先ず、本発明に係る車両用駆動装置の一実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。
本発明に係る車両用駆動装置は、電動機を車軸駆動用の駆動源とするものであり、例えば、図1に示すような駆動システムの車両に用いられる。以下の説明では車両用駆動装置を後輪駆動用として用いる場合を例に説明するが、前輪駆動用に用いてもよい。
図1に示す車両3は、内燃機関4と電動機5とが直列に接続された駆動装置6(以下、前輪駆動装置と呼ぶ。)を車両前部に有するハイブリッド車両であり、この前輪駆動装置6の動力がトランスミッション7を介して前輪Wfに伝達される一方で、この前輪駆動装置6と別に車両後部に設けられた駆動装置1(以下、後輪駆動装置と呼ぶ。)の動力が後輪Wr(RWr、LWr)に伝達されるようになっている。前輪駆動装置6の電動機5と後輪Wr側の後輪駆動装置1の第1及び第2電動機2A、2Bとは、バッテリ9に接続され、バッテリ9からの電力供給と、バッテリ9へのエネルギー回生が可能となっている。符号8は、車両全体の各種制御をするための制御装置である。
図2は、後輪駆動装置1の全体の縦断面図を示すものであり、同図において、10A、10Bは、車両3の後輪Wr側の左右の車軸であり、車幅方向に同軸上に配置されている。後輪駆動装置1の減速機ケース11は全体が略円筒状に形成され、その内部には、車軸駆動用の第1及び第2電動機2A、2Bと、この第1及び第2電動機2A、2Bの駆動回転を減速する第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bとが、車軸10A、10Bと同軸上に配置されている。この第1電動機2A及び第1遊星歯車式減速機12Aは左後輪LWrを駆動する左車輪駆動装置として機能し、第2電動機2B及び第2遊星歯車式減速機12Bは右後輪RWrを駆動する右車輪駆動装置として機能し、第1電動機2A及び第1遊星歯車式減速機12Aと第2電動機2B及び第2遊星歯車式減速機12Bとは、減速機ケース11内で車幅方向に左右対称に配置されている。
減速機ケース11の左右両端側内部には、それぞれ第1及び第2電動機2A、2Bのステータ14A、14Bが固定され、このステータ14A、14Bの内周側に環状のロータ15A、15Bが回転可能に配置されている。ロータ15A、15Bの内周部には車軸10A、10Bの外周を囲繞する円筒軸16A、16Bが結合され、この円筒軸16A、16Bが車軸10A、10Bと同軸で相対回転可能となるように減速機ケース11の端部壁17A、17Bと中間壁18A、18Bとに軸受19A、19Bを介して支持されている。また、円筒軸16A、16Bの一端側の外周であって減速機ケース11の端部壁17A、17Bには、ロータ15A、15Bの回転位置情報を第1及び第2電動機2A、2Bの制御コントローラ(図示せず)にフィードバックするためのレゾルバ20A、20Bが設けられている。
また、第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bは、サンギヤ21A、21Bと、このサンギヤ21に噛合される複数のプラネタリギヤ22A、22Bと、これらのプラネタリギヤ22A、22Bを支持するプラネタリキャリア23A、23Bと、プラネタリギヤ22A、22Bの外周側に噛合されるリングギヤ24A、24Bと、を備え、サンギヤ21A、21Bから第1及び第2電動機2A、2Bの駆動力が入力され、減速された駆動力がプラネタリキャリア23A、23Bを通して出力されるようになっている。
サンギヤ21A、21Bは円筒軸16A、16Bに一体に形成されている。また、プラネタリギヤ22A、22Bは、例えば図3に示すように、サンギヤ21A、21Bに直接噛合される大径の第1ピニオン26A、26Bと、この第1ピニオン26A、26Bよりも小径の第2ピニオン27A、27Bを有する2連ピニオンであり、これらの第1ピニオン26A、26Bと第2ピニオン27A、27Bとが同軸にかつ軸方向にオフセットした状態で一体に形成されている。このプラネタリギヤ22A、22Bはプラネタリキャリア23A、23Bに支持され、プラネタリキャリア23A、23Bは、軸方向内側端部が径方向内側に伸びて車軸10A、10Bにスプライン嵌合され一体回転可能に支持されるとともに、軸受33A、33Bを介して中間壁18A、18Bに支持されている。
なお、中間壁18A、18Bは第1及び第2電動機2A、2Bを収容する電動機収容空間と第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bを収容する減速機空間とを隔て、外径側から内径側に互いの軸方向間隔が広がるように屈曲して構成されている。そして、中間壁18A、18Bの内径側、且つ、第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12B側にはプラネタリキャリア23A、23Bを支持する軸受33A、33Bが配置されるとともに中間壁18A、18Bの外径側、且つ、第1及び第2電動機2A、2B側にはステータ14A、14B用のバスリング41A、41Bが配置されている(図2参照)。
リングギヤ24A、24Bは、その内周面が小径の第2ピニオン27A、27Bに噛合されるギヤ部28A、28Bと、ギヤ部28A、28Bより小径で減速機ケース11の中間位置で互いに対向配置される小径部29A、29Bと、ギヤ部28A、28Bの軸方向内側端部と小径部29A、29Bの軸方向外側端部を径方向に連結する連結部30A、30Bとを備えて構成されている。この実施形態の場合、リングギヤ24A、24Bの最大半径は、第1ピニオン26A、26Bの車軸10A、10Bの中心からの最大距離よりも小さくなるように設定されている。小径部29A、29Bは、それぞれ後述する一方向クラッチ50のインナーレース51とスプライン嵌合し、リングギヤ24A、24Bは一方向クラッチ50のインナーレース51と一体回転するように構成されている。
ところで、減速機ケース11とリングギヤ24A、24Bの間には円筒状の空間部が確保され、その空間部内に、リングギヤ24A、24Bに対する制動手段を構成する油圧ブレーキ60A、60Bが第1ピニオン26A、26Bと径方向でオーバーラップし、第2ピニオン27A、27Bと軸方向でオーバーラップして配置されている。油圧ブレーキ60A、60Bは、減速機ケース11の内径側で軸方向に伸びる筒状の外径側支持部34の内周面にスプライン嵌合された複数の固定プレート35A、35Bと、リングギヤ24A、24Bの外周面にスプライン嵌合された複数の回転プレート36A、36Bが軸方向に交互に配置され、これらのプレート35A、35B,36A、36Bが環状のピストン37A、37Bによって締結及び解放操作されるようになっている。ピストン37A、37Bは、減速機ケース11の中間位置から内径側に延設された左右分割壁39と、左右分割壁39によって連結された外径側支持部34と内径側支持部40間に形成された環状のシリンダ室38A、38Bに進退自在に収容されており、シリンダ室38A、38Bへの高圧オイルの導入によってピストン37A、37Bを前進させ、シリンダ室38A、38Bからオイルを排出することによってピストン37A、37Bを後退させる。なお、油圧ブレーキ60A、60Bは電動オイルポンプ70に接続されている(図1参照)。
また、さらに詳細には、ピストン37A、37Bは、軸方向前後に第1ピストン壁63A、63Bと第2ピストン壁64A、64Bを有し、これらのピストン壁63A、63B,64A、64Bが円筒状の内周壁65A、65Bによって連結されている。したがって、第1ピストン壁63A、63Bと第2ピストン壁64A、64Bの間には径方向外側に開口する環状空間が形成されているが、この環状空間は、シリンダ室38A、38Bの外壁内周面に固定された仕切部材66A、66Bによって軸方向左右に仕切られている。減速機ケース11の左右分割壁39と第2ピストン壁64A、64Bの間は高圧オイルが直接導入される第1作動室S1とされ、仕切部材66A、66Bと第1ピストン壁63A、63Bの間は、内周壁65A、65Bに形成された貫通孔を通して第1作動室S1と導通する第2作動室S2とされている。第2ピストン壁64A、64Bと仕切部材66A、66Bの間は大気圧に導通している。
この油圧ブレーキ60A、60Bでは、第1作動室S1と第2作動室S2に後述する油圧回路71からオイルが導入され、第1ピストン壁63A、63Bと第2ピストン壁64A、64Bに作用するオイルの圧力によって固定プレート35A、35Bと回転プレート36A、36Bを相互に押し付けが可能である。したがって、軸方向左右の第1,第2ピストン壁63A、63B,64A、64Bによって大きな受圧面積を稼ぐことができるため、ピストン37A、37Bの径方向の面積を抑えたまま固定プレート35A、35Bと回転プレート36A、36Bに対する大きな押し付け力を得ることができる。
この油圧ブレーキ60A、60Bの場合、固定プレート35A、35Bが減速機ケース11から伸びる外径側支持部34に支持される一方で、回転プレート36A、36Bがリングギヤ24A、24Bに支持されているため、両プレート35A、35B,36A、36Bがピストン37A、37Bによって押し付けられると、両プレート35A、35B,36A、36B間の摩擦締結によってリングギヤ24A、24Bに制動力が作用し固定(ロック)され、その状態からピストン37A、37Bによる締結が解放されると、リングギヤ24A、24Bの自由な回転が許容される。
また、軸方向で対向するリングギヤ24A、24Bの連結部30A、30B間にも空間部が確保され、その空間部内に、リングギヤ24A、24Bに対し一方向の動力のみを伝達し他方向の動力を遮断する一方向クラッチ50が配置されている。一方向クラッチ50は、インナーレース51とアウターレース52との間に多数のスプラグ53を介在させたものであって、そのインナーレース51がスプライン嵌合によりリングギヤ24A、24Bの小径部29A、29Bと一体回転するように構成されている。またアウターレース52は、内径側支持部40により位置決めされるとともに、回り止めされている。一方向クラッチ50は、車両3が第1及び第2電動機2A、2Bの動力で前進する際に係合してリングギヤ24A、24Bの回転をロックするように構成されている。より具体的に説明すると、一方向クラッチ50は、第1及び第2電動機2A、2B側の順方向(車両3を前進させる際の回転方向)のトルクが後輪Wr側に入力されるときに係合状態となるとともに第1及び第2電動機2A、2B側の逆方向のトルクが後輪Wr側に入力されるときに非係合状態となり、後輪Wr側の順方向のトルクが第1及び第2電動機2A、2B側に入力されるときに非係合状態となるとともに後輪Wr側の逆方向のトルクが第1及び第2電動機2A、2B側に入力されるときに係合状態となる。言い換えると、一方向クラッチ50は、非係合時に第1及び第2電動機2A、2Bの逆方向のトルクによるリングギヤ24A、24Bの一方向の回転を許容し、係合時に第1及び第2電動機2A、2Bの順方向のトルクによるリングギヤ24A、24Bの逆方向の回転を規制している。
このように本実施形態の後輪駆動装置1では、第1及び第2電動機2A、2Bと後輪Wrとの動力伝達経路上に一方向クラッチ50と油圧ブレーキ60A、60Bとが並列に設けられている。なお、油圧ブレーキ60A、60Bは2つ設ける必要はなく、一方にのみ油圧ブレーキを設け、他方の空間をブリーザ室として用いてもよい。
ここで、制御装置8(図1参照)は、車両全体の各種制御をするための制御装置であり、制御装置8には車速、操舵角、アクセルペダル開度AP、シフトポジション、SOC、油温などが入力される一方、制御装置8からは、内燃機関4を制御する信号、第1及び第2電動機2A、2Bを制御する信号、バッテリ9における発電状態・充電状態・放電状態などを示す信号、電動オイルポンプ70を制御する制御信号などが出力される。
即ち、制御装置8は、第1及び第2電動機2A、2Bを制御する電動機制御手段としての機能を、少なくとも備えている。
図4は、各車両状態における前輪駆動装置6と後輪駆動装置1との関係を第1及び第2電動機2A、2Bの作動状態とあわせて記載したものである。図中、フロントユニットは前輪駆動装置6、リアユニットは後輪駆動装置1、リアモータは第1及び第2電動機2A、2B、OWCは一方向クラッチ50、BRKは油圧ブレーキ60A、60Bを表わす。また、図5〜図10、図12〜図15、図18、図19、図21、図22は後輪駆動装置1の各状態における速度共線図を表わし、LMOTは第1電動機2A、RMOTは第2電動機2B、左側のS、C、PGはそれぞれ第1電動機2Aに連結された第1遊星歯車式減速機12Aのサンギヤ21A、車軸10Aに連結されたプラネタリキャリア23A、プラネタリギヤ22A、右側のS、C、PGはそれぞれ第2電動機2Bに連結された第2遊星歯車式減速機12Bのサンギヤ21B、車軸10Bに連結されたプラネタリキャリア23B、プラネタリギヤ22B、Rはリングギヤ24A、24B、BRKは油圧ブレーキ60A、60B、OWCは一方向クラッチ50を表わす。以下の説明において第1及び第2電動機2A、2Bによる車両前進時のサンギヤ21A、21Bの回転方向を順方向とする。また、図中、停車中の状態から上方が順方向の回転、下方が逆方向の回転であり、矢印は、上向きが順方向のトルクを表し、下向きが逆方向のトルクを表す。
停車中は、前輪駆動装置6も後輪駆動装置1も駆動していない。従って、図5に示すように、後輪駆動装置1の第1及び第2電動機2A、2Bは停止しており、車軸10A、10Bも停止しているため、いずれの要素にもトルクは作用していない。このとき、油圧ブレーキ60A、60Bは解放(OFF)している。また、一方向クラッチ50は、第1及び第2電動機2A、2Bが非駆動のため係合していない(OFF)。
そして、キーポジションをONにした後、EV発進、EVクルーズなどモータ効率のよい前進低車速時は、後輪駆動装置1による後輪駆動となる。図6に示すように、第1及び第2電動機2A、2Bが順方向に回転するように力行駆動すると、サンギヤ21A、21Bには順方向のトルクが付加される。このとき、前述したように一方向クラッチ50が係合しリングギヤ24A、24Bがロックされる。これによりプラネタリキャリア23A、23Bは順方向に回転し前進走行がなされる。なお、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bからの走行抵抗が逆方向に作用している。このように車両3の発進時には、キーポジションをONにして第1及び第2電動機2A、2Bのトルクをあげることで、一方向クラッチ50が機械的に係合してリングギヤ24A、24Bがロックされる。
このとき、油圧ブレーキ60A、60Bは弱締結状態に制御される。なお、弱締結とは、動力伝達可能であるが、油圧ブレーキ60A、60Bの締結状態の締結力に対し弱い締結力で締結している状態をいう。第1及び第2電動機2A、2Bの順方向のトルクが後輪Wr側に入力されるときには一方向クラッチ50が係合状態となり、一方向クラッチ50のみで動力伝達可能であるが、一方向クラッチ50と並列に設けられた油圧ブレーキ60A、60Bも弱締結状態とし第1及び第2電動機2A、2B側と後輪Wr側とを接続状態としておくことで、第1及び第2電動機2A、2B側からの順方向のトルクの入力が一時的に低下して一方向クラッチ50が非係合状態となった場合にも、第1及び第2電動機2A、2B側と後輪Wr側とで動力伝達不能になることを抑制できる。また、後述する減速回生への移行時に第1及び第2電動機2A、2B側と後輪Wr側とを接続状態とするための回転数制御が不要となる。一方向クラッチ50が係合状態のときの油圧ブレーキ60A、60Bの締結力を一方向クラッチ50が非係合状態のときの油圧ブレーキ60A、60Bの締結力よりも弱くすることにより、油圧ブレーキ60A、60Bの締結のための消費エネルギーが低減される。
前進低車速走行から車速があがりエンジン効率のよい前進中車速走行に至ると、後輪駆動装置1による後輪駆動から前輪駆動装置6による前輪駆動となる。図7に示すように、第1及び第2電動機2A、2Bの力行駆動が停止すると、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bから前進走行しようとする順方向のトルクが作用するので、前述したように一方向クラッチ50が非係合状態となる。このときも、油圧ブレーキ60A、60Bは弱締結状態に制御される。
図6又は図7の状態から第1及び第2電動機2A、2Bを回生駆動しようすると、図8に示すように、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bから前進走行を続けようとする順方向のトルクが作用するので、前述したように一方向クラッチ50が非係合状態となる。このとき、油圧ブレーキ60A、60Bは締結状態(ON)に制御される。従って、リングギヤ24A、24Bが固定されるとともに第1及び第2電動機2A、2Bには逆方向の回生制動トルクが作用し、第1及び第2電動機2A、2Bで減速回生がなされる。このように、後輪Wr側の順方向のトルクが第1及び第2電動機2A、2B側に入力されるときには一方向クラッチ50は非係合状態となり、一方向クラッチ50のみで動力伝達不能であるが、一方向クラッチ50と並列に設けられた油圧ブレーキ60A、60Bを締結させ、第1及び第2電動機2A、2B側と後輪Wr側とを接続状態としておくことで動力伝達可能な状態に保つことができ、この状態で第1及び第2電動機2A、2Bを回生駆動状態に制御することにより、車両3のエネルギーを回生することができる。
続いて加速時には、前輪駆動装置6と後輪駆動装置1の四輪駆動となり、後輪駆動装置1は、図6に示す前進低車速時と同じ状態となる。
前進高車速時には、前輪駆動装置6による前輪駆動となるが、このときヨーモーメント要求の有無で後輪駆動装置1の制御が異なる。ヨーモーメント要求がない場合には、第1及び第2電動機2A、2Bを停止する。一方、ヨーモーメント要求がある場合には、第1及び第2電動機2A、2Bの発生トルクが反対方向となるように左右逆トルク制御を行う。左右逆トルク制御については後述し、ここではヨーモーメント要求がない場合について説明する。
ヨーモーメント要求がない場合には、第1及び第2電動機2A、2Bを停止する。図9に示すように、第1及び第2電動機2A、2Bが力行駆動を停止すると、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bから前進走行しようとする順方向のトルクが作用するので、前述したように一方向クラッチ50が非係合状態となる。このとき、サンギヤ21A、21Bには、サンギヤ21A、21B及び第1及び第2電動機2A、2Bの回転損失が抵抗として入力され、リングギヤ24A、24Bにはリングギヤ24A、24Bの回転損失が発生する。
このとき油圧ブレーキ60A、60Bは解放状態(OFF)に制御される。従って、第1及び第2電動機2A、2Bの連れ回りが防止され、前輪駆動装置6による高車速時に第1及び第2電動機2A、2Bが過回転となるのが防止される。
後進時には、図10に示すように、第1及び第2電動機2A、2Bを逆力行駆動すると、サンギヤ21A、21Bには逆方向のトルクが付加される。このとき、前述したように一方向クラッチ50が非係合状態となる。
このとき油圧ブレーキ60A、60Bは締結状態に制御される。従って、リングギヤ24A、24Bが固定されて、プラネタリキャリア23A、23Bは逆方向に回転し後進走行がなされる。なお、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bからの走行抵抗が順方向に作用している。このように、第1及び第2電動機2A、2B側の逆方向のトルクが後輪Wr側に入力されるときには一方向クラッチ50は非係合状態となり、一方向クラッチ50のみで動力伝達不能であるが、一方向クラッチ50と並列に設けられた油圧ブレーキ60A、60Bを締結させ、第1及び第2電動機2A、2B側と後輪Wr側とを接続状態としておくことで動力伝達可能に保つことができ、第1及び第2電動機2A、2Bのトルクによって車両3を後進させることができる。
このように後輪駆動装置1は、車両の走行状態、言い換えると、第1及び第2電動機2A、2Bの回転方向が順方向か逆方向か、及び第1及び第2電動機2A、2B側と車輪Wr側のいずれから動力が入力されるかに応じて、油圧ブレーキ60A、60Bの締結・解放が制御され、さらに油圧ブレーキ60A、60Bの締結時であっても締結力が調整される。
図11は、車両が停車中の状態からEV発進→EV加速→ENG加速→減速回生→中速ENGクルーズ→ENG+EV加速→高速ENGクルーズ→減速回生→停車→後進→停車に至る際の電動オイルポンプ70(EOP)と、一方向クラッチ50(OWC)、油圧ブレーキ60A、60B(BRK)のタイミングチャートである。
先ず、キーポジションをONにしてシフトがPレンジからDレンジに変更され、アクセルペダルが踏まれるまでは、一方向クラッチ50は非係合(OFF)、油圧ブレーキ60A、60Bは解放(OFF)状態を維持する。そこから、アクセルペダルが踏まれると後輪駆動(RWD)で後輪駆動装置1によるEV発進、EV加速がなされる。このとき、一方向クラッチ50が係合(ON)し、油圧ブレーキ60A、60Bは弱締結状態となる。そして、車速が低車速域から中車速域に至って後輪駆動から前輪駆動になると内燃機関4によるENG走行(FWD)がなされる。このとき、一方向クラッチ50が非係合(OFF)となり、油圧ブレーキ60A、60Bはそのままの状態(弱締結状態)を維持する。そして、ブレーキが踏まれるなど減速回生時には、一方向クラッチ50が非係合(OFF)のまま、油圧ブレーキ60A、60Bが締結(ON)する。内燃機関4による中速クルーズ中は、上述のENG走行と同様の状態となる。続いて、さらにアクセルペダルが踏まれて前輪駆動から四輪駆動(AWD)になると、再び一方向クラッチ50が係合(ON)する。そして、車速が中車速域から高車速域に至ると、再び内燃機関4によるENG走行(FWD)がなされる。このとき、一方向クラッチ50が非係合(OFF)となり、油圧ブレーキ60A、60Bが解放(OFF)される。このとき、ヨーモーメント要求がなければ第1及び第2電動機2A、2Bは停止し、ヨーモーメント要求があれば後述する左右逆トルク制御がなされる。そして、減速回生時には、上述した減速回生時と同様の状態となる。そして、車両が停止すると、一方向クラッチ50は非係合(OFF)、油圧ブレーキ60A、60Bは解放(OFF)状態となる。
続いて、後進走行時には、一方向クラッチ50は非係合(OFF)のまま、油圧ブレーキ60A、60Bが締結(ON)する。そして、車両が停止すると、一方向クラッチ50は非係合(OFF)、油圧ブレーキ60A、60Bは解放(OFF)状態となる。
続いて、本発明の特徴である左右逆トルク制御について説明する。
左右逆トルク制御は、第1電動機2Aと第2電動機2Bのうち一方の電動機を順方向のトルク又は逆方向のトルクが発生するように、且つ、他方の電動機を一方の電動機とは反対方向の逆方向のトルク又は順方向のトルクが発生するようにそれぞれ制御することで、第1電動機2Aと第2電動機2Bとで反対方向のトルクを発生させるものである。これにより、上述した前進高車速時のように、一方向クラッチ50が係合せず、油圧ブレーキ60A、60Bが解放状態に制御される状況下、即ち、リングギヤ24A、24Bの回転中であっても、ヨーモーメントを発生させ続けることができる。そして、本発明では、この状態で、(A)第1電動機2Aと第2電動機2Bのうち一方の電動機を該電動機の目標回転数に基づいて制御するとともに、他方の電動機を該電動機の目標トルクに基づいて制御するか、若しくは、(B)第1電動機2Aと第2電動機2Bの両方の電動機を該電動機の目標トルクに基づいて制御するとともに、第1電動機と第2電動機の一方の電動機のみに、該電動機を目標回転数とするための補正トルクを付加することにより、第1電動機と第2電動機の一方の電動機を目標回転数とする、回転合わせを行う。なお、逆方向のトルクとは、逆方向の回転を増加させる方向のトルク、又は、順方向の回転を減少させる方向のトルクをさす。
以下の説明では、第1及び第2電動機2A、2Bのいずれか一方を任意の目標回転数(以下、モータ目標回転数)となるように制御する場合を第1実施形態とし、リングギヤ24A、24Bがリングギヤ目標回転数となるように第1及び第2電動機2A、2Bのいずれか一方をモータ目標回転数となるように制御する場合を第2実施形態とし、プラネタリギヤ22A、22Bの回転数に基づいて第1及び第2電動機2A、2Bのいずれか一方をモータ目標回転数となるように制御する場合を第3実施形態とする。なお、以下の第1〜第3実施形態では、回転状態量として回転数(r/min)を用いるが、回転数(r/min)に限らず角速度(rad/s)等の他の回転状態量を用いてもよい。同様に、第1〜第3実施形態では、トルク状態量としてモータトルク(N・m)を用いるが、モータトルクと相関のあるモータ電流(A)等の他のトルク状態量を用いてもよい。
<第1実施形態>
図12は、高車速走行時に左右逆トルク制御時(目標回転到達前)の後輪駆動装置の速度共線図である。なお、図中、前述の各回転要素に定常的に加わる損失等によるベクトルは省略している。高車速走行時は、上述したように、前輪駆動装置6による前輪駆動となるので、一方向クラッチ50は非係合となる。このとき、油圧ブレーキ60A、60Bは解放状態に制御される。従って、連結されたリングギヤ24A、24Bはロックされずに回転状態となる。
この状態で、第1電動機2Aを目標トルクに基づいて順方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bをモータ目標回転数に基づいて逆方向の第2モータトルクTM2が発生するように回転数制御を行う。なお、この第2モータトルクTM2の絶対値は、第1モータトルクTM1の絶対値より大きい値に設定される。
第1電動機2Aを目標トルクに基づいて順方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行うことで、サンギヤ21Aには順方向の第1モータトルクTM1が作用する。また、このとき、図9と同様に、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bから前進走行しようとする順方向のトルク(図示せず)が作用している。従って、第1遊星歯車式減速機12Aにおいては、プラネタリキャリア23Aが支点となり、力点であるサンギヤ21Aに順方向の第1モータトルクTM1が作用したことで、作用点であるリングギヤ24A、24Bに逆方向の第1モータトルク分配力TM1′が作用する(図13参照)。また、第2遊星歯車式減速機12Bにおいては、プラネタリキャリア23Bが支点となり、力点であるリングギヤ24A、24Bに逆方向の第1モータトルク分配力TM1′が作用したことで、作用点であるサンギヤ21Bに順方向の第1モータトルク分配力TM1″が作用する(図13参照)。
一方、第2電動機2Bをモータ目標回転数に基づいて逆方向の回転数制御トルクが発生するように回転数制御を行うことで、サンギヤ21Bには逆方向の第2モータトルクTM2が作用する。第2モータトルクTM2は、第1モータトルクTM1と絶対値の等しい逆方向のバランストルクTbと、その余りの逆方向の回転数制御トルクTncに分けることができる。従って、第2遊星歯車式減速機12Bにおいて、プラネタリキャリア23Bが支点となり、力点であるサンギヤ21Bに逆方向のバランストルクTbと回転数制御トルクTncが作用したことで、作用点であるリングギヤ24A、24Bに順方向のバランストルク分配力Tb′と回転数制御トルクTnc′が作用する(図12、図13参照)。また、第1遊星歯車式減速機12Aにおいては、プラネタリキャリア23Aが支点となり、力点であるリングギヤ24A、24Bに順方向のバランストルク分配力Tb′と回転数制御トルク分配力Tnc′が作用したことで、作用点であるサンギヤ21Aに逆方向のバランストルク分配力Tb″と回転数制御トルク分配力Tnc″が作用する(図12、図13参照)。
ここで、第1モータトルクTM1とバランストルクTbは方向が反対方向で大きさ(絶対値)が等しいので、図13で示すように、サンギヤ21Aに作用する順方向の第1モータトルクTM1と逆方向のバランストルク分配力Tb″は互いに打ち消しあい、リングギヤ24A、24Bに作用する逆方向の第1モータトルク分配力TM1′と順方向のバランストルク分配力Tb′は互いに打ち消しあい、サンギヤ21Bに作用する順方向の第1モータトルク分配力TM1″と逆方向のバランストルクTbは互いに打ち消しあう。従って、第1モータトルクTM1とバランストルクTbとにより、サンギヤ21A、21Bとリングギヤ24A、24Bはそれぞれの回転状態が維持されるように釣り合うこととなる。このとき、プラネタリキャリア23Aには、第1モータトルクTM1に第1遊星歯車式減速機12Aの減速比を掛け合わせた順方向のキャリアトルクTT1が作用するとともに、プラネタリキャリア23Bには、バランストルクTbに第2遊星歯車式減速機12Bの減速比を掛け合わせた逆方向のキャリアトルクTT2が作用する。
第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bの減速比が等しいので、キャリアトルクTT1、TT2により時計回りのヨーモーメントMが安定的に発生することとなる。
一方、回転数制御トルクTncと、その分配力である回転数制御トルク分配力Tnc′及び回転数制御トルク分配力Tnc″は基本的に釣り合うトルクがないため、プラネタリキャリア23A、23Bに出力されず、サンギヤ21A、21B及びリングギヤ24A、24Bの回転数の変動に消費される。上記に伴い、サンギヤ21Bに作用する第2モータトルクTM2のうち逆方向の回転数制御トルクTncと、その分配力であるサンギヤ21Aに作用する逆方向の回転数制御トルク分配力Tnc″は、それぞれサンギヤ21A、21Bの回転数、即ち第1及び第2電動機2A、2Bの回転数を減少させ、リングギヤ24A、24Bに作用する順方向の回転数制御トルク分配力Tnc′は、リングギヤ24A、24Bの回転数を上昇させる。なお、回転数制御トルクTncの変化が急激過ぎると、不図示のリングギヤ24A、24Bのイナーシャ分の抵抗力が反力受けとして機能してプラネタリキャリア23Bに出力されるため、回転数制御トルクTncは変化が急激にならないように制御することとなる。
このように、リングギヤ24A、24Bが回転中の左右逆トルク制御において、第1電動機2Aを目標トルクに基づいて順方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bをモータ目標回転数に基づいて逆方向の第2モータトルクTM2が発生するように回転数制御を行うことで、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2のバランストルクTbとが車両3にヨーモーメントMを発生させるために寄与し、第2モータトルクTM2の回転数制御トルクTncが第2電動機2Bの回転数をモータ目標回転数にするために寄与する。
第2電動機2Bがモータ目標回転数に達すると、第2モータトルクTM2は、第1モータトルクTM1と絶対値の等しい逆方向のバランストルクTbのみとなり、回転数制御トルクTnc分小さくなる。図14は、第1実施形態の左右逆トルク制御時(目標回転到達後)の後輪駆動装置の速度共線図である。これにより、第2電動機2Bがモータ目標回転数を保った状態で、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2がつりあい、発生していた時計回りのヨーモーメントMが維持される。
なお、この左右逆トルク制御において、第1電動機2Aを目標トルクに基づいて順方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bをモータ目標回転数に基づいて逆方向の第2モータトルクTM2が発生するように回転数制御を行う代わりに、第1電動機2Aと第2電動機2Bの両方の電動機を目標トルクに基づいて制御するとともに、第2電動機2Bのみに、該電動機を目標回転状態量とするための補正トルクを付加する制御を行っても同様の作用を果たすことができる。後述する第2及び第3実施形態では、後者の制御方法を用いて説明する。
第1電動機2Aをトルク制御する際の目標トルクは、車両3の目標ヨーモーメントに基づいて求められることが好ましい。この目標トルクの求め方について以下の式を用いて説明する。
左後輪LWrの左後輪目標トルクをWTT1、右後輪RWrの右後輪目標トルクをWTT2、左右後輪LWr、RWrの合計目標トルク(左後輪トルクと右後輪トルクとの和)をTRT、左右後輪LWr、RWrの目標トルク差(左後輪トルクと右後輪トルクとの差)をΔTTとしたとき、下記(1)、(2)式が成立する。
WTT1+WTT2=TRT (1)
WTT1−WTT2=ΔTT (2)
なお、ΔTTは、目標ヨーモーメント(時計回りを正)をYMT、車輪半径をr、トレッド幅(左右後輪LWr、RWr間距離)をTrとすると、以下の(3)式で表される。
ΔTT=2・r・YMT/Tr (3)
ここで、リングギヤ24A、24Bの回転中は車両3の前後方向には第1及び第2電動機2A、2Bによる同一方向のトルクが伝達されないため、左右後輪LWr、RWrの合計目標トルクTRTは零である。従って、左右後輪LWr、RWrの目標トルクWTT1、WTT2が上記(1)、(2)式から一義的に決まる。
即ち、WWT1=−WTT2=ΔTT/2 (4)
また、左後輪LWrに連結される第1電動機2Aの目標トルクをTTM1としたとき、第1電動機2Aの目標トルクTTM1は以下の(5)式から導かれる。
TTM1=(1/Ratio)・WTT1 (5)
なお、Ratioは、第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bの減速比である。
上記(4)及び(5)式から第1電動機2Aの目標トルクTTM1は以下の式(6)で表される。
TTM1=(1/Ratio)・ΔTT/2 (6)
従って、車両3の目標ヨーモーメントYMTに基づいて左右後輪LWr、RWrの目標トルク差ΔTTを求め、該目標トルク差ΔTTの半分のトルクを第1遊星歯車式減速機12Aの減速比で除した値を、トルク制御する第1電動機2Aの目標トルクTTM1とすることで、所期のヨーモーメントを発生させることができる。
また、回転数制御を行う際のモータ目標回転数は、第2電動機2Bの効率と該第2電動機2Bへ電力を供給する電力供給装置の効率との少なくとも一方に基づいて求めることが好ましい。油圧ブレーキ60A、60B及び/又は一方向クラッチ50によりリングギヤ24A、24Bがロックした状態では、第1及び第2電動機2A、2Bの回転数はプラネタリキャリア23A、23Bの回転に連動し、第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bの減速比に応じた所定の回転数となるが、リングギヤ24A、24Bがロックされていない状態、即ちリングギヤ24A、24Bの回転中であれば、第1及び第2電動機2A、2Bの回転数はプラネタリキャリア23A、23Bの回転に連動せず、任意の回転数とすることができる。電力供給装置は、不図示のインバータを含むPDU、3相線であり、主としてPDUである。電力供給系の効率に占める割合が大きい、第2電動機2Bの効率とPDUの効率に基づいてモータ目標回転数を求めることで、電力消費をより低減することができる。一方で、第2電動機2Bの効率のみに基づいてモータ目標回転数を求めてもよい。効率を試験的に求める場合には、効率マップの作成が容易となり、逐次検出・推定して求める場合には、制御量を低減することができる。
上記実施形態は、第2電動機2Bのモータ目標回転数がその実回転数(以下、モータ実回転数)より低く、且つ、時計回りのヨーモーメントを発生させるパターンについて説明したが、実際には、モータ目標回転数がモータ実回転数より高いか低いか、目標ヨーモーメントが時計回りか反時計回りかに基づいて、トルク制御する電動機と回転数制御する電動機、及びトルクの作用方向を決定する。
図15に示すように、(a)目標ヨーモーメントが時計回りであり、且つ、モータ実回転数がモータ目標回転数より小さく(モータ実回転数<モータ目標回転数)、モータ実回転数を上昇させる(モータ回転数制御方向:上昇)場合、第1電動機2Aを回転数制御するとともに順方向のトルクを発生させ、第2電動機2Bをトルク制御するとともに逆方向のトルクを発生させる。また、(b)目標ヨーモーメントが時計回りであり、且つ、モータ実回転数がモータ目標回転数より大きく(モータ実回転数>モータ目標回転数)、モータ実回転数を下降させる(モータ回転数制御方向:下降)場合、第2電動機2Bを回転数制御するとともに逆方向のトルクを発生させ、第1電動機2Aをトルク制御するとともに順方向のトルクを発生させる(上記実施形態のパターン)。
一方、(c)目標ヨーモーメントが反時計回りであり、且つ、モータ実回転数がモータ目標回転数より小さく(モータ実回転数<モータ目標回転数)、モータ実回転数を上昇させる(モータ回転数制御方向:上昇)場合、第2電動機2Bを回転数制御するとともに順方向のトルクを発生させ、第1電動機2Aをトルク制御するとともに逆方向のトルクを発生させる。また、(d)目標ヨーモーメントが反時計回りであり、且つ、モータ実回転数がモータ目標回転数より大きく(モータ実回転数>モータ目標回転数)、モータ実回転数を下降させる(モータ回転数制御方向:下降)場合、第1電動機2Aを回転数制御するとともに逆方向のトルクを発生させ、第2電動機2Bをトルク制御するとともに順方向のトルクを発生させる。
続いて、第1実施形態の左右逆トルク制御のフローについて図16を参照しながら説明する。
先ず、左右逆トルク制御の指令があると、モータ目標回転数、モータ実回転数、及び目標ヨーモーメント指令を取得する(S11)。続いて、取得した目標ヨーモーメントに基づいて目標ヨーモーメント指令を符号化するとともに、取得したモータ目標回転数とモータ実回転数からモータ回転数制御方向を符号化する(S12)。
符号化は、図17に示すように、目標ヨーモーメントが時計回りであれば目標ヨーモーメント指令符号を「正」、反時計回りであれば目標ヨーモーメント指令符号を「負」とする。また、モータ実回転数がモータ目標回転数より小さく(モータ実回転数<モータ目標回転数)、モータ実回転数を上昇させるのであれば、モータ回転数制御方向符号を「正」、モータ実回転数がモータ目標回転数より大きく(モータ実回転数>モータ目標回転数)、モータ実回転数を下降させるのであれば、モータ回転数制御方向符号を「負」とする。
続いて、符号化された目標ヨーモーメント指令符号とモータ回転数制御方向符号を掛け合わせて制御選択符号を取得する(S13)。「正」と「正」、「負」と「負」の掛け合わせを制御選択符号の「正」とし、「正」と「負」、「負」と「正」の掛け合わせを制御選択符号の「負」とする。
そして、その結果、制御選択符号が「正」か否かを検出し(S14)、制御選択符号が「正」であれば第1電動機2Aを回転数制御する(S15)とともに、第2電動機2Bをトルク制御する(S16)。一方、制御選択符号が「負」であれば第1電動機2Aをトルク制御する(S17)とともに、第2電動機2Bを回転数制御する(S18)。
以上説明したように、連結されたリングギヤ24A、24Bの回転中に左右逆トルク制御を行うとき、第1電動機2Aと第2電動機2Bのうち一方の電動機を該電動機のモータ目標回転数に基づいて制御するとともに、他方の電動機を該電動機の目標トルクに基づいて制御することで、リングギヤ24A、24Bが油圧ブレーキ60A、60B及び一方向クラッチ50によって固定されない自由回転状態においても目標ヨーモーメントを満たしつつ、一方の電動機をモータ目標回転数に制御することができる。そして、モータ目標回転数を一方の電動機の効率等に基づいて設定することにより、省エネルギー化及び燃費向上を実現することができる。
<第2実施形態>
続いて、第2実施形態の左右逆トルク制御について説明する。
本実施形態の左右逆トルク制御は、リングギヤ24A、24Bがリングギヤ目標回転数となるように第1及び第2電動機2A、2Bを制御するものであり、以下の説明では、油圧ブレーキ60A、60Bを締結するためにリングギヤ24A、24Bが零回転状態(回転数が零)となるように第2電動機2Bに補正トルクを付加してモータ目標回転数とする場合を例に説明する。
図9で説明したように、前進高車速時には、第1及び第2電動機2A、2Bが力行駆動を停止することで、プラネタリキャリア23A、23Bには車軸10A、10Bから前進走行しようとする順方向のトルクが作用し、一方向クラッチ50が非係合状態となる。この状態から、反時計回り方向の目標ヨーモーメント指令が入力されると、図18(a)に示すよう第1電動機2Aを目標トルクに基づいて逆方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bを第1モータトルクTM1と等しい大きさの反対方向の順方向の第2モータトルクTM2が発生するようにトルク制御を行う。
従って、図13で説明したのと同様に、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2は釣り合い状態となる。このとき、プラネタリキャリア23Aには、逆方向の第1モータトルクTM1に第1遊星歯車式減速機12Aの減速比を掛け合わせた逆方向のキャリアトルクTT1が作用するとともに、プラネタリキャリア23Bには、順方向の第2モータトルクTM2に第2遊星歯車式減速機12Bの減速比を掛け合わせた順方向のキャリアトルクTT2が作用し、キャリアトルクTT1、TT2により反時計回りのヨーモーメントMが発生する。
この状態から油圧ブレーキ60A、60Bの締結指令があると、油圧ブレーキ60A、60Bを締結させるためにリングギヤ24A、24Bのリングギヤ目標回転数を零に設定し、リングギヤ24A、24Bの回転を零とするために、図18(b)に示すように、順方向のトルクを発生させている第2電動機2Bにさらに順方向の補正トルクTadを付加する。このとき、第2遊星歯車式減速機12Bにおいては、プラネタリキャリア23Bが支点となり、力点であるサンギヤ21Bに順方向の補正トルクTadが作用したことで、作用点であるリングギヤ24A、24Bに逆方向の補正トルク分配力Tad′が作用する。また、第1遊星歯車式減速機12Aにおいては、プラネタリキャリア23Aが支点となり、力点であるリングギヤ24A、24Bに逆方向の補正トルク分配力Tad′が作用したことで、作用点であるサンギヤ21Aに順方向の補正トルク分配力Tad″が作用する。補正トルクTadと、その分配力である補正トルク分配力Tad′及び補正トルク分配力Tad″は、基本的に釣り合うトルクがないため、プラネタリキャリア23A、23Bに出力されず、サンギヤ21A、21B及びリングギヤ24A、24Bの回転数の変動に消費される。上記に伴い、補正トルクTadと補正トルク分配力Tad″は、それぞれサンギヤ21A、21Bの回転数、即ち第1及び第2電動機2A、2Bの回転数を上昇させ、リングギヤ24A、24Bに作用する逆方向の補正トルク分配力Tad′は、リングギヤ24A、24Bの回転数を下降させる。これにより、第2電動機2Bの回転数はやがてモータ目標回転数となり、リングギヤ24A、24Bの回転数はやがてリングギヤ目標回転数である略零となる。
そして、リングギヤ24A、24Bの回転数が略零回転となったときに、図18(c)に示すように、油圧ブレーキ60A、60Bを締結するとともに、補正トルクTadを消滅させる。これにより、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2の絶対値が等しくなり、発生していた反時計回りのヨーモーメントMが維持される。さらに、油圧ブレーキ60A、60Bを締結してリングギヤ24A、24Bを制動することで、第1及び第2電動機2A、2Bの同一方向のトルクを車輪に伝達することができるようになる。
トルク制御を行う際の目標トルクは、目標ヨーモーメントに基づいて求められることが好ましい。この目標トルクの求め方については、第1実施形態と同様であり、左後輪LWrに連結される第1電動機2Aの目標トルクをTTM1′、右後輪RWrに連結される第2電動機2Bの目標トルクをTTM2′としたとき、左右の第1及び第2電動機2A、2Bの目標トルクTTM1′、TTM2′は、以下の(5)、(7)式から導かれる。
TTM1′=(1/Ratio)・WTT1 (5)′
TTM2′=(1/Ratio)・WTT2 (7)
なお、Ratioは第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bの減速比である。
上記(4)、(5)′、(7)式から第1目標モータトルクTTM1′、第2目標モータトルクTTM2′は以下の式(6)′、(8)で表される。
TTM1′=(1/Ratio)・ΔTT/2 (6)′
TTM2′=−(1/Ratio)・ΔTT/2 (8)
従って、車両3の目標ヨーモーメントYMTに基づいて第1電動機2Aと第2電動機2Bの目標トルク差ΔTTを求め、該目標トルク差ΔTTの半分のトルクを第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bの減速比で除した値をそれぞれ第1電動機2Aと第2電動機2Bの目標トルクとして制御することで、所期のヨーモーメントを発生させることができる。
上記実施形態では、反時計回りのヨーモーメントを発生させるパターン(図19(b)に相当)について説明したが、時計回りのヨーモーメントを発生させるためには、図19(a)に示すように、第1電動機2Aを目標トルクに基づいて順方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bを第1モータトルクTM1と等しい大きさの反対方向の逆方向の第2モータトルクTM2が発生するようにトルク制御を行い、且つ、第1電動機2Aに回転数制御に寄与する補正トルクTadを付加することで実現される。即ち、リングギヤ24A、24Bの回転数を下げるためには、電動機の回転数を上げる必要があるため順方向のトルクが発生している電動機に補正トルクを付加する必要があり、これにより、常に目標トルクを後輪Wrに伝達することができ、車両3のヨーモーメントが変化せず、車両3の挙動が安定する。
また、上記実施形態では、油圧ブレーキ60A、60Bを締結するためにリングギヤ24A、24Bの目標回転数を零とする場合について説明したが、一方向クラッチ50を係合させるためにリングギヤ24A、24Bのリングギヤ目標回転数を零とする場合も同様に制御することができる。さらに、油圧ブレーキ60A、60Bの締結指令や一方向クラッチ50の係合指令がない場合には、リングギヤ24A、24Bのリングギヤ目標回転数を、リングギヤ24A、24Bが順方向の回転で、且つ、略零回転状態となるように設定してもよい。これにより、一方向クラッチ50が係合しない状態で、リングギヤ24A、24Bの回転損失の少ない回転状態とすることができる。また、一方向クラッチ50が係合しないように設定することで、一方向クラッチ50が係合することにより車輪Wrにショックが伝達されるのを回避し、ショックを抑制することができる。
続いて、第2実施形態の左右逆トルク制御のフローについて図20を参照しながら説明する。
リングギヤ24A、24Bの回転中に左右逆トルク制御を行うことにより、連続的にヨーモーメントが発生している状態(図18(a))において、先ず、油圧ブレーキ60A、60Bの締結指令の有無を検出する(S21)。その結果、締結指令がなければ処理を終了する。
締結指令があれば、車輪速よりモータ目標回転数を算出する(S22)。これは、油圧ブレーキ60A、60Bを締結した場合を想定し、車輪速に応じて、リングギヤ24A、24Bの回転が零となる第1電動機2Aと第2電動機2Bのモータ目標回転数を検出するものである。続いて、モータ目標回転数とモータ実回転数との回転数差に応じて補正トルクを算出する(S23)。続いて、第1電動機2Aのトルクが第2電動機2Bのトルクより大きいか否か、言い換えると、第1モータトルクTM1が順方向のトルクか否かを検出する(S24)。左右逆トルク制御中は、一方が順方向のトルクを発生していれば、他方は逆方向のトルクを発生しており、ヨーモーメントMを維持しつつリングギヤ24A、24Bの回転を下降させるためには、順方向のトルクを発生している電動機に補正トルクを付加する必要がある。
その結果、第1モータトルクTM1が第2モータトルクTM2より大きい、即ち第1モータトルクTM1が順方向のトルクであれば、第1電動機2Aを選択する(S25)。一方、第1モータトルクTM1が第2モータトルクTM2より小さい、即ち第2モータトルクTM2が順方向のトルクであれば、第2電動機2Bを選択する(S26)。続いて、S25又はS26で選択されたいずれかの電動機に補正トルクを付加する(S27)。
これにより、リングギヤ24A、24Bの回転数が低下して略零回転となった状態で油圧ブレーキ60A、60Bを締結することができる。このように、リングギヤ24A、24Bの回転数が低下して略零回転となった状態で油圧ブレーキ60A、60Bを締結することで、油圧ブレーキ60A、60Bの劣化を低減することができる。そして、リングギヤ24A、24Bがロックされる前であっても、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2がつりあい、ヨーモーメントを発生させることができる。
さらに、リングギヤ24A、24Bのリングギヤ目標回転数に加えて、プラネタリキャリア23A、23Bの回転数若しくは左車輪LWr又は右車輪RWrの回転数に基づいて第1及び第2電動機2A、2Bの目標回転数を求めてもよい。これにより、より精度よくリングギヤ24A、24Bの回転を制御することができる。
以上説明したように、連結されたリングギヤ24A、24Bの回転中に左右逆トルク制御を行うとき、第1電動機2Aと第2電動機2Bの両方の電動機を該電動機の目標トルクに基づいて制御するとともに、第1電動機2Aと第2電動機2Bのモータ目標回転数をリングギヤ目標回転数に基づいて求めて、一方の電動機のみにモータ目標回転数とするための補正トルクを付加することで、リングギヤ24A、24Bが油圧ブレーキ60A、60B及び一方向クラッチ50によって固定されない自由回転状態においても目標ヨーモーメントを満たしつつ、一方の電動機をモータ目標回転数に制御することができる。そして、モータ目標回転数をリングギヤ目標回転数が略零回転となるように設定して、リングギヤ24A、24Bが略零回転となったときに油圧ブレーキ60A、60Bを締結することで、締結時のショックや油圧ブレーキ60A、60Bの劣化を低減することができる。
<第3実施形態>
続いて、第3実施形態の左右逆トルク制御について説明する。
本実施形態の左右逆トルク制御は、プラネタリギヤ22A、22Bの一方がプラネタリギヤ目標回転数となるように第1及び第2電動機2A、2Bを制御するものであり、以下の説明では、プラネタリギヤ22A、22Bの回転方向の反転によるバックラッシュの発生を防止するためにプラネタリギヤ22A、22Bの回転方向が反転しないように第1電動機2Aに補正トルクを付加して制御する場合を例に説明する。
図21(a)は、車両3の左旋回中の後輪駆動装置1の速度共線図であり、後輪駆動装置1は車両3の旋回をアシストするため、第1電動機2Aを目標トルクに基づいて逆方向の第1モータトルクTM1が発生するようにトルク制御を行い、第2電動機2Bを第1モータトルクTM1と等しい大きさの反対方向の順方向の第2モータトルクTM2が発生するようにトルク制御を行っている。
このとき、プラネタリキャリア23Aには、逆方向の第1モータトルクTM1に第1遊星歯車式減速機12Aの減速比を掛け合わせた逆方向のキャリアトルクTT1が作用するとともに、プラネタリキャリア23Bには、順方向の第2モータトルクTM2に第2遊星歯車式減速機12Bの減速比を掛け合わせた順方向のキャリアトルクTT2が作用し、キャリアトルクTT1、TT2により反時計回りのヨーモーメントMが発生する。車両3は左旋回中であるため、左後輪LWrと右後輪RWrの回転差に応じて、第1遊星歯車式減速機12Aのサンギヤ21Aとプラネタリキャリア23Aに対し、第2遊星歯車式減速機12Bのサンギヤ21Bとプラネタリキャリア23Bの回転数が大きくなっている。
なお、図21(a)において、第1遊星歯車式減速機12Aのサンギヤ21A(S)、プラネタリキャリア23A(C)、リングギヤ24A(R)を結んだ共線図をさらに延長した線上の点(A1)はプラネタリギヤ22A(PG)の回転数(自転)を表し、第2遊星歯車式減速機12Bのサンギヤ21B(S)、プラネタリキャリア23B(C)、リングギヤ24B(R)を結んだ共線図をさらに延長した線上の点(B1)はプラネタリギヤ22B(PG)の回転数(自転)を表わしている。
この状態から油圧ブレーキ60A、60Bを解放した場合、左後輪LWrと右後輪RWrとに接続されるプラネタリキャリア23A、23B(C)以外の、サンギヤ21A、21B(S)及びプラネタリギヤ22A、22B(PG)及びリングギヤ24A、24B(R)は任意の回転とすることが可能となる。ここでは、油圧ブレーキ60A、60Bの解放指令があると、逆回転しているプラネタリギヤ22Aの回転方向が反転しないように且つ回転数(絶対値)が小さくなるように零回転近傍でプラネタリギヤ目標回転数A2を設定し、第1電動機2Aのモータ実回転数MA1と、プラネタリギヤ目標回転数A2とプラネタリキャリア23Aの回転数とに基づいて求められる第1電動機2Aのモータ目標回転数MA2との回転数差DAを算出する(図22参照)。同様に、逆回転しているプラネタリギヤ22Bの回転方向が反転しないように且つ回転数(絶対値)が小さくなるように零回転近傍でプラネタリギヤ目標回転数B2を設定し、第2電動機2Bのモータ実回転数MB1と、プラネタリギヤ目標回転数B2とプラネタリキャリア23Bの回転数とに基づいて求められる第2電動機2Bのモータ目標回転数MB2との回転数差DBを算出する(図22参照)。そして、第1電動機2Aにおける回転数差DAと第2電動機2Bにおける回転数差DBを比較して、回転数差の小さい第1電動機2Aを補正トルクを付加する電動機、即ちモータ目標回転数を持つ電動機として決定する。
続いて、図21(b)に示すように、油圧ブレーキ60A、60Bを解放し、モータ目標回転数を持つ電動機である第1電動機2Aにさらに逆方向の補正トルクTadを付加する。このとき、第1遊星歯車式減速機12Aにおいては、プラネタリキャリア23Aが支点となり、力点であるサンギヤ21Aに逆方向の補正トルクTadが作用したことで、作用点であるリングギヤ24A、24Bに順方向の補正トルク分配力Tad′が作用する。また、第2遊星歯車式減速機12Bにおいては、プラネタリキャリア23Bが支点となり、力点であるリングギヤ24A、24Bに順方向の補正トルク分配力Tad′が作用したことで、作用点であるサンギヤ21Bに逆方向の補正トルク分配力Tad″が作用する。補正トルクTadと、その分配力である補正トルク分配力Tad′及び補正トルク分配力Tad″は、基本的に釣り合うトルクがないため、プラネタリキャリア23A、23Bに出力されず、サンギヤ21A、21B及びリングギヤ24A、24Bの回転数の変動に消費される。上記に伴い、補正トルクTadと補正トルク分配力Tad″は、それぞれサンギヤ21A、21Bの回転数、即ち第1及び第2電動機2A、2Bの回転数を下降させ、リングギヤ24A、24Bに作用する順方向の補正トルク分配力Tad′は、リングギヤ24A、24Bとプラネタリギヤ22Aの回転数を上昇させる。これにより、第1電動機2Aの回転数はやがてモータ目標回転数MA2となり、プラネタリギヤ22Aの回転数はやがてプラネタリギヤ目標回転数A2となる。
なお、このときのサンギヤ21Bの回転数、即ち第2電動機2Bの回転数は、右後輪RWrに連結されるプラネタリキャリア23Bの回転数とリングギヤ24A、24Bの回転数により一義的に決まることとなる。なお、第1電動機2Aにおける回転数差DAと第2電動機2Bにおける回転数差DBとが異なる場合には、第2電動機2Bの回転数はモータ目標回転数MB2とならない。
そして、プラネタリギヤ22Aの回転数がプラネタリギヤ目標回転数A2となったときに、図21(c)に示すように補正トルクTadを消滅させる。これにより、第1モータトルクTM1と第2モータトルクTM2の絶対値が再度等しくなり、発生していた反時計回りのヨーモーメントMが維持される。
トルク制御を行う際の目標トルクは、目標ヨーモーメントに基づいて求められることが好ましく、この目標トルクの求め方については、第2実施形態と同様であり、ここでは説明を省略する。
続いて、第3実施形態の左右逆トルク制御のフローについて図23を参照しながら説明する。
油圧ブレーキ60A、60Bの締結状態で左右逆トルク制御を行うことにより、連続的にヨーモーメントが発生している状態(図21(a))において、先ず、油圧ブレーキ60A、60Bの解放指令の有無を検出する(S31)。その結果、解放指令がなければ処理を終了する。
解放指令があれば、第1電動機2Aのモータ実回転数MA1と第2電動機2Bのモータ実回転数MB1を取得する(S32)。続いて、回転しているプラネタリギヤ22Aの回転方向が反転しないように零回転近傍でプラネタリギヤ目標回転数A2を設定し、その際の第1電動機2Aのモータ目標回転数MA2を算出するとともに、同様に、回転しているプラネタリギヤ22Bの回転方向が反転しないように零回転近傍でプラネタリギヤ目標回転数B2を設定し、その際の第2電動機2Bのモータ目標回転数MB2を算出する(S33)。
S32及びS33で検出又は算出された第1電動機2Aのモータ実回転数MA1と第1電動機2Aのモータ目標回転数MA2との回転数差DAを算出するともに、同様に、第2電動機2Bのモータ実回転数MB1と第2電動機2Bのモータ目標回転数MB2との回転数差DBを算出する(S34)。
続いて、第1電動機2Aの回転数差DAが第2電動機2Bの回転数差DBより小さいか否かを検出する(S35)。S35において第1電動機2Aの回転数差DAが第2電動機2Bの回転数差DBより小さいとき、第1電動機2Aを選択し(S36)、S35において第1電動機2Aの回転数差DAが第2電動機2Bの回転数差DBより大きいとき、第2電動機2Bを選択する(S37)。このように回転数差の小さい方の電動機を補正トルクを付加する、即ちモータ目標回転数を持つ電動機として選択することにより、補正トルクを付加しない、即ちモータ目標回転数を持たない電動機の過剰制御を抑制することができる。仮に、回転数差の大きい方の電動機である第2電動機2Bを補正トルクを付加する、即ちモータ目標回転数を持つ電動機として選択すると、第1遊星歯車式減速機12Aのプラネタリギヤ22Aの回転方向が反転し、正回転してしまうこととなる。
上述のように回転数差の小さい方の電動機に補正トルクを付加することで、第1及び第2遊星歯車式減速機12A、12Bのプラネタリギヤ22A、22Bの回転方向が反転することなく、バックラッシュの発生を防止することができるので、バックラッシュによって後輪Wrに生じるトルクの乱れを防止することができる。
また、第3実施形態のモータ目標回転数の算出と、第1実施形態のモータ目標回転数の算出とを並行して行ってもよい。即ち、プラネタリギヤ目標回転数に基づいたモータ目標回転数の算出と、電動機と該電動機へ電力を供給する電力供給装置の効率に基づいたモータ目標回転数の算出とを並行して行ってもよい。これにより、バックラッシュの発生を防止しながら電力消費を低減することができる。ただし、プラネタリギヤ目標回転数に基づいて求めたモータ目標回転数と、電動機と該電動機へ電力を供給する電力供給装置の効率に基づいて求めたモータ目標回転数とを同時に満たすモータ回転数が存在しない場合には、プラネタリギヤ目標回転数に基づいて求めたモータ目標回転数を優先することが好ましい。これにより、電動機等の効率よりもバックラッシュの発生の防止を優先することで、車両の快適性を向上させることができる。
また、第3実施形態のモータ目標回転数の算出と、第2実施形態のモータ目標回転数の算出とを並行して行ってもよい。即ち、プラネタリギヤ目標回転数に基づいたモータ目標回転数の算出と、リングギヤ目標回転数に基づいたモータ目標回転数の算出とを並行して行ってもよい。これにより、バックラッシュの発生を防止しながら油圧ブレーキ60A60Bの締結・解放時の衝撃を防止することができる。ただし、プラネタリギヤ目標回転数に基づいて求めたモータ目標回転数と、リングギヤ目標回転数に基づいて求めたモータ目標回転数とを同時に満たすモータ回転数が存在しない場合には、リングギヤ目標回転数に基づいて求めたモータ目標回転数を優先することが好ましい。これにより、バックラッシュの発生の防止よりも油圧ブレーキ60A、60Bの締結・解放時の衝撃の防止を優先することで、車両の安定性を向上させることができる。
以上説明したように、左右逆トルク制御を行うとき、第1電動機2Aと第2電動機2Bの両方の電動機を該電動機の目標トルクに基づいて制御するとともに、第1電動機2Aと第2電動機2Bの一方の電動機のモータ目標回転数をプラネタリギヤ22A、22Bの目標回転数に基づいて求めて、該電動機のみにモータ目標回転数とするための補正トルクを付加することで、リングギヤ24A、24Bが油圧ブレーキ60A、60B及び一方向クラッチ50によって固定されない自由回転状態においても目標ヨーモーメントを満たしつつ、一方の電動機をモータ目標回転数に制御することができる。そして、モータ目標回転数を回転しているプラネタリギヤ22A、22Bの回転方向を反転しないよう設定することで、バックラッシュによって後輪Wrに生じるトルクの乱れを防止することができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、リングギヤ24A、24Bにそれぞれ油圧ブレーキ60A、60Bを設ける必要はなく、連結されたリングギヤ24A、24Bに少なくとも1つの油圧ブレーキと1つの一方向クラッチが設けられていればよい。また、油圧ブレーキと一方向クラッチのいずれか一方、又は両方を省略してもよい。
また、断接手段として油圧ブレーキを例示したが、これに限らず機械式、電磁式等任意に選択できる。
また、サンギヤ21A、21Bに第1及び第2電動機2A、2Bを接続し、リングギヤ同士を互いに連結したが、これに限らずサンギヤ同士を互いに連結し、リングギヤに第1及び第2電動機を接続してもよい。
また、前輪駆動装置は、内燃機関を用いずに電動機を唯一の駆動源とするものでもよい。