JP2004222358A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の動力によって駆動される発電機でモータが駆動される形式の駆動力制御装置であっても、エンジンルームの容積が小さい車両であっても容易に搭載可能とする。
【解決手段】発電機の電力で駆動力を出力可能なモータに回生発電を可能として、車両減速中にモータで回生発電した電力を、ランプ類などの一般電装品用のバッテリに供給可能とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前後輪のうちの一方の車輪である主駆動輪を内燃機関で駆動し、他方の車輪である従駆動輪を電動モータで駆動可能となっている車両の駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前輪を内燃機関（エンジン）で駆動し、後輪を電動モータで駆動する車両としては、例えば特許文献１に記載されているものがある。
この従来例は、エンジンで駆動されるモータ用発電機を備え、該モータ用発電機で発電した電力によって上記電動モータを駆動することで４輪駆動状態となる。すなわち、所謂バッテリレス式モータ４ＷＤの駆動力制御装置の例である。
【０００３】
ここで、通常、車両には、ランプ類などの一般電装品が搭載されており、その一般電装品を駆動するために、一般電装品用のバッテリ、及び当該バッテリを充電するための一般電装用発電機を備える。
また、一般電装品とは、ランプ類、ワイパー、エアコンディショナーなどを指す。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１８４７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両にあっては、エンジンに対して、モータ駆動用発電機と、一般電装用発電機との２台の発電機が接続される構成であることから、エンジンルームの容積が小さい車両にあっては、当該エンジンルームに２台の発電機が配置できるようにレイアウトを設計する必要があることから、その他の搭載部品のレイアウトが制限を受ける。
【０００６】
また、一般電装品用のバッテリを充電するのに上記一般電装用発電機の駆動負荷がエンジンに掛かるため、上記一般電装品用のバッテリ蓄電量が十分であっても、エンジンに車両駆動以外の負荷が掛かり、燃費をその分だけ悪くする可能性がある。
本発明は、そのようなことに着目してなされたもので、内燃機関の動力によって駆動される発電機でモータが駆動される形式の駆動力制御装置であっても、エンジンルームの容積が小さい車両であっても容易に搭載可能とすることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、主駆動輪を駆動する内燃機関と、従駆動輪を駆動可能な電動モータとを備えた車両の駆動力制御装置において、
上記内燃機関の動力で駆動され且つ発電した電力を上記電動モータに供給可能な発電機と、ランプなどの一般電装品に電力を供給するためのバッテリと、を備え、
且つ、上記電動モータを発電可能な構成とし、当該電動モータで発電した電力を上記バッテリに供給することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、モータ駆動用のバッテリを必要としない所謂バッテリレス式モータ４ＷＤの駆動力制御装置を採用しても、エンジンルーム内に配置する発電機を１台にすることが可能となる。したがって、エンジンルームの容積が小さな車両に対しても、所謂バッテリレス式モータ４ＷＤ形式の駆動力制御装置の搭載が容易化する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２（主駆動源）によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４（電動モータ）によって駆動可能な従駆動輪である。
【００１０】
すなわち、エンジン２の出力トルクＴｅが、トランスミッション３０及びディファレンスギア３１を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されるようになっている。
上記トランスミッション３０には、現在の変速のレンジを検出するシフト位置検出手段３２が設けられ、該シフト位置検出手段３２は、検出したシフト位置信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。
【００１１】
上記エンジン２の吸気管路１４（例えばインテークマニホールド）には、メインスロットルバルブ１５とサブスロットルバルブ１６が介装されている。メインスロットルバルブ１５は、アクセル開度指示装置（加速指示操作部）であるアクセルペダル１７の踏み込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。このメインスロットルバルブ１５は、アクセルペダル１７の踏み込み量に機械的に連動するか、あるいは当該アクセルペダル１７の踏み込み量を検出するアクセルセンサ４０の踏み込み量検出値に応じて、エンジンコントローラ１８が電気的に調整制御することで、そのスロットル開度が調整される。上記アクセルセンサ４０の踏み込み量検出値は、４ＷＤコントローラ８にも出力される。
【００１２】
また、サブスロットルバルブ１６は、ステップモータ１９をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。上記ステップモータ１９の回転角は、モータコントローラ２０からの駆動信号によって調整制御される。なお、サブスロットルバルブ１６にはスロットルセンサが設けられており、このスロットルセンサで検出されるスロットル開度検出値に基づいて、上記ステップモータ１９のステップ数はフィードバック制御される。ここで、上記サブスロットルバルブ１６のスロットル開度をメインスロットルバルブ１５の開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジン２の出力トルクを制御することができる。
【００１３】
また、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２１を備え、エンジン回転数検出センサ２１は、検出した信号をエンジンコントローラ１８及び４ＷＤコントローラ８に出力する。
また、符号３４は制動指示操作部を構成するブレーキペダルであって、そのブレーキペダル３４のストローク量がブレーキストロークセンサ３５によって検出される。該ブレーキストロークセンサ３５は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。
【００１４】
制動コントローラ３６は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪１Ｌ、２Ｒ、３Ｌ、３Ｒに装備したディスクブレーキなどの制動装置３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲを通じて、車両に作用する制動力を制御する。
また、上記エンジン２の回転トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、上記発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。
【００１５】
上記発電機７は、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器２２（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって発電機制御指令値ｃ１（デューティ比）が制御されることで、界磁電流Ｉｆｈを通じて、エンジン２に対する発電負荷トルクＴｈ及び発電する電圧Ｖが制御される。すなわち、電圧調整器２２は、４ＷＤコントローラ８から発電機制御指令ｃ１（界磁電流値）を入力し、その発電機制御指令ｃ１に応じた値に発電機７の界磁電流Ｉｆｈを調整すると共に、発電機７の出力電圧Ｖを検出して４ＷＤコントローラ８に出力可能となっている。なお、発電機７の回転数Ｎｈ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。
【００１６】
その発電機７が発電した電力は、電線９を介してモータ４に供給可能となっている。その電線９の途中にはジャンクションボックス１０が設けられている。上記モータ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。符号１３はデフを表す。
また、上記ジャンクションボックス１０内には電流センサ２３が設けられ、該電流センサ２３は、発電機７からモータ４に供給される電力の電流値Ｉａを検出し、当該検出した電機子電流信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。また、電線９を流れる電圧値（モータ４の電圧）が４ＷＤコントローラ８で検出される。符号２４は、リレーであり、４ＷＤコントローラ８から指令によってモータ４に供給される電圧（電流）の遮断及び接続が制御される。
【００１７】
また、モータ４は、４ＷＤコントローラ８からの指令によって界磁電流Ｉｆｍが制御され、その界磁電流Ｉｆｍの調整によって駆動トルクが調整される。
ここで、このモータ４の制御回路４Ａは、当該モータ４が上記駆動力を発生するモータとして働くと同時に、回生ブレーキによって発電可能に構成されていて、４ＷＤコントローラ８からの信号に応じて、その制御回路４Ａ中のスイッチング素子が切り替わり、発電機として働いている状態では、電線４９を介して一般電装用バッテリ５０に電力を供給するようになっている。その一般電装用バッテリ５０は、ランプ類などの一般電装用部品に対して電力を供給可能となっている。また、該一般電装用バッテリ５０は、蓄電量が４ＷＤコントローラ８に通知可能となっている。
【００１８】
また、上記モータ４の駆動軸の回転数Ｎｍを検出するモータ用回転数センサ２６を備え、該モータ用回転数センサ２６は、検出したモータ４の回転数信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。モータ用回転数センサ２６は、入力軸側回転速度検出手段を構成する。
また、上記クラッチ１２は、油圧クラッチや電磁クラッチであって、４ＷＤコントローラ８からのクラッチ制御指令に応じて接続状態又は切断状態となる。
【００１９】
また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、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、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、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に出力する。
４ＷＤコントローラ８は、図２に示すように、発電機制御部８Ａ、リレー制御部８Ｂ、モータ制御部８Ｃ、クラッチ制御部８Ｄ、余剰トルク演算部８Ｅ、目標トルク制限部８Ｆ、余剰トルク変換部８Ｇ、及び回線発電処理部８Ｈを備える。
【００２０】
上記発電機制御部８Ａは、電圧調整器２２を通じて、発電機７の発電電圧Ｖをモニターしながら、当該発電機７の発電機指令値ｃ１を出力して界磁電流Ｉｆｈを調整する。
リレー制御部８Ｂは、発電機７からモータ４への電力供給の遮断・接続を制御する。
【００２１】
モータ制御部８Ｃは、モータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整することで、当該モータ４のトルクを所要の値に調整する。回生発電時には、界磁電流Ｉｆｍを調整することで発電量が調整される。
クラッチ制御部８Ｄは、上記クラッチ１２にクラッチ制御指令を出力することで、クラッチ１２の状態を制御する。
【００２２】
また、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づき、余剰トルク演算部８Ｅ→目標トルク制限部８Ｆ→余剰トルク変換部８Ｇの順に循環して処理が行われる。
次に、余剰トルク演算部８Ｅでは、図３に示すような処理を行う。
すなわち、先ず、ステップＳ１０において、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲからの信号に基づき演算した、前輪１Ｌ、１Ｒ（主駆動輪）の車輪速から後輪３Ｌ、３Ｒ（従駆動輪）の車輪速を減算することで、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップ量であるスリップ速度ΔＶＦを求め、ステップＳ２０に移行する。
【００２３】
ここで、スリップ速度ΔＶＦの演算は、例えば、次のように行われる。
前輪１Ｌ、１Ｒにおける左右輪速の平均値である平均前輪速ＶＷｆ、及び後輪３Ｌ、３Ｒにおける左右輪速の平均値である平均後輪速ＶＷｒを、それぞれ下記式により算出する。
ＶＷｆ＝（ＶＷｆｌ＋ＶＷｆｒ）／２
ＶＷｒ＝（ＶＷｒｌ＋ＶＷｒｒ）／２
次に、上記平均前輪速ＶＷｆと平均後輪速ＶＷｒとの偏差から、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒのスリップ速度（加速スリップ量）ΔＶＦを、下記式により算出する。
【００２４】
ΔＶＦ ＝ ＶＷｆ −ＶＷｒ
ステップＳ２０では、上記求めたスリップ速度ΔＶＦが所定値、例えばゼロより大きいか否かを判定する。スリップ速度ΔＶＦが０以下と判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていないと推定されるので、ステップＳ３０に移行し、Ｔｈにゼロを代入した後、復帰する。
【００２５】
一方、ステップＳ２０において、スリップ速度ΔＶＦが０より大きいと判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていると推定されるので、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ４０では、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑えるために必要な吸収トルクＴΔＶＦを、下記式によって演算してステップＳ５０に移行する。この吸収トルクＴΔＶＦは加速スリップ量に比例した量となる。
【００２６】
ＴΔＶＦ ＝ Ｋ１ × ΔＶＦ
ここで、Ｋ１は、実験などによって求めたゲインである。
ステップＳ５０では、現在の発電機７の負荷トルクＴＧを、下記式に基づき演算したのち、ステップＳ６０に移行する。

ここで、
Ｖ ：発電機７の電圧
Ｉａ：発電機７の電機子電流
Ｎｈ：発電機７の回転数
Ｋ３：効率
Ｋ２：係数
である。
ステップＳ６０では、下記式に基づき、余剰トルクつまり発電機７で負荷すべき目標の発電負荷トルクＴｈを求め、復帰する。
【００２７】
Ｔｈ ＝ ＴＧ ＋ ＴΔＶＦ
次に、目標トルク制限部８Ｆの処理について、図４に基づいて説明する。なお、この目標トルク制限部８Ｆはトラクション制御手段を構成する。
すなわち、まず、ステップＳ１１０で、上記目標発電負荷トルクＴｈが、発電機７の最大負荷容量ＨＱより大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクＴｈが当該発電機７の最大負荷容量ＨＱ以下と判定した場合には、復帰する。一方、目標発電負荷トルクＴｈが発電機７の最大負荷容量ＨＱよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１２０に移行する。
【００２８】
ステップＳ１２０では、目標の発電負荷トルクＴｈにおける最大負荷容量ＨＱを越える超過トルクΔＴｂを下記式によって求め、ステップＳ１３０に移行する。
ΔＴｂ＝ Ｔｈ − ＨＱ
ステップＳ１３０では、エンジン回転数検出センサ２１及びスロットルセンサからの信号等に基づいて、現在のエンジントルクＴｅを演算してステップＳ１４０に移行する。
【００２９】
ステップＳ１４０では、下記式のように、上記エンジントルクＴｅから上記超過トルクΔＴｂを減算したエンジントルク上限値ＴｅＭを演算し、求めたエンジントルク上限値ＴｅＭをエンジンコントローラ１８に出力した後に、ステップＳ１５０に移行する。
ＴｅＭ ＝Ｔｅ −ΔＴｂ
ステップＳ１５０では、目標発電負荷トルクＴｈに最大負荷容量ＨＱを代入した後に、復帰する。
【００３０】
次に、余剰トルク変換部８Ｇの処理について、図５に基づいて説明する。
まず、ステップＳ２００で、Ｔｈが０より大きいか否かを判定する。Ｔｈ＞０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしているので、ステップＳ２１０に移行する。また、Ｔｈ≦０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒは加速スリップしていない状態であるので、そのまま復帰する。
【００３１】
ステップＳ２１０では、モータ用回転数センサ２１が検出したモータ４の回転数Ｎｍを入力し、そのモータ４の回転数Ｎｍに応じた目標モータ界磁電流Ｉｆｍを算出し、当該目標モータ界磁電流Ｉｆｍをモータ制御部８Ｃに出力した後、ステップＳ２２０に移行する。
ここで、上記モータ４の回転数Ｎｍに対する目標モータ界磁電流Ｉｆｍは、回転数Ｎｍが所定回転数以下の場合には一定の所定電流値とし、モータ４が所定の回転数以上になった場合には、公知の弱め界磁制御方式でモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくする。すなわち、モータ４が高速回転になるとモータ誘起電圧Ｅの上昇によりモータトルクが低下することから、上述のように、モータ４の回転数Ｎｍが所定値以上になったらモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくして誘起電圧Ｅを低下させることでモータ４に流れる電流を増加させて所要モータトルクを得るようにする。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ誘起電圧Ｅの上昇を抑えてモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、モータ界磁電流Ｉｆｍを所定の回転数未満と所定の回転数以上との２段階で制御することで、連続的な界磁電流制御に比べ制御の電子回路を安価にできる。
【００３２】
なお、所要のモータトルクに対しモータ４の回転数Ｎｍに応じて界磁電流Ｉｆｍを調整することでモータトルクを連続的に補正するモータトルク補正手段を備えても良い。すなわち、２段階切替えに対し、モータ回転数Ｎｍに応じてモータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整すると良い。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ４の誘起電圧Ｅの上昇を抑えモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、なめらかなモータトルク特性にできるため、２段階制御に比べ車両は安定して走行できるし、常にモータ駆動効率が良い状態にすることができる。
【００３３】
次に、ステップＳ２２０では、上記余剰トルク演算部８Ｅが演算した発電負荷トルクＴｈに基づきマップなどから対応する目標モータトルクＴｍ（ｎ）を算出して、ステップＳ２３０に移行する。
ステップＳ２３０では、上記目標モータトルクＴｍ（ｎ）及び目標モータ界磁電流Ｉｆｍを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Ｉａを求め、ステップＳ２４０に移行する。
【００３４】
ステップＳ２４０では、上記目標電機子電流Ｉａに基づき、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１を演算し出力した後に、復帰する。
次に、回生発電処理部８Ｈの処理について説明する。
回生発電処理部８Ｈは、所定の所定のサンプリング時間毎に、図６に示すような処理が行われる。
【００３５】
すなわち、先ずステップＳ３００にて、４輪駆動状態か否か、つまり目標発電機負荷トルクＴｈがゼロより大きいか否かを判定し、４輪駆動状態と判定した場合には、回生発電を行うこと無くステップＳ３４０に移行し、当該ステップＳ３４０にてモータ４の制御回路４Ａのスイッチング素子に対しトルク出力側に切り替える信号を出力した後、復帰する。
【００３６】
一方、４輪駆動状態でないと判定した場合には、ステップＳ３１０に移行する。ステップＳ３１０では、アクセルセンサ４０からの信号に基づき車両が減速状態であるか否かを判定し、減速中と判定すればステップＳ３２０に移行し、減速中でないと判定した場合には上記ステップＳ３４０に移行する。
ここで、減速状態か否かの判定を、車体速度の減速度から判定しても良い。但し、登りの急勾配ではアクセルがＯＮにも関わらず車体速度が減速している状態のときに、モータ回転発電を行うと、運転者が加速意思があるにも関わらず反対方向に減速を増加させる状態となる。したがって、運転者の加速意思が無いことをアクセルの状態から判断することが好ましい。
【００３７】
また、ステップＳ３２０では、バッテリ５０の充電（蓄電）状態や一般電装品５１の消費電力量の合計などから、モータ回生発電のためのモータ界磁電流値Ｉｆｍを算出し、続けてステップＳ３３０にて、モータ４の界磁電流値Ｉｆｍを算出した電流値とする指令を出力すると共に、モータ４の制御回路のスイッチング素子に対し回生発電側に切り替える信号を出力した後、復帰する。
【００３８】
ここで、上記ステップＳ３２０における界磁電流値Ｉｆｍの算出例を、図７に基づき説明すると、まず、ステップＳ４００にて、バッテリ５０の充電量がフル充電に対して所定量（急速にバッテリ５０充電しなくても当分の間、一般電装品５１の駆動に影響の無い充電量）以下か否か（図７では３０％を境界値として例示してある）を判定し、当該所定量以下と判定した場合にはステップＳ４５０に移行する。一方、所定量よりも多く充電されていると判定した場合にはステップＳ４１０に移行する。
【００３９】
ステップＳ４１０では、一般電装品５１全体の消費電力量の合計を検出若しくは算出し、続けてステップＳ４２０にて、電気抵抗ロス分を考慮しつつ上記消費電力量の合計を賄えるだけの回生発電量を算出してステップＳ４３０に移行する。
ステップＳ４３０では、モータ４の回転速度Ｎｍを検出し、続けてステップＳ４４０にて、上記算出した回生発電量とモータ回転速度Ｎｍとから、界磁電流値Ｉｆｍを算出する。
【００４０】
一方、ステップＳ４５０では、ブレーキスイッチに基づき、ブレーキがＯＮか否かを判定し、ブレーキＯＮつまり減速度要求が大きいときにはステップＳ４６０に移行し、そうでない場合にはステップＳ４７０に移行する。
ステップＳ４６０では、モータ４による回生発電の最大限界量で発電して急速にバッテリ５０を充電するように、モータ界磁電流Ｉｆｍをマックス値に設定する。
【００４１】
もっとも、ブレーキ操作量に応じてモータ界磁電流値Ｉｆｍを可変に設定するようにしても良い。
また、ステップＳ４７０では、ブレーキがＯＦＦでそれほど減速度要求が大きく無いので、モータ回生電流による減速度が、運転者に違和感を与えにくいようにモータ回生発電の最大限界値よりも小さい発電となるようにモータ界磁電流を設定する。
【００４２】
次に、エンジンコントローラ１８の処理について説明する。
エンジンコントローラ１８では、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づいて図８に示すような処理が行われる。
すなわち、まずステップＳ６１０で、アクセルセンサ４０からの検出信号に基づいて、運転者の要求する目標出力トルクＴｅＮを演算して、ステップＳ６２０に移行する。
【００４３】
ステップＳ６２０では、４ＷＤコントローラ８から制限出力トルクＴｅＭの入力があるか否かを判定する。入力が有ると判定するとステップＳ６３０に移行する。一方、入力が無いと判定した場合にはステップＳ６７０に移行する。
ステップＳ６３０では、制限出力トルクＴｅＭが目標出力トルクＴｅＮよりも大きいか否かを判定する。制限出力トルクＴｅＭの方が大きいと判定した場合には、ステップＳ６４０に移行する。一方、制限出力トルクＴｅＭの方が小さいか目標出力トルクＴｅＮと等しければステップＳ６７０に移行する。
【００４４】
ステップＳ６４０では、目標出力トルクＴｅＮに制限出力トルクＴｅＭを代入することで目標出力トルクＴｅＮを増大して、ステップＳ６７０に移行する。
ステップＳ６７０では、スロットル開度やエンジン回転数などに基づき、現在の出力トルクＴｅを算出してステップＳ６８０に移行する。
ステップＳ６８０では、現在の出力トルクＴｅに対する目標出力トルクＴｅＮのの偏差分ΔＴｅ′を下記式に基づき出力して、ステップＳ６９０に移行する。
【００４５】
ΔＴｅ′ ＝ＴｅＮ − Ｔｅ
ステップＳ６９０では、その偏差分ΔＴｅに応じたスロットル開度θの変化分Δθを演算し、その開度の変化分Δθに対応する開度信号を上記ステップモータ１９に出力して、復帰する。
ここで、上記ステップＳ６２０からＳ６４０は、トラクション制御手段を構成する。
【００４６】
次に、上記構成の装置における作用などについて説明する。
路面μが小さいためや運転者によるアクセルペダル１７の踏み込み量が大きいなどによって、エンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されたトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり、主駆動輪１Ｌ、１Ｒである前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップすると、クラッチ１２が接続されると共に、その加速スリップ量に応じた発電負荷トルクＴｈで発電機７が発電することで、４輪駆動状態に移行し、続いて、前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される駆動トルクが、当該前輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクに近づくように調整されることで、２輪駆動状態に移行する。この結果、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒでの加速スリップが抑えられる。
【００４７】
しかも、発電機７で発電した余剰の電力によってモータ４が駆動されて従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒも駆動されることで、車両の加速性が向上する。
このとき、主駆動輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクを越えた余剰のトルクでモータ４を駆動するため、エネルギー効率が向上し、燃費の向上に繋がる。
ここで、常時、後輪３Ｌ、３Ｒを駆動状態とした場合には、力学的エネルギー→電気的エネルギー→力学的エネルギーと何回かエネルギー変換を行うために、変換効率分のエネルギー損失が発生することで、前輪１Ｌ、１Ｒだけで駆動した場合に比べて車両の加速性が低下する。このため、後輪３Ｌ、３Ｒの駆動は原則として抑えることが望まれる。これに対し、本実施形態では、滑り易い路面等では前輪１Ｌ、１Ｒに全てのエンジン２の出力トルクＴｅを伝達しても全てが駆動力として使用されないことに鑑みて、前輪１Ｌ、１Ｒで有効利用できない駆動力を後輪３Ｌ、３Ｒに出力して加速性を向上させるものである。
【００４８】
また、加速スリップが発生していないか小さいときには、２輪駆動状態となって発電機による発電が行われず、モータ４に対して電力の供給が行われず、当該発電機は、エンジンの負荷となっていない。
この状態で車両が減速状態となったと判定されると、上記モータ４が後輪からの回転トルクによる発電機となって発電を行い、その発電による電力が一般電装用バッテリ５０に供給されて当該バッテリ５０の充電が行われる。
【００４９】
これによって、一般電装用の発電機を搭載する必要が無くなり、エンジンルーム内に備える発電機は１台で済む。したがって、エンジンルームの容積が小さな小型車両であっても、所謂バッテリレスモータ４ＷＤ方式の駆動装置を搭載することが容易となる。
また、上記モータ４は、発電機としての機能を備えていても、それによって特に大型化させる必要がないので、車両に搭載される部品点数が削減することにも繋がり、車両の軽量化・コスト低減にも貢献可能となる。
【００５０】
また、減速時に回生発電するので、バッテリ充電のためにエンジン駆動力の一部を使用することがないので、エネルギー効率がよく、燃費の向上を図ることも可能である。
ここで、上記説明では、回生発電を減速時に行う場合について説明しているが、減速時に限定することなく、２輪駆動状態であれば一定速度走行時が加速時などいつでも回生するように構成しても良い。但し、エネルギー効率的には、減速時に回生発電することが好ましい。
【００５１】
また、上記実施形態では、発電機の最大容量を超える分は、エンジンＴＣＳ制御によって加速スリップを抑制するため、このことからも大きな発電機を備えること無く主駆動輪である前輪の加速スリップを抑制することができる。このことからも、エンジンルームの容積が小さな車両においても、所謂バッテリレスモータ４ＷＤ方式の駆動装置を搭載することが容易となる。
【００５２】
また、上記システムでは、前輪の加速スリップに応じて４輪駆動状態に移行する場合で説明したが、アクセル開度などに応じて４輪駆動状態に移行するシステムであっても適用可能である。
また、上記実施形態では、モータ４と後輪３Ｌ、３Ｒとの間に減速機１１及びクラッチ１２を介装した構成となっているが、当該減速機１１及びクラッチ１２は無くても構わない。
【００５３】
また、発電機やモータ４の電気子電圧が４２Ｖ系で、バッテリ５０が１２Ｖ系であるように、電圧が異なる場合には、バッテリ５０に供給される電圧を変換する変換装置を介装させればよい。
また、バッテリ５０の蓄電残量が少ないときには、モータ４の回生発電による電力の一部若しくは全部を、一般電装品の全部若しくは一部に対して直接供給するように構成しても良い。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、図９に示すように、上記第１実施形態と同様であるが、一般用バッテリ５０への充電方式が異なる。
すなわち、発電機７からモータ４に電力を供給する電線９の途中に、図１０に示すような制御スイッチボックス５２が介装されていて、発電機７からの電力を、モータ４若しくはバッテリ５０、又は同時に両者４，５０に供給可能となっている。
【００５５】
また、モータ４が発電した電力は、同じ電線９を通じて出力されて当該制御スイッチボックス５２を介してバッテリ５０に供給可能となっている。
本実施形態の制御スイッチボックス５２は、供給先選択手段を構成し、図１０に示すように、次に示す４つの状態のいずれかに、４ＷＤコントローラ８からの指令に基づきスイッチングする回路の場合の例である。
【００５６】
▲１▼は、発電機の電力をモータ４にのみ供給可能な状態に接続する。
▲２▼は、モータ４の回生発電による電力をバッテリ５０に供給可能に接続し、発電機７とモータ４を非接続状態とする。
▲３▼は、発電機７をバッテリ５０に接続し、発電機７とモータ４を非接続状態とする。
【００５７】
▲４▼は、発電機７をモータ４と接続すると共に、バッテリ５０とも接続し、所定の分配比でそれぞれに電力を供給可能とする。
本実施形態では、上記制御スイッチボックス５２の切替処理、すなわち電力供給ライン切替制御を、目標トルク制限部８Ｆで行う場合を例に挙げて説明するが、当該切替制御を、その他の処理部、若しくは、独立した処理部として実施しても良い。
【００５８】
本実施形態の目標トルク制限部８Ｆの処理について説明すると、図１１に示すように、まず、ステップＳ１０００にて、４輪駆動状態か否か、すなわちモータ４が駆動状態か否かを判定し、モータ４が駆動状態と判定した場合には、ステップＳ１１１０に移行し、モータ４が駆動してない、つまり発電可能状態と判定した場合にはステップＳ１１７０に移行する。
【００５９】
ステップＳ１１１０〜ステップＳ１１５０の処理は、図４に示される上記第１実施形態で説明したステップＳ１１０〜Ｓ１５０の処理と同様であり、発電機７における目標トルクの制限処理を行った後に、ステップＳ１１６０に移行する。すなわち、ステップＳ１１１０〜ステップＳ１１５０の処理は、主駆動輪の加速スリップ分のトルクを、発電機負荷で吸収しきれないと判定した場合には、その吸収出来ない分だけ、エンジン出力の低減処理、つまりエンジンＴＣＳ制御を実施させる処理である。
【００６０】
ステップＳ１１６０では、バッテリ５０の充電状態がフル充電に対し所定量（急速にバッテリ充電しなくとも当分の間、一般電装品５１の駆動に影響の無い充電量）以下か否かを判定し、所定量以下と判定した場合にはステップＳ１１８０に移行し、所定量より多く充電されていると判定した場合にはステップＳ１１９０に移行する。図１１に示す本実施形態では、上記所定量（限界値）として充電量が３０％以下か否かで判定している場合を例示している。この所定量は、一般電装品５１の装備状態などによって車両毎に異なる値である。
【００６１】
そして、ステップＳ１１８０では、４輪駆動状態であるがバッテリ充電量が不足している判断して、制御スイッチボックス５２を上記▲４▼の状態とする切替指令を出力し、発電機の電力をモータ４とバッテリ５０の両方に、所定の配分比に基づき供給可能とする。
また、ステップＳ１１９０では、制御スイッチボックス５２を上記▲１▼の状態とする切替指令を出力して、発電機７の電力を全てモータ４に供給する状態とする。
【００６２】
一方、ステップＳ１０００にて、４輪駆動状態でないと判定された場合には、ステップＳ１１７０に移行し、当該ステップＳ１１７０にて、車両減速中か否かを判定し、車両減速中と判定した場合にはステップＳ１２００に移行し、車両減速中でないと判定した場合にはステップＳ１２１０に移行する。ここで、車両減速中か否かは、例えば、アクセルセンサ４０から信号に基づきアクセルがＯＮになっているか否かで判定すればよい。
【００６３】
ステップＳ１２００では、制御スイッチボックス５２を上記▲２▼の状態とする切替指令を出力して、車両減速時に実施される回生発電による電力をバッテリ５０に供給可能なようにする。なお、この条件の場合には、回生発電処理部８Ｈで回生発電のための処理が行われている。
また、ステップＳ１２１０では、制御スイッチボックス５２を上記▲３▼の状態とする切替指令を出力すると共に発電機７に発電指令を出力して、発電機７の電力をバッテリ５０側に充電可能とする。なお、このバッテリ充電の処理は、バッテリ５０の充電量が残り少ない場合に限定して実施することが好ましい。すなわち、バッテリ５０への充電は原則としてモータ４による発電にて行う。
【００６４】
ここで、上記ステップＳ１１６０及びステップＳ１１８０は、バッテリ蓄電手段を構成する。
ここで、上記ステップＳ１１８０における、発電機からの電力についての、モータ４とバッテリ５０との間の配分比は、例えば、図１２のような処理で決めても良い。
【００６５】
すなわち、ステップＳ１３００にて、目標発電負荷トルクＴｈが発電機７の最大可能なトルクＨＱより大きいか否かを判定し、大きい場合にはステップＳ１３１０に移行し、大きく無い場合にはステップＳ１３４０に移行する。
ステップＳ１３１０では、アクセル開度に応じてバッテリ５０への電力配分比率を算出してステップＳ１３２０に移行する。
【００６６】
ステップＳ１３２０では、算出された配分比となるように変更する指令を出力する。なお、配分比の可変は可変抵抗などを使用すれば可能である。
一方、発電機７に余裕がある場合には、ステップＳ１３３０にて、目標発電負荷トルクＴｈを最大値ＨＱにとしてフル発電する状態に変更し、続いてステップＳ１３４０にてアクセル開度に応じた値である係数Ｋを算出したのちに、ステップＳ１３５０に移行する。
【００６７】
ステップＳ１３５０では、下記式によってバッテリ５０への配分比率を算出してステップＳ１３２０に移行する。
バッテリ５０への配分比率＝
｛Ｔｈ０−（ＨＱ×Ｋ）＋（ＨＱ−Ｔｈ０）｝÷ＨＱ
ここで、Ｔｈ０は、ＨＱに変更する前の値を表す。
【００６８】
この式は、発電機７の最大可能なトルクＨＱから変更前の目標発電負荷トルクＴｈ０を減じた分（発電増加分）と、モータ４へ供給する電力の一部とをバッテリ５０に配分するものである。
なお、ステップＳ１３１０及びＳ１３４０における演算は、アクセル開度が大きいほどエンジン回転速度すなわち発電機７の回転速度が高くなる傾向であることと、アクセル開度が大きいほど加速スリップ量が大きくなり発電量が大きくなる傾向にあることから、発電量の絶対量が大きいときにバッテリ５０への配分比率が大きくなるようにして、目的とするモータトルクの減少による加速不足感をできるだけ感じ難くさせている。もっとも、バッテリ５０の配分比率を固定値としても構わない。
【００６９】
ここで、上記発電機７は、界磁制御がない、つまり永久磁石を備えた形式のものでも良い。
次に、本実施形態の作用・効果などについて説明する。
本実施形態にあっては、バッテリ５０の蓄電量が不足している場合などにあっては、発電機７で発電した電力の一部若しくは全部をバッテリ５０に供給可能となっているので、モータ４が回生発電しないときであっても、蓄電不足となっているバッテリ５０への蓄電を確実に行うことが可能となり、一般電装品５１に駆動に影響を及ぼすことが回避される。
【００７０】
また、４輪駆動状態中にバッテリ５０の蓄電不足と判断されても、目的とするモータトルクの減少による加速不足感をできるだけ感じ難くするようにバッテリ５０の配分比率を設定したり、発電機の発電量を増加したりしているので、運転者に与える加速不足感を小さく抑えることが可能である。
その他の構成及び作用・効果などについては、上記第１実施形態と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る概略装置構成図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る４ＷＤコントローラを示すブロック図である。
【図３】本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク演算部の処理を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る目標トルク制限部の処理を示す図である。
【図５】本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク変換部の処理を示す図である。
【図６】本実施形態に基づく回生発電処理を説明する図である。
【図７】回生発電のためのモータ界磁電流値を算出する処理例を説明する図である。
【図８】本発明に基づく実施形態に係るエンジンコントローラの処理を示す図である。
【図９】本発明に基づく第２実施形態に係る４ＷＤコントローラを示すブロック図である。
【図１０】本発明に基づく第２実施形態に係る制御スイッチボックスを説明する図であって、（ａ）はその構成図、（ｂ）は内容説明図である。
【図１１】本発明に基づく第２実施形態に係る目標トルク制限部の処理を示す図である。
【図１２】バッテリへの電力配分比率の算出の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
８Ａ 発電機制御部
８Ｂ リレー制御部
８Ｃ モータ制御部
８Ｄ クラッチ制御部
８Ｅ 余剰トルク演算部
８Ｆ 目標トルク制限部
８Ｇ 余剰トルク変換部
８Ｈ 回生発電処理部
９ 電線
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
１４ 吸気管路
１５ メインスロットルバルブ
１６ サブスロットルバルブ
１８ エンジンコントローラ
１９ ステップモータ
２０ モータコントローラ
２１ エンジン回転数センサ
２２ 電圧調整器
２３ 電流センサ
２６ モータ用回転数センサ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ
車輪速センサ
３０ トランスミッション
３１ ディファレンシャル・ギヤ
３２ シフト位置検出手段
３４ ブレーキペダル
３５ ブレーキストロークセンサ
３６ 制動コントローラ
３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲ
制動装置
４０ アクセルセンサ
５０ バッテリ
５１ 一般電装品
５２ 制御スイッチボックス
Ｉｆｈ 発電機の界磁電流
Ｖ 発電機の電圧
Ｎｈ 発電機の回転数
Ｉａ 目標電機子電流
Ｉｆｍ 目標モータ界磁電流
Ｅ モータの誘起電圧
Ｎｍ モータの回転数（回転速度）
ΔＮｍ モータの回転加速度
ＴＧ 発電機負荷トルク
Ｔｈ 目標発電機負荷トルク
Ｔｍ（ｎ） モータの現在の目標トルク
Ｔｅ エンジンの出力トルク

Claims (8)

1. 主駆動輪を駆動する内燃機関と、従駆動輪を駆動可能な電動モータとを備えた車両の駆動力制御装置において、
   上記内燃機関の動力で駆動され且つ発電した電力を上記電動モータに供給可能な発電機と、ランプなどの一般電装品に電力を供給するためのバッテリと、を備え、
   且つ、電動モータを、上記従駆動輪からの回転トルクで発電可能な構成とし、当該電動モータで発電した電力を上記バッテリに供給することを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 上記電動モータによる発電は、車両が減速状態となっていると判定したときに、従駆動輪からの回転トルクによって回生発電を行うことで実施することを特徴とする請求項１に記載した車両の駆動力制御装置。
3. 上記発電機で発電した電力の一部若しくは全部を上記バッテリ側に供給可能となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した車両の駆動力制御装置。
4. 上記発電機で発電した電力の供給先を上記電動モータとバッテリとの少なくとも一方に選択する供給先選択手段と、
   上記バッテリの蓄電量が所定値以下と判定すると、当該バッテリの蓄電量が所定以上となるまで、上記供給先選択手段を介して、上記電力の一部又は全部をバッテリに供給させるバッテリ蓄電手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載した車両の駆動力制御装置。
5. 電動モータと共にバッテリにも電力を供給すると判定した場合には、そのバッテリへの電力供給に応じて発電機の発電量を増加させることを特徴とする請求項４に記載した車両の駆動力制御装置。
6. 上記主駆動輪が加速スリップしているか否かを推定する駆動輪スリップ推定手段と、上記駆動輪スリップ推定手段の推定に基づき上記主駆動輪の加速スリップ量に応じた発電負荷トルクに上記発電機のトルクを制御する発電機制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載した車両の駆動力制御装置。
7. 加速スリップ量に応じた発電負荷トルクが発電機で発生可能な最大限界トルクを越えると判定した場合には、上記発電負荷トルクと最大限界トルクとの差分のトルクに応じて内燃機関の出力トルクを減少させるトラクション制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載した車両の駆動力制御装置。
8. 上記電動モータは、発電した電力を、上記バッテリ若しくはランプなどの一般電動品に供給可能となっていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載した車両の駆動力制御装置。

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