JP4876429B2 - 車両用駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主駆動軸を駆動する熱機関（例えば、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。

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）。
特開２００１−２３９８５２号公報

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。

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。

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。

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、従駆動輪の要求駆動力に基づいて、モータ必要電力演算手段で交流モータが必要とするモータ必要電力を演算し、前記モータ必要電力に基づいて、発電機制御手段で発電機を制御し、出力可能電力演算手段で、前記発電機の状態に基づいて、現在の発電状態で前記発電機が出力可能な最大電力及び前記発電機の現在の出力電力の何れか一方を当該発電機が出力可能な電力として演算し、トルク指令値演算手段で前記モータ必要電力と前記出力可能な電力とを比較して、前記モータ必要電力と前記出力可能な電力とのうち、小さい方の電力に基づいて、前記交流モータのトルク指令値を演算し、前記トルク指令値に基づいて、モータ制御手段で前記交流モータを制御する。

本発明によれば、現在の発電機の状態に基づいて演算される出力可能電力と、交流モータが必要とする必要電力とのうち小さい方の電力に相当するトルク指令値に基づいてモータを制御するので、発電機からの供給電力とインバータでの消費電力とのバランスが取れ、供給電力不足による電圧の落ち込み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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、モータ必要電力演算手段としての発電機供給電力演算部８Ｂ、発電電流指令演算部８Ｃ、発電機制御手段としての発電機制御部８Ｄ、目標モータトルク決定部８Ｅ、モータ制御手段としてのモータ制御部８Ｆ、ＴＣＳ制御部８Ｇ、クラッチ制御部８Ｈ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。

発電機供給電力演算部８Ｂは、トルク指令値Ｔｔ、モータ回転数Ｎｍに基づいて、次式をもとに発電機供給電力Ｐｇを演算する。
Ｐｇ＝Ｔｔ×Ｎｍ／Иｍ ………（１）
ここで、Иｍはインバータ効率である。即ち、発電機供給電力Ｐｇは、トルク指令値Ｔｔとモータ回転数Ｎｍとの積により求められるモータに必要な電力Ｐｍ（＝Ｔｔ×Ｎｍ）よりインバータ効率Иｍ分多い値となる。
発電電流指令演算部８Ｃは、前記発電機供給電力演算部８Ｂで算出された発電機供給電力Ｐｇと、後述するモータ制御部８Ｆで算出される発電電圧指令値Ｖｄｃ^*とに基づいて、次式をもとに発電電流指令値Ｉｄｃ^*を演算する。
Ｉｄｃ^*＝Ｐｇ／Ｖｄｃ^* ………（２）

図４は、発電機７の発電制御を行う発電機制御部８Ｄの詳細を示すブロック図である。
この発電機制御部８Ｄは、Ｐ制御部１０１と、Ｉ制御部１０２と、ＦＦ制御部１０３と、制御量加算部１０４と、界磁制御部１０５とで構成され、界磁電圧ＰＷＭデューティ比Ｃ１を決定して発電機７の界磁電流ＩｆｇをＰＷＭ制御する。
Ｐ制御部１０１では、前記（２）式により算出された発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差に基づいてＰ制御を行う。先ず、発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差に所定のゲインを乗算する。そして、発電機の回転数変動に対してゲインの感度を一定にするために、この値に発電機回転数Ｎｇの逆数を乗算し、これをＰ制御における制御量Ｖｐとして後述する制御量加算部１０４に出力する。

Ｉ制御部１０２では、前記（２）式により算出された発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差に基づいてＩ制御を行う。つまり、発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差を積分していく。ここで、積分値は上限値及び下限値をもつ。そして、上記Ｐ制御同様、この積分値に発電機回転数Ｎｇの逆数を乗算し、これをＩ制御における制御量Ｖｉとして後述する制御量加算部１０４に出力する。

ＦＦ制御部１０３では、図５に示すように予め格納された回転数毎の発電機特性マップを参照し、発電電圧指令値Ｖｄｃ^*と発電電流指令値Ｉｄｃ^*とに基づいて、フィードフォワードで発電機界磁電圧のＰＷＭデューティ比Ｄ１を求める。この図５において、曲線ａ１〜ａ４は、発電機７の自励領域において界磁電圧ＰＷＭデューティ比Ｄ１を固定とし、発電機７の負荷を徐々に変化させた場合の動作点の軌跡であり、曲線ａ１〜ａ４はデューティ比Ｄ１の違いを示している。

そして、このＰＷＭデューティ比Ｄ１と発電電圧指令値Ｖｄｃ^*とに基づいて、次式をもとにＦＦ制御における制御量Ｖｆｆを算出し、制御量加算部１０４に出力する。
Ｖｆｆ＝Ｄ１×Ｖｄｃ^* ………（３）
なお、本実施形態においては、ＰＷＭデューティ比Ｄ１と発電電圧指令値Ｖｄｃ^*とに基づいて制御量Ｖｆｆを算出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の界磁電流Ｉｆと界磁コイル抵抗Ｒｆとに基づいて制御量Ｖｆｆを算出するようにしてもよい。

この場合、先ず、モータ回転数Ｎｍとトルク指令値Ｔｔとから予め格納されたマップを参照して発電機７に必要な必要発電電圧Ｖ₀及び必要発電電流Ｉ₀を算出し、これらをもとに図６に示すように予め格納された回転数毎の発電機７の界磁電流特性マップを参照し、必要界磁電流Ｉｆ₀を算出する。そして、このようにして算出された必要界磁電流Ｉｆ₀に基づいて、Ｖｆｆ＝Ｉｆ₀×Ｒｆにより制御量Ｖｆｆを算出するようにすればよい。

制御量加算部１０４では、制御量Ｖｐと制御量Ｖｉと制御量Ｖｆｆとを加算し、これを界磁コイルにかける電圧Ｖｆとして界磁制御部１０５に出力する。
界磁制御部１０５では、実発電電圧値Ｖｄｃが発電機７の界磁電流電源としてのバッテリ電圧Ｖｂ以下であるか否かを判定し、Ｖｄｃ≦Ｖｂであるときには下記（４）式をもとに界磁電圧ＰＷＭのデューティ比Ｃ１を算出する。
Ｃ１＝Ｖｆ／Ｖｂ ………（４）
一方、Ｖｄｃ＞Ｖｂであるときには、下記（５）式をもとに界磁電圧ＰＷＭデューティ比Ｃ１を算出する。
Ｃ１＝Ｖｆ／Ｖｄｃ ………（５）
そして、このようにして算出されたデューティ比Ｃ１に応じて、発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。

つまりこの発電機制御部８Ｄでは、トルク指令値Ｔｔから決まる発電機供給電力Ｐｇを実現する発電機動作点をフィードフォワードで指定すると共に、発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差をＰＩ補償にてフィードバックすることにより、実発電電流値Ｉｄｃを発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従させる。これにより、モータ４の要求に応じた電力をインバータ９に供給するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇが制御される。
なお、ここではフィードバック制御に用いる制御手法としてＰＩ補償を適用しているが、これに限定されるものではなく、系を安定にする制御手法であればよい。

ところで、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という問題がある。

そこで、本実施形態では、後述する目標モータトルク決定部８Eで、モータ４に必要な電力Ｐｍと発電機７の発電状態に応じたトルク指令値Ｔｒｑｍを算出し、このトルク指令値Ｔｒｑｍに基づいて後述するモータ制御部８Fでモータ４の制御を行うようにする。これにより、インバータ９の消費電力を発電機７の出力電力相当とすることができる。

図７は、モータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｒｑｍを決定する目標モータトルク決定部８Ｅの詳細を示すブロック図である。
目標モータトルク決定部８Ｅは、領域検出手段としての動作点領域検出部２０１と、界磁電流推定部２０２と、出力可能電力演算手段としての出力可能電力演算部２０３と、モータ必要電力演算手段としての必要電力演算部２０４と、目標電力演算部２０５と、トルク指令値演算部２０６とで構成され、後述するモータ制御部８Ｆに出力するトルク指令値Ｔｒｑｍを算出する。目標電力演算部２０５とトルク指令値演算部２０６とでトルク指令値演算手段を構成している。

動作点領域検出部２０１では、発電機７の実発電電圧値Vｄｃ及び実発電電流値Iｄｃに基づいて、発電機７の動作点が存在する領域を検出する。具体的には、図８に示す動作点領域マップを参照して検出する。この動作点領域マップは、横軸に発電電流、縦軸に発電電圧を取り、実線で示す最大出力電力線Ｐｍａｘによって領域Aと領域Bとに分けられている。

ここで、破線で示す曲線Ｓは、発電機回転速度ωｇと界磁電流Ｉｆｇ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、発電機７の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７はこの出力可能特性線Ｓ上の電圧・電流を発生する。
また、二点鎖線で示す双曲線状の曲線Ｐは等電力線であり、この線上では発電機７の出力電力が一定となる。つまり、出力可能特性線Ｓ上での出力電力は動作点によって異なり、出力可能特性線Ｓと等電力線Ｐとが接する動作点Ｓ１Ｐ_max，Ｓ２Ｐ_max，Ｓ３Ｐ_maxでの出力電力が、その動作点を含む出力可能特性線Ｓ上での最大出力電力となる。

前記最大出力電力線Ｐｍａｘは、各出力可能特性線上の動作点において、発電機７の出力電力が最大となる点を結んでできる線である。そして、この最大出力電力線Ｐｍａｘによって２つの領域に分け、出力可能特性線Ｓ上の動作点の出力電力が、発電電流の増加に伴って増加する領域を領域Ａ、発電電流の増加に伴って減少する領域を領域Ｂとする。
そして、この動作点領域の検出結果を後述する出力可能電力演算部２０３に出力する。

界磁電流推定部２０２では、先ず、Ｖｄｃ≦Ｖｂであるときには下記（６）式をもとに、Ｖｄｃ＞Ｖｂであるときには下記（７）式をもとに界磁コイルにかかる電圧Ｖｆを算出する。
Ｖｆ＝Ｃ１×Ｖｂ ………（６）
Ｖｆ＝Ｃ１×Ｖｄｃ ………（７）
そして、このように算出された電圧Ｖｆに基づいて、次式をもとに発電機７の界磁電流Ｉｆｇを推定し、出力可能電力演算部２０３に出力する。
Ｉｆｇ＝１／（１＋τｆ・ｓ）×Ｖｆ／Ｒｆ ………（８）

出力可能電力演算部２０３では、前記動作点領域検出部２０１で検出された動作点領域と、前記界磁電流推定部２０２で推定された界磁電流Ｉｆｇと、発電機７の回転数Ｎｇとが入力され、動作点領域に応じて発電機７が現在の発電状態において出力可能な電力である出力可能電力Ｐａｂｌを算出する。
発電機７の動作点が領域Ａに存在する場合には、図９に示す出力可能電力算出マップを参照して、発電機７が現在の発電状態において出力可能な最大電力を出力可能電力Ｐａｂｌとして算出する。
この出力可能電力算出マップは、発電機７の回転数Ｎｇ、界磁電流Ｉｆｇ及び出力可能電力Ｐａｂｌを関連付ける２次元マップであり、横軸に界磁電流Ｉｆｇ、縦軸に回転数Ｎｇを取り、図中それぞれの格子点には、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとから決まる出力可能電力をＰａｂｌ持たせる。

また、発電機７の動作点が領域Ｂに存在する場合には、現在の動作点での出力電力Ｐ（＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃ）を出力可能電力Ｐａｂｌとして算出する。
必要電力演算部２０４では、トルク指令値Ｔｔとモータ回転数Ｎｍとが入力され、次式をもとに必要電力Ｐｇ^*を算出する。
Ｐｇ^*＝Ｔｔ×Ｎｍ／Иｍ ………（９）
このようにして算出された必要電力Ｐｇ^*は、モータ４がトルク指令値Ｔｔを発生するために必要とする電力となる。

目標電力演算部２０５では、出力可能電力演算部２０３で算出された出力可能電力Ｐａｂｌと必要電力演算部２０４で算出された必要電力Ｐｇ^*とが入力され、インバータ９の動作点を決定するための電力、即ちモータ４の目標電力Ｐｍを算出する。具体的には、出力可能電力Ｐａｂｌと必要電力Ｐｇ^*とをセレクトローし、その結果を目標電力Ｐｍとしてトルク指令値演算部２０６に出力する。

つまり、現在の発電機７の動作点が領域Ａにあるときには、現在の発電状態において出力可能な最大電力と、モータ４が必要とする必要電力Ｐｇ^*とがセレクトローされることになり、現在の発電機７の動作点が領域Ｂにあるときには、現在の出力電力とモータ４が必要とする必要電力Ｐｇ^*とがセレクトローされることになる。
トルク指令値演算部２０６では、前記目標電力Ｐｍに基づいて、次式をもとにモータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｒｑｍを算出し、モータ制御部８Ｆに出力する。
Ｔｒｑｍ＝Ｐｍ×Иｍ／Ｎｍ ………（１０）

例えば、図１０に示すように、動作点が出力可能特性線Ｓ上の点ａ（領域Ａ）にあるものとする。このとき、現在の動作点ａを、出力可能特性線Ｓ上での最大電力を出力できる動作点ｂに移動するために、この最大電力に相当するトルクを指令する即ち電力一定線Ｐに相当するトルクを指令すると、インバータ側で負荷を落とすことにより発電電流を大きくし、出力電力を高めるようにするので、結果として動作点はａからｂの方向へ移動する。

一方、現在の動作点が出力可能特性線Ｓ上の点ｃ（領域Ｂ）にある場合、この動作点ｃを動作点ｂに移動するために、電力一定線Ｐに相当するトルクを指令すると、インバータ側では現在の動作点が点ａにあるときと同様に発電電流を大きくしてしまうので、結果として動作点は最大電力を出力できる動作点ｂに移動せず、図中右下に移動して過電流・低電圧となってしまう。

そのため、本実施形態では、出力可能電力Ｐａｂｌと必要電力Ｐｇ^*とをセレクトローすることで、現在の動作点が領域Ａに存在し且つ発電機７の出力電力が必要電力Ｐｇ^*に満たない場合には、現在の発電状態で出力可能な最大電力を出力して電力不足による電圧の落ち込みを防止すると共に、現在の発電状態で効率の良い動作点でトルクを発生させるようにする。また、現在の動作点が領域Ｂに存在し且つ発電機７の出力電力が必要電力Ｐｇ^*に満たない場合には、現在の発電状態で出力可能な最大電力を出力しようとせず現在の出力電力を維持するように制御して、電圧の落ち込みを確実に防止するようにする。

図７において、動作点領域検出部２０１と、出力可能電力演算部２０３とで出力可能電力演算手段を構成している。
図１１は、インバータ９によりモータ４を制御するモータ制御部８Ｆの詳細を示すブロック図である。
モータ制御部８Fは、２相／３相変換部３０１と、Ｉｄ，Ｉｑ指令値演算部３０２と、電流ＦＢ制御部３０３と、Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４と、Ｖｄｃ^*指令値演算部３０５と、２相／３相変換部３０６と、ＰＷＭ制御部３０７と、界磁電流指令値演算部３０８と、界磁磁束演算部３０９とで構成され、目標モータトルク決定部８Ｅで算出されたトルク指令値Ｔｒｑｍが入力されて実モータトルクＴがトルク指令値Ｔｒｑｍとなるようにインバータ９の３相のパワー素子をスイッチング制御する。

２相／３相変換部３０１では、電流センサにより検出された３相の交流電流値であるＵ相電流値Ｉｕ、Ｖ相電流値Ｉｖ、Ｗ相電流値Ｉｗを２相の直流電流値であるｄ軸電流値Ｉｄ、ｑ軸電流値Ｉｑに変換し、電流ＦＢ制御部３０２に出力する。
Ｉｄ，Ｉｑ指令値演算部３０２では、トルク指令値Ｔｒｑｍとモータ回転数Ｎｍとに基づいて、このトルク指令値Ｔｒｑｍに一致するトルクを出力するためのｄ軸電流とｑ軸電流との指令値Ｉｄｒ、Ｉｑｒを演算し、電流ＦＢ制御部３０３とＶｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４とに出力する。

電流ＦＢ制御部３０３では、２相／３相変換部３０１から入力される電流値Ｉｄ、ＩｑとＩｄ，Ｉｑ指令値演算部３０２から入力される電流指令値Ｉｄｒ、Ｉｑｒとの偏差に対してＰＩ制御を施し、Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４にフィードバックする。
Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４では、Ｉｄ，Ｉｑ指令値演算部３０２から入力される電流指令値Ｉｄｒ、Ｉｑｒと、電流ＦＢ制御部３０３から入力されるフィードバック値と、モータ回転数Ｎｍと、後述する界磁磁束演算部３０９から入力されるモータパラメータ（インダクタンス、界磁磁束）とに基づいて、ｄ軸電流値Ｉｄをｄ軸電流指令値Ｉｄｒにするためのｄ軸電圧指令値Ｖｄｒと、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑｒにするためのｑ軸電圧指令値Ｖｑｒとを演算する。

Ｖｄｃ^*指令値演算部３０５では、Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４で算出された電圧指令値Ｖｄｒ、Ｖｑｒに基づいて、発電電圧指令値Ｖｄｃ^*を演算し、前述した図４の発電機制御部８Ｄに出力する。
２相／３相変換部３０６では、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄｒ，Ｖｑｒを３相正弦波指令値である３相座標系のＵ相電圧指令値Ｖｕｒ、Ｖ相電圧指令値Ｖｖｒ、Ｗ相電圧指令値Ｖｗｒに変換し、振幅補正部３０７に出力する。

ＰＷＭ制御部３０７では、２相／３相変換部３０６から入力される３相正弦波指令値と三角波とを比較してＰＷＭ指令を演算し、インバータ９に出力するスイッチング信号を生成する。インバータ９は、このスイッチング信号に応じたＰＷＭ波電圧を生成してモータ４へ印加し、これによりモータ４が駆動される。
また、界磁電流指令値演算部３０８では、モータ回転数Ｎｍに基づいて界磁電流指令値Ｉｆ^*を演算して界磁磁束演算部３０９に出力し、この界磁磁束演算部３０９で界磁磁束を演算して前述したＶｄ，Ｖｑ指令値演算部３０４に出力する。

また、図３のＴＣＳ制御部８Ｇは、図示しない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、左右前輪の回転速度Ｖ_FR，Ｖ_FL、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８Ｈ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。

次に、本実施形態の動作について説明する。
今、車輪速及びアクセルペダル開度に基づいてモータトルク指令値Ｔｔが急増したものとする。この場合には、図１２の発電機７の特性図に示すように、発電機供給電力演算部８Ｂにおいて、トルク指令値Ｔｔ、モータ回転数Ｎｍに基づいて、発電機供給電力Ｐｇが演算される。発電機供給電力Ｐｇに相当する電力一定線は、曲線Ｐ_Bで表される。そして、発電機制御部８Ｄにおいて、発電機供給電力Ｐｇから算出される発電電流指令値Ｉｄｃ^*と実発電電流値Ｉｄｃとの偏差に対してＰＩ制御が施され、実発電電流値Ｉｄｃが発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇが制御される。このとき、図１２の発電機７の特性図に示すように、出力可能特性線は、現在の出力可能特性線Ｓ_Aから目標の出力可能特性線Ｓ_Bへ徐々に移行することになる。

目標モータトルク決定部８Ｅでは、必要電力Ｐｇ^*と現在の発電機７の発電状態に応じて、モータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｒｑｍが算出される。今、発電機７の動作点が出力可能特性線Ｓ_A上の点α₀にあるものとすると、動作点領域は領域Ａであるので、出力可能電力演算部２０３で図９に示す出力可能電力算出マップをもとに算出される出力可能電力Ｐａｂｌと、必要電力演算部２０４で算出される必要電力Ｐｇ^*とのうち小さい方の値がモータ４の目標電力Ｐｍとして算出される。出力可能電力Ｐａｂｌに相当する電力一定線は曲線Ｐ_Aで表され、必要電力Ｐｇ^*に相当する電力一定線は曲線Ｐ_Bで表される。Ｐａｂｌ＜Ｐｇ^*であるので、出力可能電力Ｐａｂｌが目標電力Ｐｍとして選定され、この目標電力Ｐｍに相当するトルクがトルク指令値Ｔｒｑｍとして出力される。

そして、モータ制御部８Ｆにおいて、このトルク指令値Ｔｒｑｍやモータ回転数Ｎｍに基づいて、インバータ９の３相のパワー素子をスイッチング制御するために３相正弦波指令を演算し、この３相正弦波指令に基づいてＰＷＭ指令を演算しインバータ９に出力する。
これにより、発電機７は出力可能特性線Ｓ_A上で出力可能な最大電力である出力可能電力Ｐａｂｌを出力することができる動作点βで駆動され、モータ４は出力可能電力Ｐａｂｌに相当するトルクを発生することになる。

ところで、前述したように、発電機の制御応答性は低いため、発電機の出力可能特性線は速やかに目標の出力可能特性線Ｓ_Bとならず、出力可能特性線がＳ_Aである出力不足状態でトルク指令値Ｔｔを発生しようとすると、動作点はα₀から図中右下の効率の悪い動作点へ移動してしまう。しかしながら、必要電力Ｐｇ^*が発電機７の出力可能電力Ｐａｂｌより大きい場合に、本実施形態のように発電機７の発電状態に応じて算出されるトルク指令値Ｔｒｑｍに基づいてモータ制御を行うので、インバータ消費電力を発電機が現在出力可能な電力相当とすることができ、電力不足による電圧の落ち込みを防止することができる。

また、現在の発電機７の動作点が出力可能特性線Ｓ_A上の点α₁にあるものとすると、動作点領域は領域Ｂであるので、現在の動作点での出力電力Ｐと必要電力Ｐｇ^*とのうち小さい方の値がモータ４の目標電力Ｐｍとして算出される。出力電力Ｐに相当する電力一定線は曲線Ｐ_A’で表される。Ｐ＜Ｐｇ^*であるので、出力電力Ｐが目標電力Ｐｍとして選定され、この目標電力Ｐｍに相当するトルク指令値Ｔｒｑｍに基づいてモータ制御が行われる。これにより、発電機７は出力可能特性線Ｓ_A上の現在の動作点α₁で駆動され、出力電力Ｐに相当するトルクを発生することになる。

ところで、前述したように、動作点が領域Ｂに存在する場合には、現在の出力可能特性線Ｓ_A上で最も大きい電力を出力できる動作点βで作動させようとすると、インバータ側で負荷を落とすことにより発電電流を大きくしようとしてしまい、結果として効率の悪い動作点に落ち込んでしまう。しかしながら、本実施形態のように発電機７の動作点が領域Ｂに存在するとき、現在の動作点での出力電力Ｐと必要電力Ｐｇ^*とがセレクトローされるので、出力電力が必要電力に満たない場合には現時点での発電量を維持し、動作点が効率の悪い方向へ移動することを防止することができる。

このように、本実施形態では、発電機の現在の発電状態に基づいてモータ制御を行うためのトルク指令値を決定し、このトルク指令値に基づいてモータ制御を行うので、インバータ消費電力を発電機出力相当とすることができ、電力不足による発電電圧の落ち込みを防止することができる。
また、発電機の現在の発電状態に基づいて、発電機が出力可能な出力可能電力を算出し、この出力可能電力とモータが必要とする必要電力とのうち小さい方の値に相当するトルク指令値に基づいてモータ制御を行うので、発電電力が必要電力に満たない場合には、出力可能電力に相当するトルクを発生するように制御されて、電力不足による発電電圧の落ち込みを確実に防止することができる。

さらに、現在の発電機の動作点領域に応じて出力可能電力を算出するので、動作点が発電電流の増加に伴って発電電力も増加する領域に存在する場合には、現在の発電状態で出力可能な最大電力を出力可能電力として算出することで効率良く発電機を作動することができると共に、発電電流の増加に伴って発電電力が減少する領域に存在する場合には、現在の出力電力を出力可能電力として算出することで、出力可能な最大電力を発生しようとして逆に電圧が落ち込み、効率の悪い動作点で作動してしまうという問題を回避することができる。
また、発電機の界磁電流を推定し、推定された界磁電流値から発電機が出力可能な最大電力を算出するので、確実にインバータの消費電力を発電機の出力相当とすることができる。

なお、上記実施形態においては、出力可能電力演算部２０３で、図９に示す出力可能電力算出マップにより算出される出力可能電力Ｐａｂｌにマージンを設けるようにしてもよい。このマージンは、発電機７の製品のばらつきを許容するために設ける安全率であり、出力可能電力Ｐａｂｌに補正係数Ｋ（例えば、０．９程度）を乗じるようにすればよい。また、予め安全率を考慮して、出力可能電力マップを作成するようにしてもよい。これにより、発電機の製品状態によって本来の出力可能電力を出力できない状態であっても、実際に出力できる電力を上回る電力を出力しようとして発電電圧が落ち込む状況を回避することができる。

また、上記実施形態においては、界磁電流推定部２０２で前記（８）式をもとに界磁電流Ｉｆｇを推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の界磁コイルに流れる電流を電流センサで直接検出するようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、目標モータトルク決定部８Ｅで発電機７の現在の出力電力に基づいて、直接トルク指令値Ｔｒｑｍを算出するようにしてもよい。この場合、発電機電圧センサで検出される発電電圧Ｖｄｃと発電機電流センサで検出される発電電流Ｉｄｃとに基づいて、現在の出力電力Ｐ＝Ｖｄｃ×Ｉｄｃを算出し、この出力電力Ｐに基づいてトルク指令値Ｔｒｑｍ＝Ｐ×Иｍ／Ｎｍを算出すればよい。これにより、インバータ消費電力が現在の発電機出力相当となって現在の動作点での作動を維持するので、電圧の落ち込みを確実に防止することができる。

また、上記実施形態においては、必要電力Ｐｇ^*と現在の発電機７の発電状態に応じて、モータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｒｑｍを算出し、このトルク指令値Ｔｒｑｍに基づいてモータ４の制御を行っているが、これに代わり、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４のモータトルク指令値Ｔｔを算出し（従駆動輪の要求駆動力に基づいて演算されたモータ４の第一のトルク指令値に相当）、発電機７の発電状態に応じたトルク指令値Ｔｒｑｍを算出し（発電機７の発電可能電力に基づいて演算された第二のトルク指令値に相当）、モータトルク指令値Ｔｔとトルク指令値Ｔｒｑｍとを比較して、小さい方のトルク指令値に基づいてモータ４の制御を行うようにすることもできる。

本発明の実施形態を示す概略構成図である。 発電機の構造を示す図である。 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３の発電機制御部の詳細を示すブロック図である。 回転数毎の発電機特性マップである。 回転数毎の界磁電流特性マップである。 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。 動作点領域マップである。 出力可能電力算出マップである。 インバータ側の負荷変化による動作点の動きを説明する図である。 図３のモータ制御部の詳細を示すブロック図である。 本実施形態の動作を説明する図である。

符号の説明

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 発電機供給電力演算部
８Ｃ 発電電流指令演算部
８Ｄ 発電機制御部
８Ｅ 目標モータトルク決定部
８Ｆ モータ制御部
８Ｇ ＴＣＳ制御部
８Ｈ 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 Ｐ制御部
１０２ Ｉ制御部
１０３ ＦＦ制御部
１０４ 制御量加算部
１０５ 界磁制御部
２０１ 動作点領域検出部
２０２ 界磁電流推定部
２０３ 出力可能電力演算部
２０４ 必要電力演算部
２０５ 目標電力演算部
２０６ トルク指令値演算部
３０１ Ｉｄ，Ｉｑ指令値演算部
３０２ Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部
３０３ Ｖｄｃ^*指令値演算部
３０４ ２相／３相変換部
３０５ ＰＩ制御部
３０６ 振幅補正部
３０７ ＰＷＭ制御部
３０８ 界磁電流指令値演算部
３０９ 界磁磁束演算部

Claims (6)

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、
   前記従駆動輪の要求駆動力に基づいて、前記交流モータが必要とするモータ必要電力を演算するモータ必要電力演算手段と、前記モータ必要電力に基づいて、前記発電機を制御する発電機制御手段と、前記発電機の状態に基づいて、現在の発電状態で前記発電機が出力可能な最大電力及び前記発電機の現在の出力電力の何れか一方を、当該発電機が出力可能な電力として演算する出力可能電力演算手段と、前記モータ必要電力と前記出力可能な電力とを比較して、前記モータ必要電力と前記出力可能な電力とのうち、小さい方の電力に基づいて、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と、前記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とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
2. 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、
   前記従駆動輪の要求駆動力に基づいて、前記交流モータの第一のトルク指令値を演算する第一のトルク指令値演算手段と、前記第一のトルク指令値に基づいて、前記交流モータが必要とするモータ必要電力を演算するモータ必要電力演算手段と、前記モータ必要電力に基づいて、前記発電機を制御する発電機制御手段と、前記発電機の状態に基づいて、現在の発電状態で前記発電機が出力可能な最大電力及び前記発電機の現在の出力電力の何れか一方を、当該発電機が出力可能な電力として演算する出力可能電力演算手段と、前記出力可能な電力に基づいて、前記交流モータの第二のトルク指令値を演算する第二のトルク指令値演算手段と、前記第一のトルク指令値と前記第二のトルク指令値とを比較して、前記第一のトルク指令値と前記第二のトルク指令値とのうち、小さい方の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とを備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
3. 前記出力可能電力演算手段は、推定又は検出された前記発電機の界磁電流、及び、推定又は検出された前記発電機の回転数に基づいて、前記発電機が出力可能な電力を演算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。
4. 前記出力可能電力演算手段は、前記発電機の回転速度及び界磁電流をパラメータとする各発電機出力特性線上で最大電力を出力可能な動作点に基づいて、前記発電機出力特性線上の動作点の出力電力が出力電流の増加に伴って増加する所定領域を設定すると共に、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所定領域内に存在することを検出する領域検出手段を有し、該領域検出手段の検出結果に応じて前記出力可能電力を演算することを特徴とする請求項３に記載の車両用駆動制御装置。
5. 前記出力可能電力演算手段は、前記領域検出手段により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所定領域内に存在することを検出したとき、現在の発電状態で前記発電機が出力可能な最大電力を前記出力可能電力として演算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。
6. 前記出力可能電力演算手段は、前記領域検出手段により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所定領域外に存在することを検出したとき、前記発電機の現在の出力電力を前記出力可能電力として演算することを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用駆動制御装置。

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