JP3985766B2 - 車両の駆動力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関で車輪を駆動すると共に当該内燃機関で発電機を駆動する車両の駆動力制御装置に関する。

従来、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動モータで駆動し、上記エンジンによって駆動される発電機の電力を上記電動モータに供給する車両の駆動制御装置としては、例えば特許文献１に記載されるものがある。このような構成を採用することで電動モータに電力を供給するバッテリが必ずしも必要としない。
特開２０００−３１８４７３号公報

このような車両の駆動力制御装置では、電動モータへの電圧が、発電機を駆動するエンジンの稼働状態に影響し、例えば何らかの理由によってエンジン回転数が一時的に落ち込むと、発電機の発電不足によって電動モータが必要とする電圧が供給されないという状態が一時的に発生するおそれがある。そのような状態が発生すると、後輪を駆動するモータトルクが一時的に小さくなりすぎるおそれがある。
逆に、何らかの理由によってエンジンの回転数が高い状態で更にエンジンの回転数が一時的に急上昇すると、モータに供給される電圧が一時的に高電圧となるおそれがある。
本発明は、上記のような点に着目したもので、エンジン回転数に急激な変動が生じることがあっても電動モータ等の作動装置における出力を安定化させることが可能な車両の駆動力制御装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、主駆動輪を駆動する内燃機関と、内燃機関から上記車輪へのトルク伝達経路に介装された変速機と、上記内燃機関によって駆動される発電機と、その発電機から電力が供給される作動装置、例えば従駆動輪を駆動する電動モータと、備える車両の駆動力制御装置において、変速機の変速に同期をとって発電機の界磁電流等を制御することで、電動モータなどの作動装置の出力を安定化させる。

本発明によれば、内燃機関の回転数が急激に変動する（上昇若しくは減少する）ことがあっても、その回転数の変動による発電機の出力変動を抑えることができて、発電機の出力の安定化を図ることができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る車両のシステム構成を説明する図である。
この図１に示すように、本実施形態の車両は、左右前輪１Ｌ、１Ｒが、内燃機関であるエンジン２によって駆動される主駆動輪であり、左右後輪３Ｌ、３Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪である。上記エンジン２の出力トルクＴｅは、変速機３０及びディファレンスギア３１を通じて左右前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される。

上記変速機３０には、現在の変速のレンジを検出するシフト位置検出手段３２が設けられ、該シフト位置検出手段３２は、検出したシフト位置信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。
上記変速機は、変速制御部からのシフト命令に基づき変速操作を行う。変速制御部は、後述の図７及び図８に示すような、車速とアクセル開度に基づく変速シフトスケジュールをテーブルなどの情報として有していて、現在の車速及びアクセル開度に基づき変速点を通過すると判定するとシフト命令を変速機に出力する。

上記エンジン２の吸気管路１４（例えばインテークマニホールド）には、メインスロットルバルブ１５とサブスロットルバルブ１６が介装されている。メインスロットルバルブ１５は、アクセル開度指示装置（加速指示操作部）であるアクセルペダル１７の踏み込み量等に応じてスロットル開度が調整制御される。このメインスロットルバルブ１５は、アクセルペダル１７の踏み込み量に機械的に連動するか、あるいは当該アクセルペダル１７の踏み込み量を検出するアクセルセンサ４０の踏み込み量検出値に応じて、エンジンコントローラ１８が電気的に調整制御することで、そのスロットル開度が調整される。上記アクセルセンサ４０の踏み込み量検出値は、４ＷＤコントローラ８にも出力される。

また、サブスロットルバルブ１６は、ステップモータ１９をアクチュエータとし、そのステップ数に応じた回転角により開度が調整制御される。上記ステップモータ１９の回転角は、モータコントローラ２０からの駆動信号によって調整制御される。なお、サブスロットルバルブ１６にはスロットルセンサが設けられており、このスロットルセンサで検出されるスロットル開度検出値に基づいて、上記ステップモータ１９のステップ数はフィードバック制御される。ここで、上記サブスロットルバルブ１６のスロットル開度をメインスロットルバルブ１５の開度以下等に調整することによって、運転者のアクセルペダルの操作とは独立して、エンジン２の出力トルクを制御することができる。

また、エンジン２の回転数を検出するエンジン回転数検出センサ２１を備え、エンジン回転数検出センサ２１は、検出した信号をエンジンコントローラ１８及び４ＷＤコントローラ８に出力する。
また、符号３４はブレーキペダルであって、そのブレーキペダル３４のストローク量がブレーキストロークセンサ３５によって検出される。該ブレーキストロークセンサ３５は、検出したブレーキストローク量を制動コントローラ３６及び４ＷＤコントローラ８に出力する。

制動コントローラ３６は、入力したブレーキストローク量に応じて、各車輪１Ｌ、２Ｒ、３Ｌ、３Ｒに装備したディスクブレーキなどの制動装置３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲを通じて、車両に作用する制動力を制御する。
また、上記エンジン２の回転トルクＴｅの一部は、無端ベルト６を介して発電機７に伝達されることで、上記発電機７は、エンジン２の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。

上記発電機７は、図２に示すように、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器２２（レギュレータ）を備え、４ＷＤコントローラ８によって発電機制御指令値ｃ１（デューティ比）が制御されることで、界磁電流Ｉｆｈを通じて、エンジン２に対する発電負荷トルクＴｈ及び発電する電圧Ｖが制御される。すなわち、電圧調整器２２は、４ＷＤコントローラ８から発電機制御指令ｃ１（デューティ比）を入力し、その発電機制御指令ｃ１に応じた値に発電機７の界磁電流Ｉｆｈを調整すると共に、発電機７の出力電圧Ｖを検出しつつ４ＷＤコントローラ８に出力可能となっている。なお、発電機７の回転数Ｎｈは、エンジン２の回転数Ｎｅからプーリ比に基づき演算することができる。

その発電機７が発電した電力は、電線９を介してモータ４に供給可能となっている。その電線９の途中にはジャンクションボックス１０が設けられている。上記モータ４の駆動軸は、減速機１１及びクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒに接続可能となっている。符号１３はデフを表す。
また、上記ジャンクションボックス１０内には電流センサ２３が設けられ、該電流センサ２３は、発電機７からモータ４に供給される電力の電流値Ｉａを検出し、当該検出した電機子電流信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。また、電線９を流れる電圧値（モータ４の電圧）が４ＷＤコントローラ８で検出される。符号２４は、リレーであり、４ＷＤコントローラ８から指令によってモータ４に供給される電圧（電流）の遮断及び接続が制御される。

また、モータ４は、４ＷＤコントローラ８からの指令によって界磁電流Ｉｆｍが制御され、その界磁電流Ｉｆｍの調整によって駆動トルクが目標モータトルクに調整される。なお、符号２５はモータ４の温度を測定するサーミスタである。
上記モータ４の駆動軸の回転数Ｎｍを検出するモータ用回転数センサ２６を備え、該モータ用回転数センサ２６は、検出したモータ４の回転数信号を４ＷＤコントローラ８に出力する。

また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲが設けられている。各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲは、対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速検出値として４ＷＤコントローラ８に出力する。
４ＷＤコントローラ８は、図３に示すように、発電機制御部８Ａ、リレー制御部８Ｂ、モータ制御部８Ｃ、クラッチ制御部８Ｄ、余剰トルク演算部８Ｅ、目標トルク制限部８Ｆ、余剰トルク変換部８Ｇ、及び４輪駆動終了処理部８Ｈを備える。

上記発電機制御部８Ａは、電圧調整器２２を通じて、発電機７の発電電圧Ｖをモニターしながら、当該発電機７の発電機指令値ｃ１を出力して界磁電流Ｉｆｈを調整する。
リレー制御部８Ｂは、発電機７からモータ４への電力供給の遮断・接続を制御する。
モータ制御部８Ｃは、モータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整することで、当該モータ４のトルクを所要の値に調整する。

クラッチ制御部８Ｄは、上記クラッチ１２の状態を制御し、４輪駆動状態と判定している間はクラッチ１２を接続状態に制御する。
また、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づき、余剰トルク演算部８Ｅ→目標トルク制限部８Ｆ→余剰トルク変換部８Ｇの順に循環して処理が行われる。
次に、余剰トルク演算部８Ｅでは、図４に示すような処理を行う。

すなわち、先ず、ステップＳ１０において、車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲからの信号に基づき演算した、前輪１Ｌ、１Ｒ（主駆動輪）の車輪速から後輪３Ｌ、３Ｒ（従駆動輪）の車輪速を減算することで、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップ量であるスリップ速度ΔＶＦを求め、ステップＳ２０に移行する。
ここで、スリップ速度ΔＶＦの演算は、例えば、次のように行われる。

前輪１Ｌ、１Ｒにおける左右輪速の平均値である平均前輪速ＶＷｆ、及び後輪３Ｌ、３Ｒにおける左右輪速の平均値である平均後輪速ＶＷｒを、それぞれ下記式により算出する。
ＶＷｆ＝（ＶＷｆｌ＋ＶＷｆｒ）／２
ＶＷｒ＝（ＶＷｒｌ＋ＶＷｒｒ）／２
次に、上記平均前輪速ＶＷｆと平均後輪速ＶＷｒとの偏差から、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒのスリップ速度（加速スリップ量）ΔＶＦを、下記式により算出する。
ΔＶＦ ＝ ＶＷｆ −ＶＷｒ

ステップＳ２０では、上記求めたスリップ速度ΔＶＦが所定値、例えばゼロより大きいか否かを判定する。スリップ速度ΔＶＦが０以下と判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていないと推定されるので、ステップＳ３０に移行し、Ｔｈにゼロを代入した後、復帰する。
一方、ステップＳ２０において、スリップ速度ΔＶＦが０より大きいと判定した場合には、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしていると推定されるので、ステップＳ４０に移行する。

ステップＳ４０では、前輪１Ｌ、１Ｒの加速スリップを抑えるために必要な吸収トルクＴΔＶＦを、下記式によって演算してステップＳ５０に移行する。この吸収トルクＴΔＶＦは加速スリップ量に比例した量となる。
ＴΔＶＦ ＝ Ｋ１ × ΔＶＦ
ここで、Ｋ１は、実験などによって求めたゲインである。
ステップＳ５０では、現在の発電機７の負荷トルクＴＧを、下記式に基づき演算したのち、ステップＳ６０に移行する。
Ｖ × Ｉａ
ＴＧ ＝Ｋ２・─────────
Ｋ３ × Ｎｈ
ここで、
Ｖ ：発電機７の電圧
Ｉａ：発電機７の電機子電流
Ｎｈ：発電機７の回転数
Ｋ３：効率
Ｋ２：係数
である。

ステップＳ６０では、下記式に基づき、余剰トルクつまり発電機７で負荷すべき目標の発電負荷トルクＴｈを求め、復帰する。
Ｔｈ ＝ ＴＧ ＋ ＴΔＶＦ
次に、目標トルク制限部８Ｆの処理について、図５に基づいて説明する。
すなわち、まず、ステップＳ１１０で、上記目標発電負荷トルクＴｈが、発電機７の最大負荷容量ＨＱより大きいか否かを判定する。目標発電負荷トルクＴｈが当該発電機７の最大負荷容量ＨＱ以下と判定した場合には、復帰する。一方、目標発電負荷トルクＴｈが発電機７の最大負荷容量ＨＱよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１２０に移行する。

ステップＳ１２０では、目標の発電負荷トルクＴｈにおける最大負荷容量ＨＱを越える超過トルクΔＴｂを下記式によって求め、ステップＳ１３０に移行する。
ΔＴｂ＝ Ｔｈ − ＨＱ
ステップＳ１３０では、エンジン回転数検出センサ２１及びスロットルセンサからの信号等に基づいて、現在のエンジントルクＴｅを演算してステップＳ１４０に移行する。
ステップＳ１４０では、下記式のように、上記エンジントルクＴｅから上記超過トルクΔＴｂを減算したエンジントルク上限値ＴｅＭを演算し、求めたエンジントルク上限値ＴｅＭをエンジンコントローラ１８に出力した後に、ステップＳ１５０に移行する。
ＴｅＭ ＝Ｔｅ −ΔＴｂ
ステップＳ１５０では、目標発電負荷トルクＴｈに最大負荷容量ＨＱを代入した後に、復帰する。

次に、余剰トルク変換部８Ｇの処理について、図６に基づいて説明する。
まず、ステップＳ２００で、Ｔｈが０より大きいか否かを判定する。Ｔｈ＞０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップしているので、ステップＳ２１０に移行する。また、Ｔｈ≦０と判定されれば、前輪１Ｌ、１Ｒは加速スリップしていない状態であるので、２輪駆動状態としてそのまま復帰する。

ステップＳ２１０では、４輪駆動状態から２輪駆動状態への移行か否かを判定し、２輪への移行と判定した場合にはステップＳ２５０に移行し、ステップＳ２５０にて、クラッチ開放、発電停止（ｃ１＝０）などの４輪駆動終了処理を行った後に、復帰する。
例えば、モータ回転数が許容限界回転数に近づいたと判定したり、目標モータトルクが減少中で且つ当該目標モータトルクが所定閾値トルクＴ−ＴＭ１（例えば１［Ｎｍ］）以下となった判定した場合に、２輪駆動状態への移行と判定する。
次に、ステップＳ２２０では、モータ用回転数センサ２１が検出したモータ４の回転数Ｎｍを入力し、そのモータ４の回転数Ｎｍに応じた目標モータ界磁電流Ｉｆｍを算出し、当該目標モータ界磁電流Ｉｆｍをモータ制御部８Ｃに出力した後、ステップＳ２３０に移行する。

ここで、上記モータ４の回転数Ｎｍに対する目標モータ界磁電流Ｉｆｍは、回転数Ｎｍが所定回転数以下の場合には一定の所定電流値とし、モータ４が所定の回転数以上になった場合には、公知の弱め界磁制御方式でモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくする。すなわち、モータ４が高速回転になるとモータ誘起電圧Ｅの上昇によりモータトルクが低下することから、上述のように、モータ４の回転数Ｎｍが所定値以上になったらモータ４の界磁電流Ｉｆｍを小さくして誘起電圧Ｅを低下させることでモータ４に流れる電流を増加させて所要モータトルクを得るようにする。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ誘起電圧Ｅの上昇を抑えてモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、モータ界磁電流Ｉｆｍを所定の回転数未満と所定の回転数以上との２段階で制御することで、連続的な界磁電流制御に比べ制御の電子回路を安価にできる。

なお、所要のモータトルクに対しモータ４の回転数Ｎｍに応じて界磁電流Ｉｆｍを調整することでモータトルクを連続的に補正するモータトルク補正手段を備えても良い。すなわち、２段階切替えに対し、モータ回転数Ｎｍに応じてモータ４の界磁電流Ｉｆｍを調整すると良い。この結果、モータ４が高速回転になってもモータ４の誘起電圧Ｅの上昇を抑えモータトルクの低下を抑制するため、所要のモータトルクを得ることができる。また、なめらかなモータトルク特性にできるため、２段階制御に比べ車両は安定して走行できるし、常にモータ駆動効率が良い状態にすることができる。

次に、ステップＳ２３０では、上記余剰トルク演算部８Ｅが演算した発電負荷トルクＴｈに基づきマップなどから対応する目標モータトルクＴｍ（ｎ）を算出して、ステップＳ２４０に移行する。
ステップＳ２４０では、上記目標モータトルクＴｍ（ｎ）及び目標モータ界磁電流Ｉｆｍを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Ｉａを求め、ステップＳ２６０に移行する。
ステップＳ２６０では、変速移行時用カウンタＴｒ−ｃｎｔが「０」か否かつまり発電機での指令値の調整処理中が否かを判定し、「０」つまり調整処理中でなければステップＳ２７０に移行し、「０」でない、つまり調整処理中であればステップＳ３２０に移行する。
ステップＳ２７０では、上記目標電機子電流Ｉａに基づき、目標モータ電圧にするための、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１を演算し出力した後に、ステップＳ２８０に移行する。

ステップＳ２８０では、変速機での変速が行われるか否かを予測し、変速が行われると予測するとステップＳ２９０に移行し、そうでない場合には、そのまま復帰する。
変速の予測は、例えば、シフトアップであれば、図７に示されるような、変速点近傍の状態にアクセル開度及び車速が入って（網掛け部分）、且つ車速が増加（加速）状態であれば、シフトアップがあると予測する。また、シフトダウンであれば、図８に示されるような、変速点近傍の状態にアクセル開度及び車速が入って（網掛け部分）、且つ車速が減少（制動）状態であれば、シフトダウンがあると予測する。

そして、ステップＳ２９０では、下記式に基づき、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１の増減量Δｃ１を求め、ステップＳ３００に移行する。
Δｃ１＝（（Ｎ１／Ｎ２）−１）×ｃ１÷Ｔ
ここで、
Ｎ１：変速前の変速比Ｎ１
Ｎ２：変速後の変速比Ｎ２
Ｔ：変速を予測してから実施の変速が行われるまでの時間
である。

上記式について補足すると、変速機の変速比が変化すると、その変速比に応じたエンジン回転数に変化する。このエンジン回転数の変化による発電電圧の変化を抑えるには、変速後の界磁電流に対応するデューティ比ｃ１を（Ｎ１／Ｎ２）倍してあげればよい。そして、本願実施形態では、実際の変速時期に向けて、徐々に変速後のデューティ比とするために、現在のデューティ比との差分をタイムラグ分（予測してから実際の変速までの時間分）の時間に分割して上記増減量Δｃ１としている。なお、界磁電流には１次遅れ成分がある。

上記Δｃ１は、シフトアップ時は正の値であり、シフトダウン時は負の値である。
ステップＳ３００では、デューティ比ｃ１をΔｃ１だけ増加し（負値の場合は減少、以下同様）、続いてステップＳ３１０にて変速移行時用カウンタＴｒ−ｃｎｔにＴを代入して処理を終了する。変速移行時用カウンタＴｒ−ｃｎｔの初期値は「０」である。
また、ステップＳ２６０で変速移行中と判定した場合にはステップＳ３２０に移行して、変速移行時用カウンタＴｒ−ｃｎｔをカウントダウンした後、ステップＳ３３０にてデューティ比ｃ１をΔｃ１だけ増加し、処理を終了する。

ここで上記説明では、ステップＳ２６０、Ｓ２８０〜３３０によって、徐々にデューティ比ｃ１を増加して予測される変速機の変速後の界磁電流に対応するデューティ比に向けて増減しているが、上記ステップＳ２８０にて事前変速中と判定されている場合（図７及び図８で網掛けで示される領域であり、変更点（太線で示す位置）側に向けて変化している状態）には、常にステップＳ２７０にて求めたデューティ比ｃ１を（Ｎ１／Ｎ２）倍した値に変換するようにしても良い。この場合には、ステップＳ２６０，Ｓ３００〜Ｓ３３０の処理が不要となる。

次に、エンジンコントローラ１８の処理について説明する。
エンジンコントローラ１８では、所定のサンプリング時間毎に、入力した各信号に基づいて図９に示すような処理が行われる。
すなわち、まずステップＳ６１０で、アクセルセンサ４０からの検出信号に基づいて、運転者の要求する目標出力トルクＴｅＮを演算して、ステップＳ６２０に移行する。
ステップＳ６２０では、４ＷＤコントローラ８から制限出力トルクＴｅＭの入力があるか否かを判定する。入力が有ると判定するとステップＳ６３０に移行する。一方、入力が無いと判定した場合にはステップＳ６７０に移行する。
ステップＳ６３０では、制限出力トルクＴｅＭが目標出力トルクＴｅＮよりも小さいか否かを判定する。制限出力トルクＴｅＭの方が小さいと判定した場合には、ステップＳ６４０に移行する。一方、制限出力トルクＴｅＭの方が大きいか目標出力トルクＴｅＮと等しければステップＳ６７０に移行する。

ステップＳ６４０では、目標出力トルクＴｅＮに制限出力トルクＴｅＭを代入することで目標出力トルクＴｅＮを制限して、ステップＳ６７０に移行する。
ステップＳ６７０では、スロットル開度やエンジン回転数などに基づき、現在の出力トルクＴｅを算出してステップＳ６８０に移行する。
ステップＳ６８０では、現在の出力トルクＴｅに対する目標出力トルクＴｅＮのの偏差分ΔＴｅ′を下記式に基づき出力して、ステップＳ６９０に移行する。
ΔＴｅ′ ＝ＴｅＮ − Ｔｅ

ステップＳ６９０では、その偏差分ΔＴｅに応じたスロットル開度θの変化分Δθを演算し、その開度の変化分Δθに対応する開度信号を上記ステップモータ１９に出力して、復帰する。
ここで、Ｓ６２０〜Ｓ６４０が主駆動源出力調整手段を構成する。
次に、上記構成の装置における作用などについて説明する。
路面μが小さいためや運転者によるアクセルペダル１７の踏み込み量が大きいなどによって、エンジン２から前輪１Ｌ、１Ｒに伝達されたトルクが路面反力限界トルクよりも大きくなると、つまり、主駆動輪１Ｌ、１Ｒである前輪１Ｌ、１Ｒが加速スリップすると、クラッチ１２が接続されると共に、その加速スリップ量に応じた発電負荷トルクＴｈで発電機７が発電することで、４輪駆動状態に移行する。続いて、前輪１Ｌ、１Ｒに伝達される駆動トルクが、当該前輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクに近づくように調整されることで、２輪駆動状態に移行する。この結果、主駆動輪である前輪１Ｌ、１Ｒでの加速スリップが抑えられる。

しかも、発電機７で発電した余剰の電力によってモータ４が駆動されて従駆動輪である後輪３Ｌ、３Ｒも駆動されることで、車両の加速性が向上する。
このとき、主駆動輪１Ｌ、１Ｒの路面反力限界トルクを越えた余剰のトルクでモータ４を駆動するため、エネルギー効率が向上し、燃費の向上に繋がる。
ここで、常時、後輪３Ｌ、３Ｒを駆動状態とした場合には、力学的エネルギー→電気的エネルギー→力学的エネルギーと何回かエネルギー変換を行うために、変換効率分のエネルギー損失が発生することで、前輪１Ｌ、１Ｒだけで駆動した場合に比べて車両の加速性が低下する。このため、後輪３Ｌ、３Ｒの駆動は原則として抑えることが望まれる。これに対し、本実施形態では、滑り易い路面等では前輪１Ｌ、１Ｒに全てのエンジン２の出力トルクＴｅを伝達しても全てが駆動力として使用されないことに鑑みて、前輪１Ｌ、１Ｒで有効利用できない駆動力を後輪３Ｌ、３Ｒに出力して加速性を向上させるものである。

また、上記４輪駆動状態において、変速機でシフトアップがあると、そのシフトアップ時に、エンジン回転数が急激に減少し、つまり発電機の回転数が、図１０（ａ）に示すように急激に下降する。この発電機の回転数に急減な減少に合わせて、目標発電を確保するために界磁電流をフィードバック制御したとすると、図１０（ｃ）のように、実際の発電電圧に一時的に大きな電圧の落ち込みが発生する。つまり、一時的にモータ要求電圧が供給できない結果、モータのトルク不足となって一時的に所定以上の車両の加速を確保できなくなるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、シフトアップを予測して、変速前に変速後の回転数に応じた界磁電流値に向けて発電機の界磁電流を増加させる結果、図１０（ｂ）に示すように、シフトアップ時に発電機の回転数が急減に減少しても、発生電圧の大きな落ち込みが発生することが抑えられ、目標とするモータトルクを確実に発生して狙いとする車両の加速性能を確保することができる。

ここで、図１０（ｂ）のように、シフトアップ時に向けて発生電圧が一時的に過剰発電となるが、制御で過剰分の調整が可能であるので部品の耐圧以上には上がることを抑えられるため、部品破損に至らない。特に徐々に界磁電流を上げてつまり電圧を徐徐に上げることが可能であるため、サージ電圧などの発生も防止可能である。なお、界磁電流の増加分は、変速後の回転数に応じた界磁電流値よりも低めの界磁電流値を目標値としても良い。

また、上記４輪駆動状態において、変速機でシフトダウンがあると、そのシフトダウン時に、エンジン回転数が急激に上昇し、つまり発電機の回転数が、図１１（ａ）に示すように急激に上昇する。この発電機の回転数に急減な上昇に合わせて、目標発電を確保するために界磁電流をフィードバック制御したとすると、図１１（ｃ）のように、実際の発電電圧に一時的に大きな電圧上昇が発生するため、各部品の耐圧向上などの高電圧対策が要求される。

これに対し、本実施形態では、シフトダウンを予測して、変速前に変速後の回転数に応じた界磁電流値に発電機の界磁電流を減少させる結果、図１１（ｂ）に示すように、シフトダウン時に発電機の回転数が急減に増加しても、発生電圧の急上昇の発生を抑えることができ、発電機の過電圧防止のための高電圧化対応を必ずしも必要が無くなる。
なおこのとき、図１１（ｂ）に示すように、シフトダウン時に向けて発生電圧が一時的に減少するが、制御で減少分を抑えることができるので、モータトルクの落ち込みを小さく抑えることが可能である。なお、界磁電流の減少分は、変速後の回転数に応じた界磁電流値よりも高めの界磁電流値を目標値としても良い。

ここで、上記実施形態では、変速前後の変速比に基づき変速後のエンジン回転数を推定して発電機の界磁電流に相当するデューティ比を予測しているが、これに限定されない。例えば、表１に示すような、回転数毎の界磁電流と目標発電（出力電圧）とに関するマップを持って、変速後の変速比から変速後の回転数を求め、上記表１のようなマップによって目標とする出力電流及び変速後の回転数から目標とする界磁電流を求めても良い。

また、本実施形態では、シフトスケジュールに基づき変速点に近づくと、予め発電機の界磁電流を増減させる場合を例示しているがこれに限定されない。例えば、変速機において変速指令を入力すると、所定のタイムラグ時間Ｔを経過後に実際の変速操作を開始するように、若しくは変速制御部でタイムスケジュールに基づく変速点の検出したときに所定タイムラグ時間Ｔ経過に実際の変速指令を変速機に供給するように設定しておき、また、上記余剰トルク変換部８ＧのステップＳ２８０にて、上記タイムスケジュールに基づく変速点となったことを検出することでステップＳ２９０の処理を実施するようにしても良い。

ここで、上記実施形態では、発電機７の発電した電圧でモータ４を駆動して４輪駆動を実施する構成の場合で説明しているが、これに限定されない。モータ４ヘ電力供給できるバッテリを備える駆動システムに採用しても良い。この場合には、バッテリから電力を供給するようにすればよいし、さらにはバッテリからの供給と共に発電機７からの電力供給も併行して行うようにしてもよい。

または、上記実施形態では、主駆動源として内燃機関を例示しているが、主駆動源をモータ等から構成しても良い。また、上記実施形態では、４輪自動車を例に説明しているが、モータを駆動源とする２輪車に適用しても構わない。
また、上記システムでは、前輪の加速スリップに応じて４輪駆動状態に移行する場合で説明したが、発進時やアクセル開度などに応じて４輪駆動状態に移行するシステムであっても適用可能である。つまり、モータの駆動条件は上記条件に限定されない。

また、上記実施形態では、変速比に基づきエンジン回転数の急激な変動を予測し、その予測に基づき、実際の変速前に発電機の界磁電流を増減させているが、他の手段でエンジン回転数の急激な変動を予測しても良い。
また、上記エンジンの回転数の急激な変動前に、変速比に基づき発電機の界磁電流の増減量を求めているが、他の要素に基づいて発電機の界磁電流の増減量を演算しても良いし、増減量を固定値としても良い。

次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１実施形態と同様な装置などについては同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、余剰トルク変換部８Ｇの処理において、変速比の変化に応じて発電機の界磁電流を増減する代わりに、モータの界磁電流を変更するものである。
そして、本実施形態の余剰トルク変換部８Ｇでは、図１２に示すような処理が行われ、変速比毎に（本実施形態では１速用と二速用の２つを例示）モータ界磁電流とモータ回転数とのテーブルを持つと共に、現在の変速比に応じて、モータ界磁電流のテーブルを変更している。なお、２速よりも１速の方が同一モータ回転数に対する界磁電流値が高く設定されている。

すなわち、ステップＳ２１０で四輪駆動状態と判定されると、ステップＳ２１２に移行し、現在の変速比（シフトポジション）を入力してステップＳ２１４に移行する。
ステップＳ２１４では、前回のトルク指令算出時に読み込んだ変速比よりも上がっているか、本実施形態では１速から２速に変速比がシフトアップしたか否かを判定し、シフトアップしたと判定した場合にはステップＳ２１７に移行して、使用するモータ界磁電流とモータ回転数とのテーブルを２速用に変更して、ステップＳ２２０に移行する。

ステップＳ２１４で前回に比べてシフトアップしていないと判定した場合にはステップＳ２１６に移行して、前回のトルク指令算出時に読み込んだ変速比よりも下がっているか、本実施形態では２速から１速に変速比がシフトダウンしたか否かを判定し、シフトダウンしたと判定した場合にはステップＳ２１８に移行して、使用するモータ界磁電流とモータ回転数とのテーブルを１速用に変更して、ステップＳ２２０に移行する。一方、前回と同じ変速比の場合には、テーブルの変更を行うことなくステップＳ２２０に移行する。

ステップＳ２２０では、現在設定されているモータ界磁電流とモータ回転数とのテーブルを使用して、モータ用回転数センサ２１が検出したモータ４の回転数Ｎｍに応じた目標モータ界磁電流Ｉｆｍを算出し、当該目標モータ界磁電流Ｉｆｍをモータ制御部８Ｃに出力した後、ステップＳ２３０に移行する。
次に、ステップＳ２３０では、上記余剰トルク演算部８Ｅが演算した発電負荷トルクＴｈに基づきマップなどから対応する目標モータトルクＴｍ（ｎ）を算出して、ステップＳ２４０に移行する。

ステップＳ２４０では、上記目標モータトルクＴｍ（ｎ）及び目標モータ界磁電流Ｉｆｍを変数として、マップなどに基づき、対応する目標電機子電流Ｉａを求め、ステップＳ２７０に移行する。
ステップＳ２７０では、上記目標電機子電流Ｉａに基づき、目標モータ電圧にするための、発電機制御指令値であるデューティ比ｃ１を演算し出力した後に、復帰する。

次に、本実施形態の動作や作用・効果などについて説明する。
本実施形態では、変速機の変速比が変更されることでエンジン回転数の急激な変動を予測すると、新たな変速比に応じた応じたモータ界磁電流のテーブルが設定され、この結果、例えばシフトアップの場合にはモータ界磁電流が減少方向に変更され、シフトダウンの場合にはモータ界磁電流が増加方向に変更される。

これによって、例えば変速機がシフトアップすることでエンジン回転数が急激に低下、つまり発電機の回転数が急激に減少して発電電圧が急激に減少しても、モータ界磁電流を減少することでモータ誘起電圧も減少してモータトルクの大幅な減少を抑える若しくは低減することができる。また、変速機がシフトダウンすることでエンジン回転数が急激に上昇、つまり発電機の回転数が急激に上昇して発電電圧が急激に上昇しても、モータ界磁電流を増加することでモータ誘起電圧も増加してモータトルクの大幅な減少を抑える若しくは低減することができる。

次に説明を補足する。
モータにはモータ回転数と界磁磁束とに比例した誘起電圧Ｅが発生しており、発電機からの供給電圧Ｖとこの誘起電圧との間には、Ｖ＝Ｒ・Ｉａ＋Ｅの関係がある。つまり、供給電圧Ｖと誘起電圧Ｅとの電位差が大きいほど、電機子電流Ｉａは大きくなってモータトルクは大きくなる。ここで、モータ回転数は車速に比例しているため、誘起電圧Ｅは車速が大きくなるにつれて高くなり、また、車速が小さくなるにつれて低くなる。

そして、図１３のように、車速が時間と共に上昇している場合を想定すると、シフトスケジュールに従い、ある加速指示におけるある車速となることでシフトアップが発生する。このシフトアップによってエンジン回転数が低下することから、供給電圧（発電電圧）がＶが低下する。このとき、そのままではシフトアップ後も車速の上昇に伴いモータ誘起電圧Ｅも比例して上昇し続けるために、供給電圧Ｖと誘起電圧Ｅとの間の電位差が小さくなり、そのままでは、モータトルクが落ちてモータトルク不足となるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、シフトアップを検出するとモータ界磁電流つまり界磁磁束を下げることで誘起電圧Ｅを低減させて供給電圧Ｖと誘起電圧Ｅとの間の電位差を確保してモータトルクの低減を抑えてトルク不足の発生を回避している。
一方、図１４のように、車速が時間と共に低下している場合を想定すると、シフトスケジュールに従い、ある加速指示におけるある速度まで低下することでシフトダウンが発生する。このシフトダウンによってエンジン回転数が上昇することから、供給電圧（発電電圧）がＶが上昇する。このとき、そのままではシフトダウン後も車速の低下に伴いモータ誘起電圧Ｅも比例して低下し続けるために、供給電圧Ｖと誘起電圧Ｅとの間の電位差が逆に大きくなって、モータトルクが過剰となることで、従駆動輪である後輪による急加速状態となるおそれがある。

これに対し、本実施形態では、シフトダウンを検出するとモータ界磁電流を上げることで誘起電圧Ｅを増加させて供給電圧Ｖと誘起電圧Ｅとの間の電位差の増加を抑えてモータトルクの適正化を行っている。
その他の、構成や作用効果は上記第１実施形態と同様である。
ここで、上記実施形態では、変速に同期をとってモータ界磁電流の大きさを変更することで、エンジン回転数の急激な変化に先立ってモータ界磁電流を変更する場合で説明しているがこれに限定されない。シフトスケジュールに基づき変速を予測して使用する界磁テーブルを設定変更するようにしても良い。例えば、上記余剰トルク変換部８ＧにおけるステップＳ２１２〜ステップＳ２１６を図１５に示すように変更して、ステップＳ２１２にて、車速及びアクセル開度を読み込む。なお、変速における１速と２速との変速点Ｖｔｈを図１６に示す状態とし、その前後に予測領域を設定する。なお、図１６では図を簡便とするために１速から２速に変更される場合の変速点と２速から１速に変更される変速点とを同一点として図示しているが、所定のヒステリシスを持たせても良い。

そして、ステップＳ２１４では、車速が増加しており、且当該車速が上記変速点よりも少し小さな閾値Ｖｔｈ１より大きければ、シフトアップを予測してステップＳ２１７に移行し、そうでなければステップＳ２１６に移行する。
ステップＳ２１６では、車速が減少しており、且当該車速が上記変速点よりも少し大きな閾値Ｖｔｈ２より小さければ、シフトダウンを予測してステップＳ２１８に移行し、そうでなければステップＳ２２０に移行する。作用・効果は上記と同様である。

なお、上記各閾値と変速点の車速とのオフセット量は、制御の時間遅れなどに基づき設定すればよい。
また、上記実施形態では、巻線界磁型モータなどの界磁電流によって制御可能なモータとしているため、上記界磁電流を変更することで界磁磁束を制御しているが、磁石界磁型モータ（ブラシレスＤＣモータや交流周期モータなど）では、磁石の強さが一定のため、電機子電流の大きさと位相を界磁磁束が弱くなるように制御することでほぼ同様に実現しても良い。

また、上記実施形態では、変速比単位にモータ界磁電流のテーブルを用意して変速比が変更されるタイミングでテーブルの交換を行っているが、これに限定されない。例えば、図１７にように、所定分岐回転数Ｖ１を境として低速域では最大トルク制御の観点からモータ界磁電流を決定し、所定分岐回転数を越える高速域では弱め界磁制御の観点からモータ界磁制御を小さく抑えるような、モータ回転数とモータ界磁電流のテーブルを一つ用意しておく（符号Ｘで示されるもの）。そして、シフトスケジュールに基づき、車速が上昇するに伴いシフトアップを検出若しくは予測すると、その時点で上記分岐回転数Ｖ１になっていなくても、符号Ｙのように、弱め界磁制御に移行して界磁電流値を低減させて早めに誘起電圧Ｅを低減させる。一方、車両が減少してシフトダウンを検出若しくは予測するとモータ回転数が上記分岐回転数Ｖ１以上であっても、最大トルク制御用の界磁電流値に移行することで界磁電流値を上昇させて早めに誘起電圧Ｅを増加させる。このように、変速比の変化に応じて最大トルク制御と弱め界磁制御との切換のモータ回転数を変化させるようにしても、上記作用・効果を得ることができる。
その他の作用・効果は、上記第１実施形態と同様である。

本発明に基づく実施形態に係る概略装置構成図である。 本発明に基づく実施形態に係るシステム構成図である。 本発明に基づく実施形態に係る４ＷＤコントローラを示すブロック図である。 本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク演算部の処理を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る目標トルク制御部の処理を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る余剰トルク変換部の処理を示す図である。 シフトアップ時を説明する図である。 シフトダウン時を説明する図である。 本発明に基づく実施形態に係るエンジンコントローラの処理を示す図である。 シフトアップ時のタイムチャート例を示す図である。 シフトアップ時のタイムチャート例を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る余剰トルク変換部の処理を示す図である。 第２実施形態におけるシフトアップ時のタイムチャート例を説明する図である。 第２実施形態におけるシフトダウン時のタイムチャート例を説明する図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る余剰トルク変換部の別の処理を示す図である。 第２実施形態におけるシフトスケジュールの模式図である。 第２実施形態におけるモータ界磁電流の増減の別の例を示す図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２ エンジン
３Ｌ、３Ｒ 後輪
４ モータ
６ ベルト
７ 発電機
８ ４ＷＤコントローラ
８Ａ 発電機制御部
８Ｂ リレー制御部
８Ｃ モータ制御部
８Ｄ クラッチ制御部
８Ｅ 余剰トルク演算部
８Ｆ 目標トルク制限部
８Ｇ 余剰トルク変換部
９ 電線
１０ ジャンクションボックス
１１ 減速機
１２ クラッチ
１４ 吸気管路
１５ メインスロットルバルブ
１６ サブスロットルバルブ
１８ エンジンコントローラ
１９ ステップモータ
２０ モータコントローラ
２１ エンジン回転数センサ
２２ 電圧調整器
２３ 電流センサ
２６ モータ用回転数センサ
２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ
車輪速センサ
３０ 変速機
３１ ディファレンシャル・ギヤ
３２ シフト位置検出手段
３４ ブレーキペダル
３５ ブレーキストロークセンサ
３６ 制動コントローラ
３７ＦＬ、３７ＦＲ、３７ＲＬ、３７ＲＲ
制動装置
４０ アクセルセンサ
１００ 内輪部材
１０１ 外輪部材
１０２ ローラ（係合子）
１０３ 係合空間
１０３ａ 楔空間
１０４ 保持器
１０５ スイッチバネ
１０６ 電磁クラッチ部
Ｉｆｈ 発電機の界磁電流
Ｖ 発電機の電圧
Ｎｈ 発電機の回転数
Ｉａ 目標電機子電流
Ｉｆｍ 目標モータ界磁電流
Ｅ モータの誘起電圧
Ｎｍ モータの回転数（回転速度）
Ｔｈ 目標発電機負荷トルク
Ｔｍ（ｎ） モータの現在の目標トルク
Ｔｅ エンジンの出力トルク

Claims (9)

1. 車輪を駆動する内燃機関と、上記内燃機関によって駆動される発電機と、その発電機から電力が供給される作動装置とを備え、上記発電機は、界磁電流を調整することで出力が制御される車両の駆動力制御装置において、
   上記内燃機関の回転数が急激に変化することを予測すると、その内燃機関における回転数の急激な変化による発電機の出力変化を抑える方向に、予め上記発電機の界磁電流を増減させる発電量安定化手段を備え、
   車両は、上記内燃機関から上記車輪へのトルク伝達経路に変速機が介装されており、上記発電量安定化手段は、上記変速機の変速が行われる若しくは変速の実施に基づき、内燃機関の回転数が急激に変化することを予測することを特徴とする車両の駆動力制御装置。
2. 上記発電量安定化手段は、上記変速機の変速を予測すると、その変速に応じて予め上記発電機の界磁電流を増減することを特徴とする請求項１に記載した車両の駆動力制御装置。
3. 上記変速機は、変速指令に応じて変速比を変更する車両の駆動力制御装置において、
   上記変速機は、変速指令を入力すると所定の遅れ時間経過後に変速操作を実施し、上記発電量安定化手段は、変速指令を検出すると、その変速指令の内容に応じて上記発電機の界磁電流を増減することを特徴とする請求項１に記載した車両の駆動力制御装置。
4. 上記発電機は、上記作動装置の目標電圧に応じた出力電圧となるように界磁電流が制御され、上記発電量安定化手段は、上記内燃機関での実際の回転数の変化前に、当該変化後の回転数に応じた界磁電流値に向けて界磁電流を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
5. 上記作動装置はモータであり、そのモータは、内燃機関が駆動する車輪とは別の車輪を駆動可能となっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両の駆動力制御装置。
6. 主駆動輪を駆動する内燃機関と、上記内燃機関によって駆動される発電機と、その発電機からの電力によって駆動される電動モータと、その電動モータに駆動される従駆動輪とを備えた車両の駆動力制御装置において、
   発電機から電動モータに供給される電圧の急激な変化を予測すると、その電圧の急激な変化による電動モータの出力変化を抑える方向に、予め電動モータの界磁磁束の大きさを制御するモータ出力安定化手段を備え、
   車両は、上記内燃機関から上記車輪へのトルク伝達経路に変速機が介装されており、上記モータ出力安定化手段は、上記発電機から電動モータに供給される電圧の急激な変化を、上記変速機の変速に基づき予測することを特徴とする車両の駆動力制御装置。
7. 上記モータ出力安定化手段は、上記変速機で行われる変速に同期をとって、当該変速に応じて電動モータの界磁磁束の大きさを制御することを特徴とする請求項６に記載した車両の駆動力制御装置。
8. 上記モータ出力安定化手段は、上記変速機の変速を予測し、変速が行われると判定すると、その変速に応じて予め電動モータの界磁磁束の大きさを制御することを特徴とする請求項６に記載した車両の駆動力制御装置。
9. 変速機の変速比毎にモータ回転数に対する目標界磁電流値の情報をそれぞれ備え、変速機の変速状態の変化に合わせて、使用するモータ回転数に対する目標界磁電流値の情報を変えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載した車両の駆動力制御装置。

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