JP4268954B2 - 電動4輪駆動車の制御装置,電動駆動システムおよび電動4輪駆動車 - Google Patents

電動4輪駆動車の制御装置,電動駆動システムおよび電動4輪駆動車 Download PDF

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Description

本発明は、電動4輪駆動車の制御装置,電動駆動システムおよび電動4輪駆動車に係り、特に、手動変速機とクラッチを備えた電動4輪駆動車に用いるに好適な電動4輪駆動車の制御装置,電動駆動システムおよび電動4輪駆動車に関する。
最近、前輪もしくは後輪をエンジンにて駆動し、後輪もしくは前輪をモータにて駆動する電動4輪駆動車が実用化されている。ここで、変速機として手動変速機を用い、エンジンの出力軸と手動変速機の入力軸の間にクラッチを設けた電動4輪駆動車においては、例えば、特開2004−254374号公報に記載のように、クラッチの接続時は通常のモータトルク制御を行い、クラッチがオフになるとロードロードに応じてモータトルク制御を行うものが知られている。
特開2004−254374号公報
しかしながら、特開2004−254374号公報記載のものでは、クラッチの締結と遮断状態におけるモータトルク制御についてしか記載されておらず、車両の発進時や変速時において、クラッチが半締結(半クラッチ)状態になった際には、スムーズな車両の走行性が確保できないという問題があった。
本発明の目的は、スムーズな車両走行性が得られる電動4輪駆動車の制御装置,電動駆動システムおよび電動4輪駆動車を提供することにある。
(1)上記目的を達成するために、本発明は、第1の車輪をエンジンで駆動し、第2の車輪を電動機で駆動し、前記エンジンの駆動力が手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達される電動4輪駆動車に用いられ、前記電動機の駆動を制御する電動4輪駆動車の制御装置であって、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結の度合いを入力信号とし、この入力信号に応じて、前記電動機の駆動力を制御するための信号を出力する制御手段を備え、前記制御手段は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御するようにしたものである。
かかる構成により、スムーズな車両走行性が得られるが得られるものとなる。
)上記()において、好ましくは、前記制御手段は、前記クラッチの解放位置近傍においては、前記電動機の駆動力が0となるように前記信号を出力するようにしたものである。
)上記()において、好ましくは、前記制御手段は、前記電動4輪駆動車のアクセルペダルが踏み込まれたことを検出すると、前記電動機の駆動力が所定の駆動力となるように前記信号を出力するようにしたものである。
)上記(1)において、好ましくは、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率に応じて、前記電動機の駆動力を制御するための信号を出力する制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、スムーズな車両走行性が得られるが得られるものとなる。
)また、上記目的を達成するために、本発明は、第1の車輪をエンジンで駆動し、第2の車輪を電動機で駆動し、前記エンジンの駆動力が手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達される電動4輪駆動車に用いられる電動駆動システムであって、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記第2の車輪を駆動する前記電動機と、前記発電機の発電力及び前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、スムーズな車両走行性が得られるが得られるものとなる。
)さらに、上記目的を達成するために、本発明は、第1の車輪を駆動するエンジンと、第2の車輪を駆動する電動機と、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機の発電力及び前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、前記エンジンの駆動力が手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達されるようになっており、前記制御装置は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
かかる構成により、スムーズな車両走行性が得られるが得られるものとなる。
本発明によれば、電動4輪駆動車におけるスムーズな車両走行性を得ることができる。
以下、図1〜図10を用いて、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置を搭載した電動4輪駆動車の全体構成について説明する。
図1は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置を搭載した電動4輪駆動車の全体構成を示すシステムブロック図である。
本実施形態による電動4輪駆動車は、駆動力源として、エンジン1及びモータ5を備えている。エンジン1の駆動力は、クラッチ18,手動変速機12及び第1の車軸を介して、左右の前輪14R,14Lに伝達され、前輪14R,14Lを駆動する。クラッチ18が締結されると、エンジン1の回転力は、クラッチ18,手動変速機12を介して前輪軸に伝えられ、前輪14R,14Lを駆動する。クラッチ18が開放されると、エンジン1は前輪14R,14L側から機械的に切り離され、前輪14R,14Lは駆動力を路面に伝えないものである。クラッチ18の締結・解放は、クラッチペダルを介し運転者により操作される。
モータ5の駆動力は、クラッチ4,デファレンシャルギヤ3及び第2の車軸を介して、左右の後輪15R,15Lに伝達され、後輪15R,15Lを駆動する。クラッチ4が締結されると、モータ5の回転力は、クラッチ4,デファレンシャルギヤ3を介して後輪軸に伝えられ、後輪15R,15Lを駆動する。クラッチ4が開放されると、モータ5は後輪15R,15L側から機械的に切り離され、後輪15R,15Lは駆動力を路面に伝えないものである。クラッチ4の締結・解放は、4WDコントロールユニット(4WDCU)6によって制御される。
4WDCU6は、通常の発進時は、例えば、ドライ路(高μ路)のように、スリップが発生しない状態(前輪車速と後輪車速が等しい場合)には、発進時から車輪速(前輪車速と後輪車速の平均値)が5km/hになるまでは、クラッチ4を締結する。車輪速が5km/hを越えると、クラッチ4を解放する。また、4WDCU6は、通常は、例えば、ウェット路(低μ路)のように、スリップが発生した状態(前輪車速と後輪車速が異なる場合)には、発進時から車輪速(前輪車速と後輪車速の平均値)が30km/hになるまでは、クラッチ4を締結する。車輪速が30km/hを越えると、クラッチ4を解放する。さらに、4WDCU6は、変速中においてクラッチ18が半クラッチ状態若しくは解放状態の時は、車速に拘わらず、クラッチ4を締結する。
ここで、クラッチ18の半クラッチ状態とは、クラッチの締結率が0%より大きく、かつ、100%より小さい状態であり、クラッチ18が滑りながら、トルク伝達している状態である。本実施形態では、4WDCU6は、発進時,若しくは変速時のように、クラッチ18が半クラッチ状態の時、クラッチの締結の度合いに応じて、モータ5のトルクを算出し、そのトルクをモータ5が出力するように、モータ5を制御する。
なお、モータ5は、例えば、正転逆転の切替えが容易な直流分巻モータ、または他励直流モータを用いている。または、モータ5としては、交流駆動の3相同期モータを用いることもできる。さらに、以上の説明では、前輪14R,14Lをエンジン1で駆動し、後輪15R,15Lをモータ5で駆動する4輪駆動車両として説明しているが、前輪をモータで駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものである。
エンジンルーム内には、通常の充電発電システムを行う補機用発電機(ALT1)13及び補機バッテリ11が配置される。補機用発電機13は、エンジン1によってベルト駆動され、その出力は補機バッテリ11に蓄積される。
また、補機用発電機13の近傍には、高出力発電機(ALT2)2が配設されている。高出力発電機(ALT2)2は、エンジン1によりベルト駆動され、その出力によってモータ5が駆動される。高出力発電機(ALT2)2の発電電力は、4WDCU6によって制御される。高出力発電機(ALT2)2の発電電力が変化すると、モータ5の出力であるモータトルクが変化する。すなわち、4WDCU6は、高出力発電機(ALT2)2に対して出力の指令値(高出力発電機の界磁電流値が所定値となるようなデューティ信号)を出力することにより、高出力発電機(ALT2)2の発電電力が変化する。高出力発電機(ALT2)2の発電電力は、モータ5の電機子コイル5bに印加され、モータ5の出力(モータトルク)が変化する。4WDCU6は、高出力発電機2の出力(発電電力)を制御することにより、モータ5の出力(モータトルク)を制御する。さらに、モータ5が高回転となる領域では、4WDCU6は、モータ5の界磁コイル5aに流す界磁電流を弱め界磁制御することにより、モータ5を直接制御して、モータ5が高速回転可能となるように制御する。
エンジン1の出力は、エンジンコントロールユニット(ECU)8からの指令により駆動される電子制御スロットル(図示せず)により制御される。電子制御スロットルには、アクセル開度センサ(図示せず)が設けられており、アクセル開度(スロットル開度)を検出する。なお、電子制御スロットルの代わりにメカリンクのアクセルペダル及びスロットルを用いる場合には、アクセルペダルにアクセル開度センサを設けることができる。また、エンジン1と手動変速機12の間にはクラッチペダルにて運転者が操作できるクラッチ18が設けられ、運転者の意思によりエンジン1の駆動力を調整することができる。クラッチ18には、締結・解放を検出できるクラッチ位置センサが設けられ、4WDCU6に取り込まれる。
手動変速機コントローラ(TCU)9は、手動変速機12を制御する。アクセル開度センサの出力は、4WDCU6に取り込まれる。
前輪14R,14L及び後輪15R,15Lの各車輪には、回転速度を検出する車輪速センサ16R,16L,17R,17Lが設けられている。また、ブレーキには、アンチロックブレーキコントロールユニット(ACU)10によって制御されるアンチロックブレーキアクチュエータが設けられている。
各信号線は、エンジンコントロールユニット(ECU)8又は、手動変速機コントロールユニット(TCU)9又は他の制御ユニットのインターフェイスから車内LAN(CAN)バス経由で4WDコントロールユニット(4WDCU)6に入手するようにしてもよいものである。
高出力発電機2とモータ5の間には、大容量リレー(リレー)7が設けられ、高出力発電機2の出力を遮断できる構成とする。リレー7の開閉は、4WDCU6によって制御される。
次に、図2を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の構成について説明する。
図2は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の構成を示すブロック図である。
4WDCU6は、運転モード判定手段110と、ドライバ手段120と、モータトルク算出手段130と、クラッチ締結判定手段140とを備えている。4WDCU6には、入力信号として、車輪速信号(VW)と、スロットル開度(TVO)、シフト位置信号(SFT)と、モータ電機子電流(Ia)と、モータ界磁電流信号(If)と、モータ回転数信号(Nm)と、エンジン回転数(TACHO)と、クラッチ位置信号(CLPOS)が入力する。
車輪速信号(VW)は、車輪速センサ16R,16L,17R,17Lによってそれぞれ検出された右前輪車輪速VWF_RHと、左前輪車輪速VWF_LHと、右後輪車輪速VWR_RHと、左後輪車輪速VWR_LHとからなる。なお、4WDCU6は、内部において、右後輪車輪速VWR_RHと左後輪車輪速VWR_LHとから平均値である後輪平均速VWRを算出する。また、4WDCU6は、右前輪車輪速VWF_RHと左前輪車輪速VWF_LHとから平均値である前輪平均速VWFを算出する。さらに、4WDCU6は、後輪平均速VWRと前輪平均速VWFとから平均値である車輪速(車速)を算出する。
アクセル開度信号(TVO)は、前述のアクセル開度センサの出力が入力する。4WDCU6は、アクセル開度信号(TVO)がアクセル開度3%となると、アクセルオン信号を生成し、3%未満になるとアクセルオフ信号を生成する。なお、アクセルオンと判断するときのしきい値を3%として、アクセルオフと判断するときのしきい値を1%として、オンオフ判定のしきい値にヒステリシス特性をもたせることも可能である。
シフト位置信号(SFT)は、シフトレバーの近傍に備えられたシフトポジションセンサの出力が入力する。ここでは、シフト位置が1速,2速,3速,4速,5速のいずれかのレンジになっているかの信号が入力する。
モータ電子機電流(Ia)は、高出力発電機(ALT2)2の出力電流でありモータの電機子コイル5bに流れる電流である。モータ界磁電流信号(If)は、モータ5の界磁コイル5aに流れる界磁電流である。モータ回転数信号(Nm)は、モータ5の回転数を示す信号である。エンジン回転数(Nm)は、エンジン1の回転数を示す信号である。
クラッチ位置信号(CLPOS)は、クラッチ18の締結状態を示す信号でありクラッチプレートの位置信号である。
運転モード判定手段110は、車輪速信号(VW)と、アクセル開度信号(TVO)と、シフト位置信号(SFT)とに基づいて、4輪駆動のモードを判定する。判定されたモードとしては、2WDモード(運転モード2)、4WD待機モード(運転モード3)、車両クリープモード(運転モード4)、4WDモード(運転モード5)、停止シーケンスモード(運転モード6)がある。
ドライバ手段120は、運転モード判定手段110が判定した運転モード(運転モード1,2,…,6)及びモータトルク算出手段130が算出したモータトルクに基づいて、高出力発電機(ALT2)2の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するための発電機界磁電流制御信号(C1)と、モータ5の界磁コイル5aに流れる界磁電流を制御するためのモータ界磁電流制御信号(Dif)と、リレー7の開閉を制御するリレー駆動信号(RLY)と、クラッチ4の締結・解放を制御するクラッチ制御信号(CL)とを出力する。ドライバ手段120の詳細については、図7を用いて後述する。
モータトルク算出手段130は、車速や前後輪の車速の差に応じて、必要とされるモータトルクを算出するものであり、その詳細については、図3を用いて後述する。
クラッチ締結判定手段140は、クラッチ位置信号(CLPOS)と、車輪速信号(VW)と、モータ回転数信号(Nm)とに基づいて、クラッチの締結状態を判定する。その詳細については、図8を用いて後述する。
次に、図3を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のモータトルク算出手段130の構成について説明する。
図3は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のモータトルク算出手段の構成を示すブロック図である。
モータトルク算出手段130は、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131と、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132と、トルク切替手段133とを備えている。
クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、ドライ路等においてモータ5が出力すべきトルクを算出する。クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131によるトルク算出方法については、図4及び図6を用いて後述する。スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、低μ路等において車輪のスリップが検出された場合に、モータ5が出力すべきトルクを算出する。スリップ感応トルク(TQDV)算出手段112によるトルク算出方法については、図5を用いて後述する。トルク切替手段113は、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131が算出したクラッチ感応トルク(TQCL)と、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132が算出したスリップ感応トルク(TQDV)の内、大きい方のトルクをモータトルク目標値(MTt)として出力する。
ここで、図4を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131の発進時における動作について説明する。
図4は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段による発進時のトルク算出方法の説明図である。図4において、横軸は前述したクラッチ締結状態(CLJUD)を示している。図4の縦軸はクラッチ感応トルク(TQCL)を示している。
図4に示すように、クラッチ締結状態(CLJUD)が0%の場合には、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、0Nmを出力し、クラッチ締結状態(CLJUD)が100%の場合には、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、4.5Nmを出力する。クラッチ締結状態(CLJUD)が0%〜100%の間では、図示するように、クラッチ感応トルク(TQCL)が、例えば、0Nm〜4.5Nmで直線的に変化する値を出力する。しかし、車輪速信号(VW)が5km/hより速い場合には、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、0Nmを出力する。
また、発進性能向上のため、クラッチ締結状態(TQJUD)が0%以外の時で、アクセルペダルが踏まれた時は、例えば、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、4.5Nmを出力する。これは、運転者がクラッチ18を締結しようとしていること、アクセルペダルが踏まれていることにより、発進の意図が明確であるからである。
なお、図中、一点鎖線で示すように、クラッチ締結状態(TQJUD)が小さい範囲,例えば、0%〜15%の範囲では、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、0Nmを出力するようにしてもよいものである。そして、クラッチ締結状態(CLJUD)が15%〜100%の間では、図示するように、クラッチ感応トルク(TQCL)が、例えば、0.7Nm〜4.5Nmで直線的に変化する値を出力する。これは、クラッチ締結状態(TQJUD)が小さい範囲では、エンジンのトルクは前輪にはほとんど伝達されないため、それに合わせてモータから後輪に伝達されるトルクも0に維持して、後輪側のみからトルクが伝達されないようにするためである。
若しくは、図中、二点鎖線で示すように、クラッチ締結状態(TQJUD)が小さい範囲では、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、0.5Nmを出力するようにしてもよいものである。これは、後述するように、発進準備のために、4WD待機モードで、例えば、0.5Nmのモータトルクを出力し、モータによってクリープ動作を行うこととマッチングをとるようにするものである。
次に、図5を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のスリップ感応トルク(TQDV)算出手段132の動作について説明する。
図5は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のスリップ感応トルク(TQDV)算出手段によるトルク算出方法の説明図である。図5において、横軸は前後輪差(DV)を示している。前後輪差(DV)は、(フロント車輪速(VWF)−リア車輪速(VWR))として求められる。図5の縦軸はスリップ感応トルク(TQDV)を示している。
図5に示すように、前後輪差(DV)が2km/hより小さい場合には、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、スリップ感応トルク(TQDV)として、例えば、0Nmを出力する。前後輪差(DV)が2km/h〜7km/hの場合には、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、スリップ感応トルク(TQDV)として、例えば、前後輪差(DV)に応じて、0Nmから10Nmまで図示するように増加するトルクを出力する。前後輪差(DV)が7km/hより大きい場合には、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、スリップ感応トルク(TQDV)として、例えば、10Nmを出力する。
次に、図6を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131の変速時における動作について説明する。
図6は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段によるトルク算出方法の変速時の説明図である。図6において、横軸は前述したクラッチ締結状態(CLJUD)を示している。図6の縦軸はクラッチ感応トルク(TQCL)を示している。
図6に示すように、クラッチ締結状態(CLJUD)が0%の場合には、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、4.5Nmを出力し、クラッチ締結状態(CLJUD)が100%の場合には、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、0Nmを出力する。
なお、図中、一点鎖線で示すように、クラッチ締結状態(TQJUD)が大きい範囲,例えば、85%〜100%の範囲では、クラッチ感応トルク(TQCL)として、例えば、0Nmを出力する。そして、クラッチ締結状態(CLJUD)が0%〜85%の間では、図示するように、クラッチ感応トルク(TQCL)が、例えば、4.5Nm〜0.7Nmで直線的に変化する値を出力するようにしてもよいものである。
若しくは、図中、二点鎖線で示すように、クラッチ締結状態(TQJUD)が大きい範囲では、クラッチ感応トルク(TQCL)として、後述の停止シーケンスモードと等しいトルクを出力するようにしてもよいものである。
次に、図7を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のドライバ手段120の構成について説明する。
図7は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のドライバ手段の構成を示すブロック図である。
ドライバ手段120は、モータ界磁電流目標値(Ift)算出手段121と、モータ電機子電流目標値(Iat)算出手段122と、モータ界磁電流とモータ電機子電流の電流フィードバック制御実施する為のフィードバック制御手段123,124とを備えている。
モータ界磁電流目標値(Ift)算出手段121は、図2に示した4WDCU6に入力するモータ回転数(Nm)信号に基づいて、モータ5の界磁コイル5aに流す電流を算出する。モータ界磁電流目標値(Ift)算出手段121は、図7に示すように、例えば、モータ回転数(Nm)信号がN1以下では、モータ界磁電流目標値Iftを10Aとする。そして、モータ回転数(Nm)信号がN1〜N2では、モータ界磁電流目標値(Ift)を10Aから3.0Aまで順次減少させる。さらに、モータ回転数(Nm)信号がN2以上では、モータ界磁電流目標値(Ift)を3.0Aとする。このように、モータ5が高回転となると、弱め界磁制御を行い、モータ5が高回転可能となるように制御する。モータ界磁電流目標値(Ift)と、実際に検出されたモータ5の界磁電流Ifは、差分が検出され、差分が0となるように、モータ5の界磁コイル5aに与えられる電流(ここでは、電力変換器をスイッチングするデューティ信号のデューティ比モータ界磁電流制御信号(Dif))を変化させて、フィードバック制御する。
モータ電機子電流目標値(Iat)算出手段122は、モータトルク算出手段130が出力するモータトルク目標値(MTt)と、モータ界磁電流目標値(Ift)算出手段121が出力するモータ界磁電流目標値(Ift)とに基づいて、マップを用いて、モータ電機子電流目標値(Iat)を算出する。
実モータ電機子電流目標値(Iat)と実際に検出されたモータ電機子電流値(Ia)は減算され、差分が0となるように、高出力発電機(ALT2)の界磁コイルに与えられる電流(ここでは、電力変換器をスイッチングするデューティ信号のデューティ比)を変化させて、フィードバック制御する。
次に、図8を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ締結判定手段140の動作について説明する。
図8は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ締結判定手段の動作を示すフローチャートである。
クラッチ締結判定手段140は、クラッチ位置信号(CLPOS)と、車輪速信号(VW)と、モータ回転数信号(Nm)とに基づいて、クラッチの締結状態を判定する。
クラッチ締結判定手段140は、ステップS140−1において、車輪速信号(VW)より車両が停止しているかどうか判定を行う。そして、車両が停止状態から車輪速信号(VW)が0km/hでなくなると、つまり車両が走行し始めた瞬間、ステップS140−2において、クラッチ位置信号(CLPOS)をクラッチ締結開始位置(CLSRT)とする。
次に、ステップS140−1において、クラッチ締結判定手段140は、車輪速信号(VW)を、タイヤ動半径と手動変速機12の減速比からクラッチ軸の回転数に変換し、エンジン回転数(TACHO)と比較する。車両停止している時は、クラッチ18は解放状態であり、車輪速信号(VW)が0km/h、つまりクラッチ軸での回転数も0r/minとなる。車両が発進する場合は、徐々にクラッチ18を締結状態とするため、徐々に車輪速信号(VW)をクラッチ軸に換算した回転数とエンジン回転数が近づき、一致した時が完全締結状態といえる。
そこで、クラッチ軸に換算した回転数とエンジン回転数が一致した場合には、ステップS140−4において、クラッチ締結判定手段140は、クラッチ位置信号(CLPOS)を完全締結位置(CLEND)とする。
次に、ステップS140−5において、クラッチ締結判定手段140は、クラッチ締結開始位置(CLSRT)と完全締結位置(CLEND)を基に、これらの差分をクラッチ締結範囲(CLDPM)とし、クラッチ位置信号(CLPOS)が完全締結位置(CLEND)となった場合には、クラッチ締結状態(CLJUD)を100%とし、クラッチ位置信号がクラッチ締結開始位置(CLSRT)となった場合には、クラッチ締結状態(CLJUD)を0%とし、その間を補完する。
クラッチ締結開始位置(CLSRT)と完全締結位置(CLEND)は、学習値とし常に発進時に算出し、前回の値と比較し適正範囲内の値であれば、前回の値と平均することでクラッチ18の磨耗状態も算出することが可能となる。また、勾配発進時には、前回の値に対し適正範囲内にならず除外することができる。クラッチ締結開始位置(CLSRT)と完全締結位置(CLEND)は、書換可能記憶領域に書き込み、4WDCU6の電源OFF時にも消去されないものである。
クラッチ位置信号(CLPOS)は、クラッチペダル位置信号、クラッチ板位置信号等のクラッチ18の締結・解放に関わるどの場所で検出しても良いものとする。
次に、図9を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の発進時の動作について説明する。
図9は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の発進時の動作を示すタイミングチャートである。図9(A)は路面状態を示し、図9(B)はシフト位置(SFT)信号を示し、図9(C)はアクセル開度(APO)信号を示し、図9(D)はクラッチ締結状態(CLJUD)を示し、図9(E)はモータトルク目標値(MTt)を示している。また、図9(F)はフロント車輪速(VWF)及びリア車輪速(VWR)を示し、図9(G)は運転モード(MODE)を示している。また、図9の横軸は、時間を示している。横軸において、時刻t1〜時刻t7は、図9(A)に示すようにドライ路(高μ路)における動作を示し、時刻t7〜は、ウェット路(低μ路)における動作を示している。
最初に、時刻t1〜t7におけるドライ路(高μ路)の動作について説明する。図9に示すように、時刻t1において、運転モード判定手段110は、図9(B)に示すようにシフト位置信号(SFT)がニュートラルレンジの場合、運転モード(MODE)は、運転モード3(MODE3)の2WDモードと判定する(図9(G))。このときは、モータトルク算出手段130は、図9(E)に示すようにモータトルク目標値(MTt)を、例えば,0Nmとしている。
時刻t2において、4WDCU6が、図9(B)に示すようにシフト位置信号(SFT)を1STレンジと検出すると、運転モード判定手段110は、運転モード(MODE)を、運転モード4(MODE4)の4WD待機モードと判定する(図9(G))。そして、運転モード判定手段110は、図2に示したドライバ手段120に対して、図9(E)に示すようにモータトルク目標値(MTt)として、例えば、0.5Nmを出力する。モータ5の出力トルクを、例えば0.5Nmとして、モータ5からわずかに、駆動トルクを後輪に伝えておくことにより、次に4輪駆動モードとなった際に直ちに応答できるように待機する。ドライバ手段120は、モータトルクが例えば0.5Nmとなるように、発電機界磁電流制御信号(C1)を出力する。
次に、時刻t3において、シフト位置信号(SFT)が1STレンジであり、図9(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が0%以外となると、運転モード判定手段110は、運転モード(MODE)を運転モード5(MODE5)の4WDモードと判定する(図9(G))。そして、運転モード判定手段110は、モータトルク算出手段110に対して、運転モードが運転モード5(MODE5)の4WDモードであることを通知する。
モータトルク算出手段130のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、図9(D)に示すクラッチ締結状態(CLJUD)により、クラッチ感応トルク(TQCL)を出力する。車速が5km/h以下であるので、トルク(TQCL)は、クラッチ締結状態(TQJUD)に応じた値であり、0Nmと4.5Nmの間の値となる。クラッチの締結率が大きくなるに従って、トルク(TQCL)も増加する。一方、本例では、ドライ路であるため、エンジン1によるスリップが発生せず、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、スリップ感応トルク(TQDV)は発生しない。トルク切替手段133は、クラッチ感応トルク(TQCL)とスリップ感応トルク(TQDV)を比較して、大きいトルクをモータトルク目標値(MTt)として出力する。すなわち、クラッチの締結率に応じて、締結率が大きくなるに従って、図9(E)に示すように、トルク(TQCL)も増加する。
時刻t4では、シフト位置信号(SFT)が1STレンジであり、クラッチ締結状態(CLJUD)が0%以外であり、図9(C)に示すようにアクセル開度信号(APO)がONとなると、モータトルク算出手段130のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、運転者の発進の意思があると判断し、図9(E)に示すように、4.5Nmが出力される。これにより、発進時の加速性が向上し、4輪駆動車としての発進性能が向上する。
時刻t4からt5では、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131の出力トルクである4.5Nmが出力される。そして、リア車輪速信号(VWR)が5km/hになるまで、モータトルク目標値(MTt)を4.5Nmに維持する。
時刻t5において、図4(F)に示すリア車輪速信号(VWR)が5km/hになると、運転モード判定手段110は、停止シーケンスモードと判定して、ドライバ手段120に対して、運転モードが運転モード7(MODE7)の停止シーケンスモードであることを通知する。ドライバ手段120は、所定のトルクが出力される。ここで、所定のトルクとは、デファレンシャギアのガタや、車軸のねじれによるフリクションに相当するトルクである。停止シーケンスモードでは、クラッチ4を解放し、その後、大容量リレー7もオフする。これにより、車両の発進時に、エンジン1によって前輪を駆動するだけでなく、モータ5によって後輪を駆動することによって、発進時を4輪駆動として発進性能を向上する。
次に、低μ路における動作について説明する。時刻t7〜t9までの制御は、時刻t1〜t3までと同じである。
時刻t9において、シフト位置信号(SFT)がドライブレンジであり、クラッチ締結状態(CLJUD)が0%以外となると、運転モード判定手段110は、運転モード(MODE)を運転モード5(MODE5)の4WDモードと判定する(図9(G))。そして、運転モード判定手段110は、モータトルク算出手段130に対して、運転モードが運転モード4(MODE4)の4WDモードであることを通知する。
本例では、低μ路であるため、エンジン1によるスリップが発生したとすると、図9(F)に示すように、フロント車速(VWF)とリア車速(VWR)に差が生じるので、モータトルク算出手段130のスリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、前後輪差(DV)に応じたスリップ感応トルク(TQDV)を発生する。スリップが発生しているので、トルク切替手段133は、前後輪差(DV)に応じたスリップ感応トルク(TQDV)をモータトルク目標値(MTt)として出力する。そして、前後輪差(DV)が2km/h以下になるまで、図9(E)に示すように前後輪差(DV)に応じたスリップ感応トルク(TQDV)を発生する。
図9(F)に示すリア車輪速(VWR)が所定値,例えば、30km/hとなると、運転モード判定手段110は、停止シーケンスモードと判定して、ドライバ手段120に対して、運転モードが運転モード7(MODE7)の停止シーケンスモードであることを通知する。ドライバ手段120は、所定のトルクが出力される。ここで、所定のトルクとは、デファレンシャギアのガタや、車軸のねじれによるフリクションに相当するトルクである。停止シーケンスモードでは、クラッチ4を解放し、その後、大容量リレー7もオフする。これにより、車両の発進時に、エンジン1によって前輪を駆動するだけでなく、モータ5によって後輪を駆動することによって、4輪駆動として低μ路における発進性能を向上する。
次に、図10を用いて、本実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の変速時の動作について説明する。
図10は、本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の変速時の動作を示すタイミングチャートである。図10(A)〜図10(G)の縦軸は、図9(A)〜図9(G)の縦軸と同様である。また、図9の横軸は、時間を示している。なお、この例では、2速から3速へのシフトアップ時を例にして説明するが、他のシフト段におけるシフトアップも同様であり、また、シフトダウン時も同様に動作する。また、路面の状態は、図10(A)に示すように、高μ路とする。
図10に示すように、時刻t14において、運転モード判定手段110は、図10(B)に示すようにシフト位置信号(SFT)が2NDレンジであり、図10(C)に示すようにアクセル開度信号(APO)がONであり、図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が100%である場合、運転モード(MODE)は、運転モード3(MODE3)の2WDモードと判定する(図10(G))。このときは、モータトルク算出手段130は、図10(E)に示すようにモータトルク目標値(MTt)を、例えば,0Nmとしている。
時刻t15において、図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が100%より小さくなると、運転モード判定手段110は、運転モード(MODE)を変速中の運転モード5’(MODE5’)の変速4WDモードと判定する(図10(G))。そして、運転モード判定手段110は、モータトルク算出手段110に対して、運転モードが運転モード5’(MODE5’)の変速4WDモードであることを通知する。
モータトルク算出手段130のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、図10(D)に示すクラッチ締結状態(CLJUD)により、クラッチ感応トルク(TQCL)を出力する。トルク(TQCL)は、図6に示すようなクラッチ締結状態(TQJUD)に応じた値であり、0Nmと4.5Nmの間の値となる。クラッチの締結率が小さくなるに従って、トルク(TQCL)は増加する。一方、本例では、ドライ路であるため、エンジン1によるスリップが発生せず、スリップ感応トルク(TQDV)算出手段132は、スリップ感応トルク(TQDV)は発生しない。トルク切替手段133は、クラッチ感応トルク(TQCL)とスリップ感応トルク(TQDV)を比較して、大きいトルクをモータトルク目標値(MTt)として出力する。すなわち、クラッチの締結率に応じて、締結率が小さくなるに従って、図10(E)に示すように、トルク(TQCL)は増加する。
時刻t16では、図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が0%となると、モータトルク算出手段130のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、クラッチ感応トルク(TQCL)として、4.5Nmを出力する。時刻t16〜t18では、クラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131の出力トルクである4.5Nmが出力される。時刻t18で図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が0%より大きくなるまで、モータトルク目標値(MTt)を4.5Nmに維持する。
時刻t18において、図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が0%より大きくなると、モータトルク算出手段130のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段131は、図10(D)に示すクラッチ締結状態(CLJUD)により、クラッチ感応トルク(TQCL)を出力する。トルク(TQCL)は、図6に示すようなクラッチ締結状態(TQJUD)に応じた値であり、0Nmと4.5Nmの間の値となる。クラッチの締結率が大きくなるに従って、図10(E)に示すように、トルク(TQCL)は減少する。
時刻t19において、運転モード判定手段110は、図10(D)に示すようにクラッチ締結状態(CLJUD)が100%になると、運転モード(MODE)は、運転モード3(MODE3)の2WDモードと判定する(図10(G))。このときは、モータトルク算出手段130は、図10(E)に示すようにモータトルク目標値(MTt)を、例えば,0Nmとしている。
以上のように、図10の時刻t15〜t16では、クラッチが徐々に解放されるため、エンジンから前輪へのトルク伝達が減少する。このとき、図10(E)に示すように、モータトルクを増加する。また、時刻t16〜t17では、クラッチは完全に解放され、エンジンから前輪へのトルク伝達が遮断されるので、図10(E)に示すように、大きなモータトルクを発生して、後輪を駆動する。さらに、図10の時刻t17〜t18では、クラッチが徐々に締結されるため、エンジンから前輪へのトルク伝達が増加する。このとき、図10(E)に示すように、モータトルクを減少する。このようにして、変速中に、クラッチが解放され、エンジンから前輪へのトルク伝達が減少したときは、モータによって後輪を駆動するトルクを発生することで、変速中のトルク抜けを防止して、図10(F)に示すように、スムーズな車輪速変化が得られ、変速中の車両の走行の安定性が向上する。
なお、以上の説明では、クラッチの締結の度合いとして、クラッチの締結率を用いているが、クラッチの締結力,すなわち、マスタシリンダーによるクラッチプレートの押圧力を用いることもできる。また、クラッチによって伝達されるトルクを用いることもできる。
以上説明したように、本実施形態によれば、クラッチの状態に応じてモータトルクを可変させ、出力可能なことから、スムーズな発進・変速を行え、車両の安定性が向上する。
本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置を搭載した電動4輪駆動車の全体構成を示すシステムブロック図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のモータトルク算出手段の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段による発進時のトルク算出方法の説明図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のスリップ感応トルク(TQDV)算出手段によるトルク算出方法の説明図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ感応トルク(TQCL)算出手段による発進時のトルク算出方法の説明図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のドライバ手段の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置のクラッチ締結判定手段の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の発進時の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態による電動4輪駆動車の制御装置の変速時の動作を示すタイミングチャートである。
符号の説明
1…エンジン
2…高出力発電機
3…デファレンシャルギヤ
4…クラッチ
5…モータ
6…4WDコントロールユニット
7…大容量リレー
8…エンジンコントロールユニット
9…手動変速機コントロールユニット
10…アンチロックブレーキコントロールユニット
11…補機バッテリ
12…手動変速機
13…補機発電機
14R,14L…前輪
15R,15L…後輪
16R,16L…前輪車輪速センサ
17R,17L…後輪車輪速センサ
18…クラッチ
110…運転モード判定手段
120…モータオルタドライバ手段
121…モータ界磁電流目標値算出手段
122…モータ電機子電流目標値算出手段
123…PI制御手段
124…PI制御手段
130…モータトルク算出手段
131…クラッチ感応トルク算出手段
132…スリップ感応トルク算出手段
133…トルク切替手段
140…クラッチ締結判定手段

Claims (6)

  1. 第1の車輪をエンジンで駆動し、第2の車輪を電動機で駆動し、前記エンジンの駆動力が手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達される電動4輪駆動車に用いられ、前記電動機の駆動を制御する電動4輪駆動車の制御装置であって、
    前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結の度合いを入力信号とし、この入力信号に応じて、前記電動機の駆動力を制御するための信号を出力する制御手段を備え、
    前記制御手段は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御することを特徴とする電動4輪駆動車の制御装置。
  2. 請求項記載の電動4輪駆動車の制御装置において、
    前記制御手段は、前記クラッチの解放位置近傍においては、前記電動機の駆動力が0となるように前記信号を出力することを特徴とする電動4輪駆動車の制御装置。
  3. 請求項記載の電動4輪駆動車の制御装置において、
    前記制御手段は、前記電動4輪駆動車のアクセルペダルが踏み込まれたことを検出すると、前記電動機の駆動力が所定の駆動力となるように前記信号を出力することを特徴とする電動4輪駆動車の制御装置。
  4. 請求項1記載の電動4輪駆動車の制御装置において、
    前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率に応じて、前記電動機の駆動力を制御するための信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする電動4輪駆動車の制御装置。
  5. 第1の車輪をエンジンで駆動し、第2の車輪を電動機で駆動し、前記エンジンの駆動力が手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達される電動4輪駆動車に用いられる電動駆動システムであって、
    前記エンジンによって駆動される発電機と、前記第2の車輪を駆動する前記電動機と、前記発電機の発電力及び前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電動駆動システム。
  6. 第1の車輪を駆動するエンジンと、第2の車輪を駆動する電動機と、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記発電機の発電力及び前記電動機の駆動を制御する制御装置とを有し、
    前記エンジンの駆動力は手動変速機及びクラッチを介して前記第1の車輪に伝達されるようになっており、
    前記制御装置は、前記電動4輪駆動車の発進時であって、前記第1及び第2の車輪にスリップが生じていない時、前記クラッチの半クラッチ状態において、前記クラッチの締結率若しくは締結力が増加するに従い、徐々に前記電動機の駆動力が増加するように前記電動機の駆動力を制御する制御手段を備えたことを特徴とする電動4輪駆動車。
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