JP5879778B2 - 電動車両の駆動装置、電動車両、及び電動車両の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、商業車等の電動トラック、電動バス等の電動車両で、走行頻度が高い低速度領域での駆動効率を改善すると共に、中速度領域においても駆動効率を高めることができる電動車両の駆動装置、電動車両、及び電動車両の駆動方法に関する。

モーター（電動機）を搭載して、このモーターによって駆動をアシスト又は駆動されるハイブリッド車（ＨＶ車）や電気自動車（ＥＶ車）等の電動車両で、比較的大きな駆動力を必要とする電動トラックや電動バス等の場合は、図４に示すように、複数のモーターを搭載し、必要なトルクを得ているものがある。

図４は、ハイブリッド車の電動車両の構成を例示する図であり、この電動車両１Ｘは、エンジン（内燃機関）１０と２つのジェネレーター（Ｇ：発電機）１１と２つのモーター（Ｍ：電動機）１２を搭載し、エンジン１０で車輪１３を駆動する駆動軸１４を駆動したり、エンジン１０の出力で駆動されるジェネレーター１１で発電した電力をバッテリ１５に充電しておいて、必要なときに、モーター１２で駆動軸１４を駆動したりしている。

２つのモーター１２を使用するのは、必要なトルクや出力を１個のモーターやモータージェネレータ（電動発電機）で得ようとすると、モーターやモータージェネレータの径が大きくなり寸法的に電動車両に搭載できない等の理由があるからである。このような電動車両では、同じ仕様の複数のモーターを同時に運転して、両方のモーターから同一のトルクを出し、あたかも１個の大きなモーターから出力を得るかのようにして、駆動軸を駆動している。

しかしながら、モーター１つの特性（Ｓ）とモーターを２つ同時に動かした場合の特性（Ｄ）を示す図５から分かるように、２つのモーターを同時に動作させた場合には、効率の高い領域（斜線部：Ｄ）が高い負荷側（トルクの高い方）に移動してしまい、低トルク側の効率の悪化を招くという問題がある。

この問題に対して、負荷領域によってモーターを一台だけ運転したり、二台を運転したりして、モーターの運転を切り替える制御が提案されている。図６に示すように、この場合のモーター特性は、モーターを一台だけ運転した場合（Ａ）では、高効率の部分（斜線部Ａ）が低トルク側に留まるので、上記の問題を解決できる。なお、モーターを二台とも運転した場合（Ｂ）の高効率の部分（斜線部Ｂ）も示すが、高トルク側になっている。

その一方で、商業車では、都市内の渋滞の時などでは、低速度、低負荷で長時間走行することがあり、このような低速度領域に高効率の領域を設定することは、一台のモーター駆動と二台のモーター駆動を切り替える方法だけでは困難である。

これへの対策として、駆動源を大型化することなく、低速から高速まで充分に対応可能とするために、車両の後輪を低速回転トルク仕様（低回転でトルクを出し易い）の第１モータと高速回転トルク仕様（低回転でトルクを出し易い）の第２モータで駆動し、車速に応じてモータの駆動を選択し、モータ切換タイミング（第１モータ停止のタイミング）を変速機のシフトに同期を取らせる車両用駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置では、車速が切替車速を超えているか否かで、切替車速以下では、２台のモータ、又は低車速用の第１モータを駆動状態とし、切替車速を超えると低車速用の第１モータを停止し、高車速用の第２モータのみで駆動している。

また、駆動源を大型化することなく、低速から高速まで充分に対応可能とするために、車両の後輪を車速が低速の場合に第１モータで駆動し、車速が高速の場合に第２モータで駆動し、第１モータの駆動を停止する場合に、メイン・クラッチを一時的に開放状態にして、第１モータの出力だけを切り離すためのサブ・クラッチを開放することで、サブ・クラッチを確実に開放すると共に、サブ・クラッチの開放時のショックや異音を抑える車両の駆動装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、いずれの装置も、電動車両の車両速度が低速度の場合と高速度の場合のモーターの切り替えに関するものであり、電動車両の車両速度が低速度と高速度の間の中速度にある場合に関する制御については触れておらす、この部分における駆動効率を高める工夫はなされていない。

特開２００５−１２６０５６号公報 特開２００５−１２７５０５号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、商業車等の電動車両において走行頻度の高い低速度領域における効率を改善すると共に、中速度領域においても、駆動効率を高めることができる電動車両の駆動装置、電動車両、及び電動車両の駆動方法を提供することにある。

上記のような目的を達成するための本発明の電動車両の駆動装置は、低速度型モーターと高速度型モーターを並列に車輪の駆動軸に接続し、前記低速度型モーターと前記駆動軸との間にクラッチを設けて、該クラッチにより前記駆動軸から前記低速度型モーターを切り離せる構造とし、前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度が低速度領域にある場合は前記低速度型モーターを動作させ、前記回転速度が高速度領域にある場合は前記クラッチを断絶して前記低速度型モーターと前記駆動軸との接続を断って、前記高速度型モーターのみで前記駆動軸を駆動する電動車両の駆動装置において、前記回転速度が前記低速度型モーターと前記高速度型モーターの両方のモーターにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーターの効率を比較して、効率の高い方のモーターを選択して前記駆動軸を駆動すると共に、前記中速度領域であるか否かの判定値としての下限回転速度を前記高速度型モーターの高効率領域の下限となる回転速度とし、上限回転速度を前記低速度型モーターの高効率領域の上限の回転速度とするように構成される。

この低速度型モーターは、効率点が電動車両の走行頻度の高い低速度領域の速度・負荷領域になるように選定される。例えば、都市内小口配送車は、渋滞路走行時の走行抵抗・車速に合致するように選定される。また、高速度型モーターは、電動車両が必要とする最高出力・最高速度を、高速度型モーターの出力が満足させることができるように選定される。一般に、車両が必要とする最高出力は最高速度に必要な走行抵抗（走行負荷：走行エネルギー）に相当する。

なお、モーターの回転速度として、高速度型モーターの回転速度を用いるのは、低速度型モーターは駆動軸からクラッチで断絶すると、低速度型モーターは回転しなくなるが、一方の高速度型モーターは常に駆動軸に接続されているからである。

また、上記の電動車両の駆動装置において、前記高速度型モーターまたは前記駆動軸の回転速度で低速度領域か中速度領域か高速度領域かを判定する代わりに、前記車輪の回転速度、又は、電動車両の走行速度を用いて判定するように構成される。

そして、上記のような目的を達成するための本発明の電動車両は、上記の電動車両の駆動装置を備えて構成される。

また、上記のような目的を達成するための本発明の電動車両の駆動方法は、低速度型モーターと高速度型モーターを並列に車輪の駆動軸に接続し、前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度が低速度領域にある場合は前記低速度型モーターを動作させ、前記回転速度が高速度領域にある場合は前記低速度型モーターと前記駆動軸との間に設けたクラッチを断絶することにより前記駆動軸から前記低速度型モーターを切り離して、前記高速度型モーターのみで前記駆動軸を駆動する電動車両の駆動方法において、前記回転速度が前記低速度型モーターと前記高速度型モーターの両方のモーターにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーターの効率を比較して、効率の高い方のモーターを選択して前記駆動軸を駆動すると共に、前記中速度領域であるか否かの判定値としての下限回転速度を前記高速度型モーターの高効率領域の下限となる回転速度とし、上限回転速度を前記低速度型モーターの高効率領域の上限の回転速度とすることを特徴とする方法である。

また、上記の電動車両の駆動方法において、前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度で低速度領域か中速度領域か高速度領域かを判定する代わりに、前記車輪の回転速度、又は、電動車両の走行速度を用いて判定する。

本発明に係る電動車両の駆動装置、電動車両、及び、電動車両の駆動方法によれば、商業車等の電動車両において走行頻度の高い低速度領域の効率を改善すると共に、高速度型モーターの回転速度が低速度型モーターと高速度型モーターの両方のモーターにおける高効率領域が重なる中速度領域では、両方のモーターの効率を比較して、効率の高い方のモーターを選択して駆動軸を駆動することで、駆動効率を高めることができる。

本発明の実施の形態の電動車両の駆動装置、及び、電動車両の構成を示す図である。 低速度型モーター（Ｌ）と高速度型モーター（Ｈ）の特性を示す図である。 本発明の実施の形態の電動車両の駆動方法の制御フローの一例を示す図である。 ハイブリッド車の電動車両１Ｘの構成の一例を示す図である。 モーター１つの特性（Ｓ）とモーターを２つ同時に動かした場合の特性（Ｄ）を示す図である。 モーターを一台だけ運転した場合の特性（Ａ）と、モーターを二台とも運転した場合の特性（Ｂ）を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の電動車両の駆動装置、電動車両、及び、電動車両の駆動方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、ハイブリッド車（ＨＶ車）を例にして説明するが、本発明は、ハイブリッド車に限定されることなく、電動車（ＥＶ車）にも適用でき、２つのモーターで駆動軸を駆動する電動車両の駆動装置及び電動車両に適用できる。

図１に示すように、本発明に係る実施の形態の電動車両１は、エンジン（内燃機関）１０と２つのジェネレーター（Ｇ：発電機）１１と２つのモーター（Ｍ：電動機）１２ａ，１２ｂを搭載し、エンジン１０で車輪１３を駆動する駆動軸１４を駆動したり、エンジン１０の出力で駆動されるジェネレーター１１で発電した電力をバッテリ１５に充電しておいて、必要なときに、モーター１２ａ，１２ｂを駆動したりして、駆動軸１４を駆動するように構成される。

一方のモーター１２ａは、効率点が電動車両１の走行頻度の高い低速度領域の速度・負荷領域になるように選定、例えば、都市内小口配送車では、渋滞路走行時の走行抵抗・車速に合致するように選定される低速度型モーターとして構成される。

また、他方のモーター１２ｂは、電動車両１が必要とする最高出力・最高速度を、高速度型モーターの出力が満足させることができるように選定される高速度型モーターとして構成される。一般に、車両が必要とする最高出力は最高速度に必要な走行抵抗（走行負荷：走行エネルギー）に相当する。

この低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂを並列に車輪１３の駆動軸１４に接続し、低速度型モーター１２ａと駆動軸１４との間にクラッチ１６を設けて、このクラッチ１６により駆動軸１４から低速度型モーター１２ａを切り離せる構造とする。

この場合の低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂの特性を図２に例示する。この図２から、高速度型モーター１２ｂ又は」駆動軸１４の回転速度Ｒｉが低速度領域にある場合は低回転型モーター１２ａを、また、高速度領域に有る場合は高速度型モーター１２ｂを動作させることによって、効率的な動作が可能となることが分かる。

また、図２に示すように、低速度型モーター１２ａの高効率領域（Ｌ）（斜線部）と、高速度型モーター１２ｂの高効率領域（Ｈ）（斜線部）とが、中速度の領域（下限回転速度Ｒｂ〜上限回転速度Ｒａ）で重なり合っていることが分かる。この下限回転速度Ｒｂは、高速度型モーター１２ｂの高効率領域（Ｈ）の下限となる高速度型モーター１２ｂの回転速度であり、上限回転速度Ｒａは、低速度型モーター１２ａの高効率領域（Ｌ）の上限となる低速度型モーター１２ａの回転速度である。

そして、高速度型モーター１２ｂの回転速度Ｒｉが予め設定した第１判定速度Ｒ１以下の低速度領域のある場合は低回転型モーター１２ａを動作させる。この時、高速度型モーター１２ｂの動作領域は低速度モーター１２ａの動作領域を含んでいるため、高速度モーター１２ｂは、低速度モーター１２ａが動作している間は無負荷で空転している状態となり、低速度モーター１２ｂの影響を受けないので、特に高速度モーター１２ｂを駆動軸１４から切り離す必要はない。

なお、高速度型モーター１２ｂの回転速度Ｒｉを用いるのは、低速度型モーター１２ａはクラッチ１６を駆動軸１４から断絶すると、低速度型モーター１２ａは回転しなくなるが、一方の高速度型モーター１２ｂは常に駆動軸１４に接続され回転しているからである。

また、回転速度Ｒｉが予め設定した第２判定速度Ｒ２よりも大きい高速度領域にある場合はクラッチ１６を断絶することにより、低回転型モーター１２ａと駆動軸１４との接続を切り離して、高速度型モーター１２ｂのみで駆動軸１４を駆動する。この低回転型モーター１２ａと駆動軸１４の接続を断つ理由は、高速度型モーター１２ｂにより高回転速度で回転駆動される駆動軸１４に低回転型モーター１２ａが接続したままであると、低回転型モーター１２ａの回転が過回転となり、動作補償範囲を超えてしまい、故障の恐れが生じるからである。

そして、本発明においては、高速度型モーター１２ｂ（又は駆動軸１４）の回転速度Ｒｉが、第１判定速度Ｒ１よりも大きく、第２判定速度Ｒ２以下で、低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂの両方のモーター１２ａ，１２ｂにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーター１２ａ，１２ｂの効率を比較して、効率の高い方のモーター１２ａ（又は、１２ｂ）を選択して駆動軸１４を駆動するように構成する。

更に、ここで、第１判定速度Ｒ１として高速度型モーター１２ｂの下限回転速度Ｒｂを用い、第２判定速度Ｒ２として低速度型モーター１２ａの上限回転速度Ｒａを用いる。つまり、モーター１２ａ，１２ｂの回転速度Ｒｉが下限回転速度Ｒｂと上限回転速度Ｒａの間にある場合には、両方のモーター１２ａ，１２ｂの効率を比較して、効率の高い方のモーター１２ａ（又は、１２ｂ）を選択して駆動軸１４を駆動するように構成する。なお、駆動軸１４の回転速度Ｒｉを用いる場合は、上限回転速度Ｒａとなる駆動軸の１４の回転数を上限回転速度とし、下限回転速度Ｒｂとなる駆動軸の１４の回転数を下限回転速度とする。

この制御を図３に例示する制御フローに従って説明する。モーターの１２ａ，１２ｂの回転速度をＲｉ、モーター１２ａ，１２ｂ間の境界回転速度として下限回転速度Ｒｂと上限回転速度Ｒａを用い、低速度型モーター１２ａの効率をＥａ、高速度型モーター１２ｂの効率をＥｂとしたときの制御フローを図３に示す。

この図３の制御フローは、モーター１２ａ，１２ｂにより駆動軸１４を駆動する場合に上級の制御フローから呼ばれて、スタートする。図３の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、高速度型モーター１２ａ（又は駆動軸１４）の回転速度Ｒｉを入力する。

次のステップＳ１２で、回転速度Ｒｉの判定を行い、回転速度Ｒｉが下限回転速度Ｒｂ以上であるか否かを判定する。この判定で、回転速度Ｒｉが下限回転速度Ｒｂ以上でなければ（ＮＯ）、低速度領域にあるとして、ステップＳ１６に行き、低速度型モーター１２ａを選択して駆動軸１４を回転駆動し、低速度型モーター１２ａで走行する。この時、高速度型モーター１２ｂは低速度型モーター１２ａの回転速度で回転する空転状態となる。

一方、このステップＳ１２の判定で、回転速度Ｒｉが下限回転速度Ｒｂ以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１３に行き、回転速度Ｒｉの判定を行い、回転速度Ｒｉが上限回転速度Ｒａ以下であるか否かを判定する。この判定で、回転速度Ｒｉが上限回転速度Ｒａ以下でなければ（ＮＯ）、高速度領域にあるとして、ステップＳ１７に行き、高速度型モーター１２ｂを選択して駆動軸１４を回転駆動し、高速度型モーター１２ｂで走行する。この時、低速度型モーター１２ａは高回転速度にならないように、クラッチ１６を断絶して、低速度型モーター１２ａの回転を停止させて、過回転による故障を防止する。

ステップＳ１３の判定で、回転速度Ｒｉが上限回転速度Ｒａ以下であれば（ＹＥＳ）、中速度領域にあるとして、ステップＳ１４に行き、両モーター１２ａ，１２ｂのその回転速度Ｒｉにおけるモーターの効率Ｅａ，Ｅｂを入力する。

次のステップＳ１５で、モーターの効率Ｅａ，Ｅｂの判定を行い、低速度型モーター１２ａの効率Ｅａが高速度型モーター１２ｂの効率Ｅｂより小さいか否かを判定する。この判定で、効率Ｅａが効率Ｅｂより小さくない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１６に行き、低速度型モーター１２ａで走行する。また、効率Ｅａが効率Ｅｂより小さい場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、高速度型モーター１２ｂで走行する。

このステップＳ１６又はステップＳ１７で、走行するためのモーター１２ａ（又は１２ｂ）を選択した後、リターンして上位の制御フローに戻る。そして、上位の制御フローで、モーターによる駆動開始のタイミング、及び、低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂの切り替えのタイミングで、繰り返し図３の制御フローが呼ばれ、走行するためのモーター１２ａ（又は１２ｂ）を選択する。そして、電動車両１の運転停止と共に、上位の制御フローの終了に伴って図３の制御フローも終了する。

これにより、本発明に係る実施の形態の電動車両の駆動方法を実施できる。つまり、低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂを並列に車輪１３の駆動軸１４に接続し、高速度型モーター１２ｂ又は駆動軸１４の回転速度Ｒｉが低速度領域にある場合は低回転型モーター１２ａを動作させ、回転速度Ｒｉが高速度領域にある場合は低速度型モーター１２ａと駆動軸１４との間に設けたクラッチ１６を断絶することにより駆動軸１４から低速度型モーター１２ａを切り離して、高速度型モーター１２ｂのみで駆動軸１４を駆動し、更に、回転速度Ｒｉが低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂの両方のモーター１２ａ，１２ｂにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーター１２ａ，１２ｂの効率Ｅａ，Ｅｂを比較して、効率の高い方のモーター１２ａ（又は１２ｂ）を選択して駆動軸１４を駆動することができる。

なお、ここでは、高速度型モーター１２ｂ又は駆動軸１４の回転速度Ｒｉで低速度領域か中速度領域か高速度領域かを判定しているが、車輪１３の回転速度、又は、電動車両１の走行速度等で代用してもよい。

上記の構成の電動車両の駆動装置、電動車両１、及び、電動車両の駆動方法によれば、商業車等の電動車両１において走行頻度の高い低速度領域における効率を改善すると共に、低速度型モーター１２ａと高速度型モーター１２ｂの両方のモーター１２ａ，１２ｂにおける高効率領域が重なる中速度領域（Ｒｂ≦Ｒｉ≦Ｒａ）では、両方のモーター１２ａ，１２ｂの効率Ｅａ，Ｅｂを比較して、効率Ｅａ（又はＥｂ）の高い方のモーター１２ａ（又は１２ｂ）を選択して駆動軸１４を駆動するので、駆動効率を高めることができる。

本発明の電動車両の駆動装置、電動車両、及び、電動車両の駆動方法によれば、低速度領域と高速度領域のみならず、中速度領域においても、駆動効率を高めることができるので、ハイブリッド車や電動自動車に利用することができる。

１ 電動車両
１０ エンジン（内燃機関）
１１ ジェネレーター（Ｇ：発電機）
１２ａ 低速度型モーター（Ｍ：電動機）
１２ｂ 高速度型モーター（Ｍ：電動機）
１３ 車輪
１４ 駆動軸
１５ バッテリ
１６ クラッチ
Ｒ１ 第１判定速度
Ｒ２ 第２判定速度
Ｒａ 上限回転速度
Ｒｂ 下限回転速度
Ｒｉ モーターの回転速度

Claims (5)

1. 低速度型モーターと高速度型モーターを並列に車輪の駆動軸に接続し、前記低速度型モーターと前記駆動軸との間にクラッチを設けて、該クラッチにより前記駆動軸から前記低速度型モーターを切り離せる構造とし、前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度が低速度領域にある場合は前記低速度型モーターを動作させ、前記回転速度が高速度領域にある場合は前記クラッチを断絶して前記低速度型モーターと前記駆動軸との接続を断って、前記高速度型モーターのみで前記駆動軸を駆動する電動車両の駆動装置において、
   前記回転速度が前記低速度型モーターと前記高速度型モーターの両方のモーターにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーターの効率を比較して、効率の高い方のモーターを選択して前記駆動軸を駆動すると共に、
   前記中速度領域であるか否かの判定値としての下限回転速度を前記高速度型モーターの高効率領域の下限となる回転速度とし、上限回転速度を前記低速度型モーターの高効率領域の上限の回転速度とすることを特徴とする電動車両の駆動装置。
2. 前記高速度型モーターまたは前記駆動軸の回転速度で低速度領域か中速度領域か高速度領域かを判定する代わりに、前記車輪の回転速度、又は、電動車両の走行速度を用いて判定することを特徴とする請求項１記載の電動車両の駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両の駆動装置を備えたことを特徴とする電動車両。
4. 低速度型モーターと高速度型モーターを並列に車輪の駆動軸に接続し、前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度が低速度領域にある場合は前記低速度型モーターを動作させ、前記回転速度が高速度領域にある場合は前記低速度型モーターと前記駆動軸との間に設けたクラッチを断絶することにより前記駆動軸から前記低速度型モーターを切り離して、前記高速度型モーターのみで前記駆動軸を駆動する電動車両の駆動方法において、
   前記回転速度が前記低速度型モーターと前記高速度型モーターの両方のモーターにおける高効率領域が重なる中速度領域にある場合には、両方のモーターの効率を比較して、効率の高い方のモーターを選択して前記駆動軸を駆動すると共に、
   前記中速度領域であるか否かの判定値としての下限回転速度を前記高速度型モーターの高効率領域の下限となる回転速度とし、上限回転速度を前記低速度型モーターの高効率領域の上限の回転速度とすることを特徴とする電動車両の駆動方法。
5. 前記高速度型モーター又は前記駆動軸の回転速度で低速度領域か中速度領域か高速度領域かを判定する代わりに、前記車輪の回転速度、又は、電動車両の走行速度を用いて判定することを特徴とする請求項４記載の電動車両の駆動方法。

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