JP2011200036A - 左右独立駆動車両における電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機と車輪とを連結するシャフトやギヤなどに掛かる捩れを抑制することのできる制御装置を提供する。
【解決手段】左右一対の前輪を個別に駆動するようにトルクを出力する電動機が設けられた左右独立駆動車両における電動機の制御装置において、前記電動機に連結された車輪回転数を変動させる要因を検出する外乱要因検出手段と、該外乱検出手段により前記電動機に連結された車輪の回転数を変動させる要因が検出された場合に、前記電動機の制御をトルク制御から回転数制御に切り換える制御切り換え手段とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、左右の前輪もしくは左右の後輪など、左右の一対の車輪のそれぞれに対応して設けた電動機の制御装置に関し、特にそれらの電動機の回転数もしくはトルクを制御する電動機の制御装置に関するものである。

車両の駆動力源として、内燃機関の他に電動機が用いられるようになってきており、それに伴い車輪毎に電動機を設けた車両が開発されている。特許文献１には、前後輪の少なくとも一方の左右輪がそれぞれに設けられた電動機により駆動させられる車両において、その左右輪の一方側のブレーキの異常などにより、左右輪の回転数に差が生じた場合の走行安定性を維持するために、左右輪の実車輪速と目標車輪速との差異が規定値以上となる場合に、異常と判定する異常判定手段を設けて、その異常判定手段により異常と判定された場合には、左右輪へのトルク分配比を変更する装置が記載されている。

また、電動機を備えた車両において、急ブレーキや急加速した際のスリップを抑制するためのアンチロックブレーキシステムやトラクションコントロールシステムが作動した場合には、電動機の回転数が急変するので、電動機の耐久性が低下する可能性がある。そのため、エンジン回転数を所定の回転数とすることにより、電動機の回転数の急変を抑制する制御装置が特許文献２に記載されている。さらに、特許文献３には、エンジンの始動時に生じる振動を相殺するように、電動機の出力トルクを制御する制御装置が記載されている。

特開２００６−２５６４５４号公報 特開２００６−３４７２３７号公報 特開２０００−１１５９１１号公報

上述した特許文献１に記載された装置は、各電動機により駆動させられるそれぞれの左右輪の一方側のブレーキ異常などにより、実車輪速と目標車輪速とに差異が生じた場合には、左右輪のトルクがバランスするように制御されるので、走行安定性を維持することができる。しかしながら、実車輪速と目標車輪速とに差異が生じた場合では、電動機と車輪とを連結するシャフトやギヤには捩れが生じる。そのため、シャフトやギヤの強度を上げるために、シャフトの径を大きくしたり、ギヤの歯厚を厚くしたりする必要がある。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、電動機と車輪とを連結するシャフトやギヤなどに生じる捩れを抑制することのできる左右独立駆動車両における電動機の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、左右一対の前輪もしくは後輪毎にそれら左右輪を個別に駆動するようにトルクを出力する電動機が設けられた左右独立駆動車両における電動機の制御装置において、前記電動機に連結された車輪の回転数を変動させる要因を検出する外乱要因検出手段と、該外乱検出手段により前記電動機に連結された車輪の回転数を変動させる要因が検出された場合に、前記電動機の制御をトルク制御から回転数制御に切り換える制御切り換え手段とを備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記外乱要因検出手段は、前記車輪を制動させるブレーキの操作を検出するブレーキ操作検出手段を含むことを特徴とする左右独立駆動車両における電動機の制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記外乱要因検出手段は、前記電動機が設けられた車輪に作用する上下方向の荷重もしくはバネ下荷重あるいはバネ下加速度を検出する上下挙動検出手段を含むことを特徴とする左右独立駆動車両における電動機の制御装置である。

この発明によれば、ブレーキ操作や、車輪にかかる荷重あるいはバネ下加速度など、電動機が設けられた車輪の回転数を変動させる外乱要因を検出する外乱要因検出手段が設けられていて、その検出手段により、電動機が設けられた車輪の回転数を変動させる外乱要因を検出した場合に、動機の制御をトルク制御から回転数制御に切り換える制御切り換え手段を備えているので、制御上定まる電動機の回転数と、実際の車輪回転数とを一致させることができる。したがって、電動機と車輪との間に設けられたギヤやシャフトなどの捩れを抑制もしくは防止することができる。そのため、電動機と車輪との間に設けられたギヤやシャフトは捩れを考慮せずに設計することが可能となるため、その分必要な強度が低下するので、ギヤやシャフトを小型化あるいは軽量化することができる。

この発明に係る制御を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る制御装置で対象とすることのできる車両の一例を示す概略図である。 その車両における前輪を駆動させるための構成を示すスケルトン図である。 第１の具体例における各部材の変動を説明するタイムチャートである。 こ第２の具体例における各部材の変動を説明するタイムチャートである。 この発明に係る制御装置で対象とすることのできる車両の他の例を示す概略図である。

まず、この発明に係る制御装置の対象とすることのできる車両について説明する。図２は、その車両Ａを示す概略図である。ここに示す車両Ａは、左右の前輪１Ｌ，１Ｒがそれぞれモータ２Ｌ，２Ｒによって駆動させられ、左右の後輪３Ｌ，３Ｒが内燃機関であるエンジン４と電動機５とで駆動させられるように構成されたいわゆる２モータハイブリッド装置によって駆動させられるように構成されている。すなわち、エンジン４と電動機５とで発生された動力が動力伝達装置６、プロペラシャフト７、デファレンシャルギヤ８、車軸９を介して左右の後輪３Ｌ，３Ｒに伝達される。

また、左右の前輪１Ｌ，１Ｒを駆動させるそれぞれのモータ２Ｌ，２Ｒは、図示しないインバータを介して蓄電装置と電気的に接続されている。したがって、図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）から蓄電装置に制御指令信号が出力されて、その信号に基づいて、蓄電装置からインバータを介してモータ２Ｌ，２Ｒに電力が供給されてモータ２Ｌ，２Ｒが駆動するように構成されている。なお、ＥＣＵには、各車輪１Ｌ，１Ｒ，３Ｌ，３Ｒの回転数、ブレーキまたはアクセルペダルの開度もしくは踏み込み量、あるいは各車輪１Ｌ，１Ｒ，３Ｌ，３Ｒを支持する例えばサスペンションに掛かる荷重などの種々の信号が入力されて、その信号と予め記憶しているデータとに基づいて演算を行い、その演算の結果をエンジン４や電動機５あるいはモータ２Ｌ，２Ｒなどの各部材に出力するように構成されている。

つぎに、前輪１Ｌ，１Ｒを駆動させるための構成について説明する。図３は、その構成を示すスケルトン図である。なお、便宜上、右側の車輪１Ｒを例にあげて説明する。車輪１Ｒに設けられたモータ２Ｒは、カウンタドライブギヤ１０を介して遊星歯車機構１１のサンギヤ１１ａに連結されている。この遊星歯車機構１１は、モータ２Ｒから出力される回転数を低下させるとともに、モータ２Ｒから出力されるトルクを増幅させることのできるいわゆる減速機として作用する。そして、遊星歯車機構１１のキャリア１１ｂには、タイヤ１２を備えたホイール１３が連結されている。なお、このホイール１３には、図示しない油圧式のブレーキが設けられている。

つぎに、この発明に係る制御装置について説明する。この制御装置は、想定していない車輪の回転数の変化に伴って車輪とモータとの間に過度な捩れトルクが生じることを回避するために、そのような車輪の回転数の変化を生じさせる要因（以下、外乱要因と記す。）を検知したことに基づいて、モータの制御をトルク制御から回転数制御に切り替えるように構成されている。すなわち、車輪での駆動トルクが目標値となるようにモータをトルク制御している状態で、車輪に想定していない回転数の変化が生じると、制御上定まるモータの回転数もしくはこれを伝動機構での変速比で補正した車輪回転数と実際の車輪回転数との間に差異が生じるので、モータが車輪の回転数を抑制する方向に作用する負荷あるいは車輪の回転数を増大させる方向に作用する負荷として機能することがあり、そのため、モータと車輪との間に、捩りトルクが生じる。この捩りトルクは、モータで発生するトルクに、回転数の変化に基づく慣性トルクを加えた大きいトルクとなるので、この発明の制御装置は、このような過大なトルクを抑制するように、いわゆる外乱要因が検知された場合に、一時的に、モータの回転数制御を実行するように構成されている。

ここで、この制御を説明するためのフローチャートを図１に示す。まず、車輪１Ｒの駆動トルクを目標トルク制御する（ステップＳ１）。つぎに、車輪１Ｒの回転数を変動させる要因が発生したか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、車輪１Ｒの回転数を変動させる要因の具体例については後述する。ステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわち車輪１Ｒの回転数を変動させる要因が発生していない場合は、このルーチンを一旦終了する。それとは反対に、肯定的に判定された場合、すなわち車輪１Ｒの回転数を変動させる要因が発生した場合は、車輪１Ｒの回転数を読み込み（ステップＳ３）、モータ２Ｒの制御をトルク制御から回転数制御に切り換えて（ステップＳ４）、このルーチンを一旦終了する。つまり、車輪１Ｒの回転数が変動する要因、すなわち外乱要因が生じた場合は、モータ２Ｒの制御をトルク制御（ＡＴＲ）から回転数制御（ＡＳＲ）とする。回転数制御の目標回転数の一例として、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致するモータ２Ｒの回転数とする。したがって、車輪１Ｒの回転数が変化する要因が生じた場合に、瞬時に制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とを一致させることができるので、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数との差による捩れを防止もしくは抑制することができる。

ここで、外乱要因の第１の具体例として、ブレーキがかけられた場合を例にあげて説明する。図４に、モータ２Ｒのトルク、回転数、車輪１Ｒの回転数、ブレーキ油圧および車速のタイムチャートを示す。まず、車両Ａが一定の速度で走行している状態から、ブレーキがかけられる。このブレーキは、上述した構成では油圧式のブレーキであるので、ブレーキペダルの踏み込み量もしくは踏み込み力に基づいて、ブレーキ油圧が変化して、ブレーキがかけられる。つまり、ブレーキ油圧は、０（ゼロ）から踏み込み量もしくは踏み込み力に応じた油圧まで上がり、その後一定の油圧となる。

そして、ブレーキがかけられたことを検知する検知手段すなわちブレーキペダルに設けられた圧力もしくは変位量検知センサーやブレーキ油圧検知センサーによりブレーキがかけられたことを検知したら、モータ２Ｒの制御をトルク制御（ＡＴＲ）から回転数制御（ＡＳＲ）に変更する。なお、ブレーキがかけられたと認識するのは、例えば、踏み込み力が予め定めた力以上である場合や、単位時間当たりの変位量が予め定めた変位量以上である場合、あるいは油圧の変化量が予め定めた変化量以上である場合など、種々の条件により定めればよい。ここでの、回転数制御（ＡＳＲ）の目標回転数の一例としては、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致するモータ２Ｒの回転数である。したがって、ブレーキがかけられて車輪１Ｒの回転数が低下するのとほぼ同時に、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致する。言い換えれば、車輪１Ｒの回転数が低下することにより、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とに差が生じることがない。そのため、モータ２Ｒと車輪１Ｒとの間に設けられているギヤやシャフトに捩れが生じることがないから、過渡なトルクが作用することがないので、ギヤやシャフトの強度を低下させることができる。つまり、ギヤやシャフトを小型化あるいは軽量化することができる。

上述した第１の具体例は、運転者による操作により生じる要因であるが、車輪１Ｒの回転数の変動は、車両Ａの走行路によっても生じる。例えば、波状路を走行している場合には、車両Ａの接地荷重が変化するすなわち車輪１Ｒに作用する荷重が変化する。したがって、車両Ａの接地荷重が低下する場合には、車輪１Ｒの回転に抗する方向の荷重が低下するので、車輪１Ｒの回転数が速くなり、それとは反対に車両Ａの接地荷重が増加した場合には、車輪１Ｒの回転に抗する方向の荷重が増加するので、車輪１Ｒの回転数が遅くなる。

第２の具体例として、車両Ａの接地荷重が低下した場合を例にあげて説明する。図５に、モータ２Ｒのトルク、回転数、車輪１Ｒの回転数、接地荷重および車速のタイムチャートを示す。図に示すように接地荷重が低下すると同時に車輪１Ｒの回転数が増加する。このとき、サスペンションなどに設けられた荷重検出センサーにより荷重の変動を検出して、あるいは加速度センサーをサスペンションなどに設けてバネ下加速度の変動を検出して、荷重あるいはバネ下加速度が低下あるいは変動したと同時にモータ２Ｒの制御を回転数制御に切り換える。そして、回転数制御の目標回転数の一例として、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致するモータ２Ｒの回転数とする。なお、ここでの荷重やバネ下加速度の変動は、荷重やバネ下加速度が予め定めた荷重やバネ下加速度以下になった場合や、単位時間当たりの荷重やバネ下加速度の変化量が予め定めた変化量以上の場合など、種々の条件により定めればよい。そのため、車輪１Ｒの回転数が変動するとほぼ同時に、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致するので、回転数の差による捩れを抑制もしくは防止することができる。なお、接地荷重の変動は、波状路の走行に限定されず、例えば、旋回走行している場合でもよい。つまり、車輪１Ｒの回転に抗する方向に作用する荷重やバネ下加速度の変化を検知する検知手段により、荷重やバネ下加速度が変動することを検知した場合に、制御上定まるモータ２Ｒの回転数もしくはこれに変速比で補正した車輪１Ｒの回転数と、実際の車輪１Ｒの回転数とが一致するモータ２Ｒの回転数を目標回転数として回転数制御に切り換えればよい。また、接地荷重が増加した場合も同様に、荷重変動を検出したら、モータ２Ｒの制御をトルク制御（ＡＴＲ）から回転数制御（ＡＳＲ）に切り換えることにより、車輪１Ｒの回転数が低下するのと同時にモータ２Ｒの回転数を低下させることができるので、回転数の差により生じる捩れを抑制もしくは防止することができる。

なお、左右の前輪を駆動させるモータが設けられた車両を例にあげたが、これに限定されず、例えば、図６に示すように動力源を電気もしくは燃料電池として、左右の前後輪１Ｌ，１Ｒ，３Ｌ，３Ｒにそれぞれモータ２Ｌ，２Ｒ，１４Ｌ，１４Ｒを設けた車両Ａであってもよい。つまり、車両のいずれかの車輪がモータにより駆動させられるものであればよい。また、外乱要因として、ブレーキがかけられた場合と、接地荷重もしくはバネ下荷重が変動した場合をあげたが、これに限定されない。つまり、車輪の回転数が変動する要因を検出する手段を設けて、その検出手段で検出された信号に応じてモータの制御をトルク制御から回転数制御に切り換えることができればよい。

１Ｒ，１Ｌ…前輪、 ２Ｒ，２Ｌ，１４Ｒ，１４Ｌ…モータ、 ３Ｒ，３Ｌ…後輪、４…エンジン、 ５…電動機、 ６…動力伝達装置、 ７…プロペラシャフト、 ８…デファレンシャルギヤ、 ９…車軸、 １０…カウンタギヤ、 １１…遊星歯車機構、 １２…タイヤ、 １３…ホイール、 Ａ…車両。

Claims (3)

1. 左右一対の前輪もしくは後輪毎にそれら左右輪を個別に駆動するようにトルクを出力する電動機が設けられた左右独立駆動車両における電動機の制御装置において、
   前記電動機に連結された車輪の回転数を変動させる要因を検出する外乱要因検出手段と、
   該外乱検出手段により前記電動機に連結された車輪の回転数を変動させる要因が検出された場合に、前記電動機の制御をトルク制御から回転数制御に切り換える制御切り換え手段と
   を備えていることを特徴とする左右独立駆動車両における電動機の制御装置。
2. 前記外乱要因検出手段は、前記車輪を制動させるブレーキの操作を検出するブレーキ操作検出手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の左右独立駆動車両における電動機の制御装置。
3. 前記外乱要因検出手段は、前記電動機が設けられた車輪に作用する上下方向の荷重もしくはバネ下荷重あるいはバネ下加速度を検出する上下挙動検出手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の左右独立駆動車両における電動機の制御装置。

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