JP2010187480A - 電動車両の旋回補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回応答性を確保しつつ車両のタイヤ磨耗を効果的に低減できる電動車両の旋回補助装置を提供すること。
【解決手段】操舵輪１０１，１０２の操舵角を調節するハンドル１０８と、操舵角に基づいて目標車輪スリップ角を算出する目標車輪スリップ角算出手段１５１と、車両状態量を検出する車両状態検出手段と、車両状態量に基づいて実車体スリップ角を算出する実車体スリップ角算出手段１５２と、実車体スリップ角と操舵角に基づいて実車輪スリップ角を算出する実車輪スリップ角算出手段１５３と、目標車輪スリップ角と実車輪スリップ角の差分から必要ヨーモーメントを算出する必要ヨーモーメント算出手段１５４と、必要ヨーモーメントを発生させるためのトルク補正量を算出するトルク補正量算出手段１５５とを備え、モータ１０５，１０６によって、トルク補正量に基づいて補正されたトルクを駆動輪１０３，１０４に個別に与える。
【選択図】図２

Description

本発明は駆動輪を個別のモータで駆動する電動車両の旋回補助装置に関する。

車両の旋回性能の向上や、旋回時の挙動の安定化を図る技術としては、運転者のハンドル操作に応じてヨーモーメントの目標値（目標ヨーモーメント）を設定し、左右の駆動輪への駆動力や制動力を個別制御して左右トルク差を発生させることにより当該目標ヨーモーメントを生成する技術がある。また、操舵初期のみに操舵輪のキャンバ角を変更して横力（キャンバスラスト）を発生させて応答性を確保し、定常状態域ではキャンバ角を初期位置に戻して転舵による車輪スリップ角を用いて横力を発生させることで、操舵初期の旋回応答性の確保とタイヤの偏磨耗等の防止を図った技術がある（特開２００６−２８２０６６号公報等参照）。

特開２００６−２８２０６６号公報

ところで、通常車両において操舵により旋回を行う場合、直進している車体の向きを変えてヨー運動を引き起こす動作が必要となる。しかし、この旋回の過渡状態では、必要ヨーモーメントは大きく、操舵輪における車輪スリップ角も大きくなることから、特にタイヤが磨耗し易いという課題があった。

上記の特開２００６−２８２０６６号公報に開示されている技術は、運転者のハンドル操作に基づいて目標ヨーモーメントを直接設定するものである。しかし、その目標ヨーモーメントは、車両挙動に応じて動的に変化するものではなく、操舵角に対して静的に決定されるものであるため、旋回特性の改善は期待できても、操舵輪のタイヤ磨耗に対しては効果が得られ難かった。

本発明の目的は、旋回応答性を確保しつつ車両のタイヤ磨耗を効果的に低減できる電動車両の旋回補助装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、１対の駆動輪と、この１対の駆動輪を個別に駆動又は制動する１対のモータと、１対の操舵輪とを備える電動車両の旋回補助装置において、運転者から入力される操舵量に基づいて前記操舵輪の操舵角を調節する操舵入力手段と、車両が前記操舵角から求められる目標旋回軌道上を走行するために必要な目標車輪スリップ角を、前記操舵角に基づいて算出する目標車輪スリップ角算出手段と、車両の加速度や速度等の車両状態量を検出する車両状態検出手段と、前記車両状態量に基づいて実車体スリップ角を算出する実車体スリップ角算出手段と、前記実車体スリップ角と前記操舵角に基づいて実車輪スリップ角を算出する実車輪スリップ角算出手段と、車両が前記目標旋回軌道上を走行するために必要なヨーモーメントを、前記目標車輪スリップ角と前記実車輪スリップ角の差分から算出する必要ヨーモーメント算出手段と、前記１対の駆動輪にトルク差を与えて前記必要ヨーモーメントを発生させるために、前記１対の駆動輪に個別に与えるトルク補正量を算出するトルク補正量算出手段とを備え、前記１対のモータによって、前記トルク補正量に基づいて補正されたトルクを前記１対の駆動輪に個別に与えるものとする。

本発明によれば、操舵輪の車輪スリップ角の増加を抑制できるので、旋回応答性を確保しつつ車両のタイヤ磨耗を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態である電動車両の旋回補助装置の全体構成図である。

この図に示す電動車両は、１対の操舵輪１０１，１０２と、ハンドル（操舵入力手段）１０８と、転舵アクチュエータ１１０と、操作ペダル１１３と、１対の駆動輪１０３，１０４と、１対のモータ１０５，１０６と、旋回補助装置１５０を主に備えている。

１対の操舵輪１０１，１０２は、転舵可能なように回転自由度を有し、車体前方に固定されている。ハンドル（操舵入力手段）１０８は、運転者から操舵量が入力されるもので、操舵角センサ（操舵角検出手段）１０９を介して転舵アクチュエータ（操舵角調節手段）１１０と接続されている。

転舵アクチュエータ（操舵角調節手段）１１０は、ハンドル１０８の操舵量に基づいて操舵輪１０１，１０２の操舵角を調節するもので、タイロッドを介して操舵輪１０１，１０２と接続されている。なお、本実施の形態における転舵アクチュエータ１１０とハンドル１０８は、例えばステアリングコラムによって機械的に接続する等して、ハンドル１０８の操舵量が転舵アクチュエータ１１０の制御量（すなわち、操舵輪１０１，１０２の操舵角）に直接反映されるように接続しても構わない。

１対の駆動輪１０３，１０４は、車体後方に固定された１対のモータ１０５，１０６にシャフトを介して接続されている。モータ１０５，１０６は、それぞれ、制御装置１０７と電気的に接続されており、駆動輪１０３，１０４を個別に駆動又は制動する。

旋回補助装置１５０は、車両の旋回を補助するもので、制御装置１０７と、車体運動センサ１１１と、絶対速度センサ１１２と、車輪速センサ１１４，１１５，１１６，１１７を主に備えている。

制御装置１０７は、接続された各種センサ等からの情報に基づいて、モータ１０５，１０６の駆動制御を行うものである。制御装置１０７には、操作ペダル１１３と、操舵角センサ１０９が接続されており、操作ペダル１１３からは運転者からの加速要求及び減速要求が、操舵角センサ１０９からは運転者からの旋回要求が伝達されている。また、制御装置１０７は、操舵輪１０１，１０２及び駆動輪１０３，１０４の速度を検出する車輪速センサ１１４，１１５，１１６，１１７と、ヨーレートや前後・横加速度を検出する車体運動センサ１１１と、車両の対地速度を直接計測する絶対速度センサ１１２等と接続されており、これら各センサ１１４〜１１７，１１１，１１２から車両に関する情報を取得している。

車両を加速又は減速する場合、制御装置１０７は、操作ペダル１１３から入力された運転者の加速要求又は減速要求に基づいて、運転者が望む加速度を実現するために必要なトルク（要求トルク）を算出する。そして、その要求トルクに見合った駆動電流をモータ１０５，１０６に供給することで、車両の走行を制御している。

図２は本発明の第１の実施の形態における制御装置１０７の構成図である。
本実施の形態の制御装置１０７は、上記のような一般的な制御に加えて、運転者の旋回要求に応じて駆動電流を適宜補正することで、旋回開始時に必要なヨーモーメントを駆動輪で補助するためのトルク制御をおこなっている。図２に示すように、制御装置１０７は、このトルク制御を実施するために、目標車輪スリップ角算出部（目標車輪スリップ角算出手段）１５１と、実車体スリップ角算出部（実車体スリップ角算出手段）１５２と、実車輪スリップ角算出部（実車輪スリップ角算出手段）１５３と、必要ヨーモーメント算出部（必要ヨーモーメント算出手段）１５４と、トルク補正量算出部（トルク補正量算出手段）１５５を備えている。下記において、この制御について図３を用いて説明する。

図３は制御装置１０７がモータ１０５，１０６に対して行うトルク制御のフローチャートである。

運転者が走行中に車体を旋回させる場合には、まず、制御装置１０７は、ハンドル１０８を介して運転者により操舵された操舵輪１０１，１０２の操舵角を取得し、その取得した操舵角に基づいて車両の旋回半径を算出する（ステップ２０１）。本実施の形態の制御装置１０７は、操舵角センサ（操舵角検出手段）１０９の値を読み取ることで操舵輪１０１，１０２の操舵角を取得している。操舵角は運転者の旋回要求の大きさであるから、操舵角から算出された旋回半径を目標にして以後の制御は行われる。

次に、制御装置１０７は、目標車輪スリップ角算出部１５１において、ステップ２０１で取得した操舵角と現在の車速に基づいて制御の目標となる旋回軌道（以下、目標旋回軌道とする）を算出し、その目標旋回軌道上を車両が走行するために必要な車輪スリップ角（以下、目標車輪スリップ角とする）を算出する（ステップ２０２）。

この手順をより具体的に説明すると、制御装置１０７は、まず、目標旋回軌道上を旋回するときの横加速度（すなわち、車両に作用する遠心力）を算出する。次に、この算出した横加速度を発生するために必要な横力を、各車輪１０１〜１０４ごとに算出する。そして、この算出した横力の大きさと各車輪１０１〜１０４の接地状況（例えば、車輪の接地荷重や接地角度等）に基づいて、各車輪１０１〜１０４の目標車輪スリップ角を算出する。なお、操舵を行わない駆動輪１０３，１０４の目標車輪スリップ角としては、目標車体スリップ角を利用すれば良い。これは、通常、駆動輪１０３，１０４は、車体の長さ方向に対して概ね平行に取り付けられており、目標車体スリップ角を目標値として制御することと等価となるからである。

次に、制御装置１０７は、車両に備えられた種々のセンサ（車両状態検出手段）を介してモータ１０５，１０６の制御に必要な車両状態量（例えば、車両の加速度や速度等）を取得する（ステップ２０３）。本実施の形態における車両状態検出手段としては、車体運動センサ１１１や、絶対速度センサ１１２、車輪速センサ１１４〜１１７等が該当し、制御装置１０７は、車体運動センサ１１１からの前後・横加速度やヨーレートや、絶対速度センサ１１２若しくは車輪速センサ１１４〜１１７からの車速等の車両状態量を取得している。

次に、制御装置１０７は、実車体スリップ角算出部１５２において、ステップ２０３で取得した車両状態量に基づいて実車体スリップ角を算出する（ステップ２０４）。

このとき、実車体スリップ角は一般的に直接計測が困難であるため、（１）車速や操舵角、ヨーレートや横加速度を用いた近似的な計算式を利用する方法や、（２）車両運動モデルを用いたオブザーバによる方法等を利用して算出することが好ましい。例えば、後者のオブザーバによる方法では、まず、車両の力学的な旋回運動を模擬する車両運動モデルを制御ロジック内に構築し、そのモデルにステップ２０４で取得した車両状態量を入力することで、モデルの走行を実走行と同時に再現する。そして、ヨーレート等の計測可能な車両状態量とモデル内の当該車両状態量とを比較して、その誤差をモデルにフィードバックすることでモデルの挙動を実車両と一致させるようにする。このようにして得た車両運動モデルの内部変数である車体スリップ角を推定車体スリップ角として制御に用いるのがオブザーバの考え方である。

次に、制御装置１０７は、実車輪スリップ角算出部１５３において、ステップ２０４で算出した実車体スリップ角と各車輪１０１〜１０４の相対位置（主に操舵輪１０１，１０２の操舵角）に基づいて、各車輪１０１〜１０４の実車輪スリップ角を算出する（ステップ２０５）。操舵輪１０１，１０２の実車輪スリップ角の具体的な算出方法としては、ステップ２０４で算出した実車体スリップ角を操舵角から減じるものが最も簡単である。また、車体に固定されている駆動輪１０３，１０４については、ステップ２０４で算出した実車体スリップ角を実車輪スリップ角とみなす方法が最も簡単である。また、サスペンションの変位によるジオメトリ変化をテーブル等のかたちで制御装置１０７に予め保持しておき、これを利用することで実車輪スリップ角の算出精度を向上させても良い。

次に、制御装置１０７は、必要ヨーモーメント算出部１５４において、ステップ２０２で算出した各車輪の目標車輪スリップ角とステップ２０５で算出した各車輪の実車輪スリップ角とを比較して、目標旋回軌道上を走行するために必要なヨーモーメント（必要ヨーモーメント）を算出する（ステップ２０６）。

ここで利用可能な必要ヨーモーメントの具体的算出方法としては下記のものがある。まず、線形域の仮定の下では、タイヤにより発生する横力はコーナリングパワーと車輪スリップ角の積であり、不足した横力は、最も簡単には、各車輪１０１〜１０４の目標車輪スリップ角と実車輪スリップ角の差分にコーナリングパワーを掛けた値とみなすことができる。したがって、この不足した横力に重心から該当する車輪までの距離を掛け、すべての車輪１０１〜１０４について合計すれば、必要ヨーモーメントを算出することができる。なお、トルク遅れ、検出誤差、出力誤差などを吸収する観点からは、ＰＩＤ制御等の制御器を実装し、上記のように算出した必要ヨーモーメントに何らかの制御ゲインを掛けた値を制御値としての必要モーメントとすることが好ましい。

次に、制御装置１０７は、トルク補正量算出部１５５において、駆動輪１０３，１０４にトルク差を与えてステップ２０６で算出した必要ヨーモーメントを発生させるために、駆動輪１０３，１０４に個別に与えるトルクの補正量（トルク補正量）を算出する（ステップ２０７）。基本的にはステップ２０６の必要ヨーモーメントの値を重心から駆動輪１０３，１０４までの距離で除すれば、駆動輪１０３，１０４に与えるべき力が個別に求められる。したがって、この力に駆動輪１０３，１０４の半径を掛ければ、必要ヨーモーメントを発生させるためのトルク補正量を算出することができる。

そして、制御装置１０７は、ステップ２０７で算出したトルク補正量を、操作ペダル１１３の踏み込み量（運転者の要求加速度）から算出した要求トルク量に加算し、駆動輪１０３，１０４のそれぞれに実際に与えるトルク量（以下、実トルク量とする）を算出する（ステップ２０８）。このように算出された実トルク量をモータ１０５，１０６を介して駆動輪１０３，１０４に個別に与えることにより、目標旋回軌道上を走行するために必要なヨーモーメントを生成することができる（ステップ２０９）。

次に、上記のように構成される電動車両の旋回補助装置の作用を図４を用いて説明する。図４は本発明の第１の実施の形態である電動車両の旋回補助装置による車体運動応答の一例の図である。

この図において、実線３０１は、操舵輪１０１，１０２の操舵角の時間変化を示す。また、破線３０２は図３で説明したトルク補正制御を行わない場合（従来例）の操舵輪１０１，１０２の車輪スリップ角の時間変化を示し、実線３０３は当該制御を行った場合（本実施の形態の例）の操舵輪１０１，１０２の車輪スリップ角の時間変化を示す。

実線３０１が示すように操舵角が増加すると、従来例では、操舵輪１０１，１０２の車輪スリップ角３０２が急激に立ち上がることで車体のヨー運動を開始する過度状態を経た後に、遠心力に見合った車輪スリップ角へ収束して定常旋回状態に移行している。これに対し、本実施の形態の場合では、操舵輪１０１，１０２によるヨーモーメント生成に先だって、図３で説明した駆動輪１０３，１０４によるヨーモーメント生成が行われる。そのため、過度状態に至ることなく、操舵輪１０１，１０２の車輪スリップ角３０３を速やかに定常値へと収束させ定常旋回状態へ移行することができる。このように本実施の形態によれば、従来例の場合と比較して旋回中の車輪スリップ角の増加を抑制できるので、タイヤの動摩擦域の増加が抑制でき、タイヤ摩耗を低減することができる。

また、図４において、破線３０４は当該制御を行なわない場合（従来例）の駆動輪１０３，１０４の車輪スリップ角（＝車体スリップ角）の時間変化を示し、実線３０５は当該制御を行なった場合（本実施の形態の例）の駆動輪１０３，１０４の車輪スリップ角の時間変化を示す。

図４に示すように、本実施の形態の場合の車輪スリップ角３０５は、操舵角が増加すると、進路の変更が車体の回転運動を先回る過渡状態を速やかに脱して、定常旋回状態へと移行できていることが分かる。また、このように速やかに車体スリップ角（＝車輪スリップ角）が定常値に安定すると、特に、滑り易い路面で発生しやすい車体スリップ角のオーバーシュート（すなわち、スピン状態）を容易に回避することができるという利点がある。

さらに、図４の最下段において、当該制御を行った場合の駆動輪１０１，１０２の左右駆動トルクを併記する。実線３０６は旋回外輪の駆動トルクの時間変化を、一点鎖線３０７は旋回内輪の駆動トルクの時間変化を示す。この図に示すように、本実施の形態の例では、旋回初期の過渡状態で大きな左右トルク差を発生させることで、ヨーモーメントを生成している。なお、もしも車両が制御目標に比べてアンダーステア特性を示す場合には、旋回過渡状態だけでなく定常状態においても旋回を補助するトルク補正量（定常状態における左右駆動トルク差）を算出し、これを要求トルク量に加算して実トルク量とすれば良い。

以上のように構成された本実施の形態の電動車両によれば、旋回開始時に必要なヨーモーメントの生成を操舵量に応じて駆動輪１０３，１０４で補助することができる。すなわち、操舵輪１０１，１０２の操舵による横力だけでなく駆動輪１０３，１０４の前後力も利用しながら、旋回時における車体のヨー運動（旋回方向の回転運動）を引き起こすことができる。これにより、操舵輪１０１，１０２の横力負担を軽減することができるので、操舵輪１０１，１０２における車輪スリップ角を減少でき、タイヤ磨耗量を減少することができる。すなわち、本実施の形態によれば、車輪スリップ角の増加を抑制できるので、旋回応答性を確保しつつ車両のタイヤ磨耗を低減することができる。さらに、本実施の形態は、上記のように駆動輪１０３，１０４の車輪スリップ角も制御の際に参照しているので、車体スリップ角を目標値に対して制御することになる。そのため、過剰な車体スリップ角がついた状態であるスピン（オーバーステア）や、過剰な操舵輪スリップ角がついた状態であるアンダーステアの発生を回避することができ、走行性の安定化を図ることができる。

なお、上記の説明では、ステップ２０６で必要ヨーモーメントを求めるために、全ての車輪１０１〜１０４（操舵輪１０１，１０２、駆動輪１０３，１０４）の目標車輪スリップ角と実車輪スリップ角を算出した。しかし、１対の操舵輪１０１，１０２と、１対の駆動輪１０３，１０４のうち、いずれか一方の目標車輪スリップ角と実車輪スリップ角を求めて必要ヨーモーメントを算出しても良い。このように必要ヨーモーメントを算出しても、従来例と比較して操舵輪１０１，１０２の車輪スリップ角を低減することができるからである。特に、１対の操舵輪１０１，１０２を制御対象とすれば、操舵輪１０１，１０２のスリップ発生防止を図ることができ、１対の駆動輪１０３，１０４を制御対象とすれば、車体の安定化を図ることができる。

次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態において駆動輪１０３，１０４のトルク補正により生成したヨーモーメントの量を積極的に増加させ、操舵輪１０１，１０２の負担をさらに低減することを図ったものである。たとえば、このトルク補正によって定常旋回中の車体の自転運動に必要なヨーモーメントを生成すれば、さらなる操舵輪の摩耗低減を実現できる。

本実施の形態における操舵アクチュエータ１１０とハンドル１０８は、互いに機械的に切り離された状態にするか、又はそのステアリングコラムの途中に可変ギア比機構等を備えるものとする。このように構成すると、ハンドル１０８のハンドル角（操舵量）と独立して操舵輪１０１，１０２の操舵角を設定できるからである。このように構成する理由は、第１の実施の形態では、操舵輪１０１，１０２の操舵角は制御装置１０７の制御対象でなかったため操舵アクチュエータ１１０とハンドル１０８が機械的に接続されているかどうかは問わなかったが、本実施の形態では操舵角を制御対象としているからである。

図５は本発明の第２の実施の形態における制御装置１０７Ａの構成図である。
この図に示す制御装置１０７Ａは、第１の実施の形態の各手段に加えて、旋回ヨーモーメント算出部（旋回ヨーモーメント算出手段）１５６と、実操舵角算出部（実操舵角算出手段）１５７を備えている。

図６は制御装置１０７Ａが操舵輪１０１，１０２とモータ１０５，１０６に対して行う制御のフローチャートである。

制御装置１０７Ａは、運転者がハンドル１０８で車体を旋回させるとき、まず、運転者から入力されるハンドル１０８の操舵量（ハンドル角）を操舵角センサ１０９を介して取得する（ステップ４０１）。

次に、制御装置１０７Ａは、旋回ヨーモーメント算出部１５６において、ステップ４０１で取得した操舵量（旋回要求）から直接的に求められる操舵角（以下、入力操舵角とする）で旋回運動すると仮定した場合に操舵輪１０１，１０２が負担するヨーモーメントを算出する。そして、その算出したヨーモーメントを駆動輪１０３，１０４のトルク制御で生成するヨーモーメント（以下、旋回ヨーモーメントとする）で補助する量を算出する（ステップ４０２）。すなわち、ここでは、第１の実施の形態で操舵輪１０１，１０２が負担していたヨーモーメントの一部を予め定めた負担割合等に基づいて駆動輪１０３，１０４にも負担させており、その駆動輪１０３，１０４が負担する量（旋回ヨーモーメントの生成量）を決定している。例えば、必要なヨーモーメントの全てをトルク制御によって生成することにすれば操舵輪１０１，１０２の転舵を行なうことなくトルクステアのみでの旋回になるし、反対にトルク制御による生成割合を減らしていけば操舵角と旋回時の車両状態は「制御なし」の車両に近づいていく。

次に、制御装置１０７Ａは、実操舵角算出部１５７において、ステップ４０２で算出した旋回ヨーモーメントに対応する操舵角（操舵角補正量）を算出し、その算出した操舵角を入力操舵角から減じて操舵輪１０１，１０２を実際に調節する操舵角（以下、実操舵角とする）を算出する。そして、この実操舵角に基づいて、転舵アクチュエータ１１０は操舵輪１０１，１０２を調節する（ステップ４０３）。ここで、操舵角補正量を算出する場合には、例えば、ステップ４０２で算出した旋回ヨーモーメントに相当する横力を算出し、これをタイヤのコーナリングパワーで除すれば良い。そして、この算出した操舵角補正量を、ステップ４０１で取得した操舵量に操舵ゲインを掛けた操舵角（すなわち、入力操舵角）から減じれば、実操舵角を算出することができる。

次のステップ４０４からステップ４０８までは、基本的に第１の実施の形態で説明したステップ２０２からステップ２０６と同様の手順を行い、必要ヨーモーメントを算出する。ただし、本実施の形態は、目標車輪スリップ角算出部１５１（ステップ４０４）と実車輪スリップ角算出部１５３（ステップ４０７）において、操舵輪１０１，１０２の操舵角としてステップ４０３で算出した実操舵角を利用する点で第１の実施の形態と異なる。

次に、制御装置１０７Ａは、トルク補正量算出部１５５において、ステップ４０８で算出した必要ヨーモーメントとステップ４０２で算出した旋回ヨーモーメントの和に相当する量のヨーモーメントを駆動輪１０３，１０４にトルク差を与えて発生させるために、駆動輪１０３，１０４に個別に与えるトルク補正量を算出する（ステップ４０９）。

そして、制御装置１０７Ａは、ステップ４０９で算出したトルク補正量に要求トルク量を加算して実トルク量を算出し（ステップ４１０）、算出した実トルク量をモータ１０５，１０６を介して駆動輪１０３，１０４に与える（ステップ４１１）。

上記のように構成した本実施の形態によれば、操舵輪１０１，１０２によるヨーモーメント生成量を、駆動輪１０３，１０４で補助した旋回ヨーモーメントに相当する分だけ低減することができるので、操舵輪１０１，１０２の操舵角を第１の実施の形態よりも低減することができる。これにより操舵輪１０１，１０２の横力負担が低減するので、タイヤ磨耗量を低減することができる。

また、本実施の形態では、定常旋回でのヨーモーメント生成を行なうと同時に、その生成量に応じて操舵角を加減しているので、ハンドルの切れ過ぎ防止等、ハンドル（操舵入力手段）１０８から入力される操舵量に対して旋回応答のゲインを常に一定に保持することができる。したがって、旋回過度状態（旋回開始時）のヨーモーメント生成に加え、定常旋回状態でのヨーモーメント生成においても運転者のハンドル操作に対する違和感が低減し、操作感を向上させることができる。

次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、２つのモータを備える車両において、一方のモータで発生した電力を他方のモータに供給する構成に関する。例えば、加減速の無い状態等、駆動トルクがゼロに近い状態でヨーモーメントの生成を行う場合等には、一方のモータ（例えば、モータ１０５）が一方の駆動輪（例えば、駆動輪１０３）を駆動することで力行動作をし、他方のモータ（例えば、モータ１０６）が他方の駆動輪（例えば、１０４）を制動することで回生動作をする場合が存在する。このような場合には、駆動回路の構成を工夫することにより、回生動作によって発生した電力を力行動作の電力として利用することができる。

図７は本発明の第３の実施の形態である電動車両の旋回補助装置における駆動回路を示す図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する（後の図も同様とする）。
この図に示す回路は、発電機やバッテリーなど通常の駆動状態における電圧源５０１と、モータ１０５と接続され電流を制御するインバータ５０３と、モータ１０６と接続され電流を制御するインバータ５０４と、インバータ５０３，５０４と電圧源５０１の接続／非接続を切り換えるスイッチ５０２を備えている。

このように構成した回路において、通常走行時、スイッチ５０２は閉じられており、電圧源５０１からの電流をインバータ５０３，５０４により制御してモータ１０５，１０６を駆動する構成になっている。ここで、１対のモータ１０５，１０６のうち一方のモータが駆動輪に制動トルクを与えて、他方のモータが駆動輪に駆動トルクを与える動作条件になる場合には、スイッチ５０２が開かれて電圧源５０１が回路から切り離される。このように電圧源５０１を切り離すと、一方のモータの回生制動によって生じた回生電力は、他方のモータの力行駆動を行うモータに授受されて消費されるため、バッテリーの有無や充電率の高低に関わらず回生電力を常に再利用することができる。したがって、本実施の形態によれば、力行と回生が同時に行われる状況下において、ヨーモーメント生成時の電力消費を低減することができる。

なお、上記では、力行と回生が同時に起こった場合にスイッチ５０２を開いたが、スイッチ５０２を開く代わりに、電圧源５０１の供給電圧を回生で発生する電圧よりも低く設定する制御を実施しても良い。このように構成しても、回生電力を他方のモータに供給することができるので、上記と同様の効果を得ることができる。

また、上記の回路において、モータ１０５，１０６の発電出力を電圧源５０１の供給電圧より高く変換するコンバータを、インバータ５０３とインバータ５０４のそれぞれに対して並列して取り付け、力行と回生が同時に発生した場合に回生が行われているモータの発電出力を当該コンバータで昇圧する構成を採用しても良い。バッテリーレスの車両で回生電力が発生すると抵抗器等で熱に変換する必要が生じるが、このようにコンバータを加えて回路を構成すると、バッテリーレスの車両でも回生電力を熱に変換することなく他方のモータで効果的に消費することができる。

次に本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記の第２の実施の形態のステップ４０２において、駆動輪１０３，１０４が負担する旋回ヨーモーメントの生成量を操舵輪１０１，１０２及び駆動輪１０３，１０４のタイヤ磨耗量に基づいて決定するものである。

図８は本発明の第４の実施の形態における制御装置１０７Ｂの構成図である。この図に示す制御装置１０７Ｂは、第２の実施の形態で説明した各手段に加え、タイヤ磨耗量推定部（タイヤ磨耗量推定手段）１５８を備えている。

タイヤ磨耗量推定部１５８は、モータ１０５，１０６から駆動輪１０３，１０４への制動力及び駆動力（制駆動力）の累積値や、操舵輪１０１，１０２及び駆動輪１０３，１０４の車輪スリップ角の累積値等に基づいて、操舵輪１０１，１０２及び駆動輪１０３，１０４のタイヤ磨耗量を推定するものである。

タイヤ接地面には、地面との滑りが生じていない粘着域と、滑りが生じている滑り域とがあるが、タイヤ磨耗量は主にタイヤ接地面の滑り域に起因する。そのため、モータ１０５，１０６からの制駆動力又は車輪スリップ角の増加に応じてタイヤ接地面の滑り域が増加するとタイヤ磨耗量も増加する。したがって、例えば、制駆動力及び車輪スリップ角のそれぞれに予め求めたタイヤ磨耗量ゲインを掛けた値を積分していくことで、タイヤ磨耗量の推定値を算出することができる。

本実施の形態における旋回ヨーモーメント算出部１５６は、まず、第２の実施の形態と同様に、入力操舵角で旋回運動すると仮定した場合に操舵輪１０１，１０２が負担するヨーモーメントを算出する。次に、その算出したヨーモーメントのうち駆動輪１０３，１０４が負担する量（旋回ヨーモーメント生成量）を算出する過程に移るのであるが、この際、各車輪１０１〜１０４のタイヤ摩耗量が均等に近づくように、タイヤ磨耗量推定部１５８で算出された各車輪１０１〜１０４のタイヤ摩耗量の推定値に基づいて旋回ヨーモーメント生成量を加減して算出する。そして、このように算出された旋回ヨーモーメントに基づいて、第２の実施の形態におけるステップ４０３以降と同様の手順を実行する。

このように、操舵輪１０１，１０２と駆動輪１０３，１０４のタイヤ磨耗量に基づいて旋回ヨーモーメントの生成量を調節すると、各車輪１０１〜１０４のタイヤ磨耗量にばらつきが発生することを抑制できるので、タイヤローテーション等のメンテナンスコストを削減できる。

次に本発明の第５の実施の形態について説明する。

図９は本発明の第５の実施の形態である電動車両の旋回補助装置の全体構成図である。
この図に示す電動車両の旋回補助装置１５０Ａは、第１の実施の形態で説明した構成に加え、車両の走行位置を検出する位置検出部（位置検出手段）６０１と、車両の走行経路の走行経路情報（例えば、道路の曲率、勾配、路面状態）が位置情報に関連づけて記憶される経路情報記憶部（経路情報記憶手段）６０２を備えている。位置検出部６０１と経路情報記憶部６０２は制御装置１０７と接続されている。制御装置１０７は、位置検出部６０１によって現在の走行位置を取得し、その走行位置又は所定時間後に走行が予定される位置における走行経路情報を経路情報記憶部６０２から呼び出し、その呼び出した走行経路情報を駆動輪１０３，１０４のトルク制御の際に実施される各手順で適宜参照している。

位置検出部６０１において利用可能な位置検出手法としては、例えば、（１）ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）による絶対座標計測を利用したものや、（２）走行経路（例えばコース）上に設けたマーカ、電波及び光電管等による通過判定と車輪回転数、操舵角、及びヨーレート計測を利用したデッドレコニング方式、（３）ＧＰＳとデッドレコニング方式の双方を兼用して検出精度を高めたもの等がある。

また、経路情報記憶部６０２において経路情報を記憶する方法としては、まず、予め地図情報をインプットしておく手法がある。また、同じ経路を繰り返し走行する場合には、その走行軌跡となる位置情報を内部メモリに蓄積しながら走行することで走行経路情報を作成していく方法がある。

上記のように構成された本実施の形態の電動車両によれば、制御装置１０７は、経路情報記憶部６０２から現在及び将来の走行位置における走行経路情報を走行中にリアルタイムに呼び出すことができる。これにより、制御装置１０７は、車両のおかれた地点における道路形状等の走行経路情報を予め知ることができる。例えば、このように呼び出した走行経路情報を参照しながら必要ヨーモーメント量を事前に算出しておけば、より早期の段階での駆動輪１０３，１０４によるヨーモーメント生成補助を行うことができるし、走行経路全体を考慮したヨーモーメント生成を計画することができる。また、上記の走行経路情報のうち走行経路の曲率に応じて旋回ヨーモーメント生成の負担割合を決定しても良い。さらに、路面摩擦係数等の情報を経路情報記憶部６０２に蓄積しておき、その情報に基づいてコーナリングパワー等のモデル特性を決定する数値を調整するために位置検出部６０１と経路情報記憶部６０２を利用しても良い。

ところで、上記の各実施の形態では、本発明が適用される車両の種類については特に言及しなかったが、車両後方に重量物を積載する輸送車両（例えば、後方に荷台を有する車両や、コンテナ輸送用の車両等）に適用することが好ましい。この種の車両において重量物を積載すると、後輪（駆動輪）側に重心が移動して前輪（操舵輪）側の荷重が少なくなる。ここで、横力は荷重及びスリップ角の両者に比例するため、同じ横力を出そうとすると、荷重が少ない前輪はより大きなスリップ角が必要となる。すなわち、この種の車両では旋回による磨耗が前輪である操舵輪に生じやすい傾向がある。しかし、本発明に係る旋回補助装置を適用すれば、荷重が大きい駆動輪（後輪）を用いて横力を発生させることができるので、操舵輪の磨耗を抑制しながら所望の横力を容易に得ることができ、一般的な車両と比較して特に顕著な効果が発揮される。

なお、上記の各実施の形態においては、操舵輪と駆動輪が個別に分けられた車両（すなわち、主に後輪駆動車）について説明してきた。しかし、この他の車両の構成として、操舵輪と駆動輪の両方を一対の車輪で兼用しているもの（すなわち、主に前輪駆動車）でも、前述の各実施の形態と同様に本発明を適用することができる。その場合には、駆動輪の車輪スリップ角については、従動輪（後輪）のものとして置き換えることが可能である。この場合、転舵によって駆動輪の方向が車両の進行方向を向くことになるため、旋回ヨーモーメントの生成という観点では、上記各実施の形態の後輪駆動車の場合よりもさらに効率よくモーメント生成を行なうことができるという効果がある。

以上において、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明の具体的な構成は上記各実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

本発明の第１の実施の形態である電動車両の旋回補助装置の全体構成図。 本発明の第１の実施の形態における制御装置の構成図。 本発明の第１の実施の形態における制御装置がモータに対して行うトルク制御のフローチャート。 本発明の第１の実施の形態である電動車両の旋回補助装置による車体運動応答の一例の図。 本発明の第２の実施の形態における制御装置の構成図。 本発明の第２の実施の形態における制御装置が操舵輪とモータに対して行う制御のフローチャート。 本発明の第３の実施の形態である電動車両の旋回補助装置における駆動回路を示す図。 本発明の第４の実施の形態における制御装置の構成図。 本発明の第５の実施の形態である電動車両の旋回補助装置の全体構成図。

１０１，１０２ 操舵輪
１０３，１０４ 駆動輪
１０５，１０６ モータ
１０７ 制御装置
１０８ ハンドル（操舵入力手段）
１０９ 操舵角センサ
１１０ 転舵アクチュエータ（操舵角調節手段）
１１１ 車体運動センサ
１１２ 絶対速度センサ
１１４〜１１７ 車輪速センサ
１５０ 旋回補助装置
１５１ 目標車輪スリップ角算出部
１５２ 実車体スリップ角算出部
１５３ 実車輪スリップ角算出部
１５４ 必要ヨーモーメント算出部
１５５ トルク補正量算出部
１５６ 旋回ヨーモーメント算出部
１５７ 実操舵角算出部
１５８ タイヤ磨耗量推定部
５０１ 電圧源
５０２ スイッチ
５０３，５０４ インバータ
６０１ 位置検出部
６０２ 経路情報記憶部

Claims (8)

1. １対の駆動輪と、この１対の駆動輪を個別に駆動又は制動する１対のモータと、１対の操舵輪とを備える電動車両の旋回補助装置において、
   運転者から操舵量が入力される操舵入力手段と、
   前記操舵量に基づいて前記操舵輪の操舵角を調節する操舵角調節手段と、
   車両が前記操舵角から求められる目標旋回軌道上を走行するために必要な目標車輪スリップ角を、前記操舵角に基づいて算出する目標車輪スリップ角算出手段と、
   車両の加速度や速度等の車両状態量を検出する車両状態検出手段と、
   前記車両状態量に基づいて実車体スリップ角を算出する実車体スリップ角算出手段と、
   前記実車体スリップ角と前記操舵角に基づいて実車輪スリップ角を算出する実車輪スリップ角算出手段と、
   車両が前記目標旋回軌道上を走行するために必要なヨーモーメントを、前記目標車輪スリップ角と前記実車輪スリップ角の差分から算出する必要ヨーモーメント算出手段と、
   前記１対の駆動輪にトルク差を与えて前記必要ヨーモーメントを発生させるために、前記１対の駆動輪に個別に与えるトルク補正量を算出するトルク補正量算出手段とを備え、
   前記１対のモータは、前記トルク補正量に基づいて補正されたトルクを前記１対の駆動輪に個別に与えることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
2. １対の駆動輪と、この１対の駆動輪を個別に駆動又は制動する１対のモータと、１対の操舵輪とを備える電動車両の旋回補助装置において、
   運転者から操舵量が入力される操舵入力手段と、
   前記操舵量から求められる入力操舵角で旋回すると仮定した場合に前記操舵輪が負担するヨーモーメントを算出し、その算出したヨーモーメントの一部を、前記１対の駆動輪にトルク差を与えて発生させる旋回ヨーモーメントで補助する量を算出する旋回ヨーモーメント算出手段と、
   前記旋回ヨーモーメントに対応する操舵角を算出し、その算出した操舵角を前記入力操舵角から減じて実操舵角を算出する実操舵角算出手段と、
   前記操舵輪を前記実操舵角に調節する操舵角調節手段と、
   車両が前記入力操舵角から求められる目標旋回軌道上を走行するために必要な目標車輪スリップ角を、前記実操舵角に基づいて算出する目標車輪スリップ角算出手段と、
   車両の加速度や速度等の車両状態量を検出する車両状態検出手段と、
   前記車両状態量に基づいて実車体スリップ角を算出する実車体スリップ角算出手段と、
   前記実車体スリップ角と前記実操舵角に基づいて実車輪スリップ角を算出する実車輪スリップ角算出手段と、
   車両が前記目標旋回軌道上を走行するために必要なヨーモーメントを、前記目標車輪スリップ角と前記実車輪スリップ角の差分から算出する必要ヨーモーメント算出手段と、
   前記必要ヨーモーメントと前記旋回ヨーモーメントの和に相当するヨーモーメントを前記１対の駆動輪にトルク差を与えて発生させるために、前記１対の駆動輪に個別に与えるトルク補正量を算出を算出するトルク補正量算出手段とを備え、
   前記１対のモータは、前記トルク補正量に基づいて補正されたトルクを前記１対の駆動輪に個別に与えることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
3. 請求項２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   前記操舵輪及び前記駆動輪に作用する制駆動力と、前記操舵輪及び前記駆動輪の車輪スリップ角とに基づいて、前記操舵輪及び前記駆動輪のタイヤ磨耗量を推定するタイヤ磨耗量推定手段をさらに備え、
   前記旋回ヨーモーメント算出手段は、前記タイヤ磨耗量推定手段による前記操舵輪と前記駆動輪のタイヤ磨耗量が均等に近づくように、前記入力操舵角から算出したヨーモーメントの一部を前記旋回ヨーモーメントで補助する量を算出することを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
4. 請求項２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   車両の走行位置を検出する位置検出手段と、
   車両の走行経路の曲率、勾配、路面状態等の走行経路情報が位置と関連づけて記憶される経路情報記憶手段とをさらに備え、
   前記位置検出手段で得られた走行位置における走行経路情報を前記経路情報記憶手段から呼び出し、その走行経路情報を参照して前記駆動輪のトルク制御を行うことを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
5. 請求項１又は２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   前記１対のモータは、いずれか一方のモータが発生した電流を他方のモータが授受できるように互いに接続されており、
   前記一方のモータが前記駆動輪に制動トルクを与えたときに生じる回生電力は、前記他方のモータが前記駆動輪に駆動トルクを与えるときに用いる電力として消費されることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
6. 請求項１又は２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   前記１対の駆動輪と前記１対の操舵輪は、一対の車輪で兼用されていることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
7. 請求項１又は２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   前記目標車輪スリップ角と前記実車輪スリップ角は、前記操舵輪及び前記駆動輪すべてについて算出されていることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。
8. 請求項１又は２記載の電動車両の旋回補助装置において、
   前記目標車輪スリップ角と前記実車輪スリップ角は、前記操舵輪又は前記駆動輪のいずれか一方について算出されていることを特徴とする電動車両の旋回補助装置。

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