JP2016052164A - 車輪独立駆動式車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両の駆動制御装置において、一方の駆動輪が異常状態となったときに路肩等への退避走行を可能とした車輪独立駆動式車両の駆動制御装置を提供する。【解決手段】 この車両の駆動制御装置は、左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備える。左右の駆動輪のいずれか一方が異常状態にあるか否かを検出する異常検出手段と、異常検出手段により前記左右の駆動輪におけるいずれか一方の駆動輪が前記異常状態にあると判定したとき、その駆動輪の出力を停止し、他方の駆動輪の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限するトルク制限手段とを備えた。【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、インホイールモータ等を搭載した車輪独立駆動式車両において、一方の駆動輪が出力停止となったときに路肩等への退避走行を可能とした車輪独立駆動式車両の駆動制御装置に関する。

自動車の旋回時に次のように駆動力を制御する技術が提案されている（特許文献１）。
・旋回方向外輪側の前輪の駆動源が駆動不能に陥ると、旋回方向内輪側の前輪に対する駆動力を徐々に低下させていき、所定時間経過後に駆動力の供給を停止させる。
・旋回方向内輪側の前輪の駆動源が駆動不能に陥ると、旋回方向外輪側の前輪に対する駆動力の供給を直ちに停止させる。

特開平８−１６８１１２号公報

従来技術の制御では舵角センサが必要であり、制御が複雑かつコストが高くなる。また、一方の駆動源が駆動不能に陥ると、正常な他方の駆動源への駆動力の供給を停止させるため、路肩等への退避走行もできなくなる。
インホイールモータ等を搭載した車輪独立駆動式車両において、例えば、高速で旋回するときにモータやパワーデバイス等の過熱または異常により片輪が出力停止となったときに、車両挙動が不安定にならないような配慮が必要である。また、片輪のモータ等に異常が発生した場合でも路肩等への移動や修理工場等への移動などの退避走行ができるようにしたい。

この発明の目的は、左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両の駆動制御装置において、一方の駆動輪が異常状態となったときに路肩等への退避走行を可能とした車両の駆動制御装置を提供することである。

この発明の車輪独立駆動式車両の駆動制御装置は、左右の駆動輪２，２を個別に駆動する左右のモータ６，６を備えた車両の駆動制御装置において、
前記左右の駆動輪２，２が異常状態であるかを検出する異常検出手段３４と、
この異常検出手段３４により前記左右の駆動輪２，２におけるいずれか一方の駆動輪２が前記異常状態にあるとき、その駆動輪の出力を停止し、他方の駆動輪２の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限するトルク制限手段３６とを備えたことを特徴とする。
前記異常状態とは、前記駆動輪２のモータ６またはモータ６を駆動するインバータ装置２２の異常、モータ６またはモータ６を駆動するインバータ装置２２のパワーデバイス等の過熱などにより駆動不能な状態である。

この構成によると、異常検出手段３４は、左右の駆動輪２，２のいずれか一方の駆動輪２が前記異常状態であるか否かを判定する。

異常検出手段３４により一方の駆動輪２が前記異常状態にあり、他方の駆動輪２が前記異常状態ではない、すなわち正常状態であると判定したとき、トルク制限手段３６は、その異常状態にある駆動輪２の出力を停止させ、他方の正常状態にある駆動輪２の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルク（例えば、最大トルクの５０％）に制限する。左右の駆動輪２，２の出力トルクに差があり過ぎると、車両の挙動が不安定になるからである。このように片輪が異常状態となったときに、反対側の正常な駆動輪２の出力トルクに制限をかけて車両の挙動を安定化させたうえで、この正常な駆動輪２により路肩等や修理工場等へ退避走行することができる。

前記トルク制限手段３６は、前記他方の駆動輪２を駆動するモータ６の出力可能な最大トルクが、前記モータ６の回転数によって変化した場合、その変化した最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限しても良い。一般的にモータでは、ある程度以上の回転数になると、モータ回転数が大きくなるに従ってモータの最大トルクが小さくなる。この構成の場合、トルク制限手段３６は、時々刻々と変化するモータ回転数に連動して上記のように変わる最大トルクに対応して出力トルクを制限するため、木目細かな制御を行うことができる。

前記モータ６は、このモータ６と、前記駆動輪２を回転支持する車輪用軸受４と、前記モータ６の回転を減速して前記車輪用軸受４に伝える減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成しても良い。

この発明の車輪独立駆動式車両の駆動制御装置は、左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両の駆動制御装置において、前記左右の駆動輪のいずれか一方が異常状態であるかを検出する異常検出手段と、この異常検出手段により前記左右の駆動輪におけるいずれか一方の駆動輪が前記異常状態にあるとき、その駆動輪の出力を停止させ、他方の駆動輪の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限するトルク制限手段とを備えた。このため、左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両の駆動制御装置において、一方の駆動輪が異常状態となったときに路肩等への退避走行を可能とすることができる。

この発明の実施形態に係る駆動制御装置を搭載した電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の断面図である。 同駆動制御装置の制御系のブロック図である。 モータ回転数と出力トルクとの関係を示す図である。 同駆動制御装置の処理を段階的に示すフローチャートである。 この発明の他の実施形態に係る駆動制御装置の制御系のブロック図である。

この発明の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。
図１は、この実施形態に係る駆動制御装置を搭載した車両である電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪とされた４輪の自動車である。前輪となる車輪３は操舵輪とされている。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６により駆動される。各モータ６は、後述のインホイールモータ駆動装置ＩＷＭを構成する。各車輪２，３には、図示外のブレーキが設けられている。

図２は、この電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置ＩＷＭの断面図である。各インホイールモータ駆動装置ＩＷＭは、それぞれ、モータ６、減速機７、および車輪用軸受４を有し、これらの一部または全体が車輪内に配置される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して駆動輪２に伝達される。車輪用軸受４のハブ輪４ａのフランジ部には前記ブレーキを構成するブレーキロータ５が固定され、同ブレーキロータ５は駆動輪２と一体に回転する。モータ６は、例えば、ロータ６ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ６は、ハウジング８に固定したステータ６ｂと、回転出力軸９に取り付けたロータ６ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。

制御系を説明する。
図１に示すように、車体１には、ＥＣＵ２１と、複数（この例では２つ）のインバータ装置２２とを含む駆動制御装置２０が搭載されている。ＥＣＵ２１は、自動車全般の統括制御を行い、各インバータ装置２２に指令を与える上位制御手段である。各インバータ装置２２は、ＥＣＵ２１の指令に従って各走行用のモータ６の制御をそれぞれ行う。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

ＥＣＵ２１は、指令トルク演算部４７を有する。この指令トルク演算部４７は、主に、アクセル操作部１６の出力するアクセル開度の信号と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令とから、左右輪２，２の走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令をトルク値として生成する。トルク配分手段４８は、指令トルク演算部４７で演算された加速・減速指令を、操舵手段１５の出力する操舵角の信号とから左右の駆動輪２，２の走行用のモータ６，６へ分配するように各インバータ装置２２へ出力する。

また、指令トルク演算部４７は、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、図示外の制動トルク指令値とに配分する機能を有する。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、各走行用のモータ６，６に与える加速・減速指令のトルク指令値に反映させる。アクセル操作部１６およびブレーキ操作部１７は、それぞれアクセルペダルおよびブレーキペダル等のペダルと、そのペダルの動作量を検出するセンサとを有する。バッテリ１９は、車体１に搭載され、モータ６の駆動、および車両全体の電気系統の電源として用いられる。

図３は、この駆動制御装置の制御系のブロック図である。以後、図１も適宜参照しつつ説明する。インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有する。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ駆動装置ＩＷＭに関する各検出値や制御値等の各情報（例えば、ステータス、モータ回転数、制御トルク、モータ温度、後述のインバータの温度、駆動電源電圧、制御電源電圧、異常情報等）をＥＣＵ２１に出力する機能を有する。

パワー回路部２８は、インバータ３１と、このインバータ３１を駆動するＰＷＭドライバ３２とを有する。インバータ３１は、バッテリ１９（図１）の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換する。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、オンオフ指令に基づきインバータ３１を駆動する。前記半導体スイッチング素子は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなる。

モータコントロール部２９は、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３０を有している。モータ駆動制御部３０は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられるトルク指令等による加速・減速指令に従い、電流指令に変換してパルス幅変調し、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２にオンオフ指令を与える。モータ駆動制御部３０は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流を電流検出手段３８から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ駆動制御部３０は、モータ６のロータ６ａ（図２）の回転角を回転角度検出手段３３から得て、ベクトル制御を行う。

この実施形態では、上記構成のモータコントロール部２９に、次の異常検出手段３４を設けている。異常検出手段３４は、この異常検出手段３４を含むインバータ装置２２に対応するモータ６により駆動される駆動輪２が、異常状態にあるか否かを判定する。異常状態とは、前記駆動輪２のモータ６またはモータ６を駆動するインバータ装置２２の異常、モータ６またはモータ６を駆動するインバータ装置２２のパワーデバイス等の過熱などにより駆動不能となる状態である。

トルク制限手段３６は、左右の駆動輪２，２におけるいずれか一方の駆動輪２が前記異常状態にあり、他方の駆動輪２が正常状態であると判断したとき、異常状態の駆動輪２を出力停止すると共に、他方の正常状態にある駆動輪２の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限する。左右の駆動輪２，２の出力トルクに差があり過ぎると、車両の挙動が不安定になるからである。

図４は、モータ回転数と出力トルクとの関係を示す図である。一般的にモータでは、ある程度以上の回転数になると、モータ回転数が大きくなるに従ってモータの最大トルクが小さくなる。図３および図４に示すように、トルク制限手段３６は、他方の正常状態にある駆動輪２の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルク（例えば、同図４の点線で示す最大トルクの５０％）に制限する。

具体的には、トルク制限手段３６は、トルク配分手段４８から前記他方の駆動輪２に出力される指令トルクが、例えば、モータ回転数Ｎ１で最大トルクの７５％（同図４（Ｐ１））のとき、設定した割合の出力トルク（この例では最大トルクの５０％）を超えているため、他方の駆動輪２への指令トルクを最大トルクの５０％（同図４（Ｐ２））に制限する。

トルク制限手段３６は、トルク配分手段４８から与えられる指令トルクが、例えば、モータ回転数Ｎ２で最大トルクの４０％（同図４（Ｐ３））のとき、そのままの指令トルクとする。つまりＥＣＵ２１から他方のインバータ装置２２のトルク制限手段３６に異常発生情報が与えられても、トルク配分手段４８から他方のインバータ装置２２に与えられる指令トルクが、設定した割合の出力トルク以下のため、指令トルクを制限しない。

トルク制限手段３６は、左右の駆動輪２，２共に前記異常状態にあると判断したとき、両駆動輪２，２の出力を停止させ車両を停止させるように制御する。

なお、例えば、回転角度検出手段３３や電流検出手段３８の断線、ショート故障の場合は、制御自体ができなくなるため、各トルク制御手段３６は、それぞれ出力停止しモータ６が駆動不能な状態となるように制御する。モータ６やＩＧＢＴの過熱時には、トルク制限手段３６は、温度センサで検出される温度が第１の閾値以上で出力トルクの制限を行い、第１の閾値よりも大きい第２の閾値以上で出力トルクを零にして出力停止させる。第１，第２の閾値は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。ＥＣＵ２１とインバータ装置２２との間、インバータ装置２２，２２同士がコントローラ・エリア・ネットワーク（Controller Area Network：略称：ＣＡＮ）通信で電気的に接続されている場合に、ＣＡＮ通信の異常（例えば、断線、ショート等）は指令が来ないため、各トルク制御手段３６は両輪を出力停止させる。

図５は、この駆動制御装置の処理を段階的に示すフローチャートである。図３と共に説明する。例えば、車両の電源を投入する条件で本処理が開始し、異常検出手段３４は、各駆動輪２が異常状態にあるかを判定する（ステップＳ１）。両駆動輪共に異常なしとの判定で（ステップＳ１：Ｎｏ）、本処理を終了する。いずれかの駆動輪２が異常状態であるとの判定で（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステップＳ２に移行する。

次に、ＥＣＵ２１は、片輪のみが異常状態にあるか両輪共に異常状態にあるかを判断し（ステップＳ２）、片輪のみ異常状態にあるとき、トルク制限手段３６は、その異常状態の駆動輪２を出力停止すると共に、正常状態にある駆動輪２の出力トルクを、モータ回転数に応じた設定値に制限する（ステップＳ３）。その後本処理を終了する。
ステップＳ２で両輪共に異常状態にあると判断されると、各トルク制限手段３６は、両駆動輪２の出力をそれぞれ停止して車両を停止させるように制御する（ステップＳ４）。その後本処理を終了する。

以上説明した車両の駆動制御装置によると、異常検出手段３４により一方の駆動輪２が前記異常状態にあり、他方の駆動輪２が正常状態であると判定したとき、トルク制限手段３６は、異常状態の駆動輪２を出力停止させ、他方の正常状態にある駆動輪２の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限する。このように片輪が異常状態となったときに、反対側の正常な駆動輪２の出力トルクに制限をかけて車両の挙動を安定化させたうえで、この正常な駆動輪２により路肩等や修理工場等へ退避走行することができる。

トルク制限手段３６は、正常な駆動輪２を駆動するモータ６の出力可能な最大トルクが、モータ回転数によって変化した場合、その変化した最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限する。したがって、トルク制限手段３６は、時々刻々と変化するモータ回転数に連動して出力トルクを制限するため、木目細かな制御を行うことができる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明において、前述の実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

前記実施形態では、２つのインバータ装置が別体に設けられているが、図６に示すように、各モータ６の制御をそれぞれ行うインバータ装置２２が一体の構成であっても良い。この場合、トルク制限手段３６はインバータ装置２２に設けられている。この図６の構成によると、図３の構成よりもケーブル類、コネクタ等の簡素化を図り、コスト低減を図ることができる。

各インバータ装置２２の弱電系を、互いに共通のコンピュータや共通の基板上の電子回路で構成しても良い。
車両として、左右の前輪２輪を独立して駆動する２輪独立駆動車を適用しても良い。また車両として、左右の前輪２輪を独立して駆動し、左右の後輪２輪を独立して駆動する４輪独立駆動車を適用しても良い。
インホイールモータ駆動装置ＩＷＭにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、２軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。

２…車輪（駆動輪）
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
３４…異常検出手段
３６…トルク制限手段
ＩＷＭ…インホイールモータ駆動装置

Claims (3)

1. 左右の駆動輪を個別に駆動する左右のモータを備えた車両の駆動制御装置において、
   前記左右の駆動輪のいずれか一方が異常状態にあるか否かを判定する異常検出手段と、
   この異常検出手段により前記左右の駆動輪におけるいずれか一方の駆動輪が前記異常状態にあるとき、その駆動輪の出力を停止し、他方の駆動輪の出力トルクを、最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限するトルク制限手段と、
   を備えたことを特徴とする車輪独立駆動式車両の駆動制御装置。
2. 請求項１記載の車両の駆動制御装置において、前記トルク制限手段は、前記他方の駆動輪を駆動するモータの出力可能な最大トルクが、前記モータの回転数によって変化した場合、その変化した最大トルクに対し設定した割合の出力トルクに制限する車輪独立駆動式車両の駆動制御装置。
3. 請求項１または請求項２記載の車両の駆動制御装置において、前記モータは、このモータと、前記駆動輪を回転支持する車輪用軸受と、前記モータの回転を減速して前記車輪用軸受に伝える減速機とを含むインホイールモータ駆動装置を構成する車輪独立駆動式車両の駆動制御装置。

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