JP5971352B2 - 車両用電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される電動機の動作を制御する車両用電動機の制御装置の技術分野に関する。

この種の電動機として、複数の特性を相互に切り替えて駆動することが可能なものが知られている。例えば特許文献１及び２には、回転軸方向に分割された２つのロータの相対的な位相を可変とすることにより特性を変更可能とする技術が提案されている。また特許文献３では、周方向に分割された２つのロータの相対的な位相を可変とすることにより特性を変更可能とする技術が提案されている。更に特許文献４では、２種類の巻き線を選択的に切替えて使用することで特性を変更可能とする技術が提案されている。

特開２０１１−０３０３４１号公報 特開２００３−２４４８７４号公報 特開２００７−２４４０６０号公報 特開２０１１−０５０１５０号公報

上述したように、複数の特性を切替えて電動機を駆動することができれば、状況に応じた高効率での運転状態を実現することが可能である。具体的には、比較的大きいトルクが求められる状況（例えば、車両発進時）と、比較的小さいトルクしか求められない状況（例えば、高速走行時）とで特性を切替えるようにすることで、駆動によって消費する電力を効果的に抑制することができる。

しかしながら、上述した特性の切替え制御は、意図せぬ故障等によって実行できなくなるおそれがある。即ち、電動機の特性が一の特性に固定されてしまうような状況が起こり得る。

ここで特に、車両用の電動機では、その性質上、不具合が発生した場合であっても最低限車両が走行可能な状態を維持することが求められる。しかしながら、例えば出力トルクが制限されるような特性に切替えられた状態で切替え制御が実行できなくなってしまうと、トルク不足によって予期せぬ車両挙動が引き起こされ、適切な走行が阻害されるだけでなく、安全性を確保することまでも困難となってしまうおそれがある。

以上のように、特許文献１から４に記載の技術には、特性の切替え制御が実行できなくなった場合に、特性が固定されることに起因した更なる不都合が発生してしまうおそれがあるという技術的問題点を有している。

本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、特性の切替え制御が実行できなくなった場合においても、適切な走行を実現することが可能な車両用電動機の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の車両用電動機の制御装置は上記課題を解決するために、トルクの出力上限が相異なる複数の特性を実現可能な電動機を制御する車両用電動機の制御装置であって、前記電動機の特性を、出力上限が第１所定トルクである第１特性、及び出力上限が前記第１所定トルクより小さい第２所定トルクである第２特性の少なくとも２特性間で切替える特性切替え手段と、前記電動機の特性が前記第１特性及び前記第２特性のいずれであるかを判定する特性判定手段と、前記電動機により駆動される被駆動体が停止する場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させ、前記電動機の特性が前記第１特性でないと判定された場合に、前記電動機の特性を前記第１特性に切替えるように、且つ前記被駆動体の次回始動時に前記第１特性で始動させるように前記特性切替え手段を制御する特性制御手段とを備え、前記特性制御手段は、前記被駆動体が所定期間以上停止する場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させ、前記所定期間は、前記被駆動体の停止中に、前記特性切替え手段による前記電動機の特性の切替えが実行できなくなる可能性に基づいて設定されている。

本発明に係る電動機は、例えばモータジェネレータ等の電動発電機として構成されており、ハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載され、その動力源として機能する。また本発明に係る電動機は特に、トルクの出力上限が相異なる複数の特性を実現可能とされている。この特性の一例として、例えば電動機の界磁特性が挙げられ、ロータが周方向又は軸方向に分割された電動機において、各ロータの相対的な位相を変化させることで特性の切替えを実現できる。或いは、ロータに複数の巻き線を備えた電動機において、使用する巻き線を切替えることでも特性の切替えが実現可能となる。なお、電動機の特性を切替る方法として、他の既知の手法を利用することもできる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置は、上述した電動機の制御を実行する装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の動作時には、特性切替え手段によって、電動機の特性が複数の特性間で切替えられる。具体的には、特性切替え手段は、出力上限が第１所定トルクである第１特性、及び出力上限が第２所定トルクである第２特性の少なくとも２特性間で、電動機の特性を切替える。ここで、第２所定トルクは、第１所定トルクよりも小さい値である。このため、第２所定トルクが出力上限である第２特性は、第１所定トルクが出力上限である第１特性よりも、出力可能なトルクが小さい特性（即ち、出力トルクが制限された特性）であると言える。

なお、このようにトルクの出力上限が相異なる特性を切替えることで、電動機の効率的な運転を実現することが可能となる。例えば、車両の発進時等には、比較的大きいトルクを出力することが要求されるため、電動機の特性をトルクの出力上限が大きい第１特性に切替えることで、車両の好適な走行を実現できる。他方、車両が高速走行している場合には、高い回転数が求められる一方で、トルクはそれほど要求されない。このため、電動機の特性をトルクの出力上限が小さい第２特性に切替えることで、消費電力を抑えた効率的な運転が実現できる。

本発明では更に、特性判定手段により、電動機の特性が第１特性及び第２特性のいずれとされているかが判定される。特性判定手段では、例えば電動機の運転中において、所定の周期で定期的に、或いは特性切替え制御を実行した直後等の所定のタイミングで電動機の特性が判定される。これにより、特性切替え手段によって適宜切替えられる電動機の現在の特性を正確に把握することができ、特性に応じた適切な制御行うことが可能となる。特性の判定は、例えばロータの位相を変化させて特性を変化させる電動機においては、ロータの回転角を検出することで実行できる。

ここで特に、上述した特性判定手段は、電動機により駆動される被駆動体が停止する場合（例えば、車両が停止する場合、或いは電動機の運転のみが停止される場合等）に、電動機の特性が第１特性であるか否かを特性制御手段により判定させられる。即ち、特性判定手段では、電動機の運転中における通常の特性切替え制御を行うための特性判定に加えて、電動機が停止される場合における特性判定が実行される。

そして特性判定手段による判定の結果、被駆動体停止時の電動機の特性が第１特性でないと判定された場合には、特性制御手段により、電動機の特性を第１特性に切替えるように特性切替え手段が制御される。なお、電動機の特性が既に第１特性であると判定された場合には、電動機の特性の切替えは行われなくともよい。このような制御の結果、被駆動体が停止している電動機の特性は、停止直前の特性にかかわらず第１特性の状態とされる。

また、被駆動体の停止時に第１特性とされた電動機は、被駆動体の次回始動時に第１特性で始動される。即ち、停止時に第１特性とされた電動機の特性は次回始動時まで維持され、電動機は第１特性で始動される。

ここで、特性切替え手段による電動機の特性の切替えは、意図せぬ故障等により実行できなくなってしまう場合がある。この場合、電動機の特性が一の特性に固定されてしまうため、上述したような特性切替えによる効率的な運転が困難となる。また、仮に電動機の特性が第２特性で固定されてしまったとすると、トルクの出力が比較的小さい第２所定トルクに制限されてしまうため、車両が好適に走行できなくなるおそれがある。具体的には、車両が停止した状態から適切に発進できなくなったり、運転者が所望する加減速が実現できなくおそれがある。更には、車両の挙動が不安定になってしまうことで、安全性の確保が困難となるおそれもある。

しかるに本発明では特に、上述したように、電動機により駆動される被駆動体が停止する場合には、電動機の特性が第１特性とされ、次回始動時には第１特性で始動される。このため、被駆動体が停止している間に特性の切替えができなくなった場合であっても、電動機は比較的大きいトルクが出力できる。よって、上述したような出力トルクが不足することに起因して生じる不都合を好適に回避することができる。

なお、上述した不都合を回避する観点からすれば、第１特性の出力上限である第１所定トルクは可能な限り大きい値であることが好ましい。ただし、第１特性の出力上限である第１所定トルクが第２特性の出力上限である第２所定トルクより多少なりとも大きい限り、第１所定トルクの大きさによらず上述した効果は相応に発揮される。

なお、ここでは第１特性及び第２特性間で特性が切替えられる場合についてのみ説明したが、本発明は、それ以外の特性への切替えが実現される場合にも有効である。例えば、第１所定トルクより小さく、第２所定トルクより大きい第３所定トルクを出力上限とする第３特性や、第２所定トルクより小さい第４所定トルクを出力上限とする第４特性への切替えが可能な場合であっても、被駆動体が停止する場合に第１特性（即ち、比較的大きなトルクを出力可能な特性）に切替えておくようにすれば、トルク不足による不都合を好適に回避できる。

以上説明したように、本発明に係る車両用電動機の制御装置によれば、電動機における特性の切替え制御が実行できなくなった場合においても、適切な走行を実現することが可能である。そして、このような効果は、故障した場合であっても最低限の走行が求められる車両への適用において、極めて有益であると言える。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の一態様では、前記第１所定トルクは、前記電動機で出力し得る最大トルクである。

この態様によれば、第１特性は、電動機が出力し得る最大のトルクを出力可能な特性として設定される。このため、仮に停止中に特性の切替えができなくなったとしても、予め第１特性に切替えられた電動機からは最大のトルクを出力することができる。即ち、故障等により特性が固定されてしまった場合であっても、出力トルクが制限されない。従って、トルク不足に起因する不都合を確実に回避することが可能となる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の他の態様では、前記特性制御手段は、前記被駆動体が所定期間以上停止する場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる。

この態様によれば、特性制御手段によって指示される特性判定手段による電動機の特性の判定は、被駆動体が停止する場合に常に実行される訳ではなく、被駆動体が所定期間以上停止する場合にのみ実行される。よって、被駆動体が停止する場合であっても、所定期間以上停止しない場合には、電動機の特性は第１特性に切替えられないことになる。

なお、ここでの「所定期間」とは、停止中に電動機の特性の切替え制御が実行できなくなる可能性が、一定程度まで高まるような期間として予め設定される期間であり、例えば理論的、実験的、或いは経験的に求められ設定される。本願発明者の研究するところによれば、特性の切替え制御に関する不具合は、被駆動体が長く停止しているほど高くなる傾向にあることが判明している。このため、所定期間を閾値として、特性の判定及び第１特性への切替え制御を行うようにすれば、停止する度に上記制御を実行する場合と比べて、効率的に不具合を回避することが可能となる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の他の態様では、前記特性判定手段は、前記電動機が前記被駆動体を停止させるための停止トルクを出力している場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であると判定する。

本発明に係る電動機は、被駆動体を停止させるために停止トルクを出力する場合があり、停止トルクは、その特性上、比較的大きいトルクであることが求められる。このため、停止トルクを出力する電動機は、比較的大きいトルクを出力可能な第１特性とされる。よって、電動機が被駆動体を停止させるため停止トルクを出力している場合には、他のパラメータ（例えば、ロータの回転角）等を検出せずとも、電動機の特性が第１特性であると判定できる。即ち、電動機の特性を判定するための処理を別途実行せずとも、電動機が停止トルクを出力しているか否かによって、その特性を判定することができる。この結果、電動機の特性判定を、極めて容易且つ的確に実行することが可能となる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の他の態様では、前記特性制御手段は、前記電動機が搭載される車両のシステムオフの指令後に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる。

本発明に係る車両は、そのシステムによって走行等の車両全体での各種制御が実行されるように構成されている。このため、車両のシステムがオフとされた場合には、電動機による被駆動体も確実に停止する。従って、特性制御手段が、車両のシステムオフの指令後に電動機の特性を判定させるようにすれば、判定のタイミングを適切なものとでき、好適に第１特性への切替えが実行できる。具体的には、システムオフの指令後から実際にシステムがオフとされるまでの間に第１特性への切替えが実行できる。

なお、システムオフ時に第１特性へと切替えた後には、その第１特性を次回のシステムオン時まで維持することが求められる。このため、本態様に係る電動機は、特性維持のために電力を必要としない電動機であることが好ましい。ちなみに、特性維持のために電力を必要としない電動機としては、例えばロータ分割式や電流制御による磁力可変方式等のロータが挙げられる。

また、車両のシステムは、例えば運転者のキー操作によってオンとされ、車両が停止し運転者が車両を離れるような場合にはオフとされる。このため、車両のシステムがオフとされた場合には、電動機の被駆動体は比較的長期間停止すると想定される。よって、車両のシステムがオフとされる場合は、電動機の特性の切替え制御が実行できなくなる可能性が高い停止状態であると言える。従って、車両のシステムがオフとされた場合に電動機の特性を判定するようにすれば、判定のタイミングを極めて適切なものとでき、好適に第１特性への切替えが実行できる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の他の態様では、前記電動機は、該電動機が搭載される車両の駆動軸と回転数が対応するように設けられ、前記特性制御手段は、前記車両の速度がゼロとなった場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる。

本態様に係る電動機は、例えば車両の駆動軸に直接トルクを出力する電動機（より具体的には、車両が走行するための動力を直接的に出力する電動機等）として設けられており、電動機の回転数と駆動軸の回転数とが互いに対応する。なお、ここでの「対応する」とは、駆動軸の回転数がゼロとなった場合に、電動機の回転数もゼロとなる（即ち、電動機の被駆動体が停止する）ような関係が成立している状態を意味しており、例えば駆動軸の回転数から電動機の回転数を正確に算出できるまでの高精度な対応関係は要求されない。

ここで、車両の速度がゼロとなると、車両の駆動軸の回転数もゼロとなっていると推定できる。よって、駆動軸と回転数が対応する電動機の回転数もゼロになっていると推定できる。このため本態様では、車両の速度がゼロとなった場合に、特性制御手段からの指示により電動機の特性が第１特性であるか否かが判定される。このようにすれば、電動機の被駆動体が停止するタイミングを適切に判断でき、適切なタイミングで電動機の特性の判定が行える。従って、好適に第１特性への切替えが実行できる。

本発明に係る車両用電動機の制御装置の他の態様では、前記電動機は、該電動機が搭載される車両の内燃機関と回転数が対応するように設けられ、前記特性制御手段は、前記内燃機関の回転数がゼロとなった場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる。

本態様に係る電動機は、例えば車両の内燃機関に直接トルクを出力する電動機（より具体的には、内燃機関を始動するためのトルクを出力したり、内燃機関から出力された動力を回生する電動機等）として設けられており、電動機の回転数と内燃機関の回転数とが互いに対応する。なお、ここでの「対応する」とは、内燃機関の回転数がゼロとなった場合に、電動機の回転数もゼロとなる（即ち、電動機の被駆動体が停止する）ような関係が成立している状態を意味しており、例えば内燃機関の回転数から電動機の回転数を正確に算出できるまでの高精度な対応関係は要求されない。

上述した構成によれば、内燃機関の回転数がゼロとなると、回転数が対応する電動機の回転数もゼロになっていると推定できる。このため本態様では、内燃機関の回転数がゼロとなった場合に、特性制御手段からの指示により電動機の特性が第１特性であるか否かが判定される。このようにすれば、電動機の被駆動体が停止するタイミングを適切に判断でき、適切なタイミングで電動機の特性の判定が行える。従って、好適に第１特性への切替えが実行できる。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。

本実施形態に係る車両用電動機の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。 ハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。 第１特性時のロータの構成を示す拡大断面図である。 第２特性時のロータの構成を示す拡大断面図である。 第１特性とされたモータジェネレータにおけるトルクと回転数との関係を示すグラフである。 第２特性とされたモータジェネレータにおけるトルクと回転数との関係を示すグラフである。 ＥＣＵの構成を示すブロック図である。 実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作を示すフローチャートである。 第１特性とされたモータジェネレータの車両が停止する際の動作を示すタイムチャートである。 第２特性とされたモータジェネレータの車両が停止する際の動作を示すタイムチャートである。 モータジェネレータの特性が第２特性から第１特性へと切替えられる際の動作を示すタイムチャートである。

以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。

＜車両の構成＞
先ず、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置が搭載される車両の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置が搭載される車両の全体構成を示す概略図である。

図１において、本実施形態に係る車両１は、ハイブリッド駆動装置１０、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１、バッテリ１２、アクセル開度センサ１３、車速センサ１４及びＥＣＵ１００を備えて構成される、所謂ハイブリッド車両である。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って、ハイブリッド車両１における各種制御を実行可能に構成されている。なお、ＥＣＵ１００は、本発明の「車両用電動機の制御装置」の一例としても機能する。

ＰＣＵ１１は、バッテリ１２から取り出した直流電力を交流電力に変換して、後述するモータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２にそれぞれ供給する。またＰＣＵ１１は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２に供給することが可能な不図示のインバータを含んでいる。即ち、ＰＣＵ１１は、バッテリ１２と各モータジェネレータとの間の電力の入出力、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力（即ち、この場合、バッテリ１２を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる）を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００によってその動作が制御される構成となっている。

バッテリ１２は、モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２を力行するための電力に係る電力供給源として機能する。バッテリ１２は充電可能であり、その蓄電量（ＳＯＣ）は、ＥＣＵ１００等において検出可能とされている。

アクセル開度センサ１３は、ハイブリッド車両１の図示せぬアクセルペダルの操作量たるアクセル開度を検出可能に構成されたセンサである。アクセル開度センサ１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度は、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

車速センサ１４は、ハイブリッド車両１の車速を検出可能に構成されたセンサである。車速センサ１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速は、ＥＣＵ１００によって一定又は不定の周期で参照される構成となっている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインとして機能する動力ユニットである。ここで、図２を参照し、ハイブリッド駆動装置１０の詳細な構成について説明する。ここに図２は、本実施形態に係るハイブリッド駆動装置の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図２において、ハイブリッド駆動装置１０は、主にエンジン２００、ＭＧ１側動力伝達機構３１０、ＭＧ２側動力伝達機構３２０、ダンパ４１０、モータジェネレータＭＧ１（以下、適宜「ＭＧ１」と略称する）、モータジェネレータＭＧ２（以下、適宜「ＭＧ２」と略称する）、インプットシャフト４２０及びドライブシャフト５００を備えて構成されている。

エンジン２００は、本発明の「内燃機関」の一例であり、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するように構成されている。エンジン２００は、例えばガソリンや軽油、アルコール燃料等を燃料とするエンジンである。エンジン２００は、気筒内において燃焼室に点火プラグの一部が露出してなる点火装置による点火動作を介して混合気を燃焼せしめると共に、係る燃焼による爆発力に応じて生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。

クランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角）を検出するクランクポジションセンサが設置されている。このクランクポジションセンサは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００では、このクランクポジションセンサから出力されるクランク角信号に基づいて、エンジン２００の回転数が算出される構成となっている。

エンジン２００は、ダンパ４１０及びインプットシャフト４２０を介して、ＭＧ１側動力伝達機構３１０に動力を出力可能に構成されている。

ＭＧ１側動力伝達機構３１０は、中心部に設けられたサンギヤＳ１と、サンギヤＳ１の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ１と、サンギヤＳ１とリングギヤＲ１との間に配置されてサンギヤＳ１の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ１と、これら各ピニオンギヤの回転軸を軸支するキャリアＣ１とを備えている。

サンギヤＳ１は、サンギヤ軸を介してＭＧ１のロータに連結されている。また、リングギヤＲ１は、ドライブシャフト５００に連結されている。更に、キャリアＣ１は、エンジン２００のインプットシャフト４２０と連結されている。

ＭＧ２側動力伝達機構３２０は、中心部に設けられたサンギヤＳ２と、サンギヤＳ２の外周に同心円状に設けられた、リングギヤＲ２と、サンギヤＳ２とリングギヤＲ２との間に配置されてサンギヤＳ２の外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギヤＰ２とを備えている。

サンギヤＳ２は、サンギヤ軸を介してＭＧ２のロータに連結されている。また、リングギヤＲ２は、ドライブシャフト５００に連結されている。

モータジェネレータＭＧ１は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。

なお、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える構成を有するが、他の構成を有していてもよい。モータジェネレータＭＧ１及びモータジェネレータＭＧ２は、本発明に係る「電動機」の一例として構成されている。

以下では、モータジェネレータＭＧ１とモータジェネレータＭＧ２とを区別せずに説明に用いる場合、これらを単にＭＧと称する場合がある。

ドライブシャフト５００は、本発明の「駆動軸」の一例であり、ハイブリッド車両１の駆動輪たる右前輪ＦＲ及び左前輪ＦＬを夫々駆動するドライブシャフトＳＦＲ及びＳＦＬ（図１参照）と連結されている。

なお、本実施形態では、本発明に係る車両の一例としてハイブリッド車両１を挙げて説明しているが、電動機（即ち、モータジェネレータＭＧ）を備える車両であれば、ハイブリッド車両以外の車両であっても構わない。例えば、エンジン２００を持たない電気自動車であっても、本発明に係る車両の一例となり得る。

＜電動機の特性＞
次に、上述したモータジェネレータＭＧが実現し得る２つの特性について、図３から図６を参照して説明する。ここに図３は、第１特性時のロータの構成を示す拡大断面図であり、図４は、第２特性時のロータの構成を示す拡大断面図である。また図５は、第１特性とされたモータジェネレータにおけるトルクと回転数との関係を示すグラフであり、図６は、第２特性とされたモータジェネレータにおけるトルクと回転数との関係を示すグラフである。

図３及び図４において、本実施形態に係るモータジェネレータＭＧは、回転軸方向に分割された第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０を備えている。第１ロータ６１０には、第１ロータ空洞部６１５が形成されており、第２ロータ６２０には、第２ロータ空洞部６２５が形成されている。

本実施形態に係るモータジェネレータＭＧは特に、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相（回転角）を変化させることにより相異なる２つの特性を実現可能とされている。具体的には、図３に示すように、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が揃っている場合には、モータジェネレータＭＧは第１特性とされる。一方、図４に示すように、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が異なっている場合（には第１ロータ空洞部６１５と第２ロータ空洞部６２５との位置関係を参照）、モータジェネレータＭＧは第２特性とされる。このような特性の変化は、モータジェネレータＭＧにおける界磁特性が変化することによるものである。

図５において、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が揃う第１特性は、モータジェネレータＭＧの最大定格トルクＴｒ１を出力上限とする特性であり、例えば比較的大きいトルクが要求される車両発進時等において実現される。ここでのトルクＴｒ１は、本発明に係る「第１所定トルク」の一例である。

図６において、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が異なる第２特性は、最大定格トルクＴｒ１より小さいトルクＴｒ２を出力上限とする特性であり、例えば比較的高回転が要求されるが、大きいトルクは要求されない高速走行時等において実現される。ここでのトルクＴｒ２は、本発明に係る「第２所定トルク」の一例である。

なお、トルクＴｒ１は、トルクＴｒ２より大きい値であれば、最大定格トルクでなくともよく、そのような場合でも、後述する本実施形態に係る技術的効果は相応に発揮される。ただし、トルクＴｒ１は、後述する本実施形態に係る効果を顕著に発揮させるためにも、できる限り大きい値であることが好ましい。

また、ここでは第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が揃う場合に比較的大きいトルクＴｒ１を出力上限とする第１特性が実現され、相対的な位相が異なる場合に比較的小さいトルクＴｒ２を出力上限とする第２特性が実現される場合について説明したが、相対的な位相と特性との関係は逆になることもあり得る。即ち、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相が揃う場合に比較的小さいトルクＴｒ２を出力上限とする第２特性が実現され、相対的な位相が異なる場合に比較的大きいトルクＴｒ１を出力上限とする第１特性が実現されてもよい。

ちなみに、モータジェネレータＭＧの特性の切替えは、上述したようにロータを回転軸方向で分割するのではなく、周方向で分割することによっても実現できる。また、モータジェネレータＭＧの特性の切替えは、分割されたロータの相対的な位相の変化以外によって実現されても構わない。例えば、ロータが異なる複数の巻き線を備えており、使用する巻き線を変更することでも特性を変更することが可能である。モータジェネレータＭＧの特性は、本実施形態のように界磁特性に依存するものでなくとも構わない。

以上のように、本実施形態に係るモータジェネレータＭＧは、トルクの出力上限が互いに異なる複数の特性を実現可能とされている。このため、ハイブリッド車両１の走行状態に応じて適宜モータジェネレータＭＧの特性を切替えるようにすれば、モータジェネレータＭＧの運転効率を高めることが可能となる。

なお、本実施形態に係るハイブリッド車両１は、２つのモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を備えているが、その両方が特性切替え可能とされずともよく、少なくとも一方が特性切替え可能であれば、後述する本実施形態に係る技術的効果を得ることができる。

＜装置構成＞
次に、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置の一例であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図７を参照して説明する。ここに図７は、本実施形態に係るＥＣＵの構成を示すブロック図である。なお、図７では、ＥＣＵ１００に含まれる要素のうち本実施形態に関係の深いもののみを図示し、その他については適宜図示を省略している。

図７において、本実施形態に係るＥＣＵ１００は、ＭＧ停止判定部１１０、ＭＧ特性判定部１２０、ＭＧ特性切替決定部１３０及びＭＧ特性切替制御部１４０とを備えて構成されている。

ＭＧ停止判定部１１０は、運転していたモータジェネレータＭＧが停止されたことを判定する。具体的には、ＭＧ停止判定部１１０には、ハイブリッド車両１のシステムの状態を示す情報が入力されており、システムがオフとされた場合に、モータジェネレータＭＧが停止されたと判定する。ただし、ＭＧ停止判定部１１０は、他の方法でモータジェネレータＭＧが停止されたことを判定してもよい。例えば、図２の構成において、エンジン２００の回転数とモータジェネレータＭＧ１の回転数とが互いに一致するような走行状態の場合、又はエンジン２００のクランクシャフト２０５とモータジェネレータＭＧ１のインプットシャフトが同軸上にあり、常にエンジン２００の回転数とモータジェネレータＭＧ１の回転数とが互いに一致する場合に、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２００の回転数がゼロとなった際に停止されたと判定することができる。また、ドライブシャフト５００と回転数が対応するモータジェネレータＭＧ２では、車速がゼロとなった場合に停止したと判定することができる。或いは、モータジェネレータＭＧの回転数を直接検出するセンサ等によって停止を判定しても構わない。ＭＧ停止判定部１１０による判定結果は、ＭＧ特性判定部１２０に出力される。

ＭＧ特性判定部１２０は、本発明の「特性判定手段」の一例であり、現在のモータジェネレータＭＧの特性を判定する。ＭＧ特性判定部１２０には、モータジェネレータＭＧのロータの回転角を示す情報が入力されており、ＭＧ特性判定部１２０は、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の回転角の位相差に基づいて、モータジェネレータＭＧの特性を判定する。なお、モータジェネレータＭＧの特性がロータの位相差以外で決定される場合には、特性を判定するための他の情報が入力されるように構成すればよい。ＭＧ特性判定部１２０による判定結果は、ＭＧ特性切替制御部１４０に出力される。また、ＭＧ特性切替え決定部１３０の指示により特性を判定した場合には、ＭＧ特性切替え決定部１３０にも判定結果が出力される。

ＭＧ特性切替決定部１３０は、本発明の「特性制御手段」の一例であり、ＭＧ停止判定部１１０によってモータジェネレータＭＧが停止したと判定された場合に、特性判定部１２０にモータジェネレータＭＧの特性が第１特性であるか否か（即ち、最大定格トルクＴｒ１を出力できる状態であるか否か）を判定させる。そして判定の結果、停止したモータジェネレータＭＧの特性が第１特性でない場合に、その特性を第１特性へと切替えるように、且つモータジェネレータＭＧの次回始動時まで第１特性を維持するようにＭＧ特性切替制御部１４０に指示を出す。なお、本実施形態では、第１特性及び第２特性の２つの特性を実現可能である場合について説明しているため、第１特性以外の特性は第２特性のみであるが、その他の特性（例えば、最大定格トルクＴｒ１より小さいがトルクＴｒ２より大きいトルクＴｒ３を出力上限とする第３特性や、トルクＴｒ２より小さいトルクＴｒ４を出力上限とする第４特性）が実現可能である場合であっても、その特性を第１特性（即ち、最も出力上限の大きい特性）へと切替えるようにすればよい。

ＭＧ特性切替制御部１４０は、本発明の「特性切替え手段」の一例であり、図３から図６を参照して説明したように、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相を変化させることで、モータジェネレータＭＧの特性を切替えることが可能である。ＭＧ特性切替制御部１４０は、例えばハイブリッド車両１の走行時には、ＭＧ特性判定部１２０で判定されたモータジェネレータＭＧの特性や、車両の各部位から入力される走行状況を示すパラメータ等に応じて、モータジェネレータＭＧの運転効率を高めるような特性切替え制御を実行する。一方で、上述したようなハイブリッド車両１の停止時における特性の切替えが実行される場合には、ＭＧ特性切替え決定部１３０の指示によりモータジェネレータＭＧの特性を第１特性へと切替える。

上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。

＜動作説明＞
次に、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作について、図８を参照して説明する。ここに図８は、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、以下では、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置が実行する全ての処理のうち、本実施形態に特有の停車時における特性切替え処理について詳細に説明し、その他の一般的な処理については適宜説明を省略するものとする。

図８において、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置の動作時には、先ずＭＧ停止判定部１１０において、ハイブリッド車両１に対してシステムオフの指令が出されたか否かが判定される（ステップＳ１０１）。そして、ハイブリッド車両１に対してシステムオフの指令が出されたと判定された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＭＧ特性切替え決定部１３０からＭＧ特性判定部１２０に指示が出され、モータジェネレータＭＧの特性が第１特性であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。即ち、システムオフの指令が出されると、モータジェネレータＭＧの運転が停止すると判断され、停車時の特性切替え制御を実行するか否かの判定が行われる。

なお、モータジェネレータＭＧの特性は、上述した運転停止時のみではなく、運転中の他のタイミングでも判定されている。例えば、モータジェネレータＭＧの特性がいずれの特性であるかは、ＭＧ特性判定部１２０によって、所定の周期で定期的に、或いは特性切替え制御を実行した直後等の所定のタイミングで判定されている。これにより、モータジェネレータＭＧの現在の特性を正確に把握でき、特性に応じた適切な制御行うことが可能となる。

以下では、モータジェネレータＭＧの特性の判定方法について、図９及び図１０を参照して、より具体的に説明する。ここに図９は、第１特性とされたモータジェネレータの車両が停止する際の動作を示すタイムチャートである。また図１０は、第２特性とされたモータジェネレータの車両が停止する際の動作を示すタイムチャートである。

図９において、停止直前のモータジェネレータＭＧの特性が第１特性であった場合、ハイブリッド車両１の走行中における第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の回転角は、それぞれ同じ周期で同じ位相となるように変化する。このため、ハイブリッド車両１が停止する場合も、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の回転角は互いに同じように変化し、ほぼ同じ値で停止する。このため、ハイブリッド車両１の停止後における第１ロータ６１０及び第２ロータ６１０の回転角が同じである場合には、モータジェネレータＭＧの特性は第１特性であると判定できる。

図１０において、停止直前のモータジェネレータＭＧの特性が第２特性であった場合、ハイブリッド車両１の走行中における第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の回転角は、それぞれ同じ周期で変化するが相対的な位相は異なるように変化する。このため、ハイブリッド車両１が停止する場合も、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の回転角は互いに異なる値のまま変化し、互いに異なる値で停止する。このため、ハイブリッド車両１の停止後における第１ロータ６１０及び第２ロータ６１０の回転角が互いに異なる場合には、モータジェネレータＭＧの特性は第２特性であると判定できる。

また、上述したようなロータの回転角から直接的に特性を判定するのではなく、直前のモータジェネレータＭＧの状況に基づいて特性を判定することもできる。例えば、モータジェネレータＭＧは、車両を停止させるために停止トルクを出力する場合があり、停止トルクは、その特性上、比較的大きいトルクであることが求められる。このため、停止トルクを出力するモータジェネレータＭＧは、比較的大きいトルクを出力可能な第１特性とされる。よって、モータジェネレータＭＧが車両を停止させるため停止トルクを出力している場合には、上述したロータの回転角等を検出せずとも、モータジェネレータＭＧの特性が第１特性であると判定できる。即ち、モータジェネレータＭＧの特性を判定するための処理を別途実行せずとも、モータジェネレータＭＧが停止トルクを出力しているか否かによって、その特性を判定することができる。

図８に戻り、運転停止時における特性の判定結果は、ＭＧ特性判定部１２０からＭＧ特性切替え決定部１３０へと出力される。そして、モータジェネレータＭＧの特性が第１特性でないと判定された場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＭＧ特性切替決定部１３０から、モータジェネレータＭＧの特性を第１特性に切替えるようにＭＧ特性切替制御部１４０に指示が出される。これにより、ＭＧ特性切替制御部１４０では、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相を揃えるような制御が実行され、第１特性が実現されることになる（ステップＳ１０３）。また、ＭＧ特性切替制御部１４０からは、切替え後の第１特性を、モータジェネレータＭＧの次回始動時まで維持するようにＭＧ特性切替制御部１４０に指示が出される。これにより、停止されたモータジェネレータＭＧは、次回始動時に第１特性で始動されることになる。

なお、モータジェネレータＭＧの特性は、上述したようにシステムオフとされた状態で維持されることが求められる。このため、本実施形態に係るモータジェネレータＭＧは、特性維持のために電力を必要としないものとして構成されることが好ましい。ちなみに、上記特性維持のために電力を必要としない具体例としては、ロータ分割式や電流制御による磁力可変方式等のロータが挙げられる。

より具体的には、ロータ分割式では、例えば第１特性を実現する場合に、分割されたロータ同士でＮ−Ｎ極、Ｓ−Ｓ極が互いに揃うため、各々の反発力が釣り合いロータ同士が動かない。一方、第２特性を実現する場合には、分割されたロータ同士でＮ―Ｓ極、Ｓ−Ｎ極が揃うため、各々の磁力で引き付けあいロータ同士が動かない。以上の結果、ロータ分割式では、システムオフとされ通電していない場合であっても特性が維持される。

他方、磁力可変方式では、磁力可変制御のために電流制御によって磁力が変わる可変磁石（例えば、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石等）が用いられ、一度電流を流して磁界を生成すると、再度磁界を変えるために電流を流さない限り、直前の磁力が保持される。このため、磁力可変方式では、システムオフとされ通電していない場合であっても特性が維持される。

ここで、上述したようなモータジェネレータＭＧの特性の切替えは、意図せぬ故障等により実行できなくなってしまう場合がある。この場合、モータジェネレータＭＧの特性が一の特性に固定されてしまうため、上述したような特性切替えによる効率的な運転が困難となる。また、仮にモータジェネレータＭＧの特性が第２特性で固定されてしまったとすると、トルクの出力がトルクＴｒ２に制限されてしまうため、ハイブリッド車両１が好適に走行できなくなるおそれがある。具体的には、ハイブリッド車両１が停止した状態から適切に発進できなくなったり、運転者が所望する加減速が実現できなくおそれがある。更には、ハイブリッド車両１の挙動が不安定になってしまうことで、安全性の確保が困難となるおそれもある。

これに対し本実施形態では、上述したように、モータジェネレータＭＧが停止する場合には、その特性が第１特性とされ、次回始動時に第１特性で始動される。このため、停止している間に特性の切替えができなくなった場合であっても、モータジェネレータＭＧは最大定格トルクＴｒ１を出力できる。よって、上述したような出力トルクが不足することに起因して生じる不都合を好適に回避することが可能となる。

ちなみに、本願発明者の研究するところによれば、特性切替え制御に関する不具合は、モータジェネレータＭＧが長く停止しているほど高くなる傾向にあることが判明している。このため、モータジェネレータＭＧが停止する度に第１特性への切替え制御を実行せずに、ある程度長い期間停止する場合にのみ第１特性への切替え制御を行うようにすれば、より効率的に不具合を回避することが可能となる。このような点から見ても、ハイブリッド車両１のシステムがオフとされる際に特性切替え制御を実行するか否かを判定する本実施形態は、極めて好適な形態であると言える。

本実施形態に係る車両用電動機の制御装置では更に、特性切替え制御が実行された後に、特性切替え制御が正常に完了したか否かの判定が行われる（ステップＳ１０４）。具体的には、ＭＧ特性判定部１２０において、再びモータジェネレータＭＧの特性が第１特性であるか否かが判定される。ここで、特性切替え制御を実行したにもかかわらず、モータジェネレータＭＧの特性が第１特性でないと判定された場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、特性切替え制御が正常に行えなかったと判定される（ステップＳ１０５）。

以下では、モータジェネレータＭＧの特性切替え制御及びその前後に実行される特性の判定について、図１１を参照して、より具体的に説明する。ここに図１１は、モータジェネレータの特性が第２特性から第１特性へと切替えられる際の動作を示すタイムチャートである。

図１１に示すように、特性切替え制御前の判定（即ち、ステップＳ１０２）において第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相に差が生じている場合、モータジェネレータＭＧの特性は第２特性であると判定できる。このような場合には、図中の破線で囲む領域において示されるように、モータジェネレータＭＧの特性を切替えるために第２ロータ６２０の回転角を第１ロータ６１０の回転角に揃えるような制御が実行される。なお、このような制御に代えて、第１ロータ６１０の回転角を第２ロータ６２０の回転角に揃えるような制御が実行されてもよいし、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の各々が、互いに回転角が揃うように制御されてもよい。

図１１に示す例では、特性切替え制御後の判定（即ち、ステップＳ１０５）において第１ロータ６１０の回転角と第２ロータ６２０の回転角が互いに同じ値となり、相対的な位相差が解消されている。このため、モータジェネレータＭＧの特性は、正常に第１特性へと切替えられたと判定できる。なお、特性切替え制御後においても、第１ロータ６１０及び第２ロータ６２０の相対的な位相に差が生じている場合（即ち、第１特性以外の特性のままである場合）には、例えば切替え機構の故障等に起因して特性の切替えが正常に実行できない状態であると考えられる。このような異常に対しては、上述したように異常が発生したと判定するだけでも構わないが、異常を解消するような何らかの処理を実行するようにしてもよい。或いは、再び特性切替え制御を実行するようにしてもよい。

図８に戻り、特性切替え制御前の判定で既に第１特性であると判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、特性切替え制御後に制御が正常に完了したと判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、又は特性切替え制御において異常が生じたとの判定（ステップＳ１０５）が行われた後には、通常のシステムオフ時の処理が開始される（ステップＳ１０６）。これにより、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置による一連の処理は終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用電動機の制御装置によれば、モータジェネレータＭＧに対する通常の特性切替え制御に加えて、モータジェネレータＭＧが停止する場合に、その特性が最大定格トルクＴｒ１を出力可能な第１特性へと切替えられる。これにより、仮に特性切替え制御が正常に実行できなくなった場合においても、出力トルクが不足してしまうことを防止でき、適切な走行を実現することが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用電動機の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ ハイブリッド車両
１０ ハイブリッド駆動装置
１１ ＰＣＵ
１２ バッテリ
１３ アクセル開度センサ
１４ 車速センサ
１００ ＥＣＵ
１１０ ＭＧ停止判定部
１２０ ＭＧ特性判定部
１３０ ＭＧ特性切替決定部
１４０ ＭＧ特性切替制御部
２００ エンジン
３１０ ＭＧ１側動力伝達機構
３２０ ＭＧ２側動力伝達機構
４１０ ダンパ
４２０ インプットシャフト
５００ ドライブシャフト
６１０ 第１ロータ
６１５ 第１ロータ空洞部
６２０ 第２ロータ
６２５ 第２ロータ空洞部
ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ

Claims (6)

1. トルクの出力上限が相異なる複数の特性を実現可能な電動機を制御する車両用電動機の制御装置であって、
   前記電動機の特性を、出力上限が第１所定トルクである第１特性、及び出力上限が前記第１所定トルクより小さい第２所定トルクである第２特性の少なくとも２特性間で切替える特性切替え手段と、
   前記電動機の特性が前記第１特性及び前記第２特性のいずれであるかを判定する特性判定手段と、
   前記電動機により駆動される被駆動体が停止する場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させ、前記電動機の特性が前記第１特性でないと判定された場合に、前記電動機の特性を前記第１特性に切替えるように、且つ前記被駆動体の次回始動時に前記第１特性で始動させるように前記特性切替え手段を制御する特性制御手段と
   を備え、
   前記特性制御手段は、前記被駆動体が所定期間以上停止する場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させ、
   前記所定期間は、前記被駆動体の停止中に、前記特性切替え手段による前記電動機の特性の切替えが実行できなくなる可能性に基づいて設定されている
   ことを特徴とする車両用電動機の制御装置。
2. 前記第１所定トルクは、前記電動機で出力し得る最大トルクであることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動機の制御装置。
3. 前記特性判定手段は、前記電動機が前記被駆動体を停止させるための停止トルクを出力している場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動機の制御装置。
4. 前記特性制御手段は、前記電動機が搭載される車両のシステムオフの指令後に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動機の制御装置。
5. 前記電動機は、該電動機が搭載される車両の駆動軸と回転数が対応するように設けられ、
   前記特性制御手段は、前記車両の速度がゼロとなった場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動機の制御装置。
6. 前記電動機は、該電動機が搭載される車両の内燃機関と回転数が対応するように設けられ、
   前記特性制御手段は、前記内燃機関の回転数がゼロとなった場合に、前記電動機の特性が前記第１特性であるか否かを前記特性判定手段に判定させる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用電動機の制御装置。

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