JP5822946B2 - 車両駆動装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態にかかる車両駆動装置が搭載された車両の構成を示す概要図である。車両100は、左右の前車輪FL,FRと、左右の後車輪RL,RRを有する4輪駆動車である。これら四つの各車輪FL,FR,RL,RRのハブには、それぞれインホイール型のモータユニットM1〜M4が設けられ、独立に駆動される。
図2は、実施の形態にかかる車両駆動装置の構成を示すブロック図である。車両駆動装置200は、モータへ電源を供給してモータを駆動する。また、車両100の走行状態等により、第1バッテリ111と第2バッテリ212a間での電力伝送を制御する。
図5は、バッテリ間の電力伝送の概要を示す図である。4輪駆動の場合、四つのモータユニットM1〜M4を有し、第1バッテリ111は、これら四つのモータユニットM1〜M4のモータMを駆動する比較的大きな容量を有するものを用いる。一方、モータユニットM1(およびM2〜M4)にそれぞれ設ける第2バッテリ212aは、単一のモータMを駆動すればよく、比較的小容量のものを用いることができ、重量を軽量化できる。
1.正方向への電力伝送は、力行制御時に行う。力行制御は、たとえば、アクセルペダル103の踏み込みを検出したときに行う。
2.逆方向への電力伝送は、回生制御時に行う。回生制御は、たとえば、ブレーキペダル104の踏み込みを検出したときに行う。
図6は、電力伝送にかかる全体の制御内容を示すフローチャートである。コントローラ101が行う電力伝送とトルク制御の処理について示している。はじめに、コントローラ101は、モータユニットM1〜M4のセンサにより、現在の走行速度を検出する。また、アクセルペダル103とブレーキペダル104の踏み込みを検出する(ステップS701)。
1.アクセルペダル103の踏み込みを検出したときには、力行制御と特定する。
2.ブレーキペダル104の踏み込みを検出したときには、回生制御と特定する。このほか、
3.アクセルペダル103およびブレーキペダル104の踏み込みを検出せず、かつ、車両100の速度が遅い場合には、力行制御と特定する。この場合、後述する擬似クリープトルクの制御を行う。
4.アクセルペダル103およびブレーキペダル104の踏み込みを検出せず、かつ、車両100の速度が速い場合には、回生制御と特定する。この場合、後述する擬似エンジンブレーキの制御を行う。
5.アクセルペダル103およびブレーキペダル104の踏み込みを検出せず、かつ、車両100の速度が中程度(速くなく、また遅くない速度)の場合には、制御なし(惰行運転)と特定する。
図7は、力行トルク制御の制御内容を示すフローチャートである。図6のステップS704に示した力行トルク制御の詳細な制御内容を示している。はじめに、コントローラ101は、モータユニットM1〜M4にそれぞれ設けられる第2バッテリ212(212a〜212d:ただし212b〜212dはモータユニットM2〜M4の第2バッテリを指し不図示)の各値を検出する(ステップS801)。
使用可能な容量RL1〜RL4=現在値B1〜B4−充電下限値BL
により算出する。
図8は、回生トルク制御の制御内容を示すフローチャートである。図6のステップS705に示した回生トルク制御の詳細な制御内容を示している。回生時には、モータMが電力を発生する。はじめに、コントローラ101は、モータユニットM1〜M4にそれぞれ設けられる第2バッテリ212(212a〜212d)の各値を検出する(ステップS901)。第2バッテリ212の充電上限値はBUとし、現在値(残量)はB1〜B4とし、現在の電圧はV1〜V4とする。
回生可能な容量RU1〜RU4=充電上限値BU−現在値B1〜B4
により算出する。
つぎに、上述した無線による電力伝送の制御手順について説明する。図9は、実施の形態にかかる無線による電力伝送の制御手順の一例を示すフローチャートである。図9の説明では、モータユニットM1に設けられる第2バッテリ212aに対する電力伝送を例に説明するが、他のモータユニットM2〜M4に設けられる第2バッテリ212b〜212dについても同様の処理を行えばよい。
電力伝送可能な上限値Cmax=電源ラインL1の最大電流Amax×現在の電圧V1
伝送したい電力D=BS−B1
図10は、力行時のトルク指令値を示す図表である。アクセルペダル103の踏み込み量(横軸)に対する力行トルク指令値(縦軸)の関係を示している。コントローラ101のトルク制御部222は、図示のように、これらアクセルペダル103の踏み込み量と、力行時の全トルク指令値とは、比例する直線関係で制御するのではなく、アクセルペダル103の踏み込み量に対してはじめはなだらかに変化する曲線を有して力行トルク指令値を出力する。また、車両100の前進時に比べて後退時の力行トルク指令値は、さらになだらかとなるよう設定している。
図11は、回生時のトルク指令値を示す図表である。ブレーキペダル104の踏み込み量(横軸)に対する回生トルク指令値(縦軸)の関係を示している。コントローラ101は、図示のように、ブレーキペダル104の踏み込み量に対し、回生トルク指令値は、ほぼ直線関係となるよう制御している。また、車両の前進時に比べて後退時の回生トルク指令値は、なだらかに変化するよう設定している。
図12は、ペダルを離したときのトルク指令値を示す図表である。コントローラ101は、アクセルペダル103もブレーキペダル104も踏まれない場合、図示のように、車速に応じてトルク指令値を変えている。
つぎに、モータ効率マップを用いたモータMの消費電力(回生電力)推定について説明する。図13は、モータ効率マップを示す図表である。効率マップ1400は、モータMの回転速度−トルク特性を示すものであり、横軸は回転速度、縦軸はトルクである。コントローラ101の記憶部には、図示の4象限の効率マップ1400を予め格納しておく。
1.正転力行:前進中にアクセルペダルを踏んでいる状態
2.逆転力行:後退中にアクセルペダルを踏んでいる状態
3.逆転回生:後退中にブレーキペダルを踏んでいる状態
4.正転回生:前進中にブレーキペダルを踏んでいる状態
である。
・力行時
効率η=(T・ω)/(V・I)
・回生時
効率η=(V・I)/(T・ω)
(V,Iは、モータMの電圧と電流、あるいはインバータ203の電圧と電流)
・モータMに流れる電流Iからトルク値を検出
・レゾルバ等の回転位置センサにより車輪の回転速度を検出
・第2バッテリ212aとインバータ203a間に設けた電流センサおよび電圧センサにより電流と電圧を検出し、電力を算出
コントローラ101は、上記の検出および算出によって、車両100の走行時に、記憶部に格納した効率マップ1400を随時更新していくことができる。
つぎに、各車輪のモータMに対するトルク配分値の再配分例について説明する。図14は、バッテリ残量が少なくなったときのトルクの再配分例を説明する図である。コントローラ101に対し、たとえば、アクセルペダル103の踏み込みにより、全トルク指令値が100[Nm]として入力された場合を例に説明する。
協調ブレーキとは、モータMによる回生ブレーキと、油圧制御による機械式ブレーキとを組み合わせて、必要な制動力を生成するブレーキである。回生ブレーキと機械式ブレーキの組み合わせについては、各種方法がある。
図16は、車輪および電力伝送アンテナの構造例を示す図である。図16の(a)は斜視図、(b)は前面図、(c)は上面図である。車輪1700は、ホイール1701にタイヤ1702が装着されてなる。ホイール1701内部には、モータ(インホイールモータ)Mが設けられ、このモータMは、中心に設けられ車軸1710に固定されたステータ1711と、ステータ1711の外周に環状に設けられ、駆動時にホイール1701を回転させるロータ1712とからなる。
つぎに、電力伝送アンテナ122,123の伝送効率の変化について説明する。図20は、電力伝送アンテナを構成するコイル間距離と伝送効率との関係を示す図表である。横軸は、コイル間距離、縦軸は伝送効率である。コイルの位置が動く場合は、コイル同士の接触を回避するために、所定の距離を隔てた位置で電力伝送効率が高くなるように設計される。したがって、一般的には図示のように、一対の電力伝送アンテナ122,123の距離(コイル間距離)は、近すぎても遠くても伝送効率が低下する。この例では、30cmの距離が最も伝送効率が良い。また、図示のように、最も伝送効率が良いコイル間距離の付近では、多少コイル間距離が変化しても伝送効率は大幅に低下することはない。一対の電力伝送アンテナ122,123の距離は、この効率が良い伝送距離の長さで設ける。そして、上述したストローク時においては、多少コイル間距離が変化するが、伝送効率は大幅に低下することはない。
図23は、無線による電力伝送の制御の概要を説明するための図表である。図23には、図22と同様のコイル間相対角度と伝送効率との関係を示してある。そして、コントローラ101の記憶部には、図23に示す効率の特性データと、2つの効率値の判断基準を設定しておく。コントローラ101は、この効率の特性を読み出して、コイル間角度、バッテリ残量、走行ルート情報に応じて、無線電力伝送の実施の有無を判断する。
1.伝送効率が80%以上に対応するコイル間相対角度が角度θ1以下の場合、無線による電力伝送を実施する。
以下の処理は、上述した無線による電力伝送の制御手順(図9)に代わって実施することになる。図24は、コイル間相対角度による電力伝送の制御手順の一例を示すフローチャート、図25は、第2バッテリの各種パラメータを示す図である。以下の処理では、一対の2つのコイル間の相対角度が小さく電力の伝送効率が良い状態を、ハンドル(ステアリング)102の角度に基づき検出する。そして、ハンドル102の角度から算出したコイル間相対角度が所定角度未満の場合に、前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行う。
車両100が信号等で停車したり、駐車したときを無線による電力伝送を実施の機会とすることができる。図26は、停車時等の無線による電力伝送制御の制御手順の一例を示すフローチャートである。
101 コントローラ
102 ハンドル
103 アクセルペダル
104 ブレーキペダル
105 シフトブレーキ
106 セレクタ
111 第1バッテリ
121(121a) 第1変換器(DC−AC変換部)
122(122a),123(123a) 電力伝送アンテナ
201(201a) 第2変換器(AC−DC変換部)
202a 双方向チョッパ
203a インバータ
212(212a) 第2バッテリ
221 残量制御部
222 トルク制御部
1711 ステータ
1712 ロータ
1721 ナックル
1722 アッパーアーム
1723 ローワーアーム
1730 サスペンション
1731 タイロッド
M1〜M4 モータユニット
M モータ(インホイールモータ)
L1〜L4 電源ライン
Claims (7)
- 車両の車輪に設けられるモータに電力を供給し、車両を駆動する車両駆動装置において、
外部電源より取得した直流電力を蓄える第1蓄電池と、
前記第1蓄電池に接続され、前記直流電力を交流電力に変換する第1変換器と、当該交流電力を無線送電する送電アンテナを有する送電手段と、
前記送電アンテナから送信された交流電力を無線受電する受電アンテナと、当該交流電力を直流電力へ変換する第2変換器を有する受電手段と、
車輪のハブに装着され、当該車輪を駆動するインホイールモータと、
前記車輪に設けられ、前記受電手段による受電した直流電力を蓄える第2蓄電池と、
前記車輪に設けられ、前記第2蓄電池の直流電力を交流電力に変換するインバータと、
前記インホイールモータの回転駆動を制御する駆動制御手段と、
前記送電手段より前記受電手段への無線給電を制御する給電制御手段と、
ステアリング角度を検出するステアリング角度検出手段と、
前記ステアリング角度に基づいて、前記送電アンテナの送電面と前記受電アンテナの受電面の相対角度を算出する相対角度算出手段と、
を備え、
前記給電制御手段は、前記相対角度が所定角度未満の場合に前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行うように制御すること
を特徴とする車両駆動装置。 - 前記車両のローリング角度を検出するローリング角度検出手段をさらに備え、
前記相対角度算出手段は、前記ステアリング角度および前記ローリング角度に基づいて、前記相対角度を算出すること
を特徴とする請求項1に記載の車両駆動装置。 - 前記給電制御手段は、前記相対角度に対する無線給電の伝送効率との関係に基づき、当該無線給電の伝送効率に対する第1判断基準を設定し、当該第1判断基準に対応する前記相対角度を用いて前記相対角度が第1所定角度未満の場合に前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行うこと
を特徴とする請求項1または2に記載の車両駆動装置。 - 前記第2蓄電池の残量を検出して充電あるいは放電すべきと判断した場合は、当該無線給電の伝送効率に対する第2判断基準を設定し、当該第2判断基準に対応する前記相対角度を用いて前記相対角度が第2所定角度未満の場合に、前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行うこと
を特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の車両駆動装置。 - 前記車両の走行ルート情報を取得する走行ルート情報取得手段と、
前記走行ルート情報に基づいて、走行ルート前方の前記ステアリング角度および前記ローリング角度を推定する推定手段と、
をさらに備え、
前記相対角度算出手段は、推定した前記ステアリング角度および前記ローリング角度に基づいて、前記相対角度を算出し、
前記給電制御手段は、前記相対角度が所定角度未満となった場合に、前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行うように制御すること
を特徴とする請求項2に記載の車両駆動装置。 - 前記推定手段は、前記車両の走行ルート前方の所定距離または所定時間範囲の前記走行ルート情報を取得し、
前記相対角度算出手段は、前記走行ルート前方の所定距離または所定時間範囲内にて推定した前記ステアリング角度および前記ローリング角度に基づいて、前記相対角度を算出し、
前記給電制御手段は、前記走行ルート前方の所定距離または所定時間範囲内にて前記相対角度が所定角度未満となる場合に、前記走行ルート前方の所定距離または所定時間範囲内に達するまで前記送電手段より前記受電手段への無線給電を行わない制御を行うこと
を特徴とする請求項5に記載の車両駆動装置。 - 前記車両が駐車または停車しているかを判別する駐停車判別手段と、
前記車両が駐車または停車している場合に、前記ステアリング角度が零となるように前記車輪を回転制御する回転制御手段とをさらに備えること
を特徴とする請求項2〜5のいずれか一つに記載の車両駆動装置。
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