特開 2024-32218 パーキング機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024032218

(43)【公開日】2024-03-12

(54)【発明の名称】パーキング機構

(51)【国際特許分類】

   F16H 63/34 20060101AFI20240305BHJP

   B60T 8/17 20060101ALI20240305BHJP

   H02K 7/10 20060101ALI20240305BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

F16H63/34

B60T8/17 B

H02K7/10 Z

H02K7/116

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135770

(22)【出願日】2022-08-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125265

【弁理士】

【氏名又は名称】貝塚 亮平

(72)【発明者】

【氏名】八木 紀幸

(72)【発明者】

【氏名】西井 文哉

【テーマコード（参考）】

3D246

3J067

5H607

【Ｆターム（参考）】

3D246DA02

3D246EA05

3D246GB15

3D246GB37

3D246HA28A

3J067AA21

3J067AB23

3J067AC01

3J067CA02

3J067CA08

3J067CA09

3J067CA22

3J067CA29

3J067DB32

3J067FA57

3J067FB02

3J067GA01

5H607BB01

5H607BB07

5H607BB14

5H607CC03

5H607DD03

5H607EE06

5H607EE15

5H607EE31

(57)【要約】

【課題】パーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせる制御を簡略化でき、かつ確実な車両固定が可能となるパーキング機構を提供する。
【解決手段】電動機１００を駆動源とする車両のパーキング機構は、電動機の回転軸１０１と連動して回転する軸に配置されたパーキングギヤ１０２と、パーキングギヤの歯溝に爪２１１を噛み合わせて車両を固定するパーキングポール２１０と、電動機およびパーキングポールの動作を制御する制御部と、を有し、パーキングギヤの歯数は電動機の極数と比例する数であり、パーキングギヤの歯位置は電動機のロータに配置された磁極の中心位置と位相が一致するように配置され、制御部はパーキング機構の作動前にロータのｄ軸がステータの磁界に一致するようにステータに線間電流を通電することで、パーキングポールの爪とパーキングギヤの歯溝とが噛み合う位置にパーキングギヤを停止させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータとステータとからなる電動機を駆動源とする車両のパーキング機構であって、
前記電動機の回転軸と連動して回転する軸に配置されたパーキングギヤと、
前記パーキングギヤの歯溝に爪を噛み合わせて前記車両を固定するパーキングポールと、
前記電動機を制御する電動機制御部および前記パーキングポールの動作を制御するパーキング機構制御部を含む制御部と、
を有し、
前記パーキングギヤの歯数は前記電動機の極数と比例する数であり、前記パーキングギヤの歯位置は前記電動機の前記ロータに配置された磁極の中心位置と位相が一致するように配置され、
前記制御部は、パーキング機構の作動前に、前記ロータのｄ軸が前記ステータの磁界に一致するように前記ステータに線間電流を通電することで、前記パーキングポールの爪と前記パーキングギヤの歯溝とが噛み合い可能な位置に前記パーキングギヤを停止させる、
ことを特徴とするパーキング機構。

【請求項2】

前記制御部は、前記電動機が回生状態であって前記車両が停止すると推定された時に、前記ロータのｄ軸が前記ステータの磁界に一致するように前記ステータに線間電流を通電することで、前記パーキングポールの爪と前記パーキングギヤの歯溝とが噛み合い可能な位置に前記パーキングギヤを停止させることを特徴とする請求項１に記載のパーキング機構。

【請求項3】

前記車両が停止すると推定する条件は、アクセルが踏まれていないこと、またはブレーキ力が措定値以上であることのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のパーキング機構。

【請求項4】

前記車両が停止すると推定する条件は、車速が所定値以下であること、または減速加速度が所定値以下であることのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載のパーキング機構。

【請求項5】

前記パーキングギヤの歯数は前記電動機の極対数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項１に記載のパーキング機構。

【請求項6】

前記制御部は、前記車両に設けられた傾斜センサにより検出された傾斜状態に応じて、前記ステータに通電する線間電流の大きさを制御することを特徴とする請求項１－５のいずれか１項に記載のパーキング機構。

【請求項7】

前記制御部は、前記パーキングギヤとの噛み合い状態から前記パーキングポールを解除するとき、前記パーキング機構の作動前に通電された前記線間電流と同じ線間電流を通電することを特徴とする請求項６に記載のパーキング機構。

【請求項8】

前記パーキング機構は電動モータによって作動可能であることを特徴とする請求項１－５のいずれか１項に記載のパーキング機構。

【請求項9】

前記パーキング機構は電動モータによって作動可能であることを特徴とする請求項６に記載のパーキング機構。

【請求項10】

前記パーキング機構は電動モータによって作動可能であることを特徴とする請求項７に記載のパーキング機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は駆動源として電動機を有する車両のパーキング機構に関する。

【背景技術】

【0002】

パーキングロック機構を備えた車両には、駆動源から駆動輪に動力を伝達する駆動伝達装置にパーキングギヤが設けられている。車両を停車させパーキングレンジが選択されると、パーキングポールの爪がパーキングギヤと噛み合い駆動伝達軸がロックされる。パーキングポールの爪がパーキングギヤに噛み合っていれば（ロック状態）、坂道で停車した場合であっても車両は停止状態を維持できる。

【0003】

しかしながら、パーキングポールの爪がパーキングギヤと常に噛み合うとは限らない。坂道で停止してパーキングレンジが選択されたときに噛み合っていない状態であれば、運転者がブレーキを解除したときに車両が移動してパーキングギヤが回転し、パーキングポールの爪が噛み合った時に車両が停止する。この場合、噛み合ったときの衝撃が発生する。またパーキングギヤの回転が速ければ、パーキングポールの爪が噛み合わない状態が続き、ブレーキを踏むまで移動を続ける場合もある。

【0004】

このようなパーキングポールの爪がパーキングギヤに噛み合わない状態を回避する技術が提案されている。たとえば特許文献１に開示されたパーキングロック制御装置では、電動モータの回転が停止したときのパーキングギヤの歯溝の位置を推定し、その推定位置に基づいてパーキングポールの爪が歯溝に噛み合う位置でパーキングギヤが停止するように電動モータを駆動制御する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６８１８６１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたパーキングロック制御装置は、パーキングギヤの停止位置を推定する必要があり、さらにパーキングギヤの停止位置がパーキングポールの爪と歯溝で噛み合うように電動モータを制御する必要がある。このためにモータ制御が非常に複雑となり制御部の負荷が増大する。

【0007】

そこで、本発明の目的は、パーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせる制御を簡略化でき、かつ確実な車両固定が可能となるパーキング機構を提供することにある。また、車両の制御の簡素化によってシステム全体の小型軽量化を図ることで、エネルギー効率の改善を図ることができる車両の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様によれば、ロータとステータとからなる電動機を駆動源とする車両のパーキング機構であって、前記電動機の回転軸と連動して回転する軸に配置されたパーキングギヤと、前記パーキングギヤの歯溝に爪を噛み合わせて前記車両を固定するパーキングポールと、前記電動機を制御する電動機制御部および前記パーキングポールの動作を制御するパーキング機構制御部とを含む制御部と、を有し、前記パーキングギヤの歯数は前記電動機の極数と比例する数であり、前記パーキングギヤの歯位置は前記電動機の前記ロータに配置された磁極の中心位置と位相が一致するように配置され、前記制御部は、パーキング機構の作動前に、前記ロータのｄ軸が前記ステータの磁界に一致するように前記ステータに線間電流を通電することで、前記パーキングポールの爪と前記パーキングギヤの歯溝とが噛み合い可能な位置に前記パーキングギヤを停止させる、ことを特徴とする。
このようにパーキング機構の作動前に線間電流を通電することでパーキングギヤの歯溝がパーキングポールの爪と噛み合い可能な位置に停止するので、パーキングポールの爪がパーキングギヤに乗り上げる事態を確実に防止できる。したがって、従来のようなレゾルバを用いてパーキングギヤの位置を推定したり電動機の停止位置を繊細に制御したりする必要がなく、簡単な制御によりパーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせることができ、確実な車両固定が可能となる。また、車両の制御の簡素化によってシステム全体の小型軽量化を図ることで、車両のエネルギー効率の改善を図ることができる。
本発明の一態様によれば、前記制御部は、前記電動機が回生状態であって前記車両が停止すると推定された時に、前記ロータのｄ軸が前記ステータの磁界に一致するように前記ステータに線間電流を通電することで、前記パーキングポールの爪と前記パーキングギヤの歯溝とが噛み合う位置に前記パーキングギヤを停止させることができる。したがって、電動機が回生状態であって車両が停止すると推定されたことをパーキング制御開始の条件にすることができる。
本発明の一態様によれば、前記車両が停止すると推定する条件は、アクセルが踏まれていないこと、またはブレーキ力が所定値以上であることのいずれかであり得る。また前記車両が停止すると推定する条件は、車速が所定値以下であること、または減速加速度が所定値以下であることのいずれかであり得る。これらにより車両が停止すると推定する条件を既存の検出値から設定できる。
本発明の一態様によれば、前記パーキングギヤの歯数は前記電動機の極対数のｎ倍（ｎは２以上の整数）であり得る。パーキングギヤの歯数と電動機の極対数との関係を整数倍に設定することで、パーキングギヤの歯位置と電動機のロータに配置された磁極の中心位置との位相の一致が容易になる。
本発明の一態様によれば、前記制御部は、前記車両に設けられた傾斜センサにより検出された傾斜状態に応じて、前記ステータに通電する線間電流の大きさを制御することができる。これにより勾配状態に応じた安定したパーキングが可能となる。
本発明の一態様によれば、前記制御部は、前記パーキングギヤとの噛み合い状態から前記パーキングポールを解除するとき、前記パーキング機構の作動前に通電された前記線間電流と同じ線間電流を通電することができる。これによりパーキングポールの解除時の荷重を低減できる。
本発明の一態様によれば、前記パーキング機構は電動モータによって作動可能である。これにより簡単な制御によりパーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせることができ、確実な車両固定が可能となる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、パーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせる制御を簡略化でき、かつ確実な車両固定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は本発明の一実施形態によるパーキング機構の概略的構成を示すブロック図である。

【図2】図２は本実施形態によるパーキング機構における電動機の一例を示す模式的構成図である。

【図3】図３は本実施形態によるパーキング機構における電動機の他の例を示す模式的構成図である。

【図4A】図４Ａは本実施形態における走行中のロックなし状態でのパーキングロック機構を示す模式的構成図である。

【図4B】図４Ｂは本実施形態におけるロック状態でのパーキングロック機構を示す模式的構成図である。

【図5】図５は本実施形態における電動機ステータの線間通電状態の一例を示す図である。

【図6】図６は本実施形態における電動機に供給される３相交流と線間通電時の印加電流の大きさを例示する電流波形図である。

【図7】図７は本実施形態における電動機ステータの界磁軸とロータｄ軸とが対向する状態を示す模式図である。

【図8】図８は本実施形態における電動機ステータの界磁軸とロータｄ軸とが一致する状態を示す模式図である。

【図9】図９は本実施形態における電動機ステータに線間通電した時に斥力が働き収束しない磁界状態を例示する模式図である。

【図10】図１０は本実施形態における電動機ステータに線間通電した時に引力が働き収束する磁界状態を例示する模式図である。

【図11】図１１は電動機ロータの初期角度に対する発生トルクの変化を示すグラフである。

【図12】図１２は本実施形態によるパーキング機構の制御の第１例を示すフローチャートである。

【図13】図１３は本実施形態によるパーキング機構の平地での制御例を示すタイムチャートである。

【図14】図１４は電動機ロータの初期角度に対する発生トルクが印加電流の大きさに対してどのように変化するかを例示するグラフである。

【図15】図１５は本実施形態によるパーキング機構の制御の第２例を示すフローチャートである。

【図16】図１６は本実施形態によるパーキング機構の上り坂での制御例を示すタイムチャートである。

【図17】図１７は本実施形態によるパーキング機構の下り坂での制御例を示すタイムチャートである。

【図18】図１８は本実施形態によるパーキング解除制御の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

＜実施形態の概要＞
本発明によれば、パーキングギヤは電動機の回転軸に連結され、電動機の極数に比例した歯数を有する。パーキングギヤの歯位置は電動機のロータの磁極中心位置と位相が実質的に一致するように配置される。制御部は、パーキング機構の作動前に、ロータのｄ軸がステータの磁界と一致するようにステータに線間電流を通電する。これによりパーキングギヤは、その歯溝がパーキングポールの爪と噛み合う位置に停止する。したがって、従来のようなレゾルバを用いてパーキングギヤの位置を推定したり電動機の停止位置を繊細に制御したりする必要がなく、簡単な制御によりパーキングギヤとパーキングポールの爪とを噛み合わせることができ、確実な車両固定が可能となる。なお、ロータのｄ軸がステータの磁界と一致するとは、ｄ軸と磁界が完全に一致する場合だけでなく、完全一致しなくともパーキングギヤの溝とパーキングポールの爪とが噛み合い可能な程度にｄ軸と磁界との位置が合う場合を含む。以下、ロータのｄ軸とステータの磁界との一致は、この実質的一致を含むものとする。

【0012】

以下、本発明の実施形態および実施例について図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下に記載されている構成要素は単なる例示であって、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。

【0013】

以下、車両の駆動源としての電動機（以下、ＭＯＴと記す。）、パーキングギヤおよびパーキングポールの構成および機能について説明する。ＭＯＴは３相交流により駆動される同期モータであり、ここでは埋込磁石構造の同期モータを例示する。

【0014】

１．構成
図１に例示するように、ＭＯＴ１００はロータ１１０とステータ１１１とを有し、ロータ１１０に回転軸であるモータシャフト１０１が固定されている。ここではモータシャフト１０１にパーキングギヤ１０２が直接固定される。ただし、モータシャフト１０１の回転位置とパーキングギヤ１０２の歯位置とが互いに一意に決定される歯車等の動力伝達系を通してモータシャフト１０１とパーキングギヤ１０２とが連結されてもよい。なおモータシャフト１０１の回転は、直接あるいは図示しない動力伝達装置を介して駆動輪へ伝達される。

【0015】

後述するようにパーキングギヤ１０２は、ロータ１１０の磁極の位置とギヤ歯の位置との位相が一致するようにモータシャフト１０１に固定される。パーキングギヤ１０２の近傍にはパーキングポール２１０の爪２１１が矢印Ｐｘ方向に移動可能に配置され、パーキング機構が作動すると爪２１１がパーキングギヤ１０２と噛み合う。後述するようにパーキングポール２１０の爪２１１はアクチュエータ３０１により矢印Ｐｘ方向に移行可能である。

【0016】

以下、説明を容易にするために、ＭＯＴ１００のモータシャフト１０１の回転軸方向をＺ軸、モータシャフト１０１に直交しパーキングポール２１０の爪２１１が移動する矢印Ｐｘ方向をＸ軸、Ｚ軸およびＸ軸に直交する方向をＹ軸とする。したがって、ＭＯＴ１００のロータ１１０およびパーキングギヤ１０２はＸＹ平面上で回転する。

【0017】

ＭＯＴ１００のステータ１１１はインバータ３０２から三相交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が供給されることで回転磁界を発生させ、ロータ１１０を回転させる。ここでロータ１１０には所定極数の永久磁石が埋め込まれており、ロータ１１０の径外方向に向いたＮ極の磁界の向きがｄ軸である。インバータ３０２はコンバータ３０３を介してバッテリ３０４から直流電源を入力し、上述した３相交流あるいは所定の線間電流をＭＯＴ１００のステータ１１１へ供給することができる。

【0018】

以下、線間電流を供給／通電することを線間通電という。線間通電とは、ステータ１１１の３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）巻線のうち任意の２相（Ｕ－Ｖ、Ｖ－ＷあるいはＷ－Ｕ）に直流電流を通電し、残りの１相には通電しない通電方式をいう。この通電される２相の巻線を流れる電流が線間電流である。後述するように、インバータ３０２がＵ－Ｖ、Ｖ－Ｗ、Ｗ－Ｕのいずれか１つに線間通電することでロータ１１０を所定の角度位置に固定することができる。

【0019】

制御部３０５はＭＯＴ制御部とパーキング機構制御部とを別個に含んでもよいし、パーキング機構制御およびＭＯＴ制御を含む車両制御を行うＥＣＵ(Electronic Control Unit)であってもよい。以下、制御部３０５が主にアクチュエータ３０１およびインバータ３０２を制御するものとする。本実施形態では、制御部３０５は運転時にはインバータ３０２を制御してＭＯＴ１００へ３相交流を通電してＭＯＴ１００を回転させる。またパーキング時にはインバータ３０２を制御してＭＯＴ１００へ所定の線間通電を行いＭＯＴ１００を所定の角度位置に停止させ、続いてアクチュエータ３０１を制御してパーキングポール２１０の爪２１１をパーキングギヤ１０２の歯溝へ噛み合わせる。

【0020】

なお、ＭＯＴ１００のモータシャフト１０１には、通常、ロータ１１０の位置を検出するレゾルバＲが設けられている。レゾルバＲにより検出されたロータ１１０の角度位置と線間通電により得られるロータ１１０の理論的な角度位置とを比較することで、現在のロータ１１０の位置に最も近いステータ磁界を形成する線間通電を選択してもよい。これにより高速且つスムーズなパーキングロックが可能となる。

【0021】

またレゾルバＲにより検出されたロータ１１０の角度位置と線間通電により得られる理論的な角度位置とを比較することでロータ１１０の位置を正確に補正することもできる。このような正確な角度位置の検出によりＭＯＴ１００の実トルクを高精度に算出することも可能となる。

【0022】

１．１）パーキングギヤとロータ磁極
図２に例示するように、ＭＯＴ１００が８極（４極対）のＭＯＴ１００ａであれば、ロータ１１０ａのロータコア内には８個の永久磁石ＰＭ１～ＰＭ８が極性を交互に等間隔で埋め込まれ、ロータ１１０ａ側の磁界を形成している。ロータコアにはモータシャフト１０１が固定され、さらにモータシャフト１０１にはパーキングギヤ１０２ａが次に述べる位置関係で固設されている。

【0023】

ＭＯＴ１００ａのＸＹ平面に沿った断面は、図２に示すようにロータ１１０ａとステータ１１１ａとがモータシャフト１０１を中心として同心円を形成すると見なすことができる。この図において、パーキングギヤ１０２ａは、その各歯Ｔの中心がロータ１１０ａの一磁極を形成する扇部分１２０の中心線と重なる位置関係でモータシャフト１０１に固設される。言い換えれば、パーキングギヤ１０２ａの歯形の回転軸周りの周期がロータ１１０ａの永久磁石ＰＭ１～ＰＭ８による磁界の周期と一致し、かつ位相も一致するように、パーキングギヤ１０２ａとロータ１１０ａとがモータシャフト１０１に固設される。

【0024】

本実施形態によれば、それぞれの位相を一致させてパーキングギヤ１０２ａとロータ１１０ａとを固定することで、パーキングポール２１０の爪２１１の位置をパーキングギヤ１０２ａの歯溝の位置と一致させることが容易になる。このような位置関係を確定するために、パーキングギヤ１０２ａのシャフト貫通部と、その取付位置に対応するモータシャフト１０１の周上に一定間隔で位置決め用の突起あるいは凹部を設けてもよい。

【0025】

ここで、ロータ１１０ａのＮ極の磁界方向をｄ軸とすれば、後述するように、パーキング機構の作動前に、ステータ１１１ａの扇部分１２０の中心線がＳ極となるようにステータ１１１ａに線間電流を供給する。これによりロータ１１０ａのｄ軸で示すＮ極とステータ１１１ａのＳ極とが同じ扇部分１２０で引き合って停止する。このときロータ１１０ａが一方に回転しようとすれば、それと釣り合うトルクが発生し、ロータ１１０ａの回転が抑制される。この負荷トルクは線間電流の大きさに依存する。

【0026】

このようにステータ１１１ａに線間電流を通電することでロータ１１０ａを所定の角度位置で停止させることができ、そのときのパーキングギヤ１０２ａの歯溝の位置をパーキングポール２１０の爪２１１の位置と常に一致させることができる。したがって、制御部３０５は、ステータ１１１ａに線間電流を通電するだけでロータ１１０ａを停止させ、アクチュエータ３０１によりパーキングポール２１０の爪２１１を矢印Ｐｘ方向に移動させてパーキングギヤ１０２の歯溝と噛み合わせることができる。その際、ロータ位置の推定および繊細なモータ制御は不要となる。

【0027】

以上述べたパーキングギヤとロータ磁極との位置関係は、ＭＯＴ１００の磁極数には依存しない。図３に例示する１２極（６極対）のＭＯＴ１００ｂであっても同様である。

【0028】

図３において、ロータ１１０ｂのロータコア内には１２個の永久磁石ＰＭが極性を交互に等間隔で埋め込まれ、ロータ１１０ｂ側の磁界を形成している。ロータコアにはモータシャフト１０１が固定され、さらにモータシャフト１０１にはパーキングギヤ１０２ｂが上述した位置関係で固設されている。

【0029】

ＭＯＴ１００ｂのＸＹ平面に沿った断面は、図３に示すようにロータ１１０ｂとステータ１１１ｂとがモータシャフト１０１を中心として同心円を形成すると見なすことができる。この図において、パーキングギヤ１０２ｂは、その各歯Ｔの間（歯溝）の中心がロータ１１０ｂの一磁極を形成する扇部分１２１の中心線と重なる位置関係でモータシャフト１０１に固設される。言い換えれば、パーキングギヤ１０２ｂの歯形の回転軸周りの周期がロータ１１０ｂの１２個の永久磁石（図示しないＰＭ１～ＰＭ１２）による磁界の周期と一致し、かつ位相も一致するように、パーキングギヤ１０２ｂとロータ１１０ｂとがモータシャフト１０１に固設される。

【0030】

本実施形態によれば、それぞれの位相を一致させてパーキングギヤ１０２ｂとロータ１１０ｂとを固定することで、パーキングポール２１０の爪２１１の位置をパーキングギヤ１０２ｂの歯溝の位置と一致させることが容易になる。このような位置関係を確定するために、パーキングギヤ１０２ｂのシャフト貫通部と、その取付位置に対応するモータシャフト１０１の周上に一定間隔で位置決め用の突起あるいは凹部を設けてもよい。

【0031】

後述するように、パーキング機構の作動前に、ステータ１１１ｂの扇部分１２１の中心線がＳ極となるようにステータ１１１ｂに線間電流を通電する。これによりロータ１１０ｂのｄ軸で示すＮ極とステータ１１１ｂのＳ極とが同じ扇部分１２１で引き合って停止する。このようにステータ１１１ｂに線間電流を通電することでロータ１１０ｂを所定の角度位置で停止させることができ、そのときのパーキングギヤ１０２ｂの歯溝の位置をパーキングポール２１０の爪２１１の位置と常に一致させることができる。したがって、制御部３０５は、ステータ１１１ｂに線間電流を通電するだけでロータ１１０ｂを停止させ、アクチュエータ３０１によりパーキングポール２１０の爪２１１を矢印Ｐｘ方向に移動させてパーキングギヤ１０２の歯溝と噛み合わせることができる。

【0032】

以上述べたように、図２に示す８極（４極対）のＭＯＴ１００ａでは、パーキングギヤ１０２ａの各歯Ｔの中心がロータ１１０ａの一磁極の中心線と重なる位置関係であり、その結果パーキングギヤ１０２ａの歯数は８本となる。また図３に示す１２極（６極対）のＭＯＴ１００ｂでは、パーキングギヤ１０２ｂの各歯溝の中心がロータ１１０ｂの一磁極の中心線と重なる位置関係であり、その結果パーキングギヤ１０２ｂの歯数は１２本となる。したがってパーキングギヤ１０２はＭＯＴ１００の極数と同じ数の歯数を有する。

【0033】

すなわちパーキングギヤ１０２の歯数はＭＯＴ１００の極数あるいは極対数に比例する。さらにパーキングギヤ１０２の歯位置の位相はＭＯＴ１００のロータ１１０における磁極の位相と実質的に同じである。ロータの固定に線間電流を利用する場合、一般に、ｎを２以上の整数とすれば、ｎ極対のＭＯＴ１００では２ｎ本の歯数を有するパーキングギヤ１０２をロータ磁極と同じ位相でモータシャフト１０１に組み付ければよい。

【0034】

このようなパーキングギヤ１０２を用いることで、ステータ１１１に線間電流を通電するだけでロータ１１０を所定位置で停止させ、パーキングポール２１０の爪２１１をパーキングギヤ１０２の歯溝と噛み合わせることができる。その際、ロータ位置の推定および繊細なモータ制御は不要となる。

【0035】

なお、ロータの固定に３相コイルに直流を通電すれば、任意の角度でロータを固定することができる。

【0036】

また、パーキングポール２１０の爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合った状態でのパーキングギヤ１０２の回転可能範囲（がたつき）は許容範囲内であることが必要である。駆動輪の許容回転角は大略１／６０回転であり、２～３ｃｍ程度の移動量に相当する。この許容タイヤ回転角の場合、４極対のＭＯＴ１００ａであればパーキングギヤから駆動輪までの経由レシオが約７．５以上に設定され、６極対のＭＯＴ１００ｂであれば約５以上に設定される。経由レシオは大きいほどタイヤの移動量が小さくなる。

【0037】

１．２）パーキングロック機構
図４Ａおよび図４Ｂに例示するように、本実施形態におけるパーキングロック機構は、パーキングポール２１０、パーキングロッド２２０および係止部２３０を有する。パーキングポール２１０は爪２１１を一端に設けたアーム２１２を有し、爪２１１はパーキングギヤ１０２側に向いて設けられている。アーム２１２の他端は支軸２１３により回転自在に支持されている。またアーム２１２は図示しないバネ等の付勢手段により矢印２１４方向に付勢されている。

【0038】

パーキングロッド２２０は径の小さい先端部２２１と先端からＹ軸負方向に向けて径が所定の勾配で次第に大きくなるコーン２２２とからなる。パーキングロッド２２０はアクチュエータ３０１により矢印Ｐｚ方向に移動可能である。パーキングロッド２２０はパキングポール２１０と係止部２３０との間に配置される。図４Ａに示すように、パーキングロックされていない状態ではパーキングロッド２２０は矢印Ｄ方向に移動する。これにより先端部２２１が係止部２３０とアーム２１２との間に挟まれ、爪２１１がパーキングギヤ１０２から離れる。したがってパーキングギヤ１０２は自在に回転可能である。

【0039】

図４Ｂに示すように、パーキングロックが作動すると、パーキングロッド２２０は矢印Ｐ方向に移動する。これによりコーン２２２の傾斜部が係止部２３０とアーム２１２との間に挿入され、パーキングポール２１０は矢印２１５方向に回転して爪２１１がパーキングギヤ１０２と噛み合う。これによりパーキングギヤ１０２の回転が係止されＭＯＴ１００のモータシャフト１０１が固定される。上述したようにＭＯＴ１００のロータ１１０は所定の角度位置で停止するので、そのときのパーキングギヤ１０２の歯溝の位置とパーキングポール２１０の爪２１１の位置とは常に一致する。したがって、ＭＯＴ１００を微細に制御することなく爪２１１をパーキングギヤ１０２に噛み合わせることができる。

【0040】

１．３）ロータの停止位置と発生トルク
ロータ１１０を所定位置で停止させる方式として、Ｕ－Ｖ、Ｖ－ＷあるいはＷ－Ｕのいずれか一つの線間電流を通電する線間通電方式と、Ｕ、ＶおよびＷの３相で通電する３相通電方式がある。線間通電方式では、どの線間でどの方向に通電するかにより決定される離散的な角度でロータ１１０を停止させることができる。３相通電方式では、各相に任意の電流を通電することで任意の角度でロータ１１０を停止させることができる。

【0041】

図５および図６に示すように、インバータ３０２はステータ１１１の３相巻線にそれぞれ相電流を供給することができる。図６には３相交流とそれにより形成される磁界の角度（電気角θ）との関係が示される。極対数ｐ＝６のＭＯＴ１００ｂであれば、ロータ１１０ｂの回転角（機械角θｍ）はθｍ＝θ／ｐとなる。ここでは、図５に示すようにＷ相とＶ相の巻線に対して矢印で示す方向に相電流を供給し、それにより生成されるステータ１１１の磁界に応じてロータ１１０が停止するものとする。

【0042】

図６に示すように、Ｖ－Ｗ通電による電気角θ＝０°とすれば、Ｖ－Ｕ通電、Ｗ－Ｕ通電・・・により離散的な電気角が得られ、それぞれの電気角に対応する機械角、すなわちロータ１１０の角度位置が決定される。以下、Ｗ－Ｖの線間通電によりロータ１１０の停止位置を決定するものとする。本実施形態では、パーキングギヤ１０２の任意の歯溝がパーキングポール２１０の爪２１１の位置と一致すればよい。したがってＷ－Ｖの線間通電時のロータ１１０の停止位置がパーキングギヤ１０２の歯溝と爪２１１の位置とを対応させるように設計すればよい。

【0043】

線間通電方式では、ステータ１１１に通電される電流位相は固定され、ロータ１１０が移動することで負荷に釣り合うトルクが発生する。これによりＷ－Ｖの線間通電によりロータ１１０の停止位置を安定させることができる。以下、図７および図８を参照しながらロータｄ軸およびステータ界磁軸の状態と発生トルクについて説明する。ここでは６極対のＭＯＴ１００ｂを例示する。

【0044】

図７に示すようにｄ軸方向のロータ磁界ＭＦｒとステータ磁界ＭＦｓとが同じ向きの場合を電気角θ＝０°とすれば、回生時はθ＝１８０°(π)近傍の状態である。それに対してθ＝±１８０°(π)位相を変えて線間通電すると、図８に示すようにロータ１１０ｂの停止位置を安定させる事が出来る。

【0045】

すなわち、図８の電気角－トルク特性に示すように、ロータ１１０ｂが電気角θ＝３６０°より小さい状態で線間通電を行うと、ロータ磁界ＭＦｔとステータ磁界ＭＦｓが一致するように回生トルクが発生し、電気角θ＝３６０°より大きい時状態で線間通電を行うと、ロータ磁界とステータ磁界が一致するように駆動トルクが発生する。したがって、ロータ１１０ｂはいずれの方向に回転しようとしても電気角θ=３６０°の位置へ引き戻すトルク（引力）が発生する。

【0046】

以下、図９～図１１を参照しながら、８極のＭＯＴの場合の斥力および引力について説明する。なお、図９および図１０における状態ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれ図１１に示すグラフの点ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。

【0047】

図９および図１１における状態ａは、ロータｄ軸が電流位相角１８０°より位相が若干小さい状態で線間通電(Ｖ－Ｗ)を行う場合を示している。この場合、トルクが反時計回り（ＣＣＷ）方向に働く斥力となり収束しない。図９および図１１における状態ｂは、ロータｄ軸が電流位相角１８０°より位相が若干大きい状態で線間通電(Ｖ－Ｗ)を行う場合を示している。この場合はトルクが時計回り（ＣＷ）方向に働く斥力となり、同様に収束しない。

【0048】

これに対して、図１０および図１１における状態ｃは、ロータｄ軸が電流位相角３６０°より位相が若干小さい状態で線間通電(Ｗ－Ｖ)を行う場合を示している。この場合、トルクが時計回り（ＣＷ）方向に働く引力となるために収束する。図１０および図１１における状態ｄは、ロータｄ軸が電流位相角３６０°より位相が若干大きい状態で線間通電(Ｗ－Ｖ)を行う場合を示している。この場合はトルクが反時計回り（ＣＣＷ）方向に働く引力となるために、同様に収束する。

【0049】

２．動作
以下、本実施形態によるパーキング機構における平地でのパーキング制御について図１、図１２および図１３を参照して説明し、傾斜地でのパーキング制御について図１、図１４～図１７を参照して説明する。なお、平地か傾斜地かの判断、および傾斜地に勾配状態の判断は、車両に設けられた勾配検出器により判定してもよいし、減速時の回生発電量により判断してもよい。

【0050】

２．１）平地でのパーキング制御
図１２において、制御部３０５はブレーキ（ＢＲＫ）操作によって車両が緩やかな減速状態であるか否かを判断する（ステップ４０１）。この判断については、ブレーキ踏力（ブレーキシリンダ圧、ポジションセンサ）、減速加速度などを指標とし、運転者の意図的な減速であるか否かを判断する。また急ブレーキなどの急激な減速は本実施形態による制御から除外される（ステップ４０１のＮＯ）。

【0051】

ブレーキ操作による緩やかな減速であれば（ステップ４０１のＹＥＳ）、制御部３０５はＭＯＴが回生状態で停止に十分な車速まで減速したか否か、すなわちＭＯＴ１００が回生状態から滑らかに車速がゼロ近傍に収束しているか否かを判断する（ステップ４０２）。この判断については、アクセル開度、ブレーキ踏力およびＭＯＴ回転数を指標とする。たとえばアクセル開度指令がなく、ブレーキ踏力指令があり、ＭＯＴ回転数が停止しても乗り心地に影響しない回転数以下に低下しているという条件を満たしているか否かが判断される。ＭＯＴが回生状態で停止に十分な車速まで減速していなければ（ステップ４０２のＮＯ）、ステップ４０１へ戻り、十分低速になるまでステップ４０１および４０２を繰り返す。

【0052】

ＭＯＴが回生状態で停止に十分な車速まで減速すると（ステップ４０２のＹＥＳ）、制御部３０５はインバータ３０２を制御して所定の線間（ここではＷ－Ｖ相巻線）に線間通電を行う（ステップ４０３）。これによりロータ１１０が停止すると、上述したようにパーキングギヤ１０２は、その歯溝がパーキングポール２１０の爪２１１の位置と合致した状態で停止する。この状態で運転者がパーキングレンジ操作を行うと（ステップ４０４）制御部３０５はアクチュエータ３０１を駆動し、図４Ｂに示すようにパーキングポール２１０が矢印２１５方向に回動し爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合う（ステップ４０５）。最後にブレーキを解除し（ステップ４０６）、パーキング制御を終了する。なお、パーキング機構はモータにより作動してもよい。

【0053】

図１３において、ブレーキ操作が開始された時点ｔ０で、ＭＯＴ１００は回生状態となり、それに伴い車速が徐々に減少し、ＭＯＴ１００の回生による３相電流およびステータ１１１の磁界のｄ軸からの進み位相角βも徐々に小さくなる。位相角βは指定値πへ向かって減少する。

【0054】

制御部３０５は、時点ｔ１で車速がほぼ０になったと判断すると、時点ｔ２までＷ－Ｖ間通電を行い、ＭＯＴ１００を所定のロータ位置で停止させる。その時に発生し得る負荷トルクはＷ－Ｖ線間を流れる線間電流の大きさに依存する。Ｗ－Ｖ線間通電によりロータ１１０が停止すると、既に述べたように、パーキングギヤ１０２の歯溝はパーキングポール２１０の爪２１１の位置と一致する。したがって時点ｔ２でＭＯＴ１００が停止しパーキングレンジが選択されることで、図４Ｂに示すようにパーキングポール２１０が矢印２１５方向に回動して爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合い車両が固定される。

【0055】

本実施形態によれば、パーキングレンジの操作によりパーキングポール２１０の爪２１１が常にパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合う。したがって、従来のように爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯に乗り上げることがなく、最後にブレーキを解除しても車両が移動する事態を確実回避することができる。

【0056】

２．２）坂道でのパーキング制御
車両が坂道を走行し傾斜地でパーキングする場合、制御部３０５は上述の平地と同様にパーキング制御を行うが、坂道の勾配状態に応じて線間電流の大きさを制御する点が異なっている。

【0057】

図１４は、図１１に示す電気角－トルク特性が印加電流の大きさによりどのように変化するかを例示している。ロータ１１０を所定位置に停止させる強制トルクは、印加する線間電流の大きさによって異なる。線間電流が要求に対して大きすぎるとオーバーシュート量が大きくなり、ロータ位置の収束が遅くなる可能性がある。要求値は勾配状態に依存するので、傾斜度によって印加する線間電流を変化させるように制御する。これによりロータ位置の収束性が良好になり、理想的なパーキングギヤの噛み合いが実現できる。

【0058】

図１５は、図１２に示す平地でのパーキング制御と基本的に同じであるが、坂道の勾配状態に応じて線間電流の大きさを制御する点が異なっている。したがって図１２と同様の処理は同じ参照番号を付して説明は簡略化する。

【0059】

図１５において、ＭＯＴが回生状態で停止に十分な車速まで減速すると（ステップ４０２のＹＥＳ）、制御部３０５は図示しない傾斜センサから勾配状態を入力する（ステップ５０１）。なお、傾斜センサではなく、ＭＯＴ１００の回生量から勾配状態を反転することもできる。

【0060】

続いて、制御部３０５は、インバータ３０２を制御して所定の線間（ここではＷ－Ｖ相巻線）に勾配状態に応じた大きさの線間通電を行う（ステップ５０２）。これによりロータ１１０が停止すると、上述したようにパーキングギヤ１０２は、その歯溝がパーキングポール２１０の爪２１１の位置と合致した状態で停止する。この状態でパーキングレンジが選択されることで（ステップ４０４）、爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合う（ステップ４０５）。最後にブレーキを解除し（ステップ４０６）、パーキング制御を終了する。以下、上り坂の場合と下り坂の場合のＭＯＴ動作について図１６よび図１７を参照して説明する。

【0061】

＜上り坂＞
図１６において、ブレーキ操作が開始された時点ｔ０で、ＭＯＴ１００は回生状態となり、それに伴い車速が徐々に減少し、ＭＯＴ１００の回生による３相電流およびステータ１１１の磁界のｄ軸からの進み位相角βも徐々に小さくなる。位相角βは指定値πへ向かって減少する。

【0062】

制御部３０５は、時点ｔ１で車速がほぼ０になったと判断すると、時点ｔ２まで傾斜状態に応じた大きさの電流でＷ－Ｖ線間通電を行い、ＭＯＴ１００を所定のロータ位置に停止させる。ロータの移動を制止する強制トルクは図１４に示すように線間電流の大きさによって決定される。上り坂での停止遷移では、回生トルクは小さくなるが、停止直前では、傾斜による車両後ろ向き荷重に打ち勝つように要求されるロータ位置強制トルクは大きくなる。その為、印加する線間電流は大きくなるよう制御される。

【0063】

Ｗ－Ｖ線間通電によりロータ１１０が停止すると、既に述べたように、パーキングギヤ１０２の歯溝はパーキングポール２１０の爪２１１の位置と一致する。したがって時点ｔ２でＭＯＴ１００が停止したときに、ＥＰＢを作動させると、図４Ｂに示すようにパーキングポール２１０が矢印２１５方向に回動して爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合い車両が固定される。

【0064】

＜下り坂＞
図１７において、ブレーキ操作が開始された時点ｔ０で、ＭＯＴ１００は回生状態となり、それに伴い車速が徐々に減少し、ＭＯＴ１００の回生による３相電流およびステータ１１１の磁界のｄ軸からの進み位相角βも徐々に小さくなる。位相角βは指定値πへ向かって減少する。

【0065】

制御部３０５は、時点ｔ１で車速がほぼ０になったと判断すると、時点ｔ２まで傾斜状態に応じた大きさの電流でＷ－Ｖ線間通電を行い、ＭＯＴ１００を所定のロータ位置に停止させる。ロータの移動を制止する強制トルクは図１４に示すように線間電流の大きさによって決定される。ただし、下り坂での停止遷移は、回生トルクは大きくなるが、停止直前では傾斜による車両前方荷重が作用するために要求されるロータ位置強制トルクは小さくなる。その為、印加する線間電流は小さくなるよう制御される。

【0066】

Ｗ－Ｖ線間通電によりロータ１１０が停止すると、既に述べたように、パーキングギヤ１０２の歯溝はパーキングポール２１０の爪２１１の位置と一致する。したがって時点ｔ２でＭＯＴ１００が停止したときに、ＥＰＢを作動させると、図４Ｂに示すようにパーキングポール２１０が矢印２１５方向に回動して爪２１１がパーキングギヤ１０２の歯溝に噛み合い車両が固定される。

【0067】

２．３）パーキング解除制御
上述した傾斜環境においてパーキングポール２１０の爪２１１がパーキングギヤ１０２と噛み合っている場合、車両が坂道を下る方向に力が働く。この力が駆動輪を通してパーキングギヤ１０２に伝わりパーキングギヤ１０２に回転方向の力が作用する。これによりパーキングギヤ１０２と噛み合っているパーキングポール２１０の爪２１１に大きな力がかかり、爪２１１にＸ軸正方向に抜ける力が作用し、これにより図４Ｂに示すパーキングロッド２２０が強く押圧される。このために図４Ａに示すように矢印Ｄ方向にパーキングロッド２２０を引き抜くための荷重が増大し、引き抜き装置が大型化する。特にパーキングギヤ１０２の径を小さくしてギヤの周速を低下させた場合に引き抜き荷重の増大という問題が顕著となる。

【0068】

そこで本実施形態によれば、パーキング解除時にパーキングロック時と同じ線間通電を行うことでパーキングロッド２２０の引き抜き荷重を低減する。以下、図１８を参照して説明する。

【0069】

図１８において、制御部３０５は、パーキング解除条件（たとえばパーキング状態でパワースイッチがＯＮ、ブレーキ操作されている）を満たしているか否かを判断する（ステップ６０１）。パーキング解除条件を満たしていると（ステップ６０１のＹＥＳ）、制御部３０５はパーキング解除指示があったかどうかを判断する（ステップ６０２）。パーキング解除指示がなければ（ステップ６０２のＮＯ）ステップ６０１に戻る。

【0070】

パーキング解除指示があると（ステップ６０２のＹＥＳ）、制御部３０５はパーキングロック時と同じ線間通電を行う（ステップ６０３）。このときパーキングポール２１０の爪２１１に抗してパーキングギヤ１０２が移動していると、図１４に示すように電気角θ＝３６０°へ戻すトルクが発生するので、爪２１１とパーキングギヤ１０２との押圧力は減少する。したがって、アクチュエータ３０１によるパーキングポール２１０の爪２１１の引き抜き時の荷重は軽減され、パーキング解除が容易になる（ステップ６０４）。

【0071】

以上述べたように、傾斜環境でパーキングロッド２２０を引き抜く際に、パーキングロック時と同じ線間通電を行うことで、パーキングギヤ１０２の歯溝中央とパーキングポール２１０の爪２１１との位置ずれが軽減され、パーキングロッド２２０の引き抜き荷重の低減が可能となる。また大きな荷重でパーキングロッド２２０を引き抜いたときに発生する衝撃を防止できるという利点もある。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明は、電気自動車におけるパーキング機構に適用可能である。

【符号の説明】

【0073】

１００、１００ａ、１００ｂ 電動機
１０１ モータシャフト（回転軸）
１０２、１０２ａ、１０２ｂ パーキングギヤ
１１０、１１０ａ、１１０ｂ ロータ
１１１、１１１ａ、１１１ｂ ステータ
２１０ パーキングポール
２１１ 爪
２２０ パーキングロッド
２３０ 係止部
３０１ アクチュエータ
３０２ インバータ
３０５ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】