JP4433939B2

JP4433939B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP4433939B2
Application number: JP2004245408A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-25
Filing date: 2004-08-25
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2006067669A

Description

本発明は車両の制御技術に関し、より詳細には、各輪を独立に駆動する車両に異常が発生したときの車両制御技術に関する。

一般に、車両に発生する故障等の異常を検出して警告ランプの点灯や停車の催促、または車両の運動制御などの処理を実施することは、安全な車両走行を確保する観点から好ましい。そのため、異常が発生した車両に対して適切な処理を実施する技術が従来から提案されている。特許文献１には、左右輪独立駆動車の駆動力制御装置において、左右の駆動源のいずれかが駆動不能に陥ったときに、反対側の駆動源の駆動力を停止して、自動車の挙動変化を抑止する技術が開示されている
特開平８−１６８１１２号公報

しかしながら、上述の特許文献１のように、車輪の駆動源に異常が検出されたとき直ちにその車輪の駆動力を停止させるようにすると、異常の検出時点が車両の加速中や高速走行中であったときなどは、車両の安定性が損なわれる場合があり得る。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、各輪が独立駆動される車両において、駆動源に異常が発生したとき、車両の走行安定性への影響を軽減しつつ駆動源の制御を停止する車両制御装置を提供することにある。

本発明のある態様は、車両制御装置に関する。この装置は、車両に備えられた車輪にそれぞれ内蔵され、該車輪を制駆動する制駆動手段と、運転者による車両の操作量を検出する操作量検出手段と、検出された操作量を参照して、前記制駆動手段に対する指令値を算出する指令値算出手段と、前記制駆動手段に発生した異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段により異常が検出されると待機モードに移行し、この待機モードにある間に前記操作量が予め定められた数値領域に入ったとき、異常が検出された車輪の制駆動手段に対する制御を停止する異常時制御停止手段と、を備える。

この態様によれば、各輪が独立駆動される車両において、制駆動手段を含む車輪に異常が発生した場合、直ちに制御を停止するのではなく一旦待機モードに移行し、運転者の操作量に応じてその制駆動手段に対する制御を停止するようにしたので、例えば操作量が多いときに制駆動手段の制御が停止されて、車両の挙動が急変するような事態を回避することができる。ここで、「待機モード」とは、異常が検出された後も、制駆動手段に対する正常時の制御を継続する期間のことをいう。また、操作量検出手段により検出される操作量には、運転者によるアクセル操作量やブレーキ操作量が含まれる。

前記異常時制御停止手段は、前記操作量に対応して前記指令値算出手段により算出された指令値が予め定められた値以下になったとき、異常が検出された車輪の制駆動手段に対する制御を停止するようにしてもよい。こうすれば、車両を加速しようとしているときに制駆動手段の制御が停止されることがなくなるので、車両挙動に与える影響を軽減することができる。

車両制御装置は、前記異常検出手段により検出された異常を、車両の走行に及ぼす影響度に応じて予め定められているランクに分類する異常ランク分類手段をさらに備えてもよい。この場合、前記異常時制御停止手段は、分類された異常のランクが所定のランクであるとき前記待機モードに移行し、所定のランク以外のときは、前記操作量にかかわらず、異常が検出された車輪の制駆動手段に対する制御を停止するようにする。これによれば、異常が発生したとき、異常ランク分類手段によりその異常の程度を判定するようにしたので、異常が車両の走行に大きな影響を与えうる重大なものである場合は、待機モードに移行せずに直ちに制駆動手段に対する制御を停止して、安全性を確保することができる。

本発明による車両制御装置によれば、各輪が独立駆動される車両において車輪に異常が発生したとき、運転者による操作量に応じて、異常が発生した車輪の制駆動手段に対する制御を停止するので、制御停止時の車両の走行安定性への影響を軽減することができる。

図１は、本実施の形態に係る車両制御装置を搭載した車両１０の全体構成を示す図である。車両１０は、車輪１００のホイールにモータを内蔵したインホイールモータ方式の電気自動車を示す。インホイールモータ方式の電気自動車は、各輪独立して制御可能であるという特徴がある。また、単一のモータの出力を各ホイールに分配する方式に比べて、伝達系の部品やその設置スペースを省略することができ、また伝達による損失もなくすこともできる。モータを内蔵した車輪１００の構造は、図２を参照して後述する。

各車輪１００には、モータ５２が設けられている。モータ５２に対応して車体側に設置されるアンプ２４には、車体１２に搭載されたバッテリ２６から直流電力が供給される。アンプ２４は、インバータを含んで構成され、供給された直流電力を三相交流電圧に変換してモータ５２に供給する。モータ５２は、交流電圧により回転駆動され、これによって車輪１００を回転させ、車両１０を走行させる。モータ５２は、惰性走行時、車輪の回転により発生する回生ブレーキによって制動力を発揮することもできる。回生された電力は、バッテリ２６に充電される。

モータ５２の出力は、車体１２に搭載された電子制御装置２００（以下、「ＥＣＵ２００」と表記する）により制御される。ＥＣＵ２００はアンプ２４と通信可能に接続されており、モータ５２に対する指令値をアンプ２４に与える。アンプ２４は、内蔵されているインバータをＰＷＭ制御して、指令値に応じたトルクを発揮するようにモータ５２を制御する。モータ５２には、ロータの回転数を検出する図示しないエンコーダが搭載されており、このエンコーダの出力は、アンプ２４を介してＥＣＵ２００に供給される。エンコーダからの信号によりフィードバック回路を構成することで、モータ５２を高精度で制御することができる。

車体１２には、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ３０、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキ操作量センサ３２、ステアリングホイールの回転量を検出するステアリングセンサ３４も設けられている。これらの検出値は、ＥＣＵ２００に送信される。

ＥＣＵ２００は、アクセルペダルとブレーキペダルの操作量に相当する指令値を計算し、その情報をアンプ２４に送信することで、車両の加減速を実現する。ＥＣＵ２００は、ステアリングホイールの回転量に基づいて、車両１０を旋回するときに、各車輪１００の回転数を変化させて旋回を容易にすることもできる。さらに、ＥＣＵ２００は、車体１２または車輪１００に搭載された各種センサからの検出値に基づいて、車両の運動状態や各種装置の動作状態を常に監視しており、異常を検出した場合には、各車輪１００のモータ５２に適切な指令を与え、車両の走行安全性を確保するように動作する。これについては、図３を参照して後述する。

各車輪１００に対応して、車輪速センサ４２が設けられている。車輪速センサ４２は、例えば微少角度位置変位毎のパルス信号を生成するレゾルバ等を用いて構成され、その信号はＥＣＵ２００に送られる。また、各車輪１００には、車輪の種々の状態を検出するセンサ５４が搭載されている。このセンサ５４は集合的に表されており、具体的には、タイヤ空気室の圧力を検出する空気圧センサ、タイヤの振動を検出する振動センサ、タイヤのトレッドゴムの温度を検出する温度センサなどが含まれる。検出された各種情報は、車輪１００のホイール等に付設された車輪側通信装置５６を介して車体１２に無線送信される。

車体１２には車体側通信装置４０が設けられており、各車輪１００の車輪側通信装置５６から送られてくる信号を受信して、ＥＣＵ２００に供給する。

車体１２にも、車両の運動状態や各種装置の動作状態を検出するためのセンサ５８が設置されている。このセンサ５８は集合的に表されており、具体的には、車両の加速度を検出するロールセンサやヨーレートセンサ、バッテリの残量を知るための電圧センサ、車両に搭載されている各種装置の温度を検出する温度センサ等が含まれる。

図２は、モータ５２を搭載した車輪１００の構造を模式的に示した図である。なお、図２では、センサ５４および車輪側通信装置５６は省略してある。車輪１００は、主に、タイヤ１０２、ホイール１０４、モータ５２を収容したモータハウジング１１０および減速機構１２０から構成される。減速機構１２０は、図２の左方にある図示しない車体から延びる懸架装置と結合されている。

タイヤ１０２を装着したホイール１０４は、ハブナット１０６によりハブホイール１０８に固定される。ハブホイール１０８は、モータハウジング１１０から突出した出力軸１１２に固定され、出力軸１１２と共に回転する。モータハウジング１１０の車体側側面には、モータ５２のロータ１１６の回転を減速する歯車減速機１１８を収容した減速機構１２０が接続固定されている。モータ５２の回転出力は、歯車減速機１１８を介して出力軸１１２、ホイール１０４に伝達され、この伝達された回転力によってホイール１０４がタイヤ１０２と共に回転駆動される。モータハウジング１１０は、図示しないサスペンションのバネ下重量の軽量化および耐久性、製造のし易さ等を考慮して、例えばアルミダイカストにより製造される。

モータハウジング１１０は、図２に示すように、左右方向に２分割可能な椀型形状をなしており、ホイール１０４に面する側に、減速機構１２０側から延びる出力軸１１２を挿通可能な開口部１２２が形成されている。開口部１２２にはベアリング１２４が配置され、出力軸１１２をモータハウジング１１０に対して回転自在に軸支する。一方、モータハウジング１１０の減速機構１２０との接続側には、ロータ１１６を挿通可能な開口部１２６が形成されている。開口部１２６にはベアリング１２８が配置され、ロータ１１６をモータハウジング１１０に対して回転自在に軸支している。

モータハウジング１１０の内壁面には、ステータ１３０が固定され、ステータ１３０の内周側にロータ１１６が配置される。ステータ１３０は、積層された電磁鋼板で形成される鉄心１３２ａと、鉄心１３２ａの各ティース部に巻回配置される３相のコイル１３２ｂとで構成される。

ロータ１１６は、その軸長全体に亘って中心部に出力軸１１２を回転自在に挿通するための挿通孔１１６ａが形成されている。出力軸１１２は挿通孔１１６ａに配置された複数のベアリング１３４により、ロータ１１６に対して独立して回転自在に保持される。ロータ１１６は、ステータ１３０と対向する大径部分と、それに連なり減速機構１２０の内部まで延びる小径部分とからなる。大径部分の外周面には、複数の永久磁石１３６が配置される。こうして、コイル１３２ｂに順次所定のタイミングで電流を供給することにより、ステータ１３０に回転磁界を発生させ、ロータ１１６を回転させることができる。

ロータ１１６の小径部分の先端部には、歯車減速機１１８の第１ギア１３８ａと噛合するロータギア１４０が形成されている。第１ギア１３８ａを支持するギアシャフト１４２は、複数のベアリング１４４によって軸支される。このギアシャフト１４２には、小径の第２ギア１３８ｂが固定され、第２ギア１３８ｂは、出力軸１１２に固定されている大径の第３ギア１３８ｃに噛合する。出力軸１１２は、減速機構１２０内部に配置されたベアリング１４６にも軸支され、スムーズな回転が確保されている。

以上のような車輪１００において、ロータ１１６の回転力は、歯車減速機１１８によって減速されて出力軸１１２へと伝達されホイール１０４に伝わり、最終的にタイヤ１０２を回転駆動する。

ところで、このようなインホイールモータ方式の車両においては、１つのモータに異常が発生すると、車両全体の走行性能に影響をおよぼすことになるため、異常発生時の対処法を予め考慮しておく必要がある。本実施の形態の車両制御装置は、モータを含む車輪に異常が発生した場合、そのモータに対する制御を直ちに停止するのではなく、車両挙動に与える影響が少なくなったと判断される時点で停止させるようにした。

図３は、ＥＣＵ２００のうち、異常発生時の車両制御に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

異常検出部２０２は、車輪側センサ５４、車輪速センサ４２、アンプ２４などから送られてくる情報に基づいて、車輪１００に発生する異常を検出する。ここでいう異常には、モータ５２や減速機構等の制駆動系統の機械的な異常、センサなどの電気的な異常など、車両の正常な走行に影響を与えうる異常の全てが含まれる。

指令値算出部２０４は、アクセル操作量センサ３０、ブレーキ操作量センサ３２から検出値を受け取って、アンプ２４に与える指令値を算出する。ここでいう指令値は、モータ５２の発揮する駆動力に対応しており、アクセル操作量が増加した場合は、モータ５２に駆動力を発揮せしめるために指令値は増加され、アクセル操作量が減少した場合、指令値は減少される。また、ブレーキ操作量が増加した場合は、モータ５２に回生による制動力を発揮せしめるために指令値は減少され、ブレーキ操作量が減少した場合は、回生による制動力を弱めるために指令値は増加される。

異常時制御停止部２０６は、車輪１００の異常発生時に、指令値算出部２０４からの指令値に関係なく、異常が検出された車輪に備えられたモータ５２に対する制御を停止する。異常時制御停止部２０６は、異常検出部２０２において異常が検出されていない間は、指令値算出部２０４からの指令値をそのままアンプ２４に出力する。異常検出部２０２において異常が検出された場合は、指令値を直ちに０にするのではなく、まず「待機モード」に移行する。この待機モードの間は、正常時の制駆動制御を継続する。そして、指令値算出部２０４から受け取る指令値が予め定められたしきい値Ｓ_ｔｈ以下になったとき、異常時制御停止部２０６は、指令値を徐々に減少させ、最終的にモータに対する制御を停止する。このような待機モードを設定するのは、アンプ２４に出力される指令値が小さくなったときにモータの制御を停止する方が、車両全体の挙動に与える影響が小さいと考えられるからである。

図４は、異常時制御停止部２０６の待機モードを説明するグラフである。図４において、一点鎖線「ｂ」は、指令値算出部２０４において算出される指令値の時間変化の例を示している。時刻ｔ_０において、異常検出部２０２により車輪１００の異常が検出されたものとする。この異常検出の時点からアンプ２４に対する指令値を減少させると（図４の点線「ａ」）、その車輪のみ突然駆動力を喪失した状態となり、特に車両の加速中や高速走行中などにおいては、車両の安定性を損なう可能性がある。そこで、本実施形態では、異常が検出されてもモータに対する制御を停止するのではなく、待機モードに移行する。車両が走行を続け、時刻ｔ_１において指令値算出部２０４からの指令値がしきい値Ｓ_ｔｈ以下になると、異常時制御停止部２０６は、実線「ｃ」で示すように、指令値を徐々に減少させていき、最終的にはモータ５２に対する制御を停止する。

図５は、本実施の形態による異常発生時の車両制御を示すフローチャートである。異常検出部２０２が車輪１００の異常を検出すると（Ｓ１０のＹ）、異常時制御停止部２０６は待機モードに移行し（Ｓ１２）、それとともに、指令値算出部２０４から出力される指令値の監視を開始する（Ｓ１４）。指令値がしきい値Ｓ_ｔｈ以下となるまでは、指令値算出部２０４からの指令値をそのままアンプ２４に出力し（Ｓ１６のＮ）、しきい値Ｓ_ｔｈ以下になると（Ｓ１６のＹ）、異常時制御停止部２０６は、指令値を徐々に減少させていき、異常が検出された車輪のモータに対する制御を停止する（Ｓ１８）。

以上説明したように、本実施形態によれば、車輪の異常検出時に、異常が検出された車輪を駆動するモータの制御を直ちに停止せず、指令値がしきい値以下になった時点で停止するので、車両の運動特性の変化を緩和し、車両挙動に与える影響を小さくすることができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例について述べる。

車輪に異常が発生したとき、その異常の程度を判定して、異常が重大な場合は、上述の実施形態のように待機モードに移行するのではなく、直ちにモータの制御を停止するようにしてもよい。これを図６を参照して説明する。異常検出部２０２により車輪１００の異常が検出されると、異常ランク分類部２０８が、車両の走行安定性に与える影響の大きさを考慮して予め分類されている異常ランクのいずれに相当する異常かを判定する。そして、ランクが所定のランクであれば、異常時制御停止部２０６は、上述したように待機モードに移行する。ランクが所定のランク以外である場合は、早期に制御を停止した方が安全性を確保する上で好ましいと判断され、異常時制御停止部２０６は、待機モードに移行せずに、図４中の点線「ａ」で示すように指令値を直ちに減少させる。このようにすることによって、異常の重要度に応じた制御が可能となる。

異常ランク分類部２０８により分類されたランクに応じて待機モードに移行するか否かを決定する代わりに、分類されたランクに応じて、異常時制御停止部２０６における、指令値の減少を開始するためのしきい値Ｓ_ｔｈを変更するようにしてもよい。

異常ランク分類部２０８は、例えば次のような基準で異常を分類する。すなわち、モータや減速機構のベアリング部分の異常加熱や異常振動、ステータへの過大電流の印可、タイヤの異常加熱などの車両の走行に影響を与えうる異常は、直ちにモータの制御を停止するランクに分類してさらなる異常の発生を防止する。これに対し、タイヤ空気圧の低下、電機装備の軽微な異常、センサ故障などのように、車両の走行に与える影響が少ないと考えられる異常は、待機モードに移行すべきランクに分類する。

実施の形態では、車輪に異常が発生したとき、その車輪を駆動しているモータの制御を停止することを述べたが、異常時制御停止部２０６は、車輪に異常が発生したとき、全車輪に対して制動の指令を出して、車両を停止させるようにしてもよい。これによって、異常発生時の安全性をより高めることができる。

異常時制御停止部２０６は、指令値以外にも、アクセル操作量、ブレーキ操作量を制動開始のしきい値とすることができる。例えば、待機モードにあるときに、アクセル操作量が所定の値以下になると、モータの制御を停止するように構成することができる。または、ブレーキ操作量が所定の値以上になると、モータの制御を停止するように構成することができる。これによって、運転者がアクセルペダルの踏み込みを減らしたり、またはブレーキペダルの踏み込みを増やすときのように、運転者の意思が車両の制動にあると判断されるときにモータの制御が停止されるので、車両挙動に与える影響を小さくすることができる。

制動制御時に、周囲に異常の発生を報知するためにテールランプを点滅させたり、車内の乗員に異常の発生を知らしめるための報知手段を備えていてもよい。

実施の形態では、各輪独立して制御可能なインホイールモータ方式の車両について説明したが、各車輪に対応したモータが車体側に設けられている車両にも本発明を適用することができる。

一実施形態に係る車両制御装置を搭載した車両の全体構成図である。車輪の構造を模式的に示した図である。図１のＥＣＵの機能ブロック図である。異常時制御停止部の待機モードを説明する図である。一実施形態による異常発生時の車両制御のフローチャートである。別の実施形態に係るＥＣＵの機能ブロック図である。

符号の説明

１０車両、１２車体、２４アンプ、３０アクセル操作量センサ、３２ブレーキ操作量センサ、３４ステアリングセンサ、４２車輪速センサ、５２モータ、５４車輪側センサ、１００車輪、１２０減速機構、２００ＥＣＵ、２０２異常検出部、２０４指令値算出部、２０６異常時制御停止部、２０８異常ランク分類部。

Claims

車両に備えられた車輪にそれぞれ内蔵され、該車輪を制駆動する制駆動手段と、
運転者による車両の操作量を検出する操作量検出手段と、
検出された操作量を参照して、前記制駆動手段の発揮する駆動力の指令値を算出する指令値算出手段と、
前記車輪に発生した異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段により異常が検出されたとき、前記指令値が予め定められた値以下になるまで異常が検出された車輪の制駆動手段に対して前記指令値算出手段により算出された指令値をそのまま出力する待機モードに移行し、待機モードに移行後に前記指令値が予め定められた値以下になったとき、前記指令値算出手段により算出された指令値に関係なく、異常が検出された車輪の制駆動手段に対する指令値を徐々に減少させる異常時制御停止手段と、
を備えることを特徴とする車両制御装置。
前記異常検出手段により検出された異常を、車両の走行に及ぼす影響度に応じて予め定められているランクに分類する異常ランク分類手段をさらに備え、
前記異常時制御停止手段は、分類された異常のランクが所定のランクであるとき前記待機モードに移行し、所定のランク以外のときは、前記待機モードに移行せずに、異常が検出された車輪の制駆動手段に対する指令値を直ちに減少させることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
前記操作量検出手段が運転者によるアクセル操作量を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。
前記操作量検出手段が運転者によるブレーキ操作量を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の車両制御装置。