(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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。【選択図】        図１
2017051016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
ことを特徴とする車両用モータ駆動装置。
【請求項２】
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と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、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、
ことを特徴とする車両用モータ駆動装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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、およびモータ電流より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をもって、異常発生を判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７８９０３号公報
【特許文献２】特開２０１４−０７５８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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２を有しない
構成であっても良い。
【０００８】
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。
【０００９】
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につき、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。
【００１０】
第２の車両用モータ駆動装置は、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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、故障の程度がドライバー等が知ることができる。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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発生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。
【００１８】
この発明の第２の車両用モータ駆動装置は、各々電動モータを有し車体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と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、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。
【００１９】
この発明のモータ駆動装置搭載車両は、この発明の前記第１または第２の車両用モータ駆動装置を搭載しているため、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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】同モータ駆動装置の簡易モデル図である。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、自動車の前輪とされる。後輪となる車輪２０Ａは、従動輪とされる。
【００２４】
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、モータロータ軸３２を互いに同一軸心として、背合わせに設置され、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の端面部に設置された軸受３７とで両端が支持されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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オイルシール等のシール部材４７が設けられている。
【００２８】
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（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。
【００２９】
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、回生制動と前記サービスブレーキ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。
【００３０】
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３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で構成される。
【００３１】
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。
【００３２】
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。前記故障判定手段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。
【００３３】
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前記モータ駆動装置１に故障が発生したと判定する。
【００３４】
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。
【００３５】
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より求めるようにしたが、次のように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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
【数１】
2017051016.tif 000003
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）。
【００３９】
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。
【００４０】
図５に示す力学モデルの運動方程式は次式となる。
【数２】
2017051016.tif 000004
【００４１】
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用には、一般には、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
初期角度φ０は、理論的に算出することも可能であるが、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
前記故障判定情報出力手段２７が設けられている場合に、前記故障判定情報出力手段２７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。
【００４９】
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、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特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５０】
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
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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