JP2007203803A - Vehicle driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両を駆動する駆動装置であると共に、車両のトー角・キャンバー角を簡単に変更できるようにした装置に関する。 The present invention relates to a drive device for driving a vehicle, and also relates to a device capable of easily changing a toe angle and a camber angle of a vehicle.
従来、アクチュエータで各輪個別にキャンバー及びトーを制御することができるようにするために、車輪を支持するアクスルを車体に対し1点で支持するボールジョイントと、アクスルにおけるボールジョイントによる支持点の上側下側であり且つ車両前後方向の2点を支持し、この2点の支持点を、車幅方向に個別に変位させる第1及び第2のアクチュエータと、前記2点の支持点を車幅方向において相対的に変位させることで車輪のトーを変化させ、及び/又は前記2点の支持点を車幅方向において同一方向に変位させることで車輪のキャンバーを変化させるように、第1及び第2のアクチュエータを制御する制御手段と、を備えた車両懸架装置がある(特許文献1)。
しかしながら、上記特許文献1の発明では、一つの車輪に対して二つのアクチュエータを追加してトー角とキャンバー角を変更しているので、構造が複雑で、重量が重くなるとともに、高いコストが必要となる。
However, in the invention of
本発明は、上記課題を解決するものであって、一つのアクチュエータで、車輪の駆動力、トー角及びキャンバー角を制御、すなわち車両の駆動力、操舵角、懸架減衰力等を制御可能とするシンプルかつコンパクトな車両駆動装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, and controls the driving force, toe angle, and camber angle of a wheel, that is, the driving force, steering angle, suspension damping force, and the like of a vehicle can be controlled with a single actuator. An object is to provide a simple and compact vehicle drive device.
そのために本発明は、車輪毎に配設され、車輪の駆動力、トー角及びキャンバー角を制御可能な車両駆動装置において、前記車両駆動装置は、球状のロータと、前記球状のロータを覆うように支持し、車体側に結合したステータと、前記球状のロータから延出し、車輪側と結合した軸とを有し、前記球状のロータは、前記ステータに対して、前記軸を中心に回転すると共に、前記軸及び車輪が揺動することを特徴とする。 To this end, the present invention provides a vehicle drive device that is disposed for each wheel and can control the drive force, toe angle, and camber angle of the wheel. The vehicle drive device covers the spherical rotor and the spherical rotor. And a stator coupled to the vehicle body side and a shaft extending from the spherical rotor and coupled to the wheel side. The spherical rotor rotates about the shaft relative to the stator. At the same time, the shaft and the wheel swing.
また、車輪毎に配設され、車輪の駆動力、トー角及びキャンバー角を制御可能な車両駆動装置において、前記車両駆動装置は、球状のステータと、前記球状のステータを覆うように支持し、車輪側に結合したロータと、前記球状のステータから延出し、車体側と結合した軸とを有し、前記ロータは、前記球状のステータに対して、前記軸を中心に回転すると共に、車輪が揺動することを特徴とする。 Further, in the vehicle drive device that is disposed for each wheel and can control the driving force, toe angle, and camber angle of the wheel, the vehicle drive device supports the spherical stator and the spherical stator so as to cover it, A rotor coupled to the wheel side; and a shaft extending from the spherical stator and coupled to the vehicle body side, the rotor rotating about the shaft relative to the spherical stator, and the wheels It swings.
また、前記車両駆動装置は、車体に接続されたサスペンション装置に支持され、前記サスペンション装置の揺動と共に前記ロータを揺動することを特徴とする。 The vehicle drive device is supported by a suspension device connected to a vehicle body, and swings the rotor together with the swing of the suspension device.
それによって、本発明は、車両駆動装置の球状のロータを、ステータに対して、軸を中心に回転すると共に、軸及び車輪が揺動する構造、若しくは、車両駆動装置のロータを、球状のステータに対して、軸を中心に回転すると共に、車輪が揺動する構造とし、車輪を前後上下どの方向にも揺動可能とするので、一つの駆動輪を一つのアクチュエータで制御することができ、シンプルでコンパクトに車輪の駆動力、トー角及びキャンバー角を制御、すなわち車両の駆動力、操舵角、懸架減衰力等を制御することができる。 Accordingly, the present invention provides a structure in which the spherical rotor of the vehicle drive device rotates about the shaft relative to the stator and the shaft and wheels swing, or the rotor of the vehicle drive device is replaced with the spherical stator. On the other hand, the structure is such that the wheel rotates around the shaft and the wheel swings, and the wheel can swing back and forth in any direction, so that one drive wheel can be controlled by one actuator, It is possible to control the driving force, toe angle and camber angle of the wheel in a simple and compact manner, that is, to control the driving force, steering angle, suspension damping force and the like of the vehicle.
また、前記車両駆動装置は、車体10に接続されたサスペンション装置に支持され、前記サスペンション装置の揺動と共に前記ロータを揺動するので、大きな振動除去をサスペンションにより実行し、モータは微細な振動除去を実行する等、より精密な制御をすることができ、乗り心地が向上すると共に車両の走行安定性を向上させることができる。また、モータの揺動範囲を小さくすることでモータの設計が容易となり、車輪を回転駆動する性能を向上することができる。
Further, the vehicle drive device is supported by a suspension device connected to the
以下、本発明の一例としての第一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態の概略図を示す。図中、1は車両駆動装置の一例としてのモータ、2はステータ、3はロータ、4は軸、10は車体、11は車輪、11aはホイール、11bはタイヤである。 Hereinafter, a first embodiment as an example of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of this embodiment. In the figure, 1 is a motor as an example of a vehicle drive device, 2 is a stator, 3 is a rotor, 4 is a shaft, 10 is a vehicle body, 11 is a wheel, 11a is a wheel, and 11b is a tire.
モータ1は、車体10に設け、略球状の凹部を有するステータ2と、該ステータ2の凹部に配設される略球状のロータ3と、ロータから延出し、一端をロータ3に結合され、他端を車輪11のホイール11aに結合されている軸4とを有する。ホイール11aの外周にはタイヤ11bが装着されている。
A
図2は、本実施形態のモータの概要図を示す。図中、1はモータ、2はステータ、2aはステータ部、2bはベアリング、2cはステータ枠、3はロータ、3aは永久磁石、4は軸、5は取付部である。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the motor of this embodiment. In the figure, 1 is a motor, 2 is a stator, 2a is a stator portion, 2b is a bearing, 2c is a stator frame, 3 is a rotor, 3a is a permanent magnet, 4 is a shaft, and 5 is a mounting portion.
ステータ2は、ステータ部2a、ベアリング2b及びステータ枠2c等からなる。ステータ枠2cは、球の上部を平面で切った形状をしている。円柱状のステータ部2aは、ステータ枠2cの内面に沿って球状のロータ3の中心に向いて配設されている。ベアリング2bはハイドロベアリングである。ロータ3は、球状をしており、表面に永久磁石3aを貼付し、球の一部に軸4の一端を結合している。軸4の他端には、取付部5が軸4に結合されている。なお、軸4と取付部5は一体に形成してもよい。このような構造のモータ1を磁気浮上により支持し、ステータ2及びロータ3により回転制御する。
The
図3は、本実施形態のブロック図を示す。図中、1はモータ、2はステータ、3はロータ、4は軸、5は取付部、11は車輪、11aはホイール、11bはタイヤ、21はドライバー要求検出手段、22は車両走行情報検出手段、23は車両制御手段の一例としての車両ECU、24はモータ作動情報検出手段、25はモータ制御手段の一例としてのモータECU、26はモータ駆動回路である。 FIG. 3 shows a block diagram of the present embodiment. In the figure, 1 is a motor, 2 is a stator, 3 is a rotor, 4 is a shaft, 5 is a mounting portion, 11 is a wheel, 11a is a wheel, 11b is a tire, 21 is a driver request detection means, and 22 is a vehicle travel information detection means. , 23 is a vehicle ECU as an example of a vehicle control means, 24 is a motor operation information detection means, 25 is a motor ECU as an example of a motor control means, and 26 is a motor drive circuit.
ドライバー要求検出手段21は、加減速を操作するアクセルやブレーキ、操舵を操作するステアリング等の操作状態を検出するアクセルセンサ、ブレーキセンサ又はステアリングセンサ等であり、該ドライバー要求検出手段21により、ドライバーの要求を車両ECU23に入力する。車両走行情報検出手段22は、車両の姿勢、速度、加速度等を検出する加速度センサ、車速センサ、操舵センサ又は姿勢センサ等であり、車体10の状態を車両制御手段23に入力する。車両ECU23は、ドライバー要求検出手段21及び車両走行情報検出手段22からの入力に基づき、各モータ1を制御するモータECU25に車輪駆動トルク、操舵角、懸架減衰力等の指令信号を送る。モータECU25には、車両ECUからの信号の他に、モータ作動情報検出手段24からの信号が入力される。
The driver request detection means 21 is an accelerator sensor, a brake sensor, a steering sensor, or the like that detects an operation state of an accelerator or a brake that operates acceleration / deceleration, a steering that operates steering, and the like. A request is input to the
モータ作動情報検出手段24は、モータ回転数、モータ角速度、モータ角加速度等を検出するモータ回転センサ、モータ前後上下方向揺動角等のロータ位置を検出するロータ位置センサ、モータ自体の加速度を検出するモータ加速度センサ等からなる。モータECU25では、車両ECU23及びモータ作動情報検出手段24からの信号により、駆動トルク、操舵角、懸架減衰力等を正確に判定、必要ならば補正し、モータ駆動回路26に車輪駆動トルク、操舵角、懸架減衰力等を調整する合成モータ電流を算出してモータ電流指令信号として送信する。モータ1は、モータ駆動回路26により駆動制御され、軸4を中心に回転する回転数等を変更することで車両速度や駆動トルク等を制御すると共に、軸4を揺動させ、トー角やキャンバー角を変更することで操舵角、減衰力及び車高等を制御する。
The motor operation information detecting means 24 is a motor rotation sensor that detects a motor rotation speed, a motor angular speed, a motor angular acceleration, a rotor position sensor that detects a rotor position such as a motor front-rear vertical swing angle, and a motor acceleration. Motor acceleration sensor or the like. The
なお、これらの信号の伝達はバイワイヤ化されていることで、搭載性の向上と共に、各車輪のきめ細かい制御が可能となる。また、車両走行情報検出手段22とモータ作動情報検出手段24は、どちらか一つ設けて、共通に利用してもよい。 Note that the transmission of these signals is made by wire, so that the mountability is improved and fine control of each wheel is possible. Further, either one of the vehicle travel information detection means 22 and the motor operation information detection means 24 may be provided and used in common.
図4は、本実施形態の車両ECU23及びモータECU25の実行フローチャートを示す図である。図4(a)は車両ECU23のフローチャート、図4(b)はモータECU25のフローチャートを示す。
FIG. 4 is a diagram illustrating an execution flowchart of the
まず、車両ECU23に関して説明する。最初にステップ101で初期設定を設定する(S101)。次に、ステップ102で、ドライバー要求検出手段21により、ドライバーが操作するアクセル、ブレーキ及びステアリング等の動作をそれぞれセンサにより検出し、検出した信号をドライバーの要求値として読み込む(S102)。次に、ステップ103で、車両走行情報検出手段22により、車速、加速度、操舵角、姿勢及び重量等の車両の走行状態をそれぞれセンサにより検出し、検出した信号を車両の走行情報として読み込む(S103)。次に、ステップ104で、各駆動輪の駆動トルクを決定する(S104)。次に、ステップ105で、各駆動輪の操舵角を決定し(S105)、続いて、ステップ106で、各駆動輪の懸架減衰力を決定する(S106)。なお、ステップ104からステップ106までの順番は変更してもよい。次に、ステップ107で、ステップ104からステップ106で求めた駆動トルク、操舵角及び懸架減衰力をすべて合成して、各球状モータ1の駆動力及び駆動方向を決定する(S107)。次に、ステップ108で、各球状モータ1に要求する駆動力をモータECU21に指示する(S108)。
First, the vehicle ECU 23 will be described. First, in step 101, initial settings are set (S101). Next, in step 102, the driver request detection means 21 detects the operation of the accelerator, brake, steering, etc., operated by the driver, respectively, and reads the detected signal as a driver request value (S102). Next, in step 103, the vehicle travel information detecting means 22 detects the vehicle travel state such as the vehicle speed, acceleration, steering angle, posture, weight, and the like, respectively, and reads the detected signal as vehicle travel information (S103). ). Next, in step 104, the drive torque of each drive wheel is determined (S104). Next, in step 105, the steering angle of each drive wheel is determined (S105), and then in step 106, the suspension damping force of each drive wheel is determined (S106). The order from step 104 to step 106 may be changed. Next, in step 107, the driving torque, steering angle and suspension damping force obtained in steps 104 to 106 are all combined to determine the driving force and driving direction of each spherical motor 1 (S107). Next, in step 108, the
次に、モータECU22に関して説明する。最初にステップ201で、車両ECU23のステップ108で要求された駆動力を発生するための球モータ駆動電流を算出し、指令する(S201)。次に、ステップ202aで、モータ作動情報検出手段24が検出した作動中の球状モータ1の駆動トルクが、指令した駆動トルクに対応するかどうかを判定する(S202a)。ステップ202aの結果、対応する場合はそのままステップ203aへ進み、対応しない場合は、ステップ202bでモータ1の駆動トルクの補正処理を実行し(S202b)、その後ステップ203aへ進む。
Next, the
次に、ステップ203aで、モータ作動情報検出手段24が検出した作動中のモータ1の前後揺動角が、指令した操舵角と対応するかどうかを判定する(S203a)。ステップ203aの結果、対応する場合はそのままステップ204aへ進み、対応しない場合は、ステップ203bでモータ1の前後揺動角の補正処理を実行し(S203b)、その後ステップ204aへ進む。
Next, in step 203a, it is determined whether or not the forward / backward swing angle of the operating
次に、ステップ204aで、モータ作動情報検出手段24が検出した作動中の球状モータ1の上下揺動角及びモータ1自体の加速度が、指令した懸架減衰力に対応するかどうかを判定する(S204a)。ステップ204aの結果、対応する場合はそのままスタートへ戻り、対応しない場合は、ステップ204bでモータ1の上下揺動角の補正処理を実行し(S204b)、その後スタートへ戻る。
Next, in step 204a, it is determined whether the vertical swing angle of the operating
次に、モータ1により達成される各機能を説明する。まず、第一に、モータ1は、車両の加減速及び駆動トルク等を制御することができる。加減速及び駆動トルクの制御は、モータ1の軸4を中心とした回転の回転数により制御する。このように駆動トルクを自由に変更することができるので、タイヤの摩耗状態や走行時の路面状態等にあわせて様々に変更することで、タイヤを長寿命化すると共に、車両の走行安定性を向上することができる。
Next, each function achieved by the
第二に、モータ1は、車両の操舵角等を制御することができる。図5は本実施形態の球状モータ1により車輪11のトー角を変更し車両の操舵角を制御した状態を示す図である。図5(a)は変更前の図、図5(b)は前後輪逆位相操舵時の図、図5(c)は前後輪同位相操舵時の図、図5(d)は前輪トーイン、後輪トーアウトに変更した図を示す。図5(b)に示す前後輪逆位相操舵では、回転半径を小さくすることができ、図5(c)に示す前後輪同位相操舵では、走行時のレーン変更等を迅速安定に行うことができる。また、図5(d)に示す前輪トーイン、後輪トーアウトに変更した場合、その場での回転が可能となる。このようにトー角を自由に変更することができるので、タイヤの摩耗状態や走行時の路面状態等にあわせて様々に変更することで、タイヤを長寿命化すると共に、車両の走行安定性を向上することができる。
Second, the
第三に、モータ1は、車両の姿勢を制御することができる。図6乃至図8は、本実施形態のモータ1により、車輪11のキャンバー角を変更し車両の姿勢を制御した状態を示す図である。
Third, the
図6は本実施形態のモータ1により、車輪11のキャンバー角を変更し車両の旋回性能を制御した状態を示す図である。図6(a)は変更前の図、図6(b)は旋回時の性能を向上させた状態を示す図である。車両は紙面左側に旋回する場合を示し、旋回時に、内側の車輪11のキャンバー角を制御し、車体10内側の車高を下げることで、外側へのロールを抑制し、旋回性能を向上するようにしている。
FIG. 6 is a view showing a state in which the turning performance of the vehicle is controlled by changing the camber angle of the
図7は、本実施形態の球状モータ1により、車輪11のキャンバー角を変更し車両の車高を制御した状態を示す図である。図7(a)は変更前の図、図7(b)は車輪をポジティブキャンバーに変更し、車高を上昇させた状態を示す図、図7(c)は車輪をネガティブキャンバーに変更し、車高を下降させた状態を示す図である。このようにキャンバー角を制御することにより、車高を制御することができる。
FIG. 7 is a view showing a state in which the camber angle of the
図8は、本実施形態のモータ1により、車輪11のキャンバー角を変更し車両の姿勢を制御した状態を示す図である。図8(a)は変更前の図、図8(b)は車輪を地面の凹凸にあわせて制御した状態を示す正面図、図8(c)は車輪を地面の凹凸にあわせて制御した状態を示す側面図である。このようにキャンバー角を制御することにより、凹凸のある路面でも車体10を一定の姿勢に制御することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the camber angle of the
図6乃至図8に示すように、モータ1は車輪11のキャンバー角を自由に変更することができるので、タイヤ11bの摩耗状態や走行時の路面状態等にあわせてキャンバー角を様々に変更することで、ローリングやピッチングを抑え乗り心地を向上させると共に、旋回性能等車両の走行安定性を向上することができる。また、回生ブレーキや懸架減衰時等のエネルギーを効果的に回収することができる。
As shown in FIGS. 6 to 8, since the
第四に、モータ1は、車両の制動性能を制御することができる。図9は、本実施形態のモータ1により、車輪11のトー角を変更し車両の制動性能を制御した状態を示す図である。図9は本実施形態のモータ1により、車輪11のキャンバー角を変更し車両の制動性能を制御した状態を示す図である。図9(a)は全輪トーインの状態を示す図、図9(b)は全輪トーアウトの状態を示す図、図9(c)は前輪トーイン、後輪トーアウトの状態を示す図、図9(d)は前輪トーアウト、後輪トーインの状態を示す図である。このように、車輪11のトー角を制御することにより、モータ1の回生ブレーキと併用する制御ができるので、車両の走行状態や路面状態等にあわせて各車輪11の回生ブレーキ量とトー角のバランスを様々に変更することで、車両の走行安定性を向上させると共に、制動時のエネルギーを効果的に回収することができる。
Fourth, the
図10及び図11は、他の実施形態を示す図である。図10に示すモータ1は、ステータ2を球状にし、ロータ3に球状の凹部を設けて支持したものである。球状のステータ2からは軸4が延出しており、該軸4は車体10に結合されている。このような構造とすることで、車輪11のトー角、キャンバー角の変更を車輪11の略中心で実行することができる。図11は、モータ1とサスペンション装置S及びタイロッドTとを結合する支持構造を示したものである。モータ1は車体に接続されたサスペンション装置Sに支持され、サスペンション装置Sの揺動と共にロータ3を揺動する。また、後輪に使用することで大きな操舵を必要としない場合は、タイロッドTを除きサスペンション装置Sを結合するだけでよい。サスペンション装置Sは図に示した形式だけでなく、どのようなものでもよい。
10 and 11 are diagrams showing another embodiment. The
このような構造とすることにより、大きな振動除去をサスペンションS、大きな操舵をタイロッドTにより実行し、モータ1は微細な振動除去や操舵を実行する等、より精密な制御をすることができ、乗り心地が向上すると共に、車両の走行安定性を向上させることができる。また、モータ1の揺動範囲を小さくすることでモータ1の設計が容易となり、車輪11を回転駆動する性能を向上することができる。
By adopting such a structure, it is possible to perform more precise control such as performing large vibration removal with the suspension S and large steering with the tie rod T, and performing fine vibration removal and steering. The comfort can be improved and the running stability of the vehicle can be improved. Further, by reducing the swing range of the
このように、モータ1を使用することにより、一つの駆動輪を一つのアクチュエータで制御することができ、シンプルでコンパクトに車輪の駆動力、トー角及びキャンバー角を制御、すなわち車両の駆動力、操舵角、懸架減衰力等を制御することができる。
Thus, by using the
1…モータ(車両駆動装置)、2…ステータ、2a…ステータ部、2b…ベアリング、2c…ステータ枠、3…ロータ、3a…永久磁石、4…軸、5…取付部、10…車体、11…車輪、11a…ホイール、11b…タイヤ、21…ドライバー要求検出手段、22…車両走行情報検出手段、23…車両ECU(車両制御手段)、24…モータ作動情報検出手段、25はモータECU(モータ制御手段)、26…モータ駆動回路、S…サスペンション装置、T…タイロッド
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