JP6339090B2 - 電気自動車又はハイブリッド自動車の車軸に電気モーターのシャフトを結合するための方法及び対応する装置。 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車に関し、特に、車輪のシャフト（車軸）に電気モーターのシャフトを結合することに関する。

２つの駆動システム、すなわち熱機関及び電気モーターを備える、ハイブリッド自動車が知られている。従来、１つのタイプの推進から別のタイプの推進へスイッチングする際、シャフト間の結合は、同じ速度で回転するシャフトの間で確立される。例えば、一定の速度で移動する自動車の内部で、電気モーターのシャフトが自動車の車輪と同じ速度で回転していなければ、電気モーターのシャフトと車輪のそれとの間の結合は不連続な振動をもたらす。結合又は結合解除は、速度閾値が満足されている際に実施され得る。

それ故、結合フェーズの間に、電気モーターの速度を車輪のシャフトのそれと等しくするために、電気モーターの速度を制御することが必要である（例えば、速度が再び閾値未満に落ちる場合）。

この目的のために、電気モーターが車輪のシャフトの回転速度と近いが必ずしも等しくない回転速度付近で制御され、かつその後、速度の同期化を得るために機械的同期装置が使用される方法を実施することが、ヨーロッパ特許出願ＥＰ２１３８３７１の中で提案されている。この解決法は、機械的同期装置を必要とするという欠点を有している。

加えて、ほとんど瞬間的な結合を達成するために、電気モーターの速度を車輪の速度の近くに素早く運ぶことが必要である。更なる既存の解決法は、電気モーターの速度を素早く増加させることを可能にするが、一旦、同期が達成されてもモーターの速度は上がり続け、それは不連続な振動をもたらす。

それ故、本発明の１つの目的は、不連続な振動を伴わない、電気モーターのシャフトと車輪のシャフトとの間の結合を得ることであり、それはすなわち等しい回転速度を伴い、かつ同期装置を必要としない。

本発明の更なる目的は、急速な結合を達成することである。

１つの側面に従って、電気モーターのシャフトを電気自動車又はハイブリッド自動車の車輪のシャフトと結合するための方法が提案され、その方法は、電気モーターの回転速度の測定、及び車輪の回転速度の測定を含む。

一般的な特徴に従って、方法は以下のステップを含む。すなわち、
閉ループ制御が、測定された電気モーターの回転速度、及び測定された車輪の回転速度に基づいて、電気モーターに対する第１の作動設定点を定式化することであって、制御は積分を含む定式化すること、
例えば、予測による制御などのように、少なくとも１つの係数が適用される、測定された車輪の回転速度に基づいて、第２の作動設定点を定式化すること、
第１及び第２の作動設定点を一緒に加えて得られたものに基づいて、定式化された最後の作動設定点の付近に、モーターの作動を制御すること、及び
少なくとも１つの係数が適用される、測定された車輪の速度が、測定されたモーターの速度に等しい場合、電気モーターのシャフトを車輪のシャフトに結合することである。

それ故、定式化された最後の作動制御は、電気モーターの回転速度を車輪の回転速度の付近に制御することを可能にし、可能であれば、それは倍率を除いて行われる。加えて、機械的同期装置を使用することを必要としない。

一方では、積分を伴う制御ループによって定式化され、他方では、予測によって定式化された作動設定点の合計は、回転速度が等しい場合に最小となる最後の作動設定点値、例えばトルク設定点を得ることを可能にする（倍率は除いて）。この最小設定点は、望ましい速度を得るために電気モーターに送信され得る、最も小さい作動設定点である。より少ないエネルギーを必要とする改良された速度制御が、それ故、達成される。

予測によって定式化された設定点の使用が、電気モーターの速度の変化を速くすることができることは、また留意され得る。実際（例えば、電気モーターの回転速度がゼロである場合）、その方法を実施する際に、ゼロではない車輪の速度は、第２の作動設定点を定式化するために直接に使用され、それは電気モーターの回転速度を素早く増加させる。

閉ループ制御は、一方で、第１の係数が適用される測定された車輪の速度と、他方で、測定された電気モーターの速度との比較を含み、例えば、第１の係数はモーターのシャフトと車輪のシャフトとの間の減少（リダクション）に対応する乗算係数であり、比較は、第２の係数が適用される第１の作動設定点のフィードバックに加えられ、比較の結果を積分すること、及び第１の作動設定点を得るために積分の結果に第３の係数を乗じることを含む。

第２の係数は、速度間の差異の値を増加させるために選ばれ得、かつそれ故、制御を加速させ、かつそれ故、例えば、電気モーターの速度を加速させる。

フィードバックループの中の第３の係数は、電気モーターの速度が車輪の速度に近づく場合に、電気モーターの速度の増加を緩和させるように選択される。実際、第３の係数の乗算は、速度の同期性に近づくことによって、設定ポイントの導関数の値を低減させることを可能にする。それ故、望ましい速度を得るためにより低い最後の設定点の値が得られ、それは不連続な振動なしに結合することを達成し得る。

第２の作動設定点の定式化は、第４の係数を、測定された車輪の回転速度に乗じることを含み得る。それ故、回転速度は第１の係数を乗じられ、それは、シャフト間の減少（リダクション）に対応する乗算係数であり得、かつ予測による設定点の定式化のために別の係数を乗じられる。

第４の係数は、その部分において、不安定さをもたらすことなしに、電気モーターの速度の変化をよりさらに加速するように選択され得る。実際、その方法の実施の瞬間から、それは測定された車輪の速度に乗じられ、それは結合の間にゼロではない。

電気モーターに対する最後の作動設定点を推定するために、引き続いて、第１の作動設定点及び第２の作動設定点を一緒に加えるステップに加えて、その方法はまた、一方で、第１の作動設定点及び第２の作動設定点の合計と、他方で、第５の係数が適用される、測定された電気モーターの速度との間の比較を含む。

第５の係数は、また一旦、測定された電気モーターの速度がもはやゼロではなくなると、速度の変化を加速させるように選択され得る。

無論、当業者は、電気モーターの速度の急速な変化、及び結合する前にこの変化を緩和させることを達成するために、種々の係数を選択することができる。

自動車は、第１の車輪に対する第１の電気モーター、第２の車輪に対する第２の電気モーターを備えることができ、第２の電気モーターのシャフトが第２の車輪のシャフトに結合するのと同時に、第１の電気モーターのシャフトは第１の車輪のシャフトと結合される。

本発明は特に、例えば、後ろの車軸の車輪などの、車輪にそれぞれ接続される２つの電気機械が提供される自動車にとって非常に適している。後ろの車軸の対称性のために、作動設定ポイントの計算は２つの機械に対して同じである。

更なる側面に従って、電気モーターのシャフトと、電気自動車又はハイブリッド自動車の車輪のシャフトとの間の結合を制御するための装置が提案され、自動車は、電気モーターの回転速度を測定する手段、及び車輪の回転速度を測定するための手段を備える。

一般的な特徴に従って、装置は以下のものを備える。すなわち、
測定された電気モーターの回転速度、及び測定された車輪の回転速度に基づいて、電気モーターの第１の作動設定点を定式化するための閉ループ制御手段であって、積分手段を備える閉ループ制御手段、
少なくとも１つの係数が適用される、測定された車輪の回転速度に基づいて、第２の作動設定点を定式化するための手段、
最後の作動設定点の付近で電気モーターの作動を制御するための手段であって、第１の作動設定点及び第２の作動設定点を一緒に加えるための加算器を備える、制御するための手段、及び
少なくとも１つの係数が適用される測定された車輪の速度が、測定されたモーターの速度に等しい場合、車輪のシャフトとの電気モーターのシャフトの結合を制御するための手段である。

閉ループ制御手段は、第２の係数が適用される第１の作動設定点のフィードバックに加えられる、一方で、第１の係数が適用される測定された車輪の速度と、他方で、測定された電気モーターの速度との間の比較のための手段、比較の結果を積分するための手段、及び第１の作動設定点を得るために、積分の結果に第３の係数を乗じるための手段を備え得る。

第２の作動設定点の定式化のための手段は、第４の係数を、測定された車輪の回転速度に乗じるための手段を含み得る。

装置はまた、電気モーターのための最後の作動設定点を得るために、一方で、第１の作動設定点及び第２の作動設定点の合計と、他方で、第５の係数が適用される、測定された電気モーターの速度との間の比較のための手段を備え得る。

自動車は、第１の車輪のための第１の電気モーター、及び第２の車輪のための第２の電気モーターを備え得、装置は、各々の車輪のシャフトに対する各々の電気モーターのシャフトの結合を同時に制御することができる。

更なる目的、特徴、及び利点は、非限定的な実施例としてのみ与えられる、以下の説明を添付の図面を参照しながら読むことによってより明快になるだろう。

車輪のシャフトと電気モーターのシャフトとの結合を概略的に示している。 車輪のシャフトと電気モーターのシャフトとの結合を概略的に示している。 本発明による、実施態様のモードを概略的に示している。 結合の間の時間の関数としての、電気モーターの速度及び他のパラメータの変化を示している。

図１ａは、例えば、電気モーターのシャフトに接続される第１の歯車１、及び例えば、車輪のシャフトに接続される第２の歯車２を示している。第１及び第２の歯車１及び２は、前から示され、それらの回転の軸３は破線で示されている。歯車１は、歯の一組を備え、そのうちの１つの歯４が見えている。シャフトどうしが結合されることを可能にするスライディングギア５は、歯車１の歯に結合されている。スライディングギア５は、フォーク６の動きによって平行に移動され得る。

第２の歯車は、複数の歯７が装備されており、かつ図１ａの場合に、車輪のそれともっぱらリンクした回転動作を有する。

図２ａは、図１ａの参照８を有するセクションの平面図に対応する歯車１及び２の別の図を示している。スライディングギア５は、歯車１の歯４に結合される複数の歯５を備える。この図において、歯車２の歯７は自由である。

図１ｂ及び図２ｂは、スライディングギア５の第１の平行移動の後の、第１及び第２の歯車１及び２を示している。平行移動は、２つの歯車の回転速度が等しい場合、例えば、車輪の回転速度及び電気モーターの回転速度が、倍率を別にすれば等しい場合に、実施され得る。

図１ｃ及び図２ｃは、歯車１及び２の間の結合に対応する最後の位置にあるスライディングギアを伴った、第１及び第２の歯車１及び２を示しており、かつそれ故、スライディングギアは、電気モーターのシャフトと少なくとも１つの車輪のシャフトとの間にある。

速度が等しいことは、シャフトどうしの結合の間の不連続な振動の出現を避けることを可能にすることに留意されたい。この目的に対して、更に、機械的同期装置を必要とすることなしに、優れた質の結合を得るために、電気モーターの速度を制御することが必要であり、かつそれ故、歯車１の速度を制御することが必要である。

図３は、本発明による結合制御装置の実施例を概略的に示しており、それは結合を可能にするための電気モーターの速度の制御を提供する。装置のみならずこの制御は、計算ユニットの内部に提供され得、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車の内部に配置される電子制御装置の内部に提供され得る。

第１の例のこの装置は、ω_ｗｈ ^ｍｅｓとして記される少なくとも１つの車輪の回転速度、及びω_ｅ ^ｍｅｓとして記される自動車の電気モーターの回転速度を測定するための手段を備える。これらの回転速度は、例えば、自動車の回転速度センサによって測定される。この装置はまた、閉ループ制御手段Ｂ、予測によって作動設定点を定式化するための手段Ａ、及び車輪のシャフトに対する電気モーターのシャフトの（図示せぬ）結合を制御するための手段を備える。

測定された速度ω_ｗｈ ^ｍｅｓは、例えば、車輪のシャフトと電気モーターのシャフトとの間の減少（リダクション）係数に対応する、Ｋ_ｅとして記される第１の係数による乗算のために乗算手段９に対して提供され得る。言い換えると、結合は、以下の式が実証される場合に実施され得る。すなわち、
ω_ｗｈ ^ｍｅｓＫ_ｅ＝ω_ｅ ^ｍｅｓ

係数Ｋ_ｅが適用される測定された車輪の回転速度ω_ｗｈ ^ｍｅｓは、その後、比較器１０の中で、測定された電気モーターの回転速度ω_ｅ ^ｍｅｓと比較される。これらの２つの回転速度は、制御ループＢの２つの入力である。比較器１０の出力は、積分手段１１に接続される。積分手段１１の使用は、速度の間の差異を低減させることを可能にする。

積分手段１１の出力は、別の係数Ｋ_ｉによって乗算手段１２に接続され、制御ループＢの出力において、（Ｔ_ｅ ^ｉｎｔとして記される）電気モーターのための作動設定点を得ることを可能にする。係数Ｋ_ｉは、比較器の出力において得られる差異を増加させ、かつそれ故、より素早く電気モーターの回転速度を変化させる。この設定点は、別の係数Ｋ_ｒによって乗算（乗算手段１３）の後に比較器１０の別の入力に対してループされ、Ｋ_ｒは、車輪の回転速度の近傍にある電気モーターの回転速度が変化することを緩和するために選択される。

係数Ｋ_ｅが適用される測定された車輪の回転速度ω_ｗｈ ^ｍｅｓはまた、乗算手段１４による係数Ｋ_ｗの乗算の後に、予測によって作動設定点を定式化するために、手段Ａの中で使用される。この予測は、制御に先立って反応性を獲得するために、電気モーターに対してトルク設定点を送ることを可能にする。パラメータＫ_ｗは、本質的にモーター自身の特徴によって定義され、かつ特に、システムの安定性の条件によってのみならず、その慣性によって定義される。それ故、Ｔ_ｅ ^ａｎｔｉとして記される作動設定点は、乗算手段１４の出力において得られる。

その後、２つの作動設定点Ｔ_ｅ ^ａｎｔｉ及びＴ_ｅ ^ｉｎｔは、付加手段１５によって一緒に加えられる。それに加えて、（倍率を別にして）さらにより速く回転の速度の間の同期を得るために、比較手段１７によって作動設定点（Ｔ_ｅ ^ｒｅｔ）及び比較を得るために、係数Ｋ_ｓによる乗算を用いる測定された電気モーターの回転速度ω_ｅ ^ｍｅｓの乗算手段１６のおかげで、状態フィードバックを使用することが可能である。その後、比較手段１７の出力（作動設定点Ｔ_ｅ ^ｒｅｆ）は、例えば、その回転速度を増加させるために、かつ（倍率を別にして）車輪の回転速度に到達するために、電気モーターに対して提供される。その後、結合を制御するための手段は、結合を実施する。

図４ａは、本発明による方法を実施することができる自動車の内部における、電気モーターの回転速度の変化（曲線１８、実線）、及び車輪の回転速度の変化（曲線１９、破線）を示している。車輪の速度は、ここでは一定であり、４００ｒｐｍよりも大きい。

シャフトの結合の前に、電気モーターの回転速度はゼロである（フェーズＰ１）。その後、特に予測による設定点の定式化のおかげで、フェーズＰ２で速度は急速に増加する。最後に、フェーズＰ３において、特にフィードバックループを用いた積分動作のおかげで、電気モーターの回転速度はより緩やかに変化する。それ故、自動車の運転手によって感知される不連続な振動なしに、２つのシャフトの間の結合を実施することが可能である。

図４ｂは、電気モーターにおいて提供される設定点トルクの変化（曲線２０）を示している。ここで、フェーズＰ１は、ゼロの設定点値（フェーズＰ１）に対応し、フェーズＰ２は、設定点の急速な変化に対応し、かつフェーズＰ３は、車輪の速度の付近で安定化された電気モーターの回転速度を得るために、設定点の減少に対応する。

最後に、図４ｃは、結合を得ることを可能にする、例えば、スライディングギア５などの、スライディングギアの位置の変化（曲線２１）を示している。スライディングギアの位置が、フェーズＰ３から、自由位置から結合された位置へ単に移動するだけであることに留意すべきである。

フェーズＰ２の開始と、結合の終了（最後の位置にあるスライディングギア）との間の１秒の期間を必要とする結合が得られる。

本発明のおかげで、急速な結合が得られ、ほとんど機械部品を必要とせず、かつ不連続な振動もない。それ故、構成要素の費用を低減すること、及び不連続な振動が生じた場合には低減される機械部品のサービス寿命を長くすることができる。

Claims (8)

1. 電気モーターのシャフトを、電気自動車又はハイブリッド自動車の車輪のシャフトに結合する方法であって、当該方法は、電気モーターの回転速度（ω_ｅ ^ｍｅｓ）の測定、及び車輪の回転速度（ω_ｗｈ ^ｍｅｓ）の測定を含み、
   測定された前記電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）、及び測定された前記車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）に基づいて、前記電気モーターに対する第１の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ｉｎｔ）を定式化するための閉ループ制御であって、積分を含む、閉ループ制御、
   少なくとも１つの係数が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）に基づいて、第２の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ａｎｔｉ）を定式化すること、
   前記第１及び第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ 、Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）を合計して得られたものに基づいて定式化された最後の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ｒｅｆ）の付近に、前記電気モーターの作動を制御すること、及び
   前記少なくとも１つの係数が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）が、前記測定された電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）に等しい場合、前記電気モーターのシャフトを前記車輪のシャフトに結合することを含む方法であって、
   前記閉ループ制御は、
   第２の係数（Ｋ _ｒ ）が適用された前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）のフィードバック及び第１の係数（Ｋ _ｅ ）が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）の合計と、前記測定された電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）との間の比較を行うこと、
   前記比較の結果の積分を行うこと、及び
   前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）を得るために、第３の係数（Ｋ _ｉ ）を前記積分の結果に乗じることとを含む、方法。
2. 前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）の前記定式化は、第４の係数（Ｋ_ｗ）を、前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）に乗じることを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電気モーターに対する前記最後の設定点（Ｔ _ｅ ^ｒｅｆ ）を推定するために、前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）及び前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）を合計するステップに続いて、前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）及び前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）の合計と、第５の係数（Ｋ_ｓ）が適用された前記測定された電気モーターの速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）との間の比較を更に含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記自動車は、第１の車輪に対する第１の電気モーター、及び第２の車輪に対する第２の電気モーターを備え、前記第２の電気モーターのシャフトが前記第２の車輪のシャフトに結合されるのと同時に、前記第１の電気モーターのシャフトは前記第１の車輪のシャフトと結合される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 電気モーターのシャフトと、電気自動車又はハイブリッド自動車の車輪のシャフトとの間の結合を制御するための装置であって、前記自動車は、前記電気モーターの回転速度（ω_ｅ ^ｍｅｓ）を測定するための手段、及び前記車輪の回転速度（ω_ｗｈ ^ｍｅｓ）を測定するための手段を備え、前記装置が、
   測定された前記電気モーターの回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）、及び測定された前記車輪の回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）に基づいて、前記電気モーターの第１の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ｉｎｔ）を定式化するための閉ループ制御手段であって、積分手段を備える、閉ループ制御手段、
   少なくとも１つの係数が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）に基づいて、第２の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ａｎｔｉ）を定式化するための手段、
   最後の作動設定点（Ｔ_ｅ ^ｒｅｆ）の付近で前記電気モーターの作動を制御するための手段であって、前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）及び前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）を合計するための加算器を備える、制御するための手段、及び
   前記少なくとも１つの係数が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）が、前記測定された電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）に等しい場合、前記電気モーターのシャフトと前記車輪のシャフトとの結合を制御するための手段を備える、計算ユニットを備え、
   前記閉ループ制御手段は、
   第２の係数（Ｋ _ｒ ）が適用された前記第１の作動設定点のフィードバック（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）及び第１の係数（Ｋ _ｅ ）が適用された前記測定された車輪の回転速度（ω _ｗｈ ^ｍｅｓ ）の合計と、前記測定された電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）との間の比較のための手段、
   前記比較の結果の積分のための手段、及び
   前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）を得るために、第３の係数（Ｋ _ｉ ）を前記積分の結果に乗じるための手段を備える、装置。
6. 前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）を定式化するための手段は、第４の係数（Ｋ_ｗ）を、前記測定された車輪の回転速度に乗じるための手段を備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記電気モーターに対する前記最後の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｒｅｆ ）を得るために、前記第１の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ｉｎｔ ）及び前記第２の作動設定点（Ｔ _ｅ ^ａｎｔｉ ）の合計と、第５の係数（Ｋ_ｓ）が適用された前記測定された電気モーターの回転速度（ω _ｅ ^ｍｅｓ ）との間の比較のための手段を更に備える、請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記自動車は、第１の車輪のための第１の電気モーター、及び第２の車輪のための第２の電気モーターを備え、
   各々の電気モーターのシャフトと各々の車輪のシャフトとの結合を、同時に制御することができる、請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。

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