CN104684752A - 电动汽车的电动机异常检测装置 - Google Patents

Abstract

提供一种电动汽车的电动机异常检测装置，其能以良好的精度检测电动汽车的电动机的异常，并且与现有技术相比较，可谋求成本的降低。该装置包括转向角检测传感器(15b)，其检测车辆的转向角；旋转角度传感器(36)，其获得电动机(6)的旋转角；车速传感器(9)；控制图(10a)，其设定下述之间的关系，即分别驱动左右一对车轮(2、2)的左右的正常时的电动机(6、6)的基于旋转角的差的值、转向角、以及车速之间的关系；异常判断机构(11)，该机构在下述场合，将电动机(6)判定为异常，该场合指通过旋转角度传感器(36)而获得的左右电动机(6、6)的旋转角的差脱离上述基于旋转角的差的值的场合，此时，该基于旋转角的差的值是将转向角检测传感器(15b)和车速传感器(9)获得的转向角与车速对照控制图(10a)而求出的。

Description

电动汽车的电动机异常检测装置

相关申请

本发明要求申请日为2012年10月3日、申请号为JP特愿2012-221070号的申请的优先权，通过参照其整体，将其作为构成本申请的一部分的内容而进行引用。

技术领域

本发明涉及电动汽车的电动机异常检测装置，还涉及可以良好的精度检测驱动单元的异常的技术。

背景技术

人们提出了一种电动汽车的控制方法和控制装置，在该控制方法中，在电动汽车用的内轮电动机驱动装置的电动机、或驱动单元的功能丧失等的异常时，可通过正常的电动机使车辆继续行驶(专利文献1、2)。在包括具有电动机的驱动单元，通过上述驱动单元独立地驱动至少左右一对车轮的相应车轮的电动车辆中，在驱动单元中的任意一个异常时，检测该驱动单元的异常的检测机构是重要的。检测手段示于下述的1～3。

1.将驱动用电动机的转矩指令与供给到该驱动用电动机的驱动电流进行比较，在对应于转矩指令的驱动电流异常时，判定为该驱动单元的异常。

2.将通过驱动单元而驱动的车轮的车轮速度与车辆速度或左右对称车轮等的比较对象车轮的车轮速度进行比较，在车轮速度产生异常时，判定为该驱动单元的异常。

3.驱动单元包括检测驱动用电动机的驱动转矩的转矩传感器，在通过该转矩传感器检测的驱动用电动机的输出转矩相对上述驱动用电动机的转矩指令为异常时，判定为驱动用电动机的异常。

在将电动机判定为异常的场合，具有如下方法：沿抵消伴随电动机的异常而产生的横摆力矩的方向，产生转向辅助转矩。另外，具有下述的方法，在该方法中，通过降低判定为异常一侧和同轴左右相反侧的驱动电动机的驱动力，从而减小在车辆中产生的横摆力矩，并且通过降低左右相反侧的驱动力，从而减小其轮胎的滑移率，充分地确保在轮胎中产生的横向摩擦力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2010-166740号公报

专利文献2：JP特开2006-333603号公报

发明内容

在检测上述驱动单元的异常的检测手段中，具有下述那样的问题。

1.为了检测驱动用电动机的异常，在驱动单元中，必须要求检测驱动用电动机的驱动转矩的转矩传感器，驱动单元的价格变高。另外，因电池的电压下降、在高速领域下弱界磁控制的实施等，转矩指令和通过转矩传感器检测的转矩不一定在正常的误差范围内。由此，产生驱动电动机的异常的误检测的问题。

2.必须要求具有将车轮的车轮速度和车辆速度或左右对称车轮等的比较对象车轮进行比较的车轮速度传感器，会导致成本上升。

本发明的目的在于提供一种电动汽车的电动机异常检测装置，该电动汽车的电动机异常检测装置可以良好的精度检测电动汽车的电动机的异常，并且与现有技术相比较，可谋求成本的降低。在下面采用表示实施方式的附图中的标号，对本发明的概要进行说明。

用于解决问题的方案

本发明的电动汽车的电动机异常检测装置检测电动汽车中的电动机6的异常，该电动汽车包括通过电动机6来驱动车轮2的驱动单元8，通过上述驱动单元8、8，独立地驱动至少左右一对车轮2、2中的每个车轮，该电动汽车的电动机异常检测装置包括：转向角检测传感器15b，该转向角检测传感器15b检测车辆的转向角；旋转角度传感器36，该旋转角度传感器36获得上述电动机6的旋转角；车速传感器9，该车速传感器9检测车速；控制图10a，该控制图10a设定下述之间关系，即分别驱动上述左右一对车轮2、2的左右的正常时的电动机6、6的基于旋转角的差的值、转向角以及车速之间的关系；异常判断机构11，该异常判断机构11在下述场合，将上述电动机6判定为异常，该场合指通过上述旋转角度传感器36获得的左右电动机6、6的旋转角的差脱离上述基于旋转角的差的值场合，此时，该基于旋转角的差的值是将上述转向角检测传感器15b和上述车速传感器9获得的转向角与车速对照上述控制图10a而求出的。

按照该方案，在电动汽车运转时，转向角检测传感器15b检测车辆的转向角。旋转角度传感器36检测电动机6的旋转角。车速传感器9检测车速。在控制图10a中，设定基于左右的正常时的电动机6、6的旋转角的差的值、转向角、以及车速的关系。在左右转向时，由于产生与转向角相对应的内外圈的旋转差，故还在控制图10a中添加转向角。换言之，在控制图10a中，设定考虑与转向角相对应的内外圈的旋转差的旋转角，即使在车辆直行以外的情况下，仍进行电动机6的异常判断。

异常判断机构11在下述场合，将电动机6判定为正常，该场合指通过旋转角度传感器36获得的当前的旋转角的差在上述基于旋转角的差的值之内的场合，此时，该基于旋转角的差的值是将转向角检测传感器15b和车速传感器9获得的当前的转向角与车速对照控制图10a而求出的。相反，异常判断机构11在下述场合，将电动机6判定为异常，该场合指当前的旋转角的差脱离基于对照控制图10a求出的旋转角的差的值的场合。在该场合，即使在具有电池19的电压下降等的情况下，仍可以良好的精度而检测电动机6的异常。另外，由于可在不采用高价的转矩传感器等的情况下，检测电动机6的异常，故与已有技术相比较，可谋求成本的降低。另外，在将电动机6判定为异常的场合，比如，提醒驾驶员注意到电动机6异常的情况，可在早期对该电动机6采取必要的措施。

也可在上述控制图10a中，针对各车速设定下述阈值，该阈值指驱动左右一对车轮2、2中的任意一个车轮2的电动机6的正常时的旋转角、与驱动上述左右一对车轮中的任意另一个车轮2的电动机6的正常时的旋转角的差的阈值。在本例子中，基于该旋转角的差的值为左右电动机6、6的正常时的旋转角的差的阈值。通过如此针对车速而精细地设定正常时的旋转角的差的阈值，可不管车速，以良好的精度而检测电动机6的异常。

上述异常判断机构(11)还可在驱动左右一对车轮2、2中的任意一个车轮2的电动机6的旋转角、与驱动上述左右一对车轮中的任意另一个车轮2的电动机6的旋转角的差脱离在上述控制图10a中设定的上述阈值时，将任意一个或两个电动机6判定为异常。

在上述异常判断机构11将上述电动机6判定为异常时，上述异常判断机构11还对下述差进行比较，将该差中的较大的任意一个上述电动机6判定为异常，该差为基于通过上述旋转角度传感器36获得的旋转角而求出的左右一对上述车轮2、2的上述电动机6、6的转数、与通过上述车速传感器9而获得的车速的差。通过如此指定判定为异常的电动机6，可原样采用正常的电动机6，并且可仅修理或更换异常的电动机6。于是，谋求作业工时的减少。

上述异常判定机构11还可在上述车辆的前进时、后退时这两个场合均判定上述电动机6是否异常。由于不仅在车辆的前进时，而且在后退时，仍可将电动机6判定为异常，故不仅可在早期检测出电动机6的异常，而且可提高作为电动机异常检测装置的通用性。

上述电动汽车也可通过上述电动机6而驱动车辆的前后轮3、2中的任意一个或两个。上述驱动单元8还可构成内轮电动机驱动装置，在该内轮电动机驱动装置中，上述电动机6的一部分或整体设置于上述车轮2内部，该内轮电动机驱动装置具有上述电动机6、车轮用轴承4与减速器7。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施方式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施方式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为通过俯视图而表示本发明的第1实施方式的电动汽车的构思方案的方框图；

图2为表示该电动汽车的电动机异常检测装置等的控制系统的方框图；

图3为该电动汽车的变频装置的电路图；

图4A为表示该电动机异常检测装置的控制图的一个例子的图；

图4B为表示该电动机异常检测装置的控制图的另一个例子的图；

图5为表示该电动机异常检测装置中车辆驱动范围的行驶时电动机的旋转角的变化的曲线图；

图6为表示与该电动机异常检测装置中车辆驱动范围的行驶时的转数变化相对应的电动机的旋转角的变化状况的曲线图；

图7为表示该电动机异常检测装置中车辆逆行范围(reverserange)的行驶时电动机的旋转角的变化的曲线图；

图8为表示与该电动机异常检测装置中车辆逆行范围的行驶时的转数变化相对应的电动机的旋转角的变化状况的曲线图；

图9为表示本发明的第2实施方式的电动汽车的电动机的构思方案的俯视图。

具体实施方式

根据图1～图8，对本发明的第1实施方式的电动汽车的电动机异常检测装置进行说明。图1为通过俯视图而表示具有本实施方式的电动机异常检测装置的电动汽车的构思方案的方框图。该电动汽车为四轮汽车，在该汽车中，构成车轮1的左右后轮的车轮2为驱动轮，构成左右前轮的车轮3为从动轮。构成前轮的车轮3为转向轮。本例子的电动汽车包括驱动单元8、8，该驱动单元8、8分别通过独立的电动机6、6而驱动构成驱动轮的左右车轮2、2。电动机6的旋转通过减速器7和车轮用轴承4而传递给车轮2。驱动单元8构成内轮电动机驱动装置，在该内轮电动机驱动装置中，电动机6的一部分或整体设置于车轮2的内部，该内轮电动机驱动装置包括电动机6、减速器7与车轮用轴承4。在各车轮2、3中设置图中未示出的制动器。

对控制系统进行说明。如图1所示的那样，在车身1上装载电动机驱动装置20，该电动机驱动装置20包括ECU 21与多个变频装置22。ECU 21为上级控制机构，该上级控制机构进行汽车整体的总控制，将指令提供给各变频装置22。各变频装置22按照ECU 21的指令分别进行各行驶驱动用的电动机6的控制。ECU 21由计算机、在其中运行的程序、以及各种电子电路等构成。ECU 21和变频装置22的弱电系统也可由计算机、共用的基板上的电子电路构成。

ECU 21具有转矩分配机构48。该转矩分配机构48根据加速器操作部16所输出的油门开度的信号、制动器操作部17所输出的减速指令、与转向机构15所输出的旋转指令，形成提供给左右轮的电动机6、6的加速/减速指令作为转矩值，输出给各变频装置22。另外，转矩分配机构48具有下述功能，该功能指在具有制动器操作部17所输出的减速指令时，分配成将电动机6用作再生制动器的制动转矩指令值、与使在图中未示出的制动器动作的制动转矩指令值。用作再生制动器的制动转矩指令值反映到提供给各行驶用到电动机6、6的加速/减速指令的转矩指令值中。

加速器操作部16和制动器操作部17分别具有加速踏板和制动器踏板等踏板、检测该踏板的动作量的传感器。转向机构15包括方向盘15a、检测作为其旋转角度的转向角的转向角检测传感器15b。电池19装载于车身1上，用作电动机6的驱动以及车辆整体的电气系统的电源。

如图2所示的那样，变频装置22包括电源电路部28与电动机控制部29，该电源电路部28相对各电动机6而设置，该电动机控制部29控制该电源电路部28。电动机控制部29既可相对各电源电路部28共同地设置，也可分别地设置。电动机控制部29具有将与该电动机控制部29所具有的内轮电动机驱动装置有关的各检测值或控制值等的各信息提供给ECU 21的功能。电源电路部28包括变频器31与驱动该变频器31的PWM驱动器32。变频器31将电池19的直流电转换为用于电动机6的驱动的三相交流电。

如图3所示的那样，电动机6由三相的同步电动机，比如IPM型(埋入磁铁型)同步电动机等构成。变频器31由多个驱动元件31a构成，通过脉冲波形而输出电动机6的三相(U、V、W相)的各相驱动电压。各驱动元件31a采用半导体开关元件。电动机驱动控制部37根据已输入的电流指令而进行脉冲幅度调整，将on、off指令提供给PWM驱动器32，PWM驱动器32驱动各驱动元件31a。

通过电源电路部28的作为弱电电路部的PWM驱动器32、电动机控制部29构成运算部33，该运算部33为变频装置22中的弱电电路部分。运算部33由计算机、在其中运行的程序、与电子电路构成。此外，在变频装置22中，还设置比如平滑电容器的平滑部34等，该平滑部34并列地介设于电池19和变频器31之间。

在电动机6中，设置有检测电动机转子的旋转角的旋转角度传感器36。在电动机6中，为了使其效率为最大，根据通过旋转角度传感器36检测的定子与电动机转子之间的相对旋转角度，通过电动机控制部29的电动机驱动控制部37控制流向定子的线圈的交流电流的各波的各相的外加时刻。

如图2所示的那样，在该电动汽车中，装载有检测电动机6的异常的电动机异常检测装置。该电动机异常检测装置包括转向角检测传感器15b、旋转角度传感器36、检测车速的车速传感器9、存储机构10、异常判断机构11与异常报告机构12。在上述结构的电动机控制部29中，设置异常判断机构11和异常报告机构12。存储机构10设置于ECU 21中的存储区域中。在存储机构10中，以可改写的方式设定控制图10a(在后面描述)，在该控制图10a中，设定基于旋转角的差的值、转向角、与车速的关系。另外，还可在电动机控制部29中的存储区域设置控制图。

异常判断机构11在下述场合，将电动机6判定为异常，该场合指通过旋转角度传感器36而获得的左右电动机6、6的旋转角的差，即左右的旋转角度传感器信号的AD值的差脱离上述基于旋转角的差的值的场合，该基于旋转角的差的值是转向角检测传感器15b和车速传感器9而获得的转向角和车速对照控制图10a求出的。上述AD值为将旋转角度传感器信号的模拟值转换为数字值的值。异常判断机构11在车辆的前进时、后退时这两个场合，均将电动机6判定为异常。

图4A、图4B表示控制图的一个例子。图4A为表示下述阈值的图，该阈值为对应于下述转向角以及车速而设定的正常时的左右电动机的旋转角度传感器信号的AD值的差的阈值，该转向角为从驾驶员角度观看，沿逆时针旋转方向对方向盘进行操作的左转或左旋时的转向角。在该例子中，基于上述旋转角度的差的值为左右电动机6、6的正常时的旋转角的差的阈值。图4B为表示下述阈值的图，该阈值为对应于右转或右旋时的转向角、以及车速而设定的正常时的左右电动机的旋转角度传感器信号的AD值的差的阈值。

对应于转向角和车速，在图4A、图4B中，将阈值表示为Data_ij，该阈值通过从左侧的正常时的电动机的旋转角度传感器信号的AD值中扣除右侧的正常时的电动机的旋转角度传感器信号的AD值而求出的值。上述阈值通过比如实际车辆试验、模拟等方式而适当确定。另外，在图4A、图4B中，针对车速，每10km/h而刻画，针对转向角，每0.5π弧度而刻画，但是，在本例子中，不必限定于此。

于是，图2所示的异常判断机构11在下述差脱离控制图10a中设定的正常时的Data_ij的场合，将任意一个或两个电动机6判定为异常，该差为驱动其中一个车轮2的电动机6的旋转角度传感器信号的AD值与驱动另一个车轮2的电动机6的旋转角度传感器信号的AD值的差。另外，异常判断机构11在将电动机6判定为异常时，进一步，分别将下述差进行比较，将该差较大的一个电动机6判定为异常。该差为基于通过旋转角度传感器36获得的旋转角度而求出的左右一对车轮2、2的电动机6、6的各转数(在后面描述)与通过车速传感器9而获得的车速的差。异常报告机构12在通过异常判断机构11而将电动机6判定为异常时，将上述电动机6的异常报告输出给ECU 21。

图5为表示电动机异常检测装置中车辆驱动范围的行驶时(前进时)电动机的旋转角的变化的曲线图。以下，还参照图2进行说明。将设置于电动机6中的旋转角度传感器36的电子角360°的模拟信号转换为n比特的数字值，电子角360°通过旋转角度传感器信号的AD值表示。比如，在采用轴倍角4×的旋转角度传感器36的场合，如果电动机6的电动机转子旋转一圈(机械角360°)，则输出作为旋转角度传感器36的信号的四个锯齿波。一个锯齿波表示机械角90度。另外，如果从该电动机6的输出轴侧观看，使电动机6的电动机转子沿逆时针旋转(CCW)方向旋转的话，则旋转角度传感器36的值从0增加到上限值，如果到达上限值，则返回到0，并且再次从0增加到上限值。反复进行该动作。

电动机6的转数(rpm)可采用一定的取样时间的旋转角度传感器36的信号变化量计算。具体来说，如果采用轴倍角4×的旋转角度传感器36，则将旋转角度传感器36的信号变化量与下述值相乘，该值是将“60”除以获得旋转角度传感器信号的取样时间得到的。通过将乘以该信号变化量求出的值除以上述上限值乘4得到的值，可计算电动机6的转数。

图6为表示与该电动机异常检测装置中车辆驱动范围的行驶时的转数变化相对应的电动机的旋转角的变化状况的曲线图。该图6表示与下述场合相对应的旋转角度传感器信号的AD值的变化状况，该场合指从输出轴侧观看，电动机的旋转方向为逆时针旋转(CCW)方向，并且转数rot2＞rot1＞rot3的场合。电动机的转数越高，则在一定时间内输出的旋转角度传感器的锯齿波的数量越多。

图7为表示该电动机异常检测装置中车辆的逆行范围(reverserange)的行驶时(后退时)的电动机的旋转角的变化的曲线图。该图7表示电动机的电动机转子从该电动机的输出轴侧观看，沿顺时针旋转(CW)方向旋转时的旋转角度传感器信号的AD值的变化状况。旋转角度传感器的值从上限值减小到0，如果达到0，则返回到上限值，并且再次从上限值减小到0。反复进行该动作。

图8为表示与该电动机异常检测装置中车辆的逆行范围的行驶时的转数变化相对应的电动机的旋转角的变化状况的曲线图。该图8表示与下述场合相对应的旋转角度传感器信号的AD值的变化状况，该场合指从输出轴侧观看，电动机的旋转方向为顺时针旋转(CW)方向，并且转数rot2＞rot1＞rot3的场合。

对作用效果进行说明。在电动汽车运转时，如图2所示那样，转向角检测传感器15b检测车辆的转向角，旋转角度传感器36检测电动机6的旋转角，车速传感器9检测车速。异常判断机构11在下述差脱离在控制图10a中设定的正常时的Data_ij的场合，将任意一个或两个电动机6判定为异常，该差指驱动其中一个车轮2的电动机6的旋转角度传感器信号的AD值与驱动另一个车轮2的电动机6的旋转角度传感器信号的AD值的差。

另外，异常判断机构11在将电动机6判定为异常时，进一步，还分别对下述差进行比较，将该差较大的一个电动机6判定为异常，该差为基于通过旋转角度传感器36获得的旋转角而求出的左右一对车轮2、2的电动机6、6的各转数与通过车速传感器9获得的车速的差。通过指定如此判定为异常的电动机6，不但可原样采用正常的电动机6，而且可仅修理或更换异常的电动机6。于是，谋求作业工时的降低。

通过在控制图10a中，针对车速精细地设定左右的旋转角差的阈值(Data_ij)，异常判断机构11可不管车速，以良好的精度而检测电动机6的异常。在控制图10a中，设定考虑了与转向角相对应的内外圈的旋转差的旋转角，即使在车轮直行时以外的情况下，仍以良好的精度进行电动机6的异常判断。即使在具有电池19的电压下降等的情况下，仍可以良好的精度检测电动机6的异常。另外，由于可在不采用高价的转矩传感器等的情况下检测电动机6的异常，故与现有技术相比较，谋求成本的降低。另外，异常报告机构12将电动机6的异常报告输出给ECU 21，ECU 21的异常显示机构13可将上述电动机6异常的消息输出到显示装置14上，可提醒驾驶员注意。由此，驾驶员可早期对该电动机6采取必要的措施。

在上述实施方式中，对后轮驱动式的电动汽车进行了说明，但是，也可在左右前轮为驱动轮，左右后轮为从动轮的前轮驱动式的电动汽车中采用该电动机异常检测装置。另外，还可如图9所示的第2实施方式那样，在左右的前后轮3、2为驱动轮的四轮驱动式的电动汽车中采用该电动机异常检测装置。

如上面所述，在参照附图的同时，对优选的实施方式和应用方式进行了说明，但是，如果本领域的技术人员阅读了本说明书，会在显然的范围内容易想到各种变更和修正方式。于是，这样的变更和修正方式应被解释为属于根据权利要求书而确定的本发明的范围内。

标号的说明：

标号2、3表示车轮；

标号6表示电动机；

标号8表示驱动单元；

标号9表示车速传感器；

标号10a表示控制图；

标号11表示异常判断机构；

标号15b表示转向角检测传感器；

标号36表示旋转角度传感器。

Claims (7)

1.一种电动汽车的电动机异常检测装置，该电动机异常检测装置检测电动汽车中的电动机的异常，该电动汽车包括以电动机来驱动车轮的驱动单元，通过上述驱动单元，独立地驱动至少左右一对车轮中的每个车轮，该电动汽车的电动机异常检测装置包括：

转向角检测传感器，该转向角检测传感器检测车辆的转向角；

旋转角度传感器，该旋转角度传感器获得上述电动机的旋转角；

车速传感器，该车速传感器检测车速；

控制图，该控制图设定下述之间的关系，即分别驱动上述左右一对车轮的左右的正常时的电动机的基于旋转角的差的值、转向角、以及车速的关系；

异常判断机构，该异常判断机构在下述场合，将上述电动机判定为异常，该场合指通过上述旋转角度传感器而获得的左右电动机的旋转角的差脱离上述基于旋转角的差的值的场合，此时，该基于旋转角的差的值是将上述转向角检测传感器和上述车速传感器获得的转向角与车速对照上述控制图而求出的。

2.根据权利要求1所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，在上述控制图中，针对各车速设定下述阈值，该阈值指驱动左右一对车轮中的任意一个车轮的电动机的正常时的旋转角、与驱动上述左右一对车轮中的任意另一个车轮的电动机的正常时的旋转角的差的阈值。

3.根据权利要求2所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，上述异常判断机构在驱动左右一对车轮中的任意一个车轮的电动机的旋转角、与驱动上述左右一对的车轮中的任意另一个车轮的电动机的旋转角的差脱离在上述控制图中设定的上述阈值时，将任意一个或两个电动机判定为异常。

4.根据权利要求2或3所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，在上述异常判断机构将上述电动机判定为异常时，上述异常判断机构还对下述差进行比较，将该差中的较大的任意一个上述电动机判定为异常，该差为基于通过上述旋转角度传感器获得的旋转角而求出的左右一对上述车轮的上述电动机的转数、与通过上述车速传感器而获得的车速的差。

5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，上述异常判定机构在上述车辆的前进时、后退时这两个场合均判定上述电动机是否异常。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，上述电动汽车通过上述电动机而驱动车辆的前后轮中的任意一个或两个。

7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的电动汽车的电动机异常检测装置，其中，上述驱动单元构成内轮电动机驱动装置，在该内轮电动机驱动装置中，上述电动机的一部分或整体设置于上述车轮内部，该内轮电动机驱动装置具有上述电动机、车轮用轴承与减速器。