JP5669983B2 - 車両の発電制御装置およびその制御方法 - Google Patents

車両の発電制御装置およびその制御方法 Download PDF

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Description

この発明は、車両の内燃機関と発電機に架けられたドライブベルトを適正に使用する車両の発電制御装置等に関する。
近年、車両の燃費を削減する技術として、車両の減速時の運動エネルギーを回生発電により電力として回収する車両が開発されている。内燃機関と発電機の間に架けられたドライブベルトにより動力を伝達しているが、回生発電量を多く得ようとして発電トルクを増加させると、ドライブベルトに大きな力がかかることによりベルトスリップが発生することがある。
発電電力を指令値としてフィードバック制御をしていると、ベルトスリップが発生した場合、発電機の回転数低下により、発電電力が低下し発電電力を指令値に維持しようとフィードバック制御することで界磁電流を増加させてしまう。また、ドライブベルトのグリップが復帰した場合、低下した発電機の回転数に対して発電電力が指令値となるようにフィードバック制御した結果の界磁電流を出力した状態で、本来の発電機の回転数に回復してしまうため、発電機の発電量が急増して機器が破損する懸念があった。特許文献１で開示された装置では、前述の点を課題とし、ベルトスリップが発生した際は、界磁電流を、エンジン回転速度、すなわち、グリップ復帰時の発電機の回転速度から発電電力が指令値となるように算出した界磁電流値に制限することで、前述の課題を解決し発電機の発電量の急増を防止している。
特開２００９−２１４７３８号公報
以上のような従来の装置では、ドライブベルトのスリップを考慮して発電量を決定しているわけではないため、ベルトスリップ発生時にスリップ状態から復帰できない懸念がある。ベルトスリップ状態を継続すると、ドライブベルト摺動に起因して異音や機構の損耗が発生したりする問題がある。また車両の減速時の運動エネルギーを、必ずしも、ドライブベルトのスリップ限界まで活用できておらず、より多くの発電量を得ることが望まれる。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ドライブベルトがスリップした場合にも、ドライブベルト摺動に起因する異音や機構の損耗を軽減するとともに、車両の減速時の運動エネルギーをドライブベルトのスリップ限界まで活用して発電量を増大させるようにした車両の発電制御装置等を提供することを目的とする。
この発明は、車両の駆動軸と動力を授受する内燃機関と前記内燃機関とドライブベルトを介して動力の授受を行う出力可変制御可能な回転電機を備えた車両のための車両の発電制御装置であって、前記回転電機の回転速度を求める回転電機回転速度取得部と、前記回転電機の電圧を検出する回転電機電圧検出部と、前記回転電機の実電流を求める回転電機電流検出部と、前記車両の状態から前記回転電機のための発電トルク指令を算出する発電トルク指令生成部と、前記発電トルク指令に基づく前記回転電機の発電を制御するための推定発電トルク、前記回転電機回転速度取得部の回転電機回転速度、前記回転電機電圧検出部の回転電機電圧から回転電機推定電流を推定する発電電流推定部と、前記回転電機電流検出部の回転電機実電流が前記発電電流推定部の回転電機推定電流より第１の所定値以上小さくなった場合に発電電流差が発生したと判定し前記発電トルク指令を制限するための制限発電トルクを出力し、発電電流差が発生している状態から前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が前記第１の所定値より小さい第２の所定値より小さくなった場合に発電電流差が発生していないと判定して前記制限発電トルクの出力をやめる発電電流差判定部と、前記発電トルク指令を前記推定発電トルクとし、前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電を制御し、発電電流差発生時には前記発電トルク指令を前記制限発電トルクに制限した前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電制御を行う発電制御部と、を備えたことを特徴する車両の発電制御装置等にある。
この発明による車両の発電制御装置等によれば、ドライブベルトがスリップした場合にも、速やかにドライブベルトをスリップ状態から復帰させ、ドライブベルトの摺動に起因する異音や機構の損耗を軽減するとともに、ドライブベルトのスリップ限界の範囲内で得られる発電量を増加させることができる。
この発明による車両の発電制御装置を備えた車両の構成図である。 この発明の実施の形態１による車両の発電制御における発電時の挙動を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置における発電電流の比較と制限発電トルクを算出する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２による車両の発電制御装置における発電電流の比較と制限発電トルクを算出する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３による車両の発電制御装置におけるドライブベルトにかかる力を説明する図である。 この発明の実施の形態４による車両の発電制御装置における発電電流の比較と制限発電トルクを算出する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態４による車両の発電制御装置における外力と摩擦力の限界を示す図である。 この発明の実施の形態４による車両の発電制御装置における発電時の挙動を示すタイムチャートである。 この発明の実施の形態５による車両の発電制御装置における発電電流の比較と制限発電トルクを算出する処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態６による車両の発電制御装置を備えた車両の構成図である。
以下、この発明による車両の発電制御装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置を備えた車両の構成図である。図１において、内燃機関１は車両の動力源で燃料を燃焼し動力を発生し、車両の駆動軸と動力を授受する。内燃機関１と車両の駆動軸の間には図示されない変速機を備えてもよい。発電機２は内燃機関１との間で、内燃機関１のプーリ１ａと発電機２のプーリ２ａの間に架けられたドライブベルト３を介して動力の授受を行い発電を行う発電機で、入力した指令Ｄｕｔｙ(デューティ)によって、発電電流を可変に制御することができる。
なお、発電機２は発電機能を有する回転電機であればよいが、以下では説明を分かり易くするために発電機として説明する。
内燃機関回転速度検出器１１は内燃機関回転速度を検出するもので、例えば、リングギアの欠け歯をピックアップセンサにより検出することで内燃機関回転速度を検出するよう構成される。発電電圧検出器１２は発電機２の発電電圧を検出する。発電電流検出器１３は、発電機２の発電電流を検出する、例えば、発電機２の出力端子に接続された電力線にホール素子を設け、磁電変換するホール効果により発電電流を検出する。
図１の１０１−１０９およびＭで示される部分は例えば記憶部Ｍを備えたコンピュータで構成される制御演算部を示し、それぞれ機能ブロックで示されている。
発電モード判定部１０１は、アクセルペダルの入力状態(ペダル角度信号等)や車速などの車両状態情報Ｓ１に基づいて、回生発電モードなどの発電モードを判定する。発電トルク指令算出部１０２は、発電モード判定部１０１より取得した発電モードに応じて、発電機２に指令する発電トルク指令を算出し、発電トルク指令制限部１０３へと出力する。
発電トルク指令制限部１０３は、発電トルク指令算出部１０２から取得した発電トルク指令を、制限発電トルク算出部１０９から取得した制限発電トルクまたは制限発電トルク範囲内に制限し、制限済の発電トルクである推定発電トルクを指令Ｄｕｔｙ算出部１０４へと出力する。制限不要な状態では発電トルク指令がそのまま推定発電トルクとなる。指令Ｄｕｔｙ算出部１０４は、制御装置内部に備えた記憶部Ｍに事前に設定した発電機２の特性を表すマップを参照し、発電機回転速度推定部１０５から取得した発電機回転速度および発電電圧検出器１２から取得した発電電圧をもとに、発電トルク指令制限部１０３から取得した推定発電トルクとなるように指令Ｄｕｔｙを算出し、発電機２へと出力する。
ここで上述の記憶部Ｍに予め設定された発電機２のための第１の発電機特性マップは、例えば発電機の回転速度と発電電圧の各条件下で所望の発電トルク(推定発電トルク)にするための指令Ｄｕｔｙの値を示すマップからなる。
発電機回転速度推定部１０５は、内燃機関回転速度検出器１１より取得した内燃機関回転速度に制御装置内部に備えた記憶部Ｍに事前に設定した内燃機関１と発電機２のプーリ１ａ，２ａの径の比を乗算することで、発電機回転速度を推定する。発電電流推定部１０６は、記憶部Ｍに事前に設定した発電機２の特性を表すマップを参照し、発電電圧検出器１２より取得した発電電圧および発電トルク指令制限部１０３より取得した推定発電トルクおよび発電機回転速度推定部１０５より取得した発電機回転速度をもとに、推定発電電流を算出する。
ここで記憶部Ｍに予め設定された発電機２のための第２の発電機特性マップは、例えば発電機の回転速度と発電電圧、および推定発電トルクの各条件下での推定発電電流の値を示すマップからなる。
実発電電流取得部１０７は、発電電流検出器１３より実発電電流を取得する。発電電流比較部１０８は、発電電流推定部１０６より取得した推定発電電流と実発電電流取得部１０７より取得した実発電電流を比較し、実発電電流が推定発電電流と比較して所定値以上小さくなった場合には、発電電流差が発生していると判定する。発電電流差の発生を判定するための前記の所定値は、ベルトスリップ発生時の電流の変化を事前に測定するなどして、記憶部Ｍに設定する。制限発電トルク算出部１０９は、発電電流比較部１０８により発電電流差が発生(ベルトスリップ発生)していると判定された場合、発電トルク指令制限部１０３より取得した推定発電トルクより所定値(差し引き値)だけ小さい値を制限発電トルクとし発電トルク指令制限部１０３へと出力する。前記所定値(差し引き値)は事前の測定により求め、ベルトスリップ発生時に迅速に復帰できるよう設定することが好ましい。
図２は、この発明の実施の形態１による車両の発電制御における、発電時の挙動を示すタイムチャートである。(ａ)の実線Ｖ１は車速を示し、(ｂ)の実線Ｔ１はこの発明を適用した場合の発電機２の発電トルク、点線Ｔ２はこの発明を適用しなかった場合の発電トルクを示し、(ｃ)の実線Ｉ１はこの発明を適用した場合の発電機２の発電電流、点線Ｉ２はこの発明を適用しなかった場合の発電電流を示している。
図２において、時刻ｔ１では、車両は減速状態となり回生発電モードと判定し、発電トルク指令を増加していく。時刻ｔ２では、発電トルクによってドライブベルト３にかかる力がグリップの限界を超過することでドライブベルト３のマクロスリップを引きおこし、発電機２に動力が十分に伝達されず実発電電流は低下する。この時、この発明を適用しなかった場合には、図２の(ｂ)の点線Ｔ２のように発電トルク指令を増加していくが、(ｃ)の点線Ｉ２のように実発電電流は大きく低下する。
この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置では概して、前記推定発電電流と前記実発電電流の差が発生した場合には発電トルク指令である推定発電トルクを低減してドライブベルトスリップ状態から復帰させ、前記推定発電電流と前記実発電電流の差がなくなった場合には、推定発電トルクを再度上昇させる。前述のようにして、ドライブベルトスリップ状態とドライブベルトスリップ状態からの復帰を繰り返し、ドライブベルトスリップ発生期間を短くするとともに、可能な限り大きな発電電流を得る。時刻ｔ３では車両の減速状態が終了し、回生発電モードを終了する。推定発電トルクを減少させ、実発電電流は減少する。
図３は、この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置における、発電機に出力する指令Ｄｕｔｙを算出する処理の手順を示したフローチャートであり、所定の演算周期(例えば、５ｍｓｅｃ)で実行される。
図３において、ステップＳ１００では、発電モード判定部１０１でアクセルペダルの入力状態や車速などの車両状態情報Ｓ１に基づいて回生発電モードなどの発電モードを判定し、ステップＳ１０１の処理へ進む。ステップＳ１０１では、発電トルク指令算出部１０２においてステップＳ１００で判定した発電モードに基づいて、発電トルク指令を算出し、ステップＳ１０２の処理へ進む。例えば、回生発電モードであれば発電トルク指令を増加させ、回生発電モードでなければ発電トルク指令を０に至るまで減少させる。
ステップＳ１０２では、発電機回転速度推定部１０５において、内燃機関回転速度検出器１１より取得した内燃機関回転速度より発電機回転速度を推定し、ステップＳ１０３の処理へ進む。ステップＳ１０３では、発電電流検出器１３および実発電電流取得部１０７で発電機２の実発電電流を取得し、ステップＳ１０４の処理へ進む。例えば、実発電電流取得部１０７は発電機２の実発電電流をホール素子により構成した発電電流検出器１３により検出した実発電電流を取得する。
ステップＳ１０４では、発電電流推定部１０６において、発電機２の上記第２の特性マップを参照して、発電電圧検出器１２からの発電電圧、ステップＳ１０２で取得した発電機回転速度推定部１０５からの発電機回転速度、後述する発電トルク指令制限部１０３からの推定発電トルクに基づき、推定発電電流を推定し、ステップＳ１１０の処理へと進む。
ステップＳ１１０は、発電電流比較部１０８において、ステップＳ１０３で取得した実発電電流とステップＳ１０４で取得した推定発電電流を比較し、比較した結果から所定の発電電流差(ベルトスリップ)の発生を検出する。ベルトスリップの発生があった場合にはさらに制限発電トルク算出部１０９において、後述する発電トルク指令制限部１０３からの推定発電トルクから所定値を差し引いた制限発電トルクを算出する処理を行いステップＳ１０５の処理へと進む。ステップＳ１１０の処理の内容は後述の図４に示す。
ステップＳ１０５では、発電トルク指令制限部１０３において、ステップＳ１１０で算出した制限発電トルクに基づいて、ステップＳ１０１で算出した発電トルク指令を制限し、ステップＳ１０６の処理へと進む。ステップＳ１０６では、指令Ｄｕｔｙ算出部１０４により、ステップＳ１０５で制限した結果の推定発電トルクとなるように、発電電圧およびステップＳ１０２で推定した発電機回転速度に基づいて発電機２の上記第１の特性マップを参照して指令Ｄｕｔｙを算出し、ステップＳ１０７の処理へと進む。ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６で算出した指令Ｄｕｔｙを発電機２に出力し、今回の処理を終了する。
図４は、この発明の実施の形態１による車両の発電制御装置における、発電電流比較部１０８、制限発電トルク算出部１０９において、実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理を示したフローチャートであり、図３におけるステップＳ１１０により呼び出されるたびに実行する。
図４において、ステップＳ２００では、発電電流比較部１０８において、まだ発電電流差発生中判定が成立していない場合はステップＳ２０１の処理へ進み、成立している場合、すなわち発電電流差発生中の場合はステップＳ２１０の処理へ進む。ステップＳ２０１では、発電電流比較部１０８において、実発電電流が推定発電電流より第１所定値以上小さいとき(すなわち発電電流差が第１所定値以上のとき)はステップＳ２０２の処理へ進み、それ以外の場合はステップＳ２０３の処理へ進む。前記第１所定値は、例えば、事前の計測によってドライブベルト３にスリップが発生した際の電流差より算出でき、３０Ａなどと設定する(例えば記憶部Ｍに記録しておく)。
ステップＳ２０２では、制限発電トルク算出部１０９において、制限発電トルクを現在の推定発電トルクより所定量小さい値に設定し、ステップＳ２０４の処理へと進む。
ここで現在の推定発電トルクは、発電制限中であれば発電トルク指令制限部１０３ですでに制限された発電トルクの値の推定発電トルク、発電制限中でなければ制限されていない、すなわち発電トルク指令算出部１０２の出力する発電トルク指令の値の推定発電トルクである。
また前記所定量小さい値は、例えば、１秒あたりに１Ｎｍ(ニュートンメータ)減少するように設定する。この値は事前の計測により求め、発電トルク指令の脈動が小さくなるように設定することが望ましい(例えば記憶部Ｍに格納しておく)。ステップＳ２０４では、制限発電トルク算出部１０９において、発電電流差発生中判定を成立とし、今回の処理を終了する。ステップＳ２０３では、発電トルクの制限を解除し、今回の処理を終了する。
ステップＳ２１０では、発電電流比較部１０８において、発電制限中に実発電電流と推定発電電流の発電電流差が第２所定値以上大きい場合はステップＳ２１１の処理へ進み、それ以外の場合は、ステップＳ２１２の処理へ進む。前記第２所定値は、前記第１所定値に対してヒステリシスを設けて小さい値に設定し、例えば、１０Ａなどと設定する。ステップＳ２１１では、制限発電トルク算出部１０９において、制限発電トルクを現在の推定発電トルクより所定量小さい値に設定し、今回の処理を終了する。ステップＳ２１２では、制限発電トルク算出部１０９において、発電トルクの制限を解除し、ステップＳ２１３の処理へ進む。ステップＳ２１３では、発電電流差発生中判定を不成立とし、今回の処理を終了する。
上記のようなこの発明の実施の形態１による車両の発電制御装置によれば、ドライブベルトのスリップが発生した場合には、実質的に発電トルク指令となる推定発電トルクを低下させることでスリップ状態から復帰させることができ、ドライブベルトのスリップに起因する異音や機構の損耗を低減するとともに、ドライブベルトをスリップ限界近傍まで活用して発電量を得ることができる。
実施の形態２．
前述の実施の形態１による車両の発電制御装置では、実発電電流と推定発電電流の差が所定値以上になった場合に、発電電流差発生中と判定して発電トルク指令(推定発電トルク)を制限することでドライブベルトのスリップの発生を低減したが、実施の形態２による車両の発電制御装置は、さらに実発電電流と推定発電電流の差が増加したことにより発電電流差発生中と判定する。これにより、より迅速にドライブベルトのスリップを抑制することができる。
実施の形態２による車両の発電制御装置を備えた車両の構成は図１と同様であるが、発電電流比較部１０８および制限発電トルク算出部１０９の内部の処理が異なっている。実施の形態２による車両の発電制御装置における、指令Ｄｕｔｙを算出する処理の手順は、図３に示されるステップＳ１１０の実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理の内容が異なっている。
以下、実施の形態１と異なる点を、図５に示される実施の形態２による車両の発電制御装置における、実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理を示したフローチャートにより説明する。図５において、実施の形態１の図４に示されるフローチャートと同様の処理を行う部分には同一の符号を付し、異なっている部分の処理について以下に述べる。
図５において、ステップＳ２０１では、発電電流比較部１０８において、実発電電流が推定発電電流より第１所定値以上小さいときはステップＳ２０２の処理へ進み、それ以外の場合はステップＳ２２０の処理へ進む。ステップＳ２２０では、実発電電流の推定発電電流に対する差が所定値以上増加した場合にはステップＳ２０２の処理へ進み、それ以外の場合にはステップＳ２０３の処理へ進む。例えば、１００ｍｓｅｃの間に実発電電流と推定発電電流の差が１０Ａ増加した場合に発電電流差が発生した、と判定する。この場合は実発電電流の推定発電電流に対する差の増加率に従って発電トルクの制限を行うか否かを判定することになる。また、必要に応じて毎回の実発電電流の推定発電電流に対する発電電流差を記憶部Ｍに記録して増加率の算出に利用してもよい。
上記のようなこの発明の実施の形態２による車両の発電制御装置によれば、実施の形態１による車両の発電制御装置より、さらに速やかに発電電流差発生中と判定することで、ドライブベルトのスリップに起因する異音や機構の損耗を低減することができる。
実施の形態３．
上記実施の形態による車両の発電制御装置では、実発電電流と推定発電電流の差に基づいて、発電電流差が発生していると判定された場合には、発電トルク指令(推定発電トルク)を制限することで、ドライブベルトのスリップ状態から速やかに復帰できるようにした。それに対し、実施の形態３による車両の発電制御装置では、ドライブベルトの張力に基づく初期制限発電トルクを設定し、事前にドライブベルトのスリップの発生を抑制するものである。
以下に、ドライブベルトの張力とスリップ限界トルクの関係の導出過程を説明する。ただし、ここではドライブベルトの張力は十分に大きく、ドライブベルトの回転に伴う遠心力は無視できるものとして算出している。
図６は発電機２のプーリ２ａに張られたドライブベルト３の微小角ｄφの部分に加えられる力を示した図である。図６をもとに、ベルトスリップ限界となる付加トルクＴｌｉｍと静止摩擦係数μ0、ベルト張力Ｆｓ、ドライブベルト３のプーリ２ａの有効巻き角θの関係を求める。図６において力１はベルトの張り側の張力Ｆ、力２はベルトの緩み側張力Ｆ−ｄＦ、合力３はプーリ接触面２ｂの法線方向にかかる力Ｎを、摩擦力４は合力３により生じた摩擦力μ0Ｎを示す。ここで、プーリ接触面２ｂの法線方向の力は(１)式のように求められる。
Ｎ＝Ｆ×ｓｉｎ(ｄφ／２)＋(Ｆ−ｄＦ)×ｓｉｎ(ｄφ／２)
＝２Ｆ×ｓｉｎ(ｄφ／２)−ｄＦ×ｓｉｎ(ｄφ／２) (１)
ｄφおよびｄＦが微小であるとすると、(１)式において、ｓｉｎ(ｄφ／２)≒ｄφ／２と近似でき、(２)式を得る。
Ｎ≒Ｆｄφ (２)
よって、最大の静止摩擦力は、(３)式を得る。
μ0Ｎ＝μ0Ｆｄφ (３)
また、ベルト巻き方向の力のつりあいより、(４)式を得る。
Ｆ×ｃｏｓ(ｄφ／２)＝(Ｆ−ｄＦ)×ｃｏｓ(ｄφ／２)＋μ0Ｆｄφ (４)
(４)式において、ｄφが微小であるとすると、ｃｏｓ(ｄφ／２)≒１と近似でき、(５)式を得る。
ｄφ＝ｄＦ／(μ0Ｆ) (５)
(５)式を積分することにより、(６)式の関係を得ることができる。
φ＝(１／μ0)ｌｎＦ−(１／μ0)ｌｎＦｓ (６)
(６)式を変形し、(７)式を得る。
Ｆ(φ)＝Ｆｓ・ｅｘｐ(μ0φ) (７)
(７)式を有効巻き角θにおいて積分し、(８)式を得る。
∫θ 0Ｆ(φ)ｄφ＝∫θ 0Ｆｓ ｅｘｐ(μ0φ)ｄφ
＝(Ｆｓ／μ0){ｅｘｐ(μ0θ)−１} (８)
ベルト張り方向の力が、(８)式で示される値を超えるとドライブベルトスリップが生じる。すなわち、ドライブベルト３がスリップしない条件は、(９)式で表される。
Ｔｌｉｍ≦(Ｒ・Ｆｓ／μ0){ｅｘｐ(μ0θ)−１} (９)
ここでＲは、発電機２のプーリ２ａの半径を示す。
以上に示されるように、ドライブベルト３のスリップが発生する発電トルクはドライブベルト３の張力に比例する。よって、制限発電トルク算出部１０９において、初期制限発電トルクはメンテナンス時に設定する標準のドライブベルトの張力に基づいて設定する。例えば、メンテナンス時に設定した標準のドライブベルトの張力を入力部(図示省略)から入力して記憶部Ｍに設定しておく。制限発電トルク算出部１０９は、記憶部Ｍから設定した標準のドライブベルトの張力を読み出し、スリップ発生発電トルクとドライブベルトの張力の比例関係式(記憶部Ｍに格納しておいてもよい)から算出したスリップ発生発電トルクに基づいて、例えば該スリップ発生発電トルク以下の該スリップ発生発電トルクと所定の割合の該スリップ発生発電トルク近傍の発電トルクを初期制限発電トルクとして設定し、これにより発電トルク指令制限部１０３で発電トルク指令が初期制限発電トルクの範囲内に制限され、制限された推定発電トルクを出力する。
さらに、図１に示したひずみゲージなどにより構成されたドライブベルト張力検出器１８により検出したドライブベルト張力に基づいて、前記初期制限発電トルクを補正するようにしてもよい。また、温度によりベルトの摺動性が変化することを考慮し、外気温検出器１９などにより検出した外気温に基づいて、前記初期制限発電トルクを補正するようにしてもよい。外気温と前記初期制限発電トルクの関係は、事前にベルトスリップ発生時の推定発電トルク(発電トルク)と外気温の関係を実測することで求めることができる。求めた発電トルク−外気温特性マップは記憶部Ｍに設定して使用する。
上記のようなこの発明の実施の形態３による車両の発電制御装置によれば、ドライブベルトの張力に基づいて発電トルクを適正に制限することで、事前にドライブベルトのスリップを防止し、ドライブベルトのスリップに起因する異音の発生や機構の損耗を軽減することができる。また、ベルトの張力が低下した場合や、低温環境下のドライブベルトの静止摩擦係数が低下する場合にも、発電トルクを適正に制限し、ドライブベルトのスリップを防止することができる。
実施の形態４．
前述の実施の形態１，２による車両の発電制御装置では、実発電電流と推定発電電流の差に基づいて、発電電流差が発生していると判定された場合には、発電トルク指令(推定発電トルク)を制限することで、ドライブベルトのスリップ状態から速やかに復帰できるようにした。実施の形態４ではさらに、実発電電流と推定発電電流の差が発生した時点での発電トルク指令(推定発電トルク)の値に基づいて、制限発電トルクを算出することで、ドライブベルトのスリップの再発を抑制するものである。
実施の形態４による車両の発電制御装置を備えた車両の構成は、図１の構成図のもの同様であるが、発電電流比較部１０８および制限発電トルク算出部１０９の内部の処理が異なる。実施の形態４による車両の発電制御装置での指令Ｄｕｔｙを算出する処理の手順は、図３に示されるステップＳ１１０における実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理の内容が異なっている。
以下、実施の形態２と異なる点を説明する。図７は実施の形態４のよる車両の発電制御装置における、実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理を示したフローチャートである。図７において、実施の形態２の図５に示されるフローチャートと同様の処理を行う部分には同一の符号を付し、異なっている部分の処理について以下に述べる。
図８について、ステップＳ２０４では、制限発電トルク算出部１０９において、発電電流差発生中判定を成立とし、ステップＳ２３０の処理へ進む。ステップＳ２０３では、発電トルクの制限を解除し、ステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２１１では、制限発電トルクを現在の推定発電トルクより所定量小さい値に設定し、ステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２１３では、発電電流差発生中判定を不成立とし、ステップＳ２３１の処理へ進む。
ステップＳ２３０では、制限発電トルク算出部１０９において、現在すなわち発電電流差発生中の推定発電トルクの値に基づいて学習制限発電トルクを設定し、ステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２３１では、学習制限発電トルクと制限発電トルクの小さいほうを制限発電トルクに決定し、今回の処理を終了する。
図８は実施の形態４による車両の発電制御装置の動作を説明する、ドライブベルト３にかかる外力と摩擦力の関係を示す図である。図８において、点Ａはドライブベルト３のスリップ限界の外力を示し、外力が点Ａに至るまではドライブベルト３のスリップは発生しない。点Ａを超えるとドライブベルト３はスリップ状態となり、ドライブベルト３の摩擦力は動摩擦係数により支配される。点Ｂは静止摩擦力の最大値を示している。点Ｃはドライブベルト３がスリップした後、外力を増加しても摩擦力が定常となる点を示す。点Ｃは動摩擦係数によって決まる。点Ｄは、点Ｃで示される外力でドライブベルト３がスリップしていた後、外力を減少させた際にスリップ収束する時点での外力と摩擦力を示している。
実施の形態４による車両の発電制御装置では、図８における点Ａで示されるスリップ限界より小さくかつスリップ限界近傍の値に前記学習制限発電トルクを設定するように構成する。ここで、前記外力を減少させてスリップ収束した点Ｄでの外力に基づいて前記学習制限トルクを設定してしまうと、図８における点Ａに示されるドライブベルト３のスリップ限界の近傍に前記学習制限発電トルクを設定することができないため、ドライブベルト３のスリップ限界の範囲を十分に活用できず、得られる発電量は減少する。
すなわち制限発電トルク算出部１０９は、発電電流差発生の推定発電トルク(＝スリップ発生発電トルク)に基づいて、例えば該推定発電トルク(図８の点Ａ)以下の該推定発電トルクと所定の割合の該推定発電トルク近傍の発電トルクを学習制限発電トルクとして設定し、これにより発電トルク指令制限部１０３で発電トルク指令が学習制限発電トルクの範囲内に制限される。
図９は、この発明の実施の形態４による車両の発電制御装置における、発電時の挙動を示すタイムチャートである。(ａ)は車速、(ｂ)は発電トルク、(ｃ)は発電電流を示している。時刻ｔ２で一度、発電トルクによってドライブベルト３にかかる力がグリップの限界を超過することでドライブベルト３のマクロスリップを引きおこし、発電機２に動力が十分に伝達されず実発電電流は低下しかける。しかしながら時刻ｔ２での推定発電トルク(すなわちスリップ発生時の発電トルク)以下の該推定発電トルクと所定の割合の該推定発電トルク近傍の発電トルクを学習制限発電トルクとして設定し、該学習制限発電トルクで発電トルク指令を制限することで、時刻ｔ２以降はドライブベルト３のマクロスリップは発生せず、発電トルク、発電電流は図９の(ｂ)(ｃ)に示すように高いレベルで維持される。
上記のようなこの発明の実施の形態４による車両の発電制御装置によれば、実発電電流と推定発電電流の差が発生した時点での推定発電トルクの値に基づいて、制限発電トルクを算出することで、ドライブベルトのスリップの再発を抑制するとともに、ドライブベルトのスリップ限界近傍まで発電電流を得ることができる。これにより、ドライブベルトの経年劣化などにより、傾向的にドライブベルトの摩擦力が低下した場合にも、適切にドライブベルトのスリップの再発を抑制し、異音の発生や機構の損耗を抑制することができる。
実施の形態５．
前述の実施の形態４による車両の発電制御装置では、実発電電流と推定発電電流の差が発生した時点での発電トルク指令制限部１０３が出力する推定発電トルクの値に基づいて、制限発電トルクを算出することで、ドライブベルト３のスリップの再発を抑制した。実施の形態５による車両の発電制御装置では、発電トルク指令(推定発電トルク)が学習制限発電トルクとなり、かつ、実発電電流と推定発電電流の差が発生しない時間を積算し、積算した時間が所定時間以上となった際には、学習制限発電トルクを増加させる補正を行う。
実施の形態５による車両の発電制御装置を備えた車両の構成は、図１と同様であるが、発電電流比較部１０８および制限発電トルク算出部１０９の内部の処理が異なっており、実施の形態５による車両の発電制御装置における、指令Ｄｕｔｙを算出する処理の手順は、図３に示されるステップＳ１１０の実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理の内容が異なっている。
以下、実施の形態４と異なる点を、図１０に示される実施の形態５による車両の発電制御装置における、実発電電流と推定発電電流を比較し、制限発電トルクを算出する処理を示したフローチャートにより説明する。図１０において、実施の形態４の図７に示されるフローチャートと同様の処理を行う部分には同一の符号を付し、異なっている部分の処理について以下に述べる。
図１０において、ステップＳ２３０では、制限発電トルク算出部１０９において、現在すなわち発電電流差発生中の推定発電トルクの値に基づいて学習制限発電トルクを設定し、ステップＳ２４０の処理へ進む。ステップＳ２０３では、発電トルクの制限を解除し、ステップＳ２４１の処理へ進む。
ステップＳ２４０では、制限発電トルク算出部１０９において、スリップ無し経験時間を０値にクリアしステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２４１では、発電トルク指令ここでは推定発電トルクと、制限発電トルクまたは学習制限発電トルクが一致しているかを判定し、一致している場合にはステップＳ２４２の処理へ進み、一致していない場合にはステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２４２では、スリップ無し経験時間(発電電流差未経験積算時間)が所定値以上であるかを判定し、該当する場合にはステップＳ２４３の処理へ進み、該当しない場合にはステップＳ２４５の処理へ進む。前記所定値は、例えば、一度の回生発電で発電を行う時間を目安に設定し、１５秒などと設定する。
ステップＳ２４３では、ステップＳ２３０で設定した学習制限発電トルクを所定量増加させ、ステップＳ２４４の処理へと進む。前記所定量は、車両の減速度に与える変化により運転者に違和感を与えないように設定することが好ましく、例えば、発電トルクの増加により０．００１Ｇの変化が発生しないように設定し、最終減速比およびタイヤ径およびプーリ比などの車両の設計値を考慮し、０．２Ｎｍなどと設定する。ステップＳ２４４では、前記スリップ無し経験時間を０値にクリアし、ステップＳ２３１の処理へ進む。ステップＳ２４５では、学習制限発電トルク値を保持したままステップＳ２４６の処理へ進む。ステップＳ２４６では、前記スリップ無し経験時間に図１０で示される処理の処理周期(図３と同じ例えば、５ｍｓｅｃ)を加算し前記スリップ無し経験時間を積算し、ステップＳ２３１の処理へ進む。
上記のようなこの発明の実施の形態５による車両の発電制御装置によれば、実施の形態４による車両の発電制御装置により、例えば、ドライブベルトへの水かかりなど、一過性の要因により発生したベルトスリップによって、前記学習制限発電トルクを過少に学習した場合にも、ドライブベルトのスリップが無いことを確認しつつ前記学習制限発電トルクを漸増させることで、平常時のドライブベルトのスリップ限界の値に相当する発電トルク値に前記学習制限発電トルクを近づかせることで、発電量を確保することができる。
実施の形態６．
前述の各実施の形態による車両の発電制御装置では、発電機に設けた発電電流検出器が検出した実発電電流を取得していたが、実施の形態６による車両の発電制御装置では、回生発電電力を回収する量を増加するために図１１に示されるような構成をとった車両において、発電機に設けた発電電流検出器の代わりに、発電機が発電した電力を供給する対象である電力変換部および第２の蓄電部が備える電流検出器により取得した電流値の和により、前記発電機の実発電電流を推定するようにしたものである。電力変換部は、一般に入出力電力の変換のために電流検出器を備え、第２の蓄電部は例えばリチウムイオンバッテリで、リチウムイオンバッテリを保護する目的で、充電状態を把握するために電流検出器を備えるのが一般的である。
図１１は、この発明の実施の形態６による車両の発電制御装置を備えた車両の構成図である。図１１において、図１に示す上記各実施の形態による車両の発電制御装置を備えた車両の構成図と同様の構成となる部分には同一の符号を付し、異なっている部分の構成について以下に述べる。
発電機２は電力変換部２０１および第２の蓄電部２０２に発電した電力を供給する。電力変換部２０１は、発電機２と第２の蓄電部２０２の少なくとも１つから供給された電力を変換して出力する。第２の蓄電部２０２は、発電機２が発電した電力を蓄電し、蓄電した電力を電力変換部２０１へと供給する。第１の蓄電部２０３は電力変換部２０１が出力した電力を蓄電し、車両電気負荷２０４へと蓄電した電力を供給する。車両電気負荷２０４は、ヘッドライトなどの車両の電気負荷で、電力を消費して各々の機能を実現する。
電力変換部入力電流検出器１５は、電力変換部２０１に具備され、電力変換部２０１に入力される電力変換部入力電流を検出し、実発電電流取得部１０７に伝達する。第２の蓄電部充電電流検出器１４は、第２の蓄電部２０２に具備され、第２の蓄電部２０２に充電される第２の蓄電部充電電流を検出し、実発電電流取得部１０７に伝達する。ここで、第２の蓄電部充電電流検出器１４は第２の蓄電部２０２が放電する電流は負の値として伝達する。実発電電流取得部１０７は、電力変換部入力電流と第２の蓄電部充電電流を加算することにより発電機２の実発電電流を推定し、発電電流比較部１０８へと出力する。
上記のようなこの発明の実施の形態６による車両の発電制御装置によれば、発電機に設けた電流検出器の代わりに、電力変換部および第２の蓄電部が備える電流検出器により実発電電流を推定することで、発電機に設けた電流検出器を排することができる。回生発電電力の回収量を増加するために備えた、電力変換部入力電流検出器や第２の蓄電部充電電流検出器を流用することにより、発電機の発電電流検出器を設ける必要がなくなるためコストアップがない。
なお、内燃機関回転速度検出器１１、発電機回転速度推定部１０５が回転電機回転速度取得部を構成する。発電電圧検出器１２が回転電機電圧検出部を構成する。発電電流検出器１３、蓄電部充電電流検出器１４、電力変換部入力電流検出器１５、実発電電流取得部１０７が回転電機電流検出部を構成する。発電モード判定部１０１、発電トルク指令算出部１０２が発電トルク指令生成部を構成する。発電電流比較部１０８、制限発電トルク算出部１０９が発電電流差判定部を構成する。発電トルク指令制限部１０３、指令Ｄｕｔｙ算出部１０４が発電制御部を構成する。ドライブベルト張力検出器１８がドライブベルト張力検出部を構成する。外気温検出器１９が外気温検出部を構成する。
またこの発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
産業上の利用の可能性
この発明による車両の発電制御装置およびその制御方法は回生発電機構を有する回転電機を搭載した様々な種類の車両に適用可能である。
１ 内燃機関、１ａ，２ａ プーリ、２ 発電機(回転電機)、２ｂ プーリ接触面、３ ドライブベルト、１１ 内燃機関回転速度検出器、１２ 発電電圧検出器、１３ 発電電流検出器、１４ 蓄電部充電電流検出器、１５ 電力変換部入力電流検出器、１８ ドライブベルト張力検出器、１９ 外気温検出器、１０１ 発電モード判定部、１０２ 発電トルク指令算出部、１０３ 発電トルク指令制限部、１０４ 指令Ｄｕｔｙ算出部、１０５ 発電機回転速度推定部、１０６ 発電電流推定部、１０７ 実発電電流取得部、１０８ 発電電流比較部、１０９ 制限発電トルク算出部、２０１ 電力変換部、２０２ 第２の蓄電部、２０３ 第１の蓄電部、２０４ 車両電気負荷。

Claims (10)

  1. 車両の駆動軸と動力を授受する内燃機関と前記内燃機関とドライブベルトを介して動力の授受を行う出力可変制御可能な回転電機を備えた車両のための車両の発電制御装置であって、
    前記回転電機の回転速度を求める回転電機回転速度取得部と、
    前記回転電機の電圧を検出する回転電機電圧検出部と、
    前記回転電機の実電流を求める回転電機電流検出部と、
    前記車両の状態から前記回転電機のための発電トルク指令を算出する発電トルク指令生成部と、
    前記発電トルク指令に基づく前記回転電機の発電を制御するための推定発電トルク、前記回転電機回転速度取得部の回転電機回転速度、前記回転電機電圧検出部の回転電機電圧から回転電機推定電流を推定する発電電流推定部と、
    前記回転電機電流検出部の回転電機実電流が前記発電電流推定部の回転電機推定電流より第１の所定値以上小さくなった場合に発電電流差が発生したと判定し前記発電トルク指令を制限するための制限発電トルクを出力し、発電電流差が発生している状態から前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が前記第１の所定値より小さい第２の所定値より小さくなった場合に発電電流差が発生していないと判定して前記制限発電トルクの出力をやめる発電電流差判定部と、
    前記発電トルク指令を前記推定発電トルクとし、前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電を制御し、発電電流差発生時には前記発電トルク指令を前記制限発電トルクに制限した前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電制御を行う発電制御部と、
    を備え、
    前記発電電流差判定部が、発電電流差発生時のスリップ発生発電トルクである前記推定発電トルク以下の該推定発電トルクと所定の割合の該推定発電トルク近傍の上限制限発電トルクを設定し、前記発電制御部が前記発電トルク指令を前記上限制限発電トルクの範囲内に制限する、
    ことを特徴する車両の発電制御装置。
  2. 前記発電電流差判定部が、前記推定発電トルクが前記上限制限発電トルクと一致し、かつ、発電電流差が発生していないと判定されている時間を積算して発電電流差未経験積算時間を算出し、前記発電電流差未経験積算時間が所定値以上となった場合には、前記上限制限発電トルクを増加させることを特徴とする請求項１に記載の車両の発電制御装置。
  3. 前記車両が、車両の電気負荷に電力を供給する第１の蓄電部と、前記回転電機と電力を授受する第２の蓄電部と、前記回転電機、前記第２の蓄電部、前記第１の蓄電部の間で電力を変換して授受する電力変換部と、前記電力変換部の入力電流を検出する電力変換部入力電流検出器と、前記第２の蓄電部の充電電流を検出する第２の蓄電部充電電流検出器と、をさらに備え、
    前記回転電機電流検出部は、前記電力変換部入力電流検出器および前記第２の蓄電部充電電流検出器で検出された電流に基づいて回転電機実電流を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の発電制御装置。
  4. 車両の駆動軸と動力を授受する内燃機関と前記内燃機関とドライブベルトを介して動力の授受を行う出力可変制御可能な回転電機を備えた車両のための車両の発電制御装置であって、
    前記回転電機の回転速度を求める回転電機回転速度取得部と、
    前記回転電機の電圧を検出する回転電機電圧検出部と、
    前記回転電機の実電流を求める回転電機電流検出部と、
    前記車両の状態から前記回転電機のための発電トルク指令を算出する発電トルク指令生成部と、
    前記発電トルク指令に基づく前記回転電機の発電を制御するための推定発電トルク、前記回転電機回転速度取得部の回転電機回転速度、前記回転電機電圧検出部の回転電機電圧から回転電機推定電流を推定する発電電流推定部と、
    前記回転電機電流検出部の回転電機実電流が前記発電電流推定部の回転電機推定電流より第１の所定値以上小さくなった場合に発電電流差が発生したと判定し前記発電トルク指令を制限するための制限発電トルクを出力し、発電電流差が発生している状態から前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が前記第１の所定値より小さい第２の所定値より小さくなった場合に発電電流差が発生していないと判定して前記制限発電トルクの出力をやめる発電電流差判定部と、
    前記発電トルク指令を前記推定発電トルクとし、前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電を制御し、発電電流差発生時には前記発電トルク指令を前記制限発電トルクに制限した前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電制御を行う発電制御部と、
    を備え、
    前記車両が、車両の電気負荷に電力を供給する第１の蓄電部と、前記回転電機と電力を授受する第２の蓄電部と、前記回転電機、前記第２の蓄電部、前記第１の蓄電部の間で電力を変換して授受する電力変換部と、前記電力変換部の入力電流を検出する電力変換部入力電流検出器と、前記第２の蓄電部の充電電流を検出する第２の蓄電部充電電流検出器と、をさらに備え、
    前記回転電機電流検出部は、前記電力変換部入力電流検出器および前記第２の蓄電部充電電流検出器で検出された電流に基づいて回転電機実電流を算出する、
    ことを特徴する車両の発電制御装置。
  5. 前記発電電流差判定部が、発電電流差が発生していない状態で、前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が所定の増加率以上で増加した場合に、発電電流差が発生したと判定することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の車両の発電制御装置。
  6. 前記発電電流差判定部が、事前に設定された標準ドライブベルト張力に基づいた前記回転電機の初期制限発電トルクを算出して設定し、前記発電制御部が前記発電トルク指令を前記初期制限発電トルクの範囲内に制限することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の車両の発電制御装置。
  7. 前記ドライブベルトの張力を検出するドライブベルト張力検出部をさらに備え、前記発電電流差判定部が、前記ドライブベルト張力に基づいて前記初期制限発電トルクを補正することを特徴とする請求項６に記載の車両の発電制御装置。
  8. 車両の外気温を検出する外気温検出部をさらに備え、前記発電電流差判定部が、前記外気温に基づいて前記初期制限発電トルクを補正することを特徴とする請求項６または７に記載の車両の発電制御装置。
  9. 車両の駆動軸と動力を授受する内燃機関と前記内燃機関とドライブベルトを介して動力の授受を行う出力可変制御可能な回転電機を備えた車両の発電制御において、
    前記車両の状態から前記回転電機のための発電トルク指令を算出する工程と、
    前記発電トルク指令に基づく前記回転電機の発電を制御するための推定発電トルク、回転電機回転速度、回転電機電圧から回転電機推定電流を推定する工程と、
    回転電機実電流が前記回転電機推定電流より第１の所定値以上小さくなった場合に発電電流差が発生したと判定し前記発電トルク指令を制限するための制限発電トルクを出力し、発電電流差が発生している状態から前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が前記第１の所定値より小さい第２の所定値より小さくなった場合に発電電流差が発生していないと判定して前記制限発電トルクの出力をやめる工程と、
    前記発電トルク指令を前記推定発電トルクとし、前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電を制御し、発電電流差発生時には前記発電トルク指令を前記制限発電トルクに制限した前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電制御を行う工程と、
    を備え、
    発電電流差発生時のスリップ発生発電トルクである前記推定発電トルク以下の該推定発電トルクと所定の割合の該推定発電トルク近傍の上限制限発電トルクを設定し、前記発電トルク指令を前記上限制限発電トルクの範囲内に制限する、
    ことを特徴する車両の発電制御方法。
  10. 車両の駆動軸と動力を授受する内燃機関と前記内燃機関とドライブベルトを介して動力の授受を行う出力可変制御可能な回転電機を備えた車両の発電制御において、
    前記車両の状態から前記回転電機のための発電トルク指令を算出する工程と、
    前記発電トルク指令に基づく前記回転電機の発電を制御するための推定発電トルク、回転電機回転速度、回転電機電圧から回転電機推定電流を推定する工程と、
    回転電機実電流が前記回転電機推定電流より第１の所定値以上小さくなった場合に発電電流差が発生したと判定し前記発電トルク指令を制限するための制限発電トルクを出力し、発電電流差が発生している状態から前記回転電機実電流と前記回転電機推定電流の差が前記第１の所定値より小さい第２の所定値より小さくなった場合に発電電流差が発生していないと判定して前記制限発電トルクの出力をやめる工程と、
    前記発電トルク指令を前記推定発電トルクとし、前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電を制御し、発電電流差発生時には前記発電トルク指令を前記制限発電トルクに制限した前記推定発電トルクに従って前記回転電機の発電制御を行う工程と、
    を備え、
    前記車両が、車両の電気負荷に電力を供給する第１の蓄電部と、前記回転電機と電力を授受する第２の蓄電部と、前記回転電機、前記第２の蓄電部、前記第１の蓄電部の間で電力を変換して授受する電力変換部と、を設け、
    前記電力変換部の入力電流を検出する電力変換部入力電流検出行程と、
    前記第２の蓄電部の充電電流を検出する第２の蓄電部充電電流検出行程と、
    をさらに備え、
    前記回転電機実電流を検出する際に、前記電力変換部入力電流検出行程および前記第２の蓄電部充電電流検出行程で検出された電流に基づいて回転電機実電流を算出する、
    ことを特徴する車両の発電制御方法。
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