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JP3610969B2 - 四輪駆動車両の駆動力制御装置 - Google Patents

四輪駆動車両の駆動力制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主駆動輪を内燃機関(エンジン)によって駆動し、従駆動輪を電動機(モータ)で駆動可能とした四輪駆動車両の駆動力制御装置に関し、特にエンジンで発電機を駆動し、その電力をモータに供給するようにした、所謂バッテリレス四輪駆動車両の駆動力制御装置に好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
このようなバッテリレス四輪駆動車両の駆動力制御装置としては、例えば特開2000−318472号公報に記載されるものがある。この四輪駆動車両の駆動力制御装置では、例えば15km/h程度に設定された所定走行速度以下の領域で、前後輪の速度差が所定値以上になると、即ち加速スリップ量が所定値以上となったときにモータを駆動したり、アクセル開度量に応じてモータを駆動したりするように構成されている。例えばアクセル開度が所定値以上の領域では、エンジンの出力のうちの一定の配分量を発電機の駆動力とし、その駆動力で発電された電力をモータに供給して従駆動輪を駆動するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の四輪駆動車両の駆動力制御装置では、例えばアクセル開度が所定値以上の領域では、エンジンの出力のうちの一定の配分量を発電機の駆動力としているため、十分な加速が得られない場合がある。即ち、エンジン出力を電気エネルギーに変換する際の損失や、更にその電気エネルギーを従駆動輪の駆動力に変換するときの損失によって、車両全体としての駆動力が減少し、例えば路面摩擦係数状態が高く、且つ運転者による要求加速度が大きいときに十分な加速が得られない。
【0004】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、車両の加速性を確保しながら、発進安定性も両立可能な四輪駆動車両の駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置は、主駆動輪を内燃機関で駆動すると共に、従駆動輪で電動機で駆動可能とし、前記内燃機関で発電機を駆動して、その電力を前記電動機に供給するようにした四輪駆動車両において、運転者による加速要求量に応じて内燃機関による発電機駆動力を設定することを特徴とするものである。また、運転者による加速要求量に代えて、自車両の走行速度を用いてもよい。そして、高摩擦係数状態路面で加速要求量が大きいときや自車両走行速度が大きいときに内燃機関による発電機駆動力を小さく制限する。また、加速スリップ量に応じた発電機駆動力と比較して、大きい方の発電機駆動力を用いるようにしてもよい。
【0006】
【発明の効果】
本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置によれば、運転者による加速要求量若しくは自車両走行速度に応じて内燃機関による発電機駆動力を設定する構成としたため、高摩擦係数状態路面で加速要求量が大きいときや自車両走行速度が大きいときに発電機駆動力を小さく制限することにより、エネルギー変換損失を小さくして加速性を確保することができる。また、加速スリップ量に応じた発電機駆動力と比較して、大きい方の発電機駆動力を用いるようにすれば、低摩擦係数状態路面での発進安定性を確保することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態は、図1に示すように、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、左右後輪3L、3Rが電動機であるモータ4によって駆動可能となっている4輪駆動可能な車両の場合の例である。
【0008】
まず、構成について説明すると、図1に示すように、エンジン2の出力トルクTeが、トランスミッション及びディファレンスギア5を通じて左右前輪1L、1Rに伝達されるようになっている。また、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。
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で回転し、4WDコントローラ8によって調整される界磁電流Ifhに応じて、エンジン2に対し負荷となり、その負荷トルクに応じた電圧を発電する。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。
【0009】
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。
【0010】
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の出力トルクを減少させることができる。
【0011】
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4WDコントローラ8に出力する。
また、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によって界磁電流Ifhが調整されることで、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。電圧調整器22は、4WDコントローラ8から発電機制御指令(界磁電流値)を入力し、その発電機制御指令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を検出して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。
【0012】
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。
【0013】
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Tmが調整される。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。
【0014】
また、上記クラッチ12は、油圧クラッチや電磁クラッチであって、4WDコントローラ8からのクラッチ制御指令に応じたトルク伝達率でトルクの伝達を行う。
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。
【0015】
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を備える。ここで、図3中には、後述の実施形態で使用される制御ブロックも併記してある。
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の界磁電流Ifhを調整することで、発電機7の発電電圧Vを所要の電圧に調整する。
【0016】
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。
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、図4に示すように、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。
【0017】
まず、余剰トルク演算部8Eでは、図5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。
【0018】
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。
【0019】
ΔVF = VWf −VWr
従って、このステップS10が本発明の加速スリップ量算出手段を構成している。
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S60に移行する。
【0020】
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S30に移行する。
ステップS30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分配比率αを、例えば図6に示す制御マップに従って算出し、その吸収トルク分配比率αをエンジントルクTeに乗算して吸収トルクTΔVFを算出してからステップS40に移行する。前記図6の制御マップでは、横軸に前記加速スリップ量ΔVFをとり、縦軸を吸収トルク分配比率αとし、微笑スリップ量ΔVF以上で吸収トルク分配比率αがリニアに増加する。この領域における吸収トルク分配比率αの値は、下記式で与えられる。
【0021】
α = K1 × ΔVF
ここで、K1は、実験などによって求めたゲインである。また、このステップS30が、本発明の加速スリップ対応発電機駆動力算出手段を構成している。
また、吸収トルク分配比率αは、所定比率(ここでは20%=0.2)で制限される。従って、吸収トルクTΔVFの上限値は0.2×Teである。
【0022】
ステップS40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S50に移行する。
Figure 0003610969
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。
【0023】
ステップS50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、ステップS100に移行する。
Th = TG + TΔVF
一方、ステップS20にて主駆動輪1L、1Rが加速スリップしていないと判定されるとステップ60に移行し、路面推定部60を作動させて加速スリップを生じるおそれのある路面か否かの路面推定を実施した後、ステップS70に移行する。
【0024】
ステップS70では、路面推定部60の推定に基づき、AS−FLG=ONつまり加速スリップするおそれのある路面と判定した場合には、ステップS80に移行する。一方、AS−FLG=OFFつまりスリップするおそれのない路面と判定した場合には、ステップS90に移行して、目標発電負荷トルクThにゼロを代入した後にステップS100に移行する。
【0025】
ステップS80では、第2目標負荷トルク演算部61を起動して、目的の従駆動輪3L、3Rの駆動トルクが所要の値とするための目標発電負荷トルクThを求めてステップS100に移行する。
ステップS100では、所定車速以下、例えば時速3km以下かどうかを判定し、所定車速以下と判定した場合には、ステップS110に移行し、所定車速より早いと判定した場合には、処理を終了して復帰する。なお、この所定車速とは、車両が発進したと判断される車速である。
【0026】
ステップS110では、第3目標負荷トルク演算部62を起動して、第2目標発電負荷トルクTh2を求めて、ステップS120に移行する。この第3目標負荷トルク演算部62では、例えば図7aに示す制御マップに従って第2目標発電負荷トルク分配比率α1を算出設定し、その第2目標発電負荷トルク分配比率α1をエンジントルクTeに乗算して第2目標発電負荷トルクTh2を算出設定する。この制御マップでは、運転者の加速要求量として前記アクセルセンサで検出されたアクセル開度をAPOとしたとき、比較的小さな所定値APOからそれより大きな所定値APOまでの領域では、アクセル開度APOの増加と共に第2目標発電負荷トルク分配比率α2リニアに増加する。また、アクセル開度APOが前記所定値APOから所定値APOまでの領域では、所定比率(ここでは20%=0.2)で制限される。この所定値APOは、運転者が一般的に常用するアクセル開度領域の上限値を示している。つまり、これよりアクセル開度APOの大きな領域は、運転者がより大きな加速度を要求する領域である。そして、アクセル開度APOが前記所定値APOから所定値APOまでの領域では、アクセル開度APOの増加に伴って第2目標発電負荷トルク分配比率αは大きな減少率でリニアに減少し、更に所定値APO以上の領域では、アクセル開度APOの増加に伴って第2目標発電負荷トルク分配比率α2が小さな減少率でリニアに減少する。
【0027】
ステップS120では、加速スリップに応じた目標発電負荷トルクThと、第2目標発電負荷トルクTh2とを比較し、第2目標発電負荷トルクTh2の方が大きいと判定した場合には、ステップS130にてThにTh2の値を代入した後に復帰し、そうでないと判定した場合には、所定を終了して復帰する。
ここで、上記実施形態では、加速スリップに応じた目標発電負荷トルクThと所定以下の低速状態に基づく第2目標発電負荷トルクTh2とのセレクトハイをとるように処理を行っているが、所定以下の低速状態では、無条件に、第2目標発電負荷トルクTh2を目標発電負荷トルクThに代入しても良い。
【0028】
次に、路面推定部60の処理について図8を参照しつつ説明する。
路面推定部60では、ステップS150にて走行中の路面状況が悪路か否かを推定し、悪路と推定した場合には、ステップS175に移行する。悪路と推定しなかった場合には、ステップS155にて車輪グリップ限界付近の路面状況か否かを推定し、車輪グリップ限界付近と推定した場合にはステップS175に移行する。そうでなければ、ステップS160にて所定勾配以上の登坂路か否かを推定し、所定勾配以上の登坂路と推定した場合にはステップS175に移行する。そうでなければステップS165にて砂地や積雪路などによって走行抵抗が所定以上と判定した場合には、ステップS175に移行する。そうでなければステップS170に移行する。
【0029】
ステップS175では、車輪グリップ限界付近の路面か、登坂路か、所定以上の走行抵抗のある路面のいずれかに該当するため、加速スリップするおそれのある路面であることを示すAS−FLGをONにして復帰する。
ステップS170では、その他の路面状況であるので、上記AS−FLGをOFFにして復帰する。
【0030】
なお、上記説明では、4種類の路面状況のいずれかに合致するか否かを判定しているが、これ以外の加速スリップするおそれのある路面状況も推定しても良いし、上記4種類の一部についての路面状況だけについて推定しても良い。
ここで、悪路及び車輪グリップ限界付近の路面か否かは、次のように推定すればよい。
【0031】
すなわち、グリップ限界付近の路面走行時の車輪速波形は図9に示すようになり、悪路走行時の車輪速波形は、図10に示すようになっている。これらの波形では、グリップ限界付近の路面走行時では周波数が8Hz程度、悪路走行時では周波数が11Hz程度の振動が車輪速に現れている。これらの周波数は±2Hz程度のばらつきはあるものの、車両固有のものであるので、対象とする車両について、実験的に、グリップ限界時及び悪路走行時の各々の周波数を測定し、それらの周波数帯に着目することでグリップ限界時と悪路走行時を検出することができる。ここで、特定周波数帯に注目して車両の走行状態を検出する技術として、例えば特開2000−233739号公報などに開示されている。また、判定に用いる振動レベルの閾値は、どちらの路面状況であってもバックグラウンドのノイズレベルを十分に避けられる値にすればよいため、グリップ限界判定及び悪路判定共に同程度の周波数帯を用いればよい。なお、対象とする車両のグリップ限界時の振動周波数及び悪路走行時の振動周波数は、実験的に求める以外に、グリップ限界時の振動周波数として、ドライブシャフトのバネ下共振周波数の±2Hz程度、また、悪路走行時はサスペンションのバネ下共振周波数の±2Hz程度を周波数帯として使用しても良い。
【0032】
すなわち、上記のようなことに基づき、悪路若しくはグリップ限界路面か否かの判定は、車輪速についてバンドパスフィルタを通過させた後に微分器で微分し、その絶対値が所定閾値(例えば2G)以上か否かを判定することで推定する。上記バンドパスフィルタの帯域として、例えば、図9及び図10の場合、グリップ限界路面の検出には6〜10Hzの周波数帯を使用し、悪路の検出には9〜13Hzの周波数帯を使用し、両方を検出する場合には6〜13Hzの周波数帯を使用すればよい。
【0033】
また、登坂路か否かの判定は、例えば登坂抵抗に基づき判定する。すなわち、車両に掛かる、路面に対して垂直方向の加速力を測定するGセンサを配置し、路面に対し垂直な方向のGセンサの出力Gvから路面勾配を推定して、所定勾配以上の登坂路か否かを判定する。
ここで、Gv=g×sinθ(g:重力加速度、θ:路面勾配)であり、
登坂抵抗R=g・cosθから求まる。
【0034】
または、登坂路は、実際の車体の傾きから推定しても良い。
また、走行抵抗が所定値以上か否かは、特開2000−168405号公報などに公開されているような公知の技術で推定すればよい。例えば、まず、従駆動輪3L、3Rの加速度Arを演算した後に、当該加速度Arと車両重量Wとの積をとって、車両加速分駆動力Fa(=Ar×W)を演算する。また、並行して、四輪駆動力Fw(:主駆動輪1L、1Rの駆動力+従駆動輪3L、3Rの駆動力)を演算する。そして、上記車両加速分駆動力Faと四輪駆動力Fwとの差からなる走行抵抗力Fsが所定閾値(例えば980N)以上か否かを判定することで所定走行抵抗以上か推定できる。
【0035】
次に、第2目標負荷トルク演算部61の処理について説明する。
まず、アクセルペダルの操作量などに基づいて、運転者の要求トルク(アクセル開度)を推定し、その推定した要求トルクに比例した発電負荷への分配割合α1を図11に示すようなマップ等に基づき決定する。なお、上限を例えば20%(=0.2)などと決定しておく。また、エンジン回転数センサ21及びスロットルセンサなどに基づいてエンジントルクTeを求め、該エンジントルクTeに上記分配割合α1を乗算して目標発電負荷トルクThを演算する。なお、上記分配割合α1は、全体を1とした場合の値であり、0.1などの値を取る。
【0036】
ここで、上記分配割合α1が運転者の要求トルクに応じて変化するように設定しているが、一定の割合としても良いし、段階的に変更しても良い。
また、予め、実験などによって高μ路(μが例えば0.7〜1の路面)での路面限界反力を求めておき、当該路面限界反力と、現在の主駆動輪1L、1Rでの路面限界反力との差に応じて上記分配割合α1を変化させるようにしても良い。
【0037】
次に、目標トルク制限部8Fの処理について、図12に基づいて説明する。
すなわち、まず、ステップS200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S210に移行する。
【0038】
ステップS210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S220に移行する。
ΔTb= Th − HQ
ステップS220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S230に移行する。
【0039】
ステップS230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S240に移行する。
TeM =Te −ΔTb
ここで、エンジンコントローラ18では、運転者のアクセルペダル17の操作に関係なく、入力したエンジントルク上限値TeMをエンジントルクTeの上限値となるように当該エンジントルクTeを制限する。
【0040】
ステップS240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13に基づいて説明する。
まず、ステップS600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、加速スリップするおそれのある状況、若しくは運転者による加速要求があるので、ステップS610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等の状態であるので、以降の処理をすることなく復帰する。
【0041】
ステップS610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S620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(図12参照)。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Tm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Tm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。
【0042】
なお、所要のモータトルクTm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Tm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Tm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。
【0043】
ステップS620では、上記目標モータ界磁電流Ifm及びモータ4の回転数Nmからモータ4の誘起電圧Eを算出して、ステップS630に移行する。
ステップS630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に基づき対応する目標モータトルクTMを算出して、ステップS640に移行する。
【0044】
ステップS640では、上記目標モータトルクTM及び目標モータ界磁電流Ifmを変数として対応する目標電機子電流Iaを算出して、ステップS650に移行する。
ステップS650では、下記式に基づき、上記目標電機子電流Iaから発電機7の目標電流値に相当するデューティ比C1を算出し、当該発電機7のデューティ比C1を発電機制御部8Aに出力したのち、復帰する。
【0045】
また、図14に上記処理のタイムチャートの例を示す。
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、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、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。
【0046】
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。
【0047】
また、上記実施形態では、主駆動輪である前輪1L、1Rが加速スリップしていなくても、路面状況が加速スリップするおそれのある路面状況と推定すると、予め発電負荷トルクを発生させて車両が安定している状態のうちに四輪駆動状態とすることで、走行安定性を確実に得ることができ、加速スリップに対する車両安定性や応答性が向上する。
【0048】
また、発進時などの所定以下の低速走行状態にあっては、加速スリップを、前後輪の速度差ΔVで推定しても路面反力限界トルクで推定しても、加速スリップしているとの推定が適切に行われないおそれがあり(低速であるほど、ロータリセンサなどによる車輪速検出精度が悪くなることや、車両の加速が小さく路面反力が小さすぎることから加速スリップ検出の精度が悪くなるため)、実際に加速スリップしていても四輪駆動状態とならない可能性がある。一方、砂地や積雪路面で主駆動輪1L、1Rに加速スリップが発生すると主駆動輪1L、1Rの接地路面が変化し走行条件(路面μの低下や走行抵抗増加)が悪化するが、車両の速度が低いほど自車が変化させた路面による影響が大きいので、発進時などの極低速状態ではスリップすることで路面状況が悪化し、その後に四輪駆動となっても発進困難となる場合がある。
【0049】
これに対し、本実施形態では、発進時などの所定以下の低速状態であれば、加速スリップする前であっても予め、運転者の要求駆動トルク(加速要求など)に応じた駆動トルクで従駆動輪3L、3Rも駆動することで、砂地などの加速スリップしやすい路面状況で発進する場合であっても安定した発進が行われるなど、低速走行時における安定した走行が可能となる。
【0050】
図15に、所定以下の低速状態にも発電機7の負荷トルクを出力制御する場合におけるタイムチャートを示す。後輪速が5km/h以下を所定以下の低速状態とした場合の例である。
次に、前記第3目標負荷トルク算出部の作用について説明する。この第3目標負荷トルク算出部では、前記図7aの制御マップに従って前記第2目標発電負荷トルクTh2を算出する。ここで、図7bに二点鎖線で示すように、例えばアクセル開度の増加に伴ってエンジントルクTeがリニアに増加するものとし、前記第2目標発電負荷トルクTh2が、同図7bの破線と二点差線(エンジントルクTe)との間の部分に相当するものとすると、実質的にエンジンによる前輪1L、1Rへの主駆動トルクThFは破線相当になる。前述したように、エンジントルク、つまり力学的エネルギーを電気エネルギーに変換し、更に再びモータトルク、つまり力学的エネルギーに変換すると、その間に変換損失が生じる。この間の変換効率を一定だと考えると、前記第2目標発電負荷トルクTh2のうち、実質的にモータによる後輪3L、3Rへの従駆動トルクTh2Rは実線と破線との間の部分に相当し、実線と二点差線との間の部分が損失Th2Lになる。従って、総車両駆動トルクTtが実線に相当する。
【0051】
今、図16aに示すように、前記アクセル開度APOの所定値APO以上の領域で、前記第2目標発電負荷トルク分配比率α2が前記所定比率、例えば0.2一定であるとすると、図16bに示すように、損失Th2Lはアクセル開度APOの増大と共にリニアに大きくなり、同図に実線で示すように、特にアクセル開度APOの大きな領域で総車両駆動トルクTtが小さな値になってしまう。
【0052】
これに対し、前記図7aの制御マップでは、前記常用領域を示す所定値APO以上の領域で、アクセル開度APOが大きいほど、第2目標発電負荷トルク分配比率α2が小さく設定されるので、図7bに示す総車両駆動トルクTtはさほど小さくない。
図17aは摩擦係数状態の高い良路でアクセルペダルの解放状態からアクセルペダルを小さく踏込んだときの自車両加減速度GTt、図17bは同じくアクセルペダルを大きく踏込んだときの自車両加減速度GTtを示すものである。前述のように、本実施形態ではアクセル開度の大きい領域で第2目標発電負荷トルク分配比率α2が小さく設定されるので、図17bに示すようにエンジントルクTeに対する総車両駆動トルクTtの減少代を小さくすることができ、エンジントルクTeによる加減速度GTeに対し、総車両駆動トルクTtによる加減速度GTtの減少代も小さく抑制でき、十分な加速性を確保することができる。
【0053】
一方、図18aは摩擦係数状態の低い路面でアクセルペダルの解放状態からアクセルペダルを大きく踏込んだときの自車両走行速度VC及び主駆動輪である平均前輪速VWfを示す。自車両走行速度VCはほぼ従駆動輪である平均後輪速VWrに等しいものとする。前述のようにアクセル開度が大きいときに第2目標発電負荷トルク分配比率α2が前記所定比率0.2より小さな値に設定され、その結果、第2目標発電負荷トルクTh2が小さな値となる。一方、このシミュレーションのように、低摩擦係数状態路面での急発進時に主駆動輪である平均前輪速VWfと従駆動輪である平均後輪速VWrとの加速スリップ量ΔVFが大きくなると、前記吸収トルク分配比率アルファが所定比率0.2に設定され、その結果、吸収トルクThは大きくなる。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2と吸収トルクThのうち、何れか大きい方を最終的な目標発電負荷トルクThに設定するので、この場合には吸収トルクThが最終的な目標発電負荷トルクThに設定され、その結果、前記エンジンによる主駆動トルクThFが小さくなり、主駆動輪である平均前輪速VWfが速やかに収束する。
【0054】
これに対し、図18bは前記第2目標発電負荷トルクTh2と吸収トルクThとのセレクトハイを行わず、第2目標発電負荷トルクTh2をそのまま最終的な目標発電負荷トルクThに設定したときの自車両走行速度VC及び主駆動輪である平均前輪速VWfを示す。この場合には、大きなアクセル開度に合わせて第2目標発電負荷トルク分配比率α2が前記所定比率0.2より小さな値に設定され、その結果、第2目標発電負荷トルクTh2が小さな値となり、それがそのまま最終的な目標発電負荷トルクThに設定されるので、前記エンジンによる主駆動トルクThFが小さくならず、主駆動輪である平均前輪速VWfがなかなか収束しない。
【0055】
このように本実施形態によれば、運転者による加速要求量であるアクセル開度が大きいほど、第2目標発電負荷トルクTh2を小さく設定する構成としたため、運転者がより大きな加速度を要求しているときに車両加速性を確保することができる。また、加速スリップ量ΔVFに応じた吸収トルクThを算出し、前記第2目標発電負荷トルクTh2とのうち、何れか大きい方を最終的な目標発電負荷トルクThに設定する構成としたため、低摩擦係数路面などでの発進安定性を確保することも可能となる。
【0056】
次に、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置の第2実施形態について説明する。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2算出のための第2目標発電負荷トルク分配比率α2の制御マップが、前記第1実施形態の図7のものから図19のものに変更されている。この制御マップは、制御入力がエンジン回転数Neに変更されている。即ち、アクセル開度APOに応じてほぼリニアに変化するエンジン回転数Neを運転者による加速要求量として検出し、当該エンジン回転数Neに応じて第2目標発電負荷トルク分配比率α2を設定する。なお、制御マップ中の所定値Neは前記アクセル開度APOの所定値APOに相当し、その他、所定値Neは前記所定値APOに、所定値Neは前記所定値APOに、所定値Neは前記所定値APOに相当する。
【0057】
次に、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置の第3実施形態について説明する。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2算出のための第2目標発電負荷トルク分配比率α2の制御マップが、前記第1実施形態の図7のものから図20のものに変更されている。この制御マップは、制御入力を自車両走行速度VC又はそれと等価な前記平均後輪速VWrとし、当該自車両走行速度に応じて第2目標発電負荷トルク分配比率α2を設定する。この制御マップでは、発進したとみなせる極低速度を所定値VCとし、自車両走行速度VCが所定値VC以下の領域では発進が完了していないとして第2目標発電負荷トルク分配比率α2を前記所定比率0.2一定とし、自車両走行速度VCが前記所定値VC以上の領域は発進完了領域であるとして、自車両走行速度VCの増加と共に第2目標発電負荷トルク分配比率α2を小さく設定する。従って、前記第2目標発電負荷トルクTh2は、自車両走行速度VCが発進完了領域以上で且つ自車両走行速度VCが大きくなるほど、小さく設定される。つまり、発進が完了したとみなせる領域は即ち路面摩擦係数状態の高い良路であると考えられるから、前記第1実施形態で説明したように、良路における加速性を確保すべく、第2目標発電負荷トルクTh2を小さめに設定するのである。
【0058】
次に、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置の第4実施形態について説明する。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2算出のための第2目標発電負荷トルク分配比率α2の制御マップが、前記第1実施形態の図7のものから図21のものに変更されている。この制御マップは、制御入力を自車両の加減速度Gとし、当該加減速度Gに応じて第2目標発電負荷トルク分配比率α2を設定する。自車両の加減速度Gは、運転者による加速要求の結果でもあるし、路面摩擦係数状態の判定基準ともなる。例えば0.3g(gは重力加速度)程度を所定値Gとすると、この所定値G以上の領域は、運転者が加速を要求しており、しかも路面摩擦係数状態は高い良路であると考えられるから、自車両の加減速度Gが所定値G以下の領域では第2目標発電負荷トルク分配比率α2を前記所定比率0.2一定とし、所定値G以上の領域では、加減速度Gの増加と共に第2目標発電負荷トルク分配比率α2を小さく設定する。従って、前記第2目標発電負荷トルクTh2は、自車両の加減速度が大きくなるほど、小さく設定され、運転者の加速要求量が大きいほど、前記車両総駆動トルクの減少を抑制して加速性を確保することができる。
【0059】
次に、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置の第5実施形態について説明する。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2算出のための第2目標発電負荷トルク分配比率α2の制御マップが、前記第1実施形態の図7のものから図22のものに変更されている。この制御マップは、前記第1実施形態と同様に、制御入力をアクセル開度APOとしているが、第2目標発電負荷トルク分配比率α2の設定特性が異なる。即ち、第2目標発電負荷トルク分配比率α2を一定に制限する領域をなくし、曲線(a)はアクセル開度APOが大きな領域で第2目標発電負荷トルク分配比率α2が急速に減少し、曲線(b)はアクセル開度APOが中程度の領域で第2目標発電負荷トルク分配比率α2が急速に減少する。第2目標発電負荷トルク分配比率α2の減少傾向は、即ち第2目標発電負荷トルクTh2の減少傾向であり、同時に車両総駆動トルクの減少抑制傾向であるから、例えば曲線(a)ではアクセル開度が大開度域で加速度が急速に増し、曲線(b)では、アクセル開度が中開度域で加速度が急速に増す傾向を示す。即ち、第2目標発電負荷トルク分配比率α2或いは第2目標発電負荷トルクTh2、つまりエンジンによる発電機駆動トルクの設定特性を調整することで加速フィーリングをチューニングすることが可能となる。また、発電機やモータの能力が十分であれば、本実施形態のようにエンジンによる発電機駆動トルクを制限する必要はない。
【0060】
次に、本発明の四輪駆動車両の駆動力制御装置の第6実施形態について説明する。本実施形態では、前記第2目標発電負荷トルクTh2算出のための第2目標発電負荷トルク分配比率α2の制御マップが、前記第1実施形態の図7のものから図23のものに変更されている。この制御マップは、制御入力をエネルギー変換悪化量(絶対値)、即ち損失量としている。エネルギー変換悪化量とは、前述した力学的エネルギー→電気エネルギー→力学的エネルギーにおける変換時のエネルギー損失量である。例えばエネルギー変換効率が一定で、前記第2目標発電負荷トルク分配比率α2を一定として考えると、エンジン出力が大きいほど、発電機駆動トルクが大きくなり、前述した変換損失Th2Lの絶対値、即ちエネルギー変換悪化量が大きくなる。従って、エンジン出力を発電機駆動トルクに分配するエネルギー変換悪化量を算出し、そのエネルギー変換悪化量が増大するということは、加速力が不足気味になる。従って、この実施形態では、前記エネルギー変換悪化量が大きい領域で、当該エネルギー変換悪化量の増大と共に第2目標発電負荷トルク分配比率α2を小さく設定し、これにより運転者の加速要求量が大きいほど、前記車両総駆動トルクの減少を抑制して加速性を確保することができる。
【0061】
なお、上記実施形態では、スロットル制御による内燃機関出力制限手段について説明しているが、これに限定されない。内燃機関の点火時期リタード、点火カット、燃料の減少若しくは停止、スロットル制御の少なくともいずれかによる方法で、出力制限するようにしても良い。
また、本実施形態では、4輪駆動可能な車両の場合の例について説明したが、2輪以上の車輪を備え、一部の車輪を内燃機関で駆動し、その他の一部または残り全ての車輪をモータ4で駆動する車両においても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく第1実施形態に係る概略装置構成図である。
【図2】本発明に基づく第1実施形態に係るシステム構成図である。
【図3】本発明に基づく第1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。
【図4】本発明に基づく第1実施形態に係る装置で処理手順を示す図である。
【図5】本発明に基づく第1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。
【図6】図5の演算処理で用いられる制御マップである。
【図7】図5の演算処理で用いられる制御マップとその作用の説明図である。
【図8】本発明に基づく第1実施形態に係る路面推定部の処理を示す図である。
【図9】グリップ限界時の車輪速波形を示す図である。
【図10】悪路走行時の車輪速波形を示す図である。
【図11】アクセル開度と分配割合との関係を示す図である。
【図12】本発明に基づく第1実施形態に係る目標トルク制限部の処理を示す図である。
【図13】本発明に基づく第1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。
【図14】本発明に基づく第1実施形態に係る余剰トルク変換部のタイムチャート例を示す図である。
【図15】本発明に基づく第1実施形態に係る別の余剰トルク変換部のタイムチャート例を示す図である。
【図16】従来のエンジンによる発電機駆動トルクの設定方法とその作用の説明図である。
【図17】第1実施形態に基づく作用の説明図である。
【図18】第1実施形態に基づく作用の説明図である。
【図19】本発明に基づく第2実施形態を示す制御マップである。
【図20】本発明に基づく第3実施形態を示す制御マップである。
【図21】本発明に基づく第4実施形態を示す制御マップである。
【図22】本発明に基づく第5実施形態を示す制御マップである。
【図23】本発明に基づく第6実施形態を示す制御マップである。
【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
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 バッテリ
31 分配器
49 バッテリ
50 インバータ
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 電機子電流
Ifm モータの界磁電流
E モータの誘起電圧
Nm モータの回転数
TG 発電機負荷トルク
Th 目標発電機負荷トルク
Th2 第2目標発電機負荷トルク(エンジンによる発電機駆動トルク)
Tm モータのトルク
TM モータの目標トルク
Te エンジンの出力トルク
Ff 路面限界反力トルク
Ffm 最大路面限界反力トルク

Claims (4)

  1. 主駆動輪を内燃機関で駆動すると共に、従駆動輪を電動機で駆動可能とし、前記内燃機関で発電機を駆動して、その電力を前記電動機に供給するようにした四輪駆動車両の駆動力制御装置であって、運転者の加速要求量を検出する加速要求量検出手段と、前記加速要求量検出手段で検出された加速要求量に応じて、前記内燃機関による発電機駆動力を設定する駆動力制御手段とを備え、前記駆動力制御手段は、前記加速要求量検出手段で検出された加速要求量が常用加速要求量より大きい場合、当該加速要求量が大きいほど前記内燃機関による発電機駆動力を小さくすることを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置。
  2. 前記駆動力制御手段は、前記主駆動輪の加速スリップ量を検出する加速スリップ量検出手段と、前記加速スリップ量検出手段で検出された主駆動輪加速スリップ量に応じて、前記内燃機関の出力のうち、前記発電機を駆動する駆動力を設定する加速スリップ対応発電機駆動力算出手段とを備えると共に、前記加速要求量に応じて設定された内燃機関による発電機駆動力及び前記加速スリップ対応発電機駆動力算出手段で算出された加速スリップ対応発電機駆動力のうち、何れか大きい方を内燃機関による発電機駆動力とすることを特徴とする請求項1に記載の四輪駆動車両の駆動力制御装置。
  3. 主駆動輪を内燃機関で駆動すると共に、従駆動輪を電動機で駆動可能とし、前記内燃機関で発電機を駆動して、その電力を前記電動機に供給するようにした四輪駆動車両の駆動力制御装置であって、自車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、前記走行速度検出手段で検出された自車両走行速度に応じて、前記内燃機関による発電機駆動力を設定する駆動力制御手段とを備え、前記駆動力制御手段は、前記走行速度検出手段で検出された自車両走行速度が発進完了速度領域より大きい場合、当該自車両走行速度が大きいほど前記内燃機関による発電機駆動力を小さくすることを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置。
  4. 前記駆動力制御手段は、前記主駆動輪の加速スリップ量を検出する加速スリップ量検出手段と、前記加速スリップ量検出手段で検出された主駆動輪加速スリップ量に応じて、前記内燃機関の出力のうち、前記発電機を駆動する駆動力を設定する加速スリップ対応発電機駆動力算出手段とを備えると共に、前記自車両走行速度に応じて設定された内燃機関による発電機駆動力及び前記加速スリップ対応発電機駆動力算出手段で算出された加速スリップ対応発電機駆動力のうち、何れか大きい方を内燃機関による発電機駆動力とすることを特徴とする請求項に記載の四輪駆動車両の駆動力制御装置。
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