JP2020028138A

JP2020028138A - 回転電機の制御装置

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Publication number: JP2020028138A
Application number: JP2018150234A
Authority: JP
Inventors: 健生齋藤; Tatsuo Saito; 近藤　康彦; Yasuhiko Kondo; 康彦近藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP6704434B2; US20200052577A1; US10804792B2; CN110861494A; CN110861494B

Abstract

【課題】直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合において、電気的な共振の発生を防止して回転電機に接続されるインバータの入力電流または出力電流を適正な範囲に維持することができる回転電機の制御装置を提供する。【解決手段】直流電圧変換器が変換動作を停止し、入出力電圧が等しくなる変換動作異常が発生した場合において、電動機回転数ＮＭＯＴと比例する車速ＶＰが回転数低減開始車速ＶＰＤＥＣＨを超えているとき、換言すれば電動機回転数ＮＭＯＴが回転数低減開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨを超えているときは、電動機の出力トルクを制限するトルク制限制御を実行する。トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨは、変換動作異常の発生時に直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲Ｒｆの下限周波数ｆＲＬに対応する車速ＶＰＲＬに設定される。【選択図】図８

Description

本発明は、電動機及び／または発電機として作動する回転電機の制御装置に関し、特に直流電圧の変換動作を行う直流電圧変換器を備え、その直流電圧変換器に関わる異常が発生したときに、フェールセーフ動作を行う制御装置に関する。

特許文献１には、バッテリと、発電機としての回転電機から出力される交流電力を直流電力に変換するインバータと、バッテリとインバータとの間に設けられ、直流電圧を変換するコンバータ（直流電圧変換器）とを備える電圧変換装置が示されている。この電圧変換装置によれば、コンバータの故障が発生した場合に、インバータとコンバータとの間に配置される平滑コンデンサに過大な直流電圧が印加されることを防止するために、直流電圧変換器の故障時においては、回転電機の発電量を低下させるフェールセーフ動作が実行される。

特許第３９２８５５９号公報

直流電圧変換器は、バッテリに接続されるバッテリ側端子と、インバータに接続されるインバータ側端子との間に配置された、リアクトル及びスイッチング素子（例えばトランジスタ）の直列回路を含んで構成されており、そのスイッチング素子の短絡故障が発生した場合には、直流電圧変換器が変換動作を停止し、入出力直流電圧が等しくなる。また、直流電圧変換器に付帯するセンサ、例えば出力電圧を検出するセンサなどの異常が検出されて、スイッチング素子を閉状態に維持するフェールセーフ動作を行う制御装置では、そのようなフェールセーフ動作を実行することによって、直流電圧変換器が変換動作を停止し、入出力直流電圧が等しくなる。以下本明細書中では、後者の場合を含めて、このような異常を直流電圧変換器の「変換動作異常」という。

直流電圧変換器は、一般にバッテリ側端子及びインバータ側端子と、グランドとの間にコンデンサ（特許文献１の平滑コンデンサに相当するもの）を備えており、特にインバータ側端子には比較的高い電圧（６００Ｖ程度）が印加されるため、耐圧の大きい大型のコンデンサが必要とされる。したがって、直流電圧変換器をより小型化する要求を満たすためにはコンデンサの容量を必要最小限の値に設定して、コンデンサを小型化することが有効である。

ところが、正常動作時には全く問題のない容量の、小型化したコンデンサを使用している直流電圧変換器において、上述した変換動作異常が発生した場合においては、回転電機を比較的高い回転速度で作動させたときに、直流電圧変換器において電気的な共振が発生し、電動機としての回転電機の駆動電流あるいは発電機としての回転電機の出力電流が過大となる問題が確認されている。

本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合において、電気的な共振の発生を防止して回転電機に接続されるインバータの入力電流または出力電流を適正な範囲に維持することができる回転電機の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、バッテリ（４）と、前記バッテリ（４）から供給される直流電力を交流電力に変換して回転電機（１）に駆動電力を供給するインバータ（３２）と、前記バッテリ（４）と前記インバータ（３２）との間に設けられた直流電圧変換器（３１）とを備える、回転電機の制御装置において、前記直流電圧変換器（３１）が変換動作を停止し、入出力電圧が等しくなる変換動作異常が発生した場合において、前記回転電機の回転速度（ＮＭＯＴ）が所定回転速度（ＮＭＯＴＤＥＣＨ）を超えているときは、前記回転電機の出力トルク（ＴＲＱＭＯＴＣＭＤ）を制限するトルク制限制御を実行し、前記所定回転速度（ＮＭＯＴＤＥＣＨ）は、前記変換動作異常の発生時に前記直流電圧変換器（３１）において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲（Ｒｆ）の下限周波数（ｆＲＬ）に対応する回転速度（ＮＭＯＴＲＬ）に設定されることを特徴とする。

この構成によれば、直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合において、回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、回転電機の出力トルクを制限するトルク制限制御が実行される。所定回転速度は、変換動作異常の発生時に直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲の下限周波数に対応する回転速度に設定されるので、所定回転速度より低い回転速度での回転電機の動作を確保しつつ、直流電圧変換器における電気的共振を回避し、インバータを流れる電流が過大となることを防止できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機の制御装置において、前記回転電機（１）は車両（１００）を駆動する駆動源として使用され、前記車両（１００）の運動エネルギによる回生発電を行い、その回生発電によって得られる電力は前記インバータ（３２）を介して前記バッテリ（４）の充電に適用可能であり、前記変換動作異常が発生したときは、前記回生発電を禁止することを特徴とする。

この構成によれば、変換動作異常が発生したときは回転電機による回生発電が禁止されるので、回生発電によってインバータから出力される高圧の直流電圧がバッテリに印加されることを防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の回転電機の制御装置において、前記変換動作異常を含む所定の異常が前記車両（１００）において発生した場合には、前記車両の走行速度（ＶＰ）が所定上限車速（ＶＰＬＨＦＳＡ）以下となるように前記回転電機を制御し、前記所定上限車速（ＶＰＬＨＦＳＡ）は、前記所定回転速度（ＮＭＯＴＤＥＣＨ）に対応する前記車両の走行速度（ＶＰＤＥＣＨ）より低く設定されることを特徴とする。

この構成によれば、直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合には、車両の走行速度が所定上限車速以下となるように回転電機が制御される。所定上限車速は、トルク制限制御を行うか否かを判定する所定回転速度に対応する車両走行速度より低く設定されるので、直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合において、回転電機の回転速度が所定回転速度より高いときは、トルク制限制御によって回転電機の回転速度を所定回転速度より低くなるまで低減し、走行速度を所定上限車速の近傍に維持して車両を走行させることが可能となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の回転電機の制御装置において、前記トルク制限制御は、前記回転電機の出力トルク（ＴＲＱＭＯＴＣＭＤ）を「０」とすることによって実行されることを特徴とする。

この構成によれば、変換動作異常が発生した場合において、回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、回転電機の出力トルクを「０」とすることによって回転速度が低減される。この制御方法を適用することにより、制御装置の制御ロジックを簡易化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の回転電機の制御装置において、前記トルク制限制御は、回転電機の回転速度（ＮＭＯＴ）に応じて前記回転電機の出力トルク（ＴＲＱＭＯＴＣＭＤ）を低減することによって実行され、前記回転速度（ＮＭＯＴ）が高いほど前記出力トルクの低減量を増加させることを特徴とする。

この構成によれば、変換動作異常が発生した場合において、回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、回転電機の回転速度に応じて回転電機の出力トルクを低減することによって回転速度が低減される。回転電機の回転速度が所定回転速度を超えている状態でも、実際の回転速度と所定回転速度との差分が小さいときは、出力トルクを「０」まで低下させなくても、電気的共振を回避することが可能であるので、回転電機の回転速度に応じて回転電機の出力トルクを低減することにより、必要最小限のトルク低減によって直流電圧変換器における電気的共振を回避することが可能となる。

請求項６に記載の発明は、発電機能を有する回転電機（２）によって発電される交流電力を直流電力に変換するインバータ（３３）と、該インバータ（３３）から出力される直流電力によって充電可能なバッテリ（４）と、該バッテリ（４）と前記インバータ（３３）との間に設けられた直流電圧変換器（３１）とを備える回転電機の制御装置において、前記直流電圧変換器（３１）が変換動作を停止し、入出力電圧が等しくなる変換動作異常が発生した場合において、前記回転電機の回転速度（ＮＧＥＮ）が所定回転速度（ＮＥＴＨＲ）を超えているときは、前記回転電機の回転速度（ＮＧＥＮ）を低下させる回転速度低減制御を実行し、前記所定回転速度（ＮＥＴＨＲ）は、前記変換動作異常の発生時に前記直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲（Ｒｆ）の下限周波数（ｆＲＬ）に対応する回転速度（ＮＭＯＴＲＬ）に設定されることを特徴とする。

この構成によれば、直流電圧変換器の変換動作異常が発生した場合において、回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、回転電機の回転速度を低下させる回転速度低減制御が実行される。所定回転速度は、変換動作異常の発生時に直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲の下限周波数に対応する回転速度に設定されるので、所定回転速度より低い回転速度での回転電機の動作を確保しつつ、直流電圧変換器における電気的共振を回避し、インバータを流れる電流が過大となることを防止できる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の回転電機の制御装置において、前記回転電機（２）は内燃機関（２５）によって回転駆動することによって発電可能に構成されており、前記変換動作異常が発生した場合には、前記回転電機の回転速度（ＮＧＥＮ）が前記所定回転速度（ＮＥＴＨＲ）を超えないように前記内燃機関の回転速度（ＮＥ）を制御する機関制御手段を備えることを特徴とする。

この構成によれば、回転電機は内燃機関によって駆動され、発電を行う。回転電機の回転速度が所定回転速度を超えないように内燃機関の回転速度が制御されるので、変換動作異常発生後に回転電機の回転速度が所定回転速度以下となった後は、再度所定回転速度を超えることが防止される。

本発明の一実施形態にかかる車両に搭載された回転電機及びその制御装置を示すブロック図である。図１に示す電力制御ユニット（ＰＣＵ３）の構成を示す図である。図２に示す直流電圧変換器（３１）において変換動作異常が発生した場合に、直流電圧変換器において電気的な共振が発生し易い所定周波数範囲（Ｒｆ）を説明するための図である。直流電圧変換器の変換動作異常が発生したとの判定を確定する処理のフローチャートである。図１に示す発電機（２）の駆動制御を行う処理のフローチャートである。図５の処理で実行される通常の発電機駆動制御処理のフローチャートである。図５及び図６の処理による制御動作例を示すタイムチャートである。図１に示す電動機（１）の駆動制御処理のフローチャートである。図８の制御処理による制御動作例を示すタイムチャートである。図８に示す処理の変形例を示すフローチャートである。図１０の処理で参照されるテーブルを示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両に搭載された回転電機及びその制御装置を示すブロック図である。車両１００は、主として車両駆動源として使用される回転電機１（以下「電動機１」という）と、主として内燃機関（以下「エンジン」という）２５によって駆動される発電機として使用される回転電機２（以下「発電機２」という）とを備えている。電動機１は車両１００の運動エネルギによって回生発電を行う機能を備え、発電機２は電動機としてエンジン２５を駆動する機能を備えている。

電動機１は、その出力軸２１がディファレンシャルギヤ２２を介して車両１００の駆動輪２３を駆動可能に構成されている。発電機２はその入力軸２４がエンジン２５によって駆動可能で構成されている。電動機１及び発電機２は、電力制御ユニット（以下「ＰＣＵ」という）３に電気的に接続され、ＰＣＵ３は比較的高い電圧（例えば１５０Ｖ程度）を出力する高圧バッテリ４に接続されている。ＰＣＵ３は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）１０に接続されており、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて電動機１及び発電機２の動作制御を行うとともに、高圧バッテリ４の充電及び放電の制御を行う。

ＥＣＵ１０には、車両１００のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ１１、車両１００の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ１２、エンジン２５の回転速度（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを検出するエンジン回転速度センサ１４、及び図示しない他のセンサ（例えば後述するＰＣＵ３に設けられる電流センサ、電圧センサ、温度センサ、電動機１の回転速度を検出するセンサ、発電機２の回転速度を検出するセンサなど）が接続されており、それらのセンサの検出信号はＥＣＵ１０に供給される。ＥＣＵ１０は、アクセルペダル操作量ＡＰ及び車速ＶＰに応じて電動機１、発電機２、及びエンジン２５の作動を制御するとともに、予め決められた異常の検出処理を行い、異常が検出された場合には所定のフェールセーフ処理を実行する。なお、本明細書では、エンジンの回転速度を慣用的に「エンジン回転数」ということに対応して、「回転数」を「回転速度」と同義の用語として使用する。電動機１の回転速度及び発電機２の回転速度をそれぞれ「電動機回転数ＮＭＯＴ」及び「発電機回転数ＮＧＥＮ」という。

図２は、ＰＣＵ３の構成を示す図であり、直流電圧変換器（以下「コンバータ」という）３１と、第１インバータ３２と、第２インバータ３３とを備えている。コンバータ３１、第１及び第２インバータ３２，３３の構成は、例えば特許文献１にも示されるように公知のものである。ただし、本実施形態では、コンバータ３１は、リアクトルＬ１と、２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を有し、バッテリ側端子Ｔ１とグランドＧＮＤとの間に接続されるコンデンサＣ１と、インバータ側端子Ｔ２とグランドＧＮＤとの間に接続されるコンデンサＣ２とを含むものとしている。コンバータ３１のインバータ側端子Ｔ２には、第１及び第２インバータ３２，３３が並列に接続されている。コンバータ３１、第１及び第２インバータ３２，３３に含まれるスイッチング素子は、ＥＣＵ１０によってスイッチング制御され、以下に説明する電圧変換動作を行う。以下の説明では、バッテリ側端子Ｔ１における電圧を「低圧側電圧Ｖ１」といい、インバータ側端子Ｔ２における電圧を「高圧側電圧Ｖ２」という。

高圧バッテリ４から供給される直流電力で電動機１を駆動するときは、コンバータ３１は低圧側電圧Ｖ１を昇圧して高圧側電圧Ｖ２（例えば６００Ｖ程度の電圧）を出力し、第１インバータ３２は高圧側電圧Ｖ２を交流電圧に変換して、電動機１に駆動電流を供給する。電動機１による回生発電を行うときは、第１インバータ３２は電動機１の交流発電電圧を直流電圧に変換し、コンバータ３１は高圧側電圧Ｖ２を低圧側電圧Ｖ１に降圧して、高圧バッテリ４に供給する。

発電機２をエンジン２５によって回転駆動することにより発電を行うときは、第２インバータ３２は発電機２から出力される交流発電電圧を直流電圧に変換し、コンバータ３１は高圧側電圧Ｖ２を低圧側電圧Ｖ１に降圧して、高圧バッテリ４に供給する。車両１００の減速時においては、必要に応じて電動機１の回生電力によって発電機２を電動機として作動させ、エンジン２５を回転駆動する場合があり、そのような場合には、第２インバータ３３は高圧側電圧Ｖ２を交流電圧に変換して発電機２に駆動電流を供給する。

図３は、コンバータ３１において前述した変換動作異常が発生した場合に、コンバータ３１において電気的な共振が発生し易い所定周波数範囲Ｒｆを説明するための図である。図の横軸は周波数ｆＲＯＴであり、電動機回転数ＮＭＯＴに比例し（比例定数ｋｆ）、電動機回転数ＮＭＯＴは車速ＶＰに比例することから（比例定数ｋＭ）、周波数ｆＲＯＴは車速ＶＰにも比例する（比例定数ｋｆ×ｋＭ）。

電気的共振が発生することによって、コンバータ３１のゲインが０ｄＢ（１倍）より大きくなって発振状態となることが示されている。このような電気的共振が発生し易い所定周波数範囲Ｒｆの下限周波数ｆＲＬは、電動機回転数ＮＭＯＴに換算すると下限回転数ＮＭＯＴＲＬに対応し、車速ＶＰに換算すると周波数範囲下限車速ＶＰＲＬに対応する。また所定周波数範囲Ｒｆの上限周波数ｆＲＨは、電動機１の回転数ＮＭＯＴに換算すると上限回転数ＮＭＯＴＲＨに対応し、車速ＶＰに換算すると周波数範囲上限車速ＶＰＲＨに対応する。下限周波数ｆＲＬは、例えば４８０Ｈｚ程度であり、上限周波数ｆＲＨは８００Ｈｚ程度である。下限周波数ｆＲＬに対応する下限回転数ＮＭＯＴＲＬは４８００ｒｐｍ程度であり、上限周波数ｆＲＨに対応する上限回転数ＮＭＯＴＲＨは８０００ｒｐｍ程度である。

本実施形態では、コンバータ３１で電気的共振が発生することを防止するために、コンバータ３１において変換動作異常が発生したときに、電動機回転数ＮＭＯＴが下限回転数ＮＭＯＴＲＬを超えているときは、電動機１の出力トルクを制限するトルク制限制御を実行する。またコンバータ３１において変換動作異常が発生したときに、発電機回転数ＮＧＥＮが下限回転数ＮＭＯＴＲＬを超えているときは、発電機回転数ＮＧＥＮを低下させる発電機回転数低減制御を実行する。発電機２の入力軸２４は、エンジン２５の出力軸に直結されており、発電機回転数低減制御は具体的にはエンジン回転数ＮＥを低下させることによって実行される。

図４は、コンバータ３１の変換動作異常が発生したとの判定を確定する処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１０において一定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、コンバータ３１に関連する故障（以下「コンバータ関連故障」という）が検知されたか否かを判別する。コンバータ関連故障には、スイッチング素子Ｑ１の短絡故障の他、低圧側電圧Ｖ１を検出する電圧センサの故障、高圧側電圧Ｖ２を検出する電圧センサの故障、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の温度を検出する温度センサの故障、コンバータ３１を流れる直流電流を検出するセンサの故障などが含まれる。スイッチング素子Ｑ１の短絡故障以外の故障が検出されたときは、スイッチング素子Ｑ１をオン状態（スイッチ閉状態）に維持するフェールセーフ処理が実行される。したがって、コンバータ関連故障が発生した場合には、コンバータ３１の電圧変換動作が停止され、低圧側電圧Ｖ１と、高圧側電圧Ｖ２とが等しくなる。上述したように本明細書では、この状態がコンバータ３１の「変換動作異常」が発生した状態に相当する。

ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡを「０」に設定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、コンバータ関連故障が検知された時点（ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）から肯定（ＹＥＳ）に変化した時点）から所定待機時間ＴＷＡＩＴ（例えば１００ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判別する（ステップＳ１２）。この答が否定（ＮＯ）である間は、ステップＳ１４に進み、ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）となると、変換動作異常が発生したとの判定を確定し、ステップＳ１３に進んで変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡを「１」に設定する。

図５は、発電機２の駆動制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１０において一定時間毎に実行される。
ステップＳ２１では、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」であるか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）であるときは、図６に示す通常の発電機駆動制御を実行する（ステップＳ２５）。ステップＳ２１の答が肯定（ＹＥＳ）であってコンバータ３１の変換動作異常が発生したときは、エンジン回転数ＮＥが図３に示す下限回転数ＮＭＯＴＲＬと等しい閾値回転数ＮＥＴＨＲより高いか否かを判別する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤ及びエンジン要求トルクＴＲＱＥＮＧＣＭＤをともに「０」に設定する（ステップＳ２３）。発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤは通常は発電を行うため負の値に設定される。

ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、発電機回転数ＮＧＥＮの上限値ＮＧＥＮＭＡＸ（以下「ＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸ」という）を、閾値回転数ＮＥＴＨＲからマージン回転数ＤＮＥを減算した回転数に設定し（ステップＳ２４）、ステップＳ２５に進む。変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」であるときは、ステップＳ２４で設定されたＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸが、図６のステップＳ３４で参照され、後述する目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴの上限値である目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨに設定される。

図６は、図５のステップＳ２５で実行される通常制御処理のフローチャートである。
ステップＳ３１では、アクセルペダル操作量ＡＰ及び車速ＶＰに応じて車両１００の目標駆動力ＴＲＱＤＲＶを算出する。目標駆動力ＴＲＱＤＲＶは、基本的にアクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。ステップＳ３２では、目標駆動力ＴＲＱＤＲＶ、電動機回転数ＮＭＯＴ、及び電動機１における損失などに基づいて、目標駆動力ＴＲＱＤＲＶを得るために必要とされる車両要求電力ＰＷＲＤＲＶを算出する。

ステップＳ３３では、車両要求電力ＰＷＲＤＲＶ、発電機２における損失、及びバッテリ目標電力に基づいて、電力で示される目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧを算出する。バッテリ目標電力は、高圧バッテリ４から供給する電力または高圧バッテリ４を充電する電力の目標値に相当する。ステップＳ３４では、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴの上限値ＮＥＴＧＴＬＨ（以下「目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨ」という）を、エンジン２５の仕様に基づくエンジン回転数ＮＥの上限値ＮＥＭＡＸ、及びＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸの何れか小さい方に設定する。図５のステップＳ２４でＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸの設定が行われたときは、目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨは、ＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸと等しくなる。

ステップＳ３５では、発電機２の発電トルクリミットＴＲＱＧＥＮＬＭＴ及びエンジン２５の上限出力トルクＴＲＱＥＮＧＭＡＸの何れか小さい方と、目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨとを乗算することにより、目標エンジン出力上限値ＰＷＲＥＮＧＬＨを算出する。発電トルクリミットＴＲＱＧＥＮＬＭＴは、発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤの下限値ＴＲＱＧＥＮＬＬ（＜０，図７（ｄ）参照）の絶対値に相当する。ステップＳ３６では、ステップＳ３３で算出した目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧがステップＳ３５で算出した目標エンジン出力上限値ＰＷＲＥＮＧＬＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧを目標エンジン出力上限値ＰＷＲＥＮＧＬＨに設定する（ステップＳ３７）。ステップＳ３６の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ３８に進む。

ステップＳ３８では、目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧに応じて予め設定されているＮＥＴＧＴテーブルを検索することにより、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴを算出する。ＮＥＴＧＴテーブルは、目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧを実現する、エンジン２５の燃料消費率が最小となる回転数が設定されており、目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧが増加するほど目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴが増加するように設定されている。

ステップＳ３９〜Ｓ４２では、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴが目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨ以下でかつ目標ＮＥ下限値ＮＥＴＧＴＬＬ以上の値をとるようにリミット処理を行う。すなわち、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴが目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨより高いときは、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴを目標ＮＥ上限値ＮＥＴＧＴＬＨに設定し（ステップＳ３９，Ｓ４０）、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴが目標ＮＥ下限値ＮＥＴＧＴＬＬより低いときは、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴを目標ＮＥ下限値ＮＥＴＧＴＬＬに設定する（ステップＳ４１，Ｓ４２）。ステップＳ３９及びＳ４１の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ４３に進む。なお、目標ＮＥ下限値ＮＥＴＧＴＬＬは、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」である場合と、「０」である場合とで異なる所定の値に設定される。

ステップＳ４３では、目標エンジン出力ＰＷＲＥＮＧを目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴで除算することによって、エンジン要求トルクＴＲＱＥＮＧＣＭＤを算出し、ステップＳ４４では、検出されるエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴと一致するように発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤを算出する。

図７は、図５及び図６の処理による制御動作例を示すタイムチャートであり、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡ、アクセルペダル操作量ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ、及び発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤの推移が示されている。図７（ｄ）の破線は、発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤの下限値ＴＲＱＧＥＮＬＬの推移を示している。

時刻ｔ０にアクセルペダルの踏み込みが開始されると、目標駆動力ＴＲＱＤＲＶ及び車両要求電力ＰＷＲＤＲＶ（発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤの絶対値）が増加し、目標エンジン回転数ＮＥＴＧＴが増加してエンジン回転数ＮＥが増加する。

時刻ｔ１にコンバータ関連故障が検出され、所定待機時間ＴＷＡＩＴ経過後の時刻ｔ２において変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」に設定される。そのときエンジン回転数ＮＥは閾値回転数ＮＥＴＨＲより高いので、発電機要求トルクＴＲＱＧＥＮＣＭＤ及びエンジン要求トルクＴＲＱＥＮＧＣＭＤは「０」に設定される。その結果、エンジン回転数ＮＥは徐々に減少し、時刻ｔ３において閾値回転数ＮＥＴＨＲを下回るので、ＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸが（ＮＥＴＨＲ−ＤＮＥ）に設定されて（図５，ステップＳ２４）、発電機駆動制御が実行される。時刻ｔ３以後時刻ｔ４までアクセルペダルの踏み込みが継続するため、エンジン回転数ＮＥはＮＧＥＮ上限値ＮＧＥＮＭＡＸに維持され、時刻ｔ４以後、アクセルペダルが戻されるのに伴ってエンジン回転数ＮＥが低下する。

以上のように図５及び図６の処理によれば、コンバータ３１の変換動作異常が発生した場合において、発電機回転数ＮＧＥＮが閾値回転数ＮＥＴＨＲを超えているときは、発電機回転数を低下させる発電機回転数低減制御が実行される。閾値回転数ＮＥＴＨＲは、変換動作異常の発生時にコンバータ３１において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲Ｒｆの下限周波数ｆＲＬに対応する発電機回転数（図３に示す下限回転数ＮＭＯＴＲＬに相当する）に設定されるので、閾値回転数ＮＥＴＨＲより低い回転数での発電機２の動作を確保しつつ、コンバータ３１における電気的共振を回避し、第２インバータ３３を流れる電流が過大となることを防止できる。

また発電機回転数ＮＧＥＮが閾値回転数ＮＥＴＨＲを超えないようにエンジン回転数ＮＥが制御されるので、変換動作異常発生後に発電機回転数ＮＧＥＮが閾値回転数ＮＥＴＨＲ以下となった後は、再度閾値回転数ＮＥＴＨＲを超えることが防止される。

図８は、電動機１の駆動制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ１０において一定時間毎に実行される。
ステップＳ５１では、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、電動機１の通常駆動制御を実行する（ステップＳ５９）。通常駆動制御では、アクセルペダル操作量ＡＰ及び車速ＶＰに応じて算出される目標駆動力ＴＲＱＤＲＶが得られるように電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤが算出され、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤに応じて電動機１に供給する駆動電流制御が行われる。

ステップＳ５１の答が肯定（ＹＥＳ）であってコンバータ３１の変換動作異常が発生したときは、電動機下限トルクＴＲＱＭＯＴＬＬを「０」に設定し、回生発電を禁止する（ステップＳ５２）。ステップＳ５３では、車速ＶＰが、電動機１の出力トルクを制限するトルク制限制御の開始閾値（以下「トルク制限開始車速」という）ＶＰＤＥＣＨより高いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨ及び電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤをともに「０」に設定する（ステップＳ５４）。これによって、電動機回転数ＮＭＯＴ（車速ＶＰ）は減少し始める。

ステップＳ５３の答が否定（ＮＯ）であるときは、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨが「０」であるか否かを判別する（ステップＳ５５）。ステップＳ５４を実行後にステップＳ５３の答が否定（ＮＯ）となったときは、ステップＳ５５の答は肯定（ＹＥＳ）となるので、ステップＳ５６に進んで、車速ＶＰがトルク制限制御の終了閾値（以下「トルク制限終了車速」という）ＶＰＤＥＣＬ以下であるかを判別する。トルク制限終了車速ＶＰＤＥＣＬは、トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨより若干低い車速に設定される。トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨとトルク制限終了車速ＶＰＤＥＣＬに差を付けるのは、制御のハンチングを防止するためである。トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨは、図３に示す所定周波数範囲Ｒｆの下限周波数ｆＲＬに対応する周波数範囲下限車速ＶＰＲＬに設定される。トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨに対応するトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨは、図３に示す下限回転数ＮＭＯＴＲＬに相当する。

ステップＳ５６の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了し（ステップＳ５４の設定を維持し）、トルク制限制御を継続する。ステップＳ５６の答が肯定（ＹＥＳ）となると、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨを所定のフェールセーフ上限トルクＴＲＱＭＯＴＦＳＡに設定する（ステップＳ５７）。フェールセーフ上限トルクＴＲＱＭＯＴＦＳＡは、通常制御中に適用される通常制御上限トルクＴＲＱＭＯＴＮＭＬより小さな値に設定される。

ステップＳ５７実行後はステップＳ５８に進み、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤを電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨ以下の値に設定して、車速ＶＰが上限車速ＶＰＬＨを超えないように制御する車速制限制御を実行する。ステップＳ５８では、車速ＶＰが上限車速ＶＰＬＨを超えないように電動機１の駆動制御を行う。本実施形態では、車両１００において異常（コンバータ３１の変換動作異常または他の異常）が検知されると、上限車速設定処理（図示せず）において、上限車速ＶＰＬＨをフェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡに変更する上限車速変更処理が開始される。上限車速変更処理では、実際の車速ＶＰがフェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡより高いときは、車速ＶＰが急変しないように上限車速ＶＰＬＨを徐々に減少させる過渡制御が実行される。フェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡは、トルク制限終了車速ＶＰＤＥＣＬより低い車速に設定される（図９（ｃ）参照）。

ステップＳ５５の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」に設定された時点の車速ＶＰがトルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨ以下であるときは、直ちにステップＳ５７に進み、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨをフェールセーフ上限トルクＴＲＱＭＯＴＦＳＡに設定して、車速制限制御を実行する（ステップＳ５８）。

図９は、図８の制御処理による制御動作例を示すタイムチャートであり、変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡ、アクセルペダル操作量ＡＰ、車速ＶＰ、及び電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤの推移が示されている。図８（ｃ）の破線は、上限車速ＶＰＬＨの推移を示し、図８（ｄ）の破線は、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨの推移を示し、同図の一点鎖線は電動機下限トルクＴＲＱＭＯＴＬＬの推移を示す。

時刻ｔ１０にアクセルペダルの踏み込みが開始されると、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤがアクセルペダル操作量ＡＰと同様に増加し、車速ＶＰが増加する。
時刻ｔ１１にコンバータ関連故障が検出され、所定待機時間ＴＷＡＩＴ経過後の時刻ｔ１２において変換動作異常フラグＦＤＣＦＳＡが「１」に設定される。そのとき車速ＶＰはトルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨより高いので、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨ、電動機下限トルクＴＲＱＭＯＴＬＬ、及び電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤは何れも「０」に設定される。このとき上限車速設定処理（図示せず）において、実際の車速ＶＰを急変させないように上限車速ＶＰＬＨをフェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡに向けて徐々に減少させる過渡制御が開始される。

時刻ｔ１２以後、車速ＶＰは徐々に減少し、時刻ｔ１３においてトルク制限終了車速ＶＰＤＥＣＬを下回るので、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨがフェールセーフ上限トルクＴＲＱＭＯＴＦＳＡに設定され、上限車速ＶＰＬＨを超えないように車速ＶＰを制御する車速制限制御が開始される。アクセルペダルが踏み込まれたままであるため、車速ＶＰは上限車速ＶＰＬＨまで低下すると（時刻ｔ１４）、そのまま上限車速ＶＰＬＨ（＝ＶＰＬＨＦＳＡ）に維持される。

時刻ｔ１５から車両１００が下り坂を走行する降坂走行を開始するため、車速ＶＰが徐々に増加し始め、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤは「０」まで減少する。時刻ｔ１６において車速ＶＰがトルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨを超えるので、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨが「０」に設定され、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤは「０」に維持される。時刻ｔ１７において降坂走行が終了し、時刻ｔ１８において車速ＶＰがトルク制限終了車速ＶＰＤＥＣＬを下回るので、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨがフェールセーフ上限トルクＴＲＱＭＯＴＦＳＡに設定され、車速ＶＰを上限車速ＶＰＬＨを超えないように制御する車速制限制御が開始される。

以上のように図８の処理によれば、コンバータ３１の変換動作異常が発生した場合において、車速ＶＰがトルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨを超えているとき、換言すれば電動機回転数ＮＭＯＴがトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨ（＝ｋＭ・ＶＰＤＥＣＨ）を超えているときは、電動機１の出力トルクを制限するトルク制限制御が実行される。トルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨは、変換動作異常の発生時にコンバータ３１において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲Ｒｆの下限周波数ｆＲＬに対応する下限回転数ＮＭＯＴＲＬに設定されるので、トルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨより低い回転数での電動機１の動作を確保しつつ、コンバータ３１における電気的共振を回避し、第１インバータ３２を流れる電流が過大となることを防止できる。

またコンバータ３１で変換動作異常が発生したときは電動機１による回生発電が禁止されるので、回生発電によって第１インバータ３２から出力される高圧の直流電圧が高圧バッテリ４に印加されることを防止できる。

またコンバータ３１の変換動作異常が発生した場合には、車速ＶＰがフェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡ以下となるように電動機１が制御される。フェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡは、トルク制限開始車速ＶＰＤＥＣＨより低く設定されるので、コンバータ３１の変換動作異常が発生した場合において電動機回転数ＮＭＯＴがトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨより高いときは、トルク制限制御によって電動機回転数ＮＭＯＴをトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨより低くなるまで低減し、車速ＶＰをフェールセーフ上限車速ＶＰＬＨＦＳＡの近傍に維持して車両１００を走行させることが可能となる。

また変換動作異常が発生した場合において、電動機回転数ＮＭＯＴがトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨを超えているときは、電動機出力トルクを直ちに「０」とすることによって電動機回転数ＮＭＯＴが低減される。この制御方法を適用することにより、制御装置の制御ロジックを簡易化することができる。

［変形例］
図１０は図８に示す処理の変形例を示すフローチャートであり、この変形例は、図８のステップＳ５４，Ｓ５５を削除し、ステップＳ６１〜Ｓ６５を追加したものである。

ステップＳ５３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ６１に進み、トルク制限制御フラグＦＮＭＯＴＤＥＣを「１」に設定する。トルク制限制御フラグＦＮＭＯＴＤＥＣの初期値は「０」に設定される。ステップＳ６２では、電動機回転数ＮＭＯＴに応じて図１１に示すＴＲＱＭＯＴＬＨテーブルを検索し、電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨを算出する。ＴＲＱＭＯＴＬＨテーブルは、電動機回転数ＮＭＯＴが下限回転数ＮＭＯＴＲＬより高くかつ所定電動機回転数ＮＭＯＴＺＴより低い範囲で、電動機回転数ＮＭＯＴが高くなるほど電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨが減少するように、換言すれば通常制御上限トルクＮＭＯＴＬＨＮからのトルク低減量が増加するように設定され、所定電動機回転数ＮＭＯＴＺＴ以上の範囲では電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨが「０」に設定されている。

ステップＳ６３では、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤをステップＳ６２で算出した電動機上限トルクＴＲＱＭＯＴＬＨに設定する。
ステップＳ５３の答が否定（ＮＯ）であるときは、ステップＳ６４に進み、トルク制限制御フラグＦＮＭＯＴＤＥＣが「１」であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちにステップＳ５７に進む。ステップＳ６４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ５６に進み、その答が否定（ＮＯ）であるときはステップＳ６２に進む。ステップＳ５６の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、トルク制限制御フラグＦＮＭＯＴＤＥＣを「０」に設定し（ステップＳ６５）、ステップＳ５７に進む。

この変形例によれば、コンバータ３１の変換動作異常が発生した場合において、電動機回転数ＮＭＯＴがトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨ（＝ＮＭＯＴＲＬ）を超えているときは、電動機回転数ＮＭＯＴに応じて電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤが低減され、電動機回転数ＮＭＯＴが低減される。電動機回転数ＮＭＯＴがトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨを超えている状態でも、その電動機回転数ＮＭＯＴとトルク制限開始回転数ＮＭＯＴＤＥＣＨとの差分が小さいときは、電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤを「０」まで低下させなくても、電気的共振を回避することが可能であるので、電動機回転数ＮＭＯＴに応じて電動機要求トルクＴＲＱＭＯＴＣＭＤを低減することにより、必要最小限のトルク低減によってコンバータ３１における電気的共振を回避することが可能となる。

上述した実施形態では、電動機１及び発電機２が「回転電機」に相当し、高圧バッテリ４、ＰＣＵ３、及びＥＣＵ１０が回転電機の制御装置を構成する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、発電機２の回転数低減制御を実行する条件（図５，ステップＳ２２）をエンジン回転数ＮＥによって判定するようにしたが、発電機回転数ＮＧＥＮによって判定するようにしてもよい。また電動機１のトルク制限制御を実行する条件（図８，ステップＳ５３，Ｓ５６）を車速ＶＰによって判定するようにしたが、電動機回転数ＮＭＯＴによって判定するようにしてもよい。

また上述した実施形態では、電動機１の出力軸２１がディファレンシャルギヤ２２を介して駆動輪２３を駆動する例を示したが、本発明は出力軸２１とディファレンシャルギヤ２２との間に変速機構またはギヤ比固定のギヤ機構を有する場合にも適用可能である。また上述した実施形態では、発電機２の入力軸２４がエンジン２５によって直接駆動される例を示したが、本発明はエンジン２５がギヤ機構を介して入力軸２４を駆動する構成を有する場合にも適用可能である。

また本発明は、車両に搭載される回転電機に限らず、他の用途の回転電機の制御装置にも適用可能である。

１電動機（回転電機）
２発電機（回転電機）
３電力制御ユニット
４高圧バッテリ
１０電子制御ユニット
２５内燃機関
３１直流電圧変換器
３２第１インバータ
３３第２インバータ
１００車両

Claims

バッテリと、前記バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して回転電機に駆動電力を供給するインバータと、前記バッテリと前記インバータとの間に設けられた直流電圧変換器とを備える、回転電機の制御装置において、
前記直流電圧変換器が変換動作を停止し、入出力電圧が等しくなる変換動作異常が発生した場合において、前記回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、前記回転電機の出力トルクを制限するトルク制限制御を実行し、
前記所定回転速度は、前記変換動作異常の発生時に前記直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲の下限周波数に対応する回転速度に設定されることを特徴とする回転電機の制御装置。
前記回転電機は車両を駆動する駆動源として使用され、前記車両の運動エネルギによる回生発電を行い、その回生発電によって得られる電力は前記インバータを介して前記バッテリの充電に適用可能であり、
前記変換動作異常が発生したときは、前記回生発電を禁止することを特徴とする請求項１に記載の回転電機の制御装置。
前記変換動作異常を含む所定の異常が前記車両において発生した場合には、前記車両の走行速度が所定上限車速以下となるように前記回転電機を制御し、
前記所定上限車速は、前記所定回転速度に対応する前記車両の走行速度より低く設定されることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の制御装置。
前記トルク制限制御は、前記回転電機の出力トルクを「０」とすることによって実行されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
前記トルク制限制御は、前記回転電機の回転速度に応じて前記回転電機の出力トルクを低減することによって実行され、前記回転速度が高いほど前記出力トルクの低減量を増加させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回転電機の制御装置。
発電機能を有する回転電機によって発電される交流電力を直流電力に変換するインバータと、該インバータから出力される直流電力によって充電可能なバッテリと、該バッテリと前記インバータとの間に設けられた直流電圧変換器とを備える回転電機の制御装置において、
前記直流電圧変換器が変換動作を停止し、入出力電圧が等しくなる変換動作異常が発生した場合において、前記回転電機の回転速度が所定回転速度を超えているときは、前記回転電機の回転速度を低下させる回転速度低減制御を実行し、
前記所定回転速度は、前記変換動作異常の発生時に前記直流電圧変換器において電気的共振が発生する可能性が高くなる所定周波数範囲の下限周波数に対応する回転速度に設定されることを特徴とする回転電機の制御装置。
前記回転電機は内燃機関によって回転駆動することによって発電可能に構成されており、前記変換動作異常が発生した場合には、前記回転電機の回転速度が前記所定回転速度を超えないように前記内燃機関の回転速度を制御する機関制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の回転電機の制御装置。