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【発明の名称】 車両駆動アシスト制御装置及びそれを備えた電動車両
【発明者】 【氏名】安嶋 耕
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地 株式会社日立カーエンジニアリング内

【氏名】山本 立行
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内

【氏名】西舘 圭介
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内

【氏名】清水 尚也
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内

【氏名】吉田 健一
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市大字高場２５２０番地 株式会社日立製作所自動車機器グループ内
【要約】 【課題】ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止できる車両駆動アシスト装置を提供することにある。

【解決手段】エンジン２０によって前輪２６を駆動し、電動機３０によって、後輪３６を駆動する。電動機３０としては、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機を用いている。ＧＣＵ６０は、電動機３０のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、アーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ電流の限界領域を越えないように、また、電動機の動作時間が予め設定された動作時間の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、アーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ電流の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御する制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシスト制御装置。
【請求項２】内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、上記電動機の動作時間が予め設定された動作時間の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御する制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシスト制御装置。
【請求項３】内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置を備えた電動車両において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、運転モードに応じて、上記電動機の連続通電時間を切り替える制御部を備えたことを特徴とする車両駆動アシスト制御装置を備えた電動車両。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関で直接駆動されない車輪を電動機で駆動する車両駆動アシスト制御装置及びそれを備えた電動車両に係り、特に、電動機として直流分巻電動機を用いる場合に好適な車両駆動アシスト制御装置及びそれを備えた電動車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、例えば、前輪をエンジンで駆動し、後輪を電動機で駆動する車両駆動アシスト装置の開発が進められている。この場合、電動機はエンジンの駆動力をアシストし、正逆回転可能な安価な直流分巻モータが使用されている。しかし、直流モータの場合、アーマチャ電流を多く流せばトルク増大するが、それだけブラシ電流密度が高くなり、火花発生と共にブラシ寿命が短くなる。
【０００３】そこで、例えば、特開２０００−３４１９８７号公報に記載されているように、予めモータ回転数とアーマチャ電流の限界領域を設定し、回転センサと電流センサで検出されたモータ回転数及びアーマチヤ電流が限界領域を越えないように、電源とアーマチャとの間に接続されたトランジスタのチョッパ指令のデューティ比を下げ、ブラシの長寿命化を図るものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開２０００−３４１９８７号公報に記載されているものにおいては、モータ連続運転条件下における耐熱劣化が発生する恐れがある。この問題を回避するためには、通常のモータの連続運転条件下においては、サーミスタやバイメタル等のモータ温度保護装置を装着する必要性があった。しかしながら、これらのモータ温度保護装置は、モータの温度を正確に検出するには、モータ内部に設置する必要があるが、適切な取付位置を得ることが困難であり、正確な温度検出が困難であるという問題があった。また、モータ温度保護装置は、ノイズ等で誤動作する恐れもあり、その場合、制御時の信頼性が低下するという問題があった。このようにして、連続運転条件下における制御が適切に行えないと、モータが焼損するという問題が生じるものである。
【０００５】本発明の目的は、ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止できる車両駆動アシスト装置及びそれを備えた電動車両を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、アーマチャ電流が予め設定されたアーマチャ電流の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御する制御部を備えるようにしたものである。かかる構成により、ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止し得るものとなる。
【０００７】（２）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、上記電動機のアーマチャ電流並びに界磁電流を制御するとともに、上記電動機の動作時間が予め設定された動作時間の限界領域を越えないようにモータの電流指令を制御する制御部を備えるようにしたものである。かかる構成により、ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止し得るものとなる。
【０００８】（３）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関によって駆動される車輪とは異なる車輪を駆動する電動機を制御する車両駆動アシスト制御装置を備えた電動車両において、上記電動機は、ブラシを介してアーマチャに電流を流す直流分巻電動機であり、運転モードに応じて、上記電動機の連続通電時間を切り替える制御部を備えるようにしたものである。かかる構成により、運転モードに応じた制御を行うことにより、電動機によるアシスト性を向上し得るものとなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト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、本実施形態による車両駆動アシスト制御装置を備えた４輪駆動の電動車両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車両駆動アシスト制御装置を用いた４輪駆動の電動車両の全体構成を示すシステム構成図である。
【００１０】４輪駆動車両１０は、エンジン２０と、直流電動機３０を備えている。エンジン２０の駆動力は、トランスミッション２２及び第１の車軸２４Ａ，２４Ｂを介して、前輪２６Ａ，２６Ｂに伝達され、前輪２６Ａ，２６Ｂを駆動する。直流電動機３０の駆動力は、クラッチ３２，デファレンシヤルギヤ３３及び第２の車軸３４Ａ，３４Ｂを介して、後輪３６Ａ，３６Ｂに伝達され、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。デファレンシャルギヤ３３とクラッチ３２が連結されると、直流電動機１００の回転力は、クラッチ３２，デファレンシャルギヤ３３を介して、後輪軸３４Ａ，３４Ｂに伝えられ、後輪３６Ａ，３６Ｂを駆動する。クラッチ３２が開放されると、直流電動機３０は、後輪３６Ａ，３６Ｂ側から機械的に切り離され、後輪３６Ａ，３６Ｂは駆動力を路面に伝えないものである。なお、直流電動機３０は、例えば、正転逆転の切替えが容易であり、増磁作用を行える直流分巻電動機、または他励直流電動機を用いている。
【００１１】なお、以上の説明では、前輪２６Ａ，２６Ｂをエンジン２０で駆動し、後輪３６Ａ，３６Ｂを直流電動機３０で駆動する４師駆動車両として説明しているが、前輪を直流電動機で駆動し、後輪をエンジンで駆動するようにしてもよいものであり、また、トラックのような６輪以上の車両、トレーラのような、牽引車両にも適用可能である。
【００１２】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）４０及び補機バッテリー４２が配置され、エンジン２０によってベルト駆動される補機用発電機４０の出力が、補機バッテリー４２に蓄積される。また、補機用発電機４０の近傍には、エンジン２０によりベルト駆動される駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４が配設されている。駆動用高出力発電機４４の出力は、一線式の十配線路４５Ａによって直流電動機３０に電気的に接続されている。直流電動機３０の−配線路４５Ｂは、ボディアースとなっている。電動機３０の駆動力源は、発電機４４の出力だけでなく、バッテリーを用いることも可能である。バッテリーとしては、バッテリー４２を用いることもできる。補機用発電機４０は、例えば、１２Ｖ，２ｋＷ程度の一般的な発電機であり、駆動用高出力発電機４４は、補機用発電機４０に比べて高出力が得られる発電機であり、例えば、３６Ｖ，６ｋＷ程度の発電機である。
【００１３】エンジン２０の出力は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ〉５０からの指令により駆動される電子制御スロットル５２により制御される。電子制御スロットル５２には、アクセル開度センサ５４が設けられており、アクセル開度を検出する。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、ＥＣＵ５０は、トランスミッション２２を制御する。トランスミッション２２は、オートマチックトランスミッションであり、セレクトレバー２３によって選択されたギヤ比となるように自動制御される。セレクトレバー２３のポジションは、ギヤ位置検出センサ２５によって検出される。なお、トランスミッション２２としては、マニュアルトランスミッションを用いるものであってもよいものである。
【００１４】また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪に設けられたブレーキ２８Ａ，２８Ｂ，３８Ａ，３８Ｂには、アンチロックブレーキ（ＡＢＳ）コントロールユニット５５によって制御されるアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）アクチュエータ２９Ａ，２９Ｂ，３９Ａ，３９Ｂが設けられている。また、前輪２６Ａ，２６Ｂ及び後輪３６Ａ，３６Ｂの各車輪には、回転速度及び回転方向を検出する回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂが設けられている。なお、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂは、各車輪毎に設けられているが、前輪軸及び後輪軸の一方もしくは両方に配してもよいものである。また、ＡＢＳコントロールユニット５５は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂの出力により、車速を検出し、その車速に応じて、クラッチ３２にオン・オフ信号を出力して、クラッチ３２の遮断・連結を制御する。
【００１５】駆動用発電機出力電圧制御回路（ＧＣＵ）６０は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回転方向の情報、アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度の情報、及びギヤ位置検出センサ２５によって検出されたギヤ位置の情報等に基づいて、車両の走行状態を判断し、この判断に基づいて、駆動用高出力発電機４４の出力電圧を制御し、また、直流電動機３０の界磁電流を制御する。
【００１６】次に、図２を用いて、本実施形態による車両駆動アシスト制御回路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車両駆動アシスト制御回路の構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００１７】駆動用発電出力電圧制御回路（ＧＣＵ）６０には、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回転方向の情報、及びセル開度の情報、及びギヤ情報検出センサ２５によって検出されたギヤ位置の情報、アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度の情報が入力する。
【００１８】ＧＣＵ６０は、これらの情報に基づいて、駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４に対して出力電圧の指令値を出力することにより、高出力発電機４４の出力電圧を制御し、直流電動機３０を制御する。さらに、ＧＣＵ６０は、直流電動機３０の界磁巻線３１に流す界磁電流を制御することにより、直流電動機３０を直接制御するようにしており、高出力発電機４４により直流電動機３０を制御することによるレスポンスの低下を改善するようにしている。
【００１９】駆動用発電機出力電圧制御回路（ＧＣＵ）６０は、Ｉ／Ｏ回路６１と、Ａ／Ｄ変換器６２と、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６３と、Ｉ／Ｏ回路６４と、Ｈブリッジドライバ６５と、Ｈブリッジ回路６６と、タイマー回路６７とを備えている。ギヤ位置検出センサ２５によって検出されたギヤ位置情報は、Ｉ／Ｏ回路６１を介して、ＭＰＵ６３に取り込まれる。また、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度及び回転方向の情報、アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度の情報は、Ａ／Ｄ変換器６２を介して、ＭＰＵ６３に取り込まれる。
【００２０】ＭＰＵ６３は、ＣＰＵと電動機制御用のプログラムやデータを保持するメモリを備えており、入力した情報に基づいて、車速を算出し、駆動用高出力発電機４４の出力電圧値を算出し、Ｉ／Ｏ回路６４から駆動用高出力発電機（ＡＬＴ２）４４に供給され、発生する出力電圧値を制御する。
【００２１】また、ＭＰＵ６３には、タイマー回路６７からの時間情報と、アーマチャ電流センサ５７によって検出されたアーマチャ電流が入力する。なお、時間情報は、ＭＰＵ６３の内部にあるクロックを用いて、ＭＰＵ６３が時間を計測してもよいものである。ＭＰＵ６３は、入力した時間情報とアーマチャ電流により、予めメモリされた直流電動機３０のアーマチャ電流と作動時間限界領域マップを越えないように動作時間を制御すると共に、直流電動機３０の特性が要求値に適合するように、Ｉ／Ｏ回路６４，Ｈブリッジドライバ６５を介して、Ｈブリッジ回路６６にて直流電動機３０の界磁巻線３１に流す界磁電流を調整する。ＭＰＵ６３による制御内容については、図３及び図４を用いて後述する。
【００２２】ここで、図３及び図４を用いて、本実施形態による車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御の内容について説明する。図３は、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御内容を示すフローチャートであり、図４は、本発明の一実施形態による車両駆動アシスト制御回路によるモータ制御内容時に用いる制御マップの説明図である。
【００２３】図３のステップｓ１０において、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流センサ５７によって検出されたアーマチャ電流Ｉが、予めメモリされた直流電動機３０のアーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えたか否かを判断する。
【００２４】ここで、図４に示すように、直流電動機３０のアーマチャ電流Ｉと作動時間Ｔは、領域Ａに示す範囲が限界領域を示すマップとして、予めＭＰＵ６３にメモリされている。アーマチャ電流の最大値Ｉmaxは、動作時間Ｔによって徐々に減るようなものである。アーマチャ電流の最大値Ｉmaxは、動作時間Ｔの関数となるため、Ｉmax（Ｔ）で示すものとする。モータの連続運転時の動作時間Ｔは、直流電動機３０のアーマチャ電流に対する耐熱限界時間またはブラシ摩耗特性時間領域を示している。そして、領域Ａの範囲内である最大動作時間Ｔmaxより短い時間を動作可能領域としている。領域Ｂは、動作禁止領域である。
【００２５】検出されたアーマチャ電流Ｉが、アーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えた場合には、ステップｓ２０に進み、越えていない場合には、ステップｓ７０に進む。
【００２６】検出されたアーマチャ電流Ｉが、アーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えた場合には、ステップｓ２０において、ＭＰＵ６３は、そのときのアーマチャ電流Ｉをｔ秒間保持する。この保持時間ｔは、運転モードによって変えるようにしている。例えば、通常の前進（Ｆ）や、後進（Ｂ）の場合には、ｔ＝５秒としている。また、砂浜，凹道，雪道などにおけるスタック時には、ｔ＝１５秒としている。さらに、坂道発進時には、ｔ＝５秒として、さらに、登坂時には、ｔ＝１２０秒としている。このとき、アーマチャ電流Ｉが例え、限界電流Ｉmax（Ｔ）を越えたとしても、短時間で有れば、モータの焼損が生じない一方で、モータの最大トルクを発生することにより、スタック時などのアシスト性を向上させて、スタック状態からの回避を容易にしている。
【００２７】運転モードの判定は、回転センサ５６Ａ，５６Ｂ，５８Ａ，５８Ｂによって検出された車輪２６Ａ，２６Ｂ，３６Ａ，３６Ｂの回転速度によって判定することができ、例えば、回転速度Ｎがほぼ０ｋｍ／ｈである場合には、スタック状態であると判断し、回転速度Ｎが０ｋｍ／ｈ出ない場合には、通常状態若しくは坂道発進状態と判断する。また、回転速度Ｎが０ｋｍ／ｈでない場合には、アクセル開度と回転速度の関係から負荷が大きな登坂時であると判断できる。なお、運転モードの判定方法は、これに限ることなく、他の情報によって判断するようにしてもよいものである。
【００２８】次に、ステップｓ３０において、ＭＰＵ６３は、ｔ秒経過したか否かを判断し、ｔ秒経過すると、ステップｓ４０に進む。
【００２９】次に、ｔ秒経過すると、ステップｓ４０において、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流Ｉが、図４に示した限界電流Ｉmax（Ｔ）以下となるように下げる。アーマチャ電流Ｉが限界電流以上でｔ秒経過すると、モータが焼損する恐れがあるため、これを回避することができる。
【００３０】次に、ステップｓ５０において、ＭＰＵ６３は、再度、アーマチャ電流センサ５７によって検出されたアーマチャ電流Ｉが、予めメモリされた直流電動機３０のアーマチャ電流の限界領域マップにおけるアーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えたか否かを判断する。アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えている場合には、ステップｓ６０において、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流Ｉを０として、モータアシストを停止し、モータの焼損を防止する。アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えていない場合には、ステップｓ８０において、ＭＰＵ６３は、通常の運転モードによる運転を継続する。
【００３１】一方、ステップｓ１０の判定において、アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えていない場合には、モータの運転時間Ｔが、限界領域マップに設定された最大動作時間Ｔmaxを越えたか否かを判断する。最大動作時間Ｔmaxは、モータの連続運転時間としてもよく、また、最大電流にモータを駆動した場合の積算時間とすることもできる。越えた場合には、ステップｓ６０において、ＭＰＵ６３は、アーマチャ電流Ｉを０として、モータアシストを停止し、モータの焼損を防止する。アーマチャ電流の最大値Ｉmax(T)を越えていない場合には、ステップｓ８０において、ＭＰＵ６３は、通常の運転モードによる運転を継続する。
【００３２】以上説明したように、本実施形態によれば、予めアーマチャ電流と動作時間との限界領域を越えないように制御部がモータ電流を制御するので、大電流での長時間運転によるモータ焼損防止並びにブラシの長寿命化を図ることができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、ブラシの長寿命化を図るとともに、モータの焼損を防止できる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
【住所又は居所】茨城県ひたちなか市高場２４７７番地
【出願日】 平成１３年８月２０日（２００１．８．２０）
【代理人】 【識別番号】１０００７７８１６
【弁理士】
【氏名又は名称】春日 讓
【公開番号】 特開２００３−６１２１０（Ｐ２００３−６１２１０Ａ）
【公開日】 平成１５年２月２８日（２００３．２．２８）
【出願番号】 特願２００１−２４８６０８（Ｐ２００１−２４８６０８）