WO2007069763A1 - ステアリング制御装置および電動車両 - Google Patents

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WO2007069763A1
WO2007069763A1 PCT/JP2006/325147 JP2006325147W WO2007069763A1 WO 2007069763 A1 WO2007069763 A1 WO 2007069763A1 JP 2006325147 W JP2006325147 W JP 2006325147W WO 2007069763 A1 WO2007069763 A1 WO 2007069763A1
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steering
wheel
angle
front wheels
torque
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PCT/JP2006/325147
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ryoji Mizutani
Michitaka Tsuchida
Yasuaki Tahara
Yuki Tojima
Shigetaka Isogai
Original Assignee
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Aisin Seiki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a steering control device and an electric vehicle, and more particularly, to a steering control technique for an electric vehicle in which front wheels are driven by separate left and right motors.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 9 1 1 7 0 1 6 discloses an electric vehicle in which front wheels are driven by separate left and right motors. In this electric vehicle, the front wheels are driven by separate left and right motors, and the torque distribution of the left and right motors is changed based on the steering wheel steering.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-117 016 does not consider how to deal with the failure of the steering device that gives the steering angle to the front wheels. In other words, if the steering device fails, the vehicle can no longer run.
  • an object of the present invention is to provide a steering control device capable of ensuring a steering function when an existing steering device fails.
  • the steering control device includes a steering wheel, first and second electric motors, failure determination, and a control unit.
  • the first and second motors drive the left and right front wheels, respectively.
  • the failure determination unit determines whether or not there is a failure in the steering device that gives the steering angle to the front wheels according to the operation angle of the steering wheel.
  • the control unit causes the output torque of the first and second motors to generate a torque difference according to the steering wheel operating angle.
  • a torque difference corresponding to the steering wheel operating angle is generated in the output torque of the first and second motors.
  • a torque difference corresponding to the left and right front wheels occurs, and torque steer corresponding to the torque difference occurs.
  • the steering control device of the present invention the steering function can be ensured even if the steering device fails. As a result, the reliability of the steering system is improved.
  • the steering device includes a steer-by-wire system in which a steering wheel and a front wheel are mechanically separated.
  • this steering control device it is possible to improve the reliability of the steering system while enjoying the merits of the steer-by-wire method, such as improving the degree of freedom of the steering layout and / J and making the steering device.
  • the steering control device further includes a steering angle sensor that detects a steering angle of the front wheels.
  • the failure determination unit determines whether there is a failure in the steering device based on the steering angle detected by the steering angle sensor and the operation angle of the steering wheel.
  • the electric vehicle includes the power storage device, the first and second electric motors, the steering wheel, the snake steering device, the failure determination unit, and the control unit.
  • the first and second electric motors receive power supplied from the power storage device and Drive each one.
  • the steering device gives a steering angle to the front wheels according to the operation angle of the steering wheel.
  • the failure determination unit determines whether there is a failure in the steering device. When it is determined by the failure determination unit that the steering device has failed, the control unit causes a torque difference corresponding to the operation angle of the steering wheel to be generated in the output torque of the first and second motors.
  • the front wheels are driven separately by the first and second electric motors.
  • torque corresponding to the operation angle of the steering wheel to the output torque of the first and second electric motor: Since cause click difference, corresponding to the operation angle of the steering wheel A torque difference occurs between the left and right front wheels, and torque steer is generated according to the torque difference.
  • the steering function can be ensured even if the steering device fails. As a result, the reliability of the vehicle is improved.
  • the first electric motor is provided in the wheel of the right front wheel.
  • the second motor is installed in the left front wheel.
  • each of the first and second electric motors is a so-called in-wheel motor provided in the wheel of the front wheel. Therefore, this electric vehicle improves the reliability of the vehicle while enjoying various merits as an in-wheel motor, such as the effective use of the space previously occupied by the drive system (transmission, differential gear, etc.). Can be achieved.
  • the torque steer control is performed by generating a torque difference corresponding to the operation of the steering wheel in the output torque of the first and second motors.
  • the steering function can be secured even if the steering device fails. Therefore, the vehicle can continue to run even if the existing steering device breaks down.
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the overall configuration of the electric vehicle according to the embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows that the motor generator shown in Fig. 1 is incorporated as an in-wheel motor. It is sectional drawing of a front wheel.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the ECU shown in FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing the overall configuration of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • electric vehicle 100 includes power storage device B, power cable 12, inverters 1.4 R and 14 L, three-phase cables 16 R and 16 L, motor generators IWMR and IWML, and a reduction gear. 18R, 18 L, front wheels FR, FL, rear wheels RR, RL, and rotation sensors 20R, 20 L.
  • the electric vehicle 100 is also referred to as a steering wheel 22, a steering angle sensor 26, a steering actuator 28, a tie rod 30, a steering angle sensor 32, and an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”). ) 36 and more.
  • ECU electronice control unit
  • Power storage device B is connected to power cable 12.
  • Inverters 14 R and 14 L are connected to power cable 12 in parallel with each other.
  • Motor generators I WMR and I WML are connected to inverters 14 R and 14 L via three-phase cables 16 R and 16 L, respectively.
  • the output shafts of motor generators I WMR and IWML are mechanically coupled to the rotating shafts of front wheels FR and FL via reduction gears 18 R and 18 L, respectively.
  • the front wheels FR and FL are mechanically coupled to the steering actuator 28 via a knuckle arm and a tie rod 30 (not shown).
  • the power storage device ⁇ is a chargeable / dischargeable DC power source, and is composed of, for example, a secondary battery such as a nickel hydrogen ion.
  • the power storage device ⁇ ⁇ ⁇ supplies DC power to the inverters 14R and 14L via the power cable 12.
  • the power storage device ⁇ is charged by the inverters 14R and 14L during regenerative braking using the motor generators IWMR and IWML. Note that a large-capacity capacitor may be used as the power storage device ⁇ .
  • Inverter 14 R is connected to power storage device B based on signal PWMR from ECU 36.
  • the DC power received from the converter is converted into three-phase AC power, and the converted three-phase AC power is output to the motor generator I WMR.
  • the motor generator I WMR is driven to generate the specified torque.
  • the inverter 14 R converts the three-phase AC power generated by the motor generator I WMR to the DC power based on the signal PWMR from the ECU 36 when receiving the rotational force from the front wheels FR during regenerative braking of the vehicle.
  • the converted DC power is output to power storage device B.
  • the motor generator IWMR is a three-phase AC motor, for example, a three-phase AC synchronous motor.
  • Motor generator I WMR generates vehicle drive torque by three-phase AC power received from inverter 14 R.
  • the motor generator I WMR generates three-phase AC power and outputs it to the inverter 14 during regenerative braking of the vehicle.
  • the reduction gear 1 8 R transmits the torque and rotational speed output from the motor generator IWMR to the front wheels FR at a constant reduction ratio.
  • motor generator I WMR and reduction gear 18 R are integrated and arranged in the wheel of front wheel FR. That is, motor generator I WMR and reduction gear 18 R form a so-called in-wheel motor.
  • inverter 14 L, motor generator I WML, and reduction gear 18 L are the same as inverter 14 R, motor generator I WMR, and reduction gear 18 R, respectively, so description thereof will not be repeated.
  • the rotation sensor 2OR generates a signal that changes in accordance with the rotational position of the motor generator IWMR and outputs the signal to the ECU 30.
  • the rotation sensor 20 L generates a signal that changes according to the rotation position of the motor generator I WML and outputs the signal to the ECU 30.
  • the rotation sensors 2 O R and 20 L are actually made up of resolvers incorporated in the motor generators IWMR and IWML, respectively.
  • the steering wheel 22 is an operation end for giving a steering angle (also referred to as “steering angle”) to the front wheels FR and FL.
  • the steering angle sensor 26 detects the operation angle ⁇ s of the steering wheel 22, and outputs the detected operation angle ⁇ 0 s to the ECU 36.
  • the steering actuator 28 applies an axial displacement to the tie rod 30 based on the signal S TR from the ECU 36.
  • Tie rod 3 0 is steering
  • a steering angle corresponding to the axial displacement given by the actuator 28 is given to the front wheels FR and FL.
  • the steering angle sensor 32 detects the steering angle ⁇ D of the front wheels FR and FL based on the operation amount of the steering actuator 28, and outputs the detected steering angle ⁇ D to the ECU 36.
  • the E CU 36 generates a signal STR for giving a steering angle to the front wheels FR and FL based on the operation angle ⁇ 0 s of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26, and the generated signal S TR Is output to the steering actuator 28.
  • the ECU 36 calculates the rotational speed of the motor generators IWMR and I WML based on the signals from the rotation sensors 2 OR and 20 L.
  • the ECU 36 determines whether the motor generators IWMR, I WML are based on the operation amount of the accelerator pedal and the brake pedal (both not shown; the same applies hereinafter) and the calculated rotation speed of the motor generators IWMR, I WML. Generate a Tonolek command.
  • the ECU 36 controls the steering actuator 28, the tie rod 30 and the steering wheel 22 based on the operation angle ⁇ s of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26 and the front wheel FR and the steering angle 0 of the steering wheel sensor 32. It is determined whether or not a failure has occurred in the steering device including the steering angle sensor 32.
  • ECUS 6 determines that a failure has occurred in the steering device, it gives a torque difference to the torque commands of motor generators I WMR and I WML according to the operation angle ⁇ 0 s of steering wheel 22.
  • the ECU 36 generates signals PWMR and PWML for driving the inverters 14R and 14L, respectively, based on the torque commands of the motor generators IWMR and IWML, and each of the generated signals PWMR and PWML is an inverter 14 R. , 14 L output.
  • This electric vehicle 100 uses a steer-by-wire system in which the steering wheel 22 and the front wheels FR and FL are mechanically separated. That is, the operation angle ⁇ s of the steering wheel 22 is converted into an electric signal by the steering angle sensor 26 and transmitted to the ECU 36 via an electric wire (wire). Then, the ECU 36 generates a signal STR based on the operation angle ⁇ s of the steering wheel 22 and transmits the generated signal STR to the steering actuator 28 via the electric wire. To do.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the front wheel FL in which the motor generator IWM L shown in FIG. 1 is incorporated as an in-wheel motor. Since the configuration of the front wheel F R in which the motor generator I WMR is incorporated as an in-wheel motor is the same, the configuration of the front wheel F L is representatively shown in FIG.
  • the front wheel FL includes a wheel disc 50, a wheel hub 52, a brake carrier 55, a motor generator IWML, a reduction gear 18L, and a rotation sensor 20.
  • L, shaft 60, case 6 2 and tire 6 4 are included.
  • the wheel disc 50 has a substantially cup shape and is fastened to the wheel pub 52 by screws.
  • the wheel hub 52 is connected to the shaft 60 and is supported by the hub bearing so as to be rotatable with respect to the axial direction of the shaft 60.
  • Brake carino ,. 5 For 4 brake the front wheel FL by pinching the outer periphery of the brake rotor with the brake pads.
  • Motor generator I WM L, reduction gear 18 L and rotation sensor 20 L are housed in case 62.
  • the stator core of motor generator I WM L is fixed to case 62, and the rotor is provided on the inner periphery of the stator core.
  • the reduction gear 1 8 L is a planetary gear composed of a sun gear, pinion gear, ring gear and planetary carrier.
  • the sun gear shaft is connected to the rotor of the motor generator I WM L, and the planetary carrier is connected to the shaft 60.
  • the rotation sensor 20 L consists of a resolver built into the motor generator I WML.
  • the rotation sensor 20 L generates a signal that changes in accordance with the rotational position of the motor generator IWML by detecting the rotational position of the sun gear shaft connected to the rotor of the motor generator I WML. Instead of detecting the rotational position of the sun gear shaft, the rotor position of the motor generator I WML may be detected directly.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of the ECU 36 shown in FIG. Referring to FIG. 3, ECU 36 includes right torque command generation unit 1 1 2, left torque command generation unit 1 14, failure determination unit 1 16, torque distribution calculation unit 1 1 8, and inverter control unit 1. Including 20, 1 2 2
  • the right torque command generator 1 12 determines the torque command TR of the motor generator IWMR based on the operation amount of the accelerator pedal and the brake pedal and the rotation speed of the motor generator I WMR calculated based on the signal from the rotation sensor 20 R. Generate 1
  • the left torque command generator 1 14 is based on the operation amount of the accelerator pedal and the brake pedal, the rotational speed of the motor generator IWML calculated based on the signal from the rotation sensor 20 L, etc., and the torque command of the motor generator IWM L Generate TR 2.
  • the failure determination unit 1 16 is based on the steering angle 22 of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26 and the front wheel FR, the steering angle, 0 of the steering angle sensor 32, and the steering actuator 28, tie rod 30 and It is determined whether or not a failure has occurred in the steering device including the steering angle sensor 32.
  • the failure determination unit 1 16 uses a predetermined relational expression or map of the steering wheel 22 and the steering angles of the front wheels FR and FL, and the steering corresponding to the steering angle from the steering angle sensor 3 2.
  • the failure determination unit 1 16 calculates the steering angles of the front wheels FR and FL corresponding to the operation angle ⁇ 0 S from the steering angle sensor 26 and the detected steering angle and the steering angle sensor 32 detect the steering angle. The difference from the angle is greater than the preset threshold When it is larger, it may be determined that the steering device has failed.
  • the failure determination unit 1 16 determines that the steering device is normal, the failure determination unit 1 16 provides a steering angle to the front wheels FR and FL based on the operation angle ⁇ 0 s of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26. A signal ST R is generated, and the generated signal S TR is output to the steering actuator 28. The failure determination unit 1 16 deactivates the signal C TL and outputs it to the torque distribution calculation unit 1 1 8.
  • failure determination section 1 16 activates signal CTL and outputs it to torque distribution calculation section 118 without outputting signal STR to steering actuator 28.
  • the torque distribution calculation unit 1 18 determines whether the motor generators IWMR and IWML are based on the operation angle ⁇ 0 ⁇ of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26. Calculate the torque distribution of the motor generators I WMR and I WML to give a torque difference to the output torque.
  • the torque distribution calculation unit 1 1 8 includes a motor corresponding to the operating angle of the steering wheel 22 for each accelerator opening of the accelerator pedal and the rotational speed (or vehicle speed) of the motor generators I WMR and IWML.
  • the torque increase / decrease rate of the generator IWMR IWML is previously stored as a map or an arithmetic expression.
  • the torque distribution calculation unit 1 18 uses the map or the calculation formula to calculate the operation angle ⁇ 0 s of the steering wheel 22 from the steering angle sensor 26, the accelerator opening of the accelerator pedal, and the motor generator I WMR.
  • torque increase / decrease rates Rl and R2 of motor generators IWMR and IWML are calculated.
  • the torque increase / decrease rates R 1 and R 2 are values greater than 1 for motor generators that increase torque, and are less than 1 for motor generators that decrease torque.
  • the torque distribution calculation unit 1 18 sets the torque increase / decrease rates R 1 and R 2 of the motor generators I WMR and IWML to 1 when the signal CTL from the failure determination unit 1 16 is inactivated. .
  • Inverter control unit 1 20 receives torque command TR from right torque command generation unit 1 1 2. Generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal to drive inverter 14 R based on the right torque command TRR obtained by multiplying 1 by the torque distribution calculation unit 1 18 and the motor generator I WMR torque increase / decrease rate R 1 The generated PWM signal is output to inverter 14 R as signal PWMR.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the inverter control unit 122 is based on the left torque command TR L obtained by multiplying the torque command TR: 2 from the left torque command generation unit 1 14 by the motor generator I WML torque increase / decrease rate R 2 from the torque distribution calculation unit 118. Then, a PWM signal for driving the inverter 14L is generated, and the generated PWM signal is output as a signal PWML to the inverter 14L.
  • the steering generator 22 depends on the operation angle ⁇ 0 s of the steering wheel 22.
  • the torque distribution calculation unit 1 18 calculates the WML torque distribution. Based on the calculated torque distribution, the torque commands TR 1 and TR 2 from the right torque command generation unit 1 12 and the left torque command generation unit 1 14 are corrected. As a result, the motor-generator I WMR, the output of IWML Application:. Torque to give torque difference in accordance with the operation angle delta 0 s of the steering wheel 22 Chile, torque steer control in accordance with the operation of the steering wheel 22 is performed.
  • the motor is controlled according to the operation angle ⁇ s of the steering wheel 22.
  • Torque steer control is performed by the difference in torque applied to generators I WMR and IWML. Therefore, according to this embodiment, the steering function is ensured even if the steering device fails. As a result, the reliability of the steering system and the electric vehicle 100 is improved.
  • the steering device in this electric vehicle 100 is a steer-by-wire method
  • the reliability of the steering system is improved while enjoying the benefits of the steer-by-wire method, such as improving the degree of freedom of the steering layout and reducing the size of the steering device. Can be achieved.
  • this electric vehicle 100 is driven by the in-wheel motor drive system, the space occupied by the conventional drive system can be used effectively. --- You can enjoy various merits by the motor drive system.
  • the present invention can also be applied to a hydraulic or electric power steering device.
  • the output torque of the motor generators I WMR and I WM L is steered. Steering function can be ensured by generating a torque difference according to the operating angle ⁇ s of wheel 22.
  • the electric vehicle 100 is driven by the in-wheel motor.
  • the scope of application of the present invention is not necessarily limited to the in-wheel motor drive system.
  • the present invention can be applied to an electric vehicle in which front wheels are driven by left and right motors separately, and an in-wheel motor drive system is suitable, but an onboard in which a motor for driving left and right front wheels is mounted on a vehicle body.
  • a tie 7 ° electric vehicle is also included in the scope of the present invention.
  • the electric vehicle according to the present invention includes a hybrid vehicle in which an internal combustion engine is also mounted as a power source. Further, instead of power storage device B, or together with power storage device B, a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell as a DC power source is also included in the electric vehicle according to the present invention.

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Abstract

　モータジェネレータ（ＩＷＭＲ，ＩＷＭＬ）は、それぞれ前輪（ＦＲ，ＦＬ）に組込まれ、前輪（ＦＲ，ＦＬ）をそれぞれ駆動する。ＥＣＵ（３６）は、ステアリング角センサ（２６）からのステアリングホイール（２２）の操作角（Δθｓ）および舵角センサ（３２）からの前輪（ＦＲ，ＦＬ）の舵角（ΔＤ）に基づいて、操舵アクチュエータ（２８）、タイロッド（３０）および舵角センサ（３２）から成る操舵装置に故障が発生しているか否かを判定する。ＥＣＵ（３６）は、操舵装置に故障が発生していると判定すると、ステアリングホイール（２２）の操作角（Δθｓ）に応じてモータジェネレータ（ＩＷＭＲ，ＩＷＭＬ）のトルク指令にトルク差を与える。

Description

明細書 ステアリング制御装置および電動車両 技術分野
この発明は、 ステアリング制御装置および電動車両に関し、 特に、 前輪を左右 別々のモータで駆動する電動車両のステアリング制御技術に関する。 背景技術
； 特開平 9一 1 1 7 0 1 6号公報は、 前輪を左右別々のモータで駆動する電気自 動車 （Electric Vehicle) を開示する。 この電気自動車においては、 前輪が左右 別々のモータで駆動され、 ステアリングホイールの操舵に基づいて左右のモータ のトルク配分を変化させる。
この電気自動車によれば、 左右のモータのトルク配分を変化させることにより パワーステアリングと同等な効果を生じせしめることができるので、 パワーステ ァリングシステムを不要にすることができる。
し力 しながら、 特開平 9— 1 1 7 0 1 6号公報では、 前輪に舵角を与えるステ ァリング装置が故障した場合の対処については考慮されていない。 すなわち、 ス テアリング装置が故障すると、 もはや車両の走行は不可能になる。
特に、 近年注目されているステアバイワイヤ方式によるステアリング装置にお ； いては、 ステアリングホイールと前輪とが機構的に分離されているので、 ステア リングシステムの信頼性向上は重要な課題である。 発明の開示
そこで、 この発明は、 かかる課題を解決するためになされたものであり、 その 目的は、 既存のステアリング装置が故障した場合にステアリング機能を確保する ことができるステアリング制御装置を提供することである。
また、 この発明の別の目的は、 既存のステアリング装置が故障した場合にステ ァリング機能を確保することができる電動車両を提供することである。 この発明によれば、 ステアリング制御装置は、 ステアリングホイールと、 第 1 および第 2の電動機と、 故障判定 と、 制御部とを備える。 第 1および第 2の電 動機は、 左右の前輪をそれぞれ駆動する。 故障判定部は、 ステアリングホイール の操作角に応じて前輪に舵角を与える操舵装置の故障の有無を判定する。 制御部 は、 故障判定部によって操舵装置が故障していると判定されたとき、 第 1および :第 2の電動機の出力トルクにステアリングホイールの操作角に応じたトルク差を 生じさせる。
この発明によるステアリング制御装置においては、 前輪に舵角を与える操舵装 置が故障すると、 第 1および第 2の電動機の出力トルクにステアリングホイール の操作角に応じたトルク差を生じさせるので、 ステアリングホイールの操作角に ：応じたトルク差が左右の前輪に発生し、 そのトルク差に応じたトルクステアが発 生する。
したがって、 この発明によるステアリング制御装置によれば、 操舵装置が故障 してもステアリング機能を確保することができる。 その結果、 ステアリングシス テムの信頼性が向上する。
好ましくは、 操舵装置は、 ステアリングホイールと前輪とが機構的に分離され たステアバイワイヤ方式から成る。
このステアリング制御装置においては、 操舵装置は、 ステアバイワイヤ方式か ら成るので、 ステアリングホイ一ノレと前輪に舵角を与えるァグチユエータとの機: ノ 械的なリンク機構が不要である。
したがって、 このステアリング制御装置によれば、 ステアリングレイアウ トの 自由度向上やステアリング装置の/ J、型化などステアバイワイヤ方式のメリットを 享受しつつ、 ステアリングシステムの信頼性向上を図ることができる。
好ましくは、 ステアリング制御装置は、 前輪の舵角を検出する舵角センサをさ らに備える。 故障判定部は、 舵角センサによって検出された舵角とステアリング ホイールの操作角とに基づいて操舵装置の故障の有無を判定する。
また、 この発明によれば、 電動車両は、 蓄電装置と、 第 1および第 2の電動機 と、 ステアリングホイールと、 操蛇装置と、 故障判定部と、 制御部とを備える。 第 1および第 2の電動機は、 蓄電装置から供給される電力を受けて左右の前輪を それぞれ駆動する。 操舵装置は、 ステアリングホイールの操作角に応じて前輪に 舵角を与える。 故障判定部は、 操舵装置の故障の有無を判定する。 制御部は、 故 障判定部によって操舵装置が故障していると判定されたとき、 第 1および第 2の 電動機の出力トルクにステアリングホイールの操作角に応じたトルク差を生じさ せる。
この発明による電動車両においては、 第 1および第 2の電動機によつて前輪を 左右別々に駆動する。 そして、 前輪に舵角を与える操舵装置が故障すると、 第 1 および第 2の電動機の出力トルクにステアリングホイールの操作角に応じたトル :ク差を生じさせるので、 ステアリングホイールの操作角に応じたトルク差が左右 の前輪に発生し、 そのトルク差に応じたトルクステアが発生する。
したがって、 この発明による電動車両によれば、 操舵装置が故障してもステア リング機能を確保することができる。 その結果、 車両の信頼性が向上する。
好ましくは、 第 1の電動機は、 右前輪のホイール内に設けられる。 第 2の電動 機は、 左前輪のホイール内に設けられる。
この電動車両においては、 第 1および第 2の電動機の各々は、 前輪のホイ一ル 内に設けられるいわゆるインホイールモータから成る。 したがって、 この電動車 両によれば、 従来駆動系 （トランスミッションやディファレンシャルギヤなど） が占有していたスペースを有効利用できるなど、 インホイールモータとしての 種々のメリットを享受しつつ、 車両の信頼性向上を図ることができる。
以上のように、 この発明によれば、 前輪に舵角を与える操舵装置が故障すると、 第 1および第 2の電動機の出力トルクにステアリングホイールの操作 に応じた トルク差を生じさせてトルクステア制御を行なうようにしたので、 操舵装置が故 障してもステアリング機能を確保することができる。 したがって、 既存のステア リング装置が故障しても車両走行を継続することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の実施の形態による電動車両の全体構成を示す機能ブロック 図である。
図 2は、 図 1に示すモータジェネレータがインホイールモータとして組込まれ た前輪の断面図である。
図 3は、 図 1に示す ECUの機能ブロッグ図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら詳細に説明する。 な お、 図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
図 1は、 この発明の実施の形態による電動車両の全体構成を示す機能ブロック . 図である。 図 1を参照して、 電動車両 100は、 蓄電装置 Bと、 電源ケーブル 1 2と、 インバータ 1.4 R, 14 Lと、 3相ケーブル 16 R, 16 Lと、 モータジ エネレータ IWMR, IWMLと、 リダクションギヤ 18R, 18 Lと、 前輪 F R, FLと、 後輪 RR, RLと、 回転センサ 20R， 20 Lとを備える。 また、 電動車両 100は、 ステアリングホイール 22と、 ステアリング角センサ 26と、 操舵ァクチユエータ 28と、 タイロッド 30と、 舵角センサ 32と、 電子制御装 置 （Electronic Control Unit；以下 「ECU」 とも称する。 ；) 36とをさらに ' 備える。
蓄電装置 Bは、 電源ケーブル 1 2に接続される。 インバータ 14 R, 14 Lは、 電源ケーブル 1 2に互いに並列に接続される。 モータジェネレータ I WMR， I WMLは、 それぞれ 3相ケーブル 16 R, 16 Lを介してインバータ 14 R， 1 4 Lに接続される。 モータジェネレータ I WMR， IWMLの出力軸は、 それぞ . れリダクションギヤ 1 8 R, 18 Lを介して前輪 FR, FLの回転軸に機械的に 結合される。 また、 前輪 FR, FLは、 図示されないナックルアームおよびタイ ロッド 30を介して操舵ァクチユエータ 28に機械的に結合される。
蓄電装置 Βは、 充放電可能な直流電源であり、 たとえば、 二ッケル水素ゃリチ ゥムイオン等の二次電池から成る。 蓄電装置 Βは、 電源ケーブル 1 2を介してィ ンバータ 14R, 14 Lへ直流電力を供給する。 また、 蓄電装置 Βは、 モータジ エネレ一タ IWMR, I WMLを用いた回生制動時、 インバ一タ 14R, 14 L によって充電される。 なお、 蓄電装置 Βとして、 大容量のキャパシタを用いても よい。
インバータ 14 Rは、 ECU 36からの信号 PWMRに基づいて、 蓄電装置 B から受ける直流電力を 3相交流電力に変換し、 その変換した 3相交流電力をモー タジェネレータ I WMRへ出力する。 これにより、 モータジェネレータ I WMR は、 指定されたトルクを発生するように駆動される。 また、 インバータ 1 4 Rは、 車両の回生制動時、 前輪 FRからの回転力を受けてモータジェネレータ I WMR が発電した 3相交流電力を ECU 3 6からの信号 PWMRに基づいて直流電力に 変換し、 その変換した直流電力を蓄電装置 Bへ出力する。
モータジェネレータ IWMRは、 3相交流電動機であり、 たとえば 3相交流同 期電動機から成る。 モータジェネレータ I WMRは、 インバータ 1 4 Rから受け る 3相交流電力によって車両の駆動トルクを発生する。 また、 モータジエネレー タ I WMRは、 車両の回生制動時、 3相交流電力を発生してインバータ 14 へ 出力する。
リダクションギヤ 1 8 Rは、 モータジェネレータ IWMRから出力される トル クおよび回転数を一定の減速比で前輪 FRへ伝達する。 なお、 後述のように、 モ ータジェネレータ I WMRおよびリダクションギヤ 1 8 Rは、 一体化されて前輪 F Rのホイール内に配設される。 すなわち、 モータジェネレータ I WMRおよび リダクションギヤ 1 8 Rは、 いわゆるインホイールモータを形成する。
なお、 インバータ 1 4 L、 モータジェネレータ I WMLおよびリダクションギ ャ 1 8 Lの構成は、 それぞれインバータ 1 4R、 モータジェネレータ I WMRお よびリダクションギヤ 1 8 Rと同様であるので、 それらの説明は繰返さない。 回転センサ 2 O Rは、 モータジェネレータ IWMRの回転位置に応じて変化す る信号を発生して ECU30へ出力する。 回転センサ 20 Lは、 モータジェネレ ータ I WMLの回転位置に応じて変化する信号を発生して ECU 30へ出力する。 なお、 回転センサ 2 O R, 20 Lは、 後述のように、 実際にはそれぞれモータジ エネレ一タ IWMR, IWMLに組込まれたレゾルバから成る。
ステアリングホイール 22は、 前輪 FR， F Lに舵角 （または 「操舵角」 とも 称される。 ） を与えるための操作端である。 ステアリング角センサ 2 6は、 ステ ァリングホイール 2 2の操作角 Δ Θ sを検出し、 その検出した操作角 Δ 0 sを E CU 3 6へ出力する。 操舵ァクチユエータ 28は、 ECU 3 6からの信号 S TR に基づいて、 タイロッド 30に軸方向の変位を与える。 タイロッド 3 0は、 操舵 ァクチユエータ 28によって与えられる軸方向の変位量に応じた舵角を前輪 FR, FLに与える。 舵角センサ 32は、 操舵ァクチユエータ 28の操作量に基づいて 前輪 FR， FLの舵角厶 Dを検出し、 その検出した舵角厶 Dを ECU 36へ出力 する。
E CU 36は、 ステアリング角センサ 26からのステアリングホイ一ル 22の 操作角 Δ 0 sに基づいて、 前輪 FR, F Lに舵角を与えるための信号 STRを生 成し、 その生成した信号 S TRを操舵ァクチユエータ 28へ出力する。
また、 ECU 36ば、 回転センサ 2 OR, 20 Lからの信号に基づいてモータ ジェネレータ IWMR, I WMLの回転速度を算出する。 そして、 ECU 36は、 アクセルペダルおよびブレーキペダル （いずれも図示せず。 以下同じ。 ） の操作 量ならびに算出したモータジェネレータ IWMR, I WMLの回転速度などに基 づいて、 モータジェネレータ IWMR, I WMLのトノレク指令を生成する。
ここで、 ECU 36は、 ステアリング角センサ 26からのステアリングホイ一 ル 22の操作角 Δ Θ sおよび舵角センサ 32からの前輪 FR， しの舵角 0に 基づいて、 操舵ァクチユエータ 28、 タイロッド 30および舵角センサ 32から 成る操舵装置に故障が発生しているか否かを判定する。 そして、 ECUS 6は、 操舵装置に故障が発生していると判定すると、 ステアリングホイール 22の操作 角厶 0 sに応じてモータジェネレータ I WMR, I WMLのトルク指令に.トルク 差を与える。
そして、 ECU36は、 モータジェネレータ IWMR, IWMLのトルク指令 に基づいて、 インバータ 14R， 14 Lをそれぞれ駆動するための信号 PWMR, PWMLを生成し、 その生成した信号 PWMR， PWMLをそれぞれインバ一タ 14 R, 14 Lへ出力する。
この電動車両 100においては、 ステアリングホイール 22と前輪 FR, FL とが機構的に分離されたステアバイワイヤ方式が用いられる。 すなわち、 ステア リングホイール 22の操作角 Δ Θ sは、 ステアリング角センサ 26によって電気 信号に変換され、 電線 （ワイヤ） を介して ECU 36へ送信される。 そして、 E CU36は、 ステアリングホイ一ノレ 22の操作角 Δ Θ sに基づいて信号 STRを 生成し、 その生成した信号 STRを電線を介して操舵ァクチユエータ 28へ送信 する。
そして、 この電動車両 1 0 0においては、 ステアリング角センサ 2 6からのス テアリングホイール 2 2の操作角 Δ Θ sおよび舵角センサ 3 2からの前輪 F R , F Lの舵角 Δ ϋに基づいて、 操舵ァクチユエータ 2 8、 タイロッド 3 0および舵 角センサ 3 2から成る操舵装置の故障判定が行なわれ、 操舵装置の故障が検出さ れると、 モータジェネレータ I WMR， I WM Lのトルク指令にトルク差が与え られる。 そうすると、 ステアリングホイール 2 2の操作角 Δ 0 sに応じたトルク 差が前輪 F R , F Lに発生し、 そのトルク差に応じたトルクステアが発生する。 こ こより、 操舵装置が故障しても、 ステアリングホイール 2 2によるステアリ ング機能が確保される。
図 2は、 図 1に示したモータジェネレータ I WM Lがインホイールモータとし て組込まれた前輪 F Lの断面図である。 なお、 モータジェネレータ I WMRがィ ンホイ一ルモータとして組込まれた前輪 F Rの構成も同様であるので、 この図 2 では、 前輪 F Lの構成が代表的に示されている。
図 2を参照して、 前輪 F Lは、 ホイールディスク 5 0と、 ホイ一ルハブ 5 2と、 ブレーキキヤリ ノく 5 4と、 モータジェネレータ I WM Lと、 リダクションギヤ 1 8 Lと、 回転センサ 2 0 Lと、 シャフト 6 0と、 ケース 6 2と、 タイヤ 6 4とを 含む。
ホイールディスク 5 0は、 略カップ型形状を有し、 ネジによってホイールパブ 5 2と締結される。 ホイールハブ 5 2は、 シャフ ト 6 0に連結され、 ハブベアリ ングによってシャフト 6 0の軸方向に対して回転自在に支持される。 ブレーキキ ャリ ノ、。 5 4は、 ブレーキパッドでブレーキロータの外周端を挟み込むことにより 前輪 F Lにブレーキをかける。
モータジェネレータ I WM L、 リダクションギヤ 1 8 Lおよび回転センサ 2 0 Lは、 ケース 6 2に収納される。 モータジェネレータ I WM Lのステータコアは、 ケース 6 2に固設され、 ステータコアの内周にロータが設けられる。
リダクションギヤ 1 8 Lは、 サンギヤ、 ピニオンギヤ、 リングギヤおよびプラ ネタリキヤリアによって構成されるブラネタリギヤであり、 モータジェネレータ I WM Lのロータにサンギヤ軸が連結され、 シャフト 6 0にプラネタリキャリア が連結される。
回転センサ 20 Lは、 モータジェネレータ I WMLに組込まれたレゾルバから 成る。 回転センサ 20 Lは、 モータジェネレータ I WMLのロータに連結された サンギヤ軸の回転位置を検出することによって、 モータジェネレータ IWMLの 回転位置に応じて変化する信号を発生する。 なお、 サンギヤ軸の回転位置を検出 する代わりにモータジェネレータ I WMLのロータ位置を直接検出してもよレ、。 図 3は、 図 1に示した ECU 36の機能ブロック図である。 図 3を参照して、 ECU36は、 右トルク指令生成部 1 1 2と、 左トルク指令生成部 1 14と、 故 障判定部 1 16と、 トルク配分演算部 1 1 8と、 インバータ制御部 1 20, 1 2 2とを含む。
右トルク指令生成部 1 12は、 アクセルペダルおよびブレーキペダルの操作量、 ならびに回転センサ 20 Rからの信号に基づいて算出したモータジェネレータ I WMRの回転速度などに基づいて、 モータジェネレータ IWMRのトルク指令 T R 1を生成する。 左トルク指令生成部 1 14は、 アクセルペダルおよびブレーキ ペダルの操作量、 ならびに回転センサ 20 Lからの信号に基づいて算出したモー タジェネレータ IWMLの回転速度などに基づいて、 モータジェネレータ IWM Lのトルク指令 TR 2を生成する。
故障判定部 1 16は、 ステアリング角センサ 26からのステアリングホイール 22の操作角 Δ 0 sおよび舵角センサ 32からの前輪 FR, しの舵角厶0に基 づいて、 操舵ァクチユエータ 28、 タイロッド 30および舵角センサ 32から成 る操舵装置に故障が発生しているか否かを判定する。
たとえば、 故障判定部 1 16は、 予め設定されたステアリングホイール 22の 操作角と前輪 FR， F Lの舵角との関係式またはマップを用いて、 舵角センサ 3 2からの舵角 に対応するステアリングホイール 22の操作角を算出し、 その 算出された操作角とステアリング角センサ 26によって検出される操作角 Δ Θ s との差が予め設定されたしきい値よりも大きいとき、 操舵装置が故障していると 判定する。 あるいは、 故障判定部 1 16は、 ステアリング角センサ 26からの操 作角 Δ 0 Sに対応する前輪 FR， FLの舵角を算出し、 その算出した舵角と舵角 センサ 32によって検出される舵角 との差が予め設定されたしきい値よりも 大きいとき、 操舵装置が故障していると判定するようにしてもよい。
そして、 故障判定部 1 16は、 操舵装置が正常であると判定すると、 ステアリ ング角センサ 26からのステアリングホイール 22の操作角 Δ 0 sに基づいて、 前輪 FR， FLに舵角を与えるための信号 ST Rを生成し、 その生成した信号 S TRを操舵ァクチユエータ 28へ出力する。 また、 故障判定部 1 16は、 信号 C TLを非活性化してトルク配分演算部 1 1 8へ出力する。
一方、 故障判定部 1 16は、 操舵装置が故障していると判定すると、 信号 ST Rを操舵ァクチユエータ 28へ出力することなく、 信号 CTLを活性化してトル ク配分演算部 1 18へ出力する。
トルク配分演算部 1 18は、 故障判定部 1 16からの信号 CTLが活性化され ているとき、 ステアリング角センサ 26からのステアリングホイール 22の操作 角 Δ 0 εに基づいて、 モータジェネレータ IWMR， IWMLの出力トルクにト ルク差を与えるためのモータジェネレータ I WMR， I WMLのトルク配分を算 出する。
より具体的には、 トルク配分演算部 1 1 8は、 アクセルペダルのアクセル開度 およびモータジェネレータ I WMR, IWMLの回転速度 （または車両速度） ご とに、 ステアリングホイール 22の操作角に応じたモータジェネレータ IWMR IWMLのトルク増減率を予めマップまたは演算式として有する。 そして、 トル ク配分演算部 1 18は、 そのマップまたは演算式を用いて、 ステアリング角セン サ 26からのステアリングホイ一ノレ 22の操作角 Δ 0 sならびにアクセルペダル のアクセル開度およびモータジェネレータ I WMR, IWMLの回転速度 （また は車両速度） に基づいて、 モータジェネレータ I WMR, IWMLのトルク増減 率 R l, R 2をそれぞれ算出する。 なお、 トルク増減率 R l, R 2は、 トルクを 増加させるモータジェネレータに対しては 1よりも大きい値であり、 トルクを低 下させるモータジェネレータに対しては 1よりも小さい値である。
なお、 トルク配分演算部 1 18は、 故障判定部 1 16からの信号 CTLが非活 性化されているときは、 モータジェネレータ I WMR， IWMLのトルク増減率 R 1, R 2をともに 1とする。
インバータ制御部 1 20は、 右トルク指令生成部 1 1 2からのトルク指令 TR 1にトルク配分演算部 1 18からのモータジェネレータ I WMRのトルク増減率 R 1を乗算した右トルク指令 TRRに基づいて、 インバータ 14 Rを駆動するた めの PWM (Pulse Width Modulation) 信号を生成し、 その生成した PWM信号 を信号 PWMRとしてインバータ 14 Rへ出力する。
インバータ制御部 1 22は、 左トルク指令生成部 1 14からのトルク指令 TR ： 2にトルク配分演算部 1 18からのモータジェネレータ I WMLのトルク増減率 R 2を乗算した左トルク指令 TR Lに基づいて、 インバータ 14 Lを駆動するた めの PWM信号を生成し、 その生成した PWM信号を信号 PWMLとしてインバ ： ータ 14 Lへ出力する。
このように、 ECU 36においては、 故障判定部 1 16によって操舵装置が故 障していると判定されると、 ステア])ングホイール 22の操作角 Δ 0 sに応じて モータジェネレータ I WMR， I WMLのトルク配分がトルク配分演算部 1 18 によって算出される。 そして、 その算出されたトルク配分に基づいて、 右トルク 指令生成部 1 12および左トルク指令生成部 1 14からのトルク指令 TR 1， T R 2が修正される。 その結果、 モータジェネレータ I WMR, IWMLの出力ト : ルクにステアリングホイール 22の操作角 Δ 0 sに応じたトルク差が与えちれ、 . ステアリングホイール 22の操作に応じたトルクステア制御が行なわれる。
以上のように、 この実施の形態においては、 操舵ァクチユエータ 28、 タイ口 ッド 30および舵角センサ 32から成る操舵装置が故障しても、 ステアリングホ ィール 22の操作角 Δ Θ sに応じてモータジェネレータ I WMR, IWMLに与 えられるトルク差により トルクステア制御が行なわれる。 したがって、 この実施 の形態によれば、 操舵装置が故障してもステアリング機能が確保される。 その結 果、 ステアリングシステムおよび電動車両 100の信頼性が向上する。
また、 この電動車両 100におけるステアリング装置は、 ステアバイワイヤ方 式から成るので、 ステアリングレイァゥトの自由度向上ゃステアリング装置の小 型化などステアバイワイヤ方式のメリツトを享受しつつ、 ステアリングシステム の信頼性向上を図ることができる。
さらに、 この電動車両 100は、 インホイールモータ駆動方式によって駆動さ れるので、 従来駆動系が占有していたスペースを有効利用でき、 その他インホイ ——ルモータ駆動方式による種々のメリットを享受することができる。
なお、 上記の実施の形態においては、 ステアリング装置がステアバイワイヤ方 式から成る場合について説明したが、 この発明は、 油圧式または電動式のパワー ステアリング装置にも適用可能である。 すなわち、 油圧式のパワーステアリング 装置において油圧系統に故障が発生したり、 電動式のパワーステアリング装置に おいてモータが故障したような場合においても、 モータジェネレータ I WMR , I WM Lの出力トルクにステアリングホイール 2 2の操作角 Δ Θ sに応じたトル ■ ク差を生じさせることによってステアリング機能を確保することができる。
また、 上記の実施の形態においては、 電動車両 1 0 0は、 インホイールモータ によって駆動されるものとしたが、 この発明の適用範囲は、 必ずしもインホイ一 ： ルモータ駆動方式に限定されるものではない。 この発明は、 前輪を左右別々のモ —タで駆動する電動車両に適用可能であり、 ィンホイールモータ駆動方式は好適 ではあるが、 左右の前輪を駆動するモータが車体に搭載されたオンボードタイ 7° の電動車両も、 この発明の適用範囲に含まれる。
なお、 この発明による電動車両には、 内燃機関も動力源として搭載するハイブ リッド自動車 （Hybrid Vehicle) も含まれる。 また、 蓄電装置 Bの代わりに、 ま たは蓄電装置 Bとともに、 燃料電池 （Fuel Cel l) を直流電源として搭載した燃 料電池車もこの発明による電動車両に含まれる。
今回開示された実施の形態は、 すべての点で例示であって制限的なものではな いと考えられるべきである。 本発明の範囲は、 上記した実施の形態の説明ではな くて請求の範囲によって示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ ての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲
1 . ステアリングホイールと、
左右の前輪をそれぞれ駆動する第 1および第 2の電動機と、
前記ステアリングホイールの操作角に応じて前記前輪に舵角を与える操舵装置 の故障の有無を判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段によって前記操舵装置が故障していると判定されたとき、 前 記第 1および第 2の電動機の出力トルクに前記ステアリングホイールの操作角に 応じたトルク差を生じさせる制御手段とを備えるステアリング制御装置。
2 . 前記操舵装置は、 前記ステアリングホイールと前記前輪とが機構的に分離さ れたステアバイワイヤ方式から成る、 請求の範囲第 1項に記載のステアリング制 御装置。
3 . 前記前輪の舵角を検出する舵角センサをさらに備え、
前記故障判定手段は、 前記舵角センサによって検出された舵角と前記ステアリ ングホイールの操作角とに基づいて前記操舵装置の故障の有無を判定する、 請求 の範囲第 1項または第 2項に記載のステアリング制御装置。
4 . ステアリングホイールと、
左右の前輪をそれぞれ駆動する第 1および第 2の電動機と、
前記ステアリングホイールの操作角に応じて前記前輪に舵角を与える操舵装置 の故障の有無を判定し、 前記操舵装置が故障していると判定されたとき、 前記第 1および第 2の電動機の出力トルクに前記ステアリングホイールの操作角に応じ たトルク差を生じざせる制御ユニットとを備えるステアリング制御装置。
5 . 前記操舵装置は、 前記ステアリングホイールと前記前輪とが機構的に分離さ れたステアバイワイヤ方式から成る、 請求の範囲第 4項に記載のステアリング制 御装置。
6 . 前記前輪の舵角を検出する舵角センサをさらに備え、
前記制御ュニットは、 前記舵角センサによって検出された舵角と前記ステアリ ングホイールの操作角とに基づいて前記操舵装置の故障の有無を判定する、 請求 の範囲第 4項または第 5項に記載のステアリング制御装置。
7 . 蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力を受けて左右の前輪をそれぞれ駆動する第 1 および第 2の電動機と、
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの操作角に応じて前記前輪に舵角を与える操舵装置 と、
前記操舵装置の故障の有無を判定する故障判定手段と、
前記故障判定手段によって前記操舵装置が故障していると判定されたとき、 前 記第 1および第 2の電動機の出力トルクに前記ステアリングホイールの操作角に 応じたトルク差を生じさせる制御手段とを備える電動車両。
8 . 蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力を受けて左右の前輪をそれぞれ駆動する第 1 および第 2の電動機と、
ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールの操作角に応じて前記前輪に舵角を与える操舵装置
··· と、
. 前記操舵装置の故障の有無を判定し、 前記操舵装置が故障していると判定され たとき、 前記第 1および第 2の電動機の出力トルクに前記ステアリングホイール の操作角に応じたトルク差を生じさせる制御ユニットとを備える電動車両。
9 . 前記第 1の電動機は、 前記右前輪のホイール内に設けられ、
前記第 2の電動機は、 前記左前輪のホイール内に設けられる、 請求の範囲第 7 項または第8項に記載の電動車両。
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