JP2005098456A - 車両の電気駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータで駆動される車両において、電気駆動装置のトルク伝達状態の制御を安定して行えるようにすることである。
【解決手段】電気駆動装置のトルク伝達経路の途中に配置するクラッチ１０として、等速ジョイント７のステム８とハブ軸受９のハブ輪１９との間に複数のローラ２４と保持器２５とを組み込んで２方向クラッチ２２を形成するとともに、ロータ３２をハブ輪１９に連結した電磁クラッチ２３を併設し、電磁クラッチ２３への通電の制御により、保持器２５と一体に回転するアーマチュア３４をロータ３２に着脱して、各ローラ２４とステム８およびハブ輪１９との係合状態を変えられるようにした電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用することにより、クラッチ１０の入切を簡単にするとともに、クラッチ１０切状態ではトルク伝達経路が完全に遮断され、モータが確実に保護されるようにして、電気駆動装置のトルク伝達状態の制御を安定化させたのである。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両の前後輪の少なくとも一方を電動モータで駆動する電気駆動装置の制御方法に関する。

近年、自動車製造の分野では、環境対策として、駆動源に電動モータを用いた電気自動車や、従来のエンジンと電動モータとを併用するハイブリッドカーの開発が盛んに行われており、一部実用化されている。これらの車両の電気駆動装置においては、通常、車輪からの逆入力トルクによるモータの過回転を防止してモータを保護したり、モータの異常に起因する走行中の事故を防ぐために、駆動トルク伝達経路の途中に配置したクラッチの連結および切り離し（以下、「入」「切」とも記す。）の操作により、電動モータと車輪との間のトルク伝達状態を制御している。

このような車両の電気駆動装置の制御では、トルク伝達経路の途中に配置するクラッチとして、駆動側部材と従動側部材のつめを噛み合わせる噛み合いクラッチや、駆動側と従動側の部材どうしを面接触による摩擦力で連結する摩擦クラッチを使用していることが多い（例えば、特許文献１、２参照。）。

しかしながら、噛み合いクラッチを使用した制御では、クラッチを連結しようとするときには、駆動側の回転数を従動側と厳密に同期させておかないと、両側のつめが噛み合わなかったり噛合時に衝撃を生じたりする。また、電動モータを停止してクラッチを切ろうとしても、モータ内の摩擦によるトルクが作用して、噛み合ったつめが容易に離れない場合があり、複雑な制御が必要となる。

一方、摩擦クラッチを使用した制御は、上記のようなクラッチ入切時の問題はないが、クラッチを切った状態でも、駆動側部材と従動側部材とがクラッチ内の粘性流体の存在等により完全には切り離されず、車輪からの逆入力トルクが電動モータまで伝達される場合があり、モータ保護の面で不安がある。

また、これらのクラッチは、駆動トルク伝達経路のうち、電動モータから動力分配機構までの間に設けられることが多い。このため、ハイブリッドカーのエンジン駆動時には、クラッチを切っていても、クラッチ従動側から車輪までの部材を回転させるためのトルク（以下、「引きずりトルク」と記す。）に駆動トルクが少なからず消費され、従来車に対する燃費改善代が少ないという問題もある。特に、摩擦クラッチを使用する場合は、上述したようにクラッチ切状態でもトルク伝達経路の遮断が不完全となり、引きずりトルクの発生源がモータにまで拡大しやすいし、十分な駆動トルク伝達を行えるように多板化することで摩擦クラッチが大型化して重くなっていることが多いので、燃費改善の割合が少ない。
特開平１１−９１３８９号公報 特開２００１−２８７５５０号公報

この発明の課題は、電動モータで駆動される車両において、電気駆動装置のトルク伝達状態の制御を安定して行えるようにすることである。

上記の課題を解決するため、この発明は、電気駆動装置のトルク伝達経路の途中に配置するクラッチとして、駆動側部材と従動側部材との間に組み込んだローラの両部材との係合状態を電磁クラッチへの通電の制御により簡単に変えることができ、かつ切状態ではトルク伝達経路を完全に遮断できる電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用して、このクラッチの入切操作による電気駆動装置のトルク伝達状態の制御を安定化させたのである。そして、このクラッチを左右の車輪の近くに配置することにより、クラッチを切ったときの引きずりトルクを減少させ、ハイブリッドカーの燃費改善代の拡大を図ったのである。

具体的には、電動モータで車輪を駆動する車両の電気駆動装置の、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達状態を、トルク伝達経路の途中に配置したクラッチの連結および切り離しの操作により制御する車両の電気駆動装置の制御方法において、前記クラッチが、駆動側部材と従動側部材とを内外に回転可能に嵌合し、これらの両部材の間に複数のローラと各ローラを保持する保持器とを組み込んで、各ローラを前記両部材とその正逆両回転方向で係合可能とした２方向クラッチを形成するとともに、ロータを前記従動側部材に連結した電磁クラッチを併設し、電磁クラッチへの通電の制御により前記保持器を前記ロータに着脱して前記各ローラの係合状態を変えられるようにした電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチであって、前記電動モータの出力を左右の車輪に分配する動力分配機構と左右の車輪との間に一つずつ配置されており、これらの各電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを、外部からの信号に基づいてそれぞれの電磁クラッチへの通電量を変化させることにより操作する構成を採用したのである（請求項１）。

上記の構成において、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを連結する際には、前記電動モータと車輪との回転速度差を検出し、この回転速度差が所定の範囲内に入るように、前記電動モータの回転速度を制御した後、前記電磁クラッチへの通電を行うことにより、前記各ローラが駆動側部材および従動側部材と係合した瞬間の電動モータと車輪との回転速度差に起因する衝撃を少なくすることができる（請求項２）。

一方、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを切り離す際には、前記電磁クラッチへの通電を中止するとともに、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別して、このトルク伝達方向を逆転させるか、もしくはトルク伝達をなくすように、前記電動モータの回転速度を車輪回転速度に基づいて制御することにより、前記各ローラの駆動側部材および従動側部材との係合を強制的に解除して、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチをより確実に切状態にすることができる（請求項３）。

また、前記電磁クラッチへの通電中に、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別して、電動モータから車輪へのトルク伝達が確認された時点で、前記電磁クラッチへの通電量を前記保持器が前記ロータから外れない範囲で減少させれば、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを長時間にわたって連結し続ける場合でも電磁クラッチの発熱を抑えることができるし（請求項４）、前記電磁クラッチへの通電を中止して、前記トルク伝達方向が逆転するか、もしくはトルク伝達がなくなったときに、前記各ローラの係合が解除されて、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチが切り離されるようにすれば、電磁クラッチの発熱をなくすことができるうえ、トルク伝達方向の逆転による電動モータの過回転や燃費の悪化を防止することができる（請求項５）。

前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別する手段としては、トルクセンサ（請求項６）や、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを挟んで前記トルク伝達経路のモータ側と車輪側とにそれぞれ回転位置センサを設けて、これらの両センサの出力からモータ側と車輪側との回転位置差を検出し、この回転位置差の前記各ローラ係合後の変化から、前記トルク伝達方向を推定するもの（請求項７）を採用することができる。後者の手段を採用する場合は、前記モータ側回転位置センサを、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチの近傍に配置すれば、電動モータからこのクラッチまでの各部のがたやねじれの影響を少なくして、識別精度を高めることができる（請求項８）。

さらに、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチが切り離されている状態では、前記電磁クラッチへ、前記保持器が前記ロータに吸着されないレベルの予備電流を通電しておくことにより、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを連結する際に、その連結に要する時間を短縮することができる（請求項９）。

前記動力分配機構として、前記左右の車輪を同じ回転数で回転させる機能を有するものを採用するとともに、前記電動モータから車輪へトルク伝達するときには、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチの連結と切り離しを短時間で繰り返し行うようにして、その連結状態の時間と切り離し状態の時間の割合を左右で別々に調整すれば、前記左右の車輪への動力分配の割合を必要に応じて変えることができる（請求項１０）。

また、車両の前後輪のいずれか一方が前記電動モータで駆動される車輪で、他方が電動モータとは別の駆動源で駆動される車輪である場合には、他方の車輪のみを駆動して車両を発進させようとしても、一方の車輪の回転速度が上昇しないときに、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを連結して、前記電動モータで一方の車輪を駆動することにより、車両を路面状態等によらずスムーズに発進させることができる（請求項１１）。

この発明は、電気駆動装置のトルク伝達経路の途中に配置するクラッチとして、電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを採用したので、電動モータと車輪との間のトルク伝達状態の制御を安定して行うことができ、モータを確実に保護することができる。また、前記クラッチを動力分配機構と左右の車輪との間に配置することにより、クラッチを切ったときの引きずりトルクを小さくしたので、ハイブリッドカーに適用した場合の燃費改善代が大きい（請求項１）。

また、請求項２の発明によれば、前記クラッチを連結する際のローラ係合時の衝撃を軽減して、乗り心地の改善やクラッチの長寿命化を図ることができる。

請求項３の発明によれば、前記クラッチの切り離しを、必要に応じてより確実に行うことができる。

請求項４の発明によれば、電磁クラッチの発熱を抑えることができ、電力消費量も少なくできる。

請求項５の発明によれば、請求項４の発明と同様に、電磁クラッチの発熱防止および電力消費量の低減が図れるとともに、モータの保護をより確実に行うことができ、ハイブリッドカーの燃費をさらに改善することもできる。

請求項３乃至５のいずれかの発明において、トルク伝達方向識別手段として、トルクセンサを採用すれば、正確にトルク伝達方向を識別できる（請求項６）。一方、モータ側と車輪側に設けた回転位置センサを用いて推定する方法を採用すれば、トルクセンサよりも簡便にトルク伝達方向の識別ができる（請求項７）。後者の場合は、モータ側回転位置センサを前記クラッチ近傍に配置することにより、識別精度の向上が図れる（請求項８）。

さらに、請求項９の発明によれば、前記クラッチの連結に要する時間が短縮されるので、連結操作の際の応答性が改善され、電動モータによる駆動が必要になったときに、より早く駆動トルクを伝達することができる。

請求項１０の発明によれば、左右の車輪への動力分配の割合を自由に変えられるので、車両の状態に応じた適切な動力分配が可能である。また、動力分配装置として作動制限付き差動歯車装置等を採用する場合に比べて、駆動装置全体のコストを低減できるし、重量も軽くすることができる。

請求項１１の発明によれば、ハイブリッドカーの電気駆動装置が車両発進時の状況に応じて自動的に使用されるので、車両を常にスムーズに発進させることができるし、電動モータとは別の駆動源のみで発進できる場合は、電力消費量の低減が図れる。

以下、図１乃至図７に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１は、この実施形態の制御方法を適用した車両の駆動系の概要を示す。この車両は、電動モータ１を駆動源とする後輪用の電気駆動装置とエンジン４１を駆動源とする前輪駆動装置とを備えたハイブリッドカーである。前輪駆動装置は、エンジン４１の駆動トルクを、差動歯車装置を含む変速機４２、ドライブシャフト４３およびハブ軸受ユニット４４を介して左右の前輪４５に伝達している。一方、後輪用電気駆動装置は、電動モータ１の駆動トルクを、減速機２、動力分配機構３、ドライブシャフト４およびハブクラッチユニット５内のハブ軸受（図２参照）を介して左右の後輪６に伝達するトルク伝達経路と、車両やモータ１の状態を表す信号に基づいて、モータ１およびハブクラッチユニット５内の電磁クラッチ（図２参照）に制御信号を出力する制御装置５１とを有している。車両状態を表す信号としては、車輪回転数、アクセル開度、ステアリング角、ブレーキ、エンジン回転数等があり、モータ１状態を表す信号には、モータ回転数、印加電流、印加電圧等がある。

前記電動モータ１は、永久磁石型ＤＣモータであり、その出力は、減速機２で減速された後、動力分配機構３に伝達される。これは、通常、電動モータ１は高回転の方が効率がよいからである。減速機２の出力は、動力分配機構３により、そのまま左右のドライブシャフト４に伝達される。そして、各ドライブシャフト４の出力は、その先端に接続されたハブクラッチユニット５を介して左右の後輪６に伝達され、両方の後輪６が同じ回転数で回転する。

図２に示すように、左右のドライブシャフト４の先端には等速ジョイント７が取り付けられており、この等速ジョイント７のステム８を構成部材とするハブクラッチユニット５が設けられている。各ハブクラッチユニット５は、後輪６を回転自在に支持するハブ軸受９と、ドライブシャフト４と後輪６との間のトルク伝達状態を変えるクラッチ１０とで基本的に構成されており、内周側に組み込んだ玉軸受１１と針状ころ軸受１２とで、ステム８を回転自在に支持している。玉軸受１１は、ステム８先端に取り付けられたロックナット１３とともにステム８の軸方向移動の規制も行っている。また、ハブ軸受９およびクラッチ１０には、それぞれシール１４、１５が設けられ、ユニット５内への異物の侵入防止およびユニット５内部の潤滑材の漏出防止が図られている。

前記ハブ軸受９は、懸架装置の一部であるナックル１６に固定された外輪１７の内周側に、ハブボルト１８で後輪６に固定されるハブ輪１９を挿入し、外輪１７とハブ輪１９との間に複数の玉２０を２列に転動自在に配したものであり、ハブ輪１９から後輪６に駆動トルクを伝達している。なお、ハブ輪１９の一方の列の玉２０と対向する部位は、ハブ輪１９本体と別体の内輪１９ａで形成されており、この内輪１９ａをハブ輪１９本体に嵌め込んだコッタ２１で軸方向内側へ押し込むことにより、ハブ軸受９に予圧がかかるようになっている。

前記クラッチ１０は、等速ジョイント７のステム８とハブ輪１９との間に形成した２方向クラッチ２２と、これに併設した電磁クラッチ２３とからなる電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチで、後述するように、２方向クラッチ２２の動作を電磁クラッチ２３への通電により制御するものである。

２方向クラッチ２２は、駆動側部材であるステム８と従動側部材であるハブ輪１９との間に、３列のローラ２４と各ローラ２４を保持する保持器２５を組み込んで形成したものである。図３に示すように、クラッチ外輪となるハブ輪１９は、内周面が円筒面に形成され、クラッチ内輪となるステム８の外周面には、各ローラ２４と対向する位置に、ハブ輪１９内周の円筒面との間に回転方向両側で楔形空間２６ａ、２６ｂを形成するカム面８ａが設けられている。すなわち、保持器２５が、各ローラ２４をカム面８ａの中央付近に保持する中立位置から回転方向にずれて、各ローラ２４を両楔形空間２６ａ、２６ｂのいずれか一方に押し込むと、各ローラ２４はステム８およびハブ輪１９と係合する。

保持器２５は、一側の環状部２５ａをステム８の小径部の外周に嵌め込まれた保持器ガイド２７で、他側の環状部２５ｂをステム８の大径部でそれぞれ支持されて、ステム８と同心に保持されている。また、一側の環状部２５ａの上下２箇所に形成された切欠き２５ｃには、ステム８にピン２８で係止されたＵ字状のスイッチばね２９が圧入され、このスイッチばね２９の弾性復元力により、前記中立位置を維持するように周方向に位置決めされている。

一方、電磁クラッチ２３は、電磁石３０を収納した電磁石ホルダ３１をハブ軸受９の外輪１７にボルト止めするとともに、ロータ３２をハブ輪１９に固定したロータホルダ３３に取り付け、ロータ３２を挟んで電磁石３０と対向する位置にアーマチュア３４を組み込み、このアーマチュア３４を、２方向クラッチ２２の保持器２５と一体に回転し、かつ軸方向には保持器２５と摺動するように保持器２５と係合させたものである。また、ロータ３２とアーマチュア３４との間には、両者を互いに離反する方向に付勢する離反ばね３５が設けられている。

従って、このクラッチ１０は、電磁クラッチ２３の電磁石３０に通電していないときには、ハブ輪１９に取り付けたロータ３２と保持器２５に結合したアーマチュア３４とが離反ばね３５によって切り離され、かつ、図４（ａ）に示すように、保持器２５が中立位置にあって各ローラ２４とハブ輪１９との間に隙間が生じているため、ハブ輪１９とステム８とが相対回転可能な状態、すなわちクラッチ１０が切れた状態にある。このとき、トルク伝達経路は完全に遮断されている。

電磁石３０に通電すると、離反ばね３５の力よりも大きい磁力がアーマチュア３４に作用し、アーマチュア３４が電磁石３０に吸引されてロータ３２に押しつけられる。このため、ハブ輪１９とステム８とが相対回転しようとすると、ロータ３２とアーマチュア３４との間に摩擦力が作用して、アーマチュア３４の回転がロータ３２に拘束されるようになる。これにより、図４（ｂ）または（ｃ）に示すように、アーマチュア３４と一体に回転する保持器２５が、スイッチばね２９の弾性復元力に抗して中立位置からステム８に対して回転方向にわずかに相対移動し、各ローラ２４を両側の楔形空間２６ａ、２６ｂのいずれか一方に押し込んでステム８およびハブ輪１９と係合させる。その結果、クラッチ１０が連結された状態となり、ハブ輪１９とステム８とが一体に回転するようになる。

また、図２に示したように、等速ジョイント７およびハブ軸受９には、それぞれ回転位置センサ５２、５３が設けられている。各回転位置センサ５２、５３は、ハブ軸受９の外輪１７に固定されたセンサ本体５２ａ、５３ａと、センサ本体５２ａ、５３ａに対向するように等速ジョイント７のカップおよびハブ輪１９に取り付けられたギア型のパルサリング５２ｂ、５３ｂとからなり、パルサリング５２ｂ、５３ｂの回転に伴ってパルス信号を出力し、これらのパルス信号を処理することにより回転位置や回転速度が得られるようになっている。各センサ５２、５３で検出される回転位置は、後述するように、モータ１と後輪６との間のトルク伝達の方向の推定に用いられる。

なお、ハブ軸受９のセンサ５３は、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）用に設けたものを兼用している。また、両センサ５２、５３は、トルク伝達方向の推定処理をしやすくするため、１回転あたりの出力パルス数が同じものを使用することが好ましい。

次に、上記構成の電気駆動装置の制御方法について説明する。この実施形態では、制御装置５１において外部からの信号に基づいて車両や電動モータ１の状態および運転者の意図を判断し、左右のハブ軸受９と一体に形成した電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチ１０を操作することにより、モータ１と後輪６との間のトルク伝達状態を制御している。

従って、電磁クラッチ２３への通電の制御だけで簡単にクラッチ１０を入切でき、トルク伝達状態の制御を安定して行うことができる。また、クラッチ１０を切ることにより、トルク伝達経路を完全に遮断してモータ１を確実に保護することができるし、クラッチ１０を切ったときの引きずりトルクが小さく、燃費改善代が大きい。さらに、クラッチ１０の操作は左右別々に行われるので、例えば、車両旋回時には、左右のクラッチ１０の入切を適切に制御することにより、車両のスピン等の危険な挙動を防止することができる。

以下、車両走行中のクラッチ１０の操作方法について詳細に説明する。

車両走行中は、電動モータ１の保護や燃費改善のためにクラッチ１０を切り、モータ１の回転を停止させていることが多いので、制御装置５１がモータ１の駆動力が必要と判断した場合に、モータ１を回転させずに電磁クラッチ２３に通電すると、クラッチ１０のローラ２４がステム８およびハブ輪１９と係合した瞬間に回転差に起因する衝撃が発生し、この衝撃が乗員に不快感を与えたり、クラッチ１０寿命短縮の原因となったりするおそれがある。

そこで、この実施形態では、クラッチ１０を連結する際には、図５に示すように、電動モータ１と後輪６との回転速度差を検出し（Ｓ１）、この回転速度差が規定範囲内にあるか否かを判定し（Ｓ２）、規定範囲外のときは回転速度差が規定範囲内に入るようにモータ１の目標回転速度を設定して（Ｓ３）、モータ１の回転速度制御を行い（Ｓ４）、回転速度差が規定範囲内に入った時点で電磁クラッチ２３への通電を行う（Ｓ５）。

すなわち、先に電動モータ１を回転させておき、モータ１と後輪６の回転速度がほぼ同じになったときに電磁クラッチ２３に通電することにより、ローラ２４係合時の衝撃を軽減して、乗り心地を損なわないようにするとともに、クラッチ１０の長寿命化を図っている。

なお、電磁クラッチ２３への通電開始からローラ２４係合までの時間を考慮して、回転速度差の規定範囲を広目に設定すれば、通電のタイミングを早め、モータ１の駆動トルクをより早く後輪６に伝達することができる。

一方、クラッチ１０が連結され、モータ１と後輪６との間でトルクが伝達されているときには、クラッチ１０のローラ２４がステム８とハブ輪１９との間の楔形空間２６ａまたは２６ｂに押し込まれる方向に力を受け、ステム８とハブ輪１９とに挟まれて弾性変形した状態で係合しているため（図４（ｂ）、（ｃ）参照）、電磁クラッチ２３への通電を中止しても、スイッチばね２９の弾性復元力だけでは、保持器２５をローラ２４とともに中立位置へ戻してローラ２４の係合を解除することができず、クラッチ１０が切れないおそれがある。これに対して、スイッチばね２９に大きな弾性復元力を付与しようとすると、スイッチばね２９が大きくなって、設計上の制約となる。

そこで、この実施形態では、クラッチ１０を切り離す際には、図６に示すように、電磁クラッチ２３への通電を中止した後（Ｓ１）、電動モータ１と後輪６との間のトルク伝達方向を識別して（Ｓ２）、モータ１から後輪６にトルク伝達しているときは、モータ１の目標回転速度を零に設定し（Ｓ３）、トルク伝達方向が逆のときは、モータ１の目標回転速度を後輪６より高く設定して（Ｓ４）、モータ１の回転速度制御を行い（Ｓ５）、トルク伝達がなくなった時点で制御を終了する。なお、Ｓ３ステップにおけるモータ１の目標回転速度は、後輪６回転速度以下であればよく、逆回転させてもよい。

すなわち、電磁クラッチ２３への通電を中止するとともに、トルク伝達方向に応じてモータ回転速度を制御し、トルク伝達方向を逆転させるか、もしくはトルク伝達をなくすことにより、ローラ２４の係合を解除して、クラッチ１０が確実に切れるようにしている。これにより、スイッチばね２９は、大きな弾性復元力を必要とせず、小型化が可能となっている。

また、切状態にあったクラッチ１０を連結した後は、次の２通りの連結後処理のいずれかを行うようにしている。

第１の処理は、電磁クラッチ２３への通電中に、電動モータ１と後輪６との間のトルク伝達方向を識別して、モータ１から後輪６へのトルク伝達が確認された時点で、電磁クラッチ２３への通電量をアーマチュア３４がロータ３２から外れない範囲で減少させる。

この処理は、電磁クラッチ２３のアーマチュア３４をロータ３２から引き離す離反ばね３５の力が、アーマチュア３４のロータ３２への接近量に比例する（フックの法則）のに対して、アーマチュア３４に作用する電磁石３０の吸引力は、アーマチュア３４と電磁石３０との距離の２乗に反比例し（クーロンの法則）、電磁石３０の電流に比例するため、アーマチュア３４がロータ３２に近づくほど、アーマチュア３４を吸引するのに必要な電磁石３０の電流が小さてすむようになることを利用して、クラッチ１０を連結した状態を維持しながら、電磁クラッチ２３への通電量を抑えるようにしたものである。従って、クラッチ１０を長時間にわたって連結し続ける場合でも、電磁クラッチ２３の発熱を抑えることができ、電力消費量も少なくできる。

一方、第２の処理では、電動モータ１から後輪６へのトルク伝達を確認した時点で、電磁クラッチ２３への通電を中止する。通電を中止しても、前述したように、スイッチばね２９の弾性復元力を小さく設定しておくことにより、ローラ２４の係合は外れず、クラッチ１０の連結状態は維持される。そして、トルク伝達方向が逆転するか、もしくはトルク伝達がなくなったときに、ローラ２４の係合がスイッチばね２９の弾性復元力により自動的に解除されて、クラッチ１０が切り離される。従って、第１の処理と同様に電磁クラッチ２３の発熱防止および電力消費量の低減が図れるとともに、モータ１の保護をより確実に行うことができ、燃費をさらに改善することもできる。

上述したクラッチ連結後の処理および図６に示したクラッチ切り離し処理におけるトルク伝達方向の識別は、等速ジョイント７およびハブ軸受９に設けた回転位置センサ５２、５３が出力するパルス信号から両部材７、９の回転位置差を求め、これを常時監視することにより行っている。

すなわち、等速ジョイント７とハブ軸受９との回転位置差は、両部材７、９が相対回転している間はその速度差に応じて変化するが、クラッチ１０のローラ２４が係合した瞬間に一定になり、その後、両部材７、９間でトルク伝達によりねじれが発生するとわずかに変化する。従って、この回転位置差を監視しておけば、ローラ２４の係合を認識することができ、その後の回転位置差の変化からトルク伝達方向を推定することができる。

このトルク伝達方向識別手段では、クラッチ１０を挟んでトルク伝達経路のモータ１側となるセンサ５２が、クラッチ１０に近い等速ジョイント７に設けられているので、モータ１からクラッチ１０までの各部のがたやねじれの影響が少なく、高い精度でトルク伝達方向の識別ができる。

また、トルク伝達方向識別手段として、上述のような構成をとる代わりに、ひずみゲージ等を用いた一般的な極性を有するトルクセンサを、トルク伝達経路の途中に配置するようにしてもよい。この場合は、回転体にセンサを取り付ける必要があるから、センサの取り付け状態の維持や信号伝達が難しく、信号処理が複雑になる難点はあるが、より正確にトルク伝達方向を識別することができる。

次に、クラッチ１０を切り離し、電動モータ１による駆動を行わずに走行しているときの処理について説明する。この状態においては、モータ１の駆動トルクが必要になれば、少しでも早くクラッチ１０を連結できるようになっていることが望ましい。

クラッチ１０の連結に要する時間は、電磁クラッチ２３に通電してアーマチュア３４をロータ３２に吸着するまでの時間と、その後にローラ２４がアーマチュア３４と一体に回転して係合位置へ移動する時間との合計であり、ローラ２４移動時間がクラッチ内外輪（ステム８とハブ輪１９）の相対回転速度でほぼ決まってしまうのに対して、アーマチュア３４吸着までの時間は、電磁クラッチ２３の電流値の立ち上がり時の挙動の改善により短縮が可能である。

そこで、この実施形態では、クラッチ１０が切り離されている状態でも、アーマチュア３４がロータ３２に吸着されないレベルの予備電流を電磁クラッチ２３へ通電しておくことにより、制御装置５１がクラッチ１０を連結させる制御信号を出したときに、電磁クラッチ２３の電流値がロータ３２吸着に必要な吸引力を発生させる値になるまでの時間を短くして、クラッチ１０連結操作の際の応答性を向上させている。なお、予備電流の大きさは、離反ばね３５のばね定数と電磁石３０の電流−吸引力特性により決定できる。

次に、車両の状態に応じて、左右の後輪６への動力分配の割合を変える方法について説明する。この実施形態では、左右のクラッチ１０を同時に連結すると、動力分配機構３が左右の後輪６を同じ回転数で回転させるので、左右の後輪６への動力分配の割合が車両の状態によって決まってしまい、特に旋回中に走行が不安定になるおそれがある。

そこで、電動モータ１から後輪６へトルク伝達するときには、左右のクラッチ１０の連結と切り離しを前述の方法により短時間（０．１秒程度）で繰り返し行うようにして、その連結状態の時間と切り離し状態の時間の割合を左右で別々に調整することにより、動力分配の割合を等価的に可変とした。図７は、モータ１出力を一定（各クラッチ１０を切るときのみ一時的に零）とした場合の一例を示す。

これにより、左右の車輪への動力分配の割合を自由に変えられるので、車両の状態に応じた適切な動力分配が可能である。また、動力分配装置として作動制限付き差動歯車装置等を採用する場合に比べて、駆動装置全体のコストを低減できるし、重量も軽くすることができる。

最後に、車両発進時のクラッチ操作について説明する。車両発進時には、クラッチ１０を切った状態でエンジン４１により前輪４５を駆動しても後輪６の回転速度が上昇しないときに、制御装置５１が前輪４５だけでは発進できないと判断して、クラッチ１０を連結し、電動モータ１で後輪６を駆動するようにしている。

従って、ぬかるみ路や雪道等、前輪４５だけでは発進が困難な場合でも、自動的に後輪６が駆動され、車両を常にスムーズに発進させることができる。また、前輪４５だけで発進できる場合には、電動モータ１を使用しないので、電力消費量の低減が図れる。

実施形態の制御方法を適用した車両の駆動系の概要図 図１の車両の電気駆動装置の要部の縦断正面図 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図 ａ、ｂ、ｃは、それぞれ図１の電気駆動装置のクラッチ動作の説明図 クラッチ連結時の処理を示すフローチャート クラッチ切り離し時の処理を示すフローチャート 左右の後輪への動力分配の割合の変更方法を示すタイムチャート

符号の説明

１ 電動モータ
２ 減速機
３ 動力分配機構
４ ドライブシャフト
５ ハブクラッチユニット
６ 後輪
７ 等速ジョイント
８ ステム
８ａ カム面
９ ハブ軸受
１０ クラッチ
１７ 外輪
１９ ハブ輪
１９ａ 内輪
２０ 玉
２２ ２方向クラッチ
２３ 電磁クラッチ
２４ ローラ
２５ 保持器
２５ａ、２５ｂ 環状部
２５ｃ 切欠き
２６ａ、２６ｂ 楔形空間
２９ スイッチばね
３０ 電磁石
３１ 電磁石ホルダ
３２ ロータ
３３ ロータホルダ
３４ アーマチュア
３５ 離反ばね
５１ 制御装置
５２、５３ 回転位置センサ

Claims (11)

1. 電動モータで車輪を駆動する車両の電気駆動装置の、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達状態を、トルク伝達経路の途中に配置したクラッチの連結および切り離しの操作により制御する車両の電気駆動装置の制御方法において、前記クラッチが、駆動側部材と従動側部材とを内外に回転可能に嵌合し、これらの両部材の間に複数のローラと各ローラを保持する保持器とを組み込んで、各ローラを前記両部材とその正逆両回転方向で係合可能とした２方向クラッチを形成するとともに、ロータを前記従動側部材に連結した電磁クラッチを併設し、電磁クラッチへの通電の制御により前記保持器を前記ロータに着脱して前記各ローラの係合状態を変えられるようにした電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチであって、前記電動モータの出力を左右の車輪に分配する動力分配機構と左右の車輪との間に一つずつ配置されており、これらの各電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを、外部からの信号に基づいてそれぞれの電磁クラッチへの通電量を変化させることにより操作することを特徴とする車両の電気駆動装置の制御方法。
2. 前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを連結する際には、前記電動モータと車輪との回転速度差を検出し、この回転速度差が所定の範囲内に入るように、前記電動モータの回転速度を制御した後、前記電磁クラッチへの通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
3. 前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを切り離す際には、前記電磁クラッチへの通電を中止するとともに、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別して、このトルク伝達方向を逆転させるか、もしくはトルク伝達をなくすように、前記電動モータの回転速度を車輪回転速度に基づいて制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
4. 前記電磁クラッチへの通電中に、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別して、電動モータから車輪へのトルク伝達が確認された時点で、前記電磁クラッチへの通電量を前記保持器が前記ロータから外れない範囲で減少させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
5. 前記電磁クラッチへの通電中に、前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別して、電動モータから車輪へのトルク伝達が確認された時点で、前記電磁クラッチへの通電を中止して、前記トルク伝達方向が逆転するか、もしくはトルク伝達がなくなったときに、前記各ローラの係合が解除されて、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチが切り離されるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
6. 前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別する手段が、トルクセンサであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
7. 前記電動モータと車輪との間のトルク伝達方向を識別する手段が、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを挟んで前記トルク伝達経路のモータ側と車輪側とにそれぞれ回転位置センサを設けて、これらの両センサの出力からモータ側と車輪側との回転位置差を検出し、この回転位置差の前記各ローラ係合後の変化から、前記トルク伝達方向を推定するものであることを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
8. 前記モータ側回転位置センサを、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチの近傍に配置したことを特徴とする請求項７に記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
9. 前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチが切り離されている状態では、前記電磁クラッチへ、前記保持器が前記ロータに吸着されないレベルの予備電流を通電しておくことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
10. 前記動力分配機構として、前記左右の車輪を同じ回転数で回転させる機能を有するものを採用するとともに、前記電動モータから車輪へトルク伝達するときには、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチの連結と切り離しを短時間で繰り返し行うようにして、その連結状態の時間と切り離し状態の時間の割合を左右で別々に調整することにより、前記左右の車輪への動力分配の割合を可変としたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。
11. 車両の前後輪のいずれか一方が前記電動モータで駆動される車輪で、他方が電動モータとは別の駆動源で駆動される車輪であり、他方の車輪のみを駆動して車両を発進させようとしても、一方の車輪の回転速度が上昇しないときに、前記電磁クラッチスイッチ式２方向クラッチを連結して、前記電動モータで一方の車輪を駆動することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の車両の電気駆動装置の制御方法。

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