车辆驱动力控制装置.pdf

提供了一种车辆驱动力控制装置，即使发动机转速经受急剧变化它也能稳定电动机的输出。发动机的输出通过变速器分配到左、右前轮，也分配到发电机。发电机的输出电压施加到电动机，而电动机的输出驱动左、右后轮。该驱动力控制装置根据变速器换高速档和换低速档预测发动机转速是否将急剧下降或上升，并在发动机转速发生急剧变化之前向上或向下调节发电机的激励电流。

1、  一种车辆驱动力控制装置，包含；
主驱动源，被配置和安排成驱动第一车轮；
发电机，被配置和安排成由主驱动源驱动；
机电装置，被配置和安排成从发电机接收电功率；以及
操作上与发电机和机电装置中至少一个耦合的控制器，该控制器包含：
预测部分，被配置成预测主驱动源的转速和从发电机提供给机电装置的电压二者之一的突然急剧变化，以及
输出稳定部分，被配置成在急剧变化之前调节发电机激励电流以抑制将由主驱动源转速突然急剧变化造成的发电机输出变化，和在急剧变化之前调节机电装置的激励磁通量的大小以抑制将由发电机向机电装置提供的电压实然急剧变化造成的电动机输出变化这两者之一。

2、  如利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，进一步包含：
变速器，安装在主驱动源和由主驱动源驱动的第一车轮之间的转矩传输路径中；以及
预测部分，被配置成根据对变速器换档指示的检测来预测主驱动源转速的急剧变化。

3、  如利要求2中所述的车辆驱动力控制装置，其中：
输出稳定部分进一步被配套置成在预测变速器将转换到不同的齿轮比同时根据这一转换将造成发电机激励电流变化时，预先改变发电机的激励电流。

4、  如利要求2中所述的车辆驱动力控制装置，其中：
变速器被配置成根据换档命令改变齿轮比并当接收换档命令之后已经经过一个预定延迟时段时执行这一齿轮比的改变；以及
输出稳定部分被配置成当检测到已发出换档命令便根据该换档命令的内容改变发电机的激励电流。

5、  如权利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，其中：
输出稳定部分被配置成控制发电机的激励电流，使得发电机输出电压对应于机电装置的目标电压；而且
输出稳定部分被配置成在主驱动源的转速实际发生急剧变化之前，向着与主驱动源在转速改变之后将要有的转速相对应的激励电流的方向改变发电机的激励电流。

6、  如权利要求2中所述的车辆驱动力控制装置，其中：
输出稳定部分被配置成控制发电机的激励电流，使得发电机输出电压对应于机电装置的目标电压；而且
输出稳定部分被配置成：在主驱动源的转速实际发生急剧变化之前，向着与主驱动源在转速改变之后将要有的转速相对应的激励电流的方向改变发电机的激励电流。

7、  如权利要求3中所述的车辆驱动力控制装置，其中；
输出稳定部分被配置成控制发电机的激励电流，使得发电机输出电压对应于机电装置的目标电压；而且
输出稳定部分被配置成：在主驱动源的转速实际发生急剧变化之前，向着与主驱动源在转速改变之后将要有的转速相对应的激励电流的方向改变发电机的激励电流。

8、  如权利要求4中所述的车辆驱动力控制装置，其中：
输出稳定部分被配置成控制发电机的激励电流，使得发电机输出电压对应于机电装置的目标电压；而且
输出稳定部分被配置成：在主驱动源的转速实际发生急剧变化之前，向着与主驱动源在转速改变之后将要有的转速相对应的激励电流的方向改变发电机的激励电流。

9、  如权利要求8中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
机电装置是电动机，其被配置和安排成驱动由主驱动源机械驱动的第二车轮。

10、  如权利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
机电装置是电动机，其被配置和安排成驱动由驱动源机械驱动的第二车轮。

11、  如权利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
预测部分被配置成预测主驱动源转速的突然急剧变化；以及
输出稳定部分被配置成在急剧变化之前调节发电机的激励电压，以抑制将由主驱动源转速突然急剧变化造成的发电机输出变化。

12、  如权利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，其中
机电装置是电动机，其被配置和安排成驱动由主驱动源机械驱动的第二车轮；
输出稳定部分被配置成预测从发电机向电动机提供的电压的急剧变化；
输出稳定部分被配置成在急剧变之前控制电动机激励磁通量的大小，以抑制从发电机向电动机提供的电压急剧变化将造成的电动机输出变化。

13、  如权利要求12中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
变速器被安装在主驱动源和由主驱动源驱动的第一车轮之间的转动力矩传输路径中；而且
预测部分被配置成根据检测到的变速器换档指示，预测从发电机向电动机提供的电压的急剧变化。

14、  如权利要求13中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
输出稳定部分被配置成当预测部分预测变速器将要换档便根据并同步于变速器的换档来控制电动机激励磁通量的大小。

15、  如权利要求13中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
输出稳定控制单元被配置成当预测部分预测变速器将要换档便根据该换档控制电动机激励磁通量的大小。

16、  如权利要求13中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
输出稳定部分被配置成使用预定的一组表示目标激励电流值与变速器每个齿轮比的电动机转速之间关系的信息，根据变速器的当前换档状态确定与预测的电动机转速相对应的目标激励电流值。

17、  如权利要求14中所述的车辆驱动力控制装置，其中
输出稳定部分被配置成使用预定的一组表示目标激励电流值与变速器每个齿轮比的电动机转速之间关系的信息，根据变速器的当前换档状态确定与预测的电动机转速相对应的目标激励电流值。

18、  如权利要求1中所述的车辆驱动力控制装置，其中，
预测部分被配置成预测从发电机提供到机电装置的电压的突然急剧变化，以及
输出稳定部分被配置成在急剧变化之前调节机电装置的激励磁通量的大小，以抑制由发电机提供给机电装置的电压突然急剧变化将造成的电动机输出变化。

19、  一种车辆驱动力控制装置，包含：
驱动装置，用于转动车辆的驱动轮；
发电机装置，用于利用驱动装置的转动产生电功率，其发电机装置的输出通过调节发电机装置的激励电流被控制；
机电装置，用于接收来自发电机装置的电功率；
预测装置，用于预测驱动装置的转速和从发电机装置提供到机电装置的电压二者之一的突然急剧变化；以及
输出稳定装置，用于在转速急剧变化之前控制发电机装置的激励电流以抑制由转速急剧变化将要造成的发电机装置输出的变化，和在所提供的电压急剧变化之前控制机电装置激励磁通量的大小以抑制从发电机装置提供到机电装置的电压急剧变化将要造成的机电装置输出的变化这两者之一。

20、  一种控制车辆驱动力控制装置的方法，包含：
使用由主驱动源的转动驱动的发电机产生电功率；
从发电机向机电装置提供电功率；以及
预测主驱动源的转速和从发电机装置提供给机电装置的电压二者之一的突然急剧变化；以及
在转速急剧变化之前控制发电机的激励电流以抑制由转速急剧变化将要造成的发电机输出的变化，和在所提供的电压急剧变化之前控制机电装置激励磁通量的大小以抑制从发电机提供到机电装置的电压急剧变化将要造成的机电装置输出的变化这两者之一。

车辆驱动力控制装置
技术领域
本发明涉及车辆的驱动力控制装置，该车辆有由内燃机驱动的一个或一组车轮以及也由该内燃机驱动的发电机。
背景技术
在日本公开专利出版物2000-318473号中公开说明了用于车辆的驱动力控制装置的一个实例，在这种车辆中，前轮由发动机驱动，而后轮由电动机驱动，该电动机由发电机产生的电力驱动，而该发电机由该发动机驱动。当使用该出版物中公开说明的发明时，不一定必须有电池向电动机提供电力。
考虑到上述情况，本领域技术人员从这一公开说明中显然会看到，需要一种改进的驱动力控制装置。本发明应对本技术领域的这一需要以及其他需要，本领域技术人员将从这一公开说明中清楚看出这些需要。
发明内容
已经发现，使用日本公开专利出版物2000-318473号中描述的车辆驱动力控制装置时，供给电动机的电压受到驱动发电机的发动机的操作状态的影响。例如，如果由于某种原因发动机转速下降，发电机的输出就将不足，于是在一个短时间内电动机将不能得到所需电压。这样，驱动后轮的电动机转矩将暂时变得太小。
反之，如果发动机转速暂时急剧上升而同时发动机正以高转速运行，则存在短时间内向电动机供给的电压将变高的可能性。
本发明考虑到这些缺点，其一个目的是提供一种车辆驱动力控制装置，它能在发动机转速受到急剧变化时稳定提供给电动机及其他机电设备的输出。
为实现上述目的，本发明提供一种车辆驱动力控制装置，它包括主驱动源、发电机、机电装置和控制器。主驱动源被配置和安排成驱动第一车轮。发电机被配置和安排成由主驱动源驱动。机电装置被配置和安排成从发电机接收电功率。控制器在操作上与发电机和机电装置中的至少一个耦合。控制器包含预测部分和输出稳定部分，预测部分被配置成预测主驱动源转速和从发电机分配到机电装置的电压之一的突然急剧变化。输出稳定部分被配置成在这急剧变化之前预先调节发电机的激励(field)电流以抑制将由主驱动源转速突然急剧变化将造成的发电机输出变化和在急剧变化之前预先调节电动机激励磁通量的大小(magnitude)以抑制由于从发电机提供到机电装置的电压突然急剧变化将造成的电动机输出变化这两者之一。
由下面的详细描述，本领域技术人员将清楚看出本发明的这些和其他目的、特点和优点，该详细描述结合附图公开说明了本发明的优选实施例。
附图说明
现在参考附图，它们构成这一原始公开说明的一部分。
图1是装备了根据本发明第一优选实施例的车辆驱动力控制装置的车辆的示意方块图；
图2是方块电路图，说明图1所示根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的控制系统配置；
图3是方块图，显示根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的4WD控制器；
图4是流程图，说明根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的过剩转矩计算部分或单元所执行的处理序列；
图5是流程图，说明根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的目标转矩控制部分或单元所执行的处理序列；
图6是流程图，说明根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的过剩转矩转换部分或单元所执行的处理序列；
图7说明在变速器换高速档过程中根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置所执行的控制；
图8说明在变速器换低速档过程中根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置所执行的控制；
图9是流程图，显示根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置的发动机控制器所执行的处理序列；
图10是当使用根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置时对变速器换高速档的时间图；
图11是当使用根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置时对变速器换低速档的时间图；
图12是流程图，显示根据本发发明第二实施例由图1所示车辆驱动力控制装置的过剩转矩转换部分或单元执行的处理；
图13是当使用根据本发明第二实施例的车辆驱动力控制装置时对变速器换高速档的采样时间图；
图14是当使用根据本发明第二实施例的车辆驱动力控制装置时对变速器换低速档的采样时间图；
图15是流程图，说明根据本发明第二实施例的另一种过剩转矩转换单元所执行的处理；
图16是根据本发明第二实施例的车辆驱动力控制装置的换档进程的简化图；以及
图17说明根据本发明第二实施例调节电动机激励电流的另一种途径。
具体实施方式
现在将参考附图解释本发明的选定实施例。由这一公开说明，本领域技术人员显然会看出，下文对本发明实施例的描述只是为了举例说明而提供的，而不是为了限制如所附权力要求及其等同所定义的发明。
第一实施例
首先参考图1，示意性显示地一个车辆装备的车辆驱动系统具有根据本发明第一实施例的车辆驱动力控制装置。该车辆驱动力控制装置按下文的解释被配置和安排。
如图1中所示，根据这一实施例的车辆有由内燃发动机或主驱动源2驱动的左、右前轮1L和1R以及由电动机或从属的电驱动源4驱动的左、右后轮3L和3R，优选地它是一个直(DC)电动机。这样，该车辆是所谓备用型四轮驱动车，其中前轮1L和1R用作主驱动轮，而后轮3L和3R用作从属驱动轮。环形驱动带6将功率从内燃发动机2传送到发电机7，发电机7向电动机4供给电能。换言之，发动机2转矩Te的一部分通过环形驱动带6传送给发电机7。发电机7以转速Nh转动，转速Nh等于发动机2的转速Ne乘以带轮比。
发电机7利用环形驱动带6传送给它的功率以产生电功率。由发电机7产生的电功率能通过电力电缆或电线9分配给电动机4。在沿着电线9的一个中间点提供一个接线盒10。电动机4的输出在传送到后轮1RL和1RR之前相继通过减速齿轮11、电磁离合器12和差动齿轮13。
电动机4的驱动主轴被配置和安排成能通过减速齿轮11、离合器12和差动齿轮13连接到后轮3L和3R。
4WD控制器8包含预测部分和输出稳定部分，以实现如下文讨论的对电动机4和发电机7的控制。优选地，4WD控制器8包括具有4WD控制程序的微计算机。4WD控制器8在操作上与内燃发动机2、电动机4、发电机7以及下文讨论的其他部件耦合，以控制由内燃发动机2加到左、右前轮1L和1R上的转矩输出Te、由电动机4加到左、右后轮3L和3R上的转矩以及如下文讨论的在内燃发动机2上的发电机7负载转矩。4WD控制器8还能包括其他传统部件，如输入接口电路、输出接口电路以及存储设备，如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)设备。由这一公开说明本领域技术人员将会清楚看出，4WD控制器8的确切结构和算法可以是将实现本发明功能的硬件和软件的任何组合。换言之，如在本说明书和权利要求中所使用的“装置加功能”短语应包括能用于实现“装置加功能”短语的功能的任何结构或硬件和/或算法或软件。
发动机2的输出转矩Te在传过自动变速器30之后分配给左、右前轮1L和1R，其中的自动变换器30装备有液矩变换器和差动齿轮31。变速器30具有换档位置检测部分或装置32它被安排和配置成检测变速器30的当前换档范围。换档位置检测部分32向4WD控制器8发送一个信号，指出检测到的换档位置。
变速器30响应来自变速器控制单元33的换档命令，执行齿轮换档。变速器控制器或控制单元33持有例如如图7和图8所示的表等，其中含有的信息描述基于车辆速度和加速器位置的变速器换档进程。当变速器控制单元33根据当前车速和加速器位置确定车辆将通过一个换档点时，变速器控制单元33向变速器30发出一个换档命令。
优选地，变速器控制单元33包括一个带有变速器控制程序的微计算机。变速器控制单元33在操作上与变速器30及4WD控制器8耦合。变速器控制单元33还能包含括其他传统部件，如输入接口电路、输出接口电路以及存储设备，如ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)设备。
发动机2有一个与之耦合的进气岐管，具有进气通道14，它在其中装有主节流阀15和从属节流阀16。主节流阀15的开启程度根据加速踏板17的压低量来调节/受控制，这样，踏板17用作指定所希望的节流阀开启程度(即指定所希望的加速程度)的装置。主节流阀15或者机械地链接于加速踏板17的压低量，或者由发动机控制器18根据加速传感器(accelerator sensor)40发出的压低量值来进行电控制/调节，其中加速传感器40被安排和配置成检测加速踏板17的压低量。由加速传感器40检测到的压低量还馈送列4WD控制器8。
从属节流阀16有一个用作致动器的步进电机19，其开启程度受步进电机19的转动角调节/控制，该转动角是根据步进计数确定的。步进电机19的转动角由电动机控制器20发出的驱动信号调节/控制。从属节流阀16具有一个节流传感器(throttle sensor)，被配置成检测从属节流阀16的节流开度。由节流传感器检测到的节流开度值用于执行对步进电机19步进计数的反馈控制。通过把从属节流阀16的节流开度调节到小于主节流阀15的开度，能不依赖于驾驶员对加速踏板的操作独立地控制发动机2的输出转矩。
还提供一个发动机转速传感器21用于检测发动机2的转速，指示由发动机转速传感器21检测到的转速的信号被馈送给发动机控制器18和4WD控制器8。
制动器行程传感器35检测制动踏板34的压低量。制动器行程传感器35向制动器控制器36和4WD控制器8发送检测到的制动踏板压低量。
基于从制动器行程传感器35接收的制动踏板压低量，制动器控制器36控制由制动器装置37FL、37FR、37RL和37RR施加到车轮1L、1R、3L和3R上的制动力。
如图2中所示，发电机7具有电压调节器22，用于调节发电机7的输出电压V。根据由4WD控制器8发出的控制命令值c1(占空比)，电压调节器22控制发电机7的激励电流(field content)Ifh，从而控制发电机7加到发动机2上的发电机负载转矩Th和由发电机7产生的输出电压V。简言之，电压调节器被配置成能够接收来自4WD控制器8的发电机控制命令值c1(占空比)和把发电机7的激励电流Ifh调节到相应于发电机控制命令值c1的一个值，同时还检测发电机7的输出电压V并将其报告给4WD控制器8。根据发动机2的转速Ne和带轮比，能计算出发电机7的转速Nh。
在接线盒10内提供电流传感器23。电流传感器23检测从发电机7分配给电动机4的电功率的电流值Ia，并向4WD控制器8发送一个指示检测到的电流值的电枢电流信号。电线9的电压，即电动机4的电压，也由4WD控制器8检测。继电器24根据来自4WD控制器8的命令，连通和断开供给电动机4的电压(电流)。
电动机4的激励电流Ifm由来自4WD控制器8的命令控制，使得电动机4的驱动转矩被调节到目标电动机转矩。提供了一个热敏电阻25用于测量电动机4的温度。
提供了一个电动机转速传感器26，用于检测电动机4的驱动主轴的转速Nm。电动机转速传感器26向4WD控制器8发送一个转速信号，指出检测到的电动机4转速。
在每个车轮1L和1R以及3L和3R上提供车轮转速传感器27FL、27FR、27RL、27RR。每个车轮转速传感器27FL、27FR、27RL、27RR向4WD控制器8发送与各车轮1L和1R及3L和3R的转速对应的脉冲信号，作为车轮转速检测值。
如图3中所示，4WD控制器8具有发电机控制单元或部分8A，继电器控制单元或部分8B、电动机控制单元或部分8C、离合器控制单元或部分8D、过剩转矩计算单元或部分8E、目标转矩限制单元或部分8F、过剩转矩转换单元或部分8G以及四轮驱动终止处理单元或部分8H。
发机控制单元8A利用电压调节器22监视发电机7的输出电压并根据发电机命令值c1调节激励电流Ifh，从而控制发电机7的输出。
继电器控制单元8B控制从发电机7到电动机4的供电连通和断开。
电动机控制单元8C调节电动机4的激励电流Ifm，从而将电动机4的转矩调节到所需要的值。
离合器控制单元8D控制离合器12的状态，并当确定该车辆处在四轮驱动方式时使离合器12处于被啮合(被连接)状态。
基于各种输入信号，过剩转矩计算单元8E、目标转矩限制单元8F及过剩转矩转换单元8G根据预先确定的采样时间串行执行它们各自的处理序列(即首先是8E，然后是8F，然后是8G，返回8E，等等)。
现在将参考图4描述过剩转矩计算单元8E执行的处理序列。
在步骤S10，根据来自车轮转速传感器27FL、27FR、27RL、27RR的信号，过剩转矩计算单元8E从前轮1L和1R(主驱动轮)的平均车轮转速中减去后轮3L和3R(从属驱动轮)的平均车轮转速，以找出滑动(slippage)速度ΔV_F，它指出前轮1R、1L加速滑行量。然后进到步骤S20。
下一段中展现如何计算滑动速度ΔV_F的一个举例。
首先计算出平均前车轮转速度V_Wf作为左、右前轮1L和1R的车轮转速的平均值，并计算出平均后车轮转速度V_wr作为左、右后轮3L和3R的车轮转速的平均值：
V_wf＝(V_wfl+V_wfr)/2
V_wr＝(V_wrl+V_wrr)/2
前轮1L和1R(主驱动轮)的滑动速度(加速滑行量)ΔV_F是使用下述等式
ΔV_F＝V_wf-V_wr作为平均前车轮转速度V_wf和平均后车轮转速度V_wr之差计算出来的。
在步骤S20，过剩转矩计算单元8E确定滑动速度ΔV_F是否大于一个预先确定值，如零。如果滑动速度ΔV_F等于或小于零，则估计前轮1L和1R没有进行加速滑行，于是过程进到步骤S30，在那里它把Th值设为零并返回控制序列的开始。
同时，如果在步骤S20滑动速度ΔV_F被确定为大于零，则过剩转动力距计算单元8E估计前轮1L和1R在进行加速滑行，于是过程进到S40。
在步骤S40，过剩转矩计算单元8E使用下式计算必须吸收的转矩量TΔV_F以抑制前轮1L和1R的加速滑行，并进到步骤S50。吸收转矩TΔV_F与加速滑行量成正比：
TΔV_F＝K₁×ΔV_F
其中K₁是实验得出的增益。
在步骤S50，过剩转矩计算单元8E根据下式计算发电机7的当前负载转矩TG并进到步骤S60。
TG = K 2 V × Ia K 3 × Nh ]]>
其中：V：发电机7的电压，
Ia：发电机7的电枢电流，
Nh：发电机7的转速
K₃：效率，
K₂：系数
在步骤S60，过剩转矩计算单元8E使用下式计算过剩转矩，即要由发电机7产生的目标发电机负载转矩Th：
Th＝TG+TΔV_F。
现在将参考图5描述由目标转矩限制单元8F执行的处理序列。
在步骤S110，目标转矩限制单元8F确定目标发电机负载转矩Th是否大于发电机7的最大负载容量HQ。如果确定目标发电机负载转矩Th等于或小于发电机7的最大负载容量HQ，则过程返回到控制序列的开始。与此同时，如果确定目标发电机负载转矩Th大于发电机7的最大负载容量HQ，则过程进到S120。
在步骤S120，目标转矩限制单元8F使用下式计算超过转矩ΔTb，它是目标发电机负载转矩超过最大负载转矩HQ的量，然后进到步骤S130。
ΔTb＝Th-HQ
在步骤S130，目标转矩限制单元8F根据来自发动机转速传感器21和节流传感器的信号计算当前发动机转矩Te。
在步骤S140，目标转矩限制单元8F从发动机转矩Te中减去超过转矩ΔTb，从而计算出发动机转矩上限值TeM，并将计算出的发动机转矩上限值TeM发送给发动机控制器18。
T_eM＝T_e-ΔTb
在步骤S150，目标转矩限制单元8F把最大负载容量HQ替换为目标电动机负载转矩Th。
现在将参考图6描述由过剩转矩转换单元8G执行的处理序列。
在步骤S200，过剩转矩转换单元8G确定目标发电机负载转矩Th是否大于0。如果Th大于0，则过剩转矩转换单元8G确定在前轮1L和1R正在发生加速滑动，于是进到步骤S210。如果Th等于或小于0，则过剩转矩转换单元8G确定前轮1L和1R没有经受加速滑动并返回控制序列的开始，使车辆保持双轮驱动方式。
在步骤S210，过剩转矩转换单元8G确定该车辆是否将从四轮驱动方式转移到双轮驱动方式。如果确定该车辆将转移到双轮驱动，则进入步骤S250，在那里它执行释放离合器和停止发电机(c1＝0)等四轮驱动终止处理，然后返回到控制序列的开始。
在电动机4的转速已达到可允许转速限值或当目标电动机转矩处于降低趋势并发现已变为等于或小于预先确定的阀值值T-TM1(例如1N-M)的情况下，过剩转矩转换单元8G确定该车辆将转移到双轮驱动。
在步骤S220，过剩转矩转换单元8G读入由电动机转速传感器21检则到的电动机4的转速Nm，并根据电动机4的转速Nm计算目标电动机激励电流Ifm。然后，它把计算出的目标电动机激励电流Ifm发送给电动机控制单元8C，之后进到步骤S230。
相对于电动机4的转速Nm，目标电动机激励电流Ifm保持在一个固定值，只要转速Nm小于一个预先确定的转速。当转速Nm超过预先确定的转速时，电动机4的激励电流Ifm被使用公知的弱激励控制法降低下来。更具体地说，当电动机4的转速变高时，电动机感应电压E增大，电动机转矩下降。这样，当电动机4的转速Nm超过一个预定值时，电动机4的激励电流Ifm被降低以降低感应电压E，从而增大流经电动机4的电流，以得到所需要的转矩。结果，即使电动机4的转速变高，也能得到所需转矩，因为感应电压E被保持不增大，从而使电动机转矩免于下降。由于电动机激励电流Ifm受两级控制，即一个激励电流用于转速低于预定转速的情况，而另一个激励电流用于转速等于或高于预定转速的情况，所以电子电路能比连续地控制激励电流情况下的电路便宜。
还可以接受的是提供一个电动机转矩校正单元，它根据电动机4的转速Nm调节激励电流Ifm，从而在连续的基础上校正电动机转矩。换言之，根据电动机转速Nm在连续的基础上而不是在两级基础上调节电动机4的激励电流Ifm是可以接受。这里同样是即使电动机4的转速变高，也能得到所需转矩，因为电动机4的感应电压E被保持不增大，从而使电动机转矩保持免于下降。这一途径提供平滑的电动机转矩特性，从而使车辆能以比两级控制的情况更稳定的方式行驶，使电动机能在所有时间都以有效状态被驱动。
在步骤S230，过剩转矩转换单元8G使用图或类似物计算与过剩转动力矩计算单元8E计算出的发电机负载转矩Th对应的目标电动机转矩Tm(n)，并进到步骤S240。
在步骤S240，过剩转矩转换单元8G使用图或类似物计算与目标电动机转矩Tm(n)及目标电动机激励电流Ifm对应的目标电枢电流Ia，并进到步骤S260。
在步骤S260，过剩转矩转换单元8G确定变速器排档计数器Tr-cnt是否为0，即在发电机7的命令值是否处在被调节的过程中。如果该计数器值为0(即命令值不是处于被调节过程中)，则过剩转矩转换单元8G进入步骤S270。如果该计数器值不为0(即命令值处于被调节过程中)，则过剩转矩转换单元8G进入步骤S320。
在步骤S270，过剩转矩转换单元8G根据目标电枢电流Ia计算为实现目标电动机电压所需要的占空比(duty ratio)c1(即发电机控制值)，并进到步骤S280。
在步骤S280，过剩转矩转换单元8G预测变速器30是否将换档，如果是，则进到步骤S290。如果不是，则过剩转矩转换单元8G返回到控制序列的开始。
例如按下述实现预测。当加速器位置和车速都在图7中所示换档点附近(即在阴影位置)而且车速在增加(即车辆在加速)时，预测要换高速挡，当加速器位置和车速都在图8中所示换档点附近(即在阴影位置)而且车速在减小(即车辆在被制动)时，预测要换低速档。另一种作法是，在步骤S280，过剩转矩转换单元8G检测是否已发生表明变速器30将进行换档的指示，如由变速器30机械执行换档，一个电子指令的发出或发生、计算机命令或其他指示。
在步骤S290，过剩转矩转换单元8G使用下式计算占空比c1(发电机控制命令值)的增量调节量Δc1，并进到步骤S300。
Δc1＝[(N1/N2)-1]×c1/T
其中N1：换档前的变速器齿轮比N1，
N2：换档后的变速器齿轮比N2，以及
T：从预测换档到执行换档之间的时间。
更具体地说，当变速器30换档到一个不同的齿轮比(gear ratio)时，发动机转速根据新的齿轮比改变。为了抑制由于发动机转速变化造成的电动机输出电压变化，当前占空比c1应乘以N1/N2以得到与齿轮比改变后所需要的激励电流相对应的占空比c1。在这一实施例中，为了在由变速器30导致实际变高速档或变低速档的过程中使占空比逐渐朝着换档后的占空比改变，当前占空比和换档后占空比之差除以时间延迟(从预测换档到执行换档的时间量)以得到增量调节量Δc1。激励电流有一个第一度延迟分量。
当变速器30将变高速档时，增量调节量Δc1是正值，而当变速器30将变低速档时，则为负值。
在步骤S300，增量调节量Δc1被加到负占空比c1上，在步骤S310，在结束该控制序列之前，时间值T被变速器换档计数器值Tr-cnt代替。变速器换档计数器Tr-cnt的默认值是0。
如果在步骤S260确定变速器30处在向不同齿轮比的换档的过程中，则过剩转矩转换单元8G进入步骤S320，在那里它对变速器换档计数器Tr-cnt减量。在步骤S330，过剩转矩转换单元8G将增量调节量Δc1加到占空比c1并结束该控制序列。
在这一解释中，步骤S260和步骤S280至S330用于向着与变换器30的预测换档发生后将需要的激励电流相对应的占空比逐渐地调节占空比，还可以接受的是，当在步骤S280中确定变速器30处在变换齿轮比的过程中(即当加速器位置和车速处在图7或图8的阴影区域而且向换档点(以粗体线指出)改变时)，将在步骤S270中稳定计算出的占空比c1转换成将该值乘以比值N1/N2所得到的值。在这种情况中，步骤S260及S300至S330能被略掉。
现在将描述由发动机控制器18执行的处理。
发动机控制器18按照预定的采样时间(即每个采样时间周期一次)根据各种输入信号执行图9中所示处理。
在步骤S610，发动机控制器18根据从加速传感器40接收的检测信号计算驱动器所需目标输出转矩TeN，并进到步骤S620。
在步骤S620，发动机控制器18确定是否从4WD控制器8接收发动机输出转矩限值TeM。如果是，则发动机控制器18进到步骤S630。如果否，则发动机控制器18进到步骤S670。
在步S630，发动机控制器18确定发动机输出转矩限值TeM是否小于目标输出转矩TeN。如果发动机输出转矩限值TeM较小，则发动机控制器18进到步骤S640。与此同时，如果发动机输出转矩限值TeM等于或大于目标输出转矩TeN，则发动机控制器18进到步骤S670。
在步骤S640，发动机控制器18以发动机输出转矩限值TeM代替目标输出转矩TeN，从而限制目标输出转矩TeN，并进到步骤S670。
在步骤S670，发动机控制器18根据节流开度、发动机转速等计算当前输出转矩Te，并进到步骤S680。
在步骤S680，发动机控制器18使用下式找出当前输出转矩和目标输出转矩TeN之差ΔTe’，并进到步骤S690。
ΔTe’＝TeN-Te
在步骤S690发动机控制器18计算与差值ΔTe’对应的节流开启角θ的调节量Δe并将对应于节流开度调节量Δθ的节流开度信号发送给步进电机19，然后返回到控制序列的开始。
步骤S620至S640构成主驱动源输出调节部分。
下面将描述上述装置的效果。
当从发动机2传输到前轮1L和1R的转矩超过道路表面反应力转矩限值时，即当前轮1L和1R(主驱动轮1L和1R)经受加速滑行时，由于道路表面摩擦系数μ小或加速踏板17被驾驶员深深地压低，离合器12被连接而且发电机7以对应于加速滑行幅度的负载转矩Th进行操作，从而使车辆转换到四轮驱动方式。然后，当传输到前轮1L和1R的驱动转矩被调节从而达到接近前轮1L和1R的道路表面反应转矩限值的值时，车辆转换回到双轮驱动方式。结果，前轮1L和1R(主驱动轮)的加速滑行被抑制。
再有，通过使用由发电机7产生的过剩电功率驱动电动机4，从而驱动后轮3L和3R(从属驱动轮)，使车辆的加速性能得到改善。
此外，因为使用超过主驱动驱动轮1L和1R的道路表面反应力转动力矩限值的过剩转矩驱动电动机4，使能量效率得到提高，使燃料消耗得到改善。
如果后轮3L和3R总是被驱动，则将发生若干次能量转换(从机械能到电能，再从电能到机械能)，造成对应于转换效率的能量损失。结果，与只是前轮1L和1R被驱动的情况相比，车辆的加速性能下降。这样，通常优选的是避免驱动后轮3L和3R。与此相反，这一实施例考虑到当在滑的路面等上面行驶时，即使内燃发动机2的全部输出转矩Te都被传送到前轮1L和1R，也不是全部转矩都被用作驱动力。不能被前轮1L和1R有效利用的驱动力被输出到后轮3L和3R，从而使加速性能得到改善。
如果变速器30换高速档而同时车辆处在前述四轮驱动方式，则如图10中的时间图(a)所示，发动机转速将急剧降低，而且发电机7的转速将急剧下降。如果为了在发电机7的转速急剧下降后固定住目标输出电压，而使发电机激励电流受到反馈控制，则如图10的时间图(c)所示，实际的输出电压将经受大的暂时电压降。简言之，由于电动机4所需电压不能在短时间内得到供给，则有可能在所述短时间内电动机转矩将暂时变得不足，这将不可能维持车辆加速。
与此相反，利用这一实施例，在变速器30换高速档之前，换高速档被预测，发电机7的激励电流被增大到根据换高速档后发电机转速将会需要的激励电流值。结果，如图10的时间图(b)中所示，即使在换高速档期间发电机转速急剧下降，也能防止发电机输出电压发生大的下降，从而能可靠地得到目标电动机转矩，于是，能达到所希望的车辆加速性能。
如图10的时间图(b)中所示，在导致换高速档期间，输出电压暂时变得过大，但超过的电压量能通过设计控制处理过程来调节，使得不会超过电路部件的承受电压，因而电路部件不会被损坏。特别是，由于能通过逐渐增大激励电流使电压逐渐增大，故能防止电压浪涌的发生。还可接受的是增大激励电流时使用一个目标激励电流，该目标激励电流低于变速器30换高速档之后将存在的转速所对应的激励电流值。
与此同时，如果变速器30换低速档而车辆处在前述四轮驱动方式，则如图11的时间图(a)中所示，发动机转速将急剧增高，而且发电机7的转速将急剧将急剧上升。如果为了在发电机7的转速急剧增大后固定住目标输出电压而使发电机激励电流受到反馈控制，则如图11的时间图(c)中所示，实际的输出电压将经受大的暂时电压上升。这样，需要对高电压采取措施以防止发生超过电路部件承受电压的电压。
与此相反，利用这一实施例，在变速器30换低速档之前，换低速档被预测，发电机7的激励电流被降低到根据换低速档后发电机转速将会需要的激励电流值。结果，如图11的时间图(b)中所示，即使在换低速档期间发电机转速急剧升高，也能防止发电机输出电压发生大的增加，因此不是必须为高电压采取措施来防止发电机发送过高的输出电压。
如图11的时间图(b)中所示，在导致换低速档期间，输出电压暂时下降，但电压下降量能通设计控制处理过程来调节，使得电动机转矩的下降保持一个小量。还可以接受的是，降低激励电流时使用一个目标激励电流值，它高于变速器30换低速档之后将存在的转速所对应的激励电流值。
在至此描述的第一实施例中，根据变速器30换档前的齿轮比和换档后的齿轮比(即变速器30在这两个齿轮比之间换档)估计变速器30改变齿轮比之后将存在的发动机转速，由此预测在变速器30改变齿轮比之后将需要的发电机7激励电流所对应的占空比。然而，本发明不限于这样的安排。例如，还可以接受的是准备一个类似于下面表1所示的图，它画出激励电流和目标发电机输出电压对转速的关系。然后，根据变速器30将换档达到的齿轮比(即在换高档或换低速档之后将使用的齿轮比)，找出变速器30变换齿轮比之后将存在的转速，由此能使用该图(表1)根据目标输出电流和变速器30换高速档或换低速档之后估计存在的转速找出目标激励电流。
表1

虽然在第一实施例给出的举例中当车辆根据换档进程接近变速器换档点时预先增大或减小发电机的激励电流，但本发明不限于这一途径。例如，也可以接受的是，控制变速器使其在接收换档命令之后经过预定延迟时间T时执行实际的换档操作，或者配置变速器控制单元33使其根据时间进程在检测到换档点之后经过预定延迟时间T时向变速器30发出实际换档命令。还可以接受的是，设计过剩转矩转换单元8G的步骤S280使得当根据时间进程检测到换档点时执行步骤S290。
虽然第一实施例描述的情况中由发电机7产生的电压被用于驱动电动机4，从而执行四轮驱动，但本发明不限于这种安排。还可以接受的是，使用具有电池的驱动系统，电池被配置和安排成能向电动机4提供电力。在这种情况中，能从电池或同时从电池和发电机7二者向电动机4供电。
虽然第一实施例描述的情况中主驱动源是内燃发动机，但还可接受的是使用电动机或其他设备作为主驱动源。还有，虽然第一实施例描述的情况中的车辆是四轮驱动的车辆，但还可接受的是车辆为使用电动机作为主驱动源的双轮驱动的车辆。
虽然第一实施例的系统在前轮经受加速滑动时转换到四轮驱动，但还可接受的是，将本发明应用于这样一个系统，当车辆从停止状态开始运动时或当加速踏板被压低到超过预定位置时该系统转换到四轮驱动。
虽然在第一实施例中根据变速器30的齿轮比预测发动机转速的急剧变化并在变速器30实际转换到一个不同齿轮比之前相应地调节电动机的激励电流(增大或减小)，但还可接受的是，使用不同的手段预测发动机转速所急剧变化。
虽然在第一实施例中根据齿轮比计算在预期发动机转速经受急剧变化时发电机激励电流增大或减小的量，但还可接受的是，根据某些其他因素计算发电机激励电流将增大或减小的量。还可接受的是使用固定值作为增大/或减小量。
第二实施例
现在参考图12至17，现在将解释根据本发明第二实施例的车辆驱动力控制装置。在这第二实施例中使用的车辆的配置与第一实施例中车辆的配置相同(见图1)。考虑到第一和第二实施例之间的相似性，对第二实施例的那些与第一实施例相同的部件或步骤将给予与第一实施例的部件或步骤相同的参考数字。再有，为了简练，对第二实施例的那些与第一实施例相同的部件或步骤的描述可能被略去。换言之，除非被说明，第二实施例的车辆和车辆驱动力控制装置的处理过程的配置其余部分与第一实施例的配置相同。
第二实施例的基本组成特征与第一实施例相同。然而，过剩转矩转换单元8G被配置成根据变速器30的齿轮比改变电动机4的激励电流，而不是改变发电机7的激励电流。
还有，在第二实施例中，过剩转矩转换单元8G被配置成执行图12中所示的处理。为每个变速器齿轮比提供单独的表，给出电动机激励电流对电动机转速的关系(本实施例显示用于第一速度和第二速度的表)，而且所用电动机激励电流表是根据变速器30的当前齿轮比选择的。在第一速度表中设置的给定电动机转速的激励电流值高于第二速度表中的值。
在步骤S210，过剩转矩转换单元8G确定车辆是否为四轮驱动方式。如果是，则进到步骤S212，在那里获取变速器30的当前齿轮比(换档位置)并进到步骤S214。
在步骤S214，过剩转矩阵转换单元8G确定当前的齿轮比是否高于在前一个控制周期计算转矩命令时获取的齿轮比。在这一实施例中，这意味着确定或预测变速器30是否已从第一速度换高速档达到第二速度。如果变速器30已换高速档，则过剩转矩转换单元8G进到步骤S217，在那里它将把给出电动机激励电流对电动机转速关系表改变成为第二速度设计的表。然后它进到步骤S220。
如果在步骤S214确定变速器30自上一个控制周期未曾换高速档，则过剩转矩转换单元8G进到步骤216，在那里它确定当前齿轮比是否低于在前一个控制周期计算转矩命令时获取的齿轮比。在这一实施例中，这意味着确定或预测变速器30是否已从第二速度换低速档达到第一速度。如果变速器30已换低速档，则过剩转矩转换单元8G进到步骤S218，在那里它将把给出电动机激励电流对电动机转速关系表改变成为第一速度设计的表。然后它进到步骤S220。与此同时，如果过剩转矩转换单元8G发现自上一个控制周期以来齿轮比未曾改变，则进到步骤S220而不改变该表。
在步骤S220，过剩转矩转换单元8G使用当前选定的给出电动机激励电流对电动机转速关系的表，以找出与电动机转速传感器21检测到的电动机4转速Nm相对应的电动机激励电流Ifm。然后，过剩转矩转换单元8G在进到步骤S230之前将目标激励Ifm发送给电动机控制单元8C。
在步骤S230，使用一个图或类似物根据过剩转矩计算单元8E计算出的发电机负载转矩Th找出目标电动机转矩Tm(n)，并进到步骤S240。
在步骤S240，过剩转矩转换单元8G使用图或类似物根据目标电动机转矩Tm(n)和目标电动机激励电流Ifm找出目标电枢电流Ia，并进到步骤S270。
在步骤S270，过剩转矩转换单元8G根据目标电枢电流Ia计算占空比c1，即发电机控制命令值，以得到目标电动机电压，并在返回控制序列开始处之前输出目标电枢值。
现在将解释第二实施例的操作和效果。
利用这一实施例，当变速器30转换到一个不同的齿轮比并估计发动机2的转速将急剧改变时，则与新的齿轮比对应的电动机激励电流表被选定供过剩转矩转换单元8G使用。结果，当变速器30换高速档时电动机激励电流被减小，而当变速器30换低速档时电动机激励电流被增大。
例如，如果由于变速器30换档到较高齿轮比，从而使发电机7的转速和输出电压突然急剧降低，则通过降低电动机4的激励电流能减小电动机4的感应电压，结果，能防止或减轻电动机转矩的大的减小。与此相反，如果由于变速器30换档到较低齿轮比，从而使发电机7的转速和输出电压突然急剧升高，则通过增大电动机4的激励电流能增大电动机4的感应电压，结果，能防止或减轻电动机转矩的大的增大。
具体地说，电动机4的感应电压E与电动机4的转速和激励磁通量(field magnetic flux)成比例，而发电机7供给的电压和感应电压E如下关系：V＝RIa+E。简言之，供电电压V与感应电压E的差值越大，则电枢电流Ia越大，因而电动机转矩越大。由于电动机4转速与车速成比例，所以感应电压随车速增大而增大，随车速减小而减小。
如图13中所示，当车速随时间增大时，变速器30根据换档进程换高速档，使它在根据特定加速规程确定的特定车速换高速档。当变速器30换高速档时，发动机转速下降，供给电压(输出电压)V也下降。在换高速档之后，电动机的感应电压E继续与车速成比例地增大，而供给电压V和感应电压E的可能(potential)差值减小。如果这一趋势被允许继续下去而不受阻止，则存在电动机动力矩下降和变成不足的可能性。
然而，利用第二实施例，当检测到变速器30换高速档而且感应电压E减小时，电动机4的激励电流(即激励磁通量)被减小。结果，供给电压V和感应电压E的可能差值被固定，电动机转矩被免于下降，从而避免发生电动机转矩的不足。
同时，如图14中所示，当车速随时间降低时，变速器30根据换档进程换低速档，使它在根据特定加速规程确定的特定车速换低速档。当变速器30换低速档时，发动机转速上升，供给电压(输出电压)V也上升。在换低速档之后，电动机4的感应电压E继续与车速成比例地下降，而供给电压V和感应电压E的可能差值增大。如果这一趋势被允许继续下去而不受阻止，则存在电动机转矩过大，后轮(它们是从属驱动轮)将进入快加速状态。
然而，利用第二实施例，当检测到变速器30换低速档而且感应电压E增大时，电动机4的激励电流被增大。结果，供给电压V和感应电压E的可能差值被防止增大，因而电动机转矩被保持在一个适当的水平。
所有其他结构性和操作效果与第一实施例基本相同。
虽然在第二实施例描述的情况中，通过与变速器30换档同步地改变电动机激励电流的大小，使在发动机转速急剧变化之前改变电动机激励电流，但本发明不限于这一途径。还可接受的是，根据对变速器30按照换档进程进行换档的预测结果改变(选择)所使用的激励电流表。例如，过剩转矩转换单元8G的步骤S212至S216能如图15中所示加以改变。在这另一个例子中，在步骤S212过剩余转矩转换单元8G读入车速和加速器位置。如图16所示确定第一速度和第二速度之间的转换点Vth并在转换点Vth两侧建立预测区。在图16中，从第一速度向第二速度转换的转换点与从第二速度向第一速度转换的转换点相同，以简化该图，但利用预定的滞后度也是可接受的。
在步骤S214，如果车速在增大而且车速大于阀值值Vth1，其中Vth1略小于转换点Vth，则过剩转矩转换单元8G预测变速器30将换高速档并进到步骤S217。否则，它进到步骤S216。
在步骤S216，如果车速在下降而且车速小于阀值值Vth2，其中Vth2略大于转换点Vth，则过剩转矩转换单元8G预测变速器30将换低速档并进到步骤S218。否则，它进到步骤S220。这另一个例子的操作效果与先前描述的第二实施例的操作效果相同。
车速阀值值与转换点车速的偏离量也能根据控制的时间延迟来确定。
在先前的实施例中，激励磁通量能由改变激励电流来控制，因为所使用的电动机是绕组激励型电动机或能通过调节激励电流控制的其他电动机。在磁激励型电动机(magnet field tyoe motor)(如无电刷DC电动机或AC周期性电动机)的情况中，磁体的强度是固定的，但通过控制电枢电流的相位和大小使得激励磁通量减弱，由此能以与先前实施例中描述的方式基本相同的方式控制电动机。
虽然在第二实施例中为每个变速器齿轮比准备一个单独的电动机激励电流表，而且该表与齿轮比的改变同步地被切换，但本发明不限于这样的安排。例如，如图17中所示，还可接受的是，准备单一表(参考符号X指出的部分)给出电动机激励电流与电动机转速的关系，并建立预定的切换转速V1。当电动机转速处在低于该切换转速V1的低速区时，从最大转矩控制的角度确定电动机激励电流。与此相反，当电动机转速处在高于该切换转速V1的高速区时；从弱激励控制的角度减小电动机激励电流。当根据换档进程预测或确定变速器30将结合车速增大而换高速档时，即使电动机转速尚未达到切换转速V1，电动机控制单元8C也切换到弱激励控制(由参考符号Y指出)，并降低激励电流值，使感应电压E及早被减小。与此同时，当预测或确定变速器30将结合车速下降而换低速档时，即使电动机转速在切换转速V1之上，电动机控制单元8C也切换到最大转矩控制(由参考符号Z指出)，并增大激励电流值，使感应电压E及早被增大。这样，根据变速器30齿轮比的转换，在最大转矩控制和弱激励控制之间进行切换，由此也能得到如先前描述的相同操作效果。
所有其他操作效果与第一实施例的操作效果基本相同。
如这里描述前面的实施例时使用的那样，下列方向性术语“向前、向后、在上方、向下、垂直、水平、在下方以及横向”以及任何其他类似的方向性术语是指装备了本发明的车辆的那些方向。因此，当把这些术语用于描述本发明时，这些术语应被解释为相对于装备了本发明的车辆。
如这里用于描述一个装置的部件、部分或零件时那样，术语“被配置成”包括被构造和/或编程以实现所希望的功能的硬件和/或软件。再有，在权利要求中被表示为“装置加功能”的术语包括能用于实现本发明的那个部件功能的任何结构。如这里所用的关于程度的术语，如“基本上”、“大约”、“近似”是指偏离被修改项的合理偏离量，它使得最终结果没有显著改变。例如，这些术语能被解释为包括被修改项的至少±5％的偏差，如果这一偏差不会否定它所修改的词的含义的话。
本申请申明对日本专利申请2003-355124号的优先权。日本专利申请2003-355124号的全部内容在这里被纳入作为参考。
尽管只选择了一些实施例来说明本发明，但本领域技术人员从这一说明中会清楚看出，这是能做出各种改变和修改而不离开如所附权利要求定义的本发明范围。再有，前文对根据本发明的实施例进行的描述只是用于举例说明，而不是要限制由所附权利要求及其等同所定义的本发明。这样，本发明的范围不限于公开说明的这些实施例。