JP2005151687A - 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。
【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で発電された３相交流電力を直流電力に整流する整流器１４と、整流器１４で整流された直流電力を３相交流電力に変換する機能、及び直流電力をより低い電圧の直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータ３と、１４ボルトの直流電力を充電する１４ＶバッテリＥ１を有する。そして、４ＷＤ駆動時に動作する交流モータＭ１は、昇降圧インバータ３にて得られる３相交流電力が供給されて駆動する。また、１４ＶバッテリＥ１は、昇降圧インバータ３で降圧された直流電力により充電される。
【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交流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を有する。更に、この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整流する整流器と、整流器で整流された直流電力を３相交流電力に変換する機能、及び該直流電力を降圧した直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータと、第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧の電力を充電するバッテリとを有する。

そして、交流モータは、昇降圧インバータにて得られる３相交流電力が供給されて駆動し、且つ、バッテリは、昇降圧インバータで降圧された直流電力により充電される。

本発明に係るモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置では、第１の定格電圧となる３相交流電力で駆動する交流モータと、第２の定格電圧となる直流電力により充電されるバッテリに対し、共通の電動発電機で発電された電力を用いることができるので、それぞれ別個に発電機を設ける必要が無くなり、装置構成を簡素化することができる。また、装置の設置スペースを省スペース化することができ、且つ、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相交流電圧を発電する４２Ｖオルタネータ（電動発電機）２と、該４２Ｖオルタネータ２で発電された交流電力を直流電力に変換する整流器１４とを備えている。

また、整流器１４より出力される直流電力を、所望の周波数となる４２ボルトの３相交流電力に変換する機能、及び整流器１４より出力される直流電力を降圧する機能を有する昇降圧インバータ３と、この昇降圧インバータ３にて得られる３相交流電力が供給されて回転駆動する交流モータＭ１とを有している。

交流モータ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。また、交流モータＭ１の出力軸には、該交流モータＭ１の回転角度を検出するための位置センサ１１が設けられている。更に、交流モータＭ１の界磁電流を制御するための界磁制御部１３が設けられている。なお、ここでは、後輪５を交流モータ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、交流モータＭ１は前輪を駆動することになる。

また、車両に搭載される各種の電装機器に電力を供給すると共に、昇降圧インバータ３で降圧された電圧（第２の定格電圧）の直流電力が供給されて充電される１４ＶバッテリＥ１と、該１４ＶバッテリＥ１の充電電圧を検出する電圧センサ（電圧検出手段）７とを備えている。

更に、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、交流モータ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の駆動及び交流モータＭ１の界磁を制御する駆動回路６とを有している。

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、駆動回路６にトルク指令信号を出力すると共に、４２Ｖオルタネータ２の界磁を制御する界磁制御部８に制御信号を出力する。

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、このうち、スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ３が上アームを構成し、スイッチング素子Ｔｒ４〜Ｔｒ６が下アームを構成している。

１４ＶバッテリＥ１のマイナス側端子はグランドに接続され、プラス側端子は、スイッチ（スイッチ手段）ＳＷ１を介して３相の交流モータＭ１の中性点ｐ１に連結されている。

駆動回路６は、電圧センサ７の検出信号、位置センサ１１の検出信号、及び４ＷＤコントローラ９より出力されるトルク指令信号を入力し、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、界磁制御部１３に界磁制御信号を出力し、且つ、スイッチＳＷ１にオン、オフ動作の制御信号を出力する。

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）４ＷＤ駆動時、（ロ）１４Ｖバッテリ充電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、交流モータＭ１の動作は、図４に示す通りである。

（イ）４ＷＤ駆動時の動作
図２は、４ＷＤ駆動時の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１では、４ＷＤコントローラ９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いて、４ＷＤ駆動するかどうかを判断し、４ＷＤ駆動する場合には、トルク指令信号を駆動回路６に出力し、且つ、界磁制御部８に界磁制御信号を出力する。

これにより、ステップＳ２にて、４２Ｖオルタネータ２は、エンジン１の駆動力を得て３相交流電力を発電する。次いで、ステップＳ３では、駆動回路６より、界磁制御部１３に界磁制御信号を出力し、交流モータＭ１を回転駆動可能な状態とする。

その後、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力は、整流器１４にて直流電力に変換され、この直流電力が昇降圧インバータ３に供給されるので、ステップＳ４では、駆動回路６の制御下で、各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６のオン、オフを制御し、４２ボルトの３相交流電力を生成し、この３相交流電力を交流モータＭ１に出力する。

そして、ステップＳ５では、交流モータＭ１が回転駆動するので、該交流モータＭ１の出力軸と連結された後輪５が回転駆動することになり、４ＷＤ駆動が達成される。

こうして、４２Ｖオルタネータ２で発電された３相交流電力を、一旦整流した後、再度昇降圧インバータ３で所望する周波数となる３相交流電力に変換することができるので、この３相交流電力を用いて、交流モータＭ１を回転駆動させることにより、４ＷＤ駆動が行われる。

（ロ）１４Ｖ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Ｓ１１にて、駆動回路６は、４ＷＤコントローラ９よりトルク指令が出力されているかどうかにより、現在４ＷＤ動作中であるかどうかを判断する。そして、４ＷＤ動作中でない場合には、ステップＳ１２にて、界磁制御部１３に出力する界磁制御信号を停止させ、交流モータＭ１の回転を禁止する。更に、ステップＳ１３にて、スイッチＳＷ１をオンとし、１４ＶバッテリＥ１と交流モータＭ１の中性点ｐ１とを電気的に連結した状態とする。

その後、ステップＳ１４にて、昇降圧インバータ３により零相出力する。即ち、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のうちの、上アーム側となるスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ３をオン、オフ動作（降圧チョッパ動作）させる。更に、このオン、オフのデューティ比を制御することにより、所望のレベルとなる直流電力を発生させ、この直流電力を１４ＶバッテリＥ１に供給する。これにより、ステップＳ１５にて、１４ＶバッテリＥ１の充電が行われる。

また、ステップＳ１６にて、電圧センサ７の検出信号に基づき、昇降圧インバータ３より出力されるデューティ信号のパルス幅を調整することにより、１４ＶバッテリＥ１の充電電圧に応じた適切な電力が供給されるように制御する。その後、１４ＶバッテリＥ１の充電が終了したら、スイッチＳＷ１をオフとし、且つ昇降圧インバータ３を停止させる。

こうして、昇降圧インバータ３より出力される直流電力を用いて、１４ＶバッテリＥ１の充電を行う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、４２ボルトの３相交流電力で駆動する交流モータＭ１と、１４ボルトの直流電力により充電される１４ＶバッテリＥ１に対して、共通の４２Ｖオルタネータ２で発電された電力を用いることができるので、それぞれ別個に発電機を設ける必要が無くなり、装置構成を簡素化することができる。また、装置の設置スペースを省スペース化することができ、且つ、重量減、コストダウンを図ることができる。

即ち、第１の定格電圧となる交流電力が供給されて駆動する交流モータと、第２の定格電圧となる直流電力が供給されて充電されるバッテリに対して、共通の電動発電機で発電された電力を用いることができるので、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、１４ＶバッテリＥ１のプラス側端子がスイッチＳＷ１を介して、交流モータＭ１の中性点ｐ１に接続され、この中性点ｐ１から直流電力が供給されて１４ＶバッテリＥ１が充電されるので、簡単な回路構成で１４ＶバッテリＥ１への充電電力の供給が可能となる。

即ち、バッテリのプラス側端子が交流モータの中性点に連結され、該中性点を介して供給される第２の定格電圧となる直流電力により、バッテリが充電されるので、回路構成を簡素化することができる。

更に、昇降圧インバータ３に搭載される各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ６をオン、オフ制御することにより、所定周波数の３相交流電力を得る構成としているので、所望する周波数となる３相交流電力を容易に得ることができ、トルク指令に応じた適切な電力を交流モータＭ１に供給することができる。

即ち、昇降圧インバータが有する複数のスイッチング素子をオン、オフ動作させることにより、整流器で整流された直流電力を３相交流電力に変換するので、所望する周波数の３相交流電力を容易に得ることができ、トルク指令に応じた適切な電力を交流モータに供給することができる。

また、昇降圧インバータ３が有する上アーム側のスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ３をオンとし、且つオン時間をデューティ制御することにより、１４ＶバッテリＥ１の充電に必要とする電力を生成するので、所望する電圧を容易に得ることができ、１４ＶバッテリＥ１を速やかに所望する電圧に充電することができる。更に、スイッチＳＷ１をオンとすることにより、中性点ｐ１と１４ＶバッテリＥ１とが連結されるので、１４ＶバッテリＥ１の充電時には確実に直流電力を１４ＶバッテリＥ１に供給することができ、また、非充電時には、確実に回路を遮断することができるので、回路動作の信頼性を向上させることができる。

即ち、昇降圧インバータが有する上側アームとなるスイッチング素子をオンとし、且つこのオン時間を制御することにより、バッテリに供給するための直流電力を生成するので、所望する直流電力を容易に得ることができ、バッテリの速やかな充電が可能となる。また、バッテリ充電時には、中性点とバッテリとの間に設けられたスイッチ手段をオンとし、非充電時には、スイッチ手段をオフとするので、昇降圧インバータとバッテリとの間の電気的な導通、遮断を確実に行うことができ、回路動作の信頼性を向上させることができる。

更に、電圧センサ７の検出信号に応じて、オン時間のパルス幅を制御するので、適切な電圧を容易に得ることができる。

即ち、電圧検出手段の検出信号に応じて、スイッチング素子のオン時間を制御するので、適切な電圧を容易に得ることができる。

また、１４ＶバッテリＥ１を充電している際には、界磁制御部１３による励磁が行われないので、１４ＶバッテリＥ１の充電中に交流モータＭ１が回転することが阻止され、誤動作の発生を防止することができる。

即ち、バッテリを充電している際には、交流モータが有する界磁制御部による励磁を禁止するので、バッテリ充電時に交流モータが回転駆動するというトラブルを回避することができ、回路動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、４ＷＤ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、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、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 駆動回路
７ 電圧センサ（電圧検出手段）
８ 界磁制御部
９ モータ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（交流モータが有する界磁制御部）
１４ 整流器
Ｍ１ 交流モータ
ＳＷ１ スイッチ（スイッチ手段）
Ｅ１ １４Ｖバッテリ（バッテリ）

Claims (7)

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交流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、
   前記電動発電機により発電された３相交流電力を直流電力に整流する整流器と、
   前記整流器で整流された直流電力を３相交流電力に変換する機能、及び該直流電力を降圧した直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータと、
   前記第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧の電力を充電するバッテリと、を有し、
   前記交流モータは、前記昇降圧インバータにて得られる３相交流電力が供給されて駆動し、
   前記バッテリは、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力により充電されることを特徴とするモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
2. 前記バッテリは、プラス側端子が前記交流モータの中性点に連結されて、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力が供給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. 前記昇降圧インバータは、複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより、前記整流器より得られる直流電力を３相交流電力に変換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. 前記昇降圧インバータは、上アームとなる複数のスイッチング素子、及び下アームとなる複数のスイッチング素子を有し、前記上アーム側のスイッチング素子の全てをオン動作させると共に、前記交流モータの中性点と前記バッテリとの間に介在するスイッチ手段を閉路することにより、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力を前記バッテリに供給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。
5. 前記バッテリの充電電圧を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段にて検出された電圧値に基づいて、前記上アーム側のスイッチング素子のオン時間を制御することを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
6. 前記交流モータは、当該交流モータが有する界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部を有し、前記バッテリを充電している際には、前記交流モータの界磁制御部は、界磁電流を流すことを禁止することを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載のモータ駆動４ＷＤ車両の制御装置。
7. 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交流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、
   ４ＷＤ駆動時には、前記エンジンによって駆動される電動発電機により発電される第１の定格電圧の３相交流電力を、整流器にて整流した後、昇降圧インバータにて所望する周波数の３相交流電力に変換して前記交流モータを回転駆動させ、
   車両の電気計装機器に電力を供給するバッテリを充電する際には、前記電動発電機で発電される第１の定格電圧の３相交流電力を、整流器にて整流した後、前記昇降圧インバータで前記第１の定格電圧よりも低い第２の定格電圧に降圧して、前記バッテリに供給する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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