JP2007137311A - モータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法、および、車両駆動力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回生を予測検知するとともに、回生による機器の破損を防止可能な保護方法を提供する。
【解決手段】モータの回転数と該モータを駆動すべき駆動トルクとを検出し（ステップＳ１，Ｓ２）、前記回転数と前記駆動トルクとに基づいて前記モータ制御用の電流推定値を算出し（ステップＳ３）、前記モータに実際に流れる制御用の実電流値が、前記電流推定値よりもあらかじめ定めた閾値以上に低下している場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、あるいは、さらに、前記実電流値の低下勾配があらかじめ定めた勾配閾値以上に大きかった場合は（ステップＳ６のＹＥＳ）、前記モータは回生しているものと予測検知し、前記モータを駆動するための電力を発電する発電機の発電動作を抑止し、前記モータとの間の接続を遮断する。あるいは、さらに、クラッチを遮断する。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法、および、車両駆動力制御装置に関する。

特許文献１に示す特開２００４−２１５４９９号公報「車両の駆動力制御装置」のような４輪駆動システム(４ＷＤシステム)においては、前輪をエンジンで駆動し、後輪をモータで駆動することとし、当該モータは、発電機が発電した電力によって駆動されるように構成されている。また、発電機は、エンジンからの出力トルクによって駆動されて、電力を発電する。このようなバッテリレス式のモータを用いた４ＷＤシステムにおいては、モータの回生が発生した場合に、当該４ＷＤシステムを構成する機器を保護することが重要である。
特開２００４−２１５４９９号公報

しかしながら、前記特許文献１の技術には、次のような問題点が存在している。

すなわち、坂道発進などの場合のように、車両が進行方向とは逆向きに動いてしまうような場合、モータが回生してしまう。従来の４ＷＤシステムでは、バッテリ、コンデンサなどの回生エネルギーを吸収するような部品が存在していないため、モータの回生が発生したような場合、モータと発電機との間の電圧が跳ね上がり、４ＷＤシステムの構成機器、特に、耐圧が低い電子部品（たとえば、トランジスタ、ダイオード、コンデンサなど）が破損してしまうおそれがある。

また、モータと発電機との間の電圧を常時監視するようにしても、モータの制御周期が、モータ回生時の電圧跳ね上がり速度が示す立ち上がり時間よりも長い周期であった場合、モータ回生に対する保護機構が動作する前に、機器の破損を招いてしまう可能性が高い。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、モータの回生を予測検知し、モータの回生動作による機器の破損を防止するためのモータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法、および、車両駆動力制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、前述の課題を解決するために、モータの回転数と駆動すべき駆動トルクとに基づいて推定される前記モータ制御用の電流推定値と、前記モータに実際に流れる実電流値とを比較して、前記実電流値が、前記電流推定値からあらかじめ定めた閾値以上に乖離しているか否かを判定することにより、前記モータに回生が発生していることを予測検知することを特徴としている。

本発明のモータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法、および、車両駆動力制御装置によれば、モータの回生による電圧の跳ね上がりを事前に予測検知することができるので、モータの回生動作に対して機器を確実に保護することができる。

以下に、本発明によるモータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法、および、車両駆動力制御装置の最良の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態の構成例）
図１は、本発明のモータ回生予測検知方法を実現する車両駆動力制御装置の一構成例を示す装置構成図である。図１の装置構成図に示す車両駆動力制御装置１００において、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される。本発明のモータ回生予測検知方法、モータ回生予測検知時の機器保護方法は、かくのごときバッテリレス式の４輪駆動の車両の場合に好適に適用されるものである。

まず、図１に示す車両駆動力制御装置１００の各部の動作について説明する。エンジン２を始動すると、エンジン２の回転トルクＴｅが、トランスミッションおよ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。

発電機７は、無端ベルト６を載架したプーリのプーリ比をエンジン２の回転数Ｎｅに乗じた回転数Ｎｈで回転し、４ＷＤコントローラ８によって電流値が調整される界磁電流Ｉｆｈに応じて、エンジン２に対する負荷となり、その負荷トルクに応じた電力を発電する。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。また、モータ４の駆動軸は、減速機１１およびクラッチ１２を介して後輪３Ｌ、３Ｒのシャフトに接続可能となっている。なお、図１の符号１３はデフ（ディファレンスギア）を表している。

エンジン２の吸気管路１４（たとえば、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、アクセル開度指示部を構成するアクセルペダル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、４ＷＤコントローラ８からの制御指令に基づいて動作するエンジンコントローラ１８により、電気的に調整制御されることにより、そのスロットル開度が調整される。前記アクセルセンサは、アクセルペダル１７の踏み込み量を検出し、検出した踏み込み量検出値を、アクセル開度として、エンジンコントローラ１８のみならず、４ＷＤコントローラ８に対しても出力する。

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、ステップモータ１９のステップ数に応じた回転角により、スロットル開度が調整制御される。ステップモータ１９の回転角は、４ＷＤコントローラ８からの制御指令に基づいて動作する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、ステップモータ１９のステップ数がフィードバック制御される。

ここで、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のスロットル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１７の操作とは独立に、エンジン２の出力トルクを減少させることができる。

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を備えており、エンジン回転数検出センサ２１は、検出したエンジン２の回転数を４ＷＤコントローラ８に対して出力する。

次に、図１の車両駆動力制御装置１００における４ＷＤコントローラ８の入出力制御の一例について説明する。図２は、本発明のモータ回生予測検知方法を実現するための４ＷＤコントローラ８の入出力制御システムの一例を示すシステム構成図である。

図２に示すように、発電機７は、出力電圧Ｖを調整するための電圧調整器（レギュレータ）２２を備え、４ＷＤコントローラ８によって発電機７の界磁電流Ｉｆｈの電流値が調整制御され、エンジン２に対する発電機負荷トルクＴｈ及び発電する発電機７の出力電圧Ｖが制御される。すなわち、電圧調整器２２は、４ＷＤコントローラ８の発電機制御出力端子から出力される発電機制御指令（少なくとも、界磁電流値を含む）を入力し、該発電機制御指令に含まれる界磁電流値に応じた値に発電機７の界磁電流Ｉｆｈの電流値を調整制御するとともに、発電機７の出力電圧Ｖを検出して、４ＷＤコントローラ８の電圧モニタ端子に対して出力するように構成されている。

これにより、４ＷＤコントローラ８は、発電機７の出力電圧Ｖを常時モニタリングし、発電機制御指令に含まれる界磁電流値を調整することが可能になっている。なお、発電機７の回転数Ｎｈは、エンジン２の回転数Ｎｅと両者のプーリ比とに基づいて演算することができる。

また、ジャンクションボックス１０内には、電流センサ２３が設けられており、電流センサ２３は、４ＷＤコントローラ８の電流センサ電源出力端子から出力される電力によって駆動され、発電機７から電線９を介してモータ４に供給される電力の電流値すなわち電機子電流値Ｉａを検出し、検出した電機子電流値Ｉａを４ＷＤコントローラ８の電機子電流端子に対して出力する。また、ジャンクションボックス１０は、電線９の電圧値Ｅ（すなわち、モータ４の誘起電圧）も４ＷＤコントローラ８のモータ電圧端子に対して出力する。符号２４は、リレーであり、４ＷＤコントローラ８の４２Ｖ系リレー制御出力端子から出力されるリレー制御指令によって、発電機７からモータ４に対して供給される電圧（電流）の遮断および接続が制御される。

また、モータ４は、４ＷＤコントローラ８の界磁制御出力Ｐ端子と界磁制御出力Ｎ端子とから出力される界磁電流制御指令によって、モータ４の界磁電流Ｉｆｍの電流値を制御する。この界磁電流Ｉｆｍの電流値を制御することによって、モータ４を駆動する駆動トルクＴｍが調整される。また、モータ４の制御用としてモータ４に実際に流れている実電流値は、４ＷＤコントローラ８の制御用電流センサ端子に対して出力されている。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り、測定したモータ４の温度を、４ＷＤコントローラ８のモータ温度端子に対して出力する。

また、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を備えており、該モータ用回転数センサ２６は、４ＷＤコントローラ８の回転センサ電源出力端子からの電源供給により駆動され、検出されるモータ４の回転数Ｎｍを、４ＷＤコントローラ８のモータ回転センサ出力Ａ相端子、モータ回転センサ出力Ｂ相端子に対して出力する。

また、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のクラッチ制御出力端子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い、減速器１１と後輪側の車輪３Ｌ、３Ｒのシャフト間を接続（ＯＮ）したり、遮断（ＯＦＦ）したりする。

また、各車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒには、図１にも示すように、それぞれ、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、それぞれに対応する車輪１Ｌ、１Ｒ、３Ｌ、３Ｒの回転速度に応じたパルス信号を車輪速値として検出して、４ＷＤコントローラ８に対して出力する。

同様に、図１にも示すように、エンジン回転数検出センサ２１は、エンジン２の回転数を検出し、検出したエンジン２の回転数を４ＷＤコントローラ８に対して出力する。さらには、アクセルセンサによって検出されたアクセル開度、スロットルセンサによって検出されるサブスロットルバルブ１６のスロットル開度も、４ＷＤコントローラ８に対して出力されている。

４ＷＤコントローラ８は、以上のようなセンサ出力結果により、車両を駆動すべき状態を判断し、車両駆動力制御装置１００の各部の動作を制御している。

（実施形態例におけるモータ回生予測検知方法の説明）
次に、図１、図２に示したシステム構成からなる４ＷＤコントローラ８におけるモータ回生予測検知方法と、モータ回生の予測検知時における機器保護方法の一例について、図３、図４の動作フローチャートを用いて説明する。図３は、本発明のモータ回生予測検知方法の一動作例を示す動作フローチャートである。図４は、本発明のモータ回生予測検知方法によるモータ回生予測検知時における機器保護動作の一例を示す動作フローチャートである。

まず、図３の動作フローチャートを用いて、本発明のモータ回生予測検知方法の一動作例について説明する。

図３において、４ＷＤコントローラ８は、まず、図２に示すモータ用回転数センサ２６により検出されたモータ４の回転数Ｎｍをモータ回転センサＡ相端子、Ｂ相端子を読み取ることにより取得する（ステップＳ１）。次に、エンジン回転数検出センサ２１によって検出されたエンジン２の回転数、アクセルセンサによって検出されたアクセル開度、各車輪速センサ２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲによって検出された各車輪の車輪速などに基づいて、モータ４を駆動すべきモータ４の駆動トルクＴｍ指令値を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ１で取得したモータ回転数ＮｍとステップＳ２で取得した駆動トルクＴｍ指令値とから、発電機７からモータ４への電線９に流れるべきモータ４制御用のＤＣ電流値を演算より推定する（ステップＳ３）。

次に、既存のモータ制御用電流センサより検出されるモータ４制御用の実電流値を、４ＷＤコントローラ８の制御用電流センサ端子を読み取ることにより取得する（ステップＳ４）。次いで、ステップＳ３にてモータ４へ流れるべきＤＣ電流値として推定されたモータ４制御用の電流推定値と、ステップＳ４にて実測されたモータ４制御用の実電流値との比較を行う（ステップＳ５）。

ここで、モータ４が回生している場合は、図１の車両駆動力制御装置１００の説明においても前述したように、バッテリレスの構成とされているため、モータ４の回生動作の結果として、電流の行き場がなくなり、電線９に流れる制御用の実電流値が著しく低下してしまう状態を引き起こす。したがって、前記の電流推定値に比して、前記の実電流値が大幅に低下してしまい、
電流推定値 ≫ 実電流値
の関係が成立する状態になる。而して、電流推定値と実電流値とが、あらかじめ定めた閾値以上に乖離している場合は（ステップＳ５のＹＥＳ）、モータ４が回生しているものと予測検知することができる（ステップＳ７）。

さらに、モータ４の回生発生を、より正確に予測検知可能とするために、電流推定値と実電流値とが、あらかじめ定めた閾値以上に乖離している場合（ステップＳ５のＹＥＳ）であり、かつ、実電流（ＤＣ電流）の電流値が低下していく時間的な勾配を算出して、実電流値の低下勾配があらかじめ設定した勾配閾値以上に大きい場合は（ステップＳ６のＹＥＳ）、モータ４は回生しているものとして予測検知するようにしても良い。

一方、電流推定値と実電流値とが、あらかじめ定めた閾値以上には乖離していない場合は（ステップＳ５のＮＯ）、あるいは、実電流値の低下勾配があらかじめ設定した勾配閾値よりも小さい場合は（ステップＳ６のＮＯ）、モータ４の回生は発生していないものと判定して、ステップＳ１に復帰し、引き続き、モータ４の回生の予測検知動作を継続する。

（実施形態例におけるモータ回生予測検知時の機器保護方法の説明）
次に、図４の動作フローチャートを用いて、モータ回生予測検知時における機器保護動作の一例について説明する。図４は、前述したように、本発明のモータ回生予測検知方法によるモータ回生予測検知時における機器保護動作の一例を示す動作フローチャートであり、図４の動作フローチャートにおいて、まず、図３にて説明したような条件が成立して、モータ４が回生していることを予測検知したか否かを判定する（ステップＳ１１）。

モータ４が回生していることを予測検知した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、４ＷＤコントローラ８は、発電機制御出力端子から「０」レベル（ＯＦＦ）の発電機制御指令（界磁電流値「０」を含む）を電圧調整器２２に対して出力し、発電機７の界磁電流Ｉｆｈを「０」にするように制御することにより、発電機７が電力を発電しないようにする（ステップＳ１２）。さらに、４２Ｖ系リレー制御出力端子からジャンクションボックス１０内のリレー２４を遮断（ＯＦＦ）するリレー制御指令を出力することにより、発電機７とモータ４との間の接続を遮断する。

この結果、モータ４の回生が発生しても、電線９とアース間の電圧値が大きく跳ね上がり、４ＷＤシステムの構成機器、特に、耐圧が低い電子部品を破損してしまうような事態を防ぐ機器保護措置を講ずることができる。

次に、機器保護対策をさらにより確実に施したい場合は、前述のステップＳ１２におけるような保護措置に加えて、４ＷＤコントローラ８は、クラッチ制御出力端子から、クラッチ１２を遮断するクラッチ制御指令を出力することにより、モータ４と駆動車輪のシャフトとの間に設けられたクラッチ１２、すなわち、減速器１１とドライブシャフト間に設けられたクラッチ１２を遮断（ＯＦＦ）状態にし（ステップＳ１３）、モータ４の駆動軸が路面からの入力を受けて回転しないようにすることも可能である。

これによって、モータ４が回生した場合であっても、電線９とアース間の電圧が跳ね上がることを、より確実に防止することができ、もって、機器の破損を未然に防止することができる。

本発明のモータ回生予測検知方法を実現する車両駆動力制御装置の一構成例を示す装置構成図である。 本発明のモータ回生予測検知方法を実現するための４ＷＤコントローラの入出力制御システムの一例を示すシステム構成図である 本発明のモータ回生予測検知方法の一動作例を示す動作フローチャートである。 本発明のモータ回生予測検知方法によるモータ回生予測検知時における機器保護動作の一例を示す動作フローチャートである。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ… 前輪、２…エンジン、３Ｌ、３Ｒ…後輪、４…モータ、５…トランスミッションおよびディファレンスギア、６…無端ベルト、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、１３…ディファレンスギア、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、１７…アクセルペダル、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…エンジン回転数検出センサ、２２…電圧調整器、２３…電流センサ、２４…リレー、２５…サーミスタ、２６…モータ用回転数センサ、２７ＦＬ、２７ＦＲ、２７ＲＬ、２７ＲＲ…車輪速センサ、１００…車両駆動力制御装置、Ｅ…モータの誘起電圧、Ｉａ…電機子電流値、Ｉｆｈ…発電機の界磁電流、Ｉｆｍ…モータの界磁電流、Ｎｅ…エンジンの回転数、Ｎｈ…発電機の回転数、Ｎｍ…モータの回転数、Ｔｅ…エンジンの回転トルク、Ｔｍ…モータの駆動トルク、Ｖ…発電機の出力電圧。

Claims (10)

1. エンジンの出力トルクを用いて発電した電力で駆動するモータの回生を予測検知するモータ回生予測検知方法において、前記モータの回転数と前記モータを駆動すべき駆動トルクとに基づいて推定される前記モータ制御用の電流推定値と、前記モータに実際に流れる前記モータ制御用の実電流値とを比較して、前記実電流値が、前記電流推定値よりも、あらかじめ定めた閾値以上に低下しているか否かを判定することにより、前記モータに回生が発生していることを予測検知することを特徴とするモータ回生予測検知方法。
2. 請求項１に記載のモータ回生予測検知方法において、前記実電流値が、前記電流推定値よりも、前記閾値以上に低下し、かつ、前記実電流値が低下する勾配が、あらかじめ定めた勾配閾値以上であった場合に、前記モータに回生が発生しているものとすることを特徴とするモータ回生予測検知方法。
3. エンジンの出力トルクを用いて発電する発電機から出力される電力で駆動するモータの回生を予測検知した際に、前記モータの回生動作による機器の破損を防止するモータ回生予測検知時の機器保護方法において、前記モータの回転数と前記モータを駆動すべき駆動トルクとに基づいて推定される前記モータ制御用の電流推定値と、前記モータに実際に流れる前記モータ制御用の実電流値とを比較して、前記実電流値が、前記電流推定値よりも、あらかじめ定めた閾値以上に低下していた場合、前記モータの回生を予測検知して、前記発電機の界磁電流を流さない状態にし、前記発電機が電力を発電しないように制御することを特徴とするモータ回生予測検知時の機器保護方法。
4. 請求項３に記載のモータ回生予測検知時の機器保護方法において、さらに、前記発電機と前記モータとを接続する電線上に設けられたリレーを開放し、前記発電機と前記モータとの接続を遮断状態に制御することを特徴とするモータ回生予測検知時の機器保護方法。
5. 請求項３または４に記載のモータ回生予測検知時の機器保護方法において、さらに、前記モータと駆動車輪のシャフトとの間に設けられたクラッチを遮断状態に制御することを特徴とするモータ回生予測検知時の機器保護方法。
6. エンジンの出力トルクにより前輪、後輪のいずれか一方の車輪を駆動し、該エンジンの出力トルクを用いて発電機を駆動して発電した電力によりモータを回転駆動させて他方の車輪を駆動する車両駆動力制御装置において、前記モータの回転数と前記モータを駆動すべき駆動トルクとに基づいて推定される前記モータ制御用の電流推定値と、前記モータに実際に流れる前記モータ制御用の実電流値とを比較して、前記実電流値が、前記電流推定値よりも、あらかじめ定めた閾値以上に低下しているか否かを判定することにより、前記モータに回生が発生していることを予測検知することを特徴とする車両駆動力制御装置。
7. 請求項６に記載の車両駆動力制御装置において、前記実電流値が、前記電流推定値よりも、前記閾値以上に低下し、かつ、前記実電流値が低下する勾配が、あらかじめ定めた勾配閾値以上であった場合に、前記モータに回生が発生しているものとすることを特徴とする車両駆動力制御装置。
8. 請求項６または７に記載の車両駆動力制御装置において、前記モータの回生を予測検知した場合、前記発電機の界磁電流を流さない状態にし、前記発電機が電力を発電しないように制御することを特徴とする車両駆動力制御装置。
9. 請求項８に記載の車両駆動力制御装置において、さらに、前記発電機と前記モータとを接続する電線上に設けられたリレーを開放し、前記発電機と前記モータとの接続を遮断状態に制御することを特徴とする車両駆動力制御装置。
10. 請求項８または９に記載の車両駆動力制御装置において、さらに、前記モータと駆動車輪のシャフトとの間に設けられたクラッチを遮断状態に制御することを特徴とする車両駆動力制御装置。

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