JP4565228B2

JP4565228B2 - 環境対策車

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Publication number: JP4565228B2
Application number: JP2007058295A
Authority: JP
Inventors: 信義武藤
Original assignee: Tokyo Metropolitan University
Current assignee: Tokyo Metropolitan University
Priority date: 2007-03-08
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2027-03-08
Also published as: JP2008228361A

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。

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。

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。
なし

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ＦａｕｌｔＴｏｌｅｒａｎｔＣｏｎｔｒｏｌ）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。

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。

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。

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。

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。

電流センサは、通常、ホール素子から成るので、２種類の故障状態、すなわち、機能が低下した状態及び完全に故障した状態を有する。電流センサの機能が低下すると、前後輪独立駆動電気自動車１１の駆動トルクを正確に制御することが困難となる。また、電流センサが完全に故障すると、前記駆動トルクを制御することは完全に不可能となる。

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。

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。

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。

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。

この変換は、三相電流のバランスが維持された状態にないので、常に三相電流を必要とする。一般的に、電流センサが故障していない場合、計測された電流（Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を使用して変換された磁化成分Ｉｄ(n) 及びＩｑ(n) は、Ｉｑ *(n)が変化しない限り、電流調整器の作用によるそれらの基準Ｉｄ *(n)及びＩｑ *(n)に一致する。このように、３つの組み合わせ（Ｉｄ１(n)、Ｉｑ１(n) ）、（Ｉｄ２(n) 、Ｉｑ２(n) ）及び（Ｉｄ３(n) 、Ｉｑ３(n) ）が前記式（５）を使用して計算される。これは、３つの電流の組み合わせ（Ｉｕ '(n)、Ｉｖ(n) 、Ｉｗ(n) ）、（Ｉｕ(n) 、Ｉｖ '(n)、Ｉｗ(n) ）及び（Ｉｕ(n) 、Ｉｖ(n) 、Ｉｗ '(n)）に各々対応する。

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。

なお、誤差ε’の値はほぼゼロである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、Ａ相信号及びＢ相信号の欠相を検出する他の方法について説明する。

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。

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。

なお、Ｖは加速センサから見積もられた車両の速度であり、Ｒはタイヤの半径である。

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。

次に、Ｚ相信号の欠相を検出する方法について説明する。

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。

次に、欠相した相信号を補完する方法について説明する。

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。

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。

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。

次に、制御システム１０の検証結果について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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である。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である。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。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である。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である。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である。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である。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。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である。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である。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。は本発明の実施の形態におけるＡ相又はＢ相の信号が欠相した場合の補完方法を示す図である。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である。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である。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である。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である。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である。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である。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である。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障した場合の検証結果を示す図である。

符号の説明

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

Claims

（ａ）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、
（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。
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、故障と判定する請求項１に記載の環境対策車。