JP3714345B2 - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents
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Description
そして、一般に、クラッチは、モータの駆動停止に合わせて接続状態から切断状態に制御される。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、クラッチをオフに制御した後にモータが過回転となることを回避できる車両の駆動力制御装置を提供するものである。
上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第1の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第2の回転部材と、その第1及び第2の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第1及び第2の回転部材の一方に対する上記保持器の固定・解放を行うことでクラッチの接続・切断を制御するクラッチ操作部と、を備え、上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第1及び第2の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第1及び第2の回転部材の間に噛み込んで第1及び第2の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチであり、
上記クラッチ操作部は、モータ駆動中は上記保持器を固定状態とし、上記モータの駆動を停止を行うと判定すると上記保持器を解放状態とし、上記保持器の固定状態から解放状態への移行は、上記モータ側の回転軸の加速度が上記車輪側の回転軸の加速度以上の加速度状態の場合に実施され、
上記モータの停止処理は、上記保持器が解放状態となってから行うことを特徴とするものである。
また、上記機構を持ったクラッチを採用しても、本発明にあっては、モータの停止処理に同期をとってクラッチ操作部の状態を固定状態(クラッチ接続制御状態)から解放状態(クラッチ切断制御状態)に制御、つまりクラッチ制御を切断状態に変更したときに、クラッチが接続状態でロックしたままとなることが回避され、確実にモータと車輪との間のトルク伝達を遮断可能となる。
図1は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図1に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪1L、1Rが、内燃機関であるエンジン2(主駆動源)によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪3L、3Rが、モータ4(モータ)によって駆動可能な従駆動輪である。
すなわち、エンジン2の出力トルクTeが、トランスミッション30及びディファレンスギア31を通じて左右前輪1L、1Rに伝達されるようになっている。
上記トランスミッション30には、現在の変速のレンジを検出するシフト位置検出手段32が設けられ、該シフト位置検出手段32は、検出したシフト位置信号を4WDコントローラ8に出力する。
また、符号34は制動指示操作部を構成するブレーキペダルであって、そのブレーキペダル34のストローク量がブレーキストロークセンサ35によって検出される。該ブレーキストロークセンサ35は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ36及び4WDコントローラ8に出力する。
制動コントローラ36は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪1L、2R、3L、3Rに装備したディスクブレーキなどの制動装置37FL、37FR、37RL、37RRを通じて、車両に作用する制動力を制御する。
また、上記エンジン2の回転トルクTeの一部は、無端ベルト6を介して発電機7に伝達されることで、上記発電機7は、エンジン2の回転数Neにプーリ比を乗じた回転数Nhで回転する。
また、上記ジャンクションボックス10内には電流センサ23が設けられ、該電流センサ23は、発電機7からモータ4に供給される電力の電流値Iaを検出し、当該検出した電機子電流信号を4WDコントローラ8に出力する。また、電線9を流れる電圧値(モータ4の電圧)が4WDコントローラ8で検出される。符号24は、リレーであり、4WDコントローラ8から指令によってモータ4に供給される電圧(電流)の遮断及び接続が制御される。
上記モータ4の駆動軸の回転数Nmを検出するモータ用回転数センサ26を備え、該モータ用回転数センサ26は、検出したモータ4の回転数信号を4WDコントローラ8に出力する。
また、本実施形態のクラッチ12は、次に示すようなメカニカルな機構で接続・切断が行われるクラッチであって、4WDコントローラ8からのクラッチ制御指令に応じて電磁クラッチ部106が接続状態又は切断状態となって、クラッチ12の接続・切断の制御が行われるものである。
次に、そのクラッチ12の機構・構成について図3及び図4を参照して説明する。
上記機構のクラッチ12にあっては、上記保持器104が解放状態では、ローラ102がスイッチバネ105の作用で係合空間103の中央位置に保持されることから、内輪部材100と外輪部材101との間でローラ102を介したトルクの伝達は行われず、内輪部材100と外輪部材101とは独立して回転可能な状態となっている。
また、各車輪1L、1R、3L、3Rには、車輪速センサ27FL、27FR、27RL、27RRが設けられている。各車輪速センサ27FL、27FR、27RL、27RRは、対応する車輪1L、1R、3L、3Rの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として4WDコントローラ8に出力する。
4WDコントローラ8は、図5に示すように、発電機制御部8A、リレー制御部8B、モータ制御部8C、クラッチ制御部8D、余剰トルク演算部8E、目標トルク制限部8F、余剰トルク変換部8G、モータトルク調整部8J、及びクラッチ解放処理部8Hを備える。
リレー制御部8Bは、発電機7からモータ4への電力供給の遮断・接続を制御する。
モータ制御部8Cは、モータ4の界磁電流Ifmを調整することで、当該モータ4のトルクを所要の値に調整する。
クラッチ制御部8Dは、上記クラッチ12の電磁クラッチ部106への通電のオン・オフによってクラッチ12の状態を制御し、4輪駆動状態と判定している間は電磁クラッチ部106を通電状態とする。
次に、余剰トルク演算部8Eでは、図6に示すような処理を行う。
すなわち、先ず、ステップS10において、車輪速センサ27FL、27FR、27RL、27RRからの信号に基づき演算した、前輪1L、1R(主駆動輪)の車輪速から後輪3L、3R(従駆動輪)の車輪速を減算することで、前輪1L、1Rの加速スリップ量であるスリップ速度ΔVFを求め、ステップS20に移行する。
前輪1L、1Rにおける左右輪速の平均値である平均前輪速VWf、及び後輪3L、3Rにおける左右輪速の平均値である平均後輪速VWrを、それぞれ下記式により算出する。
VWf=(VWfl+VWfr)/2
VWr=(VWrl+VWrr)/2
次に、上記平均前輪速VWfと平均後輪速VWrとの偏差から、主駆動輪である前輪1L、1Rのスリップ速度(加速スリップ量)ΔVFを、下記式により算出する。
ΔVF = VWf −VWr
ステップS20では、上記求めたスリップ速度ΔVFが所定値、例えばゼロより大きいか否かを判定する。スリップ速度ΔVFが0以下と判定した場合には、前輪1L、1Rが加速スリップしていないと推定されるので、ステップS30に移行し、Thにゼロを代入した後、復帰する。
ステップS40では、前輪1L、1Rの加速スリップを抑えるために必要な吸収トルクTΔVFを、下記式によって演算してステップS50に移行する。この吸収トルクTΔVFは加速スリップ量に比例した量となる。
TΔVF = K1 × ΔVF
ここで、K1は、実験などによって求めたゲインである。
V × Ia
TG =K2・─────────
K3 × Nh
ここで、
V :発電機7の電圧
Ia:発電機7の電機子電流
Nh:発電機7の回転数
K3:効率
K2:係数
である。
Th = TG + TΔVF
次に、目標トルク制限部8Fの処理について、図7に基づいて説明する。
すなわち、まず、ステップS110で、上記目標発電負荷トルクThが、発電機7の最大負荷容量HQより大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクThが当該発電機7の最大負荷容量HQ以下と判定した場合には、復帰する。一方、目標発電負荷トルクThが発電機7の最大負荷容量HQよりも大きいと判定した場合には、ステップS120に移行する。
ΔTb= Th − HQ
ステップS130では、エンジン回転数検出センサ21及びスロットルセンサからの信号等に基づいて、現在のエンジントルクTeを演算してステップS140に移行する。
ステップS140では、下記式のように、上記エンジントルクTeから上記超過トルクΔTbを減算したエンジントルク上限値TeMを演算し、求めたエンジントルク上限値TeMをエンジンコントローラ18に出力した後に、ステップS150に移行する。
TeM =Te −ΔTb
ステップS150では、目標発電負荷トルクThに最大負荷容量HQを代入した後に、復帰する。
まず、ステップS190で、モータ用回転数センサ21が検出したモータ4の回転数Nmを入力し、そのモータ4の回転数Nmに応じた目標モータ界磁電流Ifmを算出し、当該目標モータ界磁電流Ifmをモータ制御部8Cに出力した後、ステップS200に移行する。
ステップS210では、4輪駆動状態から2輪駆動状態への移行か否かを判定し、2輪への移行中と判定した場合にはステップS270に移行し、そうでない場合にはステップS230に移行する。
ここで、モータ4へのトルク指令値である目標モータトルクが減少中か否かは、例えば、下記のように、目標モータトルクについて前回値と単純に比較して判定する。
Tm(n−1) −Tm(n−2)<0
− {Tm(n−4)+Tm(n−5)+Tm(n−6)} < 0
次に、ステップS230では、上記余剰トルク演算部8Eが演算した発電負荷トルクThに基づきマップなどから対応する目標モータトルクTm(n)を算出して、ステップS240に移行する。
ステップS250では、上記目標モータトルクTm(n)及び目標モータ界磁電流Ifmを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Iaを求め、ステップS260に移行する。ステップS260では、上記目標電機子電流Iaに基づき、発電機制御指令値であるデューティ比c1を演算し出力した後に、復帰する。
ステップS280では、保持器が解放状態か否かを判定し、保持器が解放されている場合には、ステップS290に移行し、保持器が解放されていない、つまり固定状態と判定した場合にはステップS230に移行する。保持器が解放されているか否かは、例えば電磁クラッチの通電状態を検知すれば可能である。
ステップS300は、目標モータトルクTmがゼロより小さいか否かを判定し、ゼロより小さい場合には、目標モータトルクにゼロを舵IS入してステップS250に移行する。一方、目標モータトルクTmがゼロ以上の場合にはそのままステップS250に移行する。
次に、モータトルク調整部8Jの処理を図9を参照しつつ説明する。モータトルク調整部8Jはクラッチ状態制御手段を構成する。
まず、ステップS410にて、後輪の車輪速センサから後輪3R、3Lの車輪速を入力し、その車輪速について微分演算を行うことで後輪3R、3Lの車輪加速度Aを演算してステップS420に移行する。
TA = (IM×A/R) +α
ここで、IM:モータ4〜クラッチ12間のイナーシャ
R:後輪のタイヤ半径
である。
このS430の処理は、クラッチ位置における、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側の回転軸の加速度以上か否かを判定する処理である。
ステップS440では、目標モータトルクTm(n)に上記モータトルクTAを代入して処理を終了する。
次に、クラッチ解放処理部8Hの処理について説明する。
ステップS520では、下記式に基づき後輪の車輪加速度Aに基づくモータ4で後輪3R、3Lを駆動できる最小限のモータトルクTA、つまり車輪を駆動するためのモータ側の最低限のモータトルクTAを演算してステップS430に移行する。
TA = (IM×A/R) +α
ここで、IM:モータ4〜クラッチ12間のイナーシャ
R:後輪のタイヤ半径
である。
このS530の処理は、クラッチ位置における、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側の回転軸の加速度以上か否かを判定する処理である。
ステップS540では、電磁クラッチ部をオフとするクラッチ制御のオフ指令を出力して処理を終了する。
次に、エンジンコントローラ18の処理について説明する。
すなわち、まずステップS610で、アクセルセンサ40からの検出信号に基づいて、運転者の要求する目標出力トルクTeNを演算して、ステップS620に移行する。
ステップS620では、4WDコントローラ8から制限出力トルクTeMの入力があるか否かを判定する。入力が有ると判定するとステップS630に移行する。一方、入力が無いと判定した場合にはステップS670に移行する。
ステップS640では、目標出力トルクTeNに制限出力トルクTeMを代入することで目標出力トルクTeNを制限して、ステップS670に移行する。
ステップS680では、現在の出力トルクTeに対する目標出力トルクTeNのの偏差分ΔTe′を下記式に基づき出力して、ステップS690に移行する。
ΔTe′ =TeN − Te
ステップS690では、その偏差分ΔTeに応じたスロットル開度θの変化分Δθを演算し、その開度の変化分Δθに対応する開度信号を上記ステップモータ19に出力して、復帰する。
次に、上記構成の装置における作用などについて説明する。
路面μが小さいためや運転者によるアクセルペダル17の踏み込み量が大きいなどによって、エンジン2から前輪1L、1Rに伝達されたトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり、主駆動輪1L、1Rである前輪1L、1Rが加速スリップすると、電磁クラッチ部106が通電状態となることでクラッチ12が接続されると共に、その加速スリップ量に応じた発電負荷トルクThで発電機7が発電することで、4輪駆動状態に移行する。続いて、前輪1L、1Rに伝達される駆動トルクが、当該前輪1L、1Rの路面反力限界トルクに近づくように調整されることで、2輪駆動状態に移行する。この結果、主駆動輪である前輪1L、1Rでの加速スリップが抑えられる。
このとき、主駆動輪1L、1Rの路面反力限界トルクを越えた余剰のトルクでモータ4を駆動するため、エネルギー効率が向上し、燃費の向上に繋がる。
ここで、常時、後輪3L、3Rを駆動状態とした場合には、力学的エネルギー→電気的エネルギー→力学的エネルギーと何回かエネルギー変換を行うために、変換効率分のエネルギー損失が発生することで、前輪1L、1Rだけで駆動した場合に比べて車両の加速性が低下する。このため、後輪3L、3Rの駆動は原則として抑えることが望まれる。これに対し、本実施形態では、滑り易い路面等では前輪1L、1Rに全てのエンジン2の出力トルクTeを伝達しても全てが駆動力として使用されないことに鑑みて、前輪1L、1Rで有効利用できない駆動力を後輪3L、3Rに出力して加速性を向上させるものである。
図14に、本実施形態のタイムチャート例を示す。クラッチ制御オフ時にモータ側の加速度が車輪側の加速度以上の場合には、上述のような逆噛み込み状態(車輪側からモータ側に向かう伝達トルクが発生している状態)が発生していないので、クラッチ制御をオフにした後に後輪の車輪速が増加してもそれに連れ回ってモータの回転が増加することが無く、モータトルクの減少に伴って(さらには車両の加速に伴って)クラッチの伝達トルクが小さくなることで確実にクラッチを切断して2輪駆動状態に移行する。
また、上記システムでは、前輪の加速スリップに応じて4輪駆動状態に移行する場合で説明したが、発進時やアクセル開度などに応じて4輪駆動状態に移行するシステムであっても適用可能である。つまり、モータの駆動条件は上記条件に限定されない。
本実施形態の基本構成は、上記第1実施形態と同様であるが、クラッチ状態制御手段が異なる。すなわち、上記モータトルク調整部8Jの処理、及びエンジンコントローラ18の一部の処理が上記第1実施形態と異なる。
本第2実施形態のモータトルク調整部8Jは、図15に示すような処理となっている。すなわち、まず、ステップS410にて、後輪3L、3Rの車輪速センサから後輪3L、3Rの車輪速を入力し、その車輪速について微分演算を行うことで後輪3L、3Rの車輪加速度Aを演算してステップS420に移行する。
ステップS430では、現在の目標モータトルクTm(n)と上記モータトルクTAとを比較して、現在の目標モータトルクの方が大きいか等しいければ、ステップS480に移行して制限トルクTeKに「0」を代入した後に復帰する。一方、目標モータトルクTm(n)の方が小さければ、ステップS450に移行する。
このS430の処理は、クラッチ位置における、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上か否かを判定する処理である。
ステップS470では、下記式のように、上記偏差トルク分ΔTbに応じたトルクを減算した制限トルクTeKを演算し出力した後に処理を終了する。
K5は、実験などから求まるゲインである。
ここで、上記モータトルク調整部8Jでは、従駆動輪である後輪3L、3Rの加速度AをモータトルクTAに換算して、モータトルクでのトルクの差分に基づいて制限トルクTeKを演算しているが、これに限定されない、目標モータトルクTmを後輪の加速度に換算して後輪の実加速度との差分を求め、その加速度の差分から上記制限トルクTeKを演算しても良い。
すなわち、ステップS610にて、運転者の要求する目標出力トルクTeNを演算した後に、ステップS612に移行してTeKがゼロより大きい、つまり制限トルクTeKの入力があるか否かを判定し、制限トルクTeKの入力があると判定した場合にはステップS614に移行する。一方、制限トルクTeKの入力が無いと判定した場合には、第1実施形態と同様にステップS620に移行する。
ステップS616では、目標出力トルクTeNに制限トルクTeKを代入して目標出力トルクを低減した後にステップS620に移行する。
また、本実施形態では、上記クラッチ解放処理部8Hの処理が若干異なる。すなわち、本実施形態のクラッチ解放処理部8Hでは、クラッチ位置において上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上か否かを判定し、モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上であれば、そのままクラッチ操作部の通電を停止してクラッチを切断状態とする。一方、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側の回転軸の加速度未満と判定した場合には、一時的(例えば500msの時間だけ)に制限トルクTeKを小さな値(例えばゼロに近い値)としてから、クラッチ操作部の通電を停止する。なお、この一時的(例えば500msの時間だけ)に制限トルクTeKを小さな値とする制御を、4輪駆動状態から2輪駆動状態に移行する際に1回だけ無条件に行うようにしても良い。
本発明によれば、クラッチ制御がオン、つまりクラッチ12を接続状態に制御している間は、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度以上となるように、エンジントルクの上限値が制御されるので、クラッチ制御をオフにするときにクラッチ12が逆噛み込み状態となっていることが防止若しくは低減されて、モータの過回転状態を防止することができる。
また、エンジンの上限値を制限トルクTeKにする制御を、上記第1実施形態で採用しても良い。
その他の作用・効果は、上記第1実施形態と同様である。
2 エンジン
3L、3R 後輪
4 モータ
6 ベルト
7 発電機
8 4WDコントローラ
8A 発電機制御部
8B リレー制御部
8C モータ制御部
8D クラッチ制御部
8E 余剰トルク演算部
8F 目標トルク制限部
8G 余剰トルク変換部
8H クラッチ解放処理部
8J モータトルク調整部
9 電線
10 ジャンクションボックス
11 減速機
12 クラッチ
14 吸気管路
15 メインスロットルバルブ
16 サブスロットルバルブ
18 エンジンコントローラ
19 ステップモータ
20 モータコントローラ
21 エンジン回転数センサ
22 電圧調整器
23 電流センサ
26 モータ用回転数センサ
27FL、27FR、27RL、27RR
車輪速センサ
30 トランスミッション
31 ディファレンシャル・ギヤ
32 シフト位置検出手段
34 ブレーキペダル
35 ブレーキストロークセンサ
36 制動コントローラ
37FL、37FR、37RL、37RR
制動装置
40 アクセルセンサ
100 内輪部材
101 外輪部材
102 ローラ(係合子)
103 係合空間
103a 楔空間
104 保持器
105 スイッチバネ
106 電磁クラッチ部
Ifh 発電機の界磁電流
V 発電機の電圧
Nh 発電機の回転数
Ia 目標電機子電流
Ifm 目標モータ界磁電流
E モータの誘起電圧
Nm モータの回転数(回転速度)
Th 目標発電機負荷トルク
Tm(n) モータの現在の目標トルク
Te エンジンの出力トルク
Claims (7)
- モータと、そのモータで駆動される車輪と、モータから車輪への動力伝達経路に介装されるクラッチとを備え、所定条件を満足するとモータの駆動の停止処理を行う車両の駆動力制御装置において、
上記クラッチは、モータ側の回転軸に連結する第1の回転部材と、車輪側の回転軸に連結する第2の回転部材と、その第1及び第2の回転部材の間に形成された係合空間に介挿される係合子と、その係合子の周方向の位置を規制する保持器と、第1及び第2の回転部材の一方に対する上記保持器の固定・解放を行うことでクラッチの接続・切断を制御するクラッチ操作部と、を備え、上記クラッチ操作部による上記保持器の固定状態で第1及び第2の回転部材の他方と保持器との間の位相が変わることによって、上記係合子が第1及び第2の回転部材の間に噛み込んで第1及び第2の回転部材間でトルク伝達可能となる機構のクラッチであり、
上記クラッチ操作部は、モータ駆動中は上記保持器を固定状態とし、上記モータの駆動を停止を行うと判定すると上記保持器を解放状態とし、上記保持器の固定状態から解放状態への移行は、上記モータ側の回転軸の加速度が上記車輪側の回転軸の加速度以上の加速度状態の場合に実施され、
上記モータの停止処理は、上記保持器が解放状態となってから行うことを特徴とする車両の駆動力制御装置。 - 上記保持器の固定状態から解放状態への移行時に、上記モータ側の回転軸の加速度が上記車輪側の回転軸の加速度以上の加速度状態となるように制御するクラッチ状態制御手段を備えることを特徴とする請求項1に記載した車両の駆動力制御装置。
- 上記クラッチ状態制御手段は、上記モータの出力トルクの下限値を、車輪の加速度に基づき求められる、モータが車輪を駆動できる最小限のモータトルク以上に制御することで、上記モータ側の回転軸の加速度を上記車輪側の回転軸の加速度以上とすることを特徴とする請求項2に記載した車両の駆動力制御装置。
- 主駆動輪を駆動する主駆動源を備えると共に、上記モータで駆動される車輪を従駆動輪としたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載した車両の駆動力制御装置。
- 主駆動輪を駆動する主駆動源を備えると共に、上記モータで駆動される車輪を従駆動輪とした車両の駆動力制御装置において、
運転者の加速指示とは関係無く上記主駆動源の出力を調整可能な主駆動源出力調整手段とを備え、
上記クラッチ状態制御手段は、上記モータ側の回転軸の加速度が車輪側回転軸の加速度未満の加速度状態と判定すると、上記主駆動源出力調整手段を介して主駆動源の出力を低減することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載した車両の駆動力制御装置。 - 運転者の加速指示とは関係無く上記主駆動源の出力を調整可能な主駆動源出力調整手段とを備え、
上記クラッチ状態制御手段は、上記クラッチ操作部で保持器の固定状態から解放状態に移行する際に、上記主駆動源出力調整手段を介して主駆動源の出力を一時的に小さく抑えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載した車両の駆動力制御装置。 - 主駆動源の出力で駆動される発電機を設けて、その発電機の出力を上記モータに供給可能としたことを特徴とする請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載した車両の駆動力制御装置。
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