(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】従駆動輪の要求駆動力に基づいてモータ４のトルク指令値Ｔｔを算出し、このトルク指令値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、前記トルク指令値Ｔｔに時間遅延を与えることでトルク指令値Ｔｍを算出し、このトルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳したトルク指令値Ｔｄに基づいてモータ４を制御する。【選択図】      図１
2007245764.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、
前記交流モータの出力に微小振動を重畳する重畳手段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】
前記従駆動輪の要求駆動力に応じたトルク指令値に基づいて、前記交流モータを制御するモータ制御手段を備え、前記重畳手段は、前記トルク指令値に所定の微小振動波形を重畳することで、前記交流モータの出力に微小振動を重畳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】
前記微小振動として、車両性能に無害な大きさ且つ低周波数の振動を適用することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項４】
前記交流モータがモータロックしていることを検出するモータロック検出手段を有し、前記重畳手段は、前記モータロック検出手段で前記交流モータがモータロックしていると判定したとき、当該交流モータの出力に微小振動を重畳することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項５】
前記モータロック検出手段は、前記交流モータの回転数が所定時間零であると判断したとき、当該交流モータがモータロックしていると判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。
【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、制動時や、登り坂で車両駆動力と勾配抵抗とがつり合っているとき、モータ回転数が０となってモータ回転位相が固定（モータロック）する場合があり、この場合、インバータ及びモータのある相に連続してモータ電機子電流が流れて温度が上昇し、発煙や熱による断線が起きる恐れがあ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】
【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、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、重畳手段で交流モータの出力に微小振動を重畳する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、交流モータの出力に微小振動を重畳するので、モータロックを防止することができ、インバータ及びモータのある一極に集中して電流が流れることを防止することができる。その結果、電流が連続して流れることに起因する温度上昇を防止することができるので、発煙や熱による断線等を防止す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、熱機関（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、発電機制御部８Ｂ、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。
目標モータトルク演算部８Ａは、従駆動輪である後輪３Ｌ，３Ｒの要求駆動力、例えば、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、モータ４のトルク指令値Ｔｔを出力する。
【００１９】
発電機制御部８Ｂは、目標モータトルク演算部８Ａからのトルク指令値Ｔｔに基づいて後述する発電制御を行い、発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。
モータ制御部８Ｄは、トルク指令値Ｔｔとは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Ｔｄ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。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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）
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
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。
【００３２】
次に、図３の目標モータトルク決定部８Ｃについて説明する。
この目標モータトルク決定部８Ｃは、図１０に示すように、前記（５）式をもとに算出されるトルク指令値Ｔｔに時間遅延を与えることでトルク指令値Ｔｍを演算する目標モータトルク演算部８１と、トルク指令値Ｔｍに重畳する微小振動波形Ｔｓを出力する振動波形出力部８２と、目標モータトルク演算部８１で演算されるトルク指令値Ｔｍに振動波形出力部８２から出力される微小振動波形Ｔｓを重畳して、モータ４を制御するためのトルク指令値Ｔｄを出力する目標モータトルク出力部８３とで構成されている。
【００３３】
先ず、目標モータトルク演算部８１では、モータ使用可能電力（目標出力電力）ＰＧに基づいて前記（５）式をもとに算出されるトルク指令値Ｔｔに時間遅延を与えることで、トルク指令値Ｔｍを演算する。具体的には、上記トルク指令値Ｔｔに一次遅れ系の特性を持たせることで、トルク指令値Ｔｍを演算する。
図１１は、トルク指令値Ｔｔとトルク指令値Ｔｍとの関係を示す図である。図１１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と、トルク指令値Ｔｍは、実線に示すように、トルク指令値Ｔｔの上昇と同時に設定された時定数τで徐々に上昇し、やがて定常値Ｔ２となる。本実施形態では、上記時定数τを、発電機７の出力応答の時定数と略等しく設定するものとする。
【００３４】
一般に発電機の制御応答性は低く（時定数で０．数秒）、インバータによるモータ制御の応答性は高い（数ｍｓ〜１０ｍｓ）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。
【００３５】
また、トルク指令値が急増した場合、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問題がある。
これに対して本実施形態では、発電機７の出力応答と略等しい時定数τを用いた一次遅れ系により、トルク指令値Ｔｔに対して時間遅延させたトルク指令値Ｔｍ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ともに、効率が悪い方に行かないようにする。
【００３６】
図１０の振動波形出力部８２では、トルク指令値Ｔｍに重畳する微小振動波形Ｔｓを出力する。ここで、微小振動波形Ｔｓの大きさは、車両性能に実害のない大きさ（例えば、１Ｎｍピークトゥピーク）とし、周波数は、機械的、電気的振動とならない低周波（例えば、１０Ｈｚ）とする。
そして、目標モータトルク出力部８３では、目標モータトルク演算部８１で演算されるトルク指令値Ｔｍに、振動波形出力部８２から出力される微小振動波形Ｔｓを重畳（加算）することで、モータ４を制御するためのトルク指令値Ｔｄを演算し、前述したモータ制御部８Ｄに出力する。即ち、後輪の要求駆動力に応じたトルク指令値Ｔｍ（後輪の要求駆動力に基づいて演算されるトルク指令値Ｔｔに時間遅延を与えたトルク指令値Ｔｍ）に、微小振動波形Ｔｓを重畳したトルク指令値Ｔｄでモータ４を制御する。
【００３７】
図１０の目標モータトルク演算部８１及び図３のモータ制御部８Ｄがモータ制御手段に対応し、図１０の振動波形出力部８２及び目標モータトルク出力部８３が重畳手段に対応している。
ところで、従来装置では、制動時や、登り坂で車両駆動力と勾配抵抗とがつり合っているとき、図１２（ａ）に示すように、モータのトルク指令値が一定となって、モータの回転位相が固定（モータロック）されたままとなることがある。この状態が継続されると、インバータ及びモータのある相に連続してモータ電機子電流が流れることになり、その結果温度が上昇し、最終的には発煙や熱による断線が起きる恐れがあるという問題があった。
【００３８】
これに対して、本実施形態では、トルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳させることでモータ４の出力に微小振動を重畳し、上記モータロックを防止している。
つまり、トルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳させることで、図１２（ｂ）に示すように、モータ４を制御するためのトルク指令値Ｔｄが変動するので、モータ４の回転位相が変動し、モータロックを防止することができる。その結果、一極に集中して電流が流れることを防止することができ、発煙や熱による断線を防止することができる。
【００３９】
このとき、前述したように微小振動波形Ｔｓの大きさ及び周波数は小さく設定されているため、トルク指令値Ｔｄの変動値は小さい。そのため、モータトルク変動はドライブシャフトやデファレンシャルマウントの捩れによって吸収され、車両の駆動力に影響が出ることはない。
また、従駆動輪の要求駆動力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を目標として発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御し、従駆動輪の要求駆動力に基づいて算出されるトルク指令値Ｔｔに時間遅延を与えたトルク指令値Ｔｍに応じてモータ４を制御しており、発電機７への指令値とモータ４への指令値とを異なる構成としている。そのため、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。
【００４０】
さらに、トルク指令値Ｔｔに時間遅延を与える手法として一次遅れ系を適用し、この時定数を発電機７の出力応答の時定数と略等しく設定するので、発電機７の応答遅れにあわせてトルク指令値を遅延させることができ、インバータ・モータ制御を発電機出力の増加にあわせながらゆっくり動かすようにトルク指令値Ｔｍを漸増させることができる。このとき、発電機７の出力自体は最適効率となる動作点を目標に制御されているため、結果として効率の良い動作点での作動を維持することになる。
【００４１】
このように、上記実施形態では、モータの出力に微小振動を重畳することで、モータ出力を微小変動させるので、モータロックの発生を防止することができる。その結果、インバータ及びモータのある相に連続してモータ電機子電流が流れることがないため、温度上昇を防止して発煙や熱による断線を防止することができる。
また、モータを制御するための目標トルク指令値に微小振動波形を重畳するので、トルク指令値を変動させてモータ回転位相を変動させることができ、確実にモータ出力に微笑振動を重畳させることができる。
さらに、モータ出力に重畳する微小振動として、車両性能に無害な大きさ且つ低周波数の振動を適用するので、車両の駆動力への影響や乗員への違和感を与えることなく、モータロックの発生を防止することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態においては、常時トルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳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４がモータロックしていることを検出するモータロック検出手段を備え、モータロック検出手段でモータ４がモータロックしていると判定したときのみ、微小振動波形Ｔｓを重畳するようにしてもよい。このとき、例えば、モータ回転数Ｎｍが所定時間０であることを検出したとき、モータ４がモータロックしていると判定する。そして、モータロックしていると判定されたときには、トルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳したものをトルク指令値Ｔｄとして出力し、モータロックしていないと判定されたときには、トルク指令値Ｔｍをそのままトルク指令値Ｔｄとして出力すればよい。
【００４３】
このように、モータロックしていると判定されたときのみ、トルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳（モータ出力に微小振動を重畳）することで、常時トルク指令値Ｔｄが変動することがないため、車両の駆動力への影響を最小限にすることができる。また、モータ回転数Ｎｍが所定時間０であるときにモータロックしていると判定することで、確実にモータ４がモータロックしていることを検出することができ、適切なタイミングでトルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳することができる。
【００４４】
また、上記実施形態においては、目標モータトルク演算部８１で演算されたトルク指令値Ｔｍに微小振動波形Ｔｓを重畳することで、モータ４の出力に微小振動を重畳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。要はモータ４の出力に微小振動が重畳されればよく、例えば、前記（５）式により算出されるトルク指令値Ｔｔに微小振動波形Ｔｓを重畳し、これに時間遅延を与えたトルク指令値Ｔｍに基づいてモータ制御を行うようにしてもよい。
【００４５】
さらに、上記実施形態においては、トルク指令値Ｔｔに時間遅延を与える手法として、トルク指令値Ｔｔに一次遅れ系の特性を持たせる手法を適用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、図１３（ａ）に示すように、トルク指令値Ｔｔに時間変化率の制限を設けるようにしてもよい。このとき、変化率の制限値は、発電機７の応答遅れによる実際の出力上昇と略等しく設定するものとする。
【００４６】
また、トルク指令値に時間遅延を与える手法として、発電機７の応答遅れを模擬する手法を適用するようにしてもよい。この場合には、先ず、発電機７の回転数Ｎｇ、界磁電流指令値Ｉｆｇ等から、正確に発電機出力の応答遅れを予測し、発電機７の発電目標値に対する実際の出力値の比率（発電出力値）／（発電目標値）を演算する。そして、モータ使用可能電力（目標出力電力）ＰＧに基づいて前記（５）式をもとに算出されるトルク指令値Ｔｔと、上記比率（発電出力値）／（発電目標値）と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。
Ｔｍ＝Ｔｔ×（発電出力値）／（発電目標値）  ………（６）
なお、上記（６）式に代えて、発電機７の出力電力Ｐ（＝Ｖ×Ｉ）と目標出力電力ＰＧとに基づいて、次式をもとにトルク指令値Ｔｍを算出することもできる。
Ｔｍ＝Ｔｔ×Ｐ／ＰＧ  ………（７）
これにより、トルク指令値Ｔｔとトルク指令値Ｔｍとの関係は、図１３（ｂ）示すようになる。
【００４７】
さらに、トルク指令値に時間遅延を与える手法として、トルク指令値Ｔｔにシステム全体の動きから予め実験的に求めた遅れ特性を与えるようにしてもよい。ここで、発電機動作点が低電圧・大電流の効率の悪い領域に移行しないような遅れをもたせると共に、モータ４の実際の発生トルクの遅れが過度に大きくならないように（遅れを大きくしすぎないように）、上記遅れ特性を設定しておくものとする。
【００４８】
なお、上記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１４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。
【００４９】
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）  ………（８）
図１５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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
また、発電電力制御部１０６では、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して、発電機界磁電流を制御するようにしてもよい。この場合、図１６に示すように、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（９）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  ………（９）
【００５２】
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。
さらに、上記実施形態においては、発電機制御部８Ｂで、発電機の現在の出力電圧Ｖが目標電圧Ｖｔとなるようにフィードバック制御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てもよい。
【００５３】
この場合、発電機制御部８Ｂのブロック図を図１７に、このときの発電制御の概念を図１８に示すように、目標動作点設定部１０７で、前述した目標動作点設定部１０５と同様な方法で目標出力電力ＰＧから選定される目標動作点（Ｖｔ，Ｉｔ）を含む出力可能特性線ＳｔのＶ軸切片Ｖ0ｔを出力し、現在動作点検出部１０８で、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。このとき、Ｖ軸切片Ｖ0ｔ（又はＶ0）は、出力可能特性線Ｓｔ（又はＳ）の線形近似式Ｖｔ＝−ａ×Ｉｔ＋Ｖ0ｔ（又はＶ＝−ａ×Ｉ＋Ｖ0）に基づいて算出する。そして、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となるように発電電力制御部１０９で発電機７の界磁電流Ｉｆｇの増減を制御する。この発電電力制御部１０９では、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ＰＩＤ制御を施して目標界磁電流Ｉｆｔを算出し、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。
なお、この発電電力制御部１０９では、前述した図１４と同様に、発電機界磁電流をＰＷＭ制御するようにしてもよく、前述した図１６と同様に、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。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【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】図６の発電電力制御部の詳細を示すブロック図である。
【図１０】図６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】トルク指令値Ｔｍの変化を示す図である。
【図１２】本発明における動作を説明する図である。
【図１３】目標モータトルク演算部の別の例を示す図である。
【図１４】発電電力制御部の別の例を示すブロック図である。
【図１５】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１６】発電電力制御部の別の例を示すブロック図である。
【図１７】発電機制御部の別の例を示すブロック図である。
【図１８】発電機制御の別の例の概念を説明する図である。
【符号の説明】
【００５５】
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
８１  目標モータトルク演算部
８２  振動波形出力部
８３  モータロック判断部
８４  目標モータトルク出力部
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
【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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