JPH11332013A - 車両駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンとホイールモータを併用する車両駆
動システムにおけるエンジン始動関連の構成の設計の容
易化と、小型化を可能にする。 【解決手段】 補機バッテリ２０の電力が、ＤＣ／ＤＣ
コンバータ３２により昇圧されてキャパシタ２４に蓄え
られる。キャパシタ２４の電力で、ホイールモータ２６
がアシスト推進力を発生する。エンジン１０を始動する
スタータモータ４４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の昇
圧側のキャパシタ２４に接続されている。エンジン始動
の際は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の昇圧機能により、
補機バッテリ２０からの電力が、エンジン始動に必要な
電圧の電力に変換され、キャパシタ２４に蓄えられる。
既存の構成要素であるＤＣ／ＤＣコンバータ３２やキャ
パシタ２４を利用して、スタータモータ４４への供給電
圧を自由に設定できる。供給電圧の高圧化によりスター
タモータ４４を小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンとアシス
トモータによって車両の推進力を発生する車両駆動シス
テムに関し、特に、エンジン始動関連の構成の改良に関
する。アシストモータは、例えば、ホイールに設けられ
るホイールモータである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、低公害などの観点から電気自
動車が注目されている。電気自動車の一種に、ホイール
モータ付き車両がある。図１は、ホイールモータ付き車
両の構成の一例を示している。内燃機関であるエンジン
１０は、変速機１２および車軸１４を介してフロントホ
イール１６に接続されている。エンジン１０の出力によ
りフロントホイール１６が駆動される。エンジン１０は
スタータモータ１８により始動され、スタータモータ１
８は、補機バッテリ２０の電力によって駆動される。補
機バッテリ２０の電圧は、例えば１２Ｖである。補機バ
ッテリ２０は、エンジン１０の出力で駆動されるオルタ
ネータ１９の発電電力によって充電される。

【０００３】補機バッテリ２０の電力に対してＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ２２にて昇圧が行われる。昇圧後の電力は
キャパシタ２４に蓄えられる。キャパシタ２４からイン
バータを介して左右のホイールモータ２６に電力が供給
される。ホイールモータ２６のステータは車体側に固定
され、ロータはリアホイール２８に固定されている。従
って、ホイールモータ２６の出力によりリアホイール２
８が駆動される。

【０００４】上記のように、図１のシステムでは、補機
バッテリ２０の電力が高圧電力に変換され、変換された
電力を用いてホイールモータ２６が駆動される。キャパ
シタ２４は、昇圧された電力を一時的に蓄えるためのも
のである。また、車両の減速時には、ホイールモータ２
６が回生制動を行い、回生制動により発電された電力も
キャパシタ２４に蓄えられる。

【０００５】図１のシステムでは、エンジン１０が車両
の主推進力を発生し、ホイールモータ２６はアシスト推
進力を発生する。例えば、例えば雪道の上り坂のよう
に、路面の摩擦係数が低い状況においては、フロントホ
イール１６がスリップすることがある。このとき、ホイ
ールモータ２６のアシスト推進力によりリアホイール２
８が駆動され、車両が安定して走行する。また、ホイー
ルモータ２６の回生制動で得られた電力により、ホイー
ルモータ２６を駆動できる。このようにして、アシスト
モータとしてのホイールモータ２６を設けたことによ
り、車両の運動性能を向上し、また、燃費の向上を図る
ことができる。

【０００６】さらに、モータをホイールに直接に取り付
けたことにより、（１）ドライブシャフト等の伝達系部
品およびそのためのスペースを省略でき、伝達損失も少
なくなる、（２）１つのモータの駆動力を左右輪に分配
するのではなく、左右のホイールに独立して駆動力を与
えられるので、従って、左右の駆動力を独立して制御す
ることができ、これにより高い運動性能が得られる、と
いった利点が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１のシステ
ムには、エンジン始動に関して以下の問題がある。図１
のシステムでは、補機バッテリ２０の電力でスタータモ
ータ１８が回転し、これによりエンジン１０が始動され
る。エンジン１０のクランキングに必要なトルクは、エ
ンジン仕様により決まる。一方、スタータモータ１８へ
の供給電圧は、補機バッテリ２０の電圧により決まって
おり、供給電圧を自由に変えることはできない。そのた
め、システムの開発では、予め決まった供給電圧の電力
でエンジン側の要求トルクを出さなければならないの
で、スタータモータの設計が容易でないことがある。ま
た、供給電圧を変えられないので、エンジン側の要求ク
ランキングトルクに応じてスタータモータの大型化が必
要になり、大型化に伴い効率が低下し、コストが増大し
てしまう。スタータモータの電流値を上げるためにリレ
ーやワイヤーハーネス等の関連部品の変更が必要にな
り、部品変更によってコストが増大することもあった。

【０００８】また、補機バッテリ２０の蓄電量の低下が
生じると、スタータモータ１８に十分な電力を供給でき
なくなり、エンジン１０の始動も困難になってしまう。
寒冷地ではこのような状況が発生しやすく、また、バッ
テリ性能が低下したときにもこのような状況が発生しや
すい。特に、図１のシステムでは、補機バッテリ２０の
電力を用いてホイールモータ２６が駆動されるので、そ
のために補機バッテリ２０の蓄電量の減少を招く可能性
もある。

【０００９】参考技術として、特開平５−２９６１２８
号公報では、エンジン始動のための専用コンデンサを設
けることにより始動性の向上が図られている。補機バッ
テリの電力で専用コンデンサが充電され、専用コンデン
サの電力でスタータモータが駆動する。補機バッテリの
電圧値が下がったときは、他のエネルギ源からの電力を
利用して専用コンデンサが充電され、始動性が確保され
る。しかしながら、同公報のシステムでは、専用コンデ
ンサの充電電圧は補機バッテリと同等であり、従って、
上述したスタータモータ関連の問題は依然として解消さ
れない。また、専用コンデンサおよび関連装置を設けな
ければならないという不利な点がある。さらに、同公報
のシステムは、ホイールモータのようなアシストモータ
付きの駆動システムに関するものではない。

【００１０】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、エンジンとアシストモータとを有す
る車両駆動システムにおけるエンジン始動関連の構成を
改良し、スタータモータの設計の容易化やコストの低減
を可能にすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、車両の主推進力を発生するエンジンと、
車両のアシスト推進力を発生するアシストモータと、補
機蓄電手段からの供給電力を前記アシストモータで要求
される電圧の電力へ昇圧変換する電力コンバータと、前
記電力コンバータによって昇圧された電力を一時的に蓄
え、蓄えた電力を前記アシストモータへ供給するモータ
用蓄電手段と、を含む車両駆動システムにおいて、前記
モータ用蓄電手段に接続されたエンジン始動用のスター
タモータと、エンジン始動の前に前記電力コンバータを
制御して、前記補機蓄電手段からの供給電力をエンジン
始動に必要な電圧の電力に昇圧変換して前記モータ用蓄
電手段に蓄える始動用充電制御手段と、を含み、前記モ
ータ用蓄電手段に蓄えられたエンジン始動用の電力を用
いて前記スタータモータを駆動して前記エンジンを始動
することを特徴とする。前記補機蓄電手段は例えば補機
バッテリであり、モータ用蓄電手段は例えばキャパシタ
やコンデンサである。

【００１２】本発明によれば、エンジン始動用のスター
タモータは、補機蓄電手段ではなくモータ用蓄電手段に
接続されている。エンジン始動の前に、補機蓄電手段か
らの電力の昇圧が電力コンバータにより行われ、昇圧側
でモータ用蓄電手段に電力が蓄えられる。電力コンバー
タを利用することにより、スタータモータへの供給電力
の電圧を任意に設定できる。供給電圧の制約が軽減され
るので、スタータモータの設計が容易になる。また、供
給電圧を高くできるので、スタータモータを小型化で
き、スタータモータへの起動電流を低下でき、さらに、
安価な関連部品（リレーやワイヤーハーネス等）を採用
できる。従って、スタータモータの小型化、高効率化、
低コスト化を図ることができる。また、スタータモータ
への供給電圧を高くできるのでエンジン始動が容易にな
り、寒冷地等でも確実なエンジン始動が可能になる。

【００１３】ここで特に、本発明が適用されるタイプの
システムでは、上記の如く、補機蓄電手段からの電力の
昇圧を電力コンバータで行うことによってアシストモー
タ駆動電力を得る構成が採用されている。そのため、電
力コンバータによる昇圧後のモータ駆動用の電力を一時
的に蓄える蓄電手段が必要である。このモータ用蓄電手
段および電力コンバータを利用することにより、スター
タモータへの供給電圧を自由に設定できる。従って、部
品の追加や構造の複雑化を必要とせずに、既存の構成要
素を利用した簡単な構成にて、上述のような設計の容易
化、スタータモータの小型化等の好適な効果が得られ
る。

【００１４】なお、好ましくは、本発明の始動用充電制
御手段は、車両駆動システムの少なくとも一部を制御す
る制御装置に一体的に設けられる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明
する。図２は、本実施形態の車両駆動システムの構成を
示している。図２において、図１と共通の構成要素に
は、図１と同一の符号が付されている。図１と同様に、
車体のフロント部に搭載されたエンジン１０の出力が、
変速機１２および車軸１４を介してフロントホイール１
６に伝達され、フロントホイール１６が駆動される。

【００１６】一方、ホイールモータ２６を含むパワーア
シスト関連の構成には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が設
けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、周知の構
成を有するものでよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２によ
り、１２Ｖの補機バッテリ２０からの電力の昇圧が行わ
れ、昇圧側では電力がキャパシタ２４に蓄えられる。こ
のように、本実施形態のシステムでは、ＤＣ／ＤＣコン
バータ３２を内蔵していることから、ホイールモータ２
６を駆動する電力を一時的に蓄えるために、上記のキャ
パシタ２４を設ける必要がある。通常は、ホイールモー
タ２６を駆動するのに必要な電圧を目標にした電力変換
が行われる。後述するように、エンジン始動時には、エ
ンジン始動に適当な電圧を目標にした電力変換が行われ
る。なお、キャパシタ２４の代わりに電界コンデンサを
設けることも好適である。

【００１７】キャパシタ２４に蓄えられた電力は、イン
バータ３４を介して左右のホイールモータ２６に供給さ
れる。インバータ３４は、複数のスイッチング素子を有
し、キャパシタ２４から送られる直流電力を交流電力に
変換する。ホイールモータ２６は、例えば３相交流式の
ＰＭ同期モータである。ホイールモータ２６のステータ
は車両側に固定され、ロータはリアホイール２８に固定
されている。従って、ホイールモータ２６の出力により
リアホイール２８が駆動される。

【００１８】システムＥＣＵ３６は、ホイールモータ２
８による図２のパワーアシストシステムを制御してい
る。システムＥＣＵ３６は、ホイールモータ２６、キャ
パシタ２４、補機バッテリ２０およびエンジン１０を含
む各種の構成要素およびそれらの要素に設けられたセン
サから入力される信号に基づいて動作する。システムＥ
ＣＵ３６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２に制御信号を出
力して、昇圧動作を行わせる。また、システムＥＣＵ３
６は、インバータ３４のスイッチング動作を制御する信
号を生成し、出力する。ホイールモータ２６に所望のト
ルクを発生させる交流電流を生成するためのスイッチン
グ信号が生成される。また、車両の減速時には、ホイー
ルモータ２６に回生制動を行わせるスイッチング信号が
生成される。回生制動により発電された電力は、キャパ
シタ２４に充電される。さらに、システムＥＣＵ３６
は、本発明の始動用充電制御手段としても機能する。ま
た、エンジン１０は、図示しないエンジンＥＣＵにより
制御されているが、このエンジンＥＣＵもシステムＥＣ
Ｕ３６に一体化されている。

【００１９】さらに、図２のシステムには、補機バッテ
リ２０の両端の電圧を検出する電圧センサ４０と、キャ
パシタ２４の両端の電圧を検出する電圧センサ４２が設
けられている。電圧センサ４０、４２の検出信号はシス
テムＥＣＵ３６に送られる。次に、エンジン始動関連の
構成を説明する。エンジン１０は、スタータモータ４４
により始動される。図２ではエンジン１０とスタータモ
ータ４４が離れて示されているが、実際にはスタータモ
ータ４４はエンジン１０または変速機１２と連結されて
いる。本実施形態の特徴として、スタータモータ４４
は、キャパシタ２４から電力の供給を受ける。つまり、
スタータモータへ電力を印可する電源系が、従来の補機
バッテリから、ＤＣ／ＤＣコンバータの高圧側のキャパ
シタへと変更されている。スタータスイッチ４６が閉じ
られるとスタータモータ４４に電力が供給され、スター
タモータ４４が駆動し、エンジン１０がクランキングさ
れる。スタータスイッチ４６の開閉もシステムＥＣＵ３
６により制御される。

【００２０】図２のシステムでは、図１を用いて説明し
たように、エンジン１０が車両の主推進力を発生し、ホ
イールモータ２６はアシスト推進力を発生する。雪道の
上り坂のような状況では、ホイールモータ２６のアシス
ト推進力、つまりリアホイール２８の駆動力を利用する
ことで、車両の運動性能を向上できる。キャパシタ２４
に蓄えられた電気エネルギがアシスト推進力の発生に使
われると、再びキャパシタ２４の充電が行われる。蓄え
られた電力は、次にアシスト推進力が必要になったとき
にまた使われる。また、ホイールモータ２６の回生制動
で得られた電力がキャパシタ２４に蓄えられ、この電力
を使ってホイールモータ２６が駆動される。これによ
り、燃費の向上を図ることができる。

【００２１】図３は、本実施形態の車両駆動システムの
全体的な制御を示している。イグニッションスイッチ
（図示せず）がオンになると（Ｓ１００）、システムＥ
ＣＵ３６が立ち上げられ（Ｓ１０１）、エンジン始動制
御が行われる（Ｓ１０２）。エンジン始動制御の詳細は
後述する。エンジンが始動すると、アシストシステム、
すなわち、ホイールモータ２６に関連するシステムが立
ち上げられる（Ｓ１０３）。そして、走行制御が行われ
（Ｓ１０４）、イグニッションスイッチがオフになった
か否かが判断される（Ｓ１０５）。イグニッションがオ
フでなければ走行制御が継続され、イグニッションがオ
フであれば、全体処理は終了する。

【００２２】図４は、図３のＳ１０２におけるエンジン
始動制御処理を示している。システムＥＣＵ３６は、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ３２を制御して、昇圧動作を行わせ
る（Ｓ２００）。これにより、補機バッテリ２０からの
電力の昇圧が行われ、昇圧後の電力がキャパシタ２４に
蓄えられる。補機バッテリ２０と異なり、キャパシタ２
４については、電圧をコントロールして高電圧までの充
電ができる。そこで、キャパシタ２４の充電電圧の目標
値を例えば５０Ｖに設定する。システムＥＣＵ３６は、
タイマを監視して、所定のタイマ時間が経過したか否か
を判定する（Ｓ２０１）。所定タイマ時間が経過してし
まった場合にはＳ２０３に進む。タイマ時間が経過して
いなければ、システムＥＣＵ３６は、電圧センサ４２の
検出信号を基に、キャパシタ２４の電圧が５０Ｖより高
くなったか否かを判定する（Ｓ２０２）。キャパシタ電
圧が５０Ｖ以下であれば、コンバータ駆動を継続する。
キャパシタ電圧が５０Ｖを上回ったら、システムＥＣＵ
３６はＤＣ／ＤＣコンバータ３２を停止する（Ｓ２０
３）。そして、スタータスイッチ４６が閉じられ、キャ
パシタ２４からスタータモータ４４に電流が流れる。キ
ャパシタ２４は、内部抵抗が小さく、大電流を短時間で
スタータモータ４４に供給できる。これにより、スター
タモータ４４が駆動され、エンジン１０のクランキング
が行われる（Ｓ２０４）。周知のように、このとき、エ
ンジン１０には適当な量の燃料が供給され、補機バッテ
リ２０の電力を用いたスパークプラグの点火が行われ
る。システムＥＣＵ３６は、エンジン回転数を所定のし
きい回転数と比較することによって、エンジンが始動し
たか否かを判定する（Ｓ２０５）。エンジン回転数は、
エンジン１０に設けられた回転センサ（図示せず）か
ら、直接あるいはエンジンＥＣＵを経由して、システム
ＥＣＵ３６に入力されている。エンジンが始動していれ
ば、図４の処理を終了し、図３のＳ１０３へ進む。エン
ジンが始動してなければ、Ｓ２００に戻り、再び、上記
の一連の処理を行う。

【００２３】以上、本発明の好適な実施形態を説明し
た。本実施形態では、スタータモータ４４が、補機バッ
テリ２０ではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の昇圧側
のキャパシタ２４に接続されている。そして、スタータ
モータ４４の駆動の前に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の
昇圧機能を用いてキャパシタ２４が充電される。図４の
例では、キャパシタ２４の電圧値が５０Ｖを越えるまで
充電が行われる。このように、電力コンバータを利用す
ることにより、スタータモータ４４への供給電力の電圧
を任意に設定できるので、システム開発時のスタータモ
ータ４４の設計が容易である。また、スタータモータ４
４への供給電圧を高くできるので、スタータモータ４４
を小型化でき、また、スタータモータ４４への起動電流
を低下できる。さらに、スタータモータ４４の関連部品
（リレーやワイヤーハーネス等）に安価なものを採用で
きる。

【００２４】また、本実施形態では、スタータモータ４
４への供給電圧を高くしているので、エンジン始動が容
易になる。補機バッテリ２０の電圧が下がっている状況
でも、補機バッテリ２０に残っているエネルギを利用し
て、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の昇圧機能により、バッ
テリ電圧より高い電圧をエンジン始動のために作り出せ
る。従って、寒冷地等でも確実なエンジン始動が可能に
なる。

【００２５】また、本発明は、図２に示した本実施形態
のシステムには限定されず、他のシステムにも同様に本
発明が適用される。

【００２６】また、本実施形態に好適に適用可能なＤＣ
／ＤＣコンバータは、例えば、以下のようなものであ
る。ただし、本発明は、下記に例示するＤＣ／ＤＣコン
バータを適用したシステムには限定されない。

【００２７】また、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータ
には、周知のフライバックコンバータやフォワードコン
バータ、その他の適当なコンバータを適用すればよい。
そのようなコンバータを使って、周期の方法に従って、
補機バッテリ側からキャパシタ側への昇圧駆動が行われ
る。

【発明の効果】本発明が適用されるタイプのシステムで
は、補機蓄電手段からの電力の昇圧を電力コンバータで
行うことによってアシストモータを駆動する電力を得る
構成が採用されている。そのため、電力コンバータによ
る昇圧後のモータ駆動電力を一時的に蓄える蓄電手段が
必要である。このモータ用蓄電手段および電力コンバー
タを利用することにより、スタータモータへの供給電圧
を自由に設定できる。従って、部品の追加や構造の複雑
化を必要とせずに、既存の構成要素を利用した簡単な構
成にて、スタータモータの設計の容易化、スタータモー
タの小型化等の好適な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のホイールモータ付き車両駆動システム
の構成を示す図である。

【図２】 本発明の実施形態のホイールモータ付き車両
駆動システムを示す図である。

【図３】 図２のシステムの全体処理を示すフローチャ
ートである。

【図４】 図３のエンジン始動処理を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０ エンジン、１６ フロントホイール、１８，４４
スタータモータ、１９ オルタネータ、２０ 補機バ
ッテリ、２２，３２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４ キ
ャパシタ、２６ ホイールモータ、２８ リアホイー
ル、３４ インバータ、３６ システムＥＣＵ、４０，
４２ 電圧センサ、４６ スタータスイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の主推進力を発生するエンジンと、 車両のアシスト推進力を発生するアシストモータと、 補機蓄電手段からの供給電力を前記アシストモータで要
   求される電圧の電力へ昇圧変換する電力コンバータと、 前記電力コンバータによって昇圧された電力を一時的に
   蓄え、蓄えた電力を前記アシストモータへ供給するモー
   タ用蓄電手段と、 を含む車両駆動システムにおいて、 前記モータ用蓄電手段に接続されたエンジン始動用のス
   タータモータと、 エンジン始動の前に前記電力コンバータを制御して、前
   記補機蓄電手段からの供給電力をエンジン始動に必要な
   電圧の電力に昇圧変換して前記モータ用蓄電手段に蓄え
   る始動用充電制御手段と、 を含み、前記モータ用蓄電手段に蓄えられたエンジン始
   動用の電力を用いて前記スタータモータを駆動して前記
   エンジンを始動することを特徴とする車両駆動システ
   ム。