JP6290342B1 - 左右輪駆動装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
但し、TL:左駆動輪104Lに伝達される駆動トルク、TR:右駆動輪104Rに伝達される駆動トルク、α:トルク差増幅率、TM1:第1電動モータ102で発生させる駆動トルク、TM2:第2電動モータ103で発生させる駆動トルク
これは特許文献2でも同様である。
前記歯車装置30は二つの遊星歯車機構30L,30Rを備え、
前記二つの遊星歯車機構30L,30Rは、
一方の遊星歯車機構30L(30R)の構成部材と他方の遊星歯車機構30R(30L)の構成部材とを結合する第1,第2の結合部材31,32と、
前記一方の遊星歯車機構30L(30R)の構成部材であって前記第1の結合部材31と一体となって回転する第1の回転部材CL(CR)と、
前記他方の遊星歯車機構30R(30L)の構成部材であって前記第2の結合部材32と一体となって回転する第2の回転部材CR(CL)と、
前記第1の結合部材31または前記第1の回転部材CL(CR)と、前記第2の結合部材32または前記第2の回転部材CR(CL)との間に設けられた軸受45,46,47,48,49とを備え、
前記制御装置67は、
前記第1,第2の結合部材31,32の回転速度をそれぞれ算出する回転速度計算手段68と、
この回転速度計算手段68で計算された二つの回転速度から前記軸受45,46,47,48,49で生じる軸受トルクを推定する軸受トルク推定手段69と、
前記左右の駆動輪61L,61Rに発生させる左右の駆動輪トルク指令値の差と、前記軸受トルク推定手段69で推定された軸受トルクと、前記歯車装置30により定められるトルク差増幅率αとから、前記二つの駆動源2L,2Rで発生させるトルク差を算出するトルク差計算手段70と、
このトルク差計算手段70で算出されたトルク差、および前記左右の駆動輪トルク指令値を用いて前記二つの駆動源2L,2Rで発生させるトルクに応じた駆動源トルク指令値を計算し、この駆動源トルク指令値に応じて前記二つの駆動源2L,2Rを動作させる駆動源トルク計算手段71と、を備えたものである。
前記トルク差増幅率αは、歯車装置30の歯車の歯数により予め定められる。
前記閾値は、設計等によって任意に定める閾値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な閾値を求めて定められる。
この構成によると、前記第1,第2の結合部材31,32の回転速度の差が閾値以上の場合に限定して軸受トルクの推定を実行することで、制御装置67の計算負荷を低減することができる。
図1は、この左右輪駆動装置の制御装置が搭載された車両(電気自動車)の概念構成を示すブロック図である。この車両は、後輪駆動方式であり、シャーシ60、後輪である駆動輪61L,61R、前輪62L,62R、左右輪駆動装置1、上位ECU66、制御装置67、インバータ装置64、およびバッテリ63等を備える。左右輪駆動装置1は、第1,第2電動モータ2L,2Rと歯車装置30とを備えている。第1,第2電動モータ2L,2Rは、車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源である。歯車装置30は、これら第1,第2電動モータ2L,2Rと駆動輪61L,61Rとの間に設けられる。
上位ECU66は、制御装置67の上位の制御手段であり、例えば、車両全般の統括制御および協調制御を行う機能と、左右の駆動輪トルク指令値を生成する機能とを有する。上位ECU66は、図示外のアクセル操作部の出力する加速指令と、図示外のブレーキ操作部の出力する減速指令と、図示外の操舵角センサ等の出力する旋回指令とから、左右の駆動輪トルク指令値を生成する。制御装置67は、上位ECU66から与えられた左右の駆動輪トルク指令値に基づいて、インバータ装置64に駆動源トルク指令値を与える。これにより第1,第2電動モータ2L,2Rは個別に制御される。インバータ装置64は、バッテリ63の直流電力を第1,第2電動モータ2L,2Rの駆動のための交流電力に変換する。左右輪駆動装置1からの出力は等速ジョイントを介して左右の駆動輪61L,61Rに伝達される。
図2に示すように、左右輪駆動装置1は、第1,第2電動モータ2L,2Rと、左右の減速装置3L,3Rとを備えている。左右の減速装置3L,3Rは、左右の駆動輪と、第1,第2電動モータ2L,2Rとの間に設けられる。この実施形態では、第1,第2電動モータ2L,2Rは、同一の最大出力を有する同一規格の電動モータを用いている。
第1,第2電動モータ2L,2Rは、モータハウジング4L,4Rと、ステータ6,6と、ロータ5,5とを有する。第1,第2電動モータ2L,2Rは、モータハウジング4L,4Rの内周面にステータ6,6が設けられ、各ステータ6の内周に間隔を隔ててロータ5を設けたラジアルギャップタイプである。
減速装置3L,3Rは、減速装置ハウジング9と、入力歯車軸12L,12Rと、中間歯車軸13L,13Rと、出力歯車軸14L,14Rとを有する。減速装置ハウジング9は、これらの歯車軸を収容する。減速装置ハウジング9は、前記歯車軸の軸方向に直交する方向に三ピースに分割された三ピース構造である。具体的に、減速装置ハウジング9は、中央ハウジング9aと、この中央ハウジング9aの両側面に固定される左右の側面ハウジング9bL,9bRとを有する。
中央ハウジング9aには、中央に仕切り壁11が設けられている。減速装置ハウジング9は、仕切り壁11によって左右に二分割され、左右の減速装置本体を収容する。この左右の減速装置本体は、左右対称形であり、前記入力歯車軸12L,12Rと、中間歯車軸13L,13Rと、出力歯車軸14L,14Rとを備えている。
第1の結合部材31における図3左側のアウトボード側の外周面と、遊星キャリアCLにおけるアウトボード側のキャリアフランジ34aの中空軸部35とに互いに噛み合うスプラインが設けられている。よって、第1の結合部材31は、遊星キャリアCLに対しスプライン嵌合により連結されている。したがって、第1の回転部材である遊星キャリアCLは、第1の結合部材31と一体となって回転する。
第2の結合部材32の軸方向両端には、スラスト軸受47,48が設けられている。これらスラスト軸受47,48により、第1,第2の結合部材31,32と遊星キャリアCL,CRとのスプライン嵌合部の摺動による軸方向移動が規制される。
電動モータ2L,2Rのトルクは、減速装置3L,3Rの入力歯車軸12L,12Rの入力歯車12aと、中間歯車軸13L,13Rの大径の入力側外歯車13aとの歯数比で増大されて、歯車装置30のリングギヤRL,RRに伝達される。さらに出力側小径歯車13bと出力歯車14aとの歯数比でトルクがさらに増幅されて、駆動輪61L,61Rに出力される。
ここで、歯車装置30によって伝達される駆動トルクについて、図6に示す速度線図を用いて説明する。歯車装置30は、二つの同一のシングルピニオン遊星歯車機構30L,30Rを組み合わせて構成されるため、同図6に示すように二本の速度線図によって表すことができる。ここでは、分かりやすいように、二本の速度線図を上下にずらし、図6上側に一方の遊星歯車機構30Lの速度線図を示し、図6下側に他方の遊星歯車機構30Rの速度線図を示す。
この左右輪駆動装置にはこれらの減速比が掛かるが、以降、理解を容易にするため、図6に示すように、速度線図および各計算式の説明においては減速比を省略し、各リングギヤRL,RRに入力されるトルクをTM1,TM2のままとし、駆動トルクはTL,TRのままとする。
a・TR+(a+b)・TL−(b+2a)・TM1=0 …(1)
RLの点を基準にしたモーメントMの釣り合いから下記式(2)が算出される。
−a・TL−(a+b)・TR+(b+2a)・TM2=0 …(2)
−b・(TR−TL)+(2a+b)・(TM2−TM1)=0
(TR−TL)=((2a+b)/b)・(TM2−TM1) …(3)
式(3)の(2a+b)/bがトルク差増幅率αとなる。a=1/Zr、b=1/Zsを代入すると、α=(Zr+2Zs)/Zrとなり、下記のトルク差増幅率αが得られる。
α=(Zr+2Zs)/Zr
図5および図6に示すように、第1の結合部材31と第2の結合部材32の回転速度の差が小さい場合、二つの電動モータ2L,2Rで異なるトルクTM1,TM2を発生させて入力トルク差ΔTIN(=(TM1−TM2))を与えると、歯車装置30において入力トルク差ΔTINが増幅され、入力トルク差ΔTINよりも大きな駆動トルク差α・ΔTINを得ることができる。
例えば、第1,第2の結合部材31,32が同じ方向に回転し、第1の結合部材31の方が第2の結合部材32よりも回転速度が小さい場合、軸受トルクをTbとすると、式(3)で計算される左右の駆動輪のトルク差は、次のようになる。
式(4)から電動モータ2L,2Rが発生すべき駆動トルク差は式(5)のようになる。
(TM1−TM2)={(TL−TR)−2ΣTb}/α(=ΔTOUT´)…(5)
一方で、この軸受トルクTbは、左右の駆動輪の駆動トルクの和には影響を与えないため、式(6)の関係が成り立つ。
(TM1+TM2)=(TL+TR) …(6)
TM1={(TL+TR)+ΔTOUT´}/2 …(7)
TM2={(TL+TR)−ΔTOUT´}/2 …(8)
また、軸受トルクTbは、例えば、式(9)のPalmgrenの実験式で推定することができる。
Tb=M0+M1 …(9)
M0=f0・10-8(νn)2/3dp 3 …(10)
式(10)におけるf0は軸受45,46、スラスト軸受47,48、深溝玉軸受49の構造と潤滑油の量による係数、νは潤滑油の動粘度、dpは軸受45,46、スラスト軸受47,48、深溝玉軸受49のピッチ円直径、nは軸受45,46、スラスト軸受47,48、深溝玉軸受49の回転速度であり、第1,第2の結合部材31,32の回転速度差である。潤滑油の動粘度νは、一定値としても良いし、潤滑油の温度の測定値を用いて補正しても良い。
図7に示すように、制御装置67は、回転速度計算手段68、軸受トルク推定手段69、トルク差計算手段70および駆動源トルク計算手段71を備えている。回転速度計算手段68では、歯車装置30(図3)の歯車の歯数から定まる係数と、例えば、インバータ装置64から出力されるモータ回転速度から、第1,第2の結合部材31,32(図4)の回転速度をそれぞれ計算し出力する。
以上説明した左右輪駆動装置の制御装置67によれば、第1の結合部材31または第1の回転部材CL(CR)と、第2の結合部材32または第2の回転部材CR(CL)との間に設けられた軸受45,46,47,48,49で生じる軸受トルクを推定し、この軸受トルクを用いて二つの電動モータ2L,2Rで発生させるトルク差を計算する。このように軸受トルクを用いてトルク差を計算することにより、左右の駆動輪61L,61Rの回転速度の差が大きくなった場合においても、指令された駆動輪トルク指令値におおよそ一致する駆動トルクを発生することができる。このように軸受トルクの影響を考慮して電動モータ2L,2Rで発生させるトルクを精度良く制御することができる。したがって、本来発生させたい旋回モーメントを得ることができる。また左右輪駆動装置1の駆動源として電動モータ2L,2Rを用いることで、ガソリンエンジン等の内燃機関に比べて高応答かつ高精度に駆動トルクを制御することができる。
本実施形態においては、発明の理解を容易とするために、減速装置3L,3Rの減速比を省略して説明した。しかしながら、トルク差計算手段70は、軸受トルク推定値と、トルク差増幅率と、減速装置3L,3Rの減速比とに基づいて、電動モータ2L,2Rが発生すべき駆動トルク差を計算しても良い。
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
制御装置67の軸受トルク推定手段69は、入力された温度測定値で式(10)の潤滑油の動粘度νを補正し、軸受トルク推定値を計算し出力する。このように潤滑油の動粘度νを温度測定値に応じて補正することで、より正確に軸受トルクを推定することができる。
その他、左側の遊星歯車機構30Lの遊星キャリアCLと、右側の遊星歯車機構30RのリングギヤRRとが結合されて第2の結合部材32を形成している構成としても良い。
左右輪駆動装置の駆動源は、電動モータに限らず、ガソリンエンジン等の内燃機関を用いても良い。
2L,2R…第1,第2電動モータ(駆動源)
30…歯車装置
30L,30R…遊星歯車機構
31,32…第1,第2の結合部材
45,46…軸受
47…スラスト軸受(軸受)
48…スラスト軸受(軸受)
49…深溝玉軸受(軸受)
61L,61R…駆動輪
67…制御装置
68…回転速度計算手段
69…軸受トルク推定手段
70…トルク差計算手段
71…駆動源トルク計算手段
72…温度測定手段
CL,CR…遊星キャリア(第1,第2の回転部材)
RL,RR…リングギヤ
SL,SR…サンギヤ
PL,PR…プラネタリギヤ
Claims (5)
- 車両に搭載され独立して制御可能な二つの駆動源と、これら二つの駆動源と左右の駆動輪との間に設けられ、前記二つの駆動源から与えられるトルクの差を増幅し前記左右の駆動輪にそれぞれ伝達する歯車装置と、を備えた左右輪駆動装置の制御装置において、
前記歯車装置は二つの遊星歯車機構を備え、
前記二つの遊星歯車機構は、
一方の遊星歯車機構の構成部材と他方の遊星歯車機構の構成部材とを結合する第1,第2の結合部材と、
前記一方の遊星歯車機構の構成部材であって前記第1の結合部材と一体となって回転する第1の回転部材と、
前記他方の遊星歯車機構の構成部材であって前記第2の結合部材と一体となって回転する第2の回転部材と、
前記第1の結合部材または前記第1の回転部材と、前記第2の結合部材または前記第2の回転部材との間に設けられた軸受とを備え、
前記制御装置は、
前記第1,第2の結合部材の回転速度をそれぞれ算出する回転速度計算手段と、
この回転速度計算手段で計算された二つの回転速度から前記軸受で生じる軸受トルクを推定する軸受トルク推定手段と、
前記左右の駆動輪に発生させる左右の駆動輪トルク指令値の差と、前記軸受トルク推定手段で推定された軸受トルクと、前記歯車装置により定められるトルク差増幅率とから、前記二つの駆動源で発生させるトルク差を算出するトルク差計算手段と、
このトルク差計算手段で算出されたトルク差、および前記左右の駆動輪トルク指令値を用いて前記二つの駆動源で発生させるトルクに応じた駆動源トルク指令値を計算し、この駆動源トルク指令値に応じて前記二つの駆動源を動作させる駆動源トルク計算手段と、を備えた左右輪駆動装置の制御装置。 - 請求項1に記載の左右輪駆動装置の制御装置において、前記軸受を潤滑する潤滑油の温度を測定する温度測定手段を備え、前記軸受トルク推定手段は、前記温度測定手段で測定された温度と、前記回転速度計算手段で計算された二つの回転速度から前記軸受で生じる軸受トルクを推定する左右輪駆動装置の制御装置。
- 請求項1または請求項2に記載の左右輪駆動装置の制御装置において、前記回転速度計算手段で計算された前記第1,第2の結合部材の回転速度の差が閾値以上のとき、前記軸受トルク推定手段での軸受トルクの推定を実行し、前記回転速度の差が閾値未満のとき、軸受トルクの推定値を零として前記トルク差計算手段でトルク差を算出する左右輪駆動装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の左右輪駆動装置の制御装置において、前記各遊星歯車機構は、リングギヤと、このリングギヤと同軸に設けられた遊星キャリアと、前記リングギヤと同軸に設けられたサンギヤとを有し、前記第1の結合部材は、一方の遊星歯車機構の構成部材である前記サンギヤと他方の遊星歯車機構の構成部材である前記遊星キャリアとを結合するものであり、前記第2の結合部材は、一方の遊星歯車機構の構成部材である前記遊星キャリアと他方の遊星歯車機構の構成部材である前記サンギヤとを結合するものであり、前記歯車装置は、前記第1,第2の結合部材を入力側とし、前記二つの遊星歯車機構の前記リングギヤを出力側としたものである左右輪駆動装置の制御装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の左右輪駆動装置の制御装置において、前記駆動源が電動モータである左右輪駆動装置の制御装置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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