JP2020141529A - 車両動力補助システム - Google Patents

Abstract

【課題】補助動力源となる電動発電機で発生する速度むらに起因するトルク変動を小さくすると共に、車両が走行中にトルク制御機能の停止・開始を行った際、過大な電流を流すことなく動作させることが可能な車両動力補助システムを提供する。【解決手段】車両走行補助用の電動発電機を制御する車両動力補助システムである。直流電源と電動発電機との間に設けられる電力変換器１０５の制御部１０５ｂは、ベクトル制御を行う。この制御部１０５ｂは、常時行う非干渉制御の機能を有しておらず、電流制御の開始時に非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を用いて電圧指令値を生成する。【選択図】図２

Description

この発明は、モータ、内燃機関、またはこれらを組合せたハイブリッド形式等の主駆動源とは別に設けられて、車両の走行性能、制動性能、燃料消費量等の車両性能を向上させる補助動力源となる電動発電機を備えた車両動力補助システムに関する。

従来、モータや内燃機関等の主駆動源とは別に、従動輪に補助動力源となる電動発電機を備え、車両の走行性能、制動性能、燃料消費量等の車両性能を向上させることが提案されている（例えば、特許文献１）。
特許文献２では、２輪スクータ等の電動車両を、永久磁石同期モータを使用しベクトル制御する技術が提案されている。
特許文献３では、ベクトル制御において非干渉制御を行うモータ制御装置が提案されている。前記非干渉制御は、ロータの回転に伴ってモータ内部で生じる速度起電力を補償するように電圧指令値を定める制御である。

図６は従来の非干渉器を備えた一般的なベクトル制御を説明する電力変換器１０５のブロック図である。同図において、図２の実施形態に対応する部位には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
図６に示すベクトル制御では、上位ＥＣＵから与えられた指令トルクＴ_０は、指令電流演算器２０１でｄ軸電流指令値Ｉ_ｄとｑ軸電流指令値Ｉ_ｑとに変換され、電流偏差演算器２０２で電流指令値Ｉ_ｄ，Ｉ_ｑから実電流ｉ_ｄ，ｉ_ｑを減算した電流偏差ｅ_ｄ，ｅ_ｑが、ＰＩ制御器２０３に入力される。ＰＩ制御器２０３で比例積分制御された電流偏差ｅ_ｄ，ｅ_ｑにより、非干渉器２１１、２相３相変換器２０５、およびＰＷＭ変換器２０６を介してインバータ等のパワー回路部１０５ａが制御され、電動発電機１０２が駆動される。

非干渉器２１１は、あらかじめ設定した電動発電機１０２の内部パラメータと速度演算器２０９で検出した角速度とから、電動発電機１０２の内部で発生するｄ軸とｑ軸の干渉項をｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑに加算する。

式１はＰＩ制御器２０３の数式であり、図７はＰＩ制御器２０３のブロック線図である。ＰＩ制御器２０３は、電流偏差を入力し偏差を小さくするｄ軸電圧指令値とｑ軸電圧指令値を発生する。尚、図中のｅは入力信号であり図６のｄ軸の電流偏差ｅ_ｄあるいはｑ軸の電流偏差ｅ_ｑである。Ｋ_Ｐは比例制御器の比例ゲイン、Ｋ_Ｉは積分制御器の積分ゲイン、１／ｓブロックは積分器３０１ａであり、ｓはラプラス演算子を意味する。y は出力信号であり図６のＰＩ制御器２０３の出力信号に相当する。

式２および式３は非干渉制御器２１１の計算式であり、図８はブロック線図である。
ｄ軸電圧指令値＝ｄ軸電圧指令値−ω×Ｌ_ｄ×ｉ_ｑ ・・・ 式２
ｑ軸電圧指令値＝ｑ軸電圧指令値＋ω×Ｌ_ｑ×ｉ_ｄ＋ω×Φ ・・・ 式３
ただし、ωは電動発電機１０２の回転角速度、Ｌ_ｄは電動発電機１０２のｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑは電動発電機１０２のｑ軸インダクタンス、ｉ_ｄはｄ軸実電流、ｉ_ｑはｑ軸実電流、Φはｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束である。式２の右辺第２項がｑ軸からｄ軸への干渉項であり、式３の右辺第２項と第３項がｄ軸からｑ軸への干渉項である。

特開２０１８−５２４８２号公報 特開平６−１３３４０８号公報 特開２０１５−１７３５４７号公報

＜課題の要点：モータのトルク変動＞
ベクトル制御の構成要素である非干渉制御を使用すると相電圧指令値が変動し、電動発電機１０２で発生するトルクが変動する課題がある。

＜課題が発生する理由＞
非干渉制御の計算には電動発電機１０２の回転速度を使用するが、角度検出器１０３を持つ場合、回転速度は角度検出器１０３の角度データを微分することで算出する。このため、回転角度の誤差やノイズが微分により強調される。この信号をそのまま使用した場合、ｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑに誤差やノイズが印加されトルクが変動したり、電動発電機１０２から電磁音が発生する不具合が発生する。
これを回避するにはローパスフィルタを通してノイズを除去するが、完全にノイズを除去するにはローパスフィルタの時定数を大きくする必要があり、これに伴い回転速度の応答性が悪くなる問題が発生する。
角度検出器を持たない電動発電機の場合は電動発電機の状態から回転角度や回転角速度を推定するが（センサレス制御）、角度検出器１０３よりも精度が劣るため、同様の問題が発生する。

＜非干渉制御をなくし課題を回避する方法＞
上記課題を回避する方法として、ベクトル制御に非干渉器２１１を実装しないことがある。この場合、非干渉制御自体が存在しないためトルク変動の課題は回避できるといえる。

＜非干渉制御がなくてもよい理由＞
非干渉制御の持つ機能は、電動発電機１０２内で発生するｄ 軸とｑ 軸間の干渉と永久磁石に起因する誘起電圧とを推定しあらかじめ電圧指令値に印加することにある。回転速度一定の時、定常状態にあればｄ軸電流とｑ軸電流は一定値となり、各軸の干渉の大きさは一定値となる。これはＰＩ制御の積分制御の機能で代用できる。
ＰＩ制御の積分制御（Ｉ制御）の役割は制御系への外乱の内、定常的な外乱により発生する偏差をなくす指令を出力することである。例えばｑ軸電流に一定の定常的な外乱があった場合、ｑ軸の電流偏差には一定値が出力される。積分は入力信号を蓄積するため、時間の経過とともに指令が大きくなり、ｑ 軸電流の外乱を打ち消す方向に電圧指令値が大きくなり外乱を抑制する。すなわち、ｑ軸とｄ 軸間の干渉が一定値あるいは十分に変化がゆっくりであれば、積分制御で抑制することができ、非干渉制御を代用することができる。

＜補助動力装置は非干渉制御が必要＞
しかしながら、補助動力装置から非干渉制御を外すことはできない。

＜補助動力装置から非干渉制御を外せない理由＞
補助動力装置は、主駆動源とは異なり走行中すなわち回転しながらトルク制御のオンとオフを繰り返す場面がある。補助動力装置のトルク制御をオフした状態からオンした状態に切り替える場合、電動発電機１０２の回転速度が速い時に非干渉制御があれば問題は発生しないが、非干渉制御がなく電動発電機１０２の回転速度が速い時には、ｑ軸の負方向に過大な電流を流す指令が発生してしまう。なぜなら、ｑ軸電流が零になるｑ軸電圧指令値は、非干渉制御の式３の右辺第３項のω×Φの誘起電圧と同じ電圧である。しかし、非干渉制御がない場合、トルク制御開始時のq 軸電圧指令値は零であるため、誘起電圧ω×Φより小さい値なので、ｑ軸の負方向への指令と同義であり、特に電動発電機１０２の定格回転速度に近いときは誘起電圧の大きさが電源電圧に近づくため、ｑ軸電流の負方向へ過大な指令となってしまう。このため、トルク変動や騒音、過電流が発生するおそれがある。

この発明の目的は、補助動力源となる電動発電機で発生する速度むらに起因するトルク変動を小さくすると共に、車両が走行中にトルク制御機能の停止・開始を行った際、過大な電流を流すことなく動作させることが可能な車両動力補助システムを提供することである。

この発明の車両動力補助システムは、車両１の少なくとも前後輪の一方において左右輪１０１で独立して駆動トルクおよび回生トルクを発生する交流の電動発電機１０２と、
前記電動発電機１０２の回転速度をこの電動発電機１０２の回転角度の検出値から演算し、または前記電動発電機１０２の状態より推定する速度演算器２０９と、
直流電源１０６と前記電動発電機１０２との間で直流と交流との変換を行うパワー回路部１０５ａ、および上位指令手段１０７より指令トルクＴ_０を受けて前記パワー回路部１０５ａをベクトル制御により電流制御する制御部１０５ｂを有する電力変換器１０５とを備え、
前記制御部１０５ｂは、常時行う非干渉制御の機能を有しておらず、かつ前記電流制御の開始時に非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を用いて電圧指令値を生成する機能を有する、
ことを特徴とする。

この構成によると、ベクトル制御から非干渉器が削除されたことにより、回転速度の信号が電圧指令値に印加されることがなくなり、回転速度のノイズや計測誤差に起因する変動が排除され電動発電機１０２のトルク変動が減少する。
電流制御の開始時、つまりトルク制御をオンするタイミングで非干渉器と同等の信号が印加されることで、負方向に過大な電圧指令値が出力されることがなくなり、トルク制御オン時に過大な電流が発生する不具合を排除できる。
なお、一般的なベクトル制御に対するこの発明による修正はわずかであり、演算速度の低下などのデメリットがない。

この発明において、前記制御部１０５ｂは、前記電流制御の開始時に非干渉制御を行う場合に出力する信号と同等の電圧指令値を生成する機能として、
前記電流制御に定常外乱を補償する目的で設置された積分器３０１を使用し、前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を前記積分器３０１の積分項に電流制御開始時に設定する機能を有するようにしてもよい。
積分器は電流制御における定常外乱を補償する目的で一般的に設置されるが、前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を、前記積分器３０１の積分項に電流制御開始時に設定することで、前記のトルク変動の減少と、トルク制御オン時に過大な電流が発生防止が具現化できる。

前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号は、例えば、前記電動発電機１０２の回転の角速度ωと永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦである。
この積ωΦを前記積分器３０１の積分項に電流制御開始時に設定することで、前記のトルク変動の減少と、トルク制御オン時に過大な電流が発生防止が行える。

この発明の車両動力補助システムは、より具体的には、例えば次の構成とされる。
すなわち、この車両動力補助システムは、
車両１の少なくとも前後輪の一方において左右輪１０１で独立して駆動トルクおよび回生トルクを発生する交流の電動発電機１０２と、
前記電動発電機１０２の回転速度をこの電動発電機１０２の回転角度の検出値から演算し、または前記電動発電機１０２の状態より推定する速度演算器２０９と、
直流電源１０６と前記電動発電機１０２との間で直流と交流との変換を行うパワー回路部１０５ａ、および上位指令手段より指令トルクを受けて前記パワー回路部１０５ａをベクトル制御により電流制御する制御部１０５ｂを有する電力変換器１０５とを備え、
前記制御部１０５ｂは、
前記指令トルクＴ_０に応じてｑ軸電流指令値Ｉ_ｑおよびｄ軸電流指令値Ｉ_ｄを生成する指令電流演算器２０１、
前記ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑおよびｄ軸電流指令値Ｉ_ｄと前記電動発電機１０２を流れる実電流のｑ軸およびｄ軸における値に変換した電流値ｉ_ｑ，ｉ_ｄとのそれぞれの偏差ｅ_ｑ，ｅ_ｄを得る電流偏差演算器２０２ｑ，２０２ｄ、
前記各偏差ｅ_ｑ，ｅ_ｄを少なくとも積分制御するｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄ、並びに
これらｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄの出力を前記パワー回路部２０７の制御に必要な指令に変換する変換部２０４を有し、
前記ｑ軸制御器２０３ｑは、前記電流制御の開始時に、前記電動発電機１０２の回転の角速度ωが入力されて前記角速度ωとｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦの値が、前記ｑ軸制御器２０３ｑから出力されるようにした値を積分器３０１（図３参照）の積分項に初期値として設定し積分を開始し、
前記制御部１０５ｂは、常時行う非干渉制御の機能を有していない。

上記のように、ベクトル制御を行う制御部１０５ｂにおいて、前記ｑ軸制御器２０３ｑは、前記電流制御の開始時に、前記電動発電機１０２の回転の角速度ωが入力されて前記角速度ωとｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦの値が、前記ｑ軸制御器から出力されるようにした値を積分器３０１の積分項に初期値として設定し積分を開始し、前記制御部１０５ｂは、常時行う非干渉制御の機能を有しない構成とされる。
この構成によると、ベクトル制御から非干渉器が削除されたことにより、電動発電機１０２の回転角速度の速度変動に起因する項がｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑに、トルク制御をオンした時は、非干渉制御器と同じ干渉項を印加することで電動発電機１０２が高速回転中に発生する過大な電圧指令値が発生せず過電流などの不具合が発生しない。

この発明の車両動力補助システムにおいて、前記電動発電機１０２を前記車両１の従動輪の車輪用軸受２と一体に備える構成であってもよい。
電動発電機１０２を従動輪の車輪用軸受２と一体に備える構成の場合、コンパクトな構成となり、一般的な車両に簡易に動力補助機能を付加することができる。しかし、電動発電機１０２が小型のものとなり、そのため走行中の高速回転時にトルク制御のオンとオフを繰り返す場合に、過電流等の課題がより深刻となる。しかし、この発明におけるトルク制御のオン時に非干渉制御として出力する信号と同等の信号を与える機能を有することで、前記過電流等の不具合の発生が防止される。

この発明の車両動力補助システムは、車両の少なくとも前後輪の一方において左右輪で独立して駆動トルクおよび回生トルクを発生する交流の電動発電機と、前記電動発電機の回転速度をこの電動発電機の回転角度の検出値から演算し、または前記電動発電機の状態より推定する速度演算器と、直流電源と前記電動発電機との間で直流と交流との変換を行うパワー回路部、および上位指令手段より指令トルクを受けて前記パワー回路部をベクトル制御により電流制御する制御部を有する電力変換器とを備え、前記制御部は、常時行う非干渉制御の機能を有しておらず、かつ前記電流制御の開始時に非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を用いて電圧指令値を生成する機能を有するため、補助動力源となる電動発電機で発生する速度むらに起因するトルク変動を小さくすると共に、車両が走行中にトルク制御機能の停止・開始を行った際、過大な電流を流すことなく動作させることが可能である。

この発明の一実施形態に係る車両動力補助システムの概念構成を示すブロック図である。 同車両動力補助システムの電力変換部の概念構成を示すブロック図である。 同車両動力補助システムにおけるｑ軸制御器の機能を示すブロック線である。 同車両動力補助システムを搭載する車両の一例の動力系の説明図である。 同車両動力補助システムにおける電動発電機と車輪用軸受とが一体化された電動発電機付き車輪用軸受を車輪と共に示す断面図である。 従来のベクトル制御装置の概念構成を示すブロック図である。 図６のベクトル制御装置におけるＰＩ制御器のブロック線図である。 図６のベクトル制御装置における非干渉器のブロック線図である。

この発明の一実施形態を図１〜図５と共に説明する。
図１において、電動発電機１０２は、車両１の少なくとも前後一方の左右の車輪１０１に搭載される。電動発電機１０２は、同期電動機や誘導電動機等の三相または単相の交流電動発電機である。この実施形態では、電動発電機１０２は、車輪１の車輪用軸受２（図５参照）と一体に設けられている。図１の角度検出器１０３は、電動発動機１０２の回転角度を検出する。角度検出器１０３は、レゾルバ、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ、ホールセンサ、ＭＲセンサのいずれかを使用してもよい。直流電源１０６は、電力変換回路１０５を介して電動発電機１０２へ電力を供給し、電動発電機１０２で発生した電力を回生する。直流電源１０６は、車両１の全体に用いられる共用の電源であっても、電動発電機１０２に専用の電源であってよく、充放電が可能なバッテリ等が用いられる。

電力変換器１０５は、直流電源１０６から電動発電機１０２へ電力を供給し、電動発電機１０２で発生した電力を回生する手段であり、直流電源１０６と電動発電機１０２との間で、直流と交流との変換を行うパワー回路部１０５ａと、上位ＥＣＵ１０７から与えられた指令に従ってパワー回路部１０５ａを制御する制御部１０５ｂとを有する。電力変換器１０５は、電動発電機１０２の形式に応じた電力変換を行う装置であり、電動発電機１０２が３相交流電動発電機であれば、パワー回路部１０５ａは直流と３相交流を相互に変換するインバータとされる。
上位ＥＣＵ１０７は、電力変換器１０５の上位制御手段であり、主駆動源（例えばエンジン）や車両情報（例えばいずれも図示しないアクセル、クラッチ、変速シフト）の情報より計算し電力変換器１０５の制御部１０５ｂへトルクや制御のオンオフを指令する。

図４に、電動発電機１０２の車両１内の搭載箇所を示す。主駆動源であるエンジン４０１は、駆動輪４０４とクラッチ４０２およびトランスミッション４０３を介して機械的に接続されており、駆動輪４０４と機械的に非連結である従動輪となる前記車輪１０１に、電動発電機１０２を搭載している。なお、電動発電機１０２は、エンジン４０１と連結された駆動輪４０４に搭載されてもよい。また、主駆動源であるエンジン４０１は、前輪と後輪のどちらを駆動してもよく、四輪を駆動してもよい。さらに主駆動源は、電動発電機１０２とは別の電動発電機でもよいし、エンジンと電動発電機を組み合わせたハイブリッドでもよい。

図５に、車輪１０１に搭載された電動発電機１０２を構成する電動発電機付き車輪用軸受装置１０の断面図を示す。この電動発電機付き車輪用軸受装置１０は、車輪用軸受２と電動発電機１０２とで構成される。車輪用軸受２は、固定輪である外輪４と、この外輪４に複列の転動体６を介して回転自在に支持された内輪５とでなり、内輪５は外輪４から軸方向に突出した箇所にハブフランジ７を有している。外輪４は、ハブフランジ７とは反対側の端部である車体取り付け面１０ａで、ナックル等の足回りフレーム部品８にボルト９で取付けられ、車体の重量を支持する。前記ハブフランジ７の外輪４と反対側の側面には、車輪１０のリム１１とブレーキロータ１２とが重なった状態で、ハブボルト１３により取付けられている。ブレーキロータ１２は、ブレーキキャリパ１６とでブレーキ１７を構成する。前記リム１１の外周にタイヤ１４が取付けられている。

電動発電機付き車輪用軸受１０は、その全体が、ブレーキロータ１２におけるブレーキキャリパ１６が押し付けられる部分となる外周部１２ａよりも内側で、かつ前記車輪用軸受２のハブフランジ７と前記電動発電機付き車輪用軸受１０の車体取り付け面１０ａとの間に位置する。

図２は、電力変換器１０５の概念構成を示すブロック図である。基本的な構成は図６とともに説明した構成と同じであるが、改めて説明する。制御部１０５ｂは、電動発電機１０２を駆動する制御方式がベクトル制御を使用したトルク（電流）制御方式とされる。同図は、電動発電機１０２が永久磁石三相同期モータの場合の例である。
ベクトル制御は、電動発電機１０２に流す三相交流電流を、永久磁石のＮ極の角度をｄ軸、Ｎ極とＳ極の中間の角度をｑ軸とし三相交流電流をｄ軸電流とｑ軸電流に変換し制御する。三相交流電流が安定した状態であればｄ軸電流とｑ軸電流は直流電流となり、制御が容易となる特徴がある。

前記制御部１０５ｂは、前記指令トルクＴ_０に応じてｑ軸電流指令値Ｉ_ｑおよびｄ軸電流指令値Ｉ_ｄを生成する指令電流演算器２０１、前記ｑ軸電流指令値Ｉ_ｑおよびｄ軸電流指令値Ｉ_ｄと前記電動発電機１０２を流れる実電流のｑ軸およびｄ軸における値に変換した電流値ｉ_ｑ，ｉ_ｄとのそれぞれの偏差ｅ_ｑ，ｅ_ｄを得る電流偏差演算器２０２ｑ，２０２ｄ、前記各偏差ｅ_ｑ，ｅ_ｄを少なくとも積分制御するｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄ、並びにこれらｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄの出力を前記パワー回路部２０７の制御に必要な指令に変換する変換部２０４を有する。
前記ｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄは、比例積分制御を行うＰＩ制御器とされているが、積分制御の機能を備えていればよく、Ｉ−Ｐ制御であっても、ＰＩＤ制御であっても、Ｉ−ＰＤ制御であってもよい。前記変換部２０４は、２相３相変換器２０５と、ＰＷＭ変換器２０６とで構成される。

前記ｑ軸制御器２０３ｑは、前記電流制御の開始時に、前記電動発電機１０２の回転の角速度ωが入力されて前記角速度ωとｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦの値が、前記ｑ軸制御器２０３ｑから出力されるようにした値を積分器３０１ａ（図３参照）の積分項に初期値として設定し積分を開始する。前記制御部１０５ｂは、常時行う非干渉制御の機能を有していない。

前記指令トルクＴ_０は、上位ＥＣＵ１０７（図１参照）から電力変換器１０５ｂへの指令であり、電動発電機１０２で発生する目標となるトルクである。２相３相変換器２０５は角度検出器１０３から検出した電動発電機１０２の回転角度を使用してｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑをＵ相電圧指令値とＶ相電圧指令値とＷ相電圧指令値に変換する。ＰＷＭ変換器２０６はＵ相電圧指令値とＶ相電圧指令値とＷ相電圧指令値を実現する６本のゲート信号を出力する。

パワー回路部１０５ａは、ゲート信号に従い電動発電機１０２を駆動する。
電流センサ２０８は電動発電機１０２の三相交流の相電流を検出する。３相２相変換器２１０は電流センサ２０８で検出した相電流を、角度検出器１０３で検出した電動発電機１０２の角度を使用してｄ軸実電流ｉ_ｄとｑ軸実電流ｉ_ｑを演算する。速度演算器２０９は角度検出器１０３から検出した電動発電機１０２の回転角度を使用して角速度ωを演算する。

前記制御部１０５ｂの各部の機能を、数式およびブロック線図を用いて説明する。
式１はＰＩ制御を行うｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄが行う処理の数式であり、図３はｑ軸制御器２０３ｑのブロック線図である。ｄ軸制御器２０３ｄが行う処理は、初期値を入力する手段２２０を有しない点、および扱う電流がｑ軸電流であるかｄ軸電流があるかを除きｑ軸制御器２０３ｑが行う処理と同様であるため、同図を用いて一緒に説明する。また、図６に示す一般的なベクトル制御は、非干渉器２１１を有していて図３の前記初期値を入力する手段２２０を有しない点を除いて同様であるので、対比しながら説明する。

図２のｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄは、電流偏差ｅ_ｄを入力し偏差を小さくするｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑとｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとを発生する。なお、図３のｅ_ｑは入力信号であり、図２のｑ軸の電流偏差ｅ_ｑである。ｄ軸制御器２０３ｄの場合は、図３の入力信号ｅ_ｑは図２のｄ軸の電流偏差ｅ_ｄである。図３において、Ｋ_Ｐは比例制御器の比例ゲイン、Ｋ_Ｉは積分制御器の積分ゲイン、１／ｓブロックは積分器３０１であり、ｓはラプラス演算子を意味する。ｙは出力信号であり、図２のｑ軸制御器２０３ｑおよびｄ軸制御器２０３ｄの出力信号であるｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑおよびｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄに相当する。

式２および式３は、図６の非干渉制御器２１１の計算式であり、図８はブロック線図である。
ｄ軸電圧指令値＝ｄ軸電圧指令値−ω×Ｌ_ｄ×ｉ_ｑ ・・・ 式２
ｑ軸電圧指令値＝ｑ軸電圧指令値＋ω×Ｌ_ｑ×ｉ_ｄ＋ω×Φ ・・・ 式３
ただし、ωは電動発電機１０２の回転角速度、Ｌ_ｄは電動発電機１０２のｄ軸インダクタンス、Ｌ_ｑは電動発電機１０２のｑ軸インダクタンス、ｉ_ｄはｄ軸実電流、ｉ_ｑはｑ軸実電流、Φはｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束である。式２の右辺第２項がｑ軸からｄ軸への干渉項であり、式３の右辺第２項と第３項がｄ軸からｑ軸への干渉項である。

図２に示すこの実施形態の制御部１０５ｂによるベクトル制御は、図６に示す一般的なベクトル制御と比較すると、図６の非干渉器２１１が削除されている点と、ｑ軸制御器２０３ｑが前記初期値を入力する手段２２０（図３）有する点と、角速度演算器２０９の出力がｑ軸制御器２０３ｑに入力される点が異なる。

また、この実施形態における図３のブロック線図と、一般的なベクトル制御における
図７のブロック線図とを比較すると、図３では入力信号はｑ軸電流偏差ｅ_ｑのみであり、積分器３０１は図７の積分器３０１ａにおいて初期値設定項が追加され、初期値としてωとΦの積ωΦが入力される点が異なる。ωとΦは非干渉器２１１を示す図８で表記された記号と同じ意味であり、ωは回転角速度、Φはｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束である。

積分器３０１の初期値ωΦは、数学上での積分の積分項と同義である。初期値ωΦを設定するタイミングは、トルク制御をオンした瞬間であり、この時の積分器３０１の出力は初期値であるωΦとなる。トルク制御がオンした後の動作は、通常の積分動作となる。
積分器３０１の初期値ωΦは非干渉器のｑ軸への干渉項と一致する。トルク制御がオフしている間は、ｄ軸実電流ｉ_ｄとｑ軸実電流ｉ_ｄは流れないので零である。式３よりｄ軸からｑ軸への干渉項は、
ω×Ｌ_ｄ×ｉ_ｄ＋ω×Φ＝ω×Φとなり、初期値ωΦと一致する。

この構成によると、前記のようにベクトル制御から非干渉器が削除されたことにより、電動発電機１０２の回転角速度の速度変動に起因する項がｄ軸電圧指令値Ｅ_ｄとｑ軸電圧指令値Ｅ_ｑに印加されることがなくなり、課題であったトルク変動が改善される。
トルク制御をオンした時は、非干渉制御器と同じ干渉項を印加することで電動発電機１０２が高速回転中に発生する過大な電圧指令値が発生せず過電流などの不具合が発生しない。
前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号は、前記のように電動発電機１０２の回転の角速度ωと永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦである。この積ωΦを前記積分器３０１の積分項に電流制御開始時に設定することで、前記のトルク変動の減少と、トルク制御オン時に過大な電流が発生防止が行える。
なお、一般的なベクトル制御に対するこの車両動力補助システムによる修正はわずかであり、演算速度の低下などのデメリットがない。

電動発電機１０２が図５の例のように従動輪の車輪用軸受２と一体に備える構成の場合、コンパクトな構成となり、一般的な車両に簡易に動力補助機能を付加することができる。この場合、電動発電機１０２が小型のものとなり、そのため走行中の高速回転時にトルク制御のオンとオフを繰り返す場合に、過電流等の課題がより深刻となる課題がある。しかし、ｑ軸制御器２０３ｑはトルク制御のオン時に非干渉制御として出力する信号と同等の信号ωΦを与え、積分制御を行うことで、前記過電流等の不具合の発生が防止される。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
q軸制御器の積分器に設定する初期値ωΦは、式１の演算の順序あるいは式を変形した場合、初期値の値を変更する必要があることは明らかである。前述したようにｑ軸制御器は前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を出力するように積分器に初期値を設定するのであり、非干渉器があった信号と積分器の間に乗算器あるいは加算器が設置されるのであれば逆演算を行い、非干渉器があった場合に出力されるであろう値に変換し積分器の初期値を設定する。具体的な例として図３の積分ゲインＫ_Ｉと積分器の順序を考える。入力ｅｑに積分ゲインＫ_Ｉを乗算した後に積分を行う場合、積分器に設定する初期値はωΦでよいが、演算の順序を入れ替えて、入力ｅｑの値に対して積分を行った後に積分ゲインＫ_Ｉを乗算する場合、積分項に設定する初期値はωΦ÷Ｋ_Ｉを設定するべきである。こうすれば、積分器の出力がωΦ÷Ｋ_Ｉなので、積分の出力に対して積分ゲインＫ_Ｉを乗算すると制御器２０３ｑの出力はωΦとなる。すなわち、トルク制御をオンした瞬間かつ入力ｅｑの値がゼロであった時にｑ軸制御器２０３ｑの出力値がωΦとなるように積分器の初期値を設定することを意図している。
ｑ軸制御器の説明はＰＩ制御の場合であったが、Ｉ−Ｐ制御あるいはＰＩＤ制御あるいはＩ−ＰＤ制御といった他の制御則であっても、トルク制御をオンした瞬間かつ入力ｅｑの値がゼロであった時にｑ軸制御器の出力値がωΦとなるように積分器の初期値を設定することを意図している。

１…車両、２…車輪用軸受、１０…電動発電機付き車輪用軸受装置、１７…ブレーキ、１０１…車輪、１０２…電動発電機、１０３…角度検出器、１０５…電力変換回路、１０５ａ…パワー回路部、１０５ｂ…制御部、１０６…直流電源、１０７…上位ＥＣＵ、２０１…指令電流演算器、２０３ｄ…ｄ軸制御器、２０３ｑ…ｑ軸制御器、２０４…変換部、２０５…２相３相変換器、２０６…ＰＷＭ変換器、２０８…電流センサ、２０９…角速度演算器、２１０…３相２相変換器、２２０…初期値を入力する手段、３０１…積分器、４０１…エンジン（主駆動源）、４０２…クラッチ、４０３…トランスミッション、４０４…駆動輪、

Claims (5)

1. 車両の少なくとも前後輪の一方において左右輪で独立して駆動トルクおよび回生トルクを発生する交流の電動発電機と、
   前記電動発電機の回転速度をこの電動発電機の回転角度の検出値から演算し、または前記電動発電機の状態より推定する速度演算器と、
   直流電源と前記電動発電機との間で直流と交流との変換を行うパワー回路部、および上位指令手段より指令トルクを受けて前記パワー回路部をベクトル制御により電流制御する制御部を有する電力変換器とを備え、
   前記制御部は、常時行う非干渉制御の機能を有しておらず、かつ前記電流制御の開始時に非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を用いて電圧指令値を生成する機能を有する、
   ことを特徴とする車両動力補助システム。
2. 請求項１に記載の車両動力補助システムにおいて、前記制御部は、前記電流制御の開始時に非干渉制御を行う場合に出力する信号と同等の電圧指令値を生成する機能として、前記電流制御に定常外乱を補償する目的で設置された積分器を使用し、前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号を前記積分器の積分項に電流制御開始時に設定する機能を有する車両動力補助システム。
3. 請求項２に記載の車両動力補助システムにおいて、前記非干渉制御として使用すべき信号と同等の信号は、前記電動発電機の回転の角速度ωと永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦである車両動力補助システム。
4. 車両の少なくとも前後輪の一方において左右輪で独立して駆動トルクおよび回生トルクを発生する交流の電動発電機と、
   前記電動発電機の回転速度をこの電動発電機の回転角度の検出値から演算し、または前記電動発電機の状態より推定する速度演算器と、
   直流電源と前記電動発電機との間で直流と交流との変換を行うパワー回路部、および上位指令手段より指令トルクを受けて前記パワー回路部をベクトル制御により電流制御する制御部を有する電力変換器とを備え、
   前記制御部は、
   前記指令トルクに応じてｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値を生成する指令電流演算器、
   前記ｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値と前記電動発電機を流れる実電流のｑ軸およびｄ軸における値に変換した電流値とのそれぞれの偏差を得る電流偏差演算器、
   前記各偏差を少なくとも積分制御するｑ軸制御器およびｄ軸制御器、並びに
   これらｑ軸制御器およびｄ軸制御器の出力を前記パワー回路部の制御に必要な指令に変換する変換部を有し、
   前記ｑ軸制御器は、前記電流制御の開始時に、前記電動発電機の回転の角速度ωが入力されて前記角速度ωとｄ軸の永久磁石による電気子鎖交磁束Φとの積ωΦの値が、前記ｑ軸制御器から出力されるようにした値を積分器の積分項に初期値として設定し積分を開始し、
   前記制御部は、常時行う非干渉制御の機能を有していない、
   ことを特徴とする車両動力補助システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両動力補助システムにおいて、前記電動発電機を前記車両の従動輪の車輪用軸受と一体に備える車両動力補助システム。

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