WO2017038759A1 - 車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両 - Google Patents

車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両 Download PDF

Info

Publication number
WO2017038759A1
WO2017038759A1 PCT/JP2016/075182 JP2016075182W WO2017038759A1 WO 2017038759 A1 WO2017038759 A1 WO 2017038759A1 JP 2016075182 W JP2016075182 W JP 2016075182W WO 2017038759 A1 WO2017038759 A1 WO 2017038759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
drive device
vehicle
motor drive
failure
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/075182
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
牧野　智昭
Original Assignee
Ntn株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ntn株式会社 filed Critical Ntn株式会社
Priority to CN201680050979.0A priority Critical patent/CN107949498A/zh
Priority to EP16841791.3A priority patent/EP3345782A4/en
Publication of WO2017038759A1 publication Critical patent/WO2017038759A1/ja
Priority to US15/906,670 priority patent/US20180186240A1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0061—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electrical machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/40—Electrical machine applications
    • B60L2220/46—Wheel motors, i.e. motor connected to only one wheel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle motor drive device that is mounted on a spring upper side of a vehicle and includes a motor drive device that individually drives left and right drive wheels, and a vehicle equipped with the same.
  • Patent Documents 1 and 2 Conventionally, in a vehicle that includes a plurality of motor drive devices and drives left and right drive wheels individually, techniques for detecting performance degradation and failure during vehicle travel have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the motor driving device is an in-wheel motor device, and the torque fluctuation amount of the transmission torque is estimated from the wheel rotation speed, the motor rotation speed, the load acting on the axle bearing, and the motor current, and whether there is an abnormality Determine.
  • the motor stator temperature is monitored, and the occurrence of an abnormality is determined when the temperature of one motor stator is higher than the other stator temperatures.
  • an unstable vehicle behavior is caused depending on the failure mode of the motor device. For example, when driving left and right wheels with two motors, if one motor suddenly becomes impossible to drive due to damage, a yaw moment unintended by the driver may suddenly act on the vehicle and the vehicle behavior may be greatly disturbed. is there. In order to prevent such an unstable state from occurring, it is necessary to detect the occurrence of damage before serious damage occurs, and to perform appropriate vehicle control based on this detection information to ensure stable vehicle behavior. It is.
  • Patent Document 2 when a failure is detected based on the motor temperature, it is difficult to detect a failure at an appropriate timing because there is a time difference between the occurrence of the failure and a clear temperature increase.
  • a failure is detected by estimating the transmission torque as in Patent Document 1
  • rapid failure detection is possible, but the prior art of this document requires a dedicated axle bearing capable of detecting a load. , The cost will rise.
  • An object of the present invention is to provide a vehicle motor drive device that can quickly detect the occurrence of a failure of a motor or the like of a motor drive device, can be performed without adding a dedicated sensor, and the like, and can reduce costs. Is to provide a vehicle equipped with.
  • a first vehicle motor drive device includes a plurality of electric motors 2 mounted on a vehicle, and a plurality of rotations of the electric motors 2 are transmitted to left and right wheels of the vehicle via drive shafts 4.
  • a motor drive device for a vehicle including the motor drive device 1 and failure occurrence determination means 15 for detecting occurrence of a failure in the motor drive device 1, The failure occurrence determination means 15 obtains a measured value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 from the motor rotor rotation angle detected by the angle sensor 21 provided in the electric motor 2 and the wheel rotation information detected by the speed sensor 22.
  • a rotor angle measurement unit 16 A rotor angle estimation unit 17 for obtaining an estimated value of a motor rotor angle phase of the electric motor 2 with respect to the wheel 20 based on a motor torque command value to the motor controller 12 that drives each electric motor 2;
  • a difference calculation unit 18 for obtaining a difference between the measured value of the motor rotor angle phase and the estimated value of the motor rotor angle phase;
  • a failure determination unit 19 that determines that a failure has occurred in the motor drive device 1 is provided.
  • the motor driving device 1 may be configured by only the electric motor 2 and not having the speed reducer 3.
  • the difference between the measured value of the motor rotor angle phase for the wheel and the estimated value of the motor rotor angle phase for the wheel obtained from the motor torque command value is obtained, and the occurrence of a failure is determined by comparing this difference with a threshold value.
  • the second vehicle motor drive device of the present invention is obtained by changing the estimation method of the rotor angle estimation unit 17 in the first vehicle motor drive device. That is, the rotor angle estimator 17 generates a wheel according to a motor torque command value, a motor rotor inertia moment, a drive system torsional rigidity, a drive system play amount, and a motor rotor rotational acceleration to the motor controller 12 that drives each electric motor 2. An estimated value of the motor rotor angle phase for 20 is obtained.
  • the overall modification of the second vehicle motor drive device will be described.
  • the plurality of electric motors 2 are mounted on the vehicle and the rotation of each electric motor 2 is transmitted to the left and right wheels of the vehicle.
  • a vehicle motor drive device including the motor drive device 1 and a failure occurrence determination means 15 for detecting occurrence of a failure in the motor drive device 1.
  • the failure occurrence determination means 15 obtains a measured value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 from the motor rotor rotation angle detected by the angle sensor 21 provided in the electric motor 2 and the wheel rotation information detected by the speed sensor 22.
  • a rotor angle measurement unit 16 An estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 is obtained from a motor torque command value to the motor controller 12 for driving each electric motor 2, a motor rotor inertia moment, a torsional rigidity of the driving system, a play amount of the driving system, and a motor rotor rotational acceleration.
  • an estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel is obtained from the motor torque command value, the motor rotor inertia moment, the drive system torsional rigidity, the play amount of the drive system, and the motor rotor rotational acceleration.
  • the difference between the measured value of the motor rotor angle phase and the estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel is obtained, and the difference is compared with a threshold value to determine the occurrence of the failure. Occurrence can be detected quickly, and it can be performed without adding a dedicated sensor or the like, and cost can be reduced.
  • the failure occurrence determination means 19 may be provided in the electric control unit 11 that controls the entire vehicle.
  • the failure occurrence determination means 19 is provided in the electric control unit 11 for controlling the vehicle as a whole, the high-speed processing function of the electric control unit 11 can be used for failure determination, and an arithmetic device dedicated to failure determination is not required. The configuration is simplified and the cost increase is suppressed.
  • the failure occurrence determination means 15 is provided in the motor controller 12, and the failure occurrence determination means 15 determines the motor controller 12 as a result of the determination.
  • the failure determination information output means 26 for outputting the failure determination information as described above to the outside of the motor controller 12 may be provided.
  • the processing function of the motor controller 12 can be used for failure determination, an arithmetic device dedicated to failure determination is unnecessary, the device configuration is simplified, and the cost is increased. Is suppressed. Even if the failure occurrence determination means 15 is provided in the motor controller 12, it is possible to notify the driver or the like of the occurrence of failure by providing the failure determination information output means 26 that outputs to the outside.
  • the failure determination information output means 26 is externally provided according to the magnitude of the absolute value of the difference between the measured value and the estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20.
  • the failure determination information to be output may be changed. By changing the failure determination information output to the outside according to the magnitude of the absolute value of the difference, a driver or the like can know the degree of failure.
  • the threshold value is a product of an estimated value of a motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 and a constant, and the constant is 0.01 to 0.2. It may be a range value. According to the simulation result, when the threshold is a product of an estimated value of the motor rotor angle phase with respect to 20 wheels and a constant, and the constant is a value in the range of 0.01 to 0.2, the motor drive device It was confirmed that the failure 1 could be determined with high accuracy.
  • a vehicle equipped with a motor drive device is a vehicle equipped with the vehicle motor drive device according to any one of the configurations of the present invention.
  • this vehicle can quickly detect the occurrence of a failure of the motor of the motor drive device, and can be performed without adding a dedicated sensor or the like, thereby reducing costs. You get the advantage of being able to.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conceptual configuration of a vehicle motor drive device according to an embodiment of the present invention. It is a schematic plan view of an example of the motor vehicle equipped with the vehicle motor drive device. It is sectional drawing of an example of the motor drive device in the motor drive device for vehicles. It is a schematic diagram of the connection state of the motor drive device and wheels. It is a simple model figure of the motor drive device. It is a schematic diagram of failure occurrence determination at the time of forward movement in the vehicle motor drive device. It is a schematic diagram of failure occurrence determination at the time of reverse in the vehicle motor drive device. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the rotor angle estimation part in the motor drive device for vehicles. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the vehicle motor drive device which concerns on other embodiment of this invention.
  • the vehicle motor drive device includes a plurality of motor drive devices 1 and failure occurrence determination means 15 that detects occurrence of failure in these motor drive devices 1.
  • the failure occurrence determination means 15 is provided in the electric control unit 11 in this embodiment, but may be provided in the motor controller 12 as in an embodiment described later together with FIG.
  • Each motor drive device 1 is composed of a motor 2 and a speed reducer 3 in the illustrated example.
  • the motor drive device 1 is mounted on the chassis of the vehicle body in the vehicle 23 (FIG. 2), and the output of each motor drive device 1 is transmitted to the left and right wheels 20 as drive wheels via the drive shaft 4.
  • the wheel 20 is attached to the hub wheel 6 in the wheel bearing 5 (FIG. 1) such as a hub bearing and is supported by the wheel bearing 5. Both ends of the drive shaft 4 are connected to the output shaft of the motor drive device 1 and the hub wheel 6 of the wheel bearing 5 via a constant velocity joint 7.
  • the wheel 20 driven by the motor drive device 1 is a front wheel of an automobile (vehicle) as shown in FIG.
  • the rear wheel 20A is a driven wheel.
  • FIG. 3 shows a specific example of the motor drive device 1.
  • two motor driving devices 1 and 1 are installed in a common driving device housing 31 in a line-symmetric manner with the respective motor rotor shafts 32 as the same axis, with a space therebetween. 1A is configured. Both motor driving devices 1 and 1 have the same configuration except that they are opposite to each other.
  • Each motor drive device 1, 1 is composed of a motor 2 disposed on the center side and a speed reducer 3 disposed on the end side, and an output shaft 33 of the motor drive device 1 is an output shaft of the speed reducer 3. It is also arranged coaxially with the motor rotor shaft 32.
  • the motor rotor shaft 32 is supported at both ends by bearings 34 and 35 installed on the drive device housing 31, and the output shaft 33 is connected to a bearing 36 installed on the inner periphery of the end portion on the end side of the motor rotor shaft 32. Both ends are supported by bearings 37 installed on the end face of the drive device housing 31 on the end side.
  • the electric motor 2 is composed of a synchronous motor or the like, and includes a motor rotor 38 provided on the outer periphery of the motor rotor shaft 32 and a motor stator 39 provided on the inner periphery of the drive device housing 31.
  • the motor rotor 38 is composed of laminated steel plates and permanent magnets (not shown).
  • the motor stator 39 is composed of a core and a coil.
  • the angle sensor 21 that detects the rotation angle of the motor stator 39 is installed in the drive device housing 31 in the vicinity of the end on the back side (the center side) of each motor rotor shaft 32.
  • the speed reducer 3 includes a gear train and the like.
  • the reduction gear 3 is provided on an input gear 41 and an intermediate shaft 42 provided on the motor rotor shaft 32 and provided on the intermediate shaft large-diameter side gear 42 a and the intermediate shaft 42 that mesh with the input gear 41.
  • the intermediate shaft small diameter side gear 42b and the output gear 43 provided on the output shaft 33 and meshing with the intermediate shaft small diameter side gear 42b.
  • the intermediate shaft 42 is installed in parallel with the output shaft 33 by two bearings 45 and 46 installed in the drive device housing 31.
  • the drive device housing 31 includes a motor housing 31 a covering the two electric motors 2, 2, two reducer main housings 31 b covering each reducer 3, and the end face of the drive device housing 31.
  • the reduction gear end face housing 31c is a part.
  • the reduction gear main housing 31b and the reduction gear end surface housing 31c constitute a reduction gear housing, and lubricating oil 44 is stored in the reduction gear housing.
  • the intermediate shaft 42 is installed in parallel with the output shaft 33 by two bearings 45 and 46 installed in the reduction gear housing.
  • a seal member 47 such as an oil seal for preventing leakage of the lubricating oil 44 is provided at a location where the output shaft 33 penetrates the speed reducer end surface housing 31c.
  • the vehicle control device includes a main electric control unit (ECU) 11 and a plurality (two in this example) of motor controllers 12 that drive each electric motor 2.
  • the electric control unit 11 is a device that controls the entire vehicle, and is configured by a computer or the like.
  • the electric control unit 11 includes a motor drive command unit 13, a cooperative control unit 14, and a brake operation command unit 24.
  • the motor drive command means 13 mainly generates a drive command or a regenerative braking command in accordance with an operation amount of an accelerator operation means operated by a driver such as an accelerator pedal and an operation amount of a brake operation means such as a brake pedal. Transmit to the controller 12.
  • the motor drive command means 13 distributes braking commands to be transmitted to the motor controllers 12 according to the steering angle of the steering wheel, automatic driving means, attitude control means, etc. (none of which are shown). Generate and output a command to change the size.
  • the cooperative control means 14 is a means for controlling so that instructions of each means for controlling the automobile are smoothly performed without contradiction.
  • the brake operation command unit 24 is a unit that distributes a brake command to a service brake such as a friction brake that is a brake device installed on the wheels 20 and 20A in accordance with an operation amount of a brake operation unit such as the brake pedal.
  • the brake operation command means 24 may output a braking command in accordance with a command from a control means (not shown) that performs safety improvement or automatic driving.
  • the brake operation command unit 24 may have a function of distributing the braking force generated according to the operation amount of the brake operation unit to the braking force by regenerative braking and the braking force by the service brake. Further, the brake operation command means 24 may be provided in an electric control unit (not shown) dedicated to the brake different from the main electric control unit 11.
  • the motor controller 12 is a means for converting a drive command to be output from the motor drive command means 13 of the electric control unit 11 into a drive current of the motor 2, and when the electric motor 2 is an AC motor, Sometimes called.
  • the motor controller 12 composed of this inverter device includes a power circuit unit composed of a combination of semiconductor switching elements and the like, and an inverter that converts the DC power of the battery into AC and a PWM control unit that controls the output current of the inverter. And a control circuit unit that performs efficiency control such as control and vector control.
  • the electric control unit 11 and each motor controller 12 are connected by an in-vehicle network (not shown) such as CAN.
  • the following failure determination means 15 is provided in the electronic control unit 11.
  • the failure determination unit 15 includes a rotor angle control unit 16, a rotor angle estimation unit 17, a difference calculation unit 18, and a failure determination unit 19.
  • the rotor angle measurement unit 16 obtains a measured value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 based on the motor rotor rotation angle detected by the angle sensor 21 provided in the electric motor 2 and the wheel rotation information detected by the speed sensor 22. Ask.
  • the rotor angle estimation unit 17 obtains an estimated value of the motor rotor angle phase of the electric motor 2 with respect to the wheel 20 based on a motor torque command value to the motor controller 12 that drives each electric motor 2.
  • the difference calculation unit 18 obtains a difference between the measured value of the motor rotor angle phase and the estimated value of the motor rotor angle phase.
  • the failure determination unit 19 determines that a failure has occurred in the motor drive device 1 when the absolute value of the difference is greater than or equal to a threshold value.
  • the threshold value may be, for example, a product of an estimated value of a motor rotor angle phase with respect to a wheel and a constant, and the constant may be a value in a range of 0.01 to 0.2.
  • the said rotor angle estimation part 17 was calculated
  • the rotor angle estimator 17 includes a drive system torsional rigidity calculating means 17a for calculating the torsional rigidity of the drive system, and a drive system play amount for calculating the play amount of the drive system.
  • This estimation calculation means 17c is a motor torque command value to the motor controller 12 that drives each electric motor 2, a motor rotor inertia moment, the drive system torsional rigidity calculated by the drive system torsional rigidity calculation means 17a, and the drive system play amount.
  • An estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 is obtained from the play amount of the drive system calculated by the calculating means 17b and the motor rotor rotational acceleration.
  • This vehicle motor drive device is intended for a vehicle motor drive device of a type in which a plurality of electric motors 2 are mounted on a vehicle body (chassis) and motor power is transmitted to wheels via a drive shaft 4. Is determined mainly from the angle of the motor rotor and the wheel rotation speed.
  • the connection state of the motor drive device 1 and the wheel 20 is schematically shown in FIG.
  • the rotation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the motor rotor and wheels at time t are expressed by the following equations.
  • ⁇ 1 ⁇ 1 t (0 ⁇ ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ )
  • ⁇ 2 ⁇ 2 t ⁇ (0 ⁇ ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ )
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are rotational speeds of the motor rotor and the wheel
  • ⁇ is an angle at which the drive transmission system is twisted according to the transmission torque. From the above equation, ⁇ is given by the following equation.
  • ir is the reduction ratio of the reduction gear unit.
  • i r Z 2 / Z 1 (ratio of teeth number).
  • T M is the motor torque
  • K is the torsional rigidity of the drive system including the speed reducer and the drive shaft 4.
  • the measured value ⁇ a of the twist angle ⁇ is obtained by the above formula (1).
  • the rotor rotation angle ⁇ 1 is obtained by an angle sensor (resolver or the like) 21 built in for motor drive control.
  • the wheel rotation angle ⁇ 2 is obtained from wheel hub rotation information by a vehicle speed sensor 22 generally used for ABS (anti-lock brake system) (see FIG. 1).
  • the speed sensor for ABS is generally a combination of a target (pulsar ring) having a periodic unevenness attached to a hub wheel on a wheel or the like and an electromagnetic detector, or a periodic sensor attached to a hub wheel.
  • a combination of a magnetic encoder and a magnetic sensor (such as a Hall element sensor or a magnetoresistive element MR sensor) magnetized in the motor is used, and a pulse accompanying wheel rotation is output. This embodiment is the same, and the wheel rotation angle ⁇ 2 is obtained by integrating the pulses.
  • the rotor angle estimation unit 16 in FIG. 1 thus provides information on the motor rotor rotation angle ⁇ 1 detected by the angle sensor 21 equipped on the electric motor 2 and the wheel rotation angle ⁇ 2 detected by the speed sensor 22. Thus, the measured value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20 is obtained. As described above, since the failure determination can be performed without adding a dedicated sensor, the cost can be suppressed.
  • the theoretical value ⁇ TH of the twist angle ⁇ can be estimated from the equation (2).
  • the rotor angle estimator 17 in FIG. 1 estimates the theoretical value ⁇ TH of the torsion angle ⁇ from this equation (2).
  • Difference calculation unit 18 obtains a difference between the estimated value phi TH is the theoretical value phi TH measurements .phi.a.
  • the failure determination unit 19 determines that an abnormality has occurred in the motor 2 or the speed reducer 3 when the absolute value of the difference between the estimated value ⁇ TH and the measured value ⁇ a is greater than or equal to a certain threshold value.
  • the detailed damage mode of the apparatus cannot be specified only by the magnitude of the difference between the estimated value ⁇ TH ⁇ and the measured value ⁇ a. However, the larger the difference, the more serious damage can be considered.
  • FIGS. FIG. 6 shows the case of forward travel (travel speed V> 0), and FIG. 7 shows the case of reverse travel (travel speed V ⁇ 0).
  • FIGS. FIG. 6 shows the case of forward travel (travel speed V> 0)
  • FIG. 7 shows the case of reverse travel (travel speed V ⁇ 0).
  • the torsion angle ⁇ increases linearly with the motor torque command value T M.
  • the theoretical value ⁇ TH can be obtained by taking into account the initial angle ⁇ 0 caused by gear backlash or drive system play.
  • the torsional rigidity K can be calculated theoretically, but it is preferable to measure the torsional rigidity in a vehicle mounted state in consideration of variations in component accuracy.
  • a predetermined motor torque is applied and a change in the rotation angle of the motor rotor is measured.
  • Such measurement of K is performed at the time of vehicle shipment.
  • a drive system component such as the drive shaft 4 or a motor drive device component is replaced, it is desirable to remeasure after the replacement.
  • Initial angle phi 0 is can be theoretically calculated, it is preferable Write measured by similarly onboard condition as described above.
  • the motor torque of such a magnitude that the influence of elastic deformation can be ignored is alternating between positive and negative (power running / regenerative) direction.
  • Measure the rotation angle of the motor rotor Measurement of such initial angle phi 0, not just when the vehicle factory, when replacing the components of the drive system components and the motor driving apparatus 1, such as a drive shaft 4, must be carried out even after the replacement is there.
  • the initial angle ⁇ 0 is affected by the wear of parts during operation, it is desirable to periodically measure and reset the initial angle ⁇ 0 .
  • the occurrence of a failure of the motor 2 or the like of the motor drive device 1 can be detected quickly and can be detected without adding a dedicated sensor, thereby reducing the cost. can do.
  • the motor drive command means 13, the failure occurrence determination means 15, the determination information output means 26, and the failure determination information display means 29 described above are specifically an LUT (Look Up Table) realized by software or hardware. Or, using a specified conversion function stored in the software library (Library) or equivalent hardware, or if necessary, using a comparison function, four arithmetic functions, or equivalent hardware, etc. It consists of a hardware circuit or a software function on a processor (not shown) that can perform and output the result.
  • the failure occurrence determination means 15 is provided in the electric control unit 11 that controls the entire vehicle, but the failure occurrence determination means 15 may be provided in the motor controller 12 as shown in FIG.
  • the motor controller 12 is provided with failure determination information output means 26 for outputting failure determination information, which is a result determined by the failure occurrence determination means 15, to the outside of the motor controller 12.
  • the electrical control unit 11 is provided with failure determination information display means 29 for displaying the failure determination information output from the failure determination information output means 26 on a display device 27 such as a liquid crystal display device provided in a vehicle console or the like.
  • the failure determination information output means 26 is externally provided according to the magnitude of the absolute value of the difference between the measured value and the estimated value of the motor rotor angle phase with respect to the wheel 20.
  • the failure determination information to be output may be changed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

モータ駆動装置のモータ等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサ等を追加することなく行えて、コストを抑制することができる車両用モータ駆動装置を提供する。故障発生判定手段(15)は、電動モータ(2)に装備される角度センサ(21)で検出されるモータロータ回転角度、および速度センサ(22)で検出される車輪回転情報より車輪(20)に対するモータロータ角度位相の計測値を求めるロータ角度計測部(16)を備える。モータコントローラ(12)へのモータトルク指令値より、車輪(20)に対するモータロータ角度位相の推定値を求めるロータ角度推定部(17)を備える。前記モータロータ角度位相の計測値と前記推定値との差分が閾値以上であると前記モータ駆動装置(1)に故障が発生したと判定する故障判定部(19)を有する。

Description

車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両 関連出願
　本出願は、２０１５年９月３日出願の特願２０１５－１７３５６５の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車両のばね上側に搭載され、それぞれ左右の駆動輪を個別に駆動するモータ駆動装置を備えた車両用モータ駆動装置、およびこれを搭載した車両に関する。
　従来、複数のモータ駆動装置を備え、左右の駆動輪を個別に駆動する車両において、車両の走行時に性能低下や故障を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。特許文献１の提案では、モータ駆動装置がインホイールモータ装置であり、車輪回転速度、モータ回転速度、車軸用軸受に作用する荷重、およびモータ電流により伝達トルクのトルク変動量を推定し、異常有無を判定する。特許文献２の提案では、モータステータ温度を監視し、１つのモータステータの温度が他のステータ温度より高いことにより、異常発生を判断する。
特開２０１２－１７８９０３号公報 特開２０１４－０７５８６７号公報
　駆動輪を個別に駆動する複数のモータ駆動装置で車両を走行させる場合、モータ装置の破損モードによっては不安定な車両挙動を引き起こす。例えば、２台のモータで左右輪を駆動する場合、１つのモータが損傷により突然に駆動不能になると、運転者が意図しないヨーモーメントが車両に急に作用し、車両挙動が大きく乱れる可能性がある。このような不安定状態に陥ることを防ぐため、重大な損傷に至る前に損傷発生を検知し、さらにこの検知情報を基に適正な車両制御を行い、安定な車両挙動を確保することが必要である。
　特許文献２のように、モータ温度により破損を検出する場合、破損発生と明確な温度上昇の間には時間差があるため、適切なタイミングで故障検出することが困難である。特許文献１のように、伝達トルクを推定することで故障を検出する場合は、迅速な故障検出が可能であるが、同文献の従来技術では荷重検出可能な専用の車軸用軸受が必要であり、コストが上昇する。
　この発明の目的は、モータ駆動装置のモータ等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサ等を追加することなく行えて、コストを抑制することができる車両用モータ駆動装置、およびこれを搭載した車両を提供することである。
　以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の第１の車両用モータ駆動装置は、各々電動モータ２を有し車両に搭載されて前記各電動モータ２の回転が前記車両の左右の車輪にドライブシャフト４を介して伝達される複数のモータ駆動装置１と、これらモータ駆動装置１の故障発生を検出する故障発生判定手段１５を備えた車両用モータ駆動装置であって、
　前記故障発生判定手段１５は、前記電動モータ２に装備される角度センサ２１で検出されるモータロータ回転角度、および速度センサ２２で検出される車輪回転情報により車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値を求めるロータ角度計測部１６と、
　前記各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値により、前記車輪２０に対する前記電動モータ２のモータロータ角度位相の推定値を求めるロータ角度推定部１７と、
　前記モータロータ角度位相の計測値と前記モータロータ角度位相の推定値との差分を求める差分演算部１８と、
　前記差分の絶対値が閾値以上であるとき、前記モータ駆動装置１に故障が発生したと判定する故障判定部１９とを有する。
　なお、前記モータ駆動装置１は、電動モータ２のみで構成されて減速機３を有しない構成であっても良い。
　この構成によると、車輪に対するモータロータ角度位相の計測値と、モータトルク指令値より求めた車輪に対するモータロータ角度位相の推定値との差分を求め、この差分を閾値と比較して故障の発生を判定するようにしたため、モータ駆動装置のモータ等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサ等を追加することなく行えて、コストを抑制することができる。
　この発明の第２の車両用モータ駆動装置は、前記第１の車両用モータ駆動装置において、前記ロータ角度推定部１７について、その推定方法を変えたものである。すなわち、前記ロータ角度推定部１７は、前記各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値、モータロータ慣性モーメント、駆動系ねじり剛性、駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度により、車輪２０に対するモータロータ角度位相の推定値を求める。
　第２の車両用モータ駆動装置の変形例について、その全体を説明すると、各々電動モータ２を有し車両に搭載されて前記各電動モータ２の回転が前記車両の左右の車輪に伝達される複数のモータ駆動装置１と、これらモータ駆動装置１の故障発生を検出する故障発生判定手段１５とを備えた車両用モータ駆動装置であって、
　前記故障発生判定手段１５は、前記電動モータ２に装備される角度センサ２１で検出されるモータロータ回転角度、および速度センサ２２で検出される車輪回転情報により車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値を求めるロータ角度計測部１６と、
　前記各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値、モータロータ慣性モーメント、駆動系ねじり剛性、駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度により、車輪２０に対するモータロータ角度位相の推定値を求めるロータ角度推定部１７と、
　前記モータロータ角度位相の計測値と前記モータロータ角度位相の推定値との差分を求める差分演算部１８と、
　前記差分の絶対値が閾値以上であるとき、前記モータ駆動装置に故障が発生したと判定する故障判定部１９とを有する。
　第２の車両用モータ駆動装置の場合、モータトルク指令値、モータロータ慣性モーメント、駆動系ねじり剛性、駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度により、車輪に対するモータロータ角度位相の推定値を求め、車輪に対するモータロータ角度位相の計測値と、前記車輪に対するモータロータ角度位相の推定値との差分を求め、この差分を閾値と比較して故障の発生を判定するようにしたため、モータ駆動装置のモータ等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサ等を追加することなく行えて、コストを抑制することができる。
　この発明の前記第１および第２の車両用モータ駆動装置において、前記故障発生判定手段１９が、車両全般を制御する電気制御ユニット１１に設けられていても良い。前記故障発生判定手段１９を、車両全般の制御用の電気制御ユニット１１に設けた場合、故障判定に電気制御ユニット１１の高速の処理機能を利用でき、故障判定専用の演算装置が不要で、装置構成が簡素化され、コスト増が抑えられる。
　また、この発明の前記第１および第２の車両用モータ駆動装置において、前記故障発生判定手段１５が前記モータコントローラ１２に設けられ、前記モータコントローラ１２に、前記故障発生判定手段１５が判定した結果である故障判定情報を前記モータコントローラ１２の外部に出力する故障判定情報出力手段２６が設けられていても良い。前記故障発生判定手段１５を前記モータコントローラ１２に設けた場合、故障判定にモータコントローラ１２の処理機能を利用できて、故障判定専用の演算装置が不要であり、装置構成が簡素化され、コスト増が抑えられる。モータコントローラ１２に故障発生判定手段１５が設けられていても、外部に出力する故障判定情報出力手段２６が設けられていることで、ドライバー等に故障の発生を知らせることができる。
　前記故障判定情報出力手段２６が設けられている場合に、前記故障判定情報出力手段２６は、前記車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値と推定値の差分の絶対値の大きさに応じ、外部に出力する前記故障判定情報を変化させるようにしても良い。前記差分の絶対値の大きさに応じ、外部に出力する前記故障判定情報を変化させるようにすることで、故障の程度をドライバー等が知ることができる。
　この発明の前記第１および第２の車両用モータ駆動装置において、前記閾値が、車輪２０に対するモータロータ角度位相の推定値と定数との積であり、前記定数が、０．０１～０．２の範囲の値であっても良い。シミュレーション結果によると、前記閾値が、車輪に２０対するモータロータ角度位相の推定値と定数との積であり、前記定数が、０．０１～０．２の範囲の値である場合に、モータ駆動装置１の故障の判定を精度良く行えることが確認された。
　この発明のモータ駆動装置搭載車両は、この発明の前記のいずれか構成の車両用モータ駆動装置が搭載された車両である。この発明の車両用モータ駆動装置を備えることで、この車両は、モータ駆動装置のモータ等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサ等を追加することなく行えて、コストを抑制することができるという利点か得られる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る車両用モータ駆動装置の概念構成を示すブロック図である。 同車両用モータ駆動装置を装備した自動車の一例の概略平面図である。 同車両用モータ駆動装置におけるモータ駆動装置の一例の断面図である。 同モータ駆動装置および車輪の連結状態の模式図である。 同モータ駆動装置の簡易モデル図である。 同車両用モータ駆動装置における前進時の故障発生判定の模式図である。 同車両用モータ駆動装置における後退時の故障発生判定の模式図である。 同車両用モータ駆動装置におけるロータ角度推定部の概念構成を示すブロック図である。 この発明の他の実施形態に係る車両用モータ駆動装置の概念構成を示すブロック図である。
　この発明の一実施形態に係る車両用モータ駆動装置を図面と共に説明する。図１において、この車両用モータ駆動装置は、複数のモータ駆動装置１と、これらモータ駆動装置１の故障発生を検出する故障発生判定手段１５とを備える。故障発生判定手段１５は、この実施形態では電気制御ユニット１１に設けられているが、後に図９と共に説明する実施形態のように、モータコントローラ１２に設けられていても良い。
　各モータ駆動装置１は、図示の例ではモータ２と減速機３とで構成されている。モータ駆動装置１は車両２３（図２）における車体のシャシに搭載され、各モータ駆動装置１の出力は、ドライブシャフト４を介して駆動輪となる左右の車輪２０に伝達される。車輪２０は、ハブベアリング等の車輪用軸受５（図１）におけるハブ輪６に取付けられ、輪用軸受５で支持される。ドライブシャフト４は、両端が等速ジョイント７を介して前記モータ駆動装置１の出力軸、および前記輪用軸受５のハブ輪６に連結されている。
　前記モータ駆動装置１により駆動される車輪２０は、例えば図２に示すように、自動車（車両）の前輪とされる。後輪となる車輪２０Ａは、従動輪とされる。
　図３は、モータ駆動装置１の具体例を示す。この例では、２台のモータ駆動装置１，１が、共通の駆動装置ハウジング３１に、各々のモータロータ軸３２を互いに同一軸心として、間をあけて線対称に設置され、一体化モータ駆動装置１Ａを構成している。両モータ駆動装置１，１は、左右反対向きである他は、互いに同じ構成である。各モータ駆動装置１，１は、中央側に配置されたモータ２と、端側に配置された減速機３とで構成され、モータ駆動装置１の出力軸３３は、減速機３の出力軸を兼ね、前記モータロータ軸３２と同軸心に配置されている。モータロータ軸３２は、駆動装置ハウジング３１に設置された軸受３４，３５に両端が支持され、前記出力軸３３は、モータロータ軸３２の前記端側にある端部の内周に設置された軸受３６と、駆動装置ハウジング３１の前記端側の端面部に設置された軸受３７とで両端が支持されている。
　電動モータ２は、同期モータ等からなり、前記モータロータ軸３２の外周に設けられたモータロータ３８と、前記駆動装置ハウジング３１の内周に設けられたモータステータ３９とで構成される。モータロータ３８は、積層鋼板と永久磁石（図示せず）等とで構成される。モータステータ３９は、コアとコイルとで構成される。各モータロータ軸３２の奥側（前記中央側）の端部付近に位置して、モータステータ３９の回転角度を検出する前記角度センサ２１が前記駆動装置ハウジング３１に設置されている。
　前記減速機３は歯車列等からなり、モータロータ軸３２に設けられた入力歯車４１、中間軸４２に設けられて前記入力歯車４１に噛み合う中間軸大径側歯車４２ａ、前記中間軸４２に設けられた中間軸小径側歯車４２ｂ、および前記出力軸３３に設けられて前記中間軸小径側歯車４２ｂに噛み合う出力歯車４３により構成される。前記中間軸４２は、前記駆動装置ハウジング３１に設置された２つの軸受４５，４６により、出力軸３３と平行に設置されている。
　前記駆動装置ハウジング３１は、具体的には、２台の電動モータ２，２に渡って覆うモータハウジング３１ａ、各減速機３を覆う２つの減速機主ハウジング３１ｂ、および駆動装置ハウジング３１の前記端面部の減速機端面ハウジング３１ｃで構成される。前記減速機主ハウジング３１ｂと減速機端面ハウジング３１ｃとで減速機ハウジングが構成され、その内部に潤滑油４４が溜められる。前記中間軸４２は、減速機ハウジングに設置された２つの軸受４５，４６により、出力軸３３と平行に設置されている。出力軸３３が減速機端面ハウジング３１ｃを貫通する個所には、潤滑油４４の漏洩防止用であるオイルシール等のシール部材４７が設けられている。
　図１と共に、この車両用モータ駆動装置を搭載した車両制御装置を説明する。この車両制御装置は、メインの電気制御ユニット（ＥＣＵ）１１と、各電動モータ２を駆動する複数（この例では２つ）のモータコントローラ１２とで構成される。電気制御ユニット１１は、車両全般を制御する装置であって、コンピュータ等で構成され、モータ駆動指令手段１３、協調制御手段１４、およびブレーキ動作指令手段２４が設けられている。モータ駆動指令手段１３は、主に、アクセルペダル等のドライバーに操作されるアクセル操作手段の操作量およびブレーキペダル等のブレーキ操作手段の操作量に従って駆動指令または回生制動の指令を生成し、各モータコントローラ１２へ送信する。モータ駆動指令手段１３は、この他に、ステアリングハンドルの操舵角や、自動運転手段、姿勢制御手段等（いずれも図示せず）の処理に従って、前記各モータコントローラ１２へ送信する制動指令の配分や大きさを変更する指令を生成し、出力する。
　協調制御手段１４は、自動車を制御する各手段の指令が矛盾なく円滑に行われるように制御する手段である。ブレーキ動作指令手段２４は、前記ブレーキペダル等のブレーキ操作手段の操作量に従って、前記車輪２０，２０Ａに設置されたブレーキ装置である摩擦ブレーキ等のサービスブレーキに、制動指令を分配する手段である。ブレーキ動作指令手段２４は、前記ブレーキ操作手段の他に、安全性向上や自動運転を行う制御手段（図示せず）の指令に応じて制動指令を出力するようにしても良い。ブレーキ動作指令手段２４は、前記ブレーキ操作手段の操作量に応じて発生させるブレーキ力を、回生制動によるブレーキ力と前記サービスブレーキによるブレーキ力とに分配する機能を有していても良い。また、ブレーキ動作指令手段２４は、メインの電気制御ユニット１１とは別のブレーキ専用の電気制御ユニット（図示せず）に設けても良い。
　前記モータコントローラ１２は、前記電気制御ユニット１１のモータ駆動指令手段１３から出力させる駆動指令を、モータ２の駆動電流に変換する手段であり、前記電動モータ２が交流モータである場合、インバータ装置と呼ばれることがある。このインバータ装置からなるモータコントローラ１２は、半導体スイッチング素子の組み合わせ等で構成されてバッテリの直流電力を交流に変換するインバータおよびこのインバータの出力電流を制御するＰＷＭ制御部からなるパワー回路部と、追従制御や、ベクトル制御等の効率化の制御を行う制御回路部等とで構成される。
　電気制御ユニット１１と各モータコントローラ１２は、ＣＡＮ等の車内ネットワーク（図示せず）等で接続されている。
　この実施形態は、このようなモータ駆動装置１およびその制御系（上述の制御系）を備えた車両用モータ駆動装置において、次の故障判定手段１５を前記電子制御ユニット１１に設けている。この故障判定手段１５は、ロータ角度制御部１６、ロータ角度推定部１７、差分演算部１８、および故障判定部１９を備える。
　前記ロータ角度計測部１６は、前記電動モータ２に装備される角度センサ２１で検出されるモータロータ回転角度、および速度センサ２２で検出される車輪回転情報により、車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値を求める。前記ロータ角度推定部１７は、前記各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値により、前記車輪２０に対する前記電動モータ２のモータロータ角度位相の推定値を求める。前記差分演算部１８は、前記モータロータ角度位相の計測値と前記モータロータ角度位相の推定値との差分を求める。前記故障判定部１９は、前記差分の絶対値が閾値以上であるとき、前記モータ駆動装置１に故障が発生したと判定する。
　前記閾値は、例えば、車輪に対するモータロータ角度位相の推定値と定数との積とし、前記定数を、０．０１～０．２の範囲の値としても良い。
　なお、前記ロータ角度推定部１７は、上記の例では、モータトルク指令値から求めるようにしたが、次のようにして求める構成としても良い。すなわち、前記ロータ角度推定部１７は、前記各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値、モータロータ慣性モーメント、駆動系ねじり剛性、駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度により、車輪２０に対するモータロータ角度位相の推定値を求めるようにする。
　この場合、例えば、図８に示すように、前記ロータ角度推定部１７は、駆動系のねじり剛性を算出する駆動系ねじり剛性算出手段１７ａと、前記駆動系の遊び量を算出する駆動系遊び量算出手段１７ｂと、推定演算手段１７ｃとを有するものとする。この推定演算手段１７ｃは、各電動モータ２を駆動するモータコントローラ１２へのモータトルク指令値、モータロータ慣性モーメント、前記駆動系ねじり剛性算出手段１７ａで算出される駆動系ねじり剛性、前記駆動系遊び量算出手段１７ｂで算出される駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度より、車輪２０に対するモータロータ角度位相の推定値を求める。
　上記構成の作用、原理、および構成の補足の説明をする。この車両用モータ駆動装置は、複数の電動モータ２を車体（シャシ）に搭載し、ドライブシャフト４を介してモータ動力を車輪に伝達する形式の車両用モータ駆動装置を対象にしており、装置故障を、主にモータロータの角度と車輪回転速度より判定する。
　モータ駆動装置１および車輪２０の連結状態を図４に模式的に示す。モータロータと車輪の時刻ｔにおける回転角度θ１，θ２は次式で表される。
　　　θ１＝ω１ｔ　　　（０≦θ１≦２π）
　　　θ２＝ω２ｔ―φ　（０≦θ２≦２π）
ここで、ω１およびω２は、モータロータと車輪の回転速度であり、φは駆動伝達系が伝達トルクに応じてねじれる角度である。上式よりφは次式で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　ここでｉｒは減速機部の減速比であり、例えば図４に示す構造の場合は、
　　ｉｒ＝Ｚ２／Ｚ１　である（歯数比）。
　モータ２および減速機３から構成されるモータ駆動装置１の動的挙動を評価する場合、モータロータの慣性モーメントＩのみの考慮で、損傷判定のレベルであれば十分な精度で実挙動を評価できる。モータロータ慣性のみを考慮すると、図４に示す力学モデルは図５と等価となる。なお、考慮するのは車輪を基準とするモータロータのねじれ角φであるので、図５では簡単のため、車輪を静止系で表している。
　図５に示す力学モデルの運動方程式は次式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　ここで、ＴMはモータトルク、Ｋは減速機やドライブシャフト４からなる駆動系のねじり剛性である。ねじれ角φの計測値φaは前記式（１）で求める。式（１）のパラメータのうち、モータ駆動制御用に内蔵される角度センサ（レゾルバなど）２１によりロータ回転角度θ1を得る。一方、車輪回転角度θ２は、この実施形態では、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）用に一般に用いられる車速センサ２２により、車輪ハブ回転情報より得る（図１参照）。ＡＢＳ用の速度センサには、一般には、ホイール等にあるハブ輪などに取り付けた周期的な凹凸形状を有するターゲット（パルサーリング）と電磁式検出器の組合せ、または、ハブ輪に取り付けた周期的に着磁された磁気エンコーダと磁気センサ（ホール素子センサや磁気抵抗素子ＭＲセンサなど）の組合せが用いられており、車輪回転に伴うパルスが出力される。この実施形態も同様であり、このパルスの積算によって車輪回転角度θ２が得られる。
　図１のロータ角度推定部１６は、このようにして、電動モータ２に装備される角度センサ２１で検出されるモータロータ回転角度θ1、および速度センサ２２で検出される車輪回転角度θ２の情報により、車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値を求める。このように専用のセンサを追加することなく故障判定を行えるため、コストを抑制できる。
　モータコントローラ（モータ制御インバータ）１２へのモータトルク指令値ＴMが得られると、式（２）よりねじれ角φの理論値φTHが推定できる。図１のロータ角度推定部１７は、この式（２）よりねじれ角φの理論値φTHを推定する。差分演算部１８は、この理論値φTHである推定値φTHと計測値φａの差分を求める。また、故障判定部１９は、推定値φTHと計測値φａの差分の絶対値がある閾値以上の場合、モータ２もしくは減速機３に異常が生じていると判断する。推定値φTHφと計測値φａの差分の大きさだけで、装置の詳細な損傷モードは特定できない。しかしながらその差分が大きいほど、より重大な損傷が生じていると考えらえる。
　この判定を図６，図７に模式的に示す。図６は前進時（走行速度Ｖ＞０）の場合を示し、図７は後退時（走行速度Ｖ＜０）の場合を示す。ここでは簡単のため、慣性の影響を無視できる定常状態の場合を示している。この場合、ねじれ角φはモータトルク指令値ＴMとともに直線的に増加する。さらに、歯車のバックラッシや駆動系の遊びなどにより生じる初期角度φ0を考慮することで、理論値φTHが得られる。この理論値φTHから許容範囲とする判定閾値Δφを加えた許容上限ねじれ角φULと、前記判定閾値Δφを減じた許容下限ねじれ角φLLとの範囲にねじれ角の計測値φａがあれば正常と判定し、前記範囲から外れていると異常と判定する。ねじれ角φは前述のようにモータトルク指令値ＴMとともに直線的に増加するため、これと同様に、前記判定閾値Δφはモータトルク指令値ＴMの増加に従って直線的に、つまり比例的に大きくする。判定閾値Δφは、主に測定系の精度に影響される測定誤差を考慮して決定する。例えば、Δφ=ＣφTHとし、定数Ｃを０．０１～０．２の範囲に設定する。
　ねじり剛性Ｋは、理論的に算出することも可能であるが、部品精度のばらつきなどを考慮すると、車両搭載状態で計測する方が好ましい。計測の一例として、車両の主ブレーキ（サービスブレーキ）を作動させ車輪を固定した状態で、所定のモータトルクを負荷させてモータロータの回転角度の変化を計測する。このようなＫの計測は車両出荷時に実施するが、ドライブシャフト４などの駆動系部品やモータ駆動装置部品を交換する場合は、交換後に再計測することが望ましい。
　初期角度φ０は、理論的に算出することも可能であるが、上記と同様に車両搭載状態で計測する方が好適である。計測の一例として、車両の主ブレーキ（サービスブレーキ）を作動させ車輪を固定した上記の様な状態で、弾性変形の影響が無視できる程度の大きさのモータトルクを正負（力行／回生）方向交互に負荷させてモータロータの回転角度を計測する。このような初期角度φ０の計測は、車両出荷時だけではなく、ドライブシャフト４などの駆動系部品やモータ駆動装置１の構成部品を交換する場合には、交換後にも実施することが必要である。さらには、初期角度φ０は、運転に伴う部品の摩耗などの影響を受けるため、定期的に計測し再設定することが望ましい。
　このように、この実施形態に係る車両用モータ駆動装置によると、モータ駆動装置１のモータ２等の故障の発生を迅速に検出でき、かつ専用のセンサを追加することなく検出でき、コストを抑制することができる。
　上述の、モータ駆動指令手段１３、故障発生判定手段１５、判定情報出力手段２６、故障判定情報表示手段２９は、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたＬＵＴ（Look Up Table）、またはソフトウエアのライブラリ（Library）に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等、また必要に応じて、比較関数および四則演算関数やそれらに等価のハードウエア等を用いて、演算を行って結果を出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ（不図示）上のソフトウエア関数で構成されている。
　上記実施形態では、故障発生判定手段１５を、車両全般を制御する電気制御ユニット１１に設けたが、故障発生判定手段１５は、図９に示すように、モータコントローラ１２に設けても良い。この場合、モータコントローラ１２に、前記故障発生判定手段１５が判定した結果である故障判定情報を前記モータコントローラ１２の外部に出力する故障判定情報出力手段２６を設ける。電気制御ユニット１１には、前記故障判定情報出力手段２６が出力した故障判定情報を、車両のコンソール等に設けられた液晶表示装置等の表示装置２７に表示させる故障判定情報表示手段２９を設ける。
　前記故障判定情報出力手段２６が設けられている場合に、前記故障判定情報出力手段２６は、前記車輪２０に対するモータロータ角度位相の計測値と推定値の差分の絶対値の大きさに応じ、外部に出力する前記故障判定情報を変化させるようにしても良い。
　以上、図面を参照しながら実施形態に基づいてこの発明を実施するための好適な形態を説明したが、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。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示される。当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内またはこれと均等の範囲内のものと解釈される。
１…モータ駆動装置
２…電動モータ
３…減速機
４…ドライブシャフト
１１…電気制御ユニット
１２…モータコントローラ
１３…モータ駆動指令手段
１４…協調制御手段
１５…故障発生判定手段（故障判定手段）
１６…ロータ角度計測部
１７…ロータ角度推定部
１８…差分演算部
１９…故障判定部
２０…車輪
２１…角度センサ
２２…速度センサ
２６…判定情報出力手段
２７…表示装置
２８…モータ制御部
２９…故障判定情報表示手段

Claims (7)

  1. 　各々電動モータを有し車両に搭載されて前記各電動モータの回転が前記車両の左右の車輪にドライブシャフトを介して伝達される複数のモータ駆動装置と、これらモータ駆動装置の故障発生を検出する故障判定手段を備えた車両用モータ駆動装置であって、
    　前記故障判定手段は、前記電動モータに装備される角度センサで検出されるモータロータ回転角度、および速度センサで検出される車輪回転情報により車輪に対するモータロータ角度位相の計測値を求めるロータ角度計測部と、
    　前記各電動モータを駆動するモータコントローラへのモータトルク指令値により、前記車輪に対する前記電動モータのモータロータ角度位相の推定値を求めるロータ角度推定部と、
    　前記モータロータ角度位相の計測値と前記モータロータ角度位相の推定値との差分を求める差分演算部と、
    　前記差分の絶対値が閾値以上であるとき、前記モータ駆動装置に故障が発生したと判定する故障判定部とを有する、
    　車両用モータ駆動装置。
  2. 　請求項１に記載の車両用モータ駆動装置において、
    　前記ロータ角度推定部は、前記各電動モータを駆動するモータコントローラへのモータトルク指令値に加えて、モータロータ慣性モーメント、駆動系ねじり剛性、駆動系の遊び量、およびモータロータ回転加速度により、車輪に対するモータロータ角度位相の推定値を求める、
    　車両用モータ駆動装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の車両用モータ駆動装置において、前記故障判定手段が、車両全般を制御する電気制御ユニットに設けられた車両用モータ駆動装置。
  4. 　請求項１または請求項２に記載の車両用モータ駆動装置において、前記故障判定手段が前記モータコントローラに設けられ、前記モータコントローラに、前記故障判定手段が判定した結果である故障判定情報を前記モータコントローラの外部に出力する故障判定情報出力手段が設けられた車両用モータ駆動装置。
  5. 　請求項４に記載の車両用モータ駆動装置において、前記故障判定情報出力手段は、前記車輪に対するモータロータ角度位相の計測値と推定値の差分の絶対値の大きさに応じ、外部に出力する前記故障判定情報を変化させる車両用モータ駆動装置。
  6. 　請求項１または請求項２に記載の車両用モータ駆動装置において、前記閾値が、車輪に対するモータロータ角度位相の推定値と定数との積であり、前記定数が、０．０１～０．２の範囲の値である車両用モータ駆動装置。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用モータ駆動装置が搭載されたモータ駆動装置搭載車両。
PCT/JP2016/075182 2015-09-03 2016-08-29 車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両 WO2017038759A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680050979.0A CN107949498A (zh) 2015-09-03 2016-08-29 车辆用电动机驱动装置和装载它的车辆
EP16841791.3A EP3345782A4 (en) 2015-09-03 2016-08-29 VEHICLE ENGINE ENGINE AND VEHICLE WITH ENGINE DRIVE DEVICE ASSEMBLED
US15/906,670 US20180186240A1 (en) 2015-09-03 2018-02-27 Vehicular motor drive device and vehicle having the same mounted thereon

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-173565 2015-09-03
JP2015173565A JP2017051016A (ja) 2015-09-03 2015-09-03 車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/906,670 Continuation US20180186240A1 (en) 2015-09-03 2018-02-27 Vehicular motor drive device and vehicle having the same mounted thereon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017038759A1 true WO2017038759A1 (ja) 2017-03-09

Family

ID=58187555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/075182 WO2017038759A1 (ja) 2015-09-03 2016-08-29 車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180186240A1 (ja)
EP (1) EP3345782A4 (ja)
JP (1) JP2017051016A (ja)
CN (1) CN107949498A (ja)
WO (1) WO2017038759A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111452626B (zh) * 2020-03-20 2022-05-31 金龙联合汽车工业（苏州）有限公司 一种新能源车辆电机驱动控制及车速安全保护方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001078477A (ja) * 1999-09-08 2001-03-23 Toshiba Corp 電動機制御装置
JP2002262591A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Hitachi Ltd モータ制御装置及びそれを用いた電動車両
JP2005051889A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Toyota Motor Corp スリップ判定装置およびスリップ判定方法並びに車両
JP2009165258A (ja) * 2008-01-04 2009-07-23 Fanuc Ltd ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置
JP2013046480A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Toyota Motor Corp 車両の制御装置
JP2015133794A (ja) * 2014-01-10 2015-07-23 ダイキン工業株式会社 電動機の制御装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101039676B1 (ko) * 2009-11-04 2011-06-09 현대자동차주식회사 하이브리드 차량의 레졸버 단락 및 단선 감지용 회로 및 이를 이용한 레졸버 단락 및 단선 감지 방법
JP5562276B2 (ja) * 2011-03-07 2014-07-30 Ｎｔｎ株式会社 電気自動車
WO2013002251A1 (ja) * 2011-06-30 2013-01-03 Ntn株式会社 モータ駆動装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001078477A (ja) * 1999-09-08 2001-03-23 Toshiba Corp 電動機制御装置
JP2002262591A (ja) * 2001-02-27 2002-09-13 Hitachi Ltd モータ制御装置及びそれを用いた電動車両
JP2005051889A (ja) * 2003-07-31 2005-02-24 Toyota Motor Corp スリップ判定装置およびスリップ判定方法並びに車両
JP2009165258A (ja) * 2008-01-04 2009-07-23 Fanuc Ltd ゲイン自動調整機能を備えたサーボモータ制御装置
JP2013046480A (ja) * 2011-08-23 2013-03-04 Toyota Motor Corp 車両の制御装置
JP2015133794A (ja) * 2014-01-10 2015-07-23 ダイキン工業株式会社 電動機の制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3345782A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3345782A4 (en) 2019-05-15
EP3345782A1 (en) 2018-07-11
JP2017051016A (ja) 2017-03-09
US20180186240A1 (en) 2018-07-05
CN107949498A (zh) 2018-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5562277B2 (ja) 電気自動車
JP5832868B2 (ja) 電気自動車
JP5562276B2 (ja) 電気自動車
JP5784930B2 (ja) 電気自動車
WO2013077409A1 (ja) 電動車両制御装置
JP5657426B2 (ja) 電気自動車
JP5657425B2 (ja) 電気自動車
US9172319B2 (en) Motor control device for electric automobile
CN103650327A (zh) 电动机驱动装置
JP5936306B2 (ja) 電気自動車
EP3339121B1 (en) Electric brake device
JP5735305B2 (ja) 電気自動車
WO2017038759A1 (ja) 車両用モータ駆動装置およびこれを搭載した車両
JP5851812B2 (ja) 電動車両制御装置および電動車両
JP5985724B2 (ja) 電気自動車
JP5829497B2 (ja) 電気自動車のモータ制御装置
WO2016047481A1 (ja) 電動ブレーキシステム
JP2014209843A (ja) 電気自動車
JP2014223008A (ja) 電気自動車

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16841791

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016841791

Country of ref document: EP