
【００５１】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。
この第６の実施形態は、前述した第５の実施形態において、発電機の界磁電流をＰＷＭ制御するようにしたものである。
図１９は、第６の実施形態における発電電力制御部１０４を示すブロック図である。
先ず、前述した第５の実施形態と同様に、目標界磁電流演算部２０８で目標界磁電流Ｉｆｔを算出し、この目標界磁電流Ｉｆｔと界磁電流換算値との偏差ΔＩｆｔをＰＩＤ制御部２１０に出力する。そして、ＰＩＤ制御部２１０では、この偏差ΔＩｆｔが零となるようなＰＷＭデューティ比Ｄを出力する。
【００５２】
ここで、前述したように界磁電流Ｉｆｇ＝ａ×Ｖｆ×Ｄで表されるので、目標界磁電流Ｉｆｔは、目標ＰＷＭデューティ比をＤｔとするとＩｆｔ＝ａ×Ｖｆ×Ｄｔで表される。したがって、（Ｖｆ×Ｄ）を界磁電流に見立てた界磁電流換算値としてフィードバック制御することで、実質的に界磁電流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。
【００５３】
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２１１で制御することで、界磁電流Ｉｆｇを制御する。
このように、上記第６の実施形態では、前述した第５の実施形態のように、界磁電流センサを設けることなく界磁電流をフィードバック制御することができ、コストを削減することができる。
【００５４】
なお、上記第６の実施形態においては、目標界磁電流演算部２０８で算出された界磁電流値ＩｆＦをそのまま目標界磁電流Ｉｆｔとして出力す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、発電機特性のばらつきや温度変化等による特性変化を考慮し、図２０に示すように、目標界磁電流演算部２０８で算出された界磁電流値ＩｆＦをＦＦ項とし、且つ実出力電力Ｐと目標出力電力ＰＧとの偏差による修正を加えるようにしてもよい。
【００５５】
この場合、界磁電流指令演算部２０８の後にＰＩ制御部２１２を設け、このＰＩ制御部２１１で、次式で表されるＰＩ制御を施して、目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
Ｉｆｔ＝ＩｆＦ＋Ａ×（ＰＧ−Ｐ）＋Ｂ×∫（ＰＧ−Ｐ）  ………（８）
ここで、実出力電力Ｐは、前述した第１〜第４の実施形態と同様に、発電機電圧センサ値と発電機電流センサ値とを乗算して求める。
【００５６】
次に本発明の第７の実施形態について説明する。
この第７の実施形態は、モータが必要とする目標電圧及び目標電流に基づいて、発電機の界磁を制御するようにしたものである。
すなわち、第７の実施形態における発電機制御部８Ｃの詳細を図２１に示すように、発電機制御部８Ｃは、目標発電電力演算部３０１、目標電圧演算部３０２、目標電流演算部３０３、目標界磁電流演算部３０４、界磁電流制御部３０５で構成され、モータ４が必要とする目標電圧及び目標電流に基づいて、マップを用いて発電機７の目標界磁電流Ｉｆｔを算出し、実際の界磁電流Ｉｆｇが当該目標界磁電流Ｉｆｇとなるように制御する。
【００５７】
目標発電電力演算部３０１は、前述したモータ必要電力演算部８Ｂ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が出力すべき目標出力電力ＰＧを算出する。
ＰＧ＝Ｐｍ／Иｍ  ………（９）
ここで、Иｍはモータ効率である。
【００５８】
目標電圧演算部３０２は、トルク指令値Ｔｔとモータ回転数Ｎｍとに基づいて、予め格納されたマップを参照して、モータが必要とする目標電圧Ｖｄｃ*を算出する。
目標電流演算部３０３は、前記目標発電電力演算部３０１で算出された目標出力電力ＰＧと前記目標電圧演算部３０２で算出された目標電圧Ｖｄｃ*とに基づいて、次式をもとにインパータ９が必要とする電流即ち発電機７が出力すべき目標電流Ｉｄｃ*を算出する。
Ｉｄｃ*＝ＰＧ／Ｖｄｃ*  ………（１０）
目標界磁電流演算部３０４は、発電機７の出力電圧及び出力電流が目標電圧Ｖｄｃ*及び目標電流Ｉｄｃ*となるように界磁電流Ｉｆｇを制御するための制御信号を出力する。具体的には、出力電圧、出力電流及び界磁電流をパラメータとする発電機特性マップを用いる。
【００５９】
図２２（ａ）は発電機の自励特性図である。自励の場合は界磁電流を発電機自身で発生した電圧を利用して流すため、発電機特性は界磁電流そのものでなく、界磁電流駆動回路にかける電圧のデューティ比をパラメータとする。つまり、この発電機特性は、発電機界磁電流の駆動回路のパルス幅が一定であるときに発電機７が出力する電圧と電流とを示している。
【００６０】
また、図２２（ｂ）は発電機の他励特性図である。他励の場合は界磁電圧を他の電源から与えることにより界磁電流を流すため、界磁電流そのものをパラメータとする。つまり、この発電機特性は、発電機界磁電流が一定であるときに発電機７が出力する電圧と電流とを示している。
つまり、自励動作を行った場合は、図２２（ａ）に示す自励特性図を参照し、目標電圧Ｖｄｃ*と目標電流Ｉｄｃ*とに基づいて、発電機７の出力電圧及び出力電流が目標電圧Ｖｄｃ*及び目標電流Ｉｄｃ*となるような特性（２）を選択する。そして、この特性（２）に相当する界磁駆動パルス幅に基づいて、界磁電流Ｉｆｇを制御するためのＰＷＭデューティ比Ｄを出力する。
【００６１】
また、他励動作を行った場合は、図２２（ｂ）に示す他励特性図を参照し、目標電圧Ｖｄｃ*と目標電流Ｉｄｃ*とに基づいて、発電機７の出力電圧及び出力電流が目標電圧Ｖｄｃ*及び目標電流Ｉｄｃ*となるような特性（３）を選択する。そして、この特性（３）に相当する界磁電流を目標界磁電流Ｉｆｔとして出力する。
界磁電流制御部３０５は、前記目標界磁電流演算部３０４から出力されるＰＷＭデューティ比Ｄ又は目標界磁電流Ｉｆｔに基づいて、実界磁電流Ｉｆｇを制御する。
これにより、発電機７は目標電圧Ｖｄｃ*及び目標電流Ｉｄｃ*に一致するような電圧及び電流を出力することになる。
【００６２】
この図２１において、目標発電電力演算部３０１の処理が目標出力電力演算手段に対応し、目標電圧演算部３０２の処理が電圧演算手段に対応し、目標電流演算部３０３の処理が電流演算手段に対応している。
このように、上記第７の実施形態では、モータが必要とする電圧及び電流を発電機で発生するように界磁を制御するので、モータで消費する電力と発電機で発生する電力とのバランスをとることができ、システムのロスを抑制して適切な動作点で動作することができる。
【００６３】
なお、上記第７の実施形態においては、目標電圧演算部３０２でトルク指令値Ｔｔとモータ回転数Ｎｍとに基づいてマップを参照して目標電圧Ｖｄｃ*を算出す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、モータ制御部８Ｄのベクトル制御において、トルク指令値Ｔｔに基づいて算出されるｄ軸電圧指令値Ｖｄｒとｑ軸電圧指令値Ｖｑｒとのベクトル和により目標電圧Ｖｄｃ*を算出するようにしてもよい。
また、上記第７の実施形態においては、目標発電電力演算部３０１で前記（９）式をもとに目標出力電力ＰＧを算出す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、前述した第１〜第６の実施形態のように、電力制限値ＰＬ１及びＰＬ２を設けて目標出力電力ＰＧを算出するようにしてもよい。
【００６４】
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。
この第８の実施形態は、発電機の目標出力電力に基づいて当該発電機の目標動作点を算出し、この目標動作点に基づいて発電機の界磁を制御するようにしたものである。
すなわち、第８の実施形態における発電機制御部８Ｃの詳細を図２３に示すように、図６に示す発電機制御部８Ｃにおける目標発電電力決定部１０３の後に発電機７の目標動作点を設定する目標動作点設定部１０５を追加し、発電電力制御部１０４を目標動作点設定部１０５で設定された目標動作点に基づいて発電機７の界磁を制御する発電電力制御部１０６に置換したことを除いては図６と同様の処理を行い、図６と同様の処理を行う部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６５】
目標動作点設定部１０５では、先ず目標発電電力決定部１０３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Ｔｔを算出する。
Ｔｔ＝（ＰＧ×Иｍ）／Ｖｍ  ………（１１）
次に、このモータトルク指令値Ｔｔ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２４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。
つまり、この目標動作点設定部１０５では、目標出力電力ＰＧを出力可能な発電機動作点のうち、効率が最大となる動作点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定することになる。
【００６６】
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Ｖmax（例えば、６０Ｖ）や上限電流Ｉmax（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Ｖmax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Ｉmax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。
そして、このようにして求められた目標電圧Ｖｔが発電電力制御部１０６に入力され、発電電力制御部１０６で発電機７の出力電圧Ｖが目標電圧Ｖｔとなるように界磁電流Ｉｆｇを制御する。
【００６７】
図２５は、発電電力制御部１０６の詳細を示すブロック図である。この発電電力制御部１０６では、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖ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ものである。
先ず、発電機電圧センサからの出力電圧Ｖと目標電圧Ｖｔとの偏差ΔＶがＰＩＤ制御部２２１に入力され、ＰＩＤ制御部２２１は、偏差ΔＶが零となるような目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
【００６８】
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２２２に出力する。ＰＩＤ制御部２２２は、偏差ΔＩｆが零となるように実界磁電流Ｉｆｇを制御する。
【００６９】
これにより、発電機７の出力電圧Ｖは目標電圧Ｖｔに一致することになる。つまり、発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉから決定される現在の動作点が目標動作点に一致し、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Ｔｔ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。
【００７０】
図２３の処理において、目標動作点設定部１０５が目標動作点設定手段に対応している。
このように、上記第８の実施形態では、目標出力電力を出力可能な動作点のうち、発電機効率とモータ効率とをあわせた総合効率の良い動作点を目標動作点として発電機を制御するので、発電機及びインバータを効率の良い動作点で動作させることができる。
また、発電機の界磁電流をモニタしておき、この実界磁電流が目標界磁電流に追従するようにフィードバック制御するので、確実に出力電圧を目標電圧に追従させることができる。
【００７１】
なお、上記第８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、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖ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、図８に示す前述した第２の実施形態の発電電力制御部１０４で偏差ΔＰに対してＰＩＤ制御を施しているのに対し、実出力電力Ｐを出力電力Ｖに、目標出力電力ＰＧを目標電圧Ｖに置換し、目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖとの偏差ΔＶに対してＰＩＤ制御を施して発電機７の界磁電流駆動回路のＰＷＭデューティ比Ｄを制御するようにすればよい。
【００７２】
また、この発電電力制御部１０６では、前述した第３の実施形態の発電電力制御部１０４のように、界磁電源電圧Ｖｆの大きさに応じてＰＷＭデューティ比Ｄの重み設定を変更するようにしたり、前述した第４の実施形態の発電電力制御部１０４のように、界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティ比Ｄとの乗算値（Ｖｆ×Ｄ）をフィードバック制御したりするようにしてもよい。この場合にも、上記のように、実出力電力Ｐを出力電力Ｖに、目標出力電力ＰＧを目標電圧Ｖに置換して各処理を施せばよい。
【００７３】
次に、本発明の第９の実施形態について説明する。
この第９の実施形態は、発電機の現在の出力可能特性線が目標とする出力可能特性線となるようにフィードバック制御することで、発電機の界磁を制御するようにしたものである。
すなわち、第９の実施形態における発電機制御部８Ｃの詳細を図２６に示すように、図２３に示す前述した第８の実施形態の目標動作点設定部１０５を、目標出力電力ＰＧから目標動作点を含む出力可能特性線ＳｔのＶ軸切片Ｖ0ｔを出力する目標動作点設定部１０７に置換し、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を出力する現在動作点検出部１０８を追加し、発電電力制御部１０６を、現在動作点検出部１０８で検出したＶ軸切片Ｖ0が目標動作点設定部１０７で設定した目標Ｖ軸切片Ｖ0ｔとなるように制御する発電電力制御部１０９に置換したことを除いては図２３と同様の処理を行い、図２３と同様の処理を行う部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
目標動作点設定部１０７では、前述した目標動作点設定部１０５と同様に、先ず目標発電電力決定部１０３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、前記（５）式をもとにモータトルク指令値Ｔｔを算出する。次に、前述した図８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、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。
【００７５】
そして、図２７に示す目標動作点（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。
ここで、出力可能特性線とは、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。
【００７６】
現在動作点検出部１０８では、図２７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１０９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との差をなくすようにする。
【００７７】
図２８は、発電電力制御部１０９の詳細を示すブロック図である。
先ず、目標動作点設定部１０７からの目標Ｖ軸切片Ｖ0ｔと現在動作点検出部１０８からのＶ軸切片Ｖ0との偏差ΔＶ0がＰＩＤ制御部２２３に入力され、ＰＩＤ制御部２２３は、偏差ΔＶ0が零となるような目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
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２２４に出力する。ＰＩＤ制御部２２４は、偏差ΔＩｆが零となるように実界磁電流Ｉｆｇを制御する。
【００７８】
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。
このように、上記第９の実施形態では、発電機の出力可能特性線に着目し、目標の動作点を含む出力可能特性線と現在の動作点を含む出力可能特性線との差がなくなるように、発電機の界磁電流をフィードバックするので、安定した発電機制御を行うことができる。
また、現在の出力可能特性線のＶ軸切片が目標の出力可能特性線のＶ軸切片となるように発電機の界磁電流を制御するので、インバータ側の入力インピーダンスの変動に対して影響を受けることなく、安定した発電機制御を行うことができる。
【００７９】
なお、上記第９の実施形態においては、発電電力制御部１０９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、前述した第２の実施形態の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、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制御する。
【００８０】
また、この発電電力制御部１０９では、前述した第３の実施形態のように界磁電源電圧Ｖｆの大きさに応じてＰＷＭデューティ比Ｄの重み設定を変更するようにしたり、前述した第４の実施形態のように、界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティ比Ｄとの乗算値（Ｖｆ×Ｄ）をフィードバック制御したりするようにしてもよい。この場合、目標Ｖ軸切片Ｖ0ｔとＶ軸切片Ｖ0との偏差にＰＩＤ制御を施すようにする。
【００８１】
次に、本発明の第１０の実施形態について説明する。
この第１０の実施形態は、前述した第８及び第９の実施形態において、総合効率が最大となる動作点を目標動作点として発電機を制御しているのに対し、発電機の出力電力効率が最大となる動作点を目標動作点として設定するようにしたものである。
すなわち、第１０の実施形態における発電機制御部８Ｃでは、図２３の目標動作点設定部１０５又は図２６の目標動作点設定部１０７で、図２４に示す最大効率動作点線ηを用いて発電機７の目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を選定する代わりに、図２９に示す最大出力動作点線Ｐｍａｘを用いて発電機７の目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を選定する。
【００８２】
図２９は、本実施形態における目標動作点の選定方法を説明する図である。ここで、破線で示す曲線Ｓは、発電機回転速度ωｇと界磁電流Ｉｆｇ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）である。また、双曲線状の曲線Ｐは等電力線であり、この線上では発電機７の出力電力が一定となる。つまり、出力可能特性線Ｓ上での出力電力は動作点によって異なり、出力可能特性線Ｓと等電力線Ｐとが接する動作点αでの出力電力が、出力可能特性線Ｓ上での最大出力電力となる。
【００８３】
前記最大出力電力線Ｐｍａｘは、各出力可能特性線上の動作点において、発電機７の出力電力が最大となる点を結んでできる線である。
そして、モータ使用可能電力ＰＧに相当する電力一定線Ｐと、最大出力電力線Ｐｍａｘとの交点を発電機７の目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として選定する。つまり、本実施形態における目標動作点設定部では、目標出力電力ＰＧを出力可能な動作点のうち、発電機７の出力電力効率が最大となる動作点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定することになる。
このように、上記第１０の実施形態では、目標出力電力を出力可能な動作点のうち、発電機の出力電力効率の良い動作点を目標動作点として発電機を制御するので、最低限の発電機界磁電流で所望のトルクを出力することができる。
【００８４】
次に、本発明の第１１の実施形態について説明する。
この第１１の実施形態は、発電機を安定して動作させることができる安定領域内の動作点を、発電機の目標動作点として設定するようにしたものである。
すなわち、第１１の実施形態における発電機制御部８Ｃでは、前述した第８〜第１０の実施形態の目標動作点設定部１０５又は１０７で、図３０に示す目標動作点設定処理を実行して目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を設定するようにしたことを除いては、図２３又は図２６と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。
【００８５】
図３０に示す目標動作点設定処理では、先ず、ステップＳ１で目標モータトルクＴｔを検出し、ステップＳ２に移行する。ステップＳ２では、モータ回転数Ｎｍを検出し、ステップＳ３に移行する。
ステップＳ３では、目標モータトルクＴｔ及びモータ回転数Ｎｍに基づいて発電機７の必要電力Ｐｇを算出する。ここで、発電機必要電力Ｐｇ＝Ｔｔ×Ｎｍ／Иｍである。
次に、ステップＳ４では、目標モータトルクＴｔとモータ回転数Ｎｍとに基づいて、予め格納されたマップを参照し、最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎを算出してからステップＳ５に移行する。最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎは、発電機必要電力Ｐｇを出力するために発電機７に最低必要な電圧値である。
【００８６】
ステップＳ５では、前記ステップＳ３で算出した必要電力Ｐｇに相当する電力一定線と、前記ステップＳ４で算出した最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎとに基づいて、最低必要電力線Ｐｍｉｎを算出し、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、現在の発電機回転数Ｎｇを検出し、ステップＳ７で、この発電機回転数Ｎｇをもとに安定限界線σを選定する。ここで、安定限界線σは、発電機７の各出力可能特性線上で最大電力を出力可能な動作点を結んでできる線であり、本実施形態では、前述した最大出力電力線Ｐｍａｘと等価である。なお、最大出力電力線Ｐｍａｘに所定のマージンを設けたものを安定限界線σとして設定してもよい。
【００８７】
次に、ステップＳ８では、最低必要電力線Ｐｍｉｎと安定限界線σとの交点が存在する場合には、その交点の電圧、所謂安定限界電圧Ｖｔｔを算出し、ステップＳ９に移行する。
ステップＳ９では、最低必要電力線Ｐｍｉｎと安定限界線σとに交点が存在するか否かを判定し、交点が存在し安定限界電圧Ｖｔｔが算出可能であるときにはステップＳ１０に移行して、この交点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定するものとして、ステップＳ１１に移行する。
【００８８】
ステップＳ１１では、前記ステップＳ８で算出した安定限界電圧Ｖｔｔを目標電圧Ｖｔとして設定して、目標動作点設定処理を終了する。
また、前記ステップＳ９の判定結果が、最低必要電力線Ｐｍｉｎと安定限界線σとに交点が存在しない場合には、ステップＳ１２に移行して、必要電力Ｐｇに相当する電力一定線（要求電力線）と最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎとの交点を目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）として設定するものとして、ステップＳ１３に移行する。
【００８９】
ステップＳ１３では、前記ステップＳ５で算出した最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎを目標電圧Ｖｔとして設定して、目標動作点設定処理を終了する。
すなわち、本実施形態では、最低必要電圧Ｖｄｃｍｉｎと安定限界電圧Ｖｔｔとのうち大きい方の電圧値を目標動作点の電圧値Ｖｔとして設定している。
図３０の処理において、ステップＳ３〜Ｓ５の処理が最低必要電圧演算手段に対応し、ステップＳ７及びＳ８の処理が安定限界電圧演算手段に対応している。
【００９０】
このように、上記第１１の実施形態では、目標出力電力を出力するために発電機が最低必要な最低必要電圧と、目標出力電力を発電機が安定して出力するための安定限界電圧とをセレクトハイした結果に基づいて、発電機の目標動作点を設定するので、常に発電機を安定領域内で動作させることができる。
なお、上記第８〜第１１の実施形態においては、発電機制御部８Ｃの目標動作点設定部で、目標出力電力を最大効率で出力できる動作点を目標動作点として設定したり、目標出力電力を最大電力で出力できる動作点を目標動作点として設定したりす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、第８〜第１１の実施形態に示す目標動作点の設定方法を組み合わせて適用するようにしてもよい。
【００９１】
次に、本発明の動作について図３１をもとに説明する。
この図３１において、（ａ）はアクセル開度、（ｂ）は車速信号、（ｃ）はエンジン指令トルク、（ｄ）はトルク指令値Ｔｔ、（ｅ）はモータ必要電力Ｐｍと発電機７の目標出力電力ＰＧである。
アクセル開度が図３１（ａ）に示すように変化すると、前輪速Ｖｆｒ，Ｖｆｌは図３１（ｂ）の破線に示すように変化し、後輪速Ｖｒｒ，Ｖｒｌは図３１（ｂ）の一点鎖線に示すように変化し、結果として車速Ｖは図３１（ｂ）の実線に示すように変化する。
【００９２】
また、ＥＣＭがアクセル開度等から決定するトルクデマンド信号Ｔｅｔは図３１（ｃ）の破線に示すようになり、ＴＣＳ制御部８Ｅの前輪トラクションコントロール制御により変調されたトルクデマンド信号Ｔｅは図３１（ｃ）の実線に示すようになる。
図３１（ｄ）において細線は第１モータ駆動力ＴΔＶ、一点鎖線は第２モータ駆動力Ｔｖである。図６の目標モータトルク演算部８Ａの詳細ブロック図に示すように、第１モータ駆動力ＴΔＶと第２モータ駆動力Ｔｖとのセレクトハイにより選択された信号が目標トルクＴｔｔであり、後輪速Ｖｒｒ，Ｖｒｌと車速Ｖとの関係により後輪ＴＣＳ制御が作動しないものとすると、Ｔｔ＝Ｔｔｔとなって図３１（ｄ）の太線で示すようになる。
【００９３】
そして、このトルク指令値Ｔｔに基づいて、モータ必要電力演算部８Ｂでモータ必要電力Ｐｍが算出されて図３１（ｅ）の破線に示すようになる。また、図６の目標発電電力演算部１０１では、モータ必要電力Ｐｍに基づいて発電機必要電力Ｐｇが算出される。このとき、発電電力制限部１０２から出力される電力制限値ＰＬ１及びＰＬ２が発電機必要電力Ｐｇより大きいものとすると、発電機７の目標出力電力ＰＧ＝Ｐｇとなって図３１（ｅ）の実線に示すようになる。
【００９４】
このようにして算出された各信号に基づいて、前述した第１〜第７の実施形態における発電機の界磁制御を施すことで、図３１（ｆ）〜（ｈ）に示す結果を得る。
図３１（ｆ）は発電機７の実出力電力Ｐを示している。この図からも明らかなように、実出力電力Ｐは図３１（ｅ）の実線に示す目標出力電力ＰＧに一致しており、発電機７が出力すべき電力を適切に出力していることがわかる。
【００９５】
また、図３１（ｇ）はモータ４の出力電力Ｐ0を示している。この図からも明らかなように、モータ４の出力電力Ｐ0は図３１（ｅ）の破線に示すモータ必要電力Ｐｍに一致しており、モータトルクＴがトルク指令値Ｔｔに一致するためにモータ４が必要とする電力を適切に出力していることがわかる。
さらに、図３１（ｈ）はモータ４が発生するモータトルクＴを示している。この図からも明らかなように、モータトルクＴは図３１（ｄ）の太線に示すトルク指令値Ｔｔに一致していることがわかる。
【００９６】
このように、上記各実施形態では、発電機と交流モータとの組み合わせで、発電機から整流器を介して供給された直流電力をインバータで３相交流に変換して適切なモータトルク制御を行うことができる。
また、これにより、従来の機械式４ＷＤと比べて燃費・室内空間の広さ、搭載性、プラトフォーム共用性、４ＷＤ性能の点で有利となるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】発電機の構造を示す図である。
【図３】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４】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５】図３のモータ制御部の詳細を示すブロック図である。
【図６】図３の発電機制御部の詳細を示すブロック図である。
【図７】第１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。
【図８】第２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。
【図９】ＰＷＭデューティ比と界磁電流との関係を示す特性図である。
【図１０】第２の実施形態における状態遷移の説明をする図である。
【図１１】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。
【図１２】第３の実施形態におけるα特性図である。
【図１３】第３の実施形態におけるα特性図の別の例である。
【図１４】第４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。
【図１５】第５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。
【図１６】発電機の回転速度毎の出力特性マップである。
【図１７】目標界磁電流演算部の目標界磁電流算出方法を説明する図である。
【図１８】第５の実施形態における別の例である。
【図１９】第６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。
【図２０】第６の実施形態における別の例である。
【図２１】第７の実施形態における発電機制御部の詳細を示す図である。
【図２２】第７の実施形態における目標界磁電流演算部の目標界磁電流算出方法を説明する図である。
【図２３】第８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。
【図２４】第８の実施形態における目標動作点の選定方法を説明する図である。
【図２５】図２３の発電電力制御部の詳細を示すブロック図である。
【図２６】第９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。
【図２７】第９の実施形態における発電機制御の概要を説明する図である。
【図２８】図２６の発電電力制御部の詳細を示すブロック図である。
【図２９】第１０の実施形態における目標動作点の選定方法を説明する図である。
【図３０】第１１の実施形態における目標動作点設定処理を示すフローチャートである。
【図３１】本発明の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
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  モータ必要電力演算部
８Ｃ  発電機制御部
８Ｄ  モータ制御部
８Ｅ  ＴＣＳ制御部
８Ｆ  クラッチ制御部
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  目標発電電力演算部
１０２  発電電力制限部
１０３  目標発電電力決定部
１０４  発電電力制御部
１０５  目標動作点設定部
３０１  目標発電電力演算部
３０２  目標電圧演算部
３０３  目標電流演算部
３０４  目標界磁電流演算部
３０５  界磁電流制御部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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