專利名稱：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置及相關(guān)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置及相關(guān)的控制方法，上述車輛的前輪或后輪中的一組可以由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而另一組車輪可以由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，四輪驅(qū)動(dòng)車輛是已知的，其前輪由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，一個(gè)發(fā)電機(jī)由該發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而產(chǎn)生電力，該電力反過(guò)來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)電動(dòng)機(jī)以提供驅(qū)動(dòng)力，后輪由此驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)(參見(jiàn)日本公開(kāi)特許公報(bào)2002-152911和2002-200932)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，現(xiàn)有技術(shù)中的這些車輛，由于分別裝備了一個(gè)用來(lái)驅(qū)動(dòng)車輪的電力發(fā)電機(jī)和一個(gè)用來(lái)將電力提供到車輛電氣設(shè)備的電力發(fā)電機(jī)，所以部件的數(shù)量增加，帶來(lái)了限制布局的問(wèn)題。而且部件數(shù)量的增加導(dǎo)致車輛重量的增加，進(jìn)而帶來(lái)了增加成本的問(wèn)題。
本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中面臨的上述問(wèn)題，且其目的在于提供一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置和控制方法，它們能夠簡(jiǎn)化裝置的結(jié)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，該車輛的前輪或后輪中的一組可以通過(guò)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)需要，另一組車輪可以由一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，上述裝置包括一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)，以產(chǎn)生具有第一額定電壓的第一電力；一個(gè)升壓和降壓逆變器，將第一電力降壓為第二電力，該第二電力具有低于第一額定電壓的第二額定電壓；以及一個(gè)電氣設(shè)備，從上述升壓和降壓逆變器輸出的第二電力提供給該設(shè)備，其中電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出的第一電力驅(qū)動(dòng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一方面提供了一種控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的方法，該車輛的前輪或后輪中的一組可以由一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)需要，另一組車輪可以由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，上述方法包括使升壓和降壓逆變器整流并將第一電力降壓為第二電力，以便將第二電力提供到安裝在車輛上的電氣設(shè)備，上述第一電力具有電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的第一額定電壓，上述第二電力具有第二額定電壓，第二額定電壓低于第一額定電壓；并使升壓和降壓逆變器將第三電力升壓為第四電力，且將第四電力變換為第五電力，從而將第五電力提供到電動(dòng)機(jī)以便進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)，上述第三電力由上述電氣設(shè)備產(chǎn)生，其具有的第三額定電壓，上述第四電力具有高于第三額定電壓的第四額定電壓，上述第五電力具有第五額定電壓。


附圖1是一框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的結(jié)構(gòu)；附圖2是一流程圖，其示出了在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中該實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置操作的基本順序；附圖3是一流程圖，其示出了在14伏電池充電模式過(guò)程中該實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置操作的基本順序；附圖4是一流程圖，其示出了在四輪驅(qū)動(dòng)模式過(guò)程中該實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置操作的基本順序；附圖5是一表格，其示出了構(gòu)成第一實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的各個(gè)組成部分的操作條件；附圖6是一框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的結(jié)構(gòu)；及附圖7是一表格，其示出了構(gòu)成第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的各個(gè)組成部分的操作條件。
具體實(shí)施例方式
下面，適當(dāng)參照附圖描述本發(fā)明的各實(shí)施例。
第一實(shí)施例第一實(shí)施例的控制裝置用來(lái)控制一車輛，該車輛的結(jié)構(gòu)為前輪或后輪中的一組車輪通過(guò)一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，另一組車輪通過(guò)一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。如圖1所示，該車輛包括一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)1，一個(gè)42伏的交流發(fā)電機(jī)2(電動(dòng)發(fā)電機(jī))(ALT)，該交流發(fā)電機(jī)通過(guò)一個(gè)皮帶連接到上述發(fā)動(dòng)機(jī)1，其傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)1的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力產(chǎn)生42伏(第一額定電壓)的交流電(例如三相交流電)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中有效地作為一個(gè)電動(dòng)機(jī)，一個(gè)二極管橋接電路14(整流裝置)整流由42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的交流電，一個(gè)升壓和降壓逆變器3和一個(gè)14伏蓄電池E1(電氣設(shè)備)(BAT)向安裝在車輛上的多種儀器設(shè)備提供驅(qū)動(dòng)電力。
此外，該車輛包括一個(gè)被提供直流電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)M1(MOT)，上述直流電由上述二極管橋接電路14整流，一個(gè)差速齒輪4連接到上述電動(dòng)機(jī)M1的輸出軸，且后輪5由該電動(dòng)機(jī)M1的驅(qū)動(dòng)力旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。而且，雖然下面將參照一種示意情況描述目前提出的實(shí)施例，其中發(fā)動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)前輪，而電動(dòng)機(jī)M1驅(qū)動(dòng)后輪，但是人們可以理解，如果發(fā)動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)后輪，那么電動(dòng)機(jī)M1則驅(qū)動(dòng)前輪。
另外，該控制裝置還包括一發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12(ENG CONT)，該控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)狀況，一發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器10檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速，一勵(lì)磁控制部分8(FIELD CONT)用來(lái)控制流經(jīng)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁繞組的電流，一位置傳感器11用來(lái)檢測(cè)上述42伏交流發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子位置，一勵(lì)磁控制部分13(FIELD CONT)控制流經(jīng)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁電流，且一電壓傳感器7用來(lái)檢測(cè)14伏蓄電池E1的充電電壓。
升壓和降壓逆變器3包括一個(gè)由開(kāi)關(guān)元件Q3至Q8，例如六個(gè)IGBTs或MOS-FETs，組成的變流器(inverter)部分3a，以及一個(gè)由開(kāi)關(guān)元件Q1，Q2和線圈L1組成的變換器(converter)部分3b。通過(guò)各開(kāi)關(guān)元件Q3至Q8可控地接通或斷開(kāi)，變流器部分3a將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(具有第一額定電壓的第一電力)(最大功率約4kW，電壓11Vrms至42Vrms)變換為直流電，并且將從變換器部分3b輸出的直流電(具有第三額定電壓的第三電力)(最大功率約1kW，電壓14V)變換為三相交流電(具有第四額定電壓的第四電力)(最大功率約1kW，電壓20Vrms)提供到42伏交流發(fā)電機(jī)2以便對(duì)交流發(fā)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。
此外，變換器部分3b將從變流器部分3a輸出的42伏直流電降壓為14伏的直流電(具有第二額定電壓的第二電力)(最大功率約1kW，電壓14V)提供到14伏蓄電池E1，以便對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，并且將由14伏蓄電池E1輸出的14伏直流電(第三電力)升壓成42伏直流電，以便允許將已經(jīng)升壓的該直流電提供到變流器部分3a。
此外，該控制裝置包括一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)控制器9(4WD CONT)，當(dāng)檢測(cè)到發(fā)生車輪滑動(dòng)時(shí)，該控制器響應(yīng)一個(gè)加速器傳感器(ACCEL SENS)(未示出)和一個(gè)輪速傳感器(未示出)的檢測(cè)信號(hào)以控制四輪驅(qū)動(dòng)，上述加速器傳感器檢測(cè)安裝在車輛上的加速踏板(未示出)的位移量。在進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)時(shí)，該四輪驅(qū)動(dòng)控制器9向勵(lì)磁控制部分8、13輸出控制信號(hào)，并且輸出一個(gè)閉合開(kāi)關(guān)SW1的命令信號(hào)，該開(kāi)關(guān)連接在二極管橋接電路14和電動(dòng)機(jī)M1之間。
另外，控制裝置包括一個(gè)變流器驅(qū)動(dòng)電路6(INV DR CKT)，該電路響應(yīng)加速器開(kāi)關(guān)(accelerator switch)SW2(ACCEL SWITCH)的檢測(cè)信號(hào)以及由位置傳感器11檢測(cè)的42伏交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)輸出開(kāi)/關(guān)(ON/OFF)信號(hào)來(lái)控制升壓和降壓逆變器3的各開(kāi)關(guān)元件Q3至Q8的輸入端，上述加速器開(kāi)關(guān)在由加速器傳感器檢測(cè)的加速踏板位移量超過(guò)一個(gè)給定值時(shí)(滿足給定條件時(shí))接通，控制裝置還包括一個(gè)變換器驅(qū)動(dòng)電路15(CONV DR CKT)，其響應(yīng)加速器開(kāi)關(guān)SW2的檢測(cè)信號(hào)控制升壓和降壓逆變器3的各開(kāi)關(guān)元件Q1、Q2的輸入端，檢測(cè)信號(hào)從位置傳感器11和電壓傳感器7傳送。
現(xiàn)在，結(jié)合下面的(I)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式，(II)14伏蓄電池充電模式和(III)四輪驅(qū)動(dòng)模式描述該實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的基本操作過(guò)程。而且，在附圖5中集中示出了各操作模式下42伏交流發(fā)電機(jī)2、升壓和降壓逆變器3、14伏蓄電池E1、開(kāi)關(guān)SW1和電動(dòng)機(jī)M1各自的操作。
(I)在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式(ENGSTART MODE)下的操作下面，參照附圖2中的流程圖描述在發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)模式下的操作。若加速器開(kāi)關(guān)SW2被接通(步驟1)，在變流器驅(qū)動(dòng)電路6的控制下，一個(gè)勵(lì)磁命令信號(hào)被施加到上述勵(lì)磁控制部分8以激勵(lì)42伏交流發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁繞組，將交流發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)(步驟2)。
接著，升壓和降壓逆變器3的變換器部分3b被提供由14伏蓄電池E1釋放的14伏直流電(第三電力)并且在變換器驅(qū)動(dòng)電路15的控制下，各開(kāi)關(guān)元件Q1，Q2可控制地接通或斷開(kāi)。這使得14伏直流電(第三電力)被升壓成42伏直流電輸出到變流器部分3a(步驟3)。
接續(xù)地，在變流器驅(qū)動(dòng)電路6的控制下，變流器部分3a的各開(kāi)關(guān)元件Q3至Q8隨著從位置傳感器11傳來(lái)的檢測(cè)信號(hào)同步可控制地被接通或斷開(kāi)，從而將42伏的直流電變換成三相42伏交流電(第四電力)(步驟4)。然后，該三相交流電(第四電力)被施加到42伏交流發(fā)電機(jī)2，其作為電動(dòng)機(jī)被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)連接到該交流發(fā)電機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)1。與此同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12在啟動(dòng)點(diǎn)火時(shí)使燃油隨著發(fā)動(dòng)機(jī)1的旋轉(zhuǎn)而同步噴射，以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1。
隨后，確定發(fā)動(dòng)機(jī)1已經(jīng)啟動(dòng)(步驟5)。一旦確定發(fā)動(dòng)機(jī)1已經(jīng)啟動(dòng)，勵(lì)磁控制部分13控制勵(lì)磁電流以削弱對(duì)42伏交流發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁繞組的激勵(lì)程度(步驟6)，此后，停止對(duì)升壓和降壓逆變器3的變流器部分3a的操作(步驟7)。在隨著步驟7發(fā)生的步驟8中，變換器部分3b的操作被停止。
這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)1的啟動(dòng)操作可以與加速器開(kāi)關(guān)SW2接通同步完成。同時(shí)，如圖5所示，在操作(I)的過(guò)程中，蓄電池E1放電(DISCH)，升壓和降壓逆變器3以動(dòng)力運(yùn)行模式(PWR)被操作，且42伏交流發(fā)電機(jī)2(ALT)作為一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)(MOT)運(yùn)行。
(II)在14伏蓄電池充電模式(BAT CHGMODE)下的操作下面，參照附圖3所示的流程圖描述在14伏蓄電池E1充電模式下的基本操作過(guò)程。
首先，四輪驅(qū)動(dòng)控制器9響應(yīng)加速器傳感器和輪速傳感器的檢測(cè)信號(hào)判別在目前的狀態(tài)下是否可以實(shí)行四輪驅(qū)動(dòng)，即，是否電動(dòng)機(jī)M1在目前的狀態(tài)下是否可以被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(步驟11)。若判斷可以進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)，則進(jìn)行附圖4所示的操作步驟。
若判斷在目前的狀態(tài)下不可以進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)，則響應(yīng)電壓傳感器7的輸出信號(hào)檢測(cè)14伏蓄電池E1的充電電壓(步驟12)。接著，勵(lì)磁控制部分8響應(yīng)電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)控制流經(jīng)42伏交流發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流，以便使42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生電力，并且使三相交流電(第一電力)被提供到升壓和降壓逆變器3的變流器部分3a，產(chǎn)生的三相交流電經(jīng)此被整流成42伏直流電(步驟13)。
此后，變換器驅(qū)動(dòng)電路15可控制的接通或斷開(kāi)變換器部分3b的各開(kāi)關(guān)元件Q1，Q2，從而將42伏直流電變換為14伏直流電(第二電力)(步驟14)。利用降壓成14伏的直流電，可以給14伏蓄電池E1充電(步驟15)。發(fā)生這種情況時(shí)，14伏蓄電池E1響應(yīng)電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)以適當(dāng)?shù)碾妷罕怀潆?。而?2伏交流發(fā)電機(jī)2在低于完全激勵(lì)狀態(tài)下被激勵(lì)。
這樣，利用42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(第一電力)可以給蓄電池E1充電，而且42伏交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流響應(yīng)電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)被控制，以控制42伏交流發(fā)電機(jī)2的輸出電壓，減少變換器部分3b的功率損失。同時(shí)，如圖5所示，在操作(II)的過(guò)程中，升壓和降壓逆變器3以再生模式(REGEN)被操作，且42伏交流發(fā)電機(jī)2作為一個(gè)發(fā)電機(jī)(ALT)運(yùn)行。
(III)在四輪驅(qū)動(dòng)模式(4WD MODE)下的操作下面，參照附圖4所示的流程圖描述在四輪驅(qū)動(dòng)模式下的基本操作過(guò)程。如上所述，在附圖3中的步驟11將執(zhí)行下述操作，判斷是否可以執(zhí)行四輪驅(qū)動(dòng)模式。
如果四輪驅(qū)動(dòng)控制器9根據(jù)來(lái)自加速器傳感器和輪速傳感器的檢測(cè)信號(hào)判斷的結(jié)果是需要執(zhí)行四輪驅(qū)動(dòng)(步驟21)，那么四輪驅(qū)動(dòng)控制器9則向勵(lì)磁控制部分8輸出一個(gè)控制命令，由此勵(lì)磁繞組被完全激勵(lì)，其允許42伏交流發(fā)電機(jī)2提供最大的功率輸出(步驟22)。然后，開(kāi)關(guān)SW1被接通，且二極管橋接電路14和電動(dòng)機(jī)M1被電連接(步驟23)。
此后，四輪驅(qū)動(dòng)控制器9向勵(lì)磁控制部分13輸出一個(gè)控制命令信號(hào)，以激勵(lì)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁繞組使其同樣的操作被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)(步驟24)。
因此，由二極管橋接電路14整流的42伏直流電(具有第五額定電壓的第五電力)(最大功率約4kW，電壓16V至60V)被施加到電動(dòng)機(jī)M1，電動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)(附圖5中的DR)，且后輪5經(jīng)差速齒輪4被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。
此外，在四輪驅(qū)動(dòng)模式過(guò)程中，如果響應(yīng)來(lái)自電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)確認(rèn)14伏蓄電池E1的電壓低于給定的充電電壓(步驟25)，那么42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(第一電力)由升壓和降壓逆變器3的變流器部分3a整流，以允許直流電(第二電力)被提供到14伏蓄電池E1，給蓄電池充電。這樣如果14伏蓄電池E1的充電電壓降壓到一個(gè)給定的低限，即使在四輪驅(qū)動(dòng)模式過(guò)程中，也可以給14伏蓄電池E1充電。
因此，利用該實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，使用42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的電力(第一電力)提供為14伏蓄電池E1充電的直流電(第二電力)和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1的電力(第五電力)，而不需要為蓄電池充電和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)提供單獨(dú)的電力發(fā)電機(jī)，使裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。這在減少重量和成本的同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)布局的自由度。
即，僅用一個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)為電動(dòng)機(jī)和一個(gè)電氣設(shè)備提供電力在提高結(jié)構(gòu)布局自由度和減少重量及成本的同時(shí)簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)被提供第一額定電壓的電力以被驅(qū)動(dòng)，電氣設(shè)備被提供第二額定電壓的電力以被激活。
此外，通過(guò)操作升壓和降壓逆變器3將14伏蓄電池E1釋放的直流電(第三電力)變換成三相42伏交流電(第四電力)提供到42伏交流發(fā)電機(jī)2，使42伏交流發(fā)電機(jī)2作為電動(dòng)機(jī)操作，以提供旋轉(zhuǎn)力啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1不需要其他動(dòng)力源，簡(jiǎn)化了裝置結(jié)構(gòu)。
即，因?yàn)槌淙胄铍姵刂械木哂械谝活~定電壓的電力被升壓和降壓逆變器變換成具有第二額定電壓的交流電，使該交流電被用來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)以為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，不需要提供其池驅(qū)動(dòng)源啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這使裝置的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
而且，加速器開(kāi)關(guān)SW2接通時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)1被啟動(dòng)并且可以實(shí)現(xiàn)怠速停止模式，改善燃油消耗性能。
即，因?yàn)轳{駛員進(jìn)行加速操作為給定的條件發(fā)動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)怠速停止模式。此外，在怠速停止模式下，當(dāng)車輛停止時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止，因此可以改進(jìn)燃油消耗性能。
此外，由于升壓和降壓逆變器3的變流器部分3a將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(第一電力)整流為直流電(第二電力)，而該直流電被變換器部分3b降壓為可以給14伏蓄電池E1充電的直流電(第二電力)，所以若需要，14伏蓄電池E1在任何時(shí)候都可以被提供充電電力，這使得14伏蓄電池E1在任何時(shí)候都可以保持適當(dāng)?shù)碾妷褐怠?br> 即，因?yàn)橛呻妱?dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電被升壓和降壓逆變器整流和降壓以為電池充電供給直流電，因此電池的充電電壓可以一直保持在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷褐怠?br> 另外，因?yàn)?2伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電被二極管橋接電路14整流成直流電(第五電力)，該直流電被提供到直流電動(dòng)機(jī)M1，從而旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)后輪5，所以不需要復(fù)雜的控制就可以獲得驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1的直流電，這樣可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制操作。而且，隨著控制操作的簡(jiǎn)化，可以減少誤操作，從而改進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式的可靠性。
即，當(dāng)整流裝置將電動(dòng)發(fā)電機(jī)(交流發(fā)電機(jī))產(chǎn)生的三相交流電整流成用來(lái)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)用于四輪驅(qū)動(dòng)的直流電動(dòng)機(jī)的直流電時(shí)，不需要復(fù)雜的控制就可以獲得直流電，簡(jiǎn)化了控制操作。
此外，當(dāng)42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的電力僅被用于為14伏蓄電池E1充電時(shí)(即當(dāng)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1時(shí))，勵(lì)磁控制部分8這樣控制，其使42伏交流發(fā)電機(jī)2的勵(lì)磁削弱，從而使42伏交流發(fā)電機(jī)2的功率輸出降低，這樣減少了變換器部分3b的能量損失。
即，當(dāng)利用由電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力給蓄電池充電而電動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的輸出電壓被控制在低于最大功率輸出的電壓值，這樣減少了升壓和降壓逆變器的能量損失。
第二實(shí)施例下面，描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。如圖6所示，第二實(shí)施例的控制裝置包括發(fā)動(dòng)機(jī)1，42伏交流發(fā)電機(jī)2(ALT)，升壓和降壓逆變器3A，二極管橋接電路14，直流電驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)M1，一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路16(DR CKT)，14伏蓄電池E1和電壓傳感器7。
此外，該控制裝置還包括檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器10，用于檢測(cè)42伏交流發(fā)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器11，用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器12(ENG CONT)，控制四輪驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)控制器9(4WD CONT)，用于控制流經(jīng)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁控制部分8，以及控制流經(jīng)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流的勵(lì)磁控制部分13(FIELD CONT)。
14伏蓄電池E1的負(fù)極端被連接到升壓和降壓逆變器3A的負(fù)極輸出端，14伏蓄電池E1的正極端經(jīng)過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)SW3(開(kāi)關(guān)裝置)被連接到42伏交流發(fā)電機(jī)2的中性點(diǎn)。
上述升壓和降壓逆變器3A包括開(kāi)關(guān)元件Q11至Q16，例如IGBTs或者M(jìn)OS-FETs，它們可控制地被接通或斷開(kāi)，以便將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(具有第一額定電壓的第一電力)整流同時(shí)使電壓降低以提供充電電力(具有第二額定電壓的第二電力)，該充電電力被提供到14伏蓄電池E1，而另一方面將從14伏蓄電池E1釋放的直流電(具有第三額定電壓的第三電力)升壓和變換成提供到42伏交流發(fā)電機(jī)2的三相42伏交流電(具有第四額定電壓的第四電力)。
上述驅(qū)動(dòng)電路16響應(yīng)加速器開(kāi)關(guān)SW2的執(zhí)行信號(hào)、電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)以及位置傳感器11的檢測(cè)信號(hào)執(zhí)行控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間，隨著開(kāi)關(guān)SW3接通，驅(qū)動(dòng)電路16輸出開(kāi)/關(guān)執(zhí)行信號(hào)控制開(kāi)關(guān)元件Q11至Q16的輸入端，以執(zhí)行動(dòng)力運(yùn)行模式下的操作，其中從14伏蓄電池E1釋放的直流電(第三電力)被升壓和變換成三相交流電(第四電力)。而且，隨著14伏蓄電池E1充電過(guò)程中開(kāi)關(guān)SW3接通，驅(qū)動(dòng)電路16進(jìn)行控制以輸出開(kāi)/關(guān)執(zhí)行信號(hào)來(lái)控制開(kāi)關(guān)元件Q11至Q16的輸入端，以便進(jìn)行再生模式的操作，其中由42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電被整流并降壓成給14伏蓄電池E1充電的直流電。
現(xiàn)在，描述第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置的基本操作過(guò)程。而且，在附圖7中集中示出了42伏交流發(fā)電機(jī)2、升壓和降壓逆變器3A、14伏蓄電池E1、開(kāi)關(guān)SW1、SW3以及電動(dòng)機(jī)M1在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式、14伏蓄電池充電模式以及四輪驅(qū)動(dòng)模式下的操作。
首先，說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)模式，如果驅(qū)動(dòng)電路16檢測(cè)到加速器開(kāi)關(guān)SW2被接通，驅(qū)動(dòng)電路16則接通開(kāi)關(guān)SW3(閉合狀態(tài))，在其控制下升壓和降壓逆變器3A的開(kāi)關(guān)元件Q11至Q16可控制地被接通或斷開(kāi)，以便于允許升壓和降壓逆變器3A在動(dòng)力運(yùn)行模式下進(jìn)行操作。
這就允許從14伏蓄電池E1輸出的直流電(第三電力)被升壓并變換成三相交流電(第四電力)，該交流電被提供到42伏交流發(fā)電機(jī)2，且42伏交流發(fā)電機(jī)2作為電動(dòng)機(jī)被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，以提供傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)1的驅(qū)動(dòng)力。這使得發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)。
另外，在給14伏蓄電池E1充電時(shí)，開(kāi)關(guān)元件Q11至Q16隨著開(kāi)關(guān)SW3的接通時(shí)可控制地接通或斷開(kāi)，以便允許升壓和降壓逆變器3A在再生模式下進(jìn)行操作，其中，42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的交流電被整流并降壓成14伏直流電(第三電力)提供到14伏蓄電池E1。發(fā)生這種情況時(shí)，響應(yīng)電壓傳感器7的檢測(cè)信號(hào)，充電電壓被控制在適當(dāng)?shù)闹?。這樣，14伏蓄電池E1被充電。
此外，如果42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生大的功率輸出，那么開(kāi)關(guān)SW3會(huì)被斷開(kāi)(開(kāi)路狀態(tài))，以防止過(guò)電壓被提供到14伏蓄電池E1，中斷對(duì)14伏蓄電池E1的電壓提供。
另一方面，在進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，當(dāng)而開(kāi)關(guān)SW1接通時(shí)開(kāi)關(guān)SW3斷開(kāi)，并且在升壓和降壓逆變器3A停止的情況下，勵(lì)磁控制部分13允許勵(lì)磁電流流經(jīng)電動(dòng)機(jī)M1的勵(lì)磁繞組。接著，二極管橋接電路14將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電整流成直流電提供到電動(dòng)機(jī)M1，且電動(dòng)機(jī)M1被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而使得后輪5被驅(qū)動(dòng)。
以這樣的方式，借助第二實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，利用42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的電力(第一電力)可以為14伏蓄電池E1充電提供直流電(第二電力)并且可以為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1提供電力(第五電力)，而不需要為14伏蓄電池E1進(jìn)行充電和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)分別提供電力發(fā)電機(jī)，使得裝置的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。這使得布局自由度得到提高進(jìn)而減少重量和成本。
此外，一旦升壓和降壓逆變器3A將14伏蓄電池E1釋放的直流電(第三電力)變換為提供到42伏交流發(fā)電機(jī)2的三相交流電(第四電力)，42伏交流發(fā)電機(jī)2就作為電動(dòng)機(jī)被有效地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，使該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)果不需要準(zhǔn)備其他的動(dòng)力源啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1，因此使裝置的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化。
而且，開(kāi)關(guān)SW2接通時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)1被啟動(dòng)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)怠速停止模式，同時(shí)改善燃油消耗。
此外，一旦升壓和降壓逆變器3A將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(第一電力)整流并降壓成給14伏蓄電池E1充電的直流電(第二電力)，14伏蓄電池E1在需要時(shí)就可以被提供充電電力，從而使得14伏蓄電池E1在任何時(shí)候都可以保持在適當(dāng)?shù)某潆婋妷骸?br> 另外，升壓和降壓逆變器3A將42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生的三相交流電(第一電力)整流并降壓成提供到電動(dòng)機(jī)M1的直流電(第五電力)，以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M1，從而使后輪5被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，不需要進(jìn)行復(fù)雜的控制就能夠獲得直流電，這簡(jiǎn)化了控制操作。而且，由于簡(jiǎn)化了控制操作，誤操作也被減少，這使得電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式過(guò)程中的操作可靠性得到改善。
此外，隨著42伏交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生大功率輸出，開(kāi)關(guān)SW3斷開(kāi)，這樣可以防止過(guò)電壓被提供到14伏蓄電池E1。
即，如果電動(dòng)發(fā)電機(jī)的電力輸出超過(guò)一給定值(例如20Vrms)，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)裝置中斷向蓄電池提供電力，以防止向蓄電池提供過(guò)電壓，這樣就能夠保護(hù)蓄電池。
如前所述，雖然已經(jīng)參照所示的實(shí)施例描述了本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置和相關(guān)的控制方法，但是本發(fā)明不限于這些特殊的應(yīng)用，可以有許多變換的形式，其中相應(yīng)的部件可以用具有類似功能的任意結(jié)構(gòu)進(jìn)行替換。
雖然已經(jīng)參照示例的結(jié)構(gòu)對(duì)前述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，其中安裝在車輛上的電氣設(shè)備包括蓄電池，但是本發(fā)明不限于此，且電氣設(shè)備還可以包括其他負(fù)荷。而且，本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合一個(gè)實(shí)例進(jìn)行描述，其中發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的給定條件基于加速器開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)，但是本發(fā)明不限于這種特殊的應(yīng)用，且一種替代方案是可以包括在其他條件下發(fā)動(dòng)機(jī)被啟動(dòng)。
如上所述，雖然已經(jīng)結(jié)合上述實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于本說(shuō)明書中所描述的實(shí)施例。很顯然可以不脫離本發(fā)明所附的權(quán)利要求確定的主旨和范圍進(jìn)行各種修改和變化。因此，可以想到所述的實(shí)施例僅僅作為本發(fā)明的示例，并不限制本發(fā)明。
2003年11月日申請(qǐng)的2003-397242號(hào)日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此結(jié)合作為參考。
雖然上面已經(jīng)結(jié)合一些本發(fā)明的實(shí)施例描述了發(fā)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述教導(dǎo)易于想到其他變化。本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中車輛的前輪或后輪中的一組可以由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而另一組車輪可以根據(jù)需要由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該控制裝置包括由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)，其產(chǎn)生具有第一額定電壓的第一電力；一個(gè)升壓和降壓逆變器，其將第一電力降壓成具有第二額定電壓的第二電力，該第二額定電壓低于第一額定電壓；以及一個(gè)電氣設(shè)備，其被提供從升壓和降壓逆變器輸出的第二電力；其中電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出的具有第一額定電壓的第一電力驅(qū)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中所述電氣設(shè)備包括一個(gè)蓄電池，所述升壓和降壓逆變器具有將第一電力降壓成第二電力的第一功能，并且具有將具有第三額定電壓的第三電力升壓成具有第四額定電壓的第四電力的第二功能，所述第三電力從蓄電池釋放，第四額定電壓高于第三額定電壓，并且所述電動(dòng)發(fā)電機(jī)具有響應(yīng)由升壓和降壓逆變器輸出的第四電力產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的功能，并且其中發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力啟動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中第三電力是直流電，第四電力是交流電，并且升壓和降壓逆變器將直流電變換成交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中當(dāng)條件滿足時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中所述條件包括由駕駛員進(jìn)行的加速踏板的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中第一電力是交流電，第二電力是直流電，并且其中電氣設(shè)備包括一個(gè)蓄電池，并且升壓和降壓逆變器將電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電變換成給蓄電池充電的直流電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，第一電力是交流電，并且該控制裝置還包括一個(gè)整流器，其將電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電整流成具有第五額定電壓的第五電力，電動(dòng)機(jī)由該第五電力驅(qū)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中還包括連接在蓄電池和電動(dòng)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)之間的一個(gè)開(kāi)關(guān)，其在電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的第一電力的第一額定電壓超一給定的電壓值時(shí)被斷開(kāi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，其中蓄電池由電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的第一電力進(jìn)行充電，且在電動(dòng)機(jī)保持不運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓即第一額定電壓被保持在低于電動(dòng)發(fā)電機(jī)的最大功率輸出的電壓值。
10.一種控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的方法，車輛的前輪或后輪中的一組可以由一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而另一組車輪可以根據(jù)需要由一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該方法包括使升壓和降壓逆變器將電動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的具有第一額定電壓的第一電力整流并降壓成具有低于第一額定電壓的第二額定電壓的第二電力，以便將第二電力提供到安裝到車輛上的電氣設(shè)備；以及使升壓和降壓逆變器將電氣設(shè)備產(chǎn)生的具有第三額定電壓的第三電力升壓成具有高于第三額定電壓的第四額定電壓的第四電力，并且將第一電力變換成具有第五額定電壓的第五電力，從而將第五電力提供到電動(dòng)機(jī)以進(jìn)行四輪驅(qū)動(dòng)。
11.一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置，車輛的前輪或后輪中的一組可以由一發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而另一組車輪可以根據(jù)需要由一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該控制裝置包括由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的一個(gè)發(fā)電裝置，其產(chǎn)生具有第一額定電壓的第一電力；一個(gè)升壓和降壓變換裝置，用于將第一電力降壓成具有第二額定電壓的第二電力，該第二額定電壓低于第一額定電壓；以及一個(gè)電氣設(shè)備，其被提供從升壓和降壓變換裝置輸出的第二電力；其中電動(dòng)機(jī)由第一電力驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
一種用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)車輛的控制裝置包括由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的42伏交流發(fā)電機(jī)(電動(dòng)發(fā)電機(jī))，其產(chǎn)生42伏的三相交流電，一個(gè)升壓和降壓逆變器，用于將42伏交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的三相交流電整流并降壓成14伏直流電，以及一個(gè)14伏蓄電池，被提供升壓和降壓逆變器輸出的14伏交流電和充電。一個(gè)二極管橋接電路將42伏交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的42伏交流電整流成直流電，電動(dòng)機(jī)由該直流電旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，從而使車輛以四輪驅(qū)動(dòng)模式進(jìn)行操作。
文檔編號(hào)B60K6/44GK1621265SQ20041010476
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者石川泰毅, 高波涉 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社