JP2001177906A

JP2001177906A - 電気自動車制御装置

Info

Publication number: JP2001177906A
Application number: JP2000333521A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Masaki; 良三正木; Yusuke Takamoto; 祐介高本; Sanshiro Obara; 三四郎小原; Hirohisa Yamamura; 博久山村; Hiroyuki Yamada; 博之山田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】トルク及び速度を制御して、左右のタイヤの路
面抵抗係数や空気圧が異なる場合にも運転者の意図する
方向に安定して走行できる電気自動車を提供する。【解決手段】左右のタイヤ２ａ，２ｂをそれぞれ独立に
駆動するモータ３ａ，３ｂのモータ速度指令はアクセル
７，ブレーキ８，ハンドル１０などの信号を車両制御演
算部１５に入力して得るシステムにおいて、トルク検出
器１３ａ，１３ｂからの出力トルク信号に基づき、左右
の速度差を演算し、これに基づいて、トルク差が所定の
値となるように制御する。これにより差動装置と同様に
左右のトルク差を０とする制御だけでなく、トルク差を
路面状態などに応じて可変することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は左右のタイヤをそれ
ぞれモータで独立にトルク制御する電気自動車制御装置
で、特に、車両運動性能に優れた電気自動車制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電気自動車制御装置としては、特
開昭62−89403号公報，特開昭63−133804号公報，特開
平1−298903 号公報等に記載のように、左右のタイヤを
複数のモータでそれぞれ独立に駆動する駆動方法が知ら
れている。これらの電気自動車において、主に、２つの
モータ制御方法がある。特開昭63−133804号公報の方法
はアクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などによ
り、左右のモータに対するそれぞれのモータ速度指令を
算出し、そのモータ速度制御演算を行うものである。こ
の方法は、路面抵抗係数が一定の場合、操舵角に対して
理想的なモータ速度を与えられるので、無理なく旋回で
きる特徴を備えている。

【０００３】また、特開昭62−89403 号公報で示されて
いる方法はトルク差により左右のモータを駆動するイン
バータ周波数を変化させるようにしたもので、機械式の
差動装置と同様のシステムを電気的に達成しようとする
ものである。また、特開平1−298903号公報に開示され
た方法はアクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角な
どにより、左右のモータに対するそれぞれのモータトル
ク指令を算出し、そのモータトルク指令となるようにト
ルク制御演算を行うものである。後者の２つの公知例は
基本的に速度制御ループを持たない方法である。この方
法は左右のタイヤを１つのモータ、あるいは、エンジン
で駆動する場合に用いる差動装置と同様の働きを容易に
実現することができるので、左右のタイヤの路面抵抗係
数が異なる場合などでも運転者が希望する方向に進行す
ることができる特徴を備えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
はそれぞれ下記の点で問題があった。まず、速度制御演
算による方法は、左右のタイヤの路面抵抗係数や空気圧
が異なる場合には、操舵角が０でも直進できないことが
ある。また、第２の方法はトルクをインバータ周波数だ
けで制御するものであるため、定常状態ではトルク制御
を行うことはできるものの、過渡状態まではトルク制御
を行うことができず、過渡現象による左右のトルク差
で、直進時の車両の直進性、および、カーブ時の車両運
動性能が低下するという問題点があった。さらに、第３
の方法では、トルク制御による方法は泥道や雪道などの
ように、一方の路面抵抗係数だけが極端に低い場合、そ
のモータだけが高速回転になる可能性がある。そのよう
な高速回転になっている状況で、その路面抵抗係数が急
に高くなったとき、急旋回することもある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、左右のタイヤを
それぞれのモータにより独立に制御する電気自動車にお
いて、左右のタイヤの駆動トルクを過渡時を含めて常に
一定にして直進性、および、車両運動性能を向上させた
電気自動車制御装置を提供することにある。本発明の他
の目的は左右のタイヤをそれぞれのモータにより独立に
制御する電気自動車において、運転者の希望する方向に
高速に車両を制御することのできる電気自動車制御装置
を提供することにある。本発明の左，右のタイヤをモー
タにより独立にトルク制御する電気自動車において、泥
道や雪道などのように、一方の路面抵抗係数だけが極端
に低い場合にも、モータが高速回転になることを防止す
る電気自動車制御装置を提供することも目的にしてい
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、自動車の左
右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モータと右モー
タから構成される１組、あるいは、複数のモータ群と、
それらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段
と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運動状
態を検知する検知手段と、その検知手段の信号により演
算される車速指令、および、左モータが出力する左出力
トルクと右モータが出力する右出力トルクとが一致する
ように制御するための速度差指令から左モータ及び右モ
ータのそれぞれのモータ速度指令を算出する速度指令演
算手段と、それらのモータ速度がそれぞれのモータ速度
指令になるようにモータ速度をそれぞれフィードバック
して速度制御する速度制御手段とを備え、速度制御手段
において、速度制御演算によりそれぞれのモータに印加
する電圧を演算し、その結果に基づき、電力変換手段を
制御することにより、達成される。

【０００７】また、上記第２の目的を達成するために、
自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モー
タと右モータからなる１組、あるいは、複数のモータ群
と、それらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換
手段と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運
動状態を検知する検知手段と、自動車の車速とハンドル
の操舵角から与えられるトルク差指令を算出するトルク
差演算手段と、左モータが出力する左出力トルクと右モ
ータが出力する右出力トルクとの差が算出したトルク差
指令に一致するように制御するための速度差指令と検知
手段の信号により演算される車速指令とから左モータ及
び右モータのそれぞれのモータ速度指令を算出する速度
指令演算手段と、それらのモータ速度がそれぞれのモー
タ速度指令になるようにモータ速度をそれぞれフィード
バックして速度制御する速度制御手段とを備え、速度制
御手段において、速度制御演算によりそれぞれのモータ
に印加する電圧を演算し、その結果に基づき、電力変換
手段を制御するようにしたものである。

【０００８】さらに、上記第３の目的は、自動車の左右
のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モータと右モータ
から構成される１組、あるいは、複数のモータ群と、そ
れらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段
と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運動状
態を検知する検知手段と、その検知手段の信号により算
出したモータトルク指令となるようにトルク制御演算を
行い、出力電圧指令をそれぞれの電力変換手段に出力す
る制御手段を備えた電気自動車制御装置において、左右
のモータ速度の差が所定の速度差制限値を超えたとき、
モータトルク指令を低減するように制御する手段を備え
ることにより、達成される。

【０００９】速度指令演算手段は運転者が操作するアク
セルペダルおよびブレーキペダルの踏み込み量、つま
り、アクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などを
入力し、車速指令をアクセル量，ブレーキ量から演算す
る。また、左右のモータの基準速度指令はハンドルの操
舵角に応じて車速指令をそれぞれ補正することにより算
出している。また、左右のモータが出力する出力トルク
の差から速度差指令を算出する。左右のモータの速度指
令は基準速度指令と速度差指令から算出される。速度制
御手段では、これらの速度指令に対して、単にインバー
タ周波数だけを制御するのではなく、それぞれのモータ
速度をフィードバックして、速度指令とモータ速度の差
からトルク指令を演算し、これにより速度制御を行って
いる。速度制御では、トルク指令に基づくトルク電流指
令と、モータ速度に基づく磁束電流指令を演算し、ベク
トル演算により電流指令を得ている。さらに、電流指令
を基にそれぞれの電流を制御する電流制御として、電圧
指令を与えている。この電圧指令となるように、制御手
段から制御パルスをそれぞれ電圧変換手段に出力してい
る。それぞれの電力変換手段では、制御パルスにより、
モータに供給する出力電圧を発生している。これによ
り、それぞれのモータから出力トルクが発生し、左右の
タイヤを駆動する。

【００１０】ここで、路面抵抗係数が左右のタイヤに対
して異なるときの作用について述べる。例えば、直進時
に左のタイヤの路面抵抗係数が右のタイヤのそれよりも
大きい場合には、左モータの出力トルクが右モータの出
力トルクよりも大きくなる。制御手段において、この出
力トルクの差を検知し、その差が減少するように、左モ
ータの速度指令を低減する。速度制御では、モータ速度
をフイードバックしているので、過渡時を含めて高速で
トルクを制御が行われる。

【００１１】また、第２の目的を達成するためには、次
のように動作する。まず、トルク差演算手段において、
自動車の車速とハンドルの操舵角を入力し、旋回時に自
動車を旋回させるのに最適なトルク差指令を演算する。
速度指令演算手段では、左右のモータの出力トルク差を
算出した後、トルク差演算手段で得られたトルク差指令
と出力トルク差との差に基づき、速度差指令を算出す
る。左右のモータの速度指令は基準速度指令と速度差指
令から算出される。速度制御手段では、これらの速度指
令に対して、それぞれのモータ速度をフィードバックし
て、速度指令とモータ速度の差からトルク指令を演算
し、これにより速度制御を行っている。このような動作
により、高速に左右のモータのトルク差をトルク差指令
に一致させる。

【００１２】さらに、第３の目的を達成させるために
は、次のように作用する。制御手段において、運転者が
操作するアクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込
み量、つまり、アクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操
舵角などを入力し、車両のトルク指令をアクセル量，ブ
レーキ量から演算する。また、左右のモータのトルク指
令はハンドルの操舵角に応じて車両のトルク指令をそれ
ぞれ補正することにより算出することもできる。また、
左右のモータが出力する出力トルクの差から速度差指令
を算出する。これらのトルク指令に対して、それぞれの
モータがそのトルクを発生するようにトルク制御演算を
行っている。このトルク制御演算の結果、電流指令を算
出し、これに基づきモータを駆動している。次に、駆動
している片側のタイヤだけがぬかるみ、雪道などでスリ
ップした場合、そのタイヤはモータにより加速され、高
速に回転し始める。制御手段では、左右のモータ速度の
差を比較しており、その差があらかじめ、設定した速度
差制限値を超えた場合、左右の路面抵抗係数が大きく異
なるとみなして、そのモータトルク指令を低減する。こ
れにより、モータの出力トルクは減少し、そのモータ速
度は抑制されるので、左右のモータ速度の差は速度差制
限値内になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
より説明する。図１が電気自動車の前輪をそれぞれ独立
に誘導モータで駆動したときの実施例である。電気自動
車１における左前輪２ａと右前輪２ｂはそれぞれ誘導モ
ータ３ａ，３ｂに接続されており、インバータ４ａ，４
ｂにより独立に駆動される。これらのインバータはＰＷ
ＭパルスＰａ，Ｐｂ（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各ＰＷＭパルスＰ
ａ，ＰｂはそれぞれＰａｕ，Ｐａｖ，Ｐａｗ，Ｐｂｕ，
Ｐｂｖ，Ｐｂｗとする）により制御され、バッテリー５
を電源としてモータに供給する電力を変換している。Ｐ
ＷＭパルスＰａ，Ｐｂを発生する制御装置６は運転者の
操作出力であるアクセルペダル７とブレーキペダル８か
らそれぞれ得られるアクセル踏み込み量ｘ_a，ブレーキ
踏み込み量ｘ_bを入力している。制御装置６へのその他
の入力信号としては、前進，後進，駐車を運転者が指示
する運転モードレバー９のモード信号Ｍ_D ，舵角センサ
１０により検出されるハンドル１１の操舵角θｓ，検出
するエンコーダ１２ｃ，１２ｄによりそれぞれ検出され
る左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度信号ω_c，ω_d、誘
導モータ３ａ，３ｂの速度ω_L，ω_R、トルク検出器１３
ａ，１３ｂによりそれぞれ検出される誘導モータ３ａ，
３ｂの出力トルクτ_a，τ_b、電流制御を行うためにフィ
ードバックするモータ電流ｉ_a，ｉ_b（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各
モータ電流ｉ_a，ｉ_bはそれぞれｉ_au，ｉ_av，ｉ_aw，
ｉ_bu，ｉ_bv，ｉ_bwとする）がある。制御装置６は誘導モ
ータ３ａ，３ｂの速度制御をそれぞれ行うための速度制
御演算部１４ａ，１４ｂ，アクセル踏み込み量ｘ_a，ブ
レーキ踏み込み量ｘ_b，操舵角θ_S などから車両制御演
算を行い、その速度制御演算部に速度指令ω_L*，ω_R*を
出力するための車両制御演算部１５，本発明の特徴であ
る誘導モータ３ａ，３ｂの出力トルクτ_a，τ_bを一致さ
せるための速度差指令演算部１６から構成されている。

【００１４】ここで、制御装置６に動作について、図２
を用いて説明する。まず、車両を動作させる車両制御演
算部１５は、主に、自動車１の車速指令ω_* を算出する
ための車速演算部１７と、旋回時における左右のモータ
速度差、つまり、旋回速度差指令ω_S*を算出するための
旋回速度演算部１８からなる。車速演算部１７では、ア
クセル踏み込み量ｘ_a，ブレーキ踏み込み量ｘ_b，モード
信号Ｍ_D により、車速指令ω_*を演算している。車速指
令ω_*はアクセル踏み込み量ｘ_a が大きいほどその増加
率を大きくなるように演算している。なお、その増加率
はモータ速度ω_L，ω_R の平均値が増加するにつれて減
少するものである。また、ブレーキ踏み込み量ｘ_b によ
り、車速指令ω_*の減速率を変化させている。モード信
号Ｍ_Dが前進，後進のときは、車速指令ω_* はそれぞれ
正の値，負の値となるように符号を付ける。ここで、車
速が０で、しかも、モード信号Ｍ_D が駐車モードになっ
ている場合には、車速指令ω_*はアクセル踏み込み量
ｘ_a，ブレーキ踏み込み量ｘ_b にかかわらず、常に０と
するようにしている。以上の演算により、車速指令ω_*
を算出している。次に、旋回速度演算部１８では、ハン
ドル１１の操舵角θ_S により旋回速度差指令ω_S* を算
出している。旋回中の内輪と外輪の速度差は操舵角θ_S
だけでなく、車速によっても変化するので、これを考慮
するために非駆動輪である左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回
転速度信号ω_c，ω_dを入力し、その平均値を車速とみな
して、旋回速度差指令ω_S*を補正している。左に旋回す
る方向を正とすれば、誘導モータ３ａの基本速度指令ω
_LS*は車速指令ω_*から旋回速度差指令ω_S*を減算して得
ることができる。また、誘導モータ３ｂの基本速度指令
ω_RS* は車速指令ω_* に旋回速度差指令ω_S*を加算して
得られる。速度指令ω_L*，ω_R*はこれらの値からそれぞ
れ後述する左減速指令ω_DL*，右減速指令ω_DR*を減じる
ことにより得ている。以上の方法で自動車の運動状態を
検知して、誘導モータ３ａ，３ｂの速度指令ω_L*，ω_R*
を決定している。

【００１５】次に、この速度指令に基づいてモータの速
度制御演算を行う速度制御演算部について、１４ａを用
いて説明する。図２に示すように、速度制御演算部１４
ａは速度制御部１９，ベクトル演算部２０，電流制御部
２１，ＰＷＭ制御部２２から構成されている。速度制御
部１９では、速度指令ω_L*と検出したモータ速度ω_Lを
突き合わせて誘導モータ３ａのトルク指令τ_L*を演算す
る速度フィードバック制御を行っている。また、ベクト
ル演算部２０では、そのトルク指令τ_L*とモータ速度ω
_L から、トルク電流と励磁電流を演算した後、座標変換
により誘導モータ３ａの３相の電流指令ｉ_au*，ｉ_av*，
ｉ_aw* を出力している。電流制御部２１においては、
Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応する電流指令ｉ_au*，ｉ_av*，ｉ
_aw*とモータ電流ｉ_au，ｉ_av，ｉ_awをそれぞれ用いて電
流フィードバック制御を行い、３相の電圧指令ｖ_au*，
ｖ_av*，ｖ_aw* を得ている。これらの電圧指令に基づ
き、インバータ４ａにＰＷＭパルスＰ_au，Ｐ_av，Ｐ_awを
出力する演算を行っているのがＰＷＭ制御部２２であ
る。速度制御演算部１４ｂについても、速度指令ω_R*，
モータ速度ω_Rなどにより同様の演算を行い、ＰＷＭパ
ルスＰ_bu，Ｐ_bv，Ｐ_bw を出力している。

【００１６】では、本発明の特徴である速度差指令演算
部１６について説明する。これはトルク差制御部２３，
左右減速指令部２４からなる。出力トルクτ_a，τ_bから
その差を演算し、トルク差制御部２３に入力している。
ここでは、出力トルクの差から比例制御演算，積分制御
演算、あるいは、それらを組み合わせた演算を行い、出
力トルクを一致させるための速度差指令ω_D*を得てい
る。また、必要な場合には、微分制御演算を組み合わせ
て演算してもよい。左右減速指令部２４では、速度差指
令ω_D*を入力し、左減速指令ω_DL*，右減速指令ω_DR*を
出力するための演算を行っている。図３において、出力
トルクを一致させる原理について、左前輪２ａ、右前輪
２ｂでの路面抵抗係数μ_L，μ_Rが異なる例で説明する。
図３（ａ）がタイヤのスリップ率、つまり、モータ速度
と車速との差に対する路面抵抗係数のグラフである。一
般的に路面抵抗係数が最大となるスリップ率以内で使用
されている。ここで、自動車１が直進し、モータ速度ω
_L，ω_Rが一致しているとき、そのスリップ率が図３
（ａ）のａ点とすると、路面抵抗係数μ_L，μ_Rは

【００１７】

【数１】μ_L＞μ_R なので、左前輪２ａ，右前輪２ｂで路面を駆動する出力
トルクτ_a，τ_bは図３（ｂ）に示すように、

【００１８】

【数２】τ_a＞τ_b となる。したがって、たとえ、モータ速度ω_L，ω_Rが一
致していても、出力トルクτ_a，τ_bが異なるので、右方
向に旋回してしまう。そこで、左前輪２ａの路面抵抗係
数μ_Lがμ_Rに一致するように、そのスリップ率だけを図
３（ａ）のｂ点に移動すればよい。つまり、左前輪２ａ
のスリップ率を減少するために、そのモータ速度ω_L を
低減していく。τ_aとτ_bの差をフィードバック制御によ
り、これを行えば、出力トルクτ_a，τ_bを一致できる。
図３（ｃ）がそのモータ速度ω_L を低減したことによる
減少トルクτ_Daのベクトルを表しており、この原理によ
り出力トルクτ_a，τ_bを一致させることができる。

【００１９】左右減速指令部２４の処理内容を図４のフ
ローチャートで示す。ステップ101で速度差指令ω_D*を
入力し、ステップ１０２においてその正負を判断する。
ω_D*が正の場合には、タイヤ２ａの出力トルクτ_aがτ_b
と比較して大きいので、出力トルクを一致するために、
誘導モータ３ａの出力トルクτ_a を小さくする必要があ
る。したがって、ステップ１０３，１０４において、誘
導モータ３ａのモータ速度ω_L だけを低減するため、左
減速指令ω_DL*に速度差指令ω_D*を_、右減速指令ω_DR* に
０を代入している。また、ω_D*が負のときは、同様に、
ステップ１０５，１０６において、右減速指令ω_DR* に
速度差指令ω_D*の絶対値を、左減速指令ω_DL*に０を代
入している。制御した結果、出力トルクτ_a，τ_bが一致
すれば、ω_D*が０となる。そのときは、減速する必要が
ないので、ステップ１０７，108では、左減速指令
ω_DL*、右減速指令ω_DR*ともに０としている。ステップ
１０９において、それらを出力している。以上の処理に
より、出力トルクを一致させることができるので、機械
式の差動装置と同様の動作を２つのモータの速度制御で
実現できる特徴がある。したがって、モータの速度制御
を行いながら、運転者の意図した方向に安定して走行す
ることができる。また、左右減速指令部２４の処理方法
を用いれば、常にモータ速度を減速する方向で、出力ト
ルクを一致さられるので、ぬかるみや雪道における片側
だけのタイヤの空転を防止できる。したがって、本実施
例は差動装置の欠点を解消することもできる。なお、左
右減速指令部２４の処理は当然のことながら、ソフトウ
ェアでなく、ハードウェアでも実現できる。

【００２０】本実施例は二輪駆動車，全輪駆動あるいは
それらの組合わせのものでも有効であることは言うまで
もない。

【００２１】図５は図２における出力トルクτ_a，τ_bの
代わりに、速度制御部１９で得られたトルク指令τ_L*，
τ_R*を用いた他の実施例である。速度制御演算部１４
ａ，１４ｂでは、演算されたトルク指令τ_L*，τ_R*に対
して、ベクトル演算部２０，電流制御部２１，ＰＷＭ制
御部２２において、それぞれ誘導モータのベクトル制御
演算，モータ電流をフィードバックして制御する演算，
ＰＷＭパルスを発生するための演算を行う。これによ
り、誘導モータ３ａ，３ｂからの出力トルクτ_a，τ_b
は制御応答の遅れ、ベクトル演算におけるモータ定数の
誤差などを除いて、トルク指令τ_L*，τ_R*とほぼ一致し
た値となる。一般に、速度制御の応答はトルク制御の応
答の遅れよりも遅いので、この実施例のように、トルク
の差から速度指令ω_L*，ω_R*を補正する場合には、トル
ク制御応答の遅れは問題にならない。また、モータ定数
の誤差はベクトル制御のパラメータを学習することによ
り、補正できる。そのため、速度制御部１９で算出され
たトルク指令τ_L*，τ_R*を用いても、誘導モータ３ａ，
３ｂの出力トルクτ_a，τ_bをほぼ一致させることができ
る。また、左右減速指令部２４には、モータ速度ω_L，
ω_Rと手動スイッチＳ_Mを入力している。この処理内容を
図６のフローチャートに示す。図４に比べて、ステップ
１１０，ステップ１１１を追加した点が異なる。ステッ
プ１１０では、モータ速度ω_L，ω_Rがいずれも０である
かを判断し、０である場合には、ステップ１１１にジャ
ンプする。ステップ１１１では、手動スイッチＳ_M が１
か０かを判断している。手動スイッチＳ_M が１のときに
は、ステップ１０７以降の処理を行う。つまり、左減速
指令ω_DL*，右減速指令ω_DR*を０としている。このこと
は運転者が手動スイッチを１とした場合には、トルク差
制御を行わないことを意味する。そのため、運転者が手
動スイッチによりトルク差制御を行うか否かを自由に選
択でき、路面状態に適したほうの制御を行えるという特
徴がある。なお、モータ速度が０でないとき、つまり、
自動車が走行しているときには、切り替えられないよう
なフローチャートになっているので、誤って操作しても
無視され、安全性を考慮している。したがって、本実施
例を用いれば、トルク検出器１３ａ，１３ｂを用いるこ
となく、左右のタイヤの出力トルクを一致させることが
できるとともに、運転者の意志により運転方法を選択で
きる。

【００２２】図７は自動車の運転状態により出力の差を
制御するための他の実施例を示す制御装置の構成図であ
る。図２に対して、図７は速度指令演算部１６内のトル
ク差指令部２５を追加した点、モータ速度ω_L，ω_Rによ
る速度差指令ω_D*の制御をトルク差制御部２３において
行う点が異なる。トルク差指令演算部２５には操舵角θ
ｓ，左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ω_c，ω_dを入力
し、それらに基づき、トルク差指令τ_D*を演算してい
る。このトルク差指令演算部２５は図８のブロック図に
示すように、操舵トルク差演算部２６，車速演算部２
７，車速感応制御部２８から構成されている。この処理
方法について以下述べる。操舵トルク差演算部２６は操
舵角θｓから比例制御，微分制御、あるいは、それらを
組み合わせた制御演算を行うことにより、操舵トルク差
指令τ_S*を算出する。次に、車速演算部２７では、非駆
動輪である左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ω_c，ω_d
の平均を求めることで、車速Ｖとしている。車速感応制
御部２８においては、この車速Ｖにより操舵トルク差指
令τ_S*の大きさを図８に示すように補償し、トルク差指
令τ_D*としている。これは車両の運動制御が必要である
高速時にトルク差制御の効果をより高めるためである。
ここで、操舵トルク差演算部２６における比例制御は旋
回中の車両における内側の出力トルクを外側のそれより
も減少させることにより、自動車の旋回性を高めること
ができる効果がある。例えば、図９に示すように、車速
がＶのとき、ハンドル１１を左に操舵すれば、左の誘導
モータ３ａの出力トルクτ_aが右の誘導モータ３ｂの出
力トルクτ_bよりも減少し、左方向に旋回しやすくなる
ことがわかる。また、微分制御はハンドルの操作に対す
る出力トルクの応答性を改善する効果がある。そのた
め、これらを組み合わせることにより、最適な運転性を
得ることができる。

【００２３】トルク差制御部２３の処理は図１０に示
す。トルク差制御部２３は速度差演算部２９，速度差制
限部３０，外部制限部３１，速度差ゲイン演算部３２か
らなる。速度差演算部２９は図２の実施例で説明した比
例・積分制御を行うもので、基準速度差指令ω_D0*を出
力する。この基準速度差指令ω_D0*に対して、速度差制
限部３０，外部制限部３１でそれぞれ速度差ゲインｋ
ω，外部ゲインｋｏとの積を算出することにより、速度
差指令ω_D*を得ている。速度差ゲインｋωは速度差ゲイ
ン演算部３２において、モータ速度ω_L，ω_Rの差から決
定しており、モータ速度差が０付近では１、所定の値以
上に増加したときに０となるようにしてある。また、外
部ゲインｋｏは運転者が外部からそのゲインを０から１
の範囲で設定できるようにしたものである。したがっ
て、速度差ゲインｋω，外部ゲインｋｏともに、その値
が１のときは出力トルクの差を所定の値にする制御を行
うことになり、また、そのいずれかの値が０のときに
は、出力トルクの差の制御を行わないことになる。その
ため、片側のタイヤがぬかるみなどでスリップしている
ときには、誘導モータ３ａ，３ｂのモータ速度ω_L，ω_R
の差が増加するので、出力トルクの差の制御を自動的に
停止し、通常の速度制御だけが行われる。これにより、
ぬかるみに入っていないほうのタイヤの出力トルクを最
大限利用してぬかるみから脱出できる。したがって、従
来の機械式の差動制限装置よりも制御性のよいシステム
を提供できる。また、ぬかるみや雪道の特性は一定でな
いので、自動的に行う方法だけでは、ぬかるみなどから
脱出できない場合がある。そこで、運転者がそのトルク
差制御の影響力を調整することにより、ぬかるみからの
より簡単に脱出できる。

【００２４】以上のことから、この実施例を用いれば、
自動車の旋回性，ハンドルの操舵性を改善できるととも
に、ぬかるみや雪道における空転を防止し、簡単にそこ
から脱出できる。

【００２５】図１１は図１と異なり、速度制御でなく、
トルク制御により誘導モータを制御した場合の他の実施
例である。図１１における入力信号としては、図１と比
較してトルク検出器１３ａ，１３ｂがない点が異なる。
また、制御装置６はトルク型車両制御演算部３３，トル
ク制御演算部３４ａ，３４ｂ，トルク差指令演算部３５
から構成されており、その処理内容を表すブロック図を
図１２に示す。まず、トルク制御演算部３４ａ，３４ｂ
は図２の実施例における速度制御演算部14ａ，１４ｂの
速度制御部１９を取り除いて、誘導モータ３ａ，３ｂの
トルク指令τ_L*，τ_R*を直接入力したものである。した
がって、トルク指令τ_L*，τ_R*に対しては、誘導モータ
３ａ，３ｂの制御は開ループとなっている。また、トル
ク型車両制御演算部３３では、基準トルク指令演算部３
６でアクセル踏み込み量ｘ_a，ブレーキ踏み込み量ｘ
_b ，左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ω_c，ω_dの平均
である車速Ｖから基準トルク指令τ_*を算出した後、左
トルク制限指令τ_DL*，右トルク制限指令τ_DR* を減算
することにより、それぞれ、誘導モータ３ａ，３ｂのト
ルク指令τ_L*，τ_R*としている。左トルク制限指令τ
_DL*，右トルク制限指令τ_DR*がともに０であれば、誘導
モータ３ａ，３ｂはいずれもトルク指令τ_L*となるよう
に制御されるので、機械式の差動装置と同様の動作が行
われる。

【００２６】ここで、この実施例の特徴であるトルク差
指令演算部３５、つまり、左トルク制限指令τ_DL*，右
トルク制限指令τ_DR*の演算方法について説明する。ト
ルク差指令演算部３５には、モータ速度の差を得るため
のモータ速度ω_L，ω_Rと、車速Ｖを得るための回転速度
ω_c，ω_dが入力される。これらから得られたモータ速度
の差と車速Ｖはトルク差演算部３７に入力される。図１
２に示すように、モータ速度の差が所定の値以上になっ
たとき、トルク差指令τ_D*が発生するようになってい
る。また、車速Ｖが高速になるに従って、トルク差指令
τ_D*も増加するようにしてある。これは高速のときモー
タ速度の差が増加し過ぎることなく、安全に、しかも、
安定に走行するようにするためのものである。トルク制
限指令演算部３８では、トルク差指令τ_D*から誘導モー
タ３ａ，３ｂのいずれの出力トルクを低減するかを判断
している。図４のフローチャートと同様に、トルク差指
令τ_D*が正のときには、左トルク制限指令τ_DL* をトル
ク差指令τ_D*の値に、右トルク制限指令τ_DR* を０にし
て出力する。また、それが負であれば、左トルク制限指
令τ_DL*を０に、右トルク制限指令τ_DR*をトルク差指令
τ_D*の絶対値にして出力するものである。この方法によ
り、常に、出力トルクを制限する方向で、モータ速度の
差による制御を行っていることになり、安全性を高めら
れる。

【００２７】本実施例によれば、トルク制御を基本とす
る誘導モータ駆動の電気自動車においても、ぬかるみな
どでの空転を防止することができる特徴を持つ。

【００２８】以上が本発明の一実施例であり、２つのモ
ータで前輪を独立に駆動する場合について述べたが、四
輪を独立に駆動する場合に適用してもよい。また、モー
タの種類についても、誘導モータだけでなく、他のモー
タでも適用できる。さらに、制御装置の構成方法につい
ては、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理で
も、同様の機能を有するハードウェアでも制御できるこ
とは言までもない。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、左右のモータの速度差
について速度指令を減少させる方向で制御し、そのトル
ク差を所定の値にすることにより、駆動輪の路面抵抗係
数が左右で異なる場合にも、運転者が意図する方向に走
行させることができ、ぬかるみなどの場所でも容易に脱
出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】電気自動車の前輪をそれぞれ独立に誘導モータ
で速度制御したときの本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１における制御装置の制御方法を示したブロ
ック図。

【図３】出力トルクを一致させる原理を説明するための
路面抵抗係数の特性図と、自動車を駆動する出力トルク
のベクトル図。

【図４】左右減速指令部の処理内容を示すフローチャー
ト。

【図５】出力トルクの代わりにトルク指令を用いて制御
する図１と異なる他の実施例を示す制御装置の構成図。

【図６】運転者の手動スイッチにより切り替えができる
ようにした図４と異なる左右減速指令部の処理内容を示
すフローチャート。

【図７】自動車の運転状態により出力トルクの差を制御
するための他の実施例を示す制御装置の構成図。

【図８】図７のトルク差指令部の演算方法を示したブロ
ック図。

【図９】図７の実施例において、旋回時にトルク差を生
じさせたときの出力トルクのベクトル図。

【図１０】トルク差制御部の処理内容を示すブロック
図。

【図１１】電気自動車の前輪をそれぞれ独立に誘導モー
タでトルク制御したときの他の実施例を示す構成図。

【図１２】図１１における制御装置の制御方法を示した
ブロック図。

【符号の説明】

1…自動車、２ａ…左前輪、２ｂ…右前輪、２ｃ…左後
輪、２ｄ…右後輪、３ａ，３ｂ…誘導モータ、４ａ，４
ｂ…インバータ、５…バッテリー、６…制御装置、７…
アクセルペダル、８…ブレーキペダル、９…運転モード
レバー、１０…舵角センサ、１１…ハンドル、１２ｃ，
１２ｄ…エンコーダ、１３ａ，１３ｂ…トルク検出器、
１４ａ，１４ｂ…速度制御演算部、１５…車両制御演算
部、１６…速度差指令演算部、１７…車速演算部、１８
…旋回速度演算部、１９…速度制御部、２０…ベクトル
演算部、２１…電流制御部、２２…ＰＷＭ制御部、２３
…トルク差制御部、２４…左右減速指令部、２５…トル
ク差指令部、２６…操舵トルク差演算部、２７…車速演
算部、２８…車速感応制御部、２９…速度差演算部、３
０…速度差制限部、３１…外部制限部、３２…速度差ゲ
イン演算部、３３…トルク型車両制御演算部、３４ａ，
３４ｂ…トルク制御演算部、３５…トルク差指令演算
部、３６…基準トルク指令演算部、３７…トルク差演算
部、３８…トルク制限指令演算部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｐ 5/46 Ｈ０２Ｐ 5/46 Ｈ 7/74 Ｇ 7/74 ＤＢ６２Ｄ 101:00 // Ｂ６２Ｄ 101:00 113:00 113:00 137:00 137:00 Ｈ０２Ｐ 5/408 Ａ (72)発明者高本祐介茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小原三四郎茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者山村博久茨城県勝田市大字高場2520番地株式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者山田博之茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番地３日立オートモティブエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆
動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータに
それぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を
運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知
する検知手段と、前記モータ群が出力する左右のトルク
とが一致するように制御するための速度差指令と前記検
知手段の信号により演算される車速指令とから前記モー
タ群の左モータ及び右モータの前記モータ速度指令を算
出する速度指令演算手段と、前記モータの速度が前記モ
ータ速度指令になるようにそれぞれの前記モータの速度
をフィードバックして前記電力変換手段から供給する電
圧を演算し、制御する速度制御手段とを備えたことを特
徴とする電気自動車制御装置。
【請求項２】請求項１記載において、上記モータ速度指
令を低減することにより、上記左出力トルクと上記右出
力トルクとを一致させる様に制御することを特徴とする
電気自動車制御装置。
【請求項３】請求項１記載において、上記速度制御手段
はそれぞれ上記モータ速度指令と上記検知手段から得ら
れるモータ速度との差によりモータトルク指令を演算
し、該モータトルク指令から上記出力電圧指令を算出す
るものであって、上記モータ群の左モータと右モータに
対応するそれぞれの前記モータトルク指令が一致するよ
うに制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項４】請求項１記載において、上記モータがそれ
ぞれ交流モータであり、かつ、上記速度制御手段はそれ
ぞれ上記モータ速度指令と上記検知手段から与えられる
モータ速度との差により得られるトルク電流指令と、前
記モータ速度から得られる磁束電流指令を演算して、前
記トルク電流指令と前記磁束電流指令とのベクトル和か
ら上記出力電圧指令を算出するものであって、上記モー
タ群の左モータと右モータに対応するそれぞれの前記ト
ルク電流指令が一致するように制御することを特徴とす
る電気自動車制御装置。
【請求項５】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆
動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータに
それぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を
運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知
する検知手段と、前記自動車の車速と前記自動車のハン
ドルの操舵角から与えられるトルク差指令を算出するト
ルク差演算手段と、前記モータ群が出力する左右のトル
クとの差が前記トルク差指令に一致するように制御する
ための速度差指令と前記検知手段の信号により演算され
る車速指令とから前記モータ群の左モータ及び右モータ
の前記モータ速度指令を算出する速度指令演算手段と、
前記モータの速度が前記モータ速度指令になるようにそ
れぞれ前記モータの速度をフィードバックして前記電力
変換手段から供給する電圧を演算し、制御する速度制御
手段とを備えたことを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項６】請求項５記載において、上記モータ群の左
モータのモータ速度と右モータのモータ速度との差によ
り上記トルク差指令を算出することを特徴とする電気自
動車制御装置。
【請求項７】請求項５記載において、上記操舵角と直進
するときの操舵角の差が増加するに従って上記トルク差
指令を増加させるトルク差演算手段を備えていることを
特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項８】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆
動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータに
それぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を
運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知
する検知手段と、該検知手段の信号により算出した前記
モータのそれぞれのモータトルク指令になるようにトル
ク制御演算を行い、出力電圧指令をそれぞれの前記電力
変換手段に出力する制御手段とを備えた電気自動車制御
装置において、前記モータ群の左モータのモータ速度と
右モータのモータ速度との速度差が所定の速度差制限値
を超えたとき、前記モータトルク指令を低減することに
より、前記速度差が前記速度差制限値内となるように制
御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項９】請求項８記載において、上記モータ群の中
で上記モータ速度が大きいモータの上記モータトルク指
令を低減することにより、上記速度差が上記速度差制限
値内となるように制御することを特徴とする電気自動車
制御装置。
【請求項１０】請求項８記載において、上記モータがそ
れぞれ交流モータであり、かつ、上記トルク制御手段は
それぞれ上記モータトルク指令から得られるトルク電流
指令と、前記モータのモータ速度から得られる磁束電流
指令を演算して、前記トルク電流指令と前記磁束電流指
令とのベクトル和から上記出力電圧指令を算出するもの
であって、前記トルク電流指令を低減することにより、
上記速度差が上記速度差制限値内となるように制御する
ことを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項１１】請求項８記載において、上記自動車の車
速が増加するに従って上記速度差制限値を低下させるこ
とを特徴とする電気自動車制御装置。