JP7375949B2 - 昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法 - Google Patents

昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、2020年9月29日に出願された中国特許出願番号202011052588.7号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
本開示は、四輪駆動システムの制御方法に関し、より具体的には、昇圧ユニットを有する四輪駆動システムに対して制御を行う昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法に関する。
従来、昇圧前輪駆動及び非昇圧後輪駆動を組み合わせた昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)が知られている。
本開示は、昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を提供する。昇圧を伴う四輪駆動システムは、車両の動力源としてのバッテリと、バッテリに対して並列接続されている複数の駆動部と、各駆動部とそれぞれ接続されている複数のインバータ部と、昇圧装置と、を有する。複数の駆動部は、バッテリに対して前輪に近い側に配置された前輪側駆動部と、バッテリに対して後輪に近い側に配置された後輪側駆動部を有する。前輪側駆動部は、第1電動発電機及び第1電動発電機と接続された第1インバータを有し、昇圧装置を経由してバッテリと接続されている。後輪側駆動部は、第2電動発電機及び第2電動発電機と接続された第2インバータを有し、昇圧装置を経由せずバッテリと接続されている。前輪側駆動部の出力パワーは、後輪側駆動部の出力パワーより大きく設定され、後輪側駆動部の出力パワーは、昇圧装置の昇圧パワーより大きく設定される。昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、昇圧装置を経由する出力が、昇圧装置の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、前輪側駆動部と後輪側駆動部の制御を行う。
この開示は、下記の「昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法」を採用する。昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法であって、昇圧を伴う四輪駆動システムは、車両の動力源としてのバッテリ(BAT)と、バッテリ(BAT)に対して並列接続されている複数の駆動部と、各駆動部とそれぞれ接続されている複数のインバータ部(INV)と、昇圧装置(VVC)と、を有し、複数の駆動部は、バッテリ(BAT)に対して前輪(FW)に近い側に配置された前輪側駆動部と、バッテリ(BAT)に対して後輪(RW)に近い側に配置された後輪側駆動部を有し、前輪側駆動部は、第1電動発電機(M1)及び第1電動発電機(M1)と接続された第1インバータ(INV1)を有し、昇圧装置(VVC)を経由してバッテリ(BAT)と接続されており、後輪側駆動部は、第2電動発電機(M3)及び第2電動発電機(M3)と接続された第2インバータ(INV3)を有し、昇圧装置(VVC)を経由せずバッテリ(BAT)と接続されており、前輪側駆動部の出力パワーは、後輪側駆動部の出力パワーより大きく設定され、後輪側駆動部の出力パワーは、昇圧装置(VVC)の昇圧パワーより大きく設定され、昇圧装置(VVC)を経由する出力が、昇圧装置(VVC)の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、前輪側駆動部と後輪側駆動部の制御を行うことを含み、前輪側駆動部は、エンジン(ENG)を有し、バッテリの出力が制限されている場合、昇圧装置を経由する出力が、昇圧装置の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、不足の駆動力は、エンジンにより昇圧装置を経由しないで前輪を駆動することにより提供される。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
図1は、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を適用したEV車(電気自動車)を表すシステム概略図である。 図2は、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を適用した、前輪昇圧シングルモータ及び後輪非昇圧シングルモータを有するHEV車(ハイブリッド車)を表すシステム概略図である。 図3は、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を適用した、前輪昇圧デュアルモータ及び後輪非昇圧シングルモータを有するHEV車(ハイブリッド車)を表すシステム概略図である。 図4は、図3に示すHEV車両のシステム回路図である。 図5は、図3に示すHEV車の、十分なバッテリ出力で走行を駆動した場合の制御方法(その一)を表すシステム概略図である。 図6は、バッテリ温度とバッテリ出力との関係を示すグラフである。 図7は、バッテリSOCとバッテリ出力との関係を示すグラフである。 図8は、図5に示す制御方法に基づき、十分ではないバッテリ出力で走行を駆動した場合を表すシステム概略図である。 図9は、図3に示すHEV車の、十分ではないバッテリ出力で走行を駆動した場合の制御方法(その二)を表すシステム概略図である。 図10は、図9に示す制御方法(その二)で実行した時の、昇圧装置(昇圧回路)を経由しない電流流動を表すシステム回路図である。 図11は、図3に示すHEV車において、回収待ちエネルギーが少ない場合の制御方法(その三)を表すシステム概略図である。 図12は、図11に示す制御方法(その三)に基づいて大量の回収待ちエネルギーを回収する場合を表すシステム概略図である。 図13は、図3に示すHEV車において、回収待ちエネルギーが多い場合の制御方法(その四)を表すシステム概略図である。
従来、昇圧前輪駆動及び非昇圧後輪駆動を組み合わせた昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)が知られており、該昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)は昇圧装置(昇圧回路)を有している。
従来技術では、車両の動力性能を保証できるよう、電動発電機に必要な電流を出力させるには、昇圧回路の出力を増やすか、またはバッテリの出力パワーを増大させる必要があった。
このようにすると、昇圧回路の一部である昇圧装置の定格出力が大きくなり、またはより大型のバッテリを採用することでコストが上昇し、部品が大型化することになる。
そのため、制御ロジックをどのように最適化し、昇圧装置の定格出力を増やさずに、車両の動力駆動及び/または動力回収を保証するかが、早急な解決を要する技術的課題となっている。
本開示は、上記の技術的課題を解決するためのものであり、その目的は、昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を提供し、昇圧装置の定格出力を増やさず車両の動力駆動及び/または動力回収を保証することにある。
上記の技術的課題を解決するため、本開示では、昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法が提供されている。昇圧を伴う四輪駆動システムは、車両の動力源としてのバッテリと、バッテリに対して並列接続されている複数の駆動部と、各駆動部とそれぞれ接続されている複数のインバータ部と、昇圧装置と、を有する。複数の駆動部は、バッテリに対して前輪に近い側に配置された前輪側駆動部と、バッテリに対して後輪に近い側に配置された後輪側駆動部を有する。前輪側駆動部は、第1電動発電機及び第1電動発電機と接続された第1インバータを有し、昇圧装置を経由してバッテリと接続されている。後輪側駆動部は、第2電動発電機及び第2電動発電機と接続された第2インバータを有し、昇圧装置を経由せずバッテリと接続されている。前輪側駆動部の出力パワーは、後輪側駆動部の出力パワーより大きく設定され、後輪側駆動部の出力パワーは、昇圧装置の昇圧パワーより大きく設定される。昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、昇圧装置を経由する出力が、昇圧装置の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、前輪側駆動部と後輪側駆動部の制御を行う。
上記の構成によると、定格昇圧出力のより大きな昇圧装置(昇圧回路)VVCや出力パワーがより大きなバッテリを採用することなく、昇圧装置(昇圧回路)を小型化、低コスト化することができるので、昇圧を伴う四輪駆動システムを搭載する車両も小型化、低コスト化を実現できる。
さらに、バッテリのエネルギーを入力、出力するコードの直径を小さくすることで、空間の節約を実現できる。
一実施形態において、前輪側駆動部は、エンジン(ENG)を有してもよい。
一実施形態において、昇圧を伴う四輪駆動システムにおいて、前輪側駆動部は第1電動発電機(M1)及び第1電動発電機(M1)と並列に設置された別の電動発電機(M2)を有し、前輪側に複数のモータを有する前輪側駆動系に対する制御を行ってもよい。
上記の構成によると、昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法を前輪シングルモータのHEV車両や前輪デュアルモータ(または前輪マルチモータ)のHEV車両、EV車両に応用することができる。また、PHEV車は、前輪デュアルモータを有するHEV車と略同じ構造なので、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、PHEV車にも応用することができる。
前輪シングルモータを有するHEV車、前輪デュアルモータ(または前輪マルチモータ)を有するHEV車、またはPHEV車に対して、走行駆動モードにおいて、車両の駆動に必要な出力、バッテリの出力パワー、及び昇圧装置の定格昇圧出力に基づいて、駆動部の動力出力分配方式及び出力パワーを確定してもよい。
EV車、前輪デュアルモータ(または前輪マルチモータ)を有するHEV車、またはPHEV車に対して、エネルギー回収モードにおいて、回収待ちエネルギー、及び昇圧装置の定格昇圧出力に基づいて、エネルギー回収時のエネルギー分配方式及び回生電力を確定してもよい。
上記の構成において、昇圧装置の定格昇圧出力によりエネルギーフロー及び昇圧装置(昇圧回路)とバッテリを流れるエネルギーを決めるので、エネルギーフローを最適化し、システム全体の損失を最小化して車両の燃料消費を低減できるといった効果を果たすことができる。
以下、本開示の制御方法の一実施形態について説明する。本実施形態の制御方法は、昇圧装置(昇圧回路)を有する昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)の制御方法である。
より具体的には、図1~図3に示すように、昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)の車両は、前輪FWと、後輪RWと、バッテリBATと、複数の駆動部と、複数のインバータ部INVと、昇圧装置(昇圧回路)VVCを含む。
昇圧を伴う四輪駆動システム(電気駆動システム)の車両は、図1に示すEV車(電気自動車)、図2に示す前輪シングルモータを有するHEV車(ハイブリッド車)または図3に示す前輪デュアルモータを有するHEV車(ハイブリッド車)であってよい。
複数の駆動部は、前輪側駆動部及び後輪側駆動部を含む。
また、本明細書では、「前輪側」とはバッテリBATに対して前輪FWに近い側を指し、「後輪側」とはバッテリBATに対して後輪RWに近い側を指す。
前輪側駆動部は、図1に示すバッテリBATと前輪FWの間に設置された電動発電機M1(「第1電動発電機」とも言う)を有してもよい。又は、図2に示す電動発電機M1の前に設置されたエンジンENGを有してもよい。又は、図3に示すように、電動発電機M1と並列に電動発電機M2(「他の電動発電機」とも言う)を設置してもよい。ここで、他の電動発電機の数は図3に示す1つに限られるものではなく、2つ以上であってもよい。
後輪側駆動部は、図1~図3に示されている、バッテリBATと後輪RWの間に設置された電動発電機M3(「第2電動発電機」とも言う)を有する。
電動発電機は、バッテリBATからの電力を動力に変換することで、前輪FWと後輪RWを駆動することができ、かつ前輪FW及び後輪RWから回収した動力を電力に変換し、バッテリBATを充電することもできる。
複数のインバータ部INV(INV1、INV2、INV3)の中の前輪側インバータ部(INV1及び/またはINV2、「第1インバータ」とも言う)はバッテリBATと図1~図3にそれぞれ示されている前輪側駆動部との間に設置されており、複数のインバータ部INV(INV1、INV2、INV3)の中の後輪側インバータ部(INV3、「第2インバータ」とも言う)はバッテリBATと図1~図3にそれぞれ示されている後輪側駆動部との間に設置されている。
昇圧装置(昇圧回路)VVCはインバータ部INVとバッテリBATの間に設置されており、かつ複数の駆動部と複数のインバータ部は、昇圧装置(昇圧回路)VVCと互いに並列接続されている。
図4は、HEV車における、昇圧装置(昇圧回路)VVCと電動発電機M1、電動発電機M2及びM3、インバータ部INV(INV1、INV2、INV3)及びバッテリBATの接続関係を示すシステム回路図である。
図4に示すように、電動発電機M1、M2及びM3は、それぞれ対応するインバータ部INV1、INV2、INV3と直列接続され、かつ電動発電機M1、M2及びM3とそれぞれ対応するインバータ部INV1、INV2、INV3は、昇圧装置(昇圧回路)VVCと互いに並列接続されている。また、図1に示すEV車、図2に示す前輪シングルモータを有するHEV車内の接続関係は図示されていないが、同様に電動発電機M1(または電動発電機M2)、電動発電機M3はそれぞれのインバータ部INV1(またはインバータ部INV2)、インバータ部INV3と直列接続され、かつ電動発電機M1(または電動発電機M2)、電動発電機M3とそれぞれのインバータ部INV1(またはインバータ部INV2)、インバータ部INV3は、昇圧装置(昇圧回路)VVCと互いに並列接続されている。
以下では、主に図3に示すHEV車を例に挙げて、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法について説明する。
昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限を40kWと仮定する。
駆動時には、車両状態の違い及び運転者の操縦習慣により、車両を駆動するのに必要な出力はそれぞれ異なる。
例えば、車両を駆動するのに必要な出力が100kWである場合、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は図5に示すように制御されており、バッテリBATにフルパワーで60kWの電力を電動発電機M3に出力させて後輪RWを駆動し、かつエンジンENGを用いて発電機M1を駆動させて発電を行う。この時、発電された電力は昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由して電動発電機M3に40kWの電力を供給し、後輪RWを駆動する。このようにすると、2つの動力源(エンジンENG+バッテリBAT)のハイブリッド出力により、走行の需要を過不足なく満たすことができる。
図6は、バッテリ温度とバッテリ出力との関係を示すグラフで、バッテリの温度が所定の温度範囲の下限値を下回るとバッテリ出力が急速に減少し、バッテリ温度が該所定の温度範囲の上限値を上回るとバッテリ出力が徐々に減少することがわかる。
図7は、バッテリSOCとバッテリ出力の関係を示すグラフで、バッテリSOCが低下するにつれて、バッテリ出力も徐々に低下することがわかる。
図6に示すように、バッテリ温度が高すぎる又は低すぎる場合、または図7に示すようにバッテリSOCが不足している場合、バッテリの入力、出力パワーは制限を受ける(即ち、必ずしもフルパワー60kWと限らない)。
このような場合、前述と同様に車両を駆動するために必要な出力が100kWの状況において、バッテリの出力が制限されているので、例えば電動発電機M3に40kWの電力しか出力できないと仮定する。この時、図8に示すように、エンジンENGから発電機M1を経由した電力が再び昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由して電動発電機M3に60kWの電力を供給すると、ハイブリッド出力が100kWに変わり、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する出力がその上限の40kWを超えて、昇圧装置(昇圧回路)VVCを失効させるおそれがある。
本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、図9に示す制御を行う。エンジンENGから発電機M1及び昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由して電動発電機M3に供給される電力は、昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限の40kWに設定され、不足の20kWは、エンジンENGが前輪FWを直接駆動することにより提供される。または、エンジンENGが発電機M1を駆動して発電される電力のうち、20kWが再び電動発電機M2を経由して前輪FWを駆動することにより提供される。この時、図10に示すように、前輪FWを直接駆動する、或いは電動発電機M2を経由して前輪FWを駆動するいずれの場合も昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由しないので、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する出力が上限の40kWを超えないようにしながら、車両全体の駆動力を必要とする100kWにすることができる。
減速してエネルギーを回収する場合は、回収待ちエネルギーを40kWと仮定すると、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムは、図11に示す方法により制御される。前輪FWから回収した40kWのエネルギーは、電動発電機M2を経由して発電され、再び昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由してバッテリBATを充電する。
一例において、回収待ちエネルギーが40kWを上回る(例えば60kW)と仮定する。この場合、図12に示すように、60kWの回収待ちエネルギーがすべて前輪FWによって回収され、このエネルギーが電動発電機M2を経由して発電され、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由すると、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する出力がその上限の40kWを超えるので、昇圧装置(昇圧回路)VVCを失効させる。
本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、図13に示す制御を行う。電動発電機M2を経由して発電され、かつ昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由してバッテリBATを充電する電力は、昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限である40kWに制限され、残りの20kWは後輪RWから電動発電機M3を経由して発電され、バッテリBATを充電する。この構成によると、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する電力が昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限を超えないように制御でき、減速時にできるだけ多くのエネルギーを回収し、バッテリBATを充電することも実現できる。
本開示において、前輪側駆動部の出力パワーは後輪側駆動部の出力パワーより大きく設定され、後輪側駆動部の出力パワーは、昇圧装置VVCの昇圧パワーより大きく設定されている。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
例えば、本開示の実施形態では、説明便宜上、具体的な数値(40kW、60kW、100kW、及び40kWまたは60kW)を使用して昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限やバッテリBATのフルパワー、車両の駆動に必要な出力及び回収待ちエネルギーを例示しているが、本開示は上記の具体的な数値に限定されるものではない。
また、本開示の実施形態では、図3に示す前輪デュアルモータを有するHEV車を例に説明したが、本開示の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法は、図1に示すEV車や図2に示す前輪シングルモータを有するHEV車にも用いることができる。例えば、図1に示すEV車では、本開示の実施形態の制御方法を部分的に採用し(図13のエネルギー回収方式)、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する電力が昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限を超えないようにしてエネルギーを回収するように構成してもよい。また、例えば、図2に示す前輪シングルモータを有するHEV車では、同様に本開示の実施形態の制御方法を部分的に採用し(図5及び図9の車両駆動方式)、昇圧装置(昇圧回路)VVCを経由する電力が昇圧装置(昇圧回路)VVCの出力上限を超えないようにして車両を駆動するように構成してもよい。
また、本開示の実施形態では、車両が1つのバッテリBATを有する例を説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、車両は作用の異なる複数のバッテリを有してもよい。その場合、複数のバッテリは、車両の駆動に用いられる一つのバッテリBATに対して並列接続すればよい。

Claims (4)

  1. 昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法であって、前記昇圧を伴う四輪駆動システムは、
    車両の動力源としてのバッテリ(BAT)と、
    前記バッテリ(BAT)に対して並列接続されている複数の駆動部と、
    各駆動部とそれぞれ接続されている複数のインバータ部(INV)と、
    昇圧装置(VVC)と、を有し、
    前記複数の駆動部は、
    前記バッテリ(BAT)に対して前輪(FW)に近い側に配置された前輪側駆動部と、
    前記バッテリ(BAT)に対して後輪(RW)に近い側に配置された後輪側駆動部を有し、
    前記前輪側駆動部は、第1電動発電機(M1)及び前記第1電動発電機(M1)と接続された第1インバータ(INV1)を有し、前記昇圧装置(VVC)を経由して前記バッテリ(BAT)と接続されており、
    前記後輪側駆動部は、第2電動発電機(M3)及び前記第2電動発電機(M3)と接続された第2インバータ(INV3)を有し、前記昇圧装置(VVC)を経由せず前記バッテリ(BAT)と接続されており、
    前記前輪側駆動部の出力パワーは、前記後輪側駆動部の出力パワーより大きく設定され、
    前記後輪側駆動部の出力パワーは、前記昇圧装置(VVC)の昇圧パワーより大きく設定され、
    前記昇圧装置(VVC)を経由する出力が、前記昇圧装置(VVC)の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、前記前輪側駆動部と前記後輪側駆動部の制御を行うことを含み、
    前記前輪側駆動部は、エンジン(ENG)を有し、
    前記バッテリの出力が制限されている場合、前記昇圧装置を経由する出力が、前記昇圧装置の定格昇圧出力を超えないよう制御しながら、不足の駆動力は、前記エンジンにより前記昇圧装置を経由しないで前記前輪を駆動することにより提供される、
    昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法。
  2. 前記不足の駆動力は、前記エンジンが前記前輪を直接駆動することにより提供される、
    請求項1に記載の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法。
  3. 前記第1電動発電機(M1)と並列に設置され前記前輪を駆動する他の電動発電機(M2)、および、前記他の電動発電機(M2)と接続された他のインバータ(INV2)を有しており、
    前記他のインバータ(INV2)は前記昇圧装置(VVC)を経由して前記バッテリ(BAT)と接続されており、
    前記エンジンが前記第1電動発電機(M1)を駆動し、
    前記不足の駆動力は、前記エンジンが前記第1電動発電機(M1)を駆動して発電される電力のうち、前記不足の駆動力が再び前記他の電動発電機(M2)を経由して前記前輪を駆動することにより提供される、
    請求項1に記載の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法。
  4. 前記車両を駆動するための必要な出力は、
    前記バッテリが前記第2電動発電機(M3)に制限された電力を出力し、
    前記エンジンから前記第1電動発電機(M1)及び前記昇圧装置(VVC)を経由して前記第2電動発電機(M3)に供給される電力は、前記昇圧装置(VVC)の出力上限に設定され、
    前記不足の駆動力は、前記エンジンが前記前輪を直接駆動することにより提供される、または、前記エンジンが前記第1電動発電機(M1)を駆動して発電される電力のうち、前記不足の駆動力が再び前記他の電動発電機(M2)を経由して前記前輪を駆動することにより提供される、
    請求項に記載の昇圧を伴う四輪駆動システムの制御方法。
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