JP2011015514A - 車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右の駆動輪と差動機構との間に設けられた電動機に故障が生じた場合でも安定した直進走行を確保できる車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置２は、第１駆動輪５Ｌと差動機構８の第１差動ギア９Ｌとの間に介在する第１電動機４Ｌと、第２駆動輪５Ｒと差動機構８の第２差動ギア９Ｒとの間に介在する第２電動機４Ｒと、差動機構８のケース１１を制動できる中央ブレーキＢＣと、第１駆動輪５Ｌと第１差動ギア９Ｌと相対回転を阻止できる第１ブレーキＢＬ２と、第２駆動輪５Ｒと第２差動ギア９Ｒとの相対回転を阻止できる第２ブレーキＢＲ２と、を備え、第１電動機４Ｌ又は第２電動機４Ｒのいずれか一方が故障した場合、中央ブレーキＢＣにてケース１１を固定した状態で、故障側に設けられた駆動輪と差動ギアとの相対回転が阻止されるように第１ブレーキＢＬ２又は第２ブレーキＢＲ２のいずれか一方を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、左右の駆動輪と差動機構との間に電動機を介在させた車両の駆動装置に関する。

車両の駆動装置として、左右の駆動輪にインホイールモータを設けるとともに駆動輪間に差動機構を配置したものが知られている（特許文献１）。また、内燃機関の駆動力が入力される差動機構を備え、その差動機構から左右に延びるドライブシャフトのそれぞれをインナシャフトとアウタシャフトとに分割し、これらシャフト間にモータジェネレータを組み込むとともに、モータジェネレータ単独による駆動モードから内燃機関単独の駆動モードへ切り替える際にモータジェネレータを短絡させることでインナシャフトとアウタシャフトとの相対回転を規制するハイブリッド車両の駆動装置も知られている（特許文献２）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献３が存在する。

特開２０００−１７７４１１号公報 特開２００５−２３８９８１号公報 特開２００８−１９３８４４号公報

特許文献１の駆動装置は、インホイールモータの反力要素であるケースが車体に固定されているため、左右の駆動輪のいずれか一方のインホイールモータが故障した場合には直進走行が不可能となる。また、特許文献２の駆動装置はモータジェネレータの故障時の対策が講じられていないため、モータジェネレータが故障した場合に走行不能になるおそれがある。

そこで、本発明は、左右の駆動輪と差動機構との間に設けられた電動機に故障が生じた場合でも安定した直進走行を確保できる車両の駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の駆動装置は、相互に差動回転可能な３つの回転要素を持つ差動機構と、車両の左右の駆動輪のいずれか一方の第１駆動輪と前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素との間に介在して前記第１駆動輪を駆動する第１電動機と、前記左右の駆動輪のいずれか他方の第２駆動輪と前記３つの回転要素の他の一つの第２回転要素との間に介在して前記第２駆動輪を駆動する第２電動機と、前記３つの回転要素の残りの一つの第３回転要素の反力を受ける反力要素と、前記第１駆動輪と前記第１回転要素との相対回転を阻止できる第１係合要素と、前記第２駆動輪と前記第２回転要素との相対回転を阻止できる第２係合要素と、前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれの故障を判定できる故障判定手段と、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に、故障側に設けられた駆動輪と回転要素との相対回転が阻止されるように前記第１係合要素又は前記第２係合要素のいずれか一方を制御するフェールセーフ手段と、を備えるものである（請求項１）。

第１の駆動装置によれば、第１電動機又は第２電動機のいずれか一方が故障した場合に、故障側の駆動輪と回転要素との相対回転が阻止される。言い換えれば、故障側の駆動輪と回転要素とが一体回転するようにこれらが係合要素にて結合される。そのため、故障していない他方の電動機の動力を差動機構を介して故障側に伝達することにより故障側の駆動輪を駆動できるので、電動機に故障が生じた場合でも安定した直進走行を確保することができる。

第１の駆動装置において、各電動機は駆動輪と差動機構の回転要素との間に介在すればどのような態様でもよい。例えば、アクスルシャフトやドライブシャフトの途中に電動機が配置されるいわゆるハーモニックドライブの形式であってもよいし、また、前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれがインホイールモータとして構成されてもよい（請求項２）。

第１の駆動装置において、反力要素は電動機の故障時に、第３回転要素の反力を受けてその要素から動力が抜けることを制限し、故障側への動力伝達を確保できればどのような態様であってもよい。例えば、前記反力要素として、前記第３回転要素を制動可能な制動手段が設けられており、前記フェールセーフ手段は、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に前記第３回転要素が制動されるように前記制動手段を制御してもよい（請求項３）。この態様においては、電動機の故障時において第３の回転要素が制動されるので、故障側への動力伝達を確実に行うことができる。

また、前記反力要素として、内燃機関の動力を前記第３回転要素に伝達可能な動力伝達要素が設けられていてもよい（請求項４）。この態様によれば、電動機の故障時において、第３回転要素の反力を受けるだけでなく内燃機関の動力を加えることができるので、故障していない側の電動機の負担を低減できる。

本発明の第２の駆動装置は、相互に差動回転可能な２つの回転要素を持つ差動機構と、車両の左右の駆動輪のいずれか一方の第１駆動輪と前記２つの回転要素のいずれか一方の第１回転要素との間に介在して前記第１駆動輪を駆動する第１電動機と、前記左右の駆動輪のいずれか他方の第２駆動輪と前記２つの回転要素のいずれか他方の第２回転要素との間に介在して前記第２駆動輪を駆動する第２電動機と、前記第１駆動輪と前記第１回転要素との相対回転を阻止できる第１係合要素と、前記第２駆動輪と前記第２回転要素との相対回転を阻止できる第２係合要素と、前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれの故障を判定できる故障判定手段と、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に、故障側に設けられた駆動輪と回転要素との相対回転が阻止されるように前記第１係合要素又は前記第２係合要素のいずれか一方を制御するフェールセーフ手段と、を備えるものである（請求項５）。

第２の駆動装置によれば、第１の駆動装置と同様に、第１電動機又は第２電動機のいずれか一方が故障した場合に、故障側の駆動輪と回転要素とが一体回転するようにこれらが係合要素にて結合される。そのため、故障していない他方の電動機の動力を差動機構を介して故障側に伝達することにより故障側の駆動輪を駆動できるので、電動機に故障が生じた場合でも安定した直進走行を確保することができる。

以上説明したように、本発明の駆動装置によれば、第１電動機又は第２電動機のいずれか一方が故障した場合に、故障側の駆動輪と回転要素との相対回転が阻止されるため、故障していない他方の電動機の動力を差動機構を介して故障側に伝達することにより故障側の駆動輪を駆動できる。これにより電動機に故障が生じた場合でも安定した直進走行を確保することができる。

本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の後方要部を模式的に示した図。 フェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１は本発明の一形態に係る駆動装置が適用された車両の後方要部を模式的に示している。図１の上側が車両前方に、下側が車両後方に相当する。車両１は走行用動力源として内燃機関と電動機とが設けられているハイブリッド車両として構成されている。駆動装置２は車両１に搭載されており、内燃機関３及び左右一対の電動機４Ｌ、４Ｒを利用して、又はいずれか一方を利用して左右の駆動輪５Ｌ、５Ｒを駆動できる。各駆動輪５Ｌ、５Ｒはホイール６Ｌ、６Ｒを有しており、各ホイール６Ｌ、６Ｒには車軸７Ｌ、７Ｒが連結されている。各駆動輪５Ｌ、５Ｒ間には差動機構８が設けられている。差動機構８は相互に差動回転可能な３つの回転要素を持っている。即ち差動機構８は、傘歯歯車として構成された第１差動ギア９Ｌと、第１差動ギア９Ｌと同軸上に配置され傘歯歯車として構成された第２差動ギア９Ｒと、各差動ギア９Ｌ、９Ｒのそれぞれと噛み合う一対のピニオン１０を回転自在に保持するケース１１とを備えている。ケース１１の外周には各差動ギア９Ｌ、９Ｒと同軸の傘歯歯車として構成されたリングギア１２が設けられている。

第１電動機４Ｌは第１駆動輪５Ｌと差動機構８との間に、第２電動機４Ｒは第２駆動輪５Ｒと差動機構８との間にそれぞれ介在している。第１電動機４Ｌは車軸７Ｌの一端に連結されたロータ１３Ｌと、ロータ１３Ｌの外周に配置されたアウター１４Ｌとを有しており、ロータ１３Ｌ及びアウター１４Ｌは相対回転可能な状態で設けられている。アウター１３Ｌは連結軸１５Ｌを介して第１差動ギア９Ｌに連結されている。これにより、第１電動機４Ｌを作動させると、第１駆動輪５Ｌに対して駆動力を与え、その反力は反力要素であるアウター１４Ｌ及び連結軸１５Ｌを介して第１差動ギア９Ｌに伝達される。

一方、第２電動機４Ｒも同様に、車軸７Ｒの一端に連結されたロータ１３Ｒと、ロータ１３Ｒの外周に配置されたアウター１４Ｒとを有しており、これらは相対回転可能な状態で設けられている。アウター１４Ｒは連結軸１５Ｒを介して第２差動ギア９Ｒに連結されている。これにより、第２電動機４Ｒを作動させると、第２駆動輪５Ｒに対して駆動力を与え、その反力は反力要素であるアウター１４Ｒ及び連結軸１５Ｒを介して第２差動ギア９Ｒに伝達される。

本形態においては、差動機構８の第１差動ギア９Ｌが本発明に係る第１回転要素に、第２差動ギア９Ｌが本発明に係る第２回転要素にそれぞれ相当し、差動機構８の残りの回転要素であるケース１１は本発明に係る第３回転要素に相当する。ケース１１に設けられたリングギア１２はそれよりも小歯数の傘歯歯車として構成された増速ギア１７に噛み合っており、増速ギア１７は内燃機関３の動力を伝達するプロペラ軸１８に固定されている。これにより、内燃機関３の動力はプロペラ軸１８、増速ギア１７及びリングギア１２を介してケース１１に伝達されるので、プロペラ軸１８、増速ギア１７及びリングギア１２によって本発明に係る動力伝達要素が構成され、その動力伝達要素はケース１１の反力を受ける反力要素として機能する。

車両１の走行中に左右の駆動輪５Ｌ、５Ｒ間に駆動力差（路面からの反力差）が生じた場合には、差動機構８によって各アウター１４Ｌ、１４Ｒが互いに差動回転して一方の駆動力が他方に分配されて駆動力差が吸収される。これにより各駆動輪５Ｌ、５Ｒ間の回転差を許容できる。従って、各電動機４Ｌ、４Ｒによって各駆動輪５Ｌ、５Ｒの回転数を別々に制御しなくても差動機構８の機能を利用して走行の安定性を確保できる。いわば、駆動装置２は、エンジンの動力を差動機構を介して左右の駆動輪に分配する通常の駆動装置と同様に差動機構８の機能を利用することができる。

左右の駆動輪５Ｌ、５Ｒには、車輪ブレーキＢＬ１、ＢＲ１が設けられている。左側の車輪ブレーキＢＬ１は第１駆動輪５Ｌと一体回転するブレーキディスク２０Ｌと、そのブレーキディスク２０Ｌを挟み込む制動位置とそれを解放する解放位置との間で動作するブレーキキャリパ２１Ｌとを有している。右側の車輪ブレーキＢＲ１も同様に第２駆動輪５Ｒと一体回転するブレーキディスク２０Ｒと、そのブレーキディスク２０Ｒを挟み込む制動位置とそれを解放する解放位置との間で動作するブレーキキャリパ２１Ｒとを有している。各キャリパ２１Ｌ、２１Ｒは車両１の車体構成部材に取り付けられている。

各車輪ブレーキＢＬ１、ＢＲ１は独立して操作可能である。例えば、第１駆動輪５Ｌを制動させる一方で、第２駆動輪５Ｒを解放させること、また、これとは反対の状態に操作することも可能である。勿論、各駆動輪５Ｌ、５Ｒを同時に制動及び解放することも可能である。また、駆動装置２には、差動機構８のケース１１を制動及び解放するため、制動手段としての中央ブレーキＢＣが設けられている。中央ブレーキＢＣはケース１１に設けられたリングギア１２を挟み込む制動位置とこれを解放する解放位置との間で動作する。中央ブレーキＢＣは車体構成部材に取り付けられている。中央ブレーキＢＣを制動位置に操作することにより、ケース１１の反力を受けることができるため中央ブレーキＢＣは本発明に係る反力要素としても機能する。

各電動機４Ｌ、４Ｒには、故障時にこれらを選択的にロックできるブレーキＢＬ２、ＢＲ２が設けられている。左側の第１ブレーキＢＬ２は、車輪ブレーキＢＬ１のブレーキディスク２０Ｌを共用しており、ブレーキディスク２０Ｌを挟み込む制動位置とそれを解放する解放位置との間で動作するブレーキキャリパ２５Ｌを備えている。ブレーキキャリパ２５Ｌは第１電動機４Ｌのアウター１４Ｌに固定されている。これにより、第１ブレーキＢＬ２はブレーキキャリパ２５Ｌが制動位置に操作されることにより、第１電動機４Ｌのロータ１３Ｌとアウター１４Ｌとの相対回転を阻止できる。つまり、第１電動機４Ｌがロックされるので、第１駆動輪５Ｌと第１差動ギア９Ｌとの相対回転が阻止される。一方、右側の第２ブレーキＢＲ２も同様に、車輪ブレーキＢＲ１のブレーキディスク２０Ｒを共用しており、ブレーキディスク２０Ｒを挟み込む制動位置とそれを解放する解放位置との間で動作するブレーキキャリパ２５Ｒを備えている。ブレーキキャリパ２５Ｒは第２電動機４Ｒのアウター１４Ｒに固定されている。これにより、第２ブレーキＢＲ２はブレーキキャリパ２５Ｒが制動位置に操作されることにより、第２電動機４Ｒのロータ１３Ｒとアウター１４Ｒとの相対回転を阻止できる。つまり、第２電動機４Ｒがロックされるので、第２駆動輪５Ｒと第２差動ギア９Ｒとの相対回転が阻止される。以上のことから、第１ブレーキＢＬ２は本発明に係る第１係合要素として、第２ブレーキＢＲ２は本発明に係る第２係合要素として、それぞれ機能する。

各ブレーキＢＬ１、ＢＲ１、ＢＣ、ＢＬ２、ＢＲ２は、各電動機４Ｌ、４Ｒ及び内燃機関３を制御するコンピュータユニットとして構成された車両制御装置３０にて動作制御される。車両制御装置３０は、不図示の各種センサからの情報に基づいて駆動装置２が実現する駆動モードの切り替え制御等を行う。例えば、車両制御装置３０は、内燃機関３及び各電動機４Ｌ、４Ｒを駆動源として車両１を駆動するハイブリッド走行モードと、内燃機関３を休止させて各電動機４Ｌ、４Ｒのみで車両１を駆動する電気走行モードとを切り替えることができる。また、車両制御装置３０は、駆動装置２に故障が生じた場合に安定した走行を確保する待避走行モードを実行できる。

以下、本発明の特徴に関連して車両制御装置３０が行う制御について説明する。車両１には各電動機４Ｌ、４Ｒの故障を検出する故障検出装置３１が設けられている。故障検出装置３１は電動機の故障として想定される故障モード、例えば断線、短絡、物理的なロータ固着等を検出できるように構成されている。こうした機能を実現するため、故障検出装置３１には不図示の各種センサが含まれている。各種センサとしては各電動機４Ｌ、４Ｒの回転数を検出する回転センサ、各電動機４Ｌ、４Ｒの温度を検出する温度センサ等が含まれている。故障検出装置３１はこれらのパラメータの許容範囲を超えた異常が生じた場合に制御装置３０に対して故障信号ＳｇＬ、ＳｇＲを供給する。故障信号ＳｇＬは、第１電動機４Ｌの故障に対応し、故障信号ＳｇＲは第２電動機４Ｒの故障に対応している。これにより、故障が生じた電動機を特定することが可能である。

図２は、車両制御装置３０が実行するフェールセーフ制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。このルーチンのプログラムは車両制御装置３０に内蔵されたＲＯＭ等の記憶装置に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。図２の制御ルーチンを実行することにより、車両制御装置３０は本発明に係るフェールセーフ手段として機能する。

ステップＳ１においては、各電動機４Ｌ、４Ｒが故障しているか否かを判定する。この判定においては図１に示した故障検出装置３１が供給する故障信号ＳｇＬ、ＳｇＲのいずれか一方を受け付けた場合に故障が発生したものと判定している。従って、車両制御装置３０がこのステップＳ１を実行し、故障検出装置３１からの故障信号ＳｇＬ、ＳｇＲに基づいて故障を判定することにより、車両制御装置３０は本発明に係る故障判定手段として機能する。ステップＳ１において故障が判定された場合には、ステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２においては、差動装置８の第３回転要素であるケース１１を制動するため、中央ブレーキＢＣを制動位置に操作する。これにより、ケース１１が車体に対して停止した状態となり、中央ブレーキＢＣによってケース１１の反力をが受け止められる。

ステップＳ３においては、故障信号ＳｇＬ、ＳｇＲを識別することにより、故障が生じた電動機が第１電動機４Ｌか否かを判定する。第１電動機４Ｌが故障している場合はステップＳ４に進み、そうでない場合、即ち第２電動機４Ｒが故障している場合はステップＳ６に進む。

ステップＳ４においては、第１ブレーキＢＬ２を制動位置に操作する。これにより、第１電動機４Ｌがロックされ、そのロータ１３Ｌとアウター１４Ｌとの相対回転が阻止される。換言すれば故障側の第１駆動輪５Ｌと第１差動ギア９Ｌとの相対回転が阻止される。

ステップＳ５においては、故障していない側の第２電動機４Ｒを操作して退避走行モードへ切り替える。図１に示したように、第２電動機４Ｒを作動することにより、ロータ１３Ｒが方向Ｄ１に回転し、アウター１４Ｒが反対方向Ｄ２に回転する。これにより第２駆動輪５Ｒは方向Ｄ１に回転駆動される。退避走行モードの実行時には、ステップＳ２によって差動機構８のケース１１が固定されているので第１差動ギア９Ｌ及び第２差動ギア９Ｒが互いに反対方向に回転する。従って、アウター１４Ｒの回転方向とは反対方向Ｄ３に第１差動ギア９Ｌが回転する。また、ステップＳ４によって、第１電動機４Ｌがロックされ、第１駆動輪５Ｌと第１差動ギア９Ｌとの相対回転が阻止されているため、第１差動ギア９Ｌと同方向に第１駆動輪５Ｌが回転駆動される。従って、この退避走行モードにおいては、故障していない側の電動機によって左右の駆動輪４Ｌ、４Ｒが同方向に回転駆動されるため、安定した直進走行が確保される。

ステップＳ６及びステップＳ７は、第２電動機４Ｒが故障した場合の処理であり、第１電動機４Ｌが故障した場合の上記処理と本質的な相違はなく、ステップＳ６及びステップＳ７を実行することにより、第２電動機４Ｒの故障時おいて安定した直進走行が確保される。

本発明は上記形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。上記形態では各電動機をハーモニックドライブの形式に構成しているが、各電動機をインホイールモータとして構成することも可能である。また、フェールセーフ制御において、電動機の故障時に制動手段である中央ブレーキＢＣを反力要素として機能させているが、故障時において中央ブレーキＢＣを解放位置に維持しつつ内燃機関の動力を差動機構８のケース１１に伝達させることもできる。このように制御した場合には、退避走行モード時にケース１１の反力を受けるだけでなく、内燃機関の動力を加えることができるので、退避走行モード時に使用される故障していない側の電動機の負担を低減することができる。

また、上記形態の車両１について、内燃機関３を省略し、かつ差動機構８のケース１１を回転不能な状態で固定した場合、車両１は左右の電動機４Ｌ、４Ｒを駆動源とした電気自動車として構成される。このように車両１を変更した場合、左右の差動ギア９Ｌ、９Ｒが本発明に係る２つの回転要素に相当することになり、本発明の第２の駆動装置が実現される。

１ 車両
２ 駆動装置
３ 内燃機関
４Ｌ 第１電動機
４Ｒ 第２電動機
５Ｌ 第１駆動輪
５Ｒ 第２駆動輪
８ 差動機構
９Ｌ 第１差動ギア（第１回転要素）
９Ｒ 第２差動ギア（第２回転要素）
１１ ケース（第３回転要素）
３０ 車両制御装置（故障判定手段、フェールセーフ手段）
ＢＬ２ 第１ブレーキ（第１係合要素）
ＢＲ２ 第２ブレーキ（第２係合要素）
ＢＣ 中央ブレーキ（制動手段、反力要素）

Claims (5)

1. 相互に差動回転可能な３つの回転要素を持つ差動機構と、車両の左右の駆動輪のいずれか一方の第１駆動輪と前記３つの回転要素のいずれか一つの第１回転要素との間に介在して前記第１駆動輪を駆動する第１電動機と、前記左右の駆動輪のいずれか他方の第２駆動輪と前記３つの回転要素の他の一つの第２回転要素との間に介在して前記第２駆動輪を駆動する第２電動機と、前記３つの回転要素の残りの一つの第３回転要素の反力を受ける反力要素と、前記第１駆動輪と前記第１回転要素との相対回転を阻止できる第１係合要素と、前記第２駆動輪と前記第２回転要素との相対回転を阻止できる第２係合要素と、前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれの故障を判定できる故障判定手段と、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に、故障側に設けられた駆動輪と回転要素との相対回転が阻止されるように前記第１係合要素又は前記第２係合要素のいずれか一方を制御するフェールセーフ手段と、を備えることを特徴とする車両の駆動装置。
2. 前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれがインホイールモータとして構成されている請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記反力要素として、前記第３回転要素を制動可能な制動手段が設けられており、
   前記フェールセーフ手段は、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に前記第３回転要素が制動されるように前記制動手段を制御する請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記反力要素として、内燃機関の動力を前記第３回転要素に伝達可能な動力伝達要素が設けられている請求項１又は２に記載の駆動装置。
5. 相互に差動回転可能な２つの回転要素を持つ差動機構と、車両の左右の駆動輪のいずれか一方の第１駆動輪と前記２つの回転要素のいずれか一方の第１回転要素との間に介在して前記第１駆動輪を駆動する第１電動機と、前記左右の駆動輪のいずれか他方の第２駆動輪と前記２つの回転要素のいずれか他方の第２回転要素との間に介在して前記第２駆動輪を駆動する第２電動機と、前記第１駆動輪と前記第１回転要素との相対回転を阻止できる第１係合要素と、前記第２駆動輪と前記第２回転要素との相対回転を阻止できる第２係合要素と、前記第１電動機及び前記第２電動機のそれぞれの故障を判定できる故障判定手段と、前記故障判定手段が前記第１電動機又は前記第２電動機のいずれか一方の故障を判定した場合に、故障側に設けられた駆動輪と回転要素との相対回転が阻止されるように前記第１係合要素又は前記第２係合要素のいずれか一方を制御するフェールセーフ手段と、を備えることを特徴とする車両の駆動装置。

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