CN111619581A - 车辆信息计算装置及车辆的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供车辆信息计算装置及车辆的控制装置，以简易的构成计算出车辆的惯性力矩，并基于惯性力矩来控制车辆。控制装置(900)具备：马达扭矩获取部(920)，其获取驱动车辆(1000)的马达的扭矩；角加速度获取部(910)，其获取马达的角加速度；接地力获取部(930)，其获取车辆(1000)的接地力；惯性力矩计算部(950)，其基于上述扭矩、上述角加速度、上述接地力和车辆(1000)的轮胎(800)与接地面之间的摩擦系数，计算出包括轮胎(800)的旋转部件的惯性力矩。

Description

车辆信息计算装置及车辆的控制装置
技术领域
本发明涉及车辆信息计算装置及车辆的控制装置。
背景技术
以往，例如在下述专利文献1中记载了提取轮胎的共振频率和反共振频率并高精度地获取轮胎的扭簧常数和外侧惯性力矩来检测轮胎的状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-81873号公报
发明内容
技术问题
上述专利文献1所记载的技术是利用振动输入部向轮胎输入预定的振动来获取轮胎的频率信息，并根据提取到的共振频率和反共振频率来计算轮胎的外侧惯性力矩和扭簧常数。
然而，在这样的方法中，需要利用振动输入部110向轮胎输入振动，存在结构变得复杂，制造成本增大的问题。
因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，本发明的目的在于提供能够以简易的构成来计算包括车轮的旋转部件的惯性力矩，并基于惯性力矩控制车辆的、新型且经过改良的车辆信息计算装置及车辆的控制装置。
技术方案
为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，提供一种车辆信息计算装置，其具备：马达扭矩获取部，其构成为能够获取驱动车辆的马达的扭矩；角加速度获取部，其构成为能够获取上述马达的角加速度；接地力获取部，其构成为能够获取上述车辆的车轮的接地力；以及惯性力矩计算部，其构成为能够基于由上述马达扭矩获取部获取到的扭矩、由上述角加速度获取部获取到的角加速度、由上述接地力获取部获取到的接地力和上述车辆的车轮与接地面之间的摩擦系数，计算出包括上述车轮的上述车辆的旋转系统的惯性力矩。
上述惯性力矩计算部可以构成为除了能够基于上述扭矩、上述角加速度、上述接地力和上述摩擦系数计算出上述惯性力矩以外，还能够基于上述车轮的直径计算出上述惯性力矩。
另外，上述车辆信息计算装置还可以具备存储部，上述存储部构成为能够存储通过上述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
另外，上述存储部可以设置于上述车辆。
另外，上述接地力获取部可以具备构成为能够检测上述车轮的实际的接地力的接地力传感器，并从上述接地力传感器获取上述接地力。
另外，可以在转鼓上载置有上述车辆的状态下获取上述扭矩、上述角加速度和上述接地力，上述转鼓与上述车轮接触，并随着上述车轮的旋转而旋转。
另外，上述接地力获取部可以具备构成为能够检测施加于上述转鼓的负载的负载传感器，并从上述负载传感器获取上述接地力。
另外，上述摩擦系数可以是上述车轮与上述转鼓的接触部处的摩擦系数，是预先获取的预定值。
另外，上述车辆信息计算装置还可以具备第一错误检测部，上述第一错误检测部基于上述转鼓的旋转距离相对于上述车轮的行驶距离的比率，在上述比率为预定范围外的情况下检测出错误。
另外，在通过上述第一错误检测部检测到错误的情况下，可以放弃通过上述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
另外，上述车辆信息计算装置还可以具备第二错误检测部，上述第二错误检测部基于上述车轮的纵向力与上述角加速度之间的关系，在上述角加速度相对于上述纵向力的比率在预定范围外的情况下检测出错误。
另外，在通过上述第二错误检测部检测到错误的情况下，可以放弃通过上述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
另外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种车辆信息计算方法，包括：获取驱动车辆的马达的扭矩的步骤；获取上述马达的角加速度的步骤；获取上述车辆的车轮的接地力的步骤；以及基于上述扭矩、上述角加速度、上述接地力和上述车辆的车轮与接地面之间的摩擦系数，计算出包括上述车轮的上述车辆的旋转系统的惯性力矩的步骤。
另外，为了解决上述课题，根据本发明的另一观点，提供一种车辆的控制装置，设置于具备马达作为驱动源的车辆，上述车辆的控制装置具备：存储部，其存储包含通过上述马达驱动的车轮的旋转系统的惯性力矩；以及控制部，其构成为能够基于存储于上述存储部的惯性力矩来控制上述车辆的行为，上述惯性力矩是基于上述马达的扭矩、上述马达的角加速度、上述车轮的接地力和上述车轮与接地面之间的摩擦系数而计算出的。
另外，上述控制部可以基于上述存储的惯性力矩，计算出上述车轮与上述接地面之间的实际的摩擦系数，上述控制部构成为能够基于计算出的上述摩擦系数实施与上述车辆的驱动力相关的控制。
发明效果
如上所述，根据本发明，能够以简易的构成计算出包括车轮的旋转部件的惯性力矩，并基于惯性力矩来控制车辆。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的车辆的简要构成的示意图。
图2是表示车辆的轮胎的周边的构成的示意图。
图3是表示在工厂制造车辆时，将车辆载置于转鼓上进行测量的情况的示意图。
图4是表示计算惯性力矩I的处理的流程图。
图5是表示纵向力Fx与角加速度α之间的关系的特性图。
符号说明
900：控制装置
910：角加速度获取部
920：马达扭矩获取部
930：接地力获取部
940：摩擦系数获取部
950：惯性力矩计算部
960：错误检测部
990：测量装置
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行详细说明。应予说明，在本说明书和附图中，通过对实质上具有相同功能构成的构成要素标注相同的符号而省略重复的说明。
首先，参照图1对本发明的一个实施方式的车辆1000的简要构成进行说明。如图1所示，车辆1000构成为具有电动发电机110、轮胎(车轮)800、控制装置900。控制装置900是控制车辆1000整体的装置。
图2是表示车辆1000的轮胎800的周边的构成的示意图。如图2所示，车辆1000构成为具有驱动单元100、驱动轴200、立柱300、车身侧的轮毂400、轮胎侧的轮毂410、轴承412、制动盘500、制动钳600、车轮700、轮胎800、控制装置900。在图2中，除控制装置900以外的各构成要素表示从车辆的前面看的状态。
驱动单元100具有电动发电机110、电流传感器120、旋转角传感器130。电动发电机110的驱动力介由驱动轴200传递到轮胎800。另外，从路面传递到轮胎800的驱动力从轮胎800作为再生驱动力而向电动发电机110传递。应予说明，驱动单元100除了具备电动发电机110以外，还可以具备使电动发电机110的旋转减速而传递到驱动轴200的减速机。
在图2中，车身侧的轮毂400固定于立柱300。轮胎侧的轮毂410介由轴承412能够相对于车身侧的轮毂400旋转。制动盘500相对于轮胎侧的轮毂410被固定。车轮700相对于轮胎侧的轮毂410或制动盘500而被固定。轮胎800安装于车轮700的外周。
驱动轴200贯穿设置于立柱300的孔302，还贯穿轮毂400的孔402而与轮毂410连结。在驱动轴200与立柱300的孔302之间设置有空隙，在驱动轴200与轮毂400的孔402之间也设置有空隙。因此，驱动轴200的旋转在不与立柱300或轮毂400干涉的情况下传递到轮毂410。
制动钳600固定于立柱300等车体侧的固定部件。制动钳600根据车辆的驾驶员(司机)所进行的制动踏板的操作对制动盘500进行制动。由此，通过摩擦制动器对车辆进行制动。
在轮毂410设置有检测部420。检测部420检测作用于轮胎800的作用力。由检测部420检测到的作用力有包括纵向力Fx、横向力Fy和铅垂力Fz的三个方向的分力、以及轮毂(车轴)410的绕轴的扭矩Ty。纵向力Fx是在轮胎800的接地面产生的摩擦力中的与车轮中心面平行的方向(x轴)上产生的分力，横向力Fy是与车轮中心面垂直的方向(y轴)上产生的分力。另一方面，铅垂力Fz是作用于铅垂方向(z轴)上的力，即所谓的垂直负载。扭矩Ty是轮胎800的绕车轴的扭矩(扭转力)。
例如，检测部420构成为以应变仪和对从该应变仪输出的电信号进行处理并生成与作用力相应的检测信号的信号处理电路为主体。基于轮毂410产生的应力与作用力成比例的知识，通过将应变仪埋设到轮毂410，从而直接地检测出作用力。应予说明，针对检测部420的具体构成，例如在日本特开平04-331336号公报和日本特开平10-318862号公报中已经公开了，所以如有需要则可以参照上述文献。检测部420可以设置于驱动轴200。
如图2所示，控制装置900构成为具有角加速度获取部910、马达扭矩获取部920、接地力获取部930、摩擦系数获取部940、惯性力矩计算部950、错误检测部960、存储部970。图2所示的控制装置900的构成要素可以通过电路(硬件)或CPU等中央运算处理装置以及用于使它们发挥功能的程序(软件)而构成。
如上所述地构成的本实施方式的车辆1000例如在工厂中制造之后且出厂前，使轮胎800在转鼓(底盘测功机)上旋转来进行各种测量。图3是表示在转鼓2000上载置车辆1000并进行测量的情况的示意图。在本实施方式中，特别是通过在转鼓2000上驾驶车辆1000来获取各种参数，从而计算出轮胎800周围的惯性力矩。在此，轮胎800周围的惯性力矩相当于包括车轮在内的旋转部件的惯性力矩。包括车轮在内的旋转部件的惯性力矩包括例如制动盘等随着车辆的行驶而旋转的部件的惯性力矩。
在进行测量时，可以相对于车辆1000连接测量装置990。以下说明的惯性力矩I的计算可以由车辆1000的控制装置900进行，也可以由测量装置990进行。换言之，测量装置990具备与图2所示的控制装置900同样的构成。在测量装置990进行惯性力矩I的计算的情况下，测量装置990进行将计算出的惯性力矩I写入控制装置900的存储部970的处理。
转鼓2000的形状(半径)、转鼓2000的表面的状态预先保持在恒定的状态。另外，出厂前的轮胎800是新品状态，预先确定的种类的轮胎安装于车辆1000。因此，轮胎800与转鼓2000接触时的摩擦系数μ可以预先以高精度而求出。
在本实施方式中，利用该能够预先获取的轮胎800与转鼓2000之间的摩擦系数μ，进行如下处理：算出从电动发电机110的转子到轮胎800的旋转的部件的惯性力矩I，并将算出的惯性力矩I写入控制装置900的存储部970。
以下所示的式(1)是表示摩擦系数μ、从电动发电机110施加于轮毂410(轮胎800)的马达扭矩Tmotor、从电动发电机110的转子到轮胎800的惯性力矩I、电动发电机110的旋转角加速度α、轮胎半径r、接地力W之间的关系的式。
μ＝|(Tmotor-I×α)/(r×W)|···(1)
在本实施方式中，在车辆1000从工厂出厂之前，在转鼓2000上进行测量，基于式(1)计算出惯性力矩I。在此，摩擦系数μ是转鼓2000与轮胎800之间的摩擦系数，使用预先确定的值(预定值)。另外，马达扭矩Tmotor是根据电动发电机110的特性和电流传感器120检测到的电动发电机110的电流值而求出的。旋转角加速度α是根据检测电动发电机110的旋转角的旋转角传感器(编码器)130的检测值而求出的。轮胎半径r是根据车辆1000的规格而预先确定的。另外，接地力W由检测部420检测到的，相当于上述的铅垂力Fz。应予说明，接地力W可以是根据设置于转鼓2000且检测上下方向的负载的负载传感器而求出的。
因此，通过将这些参数代入式(1)，从而可以基于式(1)求出惯性力矩I。计算出的惯性力矩I被写入到控制装置900的存储部970，或者被写入、存储到与控制装置900分别设置的存储装置。应予说明，在测量装置990计算出惯性力矩I的情况下，将测量装置990计算出的惯性力矩I输送并存储到车辆1000侧。
由此，通过在车辆1000的出厂前计算出惯性力矩I并存储于车辆1000，从而能够基于惯性力矩I高精度地进行车辆1000的各种控制。特别是，为了实现安全的车辆的控制，准确地反映每台车辆包含不同马达的硬件的惯性力矩I来进行控制是非常重要的。
通常，在车辆1000的驾驶中难以准确地计算出摩擦系数μ。根据本实施方式，轮胎800与转鼓2000之间的摩擦系数μ是预先以高精度而求出的，所以可以基于式(1)准确地求出惯性力矩I。因此，能够基于惯性力矩I准确地进行车辆控制。
具体而言，通过求出惯性力矩I并在车辆1000侧保持，从而在车辆1000实际行驶时，获取除式(1)的摩擦系数μ以外的各参数，并将其与惯性力矩I一起代入式(1)，从而能够计算出行驶时的实际的摩擦系数μact。因此，基于行驶中得到的摩擦系数μact，能够最佳地控制车辆1000。
惯性力矩I的运算可以通过式(1)以外的方法进行。在将转鼓2000的惯性力矩记为Idrum，并将转鼓2000的角加速度记为β时，以下的式(2)成立。预先求出转鼓2000的惯性力矩Idrum，在转鼓2000上驾驶车辆1000时，通过利用转鼓2000的旋转角传感器检测出角加速度β，从而还可以根据式(2)而求出惯性力矩I。
Idrum×β＝Tmotor-I×α···(2)
此外，在校正时0平衡(将无负载时的输出设定为传感器输出为0的状态)的情况下，可以基于以下的式(3)来确定Fz(＝W)的值，将其作为基准值BaseFz，写入控制装置900。这里，使传感器为0平衡时，换言之在W的接地负载的绝对值未知的情况下，根据Fx求出当前负载。作为此时的前提，可以使用不发生打滑等各种条件。
Fx＝W×μ···(3)
接地力W的值可以使用在测量时由检测部420得到的变化的Fz，由以下的式(4)表示。
W＝Fz+BaseFz···(4)
接下来，基于图4的流程图，对计算惯性力矩I的处理进行说明。图4的处理是在每个预定的控制周期中，主要通过控制装置900或测量装置990进行的。首先，在步骤S10中，在制造车辆1000时，在最终检查工序中使轮胎800载置在转鼓2000上，并以指定速度进行行驶。具体而言，以使车辆1000加速或减速的方式进行行驶。在后续步骤S12中，摩擦系数获取部940获取预先测定完毕的转鼓2000的摩擦系数μ。在后续步骤S14中，角加速度获取部910获取电动发电机110的角加速度α。
在后续步骤S16中，获取已知的轮胎800的有效半径r。在后续步骤S18中，马达扭矩获取部920获取马达扭矩Tmotor。
应予说明，马达扭矩Tmotor可以是根据电动发电机110的特性和电流传感器120的电流值而求出的。在后续步骤S20中，接地力获取部930从检测部420获取轮胎垂直负载(接地力W)。在后续步骤S22中，惯性力矩计算部950根据式(1)计算处惯性力矩I。
在后续步骤S24中，判定步骤S22中算出的惯性力矩I的计算值是否在设计值的±10％的范围内，在惯性力矩I的计算值为设计值的±10％的范围内的情况下，进入步骤S25。另一方面，在惯性力矩I的计算值超过设计值的±10％的范围的情况下，不存储该控制周期中算出的惯性力矩I，返回步骤S10。
在步骤S25中，错误检测部960判定在转鼓2000上的测量中是否检测到错误。错误判定通过如下2种方法进行。在第1错误判定中，判定在测量中，轮胎800和转鼓2000是否以恒定的滑移率进行旋转。换言之，判定相对于轮胎800的行驶距离，基于转鼓2000的旋转的旋转距离是否为恒定的比率。车辆800的行驶距离是根据轮胎800的转速和半径而求出的。另外，基于转鼓2000的旋转的旋转距离也是根据转鼓2000的转速和半径而求出的。
转鼓2000的旋转距离相对于轮胎800的行驶距离的比率只要是例如0.8～0.9左右的值，就判定为未产生错误。
另一方面，在基于转鼓2000的旋转的距离相对于轮胎800的行驶距离的比率脱离0.8～0.9左右的范围的情况下，可以假定因温度变化等而引起轮胎800与转鼓2000的接触面的摩擦系数发生变化。因此，在该情况下判定为检测到错误。通过如上所述地检测错误，从而惯性力矩I的计算条件变得严格，能够提高惯性力矩I的计算精度。
另外，作为第2错误判定，基于检测部420检测到的纵向力Fx与转鼓2000的角加速度α之间的关系来判定错误。图5是表示纵向力Fx与角加速度α之间的关系的特性图。如上所述，在转鼓2000上的测量中，使车辆1000加速或减速并根据式(1)计算出惯性力矩I。此时，在检测部420检测到的纵向力Fx与转鼓2000的角加速度α之间，基于运动方程式，本来应产生如图5中实线所示的线形的关系。错误检测部960在测量中像图5那样地绘制纵向力Fx和角加速度α，在例如曲线位于比图5中所示的虚线更靠外侧的情况下，判定为由检测部420检测到的纵向力Fx为异常值。
由此，能够担保由检测部420进行检测的准确性，还能够担保纵向力Fx与铅垂力Fz之间的正确性，所以能够进一步提高惯性力矩I的计算精度。换言之，能够计算出惯性力矩I，并且能够检测出检测部420的故障、校正不足。
在步骤S25中检测到错误的情况下，不存储该周期中计算出的惯性力矩I，返回步骤S10。另一方面，在步骤S25中未检测到错误的情况下，进入步骤S26。
在步骤S26中，存储步骤S22中计算出的惯性力矩I(实施记录)。在后续步骤S28中，判定步骤S26中的存储次数是否为5次以下，在存储次数为5次以下的情况下，返回步骤S10。另一方面，在存储次数超过5次的情况下，进入步骤S30。在步骤S30中，计算出记存储的5次的惯性力矩I的平均值。在后续步骤S32中，将步骤S30中计算出的平均值写入控制装置900。
如上所述，根据本实施方式，能够针对每台车辆实施准确的轮胎周围的惯性力矩I的计算。由此，针对包括轮胎周围的各零件、马达(铁芯)、轮毂、车轮、轮胎的惯性力矩I，能够在不实施各部件的测量的情况下求出惯性力矩I。并且，能够基于惯性力矩I高精度地实现车辆控制。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了详细说明，但本发明不限于上述例子。只要是具有本发明所属技术领域的普通知识的人就会明确在权利要求书记载的技术的思想的范畴内会想到各种的变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术的范围。

Claims (15)

1.一种车辆信息计算装置，其特征在于，具备：
马达扭矩获取部，其构成为能够获取驱动车辆的马达的扭矩；
角加速度获取部，其构成为能够获取所述马达的角加速度；
接地力获取部，其构成为能够获取所述车辆的车轮的接地力；以及
惯性力矩计算部，其构成为能够基于由所述马达扭矩获取部获取到的扭矩、由所述角加速度获取部获取到的角加速度、由所述接地力获取部获取到的接地力和所述车辆的车轮与接地面之间的摩擦系数，计算出包括所述车轮的所述车辆的旋转系统的惯性力矩。
2.根据权利要求1所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述惯性力矩计算部构成为除了能够基于所述扭矩、所述角加速度、所述接地力和所述摩擦系数计算出所述惯性力矩以外，还能够基于所述车轮的直径计算出所述惯性力矩。
3.根据权利要求1或2所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述车辆信息计算装置还具备存储部，所述存储部构成为能够存储通过所述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
4.根据权利要求3所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述存储部设置于所述车辆。
5.根据权利要求1或2所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述接地力获取部具备构成为能够检测所述车轮的实际的接地力的接地力传感器，并从所述接地力传感器获取所述接地力。
6.根据权利要求1或2所述的车辆信息计算装置，其特征在于，在转鼓上载置有所述车辆的状态下获取所述扭矩、所述角加速度和所述接地力，所述转鼓与所述车轮接触，并随着所述车轮的旋转而旋转。
7.根据权利要求6所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述接地力获取部具备构成为能够检测施加于所述转鼓的负载的负载传感器，并从所述负载传感器获取所述接地力。
8.根据权利要求6所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述摩擦系数是所述车轮与所述转鼓的接触部处的摩擦系数，是预先获取的预定值。
9.根据权利要求6所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述车辆信息计算装置还具备第一错误检测部，所述第一错误检测部基于所述转鼓的旋转距离相对于所述车轮的行驶距离的比率，在所述比率为预定范围外的情况下检测出错误。
10.根据权利要求9所述的车辆信息计算装置，其特征在于，在通过所述第一错误检测部检测到错误的情况下，放弃通过所述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
11.根据权利要求1或2所述的车辆信息计算装置，其特征在于，所述车辆信息计算装置还具备第二错误检测部，所述第二错误检测部基于所述车轮的纵向力与所述角加速度之间的关系，在所述角加速度相对于所述纵向力的比率在预定范围外的情况下检测出错误。
12.根据权利要求11所述的车辆信息计算装置，其特征在于，在通过所述第二错误检测部检测到错误的情况下，放弃通过所述惯性力矩计算部计算出的惯性力矩。
13.一种车辆信息计算方法，其特征在于，包括：
获取驱动车辆的马达的扭矩的步骤；
获取所述马达的角加速度的步骤；
获取所述车辆的车轮的接地力的步骤；以及
基于所述扭矩、所述角加速度、所述接地力和所述车辆的车轮与接地面之间的摩擦系数，计算出包括所述车轮的所述车辆的旋转系统的惯性力矩的步骤。
14.一种车辆的控制装置，其特征在于，设置于具备马达作为驱动源的车辆，所述车辆的控制装置具备：
存储部，其存储包含通过所述马达驱动的车轮的旋转系统的惯性力矩；以及
控制部，其构成为能够基于存储于所述存储部的惯性力矩来控制所述车辆的行为，
所述惯性力矩是基于所述马达的扭矩、所述马达的角加速度、所述车轮的接地力和所述车轮与接地面之间的摩擦系数而计算出的。
15.根据权利要求14所述的车辆的控制装置，其特征在于，所述控制部基于所述存储的惯性力矩，计算出所述车轮与所述接地面之间的实际的摩擦系数，
所述控制部构成为能够基于计算出的所述摩擦系数实施与所述车辆的驱动力相关的控制。
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