JP2008189114A - 車両用電動駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が低回転の場合に従駆動輪の駆動力が制限されるのを抑制することができる車両用電動駆動装置を提供する。
【解決手段】主駆動輪ＦＷを駆動する内燃機関２と、従駆動輪ＲＷを駆動する電動機３と、内燃機関２によって駆動されて電動機３に供給する電力を発電する発電機１２と、電動機３に供給する電力を蓄えるバッテリ１５と、を備え、規定の基準電圧よりも発電機１２が出力する出力電圧の方が大きい場合には、発電機１２で発電された電力を電動機３に供給する一方、基準電圧よりも発電機１２の出力電圧の方が小さい場合には、バッテリ１５の電力を電動機３に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関で主駆動輪を駆動し、電動機で従駆動輪を駆動するハイブリッド式車両に設けられる車両用電動駆動装置に関する。

従来、ハイブリット式４輪駆動車として、例えば、特許文献１に開示されるものがあり、内燃機関で主駆動輪（前輪）を駆動し、電動機で従駆動輪（後輪）を駆動するようになっている。この場合、内燃機関には、通常の補機用発電機以外に、従駆動輪用の前記電動機を駆動する高出力発電機が専用に設けられ、この高出力発電機で発生した電力を専ら上記電動機に出力するようになっている。

このように、ハイブリット式４輪駆動車では、従駆動輪用の電動機に専用の高出力発電機を設けることにより、その電動機で大きな駆動トルクを発生させている。
特許第３３３３４８８号公報

しかしながら、上記高出力発電機は、主駆動輪を駆動する内燃機関で駆動するため、発進時等にあって内燃機関が低回転域にある場合は、上記高出力発電機で発生する電力が少なく、高出力発電機の出力電圧が低い。このため、車両の発進時等においては、低い電圧で電動機を駆動せざるを得ず、電動機の駆動トルクが大幅に制限されてしまい出力不足が生じてしまう。

そこで、本発明は、内燃機関が低回転の場合に従駆動輪の駆動力が制限されるのを抑制することができる車両用電動駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、主駆動輪を駆動する内燃機関と、従駆動輪を駆動する電動機と、前記内燃機関によって駆動されて前記電動機に供給する電力を発電する発電機と、前記電動機に供給する電力を蓄えるバッテリと、前記発電機と前記バッテリとの少なくとも一方の電力を前記電動機に供給する電力供給手段と、を備え、前記電力供給手段は、規定の基準電圧よりも前記発電機が出力する出力電圧の方が大きい場合には、前記発電機で発電された電力を前記電動機に供給する一方、前記基準電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が小さい場合には、前記バッテリの電力を前記電動機に供給することを特徴とする車両用電動駆動装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用電動駆動装置において、前記基準電圧は、前記電動機を駆動するのに必要な必要電圧および前記バッテリの出力電圧を含み、前記電力供給手段は、前記発電機の出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記バッテリの出力電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記必要電圧を算出する算出手段と、前記必要電圧と前記第１の電圧検出器が検出した前記発電機の出力電圧とを比較する第１の比較手段と、前記第１の電圧検出器が検出した前記発電機の出力電圧と前記第２の電圧検出器が検出した前記バッテリの出力電圧とを比較する第２の比較手段と、前記必要電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が高いと前記第１の比較手段が判断した場合には、前記発電機で発電された電力を前記電動機に供給する一方、前記必要電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が低いと前記第１の比較手段が判断した場合には、前記発電機と前記バッテリとのうち前記第２の比較手段によって出力電圧が高いと判断された方から前記電動機に電力を供給する選択手段と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の車両用電動駆動装置において、前記基準電圧は、前記バッテリの出力電圧であり、前記電力供給手段は、前記発電機の電力出力ラインにアノード側を接続した第１のダイオードと、前記バッテリの電力出力ラインにアノード側を接続した第２のダイオードと、前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードのカソード同士を接続して電動機に電力供給する接続ラインと、を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、内燃機関が低回転であり発電機の出力電圧が基準電圧よりも低い場合には、電力供給手段がバッテリの電力を電動機に供給するので、内燃機関が低回転の場合に従駆動輪の駆動力が制限されるのを抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、選択手段を備えることにより、バッテリの使用機会をバッテリから電動機に電力供給が必要な場合のみに限定できるので、バッテリの使用頻度を抑えてバッテリの電力の消費を軽減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、電力供給手段を、第１のダイオードと、第２のダイオードと、接続ラインと、を備える構成としたので、発電機の出力電圧およびバッテリの出力電圧が第１のダイオードおよび第２のダイオードに作用すると、それぞれのダイオードの整流作用により第１のダイオードおよび第２のダイオードのうち電圧の低い方が遮断され、発電機とバッテリとのうち電圧の高い方の電力が自動的に電動機に供給されるので、車両用電動駆動装置の構成を簡素化してコスト削減することができる。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本実施形態の車両を概略的に示す構成図、図２は、電力供給処理のフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態の車両である自動車１は、ハイブリット式４輪駆動車であり、前輪ＦＷが主駆動輪であり後輪ＲＷが従駆動輪である。この自動車１は、内燃機関２によって前輪ＦＷを駆動するとともに、電動機３によって後輪ＲＷを駆動するようになっている。ここで、内燃機関２および電動機３は、後述する第１の発電機１２とバッテリ１５と電力供給手段３１とともに、車両用電動駆動装置３２を構成している。

内燃機関２の出力は、フロントクラッチ４、フロント変速機５およびフロントデフ６を介して前輪ＦＷの駆動シャフト７に伝達される。電動機３は、例えばＡＣモータであり、電動機３の出力は、リヤクラッチ８、リヤ変速機９およびリヤデフ１０を介して後輪ＲＷの駆動シャフト１１に伝達される。

フロントクラッチ４は、フロント変速機５の切替え時にトルク伝達を自動制御するものである。リヤクラッチ８は、運転者の意志または自動で切替えが可能であり、そのリヤクラッチ８を締結することにより４輪駆動となり、切断することにより前輪ＦＷによる二輪駆動となる。

内燃機関２には、電動機３に供給する電力を発生する発電機としての第１の発電機１２と、車両の電気系としての補機に供給する電力を発生する補機用の第２の発電機１３とが連結されている。この第２の発電機１３が発生した電力は、電動機３にも供給されるようになっている。具体的には、第２の発電機１３が発生した電力は、バッテリ１５に蓄電され、このバッテリ１５から補機および電動機３に供給される。ここで、補機は、例えばライト類や内燃機関２用のスタータなどである。

第１の発電機１２は、第２の発電機１３よりも高電圧を出力可能である。第１の発電機１２は、例えば、４２Ｖを出力可能であり、第２の発電機１３は、例えば、１２Ｖを出力可能である。また、バッテリ１５は、１２Ｖの電圧を出力可能である。

そして、自動車１には、第１の発電機１２と電動機３とを電気的に接続する第１の電力供給経路２０と、バッテリ１５と電動機３とを電気的に接続する第２の電力供給経路２１と、が設けられている。第１の電力供給経路２０は、ケーブル３３ａや切替器２８、インバータ１４を有して構成されている。第２の電力供給経路２１は、ケーブル３３ｂや切替器２８、インバータ１４を有して構成されている。即ち、第１の電力供給経路２０と第２の電力供給経路２１とは、切替器２８以降を共用している。切替器２８は、自動車１が備えるコントローラ３０からの命令に従って、第１の電力供給経路２０と第２の電力供給経路２１との一方を開通し他方を遮断する切替スイッチである。

コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、ＣＰＵが実行するプログラム等を記憶するメモリ、入出力回路等から構されたコンピュータである。コントローラ３０は、メモリに記憶された各種のプログラムに基づいて、各種の演算や自動車１の各部の駆動制御処理を実行する。

このコントローラ３０には、第１の発電機１２の出力電圧を検出する第１の電圧検出器２３と、バッテリ１５の出力電圧を検出する第２の電圧検出器２４が接続されている。さらに、このコントローラ３０には、アクセル開度を検出してアクセル開度信号を出力するアクセル開度検出器、車輪速を検出して車輪速信号を出力する車輪速検出器、変速機の使用シフトを検出してシフト信号を出力するシフト検出器、ブレーキの作動を検出してブレーキ信号を出力するブレーキ検出器（いずれも図示せず）等も接続されている。コントローラ３０は、これら各種の検出器から入力される情報を用いて車両状態を判断する。

コントローラ３０は、第１の電力供給経路２０、第２の電力供給経路２１、第１の電圧検出器２３、第２の電圧検出器２４および切替器２８とともに、電力供給手段３１を構成している。電力供給手段３１は、第１の発電機１２とバッテリ１５との少なくとも一方の電力を電動機３に供給するものであり、特に、規定の基準電圧よりも第１の発電機１２が出力する出力電圧の方が大きい場合には、第１の発電機１２で発電された電力を電動機３に供給する一方、基準電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が小さい場合には、バッテリ１５の電力を電動機３に供給する。ここで、基準電圧は、電動機３を駆動するのに必要な必要電圧およびバッテリ１５の出力電圧を含んでいる。詳しくは、以下の電力供給処理の説明において説明する。

次に、コントローラ３０が行なう電力供給処理を各部の動作とともに図２に示すフローチャートに基づいて説明する。電力供給処理は、所定時間毎に繰り返し実行される。

まず、コントローラ３０は、第１の電圧検出器２３によって第１の発電機１２の出力電圧を検出する（ステップＳ１）とともに、第２の電圧検出器２４によってバッテリ１５の出力電圧を検出し（ステップＳ２）、また、電動機３を駆動するのに必要な必要電圧を算出する（ステップＳ３）。具体的には、電動機３の必要電圧の算出においては、コントローラ３０は、まず、内燃機関２の回転数とアクセル開度とにより電動機３の必要電流を算出し、この必要電流より電動機３の必要電圧を算出する。このステップＳ３において、電動機３を駆動するのに必要な必要電圧を算出する算出手段の機能が実行される。

次に、コントローラ３０は、第１の発電機１２の出力電圧と基準電圧としての電動機３の必要電圧とを比較し（ステップＳ４）、電動機３の必要電圧が第１の発電機１２の出力電圧よりも高い場合（ステップＳ４のＮＯ）には、第１の発電機１２の出力電圧と基準電圧としてのバッテリ１５の出力電圧とを比較する（ステップＳ５）。ここに、ステップＳ４において、電動機３の必要電圧と第１の電圧検出器２３が検出した第１の発電機１２の出力電圧とを比較する第１の比較手段の機能が実行され、ステップＳ５において、第１の電圧検出器２３が検出した第１の発電機１２の出力電圧と第２の電圧検出器２４が検出したバッテリ１５の出力電圧とを比較する第２の比較手段の機能が実行される。

コントローラ３０は、ステップＳ５で第１の発電機１２の出力電圧よりも基準電圧としてのバッテリ１５の出力電圧の方が高いと判断した場合（ステップＳ５のＮＯ）には、第１の電力供給経路２０および第２の電力供給経路２１のうち第２の電力供給経路２１を選択し、バッテリ１５の電力を第２の電力供給経路２１によって電動機３に供給する（ステップＳ６）。具体的には、コントローラ３０は、切替器２８を制御して、第２の電力供給経路２１を開通させるとともに第１の電力供給経路２０を遮断する。これにより、ステップＳ５を実行している段階で第１の電力供給経路２０が選択されていて第１の発電機１２から電動機３へ電力が供給されていた場合には、ステップＳ６で電動機３への電力供給元が第１の発電機１２からバッテリ１５に変更される。また、ステップＳ５を実行している段階で、第２の電力供給経路２１が選択されていてバッテリ１５から電動機３へ電力供給が行なわれていた場合には、ステップＳ６において切替器２８の切替状態が維持され、バッテリ１５から電動機３への電力供給が継続される。

一方、コントローラ３０は、ステップＳ５で第１の発電機１２の出力電圧が基準電圧としてのバッテリ１５の出力電圧以上であると判断した場合（ステップＳ５のＹＥＳ）には、第１の電力供給経路２０および第２の電力供給経路２１のうち第１の電力供給経路２０を選択し、第１の発電機１２の電力を第１の電力供給経路２０によって電動機に供給する（ステップＳ７）。具体的には、切替器２８を制御して、第１の電力供給経路２０を開通させるとともに第２の電力供給経路２１を遮断する。これにより、ステップＳ５を実行している段階で第２の電力供給経路２１が選択されていてバッテリ１５から電動機３へ電力が供給されていた場合には、ステップＳ７で電動機３への電力供給元がバッテリ１５から第１の発電機１２に変更される。また、ステップＳ５を実行している段階で第１の電力供給経路２０が選択されていて第１の発電機１２から電動機３へ電力供給が行なわれていた場合には、ステップＳ７において切替器２８の切替状態が維持され、第１の発電機１２から電動機３への電力供給が継続される。

また、コントローラ３０は、ステップＳ４で第１の発電機１２の出力電圧が基準電圧としての電動機３の必要電圧以上であると判断した場合（ステップＳ４のＹＥＳ）には、ステップＳ７に進み、第１の電力供給経路２０を選択し、第１の発電機１２の電力を第１の電力供給経路２０によって電動機３に供給する。以上説明したステップＳ４〜Ｓ７によって、電動機３の必要電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が高いと第１の比較手段が判断した場合には、第１の発電機１２で発電された電力を電動機３に供給する一方、電動機３の必要電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が低いと第１の比較手段が判断した場合には、第１の発電機１２とバッテリ１５とのうち第２の比較手段によって出力電圧が高いと判断された方から電動機３に電力を供給する選択手段の機能が実行される。

以上説明した本実施形態の車両用電動駆動装置３２によれば、第１の発電機１２を駆動する内燃機関２が低回転域にあって基準電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が小さい場合には、電力供給手段３１がバッテリ１５の電力を電動機３に供給することにより、内燃機関２が低回転の場合に後輪ＲＷの駆動力が制限されるのを抑制することができる。

また、本実施形態の車両用電動駆動装置３２によれば、電力供給手段３１が、電動機３の必要電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が高いと判断した場合には、第１の発電機１２で発電された電力を電動機３に供給する一方、電動機３の必要電圧よりも第１の発電機１２の出力電圧の方が低いと判断した場合には、第１の発電機１２とバッテリ１５とのうち出力電圧が高いと判断した方から電動機３に電力を供給することにより、バッテリ１５の使用機会をバッテリ１５からバッテリ１５に電力供給が必要な場合のみに限定できるので、バッテリ１５の使用頻度を抑えてバッテリ１５の電力の消費を軽減することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を図３および図４に基づいて説明する。図３は、本実施形態の切替器の回路図、図４は、内燃機関の回転数と各種の値との関係を示す相関図である。なお、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態に対して、切替器２８Ａが異なるとともに、基準電圧がバッテリ１５の出力電圧だけである点が異なる。

本実施形態の切替器２８Ａ切替器２８Ａは、電動機３とバッテリ１５とのうち出力電圧が高い方の電力を電動機３に供給する電力供給手段となっている。

切替器２８Ａは、図３に示すように、第１のダイオード４０および第２のダイオード４１を有したＯＲ回路である。詳しくは、切替器２８Ａは、第１の発電機１２の電力出力ラインであるケーブル３３ａにアノード側を接続した第１のダイオード４０と、バッテリ１５の電力出力ラインであるケーブル３３ｂにアノード側を接続した第２のダイオード４１と、これら第１のダイオード４０と第２のダイオード４１のカソード同士を接続して電動機３（本図ではインバータ１４を示す）に電力供給する接続ライン４２と、を備えて構成されている。これに伴い、本実施形態においては、コントローラ３０は、電動機３の電力供給元の選択に関与しておらず、第１の電圧検出器２３および第２の電圧検出器２４は、省略されている。

このような構成において、第１の発電機１２の出力電圧およびバッテリ１５の出力電圧が第１のダイオード４０および第２のダイオード４１に作用すると、それぞれのダイオード４０，４１の整流作用により第１のダイオード４０および第２のダイオード４１のうち電圧の低い方が遮断されるので、第１の発電機１２とバッテリ１５とのうち電圧の高い方の電力が自動的に電動機３に供給される。

ここで、図４中、（ａ），（ｂ）に示すように、内燃機関２の回転数Ｎと第１の発電機１２の出力電圧Ｖ１とは相関関係にあり、内燃機関２の低回転域では回転数Ｎに相関して出力電圧Ｖ１が上昇し、この出力電圧Ｖ１は内燃機関２の中・高回転域で４２Ｖを安定して出力できるようになっている。このため、内燃機関２の極低回転域（Ｎ１以下）では、出力電圧Ｖ１は、補機駆動用のバッテリ１５の出力電圧Ｖ２（出力電圧Ｖ２は、本実施形態では１２Ｖとなっている）よりも、図中ハッチングで示す領域Ｌで示す差分だけ低くなる。

そして、本実施形態においては、内燃機関２の回転数Ｎ１以下では、切替器２８Ａによって、電動機３に供給する電力としてバッテリ１５が選択され、図４中、（ｃ）に示すように、バッテリ１５の出力電圧Ｖ２が電動機３に供給される。これにより、領域Ｌにおいて、第１の発電機１２だけで電動機３を駆動する場合に比べて、電動機３の駆動電圧を上昇させることができ、結果的に図４中、（ｄ）に示すように、領域Ｌで電動機３の出力トルクを上昇させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、電力供給手段を、第１のダイオード４０と、第２のダイオード４１と、接続ライン４２と、を備える切替器２８Ａとしたので、電動機３への電力供給元を選択するためにコントローラ３０や第１および第２の電圧検出器２３，２４（いずれも図１参照）が不要であるので、車両用電動駆動装置３２Ａの構成を簡素化してコスト削減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

（１）例えば、前輪ＦＷを後輪ＲＷを主駆動輪として内燃機関によって駆動し、前輪ＦＷを従駆動輪として電動機によって駆動しても良い。

本発明の第１の実施形態の自動車を概略的に示す構成図。 本発明の第１の実施形態の電力供給処理のフローチャート。 本発明の第２の実施形態の切替器の回路図。 本発明の第２の実施形態の内燃機関の回転数と各種の値との関係を示す相関図。

符号の説明

２ 内燃機関
３ 電動機
１２ 第１の発電機（発電機）
１５ バッテリ
２３ 第１の電圧検出器
２４ 第２の電圧検出器
２８Ａ 切替器（電力供給手段）
３１ 電力供給手段
３２ 車両用電動駆動装置
３２Ａ 車両用電動駆動装置
４０ 第１のダイオード
４１ 第２のダイオード
４２ 接続ライン
ＦＷ 前輪（主駆動輪）
ＲＷ 後輪（従駆動輪）

Claims (3)

1. 主駆動輪を駆動する内燃機関と、
   従駆動輪を駆動する電動機と、
   前記内燃機関によって駆動されて前記電動機に供給する電力を発電する発電機と、
   前記電動機に供給する電力を蓄えるバッテリと、
   前記発電機と前記バッテリとの少なくとも一方の電力を前記電動機に供給する電力供給手段と、
   を備え、
   前記電力供給手段は、規定の基準電圧よりも前記発電機が出力する出力電圧の方が大きい場合には、前記発電機で発電された電力を前記電動機に供給する一方、前記基準電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が小さい場合には、前記バッテリの電力を前記電動機に供給することを特徴とする車両用電動駆動装置。
2. 前記基準電圧は、前記電動機を駆動するのに必要な必要電圧および前記バッテリの出力電圧を含み、
   前記電力供給手段は、
   前記発電機の出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、
   前記バッテリの出力電圧を検出する第２の電圧検出器と、
   前記必要電圧を算出する算出手段と、
   前記必要電圧と前記第１の電圧検出器が検出した前記発電機の出力電圧とを比較する第１の比較手段と、
   前記第１の電圧検出器が検出した前記発電機の出力電圧と前記第２の電圧検出器が検出した前記バッテリの出力電圧とを比較する第２の比較手段と、
   前記必要電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が高いと前記第１の比較手段が判断した場合には、前記発電機で発電された電力を前記電動機に供給する一方、前記必要電圧よりも前記発電機の出力電圧の方が低いと前記第１の比較手段が判断した場合には、前記発電機と前記バッテリとのうち前記第２の比較手段によって出力電圧が高いと判断された方から前記電動機に電力を供給する選択手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動駆動装置。
3. 前記基準電圧は、前記バッテリの出力電圧であり、
   前記電力供給手段は、
   前記発電機の電力出力ラインにアノード側を接続した第１のダイオードと、
   前記バッテリの電力出力ラインにアノード側を接続した第２のダイオードと、
   前記第１のダイオードおよび前記第２のダイオードのカソード同士を接続して電動機に電力供給する接続ラインと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動駆動装置。

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