JPH1118208A - 車 輌 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関により駆動される第１駆動車輪と電
動機により駆動される第２駆動車輪とを備えた車輌にお
いて、駆動エネルギ効率の高い車輌を提供すること。 【解決手段】 アクセル操作のアクセル開度が所定値以
下であり、且つ、車速が増加しているときに第２駆動車
輪により電動機に回生制動をかける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関により駆動
される第１駆動車輪と電動機により駆動される第２駆動
車輪とを備えた車輌に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関により駆動される第１駆動車輪
と電動機により駆動される第２駆動車輪とを備えた車輌
というのは、現在のところあまり知られていない。一
方、電動機（モータ）のみで車輪を駆動するいわゆる電
気自動車はよく知られており、その制御装置として、た
とえば、特開平５−１７６４８号公報に開示されたもの
がある。

【０００３】この従来技術の電気自動車では複数の車輪
駆動用モータが設けられており、制御装置は、アクセル
操作量やブレーキ操作量に基づいてモータの速度指令値
を設定すると共に、速度指令値と各輪のモータ速度との
差からトルク指令値を決定し制御するようになってい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関を
車輪駆動力として用いる車輌では、下り坂走行中にいわ
ゆるエンジンブレーキを掛けることができる。したがっ
て、内燃機関により駆動される第１駆動車輪と電動機に
より駆動される第２駆動車輪とを備えた車輌において
も、同様に第１駆動車輪によるエンジンブレーキを掛け
ることができ、そのときの電動機の制御をどのように行
うかが問題となる。これに対して、上述した従来技術の
制御装置が搭載されている車輌は、車輪を駆動するため
の内燃機関を備えていないので、エンジンブレーキとい
う概念がそもそもないため、かかる技術については何ら
開示されていない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の車輌は、内燃機
関により駆動される第１駆動車輪と電動機により駆動さ
れる第２駆動車輪とを備え、アクセル操作量を第１駆動
車輪および第２駆動車輪の駆動制御指令の一つとする車
輌において、アクセル操作のアクセル開度が所定値以下
であり、且つ、車速が増加しているときに第２駆動車輪
により電動機に回生制動をかけることを特徴とするもの
である。

【０００６】アクセル操作のアクセル開度が所定値以下
であり、且つ、車速が増加しているときというのは、下
り坂を走行中の場合であり、いわゆるエンジンブレーキ
を効かせるときである。このときに、第２駆動車輪によ
り電動機に回生制動を掛けるので、制動エネルギを電源
側に回収することができる。

【０００７】また、本発明の車輌は、内燃機関により駆
動される第１駆動車輪と電動機により駆動される第２駆
動車輪とを備え、ブレーキ操作により第１駆動車輪およ
び第２駆動車輪の制動を行う車輌において、ブレーキ操
作が行われたときに第２駆動車輪により前記電動機に回
生制動をかけることを特徴とするものである。

【０００８】ブレーキ操作時に電動機に回生制動が掛か
ると、制動力がさらに増すと共に、制動エネルギを電源
側に回収することができる。

【０００９】本発明の車輌は、第２駆動車輪が車体の左
右に配置され、電動機が左右の第２駆動車輪に対して別
々に設けられている場合には、回生制動時に左右の第２
駆動車輪による回生電力を検出し、左右の回生電力のう
ち回生電力の値が高い方の回生制動力を他方の側の回生
電力の値とほぼ等しくなるように抑制することが望まし
い。これにより、回生制動時の第２駆動車輪の左右の制
動力がほぼ等しくなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
車輌の構成を示すシステム図である。この車輌は、内燃
機関であるガソリンエンジンで前輪を駆動し、電動機で
あるホイールモータで後輪を駆動する２種駆動方式の車
輌である。ここに言うホイールモータというのは、車輪
を電気モータで駆動する際の駆動効率を上げるために提
案されたものであり、モータの全部または一部が車輪の
ホイール内に収納されているため、モータロータの回転
駆動力が直接的に車輪に伝達され、駆動力伝達経路での
エネルギロスが少ないという利点を有する。そして、こ
の実施形態の車輌ではホイールモータが選択的に搭載可
能となっている。以下に、この車輌の構成を詳細に説明
する。

【００１１】前輪の左右輪３、４は、主たる動力源であ
るガソリンエンジン１１で回転駆動するようになってお
り、後輪の左右輪７、９は、それぞれ着脱可能なホイー
ルモータ１５、１７により回転駆動するようになってい
る。これにより、この車輌は４輪駆動で走行することが
できる。なお、ホイールモータ１５、１７はユーザーに
おいて取り外すことが可能であり、後輪７、９を通常の
従動輪とすることにより、ガソリンエンジンのみによる
２輪駆動で走行することも可能である。

【００１２】エンジン１１は通常のガソリンエンジン車
に搭載されたものと同様に、スロットルバルブ１３の開
度調整等により出力制御されるものであり、スロットル
バルブ１３の開度は、アクセルペダル操作に応じた電子
制御燃料噴射装置（ＥＦＩ）の電子制御ユニット（ＥＣ
Ｕ）２７からの指令により制御される。

【００１３】ホイールモータ１５および１７の駆動力は
補助的に用いられるものであり、たとえば、登り坂走行
の際の補助動力として用いられたり、旋回時の姿勢制御
に用いられたりする。このようなホイールモータ１５お
よび１６は、サスペンションアームに取り付けられた車
輪支持体に、車輪７、９と共に取り付けられており、ホ
イールモータ１５および１６のそれぞれの回転軸と車輪
７、９のそれぞれのアクスルハブとが同軸で一体に回転
する。ホイールモータ１５および１７は、前後輪の駆動
調整を含めた車輪全体の駆動制御を行うための電子制御
ユニット（ＥＣＵ）３１からの電力供給により駆動し、
制御される。この車輌制御ＥＣＵ３１は、車輌制御部３
３、モータ制御部３５、３７およびインバータ３９、４
１を備える。モータ制御部３５とインバータ３９はそれ
ぞれ左側のホイールモータ１５に制御された電力を供給
するものであり、モータ制御部３７とインバータ４１は
それぞれ右側のホイールモータ１７に制御された電力を
供給するものである。なお、ホイールモータ１５および
１７は永久磁石型同期モータであり、インバータ３９、
４１を介して電力供給しているので、回生制動が可能で
ある。

【００１４】車輌制御部３３は、ブレーキの動作を制御
するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）の電子制
御ユニット（ＥＣＵ）２９およびＥＦＩのＥＣＵ２７と
それぞれコネクタ７３および７１を介してコネクタ結合
している。また、車輌制御部３３は、各種センサ類とコ
ネクタ６７を介してコネクタ結合している。

【００１５】各種センサ類としては、操舵輪である前輪
の舵角を検出する舵角センサ５３、アクセルペダルの踏
み込み量すなわちアクセル開度量を検出するアクセルセ
ンサ５５、ブレーキペダルが踏まれているか否かを検出
するブレーキセンサ５７、エンジン駆動系のトランスミ
ッションのギヤシフトポジションを検出するシフトポジ
ションスイッチ５９、車輌の旋回角速度を検出するヨー
レートセンサ６１、車輌の左右方向の加速度を検出する
横加速度センサ６３、車輌の前後方向の加速度を検出す
る前後加速度センサ６５、パーキングブレーキのオンオ
フ状態を検出するＰＫＢセンサ７７、前後左右の４つの
車輪の速度をそれぞれ独立に検出する車輪速度センサ１
９、２１、２３、２４等がある。

【００１６】インバータ部３９、４１はコネクタ６９お
よび７９によりＤＣ／ＤＣコンバータ４３とコネクタ結
合しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３はコネクタ８１
を介して１２ボルト（Ｖ）の電圧を持つバッテリー４５
にコネクタ結合している。また、インバータ部３９、４
１はコネクタ６９および給電線８３および８５を介して
ホイールモータ１５および１７にコネクタ結合してい
る。

【００１７】車輌制御部３３は、車輌制御部３３はこれ
らセンサ類の出力に基づいて、車輌全体の駆動制御を行
う。したがって、当然のことながら、ホイールモータ１
５および１７の駆動制御も行う。すなわち、予め設定さ
れたアルゴリズムに従って車輪速度センサ２３、２５や
アクセルセンサ５５をはじめとする各種センサからの出
力に基づいてインバータ３９、４１の出力を調整してホ
イールモータ１５および１７の駆動を制御する。

【００１８】また、車輌制御部３３は、車輪駆動装置す
なわちホイールモータ１５、１７およびエンジン１１を
制御する機能の他に、ホイールモータによる正常な車輪
駆動が可能か否かの自己診断を行う機能も備えている。
ホイールモータ１５および１７が必要に応じて選択的に
取り付けられる着脱可能なものであることから、少なく
とも走行前にホイールモータによる車輪駆動が可能か否
かを確認し、車輌が４輪駆動可能か否かを車輌制御部３
３自身が知る必要があるからである。

【００１９】ホイールモータ１５および１７をどのよう
に駆動制御するかは、その車輌に対する設計思想に基づ
いて車輌制御部３３のアルゴリズムを決めればよい。た
とえば、上り坂走行の際に主たる駆動力である前輪駆動
力をアシストするために用いる場合には、アクセルセン
サ５５、シフトポジションスイッチ５９、車輪速度セン
サ１９、２１、２３、２５等の出力から坂道走行である
ことを検出したときにそのときの車輪速度に応じた速度
で回転させるような制御を行えばよい。

【００２０】また、エンジントラブルが発生した際の代
替動力として用いることも可能であり、さらに、旋回走
行時の姿勢制御のために利用することも可能である。

【００２１】特に、本実施形態では、下り坂等において
エンジンブレーキを効かせて走行する場合にはホイール
モータ１５、１７に回生制動を掛けるように制御され
る。

【００２２】図２は車輌制御部３３によるホイールモー
タ１５、１７の回生制動制御を示すフローチャートであ
る。

【００２３】回生制動の開始判断は、ステップ１０１か
らステップ１０４の４つの判断処理から構成されてい
る。

【００２４】はじめに、ホイールモータ制御システムが
動作中または動作可能状態（システムスタンバイ状態）
にあり、パーキングブレーキ（ＰＫＢ）７７が解除され
ており、アクセルセンサ５５が出力するアクセル開度が
設定値以下であることを全て満たしているか否かを判断
する（ステップ１０１）。アクセル開度に関する設定値
としては、アクセルがほとんど開放されているときのア
クセル開度、すなわち全閉に近い開度が選択され設定さ
れる。この条件のうちのいずれか一つでも満足されない
ときは、この判断は否定され、回生制動処理は行われな
い。すべての条件が満たされたときには、ステップ１０
２〜１０４の判断処理の結果により回生制動が実行され
る。

【００２５】ステップ１０２〜１０４の判断結果はその
フローから判るように、論理和処理がなされ、いずれか
一つの判断ボックスにおいて肯定されれば、回生モード
１０５に移行する。

【００２６】ステップ１０１で肯定された後、後述する
ステップ１０２および１０３において否定されると、ス
テップ１０４に至る。ステップ１０４では、車輪速度セ
ンサ１９、２１、２３、２５の出力に基づいて推定され
た車体速度が前回の車体速度よりも大きいか否か、すな
わち、車体速度が増加しているか否かを判断する。車輌
制御部３３は、ＡＢＳ制御をはじめとする種々の制御を
行うために、車輪速度センサ出力に基づいて所定周期で
車体速度を推定的に算出している。このステップ１０４
における「前回の車体速度」というのは、このように周
期的に算出される車体速度についての一時点前に算出さ
れた車体速度のことである。

【００２７】ここで、肯定されるということは、ステッ
プ１０１の判断結果を併せて考えると、アクセルをほぼ
開放した状態で車体速度が増加していることになり、下
り坂をエンジンブレーキを効かせて走行していることを
意味する。車輌制御部３３はこのような状態に至ったと
きには、ステップ１０５に移行して回生モードとし、ホ
イールモータ１５、１７に回生制動を掛ける。

【００２８】ステップ１０１で肯定された後のステップ
１０５の回生モードへの移行は、自動変速機を搭載した
車輌においてその自動変速機のシフト状態が所定の状態
にある場合（ステップ１０２）や、ブレーキ操作が行わ
れている場合（ステップ１０３）には、車体速度が増加
しているか否かにかかわらず行われる。

【００２９】すなわち、運転者が車輌に制動を掛けたい
と判断していることを自動変速機のシフト状態情報やブ
レーキ操作情報から得て、車体速度の変化とは関係なく
回生制動を掛けることができる。なお、自動変速機のシ
フト情報はシフトポジションスイッチ５９から得ること
ができ、ブレーキ操作情報はブレーキセンサ５７から得
ることができる。

【００３０】ステップ１０５に移行して回生モードとな
ると、急激な制動力増加による車輌挙動の不安定化やタ
イヤロックを防止するため、タイムスケジュールに従っ
た回生制動が行われる（ステップ１０６）。図２のステ
ップ１０６の枠内にタイムスケジュールの一例としての
グラフを表示した。このグラフは横軸に回生モード開始
からの経過時間を採り、縦軸に回生電力を採っている。
このグラフから判るように、回生制動開始直後は回生電
力量を小さくして回生制動力を抑え、時間経過と共に回
生電力を大きくして行く。これにより、車輌挙動の不安
定化やタイヤロックを防止できる。

【００３１】回生制動実施中は、車体速度が設定値以下
か否か（ステップ１０７）、開始条件すなわちステップ
１０１〜１０４までの条件が不成立となったか否か（ス
テップ１０８）を常時監視し、肯定する場合にはこの回
生制動処理を終了させる。なお、ステップ１０７の設定
値として通常は徐行速度が選択される。

【００３２】また、回生制動実施中は、左右のホイール
モータ１５および１７の回生電力をそれぞれ監視し（ス
テップ１０９）、その差が所定値を越えた場合は左右輪
に制動力の差が生じて車輌偏向する可能性があるため、
回生電力が高い方ホイールモータの回生制動力を抑制
し、その回生電力の値を低い方の回生電力の値とほぼ等
しくなるようにする。実際には、目標回生電力を実際の
回生電力の低い方の実績電力で飽和させた後（ステップ
１１０）、ステップ１０６に戻り回生制動を継続する。
この回生電力の低減処理は、左右の回生電力総和が零と
なる場合を限界値とし、回転方向に対し駆動となるトル
ク目標までは実施しない。すなわち、最悪でも片輪回生
片輪駆動までとする。これにより、左右のホイールモー
タ１５、１７に個体差があっても、最悪バッテリー電力
を消費しないシステムとすることができる。

【００３３】なお、本実施形態では、電動機としてモー
タとホイールとが一体に構成されたホイールモータを用
いているがこれに限定されるものではない。たとえば、
通常のモータを車体側に搭載し、動力伝達手段を介して
モータ駆動力を車輪に伝えるモータ駆動システムを採用
した場合にも、本発明を適用することができる。

【００３４】また、本実施形態では、左右前輪をエンジ
ン駆動とし、左右後輪をモータ駆動としているが、逆
に、左右前輪をモータ駆動、左右後輪をエンジン駆動と
してもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の車輌によ
れば、内燃機関により駆動される第１駆動車輪と電動機
により駆動される第２駆動車輪とを備え、アクセル操作
量を第１駆動車輪および第２駆動車輪の駆動制御指令の
一つとする車輌において、アクセル操作のアクセル開度
が所定値以下であり、且つ、車速が増加しているときに
第２駆動車輪により電動機に回生制動をかけるので、下
り坂走行中のように、第１駆動車輪を介していわゆるエ
ンジンブレーキを効かせるような場合には、第２駆動車
輪により電動機に回生制動を掛けるので、車輌全体の制
動力が増すと共に制動エネルギを電源側に回収すること
ができる。すなわち、エネルギ効率を高くすることがで
きる。

【００３６】また、通常の制動操作時にも第２駆動車輪
により電動機に回生制動を掛けるので、同様に、制動力
の増強とエネルギ効率の強化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である車輌の構成を示すシ
ステム図。

【図２】車輌制御部３３によるホイールモータ１５、１
７の回生制動制御を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…車体、３、５、７、９…車輪、１１…エンジン、１
５、１７…ホイールモータ、３１…車輌制御ＥＣＵ、３
３…車輌制御部、３５、３７…モータ制御部、３９、４
１…インバータ、５５…アクセルセンサ、５７…ブレー
キセンサ、６７、６９、７１、７３…コネクタ、４３…
ＤＣ／ＤＣコンバータ、４５…バッテリ、８３、８５…
電源配線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 29/02 (72)発明者 勝田 隆之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関により駆動される第１駆動車輪
   と電動機により駆動される第２駆動車輪とを備え、アク
   セル操作量を前記第１駆動車輪および第２駆動車輪の駆
   動制御指令の一つとする車輌において、 前記アクセル操作のアクセル開度が所定値以下であり、
   且つ、車速が増加しているときに前記第２駆動車輪によ
   り前記電動機に回生制動をかけることを特徴とする車
   輌。
2. 【請求項２】 内燃機関により駆動される第１駆動車輪
   と電動機により駆動される第２駆動車輪とを備え、ブレ
   ーキ操作により前記第１駆動車輪および第２駆動車輪の
   制動を行う車輌において、 前記ブレーキ操作が行われたときに前記第２駆動車輪に
   より前記電動機に回生制動をかけることを特徴とする車
   輌。
3. 【請求項３】 前記第２駆動車輪は車体の左右に配置さ
   れ、前記電動機は前記左右の第２駆動車輪に対して別々
   に設けられており、前記回生制動時に前記左右の第２駆
   動車輪による回生電力を検出し、左右の回生電力のうち
   回生電力の値が高い方の回生制動力を他方の回生電力の
   値とほぼ等しくなるように抑制することを特徴とする請
   求項１または２に記載の車輌。