JP2014014221A - 電気車両のスリップ抑制駆動制御装置及びスリップ抑制方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の駆動輪のスリップ状態を精度良く検出しつつ、スリップ状態検出時の電動機のトルク制限によってスムーズな走行が妨げられないようにする。
【解決手段】車両１１に搭載される電動機１４のトルクにより駆動する駆動輪１６の角加速度を取得し、その角加速度に対応するカウンタ値の積算値が閾値以上になると、駆動輪１６がスリップ状態であると判断し、駆動輪１６がスリップ状態であると判断すると、電動機１４のトルクを制限させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車両の駆動輪のスリップを抑制する制御装置及びスリップ抑制方法に関する。

車両の駆動輪がスリップしたことを検出して、その車両に搭載される電動機から駆動輪に伝わるトルクを制限する制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような制御装置では、例えば、駆動輪の角加速度が閾値以上になりスリップ状態であることを判断すると、トルクを制限し、そのトルク制限に伴って駆動輪が路面にグリップし始めて駆動輪の角加速度が低下しスリップ状態でなくなったことを判断すると、トルクの制限を解除する。

特開２００４−０９８２３号公報

しかしながら、上述の制御装置において、スリップ状態の判断精度を上げるために、例えば、スリップ状態判断用の閾値を小さくすることが考えられるが、スリップ状態判断用の閾値を小さくしてしまうと、滑り難い路面を車両が走行中であるにもかかわらず、頻繁にスリップ状態であることが判断されてしまうおそれがある。そして、そのような路面を車両が走行中に、何度もスリップ状態であることが判断されて、その度にトルクが制限されると、スムーズな走行の妨げになってしまう。

そこで、本発明では、車両の駆動輪のスリップ状態を精度良く判断しつつ、スリップ状態判断時の電動機のトルク制限によるスムーズな走行の妨げを抑えることが可能な電気車両のスリップ抑制駆動制御装置及びスリップ抑制方法を提供することを目的とする。

本発明の電気車両のスリップ抑制駆動制御装置は、車両に搭載される電動機のトルクにより駆動する駆動輪の角加速度を取得する角加速度取得手段と、前記角加速度取得手段により取得される角加速度に対応するカウンタ値の積算値が第１の閾値以上になると、前記駆動輪がスリップ状態であると判断するスリップ判断手段と、前記スリップ判断手段により前記駆動輪がスリップ状態であると判断されると、前記電動機のトルクを制限させるトルク制限手段とを備える。

例えば、スリップし始めてから完全にスリップ状態になった直後の駆動輪の角加速度に対応するカウンタ値を第１の閾値とすることで、駆動輪がスリップ状態であることを精度良く判断することができる。また、例えば、第１の閾値をカウンタ値の最大値よりも大きくすることで、積算値を少なくとも２回求めないと駆動輪がスリップ状態であるか否かを判断することができないようにすることができる。そのため、スリップ状態であることが判断される頻度を低減することができ、スリップ状態であることが頻繁に判断される際のトルク制限によるスムーズな走行の妨げを抑えることができる。

本発明は、電動機で走行する車両において、駆動輪のスリップ状態を精度良く判断しつつ、スリップ状態判断時の電動機のトルク制限によるスムーズな走行の妨げを抑えることができる。

本発明の実施形態の制御装置を備える車両の一例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 角加速度−カウンタ値対応テーブルの一例を示す図である。 各制御タイミングで求められる積算値ΣＣの一例を示す図である。 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態の制御装置を備える車両の一例を示す図である。

図１に示す車両１１は、例えば、電気自動車や電動フォークリフトなどであって、バッテリ１２と、インバータ回路１３と、電動機１４と、制御装置１５と、４つの駆動輪１６と、回転数検出部１７とを備える。

制御装置１５は、制御部１８と、記憶部１９とを備える。

制御部１８は、角加速度取得部２０（角加速度取得手段）と、スリップ判断部２１（スリップ判断手段）と、トルク制限部２２（トルク制御手段）と、トルク取得部２３（トルク取得手段）とを備える。

バッテリ１２は、例えば、リチウムイオンバッテリや鉛蓄電池などにより構成され、インバータ回路１３に直流の電力を供給する。

インバータ回路１３は、制御部１８による動作制御に基づいて、バッテリ１２から供給される直流の電力を、例えば、３相の交流電力に変換して出力する。

電動機１４は、例えば、３相モータであって、インバータ回路１３から出力される３相の交流電力により駆動する。電動機１４が駆動すると、電動機１４のトルクが駆動輪１６に伝わり駆動輪１６が回転して車両１１が走行する。

回転数検出部１７は、例えば、レゾルバなどにより構成され、電動機１４の回転数（回転量）を検出する。また電動機１４のロータの位相を検出することも可能である。

制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device））などにより構成され、記憶部１９に記憶されているプログラムを実行することにより、角加速度取得部２０、スリップ判断部２１、トルク制限部２２、及びトルク取得部２３などを機能させてインバータ回路１３の動作制御を行う。なお、例えば、車両１１の運転者によりイグニッションボタンが押されるなどして電動機１４の駆動開始指示が制御部１８に入力されると、制御部１８によりインバータ回路１３の動作制御が開始されるものとする。また、例えば、制御部１８は、車両１１の走行中、アクセルペダルの位置を検出するセンサの出力やブレーキペダルの位置を検出するセンサの出力などに基づいて、電動機１４の目標トルクや回転数を取得し、その取得した値を目標電流値に変換する。回転数検出部１７や図示しない電流センサ等の値をフィードバックし、目標電流値になるように、出力電流・出力電圧を決定してインバータ回路１３の動作制御を行うものとする。また、後述するとおり、制御部１８は、定期的に、電動機１４の回転数により求められる駆動輪１６の回転数Ｎに基づいて、駆動輪１６がスリップ状態であるか否かを判断し、駆動輪１６がスリップ状態であると判断すると、電動機１４のトルクが所定のトルクに制限されるように、インバータ回路１３の動作制御を行うものとする。

図２は、スリップ状態判断及びトルク制限を行う際の制御部１８の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図２に示す動作の開始時、制御部１８は、回転数Ｎ、角加速度α、積算値ΣＣ、及びトルクＴをすべてゼロにリセットするとともに、トルク制限フラグ及びトルク制限解除フラグをオフにする。

まず、制御部１８の角加速度取得部２０は、新しい制御タイミングになると、回転数検出部１７により検出される電動機１４の回転数を一定時間（例えば、１［ｍｓ］）取得することにより、その一定時間あたりの電動機１４の回転数から駆動輪１６の回転数Ｎを求める（Ｓ２１）。なお、電動機１４は駆動輪１６と所定の減速比で連結されているため、電動機１４の回転数から駆動輪１６の回転数Ｎを求めることが可能である。

次に、角加速度取得部２０は、今回の制御タイミングで求めた回転数Ｎから前回の制御タイミングで求めた回転数Ｎを減算した結果を、今回の制御タイミングにおける駆動輪１６の角加速度αとする（Ｓ２２）。例えば、角加速度取得部２０は、今回の制御タイミングで求めた回転数Ｎが１００［ｒｐｍ］、前回の制御タイミングで求めた回転数Ｎが５０［ｒｐｍ］である場合、１００［ｒｐｍ］から５０［ｒｐｍ］を減算した結果である５０［ｒｐｍ］を、今回の制御タイミングにおける駆動輪１６の角加速度αとする。

次に、制御部１８は、記憶部１９に記憶されている角加速度−カウンタ値対応テーブルを参照して、Ｓ２２で求めた角加速度αに対応するカウンタ値Ｃを取得する（Ｓ２３）。例えば、制御部１８は、Ｓ２２で求めた角加速度αが５０［ｒｐｍ］である場合、図３（ａ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルを参照して、角加速度α［ｒｐｍ］：「１００未満」に対応するカウンタ値として「−１」を取得する。また、例えば、制御部１８は、Ｓ２２で求めた角加速度αが１５０［ｒｐｍ］である場合、図３（ａ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルを参照して、角加速度α［ｒｐｍ］：「１００以上、２００未満」に対応するカウンタ値として「＋３」を取得する。また、例えば、制御部１８は、Ｓ２２で求めた角加速度αが２５０［ｒｐｍ］である場合、図３（ａ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルを参照して、角加速度α［ｒｐｍ］：「２００以上、５００未満」に対応するカウンタ値として「＋１５」を取得する。また、例えば、制御部１８は、Ｓ２２で求めた角加速度αが６００［ｒｐｍ］である場合、図３（ａ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルを参照して、角加速度α［ｒｐｍ］：「５００以上」に対応するカウンタ値として「＋３０」を取得する。このように、本実施形態では、角加速度−カウンタ値対応テーブルを用いて、駆動輪１６の角加速度αをカウンタ値Ｃに置き換えているため、カウンタ値として負の値や上限値を設定することができる。 なお、図３（ｂ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルのように、角加速度αとその角加速度αに対応するカウンタ値Ｃをさらに細かく設定してもよい。これにより、角加速度αの変化に積算値ΣＣをより近づけることができるため、スリップ状態の判断精度を向上させることができる。また、図３（ｂ）に示す角加速度−カウンタ値対応テーブルのように、角加速度αとその角加速度αに対応するカウンタ値Ｃをさらに細かく設定する場合であっても、閾値Ｃｔｈ２をカウンタ値Ｃの最大値よりも大きい値に設定する。

次に、制御部１８は、最初の制御タイミングから今回の制御タイミングまでに取得した全てのカウンタ値Ｃの積算値ΣＣを算出する（Ｓ２４）。例えば、制御部１８は、図４に示すように、最初の制御タイミングｔ１１で取得したカウンタ値Ｃが「＋３」、前回の制御タイミングｔ１２で取得したカウンタ値Ｃが「−１」、今回の制御タイミングｔ１３で取得したカウンタ値Ｃが「＋３」である場合、「＋３」＋「−１」＋「＋３」を計算することにより、今回の制御タイミングｔ１３における積算値ΣＣとして「＋５」を求める。

次に、制御部１８のトルク取得部２３は、記憶部１９にトルクＴが記憶されていない、すなわち、記憶部１９内のトルクＴがゼロであると判断し（Ｓ２５がＹｅｓ）、今回の制御タイミングで算出した積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ１（第３の閾値）以上であると判断した場合（Ｓ２６がＹｅｓ）、そのときの電動機１４のトルクＴを記憶部１９に記憶する（Ｓ２７）。そのときのトルクＴは、図示しない電流センサで測定した電動機１４に流れる電流値や、回転数検出部１７の値から算出することが出来る。例えば、トルク取得部２３は、記憶部１９内のトルクＴがゼロであると判断し、図４に示すように、今回の制御タイミングｔ１４で算出した積算値ΣＣが「＋２０」である場合、その積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ１：「＋１５」以上であると判断し、そのときの電動機１４のトルクＴを記憶部１９に記憶する。なお、トルク取得部２３は、記憶部１９にトルクＴがすでに記憶されていると判断した場合（Ｓ２５がＮｏ）、Ｓ２６及びＳ２７を実行しない。

次に、スリップ判断部２１は、今回の制御タイミングで算出した積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２（第１の閾値）（＞閾値Ｃｔｈ１）よりも小さく（Ｓ２８がＮｏ）、かつ、閾値Ｃｔｈ３（第２の閾値）（＜閾値Ｃｔｈ１）よりも大きいと判断した場合（Ｓ２９がＮｏ）、トルク制限フラグがオンであるか否かを判断する（Ｓ３０）。なお、駆動輪１６がスリップ状態であるか否かを判断するための閾値Ｃｔｈ２は、角加速度−カウンタ値対応テーブルに格納されるカウンタ値の最大値よりも大きい値に設定されるものとする。これにより、積算値ΣＣを少なくとも２回算出しないと、駆動輪１６がスリップ状態であるか否かを判断することができないようにすることができる。

スリップ判断部２１は、トルク制限フラグがオフであると判断した場合（Ｓ３０がＮｏ）、回転数Ｎ及び角加速度αをゼロにリセットした後（Ｓ３１）、Ｓ２１に戻る。例えば、スリップ判断部２１は、図４に示すように、今回の制御タイミングｔ１５で算出した積算値ΣＣが「＋５０」である場合、その積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２：「＋６０」よりも小さく、かつ、閾値Ｃｔｈ３：「０」よりも大きいと判断するとともに、トルク制限フラグがオフであると判断すると、回転数Ｎ及び角加速度αをゼロにリセットした後、Ｓ２１に戻る。

一方、スリップ判断部２１は、今回の制御タイミングで算出した積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２以上であると判断した場合、すなわち、スリップ状態であると判断した場合（Ｓ２８がＹｅｓ）、トルク制限フラグをオンし（Ｓ３２）、Ｓ３０へ進む。例えば、スリップ判断部２１は、図４に示すように、今回の制御タイミングｔ１６で算出した積算値ΣＣが「＋８０」である場合、その積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２：「＋６０」以上であると判断し、トルク制限フラグをオンする。

また、スリップ判断部２１は、今回の制御タイミングで算出した積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２よりも小さく（Ｓ２８がＮｏ）、かつ、今回の制御タイミングで算出した積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ３以下であると判断した場合（Ｓ２９がＹｅｓ）、トルク制限解除フラグをオンし（Ｓ３３）、Ｓ３０へ進む。例えば、スリップ判断部２１は、図４に示すように、今回の制御タイミングｔ９６で算出した積算値ΣＣが「０」である場合、その積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２：「＋６０」よりも小さく、かつ、閾値Ｃｔｈ３：「０」以下であると判断し、トルク制限解除フラグをオンする。

そして、トルク制限部２２は、トルク制限フラグがオンであると判断し（Ｓ３０がＹｅｓ）、トルク制限解除フラグがオフであると判断した場合（Ｓ３４がＮｏ）、電動機１４のトルクＴが所定のトルクＴに制限されるように、インバータ回路１３の動作を制御し（Ｓ３５）、回転数Ｎ及び角加速度αをゼロにリセットした後（Ｓ３１）、Ｓ２１に戻る。例えば、トルク制限部２２は、トルク制限フラグがオンであると判断し、トルク制限解除フラグがオフであると判断した場合、電動機１４のトルクＴが記憶部１９に記憶しておいたトルクＴの５０％の値に制限されるように、インバータ回路１３の動作を制御する。

また、トルク制限部２２は、トルク制限フラグがオンであると判断し（Ｓ３０がＹｅｓ）、トルク制限解除フラグもオンであると判断した場合（Ｓ３４がＹｅｓ）、電動機１４のトルクＴにかけていた制限を解除した後（Ｓ３６）、積算値ΣＣ及びトルクＴをゼロにリセットするとともに、トルク制限フラグ及びトルク制限解除フラグをオフする（Ｓ３７）。その後、制御部１８は、回転数Ｎ及び角加速度αをゼロにリセットした後（Ｓ３１）、Ｓ２１に戻る。

このように、本実施形態の制御装置１５では、一定時間あたりの回転数Ｎの変化量、すなわち、角加速度αの増加に伴って値が大きくなるカウンタ値Ｃを予め用意しておき、そのカウンタ値Ｃの積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２以上になったとき、駆動輪１６がスリップ状態であることを判断している。そのため、例えば、スリップし始めてから完全にスリップ状態になった直後の駆動輪１６の角加速度αに対応するカウンタ値Ｃを閾値Ｃｔｈ２とすることで、駆動輪１６がスリップ状態であることを精度良く判断することができる。これにより、スリップ状態時のトルク制限動作を迅速に行うことができるため、すぐに駆動輪１６を路面にグリップさせることができる。従って、スリップ状態による駆動輪１６の回転数Ｎの急激な増加を抑えることができるため、電動機１４の回転数が制御可能な範囲から外れたり、駆動輪１６と連動する部品へ過負荷がかかったりすることを抑制することができる。

また、本実施形態の制御装置１５では、閾値Ｃｔｈ２をカウンタ値Ｃの最大値をよりも大きくし、積算値ΣＣを少なくとも２回求めないと駆動輪１６がスリップ状態であるか否かを判断することができないようにしている。そのため、本実施形態の制御装置１５では、駆動輪１６の回転数が閾値以上になったとき駆動輪１６がスリップ状態であることを判断する場合に比べて、スリップ状態であると判断する頻度を低減することができ、スリップ状態であることが頻繁に判断される際のトルク制限によるスムーズな走行の妨げを抑えることができる。

また、本実施形態の制御装置１５では、角加速度−カウンタ値対応テーブルに格納される各角加速度αのうち所定の角加速度α（例えば、９９［ｒｐｍ］）以下に対応するカウンタ値Ｃを負の値とし、積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２以上になった後、閾値Ｃｔｈ３以下になると、スリップ状態でないと判断してトルク制限を解除している。これにより、トルクを制限している間、スリップ状態が解消されて制御タイミング毎に取得されるカウンタ値Ｃが常に所定の角加速度α以下に対応するカウンタ値Ｃになる場合、少なくとも積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２から閾値Ｃｔｈ３に減少するまでにかかる時間を、カウンタ値Ｃを調整する事で任意に設定することができる。そして、例えば、スリップ状態であると判断されてトルクが制限されてからスリップ状態でないと判断されてトルク制限が解除されるまでの時間を、車両１１の走行時におけるインバータ回路１３の動作制御に影響が及ばない程度に十分に長い時間に設定することにより、路面状態が変化しないままトルク制限が解除されて再びスリップ状態になってしまうことを抑制することができ、同じ路面状態で連続してスリップ状態になってしまうことを抑えることができる。

また、本実施形態の制御装置１５では、電動機１４のトルクＴを制限する際、そのトルクＴを記憶部１９に記憶しておいたトルクＴを利用して制限している。そして、例えば、記憶部１９に記憶しておいたトルクＴを、少なくとも積算値ΣＣが増加し始めたときのトルクＴよりも小さいトルクとすることにより、電動機１４のトルクＴが十分に制限されるため、すぐにスリップ状態が解消され駆動輪１６を路面にグリップさせることができる。

なお、上記実施形態では、図２に示すフローチャートのように、積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２以上になった後、閾値Ｃｔｈ３以下になると、トルク制限を解除する構成であるが、積算値ΣＣが閾値Ｃｔｈ２以上になった後、一定期間経過後に、トルク制限を解除してもよい。このように構成する場合、記憶部１９に予め記憶されている角加速度−カウンタ値対応テーブルのカウンタ値の最小値を負の値にする必要がなく、図２に示すＳ２９、Ｓ３０、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４を省略することができる。そのため、例えば、図５に示すフローチャートのＳ５１〜Ｓ６３のように、図２に示すフローチャートに比べて、制御部１８の動作を簡略化することができる。なお、図５に示すＳ５１〜Ｓ５８は、図２に示すＳ２１〜Ｓ２８と同様とする。

なお、上記実施形態では回転数検出部１７は電動機１４に配置され、電動機１４の回転数を取得するようにしたが、例えば駆動輪１６に配置し、駆動輪１６の回転数を取得しても良い。しかし電動機１４に配置したほうが、通常運転の電動機１４の制御にもちいることができ好ましい。電動機１４に配置する場合、駆動輪の回転数や角加速度等を得るのに減速比が必要になる。減速比が固定の場合はその値を記憶部１９等に保存しておけばよいし、可変の場合は別途減速比情報を取得する手段（たとえば変速シフト位置情報等）から、またはその情報と減速比の関係から減速比を取得すればよい。

なお、上記実施形態ではカウンタ値Ｃが負の値になるのを１段階にしたが複数段にしても良い。この場合、角加速度αに応じてトルク制限解除までの時間を変化させる事が出来る。

１１ 車両
１２ バッテリ
１３ インバータ回路
１４ 電動機
１５ 制御装置
１６ 駆動輪
１７ 回転数検出部
１８ 制御部
１９ 記憶部
２０ 角加速度取得部
２１ スリップ判断部
２２ トルク制限部
２３ トルク取得部

Claims (8)

1. 車両に搭載される電動機のトルクにより駆動する駆動輪の角加速度を取得する角加速度取得手段と、
   前記角加速度取得手段により取得される角加速度に対応するカウンタ値の積算値が第１の閾値以上になると、前記駆動輪がスリップ状態であると判断するスリップ判断手段と、
   前記スリップ判断手段により前記駆動輪がスリップ状態であると判断されると、前記電動機のトルクを制限させるトルク制限手段と、
   を備えることを特徴とする電気車両のスリップ抑制駆動制御装置。
2. 請求項１に記載のスリップ抑制駆動制御装置であって、
   前記第１の閾値は、前記カウンタ値の最大値よりも大きい
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制駆動制御装置。
3. 請求項１に記載のスリップ抑制駆動制御装置であって、
   前記角加速度取得手段により取得される角加速度に対応する前記カウンタ値のうち所定の角加速度以下に対応する前記カウンタ値は、負の値であり、
   前記スリップ判断手段は、前記積算値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になると、前記駆動輪がスリップ状態でないと判断し、
   前記トルク制限手段は、前記スリップ判断手段により前記駆動輪がスリップ状態であると判断された後、前記駆動輪がスリップ状態でないと判断されると、前記電動機のトルク制限を解除させる
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制駆動制御装置。
4. 請求項１に記載のスリップ抑制駆動制御装置であって、
   前記積算値が前記第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第２の閾値よりも大きい第３の閾値以上になるときの前記トルクを取得するトルク取得手段をさらに備え、
   前記トルク制限手段は、前記スリップ判断手段により前記駆動輪がスリップ状態であると判断されると、前記電動機のトルクを前記トルク取得手段により取得されたトルクに基づいた値に制限させる
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制駆動制御装置。
5. 車両に搭載される電動機のトルクにより駆動する駆動輪の角加速度を取得し、
   前記角加速度に対応するカウンタ値の積算値が第１の閾値以上になると、前記駆動輪がスリップ状態であると判断し、
   前記駆動輪がスリップ状態であると判断すると、前記電動機のトルクを制限させる
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制方法。
6. 請求項５に記載のスリップ抑制方法であって、
   前記第１の閾値は、前記カウンタ値の最大値よりも大きい
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制方法。
7. 請求項５に記載のスリップ抑制方法であって、
   前記角加速度取得手段により取得される角加速度に対応する前記カウンタ値のうち所定の角加速度以下に対応する前記カウンタ値は、負の値であり、
   前記積算値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値以下になると、前記駆動輪がスリップ状態でないと判断し、
   前記駆動輪がスリップ状態であると判断した後、前記駆動輪がスリップ状態でないと判断すると、前記電動機のトルク制限を解除させる
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制方法。
8. 請求項５に記載のスリップ抑制方法であって、
   前記積算値が前記第１の閾値よりも小さく、かつ、前記第２の閾値よりも大きい第３の閾値以上になるときの前記トルクを取得し、
   前記駆動輪がスリップ状態であると判断すると、前記電動機のトルクを前記取得したトルクに基づいた値に制限させる
   ことを特徴とする電気車両のスリップ抑制方法。
   

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