JP2020145863A - 駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ粘着状態を空転状態と誤判定することを防ぎつつ、タイヤが実際に空転状態になったことを早期に判定することのできる駆動制御装置を提供する。【解決手段】車両に駆動力を与える駆動装置のトルク指令値と前記駆動装置の回転速度を用いて前記駆動装置のトルクを制御する駆動制御装置であって、前記駆動装置の回転速度と前記駆動装置のトルクの少なくとも一つの周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、前記周波数成分に基づき、前記車両の車輪の空転有無を判定する空転判定部と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の加減速を行うための駆動装置（エンジン、モータ等）のトルクを制御する駆動制御装置に関する。

従来、車載の駆動装置からドライブシャフトを介して車輪及び該車輪に設けられたタイヤに動力が伝達される車両において、ドライブシャフトのねじれによる共振の影響を考慮しつつ、車輪及び該車輪に設けられたタイヤ（本明細書では、これらを纏めて車輪ということがある）の空転状態（以下、スリップということがある）を判定して空転抑圧する駆動制御技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２９４７３号公報

特許文献１に記載の従来技術は、駆動装置の回転速度（回転数）変動がねじれに起因するものかスリップに起因するものかを判定する手法であり、タイヤ粘着状態を空転状態と誤判定する問題を解決する技術である。しかしながら、特許文献１に記載の従来技術は、ねじれ剛性を考慮した駆動装置のトルクと回転数との間の伝達特性を用いて推定した推定回転数相当値と、実際の回転数相当値との比較に基づいて、スリップを判定する。そのため、滑りやすい路面でタイヤが直ちに空転状態になった際、空転開始直後の回転速度変動をねじれに起因すると判定する可能性があり、実際にタイヤ空転状態と判定するまでに時間を要する可能性がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、タイヤ粘着状態を空転状態と誤判定することを防ぎつつ、タイヤが実際に空転状態になったことを早期に判定することのできる駆動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る駆動制御装置は、車両に駆動力を与える駆動装置のトルク指令値と前記駆動装置の回転速度を用いて前記駆動装置のトルクを制御する駆動制御装置であって、前記駆動装置の回転速度と前記駆動装置のトルクの少なくとも一つの周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、前記周波数成分に基づき、前記車両の車輪の空転有無を判定する空転判定部と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、駆動装置の回転速度の周波数成分が変化することで車輪の空転状態を適切に判定し、タイヤ粘着状態を空転状態と誤判定することを防ぎつつ、タイヤが実際に空転状態になったことを早期に判定して空転抑圧することが可能となる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る駆動制御装置の実施例１を搭載した車両の全体構成を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１を搭載した車両の駆動部を示した説明図であり、（ａ）はその部品構成、（ｂ）はその物理モデルを示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１を搭載した車両の駆動部の物理現象を示した説明図であり、（ａ）はタイヤ粘着時のモータ回転速度、（ｂ）はタイヤ空転時のモータ回転速度を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１を搭載した車両の駆動部の物理現象を示した説明図であり、（ａ）は車両を含む駆動部の物理モデル、（ｂ）はタイヤと車両間の摩擦力モデルを示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１を搭載した車両の駆動部の物理モデルを示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１の構成を示したブロック図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１の周波数成分抽出部５の動作例を示した説明図であり、（ａ）はモータ回転速度と車両速度の比較例、（ｂ）はモータ回転速度の周波数成分抽出例を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１のトルク決定部７の動作例を示した説明図であり、（ａ）はモータ回転速度、（ｂ）は空転判定結果、（ｃ）は最終モータトルクの時間応答を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１のトルク決定部７の動作例を示した説明図であり、（ａ）はモータ回転速度、（ｂ）は空転判定結果、（ｃ）は最終モータトルクの時間応答を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１のトルク決定部７の動作例を示した説明図であり、（ａ）はモータ回転速度、（ｂ）はトルク補正値、（ｃ）はトルク補正値の平均値の時間応答を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例１のトルク決定部７の動作例を示した説明図であり、（ａ）は空転判定結果、（ｂ）はトルク補正値の時間応答を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例２の構成を示したブロック図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例２のトルク決定部１０１及び空転判定部６の動作例を示した説明図であり、（ａ）はモータ回転速度、（ｂ）はトルク補正値、（ｃ）は空転判定結果の時間応答を示した説明図である。 本発明に係る駆動制御装置の実施例３の構成を示したブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施例１）
まず初めに、本発明の駆動制御装置の一例である実施例１について、図１乃至図１１（ｂ）を用いて説明する。

図１は、本発明に係る駆動制御装置の実施例１のうち、駆動制御装置１を搭載した制御対象としての車両２１の全体構成を示した説明図である。ＦＬ輪は左前輪、ＦＲ輪は右前輪、ＲＬ輪は左後輪、ＲＲ輪は右後輪をそれぞれ意味し、それぞれのＦＬ輪、ＦＲ輪、ＲＬ輪、ＲＲ輪に、路面と接地（粘着）するタイヤ２０ＦＬ、２０ＦＲ、２０ＲＬ、２０ＲＲが装着されている。

車両２１は、車両２１の進行方向の加減速度を制御するための駆動トルク（駆動力）を発生させる駆動装置としてのモータ２２を搭載し、駆動制御装置１は、車体に搭載したバッテリ（不図示）から電力を受けて、モータ２２の電流を制御してトルク指令値（後で説明）に従った駆動トルクを発生させる。モータ２２で発生した駆動トルクは、デファレンシャルギア２３を介して左右のドライブシャフト２４Ｌ、２４Ｒに伝達され、各ドライブシャフト２４Ｌ、２４Ｒに直結した前輪左右のタイヤ２０ＦＬ、２０ＦＲに伝達されることで、駆動制御装置１は、車両２１を加減速させる。なお、ここではモータ２２を搭載した電動車両として説明したが、モータの代わりにエンジンを駆動装置（駆動源）としても良い。また、ここでは前輪駆動の車両として説明したが、後輪駆動や四輪駆動としても良い。

また、車両２１は、進行方向を制御するためのステアリング制御機構３０、ブレーキ制御機構３３、駆動制御装置１への指令値を演算する走行制御装置２５を備える。また、車両２１は、走行制御装置２５からの指令値に基づき上記ステアリング制御機構３０を制御する操舵制御装置２８と、当該指令値に基づき上記ブレーキ制御機構３３を制御し、各輪のブレーキ力配分を調整する制動制御装置３５を備える。

駆動制御装置１は、図１に詳細に示していないが、モータ２２の電流をスイッチングにより制御するパワー半導体（例えばＩＧＢＴ）、パワー半導体のスイッチングを制御するためのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力装置を有する。上記ＲＯＭには、図６等を用いて説明する駆動制御のフローが記憶されている。詳細は後述するが、駆動制御装置１は、走行制御装置２５から受信したトルク指令値２と、モータ２２に取り付けられた回転角センサ５１により取得したモータ回転角６０およびモータ回転速度６１とに基づき（図６参照）、発生させるべきモータトルクを演算し、前記モータトルクとなるようパワー半導体をスイッチングしてモータ２２に流れる電流を制御する。

次に、車両２１のブレーキの動作について説明する。ドライバが車両２１を運転している状態では、ドライバがブレーキペダル３２を踏む踏力を、必要であればブレーキブースタ（不図示）で倍力し、マスタシリンダ（不図示）によって、その力に応じた油圧を発生させる。発生した油圧は、ブレーキ制御機構３３を介して、各輪に設けられたホイルシリンダ３６ＦＬ、３６ＦＲ、３６ＲＬ、３６ＲＲに供給される。ホイルシリンダ３６ＦＬ〜３６ＲＲは、不図示のシリンダ、ピストン、パッド、ディスクロータ等から構成されており、マスタシリンダから供給された作動液によってピストンが推進され、ピストンに連結されたパッドがディスクロータに押圧される。尚、ディスクロータは、車輪とともに回転している。そのため、ディスクロータに作用したブレーキトルクは、車輪と路面との間に作用するブレーキ力となる。以上により、ドライバのブレーキペダル操作に応じて、各輪に制動力を発生させることができる。なお、本実施例の駆動制御装置１を搭載した車両２１において、ブレーキブースタやマスタシリンダを搭載する必要は必ずしもなく、ブレーキペダル３２とブレーキ制御機構３３を直結させ、ドライバがブレーキペダル３２を踏めば直接ブレーキ制御機構３３が動作する機構であっても良い。

制動制御装置３５は、図１に詳細に示していないが、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力装置を有する。制動制御装置３５には、例えば、前後加速度、横加速度、ヨーレートを検出可能なコンバインセンサ３４、各輪に設置された車輪速センサ３１ＦＬ、３１ＦＲ、３１ＲＬ、３１ＲＲ、後述する操舵制御装置２８を介したハンドル角検出装置４１からのセンサ信号、上述の走行制御装置２５からのブレーキ力指令値などが入力されている。また、制動制御装置３５の出力は、不図示のポンプ、制御バルブを有するブレーキ制御機構３３に接続されており、ドライバのブレーキペダル操作とは独立に、各輪に任意の制動力を発生させることができる。走行制御装置２５が、制動制御装置３５にブレーキ力指令値を通信することで、車両２１に任意のブレーキ力を発生させることができ、ドライバの操作が生じない自動運転においては自動的に制動を行う役割を担っている。但し、本実施例は、上記制動制御装置３５に限定されるものではなく、ブレーキバイワイヤ等のほかのアクチュエータを用いてもよい。

次に、車両２１のステアリングの動作について説明する。ドライバが車両２１を運転している状態では、ドライバがハンドル２６を介して入力した操舵トルクとハンドル角をそれぞれ操舵トルク検出装置２７とハンドル角検出装置４１で検出し、それらの情報に基づいて、操舵制御装置２８は、操舵用モータ２９を制御してアシストトルクを発生させる。なお、操舵制御装置２８も、図１に詳細に示していないが、制動制御装置３５と同様に、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力装置を有する。上記ドライバの操舵トルクと操舵用モータ２９によるアシストトルクの合力により、ステアリング制御機構３０が可動し、前輪（ＦＬ輪、ＦＲ輪）が切られる。一方で、前輪の切れ角に応じて、路面からの反力がステアリング制御機構３０に伝わり、路面反力としてドライバに伝わる構成となっている。なお、本実施例の駆動制御装置１を搭載した車両２１において、操舵トルク検出装置２７を搭載する必要は必ずしもなく、ドライバがハンドル２６を操作する際には操舵制御装置２８が動作せず、アシストトルクが発生しない（いわゆるオモステの）機構であっても良い。

操舵制御装置２８は、ドライバのステアリング操作とは独立に、操舵用モータ２９によりトルクを発生させ、ステアリング制御機構３０を制御することができる。従って、走行制御装置２５は、操舵制御装置２８に操舵力指令値を通信することで、前輪を任意の切れ角に制御することができ、ドライバの操作が生じない自動運転においては自動的に操舵を行う役割を担っている。但し、本実施例は、上記操舵制御装置２８に限定されるものではなく、ステアバイワイヤ等のほかのアクチュエータを用いてもよい。

次に、車両２１のアクセルの動作について説明する。ドライバのアクセルペダル３７の踏み込み量はストロークセンサ３８で検出され、（走行制御装置２５を介して）駆動制御装置１に入力される。尚、駆動制御装置１も、図１に詳細に示していないが、制動制御装置３５と同様に、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力装置を有する。駆動制御装置１は、例えば上記アクセルペダル３７の踏み込み量に応じてモータ２２のモータトルクを制御する。以上により、ドライバのアクセルペダル操作に応じて車両２１を加速させることができる。また、駆動制御装置１は、ドライバのアクセル操作とは独立にモータ２２のモータトルクを制御することができる。従って、走行制御装置２５は、駆動制御装置１にトルク指令値（加速指令値ともいう）を通信することで、（モータ２２のモータトルクを制御して）車両２１に任意の加速度を発生させることができ、ドライバの操作が生じない自動運転においては自動的に加速を行う役割を担っている。なお、本実施例の駆動制御装置１を搭載した車両２１は、主要駆動装置が電気モータである電動車両である必要は必ずしもなく、主要駆動装置がエンジンであっても良い。この場合、駆動制御装置１は、上記アクセルペダル３７の踏み込み量に応じてスロットル開度を算出し、前記スロットル開度を実現するようにエンジン運転状態を制御する。

前述したように、本実施例では、走行制御装置２５は、車両２１に配備された各種センサ等から得られる信号に基づき指令値（ブレーキ力指令値、操舵力指令値、トルク指令値（加速指令値））を演算し、演算した指令値（ブレーキ力指令値、操舵力指令値、トルク指令値（加速指令値））を各制御装置（制動制御装置３５、操舵制御装置２８、駆動制御装置１）に送信することで、車両２１のブレーキ力、前輪切れ角、加速度などを制御し、車両２１の走行状態を任意に制御することができる。

なお、以上の説明では、ハンドル２６、アクセルペダル３７、ブレーキペダル３２を搭載した車両２１を述べたが、これら入力装置が設置されていない車両であっても良い。この場合、本車両は、ドライバの操作が生じない完全自動運転車、遠隔で走行指令を受けて走行する遠隔運転車などとなる。

以下、説明を簡素化するために、モータ２２に連結されて回転駆動される駆動輪に連結されるドライブシャフトをドライブシャフト２４、駆動輪に装着されるタイヤをタイヤ２０、駆動輪に設置される車輪速センサを車輪速センサ３１と記載する。

図２（ａ）、（ｂ）を用いて、モータ２２、デファレンシャルギア２３、ドライブシャフト２４などからなる前記車両２１の駆動部について説明する。図２（ａ）は、駆動部の部品構成を示す。モータ２２において発生した駆動トルクは、減速機５２を経由してデファレンシャルギア２３に伝達され、デファレンシャルギア２３により駆動トルクが左右輪に配分されたうえで、ドライブシャフト２４を介してタイヤ２０に伝達される。図２（ｂ）は、駆動部の物理モデルを示す。駆動部は、図２（ｂ）に示す通り、モータ２２、タイヤ２０という二つの慣性があり、その間をドライブシャフト２４というバネが連結するという二慣性系の物理モデルで表すことが可能である。また、本図では示していないが、タイヤ２０は路面と接触し、タイヤ２０と路面との間では後述の通り非線形の摩擦力が生じる（図４（ｂ）参照）。

このような二慣性系の構成において、モータ２２のトルクが急激に変動した場合、図３（ａ）、（ｂ）に示すようなモータ回転速度６１の振動が発生する。図３（ａ）、（ｂ）は、横軸に時刻、縦軸にモータ回転速度６１を示したものであり、図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、０．５秒時点からモータ２２にステップ状のトルクを発生させている。その結果、０．５秒時点からモータ回転速度６１が振動している。この現象は、ドライブシャフト２４がバネとして働くことから発生する共振現象である。その際のモータ回転速度６１の振動周波数は、タイヤ２０が路面に対して粘着しているか、空転しているかによって変動することが知られている。この周波数は、車両２１に構成されているタイヤ２０やドライブシャフト２４の形状によって、すなわち車種によって異なり、例えば図３（ａ）、（ｂ）に示す例では、タイヤ粘着時に４Ｈｚ程度の振動が発生し（図３（ａ）の振動波形６１（ａ）参照）、タイヤ空転時には１２Ｈｚ程度の振動が発生している（図３（ｂ）の振動波形６１（ｂ）参照）。

図４（ａ）、（ｂ）を用いて、上記のような振動周波数の変動が生じるメカニズムを説明する。図４（ａ）は、車両２１の慣性を含んだ三慣性系の駆動部の物理モデルを示す概念図である。ここでは図２（ｂ）と同様に、モータ２２、タイヤ２０という二つの慣性があり、その間をドライブシャフト２４というバネが連結する。さらに、タイヤ２０と車両２１の間には、タイヤ２０と路面間の摩擦特性６２の関係が生じる。図４（ｂ）は、その摩擦特性６２の特徴、すなわちタイヤ２０と車両２１間の摩擦力モデルを示す。ここで、縦軸は車両２１を駆動させるようにタイヤ２０に発生する回転方向の力（駆動力６３）、横軸はタイヤ２０と車体との速度差の割合であるスリップ率６４を表している。車両の速度をＶ、タイヤの回転速度をω、タイヤ半径をＲ、微小な正数をεとおけば、スリップ率λは、次の数式１の通り定義される。
［数１］
λ＝（Ｒω−Ｖ）／ｍａｘ（Ｒω，Ｖ，ε）

タイヤ２０と車両２１間に速度差が生じない時、ＲωとＶは等しいことからλは０となり、この時、図４（ｂ）の通りタイヤ２０に駆動力６３は発生しない。一方、タイヤ２０に駆動力６３が発生する時、タイヤ２０が路面に対して粘着状態であっても、タイヤ２０のゴムの弾性変形により車両２１とタイヤ２０の間で微小な速度差が生じる。スリップ率６４が小さい領域では、スリップ率６４と駆動力６３の間にほぼ線形な関係があることが知られており、この関係（図４（ｂ）における摩擦特性６２の傾き）は一般にドライビングスティフネスと呼ばれる。スリップ率６４が小さいタイヤ粘着領域では点線６５（ａ）に示すようにドライビングスティフネスは大きく、スリップ率６４が大きくタイヤ空転領域に近づくほど点線６５（ｂ）に示すようにドライビングスティフネスは小さくなる。そして、タイヤ２０が完全空転状態になると、ドライビングスティフネスは０となる。

タイヤ２０が粘着状態になるとき、すなわちドライビングスティフネスが十分大きい領域では、タイヤ２０と車両２１はほぼ直結状態となっており、駆動部の物理モデルは、モータ２２とタイヤ２０＋車両２１の間の二慣性系となる。一方、タイヤ２０が空転してドライビングスティフネスが０となると、タイヤ２０と車両２１との間の摩擦特性６２が切り離されることになり、駆動部の物理モデルは、図２（ｂ）に示すようにモータ２２とタイヤ２０の間の二慣性系となる。このように、タイヤ２０の粘着・空転状態により、タイヤ２０側の慣性の大きさが変わることが、図３（ａ）、（ｂ）に示したような共振周波数の変動の原因である。

図５は、ドライビングスティフネスの大きさによって、モータ回転速度の周波数特性がどのように変化するかを表すボーデ線図である。ここでは、周波数特性６６（ａ）及び６６（ｂ）が粘着状態のモータ回転速度の周波数特性を表しており、周波数特性６６（ｃ）及び６６（ｄ）は空転状態のモータ回転速度の周波数特性を表す。また、ドライビングスティフネスは、６６（ａ）＞６６（ｂ）＞６６（ｃ）＞６６（ｄ）という関係になっている。図５より、共振周波数（図５において周波数特性の振幅がピークとなる周波数）は４Ｈｚ付近または１２Ｈｚ付近に断続的に存在し、ドライビングスティフネスの変化によって連続的に変化するわけではないことが分かる。

したがって、本実施例では、このメカニズムに着目して、駆動制御装置１にて共振周波数変化によるタイヤ２０のスリップ状態判定を行う。

図６は、本発明に係る駆動制御装置の実施例１の構成の一部を示すブロック図である。図６に示される実施例１では、駆動制御装置１は、少なくとも、トルク指令取得部３、回転速度算出部４、周波数成分抽出部５、空転判定部６、及びトルク決定部７から構成されている。

トルク指令取得部３は、走行制御装置２５からトルク指令値（車両２１に所定の加速度を発生させるためにモータ２２にモータトルクを発生させるための指令値）２を受信する。トルク指令値２は、例えばドライバがアクセルペダル３７を踏んでいるときは車両２１を加速させるための正の値として受信され、ドライバがアクセルペダル３７を踏んでいないとき、もしくはブレーキペダル３２を踏んでいるときは、回生ブレーキあるいはエンジンブレーキに相当する負の値として受信される。走行制御装置２５からトルク指令値２を受信する方法は、一般にＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのデジタル通信が用いられる。

回転速度算出部４は、モータ２２に取り付けられた回転角センサ５１により取得したモータ回転角６０を時間微分（単位時間あたりの変化量を算出）し、モータ回転速度６１を算出する。回転角センサ５１は、一般にエンコーダ、レゾルバなど、モータ２２の絶対角度が取得可能なセンサが用いられる。

周波数成分抽出部５は、回転速度算出部４で算出したモータ回転速度６１から、特定の周波数成分を抽出する。例えば図３（ａ）、（ｂ）に示すように、タイヤ粘着時に４Ｈｚ程度、タイヤ空転時に１２Ｈｚ程度の共振周波数となる制御対象では、１２Ｈｚの周波数成分、あるいは４Ｈｚと１２Ｈｚの周波数成分の両方を抽出する。

図７（ａ）、（ｂ）は、周波数成分抽出部５の動作の一例を示す説明図である。図７（ａ）はモータ回転速度と車両速度の時間変化の一例を示したもので、ここでは図３（ａ）、（ｂ）と異なり、タイヤ粘着時は８Ｈｚ程度の共振周波数、タイヤ空転時は６Ｈｚ程度の共振周波数の車両の場合を示している。横軸は時刻、縦軸はモータ回転速度６１および車両速度６７（詳しくは、車両速度の回転方向に換算した速度）を示す。図７（ａ）に示す例では、０．５秒の時点からモータトルクがステップ状に発生し、車両２１は加速を開始するとともに、モータ回転速度６１の脈動（共振）が生じている。そして、３秒の時点から路面が滑りやすくなっており、タイヤ２０が空転するとともにモータ回転速度６１と車両速度６７に乖離が生じている。

図７（ｂ）は、周波数成分抽出方法としてバンドパスフィルタを用いた場合のモータ回転速度の周波数成分抽出値（バンドパスフィルタの出力）を示す。バンドパスフィルタＢ（ｓ）は、例えばカットオフ周波数ω０、ラプラス演算子ｓ、尖鋭度Ｑを用いて、次の数式２の通り得られる。
［数２］
Ｂ（ｓ）＝（ω０ｓ／Ｑ）／（ｓ＾２＋ω０ｓ／Ｑ＋ω０＾２）

ここではＱ＝１として、ω０＝３７．７ｒａｄ／ｓ（＝６Ｈｚ）とした場合の周波数成分抽出値６８（ａ）、ω０＝５０．３ｒａｄ／ｓ（＝８Ｈｚ）とした場合の周波数成分抽出値６８（ｂ）との比較を行っている。図７（ｂ）より、３秒より前のタイヤ粘着時には、ω０＝６Ｈｚとした場合の周波数成分抽出値６８（ａ）の振幅が、ω０＝８Ｈｚとした場合の周波数成分抽出値６８（ｂ）の振幅より大きくなっている。一方、３秒以降のタイヤ空転時には、逆にω０＝６Ｈｚとした場合の周波数成分抽出値６８（ａ）よりω０＝８Ｈｚとした場合の周波数成分抽出値６８（ｂ）の方が振幅が大きい。このように、周波数成分抽出部５は、バンドパスフィルタを用いる場合、時間波形のうち、タイヤ粘着時、タイヤ空転時の共振周波数をカットオフ周波数に持つ２つのバンドパスフィルタの出力を算出・比較し、その振幅の差異を算出する。

前記バンドパスフィルタに代えて、周波数成分抽出部５にフーリエ変換を利用する方法もある。フーリエ変換Ｆ（ｆ）は、例えば抽出する周波数ｆ、積分記号∫、周波数成分を抽出する対象となるモータ回転速度ωの時間幅Ｔ、ネイピア数ｅ、円周率π、虚数単位ｉ、時刻ｔを用いて、次の数式３の通り得られる。
［数３］
Ｆ（ｆ）＝∫＾Ｔ＿０｛ω（ｔ）ｅ＾（−２πｉｆｔ／Ｔ）｝ｄｔ

フーリエ変換を用いると、モータ回転速度ωの中で、当該の周波数ｆの成分の振幅が得られる。フーリエ変換は、モータ回転速度ωが当該の周波数ｆで振動している場合は振動の振幅が算出され、一方でモータ回転速度がω当該の周波数ｆとは異なる周波数で振動する場合にはほぼ０の振幅を算出するという特徴がある。従って、この方法では、バンドパスフィルタを用いた方法と同様、タイヤ粘着時、タイヤ空転時の共振周波数を周波数ｆとする２つのフーリエ変換結果（振幅）の差異を算出しても良いし、タイヤ空転時の共振周波数を周波数ｆとするフーリエ変換のみを行い、その振幅を算出しても良い。

なお、後述する空転判定部６での空転判定は、バンドパスフィルタやフーリエ変換のみに限ったものではなく、所定周波数成分が抽出できる方法であれば、如何なるものでも適用可能である。

空転判定部６は、周波数成分抽出部５により抽出されたモータ回転速度６１の周波数成分に基づき、すなわち、モータ回転速度６１の所定の周波数成分を検知した場合、またはモータ回転速度６１の所定の周波数成分と該所定の周波数成分とは異なる別の周波数成分との比較に基づいて、タイヤ２０が粘着状態にあるか空転状態にあるかを判定し、その空転判定結果７０を出力する。前述の通り、バンドパスフィルタやフーリエ変換などを用いて、タイヤ粘着時、タイヤ空転時の共振周波数成分の差異を算出する場合、空転判定部６は、タイヤ空転時の共振周波数成分がタイヤ粘着時の共振周波数成分より大きい場合に空転と判定する。例えば図７（ｂ）では、空転判定部６は、周波数成分抽出値６８（ｂ）が周波数成分抽出値６８（ａ）より大きい３．１秒以降でタイヤ２０が空転状態と判定する。また、前述の通り、タイヤ空転時の共振周波数を周波数ｆとするフーリエ変換で振幅を算出する場合、空転判定部６は、その振幅が所定値を超えた場合にタイヤ２０が空転状態と判定する。図７（ａ）の例では、共振の振幅が１０ｒａｄ／ｓ程度となっていることから、例えば所定値として５ｒａｄ／ｓ程度に設定することで、タイヤ２０の空転状態を判定できる。空転判定部６による空転判定結果７０は、例えば粘着を０、空転を１とする二進数で表してもよいし、タイヤの推定スリップ率に応じて０（完全粘着）〜１（空転）の連続値として表してもよい。

トルク決定部７は、トルク指令取得部３からのトルク指令値２、モータ回転角６０、回転速度算出部４からのモータ回転速度６１、空転判定部６からの空転判定結果７０に基づき、トルク補正値７１を算出する（後で詳述）。そして、トルク決定部７は、トルク指令値２をトルク補正値７１の分だけ補正した（言い換えれば、トルク指令値２にトルク補正値７１を加味した）最終モータトルク（単にモータトルクということがある）７２を算出し、モータ２２が最終モータトルク７２を発生させるようにパワー半導体をスイッチングしてモータ２２に流れる電流を制御する。この時、モータ２２が永久磁石同期モータの場合、モータ回転角６０に基づくベクトル制御を行うことが一般的である。

モータ２２のモータ回転角６０は、モータ２２に取り付けられた回転角センサ５１により取得され、駆動制御装置１の回転速度算出部４に入力される。

図８（ａ）〜（ｃ）を用いて、トルク決定部７が前記空転判定結果７０に基づきモータトルク７２をトルク指令値２から変動させるトルク補正値７１を算出する方法の一例を説明する。図８（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、モータ回転速度６１、空転判定結果７０、トルク補正値７１を含む（加味した）モータトルク７２の時間応答の一例を示したものである。まず、モータ回転速度６１を示した図８（ａ）に着目すると、時刻７３（ａ）から滑りやすい路面に突入してタイヤ２０が空転状態となり、モータ回転速度６１の上昇率（加速度）が増大するとともに脈動（共振）周波数が大きくなっている。その後、時刻７３（ｂ）で滑りにくい路面に戻るが、空転して回転速度が増大したタイヤ２０はすぐには粘着状態にならず、車体速度と同じ速度まで急激に減速する間は空転状態が続き、モータ回転速度６１の脈動（共振）周波数は引き続き大きいままである。その後、時刻７３（ｃ）でタイヤ２０の回転速度が車体速度と同じになり、粘着状態が回復すると、ようやくモータ回転速度６１の脈動（共振）周波数は時刻７３（ａ）より以前の周波数に戻る。

このようなモータ回転速度６１が検出されると、空転判定部６は、前述の方法により、図８（ｂ）に示す通り、時刻７３（ａ）から時刻７３（ｃ）の間でタイヤ２０が空転状態であると判定・検知する。その結果、トルク決定部７は、図８（ｃ）のように、時刻７３（ａ）から時刻７３（ｃ）の間で、負のトルク補正値７１を算出することで、この区間の最終モータトルク７２がトルク指令値２より低くなっている（減少されている）。言い換えれば、この区間の最終モータトルク７２の絶対値が小さくなっている。これにより、この区間のモータ２２のモータ回転速度６１の上昇すなわち空転が抑圧される。

図８（ａ）〜（ｃ）は、車両２１が加速時（トルク指令値２が正値）の場合について述べたが、車両２１が減速中（トルク指令値２が負値）の場合は、モータトルクの補正方向が逆となる。図９（ａ）〜（ｃ）を用いて、減速時のトルク補正値７１を算出する方法の一例を説明する。図９（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、モータ回転速度６１、空転判定結果７０、トルク補正値７１を含む（加味した）モータトルク７２の時間応答の一例を示したものである。まず、モータ回転速度６１を示した図９（ａ）に着目すると、時刻７３（ａ）から滑りやすい路面に突入してタイヤ２０が空転状態となり、モータ回転速度６１が大きく減少するとともに脈動（共振）周波数が大きくなっている。その後、時刻７３（ｂ）で滑りにくい路面に戻るが、空転して回転速度が減少したタイヤ２０はすぐには粘着状態にならず、車体速度と同じ速度まで急激に加速する間は空転状態が続き、モータ回転速度６１の脈動（共振）周波数は引き続き大きいままである。その後、時刻７３（ｃ）でタイヤ２０の回転速度が車体速度と同じになり、粘着状態が回復すると、ようやくモータ回転速度６１の脈動（共振）周波数は時刻７３（ａ）より以前の周波数に戻る。

このようなモータ回転速度６１が検出されると、空転判定部６は、前述の方法により、図９（ｂ）に示す通り、時刻７３（ａ）から時刻７３（ｃ）の間でタイヤ２０が空転状態であると判定・検知する。その結果、トルク決定部７は、図９（ｃ）のように、時刻７３（ａ）から時刻７３（ｃ）の間で、正のトルク補正値７１を算出することで、この区間の最終モータトルク７２がトルク指令値２より高く（最終モータトルク７２の絶対値が小さく）なっている（増加されている）。これにより、この区間のモータ２２のモータ回転速度６１の減少すなわち空転が抑圧される。

図１０（ａ）乃至図１１（ｂ）を用いて、トルク決定部７によるトルク補正値７１の算出方法の更なる具体例を説明する。なお、ここでは車両加速時の挙動について述べる。前述の通り、車両減速時の挙動は、車両加速時の挙動とトルク補正値の正負が逆となる。

図１０（ａ）〜（ｃ）および図１１（ａ）、（ｂ）は、タイヤ２０の空転防止とモータ回転速度６１の共振を同時に抑える方法を示す。本手法では、空転判定部６がタイヤ２０が粘着状態と判定している間は、トルク決定部７は、共振を抑圧するトルク補正値７１のみを算出し、空転判定部６がタイヤ２０が空転状態と判定している間は、トルク決定部７は、空転防止と共振抑圧の両方を満たすトルク補正値７１を算出する。

図１０（ａ）〜（ｃ）は、粘着判定時にはトルク補正値７１の平均値の絶対値を小さくし、空転判定時にはトルク補正値７１の平均値の絶対値を大きくしてモータトルク７２を補正する場合の、トルク補正値７１を算出する方法の一例を示す。図中、時刻７３（ａ）の時点では、タイヤ２０は粘着状態と判定されている。この時、トルク補正値７１はモータ回転速度６１の脈動と逆位相のトルクを発生させている。この区間（時刻７３（ｂ）まで）においては、図１０（ｃ）に示すように、トルク補正値７１の平均値７４はほぼ０となる。時刻７３（ｂ）以降、タイヤ２０が空転状態と判定されており、図１０（ｃ）に示すように、トルク補正値７１の平均値７４は負の方向に算出されている。すなわち、トルク補正値７１の平均値７４に着目すれば、タイヤ２０が粘着状態と判定された場合に比べて、タイヤ２０が空転状態と判定された場合は、トルク補正値７１の平均値７４の絶対値が大きくなることが特徴である。

本手法に基づけば、タイヤ２０の粘着・空転にかかわらず共振によるモータ回転速度６１の脈動を抑圧可能であり、かつタイヤ空転時にはタイヤ２０の空転を抑圧可能である。

図１１（ａ）、（ｂ）は、粘着判定時にはトルク補正値７１を所定の範囲内に収め、空転判定時にはトルク補正値７１を所定の範囲を超えて設定してモータトルク７２を補正する場合の、トルク補正値７１を算出する方法の一例を示す。本手法での挙動は、図１０（ａ）と同様であり、図１１（ａ）に示すように、時刻７３（ｂ）以降、タイヤ２０が空転状態と判定されている。この時、図１１（ｂ）に示すように、トルク決定部７は、タイヤ２０が粘着状態と判定されている時刻７３（ｂ）以前は、トルク補正値７１を制限値７５以内に抑える一方、タイヤ２０が空転状態と判定されている時刻７３（ｂ）以降は制限値７５にかかわらず（つまり、制限値７５を超えて）、トルク補正値７１を算出する。なお、図１１（ｂ）に示す例では、トルク補正値７１の正の方向の制限値７５と負の方向の制限値７５とが略同じに設定されているが、要求されるモータトルク等に応じて、これらの制限値を異なる値（幅）に設定してもよい。

本手法により、タイヤ粘着時には「トルク指令値２の通り、あるいはトルク指令値２に近いモータトルク７２を発生させる」という駆動制御装置１本来の役割を優先させ、タイヤ空転時には（トルク指令値２にかかわらず）タイヤ空転状態の抑圧を優先させることが可能となる。

以上のような手法を用いることにより、トルク決定部７は、空転判定部６からの空転判定結果７０などから、タイヤ２２の空転防止に好適なトルク補正値７１を算出できるので、そのトルク補正値７１を加味してトルク指令値２を補正して最終モータトルク７２を算出し、その最終モータトルク７２を用いてモータ２２に流れる電流を制御することで、車両２１の加速度（モータ２２から車両２１に与えられる駆動力）を適正に制御することができる。

このように、本実施例１の駆動制御装置１によれば、モータ２２のモータ回転速度６１の共振周波数の変化に基づき、車両速度の情報を用いずにタイヤ２０が空転状態か否かを判定可能であり、空転判定の誤判定を防ぎつつ、より早い段階での空転判定を行うことが可能となる。

（実施例２）
次に、本発明の駆動制御装置の他例である実施例２について、図１２乃至図１３（ｃ）を用いて説明する。なお、上記の実施例１と同様の部分は、同様の符号を付して説明を省略する。

上記の実施例１では、駆動装置としてのモータ２２のモータ回転速度６１の周波数変動からタイヤ２０の空転を判定したが、同時に、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すトルク補正方法を用いると、モータ回転速度６１の共振現象自体を抑圧できる可能性がある。この場合、モータ回転速度６１の共振が発生しないと、タイヤ２０の空転判定ができない可能性がある。一方、車両２１自体でモータ回転速度６１の共振を抑えるトルク制御を行う場合、モータ回転速度６１の共振を抑えるためのトルク補正値７１には、モータ回転速度６１の共振周波数と同じ周波数成分が乗ることから、モータ回転速度６１の代わりにトルク補正値７１の周波数成分から、タイヤ２０の空転判定を行うという構成であっても良い。

図１２は、本発明に係る駆動制御装置の実施例２の構成の一部を示すブロック図である。図１２に示される実施例２では、駆動制御装置１は、少なくとも、トルク指令取得部３、回転速度算出部４、トルク決定部１０１、周波数成分抽出部５、及び空転判定部６から構成されている。トルク指令取得部３、回転速度算出部４は、上記の実施例１と同様であるため、説明を省略する。

本実施例において、トルク決定部１０１は、回転速度算出部４からのモータ回転速度６１の共振を抑えるようにトルク補正値７１を算出する。そして、トルク決定部１０１は、トルク指令取得部３からのトルク指令値２をトルク補正値７１の分だけ補正した最終モータトルク７２を算出し、モータ２２が最終モータトルク７２を発生させるようにパワー半導体をスイッチングしてモータ２２に流れる電流を制御する。

モータ２２のモータ回転角６０は、モータ２２に取り付けられた回転角センサ５１により取得され、駆動制御装置１の回転速度算出部４に入力される。

周波数成分抽出部５は、トルク決定部１０１で算出したトルク補正値７１の特定の周波数成分を抽出する。もしくは、トルク指令取得部３からのトルク指令値２をトルク補正値７１の分だけ補正した最終モータトルク７２の周波数成分を抽出しても良い。ここでの周波数成分の抽出方法は、上記の実施例１と同様であるため、説明を省略する。

また、空転判定部６は、周波数成分抽出部５により抽出されたトルク補正値７１または最終モータトルク７２の周波数成分に基づき、タイヤ２０が粘着状態にあるか空転状態にあるかを判定し、その空転判定結果７０を出力する。ここでの空転判定方法は、上記の実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図１３（ａ）〜（ｃ）を用いて、実施例２の駆動制御装置１の挙動例を説明する。ここではトルク補正値７１の周波数成分を抽出する例について説明する。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）はそれぞれ、モータ回転速度６１及びトルク補正値７１の時間変化の一例を示したものである。図１３（ａ）に示すように、図１０（ａ）と比べて、本実施例では、共振に起因するモータ回転速度６１の脈動が小さくなっている。これは、図１３（ｂ）に示すように、モータ回転速度６１の共振を抑えるようにトルク補正値７１がトルク決定部１０１にて算出されることによる。例えば時刻７３（ａ）と時刻７３（ｃ）に注目すると、それぞれの時点の状態に応じて異なるトルク補正値が算出されている。このようなトルク補正値７１がトルク決定部１０１にて算出されることにより、タイヤ２０の空転に起因するモータ回転速度変化だけでなく、共振に起因するモータ回転速度変化も抑圧することから、モータ回転速度６１の脈動が抑圧されている。このような場合、実施例１のようにモータ回転速度６１の周波数成分を抽出しても、正しくタイヤ２０の空転判定が行えない可能性がある。

そこで、実施例２の周波数成分抽出部５は、上述したように、図１３（ｂ）に示すようなトルク補正値７１の周波数成分を抽出する。図１３（ｂ）の例では、時刻７３（ｂ）の時点からトルク補正値７１の脈動周波数が増加している。周波数成分抽出部５は、このようなトルク補正値７１の共振周波数の変化を抽出し、空転判定部６は、前記変化に基づき、図１３（ｃ）に示すように、時刻７３（ｂ）以降で空転判定を行っている。

このように、本実施例２では、トルク決定部１０１で算出したトルク補正値７１の周波数成分から空転判定を行うことにより、モータ回転速度６１の共振が抑圧されてしまう場合においても、正確な空転判定を行うことが可能となる。

（実施例３）
次に、本発明の駆動制御装置の他例である実施例３について、図１４を用いて説明する。なお、上記の実施例１、２と同様の部分は、同様の符号を付して説明を省略する。

例えば以上で説明した実施例２において、空転判定部６による空転判定結果７０を外部に送信する構成となっていても良い。図１４は、本発明に係る駆動制御装置の実施例３の構成の一部を示すブロック図である。図１４に示される実施例３は、上記の実施例２に、上位コントローラである走行制御装置２５に対し、空転判定部６による空転判定結果７０を送信する空転判定送信部１０２を加えた構成である。ここでは上位コントローラである走行制御装置２５をブロック図に記載している。

本実施例において、空転判定送信部１０２は、空転判定部６が算出した空転判定結果７０を走行制御装置２５に伝送し、走行制御装置２５の空転判定受信部１０３が前記空転判定結果７０を受信する。

走行制御装置２５は、先述の通り、例えばドライバがアクセルペダル３７を踏んでいるときは車両２１を加速させるための正のトルク指令値２を算出し、ドライバがアクセルペダル３７を踏んでいないとき、もしくはブレーキペダル３２を踏んでいるときは、回生ブレーキあるいはエンジンブレーキに相当する負のトルク指令値２を算出するトルク指令算出部１０４を備える。また、走行制御装置２５において、空転判定受信部１０３が駆動制御装置１（の空転判定送信部１０２）から空転判定結果７０を受信した場合、トルク指令算出部１０４は、その空転判定結果７０が空転状態である場合は、タイヤ２０の空転を抑圧するために自動的にトルク指令値２を補正・算出する。なお、ここでの補正方法は、上記の実施例１、２とほぼ同様であるため、説明を省略する。そして、このようにトルク指令算出部１０４にて算出されたトルク指令値２が、駆動制御装置１（のトルク指令取得部３）に送信されることになる。走行制御装置２５と駆動制御装置１の間の通信は、一般にＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのデジタル通信が用いられる。

このように、本実施例では、空転判定部６による空転判定結果７０を外部（例えば、上位コントローラである走行制御装置２５）に送信することにより、より効果的にタイヤ２０の空転抑圧を行うことが可能となる。

なお、空転判定部６による空転判定結果７０を外部に送信する構成は、実施例１にも同様に適用可能であることは当然である。

以上で説明した実施例１〜３において、電気駆動モータを動力源とする電動車両（電気自動車ともいう）を例にとって説明したが、本発明は、動力がドライブシャフトのような細いシャフトを介してタイヤに伝達される車両であれば適用可能である。例えば、エンジン車、ハイブリッド自動車建設機械（鉱山ダンプなど）、一人乗り小型自動車のような小型モビリティなどへも適用可能である。また、デファレンシャルギアを介して動力を左右輪に分配する形でなく、左右独立に電気モータを搭載し、それぞれがシャフトを通じて左右輪に動力を伝達する形であっても良い。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１ 駆動制御装置
２ トルク指令値
３ トルク指令取得部
４ 回転速度算出部
５ 周波数成分抽出部
６ 空転判定部
７ トルク決定部
２０（２０ＦＬ、２０ＦＲ、２０ＲＬ、２０ＲＲ） タイヤ
２１ 車両
２２ モータ（駆動装置）
２３ デファレンシャルギア
２４（２４Ｌ、２４Ｒ） ドライブシャフト
２５ 走行制御装置
２６ ハンドル
２７ 操舵トルク検出装置
２８ 操舵制御装置
２９ 操舵用モータ
３０ ステアリング制御機構
３１（３１ＦＬ、３１ＦＲ、３１ＲＬ、３１ＲＲ） 車輪速センサ
３２ ブレーキペダル
３３ ブレーキ制御機構
３４ コンバインセンサ
３５ 制動制御装置
３６ＦＬ、３６ＦＲ、３６ＲＬ、３６ＲＲ ホイルシリンダ
３７ アクセルペダル
３８ ストロークセンサ
４１ ハンドル角検出装置
５１ モータの回転角センサ
５２ 減速機
６０ モータ回転角
６１ モータ回転速度
７０ 空転判定結果
７１ トルク補正値
７２ 最終モータトルク
１０１ トルク決定部（実施例２）
１０２ 空転判定送信部（実施例３）
１０３ 空転判定受信部（実施例３）
１０４ トルク指令算出部（実施例３）

Claims (10)

1. 車両に駆動力を与える駆動装置のトルク指令値と前記駆動装置の回転速度を用いて前記駆動装置のトルクを制御する駆動制御装置であって、
   前記駆動装置の回転速度と前記駆動装置のトルクの少なくとも一つの周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、
   前記周波数成分に基づき、前記車両の車輪の空転有無を判定する空転判定部と、を有することを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記駆動制御装置は、前記トルク指令値と前記駆動装置の回転速度、及び前記空転判定部の判定結果に基づいて前記駆動装置のトルクを決定するトルク決定部を有し、
   前記トルク決定部は、前記空転判定部の判定結果が空転状態である場合、そうでない場合に比べて、前記トルクを前記トルク指令値から変動させるトルク補正値の変動幅を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記空転判定部は、所定の周波数成分を検知した場合、または所定の周波数成分と該所定の周波数成分とは異なる周波数成分との比較に基づいて、前記空転有無を判定することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
4. 前記トルク決定部は、前記空転判定部が前記空転を検知した場合、前記車両が加速の時は前記トルクを減少させ、前記車両が減速の時は前記トルクを増加させることを特徴とする請求項２に記載の駆動制御装置。
5. 前記トルク決定部は、前記空転判定部が前記空転を検知した場合、前記空転判定部が前記空転を検知しなかった場合に比べて、前記トルク補正値の平均値の絶対値を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の駆動制御装置。
6. 前記トルク決定部は、前記空転判定部が前記空転を検知しなかった場合は前記トルク補正値を所定値以内とし、前記空転判定部が前記空転を検知した場合は前記トルク補正値を前記所定値を超えて設定して前記トルクを補正することを特徴とする請求項２に記載の駆動制御装置。
7. 前記周波数成分抽出部は、バンドパスフィルタを用いて時間波形のうち所定周波数成分を算出することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
8. 前記周波数成分抽出部は、フーリエ変換を用いて所定周波数成分の振幅を算出することを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
9. 前記空転判定部による前記空転状態の判定結果を外部に送信する空転判定送信部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
10. 前記外部は、前記車両の走行状態を制御するために前記駆動装置の前記トルク指令値を算出する走行制御装置であり、
    前記走行制御装置は、前記空転判定部による前記空転状態の判定結果を用いて前記トルク指令値を算出することを特徴とする請求項９に記載の駆動制御装置。

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