JP2016059269A - 車両駆動システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い効率、安全性及び操縦性を有し、サイズが小さく、コストが低い車両駆動システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る車両駆動システムは、第一電動機と、第二電動機と、第一電動機の第一回転軸と第二電動機の第二回転軸との間に設置され、第一回転軸と第二回転軸とを結合させ又は分離させるためのクラッチ機構と、第一電動機、第二電動機及びクラッチ機構に接続された制御ユニットと、制御ユニットに接続され、車両走行状況を感知するためのセンサと、を備え、制御ユニットは、センサから出力された、車両走行状況を示す信号に基づいて、クラッチ機構の動作モード、及び／又は、第一電動機及び第二電動機の動作モード及び負荷を決定して制御するように構成される。本発明によれば、車両駆動システムは、高い効率、安全性及び操縦性を有するが、サイズは小さく、コストは低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動システム、特に車両電力駆動システム及びその制御方法に関する。

例えば、電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）の車両においては、電力駆動のモータを使用して車輪を駆動することが必要であり、エレクトロモータを含む駆動システムは、一般的には二つのタイプがある。第一のタイプは中心駆動システムであり、これは二つの場合を含む。一つは、一つの電動機と一つの速度比式変速機（speed ratio gearbox）とからなるものであり、一般的にはこのように構成された駆動システムの効率は低い。二つは、一つの電動機と二つ又は更に多くの速度比式変速機とからなるものであり、このように構成された駆動システムはコストが高い上に、車両の操縦性も悪い。第二のタイプは直接駆動システムであり、これも二つの場合を含む。一つは、四つの電動機が個別かつ単独に、車両の四つの車輪を直接に駆動するものであり、このように構成された駆動システムはコストが高い上に、耐久性及び安全性が低い。二つは、四つの電動機と四つの速度比式変速機とが個別かつ単独に、車両の四つの車輪を直接に駆動するものであり、このように構成された駆動システムはコストが高い上に効率が低く、しかもサイズが大きいので車輪に統合できない。近年、中心駆動システムと直接駆動システムとにより複合型の駆動システムが開発されたが、効率が低い、コストが高い、又は、安全性が低いという問題は、依然として存在する。

従って、従来の車両駆動システム及び制御方法を改善する必要がある。

本発明は、上述の従来技術のうちの少なくとも一つの欠陥を克服し、高い効率、安全性及び操縦性を有する上に、サイズが小さく、コストが低い車両駆動システム及びその制御方法を提案することを目的とする。

このため、本発明の一つの観点によれば、
第一電動機と、
第二電動機と、
前記第一電動機の第一回転軸と前記第二電動機の第二回転軸との間に設けられ、前記第一回転軸と前記第二回転軸とをカップリングさせ又は分離させるためのクラッチ機構と、
前記第一電動機、前記第二電動機及び前記クラッチ機構に接続された制御ユニットと、
前記制御ユニットに接続され、車両走行状況を感知するためのセンサと、
を備え、
前記制御ユニットは、センサから出力された、車両走行状況を示す信号に基づいて、前記クラッチ機構の動作モード、及び／又は、前記第一電動機及び前記第二電動機の動作モード及び負荷を決定し制御するように構成される車両駆動システムが提案される。

前記第一電動機の出力パワー及び出力トルクは前記第二電動機の出力パワー及び出力トルクより大きく、前記制御ユニットは、前記第一電動機だけを駆動モードで動作させ、前記第一電動機と前記第二電動機とを一緒に駆動モードで動作させ、前記第一電動機だけを発電モードで動作させ、又は、前記第一電動機と前記第二電動機とを一緒に発電モードで動作させるように決定し制御することが好ましい。

前記制御ユニットは、前記クラッチ機構を、結合、摺動摩擦（sliding friction）又は分離のモードで動作させるように決定し制御することが好ましい。

前記第一電動機と前記第二電動機とは、共用ハウジングを有することが好ましい。

前記車両駆動システムの動作中に、冷却流体が流通するように、前記ハウジング内に複数の冷却流体通路が形成されることが好ましい。

前記車両駆動システムは、前記ハウジング内に位置し且つ前記第一回転軸上の出力端近傍に設置された第一トルクダンパ（torque damping）部材と、前記ハウジング内に位置し且つ前記第二回転軸上の出力端近傍に設置された第二トルクダンパ部材とを更に備えていることが好ましい。

前記車両は、電動車両又はハイブリッド車両であることが好ましい。

本発明の一つの観点によれば、
センサが出力した車両走行状況を示す信号に基づいて、前記制御ユニットにより前記クラッチ機構の動作モード、並びに、前記第一電動機及び前記第二電動機の動作モード及び負荷を決定し制御することを含む、前記車両駆動システムの制御方法を提供する。

前記車両が発進及び直進加速階段にあることを前記センサが感知すると、車両の二つの駆動車輪が同期するように、前記制御ユニットは、前記クラッチ機構を結合モードで動作させるように制御し、かつ、前記車両が旋回する階段又は二分された道路（bisectional road）（即ち、車両の両側の車輪の粘着係数が異なる道路）を走行する階段にあることを前記センサが感知すると、車両の二つの駆動車輪が不同期になるように、前記制御ユニットは、前記クラッチ機構を摺動摩擦及び／又は分離モードで動作させるように制御することが好ましい。

前記車両が都市道路状況での発進階段、加速階段及び定速巡航階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニットは、前記第一電動機及び前記第二電動機のうちの一つの電動機だけを駆動モードで動作させるように制御し、かつ、前記車両が都市道路状況での低速度走行の制動階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニットは、車両を制動し且つ制動過程でエネルギーを回収するように、前記第一電動機及び前記第二電動機のうちの一つの電動機だけを発電モードで動作させるように制御し、前記車両が都市道路状況での中高速度走行の制動階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニットは、車両を制動し且つ制動過程でエネルギーを回収するように、前記第一電動機及び前記第二電動機が発電モードで一緒に動作するように制御することが好ましい。

一つの電動機のみが駆動モード又は発電モードで動作する際に、前記一つの電動機は、前記第一電動機及び前記第二電動機のうちの出力パワー及び出力トルクが大きい電動機であることが好ましい。

本発明によれば、前記制御ユニットは、前記クラッチ機構の動作モード、並びに、前記第一電動機及び前記第二電動機の動作モード及び負荷を決定して制御するので、それにより、車両駆動システムが、高い効率、安全性及び操縦性を有するだけでなく、サイズが小さく、コストが低いものとすることができる。

本発明に係る車両駆動システムの概念図。 特定の走行状況におけるクラッチ機構の動作モードを概念的に示す図。 特定の走行状況における各電動機の動作モードを概念的に示す図。

以下には、例を参照して本発明の好ましい各実施形態を詳細に説明する。当業者には、当該実施形態は例として提示したものであり、本発明を限定するものではないことが理解されるはずである。

図１は、本発明に係る車両駆動システムの概念図である。本発明に係る車両駆動システム１は、第一電動機３と第二電動機５とを備えている。第一電動機３は第一回転子９と第一固定子１１とを含み、そのうち、第一回転軸７を含む第一回転子９は、第一固定子１１において回動可能である。第二電動機５は第二回転子１５と第二固定子１７とを含み、そのうち、第二回転軸１３を含む第二回転子１５は、第二固定子１７において回動可能である。第一回転軸７と第二回転軸１３とは、固体かつ剛体であることが好ましい。第一電動機３と第二電動機５とは、回転子及び固定子をそれぞれにパッケージする単独のハウジングを有していてもよいが、第一電動機３と第二電動機５とは、第一回転子９及び第一固定子１１並びに第二回転子１５及び第二固定子１７をパッケージする共用ハウジング１９を有することが好ましい。車両駆動システムの動作中に、冷却流体が複数の冷却流体通路（図示せず）を流通可能であり、第一電動機３及び第二電動機５が動作する際の発熱部材を冷却するように、ハウジング１９に上記複数の冷却流体通路が形成されることが好ましい。第一電動機３は、ハウジング１９内に位置し且つ第一回転軸７上の出力端近傍に設置された第一トルクダンパ部材２１を備え、第二電動機５は、ハウジング１９内に位置し且つ第二回転軸１３上の出力端近傍に設置された第二トルクダンパ部材２３を備えることが好ましい。車両が動作する時、車両が更に安定的に走行できるように、第一トルクダンパ部材２１及び第二トルクダンパ部材２３は、第一電動機３及び第二電動機５が発生させる振動を抑制する。第一電動機３の第一回転軸７の出力端は車両の一つの車輪２５に取り付けることができ、第二電動機５の第二回転軸１３の出力端は車両の他の一つの車輪２７に取り付けることができる。

車両駆動システム１は、第一電動機３の第一回転軸７と第二電動機５の第二回転軸１３との間に設置され、且つ、第一回転軸７と第二回転軸１３とを結合させ又は分離させるためのクラッチ機構２９を更に備えている。クラッチ機構２９は、結合、摺動摩擦又は分離のモードで動作可能である。

車両駆動システム１は、第一電動機３、第二電動機５及びクラッチ機構２９に接続された制御ユニット３１を更に備えている。制御ユニット３１は、電動機制御盤と、電動機へ供給する電流を制御する駆動盤と、車両制御盤及びクラッチ機構制御盤との集積ユニットである。車両駆動システム１は、制御ユニット３１に接続され、且つ、車両走行状況を感知するためのセンサ（図示せず）を更に備えている。制御ユニット３１は、センサが出力した、車両走行状況を示す信号に基づき、車両運転者の要求を満たすと同時に、最小のエネルギー消費を確保するように、第一電動機３及び第二電動機５の動作モード及び負荷、並びに、クラッチ機構２９の動作モードを決定し、制御する。

本発明に係る車両駆動システム１の出力パワー及び出力トルクの大きさは、車両走行状況により変化する。通常、日常で車両を使用する際には、車両は主に都市道路状況で走行する。このような道路状況での車両走行速度は、一般的に、例えば８０ｋｍ／ｈ以下である。郊外道路状況での車両走行速度は、例えば８０−１２０ｋｍ／ｈ又は更に高い速度である。本発明において、第一電動機３及び第二電動機５は、相互に同一の電動機を設置し、同じ大きさの出力パワー及び出力トルクを有するようにしてもよいが、そのうちの一つの電動機の出力パワー及び出力トルクが他の電動機の出力パワー及び出力トルクより高いものとし、都市道路状況で走行する時に主にそのうちのより高い出力パワー及び出力トルクを有する電動機が利用されることが好ましい。簡単に説明するために、本発明において、第一電動機３の出力パワー及び出力トルクが第二電動機５の出力パワー及び出力トルクよりも大きいものとする。

以下、図２及び図３を参照して本発明に係る車両駆動システムの制御方法を説明する。

図２は、特定の走行状況におけるクラッチ機構の動作モードを概念的に示す。上記のように、クラッチ機構２９は、結合、摺動摩擦又は分離のモードで動作可能であるが、通常の場合、クラッチ機構２９は噛み合っている。図２に示すように、発進及び直進加速階段において、制御ユニット３１は、クラッチ機構２９を結合モードで動作させるように制御する。このようにして、車両の二つの駆動車輪２５及び２７が同期する。車両が走行中に旋回する際は、車両の二つの駆動車輪２５及び２７の速度は不同期であるはずであり、そうでなければ、車両の一つの駆動車輪が滑る可能性があり、車両を極めて危険な状態にさせる。従って、このような場合においては、制御ユニット３１は、クラッチ機構２９を摺動摩擦モードにおいて動作させ、且つ、後には分離モードにおいてさえ動作させるように制御する。このようにして、第一電動機３及び第二電動機５は、対応する一つの駆動車輪２５、２７をそれぞれに駆動し、車両の動作安定性を実現し、車両の安全性能を高める。

車両が、二分された道路（bisectional road）を走行する際に、特に加速過程において、操縦性を改善するように、二つの駆動車輪２５及び２７は異なる駆動力を有する。従って、二つの駆動車輪２５及び２７は不同期になる必要があり、そうでなければ、車両の一つの駆動車輪が滑る可能性があり、車両の操縦性が悪くなり、最悪な場合は車両が極めて危険な状態になる。このような場合において、道路状況により、制御ユニット３１はまた、クラッチ機構２９を摺動摩擦モードにおいて動作させ、且つ、後には分離モードにおいてさえ動作させるように制御する。通常、短い距離の二分された道路は、クラッチ機構２９の摺動摩擦モードでの動作を引き起こし、相対的に長い距離の二分された道路はクラッチ機構２９の分離モードでの動作を引き起す。

制御ユニット３１がクラッチ機構２９を制御することにより、駆動システムの効率を高め、車両の操縦性を改善することに加えて、車両の全体安全レベルを高めることができる。例えば、一つの電動機が故障して動作できない、又は、非命令のトルク状態で動作し、例えば一つの電動機の制御外れ加速の場合、車両が安全な操縦状態にあることを確保するように、クラッチ機構２９を結合モードで動作させる必要がある。制御ユニット３１は、車両のフェイルセーフモード（即ち、車両の一つ又は複数の部材が故障し又は非動作となっているが、まだ安全に走行ができるモード）を実現し、車両をリンプホームモード（非常時回避モード：limp home mode）で動作させるように、クラッチ機構２９を制御する。

図３は、特定の走行状況における各電動機の動作モードを概念的に示す。

図３に示すように、都市道路状況で走行する際には、車両の発進階段、加速階段及び定速巡航階段において、制御ユニット３１は、第一電動機３１５だけを駆動モードで動作させるように制御し、車両の各駆動輪を単独に駆動する。都市道路状況での低速度走行の制動階段において、制御ユニット３１は、車両を制動し且つ制動過程からエネルギーを回収するように、第一電動機３だけを公知の方法に従って、発電モードで動作させるように制御する。都市道路状況での中高速度走行の制動階段において、制御ユニット３１は、車両を制動し且つ制動過程からエネルギーを回収するように、第一電動機３及び第二電動機５を公知の方法に従って、発電モードで一緒に動作させるように制御する。

郊外道路状況で走行する際には、車両の低速範囲において、制御ユニット３１は、第一電動機３を駆動モードで動作させるように制御し、更に高い効率で車両の各駆動輪を単独に駆動する。車両の中高速範囲において、制御ユニット３１は、第一電動機３及び第二電動機５を駆動モードで一緒に動作させるように制御し、車両駆動システムの効率を最適化する。

郊外道路状況での走行の制動階段において、制御ユニット３１は、車両を制動し且つ制動過程からエネルギーを回収するように、第一電動機３及び第二電動機５を公知の方法に従って、発電モードで一緒に動作させるように制御する。

以上では、実施例を参照して本発明を詳細に説明した。無論、以上の説明及び図面で示した実施例は、いずれも例として提示されたものと理解されるべきであり、本発明の構成を限定するものではない。当業者にとっては、本発明の主旨を逸脱しない場合で、それに対して種々の変更又は変形を行うことができ、それらの変更又は変形は本発明の範囲に含まれる。

１ 車両駆動システム
３ 第一電動機
５ 第二電動機
７ 第一電動機３の第一回転軸
９ 第一電動機３の第一回転子
１１ 第一電動機３の第一固定子
１３ 第二電動機５の第二回転軸
１５ 第二電動機５の第二回転子
１７ 第二電動機５の第二固定子
１９ ハウジング
２１ 第一トルクダンパ部材
２３ 第二トルクダンパ部材
２５，２７ 車輪
２９ クラッチ機構
３１ 制御ユニット

Claims (11)

1. 第一電動機（３）と、
   第二電動機（５）と、
   前記第一電動機（３）の第一回転軸（７）と前記第二電動機（５）の第二回転軸（１３）との間に設置され、前記第一回転軸（７）と前記第二回転軸（１３）とを結合させ又は分離させるためのクラッチ機構（２９）と、
   前記第一電動機（３）、前記第二電動機（５）及び前記クラッチ機構（２９）に接続された制御ユニット（３１）と、
   前記制御ユニット（３１）に接続され、車両走行状況を感知するためのセンサと、
   を備え、
   前記制御ユニット（３１）は、前記センサから出力された、車両走行状況を示す信号に基づいて、前記クラッチ機構（２９）の動作モード、及び／又は、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）の動作モード及び負荷を決定して制御するように構成されている、
   ことを特徴とする車両駆動システム（１）。
2. 前記制御ユニット（３１）は、前記クラッチ機構（２９）を結合、摺動摩擦又は分離のモードで動作させるように決定して制御することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム（１）。
3. 前記第一電動機（３）の出力パワー及び出力トルクは、前記第二電動機（５）の出カパワー及び出力トルクより大きく、前記制御ユニット（３１）は、前記第一電動機（３）だけを駆動モードで動作させ、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）を一緒に駆動モードで動作させ、前記第一電動機（３）だけを発電モードで動作させ、又は、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）を一緒に発電モードで動作させるように決定して制御することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム（１）。
4. 前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）は、共用ハウジング（１９）を有することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム（１）。
5. 前記車両駆動システム（１）の動作中に、冷却流体が流通するように、前記ハウジング（１９）内に複数の冷却流体通路が形成されることを特徴とする請求項４に記載の車両駆動システム（１）。
6. 前記ハウジング（１９）内に位置し且つ前記第一回転軸（７）上の出力端近傍に設置された第一トルクダンパ部材（２１）と、前記ハウジング（１９）内に位置し且つ前記第二回転軸（１３）上の出力端近傍に設置された第二トルクダンパ部材（２３）とを更に備えていることを特徴とする請求項４に記載の車両駆動システム（１）。
7. 前記車両は、電動車両又はハイブリッド車両であることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム（１）。
8. センサが出力した、車両走行状況を示す信号に基づいて、前記制御ユニット（３１）により前記クラッチ機構（２９）の動作モード、及び／又は、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）の動作モード及び負荷を決定して制御することを含む、請求項１から７までのいずれか一項に記載の車両駆動システム（１）の制御方法。
9. 前記車両が発進及び直進加速階段にあることを前記センサが感知すると、前記車両の二つの駆動車輪（２５、２７）が同期するように、前記制御ユニット（３１）は、前記クラッチ機構（２９）を結合モードで動作させるように制御し、
   前記車両が旋回する階段又は二分された道路を走行する階段にあることを前記センサが感知すると、前記車両の二つの駆動車輪が不同期になるように、前記制御ユニット（３１）は、前記クラッチ機構（２９）を摺動摩擦及び／又は分離モードで動作させるように制御する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
10. 前記車両が都市道路状況での発進階段、加速階段及び定速巡航階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニット（３１）は、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）のうちの一つの電動機だけを駆動モードで動作させるように制御し、
    前記車両が都市道路状況での低速度走行の制動階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニット（３１）は、前記車両を制動し且つ制動過程でエネルギーを回収するように、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）のうちの一つの電動機だけを発電モードで動作させるように制御し、
    前記車両が都市道路状況での中高速度走行の制動階段にあることを前記センサが感知すると、前記制御ユニット（３１）は、前記車両を制動し且つ制動過程でエネルギーを回収するように、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）が発電モードで一緒に動作するように制御する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の制御方法。
11. 一つの電動機のみが駆動モード又は発電モードで動作する際に、前記一つの電動機は、前記第一電動機（３）及び前記第二電動機（５）のうちの出力パワー及び出力トルクが大きい電動機である、ことを特徴とする請求項１０に記載の制御方法。