JP2005151685A - モータ駆動４ｗｄ車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成を簡素化することのできるモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン１によって駆動されることで、第１の定格電圧の３相交流電力を発電する４２Ｖオルタネータ２と、４２Ｖオルタネータ２が発電した第１の定格電圧の３相交流電力を、第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧の電力に降圧する昇降圧インバータ３と、昇降圧インバータ３より得られる第２の定格電圧の電力が供給されて充電される１４ＶバッテリＥ１と、昇降圧インバータ３と接続されるコンデンサＣ１とを備え、車両の後輪を駆動するモータＭ１は、４２Ｖオルタネータ２より得られる第１の定格電圧の電力を整流して得られる直流電力が供給されて駆動することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の前輪または後輪のうちの、一方をエンジンにより駆動し、他方をモータにより駆動するようにしたモータ駆動４ＷＤ車両を制御する制御装置及び方法に関する。

従来、エンジンが発生する駆動力で前輪を駆動し、エンジンによって回転させられる発電機により発電された電力によって、モータを回転駆動させ、この駆動力で後輪を駆動させるようにした４ＷＤ車両が知られている。（例えば、特開２００２−１５２９１１号公報、特開２００２−２００９３２号参照）
特開２００２−１５２９１１号公報 特開２００２−２００９３２号公報

しかしながら、従来の車両においては、後輪を駆動するために設けられている発電機と、車両の電装品に電力を供給するための発電機とが別々に設けられているために、部品点数が多くなり、レイアウト上の制約になるという問題があった。また、重量が増加し、且つコストアップを招くという問題があった。

この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置構成を簡素化することができるモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車両を必要に応じてモータにより駆動するようにしたモータ駆動４ＷＤ車両を制御する４ＷＤ車両の制御装置に係るものであり、エンジンによって駆動されることで、第１の定格電圧の３相交流電力を発電する電動発電機を有する。更に、電動発電機が発電した第１の定格電圧（例えば、４２Ｖ）の３相交流電力を、第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧（例えば、１４Ｖ）の電力に降圧する昇降圧インバータと、昇降圧インバータより得られる第２の定格電圧の電力が供給されて充電される第１のバッテリと、昇降圧インバータと接続される蓄電手段と、を備える。そして、モータは、電動発電機より得られる第１の定格電圧の電力を整流して得られる直流電力が供給されて駆動する。

本発明に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置及び制御方法では、エンジンを駆動している際には、電動発電機で発電された電力を昇降圧インバータにて整流且つ降圧して第１のバッテリ及び蓄電手段を充電することができ、更に、４ＷＤ駆動させる場合には、電動発電機で発電される３相交流電力を整流回路を用いて整流し、整流後の電力をモータに供給して、該モータを回転駆動させることができる。従って、電動発電機を用いることにより、第１の定格電圧となるモータ駆動用の電圧、及び第２の定格電圧となる第１のバッテリ充電用の電圧の双方を得ることができ、モータ及び第１のバッテリに対してそれぞれ電力を供給することができるので、装置構成を簡素化することができ、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量減、コストダウンを図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置は、前輪、または後輪のいずれか一方をエンジンにより駆動し、他方をモータにより駆動する構成をなす車両を制御するものであり、図１に示すように、エンジン１と、該エンジン１とベルトで連結され、エンジン１の回転動力を用いて４２ボルト（第１の定格電圧）の３相交流電力を発電する４２Ｖオルタネータ（電動発電機）２と、車両に搭載される各種の電装機器に１４ボルト（第２の定格電圧）となる電力を供給する１４Ｖバッテリ（第１のバッテリ）Ｅ１と、エンジン始動時に４２Ｖオルタネータ２に駆動電力を供給するコンデンサ（電気２重層コンデンサ；蓄電手段）Ｃ１と、を備えている。

また、４２Ｖオルタネータ２より出力される３相交流電力を直流電力に変換してコンデンサＣ１を所定の電圧に充電し、且つ、１４ＶバッテリＥ１に充電用の電力を供給し、更に、コンデンサＣ１に充電されている直流電力を３相交流電力に変換して昇圧し、この３相交流電力を４２Ｖオルタネータ２に供給する昇降圧インバータ３を備えている。また、４２Ｖオルタネータ２には、その回転位置を検出するための位置センサ１１が設けられている。

更に、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を直流電力に変換し、得られた直流電力をモータＭ１に供給する整流回路１４を有している。

モータＭ１の出力軸は、ディファレンスギヤ４を介して後輪５に連結されている。なお、ここでは、後輪５をモータＭ１で駆動する例について説明するが、後輪５をエンジン動力で駆動する場合には、モータＭ１は前輪を駆動することになる。

また、エンジン１に取り付けられた回転センサ１０の検出信号、及びアクセルセンサ（図示省略）の検出信号に基づいて、エンジン１に点火信号を出力し、且つ噴射弁の制御を行うエンジン制御コントローラ１２と、モータＭ１の駆動を制御する４ＷＤコントローラ９と、昇降圧インバータ３及び４２Ｖオルタネータ２の駆動を制御し、且つコンデンサＣ１及び１４ＶバッテリＥ１の充電、放電を制御する駆動・充電制御回路６と、を備えている。

４ＷＤコントローラ９は、車輪速センサ（図示省略）の検出信号、アクセルセンサの検出信号を入力し、これらの各検出信号に基づいて、整流回路１４とモータＭ１との間に介置されたスイッチ（第３のスイッチ）ＳＷ３のオン、オフ状態を切り換え、更に、モータＭ１の界磁電流（界磁巻線に流れる電流）を制御する界磁制御部１３に制御信号を出力する。

４２Ｖオルタネータ２には、該４２Ｖオルタネータ２の界磁電流を制御するための界磁制御部８が設けられており、この界磁制御部８は、駆動・充電制御回路６及びエンジン制御コントローラ１２の制御下で作動する。

昇降圧インバータ３は、６個のＩＧＢＴ或いはＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６を備えており、該昇降圧インバータ３のグランド側の母線は、１４ＶバッテリＥ１のマイナス側端子に接続され、該１４ＶバッテリＥ１のプラス側端子は、スイッチ（第１のスイッチ）ＳＷ１を介して、３相の界磁巻線を有する４２Ｖオルタネータ２の中立点に接続されている。更に、１４ＶバッテリＥ１には、この充電電圧を測定するための電圧センサ７が設けられている。

また、昇降圧インバータ３の後段には、駆動・充電制御回路６の制御下でオン、オフ動作するスイッチ（第２のスイッチ）ＳＷ２と、コンデンサＣ１との直列接続回路が設けられており、更に、コンデンサＣ１に対して並列に、このコンデンサＣ１の充電電圧を検出する電圧センサ１５が設けられている。

駆動・充電制御回路６は、アクセルスイッチＳＷ４の操作信号、電圧センサ７，１５の検出信号、位置センサ１１の検出信号を入力し、これらの信号を受けて、昇降圧インバータ３が有する６個のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６の制御入力端子へ駆動信号を出力する。更に、スイッチＳＷ１、及びスイッチＳＷ２にオン、オフ動作の制御信号を出力する。

そして、該駆動・充電制御回路６の制御下でスイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオン、４ＷＤコントローラ９の制御下でスイッチＳＷ３をオフとした状態で昇降圧インバータ３を力行運転させることにより、コンデンサＣ１に充電された直流電力を３相交流電力に変換し、この３相交流電力により、４２Ｖオルタネータ２を電動機として動作させて、エンジン１を始動させることができる。

また、スイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフとし、４２Ｖオルタネータ２を発電機として動作させ、昇降圧インバータ３を回生運転させることにより、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を、降圧且つ整流し、降圧且つ整流後の直流電力により、１４ＶバッテリＥ１を充電させることができる。

更に、スイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオン、スイッチＳＷ３をオフとし、４２Ｖオルタネータ２を発電機として動作させ、昇降圧インバータ３を回生運転させることにより、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力が直流電力に変換され、この直流電力により、コンデンサＣ１を充電させることができる。

また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ、スイッチＳＷ３をオンとした状態で、昇降圧インバータ３を停止させることにより、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を整流回路１４にて整流し、整流後の電力をモータＭ１に供給することにより、該モータＭ１を回転駆動させることができ、ひいては車両を４ＷＤ駆動させることができる。

次に、本実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の動作を、（イ）エンジン始動時、（ロ）１４Ｖバッテリ充電時、（ハ）コンデンサＣ１充電時、及び（ニ）４ＷＤ駆動時のそれぞれについて説明する。なお、各動作時における４２Ｖオルタネータ２、昇降圧インバータ３、１４ＶバッテリＥ１、コンデンサＣ１、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、モータＭ１の動作は、図６に示す通りである。

（イ）エンジン始動時の動作
図２は、エンジン始動時における処理動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１で、電圧センサ１５の出力信号に基づき、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達しているかどうかが判断される。

所定レベルに達している場合には、ステップＳ２で、アクセルスイッチＳＷ４がオンとされているかどうかが判断され、アクセルスイッチＳＷ４がオンである場合には、ステップＳ３にて、駆動・充電制御回路６の制御により、スイッチＳＷ２をオンとする。

これにより、昇降圧インバータ３にコンデンサＣ１の充電電圧が印加されるので、ステップＳ４にて、該昇降圧インバータ３が力行運転され、４２Ｖオルタネータ２には昇降圧インバータ３にて発生した３相交流電力が印加される。すると、４２Ｖオルタネータ２は電動機として回転駆動することになり、エンジン１をクランキングする。これと同時に、エンジン制御コントローラ１２は、点火信号をエンジン１に出力し、且つ、燃料噴射信号を噴射弁に出力するので、ステップＳ５にて、エンジン１が完爆し、始動することになる。その後、ステップＳ６で、昇降圧インバータ３の駆動を停止させ、ステップＳ７にて、スイッチＳＷ２をオフとする。

こうして、コンデンサＣ１に充電された電力を用いて、エンジン１を始動させることができるのである。

また、ステップＳ１の処理で、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達していないと判断された場合には、ステップＳ８、Ｓ９にて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンとする。次いで、ステップＳ１０にて、昇降圧インバータ３を駆動させることにより、１４ＶバッテリＥ１に充電されている直流電力を昇圧して、コンデンサＣ１に印加し、該コンデンサＣ１を充電する。

そして、ステップＳ１１にて、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルまで達したと判断された場合には、昇降圧インバータ３の駆動を停止させ、且つステップＳ１２、Ｓ１３にて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとする。これにより、エンジン１を始動させる際に、コンデンサＣ１に充分な電圧が充電されていない場合でも、１４ＶバッテリＥ１より出力される直流電力を用いてコンデンサＣ１を充電することができるので、確実にエンジン１を始動させることができる。

（ロ）バッテリ充電時の動作
次に、図３に示すフローチャートを参照しながら、１４ＶバッテリＥ１を充電する際の動作について説明する。

まず、ステップＳ２１で、車両が４ＷＤ作動しているかどうか、即ち、モータＭ１が駆動しているかどうかが判断される。そして、４ＷＤ作動していない場合には、ステップＳ２１でＮＯとなり、ステップＳ２２では、電圧センサ７の検出信号に基づいて、１４ＶバッテリＥ１の充電電圧が所定レベルに達しているかどうかが判断される。その結果、所定レベルに達していない場合には、ステップＳ２２でＮＯとなり、ステップＳ２３で、スイッチＳＷ１をオンとする。更に、ステップＳ２４で、界磁制御部８による４２Ｖオルタネータ２の界磁制御を行う。そして、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を昇降圧インバータ３により１４Ｖの直流電圧に降圧、整流し、ステップＳ２５では、この電力を用いて１４ＶバッテリＥ１を充電する。

また、ステップＳ２１で、４ＷＤ作動中であると判断された場合には、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力はモータＭ１の駆動に用いられ、１４ＶバッテリＥ１を充電することはできないので、ステップＳ２７で、スイッチＳＷ１をオフとする。

また、ステップＳ２２で、１４ＶバッテリＥ１の充電電圧が所定レベルに達していると判断された場合には、ステップＳ２６で、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達しているかどうかが判断され、達していない場合にはステップＳ２６でＮＯとなり、コンデンサＣ１の充電操作（後述）が行われる。

こうして、車両が４ＷＤ駆動していないときには、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を用いて１４ＶバッテリＥ１を充電することができるので、１４ＶバッテリＥ１の電力消費が激しい場合でも、即時に満充電状態とすることができ、車両に搭載される各種の電装機器への電力供給を確実に行うことができる。

（ハ）コンデンサＣ１充電時の動作
次に、コンデンサＣ１を充電する際の動作を、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。図３に示したステップＳ２６の処理でＮＯとなった場合には、コンデンサＣ１への充電操作が行われる。この場合の充電操作は、図２に示したステップＳ８〜Ｓ１３の処理のように、１４ＶバッテリＥ１に充電された電力を用いるのではなく、エンジン１の駆動力によって駆動される４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を用いる。

まず、図４のステップＳ３１では、スイッチＳＷ２をオンとする。次いで、ステップＳ３２では、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力が昇降圧インバータ３で降圧、整流された電力を用いて、コンデンサＣ１へ充電する。

そして、ステップＳ３３で、電圧センサ１５の検出信号に基づき、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達しているかどうかが判断され、所定レベルに達した場合には、ステップＳ３４で、スイッチＳＷ２をオフとし、コンデンサＣ１への充電を終了する。

こうして、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達していない場合には、４ＷＤ駆動していないこと（モータの非駆動時）、及び１４ＶバッテリＥ１の充電が完了していること（第１のバッテリの非充電時）を条件として、コンデンサＣ１への充電が行われるので、コンデンサＣ１の充電電圧が低下した場合でも即時に該コンデンサＣ１を満充電状態とすることができ、エンジン始動時における準備を整えておくことができる。

（ニ）４ＷＤ駆動時の動作
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、４ＷＤ駆動時の動作について説明する。まず、ステップＳ４１にて、４ＷＤコントローラ９では、車輪速センサの検出信号、及びアクセルセンサの検出信号に基づき、４ＷＤ動作とするかどうかを判断し、４ＷＤ動作とする場合には、ステップＳ４２にて、駆動・充電制御回路６は、界磁制御部８に界磁電流を流すべく指令信号を出力する。これにより、４２Ｖオルタネータ２の界磁電流が制御可能な状態となる。

その後、ステップＳ４３にて、スイッチＳＷ３をオンとすることにより、４２Ｖオルタネータ２で発電され、整流回路１４で整流された電力を、モータＭ１に給電可能な状態とする。

更に、ステップＳ４４にて、４ＷＤコントローラ９は、界磁制御部１３に界磁電流を流すべく指令信号を出力し、これにより、モータＭ１の界磁電流が制御可能な状態となる。

そして、４２Ｖオルタネータ２をエンジン１の回転駆動力により回転駆動させることにより、発電機として動作させ、４２Ｖオルタネータ２にて発電された３相交流電力を、整流回路１４で整流された電力がモータＭ１に印加され、該モータＭ１が回転駆動する。これにより、エンジン１により前輪を駆動させ、且つモータＭ１により後輪を駆動させる４ＷＤ動作が行われる。

こうして、４ＷＤ駆動時には、エンジン１の回転駆動力で４２Ｖオルタネータ２を回転させ、更に、該４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を整流回路１４で整流し、この直流電力を用いて、モータＭ１を回転駆動させることができるのである。

このようにして、本実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置では、エンジン１を駆動している際には、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を昇降圧インバータ３にて整流且つ降圧して１４ＶバッテリＥ１、及びコンデンサＣ１を充電することができ、更に、４ＷＤ駆動させる場合には、４２Ｖオルタネータ２で発電される３相交流電力を整流回路１４を用いて整流し、整流後の電力をモータＭ１に供給して、該モータＭ１を回転駆動させることができる。従って、４２Ｖオルタネータ２を用いることにより、第１の定格電圧となるモータＭ１駆動用の電圧、及び第２の定格電圧となる１４ＶバッテリＥ１充電用の電圧の双方を得ることができ、モータＭ１及び１４ＶバッテリＥ１に対してそれぞれ電力を供給することができるので、装置構成を簡素化することができ、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量減、コストダウンを図ることができる。

即ち、共通の電動発電機を用いることにより、４ＷＤ駆動時におけるモータへの電力供給、及び第１のバッテリ充電時の電力供給を行うことができるので、装置構成の簡素化、レイアウト上の自由度の向上、及び重量減、コストダウンを図ることができるようになる。

また、昇降圧インバータ３は、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を直流電力に変換して、１４ＶバッテリＥ１を充電するので、１４ＶバッテリＥ１の充電電力を生成するために、別途整流回路を用意する必要がなく、構成を簡素化することができる。

即ち、昇降圧インバータは、電動発電機で発電された３相交流電力を直流電力に変換し、降圧した後に、第１のバッテリを充電するので、別途整流回路を搭載する必要が無く、構成を簡素化することができる。

更に、エンジン１始動時には、コンデンサＣ１に充電されている電力を、昇降圧インバータ３により第１の定格電圧となる３相交流電圧に変換し、この３相交流電圧を４２Ｖオルタネータ２に供給することで、該４２Ｖオルタネータ２を回転駆動させ、エンジン１を始動させるので、他の動力源を必要とせず、構成の簡素化を図ることができる。

即ち、エンジンを始動させる際には、昇降圧インバータを用いて、蓄電手段に充電されている電力を第１の定格電圧となる３相交流電圧に変換し、これにより電動発電機を回転駆動させ、エンジンを始動させることができるので、他の動力源を必要とせず、構成の簡素化を図ることができる。

また、エンジン１始動時に、コンデンサＣ１の充電電圧が所定レベルに達していない場合には、１４ＶバッテリＥ１に充電されている電力を、昇降圧インバータ３により昇圧して、コンデンサＣ１を充電し、その後、このコンデンサＣ１の充電電力を用いてエンジン１を始動させるので、コンデンサＣ１の充電電圧が低い場合でも、確実にエンジン１の始動を行うことができる。

即ち、エンジン始動時に、蓄電手段の充電電圧が所定レベルに達していない場合には、第１のバッテリに充電されている電力を用いて蓄電手段を所定レベルに達するように充電するので、蓄電手段の充電電圧が低い場合でも、確実にエンジンを始動させることができる。

更に、アクセルスイッチＳＷ４がオンとなったときに、コンデンサＣ１に充電されている電力を用いて、エンジン１を始動させるので、アイドルストップを実現することができ、燃費を向上させることができる。

即ち、エンジンは、所定の条件が成立した場合、例えば、アクセルスイッチによりアクセルスイッチがオンとされたことが検出された場合に始動するので、アイドルストップを実現することができ、燃費を向上させることができ、且つ排出される排気ガス量を低減させることができる。

また、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を、整流回路１４を用いて整流し、整流後の電力をモータＭ１に供給するので、昇降圧インバータ３を用いることなくモータＭ１駆動用の直流電力を得ることができる。

即ち、電動発電機で発電された３相交流電力を、整流回路を用いて整流し、この電力をモータに供給するので、昇降圧インバータを用いることなくモータ駆動用の直流電力を得ることができる。

更に、モータＭ１が駆動していないとき、及び１４ＶバッテリＥ１の充電が行われていないときに、コンデンサＣ１への充電が行われるので、コンデンサＣ１の充電電圧が低下した場合であっても、即時に充電電圧を上昇させることができ、常時エンジン１始動時における準備を整えておくことができる。

即ち、モータが非駆動時、及び第１のバッテリが非充電時に、蓄電手段を充電するので、該蓄電手段は、常時所定レベル以上の充電電圧を維持することができ、エンジン始動時における準備を整えておくことができる。

また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を備え、これらの各スイッチのオン、オフを操作することにより、エンジン１の始動、１４ＶバッテリＥ１の充電、コンデンサＣ１の充電、及びモータＭ１の駆動を切り換えるようにしているので、切り換え操作を容易且つ確実に行うことができ、操作の信頼性を向上させることができる。

即ち、第１のスイッチ、第２のスイッチ、及び第３のスイッチを用い、これらの閉路、開路を適宜切り換えることにより、エンジンの始動、第１のバッテリの充電、蓄電手段の充電、及びモータの駆動を切り換えることができるので、確実な切り換え操作を行うことができ、操作の信頼性を向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置は、前述した第１の実施形態と同様に、エンジン１と、４２Ｖオルタネータ（電動発電機）２と、昇降圧インバータ３と、１４ＶバッテリＥ１と、４ＷＤコントローラ９と、界磁制御部８と、駆動・充電制御回路６と、エンジン制御コントローラ１２と、回転センサ１０と、位置センサ１１と、電圧センサ７と、スイッチ（第１のスイッチ）ＳＷ１を備えている。

そして、本実施形態では、昇降圧インバータ３の後段に、スイッチ（第２のスイッチ）ＳＷ２と４２Ｖバッテリ（第２のバッテリ；蓄電手段）Ｅ２との直列接続回路が配置され、更に、該４２ＶバッテリＥ２の充電電圧を検出するための電圧センサ１６が設けられている。なお、４２ＶバッテリＥ２の代わりに、電気２重層コンデンサ（蓄電手段）を用いることも可能である。

また、スイッチＳＷ２と４２ＶバッテリＥ２との直列接続回路の後段側には、４つのスイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４を備えたＨブリッジ回路１８が設けられ、更にその後段側には、永久磁石直流モータＭ２が設けられている。該モータＭ２は、前述した第１の実施形態と同様に、ディファレンスギヤ４を介して後輪５と結合している。

また、Ｈブリッジ回路１８が有する各スイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４のオン、オフ動作を制御するための駆動回路１７が備えられており、該駆動回路１７の制御下で各スイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４のオン、オフを制御することにより、モータＭ２の駆動、停止、及び回転方向を制御することができる。

次に、第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の動作について説明する。なお、エンジン始動時、１４Ｖバッテリ充電時、４ＷＤ動作時、及び４２Ｖバッテリ充電時の動作は、図７に示す通りである。

まず、駆動・充電制御回路６は、アクセルスイッチＳＷ４のオンが検出されると、エンジン１を始動する操作を行う。エンジン１の始動時には、スイッチＳＷ２をオンとし、スイッチＳＷ１をオフとする。また、Ｈブリッジ回路１８を停止状態とする。

この状態で、４２ＶバッテリＥ２に充電されている直流電力を昇降圧インバータ３に供給し、該昇降圧インバータ３にて、４２Ｖの直流電力を３相交流電力に変換する。そして、この３相交流電力が４２Ｖオルタネータ２に供給されるので、該４２Ｖオルタネータ２は電動機として動作し、回転駆動する。この回転駆動力により、エンジン１を始動させることができる。

また、電圧センサ１６の検出信号に基づき、４２ＶバッテリＥ２の充電電圧が所定レベルに達していないと判定された場合には、１４ＶバッテリＥ１に充電されている電力を用いて、４２ＶバッテリＥ２を充電する操作を行う。即ち、スイッチＳＷ１をオンとすることにより、１４ＶバッテリＥ１に充電されている直流電力を昇降圧インバータ３を用いて昇圧し、この電力を用いて、４２ＶバッテリＥ２を充電する。そして、この充電操作により、４２ＶバッテリＥ２が所定レベルに達した後、上記の操作を行うことにより、エンジン１を始動させる。

また、エンジン１が始動している際に、１４ＶバッテリＥ１の充電電圧が所定レベル未満になったと判断された場合には、スイッチＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフとした状態で、４２Ｖオルタネータ２で発電される電力を、昇降圧インバータ３にて降圧、整流し、降圧、整流後の電力を１４ＶバッテリＥ１に供給する。これにより、１４ＶバッテリＥ１を充電することができる。

更に、エンジン１が始動している際に、４２ＶバッテリＥ２の充電電圧が所定レベル未満であると判断された場合には、スイッチＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとした状態で、４２Ｖオルタネータ２で発電される電力を整流し、４２ＶバッテリＥ２に供給する。これにより、４２ＶバッテリＥ２を所定レベルに達するまで充電することができる。

また、４ＷＤコントローラ９の制御により、４ＷＤ駆動させる場合には、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフとした状態で、駆動回路１７の制御下で、Ｈブリッジ回路１８が有する各スイッチング素子Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４のオン、オフを制御する。これにより、４２ＶバッテリＥ２に充電されてる電力が所望レベルの電力に変換されてモータＭ２に供給されるので、後輪５が回転駆動し、４ＷＤ動作を行うことができる。

更に、４２ＶバッテリＥ２を充電する際には、スイッチＳＷ２をオン、ＳＷ１をオフとした状態で、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を、昇降圧インバータ３にて整流し、整流後の電力を４２ＶバッテリＥ２に供給する。これにより、４２ＶバッテリＥ２を充電させることができる。

このようにして、第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置では、前述した第１の実施形態と同様に、エンジン１を駆動している際には、４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を昇降圧インバータ３にて整流且つ降圧して１４ＶバッテリＥ１、及び４２ＶバッテリＥ２を充電することができる。

更に、４ＷＤ駆動させる場合には、４２Ｖオルタネータ２で発電される３相交流電力を昇降圧ダイオード３を用いて整流し、整流後の電力をＨブリッジ回路１８を介してモータＭ２に供給して、該モータＭ２を回転駆動させることができる。

従って、４２Ｖオルタネータ２を用いることにより、第１の定格電圧となるモータＭ２駆動用の電圧、及び第２の定格電圧となる１４ＶバッテリＥ１充電用の電圧の双方を得ることができ、モータＭ２及び１４ＶバッテリＥ１に対してそれぞれ電力を供給することができるので、装置構成を簡素化することができ、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量減、コストダウンを図ることができる。

また、昇降圧インバータ３は、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を直流電力に変換して、１４ＶバッテリＥ１を充電し、且つ、モータＭ２を駆動させるので、別途整流回路を用意する必要がなく、構成を簡素化することができる。

更に、エンジン１始動時には、４２ＶバッテリＥ２に充電されている電力を、昇降圧インバータ３により第１の定格電圧となる３相交流電圧に変換し、この３相交流電圧を４２Ｖオルタネータ２に供給することで、該４２Ｖオルタネータ２を回転駆動させ、エンジン１を始動させるので、他の動力源を必要とせず、構成の簡素化を図ることができる。

また、エンジン１始動時に、４２ＶバッテリＥ２の充電電圧が所定レベルに達していない場合には、１４ＶバッテリＥ１に充電されている電力を、昇降圧インバータ３により昇圧して、４２ＶバッテリＥ２を充電し、その後、この４２ＶバッテリＥ２の充電電力を用いてエンジン１を始動させるので、４２ＶバッテリＥ２の充電電圧が低い場合でも、確実にエンジン１の始動を行うことができる。

更に、アクセルスイッチＳＷ４がオンとなったときに、４２ＶバッテリＥ２に充電されている電力を用いて、エンジン１を始動させるので、アイドルストップを実現することができ、燃費を向上させることができる。

また、モータＭ２が駆動していないとき、及び１４ＶバッテリＥ１の充電が行われていないときに、４２ＶバッテリＥ２への充電が行われるので、４２ＶバッテリＥ１の充電電圧が低下した場合であっても、即時に充電電圧を上昇させることができ、常時エンジン１始動時における準備を整えておくことができる。

更に、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を備え、これらの各スイッチのオン、オフを操作することにより、エンジン１の始動、１４ＶバッテリＥ１の充電、４２ＶバッテリＥ２の充電、及びモータＭ２の駆動を切り換えるようにしているので、切り換え操作を容易且つ確実に行うことができ、操作の信頼性を向上させることができる。

モータを用いた４ＷＤ車両の構成を簡素化する上で、極めて有用である。

本発明の第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、エンジン始動時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、１４Ｖバッテリ充電時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、電気２重層コンデンサを充電する際の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、モータ駆動時の動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、各機器の動作状態を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置の、各機器の動作状態を示す説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ４２Ｖオルタネータ（電動発電機）
３ 昇降圧インバータ
４ ディファレンスギヤ
５ 後輪
６ 駆動・充電制御回路
７ 電圧センサ
８ 界磁制御部
９ ４ＷＤコントローラ
１０ 回転センサ
１１ 位置センサ
１２ エンジン制御コントローラ
１３ 界磁制御部
１４ 整流回路
１５，１６ 電圧センサ
１７ 駆動回路
１８ Ｈブリッジ回路
Ｍ１，Ｍ２ モータ
ＳＷ１ スイッチ（第１のスイッチ）
ＳＷ２ スイッチ（第２のスイッチ）
ＳＷ３ スイッチ（第３のスイッチ）
ＳＷ４ アクセルスイッチ
Ｅ１ １４Ｖバッテリ（第１のバッテリ）
Ｅ２ ４２Ｖバッテリ（第２のバッテリ）
Ｃ１ コンデンサ

Claims (13)

1. 車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車両を必要に応じてモータにより駆動するようにしたモータ駆動４ＷＤ車両を制御する４ＷＤ車両の制御装置において、
   前記エンジンによって駆動されることで、第１の定格電圧の３相交流電力を発電する電動発電機と、
   前記電動発電機が発電した第１の定格電圧の３相交流電力を、第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧の電力に降圧する昇降圧インバータと、
   前記昇降圧インバータより得られる第２の定格電圧の電力が供給されて充電される第１のバッテリと、
   前記昇降圧インバータと接続される蓄電手段と、を備え、
   前記モータは、前記電動発電機より得られる前記第１の定格電圧の電力を整流して得られる直流電力が供給されて駆動すること
   を特徴とするモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
2. 前記電動発電機は、前記エンジンによって駆動されることで第１の定格電圧の３相交流電力を発電する機能に加えて、前記昇降圧インバータより供給される３相交流電力により回転駆動する機能を備え、
   前記昇降圧インバータは、前記蓄電手段に充電された電力を第１の定格電圧の３相交流電力に昇圧し、前記電動発電機は、前記第１の定格電圧に昇圧された３相交流電力により駆動力を発生し、前記エンジンは、この駆動力により始動されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
3. 前記エンジン始動時に、前記蓄電手段の充電電圧が所定電圧未満である場合には、前記第１のバッテリに充電された電力を前記昇降圧インバータで昇圧して、前記蓄電手段を充電した後、前記エンジンの始動を開始することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
4. 前記昇降圧インバータは、前記蓄電手段に充電された電力を３相交流電力に変換して、前記電動発電機を駆動させることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
5. 前記エンジンは、所定の条件が成立したときに始動することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
6. 前記所定の条件は、アクセルスイッチがオンとされたことであることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
7. 前記昇降圧インバータは、前記電動発電機が発電した３相交流電力を、直流電力に変換して、前記第１のバッテリを充電することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
8. 前記電動発電機にて発電された３相交流電力を、直流電力に変換する整流回路を備え、該整流回路で整流された直流電力により、前記モータを駆動することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
9. 前記モータが非駆動時、及び前記第１のバッテリが非充電時には、前記昇降圧インバータは、前記電動発電機により発電された３相交流電力を直流電力に変換して、前記蓄電手段を充電することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
10. 前記昇降圧インバータと前記第１のバッテリとの間に、これらの接続状態を切り換える第１のスイッチを配置し、
    前記昇降圧インバータと前記蓄電手段との間に、これらの接続状態を切り換える第２のスイッチを配置し、
    前記エンジンを始動させる際には、前記第２のスイッチを閉路し、且つ、前記第１のスイッチを開路することにより、前記蓄電手段の充電電力を前記昇降圧インバータに供給し、
    前記第１のバッテリを充電する際には、前記第１のスイッチを閉路し、且つ、前記第２のスイッチを開路することにより、昇降圧インバータより出力される電力を第１のバッテリに充電し、
    前記蓄電手段を充電する際には、前記第２のスイッチを閉路し、且つ、前記第１のスイッチを開路することにより、前記昇降圧インバータの出力電力を蓄電手段に充電することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
11. 前記第１のスイッチ、第２のスイッチに加え、更に、前記電動発電機と前記モータとの間に、これらの接続状態を切り換える第３のスイッチを配置し、
    前記エンジンを始動させる際には、前記第２のスイッチを閉路し、且つ、前記第１のスイッチ及び第３のスイッチを開路することにより、前記蓄電手段の充電電力を前記昇降圧インバータに供給し、
    前記第１のバッテリを充電する際には、前記第１のスイッチを閉路し、且つ、前記第２のスイッチ及び第３のスイッチを開路することにより、昇降圧インバータより出力される電力を第１のバッテリに充電し、
    前記蓄電手段を充電する際には、前記第２のスイッチを閉路し、且つ、前記第１のスイッチ及び第３のスイッチを開路することにより、前記昇降圧インバータより出力電力を蓄電手段に充電し、
    前記モータを駆動させる際には、前記第３のスイッチを閉路し、且つ、前記第１のスイッチ及び第２のスイッチを開路することにより、前記電動発電機より出力される電力を前記モータに供給することを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
12. 前記蓄電手段は、コンデンサ、または第２のバッテリのうちのいずれか一方であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
13. 車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車両を必要に応じてモータにより駆動するようにしたモータ駆動４ＷＤ車両を制御する４ＷＤ車両の制御方法において、
    前記エンジンを始動させる際には、蓄電手段に充電されている電力を第１の定格電圧となる３相交流電力に変換して電動発電機を駆動し、この駆動力でエンジンを始動させ、
    前記蓄電手段の充電時には、前記電動発電機で発電された第１の定格電圧となる３相交流電圧を用いて充電し、
    車両に搭載される各電装機器に電力を供給するための第１のバッテリを充電する際には、前記電動発電機で発電された第１の定格電圧となる３相交流電力を、該第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧となる直流電力に変換し、この直流電力を前記第１のバッテリに供給することにより、該第１のバッテリを充電し、
    前記モータの駆動時には、前記電動発電機で発電された第１の定格電圧となる３相交流電力を整流して、前記モータに供給し、該モータを回転させるべく制御を行うことを特徴とするモータ駆動４ＷＤ車両の制御方法。
    

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