JP6298037B2 - 駆動装置の制御システム - Google Patents

Description

この発明は、駆動力源の出力トルクを左右の駆動輪に伝達するとともに、それらの駆動輪に伝達するトルクの分配率を制御することができるトルクベクタリング装置を備えた駆動装置の制御システムに関するものである。

駆動力源の出力トルクが入力されるとともに、その入力されたトルクを左右の駆動輪に向けて出力するように構成された差動機構と、その差動機構から左右の駆動輪に向けて出力するトルクの分配率を変更するように、差動機構における一つの回転要素にトルクを入力する差動用モータとを備えたトルクベクタリング装置が、特許文献１および特許文献２に記載されている。

また、特許文献１には、車両安定性についての制御、牽引性能についての制御、回生制御、ハイブリッド制御、ヨーダンピングについての制御などを実行する複数のプログラムと、車両の状態を検出するセンサからの信号などの車両状態量変数とを用いて、差動用モータの要求トルクを演算するように構成された制御システムが記載されている。このような制御システムでは、複数のプログラムが同時に実行されることから、それぞれのプログラムに基づいて異なった複数の要求トルクが求められる場合があり、そのため、特許文献１に記載された制御システムは、複数のプログラムにより求められた要求トルクのうちいずれの要求トルクを差動用モータの要求トルクとして採用するかを定めることができる調停機能を備えている。

特表２０１２−５１９８１２号公報 国際公開第２０１５／００８６６１号

特許文献１に記載されたトルクベクタリング装置における駆動力源が、発電機能のあるモータであり、かつモータを回生制御すれば、各車輪に制動力を作用させることができる。また、そのようなモータの回生制御に併せて差動用モータを制御することにより、各車輪に作用する制動力の分配率を制御することができる。

一方、車両を急停車させるなどの比較的大きな制動力が要求される場合があるため、通常、摩擦ブレーキなどの機械的なブレーキ機構を設け、そのブレーキ機構により各車輪に制動力を作用させるように構成する。このようなブレーキ機構を各車輪毎に設けるとすれば、それらブレーキ機構のための制御が必要となる。したがって、制動時に、上述したようなモータの回生制御により制動力を発生させるとともに、ブレーキ機構により制動力を発生させる場合には、トルクベクタリング装置の制御と、ブレーキ機構の制御とを協調させることになり、制動時における制御が煩雑になる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、駆動力と制動力とを一括して制御することができる駆動装置の制御システムを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、駆動用モータと、前記駆動用モータからトルクが入力され、その入力されたトルクを左右の車輪に伝達することができる差動機構と、前記差動機構におけるいずれかの回転要素に連結されると共に、トルクを出力することにより前記差動機構から前記左右の車輪に伝達するトルクの分配率を制御する差動用モータとを備えた駆動装置の制御システムにおいて、車両の前後加速度、横加速度、ヨーレート、前記左右の車輪の回転数、前記左右の車輪のトルクの少なくともいずれか一つを含む走行状態、およびアクセル操作量、ブレーキ操作量、ステアリング操作量の少なくともいずれか一つを含む操作状態を検出するセンサと、前記差動機構における入力要素、または前記駆動用モータから前記左右の車輪に向けてのトルクの伝達経路における前記差動機構よりも前記駆動用モータ側に設けられた回転部材と摩擦接触することにより制動力を作用させるとともに、供給される電力に応じて前記制動力を制御することができるブレーキ機構と、前記センサにより検出された前記走行状態および前記操作状態に基づいて目標走行状態を演算し、前記目標走行状態に基づいて前記左右の車輪に伝達する目標駆動トルクまたは目標制動トルクを演算し、前記目標駆動トルクに基づいて前記駆動用モータおよび前記差動用モータの出力トルクを求め、前記目標制動トルクに基づいて前記ブレーキ機構により発生させる制動力と前記差動用モータの出力トルクとを求めるように構成された第１コントローラとを備えていることを特徴とするものである。

この発明では、前記第１コントローラに電力を供給する第１電源と、前記第１電源とは異なる第２電源と、前記駆動用モータから前記車輪までのトルクの伝達経路のうちのいずれかの回転部材を停止させることができるパーキングロック機構と、前記第２電源と電気的に接続され、前記パーキングロック機構を制御する第２コントローラとを備えていてもよい。

この発明によれば、車両の走行状態や操作状態に基づいて駆動用モータのトルクや差動用モータのトルク、またはブレーキ機構の制動力を求めるように構成されている。したがって、上記駆動用モータのトルクや差動用モータのトルク、またはブレーキ機構の制動力を一括して制御することができるので、異なる複数の制御同士を協調制御するなどの制御の煩雑さを抑制することができる。または、制御システムの構成を簡素化することができる。

また、この発明によれば、ブレーキ機構とは独立してパーキングロック機構を設けると共に、ブレーキ機構を制御するための第１コントローラに電力を供給する電源と、パーキングロック機構を制御する第２コントローラに電力を供給する電源とが異なっている。したがって、上記のようにブレーキ機構などを一括して制御している状態で、ブレーキ機構を制御する電気系統にフェールが生じた場合であっても、パーキングロック機構をバックアップとして機能させることができる。すなわち、ブレーキ機構がフェールした場合であっても、停車させることができる。

この発明の実施例における制御システムの構成の一例を説明するための模式図である。 第１モータから前輪へトルクを伝達する構成、および前輪に制動力を作用させるための構成を説明するための模式図である。 第１ＥＣＵの構成を説明するためのブロック図である。 第２ＥＣＵの構成を説明するためのブロック図である。 この発明の実施例における制御システムの他の構成例を説明するための模式図である。

この発明の実施例における制御システムの構成の一例を説明するための模式図を図１に示している。なお、図１では、電気的な接続関係を破線で示している。図１には、駆動力源とした駆動用モータ１，２を二つ設けた車両Ｖｅを示している。これらのモータ１，２は、従来知られたハイブリッド車両や電気自動車に駆動力源として設けられているモータと同様に構成することができ、例えば、永久磁石形の同期電動機である。一方のモータ（以下、第１モータと記す）１は、車両Ｖｅの前輪３Ｌ，３Ｒにトルクを伝達するものであって、車両Ｖｅの前方に設けられている。また、他方のモータ（以下、第２モータと記す）２は、車両Ｖｅの後輪４Ｌ，４Ｒにトルクを伝達するものであって、車両Ｖｅの後方に設けられている。なお、いずれのモータ１，２も、車幅方向における中央部に配置されている。

上記第１モータ１には、図２に示すように第１差動機構５が連結されている。この第１差動機構５は、遊星歯車機構を主体として構成することができ、第１モータ１の出力トルクを、左右の駆動輪３Ｌ，３Ｒに伝達するように構成されている。また、そのように左右の駆動輪３Ｌ，３Ｒに伝達する際におけるトルクの分配率を制御するための第１差動用モータ６が、第１差動機構５に連結されている。具体的には、第１差動機構５のいずれかの回転要素に第１差動用モータ６からトルクを入力することができるように構成されており、第１差動用モータ６から第１差動機構５にトルクを入力することにより、一方の駆動輪３Ｌ（３Ｒ）に伝達されるトルクの分配率が増大し、他方の駆動輪３Ｒ（３Ｌ）に伝達されるトルクの分配率が低下するように構成されている。すなわち、第１差動機構５と第１差動用モータ６とによりトルクベクタリング装置を構成している。このトルクベクタリング装置は、国際公開第２０１５／００８６６１号に記載された構成と同様とすることができる。

さらに、第１差動機構５の入力要素、または第１モータ１から第１差動機構５に到るトルクの伝達経路おける第１差動機構５よりも第１モータ１側に設けられた回転部材と接触することにより、摩擦力を発生させて制動力を作用させる第１ブレーキ機構７が設けられている。図２に示す例では、第１モータ１の出力軸８の端部にプレート部材９が連結されており、そのプレート部材９に制動力を作用させるように第１ブレーキ機構７が設けられている。この第１ブレーキ機構７は、電磁アクチュエータに通電することにより制動力を発生させるように構成されており、図２に示す例では、ブレーキディスク１０にコイル１１を設け、そのコイル１１に通電することによる電磁力により、ブレーキロータとして機能するプレート部材９に、ブレーキディスク１０が引き付けられて接触するように構成されている。

上記のように第１ブレーキ機構７を設けることにより、第１ブレーキ機構７で発生した制動力は第１差動機構５を介して左右の駆動輪３Ｌ，３Ｒに伝達される。また、制動時に、第１差動用モータ６を制御すれば、左右の駆動輪３Ｌ，３Ｒに作用する制動トルクの分配率を制御することができる。

一方、駐車時には電源がオフされるため、上記の第１ブレーキ機構７は、制動力を作用させ続けることができない。そのため、非通電時に制動力を作用させることができるように構成された第１パーキングロック機構１２が設けられている。図２に示す第１パーキングロック機構１２は、ブレーキディスク１０を、プレート部材９に向けて押圧する押圧部材１３と、通電されることによりブレーキディスク１０とプレート部材９とが接触するように押圧部材１３を移動させ、非通電時にその押圧部材１３の位置が変化することを防止するように構成された第１電磁アクチュエータ１４とにより構成することができる。

このように構成された第１パーキングロック機構１２では、通電時における押圧部材１３の移動量に応じてブレーキディスク１０とプレート部材９との接触圧を制御すること、すなわち、制動力を制御することができることになり、その状態で非通電とすることで、その制動力を維持することができる。したがって、第１ブレーキ機構７に代えて第１パーキングロック機構１２を制御しても第１ブレーキ機構７と同様に制動力を制御することができる。すなわち、第１パーキング機構１２を第１ブレーキ機構７のバックアップとしても機能させることができる。

上述した第１モータ１および第１差動用モータ６ならびに第１ブレーキ機構７には、従来知られたハイブリッド車両や電気自動車に搭載された蓄電装置と同様に、バッテリーやキャパシタなどにより構成された高電圧の蓄電装置１５が電気的に接続され、その蓄電装置１５から電力が供給されるように構成されている。また、蓄電装置１５には、第１モータ１により発電された電力が供給されるように構成されている。この蓄電装置１５と各モータ１，６またはコイル１１との間には、直流電流と交流電流とを切替えるとともに、各モータ１，６またはコイル１１に供給される電流値やその周波数を制御することができる第１インバータ１６が設けられている。

上記のように第１モータ１により前輪３Ｌ，３Ｒを駆動する構成、および第１ブレーキ機構７により前輪３Ｌ，３Ｒに制動力を作用させる構成と同様に、第２モータ２により後輪４Ｌ，４Ｒを駆動するとともに、第２モータ２から第２差動機構１７に到るトルクの伝達経路上に設けられた回転部材に制動力を作用させる第２ブレーキ機構１８が設けられ、その第２ブレーキ機構１８により後輪４Ｌ，４Ｒに制動力を作用させるように構成されている。また、第２ブレーキ機構１８へ電力を供給する電気系統がフェールした場合であっても、バックアップとして制動力を作用させることができるように、第１パーキングロック機構１２と同様に構成された、第２パーキングロック機構１９が設けられている。すなわち、前輪３Ｌ，３Ｒを駆動または制動させる構成と、後輪４Ｌ，４Ｒを駆動または制動させる構成とは同一である。したがって、後輪４Ｌ，４Ｒを駆動または制動させる構成の説明を省略する。

上述した第１モータ１、第２モータ２、第１差動機構５におけるトルクの分配率を制御する第１差動用モータ６、第２差動機構１７におけるトルクの分配率を制御する第２差動用モータ２０、第１ブレーキ機構７、第２ブレーキ機構１８を、一括して制御するための第１電子制御装置（以下、第１ＥＣＵと記す）２１が設けられている。この第１ＥＣＵ２１は、従来知られている車両に搭載された電子制御装置と同様に構成されており、マイクロコンピュータを主体として構成されており、この発明の実施例における「第１コントローラ」に相当する。その第１ＥＣＵ２１の構成を説明するためのブロック図を図３に示している。この第１ＥＣＵ２１には、車両Ｖｅの状態や、運転者による操作部の操作状態などの信号が入力され、その入力される信号、および予め記憶されている演算式またはマップなどに基づいて車両Ｖｅの挙動に寄与する目標値を定め、その定められた目標値に基づいて、第１インバータ１６や、蓄電装置１５と各モータ２，２０または第２ブレーキ機構１８との間に配置され、直流電流と交流電流とを切替えるとともに、各モータ２，２０または第２ブレーキ機構１８に供給される電流値やその周波数を制御することができる第２インバータ２２に制御信号を出力するように構成されている。

上記第１ＥＣＵ２１に入力される操作状態の一例としては、アクセルペダルの踏み込み量（操作量）、ブレーキペダルの踏み込み力や踏み込み量（操作量）、ステアリングの操舵角や操舵トルク（操作量）であり、車両Ｖｅの状態（走行状態）の一例としては、車両Ｖｅの前後加速度、車両Ｖｅの横加速度、車両Ｖｅのヨーレート、各車輪３Ｌ，３Ｒ，４Ｌ，４Ｒの回転数、各車輪３Ｌ，３Ｒ，４Ｌ，４Ｒに作用しているトルクである。なお、図１には、左前輪３Ｌの回転数を検出するセンサ２３から第１ＥＣＵ２１に信号を入力する構成を示している。

また、第１ＥＣＵ２１で定められる目標値の一例としては、目標ヨーレート、目標加速度、目標減速度、目標タイヤスリップ率などである。なお、これらの目標値は、従来知られたアンチロック制御（ＡＢＳ）、トラクションコントロール（ＴＲＣ）、エレクトロニックスタビリティコントロール（ＥＳＣ）、ダイナミックヨーレートコントロール（ＤＹＣ）などを考慮した値である。

そして、上記の目標値とそれに対応する実測値との偏差から、各モータ１，２に通電するための電流値や周波数と、各差動用モータ６，２０に通電するための電流値や周波数と、各ブレーキ機構７，１８に通電する電流値とを一括して定めるように構成され、それら定められた値に基づいて各モータ１，２への指示信号、各差動用モータ６，２０への指示信号、各ブレーキ機構７，１８への指示信号を各インバータ１６，２２に出力するように構成されている。なお、第１ＥＣＵ２１を作動させるためや、各インバータ１６，２２に搭載されている図示しないトランジスタを制御するための電力を供給するために、第１補機バッテリ２４が設けられている。この第１補機バッテリ２４は、この発明の実施例における「第１電源」に相当するものであり、また蓄電装置１５よりも低電圧である。

上述したように第１パーキングロック機構１２は、第１ブレーキ機構７のバックアップとしても機能するため、上記第１ＥＣＵ２１と第１補機バッテリ２４との電気系統にフェールが生じた場合、または、蓄電装置１５と第１インバータ１６との電気系統にフェールが生じた場合などにも、各パーキングロック機構１２，１９を制御することができるように、第１ＥＣＵ２１とは別に他の電子制御装置（以下、第２ＥＣＵと記す）２５が設けられている。この第２ＥＣＵ２５も第１ＥＣＵ２１と同様にマイクロコンピュータを主体として構成されており、この発明の実施例における「第２コントローラ」に相当する。この第２ＥＣＵ２５の構成を説明するためのブロック図を図４に示している。この第２ＥＣＵ２５には、車両Ｖｅの状態や、運転者による操作部の操作状態などの信号が入力され、その入力される信号、および予め記憶されている演算式またはマップなどに基づいて各パーキングロック機構１２，１９を作動させることを許可するか否かを判断するとともに、各パーキングロック機構１２，１９の制御量を演算などにより定め、その定められた制御量に基づいて、各パーキングロック機構１２，１９に制御信号を出力するように構成されている。

上記第２ＥＣＵ２５に入力される操作状態の一例としては、ブレーキペダルの踏み込み力、ブレーキペダルの踏み込み量、各ブレーキ機構７，１８に通電されている電流値であり、車両Ｖｅの状態の一例としては、各車輪３Ｌ，３Ｒ，４Ｌ，４Ｒの回転数である。また、各パーキングロック機構１２，１９を作動させることの許可は、所定の時間以上停車していること、電磁アクチュエータ１４を作動させるためのスイッチが運転者などによりオンされていること、停車中でかつイグニッションがオフされていること、各ブレーキ機構７，１８のうち少なくともいずれか一方のブレーキ機構７（１８）が作動できないことなどのいずれか一つが成立していることで判定することができる。さらに、ブレーキペダルの踏み込み力や踏み込み量と、各車輪３Ｌ，３Ｒ，４Ｌ，４Ｒの回転数とから各パーキングロック機構１２，１９による制動力を定め、その制動力が得られるように、電磁アクチュエータ１４および第２パーキングロック機構１９を制御するための図示しない電磁アクチュエータへ電流を出力するように構成されている。そして、第２ＥＣＵ２５を作動させるためや、各パーキングロック機構１２，１９を制御するための電力を供給するために、第２補機バッテリ２６が設けられている。なお、第１ＥＣＵ２１からの信号を第２ＥＣＵ２５が受けることができ、第１ＥＣＵ２１がフェールした場合などには、第２ＥＣＵ２５が作動することを許可するように構成することができる。この第２補機バッテリ２６が、この発明の実施例における「第２電源」に相当する。

上述した第１ＥＣＵ２１によれば、車両Ｖｅの状態や運転者によるアクセルペダルの操作量などに応じて、一括して各モータ１，２のトルクや、各差動用モータ６，２０のトルク、あるいは各ブレーキ機構７，１８の制動トルクなどを求めるように構成されている。したがって、異なる複数の制御同士を協調制御するなどの制御の煩雑さを抑制することができる。または、制御システムの構成を簡素化することができる。さらに、このように各モータ１，２のトルクや、各差動用モータ６，２０のトルク、あるいは各ブレーキ機構７，１８の制動トルクを一括して制御した場合であっても、各パーキングロック機構１２，１９や第２ＥＣＵ２５がバックアップとして機能するため、第１ＥＣＵ２１や各ブレーキ機構７，１８がフェールした場合であっても、停車させることができる。

なお、この発明の実施例における駆動装置の制御システムは、図１に示す四輪駆動車に限らず、前輪３Ｌ，３Ｒまたは後輪４Ｌ，４Ｒのいずれか一方を駆動輪とした二輪駆動車であってもよい。図５には、前輪３Ｌ，３Ｒを駆動輪とした駆動装置の一例を示している。なお、図１と同様の構成についてはその説明を省略する。図５に示す例では、車両Ｖｅの後方部であって車幅方向における中央部に第３差動機構２７が設けられている。この第３差動機構２７は、左右の車輪４Ｌ，４Ｒが相対回転することができるように構成していればよく、その構成は特に限定されない。一方、この第３差動機構２７には、左右の車輪４Ｌ，４Ｒに作用させる制動力をそれぞれ独立して制御することができるように第３ブレーキ機構２８が設けられている。この第３ブレーキ機構２８も、第１ブレーキ機構７や第２ブレーキ機構１８と同様に電気的に制御することができるように構成されている。そして、第３ブレーキ機構２８に供給する電流値を制御するための第３インバータ２９が設けられ、その第３インバータ２９を介して、第１ＥＣＵ２１から第３ブレーキ機構２８に電流が供給されるように構成されている。

１，２…（駆動用）モータ、 ３Ｌ，３Ｒ，４Ｌ，４Ｒ…駆動輪、 ５，１７，２７…差動機構、 ６，２０…差動用モータ、 ７，１８，２８…ブレーキ機構、 １２，１９…パーキングロック機構、 １４…電磁アクチュエータ、 １６，２２，２９…インバータ、 ２１，２５…ＥＣＵ（電子制御装置）、 ２３…センサ、 ２４，２６…補機バッテリ、 Ｖｅ…車両。

Claims (2)

1. 駆動用モータと、
   前記駆動用モータからトルクが入力され、その入力されたトルクを左右の車輪に伝達することができる差動機構と、
   前記差動機構におけるいずれかの回転要素に連結されると共に、トルクを出力することにより前記差動機構から前記左右の車輪に伝達するトルクの分配率を制御する差動用モータと
   を備えた駆動装置の制御システムにおいて、
   車両の前後加速度、横加速度、ヨーレート、前記左右の車輪の回転数、前記左右の車輪のトルクの少なくともいずれか一つを含む走行状態、およびアクセル操作量、ブレーキ操作量、ステアリング操作量の少なくともいずれか一つを含む操作状態を検出するセンサと、
   前記差動機構における入力要素、または前記駆動用モータから前記左右の車輪に向けてのトルクの伝達経路における前記差動機構よりも前記駆動用モータ側に設けられた回転部材と摩擦接触することにより制動力を作用させるとともに、供給される電力に応じて前記制動力を制御することができるブレーキ機構と、
   前記センサにより検出された前記走行状態および前記操作状態に基づいて目標走行状態を演算し、前記目標走行状態に基づいて前記左右の車輪に伝達する目標駆動トルクまたは目標制動トルクを演算し、前記目標駆動トルクに基づいて前記駆動用モータおよび前記差動用モータの出力トルクを求め、前記目標制動トルクに基づいて前記ブレーキ機構により発生させる制動力と前記差動用モータの出力トルクとを求めるように構成された第１コントローラと
   を備えている
   ことを特徴とする駆動装置の制御システム。
2. 請求項１に記載の駆動装置の制御システムにおいて、
   前記第１コントローラに電力を供給する第１電源と、
   前記第１電源とは異なる第２電源と、
   前記駆動用モータから前記車輪までのトルクの伝達経路のうちのいずれかの回転部材を停止させることができるパーキングロック機構と、
   前記第２電源と電気的に接続され、前記パーキングロック機構を制御する第２コントローラと
   を備えている
   ことを特徴とする駆動装置の制御システム。

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