JP4164694B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前輪と後輪のうち一方を主駆動輪として他方を副駆動輪とし、各駆動輪毎に動力源を備えた車両の制御装置に関するものである。

近年、車両の動力源としてエンジンと電動発電機とを搭載して、これらのエンジンと電動発電機の少なくとも一方の動力で車両を走行させるようにしたハイブリッド車が開発されている。このようなハイブリッド車においては、特許文献１（特開平１１−１４７４２４号公報）に記載されているように、エンジンのクランク軸に電動発電機（モータジェネレータ）を連結すると共に、この電動発電機の回転軸にエアコン用コンプレッサ等の補機装置を機械的に連結し、エンジン停止中に電動発電機により補機装置を駆動するときに、クランク軸と電動発電機との連結をクラッチにより切り離すことで、補機装置を小電力で駆動できるようにしたものがある。

また、特許文献２（特開平５−２６０６１０号公報）に記載されているように、減速時に車両の減速エネルギを利用してエンジンのクランク軸に連結された電動発電機を駆動して発電させる“減速回生発電”を行うことで、車両の減速エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに回収するようにしたものがある。
特開平１１−１４７４２４号公報（第２頁等） 特開平５−２６０６１０号公報（第２頁等）

しかし、上記特許文献１の技術では、エンジン周辺に電動発電機や補機装置やクラッチ機構等を設ける必要があるため、エンジン周辺の構成が複雑化するという欠点がある。しかも、エンジン周辺の限られたスペースに電動発電機や補機装置やクラッチ機構等を配置するのは困難である。

また、上記特許文献２の技術のように、エンジンのクランク軸に連結された電動発電機で減速回生発電を行う構成では、減速回生発電の際に車両の減速エネルギがトランスミッションを介して電動発電機に伝達されるため、車両の減速エネルギの一部がトランスミッションを駆動するのに使われてしまい、その分、減速エネルギの回収効率が低下するという欠点がある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、車両の動力源や補機装置の搭載性を向上させることができると共に、車両の減速エネルギを効率良く回収することができる車両の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、車両の前輪と後輪のうち一方を主駆動輪として他方を副駆動輪とし、各駆動輪毎に動力源を備えた車両の制御装置において、主駆動輪の駆動源である内燃機関と、この内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、内燃機関の動力で駆動される発電機と、この発電機の発電電力で充電される蓄電手段とを設けると共に、副駆動輪の駆動源である電動発電機と、車両の補機装置と、副駆動輪と電動発電機と補機装置との間で動力を分配して伝達する動力分配装置とを設けたことを第１の特徴とし、更に、電動発電機と蓄電手段との間で電力変換を行うと共に該電動発電機の駆動力と発電量を制御する電力変換制御手段を設け、蓄電手段の充電が必要となったときに前記発電機による充電が正常に機能しない場合は、前記電動発電機の発電電力で前記蓄電手段を充電するように前記電力変換制御手段に指令すると共に前記電動発電機の発電量の増加による前記副駆動輪の駆動力の減少を打ち消すのに必要な前記主駆動輪の駆動力の増加を前記内燃機関制御手段に指令する車両制御手段を設けたことを第２の特徴とするものである。

本発明の第１の特徴によれば、内燃機関で主駆動輪を駆動する二輪駆動走行（内燃機関の動力のみによる走行）時には、副駆動輪から動力分配装置に入力される動力により電動発電機や補機装置（例えばエアコン用コンプレッサ等）を駆動して、電動発電機に発電させたり、補機装置を作動させたりすることができる。そして、車両の減速時等には、副駆動輪からの動力により電動発電機を駆動して減速回生発電を行うことができる。また、車両の停止中は、電動発電機の動力により補機装置を駆動することができる。更に、電動発電機の動力を動力分配装置を介して副駆動輪に伝達することで、電動発電機で副駆動輪を駆動する二輪駆動走行（電動発電機の動力のみによる走行）、又は、内燃機関と電動発電機で主駆動輪と副駆動輪の両方を駆動する四輪駆動走行が可能となる。

この場合、減速回生発電の際に、副駆動輪からの動力がトランスミッションを介することなく電動発電機に伝達されるため、車両の減速エネルギを効率良く蓄電手段に回収することができる。また、補機装置と電動発電機を共に副駆動輪側に設けたため、主駆動輪側に設けた内燃機関の周辺構成を簡素化することができ、動力源や補機装置の搭載性を向上させることができる。

更に、本発明の第２の特徴によれば、蓄電手段の充電が必要となったときに発電機による充電が正常に機能しない場合は、前記電動発電機の発電電力で前記蓄電手段を充電すると共に前記電動発電機の発電量の増加による前記副駆動輪の駆動力の減少を主駆動輪の駆動力の増加によって打ち消すように構成しているため、もし、何等かの故障で発電機で蓄電手段を充電できなくなった場合でも、蓄電手段の充電が必要となったときに、電動発電機の発電電力で蓄電手段を充電することができる。これにより、発電機が故障等で正常に機能しない場合でも、蓄電手段の充電量を適正範囲に維持することができ、車両の各システムを正常に動作させることができる。しかも、電動発電機の発電量の増加による副駆動輪の駆動力の減少を主駆動輪の駆動力の増加（つまり内燃機関の出力増加）で打ち消すように制御するため、車両全体としての駆動力をほぼ一定に維持することができ、車両の走行性能に悪影響を及ぼすことなく、電動発電機で蓄電手段を充電することができる。

また、本発明は、請求項２のように、動力分配装置として遊星ギア装置を設けるようにすると良い。遊星ギア装置を用いて副駆動輪と電動発電機と補機装置とを機械的に連結すれば、これら各要素間の動力分配を簡易に実現することができ、システム構成を簡単化・低コスト化することができる。

ところで、例えば特開２００４−１６８１７６号公報に記載されているように、モータから駆動輪への動力の伝達・切り離しを行うべく動力伝達経路の途中に車軸用クラッチや減速ギアを設け、更にモータと車軸用クラッチとの間にエアコン用コンプレッサを設けた構成としたものがある。この構成では、一定のギア比により動力（回転）の伝達が行われ、エアコン用コンプレッサの回転速度が車輪連結軸の回転速度に依存して上昇又は下降するため、車輪連結軸の回転速度の影響を受けずにコンプレッサの回転速度を制御できないという欠点がある。

これに対して、前記請求項２のように、動力分配装置として遊星ギア装置を用いた構成では、副駆動輪の車輪連結軸の回転速度の影響を受けることなくコンプレッサ回転速度等の補機装置の駆動状態を制御できるため、補機装置の駆動状態を最適に制御することが可能となる。

動力分配装置として遊星ギア装置を用いる場合には、請求項３のように、遊星ギア装置のリングギア、サンギア、キャリアに、それぞれ補機装置と副駆動輪と電動発電機を所定の組み合わせで連結すれば良く、その連結の組み合わせを適宜変更しても良いことは言うまでもない。

更に、請求項４のように、補機装置と副駆動輪と電動発電機のうちの２つの間の動力伝達経路の連結／遮断を切り換える切換手段を設けるようにしても良い。このようにすれば、切換手段により連結／遮断を適宜切り換えることで動力伝達経路を適正に制御することができる。

具体的には、請求項５のように、補機装置と副駆動輪との間の動力伝達経路の連結／遮断を切り換えるクラッチを設け、車両の停止中にはクラッチを遮断状態に切り換え、車両の停止中以外のときには要求に応じてクラッチを連結状態に切り換えるようにすると良い。これにより、車両の停止中には、クラッチを遮断状態に切り換えて補機装置と副駆動輪との間の動力伝達経路を遮断することで電動発電機の動力を補機装置へ確実に伝達することができる。また、車両の発進時には、クラッチを連結状態に切り換えて補機装置と副駆動輪との間の動力伝達経路を連結することで電動発電機の動力を副駆動輪と補機装置へ確実に伝達することができる。一方、車両の走行中には、車軸の回転に応じてクラッチを遮断状態に切り換えて電動発電機の動力で補機装置を作動させるモードと、クラッチを連結状態に切り換えて副駆動輪から補機装置へ動力伝達するモードとを選択的に切り換えることができる。

また、請求項６のように、補機装置としてエアコン用コンプレッサを備えた冷凍サイクルを設けたシステムの場合、冷凍サイクルは、冷媒が流通する冷媒通路の途中に、該冷媒を減圧膨張させると共にその膨張エネルギを機械エネルギに変換して回収する膨張機を備え、この膨張機で回収した機械エネルギによりコンプレッサ及び／又は電動発電機の駆動を補助するように構成しても良い。このようにすれば、冷凍サイクルの余剰エネルギをコンプレッサや電動発電機の駆動エネルギとして有効に利用することができて、省燃費効果を高めることができる。

この場合、請求項７のように、冷凍サイクルは、冷媒通路のうち膨張機よりも上流側に、動力源で発生した熱を回収する熱回収手段を設けるようにしても良い。このようにすれば、膨張機によるエネルギ回収効率を更に向上させることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて、内燃機関と電動発電機とを駆動源とするハイブリット車の構成を説明する。尚、図１では、左側が車両１０のフロント側であり、右側が車両１０のリア側である。

図１に示すように、車両１０のフロント側には主動力装置Ｄ１が搭載され、リア側には副動力装置Ｄ２が搭載されている。車両１０は、これら２つの動力装置Ｄ１，Ｄ２で発生する動力により走行するようになっている。

車両１０のフロント部分には、主駆動輪として左右２つの前輪１１，１２が設けられ、各前輪１１，１２を駆動する車軸１３に主動力装置Ｄ１が連結されている。この主動力装置Ｄ１は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により動力を発生する主動力源としてのエンジン１４（内燃機関）と、ＡＴ（自動変速機）やＣＶＴ（無段変速機）等よりなるトランスミッション１５を備えており、エンジン１４の出力がトランスミッション１５を介して車軸１３に伝達されることで、左右の前輪１１，１２が回転駆動されるようになっている。エンジン１４の出力軸には、ベルト等の回転伝達手段１６を介してオルタネータ１７（発電機）が回転伝達可能に連結されている。

一方、車両１０のリア部分には、副駆動輪として左右２つの後輪１８，１９が設けられ、各後輪１８，１９を駆動する車軸２０，２１の間にデファレンシャルギア２２が設けられている。そして、このデファレンシャルギア２２に駆動軸２６を介して副動力装置Ｄ２が連結されている。この副動力装置Ｄ２は、遊星ギア装置により構成される動力分配装置２３と、副動力源としての電動発電機２４と、補機装置としてのエアコン用コンプレッサ２５とを備えている。電動発電機２４は駆動軸２７を介して動力分配装置２３に連結され、エアコン用コンプレッサ２５は駆動軸２８を介して動力分配装置２３に連結されている。電動発電機２４は、例えば交流同期型のモータジェネレータにより構成され、電力の供給により駆動される電動機としての機能（力行機能）と、機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備えている。電動発電機２４には、インバータ等を内蔵した電力変換ユニット２９（電力変換制御手段）が接続されている。

尚、動力分配装置（遊星ギア装置）２３に連結される３つの駆動軸２６〜２８を区別しやすくするために、以下の説明では、駆動軸２６を「デフ連結軸２６」、駆動軸２７を「ＭＧ連結軸２７」、駆動軸２８を「コンプレッサ連結軸２８」と表記する。

電源系の構成としては、定格１２Ｖのバッテリ３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２と、主動力装置Ｄ１のオルタネータ１７と、副動力装置Ｄ２の電力変換ユニット２９に接続された高電圧バッテリ３３（蓄電手段）とを備えている。

また、本システムは、各種の電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えており、各ＥＣＵは図示しない各種センサ等の検出値に基づいてアクチュエータ等の駆動を制御する。具体的には、エンジンＥＣＵ３４（内燃機関制御手段）は、エンジン運転状態等に基づいて燃料噴射制御や点火時期制御といったエンジン制御を実施する。ハイブリッドＥＣＵ３５は、車両１０の全体を統括的に制御する車両制御手段を構成するものであり、電力変換ユニット２９に対して制御信号を出力することで、電力変換ユニット２９に内蔵されたモータＥＣＵ（図示せず）が電動発電機２４の駆動力と発電量を制御する。

エアコンＥＣＵ３６は、ドライバの要求や車両１０の走行状態等に基づいてコンプレッサ２５を駆動して空調制御を実施する。バッテリＥＣＵ３７は、電流センサ３８で検出した高電圧バッテリ３３の充放電電流、温度センサ３９で検出した高電圧バッテリ３３の温度、高電圧バッテリ３３の端子電圧等に基づいて高電圧バッテリ３３の充電状態（充電割合）を制御する。また、バッテリＥＣＵ３７は、オルタネータ１７の故障や回転伝達手段１６の不具合等によりオルタネータ１７が発電できないこと電流センサ３８の検出電流等により検出する機能を備えている。

これら各ＥＣＵ３４〜３７は、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、相互に制御信号等の送受信ができるようになっている。各ＥＣＵ３４〜３７や他の電気負荷は、１２Ｖのバッテリ３０から電力が供給され、１２Ｖのバッテリ３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３２を介して高電圧バッテリ３３からの電力で充電されるようになっている。

次に、図２を用いて、副動力装置Ｄ２の詳細な構成を説明する。図２に示すように、動力分配装置２３は、同一軸心で回転するサンギア４０及びリングギア４１と、これらサンギア４０及びリングギア４１に噛み合って公転しながら自転するピニオンギア４２を有するキャリア４３とからなる遊星ギア装置により構成されている。そして、サンギア４０にデフ連結軸２６が接続され、リングギア４１にコンプレッサ連結軸２８が接続され、キャリア４３にＭＧ連結軸２７が接続されている。

デフ連結軸２６とコンプレッサ連結軸２８との間には直結クラッチ４４（切換手段）が設けられている。この直結クラッチ４４は、例えばＯＮ／ＯＦＦ切換式のクラッチであり、ハイブリッドＥＣＵ３５からの制御信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ（連結状態／遮断状態）が切り換えられる。尚、切換手段として、ワンウェイクラッチや遠心クラッチ等を用いるようにしても良い。

直結クラッチ４４がＯＮ（連結状態）に切り換えられれると、デフ連結軸２６からの動力はコンプレッサ連結軸２８を介してコンプレッサ２５に伝達され、その際、動力分配装置２３の３軸（デフ連結軸２６、ＭＧ連結軸２７及びコンプレッサ連結軸２８）は共に同一速度で回転する。これに対し、直結クラッチ４４がＯＦＦ（遮断状態）に切り換えられると、デフ連結軸２６とコンプレッサ連結軸２８とは分断された状態となり、動力分配装置２３の３軸は遊星ギアの共線特性に基づく回転速度でそれぞれ回転する。

コンプレッサ連結軸２８には、エアコンスイッチ（図示略）の状態等に応じてＯＮ／ＯＦＦされるコンプレッサクラッチ４５が設けられている。このコンプレッサクラッチ４５は、コンプレッサ２５に内蔵され、エアコンＥＣＵ３６からコンプレッサ２５に出力される制御信号に基づいてコンプレッサクラッチ４５がＯＮ／ＯＦＦされるようになっている。

次に、図３を用いて、車両用エアコンの冷凍サイクル４６について説明する。図３に示すように、冷凍サイクル４６は、コンプレッサ２５の吐出口→コンデンサ（凝縮器）４９→膨張機４７→エバポレータ（蒸発器）４８→コンプレッサ２５の吸入口の経路で冷媒が循環するように冷媒配管５０で接続して構成されている。コンプレッサ２５の駆動中は、コンプレッサ２５で圧縮されて高温になった冷媒がコンデンサ４９に送られて放熱凝縮して液化した後、膨張機４７に送られる。そして、この膨張機４７にて冷媒が液化状態から膨張させられて低温・低圧の霧状となった後、エバポレータ４８に送られる。このエバポレータ４８では、冷媒が蒸発気化して、エバポレータ４８周囲の空気から蒸発潜熱を奪うことで、周囲の空気が冷却され、車室内に送風される。このエバポレータ４８で気化した冷媒は、コンプレッサ２５に吸入されて圧縮され、再びコンデンサ４９に送られ、以後、上述した作用を繰り返す。

また、冷媒は、冷媒配管５１を介して冷媒ポンプ５２→水冷媒熱交換器５３（熱回収手段）→排気熱回収器５４（熱回収手段）→膨張機４７の経路でも循環する。このとき、水冷媒熱交換器５３では、冷媒配管５１内の冷媒とエンジン１４を循環する冷却水との間で熱交換が行われる。また、排気熱回収器５４では、エンジン１４の熱などが回収される。膨張機４７は、コンプレッサ２５に連結軸（図示せず）を介して機械的に連結されており、冷媒を減圧膨張させると共に膨張エネルギを機械エネルギに変換して回収し、その機械エネルギによりコンプレッサ２５と電動発電機２４の駆動を補助する。

以上のように構成した車両システムでは、エンジン１４と電動発電機２４のうちのいずれか一方の動力により走行する二輪駆動走行（２ＷＤ走行）と、エンジン１４と電動発電機２４の両方の動力により走行する四輪駆動走行（４ＷＤ走行）とが可能となる。

エンジン１１で前輪１１，１２を駆動する２ＷＤ走行（エンジン１１の動力のみによる走行）時には、後輪１８，１９（デフ連結軸２６）から動力分配装置２３に入力される動力により電動発電機２４やコンプレッサ２５を駆動して、電動発電機２４による発電やコンプレッサ２５によるエアコン稼働を行うことができる。

そして、車両１０の減速時等には、後輪１８，１９からの動力により電動発電機２４で減速回生発電を行って、電動発電機２４の発電電力でバッテリ３０や高電圧バッテリ３３を充電することができる。

また、車両１０の停止中は、電動発電機２４の動力によりコンプレッサ２５を駆動して、エアコンを稼働させることができる。
更に、電動発電機２４の動力を動力分配装置２３を介して後輪１８，１９に伝達することで、電動発電機２４で後輪１８，１９を駆動する２ＷＤ走行（電動発電機２４の動力のみによる走行）、又は、エンジン１１と電動発電機２４で前輪１１，１２と後輪１８，１９の両方を駆動する４ＷＤ走行（エンジン１１と電動発電機２４とが協働した走行）が可能となる。

ハイブリッドＥＣＵ３５は、後述する図６乃至図８の車両制御用の各プログラムを実行することで、次のようにして車両１０の制御を行う。
まず、図４に示すように、シフト位置、走行状態、空調要求、２ＷＤ／４ＷＤ要求、エンジン動作状態等に基づいてシステムモードを設定する。本実施例では、シフト位置、走行状態、空調要求、２ＷＤ／４ＷＤ要求、エンジン動作状態の組み合わせに応じてシステムモードＭＯＤＥ１〜ＭＯＤＥ２２が設定されている。

尚、システムモードＭＯＤＥ１〜ＭＯＤＥ６において、エンジン冷間時（暖機前）には、エンジン１１を運転する。また、システムモードＭＯＤＥ７〜ＭＯＤＥ２２において、エンジン１１を停止するシステムモードに設定されている場合でも、高電圧バッテリ３３の充電要求があるときやエンジン冷間時には、エンジン１１を運転するため、エンジン１１を運転するシステムモードに切り換える（例えば、ＭＯＤＥ８からＭＯＤＥ７に切り換える）。

この後、図５に示すように、設定されたシステムモードに応じて直結クラッチ４４のＯＮ／ＯＦＦや電動発電機２４の状態を制御する。ここで、図５中のコンプレッサ駆動とは、電動発電機２４に電力を供給して電動発電機２４の動力でコンプレッサ２５を駆動する状態であり、リア駆動とは、電動発電機２４に電力を供給して電動発電機２４の動力で後輪１８，１９を駆動する状態である。また、シャットダウンとは、電動発電機２４への電力供給を停止して後輪１８，１９からの動力により電動発電機２４が駆動されて発電する状態である。

尚、ドライバの加速要求、電源条件、空調条件等によっては、空調要求や２ＷＤ／４ＷＤ要求が同一であっても直結クラッチ４４のＯＮ／ＯＦＦや電動発電機３２の状態が適宜変更されるようになっている。

例えば、走行状態が発進状態で空調要求有り、且つ、２ＷＤの要求有りの場合、空調要求が出された初期は、直結クラッチ４４がＯＦＦされると共に電動発電機２４が電力供給による駆動状態とされる。これにより、電動発電機２４の動力によりコンプレッサ２５の回転速度が上昇して、冷房能力が最大限に高められる。その後、コンプレッサ回転速度が要求回転速度に達すると、直結クラッチ４４がＯＮされると共に電動発電機２４の電力供給による駆動が停止される。これにより、動力分配装置２３の３軸が共に同一速度で回転する状態となり、エンジン駆動に伴うデフ連結軸２６の回転によってコンプレッサ２５の回転が継続される。

以下、各種状況下における車両１０の制御例を説明する。まず車両１０の通常走行中は、基本的にエンジン１４の動力により車両１０が走行する。このとき、デフ連結軸２６とコンプレッサ連結軸２８との間に設けた直結クラッチ４４がＯＦＦにされ、デファレンシャルギア２２を通じて動力分配装置（遊星ギア装置）２３に入力される動力が電動発電機２４とエアコン用コンプレッサ２５に所定比率で分配供給される。これにより、これら電動発電機２４とエアコン用コンプレッサ２５が作動する。この状態で、エアコンスイッチがＯＮであれば、コンプレッサクラッチ４５がＯＮ（連結状態）にされ、コンプレッサ３３の駆動軸が回転して、エアコンが稼働状態になる。また、エアコンスイッチがＯＦＦであれば、コンプレッサクラッチ４５がＯＦＦ（遮断状態）にされ、エアコンが非稼働状態になる。

また、車両走行時には、デフ連結軸２６の回転に応じて、直結クラッチ４４をＯＦＦ（遮断状態）にして電動発電機２４の動力でコンプレッサ２５を作動させるモードと、直結クラッチ４４をＯＮ（連結状態）にして後輪１８，１９（デフ連結軸２６）からコンプレッサ２５へ動力伝達するモードとを選択的に切り換える。

車両１０の減速時や制動時には、後輪１８，１９からの動力により電動発電機２４で減速回生発電を行って、電動発電機２４の発電電力が電力変換ユニット２９を介してバッテリ３０や高電圧バッテリ３３に充電される。この際、後輪１８，１９からの動力はトランスミッションを介することなく電動発電機２４に伝達されるため、減速エネルギが効率良く回収される。

車両走行中において雪道や氷結路などの低摩擦係数路で車輪のスリップ等を検知した場合には、エンジン動力に加え、電動発電機２４の動力を走行動力とする四輪駆動状態へ移行される。この場合、電動発電機２４の動力がデファレンシャルギア２２を介して左右の後輪１８，１９に伝達される。

停車中は、いわゆるアイドルストップ機能（自動停止・再始動機能）によりエンジン１４が停止される。このとき、直結クラッチ４４がＯＦＦにされ、電動発電機２４の動力によりコンプレッサ２５が作動する。この状態で、エアコンスイッチがＯＮであれば、コンプレッサクラッチ４５がＯＮにされ、エアコンが稼働状態となる。アイドルストップを行わない場合であっても、停車中（アイドル時）には直結クラッチ４４がＯＦＦにされ、電動発電機２４の動力によりコンプレッサ２５が駆動される。

尚、停車中に、直結クラッチ４４をＯＮにして、電動発電機２４の動力によりコンプレッサ２５を駆動すると共に膨張機４７から連結軸５５を介して供給される動力によりコンプレッサ２５の駆動を補助するようにしても良い。

停車状態からの車両発進時には、電動発電機２４から後輪１８，１９（デフ連結軸２６）とコンプレッサ２５への動力伝達を確実に実施すべく直結クラッチ４４をＯＮにする。これにより、車両１０の速やかな発進が可能となる。但し、車両発進時に電動発電機２４による駆動補助を必要としない場合には直結クラッチ４４をＯＦＦにする。

これらの車両制御を行う際に、ハイブリッドＥＣＵ３５は、次のようにしてエンジン１４と電動発電機２４を制御する。
まず、アクセル開度等に基づいて車両１０の走行に必要な車両駆動トルクＴv を演算し、電動発電機２４をシステムモードに応じた要求状態に制御するのに必要な電動発電機トルクＴm （電動発電機２４の発生トルク）を演算する。この電動発電機トルクＴm 等に基づいて副駆動軸トルクＴr （後輪１８，１９の駆動トルク）を演算し、車両駆動トルクＴv と副駆動軸トルクＴr 等に基づいて主駆動軸トルクＴf （前輪１１，１２の駆動トルク）を演算する。そして、電力変換ユニット２９に電動発電機トルクＴm の信号を送信することで、電力変換ユニット２９によって電動発電機２４の駆動トルクが電動発電機トルクＴm となるように制御され、エンジンＥＣＵ３４に主駆動軸トルクＴf の信号を送信することで、エンジンＥＣＵ３４によってエンジン１４の出力トルクが主駆動軸トルクＴf となるように制御される。

ここで、主駆動軸トルクＴf を演算する際に、高電圧バッテリ３３の充電要求が無い場合には、車両駆動トルクＴv から副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔv −Ｔr

一方、高電圧バッテリ３３の充電要求がある場合には、オルタネータ１７が発電可能であれば、オルタネータ１７の発電電力で高電圧バッテリ３３を充電するため、要求充電電力に基づいてオルタネータ１７の発電（高電圧バッテリ３３の充電）に必要なオルタネータ発電トルクＴg を演算する。

そして、車両駆動トルクＴv から副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf （Ｔf ＝Ｔv −Ｔr ）を求めた後、この主駆動軸トルクＴf にオルタネータ発電トルクＴg を加算することで主駆動軸トルクＴf をオルタネータ発電トルクＴg だけ増量補正して最終的な主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔf ＋Ｔg

これに対して、高電圧バッテリ３３の充電要求があるが、オルタネータ１７の故障や回転伝達手段１６の不具合等によりオルタネータ１７が発電できないことが電流センサ３８の検出電流等により検出された場合には、電動発電機２４の発電量を増加させて電動発電機２４の発電電力で高電圧バッテリ３３を充電するため、要求充電電力に基づいて電動発電機２４の発電量増加（高電圧バッテリ３３の充電）に必要な電動発電機２４のトルク減少量ΔＴm を算出する。

そして、電動発電機トルクＴm からトルク減少量ΔＴm を減算することで電動発電機トルクＴm をトルク減少量ΔＴm だけ減量補正する。
Ｔm ＝Ｔm −ΔＴm

この後、電動発電機トルクＴm の減量補正に伴って副駆動軸トルクＴr を修正する（副駆動軸トルクＴr をトルク減少量ΔＴm だけ減量補正する）。
Ｔr ＝Ｔr −ΔＴm

この後、車両駆動トルクＴv から減量補正後の副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔv −Ｔr
これにより、電動発電機２４の発電量の増加による副駆動軸トルクＴr の減少を主駆動軸トルクＴf の増加で打ち消すように主駆動軸トルクＴf を決定する。

以下、ハイブリッドＥＣＵ３５が実行する図６乃至図８の車両制御用の各プログラムの処理内容を説明する。

［車両制御］
図６に示す車両制御プログラムは、ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）のＯＮ中に所定周期（例えば８ｍｓ周期）で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、初期化処理を実行して、入出力ポートの初期化やＲＡＭの変数領域の設定等を行う。この後、ステップ１０２で、トランスミッション１５のシフト位置信号を入力し、次のステップ１０３で、アクセル開度信号を入力する。この後、ステップ１０４でブレーキ信号を入力し、次のステップ１０５で、車速信号を入力する。この後、ステップ１０６で、空調要求信号を入力し、次のステップ１０７で、充電要求信号を入力する。

この後、ステップ１０８に進み、車両駆動トルク演算プログラム（図示せず）を実行して、シフト位置、アクセル開度、車速、ブレーキの有無等に基づいて車両駆動トルクＴv を演算する。

この後、ステップ１０９に進み、シフト位置、走行状態、空調要求、２ＷＤ／４ＷＤ要求、エンジン動作状態等に基づいてシステムモード（図４参照）を設定した後、ステップ１１０に進み、後述する図７のシステムモード毎の処理プログラムを実行して、現在のシステムモードに応じて直結クラッチ４４のＯＮ／ＯＦＦや電動発電機２４の状態を制御する（図５参照）。

この後、ステップ１１１に進み、ＩＧスイッチがＯＦＦされたか否かを判定し、ＩＧスイッチがＯＮであれば、ステップ１０２に戻って、ステップ１０２〜ステップ１１１の処理を繰り返し、前記ステップ１１１で、ＩＧスイッチがＯＦＦされた判定されたときに、本プログラムを終了する。

［システムモード毎の処理］
図７に示すシステムモード毎の処理プログラムは、前記図６の車両制御プログラムのステップ１１０で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、現在のシステムモードに応じた直結クラッチ４４の要求状態（ＯＮ／ＯＦＦ）と電動発電機２４の要求状態（シャットダウン、コンプレッサ駆動、リア駆動）を決定する（図５参照）。

この後、ステップ２０２に進み、直結クラッチ４４をシステムモードに応じた要求状態に制御した後、ステップ２０３に進み、電動発電機２４をシステムモードに応じた要求状態に制御するのに必要な電動発電機トルクＴm を演算する。

この後、ステップ２０４に進み、電動発電機トルクＴm 等に基づいて副駆動軸トルクＴr を演算した後、ステップ２０５に進み、後述する図７の主駆動軸トルク演算プログラムを実行して、車両駆動トルクＴv と副駆動軸トルクＴr 等に基づいて主駆動軸トルクＴf を演算する。

この後、ステップ２０６に進み、電力変換ユニット２９に電動発電機トルクＴm の信号を送信する。これにより、電力変換ユニット２９によって電動発電機２４の駆動トルクが電動発電機トルクＴm となるように制御される。

この後、ステップ２０７に進み、エンジンＥＣＵ３４に主駆動軸トルクＴf の信号を送信する。これにより、エンジンＥＣＵ３４によってエンジン１４の出力トルクが主駆動軸トルクＴf となるように制御される。

［主駆動軸トルク演算］
図８に示す主駆動軸トルク演算プログラムは、前記図７のシステムモード毎の処理プログラムのステップ２０５で実行されるサブルーチンである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、バッテリＥＣＵ３７から高電圧バッテリ３３の充電要求が有るか否かを判定する。

このステップ３０１で、高電圧バッテリ３３の充電要求が無いと判定された場合には、オルタネータ１７で発電する必要が無いと判断して、ステップ３１０に進み、オルタネータ１７の発電に必要なオルタネータ発電トルクＴg を“０”に設定する。

この後、ステップ３１１に進み、車両駆動トルクＴv から副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔv −Ｔr

この後、ステップ３１２に進み、主駆動軸トルクＴf にオルタネータ発電トルクＴg を加算して最終的な主駆動軸トルクＴf を求めるが、高電圧バッテリ３３の充電要求が無いと判定された場合は、オルタネータ発電トルクＴg が“０”に設定されているため、上記ステップ３１１で算出した主駆動軸トルクＴf が、そのまま最終的な主駆動軸トルクＴf となる。

一方、上記ステップ３０１で、高電圧バッテリ３３の充電要求が有ると判定された場合には、ステップ３０２に進み、高電圧バッテリ３３の充電に必要な要求充電電力を算出した後、ステップ３０３に進み、オルタネータ１７が発電可能であるか否かを判定する。このオルタネータ１７が発電可能か否かの判定は、電流センサ３８の検出電流に基づいて判定したり、或は、車両に搭載された自己診断機能の診断結果に基づいて判定すれば良い。

このステップ３０３で、オルタネータ１７が発電可能であると判定された場合には、オルタネータ１７の発電電力で高電圧バッテリ３３を充電する。この場合、ステップ３０４に進み、要求充電電力に基づいてオルタネータ１７の発電（高電圧バッテリ３３の充電）に必要なオルタネータ発電トルクＴg を算出した後、ステップ３０５に進み、電動発電機２４の発電量を増加させる必要が無いため、電動発電機２４のトルク減少量ΔＴm を“０”に設定する。

この後、ステップ３１１に進み、車両駆動トルクＴv から副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔv −Ｔr

この後、ステップ３１２に進み、主駆動軸トルクＴf にオルタネータ発電トルクＴg を加算することで主駆動軸トルクＴf をオルタネータ発電トルクＴg だけ増量補正して最終的な主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔf ＋Ｔg

これに対して、上記ステップ３０３で、オルタネータ１７の故障や回転伝達手段１６の不具合等によりオルタネータ１７が発電できないと判定された場合には、電動発電機２４の発電量を増加させて電動発電機２４の発電電力で高電圧バッテリ３３を充電する。この場合、ステップ３０６に進み、オルタネータ発電トルクＴg を“０”に設定した後、ステップ３０７に進み、要求充電電力に基づいて電動発電機２４の発電量増加（高電圧バッテリ３３の充電）に必要な電動発電機２４のトルク減少量ΔＴm を算出する。

この後、ステップ３０８に進み、電動発電機トルクＴm からトルク減少量ΔＴm を減算することで電動発電機トルクＴm をトルク減少量ΔＴm だけ減量補正する。
Ｔm ＝Ｔm −ΔＴm

この後、ステップ３０９に進み、電動発電機トルクＴm の減量補正に伴って副駆動軸トルクＴr を修正する（副駆動軸トルクＴr をトルク減少量ΔＴm だけ減量補正する）。
Ｔr ＝Ｔr −ΔＴm

この後、ステップ３１０に進み、車両駆動トルクＴv から減量補正後の副駆動軸トルクＴr を減算して主駆動軸トルクＴf を求める。
Ｔf ＝Ｔv −Ｔr
これにより、電動発電機２４の発電量の増加による副駆動軸トルクＴr の減少を主駆動軸トルクＴf の増加で打ち消すように主駆動軸トルクＴf を決定する。

この後、ステップ３１２に進み、主駆動軸トルクＴf にオルタネータ発電トルクＴg を加算して最終的な主駆動軸トルクＴf を求めるが、オルタネータ１７が発電できないと判定された場合は、オルタネータ発電トルクＴg が“０”に設定されているため、上記ステップ３１１で算出した主駆動軸トルクＴf が、そのまま最終的な主駆動軸トルクＴf となる。

以上説明した本実施例では、後輪１８，１９側のデフ連結軸２６に動力分配装置２３を介して電動発電機２４を連結する構成としたので、減速回生発電の際に、後輪１８，１９からの動力がトランスミッション１５を介することなく電動発電機２４に伝達され、車両１０の減速エネルギを効率良く高電圧バッテリ３３に回収することができる。また、コンプレッサ２５と電動発電機２４を共に後輪１８，１９側に設けたため、前輪１１，１２側に設けたエンジン１４の周辺構成を簡素化することができ、動力源や補機装置の搭載性を向上させることができる。

更に、本実施例では、高電圧バッテリ３３の充電要求があるにも拘らず、オルタネータ１７が発電できない場合には、電動発電機２４の発電量を増加させて電動発電機２４の発電電力で高電圧バッテリ３３を充電するようにしたので、もし、オルタネータ１７の故障や回転伝達手段１６の不具合等によりオルタネータ１７で高電圧バッテリ３３を充電できない状態になった場合でも、電動発電機２４の発電電力で高電圧バッテリ３３の充電量を適正範囲に維持することができ、車両１０の各システムを正常に動作させることができる。しかも、電動発電機２４の発電量の増加による副駆動軸トルクＴr の減少を主駆動軸トルクＴf の増加で打ち消すように主駆動軸トルクＴf を決定するようにしたので、車両駆動トルクＴv をほぼ一定に維持することができ、車両１０の走行性能に悪影響を及ぼすことなく、電動発電機２４で高電圧バッテリ３３を充電することができる。

尚、主駆動軸トルクＴf の増加量を決定した後に、該主駆動軸トルクＴf の増加を電動発電機２４の発電量の増加による副駆動軸トルクＴr の減少で打ち消すように電動発電機２４の発電量の増加量（電動発電機２４のトルク減少量ΔＴm ）を決定するようにしても良い。

また、本実施例では、動力分配装置（遊星ギア装置）２３を用いて後輪１８，１９と電動発電機２４とコンプレッサ２５とを機械的に連結するようにしたので、これら各要素間の動力分配を簡易に実現することができ、システム構成を簡単化することができる。しかも、動力分配装置２３として遊星ギア装置を用いたので、後輪１８，１９側のデフ連結軸２６の回転速度に依存することなくコンプレッサ回転速度を制御でき、コンプレッサ回転速度制御等を最適に実施することが可能となる。

更に、本実施例では、デフ連結軸２６とコンプレッサ連結軸２８との間に直結クラッチ４４を設けたので、車両１０の停止中には、クラッチ４４をＯＦＦ（遮断状態）にすることで電動発電機２４の動力をコンプレッサ２５へ確実に伝達することができる。また、車両１０の発進時には、クラッチ４４をＯＮ（連結状態）にすることで電動発電機２４の動力を後輪１８，１９とコンプレッサ２５へ確実に伝達することができる。更に、車両１０の走行中には、デフ連結軸２６の回転に応じてクラッチ４４をＯＦＦにして電動発電機２４の動力でコンプレッサ２５を作動させるモードと、クラッチ４４をＯＮにして後輪１８，１９（デフ連結軸２６）からコンプレッサ２５へ動力伝達するモードとを選択的に切り換えることができる。

また、本実施例では、冷凍サイクル４６の膨張機４７にて回収した機械エネルギによりコンプレッサ２５や電動発電機２４の駆動を補助するように構成しているため、冷凍サイクルの余剰エネルギをコンプレッサ２５や電動発電機２４の駆動エネルギとして有効に利用することができて、省燃費効果を高めることができる。しかも、冷媒配管５１において膨張機４７よりも上流側に、水冷媒熱交換器５３や排気熱回収器５４といった熱回収装置を設けたため、膨張機４７によるエネルギ回収効率を向上させることができる。

尚、本発明は、膨張機４７にて回収した機械エネルギによりコンプレッサ２５と電動発電機２４のいずれか一方のみの駆動を補助するように構成しても良い。
また、上記実施例では、デフ連結軸２６とコンプレッサ連結軸２８との間にクラッチ４４を設ける構成としたが、ＭＧ連結軸２７とコンプレッサ連結軸２８との間にクラッチを設ける構成、或は、デフ連結軸２６とＭＧ連結軸２７との間にクラッチを設ける構成としても良い。何れの構成であっても、動力伝達が良好に行われる。

また、上記実施例では、遊星ギア装置２３のサンギア４０にデフ連結軸２６を、リングギア４１にコンプレッサ連結軸２８を、キャリア４３にＭＧ連結軸２７をそれぞれ接続したが、その接続の組み合わせを適宜変更しても良い。つまり、サンギア、リングギア、キャリアに対して、任意の組み合わせでデフ連結軸２６、コンプレッサ連結軸２８、ＭＧ連結軸２７をそれぞれ接続することが可能である。

上記実施例では、前輪を主駆動輪、後輪を副駆動輪としたが、その前後を逆にしても良い。例えば主動力源たるエンジンを後輪側に設け、副動力源たる電動発電機を前輪側に設ける構成としても良い。

また、補機装置は、エアコン用コンプレッサに限定されず、例えば、パワーステアリング装置の油圧ポンプを補機装置として使用することも可能である。この場合、動力分配装置（遊星ギア装置）の補機装置軸にパワステ用油圧ポンプが連結される。

本発明の一実施例１における車両システム全体の概略構成を示す図である。 副動力装置の概略構成を示す図である。 冷凍サイクルの概略構成を示す図である。 システムモードの一覧を示す図である。 システムモード毎の処理の一覧を示す図である。 車両制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 システムモード毎の処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 主駆動軸トルク演算プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…車両、１１，１２…前輪（主駆動輪）、１４…エンジン（内燃機関）、１７…オルタネータ（発電機）、１８，１９…後輪（副駆動輪）、２３…動力分配装置（遊星ギア装置）、２４…電動発電機、２５…エアコン用コンプレッサ（補機装置）、２６…デフ連結軸、２７…ＭＧ連結軸、２８…コンプレッサ連結軸、２９…電力変換ユニット（電力変換制御手段）、３０…バッテリ、３３…高電圧バッテリ（蓄電手段）、３４…エンジンＥＣＵ（内燃機関制御手段）、３５…ハイブリッドＥＣＵ（車両制御手段）、３６…エアコンＥＣＵ、３７…バッテリＥＣＵ、４０…サンギア、４１…リングギア、４２…ピニオンギア、４３…キャリア、４４…直結クラッチ（切換手段）、４６…冷凍サイクル、４７…膨張機、５０，５１…冷媒配管、５３…水冷媒熱交換器（熱回収手段）、５４…排気熱回収器（熱回収手段）

Claims (7)

1. 車両の前輪と後輪のうち一方を主駆動輪として他方を副駆動輪とし、各駆動輪毎に動力源を備えた車両の制御装置において、
   前記主駆動輪の駆動源である内燃機関と、
   前記内燃機関を制御する内燃機関制御手段と、
   前記内燃機関の動力で駆動される発電機と、
   前記発電機の発電電力で充電される蓄電手段と、
   前記副駆動輪の駆動源である電動発電機と、
   前記車両の補機装置と、
   前記副駆動輪と前記電動発電機と前記補機装置との間で動力を分配して伝達する動力分配装置と、
   前記電動発電機と前記蓄電手段との間で電力変換を行うと共に該電動発電機の駆動力と発電量を制御する電力変換制御手段と、
   前記蓄電手段の充電が必要となったときに前記発電機による充電が正常に機能しない場合は、前記電動発電機の発電電力で前記蓄電手段を充電するように前記電力変換制御手段に指令すると共に前記電動発電機の発電量の増加による前記副駆動輪の駆動力の減少を打ち消すのに必要な前記主駆動輪の駆動力の増加を前記内燃機関制御手段に指令する車両制御手段と
   を備えていることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記動力分配装置として遊星ギア装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記遊星ギア装置のリングギアとサンギアとキャリアに、それぞれ前記補機装置と前記副駆動輪と前記電動発電機が所定の組み合わせで連結されていることを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記補機装置と前記副駆動輪と前記電動発電機のうちの２つの間の動力伝達経路の連結／遮断を切り換える切換手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の制御装置。
5. 前記切換手段は、前記補機装置と前記副駆動輪との間の動力伝達経路の連結／遮断を切り換えるクラッチであり、
   前記車両制御手段は、前記車両の停止中には前記クラッチを遮断状態に切り換え、前記車両の停止中以外のときには要求に応じて前記クラッチを連結状態に切り換えることを特徴とする請求項４に記載の車両の制御装置。
6. 前記補機装置としてエアコン用コンプレッサを備えた冷凍サイクルが設けられ、
   前記冷凍サイクルは、冷媒が流通する冷媒通路の途中に、該冷媒を減圧膨張させると共にその膨張エネルギを機械エネルギに変換して回収する膨張機を備え、該膨張機で回収した機械エネルギにより前記コンプレッサ及び／又は前記電動発電機の駆動を補助するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両の制御装置。
7. 前記冷凍サイクルは、前記冷媒通路のうちの前記膨張機よりも上流側に、前記動力源で発生した熱を回収する熱回収手段が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の車両の制御装置。

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