JP4654781B2 - モータによる車両駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車、および燃料電池自動車等の、モータを駆動力源として使用する車両の駆動装置に関する。

電気自動車やハイブリッド電気自動車などの車両を駆動する手段としてモータが使用されている。その駆動方式において、動力伝達系でのエネルギ損失を小さくすることを目的として、インホイールモータを搭載した特許第２７９０４６２号公報の技術や、ディファレンシャルギアを廃止して左右のドライブシャフトにモータを取付ける技術が知られている。
特許第２７９０４６２号公報

各輪に備えられたモータやインバータをまとめてシステムとして考えると、モータやインバータのエネルギ効率が低い動作領域を使用して走行する場合に、システム全体の効率（以下、システム効率）が低下するという問題がある。例えば、図１に示すようなエネルギ効率特性をもつモータを備えた車両を２５［ｋｍ／ｈ］で走行させる場合、低駆動力の領域でモータを動作する動作点Ａではエネルギ効率が０．３、高駆動力の領域でモータを動作する動作点Ｂではエネルギ効率が０．６５となる。このように、同一の車速であっても、動作点を適切に選択しなければ、モータ毎のエネルギ効率が低くなり、システム効率も悪くなる。尚、図１におけるエネルギ効率特性は、モータ回転数とモータトルクとを、各々車速と駆動力とに換算して図示している。

本発明はこれらの点に鑑み、複数のモータのトルク配分を制御することによって、車両駆動装置のシステム効率を向上することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、複数の駆動輪と、各々の前記複数の駆動輪に伝達されるトルクを発生する複数個のモータと、前記駆動輪の各々の駆動力を制御するために前記複数個のモータを制御するモータ制御手段と、を備え、前記モータ制御手段は、前記複数個のモータにそれぞれ接続されたインバータを用いて前記複数個のモータを制御するものであって、
前記複数個のモータは、同じ特性を持つモータにより構成される第一グループと、
前記第一グループには含まれないモータの中で、同じ特性を持つモータにより構成される第二グループとから構成され、
前記第一グループを構成するモータと、前記第二グループを構成するモータは、動作効率またはおよび動作損失の特性が互いに異なり、
前記第一グループは車両前部右側の駆動輪を駆動するモータと、車両後部左側の駆動輪を駆動するモータとにより構成され、
前記第二グループは車両前部左側の駆動輪を駆動するモータと、車両後部右側の駆動輪を駆動するモータとにより構成されることを特徴とする。

通常、駆動用に使用するモータは一部または全部が同一規格であることが多いため、このように同一特性を備えるモータをグループ化することで、動作効率が良好であるかどうかを判定する際の演算量を減らすことができる。そして、グループ毎に動作特性が異なる場合であっても、全モータの動作効率に基づき各モータへのトルクを配分することで、システム効率を向上することができる。特に、車両に対し対角線上の位置にあるモータをグループ化することで、車両がより旋回しやすいようにトルク配分を分配する機能を損なうことなく、動作効率が良好であるかどうかを判定する際の演算量を減らすことができる。

請求項２に記載の発明は、前記第一グループを構成するモータと、前記第二グループを構成するモータは互いに異なる定格出力であることを特徴とする。

このようにグループ毎の定格出力が異なったとしても、グループ毎にエネルギ効率が良いトルク領域でモータを動作させることで、全モータに均一のトルクを発生させる場合に比べシステム全体の動作効率を向上することができる。

以下、実施例１から実施例６を用いて、本発明を実施するための最良の形態を述べる。

〔実施例１〕
図２から図６を用いて実施例１について説明する。

図２は、４個の駆動輪と、４個のモータからなる車両駆動装置の構成を示す。車両の左前部に第一駆動輪（１−ｆ１）、右前部に第二駆動輪（１−ｆ２）、左後部に第三駆動輪（１−ｒ１）、右後部に第四駆動輪（１−ｒ２）が備えられている。さらに、第一駆動輪（１−ｆ１）の車軸上の車両内部側に第一モータ（２−ｆ１）、第二駆動輪（１−ｆ２）の車軸上の車両内部側に第二モータ（２−ｆ２）、第三駆動輪（１−ｒ１）の車軸上の車両内部側に第三モータ（２−ｒ１）、第四駆動輪（１−ｒ２）の車軸上の車両内部側に第四モータ（２−ｒ２）が設置されており、各駆動輪は各々の駆動輪に備えられたモータによって四輪別々に駆動される。また、第一モータ（２−ｆ１）には車両内部に設置された第一インバータ（３−ｆ１）、第二モータ（２−ｆ２）には車両内部に設置された第二インバータ（３−ｆ２）、第三モータ（２−ｒ１）には車両内部に設置された第三インバータ（３−ｒ１）、第四モータ（２−ｒ２）には車両内部に設置された第四インバータ（３−ｒ２）が接続され、全４個のインバータは車両内部に備えられたコントローラ（４）により制御される。コントローラ（４）は、図示しない各種センサから車速、アクセル信号、ブレーキ信号を入力され、全４個のインバータへ制御指令を出力する。

図３を用いて、モータのエネルギ効率特性の一例を示す。なお、４個のモータの全てが、図３に示す特性を持つとする。

ここで、ある走行状態における車速と必要な駆動力とを、モータの回転数およびトルクにより表現するとＮｆ１＝Ｎｆ２＝Ｎｆ３＝Ｎｆ４＝Ｎ［ｒｐｍ］（式１）およびＴｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｆ３＋Ｔｆ４＝Ｔａ［Ｎｍ］（式２）と表現することができる。ただし、Ｎはモータに必要とされる回転数（以下、必要回転数）、Ｎｆ１は第一モータ（２−ｆ１）の回転数、Ｎｆ２は第二モータ（２−ｆ２）の回転数、Ｎｆ３は第三モータ（２−ｒ１）の回転数、Ｎｆ４は第四モータ（２−ｒ２）の回転数、Ｔａは全モータに必要とされるトルクの合計（以下、合計トルク）、Ｔｆ１は第一モータ（２−ｆ１）の出力トルク、Ｔｆ２は第二モータ（２−ｆ２）の出力トルク、Ｔｆ３は第三モータ（２−ｒ１）の出力トルク、Ｔｆ４は第四モータ（２−ｒ２）の出力トルクである。

必要回転数Ｎ＝４００、合計トルクＴａ＝２０とするとき、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分する場合は、各モータのトルクはＴｆ１＝Ｔｆ２＝Ｔｆ３＝Ｔｆ４＝２０／４＝５．０［Ｎｍ］（式３）となる。これにより、４個のモータの動作点は図３の動作点Ｃとなり、エネルギ効率は０．４０であると分かる。ここで、システム効率を仕事量に応じた加重平均と定義すると、システム効率Ｅ＝（システムの合計出力）／（システムの合計入力）となる。説明の簡略化のため、前部の駆動輪２個同士と、後部の駆動輪２個同士とは互いに等しいトルク配分となるようにＴｆ１＝Ｔｆ２（式４）、およびＴｒ１＝Ｔｒ２（式５）とし、前部のモータ２個の合計出力をＰｆ、後部のモータ２個の合計出力をＰｒ、前後部のモータ４個の合計出力をＰａｌｌ、前部のモータ２個の効率をｎｆ、後部のモータ２個の効率をｎｒとおくと、システム効率はＥ＝（Ｐｆ＋Ｐｒ）／（Ｐｆ／ｎｆ＋Ｐｒ／ｎｒ）（式６）と表すことができる。さらに、式６を変形するとＥ＝Ｐａｌｌ／｛Ｄｍ×Ｐａｌｌ／ｎｆ＋（１−Ｄｍ）Ｐａｌｌ／ｎｒ｝（式７）、Ｅ＝１／｛Ｄｍ／ｎｆ ＋（１−Ｄｍ）／ｎｒ｝（式８）が得られる。この式６から式８により、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分する場合のシステム効率はＥ＝１／｛０．５／０．４＋（１−０．５）／０．４｝＝０．４であると分かる。

一方、システム効率が最大となるように、合計トルクを４個のモータへ各々配分する、すなわち４個のモータの出力トルクが同一でない場合について説明する。図４は、必要回転数Ｎ＝４００、合計トルクＴａ＝２０、各モータへのトルク配分比ＤｍをＤｍ＝（Ｔｆ１＋Ｔｆ２）／（Ｔｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｒ１＋Ｔｒ２）（式９）としたときのシステム効率Ｅとトルク配分比Ｄｍの関係を表すシステム効率マップである。この図４により、０≦Ｄｍ≦１の範囲において、最大のシステム効率Ｅｍａｘが得られる配分比Ｄｍａｘは、Ｄｍａｘ＝０．２３またはＤｍａｘ＝０．７７であると判定できる。また、式６から式８を用いて、最大のシステム効率はＥｍａｘ＝１／｛０．７７／０．６０＋（１−０．７７）／０．３６｝＝０．５２と計算できる。以上により、同一の必要回転数および合計トルクが要求される場合において、モータ４個へ各々トルクを配分する方法は、モータ４個へ均等にトルクを配分する方法に比べてシステム効率が良い。

なお、図５に示すように、システム効率マップは予め様々な走行状態（車速、アクセル、ブレーキ）における必要回転数および合計トルクの組合せ毎に作成し、システム効率マップ群としてコントローラ（４）内部のメモリに格納しておく。

図６のフローチャートを用いて、コントローラ（４）が行う前述の説明に基づいた内部処理について説明する。ステップＳ６１では、コントローラ（４）へ入力された車速およびアクセル信号とブレーキ信号とから、運転者が要求している駆動力または制動力、すなわち必要回転数Ｎと合計トルクＴａを求める。ステップＳ６１より続くステップＳ６２では、図５に示したシステム効率マップ群から、必要回転数Ｎと合計トルクＴａに最も適合するシステム効率マップを抽出する。ステップＳ６２より続くステップＳ６３では、前段のステップＳ６２にて抽出したシステム効率マップを用いて、最大のシステム効率Ｅｍａｘとなる配分比Ｄｍａｘを演算し、各モータの出力トルクを決定する。ステップＳ６３より続くステップＳ６４では、前段のステップＳ６３で決定した出力トルクを各モータが出力できるように各モータを制御する各インバータへ制御指令を出力する。

図３および図４を用いて示したように、必要とされる合計トルクを４個のモータへ均等に配分する場合（Ｄｍ＝０．５０）と比較して、各々のモータのエネルギ効率を考慮して、各々別々にトルクを配分する方法は車両駆動装置のシステム効率を向上することができる。

〔実施例２〕
図７および図８を用いて実施例２について説明する。この実施例２における前述の実施例１との構成上の相違点は、本実施例ではモータとインバータとからなるシステム損失が最小となるようにトルクを配分している点であり、実施例１ではシステム効率が最大となるようにトルクを配分していた点で異なる。なお、前述の実施例１と同等の構成については、実施例１と同様の符号を付し、本実施例２における説明を省略する。

図７に、モータとインバータのエネルギ損失特性（モータ１個の損失とインバータ１個の損失の和）の一例を示す。なお、本実施例で使用する４個のモータおよび４個のインバータは、全てが図７の特性を持つ。

ある走行状態において、必要回転数Ｎ＝２１００［ｒｐｍ］、合計トルクＴａ＝３２［Ｎｍ］であったとする。

このとき、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分する場合は、各モータのトルクはＴｆ１＝Ｔｆ２＝Ｔｆ３＝Ｔｆ４＝３２／４＝８．０［Ｎｍ］（式３）となる。これにより、４種類のモータの動作点は図７の動作点Ｄとなる。

一方、システム損失が最小となるように、合計トルクを４個のモータへ各々配分する、すなわち４個のモータの出力トルクが同一でない場合について説明する。また、説明の簡略化のため、前部の駆動輪２個同士と、後部の駆動輪２個同士とは互いに等しいトルク配分とする。

各モータへのトルク配分比ＤｍをＤｍ＝（Ｔｆ１＋Ｔｆ２）／（Ｔｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｒ１＋Ｔｒ２）（式９）としたとき、４個のモータと４個のインバータ全体でのシステム損失Ｌとトルク配分比Ｄｍの関係をシステム損失マップとして図８に示す。システム損失Ｌは、４個のモータ全ての出力トルクが均等である場合の配分比Ｄｍ＝０．５０におけるシステム損失Ｌ０をＬ０＝１．０とした場合の相対値で表されている。０≦Ｄｍ≦１の範囲において、Ｄｍ＝０．０またはＤｍ＝１．０の時に、システム損失Ｌは最小値Ｌｍｉｎとなる。これにより、必要とされる合計トルクを４個のモータへ均等に配分する場合（Ｄｍ＝０．５０）と比較して、各々のモータに別々にトルクを配分する方法はシステム損失が少ない。

なお、実施例１と同様に、システム損失マップは予め様々な走行状態（車速、アクセル、ブレーキ）における必要回転数および合計トルクの組合せ毎に作成し、システム損失マップ群としてコントローラ（４）内部のメモリに格納しておく。

コントローラ（４）の内部処理は、システム損失Ｌが少ないトルク配分比を演算するため、実施例１で用いた図６のフローチャートにおけるステップＳ６２およびステップＳ６３の処理が異なる。本実施例の場合、ステップＳ６１は実施例１と同様の処理であり、ステップＳ６２においては、前段のステップＳ６１で演算した必要回転数と合計トルクとから、使用するシステム損失マップを抽出する。ステップＳ６３では、前段のステップＳ６２にて抽出したシステム損失マップから、最小のシステム損失Ｌｍｉｎとなる配分比Ｄｍｉｎを演算し、各モータの出力トルクを決定する。ステップＳ６３より続くステップＳ６４では、前段のステップＳ６３で決定した出力トルクを各モータが出力できるように各モータを制御する各インバータへ制御指令を出力する。

このように、各モータへのトルク配分を変化させることで、複数のモータと複数のインバータのシステム損失Ｌを最小にすることができ、すなわちシステム効率を最大とすることができる。

また、システム効率およびエネルギ効率ではなく、システム損失およびエネルギ損失を使用するメリットについて説明する。４個のモータと４個のインバータ全体でのシステム効率はＥ＝（Ｐｆ１＿ｏｕｔ＋Ｐｆ２＿ｏｕｔ＋Ｐｒ１＿ｏｕｔ＋Ｐｒ２＿ｏｕｔ）／（Ｐｆ１＿ｉｎ＋Ｐｆ２＿ｉｎ＋Ｐｒ１＿ｉｎ＋Ｐｒ２＿ｉｎ）（式１０）で表すことができる。ただし、Ｐｆ１＿ｏｕｔは第１モータの出力、Ｐｆ２＿ｏｕｔは第２モータの出力、Ｐｒ１＿ｏｕｔは第３モータの出力、Ｐｒ２＿ｏｕｔは第４モータの出力、Ｐｆ１＿ｉｎは第１インバータへの入力、Ｐｆ２＿ｉｎは第２インバータへの入力、Ｐｒ１＿ｉｎは第３インバータへの入力、Ｐｒ２＿ｉｎは第４インバータへの入力とする。

さらに、各インバータへの入力は、各モータの出力と、各モータと各インバータのエネルギ効率（Ｅｆ１，Ｅｆ２，Ｅｆ３，Ｅｆ４）とを用いて、Ｐｆ１＿ｉｎ＝Ｐｆ１＿ｏｕｔ／Ｅｆ１（式１１）、Ｐｆ２＿ｉｎ＝Ｐｆ２＿ｏｕｔ／Ｅｆ２（式１２）、Ｐｒ１＿ｉｎ＝Ｐｒ１＿ｏｕｔ／Ｅｒ１（式１３）、Ｐｒ２＿ｉｎ＝Ｐｒ２＿ｏｕｔ／Ｅｒ２（式１４）と表すことができる。

ところが、モータの回転数が０［ｍｉｎ^-1］の場合または、モータのトルクが０［Ｎｍ］の場合には、エネルギ効率が０となるため、（式１１）から（式１４）の右辺の分母が０となってしまい、インバータへの入力を計算することができない。従って、各モータおよび各インバータとからなるシステム全体のシステム効率Ｅも求めることができない。

これに対して、エネルギ損失を使用すると、インバータへの入力は、モータの出力と、モータとインバータとのエネルギ損失とを用いて、Ｐｆ１＿ｉｎ＝Ｐｆ１＿ｏｕｔ＋Ｌｆ１（式１５）、Ｐｆ２＿ｉｎ＝Ｐｆ２＿ｏｕｔ＋Ｌｆ２（式１６）、Ｐｒ１＿ｉｎ＝Ｐｒ１＿ｏｕｔ＋Ｌｒ１（式１７）、Ｐｒ２＿ｉｎ＝Ｐｒ２＿ｏｕｔ＋Ｌｒ２（式１８）と表すことができる。（式１５）から（式１８）に示すように、モータの回転数が０［ｍｉｎ^-1］またはモータのトルクが０［Ｎｍ］である場合においても、インバータへの入力を計算することが可能であり、各モータおよび各インバータとからなるシステム全体のシステム損失Ｌも求めることができる。

〔実施例３〕
図９から図１１を用いて実施例３について説明する。この実施例３における前述の実施例１との構成上の相違点は、本実施例では各モータと各駆動輪との間にクラッチを追加し、コントローラ（４）に各クラッチの制御機能を追加した点である。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例３における説明を省略する。

図９に、本発明の実施例３における構成を示す。第一モータ（２−ｆ１）と第一駆動輪（１−ｆ１）との間には第一クラッチ（５−ｆ１）が追加される。第二モータ（２−ｆ２）と第二駆動輪（１−ｆ２）との間には第二クラッチ（５−ｆ２）が追加される。第三モータ（２−ｒ１）と第三駆動輪（１−ｒ１）との間には第三クラッチ（５−ｒ１）が追加される。第四モータ（２−ｒ２）と第四駆動輪（１−ｒ２）との間には第四クラッチ（５−ｒ２）が追加される。これらのクラッチにはアクチュエータが備えられ、コントローラ（４）が出力する接続・切断指令によりアクチュエータがクラッチ板を接続または切断する。また、各モータは、図７に示したモータとインバータのエネルギ損失特性（モータ損失とインバータ損失の和）を持つ。

ある走行状態において、必要回転数Ｎ＝２１００［ｒｐｍ］、合計トルクＴａ＝３２［Ｎｍ］であったとする。

このとき、クラッチが無く、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分する場合は、各モータのトルクはＴｆ１＝Ｔｆ２＝Ｔｆ３＝Ｔｆ４＝３２／４＝８．０［Ｎｍ］（式３）となる。これにより、４種類のモータの動作点は図７の動作点Ｄとなる。

一方、システム損失が最小となるように、各クラッチのアクチュエータにより各クラッチを接続もしくは切断し、合計トルクを４個のモータへ各々配分する場合、すなわち４個のモータの出力トルクが同一でない場合について説明する。以下では、説明の簡略化のため前部の駆動輪２個同士と、後部の駆動輪２個同士とは互いに等しいトルク配分であり、前部の駆動輪とモータ間のクラッチ２個は互いに同じ状態（接続または切断）、後部の駆動輪とモータ間のクラッチ２個も互いに同じ状態（接続または切断）とする。

図１０に、各モータへのトルク配分比ＤｍをＤｍ＝（Ｔｆ１＋Ｔｆ２）／（Ｔｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｒ１＋Ｔｒ２）（式９）としたとき、システム損失Ｌとトルク配分比Ｄｍの関係を示す。なお、図１０の４個のモータと４個のインバータ全体でのシステム損失Ｌは、クラッチが無く４輪に均等のトルクが配分されている場合（Ｄｍ＝０．５０）を１．０として相対値で表している。この図１０より、全クラッチを接続した場合、０≦Ｄｍ≦１の範囲において、Ｄｍ＝０．０またはＤｍ＝１．０の時に、エネルギ損失ＬはＬ１で最小となることが分かる。

一方、前輪側の２個のクラッチを接続し後輪側の２個のクラッチを切断した場合、または、前輪側の２個のクラッチを切断し後輪側の２個のクラッチを接続した場合、システム損失ＬはＬ２で最小となる。図１０に示すようにエネルギ損失Ｌ２はシステム損失Ｌ１よりも、さらに損失が少ない。これにより、必要とされる合計トルクを４個のモータへ均等に配分する場合（Ｄｍ＝０．５０）と比較して、クラッチを用いて各々のモータに別々にトルクを配分する方法はシステム損失が少ない。

図１１に、コントローラ（４）の処理手順を示す。ステップＳ１１１では、コントローラ（４）へ入力された車速およびアクセル信号とブレーキ信号から、運転者が要求している駆動力または制動力、すなわち必要回転数Ｎと合計トルクＴａを求める。ステップＳ１１１より続くステップＳ１１２では、図１０で用いたシステム損失マップを用いて、４個のモータへのトルク配分を変化させ、同時に４個のクラッチの状態を変化させた場合における、４個のモータと４個のインバータ全体でのシステム損失Ｌを推定する。トルク配分の種類を３種類であるとすると、推定するエネルギ損失の種類は、トルク配分の種類（３通り）×クラッチ状態（２４通り）＝７２種類となる。ステップＳ１１２より続くステップＳ１１３では、前段のステップＳ１１２にて演算した配分比Ｄｍとクラッチ状態の組合せを実行した場合における最小のシステム損失Ｌｍｉｎとなる配分比Ｄｍｉｎおよび４輪のクラッチ状態を演算し、各モータの出力トルクを決定する。ステップＳ１１３より続くステップＳ１１４では、前段のステップＳ１１３で決定した出力トルクを各モータが出力できるように各モータを制御する各インバータへ制御指令を出力すると共に、各クラッチのアクチュエータへ接続・切断指令を出力する。

以上の構成により、４個のモータと４個のインバータとからなるシステム全体のシステム損失特性に基づき、システム損失が最小となるようにクラッチを接続または切断し各モータへトルクを配分することで、全モータへ均等にトルクを配分する方法に比べてシステム効率を向上することができる。そして、本実施例の構成は、実施例２のようなクラッチを有さない構成に比べ、さらにシステム効率を向上することができる。

また、前述の構成に加えて、モータが駆動力を発生しない時にはクラッチを切断する機能を用いれば、モータによる摩擦等の損失を低減し、さらにシステム効率を向上することができる。

〔実施例４〕
図１２から図１４を用いて実施例４について説明する。この実施例４における前述の実施例１との構成上の相違点は、本実施例では各モータと各駆動輪との間に変速機を追加し、コントローラ（４）に各変速機の制御機能を追加した点である。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例４における説明を省略する。

図１２に、本実施例４の構成を示す。第一モータ（２−ｆ１）と第一駆動輪（１−ｆ１）との間には第一変速機（６−ｆ１）が追加される。第二モータ（２−ｆ２）と第二駆動輪（１−ｆ２）との間には第二変速機（６−ｆ２）が追加される。第三モータ（２−ｒ１）と第三駆動輪（１−ｒ１）との間には第三変速機（６−ｒ１）が追加される。第四モータ（２−ｒ２）と第四駆動輪（１−ｒ２）との間には第四変速機（６−ｒ２）が追加される。これらの変速機は、コントローラ（４）により出力される変速指令により制御され、減速比が大きいＬｏギア、減速比が小さいＨｉギアの２段階変速である。また、各モータおよび各インバータは、図７に示したモータとインバータのエネルギ損失特性（モータ損失とインバータ損失の和）を持つ。

ある走行状態において、必要回転数Ｎ＝２１００［ｒｐｍ］、合計トルクＴａ＝３２［Ｎｍ］であったとする。

このとき、変速機が無く、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分する場合は、各モータのトルクはＴｆ１＝Ｔｆ２＝Ｔｆ３＝Ｔｆ４＝３２／４＝８．０［Ｎｍ］（式３）となる。これにより、４種類のモータの動作点は図７の動作点Ｄとなる。

一方、システム損失が最小となるように、変速機の減速比を決定し、合計トルクを４個のモータへ各々配分する、すなわち４個のモータの出力トルクが同一でない場合について説明する。ここでは、説明の簡略化のため、前部の駆動輪２個同士と、後部の駆動輪２個同士とは互いに等しいトルク配分であるとし、前部の駆動輪とモータ間の変速機２個は互いに同じ状態（Ｈｉ、もしくはＬｏ）、後部の駆動輪とモータ間の変速機２個は互いに同じ状態（Ｈｉ、もしくはＬｏ）とする。

図１３は、各モータへのトルク配分比ＤｍをＤｍ＝（Ｔｆ１＋Ｔｆ２）／（Ｔｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｒ１＋Ｔｒ２）（式９）としたときのシステム損失Ｌとトルク配分比Ｄｍの関係を表すシステム損失マップである。なお、図１３のシステム損失Ｌは、変速機が無く４輪に均等のトルクが配分されている場合（Ｄｍ＝０．５０）のシステム損失を１．０として相対値で表している。

全変速機の減速比がＬｏである場合、０≦Ｄｍ≦１の範囲において、Ｄｍ＝０．０またはＤｍ＝１．０の時に、システム損失ＬはＬ４で最小となる。また、全変速機の減速比がＨｉである場合、０≦Ｄｍ≦１の範囲において、Ｄｍ＝０．０またはＤｍ＝１．０の時に、システム損失ＬはＬ５で最小となる。

一方、前輪側の変速機２個の減速比をＬｏとし後輪側の変速機２個の減速比をＨｉとした場合、および、前輪側の変速機２個の減速比をＨｉとし後輪側の変速機２個の減速比をＬｏとした場合は、システム損失ＬはＬ６で最小となる。なお、図１３に示すように、変速機がなく全ての減速比がＬｏであった場合に比べて、変速機を備えた構成は変速をすることでシステム損失を少なくできる。

図１４のフローチャートを用いて、コントローラ（４）の内部処理について説明する。ステップＳ１４１では、コントローラ（４）へ入力された車速およびアクセル信号とブレーキ信号とから、運転者が要求している駆動力または制動力、すなわち必要回転数Ｎと合計トルクＴａを求める。ステップＳ１４１より続くステップＳ１４２では、図１３で用いたシステム損失マップを用いて、４個のモータへのトルク配分および４個の変速機の減速比（ＨｉまたはＬｏ）を変化させた場合におけるシステム損失Ｌを推定する。ステップＳ１４２より続くステップＳ１４３では、前段のステップＳ１４２にて演算した配分比Ｄｍおよび変速機の減速比でモータを駆動した場合における最小のシステム損失Ｌｍｉｎとなる配分比Ｄｍｉｎを演算し、各モータの出力トルクおよび各変速機の減速比を決定する。ステップＳ１４３より続くステップＳ１４４では、前段のステップＳ１４３で決定した出力トルクを各モータが出力できるように各モータを制御する各インバータへ制御指令を出力すると共に、各変速機へ変速指令を出力する。

以上の構成により、４個のモータと４個のインバータからなるシステムのシステム損失特性に基づき、システム損失が最小となるような減速比を組合せて各モータへトルクを配分することで、実施例１よりもさらにシステム効率を向上できる。

〔実施例５〕
図１５および図１６を用いて実施例５について説明する。この実施例５における前述の実施例１との構成上の相違点は、本実施例では第一モータ（２−ｆ１）と第二モータ（２−ｆ２）からなる前部モータ群と第一インバータ（３−ｆ１）と第二インバータ（３−ｆ２）からなる前部インバータ群とをあわせたエネルギ効率特性と、第三モータ（２−ｒ１）と第四モータ（２−ｒ２）からなる後部モータ群と第三インバータ（３−ｒ１）と第四インバータ（３−ｒ２）からなる後部インバータ群とをあわせたエネルギ効率特性が異なるが、実施例１では全てのモータおよびインバータが同一のエネルギ効率特性を持っていた点で異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例５における説明を省略する。

本実施例の構成は、実施例１において用いた図２と同様の構成である。ただし、前部モータ群および前部インバータ群は、図３に示したモータとインバータのエネルギ効率特性を持つ。また、後部モータ群および後部インバータ群は、図１５に示すモータとインバータのエネルギ効率特性を持つ。すなわち、前部と後部で、モータとインバータとを合計した特性が異なる。

ある走行状態において、必要回転数Ｎ＝３５００［ｒｐｍ］、合計トルクＴａ＝１００［Ｎｍ］であったとする。

このとき、４個のモータ全体に必要とされるトルクは、Ｔｆ１＋Ｔｆ２＋Ｔｆ３＋Ｔｆ４＝１００［Ｎｍ］（式１７）となる。これにより、前部モータ群の第一モータ（２−ｆ１）および第二モータ（２−ｆ２）は図３に示した動作線Ｐ上で、後部モータ群の第三モータ（２−ｒ１）および第四モータ（２−ｒ２）は図１５に示した動作線Ｑ上で、（式１７）の条件を満たす動作点で動作する。なお、後部モータ群は、前部モータ群に比べ高回転領域でエネルギ効率が良い特性を持つとする。

図１６に、必要なトルクを４個のモータへ均等に配分した場合のシステム効率を基準（１．０）とし、前部モータ群と後部モータ群でトルク配分を変えた場合におけるシステム効率をシステム効率マップとして表す。この図１６によれば、０≦Ｄｍ≦１の範囲において、Ｄｍ＝０．８の時に、システム効率Ｅは最大となる。

このように、エネルギ特性が異なるモータを組合せたシステムであっても、各モータのエネルギ特性からシステム全体のシステム効率マップを作成し、このシステム効率マップに基づき、４個のモータへトルクを配分することで、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

〔実施例６〕
実施例６における前述の各実施例との構成上の相違点は、本実施例では各モータがインホイール式のモータであり、各モータの駆動トルクは直接タイヤへ伝達される点で異なる。なお、前述の各実施例と同等の構成については、各実施例と同様の符号を付し、本実施例６における説明を省略する。

本実施例におけるインホイール式のモータは、シャフトやギアを介して伝達する方式と比較して、コントローラ（４）で行う演算において、シャフトやギアのエネルギ伝達効率や回転エネルギへ変換される分のエネルギを考慮する必要が無くなる。特に、シャフトやギアでのエネルギ伝達効率は、その回転数や伝達トルクによって大きく異なり、更には個体差のばらつきもあるため、正確に推定することが困難である。従って、インホイール式はこれらの誤差要因が減ることで制御性が向上し、その結果としてシステム効率の向上効果が大きくなる。

〔その他の実施例〕
前述の実施例５では、前部モータ群に比べ高回転領域でエネルギ効率が良いモータにより後部モータ群を構成したが、後部モータ群に比べ高トルク領域でエネルギ効率が良いモータにより前部モータ群を構成するなどしても実施例５と同様の作用効果を奏することができる。

前述の実施例５では、第一モータ（２−ｆ１）と第二モータ（２−ｆ２）が同一の特性、第三モータ（２−ｒ１）と第四モータ（２−ｒ２）が同一の特性を持つとしたが、前部のモータまたは後部のモータが同一の特性を持っている必要はない。例えば、４個ともが別々の特性を持つモータにより構成されても良いし、第一モータ（２−ｆ１）および第三モータ（２−ｒ１）が同一の特性、第二モータ（２−ｆ２）および第四モータ（２−ｒ２）が同一の特性を持つなどしても良い。特に、車両に対し対角線上の位置にあるモータをグループ化することで、車両がより旋回しやすいようにトルク配分を分配する機能を損なうことなく、動作効率が良好であるかどうかを判定する際の演算量を減らすことができる。

前述の実施例５では、エネルギ効率およびシステム効率を用いて、各モータへのトルクを配分したが、前述の実施例２のようにエネルギ損失およびシステム損失を用いても実施例５と同様の作用効果を得ることができる。

前述の各実施例では、モータおよびインバータの数を４個としたが、モータおよびインバータの数はこれに限定されない。例えば、車体後部の２輪を従輪として、前部２輪にモータを備えても良い。同様に、クラッチおよび変速機も前述の実施例で用いた数に限定されない。また、モータとインバータ、モータとクラッチ、モータと変速機の数は同数でなくても良い。例えば、１個のモータの動力をドライブシャフトにより左右車輪に伝達する構成において、左右車輪とドライブシャフトの間に左右別々にクラッチを備えても実施可能である。

前述の実施例４では、変速機の段数を２段階としたが、段数はこれに限定されない。例えば、図１３に示した２段階変速のシステム効率マップは４本の曲線により各ギアの組合せによるシステム損失が表されていたが、３段階変速となった場合には９本の曲線により各ギアの組合せによるシステム損失を表すことができるため、システム損失の最小値を演算することができ、実施可能である。

前述の実施例１および実施例２では、モータ、または、モータおよびインバータのエネルギ効率またはエネルギ損失を用いて、全モータ、または、全モータおよび全インバータを含むシステムのシステム効率またはシステム損失を最大または最小とするようなトルク配分を演算していたが、使用するエネルギ効率またはエネルギ損失はモータおよびインバータのみに限定されない。例えば、モータと変速機のエネルギ効率またはエネルギ損失に基づいて、全モータおよび全変速機をシステムとし、システム効率またはシステム損失からトルク配分を決定しても良い。

前述の各実施例では、駆動輪に接続される全モータを含めたシステム効率またはシステム損失からトルク配分を決定したが、全モータを含めたシステム効率またはシステム損失を用いなくとも良い。例えば、４輪毎にモータが備えられ、これらのモータのトルクは別々に制御可能であるが、通常走行時には前部のモータ２個を使用し、坂道発進などの場合にのみ前部のモータ２個に加えて後部のモータ２個を使用する車両があるとする。後部のモータ２個は、殆ど使用されないため、前部２個のモータのトルク配分のみを調整しても十分にシステム効率の向上を実現可能である。

前述の各実施例では、駆動輪の数を４個としたが、モータの数が２個以上であれば本発明を適用できるため、駆動輪の数はこれに限定されない。

前述の各実施例では、システム効率を最大、または、システム損失を最小とするように駆動力を配分したが、システム効率が良好、または、システム損失が少ないように配分すれば良い。例えば、システム効率を最大とするように駆動力を配分すると各部品に機械的な負担が大きくかかる場合を考える。この時、機械的な負担が掛かり過ぎることを防止するため、システム効率が最大値よりは若干少なくなるように駆動力を配分しても良い。

モータ回転数とモータトルクとを、各々車速と駆動力とに換算したエネルギ効率特性を表す図である。 実施例１において用いられる車両駆動装置全体の構成を表す図である。 実施例１において用いられるモータ単体のエネルギ効率を示す図である。 実施例１において用いられる必要回転数Ｎ＝４００、合計トルクＴａ＝２０としたときの４個のモータからなるシステムのシステム効率マップである。 実施例１において用いられる複数のシステム効率マップからなるシステム効率マップ群である。 実施例１において用いられるコントローラ（４）の内部処理を表すフローチャートである。 実施例２において用いられるモータおよびインバータのエネルギ損失の和を示す図である。 実施例２において用いられる必要回転数Ｎ＝２１００、合計トルクＴａ＝３２としたときの４個のモータおよび４個のインバータからなるシステムのシステム損失マップである。 実施例３において用いられる車両駆動装置全体の構成を表す図である。 実施例３において用いられる必要回転数Ｎ＝２１００、合計トルクＴａ＝３２としたときの４個のモータおよび４個のインバータからなるシステムの各クラッチ状態におけるシステム損失マップである。 実施例３において用いられるコントローラ（４）の内部処理を表すフローチャートである。 実施例４において用いられる車両駆動装置全体の構成を表す図である。 実施例４において用いられる必要回転数Ｎ＝２１００、合計トルクＴａ＝３２としたときの４個のモータおよび４個のインバータからなるシステムの各変速機の変速状態におけるシステム損失マップである。 実施例４において用いられるコントローラ（４）の内部処理を表すフローチャートである。 実施例５において用いられるモータおよびインバータのエネルギ効率の和を示す図である。 実施例５において用いられる必要回転数Ｎ＝３５００、合計トルクＴａ＝１００としたときの４個のモータおよび４個のインバータからなるシステムのシステム効率マップである。

符号の説明

１−ｆ１ 第一駆動輪
１−ｆ２ 第二駆動輪
１−ｒ１ 第三駆動輪
１−ｒ２ 第四駆動輪
２−ｆ１ 第一モータ
２−ｆ２ 第二モータ
２−ｒ１ 第三モータ
２−ｒ２ 第四モータ
３−ｆ１ 第一インバータ
３−ｆ２ 第二インバータ
３−ｒ１ 第三インバータ
３−ｒ２ 第四インバータ
４ コントローラ
５−ｆ１ 第一クラッチ
５−ｆ２ 第二クラッチ
５−ｒ１ 第三クラッチ
５−ｒ２ 第四クラッチ
６−ｆ１ 第一変速機
６−ｆ２ 第二変速機
６−ｒ１ 第三変速機
６−ｒ２ 第四変速機

Claims (2)

1. 複数の駆動輪と、
   各々の前記複数の駆動輪に伝達されるトルクを発生する複数個のモータと、
   前記駆動輪の各々の駆動力を制御するために前記複数個のモータを制御するモータ制御手段と、を備え、
   前記モータ制御手段は、前記複数個のモータにそれぞれ接続されたインバータを用いて前記複数個のモータを制御するものであって、
   前記複数個のモータは、同じ特性を持つモータにより構成される第一グループと、
   前記第一グループには含まれないモータの中で、同じ特性を持つモータにより構成される第二グループとから構成され、
   前記第一グループを構成するモータと、前記第二グループを構成するモータは、動作効率またはおよび動作損失の特性が互いに異なり、
   前記第一グループは車両前部右側の駆動輪を駆動するモータと、車両後部左側の駆動輪を駆動するモータとにより構成され、
   前記第二グループは車両前部左側の駆動輪を駆動するモータと、車両後部右側の駆動輪を駆動するモータとにより構成されることを特徴とする車両駆動装置。
2. 前記第一グループを構成するモータと、前記第二グループを構成するモータは互いに異なる定格出力であることを特徴とする請求項１に記載の車両駆動装置。

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