WO2012121199A1 - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

　左右の駆動輪(2,2)を個別に駆動する複数のモータ(6,6)を備えた電気自動車であって、各モータ(6)の異常を検出するモータ異常検出手段(37)と、片側異常時対応制御手段(38)とを設ける。片側異常時対応制御手段(38)は、モータ異常検出手段(37)により、車両の同じ前後方向位置にある左右のいずれか一方の車輪(2,3)のモータ(6)にモータ停止以外の異常が検出された場合に、同じ前後方向位置にある他方の車輪(2,3)のモータ(6)を、異常の検出されたモータ(6)の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する。この制御は、他方のモータ(6)のトルクを強制的に減じる制御、回生ブレーキとして作用させる制御、他方の車輪(2,3)のブレーキ作動の制御等とする。

Description

電気自動車 関連出願

　本出願は、２０１１年３月７日出願の特願２０１１－０４８６３２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、車輪を個別に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。

　電気自動車において、車両の走行安定性の向上や、車両有効スペース確保が図れるインホイールモータ駆動装置が開発されている。例えば、４輪ともインホイールモータ駆動装置で駆動する車両や、２輪をインホイールモータ駆動装置で駆動し、残り２輪を従動輪とする車両がある。また、インホイールモータ駆動装置を用いない形式の電気自動車においても、車輪を個別に駆動するモータを備えた電気自動車がある。

　このような４輪または左右２輪を、インホイールモータ駆動装置等のモータで個別に駆動する車両において、１輪分のモータが故障した場合、故障のモータにブレーキ力が作用すると、車両のスピン等に繋がる。その際の車両の姿勢安定を保つために、従来は左右両方のモータを停止させている。

特開２００８－１７２９３５号公報

　上記のように、左右の１輪分のモータが故障した場合、従来は左右両方のモータを停止させている。しかし、急激な両輪停止は、車両の急停止による問題が生じる場合がある。また、モータの故障，異常が軽度であれば、車両姿勢の安定化を図り、修理工場や、路上の退避場所への走行等を可能とすることが望まれる。

　この発明の目的は、左右の車輪を個別に駆動する複数のモータを備えた電気自動車において、１輪分のモータ異常が発生した場合に、左右両方のモータを停止させることなく、車両姿勢の安定化を図って走行を可能とすることである。以下、この発明の概要について、実施形態を示す図面中の符号を用いて説明する。

　この発明の電気自動車は、車両の左右の車輪２，３を個別に駆動する複数のモータ６と、これらのモータ６を制御するモータ制御装置２０とを備えた電気自動車であって、前記各モータ６の異常を検出するモータ異常検出手段３７と、このモータ異常検出手段３７により、車両の同じ前後方向位置にある左右のいずれか一方の車輪２，３のモータ６にモータ停止以外の異常が検出された場合に、同じ前後方向位置にある他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する片側異常時対応制御手段３８とを設けたものである。ここで言う「モータの異常」は、モータ６の故障の場合と、モータ６自体は故障していなくても、制御系の失陥など、何らかの要因でモータ６が正常な動作をしていない場合とを含む。

　この構成によると、車両左右のうちの１輪のモータ６に故障等の異常が発生した場合、片側異常時対応制御手段３８の制御により、モータ異常の車輪２，３と同じ前後方向位置にある他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する。この制御は、一般的には、車輪２，３の回転を減速させる制御とするのが良いが、ある程度までの軽度の異常であれば、加速させる制御であっても良い。このように、他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御することで、モータ異常による左右の車輪２，３の回転の不均等が軽減され、車両の走行姿勢の安定を保つことができる。このため、１輪分のモータ異常が発生した場合に、左右両方のモータを停止させることなく、車両姿勢の安定化を図って走行を可能とでき、例えば、路上の退避場所等の安全な場所まで走行して停止させたり、修理工場へ走行するなど、故障への対応が容易な場所まで安全に走行してモータ異常への対処を図ることができる。

　この発明において、前記片側異常時対応制御手段３８は、前記モータ異常検出手段３７で検出された異常が、モータ６にブレーキ力が発生した異常である場合に、同じ前後方向位置にある他方のモータ６のトルクを強制的に減じる制御、回生ブレーキとして作用させる制御、および前記他方のモータ６で駆動される車輪２，３に対するブレーキ９，１０を作動させる制御のいずれか一つ以上を行わせるのが良い。

　１輪のモータ６にブレーキ力が発生した場合、車両のスピン等につながる恐れがあるが、片側異常時対応制御手段３８は、同じ前後方向位置にある他方の車輪２，３のモータ６のトルクを強制的に減じるか、回生ブレーキとして作用させるか、または他方のモータ６で駆動される車輪２，３のブレーキを作動させる。モータ６にブレーキ力が発生した異常が、ある程度軽度のブレーキ力の発生であれば、回生ブレーキとして作用させる制御やブレーキを作動させる制御は、車両停止まで行う必要はなく、減速させれば良い。このように他方の車輪２，３の回転を落とす制御を行い、左右の車輪２，３の駆動のバランスを得ることで、車両姿勢を安定して走行させることができる。

　この発明において、前記モータ異常検出手段３７は、検出対象のモータ６で駆動される車輪２，３に対して前後および左右のいずれかに隣接する車輪２，３を駆動するモータ６についてのモータ電流、モータ回転数、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値、および車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１の荷重検出値のいずれかを、検出対象のモータ６における、モータ電流、モータ回転数、モータ駆動用インバータ装置２２へのトルク指令値、および荷重検出値とそれぞれ比較することで、異常の検出を行うようにしても良い。

　前後に隣接する車輪２，３は、通常であればほぼ同じ回転速度となる。左右に隣接する車輪２，３は、直線走行時は同じ回転速度となり、曲線路の走行時でも、回転半径等に応じた回転速度の関係になる。また、車輪２，３の駆動力は、前記荷重センサ４の荷重検出値に現れる。そのため、モータ電流、モータ回転数、トルク指令値、荷重センサの荷重検出値のいずれかを、検出対象のモータ６における、モータ電流、モータ回転数、トルク指令値、荷重検出値等につき、検出対象のモータ６の値と隣接する車輪２，３を駆動するモータについての値とを比較すれば、モータ異常が検出できる。

　この発明において、前記モータ異常検出手段３７は、検出されたモータ電流が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値に相当するモータ電流値の設定倍数以上になった場合に異常と判断するものであっても良い。モータ６が正常で有れば、モータ電流と、トルク指令値に相当するモータ電流値はある範囲を保つ。そのため、モータ電流値が設定倍数以上になったことを検出することによっても、モータ異常が判断できる。なお、上記の「設定倍数」は、１以上であっても、１未満であっても良く、制御目的などに応じて適宜に定めれば良い。また、１未満の場合は、この明細書においては零に近い値であるほど、倍率が高いと言う。

　この発明において、前記モータ異常検出手段３７は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値に相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象とするモータ６の回転数が、このモータ６で駆動される車輪に対して前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの回転数の設定倍数以上となったときに、異常と判断するものであってもよい。上記の「略一致している場合」とは、通常に生じるトルク指令値とモータ電流値の差の範囲内であることであり、略一致しているか否かの判断は、適宜の範囲を設定して、その範囲内に電流値の差があれば、略一致していると判断すれば良い。トルク指令値に対してモータ電流値が一致している場合であっても、モータ６の回転数はある範囲等で大きく変わることがあるが、前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの間では、正常であれば、モータ回転数は、ある程度の定まった範囲内となる。したがって、前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの回転数の設定倍数以上となったときに、異常と判断することで、適切なモータ異常の判断が行える。

　この発明において、前記モータ異常検出手段３７は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値に相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象のモータ６に連結される車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxが、異常検出対象のモータ６で駆動される車輪２，３に対して前後または左右に隣接する車輪２，３の車輪用軸受に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxに対して、設定倍数となったときに異常と判断するものであっても良い。車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxは、モータトルクに対応した値となる。このため、前後または左右の車輪２，３の間で、荷重センサ４１による車両進行方向の検出荷重Ｆxを比較することによっても、モータ６の異常が検出できる。

　この発明において、さらに、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ＥＣＵから与えられるトルク指令に従って前記パワー回路部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、前記インバータ装置２２は各モータ毎に設けられ、これらＥＣＵ２１とインバータ装置２２とで前記モータ制御装置２０が構成され、前記インバータ装置２２の前記モータコントロール部２９に前記モータ異常検出手段３７および片側異常時対応制御手段３８を設けても良い。この場合に、個々のインバータ装置２２に、前記モータ異常検出手段３７および前記片側異常時対応制御手段３８を設けても良い。また、前記インバータ装置２２の前記モータコントロール部２９に前記モータ異常検出手段３７を設け、前記ＥＣＵ２１に前記片側異常時対応制御手段３８を設けても良い。

　電気自動車における制御系は、一般的にはメインのＥＣＵ２１とモータ６毎のインバータ装置２２で構成される。この一般的な形式の制御系において、この発明を適用する場合、前記のようにインバータ装置２２にモータ異常検出手段３７や片側異常時対応制御手段３８を設けることが、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、またＥＣＵ２１の設計とインバータ装置２２の設計とを分離し易くなる。例えば、インホイールモータ駆動装置のモータ６とインバータ装置２２をセットして製造販売する業者において、独自に開発をすることができる。片側異常時対応制御手段３８については、インバータ装置２２で制御するモータ６とは別のモータ６に影響を与えるため、インバータ装置２２に設けるよりもＥＣＵ２１に設ける方が、制御系が簡素化できる場合もある。

　この発明において、前記モータ６は、車輪用軸受４と、この車輪用軸受４とモータ６の間に介在した減速機７とを有する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は、各車輪を独立でトルクコントロールできるため、木目細かい車両制御ができる点で優れているが、左右の車輪２，３の個別の駆動となるため、左右の車輪２，３の片側のみのモータ異常による問題が発生する。この問題が、この発明によって効果的に解消できる。

　前記インホイールモータ駆動装置８における減速機７は、サイクロイド減速機であっても良い。サイクロイド減速機は円滑な動作で高減速比が得られる。高減速比を有する減速機７を介して車輪２，３にトルク伝達する場合、モータ異常を原因としたトルクは拡大されて車輪２，３に伝達される。そのため、この発明による左右の車輪２，３の駆動を揃える制御が、より一層効果的となる。

　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、本発明に含まれる。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、本発明に含まれる。

　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。
この発明の第１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。 同電気自動車のインホイールモータユニットの概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるＥＣＵ、各インバータ装置、およびそのモータ誤動作チェック・コントロール手段の概念構成を示すブロック図である。 同電気自動車におけるモータ故障の車輪と他の車輪との関係を示す説明図である。 この発明の第２実施形態に係る電気自動車の制御系の概念構成を示すブロック図である。 前記各実施形態に係る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６のVII－VII線断面図である。 図７の部分拡大断面図である。 前記電気自動車における車輪用軸受と外方部材の側面図と荷重検出用の信号処理ユニットとを組み合わせた図である。 同電気自動車におけるセンサユニットの拡大平面図である。 同センサユニットの縦断面図である。 同電気自動車における回転センサの一例の縦断面図である。

　この発明の第１実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この電気自動車は、図１に示す車体１の左右の後輪となる車輪２および左右の前輪となる車輪３が共に駆動輪とされた４輪駆動の自動車である。前輪となる車輪３は操舵輪とされている。各車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。各車輪２，３は、それぞれ独立の走行用のモータ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を介して駆動輪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を構成している。

　図２に示すように、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。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よい。各インホイールモータ駆動装置８は、図１の後述するインバータ装置２２と共に、インホイールモータユニット３０を構成する。各車輪２，３には、電動式等の摩擦ブレーキである機械式のブレーキ９，１０がそれぞれ設けられている。なお、「機械式」とは、回生ブレーキと区別のための用語であり、油圧ブレーキも含まれる。

　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４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。

　制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるメインのＥＣＵ２１と、この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複数（図示の例では４つ）のインバータ装置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。前記ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とで、モータ制御装置２０が構成される。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。なお、ＥＣＵ２１や他の各コンピュータは、例えばマイクロコンピュータである。

　ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動に関する制御を行う駆動制御部２１ａと、その他の制御を行う一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、トルク配分手段４８を有していて、トルク配分手段４８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・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。トルク配分手段４８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、機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。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。機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。

　トルク配分手段４８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。

　ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、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、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

　ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される制動指令に従って、各車輪２，３の機械式のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段であり、制動専用のＥＣＵとなる電子回路やマイコン等により構成される。メインの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。

　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とで構成される。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ＥＣＵ２１に出力する機能を有する。

　図２は、インホイールモータユニット３０の概念構成を示すブロック図である。インバータ装置２２のパワー回路部２８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、例えばＩＰＭ型（埋込磁石型）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。

　モータコントロール部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る。モータコントロール部２９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、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。また、モータコントロール部２９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センサ３５から得て、電流フィードバック制御を行う。この電流制御では、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。

　この実施形態は、モータコントロール部２９に、次のモータ異常検出手段３７および片側異常時対応制御手段３８からなるモータ誤動作チェック・コントロール手段３４および異常報告手段４７を設けたものである。モータ異常検出手段３７は、このモータ異常検出手段３７が設けられたインバータ装置２２で駆動されるモータ６の異常を検出する。なお、ここで言う「モータの異常」は、モータ６の故障の場合と、モータ６自体は故障していなくても、制御系の失陥など、何らかの要因でモータ６が正常な動作をしていない場合とを含む。

　片側異常時対応制御手段３８は、モータ異常検出手段３７によりモータ停止以外のモータ６の異常が検出された場合、つまり車両の同じ前後方向位置にある左右のいずれか一方の車輪２，３のモータ６にモータ停止以外の異常が検出された場合に、同じ前後方向位置にある他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する手段である。片側異常時対応制御手段３８は、例えば、図４に示す後輪のうちの右側の車輪２Ｒのモータ６の異常が検出された場合、同じく後輪のうちの左側の車輪２Ｌのモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する。

　このように、左右における他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御することで、モータ異常による左右の車輪２，３の回転の不均等が軽減され、車両の走行姿勢の安定を保つことができる。このため、１輪分のモータ６の異常が発生した場合に、左右両方のモータ６を停止させることなく、車両姿勢の安定化を図って走行を可能とでき、例えば、路上の退避場所等の安全な場所まで走行して停止させたり、修理工場へ走行するなど、故障への対応が容易な場所まで安全に走行してモータ異常への対処を図ることができる。上記の同じ動作状態に近づける制御は、車輪２，３の回転を減速させる制御とするのが良いが、ある程度までの軽度の異常であれば、加速させる制御であっても良い。上記の「ある程度までの軽度の異常」であるか否かの判断は、片側異常時対応制御手段３８に適宜設定した値で行う。

　片側異常時対応制御手段３８は、モータ異常検出手段３７で検出された異常が、モータ６にブレーキ力が発生した異常である場合に、同じ前後方向位置にある他方のモータ６のトルクを強制的に減じる制御、回生ブレーキとして作用させる制御、および前記他方のモータ６で駆動される車輪２，３に対するブレーキ９，１０を作動させる制御のいずれか一つ以上を行わせるのが良い。他方のモータ６のトルクを強制的に減じる制御、または回生ブレーキとして作用させる制御を行う場合は、ＥＣＵ２１のトルク配分手段４８を介して制御しても良く、またインバータ装置２２同士の間で直接に制御指令を与えるようにしても良い。ブレーキ９，１０を作動させる制御を行う場合、ブレーキコントローラ２３を介して行う。

　左右の片側となる１輪のモータ６にブレーキ力が発生した場合、車両のスピン等につながる恐れがあるが、片側異常時対応制御手段３８により、同じ前後方向位置にある他方の車輪２，３のモータ６のトルクを強制的に減じるか、回生ブレーキとして作用させるか、または他方のモータ６で駆動される車輪２，３のブレーキを作動させ、左右の車輪２，３の駆動のバランスを得ることで、車両姿勢を安定して走行させることができる。モータ６にブレーキ力が発生した異常が、ある程度軽度のブレーキ力の発生であれば、回生ブレーキとして作用させる制御やブレーキを作動させる制御は、車両停止まで行う必要はなく、減速させれば良い。このように他方の車輪２，３の回転を落とす制御を行い、左右の車輪２，３の駆動のバランスを得ることで、車両姿勢を安定して走行させることができる。「ある程度軽度のブレーキ力」であるか否かは、適宜設定して判断すれば良い。

　なお、片側異常時対応制御手段３８を各インバータ装置２２に設け、ＥＣＵ２１を介することなく、各インバータ装置２２の間で直接に異常対応の制御を行う場合は、各インバータ装置２２のモータコントロール部２９に、他のインバータ装置２２に設けられた片側異常時対応制御手段３８の出力する指令に対応してモータ制御する機能を持たせる。

　モータ異常の検出について説明する。モータ異常検出手段３７は、検出対象のモータ６で駆動される車輪２，３に対して前後および左右のいずれかに隣接する車輪２，３を駆動するモータ６についてのモータ電流、モータ回転数、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値Ｔｒ、および車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１の荷重検出値のいずれかを、検出対象のモータ６における、モータ電流、モータ回転数、モータ駆動用インバータ装置２２へのトルク指令値、および荷重検出値とそれぞれ比較することで、モータ異常の検出を行うようにしても良い。

　モータ異常検出手段３７において、モータ６のモータ電流の検出値は前記電流センサ３５の検出値を用いる。モータ回転数は角度センサ３６から得る。モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値Ｔｒは、トルク配分手段４８で配分して与えられる指令値である。荷重センサ４１については、後に図９～図１１と共に具体例を説明する。

　前後に隣接する車輪２，３は、通常であれば同じ回転速度となる。左右に隣接する車輪２，３（つまり後輪同士、前輪同士）は、直線走行時は同じ回転速度となり、カーブ路の走行時でも、回転半径等に応じた回転速度の関係になる。また、車輪２，３の駆動力は、前記荷重センサ４の荷重検出値に現れる。そのため、モータ電流、モータ回転数、トルク指令値、荷重センサの荷重検出値のいずれかにつき、検出対象のモータ６と、隣接する車輪２，３を駆動するモータ６についての値を比較すれば、モータ異常が検出できる。

　モータ異常検出手段３７は、モータ電流が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値Ｔｒに相当するモータ電流値が設定倍数以上になった場合に異常と判断するものであっても良い。モータ６が正常で有れば、モータ電流と、トルク指令値に相当するモータ電流値とはある範囲を保つ。そのため、モータ電流値が設定倍数以上になったことを検出することによっても、モータ異常が判断できる。なお、上記の「設定倍数」は、１以上であっても、１未満であっても良く、制御目的などに応じて適宜に定めれば良い。

　この他に、モータ異常検出手段３７は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値Ｔｒに相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象とするモータ６の回転数が、このモータ６駆動される車輪に対して前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの回転数の設定倍数以上となったときに、異常と判断するものであってもよい。上記の「略一致している場合」とは、通常に生じるトルク指令値とモータ電流値の差の範囲内であることであり、略一致しているか否かの判断は、適宜の判定を設定して、その範囲内に電流値の差があれば、略一致していると判断すれば良い。

　トルク指令値に対してモータ電流値が一致している場合であっても、モータ６の回転数はある範囲等で大きく変わることがあるが、前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの間では、正常であれば、モータ回転数は、ある程度の定まった範囲内となる。したがって、前後または左右に隣接する車輪２，３のモータの回転数の設定倍数以上となったときに、異常と判断することで、適切なモータ異常の判断が行える。

　また、モータ異常検出手段３７は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置２２へのトルク指令値に相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象のモータ６に連結される車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxが、異常検出対象のモータ６で駆動される車輪２，３に対して前後または左右に隣接する車輪２，３の車輪用軸受に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxに対して、設定倍数となったときに異常と判断するものであっても良い。車輪用軸受４に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサ４１における車両進行方向の検出荷重Ｆxは、モータトルクに対応した値となる。このため、前後または左右の車輪２，３の間で、荷重センサ４１による車両進行方向の検出荷重Ｆxを比較することによっても、モータ６の異常が検出できる。

　報告手段４７は、モータ異常検出手段３７でモータ異常を検出した場合、または片側異常時対応制御手段３８でモータ異常に対する処理を行った場合、またはその両方の場合に、ＥＣＵ２１に、その異常検出や異常対応の処理の報告となる信号を送信する。ＥＣＵ２１は、この異常報告手段４７の報告を受けて、対応する制御を行う手段や、コンソールの表示手段２７に、運転者に知らせるための表示を行う手段（これら両手段を纏めて図２にＥＣＵ内対応制御部４９として示す）が設けられる。

　例えば、片側異常時対応制御手段３８がモータ異常に対応する制御を行った場合に、報告手段４７がその異常に対応した制御内容をＥＣＵ２１に報告した場合、ＥＣＵ２１は、この報告を受けて、車両全体の協調制御が行えるように、適宜の定められた制御を行うと共に、コンソールの表示手段２７に、運転者にモータ６の異常発生やそれに対応した制御を行った旨を知らせる表示を行う。異常発生の表示は、モータ異常検出手段３７により異常を検出した信号に応答して行うようにしても良い。

　この電気自動車によると、このように、片側のモータ６に異常が発生した場合に、他方の車輪２，３のモータ６を、異常の検出されたモータ６の動作状態と同じ動作状態に近づくように制御するため、モータ異常による左右の車輪２，３の回転の不均等が軽減され、車両の走行姿勢の安定を保つことができる。

　この実施形態では、モータ６にインホイールモータ駆動装置８を採用しているため、コンパクト化の面で優れているが、車輪２，３の個別の駆動となるため、左右輪の片側のみのモータ異常による問題が発生する。この問題が、上記のように効果的に解消される。インホイールモータ駆動装置８における減速機７は、サイクロイド減速機としたため、円滑な動作で高減速比が得られる。しかし、高減速比を有する減速機７を介して車輪２，３にトルク伝達する場合、モータ異常を原因としたトルクは拡大されて車輪２，３に伝達される。そのため、この実施形態による左右の駆動を揃える制御が、より一層効果的となる。

　また、モータ異常検出手段３７および片側異常時対応制御手段３８はインバータ装置２２に設けたため、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、またＥＣＵ２１の設計とインバータ装置２２の設計とを分離し易くなる。例えば、インホイールモータ駆動装置のモータ６とインバータ装置２２をセットして製造販売する業者において、独自に開発をすることができる。

　なお、片側異常時対応制御手段３８は、図５に示す第２実施形態のようにＥＣＵ２１に設けても良い。片側異常時対応制御手段３８による制御は、その片側異常時対応制御手段３８が設けられたインバータ装置２２で制御するモータ６とは別のモータ６に影響を与えるため、インバータ装置２２に設けるよりもＥＣＵ２１に設ける方が、制御系が素化できる場合もある。この他に、モータ異常検出手段３７および片側異常時対応制御手段３８を、共にＥＣＵ２１に設けても良い。

　次に、図６～図８と共に、前記インホイールモータ駆動装置８の具体例を示す。この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２のハブとモータ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、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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　図８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。

　図６において、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。

　モータステータ７３は、軟質磁性体からなるステータコア部７７とコイル７８とでなる。ステータコア部７７は、その外周面がモータハウジング７２の内周面に嵌合して、モータハウジング７２に保持されている。モータロータ７５は、モータステータ７３と同心に回転出力軸７４に外嵌するロータコア部７９と、このロータコア部７９に内蔵される複数の永久磁石８０とでなる。

　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。ここでは、各角度センサ３６として、磁気エンコーダまたはレゾルバが用いられる。モータ６の回転制御は上記モータコントロール部２９（図１，２）により行われる。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、モータコントロール部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。

　図２に示す前記荷重センサ２４は、例えば図９に示す複数のセンサユニット１２０と、これらセンサユニット１２０の出力信号を処理する信号処理ユニット１３０とで構成される。センサユニット１２０は、車輪用軸受４における静止側軌道輪である外方部材５１の外径面の４か所に設けられる。図８は、外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット１２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。信号処理ユニット１３０は、外方部材５１に設けられていても良く、まインバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けられていても良い。

　信号処理ユニット１３０は、上記４箇所のセンサユニット１２０の出力を比較し、定められた演算式に従って、車輪用軸受４に作用する各荷重、具体的には、車輪２の路面・タイヤ間で作用荷重となる直方向荷重Ｆz、駆動力や制動力となる車両進行方向荷重Ｆx、および軸方向荷重Ｆyを演算し、出力する。前記センサユニット１２０を４つ設け、各センサユニット１２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受４に作用する垂直方向荷重Ｆz、車両進行方向荷重Ｆx、軸方向荷重Ｆyを精度良く推定することができる。垂直方向荷重Ｆzは、上下２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られ、車両進行方向荷重Ｆxは、前後２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。軸方向荷重Ｆyは、４つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。信号処理ユニット１３０による上記各荷重Ｆx，Ｆy，Ｆzの演算は、試験やシミュレーションで求められた値を基に、演算式やパラメータを設定しておくことで、精度良く行うことができる。

　なお、より具体的には、上記の演算には各種の補正を行うが、補正については説明を省略する。

　上記各センサユニット１２０は、例えば、図１０および図１１に拡大平面図および拡大縦断面図で示すように、歪み発生部材１２１と、この歪み発生部材１２１に取り付けられて歪み発生部材１２１の歪みを検出する歪みセンサ１２２とでなる。歪み発生部材１２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部１２１ｂを有する。また、歪み発生部材１２１は、外輪１の外径面にスペーサ１２３を介して接触固定される２つの接触固定部１２１ａを両端部に有する。歪みセンサ１２２は、歪み発生部材１２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材１２１の外面側で両側辺部の切欠き部１２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ１２２は切欠き部１２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。

　前記センサユニット１２０は、その歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外輪１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部１２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部１２１ａがそれぞれスペーサ１２３を介してボルト１２４により外輪１の外径面に固定される。前記各ボルト１２４は、それぞれ接触固定部１２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔１２５からスペーサ１２３のボルト挿通孔１２６に挿通し、外方部材５１の外周部に設けられたねじ孔１２７に螺合させる。

　このように、スペーサ１２３を介して外方部材５１の外径面に接触固定部１２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂを有する中央部位が外輪１の外径面から離れた状態となり、切欠き部１２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部１２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材５１のアウトボード側列の転走面５３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面５３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面５３の中間位置からアウトボード側列の転走面５３の形成部までの範囲である。外方部材５１の外径面における前記スペーサ１２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

　歪みセンサ１２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ１２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材１２１に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ１２２を歪み発生部材１２１上に厚膜抵抗体にて形成することができる。

　図１２は、図１，図２の回転センサ２４の一例を示す。この回転センサ２４は、車輪用軸受４における内方部材５２の外周に設けられた磁気エンコーダ２４ａと、この磁気エンコーダ２４ａに対向して外方部材５１に設けられた磁気センサ２４ｂとでなる。磁気エンーダ２４ａは、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを交互に着磁したリング状の部材である。この例では、回転センサ２４は両列の転動体５５，５５間に配置しているが、車輪用軸受４の端部に設置しても良い。

　なお、上記実施形態では、図１，２に示すように、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とを離して設けたが、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とは同じコンピュータで構成されていても良い。また、上記実施形態は、４輪ともモータ駆動の電気自動車について説明したが、この発明は、例えば前後いずれか２輪を従動輪とした４輪の電気自動車にも適用することができる。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、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のものと解釈される。

１…車体
２，３…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
９，１０…機械式のブレーキ
２０…モータ駆動装置
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置
２４…回転センサ
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３０…インホイールモータユニット
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３４…モータ誤動作チェック・コントロール手段
３５…電流センサ
３６…角度センサ
３７…モータ異常検出手段
３８…片側異常時対応制御手段
４７…異常報告手段

Claims (11)

1. 　車両の左右の車輪を個別に駆動する複数のモータと、これらのモータを制御するモータ制御装置とを備えた電気自動車であって、
   　前記各モータの異常を検出するモータ異常検出手段と、このモータ異常検出手段により、車両の同じ前後方向位置にある左右のいずれか一方の車輪のモータにモータ停止以外の異常が検出された場合に、同じ前後方向位置にある他方の車輪のモータを、異常の検出されたモータの動作状態と同じ動作状態に近づくように制御する片側異常時対応制御手段とを設けた電気自動車。
2. 　請求項１において、前記片側異常時対応制御手段は、前記モータ異常検出手段で検出された異常が、モータにブレーキ力が発生した異常である場合に、同じ前後方向位置にある他方のモータのトルクを強制的に減じる制御、回生ブレーキとして作用させる制御、および前記他方のモータで駆動される車輪に対するブレーキを作動させる制御のいずれか一つ以上を行わせる電気自動車。
3. 　請求項１において、前記モータ異常検出手段は、検出対象のモータで駆動される車輪に対して前後および左右のいずれかに隣接する車輪を駆動するモータについてのモータ電流、モータ回転数、モータ駆動用のインバータ装置へのトルク指令値、および車輪用軸受に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサの荷重検出値のいずれかを、検出対象のモータにおける、モータ電流、モータ回転数、モータ駆動用インバータへのトルク指令値、および荷重検出値とそれぞれ比較することで、異常の検出を行う電気自動車。
4. 　請求項１において、前記モータ異常検出手段は、検出されたモータ電流が、モータ駆動用のインバータ装置へのトルク指令値に相当するモータ電流値の設定倍数以上になった場合に異常と判断する電気自動車。
5. 　請求項１において、前記モータ異常検出手段は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置へのトルク指令値に相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象とするモータの回転数が、このモータで駆動される車輪に対して前後または左右に隣接する車輪のモータの回転数の設定倍数以上となったときに、異常と判断する電気自動車。
6. 　請求項１において、前記モータ異常検出手段は、モータ電流値が、モータ駆動用のインバータ装置へのトルク指令値に相当するモータ電流値に略一致している場合に、異常検出対象のモータに連結される車輪用軸受に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサにおける車両進行方向の検出荷重Ｆxが、異常検出対象のモータで駆動される車輪に対して前後または左右に隣接する車輪の車輪用軸受に取付けられたタイヤ・路面間の作用荷重を検出する荷重センサにおける車両進行方向の検出荷重Ｆxに対して、設定倍数となったときに異常と判断する電気自動車。
7. 　請求項１において、さらに、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から与えられるトルク指令に従って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、
   　前記インバータ装置は各モータ毎に設けられ、これらＥＣＵとインバータ装置とで前記モータ制御装置が構成され、前記インバータ装置の前記モータコントロール部に前記モータ異常検出手段および片側異常時対応制御手段を設けた電気自動車。
8. 　請求項７において、個々のインバータ装置に、前記モータ異常検出手段および前記片側異常時対応制御手段を設けた電気自動車。
9. 　請求項１において、さらに、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から与えられるトルク指令に従って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、
   　前記インバータ装置は各モータ毎に設けられ、これらＥＣＵとインバータ装置とで前記モータ制御装置が構成され、前記インバータ装置の前記モータコントロール部に前記モータ異常検出手段を設け、前記ＥＣＵに前記片側異常時対応制御手段を設けた電気自動車。
10. 　請求項１において、前記モータは、車輪用軸受と、この車輪用軸受とモータの間に介在した減速機とを有するインホイールモータ駆動装置を構成する電気自動車。
11. 　請求項１０において、前記減速機はサイクロイド減速機である電気自動車。

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