JP2002147596A - 電気自動車におけるインホイール変速機の制御装置 - Google Patents

電気自動車におけるインホイール変速機の制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車の各車輪に各電動モータからの動
力を伝達する有段変速機から成るインホイール変速機の
制御装置において、インホイール変速機を多段化しなく
ても変速ショックを緩和できるようにする。 【解決手段】 各車輪のインホイール変速機の変速を車
輪毎に時間差を存して行う。変速による加速度Ｇの変化
が時間的に分散して発生し、４輪同時に変速を行う場合
に比し変速ショックが緩和される。また、変速時におけ
る車輪駆動力の低下により車両の左右の推進力がアンバ
ランスになって直進性が損われることを防止するため、
インホイール変速機の変速を行っている車輪と左右同じ
側の他の車輪の駆動用電動モータの出力を増加する。ま
た、左右両側の各１個、計２個の車輪のインホイール変
速機の変速を同時に行い、その後時間差を存して残りの
２個の車輪のインホイール変速機の変速を同時に行って
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車の各駆
動輪に各電動モータからの動力を伝達する有段変速機か
ら成るインホイール変速機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気自動車において、駆動輪毎に
各別の電動モータを設け、各駆動輪に各電動モータから
の動力を無段変速機から成る各インホイール変速機を介
して伝達するようにしたものが知られている（特開平１
０−８９４３９号公報参照）。また、無段変速機を用い
るとコストが高くなるため、インホイール変速機を有段
変速機で構成することも考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】電動モータは回転レン
ジが広いため、インホイール変速機を有段変速機で構成
する場合、その変速段数は機能的には２段で足りるが、
これでは変速時のショックが大きくなる。そのため、３
段や４段といった多段化が強いられ、重量増や大形化と
いった問題を生じている。
【０００４】本発明は、以上の点に鑑み、有段変速機か
ら成るインホイール変速機を多段化しなくてもショック
を緩和できるようにしたインホイール変速機の制御装置
を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、電気自動車の各駆動輪に各電動モータからの
動力を伝達する有段変速機から成るインホイール変速機
の制御装置において、各駆動輪のインホイール変速機の
変速を駆動輪毎に時間差を存して行わせる制御手段を備
える、ことを特徴とする。
【０００６】インホイール変速機の変速時には、電動モ
ータのトルク特性によるトルク変化で車輪加速度が変化
し、全ての駆動輪のインホイール変速機の変速を同時に
行った場合には、自動車全体の加速度の変化量が全ての
駆動輪の加速度変化の合計となってショックが大きくな
る。然し、本発明では、インホイール変速機の変速によ
る各駆動輪の加速度変化が時間的に分散して発生するこ
とになり、ショックが緩和される。
【０００７】ところで、前後左右の４個の車輪を全て駆
動輪とする４輪駆動の電気自動車において、４個の車輪
のインホイール変速機の全てについて時間差を存して変
速を行うと、変速中の車輪の駆動力と該車輪と左右同じ
側の他の車輪の駆動力との合力が変速時における車輪駆
動力の落ち込みにより左右逆側の２個の車輪の合計駆動
力よりも低下し、自動車にヨーモーメントが作用する。
この場合、各車輪のインホイール変速機の変速時に、変
速中の車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動用電動モータ
の出力を増加すれば、変速中の車輪の駆動力低下を左右
同じ側の他の車輪の駆動力増加で相殺して、ヨーモーメ
ントが作用することを防止できる。
【０００８】また、４輪駆動の電気自動車では、インホ
イール変速機の変速を時間差を存して２輪宛同時に行っ
ても、４輪同時に行う場合に比しショックが緩和され
る。そして、左右両側の各１個、計２個の車輪のインホ
イール変速機の変速を同時に行わせ、その後時間差を存
して残りの２個の車輪のインホイール変速機の変速を同
時に行わせれば、ヨーモーメントが作用することも防止
できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は、前後左右の４個の車輪１
の全てを駆動輪とした４輪駆動の電気自動車を示してお
り、車輪１毎に各別の電動モータ２を設け、各車輪１を
各電動モータ２により各車輪１に組込んだインホイール
変速機３を介して駆動するように構成されている。そし
て、車載コンピュータから成るコントローラ４で各車輪
１の電動モータ２とインホイール変速機３とを制御する
ようにしている。
【００１０】インホイール変速機３は、高低２段の変速
を行う有段変速機で構成されている。その詳細は図２に
示す通りであり、電動モータ２に連結される入力軸３０
と、車輪１に連結される出力軸３１との間に、遊星歯車
機構３２と減速ギア列３３とを直列に介設している。遊
星歯車機構３２は、サンギア３２ａと、リングギア３２
ｂと、サンギア３２ａとリングギア３２ｂとに噛合する
遊星ギア３２ｃと、遊星ギア３２ｃを担持するキャリア
３２ｄとで構成されており、サンギア３２ａを入力軸３
０に連結すると共に、キャリア３２ｄを減速ギア列３３
を介して出力軸３１に連結している。そして、リングギ
ア３２ｂを入力軸３０に連結するクラッチ３４と、リン
グギア３２ｂを制止するＬＲブレーキ３５と、リングギ
ア３２ｂの逆転を阻止するワンウェイクラッチ３６とを
設けている。かくて、クラッチ３４をオンすれば、キャ
リア３２ｄが入力軸３０に対し等速回転する状態になっ
て高速段が確立され、ＬＲブレーキ３５をオンすれば、
キャリア３２ｄが入力軸３０に対し減速回転する状態に
なって低速段が確立される。尚、後進時はＬＲブレーキ
３５をオンした状態で電動モータ１を逆転させる。クラ
ッチ３４とＬＲブレーキ３５は、夫々、コントローラ４
で制御されるアクチュエータ３４ａ，３５ａによりオン
オフ操作されるようになっており、自動車の走行状態に
応じコントローラ４によってクラッチ３４とＬＲブレー
キ３５とをオンオフして、高低２段の自動変速を行う。
尚、図中５は車輪用のブレーキである。
【００１１】ところで、電動モータ２の定格トルクは、
モータ回転速度Ｎｍに応じて図３に示す如く変化する。
そして、インホイール変速機３の低速段から高速段への
変速時、変速初期のトルク相で車輪加速度が減少し、イ
ナーシャ相でのモータ回転速度Ｎｍの減少に伴うモータ
トルクの増加で車輪加速度が増加する。そして、全ての
車輪１のインホイール変速機３の変速を同時に行った場
合には、図９に示す如く、各車輪１の加速度変化が重畳
されて、自動車全体の加速度Ｇの落ち込み感が大きくな
る。
【００１２】一方、本実施形態では、図４に示す如く、
４つの車輪１に順番を付け、各車輪１のインホイール変
速機３の低速段から高速段への変速を第１車輪、第２車
輪、第３車輪、第４車輪の順で制御手段たるコントロー
ラ４により時間差を存して行うようにしている。これに
よれば、変速時の車輪の加速度変化が時間的に分散して
発生し、自動車全体の加速度Ｇの落ち込み感は４輪同時
の変速を行う場合に比して１／４に減少し、変速ショッ
クが緩和される。尚、図４，図９のＴｍは４つの車輪１
の電動モータ２の合計トルクを示している。
【００１３】また、本実施形態では、クラッチ３４のア
ウタを含むリングギア３２ｂのイナーシャと電動モータ
２のロータのイナーシャとの比を変速時におけるリング
ギア３２ｂとロータの速度変化比の逆数に等しくなるよ
うに設定している。これによれば、変速時にロータの減
速で発生するエネルギーがリングギア３２ｂを回転させ
るためのエネルギーとして全て消費され、変速時のイナ
ーシャショックが無くなる。
【００１４】ところで、インホイール変速機３の変速時
は対応する車輪１の駆動力が低下し、ヨーモーメントが
作用する。例えば、図５に示す如く、右前輪のインホイ
ール変速機３の変速時は、右前輪の駆動力Ｆｆｒと右後
輪の駆動力Ｆｒｒとの合力たる車両右側の推進力が変速
中の右前輪の駆動力Ｆｆｒの低下で左前輪の駆動力Ｆｆ
ｌと左後輪の駆動力Ｆｒｌとの合力たる車両左側の推進
力よりも低くなり、右方向へのヨーモーメントＭが作用
して車両の直進性が損われる。そのため、各車輪１のイ
ンホイール変速機３の変速時に、変速中の車輪１と左右
同じ側の他の車輪１の駆動用電動モータ２への供給電流
をコントローラ４により増加させて、該電動モータ２の
出力トルクを増加する制御を行うことが望ましい。これ
によれば、例えば、右前輪のインホイール変速機３の変
速時、右後輪の駆動用電動モータ２のトルク増加で、図
６に示す如く右後輪の駆動力Ｆｒｒが増加し、この増加
により右前輪の駆動力Ｆｆｒの低下が相殺されて、車両
右側の推進力が車両左側の推進力と均等になり、ヨーモ
ーメントは作用しなくなる。また、車両全体の推進力が
変速時に一時的に減少するといった不具合も生じない。
尚、電動モータ２がその時点でのモータ回転速度に応じ
た定格トルクを出力している状態では、電動モータ２に
定格電流以上の電流を供給して定格トルク以上のトルク
を出力させることになるが、このような制御を行っても
時間が短いため、電動モータ２の耐久性に悪影響が及ぶ
ことはない。
【００１５】以上、インホイール変速機３の変速を４輪
全てについて時間差を存して行うようにした実施形態に
ついて説明したが、左右両側の各１個、計２個の車輪、
例えば、右前輪と左後輪のインホイール変速機３の変速
を同時に行い、その後時間差を存して左前輪と右後輪の
インホイール変速機３の変速を同時に行うようにしても
良い。図７（Ａ）（Ｂ）はこのときの各車輪の駆動力を
示しており、右前輪と左後輪のインホイール変速機３の
変速時と、その後の左前輪と右後輪のインホイール変速
機３の変速時との何れにおいても、車両右側の推進力と
車両左側の推進力とが均等に維持され、ヨーモーメント
は作用しない。
【００１６】また、右前輪と左前輪のインホイール変速
機３の変速を同時に行い、その後時間差を存して右後輪
と左後輪のインホイール変速機の変速を同時に行うこと
も可能である。この場合にも、図８（Ａ）（Ｂ）に示す
如く、車両右側の推進力と車両左側の推進力とが均等に
維持され、ヨーモーメントは作用しない。
【００１７】以上、４輪駆動の電気自動車について説明
したが、前輪又は後輪のみを駆動輪とする２輪駆動の電
気自動車においても、２つの駆動輪のインホイール変速
機の変速を時間差を存して行うことで変速ショックを緩
和できる。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、インホイール変速機の変速による自動車全体
の加速度変化を小さく抑えて、変速ショックを緩和で
き、従って、変速ショック緩和のためにインホイール変
速機を多段化する必要がなく、変速機の小形軽量化を図
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明装置を適用する電気自動車を示す概略
平面図
【図２】 インホイール変速機を示すスケルトン図
【図３】 電動モータの出力特性を示すグラフ
【図４】 本発明装置によるインホイール変速機の変速
を行ったときのモータ速度、モータトルク及び加速度の
変化を示すタイムチャート
【図５】 右前輪のインホイール変速機の変速時におけ
る各車輪の駆動力を示す図
【図６】 右前輪のインホイール変速機の変速時に右後
輪用電動モータの出力を増加させたときの各車輪の駆動
力を示す図
【図７】 （Ａ）右前輪と左後輪のインホイール変速機
の同時変速時における各車輪の駆動力を示す図、（Ｂ）
左前輪と右後輪のインホイール変速機の同時変速時にお
ける各車輪の駆動力を示す図
【図８】 （Ａ）左右の前輪のインホイール変速機の同
時変速時における各車輪の駆動力を示す図、（Ｂ）左右
の後輪のインホイール変速機の同時変速時における各車
輪の駆動力を示す図
【図９】 インホイール変速機の変速を４輪同時に行っ
たときのモータ速度、モータトルク及び加速度の変化を
示すタイムチャート
【符号の説明】
１ 車輪（駆動輪） ２ 電動モータ ３ インホイール変速機 ４ コントローラ（制
御手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J552 MA02 MA13 NA01 NB05 PA02 SA04 SA15 UA03 VA76Z VB00Z 5H115 PA02 PG04 PU01 QE17 QN03 QN12 RB14 RB15 SE03 SE08

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気自動車の各駆動輪に各電動モータか
    らの動力を伝達する有段変速機から成るインホイール変
    速機の制御装置において、 各駆動輪のインホイール変速機の変速を駆動輪毎に時間
    差を存して行わせる制御手段を備える、 ことを特徴とする電気自動車におけるインホイール変速
    機の制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のインホイール変速機の
    制御装置であって、前後左右の４個の車輪の全てが駆動
    輪であるものにおいて、 前記制御手段は、各車輪のインホイール変速機の変速時
    に、変速中の車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動用電動
    モータの出力を増加するように構成される、 ことを特徴とする電気自動車におけるインホイール変速
    機の制御装置。
  3. 【請求項３】 電気自動車の前後左右の４個の車輪の各
    々に各電動モータからの動力を伝達する有段変速機から
    成るインホイール変速機の制御装置において、 左右両側の各１個、計２個の車輪のインホイール変速機
    の変速を同時に行わせ、その後時間差を存して残りの２
    個の車輪のインホイール変速機の変速を同時に行わせる
    制御手段を備える、 ことを特徴とする電気自動車におけるインホイール変速
    機の制御装置。
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