JP2005161961A - 自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】 トルク比を決定する制御装置側に異常が生じたときでも前輪と後輪へトルクの分配を可能とする。
【解決手段】 車両発進時やスリップ発生時などに前軸64と後軸67とに出力するトルクの分配比を設定してハイブリッド用電子制御ユニット70に送信するブレーキECU69側に通信異常などの異常が生じたとき、ハイブリッド用電子制御ユニット70は、勾配センサ89により検出される路面勾配Rθが登り勾配として大きいほど後軸67に分配されるトルクが大きくなるように分配比を設定し、設定した分配比に基づいて前軸64および後軸67に要求される要求トルクが分配されるようエンジン22やモータMG1,MG2,MG3を制御する。これにより、ブレーキECU69側に異常が生じたときでも4WD走行を可能とするから、こうした異常時に4WD走行を禁止するものに比して、要求トルクにより確実に対応することができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車に関する。
従来、この種の自動車としては、前輪を駆動する前輪用原動機と後輪を駆動する後輪用原動機とを備える4輪駆動の自動車が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この自動車では、前輪および後輪に要求される要求動力を定トルク比で分配して走行し、前輪や後輪にスリップが発生したときにはスリップが発生した輪に分配されるトルクを小さくすると共に小さくしたトルクに相当するトルクがスリップが発生していない輪に分配されるようトルク比を調整することにより、要求動力に対応できるものとしている。
特開2002−67723号公報
上述した4輪駆動の自動車では、前輪と後輪とに分配するトルク比を決定する制御装置と原動機から出力すべきトルクを決定して原動機を駆動制御する制御装置とが別個のものとして互いに通信可能に接続されている場合における制御装置の異常や通信の異常については何ら考慮されていない。例えば、トルク比を決定する制御装置側に異常(制御装置自体の異常や通信の異常など)が発生してトルク比を正常に受信できないときでも、原動機やその原動機を駆動制御する制御装置側に異常が生じていなければ、自動車の走行自体は継続することができる。この場合、トルク比を決定する制御装置側からトルク比を受信できないために4輪駆動による走行を禁止して前後輪の一方のみの駆動による2輪駆動により走行することが考えられる。しかしながら、他方の輪を駆動しないから、要求動力に対応できない場合が生じたり、走行安定性が低下する場合が生じる。
本発明の自動車は、こうした問題を解決し、前輪と後輪とに分配する動力の分配比を決定する制御装置側が通常時と異なる時でも前輪と後輪とに動力を出力可能とすることを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、前輪と後輪とに分配する動力の分配比を決定する制御装置側が通常時と異なる時でも要求動力により確実に対応することを目的の一つとする。
本発明の自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の自動車は、
前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車であって、
前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力手段と、
後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力手段と、
自動車の走行状態に基づいて前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定する第1制御手段と、
前記第1制御手段と通信可能に接続され、通常時には前記第1制御手段により設定された分配比に基づいて前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御し、前記通常時とは異なる時には前記第1制御手段に拘わらず前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定すると共に該設定した分配比に基づいて前記要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する第2制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の自動車では、第1制御手段が、自動車の走行状態に基づいて前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定し、第1制御手段と通信可能に接続された第2制御手段が、通常時には第1制御手段により設定された分配比に基づいて前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前輪用動力出力手段と後輪用動力出力手段とを駆動制御し、通常時とは異なる時には第1制御手段に拘わらず前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定すると共にこの分配比に基づいて要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前輪用動力出力手段と後輪用動力出力手段とを駆動制御する。したがって、通常時と異なる時でも前輪と後輪の両方に動力を出力することが可能となるから、通常時と異なる時に一方の輪のみに動力を出力するものに比して、要求動力により確実に対応することができる。ここで、「通常時とは異なる時」には、第1制御手段から分配比が正常に受信できない時が含まれる。
こうした本発明の自動車において、前記第2制御手段は、前記通常時とは異なる時には所定の分配比を設定する手段であるものとすることもできる。あるいは、本発明の自動車において、路面勾配を検出または推定する路面勾配検出推定手段を備え、前記第2制御手段は、前記通常時とは異なる時には前記検出または推定された路面勾配に基づいて前記分配比を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、通常時とは異なる時にも路面勾配に応じた分配比で前輪と後輪とに動力を分配できるから、勾配のある路面を走行する際の走行安定性を確保することができる。この態様の本発明の自動車において、前記第2制御手段は、前記検出または推定された路面勾配が大きいほど該路面勾配により荷重割合が大きくなる輪に分配される動力が大きくなる傾向に前記分配比を設定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の自動車において、前記第2制御手段は、前記要求動力を前記分配比で前輪と後輪とに分配すると該分配される動力が前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段のいずれかの出力制限を超えるときには、該分配比に拘わらず該要求動力が前輪および後輪に出力されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より確実に要求動力を前輪および後輪に出力することができる。
さらに、本発明の自動車において、前記自動車の走行状態として前輪および/または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段を備え、前記第1制御手段は、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されたときに該スリップを検出した輪に分配される動力が小さくなるよう前記分配比を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力をある程度維持したままスリップを抑制させることができる。
あるいは、本発明の自動車において、前記第1制御手段は、前記自動車の走行状態として自動車が発進するときに荷重割合が大きくなる輪に分配される動力が大きくなるよう前記分配比を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発進性能をより向上させることができる。
また、本発明の自動車において、前記第1制御手段は、前記第2制御手段による制御と協調して自動車に付与する機械的な制動力を制御可能な手段であるものとすることもできる。
また、本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段は、前輪に動力を入出力可能な前輪用電動機を有する手段であり、前記後輪用動力出力手段は、後輪に動力を入出力可能な後輪用電動機を有する手段であるとすることもできる。この態様の本発明の自動車において、前記第2制御手段は、自動車の運動エネルギの回生が要求されたときには、回生が効率よく行なわれる分配比をもって回生による制動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、回生効率を向上させることができる。
前輪用電動機を有すると共に後輪用電動機を有する態様の本発明の自動車において、前記前輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前輪に連結された車軸に伝達可能な動力伝達手段とを備えるものとすることもできるし、前記後輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を後輪に連結された車軸に伝達可能な動力伝達手段とを備えるものとすることもできる。これらの態様の本発明の自動車において、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に機械的に接続された駆動軸と回転軸の3軸に接続され、該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力が決定されると残余の1軸に入出力される動力が決定される3軸式の動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力する発電可能な発電電動機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1回転子と前記車軸に機械的に接続された駆動軸に接続された第2回転子とを有し電磁気的な作用により電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する対回転子電動機を備える手段であるものとすることもできる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続されると共に前輪63a,63bに連結された前軸64にディファレンシャルギヤ62を介して接続されたモータMG2と、後輪66a,66bに連結された後軸67にディファレンシャルギヤ65を介して接続されたモータMG3と、駆動系全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
エンジン22は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン22の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により燃料噴射制御や点火制御,吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32には駆動軸としてのリングギヤ軸32aを介してモータMG2がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびディファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の前輪63a,63bに出力される。
モータMG1,MG2,MG3は、いずれも発電機として駆動できると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42,43を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42,43とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42,43が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2,MG3のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2,MG3のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2,MG3により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2,MG3は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2,MG3を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2,MG3の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ44,45,46からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2,MG3に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42,43へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2,MG3を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2,MG3の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば,バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、バッテリECU52では、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)も演算している。
前輪63a,63bおよび後輪66a,66bには、油圧により作動する油圧ブレーキ68aが取り付けられている。油圧ブレーキ68aは、ブレーキアクチュエータ68の駆動により前輪63a,63bおよび後輪66a,66bに作用させる制動力を調整できるようになっている。ブレーキアクチュエータ68は、ブレーキECU69により駆動制御されている。ブレーキECU69には、前輪63a,63bおよび後輪66a,66bの各回転速度を検出する車輪速センサ69aからの車輪速信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。ブレーキECU69は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりブレーキアクチュエータ68を駆動制御すると共に必要に応じて油圧ブレーキの作動に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。また、ブレーキECU69は、後述する車両の走行状態(スリップ時や発進時)に応じて前輪63a,63bと後輪66a,66bとに出力するトルクの分配比を決定してハイブリッド用電子制御ユニット70に送信している。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V、路面の勾配を検出する勾配センサ89からの路面勾配Rθなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,ブレーキECU69と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52,ブレーキECU69と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。また、各ECUは、自身のECUの異常の監視やECU間の通信異常の監視なども行なっている。例えば、ウォッチドックタイマによる自身のECUの異常の有無の監視を行なったり、各ECU間の通信によるデータの受信状況や受信したデータの内容に基づいて通信異常の有無の監視を行なったり、センサの検出値やアクチュエータに印加する電圧値や電流値などに基づくセンサ系やアクチュエータ系の異常の有無の監視を行なったりしており、ハイブリッド用電子制御ユニット70により統括管理されている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて前軸64および後軸67に出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力が前軸64と後軸67とに出力されるように、エンジン22とモータMG1,MG2,MG3とが運転制御される。エンジン22とモータMG1,MG2,MG3の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2,MG3の一方または双方とによってトルク変換されて前軸64と後軸67とに出力されるようモータMG1,MG2,MG3を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2,MG3の一方または双方とによるトルク変換を伴って要求動力が前軸64と後軸67とに出力されるようモータMG1,MG2,MG3を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2,MG3の一方または双方から要求動力に見合う動力を前軸64と後軸67とに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に前軸64と後軸67とにトルクを出力して4WD走行を行なう際の動作について説明する。図2は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accやブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,回転位置検出センサ44,45,46からの回転位置に基づいてモータECU40により演算されるモータMG1,MG2,MG3の回転数Nm1,Nm2,Nm3,バッテリECU52により演算されるバッテリ50の残容量SOCなど制御に必要なデータを入力する処理を行なう(ステップS100)。
続いて、入力したアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速Vとに基づいて前軸64および後軸67に出力すべき要求トルクT*と要求パワーP*とを設定する処理を行なう(ステップS102)。要求トルクT*は、実施例では、アクセル開度AccとブレーキペダルポジションBPと車速Vと要求トルクT*との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速Vが与えられると要求トルク設定用マップから対応する要求トルクT*を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図3に示す。実施例では、アクセルペダル83が踏み込まれたときに要求トルクT*が正の値として設定され、ブレーキペダル85が踏み込まれたときや所定車速以上で走行中にアクセルペダル83が離されたときに要求トルクT*が負の値として設定されるよう正負の関係を定めた。なお、ブレーキペダル85が踏み込まれたときには、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて設定される要求トルクから油圧ブレーキ68aが分担すべき油圧ブレーキトルクを減じたものを要求トルクT*として設定する。なお、油圧ブレーキトルクは、ブレーキペダル85が踏み込まれたときにブレーキペダルポジションBPやブレーキ踏み力などのブレーキペダル85の踏み込み状態や車速Vに基づいて設定することができる。また、要求パワーP*は、設定した要求トルクT*に車速Vを乗じて得られるものとして設定するものとした。
次に、前軸64と後軸67とに要求トルクT*を分配する際のトルクの分配比Dを設定する処理を行なう(ステップS104)。この処理は、図4に例示する分配比設定処理の実行により行なわれる。以下、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される図4の分配比設定処理について説明する。
分配比設定処理では、まず、勾配センサ89からの路面勾配Rθや前後軸トルク制限Tfmax,Trmax、要求分配比D*などのデータを入力する処理を行なう(ステップS200)。ここで、前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxは、実施例では、図示しない温度センサにより検出されたモータMG2,MG3の温度やインバータ42,43の温度、モータMG2,MG3の回転数Nm2,Nm3に基づいて図示しない前後軸トルク制限設定処理ルーチンにより設定されRAM76の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むものとした。例えば、モータMG2,MG3の温度やインバータ42,43の温度がモータMG2,MG3が連続運転できる上限温度以上のときにそのときのモータMG2,MG3の回転数Nm2,Nm3における最大トルクの50%や60%などのように前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxを設定することができる。なお、モータMG2,MG3の温度やインバータ42,43の温度が上限温度未満のときにはそのときのモータMG2,MG3の回転数Nm2,Nm3における最大トルクがそのまま前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxとして設定される。また、要求分配比D*は、ブレーキECU69により設定される前軸64と後軸67とに出力するトルクの分配比であり、実施例では、図5に例示する要求分配比設定処理により設定され通信により送信されたものを入力するものとした。ここで、図5の要求分配比設定処理について簡単に説明すると、モータMG2,MG3の回転数Nm2,Nm3の時間変化として算出される前軸64の回転加速度αfおよび後軸67の回転加速度αrや、車速V、路面勾配Rθを入力し(ステップS250)、入力した車速Vが所定車速未満の車両発進時であるときには(ステップS252)、入力した路面勾配Rθが登り勾配として大きいほど後軸67へのトルクの分配が大きくなる要求分配比D*を設定し(ステップS254)、入力した回転加速度αf,αrの一方が所定加速度以上であり前輪63a,63bか後輪66a,66bかにスリップが発生しているときには(ステップS256)、スリップが発生している輪の車軸に分配されるトルクが小さくなるよう要求分配比D*を設定し(ステップS258)、設定した要求分配比D*をハイブリッド用電子制御ユニット70に送信する処理を行なって(ステップS260)、処理を終了する。このように、前進走行における車両発進時やスリップ時に加重割合が大きくなる後輪66a,66bにトルクが大きく分配されるよう要求分配比D*を設定することにより、発進性を向上させたり発生したスリップを抑制して車両の走行安定性を図っているのである。
こうしてデータを入力すると、ブレーキECU69側に異常が生じているか否かを判定する(ステップS202)。ここで、ブレーキECU69側の異常の判定は、ブレーキECU69自体の異常やブレーキECU69からハイブリッド用電子制御ユニット70への通信の異常などによりブレーキECU69により設定される要求分配比D*が使用不能な状態にあるかを判定するためのものであり、ブレーキECU69からのデータの受信状況や受信データをチェックすることにより行なわれる。ブレーキECU69側に異常が生じていないと判定されると、ステップS200で入力した要求分配比D*に基づいて図6に例示する基本分配比設定処理により基本分配比Dbを設定する(ステップS204)。ここで、図6の基本分配比設定処理では、まず、要求トルクT*が負の値、即ちモータMG2,MG3による回生が要求されているか否かを判定し(ステップS300)、回生が要求されていると判定されたときには回生開始前に値0に設定されるカウンタ値Cを値1だけインクリメントすると共に(ステップS302)、カウンタ値Cに基づいて回生時の基本分配比Dbを設定する(ステップS304)。ここで、回生時の基本分配比Dbは、モータMG2,MG3による回生効率が最大となるトルクの分配比として設定されるものであり、実施例では、カウンタ値Cと基本分配比Dbとの関係を予めマップとして求めてROM74に記憶しておき、カウンタ値Cが与えられるとマップから対応する基本分配比Dbを導出して設定するものとした。このマップの一例を図7に示す。このマップでは、図示するように、カウンタ値Cが閾値Cref未満のとき、即ち回生が開始されてから閾値Crefに相当する所定時間が経過するまでは値0から徐々に後軸67に分配される回生トルクが大きくなる基本分配比Dbが設定され、所定時間が経過したときに回生効率が最大となる所定値に固定されるようになっている。一方、回生が要求されていないと判定されたときには、カウンタ値Cを値0に設定することによりカウントクリアして(ステップS306)、ブレーキECU69からの4WD制御要求があるか否か、具体的には、ブレーキECU69により図5の要求分配比設定処理で要求分配比D*が送信されたか否かを判定する(ステップS308)。4WD制御要求があると判定されたときには、ブレーキECU69により設定された要求分配比D*をそのまま基本分配比Dbに設定し(ステップS310)、4WD制御要求がないと判定されたときには、値0を基本分配比Dbに設定(後軸67に分配するトルクを値0に設定)する(ステップS312)。そして、ブレーキECU69による他のトルク要求(例えば、車両の横滑りを抑制する姿勢制御に基づくトルクの要求など)があるか否かを判定し(ステップS314)、他のトルク要求があればその要求に応じた基本分配比Dbを設定して(ステップS316)、処理を終了する。
図4の分配比設定処理に戻って、ステップS202でブレーキECU69側に異常が生じていると判定されたときには、前述したブレーキECU69からの要求分配比D*に基づいて基本分配比Dbを設定できないと判断して、路面勾配Rθに基づいて基本分配比Dbを設定する処理を行なう(ステップS206)。この処理は、実施例では、路面勾配Rθと基本分配比Dbとの関係を予め求めてマップとしてROM74に記憶しておき、路面勾配θが与えられるとマップから対応する基本分配比Dbを導出して設定するものとした。このマップの一例を図8に示す。図示するように、路面勾配Rθが登り勾配として大きいほど閾値Dref以下の範囲で基本分配比Dbが大きくなる傾向、即ち後軸67に分配されるトルクが大きくなるようマップが作成されており、勾配のある路面を走行する際の走行安定性を図っている。なお、閾値Dref以下の範囲内に基本分配比Dbを設定するのは、後軸67に分配されるトルクが過剰となって却って走行安定性を損なうことになるのを防止するためである。
こうして基本分配比Dbが設定されると、設定した基本分配比Dbと要求トルクT*とに基づいて次式(1)および(2)により仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを設定する(ステップS208)。
Figure 2005161961
そして、要求トルクT*が前軸64と後軸67とに出力されるよう仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを調整する処理を行なう。即ち、要求トルクT*と前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxの和とを比較し(ステップS210)、要求トルクT*が前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxの和よりも大きいと判定されたときには、トルクの分配比をどのように調整しても要求トルクT*を前軸64および後軸67に出力できないと判断して、前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxを仮前後軸トルクTftmp,Trtmpに設定する(ステップS212)。要求トルクT*が前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxの和以下であると判定されたときには、要求トルクT*を前軸64および後軸67に出力できると判断して、さらに、仮前軸トルクTftmpと前軸トルク制限Tfmaxとを比較すると共に仮後軸トルクTrtmpと後軸トルク制限Trmaxとを比較する(ステップS214)。仮前軸トルクTftmpが前軸トルク制限Tfmaxよりも大きく仮後軸トルクTrtmpが後軸トルク制限Trmaxよりも小さいときには、仮前軸トルクTftmpが前軸トルク制限Tfmaxを超える分のトルクを仮後軸トルクTrtmpに割り当てることができると判断して、仮後軸トルクTrtmpに仮前軸トルクTftmpから前軸トルク制限Tfmaxを引いたものを加えて新たな仮後軸トルクTrtmpを設定すると共に前軸トルク制限Tfmaxを仮前軸トルクTftmpに設定することにより仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを調整し(ステップS216)、仮前軸トルクTftmpが前軸トルク制限Tfmaxよりも小さく仮後軸トルクTrtmpが後軸トルク制限Trmaxよりも大きいときには、仮後軸トルクTrtmpが後軸トルク制限Trmaxを超える分のトルクを仮前軸トルクTftmpに割り当てることができると判断して、仮前軸トルクTftmpに仮後軸トルクTrtmpから後軸トルク制限Trmaxを引いたものを加えて新たな仮前軸トルクTftmpを設定すると共に後軸トルク制限Trmaxを仮後軸トルクTrtmpに設定することにより仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを調整する(ステップS218)。例えば、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpが値110,値20であり前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxが値100,値30であるときには、仮前軸トルクTftmpを値100に調整すると共に仮後軸トルクTrtmpを値30に調整し、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpが値90,値40であり前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxが値100,値30であるときには、仮前軸トルクTftmpを値100に調整すると共に仮後軸トルクTrtmpを値30に調整するのである。なお、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpがそれぞれ前後軸トルク制限Tfmax,Trmax以下のときには、基本分配比Dbのままで要求トルクT*を前軸64と後軸67とに出力できると判断して、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpの調整は行なわない。こうして、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを調整すると、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpの急変を防止するためのレート処理や仮前後軸トルクTftmp,Trtmpの適否を判定するための上下限ガードなどのガード処理を施し(ステップS220)、仮後軸トルクTrtmpを仮前後軸トルクTftmp,Trtmpの和で割って分配比Dを設定する処理を行なって(ステップS222)、処理を終了する。
図2の駆動制御ルーチンのステップS104に戻って、こうして分配比Dが設定されると、設定した分配比Dと要求トルクT*とに基づいて次式(3)と次式(4)とにより前軸64に要求されるトルクとしての前軸側要求トルクTf*と後軸67に要求されるトルクとしての後軸側要求トルクTr*とを設定する(ステップS106)。そして、バッテリ50の残容量SOCやアクセル開度Accに基づいてバッテリ50が充放電すべきパワーとしてのバッテリ要求パワーPb*を設定すると共に(ステップS108)、要求パワーP*とバッテリ要求パワーPb*とロス(Loss)との和によりエンジン22から出力すべきエンジン要求パワーPe*を設定する(ステップS110)。エンジン要求パワーPe*を設定すると、設定したエンジン要求パワーPe*に基づいてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する処理を行なう(ステップS112)。この処理は、エンジン22を効率よく動作させる動作ラインとエンジン要求パワーPe*とに基づいて目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定することにより行なわれる。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図9に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインとエンジン要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
Figure 2005161961
そして、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2)と動力分配統合機構30のギヤ比ρとに基づいてモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とに基づいてモータMG1の目標トルクTm1*を計算する(ステップS114)。図10に、動力分配統合機構30の共線図を示す。図中、S軸はサンギヤ31の回転数を示し、C軸はキャリア34の回転数を示し、R軸はリングギヤ32の回転数を示す。サンギヤ31の回転数はモータMG1の回転数Nm1でありキャリア34の回転数はエンジン22の回転数Neでありリングギヤ32の回転数はモータMG2の回転数であるから、モータMG1の目標回転数Nm1*は、回転数Nm2と目標回転数Ne*と動力分配統合機構30のギヤ比ρとに基づいて次式(5)により計算することができる。したがって、計算した目標回転数Nm1*で回転するよう目標トルクTm1*を設定してモータMG1を駆動制御することにより、エンジン22を目標回転数Ne*で回転させることができる。また、モータMG1の目標トルクTm1*は、実施例では、目標回転数Nm1*と現在の回転数Nm1とを用いて次式(6)により設定するものとした。ここで、式(6)中の「KP」は比例項におけるゲインを示し、「KI」は積分項におけるゲインを示す。
Figure 2005161961
モータMG1の目標トルクTm1*を設定すると、前軸側トルクTf*と目標トルクTm1*とに基づいて次式(7)によりモータMG2から出力すべき目標トルクTm2*を設定すると共に後軸側トルクTr*に基づいて次式(8)によりモータMG3から出力すべき目標トルクTm3*を設定する(ステップS116)。図10の共線図に示すように、モータMG2の目標トルクTm2*は、モータMG1からの目標トルクTm1*の出力によりエンジン22からリングギヤ軸32aに直接伝達されるトルク(−Tm1*/ρ)と前軸側トルクTf*に対応するリングギヤ軸32a上のトルクとの偏差として求めることができる。ここで、式(7)中の「G1」は、前軸64の回転数N1に対するモータMG2の回転数Nm2の比(Nm2/N1)であり、式(8)中の「G2」は、後軸67の回転数N2に対するモータMG3の回転数Nm3の比(Nm3/N2)である。
Figure 2005161961
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2,MG3の目標トルクTm1*,Tm2*,Tm3*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2,MG3の目標トルクTm1*,Tm2*,Tm3*についてはモータECU40にそれぞれ送信して(ステップS118)、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを受信したエンジンECU24は、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とにより運転されるよう燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、目標トルクTm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、目標トルクTm1*,Tm2*,Tm3*でモータMG1,MG2,MG3が駆動されるようインバータ41,42,43のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、前軸64および後軸67のトルクの分配比(要求分配比D*)を設定してハイブリッド用電子制御ユニット70に送信するブレーキECU69側に異常が生じているときには、ハイブリッド用電子制御ユニット70によりトルクの分配比を設定すると共に前軸64と後軸67とにトルクを分配して4WD走行を可能とするから、こうしたブレーキECU69側の異常時に4WD走行を禁止するものに比して、要求トルクP*をより確実に出力させることができる。しかも、路面勾配Rθに基づいて分配比(基本分配比Db)を設定するから、登り勾配を走行する際の走行安定性をより向上させることができる。また、基本分配比Dbで要求トルクT*を前軸64と後軸67とに分配すると要求トルクT*が出力できないときには、要求トルクT*が前軸64および後軸67に出力されるよう分配比を調整するから、より確実に要求トルクT*を出力することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、ブレーキECU69側に異常が生じているときに、路面勾配Rθに基づいて基本分配比D*を設定するものとしたが、基本分配比Dbを所定値に設定してもよい。この場合でも、図4のルーチンのステップS210〜S218で要求トルクT*を出力するために基本分配比Dbを調整することにより、要求トルクT*をより確実に出力することができる。例えば、基本分配比Dbとして値0を設定したとき、要求トルクT*が前軸トルク制限Tfmaxの範囲内にあるときには要求トルクT*が前軸側要求トルクTf*として設定されて2WDによる走行が行なわれ、要求トルクT*が前軸トルク制限Tfmaxの範囲を超えるときには前軸トルク制限Tfmaxが前軸側要求トルクTf*として設定されると共に要求トルクT*が前軸トルク制限Tfmaxを超える分のトルクが後軸側要求トルクTr*として設定されて4WDによる走行が行なわれることになる。
実施例のハイブリッド自動車20では、路面勾配Rθとして勾配センサ89により直接検出されたものを用いたが、走行中または停車に至る過程で前軸64および後軸67に出力したトルク(Tv)と車両の加速度(αv)との関係式(Rθ=Tv−K・αv;Kは車重や車輪の径などから定まる係数)から計算されるものを用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、図4のステップS210〜S218で要求トルクT*を基本分配比Dbで分配したときの仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxの範囲内でできる限り要求トルクT*が出力されるように調整したが、こうした調整は行なわないものとしても差し支えない。また、実施例のハイブリッド自動車20では、仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを前後軸トルク制限Tfmax,Trmaxの範囲内で調整して分配比Dを設定し、設定した分配比Dで要求トルクT*を分配して前軸側要求トルクTf*と後軸側要求トルクTr*とを設定したが、分配比Dを設定することなく仮前後軸トルクTftmp,Trtmpを調整したものを直接前軸側要求トルクTf*と後軸側要求トルクTr*として設定するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22と動力分配統合機構30とモータMG1,MG2とを前軸64に接続し、モータMG3を後軸67に接続したが、エンジン22と動力分配統合機構30とモータMG1,MG2とを後軸67に接続し、モータMG3を前軸64に接続するものとしてもよい。
実施例では、モータMG1からの動力の入出力によりエンジン22からの動力を動力分配統合機構30を介して前輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力可能なハイブリッド自動車に適用して説明したが、前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力装置と後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力装置とを備える自動車であれば、如何なるタイプの自動車にも適用することができる。例えば、図11の変形例のハイブリッド自動車120に示すように、動力分配統合機構30とモータMG1に代えて、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ132と前輪63a,63bに接続されたアウターロータ134とを有し、電磁的な作用により電力と動力の入出力を伴ってエンジン22の動力の一部を前輪63a,63bに出力する対ロータ電動機130を備える自動車に適用するものとしてもよい。
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される分配比設定処理の一例を示すフローチャートである。 ブレーキECU69による要求分配比設定処理の一例を示すフローチャートである。 ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される基本分配比設定処理の一例を示すフローチャートである。 カウンタ値Cと基本分配比Dbとの関係を示すマップである。 路面勾配Rθと基本分配比Dbとの関係を示すマップである。 エンジン要求パワーPe*から目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を説明する説明図である。 動力分配統合機構30の共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
20,120 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42,43 インバータ、44,45,46 回転位置検出センサ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62,65 ディファレンシャルギヤ、63a,63b 前輪、64 前軸、66a,66b 後輪、67 後軸、68 ブレーキアクチュエータ、68a 油圧ブレーキ、69 ブレーキECU、69a 車輪速センサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 勾配センサ、130 対ロータ電動機、132 インナーロータ 134 アウターロータ、MG1,MG2,MG3 モータ。

Claims (15)

  1. 前輪と後輪とに動力を出力可能な自動車であって、
    前輪に動力を出力可能な前輪用動力出力手段と、
    後輪に動力を出力可能な後輪用動力出力手段と、
    自動車の走行状態に基づいて前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定する第1制御手段と、
    前記第1制御手段と通信可能に接続され、通常時には前記第1制御手段により設定された分配比に基づいて前輪および後輪に要求される要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御し、前記通常時とは異なる時には前記第1制御手段に拘わらず前輪と後輪とに分配する動力の分配比を設定すると共に該設定した分配比に基づいて前記要求動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する第2制御手段と、
    を備える自動車。
  2. 前記第2制御手段は、前記通常時とは異なる時には所定の分配比を設定する手段である請求項1記載の自動車。
  3. 請求項1記載の自動車であって、
    路面勾配を検出または推定する路面勾配検出推定手段を備え、
    前記第2制御手段は、前記通常時とは異なる時には前記検出または推定された路面勾配に基づいて前記分配比を設定する手段である
    自動車。
  4. 前記第2制御手段は、前記検出または推定された路面勾配が大きいほど該路面勾配により荷重割合が大きくなる輪に分配される動力が大きくなる傾向に前記分配比を設定する手段である請求項3記載の自動車。
  5. 前記第2制御手段は、前記要求動力を前記分配比で前輪と後輪とに分配すると該分配される動力が前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段のいずれかの出力制限を超えるときには、該分配比に拘わらず該要求動力が前輪および後輪に出力されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する手段である請求項1ないし4いずれか記載の自動車。
  6. 前記通常時とは異なる時は、前記第1制御手段から分配比が正常に受信できない時である請求項1ないし5いずれか記載の自動車。
  7. 請求項1ないし6いずれか記載の自動車であって、
    前記自動車の走行状態として前輪および/または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段を備え、
    前記第1制御手段は、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されたときに該スリップを検出した輪に分配される動力が小さくなるよう前記分配比を設定する手段である
    自動車。
  8. 前記第1制御手段は、前記自動車の走行状態として自動車が発進するときに荷重割合が大きくなる輪に分配される動力が大きくなるよう前記分配比を設定する手段である請求項1ないし7いずれか記載の自動車。
  9. 前記第1制御手段は、前記第2制御手段による制御と協調して自動車に付与する機械的な制動力を制御可能な手段である請求項1ないし8いずれか記載の自動車。
  10. 請求項1ないし9いずれか記載の自動車であって、
    前記前輪用動力出力手段は、前輪に動力を入出力可能な前輪用電動機を有する手段であり、
    前記後輪用動力出力手段は、後輪に動力を入出力可能な後輪用電動機を有する手段である
    自動車。
  11. 前記第2制御手段は、自動車の運動エネルギの回生が要求されたときには、回生が効率よく行なわれる分配比をもって回生による制動力が前輪と後輪とに分配されるよう前記前輪用動力出力手段と前記後輪用動力出力手段とを駆動制御する手段である請求項10記載の自動車。
  12. 前記前輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前輪に連結された車軸に伝達可能な動力伝達手段とを備える請求項10または11記載の自動車。
  13. 前記後輪用動力出力手段は、内燃機関と、電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を後輪に連結された車軸に伝達可能な動力伝達手段とを備える請求項10または11記載の自動車。
  14. 前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸と前記車軸に機械的に接続された駆動軸と回転軸の3軸に接続され、該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力が決定されると残余の1軸に入出力される動力が決定される3軸式の動力入出力手段と、前記回転軸に動力を入出力する発電可能な発電電動機とを備える手段である請求項12または13記載の自動車。
  15. 前記動力伝達手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1回転子と前記車軸に機械的に接続された駆動軸に接続された第2回転子とを有し電磁気的な作用により電力と動力の入出力により前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に伝達する対回転子電動機を備える手段である請求項12または13記載の自動車。
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