電気自動車
【課題】 モータがトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供する。
【解決手段】 この電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２とを備えている。インバータ装置２２におけるモータコントロール部２９に回転数制御する回転数制御手段３７を設け、前記モータコントロール部２９によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段３８と、この手段３８によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を前記回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える制御方式切替手段３９とを設けた。
【解決手段】 この電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２とを備えている。インバータ装置２２におけるモータコントロール部２９に回転数制御する回転数制御手段３７を設け、前記モータコントロール部２９によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段３８と、この手段３８によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を前記回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える制御方式切替手段３９とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータおよびこれを制御するコントローラの故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、電気自動車において、インホイールモータ駆動装置を用いた場合、同装置のコンパクト化を図る結果、この構成部品である車輪用軸受、減速機、およびモータは、モータの高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。
従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、インホイールモータ駆動装置において、モータ等の温度を測定して過負荷を監視し、モータを駆動制限することは行われているが、温度測定結果による制御では、例えば、モータ電流を検出するセンサが破損等し、トルク制御不能となった場合に適切な対応を行えない。
【０００５】
この発明の目的は、モータがトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備え、前記ＥＣＵ２１は、モータ６を駆動するトルク指令値をインバータ装置２２へ出力し、前記インバータ装置２２の前記モータコントロール部２９はトルク制御を行う電気自動車において、前記モータコントロール部２９に回転数制御する回転数制御手段３７を設け、前記モータコントロール部２９によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段３８と、この手段３８によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を前記回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える制御方式切替手段３９とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、電気自動車の運転時において、通常時には、モータコントロール部２９は、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に基づきトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８は、このトルク制御の異常を常時検出する。制御方式切替手段３９は、トルク制御異常検出手段３８による判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。例えば、モータ電流を測定する電流検出手段３５の破損等によりトルク制御不能となった場合、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありとの判定出力を行う。これにより制御方式切替手段３９は、モータコントロール部２９をトルク制御から回転数制御に切り替える。このようにトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【０００８】
前記トルク制御異常検出手段３８は、ＥＣＵ２１の出力する前記トルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲を超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行うものであっても良い。前記定められた範囲は、例えば、実験、シミュレーション等により、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に対応する正常時のモータ電流の測定値を予め基準値として求めておく。この基準値に対し測定値が乖離してトルク制御を行うことに支障が生じた範囲を、前記定められた範囲とする。
【０００９】
前記モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるとき、直前のトルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする目標値生成手段４３を設け、前記回転数制御手段３７は、モータ回転数を検出するセンサ３６の検出値と前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行うものであっても良い。この場合、回転数制御手段３７は、センサ３６の検出値を目標値に近づけるように回転数制御する。つまり正常時におけるトルク制御時のモータ回転数に制御し得る。
【００１０】
前記回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段４５を設けても良い。このように駆動低下手段４５により、異常時、モータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させることで、車両を、処置が可能な場所まで走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００１１】
前記モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるとき、前記ＥＣＵ２１にモータ６の異常報告を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、トルク制御異常検出手段３８により異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にトルク制御に異常ありとの異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。モータ６の少なくとも一部がトルク制御不能となった場合に、回転数制御に切り替えることで、モータ６を急激に駆動停止させることなく、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のときにトルク制御不能となった場合であっても、モータコントロール部を回転数制御に切り替えるため、モータ６が急激に駆動停止する等の不具合を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備え、前記ＥＣＵは、モータを駆動するトルク指令値をインバータ装置へ出力し、前記インバータ装置の前記モータコントロール部はトルク制御を行う電気自動車において、前記モータコントロール部に回転数制御する回転数制御手段を設け、前記モータコントロール部によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段と、この手段によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部を前記回転数制御手段による回転数制御に切り替える制御方式切替手段とを設けた。このため、モータがトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係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。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】同電気自動車のトルク制御手段による制御系のブロック図である。
【図４】同電気自動車の回転数制御手段による制御系のブロック図である。
【図５】同電気自動車のトルク制御異常検出手段の異常判定を説明する図である。
【図６】同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図７】図６のVII-VII 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図９】図８の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図９と共に説明する。この電気自動車は、図１に示すように、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が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。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６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
制御系を説明する。図１に示すように、制御装置Ｕ１は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。前記ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。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。
【００１９】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００２０】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００２１】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００２２】
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ール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００２３】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９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と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。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、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００２４】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵ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、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５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３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
【００２５】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次の回転数制御手段３７、トルク制御異常検出手段３８、制御方式切替手段３９、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。
モータコントール部２９のうちモータ駆動制御部３３は、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令を電流指令に変換するトルク制御手段４０と、回転数制御手段３７とを有する。トルク制御異常検出手段３８は、モータコントール部２９によるトルク制御の異常を検出する。通常時には、モータコントール部２９は、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に基づきトルク制御手段４０によるトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８によりトルク制御に異常ありとの判定出力があると、制御方式切替手段３９は、モータコントール部２９を前記トルク制御から回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。
【００２６】
図５に示すように、トルク制御異常検出手段３８は、ＥＣＵ２１の出力するトルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲Ｅａを超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行う。前記「定められた範囲」Ｅａは、例えば、実験、シミュレーション等により、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に対応する正常時のモータ電流の測定値を予め基準値Ｋａとして求めておき、この基準値Ｋａに対する上限ＥＨおよび下限ＥＬの幅として求められる。求められた範囲Ｅａは、テーブルとして図示外の記憶手段に書換え可能に記憶されている。同図に示すように、ＥＣＵ２１からのトルク指令値が大きくなるのに比例して、基準値Ｋａも大きくなる。ある任意のトルク指令値Ｔｒ１に対して、基準値Ｋａ１が一義的に定められる。例えば、ＥＣＵ２１からのトルク指令値Ｔｒ１に対し、基準値Ｋａ１よりも大きく、定められた範囲Ｅａの上限ＥＨを超えた電流値が測定されたとき、トルク制御異常検出手段３８はトルク制御に異常ありの判定出力を行う。また、ＥＣＵ２１からのトルク指令値Ｔｒ１に対し、基準値Ｋａ１よりも小さく、定められた範囲Ｅａの下限ＥＬよりも小さい電流値が測定されたとき、トルク制御異常検出手段３８はトルク制御に異常ありの判定出力を行う。このように任意のトルク指令値における基準値Ｋａに対し、モータ電流の測定値が乖離してトルク制御を行うことに支障が生じたとき、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありの判定出力を行う。モータ電流の前記測定値は、電流検出手段３５により得られる。
【００２７】
図３は、この電気自動車のトルク制御手段４０による制御系のブロック図である。トルク制御手段４０は、モータ駆動電流を制御する手段であって、同図に示すように、モータ６に印加する駆動電流を電流検出手段３５で検出して得た検出値と、駆動制御部２１ａ（図１）で生成した加速・減速指令による値、つまりトルク指令値との偏差に応じてフィードバック制御を行う。詳しくは、モータ駆動制御部３３（図２）は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００２８】
図４は、この電気自動車の回転数制御手段３７による制御系のブロック図である。モータ駆動制御部３３には、目標値生成手段４３を設けている。この目標値生成手段４３は、モータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、トルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする手段である。この場合の目標値は、トルク制御に異常ありの判定出力を行った直前のアクセル操作部１６の出力する加速指令等に応じたトルク制御時のモータ回転数が、目標値として定められる。この目標値は、モータ６にトルク指令で与える加速・減速指令に応じて適宜に変更しても良い。例えば、回転数制御に切り替えを開始した時点でのトルク指令値に対する速度の目標値を、この速度の目標値の生成時のトルク指令値に対する、現在のトルク指令値の割合に比例した速度の目標値としても良い。前記目標値は、前記加速・減速指令によらず一定値としても良い。回転数制御手段３７は、モータ回転数を検出する角度センサ３６の検出値と、前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行う。前記角度センサ３６で検出された角度の検出値は、微分手段４４を経て角速度が得られる。すなわちこの角速度と、目標値生成手段４３で生成される目標値との偏差に応じて前記フィードバック制御が行われる。なお、左右輪２，２のうち一方の車輪２を回転数制御に切り替えるとき、他方の車輪２もトルク制御から回転数制御に切り替える。この切り替え制御をインバータ装置２２により行っても良いし、ＥＣＵ２１を介して行っても良い。
【００２９】
回転数制御手段３７は、その出力として電流指令値を出力する。この出力された電流指令値に応じたモータ電流が電流制御手段４６により生成されモータ６に供給するフィードフォアード制御が行われる。この例ではモータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、トルク制御時における正常時のモータ回転数を、モータ回転数の目標値として制御する。またモータコントール部２９には、徐々駆動低下手段４５を設けている。この徐々駆動低下手段４５は、回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる。
【００３０】
図２に示すように、異常報告手段４１は、モータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、すなわちトルク制御異常検出手段３８がトルク制御に異常ありと判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、トルク制御異常検出手段３８から出力されたモータ６の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００３１】
作用効果について説明する。
電気自動車の運転時において、通常時には、ＥＣＵ２１は、アクセル操作部１６の出力する加速指令、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とからトルク指令値を生成する。モータコントロール部２９は、ＥＣＵ２１を介して与えられる前記トルク指令値に基づきトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８は、このトルク制御の異常を常時検出する。制御方式切替手段３９は、トルク制御異常検出手段３８による判定出力に応答してモータコントロール部２９を回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。例えば、モータ電流を測定する電流検出手段３５の破損等によりトルク制御不能となった場合、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありとの判定出力を行う。これにより制御方式切替手段３９は、モータコントロール部２９をトルク制御から回転数制御に切り替える。このようにトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【００３２】
回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段４５を設けたため、異常時、モータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させることで、車両を、道路の端や、修理工場等の処置が可能な場所まで自力で走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
トルク制御異常検出手段３８をインバータ装置２２のモータコントロール部２９に設け、モータ６に近い部位でトルク制御の異常判定を行えるため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
【００３３】
ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、トルク制御異常検出手段３８により異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にトルク制御に異常ありとの異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。例えば、左右輪の走行用モータ６，６のうち一方のモータ６のみに異常が生じたとき、ＥＣＵ２１は、徐々駆動低下手段４５に指令して、左右輪のモータ６，６を同時にトルク低減または回転数低減させる制御を行うことができる。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００３４】
また、インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。左右輪の走行用モータ６，６のいずれか一方または両方がトルク制御不能となった場合に、回転数制御に切り替えることで、モータ６を急激に駆動停止させることなく、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００３５】
インホイールモータ駆動装置８における減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のときにトルク制御不能となった場合であっても、モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるため、モータ６が急激に駆動停止する等の不具合を防止できる。
【００３６】
図６に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図６）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００３７】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００３８】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００３９】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００４０】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００４１】
図７は、モータの断面図（図６のVII-VII 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００４２】
図６に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。
【００４３】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図８のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００４４】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００４５】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００４６】
図９に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００４７】
図６において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【符号の説明】
【００４８】
２…車輪
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
３６…角度センサ
３７…回転数制御手段
３８…トルク制御異常検出手段
３９…制御方式切替手段
４１…異常報告手段
４３…目標値生成手段
４５…徐々駆動低下手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪を駆動するモータを備えたバッテリ駆動、燃料電池駆動等のインホイールモータ車両等となる電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、車両駆動のためのモータおよびこれを制御するコントローラの故障は、走行性、安全性に大きく影響する。特に、電気自動車において、インホイールモータ駆動装置を用いた場合、同装置のコンパクト化を図る結果、この構成部品である車輪用軸受、減速機、およびモータは、モータの高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。
従来、インホイールモータ駆動装置において、信頼性確保のために、車輪用軸受、減速機、およびモータ等の温度を測定して過負荷を監視し、温度測定値に応じてモータの駆動電流の制限や、モータ回転数を低下させるものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６８７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、インホイールモータ駆動装置において、モータ等の温度を測定して過負荷を監視し、モータを駆動制限することは行われているが、温度測定結果による制御では、例えば、モータ電流を検出するセンサが破損等し、トルク制御不能となった場合に適切な対応を行えない。
【０００５】
この発明の目的は、モータがトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える電気自動車を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の電気自動車は、車輪２を駆動するモータ６と、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、直流電力を前記モータ６の駆動に用いる交流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８および前記ＥＣＵ２１の制御に従って少なくとも前記パワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備え、前記ＥＣＵ２１は、モータ６を駆動するトルク指令値をインバータ装置２２へ出力し、前記インバータ装置２２の前記モータコントロール部２９はトルク制御を行う電気自動車において、前記モータコントロール部２９に回転数制御する回転数制御手段３７を設け、前記モータコントロール部２９によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段３８と、この手段３８によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を前記回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える制御方式切替手段３９とを設けたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によると、電気自動車の運転時において、通常時には、モータコントロール部２９は、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に基づきトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８は、このトルク制御の異常を常時検出する。制御方式切替手段３９は、トルク制御異常検出手段３８による判定出力に応答して前記モータコントロール部２９を回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。例えば、モータ電流を測定する電流検出手段３５の破損等によりトルク制御不能となった場合、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありとの判定出力を行う。これにより制御方式切替手段３９は、モータコントロール部２９をトルク制御から回転数制御に切り替える。このようにトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【０００８】
前記トルク制御異常検出手段３８は、ＥＣＵ２１の出力する前記トルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲を超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行うものであっても良い。前記定められた範囲は、例えば、実験、シミュレーション等により、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に対応する正常時のモータ電流の測定値を予め基準値として求めておく。この基準値に対し測定値が乖離してトルク制御を行うことに支障が生じた範囲を、前記定められた範囲とする。
【０００９】
前記モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるとき、直前のトルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする目標値生成手段４３を設け、前記回転数制御手段３７は、モータ回転数を検出するセンサ３６の検出値と前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行うものであっても良い。この場合、回転数制御手段３７は、センサ３６の検出値を目標値に近づけるように回転数制御する。つまり正常時におけるトルク制御時のモータ回転数に制御し得る。
【００１０】
前記回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段４５を設けても良い。このように駆動低下手段４５により、異常時、モータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させることで、車両を、処置が可能な場所まで走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００１１】
前記モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるとき、前記ＥＣＵ２１にモータ６の異常報告を出力する異常報告手段４１を前記インバータ装置２２に設けても良い。ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、トルク制御異常検出手段３８により異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にトルク制御に異常ありとの異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００１２】
前記モータ６は、一部または全体が車輪２内に配置されて前記モータ６と車輪用軸受４と減速機７とを含むインホイールモータ駆動装置８を構成するものであっても良い。インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。モータ６の少なくとも一部がトルク制御不能となった場合に、回転数制御に切り替えることで、モータ６を急激に駆動停止させることなく、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００１３】
前記モータ６の回転を減速する減速機７を備え、前記減速機７はサイクロイド減速機であっても良い。減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のときにトルク制御不能となった場合であっても、モータコントロール部を回転数制御に切り替えるため、モータ６が急激に駆動停止する等の不具合を防止できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の電気自動車は、車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備え、前記ＥＣＵは、モータを駆動するトルク指令値をインバータ装置へ出力し、前記インバータ装置の前記モータコントロール部はトルク制御を行う電気自動車において、前記モータコントロール部に回転数制御する回転数制御手段を設け、前記モータコントロール部によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段と、この手段によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部を前記回転数制御手段による回転数制御に切り替える制御方式切替手段とを設けた。このため、モータがトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の第１の実施形態に係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。
【図２】同電気自動車のインバータ装置等の概念構成のブロック図である。
【図３】同電気自動車のトルク制御手段による制御系のブロック図である。
【図４】同電気自動車の回転数制御手段による制御系のブロック図である。
【図５】同電気自動車のトルク制御異常検出手段の異常判定を説明する図である。
【図６】同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
【図７】図６のVII-VII 線断面となるモータ部分の断面図である。
【図８】図６のVIII-VIII線断面となる減速機部分の断面図である。
【図９】図８の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の第１の実施形態に係る電気自動車を図１ないし図９と共に説明する。この電気自動車は、図１に示すように、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が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。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６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が車輪２内に配置される。インホイールモータ駆動装置８は、インホイールモータユニットとも称される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に車輪２を回転駆動するものであっても良い。各車輪２，３には、電動式のブレーキ９，１０が設けられている。
【００１７】
左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
【００１８】
制御系を説明する。図１に示すように、制御装置Ｕ１は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。前記ＥＣＵ２１と、インバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。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。
【００１９】
ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動制御部２１ａと一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。駆動制御部２１ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。
【００２０】
ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２３へ出力する機能、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、アエバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
【００２１】
ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２３は、電子回路やマイコン等により構成される。
【００２２】
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ール部２９とで構成される。モータコントール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントール部２９は、このモータコントール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵに出力する機能を有する。
【００２３】
図２は、インバータ装置２２等の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部２８は、バッテリ１９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と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ等からなる。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、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
【００２４】
モータコントール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ駆動制御部３３を有している。モータ駆動制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵ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、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える手段である。モータ駆動制御部３３は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流検出手段３５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３３は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
【００２５】
この実施形態では、上記構成のモータコントール部２９に、次の回転数制御手段３７、トルク制御異常検出手段３８、制御方式切替手段３９、および異常報告手段４１を設け、ＥＣＵ２１に異常表示手段４２を設けている。
モータコントール部２９のうちモータ駆動制御部３３は、ＥＣＵ２１から与えられるトルク指令を電流指令に変換するトルク制御手段４０と、回転数制御手段３７とを有する。トルク制御異常検出手段３８は、モータコントール部２９によるトルク制御の異常を検出する。通常時には、モータコントール部２９は、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に基づきトルク制御手段４０によるトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８によりトルク制御に異常ありとの判定出力があると、制御方式切替手段３９は、モータコントール部２９を前記トルク制御から回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。
【００２６】
図５に示すように、トルク制御異常検出手段３８は、ＥＣＵ２１の出力するトルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲Ｅａを超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行う。前記「定められた範囲」Ｅａは、例えば、実験、シミュレーション等により、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に対応する正常時のモータ電流の測定値を予め基準値Ｋａとして求めておき、この基準値Ｋａに対する上限ＥＨおよび下限ＥＬの幅として求められる。求められた範囲Ｅａは、テーブルとして図示外の記憶手段に書換え可能に記憶されている。同図に示すように、ＥＣＵ２１からのトルク指令値が大きくなるのに比例して、基準値Ｋａも大きくなる。ある任意のトルク指令値Ｔｒ１に対して、基準値Ｋａ１が一義的に定められる。例えば、ＥＣＵ２１からのトルク指令値Ｔｒ１に対し、基準値Ｋａ１よりも大きく、定められた範囲Ｅａの上限ＥＨを超えた電流値が測定されたとき、トルク制御異常検出手段３８はトルク制御に異常ありの判定出力を行う。また、ＥＣＵ２１からのトルク指令値Ｔｒ１に対し、基準値Ｋａ１よりも小さく、定められた範囲Ｅａの下限ＥＬよりも小さい電流値が測定されたとき、トルク制御異常検出手段３８はトルク制御に異常ありの判定出力を行う。このように任意のトルク指令値における基準値Ｋａに対し、モータ電流の測定値が乖離してトルク制御を行うことに支障が生じたとき、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありの判定出力を行う。モータ電流の前記測定値は、電流検出手段３５により得られる。
【００２７】
図３は、この電気自動車のトルク制御手段４０による制御系のブロック図である。トルク制御手段４０は、モータ駆動電流を制御する手段であって、同図に示すように、モータ６に印加する駆動電流を電流検出手段３５で検出して得た検出値と、駆動制御部２１ａ（図１）で生成した加速・減速指令による値、つまりトルク指令値との偏差に応じてフィードバック制御を行う。詳しくは、モータ駆動制御部３３（図２）は、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。
【００２８】
図４は、この電気自動車の回転数制御手段３７による制御系のブロック図である。モータ駆動制御部３３には、目標値生成手段４３を設けている。この目標値生成手段４３は、モータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、トルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする手段である。この場合の目標値は、トルク制御に異常ありの判定出力を行った直前のアクセル操作部１６の出力する加速指令等に応じたトルク制御時のモータ回転数が、目標値として定められる。この目標値は、モータ６にトルク指令で与える加速・減速指令に応じて適宜に変更しても良い。例えば、回転数制御に切り替えを開始した時点でのトルク指令値に対する速度の目標値を、この速度の目標値の生成時のトルク指令値に対する、現在のトルク指令値の割合に比例した速度の目標値としても良い。前記目標値は、前記加速・減速指令によらず一定値としても良い。回転数制御手段３７は、モータ回転数を検出する角度センサ３６の検出値と、前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行う。前記角度センサ３６で検出された角度の検出値は、微分手段４４を経て角速度が得られる。すなわちこの角速度と、目標値生成手段４３で生成される目標値との偏差に応じて前記フィードバック制御が行われる。なお、左右輪２，２のうち一方の車輪２を回転数制御に切り替えるとき、他方の車輪２もトルク制御から回転数制御に切り替える。この切り替え制御をインバータ装置２２により行っても良いし、ＥＣＵ２１を介して行っても良い。
【００２９】
回転数制御手段３７は、その出力として電流指令値を出力する。この出力された電流指令値に応じたモータ電流が電流制御手段４６により生成されモータ６に供給するフィードフォアード制御が行われる。この例ではモータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、トルク制御時における正常時のモータ回転数を、モータ回転数の目標値として制御する。またモータコントール部２９には、徐々駆動低下手段４５を設けている。この徐々駆動低下手段４５は、回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる。
【００３０】
図２に示すように、異常報告手段４１は、モータコントール部２９を回転数制御に切り替えるとき、すなわちトルク制御異常検出手段３８がトルク制御に異常ありと判定したときに、ＥＣＵ２１に異常発生情報を出力する手段である。
ＥＣＵ２１に設けられた異常表示手段４２は、トルク制御異常検出手段３８から出力されたモータ６の異常発生情報を受けて、運転席の表示装置２７に、異常を知らせる表示を行わせる手段である。表示装置２７における表示は、文字や記号による表示、例えばアイコンによる表示とされる。
【００３１】
作用効果について説明する。
電気自動車の運転時において、通常時には、ＥＣＵ２１は、アクセル操作部１６の出力する加速指令、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とからトルク指令値を生成する。モータコントロール部２９は、ＥＣＵ２１を介して与えられる前記トルク指令値に基づきトルク制御を行う。トルク制御異常検出手段３８は、このトルク制御の異常を常時検出する。制御方式切替手段３９は、トルク制御異常検出手段３８による判定出力に応答してモータコントロール部２９を回転数制御手段３７による回転数制御に切り替える。例えば、モータ電流を測定する電流検出手段３５の破損等によりトルク制御不能となった場合、トルク制御異常検出手段３８は、トルク制御に異常ありとの判定出力を行う。これにより制御方式切替手段３９は、モータコントロール部２９をトルク制御から回転数制御に切り替える。このようにトルク制御不能となった場合に、適切な対処が迅速に行える。
【００３２】
回転数制御手段３７による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段４５を設けたため、異常時、モータ６のトルクまたは回転数を徐々に減少させることで、車両を、道路の端や、修理工場等の処置が可能な場所まで自力で走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
トルク制御異常検出手段３８をインバータ装置２２のモータコントロール部２９に設け、モータ６に近い部位でトルク制御の異常判定を行えるため、配線上有利であり、ＥＣＵ２１に設ける場合に比べて迅速な制御が行え、車両走行上の問題を迅速に回避することができる。また高機能化により煩雑化が進むＥＣＵ２１の負担を軽減することができる。
【００３３】
ＥＣＵ２１は、車両全般を統括して制御する装置であるため、トルク制御異常検出手段３８により異常を検出したとき、ＥＣＵ２１にトルク制御に異常ありとの異常報告を出力することで、ＥＣＵ２１により車両全体の適切な制御が行える。例えば、左右輪の走行用モータ６，６のうち一方のモータ６のみに異常が生じたとき、ＥＣＵ２１は、徐々駆動低下手段４５に指令して、左右輪のモータ６，６を同時にトルク低減または回転数低減させる制御を行うことができる。また、ＥＣＵ２１はインバータ装置２２に駆動の指令を与える上位制御手段であり、インバータ装置２２による応急的な制御の後、ＥＣＵ２１により、その後の駆動のより適切な制御を行うことも可能となる。
【００３４】
また、インホイールモータ駆動装置８の場合、コンパクト化を図る結果、車輪用軸受４、減速機７、およびモータ６は、モータ６の高速回転化を伴うため、これらの信頼性確保が重要な課題となる。左右輪の走行用モータ６，６のいずれか一方または両方がトルク制御不能となった場合に、回転数制御に切り替えることで、モータ６を急激に駆動停止させることなく、処置が可能な場所まで車両を走行させることができる。その後、電気自動車をトルク制御可能な状態に修理することができる。
【００３５】
インホイールモータ駆動装置８における減速機７をサイクロイド減速機として減速比を例えば１／６以上に高くした場合、モータ６の小型化を図り、装置のコンパクト化を図ることができる。減速比を高くした場合、モータ６は高速回転するものが用いられる。モータ６が高速回転状態のときにトルク制御不能となった場合であっても、モータコントロール部２９を回転数制御に切り替えるため、モータ６が急激に駆動停止する等の不具合を防止できる。
【００３６】
図６に示すように、インホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪である車輪２（図２）のハブとモータ６（図６）の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、減速比が１／６以上のものであるのが良い。この減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００３７】
車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。
【００３８】
外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。
【００３９】
内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。
【００４０】
モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータ（すなわち埋込磁石型同期モータ）である。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。
【００４１】
図７は、モータの断面図（図６のVII-VII 断面）を示す。モータ６のロータ７５は、軟質磁性材料からなるコア部７９と、このコア部７９に内蔵される永久磁石８０から構成される。永久磁石８０は、隣り合う２つの永久磁石がロータコア部７９内の同一円周上で断面ハ字状に向き合うように配列される。永久磁石８０にはネオジウム系磁石が用いられている。ステータ７３は軟質磁性材料からなるコア部７７とコイル７８で構成される。コア部７７は外周面が断面円形とされたリング状で、その内周面に内径側に突出する複数のティース７７ａが円周方向に並んで形成されている。コイル７８は、ステータコア部７７の前記各ティース７７ａに巻回されている。
【００４２】
図６に示すように、モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。角度センサ３６はレゾルバであっても良い。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ３６の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。
【００４３】
減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図８のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。
【００４４】
モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。
【００４５】
前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。
【００４６】
図９に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。
【００４７】
図６において、このインホイールモータ駆動装置８の車輪用軸受４は、減速機７のハウジング８３ｂまたはモータ６のハウジング７２の外周部で、ナックル等の懸架装置（図示せず）を介して車体に固定される。
【符号の説明】
【００４８】
２…車輪
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１９…バッテリ
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントール部
３１…インバータ
３６…角度センサ
３７…回転数制御手段
３８…トルク制御異常検出手段
３９…制御方式切替手段
４１…異常報告手段
４３…目標値生成手段
４５…徐々駆動低下手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備え、前記ＥＣＵは、モータを駆動するトルク指令値をインバータ装置へ出力し、前記インバータ装置の前記モータコントロール部はトルク制御を行う電気自動車において、
前記モータコントロール部に回転数制御する回転数制御手段を設け、前記モータコントロール部によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段と、この手段によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部を前記回転数制御手段による回転数制御に切り替える制御方式切替手段とを設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記トルク制御異常検出手段は、ＥＣＵの出力する前記トルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲を超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行う電気自動車。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記モータコントロール部を回転数制御に切り替えるとき、直前のトルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする目標値生成手段を設け、前記回転数制御手段は、モータ回転数を検出するセンサの検出値と前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行う電気自動車。
【請求項４】
請求項３において、前記回転数制御手段による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータのトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段を設けた電気自動車。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記モータコントロール部を回転数制御に切り替えるとき、前記ＥＣＵにモータの異常報告を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と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電気自動車。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、車両全般を制御する電気制御ユニットであるＥＣＵと、直流電力を前記モータの駆動に用いる交流電力に変換するインバータを含むパワー回路部および前記ＥＣＵの制御に従って少なくとも前記パワー回路部を制御するモータコントロール部を有するインバータ装置とを備え、前記ＥＣＵは、モータを駆動するトルク指令値をインバータ装置へ出力し、前記インバータ装置の前記モータコントロール部はトルク制御を行う電気自動車において、
前記モータコントロール部に回転数制御する回転数制御手段を設け、前記モータコントロール部によるトルク制御の異常を検出するトルク制御異常検出手段と、この手段によりトルク制御の異常の判定出力に応答して前記モータコントロール部を前記回転数制御手段による回転数制御に切り替える制御方式切替手段とを設けたことを特徴とする電気自動車。
【請求項２】
請求項１において、前記トルク制御異常検出手段は、ＥＣＵの出力する前記トルク指令値に対応するモータ電流の測定値が定められた範囲を超えたとき、トルク制御に異常ありの判定出力を行う電気自動車。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記モータコントロール部を回転数制御に切り替えるとき、直前のトルク制御時におけるモータ回転数を目標値とする目標値生成手段を設け、前記回転数制御手段は、モータ回転数を検出するセンサの検出値と前記目標値との偏差に応じてフィードバック制御を行う電気自動車。
【請求項４】
請求項３において、前記回転数制御手段による回転数制御への切替え後、車両の全ての車輪駆動用のモータのトルクまたは回転数を徐々に減少させる徐々駆動低下手段を設けた電気自動車。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記モータコントロール部を回転数制御に切り替えるとき、前記ＥＣＵにモータの異常報告を出力する異常報告手段を前記インバータ装置に設けた電気自動車。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと車輪用軸受と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電気自動車。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記モータの回転を減速する減速機を備え、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１７８９１９（Ｐ２０１２−１７８９１９Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３９８５６（Ｐ２０１１−３９８５６）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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