JP2014209843A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止が行える電気自動車を提供する。【解決手段】 従動輪と駆動輪の回転数Ｎ１，Ｎ２から、スリップ率推定手段４２によりスリップ率λを求める。外乱オブザーバ４３によって、車両に作用する車体重量等のその他外力による発生トルク推定値⌒Ｔｅを求める。作用トルク推定手段４４により、発生トルク推定値⌒ＴｅやモータトルクＴｍから駆動輪２に作用する全体の作用トルクＴを求め、そのトルクとスリップ率から、摩擦係数推定手段４５により路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する。この摩擦係数μと上下方向の荷重⌒ＦZ から、演算手段４６で許容最大トルクＴmax を定めて、これを超えないようにトルク制限を行う。【選択図】 図３

Description

この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。

電気自動車では、内燃機関に比べて応答性の高いモータが用いられる。特に、インホイールモータ型の電気自動車では、各輪独立に応答性の高いモータが用いられる。

特開２００８−１７２９３５公報

上記のように電気自動車では応答性の高いモータが用いられるため、タイヤがスリップ等で路面から離れたときに、タイヤは急激な回転上昇を発生させる。このようなスリップによるモータの急激な回転上昇は、自動車の安定した走行に好ましくない。
このため、モータへ与えるトルク指令値を制限する手段が考えられるが、走行する路面の状やタイヤと路面と間の摩擦係数は、舗装、未舗装、舗装の形態、降雨による路面の濡れ状態等によって種々異なる。そのため、一律にモータトルク指令値の制限だけでは、無駄なトルク制限による走行性能の低下を招いてしまう。

この発明の目的は、路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止が行える電気自動車を提供することである。

この発明の電気自動車は、駆動輪２を駆動するモータ６と、加減速の操作手段１６，１７の出力する指令を基にして与えられるモータトルク指令値に従って前記モータ６を制御するモータコントロール部２９とを備えた電気自動車において、
車両速度の検出値と駆動輪回転数とから駆動輪の路面に対するスリップ率を推定するスリップ率推定手段４２と、
前記モータトルク指令値または前記モータの電流値、および外乱オブザーバの推定した外力により発生するトルクを用いて、前記駆動輪２に作用する全トルクを推定する作用トルク推定手段４４と、
この作用トルク推定手段４４の推定したトルクと、前記スリップ率推定手段４２の推定したスリップ率から、前記駆動輪２の路面・タイヤ間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段４５と、
定められた許容最大トルクによって前記加減速の操作手段１６，１７から前記モータ６に与えるモータトルク指令値を制限するモータトルク指令値制限手段４７とを備えることを特徴とする。

この構成によると、スリップ率推定手段４２が、車両速度の検出値と駆動輪回転数とから駆動輪２の路面に対するスリップ率を推定すると共に、外乱オブザーバ４３が、車両速度の検出値とモータトルク指令値とから、車両に作用する重力等の外力により発生するトルクを推定する。作用トルク推定手段４４は、モータトルク指令値またはモータの電流値と、外乱オブザーバの推定した外力により発生するトルクとを用いて、駆動輪に作用する全トルクを推定する。摩擦係数推定手段４５は、上記のように推定された駆動輪２に作用する全トルクと、スリップ率と、駆動輪２に作用する上下方向の荷重から、定められた関係に従って、駆動輪２の路面・タイヤ間の摩擦係数を推定する。モータトルク指令値制限手段４７は、定められた許容最大トルクによって、加減速の操作手段１６，１７から前記モータ６に与えるモータトルク指令値を制限する。前記許容最大トルクは、例えば、次のように定められる。許容最大トルク演算手段４６が、上記の推定された摩擦係数と駆動輪２に作用する上下方向の荷重から、定められた関係によって許容最大トルクを定める。
このように、モータトルクＴｍまたはモータ電流から換算されるモータトルクＴｍ、および外乱オブザーバ４３によって求めた車両に作用する車体重量等のその他外力による発生トルク推定値⌒Ｔｅとの加算値、およびスリップ率λから、路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する。この摩擦係数μと上下方向の荷重⌒ＦZ から許容最大トルクＴmax を定めて、これを超えないようにトルク制限を行う。そのため、路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止が行える。
なお、上記のスリップ制御は直走時に制御であり、曲線走行時は、上記のスリップ制御に加えて、走行する曲線路の曲率等に応じた適宜の制御を加える。

前記駆動輪２に作用する上下方向の荷重を検出する手段は、前記駆動輪２を支持する車輪用軸受４に取付けられた荷重センサ４１であっても良い。車輪用軸受４に取付けられた荷重センサ４１によると、駆動輪２に作用する上下方向の荷重ＦZ を精度良く検出することができ、そのため、より適切に許容最大トルクを定めることができる。また、車輪用軸受４に取付けられた荷重センサ４１であると、コンパクトな構成で荷重検出が行え、かつ荷重センサ４１の組付けられた車輪用軸受４を準備しておくことで、車両の組立過程における荷重センサ４１の取付作業が不要となる。

前記モータトルク指令値制限手段４７は、トルクリミッタであって良い。トルクリミッタによると、モータトルク指令値の制限が、簡易な構成で適切に行える。

この発明において、前記モータ６は、一部または全体が駆動輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。また、このインホイールモータ駆動装置８は、前記モータ６の回転を減速して駆動輪２に伝える減速機７を含むものであっても良い。前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。
インホイールモータ駆動装置８を用いた電気自動車であると、各輪が独立して応答性の高いモータ６で駆動されるため、駆動輪２のスリップによる制御が走行の安定性に大きく影響する。そのため、この発明による、路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止が行えるという効果が、より効果的に発揮される。
インホイールモータ駆動装置８がモータの回転を減速して車輪に伝える減速機付きである場合や、それが高い減速比を有するサイクロイド減速機を使用した場合には、モータの小型化に寄与するが、モータのトルクは拡大して車輪に伝達するため、車輪のスリップの防止はより重要となる。

この発明の電気自動車は、駆動輪を駆動するモータと、加減速の操作手段の出力する指令を基にして与えられるモータトルク指令値に従って前記モータを制御するモータコントロール部とを備えた電気自動車において、車両速度の検出値と駆動輪回転数とから駆動輪の路面に対するスリップ率を推定するスリップ率推定手段と、前記モータトルク指令値または前記モータの電流値、および外乱オブザーバの推定した外力により発生するトルクを用いて、前記駆動輪に作用する全トルクを推定する作用トルク推定手段と、この作用トルク推定手段の推定したトルクと、前記スリップ率推定手段の推定したスリップ率から、前記駆動輪の路面・タイヤ間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、定められた許容最大トルクによって前記加減速の操作手段から前記モータに与えるモータトルク指令値を制限するモータトルク指令値制限手段とを備えるため、路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止を行うことができる。

この発明の一実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車のインホイールモータユニットの概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるモータコンロール部の概念構成を示すブロック図である。 同モータコンロール部における第１のテーブルの内容を示す説明図である。 同モータコンロール部における第２のテーブルの内容を示す説明図である。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図６のVII-VII 線断面図である。 図７の部分拡大断面図である。 同電気自動車における車輪用軸受の外方部材の側面図と荷重検出用の信号処理ユニットとを組み合わせた図である。 同電気自動車におけるセンサユニットの拡大平面図である。 同センサユニットの断面図である。 同電気自動車における回転検出器の一例の断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１２と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪が駆動輪２とされ、左右の前輪となる車輪が従動輪３の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪２および従動輪３となる車輪は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。左右の駆動輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して駆動輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が駆動輪２内に配置される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に駆動輪２を回転駆動するものであっても良い。各インホイールモータ駆動装置８は、後述のインバータ装置２２と共に、インホイールモータユニット３０を構成する。各駆動輪２および従動輪３には、電動式等の摩擦ブレーキである機械式のブレーキ９，１０がそれぞれ設けられている。

左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。

制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるメインのＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動に関する制御を行う駆動制御部２１ａと、その他の制御を行う一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、トルク配分手段４８を有していて、トルク配分手段４８は、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。トルク配分手段４８は、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。トルク配分手段４８は、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４，２４Ａから得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。

ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される制動指令に従って、各駆動輪２，従動輪３の機械式のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段であり、制動専用のＥＣＵとなる電子回路やマイコン等により構成される。メインのＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。

インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８は、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵ２１に出力する機能を有する。
この実施形態では、モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して別々に設けられ、これらパワー回路部２８とモータコントール部２９とでなるインバータ装置２２と、その制御対象のモータ６を含むインホイールモータ駆動装置８とで、前述のようにインホイールモータユニット３０が構成される。

図２は、インホイールモータユニット３０の概念構成を示すブロック図である。インバータ装置２２のパワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ、例えばＩＰＭ型（埋込磁石型）同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントール部２９は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。また、モータコントール部２９は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流センサ３５から得て、電流フィードバック制御を行う。この電流制御では、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。

この実施形態は、図３に示すように、モータコントール部２９に、次のスリップ率推定手段４２、外乱オブザーバ４３、作用トルク推定手段４４、摩擦係数推定手段４５、許容最大トルク演算手段４６、およびモータトルク指令値制限手段４７を設けている。

スリップ率推定手段４２は、車両速度の検出値と駆動輪回転数Ｎ２（rad/s)とから駆動輪２の路面に対するスリップ率λを推定する手段である。車両速度の検出値は、この実施形態では従動輪３に対して設けられた回転センサ２４Ａの出力である従動輪回転数Ｎ１（rad/s) とする。従動輪３は、車両の走行によって回転するため、従動輪回転数Ｎ１を車両速度とみなすことができる。駆動輪回転数Ｎ２は、駆動輪２に対して設けられた回転センサ２４の出力とする。スリップ率λは、次式、
λ＝（Ｎ２−Ｎ１）Ｎ１
により求められる値とする。
すなわち、スリップ率λは、駆動輪回転数Ｎ２と従動輪回転数Ｎ１の差を、従動輪回転数Ｎ１で除した値とする。

外乱オブザーバ４３は、車両速度の検出値と前記モータトルク指令値Ｔｍとから、車両に作用する外力により発生するトルクの推定値⌒Ｔｅを推定する手段である（なお、この明細書において、符号の先頭の「⌒」は推定値を示すが、この「⌒」の符号は省くことがある）。この外力により発生するトルクの推定値⌒Ｔｅは、例えば登坂時などにモータ６に作用するトルクの推定値である。なお、図３にモータ６に続いて示すように、モータ６よるホイールトルクＴｍに、外力による発生トルクＴｅが加わった値が、実際に駆動輪２に作用するトルクである。外乱オブザーバ４３は、この外力による発生トルクＴｅの推定値⌒Ｔｅを求める手段である。

車両速度の検出値には、スリップ率推定手段４２と同じく、従動輪３に対して設けられた回転センサ２４Ａの出力である従動輪回転数Ｎ１（rad/s) を用いる。モータトルク指令値Ｔｍは、前記アクセルペダル等の加減速の操作手段１６，１７の出力する指令を基にして与えられるモータトルク指令値であり、具体的には前記トルク配分手段４８の出力である。ただし、モータトルク指令値制限手段４７を通した後のモータトルク指令値である。

外乱オブザーバ４３は、モータトルク指令値Ｔｍに対して、慣性除算部４３ａで車両の慣性Ｊに対する１／Ｊの値を乗算し、その計算結果を微分部４３ｂで微分して、平地走行した場合の従動輪回転数推定値⌒Ｎ１を求める。この従動輪回転数推定値⌒Ｎ１と従動輪回転数Ｎ１とを比較部４３ｃで比較し、その差分を、微分部４３ｄで微分し、慣性乗算部４３ｅで乗算して、外乱による発生トルク推定値⌒Ｔｅを求め、出力する。

作用トルク推定手段４４は、前記モータトルク指令値Ｔｍ、および外乱オブザーバ４３の推定した外力により発生するトルク⌒Ｔｅを用いて、駆動輪２に作用する全トルクＴを推定する手段である。作用トルク推定手段４４は、具体的には、前記モータトルク指令値Ｔｍと、外乱オブザーバ４３の推定した外力により発生するトルク⌒Ｔｅとを加算部４４ａで加算し、駆動輪２に作用する全トルクの推定値⌒Ｔを求める。作用トルク推定手段４４は、駆動輪２の機械式のブレーキ９で生じるブレーキトルクＴｂを、加算部４４ａで減算しても良い。すなわち、加算部４４ａで、モータトルク指令値Ｔｍと、外乱オブザーバ４３の推定した外力により発生するトルク⌒Ｔｅとを加算し、かつブレーキトルクＴｂを減算した値を、全トルクの推定値Ｔとしても良い。ブレーキトルクＴｂは、トルク配分手段２１からブレーキ９に与える制動トルク指令値であっても、またブレーキ９に設けた検出手段（図示せず）で検出したブレーキトルクの値であっても良い。なお、回生ブレーキによる制動トルクは、トルク配分手段２１から出力するモータトルク指令値Ｔｍに含まれている。また、作用トルク推定手段４４は、モータトルク指令値Ｔｍを用いる代わりに、モータ６の電流センサ３５等で検出される電流値を用いても良い。電流値を用いる場合、トルク値に変換して演算する。

摩擦係数推定手段４５は、作用トルク推定手段４４の推定したトルクＴと、スリップ率推定手段４２の推定したスリップ率λから、駆動輪２の路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する手段である。摩擦係数推定手段４５による摩擦係数μの推定には、第１のテーブル４５ａを用いる。

第１のテーブル４５ａの内容は、図４に示すように、種々の値の摩擦係数μの場合における、スリップ率λとトルクＴとの関係を定めたものである。図では、理解の容易のために、μ１，μ２，μ３の場合の３本の関係曲線のみを図示したが、実際には、例えば数十、数百のように、多数の摩擦係数μの関係曲線を定めておく。スリップ率λとトルクＴとの関係は、一般的には、同図に示すように、スリップ率λが高くなるに従ってトルクＴが比例的に大きくなる部分と、スリップ率λが高くなっても、トルクＴが低下する部分と、スリップ率λの大きさに係わらずにトルクＴが略一定となる部分とを有する曲線となるが、この曲線のうちの、トルクＴが比例的に大きくなる部分を、摩擦係数推定手段４５による摩擦係数μの推定に用いる。

図３において、許容最大トルク演算手段４６は、摩擦係数推定手段４５で推定された摩擦係数μと駆動輪２に作用する上下方向の荷重⌒ＦZ とから、定められた関係によって許容最大トルクＴmax を定める手段である。上下方向の荷重⌒ＦZ としては、前記荷重センサ４１の検出値を用いる。例えば、次式、
許容最大トルクＴmax ＝μ×⌒ＦZ
により、許容最大トルクＴmax を求める。
許容最大トルク演算手段４６は、前記の定められた関係として、第２テーブル４６を用いる。

第２テーブル４６の内容の例を図５に示す。同図に示すように、上下方向の荷重ＦZ 毎に、摩擦係数μと許容最大トルクＴmax との関係を定めておく。図では、理解の容易のために、上下方向の荷重がＦZ １，ＦZ ２，ＦZ ３の場合の３本の関係曲線のみを図示したが、実際には、例えば数十、数百のように、多数の上下方向の荷重ＦZ の場合における関係曲線を定めておく。

図３において、モータトルク指令値制限手段４７は、許容最大トルク演算手段４６により定められた許容最大トルクＴmax によって、この値を超えないように、前記加減速の操作手段１６，１７からモータ６に与えるモータトルク指令値Ｔｍを制限する手段である。モータトルク指令値制限手段４７は、例えばトルクリミッタからなる。

上記構成によるスリップ制御を説明する。図３において、スリップ率推定手段４２が、車両速度の検出値（従動輪回転数Ｎ１）と駆動輪回転数Ｎ２とから駆動輪２の路面に対するスリップ率λを推定すると共に、外乱オブザーバ４３が、車両速度の検出値（従動輪回転数Ｎ１）とモータトルク指令値Ｔｍとから、車両に作用する重力等の外力により発生するトルク⌒Ｔｅを推定する。
作用トルク推定手段４４は、モータトルク指令値Ｔｍと、外乱オブザーバ４３の推定した外力により発生するトルク⌒Ｔｅとを用いて、駆動輪２に作用する全トルクＴを推定する。
摩擦係数推定手段４５は、上記のように推定された駆動輪２に作用する全トルクＴと、スリップ率λとから、第１のテーブル４５ａを用いて、駆動輪２の路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する。
許容最大トルク演算手段４６は、その推定された摩擦係数μと駆動輪２に作用する上下方向の荷重⌒ＦZ から、第２のテーブル４６ａを用いて許容最大トルクＴmax を定める。
モータトルク指令値制限手段４７は、上記のように定められた許容最大トルクＴmax によって、この値を超えないように、ＥＣＵ２１のトルク配分手段４８からモータ６に与えるモータトルク指令値Ｔｍを制限する。

このように、モータトルクＴｍ、および外乱オブザーバ４３によって求めた車両に作用する車体重量等のその他外力による発生トルク推定値⌒Ｔｅとスリップ率λから、路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する。この摩擦係数μに上下方向の荷重⌒ＦZ から、許容最大トルクＴmax を定めて、これを超えないようにトルク制限を行う。そのため、路面状況等に応じた適切なタイヤのスリップを防止が行えて、スリップ防止のための無駄な走行性能の制限を伴うことなく、確実なスリップ防止が行える。

前記駆動輪２に作用する上下方向の荷重ＦZ を検出する手段は、駆動輪２を支持する車輪用軸受４に取付けられた荷重センサ４１であるため、駆動輪２に作用する上下方向の荷重ＦZ を精度良く検出することができる。そのため、より適切に許容最大トルクＴmax を定めることができる。また、車輪用軸受４に取付けられた荷重センサ４１であると、コンパクトな構成で荷重検出が行え、かつ荷重センサ４１の組付けられた車輪用軸受４を準備しておくことで、車両の組立過程における荷重センサ４１の取付作業が不要となる。

次に、図６〜図８と共に、前記インホイールモータ駆動装置８の具体例を示す。このインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪２のハブベアリングとモータ６の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。

外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。

内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。

減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図７のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。

モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。

前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。

図８に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。

図６において、モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータである。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。

モータステータ７３は、軟質磁性体からなるステータコア部７７とコイル７８とでなる。ステータコア部７７は、その外周面がモータハウジング７２の内周面に嵌合して、モータハウジング７２に保持されている。モータロータ７５は、モータステータ７３と同心に回転出力軸７４に外嵌するロータコア部７９と、このロータコア部７９に内蔵される複数の永久磁石８０とでなる。

モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。ここでは、各角度センサ３６として、磁気エンコーダまたはレゾルバが用いられる。モータ６の回転制御は上記モータコントール部２９（図１，２）により行われる。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ４２の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。

図２に示す前記荷重センサ２４は、例えば図９に示す複数のセンサユニット１２０と、これらセンサユニット１２０の出力信号を処理する信号処理ユニット１３０とで構成される。センサユニット１２０は、車輪用軸受４における静止側軌道輪である外方部材５１の外径面の４か所に設けられる。図９は、外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット１２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。信号処理ユニット１３０は、外方部材５１に設けられていても良く、まインバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けられていても良い。

信号処理ユニット１３０は、上記４箇所のセンサユニット１２０の出力を比較し、定められた演算式に従って、車輪用軸受４に作用する各荷重、具体的には、車輪２の路面・タイヤ間で作用荷重となる垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる車両進行方向荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算し、出力する。前記センサユニット１２０を４つ設け、各センサユニット１２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受４に作用する垂直方向荷重Ｆz 、車両進行方向荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を精度良く推定することができる。垂直方向荷重Ｆz は、上下２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られ、車両進行方向荷重Ｆx は、前後２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。軸方向荷重Ｆy は、４つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。信号処理ユニット１３０による上記各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz の演算は、試験やシミュレーションで求められた値を基に、演算式やパラメータを設定しておくことで、精度良く行うことができる。なお、より具体的には、上記の演算には各種の補正を行うが、補正については説明を省略する。

上記各センサユニット１２０は、例えば、図１０および図１１に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材１２１と、この歪み発生部材１２１に取り付けられて歪み発生部材１２１の歪みを検出する歪みセンサ１２２とでなる。歪み発生部材１２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部１２１ｂを有する。また、歪み発生部材１２１は、外輪１の外径面にスペーサ１２３を介して接触固定される２つの接触固定部１２１ａを両端部に有する。歪みセンサ１２２は、歪み発生部材１２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材１２１の外面側で両側辺部の切欠き部１２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ１２２は切欠き部１２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。

前記センサユニット１２０は、その歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外輪１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部１２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部１２１ａがそれぞれスペーサ１２３を介してボルト１２４により外輪１の外径面に固定される。前記各ボルト１２４は、それぞれ接触固定部１２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔１２５からスペーサ１２３のボルト挿通孔１２６に挿通し、外方部材５１の外周部に設けられたねじ孔１２７に螺合させる。このように、スペーサ１２３を介して外方部材５１の外径面に接触固定部１２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂを有する中央部位が外輪１の外径面から離れた状態となり、切欠き部１２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部１２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材５１のアウトボード側列の転走面５３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面５３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面５３の中間位置からアウトボード側列の転走面５３の形成部までの範囲である。外方部材５１の外径面における前記スペーサ１２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

歪みセンサ１２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ１２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材１２１に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ１２２を歪み発生部材１２１上に厚膜抵抗体にて形成することができる。

図１２は、図１，図２の回転センサ２４，２４Ａの一例を示す。この回転センサ２４，２４Ａは、車輪用軸受４における内方部材５２の外周に設けられた磁気エンコーダ２４ａと、この磁気エンコーダ２４ａに対向して外方部材５１に設けられた磁気センサ２４ｂとでなる。磁気エンーダ２４ａは、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを交互に着磁したリング状の部材である。この例では、回転センサ２４は両列の転動体５５，５５間に配置しているが、車輪用軸受４の端部に設置しても良い。

なお、上記実施形態では、図１，２に示すように、モータコントール部２９をインバータ装置２２に設けたが、モータコントール部２９はメインのＥＣＵ２１に設けても良い。また、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とは、この実施形態では分けて設けているが、一体化した制御装置として設けても良い。

１…車体
２，３…車輪
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
９，１０…電動式のブレーキ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４，２４Ａ…回転センサ
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３０…インホイールモータユニット
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３５…電流センサ
３６…角度センサ
４１…荷重センサ
４２…スリップ率推定手段
４３…外乱オブザーバ
４４…作用トルク推定手段
４５…摩擦係数推定手段
４６…許容最大トルク演算手段
４７…モータトルク指令値制限手段

Claims (6)

1. 駆動輪を駆動するモータと、加減速の操作手段の出力する指令を基にして与えられるモータトルク指令値に従って前記モータを制御するモータコントロール部とを備えた電気自動車において、
   車両速度の検出値と駆動輪回転数とから駆動輪の路面に対するスリップ率を推定するスリップ率推定手段と、
   前記モータトルク指令値または前記モータの電流値、および外乱オブザーバの推定した外力により発生するトルクを用いて、前記駆動輪に作用する全トルクを推定する作用トルク推定手段と、
   この作用トルク推定手段の推定したトルクと、前記スリップ率推定手段の推定したスリップ率から、前記駆動輪の路面・タイヤ間の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、
   定められた許容最大トルクによって前記加減速の操作手段から前記モータに与えるモータトルク指令値を制限するモータトルク指令値制限手段とを備えることを特徴とする電気自動車。
2. 請求項１において、前記駆動輪に作用する上下方向の荷重を検出する手段が、前記駆動輪を支持する車輪用軸受に取付けられた荷重センサである電気自動車。
3. 請求項１または請求項２において、前記モータトルク指令値制限手段がトルクリミッタである電気自動車。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が駆動輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
5. 請求項４において、前記インホイールモータ駆動装置は、前記モータの回転を減速して駆動輪に伝える減速機を含む電気自動車。
6. 請求項５において、前記減速機がサイクロイド減速機である電気自動車。

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