JP3695414B2

JP3695414B2 - 発電機の制御装置およびこれを備える動力出力装置

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Publication number: JP3695414B2
Application number: JP2002100080A
Authority: JP
Inventors: 浩司勝田; 教寛岩瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003293815A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の制御装置およびこれを備える動力出力装置に関し、詳しくは、駆動系の回転軸から動力伝達部材を介して伝達される動力を用いて発電する発電機の制御装置およびこれを備える動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力出力装置としては、エンジンからの動力とモータからの動力とをトランスミッションを介して駆動軸に出力するものが提案されている（例えば、特開２０００−４３５９１公報など）。この装置では、モータに必要な動力を、エンジンの出力軸にベルト掛けにより取り付けられた発電機によって発電している。また、この種の発電機の制御装置としては、エンジンからの動力により発電すると共にエンジンを始動する電動発電機の制御装置であって、電動発電機により充放電可能な二次電池の残容量に基づいて電動発電機の発電量を決定するものが提案されている（例えば、特開２０００−１２５４１４公報など）。この装置では、二次電池の残容量から許容される電力を求め、これを実回転数で除したものに換算用の係数を乗じて発電トルクを算出し、この発電トルクを用いて電動発電機を駆動制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした発電機の制御装置を備える動力出力装置では、モータが要求する電力や二次電池の充電に必要な電力に基づいて発電量を決定しているため、算出された発電トルクによってはベルト滑りが生じたり、ベルトに破損を生じさせてしまう場合がある。
【０００４】
本発明の発電機の制御装置は、動力伝達部材に滑り，破損が生じないように発電機を駆動制御することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置は、要求された動力をより確実に出力することを目的の一つとする。
【０００５】
なお、出願人は、上述の目的を達成する一つの手法として、動力伝達部材の性状に基づいて発電トルクを設定し発電機を駆動制御するものを提案している（特願２００１−１３０９３０）。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の発電機の制御装置およびこれを備える動力出力装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の発電機の制御装置は、
駆動系の回転軸から動力伝達部材を介して伝達される動力を用いて発電する発電機の制御装置であって、
発電要求がなされたとき、該発電要求と前記動力伝達部材の性状とに基づいて前記発電機により発電すべき目標発電電力を設定する目標発電電力設定手段と、
前記駆動系の回転軸に要求される要求動力として所定の低回転高トルク領域の動力が指示されたとき、前記駆動系の回転軸に出力可能な動力の範囲が前記設定された目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう前記設定された目標発電電力を制限する目標発電電力制限手段と、
前記目標発電電力が出力されるよう前記発電機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の発電機の制御装置では、発電要求がなされたときに動力伝達部材の性状を考慮して目標発電電力を設定するから、動力伝達部材の滑り，破損を防止することができる。さらに、駆動系の回転軸に所定の低回転高トルク領域の動力が要求されたときには駆動系の回転軸に出力可能な動力の範囲が目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう目標発電電力を制限するから、動力伝達部材の滑り，破損をより確実に防止することができると共に駆動系の回転軸に出力可能な動力の範囲を広くすることができる。
【０００９】
こうした本発明の発電機の制御装置において、前記目標発電電力制限手段は、前記駆動系の回転軸に要求される回転数および／またはトルクに基づいて前記目標発電電力を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、駆動系の回転軸に要求される回転数やトルクに応じて目標発電電力の制限を行うことができるから、目標発電電力の制限をより適正に行うことができる。この態様の本発明の発電機の制御装置において、前記目標発電電力制限手段は、前記駆動系の回転軸に要求される回転数が小さいほど前記目標発電電力を大きく制限する手段であるものとしたり、前記駆動系の回転軸に要求されるトルクが大きいほど前記目標発電電力を大きく制限する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
また、本発明の発電機の制御装置において、前記発電機による発電で充電可能な二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、前記目標発電電力制限手段は、前記検出された二次電池の残容量に基づいて前記目標発電電力を制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、二次電池の残容量に応じて目標発電電力の制限ができるから、二次電池の過放電を防止することができる。この態様の発電機の制御装置において、前記目標発電電力制限手段は、前記検出された二次電池の残容量が所定量未満のときには、前記目標発電電力の制限を行なわない手段であるものとすることもできる。
【００１１】
さらに、本発明の発電機の制御装置において、前記所定の低回転高トルク領域の動力は、前記駆動系の回転軸の回転を加速する方向の動力であるものとすることもできる。
【００１２】
こうした本発明の発電機の制御装置において、前記動力伝達部材は、前記駆動系の回転軸と前記発電機の回転軸とに掛けられたベルトであるものとすることもできる。
【００１３】
本発明の第１の動力出力装置は、
内燃機関からの動力を直接または間接に駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸を前記駆動系の回転軸とする上述のいずれかの態様の本発明の発電機の制御装置と、
該発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲内で、前記発電機により前記目標発電電力を発電する際に必要な動力と前記要求動力との和の動力が前記内燃機関の出力軸に出力されるよう該内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１４】
この本発明の第１の動力出力装置では、上述したいずれかの態様の本発明の発電機の制御装置を備えるから、動力伝達部材の性状や内燃機関への要求動力を考慮して発電機を駆動制御することができる。従って、動力伝達部材の滑り，破損を防ぐことができる。また、内燃機関の出力軸に所定の低回転高トルク領域の動力が要求されたときには設定された目標発電電力を制限することにより、発電機の発電量に基づいて設定される許容動力を大きくして対応可能な要求動力の範囲を広くすることができる。この結果、広い範囲の要求動力に対応する動力を内燃機関から出力することができる。
【００１５】
こうした本発明の第１の動力出力装置において、前記発電機は、電動機として機能して前記内燃機関をクランキング可能な電動発電機であるものとすることもできる。
【００１６】
また、本発明の第１の動力出力装置において、前記所定の低回転高トルク領域の動力は、回転停止状態にある前記駆動軸を回転させる際に要求される動力であるものとすることもできる。
【００１７】
さらに、本発明の第１の動力出力装置において、前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機を備え、前記目標発電電力制限手段は、前記駆動軸に入出力される動力を用いて前記電動機により発電できない状態のときには、前記目標発電電力の制限を行なわない手段であるものとすることもできる。こうすれば、電動機が発電できないときには、発電機により必要な電力を得ることができる。
【００１８】
この電動機を備える態様の本発明の第１の動力出力装置において、前記内燃機関から出力される動力と前記電動機から入出力される動力とを統合する動力統合手段と、該動力統合手段により統合された動力を入力する入力軸と前記駆動軸に接続された出力軸とを有し該入力軸の動力を変速して該出力軸に出力する変速手段とを備えるものとすることもできる。
【００１９】
本発明の第２の動力出力装置は、
内燃機関と該内燃機関の出力軸に接続された発電機とを備える動力出力装置であって、
前記発電機へ発電要求がなされたとき、発電すべき目標発電電力を設定する目標発電電力設定手段と、
前記内燃機関の出力軸に要求される要求動力が所定範囲の動力であるとき、前記発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲が前記設定された目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう前記目標発電電力を制限する目標発電電力制限手段と、
前記許容動力の範囲内で、前記目標発電電力を発電する際に必要な動力と前記要求動力との和の動力が前記内燃機関の出力軸に出力されるように該内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【００２０】
この本発明の第２の動力出力装置では、内燃機関の出力軸に要求される要求動力が所定範囲の動力であるときには発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲が目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう目標発電電力を制限するから、発電機の発電量に基づいて設定される許容動力を大きくして対応可能な要求動力の範囲を広くすることができる。この結果、広い範囲の要求動力に対応する動力を内燃機関から出力することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例としての発電電動機の制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の発電電動機の制御装置２０は、図示するように、エンジン１０のクランクシャフト１１に掛けられたベルト１２を介してエンジン１０からの動力により発電したりエンジン１０をクランキングして始動する発電電動機としてのスタータモータジェネレータ（以下、スタータＭＧと略す）１３を駆動制御する制御装置であり、電子制御ユニット３０を中心として構成されている。
【００２２】
エンジン１０は、例えばガソリンや軽油により駆動する内燃機関として構成されている。エンジン１０のクランクシャフト１１は図示しないダンパ等を介して有段または無段の変速機１４に接続されており、エンジン１０からの動力が変速機１４を介して駆動軸１５に出力されるようになっている。エンジン１０の運転制御、例えば燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などは、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）１６により行なわれている。エンジンＥＣＵ１６は、電子制御ユニット３０と通信しており、電子制御ユニット３０に必要に応じてエンジン１０の運転状態に関するデータを出力している。
【００２３】
スタータＭＧ１３は、インバータ回路１７を介して二次電池としてのバッテリ１８と電力の授受を行なっており、電子制御ユニット３０による駆動制御を受けている。
【００２４】
電子制御ユニット３０は、ＣＰＵ３２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ３２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ３４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ３６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット３０には、スタータＭＧ１３に取り付けられた回転数センサ４０により検出されるスタータＭＧ１３の回転数Ｎｓｔやインバータ回路１７に取り付けられた図示しない電流センサにより検出されるスタータＭＧ１３の相電流，バッテリ１８の出力端子間に接続された電圧センサ４２により検出されるバッテリ電圧Ｖ，バッテリ１８からの電力ラインに取り付けられた電流センサ４４により検出されるバッテリ電流ｉ，バッテリ１８に取り付けられた温度センサ４６により検出されるバッテリ温度Ｔなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット３０からは、インバータ回路１７へスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット３０は、前述したように、エンジンＥＣＵ１６と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ１６から必要に応じて図示しない回転数センサにより検出されたエンジン１０の回転数Ｎｅや出力トルクＴｅなどのデータを入力できるようになっている。
【００２５】
次に、こうして構成された実施例の発電電動機の制御装置２０の動作について説明する。図２，図３は、スタータＭＧ１３を駆動制御するために電子制御ユニット３０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２６】
トルク制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット３０のＣＰＵ３２は、まず、電流センサ４４により検出されるバッテリ電流ｉや電圧センサ４２により検出されるバッテリ電圧Ｖ，バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ），エンジンＥＣＵ１６から供給されるエンジン１０の回転数ＮｅおよびトルクＴｅ，クランクシャフト１１に出力するようにエンジン１０へ要求される要求動力Ｐｄｒｑなどの制御に必要なデータを読み込む処理を行なう（ステップＳ１００）。ここで、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）の読み込みは、実施例では図示しない残容量（ＳＯＣ）演算ルーチンを実行することによりバッテリ１８の充放電電流（バッテリ電流ｉ）の積算に基づいて計算されＲＡＭ３６の所定アドレスに記憶されたものを読み込むものとした。なお、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）は、バッテリ１８の充放電電流の積算に基づくもの以外のものを用いるものとしてもよいことは勿論である。
【００２７】
続いて、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）に基づいて充放電要求量Ｐｃｈを算出する（ステップＳ１１０）。充放電要求量Ｐｃｈは、実施例では、実験などにより求めたバッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）と充放電要求量Ｐｃｈとの関係を充放電要求量導出マップとして予めＲＯＭ３４に記憶しておき、残容量（ＳＯＣ）が与えられると充放電要求量導出マップから残容量（ＳＯＣ）に対応する充放電要求量Ｐｃｈが導出されるものとした。
【００２８】
次に、バッテリ電流ｉとバッテリ電圧Ｖとの積からバッテリ電力Ｐｂを計算し（ステップＳ１２０）、計算したバッテリ電力Ｐｂと充放電要求量Ｐｃｈとから発電要求パワーＰｓｔｒｑを計算する（ステップＳ１３０）。発電要求パワーＰｓｔｒｑの計算は、実施例では、バッテリ電力Ｐｂが充放電要求量Ｐｃｈからのプラスおよびマイナス方向に所定値αでもって設定された充放電量適正範囲内にあるか否かを判定し、バッテリ電力Ｐｂが充放電量適正範囲内のときには現在用いられている発電要求パワーＰｓｔｒｑをそのまま据え置き、バッテリ電力Ｐｂが充放電量適正範囲を下回るときには発電要求パワーＰｓｔｒｑを所定パワー量βだけ増加し、バッテリ電力Ｐｂが充放電量適正範囲を上回るときには発電要求パワーＰｓｔｒｑを所定パワー量βだけ減少するものとした。ここで、所定値αは実施例ではスタータＭＧ１３の定格出力の１０％を用いた。また、所定パワー量βは発電要求パワーＰｓｔｒｑを変更する際のステップ量であり、スタータＭＧ１３の性能や要求される反応速度，このトルク制御ルーチンの繰り返される間隔などによって定められる。
【００２９】
続いて、エンジン１０の回転数ＮｅとトルクＴｅとに基づいてベルト１２に滑りを生じさせないための発電上限パワーＰｓｔｍａｘを設定する（ステップＳ１４０）。発電上限パワーＰｓｔｍａｘの設定は、実施例では、エンジン１０の回転数Ｎｅとエンジン負荷率と発電上限パワーＰｓｔｍａｘとの関係を実験などにより求めて発電上限パワー導出マップとして予めＲＯＭ３４に記憶しておき、エンジン１０の回転数ＮｅとトルクＴｅとエンジン負荷率とが与えられると記憶した発電上限パワー導出マップから対応する発電上限パワーＰｓｔｍａｘを導出するものとした。発電上限パワー導出マップにおけるエンジン１０の回転数Ｎｅとエンジン負荷率と発電上限パワーＰｓｔｍａｘとの関係を図４に示す。図４中、曲線Ａは回転数Ｎｅが１２００ｒｐｍのときのエンジン負荷率と発電上限パワーＰｓｔｍａｘとの関係を示すものであり、曲線Ｂは回転数Ｎｅが１８００ｒｐｍのときのエンジン負荷率と発電上限パワーＰｓｔｍａｘとの関係を示すものである。この発電上限パワー導出マップではベルト１２の保護のため、エンジン負荷率が大きくなるほど発電上限パワーＰｓｔｍａｘが小さくなるように、エンジン回転数Ｎｅが大きくなるほど発電上限パワーＰｓｔｍａｘが大きくなるように設定されており、エンジン１０の性能やスタータＭＧ１３の性能，ベルト１２の性状などにより定められる。なお、図４においてはエンジン回転数Ｎｅが１２００ｒｐｍの場合と１８００ｒｐｍの場合の２パターンのみ図示しているが、例えば１５００ｒｐｍの場合には、曲線Ａと曲線Ｂの間の図示しない回転数に対応した曲線によってエンジン負荷率と発電上限パワーＰｓｔｍａｘの関係が決まるのは勿論である。
【００３０】
そして、ステップＳ１３０で設定した発電要求パワーＰｓｔｒｑとステップＳ１４０で設定した発電上限パワーＰｓｔｍａｘとを用いて、目標発電パワーＰｓｔを設定する（ステップＳ１５０）。目標発電パワーＰｓｔの設定は、実施例では、発電要求パワーＰｓｔｒｑを上限ガード値Ｐｓｔｍａｘを用いて上限ガード、即ち発電要求パワーＰｓｔｒｑが上限ガード値Ｐｓｔｍａｘより大きいときには上限ガード値Ｐｓｔｍａｘを選択し、発電要求パワーＰｓｔｒｑが上限ガード値以下のときには発電要求パワーＰｓｔｒｑを選択し、目標発電パワーＰｓｔとして設定するものとした。
【００３１】
こうして目標発電パワーＰｓｔを設定すると、エンジン１０への要求動力Ｐｄｒｑとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、エンジン１０への要求動力Ｐｄｒｑが低回転高トルク領域となるか否かを判定する（ステップＳ２００）。要求動力Ｐｄｒｑの判定は、実施例では、低回転高トルク領域として回転数とトルクの範囲を予めＲＯＭ３４に記憶しておき、上述の判定をする際に記憶された低回転高トルク領域をＲＯＭ３４から読み込んで行うものとした。即ち、要求動力Ｐｄｒｑとエンジン回転数Ｎｅより要求トルクＴｅｒｑを算出し、このエンジン回転数Ｎｅと要求トルクＴｅｒｑがＲＯＭ３４から読み込んだ低回転高トルク領域内にあるか否かを判定するものとした。低回転高トルク領域として記憶された回転数とトルクの範囲を図５に示す。実施例では、低回転高トルク領域はエンジン最大回転数の３０％未満でその回転数におけるエンジン最大トルクの７０％以上の領域とした。そして、この判定の結果、エンジン１０への要求動力Ｐｄｒｑが所定の低回転高トルク領域ではないと判定された場合には、後述する目標発電電力の制限（ステップＳ２２０〜Ｓ２３０）は行わず、発電トルクの決定（ステップＳ２４０）にスキップする。
【００３２】
要求動力Ｐｄｒｑが所定の低回転高トルク領域であると判定されると、次に、バッテリ１８に過放電の恐れがないかの判定を行う（ステップＳ２１０）。バッテリ１８の過放電の判定は、実施例では、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）に基づいて行う。即ち、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）が所定の値（例えば、バッテリ１８の容量の２０％）より小さい場合にはバッテリ１８に過放電の恐れがあると判定し、残容量（ＳＯＣ）が所定の値以上の場合には過放電の恐れがないと判定する。バッテリ１８に過放電の恐れがあると判定された場合には、後述する目標発電電力の制限（ステップＳ２２０〜Ｓ２３０）は行わず、発電トルクの決定（ステップＳ２４０）にスキップする。
【００３３】
バッテリ１８に過放電の恐れがないと判定されると、次に、エンジン回転数Ｎｅに基づいて発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍを算出する（ステップＳ２２０）。発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍの算出は、実施例では、エンジン１０の回転数Ｎｅと発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍとの関係を実験などにより求めて発電パワー制限値導出マップとして予めＲＯＭ３４に記憶しておき、エンジン１０の回転数Ｎｅが与えられると記憶した発電パワー制限値導出マップから対応する発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍを導出するものとした。発電パワー制限値導出マップにおけるエンジン１０の回転数Ｎｅと発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍの関係を図６に示す。図６において、Ｐｓｔｌｉｍ１はエンジン回転数が１２００ｒｐｍのときの発電パワー制限値を、Ｐｓｔｌｉｍ２はエンジン回転数が１８００ｒｐｍのときの発電パワー制限値を示している。この発電パワー制限値導出マップは、エンジン１０を最大負荷率で運転可能な発電上限パワーＰｓｔｍａｘの最大値とエンジン回転数Ｎｅとの関係として設定されている。例えば、図７に示すように、目標発電パワーＰｓｔを発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍ１に制限すると、発電に必要な動力はａ１からａ２に減少し、発電以外の動力として出力可能な動力はｂ１からｂ２に増大する。即ち、発電に必要な動力の減少分（ａ１−ａ２）に加えて、発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲がエンジン負荷率の最大値まで広がる。従って、エンジン１０に要求される動力を広い範囲にすることができる。
【００３４】
こうして発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍを設定すると、ステップＳ１５０で設定した目標発電パワーＰｓｔと発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍとを比較し（ステップＳ２２５）、目標発電パワーＰｓｔが発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍより大きいときには、目標発電パワーＰｓｔから所定の発電パワー制限量θだけ減少して目標発電パワーＰｓｔを設定する（ステップＳ２３０）。ここで、発電パワー制限量θは目標発電パワーＰｓｔを制限する際のステップ量であり、スタータＭＧ１３の性能や要求される反応速度、このトルク制御ルーチンの繰り返される間隔などによって定められる。
【００３５】
そして、目標発電パワーＰｓｔとスタータＭＧ１３の回転数Ｎｓｔと効率ηとを用いて次式（１）の計算により発電トルクＴｓｔ＊を計算し（ステップＳ２４０）、この発電トルクＴｓｔ＊を用いてスタータＭＧ１３を駆動制御して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。
【数１】
Ｔｓｔ＊＝Ｐｓｔ／Ｎｓｔ／η（１）
【００３６】
以上説明した実施例の発電電動機の制御装置２０によれば、ベルト１２に滑りが生じないよう設定された発電ガード値Ｐｓｔｍａｘを用いて目標発電パワーＰｓｔを設定するから、ベルト１２に滑りが生じない。また、エンジン１０に低回転高トルクの動力が要求された場合には、さらに目標発電パワーＰｓｔを制限することにより、発電機の発電量に基づいて設定される許容動力を大きくして対応可能な要求動力の範囲を広くすることができる。この結果、広い範囲の要求動力に対応する動力を内燃機関から出力することができる。
【００３７】
実施例の発電電動機の制御装置２０では、発電要求パワーＰｓｔｒｑに対してバッテリ電力Ｐｂとバッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）から導出された充放電要求量Ｐｃｈとを比較して所定パワー量βずつ増減するフィードバック制御を行なうものとしたが、バッテリ電力Ｐｂと充放電要求量Ｐｃｈとの偏差にゲインを乗じたものを増減する比例制御や積分制御などを行なうものとしてもよく、あるいはフィードバック制御を行なわずに充放電要求量Ｐｃｈをそのまま発電要求パワーＰｓｔｒｑに設定するものとしてもよい。
【００３８】
実施例の発電電動機の制御装置２０では、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）が所定の値より小さいときには目標発電電力の制限を行わないものとしたが、残容量（ＳＯＣ）に基づいて発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍを設定し目標発電電力を制限するものとしてもよい。即ち、残容量（ＳＯＣ）が小さくなるほど小さな発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍを設定するものとしてもよい。
【００３９】
実施例の発電電動機の制御装置２０では、目標発電電力Ｐｓｔと発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍとを比較して発電パワー制限量θずつ制限するフィードバック制御を行うものとしたが、目標発電電力Ｐｓｔと発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍとの偏差にゲインを乗じたものを増減する比例制御や積分制御などを行なうものとしてもよく、あるいはフィードバック制御を行なわずに発電パワー制限値Ｐｓｔｌｉｍをそのまま目標発電電力Ｐｓｔに設定するものとしてもよい。
【００４０】
実施例の発電電動機の制御装置２０では、スタータＭＧ１３を発電電動機として構成すると共に電動機として機能させてエンジン１０をクランキング可能なものとしたが、エンジン１０からの動力により発電する発電機としてのみ機能するものとしても構わない。
【００４１】
実施例の発電電動機の制御装置２０では、エンジン１０の動力が変速機１４を介して駆動軸１５に出力されるものとしたが、図８に示すような変形例の動力出力装置１２０に適用してもよい。図示する変形例の動力出力装置１２０では、実施例の構成と同一の構成については同一の符号を付した。この変形例の動力出力装置１２０は、図示するように、エンジンＥＣＵ１６によって運転制御されるエンジン１０と、エンジン１０のクランクシャフト１１にベルト１２を介して取り付けられたスタータＭＧ１３と、モータＥＣＵ１４９によって駆動制御される発電可能なモータ１４０と、エンジン１０のクランクシャフト１１に接続されたサンギヤ１３１とブレーキＢ１によりケース１３９に固定されるリングギヤ１３２と二つのピニオンギヤ１３３，１３４を自転かつ公転自在に保持すると共にモータ１４０の回転軸１４１が接続されたキャリア１３５とからなるプラネタリギヤ１３０と、ＣＶＴＥＣＵ１５９によって変速比が制御されクラッチＣ１，Ｃ２によりキャリア１３５，リングギヤ１３２と接続可能なインプットシャフト１５１から入力される動力を変速してアウトプットシャフト１５２に出力するＣＶＴ１４Ｂと、主としてＣＰＵ７２やＲＯＭ７４，ＲＡＭ７６により構成され装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００４２】
スタータＭＧ１３はインバータ回路１７を介して図示しない電力ラインによりバッテリ１８との電力の授受が可能であり、エンジンＥＣＵ１６を介してハイブリッド用電子制御ユニット７０により駆動制御される。また、モータ１４０はインバータ回路１４３を介してバッテリ１８との電力の授受が可能であり、残容量（ＳＯＣ）などのバッテリ１８の状態に関するデータはモータＥＣＵ１４９により必要に応じてハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力される。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、図示しない入出力ポート，通信ポートによりクラッチＣ１やクラッチＣ２，ブレーキＢ１を駆動制御したりエンジンＥＣＵ１６やモータＥＣＵ１４９，ＣＶＴＥＣＵ１５９と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００４３】
こうして構成された変形例の動力出力装置１２０では、ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、モータＥＣＵ１４９からバッテリ１８の状態に関するデータを出力されると共にエンジンＥＣＵ１６を介してインバータ回路１７にスイッチング制御信号などを出力してスタータＭＧ１３を駆動制御するものであるから、実施例の電子制御ユニット３０と同一の機能を有するものであると言える。従って、ハイブリッド用電子制御ユニット７０がスタータＭＧ１３を駆動制御するときには、図２，図３に示すトルク制御ルーチンをそのまま適用することができる。さらに、変形例の動力出力装置１２０では、バッテリ１８の充電が可能なモータ１４０を備えるからモータ１４０が発電できる状態にあるか否かに基づいてスタータＭＧ１３の目標発電電力の制限を行える。例えば、モータ１４０が発電できる状態のときにはバッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）にかかわらず目標発電電力の制限を行うものとしてもよい。この場合、図３に例示したトルク制御ルーチンの後半部分に代えて図９のフローチャートを用いればよい。即ち、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）がないと判定した場合には（ステップＳ２１０）さらにモータ１４０が発電可能かどうかを判定し（ステップＳ２１５）、発電が可能である場合には目標発電電力Ｐｓｔの制限を行うものとしてもよい。こうすれば、スタータＭＧ１３の目標発電電力の制限を行うための制約が緩和されるから、より確実にベルト１２の滑り，破損を防止することができる。
【００４４】
また、変形例の動力出力装置１２０を搭載した自動車では、バッテリ１８の残容量（ＳＯＣ）低下時にバック走行するときには、クラッチＣ１を係合すると共にクラッチＣ２を開放しブレーキＢ１をフリクション係合させてリングギヤ１３２の回転を制限することでエンジン１０の動力をキャリア１３５に逆方向に出力する「エンジンフリクションモード」が選択される。このモードではブレーキＢ１のフリクション係合による摩耗を防止するためにエンジン１０は低回転となりバック発進であることを考慮すると低回転高トルク領域の動力が必要となる。このようなときにも上述のトルク制御ルーチンが効果的に用いられる。
【００４５】
実施例の発電電動機の制御装置２０や変形例の動力出力装置１２０では、ベルト１２の性状に基づいて目標発電電力を設定しエンジン１０へ低回転高トルクの動力が要求された場合に目標発電電力の制限を行うものとしたが、ベルト１２の性状に拘わらず目標発電電力を設定するものとしてもよく、さらに、発電量に基づいてエンジン１０から出力可能な動力が設定されている場合には、エンジン１０へ所定範囲の動力が要求されたときに目標発電電力を制限するものとしてもよい。この場合でも、目標発電電力を制限することにより、発電量に基づいて設定される許容動力を大きくして対応可能な要求動力の範囲を広くすることができる。この結果、広い範囲の要求動力に対応する動力をエンジン１０から出力することができる。
【００４６】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての発電電動機の制御装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】電子制御ユニット３０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】電子制御ユニット３０により実行されるトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】発電上限パワー導出マップの一例を示す説明図である。
【図５】低回転高トルク領域として記憶された回転数とトルクの範囲の一例を示す説明図である。
【図６】発電パワー制限値導出マップの一例を示す説明図である。
【図７】発電パワーの制限によるエンジン負荷率の変化の一例を示す説明図である。
【図８】変形例の動力出力装置１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図９】変形例のトルク制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０エンジン、１１クランクシャフト、１２ベルト、１３スタータモータジェネレータ（スタータＭＧ）、１４変速機、１４ＢＣＶＴ、１５駆動軸、１６エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、１７インバータ回路、１８バッテリ、２０発電電動機の制御装置、３０電子制御ユニット、３２ＣＰＵ、３４ＲＯＭ、３６ＲＡＭ、４０回転数センサ、４２電圧センサ、４４電流センサ、４６温度センサ、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、１２０動力出力装置、１３０プラネタリギヤ、１３１サンギヤ、１３２リングギヤ、１３３，１３４ピニオンギヤ、１３５キャリア、１３９ケース、１４０モータ、１４１回転軸、１４３インバータ回路、１４９モータＥＣＵ、１５１インプットシャフト、１５２アウトプットシャフト、１５９ＣＶＴＥＣＵ、Ｃ１，Ｃ２クラッチ、Ｂ１ブレーキ。

Claims

駆動系の回転軸から動力伝達部材を介して伝達される動力を用いて発電する発電機の制御装置であって、
発電要求がなされたとき、該発電要求と前記動力伝達部材の性状とに基づいて前記発電機により発電すべき目標発電電力を設定する目標発電電力設定手段と、
前記駆動系の回転軸に要求される要求動力として所定の低回転高トルク領域の動力が指示されたとき、前記駆動系の回転軸に出力可能な動力の範囲が前記設定された目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう該設定された目標発電電力を制限する目標発電電力制限手段と、
前記目標発電電力が出力されるよう前記発電機を駆動制御する駆動制御手段と、
を備える発電機の制御装置。
前記目標発電電力制限手段は、前記駆動系の回転軸に要求される回転数および／またはトルクに基づいて前記目標発電電力を制限する手段である請求項１記載の発電機の制御装置。
前記目標発電電力制限手段は、前記駆動系の回転軸に要求される回転数が小さいほど前記目標発電電力を大きく制限する手段である請求項２記載の発電機の制御装置。
前記目標発電電力制限手段は、前記駆動系の回転軸に要求されるトルクが大きいほど前記目標発電電力を大きく制限する手段である請求項２または３記載の発電機の制御装置。
請求項１ないし４いずれか記載の発電機の制御装置であって、
前記発電機による発電で充電可能な二次電池の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
前記目標発電電力制限手段は、前記検出された二次電池の残容量に基づいて前記目標発電電力を制限する手段である
発電機の制御装置。
前記目標発電電力制限手段は、前記検出された二次電池の残容量が所定量未満のときには、前記目標発電電力の制限を行なわない手段である請求項５記載の発電機の制御装置。
前記所定の低回転高トルク領域の動力は、前記駆動系の回転軸の回転を加速する方向の動力である請求項１ないし６いずれか記載の発電機の制御装置。
前記動力伝達部材は、前記駆動系の回転軸と前記発電機の回転軸とに掛けられたベルトである請求項１ないし７いずれか記載の発電機の制御装置。
内燃機関からの動力を直接または間接に駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記内燃機関の出力軸を前記駆動系の回転軸とする請求項１ないし８いずれか記載の発電機の制御装置と、
該発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲内で、前記発電機により前記目標発電電力を発電する際に必要な動力と前記要求動力との和の動力が前記内燃機関の出力軸に出力されるよう該内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
を備える動力出力装置。
前記発電機は、電動機として機能して前記内燃機関をクランキング可能な電動発電機である請求項９記載の動力出力装置。
前記所定の低回転高トルク領域の動力は、回転停止状態にある前記駆動軸を回転させる際に要求される動力である請求項９または１０記載の動力出力装置。
請求項９ないし１１いずれか記載の動力出力装置であって、
前記駆動軸に動力を入出力可能な電動機を備え、
前記目標発電電力制限手段は、前記駆動軸に入出力される動力を用いて前記電動機により発電できない状態のときには、前記目標発電電力の制限を行なわない手段である
動力出力装置。
請求項１２記載の動力出力装置であって、
前記内燃機関から出力される動力と前記電動機から入出力される動力と統合する動力統合手段と、
該動力統合手段により統合された動力を入力する入力軸と前記駆動軸に接続された出力軸とを有し該入力軸の動力を変速して該出力軸に出力する変速手段と、
を備える動力出力装置。
内燃機関と該内燃機関の出力軸に接続された発電機とを備える動力出力装置であって、
前記発電機へ発電要求がなされたとき、発電すべき目標発電電力を設定する目標発電電力設定手段と、
前記内燃機関の出力軸に要求される要求動力が所定範囲の動力であるとき、前記発電機の発電量に基づいて設定される許容動力の範囲が前記設定された目標発電電力を小さく制限することによって小さくなる電力に相当する動力分より広くなるよう前記目標発電電力を制限する目標発電電力制限手段と、
前記許容動力の範囲内で、前記目標発電電力を発電する際に必要な動力と前記要求動力との和の動力が前記内燃機関の出力軸に出力されるように該内燃機関を運転制御する運転制御手段と、
を備える動力出力装置。