JPH0775394A - 内燃機関用発電電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料消費率の悪化や有害排気ガス排出量の増加
を防止可能な発電電動機の制御装置の提供 【構成】制御手段は、車両制動時に発電電動機を発電動
作させて電力回収するとともにトルク付与指令の入力に
基づいて発電電動機を電動動作させて内燃機関にトルク
付与する。アクセル踏量（に関連する状態量）Ｓの高周
波成分ＳＨをその低周波成分より強化した信号に応じた
付与トルクＴを発電電動機からただちに発生することに
より、アクセル踏量Ｓの変化に対応する全発生トルクの
変化のレスポンスが向上し、そのために、運転者が過剰
にアクセル踏量を変化させることが無く、このようなア
クセル踏み込み量のばたつきに基づく内燃機関の吸気流
量の過剰な変動やそれによる内燃機関の出力のばたつき
が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関とトルク授受
する発電電動機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６４ー６６４３１号公報は、アク
セルペダルの踏角変化に対し内燃機関の回転数の立ち上
がりが遅れる加速初期に、又は加速全期間に、発電電動
機の電動動作によりスロットル開度に応じてトルク付与
することを開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の内燃機関では、
内燃機関の加速動作は運転者のアクセル踏み込みによる
マニュアル動作に対してスロットル弁が応答し、それに
より機関出力が応答し、この機関出力の変化による車速
変化を運転者が認識してアクセル踏み込み量を調整する
という運転者が入った位相遅れフィードバック制御系で
あるために、加速操作時にアクセル踏み込み量又はそれ
に対応する状態量が周期変動するという現象があった。

【０００４】すなわち、運転者は車速変化の遅れに対し
て過剰なアクセル踏量変化を行うので、このようなアク
セル踏み込み量のばたつきは内燃機関の吸気流量の過剰
な変動やそれによる内燃機関の出力のばたつきを招き、
その結果として燃料消費率の悪化や有害排気ガス排出量
の増加といった問題を招いていた。本発明は上記問題点
に鑑みなされたものであり、アクセル踏量の過剰な変動
に起因する燃料消費率の悪化や有害排気ガス排出量の増
加を抑止可能な発電電動機の制御装置を提供すること
を、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関用発電
電動機の制御装置は、車両の内燃機関とトルク授受し蓄
電手段と電力授受する発電電動機を、少なくとも車両制
動時に発電動作させ、トルク付与指令の入力時に電動動
作させる内燃機関用発電電動機の制御装置において、ア
クセル踏量に関連する状態量を検出してアクセル踏量信
号として出力するアクセル踏量検出手段と、前記アクセ
ル踏量信号の高周波成分をその低周波成分より強化した
高周波成分強化信号を出力する高周波成分強化手段と、
前記アクセル踏量に基づいて前記発電電動機を電動動作
させて前記高周波成分強化信号に応じた付与トルクの発
生を指令する制御手段と、を備えることを特徴としてい
る。

【０００６】

【作用及び発明の効果】制御装置は、車両制動時に発電
電動機を発電動作させて電力回収するとともにトルク付
与指令の入力に基づいて発電電動機を電動動作させて内
燃機関にトルク付与する。アクセル踏量（に関連する状
態量）の高周波成分をその低周波成分より強化した高周
波成分強化信号に応じた付与トルクを発電電動機からた
だちに発生することにより、アクセル踏量変化に対応す
る全発生トルク変化のレスポンスが向上し、そのため
に、運転者が過剰にアクセル踏量を変化させることが無
く、その結果として、このようなアクセル踏み込み量の
ばたつきに基づく内燃機関の吸気流量の過剰な変動やそ
れによる内燃機関の出力のばたつきが低減され、これに
より燃料消費率の悪化や有害排気ガス排出量の増加を防
止できる。

【０００７】

【実施例】本発明の内燃機関用発電電動機の制御装置の
一実施例を図１に示す。この内燃機関用発電電動機は、
車両の内燃機関１のクランク軸にトルク授受可能に連結
され、蓄電手段（バッテリ）８と電力授受する発電機及
び電動機の両機能を併せ持つ発電電動機３と、この発電
電動機３の発電動作と電動動作を切り替える電力制御部
（本発明でいう制御手段の一部）５と、クランク軸の角
度を検出するクランク角センサ１４と、車速を検出する
車速センサ１５と、ブレーキ踏量を検出するブレーキ踏
量センサ１６と、アクセル踏量を検出するアクセル踏量
センサ１７と、変速ギヤ（図示せず）のシフト位置を検
出するシフト位置センサ１８と、変速ギヤのロックアッ
プの有無を検出するロックアップセンサ１９と、バッテ
リ８の充放電電流及び端子電圧を検出する電力センサ２
０と、これら各センサ１４〜２０からの信号に基づいて
電力制御部５を制御して発電電動機３の動作を制御する
コントローラ（本発明でいう制御手段の残部）４とから
なる。コントローラ４は内燃機関１を制御するコンピュ
ータからなるエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１３と、
本実施例の各種マップを記憶するＲＯＭとからなる。上
記各センサ１５〜２０及び制御手段４、５は本発明でい
う制御装置を構成している。

【０００８】図２にこの装置の電気回路図を示す。発電
電動機（本発明でいう始動電動機）３は三相同期機から
なり、そのロータコア（図示せず）には励磁コイル３１
が巻装されており、そのステータコア（図示せず）には
スター接続された三相アーマチャコイル３２が巻装され
ている。電力制御部５はクランク角に基づいて開閉制御
される三相インバータ回路５１と、励磁電流断続用のト
ランジスタ５２とからなり、三相インバータ回路５１
は、一対のｎｐｎトランジスタ（又はＩＧＢＴ）を直列
接続してなる各相のインバータ５ｕ，５ｖ，５ｗからな
り、各相のインバータ５ｕ，５ｖ，５ｗの両端をバッテ
リ８の両端に接続され、三相インバータ回路５１の上記
各トランジスタ（又はＩＧＢＴ）はダイオードと並列接
続されている。そして、各相のインバータ５ｕ，５ｖ，
５ｗの出力接点が三相アーマチャコイル３２の各出力端
に接続されている。励磁コイル３１の一端はバッテリ８
の低位端に接続され、他端はトランジスタ５２を通じて
バッテリの高位端に接続されている。

【０００９】ＥＣＵ１３の指令による三相インバータ回
路５１の各トランジスタの開閉タイミングの制御により
発電動作と電動動作とが切り換えられ、また、励磁電流
制御用トランジスタ５２の断続により励磁電流の通電デ
ューティ比が制御されるが、上記事項は周知であるので
これ以上の詳細説明は省略する。これにより、発電電動
機３は、発電動作及び電動動作を行って内燃機関１とト
ルク授受し、またバッテリ８と電力授受する。

【００１０】クランク角センサ１４は内燃機関１のクラ
ンク角を検出し、車速センサ１５は車速を検出する。以
下、この実施例の制御装置の動作を、図３のフローチャ
ートを参照して説明する。まず、各センサ１４〜２０か
ら車両の運転制御状態や走行状態や内燃機関１の状態や
バッテリ８の充電状態（車両状態と総称する）に関する
信号を読み込み（１００）、読み込んだ信号に基づいて
バッテリ８が充放電すべき電力について決定する充放電
量決定サブルーチンを実施する（１０１）。

【００１１】次に、スロットル開度センサ１７の信号に
基づいてスロットル開度Ｋが所定のしきい値を超えてい
るかどうかを調べ（１０２）、超えていればトルク付与
が必要と判断してステップ１０４で後述のトルク付与サ
ブルーチンを行ってステップ１００にリターンし、以下
であればステップ１０６に進む。すなわち、ステップ１
０２はエンジン出力を増大させる操作を実施中かどうか
を調べるものであって、スロットル開度の代わりにアク
セルペダルの踏力、踏角によっても、内燃機関１の吸気
流量や燃料流量などを採用することもできる。

【００１２】ステップ１０６では、ブレーキペダルの踏
角（本発明でいう踏量）が所定のしきい値を超えている
かどうかを調べ、超えていれば電力回生が必要と判断し
てステップ１０８で後述の電力回生サブルーチンを行っ
てステップ１００にリターンし、以下であれば通常の発
電制御を行って（１１０）からステップ１００にリター
ンする。

【００１３】次に、ステップ１０１の充放電量決定サブ
ルーチンについて、図４のフローチャートを参照して説
明する。まず、検出した車速、シフト位置、ロックアッ
プの有無に基づいて内蔵のマップから回生可能電力量Ｐ
ａすなわち、停車時までの発電電動機３の回生制動によ
り回生できる電力量をサーチ（サーチは本発明では算出
という概念と等価とされる）し（１０１１）、また、バ
ッテリ８の端子電圧及び電流に基づいて内蔵のマップか
らバッテリ８の現在容量Ｐｎをサーチする（１０１
２）。なお、電流値をサーチするのは、電流値の変動に
よりバッテリ８の内部電極の電圧降下などが変動するの
で、それによるバッテリ８の端子電圧を補正して、電流
値０における端子電圧を求め、それに基づいてバッテリ
８の現在容量Ｐｎをサーチするためである。

【００１４】次に、回生可能電力量Ｐａと現在容量Ｐｎ
との和を求めて、合計容量ΣＰを算出する（１０１
３）。次に、トルク付与時などにおいての消費可能電力
量Ｐｃ＝ΣＰ−ＰＬを算出する（１０１４）。なお、Ｐ
Ｌは車両補機駆動やエンジン再始動などのために、バッ
テリ８に残しておく最小容量値である。

【００１５】次に、回生可能電力量Ｐａと現在容量Ｐｎ
との和である合計容量ΣＰの基準値であるＰＨと現在の
合計容量ΣＰとの差である充電必要電力量Ｐｘを算出
し、メインルーチンにリターンする（１０１５）。な
お、この実施例では合計容量ΣＰはバッテリ８の満充電
レベルの９５％の値に設定してある。次に、ステップ１
０４のトルク付与サブルーチンについて、図５のフロー
チャートを参照して説明する。

【００１６】まず、アクセルペダルの踏量（踏角又は踏
力でもよい）Ｓを読み込み（１０４１）、次に、ステッ
プ１０１４で求めた消費可能電力量Ｐｃが残存している
かどうかを調べ、更にバッテリ８の現在容量Ｐｎが最低
必要な最小値である最小現在容量ＰｎＬ以上かどうかを
調べ（１０４２）、どちらもＹｅｓである場合にのみ、
ステップ１０４３に進み、そうでない場合にはリターン
する。

【００１７】次のステップ１０４３では、ステップ１０
４１で読み込んだアクセル踏量Ｓの高周波成分ＳＨを抽
出する。詳しく説明すれば、このステップはいわゆるソ
フトウエアによるハイパスフィルタであって、内燃機関
１の出力のばたつきとして知覚されるアクセル踏量Ｓの
０．０１５Ｈｚ以上の高周波成分を抽出するものであ
る。なお、このステップにおいて例えばアクセル踏量Ｓ
を微分してこの微分値をここでいう高周波成分ＳＨとし
てもよい。

【００１８】次のステップ１０４４では、ステップ１０
４１で求めたアクセル踏量Ｓとその高周波成分ＳＨとの
関数（Ｔ＝ｆ（α×Ｓ＋β×ＳＨ）、ただしα（１でも
よい）、βは定数）としてマップから付与トルクＴをサ
ーチする。なお、ステップ１０４３における処理に時間
がかかる場合でも、高周波成分ＳＨは処理時間に比べて
充分低周波数であるので、その位相遅れを考慮しなくて
もよい。なお、ここでは、αを１とする場合にβは２〜
１０程度とされる。これにより、アクセル踏量Ｓの高周
波成分ＳＨが増強されることになる。

【００１９】次のステップ１０４５では、求めた付与ト
ルクＴとエンジン回転数Ｎｅとの関数としてマップから
界磁電流Ｉｆをサーチする。次のステップ１０４９で
は、上記で求めた界磁電流Ｉｆの値になるように界磁電
流を制御し、また、三相インバータ回路である電力制御
部５の開閉タイミングを制御して発電電動機３を電動機
動作させ、これによりトルク付与を実施する。

【００２０】これにより、加速時における内燃機関１の
出力トルクのレスポンス遅れを補償することができるの
で、運転者は過剰なアクセル操作を控えることになり、
そのために給気流量の頻繁な変動を抑止でき、その結果
として、燃料消費率の向上及び有害排気ガスの排出量低
減を実現することができる。次に、ステップ１０８の電
力回生サブルーチンについて、図６のフローチャートを
参照して説明する。

【００２１】まず、ブレーキペダルの有効踏量Ｋを検出
する（１０５１）。ここで、有効踏量Ｋは、実際のブレ
ーキの制動力を発生する踏量範囲に含まれる踏量であ
り、実際のブレーキの制動力を発生しない踏量値から踏
量１００％までをいう。次に、ステップ１０１５で算出
した充電必要電力量Ｐｘが０より大きいかどうか、すな
わち合計容量ΣＰが基準電力量ＰＨより小さいかどうか
を算出し（１０５２）、そうでなければ電力回生が好ま
しくないのでメインルーチンにリターンしてバッテリ８
の過充電を防止し、そうであればステップ１０５３に進
む。

【００２２】ステップ１０５３では、ブレーキペダルの
有効踏量Ｋに応じて回生電力Ｐｒ＝ｂ・Ｋを算出する。
ｂは比例定数である。次のステップ１０５４では、この
回生電力Ｐｒとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて内蔵の
マップから界磁電流Ｉｆをサーチする。次のステップ１
０５５では、ステップ１０５４で求めた界磁電流Ｉｆの
値になるように界磁電流を制御し、また、三相インバー
タ回路である電力制御部５の開閉タイミングを制御して
発電電動機３を発電機動作させ、これにより電力回生を
実施する。

【００２３】次に、ステップ１１０の通常発電制御サブ
ルーチンについて図７のフローチャートを参照して説明
する。まず、ステップ１０１５で算出した充電必要電力
量Ｐｘが０より大きいかどうか、すなわち合計容量ΣＰ
が基準電力量ＰＨより小さいかどうかを算出し（１１０
１）、そうでなければ発電不要であるとしてメインルー
チンにリターンしてバッテリ８の過充電を防止し、そう
であればステップ１１０２に進む。

【００２４】ステップ１１０２では、この充電必要電力
量Ｐｘとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて内蔵のマップ
から界磁電流Ｉｆをサーチする。次のステップ１１０３
では、ステップ１０５４で求めた界磁電流Ｉｆの値にな
るように界磁電流Ｉｆのデューティ比制御し、また、三
相インバータ回路である電力制御部５の開閉タイミング
を制御して発電電動機３を発電機動作させ、これにより
通常の車両補機駆動及びバッテリ８の不足容量充電に必
要な発電を行う。

【００２５】なお上記実施例では、合計容量ΣＰの基準
値であるＰＨはバッテリ８の満充電容量の９５％とした
が、他端の値、例えば１００％としてもよい。また上記
実施例では、蓄電手段としてバッテリ８を採用したが、
例えば電気二重層コンデンサなどでもよい。更に、バッ
テリ８や電気二重層コンデンサなどの蓄電手段は経年変
化による蓄電容量の劣化がある。そこで、この蓄電容量
劣化を公知の手段により算出し、算出した劣化量だけ合
計容量ΣＰの基準値ＰＨを低下させることが好ましい。
また、予想される蓄電容量劣化を使用時間や充放電サイ
クルの回数に応じて推定し、この推定した満充電容量に
基づいて基準値ＰＨを決定してもよい。

【００２６】更に上記実施例では、バッテリ８（又は電
気二重層コンデンサ）の端子電圧と電流に基づいてバッ
テリの現在容量を決定しているが、バッテリ８（又は電
気二重層コンデンサ）と発電電動機３との授受電流とバ
ッテリ８から車両電気負荷（車両補機を含む）への給電
電流との差からバッテリへの実質流出入電流を算出し、
この実質流出入電流の累積値からバッテリ８（又は電気
二重層コンデンサ）の現在容量を推定することも可能で
ある。

【００２７】更に、バッテリ８の容量はその電解液の比
重から求めてもよく、電気二重層コンデンサの容量はそ
の端子電圧Ｖ１と最終放電時の端子電圧Ｖ２との差に既
知の静電容量Ｃを掛けて求めてもよい。図８は、上記説
明した各種容量や電力量の関係、及び、合計容量ΣＰの
変化を示すタイミングチャートである。

【００２８】なお、上記実施例では、アクセル踏量に関
する状態量としてアクセル踏量それ自体を選択したが、
その代わりにスロットル開度や吸気流量、吸気管圧力な
どを採用してもよい。図９に、本実施例のトルク付与を
実施した場合（実線）及び実施しない場合（一点鎖線）
の加速期間における吸気管圧力変動のスペクトル分布の
一例を示し、図１０にアクセル開度（アクセル踏量）変
化に対応する各トルクの変化の一例を示す。

【００２９】ステップ１０４１は本発明でいうアクセル
踏量検出手段を構成し、ステップ１０４３、１０４４は
本発明でいう高周波成分強化手段を構成し、ステップ１
０４５、１０４６は本発明でいう制御手段を構成してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関用発電電動機の制御装置の一
実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の装置の電気回路図である。

【図３】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図４】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図５】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図６】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図７】図１の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。

【図８】図１の制御装置の制御動作におけるバッテリ容
量や各種電力量の関係を示すタイミングチャートであ
る。

【図９】本実施例のトルク付与を実施した場合（実線）
及び実施しない場合（一点鎖線）の加速期間における吸
気管圧力変動の一例を示すスペクトル分布図である。

【図１０】アクセル踏量変化に伴う各種トルクの変化を
示す図である。

【図１１】クレーム対応図である。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ３ 発電電動機 ４ コントローラ（制御手段、空吹かし検出手段） ５ 電力制御部（制御手段） ８ バッテリ（蓄電手段） １４ クランク角センサ １５ 車速センサ １６ ブレーキ踏量センサ １７ アクセル踏量センサ（アクセル踏量検出手段） １８ シフト位置センサ １９ ロックアップセンサ ２０ 電力センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 23/52 7706−5Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の内燃機関とトルク授受し蓄電手段と
   電力授受する発電電動機を、少なくとも車両制動時に発
   電動作させ、トルク付与指令の入力時に電動動作させる
   内燃機関用発電電動機の制御装置において、 アクセル踏量に関連する状態量を検出してアクセル踏量
   信号として出力するアクセル踏量検出手段と、 前記アクセル踏量信号の高周波成分をその低周波成分よ
   り強化した高周波成分強化信号を出力する高周波成分強
   化手段と、 前記アクセル踏量に基づいて前記発電電動機を電動動作
   させて前記高周波成分強化信号に応じた付与トルクの発
   生を指令する制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関用発電電動機の制御
   装置。