JP4144579B2

JP4144579B2 - 車輪組み付け方法および回転電機制御装置

Info

Publication number: JP4144579B2
Application number: JP2004245831A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2006062475A

Description

本発明は、回転電機の出力により車輪を駆動可能な車両における車輪の組み付け方法の改良およびその組み付け方法に利用可能な回転電機制御装置に関する。

自動車等のように、多数部品からなる工業製品を大量に生産する場合、効率的な作業を行うことが重要である。特に、生産ラインを移動するワークに順次所定部品を組み付ける作業を行う場合、各工程における作業はできるだけ効率的に短時間で行うことが望ましい。もし、ある工程における作業に遅れが生じた場合、後続する工程に影響が出たり、場合によっては、ラインの停止を招いてしまうこともある。また、生産管理上、１工程でも、１秒でも削減することが要求される。

例えば、自動車の生産工程においては、サスペンション等が組み付けられた車両に車輪を組み付ける工程がある。この工程では、車輪、すなわちタイヤが取り付けられたホイール、いわゆるホイールアッシーを車両側のハブホイールに取り付けるが、ハブホイールは任意に回転可能であるため停止角度が一定していない。そのため、バブボルトとホイールアッシーの取付穴の位相がずれ、取付作業時に、ハブホイールを回したり、ホイールアッシーを回したりして位相合わせする必要があり、作業者の負担増大を招くと共に、位相合わせ時間にばらつきが出易くラインバランスを崩しやすい。これらは作業効率の低下の大きな原因の一つになっている。

そこで、この作業を自動的に行う技術が考案されている。例えば、ハブホイールに立設された複数のハブボルトに当接可能な複数のアームを有するハブホイールの位相決め装置を生産ラインに導入し、ホイールアッシーの取り付け前に、ハブホイールの位相をホイールアッシーの取付穴の位相に合わせる技術がある（例えば、特許文献１参照）。このような装置を用いた工程を設けることにより、ホイールアッシーの自動装着も可能になり、作業負荷の軽減や生産効率の向上を行うことが可能になる。
特開平１０−４５０６９号公報

しかし、上述のような装置を用いた工程を設けることは、工程数の増加を招き、生産時間の増加を招くと共に、必要ラインスペースの確保や設備コストの増大等を招き、生産効率全体としては、好ましくない点が多数存在した。

一方、近年では、自動車の駆動源として回転電機を用いたものが実用化され、今後自動車駆動形式の主流を形成する可能性が高まっている。

そこで、本発明は、回転電機の出力により車輪を駆動可能な車両の車輪の組み付け方法において、上述のような問題を回避することのできる回転電機で駆動可能な車両の車輪組み付け方法を提供することを目的とする。また、そのような車輪組み付け方法を実現するための回転電機制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転電機を備え、当該回転電機の回転出力により車輪支持部材に組み付けられる車輪を回転駆動可能な車両の車輪組み付け方法であって、前記車輪支持部材の車輪締結部を所定位相位置に回転させる回転指令を前記回転電機側に提供するステップと、前記回転指令に従って車輪締結部を所定の車輪組付位置に回転させるステップと、を含むことを特徴とする。

ここで、車輪を回転駆動可能な車両とは、例えば、個々の車輪を独立的に回転可能な回転電機を内蔵した、いわゆるインホイールモータを利用した車両の他、動力伝達系の一部に回転電機が接続された電機自動車や、車輪の駆動源として内燃機関と回転電機とを組み合わせたり、または適宜選択的に利用するハイブリッド車両等を含むものとする。

回転電機の回転により車輪の回転駆動を可能にするシステムを有する車両の場合、車輪締結部の回転角は、回転電機の回転角度に基づき容易に管理することができる。従って、車輪支持部材、例えばハブホイールの車輪締結部、例えばハブボルトの位相位置を所定位置に回転させることができる。

この構成によれば、専用の作業工程や調整装置を用いること無く、例えば、車両が生産ライン上を移動中に、車輪締結部の位置を常に所望の位置にすることが可能になる。その結果、組み付ける車輪を常に同じ姿勢で取り付けることが可能になり、作業効率の向上に寄与することができる。

上記構成において、前記回転指令は、車両搭載機器の所定操作により提供されたり、車両外部から提供されることができる。

例えば、ブレーキペダルの踏込操作を所定時間内に所定回数繰り返して行ったり、アクセルペダルの踏込操作を所定時間内に所定回数繰り返して行う等、車両搭載機器の操作ではあるが、通常の車両運転時には行わない所定操作行うことにより回転指令を形成することができる。もちろん、この他の電子機器の操作によって回転指令を形成するようにしてもよい。また、回転電機やその制御部に付属する動作診断用の端子やサービス端子を一時的にショートさせることにより回転指令を供給することができる。さらに、生産ライン側から所定の信号を回転電機やその制御部に供給することにより、回転指令を供給したり、車両の電源システムが初回に繋がった直後に回転指令を形成するようにしてもよい。また、これらの形態の組み合わせによって回転指令を形成するようにしてもよい。

この構成によれば、新たに専用の回転指令提供構造を設けることなく回転指令の提供を容易に行うことができる。

また、上記構成において、前記回転指令は、特に、車輪支持部材に接続されるインホイールモータを駆動することが望ましい。この場合、車輪は、各輪独立に回転駆動し、それぞれが所定の位相位置に回転するので、短時間で車輪組み付け準備を行うことができる。

さらに、本発明は、回転電機を備え、当該回転電機の回転出力により車輪支持部材に組み付けられる車輪を回転駆動可能な車両の回転電機制御装置であって、前記車輪支持部材の車輪締結部を所定位相位置に回転させる回転指令を取得する指令取得部と、取得した回転指令に従って車輪締結部を所定の車輪組付位置に回転させる駆動指令を回転電機に提供する指令提供部と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、容易に上述の車輪組み付け方法を実現することができる。

本発明によれば、専用の作業工程や調整装置を用いること無く、回転電機により車輪を駆動可能な車両の車輪組み付け作業の効率向上を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）を、図面に基づいて説明する。

本実施形態の車輪組み付け方法は、回転電機の出力により車輪を駆動可能な車両に適用可能である。本実施形態では、特に、個々の車輪を独立的に回転可能な回転電機が内蔵され、当該回転電機の発生する回転駆動力により車輪が支持する車体を走行させるインホイールモータ車両を例にとり説明する。本実施形態の車輪組み付け方法においては、車輪を車体に組み付ける際に、車輪支持部材の車輪締結部を回転電機の回転駆動により、所定位相位置に回転させ、車輪を一定の姿勢で車輪締結部に組み付けることを可能にして、組み付け作業性を向上しようとするものである。

図１には、本実施形態の車輪組み付け方法を適用可能な車両１０の概念構成が示されている。車体１２の各車輪装着位置には、図示を省略したサスペンションに接続されたインホイールモータ１００が配置されている。このインホイールモータ１００を駆動する場合、例えば、アクセルペダル１４から入力される運転者の操作量に基づき、ＥＣＵ１６がインバータ等を含む各アンプ１８にトルク指令値を供給する。アンプ１８には、バッテリ２０が接続されており、必要なタイミングで必要量の電流をインホイールモータ１００に提供し運転者の操作量を反映した回転駆動を実現している。なお、ＥＣＵ１６には、この他、ブレーキペダル２２からその踏み込み操作量を示す信号や、ステアリング２４から舵角等を示す信号が入力され、必要に応じて、インホイールモータ１００の制御に反映できるようになっている。例えば、ブレーキペダル２２が操作され、運転者が減速要求を行った場合には、ＥＣＵ１６は、インホイールモータ１００を発電機として機能させて回生制動を行うと共に、必要の応じてバッテリへの充電を行う。これにより、常用の油圧ブレーキの代わりまたは、油圧ブレーキに加え制動力を確保することが可能になり、安定した制動を行うことができる。また、ステアリング２４の操舵に基づき、ＥＣＵ１６は左右のインホイールモータ１００の出力バランスを変化させ、旋回のアシストを行ったりすることができる。

このような構成を有する車体１２が、車両の生産ライン上で順次所定の部品が組み付けられながら搬送され、車輪２００の組み付け位置に移動してくると、インホイールモータ１００の車輪支持部材としてのハブホイール１０８に立設された車輪締結部としてのハブボルト１０８ａを用いて車輪２００を装着固定する。なお、本実施形態の場合、車輪２００とは、タイヤ１０２がホイール１０４に装着されたホイールアッシーとする。図１の場合、ハブボルト１０８ａは２本のみ図示されているが、ハブホイール１０８上には例えば５本のハブボルト１０８ａが立設されている。

図２には、インホイールモータ１００の内部構造を説明する概略構造図が示されている。

車両用のインホイールモータ１００は、図２に示すように、タイヤ１０２を装着したホイール１０４がハブナット１０６により、ハブホイール１０８に固定されている。ハブホイール１０８は、モータハウジング１１０から突出した出力軸１１２に固定され共に回転する。モータハウジング１１０の内部には電動機１１４が収納されている。また、モータハウジング１１０の車体側側面には、電動機１１４のロータ１１６の回転を減速する歯車減速機１１８を収納したギアハウジング１２０が接続固定されている。電動機１１４の発生する回転出力は歯車減速機１１８を介して出力軸１１２、ホイール１０４に伝達され、この伝達された回転力によってホイール１０４がタイヤ１０２と共に回転駆動される。

モータハウジング１１０は、図１において、例えば左右方向に２分割可能な椀型形状を呈し、ホイール１０４側には、ギアハウジング１２０側から延びる出力軸１１２を挿通可能な開口部１２２が形成されている。開口部１２２には、ベアリング１２４が配置され、モータハウジング１１０に対して、出力軸１１２を回転自在に軸支している。一方、モータハウジング１１０のギアハウジング１２０接続側には、ロータ１１６を挿通可能な開口部１２６が形成されている。開口部１２６には、ベアリング１２８が配置され、ロータ１１６をモータハウジング１１０に対して回転自在に軸支している。

モータハウジング１１０は、図示しないサスペンションのバネ下重量の軽量化および耐久性、製造のし易さ等を考慮してアルミダイカストによって鋳造されている。

モータハウジング１１０の内壁面には、環状のステータ１３０が固定され、当該ステータ１３０の内側に、ロータ１１６が配置され、さらにそのロータ１１６の内部に出力軸１１２が回転自在に収納されている。

ステータ１３０は、例えば板状の電磁鋼板が複数積層され、中心方向、すなわちロータ１１６の中心方向に延びるスロット部とティース部とが交互に形成される環状の鉄心１３２ａと、当該鉄心１３２ａの各ティース部に巻回配置される３相の磁界コイル１３２ｂとで構成されている。なお、ステータ１３０を構成する鉄心１３２ａは内周側に磁界コイル１３２ｂを配置するため、磁界コイル１３２ｂの組付性を考慮し、半径方向に複数に分割される分割鉄心として、磁界コイル１３２ｂの組み付け後環状に組み立てられることが望ましい。このように組み付けられた磁界コイル１３２ｂに順次所定のタイミングで電流を供給することにより、ステータ１３０に回転磁界を発生させ、ロータ１１６を回転させることができる。

一方、ステータ１３０の内周側に配置されるロータ１１６は、その軸長全体に亘って中心部に出力軸１１２を回転自在に挿通するための挿通孔１１６ａが形成されている。出力軸１１２は挿通孔１１６ａに配置された複数のベアリング１３４により、ロータ１１６に対して独立的に回転するようになっている。ロータ１１６は、ステータ１３０と対向する大径部分とそれに連なり歯車減速機１１８側に延びる小径部分とで構成されている。大径部分の外周面には等間隔で複数の永久磁石が１３６が配列され、ステータ１３０が発生する回転磁界の移動に伴い永久磁石１３６を介して吸着作用と反発作用が繰り返され、当該ロータ１１６を所望の方向に所望の速度で回転させている。

ロータ１１６の小径部分は、ギアハウジング１２０の内部まで延び、その先端部には、歯車減速機１１８の第１ギア１３８ａと噛合するロータギア１４０が形成されている。ギアハウジング１２０もモータハウジング１１０と同様に例えば、アルミダイカストによって鋳造された分割構造とすることが好ましい。その内部には、第１ギア１３８ａを支持するギアシャフト１４２が複数のベアリング１４４によって軸支されている。このギアシャフト１４２には、小径の第２ギア１３８ｂが固定されている。さらに、第２ギア１３８ｂは、出力軸１１２に固定されている大径の第３ギア１３８ｃに噛合している。従って、ロータ１１６の回転力は、歯車減速機１１８によって所定速度に減速されつつ、トルク増加を行いながら出力軸１１２へと伝達され、ホイール１０４およびタイヤ１０２を回転駆動する。なお、出力軸１１２は、ギアハウジング１２０内部に配置されたベアリング１４６にも軸支され、スムーズな回転駆動を行うようになっている。また、図１の構造の場合、ギアハウジング１２０の車両側には、図示しないストラットブラケットに固定するためのボス部１４８が一体的に形成され、図示しないストラットサスペンションを介して、車体側に固定されるようになっている。

このように構成されるインホイールモータ１００は、ＥＣＵ１６からのトルク指令により、アンプ１８のインバータを介して所定の交流が、ステータ１３０の磁界コイル１３２ｂ供給される。その結果、ステータ１３０は、回転磁界を発生させてロータ１１６を回転させる。つまり、ホイール１０４と共にタイヤ１０２を所望の方向に所望の回転量だけ駆動する。

ところで、このような構成を有するインホイールモータ１００が車体１２に組み付けられる場合、ロータ１１６は任意に回転可能な状態にあるため、ロータ１１６に出力軸１１２を介して接続されたハブホイール１０８のハブボルト１０８ａの位相は、図３（ａ）に示すようにバラバラである。このような状態で、車輪２００をハブホイール１０８に組み付けようとする場合、ハブホイール１０８側を回転調整するか、装着しようとして支持している車輪２００側を回転調整する必要が生じる。

そこで、本実施形態では、車輪２００の組み付け前にインホイールモータ１００を駆動しハブホイール１０８側を自動的に回転させ、ハブボルト１０８ａを所定の位相に位置決めするようにしている。インホイールモータ１００は、回転指令を入力することにより、容易に回転することができると共に、インホイールモータ１００自体が自身の回転位相を認識できる構成になっているので、例えば、予め定めた原点位置に位相を戻す回転指令を提供することにより、図３（ｂ）に示すように、ハブボルト１０８ａの位相を一定位置に位置決めすることができる。図３（ｂ）の例では、任意のハブボルト１０８ａが常にハブホイール１０８の頂上位置に来るように位相決めが行われている。

図４には、車輪２００の組み付け方法を説明するフローチャートが示されている。なお、図４に示すフローチャートは、インホイールモータ１００を駆動するＥＣＵ１６が車輪２００の装着時に特別な操作モードとして機能している場合を示している。まず、ＥＣＵ１６は、車体１２の組み立て状態が、車輪２００の組み付けが可能な状態になっているか否かの判断を行う（Ｓ１００のＹまたはＮ）。車輪２００の組み付けが可能な状態とは、インホイールモータ１００が車体１２の所定位置に組み付けられていることはもちろんのこと、アンプ１８やバッテリ２０の取り付け及び接続が完了しているか否かによって判断することができる。この他、ＥＣＵ１６または、インホイールモータ１００に対して回転指令を提供するための構成が組み付けられているか否かによって判断することができる。なお、ステップＳ１００は、省略することができる。例えば、車体１２が所定の組み付け工程を経て搬送されてきたという事実に基づき、車輪２００の組み付けが可能であるとみなし判断するようにしてもよい。

車輪２００の組み付けが可能であると判断された場合（Ｓ１００のＹ）、ＥＣＵ１６はインホイールモータ１００の回転指令の取得を待つ（Ｓ１０２のＹまたはＮ）。ここで、回転指令の取得方法は任意であるが、例えば、ＥＣＵ１６に付属的に設けられた端子、例えば動作診断用のいわゆるダイアグ端子２６やサービス端子２８を一時的にショートさせることにより、所定の回転指令、例えば、位相を原点位置に戻すという回転指令を提供することができる。また、例えば、ブレーキペダル２２の踏込操作を所定時間内に所定回数繰り返して行ったという信号をＥＣＵ１６に提供することにより、ＥＣＵ１６より上述のような位相を原点位置に戻す回転指令を出力することができる。同様に、アクセルペダル１４の踏込操作を所定時間内に所定回数繰り返し行ったという信号をＥＣＵ１６に提供することにより、同様な回転指令を出力することができる。なお、ブレーキペダル２２やアクセルペダル１４を用いて回転指令を形成する場合には、通常の車両運転時には行わない動作で操作設定を行うことが好ましい。もちろん、この他、ＥＣＵ１６に対して、信号を入力可能な電子機器の操作によって回転指令を形成するようにしてもよい。例えば、イグニッションスイッチのオン／オフ回数やライトスイッチのオン／オフ回数等を示す信号をＥＣＵ１６に供給して回転指令を形成するようにしてもよい。さらに、生産ライン側から所定の信号をインホイールモータ１００やそのＥＣＵ１６に供給することにより、回転指令を供給したり、車両１０の電源システムが初回に繋がった直後に回転指令を形成するようにしてもよい。また、これらの形態の組み合わせによって回転指令を形成するようにしてもよい。

なお、この回転指令の供給は、車輪の取付が可能な状態であれば、車体１２が生産ラインを移動中に行ってもよいし、車輪組み付け作業直前に行ってもよい。

ＥＣＵ１６が回転指令を取得した場合（Ｓ１０２のＹ）、ＥＣＵ１６は、インホイールモータ１００に対して、ハブホイール１０８を所定の車輪組付位置に回転させるトルク指令を出力する。その結果、インホイールモータ１００は、アンプ１８を介してバッテリ２０から電力供給を受け駆動する（Ｓ１０４）。従って、ＥＣＵ１６は、ハブホイール１０８のハブボルト１０８ａを所定位相位置に回転させる回転指令を取得する指令取得部と、取得した回転指令に従ってハブボルト１０８ａを所定の車輪組付位置に回転させる駆動指令をインホイールモータ１００に提供する指令提供部とを含む車輪組み付け方法実現用のＥＣＵとしても機能する。もちろん、インホイールモータ１００の通常制御用のＥＣＵとは別に専用のＥＣＵを設けたり、各機器の診断を行うための診断ＥＣＵに本実施形態の制御機能を含めてもよい。

前述したように、インホイールモータ１００は回転位相は角度センサ３０等によりロータ１１６の回転角度を自己認識可能であり、ハブホイール１０８が所定の位相になったか否かの判断が可能であり（Ｓ１０６のＹまたはＮ）、回転指令に基づく位相位置でハブホイール１０８を停止させることができる。従って、ハブホイール１０８を容易に図３（ｂ）のような状態にすることができる。ハブホイール１０８の位相が確定したら（Ｓ１０６のＹ）、ハブホイール１０８の位相を電磁的に固定したり、インホイールモータ１００に接続可能なブレーキ装置等を駆動して固定し（Ｓ１０８）、車輪２００の組み付けを許容する。

車輪２００を組み付ける場合、車輪２００は、ハブボルト１０８ａが挿入される取付穴の位相が一定方向を向いた状態で組み付け位置に搬入されることが望ましい。本実施形態によれば、ハブホイール１０８の位相が常に一定に自動調整されるので、車輪２００を供給ラック等に収納する時に取付穴の位相が一定になるようにすることで、組み付け時の位相調整等を必要とすることなく容易に組み付け作業を行うことができる。また、車輪２００を組付けロボット等を用いて、組み付けする場合も組付けロボットの車輪把持姿勢を一定にすれば、容易に自動組み付けを行うことができる。なお、図４のフローチャートにおいてステップ１０８のハブホイール１０８の固定は、必ずしも必要ではなく、車輪２００の組み付け時に位相ズレが発生しなければよい。

このように、本実施形態によれば、専用の作業工程や調整装置を用いること無く、インホイールモータ１００により車輪２００を駆動可能な車両の車輪組み付け作業の効率向上を行うことができる。

上述の説明では、ハブホイール１０８にハブボルト１０８ａが５本立設されている例を示しているが、ハブボルト１０８ａの立設本数は任意であり、４本タイプや６本タイプの場合も本実施形態の方法が適用可能であり、同様な効果を得ることができる。

また、上述の実施形態では、車輪２００の組み付け用の回転指令をＥＣＵ１６に提供する例を説明したが、インホイールモータ１００に回転指令を受け付けるダイアグ端子やサービス端子がある場合には、直接インホイールモータ１００に回転指令を提供するようにしても、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

ところで、上述の実施形態においては、回転電機の回転出力により車輪を回転駆動可能な車両の一例として、インホイールモータを搭載する車両を示したが、回転電機によってハブホイールの位相を任意に変化させることのできる構成であれば、上述の例と同様に回転指令の入力により効率的な車輪組み付け作業の向上を行うことができる。

例えば、動力伝達系の一部に回転電機が含まれる電気自動車やハイブリッド自動車等でも、回転電機やそれを制御するＥＣＵのダイアグ端子２６やサービス端子２８を一時的にショートさせたり、外部からの信号入力を行うことにより上述の実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、図１，図２に示す構成及び図４のフローチャートの制御手順は一例であり、ハブホイールを所定位相位置に回転させる回転指令を回転電機側に提供し、この回転指令に従ってハブホイールを所定の車輪組付位置に回転させる動作を実現する構成及び方法であれば、その構成やステップは任意に変更可能であり、本実施形態と同様な効果を得ることができる。

本実施形態に係る車輪組み付け方法を適用可能なインホイールモータを搭載する車両の概念構成を説明する説明図である。本実施形態に係る車輪組み付け方法を適用可能なインホイールモータの概略構造を説明する説明図である。本実施形態に係る車輪組み付け方法の概念を説明する説明図である。本実施形態に係る車輪組み付け方法を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０車両、１２車体、１４アクセルペダル、１６ＥＣＵ、１８アンプ、２０バッテリ、２２ブレーキペダル、２４ステアリング、２６ダイアグ端子、２８サービス端子、３０角度センサ、１００インホイールモータ、１０２タイヤ、１０４ホイール、１０６ハブナット、１０８ハブホイール、１０８ａハブボルト、２００車輪

Claims

回転電機を備え、当該回転電機の回転出力により車輪支持部材に組み付けられる車輪を回転駆動可能な車両の車輪組み付け方法であって、
前記車輪支持部材の車輪締結部を所定位相位置に回転させる回転指令を前記回転電機側に提供するステップと、
前記回転指令に従って車輪締結部を所定の車輪組付位置に回転させるステップと、
を含むことを特徴とする車輪組み付け方法。
前記回転指令は、車両搭載機器の所定操作により提供されることを特徴とする請求項１記載の車輪組み付け方法。
前記回転指令は、車両外部から提供されることを特徴とする請求項１記載の車輪組み付け方法。
前記回転指令は、車輪支持部材に接続されるインホイールモータを駆動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の車輪組み付け方法。
回転電機を備え、当該回転電機の回転出力により車輪支持部材に組み付けられる車輪を回転駆動可能な車両の回転電機制御装置であって、
前記車輪支持部材の車輪締結部を所定位相位置に回転させる回転指令を取得する指令取得部と、
取得した回転指令に従って車輪締結部を所定の車輪組付位置に回転させる駆動指令を回転電機に提供する指令提供部と、
を含むことを特徴とする回転電機制御装置。