JP2022142254A - アイドルストップ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用発電電動機の劣化判定をより適正に行うことができるアイドルストップ制御装置を得る。【解決手段】磁束推定部２３は、車両用発電電動機１０５の駆動時と発電時のいずれか一方または両方において、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束φを演算する。劣化判定部２４は、磁束推定部２３において算出された磁束φが設定範囲にあるかどうかを判定する。また、劣化判定部２４は、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定した場合、アイドルストップを禁止する指令を、エンジン制御部１０に出力する。【選択図】図２

Description

本開示は、アイドルストップ制御装置に関するものである。

従来のアイドルストップ装置付き車両の制御装置では、スタータモータの力行時間が積算される。そして、力行時間の積算時間に基づいて、スタータモータの劣化判定が行われる。スタータモータが劣化していると判定された場合、アイドルストップが禁止される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２８１２３７号公報

特許文献１の制御装置では、スタータモータの力行時間の積算時間に基づいて、スタータモータの劣化判定が行われる。スタータモータは、エンジン始動時又はエンジン再始動時に動作するものであり、力行運転のみが実施できればよいので、力行時間の積算時間による劣化判定が可能である。しかし、発電も実施する車両用発電電動機では、発電も含めた運転状態において劣化判定を行わないと、アイドルストップ後の再始動ができなくなる可能性がある。

本開示は、上記のような課題を解決するために為されたものであり、車両用発電電動機の劣化判定をより適正に行うことができるアイドルストップ制御装置を得ることを目的とする。

本開示に係るアイドルストップ制御装置は、車両用発電電動機の電機子巻線に電圧を印加する電圧印加部を制御するＭＧ制御部を備え、ＭＧ制御部は、車両用発電電動機の駆動時と発電時のいずれか一方または両方において、車両用発電電動機に発生する磁束を推定する磁束推定部と、磁束推定部により推定された磁束に基づいて、車両用発電電動機の性能が劣化しているかどうかを判定する劣化判定部とを有しており、ＭＧ制御部は、劣化判定部による判定結果に基づいて、車両用発電電動機のアイドルストップに関する制御を行う。

本開示のアイドルストップ制御装置によれば、車両用発電電動機の劣化判定をより適正に行うことができる。

実施の形態１による車両の要部を一部ブロックで示す構成図である。 図１の車両用発電電動機、第１電圧印加部、第２電圧印加部、界磁電圧印加部、及びＭＧ制御部を示す概略の回路図である。 回転座標系における電流ベクトルを示すグラフである。 位相角と出力トルクとの関係を示すグラフである。 電流の絶対値がＩの場合における車両用発電電動機の出力トルクとマグネットトルクとの関係を示すグラフである。 界磁電流と磁束との関係を示すグラフである。 図２のＭＧ制御部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態２による車両の要部を一部ブロックで示す構成図である。 図８のＭＧ制御部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１、２によるアイドルストップ制御装置の各機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。 実施の形態１、２によるアイドルストップ制御装置の各機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による車両の要部を一部ブロックで示す構成図である。図１において、ドライブシャフト１０１の両端には、それぞれ車輪１０２が設けられている。ドライブシャフト１０１には、変速機１０３を介して、エンジン１０４が接続されている。

車両用発電電動機１０５は、図示しないベルトを介して、エンジン１０４に接続されている。また、車両用発電電動機１０５は、エンジン１０４の補機として、一対の車輪１０２を回転させる駆動力を発生する。また、車両用発電電動機１０５は、エンジン１０４の回転を利用して発電を行う。

また、車両用発電電動機１０５は、アイドルストップからの復帰時に、力行トルクを発生させてエンジン１０４の回転の立ち上がりを促進し、エンジン１０４を停止状態から再始動させる。

車両用発電電動機１０５には、第１電圧印加部１０６、第２電圧印加部１０７、及び界磁電圧印加部１０８が接続されている。

アイドルストップ制御装置１は、エンジン制御部１０と、ＭＧ（Motor Generator）制御部２０とを有している。

エンジン制御部１０は、エンジン１０４を制御する。エンジン１０４は、エンジン制御部１０からの制御信号に従って、車両を駆動するための駆動トルクを発生する。駆動トルクは、変速機１０３及びドライブシャフト１０１を介して、一対の車輪１０２に伝達される。

エンジン制御部１０には、複数の信号が入力される。複数の信号には、エンジンキースイッチ信号、アクセル開度信号、ブレーキ圧信号、変速機１０３のシフト位置信号、エンジン１０４の回転数信号、車速信号等が含まれている。

エンジン制御部１０は、入力された複数の信号に基づいて、車両の運転条件を検出する。また、エンジン制御部１０は、検出された運転条件に基づいて、エンジン１０４を制御する。

また、エンジン制御部１０は、燃費向上のため、アイドルストップ許可条件を満たし、且つアイドルストップ禁止条件に該当しないときに、アイドルストップ制御として、エンジン１０４を停止させる。アイドルストップ許可条件としては、車両の停止前の減速時であること、車両の停止時であること等が挙げられる。

また、エンジン制御部１０は、アイドルストップ制御の後、アイドルストップ復帰条件を満たすときに、ＭＧ制御部２０に制御指令を送信する。

ＭＧ制御部２０は、制御指令に基づいて、車両用発電電動機１０５を用いてエンジン１０４を再始動させる。このとき、ＭＧ制御部２０は、第１電圧印加部１０６、第２電圧印加部１０７、及び界磁電圧印加部１０８における印加電圧を制御し、車両用発電電動機１０５に流れる電流を制御する。

具体的なアイドルストップ許可条件は、例えば、以下の（ａ）又は（ｂ）が成立し、且つ（ｃ）～（ｅ）のすべてが成立しているときである。なお、条件（ｅ）については、詳細を後述する。
（ａ）車速がゼロである
（ｂ）燃料カット中かつ車速が速度設定値以下である
（ｃ）アクセル開度が第１開度設定値以下である
（ｄ）ブレーキ圧が第１ブレーキ圧設定値以上である
（ｅ）車両用発電電動機１０５の性能が正常である

具体的なアイドルストップ禁止条件は、例えば、次の（ｆ）～（ｈ）のいずれかが成立しているときである。なお、条件（ｈ）については、詳細を後述する。
（ｆ）エンジン水温が温度設定値以下である
（ｇ）直流電圧が電圧設定値以下である
（ｈ）車両用発電電動機１０５の性能が劣化している

具体的なアイドルストップ復帰条件は、例えば、次の（ｉ）～（ｋ）のいずれかが成立しているときである。
（ｉ）アクセル開度が第２開度設定値以上である
（ｊ）ブレーキ圧が第２ブレーキ圧設定値以下である
（ｋ）ステアリングトルクがトルク設定値以上である

図２は、図１の車両用発電電動機１０５、第１電圧印加部１０６、第２電圧印加部１０７、界磁電圧印加部１０８、及びＭＧ制御部２０を示す概略の回路図である。

車両用発電電動機１０５は、２組の電機子巻線、即ち第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２と、界磁巻線１１３とを有している。実施の形態１の車両用発電電動機１０５は、界磁巻線型交流回転機である。

第１電機子巻線１１１は、３相の巻線、即ち巻線Ｕ１、巻線Ｖ１、及び巻線Ｗ１から構成されている。第２電機子巻線１１２は、３相の巻線、即ち巻線Ｕ２、巻線Ｖ２及び巻線Ｗ２から構成されている。第１電機子巻線１１１と第２電機子巻線１１２とは、互いに電気的に接続されることなく、車両用発電電動機１０５の図示しない固定子に納められている。

界磁巻線１１３は、車両用発電電動機１０５の図示しない回転子に納められている。また、界磁巻線１１３は、界磁電流が流されることによって電磁石として機能する。

なお、ここでは、界磁巻線１１３を有する２重３相交流回転機を例として説明するが、回転子に磁石が設けられている交流回転機、４相以上の電機子巻線を有する交流回転機、１組又は３組以上の電機子巻線を有する交流回転機などであっても、同様の効果を得ることができる。

第１電圧印加部１０６は、第１電機子巻線１１１に電圧を印加する。第２電圧印加部１０７は、第２電機子巻線１１２に電圧を印加する。界磁電圧印加部１０８は、界磁巻線１１３に電圧を印加する。

第１電圧印加部１０６、第２電圧印加部１０７、及び界磁電圧印加部１０８には、直流電源１０９から直流電圧Ｖｄｃが印加される。直流電源１０９は、直流電圧を印加する機器であれば、特に限定されない。直流電圧を印加する機器としては、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）整流器等が挙げられる。

直流電源１０９には、平滑コンデンサ１１０が並列に接続されている。平滑コンデンサ１１０は、母線電流の変動を抑制して、直流電流を安定化する。ここでは細かく図示しないが、真のコンデンサ容量Ｃ以外に、等価直列抵抗Ｒｃ、リードインダクタンスＬｃが存在する。

第１電圧印加部１０６は、例えば逆変換回路であるインバータを用い、直流電圧Ｖｄｃを電力変換して、巻線Ｕ１、巻線Ｖ１、及び巻線Ｗ１に電圧を印加する。これにより、巻線Ｕ１に電流Ｉｕ１が通電され、巻線Ｖ１に電流Ｉｖ１が通電され、巻線Ｗ１に電流Ｉｗ１が通電される。

具体的には、第１電圧印加部１０６は、３つの高電位側スイッチ部Ｓｕｐ１，Ｓｖｐ１，Ｓｗｐ１と、３つの低電位側スイッチ部Ｓｕｎ１，Ｓｖｎ１，Ｓｗｎ１とを有している。スイッチ部Ｓｕｐ１，Ｓｖｐ１，Ｓｗｐ１，Ｓｕｎ１，Ｓｖｎ１，Ｓｗｎ１のそれぞれは、スイッチング信号Ｑｕｐ１，Ｑｖｐ１，Ｑｗｐ１，Ｑｕｎ１，Ｑｖｎ１，Ｑｗｎ１のうちの対応するスイッチング信号に基づいて、オンオフされる。

第２電圧印加部１０７は、例えば逆変換回路であるインバータを用い、直流電圧Ｖｄｃを電力変換して、巻線Ｕ２、巻線Ｖ２、及び巻線Ｗ２に電圧を印加する。これにより、巻線Ｕ２に電流Ｉｕ２が通電され、巻線Ｖ２に電流Ｉｖ２が通電され、巻線Ｗ２に電流Ｉｗ２が通電される。

具体的には、第２電圧印加部１０７は、３つの高電位側スイッチ部Ｓｕｐ２，Ｓｖｐ２，Ｓｗｐ２と、３つの低電位側スイッチ部Ｓｕｎ２，Ｓｖｎ２，Ｓｗｎ２とを有している。スイッチ部Ｓｕｐ２，Ｓｖｐ２，Ｓｗｐ２，Ｓｕｎ２，Ｓｖｎ２，Ｓｗｎ２のそれぞれは、スイッチング信号Ｑｕｐ２，Ｑｖｐ２，Ｑｗｐ２，Ｑｕｎ２，Ｑｖｎ２，Ｑｗｎ２のうちの対応するスイッチング信号に基づいて、オンオフされる。

界磁電圧印加部１０８は、例えばコンバータを用い、直流電圧Ｖｄｃを電力変換して、車両用発電電動機１０５の界磁巻線１１３に電圧を印加する。これにより、界磁巻線１１３に界磁電流Ｉｆが通電される。

具体的には、界磁電圧印加部１０８は、２つの高電位側スイッチ部Ｓｐ１，Ｓｐ２と、２つの低電位側スイッチ部Ｓｎ１，Ｓｎ２とを有している。スイッチ部Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２のそれぞれは、スイッチング信号Ｑｐ１，Ｑｐ２，Ｑｎ１，Ｑｎ２のうちの対応するスイッチング信号に基づいて、オンオフされる。

例えば、各スイッチング信号Ｑｕｐ１～Ｑｗｎ１，Ｑｕｐ２～Ｑｗｎ２，Ｑｐ１～Ｑｎ２の値が「１」ならば、その信号は、対応するスイッチ部をオンするための信号である。また、各スイッチング信号Ｑｕｐ１～Ｑｗｎ１，Ｑｕｐ２～Ｑｗｎ２，Ｑｐ１～Ｑｎ２の値が「０」ならば、その信号は、対応するスイッチ部をオフするための信号である。

また、各スイッチ部Ｓｕｐ１～Ｓｗｎ１，Ｓｕｐ２～Ｓｗｎ２，Ｓｐ１～Ｓｎ２は、半導体スイッチとダイオードとが逆並列に接続されて構成されている。半導体スイッチとしては、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）パワートランジスタ等が挙げられる。

なお、界磁巻線１１３に流す電流の方向を変える必要がない場合には、スイッチ部Ｓｐ２は常時オフとしてもよい。

スイッチ部Ｓｎ２も、常時オフとするか、又はダイオードで構成してもよい。但し、ダイオードの抵抗が大きいため、半導体スイッチをオンした方が発熱量を低減できる。

ＭＧ制御部２０は、機能ブロックとして、電圧指令演算部２１、出力電圧生成部２２、磁束推定部２３、及び劣化判定部２４を有している。

電圧指令演算部２１は、エンジン制御部１０からの制御指令に基づいて、電流指令を演算する。また、電圧指令演算部２１は、演算した電流指令に基づいて、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１、電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２、及び界磁電圧指令Ｖｆを演算し、出力電圧生成部２２に出力する。

電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、それぞれ巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に電圧を印加するための指令である。電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は、それぞれ巻線Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に電圧を印加するための指令である。界磁電圧指令Ｖｆは、界磁巻線１１３に電圧を印加するための指令である。

以下、電流指令の生成方法について説明する。図３は、回転座標系における電流ベクトルを示すグラフである。電流ベクトルの絶対値をＩとし、ｑ軸からの位相角をβとすると、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑは、式（１）で与えられる。

図４は、位相角βと出力トルクＴとの関係を示すグラフである。細い実線は、電流の絶対値がＩの場合の出力トルクを示している。１点鎖線は、電流の絶対値がＩの６６．７％である場合の出力トルクを示している。破線は、電流の絶対値がＩの３３．３％である場合の出力トルクを示している。

太い実線Ａは、正トルクにおける最小電流最大トルク曲線である。太い実線Ｂは、負トルクにおける最小電流最大トルク曲線である。

最小電流最大トルク曲線Ａ及びＢ上のｄ軸電流及びｑ軸電流の組み合わせを通電することによって、同一トルクを出力するための電流の絶対値を最小にすることができる。このため、制御指令により要求される要求トルクに対して、最小電流最大トルク曲線上のｄ軸電流及びｑ軸電流の組み合わせが、通常時の電流指令として選択される。

ここでは、簡単のため、ｄ軸電流及びｑ軸電流の組み合わせのみで説明したが、界磁電流も含めて最小損失となるようなｄ軸電流、ｑ軸電流、及び界磁電流が選択されてもよい。また、磁束を推定する場合には、後述する磁束推定制御時における電流指令が選択される。

次に、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の演算方法について説明する。第１電機子巻線１１１に対する電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、例えば、電流フィードバック制御によって求められる。

電流フィードバック制御においては、第１電機子巻線１１１を構成する３相の巻線に流れる電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１が、既存の電流検出器によって検出される。既存の電流検出器は、例えばシャント抵抗である。これらの電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１は、固定座標系におけるベクトルである。これらの電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１は、回転座標系におけるｄ軸電流Ｉｄ１及びｑ軸電流Ｉｑ１に変換される。

この後、ｄ軸電流Ｉｄ１とｄ軸電流指令Ｉｄ１＊との偏差、及びｑ軸電流Ｉｑ１とｑ軸電流指令Ｉｑ１＊との偏差がそれぞれゼロとなるように、比例積分制御によって、ｄ軸電圧指令Ｖｄ１及びｑ軸電圧指令Ｖｑ１が求められる。

そして、回転座標系におけるｄ軸電圧指令Ｖｄ１及びｑ軸電圧指令Ｖｑ１が固定座標系におけるベクトルに変換されることにより、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１が求められる。

なお、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１は、フィードフォワード制御、推定値を用いた制御、又は電流フィードバック制御によって求められてもよい。

フィードフォワード制御、及び推定値を用いた制御においては、電圧指令演算部２１への電流Ｉｕ１，Ｉｖ１，Ｉｗ１の入力は必須ではない。

なお、電流フィードバック制御においては、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ１＊を固定座標系のベクトルに変換することにより得られる、電流指令Ｉｕ１＊，Ｉｖ１＊，Ｉｗ１＊を用いてもよい。

第２電機子巻線１１２に対する電圧指令Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の演算方法は、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の演算方法と同様である。

なお、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２に対する電圧指令は、ｄ軸和電流Ｉｄ＿ｓｕｍ、ｑ軸和電流Ｉｑ＿ｓｕｍ、ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆ、及びｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆを用いた電流フィードバック制御によって、算出されてもよい。

ｄ軸和電流Ｉｄ＿ｓｕｍは、第１電機子巻線１１１のｄ軸電流Ｉｄ１と第２電機子巻線１１２のｄ軸電流Ｉｄ２との和である。ｑ軸和電流Ｉｑ＿ｓｕｍは、第１電機子巻線１１１のｑ軸電流Ｉｑ１と第２電機子巻線１１２のｑ軸電流Ｉｑ２との和である。ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆは、第１電機子巻線１１１のｄ軸電流Ｉｄ１と第２電機子巻線１１２のｄ軸電流Ｉｄ２との差である。ｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆは、第１電機子巻線１１１のｑ軸電流Ｉｑ１と第２電機子巻線１１２のｑ軸電流Ｉｑ２との差である。

次に、界磁電圧指令Ｖｆの演算方法について説明する。界磁電圧指令Ｖｆは、例えば、電流フィードバック制御によって求められる。

電流フィードバック制御においては、界磁巻線１１３に流れる界磁電流Ｉｆが、既存の電流検出器によって検出される。既存の電流検出器は、例えばシャント抵抗である。この後、界磁電流Ｉｆと電流指令との偏差がゼロとなるように、比例積分制御によって、界磁電圧指令Ｖｆが求められる。

なお、界磁電圧指令Ｖｆは、フィードフォワード制御、又は推定値を用いた制御によって求められてもよい。

フィードフォワード制御、及び推定値を用いた制御においては、電圧指令演算部２１への界磁電流Ｉｆの入力は必須ではない。

出力電圧生成部２２は、電圧指令演算部２１から出力された電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を、パルス幅変調により変調する。これにより、出力電圧生成部２２は、電圧指令Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に応じたパルス幅を持つスイッチング信号Ｑｕｐ１～Ｑｗｎ１を出力する。

なお、スイッチング信号Ｑｕｐ１～Ｑｗｎ１は、公知の変調方式によって変調された電圧Ｖｕ１’，Ｖｖ１’，Ｖｗ１’から生成してもよい。公知の変調方式としては、空間ベクトル変調、２相変調等が挙げられる。

スイッチング信号Ｑｕｐ２～Ｑｗｎ２の生成方法、及びスイッチング信号Ｑｐ１～Ｑｎ２の生成方法は、スイッチング信号Ｑｕｐ１～Ｑｗｎ１の生成方法と同様である。

磁束推定部２３は、車両用発電電動機１０５の駆動時と発電時のいずれか一方または両方において、磁束推定制御を実施する。また、磁束推定部２３は、磁束推定制御において、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束φを演算する。

具体的には、磁束推定部２３は、磁束推定制御の実施中における第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２のそれぞれの状態値と指令値とに基づいて、磁束φを演算する。状態値は、ｄ軸電流Ｉｄ１，Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ１，Ｉｑ２である。指令値は、ｄ軸電圧指令Ｖｄ１，Ｖｄ２及びｑ軸電圧指令Ｖｑ１，Ｖｑ２である。

なお、磁束φの演算には、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２のそれぞれのｄ軸電流及びｑ軸電流の代わりに、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２のそれぞれに関するｄ軸電流指令及びｑ軸電流指令が用いられてもよい。

劣化判定部２４は、磁束推定部２３において算出された磁束φが設定範囲にあるかどうかを判定する。また、劣化判定部２４は、磁束推定部２３において算出された磁束φが設定範囲を逸脱した場合、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定する。また、劣化判定部２４は、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定した場合、アイドルストップを禁止する指令を、エンジン制御部１０へ出力する。

図５は、電流の絶対値がＩの場合における車両用発電電動機１０５の出力トルクとマグネットトルクとの関係を示すグラフである。実線は、車両用発電電動機１０５の出力トルクを示している。破線は、マグネットトルクを示している。

図５において、実線と破線との差分がリラクタンストルクである。多くの場合、出力トルクにおいてマグネットトルクが占める割合は大きく、磁束φが低下すると、その分だけ出力トルクも低下する。

図６は、界磁電流Ｉｆと磁束φとの関係を示すグラフである。車両用発電電動機１０５の性能が正常である場合における磁束φは、実線により示されている。磁束φは、界磁電流Ｉｆが増加するほど大きくなる。車両用発電電動機１０５の性能が正常である場合における磁束φｉｄｅａｌは、式（２）のように表すことができる。

例えば、何らかの要因により、回転子の界磁が減磁した場合には、磁束推定部２３により得られた磁束φが、図６の破線のようになり、界磁電流Ｉｆによらず、車両用発電電動機１０５の性能が正常である場合とくらべて低下する。従って、車両用発電電動機１０５の出力トルクの最大値は低下する。劣化判定部２４は、式（３）を満たす場合、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定し、アイドルストップを禁止する。ここで、φｔｈは、判定用磁束であり、エンジン１０４の再始動に必要とされる出力トルクから決定される。

なお、劣化判定部２４は、式（４）を用いて性能劣化を判定してもよい。式（４）において、φｍａｘは、出力可能な界磁電流の最大値における磁束、φｒｕｎは、エンジン１０４の再始動に必要とされる出力トルクＴｒｕｎから決定される磁束である。

例えば、磁束φｒｕｎは、極対数をＰ、出力可能なｑ軸和電流の最大値をＩｑ＿ｓｕｍ＿ｍａｘとすると、式（５）で与えればよい。

以下、磁束推定制御時における電流指令の与え方、及び磁束の推定方法について説明する。

界磁巻線１１３、第１電機子巻線１１１、及び第２電機子巻線１１２に関する電圧方程式は、式（６）のように与えられる。式（６）において、ωは電気角速度である。Ｒａは、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２の各抵抗である。Ｒｆは、界磁巻線１１３の抵抗である。Ｌｄは、ｄ軸自己インダクタンスである。Ｌｑは、ｑ軸自己インダクタンスである。Ｌｆは、界磁巻線１１３の自己インダクタンスである。Ｍｄは、第１電機子巻線１１１と第２電機子巻線１１２との間のｄ軸相互インダクタンスである。Ｍｑは、第１電機子巻線１１１と第２電機子巻線１１２との間のｑ軸相互インダクタンスである。Ｌｍｄは、第１電機子巻線１１１と界磁巻線１１３との間及び第２電機子巻線１１２と界磁巻線１１３との間の相互インダクタンスである。φｆ０は、界磁電流Ｉｆがゼロのときの磁束である。ｓは、ラプラス演算子である。

磁束φは式（７）で与えられる。つまり、界磁電流Ｉｆによって磁束φを調整することが可能である。

各電機子巻線に印加できる電圧は、直流電圧Ｖｄｃ以下なので、ｄ軸電流及びｑ軸電流を安定的に所望の値に制御できる条件は、式（８）に示した通りとなる。従って、式（８）の電圧飽和条件を考慮して、磁束推定制御時の界磁電流Ｉｆを決定することにより、磁束推定部２３は、ｄ軸電流Ｉｄ１，Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ１，Ｉｑ２を指令値通りに出力でき、磁束φを精度良く推定できる。

式（９）のように整理すると、定常状態では式（１０）が成り立つ。ここで、Ｖｄ＿ｓｕｍは、ｄ軸和電圧である。Ｖｑ＿ｓｕｍは、ｑ軸和電圧である。Ｖｄ＿ｄｉｆｆは、ｄ軸差電圧である。Ｖｑ＿ｄｉｆｆは、ｑ軸差電圧である。

式（１０）より、磁束φは式（１１）によって算出できる。

ｄ軸自己インダクタンスＬｄ及びｄ軸相互インダクタンスＭｄは、磁気飽和によって変化する。そこで、式（１１）の右辺第２項を精度良く算出するために、磁束推定部２３は、例えば、予めｄ軸電流、ｑ軸電流、及び界磁電流と、インダクタンスとの関係を規定したマップを用いて磁束φを算出する。

また、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２の各抵抗Ｒａは、温度によって変化する。そこで、式（１１）の右辺第３項を精度良く算出するために、磁束推定部２３は、例えば、温度を検出又は推定した上で、予め温度と抵抗Ｒａとの関係を規定したマップを用いて算出する。

インダクタンスは、主に電流によって変化するため、インダクタンス変化の時定数は比較的小さい。これに対し、抵抗は、主に温度によって変化するため、抵抗変化の時定数はインダクタンス変化の時定数よりも大きい。従って、電流制御の演算周期を考慮すると、抵抗成分である式（１１）の右辺第３項は、電流が変化しない限り一定と考えてよい。

従って、式（１２）のように、ｄ軸和電流Ｉｄ＿ｓｕｍがゼロに制御されることにより、式（１１）の右辺第２項はゼロにされる。これにより、式（１３）のように、磁束φに与える影響を、抵抗成分の影響のみとすることができ、磁束φの推定精度を向上させることができる。ここでは、２組の電機子巻線が用いられている場合を説明しているが、１組の電機子巻線のみが用いられている場合であっても、同様に磁束φを算出することができる。

さらに、式（１４）のように、ｑ軸和電流Ｉｑ＿ｓｕｍがゼロに制御されることにより、式（１３）の右辺第２項もゼロにされる。これにより、式（１５）によって、磁束φを算出できるため、磁束の推定精度をさらに向上させることができる。

出力トルクは、極対数をＰとすると、式（１６）によって与えられる。

式（１４）が成立する場合には、出力トルクは式（１７）により表されるので、車両用発電電動機１０５は、ゼロではない出力トルクを得ることができる。

本実施の形態の車両用発電電動機１０５は、２組の電機子巻線を有している。このため、力行トルクを得るためには、ＭＧ制御部２０は、ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆとｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆとを、互いに同符号になるように制御すればよい。また、回生トルクを得るためには、ＭＧ制御部２０は、ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆとｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆとを、互いに異符号になるように制御すればよい。

ｑ軸和電流Ｉｑ＿ｓｕｍが式（１４）を満たす場合には、式（１６）の右辺第１項のマグネットトルク成分がゼロとなる。このため、出力トルクＴを得るためには、右辺第２項のリラクタンストルク成分によって、出力トルクＴが賄われる必要がある。そこで、磁束推定部２３は、式（１３）の右辺第２項における各電機子巻線の抵抗Ｒａを、式（１８）から同定する。

ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆ及びｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆが式（１９）を満たすように制御される場合、各電機子巻線の抵抗Ｒａは式（２０）により算出できる。

磁束φは、式（２１）により推定される。

このとき、出力トルクＴは式（２２）によって表される。そのため、以下のような簡単な方法により、車両用発電電動機１０５は、磁束推定部２３によって磁束φが推定されている間に出力トルクＴを得ることができる。簡単な方法では、まず、第１電機子巻線１１１に関するｄ軸電流指令Ｉｄ１＊と、第２電機子巻線１１２に関するｄ軸電流指令Ｉｄ２＊とが等しい値に設定される。その一方で、第１電機子巻線１１１に関するｑ軸電流指令Ｉｑ１＊と、第２電機子巻線１１２に関するｑ軸電流指令Ｉｑ２＊とが異なる値に設定される。この方法によれば、出力トルクＴをマグネットトルクのみで表現することが可能なため、要求トルクに対する電流指令を決定しやすい。

ｄ軸差電流Ｉｄ＿ｄｉｆｆ及びｑ軸差電流Ｉｑ＿ｄｉｆｆが式（２３）を満たすように制御される場合、各電機子巻線の抵抗Ｒａは、式（２４）により算出される。

このとき、磁束φは、式（２５）により推定される。

このときの出力トルクＴは式（２２）によって表される。そのため、以下のような簡単な方法により、車両用発電電動機１０５は、磁束推定部２３によって磁束φが推定されている間に出力トルクＴを得ることができる。簡単な方法では、まず、第１電機子巻線１１１に関するｑ軸電流指令Ｉｑ１＊と、第２電機子巻線１１２に関するｑ軸電流指令Ｉｑ２＊とが等しい値に設定される。その一方で、第１電機子巻線１１１に関するｄ軸電流指令Ｉｄ１＊と、第２電機子巻線１１２に関するｄ軸電流指令Ｉｄ２＊とが異なる値に設定される。

なお、磁束推定制御時の出力トルクＴをゼロとするためには、電圧指令演算部２１は、ｄ軸電流指令Ｉｄ１＊，Ｉｄ２＊及びｑ軸電流指令Ｉｑ１＊，Ｉｑ２＊をゼロにして、磁束推定部２３は、ｑ軸電圧指令Ｖｑ１，Ｖｑ２を用いて磁束を算出すればよい。

次に、図は省略するが、車両用発電電動機１０５が３組の電機子巻線を有する交流回転機である場合について説明する。磁束φは、式（２６）により与えられる。このため、式（１２）を満たすようにｄ軸和電流Ｉｄ＿ｓｕｍが制御されることによって、磁束推定部２３は、式（２７）により磁束φを算出することができる。

さらに、式（１４）のようにｑ軸和電流Ｉｑ＿ｓｕｍがゼロに制御されることにより、磁束推定部２３は、式（２８）によって磁束φを算出することができる。

このとき、出力トルクＴは式（２９）で与えられる。このため、ＭＧ制御部２０は、ｄ軸電流Ｉｄ１，Ｉｄ２及びｑ軸電流Ｉｑ１，Ｉｑ２を式（３０）のように通電する。そして、ＭＧ制御部２０は，３組のうち第１組の電流指令のｄ軸成分と第２組の電流指令のｄ軸成分との差、及び第１組の電流指令のｑ軸成分と第２組の電流指令のｑ軸成分との差を、それぞれゼロではない値とする。これにより、ゼロではない出力トルクを得ることができる。

また、式（２７）の右辺第２項における各電機子巻線の抵抗Ｒａは、２組の場合と同様に、式（３１）によって同定される。ここで、Ｖｄ＿ｄｉｆｆ１２は、第１組と第２組との間のｄ軸差電圧である。Ｖｑ＿ｄｉｆｆ１２は、第１組と第２組との間のｑ軸差電圧である。Ｉｄ＿ｄｉｆｆ１２は、第１組と第２組との間のｄ軸差電流である。Ｉｑ＿ｄｉｆｆ１２は、第１組と第２組との間のｑ軸差電流である。

以上、１組～３組の電機子巻線を有する交流回転機の場合について説明したが、ｍを自然数としたとき、ｍ組の電機子巻線を有する交流回転機についても、同様の効果を得ることができる。

ｍを自然数として、車両用発電電動機１０５がｍ組の電機子巻線を有しているとき、磁束推定部２３は、ｍ組の電流指令のｄ軸成分の和をゼロとして制御した状態における電圧指令のｑ軸成分を用いて、磁束を演算することができる。

なお、回転子に界磁巻線１１３が設けられておらず、回転子に磁石が設けられている交流回転機では、式（３２）により磁束φが与えられる。ここで、φｍは磁石の磁束である。また、回転子に界磁巻線１１３及び磁石が設けられている交流回転機では、式（３３）により磁束φが与えられる。

回転子に磁石が設けられている場合、磁石の減磁によって始動時の駆動トルクが低下する。これにより、磁石が減磁している状態においてアイドリングストップが行われた場合であっても、エンジン１０４を再始動できなくなることが抑制される。

また、回転子に界磁巻線１１３が設けられている場合、磁石の減磁によって、界磁電流Ｉｆよる磁束が飽和し易い状態となり、駆動トルクが低下する。これにより、磁石が減磁している状態においてアイドルストップが行われた場合であっても、再始動できなくなることが抑制される。

図７は、図２のＭＧ制御部２０の動作を示すフローチャートである。ＭＧ制御部２０は、図７に示す処理を、予め設定されたタイミングで実行する。

ＭＧ制御部２０は、まずステップＳ１０１において、電流指令を演算する。続いて、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０２において、電圧指令を演算する。そして、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０３において、第１電圧印加部１０６、第２電圧印加部１０７、及び界磁電圧印加部１０８に対して、それぞれ電圧指令を出力する。

また、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０４において、車両用発電電動機１０５内の磁束を演算する。そして、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０５において、車両用発電電動機１０５の性能の劣化判定を行う。言い換えると、ＭＧ制御部２０は、車両用発電電動機１０５の性能が正常であるかどうかを判定する。

車両用発電電動機１０５の性能が正常であると判定された場合、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０６において、アイドルストップを許可し、その回の処理を終了する。

一方、車両用発電電動機１０５の性能が正常ではないと判定された場合、即ち、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定された場合、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ１０７において、アイドルストップを禁止する。そして、ＭＧ制御部２０は、アイドルストップを禁止する旨の指令をエンジン制御部１０に送り、その回の処理を終了する。

このようなアイドルストップ制御装置１では、ＭＧ制御部２０が、磁束推定部２３と、劣化判定部２４とを有している。磁束推定部２３は、車両用発電電動機１０５の駆動時と発電時のいずれか一方または両方において、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を推定する。劣化判定部２４は、磁束推定部２３により推定された磁束に基づいて、車両用発電電動機１０５の性能が劣化しているかどうかを判定する。

このため、車両用発電電動機１０５の劣化判定をより適正に行うことができる。

また、ＭＧ制御部２０は、劣化判定部による判定結果に基づいて、車両用発電電動機のアイドルストップに関する制御を行う。ＭＧ制御部２０は、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定された場合に、アイドルストップを禁止する。このため、再始動時の出力トルク不足によって、アイドルストップから復帰できない状況を回避することができる。

また、劣化判定部２４は、エンジン１０４の再始動に要する出力トルクに基づいて、車両用発電電動機１０５の性能が劣化しているかどうかを判定する。このため、再始動に必要な最低限のトルクを確保する磁束条件によって劣化判定を行うことができ、劣化と判定される範囲を限定的にすることができる。

また、磁束推定部２３は、第１電機子巻線１１１及び第２電機子巻線１１２に流れる電流と、第１電圧印加部１０６及び第２電圧印加部１０７に対する電圧指令とに基づいて、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を演算する。このため、電流と電圧との関係から磁束を推定することにより、磁束の低下の判定を容易に行うことができる。

また、ｍを自然数として、車両用発電電動機１０５がｍ組の電機子巻線を有しているとき、磁束推定部２３は、ｍ組の電流指令のｄ軸成分の和をゼロとして制御した状態における電圧指令のｑ軸成分を用いて、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を演算する。このため、ｑ軸のみに電流を流すことにより、ｄ軸電流とインダクタンスとの積で表される項を無視することができる。これにより、インダクタンスの影響を考慮しなくて済み、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を精度良く推定できる。

また、車両用発電電動機１０５が２組以上の電機子巻線を有しているとき、磁束推定部２３は、インダクタンスの項を削除して車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を演算する。これにより、車両用発電電動機１０５内に発生する磁束を精度良く推定できる。

実施の形態２．
次に、図８は、実施の形態２による車両の要部を一部ブロックで示す構成図である。エンジン１０４には、車両用発電電動機１０５とは別に、始動用電動機１１４が設けられている。始動用電動機１１４は、図示しないベルト又はギアを介して、エンジン１０４に接続されている。

また、始動用電動機１１４は、エンジン１０４の始動時に、駆動トルクを発生してエンジン１０４を回転させ、エンジン１０４の完爆までの運転をアシストする。

アイドルストップからの通常の復帰時には、車両用発電電動機１０５が用いられる。このため、始動用電動機１１４の耐用回数は、車両用発電電動機１０５の耐用回数に比べて小さく設計されている。

エンジン制御部１０は、エンジン１０４の始動時にエンジン１０４を回転させるため、始動用電動機１１４を駆動する。一方、アイドルストップからの通常の復帰時には、エンジン制御部１０は、実施の形態１と同様に、ＭＧ制御部２０に制御指令を送信し、車両用発電電動機１０５を用いてエンジン１０４を再始動させる。

但し、ＭＧ制御部２０は、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定された場合に、アイドルストップからの復帰に始動用電動機１１４を用いる。

図９は、図８のＭＧ制御部２０の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理は、実施の形態１と同様である。

ステップＳ１０５において、車両用発電電動機１０５の性能が正常であると判定された場合、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ２０１において、アイドルストップからの復帰時に車両用発電電動機１０５を使用することを許可し、その回の処理を終了する。

一方、車両用発電電動機１０５の性能が正常ではない判定された場合、即ち、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定された場合、ＭＧ制御部２０は、ステップＳ２０２において、アイドルストップからの復帰時に車両用発電電動機１０５を使用することを禁止する。そして、ＭＧ制御部２０は、アイドルストップからの復帰に始動用電動機１１４を用いる指令を、エンジン制御部１０に送り、その回の処理を終了する。

図８に示す構成及び図９に示す動作を除いて、他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。

このようなアイドルストップ制御装置１によっても、車両用発電電動機１０５の劣化判定をより適正に行うことができ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、ＭＧ制御部２０は、車両用発電電動機１０５の性能が劣化していると判定された場合に、アイドルストップからの復帰に始動用電動機１１４を用いる。このため、車両用発電電動機１０５の性能が劣化した場合でも、アイドルストップを実施でき、エンジン１０４を再始動することが可能となる。

ここで、実施の形態１、２のアイドルストップ制御装置１の各機能は、処理回路によって実現される。図１０は、実施の形態１、２によるアイドルストップ制御装置１の各機能を実現する処理回路の第１の例を示す構成図である。第１の例の処理回路１００は、専用のハードウェアである。

また、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。また、アイドルストップ制御装置１の各機能それぞれを個別の処理回路１００によって実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路１００によって実現してもよい。

また、図１１は、実施の形態１、２によるアイドルストップ制御装置１の各機能を実現する処理回路の第２の例を示す構成図である。第２の例の処理回路２００は、プロセッサ２０１及びメモリ２０２を備えている。

処理回路２００では、アイドルストップ制御装置１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２０２に格納される。プロセッサ２０１は、メモリ２０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。

メモリ２０２に格納されたプログラムは、上述した各部の手順又は方法をコンピュータに実行させるものであるとも言える。ここで、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリである。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２０２に該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアによって実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアによって実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

１ アイドルストップ制御装置、２０ ＭＧ制御部、２１ 電圧指令演算部、２３ 磁束推定部、２４ 劣化判定部、１０５ 車両用発電電動機、１０６ 第１電圧印加部、１０７ 第２電圧印加部、１１１ 第１電機子巻線、１１２ 第２電機子巻線、１１４ 始動用電動機。

Claims (7)

1. 車両用発電電動機の電機子巻線に電圧を印加する電圧印加部を制御するＭＧ制御部
   を備え、
   前記ＭＧ制御部は、
   前記車両用発電電動機の駆動時と発電時のいずれか一方または両方において、前記車両用発電電動機内に発生する磁束を推定する磁束推定部と、
   前記磁束推定部により推定された前記磁束に基づいて、前記車両用発電電動機の性能が劣化しているかどうかを判定する劣化判定部と
   を有しており、
   前記ＭＧ制御部は、前記劣化判定部による判定結果に基づいて、前記車両用発電電動機のアイドルストップに関する制御を行うアイドルストップ制御装置。
2. 前記ＭＧ制御部は、前記車両用発電電動機の性能が劣化していると判定された場合に、前記アイドルストップを禁止する請求項１記載のアイドルストップ制御装置。
3. 前記ＭＧ制御部は、前記車両用発電電動機の性能が劣化していると判定された場合に、前記アイドルストップからの復帰に始動用電動機を用いる請求項１記載のアイドルストップ制御装置。
4. 前記劣化判定部は、エンジンの再始動に要する出力トルクに基づいて、前記車両用発電電動機の性能が劣化しているかどうかを判定する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のアイドルストップ制御装置。
5. 前記ＭＧ制御部は、
   前記ＭＧ制御部に入力された制御指令に基づいて、電流指令を演算し、前記電流指令に基づいて電圧指令を演算する電圧指令演算部
   をさらに有しており、
   前記磁束推定部は、前記電機子巻線に流れる電流と、前記電圧指令とに基づいて、前記磁束を演算する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のアイドルストップ制御装置。
6. ｍを自然数として、前記車両用発電電動機がｍ組の前記電機子巻線を有しているとき、
   前記磁束推定部は、ｍ組の前記電流指令のｄ軸成分の和であるｄ軸和電流をゼロとして制御した状態における前記電圧指令のｑ軸成分を用いて、前記磁束を演算する請求項５記載のアイドルストップ制御装置。
7. 前記車両用発電電動機が２組以上の前記電機子巻線を有しているとき、
   前記磁束推定部は、インダクタンスの項を削除して前記磁束を演算する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のアイドルストップ制御装置。

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