JP3627706B2

JP3627706B2 - 前後輪駆動車の制御装置

Info

Publication number: JP3627706B2
Application number: JP2002001944A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎軍司
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2002-01-09
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2022-01-09
Also published as: JP2003204604A

Description

【０００１】
【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

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。