JP4661138B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
電気モータにより左右輪にそれぞれ駆動力を発生させる後輪と、
車体の重心位置が前記後輪寄りとされ、前記後輪と比較して車体横方向に小さな力しか発生せず、車体の向きに追従して回転する前輪と、
車両の駆動力目標値を検出する駆動力目標値検出手段と、
車体の滑り角目標値を検出する滑り角目標値検出手段と、
車両のヨーレート目標値を検出するヨーレート目標値検出手段と、
前記滑り角目標値と前記ヨーレート目標値とに基づき前記後輪の転舵を制御する後輪転舵制御手段と、
前記駆動力目標値に基づき前記後輪の左右駆動力和を調整し、少なくとも前記ヨーレート目標値に基づき前記後輪の左右駆動力差を調整するモータ出力調整手段と、を備え、
前記後輪転舵制御手段による前記後輪の転舵制御と、前記モータ出力調整手段による前記後輪の左右駆動力差の調整とにより、前記滑り角目標値に応じた車体の滑り角を発生させるとともに、前記ヨーレート目標値に応じた車両のヨーレートを発生させることを特徴とする。
図1は実施例1の電動車両を示す全体システム図である。実施例1の電動車両は、図1に示すように、駆動力発生源としての電気モータ3RL,3RRを備えており、各々の電気モータ3RL,3RRの回転軸は、減速機4RL,4RRを介して、電動車両の後輪2RL,2RRに連結されている。ここで、2つの電気モータ3RL,3RRの出力特性、および2つの減速機4RL、4RRの減速比、および左右の2つの後輪2RL,2RRの半径はいずれも同じである。
[モード選択制御処理]
図3は実施例1の統合コントローラ30にて実行されるモード選択制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、統合コントローラ30は、マイクロコンピュータのほかにRAM/ROMなどの周辺部品を備えており、図3のフローチャートを一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。
V=(NFL*Rf+NFR*Rf+NRL/GG*Rr+NRR/GG*Rr)*R/4
ここで、Rfは前輪の半径、Rrは後輪の半径、GGは後輪の減速機の減速比である。
シフトレバー25のシフト位置として車両停止時のみ選択可能でパーキング時に使用する「P」位置が選択されたときは、図3のフローチャートにおいて、ステップS401→ステップS402→ステップS403→ステップS404へと進む流れとなり、ステップS404では、後左輪モータ3RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ3RRへのトルク指令値tTRR、後輪舵角目標値tδrl,tδrrは、tTRL=tTRR=tδrl=tδrr=0として本ルーチンを終了する。
すなわち、「A」位置選択であっても、車速Vが第1設定しきい値Va以上のときは、ステップS415へと進み、モードD時の演算ルーチンを実行するというように、モードAへの移行が禁止される。このため、車両進行中に急に運転モードAに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
すなわち、「B」位置選択であっても、車速Vが第2設定しきい値Vb以上のときは、ステップS413→ステップS415へと進み、モードD時の演算ルーチンを実行するというように、モードBへの移行が禁止される。このため、車両進行中に急に運転モードBに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
すなわち、「AR」位置選択であっても、車速絶対値|V|が所定値Var以上のときは、ステップS420→ステップS422へと進み、モードR時の演算ルーチンを実行するというように、モードARへの移行が禁止される。このため、後退走行時に急に運転モードARに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
さて次にステップS415のモードD時の演算ルーチン(図5)、ステップS414のモードA時の演算ルーチン(図9)、ステップS412のモードB時の演算ルーチン(図15)、ステップS422のモードR時の演算ルーチン(図17)、ステップS421のモードAR時の演算ルーチン(図19)において、後左輪モータ3RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ3RRへのトルク指令値tTRR、後輪舵角目標値tδrl,tδrrを演算する方法について、順次説明するが、各演算ルーチンでの演算処理を説明する前に、まず、モードDにおけるその演算原理および実現方法について説明する。
(式1)
ここで、Lrは後輪軸と重心との距離[m]、Ltは後輪のトレッドベース距離/2[m]、mは車重[kg]、Iγはヨー慣性モーメント[Nmss]である。また、Krは後輪タイヤコーナリングスティッフネス[N/rad] であり、後輪ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワーの低下分も加味した値である。Vは車速[m/s]であり、γはヨーレート[rad/s]、βは車体重心位置の車体滑り角[rad]である。
「自動車の運動と制御」(山海堂)p52に記されているように横力Y[N]とヨーレートγ[rad/s]と滑り角β[rad]は次の関係にある。
Y=mV(dβ/dt+γ) …(A2)
β={Q12(s)/Qden(s)}・δr+{Q13(s)/Qden(s)}・u
γ={Q22(s)/Qden(s)}・δr+{Q23(s)/Qden(s)}・u
Y={Q32(s)/Qden(s)}・δr+{Q33(s)/Qden(s)}・u …(A3)
そして、Q12(s)、Q13(s)、Q22(s)、Q23(s)、Q32(s)、Q33(s)、Qden(s)は、いずれも車速Vの関数になっており、次の式で表される。
Q12(s)=2VKr(Iγs+mVLr)
Q13(s)=-2Lt(mV2−2LrKr)
Q22(s)=-2mV2KrLrs
Q23(s)=2VLt(mVs+2Kr)
Q32(s)=2mV2KrIγs2
Q33(s)=4mVLtKr(Lrs+V)
Qden(s)=mV2Iγs2+2VKr(mLr2+Iγ)s+2mV2LrKr … (A4)
Gγδ=m2/(s2+2wns+wn2)
Gβδ=0
Gγw=0
Gβw=m1/(s2+2wns+wn2) …(A5)
ところで、図4(a)において、ステアリング操作量δおよびステアリング変位角Winとヨーレートγおよび滑り角βとの関係は、次の関係にある。ここで、1/Td(s)は、後輪操舵系のサーボ遅れである。
β=({Q13(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)})δ+
({Q13(s)/Qden(s)}p3(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p4(s)/Td(s)})Win
γ=({Q23(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q22(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)})δ +
({Q23(s)/Qden(s)}p3(s)+{Q22(s)/Qden(s)}・{p4(s)/Td(s)})Win…(A6)
したがって、この伝達特性を、それぞれ望ましい伝達特性Gβw,Gγδ,Gβδ,Gγwと一致させるという条件から、式(A7)が導かれ、
Gβw=m1/(s2+2wns+wn2)=
{Q13(s)/Qden(s)}p3(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p4(s)/Td(s)}
Gβδ=0={Q13(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)}
Gγδ=m2/(s2+2wns+wn2)
={Q23(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q22(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)}
Gγw=0={Q23(s)/Qden(s)}p3(s)+{Q22(s)/Qden(s)}・{p4(s)/Td(s)} …(A7)
p1(s)={m2/(2Lt)}{(Iγs+mVLr)/(s2+2wns+wn2)}
p2(s)={m2(mV2-2LrKr)/(2VKr)}{(τs+1)/(s2+2wns+wn2)}
p3(s)={m1mVLr/(2*Lt)}{s/(s2+2wns+wn2)}
p4(s)={m1(mVs+2Kr)/(2Kr)}{(τs+1)/(s2+2wns+wn2)} …(A8)
yx=(b2s2+b1s+b0)/(s2+2wns+wn2) …(A9)
式(A9)は図4(b)のように書き換えることができる。よって、所定時間ごとに(例えば、5ms毎に)、まず、図4(b)中の積分演算を例えばオイラー近似で行うことで、X2,X1を更新し、次に、b0,b1,b2を車速Vに応じて逐次更新した上で、最後にX2,X1,b0,b1,b2,uxから出力yxを時々刻々と演算することで実現できる。
図3中のステップS415のモードD時の演算ルーチンでは、図5のフローチャートを実行する。
b2=0
b1=(m2Ir)/(2Lt)
b0=(V*m2*m*Lr)/(2Lt) …(B1)
ここでm2は、ステアリングホイール回転角δに対するヨーレートの定常値が、例えば、δ/4となるように、
m2=wn2/4
としておく。mおよびIrおよびLrおよびLtは車両設計値を用いる。
b2=0
b1=m2(mV2-2LrKr)τ/(2VKr)
b0=m2(mV2-2LrKr)/(2VKr) …(B2)
mおよびLrおよびKrは車両設計値を用いる。またτは、後輪操舵系のサーボ遅れに合わせて例えば0.1程度に設定する。
b2=0
b1=m1mVLr/(2Lt)
b0=0 …(B1')
mおよびLrおよびLtは車両設計値を用いる。
b2=Vm1mτ/(2Kr)
b1=(m1mV+2*m1τKr)/2
b0=m1 …(B2')
mおよびKrは車両設計値を用いる。またτは、前述と同一値に設定する。
tδrl = tδrr = yx2 + yx4
tU = yx1 + yx3
tTRL=tTD*Rr/GG/2-tU*Rr/GG
tTRR=tTD*Rr/GG/2+tU*Rr/GG …(B3)
ステップS513の演算後、本ルーチンを終了する。
図3中のステップS414のモードA時の演算ルーチンでは、図9のフローチャートを実行する。
tNRL=tV/Rr*GG*sqrt(1-2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2)
tNRR=tV/Rr*GG*sqrt(1+2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2) …(C1)
ここでR1/R0,R2/R0の値は,図10に示す幾何学的関係から次のように導出できることを利用している。
R1/R0 = sqrt(1-2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2)
R2/R0 = sqrt(1+2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2) *sqrtは平方根関数を意味する。
tTRL=Kp1*(tNRL-NRL)
tTRR=Kp1*(tNRR-NRR)
tδrl=tan-1{ sin(βc) / ( cos(βc)-tρLt ) }
右後輪転舵角tδrrは,回転中心点Qと右後輪中心を結んだ線がタイヤの転がる向きと垂直をなすように図中Bの値を次式で演算する。
tδrr=tan-1{ sin(βc) / ( cos(βc)+tρLt ) }
ステップS807の演算後、本ルーチンを終了する。
図14(a)は,ステアリングを左右に変位させず、ステアリングを反時計回りに操舵しているときの定常旋回シミュレーション結果である。図14(b)は、ステアリングを右に変位させるとともに、ステアリングを反時計回りに操舵しているときの定常旋回シミュレーション結果である。
図3中のステップS412のモードB時の演算ルーチンでは、図15のフローチャートを実行する。
tTRL=Kp2*(RAT*tNRL-NRL)
ここでRATは、初期値が0とし、f_MB=1のときに所定の速度で1に一致させるように増やし(例えば、5msで0.005ずつ1に近づける)、f_MB=0のときに所定の速度で0に一致させるように減らす(例えば、5msで0.005ずつ0に近づける)操作を行った変数である。こうすることによって、f_MB=0のときとf_MB=1のときの切替え時において、車両挙動を連続的に変化させる。
tTRR=Kp2*(RAT*tNRR-NRR)
ここでRATは、ステップS1104と同一の値を使用する。
図3中のステップS422のモードR時の演算ルーチンでは、図17のフローチャートを実行する。
tU=KK*δ
KKはステアリングを左に切っているときに、車両上空から見て、車両が時計回りに回転するよう負の値としておく。
tTRL=tTD*Rr/GG/2−tU*Rr/GG
tTRR=tTD*Rr/GG/2+tU*Rr/GG
以上の演算を行うことにより、車両を後退させることができる。
図3中のステップS421のモードAR時の演算ルーチンでは、図19のフローチャートを実行する。
tNRL=tV/Rr*GG*sqrt(1-2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2)
tNRR=tV/Rr*GG*sqrt(1+2tρLt cos(βc)+ tρ2Lt2) …(D1)
tTRL=Kp3*(tNRL-NRL)
tTRR=Kp3*(tNRR-NRR)
ステップS1507の演算後、本ルーチンを終了する。
以上の演算を行うことにより、車両を後退させながら小回りさせることができる。
実施例1の電動車両にあっては、下記の効果を得ることができる。
以上、本発明の電動車両を実施例1に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例1に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
3RL,3RR 電気モータ
8 ヨーレートセンサ
11 ステアリングホイール
21 操舵角センサ
22 ブレーキペダルセンサ
23 アクセルペダルセンサ
24 加速度センサ
25 シフトレバー
30 統合コントローラ
41FL,41FR 転舵回転軸
42FL,42FR 前輪
45FL,45FR 中空支持部材
49,50 前輪の回転センサ
51RL,51RR リンク
52RL,52RR 転舵用モータ
53RL,53RR モータ駆動回路
Claims (5)
- 電気モータにより左右輪にそれぞれ駆動力を発生させる後輪と、
車体の重心位置が前記後輪寄りとされ、前記後輪と比較して車体横方向に小さな力しか発生せず、車体の向きに追従して回転する前輪と、
車両の駆動力目標値を検出する駆動力目標値検出手段と、
車体の滑り角目標値を検出する滑り角目標値検出手段と、
車両のヨーレート目標値を検出するヨーレート目標値検出手段と、
前記滑り角目標値と前記ヨーレート目標値とに基づき前記後輪の転舵を制御する後輪転舵制御手段と、
前記駆動力目標値に基づき前記後輪の左右駆動力和を調整し、少なくとも前記ヨーレート目標値に基づき前記後輪の左右駆動力差を調整するモータ出力調整手段と、を備え、
前記後輪転舵制御手段による前記後輪の転舵制御と、前記モータ出力調整手段による前記後輪の左右駆動力差の調整とにより、前記滑り角目標値に応じた車体の滑り角を発生させるとともに、前記ヨーレート目標値に応じた車両のヨーレートを発生させることを特徴とする電動車両。 - 請求項1に記載の電動車両において、
前記モータ出力調整手段は、前記滑り角目標値に基づき前記後輪の左右駆動力差を調整し、
前記滑り角目標値の変化に応じて、前記後輪の左右駆動力差を過渡的に発生させることを特徴とする電動車両。 - 請求項1または請求項2に記載の電動車両において、
前記モータ出力調整手段は、前記ヨーレート目標値が略ゼロであり、かつ前記滑り角目標値が略ゼロでない状況を検出した場合には、前記後輪の転舵量に応じて、前記後輪の転舵による車両ヨーモーメントを打ち消す量だけ前記後輪の左右駆動力差を発生させることを特徴とする電動車両。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動車両において、
前記ヨーレート目標値検出手段は、ステアリングホイールの回転角を検出する手段であり、
前記滑り角目標値検出手段は、前記ステアリングホイールの横方向もしくは上下方向もしくは前後方向の変位量を検出する手段、または前記ステアリングホイールに備えられたスイッチであることを特徴とする電動車両。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の電動車両において、
前記後輪転舵制御手段は、少なくとも車両の回転半径が小さいときには、後輪軸の中心位置の車体滑り角および前記回転半径により決まる回転中心と前記後輪とを結んだ直線がタイヤの向きと略垂直となるように、前記後輪の左右転舵量をそれぞれ補正することを特徴とする電動車両。
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