JP2008302917A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電源部となる電池ケースを備えた電動車両において、旋回時や加減速時における車両の走行安定性と限界運動性能の向上を図る。
【解決手段】駆動源であるモータ２と、モータ２に電力を供給する電池ケース３とを搭載した電気自動車１において、電池ケース３を電気自動車１の走行状態に応じて車両内で移動させる電池移動ユニット１０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車や燃料電池車などの電源部を有する電動車両に関し、詳しくは車両のピッチングやロールを抑える姿勢制御の機能を備えた電動車両に関する。

従来より、車両の走行安定性を得るために、車両の挙動変化に応じて車輪の駆動力を制御したり（特許文献１参照）、制動量を制御したりすることが行われている（特許文献２参照）。
特開平５−３２８５４２号公報 特開２００６−２１７６７７号公報

近年、電気自動車や燃料電池などの電動車両の開発が進み、その実用化もなされている。このような電動車両についても、走行安定性を向上させるために、従来と同様に各車輪の駆動力や制動力を制御することが考えられる。しかしながら、電動車両では電源部となる電池ケース（電池ユニット）を備えるため、エンジン車に比べると車両重量が重くなっている。このため、上記従来例による制御だけでは安定した姿勢制御が難しいと考えられる。そこで、電動車両の特長を生かし、いっそうの走行安定性を得るための工夫が求められている。

本発明の目的は、車両の走行安定性と限界運動性能を向上させることができる電動車両を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、車両の駆動源となる電動機と、前記電動機に電力を供給する電源部と、前記車両の走行状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記車両の走行状態に基づいて前記電源部を前記車両内において移動させる移動手段とを備えることを要旨とする電動車両である。

請求項２に係わる発明は、請求項１において、前記検出手段は、前記車両の前後左右方向の加速度を検出する加速度検出部を備え、前記移動手段は、前記加速度検出部が検出した前記車両の前後左右方向の加速度に基づいて前記電源部の移動量を演算する移動量演算部と、前記移動量演算部で演算された移動量に応じて前記電源部を移動させる移動機構部とを備えることを要旨とする。

請求項３に係わる発明は、車両の駆動源となる電動機と、前記電動機に電力を供給する電源部と、前記車両の走行状態及び／又は操作状態を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された前記車両の走行状態及び／又は操作状態に基づいて前記電源部を前記車両内において移動させる移動手段とを備えることを要旨とする電動車両である。

請求項４に係わる発明は、請求項３において、前記検出手段は、前記車両の前後左右方向の加速度を検出する加速度検出部と、前記車両の前後左右方向の加速度発生をもたらす操作の操作量及び操作速度を検出する操作検出部とを備え、前記移動手段は、前記検出手段が検出した前記車両の前後左右方向の加速度が予め設定された閾値以上であれば前記車両の前後左右方向の加速度に基づいて前記電源部の移動量を演算し、前記検出手段が検出した前記車両の前後左右方向の加速度が予め設定された閾値未満であれば前記車両の前後左右方向の加速度発生をもたらす操作の操作量及び操作速度に基づいて前記電源部の移動量を演算する移動量演算部と、前記移動量演算部で演算された移動量に応じて前記電源部を移動させる移動機構部とを備えることを要旨とする。

請求項５に係わる発明は、請求項４において、前記加速度検出部は、前記車両の所定位置に配置された加速度センサからなり、前記操作検出部は、運転者により操舵されたステアリングホイールの操舵角を検出するステアリング角検出部と、運転者により操舵されたステアリングホイールの操舵方向の角速度を検出するステアリング角速度検出部と、運転者により操作されたアクセルペダルの踏み込み速度を検出するアクセルペダル踏み込み速度検出部と、運転者により操作されたブレーキペダルの踏み込み速度を検出するブレーキペダル踏み込み速度検出部とを備えることを要旨とする。

請求項６に係わる発明は、請求項２乃至５のいずれか一項において、前記移動機構部は、油圧、空圧、及びモータよりなる群から選択された少なくともいずれか一つのアクチュエータによって前記電源部を移動させることを要旨とする。

請求項７に係わる発明は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記電源部は、電気自動車の電池ケースであることを要旨とする。

請求項８に係わる発明は、請求項１乃至６のいずれか一項において、前記電源部は、燃料電池自動車の燃料電池ケースであることを要旨とする。

本発明によれば、車両の走行状態に応じて電源部を移動することにより、車両前後方向に生じるピッチングや、車両横（左右）方向に生じるロールを抑えることができるので、車両姿勢を安定化して、走行安定性を向上させることができる。また、車両のピッチングやロールが抑えられることにより、各車輪に生じる荷重移動量が減少して、本来の車輪性能を発揮できるようになるので、車両の限界運動性能を向上させることができる。

特に、車両の加速度を検出してその加速度変化に応じて電源部を移動することとしたので、ロールやピッチングなどの車両の挙動変化を正確に検出することができ、常に安定した姿勢制御を行うことができる。

また、車両の走行状態に応じて電源部を移動することに加えて、車両の操作状態に基づいて電源部を移動するようにした場合は、車両の走行状態の変化が発生していない状況においても、前もって電源部を移動させておくことができる。したがって、急旋回や急加速／急制動などの早い動作を伴う場合においても、車両姿勢の変化に対して電源部の移動に遅れを生じることがなく、走行安定性や車両の限界運動性能の向上に十分な効果を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは、車両の駆動源としてモータを備えた前輪駆動方式の電気自動車を例として説明する。また、以下の説明においては、電気自動車を適宜に「車両」という。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係わる電気自動車の全体構成を説明するための模式図である。

一般に、内燃機関を搭載する車両は、その重量の多くが駆動源たるエンジンによって占められ、しかもエンジンはプロペラシャフトやギヤなどの機械部品により車軸と接続されているため、車両内で移動させることは困難である。これに対し、電気自動車１では、図１に示すように、車軸４と機械的に接続されているモータ２はエンジンと比較して軽く、逆に、電池ケース３は車両重量の多くを占めている。車両の構成によっては電池ケース３が全体の２割近くを占める場合がある。このような電池ケース３は、モータ２と電気的な接続さえ確保されていれば車両内のどこに配置されていてもよい。本実施形態では、電気自動車１において多くの重量を占める電池ケース３を、車両の走行状態に応じて所定の範囲内で移動させるように構成したものである。

本実施形態に係わる電気自動車１は、図１に示すように、空気入りタイヤが装着された左右の前輪６及び後輪７と、前輪６に取り付けられた車軸４と、後輪７に取り付けられた車軸５と、車軸４に機械的に接続されたモータ２（電動機）と、このモータ２に電力を供給する電池ケース３（電源部）とを備えている。なお、本実施形態の電池ケース３は、複数の二次電池を直列（または並列）に接続して一体化したものである。

また、電気自動車１は、電池ケース３を移動させるための電池移動ユニット１０と、モータや電源の制御部及び移動量演算部として機能するＥＣＵ２０と、図示しない加速度センサとを備えている。

また、電気自動車１の前部には、前輪６を転蛇する図示しないステアリングホイールが設けられている。このステアリングホイールは、車両に乗車したドライバーにより操舵されるものである。本実施形態では、前輪６を駆動輪及び操舵輪とした前輪駆動方式の構成について示すが、前輪６を操舵輪、後輪７を駆動輪とした構成でもあってもよい。

図２は、電池移動ユニット１０の構成を示す説明図である。（ａ）は電池移動ユニット１０の概略斜視図、（ｂ）は電池ケースの移動方向を示す概略平面図である。

電池移動ユニット１０は、図２（ａ）に示すように、電池ケース３をＸ軸、Ｙ軸方向にそれぞれ移動させるための機構を備えている。電池ケース３をＸ軸方向へ移動させるための機構は、Ｘ軸台車１１と、Ｘ軸アクチュエータ１３と、Ｘ軸ボールネジ機構１５と、レール１８とで構成されている。また、電池ケース３をＹ軸方向へ移動させるための機構は、図示しないＹ軸台車と、Ｙ軸アクチュエータ１４と、Ｙ軸ボールネジ機構１６と、レール１９とで構成されている。ここでは、図２（ｂ）に示すように、電気自動車１の進行方向に平行な軸をＸ軸、これと直交する軸をＹ軸とする。

電池ケース３は、図示しないＹ軸台車上に搭載されている。このＹ軸台車の下部には、図示しない雌ネジ部（以下、Ｙ軸雌ネジ部）が設けられ、Ｙ軸ボールネジ機構１６と係合されている。Ｙ軸ボールネジ機構１６には、Ｙ軸アクチュエータ１４が接続されている。また、Ｙ軸台車の下部には、図示しないガイド部が設けられ、レール１９が貫通している。

また、電池ケース３及び上記Ｙ軸台車を含む移動機構は、Ｘ軸台車１１上に搭載されている。このＸ軸台車１１の下部には、図示しない雌ネジ部（以下、Ｘ軸雌ネジ部）が設けられ、Ｘ軸ボールネジ機構１５と係合されている。Ｘ軸ボールネジ機構１５には、Ｘ軸アクチュエータ１３と接続されている。また、Ｘ軸台車１１の下部には、図示しないガイド部が設けられ、レール１８が貫通している。

上記構成において、Ｘ軸アクチュエータ１３と接続するＸ軸ボールネジ機構１５を回動させると、このＸ軸ボールネジ機構１５と係合するＸ軸雌ネジ部がボールネジの回転方向に応じてＸ軸方向に移動する。これにより、Ｘ軸台車１１上に搭載された電池ケース３（及びＹ軸方向への移動機構）はＸ軸方向に移動することになる。一方、Ｙ軸アクチュエータ１４と接続するＹ軸ボールネジ機構１６を回動させると、このＹ軸ボールネジ機構１６と係合する図示しないＹ軸雌ネジ部がボールネジの回転方向に応じてＹ軸方向に移動する。これにより、Ｙ軸台車上に搭載された電池ケース３はＹ軸方向に移動することになる。

Ｘ軸ボールネジ機構１５とレール１８、及びＹ軸ボールネジ機構１６とレール１９は、図２（ａ）に示すように、互いに干渉しない位置に取り付けられているため、電池ケース３は各ボールネジの移動範囲内において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の任意の位置に移動させることができる。

図３は、電池移動ユニット１０の移動量を演算する制御系の構成を示すブロック図である。以下、各部について説明する。

加速度センサ２１は、車両の前後左右方向の加速度を検出する加速度検出部として機能するものであり、車両の所定位置に配置されている。また、本実施形態における加速度センサ２１は、車両である電気自動車１の走行状態を検出する検出手段として機能する。この加速度センサ２１は、車両の前後方向の加速度を検出する加速度センサと、車両の左右方向の加速度を検出する加速度センサとから構成されるものでもよいし、他の目的で搭載されている加速度センサの検出値を利用してもよい。以下、車両の左右方向の加速度を適宜に「横方向の加速度」、又は「横加速度」ともいう。

ＥＣＵ２０はエンジンコントロールユニットであり、主にモータ２の回転制御や、モータ２や電池ケース３からの電力の制御などを行う制御部として機能する。また、ＥＣＵ２０は、加速度センサ２１で検出された車両の前後左右方向の加速度に基づいて、後述する処理手順にしたがって電池ケース３の移動量を演算する移動量演算部としても機能する。

ＥＣＵ２０は、あらかじめ設定されたコンピュータプログラムに従って演算処理やデータの入出力等を実行するコンピュータ装置であり、例えば中央演算ユニット（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、および入出力インターフェース（Ｉ／Ｏインターフェース）を備えたマイクロコンピュータにより構成することができる。ただし、ＥＣＵ２０を複数のマイクロコンピュータにより構成することも可能であり、本実施形態で説明する制御の他にも複数の制御を実行する装置として構成してもよい。また、電池移動コントローラ２２の機能をＥＣＵ２０が実行するように構成してもよい。

電池移動コントローラ２２は、ＥＣＵ２０で演算された移動量に従って、Ｘ軸アクチュエータ１３、Ｙ軸アクチュエータ１４に対する駆動指令信号を生成し、これを各アクチュエータに出力することにより、電池ケース３を目標位置まで移動させる。

本実施形態における電池移動ユニット１０は移動機構部として機能し、ＥＣＵ２０は移動量演算部として機能するものである。そして、電池移動ユニット１０とＥＣＵ２０は、検出手段である加速度センサ２１で検出された車両の走行状態に基づいて、電源部である電池ケース３を車両内において移動させる移動手段を構成する。

次に、実施形態１の制御系による電池ケース移動の処理手順を図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、ＥＣＵ２０による電池ケース移動の処理は周期的に実行される。

まず、加速度センサ２１により検出された車両の前後左右方向の加速度をＥＣＵ２０に入力する（ステップＳ１）。そして、入力された加速度センサ２１からの電気信号を、ＥＣＵ２０によって演算用のデータに変換する（ステップＳ２）。次にＥＣＵ２０によって、検出された車両の前後左右方向の加速度が閾値以上かどうかを判断する（ステップＳ３）。このステップＳ３では、検出された加速度が電池ケース移動を必要としない程度の低い値である場合や、ノイズなどの影響によりわずかに発生した値が加速度として検出された場合に電池ケース移動の処理を実行しないようにするため、予め設定された閾値との比較を行うものである。

ステップＳ３において加速度が閾値以上である場合、ＥＣＵ２０は、車両の前後左右方向の加速度に基づいて電池ケース３のＸ方向、Ｙ方向の移動量を演算し、電池移動コントローラ２２に送信する（ステップＳ４）。電池移動コントローラ２２では、ＥＣＵ２０で演算されたＸ方向、Ｙ方向の移動量に応じた駆動指令信号を生成して、Ｘ軸アクチュエータ１３とＹ軸アクチュエータ１４とに出力する（ステップＳ５）。これによって、ＥＣＵ２０により演算された移動量の分だけ電池ケース３がＸ軸及び／又はＹ軸方向に移動することになる。

次に、上記ステップＳ４において、Ｘ方向、Ｙ方向における移動量の演算手法について説明する。

図５は車両の荷重移動モデルを示す説明図であり、図６は電池ケース３の荷重移動モデルを示す説明図である。以下の説明において、荷重移動とは、車両の走行中に各車輪にかかる荷重のバランス変化をいい、荷重移動量とは、この変化量を指すものとする。

各図のパラメータは、Ｍは車両質量、ΔＦ frontは前輪位置における荷重変化量、ΔＦ rearは後輪位置における荷重変化量、ｈは車輪接地面から車両中心までの高さ、Ｌは前輪から後輪までの長さ、Ｌｆは車両重心位置から前輪までの長さ、Ｌｒは車両重心位置から後輪までの長さ、ａｘは車両の前後方向の加速度、（図３のａｙは車両の横方向の加速度）、ｍ（図６）は電池ケース質量、ｍ frontは前輪位置における電池ケース３の荷重、ｍ rearは後輪位置における電池ケース３の荷重、Ｌ’ｆは電池ケース３の重心位置から前輪までの長さ、Ｌ’ｒは電池ケース３の重心位置から後輪までの長さ、Δｘは電池ケース３の前後方向の移動量、（図３のΔｙは電池ケース３の横方向の移動量）である。

まず、図５に示したパラメータを用いて、車両の荷重変化をモデル化する。

運動方程式より、
Ｍ・ａｘ・ｈ＝ΔＦ front・Ｌｆ＋ΔＦ rear・Ｌｒ …（１）
となる。

また、
ΔＦ front−ΔＦ rear＝０ …（２）
が成り立つので、（１）式に（２）式を代入し、
Ｍ・ａｘ・ｈ＝ΔＦ front・Ｌ
となる。

よって、
ΔＦ front＝（Ｍ・ａｘ・ｈ）／Ｌ …（４）
が得られる。（４）式が車両前部へかかる荷重移動の差分を求める式となる。

同様に、車両の横方向の荷重移動ΔＦ rightに関しても上記式をＹ軸方向に展開し、同様の計算をすることによって、下記（５）式の通り求めることができる。

ΔＦ right＝（Ｍ・ａｙ・ｈ）／ｄ …（５）
なお、ａｙは車両の横方向加速度、ｄは車両トレッドベースの長さである。

次に、電池ケース３の荷重移動をモデル化する。

まず、基準位置に電池ケース３がある場合の前後方向の荷重を求める。

ｍ＝ｍ front＋ｍ rear …（６）
である。

また、前後方向の荷重は、
ｍ front・Ｌ’ｆ＝ｍ rear・Ｌ’ｒ …（７）
である。

これをｍ frontについてまとめると
ｍ front＝（ｍ rear・Ｌ’ｒ）／Ｌ’ｆ …（８）
となる。さらに（８）式と（６）式をｍ frontについてまとめると、
ｍ front＝（ｍ・Ｌ’ｒ）／Ｌ …（９）
となり、車両の前部方向にかかる電池ケース３の基礎式が求まる。

この式に対し、電池ケース３を移動した場合の車両前輪部へかかる荷重の式を求める。

これにはまず（７）式に移動分を考えると、
ｍ’ front・（Ｌ’ｆ−Δｘ）＝ｍ’ rear・（Ｌ’ｒ−Δｘ）…（１０）
である。なお、ｍ’ front及びｍ’ rearは電池ケース３がΔｘだけ前後に移動した場合の車両前後にかかる荷重である。これは、
ｍ＝ｍ’ front＋ｍ’ rear …（１１）
であることから、これを（１０）式に代入しｍ’ frontについて求めると、
ｍ’ front＝（ｍ・（Ｌ’ｒ−Δｘ））／Ｌ …（１２）
が求まり、電池ケース３が移動した場合の車両前部への荷重が求まる。

また、同様にＹ軸（車両横方向）の荷重を求める基礎式、及び移動後の荷重を求める式は同様にして、
ｍ right＝（ｍ・ｄ’left）／ｄ …（１３）
ｍ’ right＝（ｍ・（ｄ’left＋Δｙ））／ｄ …（１４）
である。ここで、ｍ rightは車両進行方向に対して右側車輪にかかる電池ケース３の荷重であり、ｄは左右車輪間のトレッドベース、ｄ’leftは電池ケース３の重心位置から左側車輪のトレッドベースである。

以上のモデルから、車両荷重移動分を、電池ケース３を移動させることにより打ち消すための電池ケース３の移動量は、以下の（１５）乃至（１８）式により求めることができる。

ΔＦ front＋（ｍ’ front−ｍ front）＝０ …（１５）
ΔＦ right＋（ｍ’ right−ｍ right）＝０ …（１６）
この（１５）式に前記（９）、（１２）式を代入して車両の前後方向の移動量Δｘを求めると
Δｘ＝−（Ｌ・ΔＦ front）／ｍ …（１７）
となる。また、同様に横方向の移動量Δｙを求めると
Δｙ＝−（ｄ・ΔＦ right）／ｍ …（１８）
となる。

したがって、加速度センサ２１から得られる車両の前後方向及び横方向の加速度の値を、この（１７）、（１８）のΔＦ front及びΔＦ rightに代入することにより、電池ケース３の移動量（目標移動量）Δｘ、Δｙを求めることができる。

電池移動コントローラ２２では、上述した処理手順により求められた移動量Δｘ、Δｙに基づいて駆動指令信号を生成し、Ｘ軸及びＹ軸アクチュエータ１４を動作させて電池ケース３を移動させる。これにより車両のピッチングやロールに対して、各車輪の荷重移動量が減少するように電池ケース３を移動することができる。

次に、車両内において電池ケース３を移動させた場合の作用について説明する。

図７は荷重移動とコーナリングパワーを示すグラフ、図８は旋回時の制御を説明するための模式図、図９は荷重移動による車軸のコーナリング特性の変化を示すグラフ、図１０は減速時の制御を説明するための模式図である。

図７において、横軸は車輪にかかる荷重であり、縦軸はコーナリングパワーである。図７に示すように、車輪にかかる荷重が増加すると（Ａ→Ａ₁ ）、コーナリングパワーは増加する（Ｐ→Ｐ₁ ）が、逆に車輪荷重が減少すると（Ａ→Ａ₂ ）、コーナリングパワーは減少する（Ｐ→Ｐ₂ ）ことがわかる。

これを図８に照らし合わせると、静止時に比べ旋回時には、コーナー外側の車輪には荷重が多くかかることになる（図７のＡ₁ の状態）。一方、コーナー内側の車輪では荷重が減少する（図７のＡ₂ の状態）。しかし、コーナー外側の車輪に過剰に荷重がかかった場合は（図７のＡ₁ を超えた状態）、コーナリングパワーが逆に減少し（図７のＰ₁ を超えた状態）、またコーナー内側の車輪はさらに荷重が減少してしまう。このように、各車輪の荷重移動量が増えると、総合的にコーナリングパワーが下がってしまい、本来の車輪（タイヤ）性能を発揮できなくなってしまう。

この状態を回避するため、上述した電池移動ユニット１０によって、図８に示すように、車両内において多くの重量を占める電池ケース３を、旋回中心の方向へ動かすことで車両重心位置を強制的に移動させることにより、車両の横方向に生じるロールが抑えられ、左右輪の荷重移動量を減少させることができる。これにより、旋回中においても高いコーナリングパワーが維持され、本来の車輪性能を発揮できるようになり、車両の限界運動性能を向上させることができる。

また、車軸４のコーナリングフォースを軸荷重の関係を見ると、図９に示すように、車軸４のコーナリングフォースを軸荷重で除した値の（図９の縦軸値）は、車両の旋回加速度に一致する。したがって、図９のグラフからは横加速度による左右輪の荷重移動を考慮したときの車軸４の等価的なコーナリング特性を示すことになり、旋回時の荷重移動量を減少させることで車両の旋回加速度を増加させることができることがわかる。

一方、直進時の加減速（加速／減速）には車両がテールスクワット、ノーズダイブという現象（ピッチング）が起きる。この場合も前後の車輪間で荷重移動が起きる。この状態でも図７の関係（この場合はトラクション／ストッピングパワー）が成り立ち、旋回時と同様に、極端な荷重変化が起きると本来の車輪性能を発揮できなくなる。

そこで、このような前後方向の荷重変化に対しても、上述した電池移動ユニット１０によって、図１０に示すように、減速時には電池ケース３を後方へ移動させることで車両の重心位置を強制的に移動させることにより、車両の前方向に生じるピッチングが抑えられ、前輪での荷重移動量を減少させることができる。また、加速時には逆に電池ケース３を前方に移動することで車両の重心位置を強制的に移動させることにより、車両の後方向に生じるピッチングが抑えられ、後輪での荷重移動量を減少させることができる。このように、車両の前後方向に生じるピッチングが抑えられ、前後輪の荷重移動量を減少させることができるので、加減速においても本来の車輪性能を発揮できるようになり、車両の限界運動性能を向上させることができる。

以上説明したように、実施形態１に係わる電気自動車１によれば、多くの重量を占める電池ケース３を車両の旋回や加減速など、加速度の変化に応じて移動させることとしたので、車両旋回時には車両の横方向に生じるロールを抑え、加速や減速時には車両の前後方向に生じるピッチングを抑えることができる。このように、走行中における車両のロールやピッチングが抑えられるので、車両姿勢が安定化し、走行安定性を向上させることができる。また、走行中における車両のピッチングやロールが抑えられることにより、車両の旋回時や加減速時において各車輪の荷重移動量が減少して、本来の車輪性能を発揮できるようになるので、車両の限界運動性能を向上させることができる。このように、本実施形態に係わる電気自動車１では、重量物である電池ケース３を搭載した状態においても、車両姿勢の安定化させて車両の走行安定性を向上させることができる。また、車輪性能を引き上げて本来の車輪性能を発揮させることができるので、車両の限界運動性能を向上させることができる。

また、本実施形態では、加速度センサ２１により車両の前後左右方向に発生する加速度を検出してその加速度変化に応じて電池ケース３を移動することとしたので、ロールやピッチングなどの車両の挙動変化を正確に検出することができ、常に安定した姿勢制御を行うことができる。

［実施形態２］
次に、上記実施形態１の電池ケース移動制御に、更にフィードフォワード制御を加えた実施形態について説明する。

通常の運転状況下において車両を旋回、加減速させた場合には、実施形態１のように車両の前後左右方向の加速度を検出してから電池ケースの移動を開始しても十分に車両姿勢の安定化を図ることができる。しかし、電池ケースは重量物であるため、移動を開始してから目標位置まで移動させるにはある程度の時間が必要となる。このため、急旋回や急加速／急減速などの早い動作を伴う場合は、車両姿勢の変化に対して電池ケースの移動が追いつかず、車両の走行安定性や限界運動性能の向上に十分な効果が得られなくなることも考えられる。

そこで、本実施形態では、実施形態１の移動制御にフィードフォワード制御を加えることで、急旋回や急加速／急減速などの早い動作を伴う場合における移動制御の遅れを低減し、車両の走行安定性や限界運動性能の向上に十分な効果が得られるようにしたものである。

図１１は、電池移動ユニット１０の移動量を演算する制御系の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、実施形態１と重複する部分の説明を省略して相違点のみを説明する。また、実施形態１と同等部分を同一符合で表している。

本実施形態のＥＣＵ２０Ａには、加速度センサ２１のほかに、ステアリング角検出部３１、ステアリング角速度検出部３２、アクセルペダル踏み込み速度検出部３３、ブレーキペダル踏み込み速度検出部３４が接続されている。

ステアリング角検出部３１は、ドライバーにより操舵されたステアリングホイールの操舵角（°）を検出するものである。以下、ステアリングホイールの操舵角をステアリング角度という。

ステアリング角速度検出部３２は、ドライバーにより操舵されたステアリングホイールの操舵方向の角速度（ｒａｄ／ｓ）を検出するものである。以下、ステアリングホイールの操舵方向の角速度をステアリング角速度という。

これらステアリング角検出部３１、ステアリング角速度検出部３２は、旋回時に車両横方向に加速度が発生するきっかけとなるステアリングホイールの角度変化を検出するものである。すなわち、ステアリング角度を検出することにより、ドライバーがステアリングホイールを操舵した方向（時計回り又は反時計回り）を判断することができる。また、ステアリング角速度を検出することにより、旋回時に車両横方向に加速度が発生するか否かを前もって判断することができる。例えば、ステアリング角速度が大きければ、急旋回により車両は横方向にロールすると判断することができるので、横加速度が急激に増加する前に電池ケース３の移動制御を開始することができる。

アクセルペダル踏み込み速度検出部３３は、ドライバーにより操舵されたアクセルペダルの踏み込み速度（ｍ／ｓ）を検出するものである。以下、アクセルペダルの踏み込み速度をアクセル踏み込み速度という。

ブレーキペダル踏み込み速度検出部３４は、ドライバーにより操舵されたブレーキペダルの踏み込み速度（ｍ／ｓ）を検出するものである。以下、ブレーキペダルの踏み込み速度をブレーキ踏み込み速度という。

これらアクセルペダル踏み込み速度検出部３３、ブレーキペダル踏み込み速度検出部３４は、直進時に車両の前後方向に加速度が発生するきっかけとなるアクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み変化を検出するものである。すなわち、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み変化を検出することにより、車両の前後方向に加速度が発生するか否かを前もって判断することができる。例えば、アクセル踏み込み速度が速ければ、急加速により車両はテールスクワットし、またブレーキ踏み込み速度が速ければ、急減速により車両はノーズダイブすると予測できる。これにより、車両の前後方向に発生する加速度が急激に増加する前に電池ケース３の移動を開始することができる。

本実施形態におけるステアリング角検出部３１、ステアリング角速度検出部３２、アクセルペダル踏み込み速度検出部３３、ブレーキペダル踏み込み速度検出部３４は、車両の前後左右方向の加速度発生をもたらす操作の操作量及び操作速度を検出する操作検出部として機能するものであり、加速度センサ２１とともに検出手段を構成する。

ＥＣＵ２０Ａは、加速度センサ２１で検出された車両の前後左右方向の加速度に基づいて、図４に示した処理手順により電池ケース３の移動量を演算するとともに、上記各検出部３１〜３４で検出された検出値に基づいて後述するフィードフォワード制御により電池ケース３の移動量を演算する。本実施形態では、加速度センサ２１で検出された車両の前後左右方向の加速度、及び上記各検出部で検出された検出値が、それぞれ予め設定された閾値以上であるときに前記加速度や検出値に基づいて電池ケース３の移動量を演算するようにしている。

次に、実施形態２の制御系によるフィードフォワード制御を含む電池ケース移動の処理手順を図１２及び図１３に示すフローチャートを用いて説明する。ここでは、電池ケース移動の処理手順を、Ｙ軸方向（車両横方向）、Ｘ軸方向（車両前後方向）に分けて説明するが、これらの処理は同時・並列的に実行されている。また、本実施形態においても、ＥＣＵ２０Ａによる電池ケース移動の処理は周期的に実行される。

最初に、Ｙ軸方向における電池ケース移動の処理手順を図１２に示すフローチャートにより説明する。

まず、加速度センサ２１により検出された車両の左右方向の加速度をＥＣＵ２０Ａに入力する（ステップＳ１１）。続いて、ステアリング角検出部３１により検出されたステアリング角度、及びステアリング角速度検出部３２により検出されたステアリング角速度をＥＣＵ２０Ａに入力する（ステップＳ１２）。そして、入力された加速度センサ２１からの電気信号、並びにステアリング角検出部３１及びステアリング角速度検出部３２からの電気信号をＥＣＵ２０Ａによって演算用のデータに変換する（ステップＳ１３）。

次に、ＥＣＵ２０Ａによって、車両の横加速度が予め設定された閾値以上かどうかを判断する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４は、検出された横加速度が電池ケース移動を必要としない程度の低い値である場合や、ノイズなどの影響によりわずかに発生した値が横加速度として検出された場合に電池ケース移動の処理を実行しないようにするため、予め設定された閾値との比較を行うものである。

ここで、横加速度が閾値以上であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、検出された車両の左右方向の加速度に基づいて電池ケース３のＹ方向の移動量を演算し、電池移動コントローラ２２に送信する（ステップＳ１５）。また、ステップＳ１４において、横加速度が閾値未満であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、ステアリング角速度が予め設定された閾値以上かどうかを判断する（ステップＳ１６）。このステップＳ１６は、検出されたステアリング角速度が電池ケース移動を必要としない程度の低い値である場合や、ノイズ等により発生したわずかな値がステアリング角速度として検出された場合に電池ケース移動の処理を実行しないようにするため、予め設定された閾値との比較を行うものである。

ステップＳ１６において、ステアリング角速度が閾値以上であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、検出されたステアリング角度及びステアリング角速度に基づいて電池ケース３のＹ方向の移動量を演算し、電池移動コントローラ２２に送信する（ステップＳ１７）。電池移動コントローラ２２では、ステップＳ１５又はステップＳ１７においてＥＣＵ２０Ａにより演算されたＹ方向の移動量に応じた駆動指令信号を生成して、Ｙ軸アクチュエータ１４に出力する（ステップＳ１８）。これによって、ＥＣＵ２０Ａにより演算された移動量の分だけ電池ケース３がＹ軸方向に移動することになる。

このように、本実施形態では、検出された車両の横加速度が閾値未満であっても、横加速度発生のきっかけとなるステアリング角速度が閾値以上であれば、電池ケース移動の処理を実行するようにしているため、横加速度が急激に増加した場合でも、車両姿勢の変化に対して遅れることなしに電池ケース３を移動させることができる。

次に、上記ステップＳ１５において、Ｙ方向における移動量の演算手法について説明する。

まずパラメータとして、ステアリング角速度をω、ステアリング角度をβ、車両別係数をαｙ（αは使用車両により決定される）、Ｙ方向の最大移動量をΔｙ maxとした場合、
０＞αｙ・ω …（１９）
とすると、この式（１９）から、Ｙ方向の移動量Δｙは、
Δｙ＝（＋ or −）αｙ・ω・Δｙ max …（２０）
となる。なお、式（２０）において（＋ or −）の項は、ステアリング角度βにより判断する。すなわち、ステアリングホイールを時計回りに操舵したときを正とし、反時計回りに操舵したときを負とすると、基準となる０点から時計回りにステアリングホイールを操舵した場合は「＋」、反時計回りにステアリングホイールを操舵した場合は「−」が与えられることになる。

以上のように、車両の左右方向の加速度が発生していない状況においても、ステアリング角度β、ステアリング角速度ωを用いることにより、電池ケース３のＹ方向の移動量Δｙを求めることができる。

なお、式（２０）に、車両の速度による係数を加えて、
Δｙ＝（＋ or −）αｙ・ω・Δｙ max・ｋｖ …（２１）
としてもよい。ここで、ｋｖは車両速度係数（０〜１）である。この車両速度係数ｋｖは、車速が遅いときは０に近い値、車速が速いときは１に近い値が与えられる。これによれば、車速が遅いときは電池ケースの移動量が抑えられ、車速が速くなるにつれて電池ケースの移動量が本来の移動量に近くなるように制御される。このように、Ｙ方向の移動量Δｙを求める際に、車両速度係数ｋｖによる補正量を加えることによって、ドライバーに対して車両の挙動変化に違和感を感じさせることのない、より安定した車両姿勢の制御を行うことができる。

電池移動コントローラ２２では、上述した演算手法により得られたＹ方向の移動量Δｙに応じた駆動指令信号を生成して、Ｙ軸アクチュエータ１４に出力することにより、Ｙ軸アクチュエータ１４を動作させて電池ケース３を移動させる。これによって、横加速度が発生していない状況においても、前もって電池ケース３をＹ軸方向に移動させることができるので、この後、急旋回などにより横加速度が発生した場合でも、車両姿勢の変化に対して遅れることなしに電池ケース３を移動させることが可能となる。

続いて、Ｘ軸方向における電池ケース移動の処理手順を図１３に示すフローチャートにより説明する。

まず、加速度センサ２１により検出された車両の前後方向の加速度をＥＣＵ２０Ａに入力する（ステップＳ２１）。続いて、アクセルペダル踏み込み速度検出部３３により検出されたアクセル踏み込み速度又はブレーキペダル踏み込み速度検出部３４により検出されたブレーキ踏み込み速度をＥＣＵ２０Ａに入力する（ステップＳ２２）。そして、入力された加速度センサ２１からの電気信号、並びにアクセルペダル踏み込み速度検出部３３又はブレーキペダル踏み込み速度検出部３４からの電気信号をＥＣＵ２０Ａによって演算用のデータに変換する（ステップＳ２３）。次に、ＥＣＵ２０Ａによって、車両の前後方向の加速度が予め設定された閾値以上かどうかを判断する（ステップＳ２４）。このステップＳ２４は、検出された前後方向の加速度が電池ケース移動を必要としない程度の低い値である場合や、ノイズなどの影響によりわずかに発生した値が前後方向の加速度として検出された場合に電池ケース移動の処理を実行しないようにするため、予め設定された閾値との比較を行うものである。

ここで、前後方向の加速度が閾値以上であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、検出した車両の前後方向の加速度に基づいて電池ケース３のＸ方向の移動量を演算し、電池移動コントローラ２２に送信する（ステップＳ２５）。また、ステップＳ２４において、前後方向の加速度が閾値未満であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、アクセル踏み込み速度又はブレーキ踏み込み速度が予め設定された閾値以上かどうかを判断する（ステップＳ２７）。このステップＳ２７は、検出されたアクセル踏み込み速度又はブレーキ踏み込み速度が電池ケース移動を必要としない程度の低い値である場合や、ノイズ等により発生したわずかな値が速度値として検出された場合に電池ケース移動の処理を実行しないようにするため、予め設定された閾値との比較を行うものである。

ステップＳ２７において、アクセル踏み込み速度又はブレーキ踏み込み速度が閾値未満であれば、ＥＣＵ２０Ａによって、検出されたアクセル踏み込み速度又はブレーキ踏み込み速度に基づいて電池ケース３のＸ方向の移動量を演算し、電池移動コントローラ２２に送信する（ステップＳ２８）。電池移動コントローラ２２では、ＥＣＵ２０Ａで演算されたＸ方向の移動量に応じた駆動指令信号を生成してＹ軸アクチュエータ１４に出力する（ステップＳ２６）。これによって、ＥＣＵ２０Ａにより演算された移動量の分だけ電池ケース３がＹ軸方向に移動することになる。電池移動コントローラ２２では、ステップＳ２５又はステップＳ２８においてＥＣＵ２０Ａにより演算されたＹ方向の移動量に応じた駆動指令信号を生成して、Ｘ軸アクチュエータ１３に出力する（ステップＳ２６）。これによって、ＥＣＵ２０Ａにより演算された移動量の分だけ電池ケース３がＸ軸方向に移動することになる。

このように、本実施形態では、検出された車両の前後方向の加速度が閾値未満であっても、前後方向の加速度発生のきっかけとなるアクセル踏み込み速度又はブレーキ踏み込み信号が閾値以上であれば、電池ケース移動の処理を実行するようにしているため、前後方向の加速度が急激に増加した場合でも、車両姿勢の変化に対して遅れることなしに電池ケース３を移動させることができる。

次に、上記ステップＳ２５において、Ｘ方向における移動量の演算手法について説明する。

まずパラメータとして、アクセルペダル踏み込み速度をＡｘ、ブレーキペダル踏み込み速度をＢｘ、車両別係数をαｘ（αは使用車両により決定される）、Ｘ方向の最大移動量をΔｘ maxとした場合に、アクセルペダル踏み込み速度Ａｘが検出されたときは「＋」、ブレーキペダル踏み込み速度Ｂｘが検出されたときは「−」が与えられるとした場合、
０＞αｘ・（Ａｘ or Ｂｘ） …（２２）
とすると、この式（２２）から、Ｘ方向の移動量Δｘは、
Δｘ＝（＋ or −）αｘ・（Ａｘ or Ｂｘ）・Δｘ max …（２３）
となる。

以上のように、車両の前後方向の加速度が発生していない状況においても、アクセルペダル踏み込み速度Ａｘ、又はブレーキペダル踏み込み速度Ｂｘを用いることにより、電池ケース３のＸ方向の移動量Δｘを求めることができる。

電池移動コントローラ２２では、上述した演算手法により得られたＸ方向の移動量Δｘに応じた駆動指令信号を生成して、Ｘ軸アクチュエータ１３に出力することにより、Ｘ軸アクチュエータ１３を動作させて電池ケース３を移動させる。これによって、前後加速度が発生していない状況においても、前もって電池ケース３をＸ軸方向に移動させることができるので、この後、急加速や急減速により前後加速度が急激に増加した場合でも、車両姿勢の変化に対して遅れることなしに電池ケース３を移動させることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態では、車両の前後左右方向に発生する加速度に基づいて電池ケース３を移動する制御に加えて、前後左右方向の加速度が発生するきっかけとなるステアリング角速度やアクセル／ブレーキ踏み込み速度に基づいて電池ケース３を移動するフィードフォワード制御を行うようにしたので、前後左右方向の加速度が発生していない状況においても、前もって電池ケース３を所定方向に移動させておくことができる。したがって、急旋回や急加速／急減速などの早い動作を伴う場合においても、車両姿勢の変化に対して電池ケース移動の処理に遅れを生じることがなく、車両の走行安定性や限界運動性能の向上に十分な効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明は、電気自動車に限らず、たとえば燃料電池車においても適用可能であり、燃料電池車の燃料電池ケースや二次電池ケースなどを上述した実施形態と同様に移動させることで走行安定性を向上することができる。また、ハイブリット自動車においても、搭載する二次電池ケースを同様に移動させることで走行安定性を向上することができる。したがって、本発明において電動車両とは、電気自動車はもとより、燃料電池車やハイブリット自動車など、モータなどの駆動源へ電力を供給する電源部を搭載した車両であれば適用可能である。

また、本実施形態の電池移動ユニット１０において、モータなどの電動アクチュエータに代えて、油圧や空圧などのアクチュエータを用いてもよい。また、本実施形態で示した加速度センサは、例えば自動車に搭載されているカーナビゲーションシステムに使用されている加速度センサを利用することができる。

さらに、様々な変形の形態が可能でありそれらも本発明に属するものである。例えば、本実施形態では、図１に示すように４輪の車両を例として示したが、３輪或いは、４輪以上の車輪を有する車両にも適用することができる。

実施形態１に係わる電気自動車の全体構成を説明するための模式図である。 実施形態１における電池移動ユニットの構成を示す説明図である。（ａ）は電池移動ユニットの概略斜視図、（ｂ）は電池ケースの移動方向を示す概略平面図である。 実施形態１における電池移動ユニットの制御系の構成を示すブロック図である。 実施形態１における電池ケース移動の処理手順を示すフローチャートである。 車両の荷重移動モデルを示す説明図である。 電池ケースの荷重移動モデルを示す説明図である。 荷重移動とコーナリングパワーを示すグラフである。 旋回時の制御を説明するための模式図である。 荷重移動による車軸のコーナリング特性の変化を示すグラフである。 減速時の制御を説明するための模式図である。 実施形態２における電池移動ユニットの制御系の構成を示すブロック図である。 実施形態２においてＹ軸方向における電池ケース移動の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態２においてＸ軸方向における電池ケース移動の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…電気自動車
２…モータ
３…電池ケース
４、５…車軸
６…前輪
７…後輪
１０…電池移動ユニット
１１…Ｘ軸台車
１３…Ｘ軸アクチュエータ
１４…Ｙ軸アクチュエータ
１５…Ｘ軸ボールネジ機構
１６…Ｙ軸ボールネジ機構
１８、１９…レール
２０、２０Ａ…ＥＣＵ
２１…加速度センサ
２２…電池移動コントローラ
３１…ステアリング角検出部
３２…ステアリング角速度検出部
３３…アクセルペダル踏み込み速度検出部
３４…ブレーキペダル踏み込み速度検出部

Claims (8)

1. 車両の駆動源となる電動機と、
   前記電動機に電力を供給する電源部と、
   前記車両の走行状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記車両の走行状態に基づいて前記電源部を前記車両内において移動させる移動手段と、
   を備えることを特徴とする電動車両。
2. 前記検出手段は、
   前記車両の前後左右方向の加速度を検出する加速度検出部を備え、
   前記移動手段は、
   前記加速度検出部が検出した前記車両の前後左右方向の加速度に基づいて前記電源部の移動量を演算する移動量演算部と、
   前記移動量演算部で演算された移動量に応じて前記電源部を移動させる移動機構部と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の電動車両。
3. 車両の駆動源となる電動機と、
   前記電動機に電力を供給する電源部と、
   前記車両の走行状態及び／又は操作状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段で検出された前記車両の走行状態及び／又は操作状態に基づいて前記電源部を前記車両内において移動させる移動手段と、
   を備えることを特徴とする電動車両。
4. 前記検出手段は、
   前記車両の前後左右方向の加速度を検出する加速度検出部と、
   前記車両の前後左右方向の加速度発生をもたらす操作の操作量及び操作速度を検出する操作検出部と、
   を備え、
   前記移動手段は、
   前記検出手段が検出した前記車両の前後左右方向の加速度が予め設定された閾値以上であれば前記車両の前後左右方向の加速度に基づいて前記電源部の移動量を演算し、前記検出手段が検出した前記車両の前後左右方向の加速度が予め設定された閾値未満であれば前記車両の前後左右方向の加速度発生をもたらす操作の操作量及び操作速度に基づいて前記電源部の移動量を演算する移動量演算部と、
   前記移動量演算部で演算された移動量に応じて前記電源部を移動させる移動機構部と、
   を備えることを特徴とする請求項３記載の電動車両。
5. 前記加速度検出部は、前記車両の所定位置に配置された加速度センサからなり、
   前記操作検出部は、
   運転者により操舵されたステアリングホイールの操舵角を検出するステアリング角検出部と、
   運転者により操舵されたステアリングホイールの操舵方向の角速度を検出するステアリング角速度検出部と、
   運転者により操作されたアクセルペダルの踏み込み速度を検出するアクセルペダル踏み込み速度検出部と、
   運転者により操作されたブレーキペダルの踏み込み速度を検出するブレーキペダル踏み込み速度検出部と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の電動車両。
6. 前記移動機構部は、油圧、空圧、及びモータよりなる群から選択された少なくともいずれか一つのアクチュエータによって前記電源部を移動させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の電動車両。
7. 前記電源部は、電気自動車の電池ケースであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動車両。
8. 前記電源部は、燃料電池自動車の燃料電池ケースであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電動車両。

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