JP2005065377A - 車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪独立駆動式車両にタイヤチェーンを装着した場合であっても、旋回特性が変化することのない駆動トルク制御となす。
【解決手段】チェーン装着検知器１１がタイヤチェーンを装着中であるとの信号を出力する間に、必要駆動トルク演算部１３は、上記装着信号の種類に応じて、チェーン未装着時駆動トルク演算部２５、チェーン前輪装着時必要駆動トルク演算部２６、チェーン後輪装着時必要駆動トルク演算部２７のいずれか１を選択する。これら演算部では、チェーン装着時もチェーン未装着時と同じ目標旋回特性を得るための車両総モータトルク補正量ΔＴｍを、目標旋回特性が達成されるように各輪に振り分けて各輪の駆動トルクTm(1〜4)を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪を個々のモータで独立に駆動する車輪独立駆動式電気自動車の旋回特性が、車輪に滑り止めのタイヤチェーンを装着した場合であっても、目標旋回特性から大きくずれることのないよう車輪の駆動トルクを制御する技術に関するものである。

車輪独立駆動式電気自動車の旋回走行中における旋回特性を向上し、または、運転者の好みに応じた車両のステア特性とするための駆動トルク制御装置としては従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
実開昭５９−１４１４０５号公報

この特許文献１に記載の駆動トルク制御装置は、車両の旋回走行中、車速やステアリングホイールの操舵角に基づいて旋回方向外側における外側車輪の回転数が、反対側における旋回方向内側車輪の回転数よりも高くなるよう車輪の駆動トルクを制御して、車両の旋回特性を旋回性能が向上するようにするというものである。

しかし、上記従来のような駆動力制御装置にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。
つまり、駆動力制御の演算は、各車輪のタイヤ動半径が前後あるいは左右においてほぼ同様であるとの前提のもとで、若しくは、違っていたとしても各車輪のタイヤ動半径が固定値であるとの前提のもとで行われている。
タイヤ空気圧の大小、あるいはタイヤの磨耗によるタイヤ動半径の変化は微々たるものであり、上記の駆動力制御に与える影響は無視できるほどに小さい。

ところで、雪対策として滑り止めのタイヤチェーンを前輪または後輪に装着した場合、チェーン装着車輪のタイヤ動半径が無視できないほどに大きくなり、目標旋回特性を実現するための車輪駆動トルクがチェーン未装着時とチェーン装着時とで異なってしまい、上記した従来のようにチェーンの装着時も未装着時と同じ駆動力制御を行うのでは、チェーン装着時に目標とする車両の旋回特性を得ることができない。

図３により付言するに、この図は、車両が或る一定の旋回半径を保って一定車速で走行する、所謂定速定常円旋回走行を行っている状態からの、車両加速度（車両が前方加速を開始する時の加速度）とヨー角加速度との関係線図で、破線αは、如何なる車両加速度のもとでもニュートラルステア特性となるのに必要なヨー角加速度を示す。
なお以下では、このニュートラルステア特性を目標旋回特性として説明を展開することとする。

従来のようにチェーンの装着時も未装着時と同じ駆動力制御を行うのでは、前輪にタイヤチェーンを装着した場合、前輪のタイヤ動半径が増大するのに駆動力制御に当たって用いる前輪のタイヤ動半径がチェーン装着前の小さな値であることに起因して、前輪のタイヤ動半径から求める必要前輪駆動トルクも小さくなり、車両の旋回特性が図３にβで示すごときものとなって、ニュートラルステア特性α（目標旋回特性）よりも大幅に上側のアンダーステア（Ｕ／Ｓ）領域に入り込み、不安定な強アンダーステア特性となる。

また従来装置では、チェーン装着車輪とチェーン未装着車輪との間で路面摩擦抵抗に大きな差が発生するにもかかわらずこれに対する対処を行わないため、この点でもチェーン装着時には目標とする車両の旋回特性を得ることができないし、かかる路面摩擦抵抗の差は旋回特性を適正にコントロールできなくなってしまうという懸念も生じる。

本発明は、タイヤチェーンの装着により車輪のタイヤ動半径が変化したり、チェーン装着車輪とチェーン未装着車輪との間で路面抵抗係数が大きく異なる場合であっても、目標とする旋回特性が得られるような駆動トルク制御を可能にした装置を提案することを目的とする。

この目的のため本発明による車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置は請求項１に記載のごとく、
各車輪を個々のモータで独立に駆動する車輪独立駆動式電気自動車の実旋回特性が目標旋回特性に一致するよう上記モータによる車輪駆動トルクを個々に制御する駆動トルク制御装置に対し、以下のチェーン装着検知手段と車輪駆動トルク修正手段とを設けたものである。
前者のチェーン装着検知手段は、車輪に対し滑り止めのタイヤチェーンが装着されているのを検知し、
後者の車輪駆動トルク修正手段は、チェーン装着検知手段によりタイヤチェーンの装着が検知される間、各車輪駆動トルクを、タイヤチェーンの装着による実旋回特性および目標旋回特性間における偏差の増大が抑制されるよう修正するものである。

かかる本発明の構成によれば、車輪にタイヤチェーンが装着されている間は、各車輪駆動トルクを、タイヤチェーンの装着による実旋回特性および目標旋回特性間における偏差の増大が抑制されるよう修正することから、
車輪にタイヤチェーンが装着されてそのタイヤ動半径が増大したり、チェーン未装着車輪より路面摩擦係数が大きくなっても、車輪にタイヤチェーンを装着しない場合と同様に目標旋回特性を達成することができる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の構成になる車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置を示す機能別ブロック線図である。

1L,1Rはそれぞれ左右前輪、2L,2Rはそれぞれ左右後輪で、図１ではこれら車輪を便宜上、車輪独立駆動式電気自動車３から切り離して示した。
左右前輪1L,1Rおよび左右後輪2L,2Rはそれぞれ、個々の電動式ホイールモータ４により独立して駆動するものとするが、図１では便宜上、これら４個のモータ４をひとまとめにして示した。

４個のモータ４は、コントローラ５からの個々の駆動トルク指令Tm(1〜4)によりトルク制御することとし、そのためコントローラ５には、車輪1L,1Rおよび2L,2Rの回転数から車速Vを検出する車速センサ６からの信号と、左右前輪1L,1Rを操舵するステアリングホイール７の操舵角δを検出する操舵角センサ８からの信号と、車輪独立駆動式電気自動車３の横加速度Ygおよびヨーレート（ヨー角速度）γｖをそれぞれ検出する横加速度センサ９およびヨーレートセンサ１０からの信号と、車輪1L,1Rおよび／または2L,2Rへのタイヤチェーンの装着を検知するチェーン装着検知器１１からの信号とを入力する。

コントローラ５は、目標旋回特性演算部１２および必要駆動トルク演算部１３により構成する。目標旋回特性演算部１２は、優れた旋回特性を実現するため、旋回中は常にニュートラルステアになるための電気自動車の理想ヨーレートγ（目標旋回特性）を演算する。理想ヨーレートγの演算は以下の式（１）を用いて行う。

γ＝V・δ／（１＋K・V^２）・L ・・・・（１）

ここで、Kはステア特性係数を表し、ニュートラルステア特性の場合にはK＝０となる。Lはホイールベースである。

次に、チェーン未装着時、すなわち通常旋回走行時に、実ヨーレートγvを理想ヨーレートγに一致させてニュートラルステア特性を得るのに必要な車両総モータトルク補正量ΔTｍを、以下の式（２）を用いて演算する。

ΔTｍ＝[｛（dγ/dt）-（dγv/dt）｝J・Tr]Lt/2 ・・・・（２）

ここで、Jは車両平面重心回り慣性能率であり、車両の特性に基づき定まるものである。Lｔはタイヤのトレッド幅、Trはタイヤ動半径である。
上記のようにして求めたチェーン未装着時ニュートラルステア用車両総モータトルク補正量ΔTｍは必要駆動トルク演算部１３へ出力する。

必要駆動トルク演算部１３は、チェーン未装着時ニュートラルステア用車両総モータトルク補正量ΔTｍおよびチェーン装着検知器１１からの信号に基づき、図２に示すような判断および演算を行う。
チェーン装着検知器１１は、例えば、車輪１R，1L，2R，２L間における車輪速の差に基づき、各車輪のタイヤチェーンの装着を検知する。そして、前輪のみに装着された場合、または後輪のみに装着された場合には、対応する信号を出力し、チェーン未装着である場合には信号を出力しないものとする。
なお、上記のチェーン装着判断において、各車輪１R，1L，2R，２Lの車輪速変化値を算出して各車輪１R，1L，2R，２Lのタイヤ動半径の演算を逐次おこなってもよい。また、タイヤ動半径に許容範囲を定めておき、許容範囲外と判定した場合には、例えばタイヤパンクや不正規なタイヤ装着など、タイヤチェーン装着ではない（異常である）と判定・報知してもよい。

必要駆動トルク演算部１３は、装着判断部２３、前後輪チェーン装着判断部２４、チェーン未装着時必要駆動力演算部２５、チェーン前輪装着時必要駆動力演算部２６、チェーン後輪装着時必要駆動力演算部２７およびセレクタ２８により構成する。

装着判断部２３は、チェーン装着検知器１１からの信号を受信しない場合には、チェーン未装着と判断し、チェーン未装着時必要駆動力演算部２５に、各車輪の駆動トルクTｍ（１〜４）を演算させる。演算は以下の式（３）を用いる。
Tｍ（１〜４）＝To ± ΔTｍ／４ ・・・（３）
ここで、Tｏは車両が加減速走行または一定速走行を行うのに必要な各車輪の基本トルクであり、運転者のアクセルペダル操作によって決定される。

そして、４輪独立駆動式の車両にあっては、外側前輪および外側後輪のモータトルクがそれぞれ＋ΔTｍ／４ずつ修正され、内側前輪および内側後輪がそれぞれ−ΔTｍ／４ずつ修正されて、目標旋回特性であるニュートラルステア特性を得るものである。
チェーン未装着時必要駆動力演算部２５は、上記の演算結果Tm（１〜４）をセレクタ２８へ出力する。

装着判断部２３が、チェーン装着検知器１１からの信号を受信する場合には、チェーン装着と判断し、次の前後輪チェーン装着判断部２４では、前輪もしくは後輪のいずれにタイヤチェーンが装着されているかを判断する。

前輪装着に対応する信号を受信した場合、前後輪チェーン装着判断部２４は、チェーン前輪装着時必要駆動力演算部２６に、各車輪の駆動トルクTｍ（１〜４）を演算させる。演算は以下の式（４）を用いる。
Tｍ（１）＝To ± （ΔTｍ／４）・Ｋt−Ｔs
Tｍ（２）＝To ± （ΔTｍ／４）・Ｋt−Ｔs
Tｍ（３）＝To ± ΔTｍ／４
Tｍ（４）＝To ± ΔTｍ／４ ・・・（４）
ここで、Tｍ（１〜２）は前輪のモータトルクであり、Tｍ（３〜４）は後輪のモータトルクである。外輪にはプラス符号、内輪にはマイナス符号を適用する。Ｋtはタイヤ動半径変化補正係数であり、
Kｔ＝チェーン装着タイヤ動半径／チェーン未装着タイヤ動半径
で表される。例えば、チェーン未装着輪のタイヤ動半径を０．３ｍとし、タイヤチェーンの厚みは０．０１ｍで略一定とすれば、
Kｔ＝（０．０１＋０．３）／０．３＝１．０３ を用いる。

Ｔsは片輪損失駆動力分モータトルク量（減トルク指令量）であり、前輪のみにチェーンを装着した場合において、前後輪の間で路面摩擦抵抗係数が異なるために、後輪のみが空転することから、空転による損失分のモータトルク量をもって、前輪のモータトルクをマイナス補正する。また、トラクションコントロール機能を備えた車両にあっては、減トルク指令量をもって、前輪のモータトルクをマイナス補正する。この場合、路面摩擦抵抗係数の突発的な変化等により、タイヤチェーン未装着輪の駆動トルクTｍ（３〜４）の演算に悪影響が及ぶのを防止するため、ローパスフィルタ等を用いて高周波成分に対する応答性を低くして演算を行う。

チェーン前輪装着時必要駆動力演算部２６は演算結果Tm（１〜４）をセレクタ２８へ出力する。

一方、後輪装着に対応する信号を受信した場合、前後輪チェーン装着判断部２４は、チェーン後輪装着時必要駆動力演算部２７に、各車輪の駆動トルクTｍ（１〜４）を演算させる。演算は以下の式（５）を用いる。
Tｍ（１）＝To ± ΔTｍ／４
Tｍ（２）＝To ± ΔTｍ／４
Tｍ（３）＝To ±（ΔTｍ／４）・Ｋt−Ｔs
Tｍ（４）＝To ± （ΔTｍ／４）・Ｋt−Ｔs ・・・（５）
上記チェーン前輪装着時と同様、外輪にはプラス符号、内輪にはマイナス符号を適用する。
チェーン後輪装着時必要駆動力演算部２７は演算結果Tm（１〜４）をセレクタ２８へ出力する。

セレクタ２８は、チェーン装着検知器１１からの信号に対応する駆動力演算部２５，２６，２７のいずれか１つから、各車輪の駆動トルクTｍ（１〜４）を選択し、これをトルク指令として個々のモータ４，４・・へ出力する。具体的には、チェーン検知信号を受信しなければチェーン未装着時必要駆動力演算部２５から駆動トルクTｍ（１〜４）を選択し、前輪のみチェーン装着であるとの検知信号を受信すればチェーン前輪装着時必要駆動力演算部２６から駆動トルクTｍ（１〜４）を選択し、後輪のみチェーン装着であるとの検知信号を受信すればチェーン後輪装着時必要駆動力演算部２７から駆動トルクTｍ（１〜４）を選択する。

個々のモータ４，４・・は、上記のトルク指令を達成すべく、各車輪１R，１L，２R，２Lに駆動トルクTｍ（１〜４）を与える。

図３は前記したとおり、定速定常円旋回走行を行っている状態からの、車両加速度とヨー角加速度との関係線図であるが、ニュートラルステア特性となるのに必要なヨー角加速度を示す破線αに対し、従来は前輪のみにタイヤチェーンを装着した場合２点鎖線βで示すごとく車両加速度（G）が大きいほど、不安定な強アンダーステア（Ｕ／Ｓ）特性となっていたが、本実施例によれば、前輪のみにタイヤチェーンを装着した場合、式（４）により各車輪の駆動トルクTｍ（１〜４）を演算するため、実線εに示すように、車両加速度Ｇの大小如何にかかわらず、破線αとほぼ一致し、その旋回特性はニュートラルステア特性を満足させることがわかる。

このように、本実施例の構成によれば、タイヤチェーンを前輪あるいは後輪に装着した場合には、チェーン装着検知器１１が、前輪１R，１Lあるいは後輪２R，２Lのタイヤチェーンの装着を検知し、検知中には、必要駆動トルク演算部１３が、タイヤ動半径変化補正係数Kｔを用いて、車両の旋回性能が各車輪１R，１L，２R，２Lの駆動トルクTｍ（１〜４）を修正するため、タイヤチェーン装着時であっても、目標旋回特性たるニュートラルステア特性を維持することができる。

また、前輪１R，１Lにタイヤチェーンが装着されたと検知するときは、チェーン前輪装着時必要駆動力演算部２６が、車両の旋回特性をオーバーステア領域側へ高まるよう、駆動トルクTｍ（１〜４）を修正し、一方、後輪２R，２Lにタイヤチェーンが装着されたと検知するときは、チェーン後輪装着時必要駆動力演算部２７が、車両の旋回特性をアンダーステア領域側へ低下するよう、駆動トルクTｍ（１〜４）を修正するため、タイヤチェーン装着時であっても、目標旋回特性たるニュートラルステア特性を維持することができる。

チェーン装着検知器１１は、手動スイッチや、光学センサ等により、タイヤチェーンの装着を検知することができるが、車輪１L，１R，２L，２R間における車輪速の差に基づき、各車輪のタイヤチェーンの装着を検知することで、別途検出部品を接地する必要がなく、コスト減、軽量化が可能となる。さらに、チェーン装着後のタイヤ動半径Trを測定することができるため、タイヤチェーンの種類に応じて、精度よく目標旋回特性を達成することができる。

また、ローパスフィルタ等を用いて、高周波成分に対する応答性を低くしてタイヤチェーン未装着輪の駆動トルクTｍ（１〜２）もしくはTｍ（３〜４）の演算を行うことで、演算路面摩擦抵抗係数の突発的な変化等により、駆動トルク制御に悪影響が及ぶのを防止し、精度よく目標旋回特性を達成することができる。

なお上記では、前輪か後輪のみにタイヤチェーンを装着する場合について述べたが、前後輪双方にタイヤチェーンを装着する場合についても同様の考え方による駆動トルク補正により目標旋回特性を維持し得ることは言うまでもない。 さらに、上記では旋回特性としてヨーレートを考慮し、駆動トルク制御に資する場合について説明したが、この代わりに、或いはこれと共に横加速度を考慮し、図１のセンサ９で検出した実横加速度Ygが目標横加速度に一致するような駆動トルク制御にする場合も同様の考え方を適用可能なことは勿論である。

本発明による駆動トルク制御装置を具えた４輪独立駆動方式の電気自動車のパワートレーンを示す機能ブロック線図である。 同駆動トルク制御装置におけるコントローラ内の必要駆動トルク演算部の構成を示すブロック線図である。 同駆動トルク制御装置を具えた車両の旋回特性を、前輪にタイヤチェーンを装着した場合について、従来の４輪独立駆動式電気自動車の旋回特性およびニュートラルステア特性と比較しつつ示す車両の旋回特性線図である。

符号の説明

１L，１R 前輪
２L，２R 後輪
３ 電気自動車
４ ホイールモータ
５ コントローラ
６ 車速センサ
７ ステアリングホイール
８ 操舵角センサ
９ 横加速度センサ
１０ ヨーレートセンサ
１１ チェーン装着検知器
１２ 目標旋回特性演算部
１３ 必要駆動トルク演算部
２３ 装着判断部
２４ 前後輪チェーン装着判断部
２５ チェーン未装着時必要駆動力演算部
２６ チェーン前輪装着時必要駆動力演算部
２７ チェーン後輪装着時必要駆動力演算部
２８ セレクタ

Claims (6)

1. 各車輪を個々のモータで独立に駆動する車輪独立駆動式電気自動車に用いられ、該車両の実旋回特性が目標旋回特性に一致するよう前記モータによる車輪駆動トルクを個々に制御する駆動トルク制御装置において、
   前記車輪に対し滑り止めのタイヤチェーンが装着されているのを検知するチェーン装着検知手段と、
   該手段によりタイヤチェーンの装着が検知される間、前記各車輪駆動トルクを、タイヤチェーンの装着による前記実旋回特性および目標旋回特性間における偏差の増大が抑制されるよう修正する車輪駆動トルク修正手段とを設けたことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。
2. 請求項１に記載の駆動トルク制御装置において、
   前記チェーン装着検知手段は、どの車輪にタイヤチェーンが装着されたかをも検知するものであり、
   前記車輪駆動トルク修正手段は、該検知したタイヤチェーン装着車輪に応じて前記各車輪駆動トルクの修正を行うよう構成したことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。
3. 請求項２に記載の駆動トルク制御装置において、
   前記チェーン装着検知手段が前輪のみへのタイヤチェーンの装着を検知する時、 前記車輪駆動トルク修正手段は、車両の旋回性能が高まるよう前記各車輪駆動トルクの修正を行うよう構成し、
   前記チェーン装着検知手段が後輪のみへのタイヤチェーンの装着を検知する時、 前記車輪駆動トルク修正手段は、車両の旋回性能が低下するよう前記各車輪駆動トルクの修正を行うよう構成したことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。
4. 請求項２または３に記載の駆動トルク制御装置において、
   前記車輪駆動トルク修正手段は、タイヤチェーン装着車輪ごとの車輪駆動トルク修正部を具え、前記チェーン装着検知手段が検知したタイヤチェーン装着車輪に対応する車輪駆動トルク修正部を選択使用して前記各車輪駆動トルクの修正を行うよう構成したことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の駆動トルク制御装置において、
   前記チェーン装着検知手段は、車輪間における車輪速の差に基づき、各車輪のタイヤチェーンの装着を検知するよう構成したことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の駆動トルク制御装置において、
   前記修正した車輪駆動トルクに関する指令のうち、タイヤチェーン未装着車輪に対する車輪駆動トルク指令はローパスフィルタに通し、タイヤチェーン装着車輪に対する駆動トルク指令よりも高周波成分を除去されたものとなるよう構成したことを特徴とする車輪独立駆動式電気自動車の駆動トルク制御装置。

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