JP4965751B1 - トルク配分装置、トルク配分方法、トルク配分値生成方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
(トルク配分装置の構成)
図1は、実施の形態にかかるトルク配分装置の機能的構成を示すブロック図である。実施の形態にかかるトルク配分装置100は、モータ効率マップを用い、このモータ効率マップ上の最適効率トルク値に基づいて複数の駆動輪に対するトルク配分を制御する。詳細は後述するが、力行時と、回生時では、異なるモータ効率マップを用いてトルク配分をおこなう。
図2は、トルク配分装置によるトルク配分処理の手順を示すフローチャートである。はじめに、全トルク指令値取得部101により、駆動輪にそれぞれ設けられた複数個のモータM(M1,M2,…Mn)を駆動するためにアクセルペダルから入力された全トルク指令値Tを取得する(ステップS201)。次に、車体速度検出部102aにより、移動体の車体速度を検出し(ステップS202)、駆動輪速度検出部102bにより、駆動輪における車輪速度を検出する(ステップS203)。そして、スリップ率算出部103により、移動体速度、駆動輪速度(駆動輪回転速度とタイヤ半径)を用いて駆動輪におけるスリップ率を算出する(ステップS204)。
1.現在の車体速度の検出
2.現在の駆動輪速度の検出
3.スリップ率の算出
4.モータ駆動電流から現在のトルクを検出
5.動作線式を算出(後述する式(8)を用いる)
6.動作線を効率マップ上に引いて、動作線に沿って、トルク値と効率値の組合せを複数ポイント取得
7.複数ポイントのトルク値と効率値より効率変化式を作成
この時、ポイント数が多いほど、効率変化式の近似式の精度を上げることができる。
1.現在の車体速度と駆動輪回転速度を検出し、スリップ率λを求める。
2.現在のモータ駆動電流からトルク値を求め、Td=μ・N・rからμ値を算出する。
3.走行しながら複数ポイントのλとμ値を求めて、図6のμ−λ特性を作成し、式(6)を生成する。
なお、トルク値は、予め判っているトルク定数に駆動電流を乗じて求められる。また、この場合、通常はタイヤを空転させずに走行するため、μのピーク部を超えない範囲のλ値とμ値(図6ではλが0.2以下)が検出可能である。μのピーク部を超える範囲(図6ではλが0.2以上)のポイントは検出できないが、本発明において必要とする領域はμのピーク部を超えない範囲であるため、その領域のμ−λ特性を作成して式(6)が生成できれば問題ない。
(駆動効率の向上のための構成)
本発明の実施例1では、駆動効率の向上のための構成について説明する。本実施例1では、4つの駆動輪にそれぞれ組み込まれ、独立して駆動されるインホイール型のモータを搭載した車両等の移動体にトルク配分装置を適用した場合の一例について説明する。この場合、モータMの個数は、M1〜M4の4個を用いる。モータMとしては、三相交流モータやDCモータを用いることができる。以下の実施例では4つの駆動輪に同一のモータを用いる。なお、後述のように、駆動輪は、4つに限られず、2つ、3つ、或いは5つ以上にも本発明を適用することが可能である。
図3は、移動体の構成を示す概要図である。移動体300は、左右の前駆動輪FL,FRと、左右の後駆動輪RL,RRを有する4輪駆動車である。これら4つの各駆動輪FL,FR,RL,RRには、それぞれインホイール型のモータM1〜M4が設けられ、独立に駆動される。
次に、トルク配分装置400のハードウェア構成について説明する。図4は、トルク配分装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図4において、トルク配分装置400は、CPU401、ROM402、RAM403、通信I/F415、GPSユニット416、各種センサ417を備えている。各構成部401〜417は、バス420によってそれぞれ接続されている。
1.加速度センサの出力を積分
2.非駆動輪の回転速度から算出
3.GPSやその他の位置センサの時間あたりの移動距離から算出
1.加速度センサ出力から重心位置のずれを求めて、前輪と後輪の荷重バランスを算出
2.ヨーレートセンサ出力から重心位置のずれを求めて、右輪と左輪の荷重バランスを算出
3.傾斜センサ(ジャイロ)出力から重心位置のずれを求めて、前輪と後輪および右輪と左輪の荷重バランスを算出
本実施例のトルク配分装置400は、駆動系効率が最大となる最適化をおこなう。各駆動輪に与えるトルクをT1,T2,T3,T4とし、効率をη1,η2,η3,η4とすると、4輪分の全体の効率ηは、下記式(1)で示される。
(全駆動トルクT=T1+T2+T3+T4)
(1)4輪で等トルク駆動
(2)2輪で等トルク駆動
(3)1輪のみで駆動
η1=0.25・0.77+0.25・0.77+0.25・0.77+0.25・0.77=0.77
(2)2輪で等トルク駆動の場合(2輪に1/2(0.5)ずつトルク配分)
η2=0.5・0.83+0.5・0.83+0+0=0.83
(3)1輪のみで駆動の場合(1輪だけに全て(1)のトルク配分)
η3=1・0.72+0+0+0=0.72
上記によれば、効率の高い領域でのトルクを多くするようなトルク配分をおこなうことにより、トータルの効率はよくなることがわかる。
各駆動輪の運動方程式と、駆動輪の駆動力は下記式(2),(3),(4)に示される。
ここで、駆動輪の駆動トルクとは、駆動輪に搭載しているモータのトルクを意味している。
急加速や急減速をおこなわない場合は、速度の変化が緩やかであるため、回転速度の変化が少ないので、下記式(5)のようになる。
dω/dt≒0 …(5)
ゆえに、モータへのトルク指令値Tmと駆動輪の駆動トルクTdがほぼ等しくなり、
∴Tm≒Td=Fd・r=μ・N・r
以下、車両の速度の変化が緩やかであり、モータへのトルク指令値Tmと駆動輪の駆動トルクTdがほぼ等しい状態のものとして説明を進める。
ただし、一般的に、タイヤやアスファルト路面は、その物理特性が急激に変化することは少ないため、走行中のμ-λ特性の変化は緩やかなものである。
であるから、Tdは、下記式(8)となる。
η = -1.7088E-14Td6 + 1.8521E-11Td5
- 7.9786E-09Td4 + 1.7336E-06Td3 - 2.0447E-04Td2
+ 1.1782E-02Td + 4.4673E-01 …(9)
また、図9−2に対応する動作線を6次で近似した効率ηは、
η = 1.1253E-14Td6 - 1.0197E-11Td5
+ 3.2448E-09Td4 - 3.5952E-07Td3 - 2.6286E-05Td2
+ 7.8911E-03Td + 4.9954E-01 …(10)
となる。
λ=(vw−v)/Max(vw,v) …(12)
なお、駆動も制動もしないモータの車輪は、スリップ率がほぼゼロとなるため、この車輪の速度は車体速度とほぼ等しくなる(vw≒v)。
図10は、トルクと効率との関係を示す図である。図9−1、図9−2と同様に横軸がトルク、縦軸が効率である。この図10に示すように、動作線上で効率ηが最も高い点を最適効率トルク値Toとする。また、動作線上で最適効率トルク値Toの2倍のトルクに対応した効率を2Toと表記する。
ここで、モータ毎に固有のトルク−効率特性に対するトルク配分について説明する。上述した図9−1、図9−2等のトルク−効率特性は、モータM毎に固有の特性線を有している。図11−1〜図11−3は、それぞれモータに固有のトルク−効率特性を示す図であり、図11−1は逆U型、図11−2は△型、図11−3は人型と略称する。単純化のために、駆動輪が2輪である場合のトルク配分で考える。全トルク指令値Tを2輪で配分するときの効率ηは、上記式(1)に基づき、
η=(T1・η1+T2・η2)/T …(13)
(駆動輪1のトルク:T1,そのときの効率:η1、駆動輪2のトルク:T2,そのときの効率:η2)
となる。
(T1,T2)=(0,T)、(T,0)、(To,T−To)、(T−To,To)、(T/2,T/2) …(14)
(To:最適効率トルク値)
ゆえに、トルク−効率特性の曲線形状が図11−1〜図11−3のいずれのタイプであったとしても、上記(14)の組合せの中に、効率ηが最大となる組合せが存在することに着目した。
(1)全トルク指令値Tが最適効率トルク値To未満の場合には、一のモータMのトルク配分値に全トルク指令値Tを配分する。
(a)一部のモータMのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、さらに全トルク指令値Tを最適効率トルク値Toで割った余りを1個、あるいはn個のモータMのいずれかに均等に割って配分する。
(b)一部のモータMのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、さらに他のモータMのそれぞれのトルク配分値に一部のモータMに配分した残りを均等に割って配分する。
(c)全てのモータMのそれぞれに全トルク指令値Tを均等に割って配分する。
図15−1に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値To未満の場合には、一のモータのトルク配分値に前記全トルク指令値Tを配分する。
また、図15−2に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値To以上、かつ最適効率トルク値Toの2倍未満の場合には、(a)〜(c)のいずれかのうち、最適な駆動系効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか一のモータのトルク配分値に全トルク指令値Tを配分する。
(b)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(c)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に前記全トルク指令値Tの1/2を配分する。
また、図15−3に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toの2倍以上、かつ最適効率トルク値Toの3倍未満の場合には、(a)〜(e)のいずれかのうち、最適な駆動系効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に全トルク指令値Tの1/2を配分する。
(c)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(d)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(e)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に全トルク指令値Tの1/3を配分する。
また、図15−4に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toの3倍以上、かつ最適効率トルク値Toの4倍未満の場合には、(a)〜(g)のいずれかのうち、最適な駆動系効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りのうち一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(c)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/3を配分する。
(d)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りのモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(e)いずれか2個のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(f)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの3個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/3を配分する。
(g)4個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/4を配分する。
また、図15−5に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toのn(4)倍以上の場合には、(a)〜(d)のうち、最適な駆動系効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか2個のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(c)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの3個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/3を配分する。
(d)4個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/4を配分する。
(T<Toのとき)
T1=T,T2=T3=T4=0
以下の(a)〜(c)の3通りで効率を計算し、最適な効率となる組み合わせを選択する。
(a)T1=To+(T−To),T2=T3=T4=0
(b)T1=To,T2=To−(2To−T),T3=T4=0
(c)T1=T2=To−(2To−T)/2,T3=T4=0
以下の(a)〜(e)の5通りで効率を計算し、最適な効率となる組み合わせを選択する。
(a)T1=To+(T−2To),T2=To,T3=T4=0
(b)T1=T2=To+(T−2To)/2,T3=T4=0
(c)T1=T2=To,T3=To−(3To−T),T4=0
(d)T1=To,T2=T3=To−(3To−T)/2,T4=0
(e)T1=T2=T3=To−(3To−T)/3,T4=0
以下の(a)〜(g)の7通りで効率を計算し、最適な効率となる組み合わせを選択する。
(a)T1=To+(T−3To),T2=T3=To,T4=0
(b)T1=T2=To+(T−3To)/2,T3=To,T4=0
(c)T1=T2=T3=To+(T−3To)/3,T4=0
(d)T1=T2=T3=To,T4=To−(4To−T)
(e)T1=T2=To,T3=T4=To−(4To−T)/2
(f)T1=To,T2=T3=T4=To−(4To−T)/3
(g)T1=T2=T3=T4=To−(4To−T)/4
以下の(a)〜(d)の4通りで効率を計算し、最適な効率となる組み合わせを選択する。
(a)T1=To+(T−4To),T2=T3=T4=To
(b)T1=T2=To+(T−4To)/2,T3=T4=To
(c)T1=T2=T3=To+(T−4To)/3,T4=To
(d)T1=T2=T3=T4=To+(T−4To)/4
(T<k・Toのとき(k=1))
T1=T,T2=T3=…=Tn=0
T1=To+(T−(k−1)・To)/1,T2=T3=…=Tk-1=To,Tk=Tk+1=…=Tn=0
T1=T2=To+(T−(k−1)・To)/2,T3=T4=…=Tk-1=To,Tk=Tk+1=…=Tn=0
…
T1=T2=…=Tk-2=To+(T−(k−1)・To)/(k−2),Tk-1=To,Tk=Tk+1=…=Tn=0
T1=T2=…=Tk-1=To+(T−(k−1)・To)/(k−1),Tk=Tk+1=…=Tn=0
以上でk−1通り。
T1=T2=…=Tk-2=To,Tk-1=Tk=To−(k・To−T)/2,Tk+1=…=Tn=0
…
T1=To,T2=…=Tk-1=Tk=To−(k・To−T)/(k−1),Tk+1=…=Tn=0
T1=T2=…=Tk-1=Tk=To−(k・To−T)/k,Tk+1=…=Tn=0
以上でk通り。
上記のk−1通りと合わせて2k−1通りとなる。
T1=To+(T−n・To)/1,T2=T3=…=Tn-1=Tn=To
T1=T2=To+(T−n・To)/2,T3=T4=…=Tn-1=Tn=To
…
T1=T2=…=Tn-1=To+(T−n・To)/(n−1),Tn=To
T1=T2=…=Tn-1=Tn=To+(T−n・To)/n
以上でn通り。
一般的に、図11−1のような逆U型のトルク−効率特性を示すモータ効率マップが多いため、トルク配分の簡略化が可能となる。ある速度におけるトルクに対する効率の関係は、最適効率を得るトルク値Toより離れるほど、効率の劣化が大きい。よって、各駆動輪のトルクが最適効率トルク値Toに近くなるように等配分する。トルク−効率の特性図における効率曲線が最適効率トルク値Toを中心として、非対称の場合があるため、最適効率トルク値Toよりトルクが小さい側の効率変化と、最適効率トルク値Toよりトルクが大きい側の効率変化に違いがある。よって、最適効率トルク値Toより低トルク側と、最適効率トルク値Toより高トルク側の効率変化率の比を用いて、指令された全トルク指令値Tと最適効率トルク値Toとの関係により、簡易的トルク配分をおこなうことができる。
T1=T,T2=T3=T4=0
(2)2(To−To/4)≦T<2(To+2To/7)のとき(図16−1に示す例では75[Nm]・2≦T<128.6[Nm]・2のとき)
T1=T2=T/2,T3=T4=0
(3)3(To−To/7)≦T<3(To+2To/10)のとき(図16−1に示す例では85.7[Nm]・3≦T<120[Nm]・3のとき)
T1=T2=T3=T/3,T4=0
(4)4(To−To/10)≦のとき(図16−1に示す例では90[Nm]・4≦Tのとき)
T1=T2=T3=T4=T/4
なお、図16−1のトルク−効率特性は、逆U型のトルク−効率特性のトルク配分を説明した図11−1と同じ特性を用いている。上記の場合分けの式のTに100〜200[Nm]の値を代入してみると、T<150[Nm]のときは、(T1,T2)=(T,0)が最適効率配分であり、150[Nm]≦T<257.2[Nm]のときは、(T1,T2)=(T/2,T/2)が最適効率配分となるため、逆U型のトルク−効率特性のトルク配分を説明した図12−1〜図12−6の結果と一致することが確認できる。
ゆえに、トルク−効率特性が逆U型であることがわかっていれば、このような簡易的なトルク配分によって最適トルク配分が可能となる。
図16−2は、トルク−効率の特性における最適効率トルク値からの離れ量を説明する図である。ここで、k:駆動輪数、X:低トルク側の最適効率トルク値Toからの離れ量、Y:高トルク側の最適効率トルク値Toからの離れ量、a:(高トルク側の変化率)/(低トルク側の変化率)とすると、トルク配分の場合分けは、下記の(1)〜(3)となる。
(1)T<k・(To+(a・To)/(a・k+k+1))のとき、(k=1)
T1=T,T2=…=Tn=0
(2)k・(To−(To)/(a・(k−1)+(k−1)+1))≦T<k・(To+(a・To)/(a・k+k+1))のとき、(k=2〜n−1)
T1=T2=…=Tk=T/k,Tk+1=…=Tn=0
(3)n・(To−(To)/(a・(n−1)+(n−1)+1))≦Tのとき、(k=n)
T1=T2=…=Tn-1=Tn=T/n
となる。
(k+1)・(To−X)=k・(To+Y) …(15)
Y=a・X …(16)
となる。上記式(15)、(16)を解いてX,Yを求めると以下となる。
X=To/(a・k+k+1) …(17)
Y=(a・To)/(a・k+k+1) …(18)
これらの式(17)、(18)を用いてn輪駆動時における場合分けが可能となる。
次に、移動体(駆動輪)の速度によって最適効率トルク値Toが異なるため、速度の変化に応じて動的なトルク配分をおこなう例について説明する。図17は、走行パターンに応じた動的トルク配分を説明する図である。横軸が回転速度、縦軸がトルクのモータ効率マップ上に移動体の走行パターンを記載してある。
(総合効率の向上のための構成:力行時)
実施例2では、力行時の総合効率の向上のための構成について説明する。図19は、力行時の総合効率を説明するための図である。移動体は、バッテリ312から供給された電源によりモータMを駆動して走行する。このモータMは、コイルの抵抗分による銅損や、渦電流や磁気ヒステリシスによる鉄損等によるロスが発生する。電源からモータM出力までの効率は、駆動系の効率である。このモータMの駆動力により走行する移動体は、実際には、モータMの出力を受けてタイヤの回転駆動により走行する走行系1901を有する。この走行系1901においても、タイヤと路面間のスリップによるロスが発生する。モータMの出力から走行パワーとして出力されるまでの効率が走行系の効率である。移動体の総合効率は、これら駆動系の効率×走行系の効率で示される。
Fd=μ・N …(19)
(μ:摩擦係数、N:垂直抗力)
よって、Td=Fd・r=μ・N・r …(20)
(r:タイヤ半径)
ηλ=走行パワー/モータ出力=(Fd・v)/(Td・ω)=(Fd・v)/(Fd・r・ω)=v/(r・ω)=v/vw …(21)
(v:車体速度[m/s]、vw:車輪速度[m/s])
また、スリップ率λは、上記式(11)で示される。したがって、走行系の効率ηλは、スリップ率λを用いて表すことができる。
∴ηλ=1−λ …(22)
ηλ=1−λ=1−f(μ)=1−f(Td/(N・r)) …(23)
∵μ=Td/(N・r) …(24)
トルクを示す上記式(20)を変形すると、下記式となる。
μ=Td/(N・r) …(25)
図23は、移動体全体の総合効率を説明するための図である。移動体300の各駆動輪FL,FR,RL,RRに全トルク指令値TをT1,T2,T3,T4で分配する。そして、移動体300の総合効率は、各駆動輪FL,FR,RL,RRのトルク分配比×駆動効率ηd×走行効率ηλの総和により得ることができる。
ηtotal=(T1/T)・ηd1・ηλ1+(T2/T)・ηd2・ηλ2+(T3/T)・ηd3・ηλ3+(T4/T)・ηd4・ηλ4 …(26)
図24−1、図24−2は、それぞれ総合効率の計算例を示す図である。いずれも移動体300の車体重量は、1600[kg]、全トルク指令値Tが800[Nm]であり、登坂あるいは加速によって荷重バランスが後方に移動し、前輪荷重が各300[kg]、後輪荷重が各500[kg]であるとする。
ηtotal=((200/800)・0.82・0.976)・2+((200/800)・0.82・0.986)・2=0.80442
となる。
ηtotal=((0/800)・0.69・1)・2+((400/800)・0.93・0.971)・2=0.90303
となる。
(総合効率の向上のための構成:回生制動時)
実施例3では、回生時の総合効率の向上のための構成について説明する。図25は、回生制動時の総合効率を説明するための図である。回生制動時の総合効率=走行系の効率×回生の効率となる。走行系の効率は、走行パワーから、負荷としてのモータMを回転させるエネルギー効率であり、回生の効率は、モータMの回転から、回生電力を生成し、バッテリ312に充電するまでのエネルギー効率である。
駆動時においては、
駆動系の効率=モータM出力/消費電力
走行系の効率=走行パワー/モータM出力
制動時においては、
回生の効率=回生電力/モータM出力
走行系の効率=モータM出力/走行パワー
で表される。
図26は、力行時および制動時のスリップ率と摩擦係数の関係を示す図である。駆動輪(タイヤ)と路面の関係について説明する。
車体速度v=車輪速度vw=0のとき、スリップ率λ=0である。
駆動時v≦vwのとき λ=(vw−v)/vw
制動時vw≦vのとき λ=(vw−v)/v
となる。
車輪の運動方程式と車輪の駆動力は、上記式(2)、(3)で示される。
急加速や急減速をおこなわない場合は、回転速度の変化が少ないため、上記式(5)に示したように、
dω/dt≒0 …(5)
となる。ゆえに、モータへのトルク指令値Tmと駆動輪の駆動トルクTdがほぼ等しくなり、
∴Tm≒Td=Fd・r=μ・N・r …(上記式(20)と同様)
となる。以下、車両の速度の変化が緩やかであり、モータへのトルク指令値Tmと駆動輪の駆動トルクTdがほぼ等しい状態のものとして説明を進める。
λ=(r・ω−v)/v=(r・ω)/v−1 …(27)
であるから、Tdは、下記式(28)となる。
ηr=(V・I)/(T・ω) …(29)
(T:トルク、ω:回転速度、V:電圧、I:電流)
つぎに、実施例3における、回生制動時の総合効率を最大にする構成について説明する。
駆動輪あたりの駆動力Fdは上記式(19)で示される。
Fd=μ・N …(19)
(μ:摩擦係数、N:垂直抗力)
よって、Td=Fd・r=μ・N・r …(上記式(20)と同様)
(r:タイヤ半径)
λ=(vw−v)/v …(30)
(v:車体速度[m/s]、vw:車輪速度[m/s])
ηb=モータ出力/走行パワー=(Td・ω)/(Fd・v)=(Fd・r・ω)/(Fd・v)=(r・ω)/v=vw/v …(31)
∴ηb=1+λ …(32)
ηb=1+λ=1+f(μ)=1+f(Td/(N・r)) …(33)
∵μ=Td/(N・r) …(34)
トルクを示す上記式(20)を変形すると、下記式となる。
μ=Td/(N・r) …(25)
つぎに、モータ毎に固有のトルク−効率特性に対するトルク配分について説明する。上述したようにモータは固有のトルク−効率特性を有し(図11−1〜図11−3参照)、各固有のトルク−効率特性における各輪の特性(図12−1〜図14−6)を有している。実施例3における回生制動時においても、効率ηが最大となる組み合わせは、以下のいずれかとなる。
(T1,T2)=(0,T)、(T,0)、(To,T−To)、(T−To,To)、(T/2,T/2) …(上記(14)と同様)
(To:最適効率トルク値)
ゆえに、トルク−効率特性の曲線形状がどのようなタイプであったとしても、上記(14)の組み合わせの中に、効率ηが最大となる組み合わせが存在することになる。
(1)全トルク指令値Tが最適効率トルク値To未満の場合には、一のモータMのトルク配分値に全トルク指令値Tを配分する。
(a)一部のモータMのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、さらに全トルク指令値Tを最適効率トルク値Toで割った余りを1個、あるいはn個のモータMのいずれかに均等に割って配分する。
(b)一部のモータMのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、さらに他のモータMのそれぞれのトルク配分値に一部のモータMに配分した残りを均等に割って配分する。
(c)全てのモータMのそれぞれに全トルク指令値Tを均等に割って配分する。
図34−1に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値To未満の場合には、一のモータのトルク配分値に前記全トルク指令値Tを配分する。
また、図34−2に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値To以上、かつ最適効率トルク値Toの2倍未満の場合には、(a)〜(c)のいずれかのうち、最適な回生効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか一のモータのトルク配分値に全トルク指令値Tを配分する。
(b)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(c)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に前記全トルク指令値Tの1/2を配分する。
また、図34−3に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toの2倍以上、かつ最適効率トルク値Toの3倍未満の場合には、(a)〜(e)のいずれかのうち、最適な回生効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に全トルク指令値Tの1/2を配分する。
(c)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、別の一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(d)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(e)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に全トルク指令値Tの1/3を配分する。
また、図34−4に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toの3倍以上、かつ最適効率トルク値Toの4倍未満の場合には、(a)〜(g)のいずれかのうち、最適な回生効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか2個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りのうち一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(c)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/3を配分する。
(d)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りのモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(e)いずれか2個のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(f)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの3個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/3を配分する。
(g)4個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/4を配分する。
また、図34−5に示すように、全トルク指令値Tが最適効率トルク値Toのn(4)倍以上の場合には、(a)〜(d)のうち、最適な回生効率を有する組み合わせを選択する。
(a)いずれか3個のモータのそれぞれのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの一のモータのトルク配分値に残りのトルク値を配分する。
(b)いずれか2個のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの2個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/2を配分する。
(c)いずれか一のモータのトルク配分値に最適効率トルク値Toを配分し、残りの3個のモータのそれぞれのトルク配分値に残りのトルク値の1/3を配分する。
(d)4個のモータのそれぞれのトルク配分値に、全トルク指令値Tの1/4を配分する。
なお、上記の各配分例を数式で示す場合、及び、n個のモータMを用いた回生制動時におけるトルク配分の一般式についても、実施例1と同様である。また、トルク配分の簡易化、及び、動的トルク配分についても実施例1と同様に行うことができる。
モータMは回転すると、その回転速度に応じた逆起電力が発生する。その逆起電力はモータMに与えた電圧を下げる方向に働くため、そのままでは必要なトルクが発生できない。よって、モータMを制御する際は、逆起電力による電圧低下分を考慮した制御をおこなっている。一方、モータMが回転している状態で、駆動電力を与えないと、モータMは発電機モードとなり、発生した逆起電力をバッテリが回収することができる。
つぎに、実施の形態3における回生制動時に用いられる協調ブレーキについて説明する。協調ブレーキは、モータ制御による回生ブレーキと、油圧制御による機械式ブレーキとを組み合わせて、必要な制動力を生成する。これら回生ブレーキと、機械式ブレーキとの組み合わせ方には各種の制動方法があり、回生ブレーキだけでは足りない制動力を機械式ブレーキで補う構成である。
ガソリンエンジン車では、アクセルペダルを離すとエンジンブレーキがかかるが、電気自動車においても弱い回生制動をおこなうことで、擬似的なエンジンブレーキを生成させることができる。疑似エンジンブレーキに相当する回生制動トルク量は、一定値、あるいはモードによって変える、あるいは速度によって変える。トルク配分部107は、走行中の疑似エンジンブレーキのトルク値と、各駆動輪の荷重に応じて、駆動輪の回生トルク制御をおこなう。
101 全トルク指令値取得部
102a 車体速度検出部
102b 駆動輪速度検出部
103 スリップ率算出部
104 モータ効率マップ
105 効率マップ取得部
106 算出部
107 配分部
108 制御部
300 移動体
301 コントローラ
307a〜307d (回転速度)センサ
308a〜308d (垂直抗力)センサ
309 加速度センサ
310 ヨーレートセンサ
312 バッテリ
FL,FR,RL,RR 駆動輪
M(M1〜M4) モータ
INV インバータ
Claims (6)
- 駆動輪に接続された複数個のモータの各々に対して、入力された全トルク指令値を配分するトルク配分装置であって、
前記駆動輪に対して、力行制御、あるいは回生制御のいずれをおこなうのかを判別する判別手段と、
前記入力された全トルク指令値を取得する全トルク指令値取得手段と、
前記判別手段の判別結果に基づいて、前記モータに対応するモータ効率マップを取得する効率マップ取得手段と、
前記モータを搭載する車両の車体速度を検出する車体速度検出手段と、
前記駆動輪における駆動輪回転速度を検出する駆動輪回転速度検出手段と、
前記車体速度および前記駆動輪回転速度に基づいて、前記駆動輪におけるスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、
前記スリップ率に基づいて、前記モータ効率マップにおける前記駆動輪回転速度とトルクの関係を示す動作線上の効率値を示す効率変化式を作成し、前記動作線上の効率変化式の最適効率トルク値を算出する算出手段と、
前記スリップ率、前記全トルク指令値、および、前記最適効率トルク値に基づいて、各々の前記モータに対するトルク配分の複数の組み合わせのうち、前記判別手段による判別結果が前記力行制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηdn×ηλn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηdn:各モータの駆動系効率、ηλn:各駆動輪の走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出し、
前記判別手段による判別結果が前記回生制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηbn×ηrn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηrn:各モータの回生系効率、ηbn:各モータの走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出する配分手段と、
算出した前記トルク配分値に基づいて、各々の前記モータへトルク配分制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするトルク配分装置。 - 前記力行制御の前記走行系効率ηλは、前記スリップ率λとすると、ηλ=1−λで求め、
前記回生制御の前記走行系効率ηbは、ηb=1+λで求めることを特徴とする請求項1に記載のトルク配分装置。 - 前記モータ効率マップは前記モータに接続されるインバータも含んだ効率マップであることを特徴とする請求項1に記載のトルク配分装置。
- 駆動輪に接続された複数個のモータの各々に対して、入力された全トルク指令値をトルク配分装置により配分するトルク配分方法であって、
前記駆動輪に対して、力行制御、あるいは回生制御のいずれをおこなうのかを判別する判別工程と、
前記入力された全トルク指令値を取得する全トルク指令値取得工程と、
前記判別工程の判別結果に基づいて、前記モータに対応するモータ効率マップを取得する効率マップ取得工程と、
前記モータを搭載する車両の車体速度を検出する車体速度検出工程と、
前記駆動輪における駆動輪回転速度を検出する駆動輪回転速度検出工程と、
前記車体速度および前記駆動輪回転速度に基づいて、前記駆動輪におけるスリップ率を算出するスリップ率算出工程と、
前記スリップ率に基づいて、前記モータ効率マップにおける前記駆動輪回転速度とトルクの関係を示す動作線上の効率値を示す効率変化式を作成し、前記動作線上の効率変化式の最適効率トルク値を算出する算出工程と、
前記スリップ率、前記全トルク指令値、および、前記最適効率トルク値に基づいて、各々の前記モータに対するトルク配分の複数の組み合わせのうち、前記判別工程による判別結果が前記力行制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηdn×ηλn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηdn:各モータの駆動系効率、ηλn:各駆動輪の走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出し、
前記判別工程による判別結果が前記回生制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηbn×ηrn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηrn:各モータの回生系効率、ηbn:各モータの走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出する配分工程と、
算出した前記トルク配分値に基づいて、各々の前記モータへトルク配分制御する制御工程と、
を含むことを特徴とするトルク配分方法。 - 駆動輪に接続された複数個のモータの各々に対して、入力された全トルク指令値を配分するためのトルク配分値をトルク配分値生成装置により生成するトルク配分値生成方法であって、
前記駆動輪に対して、力行制御、あるいは回生制御のいずれをおこなうのかを判別する判別工程と、
前記入力された全トルク指令値を取得する全トルク指令値取得工程と、
前記判別工程の判別結果に基づいて、前記モータに対応するモータ効率マップを取得する効率マップ取得工程と、
前記モータを搭載する車両の車体速度を検出する車体速度検出工程と、
前記駆動輪における駆動輪回転速度を検出する駆動輪回転速度検出工程と、
前記車体速度および前記駆動輪回転速度に基づいて、前記駆動輪におけるスリップ率を算出するスリップ率算出工程と、
前記スリップ率に基づいて、前記モータ効率マップにおける前記駆動輪回転速度とトルクの関係を示す動作線上の効率値を示す効率変化式を作成し、前記動作線上の効率変化式の最適効率トルク値を算出する算出工程と、
前記スリップ率、前記全トルク指令値、および、前記最適効率トルク値に基づいて、各々の前記モータに対するトルク配分の複数の組み合わせのうち、前記判別工程による判別結果が前記力行制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηdn×ηλn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηdn:各モータの駆動系効率、ηλn:各駆動輪の走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出し、
前記判別工程による判別結果が前記回生制御の場合には、総合効率ηtotal =Σ((Tn/T)×ηbn×ηrn)(ただし、T:全トルク指令値、Tn:各モータのトルク配分値、ηrn:各モータの回生系効率、ηbn:各モータの走行系効率)が最大となるように、各々の前記モータに対するトルク配分値を算出する配分値生成工程と、
を含むことを特徴とするトルク配分値生成方法。 - 請求項4または5に記載の方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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