JP2007210586A - Vehicle drive system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車を駆動する車両駆動システムに係り、特に、後輪のヨーモーメント制御に好適な車両駆動システムに関する。 The present invention relates to a vehicle drive system that drives a hybrid vehicle, and more particularly to a vehicle drive system that is suitable for rear wheel yaw moment control.
ハイブリッド車の車両駆動システムとして、例えば、特開平11−301293号公報に記載のように、前輪をエンジンで、後輪を左右2個のモータで駆動するとともに、後輪の2個のモータを独立に制御することで、車両のヨーモーメントを精度良く制御するものが知られている。 As a vehicle drive system for a hybrid vehicle, for example, as described in JP-A-11-301293, the front wheels are driven by an engine, the rear wheels are driven by two right and left motors, and the two rear wheel motors are independently provided. It is known to control the yaw moment of the vehicle with high accuracy by controlling the speed to the above.
しかしながら、特開平11−301293号公報記載のものでは、バッテリが過放電又は過充電になる場合には、モータを制御するための左右輪の各トルクを修正しており、バッテリの過放電や過充電を防いでいるため、バッテリの過放電又は過充電時に、必要な所要のトルクを出すことができないものである。したがって、目標ヨーモーメントを満たすことはできるが、加速時における加速性や減速時における減速の応答性が低下するという問題があった。 However, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-301293, when the battery is overdischarged or overcharged, the torques of the left and right wheels for controlling the motor are corrected, and the battery is overdischarged or overcharged. Since charging is prevented, the required torque cannot be produced when the battery is overdischarged or overcharged. Therefore, although the target yaw moment can be satisfied, there is a problem that the acceleration performance during acceleration and the responsiveness of deceleration during deceleration are reduced.
本発明の目的は、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性が向上する車両駆動システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vehicle drive system that can accurately control the yaw moment of the vehicle and improve the response of the vehicle.
(1)上記目的を達成するため、本発明は、車両の左右の後輪を独立に駆動する二つの交流モータと、前記二つの交流モータをそれぞれ駆動する二つのインバータと、前記二つの交流モータや前記インバータを制御するモータコントロールユニットと、電気エネルギーを蓄積するバッテリと、前記バッテリと前記二つのインバータとの間に設けられ、前記二つのインバータの入力電圧を昇降制御する電圧制御手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、車両からの要求トルクにしたがって、前記インバータや前記交流モータや前記発電機を制御する制御手段とを有するハイブリッド自動車の車両駆動システムであって、前記制御手段は、バッテリの残量と前記走行状態検出手段によって検出された車両の走行状態に応じて、後輪の各輪に最適なトルクを出すように、前記モータと前記インバータと、前記電圧制御手段の電圧を制御するようにしたものである。
かかる構成により、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上し得るものとなる。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides two AC motors that independently drive the left and right rear wheels of a vehicle, two inverters that respectively drive the two AC motors, and the two AC motors. And a motor control unit for controlling the inverter, a battery for storing electrical energy, a voltage control means provided between the battery and the two inverters, and for controlling the input voltage of the two inverters to move up and down, and a vehicle A vehicle drive system for a hybrid vehicle, comprising: a running state detecting means for detecting the running state of the vehicle; and a control means for controlling the inverter, the AC motor, and the generator according to a torque required from the vehicle, According to the remaining amount of the battery and the traveling state of the vehicle detected by the traveling state detecting unit, the rear wheel To issue the optimum torque to the wheels, and the said motor inverter, in which so as to control the voltage of said voltage control means.
With this configuration, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy and the responsiveness of the vehicle can be improved.
(2)上記(1)において、好ましくは、前記制御手段は、前記後輪の最適なトルクを得るための前記二つのモータへのトルク指令値より、各モータが消費するエネルギー又は回生するエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、後輪の各輪に最適なトルクを出した場合に、前記バッテリの充電状態がどうなるかを算出するバッテリ状態検出手段を備え、前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが同時に負であり、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合、前記交流モータの無効分電流を増加させることにより、回生エネルギーを減らし、前記バッテリの充電状態が過充電にならずに、所要のトルクを出力するトルク配分手段とを備えるようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, the control means calculates energy consumed by each motor or energy regenerated from a torque command value to the two motors for obtaining an optimum torque of the rear wheel. A left and right motor calculated by the energy calculating means, comprising: energy calculating means for calculating; and battery state detecting means for calculating the state of charge of the battery when an optimum torque is output to each of the rear wheels. When the battery state detecting means determines that the battery is overcharged, the regenerative energy is increased to reduce the regenerative energy and the battery is charged. Torque distribution means for outputting a required torque without being overcharged is provided.
(3)上記(2)において、好ましくは、前記制御手段は、前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負である場合、左右いずれか一方の交流モータより得られた回生エネルギーを用いて、他方の交流モータを駆動するように、上記電圧制御手段の電圧を制御するようにしたものである。 (3) In the above (2), preferably, the control means is obtained from one of the left and right AC motors when the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative. The voltage of the voltage control means is controlled so that the other AC motor is driven using regenerative energy.
(4)上記(3)において、好ましくは、前記制御手段は、前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負であり、左右いずれか一方の交流モータの駆動エネルギーが他方の交流モータから得られる回生エネルギーよりも小さく、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過放電になると判断された場合(バッテリの充電状態が所定値以下の場合)、前輪に備えられた前記交流モータで発電し、後輪で駆動するために不足している電力を補うことで前記後輪の交流モータを駆動するようにしたものである。 (4) In the above (3), preferably, the control means is configured such that the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative, and the drive energy of one of the left and right AC motors is the other When the battery state detection means determines that the battery is over-discharged (when the state of charge of the battery is less than or equal to a predetermined value), the AC motor provided on the front wheels is smaller than the regenerative energy obtained from the AC motor. The rear wheel AC motor is driven by supplementing the electric power that is insufficient to generate electric power and drive the rear wheel.
(5)上記(3)において、好ましくは、前記制御手段は、前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負であり、左右いずれか一方の交流モータの駆動エネルギーが他方の交流モータから得られる回生エネルギーよりも小さく、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合(バッテリの充電状態が所定値以上の場合)、バッテリから、後輪で駆動するために不足している電力を補うことで前記後輪の交流モータを駆動するようにしたものである。 (5) In the above (3), preferably, the control means is configured such that the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative, and the drive energy of one of the left and right AC motors is the other When the battery state detection means determines that the battery is overcharged (when the state of charge of the battery is greater than or equal to a predetermined value), the battery is driven by the rear wheels from the battery. Therefore, the rear-wheel AC motor is driven by making up for the insufficient power.
(6)上記(1)において、好ましくは、前輪に駆動力を供給する内燃機関と、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータの交流電力を用いて駆動され、前輪に駆動力を供給し、又は前記内燃機関の回転力により駆動され、発電可能な交流モータとを備え、前記制御手段は、前記後輪の最適なトルクを得るための二つのモータへのトルク指令値より、各モータが消費するエネルギー又は回生するエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、後輪の各輪に最適なトルクを出した場合に、前記バッテリの充電状態がどうなるかを算出するためのバッテリ状態検出手段を備え、前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが同時に負であり、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合、前記内燃機関の出力を低下し、前輪に備えられた前記交流モータを駆動し、バッテリの電力を消費させることにより、回生エネルギーを減らし、前記バッテリの充電状態が過充電にならずに、所要のトルクを出力するトルク配分手段とを備えるようにしたものである。 (6) In the above (1), preferably, an internal combustion engine that supplies driving power to the front wheels, an inverter that converts DC power of the battery into AC power, and AC power of the inverter are used to drive the front wheels. An alternating-current motor that supplies driving force or is driven by the rotational force of the internal combustion engine and that can generate power, and the control means provides torque command values to the two motors for obtaining the optimum torque of the rear wheels. More, an energy calculation means for calculating energy consumed by each motor or energy to be regenerated, and a battery state for calculating the state of charge of the battery when an optimum torque is output to each rear wheel. Detecting means, wherein the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is negative at the same time, in the battery state detecting means When it is determined that the battery is overcharged, the output of the internal combustion engine is reduced, the AC motor provided on the front wheels is driven, and the battery power is consumed, thereby reducing regenerative energy and charging the battery. Torque distribution means for outputting a required torque without being overcharged is provided.
(7)また、上記目的を達成するため、本発明は、車両の後輪を駆動する交流モータと、前記交流モータを駆動するインバータと、前記交流モータや前記インバータを制御するモータコントロールユニットと、電気エネルギーを蓄積するバッテリと、前記バッテリと前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を昇降制御する電圧制御手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、車両からの要求トルクにしたがって、前記インバータや前記交流モータや前記発電機を制御する制御手段とを備えたハイブリッド自動車の車両駆動システムであって、前記後輪と前記モータとの間に設けられ、前記モータの駆動力を左右の後輪に配分すると共に、その配分率が可変な分配手段を備え、前記制御手段は、バッテリの残量と前記走行状態検出手段によって検出された車両の走行状態に応じて、後輪の各輪に最適なトルクを出すように、前記分配手段による分配率を制御するようにしたものである。
かかる構成により、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上し得るものとなる。
(7) In order to achieve the above object, the present invention provides an AC motor for driving a rear wheel of a vehicle, an inverter for driving the AC motor, a motor control unit for controlling the AC motor and the inverter, A battery for storing electrical energy; a voltage control means for controlling raising and lowering the input voltage of the inverter; a running state detecting means for detecting the running state of the vehicle; A vehicle drive system for a hybrid vehicle comprising a control means for controlling the inverter, the AC motor and the generator according to a required torque, the vehicle drive system being provided between the rear wheel and the motor, Distributing the driving force to the left and right rear wheels, and distributing means whose variable distribution ratio is variable, the control means comprising: In accordance with the running state of the vehicle detected by the running state detecting means and, to emit the optimum torque to the wheels of the rear wheel, in which so as to control the distribution ratio by the distribution means.
With this configuration, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy and the responsiveness of the vehicle can be improved.
本発明によれば、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性が向上できるものとなる。 According to the present invention, it is possible to accurately control the yaw moment of the vehicle and improve the responsiveness of the vehicle.
以下、図1〜図16を用いて、本発明の第1の実施形態による車両駆動システム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システム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システムの全体構成を示すシステムブロック図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the overall configuration of the vehicle drive system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a system block diagram showing the overall configuration of the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
ここでは、本実施形態による車両駆動システムを、フロントにエンジンとモータ/ジェネレータ、リアに左右を独立に駆動するための2個の交流モータを用いたハイブリッド自動車に適用した場合を例にして説明する。 Here, the case where the vehicle drive system according to the present embodiment is applied to a hybrid vehicle using an engine and a motor / generator at the front and two AC motors for independently driving the left and right at the rear will be described as an example. .
ハイブリッド自動車1は、エンジン3と、モータ/ジェネレータ(M/G)4と、左後輪駆動用の交流モータ6aと、右後輪駆動用の交流モータ6bと、バッテリ31と、DC/DCコンバータ33とを備えている。エンジン3とM/G4の駆動力は、トランスミッション30と車軸13Aを介して前輪2に伝達され、前輪2を駆動する。エンジン3の出力は、エンジンコントロールユニット(ECU)15からの指令により駆動される電子制御スロットル11により制御される。電子制御スロットル11には、アクセル開度センサ12が設けられており、アクセル開度を検出する。また、ECU15は、トランスミッション30を制御する。エンジン3の出力は、前輪2を駆動するだけでなく、M/G4を駆動する場合もある。M/G4は、前輪2を駆動する場合には、バッテリ31に蓄えられた電力を用いてモータ駆動される。また、前輪2によって回生制動をおこなう場合には、M/G4によって得られる回生電力を、バッテリ31に供給する。M/G4は、発電する場合には、エンジン3の動力を用いて発電機として交流電力を出力する。
The
インバータ10は、M/G4において所要の動力を任意に制御するために設けられており、バッテリ31に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、M/G4に供給する。回生制動時や発電時には、交流電力を、インバータ10によって直流電力に変換し、バッテリ31に供給する。
The
交流モータ6aと交流モータ6bは、駆動及び回生をおこなうことができる。交流モータ6a,6bの駆動力は、それぞれ、クラッチ9a,9b、ギヤ7a,7b、車軸13Ra,13Rbを介して、後輪5a,5bに伝達され、後輪5a.5bを駆動する。ギヤ7aとクラッチ9a、又はギヤ7bとクラッチ7bが連結されると、交流モータ6a又は交流モータ6bの回転力が、車軸13Ra又は車軸Rbに伝えられ、後輪5a又は後輪5bを駆動する。クラッチ9a又はクラッチ9bが外れると、交流モータ6a又は交流モータ6bは、後輪5a又は後輪5bから機械的に切り離され、後輪5a又は後輪5bは駆動力を路面に伝えない。
The
なお、図1では、交流モータ6aと交流モータ6bがクラッチ9aとクラッチ9bなどの開閉機構を介して接続される構成を例示しているが、直接接続される構成でもよいものである。また、図1では、ギヤ7aとギヤ7bは、減速機とした構成を例示しているが、複数段の変速機としてもよいものである。制動時には、後輪5aと後輪5bの少なくとも一方の車輪から回生トルクをギヤ7aとクラッチ9a、又はギヤ7bとクラッチ9bを連結させることで交流モータ6a又は交流モータ6bが回生され、回生エネルギーを得ることができる。
1 illustrates a configuration in which the
また、交流モータ6aおよび交流モータ6bにおいて所要の動力を任意に制御できるようにインバータ8aおよびインバータ8bが設けられており、バッテリ31に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、交流モータ6aおよび交流モータ6bに供給する。
An
HEVコントローラ32は、ECU15やモータコントローラ14A、モータコントローラ14a、モータコントローラ14b、DC/DCコンバータ33を制御する電圧変換コントローラ16とCANなどの通信手段で繋がっており、操舵角や車速、前後や横の加速度、ヨーレートなど車両情報に基づき、前輪用のM/G4や後輪用の交流モータ6a、交流モータ6b、DC/DCコンバータ33への指令値を計算するような、駆動システム全体の制御をおこなうコントローラである。
The
モータコントローラ14Aは、HEVコントローラ32から得られるエンジン回転数やトルク指令に基づき、M/G4とインバータ10を制御する。モータコントローラ14aは、HEVコントローラ32から得られるエンジン回転数やトルク指令に基づき、交流モータ6aとインバータ8aを制御する。モータコントローラ14bは、HEVコントローラ32から得られるエンジン回転数やトルク指令に基づき、交流モータ6bとインバータ8bを制御する。
The
DC/DCコンバータ33は、左右2個のインバータ8aおよびインバータ8bの間に設けられ、バッテリ31の出力を、交流モータ7aおよび交流モータ7bに要求されるトルクを出力するために必要な電圧になるように、電力変換する。電圧変換コントローラ16は、DC/DCコンバータ33の電圧を制御するコントローラである。ここで、本例では、電圧制御手段として、DC/DCコンバータ33を用いた例を示したが、スイッチなどの切り替えにより電圧変換をおこなう構成でもよいものである。
The DC /
次に、図2〜図11を用いて、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラ32の構成及び動作について説明する。
最初に、図2を用いて、本実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラ32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駆動システムに用いるHEVコントローラの構成を示すブロック図である。
Next, the configuration and operation of the
Initially, the structure of the
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the HEV controller used in the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
HEVコントローラ32は、バッテリの状態に応じて、最適なヨーモーメントの制御をおこなうように、左右後輪を独立に制御するよう、後輪の2つの交流モータ6aと交流モータ6bのトルクを決定する。同時に、前輪2への駆動力を決定し、それをエンジン3とM/G4に配分する。よって、HEVコントローラ32では、バッテリの電圧センサSE1によって検出されたバッテリ電圧や、バッテリ残量センサSE2によって検出されたバッテリ残量を表す情報のほか、車両情報として、アクセル開度センサSE3によって検出されたアクセル開度θ,ブレーキスイッチSE4によって検出されたブレーキの踏込み状態を示すブレーキ信号,ステアリング角センサSE5によって検出された操舵角δ,車速センサSE6によって検出された車速V,前後方向の加速度センサSE7によって検出された加速度Gx,横方向の加速度センサSE8によって検出された横加速度Gy,ヨーレートセンサSE9によって検出されたヨーレートYr,各車輪の車輪速センサSE10によって検出された各車輪の車輪速Vfl(前左),Vfr(前右),Vrl(後左),Vrr(後右)が入力している。
The
HEVコントローラ32は、走行状態演算部32Aと、目標ヨーモーメント算出部32Bと、左右後輪目標トルク算出部32Cと、後輪モータトルク指令算出部32Dと、エネルギー換算部32Eと、トルク配分演算部32Fとを備えている。
The
走行状態演算部32Aは、アクセル開度θとブレーキ信号より、ドライバのアクセルペダルの踏み込み操作とブレーキ操作から、加減速の度合いを推定する。また、速度,車両重量などの車両情報、および路面摩擦係数μなどの道路状況を表す情報から、前後の加速に必要な駆動パワーPallおよび駆動力Tallを算出する。
The driving
目標ヨーモーメント算出部32Bは、ドライバのハンドル操作量に相当する操舵角δより、ドライバが目標としている旋回半径を推定する。車両の旋回に伴う荷重の移動を考慮し、旋回半径や車速V、横加速度Gyなど、各センサ値を用いて、路面の摩擦係数μを推定する。また、前後の加速度Gxと横加速度Gyを用いて、前後及び横方向の荷重移動量を計算する。さらに、走行状態演算部32Aが算出した前後の加減速に必要な駆動力Tallを、車両重量や重心を考慮して前後に配分する。前輪に配分されたトルクをTfrontとして、後輪に配分されたトルクをTrearとして算出する。また、前記荷重移動量より、前後左右の各輪で発生可能な駆動力を算出して、目標ヨーモーメントToを計算する。
The target yaw moment calculator 32B estimates the turning radius targeted by the driver from the steering angle δ corresponding to the steering wheel operation amount of the driver. Considering the movement of the load accompanying the turning of the vehicle, the friction coefficient μ of the road surface is estimated using each sensor value such as the turning radius, the vehicle speed V, and the lateral acceleration Gy. Also, the load movement amount in the front-rear and lateral directions is calculated using the front-rear acceleration Gx and the lateral acceleration Gy. Further, the driving force Tall necessary for the acceleration / deceleration before and after calculated by the traveling
左右後輪目標トルク算出部32Cは、後輪で出力する全トルクTrearを左右に分配し、左右後輪の目標トルクTrl(後左)とTrr(後右)を算出する。ここでの左右後輪目標トルクとは、目標ヨーモーメント算出部32Bで算出された目標モーメントToを発生させるために必要なトルクに加えて、走行状態演算部32Aにて算出した加減速に必要なトルク(駆動パワーPall)、すなわち加速度を加味したものである。
The left and right rear wheel target torque calculation unit 32C distributes the total torque Trear output from the rear wheels to the left and right, and calculates the target torques Trl (rear left) and Trr (rear right) of the left and right rear wheels. The left and right rear wheel target torque here is necessary for the acceleration / deceleration calculated by the traveling
後輪モータトルク指令算出部32Dは、左右後輪目標トルク算出部32Cで算出された左右後輪の目標トルクTrl,Trrから、左右後輪の交流モータ6aと交流モータ6bへのトルク指令値Tmrl*,Tmrr*を算出する。このとき、後輪モータトルク指令算出部32Dで算出する目標トルクTmrl*やTmrr*がモータのスペックを超えている場合には、目標ヨーモーメント算出部32Bに戻り、制限された目標トルクになるように前後のトルク配分などを見直し、再度計算する。
The rear wheel motor torque command calculation unit 32D calculates torque command values Tmrl for the left and right rear
エネルギー換算部32Eは、後輪モータトルク指令算出部32Dで算出した左右各輪のモータトルクTmrl*,Tmrr*と、モータ回転速度ωml,ωmrより、各輪の消費エネルギー又は回生エネルギーPrlを算出する。
The
ここで、図3を用いて、本実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラ32のエネルギー換算部32Eの処理内容について、左後輪の交流モータ6aを例にして説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラのエネルギー換算部の処理内容を示すフローチャートである。
Here, the processing contents of the
FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the energy conversion unit of the HEV controller used in the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
最初に、ステップS101において、エネルギー換算部32Eは、左後輪の交流モータ6aのモータ回転速度ωmrlを入力する。
First, in step S101, the
次に、ステップS101において、エネルギー換算部32Eは、左後輪の交流モータ6aのトルク指令Tmrl*を入力する。
Next, in step S101, the
次に、ステップS103において、エネルギー換算部32Eは、モータ回転速度ωmrlとトルク指令Tmrl*が同符号か否かを判定することで、エネルギーを消費する場合なのか回生する場合なのかを判断する。ステップS103において、トルク指令Tmrl*とモータ回転速度ωmrlが同符号の場合、エネルギーを消費するモードと判断する。
Next, in step S103, the
エネルギー消費モードと判定されると、ステップS104において、次の式(1)により、消費エネルギーとしてPrlを計算する。
If it is determined that the energy consumption mode is set, in step S104, Prl is calculated as energy consumption by the following equation (1).
Prl=Tmrl*・ωmrl/α(0<α<1) …(1)
ここで、αは左後輪の交流モータ6a、インバータ8aを総合した効率を表している。効率αの値は、例えば、モータの回転数とトルクに対する効率をマップとして保持している。
Prl = Tmrl * · ωmrl / α (0 <α <1) (1)
Here, α represents the overall efficiency of the
ステップS103において、トルク指令Tmrl*とモータ回転速度ωmrlが異符号の場合は、エネルギーを回生モードと判断し、ステップS105において、次の式(2)により、回生エネルギーとしてPrlを計算する。
In step S103, when the torque command Tmrl * and the motor rotation speed ωmrl have different signs, the energy is determined as the regenerative mode, and in step S105, Prl is calculated as the regenerative energy by the following equation (2).
Prl=Tmrl*・ωmrl・α(0<α<1) …(2)
なお、以上は、左後輪の例であるが、エネルギー換算部32Eは、右後輪についても同様に、駆動時には消費エネルギーPrr、制動時には回生エネルギーPrrを算出する。
Prl = Tmrl * · ωmrl · α (0 <α <1) (2)
Although the above is an example of the left rear wheel, the
算出した左右の後輪の各消費エネルギー又は回生エネルギーより、後輪でモータやインバータが消費するエネルギーの総和Prを、次の式(3)で算出する。このエネルギーの総和Prは、モータやインバータが消費するときに正となるので、DC/DCコンバータ33からインバータ8aとインバータ8bの方向に流れるエネルギーを正と定義している。
From the calculated energy consumption or regenerative energy of the left and right rear wheels, the total energy Pr consumed by the motor and the inverter in the rear wheels is calculated by the following equation (3). Since the total energy Pr becomes positive when the motor or the inverter consumes, the energy flowing from the DC /
Pr=Prl+Prr …(3)
トルク配分演算部32Fは、目標ヨーモーメント算出部32Bで算出された前輪トルクTfrontと、エネルギー換算部32Eで算出された各輪の消費エネルギー又は回生エネルギーPrlに基づいて、バッテリ残量を参照してバッテリ31が過充電や過放電になると判断される場合を考慮しながら、M/G4へのトルク指令,エンジン3へのトルク指令,左後輪モータ6aへのトルク指令,右後輪モータ6bへのトルク指令を算出する。
Pr = Prl + Prr (3)
The torque
まず、トルク配分演算部32Fは、前述したような消費エネルギー又は回生エネルギーが生じた場合に、バッテリ31の状態がどうなるかを推定し、過充電又は過放電を判定する。現在のバッテリ31の状態SOCと、上記で算出したエネルギー総和Prと、左右後輪へのトルク指令Tmrl*,Tmrr*が入力され、バッテリ31の充電状態が過充電又は過放電になるかを判定する。
ここで、図4を用いて、バッテリの蓄電状態SOCについて説明する。
図4は、バッテリの蓄電状態の説明図である。
First, the torque
Here, the state of charge SOC of the battery will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the storage state of the battery.
バッテリ31の蓄電状態を表す値SOCとは、バッテリ31の全容量に対する現在のバッテリの蓄電状態を0%〜100%で表すものであり、バッテリ電圧Vbattが増加するに従って増加する特性を有している。
The value SOC indicating the storage state of the
トルク配分演算部32Fは、例えば現在のバッテリ状態SOCに対して、後輪がトルク指令Tmrl*とトルク指令Tmrr*で駆動または回生をした場合に、バッテリが破綻しないような限界値を定めておく。例えば、エネルギー換算部32Eは、現在のSOC値に対する、各トルクの限界値Tmrl_limとTmrr_lim、エネルギー総和の限界値Pr_limを実機に基づくマップデータとして保持している。このように、バッテリの状態を考慮し、各部品(モータやエンジンや発電機)へのトルク指令を計算している。
For example, the torque
次に、図5〜図11を用いて、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラ32のトルク配分演算部32Fにおけるトルク指令の算出方法について説明する。
図5、図8〜図11は、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラのトルク配分演算部におけるトルク指令の算出方法を示すフローチャートである。
Next, a torque command calculation method in the torque
5 and 8 to 11 are flowcharts showing a torque command calculation method in the torque distribution calculation unit of the HEV controller used in the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
図5では、トルク配分演算部32Fは、左右後輪の2つの交流モータ6a,交流モータ6bの駆動と回生及び、エネルギー総和の組み合わせパターンにより、場合分けを行う。
In FIG. 5, the torque
まず、ステップS110において、左右後輪のモータトルク指令値Tmrl*とTmrr*が正か負か、その組み合わせを調べて4ケースに分類する。ここでは、左右の後輪5a,5bを駆動するための交流モータ6a,6bがそれぞれ力行するのか回生するのかで、それらの組み合わせで「力行&力行」,「回生&回生」,「力行&回生」,「0&0」の4通りに分類する。これらの分類は、それぞれ左右のトルクの大きさに差をつけることで、ヨーモーメントを発生させることができる。
First, in step S110, the left and right rear wheel motor torque command values Tmrl * and Tmrr * are examined to determine whether they are positive or negative, and are classified into four cases. Here, whether the
ステップS110で調べた組み合わせのうち、トルク指令Tmrl*とトルク指令Tmrr*の片方が正で、他方が負の場合、すなわち力行と回生という組み合わせの場合、ステップS111に進む。ステップS111において、式(3)で算出した後輪の二つの交流モータ6a,タ6bの駆動よるエネルギーの総和Prが正か負かを調べ、正の場合と負の場合に分類する。すなわち、左右の後輪が力行および回生していた場合には、力行と回生のどちらのトルクが大きいかによって、エネルギーの総和Prの正負が異なる。よって、これらをまとめると、以下の(表1)のように5通りに分類される。
If one of the torque command Tmrl * and the torque command Tmrr * is positive and the other is negative among the combinations examined in step S110, the process proceeds to step S111. In step S111, it is checked whether the sum Pr of the energy driven by the two rear-
ここで、図6を用いて、ヨーモーメントの発生方法について説明する。
図6は、ヨーモーメントの発生原理の説明図である。
Here, a method of generating the yaw moment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is an explanatory diagram of the principle of generation of the yaw moment.
図6は、右カーブの旋回時を表しており、路面状況などの影響を受けてアンダーステアになり、外側へ車両が滑り出そうな場合に、内向きのモーメントを発生させることで、アンダーステアを回避することができる。これは一般的にはVDC(Vehicle Dynamics ConTrol)などの制御で実施されている。 Fig. 6 shows the turning of the right curve, and understeer is affected by road surface conditions, etc., and when the vehicle is about to slide outward, an inward moment is generated to avoid understeer can do. This is generally performed by control of VDC (Vehicle Dynamics ConTrol) or the like.
本実施形態では、このようなモーメントの発生を、左右後輪の駆動力の差を用いて実現する。駆動力の差を発生させる方法として、(表1)に挙げた5通りの組合せに分類した。なお、ケースEのように左右の駆動力がどちらも0の場合は、ヨーモーメントを発生させない場合である。 In the present embodiment, the generation of such a moment is realized by using a difference in driving force between the left and right rear wheels. As a method for generating a difference in driving force, the combinations were classified into five combinations listed in (Table 1). Note that, as in case E, when the left and right driving forces are both 0, the yaw moment is not generated.
次に、バッテリ31の状態を考慮した、2つの交流モータ6a,6b、M/G4、エンジン3の駆動方法に関して、(表1)のケース毎に説明する。
Next, the two
まず、ケースAでは、後輪の左右両輪とも力行の場合であるため、ドライバのアクセルの踏み具合としては、加速している場合が想定される。図6の例のように、右側へ内向きのモーメントを発生させる場合、図7(a)に示すように、左側の車輪5aの駆動力を右側の車輪5bの駆動力よりも大きくすることで、両輪の駆動力に差を付ける。
First, in case A, since both the left and right rear wheels are in powering, it is assumed that the driver is stepping on the accelerator while accelerating. When an inward moment is generated to the right as in the example of FIG. 6, the driving force of the
ここで、図8を用いて、ケースAの場合のトルク配分演算部32Fの演算処理内容について説明する。
Here, the calculation processing contents of the torque
最初に、ステップS120において、トルク配分演算部32Fは、バッテリの充電状態SOCを入力し、ステップS121において、バッテリ状態SOCがある閾値SOC_Highを超えているかを調べる。SOC_Highとは、バッテリ状態SOCが高いレベルであることを意味する値であり、例えば70%〜80%とする。ステップS121でバッテリ状態SOCが高いレベルであると判断された場合は、バッテリの充電状態が高いため、左右両輪を力行しても問題は無いと判断し、ステップS127に進む。
First, in step S120, the torque
ステップS121において、バッテリ状態SOCがある程度高くないと判断された場合は、ステップS123へ進み、バッテリ状態SOCがある閾値SOC_Lowよりも大きいかを調べる。閾値SOC_Lowとは、バッテリ状態SOCが低いレベルであることを意味する値であり、例えば30%〜40%とする。 When it is determined in step S121 that the battery state SOC is not high to some extent, the process proceeds to step S123, and it is checked whether the battery state SOC is larger than a certain threshold SOC_Low. The threshold value SOC_Low is a value that means that the battery state SOC is at a low level, for example, 30% to 40%.
ステップS123でバッテリ状態SOCが下限値よりは高いと判断された場合、ステップS124へ進む。このとき、バッテリ31の状態としては、バッテリ状態SOCが中間くらいの値、例えば40%〜60%の範囲内である。よって、ステップS124において、トルク指令値Tmrl*とTmrr*で後輪の左右輪を駆動(力行)させた場合に、バッテリ31の状態がどうなるか、トルクの制限値Tmrl_lim,Tmrr_limとエネルギー総和の制限値Pr_limにより判断する。
If it is determined in step S123 that the battery state SOC is higher than the lower limit value, the process proceeds to step S124. At this time, as the state of the
ステップS124において、バッテリ状態に問題はないと判定された場合は、左右両輪を力行しても問題は無いと判断する。 If it is determined in step S124 that there is no problem in the battery state, it is determined that there is no problem even if both left and right wheels are powered.
ステップS123において、SOCが低い状態であると判断された場合と、ステップS124において、所定トルクを出すと、バッテリ31が破綻する(過放電になる)と判断された場合、バッテリ31から電力を供給して、後輪に必要な所望のトルクを出すことができないことを意味している。本実施形態では、フロントにM/G4を搭載しているので、M/G4で発電することが可能である。よって、ステップS125へ進み、前輪のM/G4で発電する。
If it is determined in step S123 that the SOC is low, or if it is determined in step S124 that the
ステップS127では、フロントにあるエンジン3とM/G4のトルク指令値を計算する。
In step S127, torque command values for the
次に、ステップS128にて、DC/DCコンバータ33への電圧指令値を算出する。
Next, in step S128, a voltage command value to the DC /
以上のようにして、トルク配分演算部32Fは、ケースAにおけるM/G4へのトルク指令,エンジン3へのトルク指令,左後輪モータ6aへのトルク指令,右後輪モータ6bへのトルク指令を算出する。
As described above, the torque
次に、図9を用いて、ケースBの場合のトルク配分演算部32Fの演算処理内容について説明する。
Next, the calculation processing contents of the torque
ケースBでは、後輪の左右両輪とも回生する場合であるため、ドライバのアクセルやブレーキの踏み具合としては、減速している場合が想定される。図6の例で、右側へ内向きのヨーモーメントを発生する際に、両輪とも制動する場合には、図7(b)に示すように、左側の車輪5aの制動力よりも右側の車輪5bの制動力を大きくすることで、両輪の制動力に差を付けることができる。
In Case B, both the left and right rear wheels are regenerated, so the driver's accelerator and brake pedaling conditions are assumed to be decelerating. In the example of FIG. 6, when both wheels are braked when generating an inward yaw moment to the right, as shown in FIG. 7B, the
そこで、ステップS130において、トルク配分演算部32Fは、バッテリの充電状態SOCを入力し、ステップS131において、バッテリ状態SOCがある閾値SOC_Lowよりも小さいかを調べる。バッテリ状態SOCが所定の限界値より低いレベルであると判断された場合は、左右両輪で回生制動してもバッテリが満充電になる可能性は無いので、ステップS137に進む。
Therefore, in step S130, the torque
ステップS131において、バッテリ状態SOCが下限の閾値よりは高いと判断された場合は、ステップS133へ進み、バッテリ状態SOCの上限の閾値SOC_Highよりも低いか否かを調べる。 If it is determined in step S131 that the battery state SOC is higher than the lower limit threshold value, the process proceeds to step S133, and it is checked whether or not the battery state SOC is lower than the upper limit threshold value SOC_High.
ステップS133でバッテリ状態SOCが上限値よりは低いと判断された場合、ステップS134へ進む。ステップS134にて、トルク指令値Tmrl*とTmrr*で後輪の左右輪を回生制動させた場合に、バッテリの状態がどうなるかを判断する。ステップS134において、バッテリ状態に問題はないと判定された場合は、左右両輪で回生してもバッテリ31が満充電になる可能性は無いと判断し、ステップS137に進む。
When it is determined in step S133 that the battery state SOC is lower than the upper limit value, the process proceeds to step S134. In step S134, it is determined what happens to the battery state when the left and right rear wheels are regeneratively braked with the torque command values Tmrl * and Tmrr *. If it is determined in step S134 that there is no problem in the battery state, it is determined that there is no possibility that the
ステップS133において、バッテリ状態SOCが高い状態であると判断された場合と、ステップS134において、所定トルクを出すと、バッテリの状態が破綻する(満充電になる)と判断された場合には、現在のバッテリの状況では、これ以上エネルギーを充電することができないことを意味している。このとき、ステップS135へ進み、モータで余剰電力を消費する。本実施形態では、前輪にもM/G4があるので、エンジンの出力を低下し、前輪のM/G4をモータ駆動して、バッテリの電力を消費させることができる。また、リアモータの少なくとも一方のモータの損失を増やして、余剰電力を消費させることもできる。さらに、回生せずに摩擦ブレーキを併用することも可能である。 If it is determined in step S133 that the battery state SOC is in a high state, or if it is determined in step S134 that the battery state will fail (become fully charged) when a predetermined torque is applied, The battery situation means that you can't charge any more energy. At this time, the process proceeds to step S135, and surplus power is consumed by the motor. In the present embodiment, since the front wheels also have M / G4, it is possible to reduce the engine output and drive the motor of the front wheels M / G4 to consume battery power. In addition, it is possible to increase the loss of at least one of the rear motors and consume excess power. Furthermore, it is possible to use a friction brake together without regenerating.
次に、ステップS137では、フロントにあるエンジン3とM/G4のトルク指令値を計算する。
そして、ステップS138にて、DC/DCコンバータ33への電圧指令値を算出する。
Next, in step S137, torque command values for the
In step S138, a voltage command value to the DC /
以上のようにして、トルク配分演算部32Fは、ケースBにおけるM/G4へのトルク指令,エンジン3へのトルク指令,左後輪モータ6aへのトルク指令,右後輪モータ6bへのトルク指令を算出する。
As described above, the torque
次に、図10を用いて、ケースCとケースDの場合のトルク配分演算部32Fの演算処理内容について説明する。
Next, the calculation processing contents of the torque
ケースCとケースDは、後輪の片輪が力行、他方が回生する場合であるため、ドライバのアクセルやブレーキの踏み具合としては、減速時,加速時,一定走行時のいずれの場合も考えられる。図6の例で、右側へ内向きのモーメントを発生させるには、図7(c)に示すように、内側に相当する右側の車輪5bに回生制動トルク、外側に相当する左側の車輪5aに駆動トルクを与える。これらの大きさは、目標ヨーモーメントToの大きさに応じて異なり、回生制動トルクと駆動トルクが等しくなる場合もあれば、異なる場合もある。
Case C and Case D are cases where one of the rear wheels is powered and the other is regenerating, so the driver's accelerator or brake can be depressed at any time during deceleration, acceleration, or constant running. It is done. In the example of FIG. 6, in order to generate an inward moment to the right side, as shown in FIG. 7C, the regenerative braking torque is applied to the
ケースCでは、エネルギー総和Pr≧0であるため、駆動側の方が回生側よりも大きいパワーを必要とする又は同じパワーを必要とする。 In case C, since the total energy Pr ≧ 0, the drive side requires a larger power than the regeneration side or the same power.
ここで、図10に示す処理フローにより、左側の車輪5aを駆動するために必要なエネルギーPrlをどこから供給するかを決定する。さらに、算出した後輪で必要なエネルギーの総和Prをバッテリの状態に応じて供給する。
Here, according to the processing flow shown in FIG. 10, it is determined from where the energy Prl necessary for driving the
ステップS140において、トルク配分演算部32Fは、Pr≠0すなわちPr>0の場合は、ステップS141へ進み、バッテリの状態SOCを入力する。
In Step S140, when Pr ≠ 0, that is, Pr> 0, the torque
次に、ステップS142において、バッテリ状態SOCがある下限の閾値SOC_Lowよりも小さいかを調べる。バッテリ状態SOCがSOC_Lowよりも低い場合、ステップS143へ進む。このときは、バッテリから電力を供給することができないため、フロントのM/G4で発電をおこない、そのエネルギーを用いて後輪5aに電力を供給する。
Next, in step S142, it is checked whether or not the battery state SOC is smaller than a certain lower limit threshold SOC_Low. When the battery state SOC is lower than SOC_Low, the process proceeds to step S143. At this time, since electric power cannot be supplied from the battery, power is generated by the front M / G 4 and electric power is supplied to the
ステップS142において、バッテリ状態SOCが下限値よりも高い場合には、ステップS144へ進み、上限値SOC_Highよりも低いかどうかを調べる。 In step S142, when the battery state SOC is higher than the lower limit value, the process proceeds to step S144, and it is checked whether it is lower than the upper limit value SOC_High.
ステップS144において、バッテリ状態SOCが上限値よりは低いと判断された場合、ステップS145へ進む。 If it is determined in step S144 that the battery state SOC is lower than the upper limit value, the process proceeds to step S145.
ステップS145で、トルク指令値Tmrl*で左後輪を駆動し、トルク指令値Tmrr*で右後輪を回生制動させた場合に、バッテリ状態がどうなるかを判断する。 In step S145, it is determined what happens to the battery state when the left rear wheel is driven with the torque command value Tmrl * and the right rear wheel is regeneratively braked with the torque command value Tmrr *.
ステップS145において、バッテリ状態に問題はないと判定された場合は、必要なエネルギーPrをバッテリ31から供給すればよく、このときは、ステップS146へ進む。
If it is determined in step S145 that there is no problem in the battery state, the necessary energy Pr may be supplied from the
バッテリ状態に問題がある場合には、ステップS143へ進み、フロントのM/G4で発電する。 If there is a problem with the battery state, the process proceeds to step S143 to generate power with the front M / G4.
また、ステップS144において、バッテリ状態SOCが上限値を超えていると判断される場合には、バッテリ31が満充電に近い状態にあるため、ステップS146Fへ進み、バッテリの電力を積極的に消費させる。
If it is determined in step S144 that the battery state SOC exceeds the upper limit value, the
次に、ステップS148において、フロントにあるエンジン3とM/G4のトルク指令値を計算する。
Next, in step S148, torque command values for the
そして、ステップS149において、DC/DCコンバータ33への電圧指令値を算出する。
In step S149, a voltage command value to the DC /
また、ステップS140において、Pr≠0のときは、左の車輪5aを駆動するための交流モータ6aの駆動エネルギーPrlと右の車輪を回生制動するための交流モータ6bの回生エネルギーPrrがちょうど等しいため、外部からエネルギーを供給する必要が無く、右側の回生エネルギーを用いて左側の車輪を駆動することができる。
In step S140, when Pr ≠ 0, the drive energy Prl of the
ケースDでは、エネルギー総和Pr<0であるため、駆動エネルギーより回生で得られるエネルギーが大きい。よって、図7(c)の例では、左側の車輪5aを駆動するために必要なエネルギーPrlは、右側の車輪5bで回生制動して得られたエネルギーPrrから供給できる。よって、エネルギーの総和Prが、後輪から得られるエネルギーであり、バッテリへ供給することができる。しかし、後輪から得られるエネルギーは、バッテリ31のSOCの状態によっては供給することができない。
In case D, since energy sum Pr <0, energy obtained by regeneration is larger than driving energy. Therefore, in the example of FIG. 7C, the energy Prl required to drive the
ここで、図11を用いて、ケースDの場合の余剰エネルギーの処理方法について説明する。 Here, the surplus energy processing method in case D will be described with reference to FIG.
ステップS150において、トルク配分演算部32Fは、バッテリ状態SOCを入力し、ステップS151において、バッテリ状態SOCが下限の閾値SOC_Lowよりも低いかを調べる。
In step S150, the torque
バッテリ状態SOCがSOC_Lowよりも低い場合、バッテリが充電される方が望ましい。よって、ステップS152に進み、上記で算出したエネルギー総和Prをバッテリに充電するように、DC/DCコンバータ33の電圧を制御する。
When the battery state SOC is lower than SOC_Low, it is desirable that the battery is charged. Therefore, the process proceeds to step S152, and the voltage of the DC /
ステップS151において、バッテリ状態SOCが閾値SOC_Lowよりも高い場合は、ステップS153へ進み、上限値SOC_Highよりも低いかを調べる。 In step S151, when the battery state SOC is higher than the threshold value SOC_Low, the process proceeds to step S153 to check whether it is lower than the upper limit SOC_High.
ステップS153において、バッテリ状態SOCが上限値よりも低い場合には、充電状態が中くらいである。よって、ステップS154に進み、トルク指令値Tmrl*で左後輪5aを駆動し、トルク指令値Tmrr*で右後輪5bを回生制動させた場合に、そのエネルギーの変化により、バッテリの状態がどうなるかを調べて判断する。
In step S153, when the battery state SOC is lower than the upper limit value, the state of charge is medium. Therefore, the process proceeds to step S154, and when the left
ステップS154において、バッテリ状態に問題はないと判定された場合は、余剰エネルギーPrをバッテリに充電すればよいので、ステップS152へ進む。余剰エネルギーPrを充電するとバッテリ状態に問題があると判断された場合には、ステップS155へ進み、フロント又はリアの少なくとも1個のモータを使って、余剰エネルギーを消費させる。同様に、ステップS153において、バッテリ状態SOCがある上限値を越えていると判断された場合にも、ステップS155へ進み、余剰電力を消費させる。ここで、モータで消費させる方法としては、リアの交流モータ6aや交流モータ6bで損失として消費させるか、フロントのM/G4を駆動して、バッテリ31から電力を消費させる。
If it is determined in step S154 that there is no problem in the battery state, the surplus energy Pr may be charged in the battery, and the process proceeds to step S152. If it is determined that there is a problem with the battery state if the surplus energy Pr is charged, the process proceeds to step S155, and surplus energy is consumed using at least one front or rear motor. Similarly, when it is determined in step S153 that the battery state SOC exceeds a certain upper limit value, the process proceeds to step S155, and surplus power is consumed. Here, as a method of consuming by the motor, power is consumed from the
次に、ステップS157では、フロントにあるエンジン3とM/G4のトルク指令値を計算する。そして、ステップS158にて、DC/DCコンバータ33への電圧指令値を算出する。
Next, in step S157, torque command values for the
ケースEでは、左右のモータトルクがいずれも0であるため、後輪でのエネルギーの総和Prも0である。よって、フロントのエンジン3及びM/G4のトルク配分のみ考慮すればよく、それに関しては後述する。
In case E, since the left and right motor torques are both 0, the total energy Pr of the rear wheels is also 0. Therefore, only the torque distribution of the
次に、図12を用いて、本実施形態による車両駆動システムに用いるモータコントローラ14a,14b及び電圧変換コントローラ32の構成及び動作について説明する。
図12は、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるモータコントローラ及び電圧変換コントローラの構成を示すブロック図である。
Next, the configuration and operation of the
FIG. 12 is a block diagram showing configurations of a motor controller and a voltage conversion controller used in the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
モータコントローラ14aは、交流モータ6aやインバータ8aを制御するための指令値を演算する。モータコントローラ14bは、交流モータ6bやインバータ8bを制御するための指令値を演算する。電圧変換コントローラ16は、DC/DCコンバータ33の電圧を制御するための指令値を演算する。
The
モータコントローラ14aとモータコントローラ14bとは、基本的に同一構成であるため、ここでは、モータコントローラ14aについて具体的に説明する。
Since the
前述のように、HEVコントローラ32は、バッテリの状態に対する判定をおこなっており、その判定結果を得る。判定した結果、ケースBやケースDのように、余剰電力をモータで消費させる場合には、通常と異なる指令値演算をおこなう。ここで、左車輪用のトルク指令をTr*、左車輪を駆動するモータのモータ回転数をωmとして説明する。
As described above, the
モータコントローラ14aは、電流指令演算部14aXは、電流指令値演算部14Aと、電圧指令演算部14Bと、3相電圧指令演算部14Cと、PWM/矩形波信号処理部14Dとを備えている。
In the
電流指令値演算部14Aは、トルク指令Trl*とモータ回転速度ωmに基づいて、同期モータに対するd軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*を算出する。例えば、トルク指令Tr*とモータ回転数ωmの各動作点に対するd軸電流指令Id,q軸電流指令Iqテーブルを、通常時とモータ消費時それぞれで内部に保持しておき、各動作点に応じてd軸電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*を決定する。その結果、例えば後輪でモータやインバータが消費するエネルギーの総和Prに相当する余剰の電気エネルギーを、交流モータ6a又は交流モータ6bの発熱として消費させることになる。したがって、例えば、d軸電流指令値Id,q軸電流指令値Iqテーブルは、この余剰エネルギーを無効分電流として流すようなd軸電流指令値Id,q軸電流指令値Iqとして設定しておく。具体的には、無効分電流とはACモータの磁束方向に流す電流である。そのほか、モータ電流の位相をずらすことで損失を大きくさせる方法もある。
The current command
次に、電流指令値演算部14Aで決定した電流指令値Id*,q軸電流指令値Iq*に対して、モータ制御を開始するため、電圧指令演算部14Bは、電流指令演算部14Aによって算出されたd軸電流指令値Id*,q軸電流指令Iq*から、d軸電圧指令値Vd*、q軸電圧指令値Vq*を算出する。
Next, in order to start motor control with respect to the current command value Id * and the q-axis current command value Iq * determined by the current command
3相電圧指令演算部14Cは、電圧指令演算部14Bによって算出されたd軸電圧指令値Vd*,q軸電圧指令値Vq*に対して、交流モータ6に備えられている磁極位置センサによって検出された磁極位置θを用いて、交流モータ6に対する交流電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*を算出する。
The three-phase voltage command calculator 14C detects the d-axis voltage command value Vd * and the q-axis voltage command value Vq * calculated by the voltage command calculator 14B by a magnetic pole position sensor provided in the
PWM/矩形波信号処理部14Dは、3相電圧指令演算部14Cによって算出された交流電圧指令Vu*、Vv*、Vw*に基づいて、インバータ8をPWM制御もしくは矩形波制御するために、インバータ内部のスイッチング素子の駆動信号を生成し、インバータ8aに出力する。
The PWM / rectangular wave signal processing unit 14D uses an inverter for PWM control or rectangular wave control of the
電圧変換コントローラ16は、DC/DCコンバータ33の電圧指令値を算出する部分であり、DC電圧Vdc1演算部16Aと、DC電圧Vdc2演算部16Bと、DC/DC電圧指令値Vdc*演算部16Cと、電圧制御部16Dとを備えている。
The
DC電圧Vdc1演算部16Aは、モータコントローラ14aの電圧指令演算部14Bが算出したd軸電圧指令値Vd*,q軸電圧指令値Vq*に基づいて、最低でも必要なDC/DCコンバータの両端電圧Vdc1を以下のように算出する。なお、d軸電圧指令値Vd*,q軸電圧指令値Vq*は、HEVコントローラ32を介して、電圧変換コントローラ33に与えられる。ここで、Vdc1とは、左右後輪モータのうち、一方のモータ(ここでは、左車輪駆動用モータ6a)から算出した値とする。
The DC voltage
最初に、DC電圧Vdc1演算部16Aは、交流モータの相電圧Vを、以下の式(4)により、
V=(√(Vd*2+Vq*2))/√3 …(4)
として算出する。
さらに、交流モータの相電圧VからDC電圧指令値Vdc1を、PWM制御の場合には、以下の式(5)に基づいて、また、矩形波制御の場合には、以下の式(6)に基づいて算出する。
Vdc1=(2√2)・V …(5)
Vdc1=((2√2)・V)/1.27 …(6)
ここで算出したDC電圧指令値Vdc1が、例えば左側のモータトルクTmrl*を出力するのに必要なDC電圧となる。
First, the DC voltage
V = (√ (Vd * 2 + Vq * 2 )) / √3 (4)
Calculate as
Further, the DC voltage command value Vdc1 is calculated from the phase voltage V of the AC motor based on the following formula (5) in the case of PWM control, and in the following formula (6) in the case of rectangular wave control. Calculate based on
Vdc1 = (2√2) · V (5)
Vdc1 = ((2√2) · V) /1.27 (6)
The DC voltage command value Vdc1 calculated here becomes a DC voltage necessary for outputting the left motor torque Tmrl *, for example.
同様に、DC電圧Vdc1演算部16Aは、モータコントローラ14bの電圧指令演算部が算出したd軸電圧指令値Vd*,q軸電圧指令値Vq*に基づいて、もう片方のモータ(ここでは、右車輪駆動用モータ6b)のモータトルクTmrr*を出力するのに最低でも必要なDC/DCコンバータの両端電圧Vdc2を算出する。
Similarly, the DC voltage
DC/DC電圧指令値Vdc*演算部16Cは、DC電圧Vdc1演算部16Aによって求められたDC電圧指令値Vdc1と、DC電圧Vdc2演算部16Bによって求められたDC電圧指令値Vdc2に基づいて、最終的に必要な直流電圧指令値Vdc*を算出する。
The DC / DC voltage command value Vdc * calculation unit 16C is based on the DC voltage command value Vdc1 calculated by the DC voltage
DC/DC電圧指令値Vdc*演算部16Cで算出するDC電圧には、左側と右側のそれぞれで算出した、最低でも必要な電圧Vdc1とVdc2が入力される。直流電圧指令値Vdc*は、DC電圧指令値Vdc1とDC電圧指令値Vdc2のどちらよりも大きい値をとるように設定する。予め動作領域に応じて直流電圧指令値Vdc*を決めておき、マップとして保持しておいてもよいものである。電圧Vdc*を高くすることにより、モータを駆動する際の電流値を小さく抑え、高出力を出すことができる。 The minimum required voltages Vdc1 and Vdc2 calculated on the left and right sides, respectively, are input to the DC voltage calculated by the DC / DC voltage command value Vdc * calculation unit 16C. The DC voltage command value Vdc * is set to take a value larger than both the DC voltage command value Vdc1 and the DC voltage command value Vdc2. The DC voltage command value Vdc * may be determined in advance according to the operation region and held as a map. By increasing the voltage Vdc *, the current value when driving the motor can be kept small, and a high output can be produced.
ここで、図13に示すように、特に、(表1)におけるケース3やケース4のように、片方の車輪で回生制動したエネルギーを用いて他方の車輪を力行させる際には、昇圧して瞬間的に大電流を流すことにより、連続定格よりも大きな出力を出すことができる。例えば、瞬時最大トルクの最大値を、連続定格トルクの最大値の2倍とする。よって、このような状況で最大トルクを瞬間的に出せるようなモータを設計すればよいので、モータの小型化を実現できる。
Here, as shown in FIG. 13, when the other wheel is powered by using the energy regeneratively braked by one wheel, as in
電圧制御部16Dは、DC/DC電圧指令値Vdc*演算部16Cが出力する電圧指令値Vdc*と、DC/DCコンバータ33の出力電圧である電圧Vdcから、偏差ΔVdcを算出する。次に、求められた偏差ΔVdcに対して、比例積分(PI)演算を行い、コンバータのスイッチング時間を設定するためのデュティC1を演算する。デュティC1信号は、DC/DCコンバータ33のスイッチング回路に供給され、コンバータの両端電圧であるVdcが電圧値指令値Vdc*に一致するように、フィードバック制御する。デュティC1は0≦C1≦1の範囲であり、例えばVdcの大きさをバッテリ31の端子電圧に対して昇圧させる場合に0.5<C1<1となるように制御し、逆にバッテリ31の端子電圧に対して降圧させる場合に0<C1<0.5となるように制御すればよいものである。なお、この場合の制御方法はPI制御としているが、これに限定されるものではない。また、フィードバック制御系のみでは応答に問題がある場合、フィードフォワード補償を入れてもよいものである。
The voltage control unit 16D calculates the deviation ΔVdc from the voltage command value Vdc * output from the DC / DC voltage command value Vdc * calculation unit 16C and the voltage Vdc that is the output voltage of the DC /
本実施形態によれば、以上説明した制御により、バッテリ31の充電状況がどのような場合においても、ドライバの運転要求を満たし、かつ車両の走行に最適なヨーモーメントToを発生させるために必要な左右後輪のトルクTrlとTrrを出力することが可能となる。
According to the present embodiment, the control described above is necessary for generating a yaw moment To that satisfies the driving requirements of the driver and is optimal for vehicle travel, regardless of the state of charge of the
次に、図8のステップS127,図9のステップS137,図10のステップS148,図11のステップS157におけるフロントのエンジン3とM/G4における駆動力配分について説明する。
Next, the driving force distribution in the
前輪2は、エンジン3又はM/G4により駆動可能であるが、その際に、それぞれの効率やバッテリの状態を加味した上で、それぞれを駆動させるようにする。まず、前輪2でどれだけの駆動力又は回生制動力が必要になるかについては、図2における走行状態演算部32Aと目標ヨーモーメント算出部32Bにて決められる。例えば、前輪2への要求トルクTfと与えられたときに、エンジン3で駆動するか、M/G4で駆動するか、それらの配分を決める方法について説明する。
The
例えば、Tf>0、すなわち要求されるトルクが駆動トルクだとした場合、バッテリの状態が満充電に近い場合には、M/G4への配分αを大きくする。よって、エンジンで出力するトルクTe=Tf・(1−α)とし、M/G4で駆動するトルクTmf=Tf・αとする。ここで、0≦α≦1であり、バッテリの状態が満充電に近くなるほど、αが大きくなるように決める。逆に、バッテリの状態SOCが所定値より低い場合、例えばSOCが30%より低いような状況では、M/G4を駆動させるエネルギーが足りないので、全てエンジン駆動にする。よって、α=1とした場合は、前輪2をM/G4のみで駆動させており、α=0とした場合は、エンジン3のみで駆動させていることになる。なお、これらを決定する方法としては、後輪のエネルギーを換算したのと同様に、モータの駆動に必要なエネルギー換算をおこない、バッテリの状態による駆動トルクの制限値を設定しておいてもよいものである。さらに、エンジン3にどれぐらいの駆動力を出すかについては、そのときの回転数に対して最も効率が良いトルクのみを出すように設定してもよいものである。
For example, when Tf> 0, that is, when the required torque is the drive torque, if the battery state is close to full charge, the distribution α to M / G4 is increased. Therefore, the torque output from the engine is Te = Tf · (1−α), and the torque driven by M / G4 is Tmf = Tf · α. Here, 0 ≦ α ≦ 1, and it is determined that α increases as the state of the battery approaches full charge. On the other hand, when the battery state SOC is lower than a predetermined value, for example, in a situation where the SOC is lower than 30%, there is not enough energy to drive the M / G4, so all are driven by the engine. Therefore, when α = 1, the
また、Tf<0、すなわち制動時には、バッテリの状態に応じて、制動で得られる回生エネルギーを可能な限り吸収する。よって、まずはバッテリの状態を確認し、バッテリの状態SOCが所定値より低い場合には、例えばSOCが30%とした場合、バッテリを充電する必要がある。よって、モータを回生させることでバッテリにエネルギーを充電する。逆に、SOCが70%だとした場合には、これ以上充電させる必要はなく、エンジンブレーキや摩擦ブレーキによって制動トルクを出す。駆動時と同様にエンジンブレーキと摩擦ブレーキ、モータによる回生トルクを、バッテリの充電状況に応じて配分率を変化させるようにしてもよいものである。また、モータの回生制動で得られるエネルギー換算をおこない、それとバッテリの状態による回生制動トルクの制限値を設定していてもよいものである。 Further, when Tf <0, that is, during braking, the regenerative energy obtained by braking is absorbed as much as possible according to the state of the battery. Therefore, first, the state of the battery is confirmed, and when the battery state SOC is lower than a predetermined value, for example, when the SOC is 30%, it is necessary to charge the battery. Therefore, the battery is charged with energy by regenerating the motor. On the contrary, when the SOC is 70%, it is not necessary to charge any more, and the braking torque is generated by the engine brake or the friction brake. As in the case of driving, the distribution rate of the regenerative torque generated by the engine brake, the friction brake, and the motor may be changed according to the state of charge of the battery. Moreover, the energy conversion obtained by the regenerative braking of the motor is performed, and the limit value of the regenerative braking torque depending on the state of the battery may be set.
上述のように、フロントのM/G4のトルク指令値は、バッテリ31の蓄電状態によって制限される。ここで予め定めているトルク制限とは、バッテリに瞬間的に大電流が流れ、それによってバッテリが過充電または過放電になるのを防止するためである。
As described above, the torque command value of the front M / G 4 is limited by the storage state of the
ここで、図14〜図16を用いて、本実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラ32によるバッテリの電流制限時のモータのトルク指令値の制限方法について説明する。
図14は、バッテリの蓄電状態と温度に対する抵抗値の特性の説明図である。図15は、バッテリの蓄電状態と単電池の電圧特性の説明図である。図16は、本発明の第1の実施形態による車両駆動システムに用いるHEVコントローラのトルク配分演算部における前輪のモータ/ジェネレータのトルク指令の算出方法を示すフローチャートである。
Here, a method for limiting the torque command value of the motor when the battery current is limited by the
FIG. 14 is an explanatory diagram of the characteristics of the resistance value with respect to the storage state and temperature of the battery. FIG. 15 is an explanatory diagram of the storage state of the battery and the voltage characteristics of the unit cell. FIG. 16 is a flowchart showing a method for calculating a torque command for the front wheel motor / generator in the torque distribution calculation unit of the HEV controller used in the vehicle drive system according to the first embodiment of the present invention.
ここでは、例としてリチウムイオン電池を1個用いた場合について説明する。リチウムイオン電池の特性は、図14に示すように、SOCと温度変化にともなって抵抗値の特性が変化する。この抵抗値の特性は、充電時と放電時によって異なるものである。また、電圧特性も、図4に示したようにSOCの値に応じて変化する。そこで、HEVコントローラ32は、図14及び図15に示すような、充電時と放電時それぞれにおける抵抗値および単電池の電圧特性をマップとして保持している。
Here, a case where one lithium ion battery is used will be described as an example. As shown in FIG. 14, the characteristics of the lithium ion battery change in resistance value with the change in SOC and temperature. The characteristic of the resistance value varies depending on charging and discharging. Further, the voltage characteristics also change according to the SOC value as shown in FIG. Therefore, the
図16を用いて、バッテリの充放電時において、電流制限によりモータトルクの指令値を変更する処理について説明する。 A process for changing the command value of the motor torque by limiting the current when charging / discharging the battery will be described with reference to FIG.
ステップS160において、HEVコントローラ32SOCと温度を入力する。そして、ステップS161において、充放電時の抵抗値Rchg又はRdischgと、単電池の電圧値Vocvを算出する。 In step S160, the HEV controller 32SOC and temperature are input. In step S161, the resistance value Rchg or Rdischg at the time of charging / discharging and the voltage value Vocv of the unit cell are calculated.
次に、ステップS162において、許容充放電電流Imax_chg又はImax_dischgを、次式(7)又は(8)にて算出する。
Imax_chg={(Vocv_max−Vocv)/Rchg} …(7)
Imax_dischg={(Vocv−Vocv_min)/Rdischg} …(8)
ここで、VmaxとVminは、それぞれ単電池の最大電圧値と最小電圧値を表している。
Next, in step S162, the allowable charge / discharge current Imax_chg or Imax_dischg is calculated by the following equation (7) or (8).
Imax_chg = {(Vocv_max−Vocv) / Rchg} (7)
Imax_dischg = {(Vocv−Vocv_min) / Rdischg} (8)
Here, Vmax and Vmin represent the maximum voltage value and the minimum voltage value of the unit cell, respectively.
次に、ステップS163において、M/G4へのトルク指令Tmf*を入力する。そして、ステップS164において、次式(9)又は(10)により、フロントのM/G4で供給または消費されるエネルギーPfを計算する。
Pf=Tmf*・ωmf・α(0<α<1) …(9)
Pf=Tmf*・ωmf/α(0<α<1) …(10)
ここで、αはフロントのM/G4、インバータ10を総合した効率を表している。効率αの値は、例えば、モータの回転数とトルクに対する効率をマップとして保持しておく。
Next, in step S163, a torque command Tmf * to M / G4 is input. In step S164, the energy Pf supplied or consumed by the front M / G 4 is calculated by the following equation (9) or (10).
Pf = Tmf * · ωmf · α (0 <α <1) (9)
Pf = Tmf * · ωmf / α (0 <α <1) (10)
Here, α represents the total efficiency of the front M / G 4 and the
次に、ステップS165において、バッテリ電圧Vbattを入力し、ステップS166において、上記トルクTmf*を出したときに、バッテリ電流Ibattがどれくらい流れるかを、次式(11)により計算する。
Ibatt=Pf/Vbatt …(11)
次に、ステップS167において、バッテリ電流Ibattと、バッテリ充放電電流Imax_chg又はImax_dischgの大きさを比較し、M/G4でトルクTmfを出した場合に、バッテリ電流が許容電流値内であるか否かを判定する。許容充放電電流の上限値以内である場合には、ステップS168へ進み、電流リミットフラグflagIlim=OFFに設定し、M/G4へのトルク指令値Tmf*をステップS163で入力した値Tmfとして決定する。また、許容充放電電流の上限値を超えた場合には、ステップS169へ進み、電流リミットフラグflagIlim=ONに設定し、ステップS170において、M/G4へのトルク指令値とエンジン3へのトルク指令値を再計算する。
Next, in step S165, the battery voltage Vbatt is input, and in step S166, how much the battery current Ibatt flows when the torque Tmf * is output is calculated by the following equation (11).
Ibatt = Pf / Vbatt (11)
Next, in step S167, the battery current Ibatt is compared with the battery charge / discharge current Imax_chg or Imax_dischg, and whether or not the battery current is within the allowable current value when the torque Tmf is output by M / G4. Determine. If it is within the upper limit value of the allowable charge / discharge current, the process proceeds to step S168, the current limit flag flagIlim = OFF is set, and the torque command value Tmf * to M / G4 is determined as the value Tmf input in step S163. . If the upper limit value of the allowable charge / discharge current is exceeded, the process proceeds to step S169, where the current limit flag flagIlim = ON is set. In step S170, the torque command value for M / G4 and the torque command for the
ここで、ステップS170における再計算の方法に関し、一例を用いて説明する。 Here, the recalculation method in step S170 will be described using an example.
最初に、ケースAやケースCのように、フロントで必要とされるエネルギーが正の場合(Pf>0)、すなわちM/G4を駆動する場合に関して説明する。フロントで必要なトルクTfに対し、M/G4で出力可能なトルクが、エンジン軸上で(Tmf*Gmf)とする。ここで、Gmfとは、エンジン軸とモータ軸との間のギア比を表している。よって、フロントで必要なトルクから、M/Gが出力するトルクを差し引いた残り(Tf−Tmf*Gmf)相当をエンジン3で出力するトルクとして配分する。よって、エンジンで上記トルクを出力するような指令をECU15に送る。このように、エンジンを使用することを前提とした場合ではなく、EV走行をさせるモードの場合には、上記不足分トルクを、後輪のモータで出力できないかを判定する。例えば、図8のステップ127において、ステップ121又はステップ124からの処理で判定されてきた場合は、後輪モータで更にトルクを出せる可能性があるため、後輪モータへの目標トルクを再計算する。
First, the case where the energy required at the front is positive (Pf> 0) as in case A or case C, that is, the case where M / G4 is driven will be described. The torque that can be output with M / G4 is (Tmf * Gmf) on the engine shaft with respect to the torque Tf required at the front. Here, Gmf represents the gear ratio between the engine shaft and the motor shaft. Therefore, the remainder (Tf−Tmf * Gmf) obtained by subtracting the torque output from the M / G from the torque required at the front is distributed as the torque output by the
次に、ケースBやケースDのように、フロントで必要とされるエネルギーが負の場合(Pf<0)、すなわちM/G4を回生制動する場合に関して説明する。フロントで必要な制動トルクTfに対し、M/G4で出力可能なトルクが、エンジン軸上で(Tmf*Gmf)とする。ここで、Gmfとは、エンジン軸とモータ軸との間のギア比を表している。よって、フロントで必要なトルクから、M/Gが出力するトルクを差し引いた残り(Tf−Tmf*Gmf)相当の制動トルクを、機械式ブレーキで出力する。ただし、バッテリのSOCが低く、出来るだけモータで回生制動して、バッテリにエネルギーを供給したいような場合には、上記不足分トルクを、後輪のモータで出力できないかを判定する。例えば、図9のステップ137において、ステップ131又はステップ134からの処理で判定されてきた場合は、後輪モータで更にトルクを出せる可能性があるため、後輪モータへの目標トルクを再計算する。
Next, the case where the energy required at the front is negative (Pf <0), that is, the case where regenerative braking of M / G4 is performed as in case B or case D will be described. The torque that can be output by M / G4 is (Tmf * Gmf) on the engine shaft with respect to the braking torque Tf required at the front. Here, Gmf represents the gear ratio between the engine shaft and the motor shaft. Therefore, a braking torque equivalent to the remaining (Tf−Tmf * Gmf) obtained by subtracting the torque output by the M / G from the torque required at the front is output by the mechanical brake. However, when the SOC of the battery is low and regenerative braking is performed by the motor as much as possible to supply energy to the battery, it is determined whether the insufficient torque can be output by the rear wheel motor. For example, in
以上のような処理により、モータや発電機をバッテリで駆動させる際に、バッテリへ供給される電流、若しくはバッテリから持ち出す電流が許容値を超えた場合においても、各走行状況に応じたトルク修正をおこなうことで、車両の走行性能を損なわずに実現することができる。 With the above processing, when driving a motor or generator with a battery, even if the current supplied to the battery or the current taken out from the battery exceeds the allowable value, the torque correction corresponding to each traveling situation is performed. By carrying out, it can implement | achieve, without impairing the running performance of a vehicle.
以上説明したように、本実施形態によれば、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上することができる。 As described above, according to this embodiment, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy, and the responsiveness of the vehicle can be improved.
また、モータが瞬間的に最大トルクを出すように電圧を変更する手段を設けることで、小さいモータで実現することが可能である。 In addition, it is possible to realize with a small motor by providing means for changing the voltage so that the motor instantaneously outputs the maximum torque.
次に、図17を用いて、本発明の第2の実施形態による車両駆動システムの全体構成について説明する。
図17は、本発明の第2の実施形態による車両駆動システムの全体構成を示すシステムブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the overall configuration of the vehicle drive system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a system block diagram showing the overall configuration of the vehicle drive system according to the second embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
図17に示す実施形態は、フロントにエンジンと発電機、リアに左右を独立に駆動するための2個の交流モータを用いたハイブリッド自動車に適用した場合の例である。 The embodiment shown in FIG. 17 is an example when applied to a hybrid vehicle using an engine and a generator at the front and two AC motors for independently driving the left and right at the rear.
図17において、発電機70は、エンジン3には、専用の発電機70が接続されており、この発電機70で発電される電力は、電力変換装置71により直流電力に変換されて、バッテリ31を充電することができる。
In FIG. 17, the
このような構成では、フロントをエンジン3のみで駆動することになるが、バッテリ31が過放電の場合には、発電機70を用いて充電可能である。また、図1〜図13にて説明した、左右後輪を独立に駆動させる方法は、同様に本実施形態に適用できる。
In such a configuration, the front is driven only by the
本実施形態によっても、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上することができる。 Also according to this embodiment, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy and the responsiveness of the vehicle can be improved.
次に、図18を用いて、本発明の第3の実施形態による車両駆動システムの全体構成について説明する。
図18は、本発明の第3の実施形態による車両駆動システムの全体構成を示すシステムブロック図である。なお、図1と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the overall configuration of the vehicle drive system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 18 is a system block diagram showing the overall configuration of the vehicle drive system according to the third embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same parts.
図18に示す実施形態は、フロントにエンジンとモータ/ジェネレータ、リアに1個のモータと左右を独立に駆動力を配分するためのギアを用いたハイブリッド自動車に適用した場合の例である。 The embodiment shown in FIG. 18 is an example when applied to a hybrid vehicle using an engine and a motor / generator at the front, and one motor at the rear and a gear for independently distributing driving power to the left and right.
図18において、後輪は、交流モータ6aにより駆動力を発生させ、その駆動力を左右に配分可能な構造のギア80により、左右に配分する。ギア80の構成としては、例えば、NIKKEI MONOZUKURI 14B04.5に記載されているような、デフを用いてもよいものである。
In FIG. 18, the rear wheels generate a driving force by the
このような構成であれば、モータをリアに2個も搭載することなく、左右の後輪へのトルク配分を実現可能であり、搭載するモータとインバータを減らすことができる。 With such a configuration, torque distribution to the left and right rear wheels can be realized without mounting two motors at the rear, and the number of motors and inverters to be mounted can be reduced.
本実施形態によっても、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上することができる。 Also according to this embodiment, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy and the responsiveness of the vehicle can be improved.
また、搭載するモータとインバータを減らすことができる。 Also, the number of motors and inverters to be installed can be reduced.
次に、図19を用いて、本発明の第4の実施形態による車両駆動システムの全体構成について説明する。
図19は、本発明の第4の実施形態による車両駆動システムの全体構成を示すシステムブロック図である。なお、図18と同一符号は、同一部分を示している。
Next, the overall configuration of the vehicle drive system according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a system block diagram showing the overall configuration of the vehicle drive system according to the fourth embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG. 18 denote the same parts.
図19に示す実施形態は、フロントにエンジンとモータ/ジェネレータ、リアに1個のモータと左右を独立に駆動力を配分するためのギアを用いたハイブリッド自動車に適用した場合の例である。 The embodiment shown in FIG. 19 is an example when applied to a hybrid vehicle using an engine and a motor / generator at the front, and one motor at the rear and a gear for independently distributing driving power to the left and right.
図19において、後輪は、交流モータ6aにより駆動力を発生させ、その駆動力を左右に配分可能な構造のギア80により、左右に配分する。ギア80の構成としては、例えば、NIKKEI MONOZUKURI 14B04.5に記載されているような、デフを用いてもよいものである。
In FIG. 19, the rear wheels generate driving force by the
このような構成であれば、モータをリアに2個も搭載することなく、左右の後輪へのトルク配分を実現可能であり、搭載するモータとインバータ及びコンバータを減らすことができる。 With such a configuration, torque distribution to the left and right rear wheels can be realized without mounting two motors at the rear, and the number of motors, inverters and converters to be mounted can be reduced.
前輪のM/G4と後輪の交流モータ6aは、何れもバッテリ31で駆動される。よって、これら2つのモータを駆動する場合、回生制動する場合のそれぞれにおいて、バッテリから持ち出す電流の総和を計算し、その電流値が許容放電電流であるか否かを判定する必要がある。これらの処理については、バッテリ電流の総和が、許容電流値以内である場合には、第3の実施形態によるM/G4の駆動時、制動時における電流値制限によるものと同様であり、図18のステップS168のように、電流制限のフラグflagIlim=OFFとすればよい。しかし、ステップS167において、許容電流値を超えたと判断された場合には、ステップS169で電流制限フラグflagIlim=ONとし、フロントのM/G4だけでなく、後輪のモータ6aのトルク指令値も再計算する必要がある。
ここで、バッテリ電流による電流制限がかかった場合に、各モータおよびエンジンへのトルク指令値を再計算する方法について、一例を述べる。まず、フロントとリアへのトルクの配分が決まったとし、それぞれTfrontとTrearとする。
Both the front wheel M / G 4 and the rear
Here, an example will be described of a method for recalculating the torque command values for the motors and the engine when the current limitation by the battery current is applied. First, it is assumed that the torque distribution to the front and rear is determined, and Tfront and Trear, respectively.
最初に、フロントとリアで必要なトルクが共に正の場合(Tfront>0、Trear>0)、すなわちM/G4と交流モータ6aを駆動する場合に関して説明する。この場合、所望トルクを出すと、バッテリの放電電流が許容値を超えてしまうため、モータで使うトルクを減らす必要がある。よって、TfrontおよびTrearで必要とされる全トルクを、許容されるバッテリ電流の範囲内に減らし、残りをエンジンで駆動させて補うことにより、実現できる。この場合、車両の走行性能を考慮して、前後のトルク配分を変更しない方が良いのであれば、エンジンでトルクをTfrontよりも多く出して発電もおこない、そのエネルギーで後輪を駆動させることも可能である。その際、エンジンを高効率動作点で駆動させると、効率が上がるので更に効果的である。
First, the case where both the front and rear required torques are positive (Tfront> 0, Trear> 0), that is, the case where the M / G 4 and the
次に、制動時に回生制動トルクを出す場合について説明する。例えば、車両が直進している場合で、ヨーモーメントを発生させる必要が無いような場合には、充電効率の面より、前輪のM/G4のみで回生制動をおこなうと良い。しかし、本実施例の目的である、車両の走行状況に応じたヨーモーメントを発生させる場合には、後輪へのトルク配分も必要であるため、出来るだけ後輪の回生制動トルクを変更せず、前輪のM/Gによる回生制動トルクを減らす。ただし、制動力を損なってはならないので、残りの必要トルクは、エンジンブレーキ又は摩擦ブレーキで実現するように、トルク指令値を変更する。 Next, a case where regenerative braking torque is output during braking will be described. For example, when the vehicle is traveling straight and it is not necessary to generate a yaw moment, regenerative braking may be performed only with the front wheel M / G4 in terms of charging efficiency. However, when generating the yaw moment according to the running condition of the vehicle, which is the object of this embodiment, torque distribution to the rear wheels is also necessary, so the regenerative braking torque of the rear wheels is not changed as much as possible. Reduce the regenerative braking torque by M / G of the front wheels. However, since the braking force must not be impaired, the torque command value is changed so that the remaining necessary torque is realized by the engine brake or the friction brake.
本実施形態によっても、車両のヨーモーメントを精度良く制御できるとともに、車両の応答性を向上することができる。 Also according to this embodiment, the yaw moment of the vehicle can be controlled with high accuracy and the responsiveness of the vehicle can be improved.
また、搭載するモータとインバータとコンバータを減らすことができる。
Also, the number of motors, inverters and converters to be installed can be reduced.
1…ハイブリッド自動車
2…前輪
3…エンジン
4…モータ/ジェネレータ
5…後輪
6…交流モータ
7…ギヤ
8…インバータ
9…クラッチ
10…インバータ
11…電子制御スロットル
12…アクセル開度センサ
13…車軸
14…モータコントローラ
15…エンジンコントロールユニット
16…電圧変換コントローラ
16A…DC電圧Vdc1演算部
16B…DC電圧Vdc2演算部
16C…DC/DC電圧指令値Vdc*演算部
16D…電圧制御部
31…バッテリ
32…HEV用コントローラ
32A…走行状態演算部
32B…目標ヨーモーメント算出部
32C…左右後輪目標トルク算出部
32D…後輪モータトルク指令算出部
32E…エネルギー換算部
32F…トルク配分演算部
33…電圧変換手段
70…電力変換装置
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記二つの交流モータをそれぞれ駆動する二つのインバータと、
前記二つの交流モータや前記インバータを制御するモータコントロールユニットと、
電気エネルギーを蓄積するバッテリと、
前記バッテリと前記二つのインバータとの間に設けられ、前記二つのインバータの入力電圧を昇降制御する電圧制御手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
車両からの要求トルクにしたがって、前記インバータや前記交流モータや前記発電機を制御する制御手段とを有するハイブリッド自動車の車両駆動システムであって、
前記制御手段は、バッテリの残量と前記走行状態検出手段によって検出された車両の走行状態に応じて、後輪の各輪に最適なトルクを出すように、前記モータと前記インバータと、前記電圧制御手段の電圧を制御することを特徴とする車両駆動システム。 Two AC motors that independently drive the left and right rear wheels of the vehicle;
Two inverters respectively driving the two AC motors;
A motor control unit for controlling the two AC motors and the inverter;
A battery that stores electrical energy;
A voltage control means provided between the battery and the two inverters for controlling the input voltage of the two inverters to be raised and lowered;
Traveling state detecting means for detecting the traveling state of the vehicle;
A vehicle drive system for a hybrid vehicle having control means for controlling the inverter, the AC motor, and the generator according to a required torque from the vehicle,
The control means includes the motor, the inverter, and the voltage so as to output an optimum torque to each of the rear wheels according to the remaining amount of the battery and the running state of the vehicle detected by the running state detecting means. A vehicle drive system for controlling a voltage of a control means.
前記制御手段は、
前記後輪の最適なトルクを得るための前記二つのモータへのトルク指令値より、各モータが消費するエネルギー又は回生するエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、
後輪の各輪に最適なトルクを出した場合に、前記バッテリの充電状態がどうなるかを算出するバッテリ状態検出手段を備え、
前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが同時に負であり、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合、前記交流モータの無効分電流を増加させることにより、回生エネルギーを減らし、前記バッテリの充電状態が過充電にならずに、所要のトルクを出力するトルク配分手段とを備えることを特徴とする車両駆動システム。 The vehicle drive system according to claim 1,
The control means includes
From the torque command value to the two motors for obtaining the optimum torque of the rear wheels, energy calculating means for calculating energy consumed by each motor or energy regenerated,
Battery state detection means for calculating what happens to the state of charge of the battery when an optimum torque is output to each of the rear wheels;
When the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating unit is negative at the same time and the battery state detecting unit determines that the battery is overcharged, the reactive current of the AC motor is increased. A vehicle drive system comprising: torque distribution means for reducing regenerative energy and outputting a required torque without the battery being overcharged.
前記制御手段は、
前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負である場合、左右いずれか一方の交流モータより得られた回生エネルギーを用いて、他方の交流モータを駆動するように、上記電圧制御手段の電圧を制御することを特徴とする車両駆動システム。 The vehicle drive system according to claim 2, wherein
The control means includes
When the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative, the regenerative energy obtained from either the left or right AC motor is used to drive the other AC motor. A vehicle drive system for controlling a voltage of a voltage control means.
前記制御手段は、
前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負であり、左右いずれか一方の交流モータの駆動エネルギーが他方の交流モータから得られる回生エネルギーよりも小さく、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過放電になると判断された場合(バッテリの充電状態が所定値以下の場合)、前輪に備えられた前記交流モータで発電し、後輪で駆動するために不足している電力を補うことで前記後輪の交流モータを駆動することを特徴とする車両駆動システム。 The vehicle drive system according to claim 3, wherein
The control means includes
The energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative, the drive energy of either the left or right AC motor is smaller than the regenerative energy obtained from the other AC motor, and the battery state detecting means When the battery is determined to be over-discharged (when the state of charge of the battery is less than or equal to a predetermined value), the AC motor provided on the front wheels generates power and the power that is insufficient to drive the rear wheels A vehicle drive system for driving the rear wheel AC motor by supplementing.
前記制御手段は、
前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが正と負であり、左右いずれか一方の交流モータの駆動エネルギーが他方の交流モータから得られる回生エネルギーよりも小さく、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合(バッテリの充電状態が所定値以上の場合)、バッテリから、後輪で駆動するために不足している電力を補うことで前記後輪の交流モータを駆動することを特徴とする車両駆動システム。 The vehicle drive system according to claim 3, wherein
The control means includes
The energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is positive and negative, the drive energy of either the left or right AC motor is smaller than the regenerative energy obtained from the other AC motor, and the battery state detecting means When the battery is determined to be overcharged (when the state of charge of the battery is equal to or greater than a predetermined value), the rear wheel AC motor is supplemented with power that is insufficient to drive the rear wheel from the battery. The vehicle drive system characterized by driving.
前輪に駆動力を供給する内燃機関と、
前記バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インバータの交流電力を用いて駆動され、前輪に駆動力を供給し、又は前記内燃機関の回転力により駆動され、発電可能な交流モータとを備え、
前記制御手段は、
前記後輪の最適なトルクを得るための二つのモータへのトルク指令値より、各モータが消費するエネルギー又は回生するエネルギーを算出するエネルギー算出手段と、
後輪の各輪に最適なトルクを出した場合に、前記バッテリの充電状態がどうなるかを算出するためのバッテリ状態検出手段を備え、
前記エネルギー算出手段によって算出された左右モータが消費するエネルギーが同時に負であり、前記バッテリ状態検出手段において、バッテリが過充電になると判断された場合、前記内燃機関の出力を低下し、前輪に備えられた前記交流モータを駆動し、バッテリの電力を消費させることにより、回生エネルギーを減らし、前記バッテリの充電状態が過充電にならずに、所要のトルクを出力するトルク配分手段とを備えることを特徴とする車両駆動システム。 The vehicle drive system according to claim 1, further comprising:
An internal combustion engine that supplies driving force to the front wheels;
An inverter that converts the DC power of the battery into AC power;
An AC motor that is driven using the AC power of the inverter, supplies driving force to the front wheels, or is driven by the rotational force of the internal combustion engine, and can generate power;
The control means includes
From the torque command value to the two motors for obtaining the optimum torque of the rear wheel, energy calculating means for calculating energy consumed by each motor or energy regenerated,
Battery state detection means for calculating what happens to the state of charge of the battery when an optimum torque is output to each of the rear wheels;
When the energy consumed by the left and right motors calculated by the energy calculating means is negative at the same time, and the battery state detecting means determines that the battery is overcharged, the output of the internal combustion engine is reduced to prepare for the front wheels. A torque distribution means for driving the AC motor and reducing the regenerative energy by consuming the power of the battery and outputting a required torque without overcharging the battery. A vehicle drive system that is characterized.
前記交流モータを駆動するインバータと、
前記交流モータや前記インバータを制御するモータコントロールユニットと、
電気エネルギーを蓄積するバッテリと、
前記バッテリと前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を昇降制御する電圧制御手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
車両からの要求トルクにしたがって、前記インバータや前記交流モータや前記発電機を制御する制御手段とを備えたハイブリッド自動車の車両駆動システムであって、
前記後輪と前記モータとの間に設けられ、前記モータの駆動力を左右の後輪に配分すると共に、その配分率が可変な分配手段を備え、
前記制御手段は、バッテリの残量と前記走行状態検出手段によって検出された車両の走行状態に応じて、後輪の各輪に最適なトルクを出すように、前記分配手段による分配率を制御することを特徴とする車両駆動システム。 An AC motor that drives the rear wheels of the vehicle;
An inverter for driving the AC motor;
A motor control unit for controlling the AC motor and the inverter;
A battery that stores electrical energy;
A voltage control means provided between the battery and the inverter for controlling the input voltage of the inverter to be raised and lowered;
Traveling state detecting means for detecting the traveling state of the vehicle;
A vehicle drive system for a hybrid vehicle comprising a control means for controlling the inverter, the AC motor, and the generator according to a required torque from the vehicle,
Provided between the rear wheel and the motor, and distributes the driving force of the motor to the left and right rear wheels, and includes distribution means whose distribution ratio is variable,
The control means controls the distribution ratio by the distribution means so as to output an optimum torque to each wheel of the rear wheel according to the remaining amount of the battery and the running state of the vehicle detected by the running state detecting means. A vehicle drive system characterized by that.
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