JP7439804B2

JP7439804B2 - 車両

Info

Publication number: JP7439804B2
Application number: JP2021126724A
Authority: JP
Inventors: 耕司鉾井; 祐介山西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2041-08-02
Also published as: JP2023021688A; US20230032074A1

Description

本発明は車両に関する。

ハイブリッド車両などの車両において、駆動力を制限することで、駆動輪のスリップを抑制する技術がある（例えば特許文献１）。

特開２００７－９９０８１号公報

駆動力を制限することで、オフロードなどにおける走破性が低下してしまう。駆動力を大きくすると走破性は向上する。しかし、駆動輪が路面にグリップすることで、駆動輪の回転数が急激に変化する。これにより車両の部品に大きな負荷がかかる恐れがある。そこで、走破性と部品の保護とを両立することが可能な車両を提供することを目的とする。

上記目的は、駆動輪に駆動力を供給する駆動源と、スイッチと、前記スイッチが操作されることで前記駆動力に第１の制限、または前記第１の制限よりも小さい第２の制限を設ける制御部と、を具備し、前記制御部は、車体の速度と前記駆動輪の速度とに基づいてスリップ速度を取得し、前記第２の制限を設けた場合、前記第１の制限を設けた場合に比べて、前記制御部は前記スリップ速度に応じた前記駆動力の制限を小さくする車両によって達成することができる。

前記駆動源は電動機であり、前記電動機に電力を供給し、かつ前記電動機により充電可能なバッテリを具備してもよい。

前記スイッチは第１スイッチと第２スイッチとを含み、前記制御部は、前記第１スイッチが操作されることで前記駆動力に前記第１の制限を設け、前記第２スイッチが操作されることで前記第２の制限を設けてもよい。

前記制御部は、前記スリップ速度が大きいほど前記駆動力を低くしてもよい。

走破性と部品の保護とを両立することが可能な車両を提供できる。

図１は実施形態に係る車両を例示する模式図である。図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。図３は駆動力の制限を例示する図である。

以下、図面を参照して本実施形態の車両について説明する。図１は実施形態に係る車両１００を例示する模式図である。図１に示す車両１００は、駆動源として内燃機関１０およびモータ２０を有するハイブリッド車両（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）である。

プラネタリギヤ１４は、ダンパ１２を介して内燃機関１０の不図示のクランクシャフトに接続され、かつモータ２０に接続される。モータ２０はデファレンシャルギヤ１６を介して車輪１５ｃおよび１５ｄに接続される。内燃機関１０およびモータ２０が発生させる駆動力が車輪１５ｃおよび１５ｄに伝達され、車両１００は走行する。図１の例では、４つの車輪のうち２つの車輪１５ｃおよび１５ｄが駆動輪であり、駆動源から駆動力が伝達される。２つの車輪１５ａおよび１５ｂは、非駆動輪である。４つの車輪１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄの全てが駆動輪でもよい。

内燃機関１０は例えばガソリンまたは軽油などの燃料を燃焼し動力を出力するガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。

モータ２０は、駆動力を発生させる電動機として機能し、かつ電力を発生させる発電機としても機能する。モータ２０は、インバータ２２を介してバッテリ２４と電気的に接続されている。バッテリ２４は例えばリチウムイオン二次電池またはニッケル水素二次電池など、充電可能な電池である。

インバータ２２は、バッテリ２４が発生させる直流電力を交流電力に変換し、モータ２０に供給する。モータ２０は、電力の供給により回転し、駆動力を発生させる。インバータ２２は、モータ２０が発生させる交流電力を直流電力に変換し、バッテリ２４に供給する。電力の供給によりバッテリ２４は充電される。バッテリ２４は、例えば外部電源から供給される電力により充電されてもよい。

車両１００は車輪速センサ１７ａ～１７ｄ、および車速センサ１９を有する。車輪速センサ１７ａは車輪１５ａの回転する速度（車輪速）を検出する。車輪速センサ１７ｂは車輪１５ｂの車輪速を検出する。車輪速センサ１７ｃは車輪１５ｃの車輪速を検出する。車輪速センサ１７ｄは車輪１５ｄの車輪速を検出する。車速センサ１９は車両１００の速度（車体速）を検出する。

ドライバはアクセルペダル４０およびブレーキペダル４４を用いて車両１００を操作する。アクセルポジションセンサ４２はアクセルペダル４０の踏み込み量（アクセル開度）を検出する。ブレーキポジションセンサ４６はブレーキペダル４４の踏み込み量を検出する。

車両１００にはＴＲＣ（トラクションコントロール）オフスイッチ５０およびトレイル（Ｔｒａｉｌ）スイッチ５２が設けられている。ＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２は、駆動力を制御するためのスイッチである。ＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２は、例えばボタンまたはレバーなど物理的なスイッチでもよいし、画面に表示されるタップ可能なボタンなどでもよく、人が操作可能なスイッチである。ＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２は、運転席の近傍に配置されている。例えばひとつのスイッチがＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２として機能してもよい。当該スイッチがどちらのスイッチとして機能するかは、例えば操作の回数または操作の時間などで定める。例えばスイッチを１回操作するとＴＲＣオフスイッチ５０の操作であり、２回操作するとトレイルスイッチ５２の操作である。スイッチを短時間押すとＴＲＣオフスイッチ５０の操作であり、長時間押すことでトレイルスイッチ５２の操作になる。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、フラッシュメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置を備える制御装置である。ＥＣＵ６０は、例えばエンジンＥＣＵ、モータＥＣＵ、バッテリＥＣＵ、ハイブリッド（ＨＶ）ＥＣＵを含む。エンジンＥＣＵは内燃機関１０を制御する。モータＥＣＵはモータ２０を制御する。バッテリＥＣＵはバッテリ２４を制御する。ＨＶＥＣＵは走行モードを制御し、例えばＣＳ（Charge Sustaining）モードとＣＤ（Charge Depleting）モードとの切り替えを行う。

ＥＣＵ６０は、車輪速センサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃおよび１７ｄ、車速センサ１９、アクセルポジションセンサ４２、ならびにブレーキポジションセンサ４６に、電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、車輪速センサ１７ａが検出する車輪１５ａの速度、車輪速センサ１７ｂが検出する車輪１５ｂの速度、車輪速センサ１７ｃが検出する車輪１５ｃの速度、車輪速センサ１７ｄが検出する車輪１５ｄの速度を取得する。ＥＣＵ６０は、車速センサ１９が検出する車両１００の速度を取得する。ＥＣＵ６０は、車輪速と車体速との差（スリップ速度）を算出する。

ＥＣＵ６０は、バッテリ２４の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）を取得する。ＥＣＵ６０は、バッテリ２４から電力をモータ２０に供給させ、モータ２０を回転させる。モータ２０が発生させる駆動力で、車両１００は走行する。モータ２０が発生させる電力は、バッテリ２４に供給され、バッテリ２４が充電される。内燃機関１０とモータ２０とが協働することで、車両１００が走行してもよいし、モータ２０を運転させず内燃機関１０の駆動力のみで走行してもよい。

ＥＣＵ６０は、ブレーキポジションセンサ４６が検出するブレーキペダル４４の踏み込み量を取得する。ＥＣＵ６０は、ブレーキペダル４４の踏み込み量に応じて、不図示のブレーキを作動させ、車輪１５ａ～１５ｄの回転数を低下させる。

ＥＣＵ６０は、アクセルポジションセンサ４２が検出するアクセル開度を取得する。ＥＣＵ６０は、アクセル開度に基づいて駆動力を定め、モータ２０に流れる電流、および内燃機関１０への燃料の供給量などを制御することで、駆動力を制御する。ＥＣＵ６０は、駆動力を制御する制御部として機能し、駆動力を制限することができる。例えばモータ２０に流れる電流の低下、または内燃機関１０への燃料の供給量の減少などで、駆動力が低く制限される。

例えば凍結した路面、雪道、砂地などのオフロードにおいて、スリップが発生する恐れがある。スリップが発生すると、車輪１５ａ、１５ｂ、１５ｃおよび１５ｄのうち少なくとも１つが空転し、車輪速が高くなる。空転していた車輪が路面にグリップすると、車輪速は低くなる。スリップからグリップ状態になることで、車輪速が急激に変化し、車両１００の部品に負荷がかかる。駆動力を低くすることで、車両１００のスリップを抑制し、部品を保護することができる。

オフロードでの走破性を向上させるには、駆動力を高めることが有効である。一方、駆動力を高めると、スリップからグリップ状態になった際に部品に負荷がかかる。ドライバは、ＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２を操作することで、駆動力を制御する。ＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２のどちらも操作されていない場合、ＥＣＵ６０は駆動力を制限しない。ＴＲＣオフスイッチ５０が操作された場合、ＥＣＵ６０は駆動力に第１の制限を設ける。トレイルスイッチ５２が操作された場合、ＥＣＵ６０は駆動力に第２の制限を設ける。第１の制限は、第２の制限に比べて駆動力を大きく制限する。第２の制限は、スイッチの操作がない場合に比べて駆動力を制限し、かつ第１の制限に比べて駆動力の制限を小さくする。

図２はＥＣＵ６０が実行する処理を例示するフローチャートである。図２に示すように、ＥＣＵ６０は、ＴＲＣオフスイッチ５０がオンになったか否か判定する（ステップＳ１０）。ユーザがＴＲＣオフスイッチ５０を操作すると、ＴＲＣオフスイッチ５０がオンになる。この場合、ステップＳ１０で肯定判定（Ｙｅｓ）であり、ＥＣＵ６０は駆動力に第１の制限を設ける（ステップＳ１２）。ＥＣＵ６０はスリップ速度を取得する（ステップＳ２０）。ＥＣＵ６０は、例えばアクセル開度に、スリップ速度に応じた制限率をかけることで、制限後の駆動力を算出する。算出された駆動力に応じた大きさの電力をモータ２０に電力を供給し、駆動力を制限する（ステップＳ２２）。

一方、ステップＳ１０で否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ６０はトレイルスイッチ５２がオンであるか否か判定する（ステップＳ１４）。肯定判定の場合、ＥＣＵ６０は駆動力に第２の制限を設ける（ステップＳ１６）。ＥＣＵ６０はスリップ速度を取得する（ステップＳ２０）。図３で後述するように、第２の制限における駆動力は第１の制限における駆動力よりも大きい。算出された駆動力に応じた大きさの電力をモータ２０に電力を供給し、駆動力を制限する（ステップＳ２２）。

ステップＳ１０およびＳ１４の両方で否定判定の場合、ＥＣＵ６０は駆動力に制限を設けない（ステップＳ１８）。ステップＳ１８またはＳ２２の後、処理は終了する。

図３は駆動力の制限を例示する図である。横軸はスリップ速度を表す。縦軸は駆動力に対する制限率を表す。制限率とは、制限なしの駆動力（１００％）に対する、制限ありの場合の駆動力の大きさである。例えば制限率が２０％とは、制限時の駆動力が制限なしの駆動力に比べて２０％の大きさに制限されていることを意味する。スリップ速度とは、車輪速と車体速との差である。

図３の破線は、ＴＲＣオフスイッチ５０が操作され、駆動力に第１の制限がかかる例である。実線は、トレイルスイッチ５２が操作され、駆動力に第２の制限がかかる例である。

図３に示すように、スリップ速度が０付近では、駆動力は制限されない。スリップ速度が大きくなると、駆動力の制限率は大きくなる。第１の制限の場合、スリップ速度がＶ１において制限率は約２０％である。スリップ速度がＶ１より大きなＶ２において制限率は１０％以下である。スリップ速度がＶ２より大きくなると、制限率は０％であり、駆動力は発生しなくなる。

第２の制限の場合、スリップ速度がＶ１において制限率は約８５％であり、スリップ速度がＶ２において制限率は約５０％である。スリップ速度がＶ２より大きなＶ３において、制限率は約３０％である。スリップ速度に対して線形に制限率が変化する。スリップ速度がＶ４に近づくと、制限率は０％になる。

図３に示すように、第１の制限および第２の制限により、スリップ速度に応じて駆動力は制限される。第１の制限に比べて、第２の制限では駆動力の制限が小さい。言い換えれば、第２の制限においては、第１の制限に比べて駆動力が大きくなり、走破性が向上する。図３は駆動力の例であり、この例に限定されない。例えば第１の制限における制限率がスリップ速度に対して１つの傾きで変化してもよい。第２の制限における制限率がスリップ速度に対して複数の傾きで変化してもよい。制限率はスリップ速度を変数とする直線にしたがって変化してもよいし、スリップ速度を変数とする曲線にしたがって変化してもよい。

本実施形態によれば、ＴＲＣオフスイッチ５０が操作されることで、ＥＣＵ６０は駆動力に第１の制限を設ける。トレイルスイッチ５２が操作されることで、ＥＣＵ６０は駆動力に、第１の制限よりも小さな第２の制限を設ける。駆動力に第２の制限を設けることで、部品を保護する。また、第２の制限は第１の制限よりも小さい。このため駆動力が大きくなり、走破性が向上する。

駆動力を制限しない場合、駆動力を制限する場合に比べて、走破性は高くなる。しかし、スリップとグリップ状態との間における車輪速の急激な変化によって、部品に負荷がかかる。例えば、大きな電流をモータ２０に流すことで、モータ２０のトルクを増加させ、駆動力を高める。スリップ状態では、車輪が高速で回転し、モータ２０の回転数も大きくなる。グリップ状態になると、車輪の車輪速が急激に低下し、モータ２０の回転数も低下する。スリップとグリップ状態との間で、モータ２０に流れる電流が急激に減少する。モータ２０に供給されていた電力がバッテリ２４に入力されることで、バッテリ２４が過充電される。

一方、駆動力に第１の制限をかけると、駆動力が低く抑えられる。駆動力が低くなることで、モータ２０の回転数は低くなり、モータ２０に入力される電流が小さくなる。スリップからグリップ状態になった際に、バッテリ２４に入力される電力が小さくなる。このため、バッテリ２４の過充電が抑制される。しかし駆動力が大きく制限されることで、走破性が低下する。

本実施形態によれば、駆動力に第２の制限を設ける。駆動力の制限によって、モータ２０に入力される電流が小さくなる。スリップからグリップ状態になった際に、バッテリ２４に入力される電力が小さくなる。バッテリ２４の過充電が抑制され、バッテリ２４が保護される。また、第２の制限では、第１の制限に比べて駆動力の制限を小さくする。すなわち、駆動力が大きくなる。したがって走破性が向上する。この結果、走破性と、バッテリ２４などの部品の保護とを両立することができる。

ＥＣＵ６０は、スリップ速度に応じて駆動力を制限する。図３に示すように、同一のスリップ速度では、第２の制限における駆動力は、第１の制限における駆動力の３倍以上である。駆動力が大きくなることで、走破性が向上する。第２の制限における駆動力は、１００％未満に制限される。バッテリ２４の過充電の抑制などにより、部品を保護することができる。モータ２０の回転数の急激な変化も抑制される。モータ２０に流れる電流の急激な変化が抑制され、モータ２０が保護される。

図３に示すように、ＥＣＵ６０は、スリップ速度が大きいほど、駆動力を低くする。スリップ速度が大きいと、グリップ時にモータ２０の回転数が急減する恐れがある。駆動力を低くすることで、モータ２０の回転数を低く抑制する。スリップからグリップ状態に変化した際のモータ２０の回転数の変化をゆるやかにして、バッテリ２４の過充電を抑制することができる。

車両１００はＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２を有してもよい。上記のようにひとつのスイッチがＴＲＣオフスイッチ５０およびトレイルスイッチ５２として機能してもよい。

車両１００は、ハイブリッド車両以外にプラグインハイブリッド車両および電気自動車でもよい。モータ２０の回転数の変化に伴うバッテリ２４の過充電を抑制し、バッテリ２４を保護することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０内燃機関
１２ダンパ
１４プラネタリギヤ
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ車輪
１６デファレンシャルギヤ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ車輪速センサ
１９車速センサ
２０モータ
２２インバータ
２４バッテリ
４０アクセルペダル
４２アクセルポジションセンサ
４４ブレーキペダル
４６ブレーキポジションセンサ
５０ＴＲＣオフスイッチ（第１スイッチ）
５２トレイルスイッチ（第２スイッチ）
６０ＥＣＵ
１００車両

Claims

駆動輪に駆動力を供給する駆動源と、
スイッチと、
前記スイッチが操作されることで前記駆動力に第１の制限、または前記第１の制限よりも小さい第２の制限を設ける制御部と、を具備し、
前記制御部は、車体の速度と前記駆動輪の速度とに基づいてスリップ速度を取得し、
前記第２の制限を設けた場合、前記第１の制限を設けた場合に比べて、前記制御部は前記スリップ速度に応じた前記駆動力の制限を小さくする車両。
前記駆動源は電動機であり、
前記電動機に電力を供給し、かつ前記電動機により充電可能なバッテリを具備する請求項１に記載の車両。
前記スイッチは第１スイッチと第２スイッチとを含み、
前記制御部は、前記第１スイッチが操作されることで前記駆動力に前記第１の制限を設け、前記第２スイッチが操作されることで前記第２の制限を設ける請求項１または２に記載の車両。
前記制御部は、前記スリップ速度が大きいほど前記駆動力を低くする請求項１に記載の車両。