(57)【要約】【課題】高効率が得られる電圧領域において電気的に安定した運転が可能な発電制御方法および車両駆動装置を実現する。【解決手段】車輪速、エンジン回転数などの車両情報を基に後輪トルク演算部１１にて算出した要求トルク情報を用いて、トルク出力制御部２１にて求めたＡＣモータ２０に必要な要求入力電力をフィードバックし、発電目標電力演算部１２にて、発電機３０で発電すべき発電目標電力を演算する際に、電圧センサ４０で実測した現在の実電圧と、発電目標電力を発電する際の目標電圧と、の比較結果に応じて、前記発電目標電力を、駆動用のモータに必要となる要求入力電力に対してあらかじめ定めた割合で加減した値として、発電制御部１３から発電機３０へ発電を指示することにより、前記実電圧が前記目標電圧に一致するように動作させ、最終的に、前記目標電圧において前記要求入力電力と一致した電力を発電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動するための電力を発電する発電制御方法において、現在の実電圧と発電目標電力を発電する際の目標電圧との比較結果に応じて、前記発電目標電力を、駆動用のモータに必要となる要求入力電力に対して、あらかじめ定めた割合で加減した値として発電して、前記モータの負荷特性を加減することにより、前記実電圧が前記目標電圧に一致するように動作させ、前記発電目標電力を前記目標電圧において前記要求入力電力と一致する値で発電することを特徴とする発電制御方法。
【請求項２】
前記実電圧が前記目標電圧よりも大きい場合は、前記発電目標電力を前記要求入力電力に対してあらかじめ定めた割合で減少させた値として発電し、前記実電圧が前記目標電圧よりも小さい場合は、前記発電目標電力を前記要求入力電力に対してあらかじめ定めた割合で増加させた値として発電することを特徴とする請求項１に記載の発電制御方法。
【請求項３】
発電した電力を用いて車両を駆動する車両駆動装置において、現在の実電圧と発電目標電力を発電する際の目標電圧との比較結果に応じて、前記発電目標電力を、駆動用のモータに必要となる要求入力電力に対して、あらかじめ定めた割合で加減した値として発電して、前記モータの負荷特性を加減することにより、前記実電圧が前記目標電圧に一致するように動作させ、前記発電目標電力を前記目標電圧において前記要求入力電力と一致する値で発電することを特徴とする車両駆動装置。
【請求項４】
前記実電圧が前記目標電圧よりも大きい場合は、前記発電目標電力を前記要求入力電力に対してあらかじめ定めた割合で減少させた値として発電し、前記実電圧が前記目標電圧よりも小さい場合は、前記発電目標電力を前記要求入力電力に対してあらかじめ定めた割合で増加させた値として発電することを特徴とする請求項３に記載の車両駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電制御方法および車両駆動装置に関し、特に、４ＷＤ（４輪駆動）の車両駆動装置に対して好適に適用することができる。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両駆動装置として、三相電流Ｆ／Ｂ（Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）制御により出力トルクを制御するためのＡＣモータを駆動するモータシステムにおいて、発電電力可変のオルタネータ型発電機を電源として使用する場合、特許文献１の特開２００１−２３９８５２号公報「車両駆動装置」などに記載されているように、オルタネータ型発電機が発電すべき電力すなわちＡＣモータにて必要とする要求入力電力を、モータ回転数・出力目標トルクに基づいて、算出するようにしている。
【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、前述の従来技術には、次のような問題点が存在している。
【０００４】
前記ＡＣモータにて出力トルクを制御する場合、ほぼ一定の入力電力が必要となるため、前記オルタネータ型発電機についても、発電すべき電力をフィードバック制御することにより、出力トルクを安定的に制御することが可能である。
【０００５】
ただし、このような場合は、発電電力をほぼ一定に制御するようにしているものの、発電電圧・電流が一意的に決定されていないために、
（１）電圧レベルが変動する電圧ハンチングなどが発生して、電気的に安定しない可能性があること
（２）高効率が得られる電圧領域でのモータ・発電機の運転を実現することができないこと
などと言った問題がある。
【０００６】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、高効率が得られる電圧領域において電気的に安定した運転が可能な発電制御方法および車両駆動装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述のような課題を解決するために、次のような技術手段を備えている。
【０００８】
すなわち、本発明による発電制御方法および車両駆動装置は、実電圧と目標電圧との比較結果に応じて、発電機が発電すべき発電目標電力を、ＡＣモータが必要とする要求入力電力に対して加減した値に設定することによって、ＡＣモータの負荷特性を加減し、前記目標電圧で、要求された電力を発電することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発電制御方法および車両駆動装置によれば、実電圧と最も効率的な運転が可能な目標電圧との比較結果に応じて、発電機が発電すべき発電目標電力を加減することにより、最終的に、実電圧（発電電圧）を、高効率が得られる前記目標電圧に一致させ、発電電圧・電流を一意的に決定した状態で、モータに必要な要求入力電力を発電しているので、電気的に安定した運転が可能であり、かつ、モータ・発電機を高効率で運転することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明による発電制御方法および車両駆動装置の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
本発明は、４ＷＤ車両駆動装置に好適に適用可能なものであり、三相電流Ｆ／Ｂ（Ｆｅｅｄ  Ｂａｃｋ）制御により出力トルクを制御するＡＣモータを駆動するための発電機として、発電電力が可変のオルタネータ型発電機を使用し、オルタネータ型発電機が発電すべき電力すなわちＡＣモータにて必要とする要求入力電力を発電する際に、前記要求入力電力において、ＡＣモータおよびオルタネータ型発電機を高効率で運転できる電圧値を目標電圧として導出するとともに、現在の実電圧と前記目標電圧との間の偏差に応じて、発電目標電力の値を前記要求入力電力に対して増減させることにより、最終的に、前記要求入力電力に一致する電力を前記目標電圧で発電し、もって、前記目標電圧での高効率運転を電気的に安定した状態で実現するものである。
【００１２】
（本実施形態の構成）
図１は、本発明の発電制御方法を実現する車両駆動装置のシステム構成の一例を示すブロック構成図である。
【００１３】
図１に示す車両駆動装置１００は、４ＷＤ制御コントローラ１０、ＡＣモータ２０、発電機３０、電圧センサ４０、電流センサ５０などから構成されている。
【００１４】
４ＷＤ制御コントローラ１０は、後輪トルク演算部１１、発電目標電力演算部１２、発電制御部１３、および、目標電圧マップ１４を、少なくとも備えている。また、ＡＣモータ２０は、トルク出力制御部２１、電流Ｆ／Ｂ制御部２２、ゲート信号変換部２３、駆動回路２４、要求電力演算部２５、電流マップ２６、および、効率マップ２７を、少なくとも備えている。
【００１５】
（本実施形態の構成例における各部の動作の説明）
次に、図１に示す車両駆動装置１００の各部の動作について説明する。
【００１６】
車両駆動装置１００の４ＷＤ制御コントローラ１０において、後輪トルク演算部１１では、車輪速、エンジン回転数、アクセル開度などの車両情報を基にして、後輪を駆動するための後輪出力トルク値を決定し、ＡＣモータ２０のトルク出力制御部２１に対して、要求トルク指令として出力する。
【００１７】
また、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電目標電力演算部１２は、ＡＣモータ２０の要求電力演算部２５から受信した要求入力電力値（すなわち、ＡＣモータ２０が出力トルクを得るために必要とする入力電力値）とエンジン回転数とを基にして、発電すべき目標電圧を決定するための目標電圧マップ１４を参照しながら、発電目標電力を演算する。なお、発電目標電力演算部１２における、かかる発電目標電力の演算動作は、本発明に特有の動作の一つであり、その詳細については、後述する。
【００１８】
また、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電制御部１３は、発電目標電力演算部１２において算出された発電目標電力に対して、電圧センサ４０、電流センサ５０にて実測された実電力をフィードバックすることにより、発電すべき電力値を制御して、発電機３０に対する発電指令として送信する。
【００１９】
一方、車両駆動装置１００のＡＣモータ２０において、トルク出力制御部２１は、４ＷＤ制御コントローラ１０の後輪トルク演算部１１からの要求トルク指令を基にして、後輪を駆動する出力トルク値と三相電流との関係を示す電流マップ２６を参照して、三相電流の目標値を演算して、電流Ｆ／Ｂ制御部２２に対して電流目標値として出力する。
【００２０】
ＡＣモータ２０の電流Ｆ／Ｂ制御部２２では、トルク出力制御部２１から入力されてくる電流目標値に対して、駆動回路２４に実際に流れている実電流をフィードバックすることにより、後輪を駆動するためのモータ印加電圧値を演算して、ゲート信号変換部２３を介して、駆動回路２４に出力する。ゲート信号変換部２３は、電流Ｆ／Ｂ制御部２２からのモータ印加電圧値を駆動回路２４へのゲート信号に変換して、駆動回路２４へ入力することにより、後輪駆動用の駆動トルクを制御する。
【００２１】
また、ＡＣモータ２０の要求電力演算部２５は、トルク出力制御部２１からの要求トルクとモータ回転数とからモータ出力（仕事率）を演算し、該モータ出力におけるモータ効率をあらかじめ設定登録している効率マップ２７を基にして、当該ＡＣモータ２０に対して入力すべき電力値を演算し、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電目標電力演算部１２に対して要求入力電力値として出力する。
【００２２】
また、発電機３０は、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電制御部１３からの発電指令に基づいて、界磁電流を加減することにより、可変に発電可能な電力を制御し、ＡＣモータ２０の駆動回路２４に対して発電電力を供給する。
【００２３】
なお、図１に示す車両駆動装置１００においては、発電機３０の発電電力によりＡＣモータ２０を駆動して、車両の後輪を駆動する場合について示しているが、本発明は、かかる場合に限るものではなく、場合によっては、発電機３０の発電電力によって前輪を駆動するようにしても良い。
【００２４】
（本実施形態の動作例）
次に、図１の車両駆動装置１００に例示した４ＷＤ制御コントローラ１０とＡＣモータ２０との間の発電電力のフィードバック動作による発電制御を用いることにより、実電圧（動作電圧）を特定の目標電圧（すなわち、最も効率的な運転が可能な電圧値）に移動制御させるメカニズムについて、図２を用いて詳細に説明する。ここに、図２は、本発明の発電制御方法を実現する車両駆動装置にて動作電圧を目標電圧へ移動するメカニズムの一例を説明するための電流・電圧グラフである。
【００２５】
図２において、曲線ａは、ＡＣモータ２０から要求された要求入力電力が一定（たとえば、図２では、５００Ｗ）の場合における電流・電圧レベルを示す双曲線であり、直線Ａは、該要求入力電力（たとえば、５００Ｗ）の場合において、ＡＣモータ２０、発電機３０を最も効率良く運転することができる電圧値として設定されている目標電圧（たとえば、図２では、３０Ｖ）を示している。要求入力電力に対応するこの目標電圧は、図１に示す目標電圧マップ１４として設定登録される。
【００２６】
また、曲線ｂは、実電圧が目標電圧よりも高い場合における、発電すべき電力値を示す曲線(発電目標電力線)であり、曲線ａの要求入力電力よりもあらかじめ定めた割合（たとえば、８５％値）で減少させた、小さ目の電力値とされている。一方、曲線ｃは、実電圧が目標電圧よりも低い場合における、発電すべき電力値を示す曲線であり、曲線ａの要求入力電力よりもあらかじめ定めた割合（たとえば、１１５％値）で増加させた、大き目の電力値とされている。
【００２７】
ＡＣモータ２０のトルク出力制御部２１にて、要求トルクとモータ回転数とが与えられると、一意的にモータ出力（仕事率）が算出される。その時に、ＡＣモータ２０に必要となる要求入力電力は、一般に、算出されたモータ出力とモータ効率とによって決定される。しかし、極端に、電圧値・電流値が低い状況でなければ、モータ効率は大きく変化しないため、要求入力電力自体も、電圧に依存することなく、モータ出力に対応して一定の値となり、この値が、要求入力電力として、ＡＣモータ２０から４ＷＤ制御コントローラ１０の発電目標電力演算部１２に対して送信される。
【００２８】
つまり、ＡＣモータ２０のある運転条件（回転数・トルク）を実現するための電圧・電流条件を、図２の電流・電圧グラフ上に記載すると、図中の曲線ａに示す「モータ動作点（一定電力）」のように表現することができる。
【００２９】
これに対して、本発明の発電制御方法においては、発電機３０で発電すべき発電目標電力を算出する際に、ＡＣモータ２０や発電機３０を最も効率的に使用可能な特定の目標電圧と実電圧との偏差を加味して調整を行うようにしている。すなわち、次のような目標電圧への移動メカニズムを採用している。
【００３０】
（１）図２の曲線ｂの発電目標電力線のように、実電圧＞目標電圧の場合、
発電目標電力を要求入力電力に対して小さ目の値に制御することにより、モータ通電電流を不足状態とする。この結果、ＡＣモータ２０の電流Ｆ／Ｂ制御部２２にて、モータ印加電圧を上げる動きとなるため、すなわち、駆動回路２４のインピーダンスを下げる動きとなるため、矢印Ｂに示すように、ＡＣモータ２０への入力電力として、電圧下降方向、電流上昇方向へ移動する。
【００３１】
（２）図２の曲線ｃの発電目標電力線のように、実電圧＜目標電圧の場合、
発電目標電力を要求入力電力に対して大き目の値に制御することにより、モータ通電電流を過多状態とする。この結果、ＡＣモータ２０の電流Ｆ／Ｂ制御部２２にて、モータ印加電圧を下げる動きとなるため、すなわち、駆動回路２４のインピーダンスを上げる動きとなるため、矢印Ｃに示すように、ＡＣモータ２０への入力電力として、電圧上昇方向、電流下降方向へ移動する。
【００３２】
而して、最終的に、実電圧が目標電圧と一致する電圧値に収束すると、発電目標電力は、該目標電圧を維持した状態で、発電目標電力線（曲線ｂ，ｃ）から要求入力電力線（曲線ａ）へと移動して、目標電圧レベルで要求入力電力をＡＣモータ２０へ供給することになり、かかる目標電圧で、効率良く、かつ、安定した運転状態を継続することが可能となる。
【００３３】
次に、図２の矢印Ｂ，Ｃに示すように、実電圧と特定の目標電圧との偏差を加味して発電目標電力の調整を行う、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電目標電力演算部１２における発電目標電力演算動作について、図３および図４の動作フローチャートを用いてさらに説明する。図３は、本発明の発電電力目標演算動作の一例を説明する動作フローチャートである。また、図４は、本発明の発電電力オフセット演算動作の一例を説明する動作フローチャートであり、図３の動作を行うために必要とする発電電力オフセット値を演算するための動作フローチャートである。
【００３４】
まず、図３の動作フローチャートに示すように、４ＷＤ制御コントローラ１０の発電目標電力演算部１２は、ＡＣモータ２０の要求電力演算部２５から、ＡＣモータ２０に対して入力すべき要求入力電力値を取得すると（ステップＳ１）、車両情報として、図示していないエンジンコントローラからエンジン回転数を取得し（ステップＳ２）、取得したエンジン回転数を用いて、ステップＳ１で取得された要求入力電力値において最も効率が良い電圧値としてあらかじめ設定登録されている目標電圧マップ１４を参照して、目標電圧値を取得する（ステップＳ３）。
【００３５】
次に、電圧センサ４０より、現在の実電圧を取得して（ステップＳ４）、ＡＣモータ２０から要求された要求入力電力を補正するための発電電力オフセット値を演算する（ステップＳ５）。なお、発電電力オフセット値は、たとえば、図４として後述するような発電電力オフセット値演算処理により算出される値であり、算出された発電電力オフセット値は、要求入力電力を補正して、発電機３０が発電すべき発電目標電力を算出するために用いられる。ここで、発電電力オフセット値は、実電圧＞目標電圧の場合は、マイナスの値として、逆に、実電圧＜目標電圧の場合は、プラスの値として算出される。しかる後、ステップＳ１で取得された要求入力電力値と、ステップＳ５で取得された発電電力オフセット値とを加算することにより、発電機３０にて発電すべき発電目標電力値を算出する（ステップＳ６）。
【００３６】
次に、ステップＳ５における発電電力オフセット値演算処理の動作について、図４を用いて、その一例を説明する。
【００３７】
図４の動作フローチャートにおいて、まず、図３のステップＳ４において電圧センサ４０から取得された現在の実電圧値と、図３のステップＳ３において取得された目標電圧値よりもあらかじめ定めた割合だけ大き目の値、たとえば、目標電圧値の１．１倍の値とを比較する（ステップＳ１１）。
【００３８】
現在の実電圧値が目標電圧値の１．１倍以上であった場合は（ステップＳ１１のＮＯ）、ステップＳ１５に移行して、発電電力オフセット値として、図３のステップＳ１において取得された要求入力電力値に対してあらかじめ定めた割合を乗じた値をマイナスの値にして（たとえば、１０％を乗じて「−（要求電力値×０．１）」にして）、出力する（ステップＳ１５）。
【００３９】
一方、現在の実電圧値が目標電圧値の１．１倍よりも小さい場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、次に、現在の実電圧値と、図３のステップＳ３において取得された目標電圧値よりもあらかじめ定めた割合だけ小さ目の値、たとえば、目標電圧値の０．９倍の値とを比較する（ステップＳ１２）。
【００４０】
現在の実電圧値が目標電圧値の０．９倍以下であった場合は（ステップＳ１２のＮＯ）、ステップＳ１４に移行して、発電電力オフセット値として、図３のステップＳ１において取得された要求入力電力値に対してあらかじめ定めた割合を乗じた値をプラスの値にして（たとえば、１０％を乗じて「＋（要求電力値×０．１）」にして）、出力する（ステップＳ１４）。
【００４１】
一方、現在の実電圧値が目標電圧値の０．９倍よりも大きい場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、ほぼ、現在の実電圧値は目標電圧値に近い値であり、発電電力オフセット値として、「０」を出力する（ステップＳ１３）。
【００４２】
なお、ステップＳ１１、Ｓ１２において、目標電圧値を現在の実電圧値と比較する際に、それぞれ、目標電圧値の１．１倍、０．９倍を用いる例を示しているが、いずれの場合も一例であり、１．１倍、０．９倍とは異なる倍数であっても良いし、さらには、目標電圧値の１倍を用いて、現在の実電圧値を目標電圧値そのものと直接比較するようにしてももちろんかまわない。
【００４３】
また、ステップＳ１４、Ｓ１５で算出される発電電力オフセット値についても、要求入力電力値に対して固定的な割合（たとえば１０％）を乗じた値に限るものではなく、たとえば、実電圧値と目標電圧値との偏差の大きさに応じて、要求入力電力値に対して乗じる割合を、あらかじめ定めた条件で可変にするようにしても良い。
【００４４】
図４に示すような処理により算出された発電電力オフセット値を用いて、発電機３０で発電すべき発電目標電力が、図３のステップＳ６において、ＡＣモータ２０からの要求入力電力から補正されることになる。而して、発電目標電力は、実電圧と目標電圧との偏差に応じて、要求入力電力から加減して発電され、最終的には、発電電圧が目標電圧に設定され、発電電流も一義的に決定された状態で、要求入力電力が発電されることになる。もって、電圧ハンチングのような不安定な動作を伴うことなく、電気的に安定した運転が可能であり、かつ、モータ・発電機を高効率で運転することも可能となる。
【００４５】
図３、図４に示すような動作について、さらに補足して説明する。
【００４６】
実電圧＞目標電圧の場合、発電電力オフセット値として、図３、図４にて説明したように、マイナスの値となり、発電目標電力として、ＡＣモータ２０からの要求入力電力よりも小さい電力で発電するようにしているので、ＡＣモータ２０では、三相電流の通電電流が不足状態となり、三相電流Ｆ／Ｂ制御により、モータヘの印加電圧を上昇させるため、すなわち、駆動回路２４のインピーダンス（ＡＣモータ２０の負荷特性）を下げる方向に動作するため、ＡＣモータ２０への入力電力としては、電圧が下降し、電流が上昇することになる。
【００４７】
このため、実電圧＞目標電圧の間は、電圧を下降させることになるため、結果として、図２に示すように、実電圧は、目標電圧の方向へ移動することになる。最終的に、実電圧が目標電圧に達すると、発電すべき発電目標電力が要求入力電力の値となり、目標電圧近辺で安定状態となる。
【００４８】
一方、実電圧＜目標電圧の場合は、発電電力オフセット値として、図３、図４にて説明したように、プラスの値となり、発電目標電力として、ＡＣモータ２０からの要求入力電力より大きい電力で発電するようにしているので、実電圧＞目標電圧の場合と逆の動きとなり、モータヘの印加電圧を下降させるため、すなわち、駆動回路２４のインピーダンス（ＡＣモータ２０の負荷特性）を上げる方向に動作するため、ＡＣモータ２０への入力電力としては、電圧が上昇し、電流が下降することになり、結果として、図２に示すように、実電圧は、目標電圧の方向へ移動し、実電圧が目標電圧に達すると、実電圧＞目標電圧の場合と同様に、目標電圧近辺で安定状態となる。
【００４９】
このような制御を採用することにより、それぞれの運転条件に対応して、目標電圧近辺で安定的な発電制御を実現することが可能となる。すなわち、実電圧と目標電圧との比較結果に応じて、発電機３０で発電すべき発電目標電力をＡＣモータ２０が必要とする要求入力電力に対して加減した値とすることにより、ＡＣモータ２０の負荷特性すなわち駆動回路２４のインピーダンスを加減し、運転したい目標電圧ポイントで運転することが可能となる。
【００５０】
以上のように、本発明においては、従来技術とは異なり、実電圧と目標電圧との比較結果に応じて、発電機３０が発電すべき発電目標電力を加減することにより、発電電圧・電流を一意的に決定することを可能としているので、電圧ハンチングなどの発生を防止し、電気的に安定した運転が可能であり、かつ、ＡＣモータ２０・発電機３０を高効率で運転することが可能となる。さらには、ＡＣモータ２０・発電機３０を効率が良い電圧領域で電気的に安定して運転させることができるので、大電流が流れることに伴う発熱による作動時間の短縮、部品破壊を防止し、また、大電圧の発生に伴う耐圧規格の逸脱や部品破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の発電制御方法を実現する車両駆動装置のシステム構成の一例を示すブロック構成図である。
【図２】本発明の発電制御方法を実現する車両駆動装置にて動作電圧を目標電圧へ移動するメカニズムの一例を説明するための電流・電圧グラフである。
【図３】本発明の発電電力目標演算動作の一例を説明する動作フローチャートである。
【図４】本発明の発電電力オフセット演算動作の一例を説明する動作フローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０…４ＷＤ制御コントローラ、１１…後輪トルク演算部、１２…発電目標電力演算部、１３…発電制御部、１４…目標電圧マップ、２０…ＡＣモータ、２１…トルク出力制御部、２２…電流Ｆ／Ｂ制御部、２３…ゲート信号変換部、２４…駆動回路、２５…要求電力演算部、２６…電流マップ、２７…効率マップ、３０…発電機、４０…電圧センサ、５０…電流センサ、１００…車両駆動装置。
【図１】
2007143329.tif 000003
【図２】
2007143329.tif 000004
【図３】
2007143329.tif 000005
【図４】
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