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JP3585798B2 - 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、エンジンによりトルクコンバータを介して駆動される主駆動輪と、エンジンとは独立して電気モータにより駆動される副駆動輪とを備えた四輪駆動車両の駆動力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前後一方の主駆動輪をエンジンにより駆動し、前後他方の副駆動輪をバッテリに接続された電気モータにより駆動するハイブリッド型の四輪駆動車両は、例えば特開平５−８６３９号公報、特開平６−２２５４０３号公報により公知である。かかる四輪駆動車両は、エンジン負荷や車速をパラメータとして予め設定された切換パターンに基づいて、エンジンのみで走行する二輪駆動状態とエンジンおよび電気モータで走行する四輪駆動状態とを切り換えることにより、燃料消費量の節減や悪路走破性能の向上を図るようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前置きエンジンの前輪駆動車両の場合、発進時等のトルクコンバータの速度比が小さい領域ではトルク増幅率が大きいため、雪上等の滑り易い路面では主駆動輪である前輪がスリップし易い。そのため、副駆動輪である後輪に駆動力を配分しておくことにより、予め前輪のスリップを抑制することが可能となる。また流体伝達によるトルクコンバータの速度比が小さい領域を電気モータでアシストすることにより、アクセルペダルの踏み込みに対する車両の応答性が向上する。またトルクコンバータの効率ηは速度比ｅ（出力回転数／入力回転数）の関数であって、車両の発進時等の速度比ｅが小さい領域では効率ηが低く、車両のクルーズ時等の速度比ｅが大きい領域では効率ηが高くなる。従って、車両の発進に伴うトルクコンバータの速度比ｅが小さい領域で、電気モータを的確に駆動してエンジンをアシストしてやれば、エンジンの燃料消費量の節減にも寄与することができる。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンでトルクコンバータを介して主駆動輪を駆動し、電気モータで副駆動輪を駆動する四輪駆動車両において、発進時等における主駆動輪のスリップを抑制してアクセル操作に対する車両の応答性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンによりトルクコンバータを介して駆動される主駆動輪と、エンジンとは独立して電気モータにより駆動される副駆動輪とを備えた四輪駆動車両の駆動力制御装置において、エンジンが発生する出力および電気モータが発生する出力の配分比率を、トルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて制御する制御手段を備えたことを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、エンジンが発生する出力および電気モータが発生する出力をトルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて配分するので、発進時におけるトルクコンバータの速度比が低くトルク増幅率が高い領域で、主駆動輪を駆動するエンジンの出力を低減して副駆動輪を駆動する電気モータの出力を増加させることにより駆動力を四輪に配分し、主駆動輪のスリップを抑制してアクセル操作に対する車両の応答性を向上させることができる。しかも速度比が低い領域でトルクコンバータの効率が低下するのを、エンジンの出力を電気モータの出力でアシストすることにより補償し、燃料消費量を削減する効果も期待できる。更にトルクコンバータの速度比の変化率を考慮することで主駆動輪のスリップ状態を予測できるので、エンジンが発生する出力および電気モータが発生する出力の配分比率を一層適切に制御して主駆動輪のスリップをより効果的に抑制することができる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記制御手段は、電気モータの最大出力をトルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて変化させることを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、トルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて主駆動輪のスリップ状態を予測し、そのスリップ状態に応じて電気モータの最大出力を変更するので、低摩擦係数路面での発進時等に主駆動輪のスリップを効果的に抑制して走破性を高めることができる。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記制御手段は、前記電気モータの最大出力を主駆動輪のスリップ状態に応じて変更することを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、主駆動輪のスリップ状態に応じて電気モータの最大出力を変更するので、低摩擦係数路面での発進時等に主駆動輪のスリップを効果的に抑制して走破性を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１はハイブリッド四輪駆動車両の全体構成図、図２はトルクコンバータの特性を示すグラフ、図３はメインルーチンのフローチャート、図４は主駆動輪スリップ判断ルーチンのフローチャート、図５は電気モータ最大出力決定ルーチンのフローチャート、図６は電気モータ出力、エンジン出力決定ルーチンのフローチャートである。
【００１２】
図１はハイブリッド四輪駆動車両を示すもので、エンジンＥによりトランスミッションＴおよびフロントディファレンシャギヤＤｆを介して駆動される左右の主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆ（前輪）と、バッテリＢに接続された電気モータＭによりリヤディファレンシャルギヤＤｒを介して駆動される左右の副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒ（後輪）とを備える。
【００１３】
エンジンＥのクランクシャフトとトランスミッションＴのメインシャフトとの間には周知のトルクコンバータＣが配置されており、このトルクコンバータＣの速度比ｅ（出力回転数／入力回転数）はトルクコンバータ速度比検出手段Ｓａにより検出される。ドライバーにより操作されるアクセル開度θＡＰはアクセル開度検出手段Ｓｂにより検出される。また左右の主駆動輪速ＶｆＬ，ＶｆＲは主駆動輪速検出手段ＳｃＬ，ＳｃＲにより検出されるとともに、左右の副駆動輪速ＶｒＬ，ＶｒＲは副駆動輪速検出手段ＳｄＬ，ＳｄＲにより検出される。
【００１４】
これらトルクコンバータＣの速度比ｅ、アクセル開度θＡＰ、主駆動輪速Ｖｆｆ，ＶｆＲおよび副駆動輪速ＶｒＬ，ＶｒＲは本発明の制御手段を構成する電子制御ユニットＵに入力され、電子制御ユニットＵはスロットルバルブＴＶを介してエンジンＥの出力を制御するとともに、モータドライバーＭＤを介して電気モータＭの出力を制御する。
【００１５】
図２には、一般的なトルクコンバータＣの特性が示される。横軸は速度比ｅ（出力回転数／入力回転数）、縦軸は効率ηおよびトルク比ｔである。同図から明らかなように、速度比ｅが０．０から０．８までのコンバータ領域で効率ηは最大値８５％まで増加する。またトルク比ｔは、速度比ｅが０．０から０．８までのコンバータ領域では２．２から１．０までリニアに減少し、速度比ｅが０．８を越えるカップリング領域では一定値１．０に保持される。
【００１６】
車両の発進時にはエンジンＥが主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆを駆動してトルクコンバータＣの速度比ｅが０．０から次第に増加するが、その速度比ｅが０．８を越えるカップリング領域に達するまでのコンバータ領域ではトルク比が１．０以上でトルク増幅効果を持つため、その間のエンジンＥの出力を減少させて、その減少分を電気モータＭで副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動してアシストすることにより、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップを効果的に抑制しながら、車両を四輪駆動状態にして低摩擦係数路面での発進性能を高めることができる。特に電気モータＭのよる副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒの駆動には流体伝達に特有の時間遅れがないため、車両の発進応答性を高めることができる。
【００１７】
しかも、速度比ｅが０．８を以下のカップリング領域ではトルクコンバータＣの効率ηが８５％以下と低いため、その間に副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを電気モータＭで駆動してエンジンＥをアシストすることにより、トルクコンバータＣの効率ηが低い領域でエンジンＥの負荷を軽減し、燃料消費量が増大するのを抑える効果も期待できる。
【００１８】
次に、エンジンＥおよび電気モータＭの制御内容を図３〜図６のフローチャートに基づいて説明する。
【００１９】
先ず、図３のメインルーチンのステップＳ１で、エンジンＥで駆動される主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆ（前輪）がスリップしているか否かを判断する。主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップした場合には、燃費の節減よりも走破性の向上を目的として電気モータＭで副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動し、車両を四輪駆動状態にする。
【００２０】
続くステップＳ２で、電気モータＭの最大出力を決定する。電気モータＭの最大出力は、４ｋＷ、８ｋＷおよび１２ｋＷの３種類であり、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていない状態では電気モータＭの最大出力を最低の４ｋＷに設定し、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていてアクセル開度θＡＰが比較的に低い状態では電気モータＭの最大出力を中間の８ｋＷに設定し、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆが大きくスリップしていてアクセル開度θＡＰが比較的に高い状態では電気モータＭの最大出力を最大の１２ｋＷに設定する。このように、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップ状態に応じて電気モータＭの最大出力を変更するので、路面の摩擦係数等に応じて主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップを効果的に抑制して走破性を高めることができる。
【００２１】
続くステップＳ３で、アクセル開度θＡＰから決定されるトータルの出力が得られるように、電気モータＭの出力およびエンジンＥの出力を相互に関連させて決定する。
【００２２】
次に、前記ステップＳ１のサブルーチンを図４のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ステップＳ１１で、主駆動輪速検出手段ＳｃＬ，ＳｃＲで検出した主駆動輪速ＶｆＬ，ＶｆＲから副駆動輪速検出手段ＳｄＬ，ＳｄＲで検出した副駆動輪速Ｖｒｆ，ＶｆＲを減算して前後の車輪速差を算出する。ステップＳ１２で、前回主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていなければ、ステップＳ１３に移行し、そこで(1) 前記車輪速差が設定車輪速差１を越えた場合、あるいは(2) トルクコンバータＣの速度比ｅが設定速度比以下であり、かつ速度比ｅの変化率が設定速度比変化率を越えている場合には、ステップＳ１４で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていると判断する。
【００２３】
一方、前記ステップＳ１２で、前回主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていれば、ステップＳ１５に移行し、そこで(1) エンジン要求出力がエンジン出力制限値未満であるか、あるいは(2) 前記車輪速差が設定車輪速差２を未満である場合には、ステップＳ１６で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていないと判断する。
【００２４】
以上のようにして、図４のフローチャートで主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしているか否かが判断されると、図５のフローチャートに移行する。
【００２５】
先ず、ステップＳ２１で、前回電気モータＭが出力アップしているとき、ステップＳ２２で、(1) 車速が設定車速を越えているか、あるいは(2) アクセルＯＦＦの場合には、ステップＳ２３で、電気モータＭの出力アップを行わず、かつステップＳ２４で、電気モータＭの最大出力を最低レベル「１」（４ｋＷ）に設定する。その理由は、車両が発進を終えてクルーズ状態に入った後や、減速運転時には電気モータＭで強いアシストを行う必要がないためである。
【００２６】
また前記ステップＳ２１で、前回電気モータＭが出力アップしていないとき、ステップＳ２６で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていなければ、ステップＳ２６で電気モータＭの最大出力を最低レベル「１」（４ｋＷ）に設定する。その理由は、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていない場合には、副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを強く駆動して低摩擦係数路面での発進性能を向上させる必要がないためである。
【００２７】
前記ステップＳ２５で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップしていれば、ステップＳ２７で、電気モータＭの出力をアップし、続くステップＳ２８で、アクセル開度検出手段Ｓｂで検出したアクセル開度θＡＰを設定アクセル開度と比較し、アクセル開度θＡＰが設定アクセル開度以下であれば主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップの程度が小さいと判断し、ステップＳ２９で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップを解消するための電気モータＭの最大出力を中レベル「２」（８ｋＷ）に設定する。また前記ステップＳ２８で、アクセル開度θＡＰが設定アクセル開度を越えていれば主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップの程度が大きいと判断し、ステップＳ３０で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップを速やかに解消するために電気モータＭの最大出力を最大レベル「３」（１２ｋＷ）に設定する。
【００２８】
以上のようにして、図５のフローチャートで副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する電気モータＭの最大出力が決定されると、図６のフローチャートに移行する。
【００２９】
先ず、ステップＳ３１で前回電気モータＭが作動中であれば、ステップＳ３２で、トルクコンバータ速度比検出手段Ｓａにより検出したトルクコンバータＣの速度比ｅを予め設定した第１閾値である０．８と比較し、速度比ｅが０．８以上であればトルクコンバータＣの効率ηが８５％以上の高い領域にあると判断し、ステップＳ３３で電気モータＭを非作動にして該電気モータＭによるアシストを中止する。一方、前記ステップＳ３１で、電気モータＭが停止中であれば、ステップＳ３４で、トルクコンバータＣの速度比ｅを予め設定した第２閾値である０．７５と比較し、速度比ｅが０．７５以下であれば、トルクコンバータＣの効率ηが８５％未満の低い領域にあると判断し、副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動してエンジンＥの出力をアシストする必要があると判断し、ステップＳ３５で電気モータＭを作動させて該電気モータＭによるアシストを実行する。
【００３０】
このように、トルクコンバータＣの速度比ｅが０．８以上になると電気モータＭによるアシストを停止し、速度比ｅが０．７５以下になると電気モータＭによるアシストを開始するようにヒステリシスを持たせたので、電気モータＭの駆動・停止が頻繁に行われるのを防止することができる。
【００３１】
続くステップＳ３６で、電気モータＭが作動中であり、更にステップＳ３７で、電気モータＭの最大出力が要求出力を越えていれば、ステップＳ３８で、電気モータＭの出力を要求出力に抑えてエンジンＥの出力を０にし、電気モータＭの出力だけで要求出力を賄うことにする。一方、前記ステップＳ３７で、電気モータＭの最大出力が要求出力以下であれば、ステップＳ３９で、電気モータＭの出力を電気モータＭの最大出力とし、その不足分をエンジンＥの出力で賄うようにする。また前記ステップＳ３６で、電気モータＭが停止中であれば、電気モータＭの出力低減に伴ってエンジンＥの出力を段階的に増加させ、電気モータＭの出力が０になった時点でエンジンＥの出力を要求出力に一致させる。
【００３２】
尚、登坂中にはエンジンＥの負荷が増加するために、図６のフローチャートのステップＳ３４で、トルクコンバータＣの速度比ｅが０．７５以下になるか、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆがスリップするため、ステップＳ３５で電気モータＭが作動してエンジンＥの出力をアシストすることができる。
【００３３】
以上のように、車両の発進時におけるトルクコンバータＣの速度比ｅが低くトルク増幅率が高い領域で、主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆを駆動するエンジンＥの出力を低減して副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動する電気モータＭの出力を増加させるので、駆動力を前後左右の四輪に配分して主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆのスリップを抑制するとともに、流体伝達による時間遅れのない電気モータＭで副駆動輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動してアクセル操作に対する車両の応答性を向上させることができる。
【００３４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことができる。
【００３５】
例えば、図６のフローチャートのステップＳ３８ではエンジンＥの出力を０にしているが、低摩擦係数路では主駆動輪Ｗｆ，Ｗｆにある程度の出力を持たせることが望ましい。そこでステップＳ３８で、エンジンＥの出力を０にせずに要求出力×０．３程度に設定することも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、エンジンが発生する出力および電気モータが発生する出力をトルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて配分するので、発進時におけるトルクコンバータの速度比が低くトルク増幅率が高い領域で、主駆動輪を駆動するエンジンの出力を低減して副駆動輪を駆動する電気モータの出力を増加させることにより駆動力を四輪に配分し、主駆動輪のスリップを抑制してアクセル操作に対する車両の応答性を向上させることができる。しかも速度比が低い領域でトルクコンバータの効率が低下するのを、エンジンの出力を電気モータの出力でアシストすることに より補償し、燃料消費量を削減する効果も期待できる。更にトルクコンバータの速度比の変化率を考慮することで主駆動輪のスリップ状態を予測できるので、エンジンが発生する出力および電気モータが発生する出力の配分比率を一層適切に制御して主駆動輪のスリップをより効果的に抑制することができる。
【００３７】
また請求項２に記載された発明によれば、トルクコンバータの速度比と、該速度比の変化率とに応じて主駆動輪のスリップ状態を予測し、そのスリップ状態に応じて電気モータの最大出力を変更するので、低摩擦係数路面での発進時等に主駆動輪のスリップを効果的に抑制して走破性を高めることができる。
【００３８】
また請求項３に記載された発明によれば、主駆動輪のスリップ状態に応じて電気モータの最大出力を変更するので、低摩擦係数路面での発進時等に主駆動輪のスリップを効果的に抑制して走破性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ハイブリッド四輪駆動車両の全体構成図
【図２】トルクコンバータの特性を示すグラフ
【図３】メインルーチンのフローチャート
【図４】主駆動輪スリップ判断ルーチンのフローチャート
【図５】電気モータ最大出力決定ルーチンのフローチャー
【図６】電気モータ出力、エンジン出力決定ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
Ｃ トルクコンバータ
Ｅ エンジン
ｅ トルクコンバータの速度比
Ｍ 電気モータ
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
Ｗｆ 主駆動輪
Ｗｒ 副駆動輪

Claims (3)

  1. エンジン（Ｅ）によりトルクコンバータ（Ｃ）を介して駆動される主駆動輪（Ｗｆ）と、エンジン（Ｅ）とは独立して電気モータ（Ｍ）により駆動される副駆動輪（Ｗｒ）とを備えた四輪駆動車両の駆動力制御装置において、
    エンジン（Ｅ）が発生する出力および電気モータ（Ｍ）が発生する出力の配分比率を、トルクコンバータ（Ｃ）の速度比（ｅ）と、該速度比（ｅ）の変化率とに応じて制御する制御手段（Ｕ）を備えたことを特徴とする四輪駆動車両の駆動力制御装置。
  2. 前記制御手段（Ｕ）は、電気モータ（Ｍ）の最大出力をトルクコンバータ（Ｃ）の速度比（ｅ）と、該速度比（ｅ）の変化率とに応じて変化させ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. 前記制御手段（Ｕ）は、前記電気モータ（Ｍ）の最大出力を主駆動輪（Ｗｆ）のスリップ状態に応じて変更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。
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