WO2013114571A1 - 車両制御装置 - Google Patents

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WO2013114571A1
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torque command
generator
abnormal
torque
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万基 岡田
山崎　尚徳
啓太 畠中
康彦 和田
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三菱電機株式会社
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that controls, for example, a hybrid vehicle.
  • the engine and the motor are controlled so that the required torque Tr * is output to the drive shaft, and when the abnormality is determined, the wet time limit power Pew that limits the required power is output from the engine,
  • a technique for controlling the engine and the motor so that the required torque Tr * is output to the drive shaft is disclosed (for example, Patent Document 1 below). .
  • the above conventional method is based on the idea that if the air-fuel ratio sensor is abnormal, the required power during normal operation is changed to a single limited power at the time of flooding. There is a problem that it cannot be controlled. Power control and torque control during normal operation are complicated, and even if it is an abnormality, the degree of abnormality varies depending on various control situations, so multiple protection levels are set instead of a single protection level. It is desirable to perform protection operation coordination.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device that can perform protection operation coordination in which a plurality of protection levels are set.
  • the present invention provides an engine, an engine controller that controls the operation of the engine, a generator connected to the engine, and AC power output by the generator.
  • a vehicle drive system comprising: a converter that converts DC to desired DC power; a load device that operates by receiving DC power supplied from the converter; and a rotational speed detector that detects the rotational speed of the generator
  • a vehicle control device configured to be able to control the operations of the engine controller and the converter, and is provided with a host controller that comprehensively controls the engine controller and the converter,
  • An engine power generation command generator for generating an engine power generation command for operating the engine to drive the generator and outputting the generated power to the engine controller Receiving a plurality of notch information included in the engine power generation command, selecting a torque corresponding to the size of the notch, and outputting the selected torque to the converter as a generator torque command;
  • the generator torque command generator monitors abnormal operation of the engine based on the engine power generation command and a detection signal of the rotation speed detector
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle drive system including a vehicle control device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of an internal configuration for achieving the operation of the generator torque command generation unit shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of drive control characteristics of the engine included in the engine controller.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of operation transition in the vehicle control device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a time chart showing an example of the operation transition shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of operation transition in the vehicle control device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a time chart showing an example of the operation transition shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vehicle drive system including a vehicle control device according to Embodiment 1 of the present invention, and shows a configuration when applied to a series hybrid type engine system.
  • the vehicle drive system according to the first embodiment includes an engine 1, an engine controller 2, a generator 3, a converter 4, a speed sensor 5 as a rotational speed detector, a host controller 6, and a load device. 7.
  • the vehicle control device according to the first embodiment includes the generator 3, the converter 4, and the host controller 6.
  • the vehicle control device may include a part of the engine 1, the engine controller 2, the speed sensor 5, and the load device 7.
  • the engine 1 consumes fuel and outputs a rotational force as an internal combustion engine in accordance with a fuel injection amount command 2a instructed by the engine controller 2.
  • the rotating shaft of the engine 1 is directly connected to the rotating shaft of the generator 3, and the rotational force of the engine 1 is directly transmitted to the generator 3.
  • the generator 3 is generally a three-phase AC generator, the output terminal of the stator three-phase winding is connected to the converter 4, and the output of the mechanical torque from the engine 1 is converted to the three-phase AC power.
  • the converter 4 converts the three-phase AC power supplied from the generator 3 into DC power and supplies it to the load device 7.
  • the components of the load device 7 are not shown, for example, an inverter device that converts DC power into AC power, a battery that stores DC power, an electric motor that drives a vehicle, and an output of the electric motor that decelerates the wheel shaft. Consists of a transmission reducer and the like.
  • the host controller 6 includes a generator torque command generation unit 10 and an engine power generation command generation unit 11, and the entire engine 1, engine controller 2, generator 3 and converter 4. It has a function to coordinate and control the operation in an integrated manner.
  • the engine power generation command generation unit 11 outputs an engine power generation command 11 a for operating the engine 1 and driving the generator 3 to the engine controller 2.
  • the engine controller 2 adjusts the fuel injection amount command 2a according to the level of the engine power generation command 11a, and the engine 1 is driven.
  • An example of the drive control characteristics of the engine 1 included in the engine controller 2 is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the rotational speed of the engine rotation shaft, and the vertical axis represents the load torque that can be output.
  • the engine power generation command is set in a plurality of stages, and is controlled so as to rotate at a higher speed when a larger engine power generation output is required.
  • the example of FIG. 3 shows a case where the engine power generation command is set in three stages (3 notches: 1N, 2N, 3N).
  • the notch rotates at the maximum speed determined by the characteristics of each notch, and when the load torque increases, The fuel injection is increased and the output torque is increased in accordance with the speed-torque characteristics determined in (1), and the engine is operated with the same output torque in proportion to the load torque.
  • Mechanical output [W] is the product of speed and output torque. For this reason, the higher the speed and the larger the output torque, the larger the mechanical output [W] can be obtained. As a result, a large electric power can be obtained via the generator 3 and the converter 4. Therefore, in the example of FIG. 3, the engine power generation command generation unit 11 outputs the engine power generation command 3N to the engine controller 2 when a larger power generation is required, and a small power generation is required. In this case, the engine power generation command 1N is output.
  • the generator torque command generation unit 10 receives the notch information 11b included in the engine power generation command 11a output from the engine power generation command generation unit 11 toward the engine controller 2.
  • the generator torque command generator 10 selects a torque corresponding to the size of the notch, and outputs the selected torque to the converter 4 as a generator torque command 10a.
  • the operating points of speed and torque in the engine 1 and the generator 3 are determined according to each level of the engine power generation command, and the power generation operation is performed at each operating point indicated by a circle (“ ⁇ ”) in FIG. continue.
  • the host controller 6 obtains desired generated power by controlling the speed and torque of the engine 1 and the generator 3.
  • the generator torque command generator 10 can be configured as shown in FIG. 2, for example. The detailed configuration of the torque command generator 10 will be described later.
  • the generator torque command generator 10 constantly monitors the detection signal 5a of the speed sensor 5 that detects the rotational shaft speeds of the engine 1 and the generator 3.
  • the abnormality determination speed K1 is set as a determination threshold value for each command level of the engine power generation command generation unit 11, that is, for each notch.
  • the engine 1 may not be able to generate a mechanical output as instructed by the engine controller 2 due to a malfunction or failure of a component part.
  • the engine controller 2 detects malfunction or failure based on sensor information installed in various components of the engine 1 (not shown), narrows the fuel injection amount, and shifts to the protection mode.
  • FIG. 4 shows an example of output torque characteristics when such output restriction is performed.
  • FIG. 4 shows an excerpt of the operating status of the engine power generation command 2N in FIG.
  • the output torque of the generator 1 is higher than the output torque of the engine 1 because the output torque of the engine 1 is reduced and reduced.
  • the balance between the output torque of the engine 1 and the output torque of the generator 3 is lost, and the difference between the output torque of the generator 3 and the output torque of the engine 1 is reduced to the rotation shafts of the engine 1 and the generator 3. Acts as a deceleration torque, and the rotational speed is reduced.
  • This situation is illustrated by (1) in FIG. 4, and the operating point P on the engine output torque curve K2 at the time of sound leaves K2 and shifts to the left.
  • the generator torque command generation unit 10 recognizes the abnormality of the engine 1 and tentatively selects a zero torque command value as the generator torque command, and 0 [Nm ]. This transition is indicated by (2) in FIG.
  • the generator torque command is lower than the engine output torque curve K3 (the torque output curve for the protection mode of the engine 1) during protection, the output torque of the generator 3 and the output torque of the engine 1 are opposite to (1).
  • the rotational speed is accelerated to return to the original.
  • the generator torque command generation unit 10 outputs the torque command value for abnormal time set in advance in a plurality of stages.
  • the abnormal torque command value 1 having the lowest value among the preset abnormal torque command values is applied.
  • the operation point (3) is shifted to in FIG.
  • the application time T of the abnormal torque command value 1 in this transition period is set in advance, and if the rotational speed does not fall below the abnormality determination speed after the time T has elapsed, the generator torque command generation unit 10 is abnormal.
  • the magnitude of the hourly torque command value is raised to the next largest level, and the operation point (4) is shifted to in FIG.
  • the rotation speed is not lower than the abnormality determination speed after the time T has elapsed, the magnitude of the abnormality torque command value is increased to the next highest level. Thus, unless the rotation speed is lower than the abnormality determination speed, the abnormal torque command value is gradually increased.
  • the abnormal torque command value at a certain stage exceeds the output torque in the protection mode on the engine 1 side, the difference between the output torque of the generator 3 and the output torque of the engine 1 again becomes the engine and the generator. Acts as a deceleration torque to the rotation axis of the motor, and the rotational speed is reduced. As a result, since the rotational speed again falls below the abnormality determination speed K1, the generator torque command generator 10 recognizes again the abnormality of the engine 1. This state is indicated by an operating point (5) in FIG.
  • the generator torque command at the operating point (5) in this example is the N-th abnormal torque command value
  • the generator torque command generator 10 is applied under the generated engine protection mode situation.
  • the generator torque command generator 10 recognizes the engine abnormality again, and again reduces the rotational speed by narrowing the generator torque command to the lowest value of the torque command for abnormality, and then stores the above.
  • the N-1 stage abnormal torque command value as the limit value of the generator torque is output, and the operation is continued. In the example of FIG. 4, the operation is continued at the operating point (4).
  • the generator torque command generation unit 10 includes a healthy torque command generation unit 100, a zero torque command generation unit 101, an abnormal torque command generation unit 102, a rotation speed abnormality detection unit 103, and a switching unit 104. And a change rate limiting unit 105.
  • the torque command value at the time of sound output from the sound torque command generator 100 is selected by the switching unit 104 and output as the generator torque command 10a.
  • the abnormality determination speed K1 described above is set in the rotation speed abnormality detection unit 103 for each engine notch condition.
  • the rotation speed abnormality detection unit 103 monitors the engine notch information 11b and the speed detection signal 5a, and outputs a signal to the switching unit 104 when determining that the speed detection signal 5a is lower than the abnormality determination speed K1.
  • the switching unit 104 selects and outputs the zero torque command value (0 [Nm]) output from the zero torque command generation unit 101.
  • the torque command values are sequentially selected and output from the lower torque command values.
  • the rotation speed abnormality detection unit 103 detects the abnormality again, the rotation speed abnormality detection unit 103 detects the generator torque in the engine protection mode that has occurred.
  • the M-1 stage abnormal torque command value is selected and stored as a limit value, and a switching signal is output to the switching unit 104 so that the M-1 stage abnormal torque command value is finally generated as a generator. Output as torque command 10a.
  • the change rate limiting unit 105 avoids torque change on a step and smoothly applies torque to the generator when the value of the generator torque command 10a described above is switched. Limit the rate of change.
  • FIG. 5 is a time chart showing the above-mentioned operation transition, with the horizontal axis indicating time, and the vertical axis indicating engine speed (generator speed), abnormality determination speed, and generator torque. Yes.
  • this time chart will be described with reference to FIGS. 1, 4 and 5 as appropriate.
  • step (a) First, when some abnormality occurs in the engine 1, an abnormality in the engine 1 due to a decrease in the rotational speed of the generator 3 is detected, and the generator torque command is reduced (narrowed down) (step (a)). At this time, the operating point changes from (1) to (2) (see FIG. 4). [2] Next, the generator torque command is gradually increased, and the torque limit value that can be applied to the engine 1 is also sequentially recorded (step (b)). At this time, the operating point changes as in (3), (4), and (5). [3] When the operating point transitions to (5), the rotational speed of the generator 3 decreases, and the abnormality of the engine 1 is detected again.
  • step (c) the generator torque command is reduced again, and the operating point shifts to (2) (step (c)).
  • step (d) Of the generator torque command as the torque limit value recorded in step (b), 1 of the generator torque command in which a decrease in the rotational speed of the generator 3 is detected when the generator torque command is gradually increased. The immediately preceding recorded value is selected as the torque limit value, and the torque limit value is applied as a generator torque command (step (d)). As a result, the operating point changes to (4).
  • step (d) in the case of FIG. 4, in the case of the abnormal torque command value 2
  • a decrease in rotational speed is not detected in the process of step (b). Therefore, the engine 1 and the generator 3 can be stably operated at this operating point.
  • the generator torque command generation unit 10 causes the generator 3 to operate when the engine 1 and the engine controller 2 are shifted to the protection mode.
  • the magnitude of the torque command that can be applied was searched, and the torque below the limit value obtained as a result was selected and output to continue the operation.
  • the power supply to the motor load that drives the vehicle can be continued with a limited amount, and the vehicle can be moved to the nearest maintainable garage or stop.
  • Embodiment 2 when the output of the engine 1 is reduced due to an abnormality on the engine 1 side, the torque command value for abnormality is gradually increased from a small value as a search for a limit torque value that can be applied by the generator 3. I explained the method of going up. On the other hand, the abnormal torque command value may be decreased stepwise from a large value. In the second embodiment, this method will be described with reference to FIGS. 1, 6, and 7. FIG. Note that the operation up to the transition to the protection mode due to part malfunction of the component parts is the same as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 6 shows an excerpt of the operating status of the engine power generation command 2N in FIG.
  • the output torque of the engine 1 is reduced and reduced, so that the difference between the output torque of the generator 3 and the output torque of the engine 1 is the rotational axis of the engine 1 and the generator 3. Acts as a deceleration torque to the motor, and the rotational speed is reduced.
  • This situation is illustrated in FIG. 6 by (1), and the operating point P on the healthy engine output torque curve K2 leaves K2 and shifts to the left as in the first embodiment. become.
  • the generator torque command generation unit 10 recognizes an abnormality in the engine 1 and temporarily narrows the generator torque command to a zero torque command value (0 [Nm]). .
  • This transition is indicated by (2) in FIG.
  • the generator torque command is lower than the engine output torque curve K3 (the torque output curve for the protection mode of the engine 1) during protection, the output torque of the generator 3 and the output torque of the engine 1 are opposite to (1).
  • the rotational speed is accelerated to return to the original.
  • the operations up to the above-described rotation speed return operation are the same as those in the first embodiment.
  • the generator torque command generation unit 10 outputs the torque command value for abnormal time set in advance in a plurality of stages.
  • the application is performed from the highest abnormality torque command value M among the M abnormality torque command values set in advance.
  • the operation point (A) is shifted to.
  • the output torque of the generator 3 again The difference from the output torque of the engine 1 acts as a deceleration torque to the rotation shafts of the engine 1 and the generator 3, and the rotation speed is reduced.
  • the generator torque command generator 10 recognizes the abnormality of the engine 1 again, and the generator torque command is reduced to the zero torque command value (0 [Nm]). Narrow down.
  • the generator torque command generation unit 10 selects and outputs the abnormal torque command value (M ⁇ 1) having the next highest torque value as the abnormal torque command value. To do. As a result, in FIG. 6, the operation point (B) is shifted to.
  • an abnormal torque command value (M-2) is selected and output
  • the operation point (C) is shifted to in FIG.
  • the selected (M ⁇ 1) stage torque output is smaller than the output torque of the engine 1, so that the rotational speed is stabilized.
  • the generator torque command generation unit 10 determines the torque command level currently being output as the limit value of the generator torque. It recognizes that, and continues to output the torque command value at the time of abnormality as it is to continue the power generation operation.
  • the generator torque command generation unit 10 increases the torque command value for abnormal time from the high value until the rotational speed of the generator 3 does not fall below the abnormality determination speed K1. Control to select automatically. When the output reduction due to the output restriction in the protection mode of the engine 1 is low, an effect is obtained that the search for the limit torque that can be output to the generator 3 can be completed earlier than in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a time chart showing the above operation transition, with the horizontal axis indicating time, and the vertical axis indicating engine speed (generator speed), abnormality determination speed, and generator torque. Yes.
  • the time chart will be described with reference to FIGS. 1, 6 and 7 as appropriate.
  • step (a) First, when some abnormality occurs in the engine 1, an abnormality in the engine 1 due to a decrease in the rotational speed of the generator 3 is detected, and the generator torque command is reduced (narrowed down) (step (a)). At this time, the operating point changes from (1) to (2) (see FIG. 6). [2] Next, an abnormal torque command value M is applied as a generator torque command, and the operating point shifts to (A) (step (b)). [3] When the operating point transitions to (A), the rotational speed of the generator 3 decreases and an abnormality of the engine 1 is detected again. As a result, the generator torque command is reduced again, and the operating point shifts to (2) (step (c)).
  • the abnormal torque command value (M ⁇ 1) having the next highest torque value is applied as the generator torque command after the abnormal torque command value M selected in step (b), and the operation is performed.
  • the operating point (B) is an operating point at which a decrease in the rotational speed of the generator 3 is detected, similarly to the operating point (A), the generator torque command is reduced again.
  • the generator torque command generator 10 rotates the generator 3 when the engine 1 and the engine controller 2 are shifted to the protection mode. Until the number does not fall below the abnormality determination speed K1, the control for selecting the abnormal torque command value for the generator 3 in a stepwise manner from the high value is performed. Even when the torque is narrowed down, the torque that can be applied on the generator 3 side is searched, and the operation can be continued with the torque value, and the power supply to the motor load that drives the vehicle is continued with a limited amount. And the vehicle can be moved to the nearest maintainable garage or stop.
  • the present invention is useful as a vehicle control apparatus that can perform protection operation coordination in which a plurality of protection levels are set.

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Abstract

　車両制御装置には、エンジン制御器とコンバータとを統括的に制御する上位制御器が設けられ、上位制御器には、エンジン発電指令生成部および発電機トルク指令生成部が設けられる。発電機トルク指令生成部は、エンジン発電指令および回転速度検出器の検出信号に基づいてエンジンの異常動作を監視しておき、エンジンの異常動作を検知した場合には発電機トルク指令として予め設定された異常時用トルク指令値の最低値に切替え、その後、発電機トルク指令を漸増させ、エンジンの異常動作を再度検知したときの発電機トルク指令の大きさ（異常時用トルク指令値３）をトルク限界値として記録した後、発電機トルク指令をトルク限界値より小さな値の異常時用トルク指令値（異常時用トルク指令値２）に切り替える。

Description

車両制御装置
　本発明は、例えばハイブリッド車両を制御する車両制御装置に関する。
　従来、電動機から出力される動力により走行可能なハイブリッド車両において、内燃機関の空燃比の検出に用いられる検出素子が被水したか否かをより適正に判定すると共に、検出素子が被水したときでも検出素子を保護しつつ走行を確保することを目的とし、空燃比センサの素子インピーダンスに基づいて空燃比センサの被水による異常を判定し、異常がない場合にはエンジンから要求パワーＰｅ＊が出力されると共に、要求トルクＴｒ＊が駆動軸に出力されるようエンジンおよびモータを制御し、異常が判定されたときには、要求パワーを制限した被水時制限パワーＰｅｗがエンジンから出力されると共に、要求トルクＴｒ＊が駆動軸に出力されるようエンジンおよびモータを制御する技術が開示されている（例えば、下記特許文献１）。
特許第３８９０４５９号公報
　しかしながら、上記従来手法は、空燃比センサに異常があれば、通常時の要求パワーをより制限した単一の被水時制限パワーに変更するという考え方であるため、きめ細かなエンジンのパワー制御やトルク制御ができないという課題がある。通常時のパワー制御やトルク制御は複雑であり、一口に異常と言っても異常の程度は種々の制御の状況に応じて異なるため、単一の保護レベルではなく、複数の保護レベルを設定した保護動作協調を行うことが望まれる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の保護レベルを設定した保護動作協調を行うことができる車両制御装置を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、エンジンと、エンジンの動作を制御するエンジン制御器と、前記エンジンに連結される発電機と、前記発電機が出力する交流電力を所望の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから直流電力の供給を受けて動作する負荷装置と、前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出器と、を備えた車両駆動システムに適用され、前記エンジン制御器および前記コンバータの動作を制御可能に構成される車両制御装置であって、前記エンジン制御器および前記コンバータを統括的に制御する上位制御器が設けられ、前記上位制御器は、前記エンジンを動作させて前記発電機を駆動するためのエンジン発電指令を生成して前記エンジン制御器に出力するエンジン発電指令生成部と、前記エンジン発電指令に含まれる複数段階のノッチ情報を受領し、ノッチの大きさに応ずるトルクを選択し、選択したトルクを発電機トルク指令として前記コンバータに出力する発電機トルク指令生成部と、を備え、前記発電機トルク指令生成部は、前記エンジン発電指令および前記回転速度検出器の検出信号に基づいて前記エンジンの異常動作を監視しておき、前記エンジンの異常動作を検知した場合には、前記発電機トルク指令として予め設定された異常時用トルク指令値の最低値に切替え、その後、前記発電機トルク指令を漸増させ、前記エンジンの異常動作を再度検知したときの発電機トルク指令の大きさをトルク限界値として記録した後、前記発電機トルク指令を、前記トルク限界値より小さな値の異常時用トルク指令値に切り替えることを特徴とする。
　この発明によれば、複数の保護レベルを設定した保護動作協調を行うことができるという効果を奏する。
図１は、実施の形態１に係る車両制御装置を含む車両駆動システムの一構成例を示す図である。 図２は、図１に示した発電機トルク指令生成部の動作を達成するための内部構成の一例を示す図である。 図３は、エンジン制御器が有するエンジンの駆動制御特性の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る車両制御装置における動作推移の一例を示す図である。 図５は、図４に示す動作推移の一例をタイムチャートにして示した図である。 図６は、実施の形態２に係る車両制御装置における動作推移の一例を示す図である。 図７は、図６に示す動作推移の一例をタイムチャートにして示した図である。
　以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる車両制御装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る車両制御装置を含む車両駆動システムの一構成例を示す図であり、シリーズハイブリッド方式のエンジンシステムに適用した場合の構成を示している。図１に示すように、実施の形態１に係る車両駆動システムは、エンジン１、エンジン制御器２、発電機３、コンバータ４、回転速度検出器としての速度センサ５、上位制御器６および負荷装置７を備えて構成される。これらの構成部のうち、実施の形態１に係る車両制御装置は、発電機３、コンバータ４および上位制御器６を有して構成される。なお、車両制御装置として、エンジン１、エンジン制御器２、速度センサ５および負荷装置７の一部を含んで構成されていても構わない。
　エンジン１は、エンジン制御器２が指示する燃料噴射量指令２ａに従って、内燃機関として燃料を消費し回転力を出力する。エンジン１の回転軸は、発電機３の回転軸と直結されており、エンジン１の回転力は直接的に発電機３に伝達される。一方、発電機３は、一般的には三相交流発電機であり、固定子三相巻線の出力端子がコンバータ４に接続され、エンジン１からの機械的回転力の出力を三相交流電力に変換してコンバータ４に供給する。コンバータ４は、発電機３から供給される三相交流電力を、直流電力に変換して負荷装置７に供給する。なお、負荷装置７の構成要素は図示していないが、例えば、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置、直流電力を蓄電するバッテリ、車両を駆動する電動機、電動機の出力を減速して輪軸に伝達する減速機などで構成される。
　つぎに、上位制御器６の機能を含む車両制御装置の動作について説明する。上位制御器６は、図１に示すように、発電機トルク指令生成部１０およびエンジン発電指令生成部１１を内包して構成され、エンジン１、エンジン制御器２、発電機３およびコンバータ４の全体動作を統括的に協調制御する機能を有する。
　エンジン発電指令生成部１１は、エンジン１を動作させて発電機３を駆動するためのエンジン発電指令１１ａをエンジン制御器２に出力する。このエンジン発電指令１１ａのレベルに応じてエンジン制御器２が燃料噴射量指令２ａを調整してエンジン１が駆動される。エンジン制御器２が有するエンジン１の駆動制御特性の一例を図３に示す。図３において、横軸はエンジン回転軸の回転速度であり、縦軸は出力できる負荷トルクである。また、エンジン発電指令は複数の段階を持って設定され、より大きいエンジン発電出力を要求する場合には、より高速回転をするように制御される。図３の例ではエンジン発電指令が３段階（３ノッチ：１Ｎ，２Ｎ，３Ｎ）で設定されている場合を示している。
　各ノッチ（１Ｎ，２Ｎ，３Ｎ）とも、回転軸に印加される負荷トルクが０の場合には、各ノッチ毎の特性で定められた最高速度で回転し、負荷トルクが上昇すると、各ノッチ毎で定められた速度―トルク特性に沿って、燃料噴射を増やし、出力トルクを上げ、負荷トルクと釣り合って等しい出力トルクで運転される。機械的出力［Ｗ］は速度と出力トルクの積である。このため速度が高速であるほど、また出力トルクが大きいほど、大きい機械的出力［Ｗ］が得られる、その結果、発電機３、コンバータ４を介して大きい電力が得られることになる。よって、図３の例で説明すると、エンジン発電指令生成部１１は、より大きい発電電力が要求される場合には、エンジン発電指令３Ｎをエンジン制御器２に出力し、小さな発電電力が要求される場合にはエンジン発電指令１Ｎを出力する。
　一方、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン発電指令生成部１１がエンジン制御器２に向けて出力したエンジン発電指令１１ａに含まれるノッチ情報１１ｂを受領する。発電機トルク指令生成部１０は、ノッチの大きさに応ずるトルクを選択し、選択したトルクを発電機トルク指令１０ａとしてコンバータ４に出力する。これにより、エンジン１および発電機３における速度およびトルクの動作点は、エンジン発電指令の各レベルに応じて定まり、図３に丸印（“○”）で示した各動作点にて発電動作を継続する。このように、上位制御器６が、エンジン１と発電機３の速度およびトルクを制御することによって所望の発電電力を得る。この発電機トルク指令生成部１０は、例えば図２のように構成することができる。なお、このトルク指令生成部１０の細部構成については、後述する。
　つぎに、本願発明の要部を成すエンジン１と発電機３と間の保護協調動作について、図１、図４および図５の図面を参照して説明する。
　発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１および発電機３の回転軸速度を検知する速度センサ５の検知信号５ａを常時監視しておく。そして、エンジン発電指令生成部１１の指令レベル毎、すなわち各ノッチ毎に、異常判定速度Ｋ１が判定しきい値として設定されている。
　エンジン１は、構成部品の一部不調や故障によって、エンジン制御器２の指令どおりの機械的出力を発生できなくなる場合がある。その際、エンジン制御器２は、図示を省略したエンジン１の様々な構成部品に設置されたセンサ情報により、不調や故障を検知し、燃料噴射量を絞り、保護モードに移行する。なお、このような出力制限が為される場合の出力トルク特性の例を図４に示している。
　図４では、図３におけるエンジン発電指令２Ｎでの動作状況を抜粋して示している。エンジン１が保護モードに移行した場合には、エンジン１の出力トルクが絞られて低下するため、エンジン１の出力トルクよりも発電機３の出力トルクの方が上回ることとなる。その結果、エンジン１の出力トルクと発電機３の出力トルクとの間のバランスが崩れ、発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジン１および発電機３の回転軸への減速トルクとして作用し、回転速度が減速する。この状況を図４では（１）で図示しており、健全時のエンジン出力トルク曲線Ｋ２上にある動作点ＰがＫ２を離れて左方向に推移することになる。
　回転速度が減速して異常判定速度Ｋ１を下回ると、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１の異常を認識し、発電機トルク指令として暫定的に零トルク指令値を選択し、０［Ｎｍ］まで絞り込む。この推移を図４では（２）で示している。発電機トルク指令が、保護時のエンジン出力トルク曲線Ｋ３（エンジン１の保護モード用のトルク出力曲線）より下回ると、（１）とは逆に、発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジン１および発電機３の回転軸への加速トルクとして作用し、回転速度が加速して元に復帰する。
　その後、発電機トルク指令生成部１０は、予め複数段階で設定された異常時用トルク指令値を出力する。実施の形態１では、図４に示すように、予め設定された異常時用トルク指令値のうち、最も低い値の異常時用トルク指令値１から印加して行く。その結果、図４では動作点（３）に移行する。この移行期における異常時用トルク指令値１の印加時間Ｔは、予め設定されており、時間Ｔの経過後、回転速度が異常判定速度を下回っていなければ、発電機トルク指令生成部１０は異常時用トルク指令値の大きさを次に大きなレベルに上げ、図４では動作点（４）に移行する。再び時間Ｔが経過後、回転速度が異常判定速度を下回っていなければ、異常時用トルク指令値の大きさを次に大きなレベルに上げる。このように、回転速度が異常判定速度を下回らない限り、異常時用トルク指令値を徐々に上げて行く。
　ここで、ある段階での異常時用トルク指令値が、エンジン１側の保護モード時の出力トルクを上回ると、再び発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジンおよび発電機の回転軸への減速トルクとして作用し、回転速度が減速する。その結果、再度、回転速度が異常判定速度Ｋ１を下回るので、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１の異常を再認識する。この状態を図４では動作点（５）で示している。
　ここで、この例における動作点（５）での発電機トルク指令をＮ段階目の異常時用トルク指令値とすると、発電機トルク指令生成部１０は、発生したエンジン保護モード状況下にて印加可能な発電機トルクの限界値として、Ｎ－１段階目の異常時用トルク指令値を選択して記憶する。図４の例ではＮ＝３である。
　その後、発電機トルク指令生成部１０は、再度のエンジン異常の認識と共に、発電機トルク指令を再度、異常時用トルク指令の最低値に絞り込むことで回転速度を復帰させた後、上記で記憶した発電機トルクの限界値としてのＮ－１段階目の異常時用トルク指令値を出力し、運転を継続させる。図４の例であれば、動作点（４）にて運転が継続される。
　つぎに、図２に戻り、発電機トルク指令生成部１０の細部構成について説明する。発電機トルク指令生成部１０は、図２に示すように、健全時トルク指令生成部１００、零トルク指令生成部１０１、異常時用トルク指令生成部１０２、回転数異常検知部１０３、切替部１０４および変化率制限部１０５を備えて構成される。
　エンジンが健全に運転をしている通常時には、発電機トルク指令１０ａとしては、健全時トルク指令生成部１００が出力する健全時のトルク指令値が切替部１０４によって選択されて出力される。その一方で、回転数異常検知部１０３には、前述した異常判定速度Ｋ１がエンジンノッチ条件毎に設定されている。回転数異常検知部１０３は、エンジンのノッチ情報１１ｂと速度検知信号５ａを監視しながら、速度検知信号５ａが異常判定速度Ｋ１を下回ったと判断すると切替部１０４に信号を出力し、これに基づいて切替部１０４は、零トルク指令生成部１０１が出力する零トルク指令値（０［Ｎｍ］）を選択して出力する。その後、異常時トルク指令生成部１０２に設定されている複数段階の異常時トルク指令値１～Ｍのうち、低いトルク指令値から順次選択出力して行く。ここで、異常時トルク指令値Ｍを出力した期間において、再び回転数異常検知部１０３が異常を検知したときには、回転数異常検知部１０３は、発生しているエンジン保護モードでの発電機トルクの限界値としてＭ－１段階目の異常時トルク指令値を選択して記憶すると共に、切替部１０４に切替信号を出力することで最終的にＭ－１段階目の異常時トルク指令値を発電機トルク指令１０ａとして出力する。なお、変化率制限部１０５は、以上で述べた発電機トルク指令１０ａの値の切り替わりに際して、ステップ上のトルク変化を避けスムーズに発電機にトルクを印加するために、トルク指令上昇、下降に対して変化率を制限する。
　図５は、上記の動作推移をタイムチャートにして示した図であり、横軸には時間を、縦軸にはエンジン回転数（発電機回転数）、異常判定速度および発電機トルクを示している。以下、このタイムチャートを図１、図４および図５の図面を適宜参照して説明する。
［１］まず、エンジン１に何らかの異常が発生すると、発電機３の回転速度低下によるエンジン１の異常が検知され、発電機トルク指令が低減（絞り込み）される（ステップ（ａ））。このとき、動作点は（１）から（２）に推移する（図４参照）。
［２］つぎに、発電機トルク指令が順次漸増され、エンジン１に印加可能なトルク限界値も順次記録される（ステップ（ｂ））。このとき、動作点は（３），（４），（５）のように推移する。
［３］動作点が（５）に推移すると、発電機３の回転速度が低下して再度、エンジン１の異常が検知される。その結果、発電機トルク指令は再度低減され、動作点は（２）に推移する（ステップ（ｃ））。
［４］ステップ（ｂ）で記録したトルク限界値としての発電機トルク指令のうち、発電機トルク指令を漸増したときに、発電機３の回転速度の低下が検知された発電機トルク指令の１つ手前の記録値をトルク限界値として選択し、当該トルク限界値を発電機トルク指令として印加する（ステップ（ｄ））。その結果、動作点は（４）に推移する。
［５］なお、ステップ（ｄ）で印加する発電機トルク指令（図４の例であれば、異常時用トルク指令値２）は、ステップ（ｂ）の処理において、回転速度の低下が検知されないことが保証されているので、この動作点にてエンジン１および発電機３を安定的に動作させることが可能となる。
　以上説明したように、実施の形態１に係る車両制御装置によれば、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１およびエンジン制御器２が保護モードに移行した場合には、発電機３にて印加可能なトルク指令の大きさを探索し、その結果把握した限界値以下のトルクを選択出力して運転を継続させることとした。この制御により、エンジン１に異常や故障が発生して出力が絞られた場合にも、発電機３側で印加可能なトルクを探索し、そのトルク値にて運転を継続させることができ、車両を駆動する電動機負荷への電力供給を限定的ながらも継続させることができ、車両を最寄りのメンテナンス可能な車庫や停車場に移動させることが可能になる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、エンジン１側の異常によりエンジン１の出力が絞られた場合において、発電機３が印加可能な限界トルク値の探索として、異常時用トルク指令値を小さい値から段階的に上げて行く手法について説明した。一方、異常時用トルク指令値を大きい値から段階的に下げて行くようにしてもよい。実施の形態２では、この手法について、図１、図６および図７の図面を参照して説明する。なお、構成部品の一部不調等により保護モードに遷移するまでの動作は実施の形態１と同様でありその説明を省略する。
　図６では、図３におけるエンジン発電指令２Ｎでの動作状況を抜粋して示している。エンジン１が保護モードに移行した場合には、エンジン１の出力トルクが絞られて低下するため、発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジン１および発電機３の回転軸への減速トルクとして作用し、回転速度が減速する。この状況を図６では（１）で図示しており、実施の形態１のときと同様に、健全時のエンジン出力トルク曲線Ｋ２上にある動作点ＰがＫ２を離れて左方向に推移することになる。
　回転速度が減速して異常判定速度を下回ると、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１の異常を認識し、発電機トルク指令を暫定的に零トルク指令値（０［Ｎｍ］）まで絞り込む。この推移を図６では（２）で示している。発電機トルク指令が、保護時のエンジン出力トルク曲線Ｋ３（エンジン１の保護モード用のトルク出力曲線）より下回ると、（１）とは逆に、発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジン１および発電機３の回転軸への加速トルクとして作用し、回転速度が加速して元に復帰する。以上の回転数復帰動作までは、実施の形態１と同様である。
　その後、発電機トルク指令生成部１０は、予め複数段階で設定された異常時用トルク指令値を出力する。実施の形態２では、図６に示すように、予め設定されたＭ段の異常時用トルク指令値のうち、最も高い値の異常時用トルク指令値Ｍから印加して行く。その結果、図６では、動作点（Ａ）に移行する。
　ここで、この例の動作点（Ａ）では、保護モード時のエンジン出力トルクより、選択した異常時用トルク指令値のＭ段階目のトルク出力のほうが大きいため、再び発電機３の出力トルクとエンジン１の出力トルクとの差分がエンジン１および発電機３の回転軸への減速トルクとして作用し、回転速度が減速する。その結果、再度、回転速度が異常判定速度Ｋ１を下回るので、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１の異常を再認識し、発電機トルク指令を零トルク指令値（０［Ｎｍ］）まで絞り込む。
　再度の異常判定が為されたことで、発電機トルク指令生成部１０は、異常時用トルク指令値として、次にトルク値の高い異常時用トルク指令値（Ｍ－１）を選択して出力する。その結果、図６では、動作点（Ｂ）に移行する。
　その後、選択した（Ｍ－１）段目のトルク出力の方が、エンジン１の出力トルクより大きければ、さらに再び回転速度が減速し、異常判定速度を下回り、発電機トルク指令生成部１０は異常を認識して発電機トルク指令を零トルク指令値（０［Ｎｍ］）まで絞り込む。
　さらにその後、異常時用トルク指令値（Ｍ－２）を選択して出力すると、図６では、動作点（Ｃ）に移行する。この動作点（Ｃ）では、選択した（Ｍ－１）段目のトルク出力の方が、エンジン１の出力トルクよりも小さいので、回転速度は安定する。ここで、予め設定された時間閾値Ｔを超えても、次の回転速度の異常判定が起こらなければ、発電機トルク指令生成部１０は、現在出力中のトルク指令レベルを発電機トルクの限界値と認識して、そのままのレベルの異常時用トルク指令値を継続して出力し、発電動作を継続させる。
　このようにして、実施の形態２の発電機トルク指令生成部１０は、発電機３の回転数が異常判定速度Ｋ１を下回らなくなるまで、発電機３に対する異常時用トルク指令値を高い値から段階的に選択する制御を行う。エンジン１の保護モードでの出力制限による出力低下が低い場合には、発電機３に出力可能な限界トルクの探索を実施の形態１よりも早く完了できるという効果が得られる。
　図７は、上記の動作推移をタイムチャートにして示した図であり、横軸には時間を、縦軸にはエンジン回転数（発電機回転数）、異常判定速度および発電機トルクを示している。以下、このタイムチャートを図１、図６および図７の図面を適宜参照して説明する。
［１］まず、エンジン１に何らかの異常が発生すると、発電機３の回転速度低下によるエンジン１の異常が検知され、発電機トルク指令が低減（絞り込み）される（ステップ（ａ））。このとき、動作点は（１）から（２）に推移する（図６参照）。
［２］つぎに、発電機トルク指令として異常時用トルク指令値Ｍが印加され、動作点は（Ａ）に推移する（ステップ（ｂ））。
［３］動作点が（Ａ）に推移すると、発電機３の回転速度が低下して再度、エンジン１の異常が検知される。その結果、発電機トルク指令は再度低減され、動作点は（２）に推移する（ステップ（ｃ））。
［４］次いで、発電機トルク指令として、ステップ（ｂ）にて選択された異常時用トルク指令値Ｍの次にトルク値の高い異常時用トルク指令値（Ｍ－１）が印加され、動作点は（Ｂ）に推移する（ステップ（ｄ））。
［５］ここで、動作点（Ｂ）は、動作点（Ａ）と同様に、発電機３の回転速度の低下が検知される動作点であるため、発電機トルク指令の低減が再度実行され、動作点は（２）に推移する（ステップ（ｅ））。
［６］次いで、発電機トルク指令として、ステップ（ｄ）にて選択された異常時用トルク指令値（Ｍ－１）の次にトルク値の高い異常時用トルク指令値（Ｍ－２）が印加され、動作点は（Ｃ）に推移する（ステップ（ｅ））。
［７］その後は、図６のところで説明したように、回転速度の異常判定が起こらない時間を計測し、その計測値が予め設定された時間閾値Ｔを超えていれば、現在出力中のトルク指令（異常時用トルク指令値（Ｍ－２））を継続して出力し、発電動作を継続させる。
　以上説明したように、実施の形態２に係る車両制御装置によれば、発電機トルク指令生成部１０は、エンジン１およびエンジン制御器２が保護モードに移行した場合には、発電機３の回転数が異常判定速度Ｋ１を下回らなくなるまで、発電機３に対する異常時用トルク指令値を高い値から段階的に選択する制御を行うこととしたので、エンジン１に異常や故障が発生して出力が絞られた場合にも、発電機３側で印加可能なトルクを探索し、そのトルク値にて運転を継続させることができ、車両を駆動する電動機負荷への電力供給を限定的ながらも継続させることができ、車両を最寄りのメンテナンス可能な車庫や停車場に移動させることが可能になる。
　以上のように、本発明は、複数の保護レベルを設定した保護動作協調を行うことができる車両制御装置として有用である。
　１　エンジン
　２　エンジン制御器
　２ａ　燃料噴射量指令
　３　発電機
　４　コンバータ
　５　速度センサ
　５ａ　検知信号
　６　上位制御器
　７　負荷装置
　１０　発電機トルク指令生成部
　１０ａ　発電機トルク指令
　１１　エンジン発電指令生成部
　１１ａ　エンジン発電指令
　１１ｂ　ノッチ情報
　１００　健全時トルク指令生成部
　１０１　零トルク指令生成部
　１０２　異常時用トルク指令生成部
　１０３　回転数異常検知部
　１０４　切替部
　１０５　変化率制限部

Claims (4)

  1. 　エンジンと、エンジンの動作を制御するエンジン制御器と、前記エンジンに連結される発電機と、前記発電機が出力する交流電力を所望の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから直流電力の供給を受けて動作する負荷装置と、前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出器と、を備えた車両駆動システムに適用され、前記エンジン制御器および前記コンバータの動作を制御可能に構成される車両制御装置であって、
    　前記エンジン制御器および前記コンバータを統括的に制御する上位制御器が設けられ、
    　前記上位制御器は、
    　前記エンジンを動作させて前記発電機を駆動するためのエンジン発電指令を生成して前記エンジン制御器に出力するエンジン発電指令生成部と、
    　前記エンジン発電指令に含まれる複数段階のノッチ情報を受領し、ノッチの大きさに応ずるトルクを選択し、選択したトルクを発電機トルク指令として前記コンバータに出力する発電機トルク指令生成部と、
    　を備え、
    　前記発電機トルク指令生成部は、前記エンジン発電指令および前記回転速度検出器の検出信号に基づいて前記エンジンの異常動作を監視しておき、
    　前記エンジンの異常動作を検知した場合には、前記発電機トルク指令として予め設定された異常時用トルク指令値の最低値に切替え、その後、前記発電機トルク指令を漸増させ、
    　前記エンジンの異常動作を再度検知したときの発電機トルク指令の大きさをトルク限界値として記録した後、
    　前記発電機トルク指令を、前記トルク限界値より小さな値の異常時用トルク指令値に切り替える
    　ことを特徴とする車両制御装置。
  2. 　前記上位制御器には、予めＭ段（Ｍは自然数）の異常時用トルク指令値が設定されており、
    　前記発電機トルク指令生成部は、
    　前記エンジンの異常動作を検知後に前記発電機トルク指令を漸増させる場合には、最小段の異常時用トルク指令値を前記発電機トルク指令として選択し、
    　前記選択した異常時用トルク指令値の次に小さな段の異常時用トルク指令値を選択しつつ前記エンジンの異常動作の監視を継続し、
    　Ｋ番目（ＫはＭよりも小さな自然数）に小さな段の異常時用トルク指令値を印加した際に前記エンジンの異常動作を検知したときには、Ｋ－１番目に小さな異常時用トルク指令値を発電機トルク指令として選択する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
  3. 　エンジンと、エンジンの動作を制御するエンジン制御器と、前記エンジンに連結される発電機と、前記発電機が出力する交流電力を所望の直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータから直流電力の供給を受けて動作する負荷装置と、前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出器と、を備えた車両駆動システムに適用され、前記エンジン制御器および前記コンバータの動作を制御可能に構成される車両制御装置であって、
    　前記エンジン制御器および前記コンバータを統括的に制御する上位制御器が設けられ、
    　前記上位制御器は、
    　前記エンジンを動作させて前記発電機を駆動するためのエンジン発電指令を生成して前記エンジン制御器に出力するエンジン発電指令生成部と、
    　前記エンジン発電指令に含まれる複数段階のノッチ情報を受領し、ノッチの大きさに応ずるトルクを選択し、選択したトルクを発電機トルク指令として前記コンバータに出力する発電機トルク指令生成部と、
    　を備え、
    　前記発電機トルク指令生成部は、前記エンジン発電指令および前記回転速度検出器の検出信号に基づいて前記エンジンの異常動作を監視しておき、
    　前記エンジンの異常動作を検知した場合には、前記発電機トルク指令として所定の異常時用トルク指令値を選択して前記コンバータに出力し、
    　その後、再度のエンジンの異常動作を検知した場合には、前記所定の異常時用トルク指令値よりも小さな異常時用トルク指令値に切り替える
    　ことを特徴とする車両制御装置。
  4. 　前記上記制御器には、予めＭ段（Ｍは自然数）の異常時用トルク指令値が設定されており、
    　前記発電機トルク指令生成部は、
    　前記エンジンの異常動作を最初に検知した場合には、前記発電機トルク指令として前記Ｍ段の異常時用トルク指令値のうちの最大値を選択して前記コンバータに出力し、
    　その後、再度のエンジンの異常動作を検知した場合には、前記Ｍ段の異常時用トルク指令値の中から前回選択した異常時用トルク指令値よりも小さな異常時用トルク指令値に切り替え、
    　その後更に、再度のエンジンの異常動作を検知した場合には、前記Ｍ段の異常時用トルク指令値の中から前回および前々回に選択した異常時用トルク指令値よりも小さな異常時用トルク指令値に更に切り替える
    　ことを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
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