JP4376589B2 - 四輪駆動車両 - Google Patents
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Description
本発明は上記諸問題を解決するために開発されたものであり、電動機の連れ回りを防止して四輪駆動で走行できる走行速度領域を増大することができる四輪駆動車両を提供することを目的とするものである。
図1は、本実施形態の車両の概略構成を示す図である。本実施形態では、左右前輪1L、1Rがエンジン1によって駆動され、左右後輪3L、3Rがモータ(電動機)4によって駆動可能となっていて、このモータ4を駆動することで四輪駆動状態となる車両の例である。
前記発電機7は、エンジン2の回転速度Neにプーリ比を乗じた回転速度Nhで回転し、4WDコントローラ8によって調整される界磁電流Ifhに応じてエンジン2に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた電圧を発電する。その発電機7が発電した電力は、電線9を介してモータ4に供給可能となっている。その電線の途中にはジャンクションボックス10が設けられている。前記モータ4の駆動軸は、減速機11及びクラッチ12を介して後輪3L、3Rに接続可能となっている。符号13はデファレンスギヤを示す。
また、前記発電機7は、図2に示すように、出力電圧Vを調整するための電圧調整器(レギュレータ)22を備え、前記4WDコントローラ8によって界磁電流Ifhが調整されることで、エンジン2に対する発電負荷トルクTh及び発電する電圧Vが制御される。この電圧調整器22は、4WDコントローラ8から発電機制御指令(界磁電流値)を入力し、その発電機制御指令に応じた値に発電機7の界磁電流Ifhを調整すると共に、発電機7の出力電圧Vを検出して4WDコントローラ8に出力可能となっている。なお、発電機7の回転速度Nhは、エンジン2の回転速度Neからプーリ比に基づき演算することができる。
前記モータ4の駆動軸の回転速度Nmを検出する回転速度検出手段としてのモータ回転速度センサ26を備え、このモータ回転速度センサ26は、検出したモータ4の回転速度信号を4WDコントローラ8に出力する。
また、各車輪1L、1R、3L、3Rには、車輪速度センサ27FL、27FR、27RL、27RRが設けられている。各車輪速度センサ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度検出値として4WDコントローラ8に出力する。
また、所定のサンプリング時間毎に入力した各信号に基づいて、図4に示すように、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8Jの順に循環して処理が行われる。
前記発電機制御部8Aは、電圧調整部22を通じて、発電機7の発電電圧Vをモニタしながら、当該発電機7の界磁電流Ifhを調整することで、発電機7の発電電圧Vを所定の電圧に調整する。
前記モータ制御部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のトルクを所定の値に調整する。
前記余剰トルク演算部8Eでは、図5に示すような処理を行う。即ち、まずステップS10において、前記車輪速度センサ27FL、27FR、27RL、27RRからの信号に基づいて演算した前輪(主駆動輪)1L、1Rの車輪速度から後輪(従駆動輪)3L、3Rの車輪速度を減算することで、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。
VWf=(VWfl+VWfr)/2
VWr=(VWrl+VWrr)/2
次に、前記平均前輪速度VWfと平均後輪速度VWrとの差から、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を下記式によって算出する。
ΔVF=VWf−VWr
前記ステップS20では、前記求めたスリップ速度ΔVFが所定値、例えば“0”より大きいか否かを判定する。スリップ速度ΔVFが所定値以下と判定した場合には、前輪1L、1Rがスリップしていないと推定されるので、ステップS60に移行し、目標発電負荷トルクThに“0”を代入した後にメインプログラムに復帰する。
前記ステップS30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S40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
前記ステップS40では、現在の発電機7の負荷トルクTGを、下記式に基づいて演算した後、ステップS50に移行する。
TG=K2×V×Ia/(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の回転速度
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6に基づいて説明する。
即ち、まずステップS200で、前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、メインプログラムに復帰する。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S210に移行する。
ΔTb=ThーHQ
前記ステップS220では、前記エンジン回転速度センサ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S230に移行する。
TeM=TeーΔTb
ここで、エンジンコントローラ18では、運転者のアクセルペダル17の操作に関係なく、入力したエンジントルク上限値TeMをエンジントルクTeの上限値となるように当該エンジントルクTeを制限する。
前記ステップS240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、メインプログラムに復帰する。
まず、ステップS300で、前記目標発電負荷トルクThが“0”より大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクThが“0”より大きいと判定されれば、前輪1L、1Rが加速スリップしているので、ステップS310に移行する。目標発電負荷トルクThが“0”以下と判定されれば、前輪1L、1Rは加速スリップしていない状態かモータが過回転となる走行速度状態であるので、以降の処理を行うことなくメインプログラムに復帰する。
ここで、前記モータ4の回転速度Nmに対する目標モータ界磁電流Ifmは、回転速度Nmが所定回転速度以下の場合には一定の所定電流値とし、モータ4が所定回転速度以上になった場合には、公知の弱め界磁制御方式でモータ4の界磁電流Ifmを小さくする。即ち、モータ4が高速回転状態になるとモータ誘起電圧Eの上昇によりモータトルクが低下することから、前述のように、モータ4の回転速度Nmが所定回転速度以上になったら、モータ4の界磁電流Ifmを小さくして誘起電圧Eを低下させることで、モータ4に流れる電流を増加させて所定モータトルクTmを得るようにする。この結果、モータ4が高速回転状態になっても、モータ誘起電圧Eの上昇を抑えてモータトルクの低下を抑制するため、所定のモータトルクTmを得ることができる。また、モータ界磁電流Ifmを所定の回転速度未満と所定の回転速度以上の二段階で制御することにより、連続的な界磁電流制御に比して制御の電子回路を安価にできる。
前記ステップS330では、前記余剰トルク演算部8Eで演算された発電負荷トルクThに基づいて、対応する目標モータトルクTmを算出して、ステップS340に移行する。
前記ステップS340では、前記目標モータトルクTm及び目標モータ界磁電流Ifmを変数として、対応する目標電機子電流Iaを算出して、ステップS350に移行する。
前記ステップS350では、下記式に基づき、前記目標電機子電流Ia、抵抗R、及び誘起電圧Eから発電機7の目標電圧Vを算出し、当該発電機の7の目標電圧Vを前記発電機制御部8Aに出力した後、メインプログラムに復帰する。
V=Ia×R+E
ここで、前記余剰トルク変換部8Gでは、モータ4側の制御を考慮して目標の発電負荷トルクThに応じた発電機7での目標電圧Vを算出しているが、前記目標発電負荷トルクThから直接に、当該目標発電負荷トルクThとなる電圧値Vを算出しても構わない。
まず、ステップS410において、前記目標発電負荷トルクThが“0”より大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクThが“0”より大きいと判定されれば、前輪1L、1Rがスリップしている、つまり四輪駆動条件を満たしているので、ステップS420に移行する。一方、目標発電負荷トルクThが“0”以下であると判定されれば、前輪1L、1Rは加速スリップしていない、つまり二輪駆動状態であるので、ステップS450に移行する。
前記ステップS440では、前記リレー制御部8BにリレーON指令を供給することで、四輪駆動状態とした後、メインプログラムに復帰する。
一方、前記ステップS450では、クラッチOFF指令を出力した後、ステップS460に移行する。
前記ステップS460では、前記リレー制御部8BにリレーOFF指令を供給することで、モータ電機子29を短絡した後、ステップS470に移行する。
前記ステップS470では、前記モータ回転速度Nmが“0”になっているか否かを判定し、モータ回転速度Nmが“0”になっていると判定されれば、ステップS480に移行する。
次に、前記構成の装置における作用などについて説明する。
例えば路面μが小さいとか、運転者によるアクセルペダル17の踏込み量が大きいといった理由によって、エンジン2から前輪1L、1Rに伝達されるトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり主駆動輪である前輪1L、1Rが加速スリップすると、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、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。この結果、主駆動輪である前輪1L、1Rの加速スリップが抑えられる。
このとき、主駆動輪である前輪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、燃費の向上につながる。
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し、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。
次に、本発明の四輪駆動車両の第2実施形態について、図9のフローチャートを用いて説明する。この図9のフローチャートは、前記第1実施形態のクラッチ制御部8Dの処理を示す図8に代わるものである。
このステップS462では、前記モータ回転速度センサ26で検出されたクラッチ開放時のモータ回転速度Nmに基づいてモータ界磁電流(制動側)Ifmを算出してから前記ステップS470に移行する。このモータ界磁電流Ifmは、モータ回転速度Nmが小さいほど、小さな値に設定される。即ち、モータ回転速度Nmが小さいほど、モータ4への制動力が小さくなる。
従って、本実施形態の四輪駆動車両によれば、前記第1実施形態の効果に加えて、クラッチ開放時のモータの回転速度に応じて当該モータの界磁電流を制御する構成としたため、モータ回転速度Nmが小さいほど、モータ4の制動力を小さくすることが可能となり、これにより異音やショックの発生を回避して、安定したモータの停止を行うことが可能となる。
この実施形態の図10の処理は、前記第2実施形態の図9の処理と類似しており、同等のステップも多数存在する。そこで、同等のステップには同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。図9の処理と図10の処理との具体的な差異は、前記ステップS460とステップS462との間に、新たにステップS461が介装され、且つ前記ステップS462がステップS462’に変更されている点にある。
従って、本実施形態の四輪駆動車両によれば、前記第2実施形態の効果に加えて、クラッチ、即ち断続要素の開放時の作動流体温度に応じてモータの界磁電流を制御する構成としたため、クラッチ作動流体温度が小さいほど、モータ4の制動力を大きくすることが可能となり、作動流体の温度が小さいほど粘性の増大に伴って大きくなる連れ回りトルクに対し、モータの回転を確実に防止することが可能となる。
この実施形態の図11の処理は、前記第3実施形態の図10の処理と類似しており、同等のステップも多数存在する。そこで、同等のステップには同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。図10の処理と図11の処理との具体的な差異は、前記ステップS461がステップS461’に変更され、且つ前記ステップS462’がステップS462”に変更されている点にある。
従って、本実施形態の四輪駆動車両によれば、前記第2実施形態の効果に加えて、クラッチ開放時の車両加速度に応じてモータの界磁電流を制御する構成としたため、車両加速度が大きいほど、モータ4の制動力を大きくすることが可能となり、車両加速度が大きいほど大きくなる連れ回りトルクに対し、モータの回転を確実に防止することが可能となる。
また、前記実施形態では、スロットル制御によってエンジン出力を制限する場合について説明しているが、本発明はこれに限定されない。駆動力制御の手法としては、例えばエンジンの点火時期リタード、点火カット、燃料の減少若しくは供給停止等が挙げられる。
また、前記実施形態では、クラッチを湿式摩擦クラッチとしたが、例えば特開平10−213158号公報に記載されているような電磁パウダークラッチやポンプ式クラッチを断続手段として用いることも可能である。
2はエンジン
3L、3Rは後輪(従駆動輪)
4はモータ(電動機)
7は発電機
8は4WDコントローラ
8Aは発電機制御部
8Bはリレー制御部
8Cはモータ制御部
8Dはクラッチ制御部
8Eは余剰トルク演算部
8Fは目標トルク制限部
8Gは余剰トルク変換部
11は減速機
12はクラッチ(断続手段)
15はメインスロットルバルブ
16はサブスロットルバルブ
18はエンジンコントローラ
19はステップモータ
20はモータコントローラ
21はエンジン回転速度センサ
23は電流センサ
24はリレー
26はモータ回転速度センサ
27FL〜27RRは車輪速度センサ
Ifhは発電機の界磁電流
Vは発電機の電圧
Nhは発電機の回転速度
Iaは電機子電流
Ifmはモータの界磁電流
Eはモータの誘起電圧
Nmはモータの回転速度
TGは発電機の負荷トルク
Thは目標発電負荷トルク
Tmはモータのトルク
TMはモータの目標トルク
Teはエンジンの出力トルク
Claims (7)
- 前後輪の何れか一方を駆動するエンジンと、前後輪の何れか他方に接続されて当該車輪を駆動可能な電動機と、前記電動機と前後輪の何れか他方との間に介装されて、前記電動機と前後輪の何れか他方とを接続及び切断可能な断続手段と、前記断続手段が前記電動機と前後輪の何れか他方とを切断した直後に前記電動機を制動する制動手段とを備えることを特徴とする四輪駆動車両。
- 前記制動手段は、前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動することを特徴とする請求項1に記載の四輪駆動車両。
- 前記電動機は電機子巻線と界磁巻線とを備えた界磁巻線式電動機であり、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、前記制動手段は、前記断続手段の切断直後に前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動すると共に、前記回転速度検出手段で検出された前記断続手段切断時の電動機の回転速度に基づいて当該電動機の界磁電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動車両。
- 前記電動機は電機子巻線と界磁巻線とを備えた界磁巻線式電動機であり、前記断続手段は内部に作動流体が充填されたクラッチであって、前記作動流体の温度を検出する流体温度検出手段を備え、前記制動手段は、前記クラッチの切断直後に前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動すると共に、前記流体温度検出手段で検出された前記断続手段切断時の作動流体の温度に基づいて前記電動機の界磁電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動車両。
- 前記電動機は電機子巻線と界磁巻線とを備えた界磁巻線式電動機であり、車両の加速度を検出する加速度検出手段を備え、前記制動手段は、前記断続手段の切断直後に前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動すると共に、前記加速度検出手段で検出された前記断続手段切断時の車両の加速度に基づいて前記電動機の界磁電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動車両。
- 前記電動機は電機子巻線と界磁巻線とを備えた界磁巻線式電動機であり、前記断続手段は内部に作動流体が充填されたクラッチであって、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記作動流体の温度を検出する流体温度検出手段とを備え、前記制動手段は、前記クラッチの切断直後に前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動すると共に、前記回転速度検出手段で検出された前記断続手段切断時の電動機の回転速度及び前記流体温度検出手段で検出された作動流体の温度に基づいて前記電動機の界磁電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動車両。
- 前記電動機は電機子巻線と界磁巻線とを備えた界磁巻線式電動機であり、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、車両の加速度を検出する加速度検出手段とを備え、前記制動手段は、前記断続手段の切断直後に前記電動機の電機子巻線を短絡して当該電動機を制動すると共に、前記回転速度検出手段で検出された前記断続手段切断時の電動機の回転速度及び前記加速度検出手段で検出された車両の加速度に基づいて前記電動機の界磁電流を制御することを特徴とする請求項2に記載の四輪駆動車両。
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