(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車の各駆動輪に各電動モータからの動力を伝達する有段変速機から成るインホイール変速機の制御装置であって、前後左右の４個の車輪の全てが駆動輪であるものにおいて、
各駆動輪のインホイール変速機の変速を駆動輪毎に時間差を存して行わせる制御手段を備え、
前記制御手段は、各車輪のインホイール変速機の変速時に、変速中の車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動用電動モータの出力を増加するように構成される、ことを特徴とする電気自動車におけるインホイール変速機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の各駆動輪に各電動モータからの動力を伝達する有段変速機から成るインホイール変速機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車において、駆動輪毎に各別の電動モータを設け、各駆動輪に各電動モータからの動力を無段変速機から成る各インホイール変速機を介して伝達するようにしたものが知られている（特開平１０−８９４３９号公報参照）。
また、無段変速機を用いるとコストが高くなるため、インホイール変速機を有段変速機で構成することも考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電動モータは回転レンジが広いため、インホイール変速機を有段変速機で構成する場合、その変速段数は機能的には２段で足りるが、これでは変速時のショックが大きくなる。そのため、３段や４段といった多段化が強いられ、重量増や大形化といった問題を生じている。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑み、有段変速機から成るインホイール変速機を多段化しなくてもショックを緩和できるようにしたインホイール変速機の制御装置を提供することを課題としている。
【０００５】
上記課題を解決すべく、本発明は、電気自動車の各駆動輪に各電動モータからの動力を伝達する有段変速機から成るインホイール変速機の制御装置であって、前後左右の４個の車輪の全てが駆動輪であるものにおいて、各駆動輪のインホイール変速機の変速を駆動輪毎に時間差を存して行わせる制御手段を備え、前記制御手段は、各車輪のインホイール変速機の変速時に、変速中の車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動用電動モータの出力を増加するように構成される、ことを特徴とする。
【０００６】
インホイール変速機の変速時には、電動モータのトルク特性によるトルク変化で車輪加速度が変化し、全ての駆動輪のインホイール変速機の変速を同時に行った場合には、自動車全体の加速度の変化量が全ての駆動輪の加速度変化の合計となってショックが大きくなる。然し、本発明では、インホイール変速機の変速による各駆動輪の加速度変化が時間的に分散して発生することになり、ショックが緩和される。
【０００７】
ところで、前後左右の４個の車輪を全て駆動輪とする４輪駆動の電気自動車において、４個の車輪のインホイール変速機の全てについて時間差を存して変速を行うと、変速中の車輪の駆動力と該車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動力との合力が変速時における車輪駆動力の落ち込みにより左右逆側の２個の車輪の合計駆動力よりも低下し、自動車にヨーモーメントが作用する。これに対し、本発明のように、各車輪のインホイール変速機の変速時に、変速中の車輪と左右同じ側の他の車輪の駆動用電動モータの出力を増加すれば、変速中の車輪の駆動力低下を左右同じ側の他の車輪の駆動力増加で相殺して、ヨーモーメントが作用することを防止できる。
【０００８】
また、４輪駆動の電気自動車では、インホイール変速機の変速を時間差を存して２輪宛同時に行っても、４輪同時に行う場合に比しショックが緩和される。そして、左右両側の各１個、計２個の車輪のインホイール変速機の変速を同時に行わせ、その後時間差を存して残りの２個の車輪のインホイール変速機の変速を同時に行わせれば、ヨーモーメントが作用することも防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、前後左右の４個の車輪１の全てを駆動輪とした４輪駆動の電気自動車を示しており、車輪１毎に各別の電動モータ２を設け、各車輪１を各電動モータ２により各車輪１に組込んだインホイール変速機３を介して駆動するように構成されている。そして、車載コンピュータから成るコントローラ４で各車輪１の電動モータ２とインホイール変速機３とを制御するようにしている。
【００１０】
インホイール変速機３は、高低２段の変速を行う有段変速機で構成されている。その詳細は図２に示す通りであり、電動モータ２に連結される入力軸３０と、車輪１に連結される出力軸３１との間に、遊星歯車機構３２と減速ギア列３３とを直列に介設している。遊星歯車機構３２は、サンギア３２ａと、リングギア３２ｂと、サンギア３２ａとリングギア３２ｂとに噛合する遊星ギア３２ｃと、遊星ギア３２ｃを担持するキャリア３２ｄとで構成されており、サンギア３２ａを入力軸３０に連結すると共に、キャリア３２ｄを減速ギア列３３を介して出力軸３１に連結している。そして、リングギア３２ｂを入力軸３０に連結するクラッチ３４と、リングギア３２ｂを制止するＬＲブレーキ３５と、リングギア３２ｂの逆転を阻止するワンウェイクラッチ３６とを設けている。かくて、クラッチ３４をオンすれば、キャリア３２ｄが入力軸３０に対し等速回転する状態になって高速段が確立され、ＬＲブレーキ３５をオンすれば、キャリア３２ｄが入力軸３０に対し減速回転する状態になって低速段が確立される。尚、後進時はＬＲブレーキ３５をオンした状態で電動モータ１を逆転させる。クラッチ３４とＬＲブレーキ３５は、夫々、コントローラ４で制御されるアクチュエータ３４ａ，３５ａによりオンオフ操作されるようになっており、自動車の走行状態に応じコントローラ４によってクラッチ３４とＬＲブレーキ３５とをオンオフして、高低２段の自動変速を行う。尚、図中５は車輪用のブレーキである。
【００１１】
ところで、電動モータ２の定格トルクは、モータ回転速度Ｎｍに応じて図３に示す如く変化する。そして、インホイール変速機３の低速段から高速段への変速時、変速初期のトルク相で車輪加速度が減少し、イナーシャ相でのモータ回転速度Ｎｍの減少に伴うモータトルクの増加で車輪加速度が増加する。そして、全ての車輪１のインホイール変速機３の変速を同時に行った場合には、図９に示す如く、各車輪１の加速度変化が重畳されて、自動車全体の加速度Ｇの落ち込み感が大きくなる。
【００１２】
一方、本実施形態では、図４に示す如く、４つの車輪１に順番を付け、各車輪１のインホイール変速機３の低速段から高速段への変速を第１車輪、第２車輪、第３車輪、第４車輪の順で制御手段たるコントローラ４により時間差を存して行うようにしている。これによれば、変速時の車輪の加速度変化が時間的に分散して発生し、自動車全体の加速度Ｇの落ち込み感は４輪同時の変速を行う場合に比して１／４に減少し、変速ショックが緩和される。尚、図４，図９のＴｍは４つの車輪１の電動モータ２の合計トルクを示している。
【００１３】
また、本実施形態では、クラッチ３４のアウタを含むリングギア３２ｂのイナーシャと電動モータ２のロータのイナーシャとの比を変速時におけるリングギア３２ｂとロータの速度変化比の逆数に等しくなるように設定している。これによれば、変速時にロータの減速で発生するエネルギーがリングギア３２ｂを回転させるためのエネルギーとして全て消費され、変速時のイナーシャショックが無くなる。
【００１４】
ところで、インホイール変速機３の変速時は対応する車輪１の駆動力が低下し、ヨーモーメントが作用する。例えば、図５に示す如く、右前輪のインホイール変速機３の変速時は、右前輪の駆動力Ｆｆｒと右後輪の駆動力Ｆｒｒとの合力たる車両右側の推進力が変速中の右前輪の駆動力Ｆｆｒの低下で左前輪の駆動力Ｆｆｌと左後輪の駆動力Ｆｒｌとの合力たる車両左側の推進力よりも低くなり、右方向へのヨーモーメントＭが作用して車両の直進性が損われる。そのため、各車輪１のインホイール変速機３の変速時に、変速中の車輪１と左右同じ側の他の車輪１の駆動用電動モータ２への供給電流をコントローラ４により増加させて、該電動モータ２の出力トルクを増加する制御を行うことが望ましい。これによれば、例えば、右前輪のインホイール変速機３の変速時、右後輪の駆動用電動モータ２のトルク増加で、図６に示す如く右後輪の駆動力Ｆｒｒが増加し、この増加により右前輪の駆動力Ｆｆｒの低下が相殺されて、車両右側の推進力が車両左側の推進力と均等になり、ヨーモーメントは作用しなくなる。また、車両全体の推進力が変速時に一時的に減少するといった不具合も生じない。尚、電動モータ２がその時点でのモータ回転速度に応じた定格トルクを出力している状態では、電動モータ２に定格電流以上の電流を供給して定格トルク以上のトルクを出力させることになるが、このような制御を行っても時間が短いため、電動モータ２の耐久性に悪影響が及ぶことはない。
【００１５】
以上、インホイール変速機３の変速を４輪全てについて時間差を存して行うようにした実施形態について説明したが、左右両側の各１個、計２個の車輪、例えば、右前輪と左後輪のインホイール変速機３の変速を同時に行い、その後時間差を存して左前輪と右後輪のインホイール変速機３の変速を同時に行うようにしても良い。図７（Ａ）（Ｂ）はこのときの各車輪の駆動力を示しており、右前輪と左後輪のインホイール変速機３の変速時と、その後の左前輪と右後輪のインホイール変速機３の変速時との何れにおいても、車両右側の推進力と車両左側の推進力とが均等に維持され、ヨーモーメントは作用しない。
【００１６】
また、右前輪と左前輪のインホイール変速機３の変速を同時に行い、その後時間差を存して右後輪と左後輪のインホイール変速機の変速を同時に行うことも可能である。この場合にも、図８（Ａ）（Ｂ）に示す如く、車両右側の推進力と車両左側の推進力とが均等に維持され、ヨーモーメントは作用しない。
【００１７】
以上、４輪駆動の電気自動車について説明したが、前輪又は後輪のみを駆動輪とする２輪駆動の電気自動車においても、２つの駆動輪のインホイール変速機の変速を時間差を存して行うことで変速ショックを緩和できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、インホイール変速機の変速による自動車全体の加速度変化を小さく抑えて、変速ショックを緩和でき、従って、変速ショック緩和のためにインホイール変速機を多段化する必要がなく、変速機の小形軽量化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明装置を適用する電気自動車を示す概略平面図
【図２】  インホイール変速機を示すスケルトン図
【図３】  電動モータの出力特性を示すグラフ
【図４】  本発明装置によるインホイール変速機の変速を行ったときのモータ速度、モータトルク及び加速度の変化を示すタイムチャート
【図５】  右前輪のインホイール変速機の変速時における各車輪の駆動力を示す図
【図６】  右前輪のインホイール変速機の変速時に右後輪用電動モータの出力を増加させたときの各車輪の駆動力を示す図
【図７】  （Ａ）右前輪と左後輪のインホイール変速機の同時変速時における各車輪の駆動力を示す図、（Ｂ）左前輪と右後輪のインホイール変速機の同時変速時における各車輪の駆動力を示す図
【図８】  （Ａ）左右の前輪のインホイール変速機の同時変速時における各車輪の駆動力を示す図、（Ｂ）左右の後輪のインホイール変速機の同時変速時における各車輪の駆動力を示す図
【図９】  インホイール変速機の変速を４輪同時に行ったときのモータ速度、モータトルク及び加速度の変化を示すタイムチャート
【符号の説明】
１  車輪（駆動輪）            ２  電動モータ
３  インホイール変速機        ４  コントローラ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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