JP2008126864A - モータ駆動車両用制御装置、モータ駆動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】前輪のスリップを予め予測し、スリップが生じる前に車両の挙動を安定させるよう制御するモータ駆動車両用制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン２の駆動力を前輪１Ｌ、１Ｒに伝達するトランスミッション１６、エンジン２によって駆動される発電機７、が発生した電力が供給されて後輪３Ｌ、３Ｒを駆動するモータ４を備え、二輪駆動、四輪駆動のいずれかによって走行するモータ駆動車両用の制御装置において、トランスミッション１６を制御し、エンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒに駆動力を伝達するに際しての変速比を切替えるＡＴＣ／Ｕ１４、ＡＴＣ／Ｕ１４によるシフトダウン開始に連動し、発電機７によって発生された電力をモータ４に供給させてトルクを出力させる４ＷＤコントローラ８を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータ駆動車両用制御装置及びモータ駆動車両にかかり、特に、二輪駆動走行と四輪駆動走行とを切替えて走行可能なモータ駆動車両用の制御装置及びこの制御装置を備えたモータ駆動車両に関する。

現在、エンジンによって発電機を回転させて電力を発生させ、発生した電力を直接モータに供給することによって四輪駆動走行するモータ駆動車両がある。このようなモータ駆動車両には、二輪駆動、四輪駆動を必要に応じて切替えながら走行するものがある。二輪駆動と四輪駆動との切替えが可能なモータ駆動車両の従来技術としては、例えば、特許文献１が挙げられる。

特許文献１に記載された従来技術は、前輪の加速スリップを検出し、このスリップ量に応じたトルクを出力するよう発電機を制御している。このような特許文献１によれば、前輪にスリップが発生した場合に車両が自動的に四輪駆動走行に切替えられ、後輪にトルクが発生して車両姿勢が不安定になることを防ぐことができる。
特開２００４−２１５４９９号公報

しかしながら、上記した特許文献１の発明は、前輪が実際にスリップしたことが検出されてから発電機を制御するため、発電機の制御から後輪トルクの出力までの時間車両の挙動が不安定になることを避けることはできない。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって、前輪のスリップ（空転）を予め予測し、スリップが生じる前に車両の挙動を安定させるよう制御するモータ駆動車両用制御装置及びこの制御装置を備えたモータ駆動車両を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明のモータ駆動車両用制御装置は、内燃機関の駆動力を主駆動輪に伝達する変速機、前記内燃機関によって駆動される発電機、当該発電機が発生した電力が供給されて従駆動輪を駆動するモータを備え、前記主駆動輪のみを駆動する二輪駆動、前記主駆動輪と共に前記従駆動輪を駆動する四輪駆動のいずれかによって走行するモータ駆動車両用の制御装置であって、前記変速機を制御し、前記内燃機関から前記主駆動輪に駆動力を伝達するに際しての変速比を切替える変速比制御手段と、前記変速比制御手段によるシフトダウン開始に連動し、前記発電機によって発生された電力を前記モータに供給させてトルクを出力させるモータトルク制御手段と、を備えることを特徴とする。

このため、シフトダウンの開始に連動し、発電機７によって発生された電力をモータ４に供給させ、トルクを出力させることができる。このような本発明によれば、シフトダウンによってエンジン回転数が上昇し、前輪に過剰なトルクが発生する以前にモータ４に電力を供給することができる。したがって、前輪のスリップが発生する以前に後輪にトルクを発生させ、車両のスリップが一時的にせよ発生することを防ぐことができる。

本発明は、前輪のスリップを予め予測し、スリップが生じる前に車両の挙動を安定させるよう制御することができる。

以下、図を参照して本発明にかかるモータ駆動車両用制御装置及びモータ駆動車両の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態のモータ駆動車両用制御装置（以下、単に制御装置とも記す）及び、この制御装置を備えたモータ駆動車両を示した図である。図示したように、本実施形態のモータ駆動車両は、エンジン２の駆動力を主駆動輪に伝達するトランスミッション１６と、主駆動輪を駆動するエンジン２と、エンジン２によって駆動される発電機７と、発電機７が発生した電力が供給されて従駆動輪を駆動するモータ４とを備えている。本実施形態では、主駆動輪が前輪１Ｌ、１Ｒであって、従駆動輪が後輪３Ｌ、３Ｒである。

モータ駆動車両は、前輪１Ｌ、１Ｒのみを駆動する二輪駆動、前輪１Ｌ、１Ｒと共に後輪３Ｌ、３Ｒを駆動する四輪駆動のいずれかによって走行可能である。そして、トランスミッション１６を制御し、エンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒに駆動力を伝達するに際しての変速比を切替えるオートマコントロールユニット（ＡＴＣ／Ｕ）１４、ＡＴＣ／Ｕ１４によるシフトダウン開始に連動し、発電機７によって発生された電力をモータ４に供給させてトルクを出力させる４ＷＤコントローラ８を備えている。

以上の構成において、ＡＴＣ／Ｕ１４は変速比制御手段として機能する。また、ＡＴＣ／Ｕ１４及び４ＷＤコントローラ８は、モータトルク制御手段として機能する。
４ＷＤコントローラ８は、車両の四輪駆動走行にかかる構成を統括的に制御する制御装置でもある。また、モータ駆動車両は、制御装置として、ＡＴＣ／Ｕ１４の他、４ＷＤコントローラ８の他、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）１５を備えている。

なお、本実施形態は、トランスミッション１６を大きさの異なる複数のギアを組み合わせた構成とし、シフトダウンをより径の小さいギアへ切替えることによって実行している。ただし、本実施形態は、ギアの切替えによってシフトチェンジする構成に限定されるものでなく、ギアを使わずベルトやチェーンとプーリを利用した無段階自動変速機等にも適用することができる。

前輪１Ｌ、１Ｒ、後輪３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する前輪１Ｌ、１Ｒ、後輪３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力している。
４ＷＤコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を備えて構成され、各車輪速度センサ２７ＦＬ〜２７ＲＲで検出される車輪速度信号、発電電圧センサ１０及び電流センサの出力信号、モータ４に連結されたレゾルバの出力信号及びアクセルペダル（不図示）の踏込み量に相当するアクセル開度等が入力されている。

また、ＡＴＣ／Ｕ１４は、アクセル開度信号や、運転者の操作によるシフトの切替え（シフトアップ、シフトダウン）信号を入力し、４ＷＤコントローラ８に通知する。この通知は、ＣＡＮ通信等の送受信によって実行される。４ＷＤコントローラ８は、受信した信号に基づいて、ＡＴＣ／Ｕ１４を介してトランスミッション１６に制御信号を送信し、ギアの切替えを実行させている。

また、４ＷＤコントローラ８は、切替えの開始に連動してモータ４にトルクを出力させるよう、発電機７を制御する。４ＷＤコントローラ８は発電機７の図示しない界磁コイルに電流を供給し、発電機７は、４ＷＤコントローラ８の制御によって発電する。発電された電力がモータ４に供給され、モータ４は、図示しない界磁コイルによって形成される磁界中で回転してトルクを出力する。

上記した構成において、エンジン２の吸気管路には、図示しないメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとが介装されている。メインスロットルバルブは、アクセルペダルの踏込み量等に応じてスロットル開度を調整制御するバルブである。サブスロットルバルブは、ステップモータ等をアクチュエータとし、アクチュエータのステップ数に応じた回転角によって開度が調整制御されるバルブである。

サブスロットルバルブのスロットル開度をメインスロットルバルブの開度以下に調整することにより、エンジンの出力トルクを運転者のアクセルペダルの操作とは独立して減少させることができる。つまり、サブスロットルバルブの開度を調整することによってエンジン２による前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑制する駆動力を制御することができる。
エンジン２の出力トルクＴｅは、トランスミッション１６及びデファレンスギヤ５を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。また、エンジン２の出力トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達される。発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｇで回転する。発電機７は、４ＷＤコントローラ８によって調整される界磁電流Ｉｆｇに応じてエンジン２に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた発電をする。

発電機７の発電電力の大きさは、回転数Ｎｇと界磁電流Ｉｆｇとの大きさにより決定される。なお、発電機７の回転数Ｎｇは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。
発電機７が発電した電力は、インバータ９を介してモータ４に供給可能となっている。モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。なお、本実施形態のモータ４は交流モータである。また、図中の符号１３はデファレンスギヤを示す。

モータ駆動車両には、インバータ９と発電機７とを接続・遮断するリレーが設けられている。そして、このリレーが接続されている状態で、発電機７から図示しない整流器を介して供給された直流の電力は、インバータ９内で三相交流に変換されてモータ４を駆動する。
また、本実施形態のモータ駆動車両には、発電電圧を検出する発電機電圧センサ１０と、インバータ９の入力電流である発電電流を検出する不図示の発電機電流センサとが設けられ、これらの検出信号は４ＷＤコントローラ８に出力される。４ＷＤコントローラ８は、発電機電圧センサ１０によって検出された電圧値の正常、異常を判定して発電機７やモータ４を制御する。また、モータ４の駆動軸にはレゾルバが連結されており、モータ４の磁極位置信号θを出力している。

クラッチ１２は、例えば湿式多板クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からの指令に応じて締結及び開放を行う。なお、クラッチ１２は、湿式多板クラッチ、パウダークラッチ、ポンプ式クラッチでのいずれであってもよい。
ここで、４ＷＤコントローラ８の通常時の動作について簡単に説明する。４ＷＤコントローラ８は、４輪の車輪速度信号に基づいて算出される前輪１Ｌ、１Ｒと後輪３Ｌ、３Ｒとの速度差とアクセルペダル開度信号とから、モータトルク指令値Ｔｔを算出する。算出されたモータトルク指令値Ｔｔは、さらに、後輪速Ｖｒｌ，Ｖｒｒ、車速Ｖに基づく公知の後輪トラクションコントロール制御により、最終的なモータ４のトルク指令値Ｔｔとなって出力される。

また、４ＷＤコントローラ８は、トルク指令値Ｔｔとモータ回転速度Ｖｍとから、公知のベクトル制御を行う。そして、インバータ９に３相パワー素子のスイッチング制御信号を出力して３相交流電流を制御することにより、モータ４を制御する。そして、クラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間はクラッチ１２を接続状態にする。
さらに、４ＷＤコントローラ８は、発電機７の界磁電流Ｉｆｇを制御することによって発電機７の発電量を制御する。すなわち、４ＷＤコントローラ８は、前記したトルク指令値Ｔｔとモータ回転速度Ｖｍとに基づいて、次式を使ってモータ４に必要な電力Ｐｍを算出する。
Ｐｍ＝Ｔｔ×Ｖｍ ………（１）

また、次式を使って発電機７が出力すべき発電機必要電力Ｐｇを算出する。
Ｐｇ＝Ｐｍ／Иｍ ………（２）
ここで、Иｍはモータ効率である。つまり、発電機必要電力Ｐｇはモータ必要電力Ｐｍよりモータ効率分多く出力しなければならないことになる。発電機必要電力Ｐｇは、発電電力が発電機７を駆動するベルトの伝達可能トルクに応じて決まる電力を上回らないようにするための発電電力の制限値ＰＬ１及びＰＬ２によって制限される。

本実施形態では、４ＷＤコントローラ８が、シフトダウンを決定した後にＡＴＣ／Ｕ１４にシフトダウンを通知する。ＡＴＣ／Ｕ１４は、シフトダウンの通知を受けてギアをより径の小さいギアに変更する。
シフトダウンにより、前輪１Ｌ、１Ｒは、駆動トルクが過剰になることによってスリップする可能性がある。このため、４ＷＤコントローラ８は、ＡＴＣ／Ｕ１４に対するシフトダウンの通知と連動して発電機７を制御し、発電機７に所定の電力を発電させてモータ４に供給させている。

そして、発電機７の制御の後、４ＷＤコントローラ８から発電機制御が完了したことがＡＴＣ／Ｕ１４に通知される。ＡＴＣ／Ｕ１４は、この通知を受けた後にトランスミッション１６に制御信号を送信し、ギアを切替えてシフトダウンを実行する。
ここで、４ＷＤコントローラ８が発電機７に発電させる電力の値について説明する。本実施形態では、４ＷＤコントローラ８が、ＡＴＣ／Ｕ１４によってシフトダウン信号が通知された時点の発電機７の発電可能な電力値を検出するものとする。この値は、エンジン２の回転数や界磁電流の値等を使って算出される。

４ＷＤコントローラ８は、予め一定の値を前輪スリップ防止用の必要トルクとして設定しておき、必要トルクが出力できる電力値を上記した所定の電力値とすることができる。そして、この所定の電力値と、発電機７が発電可能な電力値とを比較し、セレクトローすることによっていずれか低いほうの電力値を発電機７からモータ４に供給させる。このような４ＷＤコントローラ８は、本実施形態においてセレクトロー手段として機能する。

また、本実施形態は、必要トルクとして、一定の電力値を設定する構成に限定されるものではない。例えば、前輪のスリップが発生した場合に車両を安定させるのに必要なトルクを演算によって求めるようにしてもよい。
必要トルクの演算は、現時点のエンジン２の回転数、シフトダウンに伴う前輪１Ｌ、１Ｒのトルクの増加値の少なくとも一方を用いて行うことができる。このような場合にあっても、４ＷＤコントローラ８は、演算によって算出された必要トルクを出力させるための電力（必要電力と記す）と現時点において発電機７が発電可能な最大電力とをセレクトローし、より小さい電力値を選択する。そして、発電機７を制御し、選択された電力値の電力を発電機７からモータ４に供給させてモータ４にトルクを出力させる。

さらに、本実施形態は、必要トルクを、車両の発進時に要求されるトルクに応じて予め設定することが考えられる。この設定は、例えば、車両発進時にモータ４に電力が供給された場合、この電力値を４ＷＤコントローラ８に保存しておく。そして、保存された電力値に基づいて所定の電力値を決定し、予め設定しておくことが可能である。
このような実施形態は、オートマティック（ＡＴ）車において、運転者が走行中にアクセルペダルをキックするように踏み込む、いわゆるキックダウンする場合であっても適用することが可能である。このとき、４ＷＤコントローラ８は、運転者によるキックダウンの操作を検出し、ギアの切替えに先立ってモータ４にトルクを出力させるよう制御する。

図２は、以上述べた本実施形態の四輪駆動用制御装置によってなされるモータ４のトルク制御を説明するためのフローチャートであって、４ＷＤコントローラ８によってなされる処理について記している。図２に示したように、本実施形態では、先ず、４ＷＤコントローラ８に対し、ＡＴＣ／Ｕ１４が、シフトチェンジがなされることを通知する。４ＷＤコントローラ８は、この通知によってシフトダウンの開始を検出する（Ｓ２１）。

シフトダウンを検出すると、４ＷＤコントローラ８は、発電機７の発電能力を検出し、確認する（Ｓ２２）。そして、予め定められた必要トルクをモータ４に出力させられる電力を発電機７が発電させられるか否か判断する（Ｓ２３）。なお、発電機７の発電能力は、発電機電圧センサ１０によって検出される電圧値の他、エンジン２や発電機７の回転数によっても確認することができる。

ステップＳ２３において、必要電力を発電できると４ＷＤコントローラ８が判断した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、必要電力を発電機７からモータ４に供給させ、モータ４が必要トルクを出力する（Ｓ２４）。一方、ステップＳ２３で必要電力を発電機７が発電できないと判断された場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、発電機７が発電可能な最大電力をモータ４に供給してトルクを出力させる（Ｓ２５）。
なお、運転者がシフトダウンを要求する場合、一般的には発電機７の発電能力が低いことが考えられる。このため、セレクトローにより、現在発電機７が発電可能な最大電力がモータ４に供給される。そして、必要トルクよりも低いトルクが出力されて、前輪スリップによる車両が不安定になることを緩和することができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、モータ４に必要トルクが供給された場合と、発電機７が発電できる最大電力がモータ４に供給された場合とを比較して示した図である。（ａ）は、モータ４に必要電力が供給された場合の前輪１Ｌ、１Ｒのトルク（図３（ａ）上段）と、後輪３Ｌ、３Ｒのトルク（図３（ａ）下段）とを示している。また、（ｂ）は、モータ４に発電機７の最大発電電力が供給された場合の前輪１Ｌ、１Ｒのトルク（図３（ｂ）上段）と、後輪３Ｌ、３Ｒのトルク（図３（ｂ）下段）とを示している。

必要電力が供給可能な場合、本実施形態によれば、図３（ａ）に示したように、シフトチェンジの開始と略同時に後輪３Ｌ、３Ｒのトルクが発生し、前輪１Ｌ、１Ｒにスリップは発生していない。また、発電機７の最大発電電力をモータ４に供給した場合、図３（ｂ）に示したように、シフトチェンジの開始と略同時に不十分ながら後輪３Ｌ、３Ｒのトルクが発生し、前輪１Ｌ、１Ｒにスリップが抑えられていることがわかる。

図４（ａ）ないし（ｆ）は、以上述べた本実施形態によって得られる効果を説明するための図である。（ａ）ないし（ｆ）の横軸は、いずれも時間ｔを示していて、（ａ）ないし（ｆ）の全てについて共通である。
図４（ａ）の縦軸は、シフトチェンジが行われるタイミング（時間）を示していて、（ｂ）は現時点で車両に設定されているシフトの位置を示している。また、（ｃ）、（ｄ）は、本実施形態で得られる効果と比較するために示した従来技術の例であって、（ｃ）は前輪の駆動トルクを、（ｄ）は後輪の駆動トルクを各々示している。また、（ｅ）は、本実施形態の前輪の駆動トルクを、（ｆ）は後輪の駆動トルクを示している。

図示したように、２速走行している車両が１速走行にシフトダウンする場合、ＡＴＣ／Ｕ１４は、アクセル開度やキックダウンまたは運転者の操作によってシフトダウンの発生を推定する。そして、シフトダウンが発生することを４ＷＤコントローラ８に通知する。４ＷＤコントローラ８は、この通知を受け、タイミングｔ１においてシフトダウンのための動作を開始する。このとき、車両のシフトは２速走行に設定されている。

従来技術によれば、（ｃ）に示したように、シフトダウンのための操作開始後にシフトチェンジが実行され、タイミングｔ２で前輪トルクの上昇が開始する。前輪トルクの上昇によって車両のスリップが検出されると、タイミングｔ３において後輪のトルクの出力が開始する（ｄ）。
このような従来技術に対し、本実施形態は、タイミングｔ１に連動し、タイミングｔ２以前に４ＷＤコントローラ８がモータ４にトルクを出力させるよう発電機７が制御される。このため、タイミングｔ２におけるシフトチェンジの実行に先立って発電機７からモータ４に電力が供給され、タイミングｔ２には後輪３Ｌ、３Ｒにトルクが出力される（ｅ）。したがって、シフトダウンによっても前輪１Ｌ、１Ｒに過剰なトルクが発生することがなく、車両がスリップすることを未然に防ぐことができる。

本発明の一実施形態のモータ駆動車両用制御装置及び、この制御装置を備えたモータ駆動車両を示した図である。 本発明の一実施形態の四輪駆動用制御装置によってなされるモータのトルク制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態において、モータに必要トルクが供給された場合と、発電機が発電できる最大電力がモータ４に供給された場合とを比較して示した図である。 本発明の一実施形態によって得られる効果を説明するための図である。

符号の説明

１Ｌ，１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ，３Ｒ 後輪
４ モータ
７ 現在発電機
８ ４ＷＤコントローラ
１０ 発電機電圧センサ
１４ ＡＴＣ／Ｕ
１５ ＴＣＳ
１６ トランスミッション

Claims (5)

1. 内燃機関の駆動力を主駆動輪に伝達する変速機、前記内燃機関によって駆動される発電機、当該発電機が発生した電力が供給されて従駆動輪を駆動するモータを備え、前記主駆動輪のみを駆動する二輪駆動、前記主駆動輪と共に前記従駆動輪を駆動する四輪駆動のいずれかによって走行するモータ駆動車両用の制御装置であって、
   前記変速機を制御し、前記内燃機関から前記主駆動輪に駆動力を伝達するに際しての変速比を切替える変速比制御手段と、
   前記変速比制御手段によるシフトダウン開始に連動し、前記発電機によって発生された電力を前記モータに供給させてトルクを出力させるモータトルク制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動車両用制御装置。
2. 予め定められた所定の電力値と前記発電機が現時点において発電可能な最大電力とのうち、より小さい値を選択するセレクトロー手段をさらに備え、
   前記モータトルク制御手段は、前記セレクトロー手段によって選択された値の電力を前記発電機から前記モータに供給させることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動車両用制御装置。
3. 前記予め定められた所定の電力値を、車両発進時に要求されるトルクに応じて設定するトルク設定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動車両用制御装置。
4. 前記内燃機関に要求される回転数、前記変速比制御手段によるシフトダウンに伴う前輪トルクの増加値の少なくとも一方を用いて電力値を算出する電力値算出手段と、
   前記電力値算出手段によって算出された電力値と前記発電機が現時点において発電可能な最大電力とのうち、より小さい値を選択するセレクトロー手段と、をさらに備え、
   前記モータトルク制御手段は、前記セレクトロー手段によって選択された値の電力を前記発電機から前記モータに供給させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のモータ駆動車両用制御装置。
5. 内燃機関の駆動力を主駆動輪に伝達する変速機、前記内燃機関によって駆動される発電機、当該発電機が発生した電力が供給されて従駆動輪を駆動するモータを備え、前記主駆動輪のみを駆動する二輪駆動、前記主駆動輪と共に前記従駆動輪を駆動する四輪駆動のいずれかによって走行するモータ駆動車両であって、
   前記変速機を制御し、前記内燃機関から前記主駆動輪に駆動力を伝達するに際しての変速比を切替える変速比制御手段と、
   前記変速比制御手段によるシフトダウン開始に連動し、前記発電機によって発生された電力を前記モータに供給させてトルクを出力させるモータトルク制御手段と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動車両。

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