JP2008184088A - 車両駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に回転速度を得られ、電動機の制御性の向上した４輪駆動装置を提供することにある。
【解決手段】４輪駆動車両において、前輪１４Ｒ，１４Ｌはエンジン１により駆動し、後輪１５Ｒ，１５Ｌは電動機５により駆動される。高出力発電機２は、エンジン１によって駆動され、その発電電力により電動機５を駆動する。４ＷＤＣＵ１００は、高出力発電機２の発電及び電動機５の駆動を制御するとともに、電動機５の電圧ＭＨＶと、高出力発電機２の出力電流Ｉａとから、電動機の誘起電圧Ｅを推定し、推定された誘起電圧Ｅの推定値から電動機の回転速度Ｎｍを推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機を備えた車両駆動装置に係り、代表的には電動機の制御性を向上させるための技術に関する。

電動機を備えた車両駆動装置の背景技術としては、前後輪の一方を原動機により駆動し、その他方を電動機により駆動する４輪駆動車に搭載された車両駆動装置が知られている。ここで、電動機の回転速度は、一般に回転センサを用いて検出している（例えば、特許文献１，２参照）。また、回転センサを用いて回転速度を検出する場合は、パルスのエッジ検出から周期を算出して回転速度を求めるのが一般的である。

特開２００５−２５３１９６号公報 特開２００６−８７１８５号公報

しかしながら、回転センサによるパルス検出では、極低回転の検出時、パルス周期が長くなる。このため、回転センサによるパルス検出において、回転速度の検出精度をより向上させるためには上記課題の克服が必要である。加えて、車両駆動装置では、回転センサを電動機、或いは電動機の出力を減速する減速機に設けて電動機の回転速度を検出するが、電動機のノイズ、ロードノイズ、減速機のガタなどの影響を受け易い。このため、車両駆動装置に回転センサを設けて回転速度を検出する場合、その検出精度をより向上させるためには上記影響を抑える必要がある。

上記影響を抑えて回転速度の検出精度をより向上させることは、電動機の制御性のさらなる向上、延いては車両の走行性のさらなる向上につながり、非常に重要である。このようなことから、上記影響を抑えて回転速度の検出精度をより向上させ、電動機の制御性をより向上させることができる車両駆動装置の提供が望まれている。しかも、これまでの車両駆動装置よりも高価になることなく提供できることが好ましい。

本発明の代表的な一つは、回転センサの設置時に受けていた影響を抑えて電動機の回転速度の検出精度をより向上させ、電動機の制御性をより向上させることができる車両駆動装置を提供する。

ここに、本発明の代表的な一つは、電動機の回転速度に関する情報を出力する回転速度情報出力手段として、電動機の誘起電圧から電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段を車両駆動装置に備え、回転速度推定手段により推定された回転速度を含む入力情報に基づいて電動機の駆動を制御するようにしたことを特徴とする。

本発明の代表的な一つによれば、回転センサの設置に代えて回転速度推定手段を備え、回転速度推定手段により推定された回転速度を含む入力情報に基づいて電動機の駆動を制御するようにしたので、回転センサの設置時に受けていた影響を抑えて電動機の回転速度の検出精度をより向上させ、電動機の制御性をより向上させることができる。

以下、本発明の実施態様を列挙する。

（１）車載電源を駆動電源とし、原動機によって駆動される車輪とは異なる車輪に減速機を介して駆動力を供給する電動機と、前記車載電源から前記電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御する制御手段と、前記電動機の回転速度に関する情報を出力する手段と、を有し、前記回転速度情報出力手段は、前記電動機の誘起電圧から前記電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段であり、前記制御手段は、前記回転速度推定手段によって推定された前記電動機の回転速度を含む入力情報に基づいて、前記車載電源から前記電動機に供給される電力を制御するようにしたものである。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記電動機は界磁巻線を備えており、前記回転速度推定手段は、前記界磁巻線に流れる界磁電流から第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋを推定し、この推定された第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋを用いて前記電動機の回転速度を推定するものである。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記電動機から出力された駆動力はクラッチを介して前記車輪側に伝達されており、前記回転速度推定手段は、前記クラッチの出力軸回転速度と前記電動機の回転速度とが同期している場合、前記クラッチの出力軸回転速度及び前記第１の誘起電圧推定値Ｅｋから第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒを推定すると共に、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋと前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒとの差分を、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋにフィードバックするようにしたものである。

（４）上記（３）において、好ましくは、前記回転速度推定手段は、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋと前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒとの比較した結果を前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋにフィードバックする際、前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒの値が、予め設定した範囲から外れている時には、前記フィードバックを禁止し、システムが異常であると判定するようにしたものである。

（５）上記（３）において、好ましくは、前記回転速度推定手段は、前記フィードバックされた前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、予め設定した範囲から外れた場合には、システムが異常であると判定するようにしたものである。

（６）上記（３）において、好ましくは、前記回転速度推定手段は、前記フィードバックされた前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、予め設定した範囲から外れた場合には、前記電動機が劣化状態にあると判定するようにしたものである。

（７）上記（１）において、好ましくは、前記回転速度推定手段を複数個備え、それぞれに前記電動機の回転速度を推定させるようにしたものである。

（８）上記（７）において、好ましくは、前記複数の回転速度推定手段のうちの一つである第１の回転速度推定手段により推定された前記電動機の回転速度が第１の所定値を超えた場合、前記電動機による前記車輪の駆動を停止し、
前記複数の回転速度推定手段の残りのうちの一つである第２の回転速度推定手段により推定された前記電動機の回転速度が、前記第１の所定値よりも大きな第２の所定値を超えた場合、前記電動機による前記車輪の駆動を停止するようにしたものである。

（９）上記（８）において、好ましくは、前記第１及び第２の回転速度推定手段には、前記電動機の界磁電流、前記原動機のみによる車輪駆動と前記原動機及び前記電動機による車輪駆動とを切り替えるための切替手段の状態、及びパワー系電圧のそれぞれに関する情報のうち、少なくとも一つが並列的に入力されるようにしたものである。

（１０）また、原動機によって駆動される車輪とは異なる車輪に減速機を介して駆動力を供給する電動機と、前記原動機によって駆動され、前記電動機を駆動するための電力を発生する発電機と、前記発電機から前記電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御する制御手段と、前記電動機の回転速度に関する情報を出力する手段と、を有し、前記回転速度情報出力手段は、前記電動機の誘起電圧から前記電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段であり、前記制御手段は、前記回転速度推定手段によって推定された前記電動機の回転速度を含む入力情報に基づいて、前記発電機から前記電動機に供給される電力を制御するようにしたものである。

本発明の代表的な一つによれば、回転センサの設置時に受けていた影響を抑えて電動機の回転速度の検出精度をより向上させ、電動機の制御性をより向上させることができるので、車両の走行性をより向上させることができる。例えば回転速度の検出精度の向上により、スリップの誤検知防止や、スリップの収束性の向上、さらには電動機のトルクのハンチング防止などを図ることができるので、車両の走行の安定性や走破性が高くなり、車両の走行性をより向上させることができる。

しかも、本発明の代表的な一つによれば、これまでの車両駆動装置よりも高価になることがなく、むしろ、回転センサを回転速度推定手段に代えた分、安価な車両駆動装置を提供できる。

以下、図１〜図９を用いて、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による４輪駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成を示すシステムブロック図である。

４輪駆動車両は、エンジン１及び直流電動機５を備えている。エンジン１の駆動力は、トランスミッション１２及び第１の車軸を介して、左右の前輪１４Ｒ，１４Lに伝達され、前輪１４Ｒ，１４Ｌを駆動する。

直流電動機５の駆動力は、クラッチ４，デファレンシャルギヤ３及び第２の車軸を介して、左右の後輪１５Ｒ，１５Ｌに伝達され、後輪１５Ｒ，１５Ｌを駆動する。デファレンシャルギヤ３とクラッチ４が連結されると、直流電動機５の回転力は、クラッチ４，デファレンシャルギヤ３を介して後輪軸に伝えられ、後輪１５Ｒ，１５Ｌを駆動する。クラッチ４が外れると、直流電動機５は後輪１５Ｒ，１５Ｌ側から機械的に切り離され、後輪１５Ｒ，１５Ｌは駆動力を路面に伝えないものである。クラッチ４の締結・開放は、４輪駆動コントロールユニット（４ＷＤＣＵ）１００によって制御される。なお、直流電動機５は、例えば、正転逆転の切替えが容易な直流分巻電動機、または他励直流電動機を用いている。

なお、以上の説明では、前輪１４Ｒ，１４Ｌをエンジン１で駆動し、後輪１５Ｒ，１５Ｌを直流電動機５で駆動する４輪駆動車両として説明しているが、前輪を直流電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものである。

エンジンルーム内には、通常の充電発電システムを行う補機用発電機（ＡＬＴ１）１３及び補機バッテリー１１が配置される。補機用発電機１３は、エンジン１によってベルト駆動され、その出力は補機バッテリー１１に蓄積される。

また、補機用発電機１３の近傍には、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２が配設されている。駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２は、エンジン１によりベルト駆動され、その出力によって直流電動機５が駆動される。駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の発電電圧は、４ＷＤＣＵ１００によって制御される。駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の発電電力が変化すると、直流電動機５の出力である直流電動機トルクが変化する。すなわち、４ＷＤＣＵ１００は、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２に対して出力の指令値（発電機（オルタネータ）の界磁電流値が所定値となるようなデューティ信号）を出力することにより、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の発電電力が変化する。駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の発電電力は、直流電動機５の電機子コイル５ｂに印加され、直流電動機５の出力（直流電動機トルク）が変化する。４ＷＤＣＵ１００は、高出力発電機２の出力（発電電力）を制御することにより、直流電動機５の出力（直流電動機トルク）を制御する。さらに、直流電動機５が高回転となる領域では、４ＷＤＣＵ１００は、直流電動機５の界磁巻線５ａに流す界磁電流を弱め界磁制御することにより、直流電動機５を直接制御して、直流電動機５が高速回転可能となるように制御する。

エンジン１の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８からの指令により駆動される電子制御スロットルにより制御される。電子制御スロットルには、アクセル開度センサ（図示せず）が設けられており、アクセル開度を検出する。なお、電子制御スロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びスロットルを用いる場合には、アクセルペダルにアクセル開度センサを設けることができる。また、トランスミッションコントローラ（ＴＣＵ）９は、トランスミッション１２を制御する。アクセル開度センサの出力は、４ＷＤＣＵ１００に取り込まれる。

前輪１４Ｒ，１４Ｌ及び後輪１５Ｒ，１５Ｌの各車輪には、回転速度を検出する車輪速センサ１６Ｒ，１６Ｌ，１７Ｒ，１７Ｌが設けられている。また、ブレーキには、アンチロックブレーキコントロールユニット（ＡＣＵ）１０によって制御されるアンチロックブレーキアクチュエータが設けられている。

各信号線は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）８又は、トランスミッションコントロールユニット（ＴＣＵ）９又は他の制御ユニットのインターフェイスから車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）バス経由で４ＷＤコントロールユニット（４ＷＤＣＵ）１００に入手するようにしてもよいものである。

高出力発電機２と直流電動機５の間には、大容量リレー（ＲＬＹ）７が設けられ高出力発電機２の出力を遮断できる構成とする。リレー７の開閉は、４ＷＤＣＵ１００によって制御される。また、補機用バッテリ１１の低電圧は、４ＷＤリレー１９を介して、クラッチ４に供給され、クラッチ４を開閉する。クラッチ４の開閉の制御は、４ＷＤＣＵ１００によって行われる。

４ＷＤＳＷ１８は、４ＷＤと２ＷＤを切り替えるためのスイッチであり、運転者によって操作される。４ＷＤＳＷ１８が示す４ＷＤが選択されているか、２ＷＤが選択されているかの状態信号は、４ＷＤＣＵ１００に取り込まれる。

次に、図２を用いて、本実施形態による４輪駆動装置の構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。

４ＷＤＣＵ１００は、第１の演算装置１００Ａと、第２の演算装置１００Ｂとを備えている。第１の演算装置１００Ａは、運転モード判定手段１１０と、直流電動機トルク算出手段１３０と、ドライバ手段１５０と、直流電動機回転速度推定手段１７０と、第１の直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ａとを備えている。第２の演算装置１００Ｂは、直流電動機回転速度推定手段１７０と、第２の直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂとを備えている。直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機５の回転速度に関する情報を出力する回転速度情報出力手段であり、従来の回転センサに替わるものである。

４ＷＤＣＵ１００の第１の演算装置１００Ａには、入力信号として、車輪速（ＶＷ）信号と、アクセル開度（ＴＶＯ）信号と、シフト位置（ＳＦＴ）信号と、駆動用高出力発電機の出力電流（Ｉａ）信号と、直流電動機の界磁電流（Ｉｆ）信号と、４ＷＤＳＷ信号と、エンジン回転数（ＴＡＣＨＯ）信号と、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号と、パワー系電圧（ＰＶＢ）信号とが入力する。

４ＷＤＣＵ１００の第２の演算装置１００Ｂには、入力信号として、駆動用高出力発電機の出力電流（Ｉａ）信号と、直流電動機の界磁電流（Ｉｆ）信号と、４ＷＤＳＷ信号と、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号と、パワー系電圧（ＰＶＢ）信号とが入力する。

車輪速（ＶＷ）信号は、車輪速センサ１４Ｒ，１４Ｌ，１５Ｒ，１５Ｌによってそれぞれ検出された右前輪車輪速ＶＷＦ＿ＲＨと、左前輪車輪速ＶＷＦ＿ＬＨと、右後輪車輪速ＶＷＲ＿ＲＨと、左後輪車輪速ＶＷＲ＿ＬＨとからなる。なお、４ＷＤＣＵ１００は、内部において、右後輪車輪速ＶＷＲ＿ＲＨと左後輪車輪速ＶＷＲ＿ＬＨとから平均値である後輪平均速ＶＷＲを算出する。

アクセル開度（ＴＶＯ）信号は、前述したアクセル開度センサの出力が入力する。４ＷＤＣＵ１００は、アクセル開度（ＴＶＯ）信号がアクセル開度２％となると、アクセルオン信号を生成し、２％以下になるとアクセルオフ信号を生成する。なお、アクセルオンと判断するときのしきい値を３％として、アクセルオフと判断するときのしきい値を１％として、オンオフ判定のしきい値にヒステリシス特性をもたせることも可能である。

シフト位置信号は、シフトレバーの近傍に備えられたシフトポジションセンサの出力が入力する。ここでは、シフト位置がＤレンジにあるか、他のレンジになっているかの信号が入力する。

電流（Ｉａ）信号は、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の出力電流であり直流電動機の電機子コイル５ｂに流れる電流である。電流（Ｉｆ）信号は、直流電動機５の界磁コイルに流れる界磁電流である。４ＷＤＳＷ信号は、４ＷＤと２ＷＤを切り替えるスイッチの状態を示す信号である。直流電動機回転速度（Ｎｍ）信号は、直流電動機５の回転速度を示す信号である。また、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号は、直流電動機５の動作電圧を示す信号である。パワー系電圧信号は、補機用バッテリ１１から、クラッチ４を駆動するために供給される電圧信号である。

また、４ＷＤＣＵ１００の第１の演算装置１００Ａは、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するための駆動用高出力発電機の出力電流制御信号（Ｃ１）と、直流電動機５の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するための電動機界磁電流制御信号（Ｃ２）と、リレー７の開閉を制御するＲＬＹ駆動信号（ＲＬＹ）と、クラッチ４の締結・開放を制御するクラッチ制御信号（ＣＬ）と、４ＷＤリレーを駆動するための４ＷＤＲＬＹ出力（ＡＶＢＲＬＹ）とを出力する。４ＷＤＣＵ１００の第２の演算装置１００Ｂは、４ＷＤリレーを駆動するための４ＷＤＲＬＹ出力（ＡＶＢＲＬＹ）とを出力する。

運転モード判定手段１１０は、車輪速（ＶＷ）信号と、アクセル開度（ＴＶＯ）信号と、シフト位置信号とに基づいて、４輪駆動のモードを判定する。判定されたモードとしては、I）４ＷＤ待機モードと、II）クリープモードと、III）４ＷＤ制御モードと、IV）回転合わせモードと、V）停止シーケンスモードがある。
ここで、図３も参照して、本実施形態による４輪駆動装置の中の運転モード判定手段１１０の動作について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中の運転モード判定手段の動作を示すタイミングチャートである。

図３において、図３（Ａ）は路面状態を示している。例えば、路面の摩擦係数の大きなドライ路と、摩擦係数の小さな低μ路を示している。図３（Ｂ）は、シフト位置を示している。シフトポジョンセンサの出力により、シフト位置がＤレンジにあるか、他のレンジを区別している。図３（Ｃ）は、アクセル開度を示している。前述したように、アクセル開度（ＴＶＯ）信号に応じて、アクセル開度２％となるとアクセルオンとなり、２％以下になるとアクセルオフとなる。図３（Ｄ）は、直流電動機トルク目標値（ＭＴｔ）を示している。図３（Ｅ）は、車輪速ＶＷを示している。車輪速（ＶＷ）信号は、右前輪車輪速ＶＷＦ＿ＲＨと、左前輪車輪速ＶＷＦ＿Ｌと、右後輪車輪速ＶＷＲ＿ＲＨと、左後輪車輪速ＶＷＲ＿ＬＨとからなるが、ここでは前輪車輪速を平均した前輪平均速（ＶＷＦ）と後輪車輪速を平均した後輪平均速（ＶＷＲ）を図示している。図３（Ｆ）は、運転モード判定手段１１０によって判定されたモードを示している。

図３（Ｃ）に示すようにアクセル開度がオフで、図３（Ｂ）に示すようにシフト位置がニュートラルレンジであり、図３（Ｅ）に示すように車輪速ＶＷが０ｋｍ／ｈのとき、運転モード判定手段１１０は、Ｉ）４ＷＤ待機モードと判定する。そして、モード判定手段１１０は、図２に示したドライバ手段１５０に対して、目標直流電動機トルクとして、例えば、０．０Ｎｍを出力する。すなわち、直流電動機５は、駆動力を発生しない状態である。

図３（Ｃ）に示すようにアクセル開度がオフで、図３（Ｂ）に示すようにシフト位置がドライブレンジであり、図３（Ｅ）に示すように車輪速ＶＷが０ｋｍ／ｈのとき、運転モード判定手段１１０は、II）クリープモードと判定する。そして、モード判定手段１１０は、図２に示したドライバ手段１５０に対して、目標直流電動機トルクとして、例えば、１．０Ｎｍを出力する。直流電動機５の出力トルクを、例えば１．０Ｎｍとして、直流電動機５からわずかに、駆動トルクを後輪に伝えておくことにより、次に４輪駆動となった際に直ちに応答できるように待機する。ドライバ手段１５０は、目標直流電動機トルクが、例えば１．０Ｎｍとなるように、ＡＬＴ界磁電流制御信号を出力するが、ドライバ手段１５０の詳細については、図７を用いて後述する。

次に、図３（Ｃ）に示すようにアクセル開度がオンとなり、図３（Ｂ）に示すようにシフト位置がドライブレンジになると、運転モード判定手段１１０は、III）４ＷＤ制御モードと判定する。そして、運転モード判定手段１１０は、図２に示した直流電動機トルク算出手段１３０に対して、III）４ＷＤ制御モードであることを通知する。直流電動機トルク算出手段１３０は、図３（Ｄ）に示すように、目標直流電動機トルクを、例えば、５．０Ｎｍとする。そして、図３（Ｅ）に示す車輪速ＶＷが５ｋｍ／ｈになるまで、目標直流電動機トルクを５．０Ｎｍに維持する。車輪速ＶＷが５ｋｍ／ｈになると、その後、目標トルクが１．０Ｎｍとなるように、目標直流電動機トルクを直線的に減少させる。図３（Ｄ）に示す目標トルクが１．０Ｎｍとなると、運転モード判定手段１１０は、V）停止シーケンスモードと判定して、１．０Ｎｍの目標直流電動機トルクを所定時間Ｔ1の間保持した後、リレー７をオフし、また、クラッチ４もオフする。そして、目標直流電動機トルクを０Ｎｍとして、車両の発進時に、エンジン１によって前輪を駆動するだけでなく、直流電動機５によって後輪を駆動することによって、発進時を４輪駆動として、低μ路での発進性能を向上する。なお、以上のシーケンスは、図３（Ａ）に示すように、路面状態がドライ路の時の制御内容である。

なお、図３（Ａ）に示す低μ路では、車輪のスリップが発生すると、運転モード判定手段１１０は、スリップ状態を収束するためのIII）４ＷＤ制御モードと判定するが、この点については、後述する。

ここで、図４を用いて、本実施形態による４輪駆動装置の中の直流電動機トルク算出手段１３０の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中の直流電動機トルク算出手段の構成を示すブロック図である。

直流電動機トルク算出手段１３０は、アクセル感応トルク演算手段１３１と、トルク切替手段１３３と、前後輪速差感応トルク演算手段１３５とを備えている。

アクセル感応トルク演算手段１３１は、目標直流電動機トルクを算出する手段である。前後輪速差感応トルク演算手段１３５は、前輪速と後輪速とに差が生じた場合であって、特に前輪側が後輪速よりも早く、前輪がスリップ状態となったときの目標直流電動機トルクを算出する手段である。トルク切替手段１３３は、アクセル感応トルク演算手段１３１が出力する目標直流電動機トルクと、前後輪速差感応トルク演算手段１３５が出力する目標直流電動機トルクとを比較し大きい方を出力する手段である。ドライ路の場合には、前後輪速差感応トルク演算手段１３５が出力する目標直流電動機トルクは０Ｎｍであるため、トルク切替手段１３３の出力は、アクセル感応トルク演算手段１３１の出力と同じものである。

ここで、図４及び図５を用いて、アクセル感応トルク演算手段１３１が算出する目標直流電動機トルクについて説明する。
図５は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機トルク算出手段の中のアクセル感応トルク演算手段の動作を示す特性図である。

アクセル感応トルク演算手段１３１は、後輪平均速ＶＷＲと、アクセル開度ＴＶＯが入力する。後輪平均速ＶＷＲは、右後輪速ＶＷＲ＿ＲＨと、左後輪速ＶＷＲ＿ＬＨの平均値として求められる値である。

アクセル感応トルク演算手段１３１は、図５に示すように、後輪平均速ＶＷＲが５ｋｍ／ｈ以下では、アクセル感応トルクＴＱＡＣが５．０Ｎｍとなり、後輪平均速ＶＷＲが５ｋｍ／ｈ以上では、アクセル感応トルクＴＱＡＣが０Ｎｍとなるように、アクセル開度ＴＶＯがオンとなると、後輪平均速ＶＷＲに対するアクセル感応トルクＴＱＡＣを出力する。

その結果、図３で説明したように、直流電動機トルク算出手段１３０は、図３（Ｄ）に示すように、目標直流電動機トルクを、例えば、５．０Ｎｍとする。そして、図３（Ｅ）に示す車輪速ＶＷが５ｋｍ／ｈになるまで、目標直流電動機トルクを５．０Ｎｍに維持する。車輪速ＶＷが５ｋｍ／ｈになると、アクセル感応トルク演算手段１３１は、目標トルクが１．０Ｎｍとなるように、目標直流電動機トルクを直線的に減少させる。

次に、図３に戻り、図３（Ａ）に示す低μ路において、図３（Ｅ）に示すように、前輪平均速ＶＷＦと後輪平均速ＶＷＲとに差が生じた場合であって、前輪側ＶＷＦが後輪速ＶＷＲよりも早く、前輪がスリップ状態となると、運転モード判定手段１１０は、III）４ＷＤ制御モードと判定する。

図４に示す前後輪速差感応トルク演算手段１３５は、前輪速ＶＷＦと後輪速ＶＷＲとの差に基づいて、前輪のスリップ状態を収束するための目標直流電動機トルクを算出する。

ここで、図４及び図６を用いて、運転モード判定手段１１０がIII）４ＷＤ制御モードと判定した場合に、前後輪速差感応トルク演算手段１３５が算出する目標直流電動機トルクについて説明する。
図６は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機トルク算出手段の中の前後輪速差感応トルク演算手段の動作を示す特性図である。

図４に示すように、前後輪速差感応トルク演算手段１３５は、後輪平均速ＶＷＲと、前輪平均速ＶＷＦが入力する。前輪平均速ＶＷＦは、右前輪速ＶＷＦ＿ＲＨと、左前輪速ＶＷＦ＿ＬＨの平均値として求められる値である。

前後輪速差感応トルク演算手段１３５は、図６に示すように、後輪平均速ＶＷＲと、前輪平均速ＶＷＦとの差ΔＶ（＝ＶＷＦ−ＶＷＲ）に基づいて、例えば、前後輪速差ΔＶが２ｋｍ／ｈのときは、前後輪差感応トルクＴＱＤＶが０Ｎｍであり、その後、前後輪速差ΔＶが７ｋｍ／ｈのときに、前後輪差感応トルクＴＱＤＶが１０Ｎｍとなるように、漸次増加する前後輪差感応トルクＴＱＤＶを出力する。トルク切替手段１３３は、アクセル感応トルク演算手段１３１の出力ＴＱＡＣと、前後輪速差感応トルク演算手段１３５の出力ＴＱＤＶとを比較して大きい方を目標トルク算出手段１３０の出力する。

その結果、図３で説明したように、直流電動機トルク算出手段１３０は、図３（Ｃ）に示すように、目標直流電動機トルクを、例えば、１０Ｎｍとする。例えば、車速が５ｋｍ／ｈ以下であれば、図５に示したように、アクセル感応トルク演算手段１３１の出力ＴＱＡＣは、５．０Ｎｍである。また、例えば、後輪平均速ＶＷＲと前輪平均速ＶＷＦとの差ΔＶ（＝ＶＷＦ−ＶＷＲ）が３ｋｍ／ｈであり、このときの前後輪速差感応トルク演算手段１３５の出力ＴＱＤＶが５．５Ｎｍとすると、トルク切替手段１３３の出力は５．５Ｎｍとなる。前後輪速差感応トルク演算手段１３５は、後輪平均速ＶＷＲと前輪平均速ＶＷＦとの差ΔＶ（＝ＶＷＦ−ＶＷＲ）が２ｋｍ／ｈ以下となった場合、目標トルクが１．０Ｎｍとなるように、目標直流電動機トルクを直線的に減少させる。直流電動機トルクが１．０Ｎｍになると、（V）停止シーケンスモードに移行して、所定時間後、４ＷＤＣＵ１００は、リレー７をオフし、また、クラッチ４もオフする。

ここで、図７を用いて、本実施形態による４輪駆動装置の中のドライバ手段１５０の構成について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中のドライバ手段の構成を示すブロック図である。

ドライバ手段１５０は、直流電動機界磁電流算出手段１５２と、直流電動機電機子コイル電流算出手段１５４と、フィードバック制御手段１５６，１５８を備えている。直流電動機界磁電流算出手段１５２は、図２に示した４ＷＤＣＵ１００に入力する直流電動機回転速度信号Ｎｍに基づいて、直流電動機５の界磁コイル５ａに流す電流を算出する。

直流電動機界磁電流算出手段１５２は、図７に示すように、例えば、直流電動機回転速度ＮｍがＮ１以下では、目標直流電動機界磁電流Ｉｆｔを１０Ａとする。そして、直流電動機回転速度ＮｍがＮ１〜Ｎ２では、目標直流電動機界磁電流Ｉｆｔを１０Ａから３．６Ａまで順次減少させる。さらに、直流電動機回転速度ＮｍがＮ２以上では、目標直流電動機界磁電流Ｉｆｔを３．６Ａとする。このように、直流電動機５が高回転となると、弱め界磁制御を行い、直流電動機５が高回転可能となるように制御する。目標直流電動機界磁電流Ｉｆｔと、実際に検出された直流電動機５の界磁電流Ｉｆは、フィードバック制御手段１５６で差分が検出され、差分が０となるように、直流電動機５の界磁コイルに与えられる電流（ここでは、電力変換器をスイッチングするデューティ信号のデューティ比）Ｃ２を変化させて、フィードバック制御する。

直流電動機電機子コイル電流算出手段１５４は、目標トルク算出手段１３０が出力する目標直流電動機トルクＭＴｔと、直流電動機界磁電流算出手段１５２が出力する目標直流電動機界磁電流Ｉｆｔとに基づいて、マップを用いて、直流電動機電機子コイル５ｂに流す電流を算出する。目標直流電動機電機子コイル電流Ｉａｔと、実際に検出された直流電動機電機子コイル電流Ｉａは、フィードバック制御手段１５８で差分が検出され、差分が０となるように、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）２の界磁コイルに与えられる電流（ここでは、電力変換器をスイッチングするデューティ信号のデューティ比）Ｃ１を変化させて、フィードバック制御する。

次に、図２，図８及び図９を用いて、本実施形態による４輪駆動装置における直流電動機回転速度推定手段１７０について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機回転速度推定手段の処理を示すフローチャートである。図９は、本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機回転速度推定手段が用いる直流電動機誘起電圧定数算出テーブルの説明図である。

車輪速の回転速度を直流電動機軸への回転速度へ変換する場合、デファレンシャルギア３により車輪速度の最大値が直流電動機軸回転速度となることから、ステップＳ１７１において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、車輪速センサ１５Ｒ，１５Ｌによってそれぞれ検出された右後輪車輪速ＶＷＲ＿ＲＨと、左後輪車輪速ＶＷＲ＿ＬＨを比較し、最大値を後輪最大車輪速ＶＷＲｍａｘとし、タイヤ動半径＃Ｔｋとデファレンシャルギア減速比＃ＤＧＲを加味し、直流電動機軸換算車輪速回転速度Ｎｓｒを、
Ｎｓｒ＝ＶＷＲｍａｘ６０／１０００／（２π＃Ｔｋ）×＃ＤＧＲ
として算出する。

次に、ステップＳ１７２において、直流電動機回転速度推定手段１７０において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機電圧ＭＨＶから直流電動機電機子コイル電流Ｉａによる電圧上昇分を排除するための直流電動機電圧ＭＨＶ検出地点からＧＮＤ地点までの抵抗値＃Ｒｍを用い、直流電動機誘起電圧Ｅを、
Ｅ＝ＭＨＶ−（Ｉａ×＃Ｒｍ）
として算出する。ここで、＃Ｒｍは抵抗なのでサーミスタや温度推定手段を用いて温度補正することも可能である。

次に、ステップＳ１７３において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機界磁電流Ｉｆから図９の直流電動機誘起電圧定数算出テーブルを用い、第１の直流電動機誘起電圧定数Ｅｋを算出する。

次に、ステップＳ１７４において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧Ｅと、第１の直流電動機誘起電圧定数Ｅｋを用い、直流電動機回転速度Ｎｍを、
Ｎｍ ＝ Ｅ × Ｅｋ
として算出する。そして、以上の処理により、直流電動機回転速度Ｎｍを推定することができる。推定された直流電動機回転速度Ｎｍは、直流電動機トルク算出手段１３０や、ドライバ手段１５０に供給される。

以上のように、本実施形態では、回転センサは用いずに、直流電動機電圧ＭＨＶと、直流電動機電機子コイル電流Ｉａとから、電動機の直流電動機誘起電圧Ｅとを算出し、この直流電動機誘起電圧Ｅを用いて、電動機の回転速度Ｎｍを推定するようにしているので、極低回転での精度の向上し、また、電動機のノイズやロードノイズ、減速機のガタによる誤検出や低精度も防止でき、電動機の制御時の制御性が向上する。

次に、図８のステップＳ１７５において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機軸換算車輪速回転速度Ｎｓｒと、直流電動機回転速度Ｎｍを比較し、所定の範囲内である時、クラッチは完全締結し、直流電動機軸換算車輪速回転速度Ｎｓｒと直流電動機回転速度Ｎｍは同期していると判定する。

さらに、ステップＳ１７５において、同期していると判定された場合には、クラッチが締結され、クラッチのガタやギアのガタを詰めた状態であり、直流電動機軸換算車輪速回転速度Ｎｓｒは、直流電動機回転速度Ｎｍと同じ回転速度であるといえるので、ステップＳ１７６において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧Ｅと直流電動機軸換算車輪速回転速度Ｎｓｒを用い、直流電動機誘起電圧定数２Ｅｋｐｒを、
Ｅｋｐｒ ＝ Ｅ / Ｎｓｒ
として算出する。

次に、ステップＳ１７７において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧定数１Ｅｋと直流電動機誘起電圧定数２Ｅｋｐｒを比較し、差分を直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋとする。

次に、ステップＳ１７８において、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋの値を、図９に示す直流電動機誘起電圧定数算出テーブルにフィードバックする。フィードバックする手法として、ＥＰＲＯＭなどの記憶媒体を利用して前記直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋを記憶し、図９の直流電動機誘起電圧定数算出テーブルを参照する際、ＥＰＲＯＭなどの記憶媒体から前記直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋを読み出し、補正する。また、図９の直流電動機誘起電圧定数算出テーブルをＥＰＲＯＭなどの記憶媒体に記憶して直接補正することも可能である。直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋは、図９の直流電動機誘起電圧定数算出テーブルの格子毎、もしくは格子の中間で区切られた範囲毎に平均化しフィードバックしてもよいものである。

なお、直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋもしくは、直流電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒ、直流電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、それぞれあらかじめ設定した第１の範囲外となった場合には、電動機の劣化と判定する。電動機劣化と判定された場合には、直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋのフィードバックを禁止する。

また、 直流電動機回転速度推定手段１７０は、直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋもしくは、直流電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒ、直流電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、それぞれ、前述の電動機劣化と判定する範囲よりもさらに外側にあらかじめ設定した第２の範囲外となった場合には、システム異常と判定する。システム異常と判定された場合には、直流電動機誘起電圧定数補正値ＤＥｋのフィードバックを禁止する。

図２に示したように、第１の演算装置１００Ａにおいて、直流電動機回転速度推定手段１７０の出力は、第１の直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ａに入力する。直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ａは、直流電動機回転速度推定手段１７０によって推定された回転速度Ｎｍが、所定値Ｎｍ１以上の場合には、推定された回転速度Ｎｍが異常であると判定し、４ＷＤリレー１９を開いて、補機用バッテリ１１の電圧が、クラッチ４に供給されるのを停止することで、クラッチ４を開放する。これによって、推定回転速度Ｎｍの異常時に、電動機を車輪から切り離し、フェールセーフとすることができる。

また、図２に示したように、第２の演算装置１００Ｂも、直流電動機回転速度推定手段１７０を備えており、直流電動機回転速度推定手段１７０の出力は、第２の直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂに入力する。直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂは、直流電動機回転速度推定手段１７０によって推定された回転速度Ｎｍが、第２の所定値Ｎｍ２（Ｎｍ２＞Ｎｍ１）以上の場合には、推定された回転速度Ｎｍが異常であると判定し、４ＷＤリレー１９を開いて、補機用バッテリ１１の電圧が、クラッチ４に供給されるのを停止することで、クラッチ４を開放する。これによって、推定回転速度Ｎｍの異常時に、電動機を車輪から切り離し、フェールセーフとすることができる。また、これにより、第１の演算装置１００Ａが暴走等により、電動機が過回転となりそうなときでも、クラッチ４を開放することで、安全性が向上する。

ここで、第２の演算装置１００Ｂは、回転数推定のためのフェールセーフのために設けられている。そして、第２の演算装置１００Ｂの入力信号としては、駆動用高出力発電機の出力電流（Ｉａ）信号と、直流電動機の界磁電流（Ｉｆ）信号と、４ＷＤＳＷ信号と、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号と、パワー系電圧（ＰＶＢ）信号との５つの信号がある。これらの各信号は、第１の演算装置１００Ａにも入力しており、２重系を構成している。

５つの信号の内、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号と、駆動用高出力発電機の出力電流（Ｉａ）信号とは、図２の第２の演算装置１００Ｂの直流電動機回転速度推定手段１７０にて、直流電動機の回転速度の推定に用いられ、これは、第１の演算装置１００Ａの直流電動機回転速度推定手段１７０における直流電動機の回転速度の推定と２重系を構成しており、モータ回転速度の推定時に、２重系として、安全性を向上するのに用いられる。なお、駆動用高出力発電機の出力電流（Ｉａ）信号は、モータ回転速度を精度良く推定するために用いるため、２重系の観点からすると、直流電動機電圧（ＭＨＶ）信号だけを２重系にしてもよいものである。

また、直流電動機の界磁電流（Ｉｆ）信号は、モータの界磁電流の状態を判別できるため、モータの界磁電流が異常の大きいときは、第２の演算装置１００Ｂの直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂは、フェールセーフとして、４ＷＤリレー１９を開いて、補機用バッテリ１１の電圧が、クラッチ４に供給されるのを停止することで、クラッチ４を開放するようにする。

さらに、パワー系電圧（ＰＶＢ）は、その電源がバッテリであり、リレー、クラッチなどの駆動電源を供給するものである。パワー系電圧（ＰＶＢ）信号は、４ＷＤリレー１９の状態を監視するために用いることができるため、この電圧異常時には、第２の演算装置１００Ｂの直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂは、フェールセーフとして、４ＷＤリレー１９を開いて、補機用バッテリ１１の電圧が、クラッチ４に供給されるのを停止することで、クラッチ４を開放するようにする。

また、４ＷＤＳＷ信号でも、４ＷＤリレー１９の状態を監視することができるため、この電圧異常時には、第２の演算装置１００Ｂの直流電動機回転速度正常判定手段１９０Ｂは、フェールセーフとして、４ＷＤリレー１９を開いて、補機用バッテリ１１の電圧が、クラッチ４に供給されるのを停止することで、クラッチ４を開放するようにする。

以上説明したように、本実施形態によれば、直流電動機のノイズやロードノイズ、減速機のガタの影響を受けること無く、電動機の回転速度を極低回転から精度よく検出することができる。これにより、走行安定性、走破性を向上することができる。また、電動機の劣化や異常検出が容易となり安全性を向上することができる。

本発明の一実施形態による４輪駆動装置を用いる４輪駆動車両の全体構成を示すシステムブロック図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中の運転モード判定手段の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中の直流電動機トルク算出手段の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機トルク算出手段の中のアクセル感応トルク演算手段の動作を示す特性図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機トルク算出手段の中の前後輪速差感応トルク演算手段の動作を示す特性図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の中のドライバ手段の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機回転速度推定手段の処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による４輪駆動装置の直流電動機回転速度推定手段が用いる直流電動機誘起電圧定数算出テーブルの説明図である。

符号の説明

１…エンジン
２…高出力発電機
３…デファレンシャルギヤ
４…クラッチ
５…直流電動機
７…大容量リレー
８…エンジンコントロールユニット
９…トランスミッションコントロールユニット
１０…アンチロックブレーキコントロールユニット
１１…補機バッテリ
１２…トランスミッション
１３…補機発電機
１４Ｒ，１４Ｌ…前輪
１５Ｒ，１５Ｌ…後輪
１６Ｒ，１６Ｌ…前輪車輪速センサ
１７Ｒ，１７Ｌ…後輪車輪速センサ
１００…４ＷＤコントロールユニット
１００Ａ，１００Ｂ…演算装置
１１０…モード判定手段
１３０…直流電動機トルク算出手段
１３１…アクセル感応トルク演算手段
１３３…トルク切替手段
１３５…前後輪速差感応トルク演算手段
１５０…ドライバ手段
１５２…直流電動機界磁電流算出手段
１５４…直流電動機電機子コイル電流算出手段
１５６，１５８…フィードバック制御手段
１７０…直流電動機回転速度推定手段
１９０，１９０Ａ…直流電動機回転速度正常判定手段

Claims (10)

1. 車載電源を駆動電源とし、原動機によって駆動される車輪とは異なる車輪に減速機を介して駆動力を供給する電動機と、
   前記車載電源から前記電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御する制御手段と、
   前記電動機の回転速度に関する情報を出力する手段と、を有し、
   前記回転速度情報出力手段は、前記電動機の誘起電圧から前記電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段であり、
   前記制御手段は、前記回転速度推定手段によって推定された前記電動機の回転速度を含む入力情報に基づいて、前記車載電源から前記電動機に供給される電力を制御する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
2. 請求項１に記載の車両駆動装置において、
   前記電動機は界磁巻線を備えており、
   前記回転速度推定手段は、前記界磁巻線に流れる界磁電流から第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋを推定し、この推定された第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋを用いて前記電動機の回転速度を推定する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
3. 請求項２に記載の車両駆動装置において、
   前記電動機から出力された駆動力はクラッチを介して前記車輪側に伝達されており、
   前記回転速度推定手段は、前記クラッチの出力軸回転速度と前記電動機の回転速度とが同期している場合、前記クラッチの出力軸回転速度及び前記第１の誘起電圧推定値Ｅｋから第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒを推定すると共に、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋと前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒとの差分を、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋにフィードバックする
   ことを特徴とする車両駆動装置。
4. 請求項３に記載の車両駆動装置において、
   前記回転速度推定手段は、前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋと前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒとの比較した結果を前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋにフィードバックする際、前記第２の電動機誘起電圧定数Ｅｋｐｒの値が、予め設定した範囲から外れている時には、前記フィードバックを禁止し、システムが異常であると判定する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
5. 請求項３に記載の車両駆動装置において、
   前記回転速度推定手段は、前記フィードバックされた前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、予め設定した範囲から外れた場合には、システムが異常であると判定する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
6. 請求項３に記載の車両駆動装置において、
   前記回転速度推定手段は、前記フィードバックされた前記第１の電動機誘起電圧定数Ｅｋの値が、予め設定した範囲から外れた場合には、前記電動機が劣化状態にあると判定する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
7. 請求項１に記載の車両駆動装置において、
   前記回転速度推定手段を複数個備え、それぞれに前記電動機の回転速度を推定させる
   ことを特徴とする車両駆動装置。
8. 請求項７に記載の車両駆動装置において、
   前記複数の回転速度推定手段のうちの一つである第１の回転速度推定手段により推定された前記電動機の回転速度が第１の所定値を超えた場合、前記電動機による前記車輪の駆動を停止し、
   前記複数の回転速度推定手段の残りのうちの一つである第２の回転速度推定手段により推定された前記電動機の回転速度が、前記第１の所定値よりも大きな第２の所定値を超えた場合、前記電動機による前記車輪の駆動を停止する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
9. 請求項８に記載の車両駆動装置において、
   前記第１及び第２の回転速度推定手段には、前記電動機の界磁電流、前記原動機のみによる車輪駆動と前記原動機及び前記電動機による車輪駆動とを切り替えるための切替手段の状態、及びパワー系電圧のそれぞれに関する情報のうち、少なくとも一つが並列的に入力される
   ことを特徴とする車両駆動装置。
10. 原動機によって駆動される車輪とは異なる車輪に減速機を介して駆動力を供給する電動機と、
    前記原動機によって駆動され、前記電動機を駆動するための電力を発生する発電機と、
    前記発電機から前記電動機に供給される電力を制御して前記電動機の駆動を制御する制御手段と、
    前記電動機の回転速度に関する情報を出力する手段と、を有し、
    前記回転速度情報出力手段は、前記電動機の誘起電圧から前記電動機の回転速度を推定する回転速度推定手段であり、
    前記制御手段は、前記回転速度推定手段によって推定された前記電動機の回転速度を含む入力情報に基づいて、前記発電機から前記電動機に供給される電力を制御する
    ことを特徴とする車両駆動装置。

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