(57)【要約】【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】モータ４が必要とするモータ必要電力Ｐｍに基づいて発電機７が出力すべき目標出力電力ＰＧを算出し、この目標出力電力ＰＧに基づいて算出されるトルク指令値Ｔｔを効率良く発生することができる動作点で発電機７を制御する。また、発電機７の現在の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉに基づいてモータ４のトルク指令値Ｔｍを演算し、このトルク指令値Ｔｍに基づいてモータ４を制御する。【選択図】      図１
2006315660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記発電機の状態に基づいて、前記交流モータを制御するモータ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】
前記モータ制御手段は、前記発電機の出力状態に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算するトルク指令値演算手段を有し、該トルク指令値演算手段で演算されたトルク指令値に基づいて前記交流モータ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３】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流に基づいて、当該発電機の実出力電力を演算する出力電力演算手段を有し、該出力電力演算手段で演算された実出力電力を前記交流モータに供給したときに得られる駆動力を、前記交流モータのトルク指令値として演算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】
前記トルク指令値演算手段は、前記交流モータの要求駆動力を発生するために前記発電機が出力すべき発電機目標値に対する当該発電機が現在出力している発電機出力値の比率を、前記交流モータの要求駆動力に乗算することで、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項５】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項６】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線上で、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に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項７】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線上で、前記発電機の出力電力が最大となる動作点に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項８】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線上で、前記交流モータの効率が最大となる動作点に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項９】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線上で、前記発電機の効率が最大となる動作点に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１０】
前記トルク指令値演算手段は、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定する動作点を含む発電機出力特性線上で、前記発電機と前記交流モータとの総合効率と、前記発電機の出力電力との積が最大となる動作点に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算することを特徴とする請求項２〜９の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１１】
前記界磁制御手段は、前記交流モータが必要とするモータ必要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１〜１０の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１２】
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１１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１１に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１４】
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１３に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１５】
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、前記発電機の出力電圧及び出力電流から決定される動作点が前記目標動作点となるように、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１１〜１４の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１６】
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が前記目標動作点となるように、前記発電機の界磁電流駆動回路のＰＷＭデューティー比を制御するデューティー比制御手段を備えることを特徴とする請求項１１〜１４の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１７】
前記デューティー比制御手段は、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デューティー比を設定することを特徴とする請求項１６に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項１８】
前記目標動作点設定手段は、前記モータ必要電力を、前記発電機と前記交流モータとの総合効率最大で発生する動作点を、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１１〜１７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熱機関（例えば、内燃機関であるエンジン）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、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おり、このような発電機とインバータとを組み合わせた場合、発電機の出力電圧と出力電流とは、電気負荷となるインバータの制御状態によって変動する可能性があるため、両者が協調して動作する必要がある。
【０００５】
例えば、トルク指令が急増する過程では、発電機出力の増加が遅れ、インバータの入力が不十分な状態でトルク指令を出力するようにモータ制御が動くため、車両総駆動力の面で不利となったり、制御系が発散するような予期せぬ問題が発生したりす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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、界磁制御手段で交流モータが必要とするモータ必要電力に基づいて発電機の界磁を制御し、前記発電機の状態に基づいて、前記交流モータを制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発電機の状態に基づいて交流モータを制御するので、制御系が発散したり、トルクが異常に小さくなったりすることを防止することができ、安定したモータトルク制御を行う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】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、界磁制御手段としての発電機制御部８Ｂ、トルク指令値演算手段としての目標モータトルク決定部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。目標モータトルク決定部８Ｃ及びモータ制御部８Ｄでモータ制御手段を構成している。
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、モータ４のトルク指令値Ｔｔを出力する。
【００２０】
モータ制御部８Ｄは、トルク指令値Ｔｔと別の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８Ｂの詳細を示すブロック図である。
この発電機制御部８Ｂ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、発電電力制御部１０６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、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）
【００２２】
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。
【００２３】
発電電力制限部１０３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。
つまり電力制限値ＰＬ１は、図７（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。
【００２４】
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７（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。
【００２５】
図７（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Ｔｔを算出する。
Ｔｔ＝（ＰＧ×Иｍ）／Ｖｍ  ………（５）
【００２６】
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、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
図６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、発電電力制御部１０６が発電機出力制御手段に対応している。
【００２９】
図９は、第１の実施形態における発電電力制御部１０６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１２１に入力され、ＰＩＤ制御部１２１は、偏差ΔＶが零となるような目標界磁電流Ｉｆｔを出力する。
【００３０】
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、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。
【００３１】
図１０は、図３の目標モータトルク決定部８Ｃの詳細を示すブロック図である。
この目標モータトルク決定部８Ｃは、出力電力演算手段としての発電電力演算部２０１ａと、目標モータ出力演算部２０１ｂと、目標モータトルク決定処理部２０１ｃとで構成され、発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉからモータ４のトルク指令値Ｔｍを演算する。
先ず、発電電力演算部２０１ａで、発電機７の現在の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとに基づいて、次式をもとに現在の出力電力Ｐを算出する。
Ｐ＝Ｖ×Ｉ  ………（６）
【００３２】
次に、目標モータ出力電力演算部２０１ｂで、前記発電電力演算部２０１ａで算出された現在の出力電力Ｐとモータ効率Иｍとに基づいて、次式をもとに目標モータ出力Ｐｍ０を算出する。
Ｐｍ０＝Ｐ×Иｍ  ………（７）
そして、目標モータトルク決定処理部２０１ｃで、前記目標モータ出力電力演算部２０１ｂで算出された目標モータ出力Ｐｍ０とモータ回転速度Ｖｍとに基づいて、次式をもとにトルク指令値Ｔｍを算出する。
Ｔｍ＝Ｐｍ０／Ｖｍ  ………（８）
つまり、トルク指令値Ｔｍは、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、言い換えると、現在の発電機出力の動作点での出力電力Ｐをモータ４に供給した場合に得られる駆動力である。
【００３３】
前述した図８に示すように、発電機７の出力自体は、モータ使用可能電力（目標出力電力）ＰＧに相当する電力一定線Ｐと最大効率動作点線ηとが交差する動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を目標に制御しているため、現在の発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉは、最大効率動作点線η近傍の動作点となっていると考えることができる。
そのため、現在の発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉに基づいてトルク指令値Ｔｍを算出し、このトルク指令値Ｔｍでモータ制御を行うことで、現在の発電機７の状態を見ながら、そこで出せるトルクを出すようにモータ制御を行うので、動作点が振られることなく、現在の効率の良い動作点での作動を維持することができる。
【００３４】
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おり、このような発電機とインバータとを組み合わせた場合、従来装置では、例えばトルク指令が急増する過程で発電機出力の増加が遅れ、インバータの入力が不十分な状態でトルク指令を出力するようにモータ制御が動くため、低電圧・大電流の電気効率の悪い動作点で発電機が使われることになる。これを、図１１をもとに説明する。
【００３５】
図１１（ａ）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。曲線Ｓｔは、発電機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。また、双曲線状の曲線Ｐはあるトルク指令値に相当する電力一定線である。
【００３６】
今、動作点が出力可能特性線Ｓｔ０とトルク指令値Ｔ１に相当する電力一定線Ｐ１との交点ａ０にあり、図１１（ｂ）に示すように、時刻ｔ０でトルク指令値がＴ１からＴ２に増加したものとする。この場合、発電機は、このトルクをモータが発生できるような動作点に向かって界磁電流を増加させ、発電電力を上げていく。一方、モータとインバータによるモータ制御は、前述したように応答性が良いため、発電機の現在の出力可能特性線上で早くトルク指令値を出力するように動作点を動かしてしまう。
【００３７】
つまり、発電機の界磁電流が徐々に増加して、時刻ｔ１で発電機の出力可能特性線がＳｔ１となると、動作点は、この出力可能特性線Ｓｔ１上でトルク指令値Ｔ２を出力できる動作点、即ち出力可能特性線Ｓｔ１とトルク指令値Ｔ２に相当する電力一定線Ｐ２との交点である動作点ａ１へ動く。さらに時刻ｔ２で発電機の出力可能特性線がＳｔ２となると、この出力可能特性線Ｓｔ２と電力一定線Ｐ２との交点である動作点ａ２へ動く。
【００３８】
このように動作点は図中右下に向かい、低電圧・大電流の動作点となる。したがって、図１１（ｂ）の破線で示すように、実駆動力はトルク指令値Ｔ２に早めに到達することになるが、図１１（ｃ）に示すように効率の悪い動作点で制御されることになる。また、時刻ｔ０における発電機７の状態とトルク指令値Ｔ２とに大きな差がある場合、時刻ｔ１になっても、トルク指令値Ｔ２に相当する電力を発電機７が出力できない状態となる。その結果、制御系が発散するような予期せぬ問題が発生したりするという問題がある。
これに対して本実施形態では、各時刻での発電機７の出力電圧Ｖ及び出力電流Ｉをモニタし、その時の動作点に相当するトルク指令値でモータ４を動かすようにすることで、トルク指令値に相当する電力を発電機７が出力できない状態となるのを防止して、制御系の発散を防ぐと共に、動作点が効率の悪い方に行かないようにする。
【００３９】
つまり、図１２（ａ）に示すように、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ０上の点ａ０であるとき、時刻ｔ０でトルク指令値Ｔ１からトルク指令値Ｔ２に増加したものとする。この場合、発電機制御部８Ｂでは、発電機動作点が目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）となるように界磁電流Ｉｆｇの増加制御が行われる。そして、時刻ｔ１で出力可能特性線がＳｔ１となり、その時の動作点が出力可能特性線Ｓｔ１上の点ａ１（Ｖ1，Ｉ1）であるとすると、図１０の目標モータトルク決定部８Ｃで発電機７の出力電圧Ｖ1及び出力電流Ｉ1に基づいて前記（６）〜（８）式をもとにトルク指令値Ｔｍ（＝Ｔ１’＜Ｔ２）が算出され、このトルク指令値Ｔｍでモータ４が制御される。
【００４０】
このようにして算出されたトルク指令値Ｔｍ（＝Ｔ１’）に相当する電力一定線はＰ１’であるので、時刻ｔ１での発電機動作点は、出力可能特性線Ｓｔ１と電力一定線Ｐ１’との交点である動作点ａ１（Ｖ1，Ｉ1）を維持した状態となる。
その後も、出力可能特性線がＳｔ２となるまで各時刻で上記制御を行うことで、発電機動作点は、従来装置のように効率の悪い動作点に落ち込むことなく、最大効率動作点線η上を目標動作点ａ２（Ｖｔ，Ｉｔ）まで移動することになる。
【００４１】
そして、時刻ｔ２で出力可能特性線がＳｔ２となり、その時の動作点が出力可能特性線Ｓｔ２上の目標動作点ａ２（Ｖｔ，Ｉｔ）であるとすると、出力電圧Ｖｔ及び出力電流Ｉｔに基づいて前記（６）〜（８）式をもとに算出されたトルク指令値Ｔｍ（＝Ｔ２）でモータ４が制御される。
したがって、実際の発電機７の電力上昇にあわせてトルク指令値Ｔｍを上昇させるので、図１２（ｂ）の破線で示すように、図１１に示す従来装置と比較して実駆動力がトルク指令値Ｔ２に到達するまでの時間は長いが、図１２（ｃ）に示すように常に効率の良い動作点で作動することができる。
【００４２】
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の界磁電流を制御し、現在の発電機の出力電圧及び出力電流からモータを制御することで、発電機への指令値とモータへの指令値を異なる構成とするので、応答性の低い発電機制御と応答性の高いモータ制御との組み合わせであっても、制御系が発散したり、非常に悪い効率で作動したりすることを抑制することができる。
【００４３】
また、発電機の出力自体が最適効率となる動作点を目標に制御されているため、現在の発電機の出力電圧及び出力電流も最大効率となる動作点に近い動作点となっているとして、当該現在の出力電圧及び出力電流から算出される現在の出力電力に相当するトルク指令値でモータを制御するので、効率の良い動作点での制御を維持することができる。
また、現在の発電機の出力電圧及び出力電流から実出力電力を演算し、この実出力電力にモータ効率を乗算し、さらにモータ回転速度で除算することでモータ制御を行うためのトルク指令値を演算するので、確実に実出力電力をモータに供給した場合に得られる駆動力を前記トルク指令値として設定することができる。
【００４４】
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、確実に出力電圧を目標電圧に追従させることができる。
なお、上記第１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１３に示すように、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、先ず目標電圧Ｖｔと出力電圧Ｖとの偏差ΔＶをＰＩＤ制御部１２３に出力する。
【００４５】
ＰＩＤ制御部１２３は、偏差ΔＶに応じて、発電機７の界磁電流駆動回路のＰＷＭデューティー比Ｄを制御する。具体的には、Ｖｔ＞ＶであるときＰＷＭデューティー比Ｄを増加し、Ｖｔ＜ＶであるときＰＷＭデューティー比Ｄを減少する。
例えば、以下のようなＰＩＤ制御を施す。
Ｄ＝α×（Ｖｔ−Ｖ）＋β×∫（Ｖｔ−Ｖ）  ………（９）
図１４はＰＷＭデューティー比Ｄと界磁電流Ｉｆｇとの関係を示す特性図であり、横軸はＰＷＭデューティー比Ｄ、縦軸は界磁電流Ｉｆｇである。この特性図に示すように、デューティー比Ｄが０％のとき界磁電流Ｉｆｇは流れず、デューティー比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。
【００４６】
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デューティー比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、結果として発電機７の出力電圧Ｖが目標電圧Ｖｔとなるように制御することができる。
【００４７】
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。
図１３の処理において、ＰＩＤ制御部１２３及びＰＷＭ駆動部１２４の処理がデューティー比制御手段に対応している。
【００４８】
なお、図１５に示すように、発電電力制御部１０６で界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティー比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、出力電圧Ｖと目標電圧Ｖｔとの偏差ΔＶがＰＩＤ制御部１２５に入力され、下記（１０）式に示すＰＩＤ制御を施してＰＷＭデューティー比Ｄを出力する。
Ｖｆ×Ｄ＝α×（Ｖｔ−Ｖ）＋β×∫（Ｖｔ−Ｖ）
Ｄ＝｛α×（Ｖｔ−Ｖ）＋β×∫（Ｖｔ−Ｖ）｝／Ｖｆ  ………（１０）
【００４９】
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デューティー比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デューティー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。
【００５０】
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、目標モータトルク決定部８Ｃにおいて、発電機出力値と発電機目標値との比の関係からモータのトルク指令値を算出するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態の目標モータトルク決定部８Ｃを図１６に示すように、前述した第１の実施形態における図１０の目標モータトルク決定部８Ｃにおいて、目標モータ出力電力演算部２０１ｂと目標モータトルク決定処理部２０１ｃとを、発電機出力値としての実出力電力Ｐと、発電機目標値としての目標出力電力ＰＧとの比の関係からトルク指令値Ｔｍを算出する目標モータトルク決定処理部２０１ｄに置換したことを除いては、第１の実施形態と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
目標モータトルク決定処理部２０１ｄでは、発電電力演算部２０１ａで算出される実出力電力Ｐと、前述した発電機制御部８Ｂの目標発電電力決定部１０４から出力される目標出力電力ＰＧとの比の関係、即ち目標出力電力ＰＧに対する実出力電力Ｐの比率Ｐ／ＰＧから、トルク指令値Ｔｍを算出する。具体的には、目標出力電力ＰＧに対する実出力電力Ｐの比率Ｐ／ＰＧが、目標出力電力ＰＧに相当するトルク指令値Ｔｔに対する現在出力すべきトルク指令値Ｔｍの比率Ｔｍ／Ｔｔと等しいことを利用し、Ｐ／ＰＧ＝Ｔｍ／Ｔｔの関係から、下記（１１）式をもとにトルク指令値Ｔｍを算出する。ここで、トルク指令値Ｔｔはモータ４の要求駆動力に対応し、前記（５）式をもとに求める。
Ｔｍ＝Ｔｔ×Ｐ／ＰＧ  ………（１１）
【００５２】
図１７は、実際の発電機７の出力電力Ｐとトルク指令値Ｔｍとの関係を示す図である。図１７（ａ）の破線に示すように、時刻ｔ０でトルク指令値ＴｔがＴ１からＴ２へ上昇したものとする。このとき発電機７では、トルク指令値Ｔ２をモータ４が発生できるように（トルク指令値Ｔ２に相当する目標出力電力ＰＧを出力できるように）界磁電流Ｉｆｇが増加制御される。前述したように、発電機７の制御応答性は低いことから、界磁電流Ｉｆｇは速やかに目標値まで上昇せず、図１７（ｂ）に示すように、発電機７の出力電力Ｐは遅れを持って緩やかに目標出力電力ＰＧまで上昇する。
【００５３】
本実施形態では、Ｐ／ＰＧ＝Ｔｍ／Ｔｔの関係から、前記（１１）式に示すように、目標とするトルク指令値Ｔｔに目標出力電力ＰＧに対する実出力電力Ｐの比率Ｐ／ＰＧを乗算することによりトルク指令値Ｔｍを算出するので、トルク指令値Ｔｍは、図１７（ａ）の実線に示すように、実際の発電機７の電力上昇にあわせて目標とするトルク指令値Ｔｔ（＝Ｔ２）まで緩やかに上昇されることになる。
【００５４】
つまり、本実施形態においても、前述した第１の実施形態と同様に、発電機動作点は、図１２（ａ）に示すように、動作点ａ０から動作点ａ２まで最大効率動作点線ηに沿って移動することになり、常に効率の良い動作点での作動を維持することができる。
このように、上記第２の実施形態では、発電機の現在の出力電力と目標出力電力との比の関係からモータのトルク指令値を算出するので、発電機の実際の電力上昇にあわせて当該トルク指令値を緩やかに上昇させることができ、前述した第１の実施形態と同様に、現在の発電機の状態で出すことができるトルク指令値を出力することができ、効率の良い動作点でモータ制御を行うことができる。
【００５５】
なお、上記第２の実施形態においては、発電機７の出力電力Ｐに応じてトルク指令値Ｔｍを決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く、発電機７の出力電力と出力電圧及び出力電流とに強い相関がある場合（一般に、インバータ・モータの入力インピーダンスを一定とすれば、電力に対し電圧・電流は共に比例関係となる）は、前記出力電力Ｐに代えて、発電機７の出力電圧Ｖ若しくは出力電流Ｉを用いてもよい。つまり、発電機出力値として出力電圧Ｖ又は出力電流Ｉを適用し、発電機目標値として目標電圧Ｖｔ又は目標電流Ｉｔを適用するようにしてもよい。この場合、目標とするトルク指令値Ｔｔに、目標電圧Ｖｔに対する出力電圧Ｖの比率Ｖ／Ｖｔ（又は目標電流Ｉｔに対する出力電流Ｉの比率Ｉ／Ｉｔ）を乗算することにより、トルク指令値Ｔｍを算出すればよい。
【００５６】
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、前述した第１の実施形態の目標モータトルク決定部８Ｃにおいて、現在の動作点に相当するモータトルクをトルク指令値としているのに対し、発電機とモータとの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値とするようにしたものである。
【００５７】
すなわち、第３の実施形態の目標モータトルク決定部８Ｃを図１８に示すように、発電機７の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとから発電機７が出力可能な出力可能特性線Ｓｔを選定する特性線選定部２０２と、特性線選定部２０２で選定した出力可能特性線Ｓｔ上の動作点を決定する動作点決定部２０３と、動作点決定部２０３で決定した動作点の電力からトルク指令値Ｔｍを算出する目標モータトルク決定処理部２０４とを備える。
【００５８】
特性線選定部２０２では、予め格納されたマップを参照し、現在の動作点α0（Ｖ，Ｉ）を含む出力可能特性線Ｓｔを選定する。なお、実際に制御する領域での出力可能特性線は単調減少であり、線形近似を行う方法で実用上十分であるとして、次式で表される線形近似式を用いて選定してもよい。
Ｖ＝−ａ×Ｉ＋Ｖ0  ………（１２）
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。
【００５９】
動作点決定部２０３では、図１９に示すように、特性線選定部２０２で選定した出力可能特性線Ｓｔ上で、発電機７及びモータ４の総合効率が最適となる動作点αを決定する。具体的には、総合効率が最大となる最大効率動作点線ηを予め格納しておき、この最大効率動作点ηと出力可能特性線Ｓｔとの交点を動作点αとする。
そして、この動作点αでの電圧値と電流値とから求まる電力にモータ効率Иｍを乗算することでモータ電力ＰＭを算出し、これを目標モータトルク決定処理部２０４に出力する。
【００６０】
目標モータトルク決定処理部２０４では、モータ電力ＰＭとモータ回転速度Ｖｍとからトルク指令値Ｔｍを演算する。
このように、上記第３の実施形態では、発電機の現在の動作点を含む出力可能特性線上での発電機及びモータの総合効率が最大となる動作点を選定し、この動作点からモータのトルク指令値を演算するので、モータを常に最適効率で作動させることができる。
【００６１】
なお、上記第３の実施形態においては、発電機及びモータの総合効率が最大となる動作点を選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く、総合効率がある設定値以上となる動作点を選定するようにしてもよい。この場合、図２０に示すように、総合効率がある設定値以上となる効率動作点線η１，η２を最大効率動作点線ηを挟んで選び、この２本の効率動作点線の間に動作点αがくるようにトルク指令値Ｔｍを決定する。つまり、２本の効率動作点η１，η２線と出力可能特性線Ｓｔとの２つの交点の動作点α1，α2に相当するモータトルク値Ｔｍ１，Ｔｍ２を決定し、これら２つのモータトルク値の間のモータトルク値がトルク指令値Ｔｍとして選定される。これにより、モータを常にある設定値以上の効率で作動させることができる。
【００６２】
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、発電機及びモータの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値としているのに対し、発電機の出力電力が最大となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値とするようにしたものである。
すなわち、図１８に示す目標モータトルク決定部８Ｃの動作点決定部２０３において、現在の動作点を含む出力可能特性線上で発電電力が最大となる動作点を決定するようにしたことを除いては、図１８と同様の処理を行い、その詳細な説明は省略する。
【００６３】
動作点決定部２０３では、特性線選定部２０２で選定した出力可能特性線Ｓｔ上で発電機７の動作点が動いた場合の電力値が最大となるように電圧Ｖと電流Ｉとの組み合わせを選ぶ。単純なモデルで考えれば、電圧Ｖと電流Ｉとの乗算値が最大となる点を選べばよい。なお、前記特性線選定部２０２において、線形近似を用いて出力可能特性線Ｓｔを選定した場合には、線形近似できる範囲で最も右側の点（最も電流が大きい点）を選べばよい。
【００６４】
そして、このようにして選ばれた動作点での電圧値と電流値とから求まる電力にモータ効率Иｍを乗算することでモータ電力ＰＭを算出し、これを前記目標モータトルク決定処理部２０４に出力する。
このように、上記第４の実施形態では、発電機の出力可能特性線上で電圧と電流とが動いた場合の発電機の出力電力が最大となる動作点を選定し、この動作点からモータのトルク指令値を演算するので、モータを常に最適効率で作動させることができる。
【００６５】
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、前述した第３の実施形態において、発電機及びモータの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値としているのに対し、モータ効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値とするようにしたものである。
すなわち、図１８に示す目標モータトルク決定部８Ｃの動作点決定部２０３において、現在の動作点を含む出力可能特性線上でモータ効率が最大となる動作点を決定するようにしたことを除いては、図１８と同様の処理を行い、その詳細な説明は省略する。
【００６６】
動作点決定部２０３では、モータ効率が最大となる動作点線を予め格納しておき、この最大効率動作点と出力可能特性線Ｓｔとの交点を選ぶ。そして、このようにして選ばれた動作点での電圧値と電流値とから求まる電力にモータ効率Иｍを乗算することでモータ電力ＰＭを算出し、これを前記目標モータトルク決定処理部２０４に出力する。
【００６７】
このように、上記第５の実施形態では、発電機の出力可能特性線上でモータ効率が最大となる動作点を選定し、この動作点からモータのトルク指令値を演算するので、モータを常に最適効率で作動させることができる。
なお、上記第５の実施形態においては、モータ効率が最大となる動作点を選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く、モータ効率がある設定値以上となる動作点を選定するようにしてもよい。
【００６８】
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３の実施形態において、発電機及びモータの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値としているのに対し、発電機効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値とするようにしたものである。
すなわち、図１８に示す目標モータトルク決定部８Ｃの動作点決定部２０３において、現在の動作点を含む出力可能特性線上で発電機効率が最大となる動作点を決定するようにしたことを除いては、図１８と同様の処理を行い、その詳細な説明は省略する。
【００６９】
動作点決定部２０３では、発電機効率が最大となる動作点線を予め格納しておき、この最大効率動作点と出力可能特性線Ｓｔとの交点を選ぶ。そして、このようにして選ばれた動作点での電圧値と電流値とから求まる電力にモータ効率Иｍを乗算することでモータ電力ＰＭを算出し、これを前記目標モータトルク決定処理部２０４に出力する。
【００７０】
このように、上記第６の実施形態では、発電機の出力可能特性線上で発電機効率が最大となる動作点を選定し、この動作点からモータのトルク指令値を演算するので、モータを常に最適効率で作動させることができる。
なお、上記第６の実施形態においては、発電機効率が最大となる動作点を選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く、発電機効率がある設定値以上となる動作点を選定するようにしてもよい。
【００７１】
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、前述した第３の実施形態において、発電機及びモータの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクをトルク指令値としているのに対し、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に相当するモータトルクをトルク指令値とするようにしたものである。
すなわち、図１８に示す目標モータトルク決定部８Ｃの動作点決定部２０３において、現在の動作点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決定するようにしたことを除いては、図１８と同様の処理を行い、その詳細な説明は省略する。
【００７２】
動作点決定部２０３では、出力可能特性線Ｓｔ上の動作点毎の電力値（＝Ｖ×Ｉ）と発電機及びモータの総合効率とを乗算し、この乗算値が最大となる動作点即ち最大のモータトルクが期待できる動作点を選ぶ。そして、このようにして選ばれた動作点での電圧値と電流値とから求まる電力にモータ効率Иｍを乗算することでモータ電力ＰＭを算出し、これを前記目標モータトルク決定処理部２０４に出力する。
このように、上記第７の実施形態では、発電機の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選定し、この動作点からモータのトルク指令値を演算するので、モータを常に最適効率で作動させることができる。
【００７３】
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、発電機制御部８Ｂで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８Ｂを図２１に示すように、図６に示す目標動作点設定部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。
【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、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２２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。
現在動作点検出部１０８では、図２２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。
【００７６】
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】
ところで、現在の出力可能特性線Ｓと目標の出力可能特性線Ｓｔとの差をなくす方法として、出力可能特性線ＳとＳｔとの関係を非線形マップにより比較することも考えられるが、実際に制御する領域では、出力可能特性線は単調減少であることから、線形近似で行う方法で実用上十分である。
図２３は、発電電力制御部１０９の詳細を示すブロック図である。
【００７８】
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１２６に入力され、ＰＩＤ制御部１２６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１２７に出力する。ＰＩＤ制御部１２７は、偏差ΔＩｆが零となるように実界磁電流Ｉｆｇを制御する。
【００７９】
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８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。
【００８０】
なお、上記第８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、前述した図１３と同様に、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。
【００８１】
また、前述した図１５と同様に、発電電力制御部１０９で界磁電源電圧ＶｆとＰＷＭデューティー比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、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。
なお、上記各実施形態においては、目標モータトルク決定部８Ｃで現在の動作点に相当するモータトルクを直接トルク指令値Ｔｍとしたり、発電機とモータとの総合効率が最適となる動作点に相当するモータトルクを直接トルク指令値Ｔｍと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１〜第７の実施形態に示すトルク指令値Ｔｍの決定方法を組み合わせて適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【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】電力制限値と目標出力電力との関係を示す図である。
【図８】目標動作点の選定方法を説明する図である。
【図９】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１０】第１の実施形態における図３の目標モータトルク決定部の詳細を示すブロック図である。
【図１１】従来装置における動作を説明する図である。
【図１２】本発明における動作を説明する図である。
【図１３】第１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。
【図１４】ＰＷＭデューティー比Ｄと界磁電流Ｉｆｇとの関係を示す特性図である。
【図１５】第１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。
【図１６】第２の実施形態における図３の目標モータトルク決定部の詳細を示すブロック図である。
【図１７】発電機の出力電力とモータトルク指令値との関係を示す図である。
【図１８】第３の実施形態における図３の目標モータトルク決定部の詳細を示すブロック図である。
【図１９】動作点決定部における動作点決定方法を説明する図である。
【図２０】第３の実施形態における動作点決定方法の別の例を示す図である。
【図２１】第８の実施形態における図３の発電機制御部の詳細を示すブロック図である。
【図２２】第８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２３】第８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。
【符号の説明】
【００８３】
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  目標モータトルク決定部
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  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  発電電力制御部
１０７  目標動作点設定部
１０８  現在動作点検出部
１０９  発電電力制御部
２０１ａ  発電電力演算部
２０１ｂ  目標モータ出力電力演算部
２０１ｃ  目標モータトルク決定処理部
２０１ｄ  目標モータトルク決定処理部
２０２  特性線選定部
２０３  動作点決定部
２０４  目標モータトルク決定処理部
【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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