JP5301858B2 - 消費電力推定方法及び装置、並びに消費電力推定用のプログラム - Google Patents

Description

本発明は消費電力推定方法及び装置、並びに消費電力推定用のプログラムに関する。

従来、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を搭載する車両におけるバッテリの消費電力は、当該バッテリの電流と電圧を実際に測定することにより求めている。

前記バッテリの消費電力は、実際に車両が存在する場合は、当該車両について実車テスト等を行うことにより求めることができるが、バッテリを搭載した車両が存在しない場合（例えば、開発中の新規車両等の場合）は、バッテリ電流やバッテリ消費電力を知ることができなかった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、バッテリ電圧及びバッテリ電流を実測することなく、バッテリの消費電力を推定することができる消費電力推定方法及び装置、並びに消費電力推定用のプログラムを提供することを目的としている。

本発明の消費電力推定方法は、車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定する方法であって、
消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する工程と、
下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する工程と、
目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する工程とを含み、
前記軸力を推定する工程が、
目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る工程と、
得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める工程と、
目的車両について横加速度と軸力の関係を得る工程と、
基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する工程とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴としている。
目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）

電動パワーステアリング装置における入力、すなわちバッテリ消費電力（＝バッテリ電圧×バッテリ電流）と出力（軸力及び操舵速度）との間には一定の関係が存在する。したがって、この関係を表す式を用いると、電動パワーステアリング装置の出力から、入力であるバッテリ消費電力を求めることができる。そこで、本発明の消費電力推定方法では、基準車両について測定されたデータから、消費電力推定の対象である目的車両の軸力及び操舵速度を推定し、かかる推定された軸力及び操舵速度と、基準車両について測定された操舵トルク及びバッテリ電圧の各データとから、目的車両でのバッテリ消費電力を推定している。その結果、例えば開発中の新規車両について、バッテリ電圧及びバッテリ電流を実測することなく、バッテリの消費電力を推定することができる。

また、本発明の消費電力推定装置は、車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定する装置であって、
消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する軸力推定手段と、
下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する操舵速度推定手段と、
目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する消費電力推定手段とを含み、
前記軸力推定手段が、
目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る手段と、
得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める手段と、
目的車両について横加速度と軸力の関係を得る手段と、
基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する手段とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴としている。
目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）

さらに、本発明の消費電力推定用のプログラムは、車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定するために、コンピュータを、消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する軸力推定手段、下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する操舵速度推定手段、及び、目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、電動パワーステアリング装置の入出力関係式を用いて、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する消費電力推定手段として機能させる消費電力推定用のプログラムであって、
前記軸力推定手段が、
目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る手段と、
得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める手段と、
目的車両について横加速度と軸力の関係を得る手段と、
基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する手段とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴としている。
目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）

本発明の消費電力推定装置及び消費電力推定用のプログラムにおいても、前記消費電力推定方法の場合と同様に、バッテリ電圧及びバッテリ電流を実測することなく、バッテリの消費電力を推定することができる。

本発明の消費電力推定方法及び装置、並びに消費電力推定用のプログラムによれば、バッテリ電圧及びバッテリ電流を実測することなく、バッテリの消費電力を推定することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の消費電力推定方法及び装置、並びに消費電力推定用のプログラムの実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る消費電力推定装置の電気的構成を示すブロック図である。消費電力推定装置は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等からなるデータ処理装置１を含んでおり、このデータ処理装置１は、制御部２、表示部３及び入力デバイス４を備えている。データ処理装置１は、ユーザの操作を受け付け、測定部５からの測定データ及び入力デバイス４からの入力データを処理して、演算結果を表示部３に表示する機能を有する。

制御部２は、入力デバイス４との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェース２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、このＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行う際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータが読み出されたりするＲＡＭ２ｄと、通信インターフェース２ｅとから構成されている。

前記測定部２には、車両の舵角を検出する舵角検出部、車両の軸力を検出する軸力検出部、車両の横加速度を検出する横加速度検出部等が含まれており、それぞれ通常用いられているセンサ（歪センサ、横方向荷重速度センサ等）を適宜採用することができる。

本実施の形態に係る消費電力推定装置は、基準車両で測定されたデータから、消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する軸力推定手段と、基準車両で測定された操舵速度データから、当該目的車両の操舵速度を推定する操舵速度推定手段と、目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両について測定された操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、バッテリ消費電力を推定する消費電力推定手段とから構成されている。そして、消費電力推定用のプログラムは、前記制御部２を、軸力推定手段、操舵速度推定手段及び消費電力推定手段として機能させる。

本発明の消費電力推定方法は、目的車両の軸力を推定する工程、目的車両の操舵速度を推定する工程、及び目的車両での電動パワーステアリング装置のバッテリ消費電力を推定する工程を含んでいるが、以下、各工程を順に説明する。

［軸力推定工程］
最初に、基準車両の測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する方法について、詳細に説明する。
（１）まず、基準車両及び目的車両のそれぞれについて、舵角と軸力との関係を求める。この関係は、例えば車両を停止させた状態でステアリングホイールの据え切りを行うことで求めることができる。図２は、相対舵角と軸力との関係を示しており、横軸が相対舵角（ステアリングホイールを一方向について限界まで切ったときを１００％とし、逆の方向について限界まで切ったときを−１００％とした舵角）、縦軸が軸力（Ｎ）である。図２において、破線が基準車両、実線が目的車両における相対舵角と軸力との関係を示している。第１象限及び第３象限は、ステアリングホイールを切り込んでいる状態であり、舵角×軸力≧０である。一方、第２象限及び第４象限は、ステアリングホイールを切り戻している状態であり、舵角×軸力≦０である。

（２）ついで、得られた舵角と軸力との関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める。図３は、相対舵角と軸力比との関係を示しており、横軸は相対舵角の絶対値であり、縦軸は軸力比である。本実施の形態では、舵角と軸力との積が０以上であるとき、すなわち図２において第１象限又は第３象限のときは、相対舵角の絶対値が０％、７０％、９０％及び１００％のときの軸力比を結ぶ折れ線にて、ある相対舵角における軸力比を与えるようにしている。一方、舵角と軸力との積が０未満のとき、すなわち図２において第２象限又は第４象限のときは、相対舵角の絶対値が０％のときの軸力比にて、ある相対舵角における軸力比を与えるようにしている。換言すれば、舵角と軸力との積が０未満のときは、軸力比を一定値としている。
なお、本実施の形態では、４点を結ぶことで前記折れ線を得ているが、さらに多くの点を結ぶことで折れ線を得ることもできるし、また、相対舵角の絶対値と軸力比との関係を、直線ではなく曲線で近似させることもできる。

（３）また、目的車両について、横加速度（ＬＡ）と軸力（Ｆ）との関係を求める。この関係は、例えば目的車両を旋回走行させることにより得ることができる。具体的には、横加速度センサを取り付けた目的車両を、例えば中立位置からステアリングホイールを３６０度だけ回転させた状態で旋回走行させることで横加速度（ＬＡ）及び軸力（Ｆ）のデータを得ることができる。

そして、得られた横加速度（ＬＡ）及び軸力（Ｆ）のデータを最小二乗法等で１次近似して、目的車両のＦ／ＬＡゲイン（Ｎ／Ｇ）、すなわち横加速度に対する軸力の比を求めておく。図４は、基準車両における横加速度と軸力との関係を示しており、図５は、目的車両における横加速度と軸力との関係を示している。横加速度が或る値よりも大きくなると、タイヤがスリップすることから、横加速度が大きくなるにつれて軸力が小さくなるという現象を示すが、その値までは両者の関係は直線で近似させることができる。
図６は、基準車両及び目的車両における横加速度と軸力との関係を模式的に示したものであり、基準車両と目的車両とは、直線の傾きが異なるだけであることがわかる。

（４）つぎに基準車両について、所定のテスト走行を行い、車両速度、舵角及び軸力のデータを所定のサンプリング周期Δｔ（秒）、例えばΔＴ＝１ミリ秒毎に得る。

（５）そして、車両速度が所定の速度、例えば３０ｋｍ／ｈ以下のときの目的車両の軸力は、基準車両の軸力データと前記軸力比から推定する。具体的には、基準車両の軸力に軸力比を乗じることで、目的車両の軸力を推定する。この場合に、舵角と軸力の積が０以上のとき（ステアリングホイールを切り込んでいるとき）と、舵角と軸力の積が０未満のとき（ステアリングホイールを切り戻しているとき）とで、図３に例示されるように、軸力比マップを切り替える。これにより、所定の精度を確保しつつ、推定のための手法を簡略化することができる。

（６）一方、車両速度が所定の速度よりも大きいときの目的車両の軸力は、基準車両の横加速度に目的車両のＦ／ＬＡゲイン（Ｎ／Ｇ）を乗じることで推定することができる。
図８は、前述した手法で推定した軸力と、実際に測定した軸力との関係を示している。図よりわかるように、本発明の推定方法により推定された軸力は、実際に測定した軸力に全速度域において近似している。

これは、低速域と中高速域とで、軸力の推定手法を変えたことによるものであり、例えば、中高速時の手法（基準車両の横加速度に目的車両のＦ／ＬＡゲインを乗じる）のみで全速度域を推定すると、図７に示されるように、低速域において推定値と実測値との誤差が大きくなる。このように、本発明では、低速域と中高速域とで軸力の推定手法を変えることにより、全速度域における推定精度を良好なものとしている。速度域を区切る設定速度は、本発明において特に限定されるものではないが、通常、２０〜３０ｋｍ／ｈ程度の範囲内で設定される。なお、低速域で目的車両の軸力を、基準車両の軸力と軸力比とから推定しているが、これに限定されるものではなく、例えば、基準車両の軸力から関数等による所定の演算により目的車両の軸力を推定してもよい。

［操舵速度推定工程］
次に、基準車両で測定された操舵速度データから、目的車両の操舵速度を推定する。操舵速度と比ストロークの間には一定の関係があり、目的車両の操舵速度は、以下の式により求めることができる。
目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）

［バッテリ消費電力推定工程］
電動パワーステアリング装置における電気的な接続関係は、図９に示されるように、バッテリ１０、ＥＣＵ１１及びモータ１２がこの順に接続されており、バッテリ１０における入力（バッテリ消費電力）と、モータ１２による駆動出力（軸力及び操舵速度）との間には、一定の関係式が存在する。

（１）例えば、ラック同軸タイプの電動パワーステアリング装置（ＲＤ−ＥＰＳシステム）を搭載した車両の場合、モータ入力電力Ｐｍ＿ｉｎ［Ｗ］は、
Ｐｍ＿ｉｎ＝Ｖｍ×Ｉｍ＝（Ｒｍ・Ｉｍ＋Ｋｅ・ωｍ）×Ｉｍ・・・・・・（１）
で表すことができる。
ここに、
ωｍ＝ω×Ｓｒ／Ｌ・・・・・・（２）
Ｉｍ＝Ｔｍ／Ｋｔ・・・・・・（３）
である。なお、前記ＶｍやＩｍ等の記号、及び後出する記号の内容及び単位をまとめると、以下の表１のようになる。

（２）モータトルクＴｍは、ＲＤ−ＥＰＳシステムの軸力関係式：
Ｆ＝（２π・Ｔｍ・ηＢＳ／Ｌ）＋（２π・Ｔｒｑ・ηＲＰ／Ｓｒ）
より、つぎの式（４）で表すことができる。
Ｔｍ＝{Ｆ−（２π・Ｔｒｑ・ηＲＰ／Ｓｒ）}×（Ｌ／２π・ηＢＳ）・・・（４）

（３）一方、ＥＣＵ入力電力Ｐｅｃｕ＿ｉｎは、次の式（５）で表され、

バッテリ消費電力ＰＢは、次の式（６）で表される。

（４）ここで、式（６）をＩＢについて解くと、

となる。
したがって、入力データとして、Ｆ、ω、Ｔｒｑ、ＶＢが与えられれば、式（１）〜（５）よりＥＣＵ入力電力Ｐｅｃｕ＿ｉｎが求まり、式（６）及び（７）より、バッテリ消費電力ＰＢ及びバッテリ電流ＩＢを求めることができる。

なお、以上の説明はラック軸とモータが同軸に配置されたＲＤ−ＥＰＳシステムの場合を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のＥＰＳシステム（例えば、コラムタイプＥＰＳ、ピニオンタイプＥＰＳ、電動ポンプタイプＥＰＳ、あるいは機械的リンクのないステアバイワイヤ、舵角比可変システム搭載ＥＰＳ等）の場合においても各ＥＰＳシステムに合わせて数式を変更することにより、本発明の消費電力推定方法を同様に適用することができる。本発明は、ＥＰＳシステムの種類によらず、目的車両のバッテリ消費電力やバッテリ電流を推定することができる。

本発明の軸力推定装置の一実施の形態の電気的構成を示すブロック図である。 相対舵角と軸力との関係を示す図である。 相対舵角と軸力比との関係を示す図である。 基準車両における横加速度と軸力との関係を示す図である。 目的車両における横加速度と軸力との関係を示す図である。 基準車両及び目的車両における横加速度と軸力との関係を示す図である。 目的車両における軸力推定結果を示す図である。 目的車両における軸力推定結果を示す図である。 電動パワーステアリング装置の入力と出力の関係を説明する図である。

符号の説明

１ データ処理装置
２ 制御部
２ａ Ｉ／Ｏインターフェース
２ｂ ＣＰＵ
２ｃ ＲＯＭ
２ｄ ＲＡＭ
２ｅ 通信インターフェース
３ 表示部
４ 入力デバイス
５ 測定部
１０ バッテリ
１１ ＥＣＵ
１２ モータ

Claims (3)

1. 車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定する方法であって、
   消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する工程と、
   下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する工程と、
   目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する工程とを含み、
   前記軸力を推定する工程が、
   目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る工程と、得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める工程と、
   目的車両について横加速度と軸力の関係を得る工程と、
   基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する工程とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴とする消費電力推定方法。
   目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）
2. 車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定する装置であって、
   消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する軸力推定手段と、
   下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する操舵速度推定手段と、
   目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する消費電力推定手段とを含み、
   前記軸力推定手段が、
   目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る手段と、
   得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める手段と、
   目的車両について横加速度と軸力の関係を得る手段と、
   基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する手段とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴とする消費電力推定装置。
   目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）
3. 車両に搭載されるバッテリの消費電力を推定するために、コンピュータを、消費電力推定の対象である目的車両の軸力を推定する軸力推定手段、下記の式にしたがって目的車両の操舵速度を推定する操舵速度推定手段、及び、目的車両について推定された軸力及び操舵速度、並びに基準車両についての操舵トルク及びバッテリ電圧の各データから、電動パワーステアリング装置の入出力関係式を用いて、目的車両でのバッテリ消費電力を推定する消費電力推定手段として機能させる消費電力推定用のプログラムであって、
   前記軸力推定手段が、
   目的車両及び基準車両のそれぞれについて、舵角と軸力の関係を得る手段と、
   得られた舵角と軸力の関係より、同一舵角における基準車両の軸力に対する目的車両の軸力の比である軸力比を求める手段と、
   目的車両について横加速度と軸力の関係を得る手段と、
   基準車両についての測定データに基づいて目的車両の軸力を推定する手段とを含んでおり、目的車両の速度が設定速度以下の場合、測定された基準車両の軸力と前記軸力比とから目的車両の軸力を推定し、目的車両の速度が設定速度より大きい場合、測定された基準車両の横加速度と、前記目的車両についての横加速度と軸力の関係とから当該目的車両の軸力を推定することを特徴とする消費電力推定用のプログラム。
   目的車両の操舵速度＝基準車両の操舵速度×（目的車両の比ストローク／基準車両の比ストローク）

Images