JP2005151687A - モータ駆動4wd車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 装置構成を簡素化することができるモータ駆動4WD車両の制御装置及び制御方法を提供する。
【解決手段】 エンジン1によって駆動されることで、42ボルトの3相交流電力を発電する42Vオルタネータ2と、42Vオルタネータ2で発電された3相交流電力を直流電力に整流する整流器14と、整流器14で整流された直流電力を3相交流電力に変換する機能、及び直流電力をより低い電圧の直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータ3と、14ボルトの直流電力を充電する14VバッテリE1を有する。そして、4WD駆動時に動作する交流モータM1は、昇降圧インバータ3にて得られる3相交流電力が供給されて駆動する。また、14VバッテリE1は、昇降圧インバータ3で降圧された直流電力により充電される。
【選択図】 図1
【解決手段】 エンジン1によって駆動されることで、42ボルトの3相交流電力を発電する42Vオルタネータ2と、42Vオルタネータ2で発電された3相交流電力を直流電力に整流する整流器14と、整流器14で整流された直流電力を3相交流電力に変換する機能、及び直流電力をより低い電圧の直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータ3と、14ボルトの直流電力を充電する14VバッテリE1を有する。そして、4WD駆動時に動作する交流モータM1は、昇降圧インバータ3にて得られる3相交流電力が供給されて駆動する。また、14VバッテリE1は、昇降圧インバータ3で降圧された直流電力により充電される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、車両の前輪または後輪のうちの、一方をエンジンにより駆動し、他方をモータにより駆動するようにしたモータ駆動4WD車両を制御する制御装置及び制御方法に関する。
従来、エンジンが発生する駆動力で前輪を駆動し、エンジンによって回転させられる発電機により発電された電力によって、モータを回転駆動させ、この駆動力で後輪を駆動させるようにした4WD車両が知られている。(例えば、特開2002−152911号公報、特開2002−200932号参照)
特開2002−152911号公報
特開2002−200932号公報
しかしながら、従来の車両においては、後輪を駆動するために設けられている発電機と、車両の電装品に電力を供給するための発電機とが別々に設けられているために、部品点数が多くなり、レイアウト上の制約になるという問題があった。また、重量が増加し、且つコストアップを招くという問題があった。
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、装置構成を簡素化することができるモータ駆動4WD車両の制御装置及び制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車輪を必要に応じて交流モータにより駆動するようにしたモータ駆動4WD車両を制御する4WD車両の制御装置において、前記エンジンによって駆動されることで、第1の定格電圧の3相交流電力を発電する電動発電機を有する。更に、この電動発電機により発電された3相交流電力を直流電力に整流する整流器と、整流器で整流された直流電力を3相交流電力に変換する機能、及び該直流電力を降圧した直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータと、第1の定格電圧よりも低い第2の定格電圧の電力を充電するバッテリとを有する。
そして、交流モータは、昇降圧インバータにて得られる3相交流電力が供給されて駆動し、且つ、バッテリは、昇降圧インバータで降圧された直流電力により充電される。
本発明に係るモータ駆動4WD車両の制御装置では、第1の定格電圧となる3相交流電力で駆動する交流モータと、第2の定格電圧となる直流電力により充電されるバッテリに対し、共通の電動発電機で発電された電力を用いることができるので、それぞれ別個に発電機を設ける必要が無くなり、装置構成を簡素化することができる。また、装置の設置スペースを省スペース化することができ、且つ、重量減、コストダウンを図ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るモータ駆動4WD車両の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置は、前輪、または後輪のいずれか一方をエンジンにより駆動し、他方をモータにより駆動する構成をなす車両を制御するものであり、図1に示すように、エンジン1と、該エンジン1にベルトで連結され、エンジン1の回転動力を用いて42ボルト(第1の定格電圧)の3相交流電圧を発電する42Vオルタネータ(電動発電機)2と、該42Vオルタネータ2で発電された交流電力を直流電力に変換する整流器14とを備えている。
また、整流器14より出力される直流電力を、所望の周波数となる42ボルトの3相交流電力に変換する機能、及び整流器14より出力される直流電力を降圧する機能を有する昇降圧インバータ3と、この昇降圧インバータ3にて得られる3相交流電力が供給されて回転駆動する交流モータM1とを有している。
交流モータM1の出力軸は、ディファレンスギヤ4を介して後輪5に連結されている。また、交流モータM1の出力軸には、該交流モータM1の回転角度を検出するための位置センサ11が設けられている。更に、交流モータM1の界磁電流を制御するための界磁制御部13が設けられている。なお、ここでは、後輪5を交流モータM1で駆動する例について説明するが、後輪5をエンジン動力で駆動する場合には、交流モータM1は前輪を駆動することになる。
また、車両に搭載される各種の電装機器に電力を供給すると共に、昇降圧インバータ3で降圧された電圧(第2の定格電圧)の直流電力が供給されて充電される14VバッテリE1と、該14VバッテリE1の充電電圧を検出する電圧センサ(電圧検出手段)7とを備えている。
更に、エンジン1に取り付けられた回転センサ10の検出信号、及びアクセルセンサ(図示省略)の検出信号に基づいて、エンジン1に点火信号を出力し、且つ噴射弁の制御を行うエンジン制御コントローラ12と、交流モータM1の駆動を制御する4WDコントローラ9と、昇降圧インバータ3の駆動及び交流モータM1の界磁を制御する駆動回路6とを有している。
4WDコントローラ9は、車輪速センサ(図示省略)の検出信号、アクセルセンサの検出信号を入力し、これらの各検出信号に基づいて、駆動回路6にトルク指令信号を出力すると共に、42Vオルタネータ2の界磁を制御する界磁制御部8に制御信号を出力する。
昇降圧インバータ3は、6個のIGBT或いはMOS−FET等のスイッチング素子Tr1〜Tr6を備えており、このうち、スイッチング素子Tr1〜Tr3が上アームを構成し、スイッチング素子Tr4〜Tr6が下アームを構成している。
14VバッテリE1のマイナス側端子はグランドに接続され、プラス側端子は、スイッチ(スイッチ手段)SW1を介して3相の交流モータM1の中性点p1に連結されている。
駆動回路6は、電圧センサ7の検出信号、位置センサ11の検出信号、及び4WDコントローラ9より出力されるトルク指令信号を入力し、これらの信号を受けて、昇降圧インバータ3が有する6個のスイッチング素子Tr1〜Tr6の制御入力端子へ駆動信号を出力する。更に、界磁制御部13に界磁制御信号を出力し、且つ、スイッチSW1にオン、オフ動作の制御信号を出力する。
次に、本実施形態に係るモータ駆動4WD車両の制御装置の動作を、(イ)4WD駆動時、(ロ)14Vバッテリ充電時のそれぞれについて説明する。なお、各動作時における42Vオルタネータ2、昇降圧インバータ3、14VバッテリE1、スイッチSW1、交流モータM1の動作は、図4に示す通りである。
(イ)4WD駆動時の動作
図2は、4WD駆動時の動作を示すフローチャートである。まず、ステップS1では、4WDコントローラ9は、車輪速センサの検出信号、及びアクセルセンサの検出信号に基づいて、4WD駆動するかどうかを判断し、4WD駆動する場合には、トルク指令信号を駆動回路6に出力し、且つ、界磁制御部8に界磁制御信号を出力する。
図2は、4WD駆動時の動作を示すフローチャートである。まず、ステップS1では、4WDコントローラ9は、車輪速センサの検出信号、及びアクセルセンサの検出信号に基づいて、4WD駆動するかどうかを判断し、4WD駆動する場合には、トルク指令信号を駆動回路6に出力し、且つ、界磁制御部8に界磁制御信号を出力する。
これにより、ステップS2にて、42Vオルタネータ2は、エンジン1の駆動力を得て3相交流電力を発電する。次いで、ステップS3では、駆動回路6より、界磁制御部13に界磁制御信号を出力し、交流モータM1を回転駆動可能な状態とする。
その後、42Vオルタネータ2で発電された3相交流電力は、整流器14にて直流電力に変換され、この直流電力が昇降圧インバータ3に供給されるので、ステップS4では、駆動回路6の制御下で、各スイッチング素子Tr1〜Tr6のオン、オフを制御し、42ボルトの3相交流電力を生成し、この3相交流電力を交流モータM1に出力する。
そして、ステップS5では、交流モータM1が回転駆動するので、該交流モータM1の出力軸と連結された後輪5が回転駆動することになり、4WD駆動が達成される。
こうして、42Vオルタネータ2で発電された3相交流電力を、一旦整流した後、再度昇降圧インバータ3で所望する周波数となる3相交流電力に変換することができるので、この3相交流電力を用いて、交流モータM1を回転駆動させることにより、4WD駆動が行われる。
(ロ)14Vバッテリ充電時の動作
次に、図3に示すフローチャートを参照しながら、14VバッテリE1を充電する際の動作について説明する。まず、ステップS11にて、駆動回路6は、4WDコントローラ9よりトルク指令が出力されているかどうかにより、現在4WD動作中であるかどうかを判断する。そして、4WD動作中でない場合には、ステップS12にて、界磁制御部13に出力する界磁制御信号を停止させ、交流モータM1の回転を禁止する。更に、ステップS13にて、スイッチSW1をオンとし、14VバッテリE1と交流モータM1の中性点p1とを電気的に連結した状態とする。
次に、図3に示すフローチャートを参照しながら、14VバッテリE1を充電する際の動作について説明する。まず、ステップS11にて、駆動回路6は、4WDコントローラ9よりトルク指令が出力されているかどうかにより、現在4WD動作中であるかどうかを判断する。そして、4WD動作中でない場合には、ステップS12にて、界磁制御部13に出力する界磁制御信号を停止させ、交流モータM1の回転を禁止する。更に、ステップS13にて、スイッチSW1をオンとし、14VバッテリE1と交流モータM1の中性点p1とを電気的に連結した状態とする。
その後、ステップS14にて、昇降圧インバータ3により零相出力する。即ち、昇降圧インバータ3が有する6個のスイッチング素子Tr1〜Tr6のうちの、上アーム側となるスイッチング素子Tr1〜Tr3をオン、オフ動作(降圧チョッパ動作)させる。更に、このオン、オフのデューティ比を制御することにより、所望のレベルとなる直流電力を発生させ、この直流電力を14VバッテリE1に供給する。これにより、ステップS15にて、14VバッテリE1の充電が行われる。
また、ステップS16にて、電圧センサ7の検出信号に基づき、昇降圧インバータ3より出力されるデューティ信号のパルス幅を調整することにより、14VバッテリE1の充電電圧に応じた適切な電力が供給されるように制御する。その後、14VバッテリE1の充電が終了したら、スイッチSW1をオフとし、且つ昇降圧インバータ3を停止させる。
こうして、昇降圧インバータ3より出力される直流電力を用いて、14VバッテリE1の充電を行うことができるのである。
このようにして、本実施形態に係るモータ駆動4WD車両の制御装置では、42ボルトの3相交流電力で駆動する交流モータM1と、14ボルトの直流電力により充電される14VバッテリE1に対して、共通の42Vオルタネータ2で発電された電力を用いることができるので、それぞれ別個に発電機を設ける必要が無くなり、装置構成を簡素化することができる。また、装置の設置スペースを省スペース化することができ、且つ、重量減、コストダウンを図ることができる。
即ち、第1の定格電圧となる交流電力が供給されて駆動する交流モータと、第2の定格電圧となる直流電力が供給されて充電されるバッテリに対して、共通の電動発電機で発電された電力を用いることができるので、レイアウト上の自由度が向上すると共に、重量減、コストダウンを図ることができる。
また、14VバッテリE1のプラス側端子がスイッチSW1を介して、交流モータM1の中性点p1に接続され、この中性点p1から直流電力が供給されて14VバッテリE1が充電されるので、簡単な回路構成で14VバッテリE1への充電電力の供給が可能となる。
即ち、バッテリのプラス側端子が交流モータの中性点に連結され、該中性点を介して供給される第2の定格電圧となる直流電力により、バッテリが充電されるので、回路構成を簡素化することができる。
更に、昇降圧インバータ3に搭載される各スイッチング素子Tr1〜Tr6をオン、オフ制御することにより、所定周波数の3相交流電力を得る構成としているので、所望する周波数となる3相交流電力を容易に得ることができ、トルク指令に応じた適切な電力を交流モータM1に供給することができる。
即ち、昇降圧インバータが有する複数のスイッチング素子をオン、オフ動作させることにより、整流器で整流された直流電力を3相交流電力に変換するので、所望する周波数の3相交流電力を容易に得ることができ、トルク指令に応じた適切な電力を交流モータに供給することができる。
また、昇降圧インバータ3が有する上アーム側のスイッチング素子Tr1〜Tr3をオンとし、且つオン時間をデューティ制御することにより、14VバッテリE1の充電に必要とする電力を生成するので、所望する電圧を容易に得ることができ、14VバッテリE1を速やかに所望する電圧に充電することができる。更に、スイッチSW1をオンとすることにより、中性点p1と14VバッテリE1とが連結されるので、14VバッテリE1の充電時には確実に直流電力を14VバッテリE1に供給することができ、また、非充電時には、確実に回路を遮断することができるので、回路動作の信頼性を向上させることができる。
即ち、昇降圧インバータが有する上側アームとなるスイッチング素子をオンとし、且つこのオン時間を制御することにより、バッテリに供給するための直流電力を生成するので、所望する直流電力を容易に得ることができ、バッテリの速やかな充電が可能となる。また、バッテリ充電時には、中性点とバッテリとの間に設けられたスイッチ手段をオンとし、非充電時には、スイッチ手段をオフとするので、昇降圧インバータとバッテリとの間の電気的な導通、遮断を確実に行うことができ、回路動作の信頼性を向上させることができる。
更に、電圧センサ7の検出信号に応じて、オン時間のパルス幅を制御するので、適切な電圧を容易に得ることができる。
即ち、電圧検出手段の検出信号に応じて、スイッチング素子のオン時間を制御するので、適切な電圧を容易に得ることができる。
また、14VバッテリE1を充電している際には、界磁制御部13による励磁が行われないので、14VバッテリE1の充電中に交流モータM1が回転することが阻止され、誤動作の発生を防止することができる。
即ち、バッテリを充電している際には、交流モータが有する界磁制御部による励磁を禁止するので、バッテリ充電時に交流モータが回転駆動するというトラブルを回避することができ、回路動作の信頼性を向上させることができる。
モータを用いた4WD車両の構成を簡素化する上で、極めて有用である。
1 エンジン
2 42Vオルタネータ(電動発電機)
3 昇降圧インバータ
4 ディファレンスギヤ
5 後輪
6 駆動回路
7 電圧センサ(電圧検出手段)
8 界磁制御部
9 モータ4WDコントローラ
10 回転センサ
11 位置センサ
12 エンジン制御コントローラ
13 界磁制御部(交流モータが有する界磁制御部)
14 整流器
M1 交流モータ
SW1 スイッチ(スイッチ手段)
E1 14Vバッテリ(バッテリ)
2 42Vオルタネータ(電動発電機)
3 昇降圧インバータ
4 ディファレンスギヤ
5 後輪
6 駆動回路
7 電圧センサ(電圧検出手段)
8 界磁制御部
9 モータ4WDコントローラ
10 回転センサ
11 位置センサ
12 エンジン制御コントローラ
13 界磁制御部(交流モータが有する界磁制御部)
14 整流器
M1 交流モータ
SW1 スイッチ(スイッチ手段)
E1 14Vバッテリ(バッテリ)
Claims (7)
- 車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車輪を必要に応じて交流モータにより駆動するようにしたモータ駆動4WD車両を制御する4WD車両の制御装置において、
前記エンジンによって駆動されることで、第1の定格電圧の3相交流電力を発電する電動発電機と、
前記電動発電機により発電された3相交流電力を直流電力に整流する整流器と、
前記整流器で整流された直流電力を3相交流電力に変換する機能、及び該直流電力を降圧した直流電力に変換する機能を有する昇降圧インバータと、
前記第1の定格電圧よりも低い第2の定格電圧の電力を充電するバッテリと、を有し、
前記交流モータは、前記昇降圧インバータにて得られる3相交流電力が供給されて駆動し、
前記バッテリは、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力により充電されることを特徴とするモータ駆動4WD車両の制御装置。 - 前記バッテリは、プラス側端子が前記交流モータの中性点に連結されて、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力が供給されることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
- 前記昇降圧インバータは、複数のスイッチング素子を有し、各スイッチング素子をオン、オフ動作させることにより、前記整流器より得られる直流電力を3相交流電力に変換することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
- 前記昇降圧インバータは、上アームとなる複数のスイッチング素子、及び下アームとなる複数のスイッチング素子を有し、前記上アーム側のスイッチング素子の全てをオン動作させると共に、前記交流モータの中性点と前記バッテリとの間に介在するスイッチ手段を閉路することにより、前記昇降圧インバータで降圧された直流電力を前記バッテリに供給することを特徴とする請求項2に記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
- 前記バッテリの充電電圧を検出する電圧検出手段を備え、該電圧検出手段にて検出された電圧値に基づいて、前記上アーム側のスイッチング素子のオン時間を制御することを特徴とする請求項4に記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
- 前記交流モータは、当該交流モータが有する界磁巻線に流れる界磁電流を制御する界磁制御部を有し、前記バッテリを充電している際には、前記交流モータの界磁制御部は、界磁電流を流すことを禁止することを特徴とする請求項4または請求項5のいずれかに記載のモータ駆動4WD車両の制御装置。
- 車両の前輪または後輪のうちの、一方の車輪をエンジンにより駆動し、他方の車輪を必要に応じて交流モータにより駆動するようにしたモータ駆動4WD車両を制御する4WD車両の制御方法において、
4WD駆動時には、前記エンジンによって駆動される電動発電機により発電される第1の定格電圧の3相交流電力を、整流器にて整流した後、昇降圧インバータにて所望する周波数の3相交流電力に変換して前記交流モータを回転駆動させ、
車両の電気計装機器に電力を供給するバッテリを充電する際には、前記電動発電機で発電される第1の定格電圧の3相交流電力を、整流器にて整流した後、前記昇降圧インバータで前記第1の定格電圧よりも低い第2の定格電圧に降圧して、前記バッテリに供給することを特徴とするモータ駆動4WD車両の制御方法。
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2003
- 2003-11-14 JP JP2003384963A patent/JP2005151687A/ja active Pending
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