JP3208866B2 - 電気自動車用駆動装置 - Google Patents
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Description
係り、特に、電動モータの異常時等に簡単に電動モータ
と車輪との間の動力伝達を遮断できる電気自動車用駆動
装置に関するものである。
は、大きな駆動トルクを得るために減速機を介して電動
モータの出力を車輪に伝達するようになっているのが普
通である。特開平3−265751号公報に記載されて
いる電気自動車はその一例であり、歯車噛合い式の3軸
減速機を有するとともに、その入力軸に電動モータのモ
ータ軸が連結されている。減速機として遊星歯車装置を
利用することも考えられている。
従来の電気自動車は、電動モータのモータ軸から減速
機、差動装置等を経て車輪に至る一連の動力伝達経路が
直結状態となっているため、例えば電動モータが故障し
てロックしてしまった場合には、車輪もロックされて車
両の移動が困難であった。また、モータ制御系の異常な
どで電動モータが逆回転等の異常回転を起こした場合に
は、ブレーキ操作で車両を停止させるか電源スイッチを
OFFするしか方法がなかった。
もので、その目的とするところは、電動モータの異常時
等に簡単且つ確実に電動モータと車輪との間の動力伝達
を遮断できるようにすることにある。
めには、動力伝達経路に断続手段を設けて手動操作で動
力伝達を遮断できるようにすれば良く、本発明は、
(a)電動モータと、(b)その電動モータの回転を一
定の減速比で減速して車輪側へ伝達する減速機とを備え
た電気自動車用駆動装置において、(c)前記電動モー
タと前記減速機との間の動力伝達を断続する断続手段
と、(d)車両走行中に運転者が切換操作できるシフト
レバーと前記断続手段とを機械的に連結し、そのシフト
レバーが走行レンジへ操作されたときには断続手段を接
続状態とするが、シフトレバーがニュートラルレンジへ
操作されたときには断続手段を遮断状態とする切換機構
とを設けたことを特徴とする。
おいては、更に、(e)前記シフトレバーがニュートラ
ルレンジへ操作されたことを検出するシフトポジション
センサと、(f)前記電動モータの回転速度を検出する
第1回転速度検出手段と、(g)前記減速機の回転速度
を検出する第2回転速度検出手段と、(h)前記シフト
ポジションセンサによって前記シフトレバーがニュート
ラルレンジへ操作されたことが検出されたときには、前
記第1回転速度検出手段および第2回転速度検出手段の
検出結果に基づいて、前記電動モータの回転速度と前記
減速機の入力部材の回転速度とが略一致するようにその
電動モータを駆動制御する同期制御手段とを設けること
が望ましい。
装置においては、シフトレバーがニュートラルレンジへ
操作されると、切換機構を介して断続手段が遮断状態と
され、電動モータと減速機との間の動力伝達が遮断され
る。このため、電動モータが故障してロックした場合に
は、シフトレバーをニュートラルレンジへ操作して電動
モータと車輪とを切り離すことにより、容易に車両を移
動できるようになる。また、電動モータが異常回転を起
こした場合にも、シフトレバーをニュートラルレンジへ
操作すれば電動モータと車輪とが切り離され、電動モー
タの異常回転に伴う車両の走行異常を容易に回避するこ
とができる。
フトレバーに機械的に連結され、シフトレバーの操作に
従って確実に接続状態と遮断状態とが切り換えられるよ
うになっているため、例えば電動アクチュエータ等を用
いて切り換える場合に比較して、電気系統の異常時等に
も確実に電動モータと車輪とを切り離すことができる。
断続手段の切換えにシフトレバーを利用しているため、
断続手段切換え専用の操作部材を設ける場合に比較し
て、操作が容易であるとともに車両全体としての部品点
数が少なくて済む。
達を遮断できることから、車両走行中にシフトレバーを
ニュートラルレンジへ操作することにより、惰性走行を
行うことが可能となり、電気自動車の運転操作の自由度
が高くなる。
踏込み操作されていないためモータの回転速度は零とな
るが、走行中に再びシフトレバーを走行レンジへ戻そう
とした場合、減速機との回転速度差により断続手段に大
きな負担が掛かり、シフト操作に要する時間が長くなる
とともにショックを生じるという問題がある。このた
め、前記(e)シフトポジションセンサと、(f)第1
回転速度検出手段と、(g)第2回転速度検出手段と、
(h)同期制御手段とを設け、シフトレバーがニュート
ラルレンジへ操作された時には電動モータの回転速度と
減速機の入力部材の回転速度とが略一致するようにその
電動モータを駆動制御すれば、シフトレバーをニュート
ラルレンジから走行レンジへ円滑に戻し操作できるよう
になり、断続手段の接続に起因するショックが軽減され
るとともにシフト操作時間が短くなる。また、断続手段
に掛かる負担も小さくなるため、その寿命が向上すると
ともに小型の断続手段を採用することが可能となる。
細に説明する。図2は、本実施例の電気自動車の駆動系
統を示す骨子図で、電動モータ10のモータ軸12はク
ラッチ14を介して小歯車16に接続されるようになっ
ているとともに、その小歯車16は中間軸18に設けら
れた大歯車20と噛み合わされている。中間軸18に
は、大歯車20とは別に小歯車22が設けられており、
出力軸24に設けられた大歯車26と噛み合わされてい
る。これ等の歯車16,20,22,26の噛合いによ
り、電動モータ10の回転は予め定められた一定の減速
比i(=小歯車16の回転速度Nin/出力軸24の回転
速度Nout )で減速されて出力軸24に伝達され、更に
図示しない差動装置等を経て一対の駆動輪へ伝達され
る。本実施例では、上記歯車16,20,22,26を
含んで減速機28が構成されている。上記電動モータ1
0としては、永久磁石型ACモータ,誘導モータ,DC
モータ等、種々のモータが用いられ得る。
ので、図1に詳しく示されているように、モータ軸12
にスプライン嵌合されているクラッチハブ30と、その
クラッチハブ30の外周部にスプライン嵌合されている
スリーブ32と、クラッチハブ30の外周部に形成され
た複数の溝に嵌め入れられているとともにスプリングに
よってスリーブ32の内周面に押圧されている複数のシ
フティングキー34と、シフティングキー34に相対回
転不能に係合しているとともにクラッチギヤ36に一体
に設けられたテーパ部38の外周部に相対回転可能に嵌
合されているシンクロナイザリング40とを備えてお
り、クラッチギヤ36は、モータ軸12にベアリング4
2を介して相対回転可能に配設された前記小歯車16に
スプライン嵌合されている。そして、スリーブ32が図
に示すようにクラッチハブ30のみと噛み合う遮断状態
においては、モータ軸12と小歯車16との間の動力伝
達が遮断される一方、スリーブ32が図の左方向へ移動
させられ、クラッチハブ30およびクラッチギヤ36に
跨がって噛み合う接続状態においては、モータ軸12と
小歯車16との間の動力伝達が許容される。遮断状態か
ら接続状態への切換えに際しては、シンクロナイザリン
グ40とテーパ部38との間の摩擦によりクラッチギヤ
36とモータ軸12とが同期回転させられるため、モー
タ軸12と小歯車16との間に回転差がある場合でも、
スリーブ32のクラッチギヤ36に対する噛合いが比較
的円滑に行われる。
が設けられ、シフトフォーク46が相対回転可能に係合
させられている。シフトフォーク46は、モータ軸12
と平行に且つ軸方向の移動可能に配設されたシフトロッ
ド48に固定されており、シフトロッド48が軸方向へ
移動させられることにより、スリーブ32が図の左右方
向へ移動させられてクラッチ14が切り換えられる。シ
フトロッド48は、ハウジング50によって軸方向の移
動可能に支持されているとともに、常にはスプリング5
2によって図の左方向、すなわちパーキングロックロッ
ド54に接近する方向へ付勢されている。
トロッド48の軸心と直交する方向、具体的には図の上
下方向に配設され、その軸方向の移動可能とされている
とともに、上端部においてレバー56に連結されてい
る。レバー56は、ケーブル58を介してシフトレバー
60に連結されており、シフトレバー60が「P(パー
キング)」,「R(リバース)」,「N(ニュートラ
ル)」,「D(ドライブ)」の各レンジへ回動操作され
ることにより、パーキングロックロッド54は図の上下
方向へ移動させられる。上記「P」レンジは車両を駐停
車しておく場合の操作レンジで、「R」レンジは車両を
後退させる場合の操作レンジで、「N」レンジは電動モ
ータ12と駆動輪との間の動力伝達を遮断する場合の操
作レンジで、「D」レンジは車両を前進させる場合の操
作レンジであり、「R」および「D」レンジが走行レン
ジに相当する。
シフトカム62が設けられており、シフトレバー60が
「N」レンジへ操作された時に、前記シフトロッド48
の左端部に設けられたカムローラ64と係合させられ
て、そのシフトロッド48をスプリング52の付勢力に
抗して図の右方向へ移動させる。これにより、前記スリ
ーブ32も右方向へ移動させられてクラッチギヤ36と
の噛合いが解除され、クラッチ14が遮断状態とされ
る。図1は、このようにシフトレバー60が「N」レン
ジへ操作されてクラッチ14が遮断状態とされた場合で
ある。一方、シフトレバー60が「N」レンジ以外、す
なわち「D」,「R」,または「P」レンジへ操作され
た場合には、上記シフトカム62とカムローラ64との
係合が解除され、シフトロッド48はスプリング52の
付勢力に従って図の左方向へ移動させられ、クラッチ1
4は接続状態となる。本実施例では、シフトフォーク4
6,シフトロッド48,スプリング52,パーキングロ
ックロッド54,レバー56,ケーブル58,シフトカ
ム62,およびカムローラ64により、シフトレバー6
0とクラッチ14とを機械的に連結してシフト操作に応
じてクラッチ14を切り換える切換機構66が構成され
ている。
た、図3に示されているように下端部にロックカム68
が設けられている。このロックカム68は、シフトレバ
ー60が「P」レンジへ操作されてパーキングロックロ
ッド54が上方へ移動させられることにより、パーキン
グロックポール70を捩りコイルスプリング72の付勢
力に抗して右まわりに回動させ、前記モータ軸12に設
けられたパーキングロックギヤ74と噛み合わせてモー
タ軸12の回転を機械的に阻止する。「P」レンジで
は、前記クラッチ14は接続状態とされているため、モ
ータ軸12の回転が阻止されることにより駆動輪の回転
も阻止される。
す駆動制御回路を備えている。かかる図4において、モ
ータ回転速度センサ78はモータ軸12の回転速度Nm
を検出するもので、そのモータ回転速度Nm を表すモー
タ回転速度信号SNm をNレンジモータトルク制御装置
80に出力する。車速センサ82は出力軸24の回転速
度Nout を検出するもので、その出力軸回転速度Nout
を表す出力軸回転速度信号SNout をNレンジモータト
ルク制御装置80に出力する。シフトポジションセンサ
84はシフトレバー60の操作レンジを検出するもの
で、前記「P」,「R」,「N」,「D」の各レンジを
表すシフトポジション信号SSを、Nレンジモータトル
ク制御装置80およびモータトルク指令制御装置86に
出力する。アクセル操作量センサ88はアクセル操作量
Acを検出するもので、そのアクセル操作量Acを表す
アクセル操作量信号SAcをモータトルク指令制御装置
86に出力する。上記モータ回転速度センサ78,車速
センサ82はそれぞれ第1回転速度検出手段,第2回転
速度検出手段に相当し、例えば光学式のパルスジェネレ
ータ等にて構成されている。
モータトルク指令制御装置86は、何れもCPU,RA
M,ROM,入出力インタフェース回路等を有するマイ
クロコンピュータを含んで構成されており、RAMの一
時記憶機能を利用しつつROMに予め記憶されたプログ
ラムに従って信号処理を行い、指令トルクT* を表すト
ルク指令信号ST* をモータ駆動制御回路90に出力す
ることにより、電動モータ10の出力トルクが指令トル
クT* となるように、電動モータ10に供給される電圧
や周波数等を制御する。以下、この信号処理について、
図5および図6のフローチャートを参照しつつ具体的に
説明する。図5のフローチャートはNレンジモータトル
ク制御装置80に関するもので、図6のフローチャート
はモータトルク指令制御装置86に関するものであり、
何れも8〜32msec程度のサイクルタイムで繰り返し実
行される。
行中にシフトレバー60が「N」レンジへ操作されてク
ラッチ14が遮断状態とされ、モータ軸12と減速機2
8との間の動力伝達が遮断された場合に、走行中にシフ
トレバー60が「D」レンジへ戻される際にクラッチ1
4に大きな負担が掛からないように電動モータ10を同
期回転させるためのものであり、かかるNレンジモータ
トルク制御装置80によって実行される図5のステップ
S1では、シフトポジション信号SSに基づいてシフト
レバー60の操作レンジが「N」レンジか否かを判断す
る。「N」レンジでなければステップS1の実行を繰り
返すが、「N」レンジの場合、すなわちクラッチ14が
遮断状態とされてモータ軸12と減速機28との間の動
力伝達が遮断されている場合には、ステップS2以下の
各ステップを実行する。
Nm および出力軸回転速度信号SNout に基づいてモー
タ回転速度Nm および出力軸回転速度Nout を読み込
み、ステップS3において、減速機28の減速比iに出
力軸回転速度Nout を掛算することにより入力回転速度
Ninを算出する。この入力回転速度Ninは、減速機28
の入力部材すなわち小歯車16の回転速度である。続く
ステップS4では、上記モータ回転速度Nm と入力回転
速度Ninとの回転速度差No =Nm −Ninを算出し、ス
テップS5において、その回転速度差No の絶対値|N
o |が予め定められた判断値a以上か否かを判断する。
判断値aは、前記クラッチ14を円滑に接続できる程度
に回転速度差|No |が小さいか否かを判断するための
もので、|No |<aの場合には、現在のモータ回転速
度Nm を変更する必要はないため、ステップS6におい
て補正トルクΔTに0が設定され、その補正トルクΔT
を表す補正トルク信号SΔTをモータトルク指令制御装
置86に出力する。
すなわち回転速度差|No |が判断値a以上の場合に
は、クラッチ14が円滑に接続されるようにする上で電
動モータ10の回転速度を変更することが望ましく、ス
テップS7でトルク補正値Toを算出する。トルク補正
値To は、回転速度差|No |をパラメータとして予め
定められた例えば図7のようなデータマップや演算式等
により求められる。そして、次のステップS8では回転
速度差No が正か否かを判断し、回転速度差Noが正の
場合、すなわちモータ回転速度Nm が入力回転速度Nin
より大きい場合には、モータ回転速度Nm を小さくする
ためにステップS9において補正トルクΔTに−To が
設定され、その補正トルクΔTを表す補正トルク信号S
ΔTをモータトルク指令制御装置86に出力する。ま
た、回転速度差No が負の場合、すなわちモータ回転速
度Nm が入力回転速度Ninより小さい場合には、モータ
回転速度Nm を大きくするためにステップS10におい
て補正トルクΔTに+To が設定され、その補正トルク
ΔTを表す補正トルク信号SΔTをモータトルク指令制
御装置86に出力する。
指令トルクT* をモータ駆動制御回路90に出力して電
動モータ10の出力トルクが指令トルクT* となるよう
に制御するもので、図6のステップSM1では、シフト
ポジション信号SSに基づいてシフトレバー60の操作
レンジが「D」レンジか否かを判断する。そして、
「D」レンジの場合には、ステップSM2において、ア
クセル操作量Acをパラメータとする予め定められたデ
ータマップや演算式等により、アクセル操作量信号SA
cが表すアクセル操作量Acに基づいて指令トルクT*
を算出し、その指令トルクT* を表すトルク指令信号S
T* をモータ駆動制御回路90に出力する。
ンジでない場合には、上記ステップSM1に続いてステ
ップSM3を実行し、操作レンジが「N」レンジか否か
を判断する。「N」レンジの場合、すなわちクラッチ1
4が遮断状態とされてモータ軸12と減速機28との間
の動力伝達が遮断されている場合には、ステップSM4
において、前記Nレンジモータトルク制御装置80から
供給された補正トルク信号SΔTが表す補正トルクΔT
を現在の指令トルクT* に加算し、新たな指令トルクT
* を算出する。そして、その新たな指令トルクT* を表
すトルク指令信号ST* をモータ駆動制御回路90に出
力する。これにより、クラッチ14が遮断状態とされて
いる「N」レンジにおいても、モータ回転速度Nm が入
力回転速度Ninと略一致するように、電動モータ10の
出力トルクが車速すなわち出力軸回転速度Nout に応じ
て制御される。なお、「N」レンジの場合は、同期制御
用の処理(プログラム)に切り替わるためアクセル操作
量信号SAcは受け付けない。
「D」レンジから「N」レンジへ操作されるとともに、
その後「D」レンジへ戻された場合の、モータ回転速度
Nmおよび出力軸回転速度Nout の変化を示すタイムチ
ャートの一例である。かかる図8において、実線は下り
坂で、「N」レンジにおいて車速すなわち出力軸回転速
度Nout が上昇した場合であり、一点鎖線は平坦地或い
は上り坂で、「N」レンジにおいて車速すなわち出力軸
回転速度Nout が下降した場合であるが、何れもその出
力軸回転速度Nout に応じてモータ回転速度Nm が入力
回転速度Ninと略一致するように電動モータ10のトル
ク制御が行われる。これにより、「N」レンジから
「D」レンジへシフトレバー60を戻す際に、クラッチ
14が遮断状態から接続状態へ円滑に切り換えられる。
86によって実行される一連の信号処理のうちステップ
SM3およびSM4を実行する部分、および図5の各ス
テップを実行するNレンジモータトルク制御装置80に
よって同期制御手段が構成されている。
シフトレバー60が「N」レンジへ操作されると、クラ
ッチ14が遮断状態とされて電動モータ10と減速機2
8との間の動力伝達が遮断されるため、電動モータ10
が故障してロックした場合には、シフトレバー60を
「N」レンジへ操作して電動モータ10と車輪とを切り
離すことにより、容易に車両を移動することができる。
モータ制御系の異常などで電動モータ10が逆転等の異
常回転を起こした場合にも、シフトレバー60を「N」
レンジへ操作して電動モータ10と車輪とを切り離すこ
とにより、電動モータ10の異常回転に伴う車両の走行
異常を容易に回避することができる。
を介してシフトレバー60に機械的に連結され、シフト
レバー60の操作に従って確実に接続状態と遮断状態と
が切り換えられるようになっているため、例えば電動ア
クチュエータ等を用いて切り換える場合に比較して、電
気系統の異常時等にも確実に電動モータ10と車輪とを
切り離すことができる。クラッチ14の切換えにシフト
レバー60を利用しているため、専用の操作部材を設け
る場合に比較して操作が容易であるとともに車両全体と
しての部品点数が少なくて済む。特に、本実施例ではパ
ーキングロック機構を利用してクラッチ14を切り換え
るようにしているため、部品点数が一層少なくて済むの
である。
力伝達を遮断できることから、車両走行中にシフトレバ
ー60を「N」レンジへ操作することにより、惰性走行
を行うことが可能となり、電気自動車の運転操作の自由
度が高くなる。しかも、本実施例では、シフトレバー6
0が「N」レンジへ操作された時には、車速すなわち出
力軸回転速度Nout に応じてモータ回転速度Nm が入力
回転速度Ninと略一致するように電動モータ10のトル
ク制御を行っているため、シフトレバー60を「N」レ
ンジから「D」レンジへ円滑に戻し操作できるようにな
り、クラッチ14の接続に起因するショックが軽減され
るとともにシフト操作時間が短くなる。また、クラッチ
14に掛かる負担も小さくなるため、その寿命が向上す
るとともに小型のクラッチを採用することができる。
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。
機構を利用してクラッチ14を切り換えるようになって
いたが、クラッチ14を切り換える専用の切換機構をシ
フトレバー60との間に設けることも可能である。本発
明を実施する上でパーキングロック機構は必ずしも必須
でなく、パーキングロック機構を出力軸24側に設ける
こともできる。
てシフトレバー60とレバー56とが連結されていた
が、リンクによって両者を連結することも可能である。
スリーブ32の移動方法についても、シフトフォーク4
6自体をレバーとして回動させることにより、スリーブ
32を往復移動させることもできるなど、クラッチ14
を切り換えるための切換機構は種々の態様で構成され得
る。
いられていたが、2軸や遊星歯車式の減速機を採用する
こともできる。
たクラッチ14が用いられていたが、他の方式のクラッ
チを用いることもできる。多板式或いは単板式の摩擦に
よる油圧式の断続手段を採用することも可能で、その場
合には、シフトレバー60により油圧回路のマニュアル
バルブが切り換えられるようにすれば良い。このように
マニュアルバルブによって切り換えられる油圧回路も、
機械的に断続手段を切り換える切換機構の一態様であ
る。
サ84は総ての操作レンジを検出できるものであった
が、少なくとも「N」レンジであるか否かを検出できる
ものであれば良い。シフトレバー60の操作に従って移
動するパーキングロックロッド54やシフトロッド48
の位置などから、シフトレバー60が「N」レンジへ操
作されたことを検出することもできる。
って検出される出力軸回転速度Nout から入力回転速度
Ninを算出し、その入力回転速度Ninとモータ回転速度
Nmとが略一致するようにトルク制御を行っていたが、
小歯車16の回転速度を直接検出するようにしても良い
し、モータ回転速度Nm を減速比iで割算して出力軸回
転速度Nout と比較するようにしても良い。
をパラメータとしてトルク補正値To が算出されるよう
になっていたが、トルク補正値To として予め一定の値
を設定しておいても良いなど、回転速度差|No |を略
0とするためのトルク制御の内容は適宜変更され得る。
ク制御装置80およびモータトルク指令制御装置86を
備えていたが、単一の制御装置に同様の機能を持たせる
こともできる。
者の知識に基づいて種々の変更,改良を加えた態様で実
施することができる。
のクラッチ部分を示す要部断面図である。
図である。
す図である。
御回路のブロック線図である。
実行される信号処理の内容を説明するフローチャートで
ある。
される信号処理の内容を説明するフローチャートであ
る。
際に用いられるデータマップの一例である。
Dと切り換えられた場合のモータ回転速度Nm および出
力軸回転速度Nout の変化の一例を説明するタイムチャ
ートである。
Claims (2)
- 【請求項1】電動モータと、該電動モータの回転を一定
の減速比で減速して車輪側へ伝達する減速機とを備えた
電気自動車用駆動装置において、 前記電動モータと前記減速機との間の動力伝達を断続す
る断続手段と、車両走行中に運転者が切換操作できる シフトレバーと前
記断続手段とを機械的に連結し、該シフトレバーが走行
レンジへ操作されたときには該断続手段を接続状態とす
るが、該シフトレバーがニュートラルレンジへ操作され
たときには該断続手段を遮断状態とする切換機構とを設
けたことを特徴とする電気自動車用駆動装置。 - 【請求項2】前記シフトレバーがニュートラルレンジへ
操作されたことを検出するシフトポジションセンサと、 前記電動モータの回転速度を検出する第1回転速度検出
手段と、 前記減速機の回転速度を検出する第2回転速度検出手段
と、 前記シフトポジションセンサによって前記シフトレバー
がニュートラルレンジへ操作されたことが検出されたと
きには、前記第1回転速度検出手段および第2回転速度
検出手段の検出結果に基づいて、前記電動モータの回転
速度と前記減速機の入力部材の回転速度とが略一致する
ように該電動モータを駆動制御する同期制御手段とを有
することを特徴とする請求項1に記載の電気自動車用駆
動装置。
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