JP2012178904A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 モータが制御系のノイズ等で誤動作した場合に、瞬時にこれを判断して安全処置を採ることができる電気自動車を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ２１の出力するトルク指令と、モータ６またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかとを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータ６の誤動作を検出する誤動作検出手段３７を設ける。この誤動作検出手段３７で誤動作が検出されると前記モータ６への駆動電流の停止、および機械式ブレーキ９，１０による制動のいずれかまたは両方を行わせる誤動作対応制御手段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駆動装置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、モータ異常時のフェールセーフの制御に関する。

電気自動車のモータ制御は、通常、マイコン（マイクロコンピュータ）を使って行う方式が採られる。また、その制御系として、車両全般を制御するメインの電気制御ユニットであるＥＣＵと、インバータ装置とが設けられる。インバータ装置は、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部と、ＥＣＵから与えられるトルク指令に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部とを有する。また、電気自動車として、車輪用軸受、モータ、および減速機からなるインホイールモータ駆動装置が用いられる場合がある。

特開２００８−１７２９３５公報

上記のように、電気自動車のモータ制御は、通常、マイコンを使って行う方式が採られるが、万が一、このマイコンに電磁ノイズまたは静電ノイズが影響を及ぼした場合には、モータコントローラ自体が正常に動作できなくなる可能性がある。特に、電気自動車の駆動源であるモータを、高い減速比を有する減速機を介して車輪にトルク伝達する場合、モータ制御の不安定化を原因としたトルクは拡大されて車輪に伝達されるため、このモータのコントーラの信頼性は重要となる。

この発明の目的は、モータが制御系のノイズ等で誤動作した場合に、瞬時にこれを判断して安全処置を採ることが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、車輪２，３を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、バッテリの直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令に従って前記パワー回路部３１を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２と、車輪２，３を制動する機械式ブレーキ９，１０とを備えた電気自動車において、
前記ＥＣＵ２１の出力する前記トルク指令と、前記モータ６またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータ６の誤動作を検出する誤動作検出手段３７と、
この誤動作検出手段３７で誤動作が検出されると前記モータ６への駆動電流の停止もしくは低減、および前記機械式ブレーキ９，１０による制動のいずれかまたは両方を行わせる誤動作対応制御手段３８とを設けた、
ことを特徴とする。
なお、機械式ブレーキ９，１０による制動は、異常を発したモータ６で駆動される車輪２，３だけでなく、車両に備えられた他の車輪２，３の制動も行うようにするのが良い。例えば、左右方向の一方の車輪２，３のモータ６に異常が発生した場合、左右両輪の機械式ブレーキ９，１０による制動を行わせるのが良い。前記誤動作検出手段３７および誤動作対応制御手段３８、ＥＣＵ２１およびインバータ装置２２のいずれに設けても良く、またこれらＥＣＵ２１およびインバータ装置２２とは別に設けても良い。

前記モータコントロール部２９等に電磁ノイズまたは静電ノイズが影響を及ぼした場合、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対して、モータ６は回転方向や回転速度の誤動作を生じることがある。前記誤動作検出手段３７は、ＥＣＵ２１の出力するトルク指令と、モータ６、またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータの誤動作を検出する。検出されるモータ６の誤動作は、例えば、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対する回転方向や回転速度の誤動作である。誤動作対応制御手段３８は、前記誤動作検出手段３７で誤動作が検出されると前記モータ６への駆動電流の停止、および前記機械式ブレーキ９，１０による制動のいずれか、または両方を行わせる。
このように、モータ異常を常に監視し、モータ６への駆動電流の停止、または機械式ブレーキ９，１０による制動を行わせるため、運転者の意思に反する車両の逆方向への走行や、加速等が回避され、即座に安全性が得られる。

この発明において、前記誤動作検出手段３７は、前記ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令よりモータ６の回転すべき回転方向を判定する回転方向指示判別部４１と、前記モータ６またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかから得られる回転方向とを比較してモータ６の回転方向異常を判定する回転方向異常判定部４２とを有するものとしても良い。
モータ６の回転方向異常は、運転者の操作に反した車両走行の逆方向走行により、安全性に大きな影響が生じるが、このような回転方向異常時にモータ電流の停止や機械式ブレーキ９，１０による制動を行わせることで、安全性が確保される。

この発明において、前記誤動作検出手段３７は、前記ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令よりモータ６の回転すべき回転数を判定する回転数推定部４３と、前記モータ６またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号とを比較してモータ６の回転数異常を判定する回転数異常判定部４４とを有するものとしても良い。
ノイズにより、運転者の操作に反した急激な加速が生じる恐れがあるが、回転数の異常を判定することで、上記のような操作に反した急激な加速等が回避され、安全性が確保される。

この発明において、それぞれ別の車輪２，３を駆動する複数のモータ６を備えた電気自動車の場合に、前記誤動作対応制御手段３８は、一つのモータ６の誤動作の検出を検出したときに、その誤動作が検出されたモータ６への駆動電流の停止もしくは低減と、他のモータ６への駆動電流の停止もしくは低減とを行わせるようにするのが良い。
各車輪２，３が別個のモータ６で駆動される車両では、一つのモータ６だけの駆動電流を停止した場合、その駆動電流を停止したモータ６の車輪は回転自在となるが、車両の左右または前後で駆動がアンバランスとなり、直進性に影響することがある。このため、一つのモータ６の駆動電流を停止する場合は、他のモータ６への駆動電流も停止することが、直進性に影響を与えない安定した走行の上で好ましい。

この発明において、前記誤動作検出手段３７および前記誤動作対応制御手段３８を前記インバータ装置２２に設けても良い。ＥＣＵ２１は、車両制御の高機能化に伴って複雑化の傾向にある。そのため、誤動作検出手段３７および前記誤動作対応制御手段３８をインバータ装置２２に設けることで、ＥＣＵ２１の複雑化が回避される。また、配線上からも、モータ６に対してＥＣＵ２１よりも近い位置になるインバータ装置２２に誤動作検出手段３７および誤動作対応制御手段３８を設けることが有利である。

この発明において、一つのモータ６に対して前記誤動作検出手段３７を２つ設け、前記誤動作対応制御手段３８は、２つの誤動作検出手段３７の両方が誤動作を検出した場合にのみ、前記モータ６への駆動電流の停止、または前記機械式ブレーキ９，１０による制動の制御である誤動作対応制御を行わせるか、またはいずれか一方の誤動作検出手段３７が誤動作を検出した場合に、前記誤動作対応制御を行わせるものとしても良い。誤動作検出手段３７自体に異常が発生している恐れがあるが、誤動作検出手段３７を２つ設けることで、より確実で正確な誤動作検知が行える。

この発明において、一つのモータ６に対して前記誤動作検出手段３７を３つ以上設け、前記誤動作対応制御手段３８は、前記３つ以上の誤動作検出手段のうちの過半数が誤動作を検出した場合に、前記モータ６への駆動電流の停止、または前記機械式ブレーキ９，１０による制動の制御である誤動作対応制御を行わせるものとしても良い。３つ以上の誤動作検出手段３７を設けてそれらの出力の多数決で誤動作と判定することで、より正確な誤動作検知が行える。

この発明において、前記モータ６は、車輪用軸受４と、この車輪用軸受４とモータ６の間に介在した減速機７とを有する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では、個別に車輪２，３を駆動するため、そのモータ６の誤動作は、安定した走行への影響が大きい。そのため、この発明による誤動作検出と誤動作対応制御が、より一層効果的となる。

この発明において、前記減速機６がサイクロイド減速機あっても良い。サイクロイド減速機は円滑な動作高減速比が得られる。高減速比を有する減速機６を介して車輪２，３にトルク伝達する場合、モータ制御の不安定化を原因としたトルクは拡大されて車輪２，３に伝達される。そのため、この発明による誤動作検出と誤動作対応制御が、より一層効果的となる。

この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵから与えられるトルク指令に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置と、車輪を制動する機械式ブレーキとを備えた電気自動車において、前記ＥＣＵの出力する前記トルク指令と、前記モータまたはこのモータで駆動される車輪の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータの誤動作を検出する誤動作検出手段と、この誤動作検出手段で誤動作が検出されると前記モータへの駆動電流の停止、および前記機械式ブレーキによる制動のいずれかまたは両方を行わせる誤動作対応制御手段とを設けたため、モータが制御系のノイズ等で誤動作した場合に、瞬時にこれを判断して安全処置を採ることができるという効果が得られる。

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。 同電気自動車における誤動作検出手段の概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるＥＣＵ、各インバータ装置、およびそのモータ誤動作チェック・コントロール手段の概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるモータ誤動作チェック・コントロール手段の変形例の概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるモータ誤動作チェック・コントロール手段の他の変形例の概念構成を示すブロック図である。 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。 同電気自動車における回転センサの一例の断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１０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２および左右の前輪となる車輪３が共に駆動輪とされた４輪駆動の自動車である。前輪となる車輪３は操舵輪とされている。各車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。各車輪２，３は、それぞれ独立の走行用のモータ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を構成している。インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪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。各車輪２，３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である車輪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、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、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。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。

制御系を説明する。自動車全般の制御を行う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の制御をそれぞれ行う複数（図示の例では４つ）のインバータ装置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。なお、ＥＣＵ２１や他の各コンピュータは、例えばマイクロコンピュータである。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動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を有していて、トルク配分手段４８は、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部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、インバータ装置２２へ出力する。トルク配分手段４８は、ブレーキ操作部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、各走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令の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。トルク配分手段４８は、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部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。ブレーキ操作部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。

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、表示手段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、各車輪２，３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。メインのＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。

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ロール部２９とで構成される。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部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。

図２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（図１）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。

モータコントロール部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。モータコントロール部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、モータコントロール部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、モータコントロール部２９に、次の誤動作検出手段３７および誤動作対応制御手段３８からなるモータ誤動作チェック・コントロール手段３４および異常報告手段４７を設けたものである。

異常報告手段４７は、誤動作検出手段３７で誤動作を検出した場合、または誤動作対応制御手段３８で誤動作に対応する処理を行った場合、またはその両方の場合に、ＥＣＵ２１に、その誤動作検出や誤動作対応処理の報告となる信号を送信する手段である。ＥＣＵ２１は、この異常報告手段４７の報告を受けて、対応する制御を行う手段や、コンソールの表示手段２７に、運転者に知らせるための表示を行う手段（いずれも図示せず）が設けられる。

誤動作検出手段３７は、ＥＣＵ２１の出力する前記トルク指令と、モータ６またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータ６の誤動作を検出する手段である。車輪２，３の回転信号および回転方向信号は、モータ６に設けられたモータロータの角度センサ３６、または車輪用軸受４に設けられた回転センサ２４の出力から得る。回転方向信号を回転センサ２４から得る場合、回転センサ２４には回転方向の判別が可能な出力を行うものを用いる。

誤動作対応制御手段３８は、誤動作検出手段３７で誤動作が検出されると、モータ６への駆動電流の停止、および前記機械式ブレーキ９，１０による制動のいずれかまたは両方を行わせる手段である。誤動作対応制御手段３８による駆動電流の停止は、モータ駆動制御部３３を介して行わせる。機械式ブレーキ９，１０に制動させる場合は、ブレーキコントーラ２３に制動の指令を与える。ブレーキコントーラ２３は、例えば、いずれかのインバータ装置２２における誤動作対応制御手段３８から制動指令があった場合は、車両の全ての機械式ブレーキ９，１０に制動動作を行わせる。

誤動作対応制御手段３８は、一つのモータ６の誤動作を検出したときに、その誤動作が検出されたモータ６への駆動電流の停止だけでなく、他のモータ６への駆動電流の停止も行わせるようにするのが良い。この場合に、車両の全てのモータ６への駆動電流の停止を行わせるようにしても良く、車両の前後方向の同じ位置にある他の車輪２，３のモータ６への駆動電流の停止するようにしても良い。例えば、後輪となる左の車輪２のモータ６の誤動作を検出したときに、この車輪２の他に、同じく後輪となる右の車輪２のモータ６を停止させるようにする。

誤動作対応制御手段３８により、その誤動作対応制御手段３８が設けられたインバータ装置２２で駆動されるモータ６とは別のモータ６の駆動電流の停止を行わせる場合、ＥＣＵ２１を介して信号伝達を行うようにしても良く、インバータ装置２２間で直接に信号伝達を行うようにしても良い。
ＥＣＵ２１を介する場合、誤動作対応制御手段３８からＥＣＵ２１に誤動作を検出した信号、または別のモータ６の駆動電流の停止を行わせる信号を出力する。ＥＣＵ２１には前記誤動作検出の信号、または別モータ駆動電流の停止を行わせる信号を受けて、前記別のモータ６のインバータ装置２２へ駆動電流の停止の命令を行わせる別モータ対応制御手段４９（図４）を設けても良い。
インバータ装置２２間で直接に信号伝達を行う場合は、各インバータ装置２２に、他のインバータ装置２２から送られる駆動電流の停止の信号を受信して自己の制御するモータ６の駆動電流を停止させる手段（図示せず）を、モータコントロール部２９に設ける。

図３は誤動作検出手段３７の具体例の概念図である。この例では、誤動作検出手段３７は、モータ６の回転方向異常に対する誤動作検出部として、回転方向指示判別部４１および回転方向異常判定部４２が設けられている。また、回転数異常に対する誤動作検出部として、回転数推定部４３と回転数異常判定部４４とが設けられ、モータ電流異常に対する誤動作検出部として、モータ電流推定部４５と電流異常判定部４６とが設けられている。

回転方向指示判別部４１は、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられる駆動指令がトルク指令であるため、このトルク指令から、ＥＣＵ２１の駆動指令における回転方向が正逆（車両の前進か後退）のいずれの方向であるかを判別する。回転方向異常判定部４２は、回転方向指示判別部４１で判別されるＥＣＵ２１からの駆動指令の回転方向Ａと、実際のモータ回転方向Ｂ、すなわち回転センサ２４または角度センサ３６（図２）で検出された回転方向Ｂとを比較し、異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。

回転数推定部４３は、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられる駆動指令がトルク指令であるため、このトルク指令から、ＥＣＵ２１の駆動指令で駆動した場合のモータ６の回転数（換言すれば回転速度）を推定する。回転数異常判定部４４は、回転数推定部４３で推定した回転数Ｃと、実際のモータ回転数Ｄ、すなわち回転センサ２４または角度センサ３６で検出された回転数Ｄとを比較し、十分に大きく異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。推定した回転数Ｃと実際のモータ回転数Ｄとが、Ｄ≫Ｃの場合、およびＤ≪Ｃの場合のいずれであっても、モータ異常とする。どの程度の大きさの違いでモータ異常と判定するかは、適宜設定する。

モータ電流推定部４５は、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられる駆動指令がトルク指令であるため、このトルク指令で駆動した場合のモータ６の電流を推定する。電流異常判定部４６は、モータ電流推定部４５で推定したモータ電流Ｅと、実際のモータ電流Ｆ、すなわち電流センサ３５で検出されたモータ電流Ｆとを比較し、十分に大きく異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。推定したモータ電流Ｅと実際のモータ電流Ｆとが、Ｆ≫Ｅの場合、およびＦ≪Ｅのいずれであっても、モータ異常とする。どの程度の大きさの違いでモータ異常と判定するかは、適宜設定する。

上記構成の電気自動車による誤動作検出およびその対応制御を説明する。図２において、モータコントロール部２９等に電磁ノイズまたは静電ノイズが影響を及ぼした場合、ＥＣＵ２１からのトルク指令に対して、モータ６は回転方向や回転速度の誤動作を生じることがある。
誤動作検出手段３７は、ＥＣＵ２１の出力するトルク指令と、モータ６、またはこのモータ６で駆動される車輪２，３の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータの誤動作を検出する。

具体的には、図３と共に前述したように、回転方向指示判別部４１により、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられる駆動指令であるトルク指令から、このトルク指令で指示される回転方向Ａを判別し、この判別された回転方向Ａと実際のモータ回転方向Ｂとを回転方向異常判定部４２で比較し、異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。 また、回転数推定部４３により、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられるトルク指令から、このトルク指令で駆動した場合のモータ６の回転数を推定し、その推定した回転数Ｃと、実際の検出されたモータ回転数Ｄとを回転数異常判定部４４で比較し、両回転数Ｃ，Ｄが十分に大きく異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。
さらに、モータ電流推定部４５により、ＥＣＵ２１からインバータ装置２２に与えられるトルク指令から、このトルク指令で駆動した場合のモータ６の電流を推定し、その推定した駆動電流と実際の検出されるモータ電流Ｆとを電流異常判定部４６で比較し、両電流値が十分に大きく異なっていればモータ異常の判定結果を出力する。

誤動作検出手段３７により、上記いずれかのモータ異常の判定結果を出力されると、図２の誤動作対応制御手段３８は、その誤動作に対応する制御として、モータ６への駆動電流の停止、またはブレーキ９，１０による制動、またはその両方を行わせる。ブレーキ９，１０による制動を行う場合は、全ての車輪２，３のブレーキ９，１０に制動を行わせるか、または後輪同士の間、または前輪同士の間で、左右両方のブレーキ９，１０の制動を行わせる。また、モータ６への駆動電流の停止を行う場合も、誤動作が検出されたモータ６以外のモータ６についても、前述のように同時に電流の停止を行うことが好ましい。
このように、モータ６が制御系のノイズ等で誤動作した場合に、瞬時にこれを判断し、モータ電流の停止によりフェールセーフの安全処置を採ることができる。すなわち、運転者の意思に反する車両の逆方向への走行や加速等が回避され、即座に安全性が得られる。

誤動作検出手段３７により誤動作に対応する制御を行った場合、異常報告手段４７はその誤動作対応制御した内容をＥＣＵ２１に報告する。ＥＣＵ２１は、この報告を受けて、車両全体の協調制御が行えるように、適宜の定められた制御を行うと共に、コンソールの表示手段２７に、運転者にモータ６の異常発生やそれに対応した制御を行った旨を知らせる表示を行う。異常発生の表示は、誤動作検出手段３７により異常を検出した信号に応答して行うようにしても良い。

なお、上記の例では、回転方向指示判別部４１と回転方向異常判定部４２の組、回転数推定部４３と回転数異常判定部４４との組、モータ電流推定部４５と電流異常判定部４６の組との３つの組を設けたが、いずれか１つの組だけを設けても良く、またいずれか２つの組を設けても良い。

また、上記の例では、各インバータ装置２２のモータ誤動作チェック・コントロール手段３４に、誤動作検出手段３７を一つのみ設けたが、図５に示すように、誤動作検出手段３７を２つ設けても良い。その場合、誤動作対応制御手段３８は、２つの誤動作検出手段３７の両方が誤動作を検出した場合のみに、前記モータ６への駆動電流の停止、または前記機械式ブレーキ９，１０による制動の制御である誤動作対応制御を行わせるにしても良く、またいずれか一方の誤動作検出手段３７が誤動作を検出した場合に、前記誤動作対応制御を行わせるようにしても良い。誤動作検出手段３７自体に異常が発生している恐れがあるが、誤動作検出手段３７を２つ設けることで、より確実で正確な誤動作検知が行える。

図６のように、一つのモータ６に対して誤動作検出手段３７を３つ設け、前記誤動作対応制御手段３８は、前記３つ以上の誤動作検出手段３７のうちの過半数が誤動作を検出した場合に、前記誤動作対応制御を行わせるものとしても良い。３つ以上の誤動作検出手段３７を設けてそれらの出力の多数決で誤動作と判定することで、より正確な誤動作検知が行える。

図５，図６の例において、誤動作検出手段３７の具体的構成は、図３と共に前述した構成である。また、図５，図６の例において、いずれかの誤動作検出手段３７で誤動作が検出されたが、他の誤動作検出手段３７では誤動作が検出されず、誤動作対応制御手段３８による誤動作対応制御を行わなかった場合は、その旨を図２の異常報告手段４７でＥＣＵ２１に報告し、ＥＣＵ２１によってその旨の表示を図１の表示手段２７に行わせるようにしても良い。なお、図５，図６の例において、複数設けられる誤動作検出手段３７は、互いに同じ構成のものであっても、異種の構成のものであっても良い。

次に、図７〜図１０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ロール部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、モータコントロール部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。

図１０は、図１，図２の回転センサ２４の一例を示す。この回転センサ２４は、車輪用軸受４における内方部材５２の外周に設けられた磁気エンコーダ２４ａと、この磁気エンコーダ２４ａに対向して外方部材５１に設けられた磁気センサ２４ｂとでなる。磁気エンーダ２４ａは、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを交互に着磁したリング状の部材である。この例では、回転センサ２４は両列の転動体５５，５５間に配置しているが、車輪用軸受４の端部に設置しても良い。

なお、上記実施形態では、図１，２に示すように、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とを離して設けたが、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とは同じコンピュータで構成されていても良い。

１…車体
２，３…車輪
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
９，１０…機械式のブレーキ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４…回転センサ
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３０…インホイールモータユニット
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３４…モータ誤動作チェック・コントロール手段
３５…電流センサ
３６…角度センサ
３７…誤動作検出手段
３８…誤動作対応制御手段
４１…回転方向指示判別部
４２…回転方向異常判定部
４３…回転数推定部
４４…回転数異常判定部
４５…モータ電流推定部
４６…電流異常判定部
４７…異常報告手段

Claims (9)

1. 車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、バッテリの直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵから与えられるトルク指令に従って前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置と、車輪を制動する機械式ブレーキとを備えた電気自動車において、
   前記ＥＣＵの出力する前記トルク指令と、前記モータまたはこのモータで駆動される車輪の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかを常時監視し、この監視した情報を基に、定められた規則に従ってモータの誤動作を検出する誤動作検出手段と、
   この誤動作検出手段で誤動作が検出されると前記モータへの駆動電流の停止、および前記機械式ブレーキによる制動のいずれかまたは両方を行わせる誤動作対応制御手段とを設けた、
   ことを特徴とする電気自動車。
2. 請求項１において、前記誤動作検出手段は、前記ＥＣＵから与えられるトルク指令よりモータの回転すべき回転方向を判定する回転方向指示判別部と、前記モータまたはこのモータで駆動される車輪の回転信号、回転方向信号、およびモータ電流のいずれかから得られる回転方向とを比較してモータの回転方向異常を判定する回転方向異常判定部とを有する電気自動車。
3. 請求項１または請求項２において、前記誤動作検出手段は、前記ＥＣＵから与えられるトルク指令よりモータの回転すべき回転数を判定する回転数推定部と、前記モータまたはこのモータで駆動される車輪の回転信号とを比較してモータの回転数異常を判定する回転数異常判定部とを有する電気自動車。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、それぞれ別の車輪を駆動する複数のモータを備え、前記誤動作対応制御手段は、一つのモータの誤動作を検出したときに、その誤動作が検出されたモータへの駆動電流の停止と、他のモータへの駆動電流の停止とを行わせる電気自動車。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記誤動作検出手段および前記誤動作対応制御手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、一つのモータに対して前記誤動作検出手段を２つ設け、前記誤動作対応制御手段は、２つの誤動作検出手段の両方が誤動作を検出した場合にのみに前記モータへの駆動電流の停止、または前記機械式ブレーキによる制動の制御である誤動作対応制御を行わせるか、またはいずれか一方の誤動作検出手段が誤動作を検出した場合に、前記誤動作対応制御を行わせるものとした電気自動車。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、一つのモータに対して前記誤動作検出手段を３つ以上設け、前記誤動作対応制御手段は、前記３つ以上の誤動作検出手段のうちの過半数が誤動作を検出した場合に、前記モータへの駆動電流の停止、または前記機械式ブレーキによる制動の制御である誤動作対応制御を行わせるものとした電気自動車。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記モータは、車輪用軸受と、この車輪用軸受とモータの間に介在した減速機とを有するインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
9. 請求項８において、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
   

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