JP2006101571A - 車両駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】路面μの変化によって前輪及び後輪への駆動力配分を変更したときに駆動力の伝達効率の変化によって不足するおそれのある電力を予め確保する。
【解決手段】
本発明は、路面μの変化に対応して駆動力伝達効率を変更したときに必要な電力が現在の目標発電電力より大きいと予測されるとき、不足する電力を蓄電装置（５）に確保しておくことができるように発電装置（１、２）の発電電力を制御することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両などの車両駆動システムに関するものである。

エンジン又はモータの駆動力によって前輪及び後輪を駆動するハイブリッド車両において、車輪が過回転スリップしたときには車輪のグリップ状態が悪化するので車両の走行安定性が悪化する。

そこで、エンジンで駆動した車輪が過回転スリップした場合には、この車輪に接続されたモータを回生動作させることで車輪を制動し、この回生動作により回収した電力を用いて他の車輪をモータ駆動することでスリップした車輪のグリップ状態を回復させることができる技術が特許文献１に記載されている。
国際公開第００−００５０９４号パンフレット

しかし、車輪への駆動力伝達経路における伝達効率は車輪によって相違するので、スリップした車輪のグリップ状態を回復させるために駆動力配分率を変えることで車両全体として必要な電力が増加して、供給電力が不足する場合がある。よって上記従来の技術では、不足する電力を回生動作によって回収した電力のみでは補うことができない場合があり、このような場合にはスリップした車輪のグリップ状態を完全に回復させることはできず、車両全体としての駆動力が低下するので車両の走行安定性が悪化する。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、路面μの変化によって前輪及び後輪への駆動力配分率を変更したときに駆動力の伝達効率の変化によって不足するおそれのある電力を蓄電装置に予め確保することができる車両駆動システムを提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、車両の前輪（９）及び後輪（１０）にそれぞれ駆動力を与える複数の駆動モータ（３、４）と、駆動モータ（３、４）に供給する電力を蓄える蓄電装置（５）と、蓄電装置（５）に蓄える電力を発電する発電装置（１、２）と、運転者の要求する要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段（Ｓ１３０）と、前輪（９）及び後輪（１０）の回転速度に基づいて路面μを推定する路面μ推定手段（Ｓ１６０）と、前輪（９）及び後輪（１０）がスリップすることなく車両の要求駆動力を発生させることができるように、路面μに基づいて前輪（９）に配分する駆動力及び後輪（１０）に配分する駆動力を算出する配分駆動力算出手段（Ｓ１７０）と、前輪（９）及び後輪（１０）にそれぞれ配分する駆動力と前輪側及び後輪側のそれぞれの駆動力伝達効率とに基づいて前輪（９）及び後輪（１０）に配分する駆動力を発生させるために蓄電装置（５）に要求される目標電力を算出する目標電力算出手段（Ｓ１９０）と、目標電力と蓄電装置（５）の蓄電状態とに基づいて発電装置（１、２）の発電電力を算出する目標発電電力算出手段（Ｓ１９０）と、路面μの将来の変化量を推定する路面μ変化量推定手段（Ｓ２１０）と、路面μの変化量に対応して駆動力配分を変更したときに、目標電力算出手段（Ｓ１９０）によって算出される目標電力が現在の目標電力より大きいと予測されるとき、不足する電力を蓄電装置（５）に確保しておくことができるように発電装置（１、２）の発電電力を増大させる発電電力制御手段（Ｓ２４０）とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、路面μの変化によって各車輪への駆動力配分が変化して駆動力の伝達効率が変化すると予測されるときは、車両全体としての駆動力を維持するために必要な電力を予め蓄電装置に確保する。よって、路面μの変化に応じて必要な電力を不足することなく供給でき、運転者の要求する駆動力を実現することができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。なお、各図面において同一のもの及び同一の処理を行うものには同一の符号を付した。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態における車両駆動システムを示す全体構成図である。本発明におけるハイブリッド車両は、エンジン１と、発電モータ２と、駆動モータ３、４と、蓄電装置５と、統合コントローラ６とを備えている。

エンジン１は、発電モータ２と直結されておりエンジン１の駆動力によって発電モータ２を駆動する。エンジン１は、統合コントローラ６から出力されるエンジントルク指令値に基づいてエンジンコントローラ７によってスロットル弁開度を制御される。

発電モータ２は、エンジン１の駆動力を電力に変換する発電機であり、エンジン１と同軸上に直結される。発電モータ２で発生した電力は蓄電装置５に蓄えられる。発電モータ２は、統合コントローラ６から出力される回転速度指令値に基づいて発電機コントローラ８によって回転速度を制御される。この制御では、回転速度指令値と実回転速度との偏差に応じてトルク指令値を決定し、実際のトルクがこの指令値となるようにベクトル制御を行う。これにより、同軸上に直結されるエンジン１の回転速度も同時に制御される。

駆動モータ３、４は、前輪９と後輪１０にそれぞれ一つずつ設けられており車両の駆動力を発生する。駆動モータ３、４は蓄電装置５から供給される電力によって駆動し、発生した駆動力はそれぞれファイナルギア１１、１２を介して前輪９又は後輪１０に伝達される。駆動モータ３、４は、統合コントローラ６から出力されるモータトルク指令値に基づいて駆動モータコントローラ１９によってトルクをベクトル制御される。また、駆動モータコントローラ１９によるトルク制御を行わないときは、車輪の回転に連れ回されて回転することで車両の運動エネルギーを回生する。この回生によって生じた電力は蓄電装置５に蓄えられる。

蓄電装置５は、発電モータ２から供給される電力及び駆動モータ３、４から供給される回生電力を蓄えて必要に応じて駆動モータ３、４に供給する。

統合コントローラ６は、アクセルペダル１３の操作量（ＡＰＳ）を検出するアクセル操作量センサ１４、車速を検出する車速センサ１５及び外気温度を検出する外気温度センサ２０から各検出値を受信する。車速は、車輪の回転に伴って発せられるパルス信号の発生周期の逆数にゲインを乗じて算出する。また、駆動モータコントローラ１９によって各駆動モータ３、４の回転速度を検出し、これに基づいて算出される各車輪の回転速度（以下「車輪速」という。）を駆動モータコントローラ１９から受信する。また、電圧センサ１６及び電流センサ１７で検出した蓄電装置５の電圧及び電流に基づいて蓄電装置コントローラ１８によって演算される蓄電装置５の充電状態（ＳＯＣ）を受信する。統合コントローラ６は、受信したＡＰＳ、車速、外気温度、車輪速及びＳＯＣに基づいて駆動モータコントローラ１９及びエンジンコントローラ７に対して各トルク指令値を出力し、発電機コントローラ８に対して回転速度指令値を出力する。

次に、統合コントローラ６で行う制御について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明における車両駆動システムの制御を示したブロック図である。なお、本制御は所定時間（例えば１０ｍｓ）ごとに繰り返し行われている。

ステップＳ１１０では、アクセル操作量センサ１４によって検出されるＡＰＳを読み込む。

ステップＳ１２０では、車速センサ１５によって検出される車速を読み込む。

ステップＳ１３０では、車速と駆動力とＡＰＳとの関係を示したマップを参照して、ＡＰＳと車速に基づいて運転者が車両に求める要求駆動力Ｆｓｄを算出する。

ステップＳ１４０では、駆動モータコントローラ１９によって算出される前輪９の車輪速を読み込む。

ステップＳ１５０では、駆動モータコントローラ１９によって算出される後輪１０の車輪速を読み込む。

ステップＳ１６０では、路面μを算出する。路面μは、タイヤと路面との間の摩擦係数の勾配である路面μ勾配に基づいて推定される。また、スリップ速度に対する制動トルクの勾配や駆動トルクの勾配に基づいて推定してもよい。

ステップＳ１７０では、要求駆動力Ｆｓｄと路面μとに基づいて車輪９、１０にスリップを生じない範囲内で前輪９及び後輪１０へ配分する駆動力を算出する。

前輪９及び後輪１０へ配分する駆動力は図３に示すフローチャートに従って算出される。すなわち、路面μに前輪荷重又は後輪荷重を乗じて、路面μの場合に前輪９又は後輪１０において出力可能な最大駆動力（以下「グリップ限界駆動力」という）を算出し（Ｓ１７１）、算出された前輪９のグリップ限界駆動力と後輪１０のグリップ限界駆動力とを加算した値が要求駆動力Ｆｓｄより大きいか否かを判定する（Ｓ１７２）。前輪９のグリップ限界駆動力と後輪１０のグリップ限界駆動力とを加算した値が要求駆動力Ｆｓｄより大きければ、前輪９及び後輪１０のそれぞれのグリップ限界駆動力を超えない範囲内で前輪９及び後輪１０に駆動力を配分する（Ｓ１７３）。また、前輪９のグリップ限界駆動力と後輪１０のグリップ限界駆動力とを加算した値が要求駆動力Ｆｓｄ以下であるときは、前輪９及び後輪１０にそれぞれのグリップ限界駆動力を配分する（Ｓ１７４）。

次に、ステップＳ１８０では蓄電装置５のＳＯＣを読み込む。

ステップＳ１９０では、前輪９及び後輪１０への駆動力配分と蓄電装置５のＳＯＣとに基づいて駆動力配分時に発電モータ２において発電する電力を算出する。

駆動力配分時に発電モータ２において発電する電力は、図４のブロック図に従って算出される。すなわち、前輪９に配分する駆動力に前輪９のタイヤ半径を乗算して前輪目標トルクＴｔｆを算出する（Ｓ１９１）。前輪目標トルクＴｔｆを前輪９の伝達効率で除算して（Ｓ１９２）、これに前輪９の回転速度を乗算することで前輪目標駆動パワーＰｔｆを算出する（Ｓ１９３）。また、同様にして後輪目標駆動パワーＰｔｒを算出し（Ｓ１９４〜Ｓ１９６）、前輪目標駆動パワーＰｔｆと加算することで配分時目標駆動パワーＰｔを算出する（Ｓ１９７）。続いて、目標駆動パワーと目標発電電力とＳＯＣとの関係を示したマップを参照することで、配分時目標駆動パワーＰｔとＳＯＣとに基づいて配分時目標発電電力Ｐｇｅｎを算出する（Ｓ１９８）。

ここで、路面μが低下したときに前輪又は後輪にスリップが発生しないように前後の駆動力配分を変更する場合がある。このとき、配分駆動力が増加する側の駆動力伝達効率が他方に比べて低効率であれば、車両全体としての駆動力を同一に維持するために駆動モータへより多くの電力を供給する必要がある。

そこで、将来の路面μを推定して、路面μが推定量だけ変化した場合に駆動モータへの供給電力の不足分を補うことができるように予め蓄電装置に電力を確保する制御を以下のステップＳ２００〜Ｓ２５０に示す。

ステップＳ２００では外気温度センサ２０から外気温度を読み込む。

ステップＳ２１０では、外気温度及び天気情報に基づいて路面μの変化幅を推定する。

路面μの変化幅は図５のフローチャートに従って推定される。すなわち、車両に対してリアルタイムで天気情報を送信する装置などから得られる天気情報と、推定された路面μとに基づいて推定される（Ｓ２１１〜Ｓ２１３）。例えば後に雨が降ると予測されるときや外気温度が氷点下になると予測されるときには路面μが小さくなると推定される。推定された路面μの変化幅が所定値より大きいか否かを判定し（Ｓ２１４）、路面μの変化幅が所定値より大きければステップＳ２２０へ進み処理を続行する。また、路面μの変化幅が所定値以下であれば路面μが変化する可能性がないと判断して処理を終了する（Ｓ２１５）。所定値は予め実験などによって求めておく。

次に、ステップＳ２２０では要求駆動力Ｆｓｄと路面μの変化幅とに基づいて路面μ変化時に前輪９及び後輪１０に配分する駆動力を算出する。算出方法は図３に示すステップＳ１７０と同様である。すなわち、ステップＳ１７１において前輪９又は後輪１０におけるグリップ限界駆動力を算出する際に用いる路面μの代わりに、ステップＳ２１０において推定された路面μの変化幅をステップＳ１６０において推定された路面μに加算して算出される変化後の路面μに置き換えて演算することで、路面μ変化時に前輪９及び後輪１０に配分する駆動力を算出することができる。

ステップＳ２３０では、前輪９及び後輪１０への駆動力配分に基づいて路面μ変化時の目標駆動パワーＰｔｈを算出する。算出方法は図４に示すステップＳ１９０と同様である。すなわち、Ｓ１７０で算出された前輪９及び後輪１０の駆動力の代わりに、Ｓ２２０で算出された路面μ変化時の前輪９及び後輪１０の駆動力に置き換えてＳ１９１〜Ｓ１９７までを演算することで、路面μ変化時の目標駆動パワーＰｔを算出することができる。

ステップＳ２４０では、配分時目標発電電力Ｐｇｅｎ、路面μ変化時目標駆動パワーＰｔｈ及び蓄電装置５のＳＯＣに基づいて目標発電電力Ｐｇｅｎｔを算出する。詳細な算出方法については後述する。

ステップＳ２５０では、目標発電電力Ｐｇｅｎｔを満たすような駆動モータトルク、エンジントルク及び発電モータ２の回転速度を算出する。

これら各指令値は図７のブロック図に従って算出される。すなわち、前輪９及び後輪１０に配分される駆動力をそれぞれ前輪９又は後輪１０のファイナルギア比で除算して駆動モータトルク指令値Ｔｓｍを算出する（Ｓ２５１）。また、目標発電電力Ｐｇｅｎｔを発生させるのに必要な目標エンジン出力Ｐｅｎｇを算出し（Ｓ２５２）、これを実エンジン回転速度で除算することでエンジントルク指令値Ｔｅを算出する（Ｓ２５３、Ｓ２５４）。さらに、発電電力と最良燃費回転速度との関係を示したテーブルを参照して、目標発電電力Ｐｇｅｎｔを出力するエンジン１の動作点で最も燃費効率がよくなる発電モータ２の回転速度である最良燃費回転速度を検索し、これを発電モータ回転速度指令値Ｎｓとして設定する。

次に前記ステップＳ２４０において、目標発電電力を算出する方法について図６を参照しながら説明する。図６は、目標発電電力を算出する制御を示したブロック図である。

ステップＳ２４１では、ステップＳ１８０で読み込んだ蓄電装置５のＳＯＣに基づいて蓄電装置５の出力可能電力Ｐｏｕｔを算出する。

ステップＳ２４２では、蓄電装置５のＳＯＣに基づいて蓄電装置５の入力可能電力Ｐｉｎを算出する。

加減算部Ｓ２４３では、蓄電装置５の出力可能電力ＰｏｕｔからステップＳ２３０で算出された路面μ変化時の目標駆動パワーＰｔｈを減算することで路面μ変化時の電力の過不足分を算出する。

加減算部Ｓ２４４では、路面μ変化時の電力の過不足分をステップＳ１９０で算出された配分時目標駆動パワーＰｔから減算することで路面μ変化時に確保したい電力Ｐｎｅを算出する。

ステップＳ２４５では、路面μが変化することを考慮した場合の目標発電電力Ｐｇｅｎｈを算出する。路面μ変化時に確保したい電力ＰｎｅとステップＳ１９０で算出された配分時目標発電電力Ｐｇｅｎとを比較して大きい方の値を選択して、この値を路面μが変化することを考慮した場合の目標発電電力Ｐｇｅｎｈとする。

ステップＳ２４６では、目標発電電力Ｐｇｅｎｔを算出する。路面μが変化することを考慮した場合の目標発電電力と蓄電装置５の入力可能電力Ｐｉｎとを比較して小さい方の値を選択して、この値を目標発電電力Ｐｇｅｎｔとする。

以上の制御をまとめて作用を説明する。本実施形態における車両駆動システムにおいては、外気温度と天気情報とに基づいて路面μの変化幅を推定し、推定された変化幅に応じて後に路面μが変化する可能性があるか否かを判定する（Ｓ２１０）。

後に路面μが変化する可能性があると判定されたときは、算出された変化幅で実際に路面μが変化したときに前輪９及び後輪１０に配分する目標駆動パワーＰｔｈを算出し、この目標駆動パワーＰｔｈに基づいて路面μ変化時に確保したい電力Ｐｎｅを算出する。この路面μ変化時に確保したい電力Ｐｎｅを現在の路面μに基づいて算出した目標発電電力Ｐｇｅｎと比較して大きい方の値を目標発電電力とする（Ｓ２４０）。これにより、路面μが変化して駆動力配分が変化することで駆動力伝達経路における駆動力損失量が大きくなって駆動モータ３、４への供給電力が不足しても、蓄電装置５に確保しておいた電力によって不足する電力を補うことができる。なお、目標発電電力Ｐｇｅｎｔが蓄電装置５の入力可能電力Ｐｉｎを上回る場合には、入力可能電力Ｐｉｎを目標発電電力Ｐｇｅｎｔとする（Ｓ２４６）。

また、後に路面μが変化する可能性がないと判定されたときは、本発明の制御を行う必要がないので処理を終了する（Ｓ２１５）。

以上のように本実施形態では、路面μ変化時に駆動力配分を変化させることで駆動力伝達効率の低い方の車輪への配分駆動力が増大して駆動モータ３、４で必要となる電力が増加しても、不足する電力を予め蓄電装置５に確保しておくことができるので、路面μの変化に応じて駆動モータ３、４で必要な電力を不足することなく供給することができる。よって、路面μの変化にかかわらず運転者の要求する駆動力を確実に実現することができる。

また、将来の路面μを外気温度や天気などの気象要素に基づいて推定するので、精度良く路面μを推定することができる。

さらに、路面μの将来の変化量が所定値未満であるときは本実施形態の制御を行わないので、路面μが大きく変化すると推定される場合を除いて処理を簡略化して演算負荷を低減することができる。

（第２実施形態）
図８は、本実施形態における車両駆動システムを示す全体構成図である。本実施形態は燃料電池を有するシリーズハイブリッド車両に本発明を適用した場合であり、第１実施形態の発電装置であるエンジン１と発電モータ２の代わりに燃料電池２１を備え、さらに発電モータ２を制御する発電機コントローラ８の代わりに燃料電池２１を制御する燃料電池コントローラ２２を備えている。燃料電池２１は、統合コントローラ６から出力される発電電力指令値に基づいて燃料電池コントローラ２２によって発電量を制御される。その他の構成は図１に示す本実施形態の構成と同様である。以上により本実施形態では第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図９は、本実施形態における車両駆動システムを示す全体構成図である。本実施形態はパラレルハイブリッド車両に本発明を適用した場合であり、前輪側に設けられた駆動モータ３は前輪９を駆動する機能の他にエンジン１のトルクを吸収して発電する機能を有しており、発電された電力は蓄電装置５に蓄えられる。また、エンジン１はクラッチ２３と変速機２４とを介して前輪９に直接駆動力を伝達することができる。その他の構成は図１に示す本実施形態の構成と同様である。以上により本実施形態では第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、本実施形態では前輪９及び後輪１０の車輪速を駆動モータコントローラ１９によって検出しているが、前輪９及び後輪１０にそれぞれ設けられる車速センサ１５によって検出してもよい。

また、本実施形態では路面μの変化幅を推定する処理（Ｓ２１０）において推定される路面μ変化幅が所定値以上であるときに限り、本発明による車両駆動システムの制御を実施するようにしているが、これに加えて車速が所定速度以上のときのみ実施するようにしてもよい。これにより、車両で発生させることができる最大駆動力を発生させても車輪にスリップを生じないときには本発明の制御を停止するので処理を簡略化して演算負荷を低減することができる。

さらに、本実施形態では駆動モータを前輪及び後輪にそれぞれ１つずつ備えているが、これに限定されることなく前輪及び後輪にそれぞれ複数の駆動モータを備えていてもよい。

第１実施形態による車両駆動システムを示す全体構成図である。 本発明による車両駆動システムの制御を示すブロック図である。 駆動力配分を算出する制御を示すフローチャートである。 配分時の目標発電電力を算出する制御を示すブロック図である。 路面μの変化幅を推定する制御を示すフローチャートである。 目標発電電力を算出する制御を示すブロック図である。 各指令値を算出する制御を示すブロック図である。 第２実施形態による車両駆動システムを示す全体構成図である。 第３実施形態による車両駆動システムを示す全体構成図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 発電モータ
３ 駆動モータ
４ 駆動モータ
５ 蓄電装置
６ 統合コントローラ
７ エンジンコントローラ
８ 発電機コントローラ
９ 前輪
１０ 後輪
１１ ファイナルギア
１２ ファイナルギア
１３ アクセルペダル
１４ アクセル操作量センサ
１５ 車速センサ
１６ 電圧センサ
１７ 電流センサ
１８ 蓄電装置コントローラ
１９ 駆動モータコントローラ
２０ 外気温度センサ
２１ 燃料電池
２２ 燃料電池コントローラ
２３ クラッチ
２４ 変速機

Claims (8)

1. 車両の前輪及び後輪にそれぞれ駆動力を与える複数の駆動モータと、
   前記駆動モータに供給する電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置に蓄える電力を発電する発電装置と、
   運転者の要求する要求駆動力を算出する要求駆動力算出手段と、
   前記前輪及び後輪の回転速度に基づいて路面μを推定する路面μ推定手段と、
   前記前輪及び後輪がスリップすることなく前記車両の要求駆動力を発生させることができるように、前記路面μに基づいて前記前輪に配分する駆動力及び前記後輪に配分する駆動力を算出する配分駆動力算出手段と、
   前記前輪及び後輪にそれぞれ配分する駆動力と前記前輪側及び後輪側のそれぞれの駆動力伝達効率とに基づいて、前記前輪及び後輪に配分する駆動力を発生させるために前記蓄電装置に要求される目標電力を算出する目標電力算出手段と、
   前記目標電力と前記蓄電装置の蓄電状態とに基づいて前記発電装置の発電電力を算出する目標発電電力算出手段と、
   前記路面μの将来の変化量を推定する路面μ変化量推定手段と、
   前記路面μの前記変化量に対応して駆動力配分を変更したときに、前記目標電力算出手段によって算出される目標電力が現在の目標電力より大きいと予測されるとき、不足する電力を前記蓄電装置に確保しておくことができるように前記発電装置の発電電力を増大させる発電電力制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両駆動システム。
2. 前記発電電力制御手段は、前記路面μが前記変化量だけ変化したときに前記目標電力算出手段によって算出される目標電力を前記蓄電装置の出力可能電力から減算し、この値を現在の目標電力から減算した値と前記目標発電電力とを比較して大きい方の値を前記発電装置の発電電力となるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム。
3. 前記路面μ変化量推定手段は、気象要素に基づいて前記路面μの将来の変化量を推定する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両駆動システム。
4. 前記発電電力制御手段は、前記路面μの将来の変化量が所定値以上であるときに前記発電電力の増大を行う、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
5. 前記発電電力制御手段は、車速が所定値以上であるときに前記発電電力の増大を行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両駆動システム。
6. 前記前輪又は後輪に駆動力を与えるエンジンを備え、
   前記前輪又は後輪は、前記駆動モータ及び前記エンジンのうち少なくとも一方の駆動力によって駆動される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
7. 前記発電装置はエンジンと前記エンジンの駆動力によって回転する発電モータとから構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。
8. 前記発電装置は燃料電池により構成される、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車両駆動システム。

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