JP2007001325A - 車輌電動駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】
十分な駆動力を得られ、応答性の向上した車両電動駆動装置を提供することにある。
【解決手段】
前輪がエンジン２０により駆動され、後輪が直流電動機３０により駆動される。モータジェネレータ４０は、エンジン２０を始動するための駆動力を発生するとともに、エンジン２０によって駆動されて電力を発生する。モータコントローラ６０の単一のインバータは、モータジェネレータ４０と直流電動機３０の間に接続される。モータコントローラ６０は、モータジェネレータ４０をインバータを介して、ＰＷＭ駆動するとともに、ベクトル制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用電動駆動装置に係り、特に、エンジンで駆動されない車輪をモータで駆動するタイプの車両に好適な車両用電動駆動装置に関する。
従来の電動駆動装置としては、例えば、特開２００３−１５９９５３号公報に記載されているように、エンジンによって駆動される高圧発電機の出力により、直流電動機を駆動するものが知られている。また、特開２００４−３１２８５４号公報に記載されているように、高圧発電機の出力により、直流電動機を駆動するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して１２Ｖ補器類へ電力を供給するものが知られている。
特開２００３−１５９９５３号公報 特開２００４−３１２８５４号公報
しかしながら、特開２００３−１５９９５３号公報に記載のものでは、高圧発電機の他に、１２Ｖ補器類のための１２Ｖ用発電機が必要であり、その結果、駆動用発電機と合わせて２ケの発電機を車両に備える必要がある。エンジンルーム内は、種々の機器が配置されているため、２ヶの発電機を配置しようとすると、レイアウト状の制約が生じるという問題があった。
また、特開２００３−１５９９５３号公報に記載のものでは、エンジンアイドル状態等のエンジン回転数が低いときは、駆動用発電器の発電電力は低く、駆動用直流電動機は十分な駆動力を得られないという問題があった。
さらに、特開２００４−３１２８５４号公報に記載のものでは、同様に、エンジンアイドル状態等のエンジン回転数が低いときは、駆動用高圧発電機の発電電力は低く、且つ、１２Ｖ補器類の負荷の影響を受け、駆動用電動機は十分な駆動力を得られないという問題があった。
また、特開２００３−１５９９５３号公報や特開２００４−３１２８５４号公報に記載のように、発電機の出力電圧で直流電動機を駆動するものでは、発電機の応答性が低いため、スリップなどの過渡的に駆動力が必要な時に、応答遅れが生じるという問題があった。
本発明の目的は、十分な駆動力を得られ、応答性の向上した車両電動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、複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータとを備えるようにしたものである。
かかる構成により、十分な駆動力を得られ、しかも、応答性を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、さらに、交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続される単一のインバータとを備えるようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、さらに、前記インバータ及び前記モータジェネレータを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記モータジェネレータを前記インバータを介して、ＰＷＭ駆動するとともに、ベクトル制御するようにしたものである。
ことを特徴とする車輌電動駆動装置。
（４）上記（１）において、好ましくは、さらに、前記インバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリとを備えるようにしたものである。
（５）上記（４）において、好ましくは、さらに、前記インバータによって変換された高圧の直流電力を蓄電する蓄電器とを備え、前記内燃機関のアイドルスタート時に、前記低圧バッテリの電力に加えて、前記蓄電器の電力を用いて、前記モータジェネレータから駆動力を発生して、前記内燃機関を始動するようにしたものである。
（６）上記（５）において、好ましくは、さらに、前記蓄電器と、前記直流電動機の間に配置され、前記蓄電器の電圧が前記直流電動機に印加されるのを電気的に遮断する遮断手段とを備えるようにしたものである。
（７）上記（６）において、好ましくは、前記遮断手段は、前記直流電動機に印加する電圧を制御可能であり、前記制御手段は、前記車両の発進時に、前記遮断手段を制御して、前記蓄電器から前記直流電動機に印加する電圧を制御するようにしたものである。
（８）上記（５）において、好ましくは、前記制御手段は、前記内燃機関のアイドルストップ前に、前記蓄電器に蓄電するようにしたものである。
（９）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続されるインバータとを備えるようにしたものである。
かかる構成により、十分な駆動力を得られ、しかも、応答性を向上し得るものとなる。
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記インバータ及び前記モータジェネレータを制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記モータジェネレータを前記インバータを介して、ＰＷＭ駆動するとともに、ベクトル制御するようにしたものである。
（１１）また、本発明は、複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続される単一のインバータと、このインバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリとを備えるようにしたものである。
かかる構成により、アイドルストップを可能にして、燃費を向上し得るものとなる。
（１２）さらに、本発明は、複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続されるインバータと、このインバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリと、前記インバータによって変換された高圧の直流電力を蓄電する蓄電器とを備え、前記内燃機関のアイドルスタート時に、前記低圧バッテリの電力に加えて、前記蓄電器の電力を用いて、前記モータジェネレータから駆動力を発生して、前記内燃機関を始動するようにしたものである。
かかる方法により、発進時の駆動力を大きくでき、また、発進時の応答性も向上するものである。
本発明によれば、車両電動駆動装置によって、十分な駆動力を得られ、応答性を向上することができる。
最初に、図１〜図６を用いて、本発明の第１の実施形態による車両電動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る４輪駆動車両の全体構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車両駆動装置を用いる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（ＥＮＧ）２０及びモータ（ＤＣ−Ｍ）３０を備えている。モータ３０は、例えば、巻線界磁形直流電動機を用いている。エンジン２０の駆動力は、トランスミッション（Ｔ／Ｍ）２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂを介して、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動する。モータ３０の駆動力は、クラッチ（ＣＬ）３２，デファレンシャルギヤ（ＤＥＦ）３３を介して後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。クラッチ３２が外れると、モータ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。
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をモータ３０で駆動する４輪駆動車両として説明しているが、前輪を直流電動機で駆動し、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、エンジン２０とベルト４１で連結された交流電動発電機からなるモータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）４０を備えている。モータジェネレータ４０は、例えば、巻線界磁形３相交流電動機を用い、車載バッテリ電圧（例えば１２Ｖ）よりは、通常は高い電圧、例えば４２Ｖでの駆動及び発電が可能である。モータジェネレータ４０は、ベルト４１を介してエンジン２０の再始動に用いられる。なお、エンジン２０が冷えている時は、エンジン２０は、１２Ｖの車載バッテリ（Ｂａ）４２によって駆動されるスタータ４４によって始動される。また、モータジェネレータ４０は、エンジン２０とトランスミッション２２を介して前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動するのに用いられる。さらに、モータジェネレータ４０は、ベルト４１を介して、エンジン２０により駆動され、又は、エンジン２０とトランスミッション２２を介して前輪２６Ａ，２６Ｂにより駆動されて発電する。モータジェネレータ４０の発電電力は、モータ３０の電源と、車載バッテリ（Ｂａ）４２の充電と、車両のその他補器類（Ｌ）４３の電源とを兼ねる。
以上の説明では、モータジェネレータ４０はエンジン２０にベルト４１で連結しているが、チェーン等の他の連結手段も適応可能であり、さらに、モータジェネレータ２０は、エンジン２０とトランスミッション２２との間や、トランスミッション２２内に設けてもよいものである。
エンジン４０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。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、マニュアルトランスミッションを用いるものであってもよいものである。
モータ３０，モータジェネレータ４０，車載バッテリ４２とその他補器類４３は、モータコントローラ（ＭＣＵ）６０を介して接続されている。モータコントローラ６０は、モータジェネレータ４０の交流電力からモータ３０の直流電力のへコンバートを行う。また、モータコントローラ６０は、モータジェネレータ４０の発電電力を、その他補器類４３や車載バッテリ４２に供給するのを制御する。さらに、モータコントローラ６０は、車載バッテリ４２の電力を、モータ３０やモータジェネレータ４０に供給するのを制御する。なお、モータコントローラ６０は、ＥＣＵ５０からの指令や車載バッテリ４２の充電状態、アクセル開度センサ５４、ギヤ位置検出センサ２５、ブレーキペダル５５に取り付けされたブレーキ踏力センサ５６などから、モータ３０の駆動力や、モータジェネレータ４０の駆動力／発電力を決定し、制御する。モータコントローラ６０による制御の詳細については後述する。以上の構成により、２つの電動機にて車両電動駆動装置を実現できる。
次に、図２を用いて、本実施形態による車両電動駆動装置に用いるモータコントローラ６０の構成について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置に用いるモータコントローラの構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
モータコントローラ６０は、インバータ６２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４と、蓄電器ＣＤＳと、ＣＰＵ６６とから構成されている。インバータ６２は、スイッチング素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２fを備えている。上下一対のスイッチング素子を含むアームが、モータジェネレータ４０の交流の相に等しく３つある。
蓄電器ＣＤＳは、モータジェネレータ４０の交流出力を、インバータ６２により直流に変換した高電圧（例えば、最大４２Ｖ）が蓄積される。蓄電器ＣＤＳに蓄積された高電圧は、アイドルストップ後にエンジン２０を再始動するアイドルスタート時に用いられる。蓄電器ＣＤＳに蓄積された高電圧によって、モータジェネレータ４０が電動機として駆動される。なお、一般に、インバータの出口側には、インバータのスイッチング素子のスイッチング動作によって生じたリップル電圧を平滑・整流するためのコンデンサが接続されているが、この平滑・整流用のコンデンサの容量は、例えば、０．００５Ｆ〜０．０１Ｆと小容量であるのに対して、本実施形態の蓄電器ＣＤＳの容量は、例えば、１Ｆ程度と大容量のものを用いている。なお、蓄電器ＣＤＳは、インバータ６２やＤＣ／ＤＣコンバータ６４のスイッチング時のリップル電圧の平滑化のためにも用いられる。
ＣＰＵ６６は、モータ３０とモータジェネレータ４０を制御する。具体的には、モータジェネレータ４０の界磁電流を制御して、モータジェネレータ４０の出力電圧を制御する。モータジェネレータ４０の出力電圧は、インバータ６２によって直流電圧に変換され、モータ３０の電機子巻線に供給される。モータ３０の出力トルクは、電機子電流が大きいほど大きくなる。したがって、ＣＰＵ６６によってモータジェネレータ４０の界磁電流を制御することで、モータ３０の出力トルクを制御することができる。また、ＣＰＵ６６は、モータ３０の界磁電流を制御して、例えば、弱め界磁制御を行うことで、モータ３０の回転数を、高回転化することができる。
なお、モータジェネレータ４０の相の数は、３相に限定するものではなく、他の相の数を持つモータジェネレータであってもよく、その場合、インバータ６２のアーム数は、モータの相の相当分で構成されるものであればよいものである。スイッチング素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２fは、ＭＯＳＦＥＴを示しているが、他の例えば、ＩＧＢＴとフライホイールダイオードを用いたものやバイポーラトランジスタを用いてもよいものである。また、スイッチング素子６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２fは、各々１個づつ示しているが、２個以上を並列に接続し、各々に構成してもよいものである。ＤＣ／ＤＣコンバータ６４としては、絶縁形、非絶縁形のどちらも用いることができる。
インバータ６２の全てのアームの上下端はモータ３０に並列に接続されている。インバータ６２のスイッチング素子６２ａと６２ｂ，６２ｃと６２ｄ，６２ｅと６２fの接続部は、モータジェネレータ４０の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに接続されている。インバータ６２の正極側と負極側は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣコンバータ６４の一端の正極側と負極側は接続されており、他端の正極側は車載バッテリの正極側に、負極は車両アースに接続されている。すなわち、本実施形態では、インバータ６２は、１個のみ用いられ、モータジェネレータ４０とモータ３０との間に接続されている。
蓄電器ＣＤＳは、インバータ６２と並列に接続されている。
ＣＰＵ６６は、インバータ６２とＤＣ／ＤＣコンバータ６４を駆動可能に接続されている。ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や車載バッテリ４２の充電状態、アクセル開度センサ５４、ギヤ位置検出センサ２５、ブレーキ踏力センサ５６などから、インバータ６２とＤＣ／ＤＣコンバータ６４をＰＷＭ駆動し、モータ３０とモータジェネレータ４０を制御する。ＣＰＵ６６は、ｄ軸電流ｉｄ及びｑ軸電流ｉｑを制御するベクトル制御により、インバータ６２をＰＷＭ駆動して、モータジェネレータ４０を制御することで、低回転時での発電を可能にし、且つ、高応答性を実現としている。なお、ＣＰＵ６６は、ＰＷＭ駆動ではなく、例えば矩形波制御などの他のベクトル制御手段でもよいものである。
なお、エンジンによって高電圧発電機を駆動して高圧を得て、この高圧によって後輪を駆動する直流電動機を駆動する方式では、アイドル状態のようにエンジン回転数が低い時には、高電圧発電機の出力電圧は低く、後輪駆動用の直流電動機から十分な駆動力が得られないものである。それに対して、前述のように、モータジェネレータを用い、このモータジェネレータをベクトル制御することで、アイドル状態のようにエンジン回転数が低い時でも、モータジェネレータの出力電圧を高くでき、後輪駆動用の直流電動機から十分な駆動力が得られものとなる。したがって、発進時の加速性を向上できるものである。
リレーＲＹ１は、モータ３０の正極側とモータコントローラ６０との間に接続し、ＯＮ／ＯＦＦはＣＰＵ６６によって制御する。なお、リレーＲＹ１は、モータ３０の負極側に接続してもよいものである。また、リレーＲＹ１は、コントローラ３０内に設置してもよいものである。
以上の構成により、モータ３０，及び、モータジェネレータ４０と車載バッテリ４２間の電力移動が可能になり、蓄電器ＣＤＳを小容量にでき、また、インバータ６２も１モータ分となり、製品を小型にできる。
次に、図３及び図４〜図６を用いて、本実施形態による車両電動駆動装置の制御動作について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作を示すフローチャートである。図４及び図５は、本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作時のエネルギー移動の説明図である。なお、図４及び図５において、太い矢印は機械的エネルギーの流れを示し、細い矢印は電気的エネルギーの流れを示している。図６は、本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置によるリスタート時の動作説明図である。なお、図４〜図５において、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図１及び図２に示したように、本実施形態による車両電動駆動装置では、第１の車輪を駆動するモータジェネレータと、第２の車輪を駆動する直流電動機を備えることに特徴がある。さらには、モータジェネレータ４０と直流電動機とは、１個のインバータによって接続されている点にも特徴がある。このような特徴を有する本実施形態の車両電動駆動装置では、特に、アイドルストップによりエンジンを停止した後、エンジンを再始動する，すなわち、アイドルスタート時に、固有の制御を行うものであり、その制御によって、固有の効果が得られるものであるので、その点を中心にして説明する。
図３のステップｓ１０において、モータコントローラ６０のＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や、アクセル開度センサ５４，ギヤ位置検出センサ２５，ブレーキ踏力センサ５６などから、アイドルストップ状態か否かを判定する。アイドルストップ状態でない場合は、処理を終了する。
アイドルストップ状態と判定されると、ステップｓ２０において、ＣＰＵ６６は、リレーＲＹ１をＯＦＦする。
次に、ステップｓ３０において、ＣＰＵ６６は、モータジェネレータ４０からの発電力を用いて、蓄電池ＣＤＳを充電する。すなわち、図４に示すように、エンジン２０の駆動力によってモータジェネレータ４０が駆動され、その発電力によって、蓄電器ＣＤＳが充電される。なお、モータジェネレータ４０の発電電力は、車載バッテリ４２にも充電される。このときの蓄電器ＣＤＳに対する充電電圧は、車載バッテリ４２の１２Ｖよりは高電圧である。モータジェネレータ４０の発電電圧は、モータジェネレータ４０の回転数や、そのベクトル制御の状態によっても異なるが、例えば、３６Ｖ程度である。なお、蓄電器ＣＤＳの充電は速やかに行われるので、ＣＰＵ６６からＥＣＵ５０に通知された蓄電池充電指令から所定時間後に、ＥＣＵ５０は、エンジン２０の回転を停止して、アイドルストップ状態とする。
次に、ステップｓ４０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令やブレーキ踏力センサ５６により、エンジンの再始動条件（アイドルスタート条件）を満たしたか否かを判定する。
エンジンの再始動条件が満たされると、ステップｓ５０において、ＣＰＵ６６は、蓄電器ＣＤＳに充電された高電圧および車載バッテリ４２の電圧を用いて、モータジェネレータ４０を回転させ、その回転駆動力により、エンジン２０を駆動する。すなわち、図５に示すように、蓄電器ＣＤＳに充電された高電圧および車載バッテリ４２の電圧を用いて、モータジェネレータ４０を回転させ、その回転駆動力により、エンジン２０を駆動する。
次に、ステップｓ６０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０の指令などにより、エンジン２０が完爆となったか否かを判定する。
エンジン２０が完爆と判定されると、ステップｓ７０において、ＣＰＵ６６は、蓄電器ＣＤＳを設定した電圧まで放電する。これは、蓄電器ＣＤＳに高電圧が充電されたままだと、その後リレーＲＹ１をオンしたとき、その高電圧によって、モータ３０が瞬間的に高回転数で回転駆動され、後輪がスリップすることを防止するためである。
次に、ステップｓ８０において、ＣＰＵ６６は、リレーＲＹ１をオンする。
そして、次に、ステップｓ９０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や車載バッテリ４２の充電状態，アクセル開度センサ５４，ギヤ位置検出センサ２５などからモータ３０の駆動力を算出し、モータジェネレータ４０の発電電力を制御し、モータ３０の駆動力を制御する。
ここで、図６を用いて、アイドルスタート時のエンジン回転数の変化について説明する。図６において、実線Ｘは、本実施形態による車両電動駆動装置によってアイドルスタート制御を行ったときのエンジン回転数の変化を示している。破線Ｙは、１２Ｖの車載バッテリのみで、モータジェネレータを駆動した場合のエンジン回転数の変化を示している。
本実施形態においては、アイドルスタート時には、モータジェネレータ４０は、車載バッテリ４２の電圧（例えば、１２Ｖ）と、蓄電器ＣＤＳの電圧（例えば、３６Ｖ）によって駆動される。したがって、時刻０からモータジェネレータ４０に通電して、モータジェネレータ４０の駆動力によってエンジン２０を回転する場合、エンジン回転数Ｎｅを急激に増加させることができる。
一方、車載バッテリ４２の電圧（例えば、１２Ｖ）のみをモータジェネレータ４０に供給して、モータジェネレータ４０の駆動力によってエンジン２０を回転する場合、エンジン回転数Ｎｅを緩やかにしか増加させることができないものである。
したがって、本実施形態の場合、図６に実線Ｘで示すように、エンジン回転数Ｎｅは急激に増加し、エンジン回転数ＮｅがＮ１（例えば、１０００ｒｐｍ）になる直前のタイミングＧ１でエンジンにガソリンを供給すると、時刻ｔ１において、エンジンは速やかに完爆することができる。エンジンが完爆すれば、速やかに、モータジェネレータ４０をモータ駆動モードから発電モードに切り換えて、発電を開始することができる。したがって、モータジェネレータ４０の発電電力で、速やかに、モータ３０を駆動開始することができ、アイドルスタート後の発進時の加速性を向上することができる。ここで、時刻ｔ１は、例えば、０．２秒程度である。
それに対して、車載バッテリ４２の電圧（例えば、１２Ｖ）のみをモータジェネレータ４０に供給して、モータジェネレータ４０の駆動力によってエンジン２０を回転する場合、時刻ｔ３まで緩やかにエンジン回転数が増加し、エンジン回転数Ｎｅが回転数Ｎ２（例えば、４００ｒｐｍ）になったタイミングＧ２において、エンジンにガソリンを供給すると、この時点から次第にエンジンが掛かり始め、時刻ｔ２において、エンジンが完爆状態となる。ここで、時刻ｔ１は、例えば、０．４秒程度である。
ここで、アイドルスタート（エンジンの再始動）に要する電力を、３ｋＷとすると、通常の１２Ｖバッテリから瞬時（１ｓ以下）に取り出せる電力は２ｋＷ底であるため、蓄電器ＣＤＳから取り出せる電力は１ｋＷ程度あればよいものである。前述のように、蓄電器ＣＤＳの容量を０．６Ｆとし、蓄積された電圧電流を３６Ｖ３０Ａとし、例えば、エンジンの再始動に要する時間を０．３ｓとすると、蓄電器からエンジンの再始動のために取り出せる電力は、１ｋＷとなる。すなわち、蓄電器ＣＤＳの電力容量としては、１２Ｖバッテリに比べてそれほど大きなものである必要はなく、一方、１２Ｖバッテリに比べて高い電圧を保持することで、エンジンの速やかな再始動が可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、発電機としては、１個の発電機，すなわち、モータジェネレータのみを用いるため、レイアウト上の制約が小さくなる。
また、発電用のモータジェネレータは、ベクトル制御により、インバータを用いてＰＷＭ駆動されるため、低回転時での発電を可能にし、且つ、高応答性が得られる。したがって、このモータジェネレータの発電電力で駆動される後輪駆動用直流電動機からは、大きな駆動力が得られるとともに、応答性も向上する。スリップなどの過渡的に駆動力が必要な場合でも、応答遅れを生じず、小型化を図り、コスト低減ができる。なお、２００Ｖや３００Ｖの高圧バッテリを用い、２００Ｖ或いは３００Ｖ駆動の交流電動機で後輪を駆動する方式であれば、駆動力も大きく、応答性も高くできるが、高圧の大型バッテリや大型の交流モータが必要であるため、小型化することができないものである。また、直流電動機の方が、交流電動機に比べて信頼性も高いものである。
さらに、蓄電器の電圧を用いて、モータジェネレータを駆動することで、アイドルスタートが可能であり、したがって、アイドルストップを行えるため、燃費を向上することができる。
次に、図７及び図８を用いて、本発明の第２の実施形態による車両電動駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図７を用いて、本実施形態による車両駆動装置の構成について説明する。なお、本実施形態の車両駆動装置を用いた４輪駆動車両の全体構成は、図１と同様である。
図７は、本発明の第２の実施形態による車両駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、図２に示したリレーＲＹ１の代わりに、半導体スイッチを用いている。半導体スイッチＳＷは、スイッチング素子ＳＷ１とフライホイルダイオードＦＤ１を直列に接続し構成している。スイッチング素子ＳＷ１の正極とフライホイルダイオードＦＤ１の負極は、それぞれインバータ６２の正極と負極に接続されている。モータ３０は、フライホイルダイオードＦＤ１と並列に接続されている。スイッチング素子ＳＷ１のゲート端子は、ＣＰＵ６６に駆動可能に接続されている。
なお、スイッチング素子ＳＷ１は、ＭＯＳＦＥＴを示しているが、他の例えば、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタを用いてもよく、フライホイルダイオードＦＤ１は、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよいものである。また、スイッチング素子ＳＷ１とフライホイルダイオードＦＤ１の接続は、スイッチング素子ＳＷ１を負極側、フライホイルダイオードＦＤ１を正極側とし、モータ３０をフライホイルダイオードＦＤ１に並列に接続してもよいものである。さらに、半導体スイッチＳＷは、コントローラ３０内に設置してもよいものである。
次に、図８を用いて、本実施形態による車両電動駆動装置の制御動作について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作を示すフローチャートである。なお、図３と同一ステップ番号は、同一処理を示している。
ステップｓ１０において、モータコントローラ６０のＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や、アクセル開度センサ５４，ギヤ位置検出センサ２５，ブレーキ踏力センサ５６などから、アイドルストップ状態か否かを判定する。アイドルストップ状態でない場合は、処理を終了する。
アイドルストップ状態と判定されると、ステップｓ２０Ａにおいて、ＣＰＵ６６は、半導体スイッチＳＷ１をＯＦＦする。
次に、ステップｓ３０において、ＣＰＵ６６は、モータジェネレータ４０からの発電力を用いて、蓄電池ＣＤＳを充電する。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン２０の回転を停止して、アイドルストップ状態とする。
次に、ステップｓ４０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令やブレーキ踏力センサ５６により、エンジンの再始動条件（アイドルスタート条件）を満たしたか否かを判定する。
エンジンの再始動条件が満たされると、ステップｓ５０において、ＣＰＵ６６は、蓄電器ＣＤＳに充電された高電圧および車載バッテリ４２の電圧を用いて、モータジェネレータ４０を回転させ、その回転駆動力により、エンジン２０を駆動する。
次に、ステップｓ６０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０の指令などにより、エンジン２０が完爆となったか否かを判定する。
エンジン２０が完爆と判定されると、ステップｓ８０Ａにおいて、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や車載バッテリ４２の充電状態，アクセル開度センサ５４，ギヤ位置検出センサ２５などからモータ３０の駆動力を算出し、半導体スイッチＳＷ１の通電量を制御して、蓄電器ＣＤＳに蓄積された高電圧を用いて、モータ３０を駆動する。
また、ステップｓ９０において、ＣＰＵ６６は、ＥＣＵ５０からの指令や車載バッテリ４２の充電状態，アクセル開度センサ５４，ギヤ位置検出センサ２５などからモータ３０の駆動力を算出し、モータジェネレータ４０の発電電力を制御し、モータ３０の駆動力を制御する。
以上説明したように、本実施形態によれば、１個の発電機のみを用いるため、レイアウト上の制約が小さくなる。
また、スリップなどの過渡的に駆動力が必要な場合でも、必要な駆動力が得られ、応答遅れを生じず、小型化を図り、コスト低減ができる。
さらに、アイドルストップを行えるため、燃費を向上することができる。
次に、図９を用いて、本発明の第３の実施形態による車両駆動装置の構成について説明する。なお、本実施形態の車両駆動装置を用いた４輪駆動車両の全体構成は、図１と同様である。
図９は、本発明の第３の実施形態による車両駆動装置の構成を示すブロック図である。なお、図１，図２，図７と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態では、図２に示した蓄電器ＣＤＳは、モータコントローラ６０の内部に配置したのに対して、本実施形態では、モータコントローラ６０の外部であって、半導体スイッチＳＷに並列に接続する。なお、蓄電器ＣＤＳとしては、キャパシタの代わりに、電解コンデンサやバッテリを使用してもよいものである。また、インバータ６２と並列に、コンデンサＣ１を設けている。コンデンサＣ１は、インバータ６２のスイッチング動作によって生じるリップルを平滑ようであり、例えば、０．００５Ｆ程度の小容量のものを用いている。
以上の構成により、モータ３０，及び、モータジェネレータ４０と車載バッテリ４２間の電力移動が可能になり、蓄電器ＣＤＳを小容量にでき、また、インバータ６２も１モータ分となり、製品を小型にできる。
以上説明したように、本実施形態によれば、１個の発電機のみを用いるため、レイアウト上の制約が小さくなる。
また、スリップなどの過渡的に駆動力が必要な場合でも、必要な駆動力が得られ、応答遅れを生じず、小型化を図り、コスト低減ができる。
さらに、アイドルストップを行えるため、燃費を向上することができる。
本発明の第１の実施形態による車両駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成を示すシステム構成図である。 本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置に用いるモータコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作時のエネルギー移動の説明図である。 本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作時のエネルギー移動の説明図である。 本発明の第１の実施形態による車両電動駆動装置によるリスタート時の動作説明図である。 本発明の第２の実施形態による車両駆動装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態による車両電動駆動装置の制御動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態による車両駆動装置の構成を示すブロック図である。
符号の説明
１０…４輪駆動車両
２０…エンジン
２５…ギヤ位置検出センサ
２６Ａ，２６Ｂ…前輪
３０…モータ
３２…クラッチ
３３…ディファレンシャルギヤ
３６Ａ，３６Ｂ…後輪
４０…モータジェネレータ
４２…車載バッテリ
５０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
５４…アクセル開度センサ
５５…ブレーキペダル
５６…ブレーキ踏力センサ
６０…モータコントローラ
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅ，６２ｆ…スイッチング素子
６２…インバータ
６４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
６６…ＣＰＵ
ＳＷ…半導体スイッチ
ＳＷ１…スイッチング素子
ＦＤ１…フライホイルダイオード
ＣＤＳ…蓄電器
ＲＹ１…リレー

Claims (12)

  1. 複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、
    前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、
    交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータとを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  2. 請求項１記載の車輌電動駆動装置において、さらに、
    交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続される単一のインバータとを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  3. 請求項２記載の車輌電動駆動装置において、さらに、
    前記インバータ及び前記モータジェネレータを制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記モータジェネレータを前記インバータを介して、ＰＷＭ駆動するとともに、ベクトル制御することを特徴とする車輌電動駆動装置。
  4. 請求項２記載の車輌電動駆動装置において、さらに、
    前記インバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリとを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  5. 請求項４記載の車輌電動駆動装置において、さらに、
    前記インバータによって変換された高圧の直流電力を蓄電する蓄電器とを備え、
    前記内燃機関のアイドルスタート時に、前記低圧バッテリの電力に加えて、前記蓄電器の電力を用いて、前記モータジェネレータから駆動力を発生して、前記内燃機関を始動することを特徴とする車輌電動駆動装置。
  6. 請求項５記載の車輌電動駆動装置において、さらに、
    前記蓄電器と、前記直流電動機の間に配置され、前記蓄電器の電圧が前記直流電動機に印加されるのを電気的に遮断する遮断手段とを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  7. 請求項６記載の車輌電動駆動装置において、
    前記遮断手段は、前記直流電動機に印加する電圧を制御可能であり、
    前記制御手段は、前記車両の発進時に、前記遮断手段を制御して、前記蓄電器から前記直流電動機に印加する電圧を制御することを特徴とする車輌電動駆動装置。
  8. 請求項５記載の車輌電動駆動装置において、
    前記制御手段は、前記内燃機関のアイドルストップ前に、前記蓄電器に蓄電することを特徴とする車輌電動駆動装置。
  9. 複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、
    前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、
    交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、
    交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続されるインバータとを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  10. 請求項９記載の車輌電動駆動装置において、
    前記インバータ及び前記モータジェネレータを制御する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記モータジェネレータを前記インバータを介して、ＰＷＭ駆動するとともに、ベクトル制御することを特徴とする車輌電動駆動装置。
  11. 複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、
    前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、
    交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、
    交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続される単一のインバータと、
    このインバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリとを備えたことを特徴とする車輌電動駆動装置。
  12. 複数の車輪の少なくとも一つが内燃機関により駆動される車輌に用いられた車両電動駆動装置であって、
    前記複数の車輪の少なくとも残りの一つを駆動する直流電動機と、
    交流電力を受けて前記内燃機関を始動するための駆動力を発生するとともに、前記内燃機関によって駆動されて交流電力を発生するモータジェネレータと、
    交流を直流に変換し、また、直流を交流に変換するとともに、前記交流側に前記モータジェネレータが接続され、前記直流側に前記直流電動機が接続されるインバータと、
    このインバータによって変換された直流電力を低圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
    このＤＣ／ＤＣコンバータによって変換された低圧の直流電力を蓄電する単一の低圧バッテリと、
    前記インバータによって変換された高圧の直流電力を蓄電する蓄電器とを備え、
    前記内燃機関のアイドルスタート時に、前記低圧バッテリの電力に加えて、前記蓄電器の電力を用いて、前記モータジェネレータから駆動力を発生して、前記内燃機関を始動することを特徴とする車輌電動駆動装置。
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