JP2007313982A - 四輪駆動式車両の駆動力制御装置 - Google Patents

四輪駆動式車両の駆動力制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】幅広い出力領域で高効率を実現可能な四輪駆動式車両の駆動力制御装置を提供する。
【解決手段】左右前車輪FL,FRは、エンジンENGおよびモータジェネレータMG2により駆動される。左右後車輪RL,RRは、インホイールモータ形式のモータジェネレータMGR,MGLにより独立に駆動される。モータジェネレータMG2とモータジェネレータMGR,MGLとは、定格出力が互いに異なり、かつ駆動輪との間の減速比が互いに異なるように構成されるため、トルクおよび車両速度に対する効率特性において互いに異なる出力域で高効率を示す。ECU30は、走行モードが燃費重視モードに選択されたとき、モータ要求駆動トルクおよび車両速度と、各モータジェネレータの効率特性とに基づいて、モータジェネレータ全体の効率が最も高くなるようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分を決定する。
【選択図】図1

Description

この発明は、四輪駆動式車両の駆動力制御装置に関し、特に、左右の従駆動輪が個々の駆動源で独立に駆動される四輪駆動式車両の駆動力制御装置に関する。
最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)および電気自動車(Electric Vehicle)が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、インバータを介して直流電源により駆動されるモータを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
また、電気自動車は、インバータを介して直流電源によって駆動されるモータを動力源とする自動車である。
たとえば特許文献1は、車両本体のフロント側に配設された電動モータ装置が発生したトルクによってリヤ側の駆動輪を回転させる電気自動車であって、電動モータ装置が互いに異なる動作領域で効率が高くなる第1モータと第2モータとで構成される電気自動車を開示する。
これによれば、第1モータと第2モータとは、各々のロータが単一の出力軸に共通に固定されており、同じ軸を中心に回転する。第1モータおよび第2モータが発生したトルクは共通の出力軸に出力され、かつ、当該出力軸に連結されるプロペラシャフトを介してディファレンシャル装置に伝達される。ディファレンシャル装置は、伝達されたトルクを回転を差動して左右の駆動輪へ伝達する。
このとき、第1モータとしては、外径が大きく、かつ軸方向寸法が短い低回転・高トルク型のものが使用される。第2モータとしては、外径が小さく、かつ軸方向寸法が長い高回転・低トルク側のものが使用される。そして、電気自動車の走行条件に基づいて走行に必要な要求トルクが演算されると、要求トルクに対する第1モータの出力トルクT1および第2モータの出力トルクT2の配分が決定される。
各モータの出力トルク配分の決定方法については、配分された出力トルクT1を出力するときの第1モータの効率と、出力トルクT2を出力するときの第2モータの効率とから電源から第1および第2モータに供給されるエネルギー量が演算され、その演算されたエネルギー量が最小となるように出力トルクT1,T2が決定される。これによれば、電動モータ装置全体の効率を最大値とすることができる。また、第1モータと第2モータとを駆動制御することによって走行に必要な要求トルクを発生するようにしており、トランスミッションを不要にしている。
また、特許文献2は、駆動力源として複数のモータを搭載した電動車両を開示する。電動車両は、搭載モータの効率を決定付ける車両速度すなわちモータ回転速度と、車両に要求される駆動力値とに基づいて、各モータの駆動力の総和が要求駆動力を満足するとともに、各モータに与えるべきエネルギー量の総和が最小となるように駆動力指令値をモータごとに決定する。
これによれば、たとえば前輪と後輪とをそれぞれ別個に設けた2台のモータで駆動する場合において、1つのモータで駆動した方がモータ全体の効率が最大になると判断されたときには1つのモータのみが駆動される。一方、2つのモータで駆動した方がモータ全体の効率が最大となると判断されたときには、2つのモータが駆動される。すなわち、モータ全体の効率が最大となるように、そのときに要求される駆動力が複数のモータに配分される。この結果、一充電あたりの走行距離を増加させることができる。また、バッテリの容量が小さくて済むため、車両の重量を軽減することができる。
特開平5−328529号公報 特開平2−133005号公報 特開2001−186603号公報 特開平11−208304号公報 特開2000−32606号公報
しかしながら、上記特許文献1の電気自動車によれば、第1モータと第2モータとは共通の出力軸に連結されるため、互いに異なる出力領域(出力トルク、回転数)で効率が高くなるようにするためには、個々のモータの体格に違いを設けるしか手立てがない。
図14は、特許文献1に記載される電動モータ装置の効率マップを示す図である。図14から分かるように、第1モータと第2モータとでは、モータ特性に占める高効率領域が異なっている。ところが、その差は両者の体格の違いで一義的に決まるため、電動モータ装置全体として高効率が得られる出力領域には限界が生じてしまう。たとえば図14の効率マップでは、低出力域での効率が第1モータと第2モータとでいずれも低いことから、電動モータ装置全体として低出力域に至るまで高い効率を維持することが難しいとされる。
一方、上記特許文献2の電動車両によれば、2台のモータは別個の駆動輪にそれぞれ連結されているものの、体格が互いに等しく、故に出力特性が同等のものが適用されるため、それぞれの効率が高くなる動作領域は略一致したものとなる。
そのため、各モータの出力トルクの配分にあたっては、2台のモータのそれぞれに要求駆動トルクの1/2を均等に出力させるか、または1台のモータに要求駆動トルクの全部を出力させるかのいずれかを選択せざるを得ない。そのため、実現可能なモータ全体の効率には自ずと上限が生じる。
それゆえ、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、幅広い出力領域で高効率を実現可能な四輪駆動式車両の駆動力制御装置を提供することである。
この発明によれば、四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、第1の左右駆動輪および第2の左右駆動輪を有する四輪駆動式車両の駆動力制御装置である。四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、第1の電動機と、第1の電動機の発生した動力を第1の駆動軸に連結される第1の左右駆動輪に伝達する第1の動力伝達機構と、第2の左右駆動輪にそれぞれ連結されて互いに独立駆動が可能であり、かつ、第1の電動機とは定格出力が異なる2個の第2の電動機と、2個の第2の電動機が発生した動力を第2の左右駆動輪にそれぞれ伝達する第2の動力伝達機構と、電源から電力の供給を受けて第1の電動機を駆動制御する第1の駆動回路と、電源から電力の供給を受けて2個の第2の電動機をそれぞれ駆動制御する2個の第2の駆動回路と、第1および第2の電動機全体に要求される駆動力について、第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する駆動力配分決定部と、第1および第2の電動機がそれぞれ配分された駆動力を出力するように、第1および第2の駆動回路を制御する駆動制御部とを備える。第1および第2の動力伝達機構は、少なくとも一方が対応する電動機が発生した動力をその回転速度を減速させて対応する駆動輪に伝達する減速機を含む。駆動力配分決定部は、第1および第2の電動機の各々について、トルクおよび回転速度に対する効率特性をトルクおよび車両速度に対する効率特性に予め変換して格納する格納手段と、第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度と、格納された第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性とに基づいて、第1および第2の電動機の出力トルクの総和が第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクを満たすとともに、第1および第2の電動機全体の効率が所定の閾値以上となるように、第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する第1の配分決定手段とを含む。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、第1および第2の電動機は、定格出力が異なり、かつ、一定の車両速度の下で互いに異なる回転速度で駆動可能なように構成される。そのため、トルクおよび車両速度に対する効率特性において高効率となる領域は、両者間で相違する。したがって、電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度に応じて、電動機全体の効率が高くなるように第1および第2の電動機間の出力配分を適宜決定することにより、高出力域から低出力域までの幅広い出力領域において電動機全体の効率を高効率に保つことができる。この結果、四輪駆動式車両の燃費の向上が可能となる。
好ましくは、四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、第1および第2の電動機全体に要求される駆動力を検出する駆動力検出部と、車両速度を検出する車両速度検出部とをさらに備える。第1の配分決定手段は、第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度ごとに、第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性に基づいて第1および第2の電動機全体の効率が最も高くなるときの第1および第2の電動機の出力配分を予め設定して記憶する記憶手段を含む。第1の配分決定手段は、検出された第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度に対応する第1および第2の電動機間の出力配分を記憶手段から抽出する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、電動機全体に要求される駆動力の大きさに拘らず、電動機全体の効率が最も高くなるように予め設定された配分に従って第1および第2の電動機間の出力配分が行なわれることから、幅広い出力領域において電動機全体の効率を高効率に保つことができる。
好ましくは、四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、車両の操舵角を検出する操舵角検出部をさらに備える。第1の配分決定手段は、検出された車両の操舵角に基づいて、決定された第1および第2の電動機間の出力配分を補正する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、車両の走行安定性と良好な燃費性能との両立を図ることができる。
好ましくは、四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、第1および第2の左右駆動輪のスリップを検出する車輪スリップ検出部をさらに備える。第1の配分決定手段は、第1および第2の左右駆動輪の一方にスリップが検出されたとき、決定された第1および第2の電動機間の出力配分を補正する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、車両の走行安定性と良好な燃費性能との両立を図ることができる。
好ましくは、駆動力配分決定部は、第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度ごとに、第1および第2の電動機間の出力配分と車両の走行状態とに基づいて、車両の挙動の安定度を示す評価値を取得する評価値取得手段と、第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度と、変換された第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性とに基づいて、第1および第2の電動機の出力トルクの総和が第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクを満たし、かつ、第1および第2の電動機全体の効率が所定の閾値を上回るときの第1および第2の電動機間の出力配分を選出するとともに、車両の走行状態に応じて、選出された第1および第2の電動機間の出力配分の中から評価値が最も高くなるときの出力配分を第1および第2の電動機間の出力配分に決定する第2の配分決定手段と、外部からの操作可能に設けられ、操作状態に応じて第1および第2の配分決定手段のいずれか一方を選択する選択手段とをさらに含む。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、車両の運動性能の確保と燃費の向上との両立を図ることができる。
好ましくは、四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、電源と第1の駆動回路との間で電圧変換を行なう電圧変換回路と、閉状態において電源からの電圧を第2の駆動回路に直接的に供給可能に設けられた第1のスイッチ回路と、閉状態において電圧変換回路の出力電圧を第2の駆動回路に供給可能に設けられた第2のスイッチ回路とをさらに備える。駆動力配分決定部は、第2の電動機が配分された駆動力に基づいて第2の駆動回路の入力電圧の目標値を演算する演算手段と、演算された目標値が電源からの電圧以下となるとき、記第1のスイッチ回路を閉状態とするとともに、第2のスイッチ回路を開状態とする第1の開閉制御手段と、演算された目標値が電源からの電圧よりも高いとき、第1のスイッチ回路を開状態とするとともに、第2のスイッチ回路を閉状態とする第2の開閉制御手段とをさらに含む。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、第2の電動機からの駆動力を確保しながら、電圧変換器で発生する電力損失を低減することができる。この結果、電動機全体の効率をより一層高めることができる。
好ましくは、第1の左右駆動輪は、車両の前輪を構成し、かつ、第2の左右駆動輪は、車両の後輪を構成する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、従駆動輪となる後輪は、左右の一方のみを駆動可能なように構成される。そのため、車両の走行状態に応じて後輪の一方のみを駆動して車両を一輪走行させることにより、駆動力源となる第2の電動機を高効率で駆動できる。この結果、電動機全体の効率を高めることができる。
好ましくは、第1の左右駆動輪は、車両の後輪を構成し、かつ、第2の左右駆動輪は、車両の前輪を構成する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、後輪を主駆動輪とし、かつ、前輪を従駆動輪とする車両では、前輪を主駆動輪とし、かつ、後輪を従駆動輪とする車両に対して、車両の運動性能による前輪への駆動力配分の制限が緩和される。そのため、駆動力配分の自由度が高められることから、電動機全体の効率をより一層向上することが可能となる。
好ましくは、2個の第2の電動機の各々は、インホイールモータである。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、第2の電動機を第2の左右駆動輪の各々に組込まれたインホイールモータとすることにより、装置全体の省スペース化を図ることができる。
好ましくは、車両は、ハイブリッド車両である。第1の動力伝達機構は、内燃機関の発生した動力に第1の電動機が発生した動力を合成して第1の駆動軸に連結される第1の左右駆動輪に伝達する。駆動力配分決定部は、車両に要求される駆動力について、内燃機関および第1および第2の電動機全体との間の出力配分を決定するとともに、決定された第1および第2の電動機全体に要求される駆動力について、第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する。
上記の四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、ハイブリッド車両においても、電動機全体を高効率で駆動できることから、燃費のさらなる向上を図ることができる。
この発明によれば、定格出力が異なり、かつ、一定の車両速度の下で互いに異なる回転速度で駆動可能なように構成された複数の電動機を動力源とする四輪駆動式車両において、高出力域から低出力域までの幅広い出力領域において電動機全体の効率を高効率に保つことができる。この結果、四輪駆動式車両の燃費の向上が可能となる。
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
図1は、この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置を搭載した車両の駆動系を示す概略ブロック図である。
図1を参照して、車両100は、たとえば左右前車輪FL,FRを主駆動輪とし、左右後車輪RL,RRを従駆動輪とするFFベースのハイブリッド四輪駆動車からなる。ハイブリッド四輪駆動車は、左右前車輪FL,FRがエンジンENGおよびモータジェネレータMG2により駆動され、かつ、左右後車輪RL,RRがモータジェネレータMGL,MGRにより独立に駆動される、二輪独立駆動方式を採用する。
なお、ハイブリッド四輪駆動車は、図1の構成以外に、左右前車輪FL,FRを従駆動輪としてモータジェネレータMGL,MGRにより独立に駆動し、かつ、左右後車輪RL,RRを主駆動輪としてエンジンENGおよびリヤモータジェネレータにより駆動する、FRベースの構成としても良い。
車両100は、左右後車輪RL,RRの駆動装置として、モータジェネレータMGL,MGRと、減速機6,8と、インバータ20L,20Rと、電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)30と、バッテリBとを備える。
モータジェネレータMGL,MGRは、左右後車輪RL,RRの駆動軸2,4にそれぞれ連結され、それぞれを独立に駆動する。モータジェネレータMGL,MGRは、対応する車輪のホイールの内側に組み込まれたインホールモータ形式が採用される。
モータジェネレータMGR,MGLは、たとえば三相交流電動機であり、バッテリBに蓄えられた電力によって駆動される。モータジェネレータMGRの駆動力は、減速機8を介して右後車輪RRの駆動軸4に伝達される。モータジェネレータMGLの駆動力は、減速機6を介して左後車輪RLの駆動軸2に伝達される。
また、車両100の回生制動時には、モータジェネレータMGL,MGRはそれぞれ、減速機6,8を介して左右後車輪RL,RRにより回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータMGL,MGRにより発電された回生電力は、インバータ20L,20Rを介してバッテリBに充電される。
ここで、左右後車輪RL,RRに設けられた減速機6,8と、後述する左右前車輪FL,FRに設けられた減速機RDとは、対応するモータジェネレータに要求される出力特性を満たすように各々の減速比が個別に設定される。これにより、モータジェネレータMG2と、モータジェネレータMGR,MGLとは、一定の車両速度に対して互いに異なる回転速度で駆動可能である。なお、減速機6,8,RDの全てを設ける構成に限定されず、減速機6,8および減速機RDのいずれか一方を設けるように構成しても良い。
バッテリBは、ニッケル水素、リチウムイオン等の二次電池や燃料電池などが適用される。また、バッテリBに代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いてもよい。
インバータ20L,20Rは、モータジェネレータMGL,MGRをそれぞれ駆動制御する。インバータ20Lは、図示は省略するが、U相アームと、V相アームと、W相アームとからなる。各相アームは、電源ラインとアースラインとの間に直列接続された2個のパワー素子からなる。各相アームの中間点は、電力線によりモータジェネレータMGLの各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータMGLは、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がU相アームの中間点に、V相コイルの他端がV相アームの中間点に、W相コイルの他端がW相アームの中間点にそれぞれ接続されている。
インバータ20Rは、インバータ20Lと同様の構成からなり、各相アームの中間点が電力線によりモータジェネレータMGRの各相コイルの各相端に接続されている。
インバータ20L,20Rは、バッテリBから直流電圧が供給されるとECU30からの信号PWMIL,PWMIRに基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMGL,MGRをそれぞれ駆動する。これにより、モータジェネレータMGL,MGRは、要求駆動トルクに従ったトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ20L,20Rは、車両100の回生制動時、モータジェネレータMGL,MGRが発電した交流電圧をECU30からの信号PWMIL,PWMIRに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリBへ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、車両100を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
車両100は、さらに、左右前車輪FL,FRの駆動装置として、エンジンENGと、モータジェネレータMG1,MG2と、動力分割機構PSDと、減速機RDと、モータジェネレータMG1,MG2の駆動制御を行なうインバータ14,31と、昇圧コンバータ12とを備える。
エンジンENGは、ガソリンなどの燃料の燃焼エネルギーを源として駆動力を発生する。エンジンENGの発生する駆動力は、動力分割機構PSDにより、直流電力を発電するモータジェネレータMG1へ伝達される経路と、減速機RDを介して左右前車輪FL,FRを駆動する駆動軸に伝達する経路とに分割される。
モータジェネレータMG1は、動力分割機構PSDを介して伝達されたエンジンENGからの駆動力によって回転されて発電する。モータジェネレータMG1の発電した電力は、電力線を介してインバータ14に供給され、バッテリBの充電電力として、あるいは、モータジェネレータMG2の駆動電力として用いられる。
モータジェネレータMG2は、インバータ31から電力線に供給された交流電力によって回転駆動される。モータジェネレータMG2によって生じた駆動力は、減速機RDを介して左右前車輪FL,FRの駆動軸へ伝達される。
また、回生制動動作時にモータジェネレータMG2が車輪FL,FRの減速に伴なって回転される場合には、モータジェネレータMG2に生じた起電力が電力線に供給される。この場合には、インバータ31が電力線に供給された電力を直流電力に変換し、昇圧コンバータ12を介してバッテリBを充電する。
車両100は、さらに、アクセルペダルポジションAPを検出するアクセルポジションセンサ50と、ブレーキペダルポジションBPを検出するブレーキペダルポジションセンサ52と、シフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ54と、ハンドル7と、ハンドル7の操舵角θsを検出する操舵角センサ56と、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ58とを備える。車両100は、さらに、車輪FL,FR,RL,RRの回転速度ωFL,ωFR,ωRL,ωRRを検出する車輪速センサ40,42,44,46を備える。これらのセンサからの検出信号は、ECU30へ入力される。
ECU30は、エンジンENG、インバータ20L,20R,14,31およびバッテリBと電気的に接続されており、エンジンENGの運転状態と、モータジェネレータMGR,MGLおよびモータジェネレータMG1,MG2の駆動状態と、バッテリBの充電状態とを統合的に制御する。
図2は、図1の車両100における駆動装置の概略ブロック図である。
図2を参照して、駆動装置は、バッテリBと、昇圧コンバータ12と、インバータ14,31,20R,20Lと、電圧センサ10,13と、電流センサ22,24,26,28と、ECU30とを備える。
モータジェネレータMGR,MGLは、インホイールモータ形式の三相交流電動機であり、バッテリBに蓄えられた電力によって駆動される。モータジェネレータMGRの駆動力は、減速機を介して右後車輪RRの駆動軸(ともに図示せず)に伝達される。モータジェネレータMGLの駆動力は、減速機を介して左後車輪RLの駆動軸(ともに図示せず)に伝達される。
モータジェネレータMG1,MG2は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータMG1は主として発電機として動作し、モータジェネレータMG2は、主として電動機として動作する。
詳細には、モータジェネレータMG1は、三相交流電動機であり、加速時においてエンジンENGを始動する始動機として用いられる。このとき、モータジェネレータMG1は、バッテリBから電力の供給を受けて電動機として駆動し、エンジンENGをクランキングして始動させる。
さらに、エンジンENGの始動後において、モータジェネレータMG1は動力分割機構PSDを介して伝達されたエンジンENGの駆動力によって回転されて発電する。
モータジェネレータMG1の発電した電力は、車両の運転状態やバッテリBの充電量によって使い分けられる。たとえば、通常走行時や加速時においては、モータジェネレータMG1の発電した電力は、そのままモータジェネレータMG2を駆動させる電力となる。一方、バッテリBの充電量が所定値よりも低いときには、モータジェネレータMG1の発電した電力は、インバータ14によって交流電力から直流電力に変換されてバッテリBに蓄えられる。
モータジェネレータMG2は、三相交流電動機であり、バッテリBに蓄えられた電力およびモータジェネレータMG1の発電した電力の少なくともいずれか一方によって駆動される。モータジェネレータMG2の駆動力は、減速機RDを介してその回転速度が所定の減速比で減速されて左右前車輪FL,FRの駆動軸に伝達される。これにより、モータジェネレータMG2は、エンジンENGをアシストして車両100を走行させたり、自己の駆動力のみによって車両100を走行させたりする。
また、車両100の回生制動時には、モータジェネレータMG2は、減速機RDを介して左右前車輪FL,FRにより回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータMG2により発電された回生電力は、インバータ31を介してバッテリBに充電される。
昇圧コンバータ12は、バッテリBとインバータ14,31との間に設けられ、リアクトルL1と、IGBT素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2とを含む。リアクトルL1の一方端はバッテリBの電源ラインに接続され、他方端はIGBT素子Q1とIGBT素子Q2との中間点、すなわち、IGBT素子Q1のエミッタとIGBT素子Q2のコレクタとの間に接続される。IGBT素子Q1,Q2は、電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。そして、IGBT素子Q1のコレクタは電源ラインに接続され、IGBT素子Q2のエミッタはアースラインに接続される。また、各IGBT素子Q1,Q2のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すダイオードD1,D2が接続されている。
インバータ14は、U相アーム15と、V相アーム16と、W相アーム17とから成る。U相アーム15、V相アーム16、およびW相アーム17は、電源ラインとアースラインとの間に並列に設けられる。
U相アーム15は、直列接続されたIGBT素子Q3,Q4から成り、V相アーム16は、直列接続されたIGBT素子Q5,Q6から成り、W相アーム17は、直列接続されたIGBT素子Q7,Q8から成る。また、各IGBT素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードD3〜D8がそれぞれ接続されている。
各相アームの中間点は、モータジェネレータMG1の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータMG1は、U,V,W相の3つのコイルの一端が中性点に共通接続されて構成され、U相コイルの他端がIGBT素子Q3,Q4の中間点に、V相コイルの他端がIGBT素子Q5,Q6の中間点に、W相コイルの他端がIGBT素子Q7,Q8の中間点にそれぞれ接続されている。
インバータ31は、インバータ14と同様の構成から成る。
昇圧コンバータ12は、バッテリBから供給された直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2へ供給する。より具体的には、昇圧コンバータ12は、ECU30から信号PWMCを受けると、信号PWMCによってIGBT素子Q2がオンされた期間に応じて直流電圧Vbを昇圧してコンデンサC2に供給する。
また、昇圧コンバータ12は、ECU30から信号PWMCを受けると、コンデンサC2を介してインバータ14および/またはインバータ31から供給された直流電圧を降圧してバッテリBを充電する。
コンデンサC2は、昇圧コンバータ12からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ14,31へ供給する。電圧センサ13は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち、昇圧コンバータ12の出力電圧Vm(インバータ14,31への入力電圧に相当する。以下同じ。)を検出し、その検出した出力電圧VmをECU30へ出力する。
インバータ14は、コンデンサC2を介してバッテリBから直流電圧が供給されるとECU30からの信号PWMI1に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMG1を駆動する。これにより、モータジェネレータMG1は、トルク指令値TR1に従ったトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ14は、駆動装置が搭載された車両100の回生制動時、モータジェネレータMG1が発電した交流電圧をECU30からの信号PWMI1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。なお、ここで言う回生制動とは、車両100を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速(または加速の中止)させることを含む。
インバータ31は、コンデンサC2を介してバッテリBから直流電圧が供給されるとECU30からの信号PWMI2に基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMG2を駆動する。これにより、モータジェネレータMG2は、トルク指令値TR2に従ったトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ31は、車両100の回生制動時、モータジェネレータMG2が発電した交流電圧をECU30からの信号PWMI2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサC2を介して昇圧コンバータ12へ供給する。
電流センサ24は、モータジェネレータMG1に流れるモータ電流MCRT1を検出し、その検出したモータ電流MCRT1をECU30へ出力する。電流センサ28は、モータジェネレータMG2に流れるモータ電流MCRT2を検出し、その検出したモータ電流MCRT2をECU30へ出力する。
インバータ20R,20Lは、上述したインバータ14,31と同様の構成から成る。ただし、昇圧コンバータ12を介さず、バッテリBに直接的に接続されている点において、インバータ14,31とは相違する。
すなわち、インバータ20Rは、バッテリBから直接的に直流電圧が供給されると、ECU30からの信号PWMIRに基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMGRを駆動する。これにより、モータジェネレータMGRは、トルク指令値TRRに従ったトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ20Rは、車両100の回生制動時、モータジェネレータMGRが発電した交流電圧をECU30からの信号PWMIRに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を直接的にバッテリBへ供給する。
インバータ20Lについても同様に、バッテリBから直接的に直流電圧が供給されるとECU30からの信号PWMILに基づいて直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMGLを駆動する。これにより、モータジェネレータMGLは、トルク指令値TRLに従ったトルクを発生するように駆動される。
また、インバータ20Lは、車両100の回生制動時、モータジェネレータMGLが発電した交流電圧をECU30からの信号PWMILに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を直接的にバッテリBへ供給する。
電流センサ22は、モータジェネレータMGRに流れるモータ電流MCRTRを検出し、その検出したモータ電流MCRTRをECU30へ出力する。電流センサ26は、モータジェネレータMGLに流れるモータ電流MCRTLを検出し、その検出したモータ電流MCRTLをECU30へ出力する。
図3は、図2におけるECU30の機能ブロック図である。
図3を参照して、ECU30は、車両要求駆動力演算部60と、駆動力配分決定部62と、走行モード設定部64と、エンジンECU66と、コンバータ制御手段68と、インバータ制御手段70,72,74,76とを含む。
ECU20は、図示しないアクセルポジションセンサ50からアクセルペダルポジションAPを受け、ブレーキペダルポジションセンサ52からブレーキペダルポジションBPを受け、シフトポジションセンサ54からシフトポジションSPを受け、操舵角センサ56からハンドル7の操舵角θsを受け、ヨーレートセンサ58からヨーレートγを受け、車輪速センサ40,42,44,46から車輪FL,FR,RL,RRの回転速度ωFL,ωFR,ωRL,ωRRを受ける。さらに、ECU30は、電圧センサ10から直流電圧Vbを受け、電圧センサ13から昇圧コンバータ12の出力電圧Vm(すなわち、インバータ14への入力電圧)を受け、電流センサ24,28,22,26からモータ電流MCRT1,MCRT2,MCRTR,MCRTLをそれぞれ受ける。
そして、車両要求駆動力演算部60は、アクセルペダルポジションAP、ブレーキペダルポジションBP、シフトポジションSP、ヨーレートγおよび車両速度Vに基づいて、車両100全体に要求される駆動力(以下、車両要求駆動力とも称する。)Pttlを演算する。車両速度Vとしては、例えば車輪FL,FR,RL,RRの回転速度ωFL,ωFR,ωRL,ωRRの平均値が用いられる。
駆動力配分決定部62は、要求駆動力演算部60から演算された車両要求駆動力Pttlを受け、走行モード設定部64から車両100の運転者によって指定された走行モードDMを受ける。また、駆動力配分決定部62は、アクセルポジションセンサ50からアクセルペダルポジションAPを受け、ブレーキペダルポジションセンサ52からブレーキペダルポジションBPを受け、シフトポジションセンサ54からシフトポジションSPを受け、操舵角センサ56からハンドル7の操舵角θsを受け、ヨーレートセンサ58からヨーレートγを受ける。さらに、駆動力配分決定部62は、車輪速センサ40,42,44,46から車輪FL,FR,RL,RRの回転速度ωFL,ωFR,ωRL,ωRRを受け、エンジンECU66からエンジン回転数MRNEを受ける。
そして、駆動力配分決定部62は、車両100の運転状況に応じて車両要求駆動力Pttlに対するエンジンENGおよびモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動力配分を決定する。具体的には、駆動力配分決定部62は、燃費の面からエンジンENGの効率を考慮して、運転状況に応じて上記駆動力配分を決定する。すなわち、駆動力配分決定部62は、エンジンENGでのエンジン要求駆動力PEreq*およびモータジェネレータMG2,MGR,MGL全体でのモータ要求駆動力PMreq*を決定する。
次に、駆動力配分決定部62は、決定されたエンジン要求駆動力PEreq*に基づいてエンジンENGのトルク指令値TE*と目標回転数MRNE*とを演算してエンジンECU66へ出力する。これにより、エンジンECU66は、目標回転数MRNE*と実回転数MRNEとを一致させるように、エンジンENGの出力する動力(回転数×トルク)を制御する。
さらに、駆動力配分決定部62は、決定されたモータ要求駆動力PMreq*について、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動力配分を決定する。具体的には、駆動力配分決定部62は、モータ要求駆動力PMreq*に対応するモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの各々のトルクおよび車両速度Vに対する効率特性とに基づいて、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動トルク配分を決定する。すなわち、駆動力配分決定部62は、モータジェネレータMG2の要求駆動トルクTR2、モータジェネレータMGRの要求駆動トルクTRR*およびモータジェネレータMGLの要求駆動トルクTRL*を決定する。
なお、駆動力配分決定部62は、この駆動トルク配分の決定にあたっては、後述するように、走行モード設定部64から受ける走行モードDMに応じて異なる決定方法を採用する。
そして、駆動力配分決定部62は、その決定したモータジェネレータMG2の要求駆動トルクTR2に対応したトルクが出力されるように、要求駆動トルクTR2をトルク指令値TR2に設定してインバータ制御手段72およびコンバータ制御手段68へ出力する。
なお、エンジンENGから出力された駆動力の一部がモータジェネレータMG1の発電用電力として用いられる場合、モータジェネレータMG1による発電電力はモータジェネレータMG2の駆動に利用される。この場合、駆動力配分決定部62は、さらに、モータジェネレータMG1の要求駆動トルクTR1をトルク指令値TR1に設定し、その設定したトルク指令値TR1をインバータ制御手段70およびコンバータ制御手段68へ出力する。
さらに、駆動力配分決定部62は、決定したモータジェネレータMGRの要求駆動トルクTRR*およびモータジェネレータMGLの要求駆動トルクTRL*を、インバータ制御手段74,76へそれぞれ出力する。
図4は、図3のコンバータ制御手段68およびインバータ制御手段70,72,74,76の機能ブロック図である。
図4を参照して、コンバータ制御手段68は、電圧指令演算部302と、コンバータ用デューティ比演算部304と、コンバータ用PWM信号変換部306とを含む。
電圧指令演算部302は、駆動力配分決定部62からのトルク指令値TR1,TR2と図示しない回転数センサからのモータ回転数MRN1,MRN2とに基づいて、インバータ14,31の入力電圧の最適値、すなわち昇圧コンバータ12の電圧指令値Vdc_comを演算し、その演算した電圧指令値Vdc_comをコンバータ用デューティ比演算部304へ出力する。
コンバータ用デューティ比演算部304は、電圧センサ10から直流電圧Vbを受け、電圧センサ13から出力電圧Vmを受け、電圧指令演算部302から電圧指令値Vdc_comを受ける。そして、コンバータ用デューティ比演算部304は、出力電圧Vmを電圧指令値Vdc_comに設定するためのデューティ比DRを演算し、その演算したデューティ比DRをコンバータ用PWM信号変換部306へ出力する。
コンバータ用PWM信号変換部306は、コンバータ用デューティ比演算部304からのデューティ比DRに基づいて昇圧コンバータ12のIGBT素子Q1,Q2をオン/オフするための信号PWMCを生成し、その生成した信号PWMCを昇圧コンバータ12へ出力する。
インバータ制御手段70は、モータ制御用相電圧演算部402と、インバータ用PWM信号変換部404とを含む。
モータ制御用相電圧演算部402は、駆動力配分決定部62からのトルク指令値TR1、電流センサ24からのモータ電流MCRT1、および電圧センサ13からの出力電圧Vmに基づいて、モータジェネレータMG1の各相コイルに印加する電圧を計算し、その計算した電圧をインバータ用PWM信号変換部404へ出力する。
インバータ用PWM信号変換部404は、モータ制御用相電圧演算部402からの計算結果に基づいて、実際にインバータ14のIGBT素子Q3〜Q8をオン/オフする信号PWMI1を生成し、その生成した信号PWMI1をインバータ14の各IGBT素子Q3〜Q8へ出力する。
インバータ制御手段72,74,76は、インバータ制御手段70と同じ構成からなる。ただし、インバータ制御手段74については、インバータ20Rが昇圧コンバータ12を介さずにバッテリBに接続されることに起因して、モータ制御用相電圧演算部402は、駆動力配分決定部62からの要求駆動トルクTRR*、電流センサ22からのモータ電流MCRTR、および電圧センサ10からの直流電圧Vbに基づいて、モータジェネレータMGRの各相コイルに印加する電圧を計算し、その計算結果をインバータ用PWM信号変換部404へ出力する。
インバータ制御手段76についても同様に、インバータ20Lが昇圧コンバータ12を介さずバッテリBに接続されることから、モータ制御用相電圧演算部402は、駆動力配分決定部62からの要求駆動トルクTRL*、電流センサ26からのモータ電流MCRTL、および電圧センサ10からの直流電圧Vbに基づいて、モータジェネレータMGLの各相コイルに印加する電圧を計算し、その計算結果をインバータ用PWM信号変換部404へ出力する。
これにより、インバータ14,31,20R,20Lの各IGBT素子Q3〜Q8はスイッチング制御され、モータジェネレータMG1,MG2,MGR,MGLがそれぞれ指定されたトルクを出力するように対応するモータジェネレータの各相コイルに流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値TR1,TR2および要求駆動トルクTRR*,TRL*に応じたモータトルクが出力される。
[モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分の決定方法]
再び図3を参照して、この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置におけるモータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分の決定方法について説明する。
詳細には、駆動力配分決定部62は、モータ要求駆動力PMreq*について、走行モード設定部64から受ける走行モードDMに応じて異なる方法によりモータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分を決定する。
走行モードDMとしては、たとえば、モータジェネレータ全体の効率を最大として車両100の燃費の向上を重視した走行モードである「燃費重視モード」と、モータジェネレータ全体の効率を所定値以上に保ちつつ、車両100の運動性能の向上を重視した走行モードである「運動性能重視モード」とが予め設定されている。車両100の運転者は、車室内の運転席近傍に設けられたスイッチ等を操作することにより、車両100の走行状態に応じて上述した2つの走行モードのいずれか一方を随時選択することができる。
そして、走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されたときには、駆動力配分決定部62は、モータジェネレータMG2,MGR,MGL全体の要求駆動トルクTM*と車両速度Vとに基づいて、モータジェネレータ全体の効率が最も高くなるように、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での要求駆動トルクの配分を決定する。
ここで、モータジェネレータ全体の効率とは、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの各々に供給される電力量の総和に対するモータジェネレータMG2,MGR,MGLの各々が発生する駆動力(駆動トルク×回転数)の総和の割合を意味する。すなわち、モータジェネレータ全体の効率を最も高くするとは、モータジェネレータ全体の駆動力の総和がモータ要求駆動力PMreq*を満足するときに各モータジェネレータに供給する電力量の総和を最小にすることに相当する。
一方、走行モードDMが「運動性能重視モード」に選択されたときには、駆動力配分決定部62は、モータジェネレータ全体の効率が所定の閾値を上回り、かつ、車両100の挙動が最も安定するように、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの要求駆動トルク配分を決定する。なお、車両100の運動性能には、直進走行時や旋回走行時の走行安定性や低摩擦係数路(低μ路)における走破性などが含まれる。
以下に、各走行モードにおけるモータジェネレータMG2,MGR,MGLの要求駆動トルク配分の決定方法について詳述する。
[1] 燃費重視モードにおける要求駆動トルク配分の決定方法
最初に、走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されたときの駆動トルク配分の決定方法について説明する。
図5は、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの出力トルクおよび車両速度Vに対する効率特性を示す図である。
図5を参照して、図中の曲線LN1は、モータジェネレータMG2における出力トルクと車両速度Vとの関係を示す。なお、当該関係は、モータジェネレータMG2における出力トルクと回転速度との関係を、減速機RDの減速比を用いて変換することにより得られたものである。また、効率は、図中の領域RGE1が90%以上と最も高く、領域RGE1から遠ざかるに従って、80%、70%と次第に低下する傾向を示す。
さらに、図中の曲線LN2は、モータジェネレータMGR,MGLにおける出力トルクと車両速度Vとの関係を示す。なお、モータジェネレータMGRとモータジェネレータMGLとは、体格および減速比が略同じであるため、略同等の関係を示す。また、当該関係は、モータジェネレータMGR,MGLにおける出力トルクと回転速度との関係を、減速機8,6の減速比を用いて変換することにより得られたものである。図中の領域RGE2は、モータジェネレータMGR(またはMGL)における効率が最高(90%以上)となる出力領域を示す。
ここで、図5から明らかなように、モータジェネレータMG2とモータジェネレータMGR,MGLとでは、互いに異なる出力領域RGE1,RGE2にて最高効率90%以上がそれぞれ得られている。すなわち、モータジェネレータMG2が相対的に高い出力域(高トルク、かつ高車速)にて高効率を示すのに対し、モータジェネレータMGR,MGLは、相対的に低い出力域(低トルク、かつ低車速)にて高効率を示している。
このように両者で高効率となる出力領域が異なるのは、モータジェネレータMG2とモータジェネレータMGR,MGLとは、定格出力が互いに異なるとともに、一定の車両速度Vに対して互いに異なる回転速度で駆動可能なように構成されることによる。なお、定格出力とは、定格電圧および定格周波数で、最も良好な特性を発揮しながら運転できる出力の値をいう。
詳細には、モータジェネレータMG2は、左右前車輪FL,FRの駆動力源であるため、定格出力が相対的に大きいのに対し、モータジェネレータMGR,MGLには、右後車輪RRと左後車輪RLとを独立駆動するのに十分な相対的に定格出力の小さいものが適用される。そのため、両者の出力の差に起因して効率特性にも違いが生じる。
さらに、モータジェネレータMG2とモータジェネレータMGR,MGLとは、別個の駆動軸にそれぞれ減速機を介して連結される。そのため、一定の車両速度Vの下でのモータジェネレータMG2の回転速度とモータジェネレータMGR,MGLの回転速度とは、減速比の違いに応じて異なったものとなる。したがって、この回転速度の違いを受けて、両者の効率特性は、異なる出力領域で高効率を示すことになる。
そして、これらの定格出力および減速比の異なる複数のモータジェネレータを組合せて車両100の駆動系を構成することによって、この発明による四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、以下に述べるように、高出力域および低出力域のそれぞれにおいて高効率を実現することができる。この結果、幅広い出力域において高効率を確保することが可能となる。
(1) 低出力域での駆動トルク配分の決定方法
一例として、車両100が車両速度V1で走行しているときに、車両100の運転状況に応じて、モータジェネレータMG2,MGR,MGL全体に対して、モータ要求駆動トルクTM*としてトルクT1が要求された場合を考える。なお、モータ要求駆動トルクTM*は、モータ要求駆動力PMreq*を車両速度V1で除したものである。
モータ要求駆動トルクTM*=T1および車両速度V1を図5の効率特性に照合させると、モータジェネレータMG2がモータ要求駆動トルクTM*=T1の全てを出力するようにモータジェネレータMG2のみを駆動した場合では、図中の点Aで示すように、モータジェネレータ全体の効率は、モータジェネレータMG2の効率に等しく、80%程度となる。
これに対して、出力トルクの合計がT1となるようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLを駆動させた場合には、モータジェネレータ全体の効率は、両者間の駆動トルク配分に応じて図6のように変化する。
図6は、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分とモータジェネレータ全体の効率との関係を示す図である。
図6を参照して、モータ要求駆動トルクTM*=T1、車両速度V1の下では、モータジェネレータ全体の効率は、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動力配分比に応じて変化する。
たとえば、モータジェネレータMGR,MGLがトルクT1の50%ずつを出力し、かつ、モータジェネレータMG2がトルクT1の0%、すなわち出力トルクが零となるように、モータジェネレータMGR,MGLの双方を駆動した場合では、図中のパターンA1に示すように、モータジェネレータ全体の効率は、88%となる。
これに対し、モータジェネレータMGR,MGLのいずれか一方がモータ要求駆動トルクT1の全てを出力するようにモータジェネレータMGR(またはMGL)のみを駆動した場合では、図中のパターンA2に示すように、モータジェネレータ全体の効率は92%に増加する。
さらに、モータジェネレータMGR,MGLが合計でトルクT1の80%を出力し、かつ、モータジェネレータMG2がトルクT1の20%を出力するように、モータジェネレータMG2,MGR,MGLを駆動した場合では、パターンA3およびA4に示すように、モータジェネレータ全体の効率は低下する。そして、モータジェネレータMG2がトルクT1の全て(100%)を出力するように、モータジェネレータMG2のみを駆動させた場合では、図中のパターンAnで示すように、モータジェネレータ全体の効率は、80%となる。
図6の関係から明らかなように、モータジェネレータ全体の効率は、パターンA2に従ってモータジェネレータMG2およびモータジェネレータMGR,MGLの一方の出力トルクが零となり、かつ、モータジェネレータMGR,MGLの他方の出力トルクがTM*となるように駆動トルク配分を決定することにより、モータジェネレータ全体の効率を最も高くできると判断される。
そこで、駆動力配分決定部62は、走行モードDMとして「燃費重視モード」が選択されているときには、車両速度V1においてモータ要求駆動トルクTM*=T1が要求されたことに応じて、モータジェネレータMGR,MGL,MG2の駆動力配分比を100%:0%:0%に設定し、この設定した駆動力配分比に従って各モータジェネレータの要求駆動トルクを決定する。なお、これにより、車両100は、右後車輪RRのみを駆動輪とした一輪走行を行なうことになる。
以上のように、モータ要求駆動力PMreq*が相対的に低いときには、低出力域で高い効率を示すモータジェネレータMGR,MGLを主に駆動するようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分を決定することにより、モータジェネレータ全体の効率を向上することができる。特に、モータ要求駆動力PMreq*に応じて、モータジェネレータMGR,MGLのいずれか一方のみを動力源とした走行と、モータジェネレータMGR,MGLの双方を動力源とした走行とを選択可能とすることにより、モータジェネレータ全体の効率をより一層高めることができる。
(2) 高出力域での駆動トルク配分の決定方法
次に、モータ要求駆動力PMreq*が相対的に高いときの例として、車両100が車両速度V4(>V1)で走行しているときに、モータジェネレータMG2,MGR,MGL全体に対して、モータ要求駆動トルクTM*としてトルクT4(>T1)が要求された場合を考える。
モータ要求駆動トルクTM*=T4および車両速度V4を図5の効率特性に照合させると、モータジェネレータMG2がモータ要求駆動トルクTM*=T4の全てを出力するようにモータジェネレータMG2のみを駆動した場合では、図中の点Dで示すように、モータジェネレータ全体の効率は、モータジェネレータMG2の効率に等しく、90%以上となる。
これに対して、出力トルクの合計がT4となるようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLを駆動させた場合には、モータジェネレータ全体の効率は、両者間の駆動トルク配分比に応じて図7のように変化する。
図7は、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分とモータジェネレータ全体の効率との関係を示す図である。
図7を参照して、モータジェネレータMG2がトルクT4の全て(100%)を出力するように、モータジェネレータMG2のみを駆動させた場合では、図中のパターンD1に示すように、モータジェネレータ全体の効率は92%となる。
これに対し、モータジェネレータMGR,MGLがトルクT4の10%を出力し、かつ、モータジェネレータMG2が残りの90%を出力するように、モータジェネレータMG2,MGR,MGLを駆動させたときには、効率は、図中のパターンD2に示すように、85%となる。そして、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比を増加させるに伴ない、効率は、図中のパターンD3〜Dmに示すように変化する。
なお、図7において、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比は50%未満に制限される。これは、左右前車輪FL,FRを主駆動輪とするFFベースの四輪駆動車において、効率を優先した結果、左右後車輪RL,RRを主駆動輪とするFRベースに急きょ変更させられることにより、車両100の挙動が不安定になるのを回避するためである。
詳細には、効率を優先してモータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比を50%以上に決定した場合、車両100は、実質的にFRベースの四輪駆動車に変更させられることになる。これにより、本来アンダーステア傾向の強いFFベースの四輪駆動車の旋回性能は、オーバーステア傾向が強められることになり、旋回走行時の車両100の挙動が不安定になる可能性がある。
そこで、FFベースの四輪駆動車では、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比を50%未満に制限することによって、旋回走行時の車両の挙動が不安定になるのを回避している。
以上のことから、図7の関係によれば、車両速度V4および要求駆動トルクTM*=T4を最も高い効率で満たすためには、パターンD1に従って駆動トルク配分を決定すれば良いことが分かる。
したがって、駆動力配分決定部62は、走行モードDMとして「燃費重視モード」が選択されているときには、車両速度V4においてモータ要求駆動トルクTM*=T4が要求されたことに応じて、モータジェネレータMGR,MGL,MG2の駆動力配分比を0%:0%:100%に設定し、この設定した駆動力配分比に従って各モータジェネレータの要求駆動トルクを決定する。
(3) 駆動トルク配分の補正
以上のように、低出力域および高出力域の各々において、モータ要求駆動力PMreq*と各モータジェネレータのトルクおよび車両速度に対する効率特性とに基づいて、モータジェネレータ全体の効率が最も高くなるようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分を決定することにより、幅広い出力域においてモータジェネレータ全体の効率を高く保つことができる。
しかしながら、車両100が旋回走行中においてもモータジェネレータMGR,MGLの双方を駆動しようとすると、左右後車輪RL,RRの回転速度ωRL,ωRRが異なる場合には回転速度差に基づく出力トルクの差が生じ、車両100の旋回性を低下させるという問題が起こり得る。
そこで、駆動力配分決定部62は、操舵角センサ56からのハンドル7の操舵角θsに基づいて車両100が旋回走行中と判断されたときには、車両100の旋回が円滑に行なわれるように、上記(1),(2)で決定した駆動トルク配分比を補正する。
具体的には、駆動力配分決定部62は、左右後車輪RL,RRをそれぞれ駆動するモータジェネレータMGL,MGRの駆動トルク配分比について、旋回方向に対して外側の車輪を駆動輪とし、内側の車輪を従動輪とするように補正を行なう。
たとえば、ハンドル7の操舵角θsから車両100が右旋回走行中と判断されたときには、駆動トルク配分決定部62は、旋回方向に対して外側にある左後車輪RLのみを駆動させ、かつ内側にある右後車輪RRを従動状態とするように、モータジェネレータMGL,MGRの駆動トルク配分比を補正する。
また、ハンドル7の操舵角θsから車両100が左旋回走行中と判断されたときには、駆動力配分決定部62は、旋回方向に対して外側にある右後車輪RRのみを駆動させ、かつ内側にある左後車輪RLを従動状態とするように、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比を補正する。
さらに、駆動力配分決定部62は、車輪のスリップが検出されたときにも、路面のグリップを適正化するために、決定した駆動トルク配分比を補正する。具体的には、駆動力配分決定部62は、スリップが検出された車輪に伝達される駆動力を低減させるように駆動トルク配分比を補正する。
以上に述べたように、走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されたときには、駆動力配分決定部62は、与えられたモータ要求駆動力PMreq*に対して、モータジェネレータ全体の効率が最も高くなるようにモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分を決定する。
なお、駆動トルク配分の決定は、実際には、図8に示すモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと駆動トルク配分との関係をマップとして保持しており、与えられたモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vに応じた駆動トルク配分をマップから抽出することにより行なわれる。図8の関係において、モータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vごとに設定された駆動トルク配分は、上記(1),(2)で述べた方法によって予め決定されたものである。
そして、駆動力配分決定部62は、その決定した駆動トルク配分とモータ要求駆動トルクTM*とに基づいて、駆動力配分決定部62は、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値TR1,TR2と、モータジェネレータMGR,MGLの要求駆動トルクTRR*,TRL*とを演算する。駆動力配分決定部62は、その演算したトルク指令値TR1,TR2をコンバータ制御手段68およびインバータ制御手段70,72へ出力するとともに、演算した車輪別要求駆動トルクTRR*,TRL*をインバータ制御手段74,76へそれぞれ出力する。
[2] 運動性能重視モードにおける要求駆動トルク配分の決定方法
次に、走行モードDMが「運動性能重視モード」に選択されたときの駆動トルク配分の決定方法について説明する。
最初に、上記[1]−(1)と同様に、車両100が車両速度V1で走行しているときに、車両100の運転状況に応じて、モータジェネレータMG2,MGR,MGL全体に対して、モータ要求駆動トルクTM*としてトルクT1が要求された場合を考える。
再び図6を参照して、駆動力配分決定部62は、走行モードDMが「運動性能重視モード」であると判定されたときには、モータジェネレータ全体の効率が予め設定された所定の閾値以上となる複数の駆動トルク配分パターンの中から、車両100の走行状態に応じて最も車両100の挙動が安定するときのパターンを選択する。なお、車両100の走行状態は、駆動力配分決定部62に入力される各種センサ出力(アクセルペダルポジションAP、ブレーキペダルポジションBP、シフトポジションSP、車輪FL,FR,RL,RRの回転速度ωFL,ωFR,ωRL,ωRR、ハンドル7の操舵角θsおよびヨーレートγなど)に基づいて検出される。
詳細には、駆動力配分決定部62は、例えばモータジェネレータ全体の効率87%を当該所定の閾値として予め設定しておく。そして、図6に示す駆動トルク配分比が異なる複数のパターンA1〜Anの中から閾値87%以上となるパターンを抽出する。図6の例では、パターンA1,A2が抽出されるパターンに該当する。
そして、駆動力配分決定部62は、その抽出したパターンA1,A2に対して、想定される様々な車両100の走行状態における車両100の挙動の安定度を示す評価値を予め設定する。
一例として、車両100が直進走行状態のときには、モータジェネレータMGR,MGLに均等に駆動トルクを配分するパターンA1に対して、車両100の挙動の安定度が高いとして高い評価値が設定される。一方、モータジェネレータMGR,MGLの一方のみに駆動するように駆動トルクを配分するパターンA2に対しては、車両100の挙動の安定度が低いとして低い評価値が設定される。
他の例として、車両100が旋回走行状態のときには、モータジェネレータMGR,MGLの一方のみに駆動するように駆動トルクを配分するパターンA2に対して高い評価値が設定される一方で、モータジェネレータMGR,MGLに均等に駆動トルクを配分するパターンA1に対しては低い評価値が設定される。
このように抽出した複数のパターンの各々について車両100の走行状態ごとに評価値が予め設定される。そして、駆動力配分決定部62は、車両100が車両速度V1で走行中においてモータ要求駆動トルクTM*=T1が要求されると、当該複数のパターンA1,A2の中から車両100の走行状態に対応する評価値が最も高いパターンを1つ選択する。そして、その選択したパターンに示される駆動トルク配分比に従って、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動トルク配分を決定する。
次に、上記[1]−(2)と同様に、車両100が車両速度V4(>V1)で走行しているときに、モータジェネレータMG2,MGR,MGL全体に対して、モータ要求駆動トルクTM*としてトルクT4(>T1)が要求された場合を考える。
この場合においても、駆動力配分決定部62は、図7に示す駆動トルク配分比が異なる複数のパターンD1〜Dnの中から閾値87%以上となるパターンを抽出する。図7の例では、パターンD1,D4〜Dmが抽出されるパターンに該当する。
そして、駆動力配分決定部62は、その抽出した複数のパターンD1,D4〜Dmに対して、想定される様々な車両100の走行状態における車両100の挙動の安定度を示す評価値を予め設定する。
一例として、車両100が直進走行状態のときには、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比が最も高いパターンDmに対して、車両100の挙動の安定度が高いとして最も高い評価値が設定される。これは、直進走行時では、車輪FR,FL,RR,RLを略等しいトルクで駆動する方がより高い安定度が得られることに基づく。
これに対し、車両100が旋回走行状態のときには、モータジェネレータMG2の駆動トルク配分比が最も高いパターンD1に対して、車両100の挙動の安定度が高いとして最も高い評価値が設定される。これは、本来アンダーステア傾向の強いFFベースの四輪駆動車の旋回性能において、前輪側の駆動力をより多く配分することによりアンダーステア傾向がさらに強められて車両100の挙動の安定度が増すことに基づいている。
さらに、車両100が低μ路走行状態のときには、モータジェネレータMGR,MGLの駆動トルク配分比が最も高いパターンDmに対して、車両100の挙動の安定度が高いとして最も高い評価値が設定される。これは、後輪側の駆動力をより多く配分して四輪駆動とすることで、滑りやすい路面での走破性が高められることに基づく。
駆動力配分決定部62は、車両100が車両速度V4で走行中においてモータ要求駆動トルクTM*=T4が要求されると、複数のパターンD1,D3〜Dmの中から車両100の走行状態に対応する評価値が最も高いパターンを1つ選択する。そして、その選択したパターンに示される駆動トルク配分比に従って、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動トルク配分を決定する。
なお、駆動トルク配分の決定は、実際には、図9に示すモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと駆動トルク配分との関係をマップとして保持しており、与えられたモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vおよび車両100の走行状態に応じた駆動トルク配分をマップから抽出することにより行なわれる。
図8の関係において、モータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vごとに設定された複数の駆動トルク配分は、上述した方法によって、車両100の走行状態ごとに、モータジェネレータ全体の効率が所定の閾値以上となる複数の駆動トルク配分パターンの中から評価値が最も高くなるパターンを選択することによって予め決定されたものである。
そして、駆動力配分決定部62は、その決定した駆動トルク配分とモータ要求駆動トルクTM*とに基づいて、駆動力配分決定部62は、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値TR1,TR2と、モータジェネレータMGR,MGLの要求駆動トルクTRR*,TRL*とを演算する。駆動力配分決定部62は、その演算したトルク指令値TR1,TR2をコンバータ制御手段68およびインバータ制御手段70,72へ出力するとともに、演算した車輪別要求駆動トルクTRR*,TRL*をインバータ制御手段74,76へそれぞれ出力する。
図10は、この発明の実施の形態1による四輪駆動式車両の駆動力制御を説明するためのフローチャートである。
図10を参照して、最初に、各種センサから運転者の操作情報(アクセルペダルポジションAP、シフトポジションSP、ブレーキペダルポジションBPおよび操舵角θs等)がECU30に入力されると、ECU30内部の車両要求駆動力演算部60がこれらのセンサ入力に基づいて車両要求駆動力Pttlを演算する(ステップS01)。演算された車両要求駆動力Pttlは、駆動力配分決定部62へ出力される。
次に、駆動力配分決定部62は、演算された車両要求駆動力Pttlについて、車両100の運転状況に応じてエンジンENGとモータジェネレータMG2,MGR,MGL全体との間での駆動力配分を決定する(ステップS02)。具体的には、駆動力配分決定部62は、エンジンENGでのエンジン要求駆動力PEreq*およびモータジェネレータMG2,MGR,MGL全体でのモータ要求駆動力PMreq*を決定し、その決定したモータ要求駆動力PMreq*に対応するモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vを決定する。
そして、駆動力配分決定部62は、モータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの各々のトルクおよび車両速度Vに対する効率特性とに基づいて、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動トルク配分を決定する。
詳細には、まず、駆動力配分決定部62は、走行モード設定部64からの信号DMに基づいて、走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されているか否かを判定する(ステップS03)。ステップS03にて走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されていると判定されると、駆動力配分決定部62は、ステップS04へ進み、モータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vに対応する駆動トルク配分を図8のマップから抽出する(ステップS04)。
次に、駆動力配分決定部62は、操舵角センサ56からのハンドル7の操舵角θsに基づいて車両100が旋回走行中と判断されたときには、車両100の旋回が円滑に行なわれるように、ステップS04で抽出した駆動トルク配分比を補正する(ステップS05)。
さらに、駆動力配分決定部62は、車輪のスリップが検出されたときには、スリップが検出された車輪に伝達される駆動力を低減させるようにステップS04で抽出した駆動トルク配分比を補正する(ステップS06)。そして、駆動力配分決定部62は、ステップS05,S06を実行することによって補正された駆動トルク配分比を、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分に決定する。
再びステップS03に戻って、走行モードDMが「燃費重視モード」に選択されていないと判定されると、駆動力配分決定部62は、走行モードDMが「運動性能重視モード」に選択されていると判断してステップS09に進む。駆動力配分決定部62は、モータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと車両100の走行状態とに対応する駆動トルク配分を図9のマップから抽出し、その抽出した駆動トルク配分をモータジェネレータMG2,MGR,MGLの間の駆動トルク配分に決定する。
駆動力配分決定部62は、ステップS07,S09で決定した駆動トルク配分とモータ要求駆動トルクTM*とから、モータジェネレータMG1,MG2のトルク指令値TR1,TR2と、モータジェネレータMGR,MGLの要求駆動トルクTRR*,TRL*とを演算する。駆動力配分決定部62は、その演算したトルク指令値TR1,TR2をコンバータ制御手段68およびインバータ制御手段70,72へ出力するとともに、演算した車輪別要求駆動トルクTRR*,TRL*をインバータ制御手段74,76へそれぞれ出力する。
これにより、インバータ14,31,20L,20Rによるモータ駆動電流の制御が行なわれる(ステップS07)。インバータ制御手段70,72,74,76からそれぞれ出力された信号PWMI1,PWMI2,PWMIR,PWMILに応じてインバータ14,31,20L,20Rの各IGBT素子Q3〜Q8がスイッチング制御される。これにより、モータジェネレータMG1,MG2からはトルク指令値TR1,TR2に従ったトルクがそれぞれ出力される。また、モータジェネレータMGR,MGLからは要求駆動トルクTRR*,TRL*に従ったトルクが出力される(ステップS08)。
以上のように、この発明の実施の形態によれば、四輪駆動式車両の主駆動輪を駆動するモータジェネレータと従駆動輪を駆動するモータジェネレータとは、定格出力および減速比が異なるように構成される。そのため、トルクおよび車両速度に対する効率特性において高効率となる領域は、両者間で相違する。したがって、モータジェネレータ全体に要求される駆動トルクおよび車両速度に応じて、モータジェネレータ全体の効率が高くなるようにモータジェネレータ間の駆動トルク配分を適宜決定することにより、高出力域から低出力域までの幅広い出力領域においてモータジェネレータ全体の効率を高効率に保つことができる。この結果、四輪駆動式車両の燃費の向上が可能となる。
[変更例1]
この発明の実施の形態1による四輪駆動式車両の駆動力制御装置によれば、従駆動輪である左右後車輪RL,RRをそれぞれ駆動するモータジェネレータMGL,MGRは、主駆動輪である左右前車輪FL,FRを駆動するモータジェネレータMG2とは異なる出力域に効率が最大となる領域を有している。これは、上述したように、モータジェネレータMGR,MGLとモータジェネレータMG2とでは定格出力および減速比が互いに異なることによる。
すなわち、モータジェネレータMGR,MGLの減速比は、モータジェネレータMG2の減速比とは独立して設定可能である。そのため、モータジェネレータMGR,MGLの減速比を変更することにより、その最大効率が得られる出力域を自在に調整することができる。
したがって、本変更例にて述べるように、車両100に要求される走行性能に応じてそれぞれの減速比を最適化する構成とすることにより、走行性能が異なる多数の車種の各々において、独自の走行性能を確保しながら、燃費の向上を図ることが可能となる。
図11は、この発明の実施の形態1の変更例に係るモータジェネレータMG2,MGR,MGLのトルクおよび車両速度に対する効率特性を示す図である。
図11を参照して、図中の曲線LN1は、モータジェネレータMG2における出力トルクと車両速度Vとの関係を示す。また、図中の領域RGE1は、モータジェネレータMG2の効率が90%以上となる領域を示す。
これに対して、モータジェネレータMGR,MGLにおける出力トルクと車両速度Vとの関係は、減速比を変えることにより、図中の曲線LN2〜LN4に示される3通りの関係に展開される。
具体的には、図中の曲線LN2に示す関係となるときの減速比を基準値として、減速比を基準値よりも減少させたときには、出力トルクと車両速度Vとの関係は、図中の曲線LN4に示す関係となる。
これに対して、減速比を基準値よりも増加させたときには、出力トルクと車両速度Vとの関係は、図中の曲線LN3に示す関係となる。
そして、減速比を増加もしくは減少させたことにより、最大効率が得られる領域は、低車速域側もしくは高車速域側に遷移する。詳細には、減速比を増加させることにより、最大効率が得られる領域は、図中の領域RGE4に示すように、高車速域側に遷移する。また、減速比を減少させることにより、最大効率が得られる領域は、図中のRGE3に示すように、低車速域側に遷移する。
したがって、本変更例による四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、車種が重視する出力領域とモータジェネレータMGR,MGLの最大効率が得られる領域とが重なるように、モータジェネレータMGR,MGLの減速比を設定することを特徴的な構成とする。これによれば、車種固有の走行性能を確保しながら、より一層の燃費の改善を実現することができる。
詳細には、たとえば高速巡航を重視する車種においては、最大効率が得られる動作領域が高車速域側(図中の領域RGE4に相当)に配されるように、モータジェネレータMGR,MGLの減速比を相対的に低い値に設定する。これによれば、車種が重視する高車速域において高い駆動効率を得ることができ、更なる燃費の向上を図ることができる。
一方、車両発進時の応答性といった低速時の駆動力を重視する車種においては、最大効率が得られる動作領域が低車速域側(図中の領域RGE3に相当)に配されるように、モータジェネレータMGR,MGLの減速比を相対的に高い値に設定する。これによれば、車種が重視する低車速域において高い駆動効率が得られることから、燃費向上を促進することができる。
以上のように、従駆動輪に連結されるモータジェネレータの減速比を車種ごとに重視される走行性能に応じて最適化することにより、様々な車種において高い走行性能と燃費性能との両立を実現することができる。
[変更例2]
図12は、この発明の実施の形態の変更例2による駆動力制御装置における駆動装置の概略ブロック図である。なお、図12の駆動装置は、図2の駆動装置に対して、スイッチ回路SW1,SW2を付加したものである。よって、互いに共通する部分についての図示およびその詳細な説明は省略する。
図12を参照して、スイッチ回路SW1は、バッテリBとインバータ20R,20Lとの間に配される。スイッチ回路SW1は、インバータ制御手段74,76からの信号SE1に応じて導通/非導通され、バッテリBとインバータ20R,20Lとを電気的に接続または遮断する。
スイッチ回路SW2は、コンデンサC2とインバータ20R,20Lとの間に配される。スイッチ回路SW2は、インバータ制御手段74,76からの信号SE2に応じて導通/非導通され、コンデンサC2とインバータ20R,20Lとを電気的に接続または遮断する。スイッチ回路SW1,SW2には、たとえばリレーが用いられる。
スイッチ回路SW1とスイッチ回路SW2とは、インバータ制御手段74,76に入力されるモータジェネレータMGR,MGLの要求駆動トルクTRL*,TRR*およびモータ回転数MCRTR,MCRTLに基づいて生成された信号SE1,SE2により相補的に導通/非導通される。
詳細には、インバータ制御手段74,76は、駆動力配分決定部62からモータジェネレータMGR,MGLの要求駆動トルクTRR*,TRL*を受け、図示しない回転数センサからモータ回転数MCRTR,MCRTLを受けると、これらの入力信号に基づいてインバータ20R,20Lの入力電圧の目標値を演算する。
次に、インバータ制御手段74,76は、その演算した入力電圧の目標値が所定の閾値を越えるか否かを判定する。なお、所定の閾値は、バッテリBからの直流電圧Vbに略等しい電圧に設定される。そして、入力電圧の目標値が所定の閾値を超えると判定されたとき、インバータ制御手段74,76は、スイッチ回路SW1を非導通するための信号SE1を生成するとともに、スイッチ回路SW2を導通するための信号SE2を生成する。インバータ制御手段74,76は、その生成した信号SE1,SE2をスイッチ回路SW1,SW2へそれぞれ出力する。
これにより、スイッチ回路SW2のみが導通され、コンデンサC2とインバータ20R,20Lとが電気的に接続される。したがって、インバータ20R,20Lは、昇圧コンバータ12を介して昇圧されたバッテリBから直流電圧Vbを受けてモータジェネレータMGR,MGLを駆動制御する。
一方、入力電圧の目標値が所定の閾値以下と判定されたとき、インバータ制御手段74,76は、スイッチ回路SW1を導通するための信号SE1を生成するとともに、スイッチ回路SW2を非導通するための信号SE2を生成する。そして、インバータ制御手段74,76は、その生成した信号SE1,SE2をスイッチ回路SW1,SW2へそれぞれ出力する。
これにより、スイッチ回路SW1のみが導通され、バッテリBとインバータ20R,20Lとが電気的に接続される。したがって、インバータ20R,20Lは、バッテリBからの直流電圧Vbを受けてモータジェネレータMGR,MGLを駆動制御する。
以上のように、本変更例に係る駆動力制御装置は、モータジェネレータMGR,MGLに要求される駆動力の大きさに応じて、インバータ20R,20LをバッテリBおよびコンデンサC2のいずれか一方に選択的に接続することを特徴的な構成とする。
このような構成とすることにより、本変更例に係る駆動力制御装置は、車両100の走行に必要な駆動力を確保しながら、更なる燃費の向上を実現することが可能となる。
すなわち、モータジェネレータMGR,MGLに要求される駆動力が相対的に大きいときには、バッテリBからの直流電圧Vbを昇圧してインバータ20R,20Lに供給することにより、モータジェネレータMGR,MGLを高電圧で駆動して高いモータ出力を得ることができる。
これに対し、モータジェネレータMGR,MGLに要求される駆動力が相対的に小さいときには、昇圧コンバータ12を介さずバッテリBからの直流電圧Vbを直接的にインバータ20R,20Lに供給することにより、所望のモータ出力を確保しながら昇圧コンバータ12で発生する損失を低減することができる。この結果、車両走行に必要な駆動力を確保しながら、駆動装置の損失を抑えることが可能となるため、燃費をさらに改善することができる。
[変更例3]
この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置は、図1に示すFFベースの四輪駆動式の車両100以外に、図13に示すFRベースの四輪駆動式の車両110にも適用することが可能である。
図13は、この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置を搭載した車両の駆動系を示す概略ブロック図である。
図13を参照して、車両110は、左右前車輪FL,FRを従駆動輪としてモータジェネレータMGL,MGRにより独立に駆動し、かつ、左右後車輪RL,RRを主駆動輪としてエンジンENGおよびモータジェネレータMG2により駆動する、FRベースのハイブリッド四輪駆動車からなる。ハイブリッド四輪駆動車は、左右前車輪FL,FRがモータジェネレータMGL,MGRにより独立に駆動され、かつ、左右後車輪RL,RRがエンジンENGおよびモータジェネレータMG2により駆動される。
なお、車両110に搭載されるモータジェネレータMG1,MG2,MGR,MGLとその駆動装置および各種センサなどについては、全て図1の車両100と同様の構成からなる。また、モータジェネレータMG2,MGR,MGLのトルクおよび車両速度に対する効率特性は、図5に示す特性と同等である。したがって、各々についての詳細な説明は繰り返さない。
このように構成された車両110において、車両要求駆動力Pttlに対するエンジンENGとモータジェネレータMG2,MGR,MGL全体との間での駆動力配分が行なわれてモータ要求駆動力PMreq*が決定されると、上記[1],[2]で説明したのと同様の方法によって、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの間での駆動トルク配分が決定される。
ここで、本変更例に係る駆動トルク配分の決定方法は、モータジェネレータMGR,MGLに配分される駆動トルクが、必ずしもモータ要求駆動トルクTM*の50%未満に制限されないことを特徴とする。これにより、モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分の自由度は、FFベースの四輪駆動式車両100における駆動トルク配分の自由度よりも高められる。この結果、モータジェネレータ全体の効率をさらに向上することが可能となる。
このように従駆動輪である左右前車輪FL,FRに配分される駆動トルクに制限が設けられないのは、左右後車輪RL,RRを主駆動輪とするFRベースの四輪駆動車において、効率を優先した結果、左右前車輪FL,FRを主駆動輪とするFFベースに急きょ変更させられることになっても、車両110の挙動が不安定になる可能性が低いことによる。
詳細には、効率を優先してモータジェネレータMGR,MGLの駆動トルクをモータ要求駆動トルクTM*の50%以上に決定した場合、車両110は、実質的にFFベースの四輪駆動車に変更させられることになる。
しかしながら、本来オーバーステア傾向が強く、不安定になり易いFRベースの四輪駆動車の旋回性能は、アンダーステア傾向が強められることによって、却って安定化するように変化する。よって、旋回走行時の車両110の挙動が不安定になるのが回避される。
以上のことから、この発明による駆動力制御装置をFRベースの四輪駆動車に適用した場合には、従駆動輪に対する駆動トルクの配分に制限が課されないため、FFベースの四輪駆動車に適用した場合と比較して、主駆動輪と従駆動輪との間の駆動トルク配分の自由度が高められる。この結果、FRベースの四輪駆動車では、実現可能なモータジェネレータ全体の駆動効率をさらに向上することができるため、さらなる燃費の改善を実現することが可能となる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、四輪駆動式車両に搭載される駆動力制御装置に適用することができる。
この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置を搭載した車両の駆動系を示す概略ブロック図である。 図1の車両における駆動装置の概略ブロック図である。 図2におけるECUの機能ブロック図である。 図3のコンバータ制御手段およびインバータ制御手段の機能ブロック図である。 モータジェネレータMG2,MGR,MGLの出力トルクおよび車両速度Vに対する効率特性を示す図である。 モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分とモータジェネレータ全体の効率との関係を示す図である。 モータジェネレータMG2,MGR,MGLの駆動トルク配分とモータジェネレータ全体の効率との関係を示す図である。 燃費重視モードにおけるモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと駆動トルク配分との関係を示す図である。 運動性能重視モードにおけるモータ要求駆動トルクTM*および車両速度Vと駆動トルク配分との関係を示す図である。 この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態1の変更例に係るモータジェネレータMG2,MGR,MGLのトルクおよび車両速度に対する効率特性を示す図である。 この発明の実施の形態の変更例2による駆動力制御装置における駆動装置の概略ブロック図である。 この発明の実施の形態による四輪駆動式車両の駆動力制御装置を搭載した車両の駆動系を示す概略ブロック図である。 特許文献1に記載される電動モータ装置の効率マップを示す図である。
符号の説明
2,4 駆動軸、6,8,RD 減速機、7 ハンドル、10,13 電圧センサ、12 昇圧コンバータ、14,31,20L,20R インバータ、15 U相アーム、16 V相アーム、17 W相アーム、22,24,26,28 電流センサ、40,42,44,46 車輪速センサ、50 アクセルポジションセンサ、52 ブレーキペダルポジションセンサ、54 シフトポジションセンサ、56 操舵角センサ、58 ヨーレートセンサ、60 要求駆動力演算部、62 駆動力配分決定部、64 走行モード設定部、66 エンジンECU、68 コンバータ制御手段、70,72,74,76 インバータ制御手段、100,110 車両、302 電圧指令演算部、304 コンバータ用デューティ比演算部、306 コンバータ用PWM信号変換部、402 モータ制御用相電圧演算部、404 インバータ用PWM信号変換部、C2 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、ENG エンジン、FR,FL,RR,RL 車輪、Q1〜Q8 IGBT素子、L1 リアクトル、MG1,MG2,MGR,MGL モータジェネレータ、PSD 動力分割機構、SW1,SW2 スイッチ回路。

Claims (10)

  1. 第1の左右駆動輪および第2の左右駆動輪を有する四輪駆動式車両の駆動力制御装置であって、
    第1の電動機と、
    前記第1の電動機の発生した動力を第1の駆動軸に連結される前記第1の左右駆動輪に伝達する第1の動力伝達機構と、
    前記第2の左右駆動輪にそれぞれ連結されて互いに独立駆動が可能であり、かつ、前記第1の電動機とは定格出力が異なる2個の第2の電動機と、
    前記2個の第2の電動機が発生した動力を前記第2の左右駆動輪にそれぞれ伝達する第2の動力伝達機構と、
    電源から電力の供給を受けて前記第1の電動機を駆動制御する第1の駆動回路と、
    前記電源から電力の供給を受けて前記2個の第2の電動機をそれぞれ駆動制御する2個の第2の駆動回路と、
    前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動力について、前記第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する駆動力配分決定部と、
    前記第1および第2の電動機がそれぞれ配分された駆動力を出力するように、前記第1および第2の駆動回路を制御する駆動制御部とを備え、
    前記第1および第2の動力伝達機構は、少なくとも一方が対応する電動機が発生した動力をその回転速度を減速させて対応する駆動輪に伝達する減速機を含み、
    前記駆動力配分決定部は、
    前記第1および第2の電動機の各々について、トルクおよび回転速度に対する効率特性をトルクおよび車両速度に対する効率特性に予め変換して格納する格納手段と、
    前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度と、格納された前記第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性とに基づいて、前記第1および第2の電動機の出力トルクの総和が前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクを満たすとともに、前記第1および第2の電動機全体の効率が所定の閾値以上となるように、前記第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する第1の配分決定手段とを含む、四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  2. 前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動力を検出する駆動力検出部と、
    前記車両速度を検出する車両速度検出部とをさらに備え、
    前記第1の配分決定手段は、前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度ごとに、前記第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性に基づいて前記第1および第2の電動機全体の効率が最も高くなるときの前記第1および第2の電動機の出力配分を予め設定して記憶する記憶手段を含み、検出された前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度に対応する前記第1および第2の電動機間の出力配分を前記記憶手段から抽出する、請求項1に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  3. 前記車両の操舵角を検出する操舵角検出部をさらに備え、
    前記第1の配分決定手段は、検出された前記車両の操舵角に基づいて、決定された前記第1および第2の電動機間の出力配分を補正する、請求項2に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  4. 前記第1および第2の左右駆動輪のスリップを検出する車輪スリップ検出部をさらに備え、
    前記第1の配分決定手段は、前記第1および第2の左右駆動輪の一方にスリップが検出されたとき、決定された前記第1および第2の電動機間の出力配分を補正する、請求項2に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  5. 前記駆動力配分決定部は、
    前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度ごとに、前記第1および第2の電動機間の出力配分と前記車両の走行状態とに基づいて、前記車両の挙動の安定度を示す評価値を取得する評価値取得手段と、
    前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクおよび車両速度と、変換された前記第1および第2の電動機のトルクおよび車両速度に対する効率特性とに基づいて、前記第1および第2の電動機の出力トルクの総和が前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動トルクを満たし、かつ、前記第1および第2の電動機全体の効率が所定の閾値以上となるときの前記第1および第2の電動機間の出力配分を選出するとともに、前記車両の走行状態に応じて、選出された前記第1および第2の電動機間の出力配分の中から前記評価値が最も高くなるときの出力配分を前記第1および第2の電動機間の出力配分に決定する第2の配分決定手段と、
    外部からの操作可能に設けられ、操作状態に応じて前記第1および第2の配分決定手段のいずれか一方を選択する選択手段とをさらに含む、請求項1に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  6. 前記電源と前記第1の駆動回路との間で電圧変換を行なう電圧変換回路と、
    閉状態において前記電源からの電圧を前記第2の駆動回路に直接的に供給可能に設けられた第1のスイッチ回路と、
    閉状態において前記電圧変換回路の出力電圧を前記第2の駆動回路に供給可能に設けられた第2のスイッチ回路とをさらに備え、
    前記駆動力配分決定部は、
    前記第2の電動機が配分された駆動力に基づいて前記第2の駆動回路の入力電圧の目標値を演算する演算手段と、
    演算された前記目標値が前記電源からの電圧以下となるとき、前記記第1のスイッチ回路を閉状態とするとともに、前記第2のスイッチ回路を開状態とする第1の開閉制御手段と、
    演算された前記目標値が前記電源からの電圧よりも高いとき、前記第1のスイッチ回路を開状態とするとともに、前記第2のスイッチ回路を閉状態とする第2の開閉制御手段とをさらに含む、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  7. 前記第1の左右駆動輪は、前記車両の前輪を構成し、かつ、前記第2の左右駆動輪は、前記車両の後輪を構成する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  8. 前記第1の左右駆動輪は、前記車両の後輪を構成し、かつ、前記第2の左右駆動輪は、前記車両の前輪を構成する、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  9. 前記2個の第2の電動機の各々は、インホイールモータである、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
  10. 前記車両は、ハイブリッド車両であり、
    前記第1の動力伝達機構は、内燃機関の発生した動力に前記第1の電動機が発生した動力を合成して前記第1の駆動軸に連結される前記第1の左右駆動輪に伝達し、
    前記駆動力配分決定部は、前記車両に要求される駆動力について、前記内燃機関および前記第1および第2の電動機全体との間の出力配分を決定するとともに、決定された前記第1および第2の電動機全体に要求される駆動力について、前記第1および第2の電動機の間で出力配分を決定する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の四輪駆動式車両の駆動力制御装置。
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