JP2008120120A - Four-wheel drive control apparatus and four-wheel drive control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4輪駆動制御装置および4輪駆動制御方法に関し、特に、シフトポジションの設定方向(例えば前進方向)と逆方向(例えば後退方向)に車両が進むロールバック状態から車両がシフトポジションの設定方向に進む状態に切り替わる際の4輪駆動制御を円滑に行うための4輪駆動制御装置および4輪駆動制御方法に関する。 The present invention relates to a four-wheel drive control device and a four-wheel drive control method, and in particular, from a rollback state in which the vehicle advances in a reverse direction (for example, a reverse direction) to a shift position setting direction (for example, a forward direction). The present invention relates to a four-wheel drive control device and a four-wheel drive control method for smoothly performing four-wheel drive control when switching to a state of proceeding in a setting direction.
特許文献1に示す特開2002−186109号公報「補助駆動装置および前後輪駆動車両」では、前輪および後輸のうち、一方がエンジンで駆動され、他方がモータによって駆動される車両に搭載され、エンジンによって駆動されて発電を行う発電機と、発電機の発電電力を交流に電力変換してモータに出力するインバータと、モータの回転駆動力を制御するモータ制御部を備えた4輪駆動車両におけるロールバック制御方法が記載されている。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-186109 “Auxiliary Driving Device and Front and Rear Wheel Drive Vehicle” shown in
一般に、インバータを用いた4輪駆動を行う車両においては、登坂路などでブレーキペダルを離した際に車両が後退するロールバック状態になった時に、車両を前進させるために、アクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度に応じたモータ出力トルクが前進方向に発生される結果、モータ回転方向とトルク発生方向とが逆転しているため、モータは発電機として機能することになり、回生エネルギーを発生させ、発電機とインバータとの間の電圧が、高電圧閾値を超えて高電圧フェールが発生するおそれがある。 In general, in a vehicle that performs four-wheel drive using an inverter, when the brake pedal is released on an uphill road or the like, when the vehicle enters a rollback state in which the vehicle moves backward, the accelerator pedal is depressed to advance the vehicle. As a result of the motor output torque corresponding to the accelerator opening being generated in the forward direction, the motor rotation direction and the torque generation direction are reversed, so the motor functions as a generator and generates regenerative energy. The voltage between the generator and the inverter may exceed the high voltage threshold and a high voltage failure may occur.
これを防ぐために、前記特許文献1においては、ロールバック制御動作として、モータが発電してしまった回生エネルギーを熱として消費するように、モータのd軸電流Id(界磁電流成分:磁束を発生させるための成分)を大きく流す制御を行い、制御安定化を図るため、発電機からモータに対しては、ごく僅かの電力しか供給しないように制御している。
ここで、ロールバック状態にある場合、モータは該モータ自身の回生エネルギーによりモータ出力トルクを得ていたが、車両がロールバック状態から前進状態へ切り替わる時点以降においては、モータが出力すべきモータ出力トルクを発電機からインバータを介して電力供給することが必要であり、発電機は、車速0km/hを境にして、モータに供給すべき発電電力量が急増する状態になる。 Here, when the motor is in the rollback state, the motor obtains the motor output torque by the regenerative energy of the motor itself, but after the time when the vehicle switches from the rollback state to the forward movement state, the motor output to be output by the motor It is necessary to supply torque from the generator via the inverter, and the generator is in a state where the amount of generated power to be supplied to the motor rapidly increases at the vehicle speed of 0 km / h.
しかしながら、車載用として通常用いられる界磁巻線型の発電機の場合、発電応答は、数百msと非常に遅いため、モータ側からの急激な発電量の増加要求には追従することができず、インバータを介してモータへ実際に供給されてくる発電量は緩やかに増加する不十分な電力値になってしまい、その結果、モータが必要としているモータ出力トルクを急激に失ってしまうトルク抜けが発生するという課題がある。 However, in the case of a field winding generator that is usually used for in-vehicle use, the power generation response is very slow at several hundred ms, so it cannot follow the sudden increase in power generation demand from the motor side. As a result, the amount of power actually supplied to the motor via the inverter becomes an insufficient power value that gradually increases, and as a result, the torque loss that suddenly loses the motor output torque required by the motor may occur. There is a problem that occurs.
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、モータへインバータを介して電力供給する界磁巻線型の発電機を制御する動作として、車両がロールバック状態から前進状態へ切り替わる際のトルク抜けを防止可能な4輪駆動制御装置および4輪駆動制御方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and when a vehicle switches from a rollback state to a forward state as an operation for controlling a field winding generator that supplies electric power to an electric motor via an inverter. It is an object of the present invention to provide a four-wheel drive control device and a four-wheel drive control method that can prevent torque loss.
本発明は、前述の課題を解決するために、ロールバック状態から前進状態に切り替わる時点で発電機が発電してモータに供給すべき電力を出力可能な界磁電流の最小値を推定し、推定した界磁電流の最小値をロールバック中に発電機にあらかじめ流すように制御することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention estimates the minimum value of the field current that can output the power to be generated by the generator and supplied to the motor at the time of switching from the rollback state to the forward state. The minimum value of the field current is controlled to flow in advance to the generator during rollback.
本発明の4輪駆動制御装置および4輪駆動制御方法によれば、ロールバック状態から前進状態への切り替わり時においても、発電機にあらかじめ流している界磁電流により、発電機がモータに供給すべき電力をただちに発電することができるので、発電機が発電した電力をインバータを介してモータに遅れることなく供給することが可能な状態となり、モータは、発電機の発電応答(界磁電流応答)を待つ必要がなく、トルク抜けを確実に防止することができる。 According to the four-wheel drive control device and the four-wheel drive control method of the present invention, even when switching from the rollback state to the forward state, the generator supplies the motor to the motor by the field current flowing in advance to the generator. Since the power to be generated can be generated immediately, the power generated by the generator can be supplied to the motor through the inverter without delay, and the motor generates the power generation response (field current response) of the generator. There is no need to wait until the torque is lost.
以下に、本発明による4輪駆動制御装置および4輪駆動制御方法の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a four-wheel drive control device and a four-wheel drive control method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
まず、本発明の4輪駆動制御装置(4WDコントローラ)を搭載した4輪駆動車両システムの構成例について、図1を用いて説明する。図1に示すように、本発明の一例を示す4輪駆動制御装置1は、前輪104a,104bおよび後輪105a,105bのうち、一方例えば前輪104a,104bがエンジン101で駆動され、他方例えば後輪105a,105bがモータ4によって駆動される4輪駆動車両100に搭載されている。なお、前輪104a,104bおよび後輪105a,105bのうち、後輪105a,105bがエンジン101で駆動され、前輪104a,104bがモータ4によって駆動されるような場合であっても良い。
First, a configuration example of a four-wheel drive vehicle system equipped with the four-wheel drive control device (4WD controller) of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in the four-wheel
ここで、4輪駆動制御装置1は、エンジン101によって駆動されて発電を行う発電機2の発電量と、発電機2の発電電力を交流に電力変換してモータ4に出力するインバータ3の動作と、発電機2からインバータ3を介して供給される電力によって駆動するモータ4のモータ出力トルクと、を制御するために、モータ4の回転駆動力を制御するモータ制御部5と発電機2の界磁電流を制御する界磁制御部6と、を少なくとも備えて、4輪駆動用の制御を行うものである。
Here, the four-wheel
図1において、発電機2は、エンジン101のクランク軸と補機駆動ベルト108を介して連結されて、エンジン101の回転に応じた駆動力により回転駆動され、モータ制御部5からの制御信号に基づいて動作する界磁制御部6からの制御値に応じた界磁電流を流すことによって、発電を行う。
In FIG. 1, the
また、前輪104a,104bは、エンジン101の回転駆動力が変速機102にて変換された前輪駆動力によって駆動されて、前輪104a,104bの回転速度は、車輪速センサ106a,106bにてそれぞれ検出され、モータ制御部5に通知される。一方、後輪105a,105bは、モータ4の回転駆動力が駆動力伝達部103にて変換されて伝達されてくる後輪駆動力によって駆動されて、後輪105a,105bの回転速度は、車輪速センサ106c,106dにてそれぞれ検出され、モータ制御部5に通知される。
The
さらに、図1において、4輪駆動車両100の走行速度が、車速センサ107によって検出され、また、モータ4の回転数が、回転センサ40によって検出され、モータ制御部5にそれぞれ通知される。
Further, in FIG. 1, the traveling speed of the four-
ここで、本発明の一実施例を示す図1のモータ制御部5は、発電指令制御部5a、モータ制御パラメータ決定部5b、界磁電流最小値推定部5c、モータ目標電圧設定部5dを少なくとも備えている。
Here, the
発電指令制御部5aは、モータ4が所望のモータ出力トルクを発生するために必要とする電力を演算して発電目標電力として求め、前記発電目標電力を発電するように発電機2への発電指令を制御する発電指令制御手段である。
The power generation
また、モータ制御パラメータ決定部5bは、発電機2が発電電力として出力可能な特性線上の動作点に基づいて、モータ4を制御するためのパラメータとしてトルク指令値を決定するモータ制御パラメータ決定手段であり、例えば、発電機2が出力可能な特性線上の動作点から、4輪駆動車両100のロールバック中のトルク指令値を決定する。ここで、発電機2が出力可能な特性線上の動作点とは、各発電電力の発電電圧と発電電流とに関する動作点を示すものであり、該特性線は、少なくとも、発電機2に流れる界磁電流、エンジン101により駆動される発電機2の回転速度などにより可変に制御されて決定されるものである。
The motor control
また、界磁電流最小値推定部5cは、モータ制御パラメータ決定部5bにより決定したロールバック中のトルク指令値をそのまま維持した状態で、4輪駆動車両100がロールバック中の状態から前進状態に移行する時に発電機2が発電してモータ4に供給すべき発電電力を、出力することができる界磁電流の最小値を推定して、界磁制御部6へ制御信号として供給する界磁電流最小値推定手段である。
The field current minimum value estimation unit 5c maintains the torque command value during the rollback determined by the motor control
また、モータ目標電圧設定部5dは、界磁電流最小値推定部5cにより推定した前記界磁電流の最小値をロールバック中に発電機2に流す場合に、ロールバック中においてモータ4に供給すべき電力(本実施例では、例えば100W)を出力する際の電圧を目標電圧として演算し、演算した前記目標電圧の値を、ロールバック中の発電機2の発電電圧として設定する目標電圧設定手段である。
In addition, the motor target voltage setting unit 5d supplies the motor 4 during the rollback when the minimum value of the field current estimated by the field current minimum value estimation unit 5c is supplied to the
次に、図1に一例として示した4輪駆動制御装置1に関し、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際の制御動作について、図2に示すフローチャートを基にして、図1に例示したモータ制御部5に備えている各手段を中心に説明する。図2は、本発明の一例である4輪駆動制御装置1のロールバック状態における動作の一例を説明するためのフローチャートであり、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際の動作を制御する本発明の4輪駆動制御方法の一例を示している。
Next, regarding the four-wheel
まず、図2の説明に先立って、本発明による図2のフローチャートに示すような制御動作を行わない従来の4輪駆動制御装置の場合について、すなわち、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際に発生するトルク抜けの防止策を施していない従来の一般的な4輪駆動制御装置の制御動作について、図3のタイムチャートを用いて説明する。図3は、ロークバック状態から前進状態に切り替わる際の従来の一般的な制御動作例を示すタイムチャートである。 First, prior to the description of FIG. 2, the conventional four-wheel drive control apparatus that does not perform the control operation as shown in the flowchart of FIG. 2 according to the present invention, that is, occurs when the rollback state is switched to the forward state. The control operation of a conventional general four-wheel drive control device that does not take measures to prevent torque loss will be described with reference to the time chart of FIG. FIG. 3 is a time chart showing an example of a conventional general control operation when switching from the rookback state to the forward state.
図3に示すように、例えば登坂路上で、4輪駆動車両のブレーキペダルを踏んでブレーキONで停止している状態から、ブレーキペダルから脚を離してアクセルペダルに踏みかえようとした場合、時刻t0において、ブレーキOFFの状態に移行するとともに、ややタイムラグをおいた時刻t1において、アクセルOFFの状態からアクセルONの状態に切り替わる。 As shown in FIG. 3, for example, on an uphill road, when the brake pedal of a four-wheel drive vehicle is stepped on and the brake is turned on to stop the brake pedal, the leg is released from the brake pedal and the accelerator pedal is pressed. At time t 0 , the state is shifted to the brake OFF state, and at time t 1 with a slight time lag, the state is switched from the accelerator OFF state to the accelerator ON state.
このブレーキONからOFFに切り替わった時刻t0以降、アクセル開度に感応したモータ4に対するモータトルク指令が届く時刻t1までの間は、4輪駆動車両の車速は、0km/hから前進方向とは逆方向の後退方向に徐々に加速されるロールバック状態になり、モータ4が逆回転して回生エネルギーを発生し、後輪105a,105bに対する後退方向の駆動輪トルクが発生する。
After the time t 0 has been switched to OFF from the brake ON, until time t 1 that the motor torque command arrives for the motor 4 that is sensitive to accelerator opening, the vehicle speed of a four-wheel drive vehicle has a forward direction from 0 km / h Is in a rollback state where it is gradually accelerated in the reverse direction, and the motor 4 reversely rotates to generate regenerative energy, and drive wheel torque in the reverse direction to the
しかる後、アクセルペダルが踏み込まれて、エンジン101の回転数が徐々に上昇して、エンジン101により駆動される前輪104a,104bにその駆動力が伝わるとともに、モータトルク指令がモータ4に達して、モータトルク指令に比例するトルク電流Iqが流れ始める。時刻t2に達すると、モータ4により駆動される後輪105a,105bにもその駆動力が伝わり、モータ4の後退方向への回転速度が徐々に減少していくようになり、ロールバック状態にあるものの、4輪駆動車両100の車速は、後退方向への増加はなくなり、後退方向から前進方向に向かって上昇を開始する。
After that, the accelerator pedal is depressed, and the rotational speed of the
その後、車速が0km/hに達し、ロールバック状態から脱して前進状態に切り替わる時刻t3においては、モータ4が、モータ4自身の回生エネルギーではなく、発電機2からの電力によって回転駆動力を得ようとする。しかし、モータ4のモータ出力トルクを出力可能な発電電力を得るための界磁電流を発電機2に流して、所望の発電電力を発電してモータ4に対して供給開始しようとしても、界磁巻線型の発電機2の発電応答は、曲線Bに示すように、極めて鈍く、ただちには、モータ4が必要とする出力トルクに応じた所望の発電電力を発電することができない。
Then, the vehicle speed is reached 0 km / h, at time t 3 when switched to the forward state emerged from the rollback state, the motor 4 is not a motor 4 own regenerative energy, the rotational driving force by electric power from the
この結果、発電要求として指定されたモータトルク指令に対応する十分な電力をモータ4に供給することができないために、モータ4は、曲線Cのように、モータトルク指令として指令されている前進状態を維持するためのトルク電流Iqに不足を来たし、モータトルク指令値によって指令されたモータ出力トルクを維持することができなくなり、曲線Aにように、モータトルク抜けに陥ってしまう。 As a result, since sufficient electric power corresponding to the motor torque command designated as the power generation request cannot be supplied to the motor 4, the motor 4 is in the forward state commanded as the motor torque command as shown by the curve C. The torque current Iq for maintaining the motor torque becomes insufficient, the motor output torque commanded by the motor torque command value cannot be maintained, and the motor torque is lost as shown by the curve A.
かくのごとき従来のロールバック制御に対して、図2のフローチャートに一例を示す本発明の動作例においては、4輪駆動車両100の前進開始時に必要とする最低限の電力を発電することが可能な界磁電流の最小値を求めて、この界磁電流の最小値を、発電機2の界磁電流として、ロールバック状態においても、保持して発電機2に流すことによって、車速0km/hに達した時刻t3においても、発電機2の界磁応答の遅れすなわち発電応答の遅れが生じないように制御し、ロールバック状態から前進状態へのスムーズな切り替え制御を可能としている。
In contrast to the conventional rollback control as described above, in the operation example of the present invention shown as an example in the flowchart of FIG. 2, it is possible to generate the minimum electric power required when the four-
すなわち、図2のフローチャートにおいて、まず、回転センサ40から入力されてくるモータ4の回転数Nmtrを取得して、回転数Nmtrが、マイナスか否かをチェックし、4輪駆動車両100の進行しようとする方向(前進方向)とは逆方向(後退方向)に進む状態のロールバック状態が発生しているか否かを確認する(ステップS10)。ロールバック状態ではなかった場合(ステップS10のNo)、本処理を終了する。
That is, in the flowchart of FIG. 2, first, the rotation speed Nmtr of the motor 4 input from the
一方、モータ4の回転数Nmtrがマイナスで、4輪駆動車両100が逆方向に進んでいるロールバック状態にあった場合(ステップS10のYes)、次のステップS20に進み、発電指令制御部5aとモータ制御パラメータ決定部5bとにおいて、発電機2が出力可能な特性線上の動作点(すなわち発電機2が出力し得る電流、電圧の関係)を示す発電機2の発電状態を参酌しながら、ロールバック中にモータ4が出力すべき最低限のモータ出力トルクT1を指示するトルク指令値を算出する。
On the other hand, when the rotational speed Nmtr of the motor 4 is negative and the four-
すなわち、発電指令制御部5aにて、まず、ロールバック中に本来必要とするモータ出力トルクT1を発生するための発電機2の電力を演算した後、高電圧フェールを発生させない高電圧閾値以下の範囲内で、かつ、発電機2が出力し得る電流、電圧の関係に基づいて、モータ4に供給すべき最低限の発電電力Prを算出する。
That is, in the power generation
しかる後、発電機2が出力可能な特性線上の動作点(すなわち発電機2が出力し得る電流、電圧の関係)に基づいて求められた前記最低限の発電電力Prに対応するトルク指令値Trqを求めて、モータ4側で最低限必要としていたモータ出力トルクT1を満たすモータ出力トルクの出力を指示する値として決定する。 Thereafter, the torque command value Trq corresponding to the minimum generated power Pr obtained based on the operating point on the characteristic line that can be output by the generator 2 (that is, the relationship between the current and voltage that can be output by the generator 2). Is determined as a value indicating the output of the motor output torque that satisfies the minimum required motor output torque T1 on the motor 4 side.
ここで、発電指令制御部5aとモータ制御パラメータ決定部5bとにおいて、モータ4に対する実際の制御パラメータとして、ロールバック中のトルク指令値Trq(すなわちロールバック状態から前進状態に移るまで継続して出力するトルク指令値)を決定する動作について、図4を用いてさらに説明する。図4は、本発明の4輪駆動制御装置1において発電機2が出力し得る電流と電圧との関係を示す特性線上の動作点からモータ4を制御するために最低限必要とするモータトルク指令値を求める動作を示す説明図であり、発電機2の電流と電圧との出力可能値をプロットしている。すなわち、図4は、発電機2の出力特性に基づいて最低限出力する必要がある電力を算出して、かかる最低限必要な電力に該当するモータ4のトルク指令値に換算して、モータ4に対してトルク指令を行う様子を示している。
Here, the power generation
この際に、高電圧フェールが発生しないようにトルク指令をモータ4に出力するために、ロールバック中にモータ4に供給すべき電力を出力する際の電圧が、あらかじめ定めた高電圧閾値VHを超えない電圧にて発電電力を発電機2からモータ4に対して供給しようとしているか否かを確認して、高電圧閾値VHを超えない電圧であれば、その電力をモータ4に対して供給する。
At this time, in order to output a torque command to the motor 4 so as not to cause a high voltage failure, the voltage at the time of outputting the power to be supplied to the motor 4 during the rollback is set to a predetermined high voltage threshold V H. It is confirmed whether or not the generated power is going to be supplied from the
一方、高電圧閾値VHを超えてしまう電圧の電力供給になる場合、発電機2の出力特性上、当該電力での発電を行うことなく、ロールバック中のトルク指令値を少なくとも出力可能な電力であって、かつ、発電機2が出力可能な特性線上の動作点にある高電圧閾値VHを超えない電圧で動作可能な電力を求めて、当該電力が得られる電圧(高電圧閾値VHを超えない電圧)を発電機2に設定するようにし、当該電力に対応するトルク指令値を、ロールバック中のトルク指令値Trqとして設定し直す。
On the other hand, in the case of power supply with a voltage exceeding the high voltage threshold V H , the power that can output at least the torque command value during rollback without generating power with the power due to the output characteristics of the
以下、図4について説明する。なお、本実施例においては、説明を理解し易くするために、モータ4、インバータ3における電力損失がなく、発電機2の発電電力が、そのまま、モータ4の出力トルクとして用いられる理想状態について説明することとする。発電機2の出力特性から決定される発電電力として出力可能な特性線が、発電機2の或る界磁電流、或る回転速度において、図4の曲線Dで与えられている場合に、図4の曲線Eに示すように、ロールバック中のモータ4において本来必要とするモータ出力トルクT1から決定される発電電力(すなわちモータ4側に供給すべき電力)として求められた場合、発電機2の出力特性から決定される発電電力として出力可能な曲線Dで示す特性線上の各動作点から、発電条件(発電電圧、発電電流)として交点aが得られる。
Hereinafter, FIG. 4 will be described. In the present embodiment, in order to facilitate understanding of the description, an ideal state in which there is no power loss in the motor 4 and the inverter 3 and the generated power of the
しかし、この発電条件は、ロールバック状態における高電圧フェールを回避可能な高電圧閾値VHを超えているため、高電圧閾値VH以下の電圧値で、曲線Eが示す該発電電力を最低限満たす電力として、交点aに近接した位置にあって、高電圧閾値VHと曲線Dとが交差する交点bを与える発電電力が選択される。すなわち、曲線Fに示すような発電機2の出力から決定される電力を示す電力線と曲線Dに示す発電電力として出力可能な特性線との交点bの発電条件(発電電圧、発電電流)が、発電機2の発電すべき最低限の発電目標電力Prとして決定される。
However, since this power generation condition exceeds the high voltage threshold V H that can avoid the high voltage failure in the rollback state, the generated power indicated by the curve E is at a minimum at a voltage value equal to or lower than the high voltage threshold V H. As the electric power to be satisfied, the generated electric power that provides the intersection b where the high voltage threshold V H intersects the curve D at a position close to the intersection a is selected. That is, the power generation conditions (power generation voltage, power generation current) at the intersection b between the power line indicating the power determined from the output of the
而して、ロールバック中にモータ4において本来必要とするモータ出力トルクT1を満たし、かつ、高電圧フェールを回避することが可能なモータ4に対する実際の制御パラメータとしてトルク指令値Trqを決定することができる。 Thus, the torque command value Trq is determined as an actual control parameter for the motor 4 that satisfies the motor output torque T1 originally required in the motor 4 during rollback and can avoid a high voltage failure. Can do.
この結果、発電機2の出力特性から最低限出力する必要がある発電電力として、高電圧フェールを回避することが可能な高電圧閾値VHを超えない範囲内で算出され、該最低限の発電電力に該当するモータ出力トルクのトルク指令値Trqを、ロールバック状態から車速0km/hに至るまでの間、一定のレベルに維持してモータ4に対して継続して出力することができる状態になる。
As a result, the generated power that needs to be output at the minimum from the output characteristics of the
図2のフローチャートに戻って、次に、4輪駆動車両100をロールバック状態から脱出して前進させるために、車速0km/hの時点で、モータ4へ供給すべき供給電力P1すなわち発電機2が発電してモータ4へ供給すべき発電目標電力P1を、次の計算式によって算出する(ステップS20)。
Returning to the flowchart of FIG. 2, next, in order to escape from the rollback state and advance the four-
P1=Trq×Nmtr1
ここで、Trqは、ロールバック状態から車速0km/hに至るまでの間、一定のレベルに維持してモータ4に指令されるトルク指令値であり、Nmtr1は、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際に基準となるモータ4の前進用の基準回転数である。基準回転数Nmtr1は、モータ4の実回転数Nmtrが極低回転時において供給電力が過剰になることを防止するためにできるだけ小さい値に設定しておくことが望ましく、例えば、Nmtr1=10rpmに設定する。なお、この基準回転数Nmtr1の値は、実際のモータ4の回転数の上昇率を参照して、適宜、チューニングすることが望ましい。
P1 = Trq × Nmtr1
Here, Trq is a torque command value that is commanded to the motor 4 while maintaining a constant level from the rollback state to the vehicle speed of 0 km / h, and Nmtr1 is switched from the rollback state to the forward state. This is the reference rotational speed for forward movement of the motor 4 that becomes the reference. The reference rotation speed Nmtr1 is desirably set to a value as small as possible in order to prevent the supply power from becoming excessive when the actual rotation speed Nmtr of the motor 4 is extremely low, for example, set to Nmtr1 = 10 rpm. To do. Note that it is desirable that the value of the reference rotational speed Nmtr1 is appropriately tuned with reference to the actual rate of increase in the rotational speed of the motor 4.
車速0km/hの時点で発電機2が発電してモータ4へ供給すべき発電目標電力P1は、図4の曲線Gに示すP1に相当する電力線のように、車速0km/h時点におけるモータ4の基準回転数Nmtr1の回転数を満たす電力となり、曲線G上にあって、発電電力として出力可能な特性線を示す曲線Dと交差する交点cの発電条件で発電を行うことを示している。
The power generation target power P1 to be generated by the
次に、4輪駆動車両100がロールバック中の状態から前進状態に移行した際に、トルク抜けを生じないように、モータ制御パラメータ決定部5bにより決定したトルク指令値Trqをそのまま維持した状態で、発電機2が発電してモータ4に供給すべき発電電力P1を出力することが可能な発電機2の界磁電流の最小値すなわち最小界磁電流Ifgminを、界磁電流最小値推定部5cにおいて算出する(ステップS30)。
Next, in a state where the torque command value Trq determined by the motor control
ここで、使用する発電機2の最小界磁電流Ifgminと発電機2の出力電力P1との関係は、予め定数化しておき、この関係式から、ロールバック状態から前進状態に切り替わる車速0km/h時点で必要になる供給電力P1を発電機2から出力することが可能とするように、発電機2へ流すべき最小界磁電流Ifgminを決定する。ステップS30で決定した最小界磁電流Ifgminに相当する界磁電流を、車速0km/h時点に達する以前のロールバック中の状態にある時点から、前以て、一定レベルで継続して発電機2へ流すように、界磁制御部6に対して指示する。この結果、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際の発電機2の発電応答の遅れを回避する状態に設定することができる。
Here, the relationship between the minimum field current Ifgmin of the
最後に、界磁電流最小値推定部5cにより算出した最小界磁電流Ifgminをロールバック中に発電機2に流した場合に、ロールバック中に必要とする供給電力Prを出力する際の目標電圧Vrをモータ目標電圧設定部5dにより決定し、この目標電圧Vrの値をロールバック中の電圧として設定する(ステップS40)。
Finally, when the minimum field current Ifgmin calculated by the field current minimum value estimation unit 5c is supplied to the
この結果、ロールバック状態にある間は、ロールバック中に必要とする発電電力Pr(モータ4への供給電力)を、モータ目標電圧設定部5dにより決定した目標電圧Vrと界磁電流最小値推定部5cにより算出した最小界磁電流Ifgminという発電条件で、発電機2が発電するように、発電指令制御部5aから発電機2に対して指令される。
As a result, during the rollback state, the generated power Pr (power supplied to the motor 4) required during the rollback is estimated by the target voltage Vr and the field current minimum value determined by the motor target voltage setting unit 5d. The power generation
ここに、ロールバック中に必要とする供給電力Prは、使用するモータ4、インバータ3の特性により異なるが、本実施例においては、例えば100Wとする。このため、最小界磁電流Ifgminにおいて例えばロールバック中の出力電力100Wを与えることができる電圧の関係についても、使用する発電機2の特性に応じて、あらかじめ定数化しておき、この関係式から、出力電力Prにおける発電機2の目標電圧Vrを決定するようにすれば良い。
Here, the supplied power Pr required during the rollback differs depending on the characteristics of the motor 4 and the inverter 3 to be used, but is set to 100 W, for example, in the present embodiment. Therefore, for the minimum field current Ifgmin, for example, the relationship of the voltage that can give the output power of 100 W during the rollback is also made constant in advance according to the characteristics of the
このようにして決定した発電機2に関する発電電圧(目標電圧Vr)、界磁電流(最小界磁電流Ifgmin)という発電条件で、ロールバック中に必要とする供給電力Prを発電するように、あらかじめ、発電機2に出力指示しておくことにより、ロールバック状態から前進状態に切り替わる時点で、必要とする発電電力P1をただちに発電することができ、発電機2の界磁応答の遅れがなく、発電応答の遅れを防止することができるので、モータ4が必要とするモータ出力トルクのトルク抜けを防止して、スムーズに前進することが可能になる。
In order to generate the supply power Pr required during the rollback in advance under the power generation conditions (the target voltage Vr) and the field current (minimum field current Ifgmin) related to the
なお、本実施例においては、ロールバック中に供給すべき最低限の電力Prを目標電圧Vrで発電する場合について説明したが、ロールバック状態から前進状態に切り替わる車速0km/h時点で供給すべき電力を発電可能な界磁電流をロールバック時にもあらかじめ流すようにすれば、ロールバック中に供給すべき最低限の電力Pr、目標電圧Vrの発電条件に限る必要はなく、場合によっては、ロールバック中に供給すべき最低限の電力Prを満たす限り、さらに大きい電力を供給するようにしても構わない。 In the present embodiment, a case has been described in which the minimum electric power Pr to be supplied during rollback is generated at the target voltage Vr. However, it should be supplied at a vehicle speed of 0 km / h when the rollback state is switched to the forward state. If a field current capable of generating electric power is made to flow in advance even during rollback, it is not necessary to limit the power generation conditions to the minimum power Pr and target voltage Vr to be supplied during rollback. As long as the minimum electric power Pr to be supplied during back-up is satisfied, larger electric power may be supplied.
以上のように、ロールバック中でも、発電機2に一定の界磁電流を保持してあらかじめ流し続けることにより、ロールバック状態から前進状態への切り替わり時において、発電機2は前進に必要とする電力をただちに発電することができるので、インバータ3を介してモータ4に遅れることなく発電電力を供給することが可能であり、モータ4が発電機2の発電応答(界磁電流応答)を待つ必要がなく、ロールバック状態から前進状態への切り替わり時のモータトルク抜けを防止することができる。
As described above, the electric power required for the
次に、図5を用いて、ステップS30、S40の最小界磁電流Ifgmin、目標電圧Vrの決定方法について、さらに補足して説明する。ここに、図5は、本発明の4輪駆動制御装置においてロールバック状態から前進状態に切り替わる際の発電応答不足を回避するための動作を説明する説明図であり、図5(A)が、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際の発電条件を示す図であり、図5(B)が、ロールバック状態から前進状態に切り替わるまでの発電機2の状態、モータ4の状態の遷移を示すタイムチャートである。なお、図5(B)には、車速0km/hになる時刻を、図3と同様、時刻t3として示している。
Next, a method for determining the minimum field current Ifgmin and the target voltage Vr in steps S30 and S40 will be further described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an operation for avoiding a power generation response shortage when switching from the rollback state to the forward state in the four-wheel drive control device of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the electric power generation conditions at the time of switching from a rollback state to an advance state, and FIG. 5 (B) is a time showing the transition of the state of the
まず、図5(A)において、曲線H,I,Jは、ロールバック状態、車速0km/h時点(ロールバック状態から前進状態に切り替わる時点)、前進状態、のそれぞれにおいて、発電機2からインバータ3を介してモータ4へ供給するために必要とする発電電力を示すものであり、曲線Hが、前述したロールバック時に必要な電力Prを示し、曲線Iが、前述した車速0km/hで基準回転数Nmtr1を得るために必要とする電力P1を示している。
First, in FIG. 5 (A), curves H, I, and J represent an inverter from the
また、図5(A)において、曲線K,L,Mは、いずれも、或る界磁電流、或る回転速度で、発電機2が出力可能な特性線上の動作点の発電電力を示し、それぞれ、ロールバック状態において発電機2が発電すべき電力を出力し得る最小の界磁電流を示す特性線(ロールバック時発電最小特性線)、車速0km/h時点において発電機2が発電すべき電力を出力し得る最小の界磁電流を示す特性線(前進時発電最小特性線:前進時に必要な発電最小特性線)、前進状態において発電機2が発電すべき電力を出力し得る界磁電流を示す特性線(前進時発電特性線)を示している。
In FIG. 5A, curves K, L, and M all indicate the generated power at the operating point on the characteristic line that can be output by the
また、図5(A)において、曲線Nは、発電機2、モータ4の特性によって定まる最も効率が良い出力が得られる電圧・電流の関係を示す最良効率出力線(発電機2の最大出力点軌跡)であり、この曲線N上の任意の動作点で発電機2を動作させることにより、発電機2、モータ4を総合的に最も効率良く動作させることができる。該最良効率出力線は、発電機2、モータ4の特性によってユニークに決定される。
Further, in FIG. 5A, a curve N indicates a best efficiency output line (maximum output point of the generator 2) indicating a voltage / current relationship in which the most efficient output determined by the characteristics of the
ロールバック状態が発生した場合、ロールバック状態において必要とする電力Prは、通常の従来の4輪駆動制御装置の場合は、図3に示したように、クラッチがた詰め用のトルクを出力するために、図5(A)における曲線Hによって与えられる。したがって、発電機2において発電するための界磁電流として、例えば、ロールバック時発電最小特性線として示した曲線K上の電流値が設定されている場合は、曲線Hと曲線Kとが交わる交点gで与えられる発電条件(発電電圧、発電電流)によって、ロールバック用の電力Prが発電される。
When the rollback state occurs, the electric power Pr required in the rollback state outputs a torque for closing the clutch as shown in FIG. 3 in the case of a normal conventional four-wheel drive control device. Therefore, it is given by the curve H in FIG. Therefore, when the current value on the curve K shown as the power generation minimum characteristic line at the time of rollback is set as the field current for generating power in the
これに対して、本実施例においては、図2のフローチャートにて説明したように、ロールバック状態から前進状態に切り替わる時点において直ちに必要とする電力P1を供給可能とするために、ロールバック中であっても、図5(B)のタイムチャートに示すように、該電力P1を発電するために必要とする最小の界磁電流である最小界磁電流Ifgminをあらかじめ発電機2に流すように制御している。すなわち、図5(A)において曲線Lに示す前進時発電最小特性線上を動作点とする最小界磁電流Ifgminをロールバック中でも一定して継続的に流すように制御している。
On the other hand, in the present embodiment, as explained in the flowchart of FIG. 2, in order to be able to supply the electric power P <b> 1 that is necessary immediately when switching from the rollback state to the forward movement state, Even so, as shown in the time chart of FIG. 5 (B), control is performed so that the minimum field current Ifgmin, which is the minimum field current necessary for generating the electric power P1, is supplied to the
したがって、ロールバック中における発電条件(発電電圧、発電電流)は、曲線Lが曲線Hと交わる交点dによって与えられ、交点dが示すロールバック時の目標電圧Vrと最小界磁電流Ifgminという条件で、ロールバックに必要とする電力Prが発電されることになる。なお、ここで、ロールバック時のトルク指令値Trqを求める場合に、前述したように、ロールバック時における高電圧フェールを回避可能とするために、発電機2の出力特性に基づいて、図4の高電圧閾値VHを超えないような電圧(発電機2の動作点となる電圧に対応する電圧)が用いられており、目標電圧Vrは、高電圧閾値VHを超えない範囲に設定されることになる。
Therefore, the power generation conditions (power generation voltage and power generation current) during the rollback are given by the intersection d where the curve L intersects the curve H, and the conditions are the target voltage Vr and the minimum field current Ifgmin during the rollback indicated by the intersection d. The electric power Pr required for rollback is generated. Here, when the torque command value Trq at the time of rollback is obtained, as described above, in order to avoid the high voltage failure at the time of rollback, based on the output characteristics of the
以降、ロールバック中でも、図5(B)のタイムチャートに示すように、車速が0km/hの前進状態への切り替え時点(時刻t3)に達するまで、モータ出力トルクTrqを一定のレベルに維持して、発電機2の最小界磁電流Ifgminを流し続けるように制御する。すなわち、ロールバック状態から前進状態への切り替わり時点に到達するまでの間は、発電機2の界磁電流を指定する発電指令は変わらない。
Thereafter, even during the rollback, as shown in the time chart of FIG. 5B, the motor output torque Trq is maintained at a constant level until the vehicle speed reaches the time point of switching to the forward state of 0 km / h (time t 3 ). Then, control is performed so that the minimum field current Ifgmin of the
しかる後、図5(B)のタイムチャートの時刻t3で車速0km/h(モータ4の回転数Nmtr=0)に達すると、発電機2は、基準回転数Nmtr1として設定した極低回転時において必要とする電力P1を発電するような発電指令を発電指令制御部5aから受け取る。かかる発電指令を受け取った発電機2には、すでに、電力P1を発電するために必要とする最小界磁電流Ifgminが流れているので、ただちに、必要とする電力P1を発電することができる。すなわち、車速が0km/hの時点では、図5(A)の前進時発電最小特性線の曲線L上を、曲線Iで示す車速0km/h時点での発電電力P1との交点eまで移動して、交点eの発電条件でただちに発電する状態になる。ここで、最小界磁電流Ifgminで発電電力P1を発電するこの交点eの発電条件は、最良効率出力線(最大出力点軌跡)の曲線Nとの交点ともなっており、最も効率が良い状態で発電し供給することができる。
Thereafter, when at time t 3 of the time chart shown in FIG. 5 (B) reaches a
したがって、車速が0km/hとなってロールバック状態から前進状態へ切り替わり、モータ自体の回生エネルギーで駆動していた状態から、発電機2からの供給電力P1により駆動する状態に切り替わったとしても、発電機2からは、モータ4が必要とするトルク指令値Trqに該当する電力P1を、発電応答の遅れもなく、ただちに、供給することが可能であり、従来のように、車速0km/hの時点で界磁電流を急増させるような制御を行う場合とは異なり、トルク抜けの発生を防止することができる。
Therefore, even if the vehicle speed is 0 km / h and the state is switched from the rollback state to the forward state and is driven by the regenerative energy of the motor itself, the state is switched from the state driven by the power supply P <b> 1 from the
しかる後、4輪駆動車両100が前進状態を継続して、車速0km/h時点での最小限必要とするトルク指令値Trqから異なるトルク指令値T2に増加しようとすると、トルク指令値Trqを得るための前進時発電最小特性線の曲線Lの動作点(交点e)から、発電機2が出力可能な発電条件(発電電圧、発電電流)が制限された状態で、最良効率出力線(最大出力点軌跡)の曲線N上を、徐々に、トルク指令値がトルク指令値T2の出力に対応する発電電力を示す曲線Jと前進時発電特性線(前進状態において発電機2がトルク指令値T2に対応する電力を最も効率良く出力し得る界磁電流を示す特性線)を示す曲線Mとの交点fに向かって移動するように制御される。
Thereafter, when the four-
すなわち、変更すべきトルク指令値T2に対応する発電電力(曲線Jで示す発電電力)に到達するまで、発電機2が出力可能な特性線上の動作点にあって、かつ、発電機2とモータ4との効率が最も良好になる動作点(曲線Nで示す最大出力点軌跡)にしたがって、発電機2からモータ4に供給する電力の電圧および電流を順次変更していくように制御する。この結果、モータ4のモータ出力トルクが所望のトルク指令値T2に到達するまでにやや時間を要するものの、発電機2やモータ4は常に効率が良い動作点で動作することが可能になる。
That is, the
ここで、このような最良効率出力線(最大出力点軌跡)の曲線N上を動作点として制限するような制御を行わない従来の通常の4輪駆動制御装置の場合、モータ4やインバータ3に対して変更すべきトルク指令値T2がただちに出力されてしまう一方、トルク指令値T2に対応する電力を発電しようとする発電機2の界磁電流の変更が追いつかないため、発電機2からの発電電力は緩やかな発電応答となって出力されてしまう。この結果、図5(A)の破線の矢印に示すように、ロールバック中における前述のような動作点である曲線Hと曲線Kとの交点gから、右下がりに、トルク指令値Trqを出力する車速0km/hの時点では、曲線L上の交点hに移動し、さらに、トルク指令値T2を出力する時点では、曲線M上の交点iへと移動していく。この結果、モータ4が必要とする電力が、発電機から供給されない状態が発生してしまう可能性がある。
Here, in the case of a conventional normal four-wheel drive control device that does not perform control that restricts the curve N on the best efficiency output line (maximum output point locus) as an operating point, the motor 4 and the inverter 3 On the other hand, the torque command value T2 to be changed is output immediately, but the change in the field current of the
以上のように、本実施例においては、ロールバック中には、あらかじめ、ロールバック状態から前進状態に切り替わる際に必要とする最小限のトルク指令値に対応する界磁電流と、該界磁電流を流した場合の目標電力とによる発電動作をあらかじめ行うように制御することによって、ロールバック制御におけるトルク抜けの発生を防止するとともに、最良効率の出力を維持できるような発電制御を行うことによって制御系の発散を防止することも可能になっている。 As described above, in the present embodiment, during the rollback, the field current corresponding to the minimum torque command value required for switching from the rollback state to the forward state in advance, and the field current Control by performing power generation control to prevent the occurrence of torque loss in rollback control and maintain the most efficient output by performing control so that the power generation operation with the target power when flowing through is performed in advance It is also possible to prevent system divergence.
1…4輪駆動制御装置、2…発電機、3…インバータ、4…モータ、5…モータ制御部、5a…発電指令制御部、5b…モータ制御パラメータ決定部、5c…界磁電流最小値推定部、5d…モー目標電圧設定部、6…界磁制御部、40…回転センサ、100…4輪駆動車両、101…エンジン、102…変速機、103…駆動力伝達部、104a,104b…前輪、105a,105b…後輪、106a,106b,106c,106d…車輪速センサ、107…車速センサ、108…補機駆動ベルト。
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-
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WO2013122101A1 (en) * | 2012-02-17 | 2013-08-22 | 日立建機株式会社 | Electrically driven working vehicle |
JP2013169824A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | Electrically driven working vehicle |
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