JP2005151686A - モータ駆動4wd車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

モータ駆動4wd車両の制御装置及び制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】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。
【解決手段】エンジン1によって駆動されることで、42ボルトの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3相交流電力を整流し、整流後の直流電力を後輪駆動用のモータM1に供給する整流回路14と、42Vオルタネータ2が発電した電力を、14ボルトに降圧すると共に、降圧後の交流電力を直流電力に変換する昇降圧インバータ3と、昇降圧インバータ3より得られる電力が供給されて充電される14VバッテリE1とを備える。このような構成により、14VバッテリE1を充電するための発電機と、モータM1の駆動電力を生成するための発電機を兼用とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
【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制御方法に関する。
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、他方の車輪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(例えば、42ボルト)の3相交流電力を発電する電動発電機を有する。更に、前記電動発電機が発電した3相交流電力を整流し、整流後の直流電力を前記モータに供給するための整流回路と、前記電動発電機が発電した第1の定格電圧の電力を、この第1の定格電圧よりも低い第2の定格電圧(例えば、14ボルト)の電力に降圧する昇降圧インバータを有する。また、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バッテリを備える。
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、エンジンが駆動している際には、電動発電機で発電された電力を整流且つ降圧してバッテリを充電することができ、更に、4WD動作させる場合には、電動発電機で発電される3相交流電力を整流回路にて整流して、モータに供給することができる。従って、バッテリを充電するために用いる発電機と、モータを駆動させるために用いる発電機とを兼用とすることができ、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量を少なく抑えることができ、且つ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、本発明の一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にベルトで連結され、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電力を供給する14VバッテリE1と、モータM1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14ボルト(第2の定格電圧)に降圧した後整流して14VバッテリE1に充電電力を供給し、または14VバッテリE1より出力される直流電力を42ボルト(第1の定格電圧)の3相交流電力に変換して42Vオルタネータ2に供給し、または14VバッテリE1より出力される直流電力を昇圧してモータM1に供給する電力を生成する昇降圧インバータ3を有している。
更に、42Vオルタネータ2で発電された3相交流電力を整流してモータM1に供給する整流回路14を備えている。
更に、エンジン1の回転数を検出するための回転センサ(回転数検出手段)10と、この回転センサ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の駆動を制御する駆動回路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SW2(第2のスイッチ)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、及び42Vオルタネータ2の界磁電流を制御する界磁制御部8に制御信号を出力する。
また、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。
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のグランド側端子は、14VバッテリE1のマイナス側端子に接続され、更に、グランドに接続されている。
14VバッテリE1のプラス側端子は、スイッチSW1(第1のスイッチ)を介して3相の界磁巻線を有する42Vオルタネータ2の中性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。
駆動回路6は、アクセルスイッチSW3の操作信号、電圧センサ7の検出信号、及び42Vオルタネータ2の回転位置を検出するための位置センサ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にオン、オフ動作の制御信号を出力する。
そして、該駆動回路6及び4WDコントローラ9の制御動作により、スイッチSW1をオン(閉路)、スイッチSW2をオフ(開路)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、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、エンジン1駆動中に昇降圧インバータ3を回生運転させることにより、14VバッテリE1への充電を行うことができる。更に、スイッチSW1をオフ、スイッチSW2をオンとした状態で、昇降圧インバータ3を停止させ、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で整流して得られる直流電力をモータM1に供給することにより、該モータM1を回転駆動させ、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、及び(ハ)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、スイッチSW1、SW2、モータM1の動作は、図5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、アクセルスイッチSW3がオンとされているかどうかが判断される。アクセルスイッチSW3がオンである場合には、ステップS1でYESとなり、ステップS2で、スイッチSW1をオンとする。
次いで、ステップS3で、界磁制御部8を動作させ、42Vオルタネータ2の界磁巻線を励磁させる。その後、ステップS4で、昇降圧インバータ3を力行運転することにより、14VバッテリE1に充電されている直流電力を42ボルトの3相交流電力に変換し、この3相交流電力を42Vオルタネータ2に供給することにより、該42Vオルタネータ2を回転駆動させる。
これにより、エンジン1が回転動力を得ることになり、ステップS5で、エンジン1が完爆し始動が確認された場合には、ステップS6でスイッチSW1をオフとし、ステップS7で昇降圧インバータ3の力行運転動作を停止させ、且つ、ステップS8で、42Vオルタネータ2の界磁巻線の励磁を停止させる。
こうして、14VバッテリE1に充電されている直流電力を用いて、42Vオルタネータ2を回転させ、エンジン1を始動させることができるのである。
(ロ)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S11で、回転センサ10の検出結果に基づき、エンジン1の回転数が一定の回転数以上となっているかどうかが判断される。そして、一定の回転数以上となっている場合には、ステップS12にて、現在4WD動作中、即ち、モータM1が回転駆動しているかどうかが判断される。
4WD動作中でない場合には、ステップS13にて、電圧センサ7の検出信号に基づき、14VバッテリE1の充電電圧が所定のレベルに達しているかどうかが判断される。その結果所定のレベルに達していないと判断された場合には、ステップS14にて、スイッチSW1をオンとし、且つ、ステップS15で界磁制御部8により42Vオルタネータ2の界磁制御を行う。これにより、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、整流されて14VバッテリE1に供給され、該14VバッテリE1が充電される。
こうして、エンジン1の回転数が一定の回転数以上で、且つ、4WD動作していないことを条件として、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ある。
(ハ)4WD駆動時の動作
次に、図4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S21では、4WDコントローラ9が、車輪速センサ及びアクセルセンサの検出信号に基づいて、4WD駆動を行うかどうかを判断する。その結果、4WD駆動を行う場合には、ステップS22にて、スイッチSW1をオフとし、ステップS23にて、スイッチSW2をオンとする。これにより、整流回路14の出力側とモータM1とが電気的に連結され、且つ、昇降圧インバータ3の出力側とモータM1とが電気的に連結される。
この状態で、ステップS24では、回転センサ10の検出結果に基づき、エンジン1の回転数が所定の回転数以上であるか、或いは所定の回転数未満であるかが判断される。そして、所定の回転数以上である場合には、42Vオルタネータ2で発電される電力から、モータM1を駆動するための充分な電力を得ることができるので、ステップS27では、整流回路14より得られる直流電力を、モータM1に供給する。
他方、エンジン1の回転数が所定の回転数未満である場合には、42Vオルタネータ2で発電される電力から、モータM1を駆動させるための充分な電力を得ることができないので、ステップS25にて、昇降圧インバータ3を用いて、14VバッテリE1に充電されている直流電力を昇圧し、昇圧後の直流電力モータM1に供給する。つまり、整流回路14で整流された電力と、14VバッテリE1の直流電力を昇降圧インバータ3で昇圧して得られる電力の双方を用いて、モータM1を駆動させる。
その後、ステップS26にて、界磁制御部13に制御信号を出力し、モータM1の界磁を調整することにより、整流回路14より得られる直流電力、或いは整流回路14と昇降圧インバータ3の双方から得られ直流電力を用いて、モータM1を回転駆動させる。これにより、後輪5を回転駆動させることができ、4WD動作を行うことができる。
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が駆動している際には、42Vオルタネータ2にて発電された電力を整流且つ降圧して14VバッテリE1を充電することができ、更に、4WD動作させる場合には、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にて整流して、モータM1に供給することができる。従って、14VバッテリE1を充電するために用いる発電機と、モータM1を駆動させるために用いる発電機とを兼用とすることができ、装置構成を簡素化することができる。
即ち、それぞれ定格電圧の異なるモータ、及びバッテリに対して、一つの電動発電機(42Vオルタネータ2)から電力を供給することができるようになるので、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量を少なく抑えることができ、且つコストダウンを図ることができる。
また、エンジン1を始動させる際には、昇降圧インバータ3を用いて14VバッテリE1に充電されている電力を42ボルトの3相交流電力に変換することにより、42Vオルタネータ2を駆動させ、これにより、エンジン1を始動させることができるので、エンジン1を始動させるための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バッテリに充電された電力を第1の定格電圧となる3相交流電力に変換し、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。
更に、4WD駆動時には、エンジン1の回転数を検出し、検出された回転数が所定の回転数以上である場合には、整流回路14で整流された直流電力を用いてモータM1を回転駆動させ、回転数が所定の回転数未満である場合には、整流回路14で整流された直流電力及び14VバッテリE1に充電されている直流電力を昇圧して得られる電力との双方を用いてモータM1を回転駆動させるので、エンジン1の回転数が低い場合であっても、確実にモータM1の駆動に必要となる電力を供給することができ、円滑な4WD駆動を行うことができる。
即ち、モータ駆動時には、回転数検出手段にて検出されるエンジンの回転数が所定の回転数未満である場合には、整流回路で整流された直流電力と、バッテリに充電されている直流電力を昇圧して得られる直流電力の双方を用いて、モータに駆動電力を供給するので、エンジンの回転数が低い場合であっても、モータに必要なる電力を確実に供給することができ、モータを円滑に回転駆動させることができる。
更に、アクセルスイッチSW3がオンとなったときに、42Vオルタネータ2が回転駆動し、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、アクセル操作を検出するアクセルスイッチがオンとされたときに始動されるので、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、スイッチSW1、及びスイッチSW2のオン(閉路)、オフ(開路)を切り換えることにより、エンジン1の始動及び14VバッテリE1への充電と、モータM1の駆動を切り換えるので、エンジン1の始動時或いは14VバッテリE1への充電時には、スイッチSW2をオフとすることにより、確実にモータM1と昇降圧インバータ3とを切り離すことができ、また、モータM1の駆動時には、14VバッテリE1と昇降圧インバータ3とを確実に切り離すことができるので、誤動作の発生を防止し、操作性を向上させることができる。
即ち、第1のスイッチ、及び第2のスイッチの閉路、開路状態を切り換えることにより、エンジン始動時或いはバッテリ充電時には、確実にモータと昇降圧インバータとを切り離すことができ、モータ駆動時には、確実にバッテリと昇降圧インバータとを切り離すことができるので、誤動作の発生を防止し、操作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。
本発明の一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。 本発明の一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。 本発明の一実施形態に係るモータ駆動4WD車両の制御装置の、バッテリ充電時の動作を示すフローチャートである。 本発明の一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。 本発明の一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
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(回転数検出手段)
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
M1 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 アクセルスイッチ
E1 14Vバッテリ

Claims (6)

  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、他方の車輪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3相交流電力を整流し、整流後の直流電力を前記モータに供給する整流回路と、
    前記電動発電機が発電した第1の定格電圧の電力を、この第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バッテリと、
    を具備した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、3相交流電力が供給された際には、電動機として回転駆動する機能を備え、
    前記昇降圧インバータは、前記バッテリに蓄積された電力を前記第1の定格電圧となる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す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. 前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段を備え、該回転数検出手段にて検出されるエンジンの回転数が所定の回転数未満である場合には、前記電動発電機で発電され前記整流回路で整流された直流電力と、前記バッテリに充電された直流電力を前記昇降圧インバータで昇圧して得られる直流電力との双方を用いて前記モータを駆動することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
  4. 前記エンジンは、車両に搭載されるアクセル操作を検出するアクセルスイッチがオンとされたときに始動されることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
  5. 前記昇降圧インバータと前記バッテリとの連結状態を切り換える第1のスイッチと、前記整流回路と前記モータとの連結状態を切り換える第2のスイッチを備え、
    エンジン始動時には、前記第1のスイッチを閉路し、第2のスイッチを開路することにより、前記バッテリに充電された電力を前記昇降圧インバータに供給し、
    前記バッテリ充電時には、前記第1のスイッチを閉路し、第2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で降圧、整流された電力を前記バッテリに供給し、
    前記モータ駆動時には、前記第1のスイッチを開路し、第2のスイッチを閉路することにより、前記整流回路で整流された直流電力を前記モータに供給することを特徴とする請求項1〜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. 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、他方の車輪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、
    前記バッテリの充電時には、前記電動発電機で発電された第1の定格電圧となる3相交流電力を第2の定格電圧となる直流電力に変換し、この直流電力をバッテリに供給することにより、該バッテリを充電し、
    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相交流電力を整流回路で整流し、この整流された電力を前記モータに供給して、該モータを回転駆動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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