(57)【要約】【課題】高電圧バッテリを車両が搭載しなくても、発電機が発電した電流を蓄積することができるシステムを提供する。【解決手段】車両用駆動制御装は、発電機３が接続されて発電機３が発電する電流が流れる回路２１に配置される１次側コイル１１と、モータ４が接続されてモータ４に電流を供給する回路２２に配置される２次側コイル２２と、１次側コイル１１が配置される回路２１を断続するリアクトルスイッチ１３と、を有し、リアクトルスイッチ１３がオンの場合、発電機３が発電した電力を１次側コイル１１にてチャージし、リアクトルスイッチ１３がオフの場合、１次側コイル１１にてチャージされた電流を２次側コイル１２に放電するリアクトル１０と、リアクトルスイッチ１３のオン及びオフを制御する４ＷＤコントローラ７と、を備える。【選択図】図２
2010193567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、
前記モータに供給する電流を発電する発電機と、
前記発電機が発電した電流が流れる１次側コイルと、前記モータに電流に供給する２次側コイルと、前記発電機から前記１次側コイルへの電流の供給を断続するスイッチと、を有し、前記スイッチがオンの場合、前記発電機が発電した電流を前記１次側コイルにてチャージし、前記スイッチがオフの場合、前記１次側コイルにてチャージされた電流を前記２次側コイルに放電するリアクトルと、
前記スイッチのオン及びオフを制御するスイッチ制御手段と、
を備えることを特徴とする車両用駆動制御装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御手段は、前記発電機による発電中に前記モータによる車輪の駆動が不要な場合、前記スイッチをオフし、そのスイッチをオフした後に前記モータによる車輪の駆動が必要になった場合、前記スイッチをオン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。
【請求項３】
前記発電機は、エンジンにより駆動されており、
前記発電機による発電中に前記モータによる車輪の駆動が不要な場合とは、前記エンジンがアイドリング状態にある場合であることを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項４】
前記モータによる車輪の駆動が必要になった場合とは、運転者がアクセルペダルを操作した場合であることを特徴とする請求項２又は３に記載の車両用駆動制御装置。
【請求項５】
前記発電機は、エンジンに駆動されており、前記エンジンは、主駆動輪を駆動し、前記モータは、従駆動輪を駆動していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両用駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機が発電する電力でモータを駆動し、モータで車輪を駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、前輪を駆動するエンジンと、後輪を駆動するモータと、エンジンに駆動されモータに電力を供給する発電機と、発電機で発電された電力の電圧を低下するＤＣ／ＤＣコンバータとを備えた車両を開示している。この車両は、モータのトルクが必要ではない場合、発電機が発電した電圧を低下させてバッテリに充電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４５００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示の車両は、モータの駆動力要求に対して発電機の発電電力が足りない場合に備えて高電圧バッテリを搭載している。
しかし、高電圧バッテリを車載するとその分、大型化やコスト増につながってしまう。
本発明の課題は、高電圧バッテリを車両が搭載しなくても、発電機が発電した電流を蓄積することができるシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明は、発電機が発電した電流が流れる１次側コイルと、モータに電流に供給する２次側コイルと、発電機から１次側コイルへの電流の供給を断続するスイッチと、を有するリアクトルを備える。また、本発明は、スイッチのオン及びオフを制御するスイッチ制御手段を備える。
そして、本発明では、リアクトルは、スイッチがオンの場合、発電機が発電した電流を１次側コイルにてチャージし、スイッチがオフの場合、１次側コイルにてチャージされた電流を２次側コイルに放電する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、スイッチ制御手段がスイッチをオンすることで、高電圧バッテリを車両が搭載しなくても、発電機が発電した電流を蓄積することができるシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施形態の車両の構成を示す図である。
【図２】発電機、リアクトル及びモータの関係を示す図である。
【図３】４ＷＤコントローラがリアクトルスイッチをオン及びオフする処理手順を示すフローチャートである。
【図４】動作の説明に使用した図である。
【図５】アクセル開度（図５（ａ））、１次側コイル側の１次電流Ｉ１（図５（ｂ））、及び２次側コイル側の２次電流Ｉ２（図５（ｃ））の関係を、経過時間上で示す図である。
【図６】アクセルオン前後での１次電流Ｉ１とモータの駆動電流（２次電流Ｉ２）との関係を示す特性図である。
【図７】発電機にオルタネータとしての機能を持たせる構成を示す図である。
【図８】リアクトルのコアに残っている磁場エネルギーを回収する構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（構成）
本実施形態は、本発明を適用した車両である。
図１は、車両の構成を示す図である。図１に示すように、車両は、エンジン１、変速機２、発電機３、モータ４、減速機５、アクセルセンサ６、４ＷＤコントローラ（４ＷＤＥＣＵ（ElectronicControl Unit））７及びリアクトル１０を有する。
【０００９】
この車両では、左右前輪８Ｌ，８Ｒが、内燃機関であるエンジン１によって駆動される主駆動輪になる。また、左右後輪９Ｌ，９Ｒが、モータ４によって駆動可能な従駆動輪になる。
エンジン１は、出力トルクＴｅを、変速機（Ｔ／Ｍ）２を通じて左右前輪８Ｌ，８Ｒに伝達している。また、エンジン１は、その出力トルクＴｅの一部を、無端ベルト等の伝達手段を介して発電機３に伝達している。
【００１０】
発電機３は、発電した電流（電力）を、電線（パワーハーネス）を介してモータ４に供給する。発電機３とモータ４との間に、リアクトル１０を備えている。電線（パワーハーネス）は、後述の回路２１、回路２２を構成するものとなる。
変速機２は、不図示の変速制御部からのシフト命令に基づき変速操作を行う。また、発電機３は、エンジン１からの出力トルクＴｅ（一部）により回転する。このとき、発電機３は、エンジン１の回転数Ｎｅにプーリ比を乗じた回転数Ｎｈで回転する。
【００１１】
モータ４は、減速機５を介して後輪９Ｌ，９Ｒに駆動トルクを伝達する。例えば、減速機５と後輪９Ｌ，９Ｒとの間には、不図示のクラッチが介在している。これにより、必要に応じてクラッチが断続されて、モータ４からの駆動トルクが後輪９Ｌ，９Ｒに伝達されるようになる。
アクセルセンサ６は、アクセルペダルの操作状態を検出する。アクセルセンサ６は、その検出結果を４ＷＤコントローラ７に出力する。
【００１２】
４ＷＤコントローラ７は、発電機３及びモータ４を制御する。すなわち例えば、４ＷＤコントローラ７は、発電機３の界磁電流を制御し、発電機３の発電制御をする。また、４ＷＤコントローラ７は、モータ４の界磁電流を制御し、モータ４の駆動制御をする。例えば、４ＷＤコントローラ７は、不図示のインバータを介してモータ４を駆動制御する。
この４ＷＤコントローラ７は、アクセルセンサ６の検出結果を基に、リアクトル１０を制御する。具体的には、４ＷＤコントローラ７は、リアクトル１０のスイッチのオン及びオフを制御する。
【００１３】
図２は、発電機３、リアクトル１０及びモータ４の関係を示す。図２に示すように、車両は、発電機３とモータ４との間にリアクトル１０を備える。
リアクトル１０は、１次側コイル１１、２次側コイル１２、リアクトルスイッチ１３及びダイオード１４を有する。１次側コイル１１を、発電機３が接続されて該発電機３が発電した電流（１次電流Ｉ１）が流れる回路２１に配置している。２次側コイル１２を、モータ４が接続されて該モータ４に電流（２次電流Ｉ２）を供給する回路２２に配置している。スイッチ１３を、１次側コイル１１が配置される回路２１を断続するように配置している。ダイオード１４を、２次側コイル１２が配置される回路２２に配置している。また、図示しないが、リアクトル１０は、１次側コイル１１及び２次側コイル１２が巻かれたコアも有する。
【００１４】
この図２に示すような構成により、リアクトル１０は、１次側コイル１１と２次側コイル１２との極性を変えており、リアクトルスイッチ１３がオンの場合、発電機３が発電した電流を１次側コイル１１にてチャージすることができる。そして、リアクトル１０は、リアクトルスイッチ１３がオフの場合、１次側コイル１１にてチャージされた電流を２次側コイル１２に放電することができる。すなわち、コアの磁場エネルギーとして蓄積した１次電流Ｉ１を、２次側コイル１２に２次電流Ｉ２として放電する。
【００１５】
図３は、４ＷＤコントローラ７がリアクトルスイッチ１３をオン及びオフする処理手順を示す。図３に示すように、先ずステップＳ１において、４ＷＤコントローラ７は、イグニッション（ＩＧＮ）がオンか否かを判定する。４ＷＤコントローラ７は、イグニッションがオンになったとき、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、４ＷＤコントローラ７は、システムを起動しつつ、エンジン１を駆動させる。
【００１６】
続いてステップＳ３において、４ＷＤコントローラ７は、アクセルセンサ６の検出結果を基に、アクセルがオフ（運転者によりアクセルペダルが操作されていない）か否かを判定する。４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオフの場合、ステップＳ４に進む。また、４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオンの場合（運転者がアクセルペダルを操作している場合）、ステップＳ５に進む。
【００１７】
ステップＳ４では、４ＷＤコントローラ７は、リアクトルスイッチ１３をオンにする。すなわち、１次側コイル１１の回路２１を開にする。そして、ステップＳ３から処理を再び開始する。これにより、アクセルがオフの期間中、リアクトルスイッチ１３はオンになる。
一方、ステップＳ５では、４ＷＤコントローラ７は、リアクトルスイッチ１３をオフにする。すなわち、１次側コイル１１の回路２１を閉にする。そして、該図３に示す処理を終了する。
【００１８】
（動作及び作用）
図５を用いて説明する。
４ＷＤコントローラ７は、イグニッション（ＩＧＮ）がオンか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、４ＷＤコントローラ７は、イグニッションがオンになったとき、システムを起動しつつ、エンジン１を駆動させる（ステップＳ１２）。これにより、エンジン１はアイドリング状態になる。なお、このとき、アイドリング状態で、エンジントルクは、エンスト限界トルクと発電トルク（発電機３の駆動トルク）との加算値程度になっていることが好ましい。
【００１９】
続いて、４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオフか否かを判定する（ステップＳ１３）。４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオフの場合、リアクトルスイッチ１３をオンにする（ステップＳ１４）。
これにより、リアクトル１０の１次側コイル１１には、エンジン１により駆動されている発電機３からの１次電流Ｉ１が流れて、１次電流Ｉ１のチャージがなされる（ステップＳ１５）。
【００２０】
次のような原理により１次電流Ｉ１のチャージがなされる。
発電機３が発生する電圧をＶ１とすると、リアクトルスイッチ１３をオンしている期間、下記（１）式の１次電流Ｉ１が流れるようになる。
Ｖ１＝Ｌ（ｄＩ１／ｄｔ）  ・・・（１）
ここで、Ｌはインダクタンスである。このような１次電流Ｉ１が流れると、リアクトル１０のコアが磁化され、磁場にエネルギーが蓄えられる。蓄えられるエネルギー（磁場エネルギー）Ｗは、下記（２）式のようになる。
Ｗ＝１／２・Ｌ・Ｉ１２  ・・・（２）
このように、１次電流Ｉ１を磁場エネルギーＷとして１次側コイル１１にチャージしている。
【００２１】
４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオフされている期間（アイドリング期間）、このような１次側コイル１１への１次電流Ｉ１のチャージを継続して行う。このとき、理論上、リアクトルスイッチ１３がオンになっている期間中、１次電流Ｉ１が増加し続けるため、前記（２）式に示すエネルギーＷは、リアクトルスイッチ１３のオン期間に比例した大きさになる。
【００２２】
そして、４ＷＤコントローラ７は、アクセルがオンの場合（運転者がアクセルペダルを操作した場合）、リアクトルスイッチ１３をオフにする（ステップＳ１６）。
これにより、１次側コイル１１には、１次電流Ｉ１が流れなくなる。すると、磁場に蓄えられたエネルギーが２次側コイル１２から放出するようになる。このとき、２次側コイル１２の回路２２に２次電流Ｉ２が流れるようになる。そして、回路２２に接続されているモータ４に２次電流Ｉ２が流れるようになる。これにより、モータ４は、発進アシストとして、２次電流Ｉ２によりモータトルクを発生して後輪９Ｌ，９Ｒを駆動するようになる。ここで、モータトルクは、２次電流Ｉ２に比例した値となる。
【００２３】
また、リアクトルスイッチ１３がオフされていれば、磁場に蓄えられたエネルギーがある限り、２次側コイル１２には２次電流Ｉ２が流れ続ける。そして、２次側コイル１２に流れる２次電流Ｉ２は、時間とともに減っていく。
そして、４ＷＤコントローラ７は、所定のタイミングでリアクトルスイッチ１３をオンにする。具体的には、後輪９Ｌ，９Ｒを駆動した発進アシストが必要でなくなった時点でリアクトルスイッチ１３をオンにする。
【００２４】
図５は、アクセル開度（図５（ａ））、１次側コイル１１側の１次電流Ｉ１（図５（ｂ））、及び２次側コイル１２側の２次電流Ｉ２（図５（ｃ））の関係を示す。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、アイドリング期間中、アクセルが操作されるまで（アクセル開度が発生するまで）、１次側コイル１１側の回路２１には１次電流Ｉ１が流れる（コアに磁場エネルギーとして蓄積されていく）。なお、車両が走行中にアクセルがオン状態からオフされた場合にも、１次電流Ｉ１が流れる。
【００２５】
そして、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、アクセル操作されると（アクセル開度が発生すると）、１次側コイル１１側の回路２１に１次電流Ｉ１が流れなくなる（コアへの磁場エネルギーの蓄積が終了する）。その一方で、図５（ｃ）に示すように、２次側コイル１２側の回路２２に２次電流Ｉ２が流れ始めて、時間経過に応じて２次電流Ｉ２が減少するようになる。このとき、磁場に蓄えられたエネルギーがある限り、２次側コイル１２側の回路２２に２次電流Ｉ２が流れる。このような２次電流Ｉ２により、モータ４は、発進アシストとして、モータトルクを発生させて後輪９Ｌ，９Ｒを駆動するようになる。
つまり、図６に示すように、アイドリング期間に発電機３の電力をコアに磁場エネルギーとして蓄積し、アクセルオン以降、その蓄積した磁場エネルギーを後輪駆動力となるモータ４の駆動電流（２次電流Ｉ２）に転換している。
【００２６】
（実施形態の変形例）
（１）本発明を実現できる限り、車両がエンジン１を備えることを要件とせず、車両が駆動源として発電機３のみを備えることができる。
（２）発電機３による発電中にモータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が不要な場合が、エンジン１がアイドリング状態にある場合に限定されるものではない。
（３）モータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が必要になった場合が、運転者がアクセルペダルを操作した場合に限定されるものではない。
【００２７】
（４）車速が所定車速以上になった場合、リアクトルスイッチ１３をオンにして、発電機３が発電した電流（１次電流Ｉ１）をコアに磁場エネルギーとして蓄積することもできる。
（５）アクセルを完全に戻すことに限らず、アクセルを緩めたときに、リアクトルスイッチ１３をオンにして、発電機３が発電した電流（１次電流Ｉ１）をコアに磁場エネルギーとして蓄積することもできる。
【００２８】
（６）４ＷＤコントローラ７は、発進アシスト後にアクセルのオン状態が維持されて（運転者がアクセルペダルを踏み続けられて）、後輪９Ｌ，９Ｒの駆動によるアシストを継続するよう場合、１次側コイル１１をＤｕｔｙ制御することもできる。すなわち、４ＷＤコントローラ７は、リアクトルスイッチ１３のオン及びオフをＤｕｔｙ制御して、コアでのエネルギーの蓄積と、その蓄積したエネルギーの２次電流Ｉ２への変換とを継続して行うようにする。このとき、後輪９Ｌ，９Ｒの駆動トルク（モータ４のモータトルク）が適切になるようにＤｕｔｙ制御する。
これにより、発進アシスト時に限られることなく、運転者がアクセルペダルを踏み続けている間、エンジントルクを発電機３で電力に変換して、その電力を、リアクトル１０を介してモータ４に供給し、後輪９Ｌ，９Ｒを駆動させることもできる。
【００２９】
（７）図７に示すような回路構成にすることもできる。すなわち、図７に示すように、発電機３が接続される回路２１側にバッテリ３１及び発電負荷３２を備えることもできる。このような構成にすることで、発電機３が発電した電力を１次側コイル１１（コア）に蓄積されるものとに分け、バッテリ３１に対する充電ができる。すなわち、発電機３にオルタネータとしての機能を持たせることができる。
【００３０】
（８）図８に示すような回路構成にすることもできる。すなわち、図８に示すように、発電機３が接続される回路２１側に、バッテリ（例えば１４Ｖバッテリ）４１をバッテリ用スイッチ４２を介して接続することもできる。
図２に示すような構成の場合、発進アシストが終了したことでリアクトルスイッチ１３をオンしたときに、リアクトル１０のコアに蓄えられた磁場エネルギーを２次側コイル１２で使い切れてなく、リアクトル１０のコアに磁場エネルギーが残ってしまう場合がある。この場合、コアは磁化されたままとなる。
【００３１】
これに対して、図８に示すような構成にすることで、リアクトル１０のコアに残っている磁場エネルギーを回収することができる。このようなことから、リアクトルスイッチ１３をオンしたタイミングで（それから所定期間）、バッテリ用スイッチ４２をオンにすることで、リアクトル１０のコアに残っている磁場エネルギーを電力としてバッテリ４１に回収することができる。
なお、このようなバッテリ４１を有さない場合（例えば図２の構成）、リアクトル１０のコアに残っている磁場エネルギーは、１次側コイル１１に放出されて、１次電気Ｉ１となり、回路２１のもつ内部抵抗で消費されるようになる。
【００３２】
なお、この実施形態では、モータ４は、車輪を駆動するモータを実現する。また、発電機３は、前記モータに供給する電流を発電する発電機を実現する。また、リアクトル１０は、前記発電機が発電した電流が流れる１次側コイル１１と、前記モータに電流に供給する２次側コイル１２と、前記発電機から前記１次側コイルへの電流の供給を断続するスイッチ１３と、を有し、前記スイッチ１３がオンの場合、前記発電機が発電した電流を前記１次側コイル１１にてチャージし、前記スイッチがオフの場合、前記１次側コイルにてチャージされた電流を２次側コイル１２に放電するリアクトルを実現する。また、４ＷＤコントローラ７は、前記スイッチのオン及びオフを制御するスイッチ制御手段を実現する。
【００３３】
（実施形態の効果）
（１）車両は、リアクトル１０を備える。リアクトル１０は、発電機３が接続されて該発電機３が発電した１次電流Ｉ１が流れる回路２１に配置される１次側コイル１１と、モータ４が接続されて該モータ４に２次電流Ｉ２を供給する回路２２に配置される２次側コイル１２と、１次側コイル１１が配置される回路２１を断続するリアクトルスイッチ１３と、を有する。４ＷＤコントローラ７が、リアクトルスイッチ１３のオン及びオフを制御する。
【００３４】
このリアクトル１０は、リアクトルスイッチ１３がオンの場合、発電機３が発電した電力を１次側コイル１１にてチャージする。また、このリアクトル１０は、リアクトルスイッチ１３がオフの場合、１次側コイル１１にてチャージされた電流を２次側コイル１２に放電する。
これにより、４ＷＤコントローラ７がリアクトルスイッチ１３をオンすることで、高電圧バッテリを車両が搭載しなくても、発電機３が発電した電力を蓄積することができるシステムを提供することができる。
よって、高電圧バッテリを車両が搭載しなくても、発電不足が発生した場合に、リアクトルに蓄積した電流（磁場エネルギー）をモータ４に供給して、所望のモータトルクでモータ４を駆動できる。
【００３５】
（２）４ＷＤコントローラ７は、発電機３による発電中にモータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が不要な場合、例えばエンジン１のアイドリング状態の場合、リアクトルスイッチ１３をオフし、そのリアクトルスイッチ１３をオフした後にモータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が必要になった場合、リアクトルスイッチ１３をオンする。
これにより、発電機３が発電した電流の蓄積を、発電機３が発電した電流を蓄積しても問題がない適切なタイミングでのみ行うことができる。この結果、発電機３が発電した電流の出力を先送りすることができる（図６参照）。
また、このシステムは、発電機３が発電した電流の蓄積とその放電を比較的短時間に行うものとなるので、電流の蓄積を長期間必要としない電気自動車のシステムには有効に作用する。
【００３６】
（３）発電機３をエンジン１により駆動している。そして、発電機３による発電中にモータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が不要な場合とは、エンジン１がアイドリング状態にある場合である。
これにより、発電機３が発電した電流を蓄積しても問題がない場合であるアイドリング状態の場合に、発電機３が発電した電流を蓄積できる。この結果、エンジン１の出力（エンジントルク）を先送りすることができる（図６参照）。
（４）モータ４による車輪９Ｌ，９Ｒの駆動が必要になった場合とは、運転者がアクセルペダルを操作した場合である。
これにより、蓄積した電流を適切なタイミングでモータ４に供給できる。
【００３７】
（５）発電機３は、エンジン１に駆動されており、エンジン１は、主駆動輪８Ｌ，８Ｒを駆動し、モータ４は、従駆動輪９Ｌ，９Ｒを駆動している。
これにより、例えば、エンジン１がアイドリング状態にある場合、発電機３が発電した電流を蓄積し、従駆動輪９Ｌ，９Ｒで発進アシストをするときに、その蓄積した電流をモータ４に供給することができる。
また、アイドリング期間中に蓄積した電流によりモータ４を駆動し従駆動輪９Ｌ，９Ｒを駆動するようになるので、実際に従駆動輪９Ｌ，９Ｒを駆動させる際にエンジン１に負荷を上乗せする必要がない。このようにエンジン１の負荷を抑制できるため、エンストを防止することができる。また、発進時の燃費悪化を軽減することができる。
また、エンジン１の余剰エネルギーを蓄えるだけなので、特に電圧を昇降圧する必要がない。これにより、高出力化しても高電圧システムにしなく済み、整備性を損なうこともない。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン、３  発電機、４  モータ、７  ４ＷＤコントローラ、１０  リアクトル、１１  １次側コイル、１２  ２次側コイル、１３  リアクトルスイッチ、１４  ダイオード、２１  発電機が接続されている回路、２２  モータが接続されている回路
【図１】
2010193567.tif 000003
【図２】
2010193567.tif 000004
【図３】
2010193567.tif 000005
【図４】
2010193567.tif 000006
【図５】
2010193567.tif 000007
【図６】
2010193567.tif 000008
【図７】
2010193567.tif 000009
【図８】
2010193567.tif 000010