JP5350986B2 - 車両駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、車両駆動システムに関する。より詳しくは、車両の駆動輪に主動力を供給する第１動力装置と、主動力とは別の補助動力を駆動輪に供給する第２動力装置との２つ以上の動力発生源を備えた車両駆動システムに関する。

従来、自動車や自動二輪車などの車両の車輪を回転駆動するための動力を発生する動力発生源としては、主に、化石燃料をエネルギー源とした内燃機関や電気エネルギーをエネルギー源とした電気モータが知られている。しかしながら、内燃機関で動力を発生する場合、化石燃料の大量消費を招いたり、排気を浄化するためにシステムにかかる負担が大きくなったりするおそれがある。一方、電気モータで動力を発生するには例えばバッテリに蓄えられた電力が用いられるため、その航続距離が課題となる。特に車両の発進時、登坂走行時、および加速走行時などには大きな動力が要求されるため、バッテリに蓄えられた電力の消費が著しい。

そこで近年では、化石燃料や電気エネルギーとは別のエネルギーを用いて、上記内燃機関や電気モータに対し補助的に動力を発生する車両駆動システムが注目されている。このようなシステムとして、例えば特許文献１には、内燃機関とは別に、圧縮空気を供給することで動力を発生するエアモータを搭載した車両が示されている。この車両では、内燃機関で発生したエネルギーを利用して圧縮空気を生成し、これをタンクに蓄えておく。そして、必要に応じてタンク内の圧縮空気をエアモータに供給し、補助的に動力を発生することにより、内燃機関における燃料の消費を低減する。

特開２００９−０６７２６７号公報

このように、エアモータの動力を利用した車両には圧縮空気を蓄えておくためのタンクが設けられる。また、車両の駆動を補助できる程度に大きな動力を発生するには、高圧の圧縮空気を大量に蓄えておく必要があるが、この場合、容積が大きくかつ頑強なタンクが必要となる。しかしながら、近年では、小型かつ軽量な車両が好まれる傾向があり、このような大きくて重厚なタンクを設けるのは困難である。

本発明は、圧縮空気を利用して補助的な動力を発生する車両駆動システムであって、圧縮空気を蓄えるタンクを小型かつ軽量にできる車両駆動システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、車両（例えば、後述の車両１，１Ａ，１Ｂ）の駆動輪（例えば、後述の駆動輪１３）に主動力を供給する第１動力装置（例えば、後述の主動力装置３，３Ａ）と、前記主動力とは別の補助動力を前記駆動輪に供給する第２動力装置（例えば、後述の補助動力装置４，４Ａ）と、を備えた車両駆動システム（例えば、後述の車両駆動システム２）を提供する。前記第２動力装置は、前記車両外部の空気を圧縮し、圧縮空気を生成する空気圧縮部（例えば、後述のエアコンプレッサ４２）と、当該空気圧縮部で生成した圧縮空気を蓄える空気蓄積部（例えば、後述のエアタンク４１）と、当該空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を動力源として補助動力を発生し、発生した補助動力を前記駆動輪に伝達する補助動力部（例えば、後述のエアモータ４６）と、前記空気蓄積部から前記補助動力部へ供給される圧縮空気を加熱する圧縮空気加熱部（例えば、後述の廃熱回収装置４３）と、を備える。

本発明によれば、空気圧縮部により生成した圧縮空気を空気蓄積部に蓄えておき、この圧縮空気を動力源として補助動力部により補助動力を発生し、さらにこの補助動力を駆動輪に伝達する。また、この発明によれば、圧縮空気加熱部で、空気蓄積部から補助動力部へ供給される圧縮空気を加熱することにより、補助動力部に供給される圧縮空気を膨張させて高圧にできるので、その分だけ圧縮空気を蓄える空気蓄積部を小型かつ軽量なものにすることができる。

この場合、前記圧縮空気加熱部は、前記車両の走行に伴い発生した廃熱で圧縮空気を加熱することが好ましい。

本発明によれば、例えば車両の制動時に発生した熱や第１動力装置で動力を供給することにより発生した熱などの、車両の走行に伴い発生した廃熱で圧縮空気を加熱する。これにより、圧縮空気を加熱するための加熱装置を設ける必要がないので、車両駆動システムをさらに小型かつ軽量なものにすることができる。また、廃熱を利用することにより、車両駆動システム全体のエネルギー効率を向上することができる。

この場合、前記車両駆動システムは、前記車両の駆動輪の回転数を検出する回転数検出部（例えば、後述の回転数センサ７１）と、前記車両に対する加速要求量（例えば、後述のアクセル開度）を検出する加速要求量検出部（例えば、後述のアクセル開度センサ７２）と、前記回転数および前記加速要求量の検出値に基づいて前記第１動力装置および前記第２動力装置を制御する制御装置（例えば、後述のＥＣＵ６）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記回転数および前記加速要求量の検出値に基づいて前記車両の運転状況（例えば、後述の加速運転、クルーズ運転、減速運転、後進運転）を判定し、当該運転状況の判定結果に応じて前記補助動力部で発生した補助動力を前記駆動輪に供給することが好ましい。

本発明によれば、駆動輪の回転数および車両に対する加速要求量の検出値に基づいて車両の運転状況を判定し、この運転状況の判定結果に応じて補助動力部で発生した補助動力を駆動輪に供給する。これにより、例えば、車両の発進時の他、低速運転状態、クルーズ運転状態、あるいは減速運転状態から加速要求された時などといった、駆動輪に大きな動力が要求される時に合わせて補助動力を供給することができるので、第１動力装置の負担を軽減することができる。結果として、車両駆動システム全体のエネルギー効率を向上することができる。

この場合、前記第２動力装置は、前記空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を前記補助動力部に供給する供給流路（例えば、後述の供給流路４５１）と、前記補助動力部の回生運転時に生成された圧縮空気を前記空気蓄積部に供給する回生流路（例えば、後述の回生流路４５２）と、前記供給流路および前記回生流路を開閉する流路開閉装置（例えば、後述の流路切替装置４７）と、をさらに備え、前記制御装置は、前記回転数の検出値が減少している場合には、前記回生流路を開くことが好ましい。

本発明によれば、空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を補助動力部に供給する供給流路と、補助動力部の回生運転時に生成された圧縮空気を空気蓄積部に供給する回生流路と、を設けた。さらに、回転数の検出値が減少している場合、すなわち車両の減速時には上記回生流路を開くことにより、回生運転時に補助動力部で生成した圧縮空気を空気蓄積部に蓄えることができる。これにより、空気圧縮部を頻繁に駆動することなく空気蓄積部内の圧力を高く維持することができる。また、空気圧縮部を駆動するためのエネルギーの消費を抑制し、かつ使用頻度を抑えることで空気圧縮部の寿命を長くすることもできる。

この場合、前記車両駆動システムは、前記空気蓄積部の空気圧を検出する空気圧検出部（例えば、後述の空気圧センサ７３）をさらに備え、前記制御装置は、前記空気圧の検出値（例えば、後述のエアタンク残圧値Ｐｒ）が第１閾値（例えば、後述の閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ３）より小さい場合には、前記回生流路を開くことが好ましい。

本発明によれば、空気蓄積部の空気圧の検出値が第１閾値より小さい場合には、回生流路を開いておくことにより、補助動力部で生成した圧縮空気を空気蓄積部に供給し、この空気蓄積部内の空気圧を高く維持することができる。これにより、補助動力が必要となったときには、これに応じて速やかに空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を補助動力部に供給し、補助動力を発生することができる。

この場合、前記車両駆動システムは、前記空気蓄積部の空気圧を検出する空気圧検出部をさらに備え、前記制御装置は、前記空気圧の検出値が第２閾値（例えば、後述の閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２）より小さい場合には、前記空気圧縮部で圧縮空気を生成し、前記空気蓄積部に供給することが好ましい。

本発明によれば、空気蓄積部の空気圧の検出値が第２閾値より小さい場合には、空気圧縮部で圧縮空気を生成し、これを空気蓄積部に供給することにより、空気蓄積部内の空気圧を高く維持することができる。これにより、補助動力が必要となったときには、これに応じて速やかに空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を補助動力部に供給し、補助動力を発生することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両駆動システム、およびこの車両駆動システムが適用された小型車両の構成を示す模式図である。 上記実施形態に係る補助動力装置の構成を示すブロック図である。 上記実施形態に係る２つの動力装置の制御のメインフローチャートである。 運転状況が加速運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御の手順を示すフローチャートである。 運転状況がクルーズ運転または後進運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御の手順を示すフローチャートである。 運転状況が減速運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車両駆動システム、およびこの車両駆動システムが適用された小型車両の構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態に係る車両駆動システム、およびこの車両駆動システムが適用された小型車両の構成を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る車両駆動システム２、およびこの車両駆動システム２を適用した小型の車両１の構成を示す模式図である。
車両１は、２つの前輪１１，１２と、１つの後輪１３と、運転者が操作可能な操作系１４とを含んで構成された３輪の小型車両である。本実施形態では、車両駆動システム２で発生した動力を、車輪１１〜１３のうち後輪１３のみに供給し、これを回転駆動する。したがって以下では後輪を駆動輪ともいう。
操作系１４は、運転者が回動操作可能なアクセルグリップの他、ブレーキレバーやイグニッションスイッチなどの各種スイッチを備える（図示せず）。

車両駆動システム２は、駆動輪１３に主動力を供給する第１動力装置としての主動力装置３と、この主動力とは別の補助動力を駆動輪１３に供給する第２動力装置としての補助動力装置４と、これら主動力装置３および補助動力装置４を制御する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）」という）６と、を備える。

主動力装置３は、バッテリ３２と、インバータ３３を介して接続された電気モータ３１とを含んで構成される。電気モータ３１は、その出力軸が駆動輪１３のホイールに直結された所謂インホイールモータである。バッテリ３２には、例えばリチウムイオンバッテリが用いられる。

インバータ３３は、バッテリ３２から供給（放電）される直流電力を三相交流電力に変換するとともに電気モータ３１に供給する。バッテリ３２からの電力を供給することにより電気モータ３１で発生した動力は、この車両１における主動力として駆動輪１３を回転駆動し、車両１が走行する。
また、車両１の減速時において、駆動輪１３から電気モータ３１に動力が伝達すると、電気モータ３１は発電機として機能し、回生制動力を発生する。インバータ３３は、この電気モータ３１の回生運転時に発生した三相交流電力を直流電力に変換するとともにバッテリ３２に供給し、これを充電する。

補助動力装置４は、エアタンク４１と、エアモータ４６と、これらエアタンク４１およびエアモータ４６を接続するエア流路４５と、このエア流路４５に接続された廃熱回収装置４３および流路切替装置４７と、を備える。

エアタンク４１は、圧縮空気を蓄える。エアタンク４１の素材には、軽量かつ耐腐食性に優れたＦＲＰが用いられる。また、エアタンク４１には、エアコンプレッサ４２が接続されている。エアコンプレッサ４２は、車両１外部の空気を圧縮することにより圧縮空気を生成し、この圧縮空気をエアタンク４１に供給する。このエアコンプレッサ４２は、バッテリ３２を電源として動作する。

エアモータ４６は、その出力軸４６４が駆動輪１３のホイールに直結されたインホイールモータである。エアモータ４６は、内径が偏心したハウジング４６１と、複数枚のベーンが組み込まれたロータ（図示せず）と、このロータに連結された出力軸４６４と、を含んで構成される。

エアモータ４６は、エア供給部４６２から圧縮空気が供給されると、圧縮空気の圧力を受けてベーンがロータとともにハウジング４６１内を回転し、このロータに連結された出力軸４６４を回転し、上記主動力に対する補助動力を発生する。また、エア供給部４６２から供給され出力軸４６４を回転させた空気は、エア排出部４６３から排出される。

図２は、補助動力装置４の詳細な構成を示すブロック図である。
エアタンク４１とエアモータ４６とを接続するエア流路４５は、図２中実線で示す供給流路４５１と、図２中破線で示す回生流路４５２との２つの流路により構成される。また、これら供給流路４５１および回生流路４５２は、３つの弁４７１，４７４，４７７を含んで構成された流路切替装置４７により開閉される。

供給流路４５１は、エアタンク４１に接続されたエアタンク用三方切替弁４７１の吐出口４７２から廃熱回収装置４３の後述の熱交換器４３３を経由し、エアモータ４６のエア供給部４６２に至る。この供給流路４５１のうち熱交換器４３３とエアモータ４６のエア供給部４６２との間には、分岐流路４５３が接続されている。また、この分岐流路４５３は、開放弁４７７を介して大気に開放されている。
回生流路４５２は、エアモータ４６のエア排出部４６３に接続されたエアモータ用三方切替弁４７４の第１吐出口４７５から、エアタンク用三方切替弁４７１の吸入口４７３に至る。また、エアモータ用三方切替弁４７４の第２吐出口４７６は、大気に開放されている。

エアモータ４６は、流路切替装置４７を制御することにより、駆動運転と、回生運転と、空転運転との、３種類のモードで運転することが可能となっている。以下、これら３つの運転モードについて詳細に説明する。

駆動運転では、エアタンク４１に蓄えられた圧縮空気を、供給流路４５１を介してエアモータ４６に供給し補助動力を発生する。例えば車両の加速運転時など電気モータ２１に大きな負荷がかかる時には、この電気モータ２１の負担を軽減するべくエアモータ４６を駆動運転することが好ましい。
より具体的には、エアモータ４６を駆動運転する場合、エアタンク用三方切替弁４７１を吐出口４７２側にするとともに開放弁４７７を閉じ、供給流路４５１を介して圧縮空気をエアモータ４６に供給する。また、エアモータ用三方切替弁４７４を第２吐出口４７６側にすることにより、エアモータ４６のエア排出部４６３を大気に開放する。これにより、エアモータ４６の出力軸４６４から補助動力が出力される。

エアモータ４６は、車両１の減速時において駆動輪１３からの動力が伝達すると、コンプレッサとして機能し、回生制動力を発生する。回生運転では、エアモータ４６で圧縮空気を生成し、この圧縮空気を、回生流路４５２を介してエアタンク４１に供給する。例えば車両の減速時には、エアコンプレッサ４２の負担を軽減するべくエアモータ４６を回生運転することが好ましい。
より具体的には、エアモータ４６を回生運転する場合、エアタンク用三方切替弁４７１を吸入口４７３側にするとともに開放弁４７７を開き、エアモータ４６のエア供給部４６２を大気に開放する。また、エアモータ用三方切替弁４７４を第２吐出口４７６側にする。これにより、エアモータ４２はコンプレッサとして機能し、生成した圧縮空気をエアタンク４１に供給する。

空転運転では、出力軸４６４を空転させることにより、上述のような回生制動力が発生するのを防止する。例えばエアタンクの空気圧が低くエアモータを駆動運転できない時や、エアタンクの空気圧が上限値に達しておりエアモータを回生運転できない時には、エアモータ４６を空転運転することが好ましい。
より具体的には、エアモータ４６を空転運転する場合、エアタンク用三方切替弁４７１を吸入口４７３側にし、開放弁４７７を開き、さらにエアモータ用三方切替弁４７４を第２吐出口４７６側にする。これにより、エアモータ４６のエア供給部４６２およびエア排出部４６３は、ともに大気に開放された状態となるため、出力軸４６４は駆動輪の回転に抗することなく空転する。

廃熱回収装置４３は、冷媒が循環する冷媒循環路４３１と、この冷媒循環路４３１に設けられた冷媒ポンプ４３２および熱交換器４３３と、を備える。
冷媒循環路４３１は、電気モータ３１やバッテリ３２などの車両の走行に伴い廃熱が発生する機器をその経路に含んでおり、冷媒を循環させることでこれら電気モータ３１やバッテリ３２を冷却する。冷媒ポンプ４３２は、冷媒循環路４３１内に冷媒を圧送する。

熱交換器４３３は、冷媒循環路４３１内を循環する冷媒と熱交換することにより冷媒を冷却する。また、この熱交換器４３３は、エア流路４５の供給流路４５１に接続されているため、この供給流路４５１を流通する圧縮空気を加熱することが可能となっている。
したがって、この廃熱回収装置４３によれば、車両の走行に伴い電気モータ３１やバッテリ３２で発生した廃熱を、冷媒循環路４３１を循環する冷媒を介して回収し、この廃熱でエアモータ４６に供給される圧縮空気を加熱する。

図１に戻って、ＥＣＵ６には、回転数センサ７１、アクセル開度センサ７２、空気圧センサ７３、バッテリ電流センサ７４、およびバッテリ電圧センサ７５などの各種センサの他、バッテリ警告灯７６が接続されている。回転数センサ７１は、駆動輪１３の回転数を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。アクセル開度センサ７２は、運転者の車両１に対する加速要求量、すなわちアクセルグリップのアクセル開度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。空気圧センサ７３は、エアタンク４１の空気圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。バッテリ電流センサ７４は、バッテリ３２の出力電流を検出し、この検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。バッテリ電圧センサ７５は、バッテリ３２の出力電圧を検出し、この検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。バッテリ警告灯７６は、ＥＣＵ６から送信された制御信号に応じて点灯し、運転者にバッテリ３２の残量が少ないことを報知する。

ＥＣＵ６は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ６は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラムおよび演算結果などを記憶する記憶回路と、インバータ３３、冷媒ポンプ４３２、エアコンプレッサ４２、エアタンク用三方切替弁４７１、エアモータ用三方切替弁４７４、開放弁４７７、およびバッテリ警告灯７６などに制御信号を出力する出力回路とを備える。

以下、ＥＣＵ６による主動力装置３および補助動力装置４の制御について詳細に説明する。
図３は、２つの動力装置の制御のメインフローチャートである。このメインフローチャートで示される一連の処理は、イグニッションスイッチをオンにしてからオフにされるまで繰り返し実行される。

ステップＳ１では、バッテリ電圧センサおよびバッテリ電流センサの検出値に基づいてバッテリの残量Ｂｒを算出し、ステップＳ２に移る。ステップＳ２では、バッテリ残量Ｂｒが閾値Ｂ＿ｅｍｐｔｙであるか否かを判別する。ステップＳ２の判別がＹＥＳの場合には、バッテリの電力を用いた走行が困難であると判断し、ステップＳ３に移る。そして、ステップＳ３では、バッテリ残量警告灯を点灯し、運転者にバッテリの充電を促した後、この処理を直ちに終了する。一方、ステップＳ２の判別がＮＯの場合には、バッテリの電力を用いた走行が可能であると判断し、ステップＳ４に移る。

ステップＳ４では、回転数センサおよびアクセル開度センサの検出値に基づいて車両の運転状況を判定し、ステップＳ５に移る。本実施形態では、車両の運転状況を、加速運転と、クルーズ運転と、減速運転と、後進運転とに分ける。より具体的には、アクセル開度が所定の閾値を超えた場合には、駆動輪の回転数にかかわらず、車両の運転状況は加速運転であると判定し、駆動輪の回転数が略一定である場合には、車両の運転状況はクルーズ運転であると判定する。また、駆動輪の回転数が減少側へ変化している場合には、車両の運転状況は減速運転であると判定し、駆動輪が逆転している場合には、車両の運転状況は後進運転であると判定する。

ステップＳ５では、上記ステップＳ４における運転状況の判定結果に応じた主動力装置および補助動力装置の制御を実行する。以下では、運転状況ごとにおける制御の手順について、図４から図６を参照して詳細に説明する。

図４は、運転状況が加速運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御の手順を示すフローチャートである。以下、詳細に説明するように、運転状況が加速運転であると判定された場合には、電動モータの出力を軽減するべく、基本的にはエアモータの出力を最大限に利用する。

ステップＳ１１では、運転者からの要求駆動力Ｄｄを算出し、ステップＳ１２に移る。要求駆動力Ｄｄは、運転者が駆動輪に発生させたい駆動力を示すものであり、駆動輪の回転数およびアクセル開度に基づいて所定のマップを検索することにより算出される。
ステップＳ１２では、空気圧センサの出力値に基づいてエアタンク残圧値Ｐｒを取得し、ステップＳ１３では、このエアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ１以上であるか否かを判別する。

ステップＳ１３における判別がＮＯであり、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ１より小さい場合には、エアタンクから圧縮空気を供給しても有意な補助動力を発生できないと判断し、ステップＳ１４に移る。ステップＳ１４では、電気モータのみを駆動し要求駆動力Ｄｄに応じた主動力を発生させる。

ステップＳ１３における判別がＹＥＳであり、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ１以上である場合には、エアタンクから圧縮空気を供給することで有意な補助動力を発生できると判断し、ステップＳ１５に移る。ステップＳ１５では、エアモータの駆動力Ｄａを算出し、ステップＳ１６に移る。このエアモータの駆動力Ｄａは、エアタンクから圧縮空気をエアモータに供給しエアモータで補助動力を発生させたときに駆動輪で発生する駆動力に相当し、上記ステップＳ１２で取得したエアタンク残圧値Ｐｒに基づいて算出される。ステップＳ１６では、エアモータの駆動力Ｄａが要求駆動力Ｄｄ以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳである場合には、ステップＳ１７に移り、エアモータのみを駆動し要求駆動力Ｄｄに応じた補助動力を発生させる。

ステップＳ１６における判別がＮＯである場合には、電気モータとエアモータの両方を駆動し、要求駆動力Ｄｄに応じた動力を発生させる。この場合、エアモータでは、上記駆動力Ｄａに相当する補助動力を発生させ、電気モータでは、上記要求駆動力Ｄｄからエアモータの駆動力Ｄａを除した駆動力（Ｄｄ−Ｄａ）に相当する主動力を発生させる。

図５は、運転状況がクルーズ運転または後進運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御の手順を示すフローチャートである。以下、詳細に説明するように、運転状況がクルーズ運転であると判定された場合には、基本的には、エアモータによる電気モータの補助を行わず、バッテリの残量に応じてエアコンプレッサを駆動しエアタンクに圧縮空気を供給する。

ステップＳ２１では、運転者からの要求駆動力Ｄｄを算出し、ステップＳ２２に移る。ステップＳ２２では、バッテリ電流センサおよびバッテリ電圧センサの検出値に基づいてバッテリ残量Ｂｒを算出し、ステップＳ２３に移る。ステップＳ２３では、電気モータを駆動可能か否か、すなわち、要求駆動力Ｄｄに応じた主動力を電気モータで発生させることができるか否かを、バッテリ残量Ｂｒに基づいて判別する。この判別がＮＯである場合には、ステップＳ２９に移り、バッテリ警告灯を点灯させた後、この処理を終了する。

ステップＳ２３の判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２４に移り、電気モータの駆動に加えて、エアコンプレッサが駆動可能であるか否かを、バッテリ残量Ｂｒに基づいて判別する。この判別がＮＯである場合には、ステップＳ２８に移り、エアコンプレッサを駆動せずに電気モータのみを駆動し、上記要求駆動力Ｄｄに相当する主動力を発生させる。

ステップＳ２４の判別がＹＥＳである場合には、ステップＳ２５に移り、エアタンク残圧値Ｐｒを取得し、ステップＳ２６に移る。ステップＳ２６では、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２以上であるか否かを判別する。本実施形態では、この閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２を、エアタンクの許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘよりもやや小さな値に設定するが、これに限らず許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘと等しくしてもよい。閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２を許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘよりもやや小さな値にすることにより、エアタンクにかかる負荷を軽減することができるので、その分エアタンクの寿命を確保することができる。この判別がＹＥＳの場合には、エアタンクには十分な量の圧縮空気が蓄えられていると判断し、ステップＳ２８に移り、エアコンプレッサを駆動せずに電気モータのみを駆動し、上記要求駆動力Ｄｄに相当する主動力を発生させる。
一方、ステップＳ２６の判別がＮＯであり、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２よりも小さく、エアタンクに圧縮空気を供給する必要があると判断し、ステップＳ２７に移りエアコンプレッサを駆動し圧縮空気をエアタンクに供給する。さらにステップＳ２８に移り電気モータを駆動し、上記要求駆動力Ｄｄに相当する主動力を発生させる。

図６は、運転状況が減速運転であると判定されたときにおける２つの動力装置の制御の手順を示すフローチャートである。以下、詳細に説明するように、運転状況が減速運転であると判定された場合には、バッテリの残量およびエアタンクの残圧値に応じて、電気モータおよびエアモータの回生運転を実行する。

ステップＳ３１では、アクセルグリップがアクセル戻し方向に操作された状態であるか否かを、アクセル開度に基づいて判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３２に移り、ＮＯの場合には、この処理を直ちに終了する。

ステップＳ３２では、バッテリ残量Ｂを算出し、ステップＳ３３に移る。ステップＳ３３では、バッテリ残量Ｂｒが閾値Ｂ＿ｔｈｒ以上であるか否かを判別する。本実施形態では、閾値Ｂ＿ｔｈｒをバッテリの容量Ｂ＿ｍａｘよりもやや小さな値に設定するが、これに限らずバッテリの容量Ｂ＿ｍａｘと等しくしてもよい。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３５に移る。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ３４に移り電気モータの回生運転を行い、ステップＳ３５に移る。

ステップＳ３５では、エアタンク残圧値Ｐｒを取得し、ステップＳ３６に移る。ステップＳ３６では、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ３以上であるか否かを判別する。本実施形態では、閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ３をエアタンクの許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘよりもやや小さな値に設定するが、これに限らず許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘと等しくしてもよい。ここでも、閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ３を許容圧力値Ｐｔ＿ｍａｘよりもやや小さな値に設定することにより、エアタンクにかかる負担を軽減できるので、その分エアタンクの寿命を確保することができる。この判別がＹＥＳの場合には、この処理を直ちに終了する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ３７に移りエアモータの回生運転を行い、この処理を終了する。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、エアコンプレッサ４２により生成した圧縮空気をエアタンク４１に蓄えておき、この圧縮空気を動力源としてエアモータ４６により補助動力を発生し、さらにこの補助動力を駆動輪１３に伝達する。また、本実施形態によれば、廃熱回収装置４３で、エアタンク４１からエアモータ４６へ供給される圧縮空気を加熱することにより、エアモータ４６に供給される圧縮空気を膨張させて高圧にできるので、その分だけ圧縮空気を蓄えるエアタンク４１を小型かつ軽量なものにすることができる。

（２）本実施形態によれば、例えば車両１の制動時に発生した熱や主動力装置３で動力を供給することにより発生した熱などの、車両１の走行に伴い発生した廃熱で圧縮空気を加熱する。これにより、圧縮空気を加熱するための加熱装置を設ける必要がないので、車両駆動システム２をさらに小型かつ軽量なものにすることができる。また、廃熱を利用することにより、車両駆動システム２全体のエネルギー効率を向上することができる。

（３）本実施形態によれば、駆動輪１３の回転数およびアクセル開度に基づいて車両１の運転状況を判定し、この運転状況の判定結果に応じてエアモータ４６で発生した補助動力を駆動輪１３に供給する。これにより、例えば、車両１の発進時の他、低速運転状態、クルーズ運転状態、あるいは減速運転状態から加速要求された時などといった、駆動輪１３に大きな動力が要求される時に合わせて補助動力を供給することができるので、主動力装置３の負担を軽減することができる。結果として、車両駆動システム２全体のエネルギー効率を向上することができる。

（４）本実施形態によれば、エアタンク４１に蓄えられた圧縮空気をエアモータ４６に供給する供給流路４５１と、エアモータ４６の回生運転時に生成された圧縮空気をエアタンク４１に供給する回生流路４５２と、を設けた。さらに、車両１の減速時には回生流路４５２を開くことにより、回生運転時にエアモータ４６で生成した圧縮空気をエアタンク４１に蓄えることができる。これにより、エアコンプレッサ４２を頻繁に駆動することなくエアタンク４１内の圧力を高く維持することができる。また、エアコンプレッサ４２を駆動するためのエネルギーの消費を抑制し、かつ使用頻度を抑えることでエアコンプレッサ４２の寿命を長くすることもできる。

（５）本実施形態によれば、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ３より小さい場合には、回生流路４５２を開いておくことにより、エアモータ４６で生成した圧縮空気をエアタンク４１に供給し、このエアタンク４１内の空気圧を高く維持することができる。これにより、補助動力が必要となったときには、これに応じて速やかにエアタンク４１に蓄えられた圧縮空気をエアモータ４６に供給し、補助動力を発生することができる。

（６）本実施形態によれば、エアタンク残圧値Ｐｒが閾値Ｐｔ＿ｔｈｒ２より小さい場合には、エアコンプレッサ４２で圧縮空気を生成し、これをエアタンク４１に供給することにより、エアタンク４１内の空気圧を高く維持することができる。これにより、補助動力が必要となったときには、これに応じて速やかにエアタンク４１に蓄えられた圧縮空気をエアモータ４６に供給し、補助動力を発生することができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図７は、本実施形態に係る車両駆動システム２Ａ、およびこの車両駆動システム２Ａが適用された小型の車両１Ａの構成を示す模式図である。

図７に示すように、主動力装置３Ａは、第１実施形態の主動力装置と異なり太陽電池パネル３４Ａをさらに備える。太陽電池パネル３４Ａは、インバータ３３を介してバッテリ３２に接続されており、太陽電池パネル３４Ａで発電した電力を、車両１Ａの運転状況によらずバッテリ３２に充電することができる。
また、補助動力装置４Ａのエアモータ４６の出力軸４６４は、減速機４６５Ａを介して駆動輪１３に接続されている。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について、図８を参照して説明する。
以下の第３実施形態の説明にあたって、第２実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図８は、本実施形態に係る車両駆動システム２Ｂ、およびこの車両駆動システム２Ｂが適用された小型の車両１Ｂの構成を示す模式図である。

図８に示すように、補助動力装置４Ｂは、第２実施形態の補助動力装置４Ａと比較して、さらに２つのエアモータ４８Ｂ，４９Ｂを備える。これら２つのエアモータ４８Ｂ，４９Ｂの出力軸４８４Ｂ，４９４Ｂ、それぞれ、前輪１１，１２に接続されている。また、これらエアモータ４８Ｂ，４９Ｂのエア供給部およびエア排出部（図示せず）は、エア流路４５に、エアモータ４６と並列に接続されている。
本実施形態によれば、駆動輪１３のエアモータ４６に加えて、前輪１１，１２のエアモータ４８Ｂ，４９Ｂでも回生運転を行うことができるので、より効率的に圧縮空気を生成し、エアタンク４１に供給することができる。

また、このように全車輪にエアモータの出力軸を連結することにより、流路切替装置４７を制御することで、例えば、２つの前輪１１，１２に連結されたエアモータ４８Ｂ，４９Ｂと後輪１３に連結されたエアモータ４６とを、それぞれ独立して駆動運転したり回生運転したりすることもできる。
より具体的には、電気モータ３１の運転状態に応じて前輪１１，１２のエアモータ４８Ｂ，４９Ｂと後輪１３のエアモータ４６とを独立して運転することで、より安定した走行が可能となる。例えば、電気モータ３１によって後輪１３を駆動している場合、前輪１１，１２のエアモータ４８Ｂ，４９Ｂを空転運転し、後輪１３のエアモータ４６を駆動運転することにより、前輪１１，１２の回転数と後輪１３の回転数とで差が発生するのを防止できるので、安定した走行が可能となる。また、例えば、電気モータ３１で後輪１３を駆動していない場合、前輪１１，１２のエアモータ４８Ｂ，４９Ｂを駆動運転し、後輪１３のエアモータ４６を空転運転することにより、前輪１１，１２のみで走行できるので、安定した走行が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、主動力装置３における動力発生源として電気モータ３１を用いたが、これに限らず内燃機関を用いてもよい。

また、上記実施形態では、電気モータ３１の出力軸を駆動輪１３のホイールに直結したが、これに限らない。例えば、電気モータの出力軸を、変速機やクラッチなどの動力伝達装置を介して駆動輪のホイールに連結してもよい。
また、上記実施形態では、エアモータ４６の出力軸４６４を駆動輪１３に連結したが、これに限らず、電気モータの出力軸に連結してもよい。この場合、エアモータの出力軸と電気モータの出力軸とを断続するために、これら出力軸はクラッチを介して連結してもよい。
また、上記実施形態では、２つの前輪と１つの後輪とで構成された３輪の小型車両に車両駆動システムを適用した例で説明したが、これに限らない。本発明の車両駆動システムは、１つの前輪と１つの後輪とで構成された２輪車両、あるいは２つの前輪と２つの後輪とで構成された４輪車両など、駆動輪で走行する車両であればどのような車両でも適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ…車両
１３…駆動輪
２，２Ａ，２Ｂ…車両駆動システム
３，３Ａ…主動力装置（第１動力装置）
３１…電気モータ
４，４Ａ，４Ｂ…補助動力装置（第２動力装置）
４１…エアタンク（空気蓄積部）
４２…エアコンプレッサ（空気圧縮部）
４３…廃熱回収装置（圧縮空気加熱部）
４５…エア流路
４５１…供給流路
４５２…回生流路
４６，４８Ｂ，４９Ｂ…エアモータ（補助動力部）
４７…流路切替装置（流路開閉装置）
６…ＥＣＵ（制御装置）
７１…回転数センサ（回転数検出部）
７２…アクセル開度センサ（加速要求量検出部）
７３…空気圧センサ（空気圧検出部）

Claims (6)

1. 車両の駆動輪に主動力を供給する第１動力装置と、
   前記主動力とは別の補助動力を前記駆動輪に供給する第２動力装置と、を備えた車両駆動システムであって、
   前記第１動力装置は、バッテリと、当該バッテリからの電力によって前記主動力を発生する電気モータと、前記電気モータの回生運転時に前記バッテリを充電するインバータと、を備え、
   前記第２動力装置は、
   前記バッテリからの電力によって前記車両外部の空気を圧縮し、圧縮空気を生成する空気圧縮部と、
   当該空気圧縮部で生成した圧縮空気を蓄える空気蓄積部と、
   当該空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を動力源として補助動力を発生し、発生した補助動力を前記駆動輪に伝達する補助動力部と、
   前記空気蓄積部から前記補助動力部へ供給される圧縮空気を加熱する圧縮空気加熱部と、
   前記補助動力部の回生運転時に生成された圧縮空気を前記空気蓄積部に供給する回生流路と、を備えることを特徴とする車両駆動システム。
2. 前記圧縮空気加熱部は、前記車両の走行に伴い発生した廃熱で圧縮空気を加熱することを特徴とする請求項１に記載の車両駆動システム。
3. 前記車両の駆動輪の回転数を検出する回転数検出部と、
   前記車両に対する加速要求量を検出する加速要求量検出部と、
   前記回転数および前記加速要求量の検出値に基づいて前記第１動力装置および前記第２動力装置を制御する制御装置と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回転数および前記加速要求量の検出値に基づいて前記車両の運転状況を判定し、当該運転状況の判定結果に応じて前記補助動力部で発生した補助動力を前記駆動輪に供給することを特徴とする請求項１または２に記載の車両駆動システム。
4. 前記第２動力装置は、
   前記空気蓄積部に蓄えられた圧縮空気を前記補助動力部に供給する供給流路と、
   前記供給流路および前記回生流路を開閉する流路開閉装置と、をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回転数の検出値が減少している場合には、前記回生流路を開くことを特徴とする請求項３に記載の車両駆動システム。
5. 前記空気蓄積部の空気圧を検出する空気圧検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記空気圧の検出値が第１閾値より小さい場合には、前記回生流路を開くことを特徴とする請求項４に記載の車両駆動システム。
6. 前記空気蓄積部の空気圧を検出する空気圧検出部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記空気圧の検出値が第２閾値より小さい場合には、前記空気圧縮部で圧縮空気を生成し、前記空気蓄積部に供給することを特徴とする請求項４に記載の車両駆動システム。
   
   

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