JP2007245762A - 車両用駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機と交流モータとの組み合わせで、４ＷＤ性能を向上することができる車両用駆動制御装置を提供する。
【解決手段】モータトルク指令値Ｔｔに基づいて発電機７が出力すべき電力Ｐｇを演算し、実発電電流値Ｉｄｃが電力Ｐｇを出力するための発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御する。また、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に上限Ｍｏｄｈｉ及び下限Ｍｏｄｌｏｗを設けることでインバータ９の負荷に制限を設けてモータ制御を行う。
【選択図】 図１

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。
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、４ＷＤ性能を向上する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、界磁制御手段で交流モータが必要とするモータ必要電力に基づいて発電機の界磁を制御し、モータ制御手段で交流モータにＰＷＭ波電圧を印加して当該交流モータを制御し、変調率制限手段で前記ＰＷＭ波電圧の変調率に制限値を設ける。

本発明によれば、モータに印加するＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設けるので、トルク指令値が急変した場合であっても、発電電圧の落ち込みや跳ね上がりを抑制して、安定したモータトルク制御を行うことができ、４ＷＤ性能を向上させる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θｍ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、発電機供給電力演算部８Ｂ、発電電流指令演算部８Ｃ、発電機制御部８Ｄ、モータ制御部８Ｅ、ＴＣＳ制御部８Ｆ、クラッチ制御部８Ｇ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ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*から求めら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。
また、図３のＴＣＳ制御部８Ｆ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８Ｇ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。
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。また、トルク指令値が急減する過程では、発電機出力の減少が遅れ、発電機出力電圧が所定値（フェイル電圧）を超えることにより部品が破損する恐れがあるという問題がある。
そこで、本実施形態では、モータ制御部８Ｅで、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設けることで、トルク指令値が急変したときの上記問題の発生を抑制する。

図７は、モータ制御部８Ｅの詳細を示すブロック図である。
このモータ制御部８Ｅでは、先ず、３相／２相変換部２０１で、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、モータ４の磁極位置信号θｍを用いて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Ｆ／Ｂ制御部２０２に出力する。

電流Ｆ／Ｂ制御部２０２では、３相／２相変換部２０１から出力されるｄｑ軸電流値Ｉｄ，Ｉｑと、後述するＩｄ，Ｉｑ検索部２０３で演算されるｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*との偏差に対しＰＩ制御を行って、後述するＶｄ，Ｖｑ指令値演算部２０４で演算されるｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*にフィードバックする。
Ｉｄ，Ｉｑ検索部２０３では、モータ回転数Ｎｍとトルク指令値Ｔｔとに基づいて、モータ回転数Ｎｍを引数とするｄｑ軸電流指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*のマップを参照し、トルク指令値Ｔｔ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Ｉｄ^*，Ｉｑ^*を演算してＶｄ，Ｖｑ指令値演算部２０４に出力する。

Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部２０４では、Ｉｄ，Ｉｑ検索部２０３から入力される電流指令値Ｉｄ^*、Ｉｑ^*と、モータ回転数Ｎｍと、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Ｉｄ^*にするためのｄ軸電圧指令値Ｖｄ^*と、ｑ軸電流値Ｉｑをｑ軸電流指令値Ｉｑ^*にするためのｑ軸電圧指令値Ｖｑ^*とを演算する。

２相／３相変換部２０５では、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*を、モータ４の磁極位置信号θｍを用いて３相正弦波指令値である３相座標系のＵ相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖ相電圧指令値Ｖｖ^*、Ｗ相電圧指令値Ｖｗ^*に変換し、デッドタイム補償部２０６に出力する。
デッドタイム補償部２０６では、２相／３相変換部２０５から出力される３相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*に対してデッドタイム補償を加えて後述する電圧変調部２１０に出力する。

また、変調率演算部２０７では、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*と発電機７の実出力電圧Ｖｄｃｄａｔとに基づいて、次式をもとに変調率Ｍｏｄを演算する。
Ｍｏｄ＝２√２・√（Ｖｄ^*2＋Ｖｑ^*2）／√３／Ｖｄｃｄａｔ ………（６）
セレクトハイ部２０８では、変調率演算部２０７で演算される変調率Ｍｏｄと、後述する変調率下限演算部２１４で演算される変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗとを大小比較し、大きい方の変調率を選択して、セレクトロー部２０９に出力する。

セレクトロー部２０９では、セレクトハイ部２０８でセレクトハイされた変調率と、後述する変調率上限演算部２１５で演算される変調率上限値Ｍｏｄｈｉとを大小比較し、小さい方の変調率を選択して電圧変調部２１０に出力する。
電圧変調部２１０では、前記デッドタイム補償部２０６でデッドタイム補償を加えた３相電圧指令値Ｖｕ^*、Ｖｖ^*、Ｖｗ^*を前記セレクトロー部２０９でセレクトローされた変調率で電圧変調することにより、正規化された３相正弦波指令値をＰＷＭ生成部２１１に出力する。

ＰＷＭ生成部２１１では、電圧変調部２１０で正規化された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、安定限界電圧演算部２１２では、先ず、トルク指令値Ｔｔとモータ回転数Ｎｍとに基づいて、次式をもとに発電機７が出力すべき必要電力Ｐｇを演算する。
Ｐｇ＝Ｔｔ×Ｎｍ／И ………（７）

次に、この必要電力Ｐｇと発電機回転数Ｎｇとに基づいて、予め格納された安定限界電圧算出マップを参照し、安定限界電圧Ｖｌｉｍを算出する。ここで、安定限界電圧算出マップは、発電機回転数Ｎｇ、必要電力Ｐｇを軸とする２次元マップであり、それぞれの格子点に回転数Ｎｇと必要電力Ｐｇとから決まる安定限界電圧Ｖｌｉｍを持たせる。この安定限界電圧Ｖｌｉｍは、必要電力Ｐｇを安定限界で出力できる発電機７の出力電圧に相当する。

図８は、安定限界電圧Ｖｌｉｍ算出の概念を示す図である。図中曲線Ｓｔ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の出力可能特性線であり、ある回転速度である界磁電流が与えられているとき、発電機はこの出力可能特性線Ｓｔ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^*は電力一定線であり、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Ｓｔ上での出力電力は動作点によって異なり、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が存在する。この出力電力が最大となる点を結んでできる線が安定限界線ηとなる。そして、この安定限界線ηによって分けられる２つの領域のうち、出力可能特性線Ｓｔ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が安定領域Ａ、発電電流の増加に伴って減少する領域が不安定領域Ｂとなる。

曲線Ｐ^*が必要電力Ｐｇに相当する電力一定線であるとすると、前記安定限界電圧Ｖｌｉｍは、電力一定線Ｐ^*と安定限界線ηとの交点αの電圧値となる。
なお、本実施形態においては、安定限界電圧演算部２１２で２次元マップを用いて安定限界電圧Ｖｌｉｍを演算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、必要電力Ｐｇに相当する電力一定線Ｐ^*と安定限界線ηとの近似式を用いて電力一定線Ｐ^*と安定限界線ηとの交点を求め、その交点の電圧値を安定限界電圧Ｖｌｉｍとして適用するようにしてもよい。

また、変調率定数演算部２１３では、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*に基づいて、次式をもとに、変調率上限値Ｍｏｄｈｉ及び変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを演算するための定数Ｖ₀を演算する。
Ｖ₀＝２√２・√（Ｖｄ^*2＋Ｖｑ^*2）／√３ ………（８）
変調率下限演算部２１４では、変調率定数演算部２１３で演算された定数Ｖ₀と、発電機目標電圧Ｖｄｃｄｅｍとに基づいて、次式をもとに変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを演算し、前記セレクトハイ部２０８に出力する。
Ｍｏｄｌｏｗ＝Ｖ₀／Ｖｄｃｄｅｍ ………（９）

ここで、発電機目標電圧Ｖｄｃｄｅｍ＝発電電圧指令値Ｖｄｃ^*である。この発電電圧指令値Ｖｄｃ^*は、ｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*に基づいて演算され、Ｖｄｃ^*＝２√２・√（Ｖｄ^*2＋Ｖｑ^*2）／√３である。したがって、本実施形態では、変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗ＝１となる。このように、発電機７の目標動作点に基づいて変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを設定する。

変調率上限演算部２１５では、変調率定数演算部２１３で演算された定数Ｖ₀と、安定限界電圧演算部２１２で演算された安定限界電圧Ｖｌｉｍとに基づいて、次式をもとに変調率上限値Ｍｏｄｈｉを演算し、前記セレクトロー部２０９に出力する。
Ｍｏｄｈｉ＝Ｖ₀／Ｖｌｉｍ ………（１０）
このように、発電機７が出力すべき必要電力Ｐｇを安定限界で出力することができる動作点に基づいて、変調率上限値Ｍｏｄｈｉを設定する。

つまり、このモータ制御部８Ｅでは、発電機目標電圧Ｖｄｃｄｅｍに基づいて算出された変調率下限値と、必要電力Ｐｇを安定して出力できる安定限界電圧Ｖｌｉｍに基づいて算出された変調率上限値とによって、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設け、この範囲内でモータ制御を行う。
図７において、変調率下限演算部２１４が変調率下限設定手段に対応し、変調率上限演算部２１５が変調率上限設定手段に対応している。

次に、本発明の第１の実施形態の動作について図９をもとに説明する。
今、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ１とトルク指令値Ｔ１に相当する電力一定線Ｐ１との交点ａ０にあるときに、車輪速及びアクセル開度に基づいてモータトルク指令値がＴ１からＴ２へ急減したものとする。この場合には、発電機供給電力演算部８Ｂにおいて、トルク指令値Ｔ２、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、図９の曲線Ｐ２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が減少制御される。このとき、図９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Ｓｔ１から目標の出力可能特性線Ｓｔ２へ徐々に移行することになる。

モータ制御部８Ｅでは、変調率下限演算部２１４で変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが“１”に設定されると共に、変調率上限演算部２１５で、電力一定線Ｐ２と安定限界線ηとの交点ｂ１の電圧値である安定限界電圧Ｖｌｉｍに基づいて変調率上限値Ｍｏｄｈｉが演算される。このとき、変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに相当する負荷一定線はＡ１となり、変調率上限値Ｍｏｄｈｉに相当する負荷一定線はＡ２となる。

このとき、発電機７の出力電圧が目標電圧以上であることから、変調率演算部２０７で前記（６）式をもとに演算される変調率Ｍｏｄが変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗと変調率上限値Ｍｏｄｈｉとの間の範囲内に収まらず、Ｍｏｄ＜Ｍｏｄｌｏｗ＜Ｍｏｄｈｉとなる。すると、セレクトハイ部２０８で変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが選択され、セレクトロー部２０９でも変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが選択されるため、この変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに基づいてインバータ９に出力するスイッチング信号が生成される。これにより、発電機動作点はａ０から出力可能特性線Ｓｔ１上を移行して、出力可能特性線Ｓｔ１と負荷一定線Ａ１との交点ａ１に変化する。

その後、界磁電流Ｉｆｇが徐々に減少すると、この界磁電流Ｉｆｇの減少に伴って発電機動作点は負荷一定線Ａ１上を移行し、出力可能特性線がＳｔ２となったとき目標動作点ａ^*に到達する。
このように、発電機７の出力電圧が目標電圧以上であるときには、変調率を変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに固定する負荷固定制御が実行される。

一方、従来の３相電流フィードバック制御によるモータ制御においては、トルク指令値がＴ１からＴ２へ急減した場合、図１０に示すように、現在の発電状態でトルク指令値Ｔ２を出力できる動作点、即ち出力可能特性線Ｓｔ１と電力一定線Ｐ２との交点であるａ２で発電機７を動作させるようにインバータ９の負荷を変更してしまうため、発電機動作点は点ａ０から点ａ２に変化し、発電電圧がフェイル電圧閾値Ｖｍａｘを超えてしまうという問題がある。

これに対して本実施形態では、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に下限値Ｍｏｄｌｏｗを設けることで、発電機７から見たインバータ９のインピーダンスが大きくなりすぎるのを制限するので、トルク指令値Ｔｔが急減した場合であっても発電電圧の上昇を抑制することができ、過電圧になりにくくすることができる。
また、トルク指令値Ｔｔが一定で発電機界磁電流Ｉｆｇが増加した場合、従来装置にあっては比較的容易に発電電圧がフェイル電圧閾値Ｖｍａｘを超えてしまうのに対し、本実施形態では、これを抑制することができる。これを、図１１をもとに詳述する。

今、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ１とトルク指令値Ｔ１に相当する電力一定線Ｐ１との交点ａ０にあるときに、発電機界磁電流Ｉｆｇが増加したものとする。このとき、出力可能特性線がＳｔ１からＳｔ２に変化したものとすると、従来装置にあっては、界磁電流Ｉｆｇの増加に伴い、３相電流フィードバック制御によりインバータ９の負荷が変更されて負荷一定線がＡ１まで変化する。つまり、発電機界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って変調率が徐々に小さくなり、発電機動作点は点ａ０から電力一定線Ｐ１上を移行して出力可能特性線Ｓｔ２と負荷一定線Ａ１との交点ａ１に変化し、発電電圧がフェイル電圧閾値Ｖｍａｘを超えてしまう。

これに対して、本実施形態では、上記のように発電機界磁電流Ｉｆｇが増加した場合には、発電機７の出力電圧が目標電圧以上となることにより、変調率が変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに固定されるので、発電機界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って、発電機動作点は点ａ０から変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに相当する負荷一定線Ａ２上を移行し、出力可能特性線Ｓｔ２と負荷一定線Ａ２との交点ａ２に変化する。このように、発電機界磁電流Ｉｆｇの増加による発電電圧の上昇を従来装置と比較して緩やかにすることができるので、発電電圧がフェイル電圧閾値Ｖｍａｘを超えにくくして、高電圧フェイルとなることを抑制することができる。

また、図１２に示すように、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ３とトルク指令値Ｔ３に相当する電力一定線Ｐ３との交点ａ３にあるときに、車輪速及びアクセル開度に基づいてトルク指令値がＴ３からＴ４に急増したものとする。この場合には、発電機供給電力演算部８Ｂにおいて、トルク指令値Ｔ４、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、図１２の曲線Ｐ４で表される。そして、発電機制御部８Ｄにおいて、実発電電流値Ｉｄｃが発電機供給電力Ｐｇから算出される発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇが増加制御される。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Ｓｔ３から目標の出力可能特性線Ｓｔ４へ徐々に移行することになる。

モータ制御部８Ｅでは、変調率下限演算部２１４で変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが“１”に設定されると共に、変調率上限演算部２１５で、電力一定線Ｐ４と安定限界線ηとの交点ｂ２の電圧値である安定限界電圧Ｖｌｉｍに基づいて変調率上限値Ｍｏｄｈｉが演算される。このとき、変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに相当する負荷一定線はＡ３となり、変調率上限値Ｍｏｄｈｉに相当する負荷一定線はＡ４となる。

このとき、トルク指令値Ｔ４が現在の発電機７の発電状態で出力可能な最大トルクである出力可能トルク（現在の出力可能特性線上で出力可能な最大電力に相当するトルク）を上回っていることから、変調率演算部２０７で前記（６）式をもとに演算される変調率Ｍｏｄが変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗと変調率上限値Ｍｏｄｈｉとの間の範囲内に収まらず、Ｍｏｄｌｏｗ＜Ｍｏｄｈｉ＜Ｍｏｄとなる。その結果、セレクトハイ部２０８で変調率Ｍｏｄが選択され、セレクトロー部２０９で変調率上限値Ｍｏｄｈｉが選択されるため、この変調率上限値Ｍｏｄｈｉに基づいてインバータ９に出力するスイッチング信号が生成される。これにより、発電機動作点はａ３から出力可能特性線Ｓｔ３上を移行して、出力可能特性線Ｓｔ３と負荷一定線Ａ４との交点ａ４に変化する。

その後、界磁電流Ｉｆｇが増加してトルク指令値Ｔ４が上記出力可能トルクと等しくなるまで（出力可能特性線がＳｔ３’となるまで）、この界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って、発電機動作点は負荷一定線Ａ４上を移行し、点ａ４から点ｂ２に変化する。
その後は、トルク指令値Ｔ４が出力可能トルクを下回ることから、変調率演算部２０７で演算される変調率ＭｏｄがＭｏｄｌｏｗ＜Ｍｏｄ＜Ｍｏｄｈｉとなり、セレクトハイ部２０８で変調率Ｍｏｄが選択され、セレクトロー部２０９でも変調率Ｍｏｄが選択されるため、通常の３相電流フィードバック制御が行われ、この変調率Ｍｏｄに基づいてインバータ９に出力するスイッチング信号が生成される。つまり、界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って徐々に変調率Ｍｏｄが減少し、発電機動作点は点ｂ２から電力一定線Ｐ４上を移行して、出力可能特性線がＳｔ４となったとき目標動作点ａ^*に到達する。このとき、変調率を変調率上限値Ｍｏｄｈｉで固定する負荷固定制御と、変調率を変調率Ｍｏｄで制御する通常のＰＷＭ制御との切り替え時の電力不連続はない。

このように、モータトルク指令値が出力可能トルク以下であるときには通常の３相電流フィードバック制御が実行され、モータトルク指令値が出力可能トルクを上回っているときには変調率を変調率上限値Ｍｏｄｈｉに固定する負荷固定制御が実行される。
一方、従来の３相電流フィードバック制御によるモータ制御においては、トルク指令値がＴ３からＴ４へ急増した場合、電流を増加させることで電力を供給しようとして、図１３に示すように、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ３と負荷一定線Ａ５との交点であるａ５に変化するため、発電電圧が落ち込んでしまう。その後は、さらに落ち込んだ電圧をもとに変調率を変化するため、変調率の限界まで落ち込んでしまい、最終的には不安定領域の効率の悪い動作点で動作してしまうという問題がある。

これに対して本実施形態では、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に上限値Ｍｏｄｈｉを設けることで、発電機７から見たインバータ９のインピーダンスが小さくなりすぎるのを制限するので、トルク指令値Ｔｔが急増した場合であっても発電電圧の落ち込みを防止することができる。
このように、上記第１の実施形態では、モータに印加するＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設けるので、モータトルク指令値が急変したときの発電電圧の落ち込みや跳ね上がりを抑制して、安定したモータトルク制御を行うことができ、４ＷＤ性能を向上させることができる。

また、変調率に下限を設けることにより、モータトルク指令値が急減した場合であっても、発電電圧が過電圧となってフェイル電圧閾値を越えることを抑制することができるので、高電圧フェイルに起因する部品の破損を抑制することができる。
さらに、発電機の目標動作点に基づいて変調率下限値を設定するので、発電機の出力電圧が目標電圧を下回っているときは通常の３相電流フィードバック制御を行い、出力電圧が目標電圧以上であるときは変調率を固定とすることができる。その結果、トルク指令値が急減し出力電圧が目標電圧を上回っている状態では、変調率が変調率下限値で固定となって発電電圧の上昇を抑制することができ、高電圧フェイルを抑制することができる。

また、変調率に上限を設けることにより、モータトルク指令値が急増した場合であっても、発電電圧が落ち込むことを抑制することができるので、効率の悪い動作点で発電機が動作することを抑制することができる。
さらにまた、モータの必要電力を安定限界で出力できる動作点に基づいて変調率上限値を設定するので、モータトルク指令値が出力可能トルク以下であるときは通常の３相電流フィードバック制御を行い、モータトルク指令値が出力可能トルクを上回っているときは変調率を固定とすることができる。その結果、トルク指令値が急増した場合には、変調率が変調率上限値で固定となって、常に発電機動作点を安定領域で動作させることができる。
なお、上記第１の実施形態においては、発電機目標電圧Ｖｄｃｄｅｍ＝発電電圧指令値Ｖｄｃ^*と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、所定のマップから検索される発電機目標電圧Ｖｄｃｄｅｍ（＝Ｖｄｃ^*×Ｖｄｃゲイン）を適用するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、モータに印加するＰＷＭ波電圧の変調率下限値を現在の発電状態で電圧値がシステム電圧上限値となる動作点に基づいて設定すると共に、変調率上限値を現在の発電状態で最大電力を出力できる動作点に基づいて設定するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態におけるモータ制御部８Ｅのブロック図を図１４に示すように、図７に示す第１の実施形態におけるモータ制御部８Ｅのブロック図において、安定限界電圧演算部２１２を削除し、後述する出力トルク演算処理を行う出力トルク演算部２２１を追加し、Ｉｄ，Ｉｑ検索部２０３を出力トルク演算部２２１から出力されるトルク指令値Ｔｒｑｍに基づいてｄ軸電流とｑ軸電流との指令値Ｉｄ^*，Ｉｑ^*を演算するＩｄ，Ｉｑ検索部２２２に置換し、変調率下限演算部２１４を現在の発電状態で電圧値がシステム電圧上限値Ｖｕｐとなる動作点に基づいて変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを演算する変調率下限演算部２２３に置換し、変調率上限演算部２１５を現在の発電状態で最大電力を出力可能な動作点に基づいて変調率上限値Ｍｏｄｈｉを演算する変調率上限演算部２２４に置換したことを除いては、図７と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。

出力トルク演算部２２１では、図１５に示す出力トルク演算処理を実行する。この界磁電流推定演算部３０１では、先ず、Ｖｄｃ≦Ｖｂであるときには下記（１１）式をもとに、Ｖｄｃ＞Ｖｂであるときには下記（１２）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 ………（１１）
Ｖｆ＝Ｃ１×Ｖｄｃ ………（１２）
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・最低出力電力演算部３０２に出力する。
Ｉｆｇ＝１／（１＋τｆ・ｓ）×Ｖｆ／Ｒｆ ………（１３）

なお、界磁電流Ｉｆｇを検出する界磁電流センサを設けている場合には、その界磁電流センサの検出値を用いるようにしてもよい。
出力可能電力・最低出力電力演算部３０２では、界磁電流推定演算部３０１で推定された界磁電流Ｉｆｇと発電機回転数Ｎｇとが入力され、発電機７が現在の発電状態で出力可能な最大電力である出力可能電力Ｐａｂｌと、発電機７が安定して動作するために最低限出力しなければならない電力である最低出力電力Ｐｂｔｍとを演算する。

出力可能電力Ｐａｂｌは、出力可能電力算出マップを参照して算出する。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、出力可能電力Ｐａｂｌ及び最大出力時電圧Ｖｐｍａｘを関連付ける２次元マップであり、例えば、横軸に界磁電流Ｉｆｇ、縦軸に回転数Ｎｇを取り、それぞれの格子点に、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとから決まる出力可能電力Ｐａｂｌ及び最大出力時電圧Ｖｐｍａｘを持たせる。

つまり、図１６に示すように、発電機７の出力電流及び出力電圧から決定する現在の出力可能特性線がＳｔであるとすると、出力可能電力Ｐａｂｌは出力可能特性線Ｓｔ上で出力可能な最大電力であり、これは出力可能特性線Ｓｔと安定限界線ηとの交点βでの出力電力である。そして、出力可能特性線Ｓｔと安定限界線ηとの交点βの電圧値が最大出力時電圧Ｖｐｍａｘとなる。この図１６において、曲線Ｐａｂｌは出力可能電力Ｐａｂｌに相当する電力一定線である。また、二点鎖線で示す曲線Ｐ^*は発電機７が出力すべき必要電力Ｐｇに相当する電力一定線である。

また、最低出力電力Ｐｂｔｍは、最低出力電力算出マップを参照して算出する。この最低出力電力算出マップは、発電機７の回転数Ｎｇ、界磁電流Ｉｆｇ及び最低出力電力Ｐｂｔｍを関連付ける２次元マップであり、例えば、横軸に界磁電流Ｉｆｇ、縦軸に回転数Ｎｇを取り、それぞれの格子点に、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとから決まる最低出力電力Ｐｂｔｍを持たせる。

つまり、図１６に示すように、最低出力電力Ｐｂｔｍは出力可能特性線Ｓｔ上で最低限出力しなければならない電力であり、これは出力可能特性線Ｓｔとシステム上限電圧Ｖｕｐとしてのフェイル電圧閾値Ｖｍａｘ（６０Ｖ）との交点、即ち出力可能特性線Ｓｔ上で電圧値がシステム上限電圧Ｖｕｐとなる動作点γでの出力電力である。この図１６において、曲線Ｐｂｔｍは最低出力電力Ｐｂｔｍに相当する電力一定線である。なお、システム上限電圧Ｖｕｐは、フェイル電圧閾値Ｖｍａｘに安全余裕（例えば、５Ｖ）を持たせた値を適用するようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、出力可能電力・最低出力電力演算部３０２で２次元マップを用いて出力可能電力Ｐａｂｌ及び最低出力電力Ｐｂｔｍを演算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、現在の発電状態での出力可能特性線Ｓｔと安定限界線ηとの近似式を用い、出力可能特性線Ｓｔと安定限界線ηとの交点や、出力可能特性線Ｓｔとフェイル電圧閾値Ｖｍａｘとの交点を求め、これらの交点の電力値を出力可能電力Ｐａｂｌ，最低出力電力Ｐｂｔｍとして適用するようにしてもよい。

必要電力演算部３０３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 ………（１４）
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、発電機７が出力すべき電力となる。
セレクトロー部３０４では、出力可能電力Ｐａｂｌと必要電力Ｐｇとを比較し、小さい方の電力を選択する。また、セレクトハイ部３０５では、前記セレクトロー部３０４でセレクトローした結果と、最低出力電力Ｐｂｔｍとを比較し、大きい方の電力を選択し、これを目標出力電力Ｐｍ^*とする。

インバータ指令トルク演算部３０６では、目標出力電力Ｐｍ^*とモータ回転数Ｎｍと後述する効率演算部３０７で演算される効率Иとに基づいて、次式をもとにトルク指令値Ｔｒｑｍを演算する。
Ｔｒｑｍ＝Ｐｍ^*×И／Ｎｍ ………（１５）
効率演算部３０７では、トルク指令値Ｔｒｑｍの前回値と現在のモータ回転数Ｎｍとから、予め格納された効率算出マップを参照して効率Иを算出する。
図１５において、出力可能電力・最低出力電力演算部３０２が出力可能電力演算手段及び最低出力電力演算手段に対応し、必要電力演算部３０３が必要電力演算手段に対応し、セレクトロー部３０４〜インバータ指令トルク演算部３０６がトルク指令値演算手段に対応している。

図１４のＩｄ，Ｉｑ検索部２２２では、出力トルク演算部２２１で演算されたトルク指令値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Ｉｄ^*，Ｉｑ^*を演算し、前述したＶｄ，Ｖｑ指令値演算部２０４に出力する。これにより、Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部２０４では、出力トルク演算部２２１で演算されたトルク指令値Ｔｒｑｍをもとにｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*が演算され、変調率定数演算部２１３では、このｄｑ軸電圧指令値Ｖｄ^*，Ｖｑ^*に基づいて定数Ｖ₀が演算されることになる。

また、変調率下限演算部２２３では、変調率定数演算部２１３で演算された定数Ｖ₀と、システム上限電圧Ｖｕｐとに基づいて、次式をもとに変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを演算し、前記セレクトハイ部２０８に出力する。
Ｍｏｄｌｏｗ＝Ｖ₀／Ｖｕｐ ………（１６）
変調率上限演算部２２４では、変調率定数演算部２１３で演算された定数Ｖ₀と、出力トルク演算部２２１で演算された最大出力時電圧Ｖｐｍａｘとに基づいて、次式をもとに変調率上限値Ｍｏｄｈｉを演算し、前記セレクトロー部２０９に出力する。
Ｍｏｄｈｉ＝Ｖ₀／Ｖｐｍａｘ ………（１７）

つまり、第２の実施形態のモータ制御部８Ｅでは、現在の発電状態で最低出力電力Ｐｂｔｍを出力できる動作点をもとに算出した変調率下限値と、現在の発電状態で出力可能電力Ｐａｂｌを出力できる動作点をもとに算出した変調率上限値とによって、モータ４に印加するＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設け、この範囲内でモータ制御を行う。

次に、本発明の第２の実施形態の動作について図１７をもとに説明する。
今、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ１とトルク指令値Ｔ１に相当する電力一定線Ｐ１との交点ａ０にあるときに、車輪速及びアクセル開度に基づいてモータトルク指令値がＴ１からＴ２へ急減したものとする。この場合には、発電機供給電力演算部８Ｂにおいて、トルク指令値Ｔ２、モータ回転数Ｎｍに基づいて、発電機供給電力（必要電力）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、図１７の曲線Ｐ２で表される。そして、発電機制御部８Ｄにおいて、実発電電流値Ｉｄｃが発電機供給電力Ｐｇから算出される発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇが減少制御される。このとき、図１７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Ｓｔ１から目標の出力可能特性線Ｓｔ２へ徐々に移行することになる。

このとき、出力可能特性線Ｓｔ１と安定限界線ηとの交点ｂ１から出力可能電力Ｐａｂｌ（電力一定線Ｐａｂｌに相当）が求められ、出力可能特性線Ｓｔ１とシステム上限電圧Ｖｕｐとの交点ａ１から最低出力電力Ｐｂｔｍ（電力一定線Ｐｂｔｍに相当）が求められる。このとき、Ｐｇ＜Ｐｂｔｍ＜Ｐａｂｌであるため、図１５のセレクトロー部３０４で必要電力Ｐｇが選択され、セレクトハイ部３０５で最低出力電力Ｐｂｔｍが選択される。したがって、最低出力電力Ｐｂｔｍが目標出力電力Ｐｍ^*として設定されて、この目標出力電力Ｐｍ^*に基づいてトルク指令値Ｔｒｑｍが演算される。このトルク指令値Ｔｒｑｍに相当する電力一定線は曲線Ｐｂｔｍとなる。

すると、図１４のモータ制御部８Ｅでは、システム上限電圧Ｖｕｐに基づいて前記（１６）式をもとに算出される変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが最終的な変調率として選択されるため、負荷一定線はＡ１となって、発電機動作点は点ａ０から出力可能特性線Ｓｔ１と負荷一定線Ａ１との交点ａ１に移行する。その後、発電機７の界磁電流Ｉｆｇが減少すると、この界磁電流Ｉｆｇの減少に伴って最低出力電力Ｐｂｔｍも減少し、必要電力Ｐｇが最低出力電力Ｐｂｔｍと等しくなるまで（出力可能特性線がＳｔ１’となるまで）、最低出力電力Ｐｂｔｍが目標出力電力Ｐｍ^*として設定される。

そして、出力可能特性線がＳｔ１’となったとき、出力トルク演算部２２１では、出力可能特性線Ｓｔ１’とシステム上限電圧Ｖｕｐとの交点ａ２から最低出力電力Ｐｂｔｍ（＝Ｐｇ）が求められる。そして、この最低出力電力Ｐｂｔｍに相当するトルク指令値Ｔｒｑｍ（＝Ｔ２）とシステム上限電圧Ｖｕｐとに基づいて算出される変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗが最終的な変調率として選択されるため、発電機動作点は出力可能特性線Ｓｔ１’と負荷一定線Ａ２との交点ａ２となる。つまり、出力可能特性線がＳｔ１からＳｔ１’までの間では、発電機動作点はシステム上限電圧Ｖｕｐ上を移行して、点ａ１から点ａ２に変化することになる。

その後は、Ｐｂｔｍ＜Ｐｇ＜Ｐａｂｌとなることから、必要電力Ｐｇが目標出力電力Ｐｍ^*として選択されるため、トルク指令値Ｔ２に基づいたモータ制御が継続される。このとき、変調率演算部２０７で演算される変調率ＭｏｄがＭｏｄｌｏｗ＜Ｍｏｄ＜Ｍｏｄｈｉであるため、変調率Ｍｏｄが最終的な変調率として選択される。つまり、通常の３相電流フィードバック制御が行われることにより、発電機７の界磁電流Ｉｆｇの減少に伴って変調率Ｍｏｄが増加し、発電機動作点は点ａ２から電力一定線Ｐ２上を移行して、出力可能特性線がＳｔ２となったとき目標動作点ａ^*に到達する。

このように、変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを、現在の発電状態で最低出力電力Ｐｂｔｍを出力できる動作点に基づいて算出するため、トルク指令値が急減する場合であっても、発電電圧が過電圧となって高電圧フェイルとなることを確実に防止することができる。
また、トルク指令値Ｔｔが一定で発電機界磁電流Ｉｆｇが増加した場合、従来装置にあっては前述したように比較的容易に発電電圧がフェイル電圧を超えてしまうのに対し、本実施形態では、変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗを設けることで、これを確実に防止することができる。これを、図１８をもとに詳述する。

今、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ１とトルク指令値Ｔ１に相当する電力一定線Ｐ１との交点ａ０にあるときに、発電機界磁電流Ｉｆｇが増加したものとする。このとき、出力可能特性線がＳｔ１からＳｔ２に変化したものとすると、従来装置にあっては、前述したように、発電機動作点が点ａ０から点ａ１に変化し、発電電圧がフェイル電圧閾値Ｖｍａｘを超えてしまう。

これに対して、本実施形態では、上記のように発電機界磁電流Ｉｆｇが増加した場合、出力可能特性線がＳｔ１’となるまでは、発電電圧Ｖｄｃがシステム上限電圧Ｖｕｐを下回ることから、通常の３相電流フィードバック制御が行われるため、界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って変調率が減少して、発電機動作点は点ａ０から電力一定線Ｐ１上を移行して出力可能特性線Ｓｔ１’と負荷一定線Ａ２との交点ａ２に変化する。

その後は、Ｐｇ＜Ｐｂｔｍとなることから最低出力電力Ｐｂｔｍが目標出力電力Ｐｍ^*として設定され、発電電圧Ｖｄｃがシステム上限電圧Ｖｕｐ以上であることから、変調率は前記（１６）式をもとに算出される変調率下限値Ｍｏｄｌｏｗに固定される。つまり、出力可能特性線がＳｔ１”であるときには負荷一定線がＡ３となり、出力可能特性線がＳｔ２であるときには負荷一定線がＡ４となる。したがって、発電機界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って、発電状態はシステム上限電圧Ｖｕｐを維持しながらＤＣ電流のみ増加することになり、発電機動作点は点ａ２からシステム上限電圧Ｖｕｐ上を移行して、出力可能特性線Ｓｔ２と負荷一定線Ａ４との交点ａ４に変化する。このように、発電機界磁電流Ｉｆｇが増加した場合であっても、発電電圧がシステム上限電圧Ｖｕｐを超えることがないので、高電圧フェイルとなることを確実に防止することができる。

また、図１９に示すように、発電機動作点が出力可能特性線Ｓｔ３とトルク指令値Ｔ３に相当する電力一定線Ｐ３との交点ａ０にあるときに、車輪速及びアクセル開度に基づいてトルク指令値がＴ３からＴ４に急増したものとする。この場合には、発電機供給電力演算部８Ｂにおいて、トルク指令値Ｔ４、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、図１９の曲線Ｐ４で表される。そして、発電機制御部８Ｄにおいて、実発電電流値Ｉｄｃが発電機供給電力Ｐｇから算出される発電電流指令値Ｉｄｃ^*に追従するように発電機７の界磁電流Ｉｆｇが増加制御される。このとき、図１９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Ｓｔ３から目標の出力可能特性線Ｓｔ４へ徐々に移行することになる。

このとき、出力可能特性線Ｓｔ３と安定限界線ηとの交点ａ３から出力可能電力Ｐａｂｌ（電力一定線Ｐａｂｌに相当）が求められ、Ｐｂｔｍ＜Ｐａｂｌ＜Ｐｇであるため、図１５のセレクトロー部３０４で出力可能電力Ｐａｂｌが選択され、セレクトハイ部３０５でも出力可能電力Ｐａｂｌが選択される。したがって、出力可能電力Ｐａｂｌが目標出力電力Ｐｍ^*として設定されて、この目標出力電力Ｐｍ^*に基づいてトルク指令値Ｔｒｑｍが演算される。このトルク指令値Ｔｒｑｍに相当する電力一定線は曲線Ｐａｂｌとなる。

すると、図１４のモータ制御部８Ｅでは、交点ａ３の電圧値である最大出力時電圧Ｖｐｍａｘ１に基づいて前記（１７）式をもとに算出される変調率上限値Ｍｏｄｈｉが最終的な変調率として選択されるため、負荷一定線はＡ３となって、発電機動作点は点ａ０から出力可能特性線Ｓｔ３と負荷一定線Ａ３との交点ａ３に移行する。その後、発電機７の界磁電流Ｉｆｇが増加すると、この界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って出力可能電力Ｐａｂｌも増加し、必要電力Ｐｇが出力可能電力Ｐａｂｌと等しくなるまで（出力可能特性線がＳｔ３’となるまで）、出力可能電力Ｐａｂｌが目標出力電力Ｐｍ^*として設定される。

そして、出力可能特性線がＳｔ３’となったとき、出力トルク演算部２２１では、出力可能特性線Ｓｔ３’と安定限界線ηとの交点ａ４から出力可能電力Ｐａｂｌ（＝Ｐｇ）が求められる。そして、この出力可能電力Ｐａｂｌに相当するトルク指令値Ｔｒｑｍ（＝Ｔ４）と交点ａ４の電圧値である最大出力時電圧Ｖｐｍａｘ２とに基づいて算出される変調率上限値Ｍｏｄｈｉが最終的な変調率として選択されるため、発電機動作点は出力可能特性線Ｓｔ３’と負荷一定線Ａ４との交点ａ４となる。つまり、出力可能特性線がＳｔ３からＳｔ３’までの間では、発電機動作点は安定限界線η上を移行して、点ａ３から点ａ３に変化することになる。

その後は、Ｐｂｔｍ＜Ｐｇ＜Ｐａｂｌとなることから、必要電力Ｐｇが目標出力電力Ｐｍ^*として選択されるため、トルク指令値Ｔ４に基づいたモータ制御が継続される。このとき、変調率演算部２０７で演算される変調率ＭｏｄがＭｏｄｌｏｗ＜Ｍｏｄ＜Ｍｏｄｈｉであるため、変調率Ｍｏｄが最終的な変調率として選択される。つまり、通常の３相電流フィードバック制御が行われるので、発電機７の界磁電流Ｉｆｇの増加に伴って変調率Ｍｏｄが減少し、発電機動作点は点ａ４から電力一定線Ｐ４上を移行して、出力可能特性線がＳｔ４となったとき目標動作点ａ^*に到達する。

したがって、変調率上限値Ｍｏｄｈｉを、その時々の発電状態で最大電力を出力可能な動作点に基づいて算出することで、トルク指令値が急増した場合であっても、発電電圧の落ち込みを確実に防止して、常に安定領域での作動を確保することができる。
このように、上記第２の実施形態では、現在の発電状態で最低出力電力を出力できる動作点に基づいて変調率下限値を算出するので、トルク指令値が急減して発電機の出力電圧がシステム上限電圧を上回っているときには、変調率をその時々の変調率下限値に固定することができるので、発電電圧がフェイル電圧閾値を超えることを確実に防止することができ、高電圧フェイルとなることに起因する部品の故障を防止することができる。

また、現在の発電状態で最大電力を出力可能な動作点に基づいて変調率上限値を算出するので、トルク指令値が急増し当該トルク指令値が出力可能トルクを上回っているときには、変調率をその時々の変調率上限値に固定することで、発電電圧が落ち込むことを確実に防止することができる。さらに、現在の発電状態で最大電力を出力可能な動作点まで発電機の動作領域を広げることができるので効率が良い。

なお、上記第２の実施形態においては、必要電力Ｐｇ、出力可能電力Ｐａｂｌ及び最低出力電力Ｐｂｔｍを大小比較した結果に基づいて、モータ制御を行うためのトルク指令値Ｔｒｑｍ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、従駆動輪の要求駆動力に基づいてトルク指令値Ｔｔを算出し（第一のトルク指令値に相当）、発電機７の出力可能電力Ｐａｂｌに基づいてトルク指令値Ｔａｂｌを算出し（第二のトルク指令値に相当）、発電機７の最低出力電力Ｐｂｔｍに基づいてトルク指令値Ｔｂｔｍを算出し（第三のトルク指令値に相当）、第一〜第三のトルク指令値を大小比較してトルク指令値Ｔｒｑｍを算出するようにしてもよい。この場合、トルク指令値Ｔｔとトルク指令値Ｔａｂｌとのうち小さい方のトルク指令値と、トルク指令値Ｔｂｔｍとのうち大きい方のトルク指令値をトルク指令値Ｔｒｑｍとして適用する。

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。 第１の実施形態におけるモータ制御部の詳細を示すブロック図である。 安定限界電圧算出の概念を説明する図である。 第１の実施形態の動作を説明する図である。 従来装置における動作を説明する図である。 第１の実施形態の動作を説明する図である。 第１の実施形態の動作を説明する図である。 従来装置における動作を説明する図である。 第２の実施形態におけるモータ制御部の詳細を示すブロック図である。 図１３の出力トルク演算部の詳細を示すブロック図である。 出力可能電力及び最低出力電力算出の概念を説明する図である。 第２の実施形態の動作を説明する図である。 第２の実施形態の動作を説明する図である。 第２の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 モータ制御部
８Ｆ ＴＣＳ制御部
８Ｇ 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
２０１ ３相／２相変換部
２０２ 電流Ｆ／Ｂ制御部
２０３ Ｉｄ，Ｉｑ検索部
２０４ Ｖｄ，Ｖｑ指令値演算部
２０８ セレクトハイ部
２０９ セレクトロー部
２１２ 安定限界電圧演算部
２１３ 変調率定数演算部
２１４ 変調率下限演算部
２１５ 変調率上限演算部
２２１ 出力トルク演算部
３０１ 界磁電流推定演算部
３０２ 出力可能電力・最低出力電力演算部
３０３ 必要電力演算部
３０４ セレクトロー部
３０５ セレクトハイ部
３０６ インバータ指令トルク演算部

Claims (7)

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、
   前記交流モータが必要とするモータ必要電力に基づいて前記発電機の界磁を制御する界磁制御手段と、交流モータにＰＷＭ波電圧を印加して当該交流モータを制御するモータ制御手段と、前記ＰＷＭ波電圧の変調率に制限を設ける変調率制限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. 前記変調率制限手段は、変調率下限値を設定する変調率下限設定手段を備え、前記変調率下限値により前記ＰＷＭ波電圧の変調率に下限を設け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。
3. 前記変調率下限設定手段は、前記発電機の目標動作点に基づいて、前記変調率下限値を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
4. 前記変調率下限設定手段は、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を含む現在の発電機出力特性線上で電圧値がシステム上限電圧となる動作点に基づいて、前記変調率の下限値を設定することを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
5. 前記変調率制限手段は、変調率上限値を設定する変調率上限設定手段を備え、前記変調率上限値により前記ＰＷＭ波電圧の変調率に上限を設けることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
6. 前記変調率上限設定手段は、前記モータ必要電力を安定限界で出力できる動作点に基づいて、前記変調率上限値を設定することを特徴とする請求項５に記載の車両用駆動制御装置。
7. 前記変調率上限設定手段は、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を含む現在の発電機出力特性線上で最大電力を出力できる動作点に基づいて、前記変調率上限値を設定することを特徴とする請求項５に記載の車両用駆動制御装置。

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