JP5040266B2 - 車輪の回転方向推定装置及び車輪の回転方向推定方法 - Google Patents

Description

この発明は、車両が備える車輪の回転方向を判別することに関する。

近年においては、車両の姿勢制御をしたり、駆動輪のスリップを抑制したりする場合には、駆動輪の回転数や回転方向を基にして制御する。例えば、特許文献１には、車両の各駆動輪に設けたセンサにより、各駆動輪の回転方向及び回転速度を検出し、この検出結果に基づき、制動装置のロック防止制御や、車両の挙動を安定化させる制御を実行する技術が開示されている。

特開２００２−１１４１３８号公報

しかし、特許文献１に開示されている技術では、それぞれの駆動輪に、回転方向を検出できるセンサ、すなわち回転検出手段を設ける必要がある。回転方向を検出するためのセンサは、回転速度のみを検出するセンサと比較して高価であるため、車両が備える各駆動輪に回転方向を検出できるセンサを設けると、車両全体としてのコスト上昇を招いてしまう。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、駆動輪の回転方向を検出する回転検出手段の数を低減できる車輪の回転方向推定装置及び車輪の回転方向推定方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、この発明に係る車輪の回転方向推定装置は、動力発生源が発生する動力を駆動軸に伝達し、前記駆動軸に取り付けられる第１車輪と第２車輪とを駆動する場合に用いられるものであり、前記動力発生源の回転状態を検出する動力発生源回転検出手段から前記動力発生源の回転状態に関する情報を取得し、また、前記第１車輪の回転状態を検出する第１車輪回転検出手段から前記第１車輪の回転状態に関する情報を取得する回転情報取得部と、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて、前記第２車輪の回転方向を推定する回転方向推定部と、を含み、前記駆動軸のねじれを推定し、前記ねじれの推定に基づいて前記第２車輪の回転数を補正することを特徴とする。

この車輪の回転方向推定装置は、動力発生源の回転状態に関する情報と、第１車輪の回転状態に関する情報と、動力発生源と駆動軸との間の変速比、例えば、デファレンシャルギヤのような動力伝達部の変速比とから、第２車輪の回転方向を推定する。これによって、第２車輪には、回転方向を判別できる回転検出手段を設けなくとも、第２車輪の回転方向を推定することができるので、回転方向を判別できるセンサの個数を減らすことができる。

次の本発明に係る車輪の回転方向推定装置のように、前記車輪の回転方向推定装置において、前記第２車輪の回転方向は、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて計算される結果の符号によって推定することが好ましい。

次の本発明に係る車輪の回転方向推定方法は、動力発生源が発生する動力を駆動軸に伝達し、前記駆動軸に取り付けられる第１車輪と第２車輪とを駆動する場合において、前記動力発生源の回転状態に関する情報、及び前記第１車輪の回転状態に関する情報を取得する手順と、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて、前記第２車輪の回転方向を推定する手順と、前記駆動軸のねじれを推定し、前記ねじれの推定に基づいて前記第２車輪の回転数を補正する手順と、を含むことを特徴とする。

この車輪の回転方向推定方法は、動力発生源の回転状態に関する情報と、第１車輪の回転状態に関する情報と、動力発生源と駆動軸との間の変速比、例えば、デファレンシャルギヤのような動力伝達部の変速比とから、第２車輪の回転方向を推定する。これによって、第２車輪には、回転方向を判別できる回転検出手段を設けなくとも、第２車輪の回転方向を推定することができるので、回転方向を判別できるセンサの個数を減らすことができる。

次の本発明に係る車輪の回転方向推定方法のように、前記車輪の回転方向推定方法において、前記第２車輪の回転方向は、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて計算される結果の符号によって推定することが好ましい。

本発明に係る車輪の回転方向推定装置及び車輪の回転方向推定方法は、駆動輪の回転方向を検出する回転検出手段の数を低減できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの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。

本実施形態は、動力発生源の動力が伝達される駆動軸に、第１車輪と第２車輪とが取り付けられて駆動力を発生する駆動装置において、回転数（あるいは回転速度）のみが検出される第２車輪の回転方向を推定する際に、車両に搭載される動力発生源の回転数及び回転方向と、第１車輪の回転数及び回転方向と、動力発生源と駆動軸との間の変速比とに基づいて、第２車輪の回転方向を推定する点に特徴がある。本実施形態において、第１車輪と第２車輪とは、駆動軸を介して動力発生源と接続されて、車両を走行させるための駆動力を発生する車輪であり、駆動輪である。

図１は、本実施形態に係る駆動装置を搭載する車両の構成を示す説明図である。車両１の前進する方向を、図１中の矢印Ｆで表す。車両１には、右側前輪５Ｒ、左側前輪５Ｌ、右側後輪６Ｒ、左側後輪６Ｌが取り付けられる。このうち、右側前輪５Ｒと左側前輪５Ｌとを駆動輪とが駆動輪、すなわち車両１を走行させるための駆動力を発生する車輪となって、車両１を走行させる。このように、車両１の駆動方式は、いわゆるＦＦ（Front wheel Front drive）方式である。ここで、特許請求の範囲における第１車輪が右側前輪５Ｒに相当し、第２車輪が左側前輪５Ｌに相当する。なお、本実施形態における車輪の回転方向の推定は、駆動軸に取り付けられ、車両の左右に配置される車輪であれば適用でき、このような関係にある一対の車輪であれば、その配置場所は車両の前輪、後輪を問わない。

車両１は、駆動装置１００を搭載する。駆動装置１００は、動力発生源である電動機２、動力伝達部であるデファレンシャルギヤ３、右側前輪５Ｒ及び左側前輪５Ｌを備えている。駆動装置１００は、電動機２の発生する動力を、電動機出力軸２Ｓを介してデファレンシャルギヤ３へ伝達し、駆動軸である右側動力伝達軸４Ｒ及び左側動力伝達軸４Ｌへ伝達する。デファレンシャルギヤ３は、電動機２の発生する動力を、駆動軸である右側動力伝達軸４Ｒ及び左側動力伝達軸４Ｌに振り分けて、右側前輪５Ｒ及び左側前輪５Ｌに伝達し、これらを駆動する。

電動機２を制御するため、電動機２には、動力発生源回転検出手段として、レゾルバ２０が取り付けられる。レゾルバ２０は、電動機出力軸２Ｓに取り付けられており、電動機出力軸２Ｓの回転数及び回転方向を検出する。また、右側前輪５Ｒ及び左側前輪５Ｌの駆動力や滑り等を制御するため、回転検出手段が用いられる。本実施形態に係る駆動装置１００では、右側前輪（第１車輪）５Ｒの回転を検出する第１車輪回転検出手段として第１回転センサ２１と、左側前輪（第２車輪）５Ｌの回転を検出する第２車輪回転検出手段として第２回転センサ２２とを備える。

レゾルバ２０は、電動機出力軸２Ｓの回転数と回転方向との両方を検出することができる。第１回転センサ２１もレゾルバ２０と同様に、右側前輪５Ｒの回転数と回転方向との両方を検出することができる。一方、第２回転センサ２２は、左側前輪５Ｌの回転数のみを検出可能であり、左側前輪５Ｌの回転方向を直接検出することはできない。本実施形態では、右側前輪５Ｒ又は左側前輪５Ｌのいずれか一方に、回転方向を検出できる回転検出手段を備えていればよい。そして、本実施形態では、レゾルバ２０及び第１回転センサ２１から取得する電動機２及び右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報、すなわち回転方向及び回転数から、左側前輪５Ｌの回転方向を推定する。この方法については後述する。

電動機２へは、電動機制御装置７を介して電源８から電力が供給される。電動機２の出力（回転数やトルク）は、電動機制御装置７によって制御される。また、電動機制御装置７は、例えば車両１の減速時には、駆動輪である右側前輪５Ｒ及び左側前輪５Ｌによって電動機２を駆動させることにより、電動機２を発電機として用いて電力を発生させて電源８に蓄えるとともに、車両１を制動する。電動機２により電力を発生させることを、電動機２による電力の回生という。電動機制御装置７は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０の走行制御装置１６によって制御されて、電動機２の出力を制御したり、電動機２による電力の回生を制御したりする。

ＥＣＵ１０は、入出力インターフェース１１、入出力ポート１２、車輪の回転方向推定装置１３及び走行制御装置１６を含んで構成される。車輪の回転方向推定装置１３及び走行制御装置１６は、いわゆるＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）で構成される。回転方向推定装置１３には、本実施形態に係る車輪の回転方向推定方法を実現するコンピュータプログラムが備えられており、また、走行制御装置１６には、駆動装置１００の運転を制御するためのコンピュータプログラムが備えられている。

上述したレゾルバ２０、第１回転センサ２１及び第２回転センサ２２は、ＥＣＵ１０の入出力インターフェース１１に接続され、入出力ポート１２を介して車輪の回転方向推定装置１３や走行制御装置１６に取り込まれる。走行制御装置１６の制御信号は、入出力ポート１２、及び入出力インターフェース１１を介して、入出力インターフェース１１に取り付けられる電動機制御装置７へ出力され、これを制御する。

ＥＣＵ１０が備える車輪の回転方向推定装置１３は、回転情報取得部１４と、回転方向推定部１５とを備える。回転情報取得部１５は、レゾルバ２０、第１回転センサ２１及び第２回転センサ２２から電動機２や右側前輪５Ｒ等の回転状態に関する情報を取得する。また、回転方向推定部１５は、回転情報取得部１４が取得した前記回転状態に関する情報に基づいて、左側前輪５Ｌの回転方向を推定する。回転方向推定部１５によって推定された左側前輪５Ｌの回転方向は、入出力ポート１２を介して走行制御装置１６へ送られて、電動機２や右側前輪５Ｒの回転方向や回転数、あるいは左側前輪５Ｌの回転数とともに、駆動装置１００の制御に用いられる。

図２は、本実施形態に係る駆動装置の他の構成例を示す説明図である。この駆動装置１０１は、電動機／発電機２Ｂと内燃機関２Ｅとを動力発生源とする、いわゆるハイブリッドの駆動装置である。電動機／発電機２Ｂの発生する動力及び内燃機関２Ｅの発生する動力は、動力伝達部である動力分割／合成手段３Ａを介して右側動力伝達軸４Ｒ及び左側動力伝達軸４Ｌに振り分けられて、右側前輪５Ｒ及び左側前輪５Ｌに伝達され、これらを駆動する。なお、動力分割／合成手段３Ａは、例えば遊星歯車装置で構成される。

図１に示す駆動装置１００と同様に、この駆動装置１０１でも、電動機／発電機２Ｂを制御するためのレゾルバ２０、右側前輪（第１車輪）５Ｒの回転を検出する第１回転センサ２１、及び左側前輪（第２車輪）５Ｌの回転を検出する第２回転センサ２２を備える。そして、これらのセンサ類からの情報に基づいて、ＥＣＵ１０が備える車輪の回転方向推定装置１３は、左側前輪５Ｌの回転方向を推定する。また、電動機／発電機２Ｂ及び内燃機関２Ｅは、ＥＣＵ１０の走行制御装置１６によって制御される。次に、本実施形態に係る車輪の回転方向推定方法の手順を説明する。次においては、図１に示す駆動装置１００を対象として説明する。

図３は、本実施形態に係る車輪の回転方向推定方法の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０１において、車輪の回転方向推定装置１３の回転情報取得部１４は、レゾルバ２０から、電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１を取得する。そして、ステップＳ１０２において、回転情報取得部１４は、第１回転センサ２１から右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２を取得する。ここで、右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２を先に取得してもよいし、電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１と右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２とを同時に取得してもよい。すなわち、電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１と右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２とを取得する順序は問わない。

次に、車輪の回転方向推定装置１３の回転方向推定部１５は、回転情報取得部１４が取得した電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１と右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２とを受け取り、左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３を算出する。ここで、回転状態に関する情報は、回転数と回転方向とを含んでいる。回転方向は、車両１が前進する場合、すなわち、車両１が図１の矢印Ｆ方向へ進む場合における電動機２の力行方向（図１では矢印ｒｍｆで示す方向）を正とする。そして、車両１が前進する場合において、駆動輪、すなわち右側前輪５Ｒ、左側前輪５Ｌが回転する方向（図１では矢印ｒｆで示す方向）を正とする。

電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１と、右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２と、左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３との間には、式（１）に示す関係が成り立つ。そして、式（１）をＮＩ３について解くと、式（２）が得られる。ここで、ρは動力発生源である電動機２と、駆動軸である右側動力伝達軸４Ｒ及び左側動力伝達軸４Ｌとの間の変速比であり、本実施形態では、動力伝達部であるデファレンシャルギヤ３の変速比である。すなわち、変速比ρは、駆動軸である右側動力伝達軸４Ｒ及び左側動力伝達軸４Ｌの回転数Ｎｄに対する、電動機出力軸２Ｓの回転数Ｎ１の比であり、ρ＝Ｎ１／Ｎｄである。変速比ρは、駆動装置１００の仕様によって予め決定される値であり、本実施形態に係る車輪の回転方向推定装置１３では、回転方向推定部１５に予め記憶されている。
ＮＩ１＝ρ×（ＮＩ２＋ＮＩ３）／２・・・（１）
ＮＩ３＝２×ＮＩ１／ρ−ＮＩ２・・・（２）

左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３は、式（２）から求めることができる。ステップＳ１０３において、回転方向推定部１５は、電動機２の回転状態に関する情報ＮＩ１と、右側前輪５Ｒの回転状態に関する情報ＮＩ２と、予め記憶しておいたデファレンシャルギヤ３の変速比ρとを用いて、左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３を算出する。上述したように、回転状態に関する情報は回転数と回転方向とを含んでおり、式（２）で求められる左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３の符号によって、左側前輪５Ｌの回転を推定することができる。

上記手法によって、回転方向推定部１５が左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３を算出したら、ステップＳ１０４において、回転方向推定部１５は、算出したＮＩ３から、より具体的にはＮＩ３の符号から、左側前輪５Ｌの回転方向を推定する。例えば、ＮＩ３の符号が正（＋）であれば、左側前輪５Ｌの回転方向は、車両１が前進する場号の方向であると推定できる。ここで、車両１が前進する場合における左側前輪５Ｌの回転方向は、図１に示す矢印ｒｆの方向である。また、ＮＩ３の符号が負（−）であれば、左側前輪５Ｌの回転方向は、車両１が前進する場合とは反対の方向、すなわち、車両１が後進する場合の方向であると推定できる。このように、本実施形態では、左側前輪５Ｌの回転状態に関する情報ＮＩ３の符号を用いるので、左側前輪５Ｌの回転方向を簡易に推定でき、ハードウェアに対する負荷も軽減できる。

ここで、車両１が後進する場合における左側前輪５Ｌの回転方向は、図１に示す矢印ｒｆとは反対の方向である。このようにして推定された左側前輪５Ｌの回転方向は、左側前輪５Ｌの回転数や、右側前輪５Ｒの回転方向あるいは回転数とともに走行制御装置１６へ取り込まれ、例えば、図１に示す車両１が備える制動装置のロック防止制御や、車両１の挙動を安定化させる制御に用いられる。

このように、本実施形態では、上記手順によって回転方向を直接検出することができない左側前輪５Ｌの回転方向を推定することができる。なお、駆動軸である右側動力伝達軸４Ｒや左側動力伝達軸４Ｌ等のねじれの影響が誤差要因として考えられるが、左側前輪５Ｌの回転方向を推定する際には前記ねじれの影響は考慮する必要はなく、実用上十分な推定精度が得られる。

なお、前記ねじれの影響は、左側前輪５Ｌの回転数を推定する場合に考慮する必要はあるが、本実施形態では、左側前輪５Ｌの回転数は、図１等に示す第２回転センサ２２によって取得する。したがって、駆動装置１００の制御において左側前輪５Ｌの回転数が必要であれば、第２回転センサ２２によって取得した情報を用いればよい。また、電動機２のトルクや駆動輪である右側前輪５Ｒあるいは左側前輪５Ｌの駆動力から、駆動軸のねじれを推定し、この推定値に基づいて左側前輪５Ｌの回転数を補正してもよい。このようにすれば、左側前輪５Ｌには回転数を検出する回転検出手段を設けなくてもよいので、回転検出手段の数をさらに低減できる。

上記説明においては、動力発生源が電動機である場合を例としたが、図２に示す、いわゆるハイブリッドの駆動装置１００のように、電動機／発電機２Ｂと内燃機関２Ｅとが動力発生源である場合も同様である。すなわち、電動機／発電機２Ｂに取り付けられるレゾルバ２０によって検出される、電動機／発電機２Ｂ及び内燃機関２Ｅの回転方向を用いて、回転方向が検出できない車輪の回転方向を推定することができる。また、動力発生源が内燃機関である場合、内燃機関の回転方向は一方向であり、予め分かっているので、予め分かっている内燃機関の回転方向を用いて、回転方向が検出できない車輪の回転方向を推定することができる。このように、本実施形態においては、動力発生源の回転方向が検出できる場合であれば適用できる。

以上、本実施形態では、駆動軸に第１車輪と第２車輪とが取り付けられている場合、動力発生源の回転状態に関する情報と、第１車輪の回転状態に関する情報と、動力発生源と駆動軸との間の変速比、例えば、デファレンシャルギヤのような動力伝達部の変速比とから、第２車輪の回転方向を推定する。これによって、第２車輪には、回転方向を判別できる回転検出手段を設けなくとも、第２車輪の回転方向を推定することができるので、駆動装置において、回転方向を判別できるセンサの個数を減らすことができる。その結果、駆動装置や車両の製造コスト低減を図ることができる。特に、本実施形態における車輪の回転方向の推定は、電動機を動力発生源とする車両、例えば、電気自動車やハイブリッド車両に好適である。電動機は、その制御のため、通常は、出力軸の回転方向及び回転数を検出できる回転検出手段を備えているので、これを、本実施形態における車輪の回転方向の推定に利用できるからである。

以上のように、本発明に係る車輪の回転方向推定装置及び車輪の回転方向推定方法は、車輪の回転方向を推定することに有用であり、特に、回転方向が検出可能な回転検出手段の数を低減することに適している。

本実施形態に係る駆動装置を搭載する車両の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る駆動装置の他の構成例を示す説明図である。 本実施形態に係る車輪の回転方向推定方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
２ 電動機
２Ｓ 電動機出力軸
２Ｅ 内燃機関
２Ｂ 電動機／発電機
３ デファレンシャルギヤ
３Ａ 動力分割／合成手段
４Ｌ 左側動力伝達軸
４Ｒ 右側動力伝達軸
５Ｌ 左側前輪
５Ｒ 右側前輪
６Ｌ 左側後輪
６Ｒ 右側後輪
７ 電動機制御装置
８ 電源
１３ 回転方向推定装置
１４ 回転情報取得部
１５ 回転方向推定部
１６ 走行制御装置
２０ レゾルバ
２１ 第１回転センサ
２２ 第２回転センサ
１００、１０１ 駆動装置

Claims (4)

1. 動力発生源が発生する動力を駆動軸に伝達し、前記駆動軸に取り付けられる第１車輪と第２車輪とを駆動する場合に用いられるものであり、
   前記動力発生源の回転状態を検出する動力発生源回転検出手段から前記動力発生源の回転状態に関する情報を取得し、また、前記第１車輪の回転状態を検出する第１車輪回転検出手段から前記第１車輪の回転状態に関する情報を取得する回転情報取得部と、
   前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて、前記第２車輪の回転方向を推定する回転方向推定部と、
   を含み、
   前記駆動軸のねじれを推定し、前記ねじれの推定に基づいて前記第２車輪の回転数を補正することを特徴とする車輪の回転方向推定装置。
2. 前記第２車輪の回転方向は、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて計算される結果の符号によって推定することを特徴とする請求項１に記載の車輪の回転方向推定装置。
3. 動力発生源が発生する動力を駆動軸に伝達し、前記駆動軸に取り付けられる第１車輪と第２車輪とを駆動する場合において、
   前記動力発生源の回転状態に関する情報、及び前記第１車輪の回転状態に関する情報を取得する手順と、
   前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて、前記第２車輪の回転方向を推定する手順と、
   前記駆動軸のねじれを推定し、前記ねじれの推定に基づいて前記第２車輪の回転数を補正する手順と、
   を含むことを特徴とする車輪の回転方向推定方法。
4. 前記第２車輪の回転方向は、前記動力発生源の回転状態に関する情報と、前記第１車輪の回転状態に関する情報と、前記動力発生源と前記駆動軸との間の変速比とに基づいて計算される結果の符号によって推定することを特徴とする請求項３に記載の車輪の回転方向推定方法。

Images