JP2008285104A - トルク伝達装置およびトルク伝達装置のトルク補正方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】自在継手を使用した場合に、出力側の軸の回転ムラを防止することが可能なトルク伝達装置およびトルク伝達装置のトルク補正方法を提供することを目的とする。
【解決手段】HV−ECU22は、運転状態に基づいて、駆動輪目標トルク(車輪駆動装置16の入力軸34の目標トルク)T3を算出し、駆動輪目標トルクT3を回転数センサ13aで検出した電気モータ12の位相(電気モータ12の出力軸31の位相)θ、カルダンジョイント32aの折れ角α、およびカルダンジョイント32bの折れ角βに基づいて補正して駆動力発生装置目標トルク(駆動力発生装置10の出力軸31の目標トルク)T1を算出する。
【選択図】 図1
【解決手段】HV−ECU22は、運転状態に基づいて、駆動輪目標トルク(車輪駆動装置16の入力軸34の目標トルク)T3を算出し、駆動輪目標トルクT3を回転数センサ13aで検出した電気モータ12の位相(電気モータ12の出力軸31の位相)θ、カルダンジョイント32aの折れ角α、およびカルダンジョイント32bの折れ角βに基づいて補正して駆動力発生装置目標トルク(駆動力発生装置10の出力軸31の目標トルク)T1を算出する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、トルク伝達装置およびトルク伝達装置のトルク補正方法に関し、詳細には、自在継手を使用した場合においてもトルクの回転ムラを防止することが可能なトルク伝達装置およびトルク伝達装置のトルク補正方法に関する。
前輪駆動車の駆動車軸や前置きエンジン後輪駆動車の推進軸などには、動力を伝達するためにさまざまな継手が用いられている。FR方式や4WD方式の車両にあっては、プロペラシャフトをカルダンジョイント等の不等速自在(自由)継手によって連結したものが採用されている。図5は、FR方式の車両における従来の動力伝達系において、従来のプロペラシャフトが適用された二輪駆動方式の車両の動力伝達系の概略を示す。
図5に示すように、FR方式の車両における従来の動力伝達系において、車体100の前部には操舵輪101、102が回転自在で且つ操舵自在に装着される一方、後部には駆動輪103、104が回転自在に装着されており、この駆動輪103、104の間にはリヤデファレンシャル105が設けられている。また、車体100の前部にはエンジン106およびこのエンジン106に装着されたトランスミッション107が搭載されている。そして、トランスミッション107の出力軸108はプロペラシャフト109およびカルダンジョイント110a、110bを介してリヤデファレンシャル105の入力軸114と連結されている。エンジン106の駆動力は、トランスミッション107によって減速され、出力軸108からプロペラシャフト109およびカルダンジョイント110a、110bを介して入力軸114に伝達され、リヤデファレンシャル105によって各駆動輪103、104に分配され、この駆動輪103、104が回転駆動する。
カルダンジョイント等の自在継手によるトルク伝達は、自在継手に折れ角が存在する場合には、入出力軸間で角速度が異なるため、原理的に、出力軸の回転ムラ(回転数や角速度の変動)が避けられない。この回転ムラは、駆動系の振動の原因となる。ここで、自在継手を複数組み合わせた場合、例えば、上記図5に示すように、カルダンジョイントが2つの場合は、カルダンジョイント110a、110bの折れ角が等しければ、原理的には、リヤデファレンシャル105の入力軸114に回転ムラが発生しないはずである。
しかしながら、現実的には、軸の走行状態や経年劣化等により、トランスミッション107の出力軸108に回転ムラがなくてもリヤデファレンシャル105の入力軸114に回転ムラが生じ、回転ムラを完全にはうち消すことができないという問題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、自在継手を使用した場合に、出力側の軸の回転ムラを防止することが可能なトルク伝達装置およびトルク伝達装置のトルク補正方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、駆動力発生装置の出力軸と車輪駆動装置の入力軸とを中間軸を介して連結すると共に、前記駆動力発生装置の出力軸を前記中間軸と自在継手で連結し、また、前記車輪駆動装置の入力軸を前記中間軸と自在継手で連結するトルク伝達装置において、前記駆動力発生装置の出力軸、前記中間軸、および前記車輪駆動装置の入力軸のうちの少なくとも1つの軸の位相を検出する位相検出手段と、各自在継手の折れ角を検出する折れ角検出手段と、目標トルクに基づいて、前記駆動力発生装置を制御するトルク制御手段と、前記位相検出手段の位相検出結果および前記折れ角検出手段で検出された各自在継手の折れ角に基づいて、前記目標トルクを補正するトルク補正手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記折れ角検出手段は、各自在継手と車体面との距離を検出する距離検出手段を含み、当該距離検出手段の距離検出結果に基づいて、各自在継手の折れ角を演算することが望ましい。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記駆動力発生装置は、ハイブリット方式であることが望ましい。
上記した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明は、駆動力発生装置の出力軸と車輪駆動装置の入力軸とを中間軸を介して連結すると共に、前記駆動力発生装置の出力軸を前記中間軸と自在継手で連結し、また、前記車輪駆動装置の入力軸と前記中間軸を自在継手で連結するトルク伝達装置のトルク補正方法において、前記駆動力発生装置の出力軸、前記中間軸、および前記車輪駆動装置の入力軸のうちの1つの軸の位相を検出する位相検出工程と、各自在継手の折れ角を検出する折れ角検出工程と、目標トルクとなるように、前記駆動力発生装置を制御するトルク制御工程と、前記位相検出工程の位相検出結果および前記折れ角検出工程で検出された各自在継手の折れ角に基づいて、前記目標トルクを補正するトルク補正工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、駆動力発生装置の出力軸と車輪駆動装置の入力軸とを中間軸を介して連結すると共に、前記駆動力発生装置の出力軸を前記中間軸と自在継手で連結し、また、前記車輪駆動装置の入力軸と前記中間軸と自在継手で連結するトルク伝達装置において、前記駆動力発生装置の出力軸、前記中間軸、および前記車輪駆動装置の入力軸のうちの少なくとも1つの軸の位相を検出する位相検出手段と、各自在継手の折れ角を検出する折れ角検出手段と、目標トルクに基づいて、前記駆動力発生装置を制御するトルク制御手段と、前記位相検出手段の位相検出結果および前記折れ角検出手段で検出された各自在継手の折れ角に基づいて、前記目標トルクを補正するトルク補正手段と、を備えているので、自在継手を使用した場合に、出力側の軸の回転ムラを防止することが可能なトルク伝達装置を提供することが可能となるという効果を奏する。
以下に、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。
図1は、本発明の一実施例に係るトルク伝達装置を適用したFR方式のハイブリット車両を表す概略構成図である。
本実施例のトルク伝達装置を適用したFR式のハイブリッド車両において、図1に示すように、車両の前部には操舵輪15aが回転自在で且つ操舵自在に装着される一方、後部には駆動輪15bが回転自在に装着されている。また、車両には、動力源として、エンジン11と電気モータ12が搭載されており、また、この車両には、エンジン11の出力を受けて発電を行う発電機13も搭載されている。これらのエンジン11と電気モータ12と発電機13は、動力分割機構14によって接続されている。この動力分割機構14は、エンジン11の出力を発電機13と駆動輪15bとに振り分けると共に、電気モータ12からの出力を駆動輪15bに伝達したり、車輪駆動装置(デファレンシャルギヤ)16および駆動軸17bを介して駆動輪15bに伝達される駆動力に関する変速機として機能する。
エンジン11、動力分割機構14、および電気モータ12で構成される駆動力発生装置10の出力軸(電気モータ12の出力軸)31に、自在継手の1つであるカルダンジョイント32aを介してプロペラシャフト(中間軸)33の前端部が揺動可能に連結している。このプロペラシャフト33は車両後方に延び、その後端部を、自在継手の一種であるカルダンジョイント32bを介して、車輪駆動装置16の入力軸34に揺動自在に連結している。車輪駆動装置16は、左右の駆動輪15bに連結している。これによって、駆動力発生装置10の回転トルクTがプロペラシャフト33を介して車輪駆動装置16に伝達され、続いて駆動輪15bに伝達される。
カルダンジョイント32a、32bには、車体面とカルダンジョイント32a、32bの計測点との距離l1、l2を検出する距離センサ42a、42bがそれぞれ設けられており、この検出結果がHV−ECU22に出力される。
電気モータ12は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ18は、バッテリ19に蓄えられた電力を直流から交流に変換して電気モータ12に供給すると共に、発電機13によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ19に蓄えるためのものである。発電機13も、基本的には上述した電気モータ12とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、電気モータ12が主として駆動力を出力するのに対し、発電機13は主としてエンジン11の出力を受けて発電するものである。
また、電気モータ12は主として駆動力を発生させるが、駆動輪15bの回転を利用して発電(回生発電)することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪15bには回生ブレーキが作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、発電機13は主としてエンジン11の出力を受けて発電をするが、インバータ18を介してバッテリ19の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。
上記エンジン11には、ピストン位置およびエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ(図示略)が設けられており、検出結果をHV−ECU22に出力している。また、電気モータ12および発電機13には、その位相(角変位)および回転数を検出する回転数センサ12a、13aがそれぞれ設けられており、検出結果をHV−ECU22に出力している。
ハイブリッド車両における上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット(ECU)によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なエンジン11による駆動と電気モータ12による駆動とは、HV−ECU22によって総合的に制御される。すなわち、HV−ECU22によりエンジン11の出力と電気モータ12による出力の配分が決定され、エンジン11、電気モータ12、および発電機13を制御すべく、各制御指令がエンジンECU20およびモータECU21に出力される。
具体的には、例えば、HV−ECU22は、運転状態に基づいて、駆動輪目標トルク(車輪駆動装置16の入力軸34の目標トルク)T3を算出し、駆動輪目標トルクT3を回転数センサ13aで検出した電気モータ12の位相(電気モータ12の出力軸31の位相)θ、カルダンジョイント32aの折れ角α、およびカルダンジョイント32bの折れ角βに基づいて補正して駆動力発生装置目標トルク(駆動力発生装置10の出力軸31の目標トルク)T1を算出し、算出した駆動力発生装置目標トルクT1を、エンジントルク目標値とモータトルク目標値とに分配し、エンジンECU20およびモータECU21に出力する。
また、エンジンECU20およびモータECU21は、エンジン11、電気モータ12および発電機13の情報をHV−ECU22にも出力している。このHV−ECU22には、バッテリ19を制御するバッテリECU23にも接続されている。このバッテリECU23はバッテリ19の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、HV−ECU22に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたHV−ECU22は、バッテリ19に充電をするように発電機13を発電させる制御を行う。
つぎに、図2〜図4を参照して、上記構成のハイブリット車両のトルク補正について説明する。図2は、HV−ECU22により実行されるトルク補正処理の概略を説明するためのフローチャートである。
図2において、HV−ECU22は、まず、運転状態に基づいて、駆動輪目標トルク(車輪駆動装置16の入力軸34の目標トルク)T3を算出する(ステップS1)。つぎに、HV−ECU22は、距離センサ42a、42bで検出した車体面とカルダンジョイント32a、32bの計測点との距離l1、l2に基づいて、後述する下式(15)、(16)を使用して、カルダンジョイント32aの折れ角(傾き角)α、カルダンジョイント32bの折れ角(傾き角)βを算出する(ステップS2)。
HV−ECU22は、回転数センサ13aで検出した電気モータ12の出力軸31の位相θ、カルダンジョイント32aの折れ角α、カルダンジョイント32bの折れ角βに基づいて、後述する下式(11)を使用して、補正量Aを算出する(ステップS3)。
HV−ECU22は、駆動力発生装置目標トルク(駆動力発生装置10の出力軸31の目標トルク)T1を、T1=駆動輪目標トルクT3×補正量Aの演算で算出する(ステップS4)。HV−ECU22は、駆動力発生装置目標トルクT1をエンジントルク目標値と、モータトルク目標値とに分配し、エンジンECU20およびモータECU21に出力する(ステップS5)。
これに応じて、エンジンECU20は、エンジントルク目標値となるようにエンジン11のエンジントルク制御を行う一方、モータECU21は、エンジントルク目標値となるように電気モータ12のモータトルク制御を行う。このようにして、出力軸31は、目標トルクT1となるように制御される。
図3は、本実施例のトルク補正原理を説明するための図である。同図において、T1は駆動力発生装置10の出力軸31のトルク、T2はプロペラシャフト33のトルク、T3は車輪駆動装置16の入力軸34のトルク、θは出力軸31の位相(角変位)、δはプロペラシャフト33の位相(角変位)、ψは入力軸34の位相(角変位)、dθは出力軸31の角速度、dδはプロペラシャフト33の角速度、dψは入力軸34の角速度、αはカルダンジョイント32aの折れ角(折れ角)、βはカルダンジョイント32bの折れ角(折れ角)を示している。
プロペラシャフト33の両端の位相が異なる場合もあるが、ここでは、説明の簡単のため、プロペラシャフト33の両端の位相は、位相δで等しいものとして説明する。
出力軸31とプロペラシャフト33の位相(角変位)には、下式(1)の関係がある。また、出力軸31とプロペラシャフト33の角速度には、下式(2)の関係がある。トルクT1とトルクT2の関係は下式(3)で与えられる。下式(2)、(3)より、下式(4)を導出することができる。下式(4)において、折れ角αが小さいとすると、近似的に下式(5)が成立する。
同様に、プロペラシャフト33と入力軸34の位相(角変位)には、下式(6)の関係がある。また、プロペラシャフト33と入力軸34の角速度には、下式(7)の関係がある。トルクT2とトルクT3の関係は下式(8)で与えられる。下式(7)、(8)より、下式(9)を導出することができる。下式(9)において、折れ角βが小さいとすると、近似的に下式(10)が成立する。
上記式(5)、(10)より、T2を消去すると、下式(11)が成立する。従って、出力軸31の位相θ、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βを検出することにより補正量Aを算出し、T3に乗算することで、入力軸34の回転ムラを防止することができる。
なお、ここでは、出力軸31の位相θを検出することとしたが、上記式(1)、(6)、(11)より、プロペラシャフト33の位相(角変位)δまたは入力軸34の位相(角変位)ψを検出しても同様に補正量Aを算出することができる。すなわち、θ、δ、ψのうちの1つを検出することができれば、補正量Aを算出することができる。なお、本実施例では、演算により補正量Aを算出することとしたが、駆動力発生装置10の出力軸31の位相θ、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、β、および補正量Aをマップ化しておき、当該マップを使用して、駆動力発生装置10の出力軸31の位相θ、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βに基づいて、補正量Aを決定する構成としてもよい。
図4は、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βの検出方法の一例を説明するための図である。同図において、Sは車体面、P1は駆動力発生装置10の出力軸31の取付点、P2は車輪駆動装置16の入力軸34の取付点、M1はカルダンジョイント32aの計測点、M2はカルダンジョイント32bの計測点、L1は、P1とM1の車体面方向距離、L2は、M1とM2の車体面方向距離、L3は、M2とP2の車体面方向距離、H1は、車体面SとP1の距離、H2は、車体面SとP2の距離、l1は、車体面SとM1の距離、l2は、車体面SとM2の距離、θ1は、出力軸31の車体面Sに対する角度、θ2は、プロペラシャフト33の車体面Sに対する角度、θ3は、入力軸34の車体面Sに対する角度、αはカルダンジョイント32aの折れ角、βはカルダンジョイント32bの折れ角を示している。
θ1〜θ3は、それぞれ、下式(12)〜(14)の如く表すことができ、折れ角α、βは、下式(15)、(16)の如く表すことができる。
距離センサ42a、42bは、距離l1、l2を計測し、HV−ECU22は、上記式(15)、(16)の演算を行って、カルダンジョイント32aの折れ角α、βを算出することができる。
上記実施例によれば、HV−ECU22は、目標トルクに基づいて、駆動力発生装置10を制御すると共に、駆動力発生装置10の出力軸31の位相θおよびカルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βに基づいて、目標トルクを補正することとしたので、カルダンジョイント等の自在継手を使用した場合においても出力側の軸の回転ムラを防止することが可能となる。
また、HV−ECU22は、距離センサ42a、42bで検出された、カルダンジョイント32a、32bと車体面Sとの距離l1、l2に基づいて、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βを算出することとしたので、低コストな構成で高精度にカルダンジョイントの折れ角を算出することが可能となる。
また、駆動力発生装置10をエンジン11および電気モータ12で構成されるハイブリット方式としたので、目標トルクの補正に対する応答性を向上させることが可能となる(電気モータ12は制御可能周波数性が高く応答性がよいため)。
なお、上記実施例では、自在継手としてカルダンジョイントを使用した場合について説明したが本発明はこれに限られるものではなく、他の自在継手を使用した場合にも適用可能である。また、上記実施例では、カルダンジョイント32a、32bの折れ角α、βを検出する場合に、車体面Sとカルダンジョイント32a、32bの計測点との距離l1、l2に基づいて算出することとしたが本発明はこれに限られるものではなく、他の方法を使用して検出することにしてもよい。また、上記実施例では、プロペラシャフトを1つ使用することとしたが、複数使用する場合にも本発明は適用可能であり、この場合、プロペラシャフト間は自在継手で連結される。また、上記実施例では、FR方式について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、4WD方式にも適用可能である。
以上のように、本発明に係るトルク伝達装置およびそのトルク補正方法は、FR方式および4WD方式の車両の動力伝達系に広く利用可能である。
11 エンジン
12 電気モータ
12a 回転数センサ
13 発電機
13a 回転数センサ
14 動力分割機構
15a 操舵輪
15b 駆動輪
16 車輪駆動装置
17 駆動軸
19 バッテリ
20 エンジンECU
21 モータECU
22 HV−ECU
23 バッテリECU
31 出力軸
32a、32b カルダンジョイント
33 プロペラシャフト
42a、42b 距離センサ
12 電気モータ
12a 回転数センサ
13 発電機
13a 回転数センサ
14 動力分割機構
15a 操舵輪
15b 駆動輪
16 車輪駆動装置
17 駆動軸
19 バッテリ
20 エンジンECU
21 モータECU
22 HV−ECU
23 バッテリECU
31 出力軸
32a、32b カルダンジョイント
33 プロペラシャフト
42a、42b 距離センサ
Claims (4)
- 駆動力発生装置の出力軸と車輪駆動装置の入力軸とを中間軸を介して連結すると共に、前記駆動力発生装置の出力軸を前記中間軸と自在継手で連結し、また、前記車輪駆動装置の入力軸を前記中間軸と自在継手で連結するトルク伝達装置において、
前記駆動力発生装置の出力軸、前記中間軸、および前記車輪駆動装置の入力軸のうちの少なくとも1つの軸の位相を検出する位相検出手段と、
各自在継手の折れ角を検出する折れ角検出手段と、
目標トルクに基づいて、前記駆動力発生装置を制御するトルク制御手段と、
前記位相検出手段の位相検出結果および前記折れ角検出手段で検出された各自在継手の折れ角に基づいて、前記目標トルクを補正するトルク補正手段と、
を備えたことを特徴とするトルク伝達装置。 - 前記折れ角検出手段は、各自在継手と車体面との距離を検出する距離検出手段を含み、当該距離検出手段の距離検出結果に基づいて、各自在継手の折れ角を演算することを特徴とする請求項1に記載のトルク伝達装置。
- 前記駆動力発生装置は、ハイブリット方式であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のトルク伝達装置。
- 駆動力発生装置の出力軸と車輪駆動装置の入力軸とを中間軸を介して連結すると共に、前記駆動力発生装置の出力軸を前記中間軸と自在継手で連結し、また、前記車輪駆動装置の入力軸を前記中間軸と自在継手で連結するトルク伝達装置のトルク補正方法において、
前記駆動力発生装置の出力軸、前記中間軸、および前記車輪駆動装置の入力軸のうちの1つの軸の位相を検出する位相検出工程と、
各自在継手の折れ角を検出する折れ角検出工程と、
目標トルクとなるように、前記駆動力発生装置を制御するトルク制御工程と、
前記位相検出工程の位相検出結果および前記折れ角検出工程で検出された各自在継手の折れ角に基づいて、前記目標トルクを補正するトルク補正工程と、
を含むことを特徴とするトルク伝達装置のトルク補正方法。
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CN111971481A (zh) * | 2018-04-19 | 2020-11-20 | 阿特拉斯·科普柯工业技术公司 | 等速接头组件和包含该组件的动力工具 |
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