JP2012176643A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気制御式の操舵機構の異常や、左右の駆動輪のモータ駆動系の異常に対し、操舵機構と左右個別のモータとによる旋回走行の相互補完機能を利用し、上記異常の発生時に、ドライバーの意図した方向に進めるように制御できる電気自動車を提供する。
【解決手段】 左右の駆動輪２，２を駆動する独立したモータ６，６と、転舵機構１１に機械的に連結されていないステアリングホイール１４により操舵する操舵機構１２を備える電気自動車に適用する。異常時補完手段３７として、操舵系の異常の検出によって、その異常による転舵不足を補うように、左右駆動輪２，２のトルク指令の配分を変更する異常対応トルク配分変更部３９を設ける。また、車輪駆動系の異常検出によって、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、操舵機構１２の転舵用モータ１３の回転量を変更する異常対応転舵量変更部３８を設ける。
【選択図】 図２

Description

この発明は、インホイールモータ車両等の車輪を個別に駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等の電気自動車に関し、特にその旋回補助制御に関する。

自動車では、旋回走行するとき、回転半径に応じて左右の駆動輪の回転数を変え、旋回の補助を行う。エンジン駆動車両では、左右の駆動輪の回転数の差はディファレンシャルで与えるが、インホイールモータ車両等の車輪を個別にモータ駆動する電気自動車では、左右の駆動輪のモータの駆動トルクを変えることで積極的に回転数を変化させる。
また、自動車の操舵機構として、ステアリングホイールと転舵軸とが機械的に連結されていず、ステアリングホイールの回転角度を検出して転舵用のモータを駆動する電気制御式の操舵機構を用いたものがある。

特開２０１０−７４９５７号公報

電気制御式の操舵機構では、転舵用のモータやその駆動回路の過熱状態、あるいはその他の何らかの異常で、ハンドル角度に応じた車輪の角度変化が行えなくなる恐れがある。また、左右の車輪を別のモータで駆動する電気自動車では、左右いずかのモータが、過熱等の異常で出力制限が必要となった場合や、何らかの異常で駆動できなくなった場合に、車輪が直進方向を向いていても、左右の駆動トルクの差によって車両が旋回走行してしまったり、ハンドルが切られて車輪が直進方向に対して角度を持っていても、本来の軌道を描かないことが予想される。このように、各部の異常で、ドライバーの意図した方向に進めなくなることがある。この場合、車両を自力で道路の安全な場所へ移動させたり、修理工場へ移動させることができなくなる。
従来は、このような電気制御式の操舵機構の異常や、左右輪の個別の駆動系の異常に対して、効果的に対応できる適切な制御を行えるものがなかった。

この発明の目的は、電気制御式の操舵機構の異常や、左右の駆動輪の個別のモータ駆動系の異常に対して、操舵機構と左右個別のモータとによる旋回走行の相互補完機能を利用し、上記異常の発生時に、できだけドライバーの意図した方向に進めるように制御できる電気自動車を提供することである。

この発明の電気自動車は、左右少なくとも一対の駆動輪２，２をそれぞれ駆動する互いに独立した走行用のモータ６，６と、転舵機構１１に機械的に連結されていない操舵具１４の操作量を検出し前記転舵機構１１の転舵用モータ１３により左右の操舵輪３，３を転舵させる操舵機構１２と、アクセル操作手段１６の駆動指令を、前記操舵具１４の操作量に応じて、前記左右の駆動輪２，２のモータ６，６の制御手段２２，２２に分配して与えるトルク配分手段３３とを備えた電気自動車において、
前記転舵用モータ１３および操舵機構１２を含む操舵系の異常の検出によって、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段３３による左右の駆動輪２，２のモータ６，６に対するトルク指令の配分を変更する機能と、前記走行用のモータ６，６およびこのモータ６，６の制御手段２２，２２を含む車輪駆動系の異常の検出によって、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、前記転舵用モータ１３による転舵量を変更する機能とのいずれか一方または両方を有する異常時補完手段３７を設けたことを特徴とする。

この構成によると、異常時補完手段３７は、転舵用モータ１３および操舵機構１２を含む操舵系の異常の検出によって、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段３３による左右の駆動輪２，２のモータ６，６に対するトルク指令の配分を変更する機能を備える。または、前記走行用のモータ６，６およびこのモータ６，６の制御手段２２，２２を含む車輪駆動系の異常の検出によって、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、前記転舵用モータ１３による転舵量を変更する機能を備える。あるいは両機能を備える。このように、操舵機構１２と左右個別のモータ６，６とによる旋回走行の相互補完機能を利用し、電気制御式の操舵機構１２の異常、または左右の駆動輪２，２の個別のモータ駆動系の異常の発生時に、できだけドライバーの意図した方向に進めるように制御することができる。
なお、異常による転舵不足を補うように左右のトルク指令の配分をどの程度に変化させるかは、適宜設計すれば良い。また、車輪駆動系の異常の検出によって、左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、転舵用モータ１３による転舵量を変更するにつき、どの程度の変更を行うかについても、適宜設計すれば良い。

この発明において、前記操舵系の異常を検出する操舵系異常検出手段４２を設け、前記異常時補完手段３７として、前記操舵系異常検出手段４２による異常の検出に応答して、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段３３による左右の駆動輪２，２のモータ６，６に対するトルク指令の配分を変更する異常対応トルク配分変更部３９を設けても良い。
この構成の場合、操舵系に異常が発生しても、その異常による転舵不足を、左右の駆動輪２，２のトルク配分の変更により補完し、できだけドライバーの意図した方向に走行させることができる。

この発明において、前記車輪駆動系の異常を検出する駆動系異常検出手段４３を設け、前記異常時補完手段３７として、前記車輪駆動系異常検出手段４３による異常検出に応じて、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、前記操舵機構１２の転舵用モータ１３の回転量を変更する異常対応転舵量変更部３８を設けてもよい。
この構成の場合は、左右の駆動輪２，２のいずれかの車輪駆動系の異常が発生しても、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を、操舵輪３，３の転舵角度によって補完し、できだけドライバーの意図した方向に走行させることができる。

この発明において、前記転舵用モータ１３またはこの転舵用モータ１３の駆動回路４４の温度を検出する温度検出手段４５，４６の検出温度が閾値を超えた場合に、前記操舵系の異常と判定する操舵系異常検出手段４２を設けても良い。
電気制御式の操舵系の異常は、転舵用モータ１３またはその駆動回路４４の過熱による場合が多く、この過熱を監視して異常判断を行うことで、多くの場合の電気制御式の操舵系の異常が検出でき、温度測定による簡単な処理で、確実性の高い異常判定が行える。

この発明において、直進方向に対する車体１の曲がり量を検出する手段、または操舵輪３，３の転舵角度を検出する手段の検出値である曲がり量検出値と、前記操舵具１４の操作量とを比較し、前記曲がり量検出値と操作量とが、定められた範囲から外れたときに、前記操舵系の異常と判定する操舵系異常検出手段４２を設けても良い。
車体の曲がり量、または操舵輪３，３の転舵角度を検出し、操舵具１４の操作量と比較すれば、操舵系のより確実な異常検出が行える。直進方向に対する車体１の曲がり量の検出は、車両の姿勢制御等に用いられているヨーレートセンサ４８や車両左右の加速度を検出するセンサ等の出力から検出できる。

この発明において、前記走行用のモータ６，６またはこの走行用モータ６，６の駆動回路２２，２２の温度を検出する温度検出手段４９，５０の検出温度が閾値を超えた場合に、前記車輪駆動系の異常と判定する駆動系異常検出手段４３を設けても良い。
車輪駆動系の異常は、前記走行用のモータ６，６またはこの走行用モータ６，６の駆動回路２２，２２の過熱による場合が多く、この過熱を監視して異常判断を行うことで、多くの場合の車輪駆動系の異常が検出でき、温度測定による簡単な処理で、確実性の高い異常判定が行える。

この発明において、前記走行用のモータ６，６は、このモータ６と、前記駆動輪２を支持する車輪用軸受４と、前記モータ６の駆動を前記車輪用軸受４に伝える減速機７とでインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、各駆動輪２，２を個別に駆動することになる。減速機７を備える場合、モータ６の異常は拡大して駆動輪２，２に伝わるため、この発明による相互補完による異常対応の効果が、より効果的に得られる。
前記減速機７がサイクロイド減速機である場合は、円滑な減速動作が得られるが、減速比が高いため、モータ６の異常が拡大して駆動輪２に伝わる。そのため、この発明による相互補完による異常対応の効果が、より効果的に得られる。

この発明において、左右一対の駆動輪ではなく、左右二対以上の駆動輪をそれぞれ独立した走行用モータで駆動する車両に適応してもよい。

この発明の電気自動車は、 左右少なくとも一対の駆動輪をそれぞれ駆動する互いに独立した走行用のモータと、転舵機構に機械的に連結されていない操舵具の操作量を検出し前記転舵機構の転舵用モータにより左右の操舵輪を転舵させる操舵機構と、アクセル操作手段の駆動指令を、前記操舵具の操作量に応じて、前記左右の駆動輪のモータの制御手段に分配して与えるトルク配分手段とを備えた電気自動車において、前記転舵用モータおよび操舵機構を含む操舵系の異常の検出によって、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段による左右の駆動輪のモータに対するトルク指令の配分を変更する機能と、前記走行用のモータおよびこのモータの制御手段を含む車輪駆動系の異常の検出によって、その異常による左右両駆動輪の駆動バランスの変化量を補うように、前記転舵用モータによる転舵量を変更する機能とのいずれか一方または両方を有する異常時補完手段を設けたため、電気制御式の操舵機構の異常や、左右の駆動輪の個別のモータ駆動系の異常に対して、操舵機構と左右個別のモータとによる旋回走行の相互補完機能を利用し、上記異常の発生時に、できだけドライバーの意図した方向に進めるように制御することができる。

この発明の一実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同ブロック図につきＥＣＵの構成を詳細化して他の部分を簡略化したブロック図である。 同電気自動車のインホイールモータユニットの概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車の正常時の動作説明図である。 同電気自動車の操舵系異常の場合の動作説明図である。 同電気自動車の駆動系異常の場合の動作説明図である。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図７のVIII−VIII 線断面図である。 図８の部分拡大断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図９と共に説明する。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪が駆動輪２とされ、左右の前輪となる車輪が従動輪の操舵輪３とされた４輪の自動車である。駆動輪２および操舵輪３となる車輪は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。左右の駆動輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して駆動輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が駆動輪２内に配置される。各インホイールモータ駆動装置８は、後述のインバータ装置２２と共に、インホイールモータユニット３０を構成する。各駆動輪２および操舵輪３には、電動式等の摩擦ブレーキである機械式のブレーキ９，１０がそれぞれ設けられている。

左右の前輪となる操舵輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、転舵用モータ１３により、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。ナックルアーム１１ｂとタイロッド１１ａの間には、転舵角検出手段４７が設けられている。操舵機構１２は、タイロッド１１ａと機械的に連結されていないステアリングホイール１４の操舵角を操舵角センサ１５で検出し、その検出した操舵角である旋回指令により、操舵制御手段３４を介して転舵用モータ１３に駆動指令を与えられる電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）とされている。

アクセル操作手段１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作手段１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。

制御系を説明する。自動車全般の制御を行う統合制御用の電気制御ユニットであるメインのＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って各走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると、駆動および操舵に関する制御を行う駆動制御部２１ａと、その他の制御を行う一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、トルク配分手段４８および前記操舵制御手段３４を有している。
トルク配分手段４８は、アクセル操作手段１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作手段１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、各インバータ装置２２へ配分して出力する。トルク配分手段４８は、ブレーキ操作部手段１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。

ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示装置２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される制動指令に従って、各駆動輪２，操舵輪３の機械式のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段であり、制動専用のＥＣＵとなる電子回路やマイコン等により構成される。

インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ駆動装置８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵ２１に出力する機能を有する。前記インバータ装置２２と、その制御対象のモータ６を含むインホイールモータ駆動装置８とで、インホイールモータユニット３０が構成される。

図３は、インホイールモータユニット３０の概念構成を示すブロック図である。インバータ装置２２のパワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ、例えばＩＰＭ型（埋込磁石型）同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントール部２９は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。また、モータコントール部２９は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流センサ３５から得て、電流フィードバック制御を行う。この電流制御では、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。

この実施形態は、上記基本構成の電気自動車において、図２に示すように、ＥＣＵ２１に、次の異常時補完手段３７と、異常報告手段１８とを設けたものである。異常時補完手段３７は、次の異常対応転舵量変更部３８、異常対応トルク配分部３９、操舵系異常検出手段４２、および駆動系異常検出手段４３により構成される。

操舵系異常検出手段４２は、転舵用モータ１３および操舵機構１２を含む操舵系の異常を検出する手段である。操舵系異常検出手段４２は、例えば、転舵用モータ１３またはこの転舵用モータ１３の駆動回路４４の温度を検出する温度検出手段４５，４６の検出温度が閾値を超えた場合に、前記操舵系の異常と判定する手段とされる。温度検出手段４５，４６は、それぞれ転舵用モータ１３およびその駆動回路４４に設けられたサーミスタ等からなる。前記閾値は設計により適宜定められる。

操舵系異常検出手段４２は、上記温度検出による構成の他に、直進方向に対する車体１の曲がり量を検出する手段、または操舵輪３，３の転舵角度を検出する転舵角検出手段４７の検出値である曲がり量検出値と、前記ステアリングホイール１４の操作量とを比較し、曲がり量検出値と操作量とが、定められた範囲から外れたときに、前記操舵系の異常と判定するものであっても良い。上記の「定められた範囲」は、設計により適宜定める。直進方向に対する車体１の曲がり量は、車両の姿勢制御等に用いられているヨーレートセンサ４８や車両左右の加速度を検出するセンサ（図示せず）等の出力から検出できる。

駆動系異常検出手段４３は、走行用のモータ６およびこのモータ６の制御手段であるインバータ装置２２を含む車輪駆動系の異常を検出する手段である。駆動系異常検出手段４３は、走行用のモータ６またはこの走行用モータ６のインバータ装置２２の温度を検出する温度検出手段４９，５０のいずれかの検出温度が閾値を超えた場合に、前記車輪駆動系の異常と判定する手段である。温度検出手段４９，５０は、サーミスタ等からなる。インバータ装置２２の温度検出は、モータ電流の駆動回路であるインバータ３１（図３）の温度を検出するものとされる。

異常対応トルク配分部３９は、操舵系異常検出手段４２による異常の検出に応答して、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段３３による左右の駆動輪２，２のモータ６，６に対するトルク指令の配分を変更する手段である。上記の「異常による転舵不足を補うように」とは、「操舵系の駆動不能または駆動力低下の異常によって、ステアリングホイール１４の実際の操作量に比べて操舵輪３，３の曲がり角度が少なくなる場合に、左右の駆動輪２，２のトルク差による車両走行の曲がりの補助が大きくなるように、」という意味であり、必ずしも転舵の不足量の全体を補わなくても良い。異常対応トルク配分部３９によるトルク配分手段３３のトルク配分の変更量は、適宜定めれば良いが、例えば一定量であっても良く、またステアリングホイール１４の操舵角に比例する値であっても良い。

異常対応転舵量変更部３８は、駆動系異常検出手段４３の異常検出に応じて、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、操舵機構１２の転舵用モータ１３の回転量を変更する手段である。上記の「駆動バランスの変化量」は、駆動系の異常がなければ左右両駆動輪２，２に生じているはずの駆動トルクのバランスに対して、駆動系の異常のために生じている左右両駆動輪２，２の駆動バランスの差を言う。この駆動バランスの変化量を補うようにする転舵用モータ１３の回転量を変更量は、適宜定めれば良いが、例えば一定量であっても良く、また左右のうちの異常の生じていない駆動輪２，２のトルクに対する一定割合の値であっても良い。

異常報知手段１８は、車輪駆動系の異常検出によって異常対応転舵量変更部３８による転舵量の変更を行わせた場合、および操舵系の異常検出によって異常対応トルク配分変更部３９によるトルク配分の変更を行わせた場合、運転席のコンソールの液晶画面等の表示装置２７に、操舵系異常や車輪駆動系の異常の報知を行う手段である。

図４〜６図と共に、上記構成の動作を説明する。なお、制御系の構成については図２を参照する。また、上記動作説明と共に、異常対応トルク配分部３９および異常対応転舵量変更部３８の、より具体的な機能を説明する。

図４は正常時の動作を示す。同図（Ａ）に走行方向を破線の矢印で示すように、旋回走行するときは、操舵輪３，３が直進方向（車体１の中心軸の方向）に対して転舵角θを持つように、ステアリングホイール１４により操作される。このとき、旋回経路の外側の駆動輪２o のトルクＡが、内側の駆動輪２i のトルクＢよりも大きくなるように、トルク配分手段３３はステアリングホイール１４の操作量に応じて両側の駆動輪２o ，２i のモータ６，６へのトルク配分を行う。このように、左右の駆動輪２o ，２i のトルクに差を持たせることで、車両の旋回走行の補助を行う。同図（Ｂ）のように直進する場合は、両側の駆動輪２o ，２i のモータ６，６のトルクＣ，Ｄが等しくなるようにトルク配分する。

図５は操舵系異常時を示す。操舵系の異常より、同図（Ａ）のように操舵輪３，３の転舵角度θが、ドライバーによるステアリングホイール１４の回転操作量に対して小さかったり、零となることがある。このときは、旋回経路の外側の駆動輪２o についてはトルクＡ′が、正常時のトルクＡよりも大きくなり、旋回経路の内側の駆動輪２i についてはトルクＢ′が正常時のトルクＢよりも小さくなるように、異常対応トルク配分変更部３９によって、トルク配分手段３３により出力する両側の駆動輪２o ，２i のモータ６，６へのトルク配分を変更する。異常対応トルク配分変更部３９は、操舵系異常検出手段４２による操舵系の異常検出に応答して、上記のトルク配分の制御を行う。このように、駆動輪２o ，２i のトルク差による車両の曲がりの補助を高めることで、操舵輪３，３の転舵角度θが小さくても、また零であっても、旋回経路をとることができ、ドライバーの意図した車両曲がり動作に近づけることができる。
このように異常対応トルク配分変更部３９は、操舵系の異常による転舵不足を補うようにトルク配分を変更するが、その変更量は、一定量であっても良く、ステアリングホイール１４の操舵角に比例する値であっても良い。また、操舵系の異常による転舵角度θの誤差量が検出できる場合は、その検出された誤差量に相当する値分だけ、トルク配分を変更しても良い。

また、ステアリングホイール１４が直進方向とされていても、操舵系の異常より、同図（Ｂ）のように操舵輪３，３に転舵角度θが生じることがある。この場合は、操舵輪３，３が転舵角度θを生じていてもなるだけ直進するように、両側の駆動輪２o ，２i のトルクＣ′，Ｄ′の配分を行う。例えば、同図のように操舵輪３，３が左側に曲がる転舵角度θを生じている場合は、左の駆動輪２o のトルクＣ′を正常時のトルクＣよりも大きくし、右側の駆動輪２i のトルクＤ′を正常時のトルクＣよりも小さくする。これにより、ドライバーの意図する直進に近づけることができる。このトルク配分の変更は、操舵系異常検出手段４２による操舵系の異常検出に応答し、異常対応トルク配分変更部３９により行う。 トルク配分の変更量は、一定量であっても良く、また操舵系の異常による転舵角度θの誤差量が検出できる場合は、その検出された誤差量に相当する値分だけ、トルク配分を変更しても良い。

図６は、車輪駆動系の異常時を示す。車輪駆動系の異常、つまり左右の片方の駆動輪２のモータ６やそのインバータ装置２２に異常が生じ、モータ６の駆動が不能となったり、モータ６にトルク指令値に応じたトルクの出力が出せなくなることがある。左右の片方の駆動輪３に、トルク指令値に応じたトルクの出力が出せなくなると、車両旋回時における左右の駆動輪２o ，２i による旋回補助が十分に行えなくなったり、直進しようとしも、曲がりが生じることがある。
例えば、図６（Ａ）のように、右側へ旋回しようとするときに、左側の駆動輪２o のトルクＡ″が、旋回に適したトルクＡよりも小さくなることがある。この場合は、操舵輪２，２の転舵角度θを、ステアリングホイール１４の操作量に対応する転舵角度よりも大きくする。このように、異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を補うように、転舵角度θを変えることで、ドライバーの操作したステアリングホイール１４の操作量に対応した旋回走行が行える。

また、図６（Ｂ）のように、たとえば、左側の駆動輪２o のモータ６のトルクが、トルク指令値よりも小さくなる異常が生じ、左右の駆動輪２，２のトルクＣ″，Ｄ″に差が生じている場合は、トルクＣ″，Ｄ″の小さい駆動輪２o ，２i （図示の例では駆動輪２o ）と反対側へ旋回するように、転舵輪３に転舵角度θを生じさせる。このように転舵角度θを生じさせることで、左右の駆動輪２，２のトルクＣ″，Ｄ″に差が生じていても直進することができる。この転舵角度θを生じさせる制御は、駆動系異常検出手段４３による異常検出に応答し、異常対応転舵量変更部３８により操舵制御手段３４を介して行う。

このように、左右の駆動輪２，２のいずれかの車輪駆動系の異常が発生しても、その異常による左右両駆動輪２，２の駆動バランスの変化量を、操舵輪３，３の転舵角度によって補完し、できだけドライバーの意図した方向に走行させることができる。車輪駆動系の異常の発生により操舵輪３，３の転舵角度をどの程度に変えるかは、例えば変更量を一定量としても、また異常の発生によるトルク変化量が分かる場合はその変化量分としても良く、さらに正常側の駆動輪２のトルクに比例した量としても良い。

なお、上記のような車輪駆動系の異常検出により異常対応転舵量変更部３８による転舵量の変更を行わせた場合、および操舵系の異常検出により、異常対応トルク配分変更部３９によってトルク配分の変更を行わせた場合、ＥＣＵ２１に設けられた異常報知手段１８によって、運転席のコンソールの液晶画面等の表示装置２７に、操舵系や駆動系の異常報知の表示を行う。操舵系や車輪駆動系に異常が生じていても上記のように車両の操舵や走行が可能であるが、本来の正常な操舵・走行ではない。しかし、ドライバーが、異常報知手段１８による表示を見ることで、異常発生時に、車両を交通の障害とならない安全な場所まで移動させたり、修理工場まで低速で走行するなどの処置が行え、安全性の向上、交通障害の回避、修理場所への移動の容易が達成できる。

操舵系および車輪駆動系の異常検出につき説明する。
操舵系異常検出手段４２は、例えば、転舵用モータ１３またはこの転舵用モータ１３の駆動回路４４の温度を検出する温度検出手段４５，４６の検出温度が閾値を超えた場合に操舵系の異常と判定する。
電気制御式の操舵系の異常は、転舵用モータ１３またはその駆動回路４４の過熱による場合が多く、この過熱を監視して異常判断を行うことで、多くの場合の電気制御式の操舵系の異常が検出でき、温度測定による簡単な処理で、確実性の高い異常判定が行える。

また、操舵系異常検出手段４２は、直進方向に対する車体１の曲がり量を検出する手段、または操舵輪３，３の転舵角検出手段４７の検出値である曲がり量検出値と、前記ステアリングホイール１４の操作量とを比較し、前記曲がり量検出値と操作量とが、定められた範囲から外れたときに、前記操舵系の異常と判定するものとしても良い。
車体の曲がり量、または操舵輪３，３の転舵角度を検出し、ステアリングホイール１４の操作量と比較すれば、操舵系のより確実な異常検出が行える。直進方向に対する車体１の曲がり量の検出は、車両の姿勢制御等に用いられているヨーレートセンサ４８や車両左右の加速度を検出するセンサ等の出力から検出できる。

駆動系異常検出手段４３は、例えば、走行用のモータ６またはこの走行用モータ６の駆動回路であるインバータ装置２２の温度を検出する温度検出手段４９，５０の検出温度が閾値を超えた場合に、車輪駆動系の異常と判定するものとしても良い。
車輪駆動系の異常は、走行用のモータ６またはその駆動回路であるインバータ装置２２の過熱による場合が多く、この過熱を監視して異常判断を行うことで、多くの場合の車輪駆動系の異常が検出でき、温度測定による簡単な処理で、確実性の高い異常判定を行うことができる。

なお、この実施形態では、減速機７を備えるため、モータ６の異常は拡大して駆動輪２，２に伝わる。そのため、上記の操舵系の異常と車輪駆動系の異常に対する相互補完による異常対応の効果が、より効果的に得られる。前記減速機７がサイクロイド減速機である場合は、円滑な減速動作が得られるが、減速比が高いため、モータ６の異常が拡大して駆動輪２に伝わる。そのため、上記の相互補完による異常対応の効果が、より効果的に得られる。

次に、図７〜図９と共に、前記インホイールモータ駆動装置８の具体例を示す。このインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪２のハブとモータ６の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。

外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。

内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。

減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図８のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。

モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。

前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。

図９に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。

図７において、モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータである。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。

モータステータ７３は、軟質磁性体からなるステータコア部７７とコイル７８とでなる。ステータコア部７７は、その外周面がモータハウジング７２の内周面に嵌合して、モータハウジング７２に保持されている。モータロータ７５は、モータステータ７３と同心に回転出力軸７４に外嵌するロータコア部７９と、このロータコア部７９に内蔵される複数の永久磁石８０とでなる。

モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。ここでは、各角度センサ３６として、磁気エンコーダまたはレゾルバが用いられる。モータ６の回転制御は上記モータコントール部２９（図１，２）により行われる。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ４２の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。

なお、上記実施形態では、図１，２に示すように、モータコントロール部２９をインバータ装置２２に設けたが、モータコントール部２９はメインのＥＣＵ２１に設けても良い。また、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とは、この実施形態では分けて設けているが、一体化した制御装置として設けても良い。

なお、上記実施形態においては、左右一対の駆動輪を後輪に設定した場合を説明しているが、駆動輪が前輪であってもよい。また、左右二対以上の駆動輪をそれぞれ独立した走行用モータで駆動する車両に適応してもよい。

１…車体
２…駆動輪
３…操舵輪
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１１…転舵機構
１２…操舵機構
１３…転舵用モータ
１６…ステアリングホイール（操舵具）
２２…インバータ装置（モータの制御手段）
３３…トルク配分手段
３７…異常時補完手段
３８…異常対応転舵量変更部
３９…異常対応トルク配分変更部
４２…操舵系異常検出手段
４３…駆動系異常検出手段
４４…駆動回路
４５，４６…温度検出手段
４８…ヨーレートセンサ
４９，５０…温度検出手段

Claims (8)

1. 左右少なくとも一対の駆動輪をそれぞれ駆動する互いに独立した走行用のモータと、転舵機構に機械的に連結されていない操舵具の操作量を検出し前記転舵機構の転舵用モータにより左右の操舵輪を転舵させる操舵機構と、アクセル操作手段の駆動指令を、前記操舵具の操作量に応じて、前記左右の駆動輪のモータの制御手段に分配して与えるトルク配分手段とを備えた電気自動車において、
   前記転舵用モータおよび操舵機構を含む操舵系の異常の検出によって、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段による左右の駆動輪のモータに対するトルク指令の配分を変更する機能と、前記走行用のモータおよびこのモータの制御手段を含む車輪駆動系の異常の検出によって、その異常による左右両駆動輪の駆動バランスの変化量を補うように、前記転舵用モータによる転舵量を変更する機能とのいずれか一方または両方を有する異常時補完手段を設けたことを特徴とする電気自動車。
2. 請求項１において、前記操舵系の異常を検出する操舵系異常検出手段を設け、前記異常時補完手段として、前記操舵系異常検出手段による異常の検出に応答して、その異常による転舵不足を補うように、前記トルク配分手段による左右の駆動輪のモータに対するトルク指令の配分を変更する異常対応トルク配分変更部を設けた電気自動車。
3. 請求項１または請求項２において、前記車輪駆動系の異常を検出する駆動系異常検出手段を設け、前記異常時補完手段として、前記車輪駆動系異常検出手段による異常検出に応じて、その異常による左右両駆動輪の駆動バランスの変化量を補うように、前記操舵機構の転舵用モータの回転量を変更する異常対応転舵量変更部を設けた電気自動車。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記転舵用モータまたはこの転舵用モータの駆動回路の温度を検出する温度検出手段の検出温度が閾値を超えた場合に、前記操舵系の異常と判定する操舵系異常検出手段を設けた電気自動車。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、直進方向に対する車体の曲がり量を検出する手段、または操舵輪の転舵角度を検出する手段の検出値である曲がり量検出値と、前記操舵具の操作量とを比較し、前記曲がり量検出値と操作量とが、定められた範囲から外れたときに、前記操舵系の異常と判定する操舵系異常検出手段を設けた電気自動車。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記走行用のモータまたはこの走行用モータの駆動回路の温度を検出する温度検出手段の検出温度が閾値を超えた場合に、前記車輪駆動系の異常と判定する駆動系異常検出手段を設けた電気自動車。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記走行用のモータは、このモータと、前記駆動輪を支持する車輪用軸受と、前記モータの駆動を前記車輪用軸受に伝える減速機とでインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
8. 請求項７において、前記減速機がサイクロイド減速機である電気自動車。

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