JP2021513020A - 回転電気機械のモータトルクカットを制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ステータ（１８）とロータ（１０）とを備えた車両用回転電気機械（１０）であって、ステータコマンド（Ｃｏｍｍ＿ｓｔａｔ）を、前記回転電気機械（１０）に適用されるトルクおよびトルク勾配から生成可能である制御モジュール（１４）を備えた回転電気機械（１０）を制御する方法において、−前記回転電気機械（１０）の駆動モードを起動する要求に続いて、前記方法は、発動機制御コンピュータにより送信された設定トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）および設定トルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）を適用するステップを備え、−既に起動された前記発動機モードを停止する要求に続いて、前記コンピュータ（１５）が要求する前記トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）および前記トルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）とは無関係に、前記方法は、前記回転電気機械（１０）に対して、ゼロ設定トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）および所定のトルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）を適用するステップを備えることを特徴とする方法に関する。

Description

本発明は、回転電気機械のモータトルクカットを制御するための方法に関する。

既知の態様において、可逆電気機械を、特に付属品の前端部を介して熱エンジン（熱機関）に結合することができる。

オルタネータ・スタータとして一般に知られているこのような電気機械は、車両のバッテリを再充電するための発電機モード、ならびに車両にトルクを供給するための発動機モードにおいて動作可能である。

発電機モードは、回生ブレーキ機能で利用可能であり、ブレーキフェーズ中に電気機械が電気エネルギーをバッテリに供給することを許容する。

発動機モードは、交通状況に応じて熱エンジンを自動的に停止および再起動する機能（「ストップ・アンド・スタート（ｓｔｏｐ ａｎｄ ｓｔａｒｔ）」を表すＳＴＴとして知られる機能）、熱エンジンの失速支援機能、電気機械が熱モードの移動フェーズ中に熱エンジンを間欠的に支援することを可能にするブーストとして知られる機能、ドライバーによる特別な操作を必要とせずにトラクションチェーンの開放を自動化し得る惰性運転として知られるフリーホイール機能において、特に利用され得る。この目的は、エンジンの回転数を低減したりエンジンを停止したりすることで燃料消費ならびに汚染物質の排出を最小限とすることである。

既知の機械において、保護（熱的、時間的、または速度）の作動中にスタータモードが停止すると、電気機械のインバータのスイッチ要素が開放する。次いで、ステータに含まれる電流が車両の車載ネットワークに戻されると、付属品の前端部にトルクの急変動（トルクサージ）が発生するとともに、車載ネットワークに過電圧が発生する。

本発明の目的は、ステータとロータとを備えた自動車両用回転電気機械であって、ステータコマンドを、前記回転電気機械に適用されるトルクおよびトルク勾配から生成可能である制御モジュールを備えた回転電気機械を制御する方法において、
−前記回転電気機械の発動機モードの起動の要求の後、特に自動車両の熱エンジンの始動中に、前記方法は、前記自動車両のエンジン・コンピュータにより送信された設定トルクおよび設定トルク勾配を適用するステップを備え、
−既に起動された前記発動機モードの停止に対する要求の後、前記自動車両の前記エンジン・コンピュータが要求する前記トルクおよび前記トルク勾配とは無関係に、前記方法は、前記回転電気機械に対して、ゼロに等しい設定トルクならびに所定のトルク勾配を適用するステップを備える、
ことを特徴とする方法を提案することにより、以上の欠点を効率的に解消することである。

したがって、本発明によれば、発動機モードの停止に対する要求の後、インバータのスイッチ要素が完全に開放する前に収集される電流を低減するように、電気機械を引き続き制御することが可能となる。これにより、トルクサージ、ならびに自動車両の車載ネットワークでの過電圧が防止される。

一実施形態によれば、前記所定のトルク勾配は、前記回転電気機械の回転速度に依存する。

一実施形態によれば、前記回転電気機械の前記回転速度が大きいほど、前記所定のトルク勾配は低い。

一実施形態によれば、前記発動機モードの停止に対する前記要求は、トルク適用時間の終了後に生成される。

一実施形態によれば、前記発動機モードの停止に対する前記要求は、温度閾値を超えた後に生成される。

一実施形態によれば、前記発動機モードの停止に対する前記要求は、前記回転電気機械の回転速度閾値を超えた後に生成される。

一実施形態によれば、前記制御モジュールは、前記ロータの温度からも前記ステータコマンドを生成可能である。

一実施形態によれば、前記制御モジュールは、ロータコマンドを、前記回転電気機械に適用される前記トルクおよび前記トルク勾配から生成可能である。

一実施形態によれば、前記ロータコマンドは、励磁電流の値である。

一実施形態によれば、前記ステータコマンドは、前記ステータの電圧と前記回転電気機械の起電力との間の進角、インバータのスイッチ要素の開角、およびリップル電圧により規定される。

一実施形態によれば、前記回転電気機械は、オルタネータ・スタータである。

また、本発明は、回転電気機械用の制御モジュールであって、上述の回転電気機械を制御する方法を実現するためのソフトウエア命令を格納したメモリを備えたことを特徴とする制御モジュールに関する。

また、本発明は、ステータとロータとを備えた自動車両用回転電気機械であって、ステータコマンドおよびロータコマンドを、前記回転電気機械に適用されるトルクおよびトルク勾配から生成可能である制御モジュールを備えた回転電気機械を制御する方法において、
−前記回転電気機械の発動機モードの起動の要求の後、特に自動車両の熱エンジンの始動中に、前記方法は、前記自動車両のエンジン・コンピュータにより送信された設定トルクおよび設定トルク勾配を適用するステップを備え、
−既に起動された前記発動機モードの停止に対する要求の後、前記自動車両の前記エンジン・コンピュータが要求する前記トルクおよび前記トルク勾配とは無関係に、前記方法は、前記回転電気機械に対して、ゼロに等しい設定トルクならびに所定のトルク勾配を適用するステップを備える、
ことを特徴とする方法に関する。

上述の特性は、当該最新の発明に単独でまたは組み合わせて適用可能である。

本発明は、以下の説明を読み且つ付属の図面を精査することでよりよく理解されるであろう。これらの図は、例示のみを目的としており、本発明を限定するものでは全くない。

電気機械の一つの動作モードから別のものへの移行を最適化するための本発明による方法を実施するオルタネータ・スタータの概略的な機能図。 本発明による電気機械のトルク印加の制御を可能にする、制御ユニットに組み込まれた機能ブロックの概略図。 本発明による制御方法の実施中に観察され得る信号の図。 電気機械の回転速度から電気機械の内部トルク勾配を決定するために使用されるマッピング図。

同一、同様、または類似の要素には、図面を通じて同じ参照番号を付す。

図１は、本発明によるオルタネータ・スタータ１０を概略的に示す。オルタネータ・スタータ１０は、バッテリ１２に接続された車載電気ネットワークを備える車両に設置されるように設計されている。車載ネットワークは、１２Ｖ、２４Ｖまたは４８Ｖタイプのものであり得る。オルタネータ・スタータ１０は、付属品の前端部に埋設されたベルトまたはチェーンを有するシステム１１’によって、既知の方法で熱エンジン１１に結合されている。

また、オルタネータ・スタータ１０は、ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）タイプ、またはＣＡＮタイプ（シリアルシステムバスであるＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の通信プロトコルに従ってエンジン・コンピュータ１５と通信することができる。

オルタネータ・スタータ１０は、発電機モードとして知られるオルタネータモード、または発動機モードにおいて動作可能である。

特に、オルタネータ・スタータ１０は、電気技術部品１３と制御モジュール１４とを備えている。

より具体的には、電気技術部品１３は、誘導要素１８とインダクタ要素１９とを備えている。一例によれば、誘導要素１８はステータであり、インダクタ１９は励磁コイル２０を備えたロータである。変形例として、ロータは、金属プレートと永久磁石のセットを備えている。ステータ１８は、Ｎ個の相を有する。検討例によれば、ステータ１８は、３つの相、Ｕ、ＶおよびＷを有している。変形例によれば、相の個数Ｎは、五相機械の場合は５、六相または二重三相機械の場合は７、七相機械の場合は７に等しくてもよい。ステータ１８の相は、三角形または星形の形状において結合され得る。三角形と星形の結合を組み合わせることも想定できる。

制御モジュール１４は、励磁コイル２０に投入される励磁電流を生成するためのチョッパを含む励磁回路１４１を備えている。励磁電流は、例えば分路タイプの抵抗器により測定され得る。

ロータ１９の角度位置および角速度の測定は、ホール効果アナログセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３、および関連する磁気ターゲット２５によって実施され得る。磁気ターゲット２５は、ロータ１９と一体回転する。

また、制御モジュール１４は、例えばマイクロコントローラを備える制御回路１４２を備えている。マイクロコントローラは、エンジン・コンピュータ１５から取得されるとともに信号コネクタ２４を介して受信されるコマンド信号に従って、インバータ２６を制御する。

インバータ２６は、それぞれが２つのスイッチ要素を備えるアームを有している。スイッチ要素により、ステータ１８の対応する相Ｕ、Ｖ、Ｗを、接地またはバッテリ１２の供給電圧Ｂ＋に、それらのオンまたはオフ状態に応じて選択的に接続することができる。スイッチ要素は、好適にはＭＯＳＦＥＴタイプのパワートランジスタである。

図２および３を参照して、熱エンジンの中止された始動フェーズ中の電気機械のトルクを制御するための本発明による方法を以下に説明する。制御モジュール１４は、その実現のためにソフトウエア命令を格納するメモリを備え得る。

より具体的には、自動車両の熱エンジンの始動時に回転電気機械の発動機モードの起動が要求されている間のタイミングｔ０において、エンジン・コンピュータ１５は、対応する命令Ｉｎｓｔ＿ｄｅｍ＿ｅｃｕを、通信バスを介して電気機械１０に送信する。設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕおよび設定勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕも同様である。熱エンジンのこのような始動は、例えば、交通状況に応じて熱エンジンを自動的に停止および再始動する機能（いわゆる「ストップ・アンド・スタート（ｓｔｏｐ ａｎｄ ｓｔａｒｔ）」を表すＳＴＴ機能）の流れの中で行われる。

機能ブロック２７は、これらの値を別の機能ブロック２８に再送する。機能ブロック２８は、これらのトルクおよびトルク勾配値から、ステータコマンドＣｏｍｍ＿ｓｔａｔ、および特にロータコマンドＣｏｍｍ＿ｒｏｔを生成可能である。機能ブロック２７、２８は、好適には制御モジュール１４に組み込まれている。ロータコマンドＣｏｍｍ＿ｒｏｔは、励磁電流値に対応する。ステータコマンドＣｏｍｍ＿ｓｔａｔは、進角、スイッチ要素の開角、およびリップル電圧によって規定される。進角は、（インバータ２６のスイッチ要素により制御される）ステータ１８の相を流れる電圧と電気機械１０の起電力との位相差に対応する。開角は、スイッチ要素がバッテリの電位Ｂ＋にある場合の電気角に対応する。

したがって、図３から理解されるように、機械１０は、始動状態Ｄｅｍ＿ｏｎにある。内部設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌは、エンジン・コンピュータにより送信された例えば７０Ｎ．ｍの設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕに対応する。設定トルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌは、エンジン・コンピュータ１５により送信された例えば２００Ｎ．ｍ／ｓの設定トルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕに対応する。

既に起動された発動機モードの停止に対する要求Ｄの後、例えば、熱エンジンの始動の不具合に対応するアラート時間の終了後のタイミングｔ１において、ブロック２７は、電気機械に、ゼロに等しい設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ、ならびに例えばおよそ５００Ｎ．ｍ／ｓの所定の設定トルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌを適用する。これらの値は、エンジン・コンピュータ１５が要求するトルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕおよびトルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕとは無関係に適用される。

所定のトルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌは、電気機械１０の回転速度Ｗｍｅｌに依存する。好適には、速度が大きいほど、所定のトルク勾配は低い。一実施形態によれば、電気機械の内部トルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌは、図４に提示するマッピング図を使用して、電気機械の回転速度Ｗｍｅｌに応じて規定される。このマッピング図は、電気機械の速度Ｗｍｅｌが例えば４００ｒｐｍである閾値Ｓ１より低い場合、Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌの例えば５００Ｎ．ｍ／ｓである一定の最大値Ｇ＿ｍａｘを設定する。マッピング図は、電気機械の速度Ｗｍｅｌが例えば１２００ｒｐｍである閾値Ｓ２より大きい場合、Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌの例えば１００Ｎ．ｍ／ｓである一定の最小値Ｇ＿ｍｉｎを設定する。勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌは、回転速度ＷｍｅｌがＳ１からＳ２になるとき、Ｇ＿ｍａｘからＧ＿ｍｉｎに直線的に減少する。特に多項式関数または指数関数等による展開により、他の形態のマッピングが想定可能であることを理解されたい。

インバータ２６のスイッチ要素を開放する態様と比較すると、本発明による機械を制御するための方法の実施中には、車載ネットワークに過電圧が出現しないことを観察することができる（従来の態様により取得した車載ネットワークＩｄｃ＿ｅｄｔの電流曲線、および本発明による方法の実施中に取得した曲線Ｉｄｃ＿ｉｎｖを参照）。

次いで、電気機械１０は、例えばおよそ１００ｍｓ続く始動一時停止状態Ｓｕｓｐ＿ｄｅｍに入る。

タイミングｔ２において、電気機械１０は、設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕおよびトルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕが電気機械に適用される始動状態Ｄｅｍ＿ｏｎに戻ることができる。

アラート時間の終了時のタイミングｔ３において、ブロック２７は、エンジン・コンピュータ１５の値Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ、Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕを短絡することにより、電気機械１０に、０に等しい設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ、ならびに例えばおよそ４００Ｎ．ｍ／ｓの設定勾配Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌを適用する。こうして、電気機械１０は、例えばおよそ２００ｍｓ続く始動一時停止状態Ｓｕｓｐ＿ｄｅｍ’に入る。

次いで、タイミングｔ４において、電気機械１０は、設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕおよびＧ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕが電気機械１０に適用される始動状態Ｄｅｍ＿ｏｎに入る。

例えば熱エンジンの自律性の閾値に対応する電気機械の速度閾値を超えた後のタイミングｔ５において、ブロック２７は、電気機械１０に、ゼロに等しい設定トルクＴ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ、ならびに例えばおよそ１００Ｎ．ｍ／ｓの設定トルク勾配Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌを適用する。熱エンジンの始動が成功したら、電気機械１０は、通信バスに対応する状態Ｍｔｈ＿ｏｋを送信する。

変形例として、発動機モードの停止に対する要求Ｄは、特にステータ１８、ロータ１９、または電気機械１０のコマンドまたは電力電子機器の温度について、電気機械１０の温度閾値を超えた後に生成されてもよい。

電気機械１０のトルクがゼロになると、ジュール損失をステータ１８内の残留電流からなくすように、例えばおよそ１０ｍｓ±１０％の時間に亘り、ステータ１８の相の短絡が実施される。

上記の説明は純粋に例としてなされ、本発明の分野を限定するものではなく、上記からの逸脱は、種々の要素を他の同等物に置き換えることで構成されないことを理解されたい。

更に、本発明の種々の特徴、変形例および／または実施形態は、それらが互換性がない、または相互に排他的でない限り、様々な組み合わせに応じて互いに関連付けられ得る。

Claims (10)

1. ステータ（１８）とロータ（１９）とを備えた自動車両用の回転電気機械（１０）であって、ステータコマンド（Ｃｏｍｍ＿ｓｔａｔ）を、前記回転電気機械（１０）に適用されるトルクおよびトルク勾配から生成可能である制御モジュール（１４）を備えた回転電気機械（１０）を制御する方法において、
   −前記回転電気機械（１０）の発動機モードの起動の要求の後、特に自動車両の熱エンジンの始動中に、前記方法は、前記自動車両のエンジン・コンピュータにより送信された設定トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）および設定トルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）を適用するステップを備え、
   −既に起動された前記発動機モードの停止に対する要求（Ｄ）の後、前記自動車両の前記エンジン・コンピュータ（１５）が要求する前記トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）および前記トルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｅｃｕ）とは無関係に、前記方法は、前記回転電気機械（１０）に対して、ゼロに等しい設定トルク（Ｔ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）ならびに所定のトルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）を適用するステップを備える、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記所定のトルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）は、前記回転電気機械（１０）の回転速度（Ｗｍｅｌ）に依存する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記回転電気機械（１０）の前記回転速度（Ｗｍｅｌ）が大きいほど、前記所定のトルク勾配（Ｇ＿ｃｏｎｓ＿ｍｅｌ）は低い、
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記発動機モードの停止に対する前記要求（Ｄ）は、トルク適用時間の終了後に生成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記発動機モードの停止に対する前記要求（Ｄ）は、温度閾値を超えた後に生成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記発動機モードの停止に対する前記要求（Ｄ）は、前記回転電気機械（１０）の回転速度閾値を超えた後に生成される、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記制御モジュール（１４）は、ロータコマンド（Ｃｏｍｍ＿ｒｏｔ）を、前記回転電気機械（１０）に適用される前記トルクおよび前記トルク勾配から、生成可能であり、前記ロータコマンド（Ｃｏｍｍ＿ｒｏｔ）は、励磁電流の値である、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ステータコマンド（Ｃｏｍｍ＿ｓｔａｔ）は、前記ステータ（１８）の電圧と前記回転電気機械（１０）の起電力との間の進角、インバータ（２６）のスイッチ要素の開角、およびリップル電圧により規定される、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記回転電気機械（１０）は、オルタネータ・スタータである、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
10. 回転電気機械（１０）用の制御モジュール（１４）であって、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の前記回転電気機械（１０）を制御する方法を実現するためのソフトウエア命令を格納したメモリを備えたことを特徴とする制御モジュール（１４）。

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