JP2005160165A - 車輪加速度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度で応答性がよく、かつ極低速領域から車輪加速度を検出することができる車輪加速度検出装置を提供する。
【解決手段】 車輪加速度検出装置１は、電動モータ１１ＦＲ〜１１ＲＬに供給する目標電流値Ｉｔを算出する目標電流算出部２０Ａと、実電流値Ｉｓを検出する電流センサ１５ＦＲ〜１５ＲＬと、コーナーリングドラッグによって消費される駆動力分に対応する電流値Ｉｃを算出するコーナーリングドラッグ電流算出部２０Ｂと、走行抵抗によって消費される駆動力分に対応する電流値Ｉｒを算出する走行抵抗電流算出部２０Ｄと、路面の勾配抵抗によって消費される駆動力分に対応する電流値Ｉｂを算出する勾配抵抗電流算出部２０Ｄと、目標電流値Ｉｔと実電流値Ｉｓとの偏差ΔＩから電流値Ｉｃ、電流値Ｉｒ及び電流値Ｉｂを減算し、その減算結果Ｉａに基づいて車輪加速度を求める車輪加速度算出部２０Ｅとを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車輪加速度検出装置に関する。

従来から、交流モータと減速歯車機構とを一体化してホイールに組み込んだインホイールモータが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。インホイールモータ等のホイールを直接的に駆動する方式によれば応答性のよい各輪独立駆動制御が可能となる。各輪の駆動制御において、インホイールモータを駆動する電流の目標値は、アクセルペダル開度や車輪加速度等に基づいて設定される。そのため、高精度で応答性のよい車輪加速度検出が要求される。
特開平８−２８９５０１号公報（第３−５頁、第２図）

車輪加速度は、例えば、磁気ピックアップ等を用いた車輪速センサの検出値（車輪速）を微分することにより算出される。この磁気ピックアップ式車輪速センサは、ノイズに弱い。また、磁気ピックアップ式車輪速センサでは、フィルタ処理等を行う必要があるため応答性が低下する。さらに、極低速領域では車輪速を検出できないという問題を有する。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、高精度で応答性がよく、かつ極低速領域から車輪加速度を検出することができる車輪加速度検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車輪加速度検出装置は、車輪を駆動する電動駆動手段を車輪ごとに設けた車両における車輪加速度検出装置において、車両の運転状態に基づいて電動駆動手段に供給する目標電流値を算出する目標電流算出手段と、電動駆動手段に供給されている実電流を検出する電流検出手段と、目標電流値と実電流値との偏差に基づいて車輪の加速度を求める車輪加速度算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る車輪加速度検出装置によれば、目標電流値と実電流値との偏差から車輪加速度を求めるので、ノイズが少なく、フィルタ処理等を削減することができる。また、極低速領域から車輪加速度を検出することが可能となる。

本発明に係る車輪加速度検出装置は、車輪のコーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出するコーナーリングドラッグ電流算出手段と、車両の走行抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する走行抵抗電流算出手段と、車両が走行している路面の勾配抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する勾配抵抗電流算出手段とを備え、車輪加速度算出手段が、目標電流値と実電流値との偏差からコーナーリングドラッグ分の電流値、走行抵抗分の電流値及び勾配抵抗分の電流値を減算し、その減算結果に基づいて車輪の加速度を求めることが好ましい。

この場合、目標電流値と実電流値との偏差からコーナーリングドラッグ分、走行抵抗分及び勾配抵抗分それぞれの電流値を減算することにより、車輪速度を変化させるために消費された電流値に比例した値を算出することができる。

本発明に係る車輪加速度検出装置は、車両の左右方向の加速度を検出する左右加速度検出手段を備え、コーナーリングドラッグ電流算出手段が、左右加速度検出手段により検出された左右加速度に応じて、コーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出することが好ましい。

コーナーリングドラッグは左右加速度に比例する。したがって、左右加速度に応じてコーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を求めることができる。

また、車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、コーナーリングドラッグ電流算出手段が、ヨーレート検出手段により検出されたヨーレートに応じてコーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する構成としてもよい。

コーナーリングドラッグはヨーレートに比例する。したがって、ヨーレートに応じてコーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を求めることができる。

本発明に係る車輪加速度検出装置は、車輪加速度算出手段により算出された各車輪の車輪加速度を相互に比較することにより路面の状態及び前記車両の運動状態を判定する状態判定手段をさらに備えることが好ましい。

この場合、各車輪の車輪加速度を相互に比較することにより、例えば、スプリット路面であるか否かの判定や車両が旋回中であるか否かの判定などを行うことができる。

本発明によれば、車輪加速度を、極低速領域から高精度に且つ応答性よく検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。

まず、図１及び図２を用いて、実施形態に係る車輪加速度検出装置１の構成について説明する。図１は、車輪加速度検出装置１を搭載した車両Ｖの主要な構成を示す図である。図２は、車輪加速度検出装置１のシステム図である。

車輪加速度検出装置１が搭載された車両Ｖには、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬが取り付けられている。ここで、車輪１０ＦＲは右前輪、車輪１０ＦＬは左前輪、車輪１０ＲＲは右後輪、車輪１０ＲＬは左後輪を示している。

各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬには、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬが取り付けられている。各車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬは、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０に接続されている。

各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬのホイールの内側には、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬが組み込まれている。即ち、各電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、インホイールモータであり、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬそれぞれを独立して駆動する。電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは電動駆動手段として機能する。

なお、電動モータは、車輪それぞれを独立して駆動することができるように取り付けられていればインホイールモータでなくてもよい。例えば、電動モータを車体側に取り付け、電動モータと車輪とをドライブシャフト等により結合させる構成としてもよい。

電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、交流同期モータであり、インバータ１３から出力される交流電力によって駆動される。また、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬは、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの回転を利用して発電（回生発電）することもできる。

インバータ１３は、ＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて、高電圧バッテリ１４に蓄えられた電力を直流から交流に変換して電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬに供給する。また、インバータ１３は、電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬにより回生発電された電力を、交流から直流に変換して高電圧バッテリ１４に蓄える。

インバータ１３は、各電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬとインバータ１３とを接続する三相線１６ＦＲ，１６ＦＬ，１６ＲＲ，１６ＲＬに流れる相電流を検出する電流センサ１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬを有している。各電流センサ１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬにより検出された実電流値Ｉｓは、通信線を介してインバータ１３からＥＣＵ２０に送られる。

ステアリング２１にはロータリーエンコーダ等からなる操舵角センサ２２が設けられている。この操舵角センサ２２は、運転者が入力した操舵角度の方向と大きさに応じた信号を出力する。操舵角センサ２２から出力された信号はＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０には、車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬや操舵角センサ２２以外に、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ２３、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）２４、車両Ｖの左右方向の加速度を検出する左右加速度センサ（左右加速度検出手段）２５及び走行路面の勾配を検出する勾配センサ２６等が接続されている。

ＥＣＵ２０は、その内部に、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ及び図示しない１２Ｖバッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有している。

そして、上記マイクロプロセッサ等により、ＥＣＵ２０の内部には、アクセルペダル開度等の車両運転状態に基づいて電動モータ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬに供給する目標電流値Ｉｔを算出する目標電流算出部（目標電流算出手段）２０Ａ、車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬのコーナーリングドラッグ（転がり抵抗）によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｃを算出するコーナーリングドラッグ電流算出部（コーナーリングドラッグ電流算出手段）２０Ｂ、車両Ｖの走行抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｒを算出する走行抵抗電流算出部（走行抵抗電流算出手段）２０Ｃ、及び、車両Ｖが走行している路面の勾配抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｂを算出する勾配抵抗電流算出部（勾配抵抗電流算出手段）２０Ｄが構築されている。

また、ＥＣＵ２０の内部には、目標電流値Ｉｔと実電流値Ｉｓとの偏差ΔＩからコーナーリングドラッグ分の電流値Ｉｃ、走行抵抗分の電流値Ｉｒ及び勾配抵抗分の電流値Ｉｂを減算し、その減算結果Ｉａに基づいて車輪加速度を求める車輪加速度算出部（車輪加速度算出手段）２０Ｅ、及び、車輪加速度算出部２０Ｅにより算出された各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの車輪加速度を相互に比較することにより走行路面の状態及び車両Ｖの運動状態を判定する状態判定部（状態判定手段）２０Ｆが構築されている。

次に、図２を参照しながら車輪加速度検出装置１の動作について説明する。車輪加速度検出装置１では、車両Ｖの各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの車輪加速度が求められる。ここでは、右前輪１０ＦＲの車輪加速度を求めるときの動作について説明する。他の車輪１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬについては右前輪１０ＦＲの場合と同一又は同様であるので説明を省略する。

目標電流算出部２０Ａでは、まず、例えばアクセル開度等の車両Ｖの運転状態に応じて、目標車輪加速度及び目標車輪速度等が設定される。次に、目標車輪加速度から目標車輪トルクが算出される。そして、目標車輪トルク及び目標車輪加速度等から電動モータ１１ＦＲに供給する電流の目標値、即ち目標電流値Ｉｔが算出される。算出された目標電流値Ｉｔは、車輪加速度算出部２０Ｅに出力される。

コーナーリングドラッグ電流算出部２０Ｂでは、車輪１０ＦＲのコーナーリングドラッグによって消費されるモータ駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｃが算出される。ＥＣＵ２０のＲＯＭには、左右加速度と電流値Ｉｃとの関係を定めたマップ（以下「コーナーリングドラッグ電流マップ」という）が予め記憶されている。左右加速度とコーナーリングドラッグとは比例するため、左右加速度センサ２５により検出された車両Ｖの左右加速度に基づいてコーナーリングドラッグ電流マップが検索されることにより、電流値Ｉｃが求められる。算出された電流値Ｉｃは、車輪加速度算出部２０Ｅに出力される。

図３は、コーナーリングドラッグ電流マップの一例を示す図である。図３に示されるように、コーナーリングドラッグ電流マップは、左右加速度、即ちコーナーリングドラッグが増大する程電流値Ｉｃが増大するように設定されている。

なお、コーナーリングドラッグによって消費されるモータ駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｃを算出するために、車両Ｖの左右加速度に代えて、ヨーレートや操舵角を用いてもよい。また、ヨーレートと車体速度あるいは操舵角と車体速度を用いることもできる。車体速度を用いた場合、より精度良くコーナーリングドラッグを求めることができる。

走行抵抗電流算出部２０Ｃでは、車両Ｖの走行抵抗によって消費されるモータ駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｒが算出される。ＥＣＵ２０のＲＯＭには、車速とスリップ率と電流値Ｉｒとの関係を定めた３次元マップ（以下「走行抵抗電流マップ」という）が予め記憶されている。一方、車輪速センサ１２ＦＲ等により検出された車輪速等から、車速及びスリップ率が算出される。そして、車速及びスリップ率に基づいて走行抵抗電流マップが検索されることにより、電流値Ｉｒが求められる。算出された電流値Ｉｒは、車輪加速度算出部２０Ｅに出力される。

図４は、走行抵抗電流マップの一例を示す図である。図４に示されるように、走行抵抗電流マップは、車速が増大する程電流値Ｉｒが増大するように設定されている。また、走行抵抗電流マップは、スリップ率が増大する程電流値Ｉｒが減少するように設定されている。

勾配抵抗電流算出部２０Ｄでは、車両Ｖが走行している路面の勾配抵抗によって消費されるモータ駆動力を出力するために必要な電流値Ｉｂが算出される。ＥＣＵ２０のＲＯＭには、路面勾配と電流値Ｉｂとの関係を定めたマップ（以下「勾配抵抗電流マップ」という）が予め記憶されている。勾配センサ２６により検出された路面勾配値に基づいて勾配抵抗電流マップが検索されることにより、電流値Ｉｂが求められる。算出された電流値Ｉｂは、車輪加速度算出部２０Ｅに出力される。

図５は、勾配抵抗電流マップの一例を示す図である。図５に示されるように、勾配抵抗電流マップは、路面勾配が０度（平坦路面）の場合に電流値Ｉｂが０Ａに設定されており、路面勾配が増大する程電流値Ｉｂが増大するように設定されている。

車輪加速度算出部２０Ｅでは、まず、目標電流算出部２０Ａで算出された目標電流値Ｉｔから電流センサ１５ＦＲにより検出された実電流値Ｉｓが減算され、目標電流値Ｉｔと実電流値Ｉｓとの偏差ΔＩが算出される。次に、偏差ΔＩから、コーナーリングドラッグ電流算出部２０Ｂで算出されたコーナーリングドラッグ分の電流値Ｉｃ、走行抵抗電流算出部２０Ｃで算出された走行抵抗分の電流値Ｉｒ、及び、勾配抵抗電流算出部２０Ｄで算出された勾配抵抗分の電流値Ｉｂそれぞれが減算され、車輪加速度に比例した電流値Ｉａが算出される。

算出された電流値Ｉａに所定の換算係数を乗算することにより、車輪１０ＦＲの車輪加速度が求められる。なお、換算係数を乗算する代わりに、電流値Ｉａと車輪加速度との関係を定めた車輪加速度換算マップ等を用いてもよい。

状態判定部２０Ｆでは、車輪加速度算出部２０Ｅで算出された各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの車輪加速度を相互に比較することにより、路面状態及び車両Ｖの運動状態が判定される。例えば、左右の車輪の車輪加速度が所定値以上異なっているか否かによって、スプリット路面であるか否か及び旋回中であるか否か等を判定することができる。

本実施形態によれば、目標電流値Ｉｔと実電流値Ｉｓとの偏差ΔＩから、コーナーリングドラッグ分に対応する電流値Ｉｃ、走行抵抗分に対応する電流値Ｉｒ及び勾配抵抗分に対応する電流値Ｉｂそれぞれが減算されることにより車輪加速度が求められる。そのため、ノイズが少なく高精度に車輪加速度を求めることができる。また、フィルタ処理等を削減することができるので応答性に優れる。さらに、極低速領域から車輪加速度を検出することが可能となる。

また、本実施形態によれば、各車輪１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬの車輪加速度を相互に比較することにより、例えば、スプリット路面であるか否かの判定や車両が旋回中であるか否かの判定などを行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、前後左右の四輪に車輪加速度検出装置１を搭載しているが、左右一対の前輪又は左右一対の後輪のみに車輪加速度検出装置１を搭載してもよい。

実施形態に係る車輪加速度検出装置を搭載した車両の主要な構成を示す図である。 実施形態に係る車輪加速度検出装置のシステム図である。 コーナーリングドラッグ電流マップの一例を示す図である。 走行抵抗電流マップの一例を示す図である。 勾配抵抗電流マップの一例を示す図である。

符号の説明

１…車輪加速度検出装置、１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬ…車輪、１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬ…電動モータ、１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬ…車輪速センサ、１３…インバータ、１４…高電圧バッテリ、１５ＦＲ，１５ＦＬ，１５ＲＲ，１５ＲＬ…電流センサ、２０…ＥＣＵ、２１…ステアリング、２２…操舵角センサ、２３…アクセル開度センサ、２４…ヨーレートセンサ、２５…左右加速度センサ、２６…勾配センサ、２０Ａ…目標電流算出部、２０Ｂ…コーナーリングドラッグ電流算出部、２０Ｃ…走行抵抗電流算出部、２０Ｄ…勾配抵抗電流算出部、２０Ｅ…車輪加速度算出部、２０Ｆ…状態判定部、Ｖ…車両。

Claims (5)

1. 車輪を駆動する電動駆動手段を前記車輪ごとに設けた車両における車輪加速度検出装置において、
   前記車両の運転状態に基づいて前記電動駆動手段に供給する目標電流値を算出する目標電流算出手段と、
   前記電動駆動手段に供給されている実電流を検出する電流検出手段と、
   前記目標電流値と前記実電流値との偏差に基づいて前記車輪の加速度を求める車輪加速度算出手段と、を備える、ことを特徴とする車輪加速度検出装置。
2. 前記車輪のコーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出するコーナーリングドラッグ電流算出手段と、
   前記車両の走行抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する走行抵抗電流算出手段と、
   前記車両が走行している路面の勾配抵抗によって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する勾配抵抗電流算出手段と、を備え、
   前記車輪加速度算出手段は、前記目標電流値と前記実電流値との偏差から前記コーナーリングドラッグ分の電流値、前記走行抵抗分の電流値及び前記勾配抵抗分の電流値を減算し、その減算結果に基づいて前記車輪の加速度を求める、ことを特徴とする請求項１に記載の車輪加速度検出装置。
3. 前記車両の左右方向の加速度を検出する左右加速度検出手段を備え、
   前記コーナーリングドラッグ電流算出手段は、前記左右加速度検出手段により検出された左右加速度に応じて、前記コーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の車輪加速度検出装置。
4. 前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、
   前記コーナーリングドラッグ電流算出手段は、前記ヨーレート検出手段により検出されたヨーレートに応じて前記コーナーリングドラッグによって消費される駆動力を出力するために必要な電流値を算出する、ことを特徴とする請求項２に記載の車輪加速度検出装置。
5. 前記車輪加速度算出手段により算出された各車輪の車輪加速度を相互に比較することにより路面の状態及び前記車両の運動状態を判定する状態判定手段をさらに備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車輪加速度検出装置。
   

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