JP2013184663A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面から入力される運動エネルギを二次電池に充電する車両用制御装置であって、電動発電機の減磁を防止し、かつ、二次電池の過充電を防止することができる車両用制御装置を提供すること。
【解決手段】路面から入力される運動エネルギを、電動発電機で電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを二次電池に充電する車両用制御装置であって、第１の範囲は変換した電気エネルギを二次電池に充電するときの電流値の範囲であり、第２の範囲は充電された電気エネルギを電動発電機を用いて消費するときの電流値の範囲であり、二次電池の満充電状態を検出した場合、且つ、ｄ軸電流及び／又はｑ軸電流の電流値が第１の範囲内にあると判断した場合に、該ｄ軸電流及び／又は該ｑ軸電流の電流値を第２の範囲内に変更する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用制御装置に関する。

車両用制御装置には、走行中に路面から車輪に入力される運動エネルギを、電動発電機を用いて電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを二次電池に充電するものがある。

特許文献１には、電源（二次電池）の充電状態に基づいて、モータ（電動発電機）に通電するｄ軸電流の成分を変更することにより、電源の過充電を回避することができる車両用サスペンションシステムに関する技術を開示している。

特開２００９−０４０２４４号公報

走行中に路面から入力される運動エネルギが高い場合には、電動発電機で変換される電気エネルギが高くなる場合がある。このとき、二次電池は、十分に充電されると満充電状態になり、更に充電されると過充電状態になる。

特許文献１に開示されている技術では、ｄ軸電流を流したときに、モータに搭載された磁石（永久磁石）の着磁方向の磁界とは逆方向の磁界を発生する場合がある。このため、モータに搭載された磁石は、逆方向の磁界によって、磁石としての特性を失う（減磁する）場合があった。また、特許文献１に開示されている技術では、ｄ軸電流の電流値を増加したときにモータの発熱量が大きくなり、モータに搭載された磁石が発熱によって減磁する場合があった。

本発明は、このような事情の下に為され、路面から入力される運動エネルギを、電動発電機で電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを二次電池に充電する車両用制御装置であって、電動発電機の減磁を防止し、かつ、二次電池の過充電を防止することができる車両用制御装置を提供することを課題とする。

本発明の一の態様によれば、路面から入力される運動エネルギを、電動発電機で電気エネルギに変換し、変換した前記電気エネルギを二次電池に充電する車両用制御装置であって、前記電動発電機に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の電流値が第１の範囲内にあるか否かを判断する判断手段と、前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の電流値を第２の範囲内に変更する電流制御手段と、前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段とを有し、前記第１の範囲は、変換した前記電気エネルギを前記二次電池に充電するときの前記電流値の範囲であり、前記第２の範囲は、前記二次電池に充電された前記電気エネルギを前記電動発電機を用いて消費するときの前記電流値の範囲であり、前記電流制御手段は、前記充電状態検出手段が前記二次電池の満充電状態を検出した場合、且つ、前記判断手段が前記ｄ軸電流及び／又は前記ｑ軸電流の電流値が前記第１の範囲内にあると判断した場合に、該ｄ軸電流及び／又は該ｑ軸電流の電流値を前記第２の範囲内に変更する、ことを特徴とする車両用制御装置が提供される。また、車輪に入力された前記運動エネルギを前記電動発電機の回転子に伝達する伝達手段と、前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、を更に有し、前記伝達手段は、前記二次電池が満充電状態の場合、且つ、前記回転数検出手段が検出した前記回転数が第３の範囲外の場合に、前記運動エネルギを前記回転子に伝達しないクラッチ手段を備え、前記第３の範囲は、前記第１の範囲の電流値に対応する前記回転数の範囲である、ことを特徴とする車両用制御装置が提供される。

本発明に係る車両用制御装置によれば、電動発電機の減磁を防止し、かつ、二次電池の過充電を防止することができる。

本発明の実施形態に係る車両用制御装置を備えた車両の全体構成を説明する概略構成図である。 本発明の実施形態に係る車両用制御装置の制御回路の一例を説明する回路図である。 本発明の実施形態に係る車両用制御装置の動作の一例を説明するフローチャート図である。 本発明の実施例１に係る車両用制御装置に用いる電動発電機の回生領域及び消費領域の一例を説明する説明図である。 本発明の実施例２に係る車両用制御装置に用いる伝達手段の一例を説明する概略断面図である。 本発明の実施例２に係る車両用制御装置の動作の一例を説明するフローチャート図である。

添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面中、同一又は対応する部材又は部品については、同一又は対応する符号を付し、重複する説明を省略する。また、添付の図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。すなわち、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

また、本発明は、電動発電機を用いて、走行中に路面から入力される運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）し、変換した電気エネルギを二次電池に充電する車両用の制御装置に関するものである。したがって、本発明に係る車両用制御装置は、路面から入力されるエネルギを回生する様々な車両用の制御装置に用いることができる。この場合、以後に示した実施形態の構成に、その他の要素を組合せるなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて、適切に定めることができる。

更に、本発明に係る車両用制御装置は、適用対象の車両の種類を限定しない。すなわち、本発明に係る車両用制御装置は、様々な種類の車両に用いることができる。具体的には、本発明に係る車両用制御装置は、乗用車、軽自動車、トラック及びバス、並びに、トラクタ、二輪車及び三輪車等で電動発電機（電動アクチュエータ）及び二次電池を搭載した車両に用いることができる。

ここで、車両とは、ＥＶ（電気自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド車）、ＨＶ（ハイブリッド車）及びＦＣＶ（燃料電池車）などの車両を含む。また、電動発電機とは、電動機と発電機とが可逆なもの（電動機にも発電機にもなるもの）であって、電気エネルギを機械エネルギに変換する電動機（電気機器、電力機器、モータ、シリンダ等）と、機械エネルギから電気エネルギを得る発電機（発電機械、電気機器、モータ、シリンダ等）とを含む。二次電池は、蓄電池（バッテリ、鉛蓄電池等）、リチウムイオン二次電池及びその他の充電及び放電（以下、「放充電」という。）を繰り返し行うことができる電池を含む。

（車両用制御装置の構成）
本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００の概略構成を、図１を用いて、説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００を備えた車両の全体構成を説明する概略構成図である。

ここで、車両には、車両に搭載されたアクチュエータ（エンジン、自動変速機又はサスペンション等の駆動手段）及びセンサ（エンジン状態、走行状態又は路面状態等を検出する検出手段）等の動作を制御する制御装置（ＥＣＵ等）が装備されている。制御装置は、制御プログラム及び／又は制御マップ等が記憶されている記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ、メモリー等）、予め記憶された数式等を用いて所定の演算処理を行う中央処理部（ＣＰＵ等）、情報を入出力することができる入力部及び出力部等を備えている。また、制御装置の入力部には、多数のセンサが接続されている。更に、制御装置の出力部には、多数のアクチュエータが接続されている。これにより、制御装置は、入力部から入力された入力情報等を記憶部に記憶し、入力（記憶）された入力情報等を用いて中央処理部で演算処理を行った後、演算結果に基づいて出力部に接続されたアクチュエータを駆動することができる。この結果、制御装置は、車両に搭載されたエンジン及び自動変速機、並びに、車両の走行状態等を制御することができる。

なお、図１に示すように、本実施形態に係る車両用制御装置１００を備える車両は、制御装置として統合ＥＣＵ、二次電池（高電圧バッテリー用）としてＨＶ／ＥＶ用二次電池、各車輪の電動発電機Ｍｔｒを内蔵する電動アクチュエータＡｃｔｕ（図中のＡｃｔｕＦＲ等）及び電動アクチュエータＡｃｔｕを制御するアクチュエータ駆動部ＣｎｔＦＲ等、並びに、降圧コンバータ及び昇圧コンバータを含む双方向ＤＣＤＣコンバータ及び二次電池（低電圧バッテリー用）として鉛蓄電池等を備える。また、電動アクチュエータＡｃｔｕは、サーミスタ、レゾルバ、ボールネジ、直列アブソーバ、直列コイルバネ、エアバネ（主バネ）、エアサスバルブ等を備える構成とすることができる。

本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００は、上記制御装置の一部の機能を利用する構成としてもよい。また、車両用制御装置１００は、上記制御装置に含まれる構成としてもよい。

また、車両用制御装置１００は、路面から車両の車輪に入力される運動エネルギをアクチュエータで電気エネルギに変換（回生）し、変換した電気エネルギを二次電池に充電する動作を制御する。車両用制御装置１００は、本実施形態では、各車輪に対応する電動アクチュエータＡｃｔｕ（図中の右前輪のＡｃｔｕＦＲ、左前輪のＡｃｔｕＦＬ、右後輪のＡｃｔｕＲＲ及び左後輪のＡｃｔｕＲＬ）を用いる。また、車両用制御装置１００は、本実施形態では、電動発電機Ｍｔｒに供給するｄ軸電流の電流値及びｑ軸電流の電流値（以下、「電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑ」という。）が第１の範囲Ｒｎｇ１内にあるか否かを判断する判断手段１１と、電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを第２の範囲Ｒｎｇ２内に変更する電流制御手段１２と、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態を検出する充電状態検出手段１３Ｃｈｇとを有する。

ここで、第１の範囲Ｒｎｇ１とは、電動発電機Ｍｔｒを用いて路面から入力される運動エネルギを電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを二次電池Ｃｅｌｌに充電するときの電動発電機Ｍｔｒに通電する電流値（電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑ）の範囲である。第２の範囲Ｒｎｇ２とは、二次電池Ｃｅｌｌに充電された電気エネルギを電動発電機Ａｃｔｕで消費するときの電動発電機Ｍｔｒに通電する電流値の範囲である。

なお、ｄ軸とは、電動発電機Ｍｔｒにおいて、電動発電機Ｍｔｒに内蔵された回転子（ロータ）の磁界と平行な方向の軸である。ｑ軸とは、ｄ軸と直交する方向の軸である。すなわち、ｄ軸電流は磁束を発生させるための成分（励磁電流成分）であり、ｑ軸電流は電動発電機Ｍｔｒに作用する負荷（回転トルク）に対応した成分（負荷換算電流）である。

判断手段１１は、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｄ及び／又はＩ_ｑが第１の範囲Ｒｎｇ１内にあるか否かを判断する手段である。判断手段１１は、本実施形態では、統合ＥＣＵに内蔵されている。

具体的には、判断手段１１は、電動発電機Ｍｔｒ（の回転子）の回転数（回転速度、回転角速度、ストローク速度）に基づいて、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄが第１の範囲Ｒｎｇ１（例えば、後述する図４の回生領域Ｒｒｓ）内にあるか否かを判断する。なお、判断手段１１は、各車輪のアクチュエータ駆動部ＣｎｔＦＲ等に内蔵されるレゾルバを用いて電動発電機Ｍｔｒの回転角を検出し、検出した回転角を用いて電動発電機Ｍｔｒの回転数を算出してもよい。また、判断手段１１は、磁界を検出するホール素子などのセンサ素子を用いて電動発電機Ｍｔｒの回転子の位置を検出し、検出した回転子の位置を用いて電動発電機Ｍｔｒの回転数を算出してもよい。更に、判断手段１１は、電動発電機Ｍｔｒの回転数を用いて、電流指令値Ｉ_ｄ等が第１の範囲Ｒｎｇ１内にあるか否かを判断してもよい。

電流制御手段１２は、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを第２の範囲Ｒｎｇ２内に変更する手段である。電流制御手段１２は、本実施形態では、統合ＥＣＵに内蔵されている。また、電流制御手段１２は、各車輪のアクチュエータ駆動部ＣｎｔＦＲ等を介して、各車輪の電動発電機ＭｔｒＦＲ等に変更した電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを供給することができる。

具体的には、電流制御手段１２は、後述する充電状態検出手段１３Ｃｈｇが二次電池Ｃｅｌｌが十分に電荷を蓄えた状態（以下、「満充電状態」という。）であることを検出した場合、且つ、判断手段１１が電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄが第１の範囲Ｒｎｇ１内にあると判断した場合に、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄを第２の範囲Ｒｎｇ２（例えば、後述する図４の消費領域Ｒｃｎ）内に変更する。これにより、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００は、満充電状態の二次電池Ｃｅｌｌが更に充電される状態（以下、「過充電」という。）となることを防止することができる。

なお、電流制御手段１２は、いわゆるベクトル制御を用いて、変更する電流指令値のｑ軸成分（Ｉ_ｑ）又は／及びｄ軸成分（Ｉ_ｄ）を算出することができる。電流制御手段１２が電流指令値Ｉ_ｄ又は／及びＩ_ｑを変更する動作の詳細は、後述する（車両用制御装置の動作）で説明する。

充電状態検出手段１３Ｃｈｇは、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態を検出する手段である。充電状態検出手段１３Ｃｈｇは、本実施形態では、二次電池Ｃｅｌｌの充電量、残存エネルギ量、残存電気量又は充電容量に基づいて、充電状態が満充電状態であるか否かを検出する。具体的には、充電状態検出手段１３Ｃｈｇは、二次電池Ｃｅｌｌの電圧（電源電圧）又はその電圧変動に基づいて、充電量等が所定の閾値以上になったときに、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態が満充電状態であると検出することができる。ここで、所定の閾値とは、二次電池Ｃｅｌｌの諸元、並びに、電動発電機Ｍｔｒの発電状態及び車両の走行状態に対応した値とすることができる。また、所定の閾値を、予め実験又は数値計算等で定められる値とすることができる。

また、充電状態検出手段１３Ｃｈｇは、検出した検出結果（充電状態）を判断手段１１に出力する。

（車両用制御装置の制御回路）
本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００の制御回路を、図２を用いて、説明する。図２は、本実施形態に係る車両用制御装置１００の制御回路の一例を説明する回路図である。

図２に示すように、車両用制御装置１００の制御回路は、本実施形態では、電動アクチュエータＡｃｔｕと、電動アクチュエータＡｃｔｕに内蔵された電動発電機Ｍｔｒを制御するインバータＩＮＶとにより構成される。図２は、１つの車輪に対応する電動アクチュエータＡｃｔｕ及びインバータＩＮＶである。すなわち、車両用制御装置１００の制御回路は、各車輪に対応する電動アクチュエータＡｃｔｕ及びインバータＩＮＶを夫々備える。

ここで、電動アクチュエータＡｃｔｕは、コイルをデルタ結線した三相ＤＣモータ（以下、単に「電動発電機Ｍｔｒ」という。）と、車輪から入力させるエネルギを車体に伝達するサスペンションＳｕｓｐとを各車輪に夫々有する。

なお、電動発電機Ｍｔｒは、本実施形態では、三相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の巻線の各相を相互に環状に接続してなる固定子（ステータ）及び固定子に包囲された永久磁石からなる回転子（ロータ）を備える。電動発電機Ｍｔｒには、スター結線（Ｙ結線、λ結線）のコイルを用いてもよい。

また、サスペンションＳｕｓｐは、本実施形態では、第１の弾性体(例えば主バネ)Ｓｐｒ１並びに、油圧アブソーバＡｂｓ及び第２の弾性体(例えば副バネ)Ｓｐｒ２を備える。サスペンションＳｕｓｐは、路面から入力される運動エネルギを油圧アブソーバＡｂｓで減衰しながら、路面の変位を位置エネルギとして第１の弾性体Ｓｐｒ１及び第２の弾性体Ｓｐｒ２に変換（吸収））し、車両の操縦安定性及び乗り心地等を改善する。

更に、インバータＩＮＶは、電動発電機Ｍｔｒの三相に対応する３つのＨｉｇｈ側（高電位側）スイッチング素子ＳＷｕ１、ＳＷｖ１及びＳＷｗ３と、３つのＬｏｗ側（低電位側）スイッチング素子ＳＷｕ２、ＳＷｖ２及びＳＷｗ３と、通電幅を制御したパルス信号をスイッチング素子ＳＷｕ１等に出力するスイッチング素子制御部ＣｎｔＳＷとを有する。また、インバータＩＮＶは、電動発電機Ｍｔｒの回転角を検出するレゾルバ（不図示）と、電動発電機Ｍｔｒに供給する通電電流（電流指令値）を測定する電流センサ（不図示）とを更に有する。

以下に、車両用制御装置１００の制御回路が電動アクチュエータＡｃｔｕを制御する動作を具体的に説明する。

車両用制御装置１００は、本実施形態では、電動発電機Ｍｔｒを電動機として利用する際には、インバータＩＮＶに接続された二次電池Ｃｅｌｌから各車輪の電動発電機Ｍｔｒに電力（所定の電流指令値の電流）を供給し、電動発電機Ｍｔｒの固定子に電流を通電して、回転子を回転させる。このとき、各車輪のスイッチング素子制御部ＣｎｔＳＷは、レゾルバを用いて電動発電機Ｍｔｒ（回転子）の回転角を検出し、検出した回転角に基づいてスイッチング素子ＳＷｕ１等を開閉させるタイミングを制御する。これにより、車両用制御装置１００（インバータＩＮＶ）は、電動発電機Ｍｔｒを所定の回転数に制御することができる。

なお、インバータＩＮＶは、スイッチング素子制御部ＣｎｔＳＷを用いて、いわゆる正弦波駆動によって、電動発電機Ｍｔｒの三相の各々に流れる電流を夫々正弦波状に変化させ、その位相差が電気角で１２０°異なるようにスイッチング素子ＳＷｕ１等を制御することができる。また、インバータＩＮＶは、スイッチング素子ＳＷｕ１等の制御として、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を用いて、パルスオン時間とパルスオフ時間との比（デューティ比）を変更する制御をすることができる。

一方、車両用制御装置１００は、電動発電機Ｍｔｒを発電機として利用する際には、インバータＩＮＶ（又はコンバータ）を用いて、電動発電機Ｍｔｒで発生（回生）した交流電流（逆起電力）を直流電流に変換し、変換した直流電流を二次電池Ｃｅｌｌに送る。これにより、車両用制御装置１００は、電動発電機Ｍｔｒを用いて、二次電池Ｃｅｌｌを充電することができる。

（車両用制御装置の動作）
本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００が電動発電機Ｍｔｒの発電及び電力消費、並びに、二次電池Ｃｅｌｌの放充電を制御する動作を、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る車両用制御装置１００が電動発電機Ｍｔｒ等を制御する動作の一例を説明するフローチャート図である。

図３に示すように、ステップＳ３０１において、本実施形態に係る車両用制御装置１００は、先ず、運転者の操作等に基づいて、車両を走行させるためにエンジン等を始動する。その後、ステップＳ３０２に進む。

次に、ステップＳ３０２において、車両用制御装置１００は、運転者の操作等に基づいて、車両を走行させる。その後、ステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３において、車両用制御装置１００は、各車輪のアクチュエータ駆動部ＣｎｔＦＲ等に内蔵されるレゾルバを用いて電動発電機Ｍｔｒの回転角を検出し、検出した回転角を用いて電動発電機Ｍｔｒの回転数を検出（算出）する。検出の後、ステップＳ３０４に進む。

ステップＳ３０４において、車両用制御装置１００は、電動発電機Ｍｔｒに供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを算出する。算出の後、ステップＳ３０５に進む。具体的には、車両用制御装置１００は、ステップＳ３０３で検出した回転数に基づいて、予め車両用制御装置１００の記憶部に記憶してある数式を用いて、電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを算出することができる。ここで、予め記憶してある数式とは、車両及び電動発電機Ｍｔｒの諸元、並びに、走行状態及び走行している路面状態に対応した数式を用いることができる。また、予め記憶してある数式は、例えば後述する実施例１で用いる数式（数１〜数５）を用いることができる。

次に、ステップＳ３０５において、車両用制御装置１００は、ステップＳ３０４で算出した電流指令値Ｉ_ｄ及びＩ_ｑを電動発電機Ｍｔｒに供給し、路面から入力される運動エネルギによって回転する電動発電機Ｍｔｒ（回転子）を用いて、路面から入力される運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）する。また、車両用制御装置１００は、変換した電気エネルギを二次電池Ｃｅｌｌに出力し、二次電池Ｃｅｌｌに電荷を充電する。その後、ステップＳ３０６に進む。

ステップＳ３０６において、車両用制御装置１００は、充電状態検出手段１３Ｃｈｇを用いて、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態を検出する。具体的には、充電状態検出手段１３Ｃｈｇは、二次電池Ｃｅｌｌの電圧（電源電圧）又はその電圧変動に基づいて、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態が満充電状態であるか否かを検出する。

車両用制御装置１００は、充電状態検出手段１３Ｃｈｇが二次電池Ｃｅｌｌの満充電状態を検出した場合には、ステップＳ３０７に進む。それ以外の場合には、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０７において、車両用制御装置１００は、ステップＳ３０４で算出した電流指令値Ｉ_ｄ及び／又はＩ_ｑが第１の範囲Ｒｎｇ１内であるか否かを判断する。車両用制御装置１００は、電流指令値Ｉ_ｄ及び／又はＩ_ｑが第１の範囲Ｒｎｇ１内であると判断した場合には、ステップＳ３１０に進む。それ以外の場合には、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８において、車両用制御装置１００は、運転者の操作等に基づいて、車両が走行中であるか否かを判断する。車両用制御装置１００は、走行中である場合には、ステップＳ３０６に戻る。車両用制御装置１００は、車両が走行中でない（停車中又は駐車中である）場合には、図中のＥＮＤに進み、電動発電機Ｍｔｒ等を制御する動作を終了する。

次に、ステップＳ３０９において、車両用制御装置１００は、二次電池Ｃｅｌｌを充電する。その後、ステップＳ３０８に進む。具体的には、車両用制御装置１００は、電動発電機Ｍｔｒ及びインバータＩＮＶ等を用いて、電動発電機Ｍｔｒで回生した交流電流（逆起電力）を直流電流に変換し、変換した直流電流を二次電池Ｃｅｌｌに送る。

ステップＳ３１０において、車両用制御装置１００は、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄを第２の範囲Ｒｎｇ２内に変更する。その後、ステップＳ３０８に進む。具体的には、車両用制御装置１００は、二次電池Ｃｅｌｌの過充電状態を防止するために、電流制御手段１２を用いて、電動発電機Ｍｔｒに供給する電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄを第２の範囲Ｒｎｇ２（例えば、後述する図４の消費領域Ｒｃｎ）内に変更する。ここで、電流制御手段１２は、ベクトル制御を用いて、変更する電流指令値のｑ軸成分（Ｉ_ｑ）又は／及びｄ軸成分（Ｉ_ｄ）を算出してもよい。

以上により、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００によれば、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態に基づいて二次電池Ｃｅｌｌを充電するか否かを判断することができるので、二次電池Ｃｅｌｌの過充電を防止することができる。

また、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００によれば、電動発電機Ｍｔｒの回転数に基づいて、予め記憶してある数式を用いて電流指令値Ｉ_ｑ又は／及びＩ_ｄを算出することができるので、算出した電流指令値Ｉ_ｑ等を用いて電動発電機Ｍｔｒの動作を制御することができ、電動発電機Ｍｔｒの減磁を防止することができる。

更に、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００によれば、二次電池Ｃｅｌｌの充電状態及び電動発電機Ｍｔｒの回転数に基づいて二次電池Ｃｅｌｌの放充電を制御することができるので、二次電池Ｃｅｌｌの過充電及び電機部品の故障を防止することができる。すなわち、本発明の実施形態に係る車両用制御装置１００によれば、車両用制御装置１００が搭載された車両の操縦安定性及び乗り心地を改善することができる。

実施形態に係る車両用制御装置１００を含む実施例を用いて、本発明を説明する。なお、以後の説明において、実施形態と同一の部品又は部位には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施例１）
（車両用制御装置の構成）
本発明の実施例１に係る車両用制御装置１１０を備える車両の構成は、実施形態に係る車両用制御装置１００を備える車両の構成（図１）と基本的に同様のため、異なる部分のみを以下に説明する。

本発明の実施例１に係る車両用制御装置１１０に用いる電動発電機Ｍｔｒの回生領域Ｒｒｓと消費領域Ｒｃｎの一例を図４に示す。ここで、回生領域Ｒｒｓとは、電動発電機Ｍｔｒを用いて路面から入力される運動エネルギを電気エネルギに変換し、変換した電気エネルギを二次電池Ｃｅｌｌに充電するときの電流指令値Ｉ_ｑ及び電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎで表される領域（第１の範囲Ｒｎｇ１）である。また、消費領域Ｒｃｎとは、二次電池Ｃｅｌｌに充電された電気エネルギを電動発電機Ｍｔｒで消費するときの電流指令値Ｉ_ｑ及び電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎで表される領域（第２の範囲Ｒｎｇ２）である。

なお、短絡特性線Ｌｓｃは、電動発電機Ｍｔｒの各相の通電端子間を短絡させた場合の特性を示す。

図４に示すように、本実施例に係る車両用制御装置１１０は、電動発電機Ｍｔｒに通電するｑ軸電流Ｉ_ｑと電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎとを制御するにより、電動発電機Ｍｔｒを運動（機械）エネルギを電気エネルギに変換する発電機及び電気エネルギを運動エネルギに変換する電動機として機能させることができる。すなわち、車両用制御装置１１０は、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑと回転数ｎとを図中の回生領域Ｒｒｓとすることで、電動発電機Ｍｔｒを発電機として機能させる。また、車両用制御装置１１０は、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑと回転数ｎとを図中の消費領域Ｒｃｎとすることで、電動発電機Ｍｔｒを電動機として機能させる。

（車両用制御装置の制御回路）
本発明の実施例１に係る車両用制御装置１１０の制御回路を、図２に示す。本実施例に係る車両用制御装置１１０の制御回路は、実施形態の車両用制御装置１００の制御回路と同様のため、説明を省略する。

（車両用制御装置の動作）
本発明の実施例１に係る車両用制御装置１１０が、電動発電機Ｍｔｒの発電及び電力消費、並びに、二次電池Ｃｅｌｌの放充電を制御する動作を、図３を用いて説明する。なお、本実施例に係る車両用制御装置１１０の電動発電機Ｍｔｒ等を制御する動作は、実施形態の車両用制御装置１００の動作と基本的に同様のため、異なる部分のみを以下に説明する。

図３に示すように、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０６において、本実施例に係る車両用制御装置１１０は、実施形態に係る車両用制御装置１００と同様の動作を実施する。その後、ステップＳ３０７に進む。

次に、ステップＳ３０７において、車両用制御装置１１０は、本実施例では、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑ及び回転数ｎが回生領域Ｒｒｓ（図４）内であるか否かを判断する。車両用制御装置１１０は、ｑ軸電流Ｉ_ｑ及び回転数ｎが回生領域Ｒｒｓ内であると判断した場合には、ステップＳ３１０に進む。それ以外の場合には、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８において、車両用制御装置１１０は、運転者の操作等に基づいて、車両が走行中であるか否かを判断する。車両用制御装置１１０は、走行中である場合には、ステップＳ３０６に戻る。車両用制御装置１１０は、車両が走行中でない（停車中又は駐車中である）場合には、図中のＥＮＤに進み、電動発電機Ｍｔｒ等を制御する動作を終了する。

次に、ステップＳ３０９において、車両用制御装置１１０は、実施形態に係る車両用制御装置１００と同様の動作を実施する。その後、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３１０において、車両用制御装置１１０は、本実施例では、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑ及び回転数ｎを消費領域Ｒｃｎ（図４）内に変更する。その後、ステップＳ３０８に進む。具体的には、車両用制御装置１１０は、二次電池Ｃｅｌｌの過充電状態を防止するために、電流制御手段１２を用いて、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑ及び回転数ｎを消費領域Ｒｃｎ内に変更する。ここで、電流制御手段１２は、以後に説明する数１〜数５を用いて、変更するｑ軸電流Ｉ_ｑ（及びｄ軸電流Ｉ_ｄ）の値を算出することができる。

具体的には、各車輪に対応する電動発電機Ｍｔｒのトルク（モータトルク）Ｔは次式となる。

（数１）
Ｔ＝ｋ_ｅＩ_ｑ＋ｐ（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）Ｉ_ｄＩ_ｑ
ここで、ｋ_ｅは、モータトルク／逆起定数（逆起電力定数）である。ｐは、極対数である。Ｌ_ｑ及びＬ_ｄは、ｑ軸インダクタンス及びｄ軸インダクタンスである。

また、電動発電機Ｍｔｒの消費電力（モータ消費電力）Ｐ_ｏは次式となる。

（数２）
Ｐ_ｏ≒Ｖ_ｄＩ_ｄ＋Ｖ_ｑＩ_ｑ
ここで、Ｖ_ｄ及びＶ_ｑは、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧である。

このとき、数２のＶ_ｄ及びＶ_ｑは数３及び数４となる。

（数３）
Ｖ_ｄ＝Ｒ_ａＩ_ｄ−ｐω_ｍＬ_ｑＩ_ｑ＋Ｌ_ｄ（ｄＩ_ｄ／ｄｔ）
（数４）
Ｖ_ｑ＝Ｒ_ａＩ_ｑ＋ω_ｍｋ_ｅ＋ｐω_ｍＬ_ｄＩ_ｄ＋Ｌ_ｑ（ｄＩ_ｑ／ｄｔ）
ここで、Ｒ_ａは、電機子抵抗である。ω_ｍは、モータ機械角速度（２πｎ）である。

したがって、数３及び数４を数２に代入すると、数２は数５となる。

（数５）
Ｐ_ｏ≒Ｒ_ａ（Ｉ_ｄ ^２＋Ｉ_ｑ ^２）＋ω_ｍ｛ｋ_ｅＩ_ｑ＋ｐ（Ｌ_ｄ−Ｌ_ｑ）Ｉ_ｄＩ_ｑ｝＋Ｉ_ｄＬ_ｄ（ｄＩ_ｄ／ｄｔ）＋Ｉ_ｑＬ_ｑ（ｄＩ_ｑ／ｄｔ）
車両用制御装置１１０の電流制御手段１２は、電動発電機Ｍｔｒのｑ軸電流Ｉ_ｑ及び回転数ｎを消費領域Ｒｃｎ内に変更する場合に、上記数式及び検出する電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎの値を用いて、Ｐ_ｏ＞０となるｑ軸電流Ｉ_ｑ（及びｄ軸電流Ｉ_ｄ）の値を算出することができる。

以上により、本発明の実施例１に係る車両用制御装置１１０は、実施形態の車両用制御装置１００と同様の効果を得ることができる。

（実施例２）
（車両用制御装置の構成）
本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０を備える車両の構成は、実施形態に係る車両用制御装置１００を備える車両の構成（図１）と基本的に同様のため、異なる部分のみを以下に説明する。

本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０は、車両の車輪に入力された運動エネルギを電動発電機Ｍｔｒの回転子に伝達する伝達手段１４と、該回転子の回転数ｎを検出する回転数検出手段１３Ｇｎｒと、を更に有する。また、伝達手段１４は、本実施形態では、二次電池Ｃｅｌｌが満充電状態の場合、且つ、電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎが第３の範囲Ｒｎｇ３外の場合に、運動エネルギを回転子に伝達しないクラッチ手段１４ｃを備える。

ここで、第３の範囲Ｒｎｇ３とは、第１の範囲Ｒｎｇ１の電流値に対応する電動発電機Ｍｔｒ（回転子）の回転数ｎの範囲である。

本実施例に係る車両用制御装置１２０に用いる伝達手段１４を、図５に示す。図５（ａ）は、本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０に用いる伝達手段１４の断面図の一例である。図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、伝達手段１４のクラッチ手段１４ｃのクラッチ時（伝達時）及びクラッチ解除時（非伝達時）の一例である。

図５（ａ）に示すように、伝達手段１４は、本実施例では、電動発電機Ｍｔｒ及びクラッチ手段１４ｃを備える。

伝達手段１４は、車両の走行中において、車体と車輪（路面）とが接近又は離間する場合に、アウタチューブ１４ｔｏとインナチューブ１４ｔｉとを車体と車輪とが接近等する方向（以下、「軸線方向」という。）に相対移動する。また、伝達手段１４は、その軸線方向の相対移動に伴って、ねじロッド１４ｓｃとナット１４ｎｔとを軸線方向に相対移動し、ねじロッド１４ｓｃを回転する。

ここで、伝達手段１４の電動発電機Ｍｔｒは、発電機として機能する場合には、電動発電機Ｍｔｒ（回転子）にねじロッド１４ｓｃの回転トルクを付与される。このとき、電動発電機Ｍｔｒは、回転子の回転トルク（運動エネルギ）を電気エネルギに変換（回生）して、変換した電気エネルギを二次電池Ｃｅｌｌに充電する。また、電動発電機Ｍｔｒは、回転子の回転トルク（抵抗力）を、車体と車輪との相対動作（ストローク動作）に対応して減衰力として機能させる。

一方、伝達手段１４の電動発電機Ｍｔｒは、電動機として機能する場合には、インバータＩＮＶに接続された二次電池Ｃｅｌｌから電力を供給し、電動発電機Ｍｔｒの固定子に電流を通電して、回転子を回転させる。このとき、電動発電機Ｍｔｒは、回転子の回転トルクをねじロッド１４ｓｃに付与する。これにより、電動発電機Ｍｔｒは、ねじロッド１４ｓｃの回転運動によって、アウタチューブ１４ｔｏとインナチューブ１４ｔｉとを軸線方向に相対移動させ、その相対移動に対応する駆動力を発生することができる。

図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、クラッチ手段１４ｃは、電動発電機Ｍｔｒの回転子に連結されたシャフト部ＭｔｒＳｈの回転運動とねじロッド１４ｓｃの回転運動とを連結するボール部１４ｃｂと、ボール部１４ｃｂに所定の荷重を付加するばね部１４ｃｓとを備える。ここで、所定の荷重とは、シャフト部ＭｔｒＳｈ及びねじロッド１４ｓｃの諸元、並びに、電動発電機Ｍｔｒの発電状態及び二次電池Ｃｅｌｌの充電状態に対応した値とすることができる。また、所定の荷重は、電動発電機Ｍｔｒの発熱状態に対応した値とすることができる。更に、所定の荷重を、予め実験又は数値計算等で定められる値とすることができる。

クラッチ手段１４ｃは、シャフト部ＭｔｒＳｈ及び／又はねじロッド１４ｓｃが所定の回転数以下のときに、ばね部１４ｃｓの伸張力によって、ボール部１４ｃｂとシャフト部ＭｔｒＳｈ等の接触部に摩擦力を発生させ、シャフト部ＭｔｒＳｈとねじロッド１４ｓｃとの相対的位置関係を固定する。これにより、クラッチ手段１４ｃは、シャフト部ＭｔｒＳｈ及びねじロッド１４ｓｃの一方の回転運動を他方に伝達することができる（図５（ｂ））。

一方、クラッチ手段１４ｃは、シャフト部ＭｔｒＳｈ及び／又はねじロッド１４ｓｃが所定の回転数以上のときに、シャフト部ＭｔｒＳｈの回転（ばね部１４ｃｓの回転運動）によって発生する遠心力を用いて、ボール部１４ｃｂをシャフト部ＭｔｒＳｈ等から離間させる。このとき、クラッチ手段１４ｃは、シャフト部ＭｔｒＳｈとねじロッド１４ｓｃとの相対的位置関係の固定を解除する。これにより、クラッチ手段１４ｃは、シャフト部ＭｔｒＳｈ又はねじロッド１４ｓｃの回転運動の伝達を解除することができる（図５（ｃ））。すなわち、クラッチ手段１４ｃは、車両が所定の速度以上で走行するときに、車輪からの入力を中止する（速度リミッター機構として機能する）ことができる。

なお、クラッチ手段１４ｃは、電動発電機Ｍｔｒの温度を検出し、検出した温度を用いて電動発電機Ｍｔｒの発熱状態を検出し、その検出した発熱状態に基づいて、シャフト部ＭｔｒＳｈ又はねじロッド１４ｓｃの回転運動の伝達を解除してもよい。

（車両用制御装置の制御回路）
本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０の制御回路を、図２に示す。本実施例に係る車両用制御装置１２０の制御回路は、実施形態の車両用制御装置１００の制御回路と同様のため、説明を省略する。

（車両用制御装置の動作）
本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０が、電動発電機Ｍｔｒの発電及び電力消費、並びに、二次電池Ｃｅｌｌの放充電を制御する動作を、図６を用いて説明する。なお、本実施例に係る車両用制御装置１２０の電動発電機Ｍｔｒ等を制御する動作は、実施形態の車両用制御装置１００の動作（図３）と同様の部分があるため、異なる部分のみを以下に説明する。

図６に示すように、ステップＳ６０１〜ステップＳ６０７において、本実施例に係る車両用制御装置１２０は、実施形態に係る車両用制御装置１００と同様の動作（ステップＳ３０１〜ステップＳ３０７）を実施する。その後、ステップＳ６０８に進む。

次に、ステップＳ６０８において、車両用制御装置１２０は、本実施例では、電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎが第３の範囲Ｒｎｇ３外であるか否かを判断する。具体的には、車両用制御装置１２０は、回転数検出手段１３Ｇｎｒを用いて、電動発電機Ｍｔｒの回転数ｎが回生領域Ｒｒｓに対応する回転数の範囲外（例えば図４のＮ１及びＮ２の範囲内）であるか否かを判断する。車両用制御装置１２０は、回転数ｎが第３の範囲Ｒｎｇ３外であると判断した場合には、ステップＳ６０９に進む。それ以外の場合には、ステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６０９において、車両用制御装置１２０は、路面からのエネルギの伝達を遮断する。具体的には、車両用制御装置１２０は、クラッチ手段１４ｃを用いて、電動発電機Ｍｔｒのシャフト部ＭｔｒＳｈと路面から入力されるエネルギにより軸線方向に移動するねじロッド１４ｓｃとの相対的位置関係の固定を解除する。これにより、車両用制御装置１２０は、路面から入力されるエネルギを電動発電機Ｍｔｒに伝達することを中止することができる。これにより、車両用制御装置１２０は、二次電池Ｃｅｌｌの過充電を防止することができる。

その後、車両用制御装置１２０は、ステップＳ６１０に進む。また、以後において、車両用制御装置１２０は、実施形態に係る車両用制御装置１００と同様の動作を実施する。

以上により、本発明の実施例２に係る車両の車両用制御装置１２０は、実施形態の車両用制御装置１００と同様の効果を得ることができる。

また、本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０によれば、二次電池Ｃｅｌｌが満充電状態の場合、且つ、電動発電機Ｍｔｒが第３の範囲Ｒｎｇ３外の場合に、クラッチ手段１４ｃを用いて、路面から入力されるエネルギを電動発電機Ｍｔｒに伝達することを中止することができるので、電動発電機Ｍｔｒの減磁を防止し、かつ、二次電池Ｃｅｌｌの過充電を防止することができる。

更に、本発明の実施例２に係る車両用制御装置１２０によれば、二次電池Ｃｅｌｌが満充電状態の場合、且つ、電動発電機Ｍｔｒが第３の範囲Ｒｎｇ３外の場合に、クラッチ手段１４ｃを用いて、路面から入力されるエネルギを電動発電機Ｍｔｒに伝達することを中止することができるので、電気的負荷の増加によって電動発電機Ｍｔｒが発熱し、発熱により電動発電機Ｍｔｒが減磁するのを防止することができる。

１００、１１０、１２０： 車両用制御装置
１１ ： 判断手段
１２ ： 電流制御手段
１３Ｃｈｇ： 充電状態検出手段
１３Ｇｎｒ： 回転数検出手段
１４ ： 伝達手段
１４ｃ： クラッチ手段
Ｒｎｇ１： 第１の範囲（充電時の電流値の範囲）
Ｒｎｇ２： 第２の範囲（消費時の電流値の範囲）
Ｒｎｇ３： 第３の範囲（充電時の回転数の範囲）
Ｒｒｓ ： 回生領域
Ｒｃｎ ： 消費領域
Ｎ１、Ｎ２ ：第１の範囲に対応する回転数の範囲
Ｃｅｌｌ： 二次電池（蓄電池、リチウムイオン二次電池及びその他充放電式電池）
Ａｃｔｕ： 電動アクチュエータ
Ｓｕｓｐ： サスペンション
Ｍｔｒ ： 電動発電機（モータ）
Ｔ ： トルク（モータトルク）
ｐ ： 極対数
ｔ ： 時間
ｎ ： 回転数（回転速度）
ｋ_ｅ ： トルク／逆起定数（逆起電力定数）
ω_ｍ ： モータ機械角速度（２πｎ）
Ｐ_ｏ ： 消費電力（モータ消費電力）
Ｒ_ａ ： 電機子抵抗
Ｉ_ｑ ： ｑ軸電流
Ｉ_ｄ ： ｄ軸電流
Ｌ_ｑ ： ｑ軸インダクタンス
Ｌ_ｄ ： ｄ軸インダクタンス
Ｖ_ｑ ： ｑ軸電圧
Ｖ_ｄ ： ｄ軸電圧

Claims (2)

1. 路面から入力される運動エネルギを、電動発電機で電気エネルギに変換し、変換した前記電気エネルギを二次電池に充電する車両用制御装置であって、
   前記電動発電機に供給するｄ軸電流及びｑ軸電流の電流値が第１の範囲内にあるか否かを判断する判断手段と、
   前記ｄ軸電流及び前記ｑ軸電流の電流値を第２の範囲内に変更する電流制御手段と、
   前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と
   を有し、
   前記第１の範囲は、変換した前記電気エネルギを前記二次電池に充電するときの前記電流値の範囲であり、
   前記第２の範囲は、前記二次電池に充電された前記電気エネルギを前記電動発電機を用いて消費するときの前記電流値の範囲であり、
   前記電流制御手段は、前記充電状態検出手段が前記二次電池の満充電状態を検出した場合、且つ、前記判断手段が前記ｄ軸電流及び／又は前記ｑ軸電流の電流値が前記第１の範囲内にあると判断した場合に、該ｄ軸電流及び／又は該ｑ軸電流の電流値を前記第２の範囲内に変更する、
   ことを特徴とする車両用制御装置。
2. 車輪に入力された前記運動エネルギを前記電動発電機の回転子に伝達する伝達手段と、
   前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、
   を更に有し、
   前記伝達手段は、前記二次電池が満充電状態の場合、且つ、前記回転数検出手段が検出した前記回転数が第３の範囲外の場合に、前記運動エネルギを前記回転子に伝達しないクラッチ手段を備え、
   前記第３の範囲は、前記第１の範囲の電流値に対応する前記回転数の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。

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