JP5034183B2

JP5034183B2 - 車両駆動システム

Info

Publication number: JP5034183B2
Application number: JP2005213189A
Authority: JP
Inventors: 誠司下平; 岩野　　浩; 武蔵山口; 英明渡辺; 哲也池田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2005-07-22
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: JP2007037217A

Description

本発明は、ハイブリッド車両などにおける車両駆動システムに関するものである。

エンジンの駆動力によって前後輪の一方を駆動し、モータによって前後輪の他方を駆動する４輪駆動型ハイブリッド車両において、モータのみを駆動させて走行するモータ走行モード、エンジンのみを駆動させて走行するエンジン走行モード及び両者を駆動させて走行するハイブリッド走行モードを切り替えて前後輪の駆動力配分を制御することで燃費の向上を図る技術が知られている。

また、モータの所要電力は蓄電装置から供給されており、蓄電装置はエンジンによって発電機を駆動することにより、またコースト走行時に車輪の回転エネルギーを回生することにより充電される。

このような４輪駆動ハイブリッド車両では、車両の要求駆動力と車速とに基づいて前後輪の駆動力配分を制御するので、蓄電装置の蓄電量が少ないときにモータの駆動力が不足したり、蓄電量が多いときにエンジン駆動及び回生による充電が制限される場合があり、走行性及び燃費効率が悪化する。

そこで、車両の要求駆動力及び車速に加えて蓄電装置の蓄電量に基づいて前後輪の駆動力配分を制御することで、走行性及び燃費効率を向上させようとする技術が特許文献１に記載されている。
特開平９−２８４９１１号公報

しかし、上記従来の技術では配分された前後輪の駆動力がタイヤのグリップ限界を超える場合には所望の駆動力配分を達成することができず、走行性及び燃費効率が悪化する。

本発明は、二つ以上の駆動力源を有する４輪駆動車両において、タイヤのグリップ限界駆動力に起因する走行性及び燃費効率の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、前輪及び後輪で過回転スリップを生じない最大の駆動力を前輪限界駆動力及び後輪限界駆動力に設定し、要求駆動力及び前輪限界駆動力に基づいて前輪に配分できる最大駆動力を算出する。さらに、車速及び前輪配分最大駆動力に基づいて、蓄電装置の各充電電力及び放電電力を発生させるのに必要な燃料消費量が最小となる前輪及び後輪への駆動力配分を算出し、要求駆動力から前輪配分最大駆動力を減算した値を後輪駆動力補正量とし、この後輪駆動力補正量を後輪への駆動力配分に加算して前輪及び後輪への駆動力配分を補正する。補正された駆動力配分の中から蓄電装置の蓄電状態に基づいて算出した目標充電効率を実現する駆動力配分を算出し、この駆動力配分となるように前輪用モータ、後輪用モータ及び発電装置の出力を制御する。

本発明によれば、前輪及び後輪における過回転スリップの発生を防止しながら要求駆動力を可能な限り実現し、発電装置の消費する燃料量に対して効率的に蓄電装置の充電量を増加させるとともに、蓄電装置の蓄電状態に応じた目標充電効率を実現することができる。よって、所望の駆動力配分を実現しながら燃料消費量を低減することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。エンジン（発電装置）１はクラッチ２と変速機３とを介して前輪４の駆動軸５に接続されており、エンジン１で発生した駆動力によって前輪４が駆動される。エンジンコントローラ６は、統合コントローラ７から送信されるエンジントルク指令値に基づいてエンジン１のスロットル開度を制御する。

ＭＧ（前輪用モータ）８はエンジン１と変速機３との間に設けられ、発生した駆動力を変速機３を介して前輪４へ伝達するとともに、エンジン１の駆動力を吸収して回転することで発電する。ＭＧコントローラ９は、統合コントローラ７から送信されるＭＧ８トルク指令値及びＭＧ８回転速度指令値に基づいてＭＧ８及びエンジン１の回転速度が指令値となるようにＭＧ８のトルクを制御する。また、ＭＧコントローラ９はＭＧ８の回転速度を検出することで前輪４の回転速度（以下「前輪速」という。）を算出する。

クラッチ２はエンジン１とＭＧ８との間の駆動軸１０を断続するように設けられ、締結することでエンジン１の駆動力を伝達し、開放することでエンジン１の駆動力を遮断する。

変速機３はＭＧ８と前輪駆動軸５との間に介装され、エンジン１またはＭＧ８の回転速度を変速して前輪ファイナルギア１１を介して前輪駆動軸５へと伝達する。変速機３は統合コントローラ７から送信される変速比指令値に基づいて変速比を制御される。

ＭＧ（後輪用モータ）１５は後輪ファイナルギア１２を介して後輪駆動軸１３に接続され、発生した駆動力を後輪１４へと伝達する。ＭＧコントローラ１６は、統合コントローラ７から送信されるＭＧ１５トルク指令値に基づいてＭＧ１５の回転速度が指令値となるようにＭＧ１５のトルクを制御する。また、ＭＧコントローラ１６はＭＧ１５の回転速度を検出することで後輪１４の回転速度（以下「後輪速」という。）を算出する。

蓄電装置１７はエンジン１によって駆動されるＭＧ８の発電電力及びコースト走行時のＭＧ８、１５による回生電力を蓄電するとともにＭＧ８、１５へ電力を供給する。蓄電装置コントローラ１８は、蓄電装置１７の電圧及び電流を検出して蓄電装置１７の蓄電状態（以下「ＳＯＣ」という。）を算出する。

統合コントローラ７は、蓄電装置コントローラ１８によって算出されたＳＯＣ、ＭＧコントローラ９、１６によって算出された車輪速及びアクセルペダル操作量（以下「ＡＰＳ」という。）センサ１９によって検出されたＡＰＳに基づいてエンジンコントローラ６、ＭＧコントローラ９、１６及び変速機３へ指令値を送信する。

次に統合コントローラ７で行う制御について図２を参照しながら説明する。図２は、本実施形態における車両駆動システムの制御を示したブロック図である。本実施形態では、車速、要求駆動力Ｆｓｄ及び蓄電装置１７のＳＯＣに加えて路面摩擦係数（以下「路面μ」という。）によって前後輪４、１４の駆動力配分の範囲を定め、この範囲内で燃料消費量が最小となる駆動力配分を設定することで燃費効率を高めようとするものである。

ブロックＢ１１０では、車速、ＡＰＳ及び要求駆動力の関係を示したマップを参照して、車速とＡＰＳとに基づいて運転者が車両に求める要求駆動力Ｆｓｄを算出する。ここで、車速はＭＧコントローラ９によって算出された車輪速に基づいて算出され、ＡＰＳはＡＰＳセンサ１９によって検出される。

ブロックＢ１２０では、前輪速及び後輪速に基づいて路面μを推定する。路面μは、タイヤと路面との間の摩擦係数の勾配である路面μ勾配に基づいて推定される。また、タイヤのスリップ速度に対する制動トルクの勾配や駆動トルクの勾配に基づいて推定してもよい。また、前輪速はＭＧコントローラ９によって検出され、後輪速はＭＧコントローラ１６によって検出される。

ブロックＢ１３０では、車両の要求駆動力Ｆｓｄと路面μとに基づいて前後輪４、１４の駆動力配分の範囲を算出する。

前後輪４、１４の駆動力配分の範囲は図３のフローチャートに従って算出される。すなわち、要求駆動力Ｆｓｄと路面μとを読み込み（Ｓ１３１、Ｓ１３２）、路面μに前輪荷重を乗算することで、路面μの場合に前輪４で出力可能な駆動力の最大値（以下「前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘ」という。）を算出する（Ｓ１３３）。同様にして後輪１４についても後輪１４グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘを算出する（Ｓ１３４）。

前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘと後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘとの和が要求駆動力Ｆｓｄ以上であるか否かを判定して（Ｓ１３５）、要求駆動力Ｆｓｄ以上であれば前輪４及び後輪１４の駆動力配分の範囲を算出する（Ｓ１３６）。ここで、前輪４及び後輪１４の駆動力配分の範囲の上限値は前輪４及び後輪１４のそれぞれのグリップ限界駆動力であり、下限値は要求駆動力Ｆｓｄから他方のグリップ限界駆動力を減算して得られる駆動力である。また、前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘと後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘとの和が要求駆動力Ｆｓｄより小さければ前輪４及び後輪１４の駆動力をそれぞれのグリップ限界駆動力に設定する（Ｓ１３７）。

図２に戻ってブロックＢ１４０では、車速、要求駆動力Ｆｓｄ、前後輪４、１４の駆動力配分の範囲及び蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップを検索する。なお、詳細な検索方法については後述する。

ブロックＢ１５０では、蓄電装置１７のＳＯＣと目標充電効率との関係を示したテーブルを参照して、蓄電装置コントローラ１８によって検出された蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて目標充電効率を算出する。ここで、充電効率とは単位燃料消費量あたりの充電電力であり、充電効率が高いほど単位燃料消費量当たりの充電電力は大きくなる。なお、目標充電効率はＳＯＣが高いほど高効率となるように算出される。

ブロックＢ１６０では、燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップに基づいて目標充電効率を実現できる駆動力配分を算出する。目標充電効率は単位燃料消費量あたりの充電電力であるので、燃費向上のための前後輪１４の駆動力配分マップのデータと目標充電効率のデータとが一致する点における駆動力配分が目標充電効率を実現できる駆動力配分となる。

ブロックＢ１７０では、ブロックＢ２１０において算出された駆動力配分に基づいてＭＧ８、１５及びエンジン１のトルク指令値及びＭＧ８の回転速度指令値を算出する。

ＭＧ８、１５のトルク指令値ｔＴｓｍ８、ｔＴｓｍ１５は図４のブロック図に従って算出される。すなわち、ブロックＢ１６０において算出された駆動力配分に基づいてＭＧ８の駆動力を算出し（Ｂ１７１）、ファイナルギアのギア比Ｇ１及び変速機３の変速ギア比Ｇ２で除算してＭＧ８トルク指令値ｔＴｓｍ８を算出する（Ｂ１７２、Ｂ１７３）。また、ブロックＢ１６０において算出された駆動力配分に基づいてＭＧ１５の駆動力を算出し（Ｂ１７４）、ファイナルギアのギア比Ｇ３で除算してＭＧ１５トルク指令値ｔＴｓｍ１５を算出する（Ｂ１７５）。

また、エンジン１のトルク指令値ｔＴｅ及びＭＧ８の回転速度指令値ｔＮｓは図５のブロック図に従って算出される。すなわち、ブロックＢ１７１及びＢ１７４において算出された前輪４及び後輪１４のＭＧ駆動力の和を発生させるのに必要な目標発電電力ｔＰｇｅｎを算出し（Ｂ１７６）、発電電力と燃費が最良となるエンジン１の回転速度との関係を示したテーブルを参照して、目標発電電力ｔＰｇｅｎに基づいて燃費が最良となるエンジン１の回転速度を算出し（Ｂ１７７）、この回転速度をＭＧ８回転速度指令値ｔＮｓとする。ここで、ＭＧ８回転速度指令値ｔＮｓはＭＧコントローラ９に送信され、エンジン１及びＭＧ８の回転速度がＭＧ８回転速度指令値ｔＮｓで等しくなるようにＭＧ８の回転速度が制御される。この回転速度制御では、ＭＧトルク指令値ｔＴｓｍ８がＭＧ８回転速度指令値ｔＮｓと実回転速度との偏差に応じた値となるようにＭＧトルク指令値ｔＴｓｍ８をベクトル制御する。

また、ＭＧ８回転速度指令値ｔＮｓを前輪速及び前輪ファイナルギア１１のギア比Ｇ１で除算して変速比指令値Ｒを算出する（Ｂ１７８、Ｂ１７９）。さらに、目標発電電力ｔＰｇｅｎを発電するのに必要な目標エンジン出力ｔＰｅｎｇを算出し（Ｂ１８０）、目標エンジン出力ｔＰｅｎｇを実エンジン回転速度で除算した値と（Ｂ１８１）、ブロックＢ１６０において算出された駆動力配分に基づいて算出したエンジン駆動力に前輪４のタイヤ半径を乗算した値と（Ｂ１８２、Ｂ１８３）、を加算することでエンジントルク指令値ｔＴｅを算出する（Ｂ１８４）。

次に、図２のブロックＢ１４０において燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップを抽出する方法について図６のブロック図を参照しながら詳細に説明する。図６は、燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップを検索する制御を示したブロック図である。

ブロックＢ１４１では、ブロックＢ１１０において算出した要求駆動力Ｆｓｄにタイヤ半径を乗算して要求駆動トルクｔＴを算出する。

ブロックＢ１４２では、要求駆動トルクｔＴに車輪の回転速度を乗算して要求駆動パワーｔＰを算出する。

ブロックＢ１４３では、要求駆動パワーｔＰ及び車速に基づいて燃料消費量、蓄電装置１７の充放電電力及び前後輪４、１４の駆動力配分の関係を示したマップを検索する。本ステップでは、燃料消費量、蓄電装置１７の充放電電力及び前後輪１４の駆動力配分の関係を示したマップが車速及び要求駆動パワーｔＰに対応するように複数用意されており、Ｂ１４２において算出された要求駆動パワーｔＰ及び車速に基づいてマップを検索する。ここで、各マップには燃料消費量と蓄電装置１７の充放電電力との関係を示すデータが前後輪４、１４への駆動力配分比率ごとに複数用意されている。すなわち、ある充放電電力のときの燃料消費量は駆動力配分比率によって変化し、またこの関係は車速及び要求駆動パワーｔＰによっても変化する。

ブロックＢ１４４では、蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて、ＳＯＣと充放電電力との関係を示したテーブルを参照して蓄電装置１７の入出力可能電力を算出する。本ステップで用いるテーブルでは、蓄電装置１７のＳＯＣが高いほど充電電力は低下し、放電電力は上昇する。

ブロックＢ１４５では、ブロックＢ１４３において抽出したマップからブロックＢ１３０において算出された駆動力配分範囲に含まれる駆動力配分だけを抽出する。すなわち、前輪４及び後輪１４の少なくとも一方において配分駆動力がグリップ限界駆動力を超えるような配分データは取り除かれる。

ブロックＢ１４６では、ブロックＢ１４５において抽出されたマップからブロックＢ１４４において算出された入出力可能電力の範囲内に含まれる駆動力配分データを抽出する。ここで、出力可能電力を超える放電電力を必要とする駆動力がＭＧ８に配分されるとＭＧ８は所望の駆動力を発生させることができず運転性が悪化する。また、入力可能電力を超える充電電力が発生するような回転速度までエンジン１を回転させると、ＭＧ８がエンジン１の回転エネルギーを効率よく回収することができなくなって燃費が悪化する。よって、駆動力配分データを入出力可能電力の範囲内で抽出する。

ブロックＢ１４７では、ブロックＢ１４６において抽出されたマップの中で蓄電装置１７の充放電電力に対する燃料消費量が最小になる駆動力配分を抽出することで、燃費向上前後駆動力配分マップが抽出される。当該燃費向上前後駆動力配分マップの中で、ＳＯＣに応じた運転点を選択する。

次に本実施形態の作用について説明する。前後輪４、１４の駆動力配分は、前後輪４、１４の駆動力の和が要求駆動力Ｆｓｄとなるように設定されるが、前輪４または後輪１４にそれぞれのグリップ限界駆動力を超える駆動力が配分されると、車輪に過回転スリップが生じて車両全体としての駆動力は要求駆動力Ｆｓｄより小さくなり、また過回転スリップを生じた車輪への配分駆動力の一部は無駄となる。さらに、蓄電装置１７の充放電電力はＳＯＣによって変化するので、ＳＯＣが低いときには設定された前後輪４、１４の配分駆動力を発生させることができなくなり、またＳＯＣが高いときにはＭＧ８、１５の発電電力を十分に蓄電することができなくなるおそれがある。

そこで、路面μを推定して前輪４及び後輪１４で出力可能な駆動力の範囲に基づいて駆動力配分の範囲を算出するとともに、蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて入出力可能電力を算出する。さらに、蓄電装置１７の充放電電力に対するエンジン１の燃料消費量のデータを駆動力配分ごとに予め複数求めておき、前輪４及び後輪１４で出力可能な駆動力配分の範囲内であって、かつ入力可能電力及び出力可能電力の範囲内となる駆動力配分データの中から燃料消費量が最小となって目標充電効率を実現できる駆動力配分を算出する。これにより、ＭＧ８、１５は常に所望の駆動力を路面に伝達することができるとともに、蓄電装置１７の力行及び回生も効率よく行われる。

以上のように本実施形態では、蓄電装置１７の充電電力及び放電電力に対する燃料消費量を前輪４及び後輪１４への駆動力配分比率ごとに表すマップを求めておき、このマップ中の燃料消費量のうち前輪４への配分駆動力が前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘ以下及び後輪１４への配分駆動力が後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘ以下となる駆動力配分比率に対応する燃料消費量を抽出する。さらに、この燃料消費量のうち蓄電装置１７の各充電電力及び放電電力に対する燃料消費量が最小となる駆動力配分比率を抽出することで、前輪４及び後輪１４への配分駆動力を決定する。

これにより、前輪４及び後輪１４の過回転スリップの発生を防止しながら要求駆動力Ｆｓｄを可能な限り実現し、発電装置１７の消費する燃料量に対して効率的に蓄電装置１７の充電量を増加させるとともに、蓄電装置１７の蓄電状態に応じた目標充電効率を実現することができる。よって、前輪４及び後輪１４の所望の駆動力配分を実現しながら燃料消費量を低減することができるので、走行性及び燃費を向上させることができる。

また前輪４及び後輪１４への駆動力配分は、蓄電装置１７の充放電電力が蓄電装置１７の蓄電状態に基づいて算出した最大入力電力及び最大出力電力の範囲内となるように算出されるので、蓄電装置１７への充電が過充電となることがなく、また蓄電装置１７からの放電が過放電となることがないので、回生エネルギーを無駄なく回収できるとともに、所望の駆動力配分を確実に実現できる。よって、燃費及び運転性を向上させることができる。

さらに、前輪及び後輪のグリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘ、Ｆｒｍａｘは前輪及び後輪の車輪速に基づいて推定された路面μに基づいて算出されるので、路面状況の変化に応じてより精度良く算出することができ、要求駆動力Ｆｓｄをさらに確実に実現することができる。

（第２実施形態）
本実施形態ではシステム構成は第１実施形態と同様であり、その制御方法が異なる。以下、本実施形態における車両駆動システムの制御について説明する。なお、第１実施形態と同一の制御についてはその説明を適宜省略する。

本実施形態における統合コントローラ７で行う制御について図７を参照しながら説明する。図７は本実施形態における車両駆動システムの制御を示したブロック図である。本実施形態では第１実施形態に加えてＭＧ８、１５の出力制限を考慮している。つまり図８のマップに示すように、通常のＭＧはその運転状態に応じて出力可能な出力が変化する。本実施形態は、特に温度変化によってＭＧの出力が制限される場合であっても、第１実施形態と同様の効果を得ようとするものである。

ブロックＢ１１０ａ、Ｂ１２０ａについては第１実施形態と同一であるので省略する。

ブロックＢ１２１ａでは、現在のＭＧ１５が出力可能な出力である出力制限値Ｐｍａｘｍｇ１５を演算する。出力制限値Ｐｍａｘｍｇ１５は、図８のマップを参照してＭＧ１５の冷却水温度に応じて演算される。

ブロックＢ１３０ａでは、車両の要求駆動力Ｆｓｄと路面μと、ＭＧ１５の出力制限値Ｐｍａｘｍｇ１５に基づいて前後輪４、１４の駆動力配分の範囲を算出する。前後輪４、１４の駆動力配分の範囲は図９のフローチャートに従って算出される。

すなわち、要求駆動力Ｆｓｄと路面μと出力制限値Ｐｍａｘｍｇ１５を読み込み（Ｓ１３１ａ、Ｓ１３２ａ、Ｓ１３３ａ）、路面μに前輪荷重を乗算することで、路面μの場合に前輪４で出力可能な駆動力の最大値、すなわち前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘを算出する（Ｓ１３４ａ）。同様にして後輪１４についても後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘを算出する（Ｓ１３５ａ）。

ここで、後輪グリップ限界駆動力ＦｒｍａｘはＭＧ１５の出力制限を考慮せずに演算した値であるので、ＭＧ１５の出力制限値Ｐｍａｘｍｇ１５を後輪速で除算し、さらに後輪１４のタイヤ半径で除算することでＭＧ１５の温度に応じた後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｒｅｓｔを演算する。さらに、後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘと後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｒｅｓｔとをセレクトローして得られる値を後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘとする。

前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘと後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘとの和が要求駆動力Ｆｓｄ以上であるか否かを判定して（Ｓ１３６ａ）、要求駆動力Ｆｓｄ以上であれば前輪４及び後輪１４の駆動力配分の範囲を算出する（Ｓ１３７ａ）。ここで、前輪４及び後輪１４の駆動力配分の範囲の上限値は前輪４及び後輪１４のそれぞれのグリップ限界駆動力であり、下限値は要求駆動力Ｆｓｄから他方のグリップ限界駆動力を減算して得られる駆動力である。また、前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘと後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘとの和が要求駆動力Ｆｓｄより小さければ前輪４及び後輪１４の駆動力をそれぞれのグリップ限界駆動力に設定する（Ｓ１３８ａ）。

図７に戻ってブロックＢ１４０ａでは、第１実施形態と同様にして駆動力配分マップを検索する。

ブロックＢ１５０ａでは、第１実施形態と同様に目標充電効率を設定する。

ブロックＢ１５０ｂでは、ブロックＢ１２１ａと同様にＭＧ８の出力制限値Ｐｍａｘｍｇ８を演算する。

ブロックＢ１５０ｃでは、ブロックＢ１４０ａで演算した駆動力配分に対して、ＭＧ８の燃料消費量制限値を算出する。燃料消費量制限値はＭＧ８の出力とエンジン１の燃料消費量との関係に基づいて算出され、詳細な算出方法については後述する。

ブロックＢ１６０ａでは、燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップ及び燃料消費量制限値の範囲の中から、目標充電効率を実現できる駆動力配分を算出する。目標充電効率は単位燃料消費量あたりの充電電力であるので、燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップのデータと目標充電効率のデータとが一致する点における駆動力配分が目標充電効率を実現できる駆動力配分となる。

ブロックＢ１７０ａについては第１実施形態と同様であるので省略する。

次に、ブロックＢ１５０ｃにおける燃料消費量制限値の算出方法、及びブロックＢ１６０ａにおける駆動力配分の算出方法について、図１０のブロック図を参照して説明する。なお、Ｂ１４７に関しては第１実施形態と同様であるので省略する。

ブロックＢ１５０ｃでは、エンジン１の燃料消費量とＭＧ８の出力（正は放電時の出力、負は発電時の出力）との関係を示すテーブルを参照することで、ブロックＢ１５０ｂにおいて算出したＭＧ８の出力制限値Ｐｍａｘｍｇ８の範囲内における燃料消費量の上限値及び下限値を算出する。

ここで、本実施形態における車両駆動システムは、前輪４で出力する駆動力をエンジン１とＭＧ８とで分担して出力する。ＭＧ８の出力を出力制限値にした場合、ＭＧ８の出力分担が最も大きくなり、エンジン１の出力分担が最も小さくなるので、エンジン１の燃料消費量は下限値（図１０のＡ）となる。また、ＭＧ８で発電を行う場合、前輪４で出力する駆動力を全てエンジン１で出力し、さらにＭＧ８で発電を行うために必要な駆動力もエンジン１から供給することとなる。よって、ＭＧ８の出力を出力制限値にした場合にエンジンの燃料消費量は上限値（図１０のＢ）となる。このエンジン燃料消費量の上限値、下限値をそれぞれ燃料消費量上限値及び燃料消費量下限値として設定する。

ブロックＢ１６１ａでは、ブロックＢ１４７において検索された、燃費向上前後駆動力配分マップから、Ｂ１５０ｃで演算した燃料消費量上限値及び下限値の範囲内に含まれる配分データを算出する。

ブロックＢ１６２ａでは、ブロック１６１ａで検索した配分データの中から、目標充電効率を実現する駆動力配分を演算する。駆動力配分は、ＳＯＣが最も低下して充電を必要とする場合は運転点がＣとなり、ＳＯＣが高いときは運転点がＤとなるように演算される。

以上のように本実施形態では、第１実施形態に加えて、前輪及び後輪のＭＧ８、１５の出力可能範囲において、駆動力の配分及び運転点が算出されるので、ＭＧ８、１５の温度変化によっても、実現不可能な運転点を選択することがなく、より確実に第１実施形態の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態ではシステム構成は第１実施形態と同様であり、その制御方法が異なる。以下、本実施形態における車両駆動システムの制御について説明する。なお、第１実施形態と同一の制御についてはその説明を適宜省略する。

図１１は本実施形態における車両駆動システムの制御を示すブロック図である。本実施形態では、車速と要求駆動力Ｆｓｄとに基づいて検索されるマップのデータを燃料消費量が最小となる駆動力配分データのみとし、このマップを要求駆動力Ｆｓｄに基づいて補正することで駆動力配分を適切に制御し、第１実施形態に比べて演算負荷を減少させながら同様の効果を得ようとするものである。

ブロックＢ２１０において要求駆動力Ｆｓｄを算出する制御はブロックＢ１１０と同一であり、ブロックＢ２２０において路面μを推定する制御はブロックＢ１２０と同一である。

ブロックＢ２３０では、路面μに基づいて前後輪４、１４のグリップ限界駆動力を算出する。前輪４のグリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘは路面μに前輪荷重を、後輪１４のグリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘは路面μに後輪荷重をそれぞれ乗算して算出する。

ブロックＢ２４０では、車速、要求駆動力Ｆｓｄ及び前輪４のグリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘに基づいて燃料消費量が最小になる駆動力配分のマップを検索する。

燃料消費量が最小になる駆動力配分のマップは図１２のブロック図に従って検索される。すなわち、ブロックＢ２１０において算出される要求駆動力ＦｓｄとブロックＢ２３０において算出される前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｇｒｉｐとのうち小さい方を選択し（Ｂ２４１）、これを前輪４に配分できる最大の駆動力である前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘとする。車速と前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘとに基づいて燃料消費量、蓄電装置１７の充放電電力及び燃料消費量が最小となる前後輪４、１４の駆動力配分の関係を示したマップを検索する（Ｂ２４２）。本ステップでは、燃料消費量、蓄電装置１７の充放電電力及び燃料消費量が最小となる前後輪４、１４の駆動力配分の関係を示したマップが車速及び駆動力に対応するように複数用意されており、ブロックＢ２４１において算出された前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘ及び車速に基づいてマップを検索する。

図１１に戻ってブロックＢ２５０では、要求駆動力Ｆｓｄ、前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘ、後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘ、車速及び燃料最小駆動力配分マップに基づいて燃料消費量が最小になる駆動力配分のマップを補正する。なお、詳細な補正方法については後述する。

ブロックＢ２６０において蓄電装置１７のＳＯＣを読み込んで目標充電効率を算出する制御はそれぞれブロックＢ１５０と同一である。

ブロックＢ２７０では、補正された燃料最小駆動力配分マップ、蓄電装置１７のＳＯＣ及び目標充電効率に基づいて駆動力配分を算出する。詳細な算出方法については後述する。

ブロックＢ２８０においてＭＧ８及びエンジン１のトルク指令値または回転速度指令値を算出する制御はブロックＢ１７０と同一である。

次にブロックＢ２５０において燃料消費量が最小になる駆動力配分のマップを補正する方法について図１３を参照しながら詳細に説明する。図１３は、燃料最小駆動力配分マップを補正する制御を示したブロック図である。

ブロックＢ２５１では、ブロックＢ２１０において算出した要求駆動力ＦｓｄとブロックＢ２４１において算出した前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘとが等しいか否かを判定する。

ブロックＢ２５２では、要求駆動力Ｆｓｄから前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘを減算する。

ブロックＢ２５３では、ブロックＢ２５２において算出された値とブロックＢ２３０において算出された後輪グリップ限界駆動力Ｆｆｇｒｉｐとのうち小さい方を選択する。

ブロックＢ２５４では、ブロックＢ２５１において要求駆動力Ｆｓｄと前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘとが等しいと判定されたときはゼロを選択し、等しいと判定されなかったときはブロックＢ２５３において得られた値を選択し、選択された値を後輪駆動力補正量Ｆαとする。

ブロックＢ２５５では、ブロックＢ２４２において検索されたマップの後輪側の駆動力配分に後輪駆動力補正量Ｆαを加算する。

ブロックＢ２５６では、後輪駆動力補正量Ｆα及び車速に基づいて、車速、駆動力及び後輪１４で出力する電力の関係を示したマップを参照して後輪１４で出力する電力の補正量である補正電力Ｐαを算出する。

ブロックＢ２５７では、ブロックＢ２５５において後輪側の駆動力配分を補正したマップの蓄電装置充放電電力を補正電力Ｐαだけ補正する。

次に図１１のブロックＢ２７０において駆動力配分を算出する方法について図１４を参照しながら詳細に説明する。図１４は、駆動力配分を算出する制御を示したブロック図である。

ブロックＢ２８１では、蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて、ＳＯＣと充放電電力との関係を示したテーブルを参照して蓄電装置１７の入出力可能電力を算出する。

ブロックＢ２８２では、ブロックＢ２５７において補正した燃料最小駆動力配分マップと入出力可能電力とに基づいて、入出力可能電力の範囲内の駆動力配分データを抽出する。

ブロックＢ２８３では、ブロックＢ２８２において抽出したデータとブロックＢ２６０において算出した目標充電効率とに基づいて、目標充電効率を実現できる駆動力配分を算出する。目標充電効率は単位燃料消費量あたりの充電電力であるので、燃費向上のための前後輪４、１４の駆動力配分マップのデータと目標充電効率のデータとが一致する点における駆動力配分が目標充電効率を実現できる駆動力配分となる。

次に本実施形態の作用について説明する。本実施形態では、路面μを推定して前輪４及び後輪１４で出力可能なグリップ限界駆動力を算出するとともに、蓄電装置１７のＳＯＣに基づいて入出力可能電力を算出する。蓄電装置１７の充放電電力に対するエンジン１の燃料消費量のデータは燃料消費量が最小となるデータのみを求めておき、前輪４のグリップ限界駆動力に基づいて後輪１４への駆動力配分を補正し、入力可能電力と出力可能電力との範囲内にある駆動力配分データの中から目標充電効率を実現する駆動力配分に設定される。これにより、第１実施形態よりも演算負荷を低減しながら、ＭＧ８は常に所望の駆動力を路面に伝達することができるとともに、蓄電装置１７の力行及び回生も効率よく行われる。

また、前輪は変速機を備えているので変速比を制御することでエンジン１とＭＧ８とを効率の良い動作点に制御することができるが、後輪は動作点を制御できない。よって、本実施形態のように前輪４への駆動力配分を過回転スリップが生じない範囲で大きく設定し、効率の良い動作点を制御することで燃料消費量を低減できる。

以上のように本実施形態では、要求駆動力Ｆｓｄ及び前輪グリップ限界駆動力Ｆｆｍａｘに基づいて前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘを算出し、車速及び前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘに基づいて蓄電装置１７の充電電力及び放電電力に対する燃料消費量が最小となる前輪４及び後輪１４への駆動力配分を算出する。さらに、要求駆動力Ｆｓｄから前輪配分最大駆動力Ｆｍａｘを減算して算出した後輪駆動力補正量Ｆαを後輪１４への駆動力配分に加算することで、前輪４及び後輪１４への駆動力配分を補正し、この駆動力配分を前輪４及び後輪１４への駆動力配分とする。

これにより、蓄電装置１７の充電電力及び放電電力に対する燃料消費量を前輪４及び後輪１４への駆動力配分比率ごとに表すマップを求める必要がなく、マップのデータ数を削減することができるので、第１実施形態の効果に加えて演算負荷を低減することができる。

さらに、後輪１４への駆動力配分は後輪グリップ限界駆動力Ｆｒｍａｘを超えない値に補正されるので、過回転スリップの発生を防止しながら可能な限り要求駆動力Ｆｓｄを実現することができる。よって、運転性を向上させることができる。

さらにまた、後輪駆動力補正量Ｆαを発生させるのに必要な蓄電装置１７の補正電力Ｐαを後輪１４への駆動力配分を補正したマップに加算し、このマップに基づいて燃料消費量が最小となる前輪４及び後輪１４への駆動力配分を算出する。これにより、後輪１４への駆動力配分を補正した後の蓄電装置１７の充放電電力を精度良く算出することができ、より適切な前輪４及び後輪１４への駆動力配分を算出することができる。よって、車両の運転性及び燃費をさらに向上させることができる。

（第４実施形態）
図１５は、本実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。本実施形態は燃料電池３０を有するシリーズハイブリッド車両に本発明を適用した場合であり、第１〜第３実施形態において発電のための駆動力を発生させていたエンジン１の代わりに蓄電装置１７に直接電力を供給する燃料電池３０を備え、さらにエンジン１を制御するエンジンコントローラ６の代わりに燃料電池３０を制御する燃料電池コントローラ３１を備えている。燃料電池３０は、統合コントローラ７から出力される発電電力指令値に基づいて燃料電池コントローラ３１によって発電量を制御される。その他の構成は図１に示す本実施形態の構成と同様である。以上により本実施形態では第１〜第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図１６は、本実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。本実施形態はシリーズハイブリッド車両に本発明を適用した場合であり、第３実施形態において蓄電装置１７に直接電力を供給する燃料電池３０の代わりに発電機４０と発電機４０を駆動するエンジン１とを備え、さらに燃料電池３０を制御する燃料電池コントローラ３１の代わりに発電機４０を制御する発電機コントローラ４１及びエンジン１を制御するエンジンコントローラ６を備えている。発電機４０は統合コントローラ７から出力される回転速度指令値に基づいて発電機コントローラ４１によって回転速度を制御される。また、エンジン１は統合コントローラ７から出力されるエンジントルク指令値に基づいてエンジンコントローラ６によってスロットル開度を制御される。その他の構成は図１に示す本実施形態の構成と同様である。以上により本実施形態では第１〜第４実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、前輪４及び後輪１４のＭＧ駆動力からそれぞれＭＧ８トルク指令値及びＭＧ１５トルク指令値を算出する際に、ＭＧ８、１５の駆動力損失を考慮するようにしてもよい。これにより、前輪４及び後輪１４への駆動力配分を実現するために必要な電力をさらに精度良く過不足なく算出することができるので、要求駆動力Ｆｓｄをより確実に実現しながら燃料消費量を低減することができる。よって、車両の運転性及び燃費を向上させることができる。

第１実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。第１実施形態における車両駆動システムの制御を示すブロック図である。駆動力配分の範囲を算出する制御を示したフローチャートである。ＭＧトルク指令値を算出する制御を示したフローチャートである。エンジントルク指令値及びＭＧ８回転速度指令値を算出する制御を示したフローチャートである。燃費向上のための前後輪の駆動力配分マップを抽出する制御を示したブロック図である。第２実施形態における車両駆動システムの制御を示すブロック図である。ＭＧの温度特性を示す図である。駆動力配分の範囲を算出する制御を示したフローチャートである。出力制限範囲内で燃費向上のための前後輪の駆動力配分マップを抽出する制御を示したブロック図である。第３実施形態における車両駆動システムの制御を示すブロック図である。燃料最小駆動力配分マップを検索する制御を示したブロック図である。燃料最小駆動力配分マップを補正する制御を示したブロック図である。駆動力配分を算出する制御を示したブロック図である。第４実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。第５実施形態における車両駆動システムを示すシステム構成図である。

符号の説明

１エンジン
２クラッチ
３変速機
４前輪
５前輪駆動軸
６エンジンコントローラ
７統合コントローラ
８ＭＧ（モータジェネレータ）
９ＭＧコントローラ
１０駆動軸
１１前輪ファイナルギア
１２後輪ファイナルギア
１３後輪駆動軸
１４後輪
１５ＭＧ（モータジェネレータ）
１６ＭＧコントローラ
１７蓄電装置
１８蓄電装置コントローラ
１９アクセル操作量（ＡＰＳ）センサ
３０燃料電池
３１燃料電池コントローラ
４０発電機
４１発電機コントローラ

Claims

前輪に駆動力を与える前輪用モータと、
後輪に駆動力を与える後輪用モータと、
前記前輪用モータ及び後輪用モータに電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置に蓄える電力を発電する発電装置と、
運転者の要求駆動力を算出する手段と、
前記前輪で過回転スリップを生じることのない前記前輪の最大駆動力を前輪限界駆動力に設定し、前記後輪で過回転スリップを生じることのない前記後輪の最大駆動力を後輪限界駆動力に設定する手段と、
前記要求駆動力及び前記前輪限界駆動力に基づいて前記前輪に配分できる最大駆動力を算出する手段と、
車速及び前記前輪配分最大駆動力に基づいて、前記蓄電装置の各充電電力及び放電電力を発生させるのに必要な燃料消費量が最小となる前記前輪及び後輪への駆動力配分を算出する燃料最小駆動力配分算出手段と、
前記要求駆動力から前記前輪配分最大駆動力を減算した値を後輪駆動力補正量とし、前記後輪駆動力補正量を前記燃料最小駆動力配分算出手段によって算出された前記後輪への駆動力配分に加算することで、前記前輪及び後輪への駆動力配分を補正する駆動力配分補正手段と、
前記蓄電装置の蓄電状態に基づいて前記蓄電装置の目標充電効率を算出する手段と、
前記駆動力配分補正手段によって補正された駆動力配分の中から前記目標充電効率を実現する駆動力配分を算出する手段と、
前記目標充電効率を実現する駆動力配分に基づいて前記前輪用モータ、前記後輪用モータ及び前記発電装置への出力指令値を算出する手段と、
前記各出力指令値に基づいて前記前輪用モータ、前記後輪用モータ及び前記発電装置の出力を制御する手段と、
を備えることを特徴とする車両駆動システム。
前記駆動力配分補正手段は、前記後輪の駆動力配分を前記後輪限界駆動力以下の値に補正することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム。
車速及び前記後輪駆動力補正量に基づいて前記後輪駆動力補正量を発生させるのに必要な前記蓄電装置の放電電力を算出する手段をさらに備え、
前記燃料最小駆動力配分算出手段は、前記放電電力に基づいて補正した前記蓄電装置の各充電電力及び放電電力を発生させるのに必要な燃料消費量が前記前輪及び後輪への駆動力配分の中で最小となる駆動力配分を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
前記前輪及び後輪の回転速度に基づいて路面摩擦係数を推定する手段をさらに備え、
前記前輪限界駆動力及び前記後輪限界駆動力は前記路面摩擦係数に基づいて算出されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
前記前輪または後輪に駆動力を与えるエンジンを備え、
前記前輪は前記前輪用モータ及び前記エンジンのうち少なくとも一方の駆動力によって駆動される、または前記後輪は前記後輪用モータ及び前記エンジンのうち少なくとも一方の駆動力によって駆動されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
前記発電装置はエンジンと前記エンジンの駆動力によって回転する発電機とによって構成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
前記発電装置は燃料電池によって構成されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。