JP2017017829A - 電気自動車の左右輪独立制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 駐車動作時の小回り性能が優れていて、小さな駐車スペースでも縦列駐車等の駐車が可能であり、かつ車輪毎の独立転舵機構を持たない一般的な転舵形式の電気自動車に適用できる左右輪独立制御装置を提供する。
【解決手段】 加速・減速指令に従って前記各モータ６を独立して制御可能なモータコントロール部２９を備える。駐車モードスイッチ４３を設け、そのオンオフ信号、操舵角度信号、および前記加速・減速指令に応じて車両の少なくとも旋回内側となる駆動輪２の回転位置を位置制御する位置制御手段４４を設ける。この位置制御手段４４は、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂと、トルク制御用のトルク指令マップ３５ａから前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換えるトルク指令マップ自動切換部４６とを有する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、左右独立制御である後輪駆動のインホイールモータ形式、またはオンボード２モータ形式等の電気自動車において、縦列駐車時等に左右輪を独立制御して位置制御を採用することで縦列駐車等の運転の容易化を図る技術に関する。

従来の一般的な駆動方式の自動車は、狭いスペースに縦列駐車することが難しい。後進で縦列駐車を行うと、自動車の１．５倍のスペースがあれば駐車することができるが、必要操作量が多い。

駐車の容易化を図る技術として、例えば特許文献１が提案されている。同文献には、インホイールモータ駆動装置および独立操舵装置を備えた電気自動車において、車輪の定位置旋回に必要な最小限の円形のスペースから車体やその一部が突き出すことのない構造とすることにより、最小限の駐車スペースで定位置旋回ができるようにしたことが開示されている。

この他に、特許文献２には、左右の後輪を独立に制御し、これらの速度差によって車両の走行方向を変更（旋回）させるようにしている。すなわち、通常は操舵輪を設けてこの操舵輪を乗員がステアリング等の操作で常時行うようにしているが、同文献の技術では、予め操作ステックの左右の傾倒によって旋回方向を支持するのみで、自動的に最低な曲率で旋回を行うようにしたため、乗員の操舵操作の煩雑さを解消することができる。また、上記の左右独立の制御をＰＬＬ制御により実行するため、制度良く、かつ嘔吐し性良く旋回することができる。

特開２０１２−１７９０９３号公報 国際公開ＷＯ２００２／０８５６６３号パンフレット

特許文献１の定位置旋回は、独立転舵装置を備えた電気自動車に限られ、一般的な転舵形式の電気自動車には適用することができない。
特許文献２の左右輪に速度差を与える制御は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop ）制御による回転数制御に限られる。一般に、ＰＬＬ制御は、エンコーダを利用してＤＣモータの回転制御で使用することが多い。電動自動車でよく採用している三相同期ＡＣモータを回転制御する場合は、さらにモータ位置検出センサが必要であり。コストが高くなる。また、ＰＬＬ制御は、モータを回転しないと制御できず、例えば１輪をロックさせて行う駐車動作では適用できない。また、モータ低周波数の場合は精度が低く、モータ回転ロックの実現には無理がある。しかも、ロータリーエンコーダは耐振動に弱く、電動自動車に搭載することは厳しい。

この発明の目的は、駐車動作時の小回り性能が優れていて、小さな駐車スペースでも縦列駐車等の駐車が可能であり、かつ左右独立制御の電気自動車であればよく、車輪毎の独立転舵機構を持たない一般的な転舵形式の電気自動車に適用できる電気自動車の左右輪独立制御装置を提供することである。

この発明の電気自動車の左右輪独立制御装置は、後輪となる左右の駆動輪２に対して走行用の電動のモータ６が個別に設けられた電気自動車を制御する電気自動車の左右輪独立制御装置であって、アクセル操作部１６およびブレーキ操作部１７の操作量に応じて生成される加速・減速指令に従って前記各モータ６を独立して制御可能なモータコントロール部２９を備え、
駐車モードスイッチ４３を設けると共に、この駐車モードスイッチ４３のオンオフ信号、操舵装置から出力される操舵角度信号、および前記加速・減速指令に応じて前記車両の少なくとも旋回内側となる駆動輪２の回転位置を位置制御する位置制御手段４４を設けたことを特徴とする。

この構成によると、縦列駐車等の駐車を行うときに、後輪となる左右の駆動輪２を独立制御するため、操舵最大転向角度が増加し、小回り性能が増える。また、少なくとも旋回内側となる駆動輪２を位置制御とするため、モータ回転のロックによる駆動輪２のロックや、高精度で低速回転させることが実現できる。
これにより、従来の一般的な縦列駐車方法に比べて、乗員の操舵操作が簡易化され、駐車を行うときの必要時間が短縮できる。転舵装置も一般的な構成で済む。また、駐車モードスイッチ４３を設け、この駐車モードスイッチ４３のオン時のみ前記位置制御を行うため、不測に位置制御とならず、乗員の想定外の旋回動作となることが回避される。
このように、駐車動作時の小回り性能が優れていて、小さな駐車スペースでも縦列駐車等の駐車が可能であり、かつ左右独立制御の電気自動車であれば、車輪毎の独立転舵機構を持たない一般的な転舵形式の電気自動車に適用することができる。

この発明の左右輪独立制御装置において、前記加速・減速指令を生成して出力する加減速指令手段２１Ａが設けられたＥＣＵ２１と、交流電力を直流電力に変換するインバータ３１を含むパワー回路部２８、および前記モータコントロール部２９を有するインバータ装置２２とを備え、前記モータコントロール部２９は、トルク制御用のトルク指令マップ３５ａ、およびこのトルク指令マップ３５ａを用い前記加速・減速指令に応じて前記モータ６をトルク制御するモータ力行・回生制御部３３を有し、前記位置制御手段４４は、前記モータコントロール部２９に設けられた位置制御用のトルク指令マップ３５ｂと、前記駐車モードスイッチ４３のオンオフ信号および前記操舵角度信号に応じて前記モータ力行・回生制御部３３で用いる前記トルク指令マップを、前記トルク制御用のトルク指令マップ３５ａから前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換えるトルク指令マップ自動切換部４６とを有するようにしても良い。

電気自動車では、一般的にトルク制御が用いられるが、そのトルク制御にはトルク指令マップが一般的に用いられる。このトルク指令マップとして、トルク制御用のトルク指令マップ３５ａの他に、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂを準備し、駐車時には駐車モードスイッチ４３のオンを一つの条件として位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え、駐車モードスイッチ４３のオフを一つの条件として位置制御用のトルク指令マップ３５ｂをトルク制御用のトルク指令マップ３５ａに切り換えるようにしたため、モータコントロール部２９の基本的な構成を変えることなく、使用するトルク指令マップ３５ａ，３５ｂを切り換えるだけで、簡単な構成で位置制御が実現できる。また、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂを使用することで、精度良く位置制御が行える。

この発明において、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え可能とした場合に、前記位置制御のトルク指令マップ３５ｂは、前記モータ６の回転角度の角度差一定の間隔毎に電流進角が定められて不揮発性の記憶手段３５に記憶され、前記トルク指令マップ自動切換部４６は、前記操舵角度信号により車両旋回の内側の駆動輪２となる内輪を判定し、内輪である場合に前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換えるようにしても良い。
このように、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂを、モータ６の回転角度の角度差一定の間隔毎に電流進角を定めた構成とすることで、より一層精度良く位置制御が行える。

この発明において、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え可能とした場合に、前記トルク指令マップ自動切換部４６は、前記操舵角度信号から、車両旋回の内側の駆動輪２となる内輪であるか否かを判定し、内輪である場合だけ、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え、外輪であるとの判定結果になった駆動輪２は前記トルク制御用のトルク指令マップ３５ａを用いて制御するようにしても良い。
操舵角度信号を用いることで、旋回における内輪となる駆動輪２であるか否かが容易に判定できる。
旋回の外側となる外輪は、トルク制御とすることで、アクセル操作部１６等の操作量に応じた速度制御が行い易い。

この発明において、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え可能とした場合に、前記トルク指令マップ自動切換部４６は、前記操舵角度信号から車両旋回の内側の駆動輪２となる内輪であるか否かを判定し、内輪であり、かつ操舵角度が閾値を超えた場合に、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え、前記モータ６を回転ロック状態に維持させるようにしても良い。
モータ６を回転ロック状態に維持させることで、その回転ロックされた駆動輪２を旋回中心として車両を回転させることができ、小回り性能がより一層向上する。モータ６を回転ロック状態に維持させる制御は、位置制御とすることで、容易に実現できる。

この発明において、前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換え可能とした場合に、前記トルク指令マップ自動切換部４６は、前記操舵角度信号から得られる前記操舵角度が前記閾値を超え無かった場合は、左右の両輪２，２共に前記位置制御用のトルク指令マップ３５ｂを用いる位置制御とし、前記加速・減速指令の絶対値に応じて、定められた制限速度以下のモータ速度で前記モータ６を駆動する構成としても良い。
操舵角が小さい場合は、トルク制御とする方が駐車の操作を行い易い。

この発明において、制御対象となる前記車両が、車輪用軸受４、前記モータ６、およびこのモータ６の駆動力を前記車輪用軸受４の回転側軌道輪に伝える減速機７により構成されるインホイールモータ駆動装置８を搭載した電気自動車であっても良い。
この発明の電気自動車の左右輪独立制御装置は、インホイールモータ駆動装置８を搭載した電気自動車である場合に、この発明の前記効果が効果的に発揮される。

この発明の電気自動車の左右輪独立制御装置は、後輪となる左右の駆動輪に対して走行用の電動のモータが個別に設けられた電気自動車を制御する電気自動車の左右輪独立制御装置であって、アクセル操作部およびブレーキ操作部の操作量に応じて生成される加速・減速指令に従って前記各モータを独立して制御可能なモータコントロール部を備え、駐車モードスイッチを設けると共に、この駐車モードスイッチのオンオフ信号、操舵装置から出力される操舵角度信号、および前記加速・減速指令に応じて前記車両の少なくとも旋回内側となる駆動輪の回転位置を位置制御する位置制御手段を設けたため、駐車動作時の小回り性能が優れていて、小さな駐車スペースでも縦列駐車等の駐車が可能であり、かつ左右独立制御の電気自動車あれば、車輪毎の独立転舵を行う機構を持たない一般的な電気自動車に適用できると言う効果が得られる。

この発明の一実施形態に係る電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電気自動車のインホイールモータ駆動装置の断面図である。 同電気自動車のＥＣＵおよびインバータ装置等の概念構成のブロック図である。 同制御装置のモータコントロール部の内部構成等を示すトルク制御時の形態のブロック図である。 同制御装置のモータコントロール部の内部構成等を示す位置制御時の形態のブロック図である。 同電気自動車をトルク制御するトルク指令マップを示す図である。 同電気自動車を位置制御するトルク指令マップを示す図である。 同電気自動車のＩＰＭモータの概念構成図である。 同電気自動車を縦列駐車モードで運転し、位置制御への自動切換をするフローチャートである。 同電気自動車を位置制御するときのモータ回転角度と駆動輪の速度との関係を示す説明図である。 同電気自動車を縦列駐車させるときの車両運転操作方法の例を示す説明図である。

この発明の一実施形態に係る電気自動車の左右輪独立制御装置を図１ないし図１１と共に説明する。図１は、この電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。この電気自動車は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に回転支持されている。

車輪用軸受４，５は、図１にてハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。駆動輪となる左右の車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成している。各車輪２，３には、電動式または液圧式のブレーキ９，１０が設けられている。

転舵機構１１は、前輪からなる操舵輪である車輪３，３を転舵する機構であり、ハンドル等の操舵装置１２により操舵される。転舵機構１１は、一般的なラックアンドピニオン構造を有しており、ラック両端にあるタイロッドを左右移動させることで、車輪用軸受４を保持した左右のナックルアームの角度を変える機構であり、操舵装置１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータを駆動させ、回転・直線運動変換機構を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサＳａで検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。

この電気自動車の左右輪独立制御装置は、自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の加速・減速指令に従って走行用のモータ６の制御を行うインバータ装置２２とを有する。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。これらＥＣＵ２１と、インバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２０と、操舵装置１２とが、車体１に搭載されている。これらＥＣＵ２１、インバータ装置２２、ブレーキコントローラ２０、操舵装置１２の四者間の信号転送はＣＡＮ( コトローラー・エリア・ネットワーク）通信で行われる。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると加減速指令手段２１Ａと一般制御手段２１Ｂとに分けられる。加減速指令手段２１Ａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令（駆動）と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令（回生）と、操舵角センサＳａの出力する旋回指令とから、左右輪２の走行用モータ６に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置２２へ出力する。加減速指令手段２１Ａは、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２の車輪用軸受４に設けられた回転センサ４ａ，５ａから得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。
アクセル操作部１６は、アクセルペダル１６ａとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ｂとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダル１７ａとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ｂとでなる。

ＥＣＵ２１の一般制御部２１Ｂは、前記ブレーキ操作部１７の出力する減速指令をブレーキコントローラ２０へ出力する機能、各種の補機システム４９を制御する機能、コンソールの操作パネルからの入力指令を処理する機能、表示手段に表示を行う機能などを有する。前記コンソールの操作パネルからの入力手段として、この実施形態では、縦列駐車を行うとき等に制御モードを切り換えるための駐車モードスイッチ４３が設けられている。前記補機システム４９は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、GPS 、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントール部２９とで構成される。モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ駆動装置８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵ２１に出力する機能を有する

ブレーキコントローラ２０は、ＥＣＵ２１から出力される減速指令に従って、各車輪２，３のブレーキ９、１０に制動指令を与える手段である。ＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２０は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ２０は、電子回路やマイクロコンピュータ等により構成される。

図２は、インホイールモータ駆動装置の断面図である。インホイールモータ駆動装置８は、モータ６、減速機７、車輪用軸受４、および図示外の給油機構を有し、これらの一部または全体が車輪内に配置される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して駆動輪２に伝達される。車輪用軸受４のハブ輪４ｂのフランジ部にはブレーキ９を構成するブレーキロータＢＲが固定され、同ブレーキロータＢＲは駆動輪２と一体に回転する。

モータ６は、例えば、ロータ６ａのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ６は、ハウジングＨＳに固定したステータ６ｂと、回転出力軸ＫＳに取り付けたロータ６ａとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
前記給油機構は、例えば、インホイールモータ駆動装置８内の潤滑油貯留部（図示せず）に貯留された油を、図示外のオイルポンプにより吸い上げて、モータ６および減速機７に循環させる。

図３は、この電気自動車のＥＣＵ２１およびインバータ装置２２の概念構成のブロック図である。
ＥＣＵ２１の前記加減速指令手段２１Ａは、トルク／回転数制御指令部２１Ａａと、力行・回生制御指令部２１Ａｂとを有する。この実施形態では、前記加減速指令手段２１Ａは、さらにトルク／位置制御指令部２１Ａｃが設けられている。

トルク／回転数制御指令部２１Ａａは、基本的には、トルク制御を行う手段であるが、永久磁石が減磁した場合の応急処置用の回転数制御を行うための回転数指令部（図示せず）を有する。トルク／回転数制御指令部２１Ａａは、アクセル操作部１６の出力する加速指令（駆動）と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令（回生）と、操舵手段１２の操舵角を検出する操舵角センサＳａの出力する旋回指令とから、左右輪の走行用のモータ６，６に与える加減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。

トルク／回転数制御指令部２１Ａａは、前記の他に、出力する加減速指令を、各車輪２，３（図１）の例えば車輪用軸受４，５（図１）に設けられた回転センサ（図示せず）から得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。
力行・回生制御指令部２１Ａｂは、力行・回生の切換えを行うための指令フラグを、後述するモータコントロール部２９のモータ力行・回生制御部３３に与える。

トルク／位置制御指令部２１Ａｃは、位置制御を行う場合に、トルク／回転数制御指令部２１Ａａに代えて用いられ、トルク／回転数制御指令部２１Ａａが出力する加速・減速指令と同じ大きさの加速・減速指令を、トルク／位置制御指令値として出力する。位置指令を行うか否かは、インバータ装置２２の後述のトルク指令マップ自動切換部４６が判断する。その判断結果となるフラグ等の情報がＥＣＵ２１に送信され、その判断結果に応じて前記トルク／位置制御指令部２１Ａｃが動作する。

インバータ装置２２は、前述のように、パワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とを有する。パワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の力行および回生に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とを有する。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ力行・回生制御部３３を有し、さらに位置制御手段４４が設けられている。モータ力行・回生制御部３３は、上位制御手段であるＥＣＵ２１におけるトルク／回転数制御指令部２１Ａａから与えられるトルク指令による加減速指令、および、力行・回生制御指令部２１Ａｂから与えられる力行・回生制御の指令フラグにより、予め設定したトルク制御用のトルク指令マップ３５ａを用いて、モータ６への指令電流を生成する。トルク指令マップ３５ａは、モータコントロール部２９に設けられた記憶手段３５に記憶されている。

前記位置制御手段４４は、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂと、モータ力行・回生制御部３３で用いるトルク指令マップを前記トルク制御用のトルク指令マップ３５ａから位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換えるトルク指令マップ自動切換部４６とで構成される。位置制御用のトルク指令マップ３５ｂは、前記記憶手段３５に記憶されている。

モータ力行・回生制御部３３は、力行制御手段３３ａと、回生制御手段３３ｂとを有する。ＥＣＵ２１の力行・回生制御指令部２１Ａｂからの指令フラグにより、力行制御手段３３ａおよび回生制御手段３３ｂのいずれか一方が選択される。前記指令フラグにより、力行制御手段３３ａが選択された場合において、この力行制御手段３３ａは、アクセルペダル１６ａの踏込み量が大きくなる程、力行指令トルクを増加させる。前記指令フラグにより、回生制御手段３３ｂが選択された場合において、回生制御手段３３ｂは、ブレーキペダル１７ａの踏込み量が大きくなる程、回生指令トルクを増加させる。

トルク制御用の前記トルク指令マップ３５ａは、図６にその内容の一例の一部を示すが、左右のモータ６毎に、加速・減速指令となるトルク指令に対して、モータ回転速度範囲毎に電流指令を定めたものである。前記電流指令は、モータ６に流す一次電流Ｉａと、回転磁界とロータ永久磁石間の電流進角βとを有する。なお、トルク指令マップは、モータ６の力行制御状態と回生制御状態とに分けてそれぞれ設けられている。モータコントロール部２９は、左右のモータ６毎で且つ力行制御状態・回生制御状態毎に設定されたトルク指令マップに従って、モータ６をトルク制御する。

トルク指令マップ３５ａは、この例では、図３に示すように、モータコントロール部２９内の前記記憶手段３５に書換え可能に記憶されている。記憶手段３５には、例えば、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ等）が適用される。なお、記憶手段３５は、インバータ装置２２内の他の箇所に設けても良いし、インバータ装置２２外に設けることも可能である。モータ力行・回生制御部３３は、モータ６に印加する駆動電流を電流センサＳｂで得た実際の検出値と、指令電流とを一致させるために、モータ６をＰＩ制御で制御する。

また、モータコントロール部２９には、制御パラメータ調整部および電動モータトルク指令マップ自動調整部（いずれも図示せず）を備え、制御パラメータ調整部はＰＩ制御ゲインを調整する役割である。前記トルク制御用のトルク指令マップ３５ａによる、左右モータトルクの出力値が同等になることを実現するためである。

ここで図８は、この電気自動車のＩＰＭモータの概念構成図である。
車輪を駆動するモータがＩＰＭモータつまり埋込磁石型同期モータの場合、図８（ｃ）に示すように、ロータ側の永久磁石とステータの相互作用で発生する磁石トルクＴｍと、ロータ側のコア部と前記ステータの間の吸引力に起因するリラクタンストルクＴｒとが発生し、２種類のトルクＴｍ，Ｔｒで回転する。磁石トルクＴｍは、電流に比例し、回転磁界とロータ永久磁石間の電流進角βである位相が零のときに最大となる。一方、リラクタンストルクＴｒは、電流の２乗に比例し、前記位相が４５°で最大となる。そのため、埋込磁石型同期モータでは、通常、両トルクＴｍ，Ｔｒの和（Ｔｍ＋Ｔｒ）が最大となる電流印加条件で駆動する。

図８（ａ）に示すように、車輪を駆動するモータが埋込磁石型同期モータの場合は、磁石軸であるｄ軸方向よりそれと直交するｑ軸方向の磁気抵抗が小さくなるため、突極構造となり、ｄ軸インダクタンスＬｄよりｑ軸インダクタンスＬｑが大きくなる。この突極性により、磁石トルクＴｍ以外にリラクタンストルクＴｒが併用でき、高トルクおよび高効率とすることもできる。

磁石トルクＴｍ：回転子の永久磁石による磁界と巻線による回転子磁界と吸引反発して発生するトルクである。
リラクタンストルクＴｒ：巻線による回転磁界に回転子の突極部が吸引されて発生するトルクである。

モータが発生する総トルクは下記のようになる。
Ｔ＝ｐ×｛Ｋｅ×Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ×Ｉｑ｝＝Ｔｍ＋Ｔｒ
ｐ：極対数
Ｌｄ：モータのｄ軸インダクタンス
Ｌｑ：モータのｑ軸インダクタンス
Ｋｅ：モータ誘起電圧定数実効値

図８（ｂ）に示すように、ＩＰＭモータに流す１次電流Ｉａを、トルク生成電流ｑ軸電流Ｉｑと、磁束生成電流ｄ軸電流Ｉｄとに分離し、それぞれ独立に制御できるベクトル制御手法が周知である。
Ｉｄ＝−Ｉａ×ｓｉｎβ
Ｉｑ＝Ｉａ×ｃｏｓβ
（β：電流進角）

図４は、モータコントロール部２９の主要構成等を示すブロック図であり、通常の走行時の制御であるトルク制御の形態で運転する場合の状態で示してある。
モータコントロール部２９は、モータ駆動電流を制御する手段であって、トルク指令部３７を含む。このトルク指令部３７は、モータコントロール部２９における前記モータ力行・回生制御部３３（図３）に設けられる。図４において、トルク指令部３７は、モータ６に印加する駆動電流を電流センサＳｂで検出した検出値と、ＥＣＵ２１におけるトルク／回転数制御指令部２１Ａａから与えられる加速・減速指令によるトルク指令を、前記トルク制御用のトルク指令マップ３５ａを用い、相応の指令電流を生成する。

指令電流の方向は、ＥＣＵ２１における力行・回生制御指令部２１Ａｂから与えられる前記指令フラグにより切換えられる。モータ力行・回生制御部３３の電流ＰＩ制御部３８は、トルク指令値に応じて、インバータ内部に生成された指令電流値の偏差を無くすためのＰＩフィードバック制御を行う。

モータ力行・回生制御部３３（図３）は、モータ６のロータ６ａ（図２）の回転角を回転角度センサ３６から得て、ベクトル制御を行う。ここで車体の左右の後輪となる車輪２，２（図１）に設けられたモータ６，６は、力行時と回生時とでトルク発生方向が互いに異なる。このモータ６をこの出力軸の方向から見ると、左側の後輪駆動用のモータ６はＣＷ方向のトルクを発生し、右側の後輪駆動用のモータ６はＣＣＷ方向のトルクが発生する（左、右側は車両後ろから見る方向で決定される）。左、右側のモータ６，６でそれぞれ発生したトルクは、減速機７および車輪用軸受４を介して、トルク方向を反転し、タイヤに伝達される。また、左、右タイヤのモータ６における回生時のトルク発生方向は、力行時のトルク発生方向と異なっている。

前記トルク指令マップ３５ａに関しては、アクセル信号とモータ回転数とに応じて、前記トルク指令マップ３５ａから、相応なトルク指令値を算出する。トルク指令部３７は、算出された前記トルク指令値に基づき、モータ６の１次電流（Ｉａ）と電流進角（β）を生成する。トルク指令部３７は、これら１次電流（Ｉａ）と電流進角（β）の値に基づき、ｄ軸電流（界磁成分）Ｏ＿Ｉｄと、ｑ軸電流Ｏ＿Ｉｑの二つの指令電流を生成する。

電流ＰＩ制御部３８は、トルク指令部３７から出力されたｄ軸電流Ｏ＿Ｉｄ、ｑ軸電流Ｏ＿Ｉｑの値と、モータ電流および回転子角度から３相・２相変換部３９で計算された２相電流Ｉｄ，Ｉｑとから、ＰＩ制御による電圧値による制御量Ｖｄ，Ｖｑを算出する。３相・２相変換部３９では、電流センサＳｂで検出されたモータ６のｕ相電流（Ｉｕ）とｗ相電流（Ｉｗ）の検出値から、次式Ｉｖ＝−（Ｉｕ＋Ｉｗ）で求められるｖ相電流（Ｉｖ）を算出し、Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの３相電流からＩｄ，Ｉｑの２相電流に変換する。

この変換に使われるモータ６の回転子角度は、回転角度センサ３６から取得する。検出された回転角度の( 位相) 値は回転角度( 位相) 補正部により補正され、モータを精度よく制御できる。２相・３相変換部４０は、入力された２相の制御量Ｖｄ，Ｖｑと、回転子角度とから、３相のＰＷＭデューティーＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。電力変換部４１は、ＰＷＭデューティーＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗに従ってインバータをＰＷＭ制御し、モータ６を駆動する。

この実施形態の電気自動車の左右輪独立制御装置は、縦列駐車等の駐車の操作を容易にするために、位置制御手段４４を設けたものである。この位置制御手段４４は、トルク制御時に用いる上記モータ力行・回生制御部３３を利用できるように、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂを設けると共に、トルク指令マップ自動切換部４６を設け、さらに駐車モードスイッチ４３を設けて構成される。トルク指令マップ自動切換部４６は、定められた条件を判定して、モータ力行・回生制御部３３のトルク指令部３７で用いるトルク指令マップを、トルク制御用のトルク指令マップ３５ａから位置制御用のトルク指令マップ３５ｂに切り換える。トルク指令マップ自動切換部４６は、具体的には、車両が駐車モードスイッチ４３のオンになった後、操舵角度を検出され、内輪と判定したモータ６を位置制御し、通常の走行に用いるトルク指令マップ３５ａから位置制御用のトルク指令マップ３５ｂへ切換える。

位置制御のトルク指令マップ３５ｂは、予めモータ台上試験より作成し、ＣＰＵのＲＯＭ等からなる不揮発性メモリである前記記憶手段３５に書き込んでおく。
図７に、位置制御のトルク指令マップ３５ｂの内容例を示す。同図において、
ΔRad ＿0,ΔRad ＿1,…, ΔRad ＿m ：各々のモータ回転角速度
Trq ＿0,Trq ＿1,…,Trq＿n ：各々のトルク指令値(T＊)
Ia:1次電流
β：電流進角
である。

位置制御時、アクセル信号である加速・減速指令及び操舵角度に基づき、位置制御用のトルク指令マップ３５ｂから相応な１次電流（Ｉａ）と電流進角（β）を取り出して、モータ６を制御している。この制御は、モータコントロール部２９の各信号の状態を図５に示すが、１次電流（Ｉａ）と電流進角（β）からトルク生成電流であるｑ軸電流Iqと磁束生成電流であるｄ軸電流Ｉｄを生成し、それぞれ独立に制御できるベクトル制御である。
Id =−Ia× sinβ
Iq = Ia × cosβ
Id：d 軸電流
Iq：q 軸電流

なお、トルク指令マップ自動切換部４６が位置制御をすると判定した場合、その判定結果の情報は、インバータ装置２２からＥＣＵ２１に送信される。ＥＣＵは、その位置指令するとの判定に応答して、図３、図４のトルク／回転制御指令部２１Ａａの代わりに、図３、図５のトルク／位置制御指令部２１Ａｃから加速・減速指令を出力する。この場合の加速・減速指令は、トルク／位置制御指令値とされる。この指令値に、力行・回生制御指令部２１Ａｂから力行・回生フラグを付加することについては、トルク制御時と同様である。また、トルク制御時では、回転角度センサ３６で検出したモータ６の回転子角度を回転角度補正部で補正し、角速度ωを計算してＥＣＵ２１やトルク指令部３７にフィードバックしていたが、トルク指令マップ自動切換部４６が位置制御を行うと判定した場合は、その判定結果に応答して、前記回転角度センサ３６で検出した回転子角度は、そのまま、または回転角度補正部で補正した後、角度計算し、その角度の値をＥＣＵ２１やトルク指令部３７にフィードバックするように、フィードバック内容を切り換える手段（図示せず）をモータコントロール部２９等に設けても良い。

図９は、縦列駐車等の駐車時の位置制御自動切換のフローチャートである。
駐車モードスイッチ４３がオンとなったか否かを判定し、オンになるまではリターンを繰り返す（ステップＲ１）。駐車モードスイッチ４３（図１）がオンになると、駐車モード（縦列駐車モード）を開始する（ステップＲ２）。まず、操舵が右回りか左回りかを判定し（ステップＲ３）、右回りである場合は右後輪は内輪と判定する（ステップＲ４）。左回りである場合は、左後輪は内輪であると判定する（ステップＲ５）。
ここで、ハンドル操舵角度には閾値が設けてあり、操舵角が閾値になったか否かを判定する（ステップＲ６）。閾値を超えると、内輪を位置制御として回転ロックし、外輪はトルク制御する（ステップＲ７）。閾値以下であれば、両輪を位置制御として、加速・減速指令であるペダル踏込み量に応じてモータ６を低速で回転させる（ステップＲ８）。前記ステップＲ７，Ｒ８の後、駐車モードスイッチ４（図１）３を確認し（ステップＲ９）。オフになるまでは、ステップＲ２に戻って前記の各ステップを繰り返す。駐車モードスイッチ４３がオフであると、位置制御を終了する。

このように、操舵角度により、位置制御に切り換える内輪を判定し、左右輪を独立制御し、小回りして、縦列駐車することができる。また、駐車モードスイッチ４３のオン時に、ハンドル操舵角度に閾値を設けてあり、例えばハンドル操舵角度の最大値の５０％を閾値としてあり、閾値を超えると、内輪を位置制御して回転ロックし、外輪をトルク制御する。閾値以下であると、両輪とも位置制御して、モータ６を低速で回転させる。

図１０は、位置制御するときのモータ回転角速度を示す。駐車モードスイッチ４３のオン時に、ハンドル操舵角度が閾値を超えなかった場合、例えばハンドル操舵角度の最大値の１０％となった時、両輪とも位置制御して、モータ低速で回転させる（図９のステップＲ８）。このとき、両輪の回転速度は定められた低速Ｖに制限し、ペダルの踏込み量に応じて回転させる。例えば、回転速度を車両タイヤの半径によって求めると、ペダルの踏込み量１００％の場合、５ｍ／ｓの速度に制限する。

図１１はこの実施形態における位置制御を用いた縦列駐車時の車両運転の操作方法例を示す。
ステップ１：隣の車より横に約１ｍ間隔をあけ、隣の車よりやや前に止まる。（同図Ｓ１）
ステップ２：駐車モードスイッチ４３（図１）をオンにして、ハンドルを左いっぱいに切る。（同図Ｓ２）
ステップ３：バックし、右側ボディがＡ点（駐車完了時の右の後輪の位置）の延長線上に来ると止まる。（同図Ｓ３）
ステップ４：止まったまま、タイヤがまっすぐになるようにハンドルを戻す。（同図Ｓ４）
ステップ５：ゆっくりとまっすぐにバックし、右の後輪が白線にきたあたりで止まる。（同図Ｓ５）
ステップ６：ハンドルを右いっぱいに切って、ゆっくりバック。（同図Ｓ６）
ステップ７：路肩と車体が平行になる前に、タイヤがまっすぐになるようにハンドルを戻して、路肩と平行に止める。（同図Ｓ７）

この実施形態の電気自動車の左右輪独立制御装置は、上記のように駐車動作時の小回り性能が優れていて、小さな駐車スペースでも縦列駐車等の駐車が可能であり、かつ左右独立制御の電気自動車であればよく、車輪毎の独立転舵機構を持たない一般的な転舵形式の電気自動車に適用することかできる。

なお、前記実施形態では、インホイールモータ車に適用した場合につき説明したが、この発明はオンボード２モータ形式の電気自動車にも適用することができる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２…車輪（駆動輪）
４…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
１６…アクセル操作部
１７…ブレーキ操作部
２１…ＥＣＵ
２１Ａ…加減速指令手段
２２…インバータ装置
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３１…インバータ
３３…モータ力行・回生制御部
３５…記憶手段
３５ａ…トルク制御用のトルク指令マップ
３５ｂ…位置制御用のトルク指令マップ
４３…駐車モードスイッチ
４４…位置制御手段
４６…トルク指令マップ自動切換部

Claims (7)

1. 車両の後輪となる左右の駆動輪に対して走行用の電動のモータが個別に設けられた電気自動車を制御する電気自動車の左右輪独立制御装置であって、アクセル操作部およびブレーキ操作部の操作量に応じて生成される加速・減速指令に従って前記各モータを独立して制御可能なモータコントロール部を備え、
   駐車モードスイッチを設けると共に、この駐車モードスイッチのオンオフ信号、操舵装置から出力される操舵角度信号、および前記加速・減速指令に応じて前記車両の少なくとも旋回内側となる駆動輪の回転位置を位置制御する位置制御手段を設けたことを特徴とする電気自動車の左右輪独立制御装置。
2. 請求項１に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、前記加速・減速指令を生成して出力する加減速指令手段が設けられたＥＣＵと、交流電力を直流電力に変換するインバータを含むパワー回路部、および前記モータコントロール部を有するインバータ装置とを備え、前記モータコントロール部は、トルク制御用のトルク指令マップ、およびこのトルク指令マップを用い前記加速・減速指令に応じて前記モータをトルク制御するモータ力行・回生制御部を有し、前記位置制御手段は、前記モータコントロール部に設けられた位置制御用のトルク指令マップと、前記駐車モードスイッチのオンオフ信号および前記操舵角度信号に応じて前記モータ力行・回生制御部で用いる前記トルク指令マップを、前記トルク制御用のトルク指令マップから前記位置制御用のトルク指令マップに切り換えるトルク指令マップ自動切換部とを有する電気自動車の左右輪独立制御装置。
3. 請求項２に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、前記位置制御のトルク指令マップは、前記モータの回転角度の角度差一定の間隔毎に電流進角が定められて不揮発性の記憶手段に記憶され、前記トルク指令マップ自動切換部は、前記操舵角度信号により車両旋回の内側の駆動輪となる内輪を判定し、内輪である場合に前記位置制御用のトルク指令マップに切り換える電気自動車の左右輪独立制御装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、前記トルク指令マップ自動切換部は、前記操舵角度信号から、車両旋回の内側の駆動輪となる内輪であるか否かを判定し、内輪である場合だけ、前記位置制御用のトルク指令マップに切り換え、外輪であるとの判定結果になった駆動輪は前記トルク制御用のトルク指令マップを用いて制御する電気自動車の左右輪独立制御装置。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、前記トルク指令マップ自動切換部は、前記操舵角度信号から車両旋回の内側の駆動輪となる内輪であるか否かを判定し、内輪であり、かつ操舵角度が閾値を超えた場合に、前記位置制御用のトルク指令マップに切り換え、前記モータを回転ロック状態に維持させる電気自動車の左右輪独立制御装置。
6. 請求項２ないし請求項請求項５のいずれか１項に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、前記トルク指令マップ自動切換部は、前記操舵角度信号から得られる操舵角度が前記閾値を超え無かった場合は、左右の両輪共に前記位置制御用のトルク指令マップを用いる位置制御とし、前記加速・減速指令の絶対値に応じて、定められた制限速度以下のモータ速度で前記モータを駆動する電気自動車の左右輪独立制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の電気自動車の左右輪独立制御装置において、制御対象となる前記車両が、車輪用軸受、前記モータ、およびこのモータの駆動力を前記車輪用軸受の回転側軌道輪に伝える減速機により構成されるインホイールモータ駆動装置を搭載した電気自動車である電気自動車の左右輪独立制御装置。

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