JP2006034052A - モータ四輪駆動車のモータ電源制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クラッチを断にして４ＷＤ状態から２ＷＤ状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができるモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を提供すること。
【解決手段】 左右前輪1L,1Rをエンジン２により駆動し、左右後輪3L,3Rをモータ４により駆動し、前記モータ４は、前記エンジン２により駆動されるジェネレータ７にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ４と、該モータ４から左右後輪3L,3Rへの動力伝達の断続を切り替え可能な湿式多板クラッチ１２と、を備えたモータ四輪駆動車において、前記モータ４に電力を供給する電源としてキャパシタ１６を設けると共に、前記湿式多板クラッチ１２を断にするときジェネレータ７からの電力ではモータ４がトルク不足となる場合、前記モータ４の電源をジェネレータ７からキャパシタ１６に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。
【選択図】 図３

Description

本発明は、従駆動輪の動力源として設けられた電動モータと、２ＷＤ走行時に従駆動輪フリクションの低減を目的として解放するクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置に関する。

従来、主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ四輪駆動車において、前記電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能な湿式クラッチを設け、４ＷＤ走行時には湿式クラッチを締結し、４ＷＤ走行から２ＷＤ走行への切り替え時には、振動や異音を防止するため、湿式クラッチへの解放指令から湿式クラッチの解放動作が完了するまでの所定時間を待って電動モータを停止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−８８８７４号公報

しかしながら、従来のモータ四輪駆動車にあっては、４ＷＤ走行時にアクセル足放し操作に伴って２ＷＤ走行へ切り替える際、アクセル足放し操作によりエンジン回転数が低下するため、エンジンにより駆動される発電機による電気エネルギーが不足し、電動モータでのトルク不足により湿式クラッチを解放する場合にショックを生じてしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、クラッチを断にして４ＷＤ状態から２ＷＤ状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができるモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動される電動モータと、該電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能なクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車において、
前記電動モータに電力を供給する電源として蓄電器を設けると共に、前記クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。

よって、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置にあっては、モータ電源制御手段において、クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、電動モータの電源が発電機から蓄電器に切り替えられる。例えば、足放し等のアクセル戻し操作に伴ってクラッチを断にするとき、エンジン回転数の低下により、エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーも低下し、モータトルクが出なくなる。このような場合、電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えることによりモータトルクを確保する。この結果、クラッチを断にして４ＷＤ状態から２ＷＤ状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができる。

以下、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車を示す全体システム図であり、左右前輪1L,1R（主駆動輪）が内燃機関であるエンジン２によって駆動され、左右後輪3L,3R（従駆動輪）がモータ４（電動モータ）によって駆動可能な前輪駆動ベース車両の例である。すなわち、トランスファーやプロペラシャフトを持たず４ＷＤ機能を軽量・コンパクトに実現させた４ＷＤシステムとし、２ＷＤ車と同様の広い足元空間を確保し、かつ、４ＷＤ作動を発進時と前輪スリップ時等の必要時に限ることで燃費の悪化を最小限に抑えている。

前記エンジン２の出力トルクが、変速機&デフギア５を介して左右前輪1L,1Rに伝達されるようになっている。また、エンジン２の出力トルクの一部は、無端ベルト６を介してジェネレータ７（発電機）に伝達される。e-4WDコントロールユニット８によって制御されるジェネレータ７が発電した電力は、パワーケーブル９を介してモータ４に供給可能になっている。

前記モータ４に電力を供給する電源として、前記ジェネレータ７に加えてキャパシタ１６（蓄電器）を設けている。前記パワーケーブル９は、前記ジェネレータ７およびキャパシタ１６とスイッチボックス１７とを接続するケーブル９ａ，９ｂと、前記スイッチボックス１７とジャンクションボックス１０とを接続するケーブル９ｃと、前記ジャンクションボックス１０とモータ４とを接続するケーブル９ｄと、を有して構成されている。

前記モータ４の駆動トルクは、ファイナルドライブ１１を介して左右後輪3L,3Rに伝達可能になっている。なお、前記モータ４と前記ファイナルドライブ１１により、後輪駆動ユニットRTが構成される。

前記ジェネレータ７は、界磁巻線と永久磁石とを備え、無端ベルト６を介してエンジン２から伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、e-4WDコントロールユニット８からの発電指令（界磁電流）に応じた電力をモータ４へ伝達する。

前記ジャンクションボックス１０は、内蔵したモニター回路により通電電流、ジェネレータ電圧、モータ電圧（逆起電圧）をリアルタイムに監視し、システム制御信号及びフェイルセーフ判断信号をe-4WDコントロールユニット８に伝達し、大容量のリレースイッチ１０ａにて電源のON/OFFを行う。

前記モータ４は、ケーブル９ｄを介して供給された電力により駆動力を発生する。モータ４の回転方向は、e-4WDコントロールユニット８から界磁巻線ハーネスを介して界磁巻線へ流す電流の向きを制御することにより制御する。このモータ４のモータ軸は、ファイナルドライブ１１に連結されていて、回転力をファイナルドライブ１１に伝達する。なお、モータ４の内部にはサーミスタが設置してあり、e-4WDコントロールユニット８でモータ４の温度を監視している。なお、モータ４としては、直流モータだけでなく交流モータを採用することも可能であり、交流モータの場合は、前段に交流変換を行うインバータを用いる。

前記ファイナルドライブ１１は、湿式多板クラッチ１２（クラッチ）と、電磁クラッチ１３と、ギア減速機１４と、ディファレンシャルギア１５を有し、４ＷＤ走行時には湿式多板クラッチ１２を係合し、２ＷＤ走行時には湿式多板クラッチ１２を解放することにより後輪フリクションの低減を図っている。このファイナルドライブ１１の詳しい説明は後述する。

前記e-4WDコントロールユニット８は、4WDスイッチ２０により「４ＷＤ」が選択されているとき、必要に応じて４ＷＤ制御を行う制御手段である。このe-4WDコントロールユニット８には、4WDスイッチ２０からのスイッチ信号、ＡＢＳコントロールユニット２１からの４輪の各車輪速信号、自動変速機コントロールユニット２２からのシフト位置信号、エンジンコントロールユニット２３からのアクセル開度信号、等が入力される。e-4WDコントロールユニット８では、入力情報に基づいて演算処理を行い、ジェネレータ７に対してジェネレータ制御指令、湿式多板クラッチ１２に対してクラッチ制御指令、モータ４に対してモータ制御指令、ジャンクションボックス１０に対してリレー制御指令、キャパシタ１６に対してコンデンサ電圧調整指令、スイッチボックス１７に対してスイッチ開閉指令、をそれぞれ出力する。なお、e-4WDコントロールユニット８には、上記入力情報以外に、油温センサ２７からのセンサ信号が入力される。

前記e-4WDコントロールユニット８での制御概要を説明すると、4WDスイッチ２０により「４ＷＤ」が選択されている時に発進から必要に応じて４ＷＤ制御を行う。つまり、e-4WDコントロールユニット８では、「４ＷＤ」の選択時で、かつ、発進時または前輪スリップ時には、最適な後輪駆動トルクを演算し、そのトルクが得られるようにジェネレータ７と湿式多板クラッチ１２とモータ４とをそれぞれ制御する。このとき、e-4WDコントロールユニット８とエンジンコントロールユニット２３との間ではＣＡＮ通信（Controller Area Network通信）が行われ、エンジン出力を調整し、４ＷＤらしい安心感のある走行を確保している。また、前輪スリップの発生に伴い４ＷＤ制御を開始した後、左右前輪1L,1Rのスリップが収まると、後輪駆動ユニットRTの湿式多板クラッチ１２を切り離し、モータ４を停止して２ＷＤ状態にする。

一方、4WDスイッチ２０により「２ＷＤ」が選択されている時は、ジャンクションボックス１０のリレースイッチ１０ａを遮断することでモータ４を停止すると共に、クラッチ制御電流を非通電とすることで湿式多板クラッチ１２を切り離し、エンジン２のみによって左右前輪1L,1Rのみを駆動する二輪駆動状態で走行するように構成されている。なお、システムに異常が発生した場合には、コンビネーションメーター２４内の4WD警告灯２５を点灯させて異常を知らせる。さらに、４ＷＤ走行時には、4WD表示灯２６を点灯させて４ＷＤ走行中であることをドライバーに知らせる。

図３は実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車のファイナルドライブ１１を示す断面図である。
前記ファイナルドライブ１１は、ファイナルドライブケース４０内に、モータ軸が連結される入力ギア軸４１と、中間ギア軸４２と、ドライブギア４３を入力とし左右の後輪ドライブシャフトを出力とするディファレンシャルギア１５と、の３軸が互いに平行に配置されている。なお、このファイナルドライブケース４０内には、クラッチ類やギア類の潤滑性を確保し温度上昇を防止するため、ギアの一部が浸漬するレベルまで潤滑油が封入されている。前記油温センサ２７は、この潤滑油の温度を計測するためのセンサである。

前記入力ギア軸４１には、モータ側端部にモータ４のモータ軸挿入部４１ａを有し、モータ側端部とは反対側の端部に第１ギア部４１ｂを有する。
前記中間ギア軸４２には、前記第１ギア部４１ｂと噛み合う第２ギア４２ａが設けられると共に、ドライブギア４３と噛み合う第３ギア部４２ｂを形成している。
前記ディファレンシャルギア１５は、ファイナルドライブケース４０に対し回転可能に支持されたデフケース１５ａと、前記第３ギア部４２ｂと噛み合うドライブギア４３との間に湿式多板クラッチ１２を介装させている。そして、前記デフケース１５ａと、該デフケース１５ａと一体に回転するピニオンメートシャフト１５ｂと、該ピニオンメートシャフト１５ｂに設けられたピニオン１５ｃと、該ピニオン１５ｃに噛み合うと共に左右の後輪ドライブシャフトがスプライン嵌合される左右のサイドギア１５ｄ，１５ｅと、を有して構成されている。

前記湿式多板クラッチ１２は、前記ドライブギア４３に一体固定したクラッチドラム４３ａと前記デフケース１５ａとの間に介装した第１クラッチプレート１２ａと、該第１クラッチプレート１２ａの一端部を支持するストッパリング１２ｂと、前記第１クラッチプレート１２ａの他端部位置に配置された押圧カム１２ｃと、を有して構成されている。なお、前記第１クラッチプレート１２ａは、クラッチドラム４３ａにスプライン嵌合した複数のドライブプレートと、前記デフケース１５ａにスプライン嵌合した複数のドリブンプレートと、を交互の配置し、積層することで構成されている。

前記電磁クラッチ１３は、クラッチ係合時にe-4WDコントロールユニット８からの電流がコイルに印加される電磁石１３ａと、該電磁石１３ａの電磁力により引き寄せられるアーマチュア１３ｂと、前記クラッチドラム４３ａと拘束カム１３ｃとの間に介装された第２クラッチプレート１３ｄと、を有して構成されている。

前記湿式多板クラッチ１２の締結は、電磁石１３ａのコイルへの通電により行われる。このコイル通電により、アーマチュア１３ｂが図２の右方向に引き寄せられ、第２クラッチプレート１３ｄが締結する。この第２クラッチプレート１３ｄの締結により拘束カム１３ｃがドライブギア４３と一体回転することで、拘束カム１３ｃと押圧カム１２ｃとの間に回転差が生じ、ボール４４がカム斜面を押すことにより押圧カム１２ｃに押し付け力が発生し、第１クラッチプレート１２ａを締結する。これにより、締結された第１クラッチプレート１２ａを介し、モータ４からのトルクを左右の後輪ドライブシャフトに伝達する。前記湿式多板クラッチ１２の解放は、電磁石１３ａのコイルへの通電遮断により行われる。このコイル通電遮断により、第２クラッチプレート１３ｄが解放されると、皿ばね構造のリターンスプリング４５により押圧カム１２ｃが図２の右方向にストロークし、第１クラッチプレート１２ａの締結を解放する。

前記ギア減速機１４は、前記第１ギア部４１ｂと前記第２ギア４２ａと前記第３ギア部４２ｂと前記ドライブギア４３により構成され、第１ギア部４１ｂと第２ギア４２ａとの第１減速比と、第３ギア部４２ｂとドライブギア４３との第２減速比とを掛け合わせた減速比を得る。

図３は実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ電源制御系および後輪駆動系を示すブロック図である。
前記モータ４に電力を供給する電源として、ジェネレータ７とキャパシタ１６とを設けている。前記キャパシタ１６は、コンデンサ１６ａと電圧調整装置１６ｂ（電圧調整手段）とを有し、電圧調整装置１６ｂとしては、例えば、可変抵抗等により電圧降下調整回路が組まれ、e-4WDコントロールユニット８からの指令によりコンデンサ電圧を調整し、コンデンサ電圧が目標モータ電圧値に一致すると、調整完了信号をe-4WDコントロールユニット８へ送信する。

前記ジャンクションボックス１０内には、リレースイッチ１０ａが設けられ、前記スイッチボックス１７内には、第１スイッチ１７ａと第２スイッチ１７ｂとが設けられる。前記ジェネレータ７は、第１スイッチ１７ａとリレースイッチ１０ａを有するケーブル９ａ，９ｃ，９ｄを介してモータ４に接続されている。前記キャパシタ１６は、第２スイッチ１７ｂとリレースイッチ１０ａとを有するケーブル９ｂ，９ｃ，９ｄを介してモータ４に接続されている。

前記ジェネレータ７を電源としてモータ４により左右後輪3R,3Lを駆動する４ＷＤ状態は、第１スイッチ１７ａをON、第２スイッチ１７ｂをOFF、リレースイッチ１０ａをON、湿式多板クラッチ１２をONとすることで実現される。また、前記キャパシタ１６を電源としてモータ４により左右後輪3R,3Lを駆動する４ＷＤ状態は、第１スイッチ１７ａをOFF、第２スイッチ１７ｂをON、リレースイッチ１０ａをON、湿式多板クラッチ１２をONとすることで実現される。さらに、前記エンジン２により左右前輪1R,1Lのみを駆動する２ＷＤ状態は、第１スイッチ１７ａと第２スイッチ１７ｂとのON/OFFにかかわらず、リレースイッチ１０ａをOFF、湿式多板クラッチ１２をOFFとすることで実現される。

前記ジェネレータ７と電圧調整装置１６ｂと第１スイッチ１７ａと第２スイッチ１７ｂとリレースイッチ１０ａと湿式多板クラッチ１２とは、それぞれe-4WDコントロールユニット８からの指令により制御される。

次に、作用を説明する。
［モータ電源制御処理］
図４は実施例１のe-4WDコントロールユニット８にて実行されるモータ電源制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する（モータ電源制御手段に相当）。なお、この制御処理は、ジェネレータ７を電源としてモータ４が駆動する４ＷＤ走行中（第１スイッチ１７ａはON、第２スイッチ１７ｂはOFF、リレースイッチ１０ａはON、湿式多板クラッチ１２はON）に実行される。

ステップＳ１では、４ＷＤ走行中にアクセル開度０％の信号が入力されたか否かを判断し、Yesの場合（アクセルOFFの場合）はステップＳ２へ移行し、Noの場合（アクセルONの場合）はステップＳ１の判断を繰り返す。
ここで、「アクセル戻し操作」の判断は、アクセル開度情報がアクセル開度０％であるアクセルの完全足放しにより行っているが、例えば、アクセル開度微分値によりアクセル戻し操作速度を監視し、アクセル戻し操作速度が所定速度以上になると、アクセル開度０％にならなくてもアクセルOFFと判断するようにしても良い。

ステップＳ２では、ステップＳ１でのアクセル戻し操作判断に引き続き、モータ４の回転数を検出し、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、ステップＳ２でのモータ回転数検出に引き続き、検出されたモータ回転数に基づきモータ誘起電圧を演算し、ステップＳ４へ移行する。
ここで、「モータ誘起電圧」とは、例えば、ブラシレスＤＣモータの場合、モータが回転すると、永久磁石の磁束が電機子巻線コイルを切ることにより発生するものであり、「モータ誘起電圧の演算」は、例えば、図５の特性に示すように、モータ回転数とモータ誘起電圧との関係を比例定数（逆起電圧定数）を用いて数式化しておき、モータ回転数検出値をこの数式に代入してモータ誘起電圧を演算する。

ステップＳ４では、ステップＳ３でのモータ誘起電圧の演算に引き続き、演算されたモータ誘起電圧と出力したいモータトルク値（要求トルク値）から目標モータ電圧値を演算し、ステップＳ５へ移行する。
例えば、ブラシレスＤＣモータの場合、入力電圧をＶ、電流をＩ、直流抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、逆起電圧定数をKeとしたとき、入力電圧Ｖは、
Ｖ＝Ｌ(dI/dt)＋ＲＩ＋Ke(dθ/dt) …(1)
の式で表され、推力定数をKtとしたとき、トルクＴは、
Ｔ＝KtＩ …(2)
の式で表される。つまり、(1)式のKe(dθ/dt)は、逆起電圧定数Keにモータ回転数(dθ/dt)を掛けたものでモータ誘起電圧に相当する。また、出力したいモータトルク値をトルクＴとすると、(2)式から電流Ｉが求められる。よって、演算されたモータ誘起電圧Ke(dθ/dt)と電流Ｉから(1)式により入力電圧Ｖ（＝目標モータ電圧値）が求められる。ちなみに、モータ４の出力電圧と出力電流と回転数との関係は、例えば、図６に示すような関係にあり、同じ出力電流を得る場合、モータ回転数が高いほど出力電圧が高くなる。

ステップＳ５では、ステップＳ４での目標モータ電圧値の演算に引き続き、コンデンサ電圧が目標モータ電圧値を超えているか否かを判断し、Yesの場合にはステップＳ６へ移行し、Noの場合にはステップＳ９へ移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ５でのコンデンサ電圧≧目標モータ電圧値との判断に基づき、コンデンサ電圧を目標モータ電圧値に一致させるように、電圧調整装置１６ｂに対するコンデンサ電圧を調整し（例えば、可変抵抗による電圧降下）、コンデンサ電圧と目標モータ電圧値と同値になったら、電圧調整装置１６ｂは調整完了信号をe-4WDコントロールユニット８へ送信する。

ステップＳ７およびステップＳ８では、コンデンサ電圧の調整完了信号受信に基づき、第２スイッチ１７ｂをONとし、第１スイッチ１７ａをOFFとし、ステップＳ１０へ移行する。
すなわち、キャパシタ１６側の第２スイッチ１７ｂをONとし、ジェネレータ７側の第１スイッチ１７ａをOFFとすることで、モータ４の電源をジェネレータ７からコンデンサ１６ａへと切り替える。

ステップＳ９では、ステップＳ５でのコンデンサ電圧<目標モータ電圧値との判断に基づき、車載のエアコンディショナーやポンプなどの短時間であれば遮断可能なエンジン２への負荷が大きい補機を一時的に遮断し、エンジン２の負荷を軽減し、これによってジェネレータ７の出力を確保するエンジン負荷低減制御を行い、ステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ１０では、ステップＳ８までの流れによりジェネレータ７からコンデンサ１６ａへの切り替えが完了しモータ４の要求する電力が確保できたとき、あるいは、ステップＳ９によりエンジン２の負荷を一時的に遮断することによってモータ４の要求する電力が確保できたとき、締結されている湿式多板クラッチ１２に対し解放指令を出力し、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１１では、ステップＳ１０での湿式多板クラッチ１２への解放指令に引き続き、湿式多板クラッチ１２が完全に切り離し状態となるまでの切り離し応答遅れ時間を考慮した設定時間（例えば、0.5sec程度）を経過したか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１２へ移行し、Noの場合はステップＳ１１の判断を繰り返す。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１での湿式多板クラッチ１２への解放指令からの経過時間が設定時間となったとの判断に引き続き、リレースイッチ１０ａをOFFとし、モータ４を停止し、ステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２でのリレースイッチ１０ａのOFFに引き続き、第１スイッチ１７ａをONとし、ジェネレータ７によるコンデンサ１６ａへの充電を開始し、ステップＳ１４へ移行する。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３でのコンデンサ１６ａへの充電開始に引き続き、ジェネレータ７によって発電される電気エネルギーによりコンデンサ１６ａをシステム成立最大電圧となるまで充電し、その充電が完了したか否かを判断し、Yesの場合はステップＳ１５へ移行し、Noの場合はステップＳ１４の判断を繰り返す。
ここで、「システム成立最大電圧」とは、モータ４の誘起電圧最大値のときにトルクを発生することができる電圧のことをいう。

ステップＳ１５では、ステップＳ１４でのコンデンサ充電完了の判断に基づき、第２スイッチ１７ｂをOFFとし、次に４ＷＤへ移行するときの体制を整えておき、エンドへ移行する。

［課題］
例えば、特開２００４−８８８７４号公報に記載されているようなモータ四輪駆動車にあっては、４ＷＤ走行中にアクセル足放し操作を行うとクラッチ解放制御を開始するが、アクセル足放しに伴ってエンジン回転数が低下するため、ジェネレータがモータの出力要求に応えられず、モータトルク不足によってクラッチを切り離す場合にショックを生じてしまう。

アクセル足放し時に生じる現象を図７に示す。図７の(1)の時点でアクセル足放しを行うと、クラッチを切り離す制御を開始するが、アクセル足放しに伴ってエンジン回転数も低下するため、発電限界電圧が低下してしまう。そして、図７の(2)の時点では、発電限界電圧が発電目標電圧を下回るので、発電電圧は目標モータ電圧を出力できなくなることで、所望する電流をモータに流し込めなくなり、トルクが出なくなる。しかも、モータ回転数が高い場合、それに伴ってモータ誘起電圧も高くなるため、図７に示すように、ジェネレータはモータ誘起電圧以上の電圧を出力しなければ電流が流れず、モータはトルクが出ない。

［モータ電源制御作用］
上記課題に対し、実施例１のモータ電源制御装置は、アクセル足放しに伴い、湿式多板クラッチ１２を切り離すとき、モータ４に電力を供給する電源を通常の４ＷＤ走行時に電力を供給するジェネレータ７からコンデンサ１６ａに切り替えることで、湿式多板クラッチ１２を切り離す場合、モータトルク不足により発生するショックを確実に防止しようとするものである。

４ＷＤ走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるときには、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ７→ステップＳ８→ステップＳ１０へと進む流れとなる。

前記ステップＳ２〜ステップＳ４においては、モータ回転数によりモータ誘起電圧が演算され、このモータ誘起電圧とクラッチ断時にモータ４が出力すべきトルクとから目標モータ電圧値が演算される。これは、上記のように、モータ回転数に応じてモータ誘起電圧が異なるため、モータ回転数に応じ、モータ４に印加する電圧を制御する必要があることによる。

次のステップＳ５において、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であると判断されると、ステップＳ６において、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値とする調整が行われる。これは、モータ電源をジェネレータ７からコンデンサ１６ａに切り替えたとき、切り替え直後から最適なモータ電圧をモータ４へ印加するためである。

次のステップＳ７およびステップＳ８においては、コンデンサ電圧と目標モータ電圧値と同値になった時点で送信される調整完了信号に基づき、第２スイッチ１７ｂをONとし第１スイッチ１７ａをOFFとすることで、モータ電源がジェネレータ７からコンデンサ１６ａへと切り替えられる。コンデンサ１６ａへのモータ電源切り替えを完了すると、ステップＳ１０において、クラッチOFF指令が出される。これは、クラッチOFF指令に先行してモータ電源の切り替えを完了することで、湿式多板クラッチ１２の解放開始時から確実に最適なモータ電圧によるモータ４の駆動を確保するためである。

次のステップＳ１１においては、クラッチOFF指令が出されると、湿式多板クラッチ１２の解放動作が完了すると予測されるまでの設定時間の経過を待ち、設定時間が経過すると、次のステップＳ１２でリレースイッチ１０ａをOFFにし、４ＷＤ走行から２ＷＤ走行へ移行する。これは、湿式多板クラッチ１２の解放動作過渡期の全期間にわたり、確実にモータ４によるトルクを与えておき、振動や異音の発生を伴うクラッチ解放ショックの発生を整然と抑制するためである。

２ＷＤ走行へ移行すると、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進み、第１スイッチ１７ａをONにしてコンデンサ１６ａへの充電を開始し、ステップＳ１４にてシステム成立最大電圧となる充電で完了したと判断されると、ステップＳ１５へ進み、第２スイッチ１７ｂをOFFにして充電を終了する。これは、今回のモータ電源の切り替えによりコンデンサ１６ａの充電容量が減少することに伴い、次のモータ電源の切り替えに備え、なるべく早い時期にてコンデンサ１６ａを充電させておく必要があることによる。なお、実施例１では２ＷＤ走行へ移行すると同時に充電を開始することで、最も早い時期のコンデンサ充電動作となる。

このモータ電源制御作用を図８に示すタイムチャートにより説明する。時刻t1においては、アクセル足放しが行われる（第１スイッチON、第２スイッチOFF、リレースイッチON）。時刻t1から演算処理やコンデンサ電圧調整に要する僅かな時間を経過した時刻t2においては、モータ電源の切り替えが行われると共に、クラッチOFF指令が出力される（第１スイッチOFF、第２スイッチON、リレースイッチON）。そして、時刻t2から設定時間を経過した時刻t3においては、湿式多板クラッチ１２の解放動作が完了（クラッチOFF）という判断に基づきモータ４を停止し、同時にコンデンサ１６ａへの充電を開始される（第１スイッチON、第２スイッチON、リレースイッチOFF）。コンデンサ充電が完了する時刻t4においては、コンデンサ１６ａへの充電が停止される（第１スイッチON、第２スイッチOFF、リレースイッチOFF）。

一方、４ＷＤ走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値未満であるときには、図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ９→ステップＳ１０へと進む流れとなる。

前記ステップＳ９においては、エンジン２への負荷が大きい補機を一時的に遮断してエンジン２の負荷を軽減するエンジン負荷低減制御を行なう。このエンジン負荷低減制御によりジェネレータ７の出力を確保しながら、ステップＳ１０において、クラッチOFF指令が出される。

すなわち、４ＷＤ走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値未満であるときは、エンジン２の補機負荷を低減する。これは、渋滞などでの走行パターンでは、湿式多板クラッチ１２の断接を連続して繰り返す可能性がある。この場合、ジェネレータ７によって充電が完了する前にクラッチ断にするための制御に入ってしまい、モータ４が要求する電力を、ジェネレータ７もコンデンサ１６ａも共に供給することができない。このような場合は、モータ４への電力供給はジェネレータ７を用いる。そして、エアコンディショナーやポンプなどの短時間遮断可能なエンジン２への負荷が大きい機器を一時的に遮断してエンジン２の負荷を軽減し、エンジン回転数の低下を抑えて、モータ４が要求する電力をジェネレータ７により確保する。

次に、効果を説明する。
実施例１のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 左右前輪1L,1Rをエンジン２により駆動し、左右後輪3L,3Rをモータ４により駆動し、前記モータ４は、前記エンジン２により駆動されるジェネレータ７にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ４と、該モータ４から左右後輪3L,3Rへの動力伝達の断続を切り替え可能な湿式多板クラッチ１２と、を備えたモータ四輪駆動車において、前記モータ４に電力を供給する電源としてキャパシタ１６を設けると共に、前記湿式多板クラッチ１２を断にするときジェネレータ７からの電力ではモータ４がトルク不足となる場合、前記モータ４の電源をジェネレータ７からキャパシタ１６に切り替えるモータ電源制御手段を設けたため、湿式多板クラッチ１２を断にして４ＷＤ状態から２ＷＤ状態へと切り替える際、ジェネレータ７からの電力ではモータ４がトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができる。

(2) 前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作に伴い前記湿式多板クラッチ１２を断にするとき、前記モータ４の電源をジェネレータ７からキャパシタ１６に切り替えるため、アクセル戻し操作に伴うエンジン回転数の低下によりジェネレータ７からの電力ではモータ４がトルク不足となる場合、確実にショックの発生を防止することができる。

(3) 前記キャパシタ１６は、モータ４の停止時に前記エンジン２により駆動されるジェネレータ７にて発電される電気エネルギーによって充電するため、ジェネレータ７による発電要求のない２ＷＤ状態のとき、既設のジェネレータ７を利用してキャパシタ１６の充電状態を確保することができる。

(4) 前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作を判断した後、前記キャパシタ１６ののコンデンサ電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値以上であることを確認してモータ電源の切り替え制御を開始するため、渋滞などの走行パターンでコンデンサ１６ａへの充電が完了する前にクラッチ断の制御に入るような場合、ショック防止を達成し得ないモータ電源の切り替えを回避することができる。

(5) 前記モータ電源制御手段は、目標モータ電圧値を、モータ回転数検出値から求められるモータ誘起電圧と、前記モータ４が出力すべき要求トルク値と、から求めるため、モータ回転数に応じて発生するモータ誘起電圧の考慮により、クラッチ断時に目標モータ電圧値をモータ４に印加することで、モータ４が出力すべき要求トルク値を確実に得ることができる。

(6) 前記キャパシタ１６のコンデンサ電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値未満であるとき、モータ電源の切り替え制御に代え、エンジン負荷の大きい補機を一時的に遮断するエンジン負荷低減制御を行うため、渋滞などの走行パターンでコンデンサ１６ａへの充電が完了する前にクラッチ断の制御に入るような場合、エンジン回転数の低下を抑えてジェネレータ７による発電を確保することができる。

(7) 前記キャパシタ１６は、コンデンサ１６ａと電圧調整装置１６ｂとを有し、前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるとき、電圧調整装置１６ｂにより、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値に一致させる調整を行うため、モータ電源をジェネレータ７からコンデンサ１６ａに切り替えるだけで、クラッチ断時のモータ制御を要することなく、クラッチ断時にモータ４からの所望のトルク出力を達成することができる。

(8) 前記ジェネレータ７とモータ４とを接続するパワーケーブル９に第１スイッチ１７ａを設けると共に、前記キャパシタ１６とモータ４とを接続するパワーケーブル９に第２スイッチ１７ｂを設け、前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値の調整が完了すると、第２スイッチ１７ｂをオンとし、第１スイッチ１７ａをオフとした後、前記湿式多板クラッチ１２に断指令を出力するため、モータ４が停止することのないスムーズなモータ電源の切替動作と、湿式多板クラッチ１２の解放開始時からの適正なモータトルクの付与と、を達成することができる。

(9) 前記並列に接続された第１スイッチ１７ａおよび第２スイッチ１７ｂと、モータ４とを接続するパワーケーブル９に、両スイッチ１７ａ，１７ｂとは直列にリレースイッチ１０ａを設け、前記モータ電源制御手段は、前記湿式多板クラッチ１２に断指令を出力した後、湿式多板クラッチ１２の切り離し動作の応答遅れ時間を考慮した設定時間の経過を待ち、前記リレースイッチ１０ａをオフにして前記モータ４を停止するため、湿式多板クラッチ１２の切り離し動作の終了タイミングに合わせてモータ４の停止による２ＷＤ走行へ移行することができる。

(10) 前記モータ電源制御手段は、前記リレースイッチ１０ａをオフにして前記モータ４を停止すると、前記第１スイッチ１７ａと前記第２スイッチ１７ｂをオンとし、前記ジェネレータ７によって発電される電気エネルギーにより前記キャパシタ１６のコンデンサ１６ａをシステム成立最大電圧となるまで充電するため、次回のモータ電源切り替えに備え、最も早期に応答良くコンデンサ１６ａへの充電を行うことができる。

以上、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、アクセル足放し時にモータ電源の切り替えを行うモータ電源制御手段の例を示したが、例えば、高速での４ＷＤ走行中に２ＷＤ要求が出た場合、モータ回転数が高いことでモータ誘起電圧が高い場合等、要するに、クラッチ断時にジェネレータでの電力ではモータがトルク不足となる場合には、本発明のモータ電源制御手段を適用することができる。

実施例１では、蓄電器として、コンデンサを用いたキャパシタによる例を示したが、充電によって何回でも使用できる二次電池であれば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等を用いることもできる。

本発明のモータ電源制御装置は、左右前輪をエンジンにより駆動する前輪駆動ベースのモータ四輪駆動車への適用例を示したが、左右後輪をエンジンにより駆動する後輪駆動ベースのモータ四輪駆動車へも適用することができる。

実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車を示す全体システム図である。 実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車のファイナルドライブを示す断面図である。 実施例１のモータ電源制御装置が適用されたモータ電源制御系および後輪駆動系を示すブロック図である。 実施例１のe-4WDコントロールユニットにより実行されるモータ電源制御処理の流れを示すフローチャートである。 モータ回転数とモータ誘起電圧との関係特性図である。 モータ回転数をパラメータとした出力電流と出力電圧との関係特性図である。 アクセル足放し時における発電限界電圧・発電電圧・モータ誘起電圧・モータ電流・目標モータ電圧・目標モータ電流を示す図である。 実施例１のe-4WDコントロールユニットにより実行されるモータ電源制御動作の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

1L,1R 左右前輪（主駆動輪）
２ エンジン
3L,3R 左右後輪（従駆動輪）
４ モータ（電動モータ）
５ 変速機&デフギア
６ 無端ベルト
７ ジェネレータ（発電機）
８ e-4WDコントロールユニット
９ パワーケーブル
１０ ジャンクションボックス
１０ａ リレースイッチ
RT 後輪駆動ユニット
１１ ファイナルドライブ
１２ 湿式多板クラッチ（クラッチ）
１３ 電磁クラッチ
１４ ギア減速機
１５ ディファレンシャルギア
１６ キャパシタ（蓄電器）
１６ａ コンデンサ
１６ｂ 電圧調整装置（電圧調整手段）
１７ スイッチボックス
１７ａ 第１スイッチ
１７ｂ 第２スイッチ
２０ 4WDスイッチ
２１ ＡＢＳコントロールユニット
２２ 自動変速機コントロールユニット
２３ エンジンコントロールユニット
２４ コンビネーションメーター
２５ 4WD警告灯
２６ 4WD表示灯

Claims (10)

1. 主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動される電動モータと、該電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能なクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車において、
   前記電動モータに電力を供給する電源として蓄電器を設けると共に、前記クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えるモータ電源制御手段を設けたことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
2. 請求項１に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作に伴い前記クラッチを断にするとき、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えることを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
3. 請求項１または２に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記蓄電器は、電動モータの停止時に前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって充電することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
4. 請求項２または３に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作を判断した後、前記蓄電器の充電電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値以上であることを確認してモータ電源の切り替え制御を開始することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
5. 請求項４に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記モータ電源制御手段は、目標モータ電圧値を、モータ回転数検出値から求められるモータ誘起電圧と、前記電動モータが出力すべき要求トルク値と、から求めることを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
6. 請求項２乃至５の何れか１項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記蓄電器の充電電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値未満であるとき、モータ電源の切り替え制御に代え、エンジン負荷の大きい補機を一時的に遮断するエンジン負荷低減制御を行うことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記蓄電器は、コンデンサと電圧調整手段とを有し、
   前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるとき、電圧調整手段により、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値に一致させる調整を行うことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
8. 請求項７に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記発電機と電動モータとを接続するパワーケーブルに第１スイッチを設けると共に、前記蓄電器と電動モータとを接続するパワーケーブルに第２スイッチを設け、
   前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値の調整が完了すると、第２スイッチをオンとし、第１スイッチをオフとした後、前記クラッチに断指令を出力することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
   前記並列に接続された第１スイッチおよび第２スイッチと、電動モータとを接続するパワーケーブルに、両スイッチとは直列にリレースイッチを設け、
   前記モータ電源制御手段は、前記クラッチに断指令を出力した後、クラッチの切り離し動作の応答遅れ時間を考慮した設定時間の経過を待ち、前記リレースイッチをオフにして前記電動モータを停止することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
10. 請求項９に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
    前記モータ電源制御手段は、前記リレースイッチをオフにして前記電動モータを停止すると、前記第１スイッチと前記第２スイッチをオンとし、前記発電機によって発電される電気エネルギーにより前記蓄電器をシステム成立最大電圧となるまで充電することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
    

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