JP2020088950A - 変速装置及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電費を向上させることができる変速装置及び駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１００において、変速装置１は、モータ２で駆動される電気自動車用の変速装置であって、モータに連結される入力軸４７と、被駆動側に連結される出力軸４８との間の減速比が第１減速比である第１状態と、入力軸と出力軸との間の減速比が第２減速比である第２状態とを切り換える変速機構と、出力軸のトルクを検出するトルクセンサ５と、を有する。第１状態と第２状態とを切り換える変速切換期間において、トルクセンサは、出力軸のトルクを検出し、トルクセンサからのトルク検出信号に基づいてモータが制御される。【選択図】図１

Description

本発明は、変速装置及び駆動装置に関する。

電気自動車は、駆動源としてモータを用いており、エンジン等の内燃機関を有していない。電気自動車の走行性能や電費の向上を図るために、モータからの回転を変速する変速機構が用いられる場合がある。特許文献１には、前輪もしくは後輪の一方をエンジンにより駆動し、他方を電動機により駆動するハイブリッド車の駆動力制御装置が記載されている。特許文献１には、エンジン駆動側のトルクの変動をモータ側の駆動で補償する構成が記載されている。

特開昭６３−２０３４３０号公報

電気自動車の電費は、変速機構の段間差、すなわち低速の減速比と高速の減速比との比率が大きいほど向上する。一方で、段間差を大きくすると変速時のショックが大きくなる。このため、電費の向上が困難になる場合がある。特許文献１は、ハイブリッド車の駆動力制御装置について記載されているものの、電気自動車の駆動装置については記載されていない。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、電費を向上させることが可能な変速装置及び駆動装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る変速装置は、モータで駆動される電気自動車用の変速装置であって、前記モータに連結される入力軸と、被駆動側に連結される出力軸との間の減速比が第１減速比である第１状態と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が第２減速比である第２状態とを切り換える変速機構と、前記出力軸のトルクを検出するトルクセンサと、を有し、前記第１状態と前記第２状態とを切り換える変速切換期間において、前記トルクセンサは前記出力軸のトルクを検出し、前記トルクセンサからのトルク検出信号に基づいて前記モータが制御される。

これによれば、変速切換期間において、トルクセンサのトルク検出信号に基づいて、出力トルクの変動を抑制するようにモータのトルクを制御することができる。したがって、内燃機関を有さない電気自動車において変速時のショックを低減することが可能になる。この結果、変速機構の段間差を大きくとることが可能となるので、電気自動車の電費を向上することができる。また、低トルク又は低回転のモータを使用した場合であっても、走行性能を向上させることができるのでコストを低減することが可能となる。

変速装置の望ましい態様として、前記変速機構は複数の締結装置を有し、複数の前記締結装置の締結及び解放の切り換えにより、前記入力軸から前記出力軸までの動力伝達経路が切り換えられる。

これによれば、複数の締結装置を制御することで変速機構の動力伝達経路が切り換えることができる。トルクセンサのトルク検出信号に基づいて、モータのトルクが制御されるので、変速切換期間における締結装置の制御や締結装置の構成を簡易にすることができる。

本発明の一態様に係る電気自動車用の駆動装置は、上記の変速装置と、電気自動車を駆動する前記モータと、前記トルクセンサから前記トルク検出信号を受け取って、前記モータのトルクを制御する制御部と、を有する。
駆動装置。

これによれば、制御部は、変速時のショックを低減することができ、この結果、変速機構の段間差を大きくとることが可能となるので、電気自動車の電費を向上することができる。

駆動装置の望ましい態様として、前記制御部は、前記変速切換期間における目標トルクを演算する目標トルク演算部と、前記目標トルクと前記出力軸のトルクとの差分に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク指令信号を演算するトルク指令信号演算部と、を有する。

これによれば、制御部は、変速切換期間に良好にモータのトルクを制御することができる。また、モータは、エンジン等の内燃機関に比べ良好なトルク応答性及び制御性を有するので、制御部は、モータのトルクが変動する場合であっても、目標トルクに応じて良好に制御することができる。

本発明によれば、電費を向上させることが可能な変速装置及び駆動装置を提供することができる。

図１は、実施形態に係る電気自動車用の駆動装置の構成を説明するための説明図である。 図２は、電気自動車用の駆動装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。 図３は、変速装置の変速の切り換えと、モータのトルク及び出力トルクとの関係を示すグラフである。 図４は、基本マップの一例を示す模式図である。 図５は、時間と、目標トルク及び出力トルクとの関係を模式的に示すグラフである。 図６は、段間差と電費向上率との関係を模式的に示すグラフである。 図７は、電気自動車用の駆動装置のトルク制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、実施形態に係る電気自動車用の駆動装置の構成を説明するための説明図である。図２は、電気自動車用の駆動装置が有するコントローラの構成を示すブロック図である。図３は、変速装置の変速の切り換えと、モータのトルク及び出力トルクとの関係を示すグラフである。図１に示すように、駆動装置１００は、変速装置１と、モータ２と、コントローラ７とを含む。駆動装置１００は、エンジン等の内燃機関を有していない電気自動車に用いられる。

モータ２は、電気自動車の駆動源である。モータ２は、ロータ２１と、ステータ２２と、モータシャフト２３と、軸受２４、２５と、ハウジング２６とを有する。ロータ２１、ステータ２２、モータシャフト２３及び軸受２４、２５は、ハウジング２６の内部に収容される。ステータ２２は、例えばハウジング２６に取り付けられ、ロータ２１を包囲するように筒状に構成される。ロータ２１及びロータ２１に連結されたモータシャフト２３は、軸受２４、２５を介してハウジング２６に回転可能に設けられる。

ロータ２１は、コントローラ７からの制御信号に基づいて回転し、モータシャフト２３はロータ２１とともに回転する。モータシャフト２３の回転は変速装置１に伝達される。コントローラ７からの制御信号は、トルク指令信号ＳＴＣを含む。モータ２は、トルク指令信号ＳＴＣを受けてモータシャフト２３から出力されるトルクを調整する。なお、図１に示すモータ２は、あくまで一例であり、他の構成、種類の電動モータであってもよい。

変速装置１は、電気自動車用の変速装置であって、モータ２から伝達される回転数を変速して車輪（ホイール）８に伝達する。変速装置１は、遊星歯車機構３と、第１締結装置４１と、第２締結装置４２と、第１電磁弁４４と、第２電磁弁４５と、入力軸４７と、出力軸４８と、トルクセンサ５と、最終減速機構６とを含む。

遊星歯車機構３は、第１締結装置４１及び第２締結装置４２の締結、解放に応じて、入力軸４７と出力軸４８との間の減速比を切り換える。これにより、入力軸４７に入力されたモータ２の回転数が減速され、又は等速で、出力軸４８に出力される。具体的には、遊星歯車機構３は、サンギア３１と、ピニオンギア３２と、リングギア３３と、第１キャリア３４と、第２キャリア３５と、を含む。サンギア３１は、入力軸４７と連結される。入力軸４７はモータシャフト２３と連結される。これにより、サンギア３１には、モータ２の回転が伝達され、サンギア３１の中心軸を中心に回転する。

ピニオンギア３２は、サンギア３１と噛み合う。ピニオンギア３２は、サンギア３１の径方向の外周に複数設けられている。ピニオンギア３２の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。

リングギア３３は、複数のピニオンギア３２を囲む円筒状の部材であり、内周面に設けられた内歯車がピニオンギア３２と噛み合う。さらに、リングギア３３の径方向外側には、第１締結装置４１が設けられている。第１締結装置４１は、リングギア３３と固定部４３との間の締結及び解放を制御する。第１締結装置４１は、例えば、湿式多板タイプのブレーキ装置である。第１締結装置４１が締結されると、リングギア３３は固定部４３に固定され非回転状態となる。第１締結装置４１が解放されると、リングギア３３は、サンギア３１の中心軸を中心に回転する。

固定部４３は、モータ２から、入力軸４７、遊星歯車機構３、出力軸４８までの動力伝達経路と切り離された、回転しない部材である。固定部４３は、駆動装置１００のケースやハウジングを用いることができ、例えば遊星歯車機構３のケースである。

第１キャリア３４及び第２キャリア３５は、ピニオンギア３２がピニオン中心軸を中心に回転（自転）できるようにピニオンギア３２を保持する。第１キャリア３４及び第２キャリア３５は、サンギア３１の中心軸を中心に回転（自転）できるように設けられている。このような構造により、ピニオンギア３２は、第１キャリア３４及び第２キャリア３５に保持されて、サンギア３１の中心軸を中心に公転できる。

第１キャリア３４は、軸受３８を介して入力軸４７に回転可能に支持される。また、第１キャリア３４と入力軸４７との間に第２締結装置４２が設けられている。第２締結装置４２は、第１キャリア３４と入力軸４７との間の締結及び解放を制御する。第２締結装置４２は、例えば、湿式多板タイプのクラッチ装置である。第２締結装置４２が締結されると、第１キャリア３４は入力軸４７に固定され、入力軸４７とともに回転となる。つまり、第１キャリア３４、第２キャリア３５、ピニオンギア３２及びサンギア３１は、一体となって回転する。第２締結装置４２が解放されると、ピニオンギア３２、第１キャリア３４及び第２キャリア３５は、遊星歯車機構３の減速比にしたがってサンギア３１の中心軸を中心に回転する。

第１電磁弁４４及び第２電磁弁４５は、コントローラ７からの第１変速指令信号ＳＧ１及び第２変速指令信号ＳＧ２に基づいて、それぞれ第１締結装置４１及び第２締結装置４２に圧力を供給する。第１電磁弁４４及び第２電磁弁４５は、例えば比例電磁弁である。この場合、第１締結装置４１及び第２締結装置４２をきめ細かく制御することができる。ただし、第１電磁弁４４及び第２電磁弁４５は、オンオフ電磁弁であってもよい。

なお、第１締結装置４１及び第２締結装置４２の配置、構成は、図１に示すものに限定されない。例えば、第２締結装置４２は、リングギア３３と、サンギア３１及び第１キャリア３４との間の締結及び解放を制御する構成であってもよい。

第２キャリア３５は、遊星歯車機構３の出力であり、出力軸４８と連結される。出力軸４８は、軸受６６、６７を介して、固定部（図示しない）に回転可能に支持される。また、出力軸４８は最終減速機構６に連結される。遊星歯車機構３の回転は、出力軸４８を介して最終減速機構６に伝達される。

第１締結装置４１及び第２締結装置４２の締結及び解放の切り換えにより、入力軸４７から出力軸４８までの動力伝達経路が切り換えられる。具体的には、図３に示すように、遊星歯車機構３は、第１状態Ｇ１と第２状態Ｇ２とを切り換えることができる。第１状態Ｇ１は、モータ２に連結される入力軸４７と、被駆動側（最終減速機構６及び車輪（ホイール）８）に連結される出力軸４８との間の減速比が第１減速比ｉＬｏｗとなる状態である。第２状態Ｇ２は、入力軸４７と出力軸４８との間の減速比が第２減速比ｉＨｉｇｈとなる状態である。

第１状態Ｇ１では、第１締結装置４１は締結され、第２締結装置４２は解放される。つまり、リングギア３３は固定部４３に固定され、第１キャリア３４は、サンギア３１の中心軸を中心に回転する。これにより、第１状態Ｇ１では、遊星歯車機構３により、モータ２の回転が第１減速比ｉＬｏｗで減速されて出力軸４８に出力される。

遊星歯車機構３の減速比ｉは、下記の式（１）で表される。ただし、ｉ３３は、リングギア３３の歯数であり、ｉ３１はサンギア３１の歯数である。また、第１状態Ｇ１での第１減速比ｉＬｏｗは下記の式（２）で表される。

ｉ＝ｉ３３／ｉ３１ ・・・ （１）
ｉＬｏｗ＝ｉ＋１ ・・・ （２）

例えば、ｉ＝１．５とすると第１減速比ｉＬｏｗは２．５となりモータ２の回転は１／２．５倍、出力トルクＴｏｕｔは２．５倍で出力軸４８に出力される。

第１状態Ｇ１と第２状態Ｇ２との間の変速切換期間Ｇ−ｓｈでは、第１締結装置４１及び第２締結装置４２がそれぞれ一部締結されている状態である。変速切換期間Ｇ−ｓｈでは、第１締結装置４１は、時間の経過とともに徐々に解放され、第２締結装置４２は、時間の経過とともに徐々に締結される。

第２状態Ｇ２では、第１締結装置４１は解放され、第２締結装置４２は締結される。つまり、ピニオンギア３２、第１キャリア３４、第２キャリア３５及びリングギア３３はサンギア３１と一体に回転する。これにより、第２状態Ｇ２では、遊星歯車機構３は、モータ２の回転を第２減速比ｉＨｉｇｈ（この場合は等速）で出力軸４８に出力する。第２状態Ｇ２では、サンギア３１と第１キャリア３４が締結されるため、遊星歯車全体が一体的となり減速は行わない。すなわち、第２減速比ｉＨｉｇｈは１となる。

なお、図１に示す遊星歯車機構３の構成はあくまで一例であり、他の構成であってもよい。例えば、図１では、サンギア３１に入力軸４７が連結され、第２キャリア３５に出力軸４８が連結されているが、遊星歯車機構３の入力及び出力は他の部材であってもよい。また、遊星歯車機構３は、第１状態Ｇ１と第２状態Ｇ２とを切り換える２速変速の例を示したが、３速以上の変速が可能な構成としてもよい。

図１に示すように、トルクセンサ５は、出力軸４８に設けられ、遊星歯車機構３から出力軸４８に出力される出力トルクＴｏｕｔを検出する。トルクセンサ５で検出されたトルク検出信号ＳＴＲはコントローラ７に出力される。トルク検出信号ＳＴＲは、出力軸４８の出力トルクＴｏｕｔに関する情報であり、例えば電圧信号である。トルクセンサ５は、例えば、エンコーダを用いたパルス式のトルクセンサや、検出素子として磁歪材料を用いた磁歪式のトルクセンサ等が用いられる。トルクセンサ５を取り付ける位置は、出力軸４８に限定されない。トルクセンサ５は、第１状態Ｇ１、第２状態Ｇ２及び変速切換期間Ｇ−ｓｈのいずれにおいても、遊星歯車機構３から出力される出力トルクＴｏｕｔが伝達される部分であればよい。

最終減速機構６は、出力軸４８の回転数を減速して車輪（ホイール）８に伝達する。最終減速機構６は、出力伝達ギア６１と、ディファレンシャルギア６３とを有する。出力伝達ギア６１は出力軸４８と連結される。ディファレンシャルギア６３の入力ギア６３ａは、出力伝達ギア６１と噛み合う。ディファレンシャルギア６３の回転がドライブシャフト６４を介して車輪（ホイール）８に出力される。なお、図１では図示を省略しているが、ディファレンシャルギア６３の他方に接続されたドライブシャフト６５にも車輪（ホイール）８が設けられる。２つの車輪（ホイール）８は、電気自動車の後輪であってもよいし、前輪であってもよい。

コントローラ７は、トルクセンサ５からトルク検出信号ＳＴＲを受け取る。そして、コントローラ７は、トルク検出信号ＳＴＲに基づいてモータ２のトルクを制御する。コントローラ７は、主としてＣＰＵ（Central Processing Unit）で構成される。コントローラ７は、ＭＣＵ（Micro Control Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等も含んでいてもよい。

図２に示すように、コントローラ７は、変速制御部７１と、モータ制御部７２と、メモリ７６と、を有する。変速制御部７１は、遊星歯車機構３の変速を制御する。変速制御部７１は、車両駆動信号ＳＤを受け取って変速するかどうかを判断する。車両駆動信号ＳＤは、電気自動車の駆動に関する種々の情報を含み、例えば、車速、アクセルペダル開度、ブレーキペダル開度等の情報を含む。第１状態Ｇ１と第２状態Ｇ２とを切り換える変速切換閾値に関する情報はメモリ７６に記憶されている。変速切換閾値は、車両駆動信号ＳＤの複数の情報と対応付けられている。変速制御部７１は、変速切換閾値と車両駆動信号ＳＤとを比較して、車両駆動信号ＳＤ（例えば、車速、アクセルペダル開度）が変速切換閾値以上となった場合に、第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２に切り換える。又は、変速制御部７１は、車両駆動信号ＳＤが変速切換閾値よりも小さくなった場合に、第２状態Ｇ２から第１状態Ｇ１に切り換える。

変速制御部７１は、車両駆動信号ＳＤに基づいて、第１変速指令信号ＳＧ１、第２変速指令信号ＳＧ２をそれぞれ第１電磁弁４４及び第２電磁弁４５に出力する。これにより、第１締結装置４１及び第２締結装置４２の締結と解放とが切り換えられて、変速制御部７１は、遊星歯車機構３の第１状態Ｇ１及び第２状態Ｇ２を切り換えることができる。また、変速制御部７１は、変速の切り換えを開始する際に、変速開始信号ＳＳＴをモータ制御部７２に出力する。

図３では、モータ２から遊星歯車機構３に入力されるモータトルクＴｍ及び遊星歯車機構３から出力軸４８に出力される出力トルクＴｏｕｔと、時間との関係について示す。図３は、第１状態Ｇ１から変速切換期間Ｇ−ｓｈを経て第２状態Ｇ２に変速が切り換えられる場合を示す。なお、図３は、モータトルクＴｍ及び出力トルクＴｏｕｔの変化を模式的に示したものであり、モータトルクＴｍと出力トルクＴｏｕｔとの大小関係、傾き等は図３に限定されない。

図３に示すように、モータトルクＴｍは、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいてイナーシャ（慣性）により変動する。モータトルクＴｍは、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて屈曲点を有して変動し、第２状態Ｇ２に切り換えられる直前でのモータトルクＴｍの変動が増大する。つまり、第１状態Ｇ１でのモータトルクＴｍの傾きと、変速切換期間Ｇ−ｓｈでのモータトルクＴｍの傾きが異なる。

図２に示すモータ制御部７２は、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて出力トルクＴｏｕｔの変動を抑制するようにモータ２のモータトルクＴｍを制御する。これにより、図３に示すように、第１状態Ｇ１及び第２状態Ｇ２での出力トルクＴｏｕｔの傾きと、変速切換期間Ｇ−ｓｈでの出力トルクＴｏｕｔの傾きの差が抑制される。つまり、変速切換期間Ｇ−ｓｈでの出力トルクＴｏｕｔの変動が抑制される。

なお、図３に示す、出力トルクＴｏｕｔは第１状態Ｇ１、変速切換期間Ｇ−ｓｈ及び第２状態Ｇ２に亘って一直線上になるように変化するが、これに限定されない。例えば、第１状態Ｇ１での出力トルクＴｏｕｔの傾きと、変速切換期間Ｇ−ｓｈでの出力トルクＴｏｕｔの傾きと、第２状態Ｇ２での出力トルクＴｏｕｔの傾きとが異なっていてもよい。この場合、変速切換期間Ｇ−ｓｈでの出力トルクＴｏｕｔは、時刻ｔ１における出力トルクＴｏｕｔ１と、時刻ｔ２における出力トルクＴｏｕｔ２とを結ぶ直線となるように変化すればよい。

具体的には、図２に示すように、モータ制御部７２は、目標トルク演算部７３と、トルク差分演算部７４と、トルク指令信号演算部７５とを含む。目標トルク演算部７３は、メモリ７６が記憶している基本マップＭＡＰに基づいて、第１状態Ｇ１における出力トルクＴｏｕｔの傾き及び時刻ｔ１における第１基準出力トルクＴｒｅｆ１に関する情報を取得する。メモリ７６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）及びＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）といった揮発性又は不揮発性の半導体メモリ等が該当する。

図４は、基本マップの一例を示す模式図である。図４に示すように、基本マップＭＡＰは、出力トルクＴｏｕｔと、出力軸４８の回転数と、高効率領域Ｅｆｆ１、Ｅｆｆ２との関係を示す。図４に示すように、第１状態Ｇ１では、出力軸４８の回転数が減速され、高い出力トルクＴｏｕｔが得られる。また、第２状態Ｇ２では、第１状態Ｇ１よりも出力トルクＴｏｕｔは小さいものの、出力軸４８を高回転領域まで駆動できる。

また、図４では、第１状態Ｇ１の高効率領域Ｅｆｆ１及び第２状態Ｇ２の高効率領域Ｅｆｆ２に斜線を付して示す。ここで、効率は、モータ２に入力される電力と、出力軸４８から出力される機械力（出力トルクＴｏｕｔ×回転数）との比で表される。高効率領域Ｅｆｆ１、高効率領域Ｅｆｆ２は、例えば、効率が９０％以上の領域を示している。高効率領域Ｅｆｆ１と高効率領域Ｅｆｆ２とが重なり合う部分が小さくなるように、第１状態Ｇ１及び第２状態Ｇ２の段間差が設定されている。また、変速切換閾値Ｇｒｅｆは、高効率領域Ｅｆｆ１及び高効率領域Ｅｆｆ２で駆動される領域が大きくなるように設定される。

また、目標トルク演算部７３は、メモリ７６が記憶している変速切換期間Ｇ−ｓｈに要する基準期間Ｒｒｅｆに関する情報を取得する。基準期間Ｒｒｅｆは、図３に示す時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（ｔ２−ｔ１）についての情報である。言い換えると、基準期間Ｒｒｅｆは、第１締結装置４１及び第２締結装置４２が、締結状態から解放状態に切り換えるのに要する時間である。基準期間Ｒｒｅｆは、例えば０．２ｓｅｃ以上０．５ｓｅｃ以下である。基準期間Ｒｒｅｆは、第１電磁弁４４、第２電磁弁４５、第１締結装置４１及び第２締結装置４２の性能や駆動方法により設定される。

図５は、時間と、目標トルク及び出力トルクとの関係を模式的に示すグラフである。図５では、図面を見やすくするために目標トルクＴｒｅｆと出力トルクＴｏｕｔとをずらして示している。ただし、モータ制御部７２により、出力トルクＴｏｕｔは、目標トルクＴｒｅｆと一致するようにモータ２が制御される。また、図５では、比較例として、モータ２の制御が行われず、目標トルクＴｒｅｆからずれた場合の出力トルクＴｏｕｔｃも併せて示す。

目標トルク演算部７３は、出力トルクＴｏｕｔの傾き、第１基準出力トルクＴｒｅｆ１及び基準期間Ｒｒｅｆに基づいて、時刻ｔ２における第２基準出力トルクＴｒｅｆ２を演算する。そして、第１基準出力トルクＴｒｅｆ１と第２基準出力トルクＴｒｅｆ２とを結ぶ目標トルクＴｒｅｆを演算する。目標トルクＴｒｅｆは、第１状態Ｇ１における出力トルクＴｏｕｔの傾きと、目標トルクＴｒｅｆの傾きとが一定になるように設定される。

図２に示すように、トルク差分演算部７４は、目標トルク演算部７３から目標トルクＴｒｅｆに関する情報を取得する。また、トルク差分演算部７４は、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて、トルクセンサ５からトルク検出信号ＳＴＲを取得する。トルク差分演算部７４は、目標トルクＴｒｅｆと、トルク検出信号ＳＴＲに基づく出力トルクＴｏｕｔとの差分ΔＴＲ（図５参照）を演算する。

トルク指令信号演算部７５は、差分ΔＴＲに関する情報及びモータ２のモータトルクＴｍに関するモータトルク情報ＳＴｍを受け取って、トルク指令信号ＳＴＣを演算する。モータトルク情報ＳＴｍは、例えばモータ２の駆動電流である。トルク指令信号ＳＴＣは、差分ΔＴＲが小さくなるように、すなわち、出力トルクＴｏｕｔが目標トルクＴｒｅｆと一致するようにモータ２を駆動させる信号（例えば駆動電流）である。トルク指令信号演算部７５はモータ２にトルク指令信号ＳＴＣを出力する。

これにより、図３に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間（変速切換期間Ｇ−ｓｈ）において、出力トルクＴｏｕｔの変動が抑制される。より具体的には、第１状態Ｇ１及び第２状態Ｇ２での出力トルクＴｏｕｔの傾きと、変速切換期間Ｇ−ｓｈでの出力トルクＴｏｕｔの傾きとが一定になるように、モータ２が制御される。これにより、第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２に変速する際の変速ショックが抑制される。

なお、第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２に変速する場合を説明したが、第２状態Ｇ２から第１状態Ｇ１に変速する場合も同様に、目標トルク演算部７３は目標トルクＴｒｅｆを演算できる。また、目標トルクＴｒｅｆに関する情報は、基本マップＭＡＰとともにメモリ７６にあらかじめ記憶されていてもよい。この場合、トルク差分演算部７４は、メモリ７６から目標トルクＴｒｅｆに関する情報を受け取る。

図６は、段間差と電費向上率との関係を模式的に示すグラフである。横軸に示す段間差とは、第１状態Ｇ１の変速比と、第２状態Ｇ２の変速比との比率である。縦軸に示す電費向上率は、下記の式（３）で表される。ただし、式（３）の「ｅ１」は、変速を行わない場合（すなわち段間差１）の電費（ｋｍ／ｋｗｈ）であり、「ｅ２」は変速を行った場合の電費である。なお、図６に示す電費向上率の運転サイクルは、ＷＬＴＣ（Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle）モードで計算した。

電費向上率（％）＝（（ｅ２−ｅ１）／ｅ１）×１００ ・・・ （３）

図６に示すように、段間差２．５程度において、最も高い電費向上率を示す。段間差２．５は、一般的な変速機(ＡＴやＭＴ)の段間差（例えば１．２以上１．５以下程度）に対して大きい段間差である。上述したように遊星歯車機構３の減速比ｉを１．５としたときに、第１状態Ｇ１での第１減速比ｉＬｏｗは２．５であり、第２状態Ｇ２での第２減速比ｉＨｉｇｈは１である。つまり、段間差は２．５であり、本実施形態の変速装置１及び変速装置１を有する駆動装置１００は、電費を向上させることができる。

また、モータ制御部７２は、トルク検出信号ＳＴＲに基づいてモータ２を制御するので、段間差を大きくした場合であっても、変速時のショックを抑制することができる。

次に、図１、図２、図５及び図７を参照しつつ、駆動装置１００のトルク制御方法について説明する。図７は、電気自動車用の駆動装置のトルク制御方法を示すフローチャートである。なお、図７では、駆動装置１００が第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２に変速する場合を説明するが、図７の説明は、第２状態Ｇ２から第１状態Ｇ１に変速する場合にも適用できる。

まず、コントローラ７の変速制御部７１は、車両駆動信号ＳＤを取得する（ステップＳＴ１）。変速制御部７１は、メモリ７６に記憶された変速切換閾値Ｇｒｅｆに関する情報と、車両駆動信号ＳＤとに基づいて、変速を実行するかどうかを判断する（ステップＳＴ２）。

変速を実行しない場合（ステップＳＴ２、Ｎｏ）、ステップＳＴ１を繰り返し実行する。この場合、変速制御部７１は、第１状態Ｇ１を維持する第１変速指令信号ＳＧ１及び第２変速指令信号ＳＧ２を出力する。

変速を実行する場合（ステップＳＴ２、Ｙｅｓ）、変速制御部７１は、時刻ｔ０（図５参照）において、変速開始信号ＳＳＴをモータ制御部７２に出力する。目標トルク演算部７３は、基本マップＭＡＰから取得した出力トルクＴｏｕｔの傾き、第１基準出力トルクＴｒｅｆ１及び基準期間Ｒｒｅｆに基づいて、目標トルクＴｒｅｆを演算する（ステップＳＴ３）。

トルクセンサ５は、時刻ｔ０の後であって、少なくとも時刻ｔ１よりも前の時刻に出力トルクＴｏｕｔの検出を開始する（ステップＳＴ４）。トルクセンサ５は、変速切換期間Ｇ−ｓｈ（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）の間、連続して出力トルクＴｏｕｔを検出する。トルクセンサ５からのトルク検出信号ＳＴＲはトルク差分演算部７４に出力される。

時刻ｔ１において、変速制御部７１は、第１変速指令信号ＳＧ１及び第２変速指令信号ＳＧ２を出力して、第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２への変速を開始する（ステップＳＴ５）。具体的には、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて、第１変速指令信号ＳＧ１及び第２変速指令信号ＳＧ２に基づいて、第１締結装置４１が徐々に解放され、第２締結装置４２が徐々に締結される。

変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて、トルク差分演算部７４は、目標トルクＴｒｅｆと出力トルクＴｏｕｔの差分ΔＴＲを検出する。トルク指令信号演算部７５は、差分ΔＴＲに基づいて、トルク指令信号ＳＴＣをモータ２に出力する（ステップＳＴ６）。これにより、出力トルクＴｏｕｔが目標トルクＴｒｅｆと一致するようにモータ２のトルクが制御される。

時刻ｔ２において、第１状態Ｇ１から第２状態Ｇ２への変速が完了すると（ステップＳＴ７）、トルクセンサ５は出力トルクＴｏｕｔの検出を停止する（ステップＳＴ８）。コントローラ７は、トルクセンサ５からのトルク検出信号ＳＴＲに基づくモータ２の制御を終了する。

なお、図７に示すトルク制御方法は適宜変更してもよい。例えば、トルクセンサ５は、第１状態Ｇ１、変速切換期間Ｇ−ｓｈ及び第２状態Ｇ２に亘って連続して出力トルクＴｏｕｔを検出してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る変速装置１は、モータ２で駆動される電気自動車用の変速装置１であって、変速機構（遊星歯車機構３）と、トルクセンサ５とを有する。変速機構は、モータ２に連結される入力軸４７と、被駆動側に連結される出力軸４８との間の減速比が第１減速比ｉＬｏｗである第１状態Ｇ１と、入力軸４７と出力軸４８との間の減速比が第２減速比ｉＨｉｇｈである第２状態Ｇ２とを切り換える。トルクセンサ５は出力軸４８のトルク（出力トルクＴｏｕｔ）を検出する。第１状態Ｇ１と第２状態Ｇ２とを切り換える変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて、トルクセンサ５は出力軸４８のトルクを検出し、トルクセンサ５からのトルク検出信号ＳＴＲに基づいてモータ２が制御される。

これによれば、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおいて、トルクセンサ５のトルク検出信号ＳＴＲに基づいて、出力トルクＴｏｕｔの変動を抑制するようにモータ２のトルクを制御することができる。したがって、内燃機関を有さない電気自動車において変速時のショックを低減することが可能になる。この結果、変速機構の段間差を大きくとることが可能となるので、電気自動車の電費を向上することができる。また、低トルク又は低回転のモータを使用した場合であっても、走行性能を向上させることができるのでコストを低減することが可能となる。

また、変速装置１において、変速機構は複数の締結装置（第１締結装置４１及び第２締結装置４２）を有する。複数の締結装置の締結及び解放の切り換えにより、入力軸４７から出力軸４８までの動力伝達経路が切り換えられる。

これによれば、複数の締結装置を制御することで変速機構の動力伝達経路が切り換えることができる。トルクセンサ５のトルク検出信号ＳＴＲに基づいて、モータ２のトルクが制御されるので、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおける第１締結装置４１及び第２締結装置４２の制御や、第１締結装置４１及び第２締結装置４２の構成を簡易にすることができる。また、モータ２の制御と合わせて第１締結装置４１及び第２締結装置４２の締結及び解放の速度を制御することがより好ましい。この場合、モータ２のモータトルクＴｍの変動に合わせるように、第１締結装置４１及び第２締結装置４２を制御することで、変速時のショックを低減することができる。

電気自動車用の駆動装置１００は、上記の変速装置１と、電気自動車を駆動するモータ２と、トルクセンサ５からトルク検出信号ＳＴＲを受け取って、モータ２のトルクを制御する制御部（コントローラ７）と、を有する。

これによれば、制御部（コントローラ７）は、変速時のショックを低減することができ、この結果、変速機構の段間差を大きくとることが可能となるので、電気自動車の電費を向上することができる。

また、電気自動車用の駆動装置１００において、制御部（コントローラ７）は、変速切換期間Ｇ−ｓｈにおける目標トルクＴｒｅｆを演算する目標トルク演算部７３と、目標トルクＴｒｅｆと出力軸４８の出力トルクＴｏｕｔとの差分ΔＴＲに基づいて、モータ２のトルクを制御するトルク指令信号ＳＴＣを演算するトルク指令信号演算部７５と、を有する。

これによれば、制御部は、変速切換期間Ｇ−ｓｈに良好にモータ２のトルクを制御することができる。また、モータ２は、エンジン等の内燃機関に比べ良好なトルク応答性及び制御性を有するので、制御部は、モータ２のトルクが変動する場合であっても、目標トルクＴｒｅｆに応じて良好に制御することができる。

１ 変速装置
２ モータ
３ 遊星歯車機構
５ トルクセンサ
７ コントローラ
８ 車輪（ホイール）
４１ 第１締結装置
４２ 第２締結装置
４７ 入力軸
４８ 出力軸
７１ 変速制御部
７２ モータ制御部
７３ 目標トルク演算部
７４ トルク差分演算部
７５ トルク指令信号演算部
７６ メモリ
１００ 駆動装置
ＳＤ 車両駆動信号
ＳＧ１ 第１変速指令信号
ＳＧ２ 第２変速指令信号
ＳＴＲ トルク検出信号
ＳＴＣ トルク指令信号

Claims (4)

1. モータで駆動される電気自動車用の変速装置であって、
   前記モータに連結される入力軸と、被駆動側に連結される出力軸との間の減速比が第１減速比である第１状態と、前記入力軸と前記出力軸との間の減速比が第２減速比である第２状態とを切り換える変速機構と、
   前記出力軸のトルクを検出するトルクセンサと、を有し、
   前記第１状態と前記第２状態とを切り換える変速切換期間において、前記トルクセンサは前記出力軸のトルクを検出し、前記トルクセンサからのトルク検出信号に基づいて前記モータが制御される
   変速装置。
2. 前記変速機構は複数の締結装置を有し、
   複数の前記締結装置の締結及び解放の切り換えにより、前記入力軸から前記出力軸までの動力伝達経路が切り換えられる
   請求項１に記載の変速装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の変速装置と、
   電気自動車を駆動する前記モータと、
   前記トルクセンサから前記トルク検出信号を受け取って、前記モータのトルクを制御する制御部と、を有する
   駆動装置。
4. 前記制御部は、前記変速切換期間における目標トルクを演算する目標トルク演算部と、
   前記目標トルクと前記出力軸のトルクとの差分に基づいて、前記モータのトルクを制御するトルク指令信号を演算するトルク指令信号演算部と、を有する
   請求項３に記載の駆動装置。

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