JP2006034052A - モータ四輪駆動車のモータ電源制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 クラッチを断にして4WD状態から2WD状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができるモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を提供すること。
【解決手段】 左右前輪1L,1Rをエンジン2により駆動し、左右後輪3L,3Rをモータ4により駆動し、前記モータ4は、前記エンジン2により駆動されるジェネレータ7にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ4と、該モータ4から左右後輪3L,3Rへの動力伝達の断続を切り替え可能な湿式多板クラッチ12と、を備えたモータ四輪駆動車において、前記モータ4に電力を供給する電源としてキャパシタ16を設けると共に、前記湿式多板クラッチ12を断にするときジェネレータ7からの電力ではモータ4がトルク不足となる場合、前記モータ4の電源をジェネレータ7からキャパシタ16に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。
【選択図】 図3
【解決手段】 左右前輪1L,1Rをエンジン2により駆動し、左右後輪3L,3Rをモータ4により駆動し、前記モータ4は、前記エンジン2により駆動されるジェネレータ7にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ4と、該モータ4から左右後輪3L,3Rへの動力伝達の断続を切り替え可能な湿式多板クラッチ12と、を備えたモータ四輪駆動車において、前記モータ4に電力を供給する電源としてキャパシタ16を設けると共に、前記湿式多板クラッチ12を断にするときジェネレータ7からの電力ではモータ4がトルク不足となる場合、前記モータ4の電源をジェネレータ7からキャパシタ16に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。
【選択図】 図3
Description
本発明は、従駆動輪の動力源として設けられた電動モータと、2WD走行時に従駆動輪フリクションの低減を目的として解放するクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置に関する。
従来、主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ四輪駆動車において、前記電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能な湿式クラッチを設け、4WD走行時には湿式クラッチを締結し、4WD走行から2WD走行への切り替え時には、振動や異音を防止するため、湿式クラッチへの解放指令から湿式クラッチの解放動作が完了するまでの所定時間を待って電動モータを停止するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−88874号公報
しかしながら、従来のモータ四輪駆動車にあっては、4WD走行時にアクセル足放し操作に伴って2WD走行へ切り替える際、アクセル足放し操作によりエンジン回転数が低下するため、エンジンにより駆動される発電機による電気エネルギーが不足し、電動モータでのトルク不足により湿式クラッチを解放する場合にショックを生じてしまう、という問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、クラッチを断にして4WD状態から2WD状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができるモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動される電動モータと、該電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能なクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車において、
前記電動モータに電力を供給する電源として蓄電器を設けると共に、前記クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。
前記電動モータに電力を供給する電源として蓄電器を設けると共に、前記クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えるモータ電源制御手段を設けた。
よって、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置にあっては、モータ電源制御手段において、クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、電動モータの電源が発電機から蓄電器に切り替えられる。例えば、足放し等のアクセル戻し操作に伴ってクラッチを断にするとき、エンジン回転数の低下により、エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーも低下し、モータトルクが出なくなる。このような場合、電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えることによりモータトルクを確保する。この結果、クラッチを断にして4WD状態から2WD状態へと切り替える際、発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができる。
以下、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
図1は実施例1のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車を示す全体システム図であり、左右前輪1L,1R(主駆動輪)が内燃機関であるエンジン2によって駆動され、左右後輪3L,3R(従駆動輪)がモータ4(電動モータ)によって駆動可能な前輪駆動ベース車両の例である。すなわち、トランスファーやプロペラシャフトを持たず4WD機能を軽量・コンパクトに実現させた4WDシステムとし、2WD車と同様の広い足元空間を確保し、かつ、4WD作動を発進時と前輪スリップ時等の必要時に限ることで燃費の悪化を最小限に抑えている。
図1は実施例1のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車を示す全体システム図であり、左右前輪1L,1R(主駆動輪)が内燃機関であるエンジン2によって駆動され、左右後輪3L,3R(従駆動輪)がモータ4(電動モータ)によって駆動可能な前輪駆動ベース車両の例である。すなわち、トランスファーやプロペラシャフトを持たず4WD機能を軽量・コンパクトに実現させた4WDシステムとし、2WD車と同様の広い足元空間を確保し、かつ、4WD作動を発進時と前輪スリップ時等の必要時に限ることで燃費の悪化を最小限に抑えている。
前記エンジン2の出力トルクが、変速機&デフギア5を介して左右前輪1L,1Rに伝達されるようになっている。また、エンジン2の出力トルクの一部は、無端ベルト6を介してジェネレータ7(発電機)に伝達される。e-4WDコントロールユニット8によって制御されるジェネレータ7が発電した電力は、パワーケーブル9を介してモータ4に供給可能になっている。
前記モータ4に電力を供給する電源として、前記ジェネレータ7に加えてキャパシタ16(蓄電器)を設けている。前記パワーケーブル9は、前記ジェネレータ7およびキャパシタ16とスイッチボックス17とを接続するケーブル9a,9bと、前記スイッチボックス17とジャンクションボックス10とを接続するケーブル9cと、前記ジャンクションボックス10とモータ4とを接続するケーブル9dと、を有して構成されている。
前記モータ4の駆動トルクは、ファイナルドライブ11を介して左右後輪3L,3Rに伝達可能になっている。なお、前記モータ4と前記ファイナルドライブ11により、後輪駆動ユニットRTが構成される。
前記ジェネレータ7は、界磁巻線と永久磁石とを備え、無端ベルト6を介してエンジン2から伝達された回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、e-4WDコントロールユニット8からの発電指令(界磁電流)に応じた電力をモータ4へ伝達する。
前記ジャンクションボックス10は、内蔵したモニター回路により通電電流、ジェネレータ電圧、モータ電圧(逆起電圧)をリアルタイムに監視し、システム制御信号及びフェイルセーフ判断信号をe-4WDコントロールユニット8に伝達し、大容量のリレースイッチ10aにて電源のON/OFFを行う。
前記モータ4は、ケーブル9dを介して供給された電力により駆動力を発生する。モータ4の回転方向は、e-4WDコントロールユニット8から界磁巻線ハーネスを介して界磁巻線へ流す電流の向きを制御することにより制御する。このモータ4のモータ軸は、ファイナルドライブ11に連結されていて、回転力をファイナルドライブ11に伝達する。なお、モータ4の内部にはサーミスタが設置してあり、e-4WDコントロールユニット8でモータ4の温度を監視している。なお、モータ4としては、直流モータだけでなく交流モータを採用することも可能であり、交流モータの場合は、前段に交流変換を行うインバータを用いる。
前記ファイナルドライブ11は、湿式多板クラッチ12(クラッチ)と、電磁クラッチ13と、ギア減速機14と、ディファレンシャルギア15を有し、4WD走行時には湿式多板クラッチ12を係合し、2WD走行時には湿式多板クラッチ12を解放することにより後輪フリクションの低減を図っている。このファイナルドライブ11の詳しい説明は後述する。
前記e-4WDコントロールユニット8は、4WDスイッチ20により「4WD」が選択されているとき、必要に応じて4WD制御を行う制御手段である。このe-4WDコントロールユニット8には、4WDスイッチ20からのスイッチ信号、ABSコントロールユニット21からの4輪の各車輪速信号、自動変速機コントロールユニット22からのシフト位置信号、エンジンコントロールユニット23からのアクセル開度信号、等が入力される。e-4WDコントロールユニット8では、入力情報に基づいて演算処理を行い、ジェネレータ7に対してジェネレータ制御指令、湿式多板クラッチ12に対してクラッチ制御指令、モータ4に対してモータ制御指令、ジャンクションボックス10に対してリレー制御指令、キャパシタ16に対してコンデンサ電圧調整指令、スイッチボックス17に対してスイッチ開閉指令、をそれぞれ出力する。なお、e-4WDコントロールユニット8には、上記入力情報以外に、油温センサ27からのセンサ信号が入力される。
前記e-4WDコントロールユニット8での制御概要を説明すると、4WDスイッチ20により「4WD」が選択されている時に発進から必要に応じて4WD制御を行う。つまり、e-4WDコントロールユニット8では、「4WD」の選択時で、かつ、発進時または前輪スリップ時には、最適な後輪駆動トルクを演算し、そのトルクが得られるようにジェネレータ7と湿式多板クラッチ12とモータ4とをそれぞれ制御する。このとき、e-4WDコントロールユニット8とエンジンコントロールユニット23との間ではCAN通信(Controller Area Network通信)が行われ、エンジン出力を調整し、4WDらしい安心感のある走行を確保している。また、前輪スリップの発生に伴い4WD制御を開始した後、左右前輪1L,1Rのスリップが収まると、後輪駆動ユニットRTの湿式多板クラッチ12を切り離し、モータ4を停止して2WD状態にする。
一方、4WDスイッチ20により「2WD」が選択されている時は、ジャンクションボックス10のリレースイッチ10aを遮断することでモータ4を停止すると共に、クラッチ制御電流を非通電とすることで湿式多板クラッチ12を切り離し、エンジン2のみによって左右前輪1L,1Rのみを駆動する二輪駆動状態で走行するように構成されている。なお、システムに異常が発生した場合には、コンビネーションメーター24内の4WD警告灯25を点灯させて異常を知らせる。さらに、4WD走行時には、4WD表示灯26を点灯させて4WD走行中であることをドライバーに知らせる。
図3は実施例1のモータ電源制御装置が適用されたモータ四輪駆動車のファイナルドライブ11を示す断面図である。
前記ファイナルドライブ11は、ファイナルドライブケース40内に、モータ軸が連結される入力ギア軸41と、中間ギア軸42と、ドライブギア43を入力とし左右の後輪ドライブシャフトを出力とするディファレンシャルギア15と、の3軸が互いに平行に配置されている。なお、このファイナルドライブケース40内には、クラッチ類やギア類の潤滑性を確保し温度上昇を防止するため、ギアの一部が浸漬するレベルまで潤滑油が封入されている。前記油温センサ27は、この潤滑油の温度を計測するためのセンサである。
前記ファイナルドライブ11は、ファイナルドライブケース40内に、モータ軸が連結される入力ギア軸41と、中間ギア軸42と、ドライブギア43を入力とし左右の後輪ドライブシャフトを出力とするディファレンシャルギア15と、の3軸が互いに平行に配置されている。なお、このファイナルドライブケース40内には、クラッチ類やギア類の潤滑性を確保し温度上昇を防止するため、ギアの一部が浸漬するレベルまで潤滑油が封入されている。前記油温センサ27は、この潤滑油の温度を計測するためのセンサである。
前記入力ギア軸41には、モータ側端部にモータ4のモータ軸挿入部41aを有し、モータ側端部とは反対側の端部に第1ギア部41bを有する。
前記中間ギア軸42には、前記第1ギア部41bと噛み合う第2ギア42aが設けられると共に、ドライブギア43と噛み合う第3ギア部42bを形成している。
前記ディファレンシャルギア15は、ファイナルドライブケース40に対し回転可能に支持されたデフケース15aと、前記第3ギア部42bと噛み合うドライブギア43との間に湿式多板クラッチ12を介装させている。そして、前記デフケース15aと、該デフケース15aと一体に回転するピニオンメートシャフト15bと、該ピニオンメートシャフト15bに設けられたピニオン15cと、該ピニオン15cに噛み合うと共に左右の後輪ドライブシャフトがスプライン嵌合される左右のサイドギア15d,15eと、を有して構成されている。
前記中間ギア軸42には、前記第1ギア部41bと噛み合う第2ギア42aが設けられると共に、ドライブギア43と噛み合う第3ギア部42bを形成している。
前記ディファレンシャルギア15は、ファイナルドライブケース40に対し回転可能に支持されたデフケース15aと、前記第3ギア部42bと噛み合うドライブギア43との間に湿式多板クラッチ12を介装させている。そして、前記デフケース15aと、該デフケース15aと一体に回転するピニオンメートシャフト15bと、該ピニオンメートシャフト15bに設けられたピニオン15cと、該ピニオン15cに噛み合うと共に左右の後輪ドライブシャフトがスプライン嵌合される左右のサイドギア15d,15eと、を有して構成されている。
前記湿式多板クラッチ12は、前記ドライブギア43に一体固定したクラッチドラム43aと前記デフケース15aとの間に介装した第1クラッチプレート12aと、該第1クラッチプレート12aの一端部を支持するストッパリング12bと、前記第1クラッチプレート12aの他端部位置に配置された押圧カム12cと、を有して構成されている。なお、前記第1クラッチプレート12aは、クラッチドラム43aにスプライン嵌合した複数のドライブプレートと、前記デフケース15aにスプライン嵌合した複数のドリブンプレートと、を交互の配置し、積層することで構成されている。
前記電磁クラッチ13は、クラッチ係合時にe-4WDコントロールユニット8からの電流がコイルに印加される電磁石13aと、該電磁石13aの電磁力により引き寄せられるアーマチュア13bと、前記クラッチドラム43aと拘束カム13cとの間に介装された第2クラッチプレート13dと、を有して構成されている。
前記湿式多板クラッチ12の締結は、電磁石13aのコイルへの通電により行われる。このコイル通電により、アーマチュア13bが図2の右方向に引き寄せられ、第2クラッチプレート13dが締結する。この第2クラッチプレート13dの締結により拘束カム13cがドライブギア43と一体回転することで、拘束カム13cと押圧カム12cとの間に回転差が生じ、ボール44がカム斜面を押すことにより押圧カム12cに押し付け力が発生し、第1クラッチプレート12aを締結する。これにより、締結された第1クラッチプレート12aを介し、モータ4からのトルクを左右の後輪ドライブシャフトに伝達する。前記湿式多板クラッチ12の解放は、電磁石13aのコイルへの通電遮断により行われる。このコイル通電遮断により、第2クラッチプレート13dが解放されると、皿ばね構造のリターンスプリング45により押圧カム12cが図2の右方向にストロークし、第1クラッチプレート12aの締結を解放する。
前記ギア減速機14は、前記第1ギア部41bと前記第2ギア42aと前記第3ギア部42bと前記ドライブギア43により構成され、第1ギア部41bと第2ギア42aとの第1減速比と、第3ギア部42bとドライブギア43との第2減速比とを掛け合わせた減速比を得る。
図3は実施例1のモータ電源制御装置が適用されたモータ電源制御系および後輪駆動系を示すブロック図である。
前記モータ4に電力を供給する電源として、ジェネレータ7とキャパシタ16とを設けている。前記キャパシタ16は、コンデンサ16aと電圧調整装置16b(電圧調整手段)とを有し、電圧調整装置16bとしては、例えば、可変抵抗等により電圧降下調整回路が組まれ、e-4WDコントロールユニット8からの指令によりコンデンサ電圧を調整し、コンデンサ電圧が目標モータ電圧値に一致すると、調整完了信号をe-4WDコントロールユニット8へ送信する。
前記モータ4に電力を供給する電源として、ジェネレータ7とキャパシタ16とを設けている。前記キャパシタ16は、コンデンサ16aと電圧調整装置16b(電圧調整手段)とを有し、電圧調整装置16bとしては、例えば、可変抵抗等により電圧降下調整回路が組まれ、e-4WDコントロールユニット8からの指令によりコンデンサ電圧を調整し、コンデンサ電圧が目標モータ電圧値に一致すると、調整完了信号をe-4WDコントロールユニット8へ送信する。
前記ジャンクションボックス10内には、リレースイッチ10aが設けられ、前記スイッチボックス17内には、第1スイッチ17aと第2スイッチ17bとが設けられる。前記ジェネレータ7は、第1スイッチ17aとリレースイッチ10aを有するケーブル9a,9c,9dを介してモータ4に接続されている。前記キャパシタ16は、第2スイッチ17bとリレースイッチ10aとを有するケーブル9b,9c,9dを介してモータ4に接続されている。
前記ジェネレータ7を電源としてモータ4により左右後輪3R,3Lを駆動する4WD状態は、第1スイッチ17aをON、第2スイッチ17bをOFF、リレースイッチ10aをON、湿式多板クラッチ12をONとすることで実現される。また、前記キャパシタ16を電源としてモータ4により左右後輪3R,3Lを駆動する4WD状態は、第1スイッチ17aをOFF、第2スイッチ17bをON、リレースイッチ10aをON、湿式多板クラッチ12をONとすることで実現される。さらに、前記エンジン2により左右前輪1R,1Lのみを駆動する2WD状態は、第1スイッチ17aと第2スイッチ17bとのON/OFFにかかわらず、リレースイッチ10aをOFF、湿式多板クラッチ12をOFFとすることで実現される。
前記ジェネレータ7と電圧調整装置16bと第1スイッチ17aと第2スイッチ17bとリレースイッチ10aと湿式多板クラッチ12とは、それぞれe-4WDコントロールユニット8からの指令により制御される。
次に、作用を説明する。
[モータ電源制御処理]
図4は実施例1のe-4WDコントロールユニット8にて実行されるモータ電源制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する(モータ電源制御手段に相当)。なお、この制御処理は、ジェネレータ7を電源としてモータ4が駆動する4WD走行中(第1スイッチ17aはON、第2スイッチ17bはOFF、リレースイッチ10aはON、湿式多板クラッチ12はON)に実行される。
[モータ電源制御処理]
図4は実施例1のe-4WDコントロールユニット8にて実行されるモータ電源制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する(モータ電源制御手段に相当)。なお、この制御処理は、ジェネレータ7を電源としてモータ4が駆動する4WD走行中(第1スイッチ17aはON、第2スイッチ17bはOFF、リレースイッチ10aはON、湿式多板クラッチ12はON)に実行される。
ステップS1では、4WD走行中にアクセル開度0%の信号が入力されたか否かを判断し、Yesの場合(アクセルOFFの場合)はステップS2へ移行し、Noの場合(アクセルONの場合)はステップS1の判断を繰り返す。
ここで、「アクセル戻し操作」の判断は、アクセル開度情報がアクセル開度0%であるアクセルの完全足放しにより行っているが、例えば、アクセル開度微分値によりアクセル戻し操作速度を監視し、アクセル戻し操作速度が所定速度以上になると、アクセル開度0%にならなくてもアクセルOFFと判断するようにしても良い。
ここで、「アクセル戻し操作」の判断は、アクセル開度情報がアクセル開度0%であるアクセルの完全足放しにより行っているが、例えば、アクセル開度微分値によりアクセル戻し操作速度を監視し、アクセル戻し操作速度が所定速度以上になると、アクセル開度0%にならなくてもアクセルOFFと判断するようにしても良い。
ステップS2では、ステップS1でのアクセル戻し操作判断に引き続き、モータ4の回転数を検出し、ステップS3へ移行する。
ステップS3では、ステップS2でのモータ回転数検出に引き続き、検出されたモータ回転数に基づきモータ誘起電圧を演算し、ステップS4へ移行する。
ここで、「モータ誘起電圧」とは、例えば、ブラシレスDCモータの場合、モータが回転すると、永久磁石の磁束が電機子巻線コイルを切ることにより発生するものであり、「モータ誘起電圧の演算」は、例えば、図5の特性に示すように、モータ回転数とモータ誘起電圧との関係を比例定数(逆起電圧定数)を用いて数式化しておき、モータ回転数検出値をこの数式に代入してモータ誘起電圧を演算する。
ここで、「モータ誘起電圧」とは、例えば、ブラシレスDCモータの場合、モータが回転すると、永久磁石の磁束が電機子巻線コイルを切ることにより発生するものであり、「モータ誘起電圧の演算」は、例えば、図5の特性に示すように、モータ回転数とモータ誘起電圧との関係を比例定数(逆起電圧定数)を用いて数式化しておき、モータ回転数検出値をこの数式に代入してモータ誘起電圧を演算する。
ステップS4では、ステップS3でのモータ誘起電圧の演算に引き続き、演算されたモータ誘起電圧と出力したいモータトルク値(要求トルク値)から目標モータ電圧値を演算し、ステップS5へ移行する。
例えば、ブラシレスDCモータの場合、入力電圧をV、電流をI、直流抵抗をR、インダクタンスをL、逆起電圧定数をKeとしたとき、入力電圧Vは、
V=L(dI/dt)+RI+Ke(dθ/dt) …(1)
の式で表され、推力定数をKtとしたとき、トルクTは、
T=KtI …(2)
の式で表される。つまり、(1)式のKe(dθ/dt)は、逆起電圧定数Keにモータ回転数(dθ/dt)を掛けたものでモータ誘起電圧に相当する。また、出力したいモータトルク値をトルクTとすると、(2)式から電流Iが求められる。よって、演算されたモータ誘起電圧Ke(dθ/dt)と電流Iから(1)式により入力電圧V(=目標モータ電圧値)が求められる。ちなみに、モータ4の出力電圧と出力電流と回転数との関係は、例えば、図6に示すような関係にあり、同じ出力電流を得る場合、モータ回転数が高いほど出力電圧が高くなる。
例えば、ブラシレスDCモータの場合、入力電圧をV、電流をI、直流抵抗をR、インダクタンスをL、逆起電圧定数をKeとしたとき、入力電圧Vは、
V=L(dI/dt)+RI+Ke(dθ/dt) …(1)
の式で表され、推力定数をKtとしたとき、トルクTは、
T=KtI …(2)
の式で表される。つまり、(1)式のKe(dθ/dt)は、逆起電圧定数Keにモータ回転数(dθ/dt)を掛けたものでモータ誘起電圧に相当する。また、出力したいモータトルク値をトルクTとすると、(2)式から電流Iが求められる。よって、演算されたモータ誘起電圧Ke(dθ/dt)と電流Iから(1)式により入力電圧V(=目標モータ電圧値)が求められる。ちなみに、モータ4の出力電圧と出力電流と回転数との関係は、例えば、図6に示すような関係にあり、同じ出力電流を得る場合、モータ回転数が高いほど出力電圧が高くなる。
ステップS5では、ステップS4での目標モータ電圧値の演算に引き続き、コンデンサ電圧が目標モータ電圧値を超えているか否かを判断し、Yesの場合にはステップS6へ移行し、Noの場合にはステップS9へ移行する。
ステップS6では、ステップS5でのコンデンサ電圧≧目標モータ電圧値との判断に基づき、コンデンサ電圧を目標モータ電圧値に一致させるように、電圧調整装置16bに対するコンデンサ電圧を調整し(例えば、可変抵抗による電圧降下)、コンデンサ電圧と目標モータ電圧値と同値になったら、電圧調整装置16bは調整完了信号をe-4WDコントロールユニット8へ送信する。
ステップS7およびステップS8では、コンデンサ電圧の調整完了信号受信に基づき、第2スイッチ17bをONとし、第1スイッチ17aをOFFとし、ステップS10へ移行する。
すなわち、キャパシタ16側の第2スイッチ17bをONとし、ジェネレータ7側の第1スイッチ17aをOFFとすることで、モータ4の電源をジェネレータ7からコンデンサ16aへと切り替える。
すなわち、キャパシタ16側の第2スイッチ17bをONとし、ジェネレータ7側の第1スイッチ17aをOFFとすることで、モータ4の電源をジェネレータ7からコンデンサ16aへと切り替える。
ステップS9では、ステップS5でのコンデンサ電圧<目標モータ電圧値との判断に基づき、車載のエアコンディショナーやポンプなどの短時間であれば遮断可能なエンジン2への負荷が大きい補機を一時的に遮断し、エンジン2の負荷を軽減し、これによってジェネレータ7の出力を確保するエンジン負荷低減制御を行い、ステップS10へ移行する。
ステップS10では、ステップS8までの流れによりジェネレータ7からコンデンサ16aへの切り替えが完了しモータ4の要求する電力が確保できたとき、あるいは、ステップS9によりエンジン2の負荷を一時的に遮断することによってモータ4の要求する電力が確保できたとき、締結されている湿式多板クラッチ12に対し解放指令を出力し、ステップS11へ移行する。
ステップS11では、ステップS10での湿式多板クラッチ12への解放指令に引き続き、湿式多板クラッチ12が完全に切り離し状態となるまでの切り離し応答遅れ時間を考慮した設定時間(例えば、0.5sec程度)を経過したか否かを判断し、Yesの場合はステップS12へ移行し、Noの場合はステップS11の判断を繰り返す。
ステップS12では、ステップS11での湿式多板クラッチ12への解放指令からの経過時間が設定時間となったとの判断に引き続き、リレースイッチ10aをOFFとし、モータ4を停止し、ステップS13へ移行する。
ステップS13では、ステップS12でのリレースイッチ10aのOFFに引き続き、第1スイッチ17aをONとし、ジェネレータ7によるコンデンサ16aへの充電を開始し、ステップS14へ移行する。
ステップS14では、ステップS13でのコンデンサ16aへの充電開始に引き続き、ジェネレータ7によって発電される電気エネルギーによりコンデンサ16aをシステム成立最大電圧となるまで充電し、その充電が完了したか否かを判断し、Yesの場合はステップS15へ移行し、Noの場合はステップS14の判断を繰り返す。
ここで、「システム成立最大電圧」とは、モータ4の誘起電圧最大値のときにトルクを発生することができる電圧のことをいう。
ここで、「システム成立最大電圧」とは、モータ4の誘起電圧最大値のときにトルクを発生することができる電圧のことをいう。
ステップS15では、ステップS14でのコンデンサ充電完了の判断に基づき、第2スイッチ17bをOFFとし、次に4WDへ移行するときの体制を整えておき、エンドへ移行する。
[課題]
例えば、特開2004−88874号公報に記載されているようなモータ四輪駆動車にあっては、4WD走行中にアクセル足放し操作を行うとクラッチ解放制御を開始するが、アクセル足放しに伴ってエンジン回転数が低下するため、ジェネレータがモータの出力要求に応えられず、モータトルク不足によってクラッチを切り離す場合にショックを生じてしまう。
例えば、特開2004−88874号公報に記載されているようなモータ四輪駆動車にあっては、4WD走行中にアクセル足放し操作を行うとクラッチ解放制御を開始するが、アクセル足放しに伴ってエンジン回転数が低下するため、ジェネレータがモータの出力要求に応えられず、モータトルク不足によってクラッチを切り離す場合にショックを生じてしまう。
アクセル足放し時に生じる現象を図7に示す。図7の(1)の時点でアクセル足放しを行うと、クラッチを切り離す制御を開始するが、アクセル足放しに伴ってエンジン回転数も低下するため、発電限界電圧が低下してしまう。そして、図7の(2)の時点では、発電限界電圧が発電目標電圧を下回るので、発電電圧は目標モータ電圧を出力できなくなることで、所望する電流をモータに流し込めなくなり、トルクが出なくなる。しかも、モータ回転数が高い場合、それに伴ってモータ誘起電圧も高くなるため、図7に示すように、ジェネレータはモータ誘起電圧以上の電圧を出力しなければ電流が流れず、モータはトルクが出ない。
[モータ電源制御作用]
上記課題に対し、実施例1のモータ電源制御装置は、アクセル足放しに伴い、湿式多板クラッチ12を切り離すとき、モータ4に電力を供給する電源を通常の4WD走行時に電力を供給するジェネレータ7からコンデンサ16aに切り替えることで、湿式多板クラッチ12を切り離す場合、モータトルク不足により発生するショックを確実に防止しようとするものである。
上記課題に対し、実施例1のモータ電源制御装置は、アクセル足放しに伴い、湿式多板クラッチ12を切り離すとき、モータ4に電力を供給する電源を通常の4WD走行時に電力を供給するジェネレータ7からコンデンサ16aに切り替えることで、湿式多板クラッチ12を切り離す場合、モータトルク不足により発生するショックを確実に防止しようとするものである。
4WD走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるときには、図4のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS6→ステップS7→ステップS8→ステップS10へと進む流れとなる。
前記ステップS2〜ステップS4においては、モータ回転数によりモータ誘起電圧が演算され、このモータ誘起電圧とクラッチ断時にモータ4が出力すべきトルクとから目標モータ電圧値が演算される。これは、上記のように、モータ回転数に応じてモータ誘起電圧が異なるため、モータ回転数に応じ、モータ4に印加する電圧を制御する必要があることによる。
次のステップS5において、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であると判断されると、ステップS6において、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値とする調整が行われる。これは、モータ電源をジェネレータ7からコンデンサ16aに切り替えたとき、切り替え直後から最適なモータ電圧をモータ4へ印加するためである。
次のステップS7およびステップS8においては、コンデンサ電圧と目標モータ電圧値と同値になった時点で送信される調整完了信号に基づき、第2スイッチ17bをONとし第1スイッチ17aをOFFとすることで、モータ電源がジェネレータ7からコンデンサ16aへと切り替えられる。コンデンサ16aへのモータ電源切り替えを完了すると、ステップS10において、クラッチOFF指令が出される。これは、クラッチOFF指令に先行してモータ電源の切り替えを完了することで、湿式多板クラッチ12の解放開始時から確実に最適なモータ電圧によるモータ4の駆動を確保するためである。
次のステップS11においては、クラッチOFF指令が出されると、湿式多板クラッチ12の解放動作が完了すると予測されるまでの設定時間の経過を待ち、設定時間が経過すると、次のステップS12でリレースイッチ10aをOFFにし、4WD走行から2WD走行へ移行する。これは、湿式多板クラッチ12の解放動作過渡期の全期間にわたり、確実にモータ4によるトルクを与えておき、振動や異音の発生を伴うクラッチ解放ショックの発生を整然と抑制するためである。
2WD走行へ移行すると、ステップS12からステップS13へ進み、第1スイッチ17aをONにしてコンデンサ16aへの充電を開始し、ステップS14にてシステム成立最大電圧となる充電で完了したと判断されると、ステップS15へ進み、第2スイッチ17bをOFFにして充電を終了する。これは、今回のモータ電源の切り替えによりコンデンサ16aの充電容量が減少することに伴い、次のモータ電源の切り替えに備え、なるべく早い時期にてコンデンサ16aを充電させておく必要があることによる。なお、実施例1では2WD走行へ移行すると同時に充電を開始することで、最も早い時期のコンデンサ充電動作となる。
このモータ電源制御作用を図8に示すタイムチャートにより説明する。時刻t1においては、アクセル足放しが行われる(第1スイッチON、第2スイッチOFF、リレースイッチON)。時刻t1から演算処理やコンデンサ電圧調整に要する僅かな時間を経過した時刻t2においては、モータ電源の切り替えが行われると共に、クラッチOFF指令が出力される(第1スイッチOFF、第2スイッチON、リレースイッチON)。そして、時刻t2から設定時間を経過した時刻t3においては、湿式多板クラッチ12の解放動作が完了(クラッチOFF)という判断に基づきモータ4を停止し、同時にコンデンサ16aへの充電を開始される(第1スイッチON、第2スイッチON、リレースイッチOFF)。コンデンサ充電が完了する時刻t4においては、コンデンサ16aへの充電が停止される(第1スイッチON、第2スイッチOFF、リレースイッチOFF)。
一方、4WD走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値未満であるときには、図4のフローチャートにおいて、ステップS1→ステップS2→ステップS3→ステップS4→ステップS5→ステップS9→ステップS10へと進む流れとなる。
前記ステップS9においては、エンジン2への負荷が大きい補機を一時的に遮断してエンジン2の負荷を軽減するエンジン負荷低減制御を行なう。このエンジン負荷低減制御によりジェネレータ7の出力を確保しながら、ステップS10において、クラッチOFF指令が出される。
すなわち、4WD走行中にアクセル足放し操作を行った時であって、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値未満であるときは、エンジン2の補機負荷を低減する。これは、渋滞などでの走行パターンでは、湿式多板クラッチ12の断接を連続して繰り返す可能性がある。この場合、ジェネレータ7によって充電が完了する前にクラッチ断にするための制御に入ってしまい、モータ4が要求する電力を、ジェネレータ7もコンデンサ16aも共に供給することができない。このような場合は、モータ4への電力供給はジェネレータ7を用いる。そして、エアコンディショナーやポンプなどの短時間遮断可能なエンジン2への負荷が大きい機器を一時的に遮断してエンジン2の負荷を軽減し、エンジン回転数の低下を抑えて、モータ4が要求する電力をジェネレータ7により確保する。
次に、効果を説明する。
実施例1のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
実施例1のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) 左右前輪1L,1Rをエンジン2により駆動し、左右後輪3L,3Rをモータ4により駆動し、前記モータ4は、前記エンジン2により駆動されるジェネレータ7にて発電される電気エネルギーによって駆動されるモータ4と、該モータ4から左右後輪3L,3Rへの動力伝達の断続を切り替え可能な湿式多板クラッチ12と、を備えたモータ四輪駆動車において、前記モータ4に電力を供給する電源としてキャパシタ16を設けると共に、前記湿式多板クラッチ12を断にするときジェネレータ7からの電力ではモータ4がトルク不足となる場合、前記モータ4の電源をジェネレータ7からキャパシタ16に切り替えるモータ電源制御手段を設けたため、湿式多板クラッチ12を断にして4WD状態から2WD状態へと切り替える際、ジェネレータ7からの電力ではモータ4がトルク不足となる場合でも確実にショックの発生を防止することができる。
(2) 前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作に伴い前記湿式多板クラッチ12を断にするとき、前記モータ4の電源をジェネレータ7からキャパシタ16に切り替えるため、アクセル戻し操作に伴うエンジン回転数の低下によりジェネレータ7からの電力ではモータ4がトルク不足となる場合、確実にショックの発生を防止することができる。
(3) 前記キャパシタ16は、モータ4の停止時に前記エンジン2により駆動されるジェネレータ7にて発電される電気エネルギーによって充電するため、ジェネレータ7による発電要求のない2WD状態のとき、既設のジェネレータ7を利用してキャパシタ16の充電状態を確保することができる。
(4) 前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作を判断した後、前記キャパシタ16ののコンデンサ電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値以上であることを確認してモータ電源の切り替え制御を開始するため、渋滞などの走行パターンでコンデンサ16aへの充電が完了する前にクラッチ断の制御に入るような場合、ショック防止を達成し得ないモータ電源の切り替えを回避することができる。
(5) 前記モータ電源制御手段は、目標モータ電圧値を、モータ回転数検出値から求められるモータ誘起電圧と、前記モータ4が出力すべき要求トルク値と、から求めるため、モータ回転数に応じて発生するモータ誘起電圧の考慮により、クラッチ断時に目標モータ電圧値をモータ4に印加することで、モータ4が出力すべき要求トルク値を確実に得ることができる。
(6) 前記キャパシタ16のコンデンサ電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値未満であるとき、モータ電源の切り替え制御に代え、エンジン負荷の大きい補機を一時的に遮断するエンジン負荷低減制御を行うため、渋滞などの走行パターンでコンデンサ16aへの充電が完了する前にクラッチ断の制御に入るような場合、エンジン回転数の低下を抑えてジェネレータ7による発電を確保することができる。
(7) 前記キャパシタ16は、コンデンサ16aと電圧調整装置16bとを有し、前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるとき、電圧調整装置16bにより、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値に一致させる調整を行うため、モータ電源をジェネレータ7からコンデンサ16aに切り替えるだけで、クラッチ断時のモータ制御を要することなく、クラッチ断時にモータ4からの所望のトルク出力を達成することができる。
(8) 前記ジェネレータ7とモータ4とを接続するパワーケーブル9に第1スイッチ17aを設けると共に、前記キャパシタ16とモータ4とを接続するパワーケーブル9に第2スイッチ17bを設け、前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値の調整が完了すると、第2スイッチ17bをオンとし、第1スイッチ17aをオフとした後、前記湿式多板クラッチ12に断指令を出力するため、モータ4が停止することのないスムーズなモータ電源の切替動作と、湿式多板クラッチ12の解放開始時からの適正なモータトルクの付与と、を達成することができる。
(9) 前記並列に接続された第1スイッチ17aおよび第2スイッチ17bと、モータ4とを接続するパワーケーブル9に、両スイッチ17a,17bとは直列にリレースイッチ10aを設け、前記モータ電源制御手段は、前記湿式多板クラッチ12に断指令を出力した後、湿式多板クラッチ12の切り離し動作の応答遅れ時間を考慮した設定時間の経過を待ち、前記リレースイッチ10aをオフにして前記モータ4を停止するため、湿式多板クラッチ12の切り離し動作の終了タイミングに合わせてモータ4の停止による2WD走行へ移行することができる。
(10) 前記モータ電源制御手段は、前記リレースイッチ10aをオフにして前記モータ4を停止すると、前記第1スイッチ17aと前記第2スイッチ17bをオンとし、前記ジェネレータ7によって発電される電気エネルギーにより前記キャパシタ16のコンデンサ16aをシステム成立最大電圧となるまで充電するため、次回のモータ電源切り替えに備え、最も早期に応答良くコンデンサ16aへの充電を行うことができる。
以上、本発明のモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置を実施例1に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例1に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例1では、アクセル足放し時にモータ電源の切り替えを行うモータ電源制御手段の例を示したが、例えば、高速での4WD走行中に2WD要求が出た場合、モータ回転数が高いことでモータ誘起電圧が高い場合等、要するに、クラッチ断時にジェネレータでの電力ではモータがトルク不足となる場合には、本発明のモータ電源制御手段を適用することができる。
実施例1では、蓄電器として、コンデンサを用いたキャパシタによる例を示したが、充電によって何回でも使用できる二次電池であれば、鉛蓄電池やリチウムイオン電池等を用いることもできる。
本発明のモータ電源制御装置は、左右前輪をエンジンにより駆動する前輪駆動ベースのモータ四輪駆動車への適用例を示したが、左右後輪をエンジンにより駆動する後輪駆動ベースのモータ四輪駆動車へも適用することができる。
1L,1R 左右前輪(主駆動輪)
2 エンジン
3L,3R 左右後輪(従駆動輪)
4 モータ(電動モータ)
5 変速機&デフギア
6 無端ベルト
7 ジェネレータ(発電機)
8 e-4WDコントロールユニット
9 パワーケーブル
10 ジャンクションボックス
10a リレースイッチ
RT 後輪駆動ユニット
11 ファイナルドライブ
12 湿式多板クラッチ(クラッチ)
13 電磁クラッチ
14 ギア減速機
15 ディファレンシャルギア
16 キャパシタ(蓄電器)
16a コンデンサ
16b 電圧調整装置(電圧調整手段)
17 スイッチボックス
17a 第1スイッチ
17b 第2スイッチ
20 4WDスイッチ
21 ABSコントロールユニット
22 自動変速機コントロールユニット
23 エンジンコントロールユニット
24 コンビネーションメーター
25 4WD警告灯
26 4WD表示灯
2 エンジン
3L,3R 左右後輪(従駆動輪)
4 モータ(電動モータ)
5 変速機&デフギア
6 無端ベルト
7 ジェネレータ(発電機)
8 e-4WDコントロールユニット
9 パワーケーブル
10 ジャンクションボックス
10a リレースイッチ
RT 後輪駆動ユニット
11 ファイナルドライブ
12 湿式多板クラッチ(クラッチ)
13 電磁クラッチ
14 ギア減速機
15 ディファレンシャルギア
16 キャパシタ(蓄電器)
16a コンデンサ
16b 電圧調整装置(電圧調整手段)
17 スイッチボックス
17a 第1スイッチ
17b 第2スイッチ
20 4WDスイッチ
21 ABSコントロールユニット
22 自動変速機コントロールユニット
23 エンジンコントロールユニット
24 コンビネーションメーター
25 4WD警告灯
26 4WD表示灯
Claims (10)
- 主駆動輪をエンジンにより駆動し、従駆動輪を電動モータにより駆動し、前記電動モータは、前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって駆動される電動モータと、該電動モータから従駆動輪への動力伝達の断続を切り替え可能なクラッチと、を備えたモータ四輪駆動車において、
前記電動モータに電力を供給する電源として蓄電器を設けると共に、前記クラッチを断にするとき発電機からの電力では電動モータがトルク不足となる場合、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えるモータ電源制御手段を設けたことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項1に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作に伴い前記クラッチを断にするとき、前記電動モータの電源を発電機から蓄電器に切り替えることを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項1または2に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記蓄電器は、電動モータの停止時に前記エンジンにより駆動される発電機にて発電される電気エネルギーによって充電することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項2または3に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記モータ電源制御手段は、アクセル戻し操作を判断した後、前記蓄電器の充電電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値以上であることを確認してモータ電源の切り替え制御を開始することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項4に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記モータ電源制御手段は、目標モータ電圧値を、モータ回転数検出値から求められるモータ誘起電圧と、前記電動モータが出力すべき要求トルク値と、から求めることを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項2乃至5の何れか1項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記蓄電器の充電電圧値がクラッチ断時の目標モータ電圧値未満であるとき、モータ電源の切り替え制御に代え、エンジン負荷の大きい補機を一時的に遮断するエンジン負荷低減制御を行うことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項1乃至6の何れか1項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記蓄電器は、コンデンサと電圧調整手段とを有し、
前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値が目標モータ電圧値以上であるとき、電圧調整手段により、コンデンサ電圧値を目標モータ電圧値に一致させる調整を行うことを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項7に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記発電機と電動モータとを接続するパワーケーブルに第1スイッチを設けると共に、前記蓄電器と電動モータとを接続するパワーケーブルに第2スイッチを設け、
前記モータ電源制御手段は、コンデンサ電圧値の調整が完了すると、第2スイッチをオンとし、第1スイッチをオフとした後、前記クラッチに断指令を出力することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項1乃至8の何れか1項に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記並列に接続された第1スイッチおよび第2スイッチと、電動モータとを接続するパワーケーブルに、両スイッチとは直列にリレースイッチを設け、
前記モータ電源制御手段は、前記クラッチに断指令を出力した後、クラッチの切り離し動作の応答遅れ時間を考慮した設定時間の経過を待ち、前記リレースイッチをオフにして前記電動モータを停止することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。 - 請求項9に記載されたモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置において、
前記モータ電源制御手段は、前記リレースイッチをオフにして前記電動モータを停止すると、前記第1スイッチと前記第2スイッチをオンとし、前記発電機によって発電される電気エネルギーにより前記蓄電器をシステム成立最大電圧となるまで充電することを特徴とするモータ四輪駆動車のモータ電源制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004211988A JP2006034052A (ja) | 2004-07-20 | 2004-07-20 | モータ四輪駆動車のモータ電源制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=35899716
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JP (1) | JP2006034052A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101480570B1 (ko) | 2009-05-11 | 2015-01-08 | 현대자동차주식회사 | 하이브리드 차량의 제어방법 |
JP2018024385A (ja) * | 2016-08-12 | 2018-02-15 | トヨタ自動車株式会社 | ハイブリッド自動車 |
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-
2004
- 2004-07-20 JP JP2004211988A patent/JP2006034052A/ja not_active Withdrawn
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