JP2021078252A

JP2021078252A - トルク差調整システム

Info

Publication number: JP2021078252A
Application number: JP2019203854A
Authority: JP
Inventors: 悠太郎岡村; Yutaro Okamura; 直樹 ▲高▼橋; Naoki Takahashi; 亮太 ▲高▼橋; Ryota Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2021-05-20

Abstract

【課題】右輪の車軸トルクと左輪の車軸トルクとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータの出力トルクと第２のモータの出力トルクとを制御できるトルク調整システムを提供する。
【解決手段】トルク差調整システムでは、制御装置は、第１のモータから動力分配装置までの減速比及び第２のモータから動力分配装置までの減速比をそれぞれＧとし、動力分配装置の中で第１のモータ側から左輪に掛かる減速比をｂ_１＋１、第１のモータ側から右輪に掛かる減速比をｂ_１とし、動力分配装置の中で第２のモータ側から右輪に掛かる減速率をｂ_２＋１、第２のモータ側から左輪に掛かる減速比をｂ_２とし、左輪の車軸トルクをＴ_Ｌ、右輪の車軸トルクをＴ_Ｒとすると、第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと、第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍと、を下記式に基づいて制御する。

【選択図】なし

Description

本開示は、トルク差調整システムに関する。

特許文献１には、車両の左右側で対となる各車輪への駆動力を前記車両の挙動変化に応じて配分する車両制御装置が開示されている。かかる車両制御装置は、個別に回転駆動可能に設けられ、第１及び第２出力軸をそれぞれ有する第１及び第２電動モータと、前記第１出力軸に接続される第１回転要素及び他の第２，第３回転要素により形成される第１差動装置と、前記第２出力軸に接続される第１回転要素及び他の第２，第３回転要素により形成される第２差動装置と、前記第１差動装置の第２回転要素と前記第２差動装置の第３回転要素とを接続して形成され、前記車輪のいずれか一方に接続される第１出力要素と、前記第１差動装置の第３回転要素と前記第２差動装置の第２回転要素とを接続して形成され、前記車輪のいずれか他方に接続される第２出力要素と、前記車両の車体に設けられ、前記車両の挙動変化を検出する挙動変化検出手段と、前記挙動変化検出手段の検出結果に基づいて前記各電動モータの目標トルクを算出するとともに、前記各電動モータを制御するコントローラとを備える。

特開２００８−２１５５１９号公報

しかしながら、特許文献１には、左輪の車軸トルクと右輪の車軸トルクとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータの出力トルクと第２のモータの出力トルクを制御する旨の記載はない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、左輪の車軸トルクと右輪の車軸トルクとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータの出力トルクと第２のモータの出力トルクを制御できるトルク差調整システムを提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係るトルク差調整システムは、車両の左輪と右輪との間のトルク差を調整するためのトルク差調整システムであって、前記車両の動力源となる第１のモータ及び前記第１のモータと異なる第２のモータと、前記第１のモータからの動力を前記左輪及び前記右輪に分配するとともに、前記第２のモータからの動力を前記左輪及び前記右輪に分配する動力分配装置と、前記第１のモータの出力トルクと前記第２のモータの出力トルクを制御するように構成された制御装置とを備え、前記制御装置は、前記第１のモータから前記動力分配装置までの減速比及び前記第２のモータから前記動力分配装置までの減速比をそれぞれＧとし、前記動力分配装置の中で前記第１のモータ側から前記左輪に掛かる減速比をｂ_１＋１、前記第１のモータ側から前記右輪に掛かる減速比をｂ_１とし、前記動力分配装置の中で前記第２のモータ側から前記右輪に掛かる減速比をｂ_２＋１、前記第２のモータ側から前記左輪に掛かる減速比をｂ_２とし、前記左輪の車軸トルクをＴ_Ｌ、前記右輪の車軸トルクをＴ_Ｒとすると、前記第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと前記第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを下記の数式１に基づいて制御する。

上記の構成によれば、第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを上記の数式１に基づいて第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍを制御するので、左輪の車軸トルクＴ_Ｌと右輪の車軸トルクＴ_Ｒとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍを制御できる。

本発明の一実施形態では、前記制御装置は、前記車両が直進する場合に前記第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと前記第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを下記の数式２に基づいて制御する。

上記の構成によれば、車両が直進する場合に第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを上記の数式２に基づいて制御するので、車両が直進する場合に左輪の車軸トルクＴ_Ｌと右輪の車軸トルクＴ_Ｒとが同一となるように第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍを制御できる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、左輪の車軸トルクと右輪の車軸トルクとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータの出力トルクと第２のモータの出力トルクを制御できる。

本発明の一実施形態に係るトルク差調整システムを搭載した電動車両の構成を概略的に示す概念図である。本発明の一実施形態に係るトルク差調整システムの機械構成を概略的に示す図である。本発明の一実施形態に係るトルク差調整システムの制御構成を概略的に示すブロック図である。図２に示した動力分配装置の入出力特性を示す特性線図である。本発明の一実施形態に係る動力分配装置の構成を詳細に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１は、駆動用バッテリ１１０に充電された電気を動力源とする、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）又はプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ，ＰＨＥＶ）等の電動車両に搭載される。本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１が搭載される電動車両１００は、後輪二輪がモータによって駆動されるリアドライブの電動車両であるが、これに限られるものではなく、例えば全輪がモータによって駆動される四輪ドライブの電動車両であってもよい。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１は、車両の左輪５Ｌと右輪５Ｒとの間のトルク差を調整するためのトルク差調整システムであって、車両の動力源となる第１のモータ１１及び第１のモータ１１と異なる第２のモータ１２、動力分配装置３と制御装置４とを備えている。

第１のモータ１１及び第２のモータ１２は同一の定格出力のモータである。第１のモータ１１及び第２のモータ１２は例えば交流モータであって、第１のモータ１１と駆動用バッテリ１１０との間には第１のインバータ２１を備え、第２のモータ１２と駆動用バッテリ１１０との間に第２のインバータ２２を備えている。第１のインバータ２１及び第２のインバータ２２は、駆動用バッテリ１１０に充電された直流電力を交流電力に変換するものであり、第１のモータ１１の出力トルクと第２のモータ１２の出力トルクを任意に調整可能である。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係る動力分配装置３は、第１のモータ１１からの動力を左輪５Ｌ及び右輪５Ｒに分配するとともに、第２のモータ１２からの動力を左輪５Ｌ及び右輪５Ｒに分配するように構成されている。

図３に示すように、制御装置４は、第１のモータ１１及び第２のモータ１２の出力トルクを制御するように構成されている。制御装置４は、例えば、電動車両制御装置４０（以下「ＥＶ−ＥＣＵ４０」という）と、第１のモータ制御装置４１（以下「第１のＭＣＵ４１」という）及び第２のモータ制御装置４２（以下「第２のＭＣＵ４２」という）とを備えている。

ＥＶ−ＥＣＵ４０は、演算装置、命令や情報を格納するレジスタ、周辺回路等から構成されるプロセッサ（図示せず）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリ（図示せず）のほか入出力インターフェースによって構成される。

ＥＶ−ＥＣＵ４０には、ステアリング情報（例えば操舵角）、車速情報（例えば車輪速）、アクセルペダル情報（例えば踏込量）やブレーキペダル情報（例えば踏込量）等の情報が入力される。ＥＶ−ＥＣＵ４０には、例えば車軸トルク演算部４０１、出力トルク演算部４０２及びトルク出力部４０３が設けられている。

車軸トルク演算部４０１は、左輪５Ｌの車軸トルク及び右輪５Ｒの車軸トルクを算出する部分であり、例えばステアリング情報、車速情報、アクセルペダル情報やブレーキペダル情報に基づいて左輪５Ｌの車軸トルク及び右輪５Ｒの車軸トルクを算出するように構成されている。

出力トルク演算部４０２は、第１のモータ１１の出力トルク及び第２のモータ１２の出力トルクを算出する部分であり、車軸トルク演算部４０１で算出された左輪５Ｌの車軸トルク及び右輪５Ｒの車軸トルクに基づいて算出するように構成されている。

図４に示すように、出力トルク演算部４０２は、第１のモータ１１から動力分配装置３までの減速比及び第２のモータ１２から動力分配装置３までの減速比をそれぞれＧとし、動力分配装置３の中で第１のモータ側から左輪５Ｌに掛かる減速率をｂ_１＋１、動力分配装置３の中で第１のモータ側から右輪５Ｒに掛かる減速比をｂ_１とし、動力分配装置３の中で第２のモータ側から右輪５Ｒに掛かる減速率をｂ_２＋１、第２のモータ側から左輪５Ｌに掛かる減速比をｂ_２とし、左輪の車軸トルクをＴ_Ｌ、右輪の車軸トルクをＴ_Ｒとすると、第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを下記の数式３に基づいて制御する。尚、典型的には、第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとが下記の数式３を満たすように制御するが、下記の数式３にフリクション等の定数を掛けたものに基づいて制御してもよい。

そして、車両が直進する場合のように左輪５Ｌの車軸トルクＴ_Ｌと右輪５Ｒの車軸トルクＴ_Ｒが同一であることが求められる場合には、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍ、第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを下記の数式４に基づいて制御する。尚、典型的には、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍ、第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを下記の数式４を満たすように制御するが、下記の数式４にフリクション等の定数を掛けたものに基づいて制御してもよい。

トルク出力部４０３は出力トルク演算部４０２によって算出された第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを出力する部分であり、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍは第１のＭＣＵ４１に出力され、第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍは第２のＭＣＵ４２に出力されるように構成されている。

第１のＭＣＵ４１はトルク出力部４０３から出力された第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍを第１のモータ１１が出力するように第１のインバータ２１を制御し、第２のＭＣＵ４２はトルク出力部４０３から出力された第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを第２のモータ１２が出力するように第２のインバータ２２を制御するように構成されている。

上述した本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１によれば、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍとを上記の数式３に基づいて第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを制御するので、左輪５Ｌの車軸トルクＴ_Ｌと右輪５Ｒの車軸トルクＴＲ_とが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを制御できる。

また、上述した本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１によれば、車両が直進する場合に第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍとが上記の数式４を満たすように制御するので、車両が直進する場合に左輪５Ｌの車軸トルクＴ_Ｌと右輪５Ｒの車軸トルクＴ_Ｒとが同一となるように第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを制御できる。

図５に示すように、本発明の一実施形態に係る動力分配装置３は、第１の減速ギア列３１、第２の減速ギア列３２、差動ギア列３３を含んで構成されている。

第１の減速ギア列３１は、インプットギア３１１、カウンターギア３１２、アウトプットギア３１３及びデフドライブギア３１４を含んで構成されている。インプットギア３１１は、第１のモータ１１の出力軸に取り付けられ、インプットギア３１１にはカウンターギア３１２が噛み合い、インプットギア３１１からカウンターギア３１２に動力が伝達される。カウンターギア３１２と同軸上にアウトプットギア３１３が設けられ、カウンターギア３１２とアウトプットギア３１３は同一方向に同一速度で回転する。アウトプットギア３１３にはデフドライブギア３１４が噛み合い、アウトプットギア３１３からデフドライブギア３１４に動力が伝達される。

第２の減速ギア列３２は、第１の減速ギア列３１と同様、インプットギア３２１、カウンターギア３２２、アウトプットギア３２３及びデフドライブギア３２４を含んで構成されている。インプットギア３２１は、第２のモータ１２の出力軸に取り付けられ、インプットギア３２１にはカウンターギア３２２が噛み合い、インプットギア３２１からカウンターギア３２２に動力が伝達される。カウンターギア３２２と同軸上にアウトプットギア３２３が設けられ、カウンターギア３２２とアウトプットギア３２３は同一方向に同一速度で回転する。アウトプットギア３２３にはデフドライブギア３２４が噛み合い、アウトプットギア３２３からデフドライブギア３２４に動力が伝達される。

第１の減速ギア列３１のインプットギア３１１、カウンターギア３１２、アウトプットギア３１３及びデフドライブギア３１４と第２の減速ギア列３２のインプットギア３２１、カウンターギア３２２、アウトプットギア３２３及びデフドライブギア３２４はそれぞれ同じ歯数であり、インプットギア３１１，３２１の歯数をＺ_ｉ、カウンターギア３１２，３２２の歯数をＺ_ｃ、アウトプットギア３１３，３２３の歯数をＺ_ｏ及びデフドライブギア３１４，３２４の歯数をＺ_ｄとすると、第１の減速ギア列３１と第２の減速ギア列３２の減速比Ｇは、下記の数式５で表すことができる。

差動ギア列３３は、インプットサンギア３３１、アニュラスギア３３２、ピニオンギア大３３３、キャリア３３４、ピニオンギア小３３５及びアウトプットサンギア３３６を含んで構成される。

インプットサンギア３３１は、第１の減速ギア列３１を構成するデフドライブギア３１４と一体に回転するギアであり、第１のモータ１１からの動力が伝達される。アニュラスギア３３２は、第２の減速ギア列３２を構成するデフドライブギア３１４と一体に回転するインターナルギアであり、第２のモータ１２からの動力が伝達される。これにより、インプットサンギア３３１とアニュラスギア３３２とが差動ギア列３３への入口となる。インプットサンギア３３１とアニュラスギア３３２の両方はピニオンギア大３３３と噛み合わされ、ピニオンギア大３３３及びアニュラスギア３３２はインプットサンギア３３１の周りを回転する遊星歯車を構成する。ピニオンギア大３３３はキャリア３３４に回転自在に支持され、インプットサンギア３３１とアニュラスギア３３２との差動によってピニオンギア大３３３又はキャリア３３４が回転する。また、キャリア３３４にはピニオンギア小３３５が固定され、キャリア３３４の回転によってピニオンギア小３３５がアウトプットサンギア３６の周りを回転する。ピニオンギア小３３５にはアウトプットサンギア３３６が噛み合わされ、ピニオンギアがアウトプットサンギア３３６の周りを回転する遊星歯車を構成する。そして、アウトプットサンギア３３６の回転によって左輪の車軸５Ｌ１が回転し、キャリア３３４の回転によって右輪の車軸５Ｒ１が回転する。

インプットサンギア３３１の歯数をＺ_Ｓ１、アニュラスギア３３２の歯数をＺ_ｒ１、ピニオンギア大３３３の歯数をＺ_Ｐ１、ピニオンギア小３３５の歯数をＺ_Ｐ２及びアウトプットサンギア３３６の歯数をＺ_Ｓ２とすると、インプットサンギア３３１から左輪の車軸５Ｌ１に到る減速比をｂ_１、アニュラスギア３３２から右輪の車軸５Ｒ１に到る減速比をｂ_２は、下記の数式６で表すことができる。

本発明の一実施形態に係る動力分配装置３を備えるトルク差調整システム１では、上記の数式５によって決定される減速比Ｇ、上記の数式４によって決定される減速比ｂ_１，ｂ_２により、車軸トルク演算部４０１において左輪５Ｌの車軸トルクＴ_Ｌ、右輪５Ｒの車軸トルクＴ_Ｒが算出されると、出力トルク演算部４０２において数式３によって、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍが算出される。そして、出力トルク演算部４０２で演算された第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍはトルク出力部４０３から第１のＭＣＵ４１に出力され、第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍはトルク出力部４０３から第２のＭＣＵ４２に出力される。これにより、第１のＭＣＵ４１はトルク出力部４０３から出力された第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍを第１のモータ１１が出力するように第１のインバータ２１を制御し、第２のＭＣＵ４２はトルク出力部４０３から出力された第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを第２のモータ１２が出力するように第２のインバータ２２を制御する。これにより、本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１は、左輪５Ｌの車軸トルクと右輪５Ｒの車軸トルクとが夫々所望の車軸トルクとなるように第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを制御できる。

本発明の一実施形態に係る動力分配装置３を備えるトルク差調整システム１では、車両が直進する場合のように左輪５Ｌの車軸トルクと右輪５Ｒの車軸トルクが同一であることが求められる場合には、上記の数式４によって決定される減速比ｂ_１，ｂ_２と上記の数式２とより、第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍとの関係（出力トルク比）が決まる。これにより、本発明の一実施形態に係るトルク差調整システム１によれば、車両が直進する場合に第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍとの関係（出力トルク比）が決まるので、車両が直進する場合に左輪５Ｌの車軸トルクＴ_Ｌと右輪５Ｒの車軸トルクＴ_Ｒとが同一となるように第１のモータ１１の出力トルクＴ_Ｌｍと第２のモータ１２の出力トルクＴ_Ｒｍを簡単に制御できる。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１トルク差調整システム
１１第１のモータ
１２第２のモータ
２１第１のインバータ
２２第２のインバータ
３動力分配装置
３１第１の減速ギア列
３１１インプットギア
３１２カウンターギア
３１３アウトプットギア
３１４デフドライブギア
３２第２の減速ギア列
３２１インプットギア
３２２カウンターギア
３２３アウトプットギア
３２４デフドライブギア
３３差動ギア列
３３１インプットサンギア
３３２アニュラスギア
３３３ピニオンギア大
３３４キャリア
３３５ピニオンギア小
３３６アウトプットサンギア
４制御装置
４０電動車両制御装置（ＥＶ−ＥＣＵ）
４０１車軸トルク演算部
４０２出力トルク演算部
４０３トルク出力部
４１第１のモータ制御装置（第１のＭＣＵ）
４２第２のモータ制御装置（第２のＭＣＵ）
５Ｌ左輪
５Ｌ１左輪の車軸
５Ｒ右輪
５Ｒ１右輪の車軸
１００電動車両
１１０駆動用バッテリ

Claims

車両の左輪と右輪との間のトルク差を調整するためのトルク差調整システムであって、
前記車両の動力源となる第１のモータ及び前記第１のモータと異なる第２のモータと、
前記第１のモータからの動力を前記左輪及び前記右輪に分配するとともに、前記第２のモータからの動力を前記左輪及び前記右輪に分配する動力分配装置と、
前記第１のモータの出力トルクと前記第２のモータの出力トルクを制御するように構成された制御装置と
を備え、
前記制御装置は、
前記第１のモータから前記動力分配装置までの減速比及び前記第２のモータから前記動力分配装置までの減速比をそれぞれＧとし、前記動力分配装置の中で前記第１のモータ側から前記左輪に掛かる減速比をｂ_１＋１、前記第１のモータ側から前記右輪に掛かる減速比をｂ_１とし、前記動力分配装置の中で前記第２のモータ側から前記右輪に掛かる減速比をｂ_２＋１、前記第２のモータ側から前記左輪に掛かる減速比をｂ_２とし、前記左輪の車軸トルクをＴ_Ｌ、前記右輪の車軸トルクをＴ_Ｒとすると、
前記第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと前記第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを下記の数式１に基づいて制御する、トルク差調整システム。
前記制御装置は
前記車両が直進する場合に前記第１のモータの出力トルクＴ_Ｌｍと前記第２のモータの出力トルクＴ_Ｒｍとを下記の数式２に基づいて制御する、請求項１に記載のトルク差調整システム。