JP2009044916A - 電気自動車の駆動システム及びタイヤ - Google Patents

Abstract

【課題】各車輪を個別独立した電気モータにより駆動する車両において、タイヤ交換した場合でも、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができるようにする。
【解決手段】タイヤ２１のタイヤデータを、タイヤ内部に設けたデータモジュール４０から車両制御装置１００に送信し、車両制御装置内に記憶させる。車両制御装置１００では、前記タイヤデータに基づいて演算した実前後力Ｆ^_Ｘと目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘとの誤差Ｆ_ｅＸ、実横力Ｆ^_Ｙと目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙとの横力誤差Ｆ_ｅＹ、実ヨーモーメントＭ^_Ｚと目標ヨーモーメントＭ^＊ _Ｚとの誤差Ｍ_ｅＺ、及び車輪の実前後力Ｆ^_Ｘと実横力Ｆ^_Ｙに対する各車輪の接地荷重Ｆ_Ｚiに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率η_i を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆ_Ｘi’を演算し、この制御前後力Ｆ_Ｘi’に基づいて、インホイールモータ３０（ＦＬ〜ＲＲ）に供給する電流値ｉを制御する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、主に電気自動車の挙動を制御するための駆動システム、及びこの駆動システムを用いた電気自動車に装着されるタイヤに関する。

従来、自動車の挙動制御に関して、左右の車輪の駆動力または制動力の差を用いて、直接ヨーモーメントを発生させる、いわゆる直接ヨーモーメント制御（ＤＹＣ）知られている。一般的なＤＹＣでは、各車輪の駆動力を制御する場合に、各車輪の接地荷重（Ｆ_Ｚi ）に応じて、駆動力を発生する内燃機関の出力を制御している。

一方、近年では、各車輪を各々独立した電気モータによって駆動する電気自動車の研究、開発が行われている。このような電気自動車に上述のようなＤＹＣを適用した場合は、各車輪の稼動状態は考慮されずに制御が行われることになるため、必ずしも最適な駆動力に制御されるものではなかった。これを解決する技術として、各車輪に生じる実前後力、各車輪の目標前後力、及びタイヤ稼働率とに基づいて制御前後力を演算し、この制御前後力に基づいて各車輪を駆動する電気モータに供給する電流値を制御するようにした車両制御装置が知られている。

また、タイヤ内圧センサユニットで検出した内圧データを中央タイヤ管理装置に送信することにより、タイヤ交換に際して、圧力の異常判定に用いる閾値を設定する作業などを省力化した技術が知られている（特許文献１参照）。さらに、タイヤに関するデータを蓄積する記憶装置からの蓄積データをモニター装置に送信し、この蓄積データを更に離れた場所に再送信するようにした技術が知られている（特許文献２参照）。
特開２００３−１５９９１８号公報 特開平１１−２５４９２６号公報

上記特許文献１の車両制御装置では、実前後力の演算にタイヤデータ（タイヤ推定用パラメータ）を用いている。このタイヤデータはタイヤごとに異なるため、あらかじめ装着されているタイヤとは異なるタイヤデータをもつタイヤを装着すると、正確な制御前後力が演算できなくなる。これを解決するため、車両側にタイヤデータを複数記憶しておき、交換したタイヤに適合したタイヤデータを選択する手法も考えられるが、車載のコンピュータは記憶容量が小さいため多くのタイヤデータを記憶することは難しいのが現状である。また、多くのタイヤデータを記憶できたとしても、新たに生産されたタイヤについては、タイヤを装着するたびに作業者がタイヤデータを手作業で入力しなければならず、データ入力に手間と時間がかかることになる。しかも、入力ミス等により誤ったタイヤデータが記憶された場合には、正確な制御前後力が演算できなくなるため、駆動力の制御が適切に行われないことになる。このような課題は、上記特許文献２及び３に記載された技術においても解決されていない。

本発明の目的は、各車輪を個別独立した電気モータにより駆動する車両において、タイヤ交換した場合でも、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる電気自動車の駆動システム及びタイヤを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車を駆動するための駆動システムであって、各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、前記車輪に装着されたタイヤに関するタイヤデータを記憶するデータモジュールと、前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置とを含み、前記車両制御装置は、前記車輪のスリップ率、及び前記車輪に生じる前後力と横力との関係を示すタイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力とその総和を演算する実前後力演算部と、前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力及びその総和を演算する実横力演算部と、前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力を演算する目標前後力演算部と、前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算部と、前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力の総和と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差、前記実横力演算部によって演算された前記実横力の総和と前記目標横力演算部によって演算された前記目標車両横力との差、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差、及び前記各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する前記各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力を演算する制御前後力演算部と、前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値を制御する電気モータ制御部と、前記データモジュールから送信されたタイヤデータを受信するデータ受信部と、前記データ受信部で受信したタイヤデータを記憶するデータ記憶部とを備え、前記データモジュールは、前記車輪に装着されたタイヤに関するタイヤデータを記憶する記憶部と、前記車両制御装置の前記データ受信部にタイヤデータを送信するアンテナと、前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置の前記データ受信部に送信させる制御部とを備え、前記車輪に装着されたタイヤの内部に設けられることを特徴とする。

請求項２に係わる発明は、請求項１の発明において、前記タイヤ稼働率が、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比であることを特徴とする。

請求項３に係わる発明は、請求項１の発明において、前記各車輪の実前後力をＦ_Ｘi、前記各車輪の実横力をＦ_Ｙi、前記各車輪の接地荷重をＦ_ｚi、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμ_iとした場合、前記各車輪のタイヤ稼働率η_iは、

であることを特徴とする。

請求項４に係わる発明は、請求項１乃至３のいずれか一項の発明において、前記車両制御装置は、電気自動車が起動されたときに前記データモジュールにデータ要求信号を送信するデータ送信部を備え、前記データモジュールの前記制御部は、前記データ要求信号を受信したときに、前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置の前記データ受信部に送信させることを特徴とする。

また、上記目的を達成するため、請求項５に係わる発明は、電気自動車の各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置とを備えた電気自動車に装着されるタイヤであって、自タイヤに関するタイヤデータを記憶する記憶部と、前記車両制御装置にタイヤデータを送信するアンテナと、前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置に送信させる制御部とを有するデータモジュールを備えることを特徴とする。

本発明に係わる電気自動車の駆動システム及びタイヤによれば、装着されたタイヤのタイヤデータが、タイヤの内部に設けられたデータモジュールから車両制御装置に送信され、車両制御装置内に記憶されるため、あらかじめ装着されているタイヤとは異なるタイヤデータのタイヤを装着した場合でも、各車輪に対して制御すべき前後力を正確に演算することができる。したがって、タイヤ交換した場合でも、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる。

また、作業者がタイヤデータを手作業で入力する必要がなく、自動的にタイヤデータが記憶されるので、データ入力に伴う作業を省力化することができる。さらには、人為的な入力ミス等により誤ったタイヤデータが記憶される心配がなく、常に正確な制御前後力の演算が可能となる。

以下、本発明に係わる電気自動車の駆動システム及びタイヤの実施形態ついて説明する。

［電気自動四輪車の全体構成］
図１は、本実施形態に係る電気自動四輪車１０の概略斜視図である。電気自動四輪車１０は、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの内側に電気モータ、いわゆるインホイールモータをそれぞれ備える。つまり、電気自動四輪車１０は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）を別個独立したインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって駆動される。そして、各車輪２０ＦＬ〜２０ＲＲに装着された空気入りタイヤ（以下、タイヤという）２１の内部には、後述するデータモジュール４０が設けられている。

また、電気自動四輪車１０は、車両制御装置１００を備える。車両制御装置１００は、左右の車輪の駆動力または制動力の差を用いて直接ヨーモーメントを発生させる、いわゆる直接ヨーモーメント制御（ＤＹＣ）によって、電気自動四輪車１０の挙動を制御するものである。この車両制御装置１００には、電気自動四輪車１０の各種状態（例えば、操舵角）を検出するセンサ部１１０が接続される。以下、駆動力と制動力とを総称して適宜に「制駆動力」又は「前後力」という。

本実施形態では、車両制御装置１００と、各車輪の内側に備えられたインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲ、及びデータモジュール４０によって、電気自動四輪車の駆動システムが構成される。

［電気自動四輪車の駆動システムの構成］
図２は、本実施形態に係る電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック図である。上述したように、車両制御装置１００と、各車輪の内側に備えられたインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって、電気自動四輪車の駆動システムが構成される。

車両制御装置１００は、フィードフォワードモーメント演算部１２１、目標ヨーモーメント演算部１２３、ヨーモーメント演算部１２５、ＰＩＤコントローラ１２７、駆動力演算部１２９、電気モータ制御部１３１、及びデータ送受信部１３２によって構成される。

本実施形態において、目標ヨーモーメント演算部１２３では、目標モデルに二輪モデルを用いている。また、駆動力演算部１２９における駆動力の演算では、いわゆる「最適制御」が取り入れられている。

具体的には、駆動力演算部１２９は、所定の評価関数を最小にするように補正量δ_Ｋ を決定する。また、本実施形態では、車両ヨーモーメント（Ｍ）、車両横力（Ｆ_Ｙ）、車両前後力（Ｆ_Ｘ）、タイヤスリップ率（Ｋ）及びタイヤ稼働率（η）の配分誤差が用いられる。なお、車両制御装置１００による駆動力の制御の詳細については、後述する。

センサ部１１０は、操舵角センサ１１１、車速センサ１１３、ヨーレートセンサ１１５及び加速度センサ１１７によって構成される。

操舵角センサ１１１は、電気自動四輪車１０の前輪、具体的には、車輪２０ＦＬ及び車輪２０ＦＲの操舵角を検出する。この操舵角は、ハンドル角を検知しこれをステアリングギヤ比で割って演算により検出することもできる。車速センサ１１３は、電気自動四輪車１０の車速を検出する。

ヨーレートセンサ１１５は、電気自動四輪車１０（図３参照）におけるヨーレートを検出する。加速度センサ１１７は、電気自動四輪車１０に生じている前後方向（図３のｘ方向）の加速度（加速度ａ_Ｘ）、及び横方向（図３のｙ方向）の加速度（加速度ａ_Ｙ）を検出する。

次に、車両制御装置１００を構成する各機能ブロックについて、図２〜図５を参照して説明する。

（１）フィードフォワードモーメント演算部１２１
フィードフォワードモーメント演算部１２１は、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭ_ＦＦを演算する。具体的には、フィードフォワードモーメント演算部１２１は、センサ部１１０から出力された操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、フィードフォワード補償ヨーモーメントＭ_ＦＦを演算する。

まず、フィードフォワードモーメント演算部１２１における具体的な演算方法の説明に先立って、電気自動四輪車１０のヨーレートγについて説明する。電気自動四輪車１０では、ヨーレートγは（１式）のように表すことができる。

また、図３は、電気自動四輪車１０を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとして模式的に示している（つまり、ローリングは考慮していない）。図３に示すように、（１式）におけるδは実操舵角である。本実施形態では、ハンドル角を検知しこれをステアリングギヤ比で割って演算により検出した実操舵角を用いている。また、ｌ（ｌｆ＋ｌｒ）はホイールベース、ｍは車両質量、ｋｆは前輪のコーナリングパワー、ｋｒは後輪のコーナリングパワーである。

本実施形態では、車両制御装置１００は、ＤＹＣを用い、電気自動四輪車１０のステアリング特性がニュートラルステアとなるように各車輪の制駆動力（前後力）を制御する。（１式）より、ニュートラルステア時のヨーレートγ_ＮＳは、（２式）のように表すことができる。

ここで、Δγは、電気自動四輪車１０のステアリング特性をニュートラルステアにするために必要なヨーレートの増減量である。次に、電気自動四輪車１０のスタビリティファクターＫ、及び車両制御装置１００（ＤＹＣ）への入力に対するヨーレートγ（０）は、（３式）のように表すことができる。

また、（２式）及び（３式）より、電気自動四輪車１０のステアリング特性をニュートラルステアにするために必要なフィードフォワード補償ヨーモーメントＭ_ＦＦは、（４式）のように表すことができる。

ここで、Ｇ_ｆｆ（Ｖ）は、フィードフォワードゲインである。

（２）目標ヨーモーメント演算部１２３
目標ヨーモーメント演算部１２３は、目標ヨーモーメントＭ_ｄを演算する。具体的には、目標ヨーモーメント演算部１２３は、センサ部１１０から出力された操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、目標ヨーモーメントＭ_ｄを演算する。目標ヨーモーメントＭ_ｄは、（５式）及び（５’式）のように表すことができる。

ここで、横力Ｙ_fは、前輪（車輪２０ＦＬ及び車輪２０ＦＲ）に生じる横力（コーナリングフォース）である。また、横力Ｙ_ｒは、後輪（車輪２０ＲＬ及び車輪２０ＲＲ）に生じる横力（コーナリングフォース）である。また、ヨーレートγ_ＮＳ、ニュートラルステア時のすべり角β_ＮＳ、及び操舵角δとの関係は、（６式）のように表すことができる。

よって、（５’式）は、（７式）のように変形することができる。

ここで、Ｇ_ｄ（Ｖ）は、目標ヨーモーメントゲインである。さらに、本実施形態では、ｋｆ=ｌｒ/ｌｆ・ｋｒを代入している。

（３）ヨーモーメント演算部１２５及びＰＩＤコントローラ１２７
ヨーモーメント演算部１２５は、電気自動四輪車１０の挙動を制御するために用いられる電気自動四輪車のヨーモーメントを演算する。具体的には、ヨーモーメント演算部１２５は、センサ部１１０から出力された操舵角δ、車速Ｖ、ヨーレートγ、加速度ａ_Ｘ及び加速度ａ_Ｙに基づいて、車両のヨーモーメントを演算する。また、ヨーモーメント演算部１２５は、後述のデータ送受信部１３２から送信されたタイヤデータＴＤを記憶するための図示しないデータ記憶部を備えている。

ＰＩＤコントローラ１２７は、目標ヨーモーメント演算部１２３によって演算された目標ヨーモーメントＭ_ｄ及びヨーモーメント演算部１２５によって演算されたヨーモーメントをフィードバックさせるコントローラである。

ＰＩＤコントローラ１２７（フィードバック補償器）は、目標ヨーモーメント演算部１２３において用いられる目標モデルとの誤差がなくなるようにヨーモーメントをフィードバックさせる。具体的には、ＰＩＤコントローラ１２７は、（８式）に基づいて動作する。

ここで、Ｍ_ＦＢは、フィードバックヨーモーメント、Ｍは、制御対象である電気自動四輪車１０に生じているヨーモーメントである。また、Ｋ_Ｐは比例ゲイン、Ｋ_Ｉは積分ゲイン、Ｋ_Ｄは微分ゲインである。さらに、（９式）が成立する。

Ｍ_Ｅは、ヨーモーメント誤差である。本実施形態では、ヨーモーメント誤差Ｍ_Ｅを、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなるために制御すべきヨーモーメントＭ_ＤＹＣとする。

また、図３に示すように、電気自動四輪車１０を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとした場合、（１０式）が成立する。

Ｆ_ｘｆｌ，Ｆ_ｘｆｒ，Ｆ_ｘｒｌ及びＦ_ｘｒｒは、各車輪の前後力（前後力Ｆ_ｘi）である。Ｆ_ｙｆｌ，Ｆ_ｙｆｒ，Ｆ_ｙｒｌ及びＦ_ｙｒｒは、各車輪の横力（横力Ｆ_ｙi）である。ここで、fl,fr,ri,rrは、それぞれ車輪の左前、右前、左後、右後を表す。Ｉは、電気自動四輪車１０のヨー方向の慣性モーメントである。ｄは、電気自動四輪車１０のトレッド幅である。また、ｕ，νは、ｘ，ｙ方向（図３参照）の速度成分である。

次に、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに装着されたタイヤ２１の摩擦円は、（１１式）のように表すことができる。

ここで、ｒ（摩擦円半径）またはａ，ｂ（摩擦楕円の幅及び高さ）が分かれば、各車輪の前後力Ｆ_ｘi及び横力Ｆ_ｙiを演算することができる。さらに、垂直方向も考慮すると、接地荷重Ｆ_Ｚは、（１２式）のように表すことができる。

（１１式）及び（１２式）から、（１）各車輪のｒまたはａ，ｂ、（２）各車輪の前後力初期値Ｆ_ＸＯi，横力初期値Ｆ_ＹＯi、（３）各車輪の傾き係数（摩擦係数ミμ対スリップ率λ特性を示す曲線の傾きに応じて定まる係数）αが分かれば、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの前後力Ｆ_ｘi及び横力Ｆ_ｙiを演算することができる。

なお、本実施形態は、上述した各車輪の前後力Ｆ_ｘi及び横力Ｆ_ｙiを求めるため、マジックフォーミュラ（ＭＦ）に基づくデータをタイヤデータＴＤとして使用する。

次に、電気自動四輪車１０の走行に伴う垂直荷重（Ｗｘ，Ｗｙ）の変化について考える。図４は、電気自動四輪車１０の加減速に伴う車両前後方向の垂直荷重が変化する様子を示す説明図である。図５は、電気自動四輪車１０のコーナリングに伴う車幅方向の垂直荷重が変化する様子を示す説明図である。

電気自動四輪車１０の加減速時における垂直荷重の変化は、（１３式）のように表すことができる。

また、電気自動四輪車１０のコーナリング時における垂直荷重の変化は、（１４式）のように表すことができる。

ここで、Ｈは、路面から重心点ＣＧまでの高さである。よって、前後方向の加速度ａ_Ｘ及び横方向の加速度ａ_Ｙを測定すれば、（１４’式）によって、各車輪の垂直荷重、つまり、接地荷重Ｆ_Ｚを求めることができる。

ここで、Ｆ_ｚｏi は各車輪の１Ｇ（静的）状態における垂直荷重である。次に、前後力Ｆ_ｘiについて考えると、電気自動四輪車１０は、電気モータ（インホイールモータ）を用いるため、前後力Ｆ_ｘiは、一般式で（１５式）のように表すことができる。

ここで、Ｋ_Ｍはトルク定数、ｉは電流値である。また、動特性を考慮し、電気モータを一次遅れ系とすると、（１５’式）のように表すことができる。

ここで、τは時定数、Ｆ_ｘ０は静トルクである。

なお、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ（具体的には、タイヤ２１）が転動する路面の摩擦係数μは、（１７式）に基づいて推定される。また、摩擦係数μの前後方向成分、すなわち、前後方向の摩擦係数μ_ｘ や摩擦係数μの横方向成分、すなわち、横方向の摩擦係数μ_Ｙ は（１７’式）、（１７’’式）、（１７’’’式）によって推定される。

ここで、Ｆ_μは路面とタイヤ２１との摩擦力である。（１７式）に示すように、前後力Ｆ_ｘ及び接地荷重Ｆ_Ｚが分かれば、前後方向の摩擦係数μ_ｘが推定できる。横方向の摩擦係数μ_Ｙ は、タイヤデータから演算される各車輪の実横力Ｆ_ｙi を使用して、（１７’’式）から演算できる。よって、摩擦係数μは、（１７’’’式）から推定できる。つまり、加速については、電気モータ（インホイールモータ）のトルクを用いて検出できる。また、減速については、電気自動四輪車１０の制動装置の油圧に基づいて演算した減速トルクを用いて検出できる。なお、本実施形態では、摩擦係数μを固定値とした。

（４）駆動力演算部１２９
駆動力演算部１２９は、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによる制駆動力（前後力）を演算する。具体的には、駆動力演算部１２９は、所定の評価関数を最適制御することによって、制駆動力を演算する。

本実施形態では、駆動力演算部１２９は、上述したように、最適制御のために評価関数Ｌを用いる。評価関数Ｌは、（１８式）のように表すことができる。

本実施形態では、タイヤ稼働率ηを左右の２輪で平均化した。そのため、制御においては、左右それぞれの前後輪のタイヤ稼働率η_ｆｌ、η_ｆｒ、η_ｒｌ、η_ｒｒをそれぞれ演算し、前２輪及び後２輪の各タイヤ稼働率の平均値と、各車輪のタイヤ稼働率η_ｆｌ、η_ｆｒ、η_ｒｌ、η_ｒｒとから、各車輪のタイヤ稼働率誤差η_ｅｆｌ 、η_ｅｆｒ 、η_ｅｒｌ 、η_ｅｒｒ を、（１９式）のように定義した。

ここで、評価関数Ｌを最小にすることを考える。ここで、評価関数Ｌを表す（１８式）の右辺におけるＥは目標車両前後・横力、ヨーモーメント及びタイヤ稼働率と配分した各車輪のタイヤから生じさせる実前後・横力、ヨーモーメント、及び、タイヤ稼働率の配分誤差であり、従来の制御と比較して、ヨーモーメント以外に実車両前後・横力を目標車両前後・横力に追従させ、さらに、タイヤ稼働率を左右の２輪で平均化するように制御することに特徴がある。この配分誤差Ｅは、（２０式）のように表すことができる。

ここで、（２０式）におけるＦ^＊ _Ｘは目標車両前後力、Ｆ^＊ _Ｙは目標車両横力、Ｍ^＊ _Ｚは目標ヨーモーメントである。また、Ｆ^_Ｘは各車輪に配分して生じさせている実前後力Ｆ_Ｘiの総和である車両の実前後力、Ｆ^_Ｙは各車輪に生じさせている実横力Ｆ_Ｙi 総和である車両の実横力、Ｍ^_Ｚは車両の実ヨーモーメントである。さらに、Ｆ_ｅＸは車両の前後力の配分誤差、Ｆ_ｅＹは車両の横力の配分誤差、Ｍ_ｅＺは車両のヨーモーメントの配分誤差である。なお、（１８式）における補正量δ_Ｋ はスリップ率Ｋの補正量である。この補正量δ_Ｋ は、各車輪のスリップ率補正量δ_Ｋｆｌ 、δ_Ｋｆｒ 、δ_Ｋｒｌ 、δ_Ｋｒｒ の床関数によって、（２１式）のように表すことができる。

また、Ｗ_Ｅ 、Ｗ_δＫは、配分誤差Ｅ及びスリップ率補正量δ_Ｋ に対する重み関数であり、それぞれ（２２式）、（２３式）のように表すことができる。

さらに、各車輪に配分したタイヤ稼働率η_i （η_ｆｌ，η_ｆｒ，η_ｒｌ，η_ｒｒ）、車両の前後力Ｆ_Ｘ 、横力Ｆ_Ｙ 及びヨーモーメントＭ_Ｚ は、各車輪に生じさせている実前後力Ｆ_Ｘi（Ｆ_Ｘｆｌ ，Ｆ_Ｘｆｒ ，Ｆ_Ｘｒｌ ，Ｆ_Ｘｒｒ ）、実横力Ｆ_Ｙi（Ｆ_Ｙｆｌ ，Ｆ_Ｙｆｒ ，Ｆ_Ｙｒｌ ，Ｆ_Ｙｒｒ ）、実ヨーモーメントＭ^_Ｚ、及び、実タイヤ稼働率η^_i（η^_ｆｌ ，η^_ｆｒ ，η^_ｒｌ ，η^_ｒｒ ）と、（２４式）に示すヤコビアンＪとによって、（２５式）のように表すことができる。

ここで、Ｍ_ｄＹｃ は車両制御によるヨーモーメントである。以上から、評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率補正量δ_Ｋ は、（２６式）を満たすことにより与えられる。

よって、スリップ率補正量δ_Ｋは、（２７式）のように表すことができる。

ここで、（２７式）中のΔ_Ｅ は、各車輪のタイヤ稼働率の配分誤差η_ｅｆｌ ，η_ｅｆｒ ，η_ｅｒｌ ，η_ｅｒｒ と、車両の前後力の配分誤差Ｆ_ｅＸ、車両の横力の配分誤差Ｆ_ｅＹ、車両のヨーモーメントの配分誤差Ｍ_ｅＺとの床関数によって、（２８式）のように表すことができる。

駆動力演算部１２９は、（２７式）及び（２８式）を用いた演算結果に基づいて、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲに配分する制駆動力を決定する。具体的には、駆動力演算部１２９は、（２７式）及び（２８式）により算出される、各車輪についての評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率Ｋ_i の補正量δ_Ｋ から、各車輪のタイヤデータＴＤに基づいて、各車輪の制御すべき制御前後力Ｆ_ｘi’（駆動力）を算出し、トルク指令値として出力する。なお、Ｆ^＊ _Ｙ及びＦ_Ｙｅは、用いなくても構わない。

つまり、駆動力演算部１２９は、各車輪のスリップ率Ｋ_i、及び各車輪に生じる前後力Ｆ_ｘiと横力Ｆ_ｙiとの関係を示すタイヤデータＴＤに基づいて、各車輪に生じさせている実前後力Ｆ_ｘi の総和である車両の実前後力Ｆ^_Ｘと、各車輪に生じさせている実横力Ｆ_Ｙi の総和である車両の実横力Ｆ^_Ｙ とを演算する。なお、駆動力演算部１２９は、車輪の回転速度と、電気自動四輪車１０の車速Ｖとに基づいて、各車輪のスリップ率Ｋ_iを演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、実前後力演算部を構成する。

さらに、駆動力演算部１２９は、電気自動四輪車１０の操舵角δ及び車速Ｖに基づいて、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる電気自動四輪車１０の目標車両前後力Ｆ^* _Ｘと目標車両横力Ｆ^* _Ｙとを演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、目標前後力演算部を構成する。

また、駆動力演算部１２９は、演算した車両の実前後力Ｆ^_Ｘと目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘとの前後力誤差Ｆ_ｅＸ、演算した車両の実横力Ｆ^_Ｙと目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙとの横力誤差Ｆ_ｅＹ、車両の実ヨーモーメントＭ^_Ｚと目標ヨーモーメントＭ^＊ _Ｚとの誤差Ｍ_ｅＺ、及び、各車輪に生じている実前後力Ｆ^_Ｘと実横力Ｆ^_Ｙに対する各車輪の接地荷重Ｆ_Ｚiに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率η_i を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆ_Ｘi’（各車輪の駆動力）を演算する。本実施形態において、駆動力演算部１２９は、制御前後力演算部を構成する。

なお、駆動力演算部１２９は、後述のデータ送受信部１３２から送信されたタイヤデータＴＤを記憶するための図示しないデータ記憶部を備えている。

電気モータ制御部１３１は、駆動力演算部１２９によって演算された各車輪の制御前後力Ｆ_Ｘi’（駆動力）に基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに供給する電流値ｉを制御する。

データ送受信部１３２は、後述するデータモジュール４０との間で信号やデータを送受信するためのアンテナ１３３を備えている。そして、タイヤ２１の内部に設けられたデータモジュール４０から送信されたタイヤデータを受信したときは、受信したタイヤデータを図示しない車内ＬＡＮを通じてヨーモーメント演算部１２５、駆動力演算部１２９に送信する。また、データ送受信部１３２は、電気自動四輪車１０が起動されたとき、例えば運転者によりイグニッションキーが操作されたときに、データモジュール４０に対してデータ要求信号を送信する。電気自動四輪車１０の起動は、起動時に図示しない駆動コントローラから出力されるモータ起動信号により判定することができる。本実施形態において、データ送受信部１３２は、データ受信部及びデータ送信部を構成する。

［データモジュールの構成］
次に、データモジュール４０の構成について説明する。図６は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）の部分断面図である。ここでは、車輪２０ＦＬを例として説明するが、他の車輪についても構造は同じである。

図６に示すように、タイヤ２１は金属製リム２２に装着されており、そのビードパッケージ２３に近くに隣接する内壁２４にデータモジュール４０が取り付けられている。このデータモジュール４０は、タイヤ製造時にタイヤと一緒に組み立ててもよく、或いは溶剤や熱によって作用する接着剤を用いてタイヤに固定してもよい。

図７は、データモジュール４０の内部構成を示すブロック図である。図７に示すように、データモジュール４０は、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２との間で信号やデータを送受信するアンテナ４１と、信号やデータを送受信に適した形式に変調・復調する送受信部４２と、制御部４３とを備える。データモジュール４０としては、基板上に上記各部の回路機能を実現するための素子が集積されたＩＣチップを用いることができる。

制御部４３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。図７では、中央演算ユニットをＣＰＵ４４、ＲＡＭ及びＲＯＭをメモリ４５、として図示している。本実施形態において、メモリ４５は、記憶部を構成する。

制御部４３のメモリ４５には、データモジュール４０が取り付けられるタイヤ２１に固有のタイヤデータが記憶されている。ＣＰＵ４４では、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２からデータ要求信号を受信したときに、メモリ４５に記憶されているタイヤデータを読み出して、送受信部４２に出力する。これにより、タイヤデータは送受信部４２で変調され、アンテナ４１を介して車両制御装置１００のデータ送受信部１３２に送信される。

［電気自動四輪車の駆動システムの動作概要］
次に、上述した車両制御装置１００の動作概要について説明する。図８は、車両制御装置１００による制駆動力（前後力）の制御動作を示すフローチャートである。

図８に示すように、ステップＳ１０において、車両制御装置１００は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）に生じさせている実前後力Ｆ_ｘi の総和である車両の実前後力Ｆ^_Ｘと、各車輪に生じさせている実横力Ｆ_Ｙi の総和である車両の実横力Ｆ^_Ｙとを演算する。具体的には、車両制御装置１００は、各車輪のスリップ率Ｋ_iと、各車輪に生じる前後力Ｆ_ｘiと横力Ｆ_ｙiとの関係を示すタイヤデータＴＤとに基づいて、各車輪に生じさせている実前後力Ｆ_ｘi 及びその総和である車両の実前後力Ｆ^_Ｘと、各車輪に生じさせている実横力Ｆ_Ｙi 及びその総和である車両の実横力Ｆ^_Ｙとを演算する。

ステップＳ１１において、車両制御装置１００は、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる電気自動四輪車１０の目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘと目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙとを演算する。具体的には、車両制御装置１００は、上述した（１０式）や（２７式）及び（２８式）を用いて、電気自動四輪車１０がニュートラルステアとなる目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘと目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙとを演算する。

ステップＳ１２において、車両制御装置１００は、ステップＳ１０において演算した車両の実前後力Ｆ^_Ｘ及び実横力Ｆ^_Ｙと、ステップＳ１１において演算した目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘ及び目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙと、各車輪のタイヤ稼働率η_i とを用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆ_ｘi’（各車輪の駆動力）を演算する。

具体的には、車両制御装置１００は、車両の実前後力Ｆ^_Ｘ、実横力Ｆ^_Ｙ、実ヨーモーメントＭ^_Ｚと、目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘ、目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙ、目標ヨーモーメントＭ^＊ _Ｚとの配分誤差Ｆ_ｅＸi 、Ｆ_ｅＹ、Ｍ_ｅＺ、及び、各車輪のタイヤ稼働率η_i を用い、上述した（２７式）及び（２８式）などを用いて、各車輪についての評価関数Ｌを最小にするためのスリップ率Ｋ_i の補正量δ_Ｋ を求める。さらに、求めたスリップ率Ｋ_i の補正量δ_Ｋ と各車輪のタイヤデータＴＤとに基づいて、各車輪の制御すべき制御前後力Ｆ_ｘi’（駆動力）を算出する。

ステップＳ１３において、車両制御装置１００は、演算した各車輪の制御すべき制御前後力Ｆ_ｘi’（駆動力）に基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに供給する電流値ｉを制御する。

［タイヤデータ送信の動作概要］
次に、データモジュール４０から車両制御装置１００へタイヤデータを送信する場合の動作について説明する。図９は、データモジュール４０とデータ送受信部１３２によるタイヤデータ送信の制御動作を示すフローチャートである。

図９に示すように、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２は、ステップＳ２１において、図示しない駆動コントローラから出力されたモータ起動信号を検出して、データモジュール４０に対してデータ要求信号を送信する。モータ起動信号は、上述したように、運転者によりイグニッションキーが操作されたときに出力される信号である。

一方、データモジュール４０の制御部４３は、ステップＳ３１において、車両制御装置１００側から送られてきたデータ要求信号を受信することにより、メモリ４５からタイヤデータを読み出す。続くステップＳ３２において、制御部４３は、読み出したタイヤデータを送受信部４２へ出力して、アンテナ４１から車両制御装置１００のデータ送受信部１３２へ送信させる。

また、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２は、ステップＳ２２において、データモジュール４０から送られてきたタイヤデータを受信する。そして、ステップＳ２３において、受信したタイヤデータを駆動力演算部１２９、ヨーモーメント演算部１２５に送信する。送信されたタイヤデータは、各演算部の図示しないデータ記憶部に記憶される。

［作用・効果］
本実施形態に係る車両制御装置１００によれば、各車輪の実前後力Ｆ_Ｘiの総和である車両の実前後力Ｆ^_Ｘ、各車輪の実横力Ｆ_Ｙiの総和である車両の実横力Ｆ^_Ｙ、実ヨーモーメントＭ^_Ｚと、目標車両前後力Ｆ^＊ _Ｘ、目標車両横力Ｆ^＊ _Ｙ、目標ヨーモーメントＭ^＊ _Ｚとの配分誤差Ｆ_ｅＸi 、Ｆ_ｅＹ、Ｍ_ｅＺ、及び、各車輪の実前後力Ｆ_Ｘiと実横力Ｆ_Ｙiに対する各車輪の接地荷重Ｆ_Ｚiに基づいて定められる各車輪のタイヤ稼働率η_i を用いて、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆ_Ｘi’（各車輪の駆動力）が演算される。

各車輪のタイヤ稼働率η_i は、各車輪の実前後力Ｆ_Ｘi と各車輪の実横力Ｆ_Ｙi との合力によって求めることができる摩擦円に基づいて定められる。つまり、このような車両制御装置１００によれば、車輪（空気入りタイヤ）のグリップ力を考慮した現実的な車両制御を実現することができる。従来の車両制御装置では、タイヤ稼働率η_i は何ら考慮されずに制御すべき制御前後力Ｆ_Ｘi’が決定されるため、実際には摩擦円の外になるような制御前後力Ｆ_Ｘi’が決定され、有効な車両制御が実行できないといった問題があった。

すなわち、このような車両制御装置１００によれば、各車輪を別個独立したインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって駆動する電気自動四輪車１０において、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる。

また、車両制御装置１００によれば、車輪（空気入りタイヤ）が有しているグリップ力などの性能を十分に引き出しつつ、空気入りタイヤの摩耗限界までの寿命を延ばすことができる。つまり、車両制御装置１００によれば、摩擦円の外になるような制御前後力Ｆ_Ｘi’が決定されることがないため、車輪（空気入りタイヤ）のスリップ量が抑制されるのである。

さらに、本実施形態に係わる駆動システムによれば、装着されたタイヤ２１のタイヤデータが、タイヤ２１の内部に設けられたデータモジュール４０から車両制御装置１００に送信され、車両制御装置１００内に記憶されるため、あらかじめ装着されているタイヤとは異なるタイヤデータのタイヤを装着した場合でも、各車輪に対して制御すべき制御前後力Ｆ_ｘi’を正確に演算することができる。したがって、タイヤ交換した場合でも、各車輪の稼動状態に応じた最適な駆動力を制御することができる。また、作業者がタイヤデータを手作業で入力する必要がなく、自動的にタイヤデータが記憶されるので、データ入力に伴う作業を省力化することができる。さらに、人為的な入力ミス等により誤ったタイヤデータが記憶される心配がないので、常に正確な制御前後力の演算が可能となる。

とくに、本実施形態によれば、電気自動四輪車１０の起動時に車両制御装置１００からデータ要求信号を送信することにより、データモジュール４０からタイヤデータを送信するようにしているため、タイヤ交換後に作業者がタイヤデータの入力を忘れても、タイヤデータを確実に車両制御装置１００に記憶させることができる。

［その他の実施形態］
以上の説明において、実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した実施形態で用いたタイヤ稼働率η_i は、各車輪の前後力Ｆ_ｘi 及び横力Ｆ_ｙi の合計と、各車輪の接地荷重との比としてもよい。

また、上述した実施形態では、マジックフォーミュラによるタイヤデータＴＤが用いられていたが、タイヤデータＴＤは、タイヤモデル（例えば、ブラッシュモデル）に基づいたものでもよい。或いは、タイヤデータＴＤは、実験値に基づいたものでもよい。

さらに、上述した実施形態では、電気自動四輪車１０が起動されたときに、データモジュール４０からタイヤデータを送信するようにしているが、作業者の操作により任意のタイミングでタイヤデータを送信させるようにしてもよい。例えば、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２に、電気自動四輪車１０の起動の有無にかかわらず、作業者からの指示入力に応じてデータ要求信号を送信できるような機能を持たせておいてもよいし、車両制御装置１００のデータ送受信部１３２にパソコン等の通信機能を備えた機器を接続することにより、このパソコンの通信機能を用いてデータ要求信号を送信できるようにしてもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。例えば、本実施形態では四輪の電気自動車を例として説明したが、本発明は、例えば六輪等、四輪以外の車輪を有する自動車にも適用可能である。

実施形態に係る電気自動四輪車の概略斜視図である。 実施形態に係る電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック図である。 実施形態に係わる電気自動四輪車を３方向（ｘ方向、ｙ方向、及び回転方向）に自由度を有する四輪モデルとして模式的に示した図である。 実施形態に係わる電気自動四輪車の加減速に伴う車両前後方向の垂直荷重が変化する様子を示す説明図である。 実施形態に係わる電気自動四輪車のコーナリングに伴う車幅方向の垂直荷重が変化する様子を示す説明図である。 実施形態に係わる電気自動四輪車に装着された各車輪の部分断面図である。 データモジュールの内部構成を示すブロック図である。 車両制御装置による制駆動力（前後力）の制御動作を示すフローチャートである。 データモジュールとデータ送受信部によるタイヤデータ送信の制御動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…電気自動四輪車
２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪
２１…タイヤ
３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲ…インホイールモータ
４０…データモジュール
４１…アンテナ
４２…送受信部
４３…制御部
４４…ＣＰＵ
４５…メモリ
１００…車両制御装置
１１０…センサ部
１１１…操舵角センサ
１１３…車速センサ
１１５…ヨーレートセンサ
１１７…加速度センサ
１２１…フィードフォワードモーメント演算部
１２３…目標ヨーモーメント演算部
１２５…ヨーモーメント演算部
１２７…ＰＩＤコントローラ
１２９…駆動力演算部
１３１…電気モータ制御部
１３２…データ送受信部
１３３…アンテナ

Claims (5)

1. 各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車を駆動するための駆動システムであって、
   各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、前記車輪に装着されたタイヤに関するタイヤデータを記憶するデータモジュールと、前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置とを含み、
   前記車両制御装置は、
   前記車輪のスリップ率、及び前記車輪に生じる前後力と横力との関係を示すタイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実前後力とその総和を演算する実前後力演算部と、
   前記タイヤデータに基づいて、前記各車輪に生じさせている実横力及びその総和を演算する実横力演算部と、
   前記実前後力演算部及び前記実横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車に生じさせている実ヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、
   前記電気自動車の操舵角及び車速に基づいて、前記電気自動車が所望のステア特性となる前記電気自動車の目標車両前後力を演算する目標前後力演算部と、
   前記目標前後力演算部及び前記目標横力演算部の各演算結果から、前記電気自動車の目標ヨーモーメントを演算する目標ヨーモーメント演算部と、
   前記実前後力演算部によって演算された前記実前後力の総和と前記目標前後力演算部によって演算された前記目標車両前後力との差、前記実横力演算部によって演算された前記実横力の総和と前記目標横力演算部によって演算された前記目標車両横力との差、前記ヨーモーメント演算部によって演算された実ヨーモーメントと前記目標ヨーモーメント演算部によって演算された目標ヨーモーメントとの差、及び前記各車輪に生じさせている実前後力と実横力に対する前記各車輪の接地荷重に基づいて定められるタイヤ稼働率を用いて、前記各車輪に対して制御すべき制御前後力を演算する制御前後力演算部と、
   前記制御前後力演算部によって演算された前記制御前後力に基づいて、前記電気モータに供給する電流値を制御する電気モータ制御部と、
   前記データモジュールから送信されたタイヤデータを受信するデータ受信部と、
   前記データ受信部で受信したタイヤデータを記憶するデータ記憶部と、
   を備え、
   前記データモジュールは、
   前記車輪に装着されたタイヤに関するタイヤデータを記憶する記憶部と、
   前記車両制御装置の前記データ受信部にタイヤデータを送信するアンテナと、
   前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置の前記データ受信部に送信させる制御部と、
   を備え、前記車輪に装着されたタイヤの内部に設けられること、
   を特徴とする電気自動車の駆動システム。
2. 前記タイヤ稼働率は、前記各車輪の実前後力及び実横力の合計と、前記各車輪の接地荷重との比であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の駆動システム。
3. 前記各車輪の実前後力をＦ_Ｘi、前記各車輪の実横力をＦ_Ｙi、前記各車輪の接地荷重をＦ_ｚi、及び前記各車輪が転動する路面の摩擦係数をμ_iとした場合、前記各車輪のタイヤ稼働率η_iは、
   

   

   であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の駆動システム。
4. 前記車両制御装置は、電気自動車が起動されたときに前記データモジュールにデータ要求信号を送信するデータ送信部を備え、
   前記データモジュールの前記制御部は、前記データ要求信号を受信したときに、前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置の前記データ受信部に送信させること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気自動車の駆動システム。
5. 電気自動車の各車輪を別個独立に駆動する電気モータと、前記電気自動車の挙動を制御する車両制御装置とを備えた電気自動車に装着されるタイヤであって、
   自タイヤに関するタイヤデータを記憶する記憶部と、
   前記車両制御装置にタイヤデータを送信するアンテナと、
   前記記憶部に記憶されたタイヤデータを読み出し、当該タイヤデータを前記アンテナから前記車両制御装置に送信させる制御部と、
   を有するデータモジュールを備えることを特徴とするタイヤ。

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