JP2014155402A - 電気自動車のモータ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御システムのフェールセーフ制御機能を多重化して車両走行の高い安全性，信頼性を確保できるように改良した電気自動車のモータ制御システムを提供する。
【解決手段】車両に車両統合制御ユニット１、インバータ制御方式のモータ制御装置３、および車両統合制御ユニット１とモータ制御装置３との間を連係する信号通信用の主幹バスライン５を搭載装備し、前記バスライン５を経て車両統合制御ユニット１から出力されるトルク指令をモータ制御装置３が受けて走行モータ２を駆動制御する電気自動車のモータ制御システムにおいて、前記モータ制御装置３に運転指令を与える入力手段として、車両統合制御ユニット１と別に、運転操作パネル１０からの端子信号による運転指令入力手段、運転代替え装置１１からの運転指令入力手段を備え、各入力手段に対しては予め定めた優先選択順位に従って走行モータを駆動制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリーを電源とするモータの駆動により走行する電気自動車のモータ制御システムに関する。

周知のように、車両に搭載したバッテリーを電源とするモータの駆動で走行する電気自動車は、アクセル，ブレーキ，シフトレバーなどの操作情報、およびモータの回転速度情報を基にモータの適正な出力トルク（指令トルク）を演算する車両統合制御ユニット（ＶＣＵ）、モータ制御装置、および前記車両統合制御ユニットとモータ制御装置との間を連係する通信用バスライン（ＣＡＮなどの車載ＬＡＮで構築した信号線）を車両に搭載装備し、前記バスラインを通じて車両統合制御ユニットから出力されるトルク指令をモータ制御装置が受けて走行モータをインバータ制御（ＰＷＭ制御）するようにしており、その制御システムのブロック図を図４に示す。

図４において、１は車両統合制御ユニット、２は走行モータ、３は車両統合制御ユニット２からのトルク指令を受けて走行モータ２を制御するモータ制御装置（ＥＣＵ）、４はモータ制御装置３を介して走行モータ２に電力を供給するバッテリー、５は車両統合制御ユニット１とモータ制御装置３，およびその他の各種フィールド機器との間を連係する信号通信用のバスラインである。

上記のモータ制御システムにおいて、車両統合制御ユニット１は、アクセル情報６，ブレーキ情報７，シフトレバー情報８、および走行モータ２に付設したレゾルバなどで取得した回転速度情報９を基に走行モータ２が適正な出力トルクを演算し、そのトルク指令を一定の周期（例えば５０msec）でバスライン５を通じてモータ制御装置３に通知する。一方、モータ制御装置３はインバータユニットとその制御ドライバ，および通信インターフェースなどを搭載し、車両統合制御ユニット１からのトルク指令を受けてその指令トルク量に対応したモータトルクを出力するように走行モータ２をインバータ制御（ＰＷＭ制御）して車両を走行駆動する。また、走行モータ２の運転情報は前記バスライン５を通じて車両統合制御ユニット１にリアルタイムで通知される。

ところで、前記した電気自動車のモータ制御システムにおいては、車両統合制御ユニット１の故障、あるいは車両統合制御ユニット１とモータ制御装置３との間で信号の伝送に異常が発生すると、モータ制御装置３は車両統合制御ユニット１からの正しい運転指令を受けられなくなり、走行モータ２を正しく制御できなくなるという問題がある。

なお、電気自動車とは対象が異なるが、鉄道車両に適用する運転制御指令の伝送装置を例に、運転制御指令の伝達が不能になった場合のフェールセーフ対策として、図４における車両統合制御ユニット１，モータ制御装置４に相当する鉄道車両の主幹制御器と各車両に搭載した主回路制御装置との間を連係する直列伝送線（図４の通信用バスライン５に相当）のほかに、別の指令線として最低限のブレーキ指令線，力行指令線を設け、制御システムの故障で前記直列伝送線による運転制御指令の伝達が不能になった際に、前記のブレーキ指令線，力行指令線を使って列車を制動，停止、および限定機能運転再開の指令を伝送するようにした制御指令の伝送技術が特許文献１に開示されている。

特開平１１−５５８０１号公報

前述のように電気自動車では、車両統合制御ユニット１の故障、あるいは通信用のバスライン５の異常発生に伴う走行モータ２の正常な制御機能喪失のほかに、車両統合制御ユニット１や通信用バスライン５が正常であっても、その他の原因（例えば、アクセル，ブレーキ系統の故障等）によって、運転者の意図した要求通りに電気自動車を正しく運転制御できなくなるという電気自動車に特有な課題がある。

このことから、電気自動車のモータ制御システム（図４参照）については、自動車の走行中に車両統合制御ユニット１，あるいは制御指令の通信用バスライン５、そのほかブレーキ，アクセル系統に万一の故障が発生し、そのためにモータ制御装置３が車両統合制御ユニット１からの制御指令（トルク指令）を正しく受け取れなくなった異常事態発生の場合でも、走行モータのコントロールに最小限必要な運転指令をモータ制御装置３に与えて走行モータ２を制御可能にするフェールセーフ対策が必要である。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、制御システムのフェールセーフ制御機能を多重化して車両走行の高い安全性，信頼性を確保できるように改良した電気自動車のモータ制御システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、車両に車両統合制御ユニット、インバータ制御方式のモータ制御装置、および車両統合制御ユニットとモータ制御装置との間を連係する信号通信用のバスラインを搭載装備し、前記バスラインを経て車両統合制御ユニットから出力されるトルク指令をモータ制御装置が受けて走行モータを駆動制御する電気自動車のモータ制御システムにおいて、
前記モータ制御装置に運転指令を与える入力手段として、前記の車両統合制御ユニットと別に、運転操作パネルからの端子信号による運転指令入力手段、運転代替え装置からの運転指令入力手段を備え、予め定めた各入力手段の優先選択順位に従って走行モータを駆動制御するようにし（請求項１）、その制御システムは具体的に次記のような態様で構成するものとする。
（１）前記のモータ制御システムにおいて、車両統合制御ユニット，運転操作パネル，運転代替え装置とモータ制御装置との間を各独立した通信用バスラインで連係する（請求項２）。
（２）前記運転操作パネルに、運転者が手動で操作する端子入力優先，前進，後進，制動，および緊急停止の各端子信号を出力する操作ボタンを備える（請求項３）。
（３）前記モータ制御装置には、車両統合制御ユニット，運転操作パネル，運転代替え装置のいずれからも運転指令がモータ制御装置に入力されない条件で走行モータをフリーランの状態に切り換えるフリーラン制御モードを登録する（請求項４）。

上記構成の制御システムによれば、車両統合制御ユニットの故障、あるいは車両統合制御ユニットとモータ制御装置との間を連係する通信用バスラインに異常が発生してモータ制御装置に制御指令が伝達されなくなった場合でも、予め定めておいたた優先選択順位に従って入力手段を自動的に切り替えてモータ制御装置に最小限必要な運転指令を与えることにより、異常発生に伴う正常なモータ制御機能喪失の状態から即時脱却して危険な走行を回避できる。しかも、この場合に各入力手段に対応する通信用バスラインが独立しているので、信号送信系の高い信頼性を確保できる。

また、車両統合制御ユニット、およびその通信バスラインが正常であるにもかかわらず、その他の原因（例えば、ブレーキ，アクセル系統の故障）によって運転者の意図した要求通りに車両の走行をコントロールできなくなった場合でも、前進，後進，制動，緊急停止などの各端子信号を割り当てた運転操作パネル上で運転者がその時の走行状況に応じて選択したボタンの操作でモータ制御装置に運転指令を与えることで、道路の路肩への退避移動、あるいは緊急停止して危険な運転を回避できるなど、車両の運転走行に対するフェールセーフの強化，向上が図れる。

本発明の実施例によるモータ制御システムのブロック図である。 図１における運転操作パネルの操作ボタン配列を表す模式図である。 図１の制御システムによる運転指令の選択機能を表すフロー図である。 従来の電気自動車に装備したモータ制御システムを表すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図４に対応する部位には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち図示実施例のモータ制御システムにおいては、モータ制御装置３への運転指令力手段として、車両には図４と同様に通信用の主幹バスライン５を介して連係した車両統合制御ユニット１に加えて、運転操作パネル１０、および運転代替え装置１１を追加装備した上で、運転操作パネル１０，運転代替え装置１１とモータ制御装置３との間をそれぞれ各独立した通信用バスライン（Ｉ）１２、および通信用バスライン（II）１３により連係してモータ制御システムを構成している。

また、車両統合制御ユニット１，運転操作パネル１０，運転代替え装置１１の各運転指令入力手段には予め優先選択順位を定め、この実施例においては、第１優先順位に車両統合制御ユニット１、第２優先順位に運転操作パネル１０、第３優先順位に運転代替え装置１１を割り当てて定義しておく。そして、モータ制御装置３に備えた入力手段の指令監視・選択部３ａで前記優先順位に従って前記の各入力手段から伝送されて来る運転指令を自動的に切り替えるようにしている。

ここで、運転制御パネル１０は車両のインパネ（計器盤）に並べて運転席前方に配置され、図２で示すように運転制御パネル１０には端子信号の入力優先させる端子入力優先ボタン１０ａ、運転制御操作パネル１０の入力が有効になった状態で点灯させる操作パネルＬＥＤ１０ｂに加えて、前進ボタン１０ｃ，後進ボタン１０ｄ，制動ボタン１０ｅ，および緊急停止ボタン１０ｆを備えて各ボタンにそれぞれの端子信号を割り当てている。

一方、運転代替え装置１１（図１参照）には、運転操作シーケンスとして例えば３０秒間だけ車両を低速走行した後に走行モータ２を停止する運転指令を登録しておき、この運転代替え装置１１が選択された際に前記の運転操作シーケンスを実行する。なお、前記した運転制御パネル１０の緊急停止ボタン１０ｆから入力する緊急停止指令については、入力手段の選択優先順位にかかわらず、その緊急停止指令を最優先とするよう定義しておくものとする。

次に、前記した指令選択機能の処理フローを図３で示す。すなわち、車両統合制御ユニット１，主幹バスライン５には異常が発生していない定常な運転走行の状態では、運転操作パネル１０（第２優先順位），運転代替え装置１１（第３優先順位）からの運転指令はＯＦＦ状態であり、モータ制御装置３は、車両統合制御ユニット１（第１優先順位）から定周期（例えば５０msec周期）で通知される運転指令に従って走行モータ２を駆動制御している。

一方、モータ制御装置３と車両統合制御ユニット１との間の通信系において、車両の走行中に車両統合制御ユニット１、あるいは主幹バスライン５に万一異常が発生してモータ制御装置３への運転指令の通信が止まってしまった場合には、モータ制御装置３は車両統合制御ユニット１からの運転指令が取得できなくなったと判断して、モータ制御装置３に備えた入力指令の監視・選択部３ａが自動的に運転操作パネル１０（第２優先順位）からの指令入力に切り替える。そして、指令の入力選択が運転操作パネル１０に切り替わると、モータ制御装置３からの信号で運転操作パネル１０の有効ＬＥＤ１０ｂが点灯して運転操作パネル１０からの指令入力が有効になったことを運転者に知らせる。

この状態になると、電気自動車の運転者は車両統合制御ユニット１，または主幹バスライン５に異常が発生したことを認識する。また、運転操作パネル１０では前進ボタン１０ｃ，後進ボタン１０ｄ，あるいは制動ボタン１０ｅからの運転指令入力が可能となる。これにより、運転者はその時の走行状況から運転操作パネル１０の前進ボタン１０ｃ，後進ボタン１０ｄ，もしくは制動ボタン１０ｅのいずれかを適宜に選択操作することで、車両を道路の路肩などの安全な場所に移動して車両の危険走行を安全に回避することができる。

また、運転操作パネル１０からモータ制御装置３に伝送される端子信号について、通常はＯＮとなるべき運転指令の信号がＯＦＦの場合には、モータ制御装置３が端子信号線の通信用バスライン（Ｉ）１２の異常（例えば、信号線の断線）を検出し、運転操作パネル１０（第２優先順位）らの運転指令が取得できなくなったと判断して入力選択を運転代替え装置１１（第３優先順位）に切り替える。そして、運転代替え装置１１が入力選択の切り替えを検知すると、予め運転代替え装置１１に登録されている運転操作シーケンス（例えば、車両を３０秒間低速走行して停止する）に従った運転指令をータ制御装置３へ通知し、モータ制御装置３はこの運転指令を受けて走行モータ２を低速走行制御する。これにより、運転者はこの間に車両を路肩などの安全な場所に移動することができる。

一方、運転代替え装置１１（第３優先順位）からの運転指令も通知されない場合には、モータ制御装置３は全ての入力手段からの運転指令が取得できないと判断し、走行モータ２の制御を中断してモータをフリーランの状態に切り替える。これにより、運転者はブレーキを踏むなどして車両をその場で強制停止させることができる。

なお、この実施例の制御システムでは、前記した選択優先順位に従った入力手段の自動切り替え方法のほか、次記のように運転操作パネル１０からの運転指令を優先して走行モータ２を制御することもできる。

すなわち、先記のように通常の車両走行状態では、車両統合制御ユニット１（第１優先順位）から定周期（例えば５０msec周期）で通知される運転指令に従って、走行モータ２を制御しているが、例えばブレーキペダル，もしくはアクセルペダルの故障などによって、運転者が意図した要求どおりに運転操作できなくなった異常自体の発生時には、運転者が運転操作パネル１０の端子入力優先ボタン１０ａを押して転指令の入力選択を車両統合制御ユニット１から強制的に運転操作パネル１０に切り替えた上で、前進ボタン１０ｃ，後進ボタン１０ｄ，もしくは制動ボタン１０ｅの操作によって、車両を路肩などの安全な避難場所に移動することが可能である。

また、アクセル系統の異常等により、車両が運転者の意に反して急加速走行となる緊急事態が発生した場合には、運転者が運転操作パネル１０の緊急停止ボタン１０ｆを押すことで、予め定めた入力手段の選択優先順位に関係なく緊急停止ボタン１０ｆの操作による緊急停止指令が最優先となる。これにより、モータ制御装置３はこの緊急停止指令に従って走行モータ２を回生制動し、これに併せてブレーキ操作により車両を急減速させて停止させることができる。

以上述べたように、本発明のモータ制御システムによれば、車両統合制御ユニット１の故障、あるいは通信用の主幹バスライン５に異常が発生してモータ制御装置に制御指令が伝達されなくなった場合でも、予め定めておいたた優先選択順位に従って入力手段を自動的に切り替えて車両の危険走行を回避できる。また、例えば、ブレーキ，アクセル系統の故障等によって運転者の意図した要求通りに車両をコントロールできなくなった場合でも、運転操作パネル１０で運転者がその時の走行状況に応じて選択したボタンを操作することで、車両を道路の路肩などの退避へ安全に移動するか、緊急停止することができるなど、車両の運転走行に対するフェールセーフの強化、信頼性向上が図れる。

１ 車両統合制御ユニット
２ 走行モータ
３ モータ制御装置
４ バッテリー
５ 基幹バスライン
１０ 運転操作パネル
１０ａ 端子入力優先ボタン
１０ｂ 操作パネル有効ＬＥＤ
１０ｃ 前進ボタン
１０ｄ 後進ボタン
１０ｅ 制動ボタン
１０ｆ 緊急停止ボタン

Claims (4)

1. バッテリーからの供給電力により駆動する走行モータに対し、車両統合制御ユニット、インバータ制御方式のモータ制御装置、および車両統合制御ユニットとモータ制御装置との間を連係する信号通信用のバスラインを車両に搭載装備し、前記バスラインを経て車両統合制御ユニットから出力されるトルク指令をモータ制御装置が受けて前記モータを駆動制御する電気自動車のモータ制御システムにおいて、
   前記モータ制御装置に運転指令を与える入力手段として、前記の車両統合制御ユニットと別に、運転操作パネルからの端子信号による運転指令入力手段、運転代替え装置からの運転指令入力手段を備え、予め定めた各入力手段の優先選択順位に従って走行モータを制御することを特徴とする電気自動車のモータ制御システム。
2. 請求項１に記載のモータ制御システムにおいて、車両統合制御ユニット，運転操作パネル，運転代替え装置とモータ制御装置との間を各独立した通信用バスラインで連係したことを特徴とする電気自動車のモータ制御システム。
3. 請求項１または２に記載のモータ制御システムにおいて、運転操作パネルには、運転者が手動で操作する端子入力優先，前進，後進，制動，および緊急停止の各端子信号を出力する操作ボタンを備えていることを特徴とする電気自動車のモータ制御システム。
4. 請求項１ないし３に記載のモータ制御システムにおいて、モータ制御装置に、車両統合制御ユニット，運転操作パネル，運転代替え装置のいずれからも運転指令がモータ制御装置に入力されない条件で走行モータをフリーランの状態に切り換えるフリーラン制御モードを登録したことを特徴とする電気自動車のモータ制御システム。