JP2007244111A

JP2007244111A - 電動モータ式４輪駆動車両のモータ過回転防止装置

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Publication number: JP2007244111A
Application number: JP2006064133A
Authority: JP
Inventors: Kenji Usami; 賢志宇佐美
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP4797714B2

Abstract

【課題】電動モータ式4輪駆動車両のモータが目標回転数を超えるモータ過回転を、熱による問題を生ずることなく、また、エネルギー効率の向上を果たしつつ解消する。
【解決手段】Ｓ21でモータ回転数Nmが目標回転数tNmを超えるモータ過回転時は、Ｓ22でモータを三相短絡により回生制動状態にして電力（電圧Viv）を発生するようになす。Ｓ23でモータ発生電圧Vivが14.7Vを超えていると判定し、Ｓ25で車両電装品負荷がかかっていると判定し、Ｓ26でバッテリ電圧Biが10V以下と判定する時、Ｓ27でモータ発生電力を発電機界磁電流Ifhとして発電機へ供給し、Ｓ28で界磁電流Ifhを、発電機が14.7Vの電力を発電する値となすよう制御し、Ｓ29で発電機からの14.7Vの電力がバッテリへ給電されるようにして、バッテリを14.7Vの高圧電力で急速充電する。
【選択図】図４

Description

本発明は、前後輪の一方を内燃機関（エンジン）などの主動力源により駆動し、他方の車輪を電動モータからの動力により駆動する電動モータ式4輪駆動車両に関し、特に、電動モータの回転数を目標回転数にする回転制御中にもかかわらず、降坂路などで電動モータの実回転数が目標回転数を超えるモータ過回転状態を適切に防止する技術に係わる。

内燃機関（エンジン）などの主動力源からの動力により駆動される主駆動輪のほかに、主動力源に結合された発電機の発電電力に応動する電動モータからの動力により駆動される電動モータ駆動車輪を具えた、電動モータ式4輪駆動車両としては従来、例えば特許文献１に記載されたごときものがある。

この車両は、前２輪（または後２輪）をエンジン駆動し、後２輪（または前２輪）を電動モータにより駆動可能とし、エンジンに駆動結合した４輪駆動専用の発電機からの電力により電動モータを直接駆動する。
概略説明すると、エンジン駆動される主駆動輪が駆動スリップしそうな、若しくは駆動スリップした時におけるエンジンの余剰トルク分だけ発電機に負荷をかけて発電させ、発電した電力を電動モータに供給してこの電動モータを駆動し、この時に締結させた4WDクラッチを経て電動モータからの動力を電動モータ駆動車輪に伝達することによりモータ４輪駆動を可能にする。
なおクラッチは基本的に、４輪駆動しない時は解放しておくことで電動モータ駆動車輪が電動モータを引きずることのないようにして燃費の悪化を回避する。

かかる電動モータ式4輪駆動車両にあっては、４輪駆動専用の発電機のほかに、エアコンディショナーや、ワイパーや、ランプ等の車両電装品を制御したり作動させる電力を供給するためのバッテリへの充電用発電機が必要であり、2個の発電機を搭載することとなって車載性が悪くなる。

そこで特許文献2に記載のごとく、４輪駆動専用発電機の発電電力線中に切り替え部を挿置し、電装品用バッテリの蓄電状態が悪い状態で電装品が作動される時や、4輪駆動が不要な時は、切り替え部が４輪駆動専用発電機からの電力を電装品用バッテリに向かわせてその充電を行わせるようになし、電装品用バッテリの蓄電状態が良い時や、電装品が作動されない時で、4輪駆動が必要になった場合にのみ、切り替え部が４輪駆動専用発電機からの電力を電動モータに向かわせてその駆動により4輪駆動を行わせるようにする技術が従来より提案されている。

この提案技術によれば、電装品バッテリ充電用の発電機が不要で、1個の発電機（４輪駆動用発電機）のみで足り、上記した車載性に関する問題を解消することができる。

一方で電動モータ式4輪駆動車両にあっては、4輪駆動走行のため電動モータの回転数を目標回転数にする回転制御中にもかかわらず、降坂路走行やコースティング(惰性)走行に起因して電動モータの実回転数が目標回転数を超える電動モータの過回転（モータ過回転）を生ずることがあり、
かかるモータ過回転を防止するに当たっては従来、特許文献2に記載のごとく、電動モータを三相短絡により制動状態にすると共に電力を発生する状態となし、この電力を電動モータのインバータで熱として消失させることによりモータ過回転を防止する技術が提案されている。
特開２００２−２１８６０５号公報特開２００４−２２２４４３号公報

しかし従来のように、電動モータを三相短絡により制動状態にすることで発生した電力を電動モータのインバータで熱として消失させるモータ過回転防止技術では、
熱によりインバータの作動環境が悪化したり、インバータの耐久性が低下したりするだけでなく、エネルギー効率が悪くなるという問題を生ずる。

本発明は、電動モータを三相短絡により制動状態にすることで発生した電力を発電機に向かわせるようにすることにより、少なくとも前者の問題、つまり、熱によりインバータの作動環境が悪化したり、インバータの耐久性が低下するという問題を解消し得るようにした電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置を提案することを目的とする。

この目的のため、本発明による電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置は、請求項１に記載のごとき以下の構成とする。
先ず前提となる電動モータ式4輪駆動車両は、
主動力源からの動力により駆動される主駆動輪と、
上記主動力源に結合された発電機の発電電力に応動する三相電動モータからの動力により駆動される電動モータ駆動車輪とを具えたものである。

本発明は、かかる電動モータ式4輪駆動車両において、
上記電動モータの回転数を目標回転数にする回転制御中にもかかわらず、電動モータの実回転数が前記目標回転数を超えるモータ過回転時、電動モータを三相短絡により制動状態にすると共に電力を発生する状態となし、
このモータ発生電力を発電機の界磁コイルに供給して該発電機に発電を行わせるよう構成した点に特徴づけられる。

かかる本発明のモータ過回転防止装置によれば、
電動モータ式4輪駆動車両の降坂路走行やコースティング(惰性)走行などに起因して電動モータの実回転数が目標回転数を超えるモータ過回転を防止するに際し、電動モータを三相短絡により制動状態にすることで発生したモータ発生電力を発電機の界磁コイルに供給して該発電機に発電を行わせるため、
モータ発生電力を電動モータのインバータで熱として消失させる従来のモータ過回転防止技術で生じていた問題、つまり、熱によりインバータの作動環境が悪化したり、インバータの耐久性が低下するという問題を解消することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例になるモータ過回転防止装置を具えた電動モータ式４輪駆動車両の駆動系を略示し、本実施例においてはこの車両を、左右前輪1L,1Rを主動力源としてのエンジン（内燃機関）2によって駆動されるフロントエンジン・フロントホイールドライブ車（F／F車）をベース車両とし、左右後輪3L,3Rを必要に応じ三相電動モータである後輪駆動モータ4によって駆動可能とした、所謂電動モータ式４輪駆動車両とする。

エンジン2は通常通り、運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏み込む程度に応じて出力を増大されるものとする。
そしてこのエンジン2は、自動変速機5およびディファレンシャルギヤ装置6を一体ユニットに構成したトランスアクスルを介し左右前輪（主駆動輪）1L,1Rに駆動結合し、エンジン2の出力トルクが自動変速機5およびディファレンシャルギヤ装置6を経て左右前輪1L,1Rに伝達されて車両の走行に供されるものとする。

次に電動モータ4による後輪駆動系を説明するに、これを基本的には前記の特許文献１に記載された電動モータ式4輪駆動車両におけると同様なものとする。
つまり、エンジン2の出力トルクの一部により無端ベルト7を介して駆動される専用発電機8を具え、この発電機8は、エンジン2の回転数にベルトプーリ比を乗じた回転数で回転されており、4輪駆動コントローラ9によって調整された界磁電流線8aからの界磁電流Ifhに応じた発電負荷をエンジン2にかけて負荷トルクに応じた電力を発電する。

発電機8が発電した電力は、電力線10により切り替え器15、リレー11およびインバータ4aを経て後輪駆動モータ4に供給する。
リレー11はコントローラ9からの指令により、発電機8が制御不良になった時に電力線10を遮断したり、後輪駆動が不要でコントローラ9が発電機8に発電負荷をかけないようにした時も永久磁石による若干の発電があることから、これがモータ4に供給されないようにするために電力線10を遮断する。

切り替え器15は、通常は発電機8からの電力を上記の通りリレー11を経て後輪駆動モータ4に供給する切り替え位置になっているが、コントローラ9からの後述する指令が発生すると、これに応動して発電機8からの電力を車載バッテリ16に供給する切り替え位置（バッテリ充電位置）になるものとする。
バッテリ16は、エアコンディショナ17aや、ワイパー17bや、ランプ17cなどの車両電装品を作動させるためのものであるが、電力線16bを経て4輪駆動コントローラ9へも電力を供給し、界磁電流線4b,8aへ界磁電流を出力する時や、4WDクラッチ13の締結電力を出力する時の電源としても用いる。

インバータ4aはコントローラ9からの後述する指令に応動し、4輪駆動走行のため後輪駆動モータ4の回転数を目標回転数にする回転制御中にもかかわらず、降坂路走行やコースティング(惰性)走行に起因して該モータの実回転数Nmが目標回転数を超えるモータ過回転時に、後輪駆動モータ4を三相短絡により制動状態にするものとする。
かかる後輪駆動モータ4の三相短絡により該モータ4は回生制動状態となって電力を発生し、このモータ発生電力を電力線18により発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に供給する。

この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19は、4輪駆動コントローラ9からの後述する指令に応動し、電力線18からのモータ発生電力を制御下に界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給する切り替え位置になったり、電力線18からのモータ発生電力を電力線16aよりそのままバッテリ16へその充電用に供給する切り替え位置になるものとする。

なお、電力線18からのモータ発生電力を制御下に界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給する間は、4輪駆動コントローラ9がこれから界磁電流線8aへの界磁電流Ifhを出力せず、界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ向かう界磁電流Ifhにより発電機8の発電態様が決定されるものとする。

後輪駆動モータ4の駆動軸は、減速機12およびこれに内蔵された4WDクラッチ13を介して左右後輪（電動モータ駆動車輪）3L,3Rのディファレンシャルギヤ装置14に結合し、モータ4の出力トルクが減速機12によりギヤ比分で増大され、4WDクラッチ13が締結状態であれば、この増大されたトルクがディファレンシャルギヤ装置14により左右後輪3L,3Rに分配出力されるようになす。

4WDクラッチ13の締結・解放、および電動モータ4の回転方向・駆動トルクも４輪駆動コントローラ9によって制御する。
4WDクラッチ13の締結・解放制御に当たってコントローラ9は、クラッチ締結電力線13aから4WDクラッチ13への締結電力により4WDクラッチ13を締結させ、クラッチ締結電力線13aに締結電力を出力しないことにより4WDクラッチ13を解放させるものとする。
電動モータ4の制御に当たってコントローラ9は、界磁電流線4bからインバータ4aを経て電動モータ4へ向かう界磁電流Ifmの調整によってモータ駆動トルクを制御し、界磁電流Ifmの方向によってモータ回転方向を制御するものとする。

モータ4、発電機8、リレー11、4WDクラッチ13の上記した制御を行うために4輪駆動コントローラ9には、４輪駆動スイッチ21からの信号を入力するほかに、
左右前輪1L,1Rの車輪速（前輪速）Ｖ_ＷＦＬ，Ｖ_ＷＦＲおよび左右後輪3L,3Rの車輪速（後輪速）Ｖ_ＷＲＬ，Ｖ_ＷＲＲを個々に検出する車輪速センサ群22からの信号と、
後輪駆動モータ4の回転速度Nmを検出するモータ回転センサ23からの信号と、
バッテリ16の蓄電状態SOC（持ち出し可能電力）を検出するバッテリ蓄電状態検出センサ24からの信号と、
アクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）APOを検出するアクセル開度センサ25からの信号とを入力する。

なお4輪駆動コントローラ9は、運転者が４輪駆動スイッチ21をONにしている間、後で説明するごとく４輪駆動の必要を判断して自動的にモータ4輪駆動を行い、
運転者が４輪駆動スイッチ21をOFFにしている間、前2輪のエンジン駆動のみによる2輪駆動を継続的に行わせるものとする。

以下、コントローラ9が行う基本的な4輪駆動制御を説明する。
まず図2に示す処理により、主駆動輪（エンジン駆動輪）である前輪1L,1Rの駆動（加速）スリップを生起させる原因となるエンジン2の余剰トルクを演算する。
ステップＳ１において、車輪速センサ群２２で検出した前輪速Ｖ_ＷＦＬ，Ｖ_ＷＦＲから求め得る平均前輪速Vwfより、同じく車輪速センサ群22で検出した後輪速Ｖ_ＷＲＬ，Ｖ_ＷＲＲから求め得る平均後輪速Vwrを減算して、主駆動輪である左右前輪1L,1Rの加速スリップ量ΔVfを求める。

次のステップＳ２では、上記左右前輪1L,1Rの加速スリップ量ΔVfが所定値、例えば３km/h以上か否かにより、加速スリップが発生しているか否かを判定する。
加速スリップ量ΔVfが３km/h未満と判定する場合は、加速スリップが発生しておらず、エンジン出力の余剰がないとして制御をそのまま終了する。

ステップＳ２で加速スリップ量ΔVfが３km/h以上と判定する加速スリップ発生時は、ステップＳ３において、前輪1L,1Rの加速スリップを発生させるエンジンの余剰トルク、つまり加速スリップを抑制するのに必要な吸収トルクＴ（ΔVf）を、Ｔ（ΔVf）＝K1×ΔVfにより演算する。
なおK1は、実験などによって求めたゲインである。

次のステップＳ４では現在の発電機8の負荷トルクTgを求め、更にステップＳ５において、現在の発電機負荷トルクTgと、前記の余剰トルクＴ（ΔVf）との合算により発電機8の目標発電負荷トルクThを求める。
そしてステップＳ６で、前記車輪速Ｖ_ＷＦＬ，Ｖ_ＷＦＲ，Ｖ_ＷＲＬ，Ｖ_ＷＲＲから求め得る車速VSPが、4WDクラッチ13の締結時にモータ4の回転数を許容上限回転数未満にするモータ回転許容上限車速（例えば30km/h）未満か否かをチェックする。

車速VSPがモータ回転許容上限車速以上である場合、モータ4が許容上限回転数を超えた異常な高速回転をしてその耐久性が低下することから４輪駆動を行わせないよう制御をそのまま終了するが、車速VSPがモータ回転許容上限車速未満なら、モータ4が許容上限回転数を超えることがないから、ステップＳ7において、発電機8の最大負荷トルクThmaxを求める。
次いでステップＳ８において、発電機8の目標発電負荷トルクTh（ステップＳ５）が最大負荷トルクThmax以上か否かをチェックし、以上ならステップＳ９でTh＝Thmaxとして目標発電負荷トルクThを実現可能な限界であるThmaxに制限し、Th<Thmaxなら制御を終了して目標発電負荷トルクThをステップＳ５で求めたままの値とする。

なお図２では、エンジン駆動輪1L,1Rが加速スリップを発生した場合のみについて、発電機8の目標発電負荷トルクThを求める方法を説明したが、
エンジン駆動輪1L,1Rが加速スリップする虞のある場合や、或いは、所定以下の低速状態である時も、電動モータ４輪駆動を実現するために発電機8の目標発電負荷トルクThを運転状況に応じて求めるものとする。

コントローラ9は、上記のようにして求めた発電機8の目標発電負荷トルクThを基に図３の制御プログラムにより発電機8およびモータ4を制御する。
ステップＳ１１においては、発電機8の目標発電負荷トルクThが正か否かにより発電要求があるか否かをチェックする。
発電要求がなければ制御を終了して、発電機8の発電負荷をエンジン2にかけないようにすると共に、4WDクラッチ13を解放状態にしておく。
発電要求があればステップＳ１２において、予定のマップをもとに目標モータ回転速度tNmから目標モータ界磁電流Ifmを算出してこれをモータ4に指令する。
なお図示しなかったが同時に、4WDクラッチ13の入出力回転速度が一致した時に4WDクラッチ13を締結してモータ4の回転を後輪3L,3Rへ伝達可能にする。

ここで、モータ4の回転数tNmに対する目標モータ界磁電流IfmはステップＳ１２内に図示するごとく、モータ回転数tNmが所定回転数以下の場合には一定の所定電流値とし、それ以上のモータ回転数になった場合には、公知の弱め界磁制御方式でモータ4の界磁電流Ifmを小さくする。
その理由は、モータ4が高速回転になるとモータ逆起電圧Ｅの上昇によりモータトルクが低下することから、モータ回転数tNmが所定値以上になったらモータ4の界磁電流Ifmを小さくして逆起電圧Ｅを低下させることにより、モータ4に流れる電流を増加させて所要のモータトルクTmが得られるようにするためである。

次いでステップＳ１３において、上記のようにして求めた目標モータ界磁電流Ifmおよびモータ4の回転数tNmから、予定のマップをもとにモータ4の逆起電圧Ｅを算出する。
更にステップＳ１４で、前記した発電負荷トルクThに基づき対応する目標モータトルクTmを算出し、
次にステップＳ１５で、目標モータトルクTmおよび目標モータ界磁電流Ifmの関数である目標電機子電流Iaを算出し、
その後ステップＳ１６において、目標電機子電流Ia、総合抵抗Ｒ、および逆起電圧Ｅから発電機8の目標電圧ＶをＶ＝Ia×Ｒ＋Ｅの演算により求める。
コントローラ9は、発電機8の発電電圧が、このようにして求めた目標電圧Ｖとなるよう、発電機8の界磁電流Ifhをフィードバック制御する。

かかる通常の4輪駆動制御とは別に４輪駆動コントローラ9は、後輪駆動モータ4の回転数Nmを目標回転数tNmにする回転制御中にもかかわらず、降坂路走行や、コースティング(惰性)走行に起因して、後輪駆動モータ4の実回転数Nmが目標回転数tNmを超えるモータ過回転時に、図4に示す制御プログラムを実行して当該モータ過回転を防止する制御を以下のごとくに行う。

先ずステップＳ21において、センサ23で検出した後輪駆動モータ4の実回転数Nmを目標回転数tNmと比較し、Nm>tNmか否かをチェックする。
Nm>tNmでなければ、後輪駆動モータ4が上記のモータ過回転を生じておらず、その防止制御が不要であるから、制御を元に戻してNm>tNmになるまで待機する。
Nm>tNmのモータ過回転状態になったら、これを防止するために制御をステップＳ22以後に進める。

ステップＳ22においては、コントローラ9が後輪駆動モータ4のインバータ4aへ図1に波線で示す経路を経て、後輪駆動モータ4を三相短絡により回生制動状態にするよう指令する。
後輪駆動モータ4は上記の回生制動により電力（電圧Viv）を発生し、このモータ発生電力（電圧Viv）は電力線18を経て発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に出力される。

次のステップＳ23においては、上記のモータ発生電圧Vivが発電機8の最大発電電圧である14.7Vを超えているか否かをチェックし、ここでViv≦14.7Vと判定した時に選択されるステップＳ24においては、モータ発生電圧Vivがバッテリ16の実用電圧下限値である11Vと上記の14.7Vとの間にあるか否（Viv<11V）かチェックする。

ステップＳ23でViv>14.7Vと判定する時は、ステップＳ25において車両電装品17a〜17cの負荷がかかっているか否かをチェックし、車両電装品負荷がかかっている場合はステップＳ26において、バッテリ16の電圧Biが異常低下判定値である10V以下か否かをチェックする。

ステップＳ25で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ26でバッテリ電圧Biが10V以下と判定するとき、コントローラ9は先ずステップＳ27において、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力を界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給するようになす。
同時にコントローラ9はステップＳ28において、上記の界磁電流Ifhを、発電機8が14.7Vの電力を発電する値となすよう発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に指令し、この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を介して界磁電流Ifhを、発電機8が14.7Vの電力を発電するような値に制御する。

次のステップＳ29においてコントローラ9は、切り替え器15を、発電機8からの14.7Vの電力がインバータ4aではなくバッテリ16へ給電されるような位置に切り替え、これによりバッテリ16を14.7Vの電力で急速充電する。
かかる14.7Vの電力によるバッテリ16の急速充電によれば、ステップＳ25で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ26でバッテリ電圧Biが10V以下と判定する時に、バッテリ16の蓄電状態SOCがそれ以上に低下するのを回避するような態様でバッテリ16の充電を行って、モータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

また、ステップＳ23でモータ発生電圧Vivが発電機8の最大発電電圧である14.7Vを超えていると判定しても、ステップＳ28での界磁電流Ifhの制御により、発電機8が14.7Vの電力を発電するようになすことで、発電機8が14.7Vを越えた高圧電力を発電するのを防止することができ、かかる高圧電力によってバッテリ16への悪影響を回避することができる。

ステップＳ25で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ26でバッテリ電圧Biが10Vよりも高いと判定する時は、上記ほどの高速充電が必要でないから、また、バッテリ16の保護のためもあって、コントローラ9は制御をステップＳ30およびステップＳ31に順次進める。

ステップＳ30においては、ステップＳ27におけると同様に、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力を界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給するようになす。
同時にコントローラ9はステップＳ31において、上記の界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電する値となすよう発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に指令し、この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を介して界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電するような値に制御する。

次のステップＳ29においてコントローラ9は、切り替え器15を、発電機8からの13Vの電力がバッテリ16へ給電されるような位置に切り替え、これによりバッテリ16を13Vの電力で通常速度で充電する。
かかる13Vの電力によるバッテリ16の通常速度充電によれば、ステップＳ25で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ26でバッテリ電圧Biが10Vを越えていると判定する時に、不必要に高速なバッテリ16の充電が回避され、バッテリ16の寿命低下を回避しつつバッテリ16の充電を確実に行って、モータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

ステップＳ24でモータ発生電圧Vivが、バッテリ16の実用電圧下限値である11Vと、発電機8の最大発電電圧である14.7Vとの間にあると判定する時は、ステップＳ32およびステップＳ33において、ステップＳ25およびステップＳ26におけると同様に、車両電装品17a〜17cの負荷がかかっているか否かをチェックすると共に、バッテリ16の電圧Biが異常低下判定値である10V以下か否かをチェックする。

ステップＳ32で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ33でバッテリ電圧Biが10V以下と判定するとき、コントローラ9はステップＳ34において、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力が電力線16aを経てバッテリ16へ向かうような位置に発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を切り替える。
次のステップＳ29においてコントローラ9は、電力線18からのモータ発生電力を発電機界磁電流制御器兼切り替え器19によりそのまま電力線16aを経てバッテリ16へ給電し、モータ発生電力で直接的に効率よくバッテリ16の充電を行わせる。
かかるモータ発生電力によるバッテリ16の直接充電によれば、ステップＳ32で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ33でバッテリ電圧Biが10V以下と判定する時に、バッテリ16の蓄電状態SOCがそれ以上に低下するのを回避するような態様でバッテリ16の充電を行って、モータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

ステップＳ32で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ33でバッテリ電圧Biが10Vよりも高いと判定する時は、上記の直接充電が必要でないから、コントローラ9は制御をステップＳ35およびステップＳ36に順次進める。

ステップＳ35においては、ステップＳ27におけると同様に、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力を界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給するようになす。
同時にコントローラ9はステップＳ36において、ステップＳ31におけると同様に、上記の界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電する値となすよう発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に指令し、この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を介して界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電するような値に制御する。

次のステップＳ29においてコントローラ9は、切り替え器15を、発電機8からの13Vの電力がバッテリ16へ給電されるような位置に切り替え、これによりバッテリ16を13Vの電力で通常速度で充電する。
かかる13Vの電力によるバッテリ16の通常速度充電によれば、ステップＳ32で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ33でバッテリ電圧Biが10Vを越えていると判定する時に要求される速度でバッテリ16の充電がなされ、バッテリ16の充電を確実に行いつつモータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

ステップＳ24でモータ発生電圧Vivが、バッテリ16の実用電圧下限値である11V未満と判定する時は、ステップＳ37において車両電装品17a〜17cの負荷がかかっているか否かをチェックし、車両電装品負荷がかかっている場合はステップＳ38において、バッテリ16の電圧Biが異常低下判定値である10V以下か否かをチェックする。

ステップＳ37で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ38でバッテリ電圧Biが10V以下と判定するとき、コントローラ9は先ずステップＳ39において、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力を界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給するようになす。
同時にコントローラ9はステップＳ40において、上記の界磁電流Ifhを、発電機8が14.7Vの電力を発電する値となすよう発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に指令し、この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を介して界磁電流Ifhを、発電機8が14.7Vの電力を発電するような値に制御する。

次のステップＳ29においてコントローラ9は、切り替え器15を、発電機8からの14.7Vの電力がインバータ4aではなくバッテリ16へ給電されるような位置に切り替え、これによりバッテリ16を14.7Vの電力で急速充電する。
かかる14.7Vの電力によるバッテリ16の急速充電によれば、ステップＳ37で車両電装品負荷がかかっていると判定し、且つ、ステップＳ38でバッテリ電圧Biが10V以下と判定する時に、バッテリ16の蓄電状態SOCがそれ以上に低下するのを回避するような態様でバッテリ16の充電を行って、モータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

ステップＳ37で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ38でバッテリ電圧Biが10Vよりも高いと判定する時は、上記ほどの高速充電が必要でないから、また、バッテリ16の保護のためもあって、コントローラ9は制御をステップＳ41およびステップＳ42に順次進める。

ステップＳ41においては、ステップＳ39におけると同様に、発電機界磁電流制御器兼切り替え器19へ、図1に波線で示す経路を経て指令を発し、電力線18からのモータ発生電力を界磁電流Ifhとして界磁電流線8bおよび8aより発電機8の界磁コイルへ供給するようになす。
同時にコントローラ9はステップＳ42において、上記の界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電する値となすよう発電機界磁電流制御器兼切り替え器19に指令し、この発電機界磁電流制御器兼切り替え器19を介して界磁電流Ifhを、発電機8が13Vの電力を発電するような値に制御する。

次のステップＳ29においてコントローラ9は、切り替え器15を、発電機8からの13Vの電力がバッテリ16へ給電されるような位置に切り替え、これによりバッテリ16を13Vの電力で通常速度で充電する。
かかる13Vの電力によるバッテリ16の通常速度充電によれば、ステップＳ37で車両電装品負荷がかかっていないと判定したり、または、ステップＳ38でバッテリ電圧Biが10Vを越えていると判定する時に、不必要に高速なバッテリ16の充電が回避され、バッテリ16の寿命低下を回避しつつバッテリ16の充電を確実に行って、モータ過回転時のエネルギー効率を高めることができる。

上記した実施例によれば、4輪駆動走行のため後輪駆動モータ4の回転数Nmを目標回転数tNmにする制御中にもかかわらず、電動モータ式4輪駆動車両の降坂路走行やコースティング(惰性)走行などに起因して後輪駆動モータ4の実回転数Nmが目標回転数tNmを超えるモータ過回転時に（ステップＳ21）これを防止するに際し、
後輪駆動モータ4を三相短絡により制動状態にする（ステップＳ22）ことで発生したモータ発生電力（電圧Viv）を発電機8の界磁コイルに供給して該発電機8に発電を行わせるため（ステップＳ27、ステップＳ30、ステップＳ35、ステップＳ39、ステップＳ41）、
熱を発生することがなくなり、モータ発生電力をモータのインバータで熱として消失させる従来のモータ過回転防止技術で生じていた問題、つまり、熱によりインバータの作動環境が悪化したり、インバータの耐久性が低下するという問題を解消することができる。

また本実施例によれば、後輪駆動モータ4を三相短絡により制動状態にする（ステップＳ22）ことで発生したモータ発生電力（電圧Viv）を発電機8の界磁コイルに供給して該発電機8に発電を行わせるだけでなく、この発電により得られた電力を車載バッテリ16に充電するため（ステップＳ29）、
後輪駆動モータ4を三相短絡により制動状態にした時のエネルギーを蓄電して有効利用することで、エネルギー効率を高めることができる。

また本実施例によれば、車載バッテリ16に負荷がかかっていて（ステップＳ25、ステップＳ32、ステップＳ37）、且つ、車載バッテリ16の蓄電状態が設定状態以下のとき（ステップＳ26、ステップＳ33、ステップＳ38）、
発電機8が上記のように発電する電力の電圧を高めて（ステップＳ28、ステップＳ40）、車載バッテリ16の充電に供するため、
バッテリ16の蓄電状態が低いにもかかわらずこれに電装品負荷が厳しい条件のもとで、高電圧による高速充電が行われることとなり、バッテリ16の蓄電状態がそれ以上悪くなるのを防止することができる。

更に、モータ発生電力の電圧Vivが車載バッテリ電圧相当値よりも低いとき（ステップＳ37）、発電機8が発電する電力の電圧を高めて（ステップＳ40、ステップＳ42）、車載バッテリ16の充電に供するため、
モータ発生電力の電圧Vivが車載バッテリ電圧相当値よりも低いときでも上記の作用効果を確実に達成することができる。

また、モータ発生電力の電圧Vivが車載バッテリ電圧相当値よりも高いとき（ステップＳ23、ステップＳ24）、発電機8が発電する電力の電圧を低下させて（ステップＳ28、ステップＳ31、ステップＳ36）、車載バッテリ16の充電に供するため、
モータ発生電力の電圧Vivが車載バッテリ電圧相当値よりも高いときでも上記の作用効果を確実に達成することができる。

また、モータ発生電力の電圧Vivが車載バッテリ電圧相当値であるとき（ステップＳ24）、モータ発生電力を発電機8の界磁コイルに供給する代わりに、直接的に車載バッテリ16に向かわせて充電するため（ステップＳ34）、
この充電を、不必要な高速充電によることなく、効率よく行わせることができる。

なお図示の実施例では説明を省略したが、車載バッテリ16のバッテリ蓄電状態SOCが満充電であるとき、モータ発生電力が供給される発電機8の界磁コイルをアースするよう構成してもよい。
この場合、車載バッテリ16のバッテリ蓄電状態SOCが満充電であるときは、発電機8が発電を行わないこととなり、バッテリ16の過充電を防止することができる。

なお上述した例では、図1の4輪駆動コントローラ9をマイクロコンピュータで構成し、これが図2〜4につき前述したような制御プログラムを実行して上記の作用効果を達成するようにしたが、図5に示すような電子制御回路によっても同様な作用効果を達成することができる。
図5において、図1におけると同様に機能する部分には同一符号を付して示す。

車載バッテリ16は基本的に車両電装品17a〜17c用のものとし、これがため車載バッテリ16に図示せざる作動スイッチを介して車両電装品17a〜17cを接続する。
そして、車載バッテリ16と車両電装品17a〜17cとの接続箇所に、リレースイッチ31およびインバータ4aを介して後輪駆動モータ4の電磁コイルを接続すると共に、リレースイッチ31を介して発電機8の電磁コイルを接続する。
リレースイッチ31は、4輪駆動スイッチ21（図1参照）のONでモータ4輪駆動を希望する時にOFFされるが、同じ条件でも発電機8の発電電圧が14V未満の場合はONにされ、4輪駆動スイッチ21（図1参照）のOFFでモータ4輪駆動を希望しない時にはONにされるものとする。

一方で、後輪駆動モータ4の界磁コイルは界磁電流線4bを経てバッテリ16に接続し、発電機8の界磁コイルは界磁電流線8aを経てバッテリ16に接続すると共に、電力線18および界磁電流線8bを経て発電機8およびモータ4の電磁コイル間における電力線10に接続する。
4WDクラッチ13の電磁コイルは、一端をクラッチ締結電力線13aによりバッテリ16に接続し、他端を4WDコントローラ9に接続する。
4WDコントローラ9は更に、発電機8の界磁コイルへ界磁電流Ifhを通電させるか否かを決定する用もなし、そのための端子を発電機界磁コイルのアース側におけるスイッチングトランジスタの制御端子に接続する。

図5において、4輪駆動スイッチ21（図1参照）のONでモータ4輪駆動が希望され、発電機8の発電電圧が14V以上であれば、リレースイッチ31がOFFになって以下のようなモータ4による後輪駆動で4輪駆動走行が可能である。
この時4輪駆動コントローラ9が、発電機8の界磁コイルへ界磁電流Ifhを通電させる状態にすると共に、4WDクラッチ13を締結する。

よって、エンジン駆動される発電機8が界磁電流Ifhで決まる発電負荷に応じた電力を発電し、これを電力線10によりインバータ4aを経て後輪駆動モータ4の電磁コイルに向かわせる。
このときインバータ4aは、界磁電流Ifmに応じたトルクおよび方向の回転を出力するようモータ4を駆動させ、モータ4による後輪駆動で車両を4輪駆動走行させることができる。

この4輪駆動走行中にモータ4の回転数が目標回転数を超えるモータ過回転時は、インバータ4aによるモータ4の三相短絡でモータ4aを制動状態にする。
かかる回生制動でモータ4は電力（電圧Viv）を発生するが、このモータ発生電力を電力線18および界磁電流線8bを経て発電機8の界磁コイルに供給することで発電機8に発電を行わせる。
この発電電力の電圧が14V未満であれば、リレースイッチ31のONでバッテリ16に向かい、その充電に供される。
よって、前記した実施例による作用効果の全てではないが、インバータ4aの熱に関する問題を解消すると共にエネルギー効率の低下に関する問題を解消しつつモータ4の過回転を防止するという主立った作用効果を達成することができる。

本発明の一実施例になるモータ過回転防止装置を具えた電動モータ式４輪駆動車両の駆動制御系を示す略線図である。同モータ４輪駆動車両の駆動制御系における４輪駆動コントローラが実行するエンジン余剰トルク演算プログラムを示すフローチャートである。同４輪駆動コントローラが実行する発電機制御プログラムを示すフローチャートである。同４輪駆動コントローラが実行するモータ過回転防止制御プログラムを示すフローチャートである。本発明の他の実施例になるモータ過回転防止装置を示す電子制御回路図である。

符号の説明

1L 左前輪（主駆動輪）
1R 右前輪（主駆動輪）
２エンジン（主動力源）
3L 左後輪（電動モータ駆動車輪）
3R 右後輪（電動モータ駆動車輪）
４後輪駆動モータ（電動モータ）
4a インバータ
4b モータ界磁電流線
５自動変速機
６ディファレンシャルギヤ装置
７無端ベルト
８発電機
8a 発電機界磁電流線
8b 発電機界磁電流線
９４輪駆動コントローラ
10 電力線
11 リレー
12 減速機
13 4WDクラッチ
13a クラッチ締結電力線
14 ディファレンシャルギヤ装置
15 切り替え器
16 バッテリ
17a エアコンディショナ
17b ワイパー
17c ランプ
18 モータ発生電力線
19 発電機界磁電流制御器兼切り替え器
21 ４輪駆動スイッチ
22 車輪速センサ群
23 モータ回転センサ
24 バッテリ蓄電状態センサ
25 アクセル開度センサ
31 リレースイッチ

Claims

主動力源からの動力により駆動される主駆動輪と、
前記主動力源に結合された発電機の発電電力に応動する三相電動モータからの動力により駆動される電動モータ駆動車輪とを具えた電動モータ式4輪駆動車両において、
前記電動モータの回転数を目標回転数にする回転制御中にもかかわらず、電動モータの実回転数が前記目標回転数を超えるモータ過回転時、前記電動モータを三相短絡により制動状態にすると共に電力を発生する状態となし、
このモータ発生電力を前記発電機の界磁コイルに供給して該発電機に発電を行わせるよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項１に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記発電機が発電して得られた電力を車載バッテリに充電するよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項2に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記車載バッテリに負荷がかかっていて、且つ、車載バッテリの蓄電状態が設定状態以下のとき、前記発電機が発電する電力の電圧を高めて前記車載バッテリの充電に供するよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項2または3に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記モータ発生電力の電圧が車載バッテリ電圧相当値よりも低いとき、前記発電機が発電する電力の電圧を高めて前記車載バッテリの充電に供するよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項2〜4のいずれか1項に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記モータ発生電力の電圧が車載バッテリ電圧相当値よりも高いとき、前記発電機が発電する電力の電圧を低下させて前記車載バッテリの充電に供するよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項2〜5のいずれか1項に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記モータ発生電力の電圧が車載バッテリ電圧相当値であるとき、前記モータ発生電力を前記発電機の界磁コイルに供給する代わりに、直接的に前記車載バッテリに向かわせて充電するよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。
請求項2〜6のいずれか1項に記載の、電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置において、
前記車載バッテリのバッテリ蓄電状態が満充電であるとき、前記モータ発生電力が供給される前記発電機の界磁コイルをアースするよう構成したことを特徴とする電動モータ式4輪駆動車両のモータ過回転防止装置。