JP4565228B2 - Environmentally-friendly vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車等の電気モータを含む駆動系を有する環境対策車に関するものである。 The present invention relates to an environmentally friendly vehicle having a drive system including an electric motor such as a hybrid car, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle.
従来、車両の動力源として、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の原動機に代わるものとして、燃料電池やバッテリから供給される電力によって回転する電気モータを使用した電気自動車の開発が進められている。電気自動車は、ガソリン、軽油等の燃料を燃焼させないので、排気、騒音等の公害を発生しない等の利点を備えている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as an alternative to a prime mover such as a gasoline engine or a diesel engine as a power source of a vehicle, development of an electric vehicle using an electric motor that rotates by electric power supplied from a fuel cell or a battery has been advanced. Since electric vehicles do not burn fuel such as gasoline and light oil, they have the advantage of not causing pollution such as exhaust and noise.
また、駆動源として使用される電気モータが、原動機と比較して小型であり、かつ、発生トルク、回転数等の制御も容易であるため、複数の電気モータによって車両の前後輪を独立して駆動する前後輪独立駆動型の電気自動車の開発が進められている。前後輪を独立して駆動することによって車両の走行安定性が向上するだけでなく、電気モータを前後に配設することによりスペース効率、重量バランス等が向上する。
しかしながら、前記従来の電気自動車においては、電気モータを含む駆動系に何らかの故障が発生すると、安全性の観点から駆動系の動作を停止させるようなフェールセイフ制御が行われるようになっている。このようなフェールセイフ制御が、周囲を他の車両が走行している一般の交通環境下において行われると、車両の流れの中で当該電気自動車だけが急停止してしまうこととなり、却（かえ）って危険な状態を引き起こす可能性がある。 However, in the conventional electric vehicle, when any failure occurs in the drive system including the electric motor, fail-safe control is performed to stop the operation of the drive system from the viewpoint of safety. If such fail-safe control is performed in a general traffic environment in which other vehicles are traveling around, only the electric vehicle will suddenly stop in the flow of the vehicle. ) Can cause dangerous conditions.
本発明は、前記従来の問題点を解決して、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完するようにして、前輪駆動系又は後輪駆動系に故障が発生しても、車両が停止してしまうことがなく、一般の交通環境下において安全性が高い環境対策車を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems by using the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism to drive the drive torque and braking torque of the front wheel drive system and the drive torque and braking torque of the rear wheel drive system. Are independently controlled, and the functions of the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism are mutually monitored to complement the functions. An object of the present invention is to provide an environmentally-friendly vehicle that does not stop even if a failure occurs and is highly safe in a general traffic environment.
そのために、本発明の環境対策車においては、前輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む前輪駆動系と、後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系と、前記前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構とを有する前後輪独立駆動型の環境対策車であって、前記前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完する前後輪相互補完手段と、故障判定手段と、故障駆動系切替手段とを有し、前記前後輪相互補完手段は、前記前輪駆動系又は後輪駆動系のいずれかが故障した場合、故障した方の駆動系のトルク制御機構が故障直前に電気モータに指令した駆動トルク又は制動トルクの一部乃至全部を、故障していない方の駆動系のトルク制御機構が電気モータに指令した駆動トルク又は制動トルクに加えて補完する手段であって、その時点における故障していない方の駆動系の車輪の滑り比に基づいて補完する手段であり、前記故障判定手段は、前記前輪駆動系及び後輪駆動系の電気モータに流れる電流、前記電気モータの回転速度、又は、前記電気モータに電力を供給する電力変換器の入力若しくは出力電流のいずれかの状態に基づいて前記前輪駆動系及び後輪駆動系の故障を判定する手段であり、前記故障駆動系切替手段は、前記故障判定手段が故障と判定した場合、故障と判定された駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御するための指令をゼロとする操作、又は、故障と判定された駆動系の電力変換器の動作を停止させる信号を生成する操作を行う手段である。 Therefore, in the environmentally-friendly vehicle of the present invention, a front wheel drive system including an electric motor connected to the front left and right wheels via a differential gear, and an electric motor connected to the rear left and right wheels via a differential gear. Including a rear wheel drive system, a front wheel drive system torque control mechanism and a rear wheel drive system torque control mechanism for independently controlling the drive torque and brake torque of the front wheel drive system and the drive torque and brake torque of the rear wheel drive system, respectively. A front-rear wheel independent drive type environmentally friendly vehicle having front and rear wheels complementing each other with the functions of the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism being monitored mutually means comprises a failure determining means, and a fault drive system switching means, the front and rear wheels complementary means, if any of the front wheel drive system or a rear wheel drive system has failed, the failure The drive torque commanded to the electric motor by the torque control mechanism of the other drive system, or part or all of the drive torque or braking torque commanded to the electric motor immediately before the failure by the torque control mechanism of the other drive system Alternatively, it is a means for complementing in addition to the braking torque, and is a means for complementing based on the slip ratio of the wheel of the drive system that has not failed at that time, and the failure determination means includes the front wheel drive system and the rear wheel drive system. The front wheel drive system and the rear wheel based on the current flowing through the electric motor of the wheel drive system, the rotational speed of the electric motor, or the input or output current of a power converter that supplies power to the electric motor. The failure drive system switching means is a means for determining a drive system failure, and the failure drive system switching means, when the failure determination means determines a failure, a drive torque and a braking torque of the drive system determined as a failure. Operation of a command for controlling the zero, or, Ru means der perform an operation for generating a signal to stop the failure judged to be the operation of the power converter of the drive system.
本発明の更に他の環境対策車においては、さらに、前記故障判定手段は、前記前輪駆動系及び後輪駆動系の電気モータに流れる三相電流のうちの二相以上の電流が検出されない場合、前記電気モータの回転速度を計測する速度センサからの信号が欠相した場合、又は、前記電力変換器の入力電流が所定の値を超えた場合に、故障と判定する。 In still another environmentally-friendly vehicle of the present invention, the failure determination means further detects a current of two or more phases among the three-phase currents flowing through the electric motors of the front wheel drive system and the rear wheel drive system, When the signal from the speed sensor that measures the rotation speed of the electric motor is out of phase, or when the input current of the power converter exceeds a predetermined value, it is determined as a failure.
本発明によれば、環境対策車においては、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完するようになっている。これにより、前輪駆動系又は後輪駆動系に故障が発生してフェールセイフ制御を行っても、車両が停止してしまうことがなく、安全性を向上させることができる。 According to the present invention, in an environmentally-friendly vehicle, the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism respectively change the drive torque and brake torque of the front wheel drive system and the drive torque and brake torque of the rear wheel drive system. In addition to being controlled independently, the functions of the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism are mutually monitored while complementing the functions. As a result, even if a failure occurs in the front wheel drive system or the rear wheel drive system and the fail-safe control is performed, the vehicle does not stop and safety can be improved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は本発明の実施の形態における環境対策車の駆動系の構成を示す図、図２は本発明の実施の形態における環境対策車のフェールセイフ制御方法の概念を示す図、図３は本発明の実施の形態における環境対策車のシステム構成を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a drive system for an environmentally-friendly vehicle in an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the concept of a fail-safe control method for an environmentally-friendly vehicle in an embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the system configuration | structure of the environmental countermeasure vehicle in embodiment of invention.
図において、１１は本実施の形態における環境対策車としての前後輪独立駆動電気自動車１１であり、制御システム１０によってその動作の制御が行われる。なお、本実施の形態において、環境対策車とは、例えば、ハイブリッドカー、電気自動車、燃料電池車等のように、電気モータを含む駆動系を有する車両である。
In the figure,
そして、前記前後輪独立駆動電気自動車１１は、前輪を駆動するための電気モータとしての前輪用モータ１２、及び、後輪を駆動するための電気モータとしての後輪用モータ１３を有し、車両の前輪及び後輪をそれぞれ独立して駆動する。また、前輪の左右輪及び後輪の左右輪は、作動機構、すなわち、ディファレンシャルギアを介して、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３の回転軸に連結されている。これにより、前後輪独立駆動電気自動車１１が左右に旋回する際に発生する内輪差をスムーズに吸収することができる。
The front and rear wheel independent drive
なお、図１（ｂ）に示される前後輪独立駆動電気自動車１１は、図１（ａ）に示される前後輪独立駆動電気自動車１１の前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３をシンクロナスモータ及びインダクターモータに変更したものであり、他の点の構成においては、図１（ａ）に示される前後輪独立駆動電気自動車１１と同様である。
Note that the front and rear wheel independent drive
本実施の形態において、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に電力を供給する電力源は、例えば、乾電池等の一次電池、バッテリ、キャパシタ等の二次電池等であるが、これらに限定されることなく、燃料電池であってもよいし、太陽電池、原子力電池、熱電池等の物理電池であってもよく、いかなる種類のものであってもよい。
In the present embodiment, the power source that supplies power to the
そして、前輪用モータ１２によって前輪を駆動する前輪駆動系と、後輪用モータ１３によって後輪を駆動する後輪駆動系とは、互いに独立した駆動系であり、互いに独立して動作する。なお、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３が発生する出力トルクは、互いに等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
The front wheel drive system that drives the front wheels by the
また、前記制御システム１０は、前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する前輪駆動系トルク制御機構と、後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する後輪駆動系トルク制御機構とを有する。そして、前記前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構は、前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する。
The
なお、前記制御システム１０は、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構の他に、中央制御システムを有する。そして、例えば、運転者がアクセルペダル、ブレーキペダル等の操作手段を操作することによって発生する操作入力は、前記中央制御システムにより処理され、前記操作入力に応じた加速、減速等の動作を行うための動作指令が、前記中央制御システムから前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構に対して出力され、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構は、前記動作指令に応じて前輪駆動系及び後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御する。これにより、前後輪独立駆動電気自動車１１は、運転者の操作に従って走行することができる。
The
さらに、前記制御システム１０は、図２に示されるような方法によって、フェールセイフ制御を行うことができる。ここで、前記制御システム１０は、前記前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完する前後輪相互補完手段を有する。
Further, the
そして、該前後輪相互補完手段は、前記前輪駆動系又は後輪駆動系のいずれか一方が故障した場合、故障した一方の駆動系のトルク制御機構が故障直前に前輪用モータ１２又は後輪用モータ１３に指令した駆動トルク又は制動トルクの一部乃至全部を、故障していない健全な他方の駆動系のトルク制御機構が前輪用モータ１２又は後輪用モータ１３に指令した駆動トルク又は制動トルクに加えて補完するようになっている。この場合、前後輪相互補完手段は、補完する際に、その時点における他方の駆動系の滑り比に基づいて、補完すべき駆動トルク又は制動トルクの指令を決定する。
When the front wheel drive system or the rear wheel drive system breaks down, the front and rear wheel mutual complementing means is configured such that the
また、前記制御システム１０は、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に流れる電流、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３の回転速度、又は、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に電力を供給する電力変換器としてのインバータの入力若しくは出力電流のいずれかの状態に基づいて前輪駆動系及び後輪駆動系の故障を判定する故障判定手段を有するとともに、該故障判定手段が故障と判定した場合、故障と判定された駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御するための指令をゼロとする操作、又は、故障と判定された駆動系のインバータの動作を停止させる信号を生成する操作を行う故障駆動系切替手段を有する。
Further, the
なお、前記故障判定手段は、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に流れる三相電流のうちの二相以上の電流が検出されない場合、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３の回転速度を計測する速度センサからの信号が欠相した場合、又は、インバータの入力電流が所定の値を超えた場合に、故障と判定するようになっている。
The failure determination means determines the rotational speeds of the
そして、前輪駆動系又は後輪駆動系に故障が発生すると、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構の機能を相互補完しながら、前後輪独立駆動電気自動車１１を停止させることなく、その走行を継続させる。発生した故障が重大なものでない場合、例えば、いずれかのセンサの故障である場合、故障の発生していない方の制御システムが、他方の制御システムにおける故障したセンサの機能を補完して耐故障制御（Ｆａｕｌｔ Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）を行うことによって、他方の駆動系の動作を維持して前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。また、発生した故障が重大なものである場合、例えば、インバータやモータの故障である場合、故障の発生した駆動系を分離して、故障の発生していない方のトルク制御機構が故障の発生していない方の駆動系を制御して、前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。これにより、前輪駆動系又は後輪駆動系に故障が発生しても、前後輪独立駆動電気自動車１１が停止してしまうことがないので、周囲を他の車両が走行している一般の交通環境下において、安全性を維持することができる。
When a failure occurs in the front wheel drive system or the rear wheel drive system, the front and rear wheel independent drive
図に示される例において、制御システム１０の故障判定手段は、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に供給される三相電流、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３の回転速度を計測する速度センサからの信号、並びに、前輪駆動系及び後輪駆動系のインバータの入力電流を検出することによって故障を判断する。そして、前輪駆動系又は後輪駆動系のインバータ又はモータが故障すると、故障した方の駆動系を分離して、正常な方の駆動系のみによって前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。一方、速度センサが故障すると、故障の状態が補完可能なものか否かを判断する。そして、補完可能でない場合には、インバータ又はモータが故障した場合と同様に、故障した方の駆動系を分離して、正常な方の駆動系のみによって前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。また、補完可能である場合には、故障したセンサの機能を補完して耐故障制御を行うことによって前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。
In the example shown in the figure, the failure determination means of the
次に、前記構成の制御システム１０の動作について説明する。まず、前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に供給される電流量を検出する動作について説明する。
Next, the operation of the
図４は本発明の実施の形態における電流センサが故障した場合のフェールセイフ制御の動作を示す図、図５は本発明の実施の形態における一相の故障を検出する回路を示す図、図６は本発明の実施の形態における二相の故障を検出する回路を示す図、図７は本発明の実施の形態における三相の故障を検出する回路を示す図、図８は本発明の実施の形態における一相又は二相の故障を検出する回路のシミュレーション結果を示す図である。 FIG. 4 is a diagram showing the operation of fail-safe control when the current sensor in the embodiment of the present invention fails, FIG. 5 is a diagram showing a circuit for detecting a single-phase failure in the embodiment of the present invention, and FIG. Is a diagram showing a circuit for detecting a two-phase fault in the embodiment of the present invention, FIG. 7 is a diagram showing a circuit for detecting a three-phase fault in the embodiment of the present invention, and FIG. It is a figure which shows the simulation result of the circuit which detects the failure of the one phase or two phases in a form.
前輪用モータ１２及び後輪用モータ１３に供給される三相電流を検出するために、３つの電流センサが使用される。そして、電流センサの故障には、一相の故障、二相の故障及び三相の故障の３つの状態があり、次のように検出される。
In order to detect a three-phase current supplied to the
そのため、電流センサの２種類の故障状態を検出する必要がある。さらに、前後輪独立駆動電気自動車１１が故障によって突然に停止すると、交通事故を起こしかねない。そこで、２つ以上のセンサが同時に故障しない限り、他の正常なセンサが故障したセンサの機能を補完して、前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させるようになっている。これが、電流センサが故障した場合におけるフェールセイフ制御の基本的な概念である。
Therefore, it is necessary to detect two types of failure states of the current sensor. Furthermore, if the front and rear wheel independent drive
なお、電流センサの故障はハードウェアによって検出することもできるし、ソフトウェアによって検出することもできる。そこで、次に、ソフトウェアによって検出する方法について説明する。 Note that the failure of the current sensor can be detected by hardware or can be detected by software. Then, next, the method detected by software is demonstrated.
まず、図４に示されるように、電流センサによって検出された三相電流Ｉｕ 、Ｉｖ 、Ｉｗ の和が次の式（１）を満足するか否かが判断される。
Ｉｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝Δε ・・・式（１）
なお、Δεは、前後輪独立駆動電気自動車１１が通常に走行している際における許容誤差であり、その値はほぼゼロである。
First, as shown in FIG. 4, it is determined whether or not the sum of the three-phase currents Iu, Iv, and Iw detected by the current sensor satisfies the following expression (1).
Iu + Iv + Iw = Δε (1)
Δε is an allowable error when the front and rear wheel independent drive
そして、前記式（１）が満足されない場合、すなわち、計測された三相電流の間における三相のバランスが維持されない場合、電流センサが劣化しているか又は故障していると考えられる。しかし、いずれの電流センサが故障しているかを判断することができない。そこで、自己電流Ｉｕ ’、Ｉｖ ’、Ｉｗ ’を使用して自己チェックが行われる。なお、自己電流Ｉｕ ’、Ｉｖ ’、Ｉｗ ’は、実際に測定せずに、二相電流（Ｉｖ 、Ｉｗ ）、（Ｉｗ 、Ｉｕ ）、（Ｉｕ 、Ｉｖ ）に基づき、次の式（２）〜（４）を使用して算出される。
Ｉｕ ’＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ）・・・式（２）
Ｉｖ ’＝−（Ｉｗ＋Ｉｕ）・・・式（３）
Ｉｗ ’＝−（Ｉｕ＋Ｉｖ）・・・式（４）
電流が交流であるので、計算された電流（Ｉｕ ’、Ｉｖ ’、Ｉｗ ’）と計測された電流（Ｉｕ 、Ｉｖ 、Ｉｗ ）とを直接比較することは困難である。そこで、次の式（５）を使用して、交流の電流量を直流の電流量に変換する。
And when said Formula (1) is not satisfied, ie, when the three-phase balance between the measured three-phase electric current is not maintained, it is thought that the current sensor has deteriorated or has failed. However, it cannot be determined which current sensor has failed. Therefore, self-checks are performed using self-currents Iu ′, Iv ′, Iw ′. The self-currents Iu ′, Iv ′, Iw ′ are not actually measured, and are based on the two-phase currents (Iv, Iw), (Iw, Iu), (Iu, Iv) based on the following formula (2) Calculated using (4).
Iu ′ = − (Iv + Iw) Formula (2)
Iv ′ = − (Iw + Iu) (3)
Iw ′ = − (Iu + Iv) (4)
Since the current is alternating current, it is difficult to directly compare the calculated current (Iu ′, Iv ′, Iw ′) with the measured current (Iu, Iv, Iw). Therefore, the following equation (5) is used to convert an alternating current amount into a direct current amount.
次に、駆動系が安定した状態にある場合、時刻ｎにおけるトルク電流基準Ｉｑ *(n)は、次の式（６）に基づく計算によって得られるＩｑ１(n) 、Ｉｑ２(n) 及びＩｑ３(n) と比較される。 Next, when the drive system is in a stable state, the torque current reference Iq * (n) at time n is obtained by calculation based on the following equation (6): Iq1 (n), Iq2 (n) and Iq3 ( compared to n).
また、駆動系が安定した状態にない場合、故障状態が前述のハードウェアによって判断される。例えば、Ｕ相のセンサのみが故障している場合、Ｕ相のセンサの故障は計算されたトルク電流Ｉｑ２(n) 及びＩｑ３(n) から判断される。故障したＵ相のセンサによって電流が計測されるので、前記式（６）の誤差は許容値ε’より大きくなる。そこで、正しく検出された電流Ｉｑ１(n) を使用してフェールセイフ制御が行われる。計算されたすべての電流Ｉｑ１(n) 、Ｉｑ２(n) 及びＩｑ３(n) が前記式（６）を満足しない場合、２つ以上の電流センサが故障であると判断され、駆動系は正常な駆動系のみに切り替えられる。 Further, when the drive system is not in a stable state, the failure state is determined by the hardware described above. For example, when only the U-phase sensor has failed, the failure of the U-phase sensor is determined from the calculated torque currents Iq2 (n) and Iq3 (n). Since the current is measured by the failed U-phase sensor, the error in the equation (6) becomes larger than the allowable value ε ′. Therefore, fail-safe control is performed using the correctly detected current Iq1 (n). If all the calculated currents Iq1 (n), Iq2 (n) and Iq3 (n) do not satisfy the above equation (6), it is determined that two or more current sensors are faulty, and the drive system is normal. Switch to drive system only.
次に、速度センサが故障した場合のフェールセイフ制御の動作について説明する。 Next, the operation of fail-safe control when the speed sensor fails will be described.
図９は本発明の実施の形態における速度センサが故障した場合のフェールセイフ制御の動作を示す図、図１０は本発明の実施の形態におけるＡ相又はＢ相の信号の欠相を検出する回路を示す図、図１１は本発明の実施の形態におけるＡ相又はＢ相の信号の欠相を検出するタイミングチャートを示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the operation of fail-safe control when the speed sensor in the embodiment of the present invention fails, and FIG. 10 is a circuit for detecting a missing phase of the A phase or B phase signal in the embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing a timing chart for detecting the phase loss of the A-phase or B-phase signal in the embodiment of the present invention.
速度センサの故障は、前後輪独立駆動電気自動車１１の駆動系に大きな影響を及ぼす。通常、光学的ロータリーエンコーダが速度センサとして使用される。該速度センサは、センサの構成部材の性能低下及びセンサに繰り返し加えられる振動によって、使用中に故障することがある。突然の停止による交通事故を防止するために、速度センサの故障状態に基づいたフェールセイフ制御、すなわち、耐故障制御が必要である。互いに９０度の位相差があるＡ相信号及びＢ相信号、並びに、シンクロナスモータにおける磁極の基準位置を示すＺ相信号が速度センサによって生成される。
The failure of the speed sensor greatly affects the drive system of the front and rear wheel independent drive
そして、図９に示されるように、フェールセイフ制御は、速度センサの故障状態を判断して行われる。Ａ相信号及びＢ相信号が欠相しているときは、正常な信号によって異常な信号を補完して、前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させるようになっている。また、Ａ相信号及びＢ相信号、並びに、Ｚ相信号に異常があるときは、故障した方の駆動系を分離して、正常な方の駆動系のみによって前後輪独立駆動電気自動車１１の走行を継続させる。
As shown in FIG. 9, the fail-safe control is performed by determining the failure state of the speed sensor. When the A phase signal and the B phase signal are out of phase, the abnormal signal is complemented by the normal signal, and the traveling of the front and rear wheel independent drive
速度センサ、すなわち、光学的ロータリーエンコーダは、互いに９０度の位相差がある二相信号としてのＡ相信号及びＢ相信号を生成する。そして、各信号の欠相は、レベル状態、すなわち、各信号のレベルが変化するときの上昇及び下降のタイミングでのＨ（１）レベル及びＬ（０）レベルを観察することによって検出される。これは、車両の前進及び後退に対応する時計回り方向及び反時計回り方向の二相のために欠相を検出する必要があるためである。 A speed sensor, that is, an optical rotary encoder, generates an A-phase signal and a B-phase signal as two-phase signals having a phase difference of 90 degrees from each other. The phase loss of each signal is detected by observing the H (1) level and L (0) level at the level state, that is, the rising and falling timings when the level of each signal changes. This is because it is necessary to detect an open phase due to the two phases of the clockwise direction and the counterclockwise direction corresponding to the forward and backward movement of the vehicle.
図１０には、このような考え方を実現する回路が示されている。該回路は、４つのＤタイプフリップフロップ（Ｄ−ＦＦ１−４）を備え、Ｄ−ＦＦｓの信号出力に基づいてＡ相信号又はＢ相信号のいずれが欠相しているのかを判断する。前記回路において、Ｄ−ＦＦ１及びＤ−ＦＦ２はＢ相信号の上昇及び下降のタイミングでＡ相信号の欠相を観察し、Ｄ−ＦＦ３及びＤ−ＦＦ４はＡ相信号の上昇及び下降のタイミングでＢ相信号の欠相を観察する。 FIG. 10 shows a circuit that realizes such a concept. The circuit includes four D-type flip-flops (D-FF1-4), and determines whether the phase A signal or the phase B signal is missing based on the signal output of the D-FFs. In the above circuit, D-FF1 and D-FF2 observe the phase loss of the A phase signal at the rising and falling timings of the B phase signal, and D-FF3 and D-FF4 are at the rising and falling timings of the A phase signal. Observe the phase loss of the B phase signal.
前記回路が欠相を検出する動作の例は、図１１に示されるようなタイミングチャートを使用して説明することができる。時点ｔ＝ｔ１でＡ相信号が欠相した場合、Ｄ−ＦＦ１は、Ｂ相信号が下降した時点ｔ＝ｔ２で欠相を検出する。一方、時点ｔ＝ｔ３でＢ相信号が欠相した場合、Ｄ−ＦＦ４は、Ａ相信号が上昇した時点ｔ＝ｔ４で欠相を検出する。最終的な欠相の判断は、他のＤ−ＦＦの出力によって欠相を検出したＤ−ＦＦの出力がなされたときに行われる。
An example of an operation in which the circuit detects an open phase can be described using a timing chart as shown in FIG. When the phase A signal is lost at the time t = t1, the D-
図１０において、Ｄ−ＦＦ１及びＤ−ＦＦ４の出力は、Ｄ−ＦＦ２及びＤ−ＦＦ３の出力に各々一致する。ここで、Ａ相信号及びＢ相信号が欠相した場合、前記出力は、図１１に示されるように、Ｈ又はＬレベルになる。欠相の判断は、車両の運転に重大な影響を及ぼすので、他の技術を使用して二重チェックされるべきである。 In FIG. 10, the outputs of D-FF1 and D-FF4 correspond to the outputs of D-FF2 and D-FF3, respectively. Here, when the A-phase signal and the B-phase signal are lost, the output becomes H or L level as shown in FIG. The determination of phase loss has a significant impact on vehicle operation and should be double-checked using other techniques.
Ａ相信号又はＢ相信号のいずれかが時刻（ｔ＋１）で欠相したとすると、計測期間中の速度差が前の時刻（ｔ）で正確に得られた速度ω（ｎ）の半分未満となることに基づき、次の式（７）が他の判断条件として使用される。 If either phase A signal or phase B signal is lost at time (t + 1), the speed difference during the measurement period is less than half of the speed ω (n) accurately obtained at the previous time (t). Therefore, the following equation (7) is used as another judgment condition.
前述の欠相を検出する方法では、観察されている信号の欠損が確実に検出されるために、観察される信号が正常であることを前提とする。したがって、Ａ相信号及びＢ相信号が同時に欠相すると検出されないことになる。このような状態では、前輪又は後輪の速度ωｆ又はωｒは検出されないので、ゼロとされる。これにより、二相信号が同時に欠相した状態が検出される。しかし、車輪がロックされた場合も含まれてしまうので、車輪がロックされた場合を除外する必要がある。 In the above-described method for detecting an open phase, it is assumed that the observed signal is normal in order to reliably detect the loss of the observed signal. Therefore, if the A phase signal and the B phase signal are lost simultaneously, they are not detected. In such a state, the speed ωf or ωr of the front wheel or the rear wheel is not detected, and is set to zero. As a result, a state in which the two-phase signals are lost simultaneously is detected. However, since the case where the wheel is locked is included, it is necessary to exclude the case where the wheel is locked.
車輪のロックは、ブレーキ操作が行われた場合なので、次の式（８）及び（９）を使用して、前輪及び後輪の滑り比Ｓｂｆ、Ｓｂｒ を算出することによって検出される。 Since the wheel is locked when the brake operation is performed, the following formulas (8) and (9) are used to detect the slip ratios Sbf and Sbr of the front wheels and the rear wheels.
ブレーキ時に滑り比が１に近くなるまで増加するときは少なくとも一方の車輪の速度、すなわち、Ｒωｆ又はＲωｒがゼロになるので、車輪のロックが発生したことによって速度がゼロであると判断される。滑り比が通常範囲である０．１と０．３との間にあるときに車輪の速度がゼロになったことが検出されると、欠相であると判断される。相信号の欠相と車輪のロックとが同時に発生すると、滑り比の制御性から欠相が判断される。 When the slip ratio increases to close to 1 during braking, the speed of at least one wheel, that is, Rωf or Rωr becomes zero, so it is determined that the speed is zero due to the occurrence of wheel lock. If it is detected that the wheel speed is zero when the slip ratio is between 0.1 and 0.3, which is the normal range, it is determined that the phase is missing. If the phase loss of the phase signal and the wheel lock occur at the same time, the phase loss is determined from the controllability of the slip ratio.
次に、Ｚ相信号の欠相を検出する方法について説明する。 Next, a method for detecting an open phase of the Z-phase signal will be described.
Ｚ相信号は、ロータリーエンコーダが１回転する毎に発生する。通常、ロータリーエンコーダはシンクロナスモータのモータ軸（ロータ）にセットされるので、Ｚ相信号の生成タイミングはシンクロナスモータのロータの磁極の位置に一致する。そのため、磁極の位置はＺ相信号を検出することによって認識される。シンクロナスモータが１回転するときのロータの回転角は、Ｚ相信号が生成されている間にロータリーエンコーダによって生成されるＡ相信号及びＢ相信号の数を数えるカウンタを使用することにより把握することができる。すなわち、Ｚ相信号が生成される期間は、カウンタが２πに達する値に対応する。そのため、Ｚ相信号の欠相は、カウンタによってカウントされた値θ（ｎ）が次の式（１０）を満足するか否かによって判断される。 The Z-phase signal is generated every time the rotary encoder rotates once. Usually, since the rotary encoder is set on the motor shaft (rotor) of the synchronous motor, the generation timing of the Z-phase signal coincides with the position of the magnetic pole of the rotor of the synchronous motor. Therefore, the position of the magnetic pole is recognized by detecting the Z-phase signal. The rotation angle of the rotor when the synchronous motor makes one rotation is grasped by using a counter that counts the number of A phase signals and B phase signals generated by the rotary encoder while the Z phase signal is generated. be able to. That is, the period during which the Z-phase signal is generated corresponds to the value at which the counter reaches 2π. Therefore, the phase loss of the Z-phase signal is determined by whether or not the value θ (n) counted by the counter satisfies the following equation (10).
図１２は本発明の実施の形態におけるＡ相信号又はＢ相信号が欠相した場合の保管方法を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing a storage method when the phase A signal or the phase B signal is lost in the embodiment of the present invention.
Ａ相信号及びＢ相信号に欠相があるときは、正常な相信号に基づいて補完相信号が再現される。図６には、正常な相信号に対して半周期の位相差がある相信号を再現する方法が示されている。この場合、最高速度に到達したときにも、正常な相信号と再現された相信号との間に位相差が存在するように周期Ｔが決定され、正常な相信号と再現された相信号との間の位相が遅れているか否かは、シフトレバーの位置が前進か後退かによって判断される。 When the phase A signal and the phase B signal are missing, the complementary phase signal is reproduced based on the normal phase signal. FIG. 6 shows a method for reproducing a phase signal having a half-cycle phase difference with respect to a normal phase signal. In this case, even when the maximum speed is reached, the period T is determined so that a phase difference exists between the normal phase signal and the reproduced phase signal, and the normal phase signal and the reproduced phase signal are Whether or not the phase between is delayed is determined by whether the position of the shift lever is forward or backward.
一方、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号のすべてに欠相があるとき、前後輪独立駆動電気自動車１１は、故障のある駆動系を切り離し、正常な駆動系のみを使用する。
On the other hand, when all of the A phase signal, the B phase signal, and the Z phase signal are missing, the front and rear wheel independent drive
次に、制御システム１０の検証結果について説明する。
Next, the verification result of the
図１３は本発明の実施の形態における制御システムの電流センサが故障した場合の検証結果を示す図、図１４は本発明の実施の形態における制御システムのＡ相信号が欠相した場合の検証結果を示す図、図１５は本発明の実施の形態における制御システムのＡ相信号及びＢ相信号が欠相した場合の検証結果を示す図、図１６は本発明の実施の形態における制御システムのＺ相信号が欠相した場合の検証結果を示す図、図１７は本発明の実施の形態における制御システムの前輪駆動系が故障した場合の検証結果を示す図、図１８は本発明の実施の形態における制御システムの前輪駆動系がコーナリング中に故障した場合の検証結果を示す図、図１９は本発明の実施の形態における制御システムの後輪駆動系が故障した場合の検証結果を示す図、図２０は本発明の実施の形態における制御システムの後輪駆動系がコーナリング中に故障した場合の検証結果を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing a verification result when the current sensor of the control system in the embodiment of the present invention fails. FIG. 14 shows a verification result when the phase A signal of the control system according to the embodiment of the present invention is lost. FIG. 15 is a diagram showing a verification result when the phase A signal and the phase B signal of the control system in the embodiment of the present invention are lost, and FIG. 16 is a diagram of Z of the control system in the embodiment of the present invention. FIG. 17 is a diagram showing a verification result when a phase signal is lost, FIG. 17 is a diagram showing a verification result when a front wheel drive system of the control system in the embodiment of the present invention fails, and FIG. 18 is an embodiment of the present invention. FIG. 19 is a diagram showing a verification result when the front wheel drive system of the control system in FIG. 19 fails during cornering, FIG. 19 is a diagram showing a verification result when the rear wheel drive system of the control system according to the embodiment of the present invention fails, 20 is a diagram showing the verification result when the wheel drive system after the control system in the embodiment of the present invention failed during cornering.
図１３に示される例においては、まず、時刻ｔ＝ｔ１でＵ相の電流センサが故障し、次に、時刻ｔ＝ｔ２でＷ相の電流センサが故障している。最初の故障では、故障したＵ相の電流センサは、他の２つの電流センサを使用して完全に補完され、故障した駆動系も動作しているので、前後輪独立駆動電気自動車１１は前輪駆動系及び後輪駆動系によって走行を継続する。しかし、他の相のセンサが故障（図に示される例においては、Ｗ相の電流センサが故障）すると、故障した前輪駆動系は前後輪独立駆動電気自動車１１の駆動系から切り離され（図に示される例においては、Ｖ相の電流もゼロになる）、その後、後輪駆動系のみによってフェールセイフな走行が行われる。
In the example shown in FIG. 13, first, the U-phase current sensor fails at time t = t1, and then the W-phase current sensor fails at time t = t2. In the first failure, the failed U-phase current sensor is completely supplemented using the other two current sensors, and the failed drive system is also operating, so the front and rear wheel independent drive
図１４においては、Ａ相信号を生成する速度センサが時刻ｔ＝ｔ１で故障した例が示されている。しかし、時刻ｔ＝ｔ２で欠相したＡ相信号は正常なＢ相信号によって速やかに補完され、再生されたＡ相信号が時刻ｔ＝ｔ２で生成される。その結果、前輪駆動系及び後輪駆動系は通常通りに動作し、前後輪独立駆動電気自動車１１は停止することなく走行を継続する。Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号が欠相すると、図１５及び１６に示されるように、故障した駆動系は前後輪独立駆動電気自動車１１の駆動系から即座に切り離される。
FIG. 14 shows an example in which the speed sensor that generates the A-phase signal has failed at time t = t1. However, the phase A signal lost in phase at time t = t2 is quickly complemented by a normal phase B signal, and a regenerated phase A signal is generated at time t = t2. As a result, the front wheel drive system and the rear wheel drive system operate as usual, and the front and rear wheel independent drive
２つ以上の電流センサが故障したとき、又は、Ａ相信号、Ｂ相信号及びＺ相信号が欠相したとき、故障した駆動系は前後輪独立駆動電気自動車１１の駆動系から即座に切り離される。このようなフェールセイフ制御の効果は、図１７〜２０に示されるように、プロトタイプの前後輪独立駆動電気自動車１１を使用して、直線及びコーナを走行したときの実験結果によって確認された。
When two or more current sensors fail or when the phase A signal, the phase B signal and the phase Z signal are lost, the failed drive system is immediately disconnected from the drive system of the front and rear wheel independent drive
このように、本実施の形態においては、前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構によって前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御するとともに、前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完するようになっている。これにより、前輪駆動系又は後輪駆動系に故障が発生しても、前後輪独立駆動電気自動車１１は停止することなく、走行を継続する。そのため、周囲を他の車両が走行している一般の交通環境下において、突然の停止による交通事故を防止することができ、安全性が向上する。
As described above, in the present embodiment, the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism independently control the drive torque and braking torque of the front wheel drive system and the drive torque and braking torque of the rear wheel drive system. And the functions of the front wheel drive system torque control mechanism and the rear wheel drive system torque control mechanism are mutually monitored while complementing the functions. Thereby, even if a failure occurs in the front wheel drive system or the rear wheel drive system, the front and rear wheel independent drive
また、前後輪相互補完手段が前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完し、前輪駆動系又は後輪駆動系のいずれか一方が故障した場合、故障した一方の駆動系のトルク制御機構が故障直前に前輪用モータ１２又は後輪用モータ１３に指令した駆動トルク又は制動トルクの一部乃至全部を、故障していない健全な他方の駆動系のトルク制御機構が前輪用モータ１２又は後輪用モータ１３に指令した駆動トルク又は制動トルクに加えて補完する。そのため、応答性及び信頼性が高く、故障の発生に対して速やかに、かつ、確実に、前輪駆動系及び後輪駆動系のフェールセイフ制御を行うことができる。
Also, the front and rear wheel mutual complementing means complements the function while monitoring the situation of the front wheel drive system torque control mechanism and the situation of the rear wheel drive system torque control mechanism, and either the front wheel drive system or the rear wheel drive system. , The torque control mechanism of one of the drive systems that failed has failed in part or all of the drive torque or braking torque commanded to the
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change variously based on the meaning of this invention, and does not exclude them from the scope of the present invention.
１１ 前後輪独立駆動電気自動車
１２ 前輪用モータ
１３ 後輪用モータ
11 Front and Rear Wheel Independent
Claims (2)
（ｂ）後輪の左右輪とディファレンシャルギアを介して連結された電気モータを含む後輪駆動系と、
（ｃ）前記前輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクと後輪駆動系の駆動トルク及び制動トルクとをそれぞれ独立に制御する前輪駆動系トルク制御機構及び後輪駆動系トルク制御機構とを有する前後輪独立駆動型の環境対策車であって、
（ｄ）前記前輪駆動系トルク制御機構の状況と後輪駆動系トルク制御機構の状況とを相互に監視しながら機能を補完する前後輪相互補完手段と、故障判定手段と、故障駆動系切替手段とを有し、
（ｅ）前記前後輪相互補完手段は、前記前輪駆動系又は後輪駆動系のいずれかが故障した場合、故障した方の駆動系のトルク制御機構が故障直前に電気モータに指令した駆動トルク又は制動トルクの一部乃至全部を、故障していない方の駆動系のトルク制御機構が電気モータに指令した駆動トルク又は制動トルクに加えて補完する手段であって、その時点における故障していない方の駆動系の車輪の滑り比に基づいて補完する手段であり、
（ｆ）前記故障判定手段は、前記前輪駆動系及び後輪駆動系の電気モータに流れる電流、前記電気モータの回転速度、又は、前記電気モータに電力を供給する電力変換器の入力若しくは出力電流のいずれかの状態に基づいて前記前輪駆動系及び後輪駆動系の故障を判定する手段であり、
（ｇ）前記故障駆動系切替手段は、前記故障判定手段が故障と判定した場合、故障と判定された駆動系の駆動トルク及び制動トルクを制御するための指令をゼロとする操作、又は、故障と判定された駆動系の電力変換器の動作を停止させる信号を生成する操作を行う手段であることを特徴とする環境対策車。 (A) a front wheel drive system including an electric motor connected to the left and right wheels of the front wheels via a differential gear;
(B) a rear wheel drive system including an electric motor coupled to the left and right wheels of the rear wheel via a differential gear;
(C) Front and rear wheels having a front wheel drive system torque control mechanism and a rear wheel drive system torque control mechanism for independently controlling the drive torque and brake torque of the front wheel drive system and the drive torque and brake torque of the rear wheel drive system, respectively. Independently driven environmentally friendly vehicle,
(D) Front and rear wheel mutual complementing means for complementing the functions while mutually monitoring the status of the front wheel drive system torque control mechanism and the status of the rear wheel drive system torque control mechanism , fault determination means, and fault drive system switching means And
(E) When the front wheel drive system or the rear wheel drive system breaks down, the front and rear wheel mutual complementing means includes a drive torque commanded to the electric motor immediately before the failure by the torque control mechanism of the faulty drive system or A means for complementing part or all of the braking torque in addition to the drive torque or braking torque commanded to the electric motor by the torque control mechanism of the drive system that is not in failure, and that is not in failure at that time It is a means to complement based on the slip ratio of the drive train wheel,
(F) The failure determination means includes a current flowing through the electric motors of the front wheel drive system and the rear wheel drive system, a rotation speed of the electric motor, or an input or output current of a power converter that supplies power to the electric motor. A means for determining failure of the front wheel drive system and the rear wheel drive system based on any of the states of:
(G) The failure drive system switching means, when the failure determination means determines that there is a failure, an operation for setting the command for controlling the drive torque and braking torque of the drive system determined as failure to zero, or failure environmental measures vehicle, wherein means der Rukoto perform an operation for generating a signal for stopping the operation of the power converter of the determined driving system and.
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