JP2012253970A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動する車両について、各車輪の空気圧差を要因とする車両の偏向を抑えて運転者の操舵負荷を軽減することができる車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】ＥＣＵ１１は、各車輪３ａ〜３ｄの空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄに基づいて各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄを推定し、当該各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄに基づいて、車輪３ａ〜３ｄ毎に目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算する。そして、これら目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*に、実車輪速として検出される各車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄが、それぞれ一致するように、各モータ１０ａ〜１０ｄの作動を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の制御装置に関するものである。

従来、モータ駆動により走行する電気自動車の開発が進められている。例えば、特許文献１には、車輪（ホイール内）にモータを内蔵する所謂インホイールモータ型の駆動装置が開示されている。そして、このような駆動方式を採用することにより、従来の車両にみられるような駆動伝達系（ドライブシャフト等）を廃して広い車室空間を確保することができる。また、複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動することで、車両の制御自由度が向上する。

特開２０１１−７９４８４号公報

ここで、車輪の外径（車輪径）は、その空気圧に依存する。このため、上記インホイールモータ方式のように複数のモータを用いて左右の車輪を独立に回転駆動する構成では、各車輪に空気圧差がある場合、各モータ出力が均一であるとしても、その車輪径のばらつきに基づいて車両に偏向が生ずる可能性がある。そして、特に長時間に亘る直進走行時には、その修正操舵を運転者が負担に感じるおそれがある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動する車両について、各車輪の空気圧差を要因とする車両の偏向を抑えて運転者の操舵負荷を軽減することができる車両の制御装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動する車両の制御装置であって、前記各モータの作動を制御するモータ制御手段と、前記各車輪の空気圧を検出する空気圧検出手段と、前記空気圧に基づいて前記各車輪の車輪径を推定する車輪径推定手段とを備え、前記モータ制御手段は、車輪径の大きい車輪よりも車輪径の小さい車輪の方が速く回転するように、推定された車輪径に基づいて、車輪毎に目標車輪速を演算し、該各目標車輪速に各車輪の実車輪速を一致させるべく、前記各モータの作動を制御すること、を要旨とする。

通常、車輪径は、その空気圧が高いほど大きくなる。そして、車輪径の大きい車輪は、車輪径の小さい車輪よりも少ない回転数で同じ距離を移動する。従って、上記構成により、車輪径の大きい車輪よりも車輪径の小さい車輪の方が速く回転するように各目標車輪速を演算することで、その空気圧差を要因とした車両の偏向を抑えることができる。

本発明によれば、複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動する車両について、各車輪の空気圧差を要因とする車両の偏向を抑えて運転者の操舵負荷を軽減することが可能な車両の制御装置を提供することができる。

本発明が適用される車両の概略構成図。 空気圧と車輪径との関係を示すマップ。 偏向抑制制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両１は、４つの車輪３ａ〜３ｄを備えた四輪車である。また、車両１は、ステアリング４の回転角（操舵角）に基づいて、その転舵輪となる車輪３ａ，３ｂに舵角（転舵角）を発生させる周知のステアリング装置５を備えている。即ち、一端にステアリング４が固定されたステアリングシャフト６は、ラック＆ピニオン機構７を介してラック軸８と連結されており、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト６の回転は、ラック＆ピニオン機構７によりラック軸８の軸方向移動に変換される。そして、その軸方向移動がタイロッド９を介してナックル（図示略）に伝達されることにより、操舵角に応じた転舵角が発生するようになっている。

また、車両１は、複数（４つ）のモータ１０ａ〜１０ｄにより各車輪３ａ〜３ｄを独立に回転駆動する電気自動車として構成されている。具体的には、各モータ１０ａ〜１０ｄは、図示しない減速機とともに各車輪３ａ〜３ｄに内蔵されている。そして、各モータ１０ａ〜１０ｄは、車両１の制御装置であるＥＣＵ１１によって、その作動が制御されている。

詳述すると、モータ制御手段としてのＥＣＵ１１は、各モータ１０ａ〜１０ｄに対して、それぞれ独立に駆動電力を供給する機能を有している。また、ＥＣＵ１１には、アクセルペダル１３の操作量を示すアクセル開度ＲＡが入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ１１は、アクセル開度ＲＡの値が大きいほど、より大きな電流が各モータ１０ａ〜１０ｄに通電されるように電流制御を実行する。

また、各車輪３ａ〜３ｄには、それぞれ、空気圧検出手段としての空気圧センサ１４ａ〜１４ｄが設けられており、ＥＣＵ１１は、これら各空気圧センサ１４ａ〜１４ｄにより検出される各車輪３ａ〜３ｄの空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄを監視する。そして、ＥＣＵ１１は、各空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄの何れかに異常が検出された場合、周知の報知手段（例えば、警告表示や警告音等）を通じて速やかにその異常を運転者に報知するようになっている。

（偏向抑制制御）
次に、ＥＣＵ１１が実行する偏向抑制制御の態様について説明する。
図１に示すように、各車輪３ａ〜３ｄには、それぞれ、車輪速センサ１５ａ〜１５ｄが設けられている。そして、ＥＣＵ１１は、これら車輪速センサ１５ａ〜１５ｄの出力信号に基づいて、各車輪３ａ〜３ｄの車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄ、及びその平均値（車輪速平均値ＷＳ_av）を検出する。

また、ＥＣＵ１１は、検出される空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄに基づいて、各車輪３ａ〜３ｄの車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄ、及びその平均値（車輪径平均値Ｄ_av）を推定する。図２に示すように、通常、車輪径Ｄは、その空気圧Ｐが高いほど大きくなる。本実施形態のＥＣＵ１１は、実験やシミュレーション等により求められた空気圧Ｐと車輪径Ｄとの関係を、同図に示されるようなマップＭの形態で図示しない記憶領域に保持している。そして、車輪径推定手段としてのＥＣＵ１１は、マップＭを参照することにより、検出される空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄに基づいて、各車輪３ａ〜３ｄの車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄを推定する。

更に、ＥＣＵ１１は、その推定された各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄ及び上記車輪速平均値ＷＳ_avに基づいて、各車輪３ａ〜３ｄの目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算する。ここで、各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄのばらつきは、車輪径平均値Ｄ_avに対する車輪径Ｄ_ｘの乖離度「Ｄ_ｘ／Ｄ_av」に表すことができる（但し、ｘ＝ａ〜ｄ、以下同様）。そして、ＥＣＵ１１は、次式に示されるように、この乖離度の逆数（Ｄ_av／Ｄ_ｘ）を「車輪速調整比」として車輪速平均値ＷＳ_avに乗ずることにより、各目標車輪速ＷＳ_ｘ*を演算する。

ＷＳ_ｘ*＝ＷＳ_av×（Ｄ_av／Ｄ_ｘ） ・・・（１）
具体的には、図３のフローチャートに示すように、ＥＣＵ１１は、先ず、検出される各空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄに基づいて各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄを推定し（ステップ１０１）、その車輪径平均値Ｄ_avを演算する（ステップ１０２）。次に、ＥＣＵ１１は、車輪速平均値ＷＳ_avを演算する（ステップ１０３）。そして、ＥＣＵ１１は、これら各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄ、車輪径平均値Ｄ_av及び車輪速平均値ＷＳ_avに基づいて、各目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算する（ステップ１０４）。

そして、ＥＣＵ１１は、これら目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*に、実車輪速として検出される各車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄが、それぞれ一致するように、各モータ１０ａ〜１０ｄの作動を制御する（ステップ１０５）。

具体的には、ＥＣＵ１１は、実車輪速が目標車輪速ＷＳ_ｘ*よりも遅い場合には、その対応するモータ電流量を増加させ、実車輪速が目標車輪速ＷＳ_ｘ*よりも速い場合には、その対応するモータ電流量を減少させる。そして、ＥＣＵ１１は、実車輪速と目標車輪速ＷＳ_ｘ*とが一致するまで、この電流補正を継続する。

ここで、車輪径Ｄの大きい車輪は、車輪径Ｄの小さい車輪よりも少ない回転数で同じ距離を移動する。従って、上記のように、車輪径平均値Ｄ_avに対する車輪径Ｄ_ｘの乖離度の逆数（Ｄ_av／Ｄ_ｘ）を「車輪速調整比」として各目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算し、これに一致するように各車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄを制御することで、単位時間あたりの各車輪３ａ〜３ｄの移動量は等しくなる。そして、本実施形態のＥＣＵ１１は、これにより各車輪３ａ〜３ｄの空気圧差を要因とした車両の偏向を抑制する構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ＥＣＵ１１は、各車輪３ａ〜３ｄの空気圧Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄに基づいて各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄを推定し、当該各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄに基づいて、車輪３ａ〜３ｄ毎に目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算する。そして、これら目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*に、実車輪速として検出される各車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄが、それぞれ一致するように、各モータ１０ａ〜１０ｄの作動を制御する。

通常、車輪径Ｄは、その空気圧Ｐが高いほど大きくなる。そして、車輪径Ｄの大きい車輪は、車輪径Ｄの小さい車輪よりも少ない回転数で同じ距離を移動する。従って、上記構成により、車輪径Ｄの大きい車輪よりも車輪径Ｄの小さい車輪の方が速く回転するように各目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*を演算することで、各車輪３ａ〜３ｄの空気圧差を要因とした車両の偏向を抑えることができる。

（２）ＥＣＵ１１は、車輪径平均値Ｄ_avを基準車輪径として、当該車輪径平均値Ｄ_avに対する車輪径Ｄ_ｘの乖離度の逆数（Ｄ_av／Ｄ_ｘ）を車輪速平均値ＷＳ_avに乗ずることにより、各目標車輪速ＷＳ_ｘ*を演算する。

上記構成によれば、単位時間あたりの各車輪３ａ〜３ｄの移動量が等しくなるような各目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*が演算される。その結果、より効果的に車両の偏向を抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、車両１は、４つのモータ１０ａ〜１０ｄにより各車輪３ａ〜３ｄを独立に回転駆動することとした。しかし、これに限らず、前輪又は後輪の何れか一方のみを駆動輪とする車両について適用してもよい。

・更に、左右の車輪を独立に回転駆動する複数のモータを備え、車輪毎に各モータの作動を制御することが可能な構成であれば、車輪数、駆動輪数、及びモータ数は、必ずしも上記実施形態の構成に限るものではない。例えば、三輪車や六輪車、或いは二輪車等、車輪数が四輪以外の車両に適用してもよい。また、各駆動輪をそれぞれ複数のモータで回転駆動するものであってもよい。そして、各モータの型式もインホイールモータ型に限らない。

・上記実施形態では、車輪径平均値Ｄ_avを基準車輪径として各目標車輪速ＷＳ_ｘ*を演算することとした。しかし、これに限らず、予め設定された規格値等を基準車輪径に用いる構成としてもよい。

・また、車両１が直進状態にある場合に限定して、上記目標車輪速ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*の演算による偏向抑制制御を実行する構成としてもよい。即ち、各車輪径Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄにばらつきがない場合、理論上、直進走行時に各車輪速ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄが等しくなる。従って、このような場合に、単位時間あたりの各車輪３ａ〜３ｄの移動量が等しくなるように制御することで、より効果的に車両の偏向を抑えることができる。

・上記実施形態では、ＥＣＵ１１は、アクセル開度ＲＡに基づき電流制御を実行することにより各モータ１０ａ〜１０ｄの作動を制御する。そして、実車輪速が目標車輪速ＷＳ_ｘ*よりも遅い場合には、その対応するモータ電流量を増加させ、実車輪速が目標車輪速ＷＳ_ｘ*よりも速い場合には、その対応するモータ電流量を減少させるように電流補正を実行することとした。

しかし、これに限らず、本発明は、各車輪３ａ〜３ｄについて速度制御（回転速度制御）を実行することにより各モータ１０ａ〜１０ｄの作動を制御する構成に適用してもよい。この場合、上記（１）式における車輪速平均値ＷＳ_avを、その速度制御の指令値としての目標車輪速に変更するとよい。

次に、以上の実施形態から把握することのできる技術的思想を効果とともに記載する。
（イ）前記モータ制御手段は、基準車輪径に対する前記各車輪径の乖離度に基づいて前記各目標車輪速を演算すること、を特徴とする車両の制御装置。これにより、単位時間あたりの各車輪の移動量が等しくなるような各目標車輪速が演算される。その結果、より効果的に車両の偏向を抑えることができる。

（ロ）前記基準車輪径は、前記各車輪径の平均値であること、を特徴とする車両の制御装置。これにより、実際の車輪径に則して各車輪速を調整することができる。
（ハ）前記モータ制御手段は、前記車両が直進状態にある場合に、前記各目標車輪速に基づくモータ制御を実行すること、を特徴とする車両の制御装置。各車輪径にばらつきがない場合、理論上、直進走行時には各車輪速が等しくなる。従って、このような場合に、単位時間あたりの各車輪の移動量が等しくなるように制御することで、より効果的に車両の偏向を抑えることができる。

（ニ）前記各モータはインホイールモータであること、を特徴とする車両の制御装置。

１…車両、３ａ〜３ｄ…車輪、４…ステアリング、１０ａ〜１０ｄ…モータ、１１…ＥＣＵ、１３…アクセルペダル、１４ａ〜１４ｄ…空気圧センサ、１５ａ〜１５ｄ…車輪速センサ、ＲＡ…アクセル開度、ＷＳ_ａ〜ＷＳ_ｄ…車輪速、ＷＳ_av…車輪速平均値、Ｐ，Ｐ_ａ〜Ｐ_ｄ…空気圧、Ｄ，Ｄ_ａ〜Ｄ_ｄ，Ｄ_ｘ…車輪径、Ｄ_av…車輪径平均値、ＷＳ_ａ*〜ＷＳ_ｄ*，ＷＳ_ｘ*…目標車輪速。

Claims (1)

1. 複数のモータにより左右の車輪を独立に回転駆動する車両の制御装置であって、
   前記各モータの作動を制御するモータ制御手段と、
   前記各車輪の空気圧を検出する空気圧検出手段と、
   前記空気圧に基づいて前記各車輪の車輪径を推定する車輪径推定手段とを備え、
   前記モータ制御手段は、車輪径の大きい車輪よりも車輪径の小さい車輪の方が速く回転するように、推定された車輪径に基づいて、車輪毎に目標車輪速を演算し、該各目標車輪速に各車輪の実車輪速を一致させるべく、前記各モータの作動を制御すること、
   を特徴とする車両の制御装置。

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