JP2009268265A - 車両の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機に接続されたインバータの数を低減することの可能な車両の駆動装置を提供する。
【解決手段】前輪２に接続された第１電動機ＭＧ２と、後輪３に接続された第２電動機ＭＧ３と、第１電動機ＭＧ２および第２電動機ＭＧ３に電力を供給する電気回路３９と、電気回路３９に接続されたインバータ３８とを有する車両の駆動装置において、第２電動機ＭＧ３が誘導機モータであり、インバータ３８は第１電動機ＭＧ２の回転数を制御するように周波数を制御する構成であり、第１電動機ＭＧ２のトルクが前輪２に伝達されているときに、第１電動機ＭＧ２の回転数と第２電動機ＭＧ３の回転数差が予め定めた値以下である場合は、第２電動機ＭＧ３はトルクを発生しない一方、前輪２がスリップして第１電動機ＭＧ２の回転数と第２電動機ＭＧ３の回転数差が予め定めた値を越えた場合は、第２電動機ＭＧ３がトルクを発生するように構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の前後方向に第１の車輪および第２の車輪が設けられており、その第１の車輪および第２の車輪に、個別に電動機が接続されている、車両の駆動装置に関するものである。

従来、車両の前輪および後輪に電動機を接続した四輪駆動車が知られており、その四輪駆動車の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された四輪駆動車は、エンジンのトルクが第１トランスミッションおよび第２ディファレンシャルギヤを経由して前輪に伝達されるように構成され、誘導電動機のトルクが、第２トランスミッションおよび第２ディファレンシャルを経由して後輪に伝達される構成となっている。さらに、エンジンの回転駆動力で駆動されて三相交流電力を発電する発電機が備えられている。さらに、誘導電動機と発電機とが三相強電ラインによって接続されている。そして、全後輪にスリップが生じていない場合は、エンジントルクが前輪に伝達されて前輪で駆動力が発生する。この走行状態では、発電機の発電により誘電電動機に電力が供給されても、前輪と後輪とが等速度で回転しているため、誘電電動機の回転子の速度が、通電により生じる回転磁界の速度と等しく、誘電電動機ではトルクが生じない。これに対して、前輪にスリップが生じて、前輪と後輪とに回転数差が生じると、発電機の発電により誘電電動機に供給される電力で回転磁界が生じたとき、誘電電動機の回転紙の回転速度が回転磁界の速度よりも遅くなり、誘電電動機でトルクが生じて四輪駆動車となる。なお、前輪および後輪に電動機が接続された四輪駆動車の例は、特許文献２にも記載されている。

特開２０００−２６４０８６号公報 特開２００５−１８５００６号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された四輪駆動車では前輪に接続された電動機または発電機と、後輪に接続された電動機について、それぞれにインバータを設けることとなり、部品点数が増加して、車両に対する搭載性が悪化し、かつ、製造コストが増加する問題があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、インバータの数を低減することの可能な車両の駆動装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、車両の前後方向に配置された第１の車輪および第２の車輪と、第１の車輪と動力伝達可能に接続された第１電動機と、第２の車輪と動力伝達可能に接続された第２電動機と、前記第１電動機および第２電動機に電力を供給する電気回路と、この電気回路に接続されたインバータとを有する車両の駆動装置において、前記電気回路内に前記第１電動機および第２電動機が直列に配置されており、
前記第２電動機が誘導機モータであり、前記インバータは、前記第１電動機の回転数を制御するように、前記電気回路に供給される電力の周波数を制御する構成であり、前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力を発生しているときに、前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数差が予め定めた値以下である場合は、前記第２の電動機はトルクを発生しない一方、前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力が発生しているときに、前記第１の車輪がスリップして前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数差が予め定めた値を越えた場合は、前記第２の電動機がトルクを発生するように構成されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、車両の前後方向に配置された第１の車輪および第２の車輪と、第１の車輪と動力伝達可能に接続された第１電動機と、第２の車輪と動力伝達可能に接続された第２電動機と、前記第１電動機および第２電動機に電力を供給する電気回路と、この電気回路に接続されたインバータとを有する車両の駆動装置において、前記電気回路内に前記第１電動機および第２電動機が直列に配置されており、前記インバータは、前記第１電動機の回転数を制御するように、前記電気回路に供給される電力の周波数を制御する構成であり、前記第１の電動機の回転数と前記第１の車輪の回転数との変速比と、前記第２の電動機の回転数と前記第２の車輪の回転数との変速比とが異なる構成であり、前記インバータと前記第２電動機との間に形成された電気回路を接続および遮断する切替スイッチを設け、前記第１電動機に電力を供給して第１の車輪で駆動力を発生させ、かつ、前記第１電動機の回転数と第２電動機の回転数との差が予め定めた値を越えているときは、前記切替スイッチにより前記電気回路を接続する制御をおこなう第１の切替手段と、前記車両が惰力走行して車両の運動エネルギを第１電動機に伝達して発電をおこなうときは、前記切替スイッチにより前記電気回路を遮断する制御をおこなう第２の切替手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記第１の車輪に制動力を与える制動装置が設けられており、前記第１の車輪がスリップし、かつ、前記第２の車輪がスリップしていない場合は、前記第１の車輪に与える制動力を増加して第１の車輪のスリップを抑制する第１スリップ抑制手段と、前記第１の車輪および第２の車輪が共にスリップした場合は、前記第１の電動機から第１の車輪に伝達されるトルクを低下させることにより、前記第１の車輪のスリップおよび第２の車輪のスリップを抑制する第２スリップ抑制手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、第２電動機が誘導機モータであるため、インバータから第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、第１の車輪で駆動力を発生しているときに、第１の車輪がスリップしていなければ、第１電動機の回転数と第２電動機の回転数差が予め定めた値以下であり、第２の電動機はトルクを発生しない。一方、第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、第１の車輪で駆動力が発生しているときに、第１の車輪がスリップして第１電動機の回転数と第２電動機の回転数差が予め定めた値を越えた場合は、第２電動機が誘導機モータであるため、インバータから第２の電動機に供給される電力で第２の電動機がトルクを発生し、四輪駆動状態になる。このように、請求項１の発明によれば、単数のインバータを用いて、第１の電動機および第２の電動機に電力を供給できるため、部品点数の増加を抑制できる。したがって、車両における搭載性の悪化を抑制し、かつ、製造コストの増加を抑制できる。

請求項２の発明によれば、第１電動機を力行制御して、そのトルクを第１の車輪に伝達して車両が走行しており、第１の車輪の回転数と第２の車輪の回転数とが同じであるとき、第１電動機の回転数と第２電動機の回転数とが異なるため、第２電動機も力行制御されて、そのトルクが第２の車輪に伝達されて、四輪駆動状態となる。これに対して、車両が惰力走行して車両の運動エネルギを第１電動機に伝達して発電をおこなうときは、電気回路が遮断されるため、第１電動機で発電された電力が第２電動機で消費されることを防止できる。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、第１の車輪がスリップし、かつ、第２の車輪がスリップしていない場合は、１の車輪に与える制動力を増加して第１の車輪のスリップを抑制するため、前輪および後輪にトルクが伝達される状態に維持される。これに対して、第１の車輪および第２の車輪が共にスリップした場合は、第１の電動機から第１の車輪に伝達されるトルクを低下させることにより、第１の車輪のスリップおよび第２の車輪のスリップを抑制する。すなわち、必要以上に電力が消費されることを回避できる。

この発明においては、第１の車輪が前輪であり、かつ、第２の車輪が後輪である車両、または、第１の車輪が後輪であり、かつ、第２の車輪が前輪である車両のいずれでもよい。この発明における制動装置は、摩擦力または電磁力を利用して第１の車輪に制動力を与える装置であり、第１電動機とは別に設けられている。この発明において、「第１電動機の回転数と第２電動機の回転数との差が予め定めた値以下である」には、回転数に所定の値以下の差があることの他に、第１電動機の回転数と第２電動機の回転数とに差が無いこと（回転数差が零）が含まれる。この発明において、「第１電動機の回転数と第２電動機の回転数との差が予め定めた値を越えた」には、回転数に所定の値を越える差があることの他に、第１電動機の回転数と第２電動機の回転数とに差があること自体（回転数差「１」）が含まれる。

（第１具体例）
まず、第１具体例を図１に基づいて説明する。この第１具体例は、請求項１に対応する。図１に示された車両１には、その前後方向で異なる位置に前輪２および後輪３が設けられている。この車両１は前輪２および後輪３で駆動力を発生させることのできる四輪駆動車であり、まず、前輪２にトルクを伝達する駆動力源について説明する。前輪２にトルクを伝達する駆動力源としてエンジン４が搭載されている。このエンジン４は、燃料を燃焼させたときに生じる熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する動力装置である。このエンジン４としては内燃機関、例えば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンまたはＬＰＧエンジンを用いることができる。

また、エンジン４の出力軸であるクランクシャフト５と前輪２との間の動力伝達経路に動力分配装置６が設けられている。この動力分配装置６は遊星機構、具体的には、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。この動力分配装置６は、同軸上に配置されたサンギヤ７およびリングギヤ８と、サンギヤ７およびリングギヤ８に噛合されたピニオンギヤ９と、このピニオンギヤ９を自転かつ公転可能に支持するキャリヤ１０とを有している。そして、サンギヤ７およびリングギヤ８が、前記クランクシャフト５と同軸上に配置されており、キャリヤ１０とクランクシャフト５とが動力伝達可能に接続されている。

さらに、車両１にはモータ・ジェネレータＭＧ１が搭載されており、このモータ・ジェネレータＭＧ１はロータ１１およびステータ１２を有している。そして、ロータ１１がサンギヤ７と動力伝達可能に接続されている。前記リングギヤ９はコネクティングドラム（環状部材）１３の内周に形成された内歯であり、そのコネクティングドラム１３の外周にはスプロケット１４が形成されている。また、左右の前輪２同士の間には、フロントデファレンシャル１５が設けられており、フロントデファレンシャル１５のケーシング１６の外周にはスプロケット１７が形成されている。このスプロケット１７およびスプロケット１４には、無端状のチェーン１８が巻き掛けられている。さらに、フロントデファレンシャル１５には、左右のアクスルシャフト１９，２０が接続されており、アクスルシャフト１９には左側の前輪２が接続され、アクスルシャフト２０には右側の前輪２が接続されている。このように、フロントデファレンシャル１５およびアクスルシャフト１９，２０を介して、コネクティングドラム１３と前輪２とが動力伝達可能に接続されている。

また、前輪２にトルクを伝達するために、エンジン１以外の駆動力源としてモータ・ジェネレータＭＧ２が設けられている。このモータ・ジェネレータＭＧ２はロータ２１およびステータ２２を有している。このモータ・ジェネレータＭＧ２および前記モータ・ジェネレータＭＧ１は交流モータ、より具体的には磁気形同期モータ（ＩＰＭモータ）であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。このロータ２１はクランクシャフト５と同軸上に配置されており、クランクシャフト５の回転中心となる軸線（図示せず）に沿った方向で、前記エンジン４とモータ・ジェネレータＭＧ２との間に、前記動力分配装置６が配置されている。

また、前記軸線に沿った方向で動力分配装置６とモータ・ジェネレータＭＧ２との間には減速機２３が配置されている。この減速機２３は、モータ・ジェネレータＭＧ２からコネクティングドラム１３に至る動力伝達経路を構成する機構であり、減速機２３は歯車伝動装置により構成されている。この減速機２３は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。具体的に説明すると減速機２３は、同軸上に配置されたサンギヤ２４およびリングギヤ２５と、サンギヤ２４およびリングギヤ２５に噛合されたピニオンギヤ２６と、このピニオンギヤ２６を自転かつ公転可能に支持するキャリヤ２７とを有している。そして、サンギヤ２４とロータ２１とが動力伝達可能に接続され、キャリヤ２７は回転不可能に固定されている。さらに、リングギヤ２５は前記コネクティングドラム１３の内周に形成された内歯である。

つぎに、後輪３にトルクを伝達する駆動力源について説明する。この駆動力源としてモータ・ジェネレータＭＧ３が設けられている。このモータ・ジェネレータＭＧ３は交流モータ、具体的には三相かご形誘導機モータ（ＩＭモータ）を用いている。このモータ・ジェネレータＭＧ３は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備している。モータ・ジェネレータＭＧ３はロータ２８およびステータ２９を有している。ロータ２８には出力軸３０が動力伝達可能に接続されており、出力軸３０にはギヤ３１が形成されている。さらに、左右の後輪３同士の間には、リヤデファレンシャル３２が設けられており、リヤデファレンシャル３２のケーシング３３の外周にはリングギヤ３４が形成されている。このリングギヤ３４とギヤ３１とが噛合されている。リヤデファレンシャル３２には、左右のアクスルシャフト３５，３６が接続されており、アクスルシャフト３５には左側の後輪３が接続され、アクスルシャフト３６には右側の後輪３が接続されている。このように、リヤデファレンシャル３２およびアクスルシャフト３５，３６を介して、モータ・ジェネレータＭＧ３と後輪３とが動力伝達可能に接続されている。なお、第１具体例では、エンジン４は車体（図示せず）に搭載されており、モータ・ジェネレータ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、何れも車体にケーシング（図示せず）を介して、または直接車体に取り付けられている。これに対して、前輪２および後輪３は、車体に対して懸架装置（図示せず）を介在させて取り付けられている。

さらに、この具体例では、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同じであるとき、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ２１の回転数と、モータ・ジェネレータＭＧ３のロータ２９の回転数とが一致する構成である。具体的には、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数と前輪２の回転数との間の変速比、およびモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数と後輪３の回転数との間の変速比の設計により、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同じであるとき、モータ・ジェネレータＭＧ２のロータ２１の回転数と、モータ・ジェネレータＭＧ３のロータ２９の回転数とが一致するようになっている。

さらに、前輪２および後輪３に制動力を与える制動装置４４が設けられている。この制動装置４４は、前輪２および後輪３に対して個別に制動力を与えることができる構成であり、例えば、前輪２および後輪３に個別に設けられたホイールシリンダおよびブレーキパッドおよび油圧室、この油圧室に接続された油圧回路、この油圧室に設けられたソレノイドバルブなどを有する摩擦式の制動装置４４を用いることができる。この制動装置４４は、ブレーキペダルが踏み込まれたときに前輪２および後輪３に制動力を与えることができる他、ブレーキペダルが踏み込まれていない場合でも、前輪２および後輪３に制動力を与えることができる構成である。

つぎに、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の電気系統、および車両１の制御系統を、図２に基づいてついて説明する。車両１には電源３７が設けられている。この電源３７は充電および放電可能な二次電池、例えば、バッテリまたはキャパシタを有している。また、電源３７は燃料電池を有していてもよい。さらに、電源３７には、単数のインバータ３８および電気回路３９を介在させて、モータ・ジェネレータＭＧ２およびモータ・ジェネレータＭＧ３が接続されている。インバータ３８は、直流電力を交流電力に変換する装置である。この電気回路３９は、三相、つまり、Ｕ相およびＶ相およびＷ相のそれぞれに対応するコイル４０，４１，４２を有している。これらのコイル４０，４１，４２は、いずれがＵ相で、いずれがＶ相で、いずれがＷ相でもよい。また、コイル４０，４１，４２は、モータ・ジェネレータＭＧ２およびモータ・ジェネレータＭＧ３で共用化されている。具体的には、電気回路３９内に、モータ・ジェネレータＭＧ２およびモータ・ジェネレータＭＧ３が直列に配置されている。さらにまた、電源３７とモータ・ジェネレータＭＧ１とがインバータ４５を介して接続されている。

さらにまた、車両１に搭載されたシステムを制御する電子制御装置４３が設けられている。この電子制御装置４３には、前輪２の回転数、後輪３の回転数、車速、エンジン１の回転数およびトルク、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２，ＭＧ３の回転数およびトルク、アクセルペダルの操作状態、ブレーキペダルの操作状態、運転者により選択されるシフトポジションなどを示す信号が入力される。電子制御装置４３からは、エンジン１の回転数およびトルクを制御する信号、インバータ３８，４５を介してモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する信号、制動装置４４により前輪２および後輪３に個別に与えられる制動力を制御する信号などが出力される。モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御することには、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を回生制御するか力行制御するかを決定すること、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転数およびトルクを制御すること、モータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転方向を制御することが含まれる。

つぎに、第１具体例の作用を説明する。まず、車両１を前進させるシフトポジションが選択されているときに、アクセルペダルの操作状態、および車速に基づいて、車両１における要求駆動力が求められ、その要求駆動力に基づいて、エンジン１の目標出力およびモータ・ジェネレータＭＧ２の目標出力が求められる。エンジントルクが動力分配装置６のキャリヤ１０に伝達されると、モータ・ジェネレータＭＧ１が反力を受け持ち、リングギヤ８が出力要素となる。このとき、モータ・ジェネレータＭＧ１の回転方向および回転数を制御すると、サンギヤ７およびキャリヤ１０およびリングギヤ８の差動作用により、動力分配装置６の入力要素であるキャリヤ１０の回転数と、動力分配装置６の出力要素であるリングギヤ８の回転数との間の変速比を、無段階に変更することができる。つまり、動力分配装置６は無段変速機としての機能を有する。このようにして、リングギヤ８およびコネクティングドラム１３が正方向に一体回転する。ここで、正方向とは、エンジン４の回転方向と同じ回転方向である。コネクティングドラム１３のトルクは、チェーン１８を経由してリングギヤ１７に伝達され、そのリングギヤ１７も正方向に回転する。このようにして、エンジントルクがフロントデファレンシャル１６に伝達されると、そのトルクがアクスルシャフト１９，１２を経由して前輪２に伝達され、前輪２で駆動力が発生する。

一方、電源３７から電気回路３９に電力が供給されて、モータ・ジェネレータＭＧ２が力行制御されると、そのモータ・ジェネレータＭＧ２から出力されたトルクが、減速機２３のサンギヤ２４に伝達される。電源３７から、インバータ３９を経由して電気回路３９に供給される交流電流は、その電圧の周波数が、モータ・ジェネレータＭＧ２の実回転数を目標回転数に近づけるように同期制御される。ここで、モータ・ジェネレータＭＧ２は逆方向に回転する。すると、固定されているキャリヤ２７が反力要素となり、リングギヤ２５からトルクが出力される。モータ・ジェネレータＭＧ２からリングギヤ２５に伝達されたトルクは、コネクティングドラム１３を経由し、前述と同様にして前輪２に伝達される。このように、第１具体例においては、エンジン１のトルク、またはモータ・ジェネレータＭＧ２のトルクの少なくとも一方を前輪２に伝達することができるハイブリッド車である。前記のように、モータ・ジェネレータＭＧ１が反力トルクを受け持つとき、回生制御される場合は、発電された電力を電源３７に充電することができる。

上記のように、モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが前輪２に伝達されて、前輪２で駆動力が発生しているとき、その前輪２がスリップすることなく車両１が走行している場合は、後輪３は車両１の運動エネルギにより従動回転（空転）する。このとき、前輪２の回転数および後輪３の回転数は同じである。また、後輪３にはモータ・ジェネレータＭＧ３が動力伝達可能に接続されているため、車輪３のトルクがアクスルシャフト３５，３６を経由してモータ・ジェネレータＭＧ３のロータ２８に伝達されて、そのロータ２８が従動回転、つまり、空転しており、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数とモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数（空転回転数）とが同一になっている。このとき、電気回路３９を経由してモータ・ジェネレータＭＧ３のステータ２９に交流電力が供給されているが、モータ・ジェネレータＭＧ３が誘導機モータの特性として、ステータ２９に供給される交流電流で発生する回転磁界の速度と、車両１の運動エネルギにより空転されているロータ２８の回転速度とが等速度であるときには、ロータ２８を駆動するトルクは発生しない。つまり、前輪２で駆動力が発生し、後輪３では駆動力が発生しない二輪駆動状態である。したがって、電源３７の電気エネルギが必要以上に消費されることを回避でき、エンジン４の燃費の悪化を抑制できる。

これに対して、モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが前輪２に伝達されて、前輪２で駆動力が発生して車両１が走行しているとき、その前輪２がスリップすると、前輪２の回転数と後輪３の回転数とに差が生じる。具体的には、後輪３の回転数の方が前輪２の回転数よりも低くなる。すると、ステータ２９に交流電流が供給されて発生する回転磁界の速度よりも、車両１の運動エネルギにより空転するロータ２８の回転速度の方が遅くなり、誘導機モータの特性により、ロータ２８が駆動されて後輪３にトルクが伝達される。このようにして、前輪２および後輪３で駆動力が発生する四輪駆動状態となり、車両１の走破性を確保することができる。また、第１具体例では、単一のインバータ３８をモータ・ジェネレータＭＧ２，ＭＧ３で共用するため、部品点数の増加を抑制できる。したがって、車両１における搭載性の悪化を抑制でき、かつ、製造コストの上昇を抑制できる。つまり、低コストでコンパクトなシステムを実現できる。

ここで、モータ・ジェネレータＭＧ３の特性を図３に基づいて説明する。この図３では、横軸に回転数が示され、縦軸にトルクが示されている。図３のように、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数が回転数Ｎ１にあるとき、前輪２がスリップせずにモータ・ジェネレータＭＧ３が回転数Ｎ１であれば、実線で示すように、回転数Ｎ１ではモータ・ジェネレータＭＧ３からトルクは出力されない。これに対して、前輪２がスリップしてモータ・ジェネレータＭＧ２の回転数が、回転数Ｎ１から回転数Ｎ２まで上昇すると、実線で示す特性のように、回転数Ｎ１にあるモータ・ジェネレータＭＧ３からトルクが出力される。つまり、モータ・ジェネレータＭＧ３の回転数がＮ２未満の範囲では、そのモータ・ジェネレータＭＧ３からトルクが出力される。

ここで、第１具体例と、この発明の構成との対応関係を説明すると、車両１が、この発明の車両に相当し、前輪２が、この発明の第１の車輪に相当し、後輪３が、この発明の第２の車輪に相当し、モータ・ジェネレータＭＧ２が、この発明の第１電動機に相当し、モータ・ジェネレータＭＧ３が、この発明の第２電動機に相当し、電気回路３９が、この発明の電気回路に相当し、インバータ３８が、この発明のインバータに相当する。また、モータ・ジェネレータＭＧ３が誘導機モータであることが、この発明の「前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力を発生しているときに、前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数差が予め定めた値以下である場合は、前記第２の電動機はトルクを発生しない一方、前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力が発生しているときに、前記第１の車輪がスリップして前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数差が予め定めた値を越えた場合は、前記第２の電動機がトルクを発生するように、前記第２電動機が構成されている」に相当する。

（第２具体例）
つぎに、この発明の駆動装置の第２具体例を、図４および図５に基づいて説明する。この第２具体例は、請求項２に対応する。図４は車両１の模式図であり、図５は、図４に示された車両１の電気系統および制御系統を示す模式図である。図４の構成において、図１の構成と同じ構成部分については、図１と同じ符号を付してある。図５の構成において、図２の構成と同じ構成部分については、図２と同じ符号を付してある。第１具体例と第２具体例との相違点を説明すると、第２具体例では、電気回路３９におけるモータ・ジェネレータＭＧ２とモータ・ジェネレータＭＧ３との間に、切替スイッチ４６が設けられている。この切替スイッチ４６は、インバータ３８とモータ・ジェネレータＭＧ３との間で電気回路３９を接続または遮断する機構である。この切替スイッチ４６がオンされると、インバータ３８とモータ・ジェネレータＭＧ３との間で電気回路３９が接続される。これに対して、切替スイッチ４６がオフされると、インバータ３８とモータ・ジェネレータＭＧ３との間で電気回路３９が遮断される。

また、第２具体例では、モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクが前輪２に伝達され、かつ、その前輪２がスリップしていないとき、具体的には、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが一致しているときに、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数と前輪２の回転数との間の変速比と、モータ・ジェネレータＭＧ３の回転数と後輪３の回転数との間の変速比とが異なるように、減速機２３の変速比、およびコネクティングドラム１３とリングギヤ１７との間の変速比、およびギヤ３１とリングギヤ３４との間の変速比が設計されている。より具体的には、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数を前輪２の回転数で除した変速比の方が、モータ・ジェネレータＭＧ３の回転数を後輪３の回転数で除した変速比よりも大きく構成されている。このため、第２具体例では、前輪２および後輪３が共に回転し、かつ、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同一であるとき、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数とモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とが異なる。なお、第２具体例では、エンジン４およびモータ・ジェネレータ１，ＭＧ２，ＭＧ３は、何れも車体（図示せず）に搭載されており、前輪２および後輪３は、車体に対して懸架装置を介在させて取り付けられている。

この第２具体例において、第１具体例と同じ構成部分については、第１具体例と同様の作用が生じる。つぎに、第２具体例で示す車両１で実行可能な制御例を、図６に基づいて説明する。まず、モータ・ジェネレータＭＧ２が力行制御され、そのモータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを前輪２に伝達して車両１が走行している（力行）か否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１で肯定的に判断された場合は、切替スイッチ４６がオンされて（ステップＳ２）、この制御ルーチンを終了する。例えば、前輪２がスリップしておらず、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同一であるときは、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数とモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とが異なる。ここで、前記切替スイッチ４６がオンされると、交流電流がモータ・ジェネレータＭＧ３に供給され、モータ・ジェネレータ３では誘導機モータの特性で、第１具体例と同じ原理により、後輪３に伝達するトルクを発生する。このように、第２具体例では、前輪２がスリップしていないときでも四輪駆動状態となり、車両１の走破性を確保できる。

これに対して、ステップＳ１の判断時点で、車両１が惰力走行しており、車両１の運動エネルギを前輪２からモータ・ジェネレータＭＧ２に伝達して、そのモータ・ジェネレータＭＧ２で回生制御をおこなっている場合は、ステップＳ１で否定的に判断される。このように、ステップＳ１で否定的に判断された場合は、切替スイッチ４６がオフされ（ステップＳ３）、この制御ルーチンを終了する。このステップＳ３の処理がおこなわれると、モータ・ジェネレータＭＧ３がインバータ３８から遮断されるため、モータ・ジェネレータＭＧ２で発電された電力を電源３７に充電しているときに、「その電力の一部がモータ・ジェネレータＭＧ３に供給されて力行制御されること」を防止できる。したがって、モータ・ジェネレータＭＧ２による回生効率を向上できる。

ここで、第２具体例で説明した構成と、請求項２の構成との対応関係を説明すると、切替スイッチ４６が、この発明の切替スイッチに相当する。なお、その他の構成と、請求項２の発明の構成との対応関係は、第１具体例の構成と、請求項１の構成との対応関係と同じである。さらに、図６に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ２が、この発明の第１の切替手段に相当し、ステップＳ３が、この発明の第２の切替手段に相当する。

つぎに、図１および図２に示された車両１、または図４および図５に示された車両１の何れでも実行可能な制御例を、図７に基づいて説明する。この制御例は、請求項３の発明に相当する。まず、前輪２または後輪３のうち、少なくとも一方でスリップが発生したか否かが判断される（ステップＳ１１）。車輪がスリップしたか否かは、車速と各車輪の回転数とを比較することで判断可能である。このステップＳ１１で肯定的に判断された場合は、前輪２および後輪３が共にスリップしたか、つまり、４輪が全てスリップしたか否かが判断される（ステップＳ１２）。このステップＳ１２の判断時点で、前輪２３がスリップしており、かつ、後輪３がスリップしておらず、ステップＳ１２で否定的に判断された場合は、前輪３のスリップ量（スリップ率）が、予め定められた閾値以上であるか否かが判断される（ステップＳ１３）。このステップＳ１３の判断に用いる閾値は、実験またはシミュレーションによって求められた値であり、予め電子制御装置４３に記憶されている。また、車輪のスリップ量の推定方法は、特開２００２−２７４３５６号公報、特開平６−２５８１９６号公報などに記載されているように周知であるので、具体的な説明を省略する。このステップＳ１３で肯定的に判断された場合は、制動装置４４を制御して前輪２に制動力を与える制御（ブレーキＴＲＣ）をおこない（ステップＳ１５）、この制御ルーチンを終了する。

例えば、図１に示された車両１において、モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを前輪２に伝達して前輪２で駆動力が発生しているとき、前輪２がスリップしてモータ・ジェネレータＭＧ３が力行制御されて四輪駆動状態となり、ステップＳ１２からステップＳ１４に進んだ場合は、四輪駆動状態が確保される。一方、図４に示された車両１においては、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数とモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とに差があれば四輪駆動状態にあり、そのときに前輪２がスリップして、ステップＳ１２からステップＳ１４に進んだ場合は、四輪駆動状態が確保される。このように、図１または図４に示された車両１の何れにおいても、後輪３に伝達されるトルクを最大化した状態で、前輪２のスリップを抑制することができる。なお、ステップＳ１３で否定的に判断された場合は、そのまま制御ルーチンを終了する。

一方、前記ステップＳ１２で肯定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータＭＧ２から前輪２に伝達されるトルクを制限して前輪２のスリップを抑制し（ステップＳ１５）、この制御ルーチンを終了する。例えば、図１に示された車両１において、モータ・ジェネレータＭＧ２のトルクを前輪２に伝達して前輪２で駆動力が発生しているとき、前輪２がスリップしてモータ・ジェネレータＭＧ３が力行制御されて四輪駆動状態となり、ステップＳ１２からステップＳ１５に進んだ場合は、四輪駆動状態が確保されるが、前輪２に伝達されるトルクが制限される。一方、図４に示された車両１においては、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数とモータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とに差があれば四輪駆動状態にあり、そのときに前輪２がスリップして、ステップＳ１２からステップＳ１５に進んだ場合は、四輪駆動状態が確保されるが、前輪２に伝達されるトルクが制限される。なお、ステップＳ１１で否定的に判断された場合は、そのまま制御ルーチンを終了する。このように、図１または図４に示された車両１の何れにおいても、後輪２に伝達されるトルクを制限するため、モータ・ジェネレータＭＧ２に必要以上の電力が供給されることを防止できる。ここで、図７に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１４が、この発明の第１スリップ抑制手段に相当し、ステップＳ１５が、この発明の第２スリップ抑制手段に相当する。

（第３具体例）
つぎに、駆動装置の第３具体例を図８に基づいて説明する。図８に示された車両１には、その前後方向で異なる位置に前輪２および後輪３が設けられている。この車両１は前輪２および後輪３で駆動力を発生させることのできる四輪駆動車であり、まず、後輪３にトルクを伝達する駆動力源について説明する。後輪３にトルクを伝達する駆動力源としてエンジン４が搭載されている。また、エンジン４の出力軸であるクランクシャフト５と後輪３との間の動力伝達経路に動力分配装置６が設けられている。この動力分配装置６は第１具体例と同様に構成されている。この動力分配装置６のリングギヤ８にはプロペラシャフト４７が動力伝達可能に接続されている。そして、プロペラシャフト４７にはデファレンシャル４８が動力伝達可能に接続され、デファレンシャル４８には、アクスルシャフト４９を介して左側の後輪３が接続され、アクスルシャフト５０を介して右側の後輪３が接続されている。

また、後輪３に動力伝達可能に接続されるモータ・ジェネレータＭＧ２が車体に搭載されている。このモータ・ジェネレータＭＧ２は減速機５１を介在させて、プロペラシャフト４７に動力が伝達される構成である。減速機５１は、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数よりもプロペラシャフト４７の回転数を低くするための変速機である。減速機５１としては、遊星歯車機構を備えた減速機を用いることができる。

一方、前輪２に動力伝達可能に接続されるモータ・ジェネレータＭＧ３は、右側の前輪２および左側の前輪２に対して個別に設けられている。また、モータ・ジェネレータＭＧ３は、前輪２の一部を構成するホイールの内側に配置され、そのモータ・ジェネレータＭＧ３が前輪２と共に懸架装置を介在させて車体で支持されている。つまり、モータ・ジェネレータＭＧ３はインホイールモータである。さらに、モータ・ジェネレータＭＧ３から前輪２に至る動力伝達経路にも減速機を設けることが可能である。そして、この第３具体例においても、図２に示された電気系統および制御系統、または図５に示された電気系統および制御系統のいずれか一方を用いることができる。

この第３具体例において、図２の電気系統を用いる場合は、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同じである場合、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数と、モータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とが同じとなるように、減速機５１の変速比、デファレンシャル４８の変速比、モータ・ジェネレータＭＧ３の減速機の変速比が設計される。この第３具体例においても、モータ・ジェネレータＭＧ２は磁気形同期モータであり、モータ・ジェネレータＭＧ３は三相かご形誘導機モータであり、モータ・ジェネレータＭＧ３の特性は、第１具体例の場合と同じである。なお、第３具体例において、第１具体例または第２具体例と同じ構成部分については、第１具体例または第２具体例と同じ符号を付してある。

そして、モータ・ジェネレータＭＧ２を力行制御して、そのトルクを後輪３に伝達して車両１が走行中に、後輪３がスリップしていないときは、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同じになるため、第１具体例で説明した原理と同じ原理により、モータ・ジェネレータＭＧ３からトルクは出力されない。つまり、後輪３で駆動力が生じる二輪駆動状態になる。これに対して、モータ・ジェネレータＭＧ２を力行制御して、そのトルクを後輪３に伝達して車両１が走行中に、後輪３がスリップしたときは、前輪２の回転数と後輪３の回転数とに差が生じて、第１具体例で説明した原理と同じ原理により、モータ・ジェネレータＭＧ３からトルクが出力される。つまり、前輪２および後輪３で駆動力が発生する四輪駆動状態になる。このように、第３具体例においても、単数のインバータ３８がモータ・ジェネレータＭＧ２，ＭＧ３で共用化されるため、第１具体例と同様の効果を得られる。

つぎに、第３具体例の車両１で、図５に示された電気系統を用いるとともに、車両１が走行中に、前輪２の回転数と後輪３の回転数とが同じであるときに、モータ・ジェネレータＭＧ２の回転数と、モータ・ジェネレータＭＧ３の回転数とが異なるように、減速機５１の変速比、デファレンシャル４８の変速比、モータ・ジェネレータＭＧ３の減速機の変速比を設計することもできる。この構成を採用すると、図６の制御を実行することができる。すなわち、モータ・ジェネレータＭＧ２を力行制御して後輪３にトルクを伝達して車両が走行しているか否かが判断される（ステップＳ１）。ステップＳ１で肯定判断されたときに切替スイッチ６４をオンする（ステップＳ２）と、第２具体例と同じ原理により、２個のモータ・ジェネレータＭＧ３が共に電動機として駆動され、四輪駆動状態となる。これに対して、車両１が惰力走行しており、車両１の運動エネルギを後輪３からモータ・ジェネレータＭＧ２に伝達してモータ・ジェネレータＭＧ２で回生制御をおこなっているときは、ステップＳ１で否定的に判断されて切替スイッチ４６がオフされ（ステップＳ３）、この制御ルーチンを終了する。すると、第２具体例と同様にして、モータ・ジェネレータＭＧ３がインバータ３８から遮断されるため、モータ・ジェネレータＭＧ２の回生効率が向上する。このように、第３具体例の車両１において、図５の電気系統を用いて図６の制御を実行すると、第２具体例の制御で説明したことと同様の作用効果を得られる。

さらに、第３具体例の車両１で、図２に示された電気系統を用いる場合、または図５に示された電気系統を用いる場合の何れにおいても、図７の制御を実行可能である。この場合、ステップＳ１２の判断時点で後輪３だけがスリップしており、そのステップＳ１２で否定的に判断された場合は、ステップＳ１３に進み、後輪３のスリップ量が閾値以上であるか否かが判断される。このステップＳ１３で否定的に判断された場合はそのまま制御ルーチンを終了し、ステップＳ１３で肯定的に判断された場合は、ステップＳ１４に進み、制動装置４４を制御して後輪３に与える制動力を増加する。このようにして、四輪駆動状態を維持したまま、後輪３のスリップが抑制される。これに対して、ステップＳ１２で肯定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータＭＧ２から後輪３に伝達されるトルクを制限し（ステップＳ１５）、後輪３および前輪２のスリップを抑制する。このように、第３具体例の車両で図７の制御をおこなった場合も前記と同様の効果を得られる。この第３具体例では、後輪３が、この発明の第１の車輪に相当し、前輪２が、この発明の第２の車輪に相当する。

なお、第１具体例ないし第３具体例において、減速機２３，５１としては、遊星歯車機構を備えた減速機に代えて、常時噛み合い式の減速機、選択歯車式の減速機を用いることも可能である。減速機２３，５１としては、変速比が固定される減速機、または変速比を変更可能な減速機の何れを用いてもよい。また、第１の具体例および第２の具体例において、後輪３に動力を伝達するモータ・ジェネレータＭＧ３を左右の後輪３毎に別個に設け、かつ、インホイール形の構成を採用することもできる。また、動力分配装置６は遊星歯車機構を用いた装置に代えて、遊星ローラ機構を用いた動力分配装置６を構成することもできる。これは、遊星歯車機構の各ギヤをローラに変更したものであり、作動油のせん断力で動力伝達をおこなうトラクション伝動装置である。つまり、動力分配装置６は、入力要素と反力要素と出力要素との差動作用により、その変速比を無段階に制御可能な無段変速機であればよい。さらに、制動装置４４は、摩擦式に代えて電磁式のものを用いることもできる。

この発明の第１具体例を示す車両の模式図である。 図１に示された車両の電気系統および制御系統を示す模式図である。 図１に示されたモータ・ジェネレータの特性を示す線図である。 この発明の第２具体例を示す車両の模式図である。 図４に示された車両の電気系統および制御系統を示す模式図である。 図４に示された車両でおこなわれる制御例を示すフローチャートである。 この発明の各具体例の車両でおこなわれる制御例を示す他のフローチャートである。 この発明の第３具体例を示す車両の模式図である。

符号の説明

１…車両、 ２…前輪、 ３…後輪、 ３８…インバータ、 ３９…電気回路、 ４６…切替スイッチ、 ＭＧ２，ＭＧ３…モータ・ジェネレータ。

Claims (3)

1. 車両の前後方向に配置された第１の車輪および第２の車輪と、第１の車輪と動力伝達可能に接続された第１電動機と、第２の車輪と動力伝達可能に接続された第２電動機と、前記第１電動機および第２電動機に電力を供給する電気回路と、この電気回路に接続されたインバータとを有する車両の駆動装置において、
   前記電気回路内に前記第１電動機および第２電動機が直列に配置されており、前記第２電動機が誘導機モータであり、
   前記インバータは、前記第１電動機の回転数を制御するように、前記電気回路に供給される電力の周波数を制御する構成であり、
   前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力を発生しているときに、前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数との差が予め定めた値以下である場合は、前記第２の電動機はトルクを発生しない一方、前記第１電動機に電力が供給されてトルクを発生し、かつ、前記第１の車輪で駆動力が発生しているときに、前記第１の車輪がスリップして前記第１電動機の回転数と前記第２電動機の回転数との差が予め定めた値を越えた場合は、前記第２の電動機がトルクを発生するように構成されていることを特徴とする車両の駆動装置。
2. 車両の前後方向に配置された第１の車輪および第２の車輪と、第１の車輪と動力伝達可能に接続された第１電動機と、第２の車輪と動力伝達可能に接続された第２電動機と、前記第１電動機および第２電動機に電力を供給する電気回路と、この電気回路に接続されたインバータとを有する車両の駆動装置において、
   前記電気回路内に前記第１電動機および第２電動機が直列に配置されており、
   前記インバータは、前記第１電動機の回転数を制御するように、前記電気回路に供給される電力の周波数を制御する構成であり、
   前記第１の電動機の回転数と前記第１の車輪の回転数との変速比と、前記第２の電動機の回転数と前記第２の車輪の回転数との変速比とが異なる構成であり、
   前記インバータと前記第２電動機との間に形成された電気回路を接続および遮断する切替スイッチを設け、
   前記第１電動機に電力を供給して第１の車輪で駆動力を発生させ、かつ、前記第１電動機の回転数と第２電動機の回転数との差が予め定めた値を越えているときは、前記切替スイッチにより前記電気回路を接続する制御をおこなう第１の切替手段と、
   前記車両が惰力走行して車両の運動エネルギを第１電動機に伝達して発電をおこなうときは、前記切替スイッチにより前記電気回路を遮断する制御をおこなう第２の切替手段とを備えていることを特徴とする車両の駆動装置。
3. 前記第１の車輪に制動力を与える制動装置が設けられており、
   前記第１の車輪がスリップし、かつ、前記第２の車輪がスリップしていない場合は、前記１の車輪に与える制動力を増加して第１の車輪のスリップを抑制する第１スリップ抑制手段と、
   前記第１の車輪および第２の車輪が共にスリップした場合は、前記第１の電動機から第１の車輪に伝達されるトルクを低下させることにより、前記第１の車輪のスリップおよび第２の車輪のスリップを抑制する第２スリップ抑制手段と
   を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の駆動装置。

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