JP2005245144A - 車両駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
高性能なアクチュエータを備えた車両駆動装置を提供することにある。
【解決手段】
内燃機関によって駆動される駆動用高出力発電機４４と、駆動用高出力発電機４４の出力電圧が供給され、駆動される電動機３０と、電動機３０と車軸３４Ａ，３４Ｂの間に配置された電磁クラッチ３２を有する。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、バッテリー４２の電圧を昇圧して、電磁クラッチ及び、駆動用高出力発電機４４の界磁巻線４７と、電動機３０の界磁巻線３１に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動装置に係り、特に、車両の制御に用いられるアクチュエータの駆動に用いるに好適な車両駆動装置に関する。
従来、電動４輪駆動車両のように、例えば、前輪を内燃機関で駆動し、後輪を電動機で駆動する車両駆動装置にあっては、例えば、特開２００３−３２６９９７号公報に記載されているように、後輪を駆動する電動機と後輪の間に駆動力の伝達・非伝達を切り換えるためのアクチュエータとして電磁クラッチを備えるものが知られている。そして、電磁クラッチのコイルに供給される電力としては、一般に、バッテリーの出力が用いられている。
一方、従来の車両駆動装置としては、例えば、特開２００３−０７９００４号公報に記載されているように、発電機出力電圧が蓄電池出力電圧に相当する所定電圧未満であるときに、発電機の整流回路から出力される発電機出力電力をＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧回路を適用して所定電圧まで昇圧することによって、電動機の回転数が低い低速発進時の発電電流を増し、高い電動機トルクを得るものが知られている。
しかしながら、特開２００３−０７９００４号公報に記載のものでは、発電機出力電圧を昇圧するために、昇圧手段の入力電圧は発電機最大出力電圧まで上昇する上、電動機等の負荷変化によって発電機の出力電圧が変化するため、変換ノイズ・損失・部品サイズ共に大きくなる不具合があり、高耐圧・入出力可変の昇圧手段を用いる必要があった。
それに対して、例えば、特開２００１−３５２７９５号公報の図４に記載されているように、バッテリー等の電源の出力をＤＣ−ＤＣコンバータにより昇圧して、直流電動機の界磁コイルに供給するものが知られており、かかる構成によれば、バッテリーの電圧はほぼ一定であるため、上述の不具合が解消されるともに、電動機の出力トルクを大きくできるものである。
特開２００３−３２６９９７号公報 特開２００３−０７９００４号公報 特開２００１−３５２７９５号公報
しかしながら、特開２００１−３５２７９５号公報の方式により、電動機の出力トルクを大きくできた際、特開２００３−３２６９９７号公報に記載されているように、電動機と後輪の間備えられた電磁クラッチのコイルに供給される電力として、バッテリーの出力を用いる方式では、電磁クラッチの締結力が十分でなく、電動機の出力トルクを十分に車輪に伝達できず、トルク伝達力が低下するという問題が生じることが判明した。
また、同様にして、バッテリーの電圧により駆動される被駆動体としては、車両駆動装置に備えられた電磁ブレーキや、電磁リミッテッドスイリップデフなどのアクチュエータがあるが、これらに供給する電力として、バッテリーの電圧を用いると、その性能が十分に発揮できないという問題が生じることが判明した。
本発明の目的は、高性能なアクチュエータを備えた車両駆動装置を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、車両の駆動に用いるアクチュエータと、このアクチュエータに電力を供給する車載電源と、前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する車両駆動装置において、前記車載電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段を備え、この昇圧手段によって昇圧された電力を前記アクチュエータに供給するようにしたものである。
かかる構成により、アクチュエータを小型化でき、発熱を抑えて、高性能化し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記アクチュエータは、電磁クラッチである。
（３）上記（２）において、好ましくは、内燃機関によって駆動される駆動用高出力発電機と、この駆動用高出力発電機の出力電圧が供給され、駆動される電動機とを備え、前記電磁クラッチは、前記電動機と車軸との間に配置され、前記昇圧手段によって昇圧された電力を、前記駆動用高出力発電機の界磁巻線と、前記電動機の界磁巻線に供給するようにしたものである。
（４）上記（１）において、好ましくは、前記アクチュエータは、電磁ブレーキである。
（５）上記（１）において、好ましくは、前記アクチュエータは、電磁リミッテッドスリップデフである。
（６）上記目的を達成するために、本発明は、車両の駆動に用いるアクチュエータと、このアクチュエータに電力を供給する車載電源と、前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する車両駆動装置において、前記車載電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段と、内燃機関によって駆動される駆動用高出力発電機と、この駆動用高出力発電機の出力電圧が供給され、駆動される交流電動機とを備え、前記昇圧手段によって昇圧された電力を、前記駆動用高出力発電機の界磁巻線と、前記交流電動機の界磁巻線に供給するようにしたものである。
本発明によれば、高性能なアクチュエータを備えた車両駆動装置を得ることができる。
以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による車両駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両駆動装置を用いた電動４輪駆動車両の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による車両駆動装置を用いた電動４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。
４輪駆動車両１０は、エンジン２０及び電動機３０を備えている。エンジン２０の駆動力は、トランスミッション２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂを介して、例えば、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動する。電動機３０の駆動力は、電磁クラッチ３２，電磁リミッテッドスリップデフ（ＬＳＤ）３３及び第２の車軸３４Ａ，３４Ｂを介して、例えば、後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達され、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。電磁リミッテッドスリップデフ３３と電磁クラッチ３２が連結されると、電動機３０の回転力は、電磁クラッチ３２，電磁リミッテッドスリップデフ３３を介して後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。電磁クラッチ３２は電磁クラッチ巻線３２Ａに流れる電流値を制御することによってクラッチの締結力を制御できる。電磁クラッチ３２が外れると、電動機３０は後輪３６Ａ，３６Ｂ側から機械的に切り離され、後輪３６Ａ，３６Ｂは駆動力を路面に伝えないものである。なお、電動機３０は電動機界磁巻線３１が組み込まれている，例えば、正転逆転の切り替えが容易で効率の良い交流電動機を用いる。なお、図示は省略しているが、発電機４４と電動機３０の間には、駆動用高出力発電機４４より得られる電流を交流に変換するインバータを備えている。
なお、以上の説明では、前輪２６Ａ，２６Ｂをエンジン２０で駆動し、後輪３６Ａ，３６Ｂを電動機３０で駆動する４輪駆動車両として説明しているが、前輪を電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものであり、また、トラックのような６輪以上の車両、トレーラのような、牽引車両にも適用可能である。
エンジンルーム内には、通常の充電発電システムを行う補機用発電機（ALT1）４０及び補機バッテリー４２が配置され、エンジン２０によって駆動される補機用発電機４０の出力が補機バッテリー４２に蓄電される。また、補機用発電機４０の近傍には、エンジン２０によりベルト駆動される駆動用高出力発電機（ALT2）４４が配置されている。駆動用高出力発電機４４の出力によって、電動機３０が駆動される。補機用発電機４０は、例えば、１２Ｖ，２ｋＷ程度の一般的な発電機であり、駆動用高出力発電機４４は、補機用発電機４０に比べて高出力が得られる発電機であり、例えば、３６Ｖ，６ｋＷ程度の発電機である。
エンジン２０の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０からの指令により駆動される電子制御スロットル５２により制御される。電子制御スロットル５２には、アクセル開度センサ５４が設けられており、アクセル開度を検出する。なお、電子制御スロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びスロットルを用いる場合には、アクセルペダルにアクセル開度センサを設けることができる。ＥＣＵ５０は、エンジン２０に供給する燃料の噴射量や、エンジンの点火時期等も制御する。
また、ＥＣＵ５０は、トランスミッション２２を制御する。トランスミッション２２は、オートマチックトランスミッションであり、セレクトレバー２３によって選択されたギヤ比となるように自動制御される。セレクトレバー２３のポジションは、ギヤ位置検出センサ２５によって検出される。なお、トランスミッション２２としては、Manual Transmission (ＭＴ)または、Continuously Variable Transmission（CVT）を用いるものであってもよいものである。
また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、回転速度及び回転方向を検出する回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂが設けられている。なお、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂは、各車輪毎に設けられているが、前輪軸及び後輪軸の一方もしくは両方に配してもよいものである。
ＡＢＳコントロールユニット５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された各車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転数から、車輪のロック状態を検出する。ＡＢＳコントロールユニット５５は、ロックが発生すると、電磁ソレノイド２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂに制御指令を出力し、電磁ブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂにて発生するブレーキ力を調整する。
四駆制御回路（４ＷＤＣＵ）６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度に基づいて車速を算出し、算出された車速に基づいて、駆動用高出力発電機４４及び電動機３０を制御する。また、４ＥＤＣＵ６０は、前輪２６Ａ，２６Ｂの回転センサ５６Ａ，５６Ｂによって検出された前輪速と、後輪３６Ａ，３６Ｂの回転センサ５８Ａ，５８Ｂによって検出された後輪速との差から、後輪のスリップを検出し、スリップ状態では、駆動用高出力発電機４４や電動機３０の界磁電流を制御して、電動機３０が出力する駆動トルクを制御する。なお、四駆制御回路（４ＷＤＣＵ）６０による制御の詳細については、図３及び図４を用いて後述する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、バッテリ４２の端子電圧を昇圧し、駆動用高出力発電機４４の界磁巻線４７と、電動機３０の界磁巻線３１と、電磁クラッチ３２の巻線３２Ａと、電磁リミッテッドスリップデフ３３の巻線３３Ａと、ブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂの巻線に供給する。
次に、図２を用いて、本実施形態による車両駆動装置の全体構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の全体構成を示すシステム構成図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
補機用発電機４０の発電出力は、補機バッテリー４２に蓄電される。このときの電圧は、例えば、１２Ｖである。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、バッテリー４２の端子電圧を昇圧し、駆動用高出力発電機４４の界磁巻線４７に供給される。供給する。昇圧された電圧は、例えば、２４Ｖである。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の詳細構成については、図５を用いて後述する。駆動用高出力発電機４４には、電機子巻線４５と、ダイオード４６Ａ，４６Ｂと、界磁巻線４７と、界磁巻線電圧調整器４８が組み込まれている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧は、ダイオード４６Ａを介して、界磁巻線４７に供給される。
駆動用高出力発電機４４は、図１に示したようにエンジンによって駆動され、電機子巻線からの出力は、インバータ回路（ＩＮＶ）３２Ａによって交流電圧に変換された後、電動機３０に供給されるとともに、ダイオード４６Ｂを介して、発電機４４の界磁巻線４７に供給される。界磁巻線４７への入力は、ダイオード４６Ａ，４６Ｂにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０と発電機電機子巻線４５の出力電圧の内、高い方が自動的に選ばれる。電圧調整器４８は、４ＷＤＣ／Ｕ６０のＭＰＵ６３により駆動され、界磁巻線に入力される電圧を制御する。界磁巻線の電圧を制御することにより、界磁電流（界磁磁束量）を変化させることができ、電動機３０へと供給する電流を制御することができる。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧は、４ＷＤＣＵ６０の中のＨブリッジ回路６６を介して、電動機３０の界磁巻線３１に供給される。Ｈブリッジ回路６６は、ブリッジ接続された４個のＭＯＳＦＥＴ（MOS1,MOS2,MOS3,MOS4）から構成されている。
４ＷＤＣＵ６０は、Ｉ／Ｏ回路６１と、ＣＡＮ回路６２と、ＭＰＵ６３と、電圧調整器６４，６７とを備えている。ＭＰＵ６３は、電動機３０の発生トルクが要求値に適合するように、電圧調整器６４にて電動機３０の界磁巻線３１に流す界磁電流を調整する。なお、車両を後退させる時には、インバータ３２Ａにより位相をずらすことで、回転方向を逆転可能である。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧は、電磁クラッチ３２の巻線３２Ａに供給される。巻線３２Ａに流れる電圧は、電圧調整器６７によって調整される。
ここで、４ＷＤＣＵ６０の全体の動作について説明する。ギヤ位置検出センサ２５によって検出されたギヤ位置情報は、Ｉ／Ｏ回路６１を介して、ＭＰＵ６３に取り込まれる。また、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回転方向の情報，アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度の情報は、一度エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０等により取り込まれ計算された後、ＣＡＮ回路６２を介して、ＭＰＵ６３に取り込まれる。
ＭＰＵ６３は、ＣＰＵと電動機制御用のプログラムやデータを保持するメモリを備えており、入力した情報に基づいて、車速を算出し、駆動用高出力発電機４４の出力電力を算出し、この出力電力を満足する発電機界磁電圧をＩ／Ｏ回路６４から駆動用高出力発電機４４の界磁巻線４７に供給して、電動機３０への入力電圧を制御する。また、ＭＰＵ６３は、電動機３０の特性が要求値に適合するように、電圧調整器６４により電動機３０の界磁巻線３１に流す界磁電流を調整する。さらに、ＭＰＵ６３は、電磁クラッチ３２の締結力制御信号を生成して、Ｉ／Ｏ回路６４から電磁クラッチ３２に供給する。また、ＭＰＵ６３は、インバータ回路３２Ａにおける直流−交流の電力変換を制御する。
電動機３０の発生トルクは、駆動用高出力発電機４４の界磁電流の制御と、電動機３０の界磁電流の制御と、インバータ３２Ａにおける３相交流の位相制御との３つにより制御される。例えば、車両始動時等の電動機の必要回転数が低く、必要トルクが高い時には、電動機３０の界磁巻線３１の界磁電流を大きく設定した状態で、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を下げ、出力電流値を大きくなる値に設定することで、電動機は低回転，高トルクの出力となる。また、車両走行時においては、電動機の必要回転数が高く、必要トルクが低いとすると、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を高くし、出力電流値を小さな値に設定することで対応可能となる。さらに、電動機３０の界磁電流を下げることにより、車両走行時の応答性を改善しながら、電動機の回転数を高くすることができる。また、トルク配分要求値が前輪２６の方が後輪３６よりも高い時などは、駆動用高出力発電機４４の界磁電流値を下げ、前輪２６と後輪３６のトルク配分を可変にできる。さらに、電動機の回転位置に応じて、インバータ３２Ａを制御して３相交流の位相を制御することにより、電機子電流の位相を制御する弱め界磁制御により、界磁磁束を制御することで、特に、低い界磁磁束量が必要な高回転領域において、界磁制御の精度向上が行え、広範囲かつレスポンスのよいトルク制御を行うことができる。また、交流電動機はブラシ損が無いため、直流電動機を使用する場合と比べて効率が良いが、電動機の回転数に応じて位相を進めると更に効率が上昇する。なお、上述の説明では、界磁と電機子の両方を制御に用いることができる他励交流電動機について説明したが、位置信号に対し電機子電流の位相を制御するだけでも高回転領域で弱め界磁制御が可能であるため、埋込磁石励磁による交流電動機を用いてもよいものである。
ここで、図３及び図４を用いて、本実施形態による車両駆動装置の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の中の４ＷＤＣＵ６０の制御内容を示すフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる高出力発電機の特性図である。
図３のステップｓ１０において、４ＷＤＣＵ６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂから入力される前後車軸の回転速度情報に基づいて、低速度側を車速とするなど処理をして、車速を算出する。
次に、ステップｓ２０において、４ＷＤＣＵ６０は、ステップｓ１０で判断した走行状態に対応して必要となる電動機駆動トルクを算出する。
次に、ステップｓ３０において、４ＷＤＣＵ６０は、算出した電動機駆動トルクが得られるように、駆動用発電機４４への電圧指令値を算出して、駆動用発電機４４へ出力する。駆動用発電機４４は、出力電圧が指令値になるように内部でフィードバック制御を行い、出力電圧Ｖを電動機３０へ出力する。この電圧Ｖによって、電動機３０の実トルクが、後輪３６に入力され、実際の車輪速が出る形となりシステム全体のフィードバック制御が行われる。
次に、図４を用いて、高出力発電機の特性について説明する。なお、図４において、出力電圧は駆動用高出力発電機４４の出力電圧で、配線抵抗分を除けば、電動機３０の入力電圧として考えることができる。図４で、実線Ｘ１は、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を直接界磁巻線に供給する自励状態での出力電圧−出力電流の特性である。点線Ｘ２は、定電圧電源４９の電圧Ｖ1で駆動用高出力発電機界磁巻線４７を他励した場合（電源他励）の出力電圧−出力電流特性である。一点鎖線Ｘ３は、自励状態における特性において最大出力電流Ｉ２を生じる出力電圧Ｖ２程度に、定電圧電源の電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ７０等の昇圧回路にて駆動用高出力発電機の界磁巻線４７を昇圧した場合（電源昇圧他励）の出力電圧−出力電流特性である。なお、駆動用高出力発電機４４の出力電圧が、電源他励の場合はＶ１を、電源昇圧他励の場合はＶ２をこえると、ダイオード４６Ａと４６Ｂの作用により、駆動用高出力発電機界磁巻線４７への入力電圧は駆動用高出力発電機４４の出力電圧が選ばれ、発電機４４は自励状態となる。
車両駆動時や轍からの脱出時など、高トルクが必要だが車速が低いときは、電動機３０の回転数も低くなるため、電動機３０の誘起電圧が低くなる。また、その際には、エンジン回転数も低いため、駆動用発電機４４の出力電圧もまたＶ１程度からＶ１以下という低い値を取る。出力電圧が低い場合の出力電流を比較すると、電源昇圧時の方がかなり高い電流値をとることがわかる（例 Ｉ１≪Ｉ１’：出力電圧がＶ１である場合）。電動機のトルクの大きさは流れる電流量によるので、電源昇圧他励時の方が高いトルクを出力できる。
以上のようにして、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力電圧を駆動用発電機４４の界磁巻線３２Ａに供給するようにしているため、駆動用発電機４４の出力電圧を大きくでき、また、駆動用発電機４４の界磁電流を制御して、発電機の出力電圧・出力電流を制御することで、一点鎖線Ｘ３で示すように出力電流を大きくできるため、この発電機４４の出力電圧により駆動される電動機３０の出力トルクを大きくすることができる。さらに、電動機３０の界磁電流を制御することにより、電動機３０を低回転〜高回転まで回転可能となり、電動機の運転領域を広くすることができる。
再び、図２において、本実施形態では、電磁クラッチ３２は、４ＷＤＣ／Ｕ６０によって、電磁クラッチ巻線３２Ａに流れる電流を制御することにより、クラッチの締結力を変化させることができる。また、電磁クラッチ３２の巻線３２Ａの電源ラインは、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の出力端子に接続されている。したがって、電磁クラッチ３２の巻線３２Ａに供給される電圧を高くできるので、電磁クラッチ３２の締結力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０に比べて大きくすることができる。前述したように、駆動用発電機４４と電動機３０の界磁電流を制御して、電動機３０の出力トルクが大きくなった時、電磁クラッチ３２の締結力が小さいと、クラッチの滑りが発生し、電動機３０のトルクを車輪に有効に伝達できないため、ロスが生じるが、本実施形態のように、電磁クラッチ３２の締結力を大きくすることで、クラッチの滑りによるロスを低減できる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いないで、電磁クラッチ３２の巻線３２Ａに印加する電圧が低い場合でも、巻線３２Ａに流す電流を大きくすることで電磁クラッチの締結力を大きくすることは可能であるが、この場合には、大電流を流す構成とする必要があるため、電磁クラッチが大型化し、また、消費電流が大きいことから発熱量が大きくなると言う問題が生じる。それに対して、本実施形態のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いることにより、締結力を増せるだけでなく、電磁クラッチを小型化にして、発熱も低減できる。
また、電磁クラッチ３２の締結力を巻線電圧調整器６７により制御することにより、発電力が常時変化する駆動用高出力発電機４４の発電力に依存することなく、４輪駆動機能が必要無い時には、強制的に後輪３６Ａ，３６Ｂと電動機３０との機械的連結を切り離すことができる。例えば、車速が２０ｋｍ／ｈになったら電磁クラッチ３２をＯＦＦにして、前輪のみの駆動系とすることにより、全車速領域で動作するシステムに比べ、電動機３０の耐久性を改善できる。また、電磁クラッチ３２を切り離した状態では、電動機３０を使用しないため、駆動用高出力発電機４４をスイッチで切り替え、充電装置や他の補機の電源として流用することも可能である。
また、図２に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０で昇圧された電圧は、電圧調整器３３Ｂを介して、電磁リミッテッドスリップデフ（ＬＳＤ）３３の巻線３３Ａに供給されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いないで、ＬＳＤ３３の巻線３３Ａに印加する電圧が低い場合には、巻線３３Ａに流す電流を大きくすることでＬＳＤ３３の動作させることは可能であるが、この場合には、大電流を流す構成とする必要があるため、ＬＳＤ３３が大型化し、また、消費電流が大きいことから発熱量が大きくなると言う問題が生じる。それに対して、本実施形態のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いることにより、電磁ＬＳＤを小型化にして、発熱も低減できる。
さらに、図２に示したように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０で昇圧された電圧は、電圧調整器２７Ｂを介して、電磁ブレーキ２８Ｂの巻線２９Ｂに供給されている。なお、図２には示していないが、図１に示した車両は、４個の電磁ブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂを備えており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０で昇圧された電圧は、それぞれ、電圧調整器２７Ｂを介して、他の電磁ブレーキ２８Ａ，３８Ａ，３８Ｂの巻線に供給されているものである。ＡＢＳＣＵ５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された４輪の車速に応じて、スリップ等が発生した時には、４輪に発生するブレーキ力を調整してスリップ等を回避できるように制御する。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いないで、電磁ブレーキ２８Ｂの巻線２９Ｂに印加する電圧が低い場合には、巻線２９Ｂに流す電流を大きくすることで電磁ブレーキ２８Ｂの発生するブレーキ力を大きくすることは可能であるが、この場合には、大電流を流す構成とする必要があるため、電磁ブレーキ２８Ｂが大型化し、また、消費電流が大きいことから発熱量が大きくなると言う問題が生じる。それに対して、本実施形態のように、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０を用いることにより、電磁ブレーキを小型化にして、発熱も低減できる。
次に、図５を用いて、本実施形態による車両駆動装置に用いるＤＣ／ＤＣコンバータ７０の動作について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
電源４９は、補機用発電機４０及び補機用バッテリー４２からなり、１２Ｖ電源に対する各種電気負荷との間で、通常の充放電システムを構成している。 ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、バッテリ−４２と補機用発電機４０からなる電源４９、および４ＷＤＣＵ６０に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、コイル７１，トランジスタ７２，コンデンサ７３，ダイオード７５Ａ，７５Ｂを備えている。コイル７１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０の入力端子に接続されている。また、トランジスタ７２及びコンデンサ７３は、電源４９及び負荷に対して並列に接続されている。さらに、トランジスタ７２と、コンデンサ７３の正側端の間にダイオード７５Aが接続され、ダイオード７５Bはトランジスタ７２と並列に接続されている。
ここで、４ＷＤＣＵ６０からトランジスタ７２をＰＷＭ等により発振させると、スイッチオン時にコイル７１に電力を蓄え、オフ時にこの蓄えた電力を放出することになり、結果として、

Ｖout＝(Ｔon+Ｔoff)/Ｔoff×Ｖin …（１）

で計算される昇圧される電圧（定常・無損失のとき）が得られることになる。ここで、Ｖout：ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電圧であり、Ｔon：トランジスタ７２のオン時間であり、Ｔoff：トランジスタ７２のオフ時間であり、Ｖin：ＤＣ−ＤＣコンバータ入力電圧である。したがって、例えば、Ｔon＝Ｔoff とすると、出力電圧は、２倍に昇圧される。
また、ダイオード７５から出力される電流は、コンデンサ７３により平滑化され、定常・無損失時には、

Ｉout＝Ｉin・（Ｖin／Ｖout） …（２）

の電流が流れる。ここで、Ｉout：ＤＣ−ＤＣコンバータ出力電流であり、Ｉin：ＤＣ−ＤＣコンバータ入力電流である。
なお、図５に示したものは非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、絶縁型であってもよく、また、トランスを用いた昇圧形式のＤＣ−ＤＣコンバータを用いてもよいものである。
なお、電動機３０に代えて、電動発電機（Motor/Generator）を用いることにより、高速時や下り坂等で電動発電機を発電機として利用し、発電機によって発電された電力をバッテリーに充電することで、回生制動，発電制動といった制動力を得られるように構成してもよいものである。
以上説明したように、本実施形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により電磁クラッチを動作させることにより、電磁クラッチの締結力を増すことができる。特に、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により、高出力発電機及び電動機の界磁電圧を制御することにより、電動機の出力トルクを大きくできる構成にあっては、電磁クラッチの滑りを低減して、電動機の出力トルクを有効に駆動トルクとして利用できるものとなる。
また、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により電磁リミッテッドスリップデフを動作させることにより、電磁リミッテッドスリップデフを小型化にして、発熱も低減できる。
さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により電磁ブレーキを動作させることにより、電磁ブレーキを小型化にして、発熱も低減できる。
次に、図６を用いて、本実施形態による車両駆動装置の制御内容について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による車両駆動装置の制御内容を示すフローチャートである。
ステップｓ１００において、電動車両の運転者が、イグニッションスイッチ（ＳＷ）をオンし、ステップｓ１０５において、同じく電動車両の運転者が、マニュアル４ＷＤスイッチ（Ｍ４ＷＤＳＷ）をオンすると、４ＷＤＣＵ６０は、クラッチ３２のガタ詰め制御を開始する。ここで、マニュアル４ＷＤスイッチは、図１には図示していないが、運転者が任意に２ＷＤと４ＷＤを切り換えるためのスイッチであり、運転者が４輪駆動で電動４輪車両を動作させたい場合にオンすることにより、電動４輪駆動車両として動作させることができるものである。このスイッチをオフすると、エンジンのみによる駆動となる。また、クラッチ３２は、初期状態ではガタが詰まっていないため、そのまま発進すると、ショックを発生するため、ステップｓ１１０において、クラッチ３２のガタを詰める制御を実行する。
クラッチ３２のガタ詰め制御が開始されると、ステップｓ１１５において、４ＷＤＣＵ６０は、マニュアル４ＷＤ制御系の電源リレー（Ｍ４ＷＤＲＬＹ）（図示せず）をオンする。このリレーがオンされると、オルタ界磁、モータ界磁に電源が供給され、制御可能となる。そして、ステップｓ１２０において、４ＷＤＣＵ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０をオンし、４ＷＤＣＵ６０は、図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータ７０のトランジスタスイッチ７２をオン・オフして、ＤＣ／ＤＣ変換を開始する。
次に、ステップｓ１２５において、４ＷＤＣＵ６０は、クラッチ３２をオンし、ステップｓ１３０において、４ＷＤＣＵ６０は、モータ３０の界磁電流をオンし、ステップｓ１３５において、４ＷＤＣＵ６０は、４２Ｖリレー（図示せず）をオンし、ステップｓ１４０において、４ＷＤＣＵ６０は、オルタネータ４４の界磁電流をオンする。これによって、ステップｓ１４５において、クラッチのガタ詰め制御が完了する。
次に、ステップｓ１５０において、アクセルオンが検出されると、ステップｓ１５５において、４ＷＤＣＵ６０は、通常のモータ３０の界磁電流制御と、オルタネータ４４の界磁電流制御を開始する。
また、ステップｓ１６０において、アクセルオフが検出されると、ステップｓ１１５において、４ＷＤＣＵ６０は、マニュアル４ＷＤ制御系の停止シーケンス制御を開始する。マニュアル４ＷＤ制御系の停止シーケンス制御を開始すると、ステップｓ１７０において、４ＷＤＣＵ６０は、クラッチ３２をオフし、ステップｓ１７５において、４ＷＤＣＵ６０は、モータ３０の界磁電流をオフし、ステップｓ１８０において、４ＷＤＣＵ６０は、４２Ｖリレー（図示せず）をオフし、ステップｓ１８５において、４ＷＤＣＵ６０は、オルタネータ４４の界磁電流をオフし、ステップｓ１９０において、４ＷＤＣＵ６０は、マニュアル４ＷＤ制御系の電源リレー（Ｍ４ＷＤＲＬＹ）（図示せず）をオフし、ステップｓ１９５において、４ＷＤＣＵ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７０をオフする。これによって、ステップｓ２００において、マニュアル４ＷＤ制御系の停止シーケンス制御が終了する。
また、ステップｓ２０５において、電動車両の運転者が、マニュアル４ＷＤスイッチ（Ｍ４ＷＤＳＷ）をオフし、ステップｓ２１０において、電動車両の運転者が、イグニッションスイッチ（ＳＷ）をオフすると、制御が終了する。
次に、図７を用いて、本発明の他の実施形態による車両駆動装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による車両駆動装置を用いた電動４輪駆動車両の全体構成は、図１に示したものと同様である。
図７は、本発明の他の実施形態による車両駆動装置の構成を示すシステム構成図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態における特徴は、図１若しくは図２に示した車両駆動装置において、電動機として交流電動機３０を用いていたのに対して、本実施形態では、電動機として直流電動機３０Ａを用いた点にある。
ＤＣ−ＤＣコンバータ７０は、補機用バッテリを含む電源４９の出力電圧を昇圧して、発電機４４の界磁巻線４７，直流電動機３０Ａの界磁巻線３１及び電磁クラッチ３２の巻線３２Ａに供給している。
したがって、本実施形態によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により電磁クラッチを動作させることにより、電磁クラッチの締結力を増すことができる。特に、ＤＣ−ＤＣコンバータによって昇圧された出力電圧により、高出力発電機及び直流電動機の界磁電圧を制御することにより、電動機の出力トルクを大きくできる構成にあっては、電磁クラッチの滑りを低減して、電動機の出力トルクを有効に駆動トルクとして利用できるものとなる。
本発明の一実施形態による車両駆動装置を用いた電動４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置の全体構成を示すシステム構成図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置の中の４ＷＤＣＵ６０の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いる高出力発電機の特性図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置に用いるＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態による車両駆動装置の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態による車両駆動装置の構成を示すシステム構成図である。
符号の説明
１０…電動４輪駆動車両
２０…エンジン
２７Ｂ，３３Ｂ，４８，６７…電圧調整器
２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂ…電磁ブレーキ
２９Ｂ，３３Ａ…巻線
３０…電動機
３１…電動機界磁巻線
３２…電磁クラッチ
３２Ａ…界磁巻線
３３…電磁リミッテッドスリップデフ
４０…補機用発電機
４２…補機バッテリー
４４…駆動用高出力発電機
４７…発電機界磁巻線
４９…電源
５０…エンジンコントロールユニット
６０…四駆制御回路（４ＷＤＣＵ）
７０…DC−DCコンバータ

Claims (6)

  1. 車両の駆動に用いるアクチュエータと、このアクチュエータに電力を供給する車載電源と、前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する車両駆動装置において、
    前記車載電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段を備え、
    この昇圧手段によって昇圧された電力を前記アクチュエータに供給することを特徴とする車両駆動装置。
  2. 請求項１記載の車両駆動装置において、
    前記アクチュエータは、電磁クラッチであることを特徴とする車両駆動装置。
  3. 請求項２記載の車両駆動装置において、
    内燃機関によって駆動される駆動用高出力発電機と、
    この駆動用高出力発電機の出力電圧が供給され、駆動される電動機とを備え、
    前記電磁クラッチは、前記電動機と車軸との間に配置され、
    前記昇圧手段によって昇圧された電力を、前記駆動用高出力発電機の界磁巻線と、前記電動機の界磁巻線に供給することを特徴とする車両駆動装置。
  4. 請求項１記載の車両駆動装置において、
    前記アクチュエータは、電磁ブレーキであることを特徴とする車両駆動装置。
  5. 請求項１記載の車両駆動装置において、
    前記アクチュエータは、電磁リミッテッドスリップデフであることを特徴とする車両駆動装置。
  6. 車両の駆動に用いるアクチュエータと、このアクチュエータに電力を供給する車載電源と、前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する車両駆動装置において、
    前記車載電源の出力電圧を昇圧する昇圧手段と、
    内燃機関によって駆動される駆動用高出力発電機と、
    この駆動用高出力発電機の出力電圧が供給され、駆動される交流電動機とを備え、
    前記昇圧手段によって昇圧された電力を、前記駆動用高出力発電機の界磁巻線と、前記交流電動機の界磁巻線に供給することを特徴とする車両駆動装置。
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