JP2014223008A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮し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】駆動輪２を支持する車輪用軸受、モータ６、および減速機を有するインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車に適用される。駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅと、駆動輪回転数、アクセル信号Ｔｒ、および駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅで計算される補正値Ｔｃによって、モータトルク指令値を計算する。
【選択図】図３

Description

この発明は、インホイールモータ駆動装置を備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等の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。そのため、ブレーキが利かない状況になることがある。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。車輪を個別に駆動するインホイールモータ型の電気自動車では、一部の駆動輪の上記のようなスリップによるモータの急激な回転上昇は、極力防止する必要がある。
このため、スリップ量を求めて、モータへ与えるトルク指令値を補正することも考えられるが、適切なスリップ量の検出方法が確立されておらず、また単にスリップ量を求めて補正を行っても、車両には登坂の車両重量や風などによる外力の影響があり、適切なトルク指令値の補正が行えない。

この発明の目的は、坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮した適切なタイヤのスリップを防止でき、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を支持する車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有するインホイールモータ駆動装置８を有する電気自動車において、
モータトルク指令値Ｔｍｒと従動輪回転数から推定した駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅと、
駆動輪回転数ω２、アクセル信号Ｔｒ、および駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅで計算される補正値Ｔｃによって、
モータトルク指令値Ｔｍｒを計算することを特徴とする。

この発明の電気自動車は、具体的には、駆動輪２を支持する車輪用軸受４、モータ６、およびこのモータ６と前記車輪用軸受４との間に介在した減速機７を有するインホイールモータ駆動装置８を有する電気自動車において、
駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅを求める外乱オブザーバ４３と、この外力影響量の推定値⌒Ｔｅを用い、駆動輪２に作用するトルク推定値、駆動輪２の回転数推定値⌒ω２、および駆動輪２の回転角速度推定値⌒・ωを求め、各々実際の駆動輪２の回転数ω２、回転角速度・ω２と比較することで、タイヤのスリップ量を推定し、この推定量を基に補正値Ｔｃを求めて前記モータへのアクセル信号Ｔｒに対して補正し、モータトルク指令値Ｔｍｒとするスリップ量対応補正手段４４とを設けたものである。
前記外乱オブザーバ４３は、前記モータトルク指令値Ｔｍｒを、車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除して、この除した値の積分値⌒ω１と従動輪回転数ω１との差分値を求め、この差分値を時間微分し、さらに前記慣性モーメントＪを乗じた値を、駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅとする。
前記スリップ量対応補正手段４４は、前記外力影響量の推定値⌒Ｔｅと前記モータトルク指令値Ｔｍｒとの加算値を前記車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除してさらに積分した値⌒ω２と駆動輪回転数ω２との差分値である速度差分値、
もしくは外力影響量の推定値⌒Ｔｅと前記モータトルク指令値Ｔｍｒとの加算値を車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除した値⌒・ω２と、駆動輪回転数ω２を時間微分した値・ω２との差分値である加速度差分値を求め、
これら速度差分値および加速度差分値のいずれか一方の値、またはいずれか一方の差分値を他方の差分値で補正した値に比例する信号Ｔｃを前記アクセル信号Ｔｒに対して減算し、前記モータトルク指令値Ｔｍｒとする。
なお、この明細書において「回転数」とは、単位時間当たりの回転数であり、回転速度と同義である。また、車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪは、車両の質量・車輪数によって定まる値である。

この構成によると、外乱オブザーバ４３が、モータトルク指令値Ｔｍｒを駆動輪２周りの慣性モーメントＪで除して、この除した値の積分値⌒ω１と従動輪回転数ω１との差分値を求め、この差分値を時間微分し、さらに前記慣性モーメントＪを乗じた値を、駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅとする。前記モータトルク指令値Ｔｍｒを駆動輪２周りの慣性モーメントＪで除して、この除した値を積分した値は、平地走行の場合の従動輪回転数の推定値⌒ω１である。このように、平地走行の場合の従動輪回転数の推定値⌒ω１と実際に検出される従動輪回転数ω１とを比較するため、登坂時などにおける外力の影響量の推定値⌒Ｔｅを求めることができる。なお、従動輪３は車両の走行によって回転するため、従動輪回転数は、車両の走行速度とみなせる。
スリップ量対応補正手段４４は、例えば、上記のように外乱オブザーバ４３で求めた外力の影響量の推定値⌒Ｔｅと前記モータトルク指令値Ｔｍｒとの加算値を、駆動輪周りの慣性モーメントＪで除してさらに積分した値⌒ω２と駆動輪回転数ω２との差分値である速度差分値を求める。上記の積分した値⌒ω２は、スリップしていない場合の駆動輪回転数の推定値であり、これは外力の影響量を考慮した推定値である。この駆動輪回転数の推定値⌒ω２と実際に検出した駆動輪２の回転数ω２との差分値は、駆動輪３のスリップ量に相当する推定値となる。このスリップ量に相当する推定値は、前記外力の影響量を考慮した推定値であり、精度良く求めた推定値となる。このように求めた駆動輪２のスリップ量の推定値に比例する値Ｔｃを、アクセル信号Ｔｒに対して減算し、モータトルク指令値Ｔｍｒとする。そのため、坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮し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。
上記は、スリップ量対応補正手段４４が、駆動輪２の回転数につき検出値ω２と推定値⌒ω２とを比較して補正する場合であるが、駆動輪２の加速度につき検出値・ω２と推定値⌒・ω２とを比較して補正を行うようにした場合も、適切なスリップ防止が行える。また、駆動輪２の回転数についての検出値と推定値とを比較した差分値と、加速度についての検出値と推定値とを比較した差分値との両方を用いて補正を行うようにした場合、より一層適切なスリップ防止を行うことができる。

この発明において、前記減速機７がサイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機は、例えば１／１０以上の高減速比が得られ、かつ滑らかな動作が得られる。この高減速比のため、モータ６は小型で高速回転のものが用いられ、車両の軽量化に繋がる。減速機がサイクロイド減速機のような高減速の場合、モータのトルクは増幅してタイヤに伝わるため、モータの駆動トルクのスリップへの影響は大きくなる。そのため、この発明のスリップ防止の効果がより一層効果的となる。

この発明の電気自動車は、駆動輪を支持する車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車において、モータトルク指令値と従動輪回転数から推定した駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅと、駆動輪回転数、アクセル信号Ｔｒ、および駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅで計算される補正値Ｔｃによって、モータトルク指令値を計算するため、坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮し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４のＶ−Ｖ線断面図である。 図５の部分拡大断面図である。 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７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。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駆動装置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、モータコントール部２９に、次の外乱オブザーバ４３と、スリップ量対応補正手段４４を設けている。外乱オブザーバ４３は、駆動輪２に対する登坂時の車体重量や風の影響等の外力影響量の推定値を求める手段であり、換言すれば外力影響量推定手段である。スリップ量対応補正手段４４は、外乱オブザーバ４３で求められた外力影響量の推定値を用い、駆動輪２のスリップ量に対応する補正値を求めてモータ６へのアクセル信号に対して補正し、モータトルク指令値とする手段である。

図３と共に、外乱オブザーバ４３とスリップ量対応補正手段４４の具体的構成を説明する。
外乱オブザーバ４３は、慣性除算部４３ａ、積分部４３ｂ、比較部４３ｃ、時間微分部４３ｄ、および慣性乗算部４３ｅを有する。外乱オブザーバ４３は、除算部４３ａにより、モータトルク指令値Ｔｍｒを車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除して、この除した値の積分値を積分部４３ｂで求める。この積分値は、平地走行時の車両速度を示す値であり、平地走行時の従動輪回転数の推定値⌒ω１となる。従動輪３は車両の走行によって回転するため、従動輪回転数は、車両の走行速度とみなせる。（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。また、図では「⌒」は他の符号の上に付してある。）。
この従動輪回転数の推定値⌒ω１（rad/s)と、前記回転センサ２４で検出された従動輪回転数ω１（rad/s)との差分値を比較部４３ｃで求め、この差分値を時間微分部４３ｄで時間微分し、さらに慣性乗算部４３ｅで前記慣性モーメントＪを乗じた値を、駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅとする。

この外力影響量のトルクの推定値⌒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（駆動輪トルク）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Ｔｍｔ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。
なお、外乱オブザーバ４３の慣性除算部４３ａに入力されるモータトルク指令値Ｔｍｒは、トルク配分手段４８から出力された一つのモータ６へのアクセル信号Ｔｒ（トルク指令の信号）に対して、スリップ量対応補正手段４４で求められた補正値Ｔｃを減算した値であり、パワー回路部２８に与えられる指令値である。

スリップ量対応補正手段４４は、外力影響量加算部４４ａ、慣性除算部４４ｂ、積分部４４ｃ、第１の比較部４４ｄ、第１の増幅部４４ｅ、時間微分部４４ｆ、第２の比較部４４ｊ、第２の増幅部４４ｋ、第３の比較部４４ｍ、係数乗算部４４ｎ、および補正量減算部４４ｐを有する。

スリップ量対応補正手段４４の外力影響量加算部４４ａは、比較部であり、外乱オブザーバ４３で求められた前記外力影響量の推定値⌒Ｔｅと前記モータトルク指令値Ｔｍｒとの加算値を求める。この加算値は、駆動輪２に作用する全トルクの推定値である。
この駆動輪２に作用する全トルクの推定値である加算値を、慣性除算部４４ｂにより、前記車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除して、駆動輪２の加速度の推定値⌒・ω２（符号「・」は微分値を示すが、図では「・」は、他の符号の上に付してある）を求め、さらに積分部４４ｃで積分した値を求める。この積分した値は、スリップを生じていない場合の駆動輪回転数の推定値⌒ω２である。
第１の比較部４４ｄは、この駆動輪回転数の推定値⌒ω２（rad/s)と駆動輪回転数ω２（rad/s)との差分値である速度差分値を求める。この速度差分値は、駆動輪２のスリップ量に相当する。駆動輪回転数ω２には回転センサ２４で検出した値を用いる。

また、この駆動輪回転数ω２を時間微分部４４ｆで時間微分して駆動輪２の加速度・ω２を求め、この加速度・ω２と、前記慣性除算部４４ｂで計算された駆動輪２の加速度の推定値⌒・ω２とを、第２の比較部４４ｊで比較する。慣性除算部４４ｂで計算された加速度の推定値⌒・ω２は、スリップを生じていない場合の駆動輪２の加速度であり、比較部４４ｊによる比較結果が、スリップによる生じた加速度差分値となる。

上記の第１の比較部４４ｄの演算結果である速度差分値と、第２の比較部４４ｊの演算結果である加速度差分値は、それぞれ増幅部４４ｅ，４４ｋにより、定められた増幅率で増幅され、両増幅値が第３の比較部４４ｍで加算される。

このように求めた速度差分値と加速度差分値の増幅後の加算値に、係数乗算部４４ｎでチューニングのための係数Ｃを乗じた値が補正値とされる。係数Ｃは、例えば、ｃ１と ｃ２の加算値の微分値とする。すなわち、→Ｃ＝Ｃ１+Ｃ２（ｄ/ｄｔ）とする。
この補正値が、トルク配分手段４８から出力されるアクセル信号Ｔｒに対して補正量減算部４４で減算され、トルク指令値Ｔｍｒとされる。このトルク指令値Ｔｍｒがモータ６のパワー回路部２８に出力され、モータ６が駆動される。

上記構成によるスリップ制御を説明する。図３において、外乱オブザーバ４３は、モータトルク指令値Ｔｍｒを駆動輪２周りの慣性モーメントＪで除して、この除した値の積分値⌒ω１を求める。この積分値⌒ω１と従動輪回転数ω１との差分値を求め、この差分値を時間微分し、さらに前記慣性モーメントＪを乗じた値を求める。この値が、駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅである。
前記のモータトルク指令値Ｔｍｒを駆動輪２周りの慣性モーメントＪで除して、さらに積分した値は、上記のように平地走行の場合の従動輪回転数の推定値⌒ω１である。このように、平地走行の場合の従動輪回転数の推定値⌒ω１と実際に検出される従動輪回転数ω１とを比較するため、登坂時などにおける外力の影響量の推定値⌒Ｔｅを求めることができる。

スリップ量対応補正手段４４は、上記のように外乱オブザーバ４３で求めた外力の影響量の推定値⌒Ｔｅと前記モータトルク指令値Ｔｍｒとの加算値を、車両慣性から推定される駆動輪周りの慣性モーメントＪで除して、さらに積分した値⌒ω２を求め、この値⌒ω２と駆動輪回転数ω２との差分値である速度差分値を求める。
上記の積分した値⌒ω２は、スリップしていない場合の駆動輪回転数の推定値であり、これは外力の影響量を考慮した推定値である。この駆動輪回転数の推定値⌒ω２と実際に検出した駆動輪２の回転数ω２との差分値は、駆動輪３のスリップ量に相当する推定値となる。このスリップ量に相当する推定値は、前記外力の影響量を考慮した推定値であり、精度良く求めた推定値となる。
また、駆動輪回転数ω２を時間微分部４４ｆで時間微分して駆動輪２の加速度・ω２を求め、この加速度・ω２と、前記慣性除算部４４ｂで計算された駆動輪２の加速度の推定値⌒・ω２とを比較し、加速度差分値を求める。

これら速度差分値と加速度差分値は、それぞれ増幅部４４ｅ，４４ｋでより増幅され、両増幅値が加算される。
このように求めた駆動輪２のスリップ量の推定値に比例する値を、アクセル信号Ｔｒに対して減算し、モータトルク指令値Ｔｍｒとする。そのため、坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮し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。

なお、上記実施形態では、速度差分値および加速度差分値の両方を、アクセル信号Ｔｒの補正に用いたが、速度差分値と加速度差分値のいずれか一方を用いてアクセル信号Ｔｒの補正を行うようにしても良い。

このように、外乱オブザーバ４３で、駆動輪２に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅを求め、この外力影響量の推定値⌒Ｔｅを用いて、スリップ量対応補正手段４４により、駆動輪２のスリップ量に対応する補正値を求め、モータ６へのアクセル信号Ｔｒを補正するため、坂道走行時の車両重量や風等による外力による影響を考慮し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。

次に、図４〜図６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５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６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４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７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
４１…荷重センサ
４３…外乱オブザーバ
４４…スリップ量対応補正手段

Claims (2)

1. 駆動輪を支持する車輪用軸受、モータ、およびこのモータと前記車輪用軸受との間に介在した減速機を有するインホイールモータ駆動装置を有する電気自動車において、
   モータトルク指令値と従動輪回転数から推定した駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅと、
   駆動輪回転数、アクセル信号Ｔｒ、および駆動輪に対する外力影響量の推定値⌒Ｔｅで計算される補正値Ｔｃによって、
   モータトルク指令値を計算することを特徴とした電気自動車。
2. 請求項１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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