JP2011251579A - 電気自動車およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】様々な路面や走行条件下で安定した走行性を確保し、旋回性能を改善することができる電気自動車およびプログラムを提供する。
【解決手段】この電気自動車１は、前輪側の左右輪に第１の差動装置４ｆを介して制駆動力を伝達する第１の電気モータ３ｆと、後輪側の左右輪に第２の差動装置４ｒを介して制駆動力を伝達する第２の電気モータ３ｒと、第１および第２の電気モータ３ｆ、３ｒの制駆動力を制御する制御部とを備え、第１および第２の差動装置４ｆ、４ｒは、制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、前後輪を２つの電気モータで独立に駆動する電気自動車およびプログラムに関する。
従来、４輪それぞれをモータにより駆動する電気自動車や前後輪をそれぞれモータで駆動する電気自動車が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。
特許文献１の電気自動車は、４輪それぞれを駆動する４つのモータと、Ｚ軸の回りの回転加速度、すなわち車体の旋回速度を検出するヨーレートセンサと、ヨーレートセンサによって検出された車体の旋回速度に基づいて操舵角に応じた旋回加速度が得られるように４つのモータのトルクを制御する制御装置とを備える。
特許文献２の電気自動車は前後輪のスリップ率に応じて前後輪駆動トルクを制御する制御装置を備える。
特開２００５−１８４９１１号公報 特開２００８−２２８４０７号公報
しかし、特許文献１の電気自動車によれば、４輪の各モータを独立に制御するため、車両安定性に欠けるという問題や、特許文献２の電気自動車によれば、車両直進時の横風等の外乱発生時は、前後輪の制駆動力制御だけでは、車両の乱れが修正できない、また、旋回時の路面及び走行条件の変化が大きい場合は、前後輪駆動力の制御だけでは、操舵角に応じた旋回加速度に近づけることが難しいという問題がある。
従って、本発明の目的は、様々な路面や走行条件下で安定した走行性を確保し、旋回性能を改善することができる電気自動車およびプログラムを提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、前輪側の左右輪に第１の差動装置を介して制駆動力を伝達する第１の電気モータと、後輪側の左右輪に第２の差動装置を介して制駆動力を伝達する第２の電気モータと、前記第１および第２の電気モータの制駆動力を制御する制御部とを備え、前記第１および第２の差動装置の一方の差動装置は、前記制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する電気自動車を提供する。
また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するため、前輪側の左右輪に第１の差動装置を介して制駆動力を伝達する第１の電気モータと、後輪側の左右輪に第２の差動装置を介して制駆動力を伝達する第２の電気モータと、前記第１および第２の差動装置の一方の差動装置は、前記制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する電気自動車に含まれるコンピュータに、操舵角に応じた車体の向きとなるように、前記第１および第２の電気モータの制駆動力、および動力配分比率の制御が可能な前記差動装置の動力配分比率を制御するステップを実行させるためのプログラムを提供する。
本発明によれば、様々な路面や走行条件下で安定した走行性を確保することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る電気自動車の構成を概念的に示すブロック図である。 図２は、制御装置を機能的に示すブロック図である。 図３は、駆動力および制動力とスリップ率との関係を示す図である。 図４は、電気自動車における制動力の前輪及び後輪ヘの分配方法を説明するための図である。 図５は、直進性制御を説明するための図である。 図６（ａ）は、駆動時に車体が横方向に動こうとしている状態を示す平面図、図６（ｂ）は、駆動時に車体が旋回しようとしている状態を示す平面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、駆動時の旋回制御を説明するための図である。
図１は、本発明の実施の形態に係る電気自動車の構成を概念的に示すブロック図である。なお、同図では、構成要素の位置が前輪側か後輪側か、前輪側の右側か左側か、後輪側の右側か左側かを示す付加記号ｆ、ｒ、ｆｒ、ｆｌ、ｒｒ、ｒｌを構成要素に付している。また、構成要素の位置を特に区別する必要がない場合には、上記付加記号や位置を示す「前輪用」、「後輪用」の語を省略することもある。
この電気自動車１は、前輪２ｆｒ、２ｆｌを第１の差動装置としての前輪用差動装置４ｆおよび車軸５ｆｒ、５ｆｌを介して駆動する第１の電気モータとしての前輪用モータ３ｆと、後輪２ｒｒ、２ｒｌを第２の差動装置としての後輪用差動装置４ｒおよび車軸５ｒｒ、５ｒｌを介して駆動する第２の電気モータとしての後輪用モータ３ｒと、電気自動車１の駆動エネルギー源としての電源部７と、電源部７からの電力を交流電力に変換する前輪用インバータ８ｆおよび後輪用インバータ８ｒと、目標トルクに応じた信号をインバータ８ｆ、８ｒに出力する第１の駆動回路としての前輪用駆動回路９ｆおよび第２の駆動回路としての後輪用駆動回路９ｒと、駆動回路９ｆ、９ｒに指令信号を出力して前輪用モータ３ｆおよび後輪用モータ３ｒを互いに独立に制御する制御装置１０とを備えた、前後輪独立駆動型電気自動車である。
また、この電気自動車１は、運転者が操作するアクセルペダル１２、ブレーキペダル１３、および前進や後進を指定するためのシフトレバー１４等の操作手段と、前輪用モータ３ｆおよび後輪用モータ３ｒの回転数をそれぞれ検出するエンコーダ１６ｆ、１６ｒと、車軸５ｆｒ、５ｆｌ、５ｒｒ、５ｒｌの回転を制動する機械ブレーキ１８ｆｒ、１８ｆｌ、１８ｒｒ、１８ｒｌと、車体２５の前方側に設けられた２つのカメラ２０ｆｒ、２０ｒｌと、車体２５の後方側に設けられたカメラ２１と、アクセルペダル１２の踏み込み量を検出するアクセルセンサ２２と、ブレーキペダル１３の踏み込み量を検出するブレーキセンサ２３と、シフトレバー１４の位置を検出するシフトセンサ２４と、車体２５の加速度を検出する加速度センサ（加速度検出部）２６と、モータ３ｆ、３ｒの温度をそれぞれ検出する温度センサ２７ｆ、２７ｒと、車輪２の回転速度を検出する車輪速センサ２８ｆｒ、２８ｆｌ、２８ｒｒ、２８ｒｌと、ステアリングホイール１９の操舵角を検出する操舵角センサ（操舵角検出部）２９とを備える。
なお、本明細書において、「電気自動車」は、前輪および後輪を駆動する電気モータを有する自動車や、車輪の動力源として電気モータとエンジンの両方を有し、電気モータによる回生制動が可能なハイブリッドカーを含む概念である。ここで、「自動車」とは乗用自動車に限らず、バスや貨物自動車を含む概念であり、普通車、大型車、特大車を問わない。また、本明細書において、「制駆動力」は、自動車を減速させる制動力と、自動車を加速させる駆動力の両方を意味する場合や一方のみを意味する場合がある。
次に、上記各部の詳細を説明する。
（電源系）
電源部７は、バッテリ７０と、前輪用平滑コンデンサ７１ｆと、後輪用平滑コンデンタ７１ｒと、前輪用平滑コンデンサ７１ｆの電圧（インバータ入力電圧）を検出する電圧センサ７２ｆと、後輪用平滑コンデンサ７１ｒの電圧（インバータ入力電圧）を検出する電圧センサ７２ｒと、バッテリ７０の蓄電容量を検出するバッテリ容量センサ７３とを備える。
バッテリ７０は、前輪用モータ３ｆおよび後輪用モータ３ｒを駆動するための電力を出力することができる高電圧バッテリである。なお、電気自動車１の駆動エネルギー源として、バッテリ７０の他に、乾電池等の一次電池、燃料電池等を用いてもよい。
（駆動系）
前輪用モータ３ｆおよび後輪用モータ３ｒは、例えば同期モータ（Synchronous Motor）、誘導モータ（Induction Motor）等の各種のモータを用いることができる。前輪側および後輪側それぞれにおいて、モータ３の回転は、差動装置４を介して車軸５に伝達される。車軸５は車輪２と一体的に回転する。すなわち、電気自動車１は、前輪２ｆｒ、２ｆｌと、後輪２ｒｒ、ｒｌを互いに独立に制御可能に前輪２ｆｒ、２ｆｌおよび後輪２ｒｒ、ｒｌに対応して２つのトルク発生源を有している。なお、前輪用モータ３ｆおよび後輪用モータ３ｒが発生する出力トルク（モータ容量）は、互いに等しくてもよいし、等しくなくてもよい。
インバータ８は、バッテリ７０からの電力を交流電力に変換し、駆動回路９からの信号に応じた電流をモータ３に出力してモータ３を駆動する。また、インバータ８は、モータ３により発電された交流電力を直流電力に変換してコンデンサ７１ｆ、７１ｒを介してバッテリ７０を充電する。
前輪用駆動回路９ｆは、前輪用モータ３ｆの１次巻線の電流を検出する電流センサ１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの電流検出信号を受信する。後輪用駆動回路９ｒは、後輪用モータ３ｒの１次巻線の電流を検出する電流センサ１７ａ、１７ｂ、１７ｃからの電流検出信号を受信する。駆動回路９ｆ、９ｒは、制御装置１０から指令された目標トルクに応じた信号をインバータ８に出力する。
差動装置４ｆ、４ｒは、前輪側の車軸５ｆｒ、５ｆｌへの制駆動力の配分率、および後輪側の車軸５ｒｒ、５ｒｌへの制駆動力の配分率を制御装置１０により制御可能な機構を備えたものである。前輪用モータ３ｆの制駆動力は、制御装置１０により制御された配分率で前輪用差動装置４ｆにより右後前輪２ｆｒ及び左前輪２ｆｌに配分される。また、後輪用モータ３ｒの制駆動力は、制御装置１０により制御された配分率で後輪用差動装置４ｒにより右後輪２ｒｒ及び左後輪２ｒｌに配分される。
（センサ系）
エンコーダ１６ｆ、１６ｒは、前輪側および後輪側のそれぞれにおいて、モータ３の回転数を検出し、検出した回転数に応じた信号を制御装置１０に出力する。
アクセルセンサ２２は、アクセルペダル１２の踏み込み量を検出し、検出した踏み込み量に応じた信号ｘａを制御装置１０に出力する。
ブレーキセンサ２３は、ブレーキペダル１３の踏み込み量を検出し、検出した踏み込み量に応じた信号ｘｂを制御装置１０に出力する。
シフトセンサ２４は、シフトレバー１４の位置を検出し、検出した位置に応じた信号Ｓ制御装置１０に出力する。
加速度センサ２６は、車体２５の推進前後方向、横方向、重心軸回りの回転方向（旋回方向）の３方向の加速度ａＹ、ａＸ、ａθを検出する３軸加速度センサであり、検出したそれぞれの加速度ａＹ、ａＸ、ａθに応じた信号を制御装置１０に出力する。
車輪速センサ２８ｆｒ、２８ｆｌ、２８ｒｒ、２８ｒｌは、車輪の回転速度ωを検出し、検出した回転速度ωに応じた信号を制御装置１０に出力する。
操舵角センサ２９は、ステアリングホイール１９の操舵角γを検出し、検出した操舵角γに応じた信号を制御装置１０に出力する。
電圧センサ７２ｆ、７２ｒは、コンデンサ７１ｆ、７１ｒの電圧（インバータ入力電圧）を検出し、検出したインバータ入力電圧に応じた信号を制御装置１０に出力する。
バッテリ容量センサ７３は、バッテリ７０の蓄電容量（残容量）を検出し、検出した蓄電容量に応じた信号を制御装置１０に出力する。バッテリ容量センサ７３は、例えば、バッテリ端子電圧（オープン電圧）に基づいて求める方法、バッテリ内部抵抗に基づいて求める方法、バッテリ充放電電流の積算値に基づいて求める方法、あるいはこれらの組み合わせた方法等により、バッテリ７０の蓄電容量を検出する。
（ブレーキ系）
電気自動車１では、電気ブレーキと機械ブレーキとが併用される。すなわち、電気自動車１では、駆動源としてのモータ３により制動力を発生可能である。電気ブレーキは、例えば、制動エネルギーを熱エネルギーに変換する発電ブレーキ、および制動により発生する電気を回生する回生ブレーキである。本実施の形態では、主として回生ブレーキを用いるが、低速領域では発電ブレーキを用いる場合もある。回生ブレーキは、モータ３が発電した電力をコンデンサ７１を介してバッテリ７０に回生し、これにより制動力を発生させる。
機械ブレーキ１８は、例えばドラムブレーキやディスクブレーキであり、圧力調整ユニット１１からの加圧液体によりブレーキシューを被制動部材に押し付けて摩擦力による摩擦制動を得るものである。機械ブレーキ１８の動作は、制御装置１０により各車輪２に対して独立に制御される。なお、ブレーキシューをモータ等のアクチュエータにより被制動部材に押し付けてもよい。
圧力調整ユニット１１は、制御装置１０からの信号により機械ブレーキ１８に加圧液体を分配して機械ブレーキ１８毎に異なる制動力を付与可能に構成されている。なお、圧力調整ユニット１１および機械ブレーキ１８は、摩擦ブレーキ機構を構成する。
（撮像系）
前方のカメラ２０ｆｒ、２０ｆｌは、電気自動車１の前方側の路面を撮像し、撮像した画像を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、カメラ２０ｆｒ、２０ｆｌから取得した画像に基づいて路面の変化を検出して、制駆動に関する処理を実行する。前方のカメラ２０ｆｒ、２０ｆｌは、その撮像領域は互いに少なくとも一部が重複している。カメラ２０ｆｒ、２０ｆｌは、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラにより構成されている。
後方のカメラ２１は、電気自動車１の後方側の路面を撮像し、撮像した画像を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、カメラ２１から取得した画像に基づいて路面の変化を検出して、制駆動に関する処理を実行する。カメラ２１は、例えばＣＣＤカメラにより構成されている。
（制御系）
図２は、制御装置１０を機能的に示すブロック図である。制御装置１０は、例えばコンピュータにより構成され、ＣＰＵ１００と、半導体メモリ、ハードディスク等の記憶部１１０とを有する。
制御装置１０は、運転者がアクセルペダル１２、ブレーキペダル１３等の操作手段を操作することによって発生する操作入力情報に応じた加速、減速等の動作を行うための動作指令を前輪用駆動回路９ｆ、後輪用駆動回路９ｒ、機械ブレーキ１８に出力し、前輪駆動系および後輪駆動系の駆動トルク（駆動力）および制動トルク（制動力）を制御する。これにより、電気自動車１は、運転者の操作に従って走行することができる。
制御装置１０は、各センサ２２、２３、２４、２６、２９からの信号等に応じて前輪用モータ３ｆの目標トルクおよび後輪用モータ３ｒの目標トルクをそれぞれ算出し、前輪用駆動回路９ｆ、後輪用駆動回路９ｒに出力する。前輪側および後輪側それぞれにおいて、駆動回路９は、制御装置１０から指令された目標トルクに応じた信号をインバータ８に出力する。
記憶部１１０には、路面パターン１１１、μ−ＳｒLimitテーブル１１２、後述する図３に示すような制駆動力とスリップ率の関係情報等の各種のデータと、制駆動プログラム１１３等の各種のプログラムが格納されている。
ＣＰＵ１００は、制駆動プログラム１１３に従って動作することにより、路面摩擦係数μ推定手段（推定部）１０１、スリップ率上限値設定手段（設定部）１０２、スリップ率演算手段（演算部）１０３、制駆動力制御手段（制御部）１０４等として機能する。
（路面摩擦係数μ推定手段）
路面摩擦係数μ推定手段１０１は、前方のカメラ２０ｆｒ、ｆｌ（車両後退時は後方のカメラ２１）が撮像した画像に基づいて、自動車１の走行する路面が、乾燥路面、湿潤路面、凍結・雪路路面況等のいずれかであるかを判定し、路面の摩擦係数μを推定する。これらの路面は、摩擦係数μが大きく異なる代表的な路面である。当該判定は、撮像した画像と、予め各路面状況において撮像された路面パターン１１１とのパターンマッチングにより行う。路面パターン１１１は、路面の摩擦係数μに関連付けて記憶部１１０に記憶されている。なお、当該判定を輝度等が所定の閾値を超えたか否かの判断により行うなど、公知の技術を適宜用いて行ってよい。
（スリップ率上限値設定手段）
図３は、駆動力および制動力とスリップ率との関係を示す図である。実線Ｌ１は、乾路路面、実線Ｌ２は湿潤路面、実線Ｌ３は凍結・雪路路面の場合を示している。これらの各路面は、摩擦係数が大きく異なる代表的な路面である。摩擦係数は、例えば、乾路路面では０．７５、湿潤路面では０．４、凍結・雪路路面では０．２である。記憶部１１０には、図２に示すように、路面の摩擦係数μとスリップ率上限値ＳｒLimitとの関係を示すμ−ＳｒLimitテーブル１１２が記憶されている。μ−ＳｒLimitテーブル１１２には、例えば、乾路路面（μ＝０．７５）に対応してスリップ率上限値ＳｒLimit１（|Ｓｒ|＝０．１６）が記憶され、湿潤路面（μ＝０．４）に対応してスリップ率上限値ＳｒLimit２（|Ｓｒ|＝０．１４）が記憶され、凍結・雪路路面（μ＝０．２）に対応してスリップ率上限値ＳｒLimit3（|Ｓｒ|＝０．１２）が記憶されている。
スリップ率上限値設定手段１０２は、路面摩擦係数μ推定手段１０１が推定した路面の摩擦係数に基づいて、記憶部１１０内のμ−ＳｒLimitテーブル１１２を参照し、所定の値としてのスリップ率上限値ＳｒLimitを設定する。スリップ率上限値ＳｒLimitは、例えば、図３における各路面状況に応じて発揮し得る制動力の最大値付近の値に設定されるが、最大値付近の値に限られない。スリップ率上限値ＳｒLimitは、例えば路面の摩擦係数に応じて発揮し得る最大制動力の７０〜９０％よりも高い制動力が発揮されるスリップ率に設定することができる。
スリップ率上限値設定手段１０２は、前方のカメラ２０ｆｒ、２０ｆｌ（車両後退時は後方のカメラ２１）が路面を撮像し、その撮像した路面に前輪２ｆｒ、２ｆｌ及び後輪２ｒｒ、２ｒｌが進入するタイミングで前輪２ｆｒ、２ｆｌ及び後輪２ｒｒ、２ｒｌのスリップ率上限値をそれぞれ設定するように構成されている。例えば、乾路路面を走行中に前輪２ｆｒ、２ｆｌが湿潤路面に進入した場合、前輪２ｆｒ、２ｆｌについては、湿潤路面に対応したスリップ率上限値（例えば、|Ｓｒ|＝０．１４）が設定され、後輪２ｒｒ、２ｒｌについては、乾路路面に対応したスリップ率上限値（例えば、|Ｓｒ|＝０．１６）が設定される。なお、車両前進時に、前方のカメラ２０ｆｒ、２０ｆｌが撮像した画像から推定される摩擦係数と後方のカメラ２１が撮像した画像から推定される摩擦係数との中間値を後輪の摩擦係数やスリップ率上限値として用いてもよく、車両後退時に、その中間値を前輪の摩擦係数やスリップ率上限値として用いてもよい。
（スリップ率演算手段）
スリップ率演算手段１０３は、車体速度をＶ、車輪２の回転速度をω、車輪２の半径をＲとしたとき、駆動時の車輪２のスリップ率Ｓｒを以下の式により算出する。
Ｓｒ＝（Ｒω−Ｖ）／Ｒω ・・・・式（１）
また、スリップ率演算手段１０３は、制動時の車輪２のスリップ率Ｓｒを以下の式により算出する。
Ｓｒ＝（Ｒω−Ｖ）／Ｖ ・・・・式（２）
式（１）から理解されるように、駆動時においてスリップ率Ｓｒが１．０になる場合は、Ｖ＝０であり、ホイールスピンが生じている状態である。式（２）から理解されるように、制動時においてスリップ率Ｓｒが−１．０になる場合は、ω＝０であり、ホイールロックが生じている状態である。すなわち、スリップ率Ｓｒの絶対値が１である状態は、いずれも路面に制駆動力（駆動力又は制動力）を伝えられない状態である。また、スリップ率Ｓｒが０である状態は、車輪２と路面との間に滑りがない状態である。なお、スリップ率演算手段１０３は、加速度センサ２６からの車体２５の推進前後方向の加速度ａＹに応じた信号に基づいて、車体２５の推進前後方向の加速度ａＹを積分して車体速度Ｖを求める。また、スリップ率演算手段１０３は、車輪速センサ２８からの車輪２の回転速度ωに応じた信号に基づいて、車輪２の回転速度ωを求める。
（制駆動力制御手段）
制駆動力制御手段１０４は、スリップ率演算手段１０３が算出したスリップ率Ｓｒがスリップ率上限値ＳｒLimit以下であるか否かを判断する。なお、制駆動力制御手段１０４がスリップ率の比較を行うときは、絶対値で行う。そして、制駆動力制御手段１０４は、μ−ＳｒLimitテーブル１１２、図３に示すような制駆動力とスリップ率の関係情報等に基づいて、スリップ率をある目標値に制御するスリップ率制御、荷重移動に伴うホイールロック、ホイールスピンの抑制制御、直進性を保持する直進性制御、横風等の外乱の影響を抑制する外乱抑制制御、旋回性能を向上させるための旋回制御等を行う。以下、それらの制御について説明する。なお、これらの制御は、単独で行われ場合もあり、いくつかの制御が同時に行われる場合もある。
＜スリップ率制御＞
制駆動力制御手段１０４は、各車輪２のスリップ率がスリップ率上限値ＳｒLimit以下のときは、アクセルペダル１２の踏み込み量に応じてモータ３の駆動力を発揮させ、ブレーキペダル１３の踏み込み量に応じて機械ブレーキ１８による制動力、および駆動回路９による電気ブレーキの制動力を共に発揮させる。また、制駆動力制御手段１０４は、例えば摩擦係数が小さい低μ路において、各車輪２のスリップ率のいずれか（複数の車輪２が同時の場合も含む。）が、スリップ率上限値ＳｒLimitを超えたとき、アクセルペダル１２の踏み込み量に関わらず、スリップ率上限値ＳｒLimitを超えたスリップ率がスリップ率上限値ＳｒLimit以下になるようにモータ３の駆動力を制御し、ブレーキペダル１３の踏み込み量に関わらず、スリップ率上限値ＳｒLimitを超えたスリップ率がスリップ率上限値ＳｒLimit以下になるように、電気ブレーキによる制動力を制御するとともに、機械ブレーキ１８による制動力を制御する。なお、制駆動力制御手段１０４は、制駆動力の制御を左右輪のスリップ率のうちいずれかが大きい方かを判断し、大きい方のスリップ率に基づいて行ってもよい。
＜荷重移動に伴うホイールロック、ホイールスピンの抑制制御＞
図４は、電気自動車１における制動力の前輪２ｆｒ、２ｆｌ及び後輪２ｒｒ、２ｒｌヘの分配方法を説明するための図である。
図４に示すように、電気自動車１が加速度ａＹで減速するときの制動力Ｆcarは、
Ｆcar＝Ｍ×ａＹ ・・・式（３）
となる。ここで、Ｍは、電気自動車１全体の質量（車体質量）である。
そのときの荷重移動量Ｚは、制動力Ｆcarによって生じる電気自動車１の重心Ｇ回りのモーメントを前輪２ｆｒ、２ｆｌ及び後輪２ｒｒ、２ｒｌの接地点における垂直荷重に換算した次式（４）により得られる。
Ｚ＝Ｆcar×Ｈcar／Ｌcar ・・・式（４）
ここで、Ｈcarは、電気自動車１の重心Ｇの接地面からの高さであり、Ｌcarは、電気自動車１のホイールベースである。
また、電気自動車１が停止しているときの前輪荷重をＷｆ、後輪荷重をＷｒ、路面の摩擦係数をμとすると、摩擦力と釣り合う前輪及び後輪の制動力、すなわち、前輪２ｆｒ、２ｆｌの最大制動力Ｆｆmax及び後輪２ｒｒ、２ｒｌの最大制動力Ｆｒmaxは、それぞれ次式（５）、（６）により表される。
Ｆｆmax＝μ（Ｗｆ＋Ｚ） ・・・式（５）
Ｆｒmax＝μ（Ｗｒ−Ｚ） ・・・式（６）
従って、前輪側及び後輪側のそれぞれにおけるモータ３及び機械ブレーキ１８による制動力が、最大制動力Ｆｆmax及び最大制動力Ｆｒmaxとなるように、モータ３及び機械ブレーキ１８の動作を制御すれば、電気自動車１全体として最も制動力が大きくなり、ホイールロックを抑制することができる。以上は減速時についての説明であるが、加速時も同様であり、荷重移動に基づいて最適な駆動力となるように制御することにより、ホイールスピンを抑制することができる。
＜直進性制御＞
図５は、直進性制御を説明するための図である。同図中、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、車体が紙面の下方から上方に向かって直進している様子を示している。
制駆動力制御手段１０４は、直進性制御を行う際、検出された操舵角に応じた車体２５の向きとなるように、モータ３の制駆動力、および差動装置４の動力配分比率を制御する。これは、旋回制御でも同様である。
制駆動力制御手段１０４は、操舵角センサ２９からの操舵角γに応じた信号に基づいて、車体２５が直進走行しているか、旋回走行しているかを判定する。例えば、検出された操舵角γが一定の角度範囲内（例えば±２°以内）である場合には、直進走行していると判定し、それ以外は旋回走行していると判定する。直進走行していると判定した場合は、以下に説明するように直進性制御を行う。
直進走行中に、各車輪２のスリップ率Ｓｒのうちいずれか１つのスリップ率Ｓｒがスリップ率上限値ＳｒLimitを超えたとき、制駆動力制御手段１０４は、当該車輪２（例えば右輪２ｆｒ）の制駆動力を減らすとともに、反対側の車輪２（例えば左輪２ｆｌ）の制駆動力をスリップ率が所定の値、例えばスリップ率上限値ＳｒLimitを超えない範囲で増やす制御を行う。これにより、ホイールスピンやホイールロックを防止し、推進力を確保することができる。
このとき、加速度センサ２６からの旋回加速度ａθに応じた信号に基づいて、旋回加速度ａθが閾値ａθｔｈを超えたか否かを判断し。閾値ａθｔｈを超えた場合には、旋回加速度ａθが抑制されるように、前後方向の反対側の車軸の左右輪（例えば右輪２ｒｒ、左輪２ｒｌ）の制駆動力を制御する。すなわち、右輪２ｒｒの制駆動力を増やし、左輪２ｒｌの制駆動力を減らす制御を行う。これにより、旋回が抑制され、直進走行を継続することができる。
＜外乱抑制制御＞
図６（ａ）は、駆動時に車体２５が横方向に動こうとしている状態を示す平面図、図６（ｂ）は、駆動時に車体２５が旋回しようとしている状態を示す平面図である。制駆動力制御手段１０４は、例えば、直進性制御を行っている間に外乱によって横ズレや旋回が生じたときに横ズレや旋回を抑制する。なお、旋回制御を行っている場合でも外乱抑制制御を行ってもよい。
制駆動力制御手段１０４は、加速度センサ２６によって検出された横方向加速度ａＸ、旋回加速度ａθのうちいずれの加速度が大きいかを判断する。この判断は、例えば各加速度ａＸ、ａθを正規化して行う。加速度ａＸ、ａθの正規化後の加速度をそれぞれａＮＸ、ａＮθとすると、ａＮＸ、ａＮθは、以下の式によって求めることができる。
ａＮＸ＝ａＸ×ｋＸ、ａＮθ＝ａθ×ｋθ×ｇ
ここで、ｋＸ、ｋθは係数、ｇは重力加速度である。係数ｋＸ、ｋθは、安定走行の観点から定めることができる。
正規化後の横方向加速度ａＮＸの方が大きいと判断した場合には、制駆動力制御手段１０４は、以下のように制御を行う。横方向加速度ａＸの方向を判定し、横方向加速度ａＸの方向が右方向の場合、例えば、図６（ａ）に示すように、右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように所定のスリップ率、例えばスリップ率上限値ＳｒLimitを超えない範囲で制御する。すなわち、前輪用差動装置４ｆの制駆動力の配分比率を右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように制御するか、後輪用差動装置４ｒの制駆動力の配分比率を所定のスリップ率、例えばスリップ率上限値ＳｒLimitを超えない範囲で右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように制御する。
横方向加速度ａＸの方向が左方向の場合、左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御する。例えば、前輪用差動装置４ｆの制駆動力の配分比率を左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御するか、後輪用差動装置４ｒの制駆動力の配分比率を左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御する。
正規化後の旋回加速度ａＮθの方が大きいと判断した場合には、制駆動力制御手段１０４は、以下の制御を行う。旋回加速度ａθの方向を判定し、旋回加速度ａθの方向が右回転の場合、例えば、図６（ｂ）に示すように、右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように制御する。例えば、前輪用差動装置４ｆの制駆動力の配分比率を右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように制御するか、後輪用差動装置４ｒの制駆動力の配分比率を右輪トルクが左輪トルクよりも大きくなるように制御する。
旋回加速度ａθの方向が左回転の場合、左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御する。例えば、前輪用差動装置４ｆの制駆動力の配分比率を左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御するか、後輪用差動装置４ｒの制駆動力の配分比率を左輪トルクが右輪トルクよりも大きくなるように制御する。以上は、駆動時における制御であるが、制動時は駆動時とは反対の制御を行う。なお、前後の差動装置４ｆ、４ｒを同じように制御してもよい。
＜旋回制御＞
図７（ａ）〜（ｃ）は、駆動時の旋回制御を説明するための図である。
制駆動力制御手段１０４は、旋回制御を行う際、検出された操舵角に応じた車体２５の向きとなるように、モータ３の制駆動力、および差動装置４の動力配分比率を制御する。
制駆動力制御手段１０４は、操舵角センサ２９からの操舵角γに応じた信号に基づいて、車体２５が直進走行しているか、旋回走行しているかを判定する。例えば、検出された操舵角γが一定の角度範囲内（例えば±２°以内）である場合には、直進走行していると判定し、それ以外は旋回走行していると判定する。旋回走行していると判定した場合は、以下に説明するように旋回制御を行う。
操舵角が右旋回を示しているとき、図７（ａ）〜（ｃ）のいずれかの制御を行うことができる。図７（ａ）に示す場合は、前輪側の左輪２ｆｌの制駆動力を増やすとともに、前輪側の右輪２ｆｒの制駆動力を減らすように制御する。また、図７（ｂ）に示す場合は、後輪側の左輪２ｒｌの制駆動力を増やすとともに、後輪側の右輪２ｒｒの制駆動力を減らすように制御する。また、図７（ｃ）に示す場合は、前輪側の左輪２ｆｌの制駆動力を増やすとともに、前輪側の右輪２ｆｒの制駆動力を減らすように制御し、さらに後輪側の左輪２ｒｌの制駆動力を増やすとともに、後輪側の右輪２ｒｒの制駆動力を減らすように制御する。以上は、駆動時における制御であるが、制動時は駆動時とは反対の制御を行う。
なお、制駆動力制御手段１０４は、前輪２ｆｒ、２ｆｌの横力を確保するため、前輪２ｆｒ、２ｆｌへの制駆動力を路面摩擦係数に応じて制御し、各車輪１への制駆動力の合計が変化しないように、前輪２ｆｒ、２ｆｌへの制駆動力の変化分を後輪２ｒｒ、２ｒｌへの制駆動力で補償してもよい。また、制駆動力制御手段１０４は、検出された操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、旋回走行していると判定した場合、旋回加速度が操舵角に応じた所定の閾値を超えたときは、前後輪の各内輪側の車輪への制駆動力をスリップ率が所定の値を超えない範囲で増減し、前後輪の各外輪側の車輪への制駆動力をスリップ率が所定の値を超えない範囲で減増する制御を行い、旋回加速度が所定の閾値より小さいときは、前後輪の各内輪側の車輪への制駆動力をスリップ率が所定の値を超えない範囲で減増し、前後輪の各外側の車輪の駆動力をスリップ率が所定の値を超えない範囲で増減する制御を行ってもよい。これにより、旋回加速度の所定の閾値を越えたとき、車両の挙動が不安定領域に変化したと判断し、姿勢を安定化するように制御することができる。
（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、スリップ率および加速度に基づいて、前後輪への制駆動力を前後のモータ３ｆ、３ｒで制御するとともに、左右輪への制駆動力配分を前後の差動装置４ｆ、４ｒで行うことで、様々な路面や走行条件下で安定した走行性を確保することができ、旋回性能を改善することができる。
本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々に変形実施が可能である。
例えば、各手段１０１〜１０４をＣＰＵ１００と制駆動プログラム１１３によって実現したが、ＡＳＩＣ（Application Specific IC）等のハードウエアによって実現してもよい。
また、制駆動プログラム１１３は、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体から制御装置１０内に取り込んでもよく、サーバ装置等からネットワークを介して制御装置１０内に取り込んでもよい。
また、前後の差動装置４ｆ、４ｒのうち一方の差動装置を左右への動力配分率が制御可能なものとしてもよい。
１…電気自動車、２…車輪、２ｆｒ、２ｆｌ…前輪、２ｒｒ、ｒｌ…後輪、３ｆ…前輪用モータ、３ｒ…後輪用モータ、４ｆ、４ｒ…差動装置、５ｆｒ、５ｆｌ、５ｒｒ、５ｒｌ…車軸、７…電源部、８ｆ…前輪用インバータ、８ｒ…後輪用インバータ、９ｆ…前輪用駆動回路、９ｒ…後輪用駆動回路、１０…制御装置、１１…圧力調整ユニット、１２…アクセルペダル、１３…ブレーキペダル、１４…シフトレバー、１５ａ〜１５ｃ…電流センサ、１６ｆ、１６ｒ…エンコーダ、１７ａ〜１７ｃ…電流センサ、１８ｆｒ、１８ｆｌ、１８ｒｒ、１８ｒｌ…機械ブレーキ、１９…ステアリングホイール、２０ｆｒ、２０ｆｌ…カメラ、２１…カメラ、２２…アクセルセンサ、２３…ブレーキセンサ、２４…シフトセンサ、２５…車体、２６…加速度センサ、２７ｆ、２７ｒ…温度センサ、２８…車輪速センサ、２９…操舵角センサ、７０…バッテリ、７１ｆ…前輪用平滑コンデンサ、７１ｒ…後輪用平滑コンデンタ、７２ｆ、７２ｒ…電圧センサ、７３…バッテリ容量センサ、１００…ＣＰＵ、１０１…路面摩擦係数μ推定手段、１０２…スリップ率上限値設定手段、１０３…スリップ率演算手段、１０４…制駆動力制御手段、１０５…障害検出手段、１１０…記憶部、１１１…路面パターン、１１２…μ−ＳｒLimitテーブル、１１３…制駆動プログラム

Claims (9)

  1. 前輪側の左右輪に第１の差動装置を介して制駆動力を伝達する第１の電気モータと、
    後輪側の左右輪に第２の差動装置を介して制駆動力を伝達する第２の電気モータと、
    前記第１および第２の電気モータの制駆動力を制御する制御部とを備え、
    前記第１および第２の差動装置の一方の差動装置は、前記制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する電気自動車。
  2. 前輪側の左右輪に第１の差動装置を介して制駆動力を伝達する第１の電気モータと、
    後輪側の左右輪に第２の差動装置を介して制駆動力を伝達する第２の電気モータと、
    前記第１および第２の電気モータの制駆動力を制御する制御部とを備え、
    前記第１および第２の差動装置は、前記制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する電気自動車。
  3. 操舵角を検出する操舵角検出部を備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に応じた車体の向きとなるように、前記第１および第２の電気モータの制駆動力、および動力配分比率の制御が可能な前記差動装置の動力配分比率を制御する請求項１又は２に記載の電気自動車。
  4. 各車輪のスリップ率を演算する演算部と、
    車体の旋回加速度を検出する検出部とを備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、直進走行していると判定した場合、前記各車輪のスリップ率のうちの１つの車輪のスリップ率が所定の値を超えたとき、前記１つの車輪への制駆動力を減らし、前記１つの車輪の反対側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で増やす制御を行い、検出された前記旋回加速度が所定の閾値を超えたとき、前後方向において前記１つの車輪の反対側の左右輪への制駆動力を制御する請求項３に記載の電気自動車。
  5. 各車輪のスリップ率を演算する演算部と、
    車体の横方向加速度および旋回加速度を検出する検出部とを備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、車両が直進走行していると判断した場合、車両の横力の発生及び旋回加速度が発生した場合、前記第１および第２の電気モータの制駆動力を制御すると共に、各左右輪のトルク配分を制御して、横方向及び旋回方向の加速度変化率を減少させる請求項３に記載の電気自動車。
  6. 各車輪のスリップ率を演算する演算部と、
    車体の横方向加速度および旋回加速度を検出する検出部とを備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、旋回走行していると判定した場合、前記前後輪の外側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で増減し、又は前記前後輪の内側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で減増する制御を行う請求項３に記載の電気自動車。
  7. 車体の横方向加速度および旋回加速度を検出する検出部とを備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、旋回走行していると判定した場合、前輪の横力を確保するため、前輪への制駆動力を路面摩擦係数に応じて制御し、各車輪への制駆動力の合計が変化しないように、前輪への制駆動力の変化分を後輪への制駆動力で補償する請求項３に記載の電気自動車。
  8. 各車輪のスリップ率を演算する演算部と、
    車体の旋回加速度を検出する検出部とを備え、
    前記制御部は、検出された前記操舵角に基づいて直進走行しているか、旋回走行しているかを判定し、旋回走行していると判定した場合、前記旋回加速度が操舵角に応じた所定の閾値を超えたときは、前記前後輪の各内輪側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で増減し、前記前後輪の各外輪側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で減増する制御を行い、前記旋回加速度が前記所定の閾値より小さいときは、前記前後輪の各内輪側の車輪への制駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で減増し、前記前後輪の各外側の車輪の駆動力を前記スリップ率が所定の値を超えない範囲で増減する制御を行う請求項３に記載の電気自動車。
  9. 前輪側の左右輪に第１の差動装置を介して制駆動力を伝達する第１の電気モータと、後輪側の左右輪に第２の差動装置を介して制駆動力を伝達する第２の電気モータと、前記第１および第２の差動装置の一方の差動装置は、前記制御部により左右への動力配分率が制御可能な構成を有する電気自動車に含まれるコンピュータに、
    操舵角に応じた車体の向きとなるように、前記第１および第２の電気モータの制駆動力、および動力配分比率の制御が可能な前記差動装置の動力配分比率を制御するステップを実行させるためのプログラム。
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