JP4507768B2 - 各輪独立駆動車両 - Google Patents

Description

本発明は、各輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両の構造に関する。

従来、各輪の制駆動力を独立に制御可能なインホイールモータ方式の車両が知られている。このような車両においては、モータやその回転数を減速して車輪に伝達する減速機から、振動や異音を生じることがある。特許文献１には、車輪を駆動する電動機の回転子の磁極数と固定子のスロット数との比を非整数倍に設定することで、磁極数に起因する磁束の変動や各スロット間での磁束の急激な変動に起因するコギングを抑制して、騒音の発生を低減する車両用ホイールモータが開示されている。
特開平８−９９５３８号公報

上記特許文献１では、ホイールモータ単位では騒音を低減することができるが、複数のホイールモータを車両に装着したとき、車両全体として騒音を低減することは考慮されていない。例えば、複数のホイールモータ備えた車両において、各モータの振動や騒音の発生周期が同一であると、共振を生じて振動や騒音が増大するおそれがある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、各輪の制駆動力を独立に制御可能な車両において、駆動手段の回転に起因する振動や騒音を低減する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、車輪に対応した回転駆動手段が設けられている複数の駆動輪を備え、各駆動輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両であり、駆動輪がその回転に起因して周期的に振動を発生させる振動発生構造を有しているとき、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の振動発生構造の回転周期が、他の駆動輪の振動発生構造の回転周期と異なるように構成した各輪独立駆動車両である。

この態様によれば、振動やそれにもとづく異音の発生周期が各輪独立駆動車両のすべての駆動輪で一致する可能性が減少するので、車両全体として振動や異音を低減することができる。

駆動輪の振動発生構造の回転周期を異ならせるためには様々な手法をとることができ、例えば、振動発生構造が回転駆動手段である場合には、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の車輪径を、他の駆動輪の車輪径と異なるようにしてもよい。こうすれば、車両を安定的に走行させるためには、車輪径を変えた駆動輪の回転駆動手段の回転数を、他の駆動輪と異ならせて制御することになるので、振動や異音の発生周期が各輪独立駆動車両のすべての駆動輪で一致する可能性が減少する。

また、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転駆動手段の特性が、他の駆動輪の回転駆動手段の特性と異なるようにしてもよい。例えば、回転駆動手段が回転電機であれば、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転電機の極数が、他の駆動輪の回転電機の極数と異なるようにしてもよい。回転電機の回転により発生するトルク変動の周期は、極数に応じて異なるので、振動や異音の発生周期が各輪独立駆動車両のすべての駆動輪で一致する可能性が少なくなる。

また、駆動輪が、回転駆動手段の回転数を減速する減速手段を備えている場合は、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の減速手段の減速比が、他の駆動輪の減速手段の減速比と異なるようにしてもよい。こうすれば、車両を安定的に走行させるためには、減速比を変えた駆動輪に対応する回転駆動手段の回転数を、他の駆動輪と異ならせて制御することになるので、振動や異音の発生周期が各輪独立駆動車両のすべての駆動輪で一致する可能性が少なくなる。なお、減速手段の減速比を異ならせるには、異なる固定減速比を持つ減速機を使用してもよいし、変速機能を有する減速機を使用して、異なる減速比に設定するようにしてもよい。

各駆動輪は、駆動手段が車体側に設けられていてもよいし、または、車輪と回転駆動手段とが一体化してなる、いわゆるインホイールモータ方式のものであってもよい。

本発明の別の態様は、車輪に対応した回転駆動手段が設けられている複数の駆動輪を備え、各駆動輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両であり、駆動輪がその回転に起因して周期的に振動を発生させるとき、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転に関与する構造が、他の駆動輪の回転に関与する構造と異なるようにした各輪独立駆動車両である。ここで、「回転に関与する構造」とは、駆動輪を回転させるために必要となる構造のことを指し、例えば、車輪、モータ等の回転駆動手段、減速機などを含む。

この態様によれば、各駆動輪で回転に関与する構造が異なるため、振動やそれにもとづく異音の発生周期が各輪独立駆動車両のすべての駆動輪で一致する可能性が減少し、車両全体として振動や異音を低減することができる。

本発明の各輪独立駆動車両によれば、複数の駆動輪の振動や異音の発生周期が、車両に備えられた全車輪で同期することがないため、共鳴を防止して振動や異音を低減することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る各輪独立駆動車両１０（以下、単に「車両１０」と表記する）の全体構成を示す図である。車両１０は、車輪のホイールにモータを内蔵したインホイールモータ方式の電気自動車を示す。このインホイールモータ方式は、単一のモータの出力を各ホイールに分配する方式に比べて、伝達系の部品やその設置スペースを省略することができ、また伝達による損失もなくすことができるという特徴がある。モータを内蔵した車輪１００（以下、「駆動輪１００」という）の構造は、図２を参照して後述する。

各駆動輪１００には、モータ５２が設けられている。モータ５２に対応して車体側に設置されるアンプ２４には、車体１２に搭載されたバッテリ２６から直流電力が供給される。アンプ２４は、インバータを含んで構成され、供給された直流電力を三相交流電圧に変換してモータ５２に供給する。モータ５２は、交流電圧により回転駆動され、これによって駆動輪１００を回転させ、車両１０を走行させる。モータ５２は、惰性走行時、駆動輪の回転により発生する回生ブレーキによって制動力を発揮することもできる。回生された電力は、バッテリ２６に充電される。

モータ５２の出力は、車体１２に搭載された電子制御装置２００（以下、「ＥＣＵ２００」と表記する）により制御される。ＥＣＵ２００はアンプ２４と通信可能に接続されており、モータ５２に対するトルク指令値をアンプ２４に与える。アンプ２４は、内蔵されているインバータをＰＷＭ制御して、トルク指令値に応じたトルクを発揮するようにモータ５２を制御する。モータ５２には、ロータの回転数を検出する図示しないエンコーダが搭載されており、このエンコーダの出力は、アンプ２４を介してＥＣＵ２００に供給される。エンコーダからの信号によりフィードバック回路を構成することで、モータ５２を高精度で制御することができる。

車体１２には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ３０、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキ操作量センサ３２、ステアリングホイールの回転量を検出するステアリングセンサ３４も設けられている。これらの検出値は、ＥＣＵ２００に送信される。

ＥＣＵ２００は、アクセルペダルとブレーキペダルの操作量に相当するトルク指令値を計算し、その情報をアンプ２４に送信することで、車両の加減速を実現する。ＥＣＵ２００は、ステアリングホイールの回転量に基づいて、車両１０を旋回するときに、各駆動輪１００の回転数を変化させて旋回を容易にすることもできる。さらに、ＥＣＵ２００は、車体１２または駆動輪１００に搭載された各種センサからの検出値に基づいて、車両の運動状態や各種装置の動作状態を常に監視しており、異常を検出した場合には、各駆動輪１００のモータ５２に適切な指令を与え、車両の走行安全性を確保するように動作する。

各駆動輪１００に対応して、車輪速センサ４２が設けられている。車輪速センサ４２は、例えば微少角度位置変位毎のパルス信号を生成するレゾルバ等を用いて構成され、その信号はＥＣＵ２００に送られる。また、各駆動輪１００には、駆動輪の種々の状態を検出するセンサ５４が搭載されている。このセンサ５４は集合的に表されており、具体的には、タイヤ空気室の圧力を検出する空気圧センサ、タイヤの振動を検出する振動センサ、タイヤのトレッドゴムの温度を検出する温度センサなどが含まれる。検出された各種情報は、駆動輪１００のホイール等に付設された駆動輪側通信装置５６を介して車体１２に無線送信される。

車体１２には車体側通信装置４０が設けられており、各駆動輪１００の駆動輪側通信装置５６から送られてくる信号を受信して、ＥＣＵ２００に供給する。

車体１２にも、車両の運動状態や各種装置の動作状態を検出するためのセンサ５８が設置されている。このセンサ５８は集合的に表されており、具体的には、車両の加速度を検出するロールセンサやヨーレートセンサ、バッテリの残量を知るための電圧センサ、車両に搭載されている各種装置の温度を検出する温度センサ等が含まれる。

図２は、モータ５２を搭載した駆動輪１００の構造を模式的に示した図である。なお、図２では、センサ５４および駆動輪側通信装置５６は省略してある。駆動輪１００は、主に、タイヤ１０２、ホイール１０４、モータ５２を収容したモータハウジング１１０および減速機構１２０から構成される。減速機構１２０は、図２の左方にある図示しない車体から延びる懸架装置と結合されている。

タイヤ１０２を装着したホイール１０４は、ハブナット１０６によりハブホイール１０８に固定される。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、出力軸１１２と共に回転する。モータハウジング１１０の車体側側面には、モータ５２のロータ１１６の回転を減速する歯車減速機１１８を収容した減速機構１２０が接続固定されている。モータ５２の回転出力は、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、例えばアルミダイカストにより製造される。

モータハウジング１１０は、図２に示すように、左右方向に２分割可能な椀型形状をなしており、ホイール１０４に面する側に、減速機構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、出力軸１１２をモータハウジング１１０に対して回転自在に軸支する。一方、モータハウジング１１０の減速機構１２０との接続側には、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の内壁面には、ステータ１３０が固定され、ステータ１３０の内周側にロータ１１６が配置される。ステータ１３０は、積層された電磁鋼板で形成される鉄心１３２ａと、鉄心１３２ａの各ティース部に巻回配置される３相のコイル１３２ｂとで構成される。

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に対して独立して回転自在に保持される。ロータ１１６は、ステータ１３０と対向する大径部分と、それに連なり減速機構１２０の内部まで延びる小径部分とからなる。大径部分の外周面には、複数の永久磁石１３６が配置される。こうして、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。

ロータ１１６の小径部分の先端部には、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。第１ギア１３８ａを支持するギアシャフト１４２は、複数のベアリング１４４によって軸支される。このギアシャフト１４２には、小径の第２ギア１３８ｂが固定され、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に噛合する。出力軸１１２は、減速機構１２０内部に配置されたベアリング１４６にも軸支され、スムーズな回転が確保されている。

以上のような駆動輪１００において、ロータ１１６の回転力は、歯車減速機１１８によって減速されて出力軸１１２へと伝達されホイール１０４に伝わり、最終的にタイヤ１０２を回転駆動する。

ところで、一般的に、モータ等の回転電機では、磁束の変動に起因するトルク変動の発生を避けがたい。このトルク変動は、モータの極数に対応して発生し、振動や異音の原因となる。同一構造、同一特性のモータを車両１０のすべての駆動輪の駆動手段として使用した場合、モータのトルク変動の位相が複数の駆動輪で一致し、共振が生じて車両全体の振動や異音が増大してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、車両１０のような四輪を独立して制御可能な車両において、少なくとも１つの駆動輪の振動発生周期を、他の駆動輪の振動発生周期と異なるように構成することで、共振を防止し、車両全体としての振動や異音を低減する。以下、いくつかの実施例について述べる。

実施例１．
少なくとも一つの駆動輪の構造を他の駆動輪と異なる構造にすれば、振動や異音の発生周期が車両に備えられたすべての駆動輪で一致する可能性が減少すると考えられる。例えば、少なくとも１つの駆動輪の車輪径、すなわちタイヤ１０２の直径を変えることができる。こうすると、車両を安定的に走行させるためには、車輪径を変更した駆動輪におけるモータの回転数を、他の駆動輪におけるモータの回転数と異ならせて制御することになるので、振動や異音の発生周期が駆動輪毎に異なるようになる。つまり、車輪径を変更した駆動輪は、他の駆動輪と一回転当たりの走行距離が変わってしまうので、ＥＣＵ２００は、すべての駆動輪の単位時間当たり走行距離が一致するように、車輪径を大きくした駆動輪は他の駆動輪より回転数を減少し、車輪径を小さくした駆動輪は他の駆動輪より回転数を増大させるように制御する。

実施例２．
少なくとも１つの駆動輪のモータの極数を、他の駆動輪のモータの極数と異なるようにしてもよい。例えば、車両の前輪の２つの駆動輪のモータを４極に、車両の後輪の２つの駆動輪のモータを８極にすることができる。こうすれば、モータのトルク変動の周期は極数に応じて異なるため、振動や異音の発生周期が車両１０のすべての駆動輪で一致する可能性が少なくなる。なお、この場合、極数の異なるモータの出力特性は相異なるため、車両を安定的に走行させるべく、ＥＣＵ２００は、各駆動輪において発生するトルクが一致するようにモータに与える指令値を制御する。

実施例３．
少なくとも１つの駆動輪の歯車減速機１１８の減速比を、他の駆動輪の減速機の減速比と異なるようにしてもよい。この場合、車両を安定的に走行させるために、減速比を変えた駆動輪におけるモータの回転数を、他の駆動輪のモータと異ならせて制御することになるので、振動や異音の発生周期が車両のすべての駆動輪で一致する可能性が少なくなる。なお、この場合、各駆動輪の最終的な回転数、つまり、歯車減速機１１８により減速されて回転されるタイヤ１０２およびホイール１０４の回転数を、すべての駆動輪で一致させるべく、ＥＣＵ２００は、各駆動輪のモータに指令する回転数を制御する。

駆動輪１００には、減速比が固定されている歯車減速機１１８の代わりに、変速機能付きの減速機を設けることもできる。この場合は、駆動輪毎に減速比を変えることが容易となる。また、図示しない振動センサにより検出された車両の振動がしきい値以上になったとき、ＥＣＵ２００が、いずれかの駆動輪における減速比を変化させるように制御してもよい。

以上説明したように、本実施形態の各輪独立制御車両によれば、モータの極数に依存して発生するトルク変動の位相がすべての駆動輪で一致して、共振を生じることがなくなるので、車両全体として振動や異音が低減されて、乗り心地が向上する。

振動の発生周期を異ならせる駆動輪の組み合わせとしては、各輪独立制御車両が四輪の場合であれば、車両前側の２つの駆動輪の組と車両後側の２つの駆動輪の組とで異ならせるほうが、車両の安定制御という観点からは好ましい。しかしながら、右側の２つの駆動輪の組と左側の２つの駆動輪の組とで振動の発生周期を異ならせたり、さらには四つの駆動輪のすべてで振動の発生周期を異ならせることも可能である。四つの駆動輪すべてを異なる振動発生周期とした方が、振動や異音の減少という観点からは好ましい。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例について述べる。

上述の実施例のいくつかを組み合わせた車両を実現することも当然可能であり、振動や異音の低減に対する有効性が高まりうる。

実施の形態では、モータと減速機を組み合わせてなるインホイールモータ方式の各輪独立駆動車両について説明したが、減速機を用いることなく大トルクを発生可能なダイレクトドライブモータが内蔵された駆動輪を備えた車両についても、本発明を適用することができる。また、インホイールモータ方式でなく、各駆動輪に対応したモータが車体側に設けられている車両にも本発明を適用することができる。

一実施形態に係る各輪独立駆動車両の全体構成図である。 駆動輪の構造を模式的に示した図である。

符号の説明

１０ 車両、１２ 車体、２４ アンプ、５２ モータ、１００ 駆動輪、１２０ 減速機構、２００ ＥＣＵ。

Claims (8)

1. 車輪に対応した回転駆動手段が設けられている複数の駆動輪を備え、各駆動輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両において、
   前記複数の駆動輪がその回転に起因して周期的に振動を発生させる振動発生構造をそれぞれ有しており、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の振動発生構造の回転周期が、他の駆動輪の振動発生構造の回転周期と異なることを特徴とする各輪独立駆動車両。
2. 複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の車輪径が、他の駆動輪の車輪径と異なることを特徴とする請求項１に記載の各輪独立駆動車両。
3. 複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転駆動手段の特性が、他の駆動輪の回転駆動手段の特性と異なることを特徴とする請求項１に記載の各輪独立駆動車両。
4. 前記回転駆動手段が回転電機であり、
   複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転電機の極数が、他の駆動輪の回転電機の極数と異なることを特徴とする請求項３に記載の各輪独立駆動車両。
5. 前記駆動輪が、前記回転駆動手段の回転数を減速する減速手段を備えており、
   複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の減速手段の減速比が、他の駆動輪の減速手段の減速比と異なることを特徴とする請求項１に記載の各輪独立駆動車両。
6. 各駆動輪において、前記車輪と前記回転駆動手段とが一体化してなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の各輪独立駆動車両。
7. 車輪に対応した回転駆動手段が設けられている複数の駆動輪を備え、各駆動輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両において、
   前記複数の駆動輪が、その回転に起因して周期的に振動を発生させる駆動輪の回転に関与する構造をそれぞれ有しており、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転に関与する構造が、他の駆動輪の回転に関与する構造と異なることを特徴とする各輪独立駆動車両。
8. 車輪に対応した回転駆動手段が設けられている複数の駆動輪を備え、各駆動輪を独立して制御可能な各輪独立駆動車両において、
   前記回転駆動手段は周期的に振動を発生させる構造であり、複数の駆動輪のうち少なくとも１つの駆動輪の回転駆動手段の回転数が、他の駆動輪の回転駆動手段の回転数と異なるように制御されることを特徴とする各輪独立駆動車両。

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