(57)【要約】【課題】４輪駆動車の後輪を駆動するモータで発生するトルクに基づいて、モータの異常を検出することを課題とする。【解決手段】４輪駆動車１の後輪１１，１２を駆動するモータ１４に要求されるトルクを指令する指令トルクと、モータ１４の磁束、ｑ軸電流ならびに角速度に基づいて、４輪駆動コントロールユニット２３でモータ１４の実トルクを算出して推定し、推定した実トルクと指令トルクとを比較し、両トルクが一致していない場合に、モータ１４で異常が発生しているものと判定して構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータで駆動される車輪を有する車両における前記モータを、前記モータに要求されるトルクを前記モータに指令するトルク指令値に基づいて駆動制御するモータ駆動制御装置において、
前記モータが駆動されている際に前記モータで発生している実トルクを推定する実トルク推定手段と、
前記トルク指令値と前記実トルク推定手段で推定された実トルク推定値とに基づいて、前記モータの異常を検出する異常検出手段と
を有することを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記モータは、交流三相モータで構成され、
前記実トルク推定手段は、
前記モータに供給される各相の駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段で検出された各相の駆動電流に基づいて、前記モータのトルク電流成分となるｑ軸電流を算出するｑ軸電流算出手段と、
前記モータで発生する磁束を算出する磁束算出手段と、
前記モータの角速度を検出する角速度検出手段とを備え、
前記ｑ軸電流算出手段で算出されたｑ軸電流と、前記磁束算出手段で算出された磁束と、前記角速度検出手段で検出された角速度とに基づいて、実トルクを推定する
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記異常検出手段は、前記トルク指令値と前記実トルク推定値とが差が予め設定された判定しきい値以上である場合に、前記モータが異常であると判定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を駆動するモータのトルクに基づいてモータの駆動異常を検出するモータ駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両駆動用の電動機（モータ）の異常（フェール）を検出する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、モータの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、磁極位置を検出するのにともなって算出される速度推定値に基づいてフェールを検出するフェール判定処理手段を備え、磁極位置を検出するのにともなって算出される速度推定値に基づいてフェールを検出し、モータを始動する際または低、中速領域でモータを駆動しているときに、磁極位置の極性が反転されて検出された場合に、直ちにフェールを検出する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−１１２９４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、車両駆動用のモータにおいては、モータの回転数や動作温度等に基づいて異常を検出していた。しかし、モータで発生するトルク性能に基づいて異常を検出する手法は実施されていなかった。
【０００４】
車両駆動用のモータでは、モータの不具合により、車両の運転走行条件等により決定されてモータに要求される要求トルクと、実際にモータで発生している実トルクとの間でトルク差が生じる場合がある。このようにトルク差が生じている場合に、モータの回転数や動作温度等には変化が生じず、もしくは生じたとしても許容範囲内に収まっている場合がある。
【０００５】
このような場合に、上述したようにモータの回転数や動作温度に基づいて異常を検出する従来の手法にあっては、トルク差が生じた際のモータの異常を検出できないといった不具合を招いていた。
【０００６】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータで発生するトルクに基づいてモータの異常を検出するモータ駆動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、モータで駆動される車輪を有する車両における前記モータを、前記モータに要求されるトルクを前記モータに指令するトルク指令値に基づいて駆動制御するモータ駆動制御装置において、前記モータが駆動されている際に前記モータで発生している実トルクを推定する実トルク推定手段と、前記トルク指令値と前記実トルク推定手段で推定された実トルク推定値とに基づいて、前記モータの異常を検出する異常検出手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
上記特徴の請求項１記載の発明によれば、モータで発生している実トルク推定値に基づいてモータの異常を検出することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記モータは交流三相モータで構成され、前記実トルク推定手段は、前記モータに供給される各相の駆動電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段で検出された各相の駆動電流に基づいて、前記モータのトルク電流成分となるｑ軸電流を算出するｑ軸電流算出手段と、前記モータで発生する磁束を算出する磁束算出手段と、前記モータの角速度を検出する角速度検出手段とを備え、前記ｑ軸電流算出手段で算出されたｑ軸電流と、前記磁束算出手段で算出された磁束と、前記角速度検出手段で検出された角速度とに基づいて、実トルクを推定することを特徴とする。
【００１０】
上記特徴の請求項２記載の発明によれば、モータで発生している実トルクを容易に推定することが可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記異常検出手段は、前記トルク指令値と前記実トルク推定値とが差が予め設定された判定しきい値以上である場合に、前記モータが異常であると判定することを特徴とする。
【００１２】
上記特徴の請求項３記載の発明によれば、実トルクを推定する際の推定誤差による誤検出を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１に係るモータ駆動制御装置を搭載した４輪駆動車の構成を示す図である。図１において、４輪駆動車１における車体２の前部側には第一の車軸となる前輪車軸３が回転可能に軸支されている。前輪車軸３の両端には主駆動輪となる前輪４，５が取り付けられている。前輪車軸３の中央部には、差動式の動力伝達機構である前輪側デファレンシャルギヤ６が設けられている。
【００１５】
前輪４，５は、内燃機関であるエンジン７の回転動力が、トルクコンバータ８と変速機機構９とを備えてなる自動変速機により変速されて前輪側デファレンシャルギヤ６に伝達され、前輪側デファレンシャルギヤ６から前輪車軸３に伝達されることにより、車両の走行範囲全域において駆動される。
【００１６】
すなわち、エンジン７、トルクコンバータ８と変速機機構９とを備えてなる自動変速機（Ａ／Ｔ）及び前輪側デファレンシャルギヤ６から構成された動力系は、いわゆる前輪駆動車と同じ構成であり、主駆動系を構成している。なお、自動変速機は多段或いは無段のどちらのものを用いてもよい。
【００１７】
車体２の後部側には第二の車軸となる後輪車軸１０が回転可能に軸支されている。後輪車軸１０の両端には後輪１１，１２が取り付けられている。後輪車軸１０の中央部には、差動式の動力伝達機構である後輪側デファレンシャルギヤ１３が設けられている。
【００１８】
後輪１１，１２は、電動機（モータ）１４の回転動力が減速機１５により減速されて、電磁クラッチ１６を介して後輪側デファレンシャルギヤ１３に伝達され、後輪側デファレンシャルギヤ１３から後輪車軸１０に伝達されることにより、車両走行の一部分、例えば車両の発進時から前輪４，５の駆動のみ（エンジン７の駆動のみ）による走行速度に達するまでの間において駆動される。
【００１９】
また、後輪１１，１２は、前輪４，５にスリップが発生した場合にも駆動されるようになっている。すなわち、モータ１４，減速機１５，電磁クラッチ１６及び後輪側デファレンシャルギヤ１３から構成された動力系は従駆動系を構成している。なお、減速機１５及び電磁クラッチ１６は、後輪側デファレンシャルギヤ１３と一体に設けられていてもよい。
【００２０】
エンジン７には、モータ１４や車載された各種電装品（図示せず）で消費される電力を生成する発電機１７が機械的に連結されている。発電機１７はエンジン７の回転動力を受けて作動し、車両の運転状態に応じた電力を発生する。
【００２１】
モータ１４は、例えば界磁巻線型の交流三相モータで構成され、例えば車両の後部座席からトランクルームに至る床下の狭いスペースに設置され、かつ後輪側デファレンシャルギヤ１３の近傍に配置されている。なお、本実施例では、モータ１４として界磁巻線型の交流電動機を用いた場合を例に挙げて説明するが、固定子（界磁）に界磁巻線を備えた直流機を用いてもよい。また、モータ１４には、モータ１４の回転数を検出する回転数センサ１８が設けられている。
【００２２】
４輪駆動車１の内部には、ドライブユニット（インバータ）１９、モータコントロールユニット２０、エンジンコントロールユニット２１、Ａ／Ｔコントロールユニット２２ならびに４輪駆動コントロールユニット２３を含む複数の車載制御装置が設けられている。これらの複数の車載制御装置は、図示省略された車内通信網によって電気的に接続されており、各制御装置が所有する情報を信号伝送によってお互いに共有することが可能に構成されている。
【００２３】
インバータ１９は、発電機１７で得られた直流電力を受け、この直流電力をモータ１４を駆動する三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力に変換し、得られた三相交流電流をモータ１４に供給してモータ１４を回転駆動する。インバータ１９には、三相の各電流ならびに界磁電流を検出する電流センサ２４が設けられている。
【００２４】
モータコントロールユニット２０は、４輪駆動コントロールユニット２３から与えられる制御信号に基づいて、インバータ１９がモータ１４に与える駆動電流を生成するための制御信号を生成してインバータ１９に与える。
【００２５】
エンジンコントロールユニット２１は、エンジン７に搭載された絞り弁や燃料噴射弁などのエンジン機器の作動を制御してエンジン７から出力される動力を制御するためのものである。
【００２６】
Ａ／Ｔコントロールユニット２２は、自動変速機の変速機機構９の作動を制御して自動変速機から前輪側デファレンシャルギヤ６に伝達される動力を制御するためのものである。
【００２７】
４輪駆動コントロールユニット２３は、４輪駆動車１の運転走行を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。
【００２８】
４輪駆動コントロールユニット２３は、上記回転数センサ１８、電流センサ２４ならびにこれらのセンサで得られない他の温度、電圧、電流等本４輪駆動車１の運転走行に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号、さらにはモータコントロールユニット２０、エンジンコントロールユニット２１、Ａ／Ｔコントロールユニット２２を含む複数の車載制御装置から与えられる信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め用意されて内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、モータコントロールユニット２０、エンジンコントロールユニット２１、Ａ／Ｔコントロールユニット２２の車載制御装置を含む本４輪駆動車１の制御を要する構成要素に指令を送り、以下に説明するモータ１４の異常判定処理を含む４輪駆動車１の運転走行に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００２９】
次に、図２のフローチャートを参照して、モータ１４の異常判定処理の手順について説明する。
【００３０】
図２において、先ずインバータ１９からモータ１４に与えられる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）交流の各相電流値を検出する電流センサ２４が正常であるか否かを判別し（ステップＳ２０１）、正常である場合には、続いてインバータ１９が正常であるか否かを判別し（ステップＳ２０２）、正常である場合には、引き続いてモータ１４が回転駆動されているか否かを判別する（ステップＳ２０３）。
【００３１】
判別の結果、モータ１４が回転駆動されている場合には、電流センサ２４でインバータ１９からモータ１４に与えられる三相の各相電流を検出する（ステップＳ２０４）。その後、検出された三相の各相電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流）と図２のステップＳ２０５に示す従来から知られている所定の関数とに基づいて、図２のステップＳ２０５に示すように公知の演算方法によりモータ１４のｄ軸電流ならびにｑ軸電流を算出する（ステップＳ２０５）。
【００３２】
次に、回転数センサ１８でモータ１４の回転数を検出する（ステップＳ２０６）。その後、モータ１４の実トルクを推定する（ステップＳ２０７）。この推定は、先のステップＳ２０５で算出したｑ軸電流に基づいて、次式により実トルクを算出することで行われる。
【００３３】
（数１）
実トルク＝φ×ｑ軸電流×│ω│
ここで、φは磁束［Ｗｂ］であり、ωは角速度である。
【００３４】
磁束φは、次式により算出される。
【００３５】
（数２）
φ＝Ｎ×Ｉ／｛ｌ／（μo×μs×Ｓ）｝
ここで、Ｎは巻数［Ｔｕｒｎ］、Ｉは界磁電流［Ａ］、ｌは磁路長［ｍ］、μｏは真空の透磁率、μｓは比透磁率、Ｓは磁路の断面積［ｍ２  ］である。なお、この式において、界磁電流Ｉだけが変動要因で他のファクターは固定値なので、界磁電流Ｉと磁束φとの関係を実験やシミュレーション等の机上検討により予め取得しておき、この関係をテーブル化して４輪駆動コントロールユニット２３に備えられた記憶装置に記憶させ、電流センサ２４で検出されたモータ１４の界磁電流Ｉに基づいてこのテーブルを参照することで磁束φを求めるようにしてもよい。
【００３６】
角速度ωは、先のステップＳ２０６で検出したモータ１４の回転数に基づいて、次式により算出される。
【００３７】
（数３）
ω＝２πｆ
ここで、ｆはモータ１４の回転数である。
【００３８】
次に、モータ１４の回転方向（正回転／逆回転）を判別する（ステップＳ２０８）。ここで、正回転時ならびに逆回転時にモータ１４に与えられる各相電流の出力波形パターンは図３（ａ）に示すようになる。この出力波形パターンから図３（ｂ）に示すように、正回転時の１周期における各相電流の変化パターンは、その出現順序がパターンＡ（Ｕ相電流は増加、Ｖ相電流は減少、Ｗ相電流は減少）→パターンＢ（Ｕ相電流は増加、Ｖ相電流は増加、Ｗ相電流は減少）→パターンＣ（Ｕ相電流は減少、Ｖ相電流は増加、Ｗ相電流は減少）→パターンＤ（Ｕ相電流は減少、Ｖ相電流は増加、Ｗ相電流は増加）→パターンＥ（Ｕ相電流は減少、Ｖ相電流は減少、Ｗ相電流は増加）→パターンＦ（Ｕ相電流は増加、Ｖ相電流は減少、Ｗ相電流は増加）となる。一方、逆回転時の１周期における各相電流の変化パターンは、同図に示すように、パターンＥ→パターンＤ→パターンＣ→パターンＢ→パターンＡ→パターンＦとなる。このように、モータ１４の正回転時と逆回転時では上記パターンの出現順序が異なるので、電流センサ２４で検出される各相電流から求められる各相電流の変化に基づいて、この出力パターンを検出することでモータ１４の回転方向を判別することが可能となる。
【００３９】
判別の結果、モータ１４が正回転している場合には、先のステップＳ２０７で算出した実トルクを最終実トルクとする一方（ステップＳ２０９）、逆回転している場合には、正回転時と区別するために回転方向を示す（−１）を実トルクに付加して、実トルク×（−１）を最終実トルクとする（ステップＳ２１０）。
【００４０】
次に、エンジンコントロールユニット２１から４輪駆動コントロールユニット２３に与えられるアクセル開度信号等に基づいて、４輪駆動コントロールユニット２３で算出されるモータ１４の指令トルク（トルク指令値）と、先のステップＳ２０９もしくはステップＳ２１０で算出された最終実トルク（実トルク推定値）とを比較し、両者が一致しているか否かを判別する（ステップＳ２１１）。
【００４１】
判別の結果、両者が一致している場合には、モータ１４は要求されているトルクを発生しているものと推定し、モータ１４には駆動異常は発生していないものと判定する。一方、両者が一致していない場合には、モータ１４は要求されているトルクを発生していないものと推定し、モータ１４では駆動異常が発生しているものと判定し（ステップＳ２１２）、モータ１４を停止させるなどの措置をとる。
【００４２】
なお、先のステップＳ２１１では、指令トルクと最終トルクが一致しているか否かを判別し、その判別結果に基づいて先のステップＳ２１１ではモータ１４の駆動異常を判定しているが、指令トルクと最終トルクとの差を求め、この差が予め設定された判定しきい値を上回っているか否かを判別し、上回っている場合にはモータ１４で駆動異常が発生しているものと判定するようにしてもよい。このときに用いる判定しきい値は、実トルクを算出する際の誤差を考慮し、かつモータ１４やインバータ１９に不具合が生じない程度に許容されるトルク差の範囲内として、予め実験やシミュレーション等により求めて設定される。このような手法を採用することで、実トルクを推定算出する際に誤差が生じた場合であっても、モータ異常の誤検出を回避することが可能となる。
【００４３】
このように、上記実施例においては、指令トルクと推定された実トルクとの間でトルク差が発生している際に、モータの異常を迅速かつ確実に検出することができる。これにより、モータの動作不良を未然に防止することができる。また、トルクセンサ等のモータのトルクを専ら検出する新たな構成を設けることなく、モータ駆動される車両に通常備わっている構成要件だけで実施することが可能となり、構成の小型化ならびに簡素化を図ることができる。
【００４４】
さらに、上記実施例から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【００４５】
（イ）請求項１，２及び３のいずれか１項に記載のモータ駆動制御装置において、
前記モータの回転方向を検出する回転方向検出手段を備え、
前記実トルク推定手段で推定された実トルク値に前記回転方向検出手段で検出された回転方向を加味する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【００４６】
上記（イ）項に記載の構成によれば、モータの回転方向を含めてモータの異常を検出することができる。
【００４７】
（ロ）前記（イ）項に記載のモータ駆動制御において、
前記回転検出手段は、前記モータに供給される各相の駆動電流の増減パターンの出現順序に基づいて回転方向を検出する
ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【００４８】
上記（ロ）項に記載の構成によれば、モータの回転方向を専ら検出する機器を設けることなく、モータの回転方向を容易に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例１に係るモータ駆動制御装置を搭載した４輪駆動車の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係るモータ異常の判定処理を示すフローチャートである。
【図３】モータの回転数を判別する際のモータの三相電流の出力パターンの様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…輪駆動車
２…車体
３…前輪車軸
４，５…前輪
６…前輪側デファレンシャルギヤ
７…エンジン
８…トルクコンバータ
９…変速機機構
１０…後輪車軸
１１，１２…後輪
１３…後輪側デファレンシャルギヤ
１４…モータ
１５…減速機
１６…電磁クラッチ
１７…発電機
１８…回転数センサ
１９…インバータ
２０…モータコントロールユニット
２１…エンジンコントロールユニット
２２…コントロールユニット
２３…輪駆動コントロールユニット
２４…電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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