JP2021049852A - 電動モータ式四輪駆動車の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、上記した特許文献2に記載される技術においても、電磁クラッチを車輪と車軸との結合部に設けて前輪又は後輪のみで駆動する記載はあるものの、操舵性を向上させつつ電動モータから駆動輪へ効率的に駆動力を伝達しているとは言えない。
<電動モータ式四輪駆動車100>
まず本発明の好適な実施形態における係る電動モータ式四輪駆動車100の構成について、図1を参照しながら説明する。
同図に示すとおり、本実施形態の電動モータ式四輪駆動車100は、駆動輪1を電動モータMGによって駆動する電気自動車であって、第1モータMG1、第2モータMG2、第1差動機構10、第2差動機構20、断接機構D/C(第1断接機構D/C1、第2断接機構D/C2、第3断接機構D/C3、第4断接機構D/C4、第5断接機構D/C5、第6断接機構D/C6、第7断接機構D/C7および第8断接機構D/C8)及び制御部ECUを含んで構成されている。
このうち前輪側に関し、図1に示すとおり、左前輪1LFは、後述する左前車軸31Lと連結されており、この左前車軸31Lと第1スプロケット機構40Fを介して第1中間シャフト33と接続されている。また、右前輪1RFは、後述する右前車軸31Rと連結されており、この右前車軸31Rと第2スプロケット機構50Fを介して第2中間シャフト34と接続されている。
第2モータMG2は、上記した右前輪1RFと右後輪1RRとに動力を伝達可能に構成されている。かような第2モータMG2の具体例としては、上記した第1モータMG1と同様に例えば公知の同期モータなどを適用してもよい。
なお本実施形態においては、それぞれ出力軸(OS1、OS2)は、互いに平行となるように一直線上に配置される形態とした。
この第1差動機構10は、左輪側における前後輪で差回転を与える機能を有しており、これにより旋回時などに左前輪1LFと左後輪1LRとに回転数の差を与えることが可能となっている。より具体的に、本実施形態の第1差動機構10は、公知のデフケース(不図示)内において、リングギアg3が外周面に設けられた中空円筒部材11の内部に配置されている。そしてこのデフケース内には、前輪側の第1スプロケット機構40Fと接続される第1中間シャフト33aおよび後輪側の第1スプロケット機構40Rと接続される第1中間シャフト33bへとそれぞれ繋がるサイドギア(不図示)が左右に1つずつ、さらにその双方のギアに噛み合う形でピニオンギア(不図示)が2つ配されている。
中空円筒部材11の外周面に設けられたリングギアg3は、第1モータMG1の出力軸OS1と連動する第1ギアg1と噛み合うように配置されている。
この第2差動機構20は、右輪側における前後輪で差回転を与える機能を有しており、これにより旋回時などに右前輪1RFと右後輪1RRとに回転数の差を与えることが可能となっている。より具体的に、本実施形態の第2差動機構20は、第1差動機構10と同様に、公知のデフケース(不図示)内において、リングギアg4が外周面に設けられた中空円筒部材12の内部に配置されている。そしてこのデフケース内には、前輪側の第2スプロケット機構50Fと接続される第2中間シャフト34aおよび後輪側の第2スプロケット機構50Rと接続される第2中間シャフト34bへとそれぞれ繋がるサイドギア(不図示)が左右に1つずつ、さらにその双方のギアに噛み合う形でピニオンギア(不図示)が2つ配されている。
中空円筒部材12の外周面に設けられたリングギアg4は、第2モータMG2の出力軸OS2と連動する第2ギアg2と噛み合うように配置されている。
かような第1断接機構D/C1の具体的な構造としては、例えばドッグクラッチなど公知のクラッチ機構や、特開2018−17354号に例示されるディスコネクト機構を採用してもよい。
かような第2断接機構D/C2の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1と同様の構造を採用してもよい。
より具体的に本実施形態の第3断接機構D/C3は、中空円筒部材11に配置されており、後述する制御部ECUの制御の下で第1差動機構10の差動機能を制限して第1モータMG1からの駆動力を直接的に左前輪1LFへ伝達させることが可能となっている。
かような第3断接機構D/C3の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1などと同様の構造を採用してもよい。
より具体的に本実施形態の第4断接機構D/C4は、中空円筒部材11に配置されており、後述する制御部ECUの制御の下で第1差動機構10の差動機能を制限して第1モータMG1からの駆動力を直接的に左後輪1LRへ伝達させることが可能となっている。
かような第4断接機構D/C4の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1などと同様の構造を採用してもよい。
なお第1モータMG1に対して左前輪1LFと左後輪1LRとが直結された状態では、左輪側の前後輪で電動モータから同一のトルクが伝達されるようになる。
かような第5断接機構D/C5の具体的な構造としては、例えばドッグクラッチなど公知のクラッチ機構や、特開2018−17354号に例示されるディスコネクト機構を採用してもよい。
かような第6断接機構D/C6の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1と同様の構造を採用してもよい。
より具体的に本実施形態の第7断接機構D/C7は、中空円筒部材12に配置されており、後述する制御部ECUの制御の下で第2差動機構20の差動機能を制限して第2モータMG2からの駆動力を直接的に右前輪1RFへ伝達させることが可能となっている。
かような第7断接機構D/C7の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1などと同様の構造を採用してもよい。
より具体的に本実施形態の第8断接機構D/C8は、中空円筒部材12に配置されており、後述する制御部ECUの制御の下で第2差動機構20の差動機能を制限して第2モータMG2からの駆動力を直接的に右後輪1RRへ伝達させることが可能となっている。
かような第8断接機構D/C8の具体的な構造としては、公知のクラッチ機構など上記第1断接機構D/C1などと同様の構造を採用してもよい。
なお第2モータMG2に対して右前輪1RFと右後輪1RRとが直結された状態では、右輪側の前後輪で電動モータから同一のトルクが伝達されるようになる。
このような第1スプロケット機構40を介して、第1モータMG1からの駆動力が左前輪1LF及び左後輪1LRにそれぞれ伝達される。
このような第2スプロケット機構50を介して、第2モータMG2からの駆動力が右前輪1RF及び右後輪1RRにそれぞれ伝達される。
なお左側の前後輪に関し、本実施形態ではそれぞれスプロケット機構を介して第1中間シャフト33から駆動力の伝達を受ける構成としたが、これに限られない。例えば左前輪1LFについては第1スプロケット機構40Fを適用しつつ、左後輪1LRについては公知の歯車機構を用いて駆動力を伝達するなど少なくとも一方をスプロケット機構とする構成としてもよい。
同様に右側の前後輪に関し、本実施形態ではそれぞれスプロケット機構を介して第2中間シャフト34から駆動力の伝達を受ける構成としたが、例えば右前輪1RFについては第2スプロケット機構50Fを適用しつつ、右後輪1RRについては公知の歯車機構を用いて駆動力を伝達するなど少なくとも一方をスプロケット機構とする構成としてもよい。
図1に示すとおり、本実施形態においては、第1モータMG1における出力軸OS1には平歯車で構成された第1ギアg1が設けられている。この第1ギアg1は、上記した中空円筒部材11のリングギアg3と噛み合っている。そして中空円筒部材11は、上記した第1中間シャフト33a及び33bと一体となって回転可能に構成されている。したがって、第1モータMG1からの駆動力が第1ギアg1を介してリングギアg3に伝達されると、この中空円筒部材11は第1中間シャフト33とともに回転する。
以上の構成により、第1モータMG1からの駆動力が第1スプロケット機構40Fを介して左前輪1LFに伝達可能とされている。
以上の構成により、第1モータMG1からの駆動力が第1スプロケット機構40Rを介して左後輪1LRに伝達可能とされている。
本実施形態では第2中間シャフト34に第2差動機構20が設けられていることから、右前輪1RFと右後輪1RRとの間における差回転を許容しつつ、第2モータMG2からの駆動力が第2スプロケット機構50F及び50Rを介してそれぞれ右前輪1RFと右後輪1RRとに伝達される。
したがって後述する制御装置ECUは、これら第1モータMG1と第2モータMG2からのトルク(駆動力)の大小を調整することで、左右輪におけるトルクベクタリングを実現することが可能となっている。
次に図2を用いて本実施形態における制御部ECUによるトルク分配制御について詳述する。
本実施形態の制御部ECUは、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)等のプロセッサや電気回路、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等の記憶素子を備えて構成されている。また、制御部ECUは、不図示のインバーターを介して第1モータMG1や第2モータMG2を制御するとともに、車両挙動を制御する公知のビークルダイナミクス制御(VDC)部などを含んで構成されている。各種の制御ユニットは、通信バスによって形成される車内ネットワーク(CANなど)を介して各種演算値等の制御情報や車速センサーなど各種センサーによって検出した制御パラメータ情報を相互に交換してモータ駆動力制御や車両挙動制御等を実行している。
同図に示されるとおり、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2の出力状態および第1断接機構D/C1〜第8断接機構D/C8における切断・接続の制御を行うように構成されている。
[第1の状態]
図2に示されるとおり、第1の状態としては、電動モータ式四輪駆動車100におけるすべての駆動輪1が直結した状態での全輪駆動(AWD)走行が例示できる。また、この第1の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図3に示す。
このとき第1モータMG1と左前輪1LF及び左後輪1LRは直結された状態となるとともに、第2モータMG2と右前輪1RF及び右後輪1RRも直結された状態となっている。
また、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2とで互いに異なるトルクを発生させるように制御を行えば、左輪側と右輪側とで左右のトルクベクタリングを行うことが可能となっている。
かような第1の状態に基づく制御は、例えば悪路などを走行するときなどに適しており、特に車両における走破性などをより高めることが可能となっている。
図2に示されるとおり、第2の状態としては、電動モータ式四輪駆動車100における前後輪の差動機能が発揮可能な全輪駆動(AWD)走行が例示できる。また、この第2の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図4に示す。
このとき左前輪1LF及び左後輪1LRは、第1差動機構10を介して第1モータMG1からの駆動力を受けることとなり、左側輪における差回転が許容された状態で回転される。また、右前輪1RF及び右後輪1RRは、第2差動機構20を介して第2モータMG2からの駆動力を受けることとなり、右輪側における差回転が許容された状態で回転される。
また、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2とで互いに異なるトルクを発生させるように制御を行えば、上記前後輪での差回転を許容しつつ左輪側と右輪側とで左右のトルクベクタリングを行うことも可能となっている。
かような第2の状態に基づく制御は、例えば雪道における旋回時などを走行するときなどに適しており、特に車両における操舵性や走破性などをより高めることが可能となっている。
図2に示されるとおり、第3の状態としては、電動モータ式四輪駆動車100における後輪駆動走行が例示できる。また、この第3の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図5に示す。
このとき左後輪1LRは第1中間シャフト33bを介して第1モータMG1からの駆動力を受けることとなり、右後輪1RRは第2中間シャフト34bを介して第2モータMG2からの駆動力を受けることとなる。
また、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2とで互いに異なるトルクを発生させるように制御を行えば、左後輪1LRと右後輪1RRとで左右のトルクベクタリングを行うことも可能となっている。
かような第3の状態に基づく制御は、例えばスポーツ走行時や高速旋回時などに適しており、特に車両における高速走行時の操舵性などをより高めることが可能となっている。
図2に示されるとおり、第4の状態としては、電動モータ式四輪駆動車100における前輪駆動走行が例示できる。また、この第4の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図6に示す。
このとき左前輪1LFは第1中間シャフト33aを介して第1モータMG1からの駆動力を受けることとなり、右前輪1RFは第2中間シャフト34aを介して第2モータMG2からの駆動力を受けることとなる。
また、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2とで互いに異なるトルクを発生させるように制御を行えば、左前輪1LFと右前輪1RFとで左右のトルクベクタリングを行うことも可能となっている。
かような第4の状態に基づく制御は、例えば定速走行時や一般道路におけるカーブでの旋回時などに適しており、特に車両における通常走行時の走行安定性などをより高めることが可能となっている。
図2に示されるとおり、第5の状態としては、電動モータ式四輪駆動車100における2輪(クロス)駆動走行が例示できる。また、この第5の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図7に示す。
このとき左前輪1LFは第1中間シャフト33aを介して第1モータMG1からの駆動力を受けることとなり、右後輪1RRは第2中間シャフト34bを介して第2モータMG2からの駆動力を受けることとなる。
また、制御装置ECUは、第1モータMG1と第2モータMG2とで互いに異なるトルクを発生させるように制御を行えば、左前輪1LFと右後輪1RRとで左右のトルクベクタリングを行うことも可能となっている。
かような第5の状態に基づく制御は、例えば右前輪1RFと左後輪1LRが不整路によってスリップ状態となっているときなどに適しており、特に車両における上記特殊環境下での走破性などをより高めることが可能となっている。
次に図8を参照しつつ、本実施形態に係る制御部ECUによる電動モータ式四輪駆動車100の駆動制御方法について説明する。なお以下の説明では、制御部ECUによるトルク分配制御の一例として、上記した第1の状態乃至第5の状態を適宜選択する例について説明する。しかしながら当該第1の状態乃至第5の状態は例示であって、例えば後述する第6の状態を追加してもよいしこれら以外の状態を採用してもよい。
すなわちステップ1で手動モードであると判定された場合には、ステップ2−2で現在の状態で制御が開始される。通常、電動モータの電源が投入されて始動となるときは発進時であるので、ステップ1から移行した際は例えば第1の状態となるように各電動モータや各断接機構が制御される。他方でステップ4−1から移行した際には、そのときの状態が維持されて制御が継続される。
モード変更がない場合に続くステップ4−2では、運転者などの搭乗者による状態の変更があるか否かが判定され、状態の変更がある場合にはステップ5−2で新たに選択された状態となるように各電動モータや各断接機構が制御される。他方、ステップ4−2で状態の変更がない場合にはステップ2−2へ戻って以降の制御が継続される。
また、ステップ5−2で新たな状態で制御が開始された後は、ステップ6で電動モータの停止有無が判定される。そしてステップ6で電動モータが停止していない場合には、上記したステップ2−2へ戻って以降の制御が再び継続される。
なお制御装置ECUは、第1断接機構D/C1〜第8断接機構D/C8の断接状態を選択して不図示のバッテリーへの回生充電を行ってもよい。
<電動モータ式四輪駆動車110>
次に本発明の好適な第2実施形態における係る電動モータ式四輪駆動車110の構成について、図9を参照しながら説明する。本実施形態における電動モータ式四輪駆動車110は、左輪側と右輪側とを接続又は切断可能な第9断接機構D/C9を含んで構成されていること、電動モータが第1実施形態に比して前輪側に配置されていること、などに主とした特徴がある。
よって、第1実施形態で既述した構成と同じ構成については、該第1実施形態と同じ参照番号を付すとともに適宜その説明は省略する。
この第9断接機構D/C9は、左前輪1LF及び左後輪1LRを駆動させる左輪側駆動シャフトと、右前輪1RF及び右後輪1RRを駆動させる右輪側駆動シャフトと、を接続し又は遮断する機能を有して構成されている。
また本実施形態では、同図から明らかなとおり、連結シャフト35に第9断接機構D/C9が配置されている。この連結シャフト35は、第1中間シャフト33bおよび第2中間シャフト34bと一体で構成されていてもよい。
また同様に、本実施形態の第2スプロケット機構50Fの車長方向における長さL3は、第2スプロケット機構50Rの車長方向における長さL4よりも短くなるように構成されていてもよい。あるいは第1実施形態と同様に、このL3がL4よりも長くなるように構成されていてもよい。
なお前後輪に関し、本実施形態ではそれぞれスプロケット機構を介して第1中間シャフト33から駆動力の伝達を受ける構成としたが、これに限られない。例えば左前輪1LFについては公知の歯車機構を適用しつつ、左後輪1LRについては第1スプロケット機構40Rを用いて駆動力を伝達するなど少なくとも一方をスプロケット機構とする構成としてもよい。
第6の状態としては、例えば電動モータ式四輪駆動車110におけるリンプホーム走行が例示できる。すなわち、電動モータ式四輪駆動車110は2つの電動モータを搭載しているが、何らかの要因で片側の電動モータが故障することも想定し得る(本例では第2モータMG2が故障によりダウンしている)。
この第6の状態における電動モータからの駆動力の伝達並びにトルク分配の状態を図10に示す。
このとき左前輪1LFと左後輪1LRは第1モータMG1からの駆動力を受けるが、さらに右前輪1RFと右後輪1RRも第9断接機構D/C9を経由して第1モータMG1からの駆動力を受けることが可能となる。
なお本例では第2モータMG2がダウンした例を説明したが、第1モータMG1がダウンした場合でも同様にして第2モータMG2から4輪すべてに駆動力を伝達できることは言うまでもない。
例えば上記した実施形態では、第1モータMG1および第2モータMG2には減速機又は変速機が介在しない形態を説明したが、これに限られず少なくとも一方の電動モータに減速機又は変速機を介在させてもよい。
10 第1差動機構
20 第2差動機構
D/C1 第1断接機構
D/C2 第2断接機構
D/C3 第3断接機構
D/C4 第4断接機構
D/C5 第5断接機構
D/C6 第6断接機構
D/C7 第7断接機構
D/C8 第8断接機構
MG1 第1モータ
MG2 第2モータ
ECU 制御部
Claims (10)
- 左前輪と左後輪とに動力を伝達可能な第1モータと、
右前輪と右後輪とに動力を伝達可能な第2モータと、
前記第1モータと接続されて前記第1モータからの動力を前記左前輪と前記左後輪とに分配する第1差動機構と、
前記第2モータと接続されて前記第2モータからの動力を前記右前輪と前記右後輪とに分配する第2差動機構と、
前記第1差動機構と前記左前輪との間に設けられた第1断接機構と、
前記第1差動機構と前記左後輪との間に設けられた第2断接機構と、
前記第1モータと前記第1断接機構との間に設けられて前記第1モータと前記左前輪とを直結可能な第3断接機構と、
前記第1モータと前記第2断接機構との間に設けられて前記第1モータと前記左後輪とを直結可能な第4断接機構と、
前記第2差動機構と前記右前輪との間に設けられた第5断接機構と、
前記第2差動機構と前記右後輪との間に設けられた第6断接機構と、
前記第2モータと前記第5断接機構との間に配置されて前記第2モータと前記右前輪とを直結可能な第7断接機構と、
前記第2モータと前記第6断接機構との間に配置されて前記第2モータと前記右後輪とを直結可能な第8断接機構と、
を備える、電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。 - 前記第1モータおよび前記第2モータは、前記左前輪および前記右前輪の駆動シャフトと、前記右前輪および前記右後輪の駆動シャフトと、の間に配置されてなる、請求項1に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
- 前記第1モータおよび前記第2モータのそれぞれ出力軸は、前記左前輪および前記右前輪の駆動シャフトと平行となるように配置されてなる、請求項1又は2に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
- 前記第1モータと、前記左前輪及び前記左後輪と、の間に、前記第1モータからの駆動力を伝達可能な第1中間シャフトが設けられるとともに、前記第1差動機構は前記第1中間シャフトに配置されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
- 前記第1中間シャフトと前記左前輪の間、及び前記第1中間シャフトと前記左後輪との間に、それぞれ第1スプロケット機構が設けられ、
前記第1モータからの駆動力が前記第1スプロケット機構を介して前記左前輪及び前記左後輪に伝達される、請求項4に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。 - 前記第2モータと、前記右前輪及び前記右後輪と、の間に、前記第2モータからの駆動力を伝達可能な第2中間シャフトが設けられるとともに、前記第2差動機構は前記第2中間シャフトに配置されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
- 前記第2中間シャフトと前記右前輪の間、及び前記第2中間シャフトと前記右後輪との間に、それぞれ第2スプロケット機構が設けられ、
前記第2モータからの駆動力が前記第2スプロケット機構を介して前記右前輪及び前記右後輪に伝達される、請求項6に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。 - 前記左前輪及び前記左後輪を駆動させる左輪側駆動シャフトと、前記右前輪及び前記右後輪を駆動させる右輪側駆動シャフトと、を接続し又は遮断する第9断接機構をさらに備え、
前記第9断接機構を介して、前記第1モータからの駆動力が前記右前輪及び前記右後輪に伝達されるとともに、前記第2モータからの駆動力が前記左前輪及び前記左後輪に伝達される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。 - 前記第1モータの最大出力と、前記第2モータの最大出力は互いに等しい、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
- 前記第1断接機構、前記第2断接機構、前記第3断接機構、前記第4断接機構、前記第5断接機構、前記第6断接機構、前記第7断接機構および前記第8断接機構の断接を制御する制御装置をさらに含み、
前記制御装置は、前記第1モータと前記第2モータの出力状態および各々の断接機構における断接の制御を行う、請求項1〜9のいずれか一項に記載の電動モータ式四輪駆動車の駆動装置。
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