JPWO2013153630A1 - 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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Abstract

車両に搭載された発電機と内燃機関の間に架けられたドライブベルトを適正に使用することができる発電制御装置を提供する。回転電機の実発電電流と、発電トルク指令に相当する回転電機の発電を制御する推定発電トルク等から推定した推定発電電流との差を監視し、実発電電流と推定発電電流に所定値以上の差が発生した場合には上記推定発電トルクを減少させるように制限し、さらに、実発電電流と推定発電電流に差が発生した時点の推定発電トルクに基づいて算出した学習制限発電トルクにより推定発電トルクを制限する。

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。
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。

Claims (9)

  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、
    を備えた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、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に記載の車両の発電制御装置。
  3. 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または2に記載の車両の発電制御装置。
  4. 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3に記載の車両の発電制御装置。
  5. 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3または4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、発電電流差発生時の前記推定発電トルクに基づいた学習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学習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. 前記発電電流差判定部が、前記推定発電トルクが前記学習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、前記学習制限発電トルクを増加させ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. 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から7までのいずれか1項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、
    前記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、
    を備えたことを特徴する車両の発電制御方法。
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