JP2012191751A - 電動機のフェールセーフ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動対象物を駆動する電動機に一時的な瞬断を含む故障を検出した場合は電動機を停止させ、その電動機が停止した後に電動機に問題がないと判断した場合は、その電動機を安全に復帰させるフェールセーフ装置を提供する。
【解決手段】駆動対象物１，２，３，４を駆動する電動機５，６のフェールセーフ装置において、電動機５，６に係る故障を検出する電動機故障検出手段と、電動機を停止させる電動機停止手段と、少なくとも故障に係る電動機に駆動される駆動対象物の動作を阻止する駆動対象物ブレーキ手段と、電動機に係る故障を再度判定する電動機故障再判定手段と、電動機の始動を許可する電動機始動許可手段とを備えている。
【選択図】図２

Description

この発明は、複数の駆動対象物に付与するトルクをそれぞれ個別に独立して制御可能な電動機のフェールセーフ装置に関するものである。

近年、電気自動車の一形態として、車輪のホイール内部もしくはその近傍に電動機を配置してその電動機により車輪を直接駆動するいわゆるインホイールモータ方式の車両（インホイールモータ車）が開発されている。このインホイールモータ車では、各駆動輪毎に設けられた電動機を個別に制御することにより、各駆動輪に付与する駆動トルクもしくは制動トルクをそれぞれ独立して制御することができる。そのため、車両の駆動力および制動力を走行状態に応じて適宜に制御することができ、旋回性や操縦安定性あるいは走破性などの車両の走行性能を向上させることができる。また、このようなインホイールモータ車は、電動機が駆動輪のホイール内部もしくはその近傍に設けられて駆動輪に直接動力を伝達するものであるから、従来の車両に設けられている変速機やデファレンシャルなどの動力伝達機構を設ける必要がなくなり、車両の構成を簡素化することができる。

上記のようなインホイールモータ車に関連する技術として、特許文献１には、左右二輪に個別に設けられた電動機のいずれか一方が故障したことを故障検出手段によって検出された場合に、蓄電装置とモータＥＣＵとの間の回路を、該回路に介在された電力供給遮断機構によって電気的もしくは機械的に遮断することにより、モータＥＣＵに対する電力供給を遮断することを目的とした駆動力制御装置に関する発明が記載されている。

また、特許文献２に記載されている発明は、イグニッションスイッチがオン状態になった場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を上昇させつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作チェックを実施し、異常であると診断した場合は制御を停止する構成となっている。

また、特許文献３に記載されている発明は、燃料電池と蓄電装置に接続された直流電圧レギュレータがモータを駆動するインバータに並列された給電装置において、発電制御処理と故障を検知する故障検知処理とフェールセーフ処理とフェールセーフ発電処理とを実行する制御部と、故障検知処理で検知された故障情報を記憶する記憶部とを備えている。

特開２０１０−１０４１６３号公開 特開２０１０−２１３５０１号公開 特開２０１０−１７２１５５号公開

電動機を備えた車両は、例えば、凹凸が大きい悪路や障害物がある路面を走行する際に走行路面からの過大なトルクの入力や振動、電力供給の瞬断などによってフェールが電動機に生じてしてしまうおそれがある。

そのようなフェールに対して、上記の特許文献１に記載されている駆動力制御装置は、左右二輪に設けられた電動機のいずれか一方の電動機が駆動不能な場合に、車両安定性を確保しつつ、制御のハンチングを抑制することができる、となっている。

しかしながら、電動機の一時的な故障（例えば、電力供給の瞬断）を検出した場合でも、電力供給を遮断する機構によってモータＥＣＵに対する電力供給を機械的に遮断してしまうため、一時的な故障による電動機の不要な修理が頻繁に生じるおそれがある。

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って、駆動対象物を駆動する電動機に一時的な瞬断を含む故障を検出した場合は電動機を停止させ、その電動機が停止した後に電動機に問題がないと判断した場合は、その電動機を安全に復帰させるフェールセーフ装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、駆動対象物を駆動するとともに、供給される電力の増減にともなって駆動トルクが増減される電動機のフェールセーフ装置において、前記電動機に対する電力供給の瞬断を含む前記電動機に係る故障を検出する電動機故障検出手段と、前記電動機故障検出手段に基づいて前記電動機に係る故障が検出された場合に、前記電動機を停止させる電動機停止手段と、前記電動機停止手段に基づいて前記駆動対象物の駆動が停止したのちに、前記電動機の停止解除が要求された場合に、少なくとも故障に係る前記電動機に駆動される前記駆動対象物の動作を阻止する駆動対象物ブレーキ手段と、前記駆動対象物ブレーキ手段に基づいて、少なくとも故障に係る前記電動機に駆動される前記駆動対象物の動作を阻止した状態で、前記電動機に係る故障を再度判定する電動機故障再判定手段と、前記電動機故障再判定手段に基づいて前記電動機に係る故障が無いと判定された場合に、前記電動機の始動を許可する電動機始動許可手段とを備えていることを特徴とする電動機のフェールセーフ装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記電動機故障検出手段に基づいて前記電動機に係る故障が検出された場合に、電動機に係る故障を記憶する電動機故障記憶手段を備えているとともに、前記電動機故障再判定手段は、再度判定する前記電動機に係る故障が前記電動機故障記憶手段に記憶された故障であることを特徴とする電動機のフェールセーフ装置である。

また、請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、前記電動機停止手段は、前記電動機に供給される電力を遮断した状態で、前記電動機を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機のフェールセーフ装置である。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記電動機故障再判定手段は、前記電動機に電力を供給した状態で、前記電動機に故障が生じているかの有無を診断することを特徴とする電動機のフェールセーフ装置である。

さらに、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの発明において、前記電動機は、モータを含み、前記駆動対象物は、車両における車輪を含み、前記駆動対象物ブレーキ手段は、前記車輪に制動力を付与するブレーキを含み、前記モータは、少なくとも一つの前記車輪のホイール内もしくはその近傍に設けられていることを特徴とする電動機のフェールセーフ装置である。

この発明によれば、駆動対象物を駆動するとともに、供給される電力の増減にともなって駆動トルクが増減される電動機が構成されている。さらに、電動機故障検出手段と電動機停止手段と駆動対象物ブレーキ手段と電動機故障再判定手段と電動機始動許可手段とを備えている。したがって、例えば、駆動対象物を駆動中に電動機の故障が生じた場合に、駆動対象物の停止が確認されるまで電動機の制御を停止させることができ、その結果、駆動対象物と電動機とを安全に停止させることができる。

また、駆動対象物の停止が確認されたのちに電動機の停止解除が要求された場合、駆動対象物の動作を阻止するとともに、電動機の故障を再度判断する。その結果、駆動対象物の誤動作を防止することができ、電動機に問題がないと判断した場合にはその電動機を復帰させることで、一時的な故障による電動機の修理を低減させることができる。

この発明におけるフェールセーフ装置の制御の一例を示すフローチャートである。 この発明における制御を実行可能な車両の構成の一例を示す模式図である。 この発明における制御を実行可能な車両の構成の他の例を示す模式図である。 この発明における制御を実行可能な車両の構成のさらに他の例を示す模式図である。

この発明を具体例に基づいて説明する。まず構成について説明する。図２には、この発明におけるフェールセーフ装置を適用したインホイールモータ車の一例を模式的に示している。この発明に係るインホイールモータ車は、複数の駆動輪に付与するトルクをそれぞれ個別に制御することが可能な駆電動機としての電動機が設けられており、この図２では、左右の後輪に、それら各車輪（駆動対象物）のそれぞれに個別にトルクを付与する電動機が設けられた車両の構成例を示している。

具体的には、この車両Ｖｅは、車両Ｖｅの幅方向（図２での左右方向）における左右の前輪１，２および左右の後輪３，４を有している。そして、前輪１，２は、互いにもしくはそれぞれ独立してサスペンション機構（図示せず）を介して車両Ｖｅの車台に支持されている。同様に、後輪３，４も、互いにもしくはそれぞれ独立してサスペンション機構を介して車両Ｖｅの車台に支持されている。

車両Ｖｅの駆電動機として、後輪３，４のホイール内部には、それぞれ、電動機５，６が組み込まれていて、それら電動機５，６の出力軸と後輪３，４とが、それぞれ動力伝達可能に連結されている。すなわち、後輪３，４の電動機５，６は、いわゆるインホイールモータであり、後輪と共に車両Ｖｅのばね下に配置されている。そして、各インホイールモータ５，６の回転をそれぞれ個別に独立して制御することにより、後輪３，４の駆動トルクあるいは制動トルクを、それぞれ独立して制御することができる構成となっている。

これらの各インホイールモータ５，６は、例えば交流同期モータにより構成されていて、インバータ７を介してバッテリやキャパシタなどの蓄電装置（図示せず）に接続されている。したがって、各インホイールモータ５，６の駆動時には、蓄電装置の直流電力がインバータ７によって交流電力に変換され、その交流電力が各インホイールモータ５，６に供給されることによりそれら各インホイールモータ５，６が力行制御されて、後輪３，４に駆動トルクが付与される。

また、各インホイールモータ５，６は後輪３，４の回転エネルギを利用して回生制御することも可能である。すなわち、各インホイールモータ５，６の回生・発電時には、後輪３，４の回転（運動）エネルギが各インホイールモータ５，６によって電気エネルギに変換され、その際に生じる電力がインバータ７を介して蓄電装置に蓄電される。このとき、後輪３，４には回生・発電力に基づく制動トルクが付与される。

そして、上記のインバータ７は、各インホイールモータ５，６の回転状態を制御するモータ電子制御装置８（ＭＧ−ＥＣＵ）に接続されている。このモータ電子制御装置８には、例えば、各駆動輪の回転速度（車輪速度）をそれぞれ検出する車輪速センサや各インホイールモータ５，６の出力軸の回転角度を検出するレゾルバ（図示せず）や各インホイールモータ５，６の故障を検出するセンサなどの各種センサ類からの検出信号、およびインバータ７からの情報信号などが入力されるように構成されている。

このうち、インバータ７からこのモータ電子制御装置８に入力される信号に基づいて、各インホイールモータ５，６の出力トルク（モータトルク）がそれぞれ演算されて求められる。例えば、インバータ７からの入力信号によって各インホイールモータ５，６が力行制御されていることを検出した場合に、その際に各インホイールモータ５，６へ供給される電力量あるいは電流値を検出し、それに基づいて各インホイールモータ５，６のモータトルクをそれぞれ算出することができる。また、各インホイールモータ５，６の回転を制御する際の電流値を基に、各インホイールモータ５，６の回転数をそれぞれ算出することもできる。

一方、モータ電子制御装置８からは、インバータ７を介して各インホイールモータ５，６の回転をそれぞれ制御する信号が出力されるように構成されている。すなわち、各インホイールモータ５，６の回転（力行・回生）を制御するために、各インホイールモータ５，６へ供給する、もしくは各インホイールモータ５，６から回収する電流を制御するための制御信号が、モータ電子制御装置８からインバータ７へ出力されるようになっている。また、モータ電子制御装置８は、パワーマネジメント電子制御装置９に接続されている。

パワーマネジメント電子制御装置９は、他の電子制御装置を制御する上位の電子制御装置であって、モータ電子制御装置８やバッテリーを制御する電子制御装置、ならびにブレーキを制御するブレーキ電子制御装置などの各種電子制御装置を監視し制御するよう構成されている。パワーマネジメント電子制御装置９には、例えば、各駆動輪の回転速度（車輪速度）をそれぞれ検出する車輪速センサや各インホイールモータ５，６の出力軸の回転角度を検出するレゾルバ（図示せず）や各インホイールモータ５，６の故障を検出するセンサなどの各種センサ類からの検出信号、およびインバータ７からの情報信号などが、直接的または他の電子制御装置を介して、入力されるように構成されている。

また、各車輪には、それぞれブレーキ機構１０，１１，１２，１３が設けられている。各ブレーキ機構は、例えば、ディスクブレーキあるいはドラムブレーキなどの公知の制動装置（図示せず）であって、それら各種の制動装置が適宜に選択されて設置されている。そして、これらのブレーキ機構は、例えば、マスタシリンダ（図示せず）から圧送される油圧により、各車輪に制動力を生じさせるブレーキキャリパのピストン（図示せず）あるいはブレーキシュー（図示せず）などを動作させるブレーキアクチュエータ（図示せず）に接続されている。さらに、ブレーキ機構は、ブレーキ電子制御装置またはパワーマネジメント電子制御装置９から入力される信号に基づいて、各車輪１，２，３，４にブレーキをかけられるよう構成されている。

なお、上記の図２では、左右の後輪３，４に、駆電動機として、インホイールモータ５，６がそれぞれ設けられた２輪駆動方式の車両Ｖｅの構成例を示しているが、この発明における車両Ｖｅは、例えば図３に示すように、左右の前輪１４，１５および左右の後輪１６，１７の両方に、インホイールモータ１８，１９，２０，２１がそれぞれ設けられるとともに、前輪１４，１５と後輪１６，１７とにはそれぞれインバーター２２，２３とモータ電子制御装置２４，２５と、パワーマネジメント電子制御装置２６とが設けられた４輪駆動方式の構成であってもよい。また、図４に示すように、左右の前輪２７，２８のみにモータジェネレータ２９，３０がそれぞれ設けられるとともに、後輪３１，３２を駆動するためのエンジンおよびトランスミッションならびにデファレンシャルなどから構成される駆動ユニット３３が車台に配置された４輪駆動方式のハイブリッド車両Ｖｅであってもよい。要は、この発明で対象とする車両Ｖｅは、複数の駆動輪が、例えば上記の各インホイールモータのように、左右の駆動輪を独立して直接駆動することが可能な構成であればよい。

つぎに、この発明におけるフェールセーフ装置について説明する。この発明におけるフェールセーフ装置は、電動機から生じるトルクが駆動対象物へ伝達されている際に電動機の故障が生じた場合に、駆動対象物の停止が確認されるまで電動機の制御を停止させ、その駆動対象物の停止が確認されたのちに電動機の停止解除が要求された場合、駆動対象物の動作を阻止するとともに、電動機の故障を再度判断するよう構成されている。

図１はそのフェールセーフ装置の制御の一例を説明するためのフローチャートであって、まず、車両Ｖｅが走行中に、例えばインバータ７やインホイールモータ５，６自体などのインホイールモータ５，６に係る故障を検出するか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１（電動機故障検出手段）で肯定的にインホイールモータ５，６に係る故障を検出したと判断された場合には、ステップＳ２（電動機停止手段）に進み、モータ電子制御装置８を停止させる。また、モータの故障が検出されないことによりステップＳ１で否定的に判断された場合には、特に制御を行うことなくリターンする。

なお、モータ電子制御装置８またはインホイールモータ５，６を停止させるには、インバータ７を介してインホイールモータ５，６に供給される電力を遮断または、インホイールモータ５，６を制御するモータ電子制御装置８を停止させてもよい。また、ステップＳ１の電動機の故障検出とステップＳ２のモータ電子制御装置８の停止とは、モータ電子制御装置８またはパワーマネジメント電子制御装置９のどちらで行ってもよい。また、ステップＳ１に基づいてインホイールモータ５，６に係る故障が検出された場合に、故障が検出されたインホイールモータ５，６や停止しているモータ電子制御装置８などの各情報をパワーマネジメント電子制御装置９に記憶してもよい（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ２とステップＳ３とは実行順序が逆でもよい。

ステップＳ２またはステップＳ３（電動機故障記憶手段）ののちに、車両が停止しているか（つまり言い換えると、インホイールモータ５，６に駆動される車輪が停止しているか）否かが判断される（ステップＳ４）。ステップＳ４で肯定的に車両が停止したと判断されたのち、ステップＳ５に進み、停止している車両の再始動またはインホイールモータ５，６の停止解除が要求されているか否かが判断される。なお、車両が停止していないとステップＳ４で否定的に判断された場合には、再びステップＳ４に戻る。また、停止している車両の再始動が要求されていないとステップＳ５で否定的に判断された場合には、再びステップＳ５に戻る。

なお、ステップＳ５で肯定的に停止している車両の再始動またはインホイールモータ５，６の停止解除が要求された場合に、パワーマネジメント電子制御装置９は、故障を検出したインホイールモータ５，６や停止しているモータ電子制御装置８などの各情報を記憶しているか否かを判断してもよい（ステップＳ６）。ステップＳ６で肯定的にパワーマネジメント電子制御装置９は各故障情報を記憶していると判断された場合、ステップＳ７に進む。またステップＳ６で否定的にパワーマネジメント電子制御装置９は各故障情報を記憶していないと判断された場合は、モータ電子制御装置８を起動させ、リターンする。

このステップＳ５で肯定的に停止している車両の再始動またはインホイールモータ５，６の停止解除が要求された場合に、各車輪に設けられたブレーキ機構は、ブレーキ電子制御装置またはパワーマネジメント電子制御装置９から入力される信号に基づいて、少なくとも故障が検知されたインホイールモータ５，６に駆動される車輪に制動力を生じさせる（ステップＳ７）。なお、ステップＳ６で肯定的にパワーマネジメント電子制御装置９は各故障情報を記憶していると判断された場合に、各車輪に設けられたブレーキ機構は、パワーマネジメント電子制御装置９に記憶された情報やブレーキ電子制御装置から入力される信号などに基づいて、少なくともパワーマネジメント電子制御装置９に故障を記憶されたインホイールモータ５，６に駆動される車輪に制動力を生じさせてもよい。

このステップＳ７（前記駆動対象物ブレーキ手段）に基づいて、インホイールモータ５，６に駆動される車輪の動作を各車輪に設けられたブレーキ機構で阻止したのちに、インホイールモータ５，６を制御するモータ電子制御装置８を復帰させる（ステップＳ８）。これにより、モータ電子制御装置８からは、電力を供給するインバータ７を介して各インホイールモータ５，６の回転をそれぞれ制御する信号が出力される。すなわち、各インホイールモータ５，６の回転（力行・回生）を制御するために、各インホイールモータ５，６へ供給する、もしくは各インホイールモータ５，６から回収する電流を制御するための制御信号が、モータ電子制御装置８からインバータ７へ出力される。また、蓄電装置の直流電力がインバータ７によって交流電力に変換され、その交流電力が各インホイールモータ５，６に供給される状態となる。

ステップＳ８に基づいてモータ電子制御装置８が復帰されたのちに、インバータ７やインホイールモータ自体などのインホイールモータ５，６に係る故障の有無を再度判定する（ステップＳ９）。否定的にインホイールモータ５，６に係る故障が無いと判定された場合には、各車輪に設けられたブレーキ機構の制動力を解除するとともに、インホイールモータ５，６の始動を許可する（ステップＳ１０）。なお、インホイールモータ５，６に係る故障があると肯定的に判定された場合は、再びモータ電子制御装置８を停止させる。また、ステップＳ９のインホイールモータ５，６に係る故障の再判定（電動機故障再判定手段）とステップＳ１０のインホイールモータ５，６の始動許可（電動機始動許可手段）とは、モータ電子制御装置８またはパワーマネジメント電子制御装置９のどちらで行ってもよい。

次に、この発明に係るフェールセーフ装置の作用について説明する。この発明に係るフェールセーフ装置を適用したインホイールモータ車が走行している際に、例えば、車輪を駆動しているインホイールモータ５，６に係る故障（一時的な故障を含む）が生じた場合、各インホイールモータ５，６の故障を検出するセンサなどの各種センサ類からの故障に係る検出信号、およびインバータ７からの故障に係る信号が、モータ電子制御装置８またはパワーマネジメント電子制御装置９に伝達される。インホイールモータ５，６を制御するモータ電子制御装置８は、故障を検知された場合はその機能が停止されるため、インホイールモータ５，６に駆動される車輪または車両の停止が確認されるまでインホイールモータ５，６の制御を停止させることができ、その結果、インホイールモータ５，６に駆動される車輪または車両とインホイールモータ５，６とを安全に停止させることができ、さらにインホイールモータ５，６の制御のハンチングを防止することができる。

また、インホイールモータ５，６に駆動される車輪または車両の停止が確認されたのちにインホイールモータ５，６の停止解除が要求された場合、ブレーキ機構が少なくとも故障が検出された車輪の動作を阻止したのちに、インホイールモータ５，６を制御するモータ電子制御装置８を復帰させ、インホイールモータ５，６に係る故障を再度判断する。その結果、復帰直後の意図しない車輪または車両の動作を防止しつつ故障を判断することができ、インホイールモータ５，６に係る装置に問題がないと判断した場合にはそのインホイールモータ５，６の始動を許可し、または問題があると判断した場合には再びインホイールモータ５，６に係る制御を停止させることで、一時的な故障によるインホイールモータ５，６の不要な修理を低減させることができる。

なお、この発明は上述した具体例に限定されず、駆動対象物を駆動する電動機のフェールセーフ装置に適用することができる。この発明に係るフェールセーフ装置は、要は、車両や航空機、船舶、産業用機械など、電動機により動力を伝達する機械・装置類に用いることができる。

１，２，３，４…車輪（駆動対象物）、 ５，６…インホイールモータ（電動機）、 ７…インバータ、 ８…モータ電子制御装置（ＭＧ−ＥＣＵ）、 ９…パワーマネジメント電子制御装置（ＰＭ−ＥＣＵ）、 １０，１１，１２，１３…ブレーキ機構、 Ｖｅ…車両。

Claims (5)

1. 駆動対象物を駆動するとともに、供給される電力の増減にともなって駆動トルクが増減される電動機のフェールセーフ装置において、
   前記電動機に対する電力供給の瞬断を含む前記電動機に係る故障を検出する電動機故障検出手段と、
   前記電動機故障検出手段に基づいて前記電動機に係る故障が検出された場合に、前記電動機を停止させる電動機停止手段と、
   前記電動機停止手段に基づいて前記駆動対象物の駆動が停止したのちに、前記電動機の停止解除が要求された場合に、少なくとも故障に係る前記電動機に駆動される前記駆動対象物の動作を阻止する駆動対象物ブレーキ手段と、
   前記駆動対象物ブレーキ手段に基づいて、少なくとも故障に係る前記電動機に駆動される前記駆動対象物の動作を阻止した状態で、前記電動機に係る故障を再度判定する電動機故障再判定手段と、
   前記電動機故障再判定手段に基づいて前記電動機に係る故障が無いと判定された場合に、前記電動機の始動を許可する電動機始動許可手段と
   を備えていることを特徴とする電動機のフェールセーフ装置。
2. 前記電動機故障検出手段に基づいて前記電動機に係る故障が検出された場合に、電動機に係る故障を記憶する電動機故障記憶手段を備えているとともに、
   前記電動機故障再判定手段は、再度判定する前記電動機に係る故障が前記電動機故障記憶手段に記憶された故障である
   を特徴とする請求項１に記載の電動機のフェールセーフ装置。
3. 前記電動機停止手段は、前記電動機に供給される電力を遮断した状態で、前記電動機を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機のフェールセーフ装置。
4. 前記電動機故障再判定手段は、前記電動機に電力を供給した状態で、前記電動機に故障が生じているかの有無を診断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電動機のフェールセーフ装置。
5. 前記電動機は、モータを含み、
   前記駆動対象物は、車両における車輪を含み、
   前記駆動対象物ブレーキ手段は、前記車輪に制動力を付与するブレーキを含み、
   前記モータは、少なくとも一つの前記車輪のホイール内もしくはその近傍に設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電動機のフェールセーフ装置。

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