JP4379406B2 - 車両の駆動力配分制御装置 - Google Patents
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Description
従来、エンジンと、このエンジンおよび前輪と機械的に結合されると共に、バッテリと電気的に結合された第1モータと、後輪と機械的に結合されると共に前記バッテリと電気的に結合された第2モータとを備えたハイブリッド四輪駆動車が知られている(例えば、特許文献1参照)。
一方、前後配分を30:70〜70:30、後輪左右配分を100:0〜0:100で無段階に制御してニュートラルステアを実現するメカ四輪駆動車が知られている(例えば、特許文献2参照)。
すなわち、ニュートラルステアを実現するよう、第1モータおよび第2モータを駆動するが、車載する駆動用バッテリは単一であり、バッテリ特性を基に設定される入出力制限値は、両モータに対して共通で適用されることになる。つまり、バッテリ残容量が低下したとき、第1モータおよび第2モータの両方に出力制限がかかり、例えば、前輪駆動ベースのハイブリッド四輪駆動車の場合、ニュートラルステア実現のために必要な後外輪の駆動力が低下してしまうため、アンダーステアが発生してしまう、という問題があった。
前後輪のうち一方の主駆動輪を駆動するエンジンおよび第1モータと、
前記前後輪のうち他方の副駆動輪を駆動する第2モータと、
前記第1モータと前記第2モータとに電気的に結合されたバッテリと、
車両のステア特性がニュートラルステアとなるように、運転状態に応じて前記第1モータと前記第2モータの出力を制御する駆動力配分制御手段と、
を備えた車両において、
前記バッテリの充電状態に応じて上限バッテリ出力を設定する上限バッテリ出力設定手段を設け、
前記駆動力配分制御手段は、前記第1モータおよび第2モータの総出力が、前記上限バッテリ出力を超えるとき、前記第1モータと第2モータのうち、第1モータに出力制限をかけることを特徴とする。
すなわち、両モータの総出力が上限バッテリ出力を超えるとき、両モータに対し均等に出力制限をかけるのではなく、第1モータのみに出力制限をかけ、第2モータのトルク出力を確保する。したがって、前輪駆動ベースの車両では、旋回時に副駆動輪である後輪側へ駆動力が配分されてアンダーステア傾向が緩和されることになり、後輪駆動ベースの車両では、旋回時に副駆動輪である前輪側へ駆動力が配分されてオーバーステア傾向が緩和されることになる。
この結果、モータ総出力が上限バッテリ出力を超える状況での旋回時、第2モータのトルク発生を続けることでの駆動力配分制御保証により走行・操縦安定性を確保することができる。
図1は実施例1の駆動力配分制御装置が適用されたハイブリッド四輪駆動車を示す全体システム図である。
実施例1のハイブリッド四輪駆動車は、図1に示すように、CPU101と、補助バッテリ102と、強電バッテリ301(バッテリ)と、FR用インバータ302と、第一モータ303(第1モータ)と、発電機304と、エンジン305と、動力分割機構306と、RR用インバータ307と、第二モータ308(第2モータ)と、デフ機構309(左右輪駆動力配分機構)と、アクセルセンサ401と、ブレーキセンサ402と、DC/DCコンバータ403と、舵角センサ404と、GPS405(地形情報収集手段)と、燃料タンク406と、を備えている。
[駆動力配分制御処理]
図2は実施例1のCPU101にて実行される駆動力配分制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する(駆動力配分制御手段)。
ここで、「車両旋回中の判断」は、舵角センサ404からの検出値(絶対値)が規定値以上である場合、旋回中であると判断する。
ここで、「エンジン305の正常作動判断」は、例えば、エンジン回転数センサからの回転数検出有無により判断する。回転数検出無し=故障と判断する。
ここで、「本制御の禁止」とは、第一モータ303の出力を0に制限し、第二モータ308のみを駆動源とする後輪駆動車に切り替えることをいう。
ここで、「前後輪トルク配分」は、例えば、旋回半径Rが小さく、車速Vが高いほど、後輪トルクを増大する配分とし、「後輪左右トルク配分」は、例えば、図3に示すように、旋回半径Rが小さく(=舵角が大きく)、車速Vが低いほど、旋回外輪側へのトルク配分を増大する。すなわち、図3に示すマップは、旋回時の内輪差について、車速Vが高いほど小さく、舵角が大きいほど大きいという特性を織り込んだものとしている。
ここで、「駆動力配分制御を実現可能か否かの判断」は、強電バッテリ301のSOCと温度により、上限バッテリ出力を設定し(上限バッテリ出力設定手段)、四輪トルク配分に必要な第一モータ303と第二モータ308の総出力が上限バッテリ出力以下であると駆動力配分制御の実現が可能と判断し、第一モータ303と第二モータ308の総出力が上限バッテリ出力を超えると駆動力配分制御の実現が不可能と判断する。
ここで、「四輪への配分トルク指令」は、前後輪の配分トルクの設定に対しては、FR用インバータ302とRR用インバータ307に対して制御指令を出力し、後輪左右配分トルクの設定に対しては、デフ機構309に対して制御指令を出力することで行われる。
ここで、「第一モータ303への出力制限」は、エネルギー補完が必要であるとの判断に基づき、第一モータ303への出力制限値を低めに設定し、第二モータ308への強電バッテリ301からのエネルギー供給量を確保する。
ここで、「エンジン305に対するトルク増大指令」は、第1モータ303の出力を制限して第2モータ308のみが出力している状態で、第2モータ308の出力が上限バッテリ出力を超えるとき、第2モータ308の出力と前記上限バッテリ出力の差分を第1モータ303で発電できるようにエンジン305の出力を増大補正する。つまり、不足エネルギー分を補完できる分のみを発電により得るように、発電機304を作動するエンジン305のトルクを増大させる指示を制御スロットル装置等に出力することで行われる。
すなわち、第二モータ308は、エンジントルク指令増大による発電エネルギーを活用し、後輪用駆動トルクを発生させ、かつ、後輪左右配分トルクとなるようにデフ機構309へと指令を出す。なお、システムによっては、第一モータ303による発電作動で電力回収を実施しても構わない。
ここで、「出力可能パワー」は、図4に示すように、強電バッテリ301の電池SOCに対する出力制限設定マップにより得た出力制限値と、図5に示すように、強電バッテリ301の電池温度に対する出力制限設定マップにより得た出力制限値と、のセレクトローにより設定する。なお、図4(電池SOCに対する出力制限設定マップ)としては、通常、ハイブリッド車では、SOC範囲を0〜100%ではなく、例えば、40〜80%で制御することになる。制御下限を下回らないように、下限時点で出力制限0kW(=出力禁止)とすることが一般的である。また、図5(電池温度に対する出力制限設定マップ)としては、電池の性能劣化や出力特性を考慮し、常温範囲下限から保証温度範囲下限(ここでは、-30℃)、および保証温度範囲上限(60℃)付近で制限値を適用する一般的な特性を示す。
この必要トルク積算値は、
必要トルク積算値=(出力可能パワー)/{(継続距離)/(自車速度)}
の式により求める。
車両旋回中で、かつ、エンジン正常、かつ、制御実現可能な場合は、図2のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7へと進む流れが繰り返され、ステップS7において、ニュートラルステアを実現するように、エンジン305と第一モータ303と第二モータ308の出力制御およびデフ機構309の分配比制御による前後輪と左右後輪の駆動力配分制御が実行される。
通常時における旋回半径・エンジン状態・前後輪総トルク比率・後輪左右トルク比率の変化特性を、図6に示すタイムチャートにより説明する。
強電バッテリ301の残存エネルギー量が十分であり、かつ、エンジン状態が正常である通常時であって、直進走行状態から時点t1にて左旋回を開始し、時点t3にて最小半径旋回部分に到達し、時点t3から時点t4にて左旋回から直進走行へと移行するものとする。
この時の前後輪総トルク比率は、左旋回を開始時点t1から時点t3までは前輪へのトルク配分が徐々に減少し、後輪へのトルク配分が徐々に増大する。そして、時点t3から時点t4までは、前輪へのトルク配分が徐々に増大し、後輪へのトルク配分が徐々に減少する。つまり、前後輪駆動力配分比としては、前輪側に多くトルク配分される配分比から旋回半径Rが小さな径になるほど後輪側へ多くトルク配分される配分比へと変更される。
このため、ステア特性としては、前輪駆動状態のままでコーナに突入してきた場合、前輪の駆動力過剰により横力の発生が制限されてアンダーステア傾向を示すのに対し、コーナに突入した後、後輪側へのトルク配分を増すことで、アンダーステア傾向が緩和され、弱アンダーステア特性が実現される。
また、後輪左右トルク比率は、左旋回を開始時点t1から時点t3までは旋回内輪である左後輪へのトルク配分が徐々に減少し、旋回外輪である右後輪へのトルク配分が徐々に増大する。そして、時点t3から時点t4までは、旋回内輪である左後輪へのトルク配分が徐々に増大し、旋回外輪である右後輪へのトルク配分が徐々に減少する。つまり、後輪左右駆動力配分比としては、等配分状態から旋回半径Rが小さな径になるほど旋回外輪へ多くトルク配分される。
このため、旋回挙動としては、ステア特性としては、左右後輪への配分トルクが等配分のままでコーナに突入してきた場合、オーバーステアモーメントの発生が無いのに対し、コーナに突入した後、旋回外輪へのトルク配分を増すことで、オーバーステアモーメントが発生し、弱アンダーステア特性が緩和され、ニュートラルステア特性が実現される。
このように、旋回走行時には、エンジン305と第一モータ303と第二モータ308の出力制御およびデフ機構309の分配比制御による前後輪と左右後輪の駆動力配分制御を実行することで、走行・操縦安定性の高いニュートラルステアを実現することができる。
強電バッテリ301の残存エネルギー量が不十分であり、かつ、エンジン状態が正常であるSOC低時であって、直進走行状態の時点t0にてSOC低が判断され、時点t1にて左旋回を開始し、時点t3にて最小半径旋回部分に到達し、時点t3から時点t4にて左旋回から直進走行へと移行するものとする。
この時の前後輪総トルクは、第一モータ303への出力を制限した分だけ減少するが、前後輪総トルク比率は、通常時と同様の比率を保ち、左旋回を開始時点t1から時点t3までは前輪へのトルク配分が徐々に減少し、後輪へのトルク配分が徐々に増大する。そして、時点t3から時点t4までは、前輪へのトルク配分が徐々に増大し、後輪へのトルク配分が徐々に減少する。つまり、前後輪駆動力配分比としては、前輪側に多くトルク配分される配分比から旋回半径Rが小さな径になるほど後輪側へ多くトルク配分される配分比へと変更される。
このため、ステア特性としては、前輪駆動状態のままでコーナに突入してきた場合、前輪の駆動力過剰により横力の発生が制限されてアンダーステア傾向を示すのに対し、コーナに突入した後、後輪側へのトルク配分を増すことで、アンダーステア傾向が緩和され、弱アンダーステア特性が実現される。
また、後輪総トルクは出力制限を受けず、後輪左右トルク比率は、通常時と全く同様に、左旋回を開始時点t1から時点t3までは旋回内輪である左後輪へのトルク配分が徐々に減少し、旋回外輪である右後輪へのトルク配分が徐々に増大する。そして、時点t3から時点t4までは、旋回内輪である左後輪へのトルク配分が徐々に増大し、旋回外輪である右後輪へのトルク配分が徐々に減少する。つまり、後輪左右駆動力配分比としては、等配分状態から旋回半径Rが小さな径になるほど旋回外輪へ多くトルク配分される。
このため、ステア特性としては、左右後輪への配分トルクが等配分のままでコーナに突入してきた場合、オーバーステアモーメントの発生が無いのに対し、コーナに突入した後、旋回外輪へのトルク配分を増すことで、オーバーステアモーメントが発生し、弱アンダーステア特性が緩和され、ニュートラルステア特性が実現される。
このように、SOC低時には、第一モータ303の出力を制限するだけで、前後輪駆動力配分制御と左右後輪駆動力配分制御は通常時と同様に保証することで、走行・操縦安定性を確保することができる。
強電バッテリ301の残存エネルギー量が十分であり、かつ、エンジン状態が正常である直進走行状態から時点t1にて左旋回を開始し、時点t2にてエンジン故障が判断され、時点t3にて最小半径旋回部分に到達し、時点t3から時点t4にて左旋回から直進走行へと移行するものとする。
この時の前後輪総トルク比率は、左旋回を開始時点t1から時点t2までは前輪へのトルク配分が徐々に減少し、後輪へのトルク配分が徐々に増大する。しかし、エンジン故障判定時点t2になると、エンジン305と第一モータ303による前輪へのトルク配分がゼロとされ、その後は前後輪総トルク比率を後輪のみにて分担する。つまり、前輪駆動ベースの四輪駆動車から第二モータ308のみを駆動源とする後輪駆動車へと変更される。
また、後輪左右トルク比率は、左旋回を開始時点t1から時点t2までは旋回内輪である左後輪へのトルク配分が徐々に減少し、旋回外輪である右後輪へのトルク配分が徐々に増大する。しかし、エンジン故障判定時点t2になると、左右駆動力配分制御が禁止され、左右後輪に対し等配分にトルクが配分される。
このため、旋回挙動としては、コーナに突入した後、エンジン故障判定時点t2までは通常時の駆動力配分制御作用を示すが、エンジン故障を境に、現有するバッテリエネルギーのみで車両を走行させる制御(第二モータ308のみを駆動源とする後輪駆動車)へと切り替えることで、エンジン305が故障であるにもかかわらず、安全な場所まで走行して退避することができる。
実施例1の車両の駆動力配分制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
[駆動力配分制御処理]
図9は実施例2のCPU101にて実行される駆動力配分制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する(駆動力配分制御手段)。なお、ステップS21〜ステップS28は、図2に示す実施例1のフローチャートのステップS1〜ステップS8にそれぞれ対応するステップであるので、説明を省略する。
この液体燃料量の算出にあたり、図10〜図13の消費エネルギー推定マップをベースとした換算式を活用する。なお、後輪トルクアップに伴なう液体燃料消費増大量の算出については後述する。
ここで、優先順位が低いコーナの場合、全く後輪トルクアップを行わないで駆動力配分制御を禁止することを基本とするが、後輪トルクアップ程度を制限し、適用コーナを可能な限り増やしても構わない。低優先度コーナでのトルク制限方法について明示する。
CPU101は、下記演算を行う。
(a)燃料タンク406内の液体燃料残量
(b)直進走行での液体燃料消費量推定値
(c)後輪トルクアップ適用MUSTコーナでの液体燃料消費量推定値
(d)後輪トルクアップ適用WANTコーナでの液体燃料消費量推定値
(e)マージン分
トルク上限補正係数={(a)−((b)+(c))}/(e)/(d)
上記値を、WANTコーナでの後輪トルクアップ設定値に乗じ、対応する。
さらに、優先順位が低いコーナの場合、実施例1におけるバッテリSOCが第二モータトルク発生不能のときの対応を採用し、第二モータ308の出力は規定値とするが、第一モータ303の出力は制限し、かつ、第一モータ303の出力制限を補うエンジン305の出力増大補正を行うようにしても良い。
ステップS31での後輪トルクアップに伴なう液体燃料消費増大量の算出方法について言及する。
具体的には、図10〜図13に示すマップにより補正係数を算出し、これを活用して液体燃料消費増大量を推定する。
液体燃料消費増大量=平均燃費×コーナ走行距離×Kr×Kμ×Kc×Ks
の式にて算出される。
車両旋回中で、かつ、エンジン正常であるが、制御実現が不可能である場合には、図9のフローチャートにおいて、ステップS21→ステップS22→ステップS24→ステップS25→ステップS26→ステップS28→ステップS29→ステップS30→ステップS31→ステップS32→ステップS33→ステップS34へと進む流れとなる。
実施例2の車両の駆動力配分制御装置にあっては、実施例1の(1),(2)の効果に加え、下記に列挙する効果を得ることができる。
図14は実施例3の駆動力配分制御装置が適用されたハイブリッド四輪駆動車を示す全体システム図である。
実施例3のハイブリッド四輪駆動車は、図14に示すように、CPU101と、補助バッテリ102と、強電バッテリ301と、FR用インバータ302と、第一モータ303(第1モータ)と、発電機304と、エンジン305と、動力分割機構306と、RR用インバータ307と、第二モータ308(第2モータ)と、第三モータ309と、アクセルセンサ401と、ブレーキセンサ402と、DC/DCコンバータ403と、舵角センサ404と、GPS405と、燃料タンク406と、を備えている。そして、左右後輪をそれぞれ独立に駆動する第二モータ308と第三モータ309により左右輪駆動力配分機構を構成する。なお、図1に示す実施例1の構成と同一機能を保有する構成については説明を省略する。
102 補助バッテリ
301 強電バッテリ(バッテリ)
302 FR用インバータ
303 第一モータ(第1モータ)
304 発電機
305 エンジン
306 動力分割機構
307 RR用インバータ
308 第二モータ(第2モータ)
309 デフ機構(左右輪駆動力配分機構)
401 アクセルセンサ
402 ブレーキセンサ
403 DC/DCコンバータ
404 舵角センサ
405 GPS
406 燃料タンク
Claims (10)
- 前後輪のうち一方の主駆動輪を駆動するエンジンおよび第1モータと、
前記前後輪のうち他方の副駆動輪を駆動する第2モータと、
前記第1モータと前記第2モータとに電気的に結合されたバッテリと、
車両のステア特性がニュートラルステアとなるように、運転状態に応じて前記第1モータと前記第2モータの出力を制御する駆動力配分制御手段と、
を備えた車両において、
前記バッテリの充電状態に応じて上限バッテリ出力を設定する上限バッテリ出力設定手段を設け、
前記駆動力配分制御手段は、前記第1モータおよび第2モータの総出力が、前記上限バッテリ出力を超えるとき、前記第1モータと第2モータのうち、第1モータに出力制限をかけることを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記副駆動輪に、左右輪への駆動力を任意の分配比で配分可能な左右輪駆動力配分機構を設け、
前記駆動力配分制御手段は、ニュートラルステアを実現するように前記主駆動輪と前記副駆動輪との前後輪駆動力配分制御と、前記副駆動輪の左右輪駆動力配分制御と、を実行することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1または2に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記駆動力配分制御手段は、前記第1モータに出力制限がかけられているとき、出力制限による第1モータの出力低下を補うように前記エンジンの出力を増大補正する第1エンジン出力補正手段を有することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至3の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記駆動力配分制御手段は、前記第1モータの出力を制限して第2モータのみが出力している状態で、前記第2モータの出力が前記上限バッテリ出力を超えるとき、前記第2モータの出力と前記上限バッテリ出力の差分を第1モータで発電できるように前記エンジンの出力を増大補正する第2エンジン出力補正手段を有することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至4の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記駆動力配分制御手段は、前記第1モータの出力を制限して第2モータのみが出力している状態で、前記第2モータの出力が前記上限バッテリ出力を超えないとき、自車速度と、バッテリ充電容量から推定した出力可能パワーと、地形情報収集手段から得た地形情報により算出した駆動力配分制御にて対応するべきコーナ継続距離と、により、必要トルク積算値を算出し、この必要トルク積算値を継続出力可能パワーとして第2モータへの出力指令値とすることを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至5の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記駆動力配分制御手段は、前記エンジンに故障が発生したとき、前記第1モータの出力を0に制限し、第2モータのみが出力している状態とする駆動力配分制御禁止手段を有することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記上限バッテリ出力設定手段は、バッテリ充電容量とバッテリ温度との少なくとも一方に基づき上限バッテリ出力を設定することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記エンジンの液体燃料残量を検出する液体燃料残量検出手段と、
液体燃料残量が少ない場合、駆動力配分制御を適用するコーナに優先順位を設定する制御適用コーナ優先順位設定手段と、を設け、
前記駆動力配分制御手段は、制御適用コーナ優先順位が低いコーナの場合、駆動力配分制御を禁止することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項8に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記制御適用コーナ優先順位設定手段は、車速を考慮した上で、(a)旋回半径が小さいこと、(b)推定路面摩擦係数が低いこと、(c)登坂勾配量が大きいこと、を加味して制御適用コーナ優先順位を設定することを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。 - 請求項1乃至7の何れか1項に記載された車両の駆動力配分制御装置において、
前記エンジンの液体燃料残量を検出する液体燃料残量検出手段と、
液体燃料残量が少ない場合、駆動力配分制御を適用するコーナに優先順位を選定する制御適用コーナ優先順位選定手段と、を設け、
前記駆動力配分制御手段は、制御適用コーナ優先順位が低いコーナの場合、前記第2モータの出力は規定値とするが、前記第1モータの出力は制限し、かつ、前記第1モータの出力制限を補う前記エンジンの出力増大補正を行うことを特徴とする車両の駆動力配分制御装置。
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