JP3627706B2 - 前後輪駆動車の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主駆動輪にエンジン及び発電機が連携されるとともに副駆動輪に電動機が連携された前後輪駆動車(4WD車)の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開2000−83301号公報には、前後輪駆動車の制御装置が開示されている。この前後輪駆動車は、主駆動輪にエンジン及び発電機が連携されるとともに副駆動輪に電動機が連携され、エンジンにより駆動される発電機により電動機を駆動することにより四輪駆動状態を実現する。スリップ検出時には、電動機を速やかに駆動させるために、発電機からの電気エネルギーとバッテリ(キャパシタ)からの電気エネルギーとを同時に電動機へ供給するようになっている。
【0003】
特開2000−115910号公報には、エンジン及び駆動モータが前輪又は後輪の一方の駆動輪に連携された二輪駆動式のハイブリッド車において、車輪のスリップ率が所定値を越えると、駆動モータの回生運転を行うことによりエンジンの出力トルクを吸収して、スリップを抑制する技術が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特開2000−83301号公報の技術では、バッテリの蓄電量(SOC)が低い場合、バッテリから電動機への給電を停止するために、電動機の駆動が遅れ易く、スリップを迅速に抑制できない場合がある。また、基本的には発電機により電動機を駆動し、不足分をバッテリから給電するようになっているため、例えばバッテリが十分に蓄電されているにもかかわらず、その電力を用いることなく発電機をエンジンで駆動することがあり、バッテリの能力を十分に引き出しているとはいえず、更なる改良が望まれている。
【0005】
特開2000−115910号公報の技術は、二輪駆動式のハイブリッド車におけるエンジントルクを駆動モータで吸収させるものであり、いわゆる電気式の前後輪駆動車におけるトルク制御については記載されていない。
【0006】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電気式の前後輪駆動車において、バッテリの能力を十分に引き出し得る新規な制御装置を提供することを主たる目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る前後輪駆動車の制御装置は、前輪及び後輪の一方の主駆動輪に連携されたエンジン及び発電機と、前輪及び後輪の他方の副駆動輪に連携された電動機と、上記発電機により充電されるとともに電動機へ放電する一つのバッテリと、このバッテリの蓄電量を検出又は推定する手段と、上記エンジン,発電機,及び電動機の動作を制御して主駆動輪及び副駆動輪へ駆動力を分配する全輪駆動制御を行う駆動制御部と、を有している。そして、駆動制御部は、上記副駆動輪に分配される目標駆動力を算出し、この目標駆動力に基づいて電動機の出力要求値を算出し、上記バッテリの蓄電量に基づいて電動機の出力最大値を算出し、これら出力最大値と出力要求値とを比較し、上記出力最大値が出力要求値に対して不足する出力不足時に、上記発電機の回生運転を行うことを特徴としている。
【0008】
この発明によれば、全輪駆動制御を行う際に、バッテリの蓄電量に基づいて算出される電動機の出力最大値が出力要求値に対して不足する場合、より具体的にはバッテリの蓄電量が不足する場合にのみ、発電機の回生運転を行うようにしたので、バッテリの蓄電量を有効に利用しつつ、電動機に必要な電力を確実に供給することができる。従って、バッテリの蓄電状態にかかわらず、主駆動輪と副駆動輪に所望の駆動力を分配することができ、車両の操安性を高めることができる。
【0009】
好ましくは、エンジン出力を増加する場合、エンジン出力の立ち上がり遅れに応じて、上記発電機の発電量を減少し、エンジン出力を低下する場合、エンジン出力の立ち下がり遅れに応じて、上記発電機の発電量を増加する。これにより、エンジンの出力トルクの動作遅れに起因する主駆動輪のトルク変動を確実に抑制することができる。
【0010】
このように発電機の発電量を減少又は増加させる場合、電動機に過度な出力要求がなされることのないように、好ましくは、発電量の減少又は増加に応じて、上記電動機の出力制限値を算出し、この出力制限値と上記出力要求値とを比較し、上記出力制限値が出力要求値よりも低い場合に、上記電動機の出力を低下する。
【0011】
より好ましくは、上記バッテリの蓄電量が検出できない異常時には、主にバッテリ保護の目的で、バッテリの蓄電量がほとんど増減することのないように、上記発電機により回生される電力を、上記電動機により消費される電力とほぼ等しくする。
【0012】
典型的には、上記駆動制御部は、主駆動輪と副駆動輪との回転数差に基づいて、上記主駆動輪の目標駆動力と副駆動輪の目標駆動力との配分率を決定する。また、上記の駆動制御部は、スリップが検出又は推定されたときに上記全輪駆動制御を実行する。
【0013】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スリップ検出時のような全輪駆動制御時に、バッテリの蓄電量を有効に利用しつつ、電動機から副駆動輪へ所望の駆動力を確実に分配し、車両の操安性を高めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照して、この車両は、主駆動輪としての一対の後輪10に連携されたエンジン14及び主に発電機として機能する第1モータジェネレータ(MG)16と、副駆動輪としての一対の前輪12に連携され、主に電動機として機能する第2モータジェネレータ(MG)18と、を有する前後輪駆動車で、電気式の四輪駆動車とも呼ばれている。
【0015】
エンジン14には一般的なガソリンエンジンやディーゼルエンジンを用いることができる。第1モータジェネレータ16は、エンジン14の出力軸に直結されており、この第1モータジェネレータ16の回転軸はエンジン14の出力軸と一体的に回転する。これらエンジン14及び第1モータジェネレータ16は、トルクコンバータを含む変速機20,プロペラシャフト22,後輪用ディファレンシャルギア24及び車軸26を介して後輪10に連携されており、この後輪10と動力の伝達を行う。第2モータジェネレータ18は、減速ギア28,前輪用ディファレンシャルギア30,及び車軸32を介して前輪12に連携され、この前輪12と動力の伝達を行う。
【0016】
第1モータジェネレータ16に接続する第1インバータ34と、第2モータジェネレータ18に接続する第2インバータ36とは、ジャンクションボックス40を介して、電気エネルギーを蓄える一つのバッテリ38に接続されている。第1モータジェネレータ16及び第2モータジェネレータ18は、バッテリ38から放電される電力により駆動する力行運転と、バッテリ38を充電する回生運転の双方が可能である。
【0017】
図2を参照して、制御部42は、CPU,ROM,RAM等を備えており、エンジン14の点火時期や燃料噴射量等を制御するとともに、第1インバータ34及び第2インバータ36へ制御信号を出力して、第1モータジェネレータ16及び第2モータジェネレータ18の動作を制御する。この制御部42は、例えば、車輪速度センサ44からの信号に基づいて、車輪速度及び車体速度を検出するとともに、電圧センサ46からの信号に基づいて、バッテリ38の蓄電量(SOC)を検知(推定)する。
【0018】
図3は、スリップ検出時のように、主駆動輪10及び副駆動輪12の双方を駆動する全輪駆動制御(トラクションコントロール)の流れを示すフローチャートである。この制御プログラムは、制御部42のROMに予め記憶され、CPUにより所定時間毎に繰り返し実行される。
【0019】
S(ステップ)1では、スリップが検知又は予測されたか否かを判定する。具体的には、車輪速度センサ44により検出される車輪速度の他、各種センサにより検出又は推定されるアクセル開度、車両の勾配、路面状況等に応じて、車輪のスリップ率を演算し、いずれかの車輪のスリップ率が予め設定された所定値を越えた場合に、スリップが検出されたと判定し、S2以降へ進む。
【0020】
S2では、車速及びアクセル開度に基づいて、予め設定された制御マップ(図4)を参照することにより、車両の総目標駆動力を演算する。S3では、前輪12と後輪10の駆動力配分率を演算する。具体的には、車輪速度センサ44からの信号に基づいて、主駆動輪である後輪10に対する前輪12の速度差であるスリップ速度ΔVを算出する。このスリップ速度ΔVに基づいて、予め設定された制御マップ(図5)をルックアップし、前輪の配分率を得る。
【0021】
S4では、S2及びS3で得られた車両総目標駆動力と駆動力配分率に基づいて、前輪12を駆動する第2モータジェネレータ18の目標駆動力(図7,8の要求トルクT2)を演算する。S5では、第2モータジェネレータ18の目標駆動力に基づいて、第2モータジェネレータ18の要求電力Bすなわち出力要求値を算出する。S6では、バッテリ38の電圧センサ46及びそのセンサ電源がNG(異常)であるかを判定する。いずれもNGでなく正常であると判定されれば、S7へ進み、電圧センサ46の信号に基づいて、バッテリ38の蓄電量(SOC)を推定する。S8では、バッテリ38のSOCに基づいて、予め設定された図6に示すような制御マップを参照することにより、第2モータジェネレータ18の出力可能電力Aすなわち出力最大値を演算する。
【0022】
続くS9では、バッテリ38からの放電のみにより第2モータジェネレータ18の要求電力Bが得られるかを判定する。具体的には、S8の出力可能電力AがS5の要求電力Bよりも大きいかを判定する。出力可能電力Aが要求電力B以下であると判定されれば、S10へ進み、第2モータジェネレータ18の出力不足分の電力を演算する。例えば、要求電力Bから出力可能電力Aを差し引いた値を不足分とする。S9で出力可能電力Aが要求電力Bよりも大きいと判定されれば、S11へ進み、第1モータジェネレータ16による後輪出力吸収分を演算する。
【0023】
S6で電圧センサ46又はセンサ電源の何れかがNGと判定され、バッテリ38の蓄電量を検出・推定できないと判定された場合には、S12へ進み、S5の要求電力に所定のマージンを加算する。
【0024】
S13では、マージンを加算した要求電力(S12)、出力不足分(S10)、あるいは出力吸収分(S11)に基づいて、第1モータジェネレータ16の基準となる発電電力を演算する。具体的には、バッテリの蓄電量が算出できない場合、第1モータジェネレータ16の回生運転により得られる発電電力を、第2モータジェネレータ18の力行運転により消費される要求電力とほぼ等しくする(S12)。すなわち、第2モータジェネレータ18で消費される電力を第1モータジェネレータ16でほぼ過不足なく発電して、バッテリ38の蓄電量の増減をほぼ解消する。出力可能電力Aが要求電力B以下であると判定されれば、その不足分の電力を発電電力として、第1モータジェネレータ16の回生運転を行う(S10)。出力可能電力Aが要求電力Bよりも大きければ、第2モータジェネレータ18を駆動するための回生運転を行わない(S11)。
【0025】
S14以降の処理は、エンジン14の出力トルクの立ち上がり又は立ち下がりの動作遅れに起因する後輪10の駆動トルクの変動を抑制するための処理であり、図7,8に示すタイミングチャートを参照しつつ詳述する。なお、図7は、バッテリ蓄電量が少なく出力可能電力Aが要求電力Bよりも小さい場合に対応しており、図8は、蓄電量が多く出力可能電力Aが要求電力Bよりも大きい場合に対応している。
【0026】
エンジントルクの要求値TEは、上記の車両目標駆動力(S2)と駆動力配分率(S3)に基づいて算出される後輪側の目標駆動トルクTRと、発電電力(S13)に対応する第1モータジェネレータ16の目標発電トルクT1と、に基づいて算出され、この要求値TEに応じて、点火時期や燃料噴射量の調整等によりエンジントルクが増加又は減少される。機械的なエンジンのトルク変化は電気的なモータジェネレータ16,18のトルク変化に比して動作が遅く、トルク変動を招く虞がある。そこで本実施形態では、エンジントルクの増減による後輪10の駆動トルクの変動を吸収するように、S14において第1モータジェネレータ16の発電量(発電トルク)の増加又は減少分を算出する。具体的には、図7に示すようにエンジントルクを増加させる場合、エンジントルクの立ち上がり遅れ分48に応じて、符号50に示すように発電トルクを低下させる。図8に示すようにエンジントルクを減少させる場合には、エンジントルクの立ち下がり遅れ52に応じて、符号54に示すように発電量を増加させる。これにより、後輪10側に所望の駆動トルクTRを過不足なく迅速に与えることができる。
【0027】
S15では、第1モータジェネレータ16の発電量の増加又は減少分50,54に応じて第2モータジェネレータ18の出力可能電力Aを補正し、補正後の出力制限値を演算する。S16では、この出力制限値と要求電力Bとを比較し、小さい方を第2モータジェネレータ18の駆動電力として選択し、その出力指令値を演算する(S17)。すなわち、第1モータジェネレータ16の発電量を増加することにより、出力制限値が要求電力Bよりも下回る場合には、図7に示すように、上記出力制限値に対応する出力制限トルクT2’が第2モータジェネレータ18の要求トルクT2よりも下回ることとなるので、この第2モータジェネレータへ過度な出力要求がなされることのないように、第2モータジェネレータ18の駆動トルク56を出力制限トルクT2’に応じて減少させる。
【0028】
以上のように本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形,変更を含むものである。例えば、上記実施形態ではエンジン及び発電機に連携される主駆動輪を後輪、電動機に連携される副駆動輪を前輪としているが、主駆動輪を前輪、副駆動輪を後輪とした前後輪駆動車にも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る前後輪駆動車の動力伝達装置を示す構成図。
【図2】本実施形態に係る前後輪駆動車の制御装置を簡略的に示す構成図。
【図3】本実施形態に係る全輪駆動制御の流れを示すフローチャート。
【図4】車両目標駆動力を演算するための制御マップ。
【図5】前輪の配分率を演算するための制御マップ。
【図6】第2モータジェネレータの出力可能電力(出力最大値)を演算するための制御マップ。
【図7】バッテリ蓄電量が少ない場合のトルク制御の流れを示すタイミングチャート。
【図8】バッテリ蓄電量が多い場合のトルク制御の流れを示すタイミングチャート。
【符号の説明】
10…後輪(主駆動輪)
12…前輪(副駆動輪)
14…エンジン
16…第1モータジェネレータ(発電機)
18…第2モータジェネレータ(電動機)
38…バッテリ
42…制御部(駆動制御部)
Claims (7)
- 前輪及び後輪の一方の主駆動輪に連携されたエンジン及び発電機と、
前輪及び後輪の他方の副駆動輪に連携された電動機と、
上記発電機により充電されるとともに電動機へ放電する一つのバッテリと、
このバッテリの蓄電量を検出又は推定する手段と、
上記エンジン,発電機,及び電動機の動作を制御して主駆動輪及び副駆動輪へ駆動力を分配する全輪駆動制御を行う駆動制御部と、を有し、
この駆動制御部は、
上記主駆動輪と副駆動輪とに分配される目標駆動力を算出し、
上記副駆動輪に分配される目標駆動力に基づいて電動機の出力要求値を算出し、
上記バッテリの蓄電量に基づいて電動機の出力最大値を算出し、
これら出力最大値と出力要求値とを比較し、
上記出力最大値が出力要求値に対して不足する出力不足時に、その出力不足分に応じた発電トルクが得られるように上記発電機の回生運転を行い、
上記発電トルクと上記主駆動輪に分配される目標駆動力とに基づいてエンジン出力が増減され、
かつ、上記エンジン出力を増加させる場合、エンジン出力の立ち上がり遅れによるトルク変動を吸収するように、この立ち上がり遅れ分に応じて上記発電トルクを低下させることを特徴とする前後輪駆動車の制御装置。 - 更に、上記エンジン出力を低下させる場合、エンジン出力の立ち下がり遅れによるトルク変動を吸収するように、この立ち下がり遅れ分に応じて上記発電トルクを増加させることを特徴とする請求項1に記載の前後輪駆動車の制御装置。
- 前輪及び後輪の一方の主駆動輪に連携されたエンジン及び発電機と、
前輪及び後輪の他方の副駆動輪に連携された電動機と、
上記発電機により充電されるとともに電動機へ放電する一つのバッテリと、
このバッテリの蓄電量を検出又は推定する手段と、
上記エンジン,発電機,及び電動機の動作を制御して主駆動輪及び副駆動輪へ駆動力を分配する全輪駆動制御を行う駆動制御部と、を有し、
この駆動制御部は、
上記主駆動輪と副駆動輪とに分配される目標駆動力を算出し、
上記副駆動輪に分配される目標駆動力に基づいて電動機の出力要求値を算出し、
上記バッテリの蓄電量に基づいて電動機の出力最大値を算出し、
これら出力最大値と出力要求値とを比較し、
上記出力最大値が出力要求値に対して不足する出力不足時に、その出力不足分に応じた発電トルクが得られるように上記発電機の回生運転を行い、
上記発電トルクと上記主駆動輪に分配される目標駆動力とに基づいてエンジン出力が増減され、
かつ、上記エンジン出力を低下させる場合、エンジン出力の立ち下がり遅れによるトルク変動を吸収するように、この立ち下がり遅れ分に応じて上記発電トルクを増加させることを特徴とする前後輪駆動車の制御装置。 - 上記駆動制御部は、
上記発電機の発電量の減少又は増加に応じて、上記電動機の出力制限値を算出し、
この出力制限値と上記出力要求値とを比較し、
上記出力制限値が出力要求値よりも低い場合に、上記電動機の出力を低下することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の前後輪駆動車の制御装置。 - 上記駆動制御部は、上記バッテリの蓄電量が検出できない異常時に、上記発電機により回生される電力を、上記電動機により消費される電力とほぼ等しくすることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の前後輪駆動車の制御装置。
- 上記駆動制御部は、主駆動輪と副駆動輪との回転数差に基づいて、上記主駆動輪の目標駆動力と副駆動輪の目標駆動力との配分率を決定することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の前後輪駆動車の制御装置。
- 上記駆動制御部は、スリップが検出又は推定されたときに上記全輪駆動制御を実行することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の前後輪駆動車の制御装置。
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