JP2020088918A - 回転電機の発電トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンストールの抑制とバッテリ電圧のアンダーシュートの抑制とを両立することのできる回転電機の発電トルク制御装置を提供する。【解決手段】発電トルク制御装置（１４）は、エンジン（１０１）の駆動トルクを用いて発電してバッテリ（２２）に充電する回転電機（１７）の発電トルクを制御する。発電トルク制御装置は、発電トルクの指令値を算出する第１算出部と、指令値の上限ガード値を、駆動トルクの応答速度及び指令値に基づいて設定するガード値設定部と、指令値を上限ガード値以下に制限した制限指令値を算出する第２算出部と、発電トルクを制限指令値に制御する制御部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの駆動トルクを用いて発電する回転電機の発電トルクを制御する装置に関する。

従来、この種の装置において、エンジンに負荷トルクとして作用する発電トルクの急激な上昇を抑制するために、回転電機の界磁コイルに流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行う装置がある（特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、励磁デューティが０％の状態でバッテリ電圧が目標電圧を下回った時に励磁デューティを所定デューティ値（２５％）に設定し、その後に徐励制御を行っている。特許文献１に記載の装置によれば、バッテリ電圧が目標電圧よりも大きく低下するアンダーシュートを抑制することができる。

特許第５４３０６７２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置では、上記所定デューティ値が大きすぎると、発電トルクが過大となりエンジンストールするおそれがある。一方、所定デューティ値が小さすぎると、バッテリ電圧のアンダーシュートを抑制することができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、エンジンストールの抑制とバッテリ電圧のアンダーシュートの抑制とを両立することのできる回転電機の発電トルク制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の手段は、
エンジン（１０１）の駆動トルクを用いて発電してバッテリ（２２）に充電する回転電機（１７）の発電トルクを制御する発電トルク制御装置（１４）であって、
前記発電トルクの指令値を算出する第１算出部と、
前記指令値の上限ガード値を、前記駆動トルクの応答速度及び前記指令値に基づいて設定するガード値設定部と、
前記指令値を前記上限ガード値以下に制限した制限指令値を算出する第２算出部と、
前記発電トルクを前記制限指令値に制御する制御部と、
を備える。

上記構成によれば、回転電機は、エンジンの駆動トルクを用いて発電してバッテリに充電する。このため、エンジンの駆動トルクに対して回転電機の発電トルクが大きすぎると、エンジンストールするおそれがある。一方、発電トルクが小さい状態において、発電トルクを上昇させる際の上昇率（上昇速度）が小さすぎると、バッテリ電圧が目標電圧よりも大きく低下するアンダーシュートが発生するおそれがある。これに対して、発電トルク制御装置により、回転電機の発電トルクが制御される。

具体的には、第１算出部により、発電トルクの指令値が算出される。ガード値設定部により、指令値の上限ガード値が設定される。第２算出部により、指令値を上限ガード値以下に制限した制限指令値が算出される。そして、制御部により、発電トルクが制限指令値に制御される。このため、発電トルクを上限ガード値以下に制限することができる。

ここで、上限ガード値は、エンジンの駆動トルクの応答速度及び発電トルクの指令値に基づいて設定される。このため、駆動トルクの応答速度を考慮しない場合と比較して、駆動トルクに対して上限ガード値、ひいては発電トルクが大きくなりすぎることを抑制することができる。したがって、発電トルクの指令値が急激に上昇したとしても、エンジンストールを抑制することができる。さらに、発電トルクの指令値は上限ガード値以下に制限されるだけであり、上限ガード値に到達するまでは指令値の上昇量及び上昇率は制限されない。このため、エンジンストールを抑制することのできる範囲で発電トルクを迅速に上昇させることができ、バッテリ電圧のアンダーシュートを抑制することができる。

第２の手段では、前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されている場合に、前記駆動トルクの応答速度に応じた上昇率で前記上限ガード値を上昇させる。こうした構成によれば、指令値が上限ガード値に基づいて制限されている場合であっても、エンジンストールを抑制することのできる範囲で発電トルクを上昇させることができる。

第３の手段では、前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記指令値を前記駆動トルクの応答速度に応じた係数でなましたなまし値に基づいて前記上限ガード値を設定する。こうした構成によれば、指令値のなまし値を算出する簡単な演算により、駆動トルクの応答速度を考慮して上限ガード値を設定することができる。

第４の手段では、前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記指令値を前記駆動トルクの応答速度に応じた係数でなましたなまし値に所定値を加えた値に前記上限ガード値を設定する。

上記構成によれば、第３の手段において、上記なまし値に所定値を加えた値に上限ガード値が設定される。このため、上限ガード値が指令値よりも所定値大きい状態に移行し易くなり、指令値がより大きい値に変更された当初に指令値が上限ガード値で制限されにくくすることができる。したがって、発電トルクの応答性、ひいては発電量の応答性を向上させることができる。

また、第５の手段のように、前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記上限ガード値の変化率を、前記駆動トルクの応答速度に応じた変化率以下に制限する、といった構成を採用することもできる。こうした構成によっても、駆動トルクの応答速度を考慮して上限ガード値を設定することができる。

第６の手段では、前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値以上になった後、前記上限ガード値が前記指令値に所定値を加えた値以上になるまで、前記駆動トルクの応答速度に応じた上昇率で前記上限ガード値を上昇させる。

上記構成によれば、発電トルクの指令値が上限ガード値以上になった後、上限ガード値が指令値に所定値を加えた値以上になるまで、上限ガード値が上昇させられる。このため、上限ガード値が指令値よりも所定値大きい状態に移行し易くなり、指令値がより大きい値に変更された当初に指令値が上限ガード値で制限されにくくすることができる。したがって、発電トルクの応答性、ひいては発電量の応答性を向上させることができる。さらに、駆動トルクの応答速度に応じた上昇率で上限ガード値が上昇させられる。このため、エンジンストールを抑制しつつ、上限ガード値が指令値よりも所定値大きい状態に迅速に移行させることができる。

具体的には、第７の手段のように、前記エンジンがアイドル運転状態である場合に、前記エンジンの回転速度が所定アイドル回転速度になるように前記駆動トルクが制御されているエンジンに、上記第１〜第５の手段を適用することができる。

第８の手段では、前記ガード値設定部は、前記駆動トルクを制御する外部装置から、前記上昇率を受信する。こうした構成によれば、エンジンの駆動トルクを制御する外部装置により、駆動トルクの応答速度に応じた上昇率が適切に設定され、その上昇率で上限ガード値を上昇させることができる。したがって、エンジンストールを抑制しつつ、上限ガード値を迅速に上昇させることができる。

第９の手段では、前記ガード値設定部は、前記駆動トルクを制御する外部装置から、前記係数を受信する。こうした構成によれば、エンジンの駆動トルクを制御する外部装置により、駆動トルクの応答速度に応じた係数がエンジンの仕様等に応じて適切に設定され、指令値をその係数でなましたなまし値に上限ガード値を設定することができる。したがって、エンジンストールの抑制とバッテリ電圧のアンダーシュートの抑制とを両立する上で、上限ガード値を適切に設定することができる。

車載回転電機システムの構成を示す回路図。 比較例の制御態様を示すタイムチャート。 発電制御の手順を示すフローチャート。 図３のトルク指令値算出の手順を示すフローチャート。 図３のガード判定の手順を示すフローチャート。 図３のガード処理の手順を示すフローチャート。 目標電圧低下時の制御態様を示すタイムチャート。 電気負荷減少時の制御態様を示すタイムチャート。 電気負荷増加時の制御態様を示すタイムチャート。

以下、車両に搭載された回転電機システムとして具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車載回転電機システム１００は、回転電機ユニット１０、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０、バッテリ２２、第２コンデンサ２３、電気負荷２４等を備えている。回転電機ユニット１０は、回転電機１７、インバータ１３、回転電機ＥＣＵ１４等を備えている。回転電機ユニット１０は、モータ機能（力行機能）付き発電機であり、機電一体型のＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として構成されている。回転電機１７は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２、回転位置センサ１８、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙを備えている。バッテリ２２は、例えば１２Ｖの電圧を出力するＰｂバッテリである。なお、バッテリ２２として、Ｐｂバッテリと異なる種類のバッテリで１２Ｖを出力するバッテリや、１２Ｖ以外の電圧を出力するバッテリ等を採用することもできる。

Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、回転電機ユニット１０は、Ｙ結線されたものである。

界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、エンジン１０１（図１では車載エンジンのボディを模式的に表示）のクランク軸から回転動力を得て回転する。回転位置センサ１８は、界磁巻線１２の回転位置を検出する。回転位置センサ１８は、レゾルバやホール素子等により構成されている。エンジン１０１のクランク軸と回転電機１７の回転子は、ベルトにより接続されている。エンジン１０１は、例えばガソリンを燃料とするエンジンであり、燃料の燃焼により駆動力を発生する。なお、エンジン１０１は、ガソリンエンジンに限らず、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンであってもよい。

インバータ１３（電力変換回路に相当）は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。また、インバータ１３は、バッテリ２２から入力される直流電圧を交流電圧に変換して各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚへ出力する。インバータ１３（整流回路に相当）は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、インバータ１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。回転電機１７により発電された交流電圧はインバータ１３により直流電圧に変換されてバッテリ２２に供給され、バッテリ２２が充電される。すなわち、回転電機１７は、エンジン１０１の駆動トルクを用いて発電してバッテリ２２に充電する。また、インバータ１３は、回転電機１７の各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚに供給される交流電圧を調節することで回転電機１７を駆動する駆動回路を構成している。電流センサ１９ＸはＸ相巻線に流れる電流を検出し、電流センサ１９ＹはＹ相巻線に流れる電流を検出する。

Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。すなわち、スイッチＳｐ，Ｓｎ（スイッチング素子に相当）はブリッジ接続されている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列（並列）に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列（並列）に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。

Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐの低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、回転電機ユニット１０のＢ端子（出力端子に相当）が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、回転電機ユニット１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）としてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子は、上記バッテリ２２の正極に接続される端子であり、着脱自在のコネクタ状に形成されている。

Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。

各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。インバータ１３の高圧側接続点Ｐ１と低圧側接続点Ｐ２との間の電圧を検出する電圧センサ４１（電圧検出部に相当）が設けられている。電圧センサ４１により検出されたバッテリ電圧は、回転電機ＥＣＵ１４へ出力される。

回転電機ＥＣＵ１４（回転電機の発電トルク制御装置に相当）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されている。回転電機ＥＣＵ１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す励磁電流を調整する。これにより、回転電機ユニット１０の発電トルク、ひいては発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、回転電機ＥＣＵ１４は、車両の走行開始後にインバータ１３を制御して回転電機１７を駆動させて、エンジン１０１の駆動力をアシストする。回転電機１７は、エンジンＥＣＵ２０からエンジン１０１を始動させる指令を受信した場合に、エンジン１０１の始動時にクランク軸に回転を付与可能であり、スタータとしての機能を有している。回転電機ＥＣＵ１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、回転電機ユニット１０外部の制御装置であるエンジンＥＣＵ２０と接続されている。

エンジンＥＣＵ２０（外部装置に相当）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を含むマイコンとして構成されており、エンジン１０１の運転状態を制御する。エンジンＥＣＵ２０は、エンジン１０１がアイドル運転状態である場合に、エンジン１０１の駆動トルクを制御することにより、エンジン１０１の回転速度を目標アイドル回転速度（所定アイドル回転速度）にフィードバック制御する。また、エンジンＥＣＵ２０は、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジン１０１を自動停止させ、所定の自動再始動条件が成立した場合にエンジン１０１を自動再始動させる。エンジンＥＣＵ２０は、バッテリ２２の目標電圧を算出する。例えば、エンジンＥＣＵ２０は、エンジン１０１の始動時や、エンジン１０１を搭載した車両の加速時（エンジン１０１の加速時）に、目標電圧を低下させ、バッテリ電圧の低下時に目標電圧を上昇させる。エンジンＥＣＵ２０は、バッテリ２２の目標電圧を回転電機ＥＣＵ１４へ送信する。

さらに、エンジンＥＣＵ２０は、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度に応じた後述の上限ガード値の上昇率リミット（上限上昇率）を算出し、回転電機ＥＣＵ１４へ送信する。回転電機１７の発電トルクの応答速度は、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度よりも高くなっている。上昇率リミットは、エンジン１０１の駆動トルクの最大上昇率（最大上昇速度）に設定されている。エンジンＥＣＵ２０は、上限ガード値の算出において後述のトルク指令値をなます際のなまし係数（係数に相当）を算出し、回転電機ＥＣＵ１４へ送信する。なまし係数は、トルク指令値のなまし値の変化率が、エンジン１０１の駆動トルクの最大変化率（最大変化速度）になるように設定されている。回転電機ＥＣＵ１４とエンジンＥＣＵ２０とは、双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、互いに情報のやりとりをする。

回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から送信されたシリアル通信信号に基づいて、回転電機１７により力行を行う指令である力行指令、回転電機１７により発電を行う指令である発電指令、それらのいずれでもないニュートラル指令、及び回転電機１７に要求する要求トルク（力行トルク、発電トルク、制動トルク）を把握する。そして、回転電機ＥＣＵ１４は、回転電機１７が要求トルクを発生するように、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧、及びスイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ状態を制御する。詳しくは、回転電機ＥＣＵ１４は、回転位置センサ１８により検出される界磁巻線１２の回転位置に基づいて、界磁巻線１２（すなわち回転電機１７）の回転速度を算出する。回転電機ＥＣＵ１４は、電流センサ１９Ｘ，１９Ｙにより検出されたＸ相，Ｙ相の電流、界磁巻線１２の回転位置及び回転速度に基づいて、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧のオンオフ期間（デューティ等）、及びＰＷＭ制御により各スイッチＳｐ，Ｓｎのオンオフ位相及びオンオフ期間（デューティ等）を制御する。

さらに、回転電機ＥＣＵ１４（第１算出部に相当）は、回転電機１７による発電時において、エンジンＥＣＵ２０から受信したバッテリ２２の目標電圧に基づいて、発電トルクの指令値（以下、「トルク指令値」という）を算出する。回転電機ＥＣＵ１４（ガード値設定部に相当）は、トルク指令値の上限ガード値を、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度及びトルク指令値に基づいて設定する。その際に、回転電機ＥＣＵ１４は、エンジンＥＣＵ２０から上限ガード値の上記上昇率リミットと上記なまし係数とを受信する。回転電機ＥＣＵ１４（第２算出部に相当）は、トルク指令値を上限ガード値以下にガード（制限）したガード後のトルク指令値（制限指令値に相当）を算出する。回転電機ＥＣＵ１４（制御部に相当）は、発電トルクをガード後のトルク指令値に制御する。

Ｂ端子には、リレー２１を介して、エンジンＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤとしてのエンジン１０１のボディが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。電気負荷２４は、例えば車両の電子制御ブレーキシステムや電動パワーステアリング等、所定電圧以上を動作電圧とする電気負荷を含んでいる。動作電圧は、電気負荷が規定の性能を発揮可能な電圧であり、電気負荷の保証電圧や定格電圧等である。電気負荷２４は、エアコンディショナーや、車載オーディオ、ヘッドランプ等を含んでいてもよい。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。

図２に、比較例の制御態様を示す。比較例の発電トルク制御装置は、エンジン１０１に負荷トルクとして作用する発電トルクの急激な上昇を抑制するために、回転電機１７の界磁巻線１２に流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行っている。図２では、エンジン１０１がアイドル運転状態であり、エンジン１０１の駆動トルクが制御されることにより、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度にフィードバック制御されている。

時刻ｔ１１以前では、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度に制御されており、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、及び実発電トルクが、一定となっている。時刻ｔ１１において、バッテリ２２の目標電圧が低下し、回転電機１７のトルク指令値が０まで低下する。これにより、エンジン１０１の実トルク及びバッテリ電圧が低下し、時刻ｔ１２においてバッテリ電圧がバッテリ２２の目標電圧を下回る。このため、トルク指令値が上昇し、界磁巻線１２に流れる励磁電流が増加させられる。しかし、界磁巻線１２に流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御が行われるため、トルク指令値及び実発電トルクは徐々にしか増加せず、バッテリ電圧が目標電圧よりも大きく低下するアンダーシュートが生じる。その後、時刻ｔ１３において、バッテリ電圧が目標電圧に一致し、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、及び実発電トルクが、一定となる。

本実施形態では、エンジンストールの抑制とバッテリ電圧のアンダーシュートの抑制とを両立するために、図３に示す発電制御及び図４〜６に示す各処理を実行する。これらの一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により所定の周期で繰り返し実行される。

図３に示すように、まず、バッテリ２２の目標電圧とバッテリ電圧とに基づいて、回転電機１７のトルク指令値を算出する（Ｓ１０）。続いて、トルク指令値を上限ガード値以下にガードしているガード中とするか、ガードを解除したガード解除とするか判定する（Ｓ２０）。続いて、トルク指令値を上限ガード値でガードするガード処理を行う（Ｓ３０）。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。なお、Ｓ１０の処理が第１算出部としての処理に相当する。

図４は、図３のＳ１０のトルク指令値算出処理の詳細を示すフローチャートである。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により実行される。

まず、目標電圧とバッテリ電圧との偏差を算出する（Ｓ１０１）。詳しくは、エンジンＥＣＵ２０から目標電圧を受信し、目標電圧から電圧センサ４１により検出されたバッテリ電圧を引いて偏差を算出する。

続いて、算出された偏差に比例係数ＫＰを掛けて比例項を算出する（Ｓ１０２）。また、偏差積算値の前回値に算出された偏差を足して偏差積算値を算出する（Ｓ１０３）。算出された偏差積算値に積分係数ＫＩを掛けて積分項を算出する（Ｓ１０４）。偏差積算値を偏差積算値の前回値として保存する（Ｓ１０５）。

続いて、算出された比例項と積分項とを足してトルク指令値を算出する（Ｓ１０６）。トルク指令値をトルク指令値の前回値として保存する（Ｓ１０７）。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

図５は、図３のＳ２０のガード判定の詳細を示すフローチャートである。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により実行される。

まず、トルク指令値のガード状態がガード解除であるか否か判定する（Ｓ２０１）。ガード状態は、後述するＳ２０３又はＳ２０５の処理で設定され、初期状態はガード解除である。

Ｓ２０１の判定において、トルク指令値のガード状態がガード解除であると判定した場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、トルク指令値が上限ガード値以上であるか否か判定する（Ｓ２０２）。上限ガード値は、後述する図６のＳ３０２又はＳ３０５の処理で設定される。この判定において、トルク指令値が上限ガード値以上であると判定した場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ガード状態をガード中に設定する（Ｓ２０３）。一方、この判定において、トルク指令値が上限ガード値以上でないと判定した場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、現在のガード状態を維持する。これらの処理の後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、Ｓ２０１の判定において、トルク指令値のガード状態がガード解除でないと判定した場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、上限ガード値からトルク指令値を引いた値がオフセット値以上であるか否か判定する（Ｓ２０４）。オフセット値（所定値に相当）は、トルク指令値がオフセット値だけ急激に上昇したとしても、エンジンストールを抑制することのできる範囲の最大値に設定されている。この判定において、上限ガード値からトルク指令値を引いた値がオフセット値以上であると判定した場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ガード状態をガード解除に設定する（Ｓ２０５）。一方、この判定において、上限ガード値からトルク指令値を引いた値がオフセット値以上でないと判定した場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、現在のガード状態を維持する。これらの処理の後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

図６は、図３のＳ３０のガード処理の詳細を示すフローチャートである。この一連の処理は、回転電機ＥＣＵ１４により実行される。

まず、トルク指令値のガード状態がガード中であるか否か判定する（Ｓ３０１）。この判定において、トルク指令値のガード状態がガード中であると判定した場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、上限ガード値を、上限ガード値の前回値に上昇率リミットを加えた値に設定する（Ｓ３０２）。上昇率リミットは、エンジンＥＣＵ２０から受信する。上昇率リミットは、エンジン１０１の駆動トルクの最大上昇率（最大上昇速度）に設定されている。

続いて、トルク指令値が上限ガード値以上であるか否か判定する（Ｓ３０３）。この判定において、トルク指令値が上限ガード値以上であると判定した場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、ガード後のトルク指令値として上限ガード値を設定する（Ｓ３０４）。一方、トルク指令値が上限ガード値以上でないと判定した場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、ガード後のトルク指令値としてトルク指令値を設定する（Ｓ３０６）。これらの処理の後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

また、トルク指令値のガード状態がガード中でないと判定した場合（Ｓ３０１：ＮＯ）、上限ガード値を、トルク指令値をなまし係数でなました値とオフセット値とを足した値に設定する（Ｓ３０５）。詳しくは、上限ガード値＝トルク指令値（前回値）＋｛トルク指令値−トルク指令値（前回値）｝／なまし係数＋オフセット値とする。なまし係数は、エンジンＥＣＵ２０から受信する。なまし係数は、トルク指令値のなまし値の変化率が、エンジン１０１の駆動トルクの最大変化率（最大変化速度）になるように設定されている。上記のように、オフセット値（所定値に相当）は、トルク指令値がオフセット値だけ急激に上昇したとしても、エンジンストールを抑制することのできる範囲の最大値に設定されている。続いて、Ｓ３０６の処理へ進む。

なお、Ｓ３０１，Ｓ３０２，Ｓ３０５の処理がガード値設定部としての処理に相当し、Ｓ３０４、Ｓ３０６の処理が第２算出部としての処理に相当する。

図７に、本実施形態における目標電圧低下時の制御態様を示す。本実施形態の発電トルク制御装置は、回転電機１７の界磁巻線１２に流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行わず、図３〜６で説明した制御を行っている。図７では、エンジン１０１がアイドル運転状態であり、エンジン１０１の駆動トルクが制御されることにより、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度にフィードバック制御されている。なお、同図では、回転電機１７のトルク指令値が低下した場合を示しており、オフセット値の影響が小さいため、便宜上オフセット値の作用を省略して示している。

時刻ｔ２１以前では、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度に制御されており、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、実発電トルク、及び上限ガード値が、一定となっている。時刻ｔ２１において、バッテリ２２の目標電圧が低下し、回転電機１７のトルク指令値が０まで低下する。これにより、エンジン１０１の実トルク及びバッテリ電圧が低下する。この際に、上限ガード値は、トルク指令値をなまし係数でなました値とオフセット値とを足した値に設定される。このため、上限ガード値はトルク指令値に遅れて低下する。

時刻ｔ２２においてバッテリ電圧が目標電圧を下回り、トルク指令値が上昇する。この際に、トルク指令値が上限ガード値に到達するまでは、トルク指令値の上昇量及び上昇率は制限されない。このため、実発電トルクは、図２の比較例と比較して迅速に上昇し、バッテリ電圧のアンダーシュートが抑制される。そして、トルク指令値が上限ガード値に到達すると、トルク指令値は上限ガード値以下にガードされ、ガード状態がガード中に設定される。ガード中においては、上限ガード値は上限ガード値の前回値に上昇率リミットを加えた値に設定される。したがって、上限ガード値及びトルク指令値は上昇率リミットで上昇し、実発電トルクはこれらに遅れて上限ガード値に到達する。その後、時刻ｔ２３において、バッテリ電圧が目標電圧に一致し、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、実発電トルク、及び上限ガード値が、一定となる。

図８に、本実施形態における電気負荷減少時の制御態様を示す。本実施形態の発電トルク制御装置は、回転電機１７の界磁巻線１２に流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行わず、図３〜６で説明した制御を行っている。図８では、エンジン１０１がアイドル運転状態であり、エンジン１０１の駆動トルクが制御されることにより、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度にフィードバック制御されている。なお、同図では、回転電機１７のトルク指令値が低下した場合を示しており、オフセット値の影響が小さいため、便宜上オフセット値の作用を省略して示している。

時刻ｔ３１以前では、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度に制御されており、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、実発電トルク、及び上限ガード値が、一定となっている。時刻ｔ３１において、車両の電気負荷が減少し、回転電機１７のトルク指令値が０まで低下する。これにより、エンジン１０１の実トルクが低下し、バッテリ電圧が上昇する。この際に、上限ガード値は、トルク指令値をなまし係数でなました値とオフセット値とを足した値に設定される。このため、上限ガード値はトルク指令値に遅れて低下する。その後、回転電機１７による発電量の減少に伴ってバッテリ電圧が低下する。

時刻ｔ３２においてバッテリ電圧が目標電圧を下回り、トルク指令値が上昇する。この際に、トルク指令値が上限ガード値に到達するまでは、トルク指令値の上昇量及び上昇率は制限されない。このため、実発電トルクは、図２の比較例と比較して迅速に上昇し、バッテリ電圧のアンダーシュートが抑制される。以降は、図７と同様である。

図９に、本実施形態における電気負荷増加時の制御態様を示す。本実施形態の発電トルク制御装置は、回転電機１７の界磁巻線１２に流れる励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行わず、図３〜６で説明した制御を行っている。図９では、エンジン１０１がアイドル運転状態であり、エンジン１０１の駆動トルクが制御されることにより、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度にフィードバック制御されている。同図では、オフセット値の作用を省略せず示している。

時刻ｔ４１以前では、エンジン１０１の回転速度が目標アイドル回転速度に制御されており、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、実発電トルク、及び上限ガード値が、一定となっている。ここで、上限ガード値は、トルク指令値をなまし係数でなました値にオフセット値を足した値に設定されている。時刻ｔ４１において、車両の電気負荷が増加し、回転電機１７のトルク指令値が上昇する。これにより、エンジン１０１の実トルクが上昇し、バッテリ電圧が低下する。この際、トルク指令値は上限ガード値よりも速く上昇するため、トルク指令値が上限ガード値に到達する。すなわち、トルク指令値の上昇時に、トルク指令値をオフセット値分は迅速に上昇させることができる。そして、トルク指令値が上限ガード値以下にガードされ、ガード状態がガード中に設定される。

その後、ガード中においては、上限ガード値は上限ガード値の前回値に上昇率リミットを加えた値に設定される。したがって、上限ガード値及びトルク指令値は上昇率リミットで上昇し、実発電トルクはこれらに遅れて上昇する。その後、時刻ｔ４２において、バッテリ電圧が目標電圧に一致し、エンジン１０１の実トルク、バッテリ２２の目標電圧、バッテリ電圧、回転電機１７のトルク指令値、及び実発電トルクが、一定となる。上限ガード値は、トルク指令値をなまし係数でなました値にオフセット値を足した値になるまで、上昇率リミットで上昇する。その後、上限ガード値は、トルク指令値をなまし係数でなました値にオフセット値を足した値に設定される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・発電トルクがガード後のトルク指令値に制御される。このため、発電トルクを上限ガード値以下に制限することができる。ここで、上限ガード値は、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度及びトルク指令値に基づいて設定される。このため、駆動トルクの応答速度を考慮しない場合と比較して、駆動トルクに対して上限ガード値、ひいては発電トルクが大きくなりすぎることを抑制することができる。したがって、トルク指令値が急激に上昇したとしても、エンジンストールを抑制することができる。さらに、トルク指令値は上限ガード値以下に制限されるだけであり、上限ガード値に到達するまではトルク指令値の上昇量及び上昇率は制限されない。このため、エンジンストールを抑制することのできる範囲で発電トルクを迅速に上昇させることができ、バッテリ電圧のアンダーシュートを抑制することができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、トルク指令値が上限ガード値に基づいて制限されている場合に、駆動トルクの応答速度に応じた上昇率リミットで上限ガード値を上昇させる。こうした構成によれば、トルク指令値が上限ガード値に基づいて制限されている場合であっても、エンジンストールを抑制することのできる範囲で発電トルクを上昇させることができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、トルク指令値が上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、トルク指令値を駆動トルクの応答速度に応じたなまし係数でなましたなまし値に基づいて上限ガード値を設定する。こうした構成によれば、トルク指令値のなまし値を算出する簡単な演算により、駆動トルクの応答速度を考慮して上限ガード値を設定することができる。

・上記なまし値にオフセット値を加えた値に上限ガード値が設定される。このため、上限ガード値がトルク指令値よりもオフセット値大きい状態に移行し易くなり、トルク指令値がより大きい値に変更された当初にトルク指令値が上限ガード値で制限されにくくすることができる。したがって、発電トルクの応答性、ひいては発電量の応答性を向上させることができる。

・トルク指令値が上限ガード値以上になった後、上限ガード値がトルク指令値にオフセット値を加えた値以上になるまで、上限ガード値が上昇させられる。このため、上限ガード値がトルク指令値よりもオフセット値だけ大きい状態に移行し易くなり、トルク指令値がより大きい値に変更された当初にトルク指令値が上限ガード値で制限されにくくすることができる。したがって、発電トルクの応答性、ひいては発電量の応答性を向上させることができる。さらに、駆動トルクの応答速度に応じた上昇率リミットで上限ガード値が上昇させられる。このため、エンジンストールを抑制しつつ、上限ガード値がトルク指令値よりもオフセット値大きい状態に迅速に移行させることができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、駆動トルクを制御するエンジンＥＣＵ２０から、上昇率を受信する。こうした構成によれば、エンジン１０１の駆動トルクを制御するエンジンＥＣＵ２０により、駆動トルクの応答速度に応じた上昇率リミットが適切に設定され、その上昇率リミットで上限ガード値を上昇させることができる。したがって、エンジンストールを抑制しつつ、上限ガード値を迅速に上昇させることができる。

・回転電機ＥＣＵ１４は、駆動トルクを制御するエンジンＥＣＵ２０から、なまし係数を受信する。こうした構成によれば、エンジン１０１の駆動トルクを制御するエンジンＥＣＵ２０により、駆動トルクの応答速度に応じたなまし係数がエンジン１０１の仕様等に応じて適切に設定され、トルク指令値をそのなまし係数でなましたなまし値に上限ガード値を設定することができる。したがって、エンジンストールの抑制とバッテリ電圧のアンダーシュートの抑制とを両立する上で、上限ガード値を適切に設定することができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。

・上昇率リミット（上昇率上限値）を、エンジン１０１の駆動トルクの最大上昇率（最大上昇速度）よりも若干小さい値に設定してもよい。

・なまし係数を、トルク指令値のなまし値の変化率が、エンジン１０１の駆動トルクの最大変化率（最大変化速度）よりも若干小さくになるように設定してもよい。

・なまし係数及び上昇率リミットを、回転電機ＥＣＵ１４に予め記憶させておいてもよい。

・回転電機ＥＣＵ１４（ガード値設定部に相当）は、トルク指令値が上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、上限ガード値の変化率を、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度に応じた変化率（変化率リミット）以下に制限する、といった構成を採用することもできる。こうした構成によっても、エンジン１０１の駆動トルクの応答速度を考慮して上限ガード値を設定することができる。変化率リミット（変化率上限値）は、エンジン１０１の駆動トルクの最大変化率（最大変化速度）に設定してもよいし、最大変化率よりも若干小さい値に設定してもよい。なお、変化率リミットを、エンジンＥＣＵ２０から受信してもよいし、回転電機ＥＣＵ１４に予め記憶させておいてもよい。

・オフセット値（所定値に相当）を０に設定することにより、オフセット値を省略してもよい。

・回転電機１７として、オルタネータ（発電機）や、車両を走行させることが可能なトルクを発生するＭＧ（Motor Generator）を採用することもできる。

・エンジン１０１のアイドル運転状態に限らず、エンジンＥＣＵ２０が車両を一定速度で走行させるように制御するクルーズコントロール中に、上述した発電制御を実行することもできる。

１４…回転電機ＥＣＵ、１７…回転電機、２２…バッテリ、１０１…エンジン。

Claims (9)

1. エンジン（１０１）の駆動トルクを用いて発電してバッテリ（２２）に充電する回転電機（１７）の発電トルクを制御する発電トルク制御装置（１４）であって、
   前記発電トルクの指令値を算出する第１算出部と、
   前記指令値の上限ガード値を、前記駆動トルクの応答速度及び前記指令値に基づいて設定するガード値設定部と、
   前記指令値を前記上限ガード値以下に制限した制限指令値を算出する第２算出部と、
   前記発電トルクを前記制限指令値に制御する制御部と、
   を備える回転電機の発電トルク制御装置。
2. 前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されている場合に、前記駆動トルクの応答速度に応じた上昇率で前記上限ガード値を上昇させる、請求項１に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
3. 前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記指令値を前記駆動トルクの応答速度に応じた係数でなましたなまし値に基づいて前記上限ガード値を設定する、請求項１又は２に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
4. 前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記指令値を前記駆動トルクの応答速度に応じた係数でなましたなまし値に所定値を加えた値に前記上限ガード値を設定する、請求項３に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
5. 前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値に基づいて制限されていない場合に、前記上限ガード値の変化率を、前記駆動トルクの応答速度に応じた変化率以下に制限する、請求項１又は２に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
6. 前記ガード値設定部は、前記指令値が前記上限ガード値以上になった後、前記上限ガード値が前記指令値に所定値を加えた値以上になるまで、前記駆動トルクの応答速度に応じた上昇率で前記上限ガード値を上昇させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
7. 前記エンジンがアイドル運転状態である場合に、前記エンジンの回転速度が所定アイドル回転速度になるように前記駆動トルクが制御されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
8. 前記ガード値設定部は、前記駆動トルクを制御する外部装置（２０）から、前記上昇率を受信する、請求項２又は６に記載の回転電機の発電トルク制御装置。
9. 前記ガード値設定部は、前記駆動トルクを制御する外部装置から、前記係数を受信する、請求項３又は４に記載の回転電機の発電トルク制御装置。

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