JP2009214587A - 車両用駆動制御装置および車両用駆動制御装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機の出力電圧を消費する保護手段を小型化すること。
【解決手段】発電機２の出力電圧が異常増大している場合に、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５を切るようにした。そのため、例えば、発電機２が故障し、発電機２の出力電圧が異常増大すると、モータ４が駆動している状態で、クラッチ１５が切られることで、モータ４が空転し、発電機２の出力がモータ４で消費される。それゆえ、単に、発電機２の出力を過電圧保護装置５に消費させる方法に比べ、過電圧保護装置５に消費させる電力を低減することができ、その結果、過電圧保護装置５を小型化することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンとモータとで車輪を駆動する車両用駆動制御装置および車両用駆動制御装置の制御方法に関する。

従来、この種の技術としては、前輪を駆動するエンジンと、エンジンの出力で駆動され界磁コイルを界磁として発電する発電機と、発電機の出力が供給されて後輪を駆動する電動モータと、を備えた車両用駆動制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
この車両用駆動制御装置にあっては、通常、エンジンの回転数が高いときに、界磁コイルへの供給電流を制御する駆動素子が故障し、界磁コイルの電流が最大値まで増大し、発電機の出力が異常増大すると、発電機から電動モータへの電力の供給を遮断し、発電機の出力を保護回路で全て消費することで、モータを保護するようになっている。
特開平７−２３１５０８号公報

しかしながら、上記従来の技術にあっては、発電機の出力を保護回路で全て消費するようになっているため、保護回路が大型化し、コストが増大する可能性がある。
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、発電機の出力を消費する保護手段を小型化可能な車両用駆動制御装置および車両用駆動制御方法の制御方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、発電機の出力電圧が異常増大していると判定された場合に、モータを駆動しつつ、クラッチを切ることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、発電機が故障し、発電機の出力電圧が異常増大すると、モータが駆動した状態で、クラッチが切られることで、モータが空転し、発電機の出力がモータで消費される。そのため、単に、発電機の出力を保護手段に消費させる方法に比べ、保護手段に消費させる電力を低減することができ、その結果、保護手段を小型化することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
＜構成＞
図１は、本実施形態の車両の概略構成を示す構成図である。
車両は、図１に示すように、エンジン１、発電機２、インバータ３、モータ４、過電圧保護装置５、エンジン回転数センサ６、出力電圧センサ７および４ＷＤコントローラ８を備える。
エンジン１は、運転者によるアクセルペダル９の操作状態に従って駆動力を発生し、その駆動力をトランスミッション１０を介して前輪１１ＦＬ、１１ＦＲに伝達するとともに、ベルト１２を介して発電機２に伝達する。
また、エンジン１は、４ＷＤコントローラ８から出力される回転数低減指令に従って、単位時間当たりの回転数（以下単に、「回転数」とも呼ぶ）を低減する。

発電機２は、ベルト１２を介して伝達される駆動力で回転子が回転駆動され、界磁コイルを界磁として当該回転子の回転数および界磁の磁束に応じた電力を発生し、その電力を電線１３を介してインバータ３に送電する。
ここで、発電機２の回転子は、ベルト１２を介してエンジン１の回転が伝達されることで回転されるため、エンジン１の回転数に比例した回転数となる。

そのため、エンジン１の回転数が高い状態で、界磁出力ライン天絡等の故障により、発電機２の界磁コイルの電流が異常増大し、界磁コイルに最大電流が常時供給されるようになってしまった場合、発電機２の出力電圧が異常増大する可能性がある。すなわち、過電圧保護装置５の最大許容電圧より大きい電圧が発電機２から出力される可能性がある。
また、発電機２は、４ＷＤコントローラ８から出力される発電指令に従って、界磁コイルに電流を供給して界磁の磁束を制御する。

さらに、発電機２は、界磁コイルに実際に供給されている電流を検出し、その検出結果を４ＷＤコントローラ８に出力する。
インバータ３は、４ＷＤコントローラ８から出力されるモータトルク指令に従って、電線１３を介して送電される電力を交流に変換してモータ４に供給する。
モータ４は、インバータ３から供給される電力によって駆動力を発生し、その駆動力を減速機１４およびクラッチ１５を介して後輪１１ＲＬ、１１ＲＲに伝達する。

ここで、クラッチ１５は、４ＷＤコントローラ８から出力される切り替え指令に従って、クラッチ１５を切ったりクラッチ１５を繋げたりする。
クラッチ１５を切るとは、モータ４側の駆動力出力軸と後輪１１ＲＬ、１１ＲＲ側の駆動力入力軸とをクラッチ１５によって直結することである。
また、クラッチ１５を繋げるとは、モータ４側の駆動力出力軸と後輪１１ＲＬ、１１ＲＲ側の駆動力入力軸とをクラッチ１５によって互いに離間することである。

過電圧保護装置５は、図２に示すように、４ＷＤコントローラ８から出力される電力低減指令に従って、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させてインバータ３に送電される電力を低減する。
また、過電圧保護装置５は、４ＷＤコントローラ８から出力される電力遮断指令に従って、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の全てを保護抵抗１６で消費し、当該電力のインバータ３への供給を遮断する。

エンジン回転数センサ６は、エンジン１の回転数を検出し、その検出結果を４ＷＤコントローラ８に出力する。
出力電圧センサ７は、発電機２の出力電圧を検出し、その検出結果を４ＷＤコントローラ８に出力する。
４ＷＤコントローラ８は、アクセルペダル９の操作状態に応じた駆動力を発生させる発電指令およびモータトルク指令を発電機２およびインバータ３に出力する。

また、４ＷＤコントローラ８は、所定時間（例えば、１０msec.）が経過するたびに、後述する保護処理を実行する。そして、車両が四輪駆動状態であり、発電機２の出力電圧が過大である場合には、エンジン１の回転数を低減させる回転数低減指令をエンジン１に出力する。また、その際、エンジン１の回転数が第１閾値以上であり且つ界磁コイルの電流が異常増大している場合には、発電機２の出力電圧が異常増大していると判定し、クラッチ１５を切る切り替え指令をクラッチ１５に出力する。そして、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５を切って、モータ４を空転させ、図３に矢印で示すように、発電機２の出力をモータ４で消費する。
ここで、第１閾値は、界磁コイルに最大電流が供給されているときに過電圧保護装置５の最大許容電圧を発電機２が発生する回転数であり、第２閾値は、過電圧保護装置５の最大許容電圧である。

＜保護処理の動作＞
次に、保護処理の動作を図面に基づいて説明する。
図４は、保護処理のフローを示すフローチャートである。
保護処理にあっては、図４に示すように、まず、そのステップＳ１０１で、車両が四輪駆動状態であるか否かを判定する（４ＷＤ中？）。
具体的には、クラッチ１５が繋がっているか否かを判定する。繋がっている場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ１０２に移行し、切れている場合には（Ｎｏ）この演算処理を終了する。

前記ステップＳ１０２では、界磁コイルの電流が異常増大しているか否かを判定する（界磁コイル故障検知？）。
具体的には、発電指令に応じた界磁コイルの理想の電流値を界磁コイルの実際の電流値から減じた減算結果が設定閾値以上であるか否かを判定する。設定閾値以上である場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ１０３に移行し、設定閾値より小さい場合には（Ｎｏ）この演算処理を終了する。
前記ステップＳ１０３では、エンジン１の回転数を低減させる回転数低減指令をエンジン１に出力する。

次にステップＳ１０４に移行して、エンジン１の回転数が第１閾値より小さいか否かを判定する。第１閾値より小さい場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ１０５に移行し、第１閾値以上である場合には（Ｎｏ）ステップＳ１０６に移行する。
すなわち、前記ステップＳ１０２の判定とこのステップＳ１０４の判定とにより、発電機２の出力電圧が異常増大しているか否かを判定している。そして、エンジン１の回転数が第１閾値以上であり且つ界磁コイルの電流が異常増大している場合には、発電機２の出力電圧が異常増大していると判定し、ステップＳ１０４に移行する。

前記ステップＳ１０５では、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の全てを保護抵抗１６で消費され、当該電力のインバータ３への供給を遮断させる電力遮断指令を過電圧保護装置５に出力してから、この演算処理を終了する（システム遮断）。
一方、前記ステップＳ１０６では、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させる電力低減指令を過電圧保護装置５に出力し、クラッチ１５を切る切り替え指令をクラッチ１５に出力し、前記ステップＳ１０３に移行する。

＜具体的動作＞
次に、本実施形態の動作を具体的状況に基づいて説明する。
まず、車両が四輪駆動状態にあり、エンジンの回転数が第１閾値より高いときに、界磁コイルへの供給電流を制御する駆動素子が故障し、界磁コイルの電流が最大値まで増大し、発電機２の出力電圧が以上増大したとする。すると、４ＷＤコントローラ８の保護処理によって、図４に示すように、そのステップＳ１０１およびＳ１０２の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ１０３で、回転数低減指令がエンジン１に出力される。

また、ステップＳ１０４の判定が「Ｎｏ」となり、ステップＳ１０６で、電力低減指令が過電圧保護装置５に出力され、クラッチ１５を切る切り替え指令がクラッチ１５に出力された後、前記ステップＳ１０３から上記フローが繰り返し実行される。
そして、回転数低減指令、電力低減指令および切り替え指令により、エンジン１の回転数が低減され、発電機２の出力が低下する。また、モータ４が駆動している状態で、クラッチ１５が切られることで、モータ４が空転し、図３に矢印で示すように、発電機２の出力がモータで消費され、発電機２の出力電圧が低減する。そのため、単に、発電機２の出力を過電圧保護装置５に全て消費させる方法に比べ、過電圧保護装置５に消費させる電力を低減することができ、過電圧保護装置５を小型化することができる。

上記フローが繰り返されるうちに、エンジン１の回転数が第１閾値より低くなったとする。すると、前記ステップＳ１０４の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ１０５で、電力遮断指令が過電圧保護装置５に出力された後、この演算処理を終了する。
そして、電力遮断指令により、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の全てが保護抵抗１６で消費され、当該電力のインバータ３への供給が遮断される。

以上、本実施形態にあっては、図１のエンジン１が特許請求の範囲に記載のエンジンを構成し、以下同様に、図１の発電機２が発電機を構成し、図１のモータ４がモータを構成し、図１の過電圧保護装置５が保護手段を構成し、図１の発電機２、エンジン回転数センサ６および４ＷＤセンサ８が異常検出手段を構成し、図１の４ＷＤコントローラ８が制御手段を構成し、図１のエンジン回転数センサ６が回転数検出手段を構成し、図１の発電機２が電流異常判定手段を構成し、図１の４ＷＤコントローラ８が電圧異常判定手段を構成する。

＜作用・効果＞
（１）このように、本実施形態にあっては、発電機２の出力電圧が異常増大している場合に、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５を切るようにした。そのため、例えば、発電機２が故障し、発電機２の出力電圧が異常増大すると、モータ４が駆動している状態で、クラッチ１５が切られることで、モータ４が空転し、発電機２の出力がモータ４で消費される。それゆえ、単に、発電機２の出力を過電圧保護装置５に消費させる方法に比べ、過電圧保護装置５に消費させる電力を低減することができ、その結果、過電圧保護装置５を小型化することができる。
（２）また、エンジン１の回転数が第１閾値以上であり且つ界磁コイルの電流が異常増大していると判定された場合に、発電機２の出力電圧が異常増大していると判定するようにした。そのため、発電機２の出力電圧の異常増大を容易に判定することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
この第２実施形態は、図５に示すように、モータ４に供給される電流が、モータ４の最大許容電流より小さい第３閾値（過電流閾値）以下となるように、発電機２の出力の過電圧保護装置５による消費量を制御するようにした点が、前記第１実施形態と異なる。
具体的には、図４の保護処理のステップＳ１０６において、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させてインバータ３（モータ４）に供給される電流が第３閾値以下とする電力低減指令を過電圧保護装置５に出力する。
以上、本実施形態では、図１の４ＷＤコントローラ８および図４のステップＳ１０６が特許請求の範囲に記載の保護手段を構成する。

＜作用・効果＞
このように、本実施形態にあっては、モータ４に供給される電流が第３閾値以下となるように、発電機２の出力の過電圧保護装置５による消費量を制御するようにした。そのため、発電機２の出力がモータ４で消費され、発電機２の出力電圧が低下する過程において、発電機２の出力電流が増大しても、モータ４が破損することを防止できる。

＜第３実施形態＞
次に、本実施形態の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
この第３実施形態は、発電機２の出力電圧が異常増大していると判定され、且つ、モータ４が停止状態にある場合には、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５を繋ぐようにした点が、前記第１実施形態と異なる。
具体的には、図４の保護処理のステップＳ１０６において、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させる電力低減指令を過電圧保護装置５に出力し、クラッチ１５を繋ぐ切り替え指令をクラッチ１５に出力する。

また、モータ４が停止状態にあるか否かを判定し、停止状態にある場合には、モータを駆動させるモータトルク指令をインバータ３に出力する。
以上、本実施形態にあっては、図１のエンジン１が特許請求の範囲に記載のエンジンを構成し、以下同様に、図１の発電機２が発電機を構成し、図１のモータ４がモータを構成し、図１の過電圧保護装置５が保護手段を構成し、図１の発電機２、エンジン回転数センサ６および４ＷＤセンサ８が異常検出手段を構成する。

＜作用・効果＞
このように、本実施形態にあっては、発電機２の出力電圧が異常増大していると判定され、且つ、モータ４が停止状態にある場合に、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５を繋ぐようにした。そのため、例えば、発電機２が故障し、発電機２の出力電圧が異常増大すると、モータ４が駆動している状態で、クラッチ１５を繋ぐことで、発電機２の出力がモータ４で消費される。それゆえ、単に、発電機２の出力を過電圧保護装置５に消費させる方法に比べ、過電圧保護装置５に消費させる電力を低減することができ、その結果、過電圧保護装置５を小型化することができる。また、モータ４が過回転になることを防止でき、モータ４を空転させる方法よりも大きな電力をモータ４で消費できる。

＜第４実施形態＞
次に、本実施形態の第４実施形態を図面に基づいて説明する。
この第４実施形態は、モータ４の最大許容回転数に対応する速度である第４閾値より車速が高い場合には、クラッチ１５を切るようにした点が、前記第１実施形態と異なる。
具体的には、車速を検出する車速センサ１７ＦＬ〜１７ＲＲを備え、図６に示すように、図４の保護処理のステップＳ１０６に代えてステップＳ４０１〜Ｓ４０３を有する。
ステップＳ４０１は、モータ４の最大許容回転数に対応する速度、つまり、後輪１１RL、１１ＲＲの回転に伴って回転するモータ４が最大許容回転数に達する速度である第４閾値より車速が高いか否かを判定する。第４閾値より高い場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ４０２に移行し、第４閾値以下である場合には（Ｎｏ）ステップＳ４０３に移行する。

前記ステップＳ４０２では、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させる電力低減指令を過電圧保護装置５に出力し、クラッチ１５を繋ぐ切り替え指令をクラッチ１５に出力したのち、前記ステップＳ１０３に移行する。
一方、前記ステップＳ４０３では、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させる電力低減指令を過電圧保護装置５に出力し、クラッチ１５を切る切り替え指令をクラッチ１５に出力し、前記ステップＳ１０３に移行する。
以上、本実施形態にあっては、図１の車速センサ１７ＦＬ〜１７ＲＲが特許請求の範囲に記載の車速検出手段を構成し、図１の４ＷＤコントローラ８および図６のステップＳ４０２が制御手段を構成する。

＜作用・効果＞
このように、本実施形態にあっては、モータ４の最大許容回転数に対応する速度である第４閾値より車速が高い場合には、クラッチ１５を切るようにした。そのため、車速が第４閾値以下である場合に、クラッチ１５が繋がれ、車速が第４閾値より高いよりも高い場合に、クラッチ１５が切られて、モータ４が空回りする。それゆえ、モータ４の回転数が最大許容回転数を超えることがなくなり、モータ４が破損することを防止できる。

＜第５実施形態＞
次に、本実施形態の第５実施形態を図面に基づいて説明する。
この第５実施形態は、アクセルペダル９の操作状態に応じたトルクである運転者の要求トルクと後輪１１ＲＬ、１１ＲＲの出力トルクが一致するように、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲに制動力を付与するようにした点が、前記第３実施形態と異なる。
具体的には、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲに制動力を付与する制動力制御装置を備える。
また、図４の保護処理のステップＳ１０６において、電線１３を介してインバータ３に送電される電力の一部を保護抵抗１６に消費させる電力低減指令を過電圧保護装置５に出力し、クラッチ１５を繋ぐ切り替え指令をクラッチ１５に出力する。

さらに、モータ４が停止状態にあるか否かを判定し、停止状態にある場合には、モータを駆動させるモータトルク指令をインバータ３に出力する。
また、アクセルペダル９の操作状態に応じたトルクである運転者の要求トルクに後輪１１ＲＬ、１１ＲＲの出力トルク、つまり、路面への伝達トルクが一致するように、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲに制動力を付与させる指令を制動力制御装置に出力する。
以上、本実施形態にあっては、図１の４ＷＤコントローラ８および制動力制御装置が特許請求の範囲に記載の制動力制御手段を構成する。

＜作用・効果＞
このように、本実施形態にあっては、アクセルペダル９の操作状態に応じたトルクである運転者の要求トルクと後輪１１ＲＬ、１１ＲＲの出力トルクが一致するように、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲに制動力を付与するようにした。そのため、モータ４を駆動しつつ、クラッチ１５が繋がれることで、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲからトルクが出力されても、後輪１１ＲＬ、１１ＲＲの出力トルクが運転者の要求トルクに制御される。結果、運転者が予期しないトルクが後輪１１ＲＬ、１１ＲＲから出力されることを防止できる。

車両の概略構成を示す構成図である。 過電圧保護装置の内部構成を示す構成図である。 発電機の出力電流―出力電圧の特性を示す特性図である。 保護処理のフローを示すフローチャートである。 第２実施形態の発電機の出力電流―出力電圧の特性を示す特性図である。 第４実施形態の保護処理のフローを示すフローチャートである。

符号の説明

１はエンジン、２は発電機、３はインバータ、４はモータ、５は過電圧保護装置、６はエンジン回転数センサ、７は出力電圧センサ、８は４ＷＤコントローラ、９はアクセルペダル、１０はトランスミッション、１１ＦＬ〜１１ＲＲは車輪、１２はベルト、１３は電線、１４は減速機、１５はクラッチ、１６は保護抵抗、１７ＦＬ〜１７ＲＲは車速センサ

Claims (7)

1. 主駆動輪を駆動するエンジンと、前記エンジンで回転駆動されて発電する発電機と、前記発電機の出力が供給されてクラッチを介して従駆動輪を駆動するモータと、前記発電機の出力の一部を消費して前記モータに供給される電力を低減可能な保護手段と、前記発電機の出力電圧の異常増大を検出する異常検出手段と、前記発電機の出力電圧が異常増大していると判定された場合に、前記モータを駆動しつつ、前記クラッチを切る制御手段と、を備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
2. 前記保護手段は、前記モータに供給される電流が第３閾値以下となるように、前記発電機の出力の消費量を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
3. 主駆動輪を駆動するエンジンと、前記エンジンで回転駆動されて発電する発電機と、前記発電機の出力が供給されてクラッチを介して従駆動輪を駆動するモータと、前記発電機の出力の一部を消費して前記モータに供給される電力を低減可能な保護手段と、前記発電機の出力電圧の異常増大を検出する異常検出手段と、前記発電機の出力電圧が異常増大していると判定された場合に、前記モータを駆動しつつ、前記クラッチを繋ぐ制御手段と、を備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
4. 車速を検出する車速検出手段を備え、
   前記制御手段は、車速が第４閾値より大きい場合には、前記クラッチを切ることを特徴とする特徴とする請求項３に記載の車両用駆動制御装置。
5. 前記従駆動輪に制動力を付与する制動力制御手段を備え、
   前記制動力制御手段は、前記従駆動輪の出力トルクが運転者の要求トルクと一致するように前記従駆動輪に制動力を付与する請求項３または４に記載の車両用駆動制御装置。
6. 前記発電機は、前記エンジンで回転駆動され界磁コイルを界磁として発電を行い、
   前記異常検出手段は、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記界磁コイルの電流が異常増大しているか否かを判定する電流異常判定手段と、前記エンジンの回転数が第１閾値以上であり且つ前記界磁コイルの電流が異常増大していると判定された場合に、前記発電機の出力電圧が異常増大していると判定する電圧異常判定手段と、を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の車両用駆動制御装置。
7. 主駆動輪を駆動するエンジンと、前記エンジンで回転駆動されて発電する発電機と、前記発電機の出力が供給されてクラッチを介して従駆動輪を駆動するモータと、前記発電機の出力の一部を消費して前記モータに供給される電力を低減可能な保護手段と、を備えた車両用駆動制御の制御方法であって、
   前記発電機の出力電圧が異常増大している場合に、前記モータを駆動しつつ、前記クラッチを切ることを特徴とする車両用駆動制御装置の制御方法。

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