JP2008278702A - スリップ抑制装置及びスリップ状態推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】路面反力の推定精度を向上させること。
【解決手段】路面と駆動輪との間に発生するスリップを推定するにあたり、前記駆動輪に付与されるトルクと、前記駆動輪の回転角加速度とに基づき、前記路面から前記駆動輪への第１の路面反力を演算する（ステップＳ１０１）。次に、前記第１の路面反力の変化率を演算し（ステップＳ１０３）、前記第１の路面反力の変化率に基づいて路面反力補正量を求める（ステップＳ１０４）。次に、前記第１の路面反力と、前記路面反力補正量とから、前記路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める（ステップＳ１０５）。そして、前記第２の路面反力に基づいて、前記スリップを抑制するための駆動力を求め、前記駆動輪へ付与する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、車両の駆動輪にスリップが発生した場合に、このスリップを回復する際に用いるスリップ抑制装置及びスリップ状態推定方法に関する。

乗用車やトラック等の車両の駆動輪がスリップした場合、車両の挙動が不安定になったり、動力発生源が発生する動力を有効に駆動力へ変換できないことにより、車両の推進効率が低下したりする。このため、駆動輪にスリップが発生した場合には、その駆動輪のグリップを速やかに回復させる必要がある。非特許文献１の４頁には、駆動輪の回転速度を１階微分することによって、路面が駆動輪に与える反力（路面反力）を推定する方法において、いわゆるローパスフィルタを用いて高調波ノイズを除去する技術が開示されている。

電気自動車の特性を生かした路面状態の推定と制御；１頁〜１６頁；計測自動制御学会 第２８回制御技術部会研究会、第２回適応学習制御調査研究会資料

しかし、非特許文献１に開示された技術は、高調波ノイズを除去するためにローパスフィルタを用いるので、路面反力の推定が遅れてしまう。駆動輪の駆動力は、路面反力に基づいて決定されるため、路面反力の推定が遅れると、スリップが発生した駆動輪の駆動力を低減させる場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動することができず、スリップ状態からグリップ状態への回復に遅れが生ずるおそれがある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、路面反力の推定精度を向上させること、駆動輪にスリップが発生した場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動して迅速にスリップ状態からグリップ状態へ回復させることのうち、少なくとも一つを達成できるスリップ抑制装置及びスリップ状態推定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスリップ抑制装置は、路面と駆動輪との間に発生するスリップを、前記駆動輪の駆動力を調整して抑制するものであり、前記駆動輪に付与されるトルクと、前記駆動輪の回転角加速度とに基づき、ノイズ除去手段によってノイズが除去された、前記路面から前記駆動輪への第１の路面反力を求める路面反力演算部と、前記第１の路面反力と、前記第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量とから、前記路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める路面反力補正部と、前記第２の路面反力に基づいて、前記スリップを抑制するために前記駆動輪へ付与する駆動力を求める駆動力制御部と、を含むことを特徴とする。

このように、本発明に係るスリップ抑制装置は、第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量で、ノイズを除去することによって遅れが発生した第１の路面反力を補正するので、第１の路面反力を用いるよりも、実際の路面反力の推定精度を向上させることができる。そして、推定精度の向上した路面反力、すなわち第２の路面反力を用いて駆動輪の駆動力を制御できるので、駆動輪にスリップが発生した場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動して迅速にグリップ状態へ回復させることができる。

本発明の好ましい態様としては、前記路面反力補正部は、前記第１の路面反力と、前記ノイズの除去に起因して発生する遅れ時間と、前記第１の路面反力の変化率とに基づいて、前記路面反力補正量を求めることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記第２の路面反力は、前記第１の路面反力から、前記路面反力補正量を減じた値であることが望ましい。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るスリップ状態推定方法は、路面と駆動輪との間に発生するスリップを推定するにあたり、前記駆動輪に付与されるトルクと、前記駆動輪の回転角加速度とに基づき、ノイズが除去された、前記路面から前記駆動輪への第１の路面反力を求める手順と、前記第１の路面反力と、前記第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量とから、前記路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める手順と、を含むことを特徴とする。

このように、本発明に係るスリップ状態推定方法は、第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量で、ノイズを除去することによって遅れが発生した第１の路面反力を補正するので、第１の路面反力を用いるよりも、実際の路面反力の推定精度を向上させることができる。そして、推定精度の向上した路面反力、すなわち第２の路面反力を用いて駆動輪の駆動力を制御できるので、駆動輪にスリップが発生した場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動して迅速にグリップ状態へ回復させることができる。

本発明に係るスリップ抑制装置及びスリップ状態推定方法は、路面反力の推定精度を向上させること、駆動輪にスリップが発生した場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動して迅速にスリップ状態からグリップ状態へ回復させることのうち、少なくとも一つを達成できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲に含まれるものが含まれる。

以下においては、電動機を動力発生源とする車両、例えば、いわゆる電気自動車やＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle：燃料電池車両）に本発明を適用した場合を説明するが、本発明の適用対象は、駆動輪の駆動力を制御できる手段を備えていればよい。このような車両であれば、本発明は、電動機と内燃機関とを組み合わせて動力発生源とする、いわゆるハイブリッド車両や、動力発生源に内燃機関を用いる車両に対しても適用できる。なお、本発明では、動力発生源のトルクを調整することによって駆動輪のスリップを抑制するため、車両が備える動力発生源は、例えば電動機のように、出力中のトルクを簡易に知ることができるとともに、出力するトルクを迅速に変更できるものであることが好ましい。

また、以下において、スリップ抑制制御は、車両が備える駆動輪に許容できないスリップが発生した場合、これを許容範囲内のスリップに抑制する制御をいう。例えば、路面から駆動輪への路面反力がスリップ率の変化に対して最大値を持つ場合、駆動輪のスリップ率が、最大の路面反力におけるスリップ率を超えると、駆動輪のスリップは許容できない。この場合、スリップ抑制制御は、駆動輪のスリップ率が最大の路面反力におけるスリップ率を超えたときに、前記駆動輪のスリップ率を最大の路面反力におけるスリップ率よりも小さい値に抑制し、その後最大路面反力のスリップ率とする。

本実施形態は、次の点に特徴がある。すなわち、車両が備える駆動輪に付与されるトルクと駆動輪の回転角加速度とに基づき、駆動輪が接する路面から駆動輪への第１の路面反力を求め、この第１の路面反力と、第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量とから、路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める。そして、この第２の路面反力に基づいて、駆動輪のスリップを抑制するために必要な駆動力を求め、駆動輪へ付与する。

図１は、実施形態１に係る走行装置を備える車両の構成を示す概略図である。以下の説明において、車両１が前進する方向（図１中の矢印Ｘ方向）を前とし、車両１が後進する方向、すなわち前進する方向とは反対の方向を後とする。また、左右の区別は、車両１の前進する方向を基準とする。すなわち、「左」とは、車両１の前進する方向に向かって左側をいい、「右」とは、車両１の前進する方向に向かって右側をいう。

実施形態１に係る車両１は、電動機のみを動力発生源とする走行装置１００を備える。走行装置１００は、動力発生源である左前側電動機１０ｆｌと、右前側電動機１０ｆｒと、左後側電動機１０ｒｌと、右後側電動機１０ｒｒとを備える。本実施形態において、左前側電動機１０ｆｌは左側前輪２ｆｌを駆動し、右前側電動機１０ｆｒは右側前輪２ｆｒを駆動し、左後側電動機１０ｒｌは左側後輪２ｒｌを駆動し、右後側電動機１０ｒｒは右側後輪２ｒｒを駆動する。

上述したように、この走行装置１００において、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ及び右側後輪２ｒｒは、それぞれ異なる電動機で駆動される。このように、車両１は、すべての車輪が駆動輪となる。すなわち、車両１の駆動輪は、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ及び右側後輪２ｒｒである。左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒは車両１の駆動輪であるとともに、ハンドル４によって操舵されて車両１の進行方向を変更する操舵輪としても機能する。

また、この走行装置１００においては、上述したように、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ及び右側後輪２ｒｒは、それぞれ異なる電動機によって直接駆動される。そして、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒは、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ及び右側後輪２ｒｒのホイール内に配置される、いわゆるインホイール形式の構成となっている。

なお、電動機と車輪との間に減速機構を設け、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒの回転数を減速して、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ及び右側後輪２ｒｒに伝達してもよい。一般に、電動機は小型化するとトルクが低下するが、減速機構を設けることによって電動機のトルクを増加させることができる。その結果、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒを小型化することができる。

左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって制御されて、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒの駆動力が調整される。本実施形態においては、アクセル開度センサ４１によって検出されるアクセル５の開度により走行装置１００の総駆動力Ｆ＿ａｌｌ、及び左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒ各輪の駆動力が制御される。

また、本実施形態に係るスリップ抑制制御において、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒの駆動力は、ＥＣＵ５０に組み込まれるスリップ抑制装置３０によって変更される。すなわち、本実施形態に係るスリップ抑制制御においては、スリップ抑制装置３０が、車両１が備える各駆動輪の駆動力を変更する駆動力変更手段としての機能を発揮する。また、本実施形態においては、上述した構成により、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒそれぞれの駆動力を独立して制御することができる。これにより、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実行する際には、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒそれぞれの駆動力を個別に制御して、スリップを回復させることができる。

左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒは、左前側レゾルバ４０ｆｌ、右前側レゾルバ４０ｆｒ、左後側レゾルバ４０ｒｌ、右後側レゾルバ４０ｒｒによって回転角度や回転速度が検出される。左前側レゾルバ４０ｆｌ、右前側レゾルバ４０ｆｒ、左後側レゾルバ４０ｒｌ及び右後側レゾルバ４０ｒｒの出力は、ＥＣＵ５０に取り込まれて、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒの制御に用いられる。

左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒは、インバータ６に接続されている。インバータ６には、例えばニッケル−水素電池や鉛蓄電池、あるいは燃料電池（ＦＣ：Fuel Cell）等の車載電源７が接続されており、必要に応じてインバータ６を介して左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒへ供給される。これらの出力は、ＥＣＵ５０からの指令によってインバータ６を制御することで制御される。なお、本実施形態においては、１台のインバータで１台の電動機を制御する。左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒを制御するため、インバータ６は、それぞれの電動機に対応した４台のインバータで構成される。

左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒが走行装置１００の動力発生源として用いられる場合、車載電源７の電力がインバータ６を介して供給される。また、例えば車両１の減速時には、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ、右後側電動機１０ｒｒが発電機として機能して回生発電を行い、これによって車両１の運動エネルギを電気エネルギに変換して回収し、車載電源７に蓄える。これは、ブレーキ信号やアクセルオフ等の信号に基づいて、ＥＣＵ５０がインバータ６を制御することにより実現される。なお、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実行する際にも、必要に応じて左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ、右後側電動機１０ｒｒの回生発電を実行する。次に、駆動輪がスリップしたときの状態を説明する。

図２は、車両の駆動輪がスリップしたときにおける駆動トルク、路面反力、駆動輪速度、車両速度、スリップ率の時間変化を示す説明図である。図３は、駆動トルクや路面反力等を説明する概念図である。以下においては、説明の便宜上、必要に応じて、左側前輪２ｆｌ、右側前輪２ｆｒ、左側後輪２ｒｌ、右側後輪２ｒｒを区別せず駆動輪２という。同様に、説明の便宜上、必要に応じて、左前側電動機１０ｆｌや右後側電動機１０ｒｒ等は電動機１０といい、左前側レゾルバ４０ｆｌや右前側レゾルバ４０ｆｒ等はレゾルバ４０という。

車両１の走行中、例えば、駆動輪２を駆動する電動機１０のトルク（電動機駆動トルク）Ｔが増加すると（図２の上段）、駆動輪２が路面ＧＬ上でスリップし始める（図２の中段における（Ａ）で示す部分）。駆動輪２がスリップし始めると、駆動輪２の周速度（駆動輪速度）Ｖｗと車両１の走行速度（車両速度Ｖ）との差が大きくなり、その結果としてスリップ率ｓｌｉｐが増加する。また、路面反力Ｆｔも増加する。ここで、駆動輪速度Ｖｗは、駆動輪２の回転角速度をωとし、駆動輪２の半径（駆動輪２の回転軸Ｚｒから外周までの距離）をｒとすると、Ｖｗ＝ｒ×ωとなる（図３参照）。また、路面反力Ｆｔは、路面ＧＬが、駆動輪の回転軸Ｚｒと直交し、かつ路面ＧＬと平行な方向に、駆動輪２を押す力である。

路面反力Ｆｔは式（１）で、スリップ率ｓｌｉｐは式（２）で求めることができる。
Ｆｔ＝（Ｔ×ＲＤ−Ｉｖ×ａ）／ｒ・・（１）
ｓｌｉｐ＝（Ｖｗ−Ｖ／Ｖｗ）・・（２）

ここで、Ｉｖは駆動輪２のイナーシャも含んだ駆動系のイナーシャ、ＲＤは駆動系の減速比、ａは駆動輪２の加速度（駆動輪加速度）である。なお、駆動輪加速度ａは、駆動輪２の回転角加速度である。駆動系のイナーシャは、例えば、本実施形態における車両においては、電動機のローターから駆動輪２までの間に存在する動力伝達に関わる構造物すべてのイナーシャである。駆動系の減速比ＲＤは、動力発生源である電動機が備えるローターから駆動輪２までの間における減速比であり、インホイール形式かつ直結の場合、減速比ＲＤ＝１である。

駆動輪２がスリップしている途中においては、路面反力が最大となる箇所がある（図２の中段における（Ｂ）で示す部分）。この時間をｔ₁とする。このときの路面反力を最大路面反力Ｆｔ＿ｍａｘ、スリップ率を最大路面反力時スリップ率ｓｌｉｐ＿ｍａｘとする。最大路面反力Ｆｔ＿ｍａｘを超えると（ｔ＝ｔ₁以降）、駆動輪速度Ｖｗは短時間で急激に上昇し、これにともなってスリップ率ｓｌｉｐも急激に上昇する。そして、スリップ率ｓｌｉｐのピークを超えた場合、駆動トルクＴを低下させることにより、駆動輪２のスリップが徐々にグリップ状態へ回復し始める（図２の中段における（Ｃ）で示す部分）。図２の中段における（Ｄ）で示す部分は、駆動輪２の状態がグリップ状態へ回復している途中であり、スリップ率ｓｌｉｐはグリップ走行時におけるスリップ率へ近づいていく。

一般に、駆動輪２と路面ＧＬとの間において、最大路面反力時スリップ率ｓｌｉｐ＿ｍａｘ、すなわち最大路面反力Ｆｔ＿ｍａｘが発生している状態で、駆動輪２が駆動されることが好ましい。したがって、駆動輪２にスリップが発生した場合には、スリップ率をできるだけ早く最大路面反力時スリップ率ｓｌｉｐ＿ｍａｘに戻すことが好ましい。

ここで、駆動トルクＴが増加することによって、あるいは駆動トルクＴは一定であるが駆動輪２が高μ路面から低μ路面へ移行することによって駆動輪２のスリップが発生し、スリップ率が最大路面反力時スリップ率ｓｌｉｐ＿ｍａｘを超えた場合には、駆動輪２の回転数は加速度をもって増加する。その結果、スリップ率ｓｌｉｐはより高いスリップ率へ急激に移行しようとする。このため、本実施形態に係るスリップ制御は、駆動輪２のスリップが発生した場合には、例えば、駆動輪２の駆動トルクＴを大きく低下させることによって、駆動輪２の持つ加速度を打ち消してから、スリップ率を最大路面反力時スリップ率ｓｌｉｐ＿ｍａｘへ戻す。

図４は、路面反力及び路面反力の変化率の時間変化を示す説明図である。図４に示す破線ａは、駆動輪２を駆動する電動機１０に対するトルクの指令値を示す。点線ｂは、駆動輪２の駆動輪加速度ａから求めた路面反力（以下計測路面反力という）Ｆｔ＿ｓであり、実線ｅは、実際の路面反力（以下実路面反力という）Ｆｔ＿ｒである。

計測路面反力Ｆｔ＿ｓは、駆動輪２の駆動輪加速度ａから求めるが、駆動輪加速度ａは、路面ＧＬの凹凸や駆動輪速度Ｖｗの測定時におけるノイズ等により、図４に示すようにばらつきが大きい。このため、駆動輪２の駆動力制御に用いる路面反力は、例えば、ディジタルローパスフィルタのようなフィルタ技術をノイズ除去手段として用いて、計測路面反力Ｆｔ＿ｓのノイズを除去する。ノイズを除去して得られる路面反力（以下第１の路面反力という）は、図４の一点鎖線ｃで示すＦｔ＿ｃである。

しかし、ノイズ除去手段によってノイズを除去して得られる第１の路面反力Ｆｔ＿ｃは、図４に示すように、実路面反力Ｆｔ＿ｒに対して位相の遅れが発生する。その結果、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを用いて駆動輪２の駆動力を制御する場合、図２に示す、実際の走行時における路面反力Ｆｔとスリップ率ｓｌｉｐとの関係は、路面反力Ｆｔの位相の遅れをともなった状態でしか把握できない。その結果、ノイズ除去手段によってノイズを除去して得られる第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを用いて駆動輪２の駆動力を制御すると、スリップ状態からグリップ状態への回復が遅れ、車両１が不安定な状態が継続するおそれがある。

そこで、本実施形態では、ノイズ除去手段によってノイズを除去して得られる第１の路面反力Ｆｔ＿ｃの変化率に基づいて路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄを求める。そして、この路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄ用いて、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを補正することにより得られた第２の路面反力Ｆｔ＿ｄを用いて、駆動輪２の駆動力を制御する。次に、この手法について説明する。

本実施形態では、路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄを、式（３）によって求める。
Ｆｔｒｃ＿ｄ＝ｒ×ΔＦｔ×ｔｄ・・・（３）
ここで、ｒは、駆動輪２の半径（回転軸Ｚｒから外周までの距離、図２参照）、ΔＦｔは式（４）から求められる第１の路面反力（以下路面反力変化率という）Ｆｔ＿ｃの変化率、ｔｄはノイズ除去手段による遅れ時間であり（図４参照）、ノイズ除去手段の仕様によって決定される。ここで、ノイズ除去手段は、不要なノイズや振動成分を除去するフィルタであり、例えば、ＥＣＵ５０が備えるスリップ抑制装置３０内に設けられるディジタルローパスフィルタが用いられる。
ΔＦｔ（ｎ）＝｛Ｆｔ＿ｃ（ｎ）−Ｆｔ＿ｃ（ｎ−１）｝／Δｔ・・・（４）
ここで、Ｆｔ＿ｃ（ｎ）は、現時点における第１の路面反力であり、Ｆｔ＿ｃ（ｎ−１）は、Ｆｔ＿ｃ（ｎ）よりも１回前のサンプリング時における第１の路面反力である。また、Δｔは、駆動輪２の駆動輪加速度ａのサンプリング時間であり、ＥＣＵ５０やスリップ抑制装置３０の仕様によって決定される。すなわち、括弧内のｎは、サンプリング番号を示し、番号が若い方が過去の情報となる。以下の説明において、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃや路面反力変化率ΔＦｔに（ｎ）や（ｎ−１）を付した場合も同様である。

第２の路面反力Ｆｔ＿ｄは、駆動輪２の駆動力制御に用いる路面反力であり、式（３）で得られる路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄと、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃとを用いて、式（５）で求めることができる。ここで、第２の路面反力Ｆｔ＿ｄは、図４の二点鎖線ｆで示される。
Ｆｔ＿ｄ＝｜Ｆｔ＿ｃ−Ｆｔｒｃ＿ｄ｜・・・（５）

図４から分かるように、上記手法によって得られる第２の路面反力Ｆｔ＿ｄは、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃと比較して、実路面反力Ｆｔ＿ｒにより近い値となる。このように、本実施形態に係るスリップ抑制制御及びスリップ状態推定方法によれば、実路面反力Ｆｔ＿ｒの推定精度を向上させることができる。したがって、第２の路面反力Ｆｔ＿ｄを用いれば、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを用いる場合と比較して、駆動輪２の駆動力をより適正に制御できる。その結果、駆動輪２にスリップが発生した場合には、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを用いる場合よりも迅速にグリップ状態へ回復させることができ、車両１を早期に安定させることができる。次に、本実施形態に係るスリップ抑制装置３０を説明する。

図５−１は、本実施形態に係るスリップ抑制装置の構成例を示す説明図である。本実施形態に係るスリップ状態推定方法及びスリップ抑制制御は、図５−１に示すスリップ抑制装置により実現できる。図５−１に示すように、スリップ抑制装置３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５及び出力ポート５６と、入力インターフェース５７及び出力インターフェース５８とから構成される。

なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係るスリップ抑制装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備える走行装置１００等に対する制御機能を、前記スリップ抑制装置３０が利用できるように構成してもよい。

スリップ抑制装置３０は、路面反力演算部３１と、制御条件判定部３２と、路面反力補正部３３と、駆動力制御部３４とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実行する部分となる。本実施形態において、スリップ抑制装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。また、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、走行装置１００の運転制御を実行するための運転制御部５０ｈを備える。

スリップ抑制装置３０の路面反力演算部３１と、制御条件判定部３２と、路面反力補正部３３と、駆動力制御部３４とは、バス５４₁、バス５４₂、及び入力ポート５５及び出力ポート５６を介して接続される。これにより、スリップ抑制装置３０を構成する路面反力演算部３１と、制御条件判定部３２と、路面反力補正部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。

ＣＰＵ５０ｐが備えるスリップ抑制装置３０と、記憶部５０ｍとは、バス５４₃を介して接続される。これによって、スリップ抑制装置３０は、ＥＣＵ５０が有する走行装置１００の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、スリップ抑制装置３０は、本実施形態に係るスリップ抑制制御を、ＥＣＵ５０が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実現する際に必要なセンサ類が接続されている。本実施形態では、左前側レゾルバ４０ｆｌ、右前側レゾルバ４０ｆｒ、左後側レゾルバ４０ｒｌ、右後側レゾルバ４０ｒｒが、本実施形態に係るスリップ抑制制御を実現する際に必要なセンサ類である。また、入力インターフェース５７には、走行装置１００の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類（例えばアクセル開度センサ４１）が接続されている。

これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、走行装置１００の運転制御や、本実施形態に係るスリップ抑制制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、スリップ抑制制御に必要な制御対象が接続されている。本実施形態では、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒを制御するためのインバータ６が、本実施形態に係るスリップ抑制制御に必要な制御対象である。

出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐは、左前側電動機１０ｆｌ、右前側電動機１０ｆｒ、左後側電動機１０ｒｌ及び右後側電動機１０ｒｒの駆動力を制御することができる。

記憶部５０ｍには、本実施形態に係るスリップ抑制制御の処理手順を含むコンピュータプログラムやデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施形態に係るスリップ抑制制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、このスリップ抑制装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、路面反力演算部３１、制御条件判定部３２、路面反力補正部３３及び駆動力制御部３４の機能を実現するものであってもよい。

図５−２は、本実施形態に係るスリップ抑制装置が備える路面反力演算部の機能ブロック図である。図５−２に示すように、路面反力演算部３１は、トルク変換部３１ｔと、微分部３１ｄと、減算部３１ｓと、乗算部３１ｊとを備える。トルク変換部３１ｔは、駆動輪２を駆動する電動機１０の電流指令値ｉｄから式（１）の電動機駆動トルクＴを求める。なお、ｋは、電動機１０のトルク係数である。微分部３１ｄは、フィードバック制御部ＦＢから取得する駆動輪２の回転角速度ωを微分して式（４）の駆動輪加速度ａを求め、イナーシャＩｖと駆動輪加速度ａとの積Ｉｖ・ａを求める。なお、ｓはラプラス演算子である。減算部３１ｓは、電動機駆動トルクＴとＩｖ・ａとの差分を求める。乗算部３１ｊは、電動機駆動トルクＴとＩｖ・ａとの差分に駆動輪２の半径ｒの逆数を乗ずることにより、路面反力Ｆｔを出力する。

また、図５−２に示すように、路面反力演算部３１は、駆動輪加速度ａを求める際に駆動輪２の回転角速度ωの１階微分を求める際の微分演算による高調波ノイズを除去するため、第２のローパスフィルタ３１ｆ２により、微分部３１ｄから出力されるイナーシャＩｖと駆動輪加速度ａとの積Ｉｖ・ａに含まれる高調波ノイズを除去する。また、路面反力演算部３１は、第１のローパスフィルタ３１ｆ１により、トルク変換部３１ｔから出力される電動機駆動トルクＴに含まれる高調波ノイズを除去する。なお、ローパスフィルタは、乗算部３１ｊの出力側に設けてもよい。すなわち、演算した路面反力Ｆｔをローパスフィルタに通すことにより、高調波ノイズを除去してもよい。次に、本実施形態に係る本実施形態に係るスリップ抑制制御及びスリップ状態推定方法を説明する。次の説明では、適宜図１〜図５を参照されたい。

図６は、本実施形態に係るスリップ抑制制御の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るスリップ抑制制御及びスリップ状態推定方法を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、スリップ抑制装置３０の路面反力演算部３１は、現時点における駆動輪２の路面反力を演算して求める。この路面反力は、上述した第１の路面反力Ｆｔ＿ｃである（図４参照）。路面反力演算部３１は、ディジタルフィルタを備えている。そして、路面反力演算部３１は、電動機駆動トルクＴ及び駆動輪加速度ａを上記式（１）に与えることによって路面反力Ｆｔを演算し、この路面反力Ｆｔに対して前記ディジタルフィルタでノイズ除去することによって、第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを得る。以下において、ステップＳ１０１で得られた、現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃを、現時点における路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）という。

電動機駆動トルクＴは、駆動輪２を駆動する電動機１０に対するトルクの指令値を用いてもよいし、駆動輪２を駆動する電動機１０の駆動電流から求めてもよい。駆動輪加速度ａは、駆動輪２を駆動する電動機１０が備えるレゾルバ４０から得られる駆動輪２の回転角速度の情報に基づいて求めることができる。また、駆動輪加速度ａは、駆動輪２の回転数を直接検出して求めてもよい。

ステップＳ１０１で、現時点の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）が得られたら、ステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２において、スリップ抑制装置３０の路面反力演算部３１は、現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）が路面反力のピーク、すなわち最大路面反力Ｆｔ＿ｍａｘを超えたか否かを判定する。現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）が路面反力のピークを超えると、図２の下段に示すように、スリップ率ｓｌｉｐは急激に増加する。

ステップＳ１０２の判定においては、現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）が、前回における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ−１）よりも小さい場合、すなわち、Ｆｔ＿ｃ（ｎ）＜Ｆｔ＿ｃ（ｎ−１）である場合に、駆動輪２の路面反力Ｆｔは路面反力のピークを超えたと判定される。ステップＳ１０２においてＮｏと判定された場合、すなわち、路面反力演算部３１が、現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）は路面反力のピークを超えていないと判定した場合、本実施形態に係るスリップ抑制制御及びスリップ状態推定方法は終了し、スリップ抑制装置３０は駆動輪２のスリップの監視を継続する。

ステップＳ１０２においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、路面反力演算部３１が、現時点における第１の路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）は路面反力のピークを超えていると判定した場合、駆動輪２には、許容できないスリップが発生していると判断できる。この場合、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３において、スリップ抑制装置３０の路面反力補正部３３は、現時点における第１の路面反力の変化率、すなわち、式（４）から求められる現時点における路面反力変化率ΔＦｔ（ｎ）を演算して求める。現時点における路面反力変化率ΔＦｔ（ｎ）が演算されたら、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４において、路面反力補正部３３は、ステップＳ１０３で演算した現時点における路面反力変化率ΔＦｔ（ｎ）を式（３）に与え、現時点における路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄ（ｎ）を演算して求める。ステップＳ１０５において、路面反力補正部３３は、ステップＳ１０４で演算した現時点における路面反力補正量Ｆｔｒｃ＿ｄ（ｎ）と、ステップＳ１０１で得られた現時点における路面反力Ｆｔ＿ｃ（ｎ）とを式（５）に与え、現時点における第２の路面反力Ｆｔ＿ｄ（ｎ）を演算して求める。

現時点における第２の路面反力Ｆｔ＿ｄ（ｎ）が得られたら、ステップＳ１０６において、スリップ抑制装置３０の駆動力制御部３４は、現時点における第２の路面反力Ｆｔ＿ｄ（ｎ）に基づいて駆動輪２の駆動力を制御する。すなわち、駆動力制御部３４は、駆動輪２の駆動力Ｆｄが、現時点における第２の路面反力Ｆｔ＿ｄ（ｎ）になるように電動機１０のトルクを決定し、このトルクを電動機１０が発生するための電流指令値を決定する。そして、駆動力制御部３４は、決定した電流指令値で電動機１０を駆動する。

次に、ステップＳ１０７において、制御条件判定部３２は、駆動輪２に発生しているスリップが回復し、駆動輪２がグリップするようになったか否かを判定する。ステップＳ１０７でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３２が、駆動輪２には依然として許容できないスリップが発生していると判定した場合、駆動輪２のスリップが回復してグリップするようになるまでステップＳ１０３〜ステップＳ１０６を繰り返す。

ステップＳ１０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部３２が、駆動輪２に発生しているスリップが回復し、駆動輪２がグリップするようになったと判定した場合、本実施形態に係るスリップ抑制制御及びスリップ状態推定方法は終了し、スリップ抑制装置３０は駆動輪２のスリップの監視を継続する。

上記手順においては、駆動輪２にスリップが発生してから、第２の路面反力Ｆｔ＿ｄを求める。しかし、駆動輪２の駆動中には常時第２の路面反力Ｆｔ＿ｄを求めるとともに、所定期間のデータをＥＣＵ５０の記憶部５０ｍに格納しておいてもよい。そして、駆動輪２にスリップが発生した場合には、記憶部５０ｍに格納しておいた、現時点よりも過去における第２の路面反力Ｆｔ＿ｄの情報を用いて駆動輪２のスリップを検出し、スリップを回復させてもよい。

以上、本実施形態では、車両が備える駆動輪に付与されるトルクと駆動輪の回転角加速度とに基づいて求めた第１の路面反力を、第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量によって補正して、第２の路面反力を求める。そして、この第２の路面反力に基づいて、駆動輪のスリップを抑制するために必要な駆動力を求め、駆動輪へ付与する。このように、第１の路面反力の変化率に基づいて第１の路面反力を補正するので、路面反力の推定精度を向上させることができる。そして、前記手法により求めた第２の路面反力によって駆動力を決定するので、駆動輪にスリップが発生した場合には、適切な駆動力で駆動輪を駆動して迅速にスリップ状態からグリップ状態へ回復させることができる。特に、駆動輪にスリップが発生した場合、スリップ率は極めて短時間で急激に増加するため、本実施形態は、スリップ状態からグリップ状態へ回復させる際には極めて有用である。

以上のように、本発明に係るスリップ抑制装置は、駆動輪のスリップを抑制することに有用であり、特に、路面反力の推定精度を向上させることに適している。

実施形態１に係る走行装置を備える車両の構成を示す概略図である。 車両の駆動輪がスリップしたときにおける駆動トルク、路面反力、駆動輪速度、車両速度、スリップ率の時間変化を示す説明図である。 駆動トルクや路面反力等を説明する概念図である。 路面反力及び路面反力の変化率の時間変化を示す説明図である。 本実施形態に係るスリップ抑制装置の構成例を示す説明図である。 本実施形態に係るスリップ抑制装置が備える路面反力演算部の機能ブロック図である。 本実施形態に係るスリップ抑制制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
２ 駆動輪
２ｆｌ 左側前輪
２ｆｒ 右側前輪
２ｒｌ 左側後輪
２ｒｒ 右側後輪
４ ハンドル
５ アクセル
６ インバータ
７ 車載電源
１０ 電動機
１０ｆｌ 左前側電動機
１０ｆｒ 右前側電動機
１０ｒｌ 左後側電動機
１０ｒｒ 右後側電動機
３０ スリップ抑制装置
３１ 路面反力演算部
３１ｔ トルク変換部
３１ｄ 微分部
３１ｆ１ 第１のローパスフィルタ
３１ｆ２ 第２のローパスフィルタ
３１ｊ 乗算部
３１ｓ 減算部
３２ 制御条件判定部
３３ 路面反力補正部
３４ 駆動力制御部
４０ レゾルバ
４０ｆｌ 左前側レゾルバ
４０ｆｒ 右前側レゾルバ
４０ｒｌ 左後側レゾルバ
４０ｒｒ 右後側レゾルバ
４１ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ
５０ｈ 運転制御部
５０ｍ 記憶部
１００ 走行装置

Claims (4)

1. 路面と駆動輪との間に発生するスリップを、前記駆動輪の駆動力を調整して抑制するものであり、
   前記駆動輪に付与されるトルクと、前記駆動輪の回転角加速度とに基づき、ノイズ除去手段によってノイズが除去された、前記路面から前記駆動輪への第１の路面反力を求める路面反力演算部と、
   前記第１の路面反力と、前記第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量とから、前記路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める路面反力補正部と、
   前記第２の路面反力に基づいて、前記スリップを抑制するために前記駆動輪へ付与する駆動力を求める駆動力制御部と、
   を含むことを特徴とするスリップ抑制装置。
2. 前記路面反力補正部は、
   前記第１の路面反力と、前記ノイズの除去に起因して発生する遅れ時間と、前記第１の路面反力の変化率とに基づいて、前記路面反力補正量を求めることを特徴とする請求項１に記載のスリップ抑制装置。
3. 前記第２の路面反力は、
   前記第１の路面反力から、前記路面反力補正量を減じた値であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスリップ抑制装置。
4. 路面と駆動輪との間に発生するスリップを推定するにあたり、
   前記駆動輪に付与されるトルクと、前記駆動輪の回転角加速度とに基づき、ノイズが除去された、前記路面から前記駆動輪への第１の路面反力を求める手順と、
   前記第１の路面反力と、前記第１の路面反力の変化率に基づいて求めた路面反力補正量とから、前記路面から前記駆動輪への第２の路面反力を求める手順と、
   を含むことを特徴とするスリップ状態推定方法。

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