左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置
【課題】冷却負荷を平準化して冷却器の小容量化、小型化を図る。
【解決手段】前後左右の四つの車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲのそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットＤU1，ＤU2を備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、前記駆動ユニットは、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットＤU1と、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットＤU2とから構成され、前記第１駆動ユニットＤU1から熱を奪って第１駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1と、前記第２駆動ユニットＤU2から熱を奪って第２駆動ユニットＤU2を冷却する第２冷却器ＣS2とを備えている。
【解決手段】前後左右の四つの車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲのそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットＤU1，ＤU2を備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、前記駆動ユニットは、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットＤU1と、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットＤU2とから構成され、前記第１駆動ユニットＤU1から熱を奪って第１駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1と、前記第２駆動ユニットＤU2から熱を奪って第２駆動ユニットＤU2を冷却する第２冷却器ＣS2とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、前後左右の車輪をそれぞれ独立して駆動することのできる車両に関し、特にそれらの車輪の駆動ユニットを冷却する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータや蓄電装置の性能の向上に伴い、モータを車両の駆動力源として用いるようになってきている。その一例として前後左右の各車輪毎にモータを配置し、それらの車輪を個別に駆動できるいわゆるインホイールモータ車が知られている。この種の車両で各車輪毎に設けるモータは、基本的には同一仕様とするのが一般的であり、特許文献１に記載された発明は、制御性や車両の安全性、あるいはフェールセーフの確立などを目的として、前後および左右が互いに反対側にある車輪のモータ同士をパワーバスによって接続することにより、２系統の電力系統を設け、それぞれの電力系統毎に蓄電装置を設けるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータやリレーなどからなる電力切替供給手段によってそれら二つの電力系統を接続した構成とされている。
【０００３】
また、特許文献２には電気車の制御装置が記載されており、この特許文献２に記載された装置は、構成の小型化と低コスト化を目的とするものであって、四つの電動機が二つずつに区分され、その二つの電動機に対して一つのインバータユニットおよび冷却ユニットが設けられている。この種のモータを冷却するための装置が特許文献３に記載されており、この特許文献３に記載された車両では、各車輪毎のインホイールモータにオイルポンプが内蔵され、そのオイルポンプで加圧したオイルをモータに供給してその冷却を行うように構成されている。なお、特許文献４には、モータだけでなくインバータをも冷却液によって冷却するように構成された装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３３５０８号公報
【特許文献２】特開２００９−７２０４９号公報
【特許文献３】特開２００８−１９５２３３号公報
【特許文献４】特開２００８−２５６３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両の各車輪には、加速時や減速時あるいは左右の旋回時に前後力だけでなく横力が複雑に作用し、その状況に適したトルクを発生することが望まれる。その点では、特許文献１に記載された装置は、前後および左右で互いに反対となる車輪のモータを一つの電力系統で接続してあることにより、制御性が向上して、状況に適したトルク制御ができる。しかしながら、各モータの負荷は同一ではなく、偏りがあるので、負荷が大きいモータに対応してモータの全体の冷却を行うとした場合には、冷却装置が大型化したり、冷却効率が損なわれたりするおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２に記載された装置では、四つの電動機のうち二つずつの電動機に対してインバータユニットだけでなく冷却ユニットを設けているので、電動機についてのより細かい冷却制御が可能になる。しかしながら、四つの電動機のうちの二つを単に組み合わせているので、車両の走行状態に応じて電動機のトルクもしくは負荷を的確に反映した冷却制御を行う点では不十分であり、装置の小型化やエネルギ効率の向上を図る点では未だ改善の余地がある。
【０００７】
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、左右の車輪を独立して駆動する駆動ユニットの冷却性能を損なうことなく冷却装置の小型化を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、前後左右の四輪のそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットを備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、前記駆動ユニットは、左前輪と右後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットと、右前輪と左後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットとから構成され、前記第１駆動ユニットから熱を奪って第１駆動ユニットを冷却する第１冷却器と、前記第２駆動ユニットから熱を奪って第２駆動ユニットを冷却する第２冷却器とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各駆動ユニットは、前記車輪毎に設けられたモータと、そのモータの電流もしくは電圧を制御するコントローラとを備え、前記各冷却器のいずれか一方に異常が生じて該一方の冷却器による冷却ができない場合に、前記一方の冷却器によって冷却される一方の駆動ユニットを停止するとともに他方の駆動ユニットによって駆動されるモータの負荷を、前記一方の駆動ユニットを停止することによる該一方の駆動ユニットで駆動されるモータの負荷の消失分に応じて増大させるように構成されていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記コントローラは、負荷率を変更可能なインバータを含み、いずれか一方の駆動ユニットにおけるインバータの負荷率が変更されて該インバータによって制御されるモータのトルクを変化させる場合に、前記負荷率が変更される前の前記車両の走行方向を維持するように、前記負荷率が変更されるインバータによって制御されるモータに対するトルク配分比を制御するように構成されていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、各駆動ユニットによって駆動される二つの車輪は、車両が旋回する際、あるいは加減速する際の負荷の大小が互いに反対になる関係の車輪であり、したがって一方の車輪を制御することによる負荷が大きければ、他方の車輪を制御することによる負荷が小さくなる。このような負荷の大小の関係は、いずれの駆動ユニットについても同様であるから、駆動ユニットの発熱が平準化され、そのために各冷却器に要求される冷却能力も平準化され、その結果、各冷却器を特に大容量もしくは大型化する必要がなく、装置の全体としての構成を、冷却性能を損なうことなく小型化することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明では、いずれかの冷却器による冷却を行うことができない事態が生じると、その冷却器によって冷却されるべき駆動ユニットが停止し、左右いずれかの車輪および左右いずれかの後輪が駆動力を失うが、その消失分を他方の駆動ユニットおよび車輪で補うので、走行安定性が損なわれることがなく、また同時に当該他方の駆動ユニットの冷却はそれに対応する冷却器によって行われるので、その点でも車両の走行に支障が生じることが回避もしくは抑制される。
【００１３】
そして、請求項３の発明によれば、いずれかのインバータの負荷率が制限されるなどのことにより変更されていずれか二つのモータのトルク配分を変更する場合、変更された負荷率を維持しつつ、車両の走行方向を維持するようにトルク配分を変更するので、各駆動ユニットの冷却能力を超えて発熱することが回避されるとともに、車両の挙動あるいは安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の具体的な一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】各モータの負荷の大小関係を加速時、減速時、左旋回時ならびに右旋回時についてまとめて示す図表である。
【図３】この発明の具体的な他の例を模式的に示すブロック図である。
【図４】第２冷却器による冷却を行い得なくなった場合のトルク配分比を示すブロック図である。
【図５】右前輪のモータを駆動できなくなった場合のトルク配分比を示すブロック図である。
【図６】第２のコントローラの負荷率が半減した場合のトルク配分比を示すブロック図であって、（ａ）は直進力行時、（ｂ）は直進回生制動時、（ｃ）は右旋回時の状態を示している。
【図７】オイルポンプを冷却器として用いた例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
つぎに、この発明をより具体的に説明する。この発明で対象とする左右独立駆動車両は、左右の前輪および後輪などの各車輪における駆動力や制動力を互いに独立して制御できる車両であり、それらの車輪に対応して駆動力源が設けられている車両がその典型的な例である。なお、その車両は四輪車でなくてもよく、四輪以上の車輪を備えていてもよく、その場合、少なくとも前後左右の四輪を個別にかつ互いに独立して駆動できるように構成されていればよい。その駆動力源は、何らかのエネルギによってトルクを発生する動力装置であればよく、制御性や車載性などの要請からモータが最も一般的である。モータを各車輪毎の駆動力源として用いる場合、要は、前後左右の四輪のそれぞれに対応してモータが設けられ、各モータでそれぞれ一つの車輪を駆動するようになっていればよい。したがってモータを設ける位置やモータと車輪との間の伝動機構は必要に応じて種々の構成のものを採用すればよい。
【００１６】
いわゆるインホイールモータと称される左右独立駆動形式は、タイヤが取り付けられているホイールにトラクションモータを組み込んだ駆動形式であり、この発明を適用することのできる車両の一例である。これを模式的に示すと図１のとおりであり、前後左右の四輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを備えており、これらの各車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲのそれぞれに走行用のトラクションモータ（以下、単にモータと記す）ＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲが設けられている。それらのモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲは、トルクを発生して車輪ＦＬ，ＦＲ，ＦＬ，ＲＲを回転させるいわゆるモータとしての機能と、車両の走行慣性力によって強制的に回転させられて電力を発生する発電機としての機能とを備えたものが好ましい。したがって、モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲとしては、永久磁石式交流同期電動機を採用することができる。
【００１７】
図１に示す例では、これらの車輪ＦＬ，ＦＲ，ＦＬ，ＲＲおよびモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲは二組に分けられており、具体的には、左前輪ＦＬおよびそのモータＭＦＬと右後輪ＲＲおよびそのモータＭＲＲとが、一方の一組となり、右前輪ＦＲおよびそのモータＭＦＲと左後輪ＲＬおよびそのモータＭＲＬとが、他方の一組となっている。いわゆる対角線上に位置する一対の車輪およびモータが一つの組を構成している。ここで、「組」とは、コントローラおよび冷却器を共通にしていることを意味しており、したがって上記の各組毎にコントローラＩNV1 ，ＩNV2 が設けられている。すなわち、第１のコントローラＩNV1 は、左前輪ＦＬのモータＭＦＬおよび右後輪ＲＲのモータＭＲＲを制御し、また第２のコントローラＩNV2 は右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬを制御するように構成されている。
【００１８】
これらのコントローラＩNV1 ，ＩNV2 は、バッテリーなどの蓄電装置ＢATに電気的に接続されている。したがって、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 は、蓄電装置ＢATの電力を利用して各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲを駆動し、また各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲで発生した電力を蓄電装置ＢATに充電する制御を行うように構成されている。各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲが上記のように永久磁石式交流同期電動機によって構成されている場合には、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 はインバータを主体として構成される。
【００１９】
上記の第１のコントローラＩNV1 およびこれによって制御される左前輪ＦＬのモータＭＦＬならびに右後輪ＲＲのモータＭＲＲが第１の駆動ユニットＤU1を構成し、また第２のコントローラＩNV2 およびこれによって制御される右前輪ＦＲのモータＭＦＲならびに左後輪ＲＬのモータＭＲＬが第２の駆動ユニットＤU2を構成している。そして、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲの動作が温度によって制限されないようにするために、各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されている。具体的には、第１の駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1と第２の駆動ユニットＤU2を冷却する第２冷却器ＣS2とが設けられている。言い換えれば、前後方向および左右方向で互いに反対側に位置する一対のモータおよびそのコントローラを一組とし、各組毎に冷却器ＣS1，ＣS2が設けられ、各組毎に冷却を行うように構成されている。
【００２０】
これらの冷却器ＣS1，ＣS2は、コントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 および／またはモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲから熱を奪って外部に放出することにより各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されており、例えば冷却風を吹き付ける強制空冷式の冷却器や、潤滑油や適宜の冷却液によって熱を奪う形式の冷却器などを採用することができる。図１には、潤滑油あるいは適宜の冷却液によって熱を奪い、その熱を熱交換器（ラジエータ）Ｒd1，Ｒd2によって外気に放出するように構成された冷却器ＣS1，ＣS2を示してある。すなわち、左前輪ＦＬのモータＭＦＬおよび右後輪ＲＲのモータＭＲＲの熱やこれらのモータＭＦＬ，ＭＲＲを制御するコントローラＩNV1 の熱を第１冷却器ＣS1から大気に対して放出し、また右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬの熱やこれらのモータＭＦＲ，ＭＲＬを制御するコントローラＩNV2 の熱を第２冷却器ＣS2から大気に対して放出することにより各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されている。
【００２１】
上記のように構成された車両では、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲがトルクを出力することにより走行し、また減速時には各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲを発電機として機能させ、発電に伴う反力トルクを制動力として機能させ、さらに旋回走行時には、外輪側のモータの出力トルクを内輪側のモータの出力トルクに対して相対的に大きいトルクとして旋回を補助する。これらいずれの場合であっても各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのコイルに電流が流れるので不可避的に発熱し、また潤滑油の撹拌あるいは剪断によって発熱し、さらには各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 では電気的な制御に伴って発熱する。それらの発熱量は、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲあるいはコントローラＩNV1 ，ＩNV2 の負荷（もしくは負荷率）に応じた量になる。そして、その熱は、冷却器ＣS1，ＣS2によって大気に放散させられ、各駆動ユニットＤU1，ＤU2は予め定めた温度以上にならないように冷却される。
【００２２】
各冷却器ＣS1，ＣS2はいわゆる対角線上に位置する二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）で発生する熱あるいはその制御によってコントローラＩNV1 （もしくはＩNV2 ）で発生する熱を奪ってその冷却を行うことになるが、各冷却器ＣS1，ＣS2が対象とする二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）の一方の負荷が大きい場合には、他方の負荷が小さくなるので、各冷却器ＣS1，ＣS2はこれら二つのモータの負荷の平均値の二倍もしくはそれに近い負荷に対応した冷却能力を備えたものであればよく、前二輪もしくは後二輪のモータを１台の冷却器で冷却する場合に比較して、冷却器を小容量化あるいは小型化することができる。
【００２３】
これを具体的に説明すると、図２は加減速時および旋回時における各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲの負荷の相対的な大小をまとめて示す図表であり、加速時には後輪ＲＬ，ＲＲの駆動トルクを前輪ＦＬ，ＦＲの駆動トルクより相対的に大きくする。したがって、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルク負荷が小さくなる。減速時は、加速時とは反対に、前輪ＦＬ，ＦＲでの制動トルクを後輪ＲＬ，ＲＲでの制動トルクより相対的に大きくする。各駆動ユニットＤU1，ＤU2における一方のモータは前輪側のモータであり、他方のモータは後輪側のモータであるから、結局、加速時と同様に、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルクもしくは負荷が小さくなる。
【００２４】
旋回時は、外輪の駆動トルクを内輪の駆動トルクに対して相対的に大きくすることになり、これに対して各駆動ユニットＤU1，ＤU2における一方のモータは内輪側のモータであり、他方のモータは外輪側のモータであるから、結局、加速時や減速時と同様に、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルクもしくは負荷が小さくなる。
【００２５】
このようにこの発明に係る構成では、各冷却器ＣS1，ＣS2で対象とする二つのモータの一方の負荷が大きい場合には他方のモータの負荷が相対的に小さくなるから、これらの負荷の平均値を二倍にした程度の負荷に対応する冷却能力を備えた冷却器ＣS1，ＣS2でよく、各冷却器ＣS1，ＣS2を小型化することができる。
【００２６】
なお、この発明に係る駆動ユニット冷却装置は、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとの駆動ユニットを一つの冷却器で冷却し、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとの駆動ユニットを他の一つの冷却器で冷却するように構成されていればよいのであり、したがって二つのモータを一つのコントローラで制御するように構成した車両だけでなく、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲ毎にコントローラを設け、それらのモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲおよびコントローラを前述したように二組に分け、各組毎に冷却器を設けてもよい。その例を図３に示してあり、第１のコントローラＩNV1 は左前輪ＦＬのモータＭＦＬを制御するように構成され、また第２のコントローラＩNV2 は右前輪ＦＲのモータＭＦＲを制御するように構成され、これに加えて左後輪ＲＬのモータＭＲＬを制御する第３のコントローラＩNV3 と、右後輪ＲＲのモータＭＲＲを制御する第４のコントローラＩNV4 とが設けられている。そして、第１冷却器ＣS1は、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとのモータＭＦＬ，ＭＲＲおよび／またはコントローラＩNV1 ，ＩNV4 を冷却するように構成され、また第２冷却器ＣS2は、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとのモータＭＦＲ，ＭＲＬおよび／またはコントローラＩNV2 ，ＩNV3 を冷却するように構成されている。
【００２７】
このように構成した場合であっても、各冷却器ＣS1，ＣS2で対象とする駆動ユニットＤU1，ＤU2における二つのモータは、一方の負荷が大きい場合に他方の負荷が小さくなる関係になっているから、上述した具体例と同様に、各冷却器ＣS1，ＣS2の冷却負荷が平準化され、その小型化を図ることができる。
【００２８】
ところで、上述した冷却器ＣS1，ＣS2のいずれかが故障などによって冷却を行えなくなった場合、その異常の生じた冷却器ＣS1，ＣS2で冷却を受けもっていたいずれか二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）を駆動できなくなる。その場合には、以下のように制御すればよい。図４は第２冷却器ＣS2に異常が生じて第２駆動ユニットＤU2の冷却を行い得なくなった状態を示しており、第２のコントローラＩNV2 はそれ自体が冷却されないことと相まって、右前輪ＦＲのモータＭＦＲと左後輪ＲＬのモータＭＲＬとの制御を中止して、これらの車輪ＦＲ，ＲＬの駆動トルクあるいは制動トルクを「０」にする。なお、図４にカギ括弧を付して記載してある数字は、負荷の相対的な割合あるいはトルク配分比を示している。したがって第２のコントローラＩNV2 についての「０」は、第２のコントローラＩNV2 が停止していることを示している。
【００２９】
これに対して左前輪ＦＬのモータＭＦＬと右後輪ＲＲのモータＭＲＲとは、それぞれ「１」ずつ駆動トルクもしくは制動トルクを受け持つように制御される。これは、左前輪ＦＬが、消失した左後輪ＲＬのトルク分も受け持ち、また右後輪ＲＲが、消失した右前輪ＦＲのトルク分も受け持つようにする制御であり、したがって第１のコントローラＩNV1 の負荷は、「２」となる。このコントローラＩNV1 を含む第１駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1は正常に機能しているので、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとは直線走行時に同等の駆動トルクを発生し、あるいは直線制動時に同等の制動トルクを発生し、車両の挙動は安定したものとなる。すなわち、いずれか一方の冷却器ＣS1，ＣS2がフェールしても車両の安定性および駆動性能もしくは制動性能を維持することができる。
【００３０】
一方、いずれかのモータに故障が生じるなど駆動トルクおよび制動トルクを発生し得ない状況が生じた場合には、故障したモータに対して左右で対となる他のモータの制御を停止し、かつモータを停止することにより消失したトルクを、正常に機能させることのできる他のモータで受け持たせる。図５は、右前輪ＦＲのモータＭＦＲにフェールが生じた場合の例を示しており、右前輪ＦＲで駆動トルクもしくは制動トルクを生じさせ得ないことにより、右前輪ＦＲと左右方向で対となる左前輪ＦＬのモータＭＦＬを停止し、左前輪ＦＬでも駆動トルクおよび制動トルクを生じさせないようにする。すなわち、これらの前輪ＦＬ，ＦＲでの負荷は「０」に制御する。
【００３１】
こうして消失することになる前輪ＦＬ，ＦＲでの負荷を左右の後輪ＲＬ，ＲＲで受け持つように、これらの後輪ＲＲ，ＲＬのモータＭＲＲ，ＭＲＬの負荷（トルク配分比）をそれぞれ「１」に制御する。したがって、各駆動ユニットＤU1，ＤU2での負荷はそれぞれ「１」であるから、各冷却器ＣS1，ＣS2での冷却負荷はそれぞれ「１」となり、モータにフェールが生じる以前と変わるところはない。すなわち、この発明に係る構成であれば、いずれか一つのモータにフェールが生じても冷却器ＣS1，ＣS2の負荷が特には増大することがないので、この点でも冷却器ＣS1，ＣS2を小型化することができる。また同時に、車両の安定性を維持することができる。
【００３２】
上述したようにこの発明に係る冷却装置では、各駆動ユニットＤU1，ＤU2毎に冷却が行われるが、いずれかの駆動ユニットＤU1，ＤU2の温度が何らかの要因で上昇することがある。その場合、温度の上昇した駆動ユニットＤU1，ＤU2におけるコントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 の負荷率の制限値を変更して発熱を抑えることになる。負荷率制限値を変更することに伴って、そのコントローラＩNV1 ，ＩNV2 によって制御されるモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのトルクが変化するので、この発明においては、トルクが制限されるモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲに対するトルク配分比を、負荷率制限値の変化に応じて単純に変化させずに、車両の挙動（特に走行方向）を維持するようにトルク配分比が変更させられる。
【００３３】
その例を図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示してある。図６の（ａ）に示す例は、直進走行状態で力行している場合に第２駆動ユニットＤU2におけるコントローラＩNV2 の負荷率制限値が半減した場合の例を示している。なお、図６において、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 についてカギ括弧を付して記載してある数値は、負荷率（１＝１００％）を示し、また各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲについてカギ括弧を付して記載してある数値は、トルクの配分比を示している。負荷率が特には制限されてない通常の状態では、各コントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 の負荷率は「１」であり、したがって直進状態であることにより、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのトルク配分比はそれぞれ「０．５」である。その状態から第２のコントローラＩNV2 の負荷率が制限されて（負荷率制限値が大きくなって）、負荷率が「０．５」になると、第２駆動ユニットＤU2における各モータＭＦＲ，ＭＲＬのトルク配分比は、負荷率の変化割合と同様に半減され、それぞれ「０．２５」になる。
【００３４】
この状態では、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計は「０．７５」となり、これと同様に車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計も「０．７５」となるから、車両の左右のトルクが等しくなって直進走行状態を維持することができる。言い換えれば、車両を旋回させるモーメントが生じないので、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向）を維持することができる。
【００３５】
このように直進方向に力行している場合には、モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲに対するトルク配分比を負荷率の変化割合と同等に変化させればよいが、減速に伴ってエネルギ回生している場合や旋回している場合には、トルク配分比を単純に負荷率の変化割合に応じて変化させずに、従前の走行状態（走行方向）を維持するように変化させる。具体的には、図６の（ｂ）は、前輪ＦＬ，ＦＲでのトルク配分比を相対的に大きく（「０．７」に）して回生制動している状態で第２のコントローラＩNV2 の負荷率が制限されて（負荷率制限値が大きくなって）、負荷率が「０．５」となった場合を示している。その場合、負荷率の変化割合に準じて第２駆動ユニットＤU2におけるモータＭＦＲ，ＭＲＬのトルク配分比を変化させるとすると、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比が「０．３５」に半減し、また左後輪ＲＬのモータＭＲＬでのトルク配分比が「０．１５」に半減することになる。しかしながら、このようにすると、車両の左側のトルク配分比の合計が「０．８５」となり、これに対して右側のトルク配分比の合計が「０．６５」となってしまい、車両の挙動が変化してしまう可能性がある。そこで、この発明では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を単に半減させずに、車両の左側および右側のそれぞれにおけるトルク配分比の合計が等しくなるように、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を変化させる。図６の（ｂ）に示す例では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比を「０．４５」に変更し、かつ左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を「０．０５」に変更する。
【００３６】
こうすることにより、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計が「０．７５」となり、これと同様に車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計も「０．７５」となるから、車両の左右のトルクが等しくなって直進走行状態を維持することができる。しかも、前輪ＦＬ，ＦＲ側のモータＭＦＬ，ＭＦＲのトルク配分比が、後輪ＲＬ，ＲＲのモータＭＲＬ，ＭＲＲのトルク配分比より大きくなり、所期のエネルギ回生を行うことができる。言い換えれば、車両を旋回させるモーメントが生じないので、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向および回生状態）を維持することができる。
【００３７】
つぎに旋回時の制御について説明すると、図６の（ｃ）は、右旋回している際に負荷率の制限が生じた場合を示しており、車両の左車輪ＦＬ，ＲＬのモータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比をそれぞれ「０．７」、右車輪ＲＬ，ＲＲのモータのトルク配分比をそれぞれ「０．３」として右旋回している状態で第２駆動ユニットＤU2におけるコントローラＩNV2 の負荷率を半減する制限が生じた場合の例である。すなわち、左側のトルク配分比と右側のトルク配分比との差が「０．８」の状態であり、この状態で右前輪ＦＲのモータＭＦＲのトルク配分比をコントローラＩNV2 の負荷率制限値に応じて半減させるとすると、そのトルク配分比は「０．１５」となり、同様に、左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比は「０．３５」になる。しかしながら、このようにすると、左側のトルク比の合計が「１．０５」となるのに対して、右側のトルク比の合計が「０．４５」となり、その差は「０．６」となる。すなわち、直前の走行状態から「０．２」減少することになる。車両を右方向に回頭させるモーメントが、車両の左側と右側とのトルクの差に比例することからすれば、旋回性が低下して走行方向に変化が生じる可能性があり、あるいは旋回状態を維持するためには操舵を行うことが必要になる。
【００３８】
この発明では、このような不都合を回避するために、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を単に半減させずに、車両の左側および右側のそれぞれにおけるトルク配分比の合計の差が、従前の走行状態における差と等しくなるように、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を変化させる。図６の（ｃ）に示す例では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比を「０．０５」に変更し、かつ左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を「０．４５」に変更する。
【００３９】
こうすることにより、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計が「１．１５」となり、また車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計が「０．３５」となり、その差は従前と同様に「０．８」となる。すなわち、負荷率の制限が生じる前と同様のモーメントを車両に作用させることができるので、従前の旋回状態あるいは走行方向を維持することができる。言い換えれば、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向または旋回状態）を維持することができる。
【００４０】
なお、上述した各具体例では、熱交換器（ラジエータ）Ｒd1，Ｒd2によって大気中に放熱するように構成した冷却器を用いた例を説明したが、この発明における冷却器は、要は、いわゆる対角線上に配置されたモータを含む駆動ユニット毎に設けられ、かつそれらの駆動ユニット毎に冷却を行うことができる構成であればよく、上述した具体例で示した構成のものに限定されない。例えば図７に示すように、左前輪ＦＬのモータＭＦＬと右後輪ＲＲのモータＭＲＲとに冷却用オイルを循環させて供給する第１のオイルポンプＯP1と、右前輪ＦＲのモータＭＦＲと左後輪ＲＬのモータＭＲＬとに冷却用オイルを循環させて供給する第２のオイルポンプＯP2とによって冷却器をそれぞれ構成してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ…車輪、 ＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲ…トラクションモータ（モータ）、 ＩNV1 ，ＩNV2 ，ＩNV3 ，ＩNV4 …コントローラ（インバータ）、 ＢAT…蓄電装置、 ＤU1…第１の駆動ユニット、 ＤU2…第２の駆動ユニット、 ＣS1…第１冷却器、 ＣS2…第２冷却器、 Ｒd1，Ｒd2…熱交換器（ラジエータ）、 ＯP1…第１のオイルポンプ、 ＯP2…第２のオイルポンプ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、前後左右の車輪をそれぞれ独立して駆動することのできる車両に関し、特にそれらの車輪の駆動ユニットを冷却する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータや蓄電装置の性能の向上に伴い、モータを車両の駆動力源として用いるようになってきている。その一例として前後左右の各車輪毎にモータを配置し、それらの車輪を個別に駆動できるいわゆるインホイールモータ車が知られている。この種の車両で各車輪毎に設けるモータは、基本的には同一仕様とするのが一般的であり、特許文献１に記載された発明は、制御性や車両の安全性、あるいはフェールセーフの確立などを目的として、前後および左右が互いに反対側にある車輪のモータ同士をパワーバスによって接続することにより、２系統の電力系統を設け、それぞれの電力系統毎に蓄電装置を設けるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータやリレーなどからなる電力切替供給手段によってそれら二つの電力系統を接続した構成とされている。
【０００３】
また、特許文献２には電気車の制御装置が記載されており、この特許文献２に記載された装置は、構成の小型化と低コスト化を目的とするものであって、四つの電動機が二つずつに区分され、その二つの電動機に対して一つのインバータユニットおよび冷却ユニットが設けられている。この種のモータを冷却するための装置が特許文献３に記載されており、この特許文献３に記載された車両では、各車輪毎のインホイールモータにオイルポンプが内蔵され、そのオイルポンプで加圧したオイルをモータに供給してその冷却を行うように構成されている。なお、特許文献４には、モータだけでなくインバータをも冷却液によって冷却するように構成された装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３３３５０８号公報
【特許文献２】特開２００９−７２０４９号公報
【特許文献３】特開２００８−１９５２３３号公報
【特許文献４】特開２００８−２５６３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両の各車輪には、加速時や減速時あるいは左右の旋回時に前後力だけでなく横力が複雑に作用し、その状況に適したトルクを発生することが望まれる。その点では、特許文献１に記載された装置は、前後および左右で互いに反対となる車輪のモータを一つの電力系統で接続してあることにより、制御性が向上して、状況に適したトルク制御ができる。しかしながら、各モータの負荷は同一ではなく、偏りがあるので、負荷が大きいモータに対応してモータの全体の冷却を行うとした場合には、冷却装置が大型化したり、冷却効率が損なわれたりするおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２に記載された装置では、四つの電動機のうち二つずつの電動機に対してインバータユニットだけでなく冷却ユニットを設けているので、電動機についてのより細かい冷却制御が可能になる。しかしながら、四つの電動機のうちの二つを単に組み合わせているので、車両の走行状態に応じて電動機のトルクもしくは負荷を的確に反映した冷却制御を行う点では不十分であり、装置の小型化やエネルギ効率の向上を図る点では未だ改善の余地がある。
【０００７】
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、左右の車輪を独立して駆動する駆動ユニットの冷却性能を損なうことなく冷却装置の小型化を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、前後左右の四輪のそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットを備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、前記駆動ユニットは、左前輪と右後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットと、右前輪と左後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットとから構成され、前記第１駆動ユニットから熱を奪って第１駆動ユニットを冷却する第１冷却器と、前記第２駆動ユニットから熱を奪って第２駆動ユニットを冷却する第２冷却器とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各駆動ユニットは、前記車輪毎に設けられたモータと、そのモータの電流もしくは電圧を制御するコントローラとを備え、前記各冷却器のいずれか一方に異常が生じて該一方の冷却器による冷却ができない場合に、前記一方の冷却器によって冷却される一方の駆動ユニットを停止するとともに他方の駆動ユニットによって駆動されるモータの負荷を、前記一方の駆動ユニットを停止することによる該一方の駆動ユニットで駆動されるモータの負荷の消失分に応じて増大させるように構成されていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記コントローラは、負荷率を変更可能なインバータを含み、いずれか一方の駆動ユニットにおけるインバータの負荷率が変更されて該インバータによって制御されるモータのトルクを変化させる場合に、前記負荷率が変更される前の前記車両の走行方向を維持するように、前記負荷率が変更されるインバータによって制御されるモータに対するトルク配分比を制御するように構成されていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、各駆動ユニットによって駆動される二つの車輪は、車両が旋回する際、あるいは加減速する際の負荷の大小が互いに反対になる関係の車輪であり、したがって一方の車輪を制御することによる負荷が大きければ、他方の車輪を制御することによる負荷が小さくなる。このような負荷の大小の関係は、いずれの駆動ユニットについても同様であるから、駆動ユニットの発熱が平準化され、そのために各冷却器に要求される冷却能力も平準化され、その結果、各冷却器を特に大容量もしくは大型化する必要がなく、装置の全体としての構成を、冷却性能を損なうことなく小型化することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明では、いずれかの冷却器による冷却を行うことができない事態が生じると、その冷却器によって冷却されるべき駆動ユニットが停止し、左右いずれかの車輪および左右いずれかの後輪が駆動力を失うが、その消失分を他方の駆動ユニットおよび車輪で補うので、走行安定性が損なわれることがなく、また同時に当該他方の駆動ユニットの冷却はそれに対応する冷却器によって行われるので、その点でも車両の走行に支障が生じることが回避もしくは抑制される。
【００１３】
そして、請求項３の発明によれば、いずれかのインバータの負荷率が制限されるなどのことにより変更されていずれか二つのモータのトルク配分を変更する場合、変更された負荷率を維持しつつ、車両の走行方向を維持するようにトルク配分を変更するので、各駆動ユニットの冷却能力を超えて発熱することが回避されるとともに、車両の挙動あるいは安定性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の具体的な一例を模式的に示すブロック図である。
【図２】各モータの負荷の大小関係を加速時、減速時、左旋回時ならびに右旋回時についてまとめて示す図表である。
【図３】この発明の具体的な他の例を模式的に示すブロック図である。
【図４】第２冷却器による冷却を行い得なくなった場合のトルク配分比を示すブロック図である。
【図５】右前輪のモータを駆動できなくなった場合のトルク配分比を示すブロック図である。
【図６】第２のコントローラの負荷率が半減した場合のトルク配分比を示すブロック図であって、（ａ）は直進力行時、（ｂ）は直進回生制動時、（ｃ）は右旋回時の状態を示している。
【図７】オイルポンプを冷却器として用いた例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
つぎに、この発明をより具体的に説明する。この発明で対象とする左右独立駆動車両は、左右の前輪および後輪などの各車輪における駆動力や制動力を互いに独立して制御できる車両であり、それらの車輪に対応して駆動力源が設けられている車両がその典型的な例である。なお、その車両は四輪車でなくてもよく、四輪以上の車輪を備えていてもよく、その場合、少なくとも前後左右の四輪を個別にかつ互いに独立して駆動できるように構成されていればよい。その駆動力源は、何らかのエネルギによってトルクを発生する動力装置であればよく、制御性や車載性などの要請からモータが最も一般的である。モータを各車輪毎の駆動力源として用いる場合、要は、前後左右の四輪のそれぞれに対応してモータが設けられ、各モータでそれぞれ一つの車輪を駆動するようになっていればよい。したがってモータを設ける位置やモータと車輪との間の伝動機構は必要に応じて種々の構成のものを採用すればよい。
【００１６】
いわゆるインホイールモータと称される左右独立駆動形式は、タイヤが取り付けられているホイールにトラクションモータを組み込んだ駆動形式であり、この発明を適用することのできる車両の一例である。これを模式的に示すと図１のとおりであり、前後左右の四輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを備えており、これらの各車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲのそれぞれに走行用のトラクションモータ（以下、単にモータと記す）ＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲが設けられている。それらのモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲは、トルクを発生して車輪ＦＬ，ＦＲ，ＦＬ，ＲＲを回転させるいわゆるモータとしての機能と、車両の走行慣性力によって強制的に回転させられて電力を発生する発電機としての機能とを備えたものが好ましい。したがって、モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲとしては、永久磁石式交流同期電動機を採用することができる。
【００１７】
図１に示す例では、これらの車輪ＦＬ，ＦＲ，ＦＬ，ＲＲおよびモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲは二組に分けられており、具体的には、左前輪ＦＬおよびそのモータＭＦＬと右後輪ＲＲおよびそのモータＭＲＲとが、一方の一組となり、右前輪ＦＲおよびそのモータＭＦＲと左後輪ＲＬおよびそのモータＭＲＬとが、他方の一組となっている。いわゆる対角線上に位置する一対の車輪およびモータが一つの組を構成している。ここで、「組」とは、コントローラおよび冷却器を共通にしていることを意味しており、したがって上記の各組毎にコントローラＩNV1 ，ＩNV2 が設けられている。すなわち、第１のコントローラＩNV1 は、左前輪ＦＬのモータＭＦＬおよび右後輪ＲＲのモータＭＲＲを制御し、また第２のコントローラＩNV2 は右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬを制御するように構成されている。
【００１８】
これらのコントローラＩNV1 ，ＩNV2 は、バッテリーなどの蓄電装置ＢATに電気的に接続されている。したがって、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 は、蓄電装置ＢATの電力を利用して各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲを駆動し、また各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲで発生した電力を蓄電装置ＢATに充電する制御を行うように構成されている。各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲが上記のように永久磁石式交流同期電動機によって構成されている場合には、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 はインバータを主体として構成される。
【００１９】
上記の第１のコントローラＩNV1 およびこれによって制御される左前輪ＦＬのモータＭＦＬならびに右後輪ＲＲのモータＭＲＲが第１の駆動ユニットＤU1を構成し、また第２のコントローラＩNV2 およびこれによって制御される右前輪ＦＲのモータＭＦＲならびに左後輪ＲＬのモータＭＲＬが第２の駆動ユニットＤU2を構成している。そして、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲの動作が温度によって制限されないようにするために、各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されている。具体的には、第１の駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1と第２の駆動ユニットＤU2を冷却する第２冷却器ＣS2とが設けられている。言い換えれば、前後方向および左右方向で互いに反対側に位置する一対のモータおよびそのコントローラを一組とし、各組毎に冷却器ＣS1，ＣS2が設けられ、各組毎に冷却を行うように構成されている。
【００２０】
これらの冷却器ＣS1，ＣS2は、コントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 および／またはモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲから熱を奪って外部に放出することにより各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されており、例えば冷却風を吹き付ける強制空冷式の冷却器や、潤滑油や適宜の冷却液によって熱を奪う形式の冷却器などを採用することができる。図１には、潤滑油あるいは適宜の冷却液によって熱を奪い、その熱を熱交換器（ラジエータ）Ｒd1，Ｒd2によって外気に放出するように構成された冷却器ＣS1，ＣS2を示してある。すなわち、左前輪ＦＬのモータＭＦＬおよび右後輪ＲＲのモータＭＲＲの熱やこれらのモータＭＦＬ，ＭＲＲを制御するコントローラＩNV1 の熱を第１冷却器ＣS1から大気に対して放出し、また右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬの熱やこれらのモータＭＦＲ，ＭＲＬを制御するコントローラＩNV2 の熱を第２冷却器ＣS2から大気に対して放出することにより各駆動ユニットＤU1，ＤU2を冷却するように構成されている。
【００２１】
上記のように構成された車両では、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲがトルクを出力することにより走行し、また減速時には各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲを発電機として機能させ、発電に伴う反力トルクを制動力として機能させ、さらに旋回走行時には、外輪側のモータの出力トルクを内輪側のモータの出力トルクに対して相対的に大きいトルクとして旋回を補助する。これらいずれの場合であっても各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのコイルに電流が流れるので不可避的に発熱し、また潤滑油の撹拌あるいは剪断によって発熱し、さらには各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 では電気的な制御に伴って発熱する。それらの発熱量は、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲあるいはコントローラＩNV1 ，ＩNV2 の負荷（もしくは負荷率）に応じた量になる。そして、その熱は、冷却器ＣS1，ＣS2によって大気に放散させられ、各駆動ユニットＤU1，ＤU2は予め定めた温度以上にならないように冷却される。
【００２２】
各冷却器ＣS1，ＣS2はいわゆる対角線上に位置する二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）で発生する熱あるいはその制御によってコントローラＩNV1 （もしくはＩNV2 ）で発生する熱を奪ってその冷却を行うことになるが、各冷却器ＣS1，ＣS2が対象とする二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）の一方の負荷が大きい場合には、他方の負荷が小さくなるので、各冷却器ＣS1，ＣS2はこれら二つのモータの負荷の平均値の二倍もしくはそれに近い負荷に対応した冷却能力を備えたものであればよく、前二輪もしくは後二輪のモータを１台の冷却器で冷却する場合に比較して、冷却器を小容量化あるいは小型化することができる。
【００２３】
これを具体的に説明すると、図２は加減速時および旋回時における各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲの負荷の相対的な大小をまとめて示す図表であり、加速時には後輪ＲＬ，ＲＲの駆動トルクを前輪ＦＬ，ＦＲの駆動トルクより相対的に大きくする。したがって、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルク負荷が小さくなる。減速時は、加速時とは反対に、前輪ＦＬ，ＦＲでの制動トルクを後輪ＲＬ，ＲＲでの制動トルクより相対的に大きくする。各駆動ユニットＤU1，ＤU2における一方のモータは前輪側のモータであり、他方のモータは後輪側のモータであるから、結局、加速時と同様に、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルクもしくは負荷が小さくなる。
【００２４】
旋回時は、外輪の駆動トルクを内輪の駆動トルクに対して相対的に大きくすることになり、これに対して各駆動ユニットＤU1，ＤU2における一方のモータは内輪側のモータであり、他方のモータは外輪側のモータであるから、結局、加速時や減速時と同様に、第１駆動ユニットＤU1および第２駆動ユニットＤU2での二つのモータのうち、一方のモータの駆動トルクもしくは負荷が大きく、かつ他方のモータの駆動トルクもしくは負荷が小さくなる。
【００２５】
このようにこの発明に係る構成では、各冷却器ＣS1，ＣS2で対象とする二つのモータの一方の負荷が大きい場合には他方のモータの負荷が相対的に小さくなるから、これらの負荷の平均値を二倍にした程度の負荷に対応する冷却能力を備えた冷却器ＣS1，ＣS2でよく、各冷却器ＣS1，ＣS2を小型化することができる。
【００２６】
なお、この発明に係る駆動ユニット冷却装置は、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとの駆動ユニットを一つの冷却器で冷却し、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとの駆動ユニットを他の一つの冷却器で冷却するように構成されていればよいのであり、したがって二つのモータを一つのコントローラで制御するように構成した車両だけでなく、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲ毎にコントローラを設け、それらのモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲおよびコントローラを前述したように二組に分け、各組毎に冷却器を設けてもよい。その例を図３に示してあり、第１のコントローラＩNV1 は左前輪ＦＬのモータＭＦＬを制御するように構成され、また第２のコントローラＩNV2 は右前輪ＦＲのモータＭＦＲを制御するように構成され、これに加えて左後輪ＲＬのモータＭＲＬを制御する第３のコントローラＩNV3 と、右後輪ＲＲのモータＭＲＲを制御する第４のコントローラＩNV4 とが設けられている。そして、第１冷却器ＣS1は、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとのモータＭＦＬ，ＭＲＲおよび／またはコントローラＩNV1 ，ＩNV4 を冷却するように構成され、また第２冷却器ＣS2は、右前輪ＦＲと左後輪ＲＬとのモータＭＦＲ，ＭＲＬおよび／またはコントローラＩNV2 ，ＩNV3 を冷却するように構成されている。
【００２７】
このように構成した場合であっても、各冷却器ＣS1，ＣS2で対象とする駆動ユニットＤU1，ＤU2における二つのモータは、一方の負荷が大きい場合に他方の負荷が小さくなる関係になっているから、上述した具体例と同様に、各冷却器ＣS1，ＣS2の冷却負荷が平準化され、その小型化を図ることができる。
【００２８】
ところで、上述した冷却器ＣS1，ＣS2のいずれかが故障などによって冷却を行えなくなった場合、その異常の生じた冷却器ＣS1，ＣS2で冷却を受けもっていたいずれか二つのモータＭＦＬ，ＭＲＲ（もしくはＭＦＲ，ＭＲＬ）を駆動できなくなる。その場合には、以下のように制御すればよい。図４は第２冷却器ＣS2に異常が生じて第２駆動ユニットＤU2の冷却を行い得なくなった状態を示しており、第２のコントローラＩNV2 はそれ自体が冷却されないことと相まって、右前輪ＦＲのモータＭＦＲと左後輪ＲＬのモータＭＲＬとの制御を中止して、これらの車輪ＦＲ，ＲＬの駆動トルクあるいは制動トルクを「０」にする。なお、図４にカギ括弧を付して記載してある数字は、負荷の相対的な割合あるいはトルク配分比を示している。したがって第２のコントローラＩNV2 についての「０」は、第２のコントローラＩNV2 が停止していることを示している。
【００２９】
これに対して左前輪ＦＬのモータＭＦＬと右後輪ＲＲのモータＭＲＲとは、それぞれ「１」ずつ駆動トルクもしくは制動トルクを受け持つように制御される。これは、左前輪ＦＬが、消失した左後輪ＲＬのトルク分も受け持ち、また右後輪ＲＲが、消失した右前輪ＦＲのトルク分も受け持つようにする制御であり、したがって第１のコントローラＩNV1 の負荷は、「２」となる。このコントローラＩNV1 を含む第１駆動ユニットＤU1を冷却する第１冷却器ＣS1は正常に機能しているので、左前輪ＦＬと右後輪ＲＲとは直線走行時に同等の駆動トルクを発生し、あるいは直線制動時に同等の制動トルクを発生し、車両の挙動は安定したものとなる。すなわち、いずれか一方の冷却器ＣS1，ＣS2がフェールしても車両の安定性および駆動性能もしくは制動性能を維持することができる。
【００３０】
一方、いずれかのモータに故障が生じるなど駆動トルクおよび制動トルクを発生し得ない状況が生じた場合には、故障したモータに対して左右で対となる他のモータの制御を停止し、かつモータを停止することにより消失したトルクを、正常に機能させることのできる他のモータで受け持たせる。図５は、右前輪ＦＲのモータＭＦＲにフェールが生じた場合の例を示しており、右前輪ＦＲで駆動トルクもしくは制動トルクを生じさせ得ないことにより、右前輪ＦＲと左右方向で対となる左前輪ＦＬのモータＭＦＬを停止し、左前輪ＦＬでも駆動トルクおよび制動トルクを生じさせないようにする。すなわち、これらの前輪ＦＬ，ＦＲでの負荷は「０」に制御する。
【００３１】
こうして消失することになる前輪ＦＬ，ＦＲでの負荷を左右の後輪ＲＬ，ＲＲで受け持つように、これらの後輪ＲＲ，ＲＬのモータＭＲＲ，ＭＲＬの負荷（トルク配分比）をそれぞれ「１」に制御する。したがって、各駆動ユニットＤU1，ＤU2での負荷はそれぞれ「１」であるから、各冷却器ＣS1，ＣS2での冷却負荷はそれぞれ「１」となり、モータにフェールが生じる以前と変わるところはない。すなわち、この発明に係る構成であれば、いずれか一つのモータにフェールが生じても冷却器ＣS1，ＣS2の負荷が特には増大することがないので、この点でも冷却器ＣS1，ＣS2を小型化することができる。また同時に、車両の安定性を維持することができる。
【００３２】
上述したようにこの発明に係る冷却装置では、各駆動ユニットＤU1，ＤU2毎に冷却が行われるが、いずれかの駆動ユニットＤU1，ＤU2の温度が何らかの要因で上昇することがある。その場合、温度の上昇した駆動ユニットＤU1，ＤU2におけるコントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 の負荷率の制限値を変更して発熱を抑えることになる。負荷率制限値を変更することに伴って、そのコントローラＩNV1 ，ＩNV2 によって制御されるモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのトルクが変化するので、この発明においては、トルクが制限されるモータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲに対するトルク配分比を、負荷率制限値の変化に応じて単純に変化させずに、車両の挙動（特に走行方向）を維持するようにトルク配分比が変更させられる。
【００３３】
その例を図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示してある。図６の（ａ）に示す例は、直進走行状態で力行している場合に第２駆動ユニットＤU2におけるコントローラＩNV2 の負荷率制限値が半減した場合の例を示している。なお、図６において、各コントローラＩNV1 ，ＩNV2 についてカギ括弧を付して記載してある数値は、負荷率（１＝１００％）を示し、また各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲについてカギ括弧を付して記載してある数値は、トルクの配分比を示している。負荷率が特には制限されてない通常の状態では、各コントローラ（インバータ）ＩNV1 ，ＩNV2 の負荷率は「１」であり、したがって直進状態であることにより、各モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲのトルク配分比はそれぞれ「０．５」である。その状態から第２のコントローラＩNV2 の負荷率が制限されて（負荷率制限値が大きくなって）、負荷率が「０．５」になると、第２駆動ユニットＤU2における各モータＭＦＲ，ＭＲＬのトルク配分比は、負荷率の変化割合と同様に半減され、それぞれ「０．２５」になる。
【００３４】
この状態では、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計は「０．７５」となり、これと同様に車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計も「０．７５」となるから、車両の左右のトルクが等しくなって直進走行状態を維持することができる。言い換えれば、車両を旋回させるモーメントが生じないので、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向）を維持することができる。
【００３５】
このように直進方向に力行している場合には、モータＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲに対するトルク配分比を負荷率の変化割合と同等に変化させればよいが、減速に伴ってエネルギ回生している場合や旋回している場合には、トルク配分比を単純に負荷率の変化割合に応じて変化させずに、従前の走行状態（走行方向）を維持するように変化させる。具体的には、図６の（ｂ）は、前輪ＦＬ，ＦＲでのトルク配分比を相対的に大きく（「０．７」に）して回生制動している状態で第２のコントローラＩNV2 の負荷率が制限されて（負荷率制限値が大きくなって）、負荷率が「０．５」となった場合を示している。その場合、負荷率の変化割合に準じて第２駆動ユニットＤU2におけるモータＭＦＲ，ＭＲＬのトルク配分比を変化させるとすると、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比が「０．３５」に半減し、また左後輪ＲＬのモータＭＲＬでのトルク配分比が「０．１５」に半減することになる。しかしながら、このようにすると、車両の左側のトルク配分比の合計が「０．８５」となり、これに対して右側のトルク配分比の合計が「０．６５」となってしまい、車両の挙動が変化してしまう可能性がある。そこで、この発明では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を単に半減させずに、車両の左側および右側のそれぞれにおけるトルク配分比の合計が等しくなるように、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を変化させる。図６の（ｂ）に示す例では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比を「０．４５」に変更し、かつ左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を「０．０５」に変更する。
【００３６】
こうすることにより、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計が「０．７５」となり、これと同様に車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計も「０．７５」となるから、車両の左右のトルクが等しくなって直進走行状態を維持することができる。しかも、前輪ＦＬ，ＦＲ側のモータＭＦＬ，ＭＦＲのトルク配分比が、後輪ＲＬ，ＲＲのモータＭＲＬ，ＭＲＲのトルク配分比より大きくなり、所期のエネルギ回生を行うことができる。言い換えれば、車両を旋回させるモーメントが生じないので、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向および回生状態）を維持することができる。
【００３７】
つぎに旋回時の制御について説明すると、図６の（ｃ）は、右旋回している際に負荷率の制限が生じた場合を示しており、車両の左車輪ＦＬ，ＲＬのモータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比をそれぞれ「０．７」、右車輪ＲＬ，ＲＲのモータのトルク配分比をそれぞれ「０．３」として右旋回している状態で第２駆動ユニットＤU2におけるコントローラＩNV2 の負荷率を半減する制限が生じた場合の例である。すなわち、左側のトルク配分比と右側のトルク配分比との差が「０．８」の状態であり、この状態で右前輪ＦＲのモータＭＦＲのトルク配分比をコントローラＩNV2 の負荷率制限値に応じて半減させるとすると、そのトルク配分比は「０．１５」となり、同様に、左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比は「０．３５」になる。しかしながら、このようにすると、左側のトルク比の合計が「１．０５」となるのに対して、右側のトルク比の合計が「０．４５」となり、その差は「０．６」となる。すなわち、直前の走行状態から「０．２」減少することになる。車両を右方向に回頭させるモーメントが、車両の左側と右側とのトルクの差に比例することからすれば、旋回性が低下して走行方向に変化が生じる可能性があり、あるいは旋回状態を維持するためには操舵を行うことが必要になる。
【００３８】
この発明では、このような不都合を回避するために、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を単に半減させずに、車両の左側および右側のそれぞれにおけるトルク配分比の合計の差が、従前の走行状態における差と等しくなるように、右前輪ＦＲのモータＭＦＲおよび左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を変化させる。図６の（ｃ）に示す例では、右前輪ＦＲのモータＭＦＲでのトルク配分比を「０．０５」に変更し、かつ左後輪ＲＬのモータＭＲＬのトルク配分比を「０．４５」に変更する。
【００３９】
こうすることにより、車両の左側の各モータＭＦＬ，ＭＲＬのトルク配分比の合計が「１．１５」となり、また車両の右側の各モータＭＦＲ，ＭＲＲのトルク配分比の合計が「０．３５」となり、その差は従前と同様に「０．８」となる。すなわち、負荷率の制限が生じる前と同様のモーメントを車両に作用させることができるので、従前の旋回状態あるいは走行方向を維持することができる。言い換えれば、負荷率を維持して発熱を抑制しつつ、従前の走行状態（走行方向または旋回状態）を維持することができる。
【００４０】
なお、上述した各具体例では、熱交換器（ラジエータ）Ｒd1，Ｒd2によって大気中に放熱するように構成した冷却器を用いた例を説明したが、この発明における冷却器は、要は、いわゆる対角線上に配置されたモータを含む駆動ユニット毎に設けられ、かつそれらの駆動ユニット毎に冷却を行うことができる構成であればよく、上述した具体例で示した構成のものに限定されない。例えば図７に示すように、左前輪ＦＬのモータＭＦＬと右後輪ＲＲのモータＭＲＲとに冷却用オイルを循環させて供給する第１のオイルポンプＯP1と、右前輪ＦＲのモータＭＦＲと左後輪ＲＬのモータＭＲＬとに冷却用オイルを循環させて供給する第２のオイルポンプＯP2とによって冷却器をそれぞれ構成してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ…車輪、 ＭＦＬ，ＭＦＲ，ＭＲＬ，ＭＲＲ…トラクションモータ（モータ）、 ＩNV1 ，ＩNV2 ，ＩNV3 ，ＩNV4 …コントローラ（インバータ）、 ＢAT…蓄電装置、 ＤU1…第１の駆動ユニット、 ＤU2…第２の駆動ユニット、 ＣS1…第１冷却器、 ＣS2…第２冷却器、 Ｒd1，Ｒd2…熱交換器（ラジエータ）、 ＯP1…第１のオイルポンプ、 ＯP2…第２のオイルポンプ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前後左右の四つの車輪のそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットを備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、
前記駆動ユニットは、左前輪と右後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットと、右前輪と左後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットとから構成され、
前記第１駆動ユニットから熱を奪って第１駆動ユニットを冷却する第１冷却器と、
前記第２駆動ユニットから熱を奪って第２駆動ユニットを冷却する第２冷却器と
を備えていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【請求項２】
前記各駆動ユニットは、前記車輪毎に設けられたモータと、そのモータの電流もしくは電圧を制御するコントローラとを備え、
前記各冷却器のいずれか一方に異常が生じて該一方の冷却器による冷却ができない場合に、前記一方の冷却器によって冷却される一方の駆動ユニットを停止するとともに他方の駆動ユニットによって駆動されるモータの負荷を、前記一方の駆動ユニットを停止することによる該一方の駆動ユニットで駆動されるモータの負荷の消失分に応じて増大させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【請求項３】
前記コントローラは、負荷率が変更されるインバータを含み、
いずれか一方の駆動ユニットにおけるインバータの負荷率が変更されて該インバータによって制御されるモータのトルクを変化させる場合に、前記負荷率が変更される前の前記車両の走行方向を維持するように、前記負荷率が変更されるインバータによって制御されるモータに対するトルク配分比を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【請求項１】
前後左右の四つの車輪のそれぞれを互いに独立して駆動することのできる駆動ユニットを備えた左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置において、
前記駆動ユニットは、左前輪と右後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第１駆動ユニットと、右前輪と左後輪とをそれぞれ独立して駆動することのできる第２駆動ユニットとから構成され、
前記第１駆動ユニットから熱を奪って第１駆動ユニットを冷却する第１冷却器と、
前記第２駆動ユニットから熱を奪って第２駆動ユニットを冷却する第２冷却器と
を備えていることを特徴とする左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【請求項２】
前記各駆動ユニットは、前記車輪毎に設けられたモータと、そのモータの電流もしくは電圧を制御するコントローラとを備え、
前記各冷却器のいずれか一方に異常が生じて該一方の冷却器による冷却ができない場合に、前記一方の冷却器によって冷却される一方の駆動ユニットを停止するとともに他方の駆動ユニットによって駆動されるモータの負荷を、前記一方の駆動ユニットを停止することによる該一方の駆動ユニットで駆動されるモータの負荷の消失分に応じて増大させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【請求項３】
前記コントローラは、負荷率が変更されるインバータを含み、
いずれか一方の駆動ユニットにおけるインバータの負荷率が変更されて該インバータによって制御されるモータのトルクを変化させる場合に、前記負荷率が変更される前の前記車両の走行方向を維持するように、前記負荷率が変更されるインバータによって制御されるモータに対するトルク配分比を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の左右独立駆動車両の駆動ユニット冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１１４９４７（Ｐ２０１１−１１４９４７Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６９１２３（Ｐ２００９−２６９１２３）
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]