JP2004023887A

JP2004023887A - 車輪駆動制御装置

Info

Publication number: JP2004023887A
Application number: JP2002175320A
Authority: JP
Inventors: Eiji Futagawa; 二川　英司; Yoshiki Ikeda; 池田　喜紀
Original assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】内燃機関と電動機を併用する全輪駆動車両等の車輪駆動制御装置において、坂道発進時等に電動機による駆動系に過負荷がかかることを防止する。
【解決手段】車速が０近傍でモータに逆起電力が発生しているときに（Ｓ１）、坂道発進時等で外力により電動機を駆動源とする車輪が回転されている状態と判断し（Ｓ２）、この状態で該外力による車輪回転方向と逆方向に発進したときに過大な負荷がかかることを防止するため、エンジン駆動される発電機からモータに供給される電流Ｉａまたはモータの界磁電流Ｉｆの少なくとも一方を減少制御する（Ｓ３）。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前輪と後輪とを別個の駆動源で独立して駆動し、かつ、少なくとも一方の駆動源を電動機とする車両の車輪駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
全輪駆動車両として、内燃機関によって主駆動輪（例えば前輪）を駆動し、電動機によって従駆動輪（例えば後輪）を駆動するハイブリッド車両が知られる（特開２０００−９４９７９号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、前輪と後輪とが別個の駆動源で独立して駆動し、かつ、少なくとも一方の駆動源を電動機とする車両においては、坂道発進時等に外力で電動機が駆動されることにより逆起電力が生じて発電状態となり、この状態で該外力による車両進行方向とは逆向きに発進操作（上り坂での前進、下り坂での後進）すると、該電動機での駆動系に過負荷が加わってしまう。
【０００４】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、前輪と後輪とが別個の駆動源で独立して駆動し、かつ、少なくとも一方の駆動源を電動機とする車両における上記坂道発進時等の問題点を解決した車輪駆動制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、前輪と後輪とを別個の駆動源で独立して駆動し、かつ、少なくとも一方の駆動源を電動機とする車両において、車両発進時に前記電動機の状態を監視し、該電動機が発電状態であることを検出したときに、該電動機を駆動源とする駆動系の負荷を軽減するフェールセーフ制御を行う構成とし、坂道発進時等に上記駆動系に過負荷が加わることを防止する。
【０００６】
また、前記フェールセーフ制御を、前記電動機への界磁電流または回転子電流の少なくとも一方を減少させる制御とすることにより、該電動機を駆動源とする車輪の駆動力が軽減され、もって該駆動系に過負荷が加わることを防止できる。また、前記フェールセーフ制御を、前記電動機から該電動機を駆動源とする車輪への駆動力の伝達を遮断するとすることにより、該駆動系に加わる負荷を無くせる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態にかかる全輪駆動制御装置を示すシステム概要図、図２は、本発明に関わる要部を示す外観図である。
エンジン（内燃機関）１の駆動力は、前側クラッチ２、前側変速機３及びディファレンシャル４を介して前輪（主駆動輪）ＦＲＷに伝達される構成となっている。すなわち、エンジン１、前側クラッチ２、前側変速機３、ディファレンシャル４は、いわゆる前輪駆動車と同じに構成されており、また、前側変速機３は、多段あるいは無段の自動変速機、あるいは手動変速機が用いられる。
【０００８】
エンジン１には、エンジン１により駆動される発電機５が設けられ、さらに、この発電機５から供給される電流により駆動するモータ（電動機）６が設けられる。また、このモータ６から発生した駆動力は、後側変速機７、後側クラッチ８及びディファレンシャル９を介して後輪（従駆動輪）ＲＲＷに伝達される構成となっている。
【０００９】
また、後側変速機７は、減速を行ってトルクを増強するためのものである。
また、前記後側クラッチ８は、電磁石に通電して締結状態となり、通電を停止して解放状態となる構成となっている。
前記エンジン１、発電機５、モータ６の駆動及び後側クラッチ８の断接は、４ＷＤコントローラ１０により行われる。
【００１０】
前記４ＷＤコントローラ１０は、演算部１０ａと、主駆動輪制御部１０ｂと、エンジントルク量制御部１０ｃと、従駆動輪制御部１０ｄと、発電機発電制御部１０ｅと、モータトルク量制御部１０ｆと、駆動方向切替部１０ｇと、クラッチ締結制御部１０ｈと、電圧監視部１０ｊと、ラッチ回路１０ｋと、回転数監視部１０ｍと、ラッチ回路１０ｎとを備えている。
【００１１】
前記演算部１０ａは、入力信号として、車両データ通信から、前側変速機３に設けられた図外のシフトスイッチからの信号であるＡＴシフト信号、車輪速センサからの信号に基づく車輪速を示す車輪速信号、図外のエンジン回転数センサが検出するエンジン回転数を示すエンジン回転信号、図外のスロットル開度センサが検出するスロットル開度を示すスロットル開度信号、図外のＡＢＳ制御装置がＡＢＳ制御を行っているか否かを示すＡＢＳ信号をモニターし、異常を示す異常ランプを点灯させる信号であるフェール信号、ＴＣＳ制御を行っているか否かを示すＴＣＳ信号を出力する。
【００１２】
また、前記エンジントルク量制御部１０ｃは、主駆動輪である前輪ＦＲＷの回転状態を制御すべくエンジン１の出力トルクを増減させるものであり、主駆動輪制御部１０ｂにおける制動に基づいて図外のスロットルの開度や燃料の噴射量などを変更する信号を出力する。ここで、エンジン１として、エンジン制御コントローラを含む場合には、このエンジン制御コントローラに対してエンジントルク量を変更する信号を出力する。
【００１３】
前記発電機発電制御部１０ｅは、発電機５からモータ６へ供給する電流の制御を行うものである。
前記モータトルク量制御部１０ｆは、モータ６の出力トルクを調整するもので、モータ６への電流を調整する。前記駆動方向切替部１０ｇは、車両の進行方向（前進・後退）に応じて、モータ６の回転方向、すなわち従駆動輪である後輪ＲＲＷの回転方向を切り替えるもので、モータ６に流す電流を切り替える信号を出力する。
【００１４】
前記クラッチ締結制御部１０ｈは、電磁式の後側クラッチ８の締結および解放を行う信号、すなわち、ＯＮ信号／ＯＦＦ信号の出力を切り替える。
本実施形態では、主駆動輪スリップ時など従駆動輪のトルクアシストの必要なとき、すなわち、発進時を含むあらかじめ設定された始動完了車速（例えば、１５〜３０ｋｍ／ｈの範囲の車速）未満の低速域でのみエンジン１に加えてモータ６を駆動させて４輪駆動状態とし、さらに、従駆動輪駆動源が負荷となる領域、すなわち、所定車速以上の中・高速域では、エンジン１のみを駆動させる制御を実行することを基本制御としているものである。よって、モータ６としては、出力が比較的小さなものが用いられている。
【００１５】
また、図２に示すように、前記車速を検出できる車輪速信号を出力する車輪速センサ１１、モータ６の（回転子）端子電圧を検出する電圧センサ１２と、回転子に流れる電流を検出する電流センサ１３を備え、これらモータ制御用のセンサを用いて、後述するように坂道発進時等に外力によってモータ６が発電状態となることを検出できる。
【００１６】
次に、図３のフローチャートに基づいて４ＷＤコントローラ１０における基本制御の流れを説明する。
まず、ステップ１０１では、前記車輪速センサ１１からの車輪速信号に基づいて車輪速を計算する。
次のステップ１０２では、前輪ＦＲＷと後輪ＲＲＷの車輪速差を計算する。
【００１７】
次のステップ１０３では、ステップ１０２の計算結果に基づいて、前輪ＦＲＷの車輪速が後輪ＲＲＷの車輪速よりも大きいか否か、すなわち、主駆動輪である前輪にスリップが生じているか否か判断し、ＮＯつまり前輪がスリップしていない場合には、ステップ１１３に進んで、後側クラッチ８をＯＦＦとするとともに、モータ６を停止させて２輪駆動状態とする。
【００１８】
一方、ステップ１０３において、ＹＥＳすなわち前輪ＦＲＷがスリップしていると判断した場合には、ステップ１０４に続く処理と、ステップ１０８に続く処理とを並列に実行する。なお、この並列の処理は、時間的に同期させて実行させる。
ステップ１０４では、前輪が後輪に対して所定以上の過大なスリップ状態であるか否か判断し、ＹＥＳすなわち過大スリップ状態であるときには、ステップ１０５に進み、ＮＯすなわち前輪のスリップ状態が過大でない場合は、そのままステップ１０１に戻る。
【００１９】
ステップ１０５およびステップ１０６における処理は、主駆動輪制御部１０ｂおよびエンジントルク量制御部１０ｃにおいて行うものであるが、ステップ１０５では、前輪トルク制限値を演算し、続くステップ１０６でエンジンＴＣＳ制御、すなわち前輪トルク制限値に基づいてエンジントルク量を制御する制御信号を出力して、前輪のスリップ状態が過大とならないようにエンジンの出力を制限する制御を実行し、これにより、ステップ１０７において前輪トルクが低減されることになる。
【００２０】
また、ステップ１０８では、車速があらかじめ設定された始動完了車速未満であるか否か判断し、始動完了車速以上の場合には、前記ステップ１１３に進んで２輪駆動状態とし、一方、車速が始動完了車速未満の場合には、ステップ１０９に進む。
このステップ１０９では、必要な後輪トルクの要求値を演算し、次のステップ１１０では、この後輪トルク要求値に応じて、発電機発電制御部１０ｅ及びモータトルク量制御部１０ｆを作動（非作動を含む）させてモータ６の出力トルクを制御するとともに、駆動方向切替部１０ｇによりモータ６の駆動方向、すなわち前進方向に駆動させるか後退方向に駆動させるかの切替を行い、ステップ１１１において後側クラッチ８を締結させるとともに、モータ６を駆動させて４輪駆動状態とし、後輪トルクの増加が成される。
【００２１】
かかる基本的な制御と並行して、坂道発進時等に該モータ６を駆動源とする後輪ＲＲＷの駆動系の負荷を軽減するフェールセーフ制御を行う。
以下に、上記フェールセーフ制御を、図４のフローチャートにしたがって説明する。
ステップ１では、前記前記車輪速センサ１１からの車輪速信号に基づいて検出される車速が０近傍の値であるかを判定する。
【００２２】
ステップ１で車速が０近傍の値と判定されたときは、ステップ２へ進み、前記電圧センサ１２により検出されるモータ６の端子電圧により、逆起電力を生じているか、つまり発電状態となっているかを判定する。
発電状態となっていると判定されたときは、坂道発進時等の外力によりモータ６が駆動されている状態と判断し、後輪ＲＲＷの駆動系の負荷を軽減するフェールセーフ制御を行う。すなわち、かかる状態で運転者が外力による車両進行方向とは逆向きに発進操作（上り坂での前進、下り坂での後進）した場合には、前輪と後輪とが逆向きに回転して前後輪の速度差が大きくなり、前記図３のステップ１１０，１１１でモータ６を通電して後輪ＲＲＷを駆動しようとする。
【００２３】
しかし、このように、逆向きに回転している後輪ＲＲＷを発進方向に回転方向を逆転させる駆動力をそのまま与えると、モータ６や後側クラッチ８等の駆動系に過大な負荷が加わり好ましくない。
そこで、ステップ３で、前記図２のステップ１１０におけるモータ制御でのモータ６の回転子への通電電流Ｉａ、または、モータ６の界磁電流Ｉｆの少なくとも一方を通常発進時の電流値より減少する。
【００２４】
これにより、外力による車両進行方向とは逆向きに発進操作した場合には、モータ６の駆動力を軽減することで該モータ６及び後側クラッチ８に加わる負荷を軽減できる。
図５は、第２の実施形態のフローを示す。
第１の実施形態との相違は、発進時にモータ６の発電状態を検出したときのフェールセーフとして、ステップ１３で前記後側クラッチ８をＯＦＦとして解放状態とする。これにより、後輪ＲＲＷからモータ６への外力の伝達が遮断され、モータ６及び後側クラッチ８に加わる負荷を無くせる。
【００２５】
図６は、第３の実施形態のフローを示す。第１及び第２の実施形態との相違は、ステップ２２で４ＷＤコントローラ１０からモータ６に界磁電流Ｉｆを供給した状態で、前記電流センサ１３により回転子に発電電流が流れているかを検出し、通電されているときはモータ６が発電状態であると検出する。ステップ２３でのフェールセーフ制御は、第１の実施形態のように発電機５からモータ６への通電電流Ｉａ、または、モータ６の界磁電流Ｉｆの少なくとも一方を通常発進時の電流値より減少するか、第２の実施形態のように後側クラッチ８をＯＦＦとして解放状態とするか、いずれかとする。
【００２６】
なお、坂道発進時に外力により駆動されるモータ６の回転方向と発進操作方向が同一の場合（下り坂の前進、上り坂の後進）もモータ６は発電状態となるが、この場合は前輪ＦＲＷと後輪ＲＲＷの車輪速差が大きくならず、図２に示した基本制御でステップ１１３へ進んで２輪駆動となるので、フェールセーフ制御を行う必要がないが行っても問題がない（フェールセーフ制御と同一状態となっている）ので、モータ６の発電状態を検出する際に、特にかかる場合を区別する必要もない。
【００２７】
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車輪駆動制御装置において、電動機の発電状態の検出を、電動機の端子電圧により検出することを特徴とする車輪駆動制御装置。
【００２８】
この構成によれば、電動機制御のために備えられた電圧センサを流用して発電状態を検出でき、コストアップを防止できる。
（ロ）請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の車輪駆動制御装置において、前記電動機の発電状態の検出は、車両発進時に前記電動機に界磁電流のみを供給し、その状態で回転子電流の発生状態を検出して行うことを特徴とする車輪駆動制御装置。
【００２９】
この構成によれば、電動機制御のために備えられた電流センサを流用して発電状態を検出でき、コストアップを防止できる。
（ハ）請求項１〜請求項３、前記（イ）項、（ロ）項のいずれか１つに記載の車輪駆動制御装置において、前輪と後輪の一方が電動機を駆動源とし、他方が内燃機関を駆動源とすることを特徴とする車輪駆動制御装置。
【００３０】
この構成によれば、内燃機関と電動機を駆動源とするハイブリッド車両に適用して、本発明にかかる効果を得られる。
（ニ）前記（ハ）項に記載の車輪駆動制御装置において、前記内燃機関により駆動される発電機を備え、該発電機が前記電動機に電力を供給して該電動機を駆動することを特徴とする車輪駆動制御装置。
【００３１】
この構成によれば、発電機から直接電動機に電力を供給する構成であるため、大容量のバッテリが不要となり、車両の軽量化、低コスト化を図れる。
（ホ）前記（ニ）項に記載の車輪駆動制御装置において、前記内燃機関は、走行中常時駆動源として使用され、前記電動機は全輪駆動要求時のみ補助的に駆動源として使用されることを特徴とする車輪駆動制御装置。
【００３２】
この構成によれば、電動機は内燃機関の駆動力を補助する程度の駆動力を供給できればよいので、安価な直流電動機を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる全輪駆動制御装置を示すシステム概要図。
【図２】同上装置の要部を示す回路図。
【図３】同上装置の基本制御を示すフローチャート。
【図４】同上装置の本発明にかかるフェールセーフ制御の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図５】同上装置の本発明にかかるフェールセーフ制御の第２の実施形態を示すフローチャート。
【図６】同上装置の本発明にかかるフェールセーフ制御の第３の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）　　５…発電機　　６…モータ（電動機）　　８…後側クラッチ　　１０…４ＷＤコントローラ　　１１…車速センサ　　１２…電圧センサ　　１３…電流センサ　　ＲＲＷ…後輪（モータで駆動される車輪）

Claims

前輪と後輪とを別個の駆動源で独立して駆動し、かつ、少なくとも一方の駆動源を電動機とする車両において、
車両発進時に前記電動機が発電状態となっていることを検出したときに、該電動機を駆動源とする駆動系の負荷を軽減するフェールセーフ制御を行うことを特徴とする車輪駆動制御装置。
前記フェールセーフ制御は、前記電動機への界磁電流または回転子電流の少なくとも一方を減少させる制御であることを特徴とする請求項１に記載の車輪駆動制御装置。
前記フェールセーフ制御は、前記電動機から該電動機を駆動源とする車輪への駆動力の伝達を遮断する制御であることを特徴とする請求項１に記載の車輪駆動制御装置。