JP3896974B2 - 自動車 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の自動車としては、前輪の車軸に変速機を介して動力を出力可能なエンジンと後輪の車軸に減速機を介して動力を出力可能な電動機とエンジンからの動力の一部を用いて発電すると共にこの発電により得られた電力を電動機に供給する発電機とを備える4輪駆動の自動車が提案されている。(例えば、特許文献1参照)。この自動車では、発電機により得られる三相交流電力をそのまま電動機に供給するために、電動機の負荷が過大にならないよう電動機と減速機との間に所定の負荷が作用したときに滑りが生じるクラッチが取り付けられている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−272367号公報(図1、第3頁)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした自動車では、クラッチの接続異常、特に接続した状態に固定されたまま解除できない異常が生じたときには対処できない。このクラッチの接続異常は、三相交流電力を直接電動機に供給するタイプとは異なるタイプの自動車であっても不都合が生じる。例えば、電動機を減速機から解除できないことにより、車両を高速走行させる場合に電動機が過回転となることにより電動機の接続部品の摩耗や損傷などといった不都合を生じさせてしまう。
【0005】
本発明の自動車は、電動機と車軸とを接続する接続手段の異常に適正に対処することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の自動車は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明の自動車は、
第1の車軸に動力を出力可能な動力出力装置と、
第2の車軸に動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と前記第2の車軸との接続および接続の解除を行なう接続手段と、前記接続手段による接続の解除が不能な状態である解除不能状態を検出する解除不能検出手段と、
該解除不能検出手段により前記解除不能状態が検出されたとき、車両を所定の車速以下の車速で走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【0008】
この本発明の自動車では、解除不能検出手段により電動機と第2の車軸との接続および接続の解除を行なう接続手段による接続の解除が不能な状態である解除不能状態が検出されたときには、車両を所定の車速以下の車速で走行させるよう第1の車軸に動力を出力可能な動力出力装置と第2の車軸に動力を出力可能な電動機とを制御する。この結果、電動機と第2の車軸との接続を解除できない異常に適正に対処すること、即ち、電動機が過回転となることによる電動機の接触部品の摩耗や損傷などの不都合を回避することができる。
【0009】
こうした本発明の自動車において、前記制御手段は、車両の車速が所定の切替車速領域を下回るときには前記電動機と前記第2の車軸とが接続されるよう前記接続手段を制御すると共に運転者の操作に基づいて車両を走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御し、車両の車速が前記所定の切替車速領域を上回るときには前記電動機と前記第2の車軸との接続が解除されるよう前記接続手段を制御すると共に運転者の操作に基づいて車両を走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、車両が比較的低車速のときにだけ電動機を駆動するものとして自動車を構成することができる。この態様の本発明の自動車において、前記所定の車速は、前記所定の切替車速領域を上回る車速として設定されてなるものとすることもできる。ここで、所定の車速は、一般道路で通常の走行が可能な車速として設定することもできる。
【0010】
また、本発明の自動車において、前記電動機からの動力を変速して前記第2の車軸に伝達する変速機を備えるものとすることもできる。
【0011】
さらに、本発明の自動車において、前記動力出力装置からの動力の一部を用いて発電すると共に該発電した直流電力を前記電動機に供給する発電供給手段を備え、前記電動機は、直流電動機であり、前記制御手段は、運転者の操作に基づいて前記電動機に要求される動力に相当する電力が該電動機に供給されるよう前記発電供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電供給手段を制御することにより、電動機を制御することができると共に電動機の消費電力と発電機の発電電力との偏差を緩衝するために電力を蓄える手段等を備える必要がない。
【0012】
あるいは、本発明の自動車において、前記動力出力装置は、内燃機関と変速機とを備え、該内燃機関からの動力を該変速機により変速して前記第1の車軸に出力可能な装置であるものとすることもできるし、前記第1の車軸は、前輪に接続された車軸であり、前記第2の車軸は、後輪に接続された車軸であるものとすることもできる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図1は、本発明の一実施例である自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の自動車20は、図示するように、エンジン22を中心として構成される前輪用駆動部20aと、モータ46を中心として構成される後輪用駆動部20bと、車両全体をコントロールする電子制御ユニット70とを備える。
【0014】
前輪用駆動部20aは、フロントエンジンフロントドライブ(FF)型としてのガソリンエンジン車両の構成とほぼ同等の構成をしており、横置きされたエンジン22と、図示しないトルクコンバータおよびトランスミッションにより構成される自動変速機30とを備え、エンジン22からの動力が自動変速機30で変速され、デファレンシャルギヤ64を介して前輪66a,66bに出力されるようになっている。また、エンジン22のクランクシャフトにはベルト28を介して発電機26が取り付けられており、エンジン22からの動力を用いて発電できるようになっている。エンジン22および自動変速機30は、前輪駆動用電子制御ユニット(以下、前輪駆動用ECUという)29により制御されている。この前輪駆動用ECU29は、電子制御ユニット70と通信しており、電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22および自動変速機30を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22および自動変速機30の運転状態に関するデータを電子制御ユニット70に出力する。なお、発電機26は、電子制御ユニット70により駆動制御されている。
【0015】
後輪用駆動部20bは、クラッチCLにより減速ギヤ機構90とデファレンシャルギヤ94とを介して後輪96a,96bに接続されたモータ46を備えている。モータ46は電力ラインにより発電機26に接続されており、この電力ラインには切替スイッチSが設けられている。なお、モータ46は、例えばブラシレスの直流電動機として構成されており、モータ46には、回転数を検出する回転数センサ48が設けられている。
【0016】
電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット70には、シフトレバー80の操作位置を検出するシフトポジションセンサ81からのシフトポジションSP,アクセルペダル82の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ83からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル84の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ85からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ86からの車速V,回転数センサ48からのモータ回転数Nmなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット70からは、発電機26への駆動制御信号,切替スイッチSへのスイッチ信号,クラッチCLの図示しないアクチュエータへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット70は、前述したように、前輪駆動用ECU29と通信ポートを介して接続されており、前輪駆動用ECU29と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【0017】
次に、こうして構成された実施例の自動車20の動作、特に、クラッチCLが解除不能状態となったときの動作について説明する。図2は、実施例の電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎(例えば、8msec毎)に繰り返し実行される。
【0018】
駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセルペダルポジションセンサ83からのアクセルペダル開度Accや車速センサ86からの車速V、回転数センサ48からのモータ回転数Nmを読み込み(ステップS100)、読み込んだアクセル開度Accと車速Vとに基づいて運転者が要求するトルクをエンジン要求トルクTe*として設定すると共に読み込んだアクセル開度Accに基づいてモータ要求トルクTm*を設定する(ステップS102)。ここで、エンジン要求トルクTe*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vとエンジン要求トルクTe*との関係を予め設定して要求トルク設定マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられるとROM74に記憶された要求トルク設定マップから対応するエンジン要求トルクTe*を導出するものとした。また、モータ要求トルクTm*は、実施例では、アクセル開度Accとモータ要求トルクTm*との関係を予め設定してモータ要求トルク設定マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accが与えられるとROM74に記憶されたモータ要求トルク設定マップから対応するモータ要求トルクTm*を導出するものとした。エンジン要求トルク設定マップの一例を図3に、モータ要求トルク設定マップの一例を図4に示す。
【0019】
モータ要求トルクTm*が設定されると、発電機26の発生要求電圧E*をモータ要求トルクTm*とモータ回転数Nmと定数α,βとを用いて次式(1)により計算して設定する(ステップS104)。
【0020】
【数1】
E*=α・Tm*+β・Nm (1)
【0021】
式(1)中の定数α,βは次のように求めることができる。式(2),式(3)は直流電動機のトルクと電流との関係を表す関係式である。ここで、Ktは電流をトルクに変換するトルク係数,Imはモータ46内に流れる電流値,Kmはモータの回転数を逆起電圧に変換する逆起電圧定数,Rmはモータの内部抵抗,iは減速ギヤ機構90のギヤ比である。こうした式(2),式(3)を発電機26の発生要求電圧E*で解けば式(4)となる。この式(4)中のモータ要求トルクTm*の係数部分が上式(1)の定数αであり、モータ46の回転数Nmの係数部分が定数βである。
【0022】
【数2】
【0023】
こうして発電機26の発生要求電圧E*が設定されると、車速Vを閾値V1および閾値V2と比較する(ステップS106)。ここで、閾値V2は、発電機26による発生電圧とモータ46の逆起電圧とがほぼ等しくなるモータ46の回転数を換算係数kv(モータ46の回転数を車速Vに換算する換算係数)で除した値として設定されるものであり、モータ46の特性や減速ギヤ機構90のギヤ比などにより求めることができる。また、閾値V1は、切替スイッチSやクラッチCLのオンオフの切り替えの際にヒステリシスを持たせるために閾値V2よりも若干小さな値として設定されるものである。今、停車している車両に対して運転者がアクセルペダル82を踏み込んで発進し、閾値V2以上の車速とした後で、閾値V1未満の車速とする場合を考える。発進時から車速Vが閾値V2に至るまでは切替スイッチS,クラッチCLはオンの状態で(ステップS108)、設定したエンジン要求トルクTe*が出力されるようエンジン22を駆動制御すると共に設定した発生要求電圧E*となるよう発電機26を駆動制御する(ステップS116)。車速Vが閾値V2に至ったときには発生要求電圧E*を値0に設定すると共に切替スイッチS,クラッチCLをオフとして(ステップS110)、設定したエンジン要求トルクTe*が出力されるようエンジン22を駆動制御すると共に設定した発生要求電圧E*となるよう発電機26を駆動制御する(ステップS116)。ここで、車速Vが閾値V2以上のときにはクラッチCLの異常判定(ステップS112)も行なわれるが、通常は、クラッチCLの異常は判定されないので実質的には上述した処理となる。そして、車速Vが閾値V1より小さくなると、スイッチS,クラッチCLをオンとして(ステップS108)、発進時と同様の状態、即ち、エンジン22とモータ46による駆動の状態とされる。
【0024】
クラッチCLの異常判定処理は、図5に示すクラッチ異常判定ルーチンにより行なわれる。このルーチンでは、まず、車速Vとモータの回転数Nmとを読み込み(ステップS200)、車速Vが閾値V3以上であるか否かを判定すると共に(ステップS202)、車速Vに換算係数kvを乗じたものとモータ回転数Nmとの偏差が閾値Nref未満であるか否かを判定する(ステップS204)。ここで、閾値V3は、クラッチCLがオフとなっているかどうかが判断できる程度の車速として設定されている。車速Vが閾値V3以上で偏差が閾値Nref以上であるときには、クラッチCLが解除されていると判断してクラッチCLが異常でないことを示すためにクラッチ異常判定フラグFに値0を設定する(ステップS210)。車速Vが閾値V3以上で偏差が閾値Nref未満であるときには、クラッチCLが解除することができない異常状態であるとしてクラッチ異常判定フラグFに値1を設定すると共に(ステップS206)、ワーニングランプを点灯するなど運転者にその旨を報知して(ステップS208)、本ルーチンを終了する。なお、車速Vが閾値V3未満のときには、クラッチCLの異常判定はできないものと判断して、本ルーチンを終了する。図2の駆動制御ルーチンのステップS112では、こうして設定されたクラッチ異常判定フラグFを読み込むことによりクラッチCLの異常を判断するのである。
【0025】
クラッチ異常判定処理でクラッチCLの異常が判定され、図2のステップS112でクラッチCLの異常を判断すると、車速Vが閾値V4以下となるようエンジン要求トルクTe*を設定し(ステップS114)、設定したエンジン要求トルクTe*となるようエンジン22を駆動制御すると共に設定した発生要求電圧E*(値0)となるよう発電機26を駆動制御して(ステップS116)、駆動制御ルーチンを終了する。ここで、閾値V4は、実施例では、モータ46の最大許容回転数を換算係数kvで除したものよりも若干小さな値として設定されている。そして、モータ46は最大許容回転数が一般道路で通常の走行が可能な程度の車速(例えば、50km/hないし60km/hなど)に相当する回転数に設定されている。したがって、閾値V4は、一般道路で通常の走行が可能な程度の車速に設定されることになる。エンジン要求トルクTe*の設定は、実施例では、図6に例示するエンジン要求トルク設定マップを用いて設定するものとした。このマップでは、車速Vが閾値V4近傍の値V5になるまでは図3のエンジン要求トルク設定マップと同様にアクセル開度Accと車速Vとに対応したエンジン要求トルクTe*を設定して通常どおりの走行を可能とし、車速Vが値V5から閾値V4の間ではアクセル開度Accに拘わらず車速Vが閾値V4より大きくならないようエンジン要求トルクTe*を制限している。車速Vが閾値V4のときに収束するトルクTe1は、平坦路で車速Vが閾値V4で安定するのに必要なエンジン22から出力するべきトルクである。こうした処理の結果、クラッチCLの異常、即ち、モータ46と後輪96a,96bが接続された車軸との接続を解除することができない状態が発生してもモータ46が過回転となることを防ぐことができる。したがって、モータ46の過回転によって発生する不都合、例えば、モータ46の接触部品の摩耗や損傷などの不都合を回避することができるのである。
【0026】
以上説明した実施例の自動車20によれば、クラッチCLが異常であると判定されたときには、車速Vが閾値V4以下となるようにエンジン22から出力されるトルクを制限するから、モータ46が過回転となることを防ぐことができる。したがって、モータ46の過回転によって発生する不都合、例えば、モータ46の接触部品の摩耗や損傷などの不都合を回避することができる。
【0027】
実施例の自動車20では、前輪用駆動部20aの動力源としてガソリンエンジン22を用いるものとしたが、軽油などの他の炭化水素系の燃料により動力を出力するエンジンを用いるものとしてもよいし、その他の動力源を用いるものとしてもよい。
【0028】
実施例の自動車20では、クラッチCLをモータ46と減速ギヤ機構90との間に介在するよう構成するものとしたが、クラッチCLを減速ギヤ機構90とデファレンシャルギヤ94との間に介在するよう構成するものとしてもよい。また、減速ギヤ機構90を備えないものとしてもよい。また、減速ギヤ機構90は、変速比を変更可能なもの、例えば、有段変速機や無段変速機としても構わない。さらに、減速ギヤ機構90がクラッチCLの機能を有していれば、その機能を用いて上述の駆動制御ルーチンを行なうものとしてもよい。
【0029】
実施例の自動車20では、エンジン22の動力の一部を発電機26により電力変換した電力を直接用いてモータ46を駆動するものとしたが、発電機26とモータ46とのそれぞれと電力のやり取りが可能なバッテリを備えるものとしてもよい。こうすれば、発電機26の発電により得られる電力量にかかわらずモータ46を駆動することができる。
【0030】
実施例の自動車20では、モータ46として直流電動機を使用するものとしたが、モータ46として三相交流を用いた同期電動機や誘導電動機などの種々の電動機を用いるものとしてもよい。
【0031】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例である自動車20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】 電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図3】 エンジン要求トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図4】 モータ要求トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図5】 クラッチ異常判定ルーチンの一例を示す説明図である。
【図6】 クラッチCLが異常であると判定されたときのエンジン要求トルク設定マップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
20 自動車、22 エンジン、29 前輪駆動用電子制御ユニット(前輪駆動用ECU)、26 発電機、28 ベルト、30 自動変速機、46 モータ、48 回転数センサ、64 デファレンシャルギヤ、66a,66b 前輪、70 電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 シフトレバー、81 シフトポジションセンサ、82 アクセルペダル、83 アクセルペダルポジションセンサ、84 ブレーキペダル、85 ブレーキペダルポジションセンサ、86 車速センサ、90 減速ギヤ機構、94 デファレンシャルギヤ、96a,96b 後輪、CL クラッチ、S 切替スイッチ。
Claims (8)
- 第1の車軸に動力を出力可能な動力出力装置と、
第2の車軸に動力を出力可能な電動機と、
前記電動機と前記第2の車軸との接続および接続の解除を行なう接続手段と、
前記接続手段による接続の解除が不能な状態である解除不能状態を検出する解除不能検出手段と、
該解除不能検出手段により前記解除不能状態が検出されたとき、車両を所定の車速以下の車速で走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備える自動車。 - 前記制御手段は、車両の車速が所定の切替車速領域を下回るときには前記電動機と前記第2の車軸とが接続されるよう前記接続手段を制御すると共に運転者の操作に基づいて車両を走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御し、車両の車速が前記所定の切替車速領域を上回るときには前記電動機と前記第2の車軸との接続が解除されるよう前記接続手段を制御すると共に運転者の操作に基づいて車両を走行させるよう前記動力出力装置と前記電動機とを制御する手段である請求項1記載の自動車。
- 前記所定の車速は、前記接続手段により前記電動機と前記第2の車軸とを接続した状態における前記電動機の最大許容回転数に相当する車速未満の車速として設定されてなる請求項1または2記載の自動車。
- 前記所定の車速は、車両が一般道での通常走行が可能な車速として設定されてなる請求項1ないし3いずれか記載の自動車。
- 前記電動機からの動力を変速して前記第2の車軸に伝達する変速機を備える請求項1ないし4いずれか記載の自動車。
- 請求項1ないし5いずれか記載の自動車であって、
前記動力出力装置からの動力の一部を用いて発電すると共に該発電した直流電力を前記電動機に供給する発電供給手段を備え、
前記電動機は、直流電動機であり、
前記制御手段は、運転者の操作に基づいて前記電動機に要求される動力に相当する電力が該電動機に供給されるよう前記発電供給手段を制御する手段である
自動車。 - 前記動力出力装置は、内燃機関と変速機とを備え、該内燃機関からの動力を該変速機により変速して前記第1の車軸に出力可能な装置である請求項1ないし6いずれか記載の自動車。
- 請求項1ないし7いずれか記載の自動車であって、
前記第1の車軸は、前輪に接続された車軸であり、
前記第2の車軸は、後輪に接続された車軸である
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