JP4151617B2

JP4151617B2 - 車両用駆動制御装置

Info

Publication number: JP4151617B2
Application number: JP2004186326A
Authority: JP
Inventors: 英通得能
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-06-24
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2024-06-24
Also published as: US7451850B2; KR100698992B1; KR20060046508A; CN100349770C; EP1609662A1; EP1609662B1; US20050284684A1; CN1721218A; DE602005000659D1; JP2006014451A; DE602005000659T2

Description

本発明は、内燃機関で主駆動輪を駆動すると共に、電動機で補助駆動輪を駆動可能にし、電動機と補助駆動輪との間にクラッチを介装した車両用駆動制御装置に関するものである。

従来、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動モータで駆動可能とするような所謂スタンバイ型の４輪駆動車両では、電動モータと車輪との間にクラッチを介装し、電動モータを駆動しないときには、フリクション損失を小さい状態に保って燃費の悪化を防ぐために、クラッチで電動モータから車輪への動力伝達経路を遮断している（特許文献１参照）。
特開２００２−２００９３２号公報

しかしながら、湿式クラッチ等は、非締結状態にあっても、被動側の車輪が回転していると、油の粘性によって空転トルク（ドラグトルクともいう）が発生し、駆動側の電動モータが連れ回されてしまう。この空転トルクは、僅かなものであるが、クラッチと電動モータとの間に減速機が介装されている等して、電動モータが過回転する可能性がある。回転抵抗（フリクション）の大きな電動モータを使用すれば、連れ回りを抑制できるが、電動モータの形式や構造が制約されることでコストアップの要因となったり、モータ効率が低下したりする。

そこで、本発明は上記の点に着目してなされたものであり、空転トルクが発生するクラッチを電動機と車輪との間に介装する場合でも、空転トルクによる電動機の連れ回りを防止し、回転抵抗の小さな電動機を使用することができる車両用駆動制御装置の提供を課題としている。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用駆動制御装置は、内燃機関で主駆動輪を駆動すると共に、電動機で補助駆動輪を駆動可能にし、電動機と補助駆動輪との間にクラッチを介装したものであって、クラッチが非締結状態で、運転者によるアクセル操作の増加量が所定値以上となるときに、クラッチの空転トルクによる電動機の連れ回りがあると検知し、電動機のトルクをその連れ回りと逆方向の値に制御することを特徴としている。

ここで、空転トルクとは、クラッチが非締結状態にあるときに、被動側の空転により駆動側に伝達されるトルク、つまり被動側が駆動側を連れ回そうとするトルクのことである。

本発明によれば、クラッチの空転トルクによる電動機の連れ回りを検知したときに、電動機のトルクを、その連れ回りと逆方向の値に制御することで、制動作用を及ぼして電動機が過回転するような連れ回りを防止することができるので、回転抵抗の小さな電動機の使用が可能になる。このように、電動機に対する形式や構造の制約が緩和されることで、コストアップや駆動効率の低下といった問題を回避することができる。しかも、アクセル操作の増加量に基づいて電動機の連れ回りを検知することで、電動機の回転加速度や回転速度が実際に増加する前に、連れ回りと逆方向に制動作用を及ぼして、より効果的に電動機の連れ回りを防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明における実施形態の概略構成図であり、前輪１ＦＬ・１ＦＲをエンジン２（内燃機関）で駆動する主駆動輪とし、後輪１ＲＬ・１ＲＲを電動モータ３（電動機）で駆動可能な補助駆動輪とする所謂スタンバイ型の４輪駆動車両である。
エンジン２の出力は、トルクコンバータを有するオートマチックトランスアクスル４を介して前輪１ＦＬ・１ＦＲに伝達されると共に、Ｖベルト５を介してジェネレータ６に伝達される。ジェネレータ６は、エンジン２からの動力によって発電を行い、発電された電力はパワーケーブル７を通じて電動モータ３へ直接供給される。一方、電動モータ３の出力は、二段減速機８と、電磁操作型で湿式多板型のクラッチ９と、ディファレンシャルギヤ１０とを順に介して後輪１ＲＬ・１ＲＲに伝達される。

ジェネレータ６は、発電電圧Ｖを調整するトランジスタ式のレギュレータを備えており、このレギュレータが４ＷＤコントローラ１１からの発電制御指令に応じて界磁電流Ｉｇを調整することによりジェネレータ６の発電電圧Ｖが制御される。
パワーケーブル７の途中には、ジェネレータ６から電動モータ３への電力供給を遮断可能な遮断リレー１２と、電動モータ３の電機子を短絡可能な短絡リレー１３とが配設されており、何れも４ＷＤコントローラ１１からのリレー制御指令に応じて制御される。

電動モータ３は、例えば他励式直流モータで構成され、４ＷＤコントローラ１１からのモータ制御指令に応じて界磁電流Ｉｍが制御されることにより、駆動トルクＴｍが制御される。
また、クラッチ９は、励磁電流の通電時に締結状態となる励磁動作型のクラッチであり、４ＷＤコントローラ１１からのクラッチ制御指令に応じて励磁電流が制御されることにより、電動モータ３から後輪１ＲＬ・１ＲＲへのトルク伝達が制御される。

４ＷＤコントローラ１１は、運転者が操作する４ＷＤスイッチ１４のＯＮ／ＯＦＦ信号を入力し、ＯＦＦであれば、クラッチ９を締結せず、電動モータ３による後輪１ＲＬ・１ＲＲの駆動を停止し（２輪駆動）、ＯＮであれば、クラッチ９を締結し、電動モータ３による後輪１ＲＬ・１ＲＲを駆動する（４輪駆動）。
また、４ＷＤコントローラ１１には、車輪回転センサ１５Ｌ・１５Ｒで検出する前輪の車輪速Ｖｗ_FL・Ｖｗ_FRと、モータ回転センサ１６で検出する電動モータ３の回転速度Ｎｍとが入力される。

次に、４ＷＤコントローラ１１で実行する第１実施形態の逆トルク制御処理を、図２のフローチャートに従って説明する。なお、４輪駆動時の制御処理については、詳細説明を省略する。
この逆トルク制御処理は、所定時間（例えば１０msec）毎に実行され、図２に示すように、先ずステップＳ１で４ＷＤスイッチ１４がＯＦＦであるか否かを判定する。４ＷＤスイッチ１４がＯＮであれば、４輪駆動状態であると判断して逆トルク制御処理を終了し、４ＷＤスイッチ１４がＯＦＦであれば、２輪駆動状態であると判断してステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、モータ回転速度Ｎｍからモータ回転加速度ａを算出する。
続くステップＳ３では、モータ回転加速度ａが所定値ａ１以上であるか否かを判定する。ここで、判定結果がａ＜ａ１であるときには、クラッチ９の空転トルクによる電動モータ３の連れ回りではないと判断して逆トルク制御処理を終了し、一方、判定結果がａ≧ａ１であるときには、クラッチ９の空転トルクによる電動モータ３の連れ回りであると判断してステップＳ４に移行する。ここで、空転トルクとは、クラッチ９が非締結状態にあるときに、被動側の空転により駆動側に伝達されるトルク、つまり被動側が駆動側を連れ回そうとするトルクのことである。

ステップＳ４では、前輪の車輪速Ｖｗ_FL・Ｖｗ_FRに基づいて、車両が前進しているか、後退しているかを判定する。車両が前進しているときには、電動モータ３の連れ回りが前進方向であるため、ステップＳ５に移行して電動モータ３に発生させるモータトルクを後退側に決定し、車両が後退しているときには、電動モータ３の連れ回りが後退方向であるため、ステップＳ６に移行して電動モータ３に発生させるモータトルクを前進側に決定する。

ステップＳ５に、又はＳ６に続くステップＳ７では、短絡リレー１３をＯＮにして、電動モータ３の電機子を短絡させる。
続くステップＳ８では、電動モータ３の界磁電流と通電方向を制御することで、電動モータ３のトルクを連れ回りと逆方向の値に制御し、ブレーキトルクを発生させる。このブレーキトルクは、連れ回りの回転加速度ａを減衰させることができる最小限の値とする。

続くステップＳ９では、モータ回転加速度ａが所定値ａ１未満に復帰したか否かを判定する。ここで、判定結果がａ≧ａ１であるときには、依然として電動モータ３が連れ回りしていると判断して上記ステップＳ８に戻り、一方、判定結果がａ＜ａ１であるときには、電動モータ３の連れ回りがなくなったと判断してステップＳ１０に移行する。
ステップＳ１０では、電動モータ３に対する界磁電流の制御を停止し、ブレーキトルクの発生を停止する。

続くステップＳ１１では、短絡リレー１３をＯＦＦにし、電機子の短絡を解除してから逆トルク制御処理を終了する。
以上、ステップＳ１〜Ｓ３の処理が「連れ回り検知手段」に対応し、ステップＳ４〜Ｓ１１の処理が「逆トルク制御手段」に対応している。
次に、上記第１実施形態の動作や作用効果について説明する。

今、４ＷＤスイッチ１４がＯＦＦにされた２輪駆動状態で走行しているとする（ステップＳ１の判定が“Yes”）。このように、電動モータ３を駆動しないときには、クラッチ９は非締結状態にあるので、フリクション損失を小さい状態に保って燃費の悪化を防ぐことができる。
しかしながら、湿式多板型のクラッチ９は、非締結状態にあっても、被動側の後輪１ＲＬ・１ＲＲが回転していると、油の粘性によって空転トルクが発生し、駆動側の電動モータ３が連れ回されてしまう。この空転トルクは、僅かなものであるが、クラッチ９と電動モータ３との間に介装されている二段減速機８によって、電動モータ３が過回転する可能性がある。回転抵抗（フリクション）の大きな電動モータを使用すれば、連れ回りを抑制できるが、電動モータの形式や構造が制約されることでコストアップの要因となったり、モータ効率が低下したりする。

そこで、本実施形態では、クラッチ９の空転トルクによる電動モータ３の連れ回りを検知したら、つまり４ＷＤスイッチ１４がＯＦＦで、クラッチ９が非締結状態となり（ステップＳ１の判定が“Yes”）、且つモータ回転加速度ａが所定値ａ１以上となったら（ステップＳ３の判定が“Yes”）、短絡リレー１３をＯＮにして電動モータ３の電機子を短絡させると共に、電動モータ３の界磁電流と通電方向を制御することで、電動モータ３のトルクを連れ回りと逆方向の値に制御し、ブレーキトルクを発生させる（ステップＳ４〜Ｓ８）。

これにより、制動作用を及ぼして電動モータ３が過回転するような連れ回りを防止することができるので、回転抵抗の小さな電動モータの使用が可能になる。このように、電動モータ３に対する形式や構造の制約が緩和されることで、コストアップやモータ効率の低下といった問題を回避することができる。
また、クラッチ９を非締結状態にしている間、絶えずブレーキトルクを発生させるのではなく、電動モータ３が連れ回りしている間だけ、その連れ回りの回転加速度ａを減衰させることができる最小限のブレーキトルクを発生させるようにしたので、燃費の悪化を可及的に抑制することができる。

また、クラッチ９が非締結状態で、電動モータ３の回転速度ａが所定値ａ１以上となるときに、電動モータ３の連れ回りであると検知するように構成されているので、この連れ回りを容易に且つ確実に検知することができる。
なお、上記の第１実施形態では、油の粘性によって空転トルクが発生する湿式クラッチを例にして説明したが、これに限定されるものではなく、例えばパウダクラッチもパウダの残留磁気によって空転トルクが発生する。要は、空転トルクが発生するものであれば、如何なるクラッチを使用していても本発明を適用することができる。

また、上記の第１実施形態では、電動モータ３に直流モータを使用しているが、これに限定されるものではなく、交流モータを使用してもよい。この場合、直流を交流に変換するインバータを用いるが、この場合はインバータのスイッチング素子を制御することにより、モータトルクを連れ回りと逆方向の値に制御すればよい。
また、上記の第１実施形態では、電動モータ３の連れ回りを検知したときに、単に連れ回りと逆方向のブレーキトルクを発生させるだけの構成について説明したが、これに限定されるものではなく、ブレーキトルク＝回生トルクとなることから、電気エネルギーをバッテリに回収すれば、エネルギー効率を向上させることができる。

さらに、上記の第１実施形態では、ジェネレータ６で発電した電力を電動モータ３のみに供給しているが、これに限定されるものでなく、バッテリ、点火装置、始動装置、エアコンディショナ等の電装品に供給してもよい。
さらに、上記の第１実施形態では、４ＷＤスイッチ１４の設定状態のみに従って、２輪駆動と４輪駆動とを切換えているが、これに限定されるものではなく、前輪１ＦＬ・１ＦＲのスリップ状態や、運転者のアクセル操作状態に応じて、２輪駆動と４輪駆動の切換えを行ってもよい。

また、上記の第１実施形態では、前輪１ＦＬ・１ＦＲをエンジン２で駆動する主駆動輪とし、後輪１ＲＬ・１ＲＲを電動モータ３で駆動可能な補助駆動輪としているが、これに限定されるものではなく、後輪１ＲＬ・１ＲＲを主駆動輪とし、前輪１ＦＬ・１ＦＲを補助駆動輪としてもよい。
さらに、上記の第１実施形態では、本発明を４輪車両に適用しているが、２輪車両や３輪車両、或いは５輪以上の車両に適用してもよい。

次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
この第２実施形態は、クラッチ９が非締結状態で、アクセル開度の増加量ΔＡが所定値ΔＡ１以上となるときに、電動モータ３の連れ回りであると検知するものである。
すなわち、第２の実施形態の逆トルク制御処理では、図３に示すように、図２の前記ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ９の処理を、夫々新たなステップＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２９に変更したことを除いては、図２の逆トルク制御処理と同様の処理を実行するので、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

ステップＳ２２では、アクセル開度Ａｃｃからその増加量ΔＡを算出する。
ステップＳ２３では、アクセル開度Ａｃｃの増加量ΔＡが所定値ΔＡ１以上であるか否かを判定する。ここで、判定結果がΔＡ＜ΔＡ１であるときには、空転トルクによる電動モータ３の連れ回りはないと判断して逆トルク制御処理を終了し、一方、判定結果がΔＡ≧ΔＡ１であるときには、空転トルクによる電動モータ３の連れ回りがあると判断して前記ステップＳ４に移行する。これは、連れ回りによる電動モータ３の回転加速度が後輪１ＲＬ・１ＲＲの回転加速度に比例し、この後輪１ＲＬ・１ＲＲの回転加速度がアクセル開度Ａｃｃに比例するからである。

ステップＳ２９では、アクセル開度Ａｃｃの増加量ΔＡが所定値ΔＡ１未満に復帰したか否かを判定する。ここで、判定結果がΔＡ≧ΔＡ１であるときには、電動モータ３の連れ回りがあると判断して前記ステップＳ８に戻り、一方、判定結果がΔＡ＜ΔＡ１であるときには、電動モータ３の連れ回りはないと判断して前記ステップＳ１０に移行する。
上記ステップＳ２２、Ｓ２３の処理が「連れ回り検知手段」の一部を構成し、ステップＳ２９の処理が「逆トルク制御手段」の一部を構成している。

このように、上記の第２実施形態によれば、アクセル開度Ａｃｃの増加量ΔＡから電動モータ３の連れ回りを検知することで、電動モータ３の回転加速度ａや回転速度Ｎｍが実際に増加する前に、連れ回りと逆方向のブレーキトルクを発生させ、より効果的に電動モータ３の連れ回りを防止することができる。
その他の作用効果については前述した第１実施形態と同様である。

次に、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
この第３実施形態は、クラッチ９が非締結状態で、電動モータ３の回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ１以上となるときに、電動モータ３の連れ回りであると検知するものである。
すなわち、第３の実施形態の逆トルク制御処理では、図４に示すように、図２の前記ステップＳ２の処理を省略し、前記ステップＳ３、Ｓ９の処理を、夫々新たなステップＳ３３、Ｓ３９に変更したことを除いては、図２の逆トルク制御処理と同様の処理を実行するので、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。

ステップＳ３３では、電動モータ３の回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ１以上であるか否かを判定する。ここで、判定結果がＮｍ＜Ｎｍ１であるときには、空転トルクによる電動モータ３の連れ回りではないと判断して逆トルク制御処理を終了し、一方、判定結果がＮｍ≧Ｎｍ１であるときには、空転トルクによる電動モータ３の連れ回りであると判断して前記ステップＳ４に移行する。

ステップＳ３９では、電動モータ３の回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ１未満に復帰したか否かを判定する。ここで、判定結果がＮｍ≧Ｎｍ１であるときには、依然として電動モータ３が連れ回りしていると判断して前記ステップＳ８に戻り、一方、判定結果がＮｍ＜Ｎｍ１であるときには、電動モータ３の連れ回りがなくなったと判断して前記ステップＳ１０に移行する。

上記ステップＳ３３の処理が「連れ回り検知手段」の一部を構成し、ステップＳ３９の処理が「逆トルク制御手段」の一部を構成している。
このように、上記の第３実施形態によれば、回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ１以上となるか否かを判断することで、電動モータ３の連れ回りを確実に検知することができる。また、その所定値Ｎｍ１を、機械的な耐久性能を考慮して設定すれば、電動モータ３の過回転や過熱を確実に防止することができる。

その他の作用効果については前述した第１実施形態と同様である。
なお、上記の第３実施形態は、第１実施形態をベースにしたものであるが、第２実施形態と組み合わせてもよい。
次に、本発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
この第４実施形態は、電動モータ３の回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ２以下となるまで、電動モータ３のトルクを連れ回りと逆方向の値に制御するものである。

すなわち、第４の実施形態の逆トルク制御処理では、図５に示すように、図２の前記ステップＳ１０の処理の前に、新たなステップＳ４０の判定処理を追加したことを除いては、図２の逆トルク制御処理と同様の処理を実行するので、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
ステップＳ４０では、電動モータ３の回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ２（例えば略０）以下であるか否かを判定する。ここで、判定結果がＮｍ＞Ｎｍ２であるときには、依然として電動モータ３が連れ回りしていると判断して前記ステップＳ８に戻り、一方、判定結果がＮｍ≦Ｎｍ２であるときには、電動モータ３の連れ回りがなくなったと判断して前記ステップＳ１０に移行する。

上記ステップＳ４０の処理が「逆トルク制御手段」の一部を構成している。
このように、上記の第４実施形態によれば、回転速度Ｎｍが所定値Ｎｍ２以下となるまで、電動モータ３のトルクを連れ回りと逆方向の値に制御することで、連れ回りした電動モータ３の回転速度Ｎｍを所望の値（所定値Ｎｍ２）まで確実に低下させることができる。すなわち、所定値Ｎｍ２を略０に設定することで、連れ回りした電動モータ３を略停止させることができる。

その他の作用効果については前述した第１実施形態と同様である。
なお、上記の第３実施形態は、第１実施形態をベースにしたものであるが、第２実施形態や第３実施形態と組み合わせてもよい。

本発明の概略構成図である。第１実施形態の逆トルク制御処理を示すフローチャートである。第２実施形態の逆トルク制御処理を示すフローチャートである。第３実施形態の逆トルク制御処理を示すフローチャートである。第４実施形態の逆トルク制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ＦＬ・１ＦＲ前輪（主駆動輪）
１ＲＬ・１ＲＲ後輪（補助駆動輪）
２エンジン（内燃機関）
３電動モータ（電動機）
４オートマチックトランスアクスル
５Ｖベルト
６ジェネレータ
７パワーケーブル
８二段減速機
９クラッチ
１０ディファレンシャルギヤ
１１４ＷＤコントローラ
１２遮断リレー
１３短絡リレー
１４４ＷＤスイッチ
１５Ｌ・１５Ｒ車輪回転センサ

Claims

内燃機関で主駆動輪を駆動すると共に、電動機で補助駆動輪を駆動可能にし、前記電動機と前記補助駆動輪との間にクラッチを介装した車両用駆動制御装置において、
前記クラッチの空転トルクによる前記電動機の連れ回りを検知する連れ回り検知手段と、該連れ回り検知手段で前記電動機の連れ回りを検知したときに、前記電動機のトルクを当該連れ回りと逆方向の値に制御する逆トルク制御手段と、を備え、
前記連れ回り検知手段は、前記クラッチが非締結状態で、運転者によるアクセル操作の増加量が所定値以上となるときに、前記電動機の連れ回りがあると検知することを特徴とする車両用駆動制御装置。
前記連れ回り検知手段は、前記クラッチが非締結状態で、前記電動機の回転加速度が所定値以上となるときに、当該電動機の連れ回りであると検知することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
前記連れ回り検知手段は、前記クラッチが非締結状態で、前記電動機の回転速度が所定値以上となるときに、当該電動機の連れ回りであると検知することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用駆動制御装置。
前記逆トルク制御手段は、前記電動機の回転速度が所定値以下となるまで、当該電動機のトルクを前記連れ回りと逆方向の値に制御することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両用駆動制御装置。