JP2003061210A

JP2003061210A - 車両駆動アシスト制御装置及びそれを備えた電動車両

Info

Publication number: JP2003061210A
Application number: JP2001248608A
Authority: JP
Inventors: Ko Yasujima; 安嶋　　耕; Tatsuyuki Yamamoto; 立行山本; Keisuke Nishidate; 圭介西舘; Hisaya Shimizu; 尚也清水; Kenichi Yoshida; 健一吉田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼
損を防止できる車両駆動アシスト装置を提供することに
ある。【解決手段】エンジン２０によって前輪２６を駆動し、
電動機３０によって、後輪３６を駆動する。電動機３０
としては、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流
分巻電動機を用いている。ＧＣＵ６０は、電動機３０の
アーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、ア
ーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ電流の限界領
域を越えないように、また、電動機の動作時間が予め設
定された動作時間の限界領域を越えないようにモータの
電流指令を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関で直接駆
動されない車輪を電動機で駆動する車両駆動アシスト制
御装置及びそれを備えた電動車両に係り、特に、電動機
として直流分巻電動機を用いる場合に好適な車両駆動ア
シスト制御装置及びそれを備えた電動車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、例えば、前輪をエンジンで駆動
し、後輪を電動機で駆動する車両駆動アシスト装置の開
発が進められている。この場合、電動機はエンジンの駆
動力をアシストし、正逆回転可能な安価な直流分巻モー
タが使用されている。しかし、直流モータの場合、アー
マチャ電流を多く流せばトルク増大するが、それだけブ
ラシ電流密度が高くなり、火花発生と共にブラシ寿命が
短くなる。

【０００３】そこで、例えば、特開２０００−３４１９
８７号公報に記載されているように、予めモータ回転数
とアーマチャ電流の限界領域を設定し、回転センサと電
流センサで検出されたモータ回転数及びアーマチヤ電流
が限界領域を越えないように、電源とアーマチャとの間
に接続されたトランジスタのチョッパ指令のデューティ
比を下げ、ブラシの長寿命化を図るものが知られてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２
０００−３４１９８７号公報に記載されているものにお
いては、モータ連続運転条件下における耐熱劣化が発生
する恐れがある。この問題を回避するためには、通常の
モータの連続運転条件下においては、サーミスタやバイ
メタル等のモータ温度保護装置を装着する必要性があっ
た。しかしながら、これらのモータ温度保護装置は、モ
ータの温度を正確に検出するには、モータ内部に設置す
る必要があるが、適切な取付位置を得ることが困難であ
り、正確な温度検出が困難であるという問題があった。
また、モータ温度保護装置は、ノイズ等で誤動作する恐
れもあり、その場合、制御時の信頼性が低下するという
問題があった。このようにして、連続運転条件下におけ
る制御が適切に行えないと、モータが焼損するという問
題が生じるものである。

【０００５】本発明の目的は、ブラシの長寿命化を図る
とともに、モータの焼損を防止できる車両駆動アシスト
装置及びそれを備えた電動車両を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、内燃機関によって駆動される車輪
とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動ア
シスト制御装置において、上記電動機は、ブラシを介し
てアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、上記
電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとと
もに、アーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ電流
の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御す
る制御部を備えるようにしたものである。かかる構成に
より、ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損
を防止し得るものとなる。

【０００７】（２）上記目的を達成するために、本発明
は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を
駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置に
おいて、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電
流を流す直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチ
ャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、上記電動機
の動作時間が予め設定された動作時間の限界領域を越え
ないようにモータの電流指令を制御する制御部を備える
ようにしたものである。かかる構成により、ブラシの長
寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止し得るもの
となる。

【０００８】（３）上記目的を達成するために、本発明
は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を
駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置を
備えた電動車両において、上記電動機は、ブラシを介し
てアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、運転
モードに応じて、上記電動機の連続通電時間を切り替え
る制御部を備えるようにしたものである。かかる構成に
より、運転モードに応じた制御を行うことにより、電動
機によるアシスト性を向上し得るものとなる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を用いて、本発
明の一実施形態による車両駆動アシスト制御装置の構成
及び動作について説明する。最初に、図１を用いて、本
実施形態による車両駆動アシスト制御装置を備えた４輪
駆動の電動車両の全体構成について説明する。図１は、
本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制御装置を
用いた４輪駆動の電動車両の全体構成を示すシステム構
成図である。

【００１０】４輪駆動車両１０は、エンジン２０と、直
流電動機３０を備えている。エンジン２０の駆動力は、
トランスミッション２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂ
を介して、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６
Ａ，２６Ｂを駆動する。直流電動機３０の駆動力は、ク
ラッチ３２，デファレンシヤルギヤ３３及び第２の車軸
３４Ａ，３４Ｂを介して、後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達さ
れ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。デファレンシャル
ギヤ３３とクラッチ３２が連結されると、直流電動機１
００の回転力は、クラッチ３２，デファレンシャルギヤ
３３を介して、後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪
３６Ａ，３６Ｂを駆動する。クラッチ３２が開放される
と、直流電動機３０は、後輪３６Ａ，３６Ｂ側から機械
的に切り離され、後輪３６Ａ，３６Ｂは駆動力を路面に
伝えないものである。なお、直流電動機３０は、例え
ば、正転逆転の切替えが容易であり、増磁作用を行える
直流分巻電動機、または他励直流電動機を用いている。

【００１１】なお、以上の説明では、前輪２６Ａ，２６
Ｂをエンジン２０で駆動し、後輪３６Ａ，３６Ｂを直流
電動機３０で駆動する４師駆動車両として説明している
が、前輪を直流電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動
するようにしてもよいものであり、また、トラックのよ
うな６輪以上の車両、トレーラのような、牽引車両にも
適用可能である。

【００１２】エンジンルーム内には、通常の充電発電シ
ステムを行う補機用発電機（ＡＬＴ１）４０及び補機バ
ッテリー４２が配置され、エンジン２０によってベルト
駆動される補機用発電機４０の出力が、補機バッテリー
４２に蓄積される。また、補機用発電機４０の近傍に
は、エンジン２０によりベルト駆動される駆動用高出力
発電機（ＡＬＴ２）４４が配設されている。駆動用高出
力発電機４４の出力は、一線式の十配線路４５Ａによっ
て直流電動機３０に電気的に接続されている。直流電動
機３０の−配線路４５Ｂは、ボディアースとなってい
る。電動機３０の駆動力源は、発電機４４の出力だけで
なく、バッテリーを用いることも可能である。バッテリ
ーとしては、バッテリー４２を用いることもできる。補
機用発電機４０は、例えば、１２Ｖ，２ｋＷ程度の一般
的な発電機であり、駆動用高出力発電機４４は、補機用
発電機４０に比べて高出力が得られる発電機であり、例
えば、３６Ｖ，６ｋＷ程度の発電機である。

【００１３】エンジン２０の出力は、エンジンコントロ
ールユニット（ＥＣＵ〉５０からの指令により駆動され
る電子制御スロットル５２により制御される。電子制御
スロットル５２には、アクセル開度センサ５４が設けら
れており、アクセル開度を検出する。なお、電子制御ス
ロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びス
ロットルを用いる場合には、アクセルペダルにアクセル
開度センサを設けることができる。また、ＥＣＵ５０
は、トランスミッション２２を制御する。トランスミッ
ション２２は、オートマチックトランスミッションであ
り、セレクトレバー２３によって選択されたギヤ比とな
るように自動制御される。セレクトレバー２３のポジシ
ョンは、ギヤ位置検出センサ２５によって検出される。
なお、トランスミッション２２としては、マニュアルト
ランスミッションを用いるものであってもよいものであ
る。

【００１４】また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６
Ａ，３６Ｂの各車輪に設けられたブレーキ２８Ａ，２８
Ｂ，３８Ａ，３８Ｂには、アンチロックブレーキ（ＡＢ
Ｓ）コントロールユニット５５によって制御されるアン
チロックブレーキ（ＡＢＳ）アクチュエータ２９Ａ，２
９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂが設けられている。また、前輪２
６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、回
転速度及び回転方向を検出する回転センサ５６Ａ，５６
Ｂ，５８Ａ，５８Ｂが設けられている。なお、回転セン
サ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂは、各車輪毎に設け
られているが、前輪軸及び後輪軸の一方もしくは両方に
配してもよいものである。また、ＡＢＳコントロールユ
ニット５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５
８Ｂの出力により、車速を検出し、その車速に応じて、
クラッチ３２にオン・オフ信号を出力して、クラッチ３
２の遮断・連結を制御する。

【００１５】駆動用発電機出力電圧制御回路（ＧＣＵ）
６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂに
よって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ
の回転速度及び回転方向の情報、アクセル開度センサ５
４によって検出されたアクセル開度の情報、及びギヤ位
置検出センサ２５によって検出されたギヤ位置の情報等
に基づいて、車両の走行状態を判断し、この判断に基づ
いて、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を制御し、ま
た、直流電動機３０の界磁電流を制御する。

【００１６】次に、図２を用いて、本実施形態による車
両駆動アシスト制御回路の構成について説明する。図２
は、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制御回
路の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符
号は、同一部分を示している。

【００１７】駆動用発電出力電圧制御回路（ＧＣＵ）６
０には、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂに
よって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂ
の回転速度及び回転方向の情報、及びセル開度の情報、
及びギヤ情報検出センサ２５によって検出されたギヤ位
置の情報、アクセル開度センサ５４によって検出された
アクセル開度の情報が入力する。

【００１８】ＧＣＵ６０は、これらの情報に基づいて、
駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４に対して出力電圧
の指令値を出力することにより、高出力発電機４４の出
力電圧を制御し、直流電動機３０を制御する。さらに、
ＧＣＵ６０は、直流電動機３０の界磁巻線３１に流す界
磁電流を制御することにより、直流電動機３０を直接制
御するようにしており、高出力発電機４４により直流電
動機３０を制御することによるレスポンスの低下を改善
するようにしている。

【００１９】駆動用発電機出力電圧制御回路（ＧＣＵ）
６０は、Ｉ／Ｏ回路６１と、Ａ／Ｄ変換器６２と、マイ
クロプロセッサ（ＭＰＵ）６３と、Ｉ／Ｏ回路６４と、
Ｈブリッジドライバ６５と、Ｈブリッジ回路６６と、タ
イマー回路６７とを備えている。ギヤ位置検出センサ２
５によって検出されたギヤ位置情報は、Ｉ／Ｏ回路６１
を介して、ＭＰＵ６３に取り込まれる。また、回転セン
サ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された
車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回
転方向の情報、アクセル開度センサ５４によって検出さ
れたアクセル開度の情報は、Ａ／Ｄ変換器６２を介し
て、ＭＰＵ６３に取り込まれる。

【００２０】ＭＰＵ６３は、ＣＰＵと電動機制御用のプ
ログラムやデータを保持するメモリを備えており、入力
した情報に基づいて、車速を算出し、駆動用高出力発電
機４４の出力電圧値を算出し、Ｉ／Ｏ回路６４から駆動
用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４に供給され、発生する
出力電圧値を制御する。

【００２１】また、ＭＰＵ６３には、タイマー回路６７
からの時間情報と、アーマチャ電流センサ５７によって
検出されたアーマチャ電流が入力する。なお、時間情報
は、ＭＰＵ６３の内部にあるクロックを用いて、ＭＰＵ
６３が時間を計測してもよいものである。ＭＰＵ６３
は、入力した時間情報とアーマチャ電流により、予めメ
モリされた直流電動機３０のアーマチャ電流と作動時間
限界領域マップを越えないように動作時間を制御すると
共に、直流電動機３０の特性が要求値に適合するよう
に、Ｉ／Ｏ回路６４，Ｈブリッジドライバ６５を介し
て、Ｈブリッジ回路６６にて直流電動機３０の界磁巻線
３１に流す界磁電流を調整する。ＭＰＵ６３による制御
内容については、図３及び図４を用いて後述する。

【００２２】ここで、図３及び図４を用いて、本実施形
態による車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御の
内容について説明する。図３は、本発明の一実施形態に
よる車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御内容を
示すフローチャートであり、図４は、本発明の一実施形
態による車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御内
容時に用いる制御マップの説明図である。

【００２３】図３のステップｓ１０において、ＭＰＵ６
３は、アーマチャ電流センサ５７によって検出されたア
ーマチャ電流Ｉが、予めメモリされた直流電動機３０の
アーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電
流の最大値Ｉmax(T)を越えたか否かを判断する。

【００２４】ここで、図４に示すように、直流電動機３
０のアーマチャ電流Ｉと作動時間Ｔは、領域Ａに示す範
囲が限界領域を示すマップとして、予めＭＰＵ６３にメ
モリされている。アーマチャ電流の最大値Ｉmaxは、動
作時間Ｔによって徐々に減るようなものである。アーマ
チャ電流の最大値Ｉmaxは、動作時間Ｔの関数となるた
め、Ｉmax（Ｔ）で示すものとする。モータの連続運転
時の動作時間Ｔは、直流電動機３０のアーマチャ電流に
対する耐熱限界時間またはブラシ摩耗特性時間領域を示
している。そして、領域Ａの範囲内である最大動作時間
Ｔmaxより短い時間を動作可能領域としている。領域Ｂ
は、動作禁止領域である。

【００２５】検出されたアーマチャ電流Ｉが、アーマチ
ャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大
値Ｉmax(T)を越えた場合には、ステップｓ２０に進み、
越えていない場合には、ステップｓ７０に進む。

【００２６】検出されたアーマチャ電流Ｉが、アーマチ
ャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大
値Ｉmax(T)を越えた場合には、ステップｓ２０におい
て、ＭＰＵ６３は、そのときのアーマチャ電流Ｉをｔ秒
間保持する。この保持時間ｔは、運転モードによって変
えるようにしている。例えば、通常の前進（Ｆ）や、後
進（Ｂ）の場合には、ｔ＝５秒としている。また、砂
浜，凹道，雪道などにおけるスタック時には、ｔ＝１５
秒としている。さらに、坂道発進時には、ｔ＝５秒とし
て、さらに、登坂時には、ｔ＝１２０秒としている。こ
のとき、アーマチャ電流Ｉが例え、限界電流Ｉmax
（Ｔ）を越えたとしても、短時間で有れば、モータの焼
損が生じない一方で、モータの最大トルクを発生するこ
とにより、スタック時などのアシスト性を向上させて、
スタック状態からの回避を容易にしている。

【００２７】運転モードの判定は、回転センサ５６Ａ，
５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６
Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度によって判定す
ることができ、例えば、回転速度Ｎがほぼ０ｋｍ／ｈで
ある場合には、スタック状態であると判断し、回転速度
Ｎが０ｋｍ／ｈ出ない場合には、通常状態若しくは坂道
発進状態と判断する。また、回転速度Ｎが０ｋｍ／ｈで
ない場合には、アクセル開度と回転速度の関係から負荷
が大きな登坂時であると判断できる。なお、運転モード
の判定方法は、これに限ることなく、他の情報によって
判断するようにしてもよいものである。

【００２８】次に、ステップｓ３０において、ＭＰＵ６
３は、ｔ秒経過したか否かを判断し、ｔ秒経過すると、
ステップｓ４０に進む。

【００２９】次に、ｔ秒経過すると、ステップｓ４０に
おいて、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流Ｉが、図４に示
した限界電流Ｉmax（Ｔ）以下となるように下げる。ア
ーマチャ電流Ｉが限界電流以上でｔ秒経過すると、モー
タが焼損する恐れがあるため、これを回避することがで
きる。

【００３０】次に、ステップｓ５０において、ＭＰＵ６
３は、再度、アーマチャ電流センサ５７によって検出さ
れたアーマチャ電流Ｉが、予めメモリされた直流電動機
３０のアーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマ
チャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えたか否かを判断する。
アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えている場合に
は、ステップｓ６０において、ＭＰＵ６３は、アーマチ
ャ電流Ｉを０として、モータアシストを停止し、モータ
の焼損を防止する。アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を
越えていない場合には、ステップｓ８０において、ＭＰ
Ｕ６３は、通常の運転モードによる運転を継続する。

【００３１】一方、ステップｓ１０の判定において、ア
ーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えていない場合に
は、モータの運転時間Ｔが、限界領域マップに設定され
た最大動作時間Ｔmaxを越えたか否かを判断する。最大
動作時間Ｔmaxは、モータの連続運転時間としてもよ
く、また、最大電流にモータを駆動した場合の積算時間
とすることもできる。越えた場合には、ステップｓ６０
において、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流Ｉを０とし
て、モータアシストを停止し、モータの焼損を防止す
る。アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えていない場
合には、ステップｓ８０において、ＭＰＵ６３は、通常
の運転モードによる運転を継続する。

【００３２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、予めアーマチャ電流と動作時間との限界領域を越え
ないように制御部がモータ電流を制御するので、大電流
での長時間運転によるモータ焼損防止並びにブラシの長
寿命化を図ることができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、ブラシの長寿命化を図
るとともに、モータの焼損を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制
御装置を用いた４輪駆動車両の全体構成を示すシステム
構成図である。

【図２】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制
御回路の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制
御回路によるモータ制御内容を示すフローチャートであ
る。

【図４】本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制
御回路によるモータ制御内容時に用いる制御マップの説
明図である。

【符号の説明】

１０…４輪駆動車２０…エンジン２２…トランスミッション２３…セレクトレバー２４…第一の車軸２５…ギヤ位置検出器２６…前輪２８，３８…ブレーキ２９，３９…ＡＢＳアクテュータ３０…直流電動機３１…電動機界磁巻線３１Ａ…ブラシ３２…クラッチ３３…ディファレンシャルギヤ３４…第二車軸３６…後輪４０…補機用発電機４２…補機バッテリ４４…駆動用高出力発電機４５Ａ…十配線路４５Ｂ…一配線路５０…エンジンコントロールユニット５４…アクセル開度センサ５５…ＡＢＳコントロールユニット５６，５８…回転センサ５７…アーマチャ電流センサ６０…駆動用発電機出力電圧制御回路６１，６４…Ｉ／Ｏ回路６２…Ａ／Ｄ変換機６３…マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６５…Ｈブリッジドライバ６６…Ｈブリッジ回路６７…タイマー回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本立行茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者西舘圭介茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者清水尚也茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者吉田健一茨城県ひたちなか市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器グループ内Ｆターム(参考） 5H115 PA15 PG04 PI16 PU04 PU25 PV03 PV09 PV23 QN27 SE03 TO12 TU02 TU08 TU15 5H571 AA02 BB10 CC04 DD02 EE02 GG02 GG04 HA10 HD02 JJ03 JJ16 JJ18 LL22 MM06 MM08 MM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関によって駆動される車輪とは異な
る車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制
御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す
直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御する
とともに、アーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ
電流の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制
御する制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシス
ト制御装置。
【請求項２】内燃機関によって駆動される車輪とは異な
る車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制
御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す
直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御する
とともに、上記電動機の動作時間が予め設定された動作
時間の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制
御する制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシス
ト制御装置。
【請求項３】内燃機関によって駆動される車輪とは異な
る車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制
御装置を備えた電動車両において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す
直流分巻電動機であり、運転モードに応じて、上記電動機の連続通電時間を切り
替える制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシス
ト制御装置を備えた電動車両。