(57)【要約】      （修正有）【課題】路面からの外力の入力による振動などの外乱による、部材の劣化判定の誤判定を低減する車両用電動駆動装置を提供する。【解決手段】ハウジングに取り付けられ、動力伝達軸の軸方向の振動量を検出する振動検出手段５２と、振動検出手段が検出した振動のうち、ハウジングの共振周波数帯域の振動が、ハウジング内に収容されているいずれの部材による振動であるかを特定する共振振動部材特定手段と、振動検出手段が検出した振動のうち、共振周波数帯域の振動量と、共振振動部材特定手段において特定した部材に設定された閾値とを比較し、特定した部材の劣化を判定する劣化判定手段６５と、を設けた。【選択図】図３
2016159791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪に接続する車輪用軸受と、
各駆動輪に設けられ、前記車輪用軸受を回転駆動させるモータと、
前記車輪用軸受と前記モータとの間に設けた減速機と、
前記減速機から前記車輪用軸受に動力を伝達する動力伝達軸と、
前記モータ、前記減速機、前記動力伝達軸を収容するハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記動力伝達軸の軸方向の振動量を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段が検出した振動のうち、前記ハウジングの共振周波数帯域の振動が、前記ハウジング内に収容されているいずれの部材による振動であるかを特定する共振振動部材特定手段と、
前記振動検出手段が検出した振動のうち、前記共振周波数帯域の振動量と、前記共振振動部材特定手段において特定した前記部材に設定された閾値とを比較し、特定した前記部材の劣化を判定する劣化判定手段と、
を設けたことを特徴とする車両用電動駆動装置。
【請求項２】
請求項1に記載の車両用電動駆動装置において、
前記ハウジング内に収容されている前記部材の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記共振振動部材特定手段は、前記部材の回転数から前記共振周波数帯域の振動を生じさせる前記部材を特定し、
前記劣化判定手段は、前記振動検出手段が検出した振動から前記共振周波数帯域の振動を抽出するフィルタリング処理後の振動の振動量と、設定した前記閾値とを比較して、特定した前記部材の劣化を判定することを特徴とする車両用電動駆動装置。
【請求項３】
請求項1に記載の車両用電動駆動装置において、
前記ハウジング内に収容されている前記部材の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記共振振動部材特定手段は、前記部材の回転数から共振周波数帯域の振動を生じさせる前記部材を特定し、
前記劣化判定手段は、前記振動検出手段が検出した振動を周波数分析し、前記共振周波数帯域の成分の振動の振動量と、前記閾値とを比較して、特定した前記部材の劣化を判定することを特徴とする車両用電動駆動装置。
【請求項４】
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両用電動駆動装置において、
前記劣化判定手段は、車速に応じて前記閾値を設定することを特徴とする車両用電動駆動装置。
【請求項５】
請求項1に記載の車両用電動駆動装置において、
前記劣化判定手段は、前記閾値を他の駆動輪に設けられた前記振動検出手段が検出した振動量に基づいて設定することを特徴とする車両用電動駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用電動駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術としては、下記の特許文献1に記載の技術が開示されている。この文献には、エレベータの異常部位の有無を診断するエレベータ異常診断装置が開示されている。このエレベータ異常診断装置では、検査対象機器の特徴周波数においてセンサ信号をフィルタリングし、フィルタリング後の信号から検査対象機器の特徴量を抽出し、特徴量が閾値以上であれば検査対象機器を異常と判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特願2012-197181号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
屋内に設置され、特定の環境下で駆動されるエレベータに比べて、屋外の様々な環境下で駆動される車両用電動駆動装置は、外部からの力の入力による振動（外乱）が多く混入する。そのため、上記の異常判定方法を車両用電動駆動装置に適用すると、外乱と車両用電動駆動装置内の部材の振動とを切り分けることが難しく、誤判定を行うおそれがあった。
本発明は、上記問題に着目されたもので、その目的とするところは、路面からの外力の入力による振動などの外乱による、部材の劣化判定の誤判定を低減することができる車両用電動駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ハウジングに取り付けられ、動力伝達軸の軸方向の振動量を検出する振動検出手段と、振動検出手段が検出した振動のうち、ハウジングの共振周波数帯域の振動が、ハウジング内に収容されているいずれの部材による振動であるかを特定する共振振動部材特定手段と、振動検出手段が検出した振動のうち、共振周波数帯域の振動量と、共振振動部材特定手段において特定した部材に設定された閾値とを比較し、特定した部材の劣化を判定する劣化判定手段と、を設けた。
【発明の効果】
【０００６】
よって本発明では、路面からの外力の入力による振動などの外乱による部材の劣化判定の誤判定を低減することができる車両用電動駆動装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例1のインホイールモータユニットを示す縦断面図である。
【図２】実施例1のハウジング内に収容されている各回転部材から発生する振動の周波数と車輪速の関係を示すグラフである。
【図３】実施例1の劣化部材検出部の制御ブロック図である。
【図４】実施例1の回転部材の振動の閾値を示すマップである。
【図５】実施例2の回転部材のハウジング周波数帯域内の成分の振幅スペクトルを示すグラフである。
【図６】実施例3の車両の四輪全てにインホイールモータユニットを設けた例を示すシステム図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
〔実施例1〕
図１は、インホイールモータユニット1を示す縦断面図である。インホイールモータユニット1は、車輪を駆動・制動するモータ10を、車輪のホイールの内側に配置したものである。インホイールモータユニット1は、ハウジング20内にモータ10、減速機30、ギヤカップリング軸40を有している。
【０００９】
ハウジング20は、第一ハウジング21と、第二ハウジング22と、カバー23から構成されている。第一ハウジング21の図1の左側面に第二ハウジング22とボルト24によって締結している。カバー23は第二ハウジング22の開口部22aを封止するように取り付けられ、ボルト25によって締結されている。ハウジング20は、サスペンション機構を介して、サイドメンバ等の車体に対して揺動可能に保持されている。
【００１０】
モータ10は第一ハウジング21の内側に位置し、環状のステータ11と、このステータ11内に同軸に配置したロータ12と、を有している。
ステータ11は、コイル11aを巻線して備え、第一ハウジング21の内周に外周面を焼き嵌めする等の方法で固定される。
【００１１】
ロータ12は、ロータ回転軸12aと、フランジ部12bと、永久磁石12cとから構成される。ロータ回転軸12aは第一ロータ軸受13と第二ロータ軸受14を介してハウジング20に回転自在に支持される。
【００１２】
ロータ回転軸12aには、ロータ回転軸12aの回転数を検出するレゾルバ53が設けられている。ロータ回転軸12aにレゾルバロータ53aが固定され、第二ハウジング22のレゾルバロータ53aに対向する位置にレゾルバステータ53bが固定されている。レゾルバステータ53bにはコイル53cが設けられている。
【００１３】
ロータ回転軸12aの第一ロータ軸受13、第二ロータ軸受14の間の外周面に、フランジ部12bが突出固定される。フランジ部12bの外周には永久磁石12cが固設されている。ロータ12は、永久磁石12cがステータ11の内周面と正対する軸線方向位置に配置されている。
【００１４】
減速機30は、ロータ回転軸12a上に形成したサンギヤ31と、第一ハウジング21の車輪側開口の内側に形成したリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合する大径ピニオン33aおよびリングギヤ32に噛合する小径ピニオン33bを一体成形した段付きピニオン33と、段付きピニオン33を回転自在に支持したキャリア34と、を有する遊星歯車組で構成する。
【００１５】
キャリア34は、減速機30の出力メンバであり、駆動源であるモータ10により回転する出力軸に相当する。キャリア34は、キャリア軸受35を介して第一ハウジング21に回転自在に支持されている。キャリア34は、両端が開放した中空の中心円筒部34aを有する。
【００１６】
中心円筒部34aは、一端が第一ハウジング21の内側に配置され、他端が第一ハウジング21から突出している。第一ハウジング21の内側に配置された中心円筒部34aの一端開口には、ロータ回転軸12aの先端部12dが挿入されている。第一ハウジング21から突出した中心円筒部34aの他端開口には、後述するギヤカップリング軸40の一端部40aが挿入されている。中心円筒部34aの他端開口の内周面には、セレーション34bが形成されている。
【００１７】
中心円筒部34aの内部には、ロータ回転軸12aとギヤカップリング軸40との間を区画する区画壁50が設けられている。区画壁50の外周部には、ロータ回転軸12aの先端部12dを囲むフランジ部50aが形成されている。
【００１８】
ギヤカップリング軸40は、減速機30の出力軸であるキャリア34と、車軸であるホイールハブ51とを連結している。ギヤカップリング軸40は、一端部40aの外周面にセレーション40bが形成され、他端部40cの外周面にもセレーション40dが形成されている。一端部40aのセレーション40bはキャリア34のセレーション34bに嵌合し、他端部40cのセレーション40dはホイールハブ51のセレーション51aに嵌合している。キャリア34の回転駆動力は、ギヤカップリング軸40を介して、ホイールハブ51に伝達される。
【００１９】
ホイールハブ51は、ホイールのリム部に囲まれた車輪内側空間に配置される軸部材である。このホイールハブ51は、キャリア34と同軸に配置され、両端が開放した中空円筒状をなすハブ軸51bと、ハブ軸51bの軸方向中間部から外側に突出したフランジ51cと、を一体に有する。
【００２０】
ハブ軸51bの外周にはハブベアリング55が組み付けられ、ハブ軸51bは、このハブベアリング55を介して、第一ハウジング21に回転可能に支持されている。フランジ51cにはホイールがボルト56により締結される。フランジ51cの外周側には、ホイールハブ51の回転数（車輪速）を検出する車輪速センサ54が設けられている。
【００２１】
ハブベアリング55は、外輪55aと、内輪55bと、転動体55cとを有している。外輪55aは、第一ハウジング21に固定されている。内輪55bは、ハブ軸51bの外周面に形成された小径部55dに固定されている。転動体55cは、ハブ軸51bの軸周りに配置される多数の金属球体であり、外輪55aと内輪55bとの間に摺動可能に保持された第１列と、外輪55aとハブ軸51bの外周面に形成された転走面51eとの間に摺動可能に保持された第２列と、を有している。各転動体55cは、保持器55dによって間隔が一定に保持される。
【００２２】
第一ハウジング21の図1の左側面に、振動センサ52が取り付けられている。振動センサ52は、モータ10を駆動させることにより第一ハウジング21に発生する振動を検出する。振動センサ52は、モータ10、減速機33、ギヤカップリング軸40の回転軸方向の振動を検出する。
【００２３】
［劣化部材検出処理］
図2はハウジング20内に収容されているモータ10、減速機33、ギヤカップリング軸40等の各回転部材から発生する振動の周波数と車輪速の関係を示すグラフである。モータ10が駆動すると各回転部材も駆動される。車輪速が一定であったとしても、インホイールモータユニット1の内部には減速機30があるため、回転部材毎に回転数が異なる。なお、各回転部材の回転数は、ホイールハブ51と回転部材との間の減速比が予め分かっているため、車輪速から各回転部材の回転数を求めることができる。回転部材毎に回転数が異なるため、回転部材の回転に伴い発生する振動の周波数も回転部材毎に異なる。例えば、図2に示すように回転部材Aによる振動の周波数と、回転部材Bによる振動の周波数とは異なる。また、各回転部材の振動の周波数は、車輪速にほぼ比例して増加する。
【００２４】
回転部材による振動は、回転周波数と同じ周波数の1次成分、回転周波数の2倍の周波数の2次成分、以降、整数倍の周波数の回転次数成分を有する。各回転次数成分の周波数も車輪速にほぼ比例して増加する。
【００２５】
インホイールモータユニット1は車両のバネ下に設けられるため、路面からの入力による振動（外乱）が発生しやすい。外乱の周波数帯域は比較的低く、第一ハウジング21の振動センサ52を取り付けた部分の共振周波数帯域と離れている。実施例1では、車輪速に基づいて、第一ハウジング21の振動センサ52を取り付けた部分の共振周波数帯域（以下、ハウジング共振周波数帯域）内の周波数で振動を生じさせている回転部材を特定する。
【００２６】
特定した回転部材の振動量（振幅）の閾値を設定する。設定した閾値と振動センサ52が検出した振動の振動量とを比較し、振動量が閾値よりも大きいときには特定した回転部材に劣化が生じていると判定する。
【００２７】
図3は劣化部材検出部60の制御ブロック図である。劣化部材検出部60は、回転次数データテーブル61と、閾値取得部62と、信号処理部63と、振動量算出部64と、劣化判定部65とを有している。
【００２８】
回転次数データテーブル61は、車輪速センサ54から車輪速情報を取得し、現在の車輪速において、ハウジング共振周波数帯域内の周波数の振動を生じさせている回転部材を特定する。例えば、図2に示すように取得した車輪速がαであったときには、ハウジング共振周波数帯域内の周波数の振動を生じさせているのは回転部材A（1次成分）であることが特定できる。
【００２９】
閾値取得部62は、特定された回転部材毎に設定された閾値を設定する。閾値は、図4に示すような閾値マップを用いて設定する。閾値マップは、回転部材毎に設定されている。閾値マップは、車輪速が高くなるほど閾値が段階的に高くなるように設定されている。
【００３０】
信号処理部63は、振動センサ52が検出した振動量を時系列データとして取得する。振動量の時系列データのうちハウジング共振周波数帯域の成分を抽出するフィルタリング処理を行う。
【００３１】
振動量算出部64では、フィルタリング処理されたデータの振動量を算出する。
劣化判定部65は、算出した振動量と設定した閾値とを比較し、振動量が閾値よりも大きいときには、回転次数データテーブル61において特定した回転部材に劣化が生じていると判定する。
【００３２】
［作用］
モータ10、減速機33、ギヤカップリング軸40等の回転部材の劣化により、変形または離脱した破片が回転部分へ噛み込むなどしたときには、インホイールモータユニット1のフリクションが増大する。回転部材の劣化により振動量が大きくなるため、振動センサ52によりインホイールモータユニット1の振動を監視することで、劣化を検出することが可能である。これにより回転部材の劣化による車両挙動の変化が生じる前に、運転者への報知などを行うことができる。
【００３３】
しかし、インホイールモータユニット1は車両のバネ下に設けられるため、路面からの入力による振動（外乱）も大きい。そのため、回転部材による振動と外乱との切り分けができず、回転部材の劣化について誤判定するおそれがあった。
【００３４】
そこで実施例1では、振動センサ52が検出した振動のうち、ハウジング共振周波数帯域内の周波数の振動を用いて、回転部材の劣化を判断するようにした。外乱の周波数帯域は比較的低く、ハウジング共振周波数帯域と離れている。ハウジング共振周波数帯域内の周波数の振動を用いることにより、回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００３５】
また実施例1では、車輪速に基づいてハウジング共振周波帯域内の振動を生じさせている回転部材を特定し、特定した回転部材の振動量の閾値を設定するようにした。そして、振動センサ52が検出した振動量の時系列データのうちハウジング共振周波数帯域の成分を抽出するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理後のデータから算出した振動量と、設定した閾値とを比較して、特定した回転部材の劣化について判定するようにした。
【００３６】
振動センサ52が検出した振動量の時系列データをフィルタリング処理した後のデータから算出した振動量と、各回転部材に予め決められた閾値とを比較するため、計算負荷が低く、高速に処理することができる。また高速処理できるため、複数回に渡って回転部材の劣化判定を行うこともでき、誤判定を抑制することができる。
【００３７】
また実施例1では、特定した回転部材の振動量の閾値を車輪速に応じて設定するようにした。車輪速が高くなると外乱が大きくなる。例えば、車輪速が中速領域において適正に回転部材の劣化を判定できるように閾値を設定したとすると、高速領域においては回転部材が劣化していないのに劣化していると誤判定するおそれがある。逆に定速領域においては回転部材が劣化しているのに劣化していないと誤判定するおそれがある。閾値を車輪速に応じて設定することにより、車輪速に関わらず回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００３８】
［効果］
(1) 駆動輪に接続するホイールハブ51（車輪用軸受）と、各駆動輪に設けられ、ホイールハブ51を回転駆動させるモータ10と、ホイールハブ51とモータ10との間に設けた減速機30と、減速機30からホイールハブ51に動力を伝達するギヤカップリング軸40（動力伝達軸）と、モータ10、減速機30、ギヤカップリング軸40を収容するハウジング20と、ハウジング20に取り付けられ、ギヤカップリング軸40の軸方向の振動量を検出する振動センサ52（振動検出手段）と、振動センサ52が検出した振動のうち、ハウジング20の共振周波数帯域の振動が、ハウジング20内に収容されているいずれの回転部材による振動であるかを特定する回転次数データテーブル61（共振振動部材特定手段）と、振動センサ52が検出した振動のうち、ハウジング共振周波数帯域の振動量と、回転次数データテーブル61において特定した回転部材に設定された閾値とを比較し、特定した回転部材の劣化を判定する劣化判定部65と、を設けた。
よって、ハウジング共振周波数帯域内の周波数の振動を用いることにより、回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００３９】
(2) ハウジング20内に収容されている回転部材の回転数を検出する車輪速センサ54（回転数検出手段）を備え、回転次数データテーブル61は、回転部材の回転数からハウジング20のハウジング共振周波数帯域の振動を生じさせる回転部材を特定し、劣化判定部65は、振動センサ52が検出した振動からハウジング共振周波数帯域の振動を抽出するフィルタリング処理後の振動の振動量と、設定した閾値とを比較して、特定した回転部材の劣化を判定するようにした。
よって、劣化判定処理の計算負荷を低くすることができ高速に処理することができる。また高速処理できるため、複数回に渡って回転部材の劣化判定を行うこともでき、誤判定を抑制することができる。
【００４０】
(3) 劣化判定部65は、車輪速（車速）に応じて回転部材毎の閾値を設定するようにした。
よって、車輪速に関わらず回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００４１】
〔実施例2〕
実施例2のインホイールモータユニット1について説明する。実施例1では、劣化部材検出部60において、振動量の時系列データのうちハウジング共振周波数帯域の成分を抽出するフィルタリング処理を行い、フィルタリング処理されたデータの振動量を算出していた。実施例2では、振動量の時系列データの周波数分析を行い、ハウジング共振周波数帯域の成分の振動量を算出するようにした。以下、実施例1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】
［劣化部材検出処理］
実施例2の劣化部材検出部60は、制御ブロック図は実施例1（図3）と同じであるものの、各ブロックで行う処理が一部異なる。
【００４３】
回転次数データテーブル61は、車輪速センサ54から車輪速情報を取得し、現在の車輪速において、ハウジング共振周波数帯域内の振動を生じさせている回転部材を特定する。
閾値取得部62は、特定された回転部材毎に設定された閾値を設定する。閾値は、図4に示すような閾値マップを用いて設定する。閾値マップは、回転部材毎に設定されている。閾値マップは、車輪速が高くなるほど閾値が段階的に高くなるように設定されている。
【００４４】
信号処理部63は、振動センサ52が検出した振動量を時系列データとして取得する。振動量の時系列データを周波数分析する。
振動量算出部64では、周波数分析結果のうちハウジング共振周波数帯域内のものの振動量を算出する。
【００４５】
劣化判定部65は、算出した振動量と設定した閾値とを比較し、振動量が閾値よりも大きいときには、回転次数データテーブル61において特定した回転部材に劣化が生じていると判定する。
【００４６】
［作用］
実施例2では、振動センサ52が検出した振動量の時系列データを周波数分析し、周波数分析結果のうちハウジング共振周波数帯域内の成分の振動量と、設定した閾値とを比較して、特定した回転部材の劣化について判定するようにした。
【００４７】
図5は、車輪速αのときの回転部材Aのハウジング周波数帯域内の成分の振幅スペクトル（振動量）を示すグラフである。図5に示すように、正常時の振幅スペクトルに対して劣化時の振幅スペクトルは大きくなる。周波数分析により、より高精度に回転部材の特定と特定した回転部材の劣化判定を行うことができる。
【００４８】
［効果］
(4) ハウジング20内に収容されている回転部材の回転数を検出する車輪速センサ54（回転数検出手段）を備え、回転次数データテーブル61は、回転部材の回転数からハウジング20のハウジング共振周波数帯域の振動を生じさせる回転部材を特定し、劣化判定部65は、振動センサ52が検出した振動を周波数分析し、ハウジング共振周波数帯域の成分の振動の振動量と閾値とを比較して、特定した回転部材の劣化を判定するようにした。
よって、より高精度に回転部材の特定と特定した回転部材の劣化判定を行うことができる。
【００４９】
〔実施例3〕
実施例1,2では、各回転部材に閾値を設定し、閾値と振動センサ52が検出した振動量とを比較して、回転部材の劣化を判定するようにしていた。実施例3では、他の駆動輪のインホイールモータユニット1のハウジング20に取り付けた振動センサ52が検出した振動を比較して、回転部材の劣化を判定するようにした。以下、実施例1と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
［劣化部材検出処理］
実施例3の劣化部材検出部60は、制御ブロック図は実施例1,2（図3）と同じであるものの、各ブロックで行う処理が一部異なる。
【００５１】
回転次数データテーブル61は、車輪速センサ54から車輪速情報を取得し、現在の車輪速において、ハウジング共振周波数帯域内の振動を生じさせている回転部材を特定する。
閾値取得部62は、各駆動輪のハウジング共振周波数帯域内の振動量に所定値を加えたものを閾値として設定する。
信号処理部63は、実施例1のフィルタ処理、または実施例2の周波数分析を行う。
振動量算出部64は、フィルタ処理または周波数分析後の信号の振動量を算出する。
【００５２】
劣化判定部65は、各駆動輪の振動センサ52が検出した振動量を比較し、回転部材の劣化を判定する。図6は、車両の四輪全てにインホイールモータユニット1を設けた例を示すシステム図である。閾値取得部62では、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪におけるハウジング共振周波数領域内の振動量に所定値を加えたものを閾値として設定している。例えば、左前輪におけるハウジング共振周波数帯域内の振動量が、右前輪、左後輪、右後輪の振動量から設定した各閾値よりも大きいときには、左前輪の回転部材が劣化していると判定する。一方、左前輪におけるハウジング共振周波数帯域内の振動量が、右前輪、左後輪、右後輪の振動量から設定した各閾値以下のときには、左前輪の回転部材が劣化していないと判定する。
【００５３】
［作用］
実施例3では、閾値を他の駆動輪の振動量に基づいて設定するようにした。車両の駆動輪間で車輪速、路面環境、気象条件等の違いは少ない。また、各駆動輪のインホイールモータユニット1に設けられた回転部材や振動センサ52が同時に劣化、故障することは少ない。判定対象の駆動輪の振動量と他の駆動輪の振動量とを比較することによって、回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００５４】
［効果］
(5) 劣化判定部65は、閾値を他の駆動輪に設けられた振動センサ52が検出した振動量に基づいて設定するようにした。
よって、回転部材の劣化判定の誤判定を抑制することができる。
【００５５】
〔他の実施例〕
以上、本発明は上記実施例の構成に限らず、他の構成であっても構わない。
【符号の説明】
【００５６】
10    モータ
20    ハウジング
30    減速機
40    ギヤカップリング軸（動力伝達軸）
51    ホイールハブ（車輪用軸受）
52    振動センサ（振動検出手段）
54    車輪速センサ（回転数検出手段）
61    回転次数データテーブル（共振振動部材特定手段）
65    劣化判定部
【図１】
2016159791.tif 000003
【図２】
2016159791.tif 000004
【図３】
2016159791.tif 000005
【図４】
2016159791.tif 000006
【図５】
2016159791.tif 000007
【図６】
2016159791.tif 000008