| 【発明の名称】 |
車両用電動機の制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】橋本 武典
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号 富士重工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】差動制限装置を用いることなく車両の走行性を向上し、電動機により後輪を駆動するハイブリット車両の走行性を向上する。
【解決手段】車両に搭載される電動モータ１４の出力は、差動装置により左右の駆動輪に差動分配して伝達される。左右の駆動輪の回転速度はそれぞれ車輪速度センサ３３ａ，３３ｂによって検出され、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量はアクセル開度センサ３２によって検出される。これらのセンサの検出信号が送られる電子制御ユニット３１は、左右駆動輪の回転差が規定値以下のときにはアクセル開度センサ３２からの信号によって算出される駆動力値に基づいて電動モータ１４を制御する一方、回転数の差が規定値以上のときには電動モータ１４の出力を制限する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電動機とこの電動機の出力を左右駆動輪に差動分配する差動装置を有する車両用電動機の制御装置であって、左右の駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する車輪速度センサと、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサと、前記左右駆動輪の回転数の差が規定値以下のときには前記アクセル開度センサからの信号によって算出される駆動力値に基づいて前記電動機を制御する一方、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機の出力を制限する制御手段とを有することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【請求項２】 請求項１記載の車両用電動機の制御装置において、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機への通電を停止することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
【請求項３】 請求項１記載の車両用電動機の制御装置において、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機へ逆転方向に通電することを特徴とする車両用電動機の制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は車両の駆動輪を駆動する原動機として電動機を有する車両用電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電動機を原動機とする車両には電動機のみを原動機とする電気自動車や、電動機に加えて内燃機関を有するハイブリット車両があり、四輪駆動式のハイブリット車両には前輪を内燃機関により駆動し、後輪を電動機により駆動するようにしたものがある。電気自動車やハイブリット車両のように電動機つまり電動モータを備えた車両においては、電動機と左右駆動輪との間に、旋回走行時の左右駆動輪の回転差を吸収するためにデファレンシャル装置つまり差動装置を設け、電動機の出力を差動装置を介して左右の駆動輪に伝達するようにしている。
【０００３】一方、ハイブリット車両においては、たとえば、特開平5-131858号公報に開示されるように、エンジンの出力トルクと目標トルクとの偏差分のトルクを制御トルクとして電動機を制御するようにしたり、特開平11-318001号公報に開示されるように、前後輪の回転差に応じてオルタネータの発電を制御することにより前後輪の駆動力を配分するようにしている。
【０００４】四輪駆動式のハイブリット車両が凍結路面や雪道のような低μ路を走行する際に、後輪駆動用の電動機の出力が過大となると、後輪の左右一方が空転を起こして駆動力が空転した車輪に伝達されて、他方の車輪の駆動力がほぼゼロとなることがある。このため、四輪駆動車両としての走破性や走行性、そして差動装置の耐久性の面で問題が生じる。つまり、第１に後輪の駆動力分がなくなるので走破性が悪化し、第２に低μ路から通常の路面に戻ったときなどのように空転車輪のグリップ力が復帰したときには車両挙動が不安定になり、第３に差動装置が焼き付きを起こすことなどが想定される。
【０００５】このような問題点を解決するために、従来では、ビスカスカップリングを備えた回転数感応式差動制限装置や湿式多板クラッチを備えた予圧式差動制限装置などが用いられている。このような差動制限装置を用いない場合には、デファレンシャルケースの回転変化率を算出し、電動機の出力を制限するようにした技術がたとえば、特開平10-75506号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】電動機の出力を差動装置を介して駆動輪に伝達する場合、特に、四輪駆動車両の場合には、前後輪の駆動力を適正化し、車両の走破性ないし走行性を確保し、さらに差動装置の耐久性を向上するには、前述のような差動制限装置を車両に搭載する必要があるが、差動制限装置を搭載すると車両の製造コストが高くなるという問題点がある。
【０００７】本発明の目的は、差動制限装置を用いることなく車両の走行性を向上することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、電動機により後輪を駆動するハイブリット車両の走行性を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の車両用電動機の制御装置は、電動機とこの電動機の出力を左右駆動輪に差動分配する差動装置を有する車両用電動機の制御装置であって、左右の駆動輪の回転速度をそれぞれ検出する車輪速度センサと、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサと、前記左右駆動輪の回転数の差が規定値以下のときには前記アクセル開度センサからの信号によって算出される駆動力値に基づいて前記電動機を制御する一方、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機の出力を制限する制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】本発明の車両用電動機の制御装置は、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機への通電を停止することを特徴とする。
【００１１】本発明の車両用電動機の制御装置は、前記回転数の差が規定値以上のときには前記電動機へ逆転方向に通電することを特徴とする。
【００１２】本発明の車両用電動機の制御装置にあっては、電動機の出力を左右の駆動輪に伝達するための差動装置として差動制限装置を使用することなく、車輪速度センサからの信号によって、駆動輪が空転したときには電動機の出力を制限することができるので、差動装置に過負荷が加わることを防止できる。これにより、差動装置の潤滑を簡素化することができるとともに耐久性を向上することができる。車輪速度センサによって駆動輪の空転が解消されたことを直ちに検出することができるので、空転解消時に迅速に通常制御状態に復帰させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリット車両の駆動系を示す概略斜視図であり、図２は図１に示された後輪駆動装置を示すスケルトン図である。
【００１４】図１に示すハイブリット車両は、左右の前輪１１ａ，１１ｂと左右の後輪１２ａ，１２ｂとを駆動する四輪駆動車であり、車両には前輪１１ａ，１１ｂを駆動する内燃機関１３と、後輪１２ａ，１２ｂを駆動する電動機つまり電動モータ１４とを有している。内燃機関１３の動力は変速機および差動装置などを有するトランスミッション１５を介して左右の前輪に伝達される。一方、電動モータ１４の動力は差動装置１６を介して左右の後輪に伝達される。
【００１５】図２に示すように、リヤデファレンシャルつまり後輪用の差動装置１６は、終減速大歯車１７が設けられたデファレンシャルケース１８を有し、このデファレンシャルケース１８にはドライブシャフト１９ａを介して後輪１２ａに連結されたアクスルシャフト２１ａに固定されるサイドギヤ２２ａと、ドライブシャフト１９ｂを介して後輪１２ｂに連結されたアクスルシャフト２１ｂに固定されるサイドギヤ２２ｂとが回転自在に組み込まれ、これらのサイドギヤ２２ａ，２２ｂは相互に対向し合っている。デファレンシャルケース１８には、それぞれのアクスルシャフト２１ａ，２１ｂに対して直角方向にピニオンシャフト２３が取り付けられ、このピニオンシャフト２３には相互に対向してそれぞれ両方のサイドギヤ２２ａ，２２ｂに噛合うピニオンギヤ２４ａ，２４ｂが回転自在に装着されている。
【００１６】この差動装置１６は差動制限装置を備えていない通常の差動装置であり、車体に取り付けられるギヤケース２５内に組み込まれており、ギヤケース２５に装着されるモータケース２６内には電動モータ１４が組み込まれている。この電動モータ１４の主軸に固定された終減速小歯車２７は終減速大歯車１７に噛合っており、電動モータ１４の動力は差動装置１６を介して左右の後輪１２ａ，１２ｂに伝達され、車両が旋回走行する際には、左右の駆動輪としての後輪１２ａ，１２ｂの回転差を差動装置１６が吸収する。なお、図２にあっては、電動モータ１４がアクスルシャフト２１ａ，２１ｂに対して直角となって配置されているが、アクスルシャフト２１ａ，２１ｂに平行に電動モータ１４を配置するようにしても良く、差動装置１６と電動モータ１４とを１つのケース内に組み込むようにしても良い。
【００１７】図３は電動機の制御回路を示すブロック図であり、電子制御ユニット(ETC)３１には、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３２からの検出信号が送られるとともに、左右の後輪の回転速度に応じた信号が第１と第２の車輪速度センサ３３ａ，３３ｂから送られるようになっている。電子制御ユニット３１からはインバータ回路を有するモータ制御ユニット３４に制御信号が送られ、このモータ制御ユニット３４からの信号によって電動モータ１４の作動が制御される。それぞれの車輪速度センサ３３ａ，３３ｂとしては、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）に使用されるセンサを使用することができる。したがって、ＡＢＳ搭載車両にあっては、ＡＢＳ用の車輪速度センサからの信号を電動機の制御に共用することができる。
【００１８】電子制御ユニット３１は、アクセル開度センサ３２などからの検出信号に基づいてモータ制御ユニット３４に対して送られる制御信号を演算するマイクロプロセッサ(CPU)と、制御プログラム、演算式、マップデータなどが格納されるメモリ(ROM)と、一時的にデータを格納するメモリ(RAM)とを有している。読み出し専用のメモリ(ROM)には、アクセル開度と要求トルクとの関係を示すマップデータやテーブルなどが格納されており、運転者のアクセルペダルの踏み込む量をアクセル開度センサ３２により検出することよって運転者の要求トルクを算出することができる。要求トルクが算出されると、その要求トルクの値に基づいて電動モータ１４の駆動力(Fr)を算出することができる。図４（Ａ）はアクセル開度と要求トルクとの関係の一例を示す特性線図である。
【００１９】一方、左右の後輪１２ａ，１２ｂの回転差は、それぞれの車輪速度センサ３３ａ，３３ｂからの信号により算出することができる。車両が旋回走行する時には左右の前輪のみならず左右の後輪も回転差が発生するが差動装置１６によって回転差が吸収されて円滑な走行が確保される。これに対して、雪道や凍結路面などの低μ路で車両が走行しているときには一方の後輪が空転した状態となることがあり、その場合には左右の後輪は旋回走行時と比較して大きな回転差となる。そこで、大きな回転差が発生したときには、電動モータ１４に供給される電力を制限してモータ出力を制限するようにしている。
【００２０】図４（Ｂ）は左右の後輪の一方が空転して回転差が規定値以上となったときにおけるモータ出力の制限例を示す特性線図である。この特性線図は、回転差が規定値Ａよりも大きくなったときには電動モータ１４に対する電力を停止し、回転差が規定値Ａよりも大きな規定値Ｂを越えたら電動モータ１４に対して逆転方向の電力を供給するようにし、その逆転方向の電力を回転差に応じて大きくなるようにした制御特性を示す。
【００２１】図２に示した制御装置を有する車両にあっては、差動制限装置を用いることなく、簡単な差動装置１６を使用することができるとともに、ＡＢＳ用に使用される車輪速度センサから信号を共用することができるので、機器類を追加することなく、低コストで差動装置１６の差動制限を行うことができる。また、差動装置１６として差動制限装置を用いると、回転差がある程度大きくならないと空転を抑制することができないが、この制御装置を有する車両にあっては、車輪速度センサ３３ａ，３３ｂからの信号によって迅速に車輪の空転を止めることができ、しかも、空転を抑制する回転差を任意の値に設定することができる。
【００２２】図５は電動機の制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、このルーチンは所定の周期で実行される。まず、ステップＳ１ではアクセル開度センサ３２からの信号を読みとって、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量から運転者の要求トルクを算出する。この算出結果に基づいて後輪の駆動力ＦｒをステップＳ２において算出する。一方、車輪速度センサ３３ａ，３３ｂから送られる信号によって左右の後輪１２ａ，１２ｂの回転速度が求められ、それぞれの回転速度に基づいて両方の後輪の回転差がステップＳ３において算出される。ステップＳ４では回転差が規定値よりも大きいか否かが判定され、規定値に達していないと判定されたときには、ステップＳ５が実行されて電動モータ１４に対しては、ステップＳ２で算出された後輪駆動力Ｆｒに対応するモータ出力Ｆmotを出力値として電動モータ１４を制御する。
【００２３】一方、ステップＳ４において回転差が規定値よりも大きいと判定されたときには、ステップＳ６において、左右後輪の回転差に応じた制限値Ｆstopに設定する。この制限値Ｆstopは回転差が図４（Ｂ）における規定値Ａと規定値Ｂとの間であれば、電動モータ１４に対する通電を停止するようにＦstop＝０に設定され、規定値Ｂよりも回転差が大きければ、電動モータ１４に対して逆転方向に通電するようにＦstop＜０に設定される。そして、逆転方向の通電量は回転差が大きい程大きく設定される。ステップＳ７では設定された制限値を出力値として電動モータ１４が制御され、回転差が規定値Ａ以下となって空転が解消されると、直ちに通常の制御に復帰する。ステップＳ６で示すように、回転差に応じて通電停止や逆方向の通電が行われるので、図５に示す制御方式では回転差に応じたフィードバック制御が達成される。
【００２４】図６は電動機の制御ルーチンの他の具体例を示すフローチャートであり、図５に示す場合と同様に、ステップＳ１からＳ４が実行される。ステップＳ４で回転差が規定値Ａよりも小さいと判定されたときには、図５に示す場合と同様に、ステップＳ２で算出された後輪駆動力Ｆｒに対応するモータ出力Ｆmotが設定される。一方、回転差が規定値以上であると判定されたときには、ステップＳ８が実行されてモータ出力ＦmotをＦmot＝０に設定する。このように、回転差が規定値Ａ以上であれば、モータ出力を停止して回転数ゼロの指示を出力することによって、電動機の制御はオープンループ式の制御となる。回転差が規定値以下となれば、直ちに通常の制御に復帰する。
【００２５】上述した図５および図６に示すいずれの制御方式においても、差動制限装置を使用することなく、通常の差動装置１６を使用しても、左右の駆動輪の回転差に応じて空転が防止されるので、差動装置に過負荷が加わることなく、差動装置の耐久性を向上させることができる。
【００２６】本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１に示す車両は前輪を内燃機関１３により駆動し、後輪を電動モータ１４により駆動するハイブリット車両を示すが、前輪を電動モータ１４により駆動するようにしたハイブリット車両や、内燃機関を有することなく、前輪ないし後輪および前後輪を電動モータ１４により駆動するようにした車両にも本発明を適用することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、車輪速度センサによって駆動輪の空転が検出されたときには電動機の出力を制限するようにしたので、差動装置に過負荷が加わることを防止でき、差動装置の潤滑を簡素化することができるとともに耐久性を向上することができる。電動機の出力を左右の駆動輪に伝達するための差動装置として差動制限装置を使用する必要がなく、電動機を有する車両を低コストで製造することができる。
【００２８】車輪速度センサからの信号によって、車輪速度センサによって駆動輪の空転が解消されたことを直ちに検出することができるので、空転解消時に迅速に通常制御状態に復帰させることができる。車輪速度センサとしてはＡＢＳの車輪速度センサを共用することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５３４８
【氏名又は名称】富士重工業株式会社
【住所又は居所】東京都新宿区西新宿一丁目７番２号
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| 【出願日】 |
平成１４年４月１９日（２００２．４．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０００１
【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−３１９５０６（Ｐ２００３−３１９５０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１１月７日（２００３．１１．７） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−１１７０７７（Ｐ２００２−１１７０７７） |
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