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

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

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。

特開平８−１４２６９７号公報

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。

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。 ＨＶ−ＥＣＵ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。 本発明のトルク補正原理を説明するための図である。 カルダンジョインの折れ角の検出方法の一例を説明するための図である。 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である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
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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