JPH08261118A - 車両用回転電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バッテリの状態等に影響されることなくエン
ジン始動判定を実行可能にする。 【構成】 エンジンを始動させる際に、そのトルクアシ
ストに使用する回転電機に対するトルク指令Ｔ^＊ _ｃを徐
々に増大させていく（１１６，１０４，１２６）。トル
ク指令Ｔ^＊ _ｃを０にしても（１０８）、エンジン回転数
Ｎ_Ｅが下がらなくなった場合に（１２４）、エンジンが
始動したと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載のエンジンに軸連
結された回転電機を制御する車両用回転電機の制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車のシステム構成としては、電
動機（モータ）の他にエンジンを備えたハイブリッド車
が知られている。ハイブリッド車には、さらに、シリー
ズハイブリッド車（ＳＨＶ）とパラレルハイブリッド車
（ＰＨＶ）とがある。ＳＨＶは、エンジンによって駆動
される発電機の発電出力等を用いてモータを駆動し、モ
ータによって車輪を駆動する車両である。従って、エン
ジンと車輪が機械的に連結されていないため、エンジン
を高燃費低エミッションの回転数領域にてほぼ一定回転
数で運転することができ、従来のエンジン車に比べ良好
な燃費及び低いエミッションを実現できる。これに対
し、ＰＨＶは、エンジンによって車輪を駆動する際、エ
ンジンに軸連結された回生リターダを用いてエンジンを
トルクアシストする車両である。従って、エンジンと車
輪が機械的に連結されているにもかかわらず、エンジン
の回転数変動を抑制できるため、やはり従来のエンジン
車に比べ良好な燃費及び低いエミッションを実現でき
る。

【０００３】ＰＨＶにおいては、上述のように、回生リ
ターダがエンジンのトルクアシストに使用されている。
例えば、エンジンを始動させる際やエンジン回転を加速
させる際には、車載のバッテリからの電力を用いて回生
リターダをモータとして動作させる。逆に、制動や減速
の際には、回生リターダを発電機として動作させその発
電出力を車載のバッテリに回生する。これらの制御動作
のうち、特にエンジン始動制御においては、当該始動制
御を終了してよいか否かを知るため、エンジンの出力ト
ルクが自力運転トルクに至ったか否か、すなわちエンジ
ンが自力運転しているか否かを判定する必要がある（エ
ンジン始動判定）。

【０００４】エンジン始動判定の方法としては、第１
に、エンジンの出力トルクを直接検出しその結果を所定
のしきい値と比較する方法がある。しかし、エンジンの
出力トルクを直接検出するためには通常は高価なトルク
センサを用いなければならず、またトルクセンサを用い
たとしても十分な判定精度が得られない。

【０００５】このような問題点のない第２の方法として
は、エンジン回転数を検出し、その結果を、エンジンの
自力運転回転数に対応する所定のしきい値と比較する方
法がある。この方法によれば、エンジントルクの直接検
出なしに、エンジン始動判定を実行できる。反面で、こ
の方法は、そのままでは、外気条件の変化に伴う自力運
転回転数の変化に対処できないという問題点を有してい
る。まず、例えばコールドスタート時には大きくなると
いうように、エンジンの摩擦抵抗は外気条件により変化
する。エンジンの摩擦抵抗が変化すると、これに伴いエ
ンジンの自力運転回転数が変化する。一方で、しきい値
は一定に設定されているから、外気条件によってはしき
い値と実際の自力運転回転数の間に有意な差が生じてし
まう。

【０００６】このような不具合を防止できる第３の方法
としては、特開平５−２２３０４２号公報に記載されて
いるように、回生リターダの電機子電流を検出し、その
結果を、エンジンの自力運転トルクに対応する所定のし
きい値と比較する方法がある。回生リターダの電機子電
流はエンジンの出力トルクに対応しているから、その検
出結果をしきい値と比較することにより、外気条件の変
化による自力運転回転数の変化によらず、エンジン始動
判定をより正確に実施できる。また、エンジントルクの
直接検出を行う必要もない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第３の方法に
は、外気条件やバッテリの状態変化の影響を受けやすい
という問題点がある。すなわち、回生リターダの電源で
あるバッテリの電圧が、その充電状態（ＳＯＣ）や気温
により変化すると、これに応じ、回生リターダの電機子
電流も変化する。従って、バッテリ電圧の変化によらず
一定のしきい値を用いて第３の方法によるエンジン始動
判定を実行すると、正確な判定結果が得られない。

【０００８】この問題を解決するためには、バッテリの
ＳＯＣや気温の変化に応じてしきい値を変更すればよ
い。しかし、バッテリのＳＯＣや気温とバッテリ電圧の
関係は、バッテリの種類、個々のバッテリ間のばらつ
き、バッテリメーカの相違等に依存している。従って、
バッテリのＳＯＣや気温の変化に応じてどのようにしき
い値を変更すればよいのかは、個々のバッテリ間のばら
つき、バッテリメーカの相違等を考慮にいれて決定しな
ければならない。その結果、車両の出荷やバッテリ交換
の際に逐一その特性を調べしきい値を設定しなければな
らない等、生産性や使用性にかかわる問題が発生する。

【０００９】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを課題としてなされたものであり、エンジンに軸連結
された回転電機に関しエンジン始動時にトルク制御を実
施することにより、外気条件やバッテリ電圧の変化によ
らず正確にエンジン始動判定を実行でき、またバッテリ
の種類、個々のバッテリ間のばらつき、バッテリメーカ
の相違等を考慮する必要のない装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、車載のエンジンを始動する際、エ
ンジン回転数を検出しながら、当該エンジンに軸連結さ
れかつバッテリに接続された回転電機によって、当該エ
ンジンをトルクアシストさせる手段と、エンジン回転数
が、エンジンが始動したと見なせる挙動をトルクアシス
ト実行中に示した場合に、トルクアシストを中断させる
手段と、トルクアシストが中断されたにもかかわらず、
エンジン回転数が、エンジンが始動したと見なせる挙動
を示している場合に、エンジンが始動したと判定する手
段と、を備えることを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明においては、車載のエンジンを始動する
に当たってまず回転電機によりエンジンをトルクアシス
トさせる。このトルクアシスト実行中に、エンジンが始
動したと見なせる挙動をエンジン回転数が示した場合、
トルクアシストは中断される。本発明においては、この
時点でエンジン始動制御を終了するのではなく、トルク
アシストが中断されている状態で再度エンジン回転数の
挙動に関する判定が実行される。すなわち、この時点で
もなお、エンジンが始動したと見なせる挙動をエンジン
回転数が示している場合、エンジンが始動したと判定さ
れる。このように、エンジンが始動したと見なせる状況
が一応生じた後にトルクアシストを中断し、その時点で
もなおエンジンが始動したと見なせる状況であるかを判
定することにより、外気条件やバッテリの状態等に左右
されることなく、正確な判定結果が得られる。さらに、
バッテリの種類、個々のバッテリ間のばらつき、バッテ
リメーカの相違等にも影響されない。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００１３】図１には、本発明の一実施例に係るＰＨＶ
のシステム構成が示されている。この図に示されるエン
ジン１０は、クラッチ１２等を介して駆動輪１４に連結
されている。エンジン１０の出力軸上には、回生リター
ダ１６が配設されている。回生リターダ１６は三相の回
転電機であり、モータとして動作した場合にはエンジン
１０を加速アシストし、発電機として動作した場合には
制動する。

【００１４】回生リターダ１６の各巻線は、Ｕ、Ｖ及び
Ｗ各相巻線を介し、インバータ１８の交流側端子に接続
されている。インバータ１８の直流側端子には、バッテ
リ２０が接続されている。インバータ１８は、コントロ
ーラ２２から供給されるスイッチング信号ＳＷに応じ、
バッテリ２０の放電出力を三相交流に変換して回生リタ
ーダ１６に供給する機能や、逆に回生リターダ１６の発
電出力を整流してバッテリ２０を充電する機能を有して
いる。コントローラ２２は、車両操縦者によるアクセル
ペダルやブレーキペダルの操作を示す信号や、クランク
角センサ２４により検出されるエンジン１０のクランク
角、回転センサ２６により検出される回生リターダ１６
の回転数等を参照しながらトルク指令を決定し、決定し
たトルク指令に応じた出力トルクが回生リターダ１６か
ら得られるよう、インバータ１８に対しスイッチング信
号ＳＷを供給する。

【００１５】図２には、この実施例におけるコントロー
ラ２２の動作の流れが示されている。この図に示される
動作は、コントローラ２２の動作のうち、エンジン１０
を始動する際の手順を表している。

【００１６】コントローラ２２は、まず、図示しないコ
ンタクタの設定等、エンジン１０の始動に先立ち必要と
される準備処理を実行する（１００）。

【００１７】コントローラ２２は、始動準備が整った時
点で、クランク角センサ２４により検出されるクランク
角や回転センサ２６により検出されるリターダ回転数か
らエンジン１０の回転数Ｎ_Ｅを検出し、さらにこれに基
づきインバータ１８に対するトルク指令Ｔ^＊ _ｃを決定す
る（１０２）。すなわち、クランク角センサ２４の出力
はエンジン１０のクランク角が所定値に至ったことを示
す信号であるからエンジン回転数Ｎ_Ｅを求めるのに使用
することができ、また回転センサ２６によりその回転数
が検出される回生リターダ１６はエンジン１０と軸連結
されているから、回転センサ２６の出力に基づきエンジ
ン回転数Ｎ_Ｅを求めることができる。コントローラ２２
は、センサ２４又は２６の出力に基づき求めたエンジン
回転数Ｎ_Ｅを、図２中で２００で示される特性に従いＴ
^＊ _ｃに変換する。このようにして決定されたトルク指令
Ｔ^＊ _ｃは、スイッチング信号ＳＷとして、インバータ１
８に出力される（１０４）。これにより、回生リターダ
１６の出力トルクは、エンジン１０を加速アシストする
よう、トルク指令Ｔ^＊ _ｃ相当の値に制御される。

【００１８】これらステップ１０２及び１０４の処理
は、エンジン回転数Ｎ_Ｅが所定のしきい値Ｎ_０以上にな
るまで繰り返される（１０６）。エンジン回転数Ｎ_Ｅが
しきい値Ｎ_０以上になった時点で、コントローラ２２
は、“エンジン１０が既に始動しているかもしれない”
と判断し、トルク指令Ｔ^＊ _ｃを０に設定して（１０８）
これをインバータ１８に出力する（１１０）。コントロ
ーラ２２は、この状態で、所定の待ち時間ｔ_０が経過す
るまで待つ（１１２）。待ち時間ｔ_０が経過した時点
で、コントローラ２２はステップ１０６と同様の判定を
実行する（１１４）。その結果エンジン回転数Ｎ_Ｅが相
変わらずしきい値Ｎ_０以上であると判定した場合、コン
トローラ２２は“エンジン１０は確かに始動している”
と判断し、図２に示される動作を終了する。これ以外の
場合、すなわちエンジン回転数Ｎ_Ｅがしきい値Ｎ_０より
低くなっていた場合には、コントローラ２２は、“エン
ジン１０は実際には始動していなかった”と判断し、ス
テップ１０２以降の動作を繰り返す。

【００１９】このように、本実施例においては、回生リ
ターダ１６によりエンジン１０が加速アシストされてい
る状況でエンジン回転数Ｎ_Ｅに関ししきい値条件が一応
満足された場合に、回生リターダ１６によるアシストト
ルクを一旦低下させ、これによってエンジン回転数Ｎ_Ｅ
に急な低下が発生しなければエンジン１０が自力運転し
ているものと見なすようにしたため、バッテリ２０の状
態や気温等に左右されることなく、正確にエンジン始動
判定を実行することができる。さらに、バッテリ２０の
種類、特性ばらつき、メーカ等に左右されることがない
から、バッテリ装備やバッテリ交換の際にバッテリ２０
の特性を調べしきい値（例えばＮ_０）を設定するといっ
た手順は必要でない。従って、従来に比べ生産性や使用
性の高い装置が得られる。加えて、しきい値Ｎ_０にてア
シストを中断しているから、しきい値Ｎ_０より高い回転
数についてもアシストする構成と比べ、エネルギ効率が
良い。なお、しきい値Ｎ_０は、例えばエンジン１０のア
イドル回転数近傍に設定すればよい。さらに、待ち時間
ｔ_０は、エンジン１０の回転部分の慣性を考慮して決定
すればよい。

【００２０】図３には、本発明の第２実施例においてコ
ントローラ２２により実行される動作の流れが示されて
いる。この実施例においては、ステップ１００実行後、
トルク指令Ｔ^＊ _ｃが所定の初期値Ｔ^＊ _ｃ０に設定される
（１１６）。決定したトルク指令Ｔ^＊ _ｃを出力した後
（１０４）、所定時間ｔ_１が経過した時点で（１１
８）、コントローラ２２は変数ＮＥ_n-1 に現在のエンジ
ン回転数Ｎ_Ｅを設定する（１２０）。コントローラ２２
は、第１実施例と同様ステップ１０８〜１１２を実行し
た上で、変数ＮＥ_n に現在のエンジン回転数Ｎ_Ｅを設定
する（１２２）。コントローラ２２は、時間ｔ_０の間に
おけるエンジン回転数Ｎ_Ｅの時間変化率（ＮＥ_n −ＮＥ
_n-1 ）／ｔ_０を求め、求めた時間変化率が負であるか否
かを判定する（１２４）。負であるとされた場合には、
エンジン１０がまだ自力運転していないと見なすことが
できるため、コントローラ２２はトルク指令Ｔ^＊ _ｃを所
定の増分値ΔＴ^＊ _ｃだけ増加させ（１２６）、ステップ
１０４に戻る。ただし、トルク指令Ｔ^＊ _ｃを無制限に増
加させていくと回生リターダ１６に大きなトルクが要求
されることになるため、トルク指令Ｔ^＊ _ｃの値が所定の
上限値Ｔ^＊ _ｃｍａｘに至った時点で（１２８）、トルク
指令Ｔ^＊ _ｃの増加制御は中止される（１３０）。

【００２１】このような動作を実行した結果、ある時点
で、アシストトルクを低下させてもエンジン回転数Ｎ_Ｅ
が下がらなくなった場合、コントローラ２２は、エンジ
ン１０が確かに始動したと判定し、図３に示される動作
を終了する（１２４）。

【００２２】従って、この実施例においても、前述の第
１実施例と同様の効果を得ることができる。さらに、前
述の第１実施例では、エンジン回転数Ｎ_Ｅがしきい値Ｎ
_０以上となる以前にエンジン１０が始動した場合であっ
ても（すなわちエンジン１０の出力トルクが自力運転ト
ルクに至った場合であっても）、エンジン回転数Ｎ_Ｅが
しきい値Ｎ_０以上となるまで特性２００に従ってトルク
アシストが実行されることになるため、回生リターダ１
６による余分なエネルギ消費が発生することになるが、
本実施例においては、このような余分なエネルギ消費は
発生しない。従って、本実施例によれば、第１実施例に
比べエネルギ効率のよい装置が得られる。

【００２３】図４には、本発明の第３実施例に係るＳＨ
Ｖのシステム構成が示されている。この実施例において
は、三相交流モータ２８によって車輪１４が駆動されて
いる。モータ２８の駆動電力は、モータ用インバータ３
０を介しバッテリ２０から供給されている。コントロー
ラ２２Ａは、アクセル操作、ブレーキ操作等を示す信号
に基づきかつ回転センサ３２により検出されるモータ２
８の回転数に応じ、モータ２８に対するトルク指令を決
定し、このトルク指令に応じてモータ用インバータ３０
に対しスイッチング信号ＳＷを供給する。モータ用イン
バータ３０は、このスイッチング信号ＳＷに応じてバッ
テリ２０の放電出力を三相交流に変換し、モータ２８に
供給する。これにより、モータ２８の出力トルクが、コ
ントローラ２２Ａからのトルク指令に応じて制御される
ことになる。

【００２４】コントローラ２２Ａは、また、発電機１６
Ａの動作を発電機用インバータ１８Ａによって制御して
いる。発電機用インバータ１８Ａは、通常は、エンジン
１０によって駆動される三相交流発電機１６Ａの発電出
力を直流に変換し、バッテリ２０やモータ用インバータ
３０に供給する。発電機１６Ａをモータとして用いエン
ジン１０を始動しようとする場合、すなわち発電機１６
Ａをエンジン１０のスタータとして使用しようとする場
合には、コントローラ２２Ａは、バッテリ２０の放電出
力を発電機用インバータ１８Ａによって三相交流に変換
させ、その結果得られる三相交流を発電機１６Ａに駆動
電力として供給する。すなわち、エンジン１０の始動に
関しては、この実施例における発電機１６Ａは第１及び
第２実施例における回生リターダ１６と同等であり、ま
た発電機用インバータ１８Ａはインバータ１８と同等で
ある。

【００２５】コントローラ２２Ａは、発電機１６Ａをス
タータとして使用しエンジン１０を始動させるに際し
て、前述の図２又は図３に示される手順と同様の手順を
実行する。従って、この実施例によれば、前述の第１又
は第２実施例と同様の効果を、ＳＨＶにおいて得ること
ができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転電機によりエンジンをトルクアシストしている状態
でエンジンが始動したとする一応の判定結果が得られた
場合に一旦トルクアシストを中断し、その後トルクアシ
スト中断状態でもなお同様の判定結果が得られた場合
に、エンジンが始動した旨最終判定するようにしたた
め、外気条件やバッテリ電圧の変化によらず正確なエン
ジン始動判定結果が得られる。さらに、バッテリの種
類、個々のバッテリ間のばらつき、バッテリメーカの相
違等にも影響されないから、生産性や使用性もより良好
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例に係るＰＨＶのシステム
構成を示すブロック図である。

【図２】 この実施例におけるコントローラの動作の流
れを示すフローチャートである。

【図３】 本発明の第２実施例におけるコントローラの
動作の流れを示すフローチャートである。

【図４】 本発明の第３実施例に係るＳＨＶのシステム
構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０ エンジン、１６ 回生リターダ、１６Ａ 発電
機、１８ インバータ、１８Ａ 発電機用インバータ、
２０ バッテリ、２２，２２Ａ コントローラ、２４
クランク角センサ、２６ 回転センサ。

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 Ｈ０２Ｐ 1/16 Ｈ０２Ｐ 1/16

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車載のエンジンを始動する際、エンジン
   回転数を検出しながら、当該エンジンに軸連結されかつ
   バッテリに接続された回転電機によって、当該エンジン
   をトルクアシストさせる手段と、 エンジン回転数が、エンジンが始動したと見なせる挙動
   をトルクアシスト実行中に示した場合に、トルクアシス
   トを中断させる手段と、 トルクアシストが中断されたにもかかわらず、エンジン
   回転数が、エンジンが始動したと見なせる挙動を示して
   いる場合に、エンジンが始動したと判定する手段と、 を備えることを特徴とする車両用回転電機の制御装置。