JP2005348566A - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
主駆動輪を駆動する内燃機関と、その内燃機関で駆動される発電機と、その発電機の電力で駆動されると共に上記主駆動輪とは別の車輪を駆動可能なモータと、上記発電機に対して上記モータと電気的に並列に接続される蓄電器とを備える。車両速度Vvが所定車速以下の場合には、上記蓄電器をモータに接続し、車両速度Vvが所定車速を越えると蓄電器をモータ及び発電機から切り離す蓄電器制御手段を備える。
【選択図】 図3
Description
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、モータの発生駆動力を効率よく増大可能な車両の駆動力制御装置を提供することを課題としている。
車両速度が所定車速以下の場合には、上記蓄電器をモータに接続し、車両速度が所定車速を越えると蓄電器の出力をモータから切り離すことを特徴とするものである。
図1は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図1に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪1L、1Rが、エンジン2によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪3L、3Rが、モータ4によって駆動可能な従駆動輪である。上記エンジン2の出力トルクTeは、変速機30及びディファレンスギア31を通じて左右前輪1L、1Rに伝達される。
上記変速機30は、不図示の変速制御部からのシフト命令に基づき変速操作を行う。変速制御部は、例えば車両速度Vvとアクセル開度θに基づく変速シフトスケジュールをテーブルなどの情報として有していて、現在の車両速度Vv及びアクセル開度θに基づき変速点を通過すると判定するとシフト命令を変速機30に出力する。
また、符号34はブレーキペダルであって、そのブレーキペダル34のストローク量がブレーキストロークセンサ35によって検出される。該ブレーキストロークセンサ35は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ36及び4WDコントローラ8に出力する。
また、符号39は、駆動モードスイッチであって、2WDと4WDとの切替指令を出力するものである。
また、上記エンジン2の回転トルクTeの一部は、無端ベルト6を介して発電機7に伝達されることで、上記発電機7は、エンジン2の回転数Neにプーリ比を乗じた回転数Nhで回転する。
その発電機7が発電した電力は、電線9を介してモータ4に供給可能となっている。その電線9の途中にはジャンクションボックス10が設けられている。上記モータ4の駆動軸は、減速機11及びクラッチ12を介して後輪3L、3Rに接続可能となっている。符号13はデフを表す。
上記モータ4の駆動軸の回転数Nmを検出するモータ用回転数センサ26を備え、該モータ用回転数センサ26は、検出したモータ4の回転数信号を4WDコントローラ8に出力する。
4WDコントローラ8は、図3に示すように、目標モータトルク演算部8A、モータ変数調整部8B、モータ制御部8C、リレー制御部8D、クラッチ制御部8E、発電機制御部8F、及びバッテリ制御部8Gを備え、駆動モードスイッチ39が4WD状態の場合に作動する。
クラッチ制御部8Dは、上記クラッチ12の状態を制御し、4輪駆動状態と判定している間、つまり後述の目標モータトルクTmがゼロより大きい場合にはクラッチ12を接続状態に制御し、目標モータトルクTmがゼロの場合には開放状態とする。
余剰トルク演算部8Aaは、前輪の加速スリップに応じた余剰のエンジントルクを演算する手段であって、図4に示すように、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づき、次のような処理を行う。
すなわち、先ず、ステップS10において、車輪速センサ27FL、27FR、27RL、27RRからの信号に基づき演算した、前輪1L、1R(主駆動輪)の車輪速から後輪3L、3R(従駆動輪)の車輪速を減算することで、前輪1L、1Rの加速スリップ量であるスリップ速度ΔVFを求め、ステップS20に移行する。
前輪1L、1Rにおける左右輪速の平均値である平均前輪速VWf、及び後輪3L、3Rにおける左右輪速の平均値である平均後輪速VWrをそれぞれ算出する。次に、上記平均前輪速VWfと平均後輪速VWrとの偏差から、主駆動輪である前輪1L、1Rの加速スリップ度合を示すスリップ速度(加速スリップ量)ΔVFを、下記式により算出する。
ΔVF = VWf −VWr
一方、ステップS20において、スリップ速度ΔVFが0より大きいと判定した場合には、前輪1L、1Rが加速スリップしていると推定されるので、ステップS40に移行する。
TΔVF = K1 × ΔVF
ここで、K1は、実験などによって求めたゲインである。
TG =K2・(Vg × Ia)/(K3 × Nh)
ここで、
Vg:発電機7の電圧
Ia:発電機7の電機子電流
Nh:発電機7の回転数
K3:効率
K2:係数
である。
Th = TG + TΔVF
次に、ステップS70では、上記発電負荷トルクThが、仕様等から定まる発電機7の最大負荷容量HQより大きいか否かを判定する。発電負荷トルクThが当該発電機7の最大負荷容量HQ以下と判定した場合には、ステップS90に移行する。一方、目標発電負荷トルクThが発電機7の最大負荷容量HQを越えている場合には、ステップS80にて、発電負荷トルクThを最大負荷容量HQに制限してステップS90に移行する。
加速アシストトルク演算部8Abは、図5に示すマップに基づき、車両速度Vvとアクセル開度θ(運転者による加速指示量)に応じた第2目標モータトルクTm2を演算する。この第2目標モータトルクTm2は、アクセル開度θが大きい程大きく且つ、車両速度Vvが小さい程小さい値となり、所定車両速度以上ではゼロとなるように設定される。所定車両速度は、例えば、車両が発進状態から脱したと推定される低速の車両速度とする。
次に、モータトルク決定部8Acは、上記余剰トルク演算部8Aa及び加速アシストトルク演算部8Abが演算した第1及び第2目標モータトルクTm1、Tm2についてセレクトハイを行い、大きい方の値を目標モータトルクTmとして決定し、モータ変数調整部8Bに出力する。
ステップS240では、上記目標電機子電流Iaに基づき、目標モータトルクとするための発電電圧Vm(=Ia×R+E:Eはモータの誘起電圧E、Rは発電機7とモータとの間の抵抗)を演算し出力した後に、処理を終了する。
また、モータ制御部8Cでは、モータ変数調整部8Bで決定した目標界磁電流Ifmを目標値としてモータ界磁電流をフィードバック制御する。
バッテリ制御部8Gは、所定サンプリング毎に作動して、図7に示すような処理を行う。
すなわち、まずステップS410で、モータ駆動中か否かを判定し、モータ駆動中つまり4輪駆動状態と判定した場合にはステップS420に移行し、そうでない場合には、ステップS450に移行する。
第1の決定方法:
上述のアクセル感度で第2目標モータトルクTm2を決定する際に使用される所定車両速度と等しい値、例えば、車両が発進状態から脱したと推定される低速の車両速度を所定車速VvL とする。
第2の決定方法:
発電機7の出力Vgがバッテリ42の電圧VD相当となると推定される車両速度Vvgを所定車速VvL とする(図9参照)。
第3の決定方法:
発電機7で駆動されるモータ4の誘起電圧Eがバッテリ42の電圧相当となると推定される車両速度Vvdを所定車速VvL とする(図9参照)。
エンジンコントローラ18では、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づいて図8に示すような処理が行われる。
すなわち、まずステップS600にて、主駆動輪である前輪1L、1Rの加速スリップ量ΔVを求めてステップS610に移行して、その加速スリップ量ΔVが目標スリップ量Tslipを越えているか否かを判定し、目標スリップ量Tslipを越えている場合にはステップS660に移行する。一方、加速スリップ量ΔVが目標スリップ量Tslip以下の場合には、ステップS620に移行する。なお、目標スリップ量Tslipは、例えばスリップ率で10%程度に設定される。
ステップS630では、スロットル開度やエンジン回転数Neなどに基づき、現在の出力トルクTeを算出してステップS640に移行する。
ステップS640では、現在の出力トルクTeに対する目標出力トルクTeNの偏差分ΔTeを下記式に基づき出力して、ステップS650に移行する。
ΔTe =TeN − Te
また、ステップS650では、その偏差分ΔTeに応じたスロットル開度αの変化分Δαを演算し、その開度の変化分Δαに対応する開度信号を上記ステップモータ19に出力して、復帰する。なお、上述の説明では、説明を分かりやすくするために、偏差分ΔTeに対応する開度信号Δαを出力するとしているが、実際には、トルク等の変化を滑らかにするために、起動のたびに所定のトルク増加分若しくはトルク減少分ずつ変化させている。
車両走行中に、路面μが小さいためや運転者によるアクセルペダル17の踏み込み量が大きいことで、エンジン2から前輪1L、1Rに伝達されたトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり、主駆動輪1L、1Rである前輪1L、1Rが加速スリップすると、クラッチ12が接続されると共に、発電機7は、エンジンに対して上記加速スリップ量ΔVに応じた発電負荷で発電してモータ4が駆動され、もって4輪駆動状態に移行する。このとき、発電機7で発電した余剰の電力によってモータ4が駆動されて従駆動輪である後輪3L、3Rも駆動されることで、車両の加速性が向上する。また、主駆動輪1L、1Rの路面反力限界トルクを越えた余剰のトルクでモータ4を駆動するため、エネルギー効率が向上し、燃費の向上に繋がる。
また、発進時にあっては、前輪1L、1Rでの加速スリップがゼロか小さい状態であっても、アクセル開度θに応じた目標モータトルクTm2でモータが駆動されて発進加速性が確保される。
(1)所定車速VvL を、車両が発進状態から脱したと推定される低速の車両速度Vvとした場合:
この場合には、発進加速性を向上することができる。
車両速度Vvが増加するにつれて車両速度Vvに比例して発電機7の回転が増加することで、発電機7の出力可能な電圧は増加する。そして、発電機7の出力電圧がバッテリ電圧VDを越えると、発電機7の発電した発電電流の一部がバッテリ42側に流れてしまうことにより、発電機7からモータ4に供給される電流が小さくなって、必要なモータ電圧・電流が確保されなくなるおそれがある。また、バッテリ電圧VDに対し発電機7の発電電圧が所定以上大きくなるとバッテリ42が過充電となるおそれがある。
これに対して、実施例の場合には、発電機7からバッテリ42側の電流が流れ込むおそれのある車両速度Vvとなったときにバッテリ42を発電機7及びモータから切り離すことで、上述の問題点が解消される。
車両速度Vvが増加するにつれて車両速度Vvに比例して後輪の回転、つまりモータの回転が増加することで、モータ4の誘起電圧Eは増加する。そして、モータ誘起電圧Eがバッテリ電圧を越えると、バッテリ42からモータ側に電流を流せなくなってしまい、バッテリ42をモータに接続しておいても、バッテリ42によってモータ電圧・電流の増加を図ることができない。また、モータ誘起電圧Eが高くなって、過剰な電圧をバッテリ42に負荷する状態となるおそれもある。
ここで、上記実施形態では、例として、所定車速VvL の決定を発進完了とされる車速、発電可能電圧がバッテリ電圧相当の車速、モータ誘起電圧Eがバッテリ電圧相当の車速のいずれかとしているが、これに限定されない。他の条件から上記所定車速VvL を決定しても良い。
また、搭載するバッテリ42の電圧は、駆動力を増大させたい領域に応じて決定すればよい。また、蓄電器としてバッテリ42を例示したが、キャパシタなどであっても良い。
また、モータ4は直流モータの替わりに交流モータであっても構わない。
2 エンジン
3L、3R 後輪
4 モータ
6 ベルト
7 発電機
8 4WDコントローラ
8A 目標モータトルク演算部
8Aa 余剰トルク演算部
8Ab 加速アシストトルク演算部
8Ac モータトルク決定部
8B モータ変数調整部
8C モータ制御部
8D リレー制御部
8E クラッチ制御部
8F 発電機制御部
8Fa 発電圧決定部
8Fb 発電制御部本体
8G バッテリ制御部
9 電線
10 ジャンクションボックス
11 減速機
12 クラッチ
14 吸気管路
15 メインスロットルバルブ
16 サブスロットルバルブ
18 エンジンコントローラ
19 ステップモータ
20 モータコントローラ
21 エンジン回転数センサ
22 電圧調整器
23 電流センサ
26 モータ用回転数センサ
27FL、27FR、27RL、27RR
車輪速センサ
30 変速機
31 ディファレンシャル・ギヤ
32 シフト位置検出手段
34 ブレーキペダル
35 ブレーキストロークセンサ
36 制動コントローラ
37FL、37FR、37RL、37RR
制動装置
39 駆動モードスイッチ
40 アクセルセンサ
42 バッテリ(蓄電器)
43 残存容量検出手段
44 第2の電線
Tm 目標モータトルク
Tm1 第1目標モータトルク
Tm2 第2目標モータトルク
Tslip 目標スリップ量
Ifh 発電機の界磁電流
Vg 発電機の電圧
Vt 発電機の目標電圧
Vm モータの発電目標電圧
Nh 発電機の回転数
Ia 目標電機子電流
Ifm 目標モータ界磁電流
E モータの誘起電圧
Nm モータの回転数(回転速度)
θ アクセル開度
Th 発電機負荷トルク
Te エンジンの出力トルク
Claims (5)
- 主駆動輪を駆動する内燃機関と、その内燃機関で駆動される発電機と、その発電機の電力で駆動されると共に上記主駆動輪とは別の車輪を駆動可能なモータと、上記発電機に対して上記モータと電気的に並列に接続される蓄電器とを備え、
車両速度が所定車速以下の場合には、上記蓄電器をモータに接続し、車両速度が所定車速を越えると蓄電器をモータ及び発電機から切り離す蓄電器制御手段を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。 - 上記所定車速は、発電機の発生可能な電圧が蓄電器の電圧と等しくなると推定される車両速度であることを特徴とする請求項1に記載した車両の駆動力制御装置。
- 上記所定車速は、モータの誘起電圧が蓄電器の電圧と等しくなると推定される車両速度であることを特徴とする請求項1に記載した車両の駆動力制御装置。
- 主駆動輪を駆動する内燃機関と、その内燃機関で駆動される発電機と、その発電機の電力で駆動されると共に上記主駆動輪とは別の車輪を駆動可能なモータと、上記発電機に対して上記モータと電気的に並列に接続される蓄電器とを備え、
上記モータが駆動状態であって、発電機の出力電圧が蓄電器の電圧よりも低い場合に当該蓄電器をモータに接続し、発電機の出力電圧が蓄電器の電圧以上の場合に蓄電器をモータ及び発電機から切り離す蓄電器制御手段を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。 - 主駆動輪を駆動する内燃機関と、その内燃機関で駆動される発電機と、その発電機の電力で駆動されると共に上記主駆動輪とは別の車輪を駆動可能なモータと、上記発電機に対して上記モータと電気的に並列に接続される蓄電器とを備え、
上記モータが駆動状態であって、モータの誘起電圧が蓄電器の電圧よりも低い場合に当該蓄電器をモータに接続し、モータの誘起電圧が蓄電器の電圧以上の場合に蓄電器をモータ及び発電機から切り離す蓄電器制御手段を備えることを特徴とする車両の駆動力制御装置。
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