JP4481261B2 - ハイブリッド四輪駆動車両の制御装置 - Google Patents
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Description
この四輪駆動車両の走行安定性を向上する技術として、トラクション・コントロール・システム(以下、TCSと略す)がある。TCSは、従動輪(非主駆動輪)の回転速度から車体速度を検知し、従動輪に対する主駆動輪の車輪速度差を所定の閾値以下に保つように、主駆動輪の急激な回転上昇をブレーキで抑えるとともに、エンジン、電動機の出力を制御し、主駆動輪のトルクを制限する。つまり、TCSは、ブレーキと、エンジンおよび電動機とを協調制御することにより、雪上路など滑り易い路面状況下での主駆動輪の余分な空転を防止する。
Tω=PV+D+Ef ・・・ 式(1)
この式(1)において左辺は駆動輪からの入力エネルギーであり、右辺は出力エネルギーである。
したがって、砂上走行における走行抵抗は、圧雪路面や凍結路面に比べて増大する。一方、路面摩擦係数(以下、路面μと略す)については、砂上での路面μは砂対砂の摩擦係数により決まるため、圧雪路面や凍結路面の路面μと同様に見かけ上の路面μが低くなる場合がある。
また、圧雪路面や凍結路面などでは走行抵抗が通常の舗装路面と同等若しくはそれ以下であるので、低速度でのクルージング(定速走行)時に必要な駆動力は小さくて済み、駆動力は主駆動輪による二輪駆動で確保可能であるが、砂上走行では走行抵抗が増加するので、低速度でのクルージング時にも四輪駆動での走行が必要になる。
そこで、この発明は、砂上路面でも安定したクルーズ走行を可能にするハイブリッド四輪駆動車両の制御装置を提供するものである。
請求項1に係る発明は、前後輪の一方をエンジン(例えば、後述する実施例におけるエンジン2)、他方を電動機(例えば、後述する実施例における後輪用電動機20)により駆動するハイブリッド四輪駆動車両(例えば、後述する実施例における車両1)の制御装置において、砂上路面か否かを判断する砂上路面判断手段(例えば、後述する実施例におけるステップS102)と、車両がクルーズ走行しているか否かを判断するクルーズ走行判断手段(例えば、後述する実施例におけるステップS101)と、車両の総駆動力に対する前後輪の駆動力配分を算出する駆動力配分算出手段(例えば、後述する実施例におけるステップS103)と、前後輪の車輪速から前後輪の差回転数を算出する前後差回転数算出手段(例えば、後述する実施例におけるステップS301)と、前記駆動力配分算出手段で算出された配分と前記前後差回転数算出手段で算出された前後輪の差回転数とに基づいて前記エンジンと前記電動機の各々の出力を算出する出力算出手段(例えば、後述する実施例におけるステップS104)と、前記砂上路面判断手段により砂上路面と判断され、且つ、前記クルーズ走行判断手段によりクルーズ走行していると判断された場合に、前後輪の差回転数が、砂上路面以外の悪路をクルーズ走行する際に設定される差回転数に対して所定差回転数を加算した目標差回転数(例えば、後述する実施例における目標前後差回転数)となるように前記駆動力配分算出手段が算出した前後駆動力配分を補正する駆動力配分補正手段(例えば、後述する実施例におけるステップS301〜S306)と、を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、走行抵抗および総駆動力を増加させないで、砂上路面での安定したクルーズ走行の継続(連続性)が可能になる。しかも、電動機で駆動する車輪の駆動力分担を下げることができるので、電動機の連続運転出力を低減することができ、電動機の温度上昇を抑制することができる。なお、この出願において「砂上路面以外の悪路」とはウェット舗装路面や圧雪路面等を含み、要するに、砂上路面以外で前後輪に回転差が生じる総ての路面をいう。
このように構成することにより、走行抵抗および総駆動力を増加させないで、砂上路面での安定したクルーズ走行の継続(連続性)が可能になる。
このように構成することにより、広い車速域において砂上路面での安定したクルーズ走行が可能になる。
このように構成することにより、車両旋回時に必要な横力を発生させることができ、砂上路面での旋回性能を良好に保つことができる。
車両の舵角が所定値以内であって横加速度が所定値以上の場合には、車両がキャンバー走行していると考えられる。上記のように構成することにより、キャンバー走行時に必要な横力を発生させることができるので、砂上路面での安定したキャンバー走行を継続することが可能になる
車両の舵角が所定値以内であって車両のヨーレートが所定値以上の場合には、車両が大きな旋回半径で旋回していると考えられる。上記のように構成することにより、大旋回時に必要な横力を発生させることができるので、砂上路面での安定した大旋回が可能になる。
このように構成することにより、電動機の温度上昇を抑制して、電動機の保護を図ることができる。
このように構成することにより、発電機の温度上昇を抑制することができ、発電機の保護を図ることができる。
また、前述の如く電動機の出力を低減した場合には、電動機の電源である発電機の連続発電出力を抑制することができるので、発電機の温度上昇を抑制して、発電機の保護を図ることができる。
このように構成することにより、発電機が発電を制限されているときにも電動機に必要な電力を供給することが可能になる。
このように構成することにより、バッテリの温度上昇を抑制することができ、バッテリの保護を図ることができる。
請求項3に係る発明によれば、広い車速域において砂上路面での安定したクルーズ走行が可能になる。
請求項5に係る発明によれば、砂上路面での安定したキャンバー走行を継続することが可能になる。
請求項6に係る発明によれば、砂上路面での安定した大旋回が可能になる。
請求項8に係る発明によれば、発電機の温度上昇を抑制することができ、発電機の保護を図ることができる。
請求項9に係る発明によれば、発電機が発電を制限されているときにも電動機に必要な電力を供給することが可能になる。
請求項10に係る発明によれば、バッテリの温度上昇を抑制することができ、バッテリの保護を図ることができる。
図1は、ハイブリッド四輪駆動車両(以下、車両と略す)1の駆動系の概略構成図であり、車両1は前輪駆動系と後輪駆動系を備えている。
前輪駆動系は、エンジン2と、このエンジン2の出力軸上に配設されエンジン2に直結された発電可能な前輪用電動機(発電機)3と、エンジン2の出力軸に連結された変速機5と、変速機5の出力軸に図示しないクラッチ等を介して連結されたディファレンシャル機構8と、ディファレンシャル機構8に連結された左右のアクスルシャフト9a,9bと、アクスルシャフト9a,9bに連結された左右の前輪10a,10bとから構成されている。なお、変速機5としては、有段変速機、プーリ・ベルト式無段変速機のいずれも採用可能であり、さらに自動変速機あるいは手動変速機のいずれも採用可能である。
そして、これらセンサからの入力に基づいて、ECU50が、エンジン2の運転・停止・出力制御と、前輪用電動機3および後輪用電動機20の運転(力行・回生)・停止・出力制御を行う。
(3)車両の舵角が所定値以上の場合には、舵角の増加量に応じて前記目標差回転数を減少補正する。これにより、車両旋回時に必要な横力を発生させて、砂上路面での旋回性能を確保する。
(5)車両の舵角が所定値以内であって車両のヨーレートが所定値以上の場合には、前記ヨーレートの増加量に応じて前記目標差回転数を減少補正する。この状況は車両が大きな旋回半径で旋回していると考えられるが、目標差回転数をこのように補正することにより、大旋回時に必要な横力を発生させて、砂上路面での大旋回を実現可能にする。
(7)前輪用電動機3の温度上昇あるいは前輪用電動機3用のインバータの温度上昇に応じて、前輪用電動機3の発電量を低減して後輪用電動機20に電力を供給する。これにより、前輪用電動機3の発熱を抑制し、前輪用電動機3の温度上昇を抑制して、前輪用電動機3の保護を図ることができる。
(9)ただし、バッテリ12の残容量(以下、SOCと略す)が所定値以下の場合、あるいは、バッテリ12の温度が所定値以上の場合には、SOCの低下に応じてあるいはバッテリ12の温度上昇に応じて、バッテリ12の出力を低減する。これにより、バッテリ12の温度上昇を抑制し、バッテリ12の保護を図る。
図2のフローチャートに示す砂上走行制御ルーチンは、ECU50によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップS101において、クルーズ走行か否かのクルーズ走行判断処理を実行する。クルーズ走行判断処理は、後輪26a,26bの車輪速センサの出力値に基づいて車体速(車速)を算出し、所定の一定時間内における車速の変化が所定範囲内に収まっている場合にはクルーズ走行と判定し、前記所定範囲内に収まらない場合にはクルーズ走行でないと判定する。ステップS101においてクルーズ走行と判断された場合には、ステップS102に進み、砂上路面か否かの砂上路面判断処理を実行する。砂上路面判断処理については後で詳述する。
次に、ステップS104に進み、後述する前後差回転数制御におけるステップS301で算出した実前後差回転数と、ステップS103において算出した基本前後輪駆動力配分比に基づいて、エンジン2と後輪用電動機20の各々の出力を算出する。
ステップS105における判定結果が「YES」(舵角<所定値)である場合は、ステップS106に進み、横加速度センサの出力値に基づいて車両の横加速度が所定値よりも大きいか否かを判定する。
ステップS106における判定結果が「NO」(横加速度≦所定値)である場合は、ステップS107に進み、ヨーレートセンサの出力値に基づいて車両のヨーレートが所定値よりも大きいか否かを判定する。
この実施例における砂上路面前後差回転数テーブルでは、車速が所定値に達するまでは車速にかかわらず目標前後差回転数は一定であり、車速が前記所定値以上になると車速が高くなるにしたがって目標前後差回転数も大きくなっていく。ただし、全車速領域においてこのテーブルにおける目標前後差回転数は、図3において点線で示すTCSにおいて砂上路面以外の悪路をクルーズ走行する際に設定される差回転数(以下、ベースTCS目標差回転数と称す)よりも所定の差回転数だけ加算した値に設定されている。
車両旋回時には横力が要求されるが、このように、目標前後差回転数を直進時よりも低減し、前輪のスリップ率を抑えることによって、操舵力を回復することができ、砂上路面での旋回性能を確保することができる。
キャンバー走行時には横力が要求されるが、このように、目標前後差回転数を直進時よりも低減し、前輪のスリップ率を抑えることによって、操舵力を回復することができ、砂上路面でのキャンバー走行の継続性を確保することができる。
大旋回時にも横力が要求されるが、このように、目標前後差回転数を直進時よりも低減し、前輪のスリップ率を抑えることによって、操舵力を回復することができ、砂上路面での大旋回の継続性を確保することができる。
次に、ステップS112に進み、前後差回転数制御を実行し、実際の前後輪の前後差回転数が、ステップS108〜S110において設定された目標前後差回転数に一致するように前後駆動力の配分比を制御する。前後差回転数制御については後で詳述する。
次に、ステップS113に進み、前後電動機出力リミット制御を実行して、前輪用電動機3と後輪用電動機20の出力リミットを検索し、前輪用電動機3と後輪用電動機20の出力制御を実行して、本ルーチンの実行を終了する。前後電動機出力リミット制御については後で詳述する。
なお、この実施例において、ECU50がステップS101の処理を実行することによりクルーズ走行判断手段が実現され、ステップS102の処理を実行することにより砂上路面判断手段が実現され、ステップS103の処理を実行することにより駆動力配分算出手段が実現され、ステップS104の処理を実行することにより出力算出手段が実現される。
図4のフローチャートに示す砂上路面判断処理ルーチンは、ECU50によって一定時間毎に実行される。
初めに、ステップS201において、前輪10a,10bの駆動力(すなわちエンジン2による駆動力)と、後輪26a,26bの駆動力(すなわち後輪用電動機20による駆動力)を算出し、これら駆動力を合計して総駆動力を算出する。
次に、ステップS203に進んで走行抵抗を算出し、さらにステップS204に進み、走行抵抗から空気抵抗と加速抵抗等を減算して転がり抵抗を算出する。
次に、ステップS205に進み、ステップS204で算出した転がり抵抗が所定値より大きいか否かを判定する。
ステップS205における判定結果が「YES」(転がり抵抗>所定値)である場合は、ステップS206に進み、前後差回転数が所定値より大きく且つ転がり抵抗が所定値より大きいことから、砂上路面であると判断し、本ルーチンの実行を終了する。
ステップS205における判定結果が「NO」(転がり抵抗≦所定値)である場合は、ステップS207に進んで砂上路面でないと判断し、本ルーチンの実行を終了する。
図5のフローチャートに示す前後差回転数制御ルーチンは、ECU50によって一定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ステップS301において、前輪10a,10bの車輪速センサの出力値と後輪26a,26bの車輪速センサの出力値に基づいて、現時点の実際の前後差回転数(以下、実前後差回転数という)を算出する。この実施例において、ECU50がステップS301の処理を実行することにより、前後差回転数算出手段が実現される。
次に、ステップS302に進み、ステップS301で算出した実前後差回転数が、前述した砂上走行制御におけるステップS108〜S110で設定した目標前後差回転数に一致しているか否かを判定する。
ステップS303における判定結果が「NO」(実前後差回転数≧目標前後差回転数)である場合は、ステップS304に進み、前後差回転数を減少させるべく、後輪駆動力配分を増大させて、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップS305における判定結果が「YES」(総駆動力上昇率≦所定値)である場合は、現状を維持して、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ステップS303における判定結果が「YES」(実前後差回転数<目標前後差回転数)である場合は、ステップS306に進み、前後差回転数を増大させるべく、後輪駆動力配分を減少させて、本ルーチンの実行を一旦終了する。
なお、この実施例において、ECU50がステップS301〜S306の一連の処理を実行することにより、駆動力配分補正手段が実現される。
図6のフローチャートに示す前後電動機出力リミット制御ルーチンは、ECU50によって一定時間毎に実行される。
まず、ステップS401において、図7に示す後輪電動機温度出力制限テーブルを参照して、後輪用電動機20の温度に基づき、後輪用電動機20の出力補正係数(S−Km)を検索する。
なお、この実施例における後輪電動機温度出力制限テーブルでは、制限開始温度以下では出力補正係数(S−Km)は100%(すなわち、補正なし)であり、制限開始温度以上では温度が上昇するにしたがって出力補正係数(S−Km)が減少していき、駆動禁止温度以上では出力補正係数(S−Km)は0%(後輪用電動機20の出力停止)になる。
なお、この実施例における後輪インバータ温度出力制限テーブルでは、制限開始温度以下では出力補正係数(S−Ki)は100%(すなわち、補正なし)であり、制限開始温度以上では温度が上昇するにしたがって出力補正係数(S−Ki)が減少していき、駆動禁止温度以上では出力補正係数(S−Ki)は0%(後輪用電動機20の出力停止)になる。
なお、この実施例における前輪電動機温度出力制限テーブルでは、制限開始温度以下では出力補正係数(E−Km)は100%(すなわち、補正なし)であり、制限開始温度以上では温度が上昇するにしたがって出力補正係数(E−Km)が減少していき、駆動禁止温度以上では出力補正係数(E−Km)は0%(前輪用電動機3の発電停止)になる。
なお、この実施例における前輪インバータ温度出力制限テーブルでは、制限開始温度以下では出力補正係数(E−Ki)は100%(すなわち、補正なし)であり、制限開始温度以上では温度が上昇するにしたがって出力補正係数(E−Ki)が減少していき、駆動禁止温度以上では出力補正係数(E−Ki)は0%(前輪用電動機3の発電停止)になる。
なお、この実施例におけるバッテリ温度出力制限テーブルでは、制限開始温度以下では出力補正係数(E−Kb)は100%(すなわち、補正なし)であり、制限開始温度以上では温度が上昇するにしたがって出力補正係数(E−Kb)が減少していき、駆動禁止温度以上では出力補正係数(E−Kb)は0%(バッテリ出力停止)になる。
なお、この実施例におけるバッテリSOC出力制限テーブルでは、SOCが所定値B1以上では出力補正係数(E−Ks)は100%(すなわち、補正なし)であり、SOCが所定値B1以下ではSOCが減少するにしたがって出力補正係数(E−Ks)が減少していき、SOCが所定値B2以下では出力補正係数(E−Ks)は0%(バッテリ出力停止)になる。
次に、ステップS410に進み、後輪用電動機20の出力を設定して、本ルーチンの実行を終了する。後輪用電動機20の出力設定は次のように行う。ステップS406で設定した発電上限値Bの下で前輪用電動機3が発電した電気と、ステップS409で設定したバッテリ出力上限値Cの下でバッテリ12が出力する電気を同時に後輪用電動機20に供給したときの後輪用電動機20の出力(以下、「電力供給制限に基づく出力」と称す)を算出し、この「電力供給制限に基づく出力」と、ステップS403で設定した後輪用電動機20の出力上限値Aとを比較して、いずれか小さい方の出力を後輪用電動機20の出力に設定する。
後輪用電動機20は、後輪用電動機20の温度あるいは後輪用電動機20用のインバータの温度がともにそれぞれの制限開始温度以下である場合には、基本的には出力制限はなく、後輪用電動機20の温度あるいは後輪用電動機20用のインバータの温度の少なくともいずれかが制限開始温度以上になると、出力が制限される。
このように後輪用電動機20の出力を設定することにより、前輪用電動機3、後輪用電動機20、バッテリ12の過熱を防止しつつ、後輪用電動機20の出力を可能な限り確保することができる。
2 エンジン
3 前輪用電動機(発電機)
10a,10b 前輪
12 バッテリ
20 後輪用電動機(電動機)
26a,26b 後輪
S101 クルーズ走行判断手段
S102 砂上路面判断手段
S103 駆動力配分算出手段
S104 出力算出手段
S301 前後差回転数算出手段
S301〜S306 駆動力配分補正手段
Claims (10)
- 前後輪の一方をエンジン、他方を電動機により駆動するハイブリッド四輪駆動車両の制御装置において、
砂上路面か否かを判断する砂上路面判断手段と、
車両がクルーズ走行しているか否かを判断するクルーズ走行判断手段と、
車両の総駆動力に対する前後輪の駆動力配分を算出する駆動力配分算出手段と、
前後輪の車輪速から前後輪の差回転数を算出する前後差回転数算出手段と、
前記駆動力配分算出手段で算出された配分と前記前後差回転数算出手段で算出された前後輪の差回転数とに基づいて前記エンジンと前記電動機の各々の出力を算出する出力算出手段と、
前記砂上路面判断手段により砂上路面と判断され、且つ、前記クルーズ走行判断手段によりクルーズ走行していると判断された場合に、前後輪の差回転数が、砂上路面以外の悪路をクルーズ走行する際に設定される差回転数に対して所定差回転数を加算した目標差回転数となるように前記駆動力配分算出手段が算出した前後駆動力配分を補正する駆動力配分補正手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。 - 前記駆動力配分補正手段は、前記前後輪の差回転数が所定値を維持するように前後駆動力配分を補正することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 前記目標差回転数は車速に応じた所定値であることを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 車両の舵角が所定値以上の場合には、前記舵角の増加量に応じて前記目標差回転数を減少補正することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 車両の舵角が所定値以内であって横加速度が所定値以上の場合には、前記横加速度の増加量に応じて前記目標差回転数を減少補正することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 車両の舵角が所定値以内であって車両のヨーレートが所定値以上の場合には、前記ヨーレートの増加量に応じて前記目標差回転数を減少補正することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 前記電動機の温度上昇に応じて該電動機の出力を低減することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 前記電動機の電源として少なくとも前記エンジンの動力で発電可能な発電機を備え、この発電機は該発電機の温度上昇に応じて発電量を低減し前記電動機に電力供給することを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 前記電動機の電源として前記発電機の外にバッテリを備え、前記発電機の発電量を低減させたときに前記電動機に対して不足する電力分を前記バッテリで補うことを特徴とする請求項8に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
- 前記バッテリの残容量が所定値以下の場合、あるいは、前記バッテリの温度が所定値以上の場合には、残容量の低下に応じてあるいはバッテリ温度の上昇に応じて、前記バッテリの出力を低減することを特徴とする請求項9に記載のハイブリッド四輪駆動車両の制御装置。
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