JP4367641B2 - 電気自動車の車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の車両制御装置に係り、詳しくは車両のローリングを抑制する技術に関する。

車体の姿勢は走行状態や路面状態により変化する。例えば加速や減速を行うと、車体の前後方向における上下変化である所謂ピッチングが生じ、旋回を行うと、車体の左右方向における上下変化である所謂ローリングが生じる。また、路面の凹凸によってもピッチングやローリングが生じることもある。
このような車体姿勢変化を抑制するために車両には懸架装置（サスペンション）や緩衝装置（ダンパ）等が設けられている。

これらサスペンションやダンパの設定により車両の乗り心地と操縦安定性が決定するが、乗り心地と操縦安定性との両立は困難であった。
そこで、車両の駆動力を制御することにより、サスペンションやダンパの機能を補完し、車体姿勢を制御する技術が開発されている。
例えば、車体の前輪部（フロント）が上昇した場合には、車両の出力トルクを減少させることで路面からの反力によるフロントを上昇させる方向のモーメントを減少させ、フロントが下降した場合には、車両の出力トルクを増加させることで駆動輪へ加わる路面からの反力によるフロントを上昇させる方向のモーメントを増加させ、車両のピッチングを抑制する技術がある（特許文献１参照）。
特開昭６２−１２３０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、車体のピッチングを抑制するために、加速時には全体の出力トルクを減少させるため、加速に必要な駆動力を十分に得られなくなり、減速時には全体の出力トルクを増加させるため、減速に必要な制動力を十分に得られなくなるおそれがあり、好ましくない。
このように、上記特許文献１では全体の出力トルクを制御し路面からの反力の増加や減少を行うことで、車両のピッチングの抑制を行っているため、車両の走行安定性が損なわれるという問題がある。

また、上記特許文献１では車両の旋回によって生じるローリングに対しての制御は行うことができない行うことはできないという問題もある。
さらに、ここで図５を参照すると、一般的な車両におけるアンチスクワット角を示す模式図が示されている。同図に示すように、上記特許文献１を含め、モータや内燃機関から発生される駆動力をドライブシャフト１００から駆動輪１０２に伝達する構成の一般的な車両では、ロアアーム１０４の取り付け位置とサスペンション１０６の取り付け角度によって決まる瞬間回転中心Ｏ’から、駆動輪１０２から車体へ力を伝達する作用点Ｂ（ドライブシャフト１００と連結している駆動輪１０２の中心）へ引いた線Ｌ１’と、当該作用点Ｂからの水平線Ｌ２’との角度βfが比較的小さいものとなっていた。

当該角度は、車体の上下変位である所謂車両のスクワット現象に対して、駆動力により生じるアンチスクワットの制御幅に作用するアンチスクワット角であり、当該アンチスクワット角が大きいほど駆動力によるアンチスクワットの効果を得やすくなる。
しかし、従来の車両ではアンチスクワット角を大きく取ることは困難であり、アンチスクワットの効果をあまり得られなかった。

本発明は以上のような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、走行安定性を確保しつつ、車両の駆動力を制御することで車両のローリングを良好に抑制し、乗員の乗り心地を向上させることができる電気自動車の車両制御装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の電気自動車の車両制御装置では、車両の前輪及び後輪のそれぞれの車輪に設けられ、該車輪を駆動する走行駆動用モータと、前記車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、前記車両の車体左右の上下変位を検出するローリング検出手段と、前記旋回状態検出手段により前記車両の旋回状態が検出されたときは、前記ローリング検出手段により検出された車体の旋回内輪側の上方向の変位に応じて、旋回内輪の前輪に設けられた前記走行用駆動モータの駆動力の増加と、旋回内輪の後輪に設けられた前記走行駆動用モータの駆動力の減少とを行う制御、及び、前記ローリング検出手段により検出された車体の旋回外輪側の下方向の変位に応じて、旋回外輪の前輪に設けられた前記走行用駆動モータの駆動力の減少と、旋回外輪の後輪に設けられた前記走行駆動用モータの駆動力の増加とを行う制御の両方またはいずれか一方を行う駆動力制御手段とを備えたことを特徴としている。

これより、各車輪に走行駆動用モータを備えたインホイールモータの電気自動車において、当該電気自動車の旋回時に生じる車体左右の上下変位に応じて、旋回内輪及び旋回外輪の両方またはどちらか一方の駆動力を制御することにより、当該上下変位を抑制する。
詳しくは、車両の旋回時において、車体の旋回内輪側の上方向の変位に応じて旋回内輪の前輪の駆動力を増加させ、旋回内輪の後輪の駆動力を減少させる制御と、車体の旋回外輪側の下方向の変位に応じて旋回外輪の前輪の駆動力を減少させ、旋回外輪の後輪の駆動力を増加させる制御の両方またはどちらか一方を行う。

請求項２の電気自動車の車両制御装置では、前記駆動力制御手段により増加または減少させる駆動力は、所定の範囲内に制限されていることを特徴としている。
これより、ローリング抑制に使用する駆動力を所定の範囲内に制限する。
請求項３の電気自動車の車両制御装置では、さらに、前記車両の旋回を予測する旋回予測手段を備え、前記駆動力制御手段は、前記旋回予測手段により検出された旋回の変化量が所定値以上であるときは、該旋回により生じる車体左右の上下変化度合いが減衰するように前記走行駆動用モータの駆動力を制御することを特徴としている。

これより、車体の旋回時のローリングの変化度合いを駆動力により減衰させる。

上記手段を用いる本発明の請求項１の電気自動車の車両制御装置によれば、インホイールモータの電気自動車はアンチスクワット角が大きいことでアンチスクワットの制御幅を広く得ることができる。また、各車輪にインホイールモータを設けることで、各車輪独立して駆動力を制御することができる。
これにより、車両の旋回時における車体左右の上下変位に応じて、旋回内輪及び旋回外輪の両方またはどちらか一方の駆動力を制御することで、当該上下変位を十分に抑制することができ、車両の乗り心地を向上させることができる。

特に、車輪の駆動力を制御することにより、旋回内輪側には車体を下降させる力を、旋回外輪側には車体を上昇させる力を発生させることで、旋回時のローリングを抑制させることができる。
請求項２の電気自動車の車両制御装置によれば、車両のローリングの抑制に使用する駆動力を制限することにより、車両の走行に必要な駆動力を確保することができ、車両の走行安定性を維持することができる。

請求項３の電気自動車の車両制御装置によれば、駆動力の制御により、一般のダンパと同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る車両制御装置を備えた電気自動車の概略構成図が示されており、図２を参照すると本発明に係る車両制御装置を備えた電気自動車のアンチスクワット角を示す模式図が示されている。
図１に示すように、車両1は、各車輪２にそれぞれ独立して駆動モータ４（走行駆動用モータ）が設けられた４輪駆動の電気自動車である。

詳しくは、右前輪２FR内に右前駆動モータ４FR、左前輪２FL内に左前駆動モータ４FL、右後輪２RR内に右後駆動モータ４RR、左後輪２RL内に左後駆動モータ４RLが設けられている。
これらの駆動モータ４は、車輪２の内周に設けられているロータ４ａと、図示していないナックル等を介して車体に固定されているステータ４ｂとから構成された、所謂アウターロータ型のインホイールモータである。

このようなアウターロータ型のインホイールモータを備えた車両１では、図２に示すように、ロアアーム６の取り付け位置とサスペンション８の取り付け角度によって決まる瞬間回転中心Ｏは従来と同じであるが、車輪２から車体へ力を伝達する部分は駆動モータ４のステータ４ｂ部分となる。ここで、当該ステータ４ｂ部分は車輪２と地面との接地点と近似できるため、当該接地点を作用点Ａとみなすことができ、これより当該作用点Ａから瞬間回転中心Ｏへ引いた線Ｌ１と作用点Ａからの水平線Ｌ２との角度であるアンチスクワット角αfは従来よりも大きなものとなっている。

これにより、アウターロータ型のインホイールモータではアンチスクワットの制御幅を大きく取ることが可能となる。
また、各駆動モータ４の駆動力は、車両１に設けられている走行用バッテリ１０から、それぞれの駆動モータ４に対応したインバータ１２FR、１２FL、１２RR、１２RLを介して供給される電力に応じて発生する。

また、車両１にはハンドル角を検出するハンドル角センサ１４、車両１に作用する加速度を検出するＧセンサ２０が設けられている（旋回状態検出手段）。
また、車両１の車体右側と車体左側にはそれぞれ車高センサ２２R、２２L（併せて車高センサ２２ともいう）が設けられており、これらの車高センサ２２により車両１の車体左右における基準位置からの上下変位を検出する（ローリング検出手段）。ここで基準位置とは、例えば車両１の停車時の車体姿勢を基準としたものである。

また、車両１には、各駆動モータ４が発生する駆動力の制御を行うＴＣＵ（トルクコントロールユニット）３０（駆動力制御手段）が搭載されており、当該ＴＣＵ３０は上記各インバータ１２や、ハンドル角センサ１４、Ｇセンサ２０、各車高センサ２２等の各種装置と接続されている。
以下このように構成された本発明に係る電気自動車の車両制御装置の作用について説明する。

図３及び図４を参照すると、ＴＣＵ３０において実行される各駆動モータ４の駆動力制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。
なお、当該駆動力制御により増加または減少させる分の駆動力は、車両１の走行に必要な駆動力を確保するため、所定値以内（例えば走行に必要な駆動力の２０％以内）に制限されている。また、駆動力を減少させる場合は、減少させた結果が負の駆動力となっても構わない。

先ず、ステップＳ１では、上記ハンドル角センサ１４から、ハンドル角がゼロであるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）、即ち車両１が直進走行している場合は、当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車両１が旋回状態である場合は、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、Ｇセンサ２０から車両１が左旋回しているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、車両１の車体左側（旋回内輪側）に設けられている上記車高センサ２２Lから車体左側の上下変位を検出し、車体左側が上方向に変位しているか、即ち上昇状態にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ４に進む。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ１０に進む。
ステップＳ４及びステップＳ１０では、車両１の車体右側（旋回外輪側）に設けられている上記車高センサ２２Rから車体右側の上下変位を検出し、車体右側が下方向に変位しているか、即ち下降状態にあるか否かを判別する。

ステップＳ４において、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車体左側が上昇しているとともに、車体右側が下降している場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、左前輪２FL内に設けられている駆動モータ４FLの駆動力を増加させ、左後輪２RL内に設けられている駆動モータ４RLの駆動力を減少させるとともに、右前輪２FR内に設けられている駆動モータ４FRの駆動力を減少させ、右後輪２RR内に設けられている４RRの駆動力を増加させて、当該ルーチンを抜ける。

また、ステップＳ４において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車体左側のみが上昇しているような場合は、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、左前輪２FL内に設けられている駆動モータ４FLの駆動力を増加させ、左後輪２RL内に設けられている駆動モータ４RLの駆動力を増加させて、当該ルーチンを抜ける。

また、ステップＳ１０において、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車体右側のみが下降しているような場合は、ステップＳ７に進む。
ステップＳ１１では、右前輪２FR内に設けられている駆動モータ４FRの駆動力を減少させ、右後輪２RR内に設けられている駆動モータ４RRの駆動力を増加させて、当該ルーチンを抜ける。

さらに、ステップＳ１０において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車体左側の上昇及び車体右側の下降が生じていない場合、即ち車両１に左旋回によるローリングが生じていない場合は、当該ルーチンを抜ける。
一方、ステップＳ２において、車両１が左旋回しているか否かの判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、Ｇセンサ２０から車両１が右旋回しているか否かを判別する。判別結果が偽（No）である場合は当該ルーチンを抜ける。一方、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ２１に進む。
ステップＳ２１では、車両１の車体右側（旋回内輪側）に設けられている上記車高センサ２２Rから車体右側の上下変位を検出し、車体右側が上方向に変位しているか、即ち上昇状態にあるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合はステップＳ２２に進む。一方、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合は、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２２及びステップＳ３０では、車両１の車体左側（旋回外輪側）に設けられている上記車高センサ２２Lから車体左側の上下変位を検出し、車体左側が下方向に変位しているか、即ち下降状態にあるか否かを判別する。
ステップＳ２２において、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車体右側が上昇しているとともに、車体左側が下降している場合は、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、右前輪２FR内に設けられている駆動モータ４FRの駆動力を増加させ、右後輪２RR内に設けられている駆動モータ４RRの駆動力を減少させるともに、左前輪２FL内に設けられている駆動モータ４FLの駆動力を減少させ、左後輪２RL内に設けられている駆動モータ４RLの駆動力を増加させて、当該ルーチンを抜ける。
また、ステップＳ２２において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車体右側のみが上昇しているような場合は、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、右前輪２FR内に設けられている駆動モータ４FRの駆動力を増加させ、右後輪２RR内に設けられている駆動モータ４RRの駆動力を減少させて、当該ルーチンを抜ける。
また、ステップＳ３０において、判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち車体左側のみが下降しているような場合は、ステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１では、左前輪２FL内に設けられている駆動モータ４FLの駆動力を減少させ、左後輪２RL内に設けられている駆動モータ４RLの駆動力を増加させて、当該ルーチンを抜ける。
さらに、ステップＳ３０において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち車体右側の上昇及び車体左側の下降が生じていない場合、即ち車両１に右旋回によるローリングが生じていない場合は、当該ルーチンを抜ける。

以上のように、車両１の旋回時において、車体の旋回内輪側の上昇に応じて、当該旋回内輪側の前輪の駆動力を増加させ、後輪の駆動力を減少させることで、前輪と後輪との間に駆動力の差を生じさせ、当該駆動力の差により車体が前後に引っ張られ、これより車体に下向きに働く力を発生させる。その上さらに、当該前輪の駆動力によって生じ車体前輪側において下向きに働く力のアンチスクワット力を向上させ、後輪の駆動力によって生じ車体後輪側において上向きに働く力のアンチスクワット力を減少させる。これらのことから車体の旋回内輪側の上昇を抑制させることができる。

また車体の旋回外輪側の下降に応じて、当該旋回外輪側の前輪の駆動力を減少させ、後輪の駆動力を増加させることで、前輪と後輪との間で駆動力の差を生じさせ、当該駆動力の差により車体の前後が押し合うようになり、これより車体に上向きに働く力を発生させる。その上さらに、車体前輪側の上記アンチスクワット力を減少させ、車体後輪側の上記アンチスクワット力を向上させる。これらのことから車体の旋回外輪側の下降を抑制させることができる。

このように、車両１の旋回時におけるローリングに応じて、旋回内輪及び旋回外輪の両方またはどちらか一方の前輪及び後輪の駆動力を制御することで、当該ローリングを抑制させることができる。
また、車両１はアウターロータ型の４輪インホイールモータの電気自動車であることで各車輪独立して駆動力を制御することができる上、駆動力制御によるアンチスクワットの制御幅が大きく、十分なローリング抑制効果を得ることができる。

これらのことにより、車両１の乗り心地を向上させることができる。
また、当該ローリング抑制に使用する駆動力は車両の走行に必要な分が確保されるよう制限されていることで、車両１の走行を妨げず、車両１の走行安定性を維持することができる。
ここで、上記ハンドル角センサ１４（旋回予測手段）より検出されるハンドル角の変化量が所定値以上である場合、当該旋回運動により生じる車両１の旋回内輪と旋回外輪における上下変化度合いが減衰するように旋回内輪及び旋回外輪の駆動用モータ４の駆動力を制御することも可能である。例えば、急激なハンドル操作が行われハンドル角センサ１４より検出されるアハンドル操作量の変化量が所定値以上であった場合は、急激に車体の旋回内輪側が上昇し旋回外輪側が下降する度合いを減衰させるよう、旋回内輪における前輪の駆動力の増加と後輪の駆動力の減少、及び旋回外輪における前輪の駆動力の減少と後輪の駆動力の増加を行う。こうすることで、駆動力の制御により一般のダンパと同様の効果を得ることができる。

以上で本発明に係る電気自動車の車両制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、車体左右における上下変位を車高センサ２２R、２２Lにより検出しているが、車体のローリングを検出することができるものであればよく、例えば左右の車輪のサスペンションの変位を検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、車両１の旋回を検出する手段としてハンドル角センサ１４を用い、旋回方向を検出する手段としてＧセンサ２０を用いているが、これに限られるものではなく、例えばハンドル角センサ１４のみ、またはＧセンサ２０のみで旋回および旋回方向を検出してもよく、または、ヨーレイトセンサ等の他の装置を用いても構わない。
また、旋回を予測する手段としてハンドル角センサ１４を用いているが、これに限られるものではなく、他の装置を用いても構わない。

本発明に係る車両制御装置を備えた車両の概略構成図である。 本発明に係る車両のアンチスクワット角を示す模式図である。 本発明に係る電気自動車の車両制御装置におけるＴＣＵにおいて実行される各駆動モータの駆動力制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。 図３に続く制御ルーチンを示すフローチャートの残部である。 一般的な車両におけるアンチスクワット角を示す模式図である。

符号の説明

１ 車両
２ 車輪
４ 駆動用モータ（走行駆動用モータ）
１４ ハンドル角センサ（旋回状態検出手段、旋回予測手段）
２０ Ｇセンサ（旋回状態検出手段）
２２ 車高センサ（ローリング検出手段）
３０ ＴＣＵ（駆動力制御手段）

Claims (3)

1. 車両の前輪及び後輪のそれぞれの車輪に設けられ、該車輪を駆動する走行駆動用モータと、
   前記車両の旋回状態を検出する旋回状態検出手段と、
   前記車両の車体左右の上下変位を検出するローリング検出手段と、
   前記旋回状態検出手段により前記車両の旋回状態が検出されたときは、前記ローリング検出手段により検出された車体の旋回内輪側の上方向の変位に応じて、旋回内輪の前輪に設けられた前記走行用駆動モータの駆動力の増加と、旋回内輪の後輪に設けられた前記走行駆動用モータの駆動力の減少とを行う制御、及び、前記ローリング検出手段により検出された車体の旋回外輪側の下方向の変位に応じて、旋回外輪の前輪に設けられた前記走行用駆動モータの駆動力の減少と、旋回外輪の後輪に設けられた前記走行駆動用モータの駆動力の増加とを行う制御の両方またはいずれか一方を行う駆動力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電気自動車の車両制御装置。
2. 前記駆動力制御手段により増加または減少させる駆動力は、所定の範囲内に制限されていることを特徴とする請求項１記載の電気自動車の車両制御装置。
3. さらに、前記車両の旋回を予測する旋回予測手段を備え、
   前記駆動力制御手段は、前記旋回予測手段により検出された旋回の変化量が所定値以上であるときは、該旋回により生じる車体左右の上下変化度合いが減衰するように前記走行駆動用モータの駆動力を制御することを特徴とする請求項１または２記載の電気自動車の車両制御装置。

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