JP2015233358A - 左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 左右輪で路面摩擦係数が異なる場合でも、トラクション制御により車輪のスリップを防止しながら、不要なヨーイング運動を抑制することができる左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置を提供する。【解決手段】 トルク分配手段１１と左右輪３の各トルク制御手段１７との間に介在し加減速時に駆動輪３のスリップを抑えるトラクション制御手段１８を設ける。左右各輪３にそれぞれ作用する前後力を推定する前後力推定手段２３と、前後力一致制御手段１９とを設ける。前後力一致制御手段１９は、前後力推定手段２３で推定した左右輪３の前後力の絶対値を比較し、絶対値の小さい方の前後力と一致する前後力となる駆動トルクの指令を、絶対値の大きい方の駆動輪３のトルク制御手段１７に対して与える。【選択図】 図３

Description

この発明は、インホイールモータ車等の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置に関する。
左右独立駆動車のトラクション制御手法として、次に挙げる手段が提案されている。従来技術１（特許文献１）では、左右輪を一対として、片方のモータ回転速度に基づいて、制御対象とするもう片方のモータ回転速度の基準速度を決める。ここで決めた基準速度に一定の許容速度範囲を加算して、それを制御対象のモータ回転速度の制限速度範囲として設定する。設定した制限速度範囲に基づいてトルク指令値に制限を設けることにより、スリップしやすい路面でもグリップを保ち安定した走行ができる。
従来技術２（非特許文献２）では、左右独立駆動車で車輪の目標スリップ率を設定し、目標スリップ率と実際のスリップ率との差に応じて駆動トルクを制御することで、目標スリップ率に追従するよう車輪のスリップを抑制する。
特開２００８−１０９７８７号公報
藤田武志ら著：電動車両のトラクション制御、自動車技術会 秋季学術講演会前刷集、No.107-08 （2008）、11-16
従来技術１の制御では、路面摩擦係数、車輪に働く前後力、あるいは車輪のスリップ率など路面状況や車輪の滑りに関する情報を用いていないため、車輪のスリップを十分に抑制できない場面もあると予想される。
従来技術２の制御では、左右輪の目標スリップ率を同じにしているため、図７に示すように左右輪で路面特性が異なると発生する前後力に左右差が生じる。その結果、意図しないヨーイング運動が生じる可能性がある。
この発明の目的は、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合でも、トラクション制御により車輪のスリップを防止しながら、不要なヨーイング運動を抑制することができる左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置を提供することである。
この発明の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置は、左右の駆動輪３が各々の駆動源４で独立して駆動される左右独立駆動車において、前記左右各輪３の駆動源４を制御する左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置であって、
トルク分配手段１１から前記左右各輪３に対してそれぞれ与えられた指令トルクＴ＊に従い、前記各輪３の駆動源４を制御するトルク制御手段１７と、
前記トルク分配手段と前記各輪３のトルク制御手段１７との間にそれぞれ介在し加減速時に駆動輪３のスリップを抑えるトラクション制御を行って制御結果となる駆動トルクＴ（Ｔｌ，Ｔｒ）の指令を前記各トルク制御手段１７に与える左右輪３のトラクション制御手段１８（１８Ｌ，１８Ｒ）と、
前記左右各輪３にそれぞれ作用する前後力Ｆｌ，Ｆｒを推定する左右輪３の前後力推定手段２３と、
これら左右輪３の前後力推定手段２３の推定した前後力Ｆｌ，Ｆｒの絶対値を比較し、絶対値の小さい方の前後力と一致する前後力となる駆動トルクＴの指令を、絶対値の大きい方の駆動輪３の前記トルク制御手段１７に対して、前記トラクション制御手段１８から出力する駆動トルクに代えて与える前後力一致制御手段１９とを備える、
ことを特徴とする。
この構成によると、まず、左右独立駆動車のトラクション制御中に、左右輪３のそれぞれに作用する前後力Ｆｌ，Ｆｒを推定する。推定した前後力Ｆｌ，Ｆｒに基づいて、絶対値が大きい方の前後力を絶対値が小さい方の前後力と一致させるよう、駆動トルクを制御する。これにより、左右輪３の前後力差を無くして不要なヨーモーメントの発生を防ぐことができる。
したがって、左右輪３で路面摩擦係数が異なる場合でも、トラクション制御により車輪のスリップを防止しながら、不要なヨーイング運動を抑制することができる。
この発明において、前記駆動源４が電動のモータであっても良い。駆動源４が電動のモータであると、応答性が良いため、トラクション制御、および前後力一致制御がより良好に行える。
前記トラクション制御手段１８は、任意の制御方法でトラクション制御を行うものであっても良いが、例えば、前記トラクション制御手段１８は、駆動輪３の回転角速度からスリップなしを仮定したときのトルクを計算し、この計算したトルクと駆動トルクとの差を制御器２１を介してフィードバックすることにより、指令トルクＴ＊を低下させて前記トルク制御手段１７に実際に与える駆動トルクTとする。これにより、良好にトラクション制御が行える。
この他に、前記トラクション制御手段１８は、前記駆動輪３の目標スリップ率λ＊を設定し、この設定した目標スリップ率λ＊と実際のスリップ率の差から制御器２１を介して、前記トルク制御手段１７に実際に与える駆動トルクとする構成であっても良い。この構成であっても、良好にトラクション制御が行える。
この発明の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置において、前記駆動源４がインホイールモータ駆動装置７を構成する電動のモータであっても良い。この構成の場合も、駆動源４が電動のモータであって応答性が良いため、トラクション制御、および前後力一致制御がより良好に行える。
この発明の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置は、左右の駆動輪が各々の駆動源で独立して駆動される左右独立駆動車において、前記左右各輪の駆動源を制御する左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置であって、トルク分配手段から前記左右各輪に対してそれぞれ与えられた指令トルクに従い、前記各輪の駆動源を制御するトルク制御手段と、前記トルク分配手段と前記各輪のトルク制御手段との間にそれぞれ介在し加減速時に駆動輪のスリップを抑えるトラクション制御を行って制御結果となる駆動トルクの指令を前記各トルク制御手段に与える左右輪のトラクション制御手段と、前記左右各輪にそれぞれ作用する前後力を推定する左右輪の前後力推定手段と、これら左右輪の前後力推定手段の推定した前後力の絶対値を比較し、絶対値の小さい方の前後力と一致する前後力となる駆動トルクの指令を、絶対値の大きい方の駆動輪の前記トルク制御手段に対して、前記トラクション制御手段から出力する駆動トルクに代えて与える前後力一致制御手段とを備えるため、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合でも、トラクション制御により車輪のスリップを防止しながら、不要なヨーイング運動を抑制することができる。
この発明の第１の実施形態に係るトラクション制御機能付き駆動制御装置を適用する左右独立駆動車の概念構成を示す説明図である。 同左右独立駆動車のＥＣＵおよび一つのインバータ装置の概念構成を示すブロック図である。 同トラクション制御機能付き駆動制御装置の概念構成を示すブロック図である。 駆動制御装置の所定条件時の状態を示す説明図である。 他の実施形態に係る左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同駆動制御装置の所定条件時の状態を示す説明図である。 一般的なスリップ率と前後力との関係を示すグラフである。 トラクション制御装置の一例の概念構成を示すブロック図である。 従来のトラクション制御におけるヨーモーメント発生の課題を示す説明図である。 トラクション制御のみを行った場合のヨー角速度の変化を示すグラフである。 トラクション制御に左右輪の前後力一致制御を加えた場合のヨー角速度の変化を示すグラフである。 トラクション制御装置の他の例を示すブロック図である。
この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。図１は、この実施形態のトラクション制御機能付き駆動制御装置を適用する左右独立駆動車である電気自動車の概念構成を示す。車両１は、前輪となる従動輪２，２、および後輪となる駆動輪３，３を備えた４輪の自動車であり、後輪となる左右の駆動輪３，３は、それぞれ駆動源であるモータ４、４により独立して駆動される。この例では、モータ４は、車輪用軸受５および減速機６と共に、インホイールモータ駆動装置７を構成する。減速機６は、モータ４の回転出力を減速して車輪用軸受５の回転輪（図示せず）に伝達する。前輪となる従動輪２，２は転舵輪であり、ステアリングホイール等の操舵操作手段８により転舵機構（図示せず）を介して操舵される。
車両１の制御系は、ＥＣＵ９と、各モータ４，４を駆動する２つのインバータ装置１０（１０Ｌ，１０Ｒ）とで構成され、これらＥＣＵ９とインバータ装置１０とは、ＣＡＮ通信等によって相互に信号伝達可能に接続されている。なお、図面および明細書において、右側の駆動輪３に対する部分には添字Rまたはrを付し、左側の駆動輪３に対するものには添字Lまたはlを付す場合があるが、特に左右の区別の必要がない場合はこれらの添字を省略することがある。
ＥＣＵ９は、車両１の全体の協調制御、統括制御を行う電子制御ユニットであり、トルク分配手段１１が設けられている。トルク分配手段１１は、アクセルペダル等の加速操作手段１２、およびブレーキペダル等の減速操作手段１３の操作量を検出する検出器１２ａ，１３ａから加速および減速の信号を受け、各インバータ装置１０に出力する指令トルクＴ＊を生成する。トルク分配手段１１は、操舵操作手段８の操舵量検出器８ａから得た操舵量に応じて左右のインバータ装置１０Ｌ，１０Ｒに対して与える指令トルクＴ＊を変更する機能を有していても良いが、以下の説明では、両インバータ装置１０Ｌ，１０Ｒに対して同じ指令トルクＴ＊を与える直進時の場合につき説明する。
インバータ装置１０は、図２に示すように、バッテリ１６の直流電力を交流電力に変換してモータ４に印加するインバータ１４と、モータコントロール部１５とで構成される。モータコントロール部１５は、マイクロコンピュータ等の電子部品で構成される。モータコントロール部１５は、主に、前記指令トルクＴ＊を受けてインバータ１４へ駆動トルクの指令を与えるトルク制御手段１７により構成される。トルク制御手段１７は、ベクトル制御等の位相制御によりモータ４を効率良く制御する手段である。このような構成のインバータ装置１０におけるモータコントロール部１５に、トラクション制御手段１８と前後力一致制御手段１９とが設けられている。トラクション制御手段１８は各インバータ装置１０Ｌ，１０Ｒに設けられている。前後力一致制御手段１９は、両インバータ装置１０Ｌ，１０Ｒに渡って一部ずつ設けられ、または各インバータ装置１０Ｌ，１０Ｒにそれぞれ設けられている。トラクション制御手段１８および前後力一致制御手段１９は、ソフトウェア等で構成される。なお、トラクション制御手段１８および前後力一致制御手段１９は、ＥＣＵ９に設けても良い。
図３に、トラクション制御手段１８（１８Ｌ，１８Ｒ）および前後力一致制御手段１９の具体例を示す。図４は、図３の要部を抽出し、かつ左側輪の前後力Ｆｌの方が右側輪の前後力Ｆｒよりも小さい場合につき、機能していないブロックを省略して示した図である。図３において、トラクション制御手段１８は、加減速時に駆動輪３のスリップを抑えるトラクション制御を行って制御結果となる駆動トルクの指令を前記トルク制御手段１７に与える手段である。この例では、トラクション制御手段１８は、駆動輪３の回転角速度からスリップなしを仮定したときのトルクを粘着モデル２０で計算し、この計算したトルクと駆動トルクとの差を制御器２１を介してフィードバックすることにより、指令トルクＴ＊を低下させて前記トルク制御手段１７に実際に与える駆動トルクＴとする。駆動輪３の回転角速度は、例えば車輪用軸受５（図１）に設けた回転角検出器（図示せず）、またはモータ４に設けた回転角検出器（図示せず）の検出値から計算して求められる。
トラクション制御手段１８は、より具体的には、図８に示す制御手段を応用する。同図のトラクション制御手段１８は、入力を指令トルクＴ＊、出力を駆動輪３の回転角速度とした制御であるが、図３の実施形態では出力を駆動トルクとしている。図３でＰ（ｓ）は実際の車両特性を表す車両特性モデル２２である。Ｐ−１（ｓ）は次式（１）で示す粘着モデルと呼ばれるブロックであり、粘着モデル２０は、駆動輪３の回転角速度ωからスリップなしを仮定した時のトルクを計算するモデルである。
Figure 2015233358
ここで、Ｉは車輪回転部の慣性モーメント、ｍは車両質量、ｎは駆動輪の数、Ｒは車輪半径を表す。粘着モデル２０より計算されるトルクと駆動トルクＴとの差を求め、制御器２１を介してフィードバックすることにより、スリップを抑制するように指令トルクＴ＊を低下させて実際に与える駆動トルクＴとする。
上記のトラクション制御は、左右の駆動輪（以下「単に左右輪」と称する場合がある）３の路面摩擦係数が同じ場合には、左右輪３に生じる前後力が同じになり、駆動輪３のスリップを抑えながら安定して加速できる。しかしながら、左右輪３の路面摩擦係数が異なる場合にはスリップ抑制の効果はあるが、図９に示す通り、左右輪３の前後力に差が生じて車両にヨーモーメントが発生し、安定した走行を妨げる可能性がある。
そこで、図３に示すようにトラクション制御に、左右輪３の前後力を一致させる制御を前後力一致制御手段１９で追加するようにした。また、その制御に用いるために、左右の各輪３にそれぞれ作用する前後力を推定する前後力推定手段２３を設けている。各前後力推定手段２３は、トラクション制御中の左右輪３の前後力を車輪の運動方程式を基に次式（２），（３）で推定する。
Figure 2015233358
式（２）、（３）において、下付き添え字の‘ｌ’は左輪を、‘ｒ’は右輪を表す。モータ駆動車両であれば、駆動トルクを把握するのは容易であるので、上式で前後力を推定できる。駆動トルクは、例えば、モータ４に流れる電流値を検出する電流センサ（図示せず）の検出値から計算される。電流値と駆動トルクとは一定の関係にある。なお、前後力推定手段２３は、上記運動方程式による計算による他に、例えば、駆動輪３を支持する車輪用軸受５（図１）等の車輪支持手段に作用する所定方向の荷重を歪み検出センサ（図示せず）の検出値から求めて前後力を検出する構成であっても良い。
前後力一致制御手段１９は、上記のように左右輪３の前後力推定手段２３の推定した前後力Ｆｌ，Ｆｒを比較して、絶対値が大きい方を小さい方に一致させるように、前後力の絶対値が大きい方に与える駆動トルクを操作する。すなわち、トラクション制御とは別に、前後力の絶対値が大きい方の駆動トルクを次式（４），（５）で与える。
Figure 2015233358
図４は、前述のように、左側輪の前後力Ｆｌの方が右側輪の前後力Ｆｒよりも小さい場合を示す。この場合、左側輪に対してはトラクション制御手段１８Ｌから出力された駆動トルクＴｌをモータ駆動に用いているが、右側輪に対しては、前後力一致制御手段１９で演算した左側輪の前後力Ｆｌに車輪半径Ｒを乗算して求めた駆動トルクをモータ駆動に用いている。
図３において、前後力一致制御手段１９は、前記絶対値の比較を行う比較部１９ａと、前記絶対値の小さい方の前後力に対して車輪半径Ｒを乗算して駆動トルクＴを計算するトルク計算部１９ｂと、前記比較部１９ａによる比較の結果に応じて、トルク制御手段１７に対して前記トラクション制御手段１８から出力する駆動トルクＴを与えるか、または前記トルク計算部１９ｂで計算したトルクＴを与えるかを切替える切替え部１９ｃとで構成される。
トラクション制御に加え、式（４）、（５）の操作を行うことにより、車輪のスリップを防止するだけでなく、左右輪３の前後力差を無くして不要なヨーモーメントの発生を防ぐことができる。
図８に示すトラクション制御だけを適用して、直進加速の走行試験を実施した時の車両のヨー角速度を図１０に示す。また、図３に示すように、トラクション制御に式（４）、（５）の操作による前後力一致制御を追加して同試験を実施した時の車両のヨー角速度を図１１に示す。路面の最大摩擦係数は左輪が０．２、右輪が０．０５と左右で異なる。図８に示すように、トラクション制御だけでは加速時にヨー角速度が生じ、直進したいというドライバーの意思に反して旋回運動してしまう。これに対し、トラクション制御に式（４）、（５）の操作を追加することで、左右輪３の前後力は一致するため、図１１に示すようにほとんどヨー角速度が生じることなく、直進加速できる。
なお、図１０，図１１において、トラクション制御の開始は図中に縦方向の破線で示した時からである。また、図１０の右端でヨー角速度が急激に復元しているのは、加速を止めてトラクション制御の適用を解除したことによる。
なお、トラクション制御手段１８は、図３，図４に示す構成に限らず、図５，図６に示す構成であっても良い。同図の例は、特に説明した事項の他は、図１〜図４と共に説明した第１の実施形態と同じである。図６は、図５の要部を抽出し、かつ左側輪の前後力Ｆｌの方が右側輪の前後力Ｆｒよりも小さい場合につき、機能していないブロックを省略して示した図である。図５，図６の例では、トラクション制御手段１８は、駆動輪の目標スリップ率λ＊を設定し、この設定したスリップ率λ＊と実際のスリップ率の差から制御器２１を介して、前記トルク制御手段１７に実際に与える駆動トルクとする。この制御でスリップ率λは次式（６）で定義される。
Figure 2015233358
式（６）でＲωは車輪速度を、Ｖは車両速度をそれぞれ表す。この実施形態における図５に示すブロック線図は、図１２に示すトラクション制御に式（４）、（５）の操作を行う前後力一致制御手段１９を追加した構成である。ただし、トラクション制御手段１８は出力を駆動トルクとしている。
より詳しくは、同図の例では、「スリップ率λ＊」は、トラクション制御手段１８への入力値として設定されている。また、トラクション制御手段１８とは別にスリップ率監視手段２５を用意する。スリップ率監視手段２５では常に実際のスリップ率λを計算し、計算結果に基づき、次のようにトルク計算方法を変える。
（１）λ＞λ＊のとき、トルク分配手段１１の出力（トルク）とは無関係に図５、６の通りトラクション制御手段１８を用いてトルクを算出する。
（２）λ≦λ＊のとき、図５、６のトラクション制御手段１８を用いず、トルク分配手段１１の出力（トルク）をそのまま切替え部１９ｃに入力する。
「スリップ率λ＊」は目標値であり、図７に示したカーブで、どのような路面に対しても前後力が最大値付近になるよう値を設定（λ＊＝０．１〜０．２程度）して制御に用いる。すなわち、図７を参考に、前述の（１）、（２）に記したトルク計算方法の変更には次の効果がある。
（１）前後力が低下、あるいはほとんど変わらない領域（λ＞λ＊）では、トラクション制御によりスリップを抑制して、その路面で取りうる最大値付近の前後力を与える。
（２）前後力が増加する領域（λ≦λ＊）では、トラクション制御は行わないので、ドライバーはペダル操作に応じた通常の走行ができる。
この構成の場合も、トラクション制御に加え、式（４）、（５）の操作を行うことにより、駆動輪３のスリップを防止するだけでなく、左右輪３の前後力差を無くして不要なヨーモーメントの発生を防ぐことができる。
なお、この発明は、車両加速時だけでなく、モータ４で減速する場合にも適用可能である。ただし、減速時に図１２に示すスリップ率を用いたトラクション制御を行う場合は、スリップ率の定義は前記の式（６）ではなく、次式（７）とする。
Figure 2015233358
なお、上記の説明は、直進の場合につき説明したが、前後力一致制御手段１９は、例えば操舵操作手段８の操舵量検出器８ａから操舵量を得て、操舵量が直進とみなせる許容範囲内の場合のみに実行させる手段（図示せず）を有するようにしても良い。また、前記実施形態は、左右独立駆動車がインホイールモータ車である場合につき説明したが、この発明は、車台（図示せず）上に左右の駆動輪をそれぞれ駆動するモータを搭載した左右独立駆動車である電気自動車にも効果的に適用することができる。また、走行駆動源がモータにある場合に限らず、内燃機関からなる左右独立駆動車にもこの発明を適用することができる。さらに、この発明は４輪駆動車にも適用することができ、その場合、前輪の２輪同士、および後輪の２輪同士で、前後力一致制御手段１９による制御を適用する。
３…駆動輪
４…モータ（駆動源）
５…車輪用軸受
６…減速機
７…インホイールモータ駆動装置
９…ＥＣＵ
１０，１０Ｌ，１０Ｒ…インバータ装置
１１…トルク分配手段
１７…トルク制御手段
１８…トラクション制御手段
１９…前後力一致制御手段
２０…粘着モデル
２１…制御器
２２…車両特性モデル
２３…前後力推定手段

Claims (5)

  1. 左右の駆動輪が各々の駆動源で独立して駆動される左右独立駆動車において、前記左右各輪の駆動源を制御する左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置であって、
    トルク分配手段から前記左右各輪に対してそれぞれ与えられた指令トルクに従い、前記各輪の駆動源を制御するトルク制御手段と、
    前記トルク分配手段と前記各輪のトルク制御手段との間にそれぞれ介在し加減速時に駆動輪のスリップを抑えるトラクション制御を行って制御結果となる駆動トルクの指令を前記トルク制御手段に与える左右輪のトラクション制御手段と、
    前記左右各輪にそれぞれ作用する前後力を推定する左右輪の前後力推定手段と、
    これら左右輪の前後力推定手段の推定した前後力の絶対値を比較し、絶対値の小さい方の前後力と一致する前後力となる駆動トルクの指令を、絶対値の大きい方の駆動輪の前記トルク制御手段に対して、前記トラクション制御手段から出力する駆動トルクに代えて与える前後力一致制御手段とを備える、
    ことを特徴とする左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置。
  2. 請求項１に記載の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置において、前記駆動源が電動のモータである左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置において、前記トラクション制御手段は、駆動輪の回転角速度からスリップなしを仮定したときのトルクを計算し、この計算したトルクと駆動トルクとの差を制御器を介してフィードバックすることにより、指令トルクを低下させて前記トルク制御手段に実際に与える駆動トルクとする左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置。
  4. 請求項１または請求項２に記載の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置において、前記トラクション制御手段は、前記駆動輪の目標スリップ率を設定し、この設定した目標スリップ率と実際のスリップ率の差から制御器を介して、前記トルク制御手段に実際に与える駆動トルクとする左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置において、前記駆動源がインホイールモータ駆動装置を構成する電動のモータである左右独立駆動車のトラクション制御機能付き駆動制御装置。
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