JP7322434B2 - 左右輪駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の左右輪を駆動する左右輪駆動装置に関する。

従来、車両の左右輪を電動機で駆動する車両用駆動装置において、電動機を冷却するためのオイルポンプをその電動機で駆動するようにしたものが知られている。すなわち、電動機の動力伝達経路に機械式のオイルポンプ（メカポンプ）を介装させ、オイルポンプから吐出される冷却油でその電動機を冷却するものである。このようなオイルポンプに入力される駆動力は、電動機の回転数が上昇するにつれて大きくなり、冷却油の吐出量を増大させるように作用する。したがって、車両の走行速度に応じた冷却性能を確保することができる（特許文献１参照）。

特許第5478595号公報

既存の技術では、二つの電動機が車両に搭載されている場合に、片方の電動機でオイルポンプが駆動されている。一方、オイルポンプを作動させることで駆動損失が発生することから、二つの電動機の負荷や回転数が不均衡となり、左右輪それぞれの駆動力が不安定になることがある。特に、二つの電動機のトルク差を増幅して左右輪の各々に伝達する歯車機構（差動機構や遊星歯車機構）を具備する左右輪駆動装置においては、二つの電動機に同一のトルクを発生させたとしても、左右輪に定常的なトルク差が生じてしまう。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、左右輪駆動装置に関し、左右輪の意図しないトルク差を減少させることである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）開示の左右輪駆動装置は、車両の左右輪を駆動する第一モーター及び第二モーターと、前記第一モーター及び前記第二モーターのトルク差を増幅して前記左右輪の各々に伝達する歯車機構とを具備する左右輪駆動装置である。本装置は、前記第一モーターと前記歯車機構との間の動力伝達経路に接続され、前記第一モーター及び前記第二モーターに供給される冷媒を吐出する機械式のポンプを備える。

また、前記第一モーターの回転数に基づき、前記ポンプの動作に由来する損失トルクと前記損失トルクを補填するための前記第一モーターのトルク加算値とを算出する算出部を備える。さらに、前記第一モーターの要求トルクに前記トルク加算値を加算したトルクが発生するように前記第一モーターを制御する制御部を備える。

（２）前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第一モーターに導入する第一冷媒通路と、前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第二モーターに導入する第二冷媒通路とを備えることが好ましい。また、前記第一冷媒通路が、前記第二冷媒通路よりも大きい断面積を有することが好ましい。

（３）前記第一冷媒通路に介装され、前記第一モーターに供給される前記冷媒の流量を制御する第一バルブと、前記第二冷媒通路に介装され、前記第二モーターに供給される前記冷媒の流量を制御する第二バルブとを備えることが好ましい。また、前記制御部が、前記車両の旋回状況に応じて前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御することが好ましい。

（４）前記制御部が、前記第一モーター及び前記第二モーターのうち、旋回内輪よりも旋回外輪に多くの駆動力を伝達する一方に供給される前記冷媒の流量が増加し、他方に供給される前記冷媒の流量が減少するように、前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御することが好ましい。

（５）前記制御部が、前記第一モーター及び前記第二モーターのうち、旋回外輪よりも旋回内輪に多くの駆動力を伝達する一方に供給される前記冷媒の流量が増加し、他方に供給される前記冷媒の流量が減少するように、前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御することが好ましい。

別言すれば、前記制御部が、前記第一モーター及び前記第二モーターのうち、出力されるモータートルク（あるいはモーター駆動力）の大きい一方に供給される前記冷媒の流量が増加し、他方に供給される前記冷媒の流量が減少するように、前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御することが好ましい。

ポンプの動作に由来する損失トルクを第一モーターの要求トルクに加算することで、左右輪の意図しないトルク差を減少させることができる。

実施形態としての左右輪駆動装置の構成を説明するための模式図である。 モーター回転数と左右輪の回転数との関係を示す共線図である。 モーター回転数と損失トルクとの関係を示すグラフである。 モーターの制御手順を説明するためのフローチャートである。 バルブの制御手順の例を説明するためのフローチャートである。 バルブの制御手順の例を説明するためのフローチャートである。

［１．構成］
以下、図面を参照して実施形態としての左右輪駆動装置を説明する。本装置は、図１に示す車両のAYC装置１５に適用される。このAYC装置１５は、AYC（アクティブヨーコントロール）機能を持った車両用のディファレンシャル装置であり、左右輪の間に介装される。AYC機能とは、左右駆動輪における駆動力（駆動トルク）の分担割合を主体的に制御することでヨーモーメントの大きさを調節し、これを以て車両のヨー方向の姿勢を安定させる機能である。本実施形態のAYC装置１５は、AYC機能だけでなく、回転力を左右輪に伝達して車両を走行させる機能と、車両旋回時に発生する左右輪の回転数差を受動的に吸収する機能とを併せ持つ。

AYC装置１５の内部には、第一モーター１，第二モーター２，ポンプ３が内蔵される。第一モーター１は車両の右側に配置され、第二モーター２は左側に配置される。これらの第一モーター１，第二モーター２は、図示しないバッテリーの電力で駆動される交流モーターであり、好ましくは出力特性がほぼ同一とされる。左右駆動輪のトルクは可変であり、第一モーター１，第二モーター２のトルク差が増幅されて左右輪の各々に伝達される。

本実施形態では、第一モーター１，第二モーター２のそれぞれが、歯車機構８（差動機構や遊星歯車機構など）を介して、右車輪に繋がる右軸１３と左車輪に繋がる左軸１４とに接続される。第一モーター１，右軸１３，左軸１４，第二モーター２の四者は、回転力を相互に伝達可能とされる。第一モーター１は、左軸１４よりも右軸１３に多くの駆動力を伝達し、第二モーター２は右軸１３よりも左軸１４に多くの駆動力を伝達する。

各々の回転速度は、図２に示すように、共線図上で「第一モーター１、右軸１３、左軸１４、第二モーター２」の順序で直線状に配置される値となる。したがって、左右駆動輪の回転数差は、第一モーター１及び第二モーター２の回転数差に比例した大きさとなる。また、第一モーター１及び第二モーター２の回転数が同一であるときに、左右駆動輪の回転数も同一となる。なお、左右駆動輪の負荷が同一であるとすれば、第一モーター１及び第二モーター２のトルクの大小関係が、そのまま左右駆動輪のトルクの大小関係に反映される。

続いて、第一モーター１，第二モーター２の冷却構造について説明する。図１に示すように、第一モーター１は第一冷却油通路４（第一冷媒通路）に介装され、第二モーター２は第二冷却油通路５（第二冷媒通路）に介装される。これらの冷却油通路４，５は、第一モーター１，第二モーター２を冷却しつつ潤滑する冷却油が循環する冷媒通路である。図１中において、冷却油は第一冷却油通路４の内部を反時計回りに循環し、第二冷却油通路５の内部を時計回りに循環する。また、第一冷却油通路４及び第二冷却油通路５のうち、第一モーター１，第二モーター２からの戻り油が流通する区間は一本に合流している。

第一冷却油通路４及び第二冷却油通路５の合流区間には、ポンプ３が介装される。ポンプ３は、第一モーター１，第二モーター２のそれぞれに供給される冷却油（冷媒）を吐出する機械式の圧送装置（メカポンプ）である。このポンプ３は、少なくとも第一モーター１と歯車機構８との間の動力伝達経路に接続される。好ましくは、図示しない減速ギヤを介して、ポンプ３が第一モーター１の回転軸に接続される。ポンプ３がモーター１の回転軸に接続される場合には、図２の共線図に示すように、ポンプ３の回転数が第一モーター１と同一の回転数となる。また、ポンプ３が減速ギヤを介してモーター１の回転軸に接続される場合には、図２中に破線で示すように、ポンプ３の回転数が第一モーター１の回転数に比例する負の値をとりうる。

ポンプ３を駆動するための動力は、おもに第一モーター１で賄われる。ポンプ３の動作に由来する車軸上の駆動損失トルクと第一モーター１の回転数との関係は、図３に示すように、モーター回転数が上昇するにつれて損失トルクが増大し、かつ、その増加勾配が減少する関係となる。このように、ポンプ３を駆動することで生じるトルクロスの大きさは、第一モーター１の回転数に基づいて算出することができる。

第一冷却油通路４には第一バルブ６が介装され、第二冷却油通路５には第二バルブ７が介装される。各バルブ６，７は、二つの冷却油通路４，５が合流区間から分岐する箇所の近傍に配置される。第一バルブ６は、第一モーター１に供給される冷却油の流量を制御する流量制御弁であり、第二バルブ７は、第二モーター２に供給される冷却油の流量を制御する流量制御弁である。

第一冷却油通路４の断面積は、好ましくは第二冷却油通路５の断面積よりも大きめの値に設定される。これにより、第一モーター１が第二モーター２よりも冷却されやすくなり、モーター１，２の温度差に由来するトルク差が生じにくくなる。一方、それぞれの冷却油通路４，５における冷却油の流量は、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度を調節することで制御されうる。したがって、第一冷却油通路４の断面積は、第二冷却油通路５の断面積と同一であってもよい。第一バルブ６，第二バルブ７が省略された構成においては、第一冷却油通路４の断面積を第二冷却油通路５の断面積を大きく設定するとよい。

各モーター１，２及び各バルブ６，７の作動状態は、制御装置１０によって制御される。制御装置１０は、左右輪の意図しないトルク差を減少させるための制御を実施する電子制御装置（コンピューター）である。制御装置１０には、プロセッサー（中央処理装置），メモリー（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置などが内蔵され、これらが内部バスを介して接続される。また、制御装置１０には、アクセル開度センサー１６，車速センサー１７，操舵角センサー１８が接続される。

アクセル開度センサー１６は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサーである。また、車速センサー１７は車両の走行速度（車速）を検出するセンサーであり、操舵角センサー１８はステアリングの操舵角を検出するセンサーである。これらのセンサー１６～１８で検出された情報は、第一モーター１，第二モーター２の各々に要求されるトルクや出力の大きさ（すなわち、要求トルクや要求出力など）を算出するのに用いられる。

なお、AYC機能を制御するための電子制御装置（AYC-ECU）が車両に搭載されている場合には、この電子制御装置から左右駆動輪の総トルク，トルク差，各モーター１，２の回転数，通電電流値，電圧値，周波数などの情報を取得することで、各モーター１，２の要求トルクを把握することも可能である。この場合、上記のセンサー１６～１８を省略することができる。

制御装置１０の内部には、図１に示すように、算出部１１と制御部１２とが設けられる。これらの要素は、制御装置１０の機能を便宜的に分類して示したものであり、制御装置１０のハードウェア資源を用いて実行されるソフトウェアとして設けられる。個々の要素を独立したプログラムとして記述してもよいし、複数の機能を兼ね備えた複合プログラムとして記述してもよい。

算出部１１は、第一モーター１の回転数に基づき、ポンプ３の動作に由来する損失トルク（車軸上駆動損失トルク）とこれを補填するためのトルク加算値とを算出するものである。損失トルクは、図３に示すようなマップや数式を利用して、第一モーター１のモータ回転数に基づいて算出可能である。また、トルク加算値は、第一モーター１から右軸１３までの動力伝達経路における減速ギヤ比で損失トルクを除した値とされる。

制御部１２は、少なくとも算出部１１で算出されたトルク加算値に基づいて第一モーター１，第二モーター２の作動状態を制御する機能を持つ。ここでは、第一モーター１の要求トルクにトルク加算値を加算した大きさのトルクが発生するように、第一モーター１が制御される。一方、第二モーター２は、第二モーター２の要求トルクが発生するように制御される。第一モーター１，第二モーター２の制御状態を以下に例示する。

表１に示すように、本実施形態ではポンプ３の動作に由来する損失トルクが第一モーター１によって補填される。例えば、直進走行時に第二モーター２の要求トルクが所定値Aであるとき、従来例では第一モーター１の要求トルクも所定値Aに設定される。その結果、車軸上駆動損失トルクにトルク差増幅率（ポンプ３から右軸１３までの動力伝達経路における減速ギヤ比）を乗じた大きさの車軸トルク差が発生してしまう。一方、本実施形態では、左右輪の駆動トルク差（車軸トルク差）を0にするために、所定値Aとトルク加算値（車軸上駆動損失トルク/減速ギヤ比）との和に相当するトルクを第一モーター１に発生させている。これにより、少なくとも左右輪の意図しないトルク差が減少する。また、車両の直進走行時における左右輪の駆動トルク差（車軸トルク差）が０になる。

また、制御部１２は、車両の走行状態に応じて第一バルブ６，第二バルブ７の開度を制御する機能を併せ持つ。第一バルブ６，第二バルブ７の開度は、第一モーター１及び第二モーター２のうち、旋回内輪よりも旋回外輪に多くの駆動力を伝達する一方に供給される冷却油の流量が増加するように制御される。例えば、車両の右旋回時には、第二モーター２側の流量が増加するように、第二バルブ７の開度が開放方向に制御される。このとき、第一バルブ６の開度は閉鎖方向に制御される。好ましくは、第一モーター１に供給される冷却油の流量が、第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される。

反対に、車両の左旋回時には第一バルブ６の開度が開放方向に制御されるとともに、第二バルブ７の開度が閉鎖方向に制御される。好ましくは、第一モーター１に供給される冷却油の流量が、第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも少なくなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される。これらの制御により、モーター１，２の発熱量や温度差に由来するトルク差が発生しにくくなる。

なお、車両の直進走行時には、第一モーター１の出力が第二モーター２の出力よりもやや大きい状態となることから、第一モーター１に供給される作動油量を第二モーター２に供給される作動油量よりもやや多くすることが考えられる。しかし、第一モーター１及び第二モーター２の出力差に由来する発熱量差や温度差が十分に小さい場合には、作動油量がほぼ同一となるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度を制御してもよい。

［２．フローチャート］
図４は、制御装置１０によるモーター１，２の制御手順を説明するためのフローチャートである。このフローは、モーター１，２の作動中に所定周期で繰り返し実行される。算出部１１は、第一モーター１の回転数に基づき、ポンプ３の動作に由来する損失トルク（車軸上駆動損失トルク）を算出する（ステップＡ１）。

また、第一モーター１から右軸１３までの動力伝達経路における減速ギヤ比で損失トルクを除算して、トルク加算値を算出する（ステップＡ２）。その後、損失トルクが補填されるように、制御部１２が第一モーター１と第二モーター２とを制御する。このとき、第二モーター２の出力は、通常通り、要求トルクが発生するように制御される。これに対し、第一モーター１の出力は、要求トルクにトルク加算値を加算したトルクが発生するように制御される（ステップＡ３）。

図５は、制御装置１０によるバルブ６，７の制御手順を説明するためのフローチャートである。このフローも、モーター１，２の作動中に所定周期で繰り返し実行される。ここでは、バルブ６，７の作動状態が車両の旋回状況に応じて三種類〔左旋回時，右旋回時，それ以外（直進走行時や停止時）〕に分類される。車両の旋回状況は、例えばステアリングの操舵角や左右輪のスリップ状態などに基づいて判定可能である（ステップＢ１，Ｂ２）。

左旋回時には、第一モーター１に供給される冷却油の流量が第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＢ３）。一方、右旋回時には、第二モーター２に供給される冷却油の流量が第一モーター１に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＢ４）。また、左旋回及び右旋回のいずれでもなければ、ステップＢ３と同様に、第一モーター１に供給される冷却油の流量が第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＢ５）。このような制御により、モーター１，２の発熱量や温度差に由来するトルク差が発生しにくくなる。

図６は、図５のステップＢ１，Ｂ２における判定条件を変更した変形例である。ここでは、車両の旋回方向が判定される代わりに、第一モーター１から出力されるトルク（右モータートルク）と第二モーター２から出力されるトルク（左モータートルク）との大小関係が判断される。ステップＣ１では、左モータートルクが右モータートルクよりも小さいか否かが判定される。反対に、ステップＣ２では、左モータートルクが右モータートルクよりも大きいか否かが判定される。

例えば、車両が左旋回中であっても、スリップの発生により左モータートルクが右モータートルクよりも大きくなることがある。このような場合、ステップＣ２の条件が成立し、第二モーター２に供給される冷却油の流量が第一モーター１に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＣ４）。

反対に、車両の右旋回中において、左モータートルクが右モータートルクよりも小さくなることがある。このような場合、ステップＣ１の条件が成立し、第一モーター１に供給される冷却油の流量が第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＣ３）。左右のモータートルクが同一である場合には、図５の制御と同様に、第一モーター１に供給される冷却油の流量が第二モーター２に供給される冷却油の流量よりも多くなるように、第一バルブ６及び第二バルブ７の開度が制御される（ステップＣ５）。このような制御により、モーター１，２の発熱量や温度差に由来するトルク差が発生しにくくなる。

［３．効果］
（１）上述の実施形態では、第一モーター１の回転数に基づいて損失トルクとトルク加算値とが算出され、第一モーター１の要求トルクにトルク加算値を加算したトルクが発生するように、第一モーター１が制御される。このように、ポンプ３の動作に由来する損失トルクを第一モーター１の要求トルクに加算することで、左右輪の意図しないトルク差を減少させることができる。また、左右輪の駆動トルクが同一であるとき、理論上のトルク差を０にすることができる。

（２）第一冷却油通路４の断面積を第二冷却油通路５の断面積よりも大きくすることで、第一冷却油通路４の流路抵抗を減少させることができ、ポンプ３が接続されている第一モーター１を第二モーター２よりも冷却されやすくすることができる。したがって、モーター１，２の温度差に由来するトルク差を減少させることができる。

なお、第一冷却油通路４の断面積が大きいことは、右旋回時よりも左旋回時における冷却性能を向上させる上で有利となることを意味する。一般に、右旋回，左旋回の各々の発生頻度には大差がないものの、左側通行の道路では左旋回時の旋回半径が右旋回時の旋回半径よりも小さく、第一モーター１（左旋回時の旋回外輪である右輪に多くの駆動力を伝達する右側モーター）の発熱量が増加しやすい傾向がある。したがって、日本をはじめとして、オーストラリア，イギリス，東南アジア，インドなど左側通行の道路網が普及している国々においては、第一冷却油通路４の断面積を大きくすることで、左右のモーター１，２を効率よく冷却することができる。

（３）第一冷却油通路４，第二冷却油通路５に第一バルブ６，第二バルブ７を介装し、車両の走行状態に応じてバルブ開度を制御することで、各モーター１，２に供給される冷却油の流量を精度よく調節することができ、左右のモーター１，２を効率よく冷却することができる。また、たとえ第一冷却油通路４及び第二冷却油通路５の断面積が同一であったとしても、それぞれの冷却油通路４，５を流れる冷却油の流量を自在に調整することができる。

（４）第一バルブ６，第二バルブ７のバルブ開度は、旋回内輪よりも旋回外輪に多くの駆動力を伝達する一方のモーター１，２に供給される冷却油の流量が増加するように制御される。このように、温度上昇しやすい旋回外輪側のモーター１，２への冷却油量を多くすることで、モーター１，２の温度差を小さくすることができ、駆動トルク差を減少させることができる。したがって、左右輪の意図しないトルク差を減少させることができ、トルク安定性を高めることができる。

（５）また、左右のモーター１，２の駆動トルクは、常に旋回内輪側よりも旋回外輪側が大きくなるとは限らない。例えば、旋回中にスリップした場合には、旋回内輪側の駆動トルクが増加することや、旋回外輪側の駆動トルクが減少することがあり、旋回内輪側の駆動トルクが旋回外輪側の駆動トルクよりも一時的に大きくなる場合がある。このような場合、旋回外輪よりも旋回内輪に多くの駆動力を伝達する一方のモーター１，２に供給される冷却油の流量を増加させることで、モーター１，２の温度差を小さくすることができ、駆動トルク差を減少させることができる。したがって、左右輪の意図しないトルク差を減少させることができ、トルク安定性を高めることができる。

［４．変形例］
上記の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、本実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。上述の実施形態では、冷却油を冷媒として冷却装置を説明したが、冷媒の種類は不問である。例えば、冷却油の代わりに冷却水を用いた構成としてもよい。

１ 第一モーター
２ 第二モーター
３ ポンプ
４ 第一冷却油通路
５ 第二冷却油通路
６ 第一バルブ
７ 第二バルブ
８ 歯車機構
１０ 制御装置
１１ 算出部
１２ 制御部
１５ ＡＹＣ装置

Claims (5)

1. 車両の左右輪を駆動する第一モーター及び第二モーターと、前記第一モーター及び前記第二モーターのトルク差を増幅して前記左右輪の各々に伝達する歯車機構とを具備する左右輪駆動装置において、
   前記第一モーターと前記歯車機構との間の動力伝達経路に接続され、前記第一モーター及び前記第二モーターに供給される冷媒を吐出する機械式のポンプと、
   前記第一モーターの回転数に基づき、前記ポンプの動作に由来する損失トルクと前記損失トルクを補填するための前記第一モーターのトルク加算値とを算出する算出部と、
   前記第一モーターの要求トルクに前記トルク加算値を加算したトルクが発生するように前記第一モーターを制御する制御部とを備える
   ことを特徴とする左右輪駆動装置。
2. 前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第一モーターに導入する第一冷媒通路と、
   前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第二モーターに導入する第二冷媒通路とを備え、
   前記第一冷媒通路が、前記第二冷媒通路よりも大きい断面積を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の左右輪駆動装置。
3. 前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第一モーターに導入する第一冷媒通路と、
   前記ポンプから吐出された前記冷媒を前記第二モーターに導入する第二冷媒通路と、
   前記第一冷媒通路に介装され、前記第一モーターに供給される前記冷媒の流量を制御する第一バルブと、
   前記第二冷媒通路に介装され、前記第二モーターに供給される前記冷媒の流量を制御する第二バルブとを備え、
   前記制御部が、前記車両の旋回状況に応じて前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の左右輪駆動装置。
4. 前記制御部が、前記第一モーター及び前記第二モーターのうち、旋回内輪よりも旋回外輪に多くの駆動力を伝達する一方に供給される前記冷媒の流量が増加し、他方に供給される前記冷媒の流量が減少するように、前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の左右輪駆動装置。
5. 前記制御部が、前記第一モーター及び前記第二モーターのうち、旋回外輪よりも旋回内輪に多くの駆動力を伝達する一方に供給される前記冷媒の流量が増加し、他方に供給される前記冷媒の流量が減少するように、前記第一バルブ及び前記第二バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の左右輪駆動装置。

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