(57)【要約】【課題】低回転領域において動力系の総合効率の低下を抑制することが可能な車両走行装置およびこの車両走行装置を備える電動車両を提供する。【解決手段】車両走行装置１０は、前輪２を駆動する前輪駆動モータ２１と、後輪３を駆動する後輪駆動モータ３１とを備えている。前輪駆動モータ２１は、前輪駆動モータ２１の高回転領域かつ低トルク領域における鉄損が大きく、かつ前輪駆動モータ２１の低回転領域かつ高トルク領域における銅損が小さく設定されている。後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１の低回転領域かつ高トルク領域における銅損が大きく、かつ後輪駆動モータ３１の高回転領域かつ低トルク領域における鉄損が小さく設定されている。そして、前輪駆動モータ２１により駆動される前輪２の車輪回転数の上限値は、後輪駆動モータ３１により駆動される後輪３の他方の車輪回転数の上限値よりも小さい。【選択図】図１
2014207727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１車輪を駆動する第１駆動モータを有する第１走行ユニットと、
第２車輪を駆動する第２駆動モータを有する第２走行ユニットと
を備え、
前記第１駆動モータは、前記第１駆動モータの高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が大きく、かつ前記第１駆動モータの低回転領域かつ高トルク領域において銅損が小さく設定され、
前記第２駆動モータは、前記第２駆動モータの低回転領域かつ高トルク領域において銅損が大きく、かつ前記第２駆動モータの高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が小さく設定され、
前記第１駆動モータにより駆動される前記第１車輪の車輪回転数の上限値は、前記第２駆動モータにより駆動される前記第２車輪の車輪回転数の上限値よりも小さい
車両走行装置。
【請求項２】
前記第１駆動モータの回転数を減速した状態で前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達する減速機をさらに備える
請求項１に記載の車両走行装置。
【請求項３】
前記第１車輪は、前輪であり、
前記第２車輪は、後輪であり、
当該車両走行装置は、前記前輪の転舵角を変更する転舵機構をさらに備える
請求項２に記載の車両走行装置。
【請求項４】
前記第１走行ユニットは、前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達することが可能な接続状態と、前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達することが不能な切断状態とを切り替えるクラッチをさらに備える
請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両走行装置。
【請求項５】
前記第２駆動モータのみが駆動するとき、前記クラッチを前記切断状態とする
請求項４に記載の車両走行装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両走行装置を備える電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１車輪および第２車輪のそれぞれを駆動する駆動モータを備える車両走行装置およびこの車両走行装置を備える電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両走行装置は、一対の第１車輪のそれぞれを駆動する２個の第１駆動モータおよび一対の第２車輪のそれぞれを駆動する２個の第２駆動モータが各第１車輪および各第２車輪のそれぞれに内蔵された構成を有する。従来の車両走行装置は、全駆動モータにおける総合的な消費電力が最小となるように、電動車両の走行時に必要とされるトルクを第１駆動モータおよび第２駆動モータに分配している。すなわち、従来の車両走行装置は、第１駆動モータ単体の効率が高くなるトルクと第２駆動モータ単体の効率が高くなるトルクを合算して電動車両の走行時に必要とされるトルクを出力している。なお、特許文献１は、従来の車両走行装置の一例を示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８８５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の車両走行装置においては、第１駆動モータ単体の効率が高い領域および第２駆動モータ単体の効率が高い領域がともに高回転領域に偏っている。このため、例えば、渋滞時に電動車両の発進および停止を繰り返す場合のような各車輪の車輪回転数が低回転領域においては、全駆動モータの総合した効率が低くなる。このため、動力系の総合効率についても低回転領域で低くなる。なお、動力系の総合効率は、第１車輪および第２車輪に伝達される駆動力を電動車両のバッテリの消費電力で除した値として算出される。第１車輪および第２車輪に伝達される駆動力は、第１駆動モータおよび第２駆動モータのトルクに基づいて算出されるため、動力系の総合効率は全駆動モータの総合した効率と類似した傾向を示す。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、低回転領域において動力系の総合効率の低下を抑制することが可能な車両走行装置およびこの車両走行装置を備える電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本手段は、「第１車輪を駆動する第１駆動モータを有する第１走行ユニットと、第２車輪を駆動する第２駆動モータを有する第２走行ユニットとを備え、前記第１駆動モータは、前記第１駆動モータの高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が大きく、かつ前記第１駆動モータの低回転領域かつ高トルク領域において銅損が小さく設定され、前記第２駆動モータは、前記第２駆動モータの低回転領域かつ高トルク領域において銅損が大きく、かつ前記第２駆動モータの高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が小さく設定され、前記第１駆動モータにより駆動される前記第１車輪の車輪回転数の上限値は、前記第２駆動モータにより駆動される前記第２車輪の車輪回転数の上限値よりも小さい車両走行装置」を有する。
【０００７】
この車両走行装置においては、第１駆動モータが低回転領域かつ高トルク領域におけるモータ効率が高くなる。このため、従来の車両走行装置と比較して、低回転領域においてモータ効率が高くなる。加えて、第１駆動モータにより駆動される第１車輪の車輪回転数の上限値が第２駆動モータにより駆動される第２車輪の車輪回転数の上限値よりも小さい。このため、本車両走行装置は、第１駆動モータにより駆動される第１車輪の車輪回転数の上限値が第２駆動モータにより駆動される第２車輪の車輪回転数の上限値と等しいと仮定した場合と比較して、より低回転領域におけるモータ効率が高くなる。したがって、本車両走行装置は、より低回転領域における動力の総合効率が高くなる。
【０００８】
上記手段の一形態は、「前記第１駆動モータの回転数を減速した状態で前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達する減速機をさらに備える車両走行装置」を有する。
上記手段の一形態は、「前記第１車輪は、前輪であり、前記第２車輪は、後輪であり、当該車両走行装置は、前記前輪の転舵角を変更する転舵機構をさらに備える車両走行装置」を有する。
【０００９】
一般的に、駆動モータの出力するトルクを大きくする場合、駆動モータの導電線の巻数（ターン数）を増加させることが挙げられる。この場合、導電線が巻き付けられるステータコアのスロット間に導電線を挿入するためのスペースが必要となるため、ステータコアが駆動モータの径方向に大型化する。このため、駆動モータがその径方向に大型化する。
【００１０】
一方、第１駆動モータには減速機が連結するため、減速後の第１駆動モータの最大トルクと、第１車輪（前輪）を直接的に駆動すると仮定した仮想駆動モータの最大トルクとが互いに等しい場合、第１駆動モータの単体の最大トルクは、仮想駆動モータの最大トルクよりも小さくなる。したがって、第１駆動モータは、仮想駆動モータよりも体格が小さくなる。
【００１１】
そして、車両走行装置においては、第１駆動モータが前輪を駆動するため、仮想駆動モータが前輪を駆動する構成と比較して、前輪と第１駆動モータとの間に空きスペースを広く形成することができる。このため、前輪への転舵機構の取り付けの際に、前輪に対する転舵機構の配置の自由度が高くなる。
【００１２】
上記手段の一形態は、「前記第１走行ユニットは、前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達することが可能な接続状態と、前記第１駆動モータのトルクを前記第１車輪に伝達することが不能な切断状態とを切り替えるクラッチをさらに備える車両走行装置」を有する。
【００１３】
上記手段の一形態は、「前記第２駆動モータのみが駆動するとき、前記クラッチを前記切断状態とする車両走行装置」を有する。
この車両走行装置においては、電動車両の走行に必要なトルクが第２駆動モータのみに分配される場合、クラッチにより第１車輪と第１駆動モータとの間のトルクの伝達が切断される。これにより、第２駆動モータが発生するトルクが第１車輪を介して第１駆動モータを回転させることによる損失の発生が抑制される。
【００１４】
上記手段の一形態は、「前記車両走行装置を備える電動車両」を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本車両走行装置および本電動車両は、低回転領域において動力系の総合効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の車両走行装置を備える電動車両の構成図。
【図２】実施形態の車両走行装置のグラフであり、（ａ）は前輪駆動モータ単体の効率を示すグラフ、（ｂ）は後輪駆動モータ単体の効率を示すグラフ、（ｃ）は減速機単体の効率を示すグラフ、（ｄ）は前輪駆動モータ単体の効率および減速機単体の効率を合算した合算効率を示すグラフ。
【図３】実施形態の車両走行装置のグラフであり、（ａ）は動力系の総合効率を示すグラフ、（ｂ）はトルク配分比を示すグラフ。
【図４】実施形態の電動車両の走行状態の回転数領域およびトルク領域を模式的に示すグラフ。
【図５】実施形態の電動車両の走行状態に応じた前輪および後輪の状態を模式的に示す平面図。
【図６】実施形態の車両走行装置のグラフであり、（ａ）は前輪駆動モータ単体の効率を示すグラフ、（ｂ）は動力系の総合効率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照して、電動車両１の構成について説明する。
電動車両１は、第１車輪としての一対の前輪２、第２車輪としての一対の後輪３、操舵部品４、車両走行装置１０、およびバッテリ６０を有する。電動車両１は、車両走行装置１０を構成する１組の前輪走行ユニット２０および１組の後輪走行ユニット３０の駆動力により走行する４輪駆動方式を有する。なお、前輪走行ユニット２０は「第１走行ユニット」に相当する。後輪走行ユニット３０は「第２走行ユニット」に相当する。
【００１８】
各前輪２は、タイヤ２Ａおよびホイール２Ｂを有する。各後輪３は、タイヤ３Ａおよびホイール３Ｂを有する。
車両走行装置１０は、１組の前輪走行ユニット２０、１組の後輪走行ユニット３０、制御装置４０、および転舵機構５０を有する。車両走行装置１０は、制御装置４０により各前輪走行ユニット２０および各後輪走行ユニット３０を制御する。
【００１９】
前輪走行ユニット２０は、各前輪２のホイール２Ｂに内蔵されている。前輪走行ユニット２０は、前輪駆動モータ２１、減速機２２、クラッチ２３、およびハブユニット（図示略）を有する。前輪走行ユニット２０は、前輪駆動モータ２１が減速機２２、クラッチ２３、およびハブユニットを介して前輪２を間接的に駆動する構成を有する。なお、前輪駆動モータ２１は「第１駆動モータ」に相当する。
【００２０】
前輪駆動モータ２１は、埋込磁石型の３相ブラシレスモータが用いられている。前輪駆動モータ２１は、永久磁石を含むロータと、導電線がステータコアに巻き付けられることにより構成されるステータとを有する。前輪駆動モータ２１は、減速機２２に連結されている。
【００２１】
減速機２２は、遊星歯車機構が用いられている。減速機２２は、クラッチ２３に取り付けられている。減速機２２は、前輪駆動モータ２１の回転を減速した状態で前輪駆動モータ２１のトルクをホイール２Ｂにクラッチ２３を介して伝達する。
【００２２】
クラッチ２３は、ハブユニットを介してホイール２Ｂに取り付けられている。クラッチ２３は、前輪駆動モータ２１（減速機２２）のトルクをホイール２Ｂに伝達することが可能な接続状態と、前輪駆動モータ２１（減速機２２）のトルクをホイール２Ｂに伝達することが不能な切断状態とを切り替える。
【００２３】
後輪走行ユニット３０は、各後輪３のホイール３Ｂに内蔵されている。後輪走行ユニット３０は、後輪駆動モータ３１およびハブユニットを有する。後輪走行ユニット３０は、後輪駆動モータ３１が後輪３を直接的に駆動する構成を有する。なお、後輪駆動モータ３１は「第２駆動モータ」に相当する。
【００２４】
後輪駆動モータ３１は、埋込磁石型の３相ブラシレスモータが用いられている。後輪駆動モータ３１は、永久磁石を含むロータと、導電線がステータコアに巻き付けられることにより構成されるステータとを有する。後輪駆動モータ３１は、前輪駆動モータ２１および減速機２２を合わせた体格よりも大きな体格を有する。
【００２５】
制御装置４０は、ＥＣＵ４１（Electronic Control Unit）およびインバータ４２を有する。制御装置４０は、バッテリ６０と電気的に接続されている。制御装置４０は、バッテリ６０から電力が供給される。
【００２６】
ＥＣＵ４１は、クラッチ２３およびインバータ４２と電気的に接続されている。ＥＣＵ４１は、クラッチ２３およびインバータ４２の動作を制御する制御信号をクラッチ２３およびインバータ４２に送信する。具体的には、ＥＣＵ４１は、クラッチ制御信号により各クラッチ２３の接続状態および切断状態の切替動作を制御する。ＥＣＵ４１は、モータ制御信号により各前輪駆動モータ２１および各後輪駆動モータ３１の回転数およびトルクを可変制御する。
【００２７】
インバータ４２は、バッテリ６０の直流電力を３相交流に変換する。インバータ４２は、３相交流の電力を各前輪駆動モータ２１および各後輪駆動モータ３１に供給する。インバータ４２は、各前輪駆動モータ２１および各後輪駆動モータ３１への電力の供給態様を個別に変更可能とする。
【００２８】
転舵機構５０は、各前輪２に接続されている。転舵機構５０は、ステアリングシャフト５１、ラックシャフト５２、ラックアンドピニオン機構５３、および２個のタイロッド５４を有する。ステアリングシャフト５１の一方の端部は、操舵部品４に接続されている。ステアリングシャフト５１の他方の端部は、ラックシャフト５２に接続されている。ラックシャフト５２の両端部は、タイロッド５４等を介して各前輪２に接続されている。転舵機構５０においては、操舵部品４の回転操作にともないステアリングシャフト５１が一体に回転する。転舵機構５０においては、ラックアンドピニオン機構５３によりステアリングシャフト５１の回転をラックシャフト５２の往復動に変換する。転舵機構５０においては、ラックシャフト５２の往復動により各タイロッド５４を介して各前輪２の転舵角を変更する。
【００２９】
図２を参照して、前輪走行ユニット２０および後輪走行ユニット３０の特性について説明する。なお、図２を参照する以下の説明においては、符号が付された電動車両１の構成要素は、図１に記載された構成要素を示す。また、「モータ効率」は、各駆動モータ２１，３１単体の効率を示す。モータ効率は、各駆動モータ２１，３１に供給された電力と、各駆動モータ２１，３１が出力するトルクおよび回転数の積とに基づいて算出される。
【００３０】
図２においては、図面の簡略化のために図示を省略しているが、図２（ａ）におけるモータ効率が「８８％」以下の領域および図２（ｂ）におけるモータ効率が「８４％」以下の領域では、実際にはモータ効率が低下する方向に大きく変化している。また、図２（ｃ）におけるモータ効率が「８８％」以下の領域および図２（ｄ）におけるモータ効率が「８４％」以下の領域についても同様である。
【００３１】
まず、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照して、前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１のモータ特性について説明する。
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、前輪駆動モータ２１は、後輪駆動モータ３１と比較して、高回転低トルク型のモータとして構成されている。すなわち、各駆動モータ２１，３１に同一の電圧および電流が供給されたときの前輪駆動モータ２１の無負荷回転数が後輪駆動モータ３１の無負荷回転数（図２（ｂ）の破線の交点）よりも大きい。各駆動モータ２１，３１に同一の電圧および電流が供給されたときの前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦが後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲよりも小さい。なお、本実施形態の前輪駆動モータ２１は、電動車両１の走行に用いられるとき、回転数の上限値が「７０００ｒｐｍ」に設定され、最大トルクＴＦが「２５Ｎ・ｍ」に設定されている。
【００３２】
また、前輪駆動モータ２１は、後輪駆動モータ３１と比較して、鉄損による損失が大きく、銅損による損失が小さいモータとして構成されている。このような構成の前輪駆動モータ２１は、永久磁石の量を多くすること、永久磁石の配置を変更すること、および前輪駆動モータ２１に印加される電圧を高くすることにより鉄損が大きくなるように設定されている。また前輪駆動モータ２１は、ステータコアに巻き付けられる導電線の抵抗を小さくすることおよび前輪駆動モータ２１に供給される電流を小さくすることにより銅損が小さくなるように設定されている。
【００３３】
図２（ａ）に示されるように、前輪駆動モータ２１は、前輪駆動モータ２１における高回転領域（例えば、５０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍ）かつ低トルク領域（例えば、０〜５Ｎ・ｍ）において損失（鉄損）が大きい。前輪駆動モータ２１は、前輪駆動モータ２１における低回転領域（例えば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ）かつ高トルク領域（例えば、１５〜２５Ｎ・ｍ）において損失（銅損）が小さい。このため、前輪駆動モータ２１は、前輪駆動モータ２１にける低回転領域かつ高トルク領域において高いモータ効率を有する。
【００３４】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示されるように、後輪駆動モータ３１は、前輪駆動モータ２１と比較して、低回転高トルク型のモータとして構成されている。すなわち、各駆動モータ２１，３１に同一の電圧および電流が供給されたときの後輪駆動モータ３１の無負荷回転数が前輪駆動モータ２１の無負荷回転数よりも小さい。各駆動モータ２１，３１に同一の電圧および電流が供給されたときの後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲが前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦよりも大きい。なお、本実施形態の後輪駆動モータ３１は、電動車両１の走行に用いられるとき、回転数の上限値が「１０００ｒｐｍ」に設定され、最大トルクＴＲが「２５０Ｎ・ｍ」に設定されている。
【００３５】
また、後輪駆動モータ３１は、前輪駆動モータ２１と比較して、鉄損による損失が小さく、銅損による損失が大きいモータとして構成されている。このような構成の後輪駆動モータ３１は、永久磁石の量を少なくすること、永久磁石の配置を変更すること、および後輪駆動モータ３１に印加される電圧を低くすることにより鉄損が小さくなるように設定されている。また後輪駆動モータ３１は、ステータコアに巻き付けられる導電線の抵抗を大きくすることおよび後輪駆動モータ３１に供給される電流が大きくすることにより銅損が大きくなるように設定されている。
【００３６】
図２（ｂ）に示されるように、後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１における低回転領域（例えば、０〜３００ｒｐｍ）かつ高トルク領域（例えば、１５０〜２５０Ｎ・ｍ）において損失（銅損）が大きい。後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１における高回転領域（例えば、７００〜１０００ｒｐｍ）かつ低トルク領域（例えば、５０〜１００Ｎ・ｍ）において損失（鉄損）が小さい。このため、後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１における高回転領域かつ低トルク領域において高いモータ効率を有する。
【００３７】
次に、図２（ｃ）および図２（ｄ）を参照して、減速機２２の単体特性、および前輪駆動モータ２１および減速機２２の合算特性について説明する。
図２（ｃ）に示されるように、減速機２２単体の効率は、減速機２２が出力する回転数に対する依存性が低く、減速機２２が出力するトルクに対する依存性が高い。減速機２２単体の効率は、減速機２２が出力するトルクが高くなるにつれて高くなる。この理由としては以下のように考えられる。すなわち、減速機２２内には、減速機２２が出力する回転数にかかわらず一定の大きさの引きずりトルクが発生している。このため、減速機２２が出力するトルクが高くなるにつれて、減速機２２が出力するトルクに対する引きずりトルクの割合が小さくなる。したがって、減速機２２が出力するトルクが高くなるにつれて減速機２２単体の効率が高くなる。なお、本実施形態の減速機２２は、減速比ＲＲを「１０」として設定されている。
【００３８】
図２（ｄ）に示される前輪駆動モータ２１および減速機２２の合算特性（以下、「減速後の前輪駆動モータ２１の特性」）は、図２（ａ）に示される前輪駆動モータ２１のモータ効率と、図２（ｃ）に示される減速機２２単体の効率とを掛け合わせることにより算出される。減速後の前輪駆動モータ２１の特性は、図２（ａ）に示される前輪駆動モータ２１単体のモータ特性に対し、減速比ＲＲにより回転数領域が１０分の１となり、かつトルク領域が１０倍となる。減速後の前輪駆動モータ２１の効率は、前輪駆動モータ２１のモータ効率と同様に、低回転領域かつ高トルク領域において高くなる。これは、前輪駆動モータ２１のモータ効率における高いモータ効率の領域が減速機２２単体の効率における高い効率の領域と重複するためと考えられる。
【００３９】
以上により、減速後の前輪駆動モータ２１、および後輪駆動モータは、次のような特性を有する。すなわち、減速後の前輪駆動モータ２１の回転数領域の上限値（７００ｒｐｍ）は、後輪駆動モータ３１の回転数領域の上限値（１０００ｒｐｍ）よりも小さい。このため、前輪駆動モータ２１により駆動される前輪２の車輪回転数の上限値（７００ｒｐｍ）は、後輪駆動モータ３１により駆動される後輪３の車輪回転数の上限値（１０００ｒｐｍ）よりも小さい。なお、本実施形態の電動車両１は、前輪２および後輪３の車輪回転数が「１０００ｒｐｍ」のとき、最高速度となる。電動車両１が最高速度の場合、後輪駆動モータ３１のみが駆動する。
【００４０】
また、図２（ｄ）に示される減速後の前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦＲ、および図２（ｂ）に示される後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲはともに「２５０Ｎ・ｍ」である。すなわち、本実施形態の減速機２２の減速比ＲＲは、前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦ（２５Ｎ・ｍ）が後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲ（２５０Ｎ・ｍ）と等しくなるように設定されている。すなわち、本実施形態の減速機２２の減速比ＲＲは、後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲを前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦで除した値として算出される。
【００４１】
減速後の前輪駆動モータ２１は、後輪駆動モータ３１の高いモータ効率の領域に相当する回転数領域（７００〜１０００ｒｐｍ）において使用することができない。加えて、減速後の前輪駆動モータ２１は、後輪駆動モータ３１の高いモータ効率の領域に相当する回転数領域（例えば、４００〜７００ｒｐｍ）およびトルク領域（例えば、５０〜１５０Ｎ・ｍ）において低効率となる。また、後輪駆動モータ３１は、減速後の前輪駆動モータ２１の高い効率の領域に相当する回転数領域（例えば、１００〜３００ｒｐｍ）およびトルク領域（例えば、１５０〜２５０Ｎ・ｍ）において低効率となる。このように、減速後の前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１は、回転数とトルクに対する高効率領域の位置に差を有している。
【００４２】
本実施形態の制御装置４０は、電動車両１における動力系の総合効率を高めるため、要求される電動車両１の走行速度（車速）における総トルク（総駆動力）を効率特性の異なる減速後の前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１に分配する。
【００４３】
動力系の総合効率は、電動車両１（車両走行装置１０）におけるエネルギー効率を示す。動力系の総合効率は、前輪２および後輪３に伝達される動力をバッテリ６０の消費電力で除することにより算出される。詳細には、動力系の総合効率は、以下の（数１）、（数２）、および（数３）により算出される。
【００４４】
【数１】
2014207727.tif 000003
【００４５】
【数２】
2014207727.tif 000004
【００４６】
【数３】
2014207727.tif 000005
【００４７】
ここで、「ＮＦＲ」は、右前輪の車輪回転数を示す。「ＮＦＬ」は、左前輪の車輪回転数を示す。「ＮＲＲ」は、右後輪の車輪回転数を示す。「ＮＲＬ」は、右後輪の車輪回転数を示す。「ＴＦＲ」は、右前輪の出力トルクを示す。「ＴＦＬ」は、左前輪の出力トルクを示す。「ＴＲＲ」は、右後輪の出力トルクを示す。「ＴＲＬ」は、左後輪の出力トルクを示す。「ＩＢＡＴ」は、バッテリ６０の出力電流を示す。「ＶＢＡＴ」は、バッテリ６０の出力電圧を示す。「ＰＢＡＴ」は、バッテリ６０の消費電力を示す。「Ｐｖ」は、電動車両駆動力を示す。「ηＰ」は、動力系の総合効率を示す。「ＳＩＧＮＢＡＴ」は、無次元数である。ＳＩＧＮＢＡＴは、バッテリ６０が電力を消費して各前輪駆動モータ２１および各後輪駆動モータ３１を駆動するときには「１」となる。ＳＩＧＮＢＡＴは、各前輪駆動モータ２１および各後輪駆動モータ３１からバッテリ６０に電力が回生されるときには「−１」となる。
【００４８】
図３を参照して、動力系の総合効率について説明する。
図３（ａ）のグラフは、電動車両１の車速における総トルクの最適なトルク配分が行われたときの車速および総トルクと動力系の総合効率との関係を示す。図３（ａ）のグラフの横軸は、減速後の前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１の回転数と前輪２および後輪３の車輪直径とに基づいて算出される車速（ｋｍ／ｈ）を示す。図３（ａ）のグラフの縦軸は、各前輪２および各後輪３が出力するトルクの合算値として算出される総トルク（Ｎ・ｍ）を示す。
【００４９】
図３（ｂ）のグラフは、図３（ａ）の動力系の総合効率を得るときに、減速後の前輪駆動モータ２１と後輪駆動モータ３１とがそれぞれ出力するトルクの配分比を示す。図３（ｂ）により示される配分比は、電動車両１が要求する総トルク（以下、「要求トルク」）に対する減速後の前輪駆動モータ２１の出力トルクの割合を示す。具体的には、配分比が「１００％」のとき、減速後の前輪駆動モータ２１のトルクのみで要求トルクを出力することを示す。配分比が「５０％」のとき、減速後の前輪駆動モータ２１のトルクおよび後輪駆動モータ３１のトルクのそれぞれが要求トルクの半分を出力することを示す。配分比が「０％」のとき、後輪駆動モータ３１のトルクのみで要求トルクを出力することを示す。なお、要求トルクは、例えばアクセルペダルの踏み込み量に基づいて算出される。
【００５０】
図３（ｂ）のグラフにおいて、車速が低速領域〜中速領域（１０〜５０ｋｍ／ｈ）かつ総トルクが中トルク領域（４００〜８００Ｎ・ｍ）において配分比が高くなる。すなわち、低速領域〜中速領域かつ中トルク領域において効率の高い減速後の前輪駆動モータ２１にトルクが主に配分される。また、車速が高速領域（７０〜１００ｋｍ／ｈ）かつ総トルクが低トルク領域（１００〜２５０Ｎ・ｍ）において配分比が低くなる。すなわち、高速領域かつ低トルク領域においてモータ効率の高い後輪駆動モータ３１にトルクが主に配分される。
【００５１】
図３（ｂ）のように配分比が設定されるため、図３（ａ）に示されるように、動力の総合効率は、車速が低速領域〜中速領域（１０〜５０ｋｍ／ｈ）かつ総トルクが中トルク領域（４００〜８００Ｎ・ｍ）、および車速が高速領域（７０〜１００ｋｍ／ｈ）かつ総トルクが低トルク領域（１００〜２５０Ｎ・ｍ）において高くなっている。
【００５２】
図３〜図５を参照して、電動車両１の走行状態および動力の総合効率の関係について説明する。
図４に示されるように、電動車両１の走行状態として、第１走行状態ＤＣ１〜第４走行状態ＤＣ４が挙げられる。第１走行状態ＤＣ１としては、渋滞時、または信号における電動車両１の停止および発進の場合のように電動車両１の停止および発進が繰り返される状態が挙げられる。第２走行状態ＤＣ２としては、電動車両１が急激な上り坂を走行する状態が挙げられる。第３走行状態ＤＣ３としては、電動車両１が高速道路を高速で走行する状態が挙げられる。第４走行状態ＤＣ４としては、電動車両１が市街地を走行する状態が挙げられる。
【００５３】
第１走行状態ＤＣ１のとき、電動車両１は、車速が低速領域かつ総トルクが中トルク領域において走行する。第２走行状態ＤＣ２のとき、電動車両１は、車速が低速領域かつ総トルクが高トルク領域において走行する。第３走行状態ＤＣ３のとき、電動車両１は、車速が高速領域かつ総トルクが低トルク領域において走行する。第４走行状態ＤＣ４のとき、電動車両１は、車速が中速領域かつ総トルクが低トルク領域において走行する。
【００５４】
第１走行状態ＤＣ１として、例えば電動車両１が低速（２０ｋｍ／ｈ）かつ中トルク（６００Ｎ・ｍ）で走行するときのトルク配分および動力の総合効率について説明する。
図３（ａ）に示されるように、第１走行状態ＤＣ１においては、動力の総合効率が「９３％」以上となる。図３（ｂ）に示されるように、第１走行状態ＤＣ１においては、要求トルク（６００Ｎ・ｍ）のうち９０％のトルク（５４０Ｎ・ｍ）が前輪２に配分され、１０％のトルク（６０Ｎ・ｍ）が後輪３に配分される。
【００５５】
図５（ａ）に示されるように、第１走行状態ＤＣ１においては、前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１の両方が駆動する。このため、前輪走行ユニット２０のクラッチ２３は接続状態となる。そして、前輪２が「５４０Ｎ・ｍ」のトルクを出力し、後輪３が「６０Ｎ・ｍ」のトルクを出力する。
【００５６】
第２走行状態ＤＣ２として、例えば電動車両１が低速（２０ｋｍ／ｈ）かつ高トルク（９００Ｎ・ｍ）で走行するときのトルク配分および動力の総合効率について説明する。
図３（ａ）に示されるように、第２走行状態ＤＣ２においては、動力の総合効率が「８７％」以上かつ「８９％」未満となる。図３（ｂ）に示されるように、第２走行状態ＤＣ２においては、要求トルク（９００Ｎ・ｍ）のうち５０％のトルク（４５０Ｎ・ｍ）が前輪２に分配され、５０％のトルク（４５０Ｎ・ｍ）が後輪３に分配される。
【００５７】
第２走行状態ＤＣ２においては、第１走行状態ＤＣ１と同様に、前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１の両方が駆動する。このため、制御装置４０は、前輪走行ユニット２０のクラッチ２３を接続状態とする。そして、前輪２および後輪３がともに「４５０Ｎ・ｍ」のトルクを出力する。
【００５８】
第３走行状態ＤＣ３として、例えば電動車両１が高速（１００ｋｍ／ｈ）かつ低トルク（１００Ｎ・ｍ）で走行するときのトルク配分および動力の総合効率について説明する。
図３（ａ）に示されるように、第３走行状態ＤＣ３においては、動力の総合効率が「９３％」以上となる。図３（ｂ）に示されるように、第３走行状態ＤＣ３においては、要求トルク（１００Ｎ・ｍ）のうちの全トルクが後輪３に配分される。
【００５９】
図５（ｂ）に示されるように、第３走行状態ＤＣ３においては、後輪駆動モータ３１のみが駆動する。このため、制御装置４０は、前輪走行ユニット２０のクラッチ２３を切断状態とする。これにより、クラッチ２３は、後輪３の回転により従動回転する前輪２を介して前輪駆動モータ２１および減速機２２へのトルクの伝達を切断する。すなわち、クラッチ２３は、前輪２により前輪駆動モータ２１および減速機２２が回転することによる損失の発生を抑制する。
【００６０】
第４走行状態ＤＣ４として、例えば電動車両１が中速（５０ｋｍ／ｈ）かつ中トルク（５００Ｎ・ｍ）で走行するときのトルク配分および動力の総合効率について説明する。
図３（ａ）に示されるように、第４走行状態ＤＣ４においては、動力の総合効率が「９３％」以上となる。図３（ｂ）に示されるように、第４走行状態ＤＣ４においては、要求トルク（５００Ｎ・ｍ）のうちの全トルクが前輪２に配分される。
【００６１】
図５（ｃ）に示されるように、第４走行状態ＤＣ４においては、前輪駆動モータ２１のみが駆動する。このため、制御装置４０は、前輪走行ユニット２０のクラッチ２３を接続状態とする。一方、後輪３は、電動車両１の走行にともない従動回転する。このため、後輪駆動モータ３１は、後輪３を介して回転する。このとき、後輪駆動モータ３１は、図５（ｃ）の矢印のように入力される回転エネルギーにより回生される。また、後輪駆動モータ３１は、前輪駆動モータ２１と比較して、鉄損が少ないため、引きずりトルクが小さい。加えて、後輪駆動モータ３１には、減速機が連結されていない。このため、後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１の回転により発生する損失が前輪駆動モータ２１の回転により発生する損失よりも小さくなる。
【００６２】
図６を参照して、本実施形態の車両走行装置１０の作用について説明する。なお、図６（ａ）においては、比較例として、前輪駆動モータ２１の回転数の上限値が１００００ｒｐｍと仮定したときの駆動モータ（以下、「比較モータ」）のモータ効率のグラフを破線により示している。なお、前輪駆動モータ２１は、比較モータと比較して、永久磁石の量が多くかつ印加される電圧が低い。また、図６（ｂ）においては、比較モータを備える車両走行装置（以下、「比較走行装置」）の動力の総合効率のグラフを破線により示している。
【００６３】
図６（ａ）に示されるように、本実施形態の前輪駆動モータ２１のモータ効率が「９６％」以上となる領域ＲＥ１の回転数範囲の下限値を示す線ＬＥ１が比較モータのモータ効率が「９６％」以上となる領域ＲＡＲ１の回転数範囲の下限値を示す線ＬＡＲ１よりも低回転数側に位置する。このため、図６（ｂ）に示されるように、減速後の前輪駆動モータ２１における効率が「９３％」以上となる領域ＲＥ２の回転数範囲の下限値を示す線ＬＥ２が比較モータの効率が「９３％」以上となる領域ＲＡＲ２の回転数範囲の下限値を示す線ＬＡＲ２がよりも低回転数側に位置する。なお、前輪駆動モータ２１のモータ効率が「９４％」および「９２％」についても同様に減速後の前輪駆動モータ２１における効率が低回転数側に位置する。
【００６４】
例えば、第１走行状態ＤＣ１として電動車両１が低速（２０ｋｍ／ｈ）かつ中トルク（６００Ｎ・ｍ）で走行するとき、比較走行装置の動力の総合効率が「９１％」以上かつ「９３％」未満に対して、本実施形態の車両走行装置１０の動力の総合効率は、「９３％」以上となる。このように、本実施形態の車両走行装置１０においては、比較走行装置と比較して、より低回転領域における動力の総合効率が向上する。このため、本実施形態の車両走行装置１０においては、比較走行装置と比較して、広い回転数領域にわたり高い動力の総合効率を有することができる。したがって、車両走行装置１０は、電動車両１の渋滞時、市街地の走行時、および高速道路における高速走行時において高い動力の総合効率を有することができる。
【００６５】
本実施形態の車両走行装置１０は、以下の効果を奏する。
（１）前輪駆動モータ２１は、前輪駆動モータ２１における高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が大きく、前輪駆動モータ２１における低回転領域かつ高トルク領域において銅損が小さくなるように設定されている。後輪駆動モータ３１は、後輪駆動モータ３１における低回転領域かつ高トルク領域において銅損が大きく、後輪駆動モータ３１における高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が小さくなるように設定されている。加えて、前輪駆動モータ２１により駆動される前輪２の車輪回転数の上限値が後輪駆動モータ３１により駆動される後輪３の車輪回転数の上限値よりも小さい。
【００６６】
この構成によれば、前輪駆動モータ２１が前輪駆動モータ２１における低回転領域かつ高トルク領域においてモータ効率が高くなる。また、後輪駆動モータ３１が後輪駆動モータ３１における高回転領域かつ低トルク領域においてモータ効率が高くなる。加えて、前輪駆動モータ２１により駆動される前輪２の車輪回転数の上限値が後輪駆動モータ３１により駆動される後輪３の車輪回転数の上限値と等しいと仮定した構成と比較して、減速後の前輪駆動モータ２１は、より低回転領域において効率が高くなる。したがって、車両走行装置１０は、より低回転領域において動力の総合効率が高くなる。
【００６７】
また、減速後の前輪駆動モータ２１および後輪駆動モータ３１は、回転数とトルクに対する高効率領域の位置に差を有している。このため、車両走行装置１０は、従来の車両走行装置と比較して、広い回転数領域および広いトルク領域において、動力系の総合効率が高くなるトルク配分を行うことができる。
【００６８】
（２）前輪走行ユニット２０は、前輪駆動モータ２１および減速機２２を有する。転舵機構５０は、前輪２に接続されている。この構成によれば、前輪駆動モータが直接的に前輪を駆動させると仮定した構成（以下、「仮想走行ユニット」）と比較して、減速機２２により前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦを小さくすることができる。これにより、前輪駆動モータ２１の体格は、仮想走行ユニットの前輪駆動モータの体格よりも小さくなる。このため、仮想走行ユニットと比較して、前輪２および前輪駆動モータ２１の間の空きスペースが大きく形成される。したがって、転舵機構５０が前輪２に取り付けられる際に、前輪２に対する転舵機構５０の配置の自由度が高くなる。
【００６９】
（３）前輪走行ユニット２０は、クラッチ２３を有する。クラッチ２３は、要求トルクのうちの全トルクが後輪駆動モータ３１に配分されるとき、切断状態となる。この構成によれば、後輪駆動モータ３１のトルクが前輪２を介して前輪駆動モータ２１を回転させることによる損失の発生を抑制することができる。
【００７０】
（４）減速後の前輪駆動モータ２１のトルク領域（０〜２５０Ｎ・ｍ）は、後輪駆動モータ３１のトルク領域（０〜２５０Ｎ・ｍ）と等しくなるように設定されている。この構成によれば、各駆動モータ２１，３１により駆動される前輪２および後輪３のいずれかのみでしか要求トルクを発生することができないということを抑制することができる。
【００７１】
本車両走行装置および本電動車両は、上記実施形態とは別の実施形態を含む。以下、本車両走行装置および本電動車両のその他の実施形態としての上記実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
【００７２】
・実施形態の減速機２２の減速比ＲＲは、「１０」に設定されている。ただし、減速比ＲＲの設定は上記実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の減速機２２の減速比ＲＲは、前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦおよび後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲに基づいて、次の（数４）から設定される。なお、「ＣＴ」は、正の定数であり、一例として「０．５〜２．０」の間の値を取ることが好ましい。
【００７３】
[数４]
ＲＲ＝ＣＴ×（ＴＲ／ＴＦ）    …（数４）
上記式によれば、前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦが「２５Ｎ・ｍ」、および後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲが「２５０Ｎ・ｍ」のとき、減速比ＲＲは、「５〜２０」の間の値となる。なお、上記式において、最大トルクＴＦ，ＴＲに代えて、定格トルク、始動トルク等の各駆動モータ２１，３１における他のトルクを用いてもよい。
【００７４】
・実施形態の車両走行装置１０において、前輪駆動モータ２１の最大トルクＴＦおよび後輪駆動モータ３１の最大トルクＴＲが互いに異なる値とすることもできる。
・実施形態の前輪駆動モータ２１は、埋込磁石型の３相ブラシレスモータが用いられている。ただし、前輪駆動モータ２１の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の前輪駆動モータ２１は、表面磁石型の３相ブラシレスモータが用いられる。また、別の変形例の前輪駆動モータ２１は、誘導モータ等の他の構成の交流モータが用いられる。なお、後輪駆動モータ３１についても同様に変更することができる。
【００７５】
・実施形態の前輪走行ユニット２０においてクラッチ２３を省略することもできる。
・実施形態の前輪走行ユニット２０において減速機２２を省略することもできる。この場合、前輪駆動モータ２１により駆動される前輪２の車輪回転数の上限値は、「７００ｒｐｍ」等の後輪駆動モータ３１により駆動される後輪３の車輪回転数未満の値に設定される。
【００７６】
・実施形態の後輪走行ユニット３０においてクラッチ２３を追加することもできる。
・実施形態の後輪走行ユニット３０において減速機を追加することもできる。なお、後輪走行ユニット３０の減速機の減速比は、減速機２２の減速比よりも小さいことが好ましい。
【００７７】
・実施形態の前輪走行ユニット２０は、各前輪駆動モータ２１が各前輪２を直接駆動する構成を有する。ただし、前輪走行ユニット２０の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の前輪走行ユニット２０は、各前輪２を互いに連結するドライブシャフトと、このドライブシャフトを回転させる駆動モータとを有する。変形例の前輪走行ユニット２０は、駆動モータがドライブシャフトを回転させることにより各前輪２が回転する。なお、後輪走行ユニット３０についても同様に変更することができる。
【００７８】
・実施形態の車両走行装置１０は、転舵機構５０を有する。ただし、車両走行装置１０の構成は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の車両走行装置１０は、転舵機構５０を有していない。変形例の電動車両１は、転舵機構５０を有する。
【００７９】
・実施形態の車両走行装置１０は、前輪駆動モータ２１として高回転低トルク型のモータが用いられ、後輪駆動モータ３１として低回転高トルク型のモータが用いられている。ただし、各駆動モータ２１，３１のモータ特性は実施形態に例示された内容に限られない。例えば、変形例の車両走行装置１０は、前輪駆動モータ２１として低回転高トルク型のモータが用いられ、後輪駆動モータ３１として高回転低トルク型のモータが用いられる。変形例の車両走行装置１０においては、前輪走行ユニット２０から減速機２２およびクラッチ２３が省略され、後輪走行ユニット３０に減速機２２およびクラッチ２３が追加される。
【００８０】
・実施形態の車両走行装置１０は、前輪駆動モータ２１、減速機２２、および後輪駆動モータ３１における回転数、トルク、およびモータ効率にかかる特性を実施形態におけるグラフ（図２、３参照）に限られない。本車両走行装置は、前輪駆動モータ２１が前輪駆動モータ２１における高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が大きく、低回転領域かつ高トルク領域において銅損が小さくなることを踏まえたうえで、前輪駆動モータ２１および減速機２２における回転数、トルク、およびモータ効率にかかる特性のグラフを自由に変更することができる。本車両走行装置は、後輪駆動モータ３１が後輪駆動モータ３１における低回転領域かつ高トルク領域において銅損が大きく、高回転領域かつ低トルク領域において鉄損が小さくなることを踏まえたうえで、後輪駆動モータ３１における回転数、トルク、およびモータ効率にかかる特性のグラフを自由に変更することができる。
【符号の説明】
【００８１】
１…電動車両、２…前輪（第１車輪）、３…後輪（第２車輪）、１０…車両走行装置、２０…前輪走行ユニット（第１走行ユニット）、２１…前輪駆動モータ（第１駆動モータ）、２２…減速機、２３…クラッチ、３０…後輪走行ユニット（第２走行ユニット）、３１…後輪駆動モータ（第２駆動モータ）、５０…転舵機構。
【図１】
2014207727.tif 000006
【図２】
2014207727.tif 000007
【図３】
2014207727.tif 000008
【図４】
2014207727.tif 000009
【図５】
2014207727.tif 000010
【図６】
2014207727.tif 000011