JP4227723B2

JP4227723B2 - ４輪駆動電気自動車およびその制御方法

Info

Publication number: JP4227723B2
Application number: JP2000256255A
Authority: JP
Inventors: 宏一近藤; 豊多賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: JP2002067723A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、４輪駆動電気自動車およびその制御方法に関し、詳しくは、前輪と後輪とに動力の出力が可能な４輪駆動電気自動車およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の４輪駆動電気自動車としては、前輪または後輪の一方を駆動する内燃機関と他方を駆動する電動機とを備え、内燃機関により駆動される駆動輪のスリップ制御の際に電動機により駆動される駆動輪に出力されるトルクを調節するものが提案されている（例えば、特開平７−１１７５１２号公報など）。この装置では、内燃機関により駆動される駆動輪のスリップが検出されたときには、スリップした駆動輪への駆動力を小さくし、この小さくした駆動力に相当する駆動力を電動機により駆動される駆動輪から出力する。これにより車両全体としての駆動力の低下を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした４輪駆動電気自動車では、内燃機関により駆動される駆動輪のスリップ制御の際には電動機により駆動される駆動輪に出力されるトルクを調節するが、電動機により駆動される駆動輪のスリップ制御については何ら行なわれない。４輪駆動車のスリップ制御では、４輪のいずれかにスリップが生じた際に行なわれるのが望ましく、前輪か後輪の一方のみのスリップ制御では不十分である。また、内燃機関からの動力と電動機からの動力を用いて駆動するいわゆるハイブリッド型の４輪駆動電気自動車では、車両のエネルギ効率を高くする目的からスリップ制御の際でもエネルギバランスを考慮して内燃機関を運転制御するのが望ましいが、内燃機関によるトルク制御の制御性と電動機によるトルク制御の制御性とが異なることから、エネルギバランスを考慮したスリップ制御は複雑なものとなる。さらに、内燃機関を搭載せずに二次電池から供給される電力を用いて電動機により駆動する４輪駆動電気自動車では、スリップ制御の際に二次電池の残容量（ＳＯＣ）、即ち走行可能距離を考慮する必要もある。
【０００４】
本発明の４輪駆動電気自動車およびその制御方法は、４輪のいずれかにスリップが生じた際により適切なスリップ制御を行なうことを目的の一つとする。また、本発明の４輪駆動電気自動車およびその制御方法は、スリップ制御の際でもより適切なエネルギバランスを得ることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の４輪駆動電気自動車およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の４輪駆動電気自動車は、前輪と後輪とに動力の出力が可能な４輪駆動電気自動車であって、前輪に動力の出力が可能な第１電動機を有する前輪系動力出力機構と、後輪に動力の出力が可能な第２電動機を有する後輪系動力出力機構と、前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、前輪および後輪に出力すべき要求動力を入力する要求動力入力手段と、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されない場合には、前記要求動力入力手段により入力された要求動力を所定の前後輪動力比で配分し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力し、前記スリップ検出手段によりスリップが検出された場合には、前記要求動力を前記所定の前後輪動力比で配分した際の動力より小さな動力を該スリップが検出された輪に配分すると共に、前記要求動力からスリップが検出された輪に配分された動力を減じた動力をスリップが検出されなかった輪に配分してスリップ状態を解除し、スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にある場合には、前輪と後輪とに配分した動力に基づいて、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力し、スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にない場合には、前記要求動力に拘わらず、前後輪動力比が前記所定の比率の範囲になるように、スリップが検出されなかった輪の動力を調整し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力する駆動制御手段とを備えることを特徴とする。こうすれば、前後輪から出力される動力バランスをより適正なものとすることができる。
【０００７】
この本発明の４輪駆動電気自動車では、駆動制御手段が、スリップ検出手段による前輪や後輪の空転によるスリップの検出に基づいて配分された動力が前輪と後輪とに出力されるよう前輪に動力の出力が可能な第１電動機を有する前輪系動力出力手段と後輪に動力の出力が可能な第２電動機を有する後輪系動力出力手段とを駆動制御する。これにより、より適切な動力を前輪および後輪に出力することができる。
【０００８】
こうした本発明の４輪駆動電気自動車において、前記駆動制御手段は、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されたときには、該スリップを検出した輪へ出力される動力が小さくなるよう動力を配分する手段であるものとすることもできる。こうすれば、スリップ状態を解除することができる。
【０００９】
また、本発明の４輪駆動電気自動車において、前記駆動制御手段は、所定範囲内の配分比で動力を配分する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定範囲内の分配比をもって前輪と後輪とに動力を出力することができる。
【００１０】
さらに、本発明の４輪駆動電気自動車において、前輪および後輪に出力すべき要求動力を入力する要求動力入力手段を備え、前記駆動制御手段は、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されないときには前記要求動力入力手段により入力された要求動力を所定の配分比で配分し、前記スリップ検出手段によりスリップが検出されたときには該スリップが検出された輪に前記要求動力を前記所定の配分比で配分した際の動力より小さな動力を配分すると共に前記要求動力が前輪と後輪とに出力されるようスリップが検出されなかった輪に動力を配分する手段であるものとすることもできる。こうすれば、スリップの際でも要求動力を出力することができる。動力を所定範囲の配分比で配分するこの態様の本発明の４輪駆動電気自動車において、前記駆動制御手段は、前記要求動力を前輪と後輪とに配分したときの配分比が前記所定範囲の配分比にならないとき、該要求動力に拘わらず、前記所定範囲の配分比となるよう前記スリップが検出されなかった輪に配分される動力を調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、前後輪から出力される動力バランスをより適正なものとすることができる。
【００１１】
あるいは、本発明の４輪駆動電気自動車において、内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電電動機とを備え、前記駆動制御手段は、前記内燃機関からの動力を用いて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう該内燃機関と該発電電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関からの動力を用いて発電電動機により発電した電力で第１電動機と第２電動機とを駆動することができる。即ち、二次電池を備えるものとしても、スリップの有無に拘わらず、二次電池の充放電を伴うことなく、第１電動機と第２電動機とを駆動することができる。
【００１２】
この内燃機関と発電電動機とを備える態様の本発明の４輪駆動電気自動車において、前記前輪系動力出力手段は、前記第１電動機に連結されると共に前輪の駆動軸に連結された前輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合手段を備えるものとすることもできる。
【００１３】
また、内燃機関と発電電動機とを備える態様の本発明の４輪駆動電気自動車において、前記後輪系動力出力手段は、前記第２電動機に連結されると共に後輪の駆動軸に連結された後輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合手段を備えるものとすることもできる。
【００１４】
本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法は、前輪と後輪とに動力の出力が可能な４輪駆動電気自動車の制御方法であって、前輪に動力の出力が可能な第１電動機を有する前輪系動力出力機構と、後輪に動力の出力が可能な第２電動機を有する後輪系動力出力機構と、前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出工程と、前輪および後輪に出力すべき要求動力を入力する要求動力入力工程と、前記スリップ検出工程によりスリップが検出されない場合には、前記要求動力入力工程により入力された要求動力を所定の前後輪動力比で配分し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力する非スリップ動力出力工程と、前記スリップ検出工程によりスリップが検出された場合には、前記要求動力を前記所定の前後輪動力比で配分した際の動力より小さな動力を該スリップが検出された輪に配分すると共に前記要求動力からスリップが検出された輪に配分された動力を減じた動力をスリップが検出されなかった輪に配分してスリップ状態を解除し、スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にある場合には、前輪と後輪とに配分した動力に基づいて、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力するスリップ解除動力出力工程と、スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にない場合には、前記要求動力に拘わらず、前後輪動力比が前記所定の比率の範囲になるように、スリップが検出されなかった輪の動力を調整し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力するエネルギバランス動力出力工程と、を有することを特徴とする４輪駆動電気自動車の制御方法である。こうすれば、スリップ制御時でも前後輪から出力される動力バランスをより適正なものとすることができる。
【００１５】
この本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法によれば、スリップが検出されないときには所定の配分比をもって配分した要求動力を前輪と後輪とに出力することができ、スリップが検出されたときにはスリップが検出された輪に配分される動力が所定の配分比をもって配分したときより小さくなる配分比をもって要求動力を前輪と後輪とに出力することができる。この結果、スリップの有無により、より適切な動力を前輪と後輪とに出力することができる。しかも、スリップ状態を解除することができる。
【００１６】
こうした本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、スリップが検出されたときには、（ｂ１）該スリップが検出された輪に出力すべき動力をスリップ輪動力として設定し、（ｂ２）要求動力から前記スリップ輪動力を減じた動力をスリップが検出されなかった輪に出力すべき非スリップ輪動力として設定し、（ｂ３）該設定したスリップ輪動力と非スリップ輪動力とが対応する輪に出力されるよう前記前輪系動力出力手段と前記後輪系動力出力手段とを駆動制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、スリップ輪動力を適切に設定することができるから、スリップ状態をより適切に解除することができる。この態様の本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法において、前記ステップ（ｂ２）は、スリップ輪動力と非スリップ輪動力との比が所定範囲内にないとき、前記要求動力に拘わらず、該所定範囲内となるよう非スリップ輪動力を再設定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、スリップ制御時でも前後輪から出力される動力バランスをより適正なものとすることができる。
【００１７】
また、本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法において、前記４輪駆動電気自動車は、内燃機関と、該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電電動機とを備え、前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関からの動力を用いて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう該内燃機関と該発電電動機とを駆動制御するステップであるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関からの動力を用いて発電電動機により発電した電力で第１電動機と第２電動機とを駆動することができる。即ち、二次電池を備えるものとしても、スリップの有無に拘わらず、二次電池の充放電を伴うことなく、第１電動機と第２電動機とを駆動することができる。
【００１８】
この４輪駆動電気自動車が内燃機関と発電電動機とを備える態様の本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法において、前記前輪系動力出力手段は、前記第１電動機に連結されると共に前輪の駆動軸に連結された前輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合手段を備え、前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関からの動力の前記動力分割統合手段による分割または統合に基づいて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう前記前輪系動力出力手段と前記後輪系動力出力手段と前記内燃機関と前記発電電動機とを駆動制御するステップであるものとすることもできる。
【００１９】
また、４輪駆動電気自動車が内燃機関と発電電動機とを備える態様の本発明の４輪駆動電気自動車の制御方法において、前記後輪系動力出力手段は、前記第２電動機に連結されると共に後輪の駆動軸に連結された後輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合手段を備え、前記ステップ（ｂ）は、前記内燃機関からの動力の前記動力分割統合手段による分割または統合に基づいて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう前記前輪系動力出力手段と前記後輪系動力出力手段と前記内燃機関と前記発電電動機とを駆動制御するステップであるものとすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド４輪駆動電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車は、図示するように、主にエンジン２２と、エンジン２２のクランクシャフト２４に連結されエンジン２２からの動力を定トルク比でサンギヤ軸３３とリングギヤ軸３７に分割可能なギヤユニット３０と、ギヤユニット３０のサンギヤ軸３３に連結された発電可能なモータＭＧ１と、リングギヤ軸３７に連結されると共に前輪５４，５６の前軸５０に連結された発電可能なモータＭＧ２と、後輪６４，６６の後軸６０に連結された発電可能なモータＭＧ３と、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の各々と電力のやり取りが可能な二次電池７０と、これら全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）８０とを備える。
【００２１】
エンジン２２は、ガソリンで駆動する内燃機関として構成されており、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２８により運転制御される。エンジンＥＣＵ２８によるエンジン２２の運転制御は、ハイブリッドＥＣＵ８０から入力されるエンジン出力目標値Ｐｅ＊に基づいてエンジン２２からエンジン出力目標値Ｐｅ＊を出力可能な運転ポイントのうち最も効率の良い運転ポイントでエンジン２２が運転されるよう燃料噴射量の制御や吸入空気量の制御を行なうことによりなされる。
【００２２】
ギヤユニット３０は、サンギヤ３２とリングギヤ３６とその間に複数設けられたプラネタリピニオンギヤ３４とからなるプラネタリギヤ３１を中心として構成されている。プラネタリギヤ３１のプラネタリピニオンギヤ３４を連結するキャリア３５にはダンパ２６を介してエンジン２２のクランクシャフト２４が接続されており、サンギヤ３２にはサンギヤ軸３３を介してモータＭＧ１が接続されている。リングギヤ３６は、クラッチＣ１やクラッチＣ２の係合状態によりキャリア３５やリングギヤ軸３７に接続されるようになっている。リングギヤ軸３７には、モータＭＧ２の回転軸４０に設けられたギヤ４２とベルト４４により連結されたギヤ３８が取り付けられている。モータＭＧ２の回転軸４０はギヤ４６とディファレンシャルギヤ５２とを介して前軸５０に接続されているから、リングギヤ軸３７は前輪５４，５６の前軸５０に連結されていることになる。
【００２３】
モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、いずれも永久磁石が外周面に貼り付けられたロータと三相コイルが巻き付けられたステータとを備えるＰＭ型の同期発電電動機として構成されており、二次電池７０の端子に接続された電力ラインＬ１，Ｌ２を正極母線および負極母線とするインバータ回路７２，７４，７６が各々備える６つのスイッチング素子のスイッチングにより生成される擬似的な三相電流が三相コイルに印加されることにより駆動する。なお、インバータ回路７２，７４，７６の各スイッチング素子のスイッチング制御、即ちモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の駆動制御はモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）７８により行なわれる。モータＥＣＵ７８によるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の駆動制御は、ハイブリッドＥＣＵ８０から入力されるモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３からトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊に相当するトルクが出力されるようインバータ回路７２，７４，７６のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なわれる。
【００２４】
二次電池７０は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などのように充放電可能な単電池を複数直列に接続してなる組電池として構成されており、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）７１により管理されている。バッテリＥＣＵ７１による二次電池７０の管理としては、二次電池７０の出力端子に接続された図示しない電流センサや電圧センサにより検出される充放電電流や端子間電圧に基づいて行なわれる残容量ＳＯＣの演算や、同じく電流センサや電圧センサにより検出される充放電電流や端子間電圧に基づいて行なわれる単電池の均等化、二次電池７０に取り付けられた図示しない温度センサにより検出される電池温度に基づいて行なわれる冷却管理などが含まれる。
【００２５】
ハイブリッドＥＣＵ８０は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。ハイブリッドＥＣＵ８０の通信ポートは、エンジンＥＣＵ２８やバッテリＥＣＵ７１，モータＥＣＵ７８の通信ポートと接続されており、エンジンＥＣＵ２８やバッテリＥＣＵ７１，モータＥＣＵ７８と種々のデータのやり取りが可能となっている。また、ハイブリッドＥＣＵ８０には、車速センサ８１からの車速Ｖやイグニッションスイッチ８２からのイグニッション信号，シフトレバー８３のポジションを検出するシフトポジションセンサ８４からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８５のポジション（踏み込み量）を検出するアクセルペダルポジションセンサ８６からのアクセルペダルポジションＡＰ，ブレーキペダル８７のポジション（踏み込み量）を検出するブレーキペダルポジションセンサ８８からのブレーキペダルポジションＢＰ，前輪５４，５６や後輪６４，６６の各々に取り付けられた車輪速センサ５５，５７，６５，６７からの各車輪の車輪速Ｖｗ１〜Ｖｗ４などが入力ポートを介して入力されている。さらに、ハイブリッドＥＣＵ８０からは、クラッチＣ１，Ｃ２への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２６】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０の動作、特に前輪５４，５６や後輪６４，６６のいずれかに空転によるスリップが生じた際の駆動制御について説明する。図２は実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０のハイブリッドＥＣＵ８０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２７】
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッドＥＣＵ８０の図示しないＣＰＵは、まず、車速センサ８１により検出される車速Ｖやアクセルペダルポジションセンサ８６により検出されるアクセルペダルポジションＡＰ，ブレーキペダルポジションセンサ８８により検出されるブレーキペダルポジションＢＰ，バッテリＥＣＵ７１により演算されるバッテリＳＯＣなどを入力ポートや通信ポートを介して読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、車速Ｖについては車速センサ８１により検出されるものを用いたが、車輪速センサ５５，５７，６５，６７により検出される車輪速Ｖｗ１〜Ｖｗ４から算出するものとしてもよい。
【００２８】
次に、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖに基づいて車両の駆動軸に要求されるトルクとしての駆動軸要求トルクＴｄ＊を計算する（ステップＳ１０２）。実施例では、アクセルペダルポジションＡＰとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと駆動軸要求トルクＴｄ＊との関係を予め定めてマップとしてハイブリッドＥＣＵ８０の図示しないＲＯＭに記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖの入力に対してマップから対応する駆動軸要求トルクＴｄ＊を導出するものとした。アクセルペダルポジションＡＰとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊との関係の一例を示すマップを図３に示す。なお、実施例では、アクセルペダル８５が踏み込まれたときに駆動軸要求トルクＴｄ＊が正の値となり、ブレーキペダル８７が踏み込まれたときに駆動軸要求トルクＴｄ＊が負の値となるよう正負を定めた。
【００２９】
こうして駆動軸要求トルクＴｄ＊を求めると、求めた駆動軸要求トルクＴｄ＊と車速ＶとバッテリＳＯＣとに基づいて運転モードを設定する（ステップＳ１０４）。運転モードの設定は、実施例では、駆動軸要求トルクＴｄ＊が負の値のときにはモータＭＧ２とモータＭＧ３を回生制御を行なって前軸５０および後軸６０に制動力を出力する制動駆動モードを設定し、駆動軸要求トルクＴｄ＊が正の値で車速Ｖが比較的遅い速度Ｖｓ以下のときにはエンジン２２からの動力を用いずに二次電池７０からの放電電力によりモータＭＧ２とモータＭＧ３から前軸５０と後軸６０に駆動力を出力する電動機駆動モードを設定し、車速Ｖが速度Ｖｓより大きくバッテリＳＯＣが７０％以上のときにはエンジン２２からの動力と二次電池７０からの放電電力を用いて前軸５０と後軸６０とに駆動力を出力する放電駆動モードを設定し、バッテリＳＯＣが４０％未満のときにはエンジン２２からの動力を用いて二次電池７０を充電しながら前軸５０と後軸６０とに駆動力を出力する充電駆動モードを設定し、それら以外のときにはエンジン２２からの動力をトルク変換して二次電池７０の充放電を伴わずに前軸５０と後軸６０とに駆動力を出力する通常駆動モードを設定するものとした。この運転モードの設定は、実施例における基本的な設定の一例であり、運転条件により例外的に変更される場合がある。また、こうした運転モードの設定の手法については実施例の設定に限定されるものではない。
【００３０】
こうして運転モードが設定されると、設定された運転モードに基づいてクラッチＣ１，Ｃ２を設定する（ステップＳ１０６）。例えば、電動機駆動モードや制動駆動モードでは、基本的にはクラッチＣ１を係合すると共にクラッチＣ２を非係合としてリングギヤ軸３７をプラネタリギヤ３１から切り離して、前軸５０には単にモータＭＧ２からの動力が出力されるだけの状態とされ、通常駆動モードや充電駆動モード，放電駆動モードでは、基本的にはクラッチＣ１を非係合とする共にクラッチＣ２を係合してリングギヤ軸３７をプラネタリギヤ３１のリングギヤ３６に接続し、前軸５０にはエンジン２２の動力の一部がプラネタリギヤ３１を介して直接出力されると共にモータＭＧ２からも動力の出力が可能な状態とされる。
【００３１】
クラッチＣ１，Ｃ２が設定されると、スリップ制御要求の有無を入力する（ステップＳ１０８）。このスリップ制御要求は、実施例では図示しないスリップ判定処理ルーチンを起動して、車輪速センサ５５，５７，６５，６７により検出される車輪速Ｖｗ１〜Ｖｗ４に基づいて前輪５４，５６，後輪６４，６６のいずれかが空転によるスリップを生じているか否かを判定し、スリップの有無と前輪のスリップか後輪のスリップかの種別とをハイブリッドＥＣＵ８０のＲＡＭの所定アドレスに書き込むことによって行なうものとした。
【００３２】
スリップ制御要求がある場合は、スリップしている駆動輪に出力すべきトルク（スリップ輪トルクＴｓ１）を設定すると共に駆動軸要求トルクＴｄ＊からスリップ輪トルクＴｓ１を減じてスリップしていない駆動輪に出力すべきトルク（非スリップ輪トルクＴｓ２）を設定する（ステップＳ１１２）。例えば、駆動軸要求トルクＴｄ＊が値１００で前輪５４がスリップしているときには、前軸５０のトルクを４０（あるいは３０や２０，１０）として設定すると共に後軸６０のトルクを６０（１００−４０）（あるいは７０（１００−３０）や８０（１００−２０），９０（１００−１０））のように設定するのである。ここで、スリップ輪トルクＴｓ１は、スリップしていないときに用いられる前軸５０のトルクＴ１と後軸６０のトルクＴ２との比として設定される前後輪トルク比ＤＴ（ＤＴ＝Ｔ２／Ｔ１）により駆動軸要求トルクＴｄ＊が配分されたときの対応するトルクより小さく設定されるものであり、その程度は車両の種類や仕様などにより定められる。そして、設定されたスリップ輪トルクＴｓ１と非スリップ輪トルクＴｓ２とを用いて前後輪トルク比ＤＴを計算し（ステップＳ１１４）、計算した前後輪トルク比ＤＴを閾値Ｌと閾値Ｈとにより予め設定された範囲内に制限する処理を実行する（ステップＳ１１６，Ｓ１１８）。ここで、閾値Ｌと閾値Ｈは、スリップ制御時の前後輪トルク比ＤＴの許容範囲を設定する下限値と上限値として設定されるものであり、二次電池７０の残容量（ＳＯＣ）やナビゲーションシステムからの道路情報，車両の種類，仕様などにより定められる。例えば、二次電池７０の残容量（ＳＯＣ）が小さいときには、電動駆動によるに走行可能距離をより長くするために、前後輪トルク比ＤＴが比較的小さな値に制限されるよう閾値Ｌと閾値Ｈとを設定するのである。
【００３３】
スリップ制御要求がある場合はこうして求められた前後輪トルク比ＤＴを用い、スリップ制御要求がない場合には運転モード等により定められる前後輪トルク比ＤＴを用いると共に、駆動軸要求トルクＴｄ＊や車速Ｖ，プラネタリギヤ３１のギヤ比ρ（サンギヤの歯数／リングギヤの歯数）に基づいてエンジン出力目標値Ｐｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊，モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を設定する（ステップＳ１２０）。エンジン出力目標値Ｐｅ＊やモータ目標回転数Ｎｍ１＊，モータトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊の設定は、運転モードに応じて次のように設定される。
【００３４】
運転モードが通常駆動モードのときには、リングギヤ軸３７がプラネタリギヤ３１のリングギヤ３６に接続された状態となるから、駆動軸要求トルクＴｄ＊に前軸５０の回転数Ｎ１（Ｎ１＝ｒ・Ｖ、ｒは比例定数）を乗じて計算される駆動軸要求パワーＰｄ＊（Ｐｄ＊＝ｒ・Ｖ・Ｔｄ＊）にトルク変換の効率の逆数ηｔを考慮して式（１）によりエンジン出力目標値Ｐｅ＊を計算して設定し、エンジン２２からエンジン出力目標値Ｐｅ＊を出力する際に最も効率よくエンジン２２が運転される運転ポイントであるエンジン目標トルクＴｅ＊およびエンジン目標回転数Ｎｅ＊とプラネタリギヤ３１のギヤ比ρに基づいて式（２）および式（３）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令値Ｔｍ１＊とを計算して設定し、エンジン２２からの動力のうちリングギヤ軸３７に直接出力されるトルクＴｒを考慮しながら駆動軸要求トルクＴｄ＊が前後輪トルク比ＤＴで前軸５０と後軸６０とに出力されるよう式（４）および式（５）によりモータＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算して設定する。ここで、式中、Ｇ１は前軸５０の回転数Ｎ１に対するモータＭＧ２の回転軸４０の回転数Ｎｍ２（Ｇ１＝Ｎｍ２／Ｎ１）、Ｇ２はモータＭＧ２の回転軸４０の回転数Ｎｍ２に対するリングギヤ軸３７の回転数Ｎｒ（Ｇ２＝Ｎｒ／Ｎｍ２）、Ｇ３は後軸６０の回転数Ｎ２に対するモータＭＧ３の回転数Ｎｍ３（Ｇ３＝Ｎｍ３／Ｎ２）である。
【００３５】
【数１】

【００３６】
運転モードが電動機駆動モードのときには、基本的にはリングギヤ軸３７がプラネタリギヤ３１から切り離されることから、値０をエンジン出力目標値Ｐｅ＊とモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊およびトルク指令値Ｔｍ１＊に設定し、駆動軸要求トルクＴｄ＊が前後輪トルク比ＤＴをもって配分されて前軸５０と後軸６０とから出力されるよう式（６）および式（５）によりモータＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算して設定する。
【００３７】
【数２】

【００３８】
運転モードが充電駆動モードや放電駆動モードのときには、通常駆動モードと同様にリングギヤ軸３７がプラネタリギヤ３１のリングギヤ３６から接続された状態となるから、二次電池７０の充放電電力Ｐｂと駆動軸要求パワーＰｄ＊との和にトルク変換の効率の逆数ηｔを考慮して式（７）によりエンジン出力目標値Ｐｅ＊を計算して設定する点を除いて通常駆動モードと同様にモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊，モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊を計算して設定する。
【００３９】
【数３】

【００４０】
そして、設定したエンジン出力目標値Ｐｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊，モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊をエンジンＥＣＵ２８やモータＥＣＵ７８に出力して（ステップＳ１２２）、本ルーチンを終了する。実施例では、モータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３のトルク指令値Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊，Ｔｍ３＊およびモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を受け取ったモータＥＣＵ７８は、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で駆動するようにトルク指令値Ｔｍ１＊を用いながらモータＭＧ１を回転数制御すると共にモータＭＧ２およびモータＭＧ３からトルク指令値Ｔｍ２＊およびトルク指令値Ｔｍ３＊に相当するトルクが各々出力されるようにモータＭＧ２およびモータＭＧ３を駆動制御する。また、エンジン出力目標値Ｐｅ＊を受け取ったエンジンＥＣＵ２８は、エンジン２２がエンジン出力目標値Ｐｅ＊に設定された運転ポイント、即ちエンジン目標トルクＴｅ＊とエンジン目標回転数Ｎｅ＊とにより設定される運転ポイントで運転されるようエンジン２２の運転制御を行なう。これにより駆動軸要求トルクＴｄ＊が前後輪トルク比ＤＴをもって前軸５０と後軸６０から出力される。
【００４１】
以上説明した実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０によれば、アクセルペダル８５やブレーキペダル８７の踏み込み量に応じた駆動軸要求トルクＴｄ＊をエンジン２２からの動力と二次電池７０の充放電電力とを用いて前後輪トルク比ＤＴをもって前軸５０と後軸６０とから出力することができる。しかも、前輪５４，５６や後輪６４，６６のいずれかが空転によるスリップを生じたときには、スリップした輪のトルクが小さくなるようトルク配分を変更するから、スリップを解消することができると共にスリップ制御時でも駆動軸要求トルクＴｄ＊を出力することができる。更に、スリップ輪トルクＴｓ１と非スリップ輪トルクＴｓ２とから計算した前後輪トルク比ＤＴが閾値Ｌと閾値Ｈとにより設定された所定範囲内となるよう前後輪トルク比ＤＴを調整してトルクを計算するから、スリップ制御時のトルク配分をより適正なものとすることができる。
【００４２】
実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０では、キャリア３５とリングギヤ３６との接続と接続の解除を行なうクラッチＣ１やリングギヤ軸３７とリングギヤ３６との接続と接続の解除を行なうクラッチＣ２とを備えるものとしたが、図４に例示する変形例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０Ｂの一部に示すようにクラッチＣ１やクラッチＣ２を備えないギヤユニット３０Ｂを備えるものとしてもよい。この場合、運転モードとして電動機駆動モードや制動駆動モードが設定されたときには、クランクシャフト２４やサンギヤ軸３３を連れ回して駆動するものとなる。
【００４３】
実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０では、エンジン２２，ギヤユニット３０，モータＭＧ１，モータＭＧ２の出力軸としての回転軸４０を前軸５０に接続し、後軸６０にモータＭＧ３を接続したが、エンジン２２，ギヤユニット３０，モータＭＧ１，モータＭＧ２の出力軸としての回転軸４０を後軸６０に接続し、前軸５０にモータＭＧ３を接続するものとしてもよい。
【００４４】
実施例では、スリップ時の前後輪トルク比ＤＴの調整を含めた駆動制御に関する本発明を、エンジン２２からの動力をプラネタリギヤ３１により分割して前軸５０に直接出力可能でモータＭＧ２とモータＭＧ３とから前軸５０と後軸６０に動力の出力が可能ないわゆる機械分配式のハイブリッド４輪駆動電気自動車に適用したが、前輪に動力の出力が可能な前輪用の電動機を有する前輪系の動力出力装置と後輪に動力の出力が可能な後輪用の電動機を有する後輪系の動力出力装置とを備える４輪駆動電気自動車であれば、如何なるタイプの電気自動車にも適用することができる。例えば、エンジンの出力軸に接続された第１ロータとこの第１ロータに対して相対的に回転可能で前輪または後輪の駆動軸に接続された第２ロータを有する対ロータ電動機と前輪の駆動軸に接続された前輪用電動機と後輪の駆動軸に接続された後輪用電動機とを備えるいわゆる電気分配式のハイブリッド４輪駆動電気自動車やエンジンの出力軸に接続された発電機とこの発電機の発電電力により充電される二次電池とこの二次電池から電力の供給を受けて駆動する前輪の駆動軸および後輪の駆動軸に各々接続された前輪用電動機と後輪用電動気とを備えるいわゆるシリーズ型のハイブリッド４輪駆動電気自動車，二次電池からの放電電力により駆動する電動機を４輪に各々取り付けて構成された４輪駆動電気自動車、燃料電池からの発電電力により駆動する電動機を前軸および後軸あるいは４輪に各々取り付けて構成した燃料電池搭載型の４輪駆動電気自動車など種々の４輪駆動電気自動車に適用することができる。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド４輪駆動電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０のハイブリッドＥＣＵ８０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】アクセルペダルポジションＡＰとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊との関係を示すマップの一例を示す説明図である。
【図４】変形例のハイブリッド４輪駆動電気自動車２０Ｂの一部の構成の概略を例示する部分構成図である。
【符号の説明】
２０ハイブリッド４輪駆動電気自動車、２２エンジン、２４クランクシャフト、２６ダンパ、２８エンジンＥＣＵ、３０ギヤユニット、３１プラネタリギヤ、３２サンギヤ、３３サンギヤ軸、３４プラネタリピニオンギヤ、３５キャリア、３６リングギヤ、３７リングギヤ軸、３８ギヤ、４０回転軸、４２ギヤ、４４ベルト、４６ギヤ、５０前軸、５２ディファレンシャルギヤ、５４，５６前輪、５５，５７，６５，６７車輪速センサ、６０後軸、６２ディファレンシャルギヤ、６４，６６後輪、７０二次電池、７２，７４，７６インバータ回路、７８モータＥＣＵ、８０ハイブリッドＥＣＵ、８１車速センサ、８２イグニッションスイッチ、８３シフトレバー、８４シフトポジションセンサ、８５アクセルペダル、８６アクセルペダルポジションセンサ、８７ブレーキペダル、８８ブレーキペダルポジションセンサ、Ｌ１，Ｌ２電力ライン。

Claims

前輪と後輪とに動力の出力が可能な４輪駆動電気自動車であって、
前輪に動力の出力が可能な第１電動機を有する前輪系動力出力機構と、
後輪に動力の出力が可能な第２電動機を有する後輪系動力出力機構と、
前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出手段と、
前輪および後輪に出力すべき要求動力を入力する要求動力入力手段と、
前記スリップ検出手段によりスリップが検出されない場合には、
前記要求動力入力手段により入力された要求動力を所定の前後輪動力比で配分し、
前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力し、
前記スリップ検出手段によりスリップが検出された場合には、
前記要求動力を前記所定の前後輪動力比で配分した際の動力より小さな動力を該スリップが検出された輪に配分すると共に、前記要求動力からスリップが検出された輪に配分された動力を減じた動力をスリップが検出されなかった輪に配分してスリップ状態を解除し、
スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にある場合には、前輪と後輪とに配分した動力に基づいて、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力し、
スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にない場合には、前記要求動力に拘わらず、前後輪動力比が前記所定の比率の範囲になるように、スリップが検出されなかった輪の動力を調整し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力する駆動制御手段と
を備える４輪駆動電気自動車。
請求項１記載の４輪駆動電気自動車であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電電動機とを備え、
前記駆動制御手段は、前記内燃機関からの動力を用いて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう該内燃機関と該発電電動機とを制御する手段である
４輪駆動電気自動車。
前記前輪系動力出力機構は、前記第１電動機に連結されると共に前輪の駆動軸に連結された前輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合機構を備える請求項２記載の４輪駆動電気自動車。
前記後輪系動力出力機構は、前記第２電動機に連結されると共に後輪の駆動軸に連結された後輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合機構を備える請求項２記載の４輪駆動電気自動車。
前輪と後輪とに動力の出力が可能な４輪駆動電気自動車の制御方法であって、
前輪に動力の出力が可能な第１電動機を有する前輪系動力出力機構と、
後輪に動力の出力が可能な第２電動機を有する後輪系動力出力機構と、
前輪および／または後輪の空転によるスリップを検出するスリップ検出工程と、
前輪および後輪に出力すべき要求動力を入力する要求動力入力工程と、
前記スリップ検出工程によりスリップが検出されない場合には、
前記要求動力入力工程により入力された要求動力を所定の前後輪動力比で配分し、
前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力する非スリップ動力出力工程と、
前記スリップ検出工程によりスリップが検出された場合には、
前記要求動力を前記所定の前後輪動力比で配分した際の動力より小さな動力を該スリップが検出された輪に配分すると共に前記要求動力からスリップが検出された輪に配分された動力を減じた動力をスリップが検出されなかった輪に配分してスリップ状態を解除し、
スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にある場合には、前輪と後輪とに配分した動力に基づいて、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力するスリップ解除動力出力工程と、
スリップ状態を解除した後の前後輪動力比が所定の比率の範囲にない場合には、前記要求動力に拘わらず、前後輪動力比が前記所定の比率の範囲になるように、スリップが検出されなかった輪の動力を調整し、前記前輪系動力出力機構と前記後輪系動力出力機構から各輪に動力を出力するエネルギバランス動力出力工程と、
を有することを特徴とする４輪駆動電気自動車の制御方法。
請求項５記載の４輪駆動電気自動車の制御方法であって、
内燃機関と、
該内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電電動機とを備え、
前記４輪駆動電気自動車の制御方法は、前記内燃機関からの動力を用いて前記発電電動機により発電された電力が前記第１電動機と前記第２電動機とにより消費されるよう該内燃機関と該発電電動機とを制御する方法である
４輪駆動電気自動車の制御方法。
前記前輪系動力出力機構は、前記第１電動機に連結されると共に前輪の駆動軸に連結された前輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合機構を備える請求項６記載の４輪駆動電気自動車の制御方法。
前記後輪系動力出力機構は、前記第２電動機に連結されると共に後輪の駆動軸に連結された後輪伝達軸と前記内燃機関の出力軸と前記発電電動機の回転軸とに接続され該三つの軸のうちのいずれかの軸から動力が入力されたときには該動力を定トルク比で他の二つの軸に分割すると共に該三つの軸のうちのいずれか二つの軸から動力が入力されたときには該入力された動力を統合して他の軸に出力する動力分割統合機構を備える請求項６記載の４輪駆動電気自動車の制御方法。