JP2006213130A - トルク分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力制限状態においても加速性能を維持することができるトルク分配装置を提供する。
【解決手段】 複数の車輪（４６）を備える移動体のための各車輪（４６）へのトルク分配装置であって、システムに要求されるパワーが該システムの動力源（１０）の出力可能パワーを超えている場合に、各車輪（４６）に分配するトルクの合計が出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、移動体の加速度を維持可能に各車輪（４６）のトルクが分配される。出力制限されている場合であっても移動体の加速度を維持可能に車輪（４６）のトルクが分配されるので、加速性能が低下することを抑制することが可能となり、ドライバに操作感覚上の違和感を与えることがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、四輪駆動車等において、諸条件に応じて車輪のトルクを分配する技術の改良に関する。

四輪駆動車には、モータ等の駆動源の回転力を、トランスファやプロペラシャフト、デフレンシャルといった機械的要素によって伝達し、各車輪にトルクを発生させるものや、二つ以上の駆動源それぞれによって異なる車輪を駆動する電気的な制御によるものがある。前者のメカニカルな四輪駆動車では、一般に精度が良くなく、また、前後輪のトルク分配を行うことができない。この点、後者の電気的な制御によるものは、タイヤの駆動力を加速、旋回等による荷重移動による車輪の接地荷重の変化に応じてトルク分配を定めるので、安定した四輪走行が可能となる。

従来、このような複数の駆動源を用いた四輪駆動車の駆動力制御装置として、例えば特開平５−３２８５４２号公報に記載されたものがあった（特許文献１）。この公報によれば、駆動力演算手段により駆動力検出手段、車両状態検出手段、駆動状態検出手段の各検出信号に基づいて各車輪に対する駆動力の配分値を演算していた。このような演算により、旋回時の内車輪の接地荷重と外車輪の接地荷重の移動に応じて各車輪の駆動力の配分値を定めることができ、旋回時のコーナリング力の低下や車両挙動が不安定な状況に陥るのを防ぐことができていた。
特開平５−３２８５４２号公報（段落００２４等） 特開平２−３１９２９号公報 特開２００２−７８１１０号公報

しかしながら、上記従来の駆動力制御装置では、車両の走行状態によっては十分な加速が得られない場合があった。

例えば、上記技術による駆動力制御では、その時々の出力可能トルクを各車輪に分配するものであり、出力可能トルクが車両や動力源の状態により制限されているような場合にも、通常出力時と同様の割合で均等に各車輪にトルクが分配されていた。ところが、駆動源に電力を供給する動力源の出力を制限せざるを得ない状況においては、低下した動力源の出力がさらに分配されるため、荷重のかかる個々の車輪に供給されるトルクは少ないものとなる。

しかし、加速が要求されるタイミングは、動力源が出力制限状態であるか否かとは無関係である。このため、アクセルを踏み込む等の加速操作が行われても、それに呼応して車両が加速しないことがあるという課題が生じていた。このような駆動力制御では、ドライバに操作感覚上の違和感を与えることになり、車両が根本的にパワー不足であると誤解を与えることになる。

そこで、本発明は、出力制限状態においても加速性能を維持することができるトルク分配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に、本発明は、複数の車輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、各該車輪に分配するトルクの合計が該出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、該移動体の加速度を維持可能に各該車輪のトルクが分配されることを特徴とする。

また本発明は、前輪及び後輪を備える移動体のための各車輪へのトルク分配装置であって、システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、該各車輪に分配されるトルクの合計が該システムの動力源の出力パワーを超えないように補正する手段と、該移動体の加速度を維持可能に該前輪及び該後輪との間でトルクを分配する手段と、を備えたことを特徴とする。

さらに本発明は、前輪及び後輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、各該車輪に分配するトルクについて出力制限状態である場合に、該後輪のトルクが所定値以下となるように該前輪及び該後輪のトルクが分配されることを特徴とする。

本来要求されているパワーよりシステムで供給可能なパワーが少ない場合、車輪に供給されるトルクを賄えるパワーの範囲に補正しなければならない。ところが荷重状態が大きな車輪においてもトルクが出力制限に応じて減ぜられるとすれば、加速性能自体に影響がでる。この点、本発明の構成によれば、出力制限に応じたトルク補正を行っても、移動体の加速度を維持可能に、例えば後輪のトルクが所定値以下となるよう車輪のトルクが分配されるので、加速性能を低下させることのないトルク配分が可能となる。一例としてフロント側に動力源等が収納されている移動体では前輪側の荷重が後輪側のそれより多いので、前輪側のトルク配分を後輪のトルク配分に比べて大きくすることで加速性能の低下を抑制することが可能である。

ここで「加速性能を維持可能に」とは出力制限が無い場合と同じ加速性能を保持する場合の他に、ある程度加速性能は低下（変化）したとしても、その低下の程度を抑制するようなトルク配分である場合をも含む。

また「前輪」や「後輪」とは、複数の車輪のなかにおける相対的な配置が、その移動体が高速走行に適する方向に対して前方であるか後方であるかによって定められる概念である。

また「超えている」とは、より大きい値である場合の他、要求されるパワーが出力可能パワー以下ではあるが一定の値の範囲に近づいている場合も含まれる。動作余裕を確保して早めにトルク配分を変更することも考えられるからである。

例えば、各車輪のトルクの配分は、各車輪における荷重配分に応じて決定される。荷重配分が大きい方の車輪のトルク配分を大きくした方が、加速性能を高めることができるからである。

ここで、前輪及び後輪に分配されているトルクを把握する際に、アンチロックブレーキ機能および／またはトラクションコントロール機能を停止させることは好ましい。これらの機能は、車輪のロックや制動を伴うものであるため、正しいトルク配分を演算する場合には停止させることが精度を高める場合に望ましいからである。

また本発明は、複数の車輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、各該車輪に分配するトルクの合計が該出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、各前記車両のトルク配分が各前記車輪における荷重配分に応じて決定されるトルク分配装置でもある。このように、加速を維持可能かという観点ではなく、車輪の荷重配分に応じてトルク配分を定めてもよい。荷重配分が大きい方の車輪のトルク配分を大きくした方が、加速性能を高めることができるからである。

本発明によれば、本発明の構成によれば、出力制限されている場合であっても移動体の加速度を維持可能に車輪のトルクが分配されるので、加速性能が低下することを抑制することが可能となり、ドライバに操作感覚上の違和感を与えることがない。

以下、本発明の好適な実施の形態を、図面に基づいて説明する。
これらの実施形態は、本発明のトルク分配装置を、燃料電池を動力源とする電気自動車に搭載した例である。本発明はこの実施形態に限定されることなく種々に変形して実施可能である。

（実施形態１）
本実施形態１は、駆動源であるモータが各車輪に設けられている四輪駆動車に関する。
図１に本実施形態における四輪駆動車のシステム構成図を示す。図１に示すように、この四輪駆動車は、燃料電池システム、電力系４、及び制御系５を備えている。
電力系４は、二次バッテリ４０、高圧コンバータ４１、低圧コンバータ４２、低圧系補機４３、トラクションインバータ４４ｆＲ，４４ｆＬ，４４ｒＲ，４４ｒＬ（以下、「トラクションインバータ４４」で代表する。）、トラクションモータ４５ｆＲ，４５ｆＬ，４５ｒＲ，４５ｒＬ（以下、「トラクションモータ４５」で代表する。）、車輪４６ｆＲ，４６ｆＬ，４６ｒＲ，４６ｒＬ（以下、「車輪４６」で代表する。）を備えている。

二次バッテリ４０は、燃料電池システムの補助電源であり、ニッケル水素等のバッテリモジュールを多数積層して構成されており、所定の電圧（例えば２００Ｖ）で電力供給したり、余剰電力を充電したりが可能になっている。つまり、二次バッテリ４０は、システムで要求される電力（パワー）が燃料電池スタック１０から出力可能な電力（パワー）を超える場合に、その電力不足分を補う。また、当該電気自動車が減速してトラクションモータ４５により回生電力が供給された場合や、燃料電池スタック１０の発電量がシステムの要求電力を上回って余剰電力が発生した場合に、これら回生電力や余剰電力を充電する。二次バッテリ４０の出力端子には後述するバッテリコンピュータ５１が接続されている。

高圧コンバータ４１は、一次側（入力側）に入力された電力を、一次側と異なる電圧値に変換して二次側に出力する電圧変換器である。例えば、一次側の燃料電池スタック１０の出力電圧（例えば５００Ｖ）を二次側の低い電圧（例えば約２００Ｖ）に降圧するものである。高圧コンバータ４１は、例えば三相ブリッジ形コンバータとしての回路構成を備えている。当該三相ブリッジ形コンバータの回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ類似の回路部分とその交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する部分とが組み合わされている。高圧コンバータ４１の入出力電流及び入出力電圧は図示しない電流センサ及び電圧センサによりそれぞれ実測可能になっている。

低圧コンバータ４２は、高圧コンバータ４１の二次側電圧を低圧系補機４３の動作に要する低圧系供給電圧（例えば、十数ボルト）にまで降圧するようになっている。低圧系補機４３は低圧コンバータ４２の低圧系供給電圧によって駆動される補機類の総称である。例えばこのような低圧系補機としては、カーオーディオ等の音響装置やナビゲーションシステム等の制御装置、ランプ類などである。

トラクションインバータ４４及びトラクションモータ４５は、各々が四輪駆動車の各々の車輪に対応させて設けられたものであり、前輪右側車輪４６ｆＲ用のインバータ４４ｆＲ及びモータ４５ｆＲ、前輪左側車輪４６ｆＬ用のインバータ４４ｆＬ及びモータ４５ｆＬ、後輪右側車輪４６ｒＲ用のインバータ４４ｒＲ及びモータ４５ｒＲ、並びに後輪左側車輪４６ｒＬ用のインバータ４４ｒＬ及びモータ４５ｆＬを備えている。各々のインバータ４４はそれぞれ制御部５０からの駆動信号により独立した三相交流電流を出力し、それに対応した独立に設定されたトルクで各モータ４５が駆動されるようになっている。

各トラクションインバータ４４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を有する電圧形ＰＷＭインバータの回路構成を備え、加速時には、電力系４の二次側から供給された直流電流を任意の振幅の三相交流電流に変換し、主機であるトラクションモータ４５に供給するようになっている。また、減速時には、トラクションモータ４５から供給された三相交流の回生電力を、それに対応する直流電流に変換して二次バッテリ４０に供給可能になっている。

各トラクションモータ４５は、いわゆる交流同期電動機であり、加速時にはトラクションインバータ４４から三相交流として供給された電気エネルギーをそれに対応する回転力であるトルクに返還して各車輪４６を回転させ、電気自動車を移動させる。また、減速時には各車輪４６の回転力を電気エネルギーに変換して回生電力を発生させ、各車輪４６に回生制動力を及ぼすようになっている。

次に制御系５を説明する。制御系５は、制御部５０及びバッテリコンピュータ（ＳＯＣ）５１等を備えて構成されている。
制御部５０は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）等の公知のコンピュータシステムであり、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ、インターフェース回路を備え、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを逐一実行することにより、本システムを本発明のトルク分配装置として機能させることが可能になっている。すなわち、後に説明する手順（図２）によって、システムに要求されるパワーがシステムの動力源である燃料電池スタック１０の出力可能パワーを超えている場合に、各車輪４６に分配するトルクの合計がこの出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、移動体である四輪駆動車の加速度を維持可能に各車輪４６のトルクが分配されるようになっている。

バッテリコンピュータ５１は、二次バッテリ４０の充電状態（ＳＯＣ）を適正な範囲に維持するよう制御可能に構成されている。例えば、加速時などの高負荷時には電力不足分を供給するために放電され、減速時には回生制動によって発生した回生電力が充電され、これら放電と充電とが繰り返される。バッテリコンピュータ５１は、二次バッテリ４０を構成する各セルの電圧、温度、電流、雰囲気温度などを検出し、二次バッテリ４０の充放電量を積算等して、充電状態を示す相対値であるＳＯＣ値を充電状態を示す検出信号Ｓ_SOCとして、制御部５０に出力するようになっている。

制御部５０には、その他当該四輪駆動車の操作状態、走行状態を測定するための図示しない各センサ等からの検出信号が入力されている。例えば、操作状態の検出手段として、シフト位置センサによってシフトレバーのシフトポジションが検出され、シフト位置信号Ｓｓとして制御部に入力されている。ドライバが踏み込んで操作するアクセルペダルの操作状態は、アクセル位置センサによって検出され、アクセル位置信号Ｓａとして制御部に入力されている。ブレーキペダルの操作状態は、ブレーキ位置センサによって検出され、ブレーキ位置信号Ｓｂとして制御部に入力されている。これらのペダルの操作状態は、ストロークを可変抵抗により電圧に変換して検出されるものである。

また、当該四輪駆動車の走行状態の検出手段として、各車輪４６の回転数は、各車輪について設けられた車輪速センサによって検出され、車輪速信号Ｓｒとして制御部に入力されている。この車輪速センサとしてはスピードセンサやモータの駆動電流を検出する電流センサを用いることができる。各車輪４６に対する荷重は、荷重センサによって各サスペンションのストロークが検出され、または圧電素子歪計によって応力が直接検出電圧として検出され、加重信号Ｓｗとして制御部に入力されている。車両の前後方向の加速度は、加速度センサによって検出され、加速度信号Ｓａｃとして制御部に入力されている。車両のＺ軸周りの回転加速度、つまり車両の旋回加速度は、ヨーレートセンサが検出し、ヨーレート信号Ｓｙとして制御部に入力されている。なお、加速度センサで検出される加速度は縦方向加速度（縦Ｇ）に対応し、ヨーレートセンサで検出される旋回加速度は横方向加速度（横Ｇ）に対応している。

次に動力源である燃料電池システムについて説明する。燃料電池システムは、電力系４に電力を供給するものであり、燃料電池スタック１０を中心として、燃料ガス供給系１、酸化ガス供給系２、及び冷却系３を備えている。

燃料電池スタック１０は、燃料ガスである水素ガス、酸化ガスである空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルとを複数積層したスタック構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード及びカソードの二つの電極を挟み込んだ構造をしている。アノードにはアノード用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソードにはカソード用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード側には燃料ガスである水素ガスが燃料ガス供給系１から供給され、カソード側には酸化ガスである空気が酸化ガス供給系２から供給される。燃料電池スタック１０は単セルを直列接続させることによって、出力端子であるアノード極Ａとカソード極Ｃとの間に所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）を発生させ、電力系４の高圧コンバータ４１の一次側入力として供給している。

燃料ガス供給系１は、燃料電池スタック１０に対して水素ガスを供給する系であり、水素タンク１１、遮断弁（元弁）ＳＶ１、レギュレータＲＧ、燃料電池入口遮断弁ＳＶ２、燃料電池スタック１０を経て燃料電池出口遮断弁ＳＶ３、気液分離器１２及び遮断弁ＳＶ５、水素ポンプ１３、パージ遮断弁ＳＶ５、並びに逆止弁ＲＶを備えている。燃料電池スタック１０から排出された水素ガスのうち一部はパージ遮断弁ＳＶ５を介してパージされ外部に排出されるが、残りは逆止弁ＲＶを通って再び燃料ガス流路に戻されるようになっている。

水素タンク１１は、高圧水素タンクとしての構造を有する。遮断弁ＳＶ１は、燃料ガス流路に対して水素ガスを供給するか否かを制御する元弁である。レギュレータＲＧは、循環経路の水素ガス圧力を調圧する調圧弁である。遮断弁ＳＶ３は、燃料電池スタック１０に水素ガス供給を停止する場合に遮断されるものである。遮断弁ＳＶ４は、燃料電池スタック１０からの水素オフガスの排出を制御するものである。気液分離器１２は、通常運転時において燃料電池スタック１０の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ５を通じて外部に放出するものである。水素ポンプ１３は、循環経路において水素ガスを強制循環可能になっている。パージ遮断弁ＳＶ５は、パージ時に開放されるが、通常の運転状態及び配管内ガス漏れ判定時には遮断されている。パージ遮断弁ＳＶ５からパージされた水素オフガスは図示しない希釈器を含む排気系で処理される。逆止弁ＲＶは循環経路における水素ガスの逆流を防止可能になっている。

酸化ガス供給系２は、燃料電池スタック１０に対して酸化ガスである空気を供給する系であり、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３等を備えている。エアクリーナ２１は、外気を浄化して燃料電システムに取り入れ可能になっている。コンプレッサ２２は、取り入れられた空気を制御部５０の制御に従って圧縮し、供給する空気量や空気圧を変更するようになっている。加湿器２３は圧縮された空気に対し、空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加えることが可能になっている。燃料電池スタック１０から排出され加湿器２３で湿度分離された空気オフガスは、図示しない希釈器においてパージ遮断弁ＳＶ５からの水素オフガスを希釈して排出されるようになっている。

冷却系３は、ラジエタ３１、ファン３２、及び冷却ポンプ３３を備え、冷却液が燃料電池スタック１０内部に循環供給されるようになっている。具体的には冷却液は燃料電池スタック１０内に入るとマニホールド経由で各単セルに供給されセパレータの冷却液流路を流れ、発電による熱を奪うようになっている。

次に、図２のフローチャートを参照しながら、本実施形態におけるトルク分配方法を説明する。
本実施形態では、制御系５が次の機能手段を実現するように制御される。
１）当該四輪駆動車に要求される電力（パワー）がこのシステムの動力源である燃料電池スタック１０の出力可能パワーを超えている場合に、各車輪４６に分配されるトルクの合計が燃料電池スタック１０の出力パワーを超えないように補正する手段、及び；
２）当該四輪駆動車の加速度を維持可能に前輪４６ｆＲ／Ｌ及び後輪４６ｒＲ／Ｌとの間でトルクを分配する手段。
具体的には、各車輪４６に分配するトルクについて出力制限状態である場合に、後輪４６ｒＲ／Ｌのトルクが所定値以下となるように前輪４６ｆＲ／Ｌ及び後輪４６ｒＲ／Ｌのトルクが分配される。

燃料電池システムは、航続距離を維持する等の観点から、燃料電池システムにおける水素ガス残量やＩ−Ｖ特性からのずれの程度、二次バッテリの充電量などによっては、燃料電池システムに出力制限を掛けなければならない。本発明は、このような出力制限状態においても、加速性能が大きく低下しないようなトルク配分を実現するものである。

図２はこのトルク分配処理に関し、当該四輪駆動車が走行状態である場合に定期的に実施される。
まず、各種センサからの検出信号に基づいて、当該四輪駆動車に対する操作状態及び当該四輪駆動車の走行状態が検出される（Ｓ１）。操作状態としては、シフト位置信号Ｓｓに基づいて、シフトレバーのシフトポジションが検出される。アクセル位置信号Ｓａに基づいて、アクセルペダルの踏み込み量等の操作状態が検出される。ブレーキ位置信号Ｓｂに基づいて、ブレーキペダルの踏み込み量等の操作状態が検出される。当該四輪駆動車の走行状態としては、車輪速信号Ｓｒに基づいて、各車輪４６の回転数が検出される。加重信号Ｓｗに基づいて、各車輪４６にかかる荷重が検出される。加速度信号Ｓａｃに基づいて、車両の前後方向の加速度が縦Ｇとして検出される。ヨーレート信号Ｓｙに基づいて、車両のＺ軸周りの回転加速度（車両の旋回加速度）が横Ｇとして検出される。は、ヨーレートセンサが検出し、として制御部に入力されている。

制御部５０はこれらの検出信号に基づいて得られた四輪駆動車の操作状態及び走行状態に応じて、要求される駆動力を演算し、各車輪４６のトルク配分を演算するが、特に本発明では、燃料電池システムにおける諸条件から出力制限を次のように考慮する。

まず、燃料電池スタック１０における出力制限率が演算され、燃料電池における出力可能電力値が演算される（Ｓ２）。例えば、水素タンク１１に充填されている水素ガスの残量が一定値より少なくなった場合、航続距離を維持するために水素ガスの消費量を削減しなければならない。このような場合には、燃料電池スタック１０による発電電力量の出力制限率Ｐ１が定められる。出力制限事由が存在しない場合にはＰ１は１００％とされる。

その他、このような出力制限の条件としては、燃料電池システムのコンプレッサやポンプ等の高圧系補機の温度が所定の温度よりも高い場合に、同様に燃料電池の出力制限をしてもよい。これら補機の温度が正常範囲を逸脱すると、動作不良を引き起こしモータの破損や劣化を早めるからである。

次に二次バッテリに対する出力制限率が演算される（Ｓ３）。
図３に二次バッテリ４０の充電特性を示す。図３に示すように、二次バッテリに充電可能な最大電力容量近くまで充電されると過充電状態となり、また完全放電状態近くまで放電されると過放電状態となる。いずれの状態もバッテリを破損したり寿命を縮めたりするため好ましくない。当該実施形態では、二次バッテリ４０の充電状態をバッテリコンピュータ５１が管理し、これら過充電領域や過放電領域に対しマージンを取って設定された制御目標範囲で充電量、すなわちＳＯＣ値が変動するように制御される。

ここで、長時間に亘ってトラクションモータ４５に供給する電力量が増えている場合や、燃料電池に対し出力制限が働いている場合等には、燃料電池スタック１０からの発電電力量ではシステム全体の要求電力量をまかない切れず、それを補うために二次バッテリからまとまった電力が出力され続けることがある。このような場合には、バッテリコンピュータ５１の制御によっても一定の充電量を維持することができず、ＳＯＣ値が制御目標範囲から逸脱してしまう場合がある。このような事情が生じていると判断された場合には、図３に示すように、二次バッテリ４０に対する出力制限率Ｐ２が定められる。出力制限事由が存在しない場合にはＰ２は１００％とされる。

続いて、その時の走行状態に応じてトルク分配、即ち電力分配が行われ、さらに、各トランクションモータ４５の電流値に基づいて各モータ個別に出力制限率が演算される（Ｓ４〜Ｓ７）。

各車輪４６やトラクションモータ４５、トラクションインバータ４４について、本来のトルク配分に対応する電力供給ができない事情、すなわち出力制限がある場合には、その程度に応じて出力制限率が計算される。各トラクションモータ４５には、適正な駆動電流の範囲があるが、長時間の高負荷運転や事故、異常状態によって、正常範囲を逸脱する電流が一定時間以上流れる場合がある。このような状態を放置すると、モータの破損や寿命劣化を生じる。このため、各トラクションモータ４５の電流値を逐次測定するようにし、測定された電流値が所定値よりも一定時間大きかった場合、そのトラクションモータ４５及び車輪４６に対する出力制限率が演算され、各モータに対する出力制限率Ｐ３（Ｐ３ｆＬ、Ｐ３ｆＲ、Ｐ３ｒＬ、Ｐ３ｒＲ）が各々定められる。出力制限事由が存在しない場合には各車輪の出力制限率Ｐ３は１００％とされる。

また、各トラクションモータ４５のコイル温度やステータの温度を検出可能に構成し、これらの温度が所定の温度を超えた場合に、燃料電池の出力制限をするようにしてもよい。トラクションモータ各部の温度が正常範囲を逸脱すると、動作不良を引き起こしモータの破損や劣化を早めるからである。

次に、図４Ａ〜図４Ｃに示すようなマップに基づいて、出力制限を考慮しない状態における各車輪に対する適正なトルク分配演算がされる。各車輪４６に対するトルクを求める方法は各種公知技術に基づく。例えば各車輪に対するトルク配分は、当該四輪駆動車の重心の高さ、重心から前輪までの距離、重心から後輪までの距離、左右輪の幅、旋回加速度、すなわち横Ｇの値、縦方向加速度、すなわち縦Ｇの値により計算される。具体的には、図４Ａに示すマップを参照して、要求される各車輪の駆動力に対応するトルク指令値と横Ｇとにより、各車輪のトルク配分割合Ｔ１が求められる。また、図４Ｂに示すマップを参照して、ヨー加速度の値より、トルク配分割合Ｔ２が求められる。これらが配分補正係数である。このトルク配分割合Ｔを、Ｔ＝Ｔ１×Ｔ２により演算する。そして図４Ｃを参照して、各車輪の荷重配分とトルク配分割合Ｔとから、トルク配分を決定する。

次に、適正なトルク配分に対し、上記ステップＳ２〜Ｓ７で演算された出力制限率を考慮して、車輪ごとの許可パワーが求められ、それらを合計して出力許可パワーＰａが演算される（Ｓ８）。各トラクションインバータ４４で出力可能な最大電力値をＰ_MAXとすると、例えばトラクションインバータ４４ｆＬについて、実際に出力許可できる電力値ＰａｆＬは、
ＰａｆＬ＝Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３ｆＬ×Ｐ_MAX …（１）；
となる。同様に、他のトラクションインバータについても出力可能な電力値は各々、
ＰａｆＲ＝Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３ｆＲ×Ｐ_MAX …（２）；
ＰａｒＬ＝Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３ｒＬ×Ｐ_MAX …（３）；
ＰａｒＲ＝Ｐ１×Ｐ２×Ｐ３ｒＲ×Ｐ_MAX …（４）；
と演算される。従って、この出力制限状態において出力許可できるパワーＰａは、四輪分の出力許可電力値の合計となり、
Ｐａ＝ＰａｆＬ＋ＰａｆＲ＋ＰａｒＬ＋ＰａｒＲ …（５）
と演算できる。この出力許可パワーＰａは、この出力許可パワーＰａ以上の電力供給はできない、すなわち、この値以上の出力を供給することは禁止すべきことになる。

次いで、ステップＳ１で得られた上記四輪駆動車の操作状態、例えばアクセルの踏み込み量及びシフトレバーのシフトポジションによって当該燃料電池システムにおいて電力供給すべき要求パワーＰｒが求められる（Ｓ９）。

この要求パワーＰｒとおりに燃料電池システムから電力供給を行えれば、その時の操作状態と走行状態に応じた走行制御が行える。ところが、この要求パワーＰｒが上記出力許可パワーＰａを超えている場合には、要求パワーＰｒとおりの出力が行えないことになる。そこで、まずシステムに対する要求パワーＰｒと出力制限条件から演算された上記出力許可パワーＰａとが比較される（Ｓ１０）。システムに対する要求パワーＰｒが出力許可パワーＰａより小さい場合には、出力制限を実際に行う必要が無い。このため、システムに対する要求パワーＰｒが出力許可パワーＰａより小さい場合（Ｓ１０：ＮＯ）、特に出力制限をすることなく通常の手順にしたがってトルクが分配され、配分されたトルクに対応する電力が各トラクションインバータ４４に供給される。

一方、システムに対する要求パワーＰｒが出力許可パワーＰａ以上である場合には、出力制限を行う必要がある。ここで出力制限率に応じて各々のトラクションインバータ４４に対する供給電力を制限し、各モータ４５に発生させるトルクを減少させると、不都合が生じる場合がある。一般に、荷重の大きい車輪に高いトルクを発生させ推進力を発生させることで、車両は加速される。ところが、出力制限率に応じて各々の車輪４６に発生させるトルクを同様の分量で削減すると、荷重が相対的に高い車輪においてもトルクが減少してしまう。荷重のある車輪のトルクが減少すれば加速性能は著しく低下する。

そこで本実施形態では、荷重の相対的に高い車輪により多くのトルクを発生させるように制御される。ここで当該四輪駆動車では、燃料電池システムが車両の進行方向前方の収納部に納められ、前輪４６ｆＬ／Ｒが後輪４６ｒＬ／Ｒに比べ荷重量が大きいものとする。正しくトルクを測定するため、車輪の動作を不定期に変動させる可能性のある機能、例えば、アンチロックブレーキ機能やトラクションコントロール機能を停止させる（Ｓ１１）。この状態で、トラクションモータ４５の電流量を測定する等して各モータに発生しているトルク量を実測する。そして後輪４６ｒＬ／Ｒのトルク量の合計が、所定のトルク量より大きいかを比較する（Ｓ１２）。この所定のトルク量とは、荷重の相対的に小さい後輪におけるトルク量を過大にしないためのしきい値である。この後輪のトルク量がこの所定値より小さい場合には（Ｓ１２：ＮＯ）、前輪側に十分なトルク量が発生しているものとして、アンチロックブレーキ機能やトラクションコントロール機能を復活させ、そのままのトルク発生量で車両の走行を許可する。

一方、後輪４６ｒＬ／Ｒのトルク量が所定値以上である場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、荷重の少ない後輪において発生しているトルクが大きすぎる判断できる。そこでこのような場合には、全体の供給電力量を維持しながら、後輪用のトラクションインバータ４４ｒＬ／Ｒに供給する電力量を少なくし、前輪用のトラクションインバータ４４ｆＬ／Ｒに供給する電力量を大きくし、相対的に前輪４６ｆＬ／Ｒに発生させるトルク量を大きくするようにトルク配分を補正する演算を行う（Ｓ１３）。この補正演算により、荷重の相対的に大きな車輪に、より多くのトルクを分配することができる。後輪に発生させるトルクは極端にいえばゼロでもよい。完全な前輪二輪駆動と同様の場合である。

図５に、ステップＳ１０〜１３の処理で実施されるトルク分配補正制御における前輪と後輪とのトルク配分を示す。図５に示すように、後輪で発生させるトルクＴｒが所定値Ｔｔｈ（ステップＳ１２参照）になるまでは後輪のトルクＴｒは前輪のトルクＴｆとともに増加するが、所定値Ｔｔｈを超えると後輪のトルクＴｒは頭打ちとなり、前輪のトルクＴｆのみが増加し、前輪の駆動力がより上がるように制御されるのである。前輪のトルクを後輪のトルクより大きくすることで、加速性能を維持し、アクセルペダルの操作と実際の加速量との間に齟齬が生じ運転操作上の違和感を生じさせることを防止することが可能である。

以上のように本実施形態１によれば、システムの要求パワーＰｒより出力制限に基づく出力許可パワーＰａが少ない場合、車輪に供給されるトルクを賄えるパワーの範囲に補正演算がされる。

そして本実施形態１によれば、出力制限に応じたトルク補正を行った場合であっても、後輪４６ｒＬ／Ｒのトルクが所定値以下となるようトルクが補正分配されるので、加速性能を低下させることがなく、ドライバに運転操作上の違和感を生じさせることを防止することが可能である。

具体的には、本実施形態１によれば、各車輪のトルクの配分は、各車輪における荷重配分に応じて決定されるので、加速性能を高めることができる。

また本実施形態１によれば、前輪及び後輪に分配されているトルクを把握する際に、アンチロックブレーキ機能および／またはトラクションコントロール機能を停止させるので、正しいトルク配分を演算することができる。

（実施形態２）
本実施形態２は、駆動源であるモータが前輪と後輪とに分けて二つ設けられている四輪駆動車に関する。
図６に本実施形態における四輪駆動車のシステム構成図を示す。図６では燃料電池システムについての構成は図１に示す実施形態１と同様であるため、図示を省略してある。
図６に示すように、本実施形態２の電力系４は、二次バッテリ４０、高圧コンバータ４１、低圧コンバータ４２、低圧系補機４３、前輪用トラクションインバータ４４ｆ／４４ｒ、トラクションモータ４５ｆ／４５ｒ、ディファレンシャル４７ｆ／４７ｒ、車輪４６ｆＲ，４６ｆＬ，４６ｒＲ，４６ｒＬ（以下、「車輪４６」で代表する。）を備えている。

本実施形態２と実施形態１との違いは、実施形態１が車輪ごとにトラクションインバータ４４とトラクションモータ４５とを備えていたのに対し、実施形態２では、前輪用と後輪用に二つずつ設けられ、モータ４５の出力がディファレンシャル４７ｆ／４７ｒにより、分割され、それぞれ一組の前輪４６ｆと後輪４６ｒとの分割されている点である。その他の構成については、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施形態２における動作も、実施形態１に類似して行われる（図２）。各システムの状態が検出され（図２Ｓ１参照）、燃料電池システム及び二次バッテリ４０に対する出力制限率が演算される（Ｓ２、Ｓ３参照）。各車輪に対する出力制限（Ｓ４〜Ｓ７参照）については、実施形態１の四輪に分けて行われる出力制限率演算の代わりに、前輪と後輪とに分けて演算される。出力許可パワーＰａの演算（Ｓ８参照）では、前輪と後輪とのそれぞれについての出力許可パワーが合計される。それ以降の処理、すなわち後輪４６ｒのトルクが所定値Ｔｔｈ以下となるように前輪４６ｆ及び後輪４６ｒのトルクが補正分配される（Ｓ９〜Ｓ１３参照）。

実施形態２によれば、トラクションモータを二つ備えるシステムにおいても、本発明のようにトルクの補正分配が行われる。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
上記実施形態では、四輪駆動車に限って本発明を適用したが、車輪の数に影響されない。二輪車、三輪駆動車、大型車両などの四輪以上の車輪を駆動輪とする車両においても本発明を同様に適用できる。すなわち、本来のトルク配分に対し、荷重の多い駆動輪に対するトルク量が相対的に少ないと判断できる場合には、その駆動輪のトルクを上げる補正演算を行えばよい。このような処理を行うことで、操作状態に対応する加速性能の低下を抑制することが可能である。

また、上記実施形態では、別途計算されたトルク配分に対し、出力制限率を掛け合わせることで最終的な出力を特定していたが、トルク配分計算時に同時に出力制限事由を考慮して演算してもよい。

また、各車輪に対するトルク配分を演算する際に、荷重の大小に応じて各車輪のトルク配分に重み付けをして演算するようにしてもよい。荷重の相対的に大きな車輪に、より多くのトルクが発生できるように制御できれば、本発明の目的を達成できるからである。

実施形態１の四輪駆動車のシステム構成図 実施形態のトルク分配処理を説明するフローチャート 二次バッテリの出力制限を説明する充放電特性図 横方向加速度（横Ｇ）、トルク指令値、及びトルク配分割合Ｔ１の関係図 ヨー加速度とトルク配分割合Ｔ２との関係図 荷重配分とトルク配分との関係図 前輪トルク配分Ｔｆと後輪トルクＴｒ分との関係図 実施形態２の四輪駆動車のシステム構成図

符号の説明

１…燃料ガス供給系、２…酸化ガス供給系、３…冷却系、４…電力系、５…制御系、１０…燃料電池スタック、４６ｆＲ，４６ｆＬ，４６ｒＲ，４６ｒＬ…車輪、５０…制御部

Claims (6)

1. 複数の車輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、
   システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、各該車輪に分配するトルクの合計が該出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、該移動体の加速度を維持可能に各該車輪のトルクが分配されることを特徴とするトルク分配装置。
2. 前輪及び後輪を備える移動体のための各車輪へのトルク分配装置であって、
   システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、各車輪に分配されるトルクの合計が該システムの動力源の出力パワーを超えないように補正する手段と、
   該移動体の加速度を維持可能に該前輪及び該後輪との間でトルクを分配する手段と、を備えたことを特徴とするトルク分配装置。
3. 前輪及び後輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、
   各該車輪に分配するトルクについて出力制限状態である場合に、該後輪のトルクが所定値以下となるように該前輪及び該後輪のトルクが分配されることを特徴とするトルク分配装置。
4. 各前記車輪のトルクの配分は、各前記車輪における荷重配分に応じて決定される、請求項１乃至３のいずれかに記載のトルク分配装置。
5. 前記前輪及び後輪に分配されているトルクを把握する際に、アンチロックブレーキ機能および／またはトラクションコントロール機能を停止させる、請求項１乃至４のいずれかに記載のトルク分配装置。
6. 複数の車輪を備える移動体のための各該車輪へのトルク分配装置であって、
   システムに要求されるパワーが該システムの動力源の出力可能パワーを超えている場合に、
   各該車輪に分配するトルクの合計が該出力可能パワーを超えないように補正され、かつ、各前記車両のトルク配分が各前記車輪における荷重配分に応じて決定されること、を特徴とするトルク分配装置。

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