JP2962364B2

JP2962364B2 - 電気自動車

Info

Publication number: JP2962364B2
Application number: JP22283790A
Authority: JP
Inventors: 博正樋笠; 員暢佐藤
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1990-08-24
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JPH04103467A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、モータを用いて車輪を操向させ，かつ駆
動する電気自動車にかかり、とくに低速での運動性能の
改善に関する。

（従来の技術）自動車の運転性能を高めるため、近時、新しい技術と
して4WS（四輪操舵）が提案されている。

また、一方で、モータを用いて車輪を駆動するととも
に、モータでその車輪の向きを旋回変位させて操向させ
る電気自動車が提案されている。

かかる電気自動車において、前記4WS技術を採用する
ことは、電気的な制御技術の利用が容易であるので、自
動車の運動性能の大幅な向上を期待することができる。

しかしながら、従来のかかる電気自動車においては、
車輪の旋回範囲が比較的小さいものとなっている。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、従来のこの種の電気自動車においては、そ
のままでは電気的な制御技術を利用しても自動車の運転
性能の大幅な向上を期待することができないものとなっ
ている。

この発明は、このような背景に基づいてなされたもの
で、この種の電気自動車の運動性能の大幅な向上を目的
とし、電気的な制御技術の利用がそのまま運動性能の向
上につながるものを提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）この発明は、上下方向に延びるとともに前側の左右に
配置された第1,第２前キングピン軸の下部に第1,第２駆
動前輪を回転自在に取り付け、上下方向に延びるととも
に後側の左右に配置された第1,第２後キングピン軸の下
部に第1,第２駆動後輪を回転自在に取り付け、第1,第２
前側キングピン軸を軸線回りに旋回させる第1,第２前旋
回モータと、第1,第２後キングピン軸を軸線回りに旋回
させる第1,第２後旋回モータとを設けた電気自動車であ
って、第1,第２駆動前輪を回転させる第1,第２前輪駆動モー
タを第1,第２駆動前輪のホイール・リムの内側にそれぞ
れ取り付け、第1,第２駆動後輪を回転させる第1,第２後輪駆動モー
タを第1,第２駆動後輪のホイール・リムの内側にそれぞ
れ取り付けて、４つの各駆動輪を互いに独立して回転可
能にしたことを特徴とする。

（作用）この発明によれば、４つの駆動輪をそれぞれ任意の方
向に旋回させ、さらに、旋回した第1,第２駆動前輪また
は第1,第２駆動後輪をそれぞれ異なる方向に回転させる
ことができるものであるから、車両の向きをあらゆる方
向に自由に変えることができ、狭い場所や道幅の狭い曲
がりくねった道路であっても、自由に走行したり車両の
向きを自由に変えることができる。すなわち、あらゆる
自由走行が可能となる。つまり、究極の自由走行が可能
である。

また、車両の向きをあらゆる方向に自由に変えること
ができるので、例えば、スタート時に車両の向きと車両
の進行方向とを一致させて、車両を走行させることがで
きる。このため、車両の安全性が高まる。すなわち、よ
こすべり角βをゼロにして車両を走行させることができ
る。

さらに、走行中であっても、４つの駆動輪にそれぞれ
旋回モータと駆動モータとが設けられていることによ
り、４輪独立トルク制御,4輪独立回生制動,4輪独立操舵
ができるので、よこすべり角βをゼロにして車両を走行
させることができる。

また、第1,第２前輪駆動モータおよび第1,第２後輪駆
動モータによって直接第1,第２駆動前輪および第1,第２
駆動後輪を回転させることができるので、第1,第２駆動
前輪および第1,第２駆動後輪を回転させるための電力伝
達構造を設置することが不要となる。しかも、各駆動モ
ータを各駆動輪のホイール・リムの内側に取り付けたこ
とにより、各駆動輪の側方の空間を広くとることがで
き、このため、各駆動輪の旋回角度を大きく設定するこ
とができ、その設定も容易なものとなる。

（実施例）以下、図面に示す一実施例によりこの発明を説明す
る。

この実施例の電気自動車１は、四輪自動車であって、
各車輪はそれぞれのキングピン軸５回りに旋回動作が可
能に構成された四輪操舵式となっており、各車輪の操舵
装置と、それぞれの駆動装置および懸架装置は、第２図
に示すものと同様に構成されている（第３図参照）。

第２図において、２は車輪、３はフレームである。

フレーム３の側面には、支持装置４が固定され、この
支持装置４は上下方向に貫通した透孔4aを有し、この透
孔4aの上下端部には軸受4bが設置されている。

そして、この支持装置４の透孔4aには、下端部に車輪
２を保持する，キングピン軸５が貫通して装着されてい
る。

このキングピン軸５の上部には、一体にフランジ部5a
が形成されており、キングピン軸５の下端には、後述の
駆動モータ６のフレームを兼ね，車軸15を水平に支持す
る，ベースプレート７が溶接等によって一体に固着され
ている。

前記フランジ部5aの上側に装着されたワッシャ4cと前
記支持装置４に固定された上側の軸受4bの下端面との間
にはコイルスプリング4dか介装され、このキングピン軸
５は支持装置４に対して上下動可能であり、かつ周方向
に回動可能に支持されている。

そして、前記キングピン軸５の下端に固着されたベー
スプレート７の中央には、ボス部とボス穴とが形成さ
れ、ボス部の外周面上には駆動モータ６の固定子巻線が
固着され、ボス穴に車軸15を回動可能に装着することに
よって、車輪２が支持されるとともに、回転子フレーム
26との間にはアウタロータ型誘導電動機からなる駆動モ
ータ６が構成されている。

この車軸15は、ホイール・リム11に固定された回転子
フレーム26と一体に形成されたもので、前記ベースプレ
ート７を貫通して車両の内側に導出されており、この車
軸15の導出された内端にはブレーキデイスク16が固着さ
れている。

そして、このブレーキデイスク16の縁部に臨ませて、
ブレーキキャリパ17が前記ベースプレート７に支持され
て配置されており、このブレーキキャリパ17を適宜作動
させることによって制動を行なうようになっている。な
お、第２図中、18はタイヤを示す。

この駆動モータ６においては、外周側に回転子が位置
して回転するので、この外周の回転子フレーム26をその
ままホイール・リム11にボルト等を用いて連結する等の
簡単な構造によって設置し、車輪２の駆動モータ６とし
て使用することができ、この実施例においては、この駆
動モータ６への電源の供給は、前記キングピン軸５の上
部に設置したジョイント部19からキングピン軸５の内部
を経て行なわれる。

このように駆動モータ６を構成して電力を供給するこ
ととしたので、車輪２に駆動力を作用させるために電力
伝達構造を設置することが不要となる。また、駆動モー
タ６をホイール・リムの内側に、すなわちホイール・リ
ムに囲まれる空間に取り付けたものである。

このため、車輪２の側方の空間を広く利用して操向装
置を構成することが可能となり、各車輪２の旋回角度
（操向角度）を従来より格段に大きく設定することがで
き、その設定も容易なものとなる。

そして、前記支持部材４の上側となるキングピン軸５
上には、ウオームホイル14が固着され、この近傍にはギ
ヤードモータ（旋回モータ）12で駆動されるウオーム13
を配置して、前記ウオーム13と噛合されている。

このギヤードモータ12は、この発明でいう操向モータ
に該当するもので、これを駆動することによって、キン
グピン軸5,ベースプレート７および車軸15を経て車輪２
を旋回させて操向操舵を行なうものである。

なお、ウオーム・ホイル14はキングピン軸５上に形成
されたスプライン部5bにはめ合わされて取り付けられて
おり、車輪２の上下動にともなう，キングピン軸５の上
下動に対してもウオーム13との噛合位置で静止して常に
動力伝達が可能の状態になっている。

この実施例においては、前記のように駆動モータ６を
車輪２の内部に配置して構成したので、各車輪の旋回角
度範囲は第１図に示すように大きな範囲に設定されてい
る。

すなわち、第１図は第３図に示す電気自動車１の右側
前輪2aの部分を拡大して示した平面図で、図中矢印Ｆは
電気自動車１の前方を示し、矢印Ｓは車体側方を示す。

そして、通常の前方への直進走行の場合には、車輪2a
は実線で示すように、矢印Ｆと一致した方向に向いて位
置（以下、直進位置という）している。

この電気自動車１が旋回走行を行なう場合には、この
車輪2aはキングピン軸５まわりに旋回変位させるが、こ
の実施例の場合は前記直進位置から前後方向の両側にそ
れぞれ90度づつの旋回変位が可能となっており、この実
施例での旋回角度範囲は合計で180度となっており、こ
の範囲内においては車輪2aは任意の位置で旋回を適宜停
止することができる。

そして、この旋回角度範囲の端部位置においては、第
１図にW₁,W₂で示すように車輪2aが矢印Ｓで示す車体側
方に向いた位置となる。

なお、旋回角度範囲中には、前記直進位置と、前記W₁
またはW₂のいずれか一方を含めば、車輪2aはキングピン
軸５まわりの全周に渡ってその向きを向けることができ
る。

このように構成された４つの車輪（駆動輪）2a,2b,2
c,2dを有する，電気自動車１の駆動装置は第３図に示す
ように構成されている。

すなわち、右側前輪（第１駆動前輪）2a,左側前輪
（第２駆動前輪）2bおよび右側後輪（第１駆動後輪）2
c,左側後輪（第２駆動後輪）2dのそれぞれには前記と同
様の駆動モータ6a（第１前輪駆動モータ）,6b（第２前
輪駆動モータ）,6c（第１後輪駆動モータ）,6d（第２後
輪駆動モータ）と、操向モータとしてのギヤードモータ
12a（第１前輪旋回モータ）,12b（第２前輪旋回モー
タ）,12c（第１後輪旋回モータ）,12d（第２後輪旋回モ
ータ）とがそれぞれ独立に設置されており、これらのモ
ータは第４図ブロック図で示す電気的制御装置で全体と
して総合的に制御が行なわれる。

すなわち、前記駆動モータ6a,6b,6c,6dおよびギヤー
ドモータ12a,12b,12c,12dは、不図示のバッテリから供
給される電流により駆動されるが、これらはそれぞれコ
ントローラ（制御手段）21からの信号により制御されて
互いに独立に駆動するようになっている（第４図）。

コントローラ21は、コンピュータ31と，駆動モータ用
の４つのモータコントローラ32a,32b,32c,32dと，ギヤ
ードモータ用の４つのモータコントローラ33a,33b,33c,
33dからなり、これらのモータコントローラ32a,33a等か
らの出力信号によってそれぞれに対応する駆動モータ6a
等およびギヤードモータ12a等が制御される。

また、コンピュータ31には、各車輪2a,2b,2c,2d毎に
設置された車輪回転センサ22a,22b,22c,22dからの回転
速度信号と、ステアリングハンドルのステアリングセン
サ23からの操舵信号と、アクセルペダルに設置されたア
クセルセンサ24で検出した加速命令信号と、ブレーキペ
ダルに設置されたブレーキセンサ25で検出したブレーキ
信号とが入力される。

そして、これらの信号はコンピュータ31内のROM（Rea
d Only Memory）等の記憶媒体（記憶手段）に蓄積され
たプログラムに従って演算され、また蓄積されている電
気自動車１の走行データと比較判断され、所要の出力を
全ての各モータコントローラ32a,33a,等に供給すること
によって、各駆動モータ6a,6b,6c,6dおよびギヤードモ
ータ12a,12b,12c,12dを適切な回転状態にし、各車輪2a,
2b,2c,2dの向き（旋回角度変位量）と回転速度とを制御
するものである。

この実施例の電気自動車においては、第５図に示す各
種の運動が可能となっており、これらの運動を適切に行
なう必要に基づいて、第６図の制御テーブルが作成さ
れ、コンピュータ31内のROMに、この制御テーブルが蓄
積されており、操向ハンドル等の指令手段からの信号に
基づいて適宜の運転モードの選択が行なわれるものであ
る。

そして、マイクロコンピュータ31は、ギヤードモータ
12a〜12dを制御する旋回モータ制御手段と、駆動モータ
6a〜6dを制御する駆動モータ制御手段としての機能を有
しており、運転モードによって、車輪2a,2bまたは車輪2
c,2dを互いに異なる方向に旋回させたり、４つの車輪2a
〜2dをそれぞれ異なる方向に旋回させたりする。また、
マイクロコンピュータ31は、運転モードによって、車輪
2a,2bまたは車輪2c,2dを互いに異なる方向に回転（正転
・逆転）させたりする。

例えば、第５図のＡ−１の場合には、車輪2a,2cを正
転させ、車輪2b,2dを逆転させる。すなわち、車輪2a,2b
は互いに逆方向に回転し、車輪2c,2dも互いに逆方向に
回転する。第５図のＤ−1,D−2,D′−1,D′−２も同様
である。

今、運転者が例えば第５図のＡ−１の車体中央をピボ
ット中心Ｐとする運転モードを選択した場合、コンピュ
ータ31は、その信号に応じて、ROM中の制御テーブルか
ら第６図のＡ−１欄に記載された内容の信号を読み出
し、これらの信号を各車輪2a,2b,2c,2dの駆動モータ用
のモータコントローラ32a,32b,32c,32dおよびギヤード
モータ用のモータコントローラ33a,33b,33c,33dに出力
する。

なお、第６図に示す制御テーブルにおいて、旋回方向
は、電気自動車１を第５図のように前方（矢印Ｆ）を図
上で上側に向けて配置した場合の車輪の旋回方向位置の
目標の向きを示し、駆動方向は当該車輪の駆動による移
動方向を示すものであり、第５図にＰで示す「＋」マー
クは車輪の旋回中心を示し、この「＋」マークが車輪と
重なっているところは、その旋回中心位置を示すととも
に車輪を直進状態に固定するころと意味するものであ
る。

第６図のＡ−１欄の出力のうち、旋回方向分によっ
て、各ギヤードモータ12a,12b,12c,12dが駆動されて各
車輪2a,2b,2c,2dには所要の旋回角度変位が与えられ、
第５図のＡ−１のようにピボット中心を囲む向きに配列
される。

その後、各車輪2a,2b,2c,2dのそれぞれの駆動モータ
が第６図の駆動方向に応じて駆動され、これら各車輪の
駆動により第５図のＡ−１中に矢印で示したピボット回
転動作が行なわれる。

なお、第５図中の矢印は電気自動車１の運動方向を示
すもので、前記Ａ−１以外のこれらの運動については詳
述しないが、前記Ａ−１の場合と同様に第６図の制御テ
ーブルにしたがって、各車輪のギヤードモータおよび駆
動モータを動作させれば行なわせることができ、第６図
においても「＋」は車輪を直進状態のまま固定すること
を示すものである。

このように、４つの車輪2a〜2dをそれぞれ任意の方向
に旋回させ、さらに、旋回した左右の車輪2a,2bや左右
の車輪2c,2dをそれぞれ異なる方向に回転させることが
できるものであるから、車両の向きをあらゆる方向に自
由に変えることができ、狭い場所や道幅の狭い曲がりく
ねった道路であっても、自由に走行したり車両の向きを
自由に変えることができる。すなわち、あらゆる自由走
行が可能となる。つまり究極の自由走行が可能である。

さらに、走行中であっても、４つの車輪2a〜2dにそれ
ぞれギヤードモータ12a〜12dと駆動モータ6a〜6dとが設
けらていることにより、４輪独立トルク制御,4輪独立回
生制御,4輪独立操舵ができるので、よこすべり角βをゼ
ロにして車両を走行させることができる。

（発明の効果）以上説明したように、この発明によれば、４つの駆動
輪をそれぞれ任意の方向に旋回させ、さらに、旋回した
第1,第２駆動前輪または第1,第２駆動後輪をそれぞれ異
なる方向に回転させることができるものであるから、車
両の向きをあらゆる方向に自由に変えることができ、狭
い場所や道幅の狭い曲がりくねった道路であっても、自
由に走行したり車両の向きを自由に変えることができ
る。すなわち、あらゆる自由走行が可能となる。つま
り、究極の自由走行が可能であり、車両の運動性能を大
幅に向上させることができる。

さらに、走行中であっても、４つの駆動輪にそれぞれ
旋回モータと駆動モータとが設けらていることにより、
４輪独立トルク制御,4輪独立回生制御,4輪独立操舵がで
きるので、よこすべり角βをゼロにして車両を走行させ
ることができる。

また、第1,第２前輪駆動モータおよび第1,第２後輪駆
動モータによって直接第1,第２駆動前輪および第1,第２
駆動後輪を回転させることができるので、第1,第２駆動
前輪および第1,第２駆動後輪を回転させるための動力伝
達構造を設置することが不要となる。しかも、各駆動モ
ータを各駆動輪のホイール・リムの内側に取り付けたこ
とにより、各駆動輪の側方の空間を広くとることがで
き、このため、各駆動輪の旋回角度を大きく設定するこ
とができ、その設定も容易なものとなる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例に関し、第１図は車輪の旋回範
囲の説明図、第２図は第３図のII−II矢視による構造説
明図、第３図は電気自動車の車輪の配置説明図、第４図
は電気自動車の制御ブロック図、第５図は電気自動車の
運動モードの説明図、第６図は制御テーブル図である。 F;前方、 1:電気自動車、 2,2a,2b,2c,2d;車輪、 5;キングピン軸、 6,6a,6b,6c,6d;駆動モータ、 12,12a,12b,12c,12d;ギヤードモータ（操向モータ）、 15;車軸。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−35677（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−40930（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−171671（ＪＰ，Ｕ) 実開昭54−68339（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上下方向に延びるとともに前側の左右に配
置された第1,第２前キングピン軸の下部に第1,第２駆動
前輪を回転自在に取り付け、上下方向に延びるとともに
後側の左右に配置された第1,第２後キングピン軸の下部
に第1,第２駆動後輪を回転自在に取り付け、第1,第２前
側キングピン軸を軸線回りに旋回させる第1,第２前旋回
モータと、第1,第２後キングピン軸を軸線回りに旋回さ
せる第1,第２後旋回モータとを設けた電気自動車であっ
て、第1,第２駆動前輪を回転させる第1,第２前輪駆動モータ
を第1,第２駆動前輪のホイール・リムの内側にそれぞれ
取り付け、第1,第２駆動後輪を回転させる第1,第２後輪駆動モータ
を第1,第２駆動後輪のホイール・リムの内側にそれぞれ
取り付けて、４つの各駆動輪を互いに独立して回転可能
にしたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】各運転モードに対応して第1,第２駆動前輪
および第1,第２駆動後輪の旋回角度データと各駆動輪の
回転方向のデータとを記憶した記憶手段と、この記憶手段に記憶されたデータに基づいて、第1,第２
前輪旋回モータおよび第1,第２後輪旋回モータと、第１
第２前輪駆動モータおよび第1,第２後輪駆動モータとを
制御する制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１
の電気自動車。